ЭЛЕКТРО-ИНЕРЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО К ЭЛЕКТРОМОБИЛЮ Российский патент 2004 года по МПК F03G3/08 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в качестве силовой установки для привода электромобилей.

Любому автомобилю большая мощность двигателя необходима при трогании с места и при движении на подъем, во время движения по пересеченной местности и т.д.

В случаях, когда автомобиль движется по горизонтальной дороге или под уклон, мощность необходима меньше, так как, набрав скорость, автомобиль сам приобретает некоторое количество движения, что облегчает работу двигателя автомобиля.

В обычных схемах электромобилей электродвигатель является основным элементом привода, т.е. тяговым, а маховик чаще всего применяют в случае рекуперации энергии в основном при торможении, т.е. для подзарядки аккумуляторов (но не для движения).

Известно устройство для аккумулирования и отдачи энергии маховика, содержащее маховик с возможностью передачи ему энергии двигателя через ведущий вал и с возможностью передачи от него энергии нагрузки через вал отбора мощности и с возможностью регенерации энергии нагрузки через регенеративный вал, при этом каждый из валов снабжен бесступенчатой трансмиссией, запускаемой преобразователем крутящего момента (Заявка Японии №55-6785, кл. F 16 H 33/02, 1980).

В этом устройстве используется большое количество зубчатых передач и преобразователей крутящего момента, что усложняет его конструкцию, увеличивает его габариты и стоимость. В таком виде оно не может быть применено в электромобиле.

Известен маховичнный механизм с приводным двигателем, содержащий инерционный накопитель энергии, выполненный в виде параллельно соединенных маховиков, кинематически связанных с выходным валом, блок автоматического регулирования их зарядки с коробкой передач и приводной двигатель, причем каждый маховик инерционного накопителя энергии соединен с выходящим валом механизма через коробку передач блока автоматического регулирования их зарядки (Патент РФ №2054579, кл. F 03 G 3/08, 1996).

Такой маховичный механизм является конструктивно сложным из-за наличия двух маховиков, необходимости синхронизации их оборотов, наличия блока автоматического управления.

Известна инерционная рекуперативная система к электромобилю, содержащая маховик, дифференциальную передачу, тяговый электродвигатель, генератор, контроллер, управляемый педалью акселератора и тормозной педалью, а также блок генераторных батарей (Гулиа Н.В. Инерция. - М.: Наука, 1982, - с.73-75).

Вал маховика соединен с солнечной шестерней дифференциальной планетарной передачей.

Такая система является неприемлемой для электромобиля из-за наличия сложной дифференциальной передачи и передачи вращающегося момента на колеса с помощью ременной передачи.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке такой конструкции силовой установки для привода электромобиля, которая позволила бы при сохранении скоростных характеристик электромобиля уменьшать электроемкость за счет использования маховика в качестве основного тягового элемента устройства, а двигатель - в качестве вспомогательного, а так как при такой системе мощность двигателя может быть значительно снижена, следовательно будут уменьшены его масса, габариты и стоимость, а также будут уменьшены количество и стоимость аккумуляторов.

Данная система позволит применить ее в обычном легковом автомобиле отечественного производства в связи с тем, что ее габариты позволяют это сделать.

Эта задача решатся тем, что электроинерционное устройство электромобиля, содержащее электродвигатель, передачу и маховик, снабжено корпусом, выполненном в виде трубы с вырезом, маховик размещен концентрично внутри корпуса, а его вал размещен в подшипниковых опорах, установленных в торцах трубы, и имеет два конца, выступающих за опоры, причем на одном из концов размещен шкив, а на другом - зубчатое колесо муфты сцепления, выполненное с возможностью привода от шестерни стартера, приводной электродвигатель, размещенный на месте выреза корпуса, вал двигателя расположен параллельно оси вала маховика и выступает за пределы одной из опор, снабжен шкивом, при этом валы маховика и электродвигателя соединены между собой ременной передачей.

Размещение на одном из концов вала, выходящего за пределы подшипниковых опор, со шкивом для ременной передачи момента вращения с вала электродвигателя позволяет исключить шум при передаче больших оборотов.

Размещение на другом из концов вала, выходящего за пределы подшипниковых опор, шестерни муфты сцепления позволяет облегчить начало вращения (разгон) маховика а также позволяет использовать элементы обычной муфты сцепления автомобиля.

Выполнение шестерни муфты сцепления с возможностью привода от шестерни стартера облегчает запуск системы из состояния мертвой точки.

Размещение маховика на валу, установленном параллельно валу электродвигателя, позволяет выполнить систему более компактной с возможностью применения в обычном легковом автомобиле взамен двигателя внутреннего сгорания.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлено электроинерционное устройство электромобиля, общий вид.

Электроинерционное устройство электромобиля содержит приводной электродвигатель 1, на валу 2 которого размещен шкив 3, который ременной передачей 4 соединен со шкивом 5, размещенным на валу 6 маховика 7. Вал установлен в подшипниковых опорах 8 и 9 трубчатого корпуса 10 (со стороны коробки передач), на передней подшипниковой опоре 8 закреплена шестерня 11 муфты сцепления 12, с которой может входить во взаимодействие шестерня стартера (не показан).

Корпус 10 может быть выполнен из стальной трубной заготовки или отлит из чугуна.

В качестве приводного электродвигателя может быть применен любой, используемый обычно в электромобилях, но меньшей мощности. Шкив 5 вала маховика 6 может выполнять дополнительно функции маховика. В качестве второго дополнительного маховика можно использовать стандартный маховик с зубчатым венцом от двигателя внутреннего сгорания, используемый на легковых автомобилях. Диаметр шкива на валу маховика, должен быть равен диаметру маховика для того, чтобы облегчить пуск и дальнейшую работу маховика. Передаточное отношение должно находиться в пределах от 1:3 до 1:4. Приводной двигатель постоянного тока может развивать обороты от 0 до 5 тыс. оборотов в минуту. При массе чугунного маховика примерно 150 кг маховика 500 мм, а толщина 120 мм.

Эта система с маховиком по своим габаритам соизмерима с габаритами обычного двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля.

Электроинерционное устройство электромобиля работает следующим образом. Перед запуском (включением) приводного электродвигателя 1 для приведения во вращение маховика 7 включают стартер, который передает импульс момента вращения маховику посредством шестерни 11 муфты сцепления 12 и тот начинается вращаться. Стартер выключают, и далее автоматически включается приводной электродвигатель 1: маховик 7 набирает необходимые обороты (1500-2000 об/мин). Ток приводного электродвигателя при этом падает, что приводит к уменьшению потребляемой мощности (от аккумуляторов).

Для приведения электромобиля в движение производят соединение вала 6 маховика 7 с коробкой передач (на фигуре не показана) с помощью обычной муфты сцепления 12. Маховик при этом отдает энергию на работу коробки передач и трансмиссию, причем его обороты по мере ускорения движения электромобиля падают, и приводной электродвигатель начинает работать под нагрузкой (увеличивая мощность, ток увеличивается).

В процессе движения по ровной дороге электромобиль сам приобретает некоторое количество движения, что способствует дополнительному накапливанию кинетической энергии в маховике, т.е. электромобиль сам будет разгонять маховик. Маховик в этом случае может подзаряжать аккумуляторы, а электродвигатель будет уменьшать потребление мощности (от аккумулятора).

При движении под уклон муфту сцепления не отключают, а отключают переключателем ток статора приводного электродвигателя, и в этом случае он работает в генераторном режиме, что позволяет подзарядить аккумуляторы.

Таким образом можно тормозить на скользкой дороге (в режиме торможения двигателем).

Каждое притормаживание автомобиля, любое переключение скорости, любая кратковременная остановка, связанные с отключением трансмиссии, дает маховику время для накопления (компенсации) израсходовавшей энергии во время движения. При этом маховик начинает набирать обороты, накапливая дополнительную энергию от приводного электродвигателя, но при этом уменьшается потребляемый им ток.

В процессе трогания с места, движении по пересеченной местности, а также движении в гору маховик за счет накопленной энергии способствует тяговому электродвигателю развивать соответствующую скорость.

В момент каждого притормаживания или переключения скоростей происходит накопление кинетической энергии маховика.

Регулирование процессам движения электромобиля с помощью электро-инерционного устройства сводится к регулированию оборотов приводного электродвигателя и переключению передач. Вместо акселератора приводного двигателя используют педаль с переменным сопротивлением обмотки возбуждения приводного двигателя.

Маховик, который запасает энергию и отдает ее при резком переходе к большим нагрузкам, сглаживает пики и толчки нагрузки на вал тягового (приводного) двигателя.

Сглаживающее действие маховика настолько велико, что мощность приводного двигателя может быть меньше.

Маховик кроме своего прямого назначения в такой системе является и демпфером, который при всякой смене режима работы электромобиля обеспечивает уменьшение резких перепадов нагрузки на тяговый электродвигатель, способствуя тем самым его более плавной работе.

Ось вала с маховиком должна быть как можно ближе к оси автомобиля - это обеспечивает за счет гироскопического эффекта, появляющегося при вращении маховика, определенную устойчивость пути движения на прямолинейных участках дороги при больших скоростях.

Такая силовая установка является абсолютно безопасной как с точки зрения эксплуатации (его не нужно специально изолировать, к нему обеспечивается легкий доступ при ремонте и обслуживании), так с точки зрения самой работы (отсутствует вероятность возникновения опасностей, свойственных супермаховикам при критических оборотах: разрыв, выход из строя подшипников и т.д.).

Таким образом, предлагаемое электроинерционное устройство в качестве элемента привода использует сам маховик, а приводной двигатель является вспомогательным элементом.

Использование электроинерционного устройства позволяет использовать маховики простых конструкций (не супермаховики) обеспечивает работу электромобиля при сравнительно малых оборотах приводного устройства (в т.ч. маховика) - до 3 тыс. об/мин., что дает возможность использовать подшипники общего назначения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить двигатель, стоимость которого в несколько раз меньше стоимости двигателя внутреннего сгорания аналогичной мощности.

Изобретение относится к области машиностроения и позволяет уменьшить электроемкость электромобиля. Электроинерционное устройство содержит приводной электродвигатель, передачу и маховик, корпус которого выполнен в виде трубы с вырезом. Маховик размещен концентрично внутри корпуса, а его вал размещен в подшипниковых опорах, установленных в торцах трубы, и имеет два конца, выступающих из опоры. На одном конце размещен шкив, на другом - зубчатое колесо муфты сцепления, выполненное с возможностью привода от шестерни стартера. Приводной электродвигатель размещен на месте выреза корпуса, ось его вала параллельна оси вала маховика, а сам вал двигателя выступает за пределы корпуса и снабжен шкивом. При этом шкивы валов маховика и электродвигателя соединены между собой ременной передачей. 1 ил.

Электроинерционное устройство преимущественно для электромобилей, содержащее приводной электродвигатель, передачу и маховик, отличающееся тем, что оно снабжено корпусом, выполненным в виде трубы с вырезом, маховик размещен концентрично внутри корпуса, а его вал размещен в подшипниковых опорах, установленных в торцах трубы, и имеет два конца, выступающих из опоры, причем на одном из концов размещен шкив, а на другом - зубчатое колесо муфты сцепления, выполненное с возможностью привода от шестерни стартера, приводной электродвигатель размещен на месте выреза корпуса, ось его вала параллельна оси вала маховика, а сам вал двигателя выступает за пределы корпуса и снабжен шкивом, при этом шкивы валов маховика и электродвигателя соединены между собой ременной передачей.