АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ИНТЕГРАЦИЕЙ НА ДИФФЕРЕНЦИАЛ

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения и касается особенностей конструктивного выполнения электротранспорта, в частности - электромобилей с приводом от асинхронного электродвигателя через 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, 1992-04-07), 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 страгивания на старте или момента при разгоне.
Известен вариант привода электромобиля (патент RU 2146623, опубл. 20.03.2000), содержащий систему управления и центральный тяговый трехфазный асинхронный электродвигатель с двумя роторами, соосно установленными в расточке неподвижного однопакетного статора с возможностью вращения относительно друг 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 страгивания 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 страгивания 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 аналог, который по технической сущности наиболее близок и выбран в качестве прототипа (US 20140257613). Данная система применена на электромобиле Тесла. Общими признаками являются наличие асинхронных электродвигателей соединенных к редукторам мостов, запитанных от источников питания и системы управления этими электродвигателями.
Причины, по которым нельзя достичь технического результата, заключаются в следующем, техническое решение очень сложное, имеет дополнительные механизмы соединения электродвигателей к редукторам мостов, дороговизну конструкции, проблемы страгивания на старте или момента при разгоне (в зависимости от обмотки - звезда или треугольник), требующие большего потребления энергии. Раскрытие сущности полезной модели
Технической проблемой является разработка асинхронного электропривода, обладающего низкими массогабаритными показателями за счет уменьшения количества передаточных механизмов и трения в них при распределении крутящих моментов, а также высокой экономичностью.
Техническим результатом является повышение надежности и безопасности конструкции асинхронного электропривода.
Технический результат достигается тем, что электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, запитанный от источников питания и системы управления этим электродвигателем, дифференциал редуктора моста, при этом асинхронный двигатель, имеет 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 электромагнитных полей этих двух обмоток, причем сам дифференциал привода колес интегрирован в асинхронный электродвигатель.
Сущность технического решения поясняется фигурами
На фиг. 1 представлен общий вид асинхронного электропривода.
На фиг. 2 система управления асинхронным электроприводом представлена,
где:
1. Дифференциал редуктора.
2. Кронштейн рамы транспортного средства.
3. Ротор.
4. Статор.
5. Обмотка.
6. Крышка.
7. Электропривод.
8. Контроллер.
9. Накопитель энергии.
10. Преобразователи.
11. Соединительные жгуты проводов. Осуществление полезной модели
Контролер 8 (фиг. 2) через преобразователи 10 подает сигналы на подачу тока с накопителя энергии 9 на электропривод 7, возбуждая электромагнитное поле асинхронного двигателя. В отличие от стандартного расположения статора и ротора, когда ротор находится внутри статора, в конструкции электропривода с интеграцией на дифференциал задействован обратный принцип, и статор находится внутри ротора. Статор и ротор имеют совмещенную обмотку 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 через дифференциал. Для равномерной работы электропривода 7 (фиг. 2) управление им ведется через контроллер 8 и преобразователи 10, управляющие подачей тока на электропривод 7 и контролирующие скорость и момент его вращения. Отсутствие физического контакта между статором 4 (фиг. 1) и ротором 3 позволяет минимизировать сопротивление движению в конструкции асинхронного электродвигателя при свободном инерционном ходе транспортного средства (не показан). При инерционном ходе и торможении электропривод начинает рекуперацию энергии и система управления асинхронным электроприводом обеспечивает подзарядку накопителя энергии.