ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ
ELECTROMECHANICAL DEVICE FOR BRAKING POWER RECUPERATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области рекуперации энергии торможения транспортных машин, таких как гибридные силовые установки с ДВС и электромобили, а также к устройствам для осуществления указанной технологии.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство рекуперации энергии торможения машины [1] - (Патент RU №2438884 C2, авторов Леонова И.В., Барбашова Н.Н. от 10.01.2012), включающее корпус, валы, маховик, редуктор с неподвижными осями, тяговый двигатель, обратимую электрическую машину с неподвижным статором, трансмиссию машины и планетарный дифференциал с двумя степенями подвижности, а также электронное управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их. Известное устройство осуществляет рекуперацию энергии торможения посредством управления обратимой электрической машиной (ОЭМ) с неподвижным статором путем переключения ОЭМ в режим электродвигателя или электрогенератора. При рекуперации перекачка энергии из маховика и обратно осуществляется посредством изменения передаточного отношения кинематической цепи планетарного дифференциала [2] между трансмиссией и маховиком посредством воздействия электронного управляющего устройства на ОЭМ. Следует обратить внимание на жесткое соединение всех звеньев известного устройства кинематическими парами.
Недостатком известного устройства рекуперации энергии торможения является жесткое соединение вала ОЭМ с маховиком, которое ограничивает область управления рекуперации энергии торможения машины, что снижает экономичность машины, работающей в режиме «разгон-торможение» [3].
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание такого устройства, которое обеспечило бы полную рекуперацию энергии торможения путем автоматической работы на любых режимах движения машины за счет расширения области управления рекуперации энергии торможения машины.
Поставленная цель достигается тем, что обмен кинетической энергии между маховиком и трансмиссией машины производится не только посредством изменения передаточного отношения кинематической цепи планетарного дифференциала между ОЭМ и трансмиссией, но и за счет использования ОЭМ нового типа с подвижными как ротором, так и статором, между которыми осуществляется электрическое скольжение, возникающее при различии скоростей ротора и статора.
Новые полезные свойства предлагаемого «электромеханического устройства рекуперации энергии торможения», расширяющего область управления машины и позволяющего производить полную рекуперацию энергии, появляются в результате «мягкого» соединения маховика с трансмиссией машины путем использования нового типа ОЭМ, у которой и статор и ротор являются подвижными относительно друг друга и неподвижного корпуса. Применение ОЭМ нового типа в соединении маховика с трансмиссией позволяет расширить пределы плавного регулирования скоростей и нагрузок при перекачке энергии из трансмиссии в маховик и обратно, так как регулирование обычной ОЭМ при скорости ротора относительно неподвижного статора, близкой к нулевой, практически невозможно. Кроме этого появляется дополнительный канал управления скоростью подвижного статора. В электрических цепях ОЭМ нового типа с подвижным статором возможно использование не только постоянного, но и переменного тока, что может значительно упростить конструкцию ОЭМ.
Известно электромеханическое устройство рекуперации энергии торможения, включающее корпус, валы, маховик, тяговый двигатель, обратимую электрическую машину, трансмиссию и планетарный дифференциал с двумя степенями подвижности, причем валы двигателя и трансмиссии соединены с планетарным дифференциалом, а также электронное управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их с обратимой электрической машиной.
Предлагается электромеханическое устройство рекуперации энергии торможения, отличающееся тем, что обратимая электрическая машина выполнена с подвижным статором, один вал которой соединен с планетарным дифференциалом, другой вал соединен с маховиком.
Существенные признаки предлагаемого устройства, которые совпадают с признаками аналога, заключаются в том, что включают корпус, валы, маховик, тяговый двигатель, обратимую электрическую машину, трансмиссию и планетарный дифференциал с двумя степенями подвижности, причем валы двигателя и трансмиссии соединены с планетарным дифференциалом, а также электронное управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их с обратимой электрической машиной.
Существенное отличие предлагаемого устройства от аналога заключается в том, что обратимая электрическая машина выполнена с подвижным статором, один вал которой соединен с планетарным дифференциалом, другой вал соединен с маховиком. Дополнительное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что вал обратимой электрической машины с подвижным статором и вал маховика соединены посредством редуктора с неподвижными осями и дополнительного сцепления.
Важное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что вал обратимой электрической машины с подвижным статором и вал маховика соединены посредством редуктора с неподвижными осями и дополнительного сцепления.
Лучший вариант устройства отличается тем, что вал обратимой электрической машины с подвижным статором и вал маховика соединены посредством редуктора с неподвижными осями и дополнительного сцепления.
Основная совокупность существенных признаков заявляемого устройства, позволяющая реализовать достижение заявленного технического результата, заключается в том, что дополнительно включает обратимую электрическую машину с подвижным статором, один вал которой соединен с планетарным дифференциалом, а другой вал соединен с маховиком.
Достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что вал обратимой электрической машины с подвижным статором и вал маховика соединены посредством редуктора с неподвижными осями и дополнительного сцепления:
1. Известно электромеханическое устройство рекуперации энергии торможения, включающее корпус, валы, маховик, тяговый двигатель, обратимую электрическую машину, трансмиссию и планетарный дифференциал с двумя степенями подвижности, причем валы двигателя и трансмиссии соединены с планетарным дифференциалом, а также электронное управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их с обратимой электрической машиной, отличающееся тем, что обратимая электрическая машина выполнена с подвижным статором, один вал которой соединен с планетарным дифференциалом, другой вал соединен с маховиком.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал обратимой электрической машины с подвижным статором и вал маховика соединены посредством редуктора с неподвижными осями и дополнительного сцепления.
Сравнение свойств заявляемого и известного решений показывает, что у заявляемого решения появляются новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, и что заявляемое решение обладает существенными отличиями.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: 1 - тяговый двигатель; 2 - главное сцепление; 3 - дополнительное сцепление; 4 - планетарный дифференциал; 5 - трансмиссия; 6 - редуктор с неподвижными осями; 7 - маховик; 8 - подвижный статор обратимой электрической машины; 9 - ротор обратимой электрической машины; 10 - главная передача; 11 - ведущие колеса; 12 - электронное управляющее устройство; 13 - электрический аккумулятор; 14 - корпус.
На фиг.1 изображена структурная схема электромеханического устройства рекуперации энергии торможения. Тяговый двигатель 1 соединен с планетарным дифференциалом 4 главным сцеплением 2. Планетарный дифференциал 4 соединен с трансмиссией 6, которая соединяется главной передачей 11 с ведущими колесами 10. Планетарный дифференциал 4 соединен также с подвижным статор обратимой электрической машины 8, подвижный ротор которой 9 соединяется с маховиком 7. Подвижный статор 8 и подвижный ротор 9 обратимой электрической машины опираются на корпус 14, а их электрические цепи соединены с электронным управляющим устройством 12 и электрическим аккумулятором 13.
Лучший вариант устройства
На фиг.2 изображена кинематическая схема лучшего варианта устройства, в котором маховик 7 соединен с ротором 9 обратимой электрической машины посредством дополнительного сцепления 3 и редуктор с неподвижными осями 6. Поскольку в новом типе обратимой электрической машины и ротор и статор имеют обмотки управления, то их соединение с управляющим устройством выполнено с помощью токосъемников общеизвестной конструкции балансирных электрических машин. Поскольку в новом типе обратимой электрической машины и ротор и статор являются подвижными, то понятие статор теряет смысл и с маховиком может быть соединен не ротор, а статор.
Таким образом, главное отличие предлагаемого устройства состоит в изменении конструкции обратимой электрической машины, которая включается в кинематическую цепь между маховиком и трансмиссией последовательно.
Работа устройства
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. При установившемся движении машины наблюдается баланс сил движущих и сопротивления. Поэтому мощность двигателя 1 передается кинематической цепью главного сцепления 2 планетарному дифференциалу 4 и через трансмиссию 5 и главную передачу 11 ведущим колесам 10. При разгоне дисбаланс сил движущих и сопротивления нарушается и дополнительная энергия передается от маховика 7 планетарному дифференциалу 4 посредством статора 8 и ротора 9 обратимой электрической машины от маховика. При торможении машины этот дисбаланс сил движущих и сопротивления нарушается в обратную сторону, что вызывает изменение направления движения энергии от колес 10 через планетарный дифференциал 4 в маховик 7.
В лучшем варианте устройства предусмотрен редуктор 6, который повышает скорость вращения маховика по сравнению со скоростью трансмиссии 5. По лучшему варианту устройства предусмотрено дополнительное сцепление 3, выключение которого позволяет сохранить кинетическую энергию маховика 7 при остановке и тягового двигателя 1 и ведущих колес 10 машины.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявляемое электромеханическое устройство рекуперации энергии торможения позволяет повысить эффективность транспортных машин и снизить расход энергии по сравнению с известными устройствами. Потери энергии машин увеличиваются при торможении и при их остановке. Применение его позволяет снизить потери энергии и повысить экономичность машин на любых неустановившихся режимах работы путем изменения передаточного отношения между трансмиссией транспортной машины и маховиком, что позволяет производить полную рекуперацию энергии торможения.
Лучшими качествами обладает устройство, управляемое путем поддержания постоянного значения запаса кинетической энергии трансмиссии транспортной машины и маховика. Моделирование показало [3], что в соответствии с заявленным изобретением может оно быть реализовано с обеспечением безопасности работы.
Литература
1. Леонов И.В., Барбашов Н.Н. Патент RU №2438884 C2 от 10.01.2012.
2. И.И. Артоболевский. Теория механизмов и машин. М.: Наука. 1975. 640 с.
3. Барбашов Н.Н., Леонов И.В. «Энергетическая модель механизма с маховичным аккумулятором энергии». Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. №4 - 2010 г.
Подписи к рисункам заявки на патент «Электромеханическое устройство рекуперации энергии торможения» 12.02.2012
1 - тяговый двигатель; 2 - главное сцепление; 3 - дополнительное сцепление; 4 - планетарный дифференциал; 5 - трансмиссия; 6 - редуктор с неподвижными осями; 7 - маховик; 8 - подвижный статор обратимой электрической машины; 9 - ротор обратимой электрической машины; 10 - главная передача; 11 - ведущие колеса; 12 - электронное 30 управляющее устройство; 13 - электрический аккумулятор; 14 - корпус.