Настоящее изобретение относится к устройству силовой передачи между выходом теплового двигателя и валом колеса, а также использования этого устройства. Задачей настоящего изобретения является, в частности, ограничение габаритов и стоимости такого устройства. Предпочтительно, но не ограничительно изобретение применяют в области гибридных автотранспортных средств с отводом мощности.
Как показано на фиг.1, устройство 1 силовой передачи с отводом мощности содержит входной вал 2, соединенный с источником 3 механической мощности (как правило, тепловой двигатель), и выходной вал 4, соединенный с колесами 5 транспортного средства. Это устройство 1 содержит две электрические машины 6, 7, соединенные между собой электрической цепью 11, и механическая система 12, обеспечивающая соединение между источником 3 мощности, колесами 5 транспортного средства и двумя электрическими машинами 6, 7.
Мощность от источника 3 либо передается на колеса 5, либо отводится к электрическим машинам 6, 7, выполненным с возможностью работы в режиме привода или в режиме генератора в зависимости от значений энергии, поступающей электрически и/или механически соответственно на их контакты и на их вал. Отводимая мощность опять передается на колеса 5 транспортного средства или, в случае необходимости, сохраняется в батарее, соединенной с электрической цепью.
Эта отводимая мощность позволяет, в частности, точно адаптировать крутящий момент, действующий на колеса 5 транспортного средства, к моменту, которого добивается водитель, с одновременной точной адаптацией крутящего момента и режима теплового двигателя с целью оптимизации его производительности.
Большинство предложенных устройств силовой передачи, описанных, например, во французских патентных заявках FR-A-2832357 и FR-2883515, содержат механическую систему 12, образованную одной, двумя или несколькими соединенными между собой эпициклоидными передачами.
Изобретение призвано ограничить применение эпициклоидных передач, которые являются механическими элементами, сложными по конструкции и по изготовлению.
В этой связи изобретением предлагается заменить машины, ротор которых соединен с эпициклоидной передачей, а статор - с картером трансмиссии, машинами, содержащими вращающиеся ротор и статор, соединенные с входом и выходом трансмиссии.
С функциональной точки зрения оба типа архитектуры идентичны. Кроме того, функциональная размерность электрических машин для силовых передач является эквивалентной как при наличии эпициклоидных передач, так и без них. Вместе с тем, механизмы понижения передаточного числа между машинами и входным и выходным валами предпочтительно подверглись изменению.
Преимущество изобретения следует рассматривать с экономической точки зрения, поскольку исключение одной или нескольких эпициклоидных передач в трансмиссии с отводом мощности позволяет существенно снизить стоимость изготовления устройства силовой передачи. Кроме того, исключив хотя бы одну эпициклоидную передачу из механической системы, получают выигрыш в ее габаритах.
Таким образом, объектом настоящего изобретения является устройство силовой передачи, содержащее входной вал, предназначенный для соединения с тепловым двигателем, и выходной вал, предназначенный для соединения с валом колеса, при этом устройство дополнительно содержит:
- первую и вторую электрические машины, и
- механическую систему, обеспечивающую механическое соединение между входным валом, выходным валом и валами электрических машин,
отличающееся тем, что:
- по меньшей мере, одна из электрических машин содержит вращающиеся ротор и статор, соединенные с механической системой,
и тем, что дополнительно содержит:
- устройство переключения, установленное на валу одной из электрических машин, при этом устройство переключения позволяет селективно соединять вал машины с двумя разными элементами механической системы для обеспечения изменения режима работы устройства силовой передачи.
Согласно варианту выполнения, режим электрической машины, на которой установлено устройство переключения, является пропорциональным исключительно режиму колес или двигателя, когда вал упомянутой машины соединен с одним из двух элементов механической системы, и режим электрической машины, на которой установлено устройство переключения, зависит от режима колес и двигателя, когда вал упомянутой машины соединен с другим элементом механического система.
Согласно варианту выполнения, поскольку обе электрические машины являются машинами с вращающимся статором, механическая система не содержит эпициклоидной передачи.
Согласно одному из вариантов выполнения, поскольку одна из машин является машиной с вращающимся статором, а другая с неподвижным статором, механическая система содержит только одну эпициклоидную передачу, образованную планетарной шестерней, блоком сателлитов, содержащим сателлиты, и коронной шестерней, которые зацепляются между собой.
Согласно варианту выполнения, входной вал соединен непосредственно с блоком сателлитов, и выходной вал соединен с промежуточным валом через понижающий мост с передаточным числом µ1, при этом промежуточный вал соединен с коронной шестерней через зубчатое зацепление с передаточным числом µ0.
Согласно варианту выполнения, вал машины с неподвижным статором выполнен с возможностью селективного соединения с коронной шестерней через зубчатое зацепление с передаточным числом r2 или с планетарной шестерней через зубчатое зацепление с передаточным числом r3.
Согласно варианту выполнения, статор машины с вращающимся статором соединен с входным валом через зацепление с передаточным числом q2, а ротор машины с вращающимся статором соединен с планетарной шестерней через зацепление с передаточным числом q1.
Согласно варианту выполнения, µ0=-0,15; µ1=-1.65; r2=-0,25; r3=-0,89; q1=-0,26; q2=-0,50.
Согласно варианту выполнения, выходной вал соединен с промежуточным валом через понижающий мост с передаточным числом µ1, а промежуточный вал, в свою очередь, соединен с входным валом через зацепление с передаточным числом µ0.
Согласно варианту выполнения, ротор первой машины соединен с колесами через зацепление с передаточным числом q1, и статор этой машины соединен с входным валом через зацепление с передаточным числом q2.
Согласно варианту выполнения, ротор второй машины выполнен с возможностью селективного соединения с выходным валом через зацепление с передаточным числом r2 или через зацепление с передаточным числом q3 соответственно при помощи первого кулачка и второго кулачка, статор этой второй машины выполнен с возможностью селективного соединения с входным валом через зацепление с передаточным числом q4 или с неподвижной опорой соответственно при помощи третьего кулачка и четвертого кулачка.
Согласно варианту выполнения, µ0=-0,15; µ1=-1,65; r2=-0,25; r3=-0,89; q1=-0,26; q2=-0,50; q3=0,49; q4=0,32.
Объектом настоящего изобретения является также использование устройства в соответствии с изобретением, отличающееся тем, что:
- в рабочем режиме типа объединенного выхода замыкают первый и четвертый кулачки и размыкают второй и третий кулачки, и
- в комбинированном режиме замыкают второй и третий кулачки и размыкают первый и четвертый кулачки.
Согласно варианту применения, для перехода от режима объединенного выхода к комбинированному режиму отключают первый кулачок, сохраняя включенным четвертый кулачок, синхронизируют режим ротора второй машины с холостой шестерней, выполненной с возможностью соединения со вторым кулачком, затем включают этот второй кулачок, отключают четвертый кулачок, синхронизируют режим статора машины с шестерней, выполненной с возможностью соединения с кулачком, и зацепляют кулачок с этой шестерней.
Согласно варианту применения, для перехода от комбинированного режима к режиму объединенного выхода отключают третий кулачок и останавливают статор второй машины, чтобы зацепить четвертый кулачок с шестерней, с которой он связан, и размыкают второй кулачок, синхронизируют ротор второй машины с шестерней, выполненной с возможностью соединения с первым кулачком, и первый кулачок зацепляют с этой шестерней.
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
фиг.1 (уже описана) - схематичный вид архитектуры устройства силовой передачи с отводом мощности.
Фиг.2 - кинематические схемы однорежимных устройств силовой передачи согласно известным техническим решениям и их эквивалентов в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 - кинематические схемы известных многорежимных устройств силовой передачи.
Фиг.4 - кинематические схемы многорежимных устройств силовой передачи в соответствии с настоящим изобретением, эквивалентных показанным на фиг.3, но не содержащих эпициклоидных передач.
Фиг.5 - кинематические схемы многорежимных устройств силовой передачи в соответствии с настоящим изобретением, эквивалентных показанным на фиг.3, содержащих только одну эпициклоидную передачу.
Фиг.6 - схемы устройства силовой передачи с зубчатыми передачами Равиньо и его эквивалентов в соответствии с настоящим изобретением.
Идентичные элементы обозначены на фигурах одинаковыми позициями.
На фиг.2 слева показаны кинематические схемы известных устройств силовой передачи однорежимного типа, которые имеют только одну возможную конфигурацию трансмиссии, то есть только один режим работы.
На фиг.2 справа показаны кинематические схемы устройств силовой передачи в соответствии с настоящим изобретением, в которых эпициклоидные передачи заменены электрической машиной с вращающимся статором и демультипликатором.
В частности, на фиг.2а слева показана архитектура с объединенным выходом, в которой валы электрических машин 6, 7 (с неподвижным статором) соединены соответственно с эпициклоидной передачей 14.1 и с выходным валом 4. Эту архитектуру называют архитектурой с объединенным выходом, так как режим машины 7 прямо пропорционален режиму выходного вала 4.
В эквивалентной схеме в соответствии с настоящим изобретением, показанной справа, узел, образованный электрической машиной 6 с неподвижным статором и эпициклоидной передачей 14.1, заменен узлом, образованным электрической машиной 6 и демультипликатором 16.1.
На фиг.2b слева показана классическая архитектура с объединенным входом, в которой валы электрических машин 6, 7 (с неподвижным статором) соединены соответственно с эпициклоидной передачей 14.1 и с входным валом 2. Эту архитектуру называют архитектурой с объединенным входом, так как режим машины 7 прямо пропорционален режиму выходного вала 4.
В эквивалентной схеме в соответствии с настоящим изобретением, показанной справа, узел, образованный электрической машиной 6 с неподвижным статором и эпициклоидной передачей 14.1, заменен узлом, образованным электрической машиной 6 с вращающимся статором и демультипликатором 16.1.
На фиг.2с слева показана архитектура комбинированного типа, в которой электрические машины 6, 7 (с неподвижным статором) соединены, каждая, с входным валом 2 и выходным валом 4 через эпициклоидную передачу 14.1, 14.2. Эту архитектуру называют архитектурой комбинированного типа, так как режим машин 6, 7 зависит от режимов входного 2 и выходного 4 валов.
В эквивалентной схеме в соответствии с настоящим изобретением, показанной справа, электрические машины 6, 7 с неподвижным статором и эпициклоидные передачи 14.1, 14.2 заменены электрическими машинами 6, 7 с вращающимся статором и демультипликатором 16.1, 16.2, соединенными параллельно.
Упрощение показанной выше однорежимной архитектуры, которое состоит в замене эпициклоидных передач вращающимся статором и демультипликатором, можно распространить на многорежимные устройства силовой передачи, в которых вал машины выполнен с возможностью соединения с двумя разными элементами механической системы. Преимуществом таких систем является ограничение мощности, отводимой в электрическую цепь и обеспечение соединения электрической машины с тем из двух элементов, который вращается медленнее.
Так, на фиг.3 показаны кинематические схемы многорежимных силовых передач из предшествующего уровня техники, в которых две электрические машины 6, 7 с неподвижным статором соединены между собой через две эпициклоидные передачи 14.1, 14.2. На фиг.4 показаны схемы силовых передач в соответствии с настоящим изобретением, эквивалентные показанным на фиг.2, в которых эпициклоидные передачи заменены машинами 6, 7 со статором и с ротором и демультипликаторами, соединенными параллельно.
В частности, на фиг.3а показана схема известной силовой передачи, которая может работать в режиме объединенного выхода и в комбинированном режиме. В режиме объединенного выхода машина 7, показанная сплошной линией, соединена напрямую с выходным валом 4, тогда как в комбинированном режиме машина 7, показанная пунктирной линией, соединена с эпициклоидной передачей 14.1.
На фиг.4а показана кинематическая схема эквивалентной силовой передачи в соответствии с настоящим изобретением, в которой эпициклоидные передачи 14.1, 14.2 заменены двумя машинами 6, 7 с вращающимися ротором и статором и демультипликаторами 16.1, 16.2. В режиме объединенного выхода статор машины 7, показанной пунктирной линией, соединен с картером, при этом демультипликатор 16.1а соединен с выходом машины 7. В комбинированном режиме статор машины 7, показанной сплошной линией, соединен с входным валом 2, при этом демультипликатор 16.1b (отличный от 16.1а) соединен с выходом машины 7. Устройство переключения, установленное на валу машины 7, обеспечивает переключение от одного режима к другому.
На фиг.3b показана кинематическая схема известной силовой передачи, работающей в режиме объединенного входа и в комбинированном режиме. В режиме объединенного входа машина 6, показанная пунктирной линией, соединена напрямую с входным валом 2. В комбинированном режиме машина 6, показанная сплошной линией, соединена с эпициклоидной передачей 14.2.
На фиг.4b показана кинематическая схема эквивалентной силовой передачи в соответствии с настоящим изобретением, в которой эпициклоидные передачи 14.1, 14.2 заменены двумя машинами 6, 7 с вращающимися ротором и статором и демультипликаторами 16.1, 16.2. В режиме объединенного входа статор машины 7, показанной пунктирной линией, соединен с картером, при этом демультипликатор 16.1а соединен с выходом машины 7. В комбинированном режиме статор машины 7, показанной сплошной линией, соединен с выходным валом 4, при этом демультипликатор 16.1b (отличный от 16.1а) соединен с выходом машины 7. Устройство переключения, установленное на валу машины 7, обеспечивает переключение от одного режима к другому.
На фиг.4с показана кинематическая схема силовой передачи в соответствии с настоящим изобретением с объединенным входом и объединенным выходом. В режиме объединенного входа статор и ротор машины 7, показанной пунктирной линией, соединены соответственно с картером и входным валом 2, при этом демультипликатор 16.1 соединен с выходом машины 7. В режиме объединенного выхода статор и ротор машины 7 соединены соответственно с картером и выходным валом 4, при этом демультипликатор 16.1b (отличный от 16.1а) соединен с выходом машины 7. Устройство переключения, установленное на валу машины 7, обеспечивает переключение от одного режима к другому.
Вместе с тем, в случае использования двух машин 6, 7 с вращающимся статором не обеспечивается механическая синхронизация соединительных элементов при переходе от одного режима к другому в момент изменения режима соединения, при том что синхронизация каждого из валов необходима перед изменением режима.
На фиг.5 показаны схемы силовой передачи в соответствии с настоящим изобретением, эквивалентные схемам, показанным на фиг.3, и позволяющие сохранять свойство синхронности силовой передачи. Для этого заменяют эпициклоидную передачу, связанную с машиной, на которой не производят никакого изменения механической конфигурации и сохраняют эпициклоидную передачу, связанную с машиной, обеспечивающей смену режима.
Так, на фиг.5а показана кинематическая схема архитектуры, эквивалентной архитектуре, показанной на фиг.2, в которой эпициклоидную передачу 14.2, связанную с машиной, не обеспечивающей никакого изменения режима, заменили машиной с вращающимися ротором и статором и демультипликатором 16.2. Вместе с тем, сохранили эпициклоидную передачу 14.1, связанную с машиной 7, обеспечивающей смену режима.
На фиг.5b показана кинематическая схема архитектуры, эквивалентной показанной на фиг.3b, в которой эпициклоидную передачу 14.2, связанную с машиной 6 без изменения конфигурации, заменили машиной 6 с вращающимися ротором и статором. Вместе с тем, сохранили передачу 14.1 машины 7, обеспечивающей механическую синхронизацию во время изменения режима.
На фиг.6а показана схема устройства силовой передачи из предшествующего уровня техники, содержащего зубчатую передачу Равиньо (полученную путем сочетания двух эпициклоидных передач). На фиг.6b и 6с показаны соответственно эквивалентные силовые передачи в соответствии с настоящим изобретением без передачи Равиньо или только с одной эпициклоидной передачей.
В варианте выполнения без зубчатой передачи Равиньо используют две электрические машины с вращающимися статором и ротором, тогда как в варианте с одной эпициклоидной передачей используют классическую электрическую машину (с неподвижным статором) и электрическую машину с вращающимися статором и ротором.
В частности, на фиг.6а показана схема классического устройства 1 силовой передачи, содержащего входной вал 2, предназначенный для соединения с тепловым двигателем 3, и выходной вал 4, предназначенный для соединения с колесами 5.
Это устройство 1 содержит первую электрическую машину 6 и вторую электрическую машину 7, соответственно оборудованные валом 8 и валом 9. Для упрощения чертежа электрическая цепь, соединяющая между собой электрические машины 6 и 7, не показана.
Входной и выходной валы 2, 4, а также валы 8 и 9 соединены между собой через механическую систему 12, ограниченную замкнутой пунктирной линией. Эта механическая система 12 содержит передачу типа Равиньо, полученную путем комбинации двух эпициклоидных передач 14.1 и 14.2. Передача 14.1 с отношением R2 содержит планетарную шестерню 17, блок 19 сателлитов, содержащий сателлиты 19.1, и коронную шестерню 20, которые входят во взаимное зацепление. Передача 14.2 с отношением R1 содержит планетарную шестерню 23 и сателлиты 24, установленные в блоке 19 сателлитов. Сателлиты 24 зацепляются с планетарной шестерней 23 и с сателлитами 19.1. Передача 14.2 не содержит коронной шестерни.
В этом варианте выполнения вал 2 соединен с блоком 19 сателлитов, общим для обеих эпициклоидных передач. Выходной вал 4 соединен с коронной шестерней 20 через понижающий мост 25 с передаточным числом µ1 и колесо 26. Понижающее передаточное число между коронной шестерней и колесом 26 обозначено µ0.
Кроме того, вал 8 соединен с планетарной шестерней 23 через колеса 29.1 и 29.2, которые образуют зубчатое зацепление 29 с передаточным числом r1.
Вал 9 машины 7 выполнен с возможностью селективного соединения либо с коронной шестерней 20, либо с первой планетарной шестерней 17 через колесо 17.1. Для этого устройство 1 содержит кулачок С2, выполненный с возможностью соединения с холостой шестерней 31, и кулачок С3, выполненный с возможностью соединения с холостой шестерней 32. Кулачки С2, С3 приводятся во вращение валом 9 и выполнены с возможностью поступательного перемещения для обеспечения углового соединения между валом 9 и холостой шестерней 31, 32.
Холостая шестерня 31 и коронная шестерня 20 образуют зубчатое зацепление с понижающим передаточным числом r2. Холостая шестерня 31 и колесо 17.1 образуют зубчатое зацепление с понижающим передаточным числом r3.
В первом режиме работы типа объединенного выхода (SC) кулачок С2 вступает во взаимодействие с шестерней 31, тогда как кулачок С3 отключается от шестерни 32 и, следовательно, не передает механический момент между находящимися друг против друга валами 9 и 4.
В этом режиме SC режимы Wa, Wb электрических машин 6 и 7, с одной стороны, и режимы Wsort колес и Wmth теплового двигателя, с другой стороны, связаны следующими уравнениями:
Wa=-R1/(µ0.r1).Wsort+(R1+1)/r1.Wmth (1)
Wb=1/(µ0.r2).Wsort (2)
Таким образом, в режиме SC режим Wa машины 6 зависит от режимов теплового двигателя Wmth и колес Wsort. Режим Wb машины 7 пропорционален режиму Wsort колес.
Во втором режиме работы комбинированного типа кулачок С3 вступает во взаимодействие с шестерней 32. При этом кулачок С2 отключен от шестерни 31 и, следовательно, не передает механического момента.
В этом режиме режимы Wa, Wb электрических машин 6 и 7, с одной стороны, и режимы Wsort колес и Wmth теплового двигателя, с другой стороны, связаны следующими уравнениями:
Wa=-R1/(µ0.r1).Wsort+(R1+1)/r1.Wmth (3)
Wb=-R2/(µ0.r3).Wsort+(R2+1)/r3.Wmth (4)
Таким образом, в комбинированном режиме режимы Wa и Wb машин 6,7 зависят от режимов теплового двигателя Wmth и колес Wsort.
В примере R1=-2,07; R2=1,81; r1=-0,54; r2=-0,25; r3=0,89; µ0=-0,15; µ1=-1,65.
На практике смену режима осуществляют, когда вал 9 и шестерни 31 и 32 имеют по существу одинаковую скорость вращения.
Комбинируя архитектуры в соответствии с настоящим изобретением для реализации каждого из режимов работы, получают устройство 1.1 силовой передачи, показанное на фиг.6b. Это устройство 1.1, не содержащее эпициклоидных передач, соответствует варианту выполнения, показанному на фиг.4а.
Размерность электрических машин 6, 7 идентична размерности силовой передачи, показанной на фиг.6а. Кроме того, сохраняются понижающие передаточные числа µ0, µ1, r2, а также положение валов 8, 9 и кулачков С2, С3.
В частности, устройство 1.1 содержит первую электрическую машину 6, оборудованную вращающимися ротором 6.1 и статором 6.2, а также вторую электрическую машину 7, оборудованную вращающимися ротором 7.1 и статором 7.2.
Входной и выходной валы 2 и 4, а также валы электрических машин 6, 7 соединены между собой через механическую систему 12, образованную несколькими простыми зубчатыми колесами.
В частности, выходной вал 4 соединен с промежуточным валом через понижающий мост 25 с передаточным числом µ1, и сам промежуточный вал 4.1, в свою очередь, соединен с входным валом 2 через зацепление с передаточным числом µ0, образованное колесами 44 и 26. Передаточные числа µ0 и µ1 идентичны передаточным числам, показанным на фиг.6а.
Кроме того, вал 8 ротора машины 6 соединен с колесом 45 через колесо 47, при этом понижающее передаточное число между этими двумя колесами обозначено q1. Вал 8.2 статора машины 6 соединен с входным валом 2 через зацепление с передаточным числом q2, образованное колесами 49 и 50.
Вал 9 ротора машины 7 выполнен с возможностью селективного соединения с валом 2 через зацепление с передаточным числом q3, образованное колесами 32, 53 и 45. Для этого устройство 1 содержит кулачок С2, соединяемый с холостой шестерней 31, и кулачок С3, соединяемый с холостой шестерней 32.
Кроме того, вал 9.2 статора 7.2 машины 7 выполнен с возможностью селективного соединения с картером 55 или с входным валом 2 через зацепление с соотношением q4, образованное холостой шестерней 57 и колесами 49 и 58. Для этого устройство 1 содержит кулачок С5, выполненный с возможностью соединения с опорой 55, и кулачок С4, выполненный с возможностью соединения с холостой шестерней 57.
В режиме SC кулачки С2 и С5 замкнуты, кулачки С3 и С4 разомкнуты. В этом случае уравнения в режиме Wa, Eb роторов машин 6, 7 можно записать следующим образом:
Wa=1/(µ0.q1).Wsort-1/q2.Wmth (5)
Wb=1/(µ0.r2).Wsort (6)
В этом режиме режим Wa ротора 6.1 машины 6 зависит от режима входного 2 и выходного 4 валов; и режим Wb ротора 7.1 машины 7 пропорционален режиму выходного вала 4 (колес транспортного средства).
В комбинированном режиме кулачки С3 и С4 вступают во взаимодействие соответственно с шестернями 32, 57; кулачки С2 и С5 отключены соответственно от шестерен 31 и 55.
В этом случае уравнения в режиме Wa, Wb роторов машин 6, 7 можно записать следующим образом:
Wa=1/(µ0.q1).Wsort-1/q2.Wmth (7)
Wb=1/(µ0.q3).Wsort-1/q4.Wsort (8)
В этом режиме режимы машин 6, 7 зависят от режимов входного 2 и выходного 4 валов.
На основании уравнений (1)-(4) можно вычислить новые понижающие передаточные числа q1-q4:
q1=-r1/R1 (9)
q2=-r1(R1+1) (10)
q3=-r3/R2 (11)
q4=-r3(R2+1) (12)
В соответствии с ранее указанными значениями r1, r3, R1, R2: q1=-0,26; q2=-0,50; q3=0,49; q4=0,32.
Во время перехода между двумя режимами работы архитектуры, показанной на фиг.6, осуществляют синхронизацию ротора и статора машины 7. Эту синхронизацию производят путем соответствующего управления электрическим моментом этой машины 7.
Так, чтобы перейти от режима объединенного выхода к комбинированному режиму, можно, например, отключить кулачок С2, сохраняя включенным кулачок С5, чтобы ротор машины 7 был свободным. В этом случае синхронизируют режим ротора машины 7 с шестерней 32, связанной с кулачком С3, затем включают кулачок С3. После этого отключают кулачок С5, синхронизируют режим статора машины 7 с шестерней 57 и кулачок С4 зацепляют с шестерней 57.
Чтобы, наоборот, перейти от комбинированного режима к режиму объединенного выхода, можно, например, отключить кулачок С4 и замедлить статор 9.2. После остановки статора 9.2 синхронизируют режим ротора 7.1 с шестерней 31 и кулачок С2 зацепляют с шестерней 31.
Следует отметить, что режим объединенного выхода, наблюдаемый во время смены режима при включенных С3 и С5 и выключенных С2, С4, можно использовать независимо от других режимов в отдельных фазах эксплуатации транспортного средства, таких как фазы трогания с места (фазы, в которых транспортное средство переходит от нулевой скорости к скорости, не равной нулю) или трогания с места на наклонном участке.
Кроме того, можно использовать другой комбинированный режим с включенными С2 и С4 и выключенными С3 и С5. Этот режим работы можно применять, чтобы оптимизировать рабочие точки электрических машин в некоторых ситуациях эксплуатации, зависящих от технологии используемой машины, оказывающей влияние на зоны наилучшей производительности.
Чтобы сохранить свойство механической синхронности машины 7 во время перехода между двумя режимами, применяют кинематику, показанную на фиг.6с, при которой силовая передача содержит лишь одну эпициклоидную передачу вместо двойной эпициклоидной передачи типа Равиньо.
Размерность электрических машин 6, 7 идентична размерности силовой передачи, показанной на фиг.6а. При этом сохраняются понижающие передаточные числа µ0, µ1, r2 и r3, а также положение валов 2, 4, 8 и 9 и кулачков С2, С3.
В частности, устройство 1.1 содержит первую электрическую машину 6, оборудованную вращающимися ротором 6.1 и статором 6.2, а также вторую электрическую машину 7 с вращающимся ротором 7.1 и неподвижным статором 7.2.
Входной и выходной валы 2 и 4, а также валы машин 6, 7 соединены между собой через механическую систему 12, образованную эпициклоидной передачей 14.1. Эта передача 14.1 с отношением R2 содержит планетарную шестерню 17, блок 19 сателлитов, содержащий сателлиты 19.1, и коронную шестерню 20, которые входят во взаимное зацепление.
В этом варианте выполнения входной вал 2 соединен с планетарной шестерней 19. Выходной вал 4 соединен с промежуточным валом 4.1 через понижающий мост 25 с передаточным числом µ1. Этот промежуточный вал 4.1, в свою очередь, соединен с коронной шестерней 20 через колесо 26. Коронная шестерня 20 и колесо 26 имеют между собой понижающее передаточное число µ0. Передаточные числа µ0 и µ1 идентичны показанным на фиг.6а.
Кроме того, вал 8 ротора машины 6 соединен с планетарной шестерней 17 через зацепление с передаточным числом q1, образованное колесами 45 и 47. Вал 8.2 статора машины 6 соединен с входным валом 2 через зацепление с передаточным числом q2, образованное колесами 49 и 50.
Вал 9 ротора машины 7 выполнен с возможностью селективного соединения с валом 2 через зацепление с передаточным числом r2, образованное колесами 31 и 44, или через зацепление с передаточным числом q3, образованное колесами 32, 53 и 45. Для этого устройство 1 содержит кулачок С2, выполненный с возможностью соединения с холостой шестерней 31, и кулачок С3, выполненный с возможностью соединения с холостой шестерней 32.
Вал 9 машины 7 выполнен с возможностью селективного соединения либо с коронной шестерней 20, либо с первой планетарной шестерней 17. Для этого устройство 1 содержит кулачок С2, выполненный с возможностью соединения с холостой шестерней 31, и кулачок С3, выполненный с возможностью соединения с холостой шестерней 32.
Холостая шестерня 31 и коронная шестерня 20 образуют зацепление с понижающим передаточным числом r2. Холостая шестерня 32 и колесо 45 образуют зацепление с понижающим передаточным числом r3.
В режиме работы типа объединенного выхода (SC) кулачок С2 вступает во взаимодействие с шестерней 31, тогда как кулачок С3 отключен от шестерни 32. В этом случае уравнения режимов Wa, Wb роторов машин 6, 7 можно записать следующим образом:
Wa=1/(µ0.q1).Wsort-1/q2.Wmth (13)
Wb=1/(µ0.r2).Wsort (14)
В этом режиме режим Wa ротора 6.1 машины 6 зависит от режима входного 2 и выходного 4 валов; режим Wb машины 7 пропорционален режиму выходного вала 4 (колес транспортного средства).
В комбинированном режиме кулачок С3 вступает во взаимодействие с шестерней 32, тогда как кулачок С2 отключен от шестерни 31. В этом случае уравнения режимов Wa, Wb роторов машин 6, 7 можно записать следующим образом:
Wa=1/(µ0.q1).Wsort-1/q2.Wmth (15)
Wb=-R2/(µ0.r3).Wsort+(R2+1)/r3.Wmth (16)
В этом режиме режимы роторов машин 6, 7 зависят от режимов входного 2 и выходного 4 валов.
Понижающие передаточные числа q1 и q2 идентичны вычисленным ранее и соответственно равны:
q1=-r1/R1 (17)
q2=-r1(R1+1) (18)
В соответствии с ранее указанными значениями r1 и R1 получаем: q1=-0,26 и q2=-0,50.
Как и при архитектуре, показанной на фиг.6а, смену режима осуществляют, когда вал 9 и шестерни 31 и 32 имеют по существу одинаковую скорость вращения.
Перемещение кулачков осуществляют классически при помощи вилок.
Группа изобретений относится к устройству силовой передачи между выходом теплового двигателя и валом колеса и использованию этого устройства. Устройство содержит входной и выходной валы, первую и вторую электрические машины, механическую систему, устройство переключения. Входной вал предназначен для соединения с тепловым двигателем. Выходной вал предназначен для соединения с валом колеса. Механическая система обеспечивает механическое соединение между входным валом, выходным валом и валами электрических машин. Одна из электрических машин содержит вращающиеся ротор и статор, соединенные с механической системой. Устройство переключения установлено на валу одной из электрических машин. Устройство переключения позволяет селективно соединять вал машины с двумя разными элементами механической системы. Устройство силовой передачи предполагается использовать в гибридных транспортных средствах с отводом мощности. Технический результат заключается в снижении габаритов силовой передачи. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 14 ил.
1. Устройство (1.1) силовой передачи, содержащее входной вал (2), предназначенный для соединения с тепловым двигателем (3), и выходной вал (4), предназначенный для соединения с валом колеса (5), дополнительно содержащее первую и вторую электрические машины (6, 7), содержащие соответственно статор (6.2, 7.2) и ротор (6.1, 7.1), при этом каждая машина (6, 7) оборудована соответственно валом (8, 9), и механическую систему (12), обеспечивающую механическое соединение между входным валом (2), выходным валом (4) и валами (8, 9) электрических машин (6, 7), в котором, по меньшей мере, одна из электрических машин (6, 7) содержит вращающиеся ротор (6.1) и статор (7.1), соединенные с механической системой (12), причем устройство дополнительно содержит устройство (С2, С3, С4, С5) переключения, установленное на валу одной из электрических машин, при этом устройство (С2, С3, С4, С5) переключения позволяет селективно соединять вал (8, 9) машины (6, 7) с двумя разными элементами механической системы (12) для обеспечения смены режима работы устройства силовой передачи, при этом режим электрической машины (6, 7), на которой установлено устройство переключения, является пропорциональным исключительно режиму колес (5) или двигателя (3), когда вал упомянутой машины (6, 7) соединен с одним из двух элементов механической системы (12), и режим электрической машины (6, 7), на которой установлено устройство переключения, зависит от режима колес (5) и двигателя (3), когда вал машины (6, 7) соединен с другим элементом механической системы (12).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поскольку обе электрические машины (6, 7) являются машинами с вращающимся статором механическая система (12) не содержит эпициклоидной передачи.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поскольку одна из машин (6) является машиной с вращающимся статором, а другая (7) - с неподвижным статором, механическая система (12) содержит только одну эпициклоидную передачу (14.1), образованную планетарной шестерней (17), блоком (19) сателлитов, содержащим сателлиты (19.1), и коронной шестерней (20), которые зацепляются между собой.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что входной вал (2) соединен непосредственно с блоком (19) сателлитов, а выходной вал (4) соединен с промежуточным валом (4.1) через понижающий мост (25) с передаточным числом µ1, при этом промежуточный вал (4.1) соединен с коронной шестерней (20) через зубчатое зацепление с передаточным числом µ0.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что вал (9) машины (7) с неподвижным статором выполнен с возможностью селективного соединения с коронной шестерней (20) через зубчатое зацепление с передаточным числом r2 или с планетарной шестерней (17) через зацепление с передаточным числом r3.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что статор (6.2) машины (6) с вращающимся статором соединен с входным валом (2) через зацепление с передаточным числом q2, а ротор (6.1) машины с вращающимся статором соединен с планетарной шестерней (17) через зацепление с передаточным числом q1.
7. Устройство по пп.4, 5 и 6, отличающееся тем, что µ0=-0,15; µ1=-1,65; r2=-0,25; r3=-0,89; q1=-0,26; q2=-0,50.
8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выходной вал (4) соединен с промежуточным валом (4.1) через понижающий мост (25) с передаточным числом µ1, а промежуточный вал (4.1), в свою очередь, соединен с входным валом (2) через зацепление с передаточным числом µ0.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что ротор первой машины (6) соединен с колесами (5) через зацепление с передаточным числом q1, и статор этой машины (6) соединен с входным валом (2) через зацепление с передаточным числом q2.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что ротор второй машины (7) выполнен с возможностью селективного соединения с выходным валом (4) через зацепление с передаточным числом r2 или через зацепление с передаточным числом q3 соответственно при помощи первого кулачка (С2) и второго кулачка (С3), и статор этой второй машины (7) выполнен с возможностью селективного соединения с входным валом (2) через зацепление с передаточным числом q4 или с неподвижной опорой (55) соответственно при помощи третьего кулачка (С4) и четвертого кулачка (С5).
11. Устройство по одному из пп.8-10, отличающееся тем, что µ0=-0,15; µ1=-1,65; r2=-0,25; r3=-0,89; q1=-0,26; q2=-0,50; q3=0,49; q4=0,32.
12. Использование устройства по п.1 в гибридных транспортных средствах с отводом мощности.
| Измерительный трансформатор постоянного тока | 1983 |
|
SU1092581A1 |
| Устройство для измерения температуры вращающихся объектов | 1982 |
|
SU1026023A1 |
| US 6159127 A, 12.12.2000 | |||
| ГИБРИДНЫЙ СИЛОВОЙ АГРЕГАТ | 2003 |
|
RU2264307C2 |
