ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ Российский патент 2003 года по МПК B60L11/16 B60K6/10 

Изобретение относится к автомобилестроению и предназначено для повышения уровня эксплуатационных характеристик электромобилей (ЭМ), преимущественно электромобилей городского обслуживания, за счет применения механических пружинных рекуператоров энергии.

Известны ЭМ, где для рекуперации энергии при остановке ЭМ и использования этой энергии в процессе дальнейшего движения ЭМ служат различные устройства.

В частности, рекомендуемые для ЭМ маховичные аккумуляторы (аналоги - Гулиа Н.В. Накопители энергии. - М.: Наука, 1980 г.; Гулиа Н.В., Юрков С.А. Новая концепция электромобиля. 06.02.2000 г.(e-mail:bychk-ao&msiu.ru)) имеют ряд следующих недостатков: необходимость вакуумирования полости расположения маховика, сложность в зоне соединения вала маховика с трансмиссией ЭМ из-за нарушения уплотнения в стыках, ограниченность во времени сохранности рекуперированной энергии во вращающемся маховике, обязательность размещения плоскости вращения маховика в горизонтальной плоскости из-за создания гироскопического момента, влияющего на управляемость ЭМ.

За прототип принят ЭМ, состоящий из кузова легкового автомобиля, ходовой части с тормозной системой, имеющей тормозную педаль и педаль с задатчиком скорости, пульта управления и движителя (силового агрегата), включающего электродвигатель с аккумуляторными батареями, механический редуктор, связывающий ось электродвигателя с приводом для вращения дифференциала для ведущих полуосей ЭМ и имеющий, как минимум, одну промежуточную ось, где рекуперация энергии останавливающегося ЭМ осуществляется при помощи электрохимических аккумуляторов (АкБ), которые подзаряжаются от подключенного в процессе торможения электродвигателя, работающего в режиме генератора (прототип - проспект АО "АВТОВАЗ", "Лада 2131 Электро". - Тольятти, 1999 г.).

К недостаткам известного устройства следует отнести:
- незначительное значение рекуперируемой энергии, которая составляет величину ориентировочно не более 20% от энергии останавливающегося ЭМ, что значительно снижает общий пробег ЭМ;
- низкое КПД АкБ при использовании в условиях "пиковых" нагрузок, например, для начального процесса страгивания ЭМ, так как для процесса страгивания электродвигателя, соединенного с механической системой трансмиссии ЭМ, требуется изначально резкое повышение силы тока;
- низкая приемистость ЭМ, например, отсутствие возможности при страгивании ЭМ быстрого разгона и набора скорости.

Задачей данного изобретения является повышение эксплуатационных способностей ЭМ, а именно повышение приемистости при страгивании с места в начальный период движения ЭМ, создание дополнительного запаса энергии для маневрирования во время движения, а также значительное увеличение пробега ЭМ с одной зарядки АкБ.

Поставленная задача достигается за счет того, что в известной конструкции электромобиля, состоящей из кузова легкового автомобиля, ходовой части с тормозной системой, имеющей тормозную педаль и педаль с индуктивным задатчиком скорости, пульта управления и движителя, включающего электродвигатель с аккумуляторными батареями, обеспечивающими питание электродвигателя и при работе его в режиме генератора, рекуперацию энергии останавливающегося электромобиля, механический редуктор, связывающий ось электродвигателя с приводом дифференциала для ведущих полуосей электромобиля и имеющий, как минимум, одну промежуточную ось, ось электродвигателя и первая (или четная) промежуточная ось механического редуктора выполнены удлиненными, на них установлены, на шпонках или шлицах, две муфты и две конические шестерни по скользящей посадке, которые контактируют с коническими шестернями, установленными по неподвижной посадке на дополнительной оси, расположенной перпендикулярно к оси электродвигателя и связанной с осью механического рекуператора энергии, имеющего вокруг своей оси витую пружину, фиксируемую при ее заводке храповым устройством, при этом муфты и сидящие с ними на одних осях конические шестерни имеют возможность контактировать для передачи крутящего момента, например, при помощи храпового устройства или муфты с синхронизатором, при этом муфты связаны между собой рычагом управления и имеют три положения: нейтральное, подключение механического рекуператора энергии на его зарядку, т.е. для рекуперации до 100 от энергии останавливающегося электромобиля, и включение механического рекуператора энергии на рабочий режим, т. е. на начало движения электромобиля, при этом рычаг управления муфтами и элемент отключения храповика механического рекуператора энергии, для его срабатывания, связаны с электромагнитами, задатчиком автоматического подключения механического рекуператора энергии, для передвижения электромобиля служит поперечная рейка в зоне педалей управления электромобиля, включаемая электромагнитом с пульта и содержащая два концевых электрических датчика, подводимых последовательно под педали управления электромобиля.

Причем механический рекуператор энергии соединен с дополнительной осью механического редуктора электромобиля через карданную передачу, а с осью электродвигателя и промежуточной осью механического редуктора - через две цилиндрические шестерни, установленные на этих осях по скользящей посадке, с третьей цилиндрической шестерней, установленной жестко на продолжении оси механического рекуператора энергии.

Причем устройство механического рекуператора энергии (МРЭ), для оценки крайних положений пружины, оснащено реохордом, контактирующим с датчиком положения пружины механического рекуператора энергии и связанным с прибором, показывающим фактический уровень его загрузки.

Сущность изобретения представлена на чертежах, где изображено: на фиг.1 - вид сверху на ЭМ, оснащенный МРЭ; на фиг.2 - привод ЭМ от электродвигателя к дифференциалу с установкой МРЭ под углом 90^o - в разрезе; на фиг.3 - схема устройства для переключения режима работы МРЭ; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.2 (схема контроля фактического состояния пружины МРЭ); на фиг.5 - вид по стрелке В на фиг.2 (схема включения МРЭ посредством электромагнита); на фиг. 6 - привод ЭМ с подключением МРЭ через цилиндрические шестерни; на фиг.7 - вид С, приведенный на фиг.2, где показан привод ЭМ с подключением МРЭ через карданную передачу; на фиг.8 - схема подключения МРЭ к педалям управления ЭМ.

Электромобиль 1 (фиг.1) состоит из кузова 2, трансмиссии с колесами 3, электродвигателя 4 с аккумуляторными батареями, размещенными в любых свободных участках ЭМ (не показано), коробки передач 5, связывающей ось электродвигателя 4 с дифференциалом 6 и полуосями 7 и 8, механического рекуператора энергии 9, педалей управления ЭМ, в частности педали тормоза 10, обеспечивающего включение МРЭ на его зарядку при торможении ЭМ, и педали задатчика скорости 11, обеспечивающего включение МРЭ на его срабатывание при страгивании ЭМ с места.

На фиг.2 показан привод ЭМ от электродвигателя 4 к дифференциалу 6 с установкой МРЭ 9 под прямым углом к оси электродвигателя 4, включающий коробку передач 12, где первая ось 13, соединенная с валом электродвигателя 14 через торсион, и вторая ось 15, являющаяся передаточным устройством для снижения числа оборотов у дифференциала, имеют удлиненные выходные концы, на которых установлены по скользящей посадке конические шестерни 16 и 17, которые контактируют, соответственно, с шестернями 18 и 19, жестко закрепленными на оси 20, расположенной перпендикулярно оси вала 14. На валах 13 и 15 сзади шестерен 16 и 17 установлены на шпонках две муфты 21 и 22 для сцепления с этими шестернями, например, при помощи храпового устройства или дисковой муфты трения.

Ось 20 имеет на конце соединительный переходник, например шлицевое соединение или четырехграннник, которым обеспечивается передача крутящего момента от вала 20 к оси МРЭ 23 и наоборот.

Для задания режима работы ЭМ с МРЭ служат муфты 21 и 22, положение которых определяют два электромагнита 24 и 25 (фиг.3), которые при повороте коромысла 26 перемещают муфты 21 и 22 до контакта с шестернями или 16, или 17. Среднее положение коромысла 26 обеспечивает нейтральное положение, при котором МРЭ полностью отключается.

При зарядке МРЭ, т. е. вращении его вала 23 с барабаном 27 в сторону завивки пружины 28 (фиг.4) до ее крайнего положения 29, конец пружины надавливает на шток 30, который, наряду с контролем общего состояния посредством концевых выключателей 31 и 32, показывает фактический уровень загрузки пружины за счет встроенного дополнительного реохорда 33, связанного непосредственно с датчиком на пульте управления водителя (не показано). Стопорение навитой пружины 29 осуществляется собачкой 34, контактирующей с храповым колесом 36 (фиг.5), закрепленном на барабане 27 (фиг.2). Для запуска в работу пружины в состоянии 29 собачка 34 отводится электромагнитом 35.

Для подключения МРЭ к коробке передач 12 через цилиндрические шестерни вместо конических шестерен 16 и 17 (фиг.2) на тех же осях по скользящей посадке устанавливаются цилиндрические шестерни 37 и 38 (фиг.6), с которыми контактирует третья цилиндрическая шестерня 39, к оси 40 которой подсоединяется ось 23 МРЭ 9.

При необходимости установки МРЭ 9 на ЭМ в любом удобном месте его соединение с коробкой передач 5 ЭМ обеспечивается за счет использования карданной передачи 41 (фиг.7), где пунктиром показано возможное положение МРЭ 9.

Для автоматизации управления ЭМ с использованием МРЭ 9 в зоне ножных педалей управления ЭМ 42 (педаль тормоза) и 43 (педаль скорости) (фиг.8) установлена подпружиненная поперечная скалка 44, на которой закреплены концевые переключатели 45 и 46, являющиеся задатчиками работы МРЭ, перемещение которых в рабочее положение (показано пунктиром), а именно под соответствующие педали, осуществляется электромагнитом 47, включение которого осуществляет водитель переключением тумблера на пульте управления (не показан).

Работа ЭМ (с МРЭ, выполненном в любом из приведенных вариантов на фиг.2, 6 и 7), в зависимости от состояния МРЭ: 1-й случай - когда МРЭ предварительно заведен, 2-й случай - когда МРЭ предварительно не заведен и 3-й случай - когда, включив МРЭ, его необходимо тут же отключить, заключается в следующем.

1-й случай. Водитель, сев в ЭМ, включает электропитание, при этом тумблер включения электромагнита 47 должен быть включен и концевик 46 находиться под педалью управления 43. Далее водитель, нажимая на педаль 43, нажимает на концевик 46, который включает последовательно: сначала электромагнит 24 (фиг. 3), обеспечивающий перемещение храповой муфты 21 и соединение вала 14 электродвигателя 4 с осью МРЭ 23 (фиг.2), после чего включается электромагнит 35 (фиг.5), обеспечивающий отвод собачки 34 из зацепления с храповым колесом 36, и МРЭ передает вращение на ведущие полуоси ЭМ, обеспечив начало движения ЭМ. При этом заведенная пружина из положения 29 переходит в положение 28 (фиг.4), когда конец пружины отходит, ось датчика 30 перемещается вниз и надавливает своей тарелкой на концевик 31, отключая питание к электромагнитам 47, 24 и 35. Это приводит к тому, что скалка 44 (фиг.8) отходит в левое положение, обеспечивая вывод датчика 46 из контакта с педалью 43, создавая возможность работы электродвигателя ЭМ в обычном режиме, т.е. за счет нажатия педалью 43 на индуктивный задатчик скорости движения ЭМ (не показан), муфта 21 отсоединяется, подпружиненная собачка 34 фиксирует храповое колесо 36, а концевик 45 перемещается под педаль 42.

При очередном торможении ЭМ водитель отжимает педаль 43 и нажимает на педаль 42, надавливая на концевик 45, который включает электромагнит 25 (фиг. 3), обеспечивая перемещение муфты 22 и соединение промежуточной оси 15 с осью МРЭ 23 (фиг.2), что приводит к закручиванию пружины из положения 28 до 29 (фиг.4), когда конец пружины надавливает через шток 30 на концевик 32, который дает команду на отключение электромагнита 25 и включение электромагнита 47 (фиг. 3), переводящего скалку 44 в правое положение. В это же время давление на педаль 42, если торможение за счет МРЭ не завершилось до конца, обеспечивает торможение в обычном режиме, т.е. за счет тормозной системы ЭМ.

2-й случай. Водитель, сев в ЭМ, включает электропитание, не включая тумблер включения электромагнита 47, который автоматически будет включен концевиком 32 (фиг.4) после первой зарядки МРЭ.

3-й случай. При начале движения ЭМ за счет энергии МРЭ, согласно 1-му случаю, когда возникает необходимость отключения МРЭ и остановки ЭМ, отжимается педаль 43, что отключает концевик 46, который в свою очередь снимает электропитание с электромагнита 35, удерживающего собачку 34 (фиг.5), которая стопорит храповое колесо 36 и МРЭ 9 отключается, одновременно нажимая на педаль тормоза 42. При этом производятся подзарядка МРЭ и торможение, как было отмечено для случая 1.

Для наглядной оценки состояния МРЭ на панели приборов водителя установлены две сигнальные лампочки, связанные с датчиками 32 и 31, показывающие, соответственно, "Загружен" и "Свободен". Наряду с этим там же установлена шкала фактической загрузки МРЭ, связанная с реохордом 33.

Изобретение относится к транспортным средствам с электрической тягой. Движитель включает электродвигатель с аккумуляторными батареями, редуктор, связывающий ось электродвигателя с приводом дифференциала для ведущих полуосей и промежуточную ось. На оси электродвигателя и промежуточной оси редуктора установлены две муфты и две конические шестерни по скользящей посадке, которые контактируют с коническими шестернями, установленными по неподвижной посадке на дополнительной оси, связанной с осью механического рекуператора энергии. Вокруг оси последнего предусмотрена витая пружина, фиксируемая при заводке храповым устройством. Муфты и конические шестерни имеют возможность контактировать для передачи крутящего момента. Муфты имеют три положения: нейтральное, подключение рекуператора на зарядку и включение его на рабочий режим. Рычаг управления муфтами и элемент отключения храповика рекуператора для его срабатывания связаны с электромагнитами. Задатчиком подключения рекуператора для передвижения электромобиля служит поперечная рейка в зоне педалей управления электромобиля, включаемая электромагнитом с пульта и содержащая два концевых электрических датчика, подводимых последовательно под педали управления электромобиля. Электромобиль характеризуется повышенной приемистостью, дополнительным запасом энергии для маневрирования и увеличенным пробегом с одной зарядкой батарей. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Электромобиль, состоящий из кузова, ходовой части с тормозной системой, имеющей тормозную педаль и педаль с индуктивным задатчиком скорости, пульта управления и движителя, включающего электродвигатель с аккумуляторными батареями, обеспечивающими питание электродвигателя и при работе его в режиме генератора - рекуперацию энергии останавливающегося электромобиля, механический редуктор, связывающий ось электродвигателя с приводом дифференциала для ведущих полуосей электромобиля и имеющий не менее чем одну промежуточную ось, отличающийся тем, что ось электродвигателя и первая промежуточная ось механического редуктора выполнены удлиненными, на них установлены две муфты и две конические шестерни по скользящей посадке, которые контактируют с коническими шестернями, установленными по неподвижной посадке на дополнительной оси, расположенной перпендикулярно к оси электродвигателя и связанной с осью механического рекуператора энергии, имеющего вокруг своей оси витую пружину, фиксируемую при ее заводке храповым устройством, при этом муфты и сидящие с ними на одних осях конические шестерни имеют возможность контактировать для передачи крутящего момента, муфты связаны между собой рычагом управления и имеют три положения: нейтральное, подключение механического рекуператора энергии на его зарядку и включение механического рекуператора энергии на рабочий режим, рычаг управления муфтами и элемент отключения храповика механического рекуператора энергии для его срабатывания связаны с электромагнитами, задатчиком автоматического подключения механического рекуператора энергии для передвижения электромобиля служит поперечная рейка в зоне педалей управления электромобиля, включаемая электромагнитом с пульта и содержащая два концевых электрических датчика, подводимых последовательно под педали управления электромобиля. 2. Электромобиль по п. 1, отличающийся тем, что механический рекуператор энергии соединен с дополнительной осью механического редуктора электромобиля через карданную передачу. 3. Электромобиль по п. 1, отличающийся тем, что механический рекуператор энергии соединен с осью электродвигателя и промежуточной осью механического редуктора электромобиля через две цилиндрические шестерни, установленные на этих осях по скользящей посадке и контактирующие с третьей цилиндрической шестерней, установленной жестко на продолжении оси механического рекуператора энергии. 4. Электромобиль по п. 1, отличающийся тем, что устройство механического рекуператора энергии для оценки крайних положений пружины оснащено реохордом, контактирующим с датчиком положения пружины механического рекуператора энергии и связанным с прибором, показывающим фактический уровень его загрузки.