SK500682020U1 - Pohon s tromi elektromotormi, dvoma planétovými prevodovkami a diferenciálom - Google Patents

Abstract

Pohon s tromi elektromotormi, dvoma planétovými prevodovkami a diferenciálom obsahuje prvý elektromotor so statorom (1) a rotorom (2), druhý elektromotor so statorom (4) a rotorom (5) a tretí elektromotor so statorom (4a) a rotorom (5a), kde stator (1) prvého elektromotora je pevne ukotvený a je spojený so statorom (4) druhého elektromotora a so statorom (4a) tretieho elektromotora, pričom hriadeľ (3) rotora (2) prvého elektromotora je spojený s centrálnym kolesom (9) prvej planétovej prevodovky a tiež s centrálnym kolesom (9a) druhej planétovej prevodovky, kde rotor (5) druhého elektromotora je spojený s korunovým kolesom (6), ktoré je vybavené brzdovým kotúčom (10) brzdy (11) ukotvenej rovnako ako stator (1) prvého elektromotora; korunové koleso (6) a centrálne koleso (9) zaberajú so satelitmi (7) spojenými unášačom (8), ktorý je spojený s výstupným hriadeľom (12); rotor (5a) tretieho elektromotora je spojený s korunovým kolesom (6a), ktoré je vybavené brzdovým kotúčom (10a) brzdy (11a) ukotvenej rovnako ako stator (1) prvého elektromotora; korunové koleso (6a) a centrálne koleso (9a) zaberajú so satelitmi (7a) spojenými unášačom (8a), ktorý je spojený s výstupným hriadeľom (12a), pričom korunové koleso (6) je vybavené unášačom (14) diferenciálu, korunové koleso (6a) je vybavené unášačom (14a) diferenciálu a unášače (14) a (14a) sú v kontakte so satelitom (15) diferenciálu.

Description

SK 50068-2020 U1

Oblasť techniky

Vynález sa týka pohonu s tromi elektromotormi, dvoma planétovými prevodovkami a diferenciálom na použitie hlavne v elektromobiloch.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti v každom vozidle pri rozbehu je potrebný vysoký krútiaci moment. V klasickom vozidle má prvý prevodový stupeň vysoký prevodový pomer. Na prvom prevodovom stupni sa dosahuje len malá rýchlosť a preto sa radia ďalšie prevodové stupne, ktoré zmenšujú prevodový pomer a dosahujú sa vyššie lýchlosti.

Súčasné elektromobily vo väčšine používajú stály prevod od 3 : 1 do 12 : 1 v závislosti od účelu vozidla a charakteristík motora, lebo elektromotor dokáže aj pri nízkych otáčkach vyvinúť vysoký krútiaci moment a tiež dosahuje vysokých otáčok na dosiahnutie vysokých rýchlostí vozidla. Nevýhodou stáleho prevodu je nízka účinnosť elektromotora v malých otáčkach, čo v mestskej premávke môže bez rekuperácie znížiť jeho dojazd až o 50 %. Vo vysokých otáčkach stráca elektromotor krútiaci moment, čo má za následok malú dynamiku.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky sú odstránené v predloženom vynáleze, ktorého podstata je tvorená pohonom s tromi elektromotormi, dvoma planétovými prevodovkami a diferenciálom, ktoiý obsahuje prvý elektromotor so statorom a rotorom, druhý elektromotor so statorom a rotorom a tretí elektromotor so statorom a rotorom, kde stator prvého elektromotora je spojený so statorom druhého elektromotora a so statorom tretieho elektromotora, ktoré sú spojené s rámom alebo karosériou vozidla, pričom hriadeľ rotora prvého elektromotora je spojený s centrálnym kolesom prvej planétovej prevodovky a tiež s centrálnym kolesom druhej planétovej prevodovky, kde rotor druhého elektromotora je spojený s korunovým kolesom, ktoré je vybavené brzdovým kotúčom brzdy ukotvenej rovnako ako stator prvého elektromotora, ktoiý je spojený s rámom alebo karosériou vozidla, potom koreňové koleso a centrálne koleso zaberajú so satelitmi spojenými unášačom, ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom, potom rotor tretieho elektromotora je spojený s korunovým kolesom druhej prevodovky, ktoré je vybavené brzdovým kotúčom brzdy ukotvenej rovnako ako stator prvého elektromotora, potom korunové koleso a centrálne koleso zaberajú so satelitmi spojenými unášačom, ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom, pričom korunové koleso prvej planétovej prevodovky je vybavené unášačom diferenciálu a korunové koleso druhej planétovej prevodovky je vybavené unášačom diferenciálu a unášače sú v kontakte so satelitom diferenciálu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obrázku je schematicky znázornený pohon skladajúci sa z troch elektromotorov, dvoch planétových prevodoviek a diferenciálu.

Príklady uskutočnenia

Pohon s tromi elektromotormi, dvoma planétovými prevodovkami a diferenciálom obsahuje prvý elektromotor so statorom 1 a rotorom 2, druhý elektromotor so statorom 4 a rotorom 5 a tretí elektromotor so statorom 4a a rotorom 5a, kde stator 1 prvého elektromotora je pevne ukotvený a je spojený so statorom 4 druhého elektromotora a so statorom 4a tretieho elektromotora, ktoiý je spojený s rámom alebo karosériou 13 vozidla, pričom hriadeľ 3 rotora 2 prvého elektromotora je spojený s centrálnym kolesom 9 prvej planétovej prevodovky a tiež s centrálnym kolesom 9a druhej planétovej prevodovky, kde rotor 5 druhého elektromotora je spojený s korunovým kolesom 6, ktoré je vybavené brzdovým kotúčom 10 brzdy 11 ukotvenej rovnako ako stator 1 prvého elektromotora, ktoiý je spojený s rámom alebo karosériou 13 vozidla, potom korunové koleso 6 a centrálne koleso 9 zaberajú so satelitmi 7 spojenými unášačom 8, ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom 12, potom rotor 5a tretieho elektromotora je spojený s korunovým kolesom 6a, ktoré je vybavené brzdovým kotúčom 10a brzdy 11a ukotvenej rovnako ako stator 1 prvého elektromotora, potom korunové koleso 6a a centrálne koleso 9a zaberajú so satelitmi 7a spojenými unášačom 8a, ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom 12a, pričom korunové koleso 6 je vybavené unášačom 14 diferenciálu a korunové koleso 6a je vy

SK 50068-2020 U1 bavené unášačom 14a diferenciálu a unášače 14 a 14a sú v kontakte so satelitom 15 diferenciálu. Pohon môže byť konštrukčne riešený na jednej osi čo z neho robí kompaktný celok malých rozmerov ľahko umiestniteľný na náprave vozidla, s hnanými hriadeľmi na oboch stranách, s možnosťou kde každá strana môže pracovať v inom režime, torquevectoring.

Trojmotorový elektropohon sa skladá z troch elektromotorov, dvoch planétových prevodoviek, dvoch bŕzd a diferenciálu.

Na rozbeh je aktivovaný satelit 15 diferenciálu do polohy keď spojí unášače 14, 14a diferenciálu. Tým rotor 5 dmhého elektromotora spojený s korunovým kolesom 6 a rotor 5a tretieho elektromotora spojený korunovým kolesom 6a a satelit 15 pracujú spolu ako diferenciál pohonu. Tým pádom sa korunové kolesá 6 a 6a nemôžu otáčať súbežne ale každé opačným smerom. Aktivovaním prvého elektromotora, ktoiý cez hriadeľ 3 spája centrálne kolesá 9 a 9a otáča ich jedným smerom a cez satelity 7 a 7a sa opierajú o korunové kolesá 6 a 6a, ktoré sa môžu otáčať len protibežne a preto sú pevné a unášače satelitov 8 a 8a sa otáčajú súbežne a prenášajú otáčky na výstupné hriadele 12 a 12a. V tomto režime pohon pracuje na oboch stranách ako motor s planétovými prevodovkami s pevným korunovým kolesom 6 a 6a. Prevodovky majú vyšší prevodový pomer napríklad 10 : 1 čo je dobré nastavenie na rozbeh a jazdu v malých rýchlostiach do 60 km/h. Pohon takto ľahko prekoná rozbehový moment vozidla a prvý elektromotor pracuje v malom rozsahu výstupných otáčok pohonu čo zvyšuje jeho efektivitu. Pri takomto vysokom prevodovom pomere prevodoviek má vozidlo pri rozbehu vysokú dynamiku aj s elektromotorom menšieho výkonu čo zníži spotrebu energie.

V režime rozbehu sa o pevné korunové koleso 6 a 6a opierajú satelity 7 a 7a silou prenášanou z centrálneho kolesa 9 a 9a. Po prekonaní rozbehového momentu vozidla je sila prenášaná na komnové koleso 6 a 6a nižšia a satelity 7 a 7a rotujúce na unášači 8 a 8a unášajú korunové koleso 6 a 6a v smere otáčania unášača satelitov 8 a 8a a tým ešte znižujú silu pôsobiaci na korunové koleso 6 a 6a.

Na dosiahnutie vyššej lýchlosti sa zmení režim pohonu tak, že prvý elektromotor je aktívny, dosiahol svoje maximálne efektívne otáčky a rozbehol vozidlo. Satelit diferenciálu 15 je aktivovaný do polohy v ktorej uvoľní unášače diferenciálu 14 a 14a. Aktivuje sa druhý elektromotor v smere otáčania výstupného hriadeľa 12 pohonu a tretí elektromotor v smere otáčania výstupného hriadeľa 12a pohonu. Zvyšovaním otáčok rotora 5 dmhého elektromotora a s ním spojeného korunového kolesa 6 prvej prevodovky a rotora 5a tretieho elektromotora a s ním spojeného korunového kolesa 6a dmhej prevodovky sa bude znižovať prevodový pomer planétových prevodoviek a tým sa budú zvyšovať otáčky výstupného hriadeľa 12 a 12a. Táto zmena prevodu a otáčok výstupného hriadeľa 12 a 12a je plynulá. Takto elektromotory pohonu pracujú v optimálnejšom rozsahu svojej účinnosti pri nízkych aj vysokých výstupných otáčkach pohonu.

Pri prejazde zákrutou a súčasnej akcelerácii je vonkajšie koleso vozidla zaťažené viac a preto môže prenášať na vozovku väčší krútiaci moment ako vnútorné koleso. V tomto režime môže byť zaťaženie druhého elektromotora rozdielne ako zaťaženie tretieho elektromotora a to znamená rozdielny krútiaci moment na výstupných hriadeľoch 12 a 12a, torquevectoring. Ak komnové kolesá 6 a 6a planétových prevodoviek sú pevné, prevodový pomer prevodoviek je 10 : 1. Ak majú korunové kolesá 6 a 6a rovnaké otáčky ako výstupné hriadele 12 a 12a je prevodový pomer 1 : 1. Ak majú komnové kolesá 6 a 6a polovičné otáčky ako výstupné hriadele 12 a 12a je prevodový pomer 5:1. Prevodový pomer 10 : 1 nie je pevne daný a je použitý ako príklad pre lepšie vysvetlenie.

Na prechod z režimu pre vyššie lýchlosti do rozbehového režimu sa aktivujú brzdy 11 a 1 la, aby zastavili unášače 14 a 14a. Potom sa aktivuje satelit 15 do polohy keď spojí unášače 14 a 14a, následne sa brzdy deaktivujú.

V prípade preklzu jedného z kolies vozidla je možné preklzujúce sa koleso pribrzdiť elektronicky druhým elektromotorom alebo tretím elektromotorom, alebo oboma elektromotormi súčasne nakoľko sú vzájomne prepojené satelitom 15, alebo pribrzďovaním kotúčov 10 a 10a brzdy 11 a 11a. Takto je možné aktívne ovládať preklzujúce sa koleso vozidla. Úplná aktivácia jednej alebo oboch bŕzd 11 a 1 la uzavrie diferenciál.

Rekuperácia: Pri rekuperácii vo vyšších rýchlostiach rekupemjú elektrickú energiu všetky tri elektromotory pohonu a úroveň rekuperácie a tým aj brzdná sila môže byť pre výstupnú hriadeľ 12 a 12a rozdielna lebo elektromotor 2 a elektromotor 3 sú v tomto režime nezávislé, napríklad pri prejazde zákrutou.

V mestskej premávke je potrebné rekuperovať elektrickú energiu pri dosahovaní čo najnižších rýchlostí vozidla. Pohon v režime rozbehu má vyšší prevodový pomer ako bežné elektropohony, preto dokáže rekuperovať elektrickú energiu do nižších lýchlosti vozidla čo prináša viac elektrickej energie vrátenej späť do batérie.

Rozbeh a dosiahnutie maximálnej lýchlosti je v tabuľke 1.

Hodnoty pre uvedený príklad:

Prevodový pomer vstupnej a výstupnej hriadele planétovej prevodovky 10 : 1

Prevodový pomer korunového kolesa a výstupnej hriadele planétovej prevodovky 1,1 : 1

Krútiaci moment prvého elektromotora je 20 Nm

Krútiaci moment druhého elektromotora je 20 Nm

SK 50068-2020 U1

Krútiaci moment drahého elektromotora je 20 Nm

Priemer kolesa vozidla 2 m

I:	2 3	Diferenciál	Pianétsvé i prevodovky i	Výstupné hriádeíe pohorcj	i Rýchiosť i vozidla	Krútiaci moment Motorä 2	Krútiaci moment Motora 2	| Krútigd i i moment i i Motóra i3 j
Otáčky	Otáčky	aktívny	prevodový i	Otáčky		na výstupe	na výstupe	i na výstiipei
1/mín.	1/min..	Äno/Ňie	pomer í	l/min.		Nm	Nm	i Nm j
500	0	Ano	Wi:1 i 50 i 6	200	0 O j
1O0O	G	Ano	20:1 i	100	i 12	200	O | G í
1500	o	Anp	10 b T i	250	18	200	:0i i iQi
2000	0	Ano	1G . 1 i	200	i 24	200	ú 1 0
2500	Q	Ano	líi . 1 i	250	i 30	200	0	i 0 |
3000	0	Ano	2U<Í1 i	300	36	200	ň 1 0 i
4000	G	Ano	10i; 2 i	4ÓG	48	200	0	i Q i
5000	θ	ÄMQ	10:1 i	500	60	200	Q	i 0
sošo.	0	Ano	20 : 1 i	6ÓG	ii 72	.180	0i	ί θ í
7000	0	Ano	10 : 2 i	780	1 84	150	0	i o 1
8000	0	Ano	10'1 i	300	ii 96	120	0	! c i 0 1
9000	0	Ano	10Í:T i	900	í 208	9G	o:	! Q í
10000	0	Ano	10i: 1 i	1000	i 120	60	Oi j T: í
5000	100	Nie	KS . 1 í	593	i 71	169	22	i 22
5000	200	Nís	7,3i s 1 ί	582	i. tó	147	22	ΐ 22
5000	300	Nie	«Λ : 1 i	773	i 93	129	22	i 22 1
5000	4O0	Nh?	5,8i; i i	864	204	lis	22 | 22 |
5000	500	rífe	5,2i; 1 i	955	215	105	—n	I------27 1
5000	600	Nie	4,8 i: I ;	1045	125	96	22	1 22 |
5000	700	Nie	M i i	1W	i 136	88	22 1 22 |
5000	800	Nfe	4,1-i i	2227	247	81	22	i 22 |
5000	900	Nie	8,8 : 1 i	1318.	i. 158	76	22.	i 22 j
5000 .	1000	Nie	3,5j: 1 i	1480	j 169	..........71..........	il;22j

Tab. 1

Zmenou pomeru otáčok prvého a druhého elektromotora alebo prvého a tretieho elektromotora je možné pri rovnakej rýchlosti vozidla meniť prevodový pomer planétovej prevodovky pozri tab. 2, a tým meniť aj krútiaci moment na výstupnom hriadeli 12 a 12a pohonu. Takto je možné nastaviť elektromotory, aby pre 10 danú lýchlosť vozidla pracovali v optimálnych otáčkach svojej účinnosti, ako pre jazdu v ustálenej lýchlosti, tak pre maximálnu dynamiku v nízkych aj vo vyšších lýchlostiach.

l i Otáčky i | 1ým in: ;	EfektfQrnotGF -i tJertwctQr OtAŕ^ L mm	íJi-férendái aktívny Ano/Nie	íáarfetevé prevodovky prevodový p-ornér	Výstupné : hriadele i pohonu ; Otáčky i l/min. :	RýčWósť vocidia km/b	Krútiaci: moment Motory 1 ne vystnpp Nm	KrňtÍBci moment Motora 2	Krútiaci moment Motora 3 j
na výstupe Nm	na výstupe i Nm: j
5080	0	Από	ioi	ii	i 500 i	60	200	0	9 j
4000	110	Nim	8i	3	500 i	60	160	22	22
3000 i	220	Nie	iši	1	500 i	60	120	22	22 |
2000 i	330	Nie	4	ii	500 i	60	80 ! 22 1 22 í
1000 i	440	Nie;	2i	íl	500 i	SO	40	22	42_____!
1 500 i	495	Niie	i	1	500 i	60	20	22	22 J
I 5000 i	550	Nie:	5:i	. 1	1000 i	120	100	22	22 i
4000	G 60	fefe	4i	3.	1000 i	120	80	22	22 j
3000 i	770	Nie	:3i	1	1000 i	120	60	22	22
2000	830	Nie:	2	1	1Q0O i	120	40	22	22 i
j 1000	990	Nie	li	1	.1000 i	120	20 ] 22 J 22 |

Tab.

Claims (1)

1. SK 50068-2020 U1

   PATENTOVÉ NÁROKY

   Pohon s tromi elektromotormi, dvoma planétovými prevodovkami a diferenciálom, vyznačujúci sa tým, že obsahuje prvý elektromotor so statorom (1) a rotorom (2), druhý elektromotor so statorom (4) a rotorom (5) a tretí elektromotor so statorom (4a) a rotorom (5a), kde stator (1) prvého elektromotora je pevne ukotvený a je spojený so statorom (4) druhého elektromotora a so statorom (4a) tretieho elektromotora, pričom hriadeľ (3) rotora (2) prvého elektromotora je spojený s centrálnym kolesom (9) prvej planétovej prevodovky a tiež s centrálnym kolesom (9a) druhej planétovej prevodovky, kde rotor (5) druhého elektromotora je spojený s koreňovým kolesom (6), ktoré je vybavené brzdovým kotúčom (10) brzdy (11) ukotvenej rovnako ako stator (1) prvého elektromotora, potom korunové koleso (6) a centrálne koleso (9) zaberajú so satelitmi (7) spojenými unášačom (8), ktorý je spojený s výstupným hriadeľom (12), potom rotor (5a) tretieho elektromotora je spojený s korunovým kolesom (6a), ktoré je vybavené brzdovým kotúčom (10a) brzdy (11a) ukotvenej rovnako ako stator (1) prvého elektromotora, potom korunové koleso (6a) a centrálne koleso (9a) zaberajú so satelitmi (7a) spojenými unášačom (8a), ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom (12a), pričom korunové koleso (6) je vybavené unášačom (14) diľerenciálu a korunové koleso (6a) je vybavené unášačom (14a) diľerenciálu a unášače (14) a (14a) sú v kontakte so satelitom (15) diferenciálu.

   1 výkres