Разностный редуктор (дифференциал наоборот).

[daem0n]

Пришла в голову, и никуда оттуда не уходит дурацкая идея, с которой хочу поделиться.

Основная суть идеи в том, что по моему мнению она решает одну из основных проблем электротранспорта - обеспечивает максимально возможный кпд двигателя на всем диапазоне требуемых частот вращения, и мощностей на выходном валу.

Возьмем классический дифференциал.

1 - полуоси; 2 - ведомая шестерня; 3 - ведущая шестерня; 4 - шестерни полуосей; 5 - шестерни-сателлиты.

Предлагаю рассмотреть вариант использования дифференциала наоборот.

К каждой полуоси (1) подключаем по двигателю.
С "ведущей шестерни" (3) снимаем крутящий момент.

В результате на "ведущей шестерне" (3) мы получим разницу частот вращения полуосей (разницу помноженную на коэффициент редукции, но он может быть условно любой, 1 в том числе).
При этом подводимая к полуосям(1) мощность суммируется, а скорость "ведущей шестерни" (3) зависит только от разности скоростей вращения полуосей (1).

Не важно, подадим мы на полуоси 20RPM или 20000RPM. Для того, чтобы на выходе получить нужную нам частоту вращения, достаточно на входе обеспечить необходимую разницу скоростей вращения полуосей (1).

Чтобы упростить понимание предлагаю мысленно вставить редуктор что на картинке выше в ось колеса.
В этом случае деталь 3 выбрасываем.
Деталь 2 будет корпусом втулки колеса.
К деталям 1 с каждой стороны подводим крутящий момент от "плоских двигателей" (вроде тех, что в редукторниках).

Я понимаю что техническая реализация может быть достаточно сложна. Возможно не оправдано сложна в данном применении.
Тем не менее хотелось бы понять работоспособна ли моя идея в принципе, или в каком то месте я заблуждаюсь?

[mr.Dream]

[user]daem0n[/user], было уже такое на этом форуме.
Допустим, один двигатель мы крутим через контроллер, вторым "тормозим" закоротив обмотки. Скорость на "ведущей" щестерни условно 0,5. Но греться обмотки обоих двигателей будут одинаково, одна - от создания момента, вторая - от торможения. В итоге, ели у нас допустим киловаттные двигатели, и при 1000Вт подаваемой, 150вт уйдет в нагрев меди, то столько же уйдет в нагрев "тормозящего". В итоге, КПД вместо 85% будет 60%. А если второй двиг будет крутится в обратную сторону, КПД будет еще меньше. Может дойти до того, что всю энергию, которую производит один двигатель, потребляет второй - 0%. Это физика, от нее никуда...
Добавлено 03 Июнь 2016 в 05:17

Для того, чтобы получить нужный нам коэффициент редукции, достаточно обеспечить необходимую разницу скоростей вращения полуосей (1).[/b]

дифференциал суммирует в обратном "включении"

[daem0n]

Допустим, один двигатель мы крутим через контроллер, вторым "тормозим" закоротив обмотки.

Не понимаю зачем тормозить вторым двигателем?
Если оба двигателя будут крутиться с одной скоростью (в разных направлениях), то выходной (в классической схеме входной) вал будет стоять.
Нагрузка будет равна нагрузке двух двигателей на холостом ходу + нагрев редуктора(поправка на КПД).

Если один из двигателей начать крутить слегка медленнее(никакого торможения, просто меньше скорость), то на выходном валу и получим этот слегка.
При этом затраченная мощность по идее должна отличаться от первого случая ровно на это самое "слегка".

А если второй двиг будет крутится в обратную сторону, КПД будет еще меньше

Это почему же?
Если зафиксировать выходной вал, и крутить одну из осей, то вторая будет крутиться сама с той же частотой, которую мы прикладываем к первой, только в обратную сторону.
Что изменится если мы поможем ей крутиться вторым двигателем?

т.е. вместо

В итоге, ели у нас допустим киловаттные двигатели, и при 1000Вт подаваемой, 150вт уйдет в нагрев меди, то столько же уйдет в нагрев "тормозящего".

в нашем случае 75вт уйдет на нагрев меди первого двигателя, и 75вт на нагрев меди второго двигателя + поправка на КПД редуктора.

Может дойти до того, что всю энергию, которую производит один двигатель, потребляет второй - 0%. Это физика, от нее никуда...

Как раз физика дифференциального привода ни при каких обстоятельствах не позволит вам это сделать даже при всем желании и упорстве (Кроме случая с полностью заблокированным выходным валом).

Представьте что вы подняли перед вашей машины, поставили двигатель в режим парковки.
Вы крутите левое колесо. Ваш товарищ правое в противоположную сторону с той же скоростью что и вы.
Что вы там греете в этом случае?
А если снять с парковки, и крутить с немного разными скоростями что произойдет?

[RommT]

В электромобильной ветке такое обсуждали, подробностей не помню, но вроде были упоминания об успешной реализации.

[Babylon4]

Пришла в голову, и никуда оттуда не уходит дурацкая идея, с которой хочу поделиться.
Тем не менее хотелось бы понять работоспособна ли моя идея в принципе, или в каком то месте я заблуждаюсь?

  Я автор темы предлагавший использовать дифференциальный механизм, вот ссылкаhttps://electrotransport.ru/index.php?topic=3262.0

Использование деталей стандартной планетарки очень сильно сужает возможности такой конструкции(об этом есть упоминание в той теме).

  Да и что бы разговор не ушел в сторону! тормозить не обязательно.

[daem0n]

  Я автор темы предлагавший использовать дифференциальный механизм, вот ссылкаhttps://electrotransport.ru/index.php?topic=3262.0

Использование деталей стандартной планетарки очень сильно сужает возможности такой конструкции(об этом есть упоминание в той теме).

  Да и что бы разговор не ушел в сторону! тормозить не обязательно.

Только начал читать вашу тему, но уже понятно что речь немного не о том.
Если точнее, то механизм один. Подход изначально разный.
Планетарка по сути тот же дифференциал, но в данном случае я чтобы не путать людей не стал приводить ее в качестве примера.
У классического дифференциала изначальная задача равномерно распределить мощность по осям. Именно равномерно. Т.е. коэффициент редукции одинаковый на каждой оси.
При этом очень легко представить два абсолютно одинаковых двигателя, подводящих крутящий момент к каждой оси.

И тормозить двигателем в данном случае не просто не обязательно, а категорически не надо(рекуперацию не стоит пока рассматривать, но она абсолютно реальна в этой схеме на мой взгляд) .
Надо всего лишь контролировать разницу RPM двух двигателей в очень небольших пределах.

[MaxWin]

[user]daem0n[/user], КПД складывается из сумм всех потерь. Сумматор это тоже потеря.
Если вы просто возьмете в уравнение все потери, то поймете, что сумматор не решает фундаментальных проблем.  Например страгивание.

PS
На самом деле уже есть решение  - редуктор.

[daem0n]

Если вы просто возьмете в уравнение все потери, то поймете, что сумматор не решает фундаментальных проблем.  Например страгивание.

Я не матиматик и не физик. Не могу красиво оперировать формулами, но вижу что в этой схеме по сравнению с классическим дифференциалом к потерям добавить просто совершенно нечего.

В том и прелесть что похоже что даже в момент "страгивания" оба двигателя можно заставить работать в максимально эффективном для них режиме работы.

А вот классический редуктор на текущий момент развития электродвигателей как раз не в состоянии обеспечить для них эффектийный режим в диапазоне от 0 RPM

[Babylon4]

Только начал читать вашу тему, но уже понятно что речь немного не о том.
Если точнее, то механизм один. Подход изначально разный.
Планетарка по сути тот же дифференциал, но в данном случае я чтобы не путать людей не стал приводить ее в качестве примера.

   Пример на основе дифференциала автомобиля я дважды приводил в той теме, повторю в третий раз....

.

.................

Re: Два двигателя в одной упряжке.
« Ответ #43 : 08 Окт 2010, 11:58:00 »

  Давайте попробую обьяснить принцип работы планетарного(диференциального) механизма, я думаю всем известен автомобильный диференциал, в предельном случае можно покрутить руками. Теперь представим, что 2 привода установлены там где обычно стоят колёса, а мощность снимаем мы с кардана( или корпус диференциала). Теперь давайте посмотрим что мы будем иметь:

   1)Мощность от двух приводов обьеденяется и передается туда куда надо.
   2) если один из двигателей заблокирован то мощность передается от оставшегося, но здесь появляется один очень интересный момент скорость уменьшается в 2 раза а вот момент выростает во стокоже.
    3) Теперь если заблокировать двигатель а усилие прикладывать к кардану(торможение), то оставшийся двигатель будет генератор, при этом скорость его вращения будет в 2 раза больше.
    4) если заблокирован кардан(машина стоит на тормозе) то вращение одного двигателя(например ДВС) приведёт к вращению другого(правда вращатся он будет в обратную сторону,но поскольку после генератора стоит выпрямитель то это не имеет значения)
   

Думаю так более понятно будет.

Принцип который вы пытаетесь продвинуть на самом деле тупиковый , поскольку не даёт, по сумме затрат, существенного выигрыша по сравнению с одиночным двигателем, и это прекрасно доказал GM , кстати  Tesla в своих патентах тоже применяет такой подход.

[mr.Dream]

В том и прелесть что похоже что даже в момент "страгивания" оба двигателя можно заставить работать в максимально эффективном для них режиме работы.

А вот классический редуктор на текущий момент развития электродвигателей как раз не в состоянии обеспечить для них эффектийный режим в диапазоне от 0 RPM

Дифференциал не редуцирует момент. На всех трех валах он будет всегда пропорциональным.

Допустим, мы хотим получить на выходе 10 об/мин 100Н*м. Имеем двигатель 100 об/мин.
В случае прямого мотора мы подает, припустим 100А на обмотки через регулятор, например ШИМ с 10%  заполнения, и сосем с батареи 10А в среднем.
В случае дифференциала нам нужно один двигатель запитать на 100 об/мин 100Н*м, а вторым оттормаживаться до 90 об/мин моментом 100Н*м.  Как считаете, это экономно?))

Не понимаю зачем тормозить вторым двигателем?

Хорошо, тогда не тормозите, а крутите. Один на 100об/мин 100Нм, второй на 90об/мин 100Нм чтобы получить на выходе 10об/мин 100Нм. 

Что значит, "слегка" меньше крутить? Если вам трудно представить это в механике, то представте в электрике. Дифференциал - это два аккумурятора, соединены последовательно.  Когда мы и заряжаем, заряд идет на оба одинаково (одинаковый крутящий момент в колесех машинки. момент = ток).  Колеса вывещены - нагрузки считай нету = аккумы зарядились. Тормозим одно колесо = разряжаем один из акумов нагрузкой. Акум отдает энергию = инерция маховика колеса. Если первый акум сядет - второй получит вдвое больше напруги = если одно колесо затормозить - второе будет крутиться вдвое быстрее.

Теперь наоборот. Чтобы получить на входе 6В мы подключаем два аккума по 3В последовательно.  Если мы развернем один аккум - на выходе получим ноль = крутим дифференциал без нагрузки.  Но допустим нам нужно 1В 1А. Мы можем взять аккум, которы отдаст 1В/1А сам по себе. А можем взять два, один "слегка" разряжен до 2В. Включим встречно-последовательно.  И что будет? На выходе 1В (разница напряжений), а посколько включены последовательно - ток будет равен. А поскольку встречно - один будет разряжаться на нагрузку, а второй заряжаться = одним мотором крутим, вторым - тормозим.

Теперь удвойте потери на нагрев меди двумя последовательно соединенными двигателями, прибавьте потери на нагрев статора от оборотов, которы будет выше чем при низких, и в додачу потери на дифференциацию (трение конических пар).

Надеюсь, обяснил. Не делайте глупостей

[MaxWin]

Я не матиматик и не физик. Не могу красиво оперировать формулами, но вижу что в этой схеме по сравнению с классическим дифференциалом к потерям добавить просто совершенно нечего.

Ок. Сильно упростим задачу. Возьмем конкретный пример - MAC 10T при питании 36 вольт.
Номинальная нагрузка - 18.75 N.m, Потребление -  599W, КПД - 83.5%
Увеличиваем нагрузку до 39.58 N.m. Более чем в 2 раза. Потребление - 1133W, КПД - 78.6%
Допустим КПД одного контроллера 98% и КПД дифференциала 98%.
Сможете решить?

[daem0n]

Дифференциал - это два аккумурятора, соединены последовательно.

Я понял.
Действительно надо было сразу понять что подвешенную ось нужно обязательно чем-то затормозить чтобы появился момент на выходе.
Аналогия с разрядкой одного из встречно-последовательных аккумуляторов дала это понять.

Грустно что не удалось изобрести велосипед

[daem0n]

Ок. Сильно упростим задачу. Возьмем конкретный пример - MAC 10T при питании 36 вольт.
Номинальная нагрузка - 18.75 N.m, Потребление -  599W, КПД - 83.5%
Увеличиваем нагрузку до 39.58 N.m. Более чем в 2 раза. Потребление - 1133W, КПД - 78.6%
Допустим КПД одного контроллера 98% и КПД дифференциала 98%.
Сможете решить?

Я не понимаю зачем все эти цифры.

Я каждый день езжу на машине с дифференциалом в переднем приводе, и уверен что если бы были какие-то серьезные проблемы с его КПД, серьезные производители давно отказались бы от его применения.

Проблема моей идеи в другом, и она описана выше.

[MaxWin]

Я не понимаю зачем все эти цифры.

Уже не важно.