Асинхронный электропривод с интеграцией на редуктор и дифференциал



Асинхронный электропривод с интеграцией на редуктор и дифференциал
Асинхронный электропривод с интеграцией на редуктор и дифференциал
Асинхронный электропривод с интеграцией на редуктор и дифференциал

Владельцы патента RU 2681611:

Щуровский Денис Васильевич (RU)
Вагнер Вальдемар Олегович (RU)

Изобретение относится к расположению электрических силовых установок и трансмиссий транспортных средств. Асинхронный электропривод с интеграцией на редуктор и дифференциал содержит малошумные асинхронные двигатели, запитанные от источников питания, и системы управления этими электродвигателями, дифференциал и редуктор моста. При этом обмотки статора двигателей, собранные одна в звезду, другая в треугольник, большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток. При этом электродвигатели имеют статоры, закрепленные на транспортном средстве, и внешние подвижные короткозамкнутые роторы, вращающие редуктор и дифференциал привода колес. Причем сам редуктор и дифференциал привода колес интегрирован в асинхронный электропривод. Технический результат заключается в повышении крутящего момента и мощности электропривода. 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области машиностроения и касается особенностей конструктивного выполнения электротранспорта, в частности - электромобилей с приводом от асинхронного электродвигателя через редуктор и дифференциал переднего и/или заднего моста, системы управления электродвигателем и может быть использовано в различных областях техники, например, в качестве силовой установки в таких транспортных средствах, как электроприводные скутера, мотоциклы, квадроциклы, снегоходы, автомобили общего пользования, грузового транспорта и т.д.

Уровень техники

Многообразие известных схем, конструкций и компоновочных решений тяговых приводов электромобилей укладывается в рамки трех основных вариантов:

1) центральный электродвигатель плюс редуктор плюс межколесный механический дифференциал (подварианты с задним, передним и разнесенным их расположением);

2) два бортовых электродвигателя, по одному на каждое ведущее колесо (подварианты с задним и передним расположением);

3) электромотор-колеса (подварианты с двумя и четырьмя мотор-колесами).

Наиболее распространены и считаются перспективными электромобили с приводом по первому варианту, в том числе с комбинированными силовыми установками (FR N 2200800 А, B60K 17/00, 1974; US N 3888325 А, B60K 1/00, 1975).

Такое традиционное применение электродвигателей устанавливается на автомобилях различных концернов, таких как Мерседес, БМВ, Тесла и др.

Известен вариант привода электромобиля (SU 1724486), содержащий индивидуальные приводы колес, каждый из которых образует единую компоновку с редуктором и колесом, редуктор выполнен в виде планетарной прецессионной передачи, сателлит которой содержит два роликовых венца, жестко связанных между собой, между которыми на телах качения размещено кольцо, на наружной поверхности которого выполнена однопериодная синусоидальная канавка, взаимодействующая с пьезопреобразователями, которые содержат генераторы окружных и осевых колебаний, установленные в ступице колеса, при этом центральное колесо прецессионного редуктора связанно со ступицей колеса, а центральное ведомое колесо с его ободом.

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что конструкция сложна, дорогостоящая и использует электродвигатель постоянного тока, ряд недостатков, для которых необходимы большие пусковые и переходные токи при трогании и ускорении транспортного средства или обычный асинхронный двигатель, которые имеют проблемы страгирования на старте или момента при разгоне.

Известен вариант привода электромобиля (RU 2146623), содержащий систему управления и центральный тяговый трехфазный асинхронный электродвигатель с двумя роторами, соосно установленными в расточке неподвижного однопакетного статора с возможностью вращения друг относительно друга на оппозитных валах, внешние концы которых соединены с редукторами, отличающийся тем, что система управления, по меньшей мере, частично расположена в П-образной нише между электродвигателем и редукторами, при этом электродвигатель, редукторы и система управления совместно образуют агрегат.

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что конструкция содержит обычный асинхронный двигатель, которые имеют проблемы страгирования на старте или момента при разгоне и имеет высокое потребление энергии.

Второй вариант привода реализован, в частности, в электромобиле Impact, разработанном концерном General Motors (Автомобильная промышленность США, 1990, N 5. - С. 7-9). В нем два электродвигателя переднего расположения определяют завышенные габаритно-массовые и стоимостные показатели. В то же время, несомненным достоинством этого привода следует признать использование перспективных асинхронных электродвигателей (по 42,5 кВт каждый) с регулируемым инвертором в составе системы управления приводом.

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что система дорогая и массогабаритная.

Третий вариант направлен на разработку различных мотор-колес (патенты WO 93/08999 А1, 13.05.93, US 6384496 В1, 07.05.2002; US 6617746 В1, 09.09.2003; RU 2129965 С1, 10.05.1999; RU 2172261 С1, 20.08.2001).

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что описанные мотор-колеса и все известные его разновидности образуют электродвигатель постоянного тока и имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при трогании и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Другим недостатком является недостаточно эффективное возвращение и использование

электроэнергии. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.

Имеющееся мотор-колесо асинхронного типа (патент RU №2156191, опубл. 20.09.2000) более перспективно, техническое решение очень сложное, в нем имеются механические потери, износ самого двигателя и все соответствующие недостатки, включая дороговизну, сложность, проблемы страгирования на старте или момента при разгоне (в зависимости от обмотки - звезда или треугольник).

Известные технические решения, направленные на устранение указанных недостатков, связаны с применением высоковольтных источников питания и сложных схем управления, что делает их дорогостоящими и сложными в изготовлении и малонадежными в эксплуатации (US 6791226 В1, 14.09.2004; US 6727668 В1, 27.04.2004; US 6355996 В1, 12.03.2002).

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что наиболее сложной и тяжело разрешимой проблемой всех мотор-колес является система управления ими, позволяющая обеспечивать функции дифференциала колес без его физического наличия, пробуксовки, сцепления с различной поверхностью.

Известен патент US 20140257613. Данная система применена на электромобиле Тесла.

В качестве электродвигателя используются трехфазные асинхронные двигатели с системой управления, позволяющие моделировать дополнительную синусоиду и создавая четырех полюсной двигатель. Дополнительный полюс увеличивает крутящий момент электродвигателя. Электродвигатели требуют жидкостного охлаждения.

Известен аналог, который по технической сущности наиболее близок и выбран в качестве прототипа - патент на полезную модель №174835 «Асинхронный электропривод с интеграцией на дифференциал».

Общими признаками являются наличие электропривода, содержащего малошумный асинхронный двигатель, запитанный от источников питания и системы управления этим электродвигателем, дифференциал редуктора моста, и имеющий статор, закрепленный на транспортном средстве и внешний подвижный короткозамкнутый ротор, вращающий дифференциал привода колес, обмотки статора, собранные одна в звезду, другая в треугольник, большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток.

Причины, по которым нельзя достичь технического результата заключаются в том, что крутящий момент в таком приводе ограничен характеристиками электродвигателя и не имеет

возможности повышения за счет увеличения количества электродвигателей и редукторной части.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема заключается в разработке асинхронного электропривода, которая направлена на снижение массогабаритных показателей высоконагруженных электроприводов при повышении крутящего момента и мощности, путем применения энергоэффективных тяговых электродвигателей с уменьшением количества механизмов трения на распределение крутящих моментов через передаточные механизмы, повышением экономичности и снижением себестоимости электротранспорта, создания условий для свободного инерционного хода, рекуперации и большой скорости на колесах транспортных средств.

Техническим результатом является повышение крутящего момента и мощности электропривода.

Технический результат достигается тем, что асинхронный электропривод с интеграции на редуктор и дифференциал, содержащий малошумный асинхронный двигатель, запитанный от источников питания и системы управления этим электродвигателем, дифференциал редуктора моста, и имеющий статор, закрепленный на транспортном средстве и внешний подвижный короткозамкнутый ротор, вращающий дифференциал привода колес, обмотки статора, собранные одна в звезду, другая в треугольник, большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток, при этом электропривод содержит более одного малошумного асинхронного двигателя имеющий статор, закрепленный на транспортном средстве и внешний подвижный короткозамкнутый ротор, вращает редуктор и дифференциал привода колес, причем сам редуктор и дифференциал привода колес интегрирован в асинхронный электропривод.

Сущность технического решения поясняется фигурами 1 и 2.

На рисунке 1 представлено 2 варианта: 1) Электропривод с двумя асинхронными электромоторами, гипоидным редуктором и дифференциалом оси; 2) Электропривод с двумя асинхронными электромоторами, планетарным редуктором и дифференциалом оси. Тем не менее, возможно применение и других видов шестерен для повышения крутящего момента: цилиндрические шестерни, конические, червячные.

На фиг. 1 представлен общий вид электропривода, где редуктор с дифференциалом 1, кронштейн рамы транспортного средства 2, ротор 3, статор 4, обмотки 5, крышка 6, диска энкодера 7, инкрементального датчика 8, а система управления электроприводом

представлена на фиг. 2, где электропривод 9, контроллер 10, накопитель 11, преобразователь 12, соединительные жгуты проводов 13.

Осуществление изобретения

При нажатии педали акселерации, связанной с реостатом акселерации, сигнал обрабатывается в блоке управления (контролере) 10 фиг. 2, который через преобразователи 12 фиг. 2 подает сигналы на подачу тока с накопителя энергии 11 фиг. 2 на электропривод 9 фиг. 2, возбуждая электромагнитное поле асинхронного двигателя.

В отличие от стандартного расположения статора и ротора, когда ротор находится внутри статора, в конструкции асинхронного электропривода с интеграцией на редуктор и дифференциал задействован обратный принцип и статор находится внутри ротора. Статор, имеющий совмещенные обмотки, и ротор и образуют асинхронный двигатель, при этом статор и ротор не имеют физического контакта (через щетки, магниты и др.) и взаимодействуют только через магнитное поле.

При установлении магнитного поля ротор 3 фиг. 1 начинает вращение, создавая тяговое усилие для транспортного средства. Крутящий момент от электродвигателя (электродвигателей) передается через редуктор, увеличивая крутящий момент электропривода 9 фиг. 2, и распределяется через дифференциал оси на колеса транспортного средства. Для равномерной работы электропривода 9 фиг. 2 управление им ведется через блок управления 10 фиг. 2 и преобразователи 12 фиг. 2, управляющий подачей тока электропривод 9 фиг. 2 и контролирующий скорость и момент их вращения через диск энкодера 7 фиг. 1 и инкрементальный датчик 8 фиг. 1 электропривода 9 фиг. 2. Система блока управления 10 фиг. 2, преобразователей 12 фиг. 2, дисков энкодера 7 фиг. 1 и инкрементальных датчиков 8 фиг. 1 создают модуляцию магнитного поля совмещенных обмоток, обеспечивая оптимальные параметры работы привода. Отсутствие физического контакта между статором 4 фиг. 1 и ротором 3 фиг. 1 позволяет практически полностью исключить сопротивление движению при свободном инерционном ходе транспортного средства.

При инерционном ходе и торможении электропривод начинает рекуперацию энергии и блок управления обеспечивает подзарядку накопителя энергии.

Асинхронный электропривод с интеграцией на редуктор и дифференциал, содержащий малошумный асинхронный двигатель, запитанный от источников питания, и системы управления этим электродвигателем, дифференциал редуктора моста и имеющий статор, закрепленный на транспортном средстве, и внешний подвижный короткозамкнутый ротор, вращающий дифференциал привода колес, обмотки статора, собранные одна в звезду, другая в треугольник, большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток, отличающийся тем, что электропривод содержит более одного малошумного асинхронного двигателя, имеющего статор, закрепленный на транспортном средстве, и внешний подвижный короткозамкнутый ротор, вращает редуктор и дифференциал привода колес, причем сам редуктор и дифференциал привода колес интегрирован в асинхронный электропривод.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергомашиностроению. Механизм для управления крутящим моментом и оборотами синхронного электродвигателя, в котором синхронный электродвигатель с генератором возбуждения, ротор которого установлен на валу электродвигателя, соединен с входом планетарного дифференциала, один выход которого подключен к выходному валу, а второй - через повышающий обороты редуктор подключен к статору генератора возбуждения, имеющему возможность вращаться вокруг оси.

Изобретение относится к трансмиссии для мотора. Трансмиссия для мотора, предназначенная для получения вращательного усилия от вращающегося вала мотора, чтобы выполнить вывод мощности на выходной вал через переключение передач, и вывода вращательного усилия только в одном направлении с различными передаточными отношениями согласно прямому/обратному направлениям вращения вращающегося вала мотора, содержит приводной вал, двойную одностороннюю муфту и средства передачи.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству связи и к модулю энергоснабжения для устройства связи. Технический результат – повышение технологичности.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям и к механизмам с его использованием. Технический результат – повышение КПД и обеспечение возможности поддержания постоянной частоты вращения вала при изменяющейся нагрузке.

Изобретение относится к области электротехники и машиностроения и может быть использовано в системе регулируемого электрического двигателя. Техническим результатом является уменьшение габаритов.

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. В способе запуска двигателя внутреннего сгорания в гибридной силовой передаче разъединяют вращающиеся компоненты первой и второй планетарной передачи друг от друга; не допускают вращение по меньшей мере одной зубчатой пары, которая соединена с первой планетарной передачей и выходным валом, и по меньшей мере одной зубчатой пары, которая соединена со второй планетарной передачей и выходным валом.

Изобретение относится к орбитальным электроприводам и генераторам. Технический результат состоит в улучшении гармонического состава однозубцовых гармоник.

Изобретение относится к мотор-колесам. Колесо содержит средство для выработки и передачи энергии, вращающееся кольцо, неподвижную пластину, первый и второй вспомогательные приводные механизмы и колпаки колеса.

Изобретение относится к корпусу 31 бесщеточного двигателя. В корпусе двигателя закреплена неподвижная часть, поворотная часть, расположенная с возможностью вращения в неподвижной части, редуктор, передающий вращение поворотной части на элемент стеклоочистителя, и корпус редуктора, в котором расположен редуктор.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – уменьшение габаритов системы.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления обмотки электрической машины. Технический результат – повышение выходного напряжения генератора.

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к изготовлению электрических машин. Технический результат – повышение эксплуатационных характеристик машины.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электродвигателях переменного тока, в составе тягового электропривода и исполнительных механизмах.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к синхронным реактивным электрическим генераторам с радиальным возбуждением. Изобретение позволяет повысить надежность и КПД индукторного генератора, а также уменьшить его габаритные размеры и массу.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - компенсация намагничивающих токов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может найти применение при создании вентильных электродвигателей для регулируемых электроприводов.

Предложен многофазный электрический двигатель, который содержит ротор и статор. Ротор содержит ряд магнитов, ориентированных в направлении статора, содержащего, в свою очередь, множество фазных обмоток, ориентированных в направлении магнитов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, для генерации электрической энергии. Технический результат - увеличение КПД электрического генератора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к дисковым электрогенераторам. Технический результат – повышение стабильности вращения якоря.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве асинхронных двигателей. Способ пуска асинхронного двигателя без разрыва цепи питания и без изменения пар полюсов выполнятся включением одной из двух раздельных частей трехфазной статорной обмотки, с расположением частей в одних и тех же пазах статора, по схеме Y с последующим после разбега двигателя подключением другой части по схеме Δ.

Изобретение относится к гибридным силовым установкам. Гибридная силовая установка технического средства содержит накопитель электроэнергии, зубчатый механизм, тепловой двигатель и электрическую машину.

Изобретение относится к расположению электрических силовых установок и трансмиссий транспортных средств. Асинхронный электропривод с интеграцией на редуктор и дифференциал содержит малошумные асинхронные двигатели, запитанные от источников питания, и системы управления этими электродвигателями, дифференциал и редуктор моста. При этом обмотки статора двигателей, собранные одна в звезду, другая в треугольник, большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток. При этом электродвигатели имеют статоры, закрепленные на транспортном средстве, и внешние подвижные короткозамкнутые роторы, вращающие редуктор и дифференциал привода колес. Причем сам редуктор и дифференциал привода колес интегрирован в асинхронный электропривод. Технический результат заключается в повышении крутящего момента и мощности электропривода. 2 ил.

Наверх