ЭЛЕКТРОПРИВОДНАЯ ПЛАТФОРМА

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.