RU2721861C1 - Electric drive of vehicle - Google Patents

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: invention relates to the vehicles electrical traction systems. Electric drive of vehicle comprises traction asynchronous motor with rotor, output shaft of which is connected to reduction gear made in the form of belt transmission and connected with wheel axis. At the same time the electric drive is equipped with at least one additional traction asynchronous electric motor with its one-package rotor rotating relative to its one-package stator and having direct drive to the wheel axle of the vehicle. At that, the output shaft of the rotor of the additional asynchronous motor is connected through the above belt transmission to the output shaft of the rotor of the first traction induction motor. Both asynchronous traction motors are made in the form of a module.

EFFECT: technical result consists in achieving high torque in a wide range of vehicle speeds while optimizing power parameters of the drive.

10 cl, 12 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области машиностроения и касается особенностей конструктивного выполнения электротранспорта, в частности - электромобилей с приводом от асинхронного электродвигателя через ременный редуктор, системы управления электродвигателями и может быть использовано в различных областях техники, например, в качестве силовой установки в таких транспортных средствах, как электроприводные скутеры, мотоциклы, квадроциклы, снегоходы, автомобили общего пользования, грузового транспорта и т.д.The invention relates to the field of mechanical engineering and relates to features of the design of electric vehicles, in particular electric vehicles driven by an asynchronous electric motor through a belt gear, motor control systems and can be used in various fields of technology, for example, as a power plant in vehicles such as electric drives scooters, motorcycles, ATVs, snowmobiles, public cars, freight vehicles, etc.

Уровень техникиState of the art

Многообразие известных схем, конструкций и компоновочных решений тяговых приводов электромобилей укладывается в рамки трех основных вариантов:The variety of well-known schemes, designs and layout solutions for traction drives of electric vehicles fits into the framework of three main options:

центральный электродвигатель плюс редуктор плюс межколесный механический дифференциал (подварианты с задним, передним и разнесенным их расположением);central electric motor plus gearbox plus interwheel mechanical differential (options with rear, front and spaced apart arrangement thereof);

два бортовых электродвигателя, по одному на каждое ведущее колесо (подварианты с задним и передним расположением);two onboard electric motors, one for each drive wheel (sub-options with rear and front locations);

электромотор-колеса (подварианты с двумя и четырьмя мотор-колесами).electric motor wheels (sub-variants with two and four motor wheels).

Наиболее распространены и считаются перспективными электромобили с приводом по первому варианту, в том числе с комбинированными силовыми установками (FR N 2200800 A, B 60 K 17/00, 1974; US N 3888325 A, B 60 K 1/00, 1975).The most common and are considered promising electric vehicles with a drive according to the first embodiment, including combined power plants (FR N 2200800 A, B 60 K 17/00, 1974; US N 3888325 A, B 60 K 1/00, 1975).

Такое традиционное применение электродвигателей устанавливается на автомобилях различных концернов, таких как Мерседес, БМВ, Тесла и др.Such a traditional application of electric motors is installed on cars of various concerns, such as Mercedes, BMW, Tesla, etc.

Известен вариант привода электромобиля (SU 1724486), 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.A known variant of an electric vehicle drive (SU 1724486) containing individual wheel drives, each of which forms a single arrangement with a gear and a wheel, the gear is made in the form of a planetary precession gear, the satellite of which contains two roller crowns, rigidly interconnected, between which are on rolling bodies a ring is placed on the outer surface of which a single-period sinusoidal groove is made, interacting with piezoelectric transducers, which contain generators of circumferential and axial vibrations installed in the wheel hub, while the central wheel of the precession gearbox is connected to the wheel hub and the central driven wheel with its rim.

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 страгирования на старте или момента при разгоне.The reasons why it is impossible to achieve a technical result is that the design is complex, expensive and uses a direct current electric motor, a number of drawbacks that require large starting and transient currents when starting and accelerating the vehicle or a conventional asynchronous motor, which have problems starting at the start or moment at acceleration.

Известен вариант привода электромобиля (RU 2146623), содержащий систему управления и центральный тяговый трехфазный асинхронный электродвигатель с двумя роторами, соосно установленными в расточке неподвижного однопакетного статора с возможностью вращения друг относительно 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.A known variant of an electric vehicle drive (RU 2146623) comprising a control system and a central traction three-phase asynchronous electric motor with two rotors coaxially mounted in a bore of a fixed single-pack stator with the possibility of rotation relative to each other on opposing shafts, the outer ends of which are connected to gearboxes, characterized in that the control system is at least partially located in a U-shaped niche between the electric motor and the gearboxes, while the electric motor, gearboxes and the control system together form an assembly.

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что конструкция содержит обычный асинхронный двигатель, которые имеют проблемы страгирования на старте или момента при разгоне и имеет высокое потребление энергии.The reasons why it is impossible to achieve a technical result is that the design contains a conventional asynchronous motor, which have problems stragging at the start or torque during acceleration and has a high energy consumption.

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. The second drive option is implemented, in particular, in an Impact electric car developed by General Motors concern (Automotive industry of the USA, 1990, N 5. - С.7-9). In it, two front-mounted electric motors determine the overestimated overall mass and cost indicators. At the same time, the undoubted advantage of this drive is the use of promising asynchronous electric motors (42.5 kW each) with an adjustable inverter as part of the drive control system.

Причинами, по которым нельзя достичь технического результата является то, что система дорогая и массогабаритная.The reasons why it is impossible to achieve a technical result is that the system is expensive and bulky.

Третий вариант направлен на разработку различных мотор-колес (патенты WO 93/08999 А1, 13.05.93, US 6384496 B1, 07.05.2002; US 6617746 B1, 09.09.2003; RU 2129965 C1, 10.05.1999; RU 2172261 C1, 20.08.2001).The third option is aimed at the development of various motor wheels (patents WO 93/08999 A1, 05/13/93, US 6384496 B1, 05/07/2002; US 6617746 B1, 09/09/2003; RU 2129965 C1, 05/10/1999; RU 2172261 C1, 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.The reasons why it is impossible to achieve a technical result is that the described motor wheels and all its known varieties form a direct current electric motor and have a number of disadvantages, the main one of which is the need for large starting and transient currents when starting and accelerating the vehicle. This leads to rapid wear and deterioration of the batteries and the deterioration of the thermal regime. Another disadvantage is the inefficient return and use of electricity. Also called electric motors have low torque, which significantly limits the scope of their practical use.

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).The existing asynchronous type motor-wheel (patent RU No. 2156191, publ. September 20, 2000) is more promising, the technical solution is very complex, it has mechanical losses, wear of the engine itself and all the corresponding disadvantages, including high cost, complexity, problems of starting at the start or moment during acceleration (depending on the winding - a star or a triangle).

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 B1, 14.09.2004; US 6727668 B1, 27.04.2004; US 6355996 B1, 12.03.2002).Known technical solutions aimed at eliminating these drawbacks are associated with the use of high-voltage power supplies and complex control circuits, which makes them expensive and difficult to manufacture and unreliable in operation (US 6791226 B1, 09/14/2004; US 6727668 B1, 04/27/2004; US 6355996 B1, 03/12/2002).

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.The reasons why it is impossible to achieve a technical result is that the most complex and difficult to solve problem of all motor wheels is their control system, which allows providing the differential functions of the wheels without its physical presence, slipping, traction with a different surface.

Известен патент US 20140257613. Данная система применена на электромобиле Тесла.Known patent US 20140257613. This system is applied on an electric car Tesla.

В качестве электродвигателя используются трехфазные асинхронные двигатели с системой управления, позволяющие моделировать дополнительную синусоиду и создавая четырех полюсной двигатель. Дополнительный полюс увеличивает крутящий момент электродвигателя. Электродвигатели требуют жидкостного охлаждения и высоки потери в редукторной и дифференциальной части передачи крутящего момента.As an electric motor, three-phase asynchronous motors with a control system are used, which allow simulating an additional sinusoid and creating a four-pole motor. An additional pole increases the torque of the electric motor. Electric motors require liquid cooling and high losses in the gear and differential parts of torque transmission.

Известен аналог, который по технической сущности наиболее близок и выбран в качестве прототипа - патент JP 5-276719 A, МПК B60K 17/12, H02K 16/02 1993 г., в котором используется симметричный двухроторный электродвигатель при его центральном, поперечном расположении. Привод электромобиля, содержит систему управления и центральный тяговый электродвигатель с двумя роторами, соосно установленными в расточке неподвижного однопакетного статора с возможностью вращения друг относительно друга на оппозитных валах, внешние концы которых соединены с редукторами, выполнены в виде ременных передач.A similar analogue is known which is closest in technical essence and selected as a prototype - JP 5-276719 A, IPC B60K 17/12, H02K 16/02 1993, which uses a symmetrical two-rotor electric motor with its central, transverse arrangement. The electric vehicle drive contains a control system and a central traction motor with two rotors coaxially mounted in the bore of a fixed single-pack stator with the possibility of rotation relative to each other on opposing shafts, the outer ends of which are connected to gearboxes, made in the form of belt drives.

Общими признаками является наличие тягового электродвигателя с роторами, имеющими возможность вращения друг относительно друга на оппозитных валах, внешние концы которых соединены с редукторами, выполненными в виде ременных передач.Common features are the presence of a traction motor with rotors that can rotate relative to each other on opposing shafts, the outer ends of which are connected to gearboxes made in the form of belt drives.

Причины, по которым нельзя достичь технического результата заключаются в том, что невозможно обеспечить поддержку высокого крутящего момента в широком диапазоне скоростей вращения за счет разгрузки мощности электродвигателя, передающего крутящий момент через ременную передачу, и предотвращение снижения их крутящего момента на компенсацию увеличения мощностных параметров и при высоких оборотах электродвигателя повышающаяся мощность резко снижает крутящий момент для поддержания увеличения скорости движения транспортного средства, а крутящий момент в таком приводе ограничен характеристиками электродвигателя и не имеет возможности повышения характеристик за счет увеличения количества электродвигателей модульным увеличением их количества.The reasons why it is impossible to achieve a technical result are that it is impossible to maintain high torque in a wide range of rotational speeds by unloading the power of an electric motor transmitting torque through a belt drive and preventing a decrease in their torque to compensate for an increase in power parameters even when At high engine speeds, increasing power dramatically reduces the torque to maintain an increase in vehicle speed, and the torque in such a drive is limited by the characteristics of the electric motor and is not able to increase the characteristics by increasing the number of electric motors by modularly increasing their number.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Техническая проблема, решаемая изобретением, - разработка асинхронного электропривода, которая направлена на снижение массогабаритных показателей высоконагруженных электроприводов при повышении крутящего момента и мощности в широком диапазоне оборотов электродвигателя, путем применения энергоэффективных тяговых электродвигателей с уменьшением количества механизмов и принципов трения на распределение крутящих моментов через передаточные механизмы, повышением экономичности за счет разгрузки мощности электродвигателей, передающего крутящий момент через ременную передачу, и снижением себестоимости электротранспорта, создания условий для свободного инерционного хода, рекуперации и большой скорости на колесах транспортных средств.The technical problem solved by the invention is the development of an asynchronous electric drive, which is aimed at reducing the weight and size indicators of highly loaded electric drives with increasing torque and power over a wide range of electric motor revolutions, by using energy-efficient traction electric motors with a decrease in the number of friction mechanisms and principles for distributing torque through transmission mechanisms , increasing efficiency by unloading the power of electric motors transmitting torque through a belt drive, and reducing the cost of electric transport, creating conditions for free inertia, recovery and high speed on wheels of vehicles.

Техническим результатом является достижение высокого крутящего момента в широком диапазоне скоростей транспортного средства при оптимизации мощностных параметров привода.The technical result is the achievement of high torque in a wide range of vehicle speeds while optimizing the power parameters of the drive.

Технический результат достигается тем, что в известном электроприводе транспортного средства, содержащем тяговый асинхронный электродвигатель с ротором, выходной вал которого соединен с редуктором, выполненным в виде ременной передачи и соединенным с осью колеса, в соответствии с изобретением, электропривод снабжен по крайней мере одним дополнительным тяговым асинхронным электродвигателем со своим однопакетным ротором, вращающимся относительно своего однопакетного статора и имеющим прямой привод на ось колеса транспортного средства, причем выходной вал ротора дополнительного асинхронного двигателя соединен через указанную ременную передачу с выходным валом ротора первого тягового асинхронного электродвигателя, оба асинхронных тяговых электродвигателя выполнены в виде модуля. The technical result is achieved by the fact that in a known electric drive of a vehicle containing a traction asynchronous electric motor with a rotor, the output shaft of which is connected to a gearbox made in the form of a belt drive and connected to the wheel axis, in accordance with the invention, the electric drive is equipped with at least one additional traction drive an asynchronous electric motor with its one-pack rotor rotating relative to its single-pack stator and having direct drive to the wheel axis of the vehicle, the output shaft of the rotor of the additional asynchronous motor is connected via the specified belt drive to the output shaft of the rotor of the first traction asynchronous electric motor, both asynchronous traction motors are made in the form module.

Причем роторы электродвигателей содержат независимо попарно короткозамкнутые витки, проходящие в пазах магнитопровода ротора, представляющие собой пары короткозамкнутых стержней, расположенные по периметру ротора, замыкая пары пазов, расстояние между которыми соответствует расстоянию между зонами, прилегающими к границам полюсного деления статора, и зонами, прилегающими к границам половины полюсного деления статора.Moreover, the rotors of electric motors contain independently pairwise short-circuited turns passing in the grooves of the rotor magnetic circuit, which are pairs of short-circuited rods located around the perimeter of the rotor, closing pairs of grooves, the distance between which corresponds to the distance between the zones adjacent to the boundaries of the stator pole division, and the zones adjacent to the boundaries of the half of the pole division of the stator.

Статоры электродвигателей имеют две обмотки статора, собранные одна в звезду, другая в треугольник, большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток.The stators of electric motors have two stator windings, assembled one in a star, the other in a triangle, larger than that of a standard motor with one winding, the number of phases and the addition of magnetic fields of these two windings.

Роторы содержащие независимо попарно короткозамкнутые витки, проходящие в пазах магнитопровода ротора, также могут иметь обмотки, собранные в звезду или в треугольник.Rotors containing independently pairwise short-circuited turns passing in the grooves of the rotor magnetic circuit can also have windings assembled in a star or in a triangle.

В частности, электропривод может содержать только электродвигатели, передающие крутящий момент через ременную передачу, соединенные с дифференциалом привода колес, интегрированным в асинхронный электропривод и механические тормоза, интегрированные в электродвигатели, и работающие совместно и отдельно с электрическим торможением электродвигателями.In particular, an electric drive may contain only electric motors that transmit torque through a belt drive, connected to a wheel drive differential integrated into an asynchronous electric drive and mechanical brakes integrated into electric motors, and working together and separately with electric braking of electric motors.

Электропривод может содержать более одного тягового асинхронного электродвигателя, выполненного в виде модуля.The electric drive may contain more than one traction induction motor, made in the form of a module.

Выполнение электропривода, снабженного, по крайней мере, одним дополнительным тяговым асинхронным электродвигателем со своим однопакетным ротором, вращающимся относительно своего однопакетного статора и имеющим прямой привод на ось колеса транспортного средства, у которого выходной вал ротора соединен через указанную ременную передачу с валом ротора первого тягового асинхронного электродвигателя, выполненным в виде модуля, снабженного приемным устройством, позволяет обеспечить достижение высокого крутящего момента в широком диапазоне скоростей транспортного средства при оптимизация мощностных параметров привода с возможностью дополнительного увеличения его мощностных характеристик. An electric drive equipped with at least one additional traction asynchronous electric motor with its one-pack rotor rotating relative to its one-pack stator and having a direct drive to the wheel axis of the vehicle, in which the rotor output shaft is connected through the specified belt drive to the rotor shaft of the first asynchronous traction an electric motor, made in the form of a module equipped with a receiving device, allows to achieve high torque in a wide range of vehicle speeds while optimizing the power parameters of the drive with the possibility of an additional increase in its power characteristics.

Объединение всех электродвигателей в одну систему управления обеспечивает поддержку высокого крутящего момента в широком диапазоне скоростей вращения за счет разгрузки мощности электродвигателей, передающих крутящий момент через ременную передачу, и предотвращение снижения их крутящего момента на компенсацию увеличения мощностных параметров, мощностью электродвигателей имеющих прямой привод и вращающихся с меньшей скоростью пропорционально передаточному числу ременной передачи и сохраняющих крутящий момент при более высоких оборотах колес транспортного средства. The combination of all electric motors in one control system provides support for high torque in a wide range of rotation speeds by unloading the power of electric motors transmitting torque through a belt drive and preventing a decrease in their torque to compensate for the increase in power parameters, with the power of electric motors with direct drive and rotating with lower speed is proportional to the gear ratio of the belt drive and retaining torque at higher speeds of the wheels of the vehicle.

Сущность технического решения поясняется фигурами 1, 2, 3 и 4.The essence of the technical solution is illustrated by figures 1, 2, 3 and 4.

Фиг. 1 - общий вид электропривода.FIG. 1 - general view of the electric drive.

Фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1. FIG. 2 is a section AA of FIG. 1.

Фиг. 3 - электропривод с независимым приводом на два колеса.FIG. 3 - electric drive with independent two-wheel drive.

Фиг. 4 - электропривод, имеющий один электродвигатель, передающий крутящий момент через ременную передачу и дифференциал привода колес.FIG. 4 - an electric drive having one electric motor transmitting torque through a belt drive and a wheel drive differential.

Фиг. 5 - примеры установки альтернативных вариантов в транспортные средства.FIG. 5 are examples of installing alternatives in vehicles.

Фиг. 6 - схема ротора электродвигателей.FIG. 6 is a diagram of a rotor of electric motors.

Фиг. 7 - поперечное сечение фиг.6.FIG. 7 is a cross section of FIG. 6.

Фиг. 8 - сечение А-А фиг.7.FIG. 8 is a section AA of FIG. 7.

Фиг. 9 - пример управления обмотками статора «звезда-треугольник». FIG. 9 is an example of controlling the star-delta stator windings.

Фиг. 10 - характеристики конкретного исполнения привода, показанного на фиг. 3.FIG. 10 shows the characteristics of the specific embodiment of the drive shown in FIG. 3.

Фиг. 11 - характеристики конкретного исполнения привода, показанного на фиг.4 FIG. 11 - characteristics of the specific design of the drive shown in figure 4

Фиг. 12 - пример модульного соединения электродвигателей привода.FIG. 12 is an example of a modular connection of drive motors.

На чертежах элементы обозначены следующими позициями:In the drawings, the elements are indicated by the following positions:

1 - дополнительный тяговый асинхронный электродвигатель, имеющий прямой привод на колеса транспортного средства;1 - additional traction asynchronous electric motor having direct drive to the wheels of the vehicle;

2 - тяговый асинхронный электродвигатель, соединённый через ременную передачу с электродвигателем 1;2 - traction asynchronous electric motor connected via a belt drive to electric motor 1;

3 - выходной вал на колеса транспортного средства (полуось);3 - output shaft on the wheels of the vehicle (semi-axis);

4 - ременная передача;4 - belt drive;

5 - корпус привода;5 - drive housing;

6 - механический тормоз;6 - mechanical brake;

7 - дифференциал привода колес;7 - differential drive wheels;

8 - источник энергии (аккумуляторная батарея);8 - energy source (rechargeable battery);

9 - электропривод;9 - electric drive;

10 - контроллеры управления;10 - controllers of management;

11 - асинхронный привод по принципу мотор-колеса;11 - asynchronous drive on the principle of a motor-wheel;

12 - жгуты проводов;12 - wiring harnesses;

13 - статор электродвигателя;13 - the stator of the electric motor;

14 - ротор электродвигателя;14 - electric motor rotor;

15 - попарно замкнутые медные или алюминиевые проводники ротора;15 - pairwise closed copper or aluminum rotor conductors;

16 - пакет магнитопровода ротора;16 - a package of the rotor magnetic circuit;

17 - стеклотекстолитовые прокладки:17 - fiberglass gaskets:

18 - обмотки, подключенные по схеме «звезда»;18 - windings connected according to the "star" scheme;

19 - обмотки, подключенные по схеме «треугольник»;19 - windings connected according to the "triangle" circuit;

20 - болты соединения роторов в модули;20 - bolts connecting rotors into modules;

21 - подшипники выходного вала 3;21 - bearings of the output shaft 3;

22 - болты крепления статора электродвигателя к приводу;22 - bolts of the stator of the electric motor to the drive;

23 - болты крепления статора следующего модуля электродвигателей;23 - bolts of the stator of the next module of electric motors;

24 - отверстия инерционно-центробежной системы воздушного охлаждения;24 - holes of the inertial-centrifugal air cooling system;

25 - корпус ротора 14;25 - rotor housing 14;

26 - выходной вал тягового асинхронного электродвигателя 2, соединённого через ременную передачу с электродвигателем 1;26 - the output shaft of the traction asynchronous electric motor 2, connected through a belt drive to the electric motor 1;

27 - выходной вал электродвигателя 1 или 2;27 - output shaft of an electric motor 1 or 2;

28 - корпус статора;28 - stator housing;

29 - колесо транспортного средства;29 - a wheel of a vehicle;

30 - пазы ротора.30 - rotor grooves.

На фиг. 3, 4 представлены два альтернативных варианта конкретного исполнения: 1) Электропривод с независимым приводом на два колеса; 2) Электропривод, имеющий только электродвигатель, передающий крутящий момент через ременную передачу и дифференциал привода колес. Тем не менее, возможно применение и других вариантов за счет объединения или упрощения электропривода.In FIG. 3, 4, two alternative versions of a specific design are presented: 1) An electric drive with an independent two-wheel drive; 2) An electric drive having only an electric motor transmitting torque through a belt drive and a differential drive wheels. However, other options are possible by combining or simplifying the drive.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Электропривод транспортного средства содержит тяговый асинхронный электродвигатель 2 и по крайней мере один дополнительный тяговый асинхронный электродвигатель 1 с питанием переменным током, заключенные в корпусе 5 привода. Оба тяговых асинхронных электродвигателя 1, 2 выполнены в виде модуля, состоящего из одного или двух электродвигателей. Модули также могут соединятся, увеличивая мощность и крутящий момент пропорционально количеству таких модулей. Тяговый асинхронный электродвигатель 2 снабжен ротором 14, выходной вал 3 которого соединен с редуктором, выполненным в виде ременной передачи 4 и соединенным с колесом 29 (см. фиг. 5). Статор 13 электродвигателя выполнен в виде медной проволоки, намотанной на стальной магнитопровод. Ротор 14 выполнен в виде попарно замкнутых медных или алюминиевых проводников 15 (см. фиг.6-8). Ротор 14 содержит пакет магнитопровода 16, стеклотекстолитовые прокладки 17 и медные проводники 15, попарно замыкающие витки пазов 30 ротора (фиг. 6 - 8).The vehicle electric drive comprises a traction asynchronous electric motor 2 and at least one additional traction asynchronous electric motor 1 with alternating current power, enclosed in the drive housing 5. Both traction asynchronous electric motors 1, 2 are made in the form of a module consisting of one or two electric motors. Modules can also connect, increasing power and torque in proportion to the number of such modules. The traction induction motor 2 is equipped with a rotor 14, the output shaft 3 of which is connected to a gearbox made in the form of a belt drive 4 and connected to the wheel 29 (see Fig. 5). The stator 13 of the electric motor is made in the form of a copper wire wound on a steel magnetic circuit. The rotor 14 is made in the form of pairwise closed copper or aluminum conductors 15 (see Fig.6-8). The rotor 14 contains a package of the magnetic circuit 16, fiberglass gaskets 17 and copper conductors 15, pairwise closing the turns of the grooves 30 of the rotor (Fig. 6 - 8).

Короткозамкнутые витки обмотки ротора 14 спроектированы так, что вращающееся электромагнитное поле статора 13 воздействует на попарно замкнутые медные или алюминиевые проводники ротора 15 обмотки ротора 14, проходящие через зоны, прилегающие к границам полюсного деления статора и вращающееся электромагнитное поле статора 13 добавляет дополнительное воздействие на участки проводников 15 обмотки ротора 14, проходящих через зоны, прилегающие к границам половины полюсного деления статора.The short-circuited turns of the rotor winding 14 are designed so that the rotating electromagnetic field of the stator 13 acts on the pairwise closed copper or aluminum conductors of the rotor 15 of the rotor winding 14 passing through the zones adjacent to the boundaries of the pole division of the stator and the rotating electromagnetic field of the stator 13 adds an additional effect to the sections of the conductors 15 windings of the rotor 14 passing through the zones adjacent to the boundaries of the half of the pole division of the stator.

Дополнительный тяговый асинхронный электродвигатель 1 выполнен со своим однопакетным ротором 14, вращающимся относительно своего однопакетного статора 13 и имеет прямой привод на колеса 29 транспортного средства через вал 3. Выходной вал 3 ротора 14 дополнительного тягового асинхронного двигателя 1 соединен через ременную передачу 4 с валом 26 ротора тягового асинхронного электродвигателя 2, увеличивающего крутящий момент оси колеса пропорционально передаточному числу ременной передачи 4.The additional traction induction motor 1 is made with its one-pack rotor 14, rotating relative to its single-pack stator 13 and has a direct drive to the wheels of the vehicle 29 through the shaft 3. The output shaft 3 of the rotor 14 of the additional traction asynchronous motor 1 is connected via a belt drive 4 to the rotor shaft 26 traction asynchronous electric motor 2, increasing the torque of the wheel axis in proportion to the gear ratio of the belt drive 4.

Источником электропитания 8 является литий-ионная батарея.Power supply 8 is a lithium-ion battery.

При нажатии педали акселерации, связанной с реостатом акселерации, сигнал обрабатывается в контроллерах управления 10, который через преобразователи подает сигналы на подачу тока с источника энергии 8 на электропривод 9 (см. фиг. 5).When you press the acceleration pedal associated with the acceleration rheostat, the signal is processed in the controllers 10, which through the converters sends signals to supply current from the energy source 8 to the electric drive 9 (see Fig. 5).

Электропривод 9 (см. фиг. 5) состоит из электродвигателей 1 имеющих прямой привод на колеса транспортного средства (см. фиг. 1, 2) и электродвигателей 2 (см. фиг. 1, 2), соединённых через ременную передачу с электродвигателями 1.The electric drive 9 (see Fig. 5) consists of electric motors 1 having a direct drive to the vehicle wheels (see Fig. 1, 2) and electric motors 2 (see Fig. 1, 2) connected via a belt drive to electric motors 1.

Система электроприводов 9, объединена в общую систему контроллерами управления 10 и жгутами проводов 12 (см. фиг. 5). Также электроприводы 9 могут объединяться в одну систему с другими видами электродвигателей, такими, например, как асинхронные мотор колеса 11 (см. фиг. 5).The electric drive system 9 is integrated into a common system by control controllers 10 and wire harnesses 12 (see Fig. 5). Also, the electric drives 9 can be combined in one system with other types of electric motors, such as, for example, an asynchronous wheel motor 11 (see Fig. 5).

Контроллеры управления 10 отслеживают работу каждого привода и управляют параметрами каждого электродвигателя по программе и алгоритмам, заложенным в конкретное исполнение транспортного средства. При этом, общее отслеживание и управление электродвигателями возложено на один из контроллеров 10, берущего на себя функции мастер-контроллера (см. фиг. 5).The control controllers 10 monitor the operation of each drive and control the parameters of each electric motor according to the program and algorithms embedded in the specific design of the vehicle. In this case, the general monitoring and control of electric motors is assigned to one of the controllers 10, which takes over the functions of the master controller (see Fig. 5).

При работе электродвигателей 1, 2 (см. фиг. 1 и 2) подключённых по схеме обмотки “звезда” 18 (фиг. 9) или по схеме обмотки “треугольник” 19 (фиг. 9) электроника контроллера управления 10 (см. фиг. 5) определяет векторное управление электродвигателями 1 и 2 и нагрузочные параметры обмоток.When the electric motors 1, 2 (see Fig. 1 and 2) are connected according to the star winding circuit 18 (Fig. 9) or according to the delta winding circuit 19 (Fig. 9), the electronics of the control controller 10 (see Fig. 5) determines the vector control of electric motors 1 and 2 and load parameters of the windings.

При работе электродвигателей 1 и 2 (см. фиг. 1 и 2) при задействовании одновременно обмотки подключённой по схеме “звезда” 18 (фиг. 9) и подключённой по схеме “треугольник” 19 (фиг. 9), на этапе разгона электрический момент приходится на все комбинированные обмотки, подключённые по схеме “звезда” и “треугольник”, распределение токов происходит по совмещенному соединению обмоток “звезда” и “треугольник”, при этом, распределение может происходить не симметрично, а управляемо электроникой контроллера управления 10. Это позволяет увеличить возможности перегрузки и коэффициента полезного действия при различных режимах в пределах от 3 до 40%, а также существенно снизить шумность электродвигателя до 40% за счет исключения перетекания паразитирующих токов и симметричному распределению электрических нагрузок. Во время движения нагрузка непрерывно переходит на обмотки, подключённые по схеме “треугольник”, и электродвигатель переходит на режим максимальной мощности.When the electric motors 1 and 2 are operating (see Figs. 1 and 2), while simultaneously operating the windings connected according to the “star” circuit 18 (Fig. 9) and connected according to the “triangle” circuit 19 (Fig. 9), at the stage of acceleration, the electric moment it is necessary for all combined windings connected according to the “star” and “triangle” scheme, the current distribution occurs according to the combined connection of the “star” and “triangle” windings, while the distribution can occur not symmetrically, but is controlled by the electronics of the control controller 10. This allows to increase the potential for overload and efficiency in various modes ranging from 3 to 40%, as well as significantly reduce motor noise by up to 40% by eliminating the flow of parasitic currents and symmetrical distribution of electrical loads. During movement, the load continuously transfers to the windings connected according to the “triangle” scheme, and the electric motor switches to the maximum power mode.

Подведенная к статору 13 электродвигателя энергия переменного тока создает в нем первичное вращающееся магнитное поле, которое, благодаря магнитному сцеплению с ротором 14, наводит в его проводниках 15 (фиг. 6, 8) электрический ток для создания вторичного магнитного поля. Причем проводники 15 ротора 14, представляют собой пары короткозамкнутых стержней проводников, расположенных по периметру ротора таким образом, что ток от стержней каждой пары проводников, находящихся в области генерирования его максимальных значений и, как следствие, наименьшей интенсивности магнитного поля статора и с минимальным электромеханическим взаимодействием со статором, направляется к стержням соответствующих пар с максимальными значениями магнитного поля статора, создавая тем самым условия для дополнительного воздействия вторичного поля ротора на первичное поле статора как в поперечном, так и в продольном направлении с помощью первой, второй и последующих четных гармоник. Такая схема увеличивает эффективность электромеханического взаимодействия между ротором и статором как для повышения механической мощности, передаваемой на вал, так и для сохранения работоспособности машины при отключении фазы питания статора.The AC energy supplied to the stator 13 of the electric motor creates a primary rotating magnetic field in it, which, due to magnetic coupling with the rotor 14, induces an electric current in its conductors 15 (Fig. 6, 8) to create a secondary magnetic field. Moreover, the conductors 15 of the rotor 14 are pairs of short-circuited rods of conductors located around the perimeter of the rotor in such a way that the current from the rods of each pair of conductors located in the generation region of its maximum values and, as a consequence, the lowest intensity of the stator magnetic field and with minimal electromechanical interaction with the stator, it is sent to the rods of the corresponding pairs with the maximum values of the stator magnetic field, thereby creating conditions for the additional action of the secondary rotor field on the primary stator field in both transverse and longitudinal directions with the help of the first, second and subsequent even harmonics. Such a scheme increases the efficiency of the electromechanical interaction between the rotor and the stator both to increase the mechanical power transmitted to the shaft and to maintain the machine's operability when the stator power phase is turned off.

При этом создаваемый крутящий момент электродвигателей 1 (см. фиг. 1 и 2) передается напрямую на колеса транспортного средства через вал 3 ротора (см. фиг. 1 и 2) и частота его вращения совпадает с частотой вращения колес 29. Крутящий момент и частота вращения электродвигателя 2 (см. фиг. 1 и 2), связанного с электродвигателем 1 через ременную передачу 4 (см. фиг. 1), увеличивается пропорционально передаточному числу ременной передачи, для сохранения равности скоростей вращения на валу 3 - равная скорость должна быть на валу ротора или на оси колеса?? - на оси 3 (см. фиг. 1, 2). При этом общий крутящий момент электропривода суммируется от крутящего момента электродвигателя 1 прямого привода и крутящего момента, создаваемого электродвигателем 2 через ременную передачу.In this case, the generated torque of the electric motors 1 (see Figs. 1 and 2) is transmitted directly to the vehicle wheels through the rotor shaft 3 (see Figs. 1 and 2) and its frequency of rotation coincides with the speed of the wheels 29. Torque and frequency rotation of electric motor 2 (see Figs. 1 and 2), connected to electric motor 1 through a belt drive 4 (see Fig. 1), increases in proportion to the gear ratio of the belt drive, in order to maintain equal rotation speeds on shaft 3 - the same speed should be rotor shaft or wheel axis ?? - on the axis 3 (see Fig. 1, 2). In this case, the total torque of the electric drive is summed from the torque of the direct drive electric motor 1 and the torque created by the electric motor 2 through the belt drive.

Коэффициент потерь на ременной передачи составляет 1% и не оказывает существенного влияния на энергоэффективность по сравнению, например, с планетарными или гипоидным редукторами.The belt loss ratio is 1% and does not have a significant impact on energy efficiency compared to, for example, planetary or hypoid gearboxes.

Так как, скорость вращения электродвигателя 2 (см. фиг. 1 и 2) выше скорости вращения электродвигателя 1, то он пропорционально быстрее выходит на максимальную мощность и для дальнейшего увеличения скорости вращения при сохранении мощностных параметров его крутящий момент начинает падать.Since the rotational speed of electric motor 2 (see Figs. 1 and 2) is higher than the rotational speed of electric motor 1, it reaches the maximum power proportionally faster and, to further increase the rotational speed while maintaining power parameters, its torque starts to drop.

Однако, так как электродвигатели 1 и 2 (см. фиг. 1 и 2) объединены в один привод через ременную передачу, то электродвигатель 1, имеющий меньшую частоту вращения и не вышедший на полную мощность, компенсирует недостаток мощности электродвигателя 2 для сохранения крутящего момента.However, since electric motors 1 and 2 (see Figs. 1 and 2) are combined into a single drive through a belt drive, an electric motor 1 having a lower rotational speed and not reaching full power compensates for the lack of power of electric motor 2 to maintain torque.

Таким образом, поддерживается максимальный крутящий момент в большем скоростном диапазоне движения транспортного средства.Thus, maximum torque is maintained in a larger speed range of the vehicle.

На фиг. 3 - 5 приведены примеры конкретного исполнения электропривода с независимым приводом на два колеса и упрощенного исполнения электропривода, имеющего только электродвигатель 2, передающий крутящий момент через ременную передачу и дифференциал 7 привода колес.In FIG. Figures 3 to 5 show examples of a specific embodiment of an electric drive with an independent two-wheel drive and a simplified version of an electric drive having only an electric motor 2 transmitting torque through a belt drive and a differential 7 of the wheel drive.

Из параметров, приведенных на фиг.10 - 11 видно, что высокий крутящий момент электропривода с независимым приводом на два колеса остается в большем скоростном диапазоне работ.From the parameters shown in Fig.10 - 11 shows that the high torque of the electric drive with an independent two-wheel drive remains in a larger speed range.

Частным случаем, может являться интегрирование дифференциала 7 привода колес (см. фиг. 4) в привод для механического распределения крутящего момента между колесами транспортного средства.A special case may be the integration of the differential 7 of the wheel drive (see Fig. 4) in the drive for the mechanical distribution of torque between the wheels of the vehicle.

Также частным случаем является исключение электродвигателей прямого привода, и передача крутящего момента всего электропривода только через ременную передачу 4 электродвигателем 2 (см. фиг. 2).Also a special case is the exclusion of direct drive electric motors, and the transmission of torque of the entire electric drive only through a belt drive 4 by an electric motor 2 (see Fig. 2).

При нажатии на педаль тормоза происходит обработка информации о нажатии мастер-контроллером одного из контролеров управления 10 (см. фиг. 3). На основании данных о частоте вращения колеса и степени нажатия педали тормоза контроллер управления 10 вычисляет момент торможения, который необходимо создать в сложившейся ситуации для обеспечения заданного водителем торможения. Если полученный момент торможения менее заданной в программе управления величины, контроллер управления 10 даёт команду на изменение коммутации электродвигателей на режим генератора без задействования механического тормоза 6 (см. фиг. 1.). Если полученный момент торможения больше заданной в алгоритме управления контроллера управления 10 величины, происходит дополнительно механическое срабатывание главного тормозного цилиндра, приводящего в действие исполнительный тормозной цилиндр. Результатом этого становится то, что торможение осуществляется и механическим тормозом 6 и генератором (электродвигателями в режиме рекуперации 1 и 2).When you press the brake pedal, the information about pressing the master controller of one of the controllers 10 is processed (see Fig. 3). Based on the data on the frequency of rotation of the wheel and the degree of depressing the brake pedal, the control controller 10 calculates the braking torque, which must be created in this situation to ensure the braking set by the driver. If the obtained braking torque is less than the value specified in the control program, the control controller 10 gives a command to change the switching of the electric motors to the generator mode without engaging the mechanical brake 6 (see Fig. 1.). If the obtained braking torque is greater than the value specified in the control algorithm of the control controller 10, an additional mechanical actuation of the brake master cylinder activates the brake master cylinder. The result of this is that braking is carried out by a mechanical brake 6 and a generator (electric motors in recovery mode 1 and 2).

При отсутствии воздействий на педаль акселератора и педаль тормоза, контроллер управления 10 не подаёт сигнал коммутирования электродвигателей 1 и 2 (см. фиг. 1 и 2) электроприводов 9 (см. фиг. 3) с источника энергии 8 (см. фиг. 3) и не создает магнитного поля. Статор и ротор не имеют физического контакта (через щетки, магниты и др.) и взаимодействуют только через магнитное поле и при его отсутствии достигается большой инерционный пробег транспортного средства из-за отсутствия электромагнитных и физических ограничений электродвигателей по его «выбегу».In the absence of effects on the accelerator pedal and the brake pedal, the control controller 10 does not provide a switching signal for electric motors 1 and 2 (see Fig. 1 and 2) of electric drives 9 (see Fig. 3) from an energy source 8 (see Fig. 3) and does not create a magnetic field. The stator and rotor do not have physical contact (through brushes, magnets, etc.) and interact only through a magnetic field and, in its absence, a large inertial mileage of the vehicle is achieved due to the lack of electromagnetic and physical restrictions of electric motors for its “run-out”.

Результаты испытаний показали достижение высокого крутящего момента в широком диапазоне скоростей транспортного средства при оптимизация мощностных параметров привода, т.е. достижение заявляемого технического результата.The test results showed the achievement of high torque in a wide range of vehicle speeds while optimizing drive power parameters, i.e. achievement of the claimed technical result.

При необходимости увеличения крутящего момента и мощности привода электродвигатели имеют возможность модульного соединения стандартных по характеристикам моторов в приводе.If it is necessary to increase the torque and power of the drive, the electric motors have the ability to modularly connect the standard motors in the drive characteristics.

Для этого роторы 14 электродвигателей соединяются вместе через корпусы роторов 25 болтами 20 (фиг. 12). Выходной вал 27 соединен с роторами 14 на корпусах 25 и вращается на подшипниках 21.For this, the rotors 14 of the electric motors are connected together through the bodies of the rotors 25 with bolts 20 (Fig. 12). The output shaft 27 is connected to the rotors 14 on the housings 25 and rotates on bearings 21.

Статоры 13 электродвигателя - неподвижны и крепятся к корпусу 5 электропривода болтами 22. Следующий модуль может крепиться к текущему болтами 23. Таким образом, электродвигатели 1 или 2 со внешним ротором 14 соединены их вращающимися поверхностями друг к другу и вращаются совместно с валом 27 на подшипниках 21 внутри по отношению к корпусам статоров 28.The stators 13 of the electric motor are fixed and fastened to the body 5 of the electric drive by bolts 22. The next module can be attached to the current bolts 23. Thus, the electric motors 1 or 2 with the external rotor 14 are connected by their rotating surfaces to each other and rotate together with the shaft 27 on the bearings 21 inside with respect to the bodies of stators 28.

Отверстия 24 в корпусе ротора 25 при вращении роторов 14 относительно статоров 13 формируют инерционно-центробежную систему воздушного охлаждения.The holes 24 in the rotor housing 25 during rotation of the rotors 14 relative to the stators 13 form an inertial-centrifugal air cooling system.

Увеличение модулей возможно, как для дополнительных тяговых асинхронных электродвигателей 1, имеющих прямой привод на колеса транспортного средства, так и тяговых асинхронных электродвигателей 2, соединённых через ременную передачу с электродвигателем 1.The increase in modules is possible, both for additional traction asynchronous electric motors 1, which have direct drive to the wheels of the vehicle, and traction asynchronous electric motors 2, connected through a belt drive to electric motor 1.

Выходной вал 27 в этом случае может являться либо выходным валом на колеса транспортного средства 3 электродвигателя 1 либо выходным валом 26 тягового асинхронного электродвигателя 2, соединённого через ременную передачу с электродвигателем 1.The output shaft 27 in this case can be either an output shaft on the wheels of the vehicle 3 of the electric motor 1 or an output shaft 26 of the traction asynchronous electric motor 2 connected via a belt drive to the electric motor 1.

Claims (10)

1. Электропривод транспортного средства, содержащий тяговый асинхронный электродвигатель с ротором, выходной вал которого соединен с редуктором, выполненным в виде ременной передачи и соединенным с осью колеса, отличающийся тем, что электропривод снабжен по крайней мере одним дополнительным тяговым асинхронным электродвигателем со своим однопакетным ротором, вращающимся относительно своего однопакетного статора и имеющим прямой привод на ось колеса транспортного средства, причем выходной вал ротора дополнительного асинхронного двигателя соединен через указанную ременную передачу с выходным валом ротора первого тягового асинхронного электродвигателя, оба асинхронных тяговых электродвигателя выполнены в виде модуля.1. A vehicle electric drive comprising a traction asynchronous electric motor with a rotor, the output shaft of which is connected to a gearbox made in the form of a belt drive and connected to the wheel axis, characterized in that the electric drive is equipped with at least one additional traction asynchronous electric motor with its one-pack rotor, rotating relative to its one-pack stator and having direct drive to the wheel axis of the vehicle, the output shaft of the rotor of the additional asynchronous motor is connected via the specified belt drive to the output shaft of the rotor of the first traction asynchronous electric motor, both asynchronous traction motors are made in the form of a module. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что роторы электродвигателей содержат независимо попарно короткозамкнутые витки, проходящие в пазах магнитопровода ротора, представляющие собой пары короткозамкнутых стержней, расположенные по периметру ротора, замыкая пары пазов, расстояние между которыми соответствует расстоянию между зонами, прилегающими к границам полюсного деления статора, и зонами, прилегающими к границам половины полюсного деления статора.2. The electric drive according to claim 1, characterized in that the rotors of the electric motors contain independently pairwise short-circuited turns passing in the grooves of the rotor magnetic circuit, which are pairs of short-circuited rods located along the perimeter of the rotor, closing the pairs of grooves, the distance between which corresponds to the distance between the zones adjacent to the boundaries of the pole division of the stator, and the areas adjacent to the boundaries of half the pole division of the stator. 3. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что статоры электродвигателей имеют обмотки статора, собранные одна в звезду, другая в треугольник, большего, чем у стандартного двигателя с одной обмоткой, числа фаз и сложения магнитных полей этих двух обмоток.3. The electric drive according to claim 1, characterized in that the stators of the electric motors have stator windings assembled one in a star and the other in a triangle larger than that of a standard motor with one winding, the number of phases and the addition of magnetic fields of these two windings. 4. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что статоры электродвигателей могут иметь обмотки, собранные в звезду.4. The electric drive according to claim 1, characterized in that the stators of the electric motors can have windings assembled in a star. 5. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что статоры электродвигателей могут иметь обмотки, собранные в треугольник.5. The drive according to claim 1, characterized in that the stators of the electric motors can have windings assembled in a triangle. 6. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что может содержать только электродвигатели, передающие крутящий момент через ременную передачу.6. The drive according to claim 1, characterized in that it may contain only electric motors that transmit torque through a belt drive. 7. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что может содержать дифференциал привода колес, интегрированный в асинхронный электропривод.7. The drive according to claim 1, characterized in that it may contain a differential drive wheels integrated in an asynchronous drive. 8. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что может содержать механические тормоза, интегрированные в электродвигатели, и работающие совместно и отдельно с электрическим торможением электродвигателями.8. The electric drive according to claim 1, characterized in that it may contain mechanical brakes integrated into the electric motors, and working together and separately with electric braking by the electric motors. 9. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что может содержать более одного тягового асинхронного электродвигателя, соединенного с редуктором.9. The drive according to claim 1, characterized in that it may contain more than one traction induction motor connected to the gearbox. 10. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что может содержать более одного дополнительного тягового асинхронного электродвигателя.10. The drive according to claim 1, characterized in that it may contain more than one additional traction asynchronous electric motor.

Images