Тяговий вузол електромобіля або автомобіля з змішаним типом тягового агрегата

Корисна модель відноситься до області машинобудування і може бути використана як тяговий вузол або безступінчаста трансмісія електромобіля (електрокара) або автомобіля з змішаним типом тягового агрегата. Відома, наприклад „Трансмісія електромобіля" [заявка РФ №97106537 від 1997.04.21, дата публікації 1999.04.10], згідно якої, трансмісія містить генератор і електродвигун, електрично зв'язані між собою і кінематично сполучені відповідно з центральним зубчатим колесом із зовнішнім тим, що зачіпляє, центральним зубчатим колесом з внутрішнім тим, що зачіпляє і з водилом диференціала, з яким сполучена і трансмісія з движителем, відмінна тим, що водило фрикційного планетарного варіатора виконано з можливістю кінематичного зв'язку з движетелем машини, а центральні фрикційні диски варіатора виконані з можливістю кінематичного зв'язку з маховиком і з гальмом окремо, а електромашина виконана з можливістю кінематичного зв'язку її вала як мінімум з однією групою центральних фрикційних дисків одночасно. Крім цього пропонована трансмісія містить другу електромашину, а обидві електромашини, при цьому, сполучені один з одним і водило варіатора виконано з можливістю від'єднання від приводу на провідні колеса і його гальмування. Однак, пропоноване технічне рішення має певні недоліки. Складність пропонованого пристрою та наявність великої кількості складових елементів (вузлів) приводить до пониження ККД (коефіцієнт корисної дії). При цьому у пристрої, який пропонується передбачено два електродвигуна, які збільшують вагу та габарити пристрою в цілому. Найближчим до технічного рішення, що заявляється, по технічній суті, та результату, який плануємо отримати, є «Трансмісія електромобіля» [патент РФ 2123944 від 27 12 1998 року], згідно якому маховик, електромашини і вал приводу провідних коліс зв'язані планетарним, фрикційним варіатором, виконаним з двома ступенями свободи, причому водило варіатора виконано з можливістю кінематичного зв'язку з провідними колесами машини, а також гальмування. Одні центральні диски варіатора виконані з можливістю кінематичного зв'язку з маховиком, а інші - з можливістю гальмування. Одна електромашина виконана з можливістю кінематичного зв'язку її валу як мінімум з одним з центральних дисків варіатора, а друга електромашина виконана з можливістю з'єднання як з водилом, так і з центральними дисками. Електромашини зв'язані між собою і з джерелом струму з допомогою перетворювачів. Корисна модель дозволяє підвищити діапазон регулювання передавального числа трансмісії, понизити потужності електромашин і питому потужність джерела струму. Проте пропонований пристрій так само має певні недоліки. Наявність великої кількості кінематичних вузлів приводить також до великої складності конструкції та до складності під час експлуатації та обслуговування (ремонт / ремонтопридатність), що в свою чергу приводить до скорочення строку роботи пристою. В основу пропонованої корисної моделі встановлена задача удосконалення тягового вузла електромобіля або автомобіля з змішаним типом тягового агрегата, який включає електродвигун прямої або реверсивної дії з циліндричним ротором та варіатор, в якому за рахунок того, що варіатор містить 3 (три) та/або більше конусних вали, а ротор виконаний у вигляді порожнистого циліндру, який зовні має обмотку, всередині з одного краю знаходиться зубчатий вінець із зубцями усередину. Автор вважає, що винахідницький рівень пропонованого технічного рішення полягає у тому, що кількість конусних валів (3 (три) та більше), дозволяє використовувати додаткову інерційну енергію, яка передається від обойми конусних валів, які обертаються, як навколо своєї осі так і по траєкторії навколо центрального конусного вала, який з’єднаний з вінцем ротора і внаслідок чого виникає додаткова інерційна енергія (інерція). Причому у випадках, коли транспортний засіб знаходиться у режимі котіння або гальмування, конструктивно передбачається негайне позбавлення подання енергії до двигуна і двигун перемикається в режим генератора, а отримана енергія спрямовується на зарядку акумулятора. Таким чином, крутний момент, який створюється від взаємодії електромагнітних сил в обмотках ротора та статора передається в середину ротора, а подальше його перетворення проходить за рахунок змін геометричних характеристик частин внутрішнього варіатора, які дотикаються між собою. Крім того, пропонована конструкція варіатора дозволяє оптимально розподілити масу електромобіля, в якому усі важкі елементи (акумуляторна батарея, електродвигун з варіатором та привідні півосі), знаходяться нижче або на рівні його осі, що в свою чергу максимально знижує центр ваги транспортного засобу. Отже компактність двигуна та раціональність використання простору, який займає двигун приводять до зменшення габаритів (розміру, ваги) силового агрегата. Тяговий вузол електромобіля або автомобіля із змішаним типом тягового агрегата, що заявляється зображено на кресленнях Фіг.1, 2, 3, 4, 5. Конструктивні елементи тягового вузла електромобіля або автомобіля з змішаним типом тягового агрегата включають: Електромотор з внутрішнім варіатором (Фіг.1), де: 1. Корпус мотора з елементами кріплення до кузова (рами). 2. Обмотки котушок статора. 3. Ротор. Особливістю ротора є порожнистий всередині циліндр, який зовні має обмотку, а всередині у одного краю знаходиться зубчатий вінець із зубцями усередину. 4. Зовнішній конусний вал (шестерня), яка приймаюча крутний момент від вінця ротора за допомогою вінця із зубами назовні, розташованого в широкій основі конуса. Передбачається, що мінімальна кількість зовнішнього конусного валу є 2 одиниці, а допускається збільшення його кількості до 3,4, 5, і більш одиниць. 5. Внутрішній конусний вал (шестерня), яка приймає крутний момент від зовнішнього конусного вала 4 за допомогою ЦР (циліндричного ременю) (Фіг.5) і передає обертальний рух на колеса електрокара за допомогою привідних півосей, які мають ШРКШ (шарнір рівних кутових швидкостей) і які розташовані з 2-х сторін електромотору. Внутрішній варіатор. (Фіг.2), де: 4. Зовнішній конусний вал (шестерня), яка приймає крутний момент від вінця ротора за допомогою вінця з зовнішніми зубцями (6), який розташований в широкій основі конуса. Передбачається, що мінімальною кількістю зовнішніх конусних валів (4) є 2 одиниці, але допускається їх збільшення до 3,4, 5 і більше одиниць. 5. Внутрішній конусний вал (шестерня), яка приймає крутний момент від зовнішнього конусного вала 4 за допомогою ЦР (Фіг.5) передає обертальний рух на колеса електромобіля за допомогою привідних півосей з ШРКШ з 2-х сторін. 6. Вінець з зовнішніми зубцями. 7. Черв'ячний механізм, який проходить крізь центральний отвір циліндричного ременя (Фіг. 5), і який примушує його примусово переміщатися по осях уздовж конусних шестерень, тим самим змінюючи потужність і швидкість крутного моменту. 8. Циліндричний ремінь (Фіг.5), який представляє собою циліндричний голчатий підшипник із заповненою внутрішньою частиною з додатковими пристосуваннями, що служать для рівномірного керованого поступального руху ЦР уздовж осі обертання, і зовнішньої частини, виготовленої з полімерного матеріалу (гуми) на кордовій основі. 9. ШРКШ (шарнір рівних кутових швидкостей), які жорстко усаджені (на шліцьових) з'єднаннях всередину внутрішнього конусного вала 5, а їх продовження в півосі приводу. 10. Напрямна (2шт.), це ідеально паралельні прутки, по яких переміщається циліндричний ремінь 8. 11. Черв'як, який є гнучкий, аналогічно внутрішньому конусному валу (шестерні) 5 з різьбленням по всій довжині, який обертаючись за допомогою черв'ячного механізму 7 приводить в рух циліндричний ремінь 8. Кришка ротора верхня (Фіг.3), де: 10. Напрямна. 11. Черв'як. 12. Кришка зовнішнього конусного вала 4. 13. Кришка внутрішнього конусного вала 5. Кришка ротора нижня (Фіг.4), де: 14. Кришка внутрішнього конусного вала 5. 15. Кришка черв'ячного механізму 7. Кришки ротора з допомогою підшипників становляться на корпусах ШРКШ. Їх основним призначенням є створення посадочних місць для деталей внутрішнього варіатора. Кришки ротора верхня та нижня (Фіг.3, 4) не є зовнішніми кришками. Зовнішні кришки на фігурах не зображені. Циліндричний ремінь (Фіг.5). Представляє собою циліндровий голчатий підшипник із заповненою внутрішньою частиною з додатковими пристосуваннями, які служать для рівномірного керованого поступального руху ЦР (циліндричного ременя) або іноді його ще називають БР (бочковий ремінь), уздовж осі обертання і зовнішньої частини, виготовленої з полімерного матеріалу (гуми) на кордовій основі. Циліндричний ремінь (Фіг.5) включає: 16. Зовнішня частина (оболонка) (полімер). 17. Голки підшипника. 18. Отвори напрямні. 19. Напрямна черв'яка. Тяговий вузол електромобіля або автомобіля із змішаним типом тягового агрегата працює наступним чином. Для початку руху електродвигуна з АКБ через пристрій стабілізації електроенергії, який включає конденсатори та інші необхідні елементи, подається струм. Від взаємодії електромагнітних сил починається рух ротора (3), який приводить до руху тяговий вузол. Як говорилось раніше, ротор (3) виконаний у вигляді полого циліндра, всередині якого розташовані шестерні варіатора, яких налічується не менше ніж три. Крутний момент, який був отриманий ротором (3) передається конусним шестерням варіатора, які знаходяться на зовнішньому рівні (зовнішній конусний вал 4), з допомогою зубців вінця (6), які направлені всередину до зубців конусних валів (4). Коли починається рух конусних валів, вони в свою чергу передають рух до внутрішнього конусного вала (5) з допомогою циліндричного ременя (циліндричних ременів) (8). Первинне розташування циліндричних ременів (8), це місце де самий менший діаметр конусних зовнішніх валів (4) і самий більший діаметр внутрішніх конусних валів (5). Таке положення ременя надає меншу швидкість, однак збільшує потужність електродвигуна, яка є необхідною для створення стартового прискорення транспортного засобу. Під час збільшення швидкості блок керування дає команду електродвигунам, які крутять черв'яки (11). Після цього циліндричний ремінь починає рухатись вздовж напрямних (10) і змінює при цьому зусилля та швидкість обертання пристрою у цілому, доки не досягне бажаної (заданої) швидкості. На постійній стабільній швидкості блок керування вибирає оптимальні оберти електродвигуна для економічного розтрачання електроенергії. Під час прискорень обороти двигуна різко збільшуються і ремінь приводиться в тягове положення, В режимах гальмування, положення ременів варіатора забезпечує максимальну кількість обертів ротора (3), а двигун при цьому працює, як генератор. Корисна модель дає можливість її застосування в галузі створення нових машин та в галузі автомобілебудування, а також в галузі створення електромобілів та автомобілів з змішаним типом тягового агрегата. Конструкція внутрішнього варіатора дозволяє знизити номінальну потужність електродвигуна, яка необхідна для створення достатнього прискорення та достатнього тягового зусилля, а це в свою чергу приводить до економії електроенергії та пального, у випадку коли пропоноване технічне рішення використовується на автомобілях з змішаним типом тягового агрегата.