Электромеханическая трансмиссия транспортного средства

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Минский тракторный завод(72) Авторы Усс Иван Никодимович Мелешко Михаил Григорьевич Стасилевич Андрей Григорьевич Козловский Юрий Николаевич Рачков Андрей Николаевич Ключников Алексей Владимирович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Минский тракторный завод(57) 1. Электромеханическая трансмиссия транспортного средства, преимущественно трактора, содержащая тепловой двигатель, соединенный с электрогенератором, ведущие мосты с колесными движителями, функционально связанными посредством колесных редукторов с тяговыми электродвигателями, соосно установленными в корпусах ведущих мостов блок управления и силовые преобразователи частоты соответствующих тяговых электродвигателей, при этом тяговые электродвигатели через силовые преобразователи 15699 1 2012.04.30 частоты включены в общую электрическую цепь с блоком управления и электрогенератором, а валы колесных редукторов непосредственно связаны с колесными движителями,отличающаяся тем, что содержит установленные в корпусах ведущих мостов согласующие управляемые планетарные редукторы, каждый из которых кинематически связан с соответствующими тяговым электродвигателем и колесным редуктором, и дополнительный силовой преобразователь частоты, подключенный входами к электрогенератору и блоку управления, а выходами - к силовым преобразователям частоты тяговых электродвигателей, при этом упомянутые планетарные редукторы размещены между тяговыми электродвигателями и колесными редукторами. 2. Трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что электрогенератор и тяговые электродвигатели выполнены синхронными переменного тока. Изобретение относится к области машиностроения, а именно к силовым передачам тяговых или других транспортных средств с электромеханическим приводом, в частности тракторов. Известна электрическая силовая передача транспортного средства, содержащая тепловой двигатель, синхронный электрогенератор переменного тока, кинематически соединенный с тепловым двигателем и электрически связанный через преобразователь с тяговыми электродвигателями постоянного тока, соединенными через планетарные бортовые передачи с колесами транспортного средства 1. Однако известная силовая передача не всегда обеспечивает оптимальную работу тяговых электродвигателей, особенно при широких скоростном и нагрузочном диапазонах. Для обеспечения работы силовой передачи с максимальными КПД и мощностью во всем скоростном диапазоне применяют тяговые электродвигатели с большим крутящим моментом и с большей мощностью. Для регулирования частоты вращения тяговых электродвигателей необходимо применять силовые преобразователи, рассчитанные на большую мощность, а это значительно увеличивает расходы на дорогостоящие материалы, затраты в производстве и себестоимость продукции. Известна рабочая машина или трактор с комбинированной силовой установкой, содержащая электрогенератор, соединенный с тепловым двигателем и электрически связанный с электродвигателями, соединенными с ведущими колесами машины через индивидуальные редукторы или непосредственно для их привода, и программируемый контроллер, управляющий работой электрогенератора и электродвигателей 2. Недостатком аналога является необходимость применения в силовой передаче машины или трактора тяговых электрических машин со значительной установочной (паспортной) мощностью, составляющей суммарно приблизительно 200 мощности приводного теплового двигателя, так как полный поток мощности проходит сначала через генератор и затем через электродвигатели к ведущим колесам. Это обстоятельство предопределяет весьма высокие габаритные и массовые показатели основного электрооборудования (тяговых электромашин) и, как следствие, большое количество цветного металла, что существенно повышает себестоимость силовой передачи машины или трактора. Известна комбинированная энергетическая установка полноприводного транспортного средства, содержащая тепловой двигатель и обратимую электрическую машину, блоки преобразования электроэнергии и трансмиссию, включающую в себя приемнораспределительное устройство для распределения по ведущим мостам транспортного средства раздельных или суммированных потоков мощности теплового двигателя и обратимой электрической машины, имеющее корпус, вал привода заднего моста и вал привода переднего моста, расположенные в корпусе на разных осях, и передаточный механизм 3. Приемно-распределительное устройство выполнено с возможностью дополнительного изменения передаточного числа трансмиссии посредством узла изменения передаточного 2 15699 1 2012.04.30 числа, совмещенного с упомянутым передаточным механизмом, и снабжено валом приема потока мощности от теплового двигателя, расположенным на оси вала привода заднего моста, и валом приема потока мощности от обратимой электрической машины, расположенным на оси вала привода переднего моста. Валы привода мостов выполнены автономными (независимыми) от валов приема потоков мощности, и при этом все валы снабжены соединительными элементами, выборочно взаимодействующими между собой и с передаточным механизмом для обеспечения взаимосвязи между валами напрямую и через передаточный механизм. Существенным недостатком известного технического решения является наличие большого количества механических моментопреобразующих узлов, которые повышают удельный расход топлива и снижают в целом эксплуатационные характеристики транспортного средства. Известна также силовая передача транспортного средства с электромеханическим регулированием мощности на колесно-гусеничный движитель, содержащая двигатель внутреннего сгорания, контроллеры работы двигателя, связанные с блоком управления работой двигателя, воздействующим на управляемую муфту, генератор, жестко связанный с управляемой муфтой, тяговые электродвигатели, встроенные в ступицы ведущих колес,электрически соединенные с генератором, блок управления тяговыми электродвигателями, электронный акселератор и энергоаккумулятор с рекуперативным электрическим тормозом, связанные с блоком управления 4. Недостаток известной силовой передачи заключается в том, что тяговые электродвигатели встроены в ступицы ведущих колес, а их валы непосредственно соединены с колесными редукторами, что существенно снижает КПД передачи и сужает диапазоны регулирования скоростных режимов. Наиболее близкой по технической сущности к настоящему изобретению является электрическая трансмиссия транспортного средства, содержащая корпусы ведущих мостов с колесными движителями, функционально связанными посредством двух ступенчатых переключаемых редукторов с тяговыми электродвигателями, соосно установленными в корпусах ведущих мостов, тепловой двигатель, соединенный с ним электрический генератор и блоки управления, при этом тяговые электродвигатели включены в общую электрическую цепь с блоком управления и генератором, а валы редукторов непосредственно связаны с колесными движителями мостов 5. Недостатком прототипа является то, что тяговые электродвигатели кинематически соединены с колесными движителями посредством колесных двухступенчатых редукторов,что существенно снижает КПД передачи и сужает диапазоны регулирования скоростных режимов. Задачей изобретения является создание электромеханической трансмиссии транспортного средства, в частности трактора, с более высокими технико-экономическими показателями на любых режимах работы. Для решения поставленной задачи электромеханическая трансмиссия транспортного средства, преимущественно трактора, содержит тепловой двигатель, соединенный с электрогенератором, ведущие мосты с колесными движителями, функционально связанными посредством колесных редукторов с тяговыми электродвигателями, соосно установленными в корпусах ведущих мостов, блок управления и силовые преобразователи частоты соответствующих тяговых электродвигателей. При этом тяговые электродвигатели через силовые преобразователи частоты включены в общую электрическую цепь с блоком управления и электрогенератором, а валы колесных редукторов непосредственно связаны с колесными движителями. Согласно изобретению трансмиссия содержит установленные в корпусах ведущих мостов согласующие управляемые планетарные редукторы, каждый из которых кинематически связан с соответствующими тяговым электродвигателем и колесным редуктором, и дополнительный силовой преобразователь частоты, подключенный 3 15699 1 2012.04.30 входами к электрогенератору и блоку управления, а выходами - к силовым преобразователям частоты тяговых электродвигателей, при этом упомянутые планетарные редукторы размещены между тяговыми электродвигателями и колесными редукторами. В частном случае исполнения электрогенератор и тяговые электродвигатели выполнены синхронными переменного тока. Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик трактора. Это достигается за счет применения тяговых электродвигателей меньшей мощности, а следовательно, меньших габаритов и массы, обеспечения их работы в зоне максимальных КПД и редуцирования их крутящего момента в соответствии с требуемой нагрузкой на ведущие колеса. Размещение согласующих управляемых планетарных редукторов между тяговыми электродвигателями и колесными редукторами сохраняет возможность сконцентрировать максимальные крутящие моменты в конечных передачах и обеспечить работу тяговых электродвигателей в зоне выходных кинематических параметров. Кроме этого, обеспечена независимая работа ведущих мостов и каждого ведущего колеса в отдельности. За счет этого тяговые усилия всех ведущих колес можно использовать только при больших тяговых нагрузках, а при небольших и средних нагрузках использовать только один ведущий мост. Одновременно улучшается возможность транспортировки трактора буксированием, а также обеспечивается, при необходимости,движение накатом путем переключения согласующих редукторов в нейтральное положение посредством блока управления, при котором вращение от колес трактора не передается на тяговые электродвигатели. Индивидуальные силовые преобразователи тяговых электродвигателей позволяют регулировать независимый крутящий момент на каждом колесе, что обеспечивает требуемые кинематические параметры при маневрировании и движении на пересеченной местности, когда требуется обеспечить независимое вращение колес с различной частотой без циркуляции мощности. На фигуре изображена блок-схема электромеханической трансмиссии транспортного средства, в частности трактора. Электромеханическая трансмиссия транспортного средства, преимущественно трактора, содержит двигатель внутреннего сгорания (тепловой двигатель) 1 и соединенный с ним электрогенератор 2. В корпусе 3 неуправляемого ведущего моста соосно установлены тяговые электродвигатели 4, кинематически связанные посредством согласующих управляемых планетарных редукторов 5 и колесных редукторов 6 с колесными движителями 7. В корпусе 8 управляемого моста соосно установлены тяговые электродвигатели 9, кинематически связанные посредством согласующих управляемых планетарных редукторов 10, карданных передач 11 и колесных редукторов 12 с колесными движителями 13. При этом планетарные редукторы 5, 10 размещены соответственно между тяговыми электродвигателями 4, 9 и колесными редукторами 6, 12. Электрогенератор 2 и тяговые электродвигатели 4, 9 выполнены, например, синхронными переменного тока. Электрическая схема силовой передачи содержит блок 14 управления, например программируемый контроллер верхнего уровня, силовой преобразователь 15 частоты и силовые преобразователи 16, 17 частоты соответственно для тяговых электродвигателей 4 и 9. Силовой преобразователь 15 подключен входами к электрогенератору 2 и блоку 14 управления, а выходами к преобразователям 16, 17, которые входами соединены с блоком 14 управления, а выходами - соответственно с тяговыми электродвигателями 4 и 9. Предлагаемая трансмиссия транспортного средства работает следующим образом. Крутящий момент от теплового двигателя 1 передается на электрогенератор 2, выработанный переменный ток с которого поступает в силовой преобразователь 15, где преобразуется в постоянный ток. С преобразователя 15 постоянный ток поступает в силовые преобразователи 16, 17, которые преобразуют его в переменный ток и регулируют частоту вращения тяговых электродвигателей 4, 9 посредством управляющих сигналов, поступающих с блока 14 управления. С тяговых электродвигателей 4, 9 крутящий момент пере 4 15699 1 2012.04.30 дается на согласующие редукторы 5, 10, передаточные числа которых выбираются из условия оптимального согласования тяговой характеристики трактора. Затем крутящий момент передается на колесные редукторы 6 и на колесные движители 7 неуправляемого моста и через карданные передачи 11 - на колесные редукторы 12 и колесные движители 13 управляемого моста 8. Обеспечение оптимальной работы тяговых электродвигателей 4, 9 и согласование их предельных характеристик с потенциальной тяговой характеристикой трактора производят выбором необходимых передаточных отношений согласующих редукторов, а также в зависимости от величины крутящего момента на каждом колесном движителе 7, 13, которая формируется блоком 14 управления. Источники информации 1. Антонов А.С. Силовые передачи колесных и гусеничных машин. - М. Машиностроение, 1975. - С. 226. 2.2006039520 А 1, МПК В 60 6/04, опубл. 13.04.2006. 3.2312030 С 2, МПК В 60 6/04, 17/34, опубл. 10.12.2007. 4.2340474 С 1, МПК В 60 17/356, 17/14, 6/26, опубл. 10.12.2008. 5.6060 , МПК В 60 1/00, опубл. 28.02.2010 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5