RU2656940C1 - Electrical generator drive in the structure of the self-propelled ground vehicle - Google Patents
Electrical generator drive in the structure of the self-propelled ground vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656940C1 RU2656940C1 RU2017111436A RU2017111436A RU2656940C1 RU 2656940 C1 RU2656940 C1 RU 2656940C1 RU 2017111436 A RU2017111436 A RU 2017111436A RU 2017111436 A RU2017111436 A RU 2017111436A RU 2656940 C1 RU2656940 C1 RU 2656940C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- output shaft
- drive
- transmission
- rotor
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 42
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 101100258233 Caenorhabditis elegans sun-1 gene Proteins 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000001755 vocal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K25/00—Auxiliary drives
- B60K25/02—Auxiliary drives directly from an engine shaft
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к наземным транспортным средствам (ТС), главным образом быстроходным - гусеничным и колесным (в том числе, к автомобилям) с бортовым (автономным) электрооборудованием, включающим в себя электрический генератор.The invention relates to land vehicles (TS), mainly high-speed - tracked and wheeled (including cars) with on-board (autonomous) electrical equipment, including an electric generator.
В настоящее время основным устройством автономной системы электроснабжения ТС является электрический генератор (стартер-генератор) с приводом от теплового двигателя (основного, ДВС), при этом собственно генератор представляет собой обратимую или необратимую электрическую машину со статором и ротором с приводом на ротор (вал ротора).Currently, the main device of the autonomous power supply system of the vehicle is an electric generator (starter-generator) driven by a heat engine (main engine), while the generator itself is a reversible or irreversible electric machine with a stator and rotor driven by a rotor (rotor shaft )
В автомобилях используется, как правило, стартер-генератор с механическим (ременным) приводом от коленчатого вала ДВС [См., например: Сборка двигателей автомобиль ВАЗ 2110 | 2111 | 2112. - Доступно на http://tuningtaza.ru/%D1%81%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BA%D0%B0-%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F-%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB %D1%8C-%D0%B2%D0%B0%D0%B7-2110-2111-2112.html].In cars, as a rule, a starter-generator with a mechanical (belt) drive from the internal combustion engine crankshaft is used [See, for example: Assembling engines VAZ 2110 car | 2111 | 2112. - Available at http://tuningtaza.ru/%D1%81%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BA%D0%B0-%D0%B4%D0%B2%D0%B8 % D0% B3% D0% B0% D1% 82% D0% B5% D0% BB% D1% 8F-% D0% B0% D0% B2% D1% 82% D0% BE% D0% BC% D0% BE% D0% B1% D0% B8% D0% BB% D1% 8C-% D0% B2% D0% B0% D0% B7-2110-2111-2112.html].
Современные ТС, в том числе автомобили и быстроходные гусеничные машины, характеризуются высокой насыщенностью электропотребляющим оборудованием, большим «дальнодействием» и потребностью зачастую заводки с буксира или длительного движения на буксире в полуактивном режиме (т.е. при сохранении хотя бы частичной управляемости буксируемого ТС).Modern vehicles, including automobiles and high-speed tracked vehicles, are characterized by high saturation with power-consuming equipment, great “long-range” and often need for tugging or tugging in tow in semi-active mode (that is, while maintaining at least partial controllability of the towed vehicle) .
Известны различные способы и устройства обеспечения (увеличения) положительного баланса электроэнергии в бортовой сети ТС.There are various methods and devices for ensuring (increasing) the positive balance of electricity in the vehicle electrical system.
Так, известен способ обеспечения положительного баланса электроэнергии в бортовой сети автомобиля путем уменьшения частоты вращения ротора генератора, соответствующей как началу отдачи, так и отдаче номинальной мощности [Электрическое и электронное оборудование автомобилей / С.В. Акимов, Ю.И. Боровских, Ю.П. Чизков. - М.: Машиностроение, 1988. - 280 с. С. 11-13.]. Это, в свою очередь, ведет к существенному увеличению массогабаритных показателей генераторов, в том числе к увеличению суммарного момента инерции вращающихся масс подвижных элементов.So, there is a method of ensuring a positive balance of electricity in the vehicle’s on-board network by reducing the generator rotor speed corresponding to both the beginning of the return and the output of the rated power [Electrical and electronic equipment of cars / S.V. Akimov, Yu.I. Borovsky, Yu.P. Chizkov. - M.: Mechanical Engineering, 1988 .-- 280 p. S. 11-13.]. This, in turn, leads to a significant increase in the overall dimensions of the generators, including an increase in the total moment of inertia of the rotating masses of the moving elements.
Известен способ обеспечения положительного баланса электроэнергии в бортовой сети ТС путем увеличения передаточного числа привода генератора [Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 1989. - 287 с. - С. 6.]. Однако в этом случае накладываются ограничения на максимальную частоту вращения коленчатого вала теплового двигателя и существенно возрастает нагрузка на элементы привода ротора генератора вследствие увеличения момента инерции вращающихся элементов.A known method of ensuring a positive balance of electricity in the vehicle electrical system by increasing the gear ratio of the generator drive [V. Utt. Electric equipment of cars. - M.: Transport, 1989 .-- 287 p. - S. 6.]. However, in this case, restrictions are imposed on the maximum rotational speed of the crankshaft of the heat engine and the load on the drive elements of the rotor of the generator increases significantly due to an increase in the moment of inertia of the rotating elements.
Среди «экзотических» приводов генератора известны, например, приводы с дублирующим газотурбинным приводом генератора от выхлопных газов турбо-компаундного двигателя [SU477248, МПК F02B 37/00, 10.10.1975. Бюл. №26 от 15.07.1975; RU 2155875, МПК F02B 37/00, 10.09.2000]. В способе по последнему из указанных источников выпускные газы первоначально расширяют в турбине турбокомпрессора, а затем в силовой турбине с перепуском их мимо силовой турбины на частичных режимах работы и расширением в турбине привода генератора, при этом привод генератора осуществляют от упомянутой турбины через соответствующий редуктор, а его привод от коленчатого вала двигателя отключают. Очевидно, при этом реализуется принцип дублирования привода и расширяются возможности оптимизации выбора режима вращения ротора генератора в текущих эксплуатационных условиях ТС.Among the "exotic" generator drives are known, for example, drives with a backup gas turbine generator drive from the exhaust gases of a turbo-compound engine [SU477248, IPC F02B 37/00, 10/10/1975. Bull. No. 26 dated 07/15/1975; RU 2155875, IPC F02B 37/00, 09/10/2000]. In the method according to the last of these sources, the exhaust gases are initially expanded in the turbine of the turbocharger, and then in the power turbine bypassing them past the power turbine in partial operating modes and expanded in the generator drive turbine, while the generator is driven from the turbine through the corresponding gearbox, and its drive from the engine crankshaft is shut off. Obviously, this implements the principle of duplication of the drive and expands the possibilities of optimizing the choice of the rotation mode of the generator rotor in the current operating conditions of the vehicle.
Однако такое дублирование весьма ограничено, ибо остается в рамках теплового двигателя и не снимает обозначенных выше проблем - прежде всего, аварийных запусков двигателя и управляемого длительного движения на буксире хотя бы с частичным функционированием электропотребляющего оборудования.However, such duplication is very limited, because it remains within the framework of the heat engine and does not remove the problems identified above - first of all, emergency engine starts and controlled long-distance movement in tow with at least partial operation of power-consuming equipment.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения, то есть совпадающим с ним по назначению и общим существенным конструктивным признакам, является привод электрического генератора в составе самоходного наземного транспортного средства («Привод генератора системы электроснабжения мобильного комплекса топопривязки»), содержащий механическую связь ротора (вала) электрического генератора с выходным валом теплового двигателя транспортного средства [RU 2410251 С1, МПК B60K 25/02, 27.01.2011].The closest analogue (prototype) of the claimed invention, that is, coinciding in purpose and general essential design features, is the drive of an electric generator as part of a self-propelled ground vehicle ("Drive generator of the power supply system of the mobile topographic reference complex"), containing mechanical connection of the rotor (shaft ) an electric generator with an output shaft of a thermal engine of a vehicle [RU 2410251 C1, IPC B60K 25/02, 01/27/2011].
В прототипе, таким образом, ротор (вал) электрического генератора механически связан только с выходным валом теплового двигателя, как и в подавляющем большинстве аналогов. При этом, согласно описанию прототипа, привод генератора содержит карданный вал, связанный одной стороной с коленчатым валом двигателя ТС, а другой стороной - посредством шлицевого соединения с валом, установленным в подшипниках опорного кронштейна, и ременную передачу, оснащенную двумя ремнями и двухканавочными шкивами. На другой стороне вала на подшипнике установлен двухканавочный шкив, жестко соединенный с диафрагмой электромагнитной муфты бесконтактного исполнения. Корпус муфты размещен при помощи шпоночного соединения на валу перед шкивом. Катушкодержатель электромагнитной муфты, в котором расположена катушка с якорем, неподвижно зафиксирован на опорном кронштейне и соединен с корпусом муфты посредством подшипника. Катушкодержатель и корпус разделены балластным зазором. Генератор и опорный кронштейн размещены на платформе, установленной на раме ТС и закрыты защитным кожухом.In the prototype, therefore, the rotor (shaft) of the electric generator is mechanically connected only with the output shaft of the heat engine, as in the vast majority of analogues. In this case, according to the description of the prototype, the generator drive contains a driveshaft connected on one side to the crankshaft of the engine of the vehicle, and the other side through a splined connection with the shaft installed in the bearings of the support bracket, and a belt drive equipped with two belts and two-groove pulleys. On the other side of the shaft, a two-groove pulley mounted rigidly connected to the diaphragm of a non-contact electromagnetic coupling is mounted on the bearing. The clutch housing is placed by keyway on the shaft in front of the pulley. The coil holder of the electromagnetic coupling, in which the coil with the armature is located, is fixedly fixed on the support bracket and connected to the coupling housing by means of a bearing. The reel seat and housing are separated by a ballast gap. The generator and the support bracket are placed on a platform mounted on the frame of the vehicle and are closed by a protective casing.
Прототипу свойственны вышеприведенные недостатки аналогов.The prototype is characterized by the above disadvantages of analogues.
Неисправность привода, равно как и теплового двигателя, делает невозможной выработку электроэнергии и в условиях отсутствия дублирующих средств снижается надежность системы электроснабжения и ТС в целом. При повышенном потребном электрообеспечении, свойственном современным и особенно некоторым специальным транспортным средствам (с электронной системой управления двигателем, трансмиссией, приборами освещения и др.) даже при исправной системе ощущается дефицит электроэнергии при автономной работе от электрического аккумулятора. Проблемы с пуском теплового двигателя с буксира и, главное - полноценного управления ТС при его буксировке (особенно длительной) с неисправным или выключенным тепловым двигателем другим ТС («тягачом»). В итоге - у прототипа недостаточно высокие технико-эксплуатационные (в приложении к гражданской сфере) или тактико-технические (в приложении к военной и специальной сферам) характеристики и возможности.A malfunction of the drive, as well as a heat engine, makes it impossible to generate electricity and in the absence of duplicating means, the reliability of the power supply system and the vehicle as a whole is reduced. With the increased required electrical supply, which is characteristic of modern and especially some special vehicles (with an electronic engine control system, transmission, lighting devices, etc.), even with a working system, there is a shortage of electricity during autonomous operation from an electric battery. Problems with starting the heat engine from the tug and, most importantly, full control of the vehicle when it is towed (especially long) with a faulty or switched off heat engine of another vehicle (“tractor”). As a result, the prototype does not have high technical and operational (as applied to the civilian sphere) or tactical and technical (as applied to the military and special fields) characteristics and capabilities.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в устранении указанных недостатков прототипа и, соответственно, в улучшении технико-эксплуатационных или тактико-технических характеристик самоходных наземных ТС.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is to eliminate the indicated disadvantages of the prototype and, accordingly, to improve the technical and operational or tactical and technical characteristics of self-propelled ground vehicles.
Решение поставленной проблемы достигается тем, что привод электрического генератора в составе самоходного наземного транспортного средства, содержащий механическую связь электрического генератора с выходным валом теплового двигателя транспортного средства, дополнительно содержит механическую связь электрического генератора с выходным валом трансмиссии транспортного средства посредством трехзвенного планетарного зубчатого механизма, первое, второе и третье основные звенья которого связаны, соответственно, с выходным валом теплового двигателя, выходным валом трансмиссии и ротором электрического генератора.The solution of this problem is achieved by the fact that the electric generator drive as part of a self-propelled ground vehicle, containing a mechanical connection of the electric generator with the output shaft of the vehicle’s thermal engine, further comprises a mechanical connection of the electric generator with the output shaft of the vehicle’s transmission via a three-link planetary gear mechanism, first the second and third main links of which are connected, respectively, with the output shaft Vågå engine, an output shaft of the transmission and electric generator rotor.
При этом под «выходным валом трансмиссии» понимается любое подвижное (вращательное) звено трансмиссии после коробки передач (КП), имеющее постоянную механическую связь с движителем (ведущим колесом) транспортного средства. Как правило, - выходной вал КП.In this case, the “output shaft of the transmission" refers to any mobile (rotational) link of the transmission after the gearbox (KP), which has a constant mechanical connection with the propulsion device (drive wheel) of the vehicle. As a rule, the output shaft of the gearbox.
Решение поставленной задачи достигается также за счет дополнительных конструктивных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков привода):The solution of this problem is also achieved due to additional design features (with the main set of features of the drive formulated above):
- между третьим звеном планетарного механизма и ротором электрического генератора может быть предусмотрено реверсирующее устройство, с возможностью сохранения направления вращения ротора электрического генератора при изменении направления вращения выходного вала трансмиссии (реверсируемый привод), благодаря которому обеспечивается работоспособность генератора при изменении направления вращения третьего планетарного ряда при включенной задней передаче в КП или в реверсивной трансмиссии, а значит - сохранение направления вращения ротора генератора);- between the third link of the planetary mechanism and the rotor of the electric generator, a reversing device can be provided with the possibility of maintaining the direction of rotation of the rotor of the electric generator when changing the direction of rotation of the output shaft of the transmission (reversible drive), which ensures the operability of the generator when changing the direction of rotation of the third planetary gear set when reverse gear in the gearbox or in reverse transmission, which means - maintaining the direction of rotation generator rotor);
- упомянутыми первым, вторым и третьим звеньями могут являться (выступать, быть использованы), соответственно, водило, солнце и эпицикл, причем как для реверсируемого привода, как минимум с одной передачей заднего хода в трансмиссии, так и для не реверсируемого привода (этим расширяются возможности оптимизации скоростных диапазонов вращения ротора генератора во всем спектре эксплуатационных режимов ТС, включая аварийные, преимущественно для ТС с планетарными трансмиссиями из компоновочных соображений, и относительно тихоходных ТС);- the mentioned first, second and third links can be (protrude, be used), respectively, the carrier, the sun and the epicycle, both for a reversible drive, with at least one reverse gear in the transmission, and for a non-reversible drive (this expands the possibility of optimizing the speed ranges of rotation of the rotor of the generator in the entire spectrum of operating modes of vehicles, including emergency ones, mainly for vehicles with planetary transmissions from layout considerations, and relatively low-speed vehicles);
- упомянутыми первым, вторым и третьим звеньями могут являться (выступать, быть использованы), соответственно, солнце, водило и эпицикл, причем как для реверсируемого привода, как минимум с одной передачей заднего хода в трансмиссии, так и для не реверсируемого (этим расширяются возможности оптимизации скоростных диапазонов вращения ротора генератора во всем спектре эксплуатационных режимов ТС, включая аварийные, для всех типов трансмиссий, преимущественно с относительно высокими скоростями вращения выходного вала трансмиссии);- the mentioned first, second and third links can be (act, be used), respectively, the sun, the carrier and the epicycle, both for a reversible drive, with at least one reverse gear in the transmission, and for not reversible (this expands the possibilities optimization of the speed ranges of rotation of the rotor of the generator in the entire spectrum of operating modes of the vehicle, including emergency, for all types of transmissions, mainly with relatively high speeds of rotation of the output shaft of the transmission);
- по крайней мере, упомянутая дополнительная механическая связь может быть установлена в общем картере или на картере трансмиссии (этим обобщаются «инфраструктуры» указанной дополнительной механической связи привода генератора и трансмиссии ТС, т.е. системы монтажа, управления, смазки и охлаждения, а также расширяются компоновочные возможности трансмиссии в целом и возможности реализации принципа двухфункциональности к их звеньям).- at least, the mentioned additional mechanical connection can be installed in the common crankcase or on the transmission case (this generalizes the “infrastructures” of the indicated additional mechanical connection of the generator drive and the vehicle transmission, i.e. the mounting, control, lubrication and cooling systems, as well expanding the layout capabilities of the transmission as a whole and the possibility of implementing the principle of dual functionality to their links).
Среди известных приводов электрических генераторов (генераторов-стартеров) не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат в соответствии с поставленной проблемой.Among the known drives of electric generators (starter-generators) were not found those whose combination of essential features would coincide with the declared one. At the same time, it is due to the latter that a new technical result is achieved in accordance with the problem posed.
Заявляемое устройство привода электрического генератора пояснено чертежами:The inventive device drive an electric generator is illustrated by drawings:
на фиг. 1 показана обобщенная блочно-кинематическая схема привода электрического генератора, частный пример №1, характеризующийся взаимосвязью выходного вала двигателя с водилом дополнительно введенного трехзвенного планетарного механизма и выходного вала коробки передач с солнцем указанного трехзвенного механизма), где:in FIG. 1 shows a generalized block-kinematic diagram of the drive of an electric generator, a particular example No. 1, characterized by the relationship of the output shaft of the engine with the carrier of the additionally introduced three-link planetary mechanism and the output shaft of the gearbox with the sun of the specified three-link mechanism), where:
1 - солнце трехзвенного планетарного механизма (ПМ); 2 - водило ПМ; 3 - эпицикл ПМ; 4 - сателлиты (не основные звенья) ПМ; 5 - электрический генератор, с ротором и статором; 6 - трансмиссия или коробка передач (коробка перемены передач) в составе трансмиссии транспортного средства; 7 - реверсирующее устройство; 1 - the sun of a three-link planetary mechanism (PM); 2 - drove PM; 3 - epicyclic PM; 4 - satellites (not the main links) PM; 5 - an electric generator, with a rotor and a stator; 6 - transmission or gearbox (gearbox) in the transmission of the vehicle; 7 - reversing device;
О - обозначение выходного вала теплового двигателя; O - designation of the output shaft of the heat engine;
Х - обозначение выходного вала коробки передач/трансмиссии; X - designation of the output shaft of the gearbox / transmission;
G - обозначение ротора (вала ротора) электрического генератора; G - designation of the rotor (rotor shaft) of the electric generator;
ЭГ - обозначение электрического генератора; EG - designation of an electric generator;
МП - обозначение планетарного механизма в качестве привода ЭГ; MP - designation of the planetary mechanism as an EG drive;
Р - обозначение реверсирующего устройства к приводу генератора; P is the designation of the reversing device to the generator drive;
k д - параметр трехзвенного планетарного механизма (индекс «д» подчеркивает принадлежность ПМ и, соответственно, параметра «k» к дифференциальным механизмам); k d - parameter of the three-link planetary mechanism (the index “d” emphasizes the affiliation of the PM and, accordingly, the parameter “k” to differential mechanisms);
на фиг. 2 - фрагмент схемы по фиг. 1 в части трехзвенного механизма (частный пример №1), где стрелками на звеньях показаны потоки мощности;in FIG. 2 is a fragment of the circuit of FIG. 1 in part of the three-link mechanism (private example No. 1), where the arrows on the links indicate power flows;
на фиг. 3 - кинематическая схема привода, частный пример №2, характеризующийся взаимосвязью выходного вала двигателя с солнцем дополнительного трехзвенного планетарного механизма и выходного вала трансмиссии с водилом указанного трехзвенного механизма, где стрелками на звеньях показаны потоки мощности;in FIG. 3 is a kinematic diagram of the drive, a particular example No. 2, characterized by the relationship of the output shaft of the engine with the sun of an additional three-link planetary gear and the output shaft of the transmission with the carrier of the specified three-link mechanism, where the power flows are shown by arrows on the links;
на фиг. 4 показан пример вида плана угловых скоростей (т.е. качественные зависимости) основных зубчатых звеньев планетарного механизма и, соответственно, связанных с ним элементов, включая ротор G генератора, где ωi - угловая скорость i-го звена.in FIG. Figure 4 shows an example of a plan view of angular velocities (i.e., qualitative dependences) of the main gear links of the planetary mechanism and, accordingly, related elements, including the generator rotor G, where ω i is the angular velocity of the i-th link.
Заявляемый привод, включающий элементы 1-4, может использоваться в системах электроснабжения ТС, содержащих как один, так и два электрических генератора.The inventive drive, including elements 1-4, can be used in power supply systems of the vehicle, containing both one and two electrical generators.
В первом случае - по частному конструктивному примеру «А» - заявляемый привод электрического генератора 5 (ЭГ), в составе самоходного наземного транспортного средства (ТС) с гусеничным, колесным или иным движителем, представляет собой механическую связь ротора (входного вала) G генератора 5 (ЭГ) с источниками энергии. Он содержит в общем случае, т.е. по любому из возможных частных случаев конструктивного исполнения (см. фиг. 1-3) трехзвенный планетарный зубчатый механизм (дифференциальный механизм) ПМ в составе солнечного зубчатого звена (солнца) 1, водила 2 как второго основного звена механизма, эпициклического зубчатого звена (эпицикла) 3 и сателлитов 4, с параметром k д в допустимых пределах (согласно теории планетарных передач).In the first case - according to a particular constructive example "A" - the claimed drive of an electric generator 5 (EG), as part of a self-propelled ground vehicle (TS) with a caterpillar, wheel or other mover, is a mechanical connection of the rotor (input shaft) G of generator 5 (EG) with energy sources. It contains in the general case, i.e. according to any of the possible special cases of structural design (see Figs. 1-3), the three-link planetary gear mechanism (differential mechanism) of PM as a part of the solar gear link (sun) 1, drove 2 as the second main link of the mechanism, the epicyclic gear link (epicycle) 3 and
Эпицикл 3 механически связан (непосредственно или опосредованно через реверсирующее устройство 7 (Р), показанное пунктиром на фиг. 1, или иную зубчатую передачу) с ротором (валом ротора) G генератора 5 (ЭГ).Epicycle 3 is mechanically connected (directly or indirectly through a reversing device 7 (P), shown by the dotted line in Fig. 1, or another gear transmission) with the rotor (rotor shaft) G of generator 5 (EG).
В частном случае №1 (см. фиг. 1, 2) водило 2 механически связано (непосредственно или опосредованно через насосное колесо гидротрансформатора трансмиссии 6 (не показано) или иное звено, иные звенья) с выходным валом 0 теплового двигателя, как правило - коленчатым валом ДВС, а солнце 1-е выходным валом X трансмиссии 6 (конкретно КП в ее составе);In the particular case of No. 1 (see Fig. 1, 2),
В частном случае №2 (см. фиг. 3), наоборот, солнце 1 механически связано (непосредственно или опосредованно через насосное колесо гидротрансформатора трансмиссии 6 или иное звено, иные звенья) с выходным валом 0 теплового двигателя, как правило - коленчатым валом ДВС, а водило 2-е выходным валом X трансмиссии 6 (конкретно КП в ее составе).In the special case No. 2 (see Fig. 3), on the contrary, the
Реверсирующее устройство («реверс») 7 показано(ан) пунктиром на блок-схеме (см. фиг. 1) блоком по причине его широкой известности в различных реализациях в общем, в частности транспортном, машиностроении. Оно обеспечивает возможность изменения направления вращения ротора (вала ротора) G генератора (ЭГ) 5 при неизменном направлении вращения эпицикла 3, а значит - наоборот, сохранения направления вращения ротора (вала ротора) G генератора 5 (ЭГ) при изменении направления вращения эпицикла 3.The reversing device (“reverse”) 7 is shown by the dotted line in the block diagram (see Fig. 1) by the block because of its wide popularity in various implementations in general, in particular, transport, mechanical engineering. It provides the ability to change the direction of rotation of the rotor (rotor shaft) G of the generator (EG) 5 with a constant rotation direction of the
Возможны различные компоновочные решения. Представляется рациональной установка ПМ в общем картере (корпусе) или на картере (корпусе) трансмиссии 6 (в частности, КП в ее составе).Various layout solutions are possible. It seems rational to install PM in the common crankcase (housing) or on the crankcase (housing) of transmission 6 (in particular, gearbox in its composition).
Говоря о выборе между частными примерами (случаями) №№1 и 2 подключения солнца 1 и водила 2 (см. фиг. 2 и 3), следует отметить, что такой выбор производится в каждом конкретном случае, как зависящий от множества таких факторов конкретной реализации, как значение коэффициента k д , др. геометрические и компоновочные особенности не только заявляемого привода, но и трансмиссии в целом, типа и марки генератора, и т.д.).Speaking about the choice between particular examples (cases) No. 1 and 2 of connecting the
Статор генератора 5 (ЭГ) электрически связан с накопителем (буферным накопителем) электрической энергии, например, штатной аккумуляторной батареей в составе электрооборудования ТС (на фиг. 1-4 не показана, однако упоминание накопителя потребуется в описании работы устройства).The stator of the generator 5 (EG) is electrically connected to the storage (buffer storage) of electric energy, for example, a standard battery in the electrical equipment of the vehicle (not shown in Fig. 1-4, however, the drive will need to be mentioned in the description of the device).
Устройство в примере «А» работает следующим образом.The device in example "A" works as follows.
В штатном режиме работы ТС (его автономное движение, т.е. за счет энергии собственного теплового двигателя) ротор (вал ротора) G приводится во вращение от вала теплового двигателя - за счет вращения звена 2 в примере №1 (см. фиг. 1, 2) или звена 1 в примере №2 (см. фиг. 3) и, одновременно, от выходного вала трансмиссии (коробки передач) X - за счет звена 1 в примере №1 (см. фиг. 1, 2) и звена 2 в примере №2 (см. фиг. 3). Генератор вырабатывает электрический ток, поступающий, как правило, в буферный накопитель электроэнергии (аккумулятор и/или конденсаторную батарею - не показаны) в составе ТС, пополняя бортовой запас электроэнергии. Расход же на питание электрооборудования ТС осуществляется с указанного накопителя.In the normal operation mode of the vehicle (its autonomous movement, i.e. due to the energy of its own heat engine), the rotor (rotor shaft) G is rotated from the shaft of the heat engine - due to rotation of
При аварийной эксплуатации ТС - в условиях возможности его непродолжительного самостоятельного (автономного) перемещения, но с неисправной (например, заклиненной) механической связью ротора G генератора 5 (ЭГ) с валом теплового двигателя - продолжает функционировать заявляемая дополнительная механическая связь. При этом вращающийся в некотором неоптимальном режиме выходной вал X трансмиссии 6 приводит, тем не менее, во вращение соответствующее взаимосвязям в заявляемом приводе звено - либо солнце 1 (в примере №1), либо водило 2 (в примере №2).In emergency operation of the vehicle - in conditions of the possibility of its short independent (autonomous) movement, but with a faulty (for example, jammed) mechanical connection of the rotor G of the generator 5 (EG) with the shaft of the heat engine - the claimed additional mechanical connection continues to function. At the same time, the output shaft X of the
При ненулевой скорости вращения вала 0 двигателя, а значит и оставшегося звена из пары звеньев 1, 2 (ω0≠0), ротор G генератора 5 будет вращаться вместе со звеном 3 планетарного механизма с угловой скоростью ωG согласно плану скоростей (см. фиг. 4), с соответствующей выработкой генератором 5 (ЭГ) электрической энергии.At a non-zero rotation speed of the
Очевидно, и здесь главное - факт наличия привода с дополнительной механической связью «генератор 5 (ротор G) - вал X» плюс дифференциальная взаимосвязь всех звеньев.Obviously, the main thing here is the fact of the presence of the drive with additional mechanical coupling “generator 5 (rotor G) - shaft X” plus the differential relationship of all links.
При стоянке ТС с включенным тепловым двигателем (в трансмиссии 6 включена «нейтраль») звено 1 (в схеме №1) или 2 (в схеме №2) имеет нулевую скорость (ωx=0), а другое звено из пары 1, 2, связанное с валом 0, вращается со скоростью, отличной от нулевой (ω0≠0), вследствие чего звено 3 вместе с ротором G генератора 5 (ЭГ) вращается со скоростью (ωG≠0), в соответствии с планом скоростей (см. фиг. 4), и происходит генерирование электроэнергии за счет механической связи «генератор 5 (ротор G) - вал 0» привода,When the vehicle is parked with the heat engine switched on (“neutral” is turned on in transmission 6), link 1 (in scheme No. 1) or 2 (in scheme No. 2) has zero speed (ω x = 0), and the other link from
При аварийной эксплуатации ТС - в условиях невозможности его самостоятельного (автономного) перемещения из-за неисправности двигателя или отсутствия топлива, конкретно - в режимах заводки его теплового двигателя «с буксира» или длительной управляемой буксировки другим ТС («тягачом»), пассивно (через грунт) вращаемые ведущие элементы (ведущие колеса) движителя через выходной вал X трансмиссии 6 приводят во вращение соответствующее взаимосвязям в заявляемом приводе звено - либо солнце 1 (в примере №1), либо водило 2 (в примере №2). При нулевой скорости вращения вала 0 двигателя (ω0=0) ротор G генератора 5 (ЭГ) будет вращаться вместе со звеном 3 ПМ с угловой скоростью ωG согласно плану скоростей (см. фиг. 4), с соответствующей выработкой генератором 5 (ЭГ) электрической энергии.During emergency operation of the vehicle - in conditions of impossibility of its independent (autonomous) movement due to engine malfunction or lack of fuel, specifically - in the modes of starting its heat engine “from the tug” or prolonged controlled towing by another vehicle (“tractor”), passively (through soil) rotatable driving elements (drive wheels) of the propulsion unit through the output shaft X of the
Если направление вращения приводного звена (эпицикла) 3 изменяется (а это зависит от конкретного устройства КП или в целом трансмиссии 6), переключают(ется) схему(а) реверса 7 (Р) генератора 5 (ЭГ).If the direction of rotation of the drive link (epicycle) 3 changes (and this depends on the particular gearbox device or
Звено 3, а значит и ротор G генератора 5 (ЭГ), может иметь нулевую скорость только в том случае, если одновременно равны нулю угловые скорости звеньев 1 и 2, связанных порознь с валами 0 и Х - с двигателем (двигатель не работает) и с ведущими элементами движителя (ТС не движется).
Во втором, более сложном примере «Б» использования заявляемого устройства в системах электроснабжения ТС (чертежами не проиллюстрировано ввиду доступности понимания в словесном изложении сути), с двумя генераторами - основным, как у аналогов (с механической связью «генератор - вал теплового двигателя» и поэтому здесь не нуждающимся в подробном описании), плюс вторым - дополнительным (резервным), электрически связанным с упомянутым накопителем электрической энергии и/или дополнительным («своим») накопителем энергии. При этом именно дополнительный (резервный) генератор имеет механические связи с валами 0 и X посредством заявляемого привода и является, по существу, основой резервной электрической системы электроснабжения ТС, а совокупность основного и дополнительного генераторов можно рассматривать как основу бортовой электростанции ТС. Устройство с двумя генераторами может быть рекомендовано для современных ТС с развитым энергопотребляющим оборудованием.In the second, more complex example "B" of the use of the inventive device in power supply systems of the vehicle (the drawings are not illustrated due to the availability of understanding in the verbal presentation of the essence), with two generators - the main one, like analogs (with a mechanical connection "generator - shaft of a heat engine" and therefore, there is no need for a detailed description), plus the second - an additional (backup), electrically connected to the aforementioned electric energy storage device and / or an additional (“own”) energy storage device. Moreover, it is the additional (backup) generator that has mechanical connections with the
В конструкции может быть предусмотрена возможность автоматического и/или принудительного отключения одного из двух генераторов.The design may provide for the possibility of automatic and / or forced shutdown of one of the two generators.
Если электрических накопителя два (при каждом генераторе - основном и дополнительном), устройство «Б» представляет собой дополнительную к основной (если априорно имеется и генератор и аккумуляторная батарея), резервную электрическую систему электроснабжения, то в качестве генератора 5 (ЭГ) рекомендуется использовать маломощный бесколлекторный электрический генератор с высокоемкостным буферным накопителем на основе конденсаторов с двойным электрическим слоем и системой преобразования и коммутации с микропроцессорным управлением.If there are two electric drives (with each generator - primary and secondary), device “B” is an additional backup power supply system to the primary (if a priori there is both a generator and a battery), then it is recommended to use a low-power generator 5 (EG) brushless electric generator with a high-capacity buffer storage based on capacitors with a double electric layer and a conversion and switching system with microprocessor control.
Здесь перечисленные компоненты системы электроснабжения не описаны подробно и не проиллюстрированы, как выходящие за рамки предмета изобретения.Here, the listed components of the power supply system are not described in detail and are not illustrated as beyond the scope of the subject invention.
Во всех возможных эксплуатационных ситуациях, в которых оказывается ТС, работа или невозможность работы основного генератора аналогичны прототипу. Поэтому достаточно пояснить работу и причинно-следственную связь устройства с двумя генераторами как альтернативы системы с одним генератором, в рамках общих заявляемых конструктивных признаков обоих устройств.In all possible operational situations in which the vehicle appears, the operation or inability to work of the main generator is similar to the prototype. Therefore, it is enough to explain the operation and causal relationship of the device with two generators as an alternative to a system with one generator, within the framework of the general claimed design features of both devices.
При штатной эксплуатации, т.е. исправности всех насосов и их привода(ов), ротор основного насоса вращается за счет его механической связи с валом теплового двигателя. Параллельно работает и дополнительный насос за счет связи двух звеньев (1 и 2) с валом теплового двигателя и выходным валом X.During normal operation, i.e. serviceability of all pumps and their drive (s), the rotor of the main pump rotates due to its mechanical connection with the shaft of the heat engine. At the same time, the additional pump also works due to the connection of two links (1 and 2) with the shaft of the heat engine and the output shaft X.
В то же время, во всех возможных эксплуатационных ситуациях дополнительный (резервный) генератор работает аналогично генератору 5 (ЭГ) в примере «А».At the same time, in all possible operational situations, the additional (standby) generator operates similarly to generator 5 (EG) in Example “A”.
В конкретной организации (оптимизации) работы всей системы смазки и гидравлического управления трансмиссией и в частном случае с наличием принудительного или автоматического отключения/включения дополнительного насоса, часть времени система может работать за счет только основного насоса.In a specific organization (optimization) of the operation of the entire lubrication system and hydraulic control of the transmission, and in the particular case with the presence of forced or automatic shutdown / inclusion of an additional pump, part of the time the system can operate at the expense of only the main pump.
Особенность работы устройства по примеру «Б» и причина дополнительных (расширенных) технико-эксплуатационных возможностей такого частного случая состоит в возможности полноценной (как в штатном режиме), а в некоторых режимах (прежде всего, при совместной работе двух генераторов) и повышенной, выработки электроэнергии системой энергообеспечения в целом.A feature of the operation of the device according to Example B and the reason for the additional (expanded) technical and operational capabilities of such a particular case is the possibility of a full-fledged (as in normal mode), and in some modes (primarily, when two generators work together) and increased electricity by the energy supply system as a whole.
Говоря о выборе между устройствами по примерам «А» и «Б», следует подчеркнуть, что отказываться от использования стартера (см. начало обзора аналогов) представляется, в большинстве случаев, нецелесообразным, поскольку стартер сейчас достаточно компактен, а его наличие упрощает схему трансмиссии и расширяет свободу компоновочных решений по трансмиссии в целом.Speaking about the choice between devices according to examples “A” and “B”, it should be emphasized that to refuse to use the starter (see the beginning of the review of analogues) seems, in most cases, impractical, since the starter is now quite compact, and its presence simplifies the transmission scheme and expands the freedom of transmission layout solutions in general.
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в улучшении технико-эксплуатационных (в приложении к гражданской сфере) или тактико-технических (в приложении к военной и специальной сферам) характеристики возможностей транспортных средств (ТС), за счет:The technical result from the use of the claimed invention is to improve the technical and operational (as applied to the civilian sphere) or tactical and technical (as applied to the military and special fields) characteristics of the capabilities of vehicles (TS), due to:
- принципиальной возможности (доказанной заявляемым техническим решением) организации привода электрического генератора с помощью дифференциального механизма, объединяющего входное и выходное звенья трансмиссии ТС;- the fundamental possibility (proved by the claimed technical solution) of organizing the drive of an electric generator using a differential mechanism that combines the input and output links of the vehicle transmission;
- повышения надежности бортовой системы электроснабжения ТС;- improving the reliability of the vehicle electrical system;
- существенного увеличения выработки электроэнергии бортовыми средствами, сообразно росту количества электропотребляющих бортовых устройств современных ТС (электронная система управления двигателем, трансмиссией, приборы освещения и др.), как с текущим ее расходованием, так и с аккумулированием в накопителях(е);- a significant increase in on-board power generation, in line with the increase in the number of power-consuming on-board devices of modern vehicles (electronic engine, transmission, lighting devices, etc.), both with its current expenditure and with storage in drives (e);
- возможности пуска двигателя с буксира ТС, в том числе при неработающей аккумуляторной батарее;- the possibility of starting the engine from the tug of the vehicle, including when the battery is idle;
- возможности длительной буксировки ТС с выключенным двигателем, при сохранении работоспособности всех бортовых систем, в том числе - АБС.- the possibility of prolonged towing of vehicles with the engine off, while maintaining the operability of all on-board systems, including ABS.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017111436A RU2656940C1 (en) | 2017-04-04 | 2017-04-04 | Electrical generator drive in the structure of the self-propelled ground vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017111436A RU2656940C1 (en) | 2017-04-04 | 2017-04-04 | Electrical generator drive in the structure of the self-propelled ground vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2656940C1 true RU2656940C1 (en) | 2018-06-07 |
Family
ID=62560246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017111436A RU2656940C1 (en) | 2017-04-04 | 2017-04-04 | Electrical generator drive in the structure of the self-propelled ground vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2656940C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020018007A1 (en) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | Alotaibi Mutlaq | Self-charging electric cars |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU535175A1 (en) * | 1970-02-24 | 1976-11-15 | Войсковая Часть 25871 | Device for taking power from the engine to drive the vehicle's electric generators |
| US5249637A (en) * | 1989-12-05 | 1993-10-05 | Audi Ag | Hybrid vehicle |
| RU2410251C1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-01-27 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Generator drive in system of electric power supply for mobile complex of topographic referencing |
| CN103025595A (en) * | 2010-06-17 | 2013-04-03 | Zf腓德烈斯哈芬股份公司 | Method for operating a drive train |
-
2017
- 2017-04-04 RU RU2017111436A patent/RU2656940C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU535175A1 (en) * | 1970-02-24 | 1976-11-15 | Войсковая Часть 25871 | Device for taking power from the engine to drive the vehicle's electric generators |
| US5249637A (en) * | 1989-12-05 | 1993-10-05 | Audi Ag | Hybrid vehicle |
| RU2410251C1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-01-27 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Generator drive in system of electric power supply for mobile complex of topographic referencing |
| CN103025595A (en) * | 2010-06-17 | 2013-04-03 | Zf腓德烈斯哈芬股份公司 | Method for operating a drive train |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020018007A1 (en) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | Alotaibi Mutlaq | Self-charging electric cars |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10591025B2 (en) | Integrated starter-generator device with power transmission | |
| US10487918B2 (en) | Integrated starter-generator device with power transmission | |
| US11560233B2 (en) | Hybrid aircraft propulsion power plants | |
| US8622863B2 (en) | Driving apparatus for hybrid vehicle | |
| JP3289533B2 (en) | Hybrid vehicle | |
| KR101120795B1 (en) | Electro-mechanical continuously variable transmission | |
| CN101244693B (en) | Vehicle drive system, power management device, and method for managing power | |
| US11124058B2 (en) | Transmission mounted electrical charging system PTO gear arrangement | |
| US11391348B2 (en) | Transmission and power system for use in hybrid vehicle | |
| US8757018B2 (en) | Device for changing the transmission ratio between a turbine shaft and a shaft of a starter-generator of an aeroengine | |
| US10968985B2 (en) | Bi-directional integrated starter-generator device | |
| CN111828569B (en) | Multi-mode starter-generator device transmission with single valve controller | |
| US11060496B2 (en) | Multi-mode integrated starter-generator device | |
| US11679661B2 (en) | Power split hybrid power system and hybrid vehicle | |
| US8409040B1 (en) | Powertrain with two planetary gear sets and two motor/generators for hybrid vehicle | |
| WO2006051403A1 (en) | Hybrid powertrain and transformer module | |
| RU2656940C1 (en) | Electrical generator drive in the structure of the self-propelled ground vehicle | |
| RU2656938C1 (en) | Ground vehicle on-board lubrication and hydraulic control systems pumping station | |
| GB2453592A (en) | Arrangement of engine, motor-generator and planet gears | |
| CN217270474U (en) | Power synthesis module for engine | |
| US11326570B1 (en) | Multi-mode integrated starter-generator device with unidirectional input | |
| JP2023037559A (en) | Transmission device of hybrid vehicle |