RU2230220C2

RU2230220C2 - Electric car electro-inertia device

Info

Publication number: RU2230220C2
Application number: RU2002120551/06A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Скибицкий (RU); И.Г. Скибицкий
Original assignee: Скибицкий Иван Григорьевич
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-06-10
Also published as: RU2002120551A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; electric cars. SUBSTANCE: proposed electro-inertia device contains drive electric motor, transmission and flywheel whose housing is made in form of pipe with cutout. Flywheel is installed concentrically inside housing, and its shaft is fitted in bearing supports installed in end faces of pipe. Shaft has two ends projecting from support. Pulley is mounted on one end of shaft and gear wheel of clutch is installed on other end for driving by starter gear. Drive electric motor is arranged in housing cutout. Axis of its shaft is parallel to axis of flywheel shaft, and motor shaft proper projects beyond the limits of housing and it is furnished with pulley. Pulleys of flywheel and electric motor shafts are interconnected by V-belt drive. EFFECT: reduced power consumption of electric car. 1 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в качестве силовой установки для привода электромобилей.The invention relates to transport engineering and can be used as a power plant for driving electric vehicles.

Любому автомобилю большая мощность двигателя необходима при трогании с места и при движении на подъем, во время движения по пересеченной местности и т.д.Any car needs a lot of engine power when starting off and moving uphill, while driving over rough terrain, etc.

В случаях, когда автомобиль движется по горизонтальной дороге или под уклон, мощность необходима меньше, так как, набрав скорость, автомобиль сам приобретает некоторое количество движения, что облегчает работу двигателя автомобиля.In cases where the car moves on a horizontal road or on a slope, less power is needed, since, having gained speed, the car itself acquires a certain amount of movement, which facilitates the operation of the car engine.

В обычных схемах электромобилей электродвигатель является основным элементом привода, т.е. тяговым, а маховик чаще всего применяют в случае рекуперации энергии в основном при торможении, т.е. для подзарядки аккумуляторов (но не для движения).In conventional electric vehicle circuits, the electric motor is the main element of the drive, i.e. traction, and the flywheel is most often used in the case of energy recovery mainly during braking, i.e. to recharge the batteries (but not for movement).

Известно устройство для аккумулирования и отдачи энергии маховика, содержащее маховик с возможностью передачи ему энергии двигателя через ведущий вал и с возможностью передачи от него энергии нагрузки через вал отбора мощности и с возможностью регенерации энергии нагрузки через регенеративный вал, при этом каждый из валов снабжен бесступенчатой трансмиссией, запускаемой преобразователем крутящего момента (Заявка Японии №55-6785, кл. F 16 H 33/02, 1980).A device is known for accumulating and transferring energy to a flywheel, comprising a flywheel with the possibility of transmitting engine energy to it through a drive shaft and with the possibility of transmitting load energy from it through a power take-off shaft and with the possibility of regenerating load energy through a regenerative shaft, each shaft having a continuously variable transmission triggered by a torque converter (Japanese Application No. 55-6785, CL F 16 H 33/02, 1980).

В этом устройстве используется большое количество зубчатых передач и преобразователей крутящего момента, что усложняет его конструкцию, увеличивает его габариты и стоимость. В таком виде оно не может быть применено в электромобиле.This device uses a large number of gears and torque converters, which complicates its design, increases its dimensions and cost. In this form, it cannot be used in an electric vehicle.

Известен маховичнный механизм с приводным двигателем, содержащий инерционный накопитель энергии, выполненный в виде параллельно соединенных маховиков, кинематически связанных с выходным валом, блок автоматического регулирования их зарядки с коробкой передач и приводной двигатель, причем каждый маховик инерционного накопителя энергии соединен с выходящим валом механизма через коробку передач блока автоматического регулирования их зарядки (Патент РФ №2054579, кл. F 03 G 3/08, 1996).Known flywheel mechanism with a drive motor, containing an inertial energy storage device, made in the form of parallel-connected flywheels kinematically connected to the output shaft, a unit for automatically controlling their charging with the gearbox and a drive motor, each flywheel of the inertial energy storage device is connected to the output shaft of the mechanism through a box gear unit automatic regulation of their charging (RF Patent No. 2054579, CL F 03 G 3/08, 1996).

Такой маховичный механизм является конструктивно сложным из-за наличия двух маховиков, необходимости синхронизации их оборотов, наличия блока автоматического управления.Such a flywheel mechanism is structurally complex due to the presence of two flywheels, the need to synchronize their revolutions, and the presence of an automatic control unit.

Известна инерционная рекуперативная система к электромобилю, содержащая маховик, дифференциальную передачу, тяговый электродвигатель, генератор, контроллер, управляемый педалью акселератора и тормозной педалью, а также блок генераторных батарей (Гулиа Н.В. Инерция. - М.: Наука, 1982, - с.73-75).A known inertial recuperative system for an electric vehicle containing a flywheel, differential gear, a traction electric motor, a generator, a controller controlled by an accelerator pedal and a brake pedal, and a generator battery block (Gulia N.V. Inertia. - M .: Nauka, 1982, - p. .73-75).

Вал маховика соединен с солнечной шестерней дифференциальной планетарной передачей.The flywheel shaft is connected to the sun gear by a differential planetary gear.

Такая система является неприемлемой для электромобиля из-за наличия сложной дифференциальной передачи и передачи вращающегося момента на колеса с помощью ременной передачи.Such a system is unacceptable for an electric vehicle due to the presence of a complex differential transmission and transmission of torque to the wheels using a belt drive.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке такой конструкции силовой установки для привода электромобиля, которая позволила бы при сохранении скоростных характеристик электромобиля уменьшать электроемкость за счет использования маховика в качестве основного тягового элемента устройства, а двигатель - в качестве вспомогательного, а так как при такой системе мощность двигателя может быть значительно снижена, следовательно будут уменьшены его масса, габариты и стоимость, а также будут уменьшены количество и стоимость аккумуляторов.The problem to which the claimed invention is directed is to develop such a design of a power plant for driving an electric vehicle, which would, while maintaining the speed characteristics of the electric vehicle, reduce electrical intensity by using the flywheel as the main traction element of the device, and the engine as an auxiliary, and as with such a system, engine power can be significantly reduced, therefore its mass, dimensions and cost will be reduced, as well as will be reduced us the number and cost of batteries.

Данная система позволит применить ее в обычном легковом автомобиле отечественного производства в связи с тем, что ее габариты позволяют это сделать.This system will allow it to be used in an ordinary passenger car of domestic production due to the fact that its dimensions allow it to be done.

Эта задача решатся тем, что электроинерционное устройство электромобиля, содержащее электродвигатель, передачу и маховик, снабжено корпусом, выполненном в виде трубы с вырезом, маховик размещен концентрично внутри корпуса, а его вал размещен в подшипниковых опорах, установленных в торцах трубы, и имеет два конца, выступающих за опоры, причем на одном из концов размещен шкив, а на другом - зубчатое колесо муфты сцепления, выполненное с возможностью привода от шестерни стартера, приводной электродвигатель, размещенный на месте выреза корпуса, вал двигателя расположен параллельно оси вала маховика и выступает за пределы одной из опор, снабжен шкивом, при этом валы маховика и электродвигателя соединены между собой ременной передачей.This problem will be solved in that the electric inertia device of the electric vehicle, comprising an electric motor, gear and a flywheel, is equipped with a housing made in the form of a pipe with a cutout, the flywheel is placed concentrically inside the housing, and its shaft is placed in the bearing supports installed at the ends of the pipe and has two ends protruding beyond the bearings, with a pulley placed at one end and a clutch gear made on the other end, capable of being driven by a starter gear, a drive motor placed in place of the cutout a, the motor shaft is parallel to the axis of the flywheel shaft and protrudes beyond one of the supports, is equipped with a pulley, while the shafts of the flywheel and the electric motor are interconnected by a belt drive.

Размещение на одном из концов вала, выходящего за пределы подшипниковых опор, со шкивом для ременной передачи момента вращения с вала электродвигателя позволяет исключить шум при передаче больших оборотов.Placing on one end of the shaft extending beyond the bearings, with a pulley for the belt transmission of the torque from the motor shaft eliminates noise during the transmission of high revolutions.

Размещение на другом из концов вала, выходящего за пределы подшипниковых опор, шестерни муфты сцепления позволяет облегчить начало вращения (разгон) маховика а также позволяет использовать элементы обычной муфты сцепления автомобиля.Placing the clutch gear on the other end of the shaft extending beyond the bearings, makes it easier to start the rotation (acceleration) of the flywheel and also allows the use of elements of a conventional automobile clutch.

Выполнение шестерни муфты сцепления с возможностью привода от шестерни стартера облегчает запуск системы из состояния мертвой точки.The implementation of the clutch gear with the ability to drive from the starter gear makes it easy to start the system from a dead center state.

Размещение маховика на валу, установленном параллельно валу электродвигателя, позволяет выполнить систему более компактной с возможностью применения в обычном легковом автомобиле взамен двигателя внутреннего сгорания.Placing the flywheel on a shaft mounted parallel to the shaft of the electric motor allows the system to be made more compact with the possibility of using it in an ordinary passenger car instead of an internal combustion engine.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлено электроинерционное устройство электромобиля, общий вид.The invention is illustrated in the drawing, which shows the electric inertia device of an electric vehicle, General view.

Электроинерционное устройство электромобиля содержит приводной электродвигатель 1, на валу 2 которого размещен шкив 3, который ременной передачей 4 соединен со шкивом 5, размещенным на валу 6 маховика 7. Вал установлен в подшипниковых опорах 8 и 9 трубчатого корпуса 10 (со стороны коробки передач), на передней подшипниковой опоре 8 закреплена шестерня 11 муфты сцепления 12, с которой может входить во взаимодействие шестерня стартера (не показан).The electric inertia device of the electric vehicle contains a drive motor 1, on the shaft 2 of which a pulley 3 is placed, which is connected by a belt drive 4 to a pulley 5 located on the shaft 6 of the flywheel 7. The shaft is installed in the bearings 8 and 9 of the tubular housing 10 (from the gearbox side), on the front bearing support 8 is fixed the gear 11 of the clutch 12, with which the starter gear (not shown) can interact.

Корпус 10 может быть выполнен из стальной трубной заготовки или отлит из чугуна.The housing 10 may be made of steel pipe billet or cast iron.

В качестве приводного электродвигателя может быть применен любой, используемый обычно в электромобилях, но меньшей мощности. Шкив 5 вала маховика 6 может выполнять дополнительно функции маховика. В качестве второго дополнительного маховика можно использовать стандартный маховик с зубчатым венцом от двигателя внутреннего сгорания, используемый на легковых автомобилях. Диаметр шкива на валу маховика, должен быть равен диаметру маховика для того, чтобы облегчить пуск и дальнейшую работу маховика. Передаточное отношение

должно находиться в пределах от 1:3 до 1:4. Приводной двигатель постоянного тока может развивать обороты от 0 до 5 тыс. оборотов в минуту. При массе чугунного маховика примерно 150 кг

маховика 500 мм, а толщина 120 мм.As a drive electric motor, any one usually used in electric vehicles, but of a lower power, can be used. Pulley 5 of the flywheel shaft 6 can additionally perform the functions of a flywheel. As a second additional flywheel, you can use a standard flywheel with a gear ring from an internal combustion engine used in cars. The diameter of the pulley on the flywheel shaft should be equal to the diameter of the flywheel in order to facilitate start-up and further operation of the flywheel. Gear ratio

must be between 1: 3 and 1: 4. The direct current drive motor can develop revolutions from 0 to 5 thousand revolutions per minute. With a cast-iron flywheel mass of approximately 150 kg

the flywheel is 500 mm and the thickness is 120 mm.

Эта система с маховиком по своим габаритам соизмерима с габаритами обычного двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля.This system with a flywheel in its dimensions is comparable to the dimensions of a conventional internal combustion engine of a car.

Электроинерционное устройство электромобиля работает следующим образом. Перед запуском (включением) приводного электродвигателя 1 для приведения во вращение маховика 7 включают стартер, который передает импульс момента вращения маховику посредством шестерни 11 муфты сцепления 12 и тот начинается вращаться. Стартер выключают, и далее автоматически включается приводной электродвигатель 1: маховик 7 набирает необходимые обороты (1500-2000 об/мин). Ток приводного электродвигателя при этом падает, что приводит к уменьшению потребляемой мощности (от аккумуляторов).Electric inertia device of an electric vehicle works as follows. Before starting (turning on) the drive motor 1 to turn the flywheel 7 into rotation, turn on the starter, which transmits the momentum of rotation to the flywheel by means of gear 11 of clutch 12 and that starts to rotate. The starter is turned off, and then the drive motor 1 is automatically turned on: the flywheel 7 is gaining the necessary speed (1500-2000 rpm). The current of the drive motor decreases, which leads to a decrease in power consumption (from batteries).

Для приведения электромобиля в движение производят соединение вала 6 маховика 7 с коробкой передач (на фигуре не показана) с помощью обычной муфты сцепления 12. Маховик при этом отдает энергию на работу коробки передач и трансмиссию, причем его обороты по мере ускорения движения электромобиля падают, и приводной электродвигатель начинает работать под нагрузкой (увеличивая мощность, ток увеличивается).To set the electric vehicle in motion, the shaft 6 of the flywheel 7 is connected to the gearbox (not shown in the figure) using a conventional clutch 12. The flywheel gives energy to the operation of the gearbox and transmission, and its speed decreases as the electric vehicle accelerates, and the drive motor starts to work under load (increasing power, current increases).

В процессе движения по ровной дороге электромобиль сам приобретает некоторое количество движения, что способствует дополнительному накапливанию кинетической энергии в маховике, т.е. электромобиль сам будет разгонять маховик. Маховик в этом случае может подзаряжать аккумуляторы, а электродвигатель будет уменьшать потребление мощности (от аккумулятора).In the process of driving on a flat road, the electric car itself acquires a certain amount of movement, which contributes to the additional accumulation of kinetic energy in the flywheel, i.e. the electric car itself will accelerate the flywheel. In this case, the flywheel can recharge the batteries, and the electric motor will reduce power consumption (from the battery).

При движении под уклон муфту сцепления не отключают, а отключают переключателем ток статора приводного электродвигателя, и в этом случае он работает в генераторном режиме, что позволяет подзарядить аккумуляторы.When driving downhill, the clutch is not disconnected, but the stator current of the drive electric motor is turned off with a switch, in which case it works in the generator mode, which allows recharging the batteries.

Таким образом можно тормозить на скользкой дороге (в режиме торможения двигателем).Thus, you can brake on slippery roads (in engine braking mode).

Каждое притормаживание автомобиля, любое переключение скорости, любая кратковременная остановка, связанные с отключением трансмиссии, дает маховику время для накопления (компенсации) израсходовавшей энергии во время движения. При этом маховик начинает набирать обороты, накапливая дополнительную энергию от приводного электродвигателя, но при этом уменьшается потребляемый им ток.Each braking of the car, any speed change, any short stop associated with disabling the transmission, gives the flywheel time to accumulate (compensate) for the consumed energy during movement. In this case, the flywheel begins to gain momentum, accumulating additional energy from the drive electric motor, but at the same time, the current consumed by it decreases.

В процессе трогания с места, движении по пересеченной местности, а также движении в гору маховик за счет накопленной энергии способствует тяговому электродвигателю развивать соответствующую скорость.In the process of moving away, moving over rough terrain, as well as moving uphill, the flywheel due to the accumulated energy helps the traction motor to develop the corresponding speed.

В момент каждого притормаживания или переключения скоростей происходит накопление кинетической энергии маховика.At the time of each braking or switching speeds, the kinetic energy of the flywheel is accumulated.

Регулирование процессам движения электромобиля с помощью электро-инерционного устройства сводится к регулированию оборотов приводного электродвигателя и переключению передач. Вместо акселератора приводного двигателя используют педаль с переменным сопротивлением обмотки возбуждения приводного двигателя.Regulation of the processes of movement of an electric vehicle using an electric inertia device is reduced to controlling the speed of the drive motor and shifting gears. Instead of the accelerator of the drive motor, a pedal with a variable resistance of the field winding of the drive motor is used.

Маховик, который запасает энергию и отдает ее при резком переходе к большим нагрузкам, сглаживает пики и толчки нагрузки на вал тягового (приводного) двигателя.A flywheel, which stores energy and gives it up during a sharp transition to heavy loads, smooths out the peaks and shocks of the load on the shaft of the traction (drive) engine.

Сглаживающее действие маховика настолько велико, что мощность приводного двигателя может быть меньше.The smoothing effect of the flywheel is so great that the power of the drive motor can be less.

Маховик кроме своего прямого назначения в такой системе является и демпфером, который при всякой смене режима работы электромобиля обеспечивает уменьшение резких перепадов нагрузки на тяговый электродвигатель, способствуя тем самым его более плавной работе.The flywheel, in addition to its direct purpose in such a system, is also a damper, which, with any change in the operating mode of the electric vehicle, provides a reduction in sudden changes in the load on the traction motor, thereby contributing to its smoother operation.

Ось вала с маховиком должна быть как можно ближе к оси автомобиля - это обеспечивает за счет гироскопического эффекта, появляющегося при вращении маховика, определенную устойчивость пути движения на прямолинейных участках дороги при больших скоростях.The axis of the shaft with the flywheel should be as close as possible to the axis of the car - this ensures, due to the gyroscopic effect that appears when the flywheel rotates, a certain stability of the travel path on straight sections of the road at high speeds.

Такая силовая установка является абсолютно безопасной как с точки зрения эксплуатации (его не нужно специально изолировать, к нему обеспечивается легкий доступ при ремонте и обслуживании), так с точки зрения самой работы (отсутствует вероятность возникновения опасностей, свойственных супермаховикам при критических оборотах: разрыв, выход из строя подшипников и т.д.).Such a power plant is absolutely safe both from the point of view of operation (it does not need to be specially isolated, it is easily accessible during repair and maintenance), and from the point of view of the work itself (there is no likelihood of hazards inherent in super-flywheels at critical speeds: break, exit bearing failure, etc.).

Таким образом, предлагаемое электроинерционное устройство в качестве элемента привода использует сам маховик, а приводной двигатель является вспомогательным элементом.Thus, the proposed inertia device as a drive element uses the flywheel itself, and the drive motor is an auxiliary element.

Использование электроинерционного устройства позволяет использовать маховики простых конструкций (не супермаховики) обеспечивает работу электромобиля при сравнительно малых оборотах приводного устройства (в т.ч. маховика) - до 3 тыс. об/мин., что дает возможность использовать подшипники общего назначения.The use of an electric inertia device allows the use of flywheels of simple designs (not super-flywheels) ensures the operation of the electric vehicle at relatively low speeds of the drive device (including the flywheel) - up to 3 thousand rpm, which makes it possible to use general-purpose bearings.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить двигатель, стоимость которого в несколько раз меньше стоимости двигателя внутреннего сгорания аналогичной мощности.Thus, the proposed device allows you to get an engine, the cost of which is several times less than the cost of an internal combustion engine of similar power.

Claims

An electric inertia device primarily for electric vehicles, comprising a drive motor, gear and a flywheel, characterized in that it is provided with a housing made in the form of a pipe with a notch, the flywheel is placed concentrically inside the housing, and its shaft is placed in the bearing supports installed at the ends of the pipe and has two ends protruding from the support, with a pulley placed on one end and a clutch gear on the other, made with the possibility of being driven from the starter gear, a drive motor Shchen cutout casing in place, the axis of its shaft parallel to the axis of the flywheel shaft, and the motor shaft protrudes beyond the housing and provided with a pulley, the pulleys of the flywheel and motor shafts are interconnected belt transmission.