SK9211Y1 - 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

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 rýchlosti.

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 lýchlostí 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 úžitkovom vzore, 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, komnové koleso a centrálne koleso zaberajú so satelitmi spojenými unášačom, ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom, rotor tretieho elektromotora je spojený s korunovým kolesom druhej prevodovky, ktoré je vybavené brzdovým kotúčom brzdy ukotvenej rovnako ako stator prvého elektromotora, komnové koleso a centrálne koleso zaberajú so satelitmi spojenými unášačom, ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom, pričom koreňové 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, korunové koleso 6 a centrálne koleso 9 zaberajú so satelitmi 7 spojenými unášačom 8, ktoiý 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, ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom 12a, pričom korunové koleso 6 je vybavené unášačom 14 diferenciálu a korunové koleso 6a je vybavené unášačom

SK 9211 Υ1

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 druhého elektromotora spojený s korunovým kolesom 6, rotor 5a tretieho elektromotora spojený korunovým kolesom 6a a satelit 15 pracujú spolu ako diferenciál pohonu. Potom sa komnové 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 pôsobiacu 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 komnové kolesá 6 a 6a rovnaké otáčky ako výstupné hriadele 12 a 12a, je prevodový pomer 1 : 1. Ak majú korunové 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 na lepšie vysvetlenie.

Na prechod z režimu pre vyššie rýchlosti 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 rýchlostí 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 vstupného a výstupného hriadeľa planétovej prevodovky 10 : 1

Prevodový pomer korunového kolesa a výstupného hriadeľa planétovej prevodovky 1,1 : 1

Krútiaci moment prvého elektromotora je 20 Nm

Krútiaci moment druhého elektromotora je 20 Nm

SK 9211 Υ1

Krútiaci moment druhého elektromotora je 20 Nm

Priemer kolesa vozidla 2 m

Elektromotor 1	Elektromotor 2 Elektromotor 3	Diferenciál	Planétové prevodovky	Výstupné hriadele pohonu	Rýchlosť vozidla	Krútiaci moment motora 1	Krútiaci moment motora 2	Krútiaci moment motora 3
otáčky 1/min.	otáčky 1/min.	aktívny áno/nie	prevodový pomer	otáčky 1/min.	km/h	na výstupe Nm	na výstupe Nm	na výstupe Nm
500	0	áno	10: 1	50	6	200	0	0
1000	0	áno	10: 1	100	12	200	0	0
1500	0	áno	10: 1	150	18	200	0	0
2000	0	áno	10: 1	200	24	200	0	0
2500	0	áno	10: 1	250	30	200	0	0
3000	0	áno	10: 1	300	36	200	0	0
4000	0	áno	10: 1	400	48	200	0	0
5000	0	áno	10: 1	500	60	200	0	0
6000	0	áno	10: 1	600	72	180	0	0
7000	0	áno	10: 1	700	84	150	0	0
8000	0	áno	10: 1	800	96	120	0	0
9000	0	áno	10: 1	900	108	90	0	0
10000	0	áno	10: 1	1000	120	60	0	0
5000	100	nie	8,5 : 1	591	71	169	22	22
5000	200	nie	7,3 : 1	682	82	147	22	22
5000	300	nie	6,5 : 1	773	93	129	22	22
5000	400	nie	5,8 : 1	864	104	116	22	22
5000	500	nie	5,2: 1	955	115	105	22	22
5000	600	nie	4,8 : 1	1045	125	96	22	22
5000	700	nie	4,4: 1	1136	136	88	22	22
5000	800	nie	4,1 : 1	1227	147	81	22	22
5000	900	nie	3,8 : 1	1318	158	76	22	22
5000	1000	nie	3,5 : 1	1409	169	71	22	22

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 danú lýchlosť vozidla pracovali v optimálnych otáčkach svojej účinnosti, tak na jazdu v ustálenej lýchlosti, 10 ako aj na maximálnu dynamiku v nízkych aj vo vyšších lýchlostiach.

Elektromotoi 1	Elektromotor 2 Elektromotor 3	Diferenciál	Planétové prevodovky	Výstupné hriadele pohonu	Rýchlosť vozidla	Krútiaci moment motora 1	Krútiaci moment motora 2	Krútiaci moment motora 3
otáčky 1/min.	otáčky 1/min.	aktívny áno/nie	prevodový pomer	otáčky 1/min.	km/h	na výstupe Nm	na výstupe Nm	na výstupe Nm
5000	0	áno	10: 1	500	60	200	0	0
4000	110	nie	8	1	500	60	160	22	22
3000	220	nie	6	1	500	60	120	22	22
2000	330	nie	4	1	500	60	80	22	22
1000	440	nie	2	1	500	60	40	22	22
500	495	nie	1	1	500	60	20	22	22
5000	550	nie	5	1	1000	120	100	22	22
4000	660	nie	4	1	1000	120	80	22	22
3000	770	nie	3	1	1000	120	60	22	22
2000	880	nie	2	1	1000	120	40	22	22
1000	990	nie	1	1	1000	120	20	22	22

Tab. 2

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   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 5 (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 10 rovnako ako stator (1) prvého elektromotora, korunové koleso (6) a centrálne koleso (9) zaberajú so satelitmi (7) spojenými unášačom (8), ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom (12), rotor (5a) tretieho elektromotora je spojený s korunovým kolesom (6a), ktoré je vybavené brzdovým kotúčom (10a) brzdy (Ha) ukotvenej rovnako ako stator (1) prvého elektromotora, korunové koleso (6a) a centrálne koleso (9a) zaberajú so satelitmi (7a) spojenými unášačom (8a), ktoiý je spojený s výstupným hriadeľom (12a), pričom korunové koleso 15 (6) je vybavené unášačom (14) diferenciálu a korunové koleso (6a) je vybavené unášačom (14a) diferenciálu, aunášače (14) a (14a) sú v kontakte so satelitom (15) diferenciálu.