RU2790299C1

RU2790299C1 - Transmission for electric vehicles

Info

Publication number: RU2790299C1
Application number: RU2022118496A
Authority: RU
Inventors: Равиль Гафиевич Хадеев
Original assignee: Равиль Гафиевич Хадеев
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2023-02-16

Abstract

FIELD: electromechanical transmission.

SUBSTANCE: invention relates to an electromechanical transmission. The traction motor is connected to the input of an asymmetric planetary differential, one output of which is connected to the driven shaft. The second output is connected to the generator stator freely rotating on the electric motor shaft, the rotor of which is rigidly connected to the electric motor shaft. Also, the generator stator is connected to a coupling that can be connected to the housing.

EFFECT: increased interval of change of revolutions.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение может быть использовано на транспорте. Экономичность электродвигателя сильно зависит от отклонения от оптимальной величины скорости его вращения. Наиболее экономичный синхронный электродвигатель, несмотря на все его преимущества, не применяется широко в машиностроении потому, что его обороты величина постоянная и с большим трудом и потерями ими можно управлять методом изменения частоты тока. Однако при частотном управлении невозможно кардинально увеличить крутящий момент. Также известны различные схемы устройств синхронных электродвигателей. Они описаны в технической литературе. Например: Лищенко А.И. Синхронные двигатели с автоматическим регулированием возбуждения. Киев. Издательство «Техника», 1969, Копылов И.П. Электрические машины - 2-е издание, переработанное - Москва: Высшая школа; Логос, 2000, Ключев В.И. Теория электропривода. - Москва: Энергоатомиздат 1985. Наряду с многими положительными качествами синхронных электродвигателей они имеют главный недостаток, ограничивающий их применение, это невозможность в широких пределах изменять частоту вращения.The invention can be used in transport. The efficiency of the electric motor is highly dependent on the deviation from the optimal value of the speed of its rotation. The most economical synchronous motor, despite all its advantages, is not widely used in mechanical engineering because its revolutions are constant and with great difficulty and losses they can be controlled by changing the frequency of the current. However, with frequency control, it is impossible to drastically increase the torque. Various schemes of devices for synchronous electric motors are also known. They are described in the technical literature. For example: Lishchenko A.I. Synchronous motors with automatic excitation control. Kyiv. Publishing house "Tekhnika", 1969, Kopylov I.P. Electrical Machines - 2nd Edition, Revised - Moscow: Higher School; Logos, 2000, Klyuchev V.I. Theory of electric drive. - Moscow: Energoatomizdat 1985. Along with many positive qualities of synchronous electric motors, they have a major drawback that limits their use, this is the inability to change the speed over a wide range.

Задачей изобретения является предложение конструкции трансмиссии для изменения на ведомом валу электродвигателя, в том числе и синхронного, в широких пределах оборотов и крутящего момента.The objective of the invention is to propose a transmission design for changing the driven shaft of an electric motor, including a synchronous one, over a wide range of speed and torque.

Поставленная цель достигается тем, что электродвигатель подключен к входу асимметричного планетарного дифференциала. Один выход дифференциала подключен к ведомому валу, а второй выход подключен к свободно вращающемуся на валу электродвигателя, статору генератора, ротор которого жестко соединен с валом электродвигателя. Статор генератора также может быть остановлен муфтой, соединяющей его с корпусом. Генератор является машиной двойного вращения. При наличии в цепи генератора электрической нагрузки, возникает сила Ампера, и она силой индукции частично блокирует дифференциал. Статор генератора, подключенный к дифференциалу, стремится вращаться в сторону, обратную направлению вращения ротора, а сила индукции, возникающая при скольжении ротора и статора генератора, увлекает статор за ротором. Это частично блокирует дифференциал и уменьшает передачу вращения через элементы дифференциала, уменьшая суммарное передаточное отношение, которое состоит из вращения дифференциала с генератором вокруг оси и передаточного отношения шестерен дифференциала. Взаимодействуя, эти две направленные в одну сторону силы уравновешиваются. При увеличении нагрузки на ведомом валу он тормозится, скольжение в генераторе увеличивается, вращение в большей степени передается через элементы дифференциала, суммарное передаточное отношение увеличивается, скорость вращения ведомого вала уменьшается, а крутящий момент на выходе увеличивается. При увеличении тока, вырабатываемого генератором, и увеличении индукционной силы, возникающей между ротором и статором генератора, скольжение между ними уменьшается, вращение элементов дифференциала относительно друг друга уменьшается, и движение на ведомый вал в большей степени передается через вращение дифференциала вокруг оси, при этом суммарное передаточное отношение уменьшается, скорость вращения ведомого вала возрастает. При необходимости еще увеличить на ведомом валу крутящий момент, муфта соединяет статор генератора с корпусом, и дифференциал работает как редуктор. Положение, когда муфта фиксирует статор с корпусом, также используется для работы генератора в качестве дополнительного электродвигателя, а также для пуска тягового синхронного электродвигателя. Ток, выработанный генератором, возвращается в сеть, если это транспортное средство использует для питания внешние источники, а если транспортное средство использует автономные источники питания, расходуется на питание его потребителей, а также на работу тягового электродвигателя этого транспортного средства.This goal is achieved by the fact that the electric motor is connected to the input of an asymmetric planetary differential. One differential output is connected to the driven shaft, and the second output is connected to the generator stator freely rotating on the motor shaft, the rotor of which is rigidly connected to the motor shaft. The generator stator can also be stopped by a clutch connecting it to the housing. The generator is a double rotation machine. If there is an electrical load in the generator circuit, an Ampere force arises, and it partially blocks the differential by induction. The generator stator, connected to the differential, tends to rotate in the direction opposite to the direction of rotation of the rotor, and the induction force that occurs when the rotor and generator stator slip drags the stator behind the rotor. This partially locks the differential and reduces the transmission of rotation through the elements of the differential, reducing the total gear ratio, which consists of the rotation of the differential with the generator around the axis and the gear ratio of the differential gears. Interacting, these two forces directed in one direction are balanced. When the load on the driven shaft increases, it slows down, the slip in the generator increases, the rotation is transmitted to a greater extent through the elements of the differential, the total gear ratio increases, the rotation speed of the driven shaft decreases, and the output torque increases. With an increase in the current generated by the generator and an increase in the induction force that occurs between the rotor and stator of the generator, the slip between them decreases, the rotation of the differential elements relative to each other decreases, and the movement on the driven shaft is transmitted to a greater extent through the rotation of the differential around the axis, while the total the gear ratio decreases, the speed of rotation of the driven shaft increases. If necessary, further increase the torque on the driven shaft, the clutch connects the generator stator to the housing, and the differential works as a gearbox. The position when the clutch fixes the stator with the housing is also used to operate the generator as an additional electric motor, as well as to start the traction synchronous electric motor. The current generated by the generator is returned to the network if this vehicle uses external sources for power, and if the vehicle uses autonomous power sources, it is spent on powering its consumers, as well as on the operation of the traction motor of this vehicle.

Изобретение поясняется чертежом. На рис. 1, на котором, для примера показан вариант устройства трансмиссии с синхронным тяговым электродвигателем. Вал 1 синхронного электродвигателя соединен с ротором генератора 3 и центральным колесом планетарной передачи 8. Статор генератора 4 соединен с венцом планетарной передачи 5, свободно вращается вокруг вала 1 и соединен с муфтой 2, имеющей возможность соединять его с корпусом. По центральному колесу 8 обкатываются сателлиты 6, установленные на водиле 7, которое соединено с ведомым валом 9. Вращение вала 1 тягового двигателя передается на вход дифференциала, центральное колесо 8 и ротор генератора 3. Выход дифференциала, водило 7, соединено с ведомым валом 9, передает крутящий момент на ведущие колеса, а второй выход, венец 5 стремится вращаться в обратную сторону, но соединенный с ним статор генератора 4 при наличии электрической нагрузки в цепи генератора увлекается за ротором 3 и вращает дифференциал вокруг оси. Оба канала передают вращение на ведомый вал. Муфта 2 имеет возможность соединять статор генератора 4 с корпусом. Статор при этом останавливается и на ведомый вал передается вращение с максимальным для данного дифференциала крутящим моментом. При необходимости, при остановленном статоре генератор используется как дополнительный электродвигатель, а также используется для пуска тягового синхронного электродвигателя. Выработанный при работе генератора электрический ток возвращается в сеть, а также питает тяговый электродвигатель и другие потребители.The invention is illustrated in the drawing. On fig. 1, which, for example, shows a variant of a transmission device with a synchronous traction motor. The shaft 1 of the synchronous electric motor is connected to the generator rotor 3 and the central wheel of the planetary gear 8. The generator stator 4 is connected to the crown of the planetary gear 5, rotates freely around the shaft 1 and is connected to the clutch 2, which can be connected to the housing. On the central wheel 8, satellites 6 are rolled, mounted on the carrier 7, which is connected to the driven shaft 9. The rotation of the shaft 1 of the traction motor is transmitted to the input of the differential, the central wheel 8 and the generator rotor 3. The output of the differential, the carrier 7, is connected to the driven shaft 9, transmits torque to the drive wheels, and the second output, crown 5, tends to rotate in the opposite direction, but the generator stator 4 connected to it, in the presence of an electrical load in the generator circuit, is carried away behind rotor 3 and rotates the differential around the axis. Both channels transmit rotation to the driven shaft. The clutch 2 has the ability to connect the stator of the generator 4 with the housing. At the same time, the stator stops and rotation is transmitted to the driven shaft with the maximum torque for this differential. If necessary, when the stator is stopped, the generator is used as an additional electric motor, and is also used to start the traction synchronous electric motor. The electric current generated during the operation of the generator returns to the network, and also feeds the traction motor and other consumers.

Claims

1. Трансмиссия для электротранспорта, отличающаяся тем, что тяговый электродвигатель подключен к входу асимметричного планетарного дифференциала, один выход которого подключен к ведомому валу, а второй выход подключен к свободно вращающемуся на валу электродвигателя статору генератора, ротор которого жестко соединен с валом электродвигателя, также статор генератора соединен с муфтой, имеющей возможность соединять его с корпусом, и при наличии в цепи генератора электрической нагрузки статор увлекается за ротором, силой индукции частично блокирует дифференциал, так как статор генератора, подключенный к дифференциалу, стремится вращаться в сторону, обратную направлению вращения ротора, а сила индукции, возникающая при скольжении ротора и статора генератора, увлекает статор за ротором, это частично блокирует дифференциал и уменьшает передачу вращения через элементы дифференциала, уменьшая суммарное передаточное отношение, которое состоит из вращения дифференциала с генератором вокруг оси и передаточного отношения шестерен дифференциала.1. Transmission for electric transport, characterized in that the traction motor is connected to the input of an asymmetric planetary differential, one output of which is connected to the driven shaft, and the second output is connected to the generator stator freely rotating on the motor shaft, the rotor of which is rigidly connected to the motor shaft, also the stator the generator is connected to a clutch that has the ability to connect it to the housing, and if there is an electrical load in the generator circuit, the stator is carried away behind the rotor, partially blocks the differential by induction, since the generator stator connected to the differential tends to rotate in the direction opposite to the direction of rotation of the rotor, and the force of induction, which occurs when the rotor and stator of the generator slide, drags the stator behind the rotor, this partially blocks the differential and reduces the transmission of rotation through the elements of the differential, reducing the total gear ratio, which consists of rotating the differential with the generator around the axis and differential gear ratio.

2. Трансмиссия для электротранспорта по п. 1, отличающаяся тем, что при увеличении нагрузки на ведомом валу он тормозится, скольжение в генераторе увеличивается, вращение в большей степени передается через элементы дифференциала, суммарное передаточное отношение увеличивается, скорость вращения ведомого вала уменьшается, а крутящий момент на выходе увеличивается, а при увеличении тока скольжение между ними уменьшается, вращение элементов дифференциала относительно друг друга уменьшается, и движение на ведомый вал в большей степени передается через вращение дифференциала вокруг оси, при этом суммарное передаточное отношение уменьшается.2. Transmission for electric transport according to claim 1, characterized in that with an increase in the load on the driven shaft, it slows down, the slip in the generator increases, rotation is transmitted to a greater extent through the elements of the differential, the total gear ratio increases, the speed of rotation of the driven shaft decreases, and the torque the output torque increases, and as the current increases, the slip between them decreases, the rotation of the differential elements relative to each other decreases, and the movement to the driven shaft is transmitted to a greater extent through the rotation of the differential around the axis, while the total gear ratio decreases.

3. Трансмиссия для электротранспорта по п. 1, отличающаяся тем, что при необходимости увеличить на ведомом валу крутящий момент муфта соединяет статор генератора с корпусом, и дифференциал работает как редуктор, а также положение, когда муфта фиксирует статор с корпусом, используется для работы генератора в качестве дополнительного электродвигателя или для пуска тягового электродвигателя, если он синхронный.3. Transmission for electric transport according to claim 1, characterized in that, if necessary, to increase the torque on the driven shaft, the clutch connects the generator stator to the housing, and the differential works as a gearbox, and the position when the clutch fixes the stator to the housing is used to operate the generator as an additional electric motor or to start the traction motor if it is synchronous.

4. Трансмиссия для электротранспорта по п. 1, отличающаяся тем, что электрический ток, выработанный генератором, возвращается в сеть, если это транспортное средство использует для питания внешние источники, а если транспортное средство использует автономные источники питания, расходуется на питание всех его потребителей и тягового электродвигателя этого транспортного средства.4. Transmission for electric transport according to claim 1, characterized in that the electric current generated by the generator is returned to the network if this vehicle uses external sources for power, and if the vehicle uses autonomous power sources, it is consumed to power all its consumers and traction motor of this vehicle.