гибридный силовой агрегат

Формула изобретения

Гибридный силовой агрегат, содержащий источник-накопитель электроэнергии, через систему управления соединенный с несколькими обратимыми электромашинами, источник-накопитель механической энергии, одно или несколько ведущих колес, на которых установлена тормозная система, отличающийся тем, что хотя бы одна электромашина установлена в корпусе агрегата с возможностью вращения статора и ротора и ротор имеет возможность кинематического соединения с источником-накопителем механической энергии, а статор - с одним или несколькими ведущими колесами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспорту и может быть использовано на транспортных средствах при использовании в их конструкции гибридного силового агрегата и электромеханического привода.

Известна гибридная силовая установка [1], с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), использующегося в качестве источника механической энергии, и электромашиной, установленной в корпусе с возможностью вращения статора и ротора, с помощью которой осуществляется преобразование части механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую и передача части механической энергии ДВС на механическую коробку передач. Недостатком этой силовой установки является невысокая эффективность использования ДВС в результате работы ДВС в переходных режимах при неравномерном движении транспортного средства.

Известна схема гибридного силового агрегата транспортного средства с рекуператором энергии [2], содержащая ДВС с электрогенератором, электротрансмисию с мотор-колесами и двухроторный гиромоторный асинхронный рекуператор энергии, использующийся в качестве мощного импульсного источника и накопителя электрической энергии, путем преобразования электрической энергии в механическую, накоплении ее и преобразовании обратно в электрическую. Недостатком этого силового агрегата является сложность его конструкции, а также невысокая эффективность использования рекуператора энергии, использующегося только в режимах торможения и разгона транспортного средства. Последний аналог принимается в качестве прототипа, так как большинство его существенных признаков совпадает с признаками предлагаемого силового агрегата. Целью настоящего предлагаемого изобретения является упрощение конструкции. Указанная цель достигается тем, что гибридный силовой агрегат транспортного средства, содержащий источник-накопитель электроэнергии, через систему управления соединенный с несколькими обратимыми электромашинами, источник-накопитель механической энергии, одно или несколько ведущих колес, на которых установлена тормозная система, отличающийся тем, что хотя бы одна электромашина установлена в корпусе агрегата с возможностью вращения статора и ротора, и ротор этой электромашины имеет возможность кинематического соединения с источником-накопителем механической энергии, а статор с одним и несколькими ведущими колесами.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема одного из возможных вариантов выполнения гибридного силового агрегата, на фиг.2 показана конструкция одного из возможных вариантов установки обратимой электромашины с возможностью вращения статора и ротора.

Гибридный силовой агрегат содержит источник-накопитель электроэнергии 1, через систему управления 2 связанный с первой 3 и второй 4 электромашиной. Ротор 8 первой электромашины 3 имеют возможность кинематического соединения с источником-накопителем механической энергии 5, а статор 9 с ведущими колесами 6. Тормозная система 7 установлена на ведущие колеса 6. Работает гибридный силовой агрегат транспортного средства следующим образом. В режиме движения с малой скоростью транспортного средства первая электромашина 3 работает в режиме генератора. При этом часть механической энергии источника-накопителя механической энергии 5 преобразуется первой электромашиной 3 в электрическую энергию, которая через систему управления 2 поступает в источник-накопитель электроэнергии 1 и (или) вторую электромашину 4. Другая часть механической энергии источника-накопителя механической энергии 5 передается ведущим колесам 6, при торможении статором ротора электромашины 3, возникающим в результате взаимодействия их магнитных силовых полей. Чем больше механической энергии преобразуется первой электромашиной 3 в электрическую энергию, тем больше взаимодействие магнитных силовых полей статора и ротора и, следовательно, больше механической энергии источника-накопителя механической энергии 5 передается ведущим колесам 6. В режиме движения со средней скоростью транспортного средства первая электромашина 3 работает в режиме электромагнитного тормоза. При этом электрическая энергия через систему управления 2 поступает на первую электромашину 3 от источника-накопителя электроэнергии 1. Часть механической энергии источника-накопителя механической энергии 5 передается ведущим колесам 6 при торможении статором ротора электромашины 3, возникающим в результате взаимодействия их магнитных силовых полей. Чем больше электрической энергии поступает на первую электромашину 3, тем больше взаимодействие магнитных силовых полей ее статора и ротора и, следовательно, больше механической энергии источника-накопителя механической энергии 5 передается ведущим колесам 6.

В режиме разгона или движения с высокой скоростью транспортного средства первая 3 и вторая 4 электромашины работают в режиме двигателя. При этом электрическая энергия через систему управления 2 поступает на первую 3 и вторую 4 электромашины от источника-накопителя электроэнергии 1. На ведущие колеса 6 поступает часть механической энергии источника-накопителя механической энергии 5 и механическая энергия, преобразованная из электрической энергии первой 3 и второй 4 электромашиной.

В режиме остановки первая электромашина 3 работает в режиме двигателя. Электрическая энергия через систему управления 2 поступает на первую электромашину 3 от источника-накопителя электроэнергии 1. В этом режиме тормозная система 7 транспортного средства должна блокировать ведущие колеса 6. При этом происходит накопление механической энергии, преобразованной первой электромашиной 3 из электрической энергии источника-накопителя электроэнергии 1, в источнике-накопителе механической энергии 5. В режиме заднего хода первая электромашина 3 работает в режиме двигателя. Электрическая энергия через систему управления 2 поступает на первую электромашину 3 от источника-накопителя электроэнергии 1. В этом режиме тормозная система 7 транспортного средства не должна блокировать ведущие колеса 6. При этом происходит накопление части механической энергии, преобразованной первой электромашиной 3 из электрической энергии источника-накопителя электроэнергии 1, в источнике-накопителе механической энергии 5. Другая часть тратится на движение транспортного средства в режиме заднего хода. В режиме плавного торможения вторая электромашина 4 работает в режиме генератора. При этом происходит рекуперация энергии при торможении транспортного средства. Выработанная электрическая энергия поступает через систему управления 2 в источник-накопитель электроэнергии 1. Использование источника-накопителя механической энергии, который представляет собой объединенное в одно устройство источник и накопитель механической энергии, позволяет по сравнению с аналогами упростить конструкцию, повысить эффективность использования источника механической энергии при изменяющейся нагрузки на силовой агрегат во время, например, неравномерного движения транспортного средства, а также повысить эффективность использования накопителя механической энергии.

В качестве источника-накопителя механической энергии 5 может быть использован маховичный накопитель [4] или комбинация маховичного накопителя и кинематически связанного с ним двигателя, использующегося в качестве источника механической энергии, например двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, возможно использование в качестве маховичного накопителя вращающихся частей теплового двигателя и (или) первой электромашины 3. В качестве маховичного накопителя может быть использован супермаховик [4], изготовленный навивкой из волокон или лент на упругий центр. Удельная механическая энергия накопления такого маховика на порядок больше значений данного параметра для лучших монолитных маховиков, к тому же он обладает свойством безопасного разрыва, не дающего осколков. В качестве источника-накопителя электроэнергии может быть использована батарея электрических конденсаторов и (или) батарея аккумуляторов, например свинцово-кислотных и их комбинация вместе с источником электроэнергии. В качестве источника электроэнергии может быть использован топливный элемент. Для транспортного средства с внешним источником электроэнергии, например трамвая, троллейбуса или электровоза, возможно применение этого источника в качестве источника электроэнергии.

Конструкции обратимой электромашины хорошо известны. В качестве обратимой электромашины может быть использована машина постоянного тока [3]. Такая машина может работать как генератор и как реверсивный двигатель. В качестве тормозной системы может быть использована механическая система торможения, например обычная гидравлическая. На фиг.2 показана конструкция одного из возможных вариантов установки обратимой электромашины с возможностью вращения статора и ротора. Конструкция содержит раму 10, на которой на подшипниках 12 и 13 установлена обратимая электромашина. Корпус электромашины 11, внутри которого закреплен статор 9, посредством вала 14 связан с ведущими колесами 6. Ротор 8 электромашины посредством вала 15 связан с источником-накопителем механической энергии 5. Электрическая связь между системой управления 2 и электромашиной осуществляется посредством щеток 16 и установленных на корпусе вала 14 токосъемных колец 17.

Вторая электромашина может быть установлена внутри мотор-колеса [2] или по стандартной схеме - статор закрепляется в корпусе агрегата, а ротор кинематически связан с ведущим колесом.

Предлагаемый силовой агрегат может найти широкое применение в транспортных средствах, особенно для движения в городских условиях, когда имеют место частые и длительные остановки.

Источники информации

1. Изобретение DE №3338548, МПК В 60 К 1/00, 24.10.1983.

2. Изобретение RU №2184660, МПК В 60 К 6/00, 29.01.2001.

3. Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электромашинные устройства автоматики. - М.: Высшая школа, 1986.

4. Гулиа Н.В. Накопители энергии. - М.: Наука, 1980, - 150 с.