Гибридное транспортное средство с асинхронным двигателем

Изобретение относится к гибридным ТС. Гибридное ТС с асинхронным двигателем содержит бортовой источник электроэнергии, накопитель электроэнергии, преобразователь энергии накопителя в трехфазное переменное напряжение и электродвигатель привода колес. Также имеются преобразователи электроэнергии и приводы колес. К бортовому источнику электроэнергии подключен накопитель электроэнергии, содержащий последовательно соединенные между собой аккумуляторные батареи. Каждый преобразователь содержит шесть транзисторных ключей. Эмиттеры первого, второго и третьего ключей подключены к коллекторам четвертого, пятого и шестого ключей и соединены в первую общую точку, связанную с накопителем энергии. Коллекторы четвертого, пятого и шестого ключей соединены во вторую общую точку, связанную со средней точкой между аккумуляторными батареями накопителя. Каждый электропривод колес содержит асинхронный двигатель, статорные обмотки которого соединены в звезду. Начало первой, второй и третьей обмотки подключено к эмиттеру второго, первого и третьего ключа соответственно. Концы обмоток подключены к накопителю электроэнергии. Базы ключей соединены с выходами блока микроконтроллера. Повышается надежность ТС. 1 ил.

 

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к гибридным транспортным средствам, выполненным на основе трехфазного асинхронного электропривода.

Известно устройство привода для гибридного транспортного средства [RU 2371329 С1, МПК В60К 6/00 (2007.10), опубл. 27.10.2009], содержащее вращающееся электрическое устройство; механизм передачи мощности, комбинирующий мощность, генерируемую вращающимся электрическим устройством, с мощностью, генерируемой двигателем внутреннего сгорания, и подающий комбинированную мощность на вал привода, блок управления мощностью, управляющий вращающимся электрическим устройством, кожух, имеющий первый участок размещения, используемый для размещения блока управления мощностью, и второй участок размещения, используемый для размещения, по меньшей мере, вращающегося электрического устройства и объединенный с первым участком размещения, и элемент крышки, установленный на кожухе и закрывающий отверстие первого участка размещения. Блок управления мощностью содержит преобразователь постоянного напряжения в переменное, установленный в соответствии с вращающимся электрическим устройством, и преобразователь напряжения, выполненный с возможностью генерирования входного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное.

Привод гибридного транспортного средства становится неработоспособен при отказах типа: «обрыв обмотки статора электрического двигателя» или «отказ ключа преобразователя частоты». Происходит полная остановка гибридного транспортного средства, так как круговое вращающееся поле рабочего двигателя после аварии становится пульсирующим с нулевым вращающим моментом.

Известен, принятый за прототип, гибридный автомобиль [RU 2481969 С2, B60L 11/18 (2006.01), Н02К 44/00 (2006.01), Н05Н 1/00 (2006.01), опубл. 20.05.2013], содержащий последовательно соединенные бортовой источник электрической энергии, накопитель электрической энергии, электронный преобразователь электрической энергии накопителя в трехфазное переменное напряжение и электрический привод колес, соединенные по сигнальным и управляющим входам/выходам через бортовую электронно-вычислительную машину с пультом управления автомобиля. Бортовой источник электрической энергии содержит плазмохимический реактор импульсного действия, на плазменном выходе которого последовательно установлены магнитогидродинамический генератор и каталитический аккумулятор, соединенные по выходному напряжению с накопителем электрической энергии. Электрический привод колес содержит электронный коммутатор питающего трехфазного напряжения и блок асинхронных электрических двигателей для вращения колес автомобиля, статорные обмотки которых по питающему трехфазному напряжению соединены с выходом электронного преобразователя через электронный коммутатор, управляющий вход которого через бортовую ЭВМ соединен с пультом управления автомобиля. Асинхронные электрические двигатели для вращения колес автомобиля выполнены с возможностью соединения их валов с валами вращения колес автомобиля через дифференциальную передачу или путем непосредственной установки колес на валах вращения асинхронных двигателей.

В прототипе трехфазный асинхронный двигатель подключен к преобразователю частоты. В этом случае в рабочем трехфазном режиме формируется круговое вращающееся поле и в обмотках двигателя протекают трехфазные токи с фазовым сдвигом 2π/3. При обрыве обмотки статора в приводном двигателе или отказе ключа в преобразователе частоты приводного двигателя круговое вращающееся поле рабочего двигателя после аварии становится пульсирующим с нулевым вращающим моментом, так как процесс формирования трехфазных токов зависит от протекающего тока в соседних фазах двигателя. Токи после аварии в двух работоспособных фазах будут иметь одинаковую амплитуды с фазовым сдвигом π. Поэтому приводной двигатель становится полностью неработоспособен.

Гибридный автомобиль становится неработоспособен при отказах типа: «обрыв обмотки статора электрического двигателя или «отказ ключа преобразователя частоты», происходит полная остановка гибридного автомобиля.

Задачей изобретения является обеспечение живучести гибридного транспортного средства при обрыве обмотки статора асинхронного двигателя или отказе ключа преобразователя частоты.

Предложенное гибридное транспортное средство с асинхронным двигателем, также как в прототипе, содержит бортовой источник электрической энергии, накопитель электрической энергии, преобразователь электрической энергии накопителя в трехфазное переменное напряжение и привод колес, содержащий электрический двигатель, микроконтроллер соединен с пультом управления, электрические двигатели для вращения колес транспортного средства выполнены с возможностью соединения их валов с валами вращения колес транспортного средства через дифференциальную передачу.

Согласно изобретению содержит n-преобразователей электрической энергии и n-приводов колес, где n=2, 4, 6, 8, …. К бортовому источнику электрической энергии подключен накопитель электрической энергии, который содержит последовательно соединенные между собой аккумуляторные батареи. Каждый преобразователь электрической энергии содержит шесть транзисторных ключей. Эмиттеры первого, второго и третьего ключей соответственно подключены к коллекторам четвертого, пятого и шестого ключей.

Эмиттеры первого, второго и третьего ключей соединены в первую общую точку, которая связана с накопителем электрической энергии. Коллекторы четвертого, пятого и шестого ключей соединены во вторую общую точку, которая связана со средней точкой между аккумуляторными батареями накопителя электрической энергии. Каждый электрический привод колес содержит асинхронный двигатель со статорными обмотками, которые соединены по схеме звезда. Начало первой статорной обмотки подключено к эмиттеру второго транзисторного ключа. Начало второй статорной обмотки подключено к эмиттеру первого транзисторного ключа. Начало третьей статорной обмотки подключено к эмиттеру третьего транзисторного ключа. Концы статорных обмоток подключены к накопителю электрической энергии. Базы ключей соединены с выходами блока микроконтроллера.

Предложенное устройство обеспечивает формирование трехфазных токов в рабочем трехфазном режиме, однако протекание токов в одной фазе не зависит от двух соседних фаз, а значит, при потере работоспособности в одной из фаз в двух оставшихся фазах продолжают формироваться двухфазные токи с фазовым сдвигом 2π/3.

Поле в зазоре асинхронных двигателей в этом случае будет эллиптическим, активная мощность двигателя падает на 33%, что не обеспечивает равномерность вращения вала двигателя, но обеспечивает ограничение функциональности с формированием свойства живучести привода транспортного средства для дифференциальной передачи при обрыве обмотки статора асинхронного двигателя или отказе ключа преобразователя частоты.

На фиг. 1 показана схема гибридного транспортного средства с одним приводом и дифференциальной передачей на два ведущих колеса.

Гибридное транспортное средство с асинхронным двигателем (фиг. 1) содержит бортовой источник электрической энергии 1 (ИЭЭ), накопитель электрической энергии 2 (НЭЭ), n-преобразователей электрической энергии 3 (ПЭЭ1), …, 3n (ПЭЭn) и n-электрических приводов колес 4 (ПК1), …, 4n (ПКn), где n=2, 4, 6, 8, …. К бортовому источнику электрической энергии 1 (ИЭЭ) подключен накопитель электрической энергии 2 (НЭЭ).

Накопитель электрической энергии 2 (НЭЭ) содержит последовательно соединенные между собой аккумуляторные батареи.

Каждый преобразователь электрической энергии 3 (ПЭЭ1), …, 3n (ПЭЭn) содержит шесть транзисторных ключей 3.1, …, 3.6. Эмиттеры первого 3.1, второго 3.2 и третьего 3.3 ключей соответственно подключены к коллекторам четвертого 3.4, пятого 3.5 и шестого 3.6. ключей.

Эмиттеры первого 3.1, второго 3.2 и третьего 3.3 ключей соединены в первую общую точку, которая связана с накопителем электрической энергии 2 (НЭЭ). Коллекторы четвертого 3.4, пятого 3.5 и шестого 3.6. ключей соединены во вторую общую точку, которая связана со средней точкой 5 между аккумуляторными батареями накопителя электрической энергии 2 (НЭЭ). Каждый электрический привод колес 4 (ПК1), …, 4n (ПКn) содержит асинхронный двигатель 6 со статорными обмотками 6.1, 6.2, 6.3, которые соединены по схеме звезда. Вал вращения 7 асинхронного электрического двигателя 6 (АД) соединен с валами вращения колес транспортного средства через дифференциальную передачу 8.

Начало статорной обмотки 6.1 подключено к эмиттеру второго 3.2 транзисторного ключа. Начало статорной обмотки 6.2 подключено к эмиттеру первого 3.1 транзисторного ключа. Начало статорной обмотки 6.3 подключено к эмиттеру третьего 3.3 транзисторного ключа. Концы статорных обмоток 6.1, 6.2, 6.3 подключены к накопителю электрической энергии 2 (НЭЭ).

Базы ключей 3.1, …, 3.6 соединены с выходами блока микроконтроллера 9 (МК), который соединен с пультом управления 10 (ПУ).

В качестве бортового источника электрической энергии 1 (ИЭЭ) может быть использован BoschS4 Silver, содержащий последовательно соединенные двигатель внутреннего сгорания (или дизельный двигатель), выпрямитель и генератор.

В накопителе электрической энергии 2 (НЭЭ) могут быть использованы аккумуляторные батареи типа S46B24R «ATLAS». Пульт управления 10 (ПУ) представляет собой пульт дистанционного управления типа 8974552030 TOYOTA, состоящий из монитора, руля, педалей.

Гибридное транспортное средство с асинхронным двигателем работает следующим образом.

Водитель транспортного средства с пульта управления 10 (ПУ) съемным ключом зажигания подает на микроконтроллер 9(МК) сигнал включения бортового источника 1 (ИЭЭ) электропитания гибридного транспортного средства. Начинается процесс движения. При этом микроконтроллер 9 (МК) подает управляющий сигнал на преобразователи электрической энергии 3 (ПЭЭ1), …, 3n (ПЭЭn) для подключения к аккумуляторным батареям накопителя электрической энергии 2 (НЭЭ) и преобразования постоянного напряжения указанных аккумуляторных батарей в переменное трехфазное напряжение. Далее водитель включает направление движения транспортного средства рычагом «вперед-назад». При этом микроконтроллер 9 (МК) через пульт управления 10 (ПУ) выдает сигнал для переключения статорных обмоток 6.1, 6.2, 6.3 асинхронных двигателей 6 в выбранное направление вращения приводов колес 4 (ПК1), …, 4n (ПКn). Затем водитель педалью скорости движения транспортного средства задает через микроконтроллер 9 (МК) на преобразователи электрической энергии 3 (ПЭЭ1), …, 3n (ПЭЭn) частоту трехфазного напряжения, пропорциональную скорости вращения приводов колес 4 (ПК1), …, 4n (ПКn). При этом трехфазное напряжение заданной частоты преобразователей электрической энергии 3 (ПЭЭ1), …, 3n (ПЭЭn) подается одновременно на статорные обмотки двигателей 6.1, 6.2, 6.3, передних и/или задних приводов колес 4 (ПК1), …, 4n (ПКn) в зависимости от выбранного водителем режима движения исходя из качества дороги и скоростных ограничений. Нажатие водителем на педаль тормоза обеспечивает выдачу микроконтроллером 9 (МК) через пульт управления 10 (ПУ) команд на преобразователи электрической энергии 3 (ПЭЭ1), …, 3n (ПЭЭn) для переключения обмоток статора асинхронных двигателей 6 на обратное движение и для изменения частоты напряжения, пропорциональной силе нажатия на педаль тормоза. При этом асинхронные двигатели 6 переходят на режим генерации электроэнергии, а именно преобразования при торможении колес энергии инерции транспортного средства в электрическую энергию. Электроэнергия торможения с обмоток асинхронных двигателей 6.1, 6.2, 6.3 через преобразователи электрической энергии 3 (ПЭЭ1), …, 3n (ПЭЭn) и накопитель электрической энергии 2 (НЭЭ) возвращается для подзарядки его силовых аккумуляторных батарей.

При возникновении аварии: обрыве фазы обмотки статора асинхронного двигателя 6.1, 6.2, 6.3 или отказе ключа 3.1, …, 3.6 преобразователя электрической энергии 3 (ПЭЭ1), …, 3n (ПЭЭn) происходит падение мощности, падает скорость движения. По управляющему входу в микроконтроллер 9 (МК) поступает информация о снижении потребления тока преобразователями электрической энергии 3 (ПЭЭ1), …, 3n (ПЭЭn) и на пульте управления 10 (ПУ) появляется информация об аварии и о доступном остаточном ресурсе по мощности асинхронного двигателя 6. Скорость движения уменьшается. Водитель или продолжает движение с учетом ограничений по мощности, или, если ресурс мощности позволяет, водитель педалью скорости движения компенсирует потерю мощности на 33%.

В случае пуска транспортного средства после неустраненной аварии процесс начала движения транспортного средства не отличается от нормальной эксплуатации с учетом ограничений по сниженной мощности приводов колес 4 (ПК1), …, 4n (ПКn), которая сохраняется в микроконтроллере 9 (МК) и выводится на пульт управления 10 (ПУ).

Гибридное транспортное средство с асинхронным двигателем, содержащее бортовой источник электрической энергии, накопитель электрической энергии, преобразователь электрической энергии накопителя в трехфазное переменное напряжение и привод колес, содержащий электрический двигатель, микроконтроллер соединен с пультом управления, электрические двигатели для вращения колес транспортного средства выполнены с возможностью соединения их валов с валами вращения колес транспортного средства через дифференциальную передачу, отличающееся тем, что содержит n-преобразователей электрической энергии и n-приводов колес, где n=2, 4, 6, 8, …, к бортовому источнику электрической энергии подключен накопитель электрической энергии, который содержит последовательно соединенные между собой аккумуляторные батареи, каждый преобразователь электрической энергии содержит шесть транзисторных ключей, при этом эмиттеры первого, второго и третьего ключей соответственно подключены к коллекторам четвертого, пятого и шестого ключей, эмиттеры первого, второго и третьего ключей соединены в первую общую точку, которая связана с накопителем электрической энергии, а коллекторы четвертого, пятого и шестого ключей соединены во вторую общую точку, которая связана со средней точкой между аккумуляторными батареями накопителя электрической энергии, каждый электрический привод колес содержит асинхронный двигатель со статорными обмотками, которые соединены по схеме звезда, начало первой статорной обмотки подключено к эмиттеру второго транзисторного ключа, начало второй статорной обмотки подключено к эмиттеру первого транзисторного ключа, начало третьей статорной обмотки подключено к эмиттеру третьего транзисторного ключа, концы статорных обмоток подключены к накопителю электрической энергии, базы ключей соединены с выходами блока микроконтроллера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для электроприводов с прямолинейным движением рабочих органов. Цилиндрический линейный асинхронный двигатель содержит индуктор с трехфазной обмоткой, выполненной в виде катушечных модулей, якорь в виде ферромагнитного стержня с чередующимися ферромагнитными и электропроводящими кольцами.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкции асинхронного двигателя (АД) с герметичным электронасосом для перекачки жидкости. В АД обычного исполнения ротор с валом выполнен в виде массивного толстостенного цилиндра, торцы которого герметично закрыты торцевыми фланцами, закрепленными на валу и образующими вместе с массивным цилиндром и валом герметичную полость ротора, соединенную посредством отверстий в стенках полых концов вала с всасывающей и нагнетающей сторонами электронасоса.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции статора трехфазного асинхронного двигателя (АД) малой мощности с круговым магнитным полем.

Изобретение относится к электротехнике, к электродинамическим машинам. .

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в устройствах с питанием от источника постоянного тока, то есть с батарейным питанием или с питанием от сети постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники, в частности электрическим машинам, и касается особенностей конструктивного выполнения репульсионного бесколлекторного электродвигателя.

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к электрическим машинам и измерительной технике, предназначено для определения скольжения асинхронного двигателя с фазным ротором.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения регулируемых электрических машин переменного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при разработке асинхронных электрических машин с короткозамкнутым ротором. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам. .

Изобретение относится к электроэнергетическим системам судов. Способ управления торможением и реверсом гребных электродвигателей заключается в поочередном рекуперативном торможении двигателей судна.

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. Гибридное транспортное средство с вентильным двигателем, содержит бортовой источник электроэнергии, накопитель электроэнергии, преобразователь электроэнергии накопителя в трехфазное переменное напряжение и привод колес, содержащий электрический двигатель.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Мехатронной тяговый модуль содержит корпус с жидкостным охлаждением, в котором расположены электрическая машина и силовой преобразователь, выполненный с использованием дискретных IGBT транзисторов и диодов и/или транзисторно-диодных модулей.

Изобретение относится к улучшению ездовых качеств транспортного средства. В способе запуска двигателя запускают двигатель посредством первой электрической машины при требуемом потреблении крутящего момента меньше пороговой величины.

Изобретение относится к пассажирскому транспорту. Электромобиль содержит тяговый электродвигатель, тиристорные вентили, потенциометрический пульт управления, карданный вал, мост с дифференциальным механизмом, полуоси, колеса, рулевое управление и тормоза.
Изобретение относится к электротранспортному машиностроению и может быть использовано, в частности, при изготовлении электромобилей. Для охлаждения электропривода транспортного средства используют термодатчики и регулирующие устройства, способствующие понижению и стабилизации рабочих температур компонентов привода.

Изобретение относится к зарядке электромобилей. Устройство для производства электроэнергии и зарядки для продолжительного движения электрического автомобиля содержит генераторы, зарядное устройство и аккумуляторную батарею.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электропривод колес транспортного средства содержит колеса, механически связанные общим валом, приводом которого служит один электродвигатель.

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к преобразованию переменного тока в стабильный по напряжению постоянный с последующим преобразованием его в регулируемый постоянный и переменный для питания потребителей собственных нужд тепловоза.

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. Устройство управления запуском для гибридного транспортного средства содержит секцию определения температуры транспортного средства и секцию управления запуском транспортного средства.

Изобретение относится к гибридным ТС. Гибридное ТС с асинхронным двигателем содержит бортовой источник электроэнергии, накопитель электроэнергии, преобразователь энергии накопителя в трехфазное переменное напряжение и электродвигатель привода колес. Также имеются преобразователи электроэнергии и приводы колес. К бортовому источнику электроэнергии подключен накопитель электроэнергии, содержащий последовательно соединенные между собой аккумуляторные батареи. Каждый преобразователь содержит шесть транзисторных ключей. Эмиттеры первого, второго и третьего ключей подключены к коллекторам четвертого, пятого и шестого ключей и соединены в первую общую точку, связанную с накопителем энергии. Коллекторы четвертого, пятого и шестого ключей соединены во вторую общую точку, связанную со средней точкой между аккумуляторными батареями накопителя. Каждый электропривод колес содержит асинхронный двигатель, статорные обмотки которого соединены в звезду. Начало первой, второй и третьей обмотки подключено к эмиттеру второго, первого и третьего ключа соответственно. Концы обмоток подключены к накопителю электроэнергии. Базы ключей соединены с выходами блока микроконтроллера. Повышается надежность ТС. 1 ил.

Наверх