Силовой агрегат наземного транспортного средства на электротяге

Полезная модель относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения, снабженным дополнительными источниками энергоснабжения, и может найти применение в конструкциях универсальных машин технологического назначения на электротяге.
Из уровня техники известен электромобиль (RU 4943U1, МПК B60L 7/22, опубл. 16.09.1997), который содержит шасси и кузов с установленными на них аккумулятором электрической энергии, электродвигателем, взаимосвязанным передачей с колесами, и генератором, соединенными между собой, отличающийся тем, что электромобиль дополнительно снабжен блоком подключения аккумулятора в нерабочий период к источникам зарядки аккумулятора, между аккумулятором и электродвигателем включен блок управления включением двигателя при разгоне электромобиля и отключением на холостом ходу или при движении по инерции.
Недостатком известного технического решения является низкий ресурс аккумулятора электромобиля, вследствие отсутствия в его конструкции источников энергии, позволяющих осуществить его подзарядку.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели и выбранной в качестве прототипа признана система зарядки (RU 2505905 C2, МПК H02J 7/14, B60R 16/04, Н01М 10/46, B60L 11/12, В60K 6/28, B60W 10/26, опубл. 27.01.2014), содержащая транспортное средство, сконфигурированное с возможностью зарядки посредством внешнего источника энергии, зарядный кабель для подачи электрической энергии от внешнего источника энергии к транспортному средству и реле, предусмотренное на зарядном кабеле. Транспортное средство включает в себя: перезаряжаемое устройство накопления энергии, зарядный порт, сконфигурированный так, что зарядный кабель может быть подключен к зарядному порту, зарядное устройство, принимающее электрическую энергию, подаваемую от внешнего источника энергии для зарядки устройства накопления энергии.
Недостатком известного технического решения является то, что система является стационарной и не может быть совмещена непосредственно с шасси транспортного средства.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение ресурса аккумуляторной батареи силового агрегата наземного транспортного средства на электротяге.
Указанная задача решена тем, что силовой агрегат наземного транспортного средства на электротяге содержит электродвигатель, вал которого соединен механической передачей с ведущими колесами транспортного средства. К электродвигателю подключена аккумуляторная батарея и блок управления, измерительный вход которого подключен к аккумуляторной батарее, а первый силовой выход подключен к электродвигателю. Отличает силовой агрегат от известных то, что он дополнительно содержит роторный пневмодвигатель, выполненный в виде крыльчатки, установленной на валу, совмещенный с вихревой трубой на эффекте Ранка, при этом на одном торце трубы установлена улитка, выполненная с возможностью подачи в нее тангенциального потока воздуха, с подсоединенным к ней через электромеханический обратный клапан баллоном со сжатым воздухом, а на противоположном торце установлена кольцевая диафрагма; вал роторного пневмодвигателя через согласующий редуктор соединен с валом электродвигателя, а блок управления снабжен вторым силовым выходом, подключенным к обратному клапану.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью конструктивных признаков устройства, является возможность подзарядки аккумуляторной батареи с помощью пневмодвигателя, что обеспечивает повышение ее ресурса до новой подзарядки от стационарной системы зарядки.
Конструкция полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана структурная схема силового агрегата; на фиг. 2 - чертеж роторного пневмодвигателя, совмещенного с трубой ранка; на фиг. 3 - структурная схема блока управления силовым агрегатом; на фиг. 4 - 3D-модель роторного пневмодвигателя, совмещенного с трубой ранка.
Силовой агрегат наземного транспортного средства на электротяге устроен следующим образом.
Его основой является электродвигатель 1, вал 2 которого соединен механической передачей с ведущими колесами транспортного средства. К электродвигателю 1 подключена аккумуляторная батарея 3 и блок управления 4, измерительный вход 5 которого, снабженный датчиком заряда, подключен к аккумуляторной батарее 3, а первый силовой выход 6 подключен к электродвигателю 1. Силовой агрегат дополнительно содержит роторный пневмодвигатель, выполненный в виде крыльчатки 7, установленной на валу 8, совмещенный с вихревой трубой на эффекте Ранка 9, при этом на одном торце трубы установлена улитка 10, выполненная с возможностью подачи в нее тангенциального потока воздуха, с подсоединенным к ней через электромеханический обратный клапан 11 баллоном со сжатым воздухом 12, а на противоположном торце установлена кольцевая диафрагма 13; вал роторного пневмодвигателя 8 через согласующий редуктор 14 соединен с валом электродвигателя 1, а блок управления 4 снабжен вторым силовым выходом 15, подключенным к обратному клапану 11.
Вихревую трубу целесообразно выполнить таким образом, чтобы ее длина в десять раз превышала диаметр, с целью обеспечения максимального разделения горячего и охлажденного потоков воздуха, а блок управления 4 может быть реализован на основе микропроцессорной системы, которая включает в себя микроконтроллер 16, например AVR ATMega128L, содержащий RISC-микропроцессор 17 с регистрами общего назначения и встроенной SRAM-памятью данных 18, подключенный к FLAH-памяти программ 19, соединенный общей шиной с четырьмя универсальными двунаправленными портами ввода-вывода 20, 21, 22 и 23, аналого-цифровым преобразователем 24 и блоком электрически перепрограммируемой энергонезависимой памяти EEPROM 25. При этом снабженный датчиком заряда измерительный вход 5 блока управления 4 подключен к аналого-цифровому преобразователю 24, первый порт ввода-вывода 20 соединен с первым силовым выходом 6, подключенным к электродвигателю 1, второй порт ввода-вывода 21 соединен со вторым силовым выходом 15, подключенным к электромеханическому обратному клапану 11, а третий и четвертый порты ввода-вывода 22 и 23 подключены, соответственно, к блоку индикации 26 и блоку ввода данных 27. Блок индикации может быть выполнен, например, в виде TFT-дисплея, а блок ввода данных - в виде кнопочной клавиатуры, содержащей, по крайней мере, шестнадцать клавиш.
Силовой агрегат наземного транспортного средства на электротяге работает следующим образом.
Первоначально его устанавливают на шасси транспортного средства (на фигурах условно не показано), соединяют вал электродвигателя 1 с ведущими колесами электрокара, заправляют баллон 12 сжатым воздухом, подключают силовые выходы 6 и 15 блока управления 4 к электродвигателю 1 и электромеханическому клапану 11, а измерительный вход 5 подключают к аккумуляторной батарее 3. Выход отверстия диафрагмы посредством гибкого шланга соединяют с системой кондиционирования транспортного средства, а выход улитки с помощью патрубка соединяют с отсеком аккумуляторной батареи.
При движении транспортного средства блок управления 4 постоянно производит измерение заряда аккумуляторной батареи 3 и при ее низком заряде сигнализирует об этом водителю транспортного средства с помощью блока индикации 26. После чего водитель останавливает транспортное средство, выключает электродвигатель 1 и с помощью блока ввода данных 27 блока управления 4 переключает электродвигатель 1 в режим генератора тока. При этом, в соответствии с управляющей программой, записанной во FLASH-памяти программ 19 микроконтроллера 16, блок управления подает управляющий сигнал на силовой выход 15, открывая электромеханический обратный клапан 11 и приводя тем самым в действие роторный пневмодвигатель. Пневмодвигатель через согласующий редуктор 14 вращает вал электродвигателя 1, а последний, работая в режиме генератора, выполняет подзарядку аккумуляторной батареи 3. Одновременно с подзарядкой аккумуляторной батареи 3 роторный пневмодвигатель с помощью вихревой трубы на эффекте Ранка 9 выполняет дополнительную работу, нагнетая охлажденный воздух в систему кондиционирования транспортного средства, а горячий - в отсек аккумуляторной батареи, что обеспечивает ее подогрев и повышение эффективности заряда в условиях низких температур.
После выполнения подзарядки водитель транспортного средства выключает электромеханический обратный клапан 11, останавливая тем самым роторный пневмодвигатель, далее переводит электродвигатель 1 в обычный режим, после чего транспортное средство может продолжить движение.
Данные измерений, полученные блоком управления 4, могут быть сохранены в электрически перепрограммируемой энергонезависимой памяти EEPROM 25 для их дальнейшей обработки и выявления наиболее экономичных режимов подзарядки аккумуляторной батареи 3.
Таким образом, представленное техническое решение позволяет повысить ресурс привода транспортного средства на электротяге и обеспечит возможность зарядки его аккумуляторной батареи при отсутствии доступных внешних стационарных систем зарядки.