ТРАНСМИССИЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ Российский патент 1998 года по МПК B60K1/00 B60K17/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве бесступенчатой трансмиссии транспортных средств с автономным источником питания.

Известна бесступенчатая трансмиссия электромобиля фирмы "Гаррет" (США), включающая в себя маховики, генератор и электродвигатель, связанные между собой дифференциальной передачей, причем маховик соединен с солнечной шестерней, генератор - с эпициклом, а электродвигатель и привод на колеса машины - с водилом (см. Гулиа Н.В. Инерция. - М.: Наука, 1982, с. 73-74, рис. 7). Данная схема принята за прототип.

Недостатками прототипа являются малые эксплуатационные возможности трансмиссии, в частности, глубина регулирования передаточного числа, высокая загруженность источника тока по мощности, большие потребные мощности генератора двигателя.

Предлагаемая конструкция устраняет эти недостатки за счет связи маховика, электромашин и выходного вала трансмиссии планетарным вариатором, выполненным с двумя степенями свободы, причем водило вариатора выполнено с возможностью кинематической связи с движителем, например валом привода ведущих колес, а также торможения, одни центральные диски вариатора выполнены с возможностью кинематической связи ее вала как минимум с одним из центральных дисков вариатора, а вторая электромашина выполнена с возможностью соединения как с водилом, так и с центральными дисками; водило имеет нейтраль, а две электромашины электрически связаны между собой и с источником тока через соответствующие преобразователи.

Устройство представлено на чертеже, где изображена его принципиальная схема.

Источник тока 1, например аккумуляторы и топливные элементы, через преобразователи 2 и 3 электрически соединен с электромашинами 4 и 5, которые соединены и между собой через преобразователь. Маховик 7 через муфту 8 соединяется с валом 9 центральных фрикционных дисков 10 вариатора с внешним контактом, электромашина 4 механической передачей, например, передвигаемой по ее валу шестерней 11, может соединяться своим валом как с валом 9, так и с центральными фрикционными дисками 12 с внутренним контактом, закрепленными в обойме 13, свободно вращающейся вокруг центральной оси с возможностью торможения тормозом 14 (промежуточные положения шестерни 11 показаны на чертеже штриховой линией). Электромашина 5 аналогичной шестерней 15 может подсоединяться к валу 9, обойме 13, а также к водилу 16 с закрепленными на нем промежуточными фрикционными дисками 17. С водилом 16 соединен также выходной вал 18, передающий момент на ведущие колеса через последующий привод (не показан на чертеже); вал 18 имеет нейтральное положение и тормоз 19. Следует заметить, что маховик 7 и тормоз 14 могут подсоединяться к другим центральным колесам, например, поменявшись местами.

Работа устройства происходит следующим образом. Для разгона маховика 7 перед движением электромобиля вал 18 ставится на тормоз 19, электромашина 4, порознь или вместе с электромашиной 5, соединяются с обоймой 13, муфта 8 включается и при неподвижном водиле 16 через вариатор с максимальным диапазоном варьирования (при неподвижном вале) маховик 7 разгоняется. Для свободного выбега маховика 7 муфту 8 можно выключить. Разгон электромобиля можно производить разными методами: при трогании с места маховиком 7, при включенной муфте 8 с электромашиной 4 в генераторном режиме, соединенной с обоймой 13 и питанием вырабатываемой энергией электромашины 5 в режиме двигателя, соединенной с водилом 16, а стало быть и с выходным валом 18 и валом привода ведущих колес; для разгона при маневре (обгоне) на высокой скорости, когда изменение скорости невелико, а мощность необходима максимальная - электромашины 4 и 5 соединены как и маховик 7 с валом 9 при заторможенной обойме 13 тормозом 14; КПД вариатора при этом максимален, хотя и диапазон регулирования узок. Движение электромобиля может осуществляться только от маховика 7 с подразгоном его электромашиной 4, соединенной с валом 9; при этом токовая нагрузка на источник 1 минимальна; возможно движение при малых скоростях и с отсоединенным маховиком 7 одними электромашинами 4 и 5, или одной из них, соединенными с валом 9 через вариатор, либо для максимального КПД, минуя вариатор, подсоединением электромашины 5 к водилу 16, а стало быть к выходному валу 18 непосредственно. Рекуперативное торможение целесообразнее всего осуществлять от вала 18 на маховик 7 через вариатор и муфту 8 при заторможенной обойме 13; так КПД процесса рекуперации максимален. Движение же на спусках, где емкости маховика 7 может и не хватить, осуществляется с подсоединением электромашины 5 в генераторном режиме к водилу 16 с отдачей энергии в источник тока, если это аккумуляторы, или в реостаты, если это топливные элементы без аккумуляторов. Работа устройства происходит аналогично, но с незначительными изменениями в передаточных числах, если маховик 7 подсоединять к обойме 13, тормоз 14 к валу 9, а электромашину 4 подсоединять к центральным дискам с заменой одной их группы на другую, т.е., например, дисков с внутренним контактом на диски с внешним контактом, суммирующие свойства планетарного вариатора при этом сохраняются.

Преобразователи 2, 3 и 6 отрегулированы с учетом работы электромашин в режиме их соединения с элементами вариатора с меняющимся передаточным числом, что может осуществляться процессором, в программу которого заложена зависимость изменения передаточных чисел между элементами вариатора в зависимости от положения органа управления, изменяющего передаточное число по желанию оператора. Этот орган управления, выполненный, например, в виде педали акселератора, на чертеже не показан.

В части существенности отличий предлагаемого технического решения от прототипа следует отметить, что использование планетарного вариатора для связи электромашины, маховика, тормоза и привода к валу привода ведущих колес, не эквивалентно простой замене механической передачи с фиксированным передаточным числом на бесступенчатую передачу (например, редуктор на вариатор), так как это приводит к другому эффекту. Использование бесступенчатой передачи вместо редуктора обеспечивает диапазон плавного изменения передаточных чисел вместо одного фиксированного передаточного числа между двумя валами. Планетарный же вариатор, использованный даже с теми же связями, что и механический дифференциал, обеспечивает регулируемую бесступенчатую связь трех валов с перераспределением моментов и частот вращения на выходе, зависящем от соотношения этих параметров на двух входах и передаточного числа вариатора. В частности, при изменении передаточного числа планетарного вариатора могут меняться не только величины, но и направления частот вращения и моментов на его звеньях, что создает возможности глубокого расширения эксплуатационных возможностей такого привода.

Помимо этого, и связи в предлагаемом техническом решении иные, нежели в прототипе.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве бесступенчатой трансмиссии электромобиля. Маховик, электромашины и вал привода ведущих колес связаны планетарным, фрикционным вариатором, выполненным с двумя степенями свободы, причем водило вариатора выполнено с возможностью кинематической связи с ведущими колесами машины, а также торможения. Одни центральные диски вариатора выполнены с возможностью кинематической связи с маховиком, а другие - с возможностью торможения. Одна электромашина выполнена с возможностью кинематической связи ее вала как минимум с одним из центральных дисков вариатора, а вторая электромашина выполнена с возможностью соединения как с водилом, так и с центральными дисками. Электромашины связаны между собой и с источником тока электрически через преобразователи. Изобретение позволяет повысить диапазон регулирования передаточного числа трансмиссии, снизить мощности электромашин и удельную мощность источника тока. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Трансмиссия электромобиля, содержащая маховик, соединенные электрически с источником тока и между собой через преобразователи две электрические машины, связанные кинематически между собой и с валом привода ведущих колес, отличающаяся тем, что она снабжена тормозом, кинематическая связь выполнена в виде планетарного фрикционного вариатора, водило которого выполнено с возможностью кинематической связи с валом привода ведущих колес, центральные фрикционные диски с внешним контактом которого выполнены с возможностью кинематической связи с маховиком и тормозом порознь, а одна из электрических машин выполнена с возможностью кинематической связи ее вала как минимум с одной группой центральных фрикционных дисков. 2. Трансмиссия электромобиля по п. 1, отличающаяся тем, что вторая электрическая машина выполнена с возможностью попеременного соединения с водилом, а также с любой группой центральных фрикционных дисков. 3. Трансмиссия электромобиля по п.1, отличающаяся тем, что водило планетарного фрикционного вариатора выполнено с возможностью отсоединения от вала привода ведущих колес и его торможения.