RU2380733C1

RU2380733C1 - Speed control

Info

Publication number: RU2380733C1
Application number: RU2008142594/28A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Леонидович Багич (RU); Геннадий Леонидович Багич
Original assignee: Геннадий Леонидович Багич
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-01-27

Abstract

FIELD: engineering industry.

SUBSTANCE: speed control includes planetary reduction gear and two electric motors, one of which is mechanically connected to outer wheel, and the other one - to reduction gear wheel. Between wheel and gear wheel there are planetary gears the shafts of which are connected to output shaft of the device.

EFFECT: increasing speed range of control and operational life.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к механическим устройствам, где необходимо регулировать частоту вращения в широких пределах, в частности оно может быть использовано в запорной арматуре для управления запорными органами или, например, для регулирования частоты вращения электронасосных агрегатов на основе объемных насосов в момент пуска объемных насосов на заполненный напорный трубопровод, где необходим плавный переход от минимально допустимой частоты вращения до номинальной, что позволяет устранять гидравлические удары, ковитационные явления, которые приводят к выходу из строя подвижных рабочих органов насоса, сокращению его ресурса работы.The invention relates to mechanical devices where it is necessary to control the rotation frequency over a wide range, in particular, it can be used in shutoff valves to control shut-off bodies or, for example, to control the speed of electric pump units based on volumetric pumps at the time of starting volumetric pumps on a filled pressure head pipeline, where a smooth transition from the minimum permissible speed to the nominal one is required, which eliminates hydraulic shocks, covitational phenomena Which lead to failure of the mobile working pump organ, reducing its operating life.

Известен регулятор скорости объекта (см. патент РФ №2106681, кл. G05D 13/08), который обладает низким КПД и небольшой передаваемой мощностью, т.к. имеет направляющую, представляющую консольную балку, которая является силовым звеном.Known object speed controller (see RF patent No. 2106681, class G05D 13/08), which has low efficiency and low transmitted power, because has a guide representing the cantilever beam, which is the power link.

Известен также электропривод запорного устройства (см. патент РФ №2219410 класса F16K 31/02), содержащий передаточный механизм и блок электродвигателя. Основной недостаток изобретения заключается в том, что при работе устройства на открытие запорного органа трубопровода большого диаметра возникают значительные переменные моментные нагрузки, например момент трогания может составлять 3-10⁶ Нм, что приводит к значительным массогабаритным характеристикам указанного изобретения. Пусковые токи могут также иметь значительные значения, что отрицательно сказывается как на приводной двигатель, так и на систему электроснабжения в целом. Все это не позволяет практически использовать указанное техническое решение.Also known is an electric locking device (see RF patent No. 2219410 class F16K 31/02), containing a transmission mechanism and an electric motor block. The main disadvantage of the invention is that when the device is used to open the shut-off element of a large-diameter pipeline, significant variable moment loads arise, for example, the starting moment can be 3-10 ⁶ Nm, which leads to significant weight and size characteristics of the invention. Starting currents can also have significant values, which negatively affects both the drive motor and the power supply system as a whole. All this does not allow to practically use the specified technical solution.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение скоростного диапазона регулирования от 0 до скорости вращения исполнительных механизмов, увеличение ресурса работы и уменьшение массогабаритных характеристик на единицу передаваемой мощности. Указанные цели достигаются тем, что устройство содержит два электродвигателя (синхронных, асинхронных, постоянного тока или их комбинации), один из которых механически связан с колесом с внутренним зубчатым колесом, а другой - с шестерней. Между колесом и шестерней расположены сателлиты, причем выходной вал связан с волами вращения сателлитов. Таким образом, при вращении колеса и шестерни в разные стороны при подборе скоростей вращения двигателей таким образом, чтобы обеспечить равенство линейных скоростей в точках сопряжения колеса и шестерни с сателлитами, получаем нулевую скорость на выходном валу, связанном с валами сателлитов. При вращении колеса и шестерни в одну сторону, например по часовой стрелке, получаем максимальную скорость на выходном валу, равную скорости вращения двигателей. Для реверса достаточно реверсировать одновременно два двигателя. Промежуточные скорости получаем при условии вращения сателлитов вокруг шестерни, т.е. при нарушении условия равенства линейных скоростей в точках сопряжения колеса и шестерни с сателлитами.The aim of the invention is to increase the speed range of regulation from 0 to the speed of rotation of the actuators, increase the service life and reduce the overall dimensions per unit of transmitted power. These goals are achieved by the fact that the device contains two electric motors (synchronous, asynchronous, direct current or a combination thereof), one of which is mechanically connected to a wheel with an internal gear wheel, and the other to a gear. Satellites are located between the wheel and gear, and the output shaft is connected to the oxen of rotation of the satellites. Thus, when the wheels and gears rotate in different directions when selecting the engine rotation speeds in such a way as to ensure equality of linear speeds at the points of contact of the wheel and gear with the satellites, we obtain zero speed on the output shaft associated with the satellites shafts. When the wheel and gear rotate in one direction, for example, clockwise, we get the maximum speed on the output shaft equal to the speed of rotation of the engines. To reverse, it is sufficient to reverse two engines simultaneously. We obtain intermediate speeds provided that the satellites rotate around the gear, i.e. in case of violation of the condition of equality of linear speeds at the interface points of the wheel and gear with the satellites.

Сопоставительный анализ с известными решениями показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых комбинаций механических элементов, что соответствует критерию изобретения «новизна».A comparative analysis with known solutions shows that the inventive device is characterized by the presence of new combinations of mechanical elements, which meets the criteria of the invention of "novelty."

При проведении патентных исследований обнаружено измерительное устройство (см. а.с. №1651076, G01B 3/18, 7/06), в котором применен платенарный редуктор, аналогичный заявляемому. Однако применение этого устройства в обнаруженном изобретении преследует другую цель, а именно повышение точности измерения.When conducting patent research, a measuring device was found (see AS No. 1651076, G01B 3/18, 7/06), in which a platenary reducer similar to the claimed one was used. However, the use of this device in the invented invention pursues another goal, namely improving the accuracy of the measurement.

Все перечисленные элементы в заявляемом устройстве проявляют новые свойства, которые расширяют диапазон регулирования скорости, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенное отличие».All of these elements in the inventive device exhibit new properties that expand the range of speed regulation, which allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant difference".

На чертеже показана кинематическая схема устройства. Регулятор скорости содержит электродвигатель 1 с полым валом, связанным с колесом 2 с внутренним зубчатым венцом, электродвигатель 3, вал которого проходит через полый вал двигателя 1 и связан с шестерней 4. Между колесом 2 и шестерней 4 расположены сателлиты 5, валы вращения которых жестко связаны с выходным валом 6 устройства.The drawing shows a kinematic diagram of the device. The speed controller comprises an electric motor 1 with a hollow shaft connected to the wheel 2 with an internal gear rim, an electric motor 3, the shaft of which passes through the hollow shaft of the engine 1 and is connected to gear 4. Between the wheel 2 and gear 4 there are satellites 5, the rotation shafts of which are rigidly connected with the output shaft 6 of the device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При включении двигателя 1 и 3 от общего коммутирующего устройства они одновременно начинают вращаться с наперед заданными технологией требуемыми скоростями. Их вращение через колесо 2 и шестерню 4 передается сателлитам 5, которые в результате сложения линейных скоростей колеса 2 и шестерни 4 приходят во вращательное движение как относительно своих осей, так и по окружности перемещения их валов, которые через жесткие связи передают вращение выходному валу 6 устройства. При работе устройства в однодвигательном режиме шестерня или колесо, несвязанное с этим двигателем, должно быть заторможено. С целью уменьшения веса на единицу передаваемой мощности компановка устройства может иметь следующую конструкцию. Колесо 2 одновременно является ротором двигателя 1, статор которого является и статором двигателя 3, а ротор двигателя 3 жестко связан с шестерней 4. Эта конструкция приводит к значительному уменьшению габаритов.When you turn on the engine 1 and 3 from a common switching device, they simultaneously begin to rotate with the required speeds specified by the technology. Their rotation through the wheel 2 and gear 4 is transmitted to the satellites 5, which, as a result of the addition of the linear speeds of the wheels 2 and gears 4, come into rotational motion both relative to their axes and around the circumference of the movement of their shafts, which transmit the rotation to the output shaft 6 of the device through hard couplings . When the device operates in single-engine mode, the gear or wheel unrelated to this engine must be braked. In order to reduce weight per unit of transmitted power, the arrangement of the device may have the following design. Wheel 2 is simultaneously the rotor of engine 1, the stator of which is also the stator of engine 3, and the rotor of engine 3 is rigidly connected to gear 4. This design leads to a significant reduction in size.

Предлагаемое устройство просто в изготовлении, позволяет плавно регулировать скорость рабочего механизма от 0 до скорости вращения двигателей. Надо отметить, что минимальная скорость вращения выходного вала не связана с потерей мощности приводных двигателей (т.е. регулирование скорости не осуществляется с изменением сопротивления или напряжения в главной цепи). Изменение скорости двигателей, выше номинальной, осуществляется за счет изменения магнитного потока, уменьшение момента компенсируется редуктором, который увеличивает момент пропорционально отношению входной скорости к выходной.The proposed device is simple to manufacture, allows you to smoothly adjust the speed of the working mechanism from 0 to the speed of rotation of the engines. It should be noted that the minimum rotation speed of the output shaft is not related to the loss of power of the drive motors (i.e., speed control is not carried out with a change in resistance or voltage in the main circuit). A change in the speed of the motors, above the nominal one, is carried out due to a change in the magnetic flux, the reduction of the moment is compensated by the gearbox, which increases the moment in proportion to the ratio of the input speed to the output speed.

В результате сказанного устройство позволяет осуществлять пуск и торможение со сколь удобно малой плавности разгона или торможения. При работе устройства как в динамических, так и статических режимах на сателлиты действует пара сил, которые уравновешиваются вращением сателлитов вокруг своих осей. Автоматическое уравновешивание этих сил означает то, что нагрузка между двигателями распределяется поровну. Повышение жесткости механической характеристики устройства

может быть обеспечена при условии, если двигатель колеса 2 имеет более жесткую характеристику, чем двигатель шестерни. Тогда при изменении нагрузки скорость двигателя колеса изменяется меньше, чем двигатели шестерни, в результате чего разность линейных скоростей при вращении двигателей в разные стороны возрастает. Значит, при увеличении нагрузки устройства его скорость может увеличится.As a result of the aforesaid, the device allows starting and braking with a conveniently small smoothness of acceleration or braking. When the device operates in both dynamic and static modes, a couple of forces act on the satellites, which are balanced by the rotation of the satellites around their axes. Automatic balancing of these forces means that the load between the engines is distributed equally. Increasing the rigidity of the mechanical characteristics of the device

can be provided provided that the engine of the wheel 2 has a more rigid characteristic than the gear motor. Then, when the load changes, the speed of the wheel engine changes less than the gear motors, as a result of which the difference in linear speeds increases when the engines rotate in different directions. So, with an increase in the load of the device, its speed may increase.

Данное устройство может найти применение в различных областях техники, например в автотранспорте, что позволит обойтись без таких трудоемких и дорогих узлов, как сцепление, тормозное устройство, коробка скоростей, кардан при одновременном увеличении управляемости и маневренности. Благодаря небольшой скорости и значительному вращающему моменту транспортное средство может иметь проходимость, в разы превосходящую проходимость существующих машин. Быстрота изменения скорости как положительной, так и отрицательной приводит к сокращению разгонного и тормозного пути и легко достигает значений согласно медицинских норм, так при использовании устройство в качестве приводов шасси самолетов значительно сократит полосу разбега и торможения при взлете и приземлении, что исключает применение парашютного торможения. Может дать значительный экономический и технический эффекты при применении предлагаемого устройства в станкостроении, в качестве привода двигателей надводного и подводного транспорта. Ввиду незначительных массогабаритных характеристик может использоваться в космической отрасли как в качестве силового элемента, так и в качестве передающего звена в системах автоматического регулирования.This device can find application in various fields of technology, for example, in motor vehicles, which will make it possible to do without such labor-consuming and expensive components such as clutch, brake device, gearbox, cardan while increasing controllability and maneuverability. Due to the low speed and significant torque, the vehicle can have a passability that is many times greater than the passability of existing cars. The speed of speed changes, both positive and negative, leads to a reduction in the acceleration and braking distances and easily reaches values according to medical standards, so when using the device as aircraft landing gears, the run-up and braking distances will significantly decrease during take-off and landing, which eliminates the use of parachute braking. It can give significant economic and technical effects when using the proposed device in machine tools, as a drive for surface and underwater vehicles. Due to its insignificant weight and size characteristics, it can be used in the space industry both as a power element and as a transmission link in automatic control systems.

Claims

1. A speed controller comprising a planetary gearbox and two drive motors, characterized in that one of the motors is mechanically connected to the outer gear wheel and the other to the gear, between which there are satellites having two degrees of freedom, whose shafts are connected to the output shaft of the controller.

2. The device according to claim 1, characterized in that to increase the transmitted moment, the device contains torque disks connecting the shafts of the satellites with the output shaft of the device.

3. The device according to claim 1, characterized in that the wheel with the internal gear rim is simultaneously the rotor of the engine with a hollow shaft, the stator of which is the stator and another engine, the rotor of which is rigidly connected to the gear.