Электроприводная платформа

 

Электроприводная платформа, состоящая из кузова, ходовой части с тормозной системой, имеющей тормозную педаль и педаль с задатчиком скорости, пульта управления и движители, включающие электродвигатели с накопительными батареями, обеспечивающими питание электродвигателей и при работе его в режиме генератора - рекуперацию энергии останавливающегося электромобиля, электродвигатели представляют собой многофазные вентильные магнитоэлектрические машины встраиваемые непосредственно в колеса электромобиля, система питания обмоток статора, представляет собой преобразователи постоянного напряжения, обеспечивающие преобразование постоянного напряжения аккумуляторных батарей в переменное и управление коммутацией фаз многофазной статорной обмотки каждой многофазной вентильной магнитоэлектрической машины в необходимой последовательности по сигналам датчика положения ротора, система управления с целью достижения наилучшей управляемости и устойчивости электроприводной платформы получает информацию об угле поворота рулевого колеса с датчика угла поворота рулевого колеса и о частоте вращения одной многофазной вентильной магнитоэлектрической машины, встроенной в колесо электромобиля, с датчика положения ротора и задает ток каждой многофазной вентильной магнитоэлектрической машины, встроенной в колесо электромобиля, в зависимости от угла поворота рулевого колеса и частоты вращения одной многофазной вентильной магнитоэлектрической машины, встроенной в колесо электромобиля.

Полезная модель относится к системам электродвижения электромобилей с комбинирований энергоустановкой, электробусов, грузовых и прогулочных тележек, кар и других аналогичных транспортных средств.

Известен Экобус (Свидетельство на полезную модель RU 17690 U1, авторы: Иванов A.M.; Иванов С.А.; Шугуров С.Ю.; Павлушков Б.Э., МПК 7 B60L 11/12) с гибридной тяговой установкой, содержащий ходовое шасси с ведущими колесами и тяговую энергетическую установку, включающую двигатель внутреннего сгорания (ДВС), мотор-генератор, тяговые электродвигатели, связанные с ведущими колесами, буферную аккумуляторную и конденсаторную батареи, блок управления, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аккумуляторную батарею для питания собственных нужд, а в качестве конденсаторной батареи взята батарея конденсаторов с двойным электрическим слоем. Недостатком аналога является то, что в его составе отсутствует система управления, регулирующая загрузку ведущих колес для улучшения качества управляемости и устойчивости транспортного средства.

Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели (ее прототипом) является Электромобиль (Патент на изобретение RU 2205115 C2, МПК 7 B60L 11/16, В60К 6/10), состоящий из кузова, ходовой части с тормозной системой, имеющей тормозную педаль и педаль с индуктивным задатчиком скорости, пульта управления и движителя, включающего электродвигатель с аккумуляторными батареями, обеспечивающими питание электродвигателя и при работе его в режиме генератора - рекуперацию энергии останавливающегося электромобиля, механический редуктор, связывающий ось электродвигателя с приводом дифференциала для ведущих полуосей электромобиля и имеющий не менее чем одну промежуточную ось, отличающийся тем, что ось электродвигателя и первая промежуточная ось механического редуктора выполнены удлиненными, на них установлены две муфты и две конические шестерни по скользящей посадке, которые контактируют с коническими шестернями, установленными по неподвижной посадке на дополнительной оси, расположенной перпендикулярно к оси электродвигателя и связанной с осью механического рекуператора энергии, имеющего вокруг своей оси витую пружину, фиксируемую при ее заводке храповым устройством, при этом муфты и сидящие с ними на одних осях конические шестерни имеют возможность контактировать для передачи крутящего момента, муфты связаны между собой рычагом управления и имеют три положения: нейтральное, подключение механического рекуператора энергии на его зарядку и включение механического рекуператора энергии на рабочий режим, рычаг управления муфтами и элемент отключения храповика механического рекуператора энергии для его срабатывания связаны с электромагнитами, задатчиком автоматического подключения механического рекуператора энергии для передвижения электромобиля служит поперечная рейка в зоне педалей управления электромобиля, включаемая электромагнитом с пульта и содержащая два концевых электрических датчика, подводимых последовательно под педали управления электромобиля. Недостатком прототипа является отсутствие специальных мер, обеспечивающих управляемость и устойчивость транспортного средства, а также большая масса, обусловленная наличием механических передач, электрического двигателя и аккумуляторных батарей.

Целью настоящей полезной модели является создание электроприводной платформы, обеспечивающей новое качество управляемости и устойчивости по сравнению с прототипом. Следует отметить, что наиболее устойчивы и управляемы полноприводные транспортные средства. Использование одного электродвигателя (как в прототипе) взамен двигателя внутреннего сгорания совместно с механическими приводными устройствами на колеса, обеспечивающими равномерность загрузки колес в различных режимах движения - неоптимально, поскольку не позволяет получить выигрыша в массогабаритных показателях. Более предпочтительно - встраивать вентильные электродвигатели с постоянными магнитами непосредственно в колеса, т.е. создавать мотор-колеса.

Принцип работы системы электродвижения поясняется фигурой 1 чертежа - структурной схемой системы электроприводной платформы.

Система электродвижения патентуемой электроприводной платформы работает следующим образом. Органами управления являются рулевое колесо 1 и педаль задатчика скорости 2. Следует отметить, что внешне это аналогично органам управления автомобиля с автоматической коробкой передач, однако, у электроприводной платформы регулирование скорости происходит чисто электрически и ненадежная коробка передач - не требуется. Преобразование механических перемещений рулевого колеса 1 и педали задатчика скорости 2 в электрические сигналы происходит при помощи датчиков Д1 3 и Д2 4 соответственно. Конструктивно - это могут быть индуктивные или резистивные датчики, в которых механическое перемещение преобразуется в изменение индуктивности или активного сопротивления. Сигналы с органов управления 1 и 2 посредством датчиков 3 и 4 поступают в систему управления 5. Система управления 5, посредством записанного в нее программного обеспечения, обеспечивает такое управление приводными преобразователями 6, чтобы мотор-колеса 7 были равномерно загружены при любых скоростях и углах поворота из рабочего диапазона скоростей и углов поворота. Система управления 5 посредством записанного в нее программного обеспечения, обеспечивает такое управление приводными преобразователями 6, чтобы выполнять функции антиблокировочной системы. Все мотор-колеса 7 являются многофазными вентильными электродвигателями с постоянными магнитами. С целью максимизации удельного вращающего момента включение обмоток фаз статора (якоря) каждого мотор-колеса производится в соответствии с показаниями датчика положения ротора, чувствительные элементы которого созданы на базе эффекта Холла. Среднюю скорость электромобиля удобно определять по датчику положения ротора 8 одного мотор-колеса. Сигнал с датчика положения ротора 8 поступает на систему управления 5 и служит обратной связью по скорости. Сигнал обратной связи сравнивается с заданным, производится коррекция скорости. Питание приводных преобразователей производится от накопительной батареи 9, представляющую собой либо аккумуляторную, либо конденсаторную батарею, либо электрическую схему, включающую аккумуляторы и суперконденсаторы. При разряде накопительной батареи ее необходимо подзарядить либо от стационарной электрической сети, либо от возимой электростанции, состоящей из стартер-генератора 10, механически соединенного с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) 11. Управление впрыском и поджогом топлива ДВС 11 осуществляет система управления 12 ДВС. На фиг.1 все связи между элементами - электрические провода, за исключением двух механических связей: ротор стартер-генератора 10 и вал ДВС 11 соединены карданной муфтой, датчик положения ротора 8 находится на статоре (якоре) мотор-колеса 7 в виде датчиков Холла. В качестве стартер-генератора 10 может быть использована многофазная вентильная магнитоэлектрическая машина.

Итак, электроприводная платформа снаряжена топливом для ДВС 11, накопительная батарея 9 полностью заряжена. Водитель, поворачивая рулевое колесо 1 и нажимая на педаль задатчика скорости 2 задает угол поворота и скорость транспортного средства. Внутри мотор-колес 7 расположены механические тормоза, необходимые по требованиям безопасности и связанные с тормозной педалью. По сути, они представляют собой тормоз, работающий, главным образом, при выключенном электропитании. При включенном питании торможение происходит путем рекуперации энергии в накопительную батарею 9. При движении система управления 5 контролирует напряжение на накопительной батарее 9. При его уменьшении до предельно допустимого уровня комбинированный преобразователь 13, работая в режиме инвертора, по сигналу системы управления 5 запускает стартер-генератор 10 в режиме стартера, который, в свою очередь, вращает ДВС 11. При достижении номинальной частоты вращения, например, 3000 об/мин на ДВС 11 система управления ДВС 12 подает топливо и зажигание. После этого комбинированный преобразователь 13 работает как выпрямитель и накопительная батарея заряжается от возимой электростанции ДВС 11 + страртер-генератор 10, работающего как генератор. При достижении максимального напряжения накопительной батареи 9, контролируемого системой управления, по ее сигналу возимая электростанция отключается. То есть по команде системы управления 5 на систему управления 12 ДВС на ДВС 11 перестает подаваться топливо и зажигание.

Технический результат полезной модели заключается в уменьшении вредных выбросов от ДВС 11, поскольку он всегда работает в установившемся режиме с постоянной частотой вращения. Кроме того, в экологически чистых зонах ДВС может быть принудительно отключен системой управления 5 посредством отключения топлива и зажигания системой управления ДВС 11. Поскольку электромобиль снабжается традиционным топливом для ДВС (бензином или дизельным топливом), для его массовой эксплуатации не нужно создание специальной инфраструктуры электрических зарядных станций и увеличения установленной мощности электростанций.

Цель настоящей полезной модели - получение нового качества управляемости и устойчивости электроприводной платформы - достигается за счет применения многофазных вентильных магнитоэлектрических мотор-колес, имеющих наилучшее соотношение «максимальная полезная мощность/масса» среди известных типов электрических машин и системы управления, регулирующей их загрузку - электрического дифференциала. Это позволяет отказаться от механического привода на колеса и, тем самым, снизить неподрессоренную массу транспортного средства, понизить требования прочности к подвеске транспортного средства. Применение мотор-колес и электрического дифференциала - системы выравнивания загрузки мотор-колес - позволяет полностью отказаться от механической трансмиссии. Это дает возможность снизить массу электроприводной платформы по сравнению с традиционным автомобилем.

Пример реализации полезной модели. По проекту АСМ-холдинга в 1999-2001 гг. разработаны и созданы 2 макетных образца полноприводного городского электромобиля с максимальной скоростью 80 км/ч и комбинированной энергоустановкой:

- двухцилиндровый инжекторный ДВС работает на одном валу с бесконтактным вентильным стартер-генератором с номинальной частотой вращения 3000 об/мин и максимальной мощностью 8 кВт;

- номинальная мощность каждого мотор-колеса 2.5 кВт, максимальная - 7 кВт.

1. Электроприводная платформа, состоящая из кузова, ходовой части с тормозной системой, имеющей тормозную педаль и педаль с задатчиком скорости, пульта управления и движителей, включающих электродвигатели с накопительными батареями, обеспечивающими питание электродвигателей и при работе его в режиме генератора рекуперацию энергии останавливающегося электромобиля, отличающаяся тем, что электродвигатели представляют собой многофазные вентильные магнитоэлектрические машины, встраиваемые непосредственно в колеса электромобиля, система питания обмоток статора представляет собой преобразователи постоянного напряжения, обеспечивающие преобразование постоянного напряжения аккумуляторных батарей в переменное и управление коммутацией фаз многофазной статорной обмотки каждой многофазной вентильной магнитоэлектрической машины в необходимой последовательности по сигналам датчика положения ротора, система управления с целью достижения наилучшей управляемости и устойчивости электроприводной платформы получает информацию об угле поворота рулевого колеса с датчика угла поворота рулевого колеса и о частоте вращения одной многофазной вентильной магнитоэлектрической машины, встроенной в колесо электромобиля, с датчика положения ротора и задает ток каждой многофазной вентильной магнитоэлектрической машины, встроенной в колесо электромобиля, в зависимости от угла поворота рулевого колеса и частоты вращения одной многофазной вентильной магнитоэлектрической машины, встроенной в колесо электромобиля.

2. Электроприводная платформа по п.1, отличающаяся тем, что накопительная батарея представляет собой аккумуляторную батарею.

3. Электроприводная платформа по п.1, отличающаяся тем, что накопительная батарея представляет собой конденсаторную батарею.

4. Электроприводная платформа по п.1, отличающаяся тем, что накопительная батарея представляет электрическую схему, включающую аккумуляторы и суперконденсаторы.

5. Электроприводная платформа по п.1, отличающаяся тем, что, с целью зарядки накопительной батареи, используется возимая электростанция.

6. Электроприводная платформа по п.5, отличающаяся тем, что, с целью снижения вредных выбросов в атмосферу, возимая электростанция представляет собой двигатель внутреннего сгорания, работающий в установившемся режиме с постоянной частотой вращения и механически соединенный со стартер-генератором.

7. Эдектроприводная платформа по п.5, отличающаяся тем, что в качестве стартер-генератора используется вентильная электрическая машина с постоянными магнитами.

8. Электроприводная платформа по п.1, отличающаяся тем, что в качестве задатчика скорости используется педаль с индуктивным датчиком.

9. Электроприводная платформа по п.1, отличающаяся тем, что в качестве задатчика скорости используется педаль с резистивным датчиком.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к колесным транспортным средствам с мускульным приводом и может быть использовано инвалидами

Устройство управления переключением передач относится к области транспортного машиностроения и используется в транспортных средствах, трансмиссии которых оснащены планетарными трехстепенными автоматическими коробками управления переключения передач (мерседес, опель, хендай солярис, бмв) с низкой стоимостью диагностики и ремонта.
Наверх