Настоящее изобретение относится к области энергетического машиностроения, а более конкретно к многофункциональной комбинированной энергосистеме, которая используется в приводных механизмах типа транспортных средств, кораблей, летательных аппаратов или других механических конструкций либо другого промышленного или обрабатывающего оборудования.
В последние годы все более и более серьезными становятся проблемы энергии и шумового загрязнения окружающей среды. Хорошим решением этих проблем было бы использовать транспортные средства с электроэнергетическими приводами, но разработка транспортных средств с электроэнергетическими приводами до настоящего времени ограничена мощностью аккумуляторных батарей, способных обеспечить более высокий диапазон перемещений. Простое увеличение объема или количества аккумуляторных батарей с целью увеличения диапазона, соответственно, увеличивает собственный вес ходовой части, что приводит к более высокому потреблению электроэнергии и не удовлетворяет экономическим требованиям. Следовательно, не имея основного решения технических проблем в отношении аккумуляторных батарей, наиболее практическим способом привода является использование комбинированных устройств привода.
Современные конструкции комбинированных устройств приводов включают в себя:
А. Последовательную комбинированную энергетическую конструкцию. Эта конструкция представляет собой наиболее типичную конструкцию для транспортного средства с электрическим приводом. В этой конструкции генератор приводится двигателем с целью вырабатывания электричества и зарядки аккумуляторной батареи, после чего аккумуляторная батарея обеспечивает электричество на приводимый электродвигатель с целью привода транспортного средства. Поскольку энергия преобразуется несколько раз, общая эффективность этой конструкции низкая. Примером такой конструкции является транспортное средство GM НХЗ фирмы "Дженерал Моторз".
В. Конструкция с синхронизацией энергии на общем валу. Эта конструкция включает в себя прямое последовательное соединение вала вывода энергии двигателя и вращательного вала приводимого электродвигателя с целью вырабатывания благодаря этому функций управления приводом и угловой скоростью. Примером такой конструкции является западногерманское транспортное средство "Фольксваген" СН1СО Седан.
В случае такой обычной конструкции двигателя и электродвигателя можно выбирать только одно устройство из двигателя и электродвигателя для выходной трансмиссии, а сочетание их выходных энергий невозможно.
В описании изобретения к патенту США 5427196 рассматривается известная многофункциональная комбинированная энергосистема, содержащая
- двигатель внутреннего сгорания, имеющий трансмиссионный вал двигателя и выходной трансмиссионный вал,
- электрическую машину,
- трансмиссионное устройство, соединенное с электрической машиной,
- интерфейс ручного управления, расположенный с возможностью обеспечения возможности ручного ввода соответствующих команд управления транспортным средством, чтобы приводить в действие электрическую машину в качестве электродвигателя или генератора,
- центральное устройство управления, расположенное с возможностью выполнения цифровых вычислений приоритетов по сигналам, поступающим от интерфейса ручного управления, или по сигналам обратной связи для вырабатывания команды управления, чтобы приводить в действие электрическую машину в качестве электродвигателя или генератора,
- устройство управления приводом, выполненное с возможностью приема команды управления с центрального управляющего устройства для приведения в действие электрической машины в качестве генератора и управления его скоростью вырабатывания энергии и для приведения в действие электрической машины в качестве электродвигателя и управления направлением вращения и угловой скоростью ее вала,
в которой предусматривается, что интерфейс ручного управления, центральное устройство управления и устройство управления приводом включают в себя средства для осуществления следующих функций:
- электрическая машина выполнена с возможностью привода в действие устройства управления приводом для функционирования в качестве электродвигателя, вал которого установлен с возможностью вращения как в положительном, так и в обратном направлениях, либо функционирования в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или снабжения электроэнергией других нагрузок,
- вал электрической машины установлен с возможностью вращения в положительном и обратном направлениях, обеспечивая при этом следующие режимы работы системы: вал электродвигателя вращается в положительном направлении для запуска двигателя, а двигатель используется для привода нагрузок после его запуска, когда электрическая машина поддерживается в состоянии ожидания,
- при подключении к двигателю нагрузок электрическая машина является генератором, запитанным через интерфейс ручного управления, центральное управляющее устройство и устройство управления приводом, при этом двигатель одновременно подключен к нагрузке и генератору для зарядки аккумуляторной батареи или подачи электроэнергии на другие нагрузки,
- при подключении к двигателю нагрузок электрическая машина является электродвигателем, причем электродвигатель подпитывается энергией от аккумуляторной батареи и вместе с двигателем подключает нагрузки,
- электрическая машина является электродвигателем и ее вал установлен с возможностью вращения в обратном направлении, трансмиссионная конструкция вызывает такое направление вращения нагрузок, чтобы оно было таким же, как если бы привод осуществлялся двигателем, при этом к электрической машине подключены нагрузки, причем электрическая машина работает как электродвигатель, при неработающем двигателе,
- при подключении к двигателю нагрузок энергия преобразуется либо посредством работы электрической машины в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или подачи электроэнергии на другие нагрузки, либо посредством использования демпфирования трением самого двигателя в случае функции торможения,
- электрическая машина является электродвигателем для привода нагрузок, при этом электрическая машина служит для преобразования энергии в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или для подачи электроэнергии на другие нагрузки,
- электрическая машина выполнена с возможностью привода двигателя в качестве генератора переменного тока для зарядки аккумуляторной батареи или для подачи электроэнергии на другие нагрузки.
Технической задачей настоящего изобретения является создание многофункциональный простой и высокоэффективной энергосистемы.
Данная техническая задача решается за счет того, что в многофункциональной комбинированной энергосистеме, содержащей
- двигатель внутреннего сгорания, имеющий трансмиссионный вал двигателя и выходной трансмиссионный вал,
- электрическую машину,
- трансмиссионное устройство, соединенное с электрической машиной,
- интерфейс ручного управления, расположенный с возможностью обеспечения возможности ручного ввода соответствующих команд управления транспортным средством, чтобы приводить в действие электрическую машину в качестве электродвигателя или генератора,
- центральное устройство управления, расположенное с возможностью выполнения цифровых вычислений приоритетов по сигналам, поступающим от интерфейса ручного управления, или по сигналам обратной связи для вырабатывания команды управления, чтобы приводить в действие электрическую машину в качестве электродвигателя или генератора,
- устройство управления приводом, выполненное с возможностью приема команды управления с центрального управляющего устройства для приведения в действие электрической машины в качестве генератора и управления его скоростью вырабатывания энергии и для приведения в действие электрической машины в качестве электродвигателя и управления направлением вращения и угловой скоростью ее вала,
в которой предусматривается, что интерфейс ручного управления, центральное устройство управления и устройство управления приводом включают в себя средства для осуществления следующих функций:
- электрическая машина выполнена с возможностью привода в действие устройства управления приводом для функционирования в качестве электродвигателя, вал которого установлен с возможностью вращения как в положительном, так и в обратном направлениях, либо функционирования в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или снабжения электроэнергией других нагрузок,
- вал электрической машины установлен с возможностью вращения в положительном и обратном направлениях, обеспечивая при этом следующие режимы работы системы: вал электродвигателя вращается в положительном направлении для запуска двигателя, а двигатель используется для привода нагрузок после его запуска, когда электрическая машина поддерживается в состоянии ожидания,
- при подключении к двигателю нагрузок электрическая машина является генератором, запитанным через интерфейс ручного управления, центральное управляющее устройство и устройство управления приводом, при этом двигатель одновременно подключен к нагрузке и генератору для зарядки аккумуляторной батареи или подачи электроэнергии на другие нагрузки,
- при подключении к двигателю нагрузок электрическая машина является электродвигателем, причем электродвигатель подпитывается энергией от аккумуляторной батареи и вместе с двигателем подключает нагрузки,
- электрическая машина является электродвигателем и ее вал установлен с возможностью вращения в обратном направлении, трансмиссионная конструкция вызывает такое направление вращения нагрузок, чтобы оно было таким же, как если бы привод осуществлялся двигателем, при этом к электрической машине подключены нагрузки, причем электрическая машина работает как электродвигатель при неработающем двигателе,
- при подключении к двигателю нагрузок энергия преобразуется либо посредством работы электрической машины в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или подачи электроэнергии на другие нагрузки, либо посредством использования демпфирования трением самого двигателя в случае функции торможения,
- электрическая машина является электродвигателем для привода нагрузок, при этом электрическая машина служит для преобразования энергии в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или для подачи электроэнергии на другие нагрузки,
- электрическая машина выполнена с возможностью привода двигателя в качестве генератора переменного тока для зарядки аккумуляторной батареи или для подачи электроэнергии на другие нагрузки,
согласно изобретению имеются первое и второе трансмиссионные устройства одностороннего действия, соединенные с электрической машиной, а также реагирующая на угловую скорость муфта сцепления, подсоединенная для передачи энергии от трансмиссионного вала двигателя к выходному трансмиссионному валу.
Предпочтительно реагирующая на угловую скорость муфта сцепления расположена для сцепления и выполнения трансмиссии при угловой скорости выше номинальной, обеспечивая отпуск и отклонение трансмиссии при угловой скорости ниже номинальной.
Кроме того, предпочтительно электрическая машина включает в себя трансмиссионный вал электрической машины, установленный с трансмиссионными устройствами одностороннего действия на каждом конце, причем трансмиссионные устройства одностороннего действия расположены с возможностью вращения в противоположных направлениях, а также тем, что имеется вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления, подсоединенная для передачи энергии от электрической машины к трансмиссионному валу электрической машины и расположенная для сцепления и выполнения трансмиссии при угловой скорости выше номинальной, обеспечивая отпуск и отклонение трансмиссии при угловой скорости ниже номинальной.
Предпочтительно также трансмиссионный вал электрической машины расположен с возможностью привода первой шестерни в двух различных направлениях вращения посредством первого трансмиссионного устройства одностороннего действия, которое соединяется с приводной стороной второй реагирующей на угловую скорость муфты сцепления с обеспечением возможности соединения ее с трансмиссионным валом двигателя, когда приводимая сторона второй реагирующей на угловую скорость муфты сцепления соединяется с трансмиссионным валом электрической машины, причем вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления имеет фрикционный диск, установленный на трансмиссионном валу двигателя, который расположен с обеспечением возможности его входить в зацепление со вторым цепным колесом, установленным на трансмиссионном валу двигателя, вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления установлена между трансмиссионным валом двигателя и выходным трансмиссионным валом и имеет фрикционный диск, имеющий приводную сторону, которая соединена с трансмиссионным валом двигателя, и приводимую сторону, которая соединена с выходным трансмиссионным валом, вторая шестерня установлена на выходном трансмиссионном валу, имея возможность входить в зацепление с первой шестерней, при этом второе трансмиссионное устройство одностороннего действия установлено между первой шестерней и трансмиссионным валом электрической машины, когда направление его вращения отличается от направления вращения первого трансмиссионного устройства.
Предпочтительно электрическая машина включает в себя выходной вал, соединенный с трансмиссионным цепным колесом посредством второго трансмиссионного устройства одностороннего действия, и вводится в первое трансмиссионное устройство одностороннего действия для привода первой шестерни в одном единственном направлении, вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления установлена между выходным валом и первой шестерней и включает в себя фрикционный диск, имеющий приводную сторону, которая соединена с первой шестерней, и приводимую сторону, которая соединена с вращательным валом, а также тем, что трансмиссионный вал двигателя установлен вместе со второй шестерней, которая входит в зацепление с первой шестерней, а второй выходной вал установлен вместе с третьей шестерней, которая входит в зацепление с первой шестерней и вторым цепным колесом, обеспечивая соединение с первым цепным колесом посредством цепи.
Предпочтительно электрическая машина включает в себя вращательный вал, имеющий первый и второй концы, при этом первый конец второй реагирующей на угловую скорость муфты сцепления соединяется с выходной коробкой зубчатой передачи, а второй конец второй реагирующей на угловую скорость муфты сцепления соединен с первым концом трансмиссионного вала электрической машины, нагрузки приводятся выходным валом коробки зубчатой передачи, второй конец трансмиссионного вала электрической машины соединяется с трансмиссионным валом двигателя посредством первого трансмиссионного устройства одностороннего действия, первая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления установлена между трансмиссионным валом двигателя и трансмиссионным валом электрической машины и включает в себя фрикционный диск, имеющий приводную сторону, которая соединена с трансмиссионным валом двигателя, при этом коробка зубчатой передачи расположена с возможностью обеспечения одного и того же направления вращения, независимо от направления вращения ее входного вала.
Предпочтительно электрическая машина дополнительно включает в себя первую, вторую и третью шестерни, причем первая шестерня сцепляется со второй шестерней, которая соединяется с трансмиссионным валом двигателя, вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления установлена между первой шестерней и трансмиссионным валом электрической машины и включает в себя фрикционный диск, имеющий приводную сторону, которая расположена с обеспечением возможности ее входить в зацепление с первой шестерней, и приводимую сторону, которая расположена с обеспечением возможности ее входить в зацепление с трансмиссионным валом электрической машины при превышении номинальный угловой скорости, при этом система дополнительно включает в себя средство, предназначенное для привода трансмиссионного вала двигателя и выходного трансмиссионного вала в одном и том же направлении вращения.
Предпочтительно первая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления включает в себя фрикционный диск, имеющий приводную сторону, соединенную с трансмиссионным валом двигателя, и приводимую сторону, соединенную с выходным трансмиссионным валом.
Предпочтительно трансмиссионный вал электрической машины приводит третью шестерню через второе трансмиссионное устройство одностороннего действия с возможностью вхождения в зацепление с четвертой шестерней, установленной на выходном трансмиссионном валу, благодаря чему осуществляется привод выходного трансмиссионного вала во вращение, первое трансмиссионное устройство одностороннего действия подсоединено между цепным колесом и трансмиссионным валом электрической машины, первая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления установлена между цепным колесом и трансмиссионным валом двигателя и включает в себя фрикционный диск, имеющий приводную сторону, соединенную с цепным колесом, и приводимую сторону, соединенную с трансмиссионным валом электрической машины, второе цепное колесо объединено с трансмиссионным валом двигателя и совместно приводится с первым цепным колесом посредством цепи, при этом вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления установлена между трансмиссионным валом двигателя и выходным трансмиссионным валом, при этом вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления включает в себя фрикционный диск, имеющий приводную сторону, объединенную с трансмиссионным валом двигателя, и приводимую сторону, объединенную с выходным трансмиссионным валом.
Предпочтительно электрическая машина включает в себя вращательный вал, имеющий форму полой трубы, расположенной таким образом, чтобы заключать в себя второе трансмиссионное устройство одностороннего действия, причем второе трансмиссионное устройство одностороннего действия соединено с трансмиссионным валом двигателя, а упомянутый вращательный вал, в свою очередь, вставлен в первое трансмиссионное устройство одностороннего действия и соединен с первой трансмиссионной шестерней, при этом первая трансмиссионная шестерня находится в зацеплении со второй трансмиссионной шестерней, первое и второе трансмиссионные устройства одностороннего действия расположены с возможностью обеспечения разных направлений вращения, трансмиссионный вал двигателя соединяется с цепным колесом посредством второй реагирующей на угловую скорость муфты сцепления, когда приводная сторона фрикционного диска входит в зацепление с трансмиссионным валом двигателя, а приводимая сторона фрикционного диска входит в зацепление с цепным колесом, выходной вал установлен вместе со вторым цепным колесом, которое входит в зацепление со второй трансмиссионной шестерней через второе цепное колесо, соединенное с первым цепным колесом при помощи цепи, при этом выходной вал установлен вместе со второй трансмиссионной шестерней для передачи энергии первой трансмиссионной шестерне.
Предпочтительно электрическая машина включает в себя вращательный вал, имеющий первый и второй концы, при этом первый конец вращательного вала электрической машины соединен с выходной коробкой зубчатой передачи, нагрузка приводится выходным валом коробки зубчатой передачи, второй конец вращательного вала электрической машины соединяется с трансмиссионным валом двигателя посредством первого трансмиссионного устройства одностороннего действия, реагирующая на угловую скорость муфта сцепления установлена между трансмиссионным валом двигателя и вращательным валом электрической машины и включает в себя фрикционный диск, имеющий приводную сторону, которая соединена с трансмиссионным валом двигателя, и приводимую сторону, которая соединена с вращательным валом электрической машины, при этом коробка зубчатой передачи расположена с возможностью обеспечения одного и того же направления вращения, независимо от направления вращения ее входного вала.
Предпочтительно первая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления установлена между электрической машиной и двигателем, а вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления установлена между электрической машиной и нагрузкой, а также тем, что вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления имеет более высокую номинальную угловую скорость, чем первая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления, благодаря чему двигатель может работать с низкой частотой вращения, в то время как вторая реагирующая на угловую скорость муфта сцепления поддерживается в отпущенном состоянии для обеспечения возможности зарядки аккумуляторной батареи электрической машиной при неработающей системе.
Предпочтительно номинальная угловая скорость первой реагирующей на угловую скорость муфты сцепления выше скорости вращения вала электрической машины в условиях без нагрузки, когда электрическая машина выполняет независимую функцию привода нагрузки, для предотвращения привода электрической машиной двигателя во время привода нагрузки.
Предпочтительно по меньшей мере одно из трансмиссионных устройств одностороннего действия представляет собой механизм храпового колеса.
Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на чертежи, на которых
Фиг. 1 представляет вид сбоку первого предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Фиг. 2 представляет вид сбоку второго предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Фиг. 3 представляет вид сбоку третьего предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Фиг.4 представляет вид сбоку четвертого предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Фиг. 5 представляет вид сбоку пятого предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Фиг. 6 представляет вид сбоку шестого предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Фиг. 7 представляет вид сбоку седьмого предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Фиг. 8 представляет вид сбоку восьмого предпочтительного варианта осуществления изобретения.
Каждый из вариантов осуществления изобретения включает в себя следующие конструкции:
- двигатель внутреннего сгорания 1, работающий на бензине, дизельном топливе, очищенном масле, газе или другом топливе, предназначенный для привода нагрузки или электрической машины, функционирующей как генератор,
- электрическую машину 2, которая может представлять собой электрическую машину с последовательным возбуждением или вспомогательным смешанным возбуждением с такими электрическими характеристиками, что число оборотов ее вала увеличивается при уменьшении нагрузки, либо электрическую машину переменного или постоянного тока со щетками или без щеток, способную осуществлять управление током, включающее в себя регулирование постоянного тока, и которую можно приводить в действие посредством интерфейса ручного управления, в качестве электродвигателя или генератора,
- однонаправленные трансмиссионные муфты сцепления 3, 4, состоящие из устройства, обеспеченного однонаправленной трансмиссионной функцией или механизмом храпового колеса и соединенного с электрической машиной, вал которой вращается в положительном и обратном направлениях с целью изменения рабочей связи между энергетическими элементами системы,
- эксцентриковые муфты 5, 6, предназначенные для передачи энергии от концов вращающихся валов и которые расположены таким образом, чтобы замыкаться и осуществлять трансмиссию при числе оборотов выше номинального, освобождая и отключая трансмиссию при числе оборотов ниже номинального,
- интерфейс ручного управления 7, состоящий из твердотельных или электромеханических элементов, чтобы обеспечить возможность ручного ввода в центральное устройство управления соответствующих команд управления транспортным средством,
- центральное устройство управления 8, включающее в себя микропроцессор или твердотельные элементы, либо электромеханические элементы, расположенные таким образом, чтобы осуществлять цифровые вычисления приоритета по сигналам интерфейса ручного управления или сигналом обратной связи и посылать команды управления на устройство управления приводом,
- устройство управления приводом 9, состоящее из твердотельных или электромеханических элементов и которое принимает команды с центрального устройства управления с целью приведения в действие электрической машины в качестве генератора и управления скоростью вырабатывания электроэнергии либо с целью приведения в действие электрической машины в качестве электродвигателя и управления направлением и скоростью вращения ее вала.
С помощью вышеупомянутых элементов обеспечиваются соответствующие предпочтительным вариантам осуществления изобретения многофункциональные комбинированные энергосистемы со следующими общими характеристиками:
1) Электрическая машина приводится в действие устройством управления приводом 9 с целью функционирования в качестве электродвигателя, вал которого вращается как в положительном, так и в обратном направлениях, или для функционирования в качестве генератора, предназначенного для зарядки аккумуляторной батареи или снабжения электроэнергией других нагрузок.
2) Вал электрической машины вращается в положительном и обратном направлениях с целью обеспечения следующих операций системы: вал электродвигателя вращается в положительном направлении с целью запуска двигателя 1, а двигатель используется с целью привода нагрузок после его запуска, в то время как электрическая машина поддерживается в состоянии ожидания.
3) Когда нагрузки приводятся двигателем, если электрическая машина приводится в действие в качестве генератора посредством интерфейса ручного управления 7, центрального устройства управления 8 и устройства управления приводом 9, то двигатель приводит нагрузки и одновременно генератор с целью зарядки аккумуляторной батареи или снабжения электрической энергией другие нагрузки.
4) Во время привода нагрузок двигателем, если электрическая машина работает в качестве электродвигателя, то электродвигатель снабжается энергией от аккумуляторной батареи и приводит нагрузки вместе с двигателем.
5) Если электрическая машина приводится в действие в качестве электродвигателя и ее вал вращается в обратном направлении, то конструкция трансмиссии вызывает вращение нагрузок в таком же направлении, как если бы привод осуществлялся двигателем, и нагрузки просто приводятся электрической машиной, работающей как электродвигатель, в то время как двигатель находится в остановленном состоянии.
6) Когда нагрузки приводятся двигателем, энергия преобразуется посредством приведения в действие электрической машины в качестве генератора с целью зарядки аккумуляторной батареи или снабжения электроэнергией других нагрузок либо посредством использования функции демпфирования самого двигателя при выполнении функции торможения.
7) При работе электрической машины в качестве электродвигателя с целью привода нагрузок преобразование энергии достигается посредством использования электрической машины в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или снабжения электроэнергией других нагрузок.
8) Для остановки привода нагрузок и обеспечения возможности двигателю приводить электрическую машину в качестве генератора переменного тока с целью зарядки аккумуляторной батареи или снабжения электроэнергией других нагрузок электрическая машина Е101 включает в себя постоянный магнит, возбужденную обмотку возбуждения, электрическое устройство типа электрического поля, возбуждаемого переменной частотой, или электрическое устройство типа генератора переменного тока со щетками, обмотку якоря которого обычно устанавливают с проводящими кольцами для вывода переменного тока и с коллектором ввода-вывода постоянного тока. Вывод переменного тока может представлять собой вывод переменной частоты и вывод постоянной частоты посредством управления постоянной угловой скоростью вала двигателя.
Теперь будет приведено описание различных специальных вариантов осуществления изобретения следующим образом:
На фиг. 1 показан первый предпочтительный вариант осуществления изобретения, включающий в себя:
- описанный выше двигатель внутреннего сгорания 1,
- описанную выше электрическую машину 2, в которой вал вращения 10 установлен с однонаправленной трансмиссионной конструкцией 3 и 4 на каждом конце в противоположном направлении, соответственно, и далее соединяется с шестернями 11 и 12, где шестерня 11 сцепляется с шестерней 13, которая объединена с валом коробки передач 14 двигателя 1,
- электрическую муфту сцепления 5, установленную между упомянутой шестерней 11 и трансмиссионным валом 10 электродвигателя, где муфта сцепления 5 реагирует на угловую скорость, вызывая соединение приводной стороны фрикционного диска с шестерней 11, а приводимой стороны - с трансмиссионным валом 10 электрической машины,
- два конца эксцентриковой муфты сцепления 6 объединены соответственно с трансмиссионным валом 14 двигателя и выходным трансмиссионным валом 15, где эксцентриковая муфта сцепления 6 реагирует на угловую скорость, вызывая соединение приводной стороны фрикционного диска с валом 14, а приводимой стороны - с выходным трансмиссионным валом 15,
- трансмиссионные валы 10 и 15 приводятся в одном и том же направлении посредством сцепления между сателлитом 12 и шестерней с внутренним зацеплением 16. В качестве альтернативы трансмиссию можно осуществлять посредством добавления промежуточной шестерни, которая зацепляет шестерню с наружным зацеплением, либо посредством цепного колеса или колеса для ремня, вращающегося в одном и том же направлении с целью привода валов 10 и 15 в одинаковом направлении вращения,
- описанный выше интерфейс ручного управления 7,
- описанное выше центральное устройство управления 8,
- описанное выше устройство управления приводом, которое расположено таким образом, чтобы принимать команды с центрального устройства управления 8 для приведения в действие электрической машины в качестве генератора и управления скоростью вырабатывания электроэнергии с целью зарядки аккумуляторной батареи 17 или снабжения электроэнергией других нагрузок либо в качестве электродвигателя и управляемого в отношении направления вращения и угловых скоростей.
Функции этого упомянутого варианта осуществления изобретения приведены в табл. 1, в которой символы "CW" обозначают вращение в направлении по часовой стрелке, a "CCW" - вращение в направлении против часовой стрелки.
На фиг.2 показан второй предпочтительный вариант соответствующей изобретению многофункциональной комбинированной энергосистемы, который включает в себя следующие элементы:
- описанный выше двигатель внутреннего сгорания 1,
- электрическую машину 2, описанную выше в соответствии с фиг.1, но без эксцентриковой муфты сцепления 5,
- эксцентриковую муфту сцепления 6, как описано выше, в соответствии с показанным на фиг.2 вариантом,
- трансмиссионные валы 10 и 15, приводимые в одинаковом направлении посредством сателлита 12, сцепляющегося с шестерней 16, имеющей внутреннее зацепление, как описано выше в связи с показанным на фиг.1 вариантом осуществления или в качестве альтернативы посредством промежуточной шестерни, ремня или цепи, как описано выше,
- описанный выше интерфейс ручного управления 7,
- описанное выше центральное устройство управления 8: оно представляет собой центральный процессор, состоящий из микропроцессора или твердотельных элементов либо электромеханических элементов, предназначенный для выполнения цифровых вычислений приоритета по сигналам интерфейса ручного управления либо сигналам обратной связи, и посылки команд управления на управляющее устройство привода,
- управляющее устройство приводом 9, расположенное как описано выше для приема команд с центрального устройства управления с целью приведения в действие электрической машины в качестве электродвигателя и управления направлением и угловой скоростью вращения его вала.
Функции этого варианта осуществления изобретения показаны в табл. 2.
На фиг. 3 показан третий предпочтительный вариант соответствующей изобретению многофункциональной комбинированной энергосистемы, которая включает в себя следующие элементы:
- описанный выше двигатель внутреннего сгорания 1,
- описанную выше электрическую машину 2, в которой выходной вал электрической машины установлен с однонаправленными трансмиссионными конструкциями 3 и 4 на каждом конце с различными направлениями действия соответственно, где вал вращения 10 приводит шестерню 18 через однонаправленное трансмиссионное устройство 4 с целью сцепления с шестерней 19 на выходном трансмиссионном валу, чтобы приводить тем самым выходной вал 15, и где однонаправленная трансмиссионная конструкция 3 соединяется между цепным колесом 20 и валом вращения электродвигателя 10. В этом варианте осуществления дополнительно установлена муфта сцепления 5 между цепным колесом 20 и валом вращения электродвигателя 10, где муфта 5 реагирует на угловую скорость, обеспечивая соединение приводной стороны фрикционного диска с цепным колесом 20, а приводимой стороны - с вращательным валом электрической машины. Другое цепное колесо 21 соединяется с трансмиссионным валом 14 двигателя и приводится совместно с упомянутым цепным колесом 20 посредством цепи 22. Между трансмиссионным валом 14 двигателя и выходным валом 15 далее установлена дополнительная эксцентриковая муфта 6, причем упомянутая муфта 6 также реагирует на угловую скорость, управляя соединением приводной стороны фрикционного диска с трансмиссионным валом 14 двигателя, а приводимой стороны - с выходным валом 15,
- описанный выше интерфейс 7 ручного управления,
- описанное выше центральное устройство управления 8,
- устройство управления приводом 9, как описано выше, в соответствии с показанным на фиг.1 вариантом осуществления.
Функции этого предпочтительного варианта показаны в табл. 3.
На фиг.4 показан четвертый предпочтительный вариант осуществления соответствующей изобретению многофункциональной комбинированной энергосистемы, включающей в себя следующие элементы:
- описанный выше двигатель внутреннего сгорания 1,
- описанную выше электрическую систему 2, в которой вал вращения 10 приводит шестерню 18 в двух различных направлениях вращения через однонаправленную трансмиссионную конструкцию 3 и соединяется с приводной стороной эксцентриковой муфты сцепления 5 таким образом, чтобы оказаться соединенным с приводным валом 23 двигателя, когда приводимая сторона муфты сцепления соединяется с вращательным валом 10 электрической машины, где фрикционный диск муфты 5 на валу 23 расположен так, чтобы сцепляться с валом 10 при угловой скорости выше заранее заданной. Цепное колесо 20 установлено на вращательном валу 23 двигателя таким образом, что сцепляться с цепным колесом 21, которое установлено на вспомогательном валу 14. Вторая эксцентриковая муфта сцепления 6 установлена между вспомогательным валом 14 и выходным валом 15, причем муфта 6 реагирует на угловую скорость, вызывая соединение приводной стороны фрикционного диска с вспомогательным валом 14, а приводимой стороны - с выходным валом 15. На выходном валу 15 дополнительно установлена шестерня 19 для сцепления с шестерней 18, а между шестерней 18 и трансмиссионным валом электрической машины установлена однонаправленная трансмиссионная конструкция 4, когда направление вращения ее вала отличается от направления вращения трансмиссионной конструкции 3,
- описанный выше интерфейс 7 ручного управления,
- описанное выше центральное устройство управления 8,
- описанное выше устройство управления приводом 9.
Функции этого упомянутого варианта осуществления изобретения показаны в табл. 4.
На фиг.5 показан пятый вариант осуществления соответствующей изобретению многофункциональной комбинированной энергосистемы, включающей в себя следующие элементы:
- описанный выше двигатель внутреннего сгорания 1,
- описанную выше электрическую машину 2, где вал 24 вращения имеет форму полой трубы, предназначенной для размещения однонаправленного трансмиссионного устройства 4, которое соединяется с вращательным валом 10 двигателя, где вал 24, в свою очередь, установлен в другое однонаправленное трансмиссионное устройство 3 для соединения с трансмиссионной шестерней 11, причем шестерня 11 сцепляется с шестерней 13. Два однонаправленных трансмиссионный устройства имеют различные направления вращения, так что вращательный вал двигателя соединяется с вышеупомянутой цепной шестерней 25 через эксцентриковую муфту 26, когда муфта реагирует на угловую скорость, вызывая соединение приводной стороны фрикционного диска с упомянутым валом 10 двигателя, а приводимой стороны - с упомянутым цепным колесом 25. Выходной вал 27 установлен с цепным колесом 28, предназначенным для сцепления с цепным колесом 27 посредством цепи 29 с целью обеспечения силовой трансмиссии, и дополнительно устанавливается с шестерней 13, предназначенной для сцепления с шестерней 11,
- описанный выше интерфейс 7 ручного управления,
- описанное выше центральное управляющее устройство 8,
- описанное выше устройство управления приводом 9.
Функции этого примера осуществления изобретения приведены в табл. 5.
На фиг.6 показан шестой предпочтительный вариант осуществления соответствующей настоящему изобретению многофункциональной комбинированной энергосистемы, включающей в себя следующие элементы:
- описанный выше двигатель внутреннего сгорания 1,
- описанную выше электрическую машину 2, в которой выходной вал 30 электрической машины соединяется с трансмиссионным цепным колесом 25 через одноходовую трансмиссионную конструкцию 31 и вводится в одноходовую трансмиссионную конструкцию 32 с целью привода шестерни 25 в одном направлении. Между выходным валом 30 электрической машины и шестерней 33 установлена эксцентриковая муфта сцепления 34, причем муфта 34 реагирует на угловую скорость, вызывая соединение приводной стороны фрикционного диска с шестерней 33, а его приводимой стороны - с вращательным валом 30 электрической машины. Вращательный вал 10 двигателя 1 установлен с шестерней 11, предназначенной для сцепления с шестерней 33, а выходной вал 27 установлен с шестерней 35, предназначенной для сцепления с шестерней 33, и цепным колесом 28, предназначенным для соединения с цепным колесом 25 посредством цепи 29 для силовой трансмиссии,
- описанный выше интерфейс 7 ручного управления,
- описанное выше центральное устройство управления 8,
- описанное выше устройство управления приводом 9.
Функции этого варианта осуществления приведены в табл. 6.
На фиг. 7 показан седьмой вариант осуществления соответствующей изобретению многофункциональной комбинированной энергосистемы, включающей в себя следующие элементы:
- описанный выше двигатель внутреннего сгорания 1,
- описанную выше электрическую машину 2, в которой вращательный вал 36 имеет конструкцию с двумя концами, один конец выходной муфты сцепления 37 соединен с выходной коробкой зубчатой передачи 38, тогда как другой конец соединен с одним концом выходного вала 39 электрической машины, а нагрузки приводятся выходным валом 40 коробки зубчатой передачи 38. Другой конец выходного вала 39 электрической машины соединен с вращательным валом 41 двигателя 1 через однонаправленное трансмиссионное устройство 42, тогда как между вращательным валом 41 двигателя и вращательным валом 39 электрической машины установлена эксцентриковая муфта сцепления 43, которая реагирует на угловую скорость, управляя соединением приводной стороны фрикционного сцепления с вращательным валом 41 двигателя. Коробка зубчатой передачи 38 сконструирована таким образом, чтобы поддерживать одинаковое направление вращения на выходе, независимо от того, приводится ли входной вал в положительном или обратном направлении вращения,
- описанный выше интерфейс ручного управления 7,
- описанное выше центральное устройство управления 8,
- описанное выше устройство управления приводом 9.
Функции этого варианта осуществления изобретения показаны в табл. 7.
На фиг. 8 показан восьмой предпочтительный вариант осуществления соответствующей изобретению многофункциональной комбинированной энергосистемы, включающей в себя следующие элементы:
- описанный выше двигатель внутреннего сгорания 1,
- описанную выше электрическую машину 2, в которой вращательный вал 39 имеет конструкцию с двумя концами, один конец из которых соединен с выходной коробкой зубчатой передачи, а нагрузки приводятся выходным валом 40 упомянутой коробки зубчатой передачи 38. Второй конец выходного вала 39 электрической машины соединен с вращательным валом 41 двигателя 1 через однонаправленное трансмиссионное устройство 42, тогда как между валом вращения 41 двигателя и вращательным валом 39 электрической машины установлена эксцентриковая муфта сцепления 5, которая расположена таким образом, чтобы реагировать на угловую скорость, вызывая соединение приводной стороны фрикционного диска с вращательным валом 41 двигателя, а приводимого конца - с вращательным валом 39 электрической машины. Коробка зубчатой передачи 38 сконструирована таким образом, чтобы поддерживать одно и то же направление вращения на выходе, независимо от того, приводится ли входной вал в положительном или обратном направлении вращения,
- описанный выше интерфейс ручного управления 7,
- описанное выше центральное управляющее устройство 8,
- описанное выше устройство управления приводом 9.
Функции этого варианта осуществления изобретения показаны в табл. 8.
Методы обеспечения трансмиссии одного и того же направления вращения на различных валах и согласованных положений двигателя, электрической машины или элементов однонаправленной трансмиссии, принятые в вышеприведенных примерах, можно гибко приспосабливать следующим образом, не отступая от принципов изобретения:
1) Помимо упомянутых в вышеприведенных примерах случаев, соответствующую изобретению конструкцию однонаправленной трансмиссии можно располагать на любом валу с целью обеспечения постоянных взаимных перемещений в соответствии с взаимоотношениями их трансмиссионного направления.
2) Интерфейс привода двигателя можно располагать на валах, имеющих постоянные связи взаимного перемещения в трансмиссионной конструкции, соединенной с вращательным валом двигателя.
3) Интерфейс привода электрической машины можно располагать на валах, имеющих постоянные связи взаимного перемещения в трансмиссионной конструкции, соединенной с вращательным валом электрической машины, тогда как на одном конце или на двух соответственных концах можно обеспечивать ввод-вывод.
4) Выходную эксцентриковую муфту 6 можно устанавливать на различные взаимные угловые скорости, например, посредством выбора такого положения, чтобы она имела более высокую угловую скорость замыкания и отпускания, чем эксцентриковая муфта сцепления 5, установленная между электрической машиной и двигателем, чтобы двигатель мог работать на низком числе оборотов, а муфта оставалась отпущенной при зарядке аккумуляторной батареи во время стоянки.
5) Эксцентриковую муфту сцепления, предназначенную для запуска двигателя, можно выбирать таким образом, чтобы она замыкалась при угловой скорости, которая выше угловой скорости электродвигателя во время отсутствия нагрузки, когда электродвигатель находится в независимой от нагрузки функции привода, чтобы предотвратить тем самым привод электродвигателя двигателем внутреннего сгорания во время привода им нагрузки.
Подводя итоги приведенным выше описаниям, отметим, что это решение обеспечивает конкретную трансмиссионную конструкцию, соединенную с двигателем и электрической машиной и позволяет тем самым осуществлять выбор между выполнением запуска электродвигателем двигателя или созданием независимого вывода привода посредством положительного и обратного вращений вала электрической машины. В том случае, если нагрузки требуют только однонаправленного привода, например, мотоциклы, заявленной конструкцией легко управлять; на практике она более эффективна для транспортных средств, работающих в тяжелых городских условиях остановок и возобновлений движения.
Надписи в таблицах
Таблица 1.
1. Остановка.
2. Выключено.
3. Готовность.
4. Разомкнута.
5. Замкнута.
6. Замкнута или разомкнута.
7. Запуск.
8. Включено.
9. Работа двигателя IC101 и зарядка.
10. Вращение вала электродвигателя по часовой стрелке.
11. Разрядка аккумуляторной батареи.
12. Вращение вала против часовой стрелки с числом оборотов от 0 до максимума.
13. Вырабатывание электроэнергии при вращении вала по часовой стрелке.
14. Зарядка.
15. Работа двигателя IC101.
16. Вращение вала против часовой стрелки с числом оборотов от 0 до максимума.
17. Работа без нагрузки.
18. Приведение комбинированной энергосистемы.
19. Скользящий тормоз.
20. От максимального числа оборотов до 0.
21. Электроэнергия, подаваемая при вращении вала против часовой стрелки.
22. Работа электродвигателя при вращении вала против часовой стрелки на низком числе оборотов.
23. Зарядка при остановке (контролируемая скорость зарядки или синхронизирующая остановка) или вырабатывание выходного напряжения переменного тока переменной частоты или постоянной частоты.
24. Примечание.
25. В случае функций вырабатывания выходной электроэнергии переменного тока Е101 выбирают таким образом, чтобы использовать электрическую машину с функциями вырабатывания электроэнергии переменного тока, состоящую из постоянного магнита или возбужденной обмотки возбуждения, электрического устройства типа возбуждаемого переменной частотой поля или электрического устройства типа генератора переменного тока со щетками, в обмотку якоря которого вводят проводящие кольца для вывода энергии переменного тока и коллекторы для ввода-вывода, энергии постоянного тока.
Таблица 2.
1. Остановка.
2. Выключено.
3. Готовность.
4. Разомкнута.
5. Запуск.
6. Запуск при вращении вала против часовой стрелки.
7. Работа электродвигателя при вращении вала по часовой стрелке.
8. Включено.
9. Разрядка.
10. Замкнута.
11. Работа двигателя IC101.
12. Вращение вала против часовой стрелки с частотой вращения от 0 до максимума.
13. Работа без нагрузки.
14. Приведение комбинированной энергосистемы.
15. Электроэнергия, подаваемая при вращении вала против часовой стрелки.
16. Работа электродвигателя при вращении вала против часовой стрелки с низким числом оборотов.
Таблицы 3 и 4.
1. Остановка.
2. Выключено.
3. Готовность.
4. Разомкнута.
5. Замкнута.
6. Замкнута или разомкнута.
7. Запуск.
8. Включено.
9. Работа двигателя IC101 и зарядка.
10. Вращение вала электродвигателя по часовой стрелке.
11. Разрядка аккумуляторной батареи.
12. Вращение вала по часовой стрелке с частотой от 0 до максимума.
13. Вырабатывание электроэнергии при вращении вала по часовой стрелке.
14. Зарядка аккумуляторной батареи.
15. Работа двигателя IC101.
16. По часовой стрелке или разомкнута (для таблицы 3).
16. Против часовой стрелки или остановка (для таблицы 4).
17. Работа без нагрузки.
18. Приведение комбинированной энергосистемы.
19. Скользящий тормоз.
20. От максимального числа оборотов до 0.
21. Электроэнергия, подаваемая при вращении вала против часовой стрелки.
22. Работа электродвигателя при вращении вала против часовой стрелки на низком числе оборотов.
23. Зарядка при остановке (контролируемая скорость зарядки или синхронизирующая остановка) или вырабатывание выходного напряжения переменного тока переменной частоты или постоянной частоты.
24. Примечание.
25. В случае функций вырабатывания выходной электроэнергии переменного тока, Е101 выбирают таким образом, чтобы использовать электрическую машину с функциями вырабатывания электроэнергии переменного тока, состоящую из постоянного магнита или возбужденной обмотки возбуждения, электрического устройства типа возбуждаемого переменной частотой поля, или электрического устройства типа генератора переменного тока со щетками, в обмотку якоря которого вводят проводящие кольца для вывода энергии переменного тока и коллекторы для ввода-вывода энергии постоянного тока.
26. По часовой стрелке или остановка.
Таблица 5.
1. Остановка.
2. Выключено.
3. Готовность.
4. Разомкнута.
5. Замкнута.
6. Запуск.
7. Запуск с вращением вала по часовой стрелке.
8. Включено.
9. Работа двигателя IC101 и зарядка.
10. Вращение вала электродвигателя по часовой стрелке.
11. Разрядка аккумуляторной батареи.
12. Вращение вала по часовой стрелке с частотой от 0 до максимума.
13. Вырабатывание электроэнергии при вращении вала по часовой стрелке.
14. Зарядка аккумуляторной батареи.
15. Работа двигателя IС101.
16. Работа электродвигателя при вращении вала против часовой стрелки на низком числе оборотов.
17. Работа без нагрузки.
18. Приведение комбинированной энергосистемы.
19. Скользящий тормоз.
20. От максимального числа оборотов до 0.
21. Электроэнергия, подаваемая при вращении вала против часовой стрелки.
22. Зарядка при остановке (контролируемая скорость зарядки или синхронизирующая остановка) или вырабатывание выходного напряжения переменного тока переменной частоты или постоянной частоты.
23. Примечание.
24. В случае функций вырабатывания выходной электроэнергии переменного тока Е101 выбирают таким образом, чтобы использовать электрическую машину с функциями вырабатывания электроэнергии переменного тока, состоящую из постоянного магнита или возбужденной обмотки возбуждения, электрического устройства типа возбуждаемого переменной частотой поля или электрического устройства типа генератора переменного тока со щетками, в обмотку якоря которого вводят проводящие кольца для вывода энергии переменного тока и коллекторы для ввода-вывода энергии постоянного тока.
Таблицы 6, 7 и 8.
1. Остановка.
2. Выключено.
3. Готовность.
4. Разомкнута.
5. Включено.
6. Запуск.
7. Запуск с вращением вала против часовой стрелки (для таблицы 6).
7. Запуск с вращением вала по часовой стрелке (для таблиц 7 и 8).
8. Работа электродвигателя с вращением вала по часовой стрелке.
9. Разрядка.
10. Замкнута.
11. Работы двигателя IC101 и зарядка аккумуляторной батареи.
12. Зарядка.
13. Вращение вала против часовой стрелки с частотой от 0 до максимума (для таблицы 6).
13. Работа двигателя с вращением вала по часовой стрелке с частотой от 0 до максимума (для таблиц 7 и 8).
14. Вырабатывание электроэнергии при вращении вала двигателя по часовой стрелке.
15. Работа двигателя IC101.
16. Работа без нагрузки.
17. Приведение комбинированной энергосистемы.
18. Скользящий тормоз.
19. Уменьшение числа оборотов от максимума до 0.
20. Электроэнергия, подаваемая при вращении вала против часовой стрелки.
21. Работа электродвигателя при вращении вала против часовой стрелки с низкой угловой скоростью.
22. Зарядка при остановке (контролируемая скорость зарядки или синхронизирующая остановка).
Энергосистема предназначена для транспортных средств. Энергосистема содержит двигатель внутреннего сгорания, имеющий выходной вал вращения, который соединяется с электрической машиной посредством шестерен коробки передач, ремней или цепей, составляющих конкретное трансмиссионное устройство, устанавливаемое между электрической машиной, двигателем и выходным валом. Электрическая машина представляет собой электрическую машину с последовательным возбуждением или вспомогательным смешанным возбуждением с такими электрическими характеристиками, которые увеличивают угловую скорость при уменьшении нагрузки, либо машину переменного или постоянного тока со щетками или без щеток, способную выполнять управление током, включающее в себя управление постоянным током с целью обеспечения функции следящего за нагрузкой крутящего момента с добавлением значений. Машина соединяется с выходным валом двигателя посредством конкретного трансмиссионного устройства, работающего в двух режимах системы, следящего за направлением привода электрической машины посредством однонаправленной муфты сцепления и эксцентриковой муфты сцепления совместно с управлением направлениями вращения вала электрической машины, чтобы вызывать 1) запуск электрической машиной двигателя, 2) использование электрической машины в качестве генератора во время работы двигателя, 3) привод электрической машиной и двигателем нагрузки в одно и то же время при работе двигателя, 4) привод электрической машиной нагрузки и 5) при остановке нагрузки, привода двигателем электрической машины в режиме генератора с целью зарядки аккумуляторной батареи или других электрических нагрузок. Технический результат - облегчение управления. 13 з.п. ф-лы, 8 ил. , 8 табл.
| US 5427196 A, 27.01.1995 | |||
| US 4562894 A, 07.01.1986 | |||
| US 5120282 A, 09.06.1992 | |||
| Огнетушитель | 0 |
|
SU91A1 |
| RU 2003504 C1, 30.11.1993 | |||
| RU 2003505 C1 30.04.1994 | |||
| RU 2053895 C1, 10.02.1996. | |||
