Электромеханический узел трансмиссии транспортного средства
Заявленное техническое решение относится к области тяговых электромеханических приводов транспортных средств. Электромеханический узел трансмиссии транспортного средства содержит два механически взаимонезависимых движителя, каждый из которых состоит из тягового электродвигателя-генератора, углового редуктора и карданного вала привода ступицы ведущего колеса, соединенных между собой посредством безшпоночных упругих кулачковых муфт, а также блока управления движителями, преимущественно состоящего из устройства коммутации силового напряжения первичного источника и инверторов постоянного напряжения, питающих тяговые электродвигатели. Тяговые электродвигатели-генераторы могут быть выполнены трехфазными асинхронными с ротором, имеющим короткозамкнутую внутри обмотку типа «беличьей клетки», дополнительно оснащены датчиком частоты вращения и узлом независимой вентиляции. Привод ступицы ведущего колеса транспортного средства может осуществляется посредством приводного вала на основе шарниров равных угловых скоростей. Блок управления движителями конструктивно может быть исполнен в виде отдельных модулей, включающих устройство коммутации силового напряжения первичного источника и два инвертора постоянного напряжения. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является: улучшение тягово-динамических характеристик транспортного средства, повышение маневренности, проходимости в неблагоприятных дорожных условиях, обеспечение активной безопасности движения и снижение энергопотребления.
Заявленное техническое решение относится к области тяговых электромеханических приводов транспортных средств.
Из существующего уровня техники известно транспортное средство с электрическим приводом содержащее: вращающуюся электрическую машину; инверторное устройство; устройство накопления электроэнергии; устройство деления мощности и контроллер. RU 2395410 C1, опубл. 23.01.2009. Недостатком данного транспортного средства является наличие в составе электропривода устройства деления мощности, механически соединенного с приводными электродвигателями-генераторами, что приводит к увеличению стоимости, сложности технического исполнения и практической реализации, ухудшению массогабаритных показателей и эффективности системы в целом.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является привод электромобиля, который содержит питаемый от преобразователя частоты трехфазный асинхронный электродвигатель, связанный через редуктор с полуосями колес, и систему управления. RU 2146633 C1, опубл. 20.03.2000. Недостатками данного технического решения является необходимость использования электрической машины специального исполнения, ротор которой выполнен из половин с короткозамкнутыми обмотками, установленными в расточке однопакетного статора соосно, с аксиальным смещением и воздушным зазором. Указанное техническое решение исключает возможность использования асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (обмотка типа «беличьей клетки») традиционного исполнения, в том числе серийного производства, с целью унификации трансмиссии транспортного средства, снижения стоимости производства, трудоемкости обслуживания и ремонта.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является улучшение технико-эксплуатационных и экономических характеристик электромобилей и автомобилей с комбинированными энергетическими установками путем реализации независимого привода ведущих колес, повышения уровня унификации трансмиссии транспортного средства, улучшения массогабаритных и стоимостных показателей, снижения трудоемкости изготовления, обслуживания и ремонта.
Данная задача решается за счет того, что электромеханический узел трансмиссии транспортного средства содержит два механически взаимонезависимых движителя, каждый из которых состоит из тягового электродвигателя-генератора, углового редуктора и карданного вала привода ступицы ведущего колеса, соединенных между собой посредством безшпоночных упругих кулачковых муфт, а также блока управления движителями, преимущественно состоящего из устройства коммутации силового напряжения первичного источника и инверторов постоянного напряжения, питающих тяговые электродвигатели. Тяговые электродвигатели-генераторы могут быть выполнены трехфазными асинхронными с ротором, имеющим короткозамкнутую внутри обмотку типа «беличьей клетки», дополнительно оснащены датчиком частоты вращения и узлом независимой вентиляции. Привод ступицы ведущего колеса транспортного средства может осуществляется посредством приводного вала на основе шарниров равных угловых скоростей. Блок управления движителями конструктивно может быть исполнен в виде отдельных модулей, включающих устройство коммутации силового напряжения первичного источника и два инвертора постоянного напряжения.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является: улучшение тягово-динамических характеристик транспортного средства, повышение маневренности, проходимости в неблагоприятных дорожных условиях, обеспечение активной безопасности движения и снижение энергопотребления.
Сущность технического решения поясняется фигурой, на которой изображена структурная схема электромеханического узла трансмиссии транспортного средства.
Электромеханический узел трансмиссии транспортного средства содержит два механически взаимонезависимых движителя, каждый из которых состоит из тягового электродвигателя-генератора (ЭДГ) 1, углового редуктора 2 и карданного вала 3 привода ступицы ведущего колеса 4, соединенных между собой посредством безшпоночных упругих кулачковых муфт 5, а также блока управления движителями (БУД) 6, преимущественно состоящего из устройства коммутации силового напряжения первичного источника (УСК) 7 и инверторов постоянного напряжения (ИПН) 8, питающих тяговые электродвигатели.
Электромеханический узел трансмиссии транспортного средства функционирует следующим образом. По сигналу пульта оперативного управления устройство силовой коммутации 7 осуществляет подключение инверторов постоянного напряжения 8 к первичному источнику электрической энергии, в качестве которого может выступать тяговая аккумуляторная батарея, емкостной накопитель электрической энергии и/или электрогенератор, в том числе электрохимический. ИПН осуществляет преобразование (инвертирование) входного напряжения первичного источника постоянного тока в трехфазное переменное напряжение, управляемое по величине и частоте в режиме нагрузки на ЭДГ, при этом реализуется автоматическое управление ЭДГ в режимах тяги (или генераторного торможения) по алгоритму минимальных потерь электроэнергии. Питаемые от ИПН электродвигатели-генераторы в тяговом режиме приводят во вращение ведущие колеса транспортного средства, при этом передача крутящего момента между валами с взаимоперпендикулярными осями (между валом ЭДГ 1 и приводным валом 3 ступицы ведущего колеса) осуществляется посредством углового редуктора 2, механическое соединение валов - при помощи безшпоночных упругих кулачковых муфт 5. В свою очередь, с целью обеспечения передачи крутящего момента от углового редуктора к ступице ведущего колеса под переменным углом и возможности независимой подвески ведущих колес, конструкция приводных валов 3 предусматривает карданную передачу или передачу на основе шарниров равных угловых скоростей.
В процессе торможения транспортного средства электромеханический узел трансмиссии обеспечивает работу тяговых ЭДГ в генераторном режиме, при этом инверторами 8 осуществляется выпрямление трехфазного переменного напряжения ЭДГ и рекуперация электроэнергии в первичный источник.
Заявляемое техническое решение отличают: компактность конструкции и массогабаритные показатели электромеханической трансмиссии транспортного средства при высоком уровне унификации, возможность рационального размещения компонентов электропривода в составе ходовой части серийно производимых транспортных средств, возможность индивидуального управления крутящим моментом и частотой вращения каждого движителя с целью реализации функции, аналогичной автомобильному механическому дифференциалу.
1. Электромеханический узел трансмиссии транспортного средства, характеризующийся тем, что содержит два механически взаимонезависимых движителя, каждый из которых состоит из тягового электродвигателя-генератора, углового редуктора и карданного вала привода ступицы ведущего колеса, соединенных между собой посредством бесшпоночных упругих кулачковых муфт, а также блока управления движителями, преимущественно состоящего из устройства коммутации силового напряжения первичного источника и инверторов постоянного напряжения, питающих тяговые электродвигатели.
2. Электромеханический узел трансмиссии транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что тяговые электродвигатели-генераторы выполнены трехфазными асинхронными с ротором, имеющим короткозамкнутую внутри обмотку типа «беличьей клетки», дополнительно оснащены датчиком частоты вращения и узлом независимой вентиляции.
3. Электромеханический узел трансмиссии транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что привод ступицы ведущего колеса транспортного средства осуществляется посредством приводного вала на основе шарниров равных угловых скоростей.
4. Электромеханический узел трансмиссии транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что блок управления движителями конструктивно исполнен в виде отдельных модулей, включающих устройство коммутации силового напряжения первичного источника и два инвертора постоянного напряжения.
