Трансмиссия гибридного транспортного средства Российский патент 2019 года по МПК F16H3/72 B60K6/26 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначается для автоматического преобразования крутящего момента и передаточного отношения трансмиссии в соответствии с необходимыми величинами этих параметров для данной величины нагрузки. Примером механизма может быть трансмиссия гибридного транспортного средства.

Известны различные пути согласования передаточного отношения при передаче движения от двигателя к исполнительному механизму. Наиболее распространенным способом являются зубчатый редуктор и фрикционные муфты. Эти механизмы описаны, например, в: Артоболевский И.И. «Механизмы в современной технике». Том 4 «Зубчатые механизмы» и Том 5 «Фрикционные механизмы». М.: Наука, 1980 г., а также в: Патент RU №2304735, Патент RU №2333405, Патент RU №2527625.

Недостатком зубчатых редукторов является то, что при их использовании передаточное отношение трансмиссии постоянно, двигатель в большинстве случаев не работает на оптимальном режиме, при этом ухудшается экономичность, увеличиваются нагрузки на двигатель и элементы трансмиссии. Внесение в конструкцию технологически сложных устройств, ступенчатых или бесступенчатых преобразователей передаточного отношения, а также специальных устройств, например, гидромоторов, приводят к удорожанию конструкции и к уменьшению степени надежности. Недостатками известных решений, описанных в Патенте RU №2304735 и в Патенте RU №2333405, являются сложность конструкции и неоптимальный режим работы в процессе изменения передаточного отношения. Патент RU №2527625 содержит сложное устройство в электродвигателе - второй, внутренний ротор. Трансмиссия, соединение генератора и асимметричного дифференциала в которой описано в патентных материалах RU №2651388, является прототипом заявляемого устройства, но при больших величинах необходимого преобразования передаточного отношения трудно получить заявленный экономический эффект. Но в такой конструкции возникают сложности достижения необходимых величин изменения крутящего момента на выходе. Предлагаемое устройство позволяет получить более высокие величины преобразования крутящего момента и передаточного отношения.

Задачей изобретения является осуществление простой трансмиссии для разгона и автоматического управления оборотами ведомого вала с изменением крутящего момента и передаточного отношения, в зависимости от их потребных величин, при работе двигателя на оптимальном режиме.

Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению, в трансмиссию последовательно включены два устройства, состоящие из планетарных, асимметричных дифференциальных механизмов, имеющих вход и два выхода, соединенных с генераторами тока. Вход первого дифференциального механизма соединен с валом двигателя транспортного средства, а один его выход соединен с входом второго дифференциала. На валу соединенным с входом первого дифференциала установлен соединенный с валом ротор генератора. Статор генератора соединен со вторым выходом первого дифференциала и имеет возможность вращаться вокруг оси. Статор образует с ротором электрическую машину двойного вращения. Вращение от двигателя передается на ротор генератора и на вход первого дифференциала, затем через его элементы на ведомый вал первого дифференциала, который вращается в ту же сторону, в которую вращается вал двигателя, и на второй выход дифференциала, соединенный со статором генератора, который стремится вращаться в сторону, обратную направлению вращения ротора генератора. При наличии электрической нагрузки в цепи генератора между статором и ротором в результате взаимоиндукции возникает сила, увлекающая статор за ротором, частично блокирующая дифференциал, заставляющая дифференциал вращаться вокруг своей оси, что приводит к уменьшению передаточного отношения, слагающегося из передачи движения через элементы дифференциала и через его вращение вокруг оси, таким образом, способствуя увеличению скорости вращения ведомого вала. При изменении нагрузки на ведомом валу, изменяется скольжение между статором и ротором генератора, изменится передаточное отношение и крутящий момент на выходе. Управляя электрической нагрузкой в цепи генератора, можно управлять изменением оборотов и крутящего момента ведомого вала. С выхода первого дифференциала вращение вала передается на вход второго дифференциального устройства, которое повторяет по своему устройству первое устройство, состоящее из асимметричного дифференциала и генератора электрического тока. Это устройство также позволяет в процессе разгона увеличивать на его выходе крутящий момент и изменять передаточное отношение, вход и два выхода которого также расположены концентрично на оси. Один выход второго дифференциала соединен с ведомым валом или последующими устройствами трансмиссии, а второй выход соединен со статором второго генератора электрического тока, имеющим возможность вращаться вокруг оси, на которой находится ротор второго генератора, который соединен с осью выхода первого дифференциала. Ротор и статор генератора образуют электрическую машину двойного вращения. Дифференциалы могут иметь различные параметры, что зависит от назначения трансмиссии. Один из генераторов может быть заменен электроиндукционной муфтой, которая фактически будет выполнять те же функции автоматического изменения крутящего момента и передаточного отношения, но без ручного управления.

Изобретение поясняется чертежом. На чертеже показана схема устройства, состоящая из двух ступеней соединения генератора с дифференциалом. Вал привода 1 соединен с ротором генератора 2 и с водилом планетарного дифференциала 7. Вращение через сателлиты 6 передается на венец 5, который соединен с валом 8 и на центральное колесо 4, свободно вращающееся на валу 1 и соединенное со статором генератора 3. С вала 8 вращение передается на ротор второго генератора 9 и на водило второго планетарного дифференциала 13. Сателлиты 12 передают вращение на венец 11, соединенный с выходным валом 15 и на центральное колесо 14, свободно вращающееся на валу и соединенное со статором генератора 10. Вал привода 1 вращает водило с сателлитами. Венец 5 вращается в ту же сторону, но передает больший крутящий момент с пониженными оборотами. Центральное колесо 4, соединенное со статором 3 стремится вращаться в обратную сторону, но при электрической нагрузке в цепи генератора, силой электрической индукции увлекается за ротором 2, который установлен на ведущем валу 1 и соединен с ним. Это приводит к частичной блокировке дифференциала и уменьшению передаточного отношения на его выходе. Далее вращение передается на водило второго дифференциала 13 и ротор второго генератора 9. Водило так же, как и в первом устройстве передает вращение на два выхода дифференциала. Один, это венец 11, соединенный с выходным валом 15, а второй это центральное колесо 14, соединенное со статором генератора 10. Статор генератора 10 увлекается ротором генератора 9, частично блокирует дифференциал и уменьшает суммарное передаточное число механизма. Оба механизма включаются последовательно для того, чтобы при малых величинах передаточных отношений получить большие величины преобразования передаточного отношения и крутящего момента при высокой экономической эффективности.

Изобретение относится к машиностроению. В трансмиссию гибридного транспортного средства последовательно включены два устройства, состоящие из планетарных, асимметричных дифференциальных механизмов, имеющих вход и два выхода, соединенных с генераторами тока. Вход первого дифференциального механизма соединен с валом двигателя транспортного средства, один его выход соединен с входом второго дифференциала. На валу привода установлен соединенный с валом ротор генератора. Статор генератора соединен со вторым выходом первого дифференциала. Вращение от двигателя передается на ротор генератора и на вход первого дифференциала. Один выход второго дифференциала соединен с ведомым валом или последующими устройствами трансмиссии. Второй выход соединен со статором второго генератора электрического тока. При наличии электрической нагрузки в цепи генератора он частично блокирует дифференциал и изменяет общее передаточное отношение и крутящий момент на выходе. Происходит упрощение трансмиссии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Трансмиссия гибридного транспортного средства, отличающаяся тем, что согласно изобретению в трансмиссию последовательно включены два устройства, состоящие из планетарных, асимметричных дифференциальных механизмов, имеющих вход и два выхода, соединенных с генераторами тока, вход первого дифференциального механизма соединен с валом двигателя транспортного средства, один его выход соединен с входом второго дифференциала, а на валу привода установлен соединенный с валом ротор генератора, статор генератора соединен со вторым выходом первого дифференциала и имеет возможность вращаться вокруг оси, вращение от двигателя передается на ротор генератора и на вход первого дифференциала, затем через его элементы на ведомый вал первого дифференциала, который вращается в ту же сторону, в которую вращается вал двигателя, и на второй выход дифференциала, соединенный со статором генератора, который стремится вращаться в сторону, обратную направлению вращения ротора генератора, но при наличии электрической нагрузки в цепи генератора между статором и ротором в результате взаимоиндукции возникает сила, увлекающая статор за ротором, частично блокирующая дифференциал, заставляющая дифференциал вращаться вокруг своей оси, что приводит к уменьшению передаточного отношения, таким образом способствуя увеличению скорости вращения ведомого вала, а с выхода первого дифференциала вращение передается на вход второго устройства, состоящего из асимметричного дифференциала и генератора электрического тока, один выход второго дифференциала соединен с ведомым валом или последующими устройствами трансмиссии, а второй выход соединен со статором второго генератора электрического тока, имеющим возможность вращаться вокруг оси, при этом, при наличии электрической нагрузки в цепи генератора, он частично блокирует дифференциал и изменяет общее передаточное отношение и крутящий момент на выходе в зависимости от нагрузки на выходном валу.

2. Трансмиссия гибридного транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что преобразование передаточного отношения и крутящего момента производится в каждой ступени последовательно, что позволяет многократно увеличить диапазон их изменения и управления этими изменениями при экономически выгодных параметрах трансмиссии.

3. Трансмиссия гибридного транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что один из генераторов может быть заменен электроиндукционной муфтой, которая фактически будет выполнять те же функции автоматического изменения крутящего момента и передаточного отношения, но без возможности управления.