Настоящее изобретение относится к установкам с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, используемым для привода транспортных средств, кораблей, летательных аппаратов и других механических устройств (включая промышленное оборудование).
В последние годы уровень шума и загрязнение окружающей среды существенно возросли. Для уменьшения загрязнения необходимо совершенствовать прежде всего транспортные средства. С точки зрения совершенствования транспортных средств с электроприводом сделано немного из-за проблем, связанных с малой емкостью существующих аккумуляторных батарей. Но если повысить емкость батареи, возрастут потери энергии, поскольку возрастет соответственно и вес транспортных средств. Такой путь не является экономичным, так что пока не решены технологические проблемы, оптимальным путем можно считать осуществление привода транспортных средств с помощью комбинированных двигательных установок:
А) Использование различных типов двигателей. В типичном электромобиле двигатель используется как привод генератора для заряда аккумуляторной батареи, которая питает затем электродвигатель привода колес. Однако этот тип электромобиля, например американский автомобиль GM НХЗ, недостаточно эффективен.
Б) Привод коаксиального типа. В этом типе автомобиля используется соединение выходной оси двигателя с осью электродвигателя через ряд муфт сцепления, с тем чтобы осуществлять привод машины и регулировать скорость, как это сделано в немецком автомобиле VW CHlCO. Однако вышеупомянутый двигатель и электродвигатель не могут быть одновременно включены в работу, т.е. мощность одного из них не может быть добавлена к мощности другого.
В международной публикации WO 91/08919, кл. В60К 6/02, 1991, описана энергетическая установка для транспортного средства, включающая тепловой двигатель и электродвигатель. При работе теплового двигателя на низких скоростях электродвигатель может осуществлять привод транспортного средства, поскольку приводной крутящий момент электродвигателя превышает момент нагрузки теплового двигателя. Электродвигатель в этой установке может заменить пусковой двигатель и генератор переменного тока, а также обеспечить независимый запуск.
В патенте США 5120282, кл. F16H 37/06, B60K 1/02, 1992 г., описана энергетическая установка для транспортного средства, включающая двигатель внутреннего сгорания, по меньшей мере один вал трансмиссии, по меньшей мере один электродвигатель и по меньшей мере одну зубчатую передачу, при этом двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут быть соединены параллельно, а электродвигатель может работать в качестве генератора, то есть является двигателем-генератором, способным вырабатывать электрический ток, а также энергию привода.
В патенте США 4562894, кл. В60К 1/00, 1986, описана с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, содержащая двигатель внутреннего сгорания, действующий как первичный источник энергии вращения, два передних колеса транспортного средства, устройство раздаточной коробки и трансмиссии для передачи энергии на два передних колеса и задние колеса, центральный вал передачи усилия на задние колеса, задний дифференциал, служащий для передачи движения на два задних колеса, и электродвигатель, действующий как вторичный источник энергии вращения для привода транспортного средства. Электродвигатель может работать в режимах двигателя и генератора, а также может служить для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Недостатки известной установки с комбинированным приводом и дифференциальным соединением заключаются в ее недостаточно экономичной работе.
Задачей настоящего изобретения является создание установки с комбинированным приводом и дифференциальным соединением для привода транспортных средств, обеспечивающей повышение экономичности их работы по сравнению с известными установками.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что установка с комбинированным приводом и дифференциальным соединением содержит двигатель внутреннего сгорания, действующий как первичный источник энергии вращения, два передних колеса транспортного средства, устройство раздаточной коробки и трансмиссии для передачи энергии на два передних колеса и задние колеса, центральный вал передачи усилия на задние колеса, задний дифференциал, служащий для передачи движения на два задних колеса, и электродвигатель, действующий как вторичный источник энергии вращения для привода транспортного средства, при этом электродвигатель имеет возможность работать в режиме генератора и осуществлять привод заднего дифференциала посредством управляемого блока сцепления, расположенного между центральным валом и задним дифференциалом с возможностью регулирования передачи энергии от двигателя внутреннего сгорания на задний дифференциал и энергии вращения, вырабатываемой электродвигателем, от заднего дифференциала на два передних колеса, а задний дифференциал содержит приводимую в движении центральным валом шестерню и приводимую ею во вращение большую шестерню, две дифференциальные шестерни, приводимые во вращение большой шестерней и в свою очередь осуществляющие привод каждого заднего колеса, и малую шестерню, приводимую во вращение большой шестерней и присоединенную к электродвигателю, причем вращательное движение, полученное задним дифференциалом, передается на электродвигатель, который вырабатывает электрический ток, кроме того, установка содержит центральный блок управления, включающий генератор и электронный твердотельный элемент и регулирующий работу электродвигателя в режиме двигателя, генератора, или отключения, а также регулирующий работу блока сцепления, как включенного в цепь в режимах, когда двигатель внутреннего сгорания осуществляет совместный привод передних колес и заднего дифференциала, или когда электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания осуществляют совместный привод передних и задних колес, или когда электродвигатель один осуществляет привод передних колес и заднего дифференциала, так и отключенного из цепи, когда двигатель внутреннего сгорания осуществляет привод передних колес или когда электродвигатель осуществляет привод заднего дифференциала.
Благодаря наличию в предлагаемой установке управляемого блока сцепления и центрального блока управления, регулирующего работу электродвигателя и блока сцепления в различных режимах, экономичность работы транспортного средства, снабженного этой установкой, существенно повышена. Это достигается благодаря возможности посредством блока управления управлять электродвигателем при его работе в качестве двигателя при подаче тока и в качестве генератора и при его использовании для запуска двигателя внутреннего сгорания, а также использовать этот блок для обеспечения функции трансмиссии за счет крутящего момента, вызываемого выходным током, и для передачи производимой энергии для заряда аккумуляторной батареи благодаря разности скоростей вращения корпуса с магнитным полем и ротора при работе двигателя внутреннего сгорания в автономном режиме. В режиме зарядки блок управления производят сравнение скоростей, требуемый для обеспечения соответствующего тока и для привода существующей нагрузки. Двигатель внутреннего сгорания может работать с постоянной скоростью или частично изменять ее таким образом, чтобы поддерживать более высокую скорость при одновременном понижении скорости выходного рабочего вала, а электродвигатель обеспечивает эту разность скоростей. Таким образом, электродвигатель обеспечивает заряд батареи и трансмиссионное соединение, это повышает эффективность двигателя внутреннего сгорания и уменьшает загрязнение окружающего среды. Электродвигатель может работать независимо или совместно с двигателем внутреннего сгорания для создания необходимого крутящего момента. В такого рода установках можно использовать отдельно энергию двигателя внутреннего сгорания и отдельно энергию электродвигателя, либо эти энергии и скорости вращения могут складываться друг с другом вне зависимости от соотношения скоростей. Такая установка характеризуется меньшими размерами, а также меньшей стоимостью, чем известные.
В предлагаемой установке блок сцепления может быть выполнен с ручным, гидравлическим или механическим приводом, а раздаточная коробка может быть выполнена с ручным или автоматическим управлением.
Кроме того, электродвигатель может быть расположен за задним дифференциалом.
Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что установка с комбинированным приводом и дифференциальным соединением содержит двигатель внутреннего сгорания, действующий как первичный источник энергии вращения, два передних колеса транспортного средства, устройство раздаточной коробки и трансмиссии для передачи энергии на два передних колеса и задние колеса, центральный вал трансмиссии для передачи усилий на задние колеса, задний дифференциал, присоединенный к центральному валу трансмиссии и служащий для передачи движения на два задних колеса, и электродвигатель, действующий как вторичный источник энергии вращения для привода транспортного средства, при этом электродвигатель имеет двухвальную конструкцию и содержит вращающийся корпус, создающий магнитное поле, и вращающийся ротор, валы которых соответственно соединены с центральным валом трансмиссии и входным валом заднего дифференциала, а устройство сцепления, установленное между вращающимся корпусом и вращающимся ротором электродвигателя для их механического соединения, при этом установка содержит тормоз и блок управления, регулирующий работу устройства сцепления и электродвигателя в режиме двигателя и генератора, а установка имеет возможность работать по меньшей мере в одном из следующих режимов:
двигатель внутреннего сгорания осуществляет привод передних колес, а электродвигатель не работает,
двигатель внутреннего сгорания один осуществляет привод задних колес, электродвигатель работает в режиме генератора,
двигатель внутреннего сгорания осуществляет совместный привод передних и задних колес, а электродвигатель работает в режиме двигателя,
электродвигатель осуществляет привод передних и задних колес и работает в режиме двигателя,
двигатель внутреннего сгорания один осуществляет привод только задних колес, при этом устройство сцепления включено;
электродвигатель работает в режиме двигателя, при этом электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания работают совместно в качестве источников энергии привода.
Благодаря двухвальной конструкции электродвигателя и наличию в предлагаемой установке устройства сцепления, а также тормоза и блока управления, регулирующего работу устройства сцепления и электродвигателя в режиме двигателя и генератора, экономичность работы транспортного средства, снабженного этой установкой, существенно повышена. Это достигается благодаря возможности посредством устройства управления управлять электродвигателем при его работе в качестве двигателя при подаче тока и в качестве генератора и при его использовании для запуска двигателя внутреннего сгорания, а также использовать это устройство для обеспечения функции трансмиссии за счет крутящего момента, вызываемого выходным током и для передачи производимой энергии для заряда аккумуляторной батареи благодаря разности скоростей вращения корпуса с магнитным полем и ротора при работе двигателя внутреннего сгорания в автономном режиме. Таким образом, электродвигатель обеспечивает заряд батареи и трансмиссионное соединение, что повышает эффективность двигателя внутреннего сгорания и уменьшает загрязнение окружающей среды. Электродвигатель может работать независимо или совместно с двигателем внутреннего сгорания для создания необходимого крутящего момента. В такого рода установках можно использовать отдельно энергию двигателя внутреннего сгорания и отдельно энергию электродвигателя, либо эти энергии и скорости вращения могут складываться друг с другом, и этот процесс не зависит от соотношения скоростей. Такая установка характеризуется меньшими размерами, а также меньшей стоимостью, чем известные ранее.
В предлагаемой установке центральный блок управления может регулировать работу электродвигателя через устройство коммутации.
Кроме того, в предлагаемых установках выходной вал двигателя внутреннего сгорания (или другого источника энергии вращения) соединен с электродвигателем непосредственно либо посредством шестеренчатого редуктора, ремня, цепи или муфты. Электродвигатель представляет собой электромашину щеточную или бесщеточную, переменного или постоянного тока.
Ниже изобретение описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает установку с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, где в качестве дифференциала используется шестеренчатое устройство,
фиг.2 изображает установку с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, сформированную посредством электромагнитного устройства с двумя валами,
фиг.3 изображает установку с комбинированным приводом и дифференциальным соединением с каскадной нагрузкой,
фиг.4 изображает установку с комбинированным приводом и дифференциальным соединением с несимметричной односторонней нагрузкой,
фиг.5 изображает установку с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, сформированную посредством серии двойных шестеренчатых дифференциалов,
фиг.6 изображает установку с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, которая соединена с двигателем посредством вспомогательного генератора, момент сопротивления которого зависит от уровня нагрузки,
фиг. 6А изображает установку, показанную на фиг.6, в которой в качестве нагрузки используется лишь один выходной вал,
фиг.7 изображает установку с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, в которой шестерня вспомогательного генератора соединена с первичной шестерней двигателя.
На фиг.1 представлена установка с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, в которой используется шестеренчатый дифференциал. На фиг.1 представлены следующие основные части установки.
Первичный источник энергии вращения Р101. Это обычно двигатель внутреннего сгорания, но на практике используются также двигатели внутреннего сгорания, с воздушным и водяным приводом, а также другие источники энергии вращения. Первичный источник энергии вращения имеет тормозное устройство B101, используемое для блокировки выходного вала первичного источника энергии. Первичный источник энергии вращения имеет также устройство PC101 управления мощностью или скоростью вращения (например устройство для изменения расхода топлива в случае использования двигателя внутреннего сгорания), которое может иметь ручной привод или привод от блока CCU101 управления.
Шестеренчатый дифференциал 100. Он включает центральную шестерню 101 электромагнитного приводного устройства. Дифференциал также имеет внешнюю кольцевую шестерню 102, расположенную на валу первичного источника энергии и свободные окружные шестерни 103, которые присоединены с коаксиальным выходным валом S104.
Электромагнитное приводное устройство М101. Оно имеет роторы и магнитное поле и при работе может использоваться как электродвигатель при подаче на него энергии или как генератор для зарядки аккумуляторной батареи, когда инерция установки преобразуется в электрическую энергию, или когда часть энергии вращения первичного источника отбирается посредством дифференциала и может использоваться для зарядки батареи. Это устройство, а также внешняя нагрузка совместно являются потребителями мощности двигателя. Путем регулировки подаваемой на батарею мощности это устройство можно регулировать разность скоростей валов источника первичной энергии и нагрузки, особенно когда источником первичной энергии является двигатель. Таким образом, двигатель может работать лучше и осуществлять управление скоростью вала нагрузки. Электромагнитное устройство М101 демпфирует работу двигателя, в котором электромагнитное устройство используется как генератор постоянного тока благодаря использованию инерции внешней нагрузки при торможении, или может использоваться механический тормоз В102, расположенный между корпусом электромагнитное устройства и его ротора. Электромагнитное устройство с вращающимся ротором представляет собой генератор, в котором имеется постоянное магнитное поле или поле, возбуждаемое катушкой, и роторы с немагниченным железным сердечником или с катушками и скользящим проводящим кольцом, который имеет последовательную или шунтовую многократную обмотку и представляет собой синхронный бесщеточный генератор или генератор со ступенчатым возбуждением.
Управляющий элемент D101 электромагнитного приводного устройства. Он может получать команды от блока CCU101 на подачу энергии для управления напряжения и током разряда и заряда между электромагнитным приводным устройством и батареей и управления выходным током якоря. Электромагнитное приводное устройство обеспечивает также магнитное торможение ротора.
Батарея ВТ101 - любой тип аккумуляторной батареи, которая может осуществлять накопление и расходование электроэнергии.
Выходной вал S103 обеспечивает формирование выходного крутящего момента для привода нагрузки. При необходимости к нему присоединяется тормоз В103. При работе установки нагрузка может использоваться как механический демпфер самостоятельно или совместно с тормозом В103.
Блок CCU101 выполнен на интегральных микросхемах, включает элементы генератора и предназначен для ручного или автоматического управления работой установки в соответствии с режимами, представленными в табл. 1, 2.
Режимы работы по табл. 1, 2 включают в себя следующие режимы:
F1-A, F1-B, F1-C, F1-D: установка работает с малой выходной нагрузкой.
F2: установка работает с потреблением энергии батареи, электромагнитное приводное устройство работает на нагрузку в режиме электродвигателя.
F3: установка работает с участием двигателя и совместно с электромагнитным приводным устройством в режиме разряда батареи в целях достижения большой выходной мощности.
F4: установка работает в режиме восприятия механической энергии инерции от нагрузки, электромагнитное приводное устройство работает в режиме генератора и заряжает батарею.
F5: установка работает в режиме привода электромагнитного устройства от двигателя батареи. Время работы в этом режиме может определяться автоматически.
F6: электромагнитное приводное устройство работает в режиме электродвигателя, потребляя энергию батареи, и используется для запуска двигателя.
На фиг.2 представлена установка с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, сформированная с применением двухосного электромагнитного приводного устройства.
Выходной вал двигателя внутреннего сгорания непосредственно соединен с входным валом электромагнитного приводного устройства через выходной вал двигателя внутреннего сгорания или через шестеренчатую трансмиссию, ремень, цепь или муфту. Электромагнитное приводное устройство имеет двухвальную конструкцию, валы которых соответственно соединены с вращающимся корпусом, создающим магнитное поле, и вращающимся ротором с возможностью управления устройством управления и выполнять функции электродвигателя при поступлении электрического тока, оно может также использоваться для генерирования электроэнергии и выполнении функции трансмиссии в результате возникающего при выдаче тока момента сопротивления или запускать двигатель и воспринимать энергию инерции при торможении нагрузки, когда двигатель работает автономно или когда двигатель работает совместно с электромагнитным устройством для привода нагрузки. Когда двигатель работает автономно, оно может использоваться как трансмиссионное устройство, при этом соединение вращающегося корпуса, создающего магнитное поле с ротором, может быть магнитным, гидравлическим или механическим, а вращение от вала двигателя может передаваться непосредственно на вал нагрузки.
На фиг.2 обозначены следующие основные элементы.
Двигатель Р201 внутреннего сгорания, работающий на бензине, дизельным топливе, спирте, газе или водороде.
Первичный выходной вал S202 двигателя внутреннего сгорания.
Соединительное устройство 203: оно может быть плоским фланцевым соединением, обычнoй муфтой или любым другим соединением типа ось-ось или коаксиальным.
Вращающийся корпус 204, создающий магнитное поле электромагнитного приводного устройства М201. Это механическая конструкция, имеющая подшипниковые опоры и соединения с выходным валом двигателя при помощи соединительного устройства 203. Соединение может быть выполнено напрямую или посредством трансмиссии, например с помощью шестеренчатого редуктора или ременный или цепной передачи.
Возбуждающая магнитная катушка 205, управляемая блоком CCU221 и питаемая током, полярность и величинa которого управляется с помощью подводящего кольца или другого подводящего ток устройства. Она является частью генератора переменного или постоянного тока с постоянным магнитным полем или бесщеточным синхронным или дифференциальным генератором.
Изолирующий корпус 206 подводящей ток щетки.
Цоколь 207 щеточного устройства.
Щетка 209, подводящая ток к якорю.
Вращающееся якорное кольцо 210. В случае если электромагнитное приводное устройство представляет собой электромашину, его конструкция может быть цилиндрической или плоской и иметь соответственно верхнее или боковое расположение щеток.
Ротор 211. Он может быть якорем-преобразователем и цилиндрическим якорем постоянного тока, имеющим обычную катушку и железный сердечник с зубцами, или иметь печатную схему или любую другую конструкцию, применяемую в генераторах постоянного или переменного тока. Если конструкция бесщеточная, она может содержать постоянный магнит.
Выходной вал S212 якорного ротора.
Втулка 213, изолирующая подводящие ток кольца.
Кольцо 214, которое подводит ток к якорю и обмотке магнитного поля и отводит ток от них и которое соответственно соединено со щетками и с обоими концами катушки, возбуждающей магнитное поле. Если конструкция бесщеточная, то щетки и посадочные места для щеток могут отсутствовать.
Щетка 215, контактирующая с подводящим кольцом.
Посадочное место 216 щетки.
Изолятор 217 посадочного места щетки.
Магнитный тормоз В101 выходного вала двигателя внутреннего сгорания. Он соединен с валом посредством шпонок или штифтов и осуществляет торможение при подводе энергии. Он может быть заменен на механический тормоз с ручным, воздушным или масляным приводом.
Магнитный тормоз В103 выходного вала электромагнитного приводного устройства. Он соединен с валом посредством штифтов или шпонок и осуществляет торможение при подводе энергии. Он может быть заменен на механический тормоз с ручным, воздушным или масляным приводом.
Аккумуляторная батарея ВТ220. Она может быть батареей любого типа, допускающей заряд и разряд или батареей топливных элементов.
Генератор TG1 обратной связи, являющийся датчиком скорости двигателя. Он устанавливается, если это необходимо, на выходной вал двигателя и выдает аналоговый или дискретный сигнал, пропорциональный скорости вращения вала, в результате электрического или магнитного эффекта. Он может быть также подсоединен через повышающую передаточную трансмиссию.
Генератор TG2, контролирующий скорость вращения выходного вала. Он устанавливается, если это необходимо, на выходной вал якоря или на ведомую шестерню, в случаях, когда скорость вала выше скорости ведомой шестерни. Он вырабатывает аналоговый или дискретный сигнал, пропорциональный скорости вращения вала, в результате электрического или магнитного эффекта.
Центральный блок CCU221 управления состоит из переключателей, потенциометров, фотоэлектрических датчиков, микрокомпьютера, включая контроля и интерфейс.
Муфта CL222 между вращающимся корпусом, создающим магнитное поле, и ротором приводится в действие магнитным, гидравлическим или механическим приводом. Когда муфта выключена (положение OFF), магнитное поле и ротор вращают друг друга, когда муфта включена (ON), вращающийся корпус, создающий магнитное поле, и ротор становятся жестко связанными друг с другом.
К другим вспомогательным устройствам относится регулятор подачи топлива в двигатель, который устанавливается по необходимости и с помощью обратной связи, обеспечиваемой тахогенератором TG1, позволяет работать двигателю с постоянной скоростью при различном уровне нагрузки. Вспомогательный генератор может быть постоянного или переменного тока и получать привод от двигателя с помощью ременной или другой трансмиссионной передачи. Преобразователь напряжения управляет генератором и поддерживает постоянное напряжение заряда батареи на различных режимах работы двигателя.
На фиг. 3 представлена установка с комбинированным приводом и дифференциальным соединением и с каскадной нагрузкой.
На фиг.3 показаны следующие основные элементы.
Источник 300 первичной энергии вращения - двигатель внутреннего сгорания.
Нагрузка W301 - два блока переднеприводных колес или другая нагрузка.
Устройство М302 центральной раздаточной коробки, трансмиссии и передачи нагрузки на передние колеса (включая ручную или автоматическую коробку передач для традиционной переднеприводной схемы). Кроме передней нагрузки имеется вал S301 передачи усилия на задние колеса (аналогичный валу, присутствующему в схеме с четырьмя ведущими колесами). Он характеризуется наличием управляемого бока CL301 сцепления, расположенного между центральным валом и задним шестеренчатым дифференциалом, таким образом, чтобы передавать вращающий момент от первичного источника энергии вращения к заднему дифференциалу или от заднего дифференциала на передний привод, или дополнять вращающий момент одного вращающим моментом другого. Сцепление может быть с ручным, гидравлическим, механическим или электромагнитным приводом.
Задний шестеренчатый дифференциал 310 включает малую шестерню 301, которая получает вращающий момент от блока сцепления и передает его на большую шестерню 302, которая связана с двумя дифференциальными шестернями 323, 324, которые соответственно связаны с выходными шестернями 303, 304 и нагрузкой W310, W311, приводимой во вращение соответствующими валами. Большая шестерня 302 входит в зацепление с двумя малыми шестернями, связанными с двумя источниками энергии. Передняя малая шестерня 301 передает момент от первичного источника энергии через блок CL301 сцепления, малая шестерня 305, расположенная в задней части, связана с электромагнитным приводным устройством М301.
Электромагнитное приводное устройство М301 выполнено в виде приводного электродвигателя, имеющего якорь постоянного или переменного тока, соединенный с малой шестерней 305, которая входит в зацепление с большой шестерней 302 шестеренчатого дифференциала. Если в качестве двигателя выбрана электромашина, способная воспринимать механическую энергию вращению и преобразовывать ее в электрическую энергию, то она может служить демпферным устройством при воспроизводстве энергии. Устройство М301 имеет особенность, заключающуюся в том, что чем меньше нагрузка, тем больше скорость вращения. По конструкции это генератор переменного или постоянного тока щеточный или бесщеточный с изменением тока в соответствии с уровнем нагрузки, обеспечивающий описанный далее режим работы F14, когда для увеличения крутящего момента оба источника энергии работают совместно.
Центральный блок CCU301 управления включает в себя генератор и электронное твердотельные элементы и управляет уровнем нагрузки (состоянием топливного регулятора) и состоянием привода (скоростью вращения) для того, чтобы управлять электромагнитным приводным устройством для включения его в режим генератора или двигателя или отключения. Блок CCU301 управляет также блоком CL301 сцепления.
Система в дополнение к указанным выше может иметь следующие режимы работы:
F11 - первичный источник энергии осуществляет привод передних колес, в этот момент блок CL301 отключен.
F12 - первичный источник энергии осуществляет привод передних колес и в то же время передает крутящий момент на задний дифференциал, блок CL301 отключен.
F13 - первичный источник энергии передает вращающий момент только заднему дифференциалу, блок CL301 отключен, механизм М302 привода передних колес отключен.
F14 - электромагнитное приводное устройство М301 и первичный источник энергии осуществляют привод всей нагрузки, блок CL301 включен.
F15 - электромагнитное приводное устройство М301 передает вращающий момент на задний дифференциал, блок CL301 отключен.
F16 - электромагнитное приводное устройство М301 передает вращение на шестеренчатый дифференциал и на механизм привода передних колес, блок CL301 включен.
На фиг. 3A представлен другой вариант вышеописанной конструкции. Вместо двух выходных валов заднего шестеренчатого дифференциала имеется один. Устройство М301 с одной стороны присоединяется к выходному валу шестеренчатого дифференциала, с другой - к нагрузке. В этом случае установка работает аналогично установке, представленной на фиг.2, но в дополнение в целях демпфирования используется реверсный момент, возникающий при генерации электроэнергии. В этих целях к устройству М301 может быть присоединен тормоз В301 для управления вращением вала нагрузки. В этом случае блок сцепления между центральным валом и дифференциалом может отсутствовать. Устройство М301 и тормоз В301 управляются с помощью блока CCU302 и при смене направления движения задний привод выполняет роль переднего.
На фиг.4 представлена конструкция установки с комбинированным приводом и дифференциальным соединением и с каскадной нагрузкой. Первичный источник энергии вращения осуществляет привод передней нагрузки и приводит во вращение один из валов электромагнитного приводного устройства, другой вал которого связан с задней нагрузкой посредством трансмиссионного устройства или шестеренчатого дифференциала.
На фиг.4 представлены следующие элементы.
Первичный источник 400 энергии или двигатель внутреннего сгорания.
Передняя нагрузка W401 или два переднеприводных колеса и соответственно нагрузка, возникающая при движении по земле, или другая нагрузка.
Устройство М402 центральной раздаточной коробки, трансмиссии и передачи усилий на переднюю нагрузку (включая автоматическую или ручную коробку передач, традиционную для переднеприводной схемы). Кроме передней нагрузки имеется вал S401 передачи усилия на задние колеса (аналогичный валу, присутствующему в схеме с четырьмя ведущими колесами). Оно характеризуется наличием управляемого блока В401 сцепления, расположенного между центральным валом и корпусом переднего моста, таким образом, чтобы управляться блоком CCU401.
Электромагнитное приводное устройство М401 имеет двухвальную конструкцию, включающую вращающийся корпус, создающий магнитное поле, и вращающийся ротор, валы которых соответственно соединены с центральным валом трансмиссии и входным валом заднего шестеренчатого дифференциала 401, таким образом, чтобы осуществлять дифференциальный привод на обе стороны. Устройство CL402 сцепления, управляемое блоком CCU401, установлено между вращающимся корпусом, создающим магнитное поле, и вращающимся ротором, и позволяет осуществлять их механическое соединение.
Электромагнитное устройство характеризуется тем, что чем меньше нагрузка, тем больше скорость. Конструкция представляет собой электромашину с последовательной или многократной обмоткой или управляемый по току генератор переменного или постоянного тока, щеточный или бесщеточный, с изменением управляемой величины тока в соответствии с уровнем нагрузки, обеспечивающий описанный далее режим работы F14, когда для увеличения крутящего момента оба источника энергии работают совместно. Управление осуществляется с помощью блока CCU401, который переводит электромагнитное приводное устройство в режим двигателя или генератора, оно также управляет устройством D401 коммутации в соответствии с программой и рабочим состоянием первичного источника 400 энергии вращения.
Установка в дополнение к указанным выше может иметь следующие режимы работы:
F21 - первичный источник энергии вращения осуществляет привод передней нагрузки, электромагнитное приводное устройство М401 не работает.
F22 - первичный источник энергии вращения осуществляет привод только задней нагрузки, электромагнитное приводное устройство работает в режиме генерации энергии, устройство CL402 включено, привод М402 на передние колеса отключен.
F23 - первичный источник энергии вращения осуществляет привод передней и задней нагрузки одновременно, электромагнитное приводное устройство М401 работает в режиме электродвигателя.
F24 - первичный источник энергии вращения осуществляет привод задних колес, электромагнитное устройство работает в режиме электродвигателя, тормоз В401 включен.
F25 - электромагнитное приводное устройство осуществляет привод на переднюю и заднюю нагрузку и работает в режиме электродвигателя.
На фиг. 5 представлена установка с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, сформированная последовательностью двойных шестеренчатых дифференциалов.
Первая шестерня дифференциала приводится в движение входным валом, вторая шестерня дифференциала приводится в движение электромагнитным приводом устройством М401. Вращение выходного вала зависит от разности скоростей вращения двух приводных шестерен и, кроме того, сам выходной вал имеет дифференциальный выход.
Устройство включает в себя следующие элементы.
Первичный источник Р501 энергии вращения - это двигатель внутреннего сгорания или любой другой источник энергии вращения.
Входной вал S501. Он соединен с валом первичного источника энергии вращения и приводит в движение малую шестерню 502 и входящую с ней в зацепление большую шестерню 503.
Большая шестерня 503 приводится во вращение малой шестерней 502 и вращает рамку 530 с осями вращения дифференциальных шестерен 504, 505 первой ступени дифференциала, которые совместно приводят во вращение шестерню 506 второй ступени дифференциала в соответствии с разностью скоростей шестерен 504, 505.
Вторая дифференциальная шестерня 506 соединена со второй большой входной шестерней 507, которая входит в зацепление со второй малой входной шестерней 508, получающей правое или левое вращение от электромагнитного приводного устройства М509 или, наоборот, малая входная шестерня 508 приводит во вращение электромагнитное приводное устройство М509, которое работает в этом случае как генератор.
Дифференциальная шестерня 510 с помощью рамки 531 приводит во вращение дифференциальные шестерни 511, 512 второй ступени дифференциала и затем шестерни 513, 514, связанные с выходными валами S515, S516 для обеспечения дифференциального выхода.
Электромагнитное приводное устройство М509 характеризуется тем, что чем меньше нагрузка, тем больше скорость. По конструкции это генератор с последовательной или многократной обмоткой или управляемый по току генератор постоянного или переменного тока, щеточный или бесщеточный. В целях повышения крутящего момента он снабжен тормозом CL519, который может быть во включенном или выключенном состоянии.
Тормоз В518 находится в неподвижном корпусе установки на входном конце первичного источника энергии между большой шестерней 503 и корпусом 500.
Устройство D517 коммутации получает команды от устройства CCU520 управления и переключает электромагнитное приводное устройство в режим электродвигателя или генератора или путем регулирования тока между батареей ВТ521 и электромагнитным приводным устройством М509 помогает увеличивать момент вращения на нагрузке или путем управления электромагнитным приводным устройством обеспечивает подачу тока заряда на батарею В521 для демпфирования электромагнитного приводного устройства.
Центральный блок CCU520 управления состоит из генератора и твердотельных элементов электроники и задает уровень нагрузки (например, состояние топливного регулятора) и состояние привода (например, скорость вращения) для того, чтобы управлять электромагнитным устройством, для включения его в режим генератора или электродвигателя или его отключения. Блок CCU520 включает или выключает тормозные устройства CL519 и В518 в следующих случаях.
1. Электромагнитное приводное устройство работает на нагрузку или работает в режиме генератора при торможении нагрузки, в это время тормоз В518 включен.
2. Первичный источник энергии вращения приводит нагрузку во вращение, в это время тормоз CL301 включен.
3. Первичный источник энергии вращения и электромагнитное приводное устройство совместно работают на нагрузку, в это время тормоз В518 и тормоз CL301 выключены.
На фиг. 6 представлена установка с комбинированным приводом и дифференциальным соединением, которая соединена с двигателем посредством вспомогательной электрической машины, момент сопротивления которой зависит от уровня нагрузки. Устройство характеризуется тем, что чем меньше нагрузка, тем больше скорость. Конструктивно это электрическая машина переменного или постоянного тока, щеточная или бeсщеточная или с серией пазов, шунтирующих пазов, или с управлением током, включая управление постоянным током и с изменением в соответствии с уровнем нагрузки.
Установка включает следующие элементы.
Источник энергии вращения, выполненный в виде двигателя или другого источника энергии. Между ним и входным валом S601 расположено устройство сцепления или другая шестеренчатая трансмиссия, выполненная с возможностью выключения.
Входной вал S601 получает вращение от двигателя или другого источника энергии вращения, и его малая шестерня 602 входит в зацепление с большой шестерней 603.
Входная большая шестерня 603 входит с шестернями 605, 615 дифференциала и малой шестерней 604, которая получает энергию вращения от устройства М610.
Левая шестерня 606 дифференциала передает вращение на левый выходной вал S608.
Правая шестерня 607 дифференциала передает вращение на правый выходной вал S609.
Вспомогательный генератор М610 связан с коммутационным устройством D611, которое управляется от блока CCU620 и обеспечивает в соответствии с условиями работы следующие функции.
1. Батарея ВТ612 подает энергию на электромагнитное приводное устройство.
2. Электромагнитное приводное устройство используется в качестве генератора для зарядки батареи.
3. Режим холостого хода. Устройство характеризуется тем, что чем меньше нагрузка, тем больше скорость. Конструктивно это генератор переменного или постоянного тока, щеточный или бесщеточный с увеличением тока в соответствии с уровнем нагрузки для увеличения момента вращения.
Устройство D611 коммутации управляется блоком CCU620 и состоит из элементов генератора и электронных цепей.
Блок CCU620 подает команды управления на устройство D611 в соответствии с общими задачами установки и условиями работы (скоростью вращения, расходом топлива и т.д.).
Аккумуляторная батарея ВТ612 - любой тип батареи, которая может осуществлять процессы заряда и разряда.
Благодаря такому выполнению данная установка является более полезной и более эффективной установкой с комбинированным источником энергии. Электромагнитное приводное устройство может быть присоединено к первичному валу двигателя, и с помощью элементов трансмиссии оно может работать в следующих режимах.
Первичный источник энергии отключен (сцепление или трансмиссии выключены). Электромагнитное приводное устройство потребляет энергию батареи и работает в режиме двигателя.
Первичный источник энергии подключен и работает совместно с электромагнитным приводным устройством, которое используется для регулирования тока и дополнительного крутящего момента.
Первичный источник вращает электромагнитное приводное устройство, которое не подключено к нагрузке.
Дополнительно устройство выполняет следующие функции.
Если внешняя нагрузка невелика или возникает необходимость в уменьшении скорости, вспомогательный генератор вырабатывает энергию для заряда батареи и играет роль механического демпфера. Выходная нагрузка установки может приводиться во вращение выходным валом так, как показано на фиг.6А. Здесь представлена конструкция, отличающаяся от представленной на фиг.6 тем, что выходная нагрузка приводится в движение одиночным валом и большая шестерня 603 напрямую соединена с входным валом S601, первичная дифференциальная шестерня отсутствует, а вспомогательный генератор М610 использует вторую малую шестерню 604 для соединения с большой шестерней 603.
Кроме того, как показано на фиг. 7 в установке может использоваться шестеренчатое соединение выходного вала первичного источника мощности с валом вспомогательной электромашины, которое образует таким образом установку с комбинированным приводом и дифференциальным соединением. Между двигателем Р702 и выходной большой шестерней имеется блок CL705 сцепления. Если выходной вал двигателя и вспомогательная электромашина имеют блок CL706 сцепления (или коробку передач со сцеплением) и выходной вал S707 отключен, вспомогательная электромашина может запускать двигатель или двигатель может вращать вал электромашины, используя ее как генератор для зарядки батареи. Установка имеет устройство D711 коммутации, управляемое с помощью блока CCU720 и управляющее электромашиной. Оно включает в себя элементы электрической машины и твердотельные электронные схемы. Установка имеет также блок CCU620, который выдает сигналы управления на коммутатор D611 в соответствии с задачами, стоящими перед установкой и условиями работы (скорость вращения, расход топлива и др.). Установка имеет также аккумуляторную батарею ВТ612, которая может накапливать и расходовать энергию; это может быть батарея любого типа, способная осуществлять заряд и разряд.
Установка снабжена вспомогательной электромашиной М701, характеризующейся тем, что чем меньше нагрузка, тем больше скорость. Конструктивно она представляет собой машину с последовательной или многократной обмоткой, или управляемую по току машину постоянного или переменного тока, щеточную или бесщеточную, с увеличением тока в соответствии с уровнем нагрузки для увеличения крутящего момента, и имеет шестерню 703, соединенную с большой шестерней 704.
Установка с комбинированным приводом может быть использована для привода автомобилей, кораблей и других средств передвижения с комбинированной энергоустановкой. Представленные на фиг.1-7, конструкции иллюстрируют различные формы выполнения предлагаемой установки с комбинированным приводом и дифференциальным соединением. Для практического использования могут быть выбраны любые подходящие части.
Изобретение используется для привода транспортных средств, судов, летательных аппаратов и других механических устройств. Двигатель внутреннего сгорания действует в установке как первичный источник энергии вращения. Электродвигатель действует как вторичный источник энергии вращения для привода транспортного средства. Он имеет возможность работать в режиме генератора и осуществлять привод заднего дифференциала посредством управляемого блока сцепления. Блок сцепления регулирует также передачу энергии от двигателя внутреннего сгорания на задний дифференциал и энергию вращения, вырабатываемую электродвигателем, от заднего дифференциала на передние колеса. Центральный блок управления регулирует работу электродвигателя в режиме двигателя, генератора, или отключения, регулирует также работу блока сцепления, когда он включен в цепь в режимах: двигатель внутреннего сгорания осуществляет совместный привод передних колес и заднего дифференциала, электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания осуществляют совместный привод передних и задних колес, электродвигатель один осуществляет привод передних колес и заднего дифференциала. При отключенном блоке сцепления центральный блок управления регулирует работу двигателя внутреннего сгорания, когда он осуществляет привод передних колес или когда электродвигатель осуществляет привод только заднего дифференциала. При этом повышается эффективность работы двигателя, уменьшаются потери, что обеспечивает повышение экономичности их работы. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 ил.
а задний дифференциал содержит приводимую в движение центральным валом шестерню и приводимую ею во вращение большую шестерню, две дифференциальные шестерни, приводимые во вращение большой шестерней и в свою очередь осуществляющие привод каждого заднего колеса, и малую шестерню, приводимую во вращение большой шестерней и присоединенную к электродвигателю, причем вращательное движение, полученное задним дифференциалом, передается на электродвигатель, который вырабатывает электрический ток, а также установка содержит центральный блок управления, включающий генератор и электронный твердотельный элемент и регулирующий работу электродвигателя в режиме двигателя, генератора, или отключения, а также регулирующий работу блока сцепления, как включенного в цепь в режимах, когда двигатель внутреннего сгорания осуществляет совместный привод передних колес и заднего дифференциала, или когда электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания осуществляют совместный привод передних и задних колес, или когда электродвигатель один осуществляет привод передних колес и заднего дифференциала, так и отключенного из цепи, когда двигатель внутреннего сгорания осуществляет привод только передних колес или когда электродвигатель осуществляет привод только заднего дифференциала.
регулирующий работу устройства сцепления и электродвигателя в режиме двигателя и генератора, а установка имеет возможность работать по меньшей мере в одном из следующих режимов: двигатель внутреннего сгорания осуществляет привод передних колес, а электродвигатель не работает, двигатель внутреннего сгорания один осуществляет привод задних колес, электродвигатель работает в режиме генератора, двигатель внутреннего сгорания осуществляет совместный привод передних и задних колес, а электродвигатель работает в режиме двигателя, электродвигатель осуществляет привод передних и задних колес и работает в режиме двигателя, двигатель внутреннего сгорания один осуществляет привод только задних колес, при этом устройство сцепления включено, электродвигатель работает в режиме двигателя, при этом электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания работают совместно в качестве источников энергии привода.
| US 4562894 A1, 07.01.86, B 60 K 1/00 | |||
| US 5120282 A1, 09.06.92, F 16 H 37/06 | |||
| Огнетушитель | 0 |
|
SU91A1 |
