RU2771932C1

RU2771932C1 - Transmission for hybrid vehicles

Info

Publication number: RU2771932C1
Application number: RU2021136135A
Authority: RU
Inventors: Равиль Гафиевич Хадеев
Original assignee: Равиль Гафиевич Хадеев
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-05-13

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering. In the transmission for hybrid transport, the engine is connected to a mechanism consisting of an asymmetric planetary differential connected to the driven shaft and to a power electroinduction slip clutch, which is a double-rotation electric machine. The counterpart of the machine is connected to the engine. The differential is connected to the generator, the counterpart of which is mounted on the engine shaft and connected to it. The electroinductive interaction force arising from the rotation of the motor shaft and in the presence of a load on the driven shaft between the stator and the rotor, as well as between the armature and the inductor, partially blocks the differential and causes the entire mechanism to rotate around the axis, which leads to an increase in the speed of rotation of the driven shaft. An increase in the load on the driven shaft, which is then braked, leads to an increase in the transmission of motion through the differential and to an increase in the gear ratio and torque from the engine to the shaft.

EFFECT: smoothness of work is increased.

5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, автомобилестроения и может быть применено в других областях техники.The invention relates to the field of mechanical engineering, automotive industry and can be applied in other fields of technology.

Недостатком зубчатых редукторов, является то, что при их использовании передаточное отношение трансмиссии постоянно, двигатель в большинстве случаев не работает на оптимальном режиме, при этом ухудшается экономичность, увеличиваются нагрузки на двигатель и элементы трансмиссии. Внесение в конструкцию технологически сложных устройств, ступенчатых или бесступенчатых преобразователей передаточного отношения, а также специальных устройств, например, гидромоторов, приводят к удорожанию конструкции и к уменьшению степени надежности. Недостатками известных решений, описанных в Патентах RU №2726378, не предусмотрена возможность использования генератора в качестве электродвигателя, в патентах RU №2304735 и RU №2333405, являются сложность конструкции и неоптимальный режим работы в процессе изменения передаточного отношения.The disadvantage of gear reducers is that when they are used, the gear ratio of the transmission is constant, the engine in most cases does not work in the optimal mode, while efficiency deteriorates, and loads on the engine and transmission elements increase. The introduction of technologically complex devices into the design, step or stepless gear ratio converters, as well as special devices, for example, hydraulic motors, lead to an increase in the cost of the design and to a decrease in the degree of reliability. The disadvantages of the known solutions described in Patents RU No. 2726378, which does not provide for the possibility of using a generator as an electric motor, in patents RU No. 2304735 and RU No. 2333405, are the complexity of the design and the non-optimal mode of operation in the process of changing the gear ratio.

Задачей изобретения является достижение плавного изменения в широких пределах оборотов и крутящего момента на выходном валу устройства при оптимальном режиме работы двигателя, а также возможности подключения дополнительной мощности на ведомый вал и возможность рекуперации при торможении.The objective of the invention is to achieve a smooth change over a wide range of speed and torque on the output shaft of the device with the optimal engine operation, as well as the possibility of connecting additional power to the driven shaft and the possibility of recuperation during braking.

Поставленная цель достигается тем, что на валу двигателя установлены и соединены с ним ротор генератора и индуктор электроиндукционной муфты и, также, вал двигателя соединен с входом асимметричного планетарного дифференциала. Один из выходов дифференциала, передающий больший крутящий момент, соединен с ведомым валом, а второй с якорем электроиндукционной муфты и статором генератора. При этом статор генератора связан с якорем электроиндукционной муфты и вторым выходом дифференциала посредством управляемой муфты. Статор генератора и ответная часть электроиндукционной муфты имеют возможность вращаться на валу так, что и генератор и электроиндукционная муфта образуют электрические машины двойного вращения. При наличии нагрузки на ведомом валу вал тормозится, часть энергии двигателя передается на второй выход дифференциала, статор генератора и якорь электроиндукционной муфты стремятся вращаться в сторону, обратную направлению вращения двигателя и, связанных с ними, ротора генератора и индуктора электроиндукционной муфты. Генератор, в результате скольжения между статором и ротором, вырабатывает электрический ток, обеспечивает зарядку батареи и другие потребители, обеспечивает током дополнительные тяговые электродвигатели, если они имеются, а также питает обмотку возбуждения индуктора электроиндукционной муфты. Сила сцепления между статором и ротором генератора и сила сцепления между индуктором и якорем электроиндукционной муфты, направлены в сторону вращения двигателя. Второй выход дифференциала, который с ними связан, частично блокирует дифференциал и заставляет дифференциал вместе с соединенными с ним якорем электроиндукционной муфты и статором генератора вращаться в направлении вращения вала двигателя. Ведомый вал ускоряется, потому что вращение частично передается за счет вращения всего механизма вокруг оси. При увеличении нагрузки на ведомом валу, он тормозится, и вращение в большей мере передается через шестерни дифференциала, увеличивается передаточное отношение и момент вращения на ведомый вал. При увеличении торможения ведомого вала увеличивается скольжение между ротором и статором генератора, увеличивается сила Ампера и увеличивается сила сцепления между статором и ротором. Соотношение электрических сил сцепления и сил, тормозящих транспортное средство, определяет общее передаточное отношение и крутящий момент устройства на его выходе. При необходимости работы генератора в качестве электродвигателя муфта, соединяющая статор генератора и якорь электроиндукционной муфты отсоединяет статор генератора от дифференциала, а вторая муфта подключает статор на неподвижную часть корпуса и он останавливается. При необходимости максимально увеличить крутящий момент на ведомом валу, муфта, соединяющая якорь электроиндукционной муфты и статор генератора также включается и соединяет якорь со статором генератора, который соединен с корпусом. При этом второй выход дифференциала останавливается, и дифференциал работает как редуктор с большим передаточным отношением. При торможении двигателем, для рекуперации тока, включена только муфта, соединяющая якорь электроиндукционной муфты и статор генератора. Из конструкционных особенностей механизма элементы генератора и электроиндукционной муфты могут быть подключены по другому, статор генератора и якорь электроиндукционной муфты могут быть установлены на валу двигателя, а ротор генератора и индуктор электроиндукционной муфты, могут быть соединены с вторым выходом дифференциала.This goal is achieved by the fact that the rotor of the generator and the inductor of the electro-induction clutch are installed and connected to the engine shaft and, also, the engine shaft is connected to the input of the asymmetric planetary differential. One of the outputs of the differential, which transmits more torque, is connected to the driven shaft, and the second one is connected to the armature of the electroinduction clutch and the generator stator. In this case, the generator stator is connected to the armature of the electroinduction clutch and the second output of the differential by means of a controlled clutch. The stator of the generator and the mating part of the electric induction clutch are able to rotate on the shaft so that both the generator and the electric induction clutch form electric machines of double rotation. If there is a load on the driven shaft, the shaft is braked, part of the engine energy is transferred to the second output of the differential, the generator stator and the armature of the electric induction clutch tend to rotate in the direction opposite to the direction of rotation of the engine and, associated with them, the generator rotor and the inductor of the electric induction clutch. The generator, as a result of sliding between the stator and the rotor, generates electric current, provides battery charging and other consumers, provides current to additional traction motors, if any, and also feeds the excitation winding of the inductor of the electric induction clutch. The adhesion force between the stator and the rotor of the generator and the adhesion force between the inductor and the armature of the electric induction clutch are directed in the direction of rotation of the engine. The second output of the differential, which is connected with them, partially blocks the differential and causes the differential, together with the electroinduction clutch armature and the generator stator connected to it, to rotate in the direction of rotation of the motor shaft. The driven shaft accelerates because the rotation is partially transmitted by the rotation of the entire mechanism around the axis. With an increase in the load on the driven shaft, it slows down, and the rotation is transmitted to a greater extent through the gears of the differential, the gear ratio and torque on the driven shaft increase. With an increase in the braking of the driven shaft, the slip between the rotor and the stator of the generator increases, the Ampere force increases and the adhesion force between the stator and the rotor increases. The ratio of the electrical forces of adhesion and the forces that brake the vehicle determines the overall gear ratio and torque of the device at its output. If it is necessary to operate the generator as an electric motor, the clutch connecting the generator stator and the armature of the electroinduction clutch disconnects the generator stator from the differential, and the second clutch connects the stator to the fixed part of the housing and it stops. If it is necessary to maximize the torque on the driven shaft, the clutch connecting the electroinduction clutch armature and the generator stator is also turned on and connects the armature to the generator stator, which is connected to the housing. In this case, the second output of the differential stops, and the differential works as a gearbox with a large gear ratio. During engine braking, for current recovery, only the clutch connecting the armature of the electroinduction clutch and the generator stator is turned on. From the design features of the mechanism, the elements of the generator and the electric induction clutch can be connected differently, the generator stator and the armature of the electric induction clutch can be installed on the motor shaft, and the generator rotor and the inductor of the electric induction clutch can be connected to the second output of the differential.

Изобретение поясняется чертежом, на котором, на Фиг. 1 показана схема механизма. Вал двигателя 1 соединен с ротором генератора 3, с индуктором электроиндукционной муфты 6 и с водилом планетарного дифференциала 9 с сателлитами 10, которое в данном примере является входом дифференциала. Выход дифференциала, передающий больший крутящий момент соединен с шестерней 11 и передает вращение на ведомый вал 12. Второй выход дифференциала, центральное колесо 8, соединен с якорем электроиндукционной муфты 7 и, посредством сцепной управляемой муфты с синхронизатором 5, со статором генератора 4, который свободно вращается на валу двигателя. Статор генератора, посредством второй муфты 2 может быть подключен на корпус механизма для остановки его вращения. Второй выход дифференциала может быть остановлен при включении обеих муфт.The invention is illustrated by the drawing, in which, in Fig. 1 shows a diagram of the mechanism. The motor shaft 1 is connected to the generator rotor 3, to the inductor of the electro-inductive clutch 6 and to the carrier of the planetary differential 9 with satellites 10, which in this example is the input of the differential. The output of the differential, which transmits a greater torque, is connected to the gear 11 and transmits rotation to the driven shaft 12. The second output of the differential, the central wheel 8, is connected to the armature of the electroinduction clutch 7 and, by means of a controlled clutch with a synchronizer 5, to the generator stator 4, which is free rotates on the motor shaft. The generator stator, by means of the second clutch 2, can be connected to the mechanism body to stop its rotation. The second differential output can be stopped by engaging both clutches.

Второй выход дифференциала стремится вращаться в обратную сторону относительно направления вращения двигателя, но силой индукции, соединенных с ним статора генератора и якоря электроиндукционной муфты, увлекается за ротором генератора и индуктором электроиндукционной муфты, которые соединены с валом двигателя. Дифференциал силой индукции частично блокируется, и весь механизм начинает вращаться вокруг оси двигателя. Но, при этом, частично вращение передается и через шестерни дифференциала с повышенным передаточным отношением и крутящим моментом. Скорость вращения и крутящий момент на ведомом валу определяются соотношением нагрузки на ведомый вал и суммы сил сцепления элементов электроиндукционной муфты и генератора. При увеличении нагрузки на выходном валу, выходной вал тормозится, скольжение между статором и ротором генератора и между якорем и индуктором электроиндукционной муфты увеличивается. Вращение в большей степени передается через шестерни дифференциала и на выходном валу уменьшается скорость его вращения, а крутящий момент увеличивается. При необходимости увеличения мощности на ведомом валу, муфта 5 отсоединяет статор генератора от электроиндукционной муфты, а муфта 2 соединяет статор генератора с неподвижным элементом корпуса и статор генератора останавливается. После этого генератор может работать в качестве дополнительного электродвигателя. Для максимального увеличения крутящего момента на ведомом валу муфта 5 также может быть включена, при этом второй выход дифференциала останавливается и дифференциал работает как повышающая передаточное отношение зубчатая передача.The second output of the differential tends to rotate in the opposite direction relative to the direction of rotation of the engine, but by the force of induction, the generator stator and the armature of the electro-induction clutch connected to it, are carried away behind the generator rotor and the inductor of the electro-induction clutch, which are connected to the motor shaft. The differential is partially blocked by the force of induction, and the entire mechanism begins to rotate around the axis of the motor. But, at the same time, the rotation is partially transmitted through the gears of the differential with an increased gear ratio and torque. The rotation speed and torque on the driven shaft are determined by the ratio of the load on the driven shaft and the sum of the adhesion forces of the elements of the electric induction clutch and the generator. With an increase in the load on the output shaft, the output shaft is braked, the slip between the stator and the rotor of the generator and between the armature and the inductor of the electric induction clutch increases. Rotation is transmitted to a greater extent through the gears of the differential and the speed of its rotation decreases on the output shaft, and the torque increases. If it is necessary to increase the power on the driven shaft, the clutch 5 disconnects the generator stator from the electric induction clutch, and the clutch 2 connects the generator stator to the stationary element of the housing and the generator stator stops. After that, the generator can work as an additional electric motor. To maximize output torque, clutch 5 can also be engaged, whereby the second output of the differential is stopped and the differential operates as an overdrive gear.

Claims

1. Transmission for hybrid transport, characterized in that the engine is connected to a mechanism consisting of an asymmetric planetary differential having one input and two outputs, the input of which is connected to the engine, one output is connected to the driven shaft, and the second output is connected to a power electroinduction clutch sliding, which is an electric machine of double rotation, freely rotating on a shaft, the counterpart of which, an armature or an inductor, is connected to the motor shaft, and the second output of the differential is connected by means of a coupling to an electric current generator, which is also an electric machine of double rotation, the counterpart of which, rotor or stator is mounted on the motor shaft and connected to it, and the force of electroinductive interaction that occurs as a result of the rotation of the motor shaft and in the presence of a load on the driven shaft between the stator and the rotor, as well as between the armature and the inductor, partially blocks the differential and makes the entire mechanism rotate around g axis, which leads to an increase in the speed of rotation of the driven shaft, and an increase in the load on the driven shaft, which is then braked, leads to an increase in the transmission of motion through the differential gears and, as a result, to an increase in the gear ratio and torque from the engine to the shaft.

2. Transmission for hybrid transport according to claim 1, characterized in that the speed of rotation of the driven shaft is set depending on the ratio of the load on the driven shaft and the forces of electrical induction, partially blocking the differential.

3. Transmission for hybrid transport according to claim 1, characterized in that if it is necessary to use the generator as an electric motor, its stator connected to the armature of the electroinduction clutch and to the second output of the differential by the clutch is disconnected, and the second clutch is connected to the fixed element of the mechanism housing and stops.

4. Transmission for hybrid transport according to claim 1, characterized in that, in order to maximize the torque on the output shaft, the clutch connects the generator stator and the armature of the electroinduction clutch, and the second clutch connects the generator stator to the housing, the second output stops and the differential works as a gearbox with a high gear ratio.

5. Transmission for hybrid transport according to claim 1, characterized in that from the design features of the mechanism, the elements of the generator and the electric induction clutch can be connected differently, the generator stator and the armature of the electric induction clutch can be installed on the motor shaft, and the generator rotor and the inductor of the electric induction clutch can be connected to the second differential output.