RU2280940C1

RU2280940C1 - Electromechanical power unit

Info

Publication number: RU2280940C1
Application number: RU2005107926/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Георгиевич Комаров (RU); Владимир Георгиевич Комаров; Сергей Юрьевич Шугуров (RU); Сергей Юрьевич Шугуров
Original assignee: Владимир Георгиевич Комаров; Сергей Юрьевич Шугуров
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-07-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; electrical transmission for vehicles including those incorporating combined power units.

SUBSTANCE: proposed electromechanical power unit that has ac motor whose rotor shaft is directly coupled on one end with output shaft of heat-engine and on other end, with drive wheel through clutch, gearbox, main transmission, and differential, semiconductor converter connecting stator winding to storage battery, and control system whose outputs are connected to control inputs of semiconductor is also provided with additional intermediate rotor inserted in stator-to-rotor clearance whose shaft, and not second end of main rotor shaft, is directly coupled with drive wheels through main transmission and differential.

EFFECT: simplified design and control, reduced mass and size, enhanced reliability, speed, and efficiency of electromechanical power unit.

1 cl 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электрической передачи транспортных средств, в частности с комбинированной энергоустановкой.The invention relates to electrical engineering and can be used as an electric transmission of vehicles, in particular with a combined power plant.

Известен электромеханический силовой агрегат [1, 2, 3], содержащий электродвигатель переменного тока, жестко связанный через промежуточную, главную передачи и дифференциал с ведущими колесами и с коронной шестерней планетарной передачи, водило с сателлитами (обойма промежуточных шестерен) которой соединено с выходным валом теплового двигателя, центральная (солнечная) шестерня планетарной передачи соединена с валом генератора переменного тока, а статорные обмотки обоих электродвигателей электрически соединены через полупроводниковые преобразователи с аккумуляторной батареей, систему управления, выходы которой соединены с управляющими входами полупроводниковых преобразователей. К недостаткам известного агрегата относится наличие отдельного генератора и электродвигателя, двух полупроводниковых преобразователей, сложность механической передачи и управления агрегатом.Known electromechanical power unit [1, 2, 3], containing an alternating current motor, rigidly connected through an intermediate, main gear and a differential with drive wheels and with a planetary gear ring, a carrier with satellites (a cage of intermediate gears) which is connected to the output shaft of the thermal motor, the central (solar) gear of the planetary gear is connected to the shaft of the alternator, and the stator windings of both electric motors are electrically connected through semiconductor converters with a battery, a control system whose outputs are connected to the control inputs of the semiconductor converters. The disadvantages of the known unit include the presence of a separate generator and electric motor, two semiconductor converters, the complexity of the mechanical transmission and control of the unit.

Известен электромеханический силовой агрегат [4, 5, 6], содержащий электродвигатель переменного тока, один конец вала ротора которого непосредственно соединен с выходным валом теплового двигателя, а второй конец вала соединен через сцепление, коробку передач, главную передачу и дифференциал с ведущими колесами, полупроводниковый преобразователь, соединяющий статорную обмотку с аккумуляторной батареей и систему управления, выходы которой соединены с управляющими входами полупроводникового преобразователя. Известный агрегат имеет следующие недостатки: сложность и ограниченность управления потоками энергии, необходимость сцепления и коробки передач.Known electromechanical power unit [4, 5, 6], containing an alternating current motor, one end of the rotor shaft of which is directly connected to the output shaft of the heat engine, and the second end of the shaft is connected via a clutch, gearbox, main gear and differential with drive wheels, a semiconductor a converter connecting the stator winding to the battery and a control system whose outputs are connected to the control inputs of the semiconductor converter. The known unit has the following disadvantages: the complexity and limited control of energy flows, the need for clutch and gearbox.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в упрощении конструкции и управления, уменьшении массы и габаритов, повышении надежности, быстродействия и КПД.The technical problem solved by the invention is to simplify the design and control, reduce weight and dimensions, increase reliability, speed and efficiency.

Поставленная техническая задача решается тем, что известный электромеханический силовой агрегат, содержащий электродвигатель переменного тока, один конец вала ротора которого непосредственно соединен с выходным валом теплового двигателя, а второй конец вала соединен через сцепление, коробку передач, главную передачу и дифференциал с ведущими колесами, полупроводниковый преобразователь, соединяющий статорную обмотку с аккумуляторной батареей, и систему управления, выходы которой соединены с управляющими входами полупроводникового преобразователя, согласно изобретению снабжен размещенным в зазоре между статором и ротором электродвигателя переменного тока дополнительным промежуточным ротором, вал которого вместо второго конца вала электродвигателя непосредственно связан с ведущими колесами через главную передачу и дифференциал.The stated technical problem is solved in that the known electromechanical power unit containing an alternating current motor, one end of the rotor shaft of which is directly connected to the output shaft of the heat engine, and the second end of the shaft is connected through the clutch, gearbox, main gear and differential with drive wheels, semiconductor a converter connecting the stator winding to the battery, and a control system whose outputs are connected to the control inputs of the semiconductor the converter according to the invention is equipped with an additional intermediate rotor located in the gap between the stator and the rotor of the AC motor, the shaft of which, instead of the second end of the motor shaft, is directly connected to the drive wheels through the main gear and differential.

На фиг.1 и 2 представлены чертежи предлагаемого электромеханического силового агрегата.Figure 1 and 2 presents the drawings of the proposed electromechanical power unit.

Агрегат содержит первичный ротор 1 с магнитными полюсами 2, статор 3 с обмоткой переменного тока, промежуточный ротор 4 с соединенными последовательно короткозамкнутыми обмотками, расположенными на внутренней и наружной сторонах промежуточного ротора, подшипниковый щит 5. Первичный ротор непосредственно соединен с выходным валом теплового двигателя и совмещен с его маховиком, а вал промежуточного ротора является выходным валом электромеханического силового агрегата и непосредственно связан с ведущими колесами через главную передачу и дифференциал.The unit contains a primary rotor 1 with magnetic poles 2, a stator 3 with an alternating current winding, an intermediate rotor 4 with serially short-circuited windings located on the inner and outer sides of the intermediate rotor, a bearing shield 5. The primary rotor is directly connected to the output shaft of the heat engine and is aligned with its flywheel, and the shaft of the intermediate rotor is the output shaft of the electromechanical power unit and is directly connected to the drive wheels through the main gear and differential

Предлагаемый электромеханический силовой агрегат работает следующим образом. Первичный ротор 1, непосредственно связанный с выходным валом теплового двигателя вращается внутри промежуточного ротора 4, создавая с помощью своих полюсов 2 вращающееся магнитное поле в зазоре между первичным и промежуточным роторами. Это магнитное поле наводит ЭДС в полувитках короткозамкнутой обмотки промежуточного ротора, находящихся на его внутренней стороне, и вызывает протекание тока в соответствующих полувитках, находящихся на наружной стороне промежуточного ротора. Полувитки внутренней и наружной сторон промежуточного ротора соединены друг с другом последовательно. Поэтому эти токи создают вторичное вращающееся поле и в зазоре между промежуточным ротором и статором, наводящее ЭДС в обмотках статора. Таким образом, промежуточный ротор оказывается связанным магнитным потоком, как с первичным ротором, так и со статором. Вследствие этого возникает возможность трехстороннего преобразования энергии и создание электромеханического момента, действующего на промежуточный ротор как со стороны первичного ротора, так и со стороны статора. Направление преобразования энергии, а также регулирование величины электромагнитных моментов обеспечивается полупроводниковым преобразователем, соединяющим статорную обмотку с аккумуляторной батареей.The proposed electromechanical power unit operates as follows. The primary rotor 1, directly connected to the output shaft of the heat engine rotates inside the intermediate rotor 4, creating using its poles 2 a rotating magnetic field in the gap between the primary and intermediate rotors. This magnetic field induces an EMF in the half-turns of the short-circuited winding of the intermediate rotor located on its inner side, and causes a current to flow in the corresponding half-turns located on the outer side of the intermediate rotor. The half-turns of the inner and outer sides of the intermediate rotor are connected to each other in series. Therefore, these currents create a secondary rotating field in the gap between the intermediate rotor and the stator, inducing EMF in the stator windings. Thus, the intermediate rotor is coupled by magnetic flux, both with the primary rotor and with the stator. As a result of this, there is the possibility of trilateral energy conversion and the creation of an electromechanical moment acting on the intermediate rotor both from the primary rotor and from the stator. The direction of energy conversion, as well as the regulation of the magnitude of the electromagnetic moments is provided by a semiconductor converter connecting the stator winding to the battery.

Предлагаемый электромеханический силовой агрегат позволяет бесконтактным способом управлять всеми режимами движения транспортного средства, включая пуск теплового двигателя, разгон, выбег и рекуперативное торможение транспортного средства, а также заряд тяговой аккумуляторной батареи. По структурной схеме распределения потоков энергии и известным преимуществам он полностью эквивалентен известному агрегату [1, 2, 3], но в отличие от него распределение мощности осуществляется не с помощью дополнительных механических передач, а через трехстороннюю электромагнитную связь промежуточного ротора как с первичным ротором, так и со статором. Это значительно упрощает конструкцию и управление, уменьшает массу, габариты и стоимость силового агрегата и повышает его надежность, быстродействие и КПД.The proposed electromechanical power unit allows a non-contact way to control all modes of vehicle movement, including starting a heat engine, acceleration, coasting and regenerative braking of the vehicle, as well as the charge of the traction battery. According to the structural diagram of the distribution of energy flows and the known advantages, it is completely equivalent to the known unit [1, 2, 3], but in contrast to it, power distribution is carried out not with the help of additional mechanical gears, but through the three-way electromagnetic coupling of the intermediate rotor with both the primary rotor and and with the stator. This greatly simplifies the design and control, reduces the weight, dimensions and cost of the power unit and increases its reliability, speed and efficiency.

Источник информацииThe source of information

1. Toyota Prius - Автомобиль 2005 г. Газета "Авторевю", №22, 2004 г., с.6.1. Toyota Prius - Car 2005. Newspaper "Autoreview", No. 22, 2004, p.6.

2. Двигатель года. Prius взял приз. Газета "Авторевю", №10, 2004 г.2. The engine of the year. Prius took the prize. Newspaper "Autoreview", No. 10, 2004

3. TOYOTA: Company>Technology. http://www.Toyota.co.jp/tech/environment/hsd/02.html...05.html.3. TOYOTA: Company> Technology. http://www.Toyota.co.jp/tech/environment/hsd/02.html...05.html.

4. Сага об ИНСАЙТЕ. Газета "Авторевю", №23, 1999 г.4. The INSITE saga. Newspaper "Autoreview", No. 23, 1999

5. Своими глазами. Двигатель года. Газета "Авторевю", №11, 2003 г.5. With your own eyes. Engine of the year. Newspaper "Autoreview", No. 11, 2003

6. The New 2005 Honda Accord Hybrid - Hybrid Technology Overview. http://automobiles.honda.com/models/accord_hybrid.asp/technology.6. The New 2005 Honda Accord Hybrid - Hybrid Technology Overview. http://automobiles.honda.com/models/accord_hybrid.asp/technology.

Claims

An electromechanical power unit containing an alternating current motor, one end of the rotor shaft of which is directly connected to the output shaft of the heat engine, and the other end of the shaft is connected via a clutch, gearbox, main gear and differential with drive wheels, a semiconductor converter connecting the stator winding to the battery , and a control system, the outputs of which are connected to the control inputs of the semiconductor converter, characterized in that it is provided with m in the gap between the stator and the rotor of the AC motor with an additional intermediate rotor, whose shaft instead of the second end of the motor shaft is directly connected to the drive wheels through the main gear and differential.