ГИБРИДНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2015 года по МПК B60K6/26 B60K6/365 F16H3/72 

Изобретение относится к системам энергоснабжения транспортных средств, а именно к гибридным силовым установкам транспортных средств, далее ГСУ, включающим в себя составной картер, далее картер, тепловой двигатель, далее ТД, содержащий выходной вал, редуктор, содержащий выходное зубчатое колесо, соединенное в цитируемых ниже материалах с корпусом дифференциала, главную электрическую машину, далее ГЭМ, содержащую ротор, вспомогательную электрическую машину, далее ВЭМ, содержащую ротор, зубчатый планетарный четырехзвенный механизм, далее планетарный механизм или сокращенно ПМ, содержащий солнечную и коронную шестерни, водило и, по меньшей мере, один сателлит, где картер выполнен с возможностью объединения вышеупомянутого в единый агрегат. При этом под ТД понимается любая машина, в которой происходит преобразование энергии топлива в энергию вращения выходного вала ТД, под ГЭМ понимается любая электрическая машина, в которой, в первую очередь, происходит преобразование энергии электрического источника питания в энергию вращения ротора ГЭМ (режим электродвигателя), как вариант, ГЭМ ГСУ может быть выполнена с возможностью рекуперативного преобразования энергии вращения ротора ГЭМ в электрическую энергию, под ВЭМ понимается любая электрическая машина, в которой, в первую очередь, происходит преобразование энергии вращения ротора ВЭМ в электрическую энергию (режим электрогенератора), как вариант, ВЭМ ГСУ может быть выполнена с возможностью преобразование энергии электрического источника питания в энергию вращения ротора ВЭМ (режим электростартера).

Из патента на изобретение US 6155364, ⁷МПК В60K 6/02, опубл. 05.12.2000, известны варианты ГСУ с аксиальным расположением ротора ГЭМ, планетарного механизма, ротора ВЭМ, и выходного вала ТД. В данной ГСУ ротор ГЭМ выполнен связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней ПМ, выходной вал ТД выполнен связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с водилом ПМ, а ротор ВЭМ выполнен связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с солнечной шестерней ПМ. Редуктор ГСУ выполнен содержащим прямую цепную и двойную понижающую зубчатые передачи, включающие в себя выходное зубчатое колесо, два, первый и второй, расположенных параллельно промежуточных вала, любой из которых установлен в корпусе посредством подшипников со сферическими телами вращения, а также ведомую звездочку и первую шестерню, выполненные задело с первым промежуточным валом, промежуточное зубчатое колесо и вторую шестерню, выполненные задело со вторым промежуточным валом. Прямая зубчатая передача включает в себя ведущую звездочку, связанную с возможностью передачи вращающего момента с коронной шестерней ПМ, ведомую звездочку и цепь, посредством которой соединены зубчатые венцы ведущей и ведомой звездочек. Двойная понижающая зубчатая передача включает в себя первую шестерню, промежуточное зубчатое колесо, вторую шестерню и выходное зубчатое колесо. При этом зубчатый венец первой шестерни выполнен связанным с зубчатым венцом промежуточного зубчатого колеса, зубчатый венец второй шестерни выполнен связанным с зубчатым венцом выходного зубчатого колеса.

К недостаткам решения по патенту US 6155364 можно отнести пониженные виброакустические качества ГСУ и сложность конструкции, обусловленные наличием цепной передачи и установкой промежуточных валов в шарикоподшипниках, а также увеличенные габариты ГСУ, обусловленные наличием дополнительного промежуточного вала и установкой промежуточных валов в шарикоподшипниках.

В качестве прототипа принята известная из патента на изобретение US 5643119, ⁶МПК В60K 6/04, опубл. 01.07.1997, ГСУ с аксиальным расположением ротора ВЭМ, планетарного механизма, выходного вала ТД и с анаксиальным расположением ротора ГЭМ.

В данной ГСУ ротор ВЭМ выполнен связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с солнечной шестерней ПМ (аналогично решению по патенту US 6155364), выходной вал ТД выполнен связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с водилом ПМ (аналогично решению по патенту US 6155364). В данном решении редуктор ГСУ выполнен содержащим двойную понижающую цилиндрическую зубчатую передачу ТД и двойную понижающую цилиндрическую зубчатую передачу ГЭМ, включающие в себя выходное зубчатое колесо, промежуточный вал, установленный в корпусе посредством подшипников с цилиндрическими телами качения, а также выполненные зацело с промежуточным валом промежуточные зубчатое колесо и шестерню. Понижающая цилиндрическая зубчатая передача ТД включает в себя ведущую шестерню, связанную с возможностью передачи вращающего момента с коронной шестерней ПМ, промежуточное зубчатое колесо, промежуточную шестерню и выходное зубчатое колесо, где зубчатый венец ведущей шестерни выполнен связанным с зубчатым венцом промежуточного зубчатого колеса, зубчатый венец промежуточной шестерни выполнен связанным с зубчатым венцом выходного зубчатого колеса. Понижающая цилиндрическая зубчатая передача ГЭМ включает в себя шестерню ГЭМ, связанную с возможностью передачи вращающего момента с ротором ГЭМ, а также промежуточное зубчатое колесо, промежуточную шестерню и выходное зубчатое колесо, где зубчатый венец шестерни ГЭМ выполнен связанным с зубчатым венцом промежуточного зубчатого колеса, зубчатый венец промежуточной шестерни выполнен связанным с зубчатым колесом выходного зубчатого колеса.

При этом и зубчатый венец ведущей звездочки ГСУ по патенту US 6155364, и зубчатый венец ведущей шестерни ГСУ по патенту US 5643119 выполнены расположенными аксиально, относительно коронной шестерни ПМ, что ведет к увеличению габаритных размеров ГСУ. Кроме того, использованные в цитируемых выше ГСУ понижающие зубчатые передачи ГЭМ выполнены двойными, что требует либо использования в ГСУ ГЭМ большой мощности, при малом передаточном отношении/малых габаритах понижающей передачи, либо использования понижающей передачи с большим передаточным отношением / с увеличенными габаритами, при меньшей мощности ГЭМ. И первый, и второй варианты ведут к увеличению общего габарита и веса ГСУ. Причем вариант с ГЭМ большой мощности ведет также и к увеличению габаритов и веса электрооборудования, обслуживающего ГЭМ.

Задачей изобретения было создание возможно более компактной ГСУ с меньшей стоимостью.

Задача решается в ГСУ, включающей в себя агрегатированные посредством составного картера ПМ, содержащий водило, шестерни-сателлиты, солнечную шестерню и коронную шестерню, ТД, содержащий выходной вал, выполненный связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с водилом ПМ, ВЭМ, содержащую ротор, выполненный связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с солнечной шестерней ПМ, ГЭМ, содержащую ротор, редуктор, содержащий понижающую передачу ТД и понижающую передачу ГЭМ, включающие в себя выходное зубчатое колесо, промежуточный вал, установленный в корпусе посредством подшипников с цилиндрическими телами качения, промежуточные зубчатое колесо и шестерню, выполненные заодно с промежуточным валом.

В первом варианте задача решается тем, что:

- понижающая передача ТД выполнена образованной ведущей шестерней, связанной, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней ПМ, промежуточным зубчатым колесом, промежуточной шестерней и выходным зубчатым колесом;

- ведущая шестерня, промежуточное зубчатое колесо, промежуточная шестерня и выходное зубчатое колесо выполнены снабженными зубчатыми венцами, расположенными на их внешних радиальных поверхностях;

- зубчатый венец ведущей шестерни выполнен расположенным коаксиально, относительно коронной шестерни ПМ, связанным с зубчатым венцом промежуточного зубчатого колеса, зубчатый венец промежуточной шестерни выполнен связанным с зубчатым венцом выходного зубчатого колеса;

- понижающая цилиндрическая передача ГЭМ выполнена образованной цилиндрической шестерней ГЭМ, связанной с возможностью передачи вращающего момента с ротором ГЭМ, зубчатым колесом ГЭМ, связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней ПМ, а также ведущей шестерней, промежуточным зубчатым колесом, промежуточной шестерней и выходным зубчатым колесом;

- зубчатое колесо ГЭМ выполнено стаканообразным, снабженным зубчатым венцом, расположенным на его внутренней радиальной поверхности, а шестерня ГЭМ выполнена снабженной зубчатым венцом, расположенным на ее внешней радиальной поверхности;

- зубчатый венец колеса ГЭМ выполнен расположенным аксиально, относительно коронной шестерни ПМ, зубчатые венцы шестерни ГЭМ и зубчатого колеса ГЭМ выполнены расположенными с образованием внутреннего зубчатого зацепления.

Во втором варианте задача решается тем, что:

- понижающая зубчатая передача ТД выполнена образованной ведущей шестерней, связанной, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней ПМ, промежуточным зубчатым колесом, промежуточной шестерней и выходным зубчатым колесом;

- ведущая шестерня, промежуточное зубчатое колесо, промежуточная шестерня и выходное зубчатое колесо выполнены снабженными зубчатыми венцами, расположенными на их внешних радиальных поверхностях;

- зубчатый венец ведущей шестерни выполнен расположенным коаксиально, относительно коронной шестерни ПМ, связанным с зубчатым венцом промежуточного зубчатого колеса, зубчатый венец промежуточной шестерни выполнен связанным с зубчатым венцом выходного зубчатого колеса;

- понижающая цилиндрическая зубчатая передача ГЭМ выполнена образованной эксцентриком, связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с ротором ГЭМ, корпусом волнового редуктора, сепаратором, преимущественно, цилиндрическими телами качения волнового редуктора, а также ведущей шестерней, промежуточным зубчатым колесом, промежуточной шестерней и выходным зубчатым колесом;

- корпус волнового редуктора выполнен стаканообразным, снабженным венцом кулачковых секторов, радиальный профиль которого описывается совокупностью укороченных гипоциклоид, расположенным на внутренней радиальной поверхности корпуса;

- сепаратор выполнен стаканообразным, снабженным сквозной перфорацией, выполненной на его радиально расположенных стенках;

- корпус волнового редуктора, эксцентрик, сепаратор, тела качения волнового редуктора выполнены расположенными с образованием одноступенчатой волновой передачи с промежуточными телами качения (далее ВПсПТК);

- корпус волнового редуктора и ГЭМ выполнены расположенными аксиально, относительно коронной шестерни ПМ.

При этом ВПсПТК может быть выполнена и в варианте «с заторможенным сепаратором», и в варианте «с заторможенным венцом». В первом случае корпус волнового редуктора должен быть выполнен связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней ПМ (передаточное отношение ВПсПТК равно увеличенному на единицу числу тел качения волнового редуктора), а во втором случае сепаратор должен быть выполнен связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней ПМ (передаточное отношение ВПсПТК равно числу тел качения волнового редуктора).

В первом варианте решения задачи редуктор ГСУ образован двойной понижающей цилиндрической передачей ТД (аналогично прототипу) и тройной понижающей цилиндрической передачей ГЭМ (у прототипа двойной), что позволяет использовать в заявляемой ГСУ ГЭМ несколько уменьшенной, по сравнению с прототипом, номинальной мощности. При этом заявитель понимает, что передаточное отношение, которое может быть реализовано посредством тройной понижающей передачи, также может быть реализовано и посредством двойной понижающей передачи. Однако предложенное в первом варианте компоновочное решение позволяет создать ГСУ, характеризующуюся меньшими габаритами, по сравнению с ГСУ прототипа.

Во втором варианте решения задачи редуктор ГСУ образован двойной понижающей цилиндрической передачей ТД (аналогично прототипу) и одноступенчатой ВПсПТК ГЭМ (диапазон передаточных отношений ВПсПТК до 60), что позволяет использовать в заявляемой ГСУ ГЭМ значительно меньшей, по сравнению с прототипом, номинальной мощности (с меньшими габаритом и весом). При этом использование ГЭМ малой мощности позволяет уменьшить габариты и вес электрооборудования, обслуживающего ГЭМ.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

- Фиг.1, где изображена кинематическая схема ГСУ с двойной понижающей передачей ТД и тройной понижающей передачей ГЭМ.

- Фиг.2, где изображен фрагмент кинематической схемы ГСУ, показывающий изменение кинематической схемы понижающей передачи ГЭМ в случае применения одноступенчатой волновой понижающей передачи с промежуточными телами качения и с заторможенным корпусом волнового редуктора ГЭМ.

Изобретение может быть реализовано в ГСУ, включающей в себя картер 1 (указанная и упомянутые ниже позиции показаны условно), четырехзвенный ПМ, ТД 2, содержащий выходной вал 3, ВЭМ 4, содержащую ротор 5, ГЭМ 6, содержащую ротор 7, редуктор, содержащий понижающую передачу ТД и понижающую передачу ГЭМ, включающие в себя выходное зубчатое колесо 8, неподвижно соединенное с корпусом 9 дифференциала, промежуточный вал 10, промежуточные зубчатое колесо 11 и шестерню 12, выполненные зацело с промежуточным валом 10.

Картер 1 выполнен, преимущественно, составным, с возможностью размещения в его полости ПМ и редуктора, с возможностью закрепления на его внешней поверхности ГЭМ 6 и ВЭМ 4. В показанных на рисунках вариантах картер 1 и ТД 2 выполнены с возможностью их агрегатирования в моноблок. В ряде случаев (графически не проиллюстрировано) ТД 2 и картер 1, с размещенными в его полости и на внешней поверхности узлами, могут быть выполнены с возможностью их дистанцирования (агрегатирования посредством не показанных подрамника или рамы транспортного средства).

ВЭМ 4 и ПМ выполнены аксиально расположенными, а ВЭМ 4 и ГЭМ 6 расположенными оппозитно, относительно ПМ. Ротор 5 ВЭМ 4 выполнен снабженным коаксиальным сквозным каналом и шлицевым поясом, расположенным в канале ротора 5 со стороны ПМ.

Планетарный механизм выполнен четырехзвенным, содержащим водило 13. шестерни-сателлиты 14, предпочтительно - три или четыре, солнечную 15 и коронную 16 шестерни. Солнечная шестерня 15 ПМ выполнена снабженной зубчатым венцом, расположенным на ее внешней радиальной поверхности, а также выступающей в сторону ВЭМ фасонной цапфой и шлицевым поясом, расположенным на конце цапфы со стороны ВЭМ. Солнечная шестерня 15 и цапфа солнечной шестерни 15 выполнены снабженными сквозным коаксиально расположенным каналом. Водило 13 ПМ выполнено снабженным выступающей в сторону ВЭМ фасонной цапфой и шлицевым поясом, расположенным на конце цапфы со стороны ВЭМ. Водило 13 ПМ выполнено снабженным коаксиальным, относительно продольной геометрической оси водила 13, открытым, со стороны ГЭМ 6, цилиндрическим гнездом. Коронная шестерня 16 ПМ выполнена образованной (показаны условно) стаканообразным корпусом, зубчатым венцом, расположенным на внутренней радиальной поверхности корпуса, ступицей, аксиально смещенной, относительно упомянутого зубчатого венца, в сторону ВЭМ, снабженной цилиндрическим отверстием и неподвижно закрепленной на корпусе крышкой 17 ПМ, расположенной со стороны ГЭМ 6. Корпус, зубчатый венец и ступица коронной шестерни, а также зубчатый венец ведущей шестерни (будет показана далее) могут быть выполнены изготовленными зацело; как вариант, коронная шестерня может быть выполнена в виде изготовленных зацело ступицы и корпуса, а также неподвижно закрепленных на корпусе зубчатых венцов коронной и ведущей шестерен; как вариант, один из упомянутых зубчатых венцов может быть выполнен изготовленным зацело с корпусом, а другой неподвижно закрепленным на корпусе. Крышка 17 ПМ выполнена снабженной выступающей в сторону ВЭМ цапфой, расположенной коаксиально, относительно продольной геометрической оси ПМ. Обращенный в сторону ВЭМ конец цапфы солнечной шестерни 15 выполнен установленным в канале ротора 5 ВЭМ 4 с образованием шлицевого соединения между шлицевым поясом ротора 5 ВЭМ 4 и шлицевым поясом цапфы солнечной шестерни 15. При этом отверстие ступицы коронной шестерни 16 выполнено расположенным коаксиально, относительно цилиндрической поверхности цапфы солнечной шестерни 15, ступица выполнена установленной с возможностью вращения, относительно продольной геометрической оси указанной цапфы. Цапфа водила 13 выполнена расположенной, с возможностью вращения, в канале солнечной шестерни 15 и в канале ротора 5 ВЭМ 4, а также с выступанием ее шлицевого пояса из канала ротора 5 ВЭМ 4 в сторону ТД 2 и с образованием кинематической связи с выходным валом 3 ТД 2. При этом цапфа крышки 17 ПМ выполнена расположенной, с возможностью вращения, в цилиндрическом гнезде водила 13. Зубчатый венец коронной шестерни 16 выполнен коаксиально расположенным относительно зубчатого венца солнечной шестерни 15. Любая из шестерен-сателлитов 14 выполнена снабженной зубчатым венцом, расположенным на внешней радиальной поверхности шестерни. Любая из шестерен-сателлитов 14 выполнена закрепленной, с возможностью вращения вокруг своей продольной геометрической оси, на водиле 13. Любая из шестерен-сателлитов 14 выполнена расположенной в интервале между водилом 13 и ступицей коронной шестерни 16. При этом шестерни-сателлиты 14 выполнены расположенными, с образованием зубчатого зацепления, между зубчатым венцом солнечной шестерни 15 и зубчатым венцом коронной шестерни 16, равномерно разнесенными вдоль указанного интервала.

Понижающая передача ТД выполнена образованной цилиндрическими ведущей шестерней 18, промежуточным зубчатым колесом 11, промежуточной шестерней 12 и выходным зубчатым колесом 8. Упомянутые ведущая шестерня 18, промежуточное зубчатое колесо 11, промежуточная шестерня 12 и выходное зубчатое колесо 8 выполнены снабженными зубчатыми венцами, расположенными на их внешних радиальных поверхностях. Зубчатый венец ведущей шестерни 18 выполнен расположенным, преимущественно, коаксиально, относительно зубчатого венца коронной шестерни 16 ПМ. Зубчатый венец ведущей шестерни 18 выполнен изготовленным зацело с корпусом и ступицей коронной шестерни 16; как вариант, упомянутый зубчатый венец может быть выполнен изготовленным в виде отдельной детали, закрепленной неподвижно на корпусе коронной шестерни 16. Зубчатый венец ведущей шестерни 18 выполнен связанным с зубчатым венцом промежуточного зубчатого колеса 11, зубчатый венец промежуточной шестерни 12 выполнен связанным с зубчатым венцом выходного зубчатого колеса 8.

Понижающая цилиндрическая передача ГЭМ выполнена образованной цилиндрической шестерней 19 ГЭМ 6, зубчатым колесом 20 ГЭМ 6, а также ведущей шестерней 18, промежуточным зубчатым колесом 11, промежуточной шестерней 12 и выходным зубчатым колесом 8. Зубчатое колесо 20 ГЭМ 6 выполнено в виде стакана, образованного изготовленными, преимущественно, зацело крышкой 17 ПМ и аксиально расположенным на крышке 17 ПМ со стороны ГЭМ 6 кольцом, снабженным зубчатыми венцом, сформированным на внутренней радиальной поверхности кольца. Шестерня 19 ГЭМ 6 выполнена снабженной зубчатым венцом, расположенным на ее внешней радиальной поверхности, связанной, с возможностью передачи вращающего момента, с ротором 7 ГЭМ 6. Зубчатые венцы шестерни 19 ГЭМ 6 и зубчатого колеса 20 ГЭМ 6 выполнены расположенными с образованием внутреннего зубчатого зацепления. Крышка 17 ПМ выполнена неподвижно соединенной с коронной шестерней 16, а следовательно, и с ведущей шестерней 18, зубчатый венец которой выполнен связанным с зубчатым венцом промежуточного зубчатого колеса 11, а зубчатый венец промежуточной шестерни 12 выполнен связанным с зубчатым венцом выходного зубчатого колеса 8.

При этом промежуточный вал 10, относительно картера 1, ступица коронной шестерни 16, относительно цапфы солнечной шестерни 15, цапфа крышки 17 ПМ, относительно стенок гнезда водила 13, цапфа водила 13, относительно ротора 5 ВЭМ 4, выполнены установленными посредством опор с цилиндрическими телами качения, преимущественно, игольчатых подшипников. Описанный выше вариант реализует ГСУ, редуктор которой образован двойной понижающей цилиндрической передачей ТД и компактной тройной понижающей цилиндрической передачей ГЭМ, что, кроме уменьшения габаритов редуктора, позволяет применить ГЭМ уменьшенного габарита и номинальной мощности. Предложенное решение позволяет создать ГСУ, характеризующуюся меньшими габаритами по сравнению с ГСУ прототипа.

Работа данного варианта изобретения очевидна из кинематической схемы Фиг.1 и следующих пояснений: при отсутствии движения транспортного средства (не показано) ротор 7 ГЭМ 6 неподвижен, выходной вал 3 ТД 2 и ротор 5 ВЭМ 4 при этом имеют возможность вращения, ТД 2 и ВЭМ 4, соответственно, имеют возможность работы в режиме электрогенератора. Начало движения транспортного средства инициируется вращением ротора 7 ГЭМ 6. При достижении определенной скорости вращения ротора 7 ГЭМ 6 запускается, если это не было произведено ранее, ТД 2. Запуск ТД 2, как вариант, может быть осуществлен посредством ВЭМ 4, переведенной, на момент пуска ТД 2, в режим стартера. Запуск ТД 2 может быть осуществлен также и от дополнительного двигателя (теплового, электрического, пневматического, пружинного и т.д.). Далее работа ГСУ определяется опосредованным ПМ и редуктором взаимодействием ТД 2 и ГЭМ 6. При этом в зависимости от потребной для движения транспортного средства мощности ГСУ и в зависимости от степени разряда источников электропитания (не показаны) возможны следующие режимы работы ГСУ:

- Энергия вращения выходного вала 3 ТД 2 используется, без учета потерь энергии в ПМ и редукторе, преимущественно, для вращения ротора 5 ВЭМ 4, а энергия вращения ротора 7 ГЭМ 6 используется, без учета потерь в ПМ и редукторе, для движения транспортного средства (не показано).

- Энергия вращения выходного вала 3 ТД 2 и энергия вращения ротора 7 ГЭМ 6, без учета потерь энергии в ПМ, в редукторе и в ВЭМ 4, суммируются для движения транспортного средства (синергетический эффект).

Второй вариант изобретения отличается от первого отсутствием в составе понижающей зубчатой передачи ГЭМ цилиндрических шестерни 19 и зубчатого колеса 20 ГЭМ 6, и наличием, взамен отсутствующих, одноступенчатой волновой передачи с промежуточными телами качения (ВПсПТК). Ниже будет описана только оригинальная часть второго варианта изобретения. ВПсПТК выполнена образованной цилиндрическим эксцентриком 21, связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с ротором 7 ГЭМ 6, корпусом 22 волнового редуктора, сепаратором 23, преимущественно, цилиндрическими телами 24 качения волнового редуктора. В данном варианте изобретения ГЭМ 6 и корпус 22 волнового редуктора выполнены расположенными аксиально, относительно продольной геометрической оси коронной шестерни 16 ПМ. При этом волновая передача может быть выполнена и в варианте «с заторможенным сепаратором», и в варианте «с заторможенным венцом». В первом случае корпус 22 волнового редуктора должен быть выполнен связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней 16 ПМ, а сепаратор 23 неподвижно соединенным с картером 1 (передаточное отношение ВПсПТК равно увеличенному на единицу числу тел качения волнового редуктора), а во втором случае сепаратор 23 должен быть выполнен связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней 16 ПМ, а корпус 22 неподвижно соединенным с картером 1 (передаточное отношение ВПсПТК равно числу тел качения волнового редуктора). Учитывая, что описанный выше ПМ представляет собой консольно закрепленную в канале ротора 5 ВЭМ 4 конструкцию, предпочтительным решением ВПсПТК является вариант «с заторможенным венцом». При реализации данного варианта корпус 22 волнового редуктора выполнен в виде стаканообразной детали (показана условно), снабженной расположенным на ее внутренней радиальной поверхности венцом 25 кулачковых секторов, радиальный профиль которого описан совокупностью укороченных гипоциклоид, а также аксиально смещенной, относительно упомянутого венца кулачковых секторов, в сторону ПМ ступицей, в которой сформировано коаксиальное, относительно продольной геометрической оси корпуса 22 волнового редуктора, цилиндрическое отверстие. Корпус 22 волнового редуктора выполнен неподвижно связанным с картером 1. При этом, корпус 22 волнового редуктора может быть выполнен неподвижно закрепленным как в полости картера 1, так и на его внешней поверхности.

Сепаратор 23 выполнен в виде стаканообразной детали, радиальная поверхность которой выполнена перфорированной, с образованием перфорационного пояса, образованного рядом равномерно разнесенных отверстий, снабженной выступающей в сторону ПМ фасонной, коаксиальной, относительно продольной геометрической оси корпуса 22 волнового редуктора, цапфой и шлицевым поясом, расположенным на конце цапфы со стороны ПМ. Как вариант, сепаратор 23 может быть выполнен снабженным 1+N, где N=1,2,3, параллельно расположенными перфорационными поясами, что значительно повышает несущую способность передачи.

Для данного исполнения ВПсПТК крышка 17 ПМ должна быть выполнена снабженной открытым со стороны ГЭМ 6, коаксиальным, относительно продольной геометрической оси ПМ, цилиндрическим гнездом, а также шлицевым поясом, сформированным на радиальных стенках упомянутого гнезда со стороны ГЭМ 6.

Сепаратор 23 выполнен установленным, с возможностью вращения, в корпусе 22 волнового редуктора с коаксиальным расположением его перфорационного пояса относительно венца 25 кулачковых секторов, с расположением его цапфы в отверстии ступицы корпуса 22 и с расположением шлицевого пояса его цапфы в гнезде крышки 17 ПМ с образованием шлицевого соединения между шлицевым поясом гнезда крышки 17 ПМ и шлицевым поясом цапфы сепаратора 23. При этом цапфа сепаратора 23, относительно отверстия ступицы корпуса 22 волнового редуктора, выполнена установленной посредством подшипниковой опоры, в качестве которой могут быть использованы известные из уровня техники решения, обеспечивающие минимальные, исходя из функциональной достаточности, радиальные биения цапфы сепаратора 23.

Таким образом, ПМ, а равно и ведущая шестерня 18 редуктора, при использовании описанной выше ВПсПТК, получают вторую опору (первая опора ПМ, как было показано выше, образована каналом ротора 5 ВЭМ 4).

Эксцентрик 21 выполнен снабженным, преимущественно, цилиндрической радиальной поверхностью. Эксцентрик 21 выполнен расположенным внутри сепаратора 23, установленным с возможностью вращения вокруг продольной геометрической оси ВПсПТК. Тела 24 качения волнового редуктора, количество которых соответствует количеству окон перфорационного пояса, но на единицу меньше количества кулачковых секторов корпуса 22, выполнены распределенными по одному по упомянутым окнам, расположенными в геометрическом объеме, ограниченном окнами перфорационного пояса сепаратора 23, радиальной поверхностью венца 25 кулачковых секторов и радиальной поверхностью эксцентрика 21, установленными с возможностью качения как по радиальной поверхности эксцентрика 21, так и по радиальной поверхности венца 25 кулачковых секторов.

При этом выше описаны варианты ГСУ, в которых картер 1 и ГЭМ 6 выполнены с возможностью их агрегатирования в моноблок. В случае использования ВПсПТК, ГЭМ 6 и картер 1, с размещенными в его полости и на внешней поверхности узлами, могут быть выполнены с возможностью их дистанцирования (агрегатирования посредством не показанных подрамника или рамы транспортного средства).

Данный вариант изобретения работает следующим образом.

Вращение эксцентрика 21 вызывает радиальное перемещение тел 24 качения в окнах перфорационного пояса сепаратора 23. Создается генерируемая эксцентриком 21 волна, бегущая по цепочке сепарированных тел 24 качения. Тела 24 качения, контактируя с описываемыми укороченными гипоциклоидами рабочими поверхностями венца 25 кулачковых секторов, инициируют вращение сепаратора 23 вокруг его продольной геометрической оси. Каждый полный оборот эксцентрика 23 (ротора 7 ГЭМ 6) поворачивает сепаратор 23 на один кулачковый сектор. Цапфа же сепаратора 23, посредством шлицевого соединения, выполнена соединенной с крышкой 17 ПМ, а равно и с ведущей шестерней 18 редуктора. Далее работа ГСУ осуществляется по известной из первого варианта схеме.

Второй вариант изобретения реализует ГСУ с двойной понижающей цилиндрической передачей ТД и одноступенчатой волновой передачей с промежуточными телами качения ГЭМ (диапазон передаточных отношений до 60). Указанное позволяет использовать в составе ГСУ ГЭМ с малыми мощностью, весом и габаритными размерами. При этом использование ГЭМ малой мощности позволяет уменьшить габариты и вес электрооборудования, обслуживающего ГЭМ, а сама волновая передача характеризуется компактностью и высокой перегрузочной способностью, что позволяет удержать картер 1 в достаточно узких массо-габаритных рамках. Кроме того, ВПсПТК обладают малым моментом инерции, малой вибрацией, высокой надежностью и долговечностью, а также высоким (80… 90%) КПД.

Таким образом, изобретение позволяет создать достаточно компактную и уравновешенную ГСУ.

Учитывая, что ВЭМ, в процессе работы ГСУ, используется, преимущественно, в качестве генератора, заявитель хотел бы акцентировать внимание на КПД ВЭМ, который для серийно выпускаемых электромагнитных и магнитоэлектрических машин, работающих в режиме генератора, редко превышает 60%, а также на наличие в указанных типах машин такого явления, как «реакция якоря», обуславливающего рост потребляемой от ТД мощности генератора (ВЭМ) при росте поставляемой потребителям электрической мощности.

Из авторского свидетельства SU 699590, ²МПК H01L 41/10, опубл. 25.11.79, из патента на изобретение RU 2418348, ⁶МПК Н02K 7/18, опубл. 10.05.11, из патента на изобретение RU 2113757, ⁶МПК H02N 2/18, опубл. 20.06.98, известны генераторы, содержащие одно биморфное пьезокерамическое кольцо (или пакет однотипных колец) или один биморфный пьезокерамический диск (или пакет однотипных дисков), а также ротор-генератор волн. Пьезокерамические генераторы характеризуется более высоким, по сравнению с выше упомянутыми ВЭМ, КПД, и незначительным ростом потребляемой от ТД мощности при росте поставляемой потребителям электрической мощности. Применение пьезокерамического генератора в качестве ВЭМ ГСУ, по мнению заявителя, практически не повлияет на массо-габаритные показатели ГСУ, но позволит улучшить эффективность использования топлива, питающего ТД. Кроме того, упомянутые выше пьезогенераторы являются генераторами высокого напряжения, что также может привести к снижению веса обслуживающего ГСУ электрооборудования транспортного средства (не показаны).

Изобретение относится к системам энергоснабжения транспортных средств. Гибридная силовая установка транспортного средства включает связанные между собой планетарный механизм, тепловой двигатель, вспомогательную электрическую машину и главную электрическую машину. Решение направлено на улучшение компактности гибридной силовой установки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гибридная силовая установка транспортного средства, включающая в себя агрегатированные посредством, преимущественно, составного картера планетарный механизм, содержащий водило, шестерни-сателлиты, солнечную шестерню и коронную шестерню, тепловой двигатель, содержащий выходной вал, выполненный связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с водилом планетарного механизма, вспомогательную электрическую машину, содержащую ротор, выполненный связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с солнечной шестерней планетарного механизма, главную электрическую машину, содержащую ротор, редуктор, содержащий понижающую передачу теплового двигателя и понижающую передачу главной электрической машины, включающие в себя выходное зубчатое колесо, промежуточный вал, установленный в корпусе посредством подшипников с цилиндрическими телами качения, промежуточные зубчатое колесо и шестерню, выполненные зацело с промежуточным валом, отличающаяся тем, что понижающая передача теплового двигателя выполнена образованной цилиндрическими ведущей шестерней, связанной, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней планетарного механизма, промежуточным зубчатым колесом, промежуточной шестерней и выходным зубчатым колесом, ведущая шестерня, промежуточное зубчатое колесо, промежуточная шестерня и выходное зубчатое колесо выполнены снабженными зубчатыми венцами, расположенными на их внешней радиальной поверхности, зубчатый венец ведущей шестерни выполнен расположенным коаксиально, относительно коронной шестерни планетарного механизма, связанным с зубчатым венцом промежуточного зубчатого колеса, зубчатый венец промежуточной шестерни выполнен связанным с зубчатым венцом выходного зубчатого колеса, понижающая передача главной электрической машины выполнена образованной цилиндрической шестерней главной электрической машины, связанной с возможностью передачи вращающего момента с ротором главной электрической машины, зубчатым колесом главной электрической машины, связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней планетарного механизма, а также ведущей шестерней, промежуточным зубчатым колесом, промежуточной шестерней и выходным зубчатым колесом, зубчатое колесо главной электрической машины выполнено стаканообразным, снабженным зубчатым венцом, расположенным на его внутренней радиальной поверхности, а шестерня главной электрической машины выполнена снабженной зубчатым венцом, расположенным на ее внешней радиальной поверхности, зубчатый венец колеса главной электрической машины выполнен расположенным аксиально, относительно коронной шестерни планетарного механизма, зубчатые венцы шестерни главной электрической машины и зубчатого колеса главной электрической машины выполнены расположенными с образованием внутреннего зубчатого зацепления.

2. Гибридная силовая установка транспортного средства, включающая в себя агрегатированные посредством, преимущественно, составного картера планетарный механизм, содержащий водило, шестерни-сателлиты, солнечную шестерню и коронную шестерню, тепловой двигатель, содержащий выходной вал, выполненный связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с водилом планетарного механизма, вспомогательную электрическую машину, содержащую ротор, выполненный связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с солнечной шестерней планетарного механизма, главную электрическую машину, содержащую ротор, редуктор, содержащий понижающую передачу теплового двигателя и понижающую передачу главной электрической машины, включающие в себя выходное зубчатое колесо, промежуточный вал, установленный в корпусе посредством подшипников с цилиндрическими телами качения, промежуточные зубчатое колесо и шестерню, выполненные зацело с промежуточным валом, отличающаяся тем, что понижающая зубчатая передача теплового двигателя выполнена образованной цилиндрическими ведущей шестерней, связанной, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней планетарного механизма, промежуточным зубчатым колесом, промежуточной шестерней и выходным зубчатым колесом, ведущая шестерня, промежуточное зубчатое колесо, промежуточная шестерня и выходное зубчатое колесо выполнены снабженными зубчатыми венцами, расположенными на их внешней радиальной поверхности, зубчатый венец ведущей шестерни выполнен расположенным коаксиально, относительно коронной шестерни планетарного механизма, связанным с зубчатым венцом промежуточного зубчатого колеса, зубчатый венец промежуточной шестерни выполнен связанным с зубчатым венцом выходного зубчатого колеса, понижающая передача главной электрической машины выполнена образованной эксцентриком, связанным, с возможностью передачи вращающего момента, с ротором главной электрической машины, корпусом волнового редуктора, сепаратором, преимущественно, цилиндрическими телами качения волнового редуктора, а также ведущей шестерней, промежуточным зубчатым колесом, промежуточной шестерней и выходным зубчатым колесом, корпус волнового редуктора выполнен стаканообразным, снабженным венцом кулачковых секторов, радиальный профиль которого охарактеризован совокупностью укороченных гипоциклоид, расположенным на внутренней радиальной поверхности корпуса, сепаратор выполнен стаканообразным, радиальные стенки которого снабжены, по меньшей мере, одним перфорационным поясом, корпус волнового редуктора, эксцентрик, сепаратор, тела качения волнового редуктора выполнены расположенными с образованием одноступенчатой волновой передачи с промежуточными телами качения, корпус волнового редуктора и главной электрической машины выполнены расположенными аксиально, относительно коронной шестерни планетарного механизма.

3. Гибридная силовая установка транспортного средства по п.2, отличающаяся тем, что корпус волнового редуктора выполнен соединенным, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней планетарного механизма, а сепаратор выполнен неподвижно связанным с картером.

4. Гибридная силовая установка транспортного средства по п.2, отличающаяся тем, что сепаратор выполнен соединенным, с возможностью передачи вращающего момента, с коронной шестерней планетарного механизма, а корпус выполнен неподвижно связанным с картером.