Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR IMPROVING THE CHARACTERISTICS OF SYNCHRONOUS AND ASYNCHRONOUS MOTORS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/165725
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for improving the characteristics of electric motors. The technical result is a smooth startup of the drive shaft and limiting the startup current and the maximum current. In the claimed invention, a rotor is characterised by the presence of a differential coupling in the body thereof which enables the rotor to rotate at various speeds relative to the drive shaft according to the load on the drive shaft. The rotor is combined with the differential coupling described in the invention in that the rotor body is divided into two main parts, called the rotor head and rotor core. During operation of the electric motor, the rotor head interacts with the stator magnetic field, rotates and creates torque. This torque is transferred to the rotor core, which is disposed in the rotor head and is fixedly connected to the shaft.

Inventors:
MARINKOV NIKOLAY EVLOGIEV (BG)
BONZHEV STANISLAV KIRILOV (BG)
Application Number:
PCT/BG2017/000005
Publication Date:
September 20, 2018
Filing Date:
March 15, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
MARINKOV NIKOLAY EVLOGIEV (BG)
BONZHEV STANISLAV KIRILOV (BG)
International Classes:
H02K1/22; H02K1/28; H02K7/10
Foreign References:
US20130278095A12013-10-24
SU1427101A11988-09-30
RU2596002C12016-08-27
SU1032564A11983-07-30
SU924795A11982-04-30
RU113892U12012-02-27
Download PDF:
Claims:
Претензии

1. Метод улучшения рабочей характеристики асинхронных и синхронных электродвигателей посредством использования комбинированных роторов, содержащих дифференциальную цилиндрическую муфты, расположенную внутри в их теле, характеризуется тем, что дифференциальная муфта, находящаяся в них, позволяет ротору вращаться или скользить относительно приводного вала в зависимости от величины вращающего момента, это приводит в случаях, когда момент превысит определенный порог, возникает скольжение, и в процессе пуска муфта буксует и обеспечивает плавный пуск и ускорение приводного вала без ударов, это приводит также к ограничению пускового и максимального тока и уменьшению времени пускового переходного процесса.

2. Устройство дифференциальной цилиндрической муфты (рис.1), которая, согласно претензии 1, устанавливается в теле роторов асинхронных и синхронных электродвигателей, характеризуется тем, что включает в себя фрикционный барабан (3) и сердечник ротора (2), фрикционный барабан (3) устанавливается в центральном отверстии головки ротора (1), фрикционный барабан (3) представляет собой цилиндрическую втулку, выполненную из композитного материала или металла (например, сталь, бронза и др.), которую можно заменять после изнашивания, головка ротора (1) специфическая для различных видов электродвигателей, и в ней находятся элементы ротора, которые взаимодействуют с магнитным полем статора и создают вращающий момент, головка ротора (1) имеет форму кольца и может вращаться вокруг приводного вала, конструкция несколько видов головок ротора, рассмотрены в претензиях от 4 до 7, в центре каждой головки ротора (1) расположен сердечник ротора (2), он соединен неподвижно с приводным валом электродвигателя, между фрикционным барабаном (3) и сердечником ротора (2) есть рабочий зазор, который в одном из вариантов изобретения может быть пустым, а в другом варианте зазор может быть заполненным высоковязкой жидкостью или жидким, вязким, пастообразным или порошковым материалом, обладающим магнитореологическими свойствами (4), фрикционная поверхность головки ротора может быть гладкой или на ней могут находиться один или более замкнутых радиальных пазов или расположенные по длине фрикционного барабана пазы (8), они могут быть прямыми (параллельные центральной оси ротора), шевронными (стреловидные), перекрещивающимися или диагональными (под углом к центральной оси) пазами, в другом варианте изобретения пазы (8) в головке ротора образуют винтовую линию, сердечник ротора может быть выполнен из шихтованного пакета (составленного из пластин), а также он может иметь и плотную структуру, внешняя фрикционная поверхность сердечника ротора (2) может быть гладкой, или на ее поверхности могут находиться один или более замкнутых (круговые) радиальных пазов, или расположенные по длине пазы (9), которые могут быть прямыми (параллельные центральной оси), шевронными (стреловидные), перекрещивающимися или диагональными (под углом к центральной оси) пазами, в другом варианте сердечник ротора (2) может содержать подвижные щеки (5), которые расположены в открытых пазах на поверхности сердечника ротора (2), в одном из вариантов щеки (5) могут быть прижаты к фрикционной поверхности при помощи пружин (6), в другом варианте они прижимаются к фрикционной поверхности центробежными силами, возникающими при вращении ротора, или благодаря магнитному притяжению в результате их ферромагнитных или постоянных магнитных свойств, общая фрикционная поверхность всех подвижных щек (6) по отношению к внешней радиальной поверхности сердечника ротора (2) может составлять от 5 до 95%, расположение подвижных щек (5) может быть по прямой линии или по диагонали, при диагональном расположении максимальный угол их наклона, определенный относительно расположения центральной оси ротора, может составлять от 0 до 45 градов, в предмет изобретения входит и вариант, в котором подвижные щеки имеют форму цилиндрических роликов (7), в этом случае они могут вращаться в отверстии паза, в котором они находятся, вокруг своей оси, лучше всего, чтобы количество подвижных щек (5) и/или роликов (7) совпадало с количеством магнитных полюсов двигателя, сагласно изобретению, передача вращающего момента между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) может осуществляться следующим образом; посредством фрикционного захвата (или задержки), созданного находящейся в зазоре между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) высоковязкой жидкостью или магнитореологическим материалом (4), который, согласно описанию, может иметь жидкую, вязкую, пастообразную или порошковую консистенцию; посредством фрикционного захвата (или задержки), созданного подвижными щеками (5) или роликами (7) и высоковязкой жидкостью (3) или магнитореологическим материалом с жидкой, вязкой, пастообразной или порошковой консистенцией (4); посредством фрикционного захвата (или задержки), созданного в результате прижимания и сухого трения (без жидкости или пасты) между подвижными щеками (5) и фрикционной поверхностью барабана (3) головки ротора (1).

3. Метод, согласно претензии 2, характеризуется тем, что использованный материал (4), которым заполняется зазор между фрикционным барабаном (3) и сердечником ротора (2), имеет следующий состав; смазывающие вещества такие как консистентные смазки или масло, магнитная составляющая, представляющая собой порошковое намагничивающееся вещество, например железо (лучше всего а-железо) в форме пудры с размерами частиц от 1 до 60 μητ., в качестве магнитной составляющей можно использовать также пудру из ферритов кобальта, никель-цинковых ферритов, марганец-цинковых ферритов и других намагничивающихся ферритов с размерами частиц от 1 до 1000 nm., а также сгуститель (тефлон PTFE, графит, медный порошок) с размером частиц от 1 до Юрм., масса твердой смазки или синтетического масло относительно других компонентов может варьироваться от 10 до 80 весовых %, масса магнитного компонента относительно других компонентов может варьироваться от 0 до 95 весовых %, масса загустителя (тефлон - PTFE, графит и/или медный порошок) относительно других компонентов может варьироваться от 5 до 50 весовых %.

4. Устройство головки ротора (рис.2 и рис.8) для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутой обмоткой, согласно претензии 2, характеризуется тем, что головка ротора содержит шихтованный или плотного магнитол ровода (10) с короткозамкнутой обмоткой, в которой находятся стержни ротора (11) и (12), связанные с обеих сторон с двумя боковыми кольцами (13) и (14), с обеих сторон головки ротора расположены крышки (15) и (16), они соединяются при помощи болтов (19) или шпильки, которые закручиваются в отверстия с резьбой (20), сделанные в боковых кольцах (13) и (14), в одном из вариантов боковые крышки (15) и лопасти охлаждения (17) являются одной деталью, в другом варианте это отдельные детали (16) и (18), при помощи подшипников качения (22) или подшипников скольжения (23) головка ротора может вращаться вокруг приводного вала (21), герметичность объема в головке ротора при использовании подшипников качения обеспечивается при помощи манжет (24), расположенных перед подшипниками, герметичность при использовании подшипников скольжения обеспечивается также при помощи манжет, расположенных перед подшипниками или после них (не показано), а также посредством гибких колец (25), расположенных в пазах, выполненных на приводном валу (21), на магнитопроводе под короткозамкнутой обмоткой могут быть участки, в которых он прерывается или только зауживается посредством прорезей, это происходит посредством чередования нескольких более мелких пазов (11) короткозамкнутой обмотки с одним более глубоким пазом (12), лучше всего, чтобы количество этих прорезей равнялось количеству магнитных полюсов электродвигателя, в одном из вариантов изобретения фрикционная поверхность головки ротора может находиться на самом магнитопроводе (10), в другом варианте фрикционный барабан может быть отдельной деталью, представляющей собой цилиндрическую втулку (26), согласно описанию изобретения, в центральное отверстие головки ротора вставляется описанная в претензии 2 дифференциальная муфта.

5. Устройство головки ротора (рис. 3) для синхронного реактивного электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой, согласно претензии 2, характеризуется тем, что головка ротора содержит шихтованный или плотного магнитопровода (37) с короткозамкнутой обмоткой, в которой находятся стержни ротора (38) , и пазы (39) разделяющие отдельные полюсы, они связаны с обеих сторон с боковыми кольцами (40) и (41), с обеих сторон головки ротора расположены крышки (42) и (43), они соединяются при помощи болтов (46) или шпильки, которые закручиваются в отверстия с резьбой (47) сделанные в боковых кольцах (40) и (41), в одном из вариантов боковые крышки (42) и лопасти охлаждения (44) являются одной деталью, в другом варианте это отдельные детали (43) и (45), при помощи подшипников качения (49) или подшипников скольжения (50) головка ротора может вращаться вокруг приводного вала (48), герметичность объема в головке ротора при использовании подшипников качения обеспечивается при помощи манжет (51), расположенных перед подшипниками, герметичность при использовании подшипников скольжения обеспечивается также при помощи манжет, расположенных перед подшипниками или после них (не показано), а также посредством гибких колец (52), расположенных в пазах, выполненных на приводном валу (48), на магнитопроводе под короткозамкнутой обмоткой могут быть участки, в которых он прерывается или только зауживается посредством прорезей, это происходит посредством чередования нескольких более мелких пазов (38) короткозамкнутой обмотки с одним более глубоким пазом (39), лучше всего, чтобы количество этих прорезей равнялось количеству магнитных полюсов электродвигателя, в одном из вариантов изобретения фрикционная поверхность головки ротора может находиться на самом магнитопроводе (37), в другом варианте фрикционный барабан может быть отдельной деталью, представляющей собой цилиндрическую втулку (53), согласно описанию изобретения, в центральное отверстие головки ротора вставляется описанная в претензии 2 дифференциальная муфта.

6. Устройство головки ротора (рис,4) для вентильно-реактивных электродвигателей, согласно претензии 2, характеризуется тем, что головка ротора выполнена из шихтованного или плотного магнитопровода (65) с обособленными явными полюсами (66), крепление обеих боковых крышек (67) и (68) осуществляется при помощи болтов (69) или шпильки, которые проходят через отверстия (70), сделанные в корпусе магнитопровода (65), в одном из вариантов боковые крышки (67) и лопасти охлаждения (72) являются одной деталью, в другом варианте они являются отдельными деталями (68) и (73), при помощи подшипников качения (75) или подшипников скольжения (76) головка ротора может вращаться вокруг приводного вала (74), герметичность объема в головке ротора при использовании подшипников качения обеспечивается при помощи манжет (77), расположенных перед подшипниками, герметичность при использовании подшипников скольжения обеспечивается также при помощи манжет, расположенных перед подшипниками или после них (не показано), а также посредством гибких колец (78), расположенных в пазах, выполненных на приводном валу (74), в одном из вариантов изобретения фрикционная поверхность головки ротора может находиться на самом магнитопроводе (65), в другом варианте фрикционный барабан может быть отдельной деталью, представляющей собой цилиндрическую втулка (79), согласно описанию изобретения, в центральное отверстие головки ротора вставляется описанная в претензии 2 дифференциальная муфта.

7. Устройство головки ротора (рис.5) для синхронных электродвигателей на постоянных магнитах, согласно претензии 2, характеризуется тем, что головка ротора включает в себя постоянные магниты (90), которые крепятся к телу цилиндрического барабана (91), крепление обеих боковых крышек (92) и (93) осуществляется при помощи болтов (94) или шпильки, которые проходят через отверстия (95) в фиксаторах (96), выполненных из немагнитного материала, они расположены между постоянными магнитами (90), в одном из вариантов боковые крышки (92) и лопасти охлаждения (96) являются одной деталью, в другом варианте они являются отдельными деталями (93) и (99), при помощи подшипников качения (101) или подшипников скольжения (102) головка ротора может вращаться вокруг приводного вала (100), герметичность объема в головке ротора при использовании подшипников качения обеспечивается при помощи манжет (103), расположенных перед подшипниками, герметичность при использовании подшипников скольжения обеспечивается также при помощи манжет, расположенных перед подшипниками или после них (не показано), а также посредством гибких колец (104), расположенных в пазах, выполненных на приводном валу (100), согласно описанию изобретения, в центральное отверстие головки ротора вставляется описанная в претензии 2 дифференциальная муфта.

Description:
Метод улучшения рабочей характеристики синхронных и асинхронных электродвигателей при помощи роторов, содержащих дифференциальную муфту, и устройства для реализации метода

Область техники

Инновация представляет собой метод, при помощи которого улучшается пусковая и рабочая характеристика синхронных и асинхронных электродвигателей. Она включает в себя также и устройство роторов, при помощи которых реализуется данный метод. Характерным для роторов является наличие в них дифференциальной муфты, которая позволяет ротору вращаться с различной скоростью по отношению к приводному валу, и это зависит от его нагрузки. Основная новизна изобретения состоит в том, что дифференциальная муфта расположена внутри в теле самого ротора. Ротор можно рассматривать как гибрид между ротором и дифференциальной муфтой. Конструкция дифференциальной муфты аналогична в различных видах роторов, поэтому инновация применима к различным электродвигателям, работающим на переменном или постоянном токе, в роторах которых нет электрического коллектора или контактных колец. Такие роторы имеются в асинхронных электромоторах, синхронных электродвигателях с постоянными магнитами и реактивных синхронных электродвигателях.

Роторы, содержащие дифференциальную муфту, являются подходящими для электродвигателей, используемых в машинах и сооружениях, в которых необходим высокий пусковой вращающий момент, которые работают в циклическом режиме и которые характеризуются большим моментом инерции. Это электродвигатели миксеров, бетономешалок, вентиляторов, центрифуг и др. Они также могут найти применение в электрических и гибридных транспортных средствах.

Предшествующий уровень техники

В большинстве случаев асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором приводятся в действие посредством прямого подключения к сети переменного тока - прямой пуск. В синхронно-реактивных электродвигателях малой и средней мощности для пуска чаще всего используется пусковая асинхронная короткозамкнутая обмотка. Таким образом, их асинхронный пуск аналогичен пуску асинхронного двигателя. Этот способ пуска отличается своей простотой, однако у него есть один существенный недостаток: в момент пуска двигателя в обмотке статора протекает большой ток. Этот ток пуска не зависит от нагрузки двигателя, а характеризуется определенной величиной, которая приводится в таблице с характеристиками двигателя как lstart/ln. Обычно это соотношение в трехфазных асинхронных электродвигателях составляет lstart/ln = 5 7. При низкой инерции исполнительного механизма скорость двигателя быстро увеличивается, а ток снижается до величины, соответствующей нагрузке, не вызывая перегрева обмоток. Современные мощные электрические двигатели с короткозамкнутым ротором, за малыми исключениями, приводятся в действие посредством прямого подключения к сети. Ввиду влияния нагрузки и большого момента инерции, пуск любого асинхронного двигателя может продолжаться довольно долгое время, и это может привести к перегреву и повреждению обмоток двигателя. Во время ускорения ротора отсутствует пропорциональность между вращающим моментом электродвигателя и током двигателя. В асинхронных электродвигателях наиболее высокий вращающий момент, который может быть достигнут, называется опрокидывающим моментом (Мв). Оптимальный рабочий момент, для которого он сконструирован, называется номинальным моментом Мп. Соотношение между опрокидывающим моментом Мв и номинальным моментом Мп определяет коэффициент перегрузки двигателя. Обычно этот коэффициент для асинхронных моторов составляет Мв/Мп = 1.6 2.0. Работа двигателя при величинах, близких к величине опрокидывающего вращающего момента очень опасна, так как скорость уменьшается, и обмотки двигателя начинают нагреваться очень быстро. Для решения этих и других проблем устанав ивается муфта между приводным двигателем и соответствующим механическим устройством. Известны комбинации электродвигателей с муфтами. Эти муфты могут быть фрикционными, вязкостными, центробежными, индукционными и др. Для них характерно то, что муфта является отдельным устройством, соединенным с валом электродвигателя. Муфта используется для облегчения пуска электродвигателя. Кроме того, это предохраняет двигатель и рабочую машину от перегрузки, поскольку максимальное значение вращающего момента ограничено. Существует также возможность гашения колебаний при ударных и знакопеременных нагрузках, в результате чего улучшаются динамические качества и увеличивается срок службы рабочих машин. В индукционных муфтах принцип действия основывается на взаимодействии магнитного поля, создаваемого индуктором, с магнитным полем вращающегося якоря. Индукционные муфты имеют ряд недостатков, например, большое значение соотношения между вращающим моментом и объемом муфты (соответственно, его массой) и повышенная инерционность. Недостатком индукционных муфт является также ухудшение экономических показателей, так как для них характерны потери на скольжение во время предыдущих режимов, а также во время работы муфты в номинальном режиме. Индукционные муфты используются в качестве пусковых муфт в случае длительного периода скольжения, а также в режиме частых пусков. Индукционные муфты не только облегчают пуск, но они выполняют предохранительную функцию, так как превышение момента, соответствующего определенной величине тока возбуждения, приводит к скольжению. В интервале от нуля до определенной величины момента асинхронно-синхронные индукционные муфты обладают свойствами эластичных муфт. Индукционные муфты используются для приведения в действие экскаваторов, кузнечно-прессовых машин, буровых машин и сооружений, конвейеров, гребных винтов и др. Другой вид муфт - это вязкостные дифференциальные муфты. Вязкостные муфты содержит два вала, один из них связан с валом двигателя, а другой - с определенным устройством. Муфта содержит большое количество дисков, расположенных близко друг к другу. Каждый из этих двух валов связан с половиной из дисков в чередующейся последовательности. Он заполнен высоковязкой жидкостью и капсулирован. В рабочем режиме высоковязкая жидкость увлекает за собой пластины (диски) благодаря своей большой вязкости. При скольжении теоретически возможна передача до 100% от вращения к оси. Для данного вида муфты необходима разница в скорости вращения для пуска в действие. Вал с таким приводом характеризуется замедленным вращением. Для преодоления этого ограничения разработаны вязкостные муфты с ограниченным скольжением. Эти муфты имеют порог скольжения, ниже которого оба вала вращаются с одинаковой скоростью. Скольжение возникает едва после того, как момент превысит этот порог. Именно такой является нижеописанная муфта. Она ближе всего к использованному в изобретении варианту и представляет собой вязкостную дифференциальную муфту с магнитореологическим переключателем. Ее принцип действия и конструкция описаны в журнале Journal of Vibration and Acoustics" (Mar 23, 2006), в статье„А Semi-Active, High-Torque, Magnetorheological Fluid Limited Slip Differential Clutch", авторы Barkan Kavlicoglu, Faramarz Gordaninejad, Cahit Evrensel, Alan Fuchs and George Korol. В этом случае вместо высоковязкой жидкости используется магнитореологическая жидкость, которая может изменять свое состояние от высоковязкого до твердого (называется также квазитвердым состоянием) под действием приложенного к ней магнитного поля. Таким образом, силу сцепления между обоими валами можно легко контролировать с помощью электромагнитной обмотки. Магнитореологические жидкости могут работать устойчиво в температурном диапазоне -40 до 150 °С. Магнитореологический эффект возникает в результате взаимодействия и агрегации частиц, подверженных действию магнитного поля. При выключении внешнего магнитного поля материал возвращается быстро (несколько ms.) в исходное вязкое жидкое состояние. В отсутствии магнитного поля частицы распределены случайным образом, и магнитореологическая жидкость обладает свойствами Ньютоновой (нормальной) жидкости. Под действием магнитного поля частицы упорядочиваются и образуют цепи, столбцы или более сложные структуры, ориентированные в направлении поля. Именно в этом причина того, что магнитореологическая жидкость под действием магнитного поля проявляет свойства твердого тела в направлении, поперечном к силовым линиям поля. Очевидно, структура магнитореологической жидкости, находящейся в магнитном поле, является анизотропной, и поэтому вязкость или поперечная сила увеличиваются только в одном направлении - перпендикулярно силовым линиям. Упорядочивание частиц происходит в результате минимизирования магнитостатической энергии и ведет к увеличению вязкости и устойчивости против сил, приложенных поперечно магнитному полю. При достижении критической поперечной силы Ту связи рвутся и твердотельные свойство пропадают. С увеличением магнитного поля увеличивается и критическая поперечная сила Ту. Эта сила увеличивается с увеличением магнитного поля до тех пор, пока не будет достигнуто насыщение намагниченности частиц. Магнитореологическая жидкость ведет себя как твердое тело до достижения критической поперечной силы Ту. В магнитном поле критическая сила Ту определяется уравнением (1):

Г у = μ 0 ΦΗ 2 ο (1)

В отличие от Ньютоновой жидкости, которая определяется вязкостью η, реологическая жидкость определяется двумя параметрами - критическая сила Ту и пластическая вязкость μ ρ . Магнитореологические жидкости, которые используются, достигают критических сил порядка 50-100кРа при наличии магнитного поля около 150- 250 KA/m (la/m=4n 10 "3 Ое). Время формирования одного столбца частиц может быть определено приблизительно уравнением (2):

t c - время формирования одного столбца частиц, μο - относительная магнитная проницаемость вакуума, i]f - вязкость жидкости, Ф - объемная концентрация частиц, β - относительная магнитная проницаемость частиц и жидкости, Н - напряженность поля. Когда напряженность поля Н увеличивается, время образования микроструктуры ^ уменьшается.

Описание приложенных рисунков

На рис. 1 представлена общая принципиальная схема дифференциальной муфты, которая устанавливается в роторах асинхронных и синхронных эл е ктр о д в и гател е й .

На рис. 2 представлена принципиальная схема, содержащая поперечный и продольный разрезы ротора асинхронного электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой, содержащего дифференциальную муфту.

На рис. 3 представлена принципиальная схема, содержащая поперечный и продольный разрезы ротора синхронного реактивного электродвигателя с пусковой короткозамкнутой обмоткой, комбинированного с дифференциальную муфту. На рис. 4 представлена принципиальная схема, содержащая поперечный и продольный разрезы ротора синхронного реактивного электродвигателя, содержащего дифференциальную муфту.

На рис. 5 представлена принципиальная схема, содержащая поперечный и продольный разрезы ротора синхронного электродвигателя с постоянными магнитами, содержащего дифференциальную муфту.

На рис. 6 представлен график рабочей характеристики обычного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой и асинхронного электродвигателя с ротором с короткозамкнутой обмоткой, содержащим дифференциальную муфту.

На рис. 7 представлен график рабочей характеристики синхронного реактивного электродвигателя с асинхронным пуском и с ротором, содержащим дифференциальную муфту.

На рис. 8 представлена графическая 3D модель ротора асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, содержащим дифференциальную муфту.

Техническая сущность

Основная цель изобретения - облегчить пуск электродвигателей посредством ограничения силы пускового тока во время переходных процессов. Защитить двигатель и связанную с ним рабочую машину от перегрузки посредством ограничения максимальной величины вращающего момента. Уменьшить вибрацию при ударных и знакопеременных нагрузках, в результате чего улучшаются динамические качества и увеличивается срок службы рабочих машин.

Эта цель достигается путем использования ротора, который может смещаться относительно вала, вместо неподвижного механического соединения ротора с валом. Изобретение представляет собой устройство, которое можно рассматривать как комбинация (или гибрид) между ротором электродвигателя и дифференциальной муфтой. В описании изобретения рассматривается принцип действия и примерные конструкции роторов, в которых используется данное изобретение. Инновация разработана в основном для асинхронных электродвигателей с ротором с короткозамкнутой обмоткой и для синхронных реактивных электродвигателей с асинхронным пуском, работающих на переменном токе. Однако данное изобретение можно применять и в отношении роторов синхронных реактивных электродвигателей и синхронных электродвигатели с постоянными магнитами, работающих на переменном или постоянном токе.

Одним из преимуществ изобретения является тот факт, что благодаря ему упрощается кинематическая схема устройств, которые приводятся в действие электромоторами с дифференциалом в роторе. Дифференциальная муфта выполняет также и предохраняющую функцию. В интервале от нуля до определенной величины момента муфта действует как эластичная муфта. Превышение момента приводит к скольжению. Муфта ротора обеспечивает плавное включение кинематической цепи. В процессе включения муфта буксует, а ускорение вала осуществляется плавно, без ударов. В случае ротора с дифференциальной муфтой снижается динамическая нагрузка и происходит демпферование колебаний вращающегося механизма. Наличие в роторе муфты, обладающей упругими свойствами, особо эффективно в реверсивных приводах с зазорами в кинематической цепи, создающими динамическую нагрузку. Изобретение особо эффективно также при пуске и остановке (увеличивается срок службы механизмов). Уменьшается возможность возникновения резонансных колебаний.

Другое преимущество изобретения - это его применение в роторах синхронных электродвигателей. В этом случае при помощи изобретения избегается выход ротора из синхронной скорости при перегрузке в результате скольжения и ограничение момента.

Другое преимущество изобретения - его применение в роторах асинхронных двигателей с короткозамкнутой обмоткой. Благодаря ему переходные электрические процессы не зависят от инерционного момента механизма, приводимого в действие двигателем. Переходный процесс может закончиться еще до того как приводной вал электродвигателя начнет вращаться.

Другое преимущество, которое реализуется благодаря изобретению, когда оно применяется в отношении роторов асинхронных двигателей с короткозамкнутой обмоткой, состоит в том, что с его помощью избегается понижение вращающего момента при низких скоростях вращения двигателя (нормальный двигатель работает с повышенным скольжением). 17 000005

Другое преимущество изобретения в случае его применения в роторах асинхронных двигателей с короткозамкнутой обмоткой состоит в том, что благодаря ему можно избежать электрическую перегрузку при потере оборотов, так как величина тока ограничена. Повреждение в результате перегрузки асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и дифференциальной муфтой сводится к термическому разрушению находящейся в роторе жидкости. Для устранения этого повреждения необходимо только заменить жидкость и герметизирующие элементы (манжеты или О-кольца). Для сравнения, при перегрузке асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором разрушается статорная обмотка, что является очень серьезным повреждением.

Дополнительным преимуществом является и то, что только заменой рабочей жидкости может меняться рабочая характеристика. Например, она может стать более мягкой или более твердой.

Примеры выполнения

Электродинамические процессы, вызывающие вращение роторов без дифференциала, аналогичны процессам в роторах с дифференциалом, являющихся предметом изобретения. Принцип действия описанной дифференциальной муфты в изобретении один и тот же во всех роторах, которые комбинируются с ней. Комбинирование ротора (не имеющего коллектора или контактных колец) с описанной в изобретении дифференциальною муфтой показано на рис.1 и осуществляется следующим образом: тело ротора разделяется на две основные детали, именуемые в описании изобретения головкой ротора (1) и сердечником ротора (2). В принципиальной схеме дифференциальной муфты на рис.1 под головкой ротора (1) подразумевается та наружная часть ротора, в которой расположены элементы, взаимодействующие с магнитным полем статора и создающие вращающий момент. Головка ротора (1) имеет форму кольца. Ее внутренняя цилиндрическая поверхность называется рабочей фрикционной поверхностью или фрикционным барабаном. Фрикционный барабан может быть отдельной деталью (3). Однако в качестве рабочей фрикционной поверхности может быть использован и сам материал головки ротора (например, шихтованный магнитопровод). Фрикционная поверхность головки ротора (1) может быть гладкой. Также на фрикционной поверхности (барабан) могут находиться один или более замкнутых радиальных пазов (не показаны) или расположенные по длине фрикционного барабана пазы (8), которые могут быть прямыми (параллельные центральной оси), шевронными (стреловидные), перекрещивающимися или диагональными (под углом к центральной оси) пазами. В другом варианте изобретения пазы (8) в головке ротора образуют винтовую линию. Винтовой канал показан на (рис. 8), он может быть только один или их может быть несколько. Фрикционная поверхность сердечникоэ ротора (2) также может быть гладкой или рельефной. На фрикционной поверхности могут находиться один или более замкнутых (кольцевые) радиальных пазов (не показаны) или расположенные по всей длине пазы (9), которые могут быть прямыми (параллельные центральной оси), шевронными (стреловидные), перекрещивающимися или диагональными (под углом к центральной оси) пазами. Во время работы электродвигателя головка ротора (1) взаимодействует с магнитным полем статора, начинает вращаться и создает вращающий момент. Этот вращающий момент передается сердечнику ротора (2), который имеет цилиндрическую форму и расположен концентрически (с общим центром) в свободном объеме головки ротора (1). Сердечник ротора (2) выполнен из шихтованных листов (пластины) а также он может иметь и плотную структуру. В обоих концах шихтованного пакета находятся упорные шайбы, которые обеспечивают стягивание пакета. Сердечник ротора (2) е соединен неподвижно с валом двигателя. Между обеими рабочими поверхностями головки ротора и сердечника ротора есть небольшой рабочий зазор. Головка ротора имеет с обеих сторон крышки (не показаны на рисунке) с подшипниками, и может вращаться свободно относительно приводного вала. В рабочем зазоре между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) может не быть ничего или он может быть заполнен рабочей жидкостью (4). Если муфта содержит рабочую жидкость (4), объем, в котором находится сердечник ротора (2), капсулирован для избежания утечки. Существует еще один вариант изобретения, в котором сердечник ротора (2) содержит две или более подвижные фрикционные щеки (5). Во время работы электродвигателя они, самостоятельно или вместе с рабочей жидкостью, могут скользить по фрикционной поверхности барабана дифференциальной муфты. Таким образом увеличивается сцепление между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2), и через дифференциал может передаваться более высокий вращающий момент. Подвижные фрикционные щеки (5) находятся в открытых пазах, расположенных на поверхности сердечника ротора (2). Лучше всего, чтобы количество подвижных щек (5) совпадало с количеством магнитных полюсов двигателя. Аксиальное движение щек (5) ограничивается обоими вышеуказанными шайбами, которые сжимают шихтованный пакет. Фрикционная поверхность щек (5) может составлять от 5 до 95% от цилиндрической поверхности сердечника ротора (2). Подвижные щеки (5) могут быть прямыми или расположенными по диагонали. При диагональном расположении подвижных щек (5) максимальный угол их наклона (определенный относительно расположения центральной оси) может составлять от 0 до 45 градов. Оптимальный угол наклона - от 8 до 15 градов, (диагонально расположенные щеки показаны в сердечнике ротора на рис. 8). В одном из вариантов под подвижными щеками (5) могут находиться прижимающие пружины (6), благодаря чему обеспечивается постоянный контакт между ними и фрикционной поверхностью головки ротора. Можно использовать цилиндрические пружины (6) или плоские пружины (не показаны). Давление подвижных щек (5) на фрикционную поверхность увеличивается с увеличением оборотов ротора в результате появления центробежных сил. По этой причине их масса оказывает влияние на рабочую характеристику дифференциальной муфты. Влияние на характеристику муфты оказывают также их магнитные свойства. Вышеописанные подвижные щеки (5) могут:

- не обладать никакими магнитными свойствами;

- обладать ферромагнитными (мягкие магнитные) свойствами. Эти щеки, под действием магнитного поля ротора, намагничиваются и прижимаются к фрикционной поверхности.

- обладать постоянными магнитными свойствами. Эти щеки прижаты к фрикционной поверхности под действием их собственного магнитного поля.

В другом варианте изобретения сердечник ротора (2) содержит свободно вращающиеся ролики (7). Их функция аналогична функции подвижных щек (5), но с ой разницей, что в режиме скольжения они выполняют также вращение около своей оси. В оптимальном случае количество роликов сопротивления (7) совпадает с количеством магнитных полюсов двигателя. Подвижные ролики (7) расположены в открытых пазах на поверхности сердечника ротора. Аксиальное движение роликов (7) ограничивается двумя шайбами, прижимающими шихтованный пакет. В основе используемой в изобретении рабочей жидкости (4) для дифференциальной муфты могут быть высоковязкие масла или вязкие, жидкие или пастообразные коллоиды с магнитореологическими свойствами. Кроме того, магнитореологический материал может иметь порошковую консистенцию. Далее в описании, для большей простоты, магнитореологическую жидкость, магнитореологическую пасту и магнитореологический порошок будем называть магниторелогическим материалом. Опытным путем установлено, что муфта в изобретении работает лучше всего с использованием магнитореологического материала, который имеет консистенцию полутвердой пасты. Согласно изобретению, передача приводного момента между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) может осуществляться следующим образом;

- в одном из вариантов изобретения для передачи вращающего момента между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) в качестве рабочей жидкости (4) используется высоковязкая жидкость. Во время работы электродвигателя головка ротора (1) и сердечник ротора (2) движутся с приблизительно одинаковой скоростью. Когда возникнет скольжение между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2), изменяется скорость одной из частей. Вязкая рабочая жидкость (4) пытается увлечь их, и этим противодействует разнице в скорости вращения. Таким образом, вращающий момент передается от быстровращающейся детали к более медленно вращающейся через рабочую высоковязкую жидкость (4). Чем больше разница в скорости, тем больший вращающий момент передается, в результате чего ограничивается скольжение.

- в другом варианте изобретения для передачи вращающего момента между головкой ротора (1) сердечником ротора (2) используется магнитореологический материал (4). При работе электродвигателя, под действием магнитного поля ротора, магнитореологический материал (4) намагничивается, повышает свою вязкость и переходит в квазитвердое состояние. Затвердевший (намагниченный) магнитореологический материал (4) обладает большей вязкостью также и по сравнению со своей нормальной (ненамагниченная) формой. По этой причине до определенного порогового момента он действует как клин между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2). Это создает начальный порог скольжения, и дифференциальная муфта работает как муфта с ограниченным скольжением. До достижения этого порога головка ротора (1) и сердечник ротора (2) вращаются как одна деталь. Важно отметить, что муфты роторов асинхронных двигателей, которые используют магнитореологический материал, характеризуются переменным порогом скольжения. Этот порог является функцией магнитного потока ротора и меняется при работе электродвигателя в зависимости от нагрузки. Когда магнитный поток в роторе увеличивается или уменьшается, пропорционально увеличивается или уменьшается величина порога скольжения, а, следовательно, и величина передаваемого вращающего момента. Это позволяет муфте работать эффективно в широком диапазоне (при различной частоте вращения).

- в другом варианте изобретения для передачи вращающего момента между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) используется комбинация высоковязкой жидкости (4) и подвижных щек (5).

- в другом варианте изобретения для передачи вращающего момента между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) используется комбинация магнитореологического материала (4) и подвижных щек (5).

- в другом варианте изобретения для передачи вращающего момента между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) используется комбинация магнитореологического материала (4) и свободно вращающихся роликов (7).

- в другом варианте изобретения для передачи вращающего момента между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) используется комбинация вязкой жидкости (4) и свободно вращающихся роликов (7).

- в другом варианте изобретения передача вращающего момента между головкой ротора (1) и сердечником ротора (2) осуществляется только посредством фрикционного захвата при сухом трении между подвижными щеками (5) и фрикционной поверхностью головки ротора (1).

Согласно рис. 2 и рис. 8, принципиальное устройство ротора асинхронного электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой, содержащего дифференциальную муфту, включает в себя головку ротора, состоящую из магнитопровода (10) из шихтованных пластин с литой обмоткой из алюминия, меди или медных сплавов. Расплавленный металл заполняет пазы ротора, в которых образуются стержни ротора (11) и (12). Одновременно со стержнями ротора отливаются также и оба боковых кольца (13) и (14). Таким образом получается короткозамкнутая обмотка ротора, в которой стержни (11) и (12) замкнуты коротко посредством колец (13) и (14). С обеих сторон головки ротора расположены крышки (15) и (16). В одном из вариантов боковые крышки (15) и лопасти охлаждения (17) ротора являются одной деталью. В другом варианте турбина охлаждения (18) - деталь, отдельная от крышки (16). Боковые крышки (15) и (16) и турбина охлаждения (18) соединены болтами (19) с боковыми кольцами (13) и (14) короткозамкнутой обмотки, в которых есть отверстия с резьбой (20). В боковых крышках (15) и (16) расположены подшипники, благодаря которым головка ротора вращается относительно приводного вала (21). Подшипники могут быть подшипниками качения (22) или подшипниками скольжения (23). Герметичность объема в головке ротора при использовании подшипников качения (22) обеспечивается при помощи манжет (24). Герметичность при использовании подшипников скольжения (23) может быть обеспечена при помощи манжет, расположенных перед подшипниками или после них (не показано), а также посредством колец (25) с круглым (О-кольца) или с прямоугольным сечением. Они устанав иваются в пазах приводного вала (21), находящихся под подшипниками скольжения (23). Для герметизации между головкой ротора и боковыми крышками можно использовать силиконовый герметик. Магнитопровод под короткозамкнутой обмоткой может быть полностью срезанным или зауженным посредством целостных или частичных прорезей, при этом в варианте на рис. 2 эти прорези получены посредством чередования нескольких более коротких пазов (11) с одним более глубоким пазом (12) короткозамкнутой обмотки. Лучше всего, чтобы количество этих желобков равнялось количеству магнитных полюсов электродвигателя. Фрикционная поверхность головки ротора может находиться на самом шихтованном магнитопроводе (10) или может содержать защитную фрикционную втулку (26), которую можно заменять после изнашивания. Толщина стенки втулки (26) может быть от 0.2 до 5 мм. Фрикционная поверхность головки ротора может быть гладкой, а также может иметь кольцевые радиальные пазы (27) или продольные пазы (28), которые могут быть прямыми (параллельные центральной оси), шевронными (стреловидные), перекрещивающимися или диагональными (под углом к центральной оси). Лучше всего, чтобы количество пазов (28) равнялось количеству магнитных полюсов двигателя. В другом варианте изобретения пазы (28) головки ротора образуют винтовую линию (28) - (рис. 8). Сердечник ротора выполнен из шихтованного магнитопровода (29), сжатого в обоих краях шайбами (30) и (31), и вместе с приводным валом (21) они расположены в центре головки ротора. В соответствии с вышеописанными вариантами сердечника ротора, он может включать в себя; подвижные щеки (32), пружины (33), цилиндрические ролики (34), пазы (35). Зазор между головкой ротора и сердечником ротора может быть свободным или содержать высоковязкий материал (36) или магнитореологический материал (36).

Согласно рис. 3, ротор синхронных реактивных электродвигателей с асинхронной пусковой короткозамкнутой обмоткой выполнен следующим образом; головка ротора состоит из магнитопровода (37) из шихтованных пластин с литой короткозамкнутой обмоткой из алюминия, меди или медных сплавов. Расплавленный металл заполняет пазы ротора, в которых образуются стержни ротора (38). Заполняются также и пазы (39), разделяющие отдельные полюсы. Одновременно со стержнями ротора отливаются также и оба боковых кольца (40) и (41). Таким образом получается короткозамкнутая обмотка ротора, в которой стержни (38) и (39) замкнуты коротко посредством колец (40) и (41). С обеих сторон головки ротора расположены крышки (42) и (43). В одном из вариантов боковые крышки (42) и лопасти охлаждения

(44) ротора являются одной деталью. В другом варианте турбина охлаждения (45) - деталь, отдельная от крышки (43). Боковые крышки (42) и (43) и турбина охлаждения

(45) соединены болтами (46) с боковыми кольцами (40) и (41) короткозамкнутой обмотки, в которых есть отверстия с резьбой (47). В боковых крышках (42) и (43) расположены подшипники, благодаря которым головка ротора вращается относительно вала (48). Подшипники могут быть подшипниками качения (49) или подшипниками скольжения (50). Герметичность объема в головке ротора при использовании подшипников качения (49) обеспечивается при помощи манжет (51). Герметичность при использовании подшипников скольжения (50) может быть обеспечена при помощи манжет, расположенных перед подшипниками или после них (не показано), а также посредством колец (52) с круглым (О-кольца) или прямоугольным сечением. Они устанавливаются в пазах приводного вала (48), находящихся под подшипниками скольжения (50). Для герметизации между головкой ротора и боковыми крышками можно использовать силиконовый герметик. Магнитопровод под короткозамкнутой обмоткой может быть полностью срезанным или зауженным посредством целостных или частичных прорезей, при этом в варианте на рис. 3 эти прорези получены посредством чередования нескольких более коротких пазов (38) с одним более глубоким пазом (39) короткозамкнутой обмотки. Лучше всего, чтобы количество этих прорезей равнялось количеству магнитных полюсов электродвигателя. Фрикционная поверхность головки ротора может находиться на самом шихтованном магнитопроводе (37) или может содержать защитную фрикционную втулку (53). Ее можно заменять после изнашивания. Толщина стенки втулки (53) может быть от 0.2 до 5 мм. Фрикционная поверхность головки ротора может быть гладкой, а также может иметь кольцевые радиальные пазы (54) или продольные пазы (55), которые могут быть прямыми (параллельные центральной оси), шевронными (стреловидные), перекрещивающимися или диагональными (под углом к центральной оси). Лучше всего, чтобы количество пазов (55) равнялось количеству магнитных полюсов двигателя. В другом варианте изобретения пазы (55) головки ротора образуют винтовую линию. Сердечник ротора выполнен из шихтованного магнитопровода (56), сжатого в обоих краях шайбами (57) и (58), и вместе с приводным валом (48) они расположены в центре головки ротора. В соответствии с вышеописанными вариантами сердечка ротора, оно может включать в себя; подвижные щеки (59), пружины (60), цилиндрические ролики (62), пазы (63). Зазор между головкой ротора и сердечником ротора может быть свободным или содержать высоковязкий материал (64) или магнитореологический материал (64).

Согласно рис. 4 ротор вентильно-реактивного электродвигателя выполняется следующим образом. Магнитопровод головки ротора выполнен как массивная часьт или из шихтованный магнитопровод (65), в котором обособлены четкие полюсы (66), необходимые для создания захватывающего магнитно-реактивный момент. Крепление обоих боковых крышек (67) и (68) осуществляется при помощи длинных болтов (69) или шпильки, которые проходят через отверстия (70), сделанные в корпусе шихтованного магнитопровода (65). На каждую шпилька или болт накручена гайка (71). В одном из вариантов боковая крышка (67) и лопасти охлаждения (72) ротора являются одной деталью. В другом варианте турбина охлаждения (73) является отдельной от боковой крышки деталью (68). В боковых крышках (67) и (68) установлены подшипники, при помощи которых головка ротора вращается относительно приводного вала (74). Подшипники могут быть подшипниками качения (75) или подшипниками скольжения (76). Герметичность объема в головке ротора при использовании подшипников качения (75) обеспечивается при помощи манжет (77). Герметичность при использовании подшипников скольжения (76) может быть обеспечена при помощи манжет, расположенных перед подшипниками или после них (не показано), а также посредством колец (78) с круглым сечением (О-кольца). Они устанав иваются в пазах приводного вала (74), находящихся под подшипниками скольжения (76). Для герметизации между головкой ротора и боковыми крышками можно использовать силиконовый герметик. Фрикционная поверхность головки ротора может находиться на самом шихтованном магнитопроводе (65) или может содержать фрикционную втулку (79), Ее можно заменять после изнашивания. Толщина стенки втулки (79) может быть от 0.2 до 5 мм. Фрикционная поверхность головки ротора может быть гладкой, а также может иметь кольцевые радиальные пазы (80) или продольные пазы (81), которые могут быть прямыми (параллельные центральной оси), шевронными (стреловидные), перекрещивающимися или диагональными (под углом к центральной оси). Лучше всего, чтобы количество пазов (81) равнялось количеству магнитных полюсов двигателя. В другом варианте изобретения пазы (81) головки ротора образуют винтовую линию. Сердечник ротора выполнен из шихтованного магнитопровода (82), сжатого в обоих краях шайбами (83) и (84), и вместе с приводным валом (74) они расположены в центре головки ротора. В соответствии с вышеописанными вариантами сердечника ротора, он может включать в себя; подвижные щеки (85), пружины (86), цилиндрические ролики (87), пазы (88). Зазор между головкой ротора и сердечником ротора может быть свободным или содержать высоковязкий материал (89) или магнитореологический материал (89).

Обычно в вентильно-реактивных электродвигателях используется постоянное напряжение, которое посредством полупроводниковых переключателей обеспечивает питание так называемых фазных обмоток двигателя. Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами обычно работают на переменном напряжении. Но в отношении конструкции их роторов не наблюдается существенных различий, и поэтому рассматриваем их вместе. Различия существуют в их статорах, которые не являются предметом изобретения. Согласно рис. 5, роторы синхронных электродвигателей с постоянными магнитами и роторы вентильно-реактивных электродвигателей выполнены следующим образом; головка ротора содержит постоянные магниты (90), которые упорядочены с чередованием магнитных полюсов. Постоянные магниты (90) крепятся к корпусу цилиндрического фрикционного барабана (91) с помощью клея. Фрикционный барабан (91) может быть выполнен из стали, бронзы или из композитных материалам. С обеих сторон головки ротора находятся крышки (92) и (93). Крепление обеих боковых крышек (92) и (93) к головке ротора осуществляется при помощи длинных болтов (94) или шпильки. Они проходят через отверстия (95) в фиксирующих элементах (96), расположенных между отдельными постоянными магнитами (90). На каждую шпилька или болт накручена гайка (97). В одном из вариантов боковая крышка (92) и лопасти охлаждения (98) ротора являются одной деталью. В другом варианте турбина охлаждения (99) является отдельной от крышки деталью (93). В боковых крышках (92) и (93) установлены подшипники, при помощи которых головка ротора вращается относительно приводного вала (100). Подшипники могут быть подшипниками качения (101) или подшипниками скольжения (102). Герметичность объема в головке ротора при использовании подшипников качения (101) обеспечивается при помощи манжет (103). Герметичность при использовании подшипников скольжения (102) может быть обеспечена при помощи манжет, расположенных перед подшипниками или после них (не показано), а также посредством колец (104) с круглым сечением (О-кольца). Они устанавливаются в пазах приводного вала (100), находящихся под подшипниками скольжения (102). Для герметизации между головкой ротора и боковыми крышками можно использовать силиконовый герметик. Фрикционная поверхность головки ротора может быть гладкой, а также может иметь кольцевые радиальные пазы (105) или продольные пазы (106), которые могут быть прямыми (параллельные центральной оси), шевронными (стреловидные), перекрещивающимися или диагональными (под углом к центральной оси). Лучше всего, чтобы количество пазов (106) равнялось количеству магнитных полюсов двигателя. В другом варианте изобретения пазы (106) головки ротора образуют винтовую линию. Сердечник ротора выполнен из шихтованного магнитопровода (107), сжатого в обоих краях шайбами (108) и (109), (он также может иметь и плотную структуру) и вместе с приводным валом (100) они расположены в центре головки ротора. В соответствии с вышеописанными вариантами сердечника ротора, он может включать в себя; подвижные щеки (110), пружины (111), цилиндрические ролики (112), пазы (113). Зазор между головкой ротора и сердечником ротора может быть свободным или содержать высоковязкий материал (114) или магнитореологический материал (114). Описание некоторых материалов, использованных в изобретении:

- в одном варианте изобретения подвижные щеки (5) и ролики (7) не обладают магнитными свойствами. Эти щеки могут быть выполнены из графита или тефлон (PTFE) с наполнителем из бронзового порошка, который содержит PTFE от 60 весовых % до 30 весовых % и бронзовый порошок от 40 весовых % до 70 весовых %. Эти материалы известны в практике и не рассматриваются в изобретении.

- в другом варианте изобретения подвижные щеки (5) и ролики (7) обладают ферромагнитными свойствами. Они могут быть выполнены из мягкого железа или из композита, содержащего PTFE, с наполнителем из порошкового α-железа. В состав композита входит 30 весовых % до 70 весовых % PTFE и от 10 весовых % до 70 весовых % - порошкового α-железа. Эти материалы известны в практике и не рассматриваются в изобретении. Ролики (7) могут быть выполнены и из стали.

- в другом варианте изобретения подвижные щеки (5) обладают постоянными магнитными свойствами. Они являются подходящими для роторов малого диаметра. В предмете изобретения использованы гибкие композитные материалы, содержащие связывающее полимерное вещество-PTFE, силикон и др. и порошковый магнитотвердыи материал. Состав этих материалов также известен в практике, и он не рассматривается в изобретении. Для целей изобретения необходимо, чтобы сила F сцепления с фрикционной поверхностью была не менее F> 20 [g/cm 2 ].

В качестве высоковязкой жидкости можно использовать силиконовое или синтетическое масло с вязкостью от 1000 до 10 000 cSt. В описанной инновации в качестве рабочих жидкостей (4) можно использовать также и магнитореологические материалы, которые имеют жидкую, вязкую, пастообразную или порошковую консистенцию. Известно большое количество магнитореологических материалов с различной консистенцией - от порошковой, жидкой, вязкой до твердой. На основе проведенных экспериментов установлено, что лучше всего использовать магнитореологический материал, который имеет пастообразную консистенцию. Для целей изобретения разработан специальный материал, который представляет собой полутвердую пасту со следующим составом; смазывающие вещества - консистентные смазки или синтетическое масло (например, силиконовое масло с вязкостью от 1000 до lOOOOcSt), магнитная составляющая, представляющая собой порошковое намагничивающееся вещество, например железо (лучше всего α-железо) в форме пудры с размерами частиц от 1 до 60 μιη. В качестве магнитной составляющей можно использовать также пудру из ферритов кобальта, никель-цинковых ферритов, марганец-цинковых ферритов и других намагничивающихся ферритов с размерами частиц от 1 до 1000 nm., а также сгуститель (тефлон PTFE и/, графит, медный порошок) с размером частиц от 1 до 10 μΜ. Тефлон и графит служат также и твердыми антифрикционными добавками. Когда описанная рабочая смесь содержит 0 весовых % железной пудры, она не обладает магнитореологическими свойствами и представляет собой полутвердый высоковязкий материал. Масса консистентные смазки или синтетического масло относительно других компонентов может варьироваться от 10 до 80 весовых %, масса магнитного компонента относительно других компонентов может варьироваться от 0 до 95 весовых %, масса загустителя (тефлон - PTFE и/или графит) относительно других компонентов может варьироваться от 5 до 50 весовых %.

Рабочая характеристика синхронных и асинхронных электродвигателей, содержащих описанную в изобретении дифференциальную муфту, зависит не только от их конструкции, но также и от использованного рабочего материала, находящегося в зазоре между головкой ротора и сердечником ротора. Посредством использования рабочих материалов (твердые, полутвердые пасты или жидкости), содержащие в себе различное количество магнитного компонента, можно изменять в широких границах рабочую характеристику. Это можно увидеть на рис. 6 и рис. 7. На рис. 6 показаны характеристики асинхронного двигателя. На рис. 7 показаны характеристики синхронно-реактивного двигателя с пусковой асинхронной обмоткой, который обладает такой же мощностью. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой, используемый для испытаний, имеет мощность 370 W (0.5 HP), Un=400V, n = 1380 rev/min (50 Hz), ln=1.0 A, cos0=O.65. В качестве рабочего материала для ротора с дифференциальной муфтой при отдельных замерах использован вышеописанный специально разработанный вязкий материал в форме пасты, в котором использовано различное количество порошкового магнитного компонента (который представляет собой пудру из «30 т α-железа) по отношению к остальным компонентам (силиконовое масло с вязкостью 1000 cSt и тефлоновая пудра в соотношении » 1:1). Количество магнитного компонента, использованное при различных замерах, составляет 0 весовых %, « 20 весовых % и « 50 весовых % α-железа. При 0 весовых % α-железа высоковязкая рабочая жидкость не обладает магнитореологическими свойствами, и она работает как вязкостная дифференциальная муфта без минимального начального порога задержки скольжения. В двух остальных случаях происходит увеличение вязкости рабочего материала под действием магнитного поля и возникает пороговый момент, под которым не наблюдается скольжения. В этих случаях наблюдается полутвердая и твердая характеристика. На рис. 6 кривая А показывает рабочую характеристику вышеуказанного серийного асинхронного двигателя. Характеристики такого же двигателя, но с ротором, содержащим дифференциальную муфту, показаны кривыми В, С, D. Все три кривые получены при различном количестве магнитного компонента. На кривой В показана рабочая характеристика при использовании материала, содержащего ~ 50 весовых % - железа. На кривой С показана рабочая характеристика при использовании материала, содержащего = 20 весовых % α-железа. На кривой D показана рабочая характеристика при использовании материала, содержащего = 0 весовых % α-железа (высоковязкая жидкость без магнитореологических свойств). Если сравним кривые [А) и (В), увидим, что ротор, содержащий дифференциальную муфту, имеет пусковой вращающий момент « 1.8 раз более высокий по сравнению с номинальным (Mn«2.6 Nm), а соотношение между номинальным и пусковым током составляет In/lst ~ 2. На рис. 7. показаны три примерные рабочие характеристики электродвигателя с ротором синхронного реактивного двигателя с приводной асинхронной короткозамкнутой обмоткой и дифференциальной муфтой. Для сравнения приводится также и характеристика ротора без дифференциальной муфты - линия Е. На ней видна характерная для всех синхронных двигателей абсолютно твердая рабочая характеристика. Кривая F показывает рабочую характеристику при использовании материала, содержащего = 50 весовых процентов α-железа. Кривая G показывает рабочую характеристику при использовании материала, содержащего * 20 весовых процентов α-железа. Кривая Н показывает рабочую характеристику при использовании материала, содержащего ~ 0 весовых процента α-железа (высоковязкая жидкость без магнитореологических свойств).