Рекуперативная трансмиссия электроинерционного транспортного средства Советский патент 1993 года по МПК B60K17/12 

Изобретение относится к транспортному машиностроению.

Известно устройство, в котором тяговая электроаккумуляторная батарея вмонтирована в инерционный маховик.

Батарея в этом устройстве выполняет две функции - источника электроэнергии и активной массы инерционного маховика.

Указанное устройство принято прототипом изобретения,

Основным элементом прототипа является маховик, в который вмонтированы электрохимические аккумуляторы. Механическая энергия от предварительно раскрученного маховика передается с помощью фрикционной передачи на ведущие колеса транспортного средства. Электрическая энергия от аккумуляторов с помощью щеток и коллектора передается на обмотку якоря электродвигателя, который взаимодействуя с полюсами постоянных магнитов, вмонтированных в маховик, передает маховику дополнительный вращающий момент.

В результате, на ведущие колеса передается суммарная энергия - инерционная и электрическая.

Существенными недостатками прототит па являются: значительное время (10-12 ч), требующееся для перезарядки севших аккумуляторов (2); для чего требуется длительная остановка механизма через каждые 100-120 км пути; малое число циклов заряд- разряд (3), на которое рассчитаны аккумуляторы (200-300): малый уровень электрического, напряжения электрохимических источников. В результате для достижения нужных мощностей в цепи возникают большие токи, вследствие чего для уменьшения потерь энергии требуется применение проводников большого сечения, что увеличивает размеры электропривода; наличие только одного маховика ведет к тому, что при большой скорости вращения возникает вредная динамическая сила, пытающаяся развернуть транспортное средство вокруг собственной вертикальной оси (при скоростях 5000-6000 об/мин применение

СП

с

ч ю

Ч СП

Ч 00

со

этого устройства в транспортном средстве вообще невозможно).

Как изготовление, так и утилизация химических источников тока в промышленных масштабах экологически вредны, т.к. в этих источниках применяются едкие щелочи, кислоты, свинец и т.д. Кроме того, применяемые для изготовления аккумуляторов никель, кадмий, свинец весьма дефицитны;

при больших скоростях вращения маховика в процессе эксплуатации сильное влияние оказывает неравномерность выкипания электролита, что приводит к механической разбалансировке и биению маховика;.

низкая удельная мощность химических источников тока (порядка 10 Вт/см3), определяемая высоким внутренним сопротивлением источника; и как следствие - низкие динамические показатели: длительное время разгона, недостаточная мощность при преодолении подъемов и т.д.

Цель изобретения -сокращение времени (не менее чем на 2 порядка) на подзарядку электробатареи, увеличение ресурса до 3,0 миллионов циклов заряд-разряд (3), исключение вредного влияния вращающей динамической силы, .исключение разбалансировки маховика при эксплуатации, избавление от применения дефицитных и экологических вредных материалов, улучшение динамических характеристик..

Поставленные цели достигаются тем, что вместо одного маховика с вмонтированными в него электрохимическими аккумуляторами используются два равных по весу маховика с вмонтированными в них батареями конденсаторов. Причем маховики вращаются во взаимовстречных направлениях.

Существенными отличиями от прототипа являются: во-первых, вместо химических источников электроэнергии в маховик вмонтированы конденсаторы, для подзарядки которых требуется не более одной минуты;

во-вторых, вместо одного маховика на одной геометрической оси устанавливаются два равных по массе маховика, которые с помощью рекуперативной трансмиссии вращаются во взаимовстречных направле- ниях, тем самым компенсируя вредное воздействие разворачивающей транспортное средство динамической силы;

в-третьих, конденсаторная батарея может быть выполнена в любой удобной для вращения форме.

Стабильный вес и оптимальная форма позволяют создать обтекаемую, сбалансированную, динамически устойчивую систему, позволяющую достигать высоких скоростей вращения маховика, т.е. создавать наибольший запас кинетической энергии вращающейся массы;

в-четвертых, конденсаторы имеют высокую удельную мощность (3), более чем в 10

тыс. раз выше чем у химических источников тока. Это позволяет улучшить динамические качества механизма вследствие многократного увеличения его мощности;

в-пятых, для изготовления конденсаторов требуется менее дефицитный и экологически чистый металл - алюминий;

в-шестых, при применении конденсаторов можно значительно повысить электрическое напряжение в цепи питаний

электропривода, тем самым уменьшив величину рабочих токов и габариты обмоток электродвигателя.

Рекуперативная трансмиссия электроинерционного транспортного средства (см.

чертеж) представляет из себя пару равных по массе маховиков (1 и 2), расположенных на одной вертикальной геометрической оси и вращающихся во взаимовстречных направлениях.

Рекуперативная трансмиссия выполнена посредством группы из трех конических шестерней 3-5.

Нижний маховик с вмонтированной в него батареей конденсаторов б вращается

на валу 7, в верхней части которого жестко насажена коническая шестерня 3. Через промежуточную коническую шестерню 4, установленную на горизонтальном валу 8, происходит передача момента вращения на

коническую шестерню 5, жестко связанную с валом верхнего маховика 2.

В верхний маховик, вращающийся в противоположном нижнему направлении,

также вмонтированы батареи конденсаторов б, равные по всем параметрам конденсаторам нижнего маховика. Конденсаторы с помощью щеток 9 и коллекторов 10 электрически могут соединяться с неподвижными

электрообмотками 11, которые взаимодействуя с полюсами постоянных магнитов 12, запрессованными по периметру маховиков, образуют тяговые электродвигатели постоянного тока.

Для раскручивания маховиков и зарядки конденсаторов от внешнего источника электрического напряжения предусмотрены контактные кольца 13 и щетки 14, с помощью которых от внешней сети постоянного тока может быть передано напряжение на вмонтированные в маховик конденсаторы.

Вращающий момент от раскрученных маховиков передается на горизонтальный вал 8 промежуточной шестерней 4. С горизонтального вала через механическую коробку передач вращающий момент может передаваться на ведущие колеса транспортного средства.

Принцип работы устройства следующий. .

Перед использованием устройства конденсаторные батареи заряжаются от внешнего источника постоянного тока, одновременно маховики раскручиваются до номинальной скорости (5000-6000 об/мин) от того же источника электроэнергии. После этого маховики готовы передавать накопленную энергию на ведущие колеса, а конденсаторы - отдавать свой заряд на обмотки тяговых электродвигателей.

Конденсаторы подключаются с по мощью выключателя к обмоткам тягового электродвигателя, с помощью коробки передач горизонтальный вал 8 передает момент вращения на ведущие колеса и транспортное средство начинает двигаться.

Во время движения маховики вращаются с постоянной скоростью, потребляя для

движения транспортного средства энергию заряда конденсаторов.

Движение в таком режиме продолжается до полного иссякания заряда конденсаторов, после чего необходимо либо подзарядить конденсаторы от внешнего источника на маршруте движения, для чего потребуется несколько секунд, либо продолжить движение дальше, используя запас механической энергии раскрученных маховиков. С уменьшением скорости вращения регулировку скорости движения производить с помощью механической коробки передач. До полной остановки маховиков необходимо подъехать к внешнему источнику электроэнергии, при помощи выдвижных токоведущих штанг подключиться к нему и произвести полную зарядку конденсаторов с одновременной раскруткой маховиков, для чего потребуется несколько минут. Такие режимы работы экологически чистого вида транспорта применимы на всех видах городского транспорта - пассажирского, грузового-технологического, цехового, внутризаводского, а также пригородного.

Изобретение относится к трансмиссиям транспортных средств, а именно к комбинированным электромеханическим трансмиссиям. Цель изобретения - повышение эксплуатационных качеств трансмиссии. Указанная цель достигается путем размещения конденсаторов 6 на маховиках 2, вращающихся в противоположные стороны, выполнением конденсаторов 6 в форме колен, а также размещением обмотки магнитов 12 электрической машины в маховике и выполнением другой обмотки 11 электрической машины в корпусе транспортного средства. 1 ил.

Форму ла изобретения Рекуперативная трансмиссия электроинерционного транспортного средства, содержащая электромашину, маховик с размещенными в его кольцевой полости аккумуляторными батареями, кинематически связанный через вариаторный трансформатор момента с движителями, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационных качеств, маховик выпол нен из двух установленных с возможностью противоположно направленного вращения роторов, по периметру одного из которых смонтирована обмотка якоря электромашины, обмотка статора которой закреплена в корпусе транспортного средства, при этом аккумуляторные батареи выполнены в виде кольцевых электролитических конденсаторов, размещенных в кольцевых полостях роторов.