Электромеханическая трансмиссия для гибридного транспорта Российский патент 2023 года по МПК B60K6/365 B60K6/38 B60K6/46 B60L50/00 F16H48/36 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на транспорте.

Наиболее распространенным способом согласования оборотов привода и оборотов ведомого вала являются зубчатые редукторы. Эти механизмы описаны, например, в Артоболевский И.И. «Механизмы в современной технике», Том 4 «Зубчатые механизмы» Москва. Наука 1980 г, 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.

Задачей изобретения является достижение изменения в широких пределах оборотов и крутящего момента на выходном валу устройства, управление трансмиссией с плавным изменением передаточного отношения и крутящего момента без переключений с отключением мощности и при минимальных потерях.

Поставленная цель достигается при помощи электромеханической трансмиссии, которая состоит из асимметричного планетарного дифференциала, генератора и электродвигателя, находящиеся на общем валу привода и муфты имеющей возможность соединять один из выходов дифференциала с корпусом. Вал привода соединен с ротором электродвигателя, с ротором генератора и с входом дифференциала. Один выход дифференциала, передающий больший крутящий момент, соединен с ведомым валом, а второй выход соединен со статором генератора и свободно вращается на валу привода, но также может быть остановлен муфтой, соединяющий его с корпусом. Генератор является машиной двойного вращения. При наличии в цепи генератора электрической нагрузки, возникает сила Ампера, и она силой индукции частично блокирует дифференциал. Статор генератора, подключенный к дифференциалу, стремится вращаться в сторону, обратную направлению вращения ротора, а сила индукции, возникающая при скольжении ротора и статора генератора, увлекает статор за ротором. Это частично блокирует дифференциал. Дифференциал с генератором вращаются вокруг оси вала привода, а шестерни дифференциала замедляют вращение внутри дифференциала, что уменьшает передачу вращения через элементы дифференциала, уменьшая суммарное передаточное отношение, которое состоит из вращения дифференциала с генератором вокруг оси и передаточного отношения шестерен дифференциала. Взаимодействуя, эти две направленные в одну сторону силы уравновешиваются. При увеличении нагрузки на ведомом валу он тормозится, скольжение в генераторе увеличивается, вращение в большей степени передается через элементы дифференциала, суммарное передаточное отношение увеличивается, скорость вращения ведомого вала уменьшается, а крутящий момент на выходе увеличивается. При увеличении тока, вырабатываемого генератором, и увеличении индукционной силы, возникающей между ротором и статором генератора, скольжение между ними уменьшается, вращение элементов дифференциала относительно друг друга уменьшается, и движение на ведомый вал в большей степени передается через вращение дифференциала вокруг оси, при этом суммарное передаточное отношение уменьшается, скорость вращения ведомого вала возрастает. При необходимости максимально увеличить на ведомом валу крутящий момент, муфта соединяет статор генератора с корпусом, и дифференциал работает как редуктор. Положение, когда муфта фиксирует статор с корпусом, также используется для работы генератора в качестве дополнительного электродвигателя. Ток, выработанный генератором, поступает на электродвигатель, находящийся на валу привода и электродвигатель вращает вал привода совместно с мотором транспортного средства.

Изобретение поясняется чертежом.

На Фиг. 1 показано устройство трансмиссии.

Вал привода 1 соединен с установленном на нем ротором электродвигателя 2, ротором генератора 5 и центральной шестерней планетарного дифференциала 10. Один выход дифференциала, его водило 9 с сателлитами 8 соединены с ведомым валом 11 и передают на вал вращение, а второй выход дифференциала, его венец 7 свободно вращается на валу привода и соединен со статором генератора 6. Статор генератора 6 и его ротор 5 образуют машину двойного вращения. При необходимости второй выход дифференциала и соединенный с ним статор, могут фиксироваться муфтой 4, соединяющей его с корпусом. Статор электродвигателя 3 установлен на корпусе и соединен с ним. При вращении вала привода 1, водило 9 вращается в ту же сторону, но уменьшает обороты ведомого вала 11 пропорционально передаточному отношению планетарного дифференциала и, соответственно, передает больший крутящий момент. Второй выход дифференциала, его венец 7, стремится вращаться в обратную сторону, но если в цепи генератора есть электрическая нагрузка, возникает электроиндукционная сила, увлекающая статор 6 за ротором 5 и частично блокирует дифференциал, увеличивая скорость вращения ведомого вала 11. При увеличении нагрузки на ведомом валу он тормозится, скольжение между ротором и статором увеличивается. Выход, соединенный со статором генератора замедляет вращение, и вращение в большей степени передается через шестерни дифференциала, передаточное отношение и крутящий момент на ведомом валу увеличивается. Когда ведомый вал не вращается, статор генератора вращается в обратную сторону, а на ведомом валу максимальный крутящий момент. Для увеличения крутящего момента муфта 4 фиксирует статор 6 с венцом дифференциала 7 с корпусом, и дифференциал работает как редуктор, крутящий момент на валу 11 увеличивается до максимальной величины. Когда статор 6 зафиксирован с корпусом, генератор работает как дополнительный электродвигатель. Электрический ток с генератора поступает на потребители транспортного средства, в том числе на ротор электродвигателя 2, который совместно с мотором вращает вал привода 1, компенсируя затраты на производство электрического тока, выработанного для работы трансмиссии.

Изобретение относится к машиностроению. В электромеханической трансмиссии для гибридного транспорта вал привода соединен с ротором электродвигателя, статор которого установлен на корпусе и подключен к входу асимметричного планетарного дифференциала. Один выход дифференциала подключен к ведомому валу, а второй выход подключен к свободно вращающемуся на валу привода статору генератора. Ротор генератора установлен на валу привода и жестко с ним соединен. Статор генератора соединен с муфтой, имеющей возможность соединять его с корпусом. При наличии в цепи генератора электрической нагрузки, статор увлекается за ротором, но так как статор генератора, подключенный к дифференциалу, стремится вращаться в сторону, обратную направлению вращения ротора, сила индукции частично блокирует дифференциал и уменьшает передачу вращения через элементы дифференциала. Дифференциал с генератором вращаются вокруг оси. Расширяется диапазон оборотов и крутящего момента на выходном валу, повышается плавность изменения передаточного отношения и крутящего момента. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электромеханическая трансмиссия для гибридного транспорта, отличающаяся тем, что вал привода соединен с ротором электродвигателя, статор которого установлен на корпусе и также подключен к входу асимметричного планетарного дифференциала, один выход которого подключен к ведомому валу, а второй выход подключен к свободно вращающемуся на валу привода статору генератора, ротор которого также установлен на валу привода и жестко с ним соединен, а статор генератора также соединен с муфтой, имеющей возможность соединять его с корпусом, тогда при наличии в цепи генератора электрической нагрузки, статор увлекается за ротором, но так как статор генератора, подключенный к дифференциалу, стремится вращаться в сторону, обратную направлению вращения ротора, сила индукции частично блокирует дифференциал и уменьшает передачу вращения через элементы дифференциала, уменьшая передаточное отношение трансмиссии, которое состоит из вращения дифференциала с генератором вокруг оси и передаточного отношения шестерен дифференциала.

2. Электромеханическая трансмиссия для гибридного транспорта по п.1, отличающаяся тем, что при увеличении нагрузки на ведомом валу, он тормозится, скольжение в генераторе увеличивается, вращение в большей степени передается через элементы дифференциала, передаточное отношение увеличивается, скорость вращения ведомого вала уменьшается, крутящий момент увеличивается, а при увеличении тока скольжение уменьшается, вращение элементов дифференциала относительно друг друга уменьшается и движение на ведомый вал в большей степени передается через вращение дифференциала вокруг оси, при этом суммарное передаточное отношение уменьшается.

3. Электромеханическая трансмиссия для гибридного транспорта по п.1, отличающаяся тем, что при необходимости увеличить на ведомом валу крутящий момент, муфта соединяет статор генератора с корпусом и дифференциал работает как редуктор, а также положение, когда муфта фиксирует статор с корпусом, используется для работы генератора в качестве дополнительного электродвигателя.

4. Электромеханическая трансмиссия для гибридного транспорта по п.1, отличающаяся тем, что электрический ток, выработанный генератором, расходуется на питание электродвигателя, установленного на валу привода этого транспортного средства, а также других потребителей.