ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ

Техническое решение относится к электрическим тяговым устройствам транспортных средств и может быть использовано в качестве электромеханической трансмиссии (ЭМТ) для гусеничных машин (ГМ), в том числе военных гусеничных машин (ВГМ).
Прототипом заявленного технического решения является «Электромеханическая трансмиссия самоходной машины» по патенту на изобретение RU 2648660 С1 от 27.03.2018, МПК B60L 11/00, В60K 5/00, B62D 11/00 - [1], содержащая двигатель внутреннего сгорания, редуктор, тяговый генератор, аккумуляторную батарею, тяговые электродвигатели, бортовые редукторы и систему управления. Тяговый электродвигатель имеет числа зубцов статора и ротора исходя из изменяемого контроллером количества фаз. Тяговый генератор или электродвигатель выполнен с комбинированным независимым электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением. Тяговый электродвигатель имеет количество фаз больше трех. Контроллер меняет алгоритм коммутации катушек этих фаз в зависимости от скорости движения машины. Контроллер управляет тяговым генератором или силовым выпрямителем. Электромеханическая трансмиссия содержит систему жидкостного охлаждения тягового генератора или тягового электродвигателя, или силового выпрямителя, или контроллера. Обмотки статора тягового электродвигателя выполнены с коэффициентом заполнения пазов медью более 0,5. Расширяется диапазон бесступенчатого регулирования скорости движения.
Недостатком прототипа [1] является то, что в его конструкции нет дополнительных устройств генерации и накопления энергии.
Известны приведенные ниже следующие полезные модели и изобретения, имеющие сходные признаки с заявленным техническим решением:
«Генератор заряда электромобиля» по патенту на полезную модель RU 187167 U1 от 21.02.2019, МПК B60L 7/12 - [2], содержащий устройство для зарядки батареи электромобиля во время его движения, в виде электрогенератора, приводящийся во вращение от полуоси колеса электромобиля с помощью приводного ремня. При этом батарея электромобиля заряжается во время движения электромобиля.
Недостатком устройство по полезной модели [2] является то, что она описана для электромобиля, у которого нет первичного источника энергии (ДВС с генератором). Также в данной модели предлагается установка генератора параллельно полуоси электромобиля вместо двух на ведущие колеса, как в заявленном устройстве.
«Способ движения электрического транспортного средства на рекуперированной электроэнергии и устройство для его осуществления» по патенту на изобретение РФ: RU 2436690 С2 от 20.12.2011, МПК B60L7/12 - [3]. Устройство для способа содержит тяговый электродвигатель, блок управления тяговым двигателем, средство для накопления энергии рекуперативного торможения и ее возврата на тягу электродвигателя. Сверхэнергоемкий импульсный конденсатор подключен последовательно с источником постоянного напряжения питающей сети через тяговый электродвигатель. Отрицательный вывод сверхэнергоемкого импульсного конденсатора соединен с плюсовым проводом контактной питающей сети через обратный диод. Положительный вывод электродвигателя соединен с положительным выводом сверхэнергоемкого импульсного конденсатора через блокирующий диод.
Недостатком аналога [3] является то, что при работе двигателя-генератора в режиме двигателя, энергия не генерируется на зарядку накопителей энергии в виде ионисторов, работающих независимо друг от друга, как в заявленном устройстве.
«Гибридная силовая установка (варианты) и способ управления мощностью гибридной силовой установки (варианты)» по патенту на изобретение РФ: RU 2389618 С2 от 20.05.2010, МПК B60L 11/00 - [4], содержащая (по первому варианту) первый накопитель энергии, тяговый приводной двигатель, второй накопитель энергии, систему управления, вспомогательную силовую установку, включающую в себя двигатель и генератор. Система управления предназначена для управления работой вспомогательной силовой установки на основании оценки двигателя и генератора. Система по второму варианту содержит накопитель энергии, силовой двигатель, встроенный источник энергии, систему управления, которая управляет работой встроенного источника энергии на основании оценки двигателя и генератора. Накопитель энергии осуществляет подачу дополнительной мощности на силовой двигатель дополнительно к встроенному источнику энергии.
Недостатком аналога [4] является то, что он направлен на повышении срока службы накопителей энергии в составе гибридной силовой установки, а не на совершенствование электромеханическая трансмиссия гусеничной машины, на что направлено заявленное техническое решение.
Сущность заявленного устройства (полезной модели) в том, что электромеханическая трансмиссия гусеничной машины, содержит двигатель внутреннего сгорания, редуктор, тяговый генератор, аккумуляторную батарею, тяговые электродвигатели, бортовые редукторы и систему управления из блоков управления и управляющего устройства. При этом она содержит два накопителя электрической энергии в виде ионисторов (суперконденсаторов, ультраконденсаторов, двухслойных электрохимических конденсаторов), работающих независимо друг от друга, а
также два дополнительных генератора электрической энергии, валы которых соответственно соединены механической передачей с бортовыми редукторами ведущих колес.
Техническим результатом устройства является повышение запаса хода гусеничной машины.
Технический результат достигается тем, что параллельно с используемой в устройстве аккумуляторной батареей, используют два дополнительных ионистора, которые работают работающие попеременно, таким образом, что пока один передает энергию на тяговые электрические двигатели, то другой заряжается и наоборот. Для дополнительной подзарядки ионисторов используются дополнительные генераторы, связанные с бортовыми редукторами ведущих колес.
В тексте описания и на фигуре применены следующие сокращения:
АБ - Аккумуляторная батарея,
БУ - Блок управления,
ВГМ - Военная гусеничная машина,
ВК - Ведущее колесо,
ГМ - Гусеничная машина,
ДВС - Двигатель внутреннего сгорания,
НЭ - Накопитель энергии,
СП - Силовой преобразователь,
ТЭД - Тяговый электродвигатель,
ЭМТ - Электромеханическая трансмиссия.
На фигуре представлена структурная схема заявленной электромеханической трансмиссии гусеничной машины, где позициями обозначены:
1 - двигатель внутреннего сгорания;
2 - редуктор ДВС, представляющий собой согласующее устройство между ДВС и генератором;
3 - тяговый генератор, для преобразования механической энергии ДВС в электрическую энергию;
4 - блок управления (всей ЭМТ ГМ);
5 - аккумуляторная батарея;
6 и 7 - накопители энергии в виде ионисторов (суперконденсаторов, ультраконденсаторов, двухслойных электрохимических конденсаторов);
8 - силовой преобразователь, для питания ТЭД (10.1) - соответственно левой и (10.1) - правой гусениц ГМ (по фигуре);
9.1 и 9.2 - блоки управления ТЭД (10.1) - соответственно левой и (10.2) -правой гусениц ГМ (по фигуре);
10.1 и 10.2 - тяговые электродвигатели, соответственно левой и правой гусениц ВГМ (по фигуре);
11.1 и 11.2 - бортовые редукторы, представляющие собой согласующее устройства между ТЭД (10.1), (10.2) и соответственно ведущими колесами (13.1), (13.2) левой и правой гусениц ГМ (по фигуре);
12.1 и 12.2 - дополнительные генераторы, для частичного преобразования механической энергии бортовых редукторов (11.1) и (11.2), электрическую энергию для подзарядки НЭ (6) и (7);
13.1 и 13.2 - ведущие колеса, соответственно левой и правой гусениц ГМ;
14 - управляющее устройство.
Заявленная ЭМТ схематически поясняется чертежом, представленным на фигуре - структурной схеме ЭМТ ГМ.
Двигатель внутреннего сгорания (1) представляет собой тепловой двигатель, который сжигает топливо для создания механического действия и играет роль первичного источника (механической) энергии. Редуктор (2) и бортовые редукторы (11.1) и (11.2) представляют собой согласующее устройства между двигателем и генератором и соответственно между ТЭД (10.1), (10.2) и ВК (13.1), (13.2), и могут быть выполнены в виде упругой муфты и/или мультипликатора. Генераторы (3), (12.1) и (12.2) является
преобразователем механической энергии в электрическую. Аккумуляторная батарея (5) может быть любым из различных перезаряжаемых аккумуляторов, например, ионно-литиевым аккумулятором, никель-металгидридным аккумулятором, натрий-серным аккумулятором, никель-кадмиевый, никель-металгидридный или свинцово-кислотный аккумулятор большой удельной мощности. Накопители энергии (6), (7) представляют собой ионисторы и служат для накопления энергии от генераторов (3), (12.1) и (12.2), также от ТЭД (10.1) и (10.2) переключенных в генераторный режим работы (например, при торможении), для ее резервного накопления, дальнейшего ее использовании, как дополнительного источника энергии. Управляющее устройство (14) выполнено на основе микропроцессорной системы, которая включает в себя микроконтроллер или цифровой сигнальный процессор и интерфейсное устройство, приспособленное для обмена информацией с другими контроллерами по сети CAN, например, сеть контроллеров - Controller Area Network (https://ra.wikipedia.org/wiki/Controller_Area_Network) - [5]. Блоки управления (4), (9.1) и (9.2) содержат транзисторные ключи и устройства управления этими транзисторными. В состав БУ (4), (9.1) и (9.2) входят гальванически развязанные драйверы этих транзисторных ключей, микроконтроллер или цифровой сигнальный процессор и интерфейсные устройства, приспособленные для обмена информацией с этим контроллером по сети CAN, например, сеть контроллеров - Controller Area Network [5]. Тяговые электродвигатели (11.1) и (11.2) являются преобразователем электрической энергии в механическую. Ведущие колеса (13.1) и (13.2) задают движение транспортного средства в соответствии с направлением и скоростью, выбранными оператором на управляющем устройстве (14).
Описание работы заявленного технического решения: ДВС (1) связан механически через редуктор (2) с тяговым генератором (3) и вращает его якорь. Тяговый генератор (3) вырабатывает электроэнергию, которая перераспределяется через БУ (4) на зарядку НЭ (6),
(7), АБ (5) и питание ТЭД (10.1) и (10.2). В случае, когда ДВС (1) не вырабатывает механическую энергию и, как следствие, тяговый генератор (3) не вырабатывает электрический ток, и в этом случае энергия от АБ (5) передается на ТЭД (10.1) и (10.2). Мощность на ТЭД (10.1) и (10.2) задается через силовой преобразователь (8). ТЭД (10.1) и (10.2) механически связаны, соответственно через бортовые редукторы (11.1) и (11.2) с ВК (13.1) и (13.2) и с дополнительными генераторами (12.1) и (12.2). ВК (13.1) и (13.2) задает вращение гусениц ГМ. Генераторы (12.1) и (12.2) обеспечивают выработку дополнительной мощности и передачу ее на НЭ (6) или (7). При достижении ГМ заданной скорости, мощность перестает подаваться на ТЭД (10.1) и (10.2) и ГМ движется по инерции. В устройстве используются два НЭ (6), (7), работающие попеременно. Пока один передает энергию на ТЭД (10.1) и (10.2), другой заряжается. Как только передающий НЭ разрядится, он начинает заряжаться, а второй НЭ - отдавать энергию на ТЭД (10.1) и (10.2).
Преимуществом заявленного устройства в том, что используется два НЭ (6), (7), подключенные параллельно к АБ (5), работающих попеременно, а также для подзарядки ионисторов используются два дополнительные генераторы, связанные с бортовыми редукторами ведущих колес. Данные качества особенно актуальны для применения ВГМ, в которых требуется повышение запаса хода машины.
Таким образом, заявленное устройство позволяет увеличить запас хода ГМ.
Литература
1. Патент на изобретение РФ: RU 2648660 С1 от 27.03.2018, МПК B60L 11/00, В60K 5/00, B62D 11/00, «Электромеханическая трансмиссия самоходной машины» - прототип.
2. Патент на полезную модель РФ: RU 187167 U1 от 21.02.2019, МПК B60L 7/12, «Генератор заряда электромобиля».
3. Патент на изобретение РФ: RU 2436690 С2 от 20.12.2011, МПК B60L 7/12, «Способ движения электрического транспортного средства на рекуперированной электроэнергии и устройство для его осуществления».
4. Патент на изобретение РФ: RU 2389618 С2 от 20.05.2010, МПК B60L 11/00, «Гибридная силовая установка (варианты) и способ управления мощностью гибридной силовой установки (варианты)».
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Controller_Area_Network.