ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ДЛЯ ГРУЗОВОГО АККУМУЛЯТОРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к аккумуляторным электрическим колесным транспортным средствам.
Известен тяговый электрический привод транспортных средств, состоящий из бортового источника энергии, преобразователя и одного центрального электрического двигателя, соединенного с помощью карданного вала с ведущим мостом или с бортовыми редукторами привода ведущих колес. В приводе также может быть использован согласующий редуктор, повышающий выходной крутящий момент двигателя (RU №2146623, МПК B60L 11/00 (2000 01), B60K 17/356 (2000.01), H02K 16/02 (2000.01), опубл. 20.03.2000).
Эта конструкция имеет ряд недостатков, связанных с низкими показателями тягово-динамических характеристик транспортного средства, что особо проявляется в приводах грузовых и больших пассажирских транспортных средств. Также в данном случае электрический двигатель работает в неоптимальном режиме, что особо проявляется при эксплуатации в условиях движения в населенных пунктах с частыми остановками и невысокими скоростями движения.
Также известен тяговый электрический привод транспортных средств, содержащий соосный тяговый электродвигатель, первый планетарный узел, соединенный с этим электродвигателем и первой стороной моста (одним из ведущих колес), а также второй планетарный узел, соединенный с этим электродвигателем и второй стороной моста. Эти планетарные узлы образуют дифференциальный механизм, кроме того, в состав моста входит механизм распределения крутящего момента, содержащий электродвигатель, смонтированный соосно мосту (US №9120479, B60K 6/445, B60K 1/00, B60K 1/02, B60K 6/52, B60L 15/20, B60W 10/08, B60W 10/16, F16H 48/36, опубл. 01.09.2015).
Данная конструкция имеет такой недостаток, как невозможность поддерживать максимально эффективный режим работы привода из-за применения механических передач с фиксированным передаточным числом, а также повышенного расхода энергии из-за работы электрического двигателя дифференциального механизма. Однако применение данного технического решения позволяет улучшить управляемость транспортного средства за счет изменения направления вектора силы тяги при маневрировании. Но стоит отметить, что данное свойство наиболее проявляет себя на легковых транспортных средствах, двигающихся на высоких скоростях. На грузовых и пассажирских транспортных средствах, двигающихся на более низких скоростях, данное свойство менее востребовано.
Известен тяговый электрический привод электромобиля состоящий из бортового источника энергии, двух преобразователей, двух двигателей и суммирующего центрального механического редуктора (US №8453770, МПК B60K 1/00, опубл. 04.06.2013).
Эта конструкция имеет ряд недостатков, связанных со сложной системой управления и синхронизацией работы в динамических режимах движения транспортного средства тяговых электрических двигателей. Применение двух электродвигателей и двух преобразователей также влечет увеличение стоимости привода в целом.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является тяговый привод электромобиля, содержащий обратимую электромашину с блоком управления, накопитель электрической энергии с блоком контроля и датчиками состояния, механизм управления, зарядное устройство, преобразователь напряжения, электрический вакуумный насос с выключателем, обратимая электромашина которого связана с задним мостом электромобиля карданной передачей через зубчатую муфту и коробку перемены передач, имеющую две передачи - прямую и понижающую (RU №97090 U1, МПК B60L 11/14 (2006.01), опубл. 27.08.2010).
Тяговый привод данного технического решения оснащен коробкой передач, имеющей ручной выбор передач, при котором водитель не всегда правильно выбирает передачу и момент выбора передач, что сказывается как на эффективности, так и долговечности коробки передач из-за динамических воздействий.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения энергоэффективности и тягово-динамических характеристик транспортных средств.
Для достижения указанного технического результата в тяговом электрическом приводе для аккумуляторного электрического колесного транспортного средства, содержащем бортовой источник энергии, преобразователь и центральный тяговый электрический двигатель, двухскоростную коробку передач, соединенную карданной передачей с ведущим мостом привода ведущих колес, коробка передач имеет автоматическое переключение передач с исполнительным механизмом в виде электрического актуатора, или пневмоцилиндра, или гидроцилиндра, с управлением переключением от блока управления транспортным средством.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что двухскоростная коробка передач выполнена с автоматическим управлением, с исполнительным механизмом с управлением переключением от блока управления транспортным средством, позволяет улучшить тягово-динамические характеристики транспортного средства, приемистость тягового электрического двигателя, расширить скоростной диапазон его использования, повысить энергоэффективность, путем поддержания режимов работы двигателя в зоне минимальных потерь.
Транспортное средство, оснащенное описанным данной полезной моделью тяговым электрическим приводом, имеет повышенные тягово-динамические свойства по сравнению с приводом использующим безредукторное исполнение либо с одноступенчатым механическим редуктором. В данном случае в длительном режиме автомобиль имеет возможность преодолевать подъем 25%, с одноступенчатым редуктором 10%, без редуктора до 3% при использовании двигателя одинаковой мощности, в кратковременном режиме 38%, 17% и 5%.
Заявителю не известны тяговые электрические приводы для грузовых аккумуляторных электрических колесных транспортных средств с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения условиям «новизна».
Полезная модель иллюстрируется чертежами и графиками, на которых представлено:
фиг. 1 - тяговый электрический привод для грузового аккумуляторного электрического колесного транспортного средства, схематичное изображение;
фиг. 2 - то же, кинематическая схема коробки передач;
фиг. 3 - то же, продольный разрез на фиг. 2;
фиг. 4 - тягово-динамические характеристики транспортного средства, графические изображения.
Тяговый электрический привод для грузового аккумуляторного электрического колесного транспортного средства содержит бортовой источник энергии 1, преобразователь 2, центральный тяговый электрический двигатель 3, двухскоростную автоматическую коробку передач 4 и блок 5 управления транспортным средством.
Коробка передач 4 соединена карданной передачей 6 с ведущим мостом 7 привода ведущих колес.
Коробка передач 4 имеет в своей конструкции два планетарных ряда, механизм переключения передач, установленные в корпус. Вал ротора тягового электродвигателя 3 соединен с ведущей солнечной шестерней 8 первого планетарного ряда. Эпициклическое зубчатое колесо 9 неподвижно установлено в корпусе 10 коробки передач и является заторможенным звеном первого планетарного ряда. Сателлиты 11, взаимодействующие с солнечной и эпициклической шестерней, установлены на осях водила 12 с помощью игольчатых подшипников. Оси сателлитов имеют каналы для подвода смазки к подшипникам. Водило 12 первого планетарного ряда является выходным его звеном и установлено с помощью игольчатых подшипников качения на выходном валу 13 коробки передач и имеет возможность свободно вращаться. На водиле 12 жестко с помощью шлицевого соединения закреплена солнечная шестерня второго планетарного ряда и зафиксирована с помощью стопорных колец. Шестерня взаимодействует с сателлитами 14, установленными на осях с помощью подшипников водила 15 второго ряда. Водило с помощью шлицевого соединения закреплено на выходном валу 13 коробки передач и зафиксировано от осевого перемещения стопорным кольцом. Сателлиты 14 обкатываются по эпициклическому зубчатому колесу 16, которое состоит из зубчатого венца 16а и ступицы 166. Зубчатый венец установлен на зубчатом венце ступицы, что позволяет компенсировать неточности изготовления и сборки с помощью плавающей самоустановки венца.
Переключение передач осуществляется с помощью исполнительного механизма 17, выполненного в виде цилиндра, имеющего пневматический привод с питанием от пневматической системы транспортного средства. Привод исполнительного механизма 17 также может быть, как гидравлическим, так и электрическим в зависимости от особенностей конструкции машины. Поршень цилиндра соединен с помощью штока с вилкой, перемещающей подвижную зубчатую муфту 18 синхранизатора переключения передач. Синхронизатор обеспечивает плавное включение передач при движении транспортного средства и имеет аналогичную конструкцию синхранизаторам, установленным в автомобильных коробках передач.
Коробкой передач управляет блок 5 управления, размещенный на ее корпусе.
Устройство работает следующим образом.
При выборе блоком 5 управления первой передачи в правую полость пневматического цилиндра поступает сжатый воздух (или другое рабочее тело) перемещая при этом поршень, шток и соединенную с ними вилку влево, соединяя при этом ступицу эпициклическое зубчатого колеса с водилом второго планетарного ряда, затормаживая его. При этом крутящий момент от водила 12 (выходного звена) первого планетарного ряда передается на водило 15 второго планетарного ряда и выходной вал 13 коробки передач. Первую передачу в коробке передач блок управления включает в случае, когда требуется высокий крутящий момент при преодолении больших дорожных сопротивлений или разгонах. При выборе второй передачи воздух из правой полости стравливается и поступает в левую полость и перемещает зубчатую муфту 18 вправо, соединяя эпициклическое зубчатое колесо 16 с выходным валом 13. Второй планетарный ряд при этом блокируется воедино и прокручивается как единое целое. Крутящий момент от водила первого планетарного передается непосредственно на выходной вал 13 коробки передач. При этом коробка передач работает на прямой передаче. Данный режим характерен для движения транспортного средства со скоростями 40 км/ч и выше. Электронный блок управления 5 осуществляет выбор передач, стремясь к поддержанию режимов работы тягового электрического двигателя с наиболее максимальный коэффициентом полезного действия, повышая при этом эффективность использования энергии до 20-30%.
Применение в тяговом электрическом приводе коробки передач позволяет снизить массу силового агрегата на 35% по сравнению с силовым агрегатом на основе только электродвигателя позволяющего достичь идентичных тягово-динамических качеств грузового аккумуляторного электрического колесного транспортного средства.
Применение в приводе двухступенчатой коробки передач позволяет поддерживать двигатель в зоне оптимального (максимально возможного) значения коэффициента полезного действия во всем диапазоне скоростей транспортного средства, что позволяет минимизировать потери и повысить энергоэффективность грузового аккумуляторного электрического колесного транспортного средства. Моменты переключения передач определяются блоком управления в зависимости от режимов работы тягового электрического двигателя.
Тяговый электрический привод для аккумуляторного электрического колесного транспортного средства и коробка передач могут быть изготовлены на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.