RU2648660C1

RU2648660C1 - Self-propelled vehicle electromechanical transmission

Info

Publication number: RU2648660C1
Application number: RU2017103082A
Authority: RU
Inventors: Владимир Андреевич Коровин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Резонанс"
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-03-27

Abstract

FIELD: agriculture; mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to agricultural tractors. Self-propelled machine electromechanical transmission comprises traction generator, internal combustion engine, a traction electric motor, side reduction gears, and control system. Traction electric motor has the number of stator and rotor teeth based on the number of phases the controller is changing. Traction-generator or electric motor is made with a combined independent electromagnetic and magnetoelectric excitation. Traction electric motor has a number of phases more than three. Controller changes the algorithm for switching the coils of these phases depending on the machine movement speed. Controller manages the traction-generator or power rectifier. Electromechanical transmission contains a liquid cooling system of a traction-generator or traction motor, or a power rectifier, or a controller. Windings of the traction motor stator are made with a coefficient of filling the grooves with copper more than 0.5.

EFFECT: range of stepless speed control is widening.

11 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к промышленным и сельскохозяйственным тракторам, погрузчикам, автогрейдерам, вездеходам и другим гусеничным и колесным самоходным машинам с электромеханической трансмиссией, предназначенным для выполнения землеройных, строительных, дорожных, транспортных, сельскохозяйственных и других работ.The invention relates to industrial and agricultural tractors, loaders, graders, all-terrain vehicles and other tracked and wheeled self-propelled vehicles with an electromechanical transmission, designed to perform earthmoving, construction, road, transport, agricultural and other works.

Известна электромеханическая трансмиссия гусеничного трактора, содержащая двигатель внутреннего сгорания (тепловой двигатель), связанный с тяговым генератором, два тяговых электродвигателя, кинематически связанных с гусеницами противоположных бортов, и систему управления электрооборудованием. Тяговый генератор и тяговые электродвигатели выполнены синхронными, переменного тока. В состав системы управления электрооборудованием входят преобразователь и микропроцессорный контроллер верхнего уровня. Тяговые электродвигатели размещены параллельно в одном корпусе (BY 5907 U, B60K 17/00, B60L 11/00, 28.02.2010).Known electromechanical transmission of a caterpillar tractor containing an internal combustion engine (heat engine) associated with a traction generator, two traction motors kinematically connected to tracks of opposite sides, and an electrical equipment control system. The traction generator and traction motors are made synchronous, alternating current. The electrical control system includes a converter and a high-level microprocessor controller. Traction motors are placed in parallel in one housing (BY 5907 U, B60K 17/00, B60L 11/00, 02/28/2010).

Применение синхронных электрических машин, которые реализуются с постоянными магнитами на роторе, предопределяет невысокую надежность трансмиссии ввиду возможности разрушения ротора из-за воздействия на магниты центробежных сил, невозможности работы трансмиссии при выходе из строя одной из фазных обмоток, а также повышенной сложности обмоток (секции обмоток этих электрических машин, как правило, охватывают несколько зубцов магнитопровода). Данная трансмиссия имеет также ограниченный диапазон бесступенчатого регулирования скорости, поскольку тяговые электродвигатели с постоянными магнитами на роторе имеют малую зону работы с постоянством мощности (отношение максимальной скорости к номинальной не более 1,5-2).The use of synchronous electric machines, which are implemented with permanent magnets on the rotor, determines the low reliability of the transmission due to the possibility of rotor destruction due to the action of centrifugal forces on the magnets, the inability of the transmission to work when one of the phase windings fails, and the increased complexity of the windings (winding sections these electrical machines, as a rule, cover several teeth of the magnetic circuit). This transmission also has a limited range of stepless speed regulation, since traction motors with permanent magnets on the rotor have a small working area with constant power (the ratio of maximum speed to rated speed is not more than 1.5-2).

Известна также электромеханическая трансмиссия самоходной машины, содержащая тяговый генератор, соединенный с ДВС и выполненный с возможностью преобразования механической энергии ДВС в электрическую энергию, тяговые вентильно-индукторные электродвигатели (ВИД) с независимым возбуждением, приспособленные для преобразования электрической энергии в механическую, а также бортовые редукторы, связанные с тяговыми ВИД и приспособленные для привода ведущих колес самоходной машины (Лашкевич М.М. Разработка системы управления для электротрансмиссии с тяговыми вентильно-индукторными двигателями: дис. … канд. техн. наук: 05.09.03. - Москва: ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», 2013. - 155 с.).Also known is the electromechanical transmission of a self-propelled machine containing a traction generator connected to the internal combustion engine and configured to convert the mechanical energy of the internal combustion engine into electrical energy, traction valve-induction electric motors (VID) with independent excitation, adapted to convert electrical energy into mechanical, as well as final drives associated with traction VID and adapted to drive the driving wheels of a self-propelled car (Lashkevich MM Development of a control system for electric vehicles nsmissii with the traction valve-inductor motor: a thesis ... Candidate of Technical Sciences:.... 05.09.03 - Moscow: VPO "NRU" MEI ", 2013. - 155 c)..

Применение в трансмиссии ВИД с независимым возбуждением, известных также как одноименнополюсные индукторные электродвигатели с аксиальным возбуждением, позволяет обеспечить регулирование тягового усилия в более широком диапазоне скоростей движения самоходной машины путем изменения как фазных напряжений, так и тока возбуждения. Однако расширение зоны регулирования скорости при этом достигается за счет усложнения конструкции и снижения надежности трансмиссии.The use of independent-excitation VIDs in transmissions, also known as axial-excitation induction electric motors of the same name, makes it possible to regulate traction in a wider range of speeds of a self-propelled vehicle by changing both phase voltages and excitation current. However, the expansion of the speed control zone is achieved by complicating the design and reducing the reliability of the transmission.

В ВИД с независимым возбуждением реализуются многопакетные конструкции с обмоткой возбуждения, расположенной между соседними пакетами двигателя. Возможны две основные конструкции - с поднятой и опущенной обмоткой возбуждения. В первом случае обмотка возбуждения размещается вплотную к железу спинки статора (над обмотками фаз двигателя). Такую обмотку называют «поднятой обмоткой возбуждения». Во втором случае обмотка находится вблизи магнитопровода ротора и называется «опущенной».In a view with independent excitation, multi-package designs with an excitation winding located between adjacent engine packages are realized. Two main designs are possible - with the raised and lowered field winding. In the first case, the field winding is placed close to the iron of the stator back (above the windings of the motor phases). Such a winding is called a “raised field winding”. In the second case, the winding is located near the rotor magnetic circuit and is called “lowered”.

Обмотка возбуждения, опущенная в область межпакетного пространства ротора, позволяет уменьшить габаритные размеры двигателя, однако существенно усложняет конструкцию и технологию сборки ВИД из-за трудностей закрепления обмотки возбуждения на статоре. Обусловлено это тем, что эта обмотка не может быть прикреплена к статору и выровнена так, чтобы она не прикасалась к ротору, до тех пор, пока ротор двигателя не продет в статор и не закреплен подшипниковыми щитами. «Вывешивание» обмотки возбуждения осуществляется, в частности, с помощью нескольких винтов. Этот процесс является сложным и трудоемким, поскольку касание обмоткой возбуждения железа ротора недопустимо, причем оценить качество «вывешивания» обмотки на практически собранном двигателе крайне сложно ввиду невозможности визуального контроля. В итоге это приводит к усложнению конструкции и снижению надежности ВИД и трансмиссии машины в целом.The field winding, lowered into the region of the inter-space space of the rotor, allows to reduce the overall dimensions of the motor, however, it significantly complicates the design and assembly technology of the VID due to the difficulties of fixing the field winding to the stator. This is due to the fact that this winding cannot be attached to the stator and aligned so that it does not touch the rotor until the rotor of the motor is threaded into the stator and secured by bearing shields. "Hanging" of the field winding is carried out, in particular, using several screws. This process is complex and time-consuming, since touching the excitation iron of the rotor is unacceptable, and it is extremely difficult to assess the quality of the "hanging" of the winding on a practically assembled motor due to the impossibility of visual inspection. As a result, this leads to a complication of the design and a decrease in the reliability of the VID and the transmission of the machine as a whole.

Поток возбуждения, создаваемый кольцевой катушкой возбуждения, замыкается по аксиально-радиальному пути, проходя корпус статора, пакет статора, рабочий воздушный зазор, пакет ротора, вал ротора (либо втулку между пакетами ротора), второй пакет ротора, рабочий воздушный зазор и второй пакет статора (Лашкевич М.М. Разработка системы управления для электротрансмиссии с тяговыми вентильно-индукторными двигателями: дис. … кандидата технических наук: 05.09.03. - Москва: ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», 2013. - 155 с.). Однако существует и альтернативный путь для замыкания потока возбуждения - корпус статора, подшипниковый щит, подшипник, ротор, и обратно через второй подшипник и подшипниковый щит. Наличие паразитного пути замыкания потока возбуждения может приводить к преждевременному выходу из строя подшипников качения за счет вихревых токов, наводимых в шариках подшипника при вращении ротора. Поэтому в ВИД такого типа принимаются меры по разрыву альтернативного пути замыкания потока возбуждения - изготовление ротора и подшипникового щита из немагнитного материала (нержавеющая сталь), установка немагнитных вставок в подшипниковый щит и т.д. Это приводит к снижению надежности ВИД и трансмиссии в целом по причине усложнения конструкции ВИД и меньшей прочности немагнитных материалов по сравнению с конструкционной сталью.The excitation flow generated by the annular excitation coil is closed along the axial radial path, passing the stator housing, the stator package, the working air gap, the rotor package, the rotor shaft (or the sleeve between the rotor packages), the second rotor package, the working air gap and the second stator package (MM Lashkevich. Development of a control system for electric transmission with traction valve-induction motors: dis. ... candidate of technical sciences: 05.09.03. - Moscow: FSBEI HPE NRU MEI, 2013. - 155 p.). However, there is an alternative way to close the excitation flow - the stator housing, bearing shield, bearing, rotor, and back through the second bearing and bearing shield. The presence of a parasitic path to close the excitation flux can lead to premature failure of the rolling bearings due to eddy currents induced in the balls of the bearing during rotation of the rotor. Therefore, in this type of view, measures are taken to break the alternative path for closing the excitation flux — the manufacture of the rotor and bearing shield from non-magnetic material (stainless steel), the installation of non-magnetic inserts in the bearing shield, etc. This leads to a decrease in the reliability of the VID and the transmission as a whole due to the complexity of the design of the VID and the lower strength of non-magnetic materials compared to structural steel.

Реактивный момент (момент при отсутствии возбуждения) в ВИД с независимым возбуждением, несмотря на явнополюсный ротор, практически отсутствует, поскольку величины индуктивностей обмоток отдельных фаз слабо зависят от угла поворота ротора. Это затрудняет реализацию бездатчикового инвертора тягового электродвигателя, особенно при его работе при неподвижном роторе и на низких частотах вращения, что также приводит к соответствующему усложнению конструкции инвертора (контроллера) и снижению надежности трансмиссии в целом.The reactive moment (the moment in the absence of excitation) in the VID with independent excitation, despite the explicitly polar rotor, is practically absent, since the magnitudes of the inductances of the windings of the individual phases are weakly dependent on the angle of rotation of the rotor. This complicates the implementation of the sensorless inverter of the traction electric motor, especially when it is operating at a stationary rotor and at low speeds, which also leads to a corresponding complication of the design of the inverter (controller) and a decrease in the reliability of the transmission as a whole.

Более высокую надежность имеет электромеханическая трансмиссии, которая является наиболее близкой к предложенной и содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС), электрические машины, электронные контроллеры (коммутаторы, инверторы), силовые шины, накопитель электрической энергии и блок управления. Одна электрическая машина кинематически соединена с ДВС, а прочие электрические машины (тяговые электродвигатели) кинематически соединены с тяговыми устройствами. Блок управления подключен к электронным контроллерам (коммутаторам, инверторам), а накопитель электрической энергии - к силовым шинам. В качестве электрических машин применены реактивные индукторные машины с самовозбуждением и с зубчатыми пассивными ферромагнитными роторами. Во время работы электрических машин электронные коммутаторы (контроллеры) подключают к силовым шинам их фазные обмотки (обмотки якоря), которые выполнены в виде сосредоточенных катушек, размещенных на полюсах статора (RU 2376158 С2, B60K 17/00, H02P 8/00, 20.12.2009).Electromechanical transmission, which is the closest to the proposed one, contains an internal combustion engine (ICE), electric cars, electronic controllers (commutators, inverters), power buses, an electric energy storage device, and a control unit. One electric machine is kinematically connected to the internal combustion engine, and other electric machines (traction motors) are kinematically connected to the traction devices. The control unit is connected to electronic controllers (switches, inverters), and the electrical energy storage device is connected to power buses. As electric machines, reactive induction machines with self-excitation and gear-type passive ferromagnetic rotors are used. During the operation of electric machines, electronic switches (controllers) connect their phase windings (armature windings) to the power buses, which are made in the form of lumped coils placed at the poles of the stator (RU 2376158 C2, B60K 17/00, H02P 8/00, 20.12. 2009).

Недостатком этой трансмиссии является малый диапазон регулирования скорости движения самоходной машины, что обусловлено применением ВИД с самовозбуждением традиционной топологии.The disadvantage of this transmission is the small range of regulation of the speed of the self-propelled vehicle, which is due to the use of VID with self-excitation of the traditional topology.

Отсутствие в этих ВИД обмотки возбуждения предопределяет невозможность изменения скорости путем изменения тока возбуждения, как это было реализовано в предыдущем техническом решении.The absence of an excitation winding in these types of oscillations determines the impossibility of changing the speed by changing the excitation current, as was realized in the previous technical solution.

Увеличению тяговой мощности при низких скоростях движения самоходной машины в этой трансмиссии препятствует относительно небольшая величина максимального крутящего момента ВИД, ограниченная величиной максимального выходного тока электронного коммутатора обмоток фаз (контроллера) и насыщением магнитопроводов статора и ротора.The increase in traction power at low speeds of the self-propelled vehicle in this transmission is hindered by the relatively small value of the maximum torque of the VID, limited by the maximum output current of the electronic switch of the phase windings (controller) and the saturation of the stator and rotor magnetic circuits.

При движении самоходной машины на высокой скорости и, соответственно, при высокой скорости вращения ротора ВИД, нарастанию тока в обмотках фаз препятствует их индуктивность, что также приводит к снижению выходного момента ВИД и тяговой мощности электромеханической трансмиссии.When the self-propelled machine moves at high speed and, accordingly, at a high speed of rotation of the VID rotor, the inductance prevents the increase in current in the phase windings, which also leads to a decrease in the output torque of the VID and the traction power of the electromechanical transmission.

Соответственно, диапазон регулирования скорости движения самоходной машины с известной электромеханической трансмиссией ограничен возможностями ВИД с самовозбуждением традиционной конфигурации и является относительно небольшим из-за отсутствия в этой трансмиссии реализации технических решений, направленных на повышение выходного момента тяговых электродвигателей на границах этого диапазона.Accordingly, the range of control of the speed of movement of a self-propelled machine with a known electromechanical transmission is limited by the capabilities of a VID with self-excitation of a traditional configuration and is relatively small due to the lack of technical solutions in this transmission aimed at increasing the output torque of traction motors at the boundaries of this range.

Задачей, решаемой изобретением, является создание электромеханической трансмиссии с расширенным диапазоном бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины при одновременном обеспечении необходимого уровня тяговой мощности и высокой надежности работы этой трансмиссии.The problem solved by the invention is the creation of an electromechanical transmission with an extended range of stepless speed control of a self-propelled vehicle while providing the necessary level of traction power and high reliability of this transmission.

В данном случае под необходимым уровнем тяговой мощности подразумевается величина этой мощности, при которой обеспечивается возможность движения самоходной машины на любой скорости в пределах диапазона скоростей ее движения, а расширение этого диапазона подразумевает увеличение тягового усилия электромеханической трансмиссии при максимальной и минимальной скоростях движения самоходной машины, определяющих границы этого диапазона.In this case, the required level of traction power means the value of this power at which the self-propelled vehicle can move at any speed within the range of speeds of its movement, and the expansion of this range implies an increase in the traction of an electromechanical transmission at the maximum and minimum speeds of the self-propelled machine, which determine the boundaries of this range.

В электромеханической трансмиссии самоходной машины, содержащей тяговый генератор, связанный с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и осуществляющий преобразование механической энергии ДВС в электрическую энергию, передаваемую на силовые шины непосредственно от тягового генератора или через силовой выпрямитель, тяговые электродвигатели, бортовые редукторы, приспособленные для привода ведущих колес или гусениц самоходной машины и связанные с тяговыми электродвигателями непосредственно или через передаточные устройства, а также систему управления, в состав которой входит по меньшей мере один орган управления и по меньшей мере один контроллер, соединенный с силовыми шинами и выполненный с возможностью управления тяговым генератором и/или по меньшей мере одним тяговым электродвигателем, причем по меньшей мере один тяговый генератор и/или тяговый электродвигатель выполнен с безобмоточным ротором и зубчатым статором, на каждом зубце статора размещена зубцовая катушка, а каждую фазу составляет четное число зубцовых катушек, соединенных между собой последовательно и/или параллельно, указанный технический результат достигается за счет того, что в этой электромеханической трансмиссии дополнительно реализовано по меньшей мере одно из следующих технических решений:In an electromechanical transmission of a self-propelled machine containing a traction generator connected to an internal combustion engine (ICE) and converting ICE mechanical energy into electrical energy transmitted to power buses directly from the traction generator or through a power rectifier, traction motors, final drives adapted for drive driving wheels or tracks of a self-propelled vehicle and associated with traction motors directly or via transmission devices, as well as control system, which includes at least one control and at least one controller connected to the power buses and configured to control the traction generator and / or at least one traction motor, and at least one traction generator and / or the traction motor is made with a windingless rotor and a gear stator, a gear coil is placed on each stator tooth, and each phase is an even number of gear coils connected together in series / Or in parallel, the said technical result is achieved due to the fact that it further realized at least one of the following technical solutions in this electromechanical transmission:

- по меньшей мере один тяговый электродвигатель имеет числа зубцов статора и ротора, выбранные из условия реализации тягового электродвигателя с различным количеством фаз, а контроллер выполнен с возможностью изменения количества фаз в процессе работы самоходной машины путем изменения алгоритма подключения к силовым шинам зубцовых катушек, таким образом, что при снижении скорости движения самоходной машины или скорости вращения ротора тягового электродвигателя осуществляется увеличение количества его фаз;- at least one traction electric motor has the number of stator and rotor teeth selected from the conditions for the implementation of the traction electric motor with a different number of phases, and the controller is configured to change the number of phases during the operation of the self-propelled machine by changing the algorithm for connecting the tooth coils to the power buses, thus that when reducing the speed of the self-propelled machine or the rotational speed of the rotor of the traction electric motor, an increase in the number of its phases;

- тяговый генератор и/или по меньшей мере один тяговый электродвигатель выполнен с комбинированным независимым электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением, при этом его статор содержит постоянные магниты и обмотку возбуждения, подключенную к источнику тока возбуждения, выполненному в виде составной части контроллера или в виде отдельного устройства системы управления, соединенного с контроллером по цепям питания и/или управления;- the traction generator and / or at least one traction motor is made with a combined independent electromagnetic and magnetoelectric excitation, while its stator contains permanent magnets and an excitation winding connected to an excitation current source, made as a component of the controller or as a separate system device control connected to the controller via power and / or control circuits;

- по меньшей мере один тяговый электродвигатель реализован с количеством фаз больше трех, а контроллер выполнен с возможностью изменения алгоритма коммутации зубцовых катушек этих фаз в зависимости от скорости движения самоходной машины или скорости вращения ротора таким образом, что при уменьшении этой скорости осуществляется увеличение количества фаз, зубцовые катушки которых в каждый момент времени подключены к силовым шинам, причем это подключение синхронизировано с углом поворота ротора и реализовано, в случае необходимости, с ограничением тока каждой фазы в режиме импульсной модуляции;- at least one traction motor is implemented with the number of phases greater than three, and the controller is configured to change the switching algorithm of the gear coils of these phases depending on the speed of the self-propelled machine or the rotor speed in such a way that when this speed decreases, the number of phases increases, gear coils of which are connected to power buses at each moment of time, moreover, this connection is synchronized with the angle of rotation of the rotor and is implemented, if necessary, with boundedness current in each phase pulse modulation mode;

- контроллер приспособлен для управления тяговым генератором и/или силовым выпрямителем из условия увеличения напряжения на силовых шинах при увеличении скорости движения самоходной машины и/или скорости вращения ротора по меньшей мере одного тягового электродвигателя;- the controller is adapted to control the traction generator and / or power rectifier from the condition of increasing voltage on the power buses with increasing speed of the self-propelled machine and / or rotor speed of at least one traction motor;

- электромеханическая трансмиссия содержит систему жидкостного охлаждения тягового генератора, и/или по меньшей мере одного тягового электродвигателя, и/или по меньшей мере одного контроллера с регулируемым циркуляционным насосом, а контроллер выполнен с возможностью прямого или косвенного измерения мощности потерь в тяговом генераторе и/или по меньшей мере в одном тяговом электродвигателе, и/или выходной мощности тягового генератора, и/или момента или мощности по меньшей мере одного тягового электродвигателя, и/или температуры по меньшей мере одной составной части электромеханической трансмиссии, и/или температуры охлаждающей жидкости, а также с возможностью управления циркуляционным насосом из условия увеличения скорости или потока охлаждающей жидкости при увеличении по меньшей мере одного из указанных измеряемых параметров;- the electromechanical transmission comprises a liquid cooling system of the traction generator, and / or at least one traction motor, and / or at least one controller with an adjustable circulation pump, and the controller is configured to directly or indirectly measure the power loss in the traction generator and / or in at least one traction motor and / or output power of the traction generator and / or torque or power of at least one traction motor and / or temperature shey least one part of the electromechanical transmission and / or engine coolant temperature, with the possibility of controlling the circulation pump of the conditions or increase in rate of flow of coolant by increasing at least one of said measured parameters;

- обмотки статора тяговых электродвигателей выполнены с коэффициентом заполнения пазов медью более 0,5.- the stator windings of the traction electric motors are made with a fill factor of the grooves of copper more than 0.5.

В частных вариантах реализации изобретения, с целью дальнейшего улучшения характеристик электромеханической трансмиссии, в том числе расширения диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины, в предложенной электромеханической трансмиссии:In private embodiments of the invention, in order to further improve the characteristics of an electromechanical transmission, including expanding the range of stepless speed control of a self-propelled vehicle, in the proposed electromechanical transmission:

- тяговые электродвигатели выполнены с 12 зубцами статора и с 10-ю зубцами ротора, а контроллер обеспечивает их переключение с 3-фазной на 6-фазную конфигурацию в случае получения команды на изменение количества фаз или при выявлении снижения скорости вращения ротора или скорости движения самоходной машины ниже предварительно установленной величины, записанной в памяти контроллера;- traction motors are made with 12 teeth of the stator and with 10 teeth of the rotor, and the controller switches them from a 3-phase to a 6-phase configuration if a command is received to change the number of phases or if a decrease in rotor speed or the speed of a self-propelled vehicle is detected below the pre-set value recorded in the controller memory;

- контроллер обеспечивает формирования постоянного, переменного или импульсного тока возбуждения тягового генератора и/или по меньшей мере одного тягового электродвигателя в зависимости от положения и/или скорости вращения его ротора, и/или скорости движения самоходной машины, и/или выходного напряжения тягового генератора, и/или напряжения на силовых шинах, и/или нагрузки тягового электродвигателя, причем это формирование осуществляется, в частности, из условия формирования тяговой характеристики самоходной машины гиперболического вида с обеспечением минимально возможного изменения тяговой мощности при изменении скорости движения самоходной машины или скорости вращения ротора по меньшей мере одного тягового электродвигателя;- the controller provides the formation of a constant, alternating or pulsed excitation current of the traction generator and / or at least one traction motor depending on the position and / or speed of rotation of its rotor, and / or the speed of the self-propelled machine, and / or the output voltage of the traction generator, and / or voltage on the power tires, and / or the load of the traction electric motor, and this formation is carried out, in particular, from the condition for the formation of the traction characteristic of a self-propelled hyperbolic vehicle a view providing the minimum possible change in traction power when changing the speed of a self-propelled machine or the rotor speed of at least one traction motor;

- контроллер приспособлен для управления тяговым генератором и/или силовым выпрямителем из условия увеличения напряжения на силовых шинах при увеличении скорости движения самоходной машины и/или скорости вращения ротора по меньшей мере одного тягового электродвигателя, если текущее значение этой скорости меньше величины, заданной оператором самоходной машины с помощью органа управления, соединенного с контроллером;- the controller is adapted to control the traction generator and / or power rectifier from the condition that the voltage on the power buses increases when the speed of the self-propelled machine increases and / or the rotor speed of at least one traction motor, if the current value of this speed is less than the value set by the operator of the self-propelled machine using a control connected to the controller;

- согласующее устройство между тяговым генератором и ДВС выполнено в виде упругой муфты и/или мультипликатора (повышающего редуктора);- the matching device between the traction generator and the internal combustion engine is made in the form of an elastic coupling and / or a multiplier (step-up gear);

- тяговый генератор содержит встроенный силовой выпрямитель, а тяговые электродвигатели - встроенные контроллеры;- the traction generator contains a built-in power rectifier, and traction motors - built-in controllers;

- передаточное устройство, связывающее тяговый электродвигатель с бортовыми редукторами, содержит главную передачу и бортовые фрикционы, либо количество тяговых электродвигателей в трансмиссии устанавливается равным количеству гусениц или ведущих колес самоходной машины, причем эти электродвигатели обеспечивают независимый привод каждой гусеницы или каждого колеса;- the transmission device connecting the traction motor with final drives contains the main gear and final drives, or the number of traction motors in the transmission is set equal to the number of tracks or drive wheels of the self-propelled machine, and these motors provide an independent drive for each track or each wheel;

- по меньшей мере один контроллер содержит силовой преобразователь на транзисторах IGBT и устройство управления этими транзисторами, в состав которого входят гальванически развязанные драйверы этих транзисторов, микроконтроллер или цифровой сигнальный процессор и интерфейсные устройства, приспособленные для обмена информацией с этим контроллером по сети CAN (Controller Area Network - сеть контроллеров) и/или LIN (Local Interconnect Network - локальная сеть).- at least one controller contains a power converter on IGBT transistors and a control device for these transistors, which includes galvanically isolated drivers of these transistors, a microcontroller or digital signal processor and interface devices adapted for exchanging information with this controller via a CAN network (Controller Area Network - a network of controllers) and / or LIN (Local Interconnect Network - a local area network).

Реализация любого из указанных альтернативных отличительных признаков независимого пункта формулы данного изобретения, а также одновременная реализации любого количества этих признаков в их любых комбинациях (сочетаниях), приводит к расширению диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины при одновременном обеспечении необходимого уровня тяговой мощности и высокой надежности работы трансмиссии, т.е. обеспечивает достижение одного и того же технического результата.The implementation of any of these alternative distinguishing features of an independent claim of the present invention, as well as the simultaneous implementation of any number of these signs in any of their combinations (combinations), leads to the expansion of the range of stepless regulation of the speed of movement of a self-propelled vehicle while ensuring the necessary level of traction power and high reliability transmissions, i.e. ensures the achievement of the same technical result.

В частности, благодаря реализации отличительных признаков, заключающихся в выборе чисел зубцов статора и ротора тяговых электродвигателей из условия реализации этих электродвигателей с различным количеством фаз в сочетании с изменением алгоритма коммутации зубцовых катушек при изменении скорости движения самоходной машины или скорости вращения роторов тяговых электродвигателей, обеспечивает расширение диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины в сторону как более низких, так и более высоких скоростей. Это обусловлено тем, что тяговые электродвигатели с повышенным числом фаз имеют более высокий крутящий момент и, соответственно, более высокую мощность при работе в диапазоне низких скоростей вращения ротора, а тяговые электродвигатели с меньшим числом фаз имеют более высокий крутящий момент и более высокую мощность при работе в диапазоне высоких скоростей вращения ротора.In particular, due to the implementation of the distinguishing features consisting in the choice of the number of stator teeth and the rotor of the traction electric motors from the conditions for the implementation of these electric motors with a different number of phases, in combination with a change in the switching algorithm of the gear coils when the speed of the self-propelled machine or the rotational speed of the rotors of the traction motors changes, range of stepless control of the speed of the self-propelled vehicle towards both lower and higher speeds stey. This is due to the fact that traction motors with a higher number of phases have higher torque and, accordingly, higher power when operating in the range of low rotor speeds, and traction motors with a lower number of phases have higher torque and higher power during operation in the range of high rotor speeds.

Реализация отличительных признаков, заключающихся в применении комбинированного независимого электромагнитного и магнитоэлектрического возбуждения тягового генератора и тяговых электродвигателей также обеспечивает одновременное расширение диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины в сторону более низких и более высоких скоростей. Обусловлено это возможностью ослабления/увеличения тока возбуждения и, соответственно, изменения характеристик тягового генератора и тяговых электродвигателей в зависимости от скорости вращения их роторов или скорости движения самоходной машины. В этом случае повышенное значение тока возбуждения обеспечивает повышенное значение крутящего момента тяговых электродвигателей в диапазоне низких скоростей, а пониженное значение этого тока позволяет получить более высокий крутящий момент и более высокую тяговую мощность трансмиссии в диапазоне высоких скоростей. При этом тяговый генератор и тяговые электродвигатели не содержат «опущенных» или «поднятых» обмоток возбуждения, технологичны в изготовлении, допускают большой перегрев и отличаются простотой отвода тепла от обмоток. Поэтому расширение диапазона регулирования скорости не приводит к снижению надежности трансмиссии.The implementation of the distinguishing features, which include the use of combined independent electromagnetic and magnetoelectric excitation of the traction generator and traction electric motors, also provides for the simultaneous expansion of the range of stepless control of the speed of the self-propelled vehicle towards lower and higher speeds. This is due to the possibility of weakening / increasing the excitation current and, accordingly, changing the characteristics of the traction generator and traction electric motors depending on the speed of rotation of their rotors or the speed of movement of the self-propelled machine. In this case, a higher value of the excitation current provides an increased value of the torque of the traction motors in the low speed range, and a lower value of this current allows to obtain a higher torque and higher traction power of the transmission in the high speed range. At the same time, the traction generator and traction motors do not contain “lowered” or “raised” field windings, they are technologically advanced to manufacture, allow for large overheating and are distinguished by the ease of heat removal from the windings. Therefore, the expansion of the range of speed control does not reduce the reliability of the transmission.

Реализация альтернативных отличительных признаков в части применения тяговых электродвигателей с количеством фаз больше трех в сочетании с изменением алгоритма коммутации катушек этих фаз в зависимости от скорости движения самоходной машины или скорости вращения ротора обеспечивает расширение диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины в сторону более низких скоростей за счет того, что при уменьшении этой скорости осуществляется увеличение количества фаз, катушки которых в каждый момент времени подключены к силовым шинам. Это приводит к увеличению крутящего момента тяговых электродвигателей и тяговой мощности трансмиссии в диапазоне низких скоростей.The implementation of alternative distinguishing features in terms of the use of traction electric motors with more than three phases in combination with a change in the switching algorithm of the coils of these phases depending on the speed of the self-propelled machine or the rotor speed provides an extension of the range of stepless control of the speed of the self-propelled machine towards lower speeds due to the fact that with a decrease in this speed, an increase in the number of phases occurs, the coils of which at each moment in time connected to the power bus. This leads to an increase in the torque of the traction electric motors and the traction power of the transmission in the low speed range.

Реализация отличительных признаков, характеризующихся повышением напряжения на силовых шинах при увеличении скорости движения самоходной машины и/или скорости вращения роторов тяговых электродвигателей обеспечивает расширение диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины в сторону более высоких скоростей. Достигается это за счет того, что повышение напряжения на силовых шинах и, соответственно, напряжения на обмотках статоров тяговых электродвигателей, позволяет предотвратить снижение тяговой мощности трансмиссии, обусловленное снижением амплитуды токов в этих обмотках, вызванное индуктивностями этих обмоток и увеличением частоты следования импульсов напряжения на обмотках при увеличении частоты вращения роторов.The implementation of the distinguishing features, characterized by an increase in the voltage on the power buses with an increase in the speed of movement of the self-propelled machine and / or the speed of rotation of the rotors of the traction electric motors, provides an extension of the range of stepless regulation of the speed of movement of the self-propelled machine towards higher speeds. This is achieved due to the fact that an increase in the voltage on the power buses and, accordingly, the voltage on the windings of the stators of the traction electric motors, can prevent the reduction of the traction power of the transmission due to the decrease in the amplitude of the currents in these windings, caused by the inductances of these windings and the increase in the frequency of the pulse repetition of the voltage on the windings with increasing rotor speed.

В случае реализации альтернативных отличительных признаков независимого пункта формулы изобретения, характеризующихся применением системы жидкостного охлаждения трансмиссии с регулируемым циркуляционным насосом, также обеспечивается расширение диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины в сторону как более высоких, так и более низких скоростей. Обусловлено это тем, что в ранее известных трансмиссиях с жидкостным охлаждением расход теплоносителя имеет постоянную величину и выбирается из расчета отвода максимально возможной тепловой энергии в наиболее нагруженном режиме работы трансмиссии. Соответственно, в большинстве режимов работы трансмиссии этот расход является избыточным, что приводит к повышенному отбору мощности на привод циркуляционного насоса и к соответствующему снижению тяговой мощности трансмиссии. В отличие от этого, в предложенном техническом решении, благодаря оптимизации расхода охлаждающей жидкости (теплоносителя) обеспечивается снижение отбора мощности при движении машины как на низкой, так и на высокой скорости. Благодаря этому та часть мощности ДВС, которая в известных трансмиссиях расходовалась на привод циркуляционного насоса, в данном изобретении преобразуется в электрическую энергии и далее поступает на ведущие колеса или гусеницы самоходной машины.In the case of the implementation of alternative distinctive features of the independent claim, characterized by the use of a liquid-cooled transmission system with an adjustable circulation pump, the range of stepless control of the speed of the self-propelled machine to both higher and lower speeds is also provided. This is due to the fact that in previously known liquid-cooled transmissions, the coolant flow rate is constant and is selected based on the removal of the maximum possible heat energy in the most loaded transmission operation mode. Accordingly, in most modes of transmission operation, this flow rate is excessive, which leads to increased power take-off for the circulation pump drive and to a corresponding decrease in the transmission power of the transmission. In contrast, in the proposed technical solution, by optimizing the flow rate of the coolant (coolant), the power take-off is reduced when the machine is moving at both low and high speeds. Due to this, that part of the internal combustion engine power, which in known transmissions was used to drive the circulation pump, in this invention is converted into electrical energy and then goes to the drive wheels or tracks of the self-propelled machine.

Реализация обмоток статора тяговых электродвигателей с коэффициентом заполнения пазов медью более 0,5 (более 50%) при сохранении прочих параметров тяговых электродвигателей, в том числе величин токов в этих обмоток, позволяет снизить площадь пазов зубчатого статора, занимаемых этими обмотками. Уменьшение площади пазов дает возможность изменить конфигурацию зубцовой зоны тяговых электродвигателей, а именно, увеличить диаметр ротора тяговых электродвигателей и, соответственно их крутящий момент, поскольку этот момент пропорционален квадрату диаметра ротора, причем на всех скоростях его вращения. Одновременно сокращается длина силовых магнитных линий в магнитопроводе статора. Поэтому реализация этого альтернативного отличительного признака обеспечивает расширение диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины в сторону как более высоких, так и более низких скоростей.The implementation of the stator windings of traction electric motors with a fill factor of grooves of copper of more than 0.5 (more than 50%) while maintaining other parameters of traction motors, including the magnitudes of the currents in these windings, reduces the area of the grooves of the gear stator occupied by these windings. Reducing the area of the grooves makes it possible to change the configuration of the tooth zone of the traction electric motors, namely, to increase the diameter of the rotor of the traction electric motors and, accordingly, their torque, since this moment is proportional to the square of the diameter of the rotor, and at all speeds of its rotation. At the same time, the length of the magnetic lines in the stator magnetic circuit is reduced. Therefore, the implementation of this alternative distinguishing feature provides an extension of the range of stepless control of the speed of the self-propelled vehicle in the direction of both higher and lower speeds.

При реализации любого альтернативного отличительного признака изобретения расширение диапазона бесступенчатого регулирования скорости движения самоходной машины достигается без снижения тяговой мощности трансмиссии в середине рабочего диапазона скоростей. Увеличение тяговой мощности на максимальной и минимальной рабочей скорости или, что эквивалентно, расширение диапазона скоростей движения самоходной машины, не приводит к снижению тяговой мощности трансмиссии на какой-либо промежуточной скорости. Реализация этих отличительных признаков не приводит также к снижению надежности трансмиссии.When implementing any alternative distinguishing feature of the invention, the expansion of the range of stepless control of the speed of the self-propelled machine is achieved without reducing the traction power of the transmission in the middle of the operating speed range. An increase in traction power at maximum and minimum operating speeds or, equivalently, an extension of the range of speeds of motion of a self-propelled vehicle, does not lead to a decrease in the traction power of the transmission at any intermediate speed. The implementation of these distinguishing features does not also lead to a decrease in the reliability of the transmission.

Поэтому отличительные признаки независимого пункта формулы изобретения находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.Therefore, the hallmarks of the independent claim are in direct causal connection with the achieved technical result.

Наилучший технический результат достигается при одновременной реализации всех указанных альтернативных отличительных признаков независимого пункта формулы изобретения. Однако этот результат достигается и при реализации как одного (любого) отличительного признака, так и одновременно нескольких альтернативных отличительных признаков в их любом сочетании.The best technical result is achieved with the simultaneous implementation of all these alternative alternative features of the independent claim. However, this result is achieved by implementing both one (any) distinguishing feature, and simultaneously several alternative distinctive features in any combination thereof.

Дополнительно влияние отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат показано ниже при описании примеров реализации предложенной электромеханической трансмиссии.Additionally, the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result is shown below in the description of examples of the implementation of the proposed electromechanical transmission.

На фиг. 1 в качестве одного из возможных вариантов реализации предложенного устройства показана упрощенная схема электромеханической трансмиссии гусеничной самоходной машины. На фиг. 2 - пример активной части тягового генератора и тяговых электродвигателей с комбинированным независимым электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением.In FIG. 1 as one of the possible options for implementing the proposed device shows a simplified diagram of the electromechanical transmission of a tracked self-propelled vehicle. In FIG. 2 is an example of the active part of the traction generator and traction motors with combined independent electromagnetic and magnetoelectric excitation.

Роль первичного источника энергии выполняет приводной двигатель 1, выполненный, как правило, в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС).The role of the primary energy source is played by a drive motor 1, made, as a rule, in the form of an internal combustion engine (ICE).

В приведенном примере используется последовательная кинематическая схема моторно-трансмиссионной установки машины, которая исключает механическую связь ДВС с гусеничным движителем. ДВС непосредственно или через согласующее устройство, выполненное в виде упругой муфты и/или мультипликатора, соединен с тяговым генератором 2, который является источником электрической энергии для двух тяговых электродвигателей 3 и 4, соединенных с бортовыми редукторами 5, 6.In the given example, a sequential kinematic diagram of the motor-transmission installation of the machine is used, which excludes the mechanical connection of the internal combustion engine with the caterpillar mover. ICE directly or through a matching device, made in the form of an elastic coupling and / or a multiplier, is connected to a traction generator 2, which is a source of electrical energy for two traction motors 3 and 4, connected to final drives 5, 6.

На бортовых редукторах закреплены ведущие колеса (звездочки) 7, 8 гусеничного движителя.Driving wheels (sprockets) 7, 8 of the caterpillar mover are fixed on the final drives.

Система управления электромеханической трансмиссией, которая может именоваться также системой контроля, защиты и управления, системой электрооборудования и т.д., в общем случае включает в себя высоковольтную и низковольтную части этой системы и содержит один или несколько контроллеров, в частности, главный (ведущий) контроллер 9, контроллер 10 тягового генератора 2, два контроллера 11, 12 тяговых электродвигателей 3, 4, источник тока возбуждения 13 (в случае применения тягового генератора и/или тяговых электродвигателей с комбинированным независимым электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением), органы управления движением машины (трансмиссией) 14, панель оператора (тракториста, водителя) 15, датчики параметров работы трансмиссии и машины в целом 16 и приборы низковольтного оборудования (электроснабжения, освещения, звуковой сигнализации и т.д.) 17 и другие устройства, условно не показанные на чертеже.The control system of an electromechanical transmission, which can also be called a control, protection and control system, an electrical equipment system, etc., in the general case, includes high-voltage and low-voltage parts of this system and contains one or more controllers, in particular, the main (master) controller 9, controller 10 of the traction generator 2, two controllers 11, 12 of the traction motors 3, 4, the excitation current source 13 (in the case of the use of the traction generator and / or traction motors with combined electromagnetic electromagnetic and magnetoelectric excitation), controls for the movement of the machine (transmission) 14, the operator panel (tractor driver, driver) 15, sensors for the parameters of the transmission and the machine as a whole 16 and low-voltage equipment (power, lighting, sound alarm, etc. ) 17 and other devices not conditionally shown in the drawing.

Контроллеры могут именоваться также блоками управления, управляющими устройствами, блоками входов и нагрузок, информационно-управляющими блоками или устройствами и т.д., что не имеет принципиального значения.Controllers can also be called control units, control devices, input and load blocks, information control units or devices, etc., which is not of fundamental importance.

Контроллер 10 тягового генератора 2 выполняет функции силового выпрямителя и преобразует выходное напряжение тягового генератора 2 в постоянное напряжение силовых шин трансмиссии 18, например, 550 В.The controller 10 of the traction generator 2 performs the functions of a power rectifier and converts the output voltage of the traction generator 2 into a constant voltage of the power tires of the transmission 18, for example, 550 V.

К силовым шинам постоянного тока 18 может быть подключен накопитель энергии, выполненный на основе аккумуляторов и/или конденсаторов, а также последовательно соединенные тормозной резистор и силовой ключ, обеспечивающий подключение тормозного резистора к силовым шинам в случае, если напряжение на них превышает максимально допустимую величину.An energy storage device made on the basis of batteries and / or capacitors, as well as a braking resistor and a power switch connected in series to the power bus if the voltage across them exceeds the maximum permissible value, can be connected to DC busbars 18.

Контроллеры 11 и 12 осуществляют преобразование постоянного напряжения силовых шин 18 в переменное напряжение или однополярные импульсы, которые подаются на обмотки тяговых электродвигателей 3, 4. Они выполнены в виде силовых преобразователей на транзисторах IGBT и содержат гальванически развязанные драйверы этих транзисторов, микроконтроллеры или цифровые сигнальные процессор, а также интерфейсные устройства, приспособленные для обмена информацией с этими контроллерами.The controllers 11 and 12 convert the direct voltage of the power buses 18 into alternating voltage or unipolar pulses, which are fed to the windings of the traction motors 3, 4. They are made in the form of power converters on IGBT transistors and contain galvanically isolated drivers of these transistors, microcontrollers or digital signal processors as well as interface devices adapted for exchanging information with these controllers.

В зависимости от выполняемых функций и требований к компоновке самоходной машины возможно как объединение контроллеров 9-12 и источника тока возбуждения 13 в единый блок (контроллер, модуль), так и их раздельное исполнение. Возможно также конструктивное объединение контроллера генератора (силового выпрямителя) 10 с тяговым генератором 1, а контроллеров 11, 12 - с тяговыми электродвигателями 3, 4.Depending on the functions performed and the requirements for the layout of the self-propelled machine, it is possible to combine the controllers 9-12 and the excitation current source 13 into a single unit (controller, module), or their separate execution. It is also possible to constructively combine the generator controller (power rectifier) 10 with the traction generator 1, and the controllers 11, 12 with traction motors 3, 4.

Линии передачи информационных сигналов между контроллерами выполнены с использованием стандарта промышленной сети CAN (Controller Area Network - сеть контроллеров), ориентированной на объединение в единую сеть различных устройств с использованием последовательного, широковещательного и пакетного режимов передачи. Возможно также применение интерфейсов LIN (Local Interconnection Network), RS-485 (стандарт EIA/TIA) и т.д., а также беспроводных интерфейсов типа ZigBee (стандарт IEEE 802.15.4), Wi-Fi (стандарт IEEE 802.11), Bluetooth (стандарт IEEE 802.15.1) и т.п.The information signal transmission lines between the controllers are made using the standard of the industrial CAN network (Controller Area Network - a network of controllers), focused on combining various devices into a single network using serial, broadcast and packet transmission modes. It is also possible to use interfaces LIN (Local Interconnection Network), RS-485 (EIA / TIA standard), etc., as well as wireless interfaces such as ZigBee (IEEE 802.15.4 standard), Wi-Fi (IEEE 802.11 standard), Bluetooth (IEEE 802.15.1 standard), etc.

Главный контроллер (ведущий контроллер, контроллер верхнего уровня) 9 осуществляет координацию работы всех компонентов электромеханической трансмиссии, в том числе реализует функции управления ДВС 1 непосредственно, либо через дополнительный контроллер двигателя, встроенный в него.The main controller (master controller, top-level controller) 9 coordinates the operation of all components of the electromechanical transmission, including implements the control functions of the engine 1 directly or through an additional engine controller built into it.

Тяговые электродвигатели 3, 4 выполнены с безобмоточным ротором и зубчатым статором.Traction motors 3, 4 are made with a windingless rotor and a gear stator.

Как показано на фиг.2, на каждом из 12-ти зубцов 19 статора 20 размещена зубцовая катушка 21, а каждую фазу составляет четное число зубцовых катушек, соединенных между собой последовательно и/или параллельно. Пассивный безобмоточный ротор отделен от статора немагнитным воздушным зазором 22 и имеет шихтованный магнитопровод 23 с 10-ю зубцами 24, закрепленный на валу 25.As shown in FIG. 2, a tooth coil 21 is placed on each of the 12 teeth 19 of the stator 20, and each phase comprises an even number of tooth coils connected in series and / or in parallel. The passive windingless rotor is separated from the stator by a non-magnetic air gap 22 and has a lined magnetic circuit 23 with 10 teeth 24, mounted on the shaft 25.

Такие электродвигатели без обмотки возбуждения в русскоязычной литературе называются вентильными индукторными реактивными двигателями (ВРД, ВИД, ВИРД), а в англоязычной литературе - электродвигателями с переменным магнитным сопротивлением: «Switched Reluctance Motor (SRM)».Such electric motors without a field winding are called in the Russian-language literature as induction jet reactive motors (WFD, VID, VIRD), and in the English-language literature as electric motors with variable magnetic resistance: “Switched Reluctance Motor (SRM)”.

Обмотки статора тяговых электродвигателей могут выполнены с коэффициентом заполнения пазов медью более 0,5. В этом случае зубцовые катушки наматываются из прямоугольного провода, а пазы магнитопровода статора и зубцовые катушки имеют формы, позволяющие надеть на зубцы статора зубцовые катушки соседних фаз с минимальным зазором между ними.The stator windings of traction electric motors can be made with a fill factor of copper grooves of more than 0.5. In this case, the tooth coils are wound from a rectangular wire, and the grooves of the stator magnetic circuit and the tooth coils have shapes that make it possible to put on the stator teeth the tooth coils of adjacent phases with a minimum gap between them.

Возможно также применение тягового генератора и тяговых электродвигателей с комбинированным независимым электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением. В этом случае статор содержит постоянные магниты 26 и обмотку возбуждения 27. В приведенном на фиг.2 примере постоянные магниты 26 вставлены в каждый из 12-ти зубцов 19 статора 20, а обмотка возбуждения состоит из 12-ти катушек 27, соединенных между собой последовательно или параллельно. В англоязычной литературе такие электродвигатели называются электродвигателями с гибридным возбуждением: «Hybrid excitation flux switching motor (HEFSM)».It is also possible to use a traction generator and traction motors with combined independent electromagnetic and magnetoelectric excitation. In this case, the stator contains permanent magnets 26 and a field coil 27. In the example of FIG. 2, permanent magnets 26 are inserted into each of the 12 teeth 19 of the stator 20, and the field coil consists of 12 coils 27 connected in series or in parallel. In English literature, such electric motors are called hybrid excitation electric motors: “Hybrid excitation flux switching motor (HEFSM)”.

Обмотка возбуждения подключается к источнику тока возбуждения 13, выполненному в виде отдельного устройства, соединенного с одним из контроллеров по цепям питания и/или управления, как это показано на чертеже, либо в виде составной части какого-либо контроллера.The excitation winding is connected to the excitation current source 13, made in the form of a separate device connected to one of the controllers via power and / or control circuits, as shown in the drawing, or as an integral part of any controller.

Тяговый генератор 2 может иметь конструкцию, аналогичную тяговым электродвигателям 3, 4, или отличающуюся от них.Traction generator 2 may have a design similar to or different from traction motors 3, 4.

Контроллер генератора (силовой выпрямитель) 10 обеспечивает выпрямление выходного напряжения тягового генератора 2, а также коммутацию обмоток при его работе в режиме электродвигателя при запуске ДВС и при работе в режиме торможения самоходной машины двигателем. В последнем случае контроллеры 11, 12 обеспечивают коммутацию обмоток тяговых электродвигателей 3, 4 при их работе в режиме генератора.The generator controller (power rectifier) 10 provides the rectification of the output voltage of the traction generator 2, as well as the switching of the windings when it is in the electric motor mode when starting the engine and when the engine is braking the self-propelled machine. In the latter case, the controllers 11, 12 provide switching of the windings of the traction motors 3, 4 when they are in generator mode.

В тяговые электродвигатели 3, 4 или в бортовые редукторы 7, 8 могут быть встроены нормально замкнутые стояночные тормоза 28, 29, управление которыми осуществляется непосредственно главным контроллером 9 или контроллерами 11, 12 тяговых электродвигателей. Контроллеры обеспечивают включение стояночных тормозов для предотвращения скатывания самоходной машины под уклон, а также для ее торможения и остановки, если по каким-либо причинам интенсивность торможения тяговыми электродвигателями 3, 4 оказывается недостаточной.Normally closed parking brakes 28, 29, which are controlled directly by the main controller 9 or the controllers 11, 12 of the traction motors, can be integrated into the traction motors 3, 4 or on-board gearboxes 7, 8. The controllers provide the inclusion of parking brakes to prevent the self-propelled machine from rolling downhill, as well as to brake and stop it, if for some reason the braking intensity of the traction motors 3, 4 is insufficient.

Контроллеры 11 и 12 осуществляют управление тяговыми электродвигателям 3, 4 с возможностью изменения как скорости, так и направления движения самоходной машины. Альтернативным вариантом реализации трансмиссии машины является применение одного электродвигателя, главной передачи, устройства дифференциального управления, бортовых фрикционов и рабочих тормозов.The controllers 11 and 12 control the traction motors 3, 4 with the possibility of changing both the speed and direction of movement of the self-propelled machine. An alternative embodiment of the machine’s transmission is the use of a single electric motor, final drive, differential control device, on-board friction clutches and service brakes.

Органы управления 14 предназначены для формирования сигналов управления трансмиссией и включают в себя, по меньшей мере, один аппарат управления движением машины (джойстик), соединенный с главным контроллером 9, ключ запуска ДВС, клавишные и кнопочные переключатели, рукоятку управления подачей топлива, педали тормоза и десселератора.The controls 14 are designed to generate transmission control signals and include at least one machine motion control device (joystick) connected to the main controller 9, an internal combustion engine start key, key and button switches, a fuel control handle, brake pedals and the dealerator.

Сигналы торможения самоходной машины могут формироваться аппаратом управления (джойстиком) путем установки его рукоятки в нейтральное положение, либо с помощью педали тормоза.The braking signals of a self-propelled vehicle can be generated by the control unit (joystick) by setting its handle to the neutral position, or by using the brake pedal.

Контроллер 9 соединен также с панелью оператора 15, именуемую также панелью контрольно-измерительных приборов, комбинацией приборов, блоком индикации, блоком отображения информации и т.п. Она выполнена в виде набора электромеханических указателей, графической панели, световых сигнализаторов и т.п. и обеспечивает отображение параметров работы трансмиссии и машины в целом, а также формирование аварийных и предупредительных сигналов для оператора. Панель оператора 15 может быть выполнена в виде отдельного блока или совмещена с одним из контроллеров.The controller 9 is also connected to the operator panel 15, also referred to as the instrument panel, instrument cluster, display unit, information display unit, etc. It is made in the form of a set of electromechanical pointers, a graphic panel, light signaling devices, etc. and provides a display of the transmission parameters of the transmission and the machine as a whole, as well as the formation of alarm and warning signals for the operator. The operator panel 15 can be made in the form of a separate unit or combined with one of the controllers.

Для контроля параметров работы машины, в том числе ее трансмиссии, в состав системы управления входят датчики 16. К ним относятся датчики температуры и давления в трансмиссии и двигателе 1, датчики продольного и поперечного наклона машины (креномеры), положения машины (приемники сигналов GPS/ГЛОНАСС), тягового усилия машины, ускорения, угловых скоростей роторов тяговых электродвигателей 30, 31 и другие датчики.To control the operation parameters of the machine, including its transmission, the control system includes sensors 16. These include temperature and pressure sensors in the transmission and engine 1, sensors for longitudinal and transverse inclination of the machine (roll gauges), and the position of the machine (GPS / GLONASS), the traction force of the machine, acceleration, angular velocities of the rotors of the traction motors 30, 31 and other sensors.

Предельно допустимые значения параметров работы трансмиссии и рабочего оборудования самоходной машины предварительно определяются расчетным или экспериментальным путем при проектировании самоходной машины и записываются в память контроллеров 9-12 и/или панели оператора 15.The maximum permissible values of the parameters of the transmission and operating equipment of the self-propelled machine are preliminarily determined by calculation or experimentally when designing the self-propelled car and are recorded in the memory of the controllers 9-12 and / or the operator panel 15.

Предложенная электромеханическая трансмиссия самоходной машины работает следующим образом.The proposed electromechanical transmission of a self-propelled machine operates as follows.

Оператор при помощи органов управления 14 задает рабочую скорость и направление движения самоходной машины.The operator using the controls 14 sets the operating speed and direction of movement of the self-propelled machine.

ДВС 1 непосредственно или через согласующий редуктор/мультипликатор приводит во вращение ротор тягового генератора 2. Его выходное напряжение переменного тока с помощью силового выпрямителя (контроллера генератора) 10 преобразуется в напряжение постоянного тока +Uc, -Uc на силовых шинах 18, которое поступает на контроллеры 11, 12 тяговых электродвигателей 3, 4.ICE 1 directly or through a matching gear / multiplier drives the rotor of the traction generator 2. Its output voltage of the alternating current with the help of a power rectifier (generator controller) 10 is converted into a DC voltage + Uc, -Uc on the power buses 18, which is supplied to the controllers 11, 12 traction motors 3, 4.

Для самоходной машины предпочтительно иметь один силовой выпрямитель 10 на все тяговые электродвигатели, что позволяет обеспечить прямой обмен энергией между левым и правым бортами машины при ее маневрировании при соответствующем уменьшении поглощения энергии тормозным резистором и увеличении КПД трансмиссии.For a self-propelled machine, it is preferable to have one power rectifier 10 for all traction motors, which allows a direct energy exchange between the left and right sides of the machine when it is maneuvered with a corresponding decrease in energy absorption by a braking resistor and an increase in transmission efficiency.

Для каждого тягового электродвигателя устанавливается отдельный контроллер (инвертор, преобразователь, коммутатор) 11, 12. Возможна также установка нескольких контроллеров на один тяговый электродвигатель при дроблении мощности по секциям статора электродвигателя, либо установка общего контроллера на два тяговых электродвигателя.A separate controller (inverter, converter, switch) 11, 12 is installed for each traction motor. It is also possible to install several controllers on one traction motor when crushing power into sections of the stator of the electric motor, or install a common controller on two traction motors.

Контроллеры 11, 12 преобразуют напряжение постоянного тока +Uc, -Uc силовых шин 18 в переменное напряжение или в однополярные импульсы регулируемой частоты и скважности, поступающие на обмотки (фазы) 21 тяговых электродвигателей 3, 4. Крутящий момент, создаваемый тяговыми электродвигателями, передается на бортовые редукторы 5, 6 и далее на ведущие звездочки 7, 8 и гусеницы самоходной машины, в результате чего осуществляется ее движение в соответствии с направлением и скоростью, выбранными оператором.The controllers 11, 12 convert the DC voltage + Uc, -Uc of the power buses 18 into alternating voltage or into unipolar pulses of adjustable frequency and duty cycle supplied to the windings (phases) of 21 traction motors 3, 4. The torque generated by the traction motors is transmitted to final drives 5, 6 and further to the drive sprockets 7, 8 and tracks of the self-propelled vehicle, as a result of which it moves in accordance with the direction and speed selected by the operator.

Каждый контроллер (инвертор, преобразователь, коммутатор) 11, 12 имеет высокопроизводительный встроенный микроконтроллер или цифровой сигнальный процессор, обеспечивающий прием сигналов управления и прямое цифровое управление электронными силовыми ключами, выполненными на IGBT транзисторах.Each controller (inverter, converter, switch) 11, 12 has a high-performance built-in microcontroller or digital signal processor that provides reception of control signals and direct digital control of electronic power switches made on IGBT transistors.

Контроллеры объединены локальной сетью CAN, LIN и т.п. и получают сигналы управления от главного (ведущего, системного) контроллера 9, непосредственно от органов управления 14 или от других устройств системы управления трансмиссией в зависимости от ее конструктивного исполнения.Controllers are connected by a local CAN network, LIN, etc. and receive control signals from the main (master, system) controller 9, directly from the controls 14 or from other devices of the transmission control system, depending on its design.

Для правильной коммутации фаз тяговые электродвигатели 3, 4 требуют обратной связи по положению ротора. В общем случае для выполнения такого требования используются датчики положения ротора 30, 31, которые одновременно используются в качестве датчиков скорости вращения роторов. В случае, если крутящий момент каждого из тяговых двигателей 3, 4 относительно невелик, буксование машины отсутствует. В этом случае на основании скоростей вращения роторов тяговых электродвигателей контроллеры 11, 12 определяют скорость движения самоходной машины.For proper phase switching, traction motors 3, 4 require feedback on the position of the rotor. In general, to fulfill this requirement, rotor position sensors 30, 31 are used, which are simultaneously used as rotor speed sensors. If the torque of each of the traction motors 3, 4 is relatively small, there is no skidding of the machine. In this case, based on the rotational speeds of the rotors of the traction electric motors, the controllers 11, 12 determine the speed of the self-propelled machine.

Возможна также реализация бессенсорных алгоритмов управления тяговыми электродвигателями, в частности, основанных на оценке потокосцепления, а также измерения действительной скорости движения самоходной машины с помощью одного из датчиков 16.It is also possible to implement sensorless control algorithms for traction motors, in particular, based on the estimation of flux linkage, as well as measuring the actual speed of a self-propelled vehicle using one of the sensors 16.

В первом варианте реализации электромеханической трансмиссии тяговые электродвигатели 3, 4 имеет числа зубцов статора и ротора, выбранные из условия реализации тяговых электродвигателей с различным количеством фаз. Например, 12 зубцов статора и 10 зубцов ротора или 24 зубца статора и 20 зубцов ротора. В этом случае контроллеры 11 и 12 обеспечивают переключение управления зубцовыми катушками с 3-фазной на 6-фазную конфигурацию тяговых электродвигателей в случае получения контроллерами 11, 12 команды на изменение количества фаз тяговых электродвигателей от главного (системного) контроллера 9 или в случае выявления контроллерами 11, 12 с помощью датчиков 30, 31 снижения скорости вращения роторов тяговых электродвигателей или скорости движения самоходной машины ниже предварительно установленной величины, записанной в памяти этих контроллеров. Благодаря этому трансмиссия обеспечивает повышенное тяговое усилие при низких скоростях движения самоходной машины и, соответственно, расширение нижней границы диапазона ее рабочей скорости. Улучшение тягово-скоростных характеристик трансмиссии на высоких скоростях при этом обеспечивается за счет уменьшения числа фаз при увеличении скорости движения самоходной машины.In the first embodiment of the implementation of the electromechanical transmission, the traction electric motors 3, 4 have the number of stator and rotor teeth selected from the conditions for the implementation of the traction electric motors with a different number of phases. For example, 12 stator teeth and 10 rotor teeth or 24 stator teeth and 20 rotor teeth. In this case, the controllers 11 and 12 provide switching control of the gear coils from a 3-phase to a 6-phase configuration of traction motors if the controllers 11, 12 receive a command to change the number of phases of the traction motors from the main (system) controller 9 or if the controllers 11 , 12 using sensors 30, 31 to reduce the rotational speed of the rotors of the traction electric motors or the speed of the self-propelled machine below a predetermined value recorded in the memory of these controllers. Due to this, the transmission provides increased traction at low speeds of the self-propelled vehicle and, accordingly, the expansion of the lower boundary of the range of its operating speed. Improving the traction and speed characteristics of the transmission at high speeds is ensured by reducing the number of phases with increasing speed of the self-propelled vehicle.

В втором варианте реализации электромеханической трансмиссии тяговый генератор 2 и тяговые электродвигатели 3, 4 имеют обмотки возбуждения 27. В этом случае в исходном состоянии трансмиссии токи возбуждения тягового генератора и тяговых электродвигателей с помощью источника тока возбуждения 13, управляемого контроллером 9, устанавливаются на уровне, соответствующем максимальному КПД трансмиссии в номинальном режиме ее работы. При этом обеспечивается постоянство тяговой мощности самоходной машины в определенном (как правило, в 2…3-х кратном) диапазоне изменения скоростей ее движения.In the second embodiment of the implementation of the electromechanical transmission, the traction generator 2 and the traction motors 3, 4 have excitation windings 27. In this case, in the initial state of the transmission, the excitation currents of the traction generator and traction motors using the excitation current source 13 controlled by the controller 9 are set at a level corresponding to maximum transmission efficiency in the nominal mode of its operation. At the same time, the traction power of the self-propelled machine is ensured in a certain (usually 2 ... 3 times) range of changes in its speed.

Внутри этого диапазона рабочая скорость самоходной машины может регулироваться контроллерами 11, 12 в зависимости от положений органов управления 14 без изменения токов возбуждения.Within this range, the working speed of the self-propelled machine can be controlled by controllers 11, 12 depending on the positions of the controls 14 without changing the excitation currents.

При выходе за пределы этого диапазона при помощи контроллера 9 или отдельного источника тока возбуждения осуществляется изменение токов возбуждения тягового генератора 2 и тяговых электродвигателей 3, 4 из условия формирования тяговой характеристики самоходной машины гиперболического вида - стабилизации ее тяговой мощности в максимально широком диапазоне скоростей ее движения. А именно, в случае снижения скорости движения самоходной машины осуществляется увеличение тока возбуждения тяговых электродвигателей, что приводит к увеличению тягового усилия. Для увеличения скорости движения самоходной машины осуществляется снижение тока возбуждения тяговых электродвигателей.When going beyond this range, using the controller 9 or a separate excitation current source, the excitation currents of the traction generator 2 and traction motors 3, 4 are changed from the condition for the formation of the traction characteristic of a self-propelled car of a hyperbolic type - stabilization of its traction power in the widest possible range of speeds of its movement. Namely, in the case of a decrease in the speed of movement of the self-propelled vehicle, the excitation current of the traction electric motors is increased, which leads to an increase in traction. To increase the speed of the self-propelled machine, the excitation current of the traction electric motors is reduced.

В предложенной трансмиссии возможна реализация оптимального регулирования тока возбуждения тягового генератора 2 в зависимости от скорости движения и/или тяговой нагрузки машины, в частности, из условия достижения максимальной выходной мощности трансмиссии в зависимости от режима работы машины, выбранного оператором с помощью органов управления 14 - при заданной величине тяговой мощности, тягового усилия, или скорости движения машины. Величина тягового усилия машины при этом может быть вычислена на основании результатов измерения крутящих моментов тяговых электродвигателей 3, 4.In the proposed transmission, it is possible to implement the optimal regulation of the excitation current of the traction generator 2 depending on the speed and / or traction load of the machine, in particular, from the condition of achieving the maximum output power of the transmission depending on the operating mode of the machine selected by the operator using the controls 14 - when a given amount of traction power, traction, or vehicle speed. The magnitude of the traction force of the machine can be calculated on the basis of the measurement results of the torques of the traction motors 3, 4.

В случае, если мощности ДВС 1 недостаточно для поддержания заданной оператором скорости движения машины при текущем значении ее тягового усилия (сопротивления передвижению), то регулирование осуществляется из условия достижения скорости движения машины, максимально возможной в данных условиях.If the power of ICE 1 is not enough to maintain the machine’s speed set by the operator at the current value of its traction force (resistance to movement), then regulation is carried out from the condition that the speed of the machine reaches the maximum possible in these conditions.

Возможна также реализация оптимального взаимосвязанного управления токами возбуждения тягового генератора и тяговых электродвигателей с помощью контроллеров тяговых электродвигателей и ДВС по различным критериям в зависимости от заданного оператором режима работы самоходной машины - из условия достижения максимальной тяговой мощности самоходной машины, заданной величины скорости движения машины, заданной величины тяговой мощности машины или максимального КПД трансмиссии. В частности, из условия стабилизации или поддержания заданной величины тяговой мощности или скорости движения самоходной машины.It is also possible to implement optimal interconnected control of the excitation currents of the traction generator and traction electric motors with the help of traction electric motor and ICE controllers according to various criteria depending on the operating mode of the self-propelled machine set by the operator - from the condition that the maximum traction power of the self-propelled machine is reached, the set speed of the machine, a given value traction power of the machine or maximum transmission efficiency. In particular, from the condition of stabilization or maintenance of a given value of traction power or the speed of movement of a self-propelled vehicle.

Алгоритмы взаимосвязанного и автоматизированного управления трансмиссией предварительно определяются расчетным или экспериментальным путем, записываются в память контроллера 9 и далее программно реализуются микроконтроллером, входящим в его состав.Algorithms for interconnected and automated transmission control are preliminarily determined by calculation or experimentally, recorded in the memory of controller 9 and then programmatically implemented by the microcontroller included in its composition.

В третьем варианте реализации электромеханической трансмиссии тяговые электродвигатели реализованы с количеством фаз больше трех, например, четырехфазными или пятифазными, а контроллеры 11, 12 осуществляют изменение алгоритмов коммутации катушек этих фаз в зависимости от скорости движения самоходной машины или скорости вращения роторов тяговых электродвигателей. А именно, при уменьшении этой скорости осуществляется увеличение количества фаз, катушки которых в каждый момент времени подключены к силовым шинам. Это подключение синхронизировано с углом поворота ротора и реализовано, в случае необходимости, с ограничением тока каждой фазы в режиме импульсной модуляции.In the third embodiment of the implementation of an electromechanical transmission, traction motors are implemented with more than three phases, for example, four-phase or five-phase, and the controllers 11, 12 change the switching algorithms of the coils of these phases depending on the speed of the self-propelled machine or the speed of rotation of the rotors of the traction motors. Namely, with a decrease in this speed, an increase in the number of phases occurs, the coils of which are connected to the power buses at each moment of time. This connection is synchronized with the angle of rotation of the rotor and is implemented, if necessary, with the limitation of the current of each phase in the pulse modulation mode.

В четвертом варианте реализации электромеханической трансмиссии учитывается, что при движении самоходной машины с высокой скоростью мощность тяговых электродвигателей 3, 4 и, соответственно, тяговая мощность машины, может оказаться недостаточной, поскольку индуктивности обмоток зубцовых катушек 22 ограничивают скорость нарастания тока в обмотках. В этом случае, с целью для сохранения высокой тяговой мощности самоходной машины, с помощью датчика скорости машины, входящего в состав датчиков 16, или с помощи контроллеров 11, 12 выявляется повышенная скорость движения самоходной машины или повышенные скорости вращения роторов электродвигателей 3, 4 (при отсутствии буксования колес или гусениц эти параметры эквивалентны). Далее на контроллер генератора 10 и/или на источник тока возбуждения 13 предается управляющий сигнал об увеличения напряжения +Uc, -Uc на силовых шинах 18.In the fourth embodiment of the implementation of the electromechanical transmission, it is taken into account that when the self-propelled machine moves at high speed, the power of the traction motors 3, 4 and, accordingly, the traction power of the machine may be insufficient, since the inductances of the windings of the gear coils 22 limit the rate of rise of current in the windings. In this case, in order to maintain high traction power of the self-propelled machine, using the speed sensor of the machine, which is part of the sensors 16, or using the controllers 11, 12, an increased speed of movement of the self-propelled machine or increased rotational speeds of the rotors of electric motors 3, 4 (when lack of skidding of wheels or tracks, these parameters are equivalent). Next, the control signal about the increase in voltage + Uc, -Uc on the power buses 18 is transmitted to the generator controller 10 and / or to the excitation current source 13.

Электромеханическая трансмиссия в пятом варианте ее исполнения содержит систему жидкостного охлаждения ее силовых компонентов - тягового генератора, тяговых электродвигателей и контроллеров (подразумеваются сильноточные контроллеры). Причем циркуляционный насос выполнен регулируемым, а главный контроллер 9 или какой-либо иной контроллер обеспечивает управление этим насосом и соответствующее регулирование скорости (потока) охлаждающей жидкости (теплоносителя) таким образом, чтобы с одной стороны полностью исключить перегрев силовых компонентов трансмиссии, а с другой стороны максимально сократить величину отбора мощности ДВС на привод циркуляционного насоса. Алгоритм такого управления предварительно определен при проектировании трансмиссии и записан в памяти микроконтроллера, на основе которого реализован контроллер 9.The electromechanical transmission in its fifth embodiment contains a liquid cooling system for its power components — a traction generator, traction motors and controllers (high-current controllers are meant). Moreover, the circulation pump is made adjustable, and the main controller 9 or some other controller provides control of this pump and the corresponding regulation of the speed (flow) of the coolant (coolant) in such a way as to completely eliminate overheating of the power components of the transmission, on the one hand, and, on the other hand, minimize the power take-off of the internal combustion engine to the circulation pump drive. The algorithm for such control is predefined during transmission design and recorded in the memory of the microcontroller, on the basis of which controller 9 is implemented.

Указанный алгоритм реализуется программно в различных вариантах и предусматривает прямое или косвенное измерение (вычисление) различных рабочих параметров трансмиссии. В частности, возможно вычисление мощности потерь в тяговом генераторе и/или в тяговых электродвигателях, выходной мощности тягового генератора, выходного крутящего момента или выходной мощности тяговых электродвигателя. Для осуществления возможности таких вычислений контроллеры с помощью датчиков 16, 30, 31 осуществляют измерение температуры различных составных частей электромеханической трансмиссии, температуры охлаждающей жидкости, угловой скорости вращения роторов тяговых электродвигателей, токов в обмотках тягового генератора и тяговых электродвигателей, напряжения на силовых шинах 16 и т.д.The specified algorithm is implemented in software in various versions and provides for direct or indirect measurement (calculation) of various operating parameters of the transmission. In particular, it is possible to calculate the loss power in the traction generator and / or in the traction motors, the output power of the traction generator, the output torque, or the output power of the traction motor. To enable such calculations, the controllers, using sensors 16, 30, 31, measure the temperature of various components of the electromechanical transmission, coolant temperature, angular rotation speed of the traction motor rotors, currents in the windings of the traction generator and traction motors, voltage on power buses 16 and t .d.

Далее контроллер 9 определяет наиболее критичный параметр или наиболее чувствительный к перегреву компонент трансмиссии в текущем режиме работы самоходной машины и формирует сигнал управления циркуляционным насосом из условия увеличения скорости или потока охлаждающей жидкости при увеличении по меньшей мере одного из указанных измеряемых параметров, обеспечивая исключение перегрева этого компонента.Next, the controller 9 determines the most critical parameter or the transmission component most sensitive to overheating in the current operating mode of the self-propelled machine and generates a control signal for the circulation pump from the condition that the speed or flow of the coolant increases when at least one of the measured parameters increases, ensuring that this component does not overheat .

При этом снижение отбора мощности на циркуляционный насос приводит к улучшению тягово-скоростных характеристик самоходной машины.At the same time, a decrease in power take-off to the circulation pump leads to an improvement in the traction-speed characteristics of the self-propelled machine.

В шестом варианте реализации электромеханической трансмиссии обмотки статоров тяговых электродвигателей выполнены с коэффициентом заполнения пазов медью более 0,5 (более 50%), в частности, за счет выполнения зубцовых катушек из прямоугольного провода и выбора соответствующей конфигурации зубцов 19 и пазов магнитопровода статора 20. Это позволяет максимально увеличить радиус ротора и сократить длину пути магнитного потока в магнитопроводе статора, что приводит к улучшению тягово-скоростных характеристик трансмиссии на всех скоростях движения самоходной машины.In the sixth embodiment of the implementation of the electromechanical transmission, the windings of the stators of the traction electric motors are made with a groove filling factor of copper of more than 0.5 (more than 50%), in particular, by making gear coils from a rectangular wire and choosing the appropriate configuration of the teeth 19 and grooves of the stator 20 magnetic circuit. maximizes the radius of the rotor and reduces the path length of the magnetic flux in the stator magnetic circuit, which leads to an improvement in the traction and speed characteristics of the transmission at all driving speeds eniya self-propelled machine.

Из приведенного описания отдельных вариантов реализации электромеханической трансмиссии, характеризующихся различными альтернативными признаками формулы изобретения, следует, что реализация какого-либо одного варианта улучшения тягово-скоростных характеристик трансмиссии не исключает возможности реализации в этой трансмиссии какого-либо другого варианта. Иными словами, в предложенной электромеханической трансмиссии возможна одновременная реализация нескольких технических решений, характеризующихся различными альтернативными признаками, в их любом сочетании.From the above description of the individual embodiments of the electromechanical transmission, characterized by various alternative features of the claims, it follows that the implementation of any one option to improve the traction and speed characteristics of the transmission does not exclude the possibility of implementing any other variant in this transmission. In other words, in the proposed electromechanical transmission, it is possible to simultaneously implement several technical solutions, characterized by various alternative features, in any combination thereof.

Для специалистов в данной области техники также понятно, что кроме описанных вариантов электромеханической трансмиссия самоходной машины возможны также иные варианты ее реализации на основе признаков, изложенных в формуле изобретения.For specialists in the art it is also clear that in addition to the described options for the electromechanical transmission of a self-propelled machine, other options for its implementation are also possible based on the features set forth in the claims.

Claims

1. Electromechanical transmission of a self-propelled machine containing at least one traction generator, which is directly or through a matching device connected to an internal combustion engine (ICE) and is adapted to convert at least part of the mechanical energy of the internal combustion engine to electrical energy transmitted to the power bus from the traction generator directly or through a power rectifier, at least one traction motor, final drives adapted to drive drive wheels or tracks self-propelled cars and connected with at least one traction motor directly or at least through one transmission device, as well as a control system, which includes at least one control and at least one controller connected to power buses and made with the ability to control the traction generator and / or at least one traction motor, and at least one traction generator and / or traction motor is made with a windingless rotor and gears by the stator, a tooth coil is placed on each stator tooth, and each phase comprises an even number of tooth coils connected in series and / or in parallel, characterized in that at least one of the following technical solutions is additionally implemented in it:

a) at least one traction electric motor has the number of stator and rotor teeth selected from the conditions for the implementation of the traction electric motor with a different number of phases, and the controller is configured to change the number of phases during the operation of the self-propelled machine by changing the algorithm for connecting the tooth coils to the power buses, interconnected in series and / or in parallel, so that when the speed of the self-propelled machine or the rotational speed of the rotor of the traction motor decreases there is an increase in the number of its phases;

b) at least one traction generator and / or traction motor is made with a combined independent electromagnetic and magnetoelectric excitation, while its stator is equipped with permanent magnets and field windings connected in series and / or in parallel and connected to the excitation current source, and this the source is made in the form of an integral part of the controller or a separate device of a control system connected to the controller via power and / or control circuits;

c) at least one traction motor is implemented with the number of phases greater than three, and the controller is configured to change the switching algorithm of the coils of these phases depending on the speed of the self-propelled machine or the speed of rotation of the rotor so that when the specified speed decreases, the number of phases increases, coils of which are connected to power buses at each moment of time, moreover, this connection is synchronized with the angle of rotation of the rotor and is implemented, if necessary, with a restriction current of each phase in pulse modulation mode;

d) the controller is adapted to control the traction generator and / or power rectifier from the condition of increasing voltage on the power buses with increasing speed of the self-propelled machine and / or rotational speed of the rotor of at least one traction motor;

d) the electromechanical transmission contains a liquid cooling system for the traction generator, and / or at least one traction motor, and / or power rectifier, and / or at least one controller, moreover, this system contains an adjustable circulation pump, and the controller is configured to directly or indirectly measuring or calculating the power loss in the traction generator and / or at least one traction motor, and / or the output power of the traction generator, and / or the output torque one or the output power of at least one traction motor, and / or the temperature of at least one component of the electromechanical transmission, and / or the temperature of the coolant, and also with the ability to control the circulation pump from the condition of increasing the speed or flow of the coolant with increasing at least at least one of the measured or calculated parameters;

f) the stator windings of at least one traction motor are made with a groove filling factor of copper more than 0.5.

2. The electromechanical transmission according to claim 1, characterized in that at least one traction electric motor is made with 12 stator teeth and with 10 teeth of the rotor, and the controller is adapted to change the gear coil control algorithm from 3-phase to 6-phase configuration if the controller receives a command to change the number of phases of the traction motor or if the controller detects a decrease in the rotational speed of the traction motor rotor or the speed of the self-propelled machine same preset value recorded in the controller memory.

3. The electromechanical transmission according to claim 1, characterized in that the controller is adapted to control the excitation current source and is configured to generate a constant or alternating or pulsed excitation current of at least one traction generator and / or traction motor, depending on the position and / or the rotational speed of its rotor, and / or the speed of the self-propelled machine, and / or the output voltage of the traction generator, and / or the voltage on the power buses, and / or the load of the traction motor.

4. The electromechanical transmission according to claim 3, characterized in that the controller is adapted to control the excitation current source from the conditions of formation of the traction characteristic of the self-propelled car of a hyperbolic type with the minimum possible change in traction power when the speed of the self-propelled machine or the rotor speed of at least one traction motor.

5. The electromechanical transmission according to claim 1, characterized in that the controller is adapted to control the traction generator and / or power rectifier from the condition of increasing voltage on the power tires with increasing speed of the self-propelled machine and / or rotor speed of at least one traction motor, if the current value of this speed is less than the value set by the operator of the self-propelled machine using the control connected to the controller.

6. Electromechanical transmission according to claim 1, characterized in that the matching device adapted to connect the traction generator with the internal combustion engine is made in the form of an elastic coupling and / or a multiplier.

7. Electromechanical transmission according to claim 1, characterized in that the traction generator contains an integrated controller or power rectifier.

8. The electromechanical transmission according to claim 1, characterized in that the transmission device connecting the traction motor to the final drives contains a final drive, the outputs of which are connected to the final drives using on-board friction clutches.

9. The electromechanical transmission according to claim 1, characterized in that it contains traction motors, the number of which is equal to the number of tracks or drive wheels of a self-propelled machine, the traction motors being adapted for independent drive of each track or each drive wheel.

10. The electromechanical transmission according to claim 1, characterized in that at least one controller comprises a power converter implemented on the basis of IGBT transistors and a control device for these transistors, which includes galvanically isolated drivers of these transistors, a microcontroller or a digital signal processor, and interface devices adapted for exchanging information with this controller via the CAN network (Controller Area Network - network of controllers) and / or LIN (Local Interconnect Network - local area network).

11. The electromechanical transmission according to claim 1, characterized in that at least one traction motor contains an integrated controller.