RU2438884C2 - Vehicle braking power recuperator - Google Patents
Vehicle braking power recuperator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2438884C2 RU2438884C2 RU2010109031/11A RU2010109031A RU2438884C2 RU 2438884 C2 RU2438884 C2 RU 2438884C2 RU 2010109031/11 A RU2010109031/11 A RU 2010109031/11A RU 2010109031 A RU2010109031 A RU 2010109031A RU 2438884 C2 RU2438884 C2 RU 2438884C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flywheel
- machine
- transmission
- differential
- speed
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к области рекуперации и сохранения энергии торможения транспортной машины, а также осуществления указанной технологии.The invention relates to the field of recovery and conservation of braking energy of a transport vehicle, as well as the implementation of this technology.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Известно устройство рекуперации энергии торможения транспортной машины в маховик с помощью вариатора скоростей, соединяющего маховик с трансмиссией (из книги Н.В.Гулиа «Инерция» - М.: Наука, 1982. - 152 с.).A device for recovering the braking energy of a transport vehicle into a flywheel using a speed variator connecting a flywheel to a transmission (from the book of N.V. Gulia "Inertia" - M .: Nauka, 1982. - 152 p.).
На фиг.1 изображена схема аналога, в качестве которого выбрано известное устройство рекуперации энергии торможения транспортной машины фирмы «Garrett Corporation» US 4233858A и US 4423794A. Схема известного устройства электромобиля фирмы «Garrett» (США) включает тяговый электрический двигатель 13 (фиг.1) и обратимую электрическую машину 7, которая управляет разгоном и торможением, так как может работать в качестве электродвигателя или электрогенератора, а также дифференциал (дифференциальный планетарный механизм), состоящий из звеньев: 1 - солнечная шестерня (колесо); 2 - сателлит; 3 - коронное колесо; 4 - водило.Figure 1 shows a diagram of an analogue, which is selected as a known device for recovering braking energy of a transport machine company "Garrett Corporation" US 4233858A and US 4423794A. The circuit of the known device of an electric car of the company "Garrett" (USA) includes a traction electric motor 13 (Fig. 1) and a reversible
Следует обратить внимание на соединение звеньев дифференциала (фиг.1) электромобиля фирмы «Garrett»: водило 4 дифференциала соединено зубчатой передачей 14 с трансмиссией 11, коронное колесо его 3 соединено с обратимой электрической машиной 7, а солнечная шестерня 1 его соединена с маховиком 6. Управление потоком энергии в маховик и обратно осуществляется дифференциалом, коронное колесо 3 которого соединено зубчатой передачей 5 с электрическим генератором (обратимая электрическая машина 7), включенным в электрическую цепь тягового электрического двигателя (обратимая электрическая машина 13) через управляющее устройство 9. Мощный электрический аккумулятор 8 служит для аккумулирования электроэнергии при торможении машины и для питания тягового электрического двигателя (обратимая электрическая машина 13) в режимах разгона и установившегося движения. Причем в маховике 6 запасается большая часть энергии торможения, а энергия из электрического аккумулятора расходуется как на преодоление сопротивления движения, так и на управление дифференциалом.Attention should be paid to the connection of the differential links (Fig. 1) of the Garrett electric vehicle: the 4 differential carrier is connected by a
Примечание: В режиме разгона обратимая электрическая машина 13 работает как тяговый двигатель, а обратимая электрическая машина 7 работает как электрический генератор. И наоборот, в режиме торможения обратимая электрическая машина 13 работает как электрический генератор, а обратимая электрическая машина 7 работает как электрический двигатель. В этом заключается один из недостатков устройства рекуперации энергии торможения транспортной машины фирмы «Garrett Corporation», так как в электрической управляющей цепи появляется циркулирующая излишняя мощность, снижающая КПД рекуперации энергии торможения.Note: In acceleration mode, the reversible
Валы обратимой электрической машины 7 и тягового электродвигателя (обратимая электрическая машина 13), которые механически связаны дифференциалом и зубчатыми передачами 5 и 14 с трансмиссией 11, действуют совместно как бесступенчатая электромеханическая передача с переменным передаточным отношением подобно механическому вариатору скоростей.The shafts of a reversible
Известное устройство фирмы «Garrett» (фиг.1) принципиально не реализует поддержания постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика 6 и трансмиссии машины 11, так как в нем происходит преобразование части механической энергии в электрическую и передача ее в электрический аккумулятор 8.The known device of the company "Garrett" (figure 1) basically does not realize maintaining a constant total value of the kinetic energy of the
Другим недостатком известного устройства фирмы «Garrett» является то, что для работы его необходима мощная аккумуляторная батарея, которая служит для аккумулирования электроэнергии при торможении машины и для питания тягового электрического двигателя (обратимая электрическая машина 13) в режимах разгона и установившегося движения.Another disadvantage of the known device of the company "Garrett" is that it requires a powerful battery, which serves to accumulate electricity when braking the machine and to power the traction electric motor (reversible electric machine 13) in acceleration and steady-state modes.
Валы электрического генератора и тягового электрического двигателя механически связаны дифференциальной планетарной передачей (дифференциалом) с числом степеней свободы W=2 с трансмиссией электромобиля и действуют совместно как бесступенчатая электромеханическая передача в известном и предлагаемом устройствах. Однако связь маховика с солнечной шестерней дифференциала в известном устройстве, а не с коронным колесом как в предлагаемом устройстве, не позволяет обеспечить направление его (маховика) вращения в обратную сторону вращения трансмиссии, связанной в обоих устройствах с водилом дифференциала, что приводит к невозможности автоматического поддержания постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины за счет эффекта самовыравнивания. Это является еще одним недостатком известного устройства фирмы «Garrett». Эффект самовыравнивания широко используется в системах автоматического управления ДВС и позволяет обойтись без применения регулятора в бензиновых двигателях внутреннего сгорания с количественным регулированием.The shafts of the electric generator and the traction electric motor are mechanically connected by a differential planetary gear (differential) with the number of degrees of freedom W = 2 to the electric vehicle transmission and act together as a stepless electromechanical transmission in the known and proposed devices. However, the connection of the flywheel with the sun gear of the differential in the known device, and not with the crown wheel as in the proposed device, does not allow to ensure the direction of its (flywheel) rotation in the opposite direction of rotation of the transmission associated in both devices with the differential carrier, which makes it impossible to automatically maintain the constant total value of the kinetic energy of the flywheel and the transmission of the machine due to the self-leveling effect. This is another disadvantage of the known device company "Garrett". The self-leveling effect is widely used in ICE automatic control systems and eliminates the need for a regulator in gasoline internal combustion engines with quantitative regulation.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Целью настоящего изобретения является создание такого устройства рекуперации энергии торможения транспортной машины, которые обеспечили бы повышение эффективности рекуперации энергии торможения и обеспечение автоматической работы на любых режимах движения машины.The aim of the present invention is the creation of such a device for recovering braking energy of a transport vehicle, which would provide increased efficiency of recovering braking energy and ensuring automatic operation in any driving conditions of the machine.
Известное устройство электромеханической передачи фирмы «Garrett» (фиг.1), включающее корпус, маховик, валы, тяговый двигатель, обратимую электрическую машину, управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их, трансмиссию и дифференциал, состоящий из корпуса и валов, на которых расположены солнечная шестерня, сателлиты, водило и коронное колесо, причем вал обратимой электрической машины соединен с коронным колесом, маховик соединен валом с солнечной шестерни, а трансмиссия соединена с водилом и тяговым электрическим двигателем, было установлено на электромобиле и показало принципиальную возможность рекуперации энергии торможения, но не нашло широкого применения из-за необходимости мощной электрической аккумуляторной батареи и сложности системы управления рекуперацией энергии.The known device of the electromechanical transmission company "Garrett" (figure 1), comprising a housing, a flywheel, shafts, a traction motor, a reversible electric machine, a control device, an electric battery and electrical circuits connecting them, transmission and differential, consisting of a housing and shafts, on which the sun gear, satellites, carrier and the crown wheel are located, the shaft of the reversible electric machine is connected to the crown wheel, the flywheel is connected to the sun gear by the shaft, and the transmission is connected to the carrier and the traction by an electric motor, it was installed on an electric car and showed the fundamental possibility of recovering braking energy, but did not find wide application due to the need for a powerful electric battery and the complexity of the energy recovery control system.
Недостатком известного устройства фирмы «Garrett» (фиг.1) является сложность и неэффективность системы управления, заключающаяся в том, что при разгоне электрическая энергия расходуется тяговым электродвигателем и одновременно вырабатывается электрогенератором, что увеличивает потери энергии в дополнительном контуре двигатель-генератор, а также то, что известное устройство может применяться только в электромобилях и для работы известного устройства необходима мощная аккумуляторная батарея, что делает невозможным работу устройства с приводом трансмиссии машины от ДВС.A disadvantage of the known device of the company "Garrett" (figure 1) is the complexity and inefficiency of the control system, which consists in the fact that during acceleration, electric energy is consumed by the traction motor and is simultaneously generated by the electric generator, which increases the energy loss in the additional motor-generator circuit, as well as that the known device can only be used in electric vehicles and for the operation of the known device requires a powerful battery, which makes it impossible to work with ivodom transmission car from the ICE.
Общим признаком известного и предлагаемого устройств рекуперации энергии торможения машины является наличие трансмиссии, дифференциала, одной обратимой электрической машины, вал которой соединен со звеном дифференциала, маховиком, который соединен с другим звеном дифференциала, и трансмиссии, соединенной с другим звеном дифференциала.A common feature of the known and proposed braking energy recovery devices of a machine is the presence of a transmission, a differential, one reversible electric machine, the shaft of which is connected to a differential link, a flywheel that is connected to another differential link, and a transmission connected to another differential link.
Однако эти общие признаки присущи большинству транспортных машин, а именно наличие трансмиссии и т.п.However, these common features are inherent in most transport vehicles, namely the presence of a transmission, etc.
Новые и полезные свойства устройств, позволяющие производить рекуперацию энергии торможения машин, появляются в результате их соединений с различными звеньями дифференциала. Соединение звеньев дифференциала с элементами трансмиссии фирмы Garrette (маховик соединен с солнечной шестерней, обратимая электрическая машина соединена с коронным колесом) не позволяет поддерживать постоянное значение кинетической энергии машины с маховиком и исключить потери энергии при торможении. Поэтому в предлагаемом устройстве выбрано другое соединение звеньев дифференциала с элементами трансмиссии (солнечная шестерня соединена с обратимой электрической машиной), маховик соединен с коронным колесом, которое позволяет поддерживать постоянное значение кинетической энергии машины с маховиком за счет самовыравнивания скоростей звеньев дифференциала, когда рост скоростей одних звеньев сопровождается снижением скоростей других звеньев.New and useful properties of devices that allow the recovery of the braking energy of machines appear as a result of their connections with various parts of the differential. The connection of the differential links to the Garrette transmission elements (the flywheel is connected to the sun gear, the reversible electric machine is connected to the crown wheel) does not allow maintaining the kinetic energy of the machine with the flywheel and to prevent energy loss during braking. Therefore, in the proposed device, another connection of the differential links with transmission elements was selected (the sun gear is connected to a reversible electric machine), the flywheel is connected to the crown wheel, which allows maintaining a constant value of the kinetic energy of the machine with the flywheel due to the self-equalization of the speeds of the differential links, when the speeds of some links increase accompanied by a decrease in the speeds of other links.
Поэтому существенным отличием известного и предлагаемого устройств является различное соединение звеньев дифференциала - солнечной шестерни и коронного колеса с элементами трансмиссии.Therefore, a significant difference between the known and proposed devices is the different connection of the differential links - the sun gear and the crown wheel with transmission elements.
Существенные совпадающие признаки известного и предлагаемого устройств рекуперации энергии торможения машины заключаются в наличии одинаковых функциональных звеньев: корпус, маховик, валы, тяговый электрический двигатель, обратимая электрическая машина (электрический генератор), управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их, трансмиссия и дифференциал, состоящий из корпуса и валов, на которых расположены солнечная шестерня, сателлиты, водило и коронное колесо.Significant coinciding features of the known and proposed braking energy recovery devices of the machine are the presence of the same functional units: housing, flywheel, shafts, traction electric motor, reversible electric machine (electric generator), control device, electric battery and electrical circuits connecting them, transmission and differential, consisting of a housing and shafts on which the sun gear, satellites, a carrier and the crown wheel are located.
Однако соединение этих звеньев выполнено различным образом у известного и предлагаемого устройств. В известном устройстве вал обратимой электрической машины соединен с коронным колесом, маховик соединен валом с солнечной шестерни, а трансмиссия соединена с водилом и тяговым электрическим двигателем. Такое соединение звеньев в известном устройстве фирмы «Garrett» снижает эффективность рекуперации энергии и не позволяет реализовать поддержания постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины, так как происходит одновременное увеличение кинетической энергии всех звеньев дифференциала, маховика и трансмиссии при разгоне и одновременное снижение их кинетической энергии при торможении.However, the connection of these links is made in various ways with the known and proposed devices. In the known device, the shaft of a reversible electric machine is connected to the crown wheel, the flywheel is connected by a shaft to the sun gear, and the transmission is connected to the carrier and the traction electric motor. Such a connection of the links in the known Garrett device reduces the energy recovery efficiency and does not allow maintaining a constant total value of the kinetic energy of the flywheel and the transmission of the machine, since there is a simultaneous increase in the kinetic energy of all links of the differential, flywheel and transmission during acceleration and a simultaneous decrease in their kinetic energy when braking.
Существенное отличие предлагаемого устройства заключается том, что в него дополнительно включена обратимая электрическая машина, вал которой соединен с солнечной шестерней, вал другой обратимой электрической машины соединен с водилом и трансмиссией, которая соединена с валом тягового двигателя (любого типа, например ДВС), причем маховик соединен с коронным колесом дифференциала. Наличие дополнительной второй обратимой электрической машины позволяет реализовать принцип предлагаемого способа поддержания постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины за счет того, что электрические цепи двух обратимых электрических машин соединены между собой через управляющее устройство и попеременно при разгоне и торможении одна из двух обратимых электрических машин работает в режиме двигателя, другая в режиме электрического генератора, питая электроэнергией друг друга и не требуя наличия мощных электрических аккумуляторов для их питания.A significant difference of the proposed device is that it additionally includes a reversible electric machine, the shaft of which is connected to the sun gear, the shaft of another reversible electric machine is connected to the carrier and transmission, which is connected to the shaft of the traction motor (of any type, for example, ICE), and the flywheel connected to the differential ring gear. The presence of an additional second reversible electric machine allows you to implement the principle of the proposed method to maintain a constant total value of the kinetic energy of the flywheel and the transmission of the machine due to the fact that the electric circuits of two reversible electric machines are interconnected via a control device and alternately during acceleration and braking one of the two reversible electric machines works in engine mode, the other in electric generator mode, powering each other and not requiring power Chiya powerful electric batteries for their power.
В предлагаемом устройстве не происходит одновременного увеличения механической кинетической энергии всех звеньев дифференциала, маховика и трансмиссии при разгоне или одновременного снижения их механической кинетической энергии при торможении, так как с помощью дополнительной обратимой электрической машины, соединенной электрической цепью с системой управления, осуществляется перераспределение механической кинетической энергии между звеньями, вращающимися в разные стороны, причем увеличение скорости и кинетической энергии одного звена сопровождается снижением скорости и кинетической энергии другого звена. Очевидно, что поддержание постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины возможно только при наличии дополнительной обратимой электрической машины, а электрические цепи двух обратимых электрических машин соединены между собой через управляющее устройство, и попеременно при разгоне и торможении одна из двух обратимых электрических машин работает в режиме двигателя, другая в режиме электрического генератора.In the proposed device, there is no simultaneous increase in the mechanical kinetic energy of all the links of the differential, flywheel and transmission during acceleration or a simultaneous decrease in their mechanical kinetic energy during braking, since using an additional reversible electric machine connected by an electric circuit to the control system, the mechanical kinetic energy is redistributed between links rotating in different directions, and the increase in speed and kinetic energy is one of the first link is accompanied by a decrease in the speed and kinetic energy of the other link. Obviously, maintaining a constant total value of the kinetic energy of the flywheel and the transmission of the machine is possible only if there is an additional reversible electric machine, and the electric circuits of two reversible electric machines are interconnected via a control device, and alternately during acceleration and braking one of the two reversible electric machines works in engine mode, the other in electric generator mode.
Дополнительное существенное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что число степеней свободы дифференциала, равное двум, реализуется через две соединенные электрической цепью обратимые электрические машины, одна из которых вводится дополнительно. Причем дополнительная степень свободы дифференциала используется для соединения устройства (передаточного механизма) изменения передаточного отношения (вариатора) с управляющим устройством через дополнительную обратимую электрическую машину.An additional significant difference of the proposed device is that the number of degrees of freedom of the differential, equal to two, is realized through two reversible electric machines connected by an electric circuit, one of which is introduced additionally. Moreover, an additional degree of freedom of the differential is used to connect the device (gear) to change the gear ratio (variator) with the control device through an additional reversible electric machine.
Существенное отличие предлагаемого устройство рекуперации энергии торможения транспортной машины заключается в том, что поддержание постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины осуществляют путем механического соединения трансмиссии машины с одним из звеньев дифференциала и соединения маховика с другим звеном дифференциала, вращающимся в обратную сторону таким образом, что увеличение скорости вращения одного звена дифференциала с числом степеней свободы, равным двум W=2, приводит к снижению скорости вращения другого звена, связанного с обратимой электрической машиной.A significant difference of the proposed device for recovering the braking energy of a transport vehicle is that it maintains a constant total kinetic energy of the flywheel and the transmission of the machine by mechanically connecting the transmission of the machine to one of the differential links and connecting the flywheel to the other differential link rotating in the opposite direction, that an increase in the rotation speed of one differential link with the number of degrees of freedom equal to two W = 2 leads to a decrease in rotation axis of another link associated with a reversible electric machine.
Дополнительное существенное отличие от известного устройства состоит в том, что наряду с механической передачей энергии вариатором от тягового двигателя осуществляют дополнительное электромеханическое преобразование энергии, которое осуществляют путем преобразования электрической энергии в механическую с помощью дополнительной обратимой электрической машины, причем из двух соединенных электрической цепью обратимых электрических машин одна работает в режиме двигателя, другая в режиме электрогенератора, которые при переходе от разгона к торможению или наоборот меняют свои функции на обратные.An additional significant difference from the known device is that along with the mechanical transmission of energy by the variator from the traction motor, additional electromechanical energy conversion is carried out, which is carried out by converting electrical energy into mechanical energy using an additional reversible electric machine, from two reversible electric machines connected by an electric circuit one works in the engine mode, the other in the generator mode, which, when switching from p zgona to brake or vice versa change their functions are reversed.
Устройство рекуперации энергии торможения машины, включающее корпус, маховик, валы, тяговый двигатель, обратимую электрическую машину (электрический генератор), управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их, трансмиссию и дифференциал, состоящий из корпуса и валов, на которых расположены солнечная шестерня, сателлиты, водило и коронное колесо, причем трансмиссия соединена с водилом дифференциала и тяговым двигателем, отличающееся тем, что в него дополнительно включена обратимая электрическая машина, вал одной обратимой электрической машины соединен с солнечной шестерней, вал другой обратимой электрической машины соединен с водилом и трансмиссией, которая соединена с валом тягового двигателя (не обязательно электрического двигателя), причем маховик соединен с коронным колесом дифференциала.A braking energy recovery device for a machine, including a housing, a flywheel, shafts, a traction motor, a reversible electric machine (electric generator), a control device, an electric battery and electrical circuits connecting them, a transmission and a differential consisting of a housing and shafts on which the solar gear, satellites, a carrier and a crown wheel, and the transmission is connected to a differential carrier and a traction motor, characterized in that it also includes a reversible electric m bus, one shaft of the reversible electric machine is connected to the sun gear, the other shaft of the reversible electric machine connected to the carrier and transmission, which is connected to the shaft of the traction motor (not necessarily an electric motor), wherein the flywheel is coupled to corona differential wheel.
Лучший вариант предлагаемого устройства включает дополнительно муфту обратного хода, соединяющую маховик с коронным колесом дифференциала и корпусом. Муфта обратного хода исключает возможность изменения направления скорости вращения маховика после его остановки и нового пуска, что необходимо для того, чтобы не происходило одновременного увеличения механической кинетической энергии всех звеньев дифференциала, маховика и трансмиссии при разгоне и одновременного снижения их кинетической энергии при торможении. Лучший вариант предлагаемого устройства включает дополнительно коробку передач и сцепление, соединяющее тяговый двигатель (не обязательно электрический двигатель, а, например, ДВС) с трансмиссией.The best option of the proposed device additionally includes a reverse clutch connecting the flywheel with the differential ring gear and the housing. The reverse clutch eliminates the possibility of changing the direction of rotation of the flywheel after it is stopped and restarted, which is necessary so that there is no simultaneous increase in the mechanical kinetic energy of all parts of the differential, flywheel and transmission during acceleration and a simultaneous decrease in their kinetic energy during braking. The best option of the proposed device additionally includes a gearbox and a clutch connecting the traction engine (not necessarily an electric motor, but, for example, ICE) with a transmission.
Дополнительное отличие известного и предлагаемого устройств заключается в том, что предлагаемое устройство включает дополнительно муфту обратного хода, соединяющую маховик с коронным колесом дифференциала и корпусом.An additional difference between the known and proposed devices is that the proposed device additionally includes a reverse clutch connecting the flywheel with the differential ring gear and the housing.
Предлагаемое устройство отличается тем, что включает дополнительно коробку передач и сцепление, соединяющее тяговый двигатель (не обязательно электрический двигатель, а, например, ДВС) с трансмиссией.The proposed device is characterized in that it additionally includes a gearbox and a clutch connecting the traction motor (not necessarily an electric motor, but, for example, ICE) with a transmission.
Таким образом, предлагаемое устройство отличается тем, что имеет две обратимые электрические машины вместо одной в известном устройстве, а электрические цепи двух обратимых электрических машин соединены между собой через управляющее устройство, и попеременно при разгоне и торможении одна из двух обратимых электрических машин работает в режиме двигателя, другая в режиме электрического генератора электрической энергии.Thus, the proposed device is characterized in that it has two reversible electrical machines instead of one in the known device, and the electrical circuits of two reversible electrical machines are interconnected via a control device, and alternately during acceleration and braking one of the two reversible electrical machines operates in engine mode , another in the mode of an electric generator of electric energy.
Таким образом, две обратимые электрические машины, электрические цепи которых соединены между собой управляющим устройством, и имеющие возможность выполнять функции как электродвигателя, так и электрического генератора энергии, позволяют плавно менять передаточное отношение между трансмиссией и маховиком, обеспечивая постоянное значение суммарного запаса энергии маховика и трансмиссии на любом из скоростных режимов машины.Thus, two reversible electric machines, the electric circuits of which are connected by a control device, and having the ability to perform the functions of both an electric motor and an electric energy generator, allow you to smoothly change the gear ratio between the transmission and the flywheel, providing a constant value of the total energy reserve of the flywheel and transmission on any of the speed modes of the car.
Описание планетарного дифференциала, тягового двигателя, снабженного сцеплением, маховика и самотормозящей муфтой обратного хода не приводится по причине их общеизвестности. Все они, кроме тягового двигателя, образуют отдельный маховичный блок аккумулирования механической энергии. Этим маховичным блоком может быть снабжена любая транспортная машина с приводом от двигателя любого рода с целью повышения экономичности путем рекуперации энергии торможения машины.A description of the planetary differential, the traction motor equipped with a clutch, the flywheel and the self-locking reverse clutch is not given because of their common knowledge. All of them, except the traction engine, form a separate flywheel unit for accumulating mechanical energy. This flywheel unit can be equipped with any transport machine driven by an engine of any kind in order to increase efficiency by recovering the braking energy of the machine.
Основная совокупность существенных признаков заявляемого устройства заключается в том, что в него дополнительно включена обратимая электрическая машины, вал которой соединен с солнечной шестерней, вал другой обратимой электромашины соединен с водилом и трансмиссией, которая соединена с валом тягового двигателя, причем маховик соединен с коронным колесом дифференциала, а также тем, что электрические цепи двух обратимых электрических машин соединены между собой через управляющее устройство и попеременно при разгоне и торможении одна из двух обратимых электрических машин работает в режиме двигателя, другая в режиме электрогенератора электрической энергии, позволяет реализовать достижение заявленного технического результата.The main set of essential features of the claimed device is that it additionally includes a reversible electric machine, the shaft of which is connected to the sun gear, the shaft of another reversible electric machine is connected to the carrier and transmission, which is connected to the shaft of the traction motor, and the flywheel is connected to the differential ring gear , as well as the fact that the electrical circuits of two reversible electric machines are interconnected via a control device and alternately during acceleration and braking one of two reversible electric machine operating in the motor mode and the other in the generator mode, the electric power, allows for achieving the claimed technical result.
При сравнении свойств заявляемого и известного решений было установлено, что у заявляемого решения появляются свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, и что заявляемое решение обладает существенными отличиями.When comparing the properties of the claimed and known solutions, it was found that the claimed solution has properties that do not match the properties of the known solutions, and that the claimed solution has significant differences.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.2 изображен общий вид предлагаемого устройства рекуперации энергии торможения машины.The invention is illustrated by drawings. Figure 2 shows a General view of the proposed device recovery of braking energy of the machine.
Основу составляет дифференциал с числом степеней свободы, равным 2. Дифференциал включает механически связанные между собой кинематическими парами общеизвестные элементы: 1 - солнечная шестерня (зубчатое колесо с внешним зубом); 2 - сателлит; 3 - коронное зубчатое колесо (с внутренним зубом); 4 - водило, на котором располагается сателлит 2. Солнечная шестерня 1 соединена жестко с обратимой электрической машиной 10, водило 4 соединено жестко с трансмиссией 11 и с обратимой электромашиной 7. Сателлит 2, расположенный на водиле 4, соединяет коронное колесо 3 с солнечной шестерней 1. Электрические цепи обратимых электрических машин 7 и 10 соединены с управляющим устройством - электронным регулятором 9 и электрическим аккумулятором 8 небольшой емкости для питания электронного регулятора 9. Зубчатая передача 5 соединяет коронное колесо 3 дифференциала с маховиком 6. Тяговый двигатель, связанный с трансмиссией, не показан на схеме фиг.2, а показан на развитии схемы в лучший вариант на фиг.4.The basis is a differential with the number of degrees of freedom equal to 2. The differential includes well-known elements mechanically connected by kinematic pairs: 1 - sun gear (gear with an external tooth); 2 - satellite; 3 - crown gear (with internal tooth); 4 - the carrier on which the
РАБОТА ПРЕДЛАГАЕМОГО УСТРОЙСТВАWORK OF THE SUGGESTED DEVICE
На фиг.3 изображена общеизвестная кинематическая схема дифференциала с числом степеней свободы, равным 2, и планы скоростей его звеньев: 1 - солнечная шестерня; 2 - сателлит; 3 - коронное колесо; 4 - водило. Водило 4 (связанное на фиг.2 с трансмиссией и колесами транспортной машины) вращается вокруг неподвижногоFigure 3 shows the well-known kinematic diagram of the differential with the number of degrees of freedom equal to 2, and plans for the speeds of its links: 1 - sun gear; 2 - satellite; 3 - crown wheel; 4 - drove. Drove 4 (connected in figure 2 with the transmission and wheels of the transport vehicle) rotates around a stationary
центра О1, центр сателлита О2 имеет линейную скорость VО2. В точках контакта сателлита 2 с солнечной шестерней 1 и коронным колесом 3 скорости их V3 и V1 равны скоростям сателлита 2. Линейные скорости солнечного колеса V1 и центра сателлита VО2 определяют закон распределения скоростей сателлита 2 в дифференциальном механизме с числом степеней свободы, равным 2.center O 1 , the center of the satellite O 2 has a linear velocity V O2 . At the contact points of the
Изменение скорости V1 с помощью обратимой электромашины 10, связанной с электронным регулятором 9, показанным на фиг.2, вызывает изменение скорости V3 и скорости вращения маховика 6. Изменение скорости движения машины и скорости вращения трансмиссии 11 также вызывает изменение скорости вращения водила 4 и скорости VО2.The change in speed V 1 using a reversible
Воздействия скорости движения машины и скорости вращения солнечной шестерни на скорость коронного колеса 3 являются противоположными. Из плана скоростей фиг.3 следует, что увеличение скорости движения машины и VО2 при неизменной скорости V1 вызывает снижение скорости V3 и скорости вращения маховика 6 (фиг.2). Увеличение скорости вращения солнечной шестерни 1 при неизменной скорости машины и VО2 вызывает рост скорости коронного колеса V3 и скорости вращения маховика 6. Поскольку скорость вращения солнечной шестерни 1 определяется обратимой электрической машиной 10, связанной с управляющим устройством 9, показанным на фиг.2, то разгон или торможение машины определяется управляющим устройством 9 через изменение скорости вращения солнечной шестерни 1 обратимой электрической машиной 10, связанной с управляющим устройством 9. Поддержание постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и машины осуществляется за счет характеристики дифференциала фиг.3, при которой увеличение скорости движения машины и VО2 вызывает снижение скорости вращения коронного колеса V3 и пропорциональной ей скорости вращения маховика 6 (фиг.2) при постоянной скорости вращения солнечной шестерни 1, управляемой обратимой электрической машиной 10. При торможении наблюдается обратный эффект, при котором снижение скорости движения машины и VО2 вызывает рост скорости V3 и скорости вращения маховика 6 (фиг.2) даже при постоянной скорости вращения солнечной шестерни 1, что поддерживает постоянное суммарное значение кинетической энергии маховика и машины за счет самовыравнивания и исключает потери энергии при торможении обратимой электромашиной и тяговым двигателем любого типа (не показанным на фиг.2), связанным с трансмиссией 11.The effects of the speed of the machine and the speed of rotation of the sun gear on the speed of the
Изменение соединений валов и колес дифференциала заявляемого и известного устройств позволяет использовать свойство саморегулирования скоростей дифференциала при изменении скорости движения машины и тягового двигателя, которое было невозможно при использовании известного устройства, что является принципиальным отличием для повышения эффективности работы системы управления машины. Это свойство саморегулирования кинетической энергии следует из анализа планов скоростей, представленных на фиг.3. Например, увеличение скорости трансмиссии машины (11 на фиг.2) приводит к снижению скорости маховика 6 таким образом, что общий запас кинетической энергии машины и маховика остается постоянным. Из рассмотрения фиг.3 следует, что запас кинетической энергии маховика при снижении его скорости автоматически передается в трансмиссию машины и приводит к увеличению скорости трансмиссии и машины при ее разгоне. И, наоборот, запас кинетической энергии маховика автоматически увеличивается при снижении скорости трансмиссии при торможении машины и неизменной скорости обратимой электрической машины 10 (фиг.2), связанной с солнечной шестерней. Управляя скоростью обратимой электрической машины 10 (фиг.2), тем самым можно менять процесс обмена кинетической энергии между маховиком 6 и трансмиссией 11 машины. Таким образом процесс перекачки энергии из маховика 6 в трансмиссию 11 или в обратном направлении управляется автоматически за счет саморегулирующей характеристики дифференциала путем настройки скорости обратимой электрической машины 10 при любом изменении скоростного режима работы машины путем поддержания постоянного запаса кинетической энергии подвижных частей машины с помощью дифференциала с числом степеней свободы, равным двум, который соединяет трансмиссию движущейся машины и маховик. Важно отметить, что в качестве двигателя может быть использован не только тяговый электрический двигатель, но и ДВС, так как питание одной обратимой электрической машины осуществляется от другой обратимой электрической машины, связанной с трансмиссией и маховиком, что не требует специального отдельного аккумулятора или значительно уменьшает его потребную емкость.Changing the joints of the shafts and wheels of the differential of the claimed and known devices allows you to use the property of self-regulation of the speeds of the differential when changing the speed of the machine and traction engine, which was impossible when using the known device, which is a fundamental difference to improve the efficiency of the control system of the machine. This property of kinetic energy self-regulation follows from the analysis of velocity plans presented in Fig. 3. For example, an increase in the transmission speed of the machine (11 in FIG. 2) leads to a decrease in the speed of the
Устройство начинает работать после запуска тягового двигателя (не показанного на фиг.2) и начала движения машины, приводящей к увеличению скорости трансмиссии 11 и водила 4. Чтобы маховик не начал вращение в обратную сторону, в лучшем варианте предлагаемого устройства (фиг.4) предусмотрена муфта обратного хода 16, разрешающая его вращение в расчетную сторону (например, ω1 и ω4 по часовой стрелке на фиг.3) и приводящая к его самоторможению, если машина дает задний ход и меняется направление ω4. Самотормозящая муфта 6 обратного хода служит для того, чтобы маховик не раскручивался в обратную сторону.The device starts to work after starting the traction engine (not shown in figure 2) and the beginning of the movement of the machine, leading to an increase in the speed of the
Конструкция и расчет дифференциального планетарного механизма и муфты свободного хода общеизвестны и приведены в учебнике «Теория механизмов и машин»: Учебник для втузов / К.В.Фролов, А.К.Мусатов, С.А.Попов и др. - М.: Высшая школа, 2001 - 496 с. Поэтому описание принципа работы дифференциала с двумя степенями свободы и метода построения плана скоростей не приводится.The design and calculation of the differential planetary mechanism and free-wheel clutch are well known and are given in the textbook “Theory of Mechanisms and Machines”: Textbook for technical colleges / K.V. Frolov, A.K. Musatov, S.A. Popov and others. - M .: High School, 2001 - 496 p. Therefore, a description of the principle of operation of the differential with two degrees of freedom and the method of constructing a speed plan is not given.
После набора скорости машиной и начала первого торможения кинетическая энергия ее передается в маховик следующим образом. При неизменной скорости управляющей обратимой электрической машины 10, связанной с солнечной шестерней 1 дифференциала, снижение скорости машины и трансмиссии 11 автоматически приводит к увеличению скорости маховика 6, соединенного с коронным колесом 3, т.о. происходит увеличение запаса кинетической энергии маховика. Управление скорости управляющей обратимой электрической машины 10, связанной с солнечной шестерней 1 дифференциала, позволяет регулировать скорость и изменение кинетической энергии маховика 6 и процесса торможения или разгона машины.After the machine picks up speed and the first braking begins, its kinetic energy is transferred to the flywheel as follows. With a constant speed of the control reversible
Торможение машины осуществляется снижением скорости и мощности тягового двигателя 13 (см. фиг.3, он не показан на схеме фиг.2), соединенного с трансмиссией 11, или возможно управлением скорости управляющей обратимой электрической машины 10, связанной с солнечной шестерней 1 (колеса) дифференциала. При торможении машины скорость вращения трансмиссии машины снижается, что вызывает рост скорости вращения маховика 6 и запаса его кинетической энергии. Кинетическая энергия машины и трансмиссии 11 при остановке ее целиком перекачивается в маховик 6, что обеспечивает постоянное значение кинетической энергии работающей и неподвижной машины. При нулевой скорости машины значения скорости вращения маховика и запаса его кинетической энергии становятся максимальными. После этого механическая система готова к новому разгону.The machine is braked by reducing the speed and power of the traction motor 13 (see Fig. 3, it is not shown in the diagram of Fig. 2) connected to the
При разгоне машины включается передача в коробке скоростей 15 (последняя не показана на фиг.2, но показана на фиг.4), так как конструкция ее не принципиальна. Разгон машины начинается увеличением скорости и мощности тягового двигателя 13, в качестве которого может быть ДВС. Возможно управление разгоном скоростью управляющей обратимой электрической машины 10, связанной с солнечной шестерней 1 (колеса) дифференциала. Это сопровождается одновременным автоматическим обеспечением подачи механической энергии от маховика при снижении его скорости вращения трансмиссии 11 (фиг.2). Маховик 6, соединенный с коронным колесом 3, снижает скорость вращения при увеличении скорости трансмиссии 11 и машины, пропорциональной скорости коронного колеса 3 (фиг.3). При достижении номинальных скоростей движения машины в соответствии с планом скоростей (фиг.3) маховик 6 снижает скорость до минимального значения, регулируемого устройством управления с помощью двух обратимых электрических машин. Изменение направления вращения маховика 6 исключается муфтой обратного хода 16.When the car accelerates, the transmission is engaged in the gearbox 15 (the latter is not shown in figure 2, but shown in figure 4), since its design is not fundamental. Acceleration of the car begins by increasing the speed and power of the
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ИЗОБРЕТЕНИЯBEST MODE FOR THE INVENTION
Лучший вариант устройства показан на фиг.4. Оно особенно удобно при использовании отдельного маховичного блока аккумулирования механической энергии при приводе машины от ДВС, так как работа маховичного блока при соответствующем расчете его характеристик происходит непрерывно автоматически, не требуя преобразования кинетической энергии маховика в электрическую энергию. Использование маховичного блока аккумулирования механической энергии в составе машинного агрегата позволяет снизить расход энергии при работе на неустановившихся режимах работы, сопровождаемых потерями энергии при торможении. Кинематическая схема устройства рекуперации энергии торможения включает следующие элементы:The best version of the device shown in figure 4. It is especially convenient when using a separate flywheel unit for accumulating mechanical energy when driving a machine from an internal combustion engine, since the operation of the flywheel unit with an appropriate calculation of its characteristics occurs continuously automatically, without requiring the conversion of the kinetic energy of the flywheel into electrical energy. The use of a flywheel mechanical energy storage unit as a part of a machine unit allows to reduce energy consumption during operation in unsteady operating modes, accompanied by energy losses during braking. The kinematic diagram of the braking energy recovery device includes the following elements:
1 - солнечная шестерня (зубчатое колесо с внешним зубом); 2 - сателлит; 3 - коронное колесо (с внутренним зубом); 4 - водило; 5 - зубчатая передача; 6 - маховик; 7, 10 - обратимые электрические машины; 8 - электрический аккумулятор; 9 - управляющее устройство; 11 - трансмиссия; 12 - сцепление; 13 - тяговый двигатель; 15 - коробка передач; 7 - муфта обратного хода.1 - sun gear (gear with an external tooth); 2 - satellite; 3 - a crown wheel (with an internal tooth); 4 - drove; 5 - gear transmission; 6 - flywheel; 7, 10 - reversible electric machines; 8 - electric battery; 9 - control device; 11 - transmission; 12 - clutch; 13 - traction engine; 15 - gearbox; 7 - reverse clutch.
Принцип работы устройств на фиг.2 и фиг.4 совпадают, характеристики их показаны на фиг.3.The principle of operation of the devices in figure 2 and figure 4 are the same, their characteristics are shown in figure 3.
Из плана скоростей на фиг.3 следует, что водило 4, связанное с трансмиссией 11, и коронное колесо 3, соединенное с маховиком 6, вращаются в противоположные стороны таким образом, что рост скорости движения машины вызывает снижение скорости вращения маховика, что поддерживает постоянное значение общего запаса кинетической энергии маховика и машины. Запуск тягового двигателя 13 (фиг.4), связанного с трансмиссией 11 машины через сцепление 12 и коробку передач 15, сопровождается ростом скорости машины и частоты вращения водила 4, связанного с трансмиссией 11. Чтобы при этом маховик 6 не начал вращаться в обратную сторону, обеспечивая необходимую для поддержания постоянного значения общего запаса кинетической энергии частоту вращения маховика 6, на валу маховика 6, связанного с коронным колесом 3 зубчатой передачей 5 (фиг.4), расположена муфта обратного хода 16, исключающая вращение маховика 6 в непредусмотренную сторону. Таким образом после запуска основного двигателя 13 происходит разгон машины. Даже при минимальном запасе кинетической энергии маховика 6 после запуска тягового двигателя 13 кинетическая энергия маховика 6 пополняется при первом же торможении машины. При дальнейшей работе в цикле «разгон - торможение» машины наступает баланс и поддерживается постоянное значение общего запаса кинетической энергии маховика и машины. При выключении основного тягового двигателя 13 падает скорость V1 и частота вращения солнечной шестерни 1 дифференциала (фиг.4) снижается, что вызывает снижение частоты вращения маховика 6 (фиг.3). Процесс при запуске основного тягового двигателя был рассмотрен ранее.From the speed plan in figure 3 it follows that the
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010109031/11A RU2438884C2 (en) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | Vehicle braking power recuperator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010109031/11A RU2438884C2 (en) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | Vehicle braking power recuperator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010109031A RU2010109031A (en) | 2011-09-20 |
| RU2438884C2 true RU2438884C2 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=44758379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010109031/11A RU2438884C2 (en) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | Vehicle braking power recuperator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2438884C2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488502C2 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-27 | Игорь Владимирович Леонов | Method of controlling machine power recovery and device to this end |
| RU2488501C1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-07-27 | Дмитрий Игоревич Леонов | Electromechanical device for braking power recuperation |
| RU2513192C1 (en) * | 2012-12-24 | 2014-04-20 | Игорь Владимирович Леонов | Machine braking power recuperator |
| RU2537206C1 (en) * | 2013-12-06 | 2014-12-27 | Игорь Владимирович Леонов | Power recuperator for electrically driven vehicle |
| RU174227U1 (en) * | 2016-08-11 | 2017-10-09 | Владислав Александрович Дьяков | KINETIC ENERGY RECOVERY DEVICE FOR VEHICLE BRAKING |
| RU2669236C1 (en) * | 2018-02-02 | 2018-10-09 | Игорь Владимирович Леонов | Flywheel battery for vehicle braking energy |
| RU2714537C1 (en) * | 2019-08-06 | 2020-02-18 | Сергей Михайлович Фёдоров | Electromechanical kinetic motor-vibrator with two stators |
-
2010
- 2010-03-12 RU RU2010109031/11A patent/RU2438884C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488502C2 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-27 | Игорь Владимирович Леонов | Method of controlling machine power recovery and device to this end |
| RU2488501C1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-07-27 | Дмитрий Игоревич Леонов | Electromechanical device for braking power recuperation |
| RU2513192C1 (en) * | 2012-12-24 | 2014-04-20 | Игорь Владимирович Леонов | Machine braking power recuperator |
| RU2537206C1 (en) * | 2013-12-06 | 2014-12-27 | Игорь Владимирович Леонов | Power recuperator for electrically driven vehicle |
| RU174227U1 (en) * | 2016-08-11 | 2017-10-09 | Владислав Александрович Дьяков | KINETIC ENERGY RECOVERY DEVICE FOR VEHICLE BRAKING |
| RU2669236C1 (en) * | 2018-02-02 | 2018-10-09 | Игорь Владимирович Леонов | Flywheel battery for vehicle braking energy |
| RU2714537C1 (en) * | 2019-08-06 | 2020-02-18 | Сергей Михайлович Фёдоров | Electromechanical kinetic motor-vibrator with two stators |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010109031A (en) | 2011-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2438884C2 (en) | Vehicle braking power recuperator | |
| JP3935673B2 (en) | Hybrid propulsion device group consisting of double planetary gears | |
| KR100982647B1 (en) | Electrically variable transmission having two planetary gear sets with one stationary fixed interconnection | |
| KR100926059B1 (en) | Electrically variable transmission having three planetary gear sets and three fixed interconnections | |
| KR100926058B1 (en) | Electrically variable transmission having three interconnected planetary gear sets | |
| CN100575743C (en) | Multi-mode electrically variable transmissions with interconnecting gear group | |
| WO2018177380A1 (en) | Hybrid power and pure electric transmission device for power system and operation method therefor | |
| US8597146B2 (en) | Powertrain with two planetary gear sets, two motor/generators and multiple power-split operating modes | |
| TWI584974B (en) | Engine running at fixed speed incorporated controllable tnrasmission power system | |
| US20070074918A1 (en) | Electric vehicle reaction drive | |
| US7261661B2 (en) | Parallel hybrid transmission having a single motor/generator | |
| KR20070086964A (en) | Electrically variable transmission having three interconnected planetary gear sets two clutches and at least two brakes | |
| KR20060070547A (en) | Electro-mechanical continuously variable transmission | |
| WO2012074726A2 (en) | Reconfigurable hybrid gear train | |
| US8292770B2 (en) | Multi-core electric machines | |
| TW200413633A (en) | A parallel mixed power unit | |
| EP1817195A2 (en) | A hybrid transmission system | |
| US8409040B1 (en) | Powertrain with two planetary gear sets and two motor/generators for hybrid vehicle | |
| CN110395105A (en) | A kind of hybrid gearbox | |
| RU2488501C1 (en) | Electromechanical device for braking power recuperation | |
| CN101934720A (en) | Hybrid power driving system and driving method thereof | |
| JP2004242498A (en) | Device and method of converting mechanical energy into electric energy and electric energy into mechanical energy | |
| RU2453749C1 (en) | Vehicle braking power recuperator | |
| CN116075655A (en) | Method for operating a drive train of a mechanical driven device | |
| CN108638835B (en) | Hybrid power driving system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120313 |