"дифференциал" для мотор-колес

[Avas]

Чего-то страшновато начинать постройку большого, настоящего электромобиля - опыта нет совсем в этом деле. А хочеться аж жуть! Вот решил начать с детского автомобильчика. В связи с этим такой вопрос: при использовании мотор-колес вероятно необходим какй-то электрический аналог механического дифференциаяла, т.е. блок управления, регулирующий обороты правого и левого колеса в зависимости от угла поворота. Есть ли таковые в заводском исполнении, если нет то может кто видел схемытаких устройств?

[Pushnoi]

Если рулишь колесами то не нужен такой блок.

[i]

Дифференциал не требуется.
Его наличие необходимо когда один мотор крутит два колеса.
МК по определению "один мотор-одно колесо".
Если решили ставить 2 МК, то потребуется и два контроллера для них. Проблемы будут с управлением, с "газом". Можно использовать одну ручку газа, но тогда надо будет предусмотреть регулировку напряжений поступающих с ручки на контроллеры для выравнивая тяги моторов, чтоб один из них не "уводил" машину с курса.
Можно использовать две ручки, управлять будет посложнее, но появиться возможность разворачиваться практически на месте. Можно будет отказаться и от рулевых колес, заменив их на одно подруливающее.

[Nickolas]

Один контроллер на два колеса - это идеал! Можно и на месте разворачиваться , и при необходимости имитировать блокировку диф-ла. Я уже молчу про систему АБС...
Но таких готовых нет ! Надо делать.
Для спокойной езды пойдет и два контроллера с одной ручкой газа. Получится некая разновидность электрического диф-ла.Ручку газа надо только однозначно одну!

[Pushnoi]

Но таких готовых нет !

Вы весь земной шарик изучили ?

[Creator]

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 98107950/28
(22) Дата подачи заявки: 1998.04.22
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.04.22
(45) Опубликовано: 2000.03.20
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: JP 5-276719 A, 22.10.1993. GB 2278242 A, 23.11.1994. SU 1778878 A1, 30.11.1992. EP 0382218 A1, 16.08.1990.
(71) Заявитель(и): Санкт-Петербургский государственный технический университет
(72) Автор(ы): Элизов А.Д.; Волков Ю.П.; Красильников А.А.; Самойлов А.Д.; Семенов А.Г.; Семенов И.М.; Даниленко И.Ф.
(73) Патентообладатель(и): Санкт-Петербургский государственный технический университет
Адрес для переписки: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, СПбГТУ, Патентный отдел

(54) ПРИВОД ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

Изобретение относится к тяговым электромеханическим приводам транспортных средств. Привод содержит преимущественно питаемый от преобразователя частоты трехфазный асинхронный электродвигатель, связанный через редуктор с полуосями колес, и систему управления. Ротор выполнен из половин с короткозамкнутыми обмотками, которые установлены в расточке однопакетного статора соосно, с аксиальным смещением и воздушным зазором. Конструкция допускает относительное вращение половин на индивидуальных оппозитно расположенных валах в подшипниковых узлах на общей оси в одинаковом направлении. Валы соединены с входными звеньями левой и правой передач редуктора, а ведомые звенья на индивидуальных валах - с полуосями. Двигатель, редуктор и система управления совместно образуют компактный агрегат, устанавливаемый в электромобиле поперечно. Двигатель выполняет также функцию межколесного дифференциала, что позволяет исключить механический дифференциал. Привод обладает улучшенными габаритно-массовыми показателями и дешевле в производстве. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к тяговым электромеханическим приводам наземных транспортных средств и может быть использовано, главным образом, в электромобилях.

Многообразие известных схем, конструкций и компоновочных решений тяговых приводов электромобилей укладывается в рамки трех основных вариантов:

- центральный электродвигатель плюс редуктор плюс межколесный механический дифференциал (подварианты с задним, передним и разнесенным их расположением);

- два бортовых электродвигателя, по одному на каждое ведущее колесо (подварианты с задним и передним расположением);

- электромотор-колеса (подварианты с двумя и четырьмя мотор-колесами).

Наиболее распространены и считаются перспективными электромобили с приводом по первому варианту, в том числе с комбинированными силовыми установками (FR N 2200800 A, B 60 K 17/00, 1974; US N 3888325 A, B 60 K 1/00, 1975).

Второй вариант привода реализован, в частности, в электромобиле Impact, разработанном концерном General Motors (Автомобильная промышленность США, 1990, N 5. - С.7-9). В нем два электродвигателя переднего расположения определяют завышенные габаритно-массовые и стоимостные показатели. В то же время, несомненным достоинством этого привода следует признать использование перспективных асинхронных электродвигателей (по 42,5 кВт каждый) с регулируемым инвертором в составе системы управления приводом.

Как и в автомобилях с ДВС, в электромобилях, в составе их приводов предусмотрены механические дифференциалы, конструкции которых разнообразны и делятся на две большие группы - неблокирующиеся и блокирующиеся дифференциалы. Последние позволяют исключить пробуксовку при потере сцепления одного из колес с грунтом, но имеют спектр собственных недостатков (SU N 697360 A, B 60 K 17/20, 1979).

Один из лучших современных электромобилей, - ВАЗ 1111Э на базе "Оки", - имеет привод, включающий в себя поперечно расположенный центральный тяговый электродвигатель (постоянного тока, независимого возбуждения, 12 кВт), связанный с полуосями колес через редуктор ("главную передачу") в виде пары цилиндрических зубчатых колес и конический дифференциал. При этом ось ведомого зубчатого колеса редуктора (и дифференциала) параллельна оси электродвигателя.

Близким аналогом заявленного устройства по назначению и совокупности конструктивных признаков является привод электромобиля Peugeot 106 Electric (Франция), содержащий систему управления и центральный тяговый электродвигатель с ротором и неподвижным однопакетным статором (Журнал "5 колесо", 1995,N 10(38). - С.7).

В нем электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, мощностью 20 кВт. Ротор закреплен на полом валу. В полости коаксиально установлен другой вал. Один свободный конец вала снабжен конической солнечной шестерней. Смежный конец вала ротора соединен с водилом конического дифференциала, в состав которого входит и упомянутая коническая солнечная шестерня, другой конец вала соединен с полуосью колеса электромобиля. Вал второй конической солнечной шестерни соединен с полуосью колеса электромобиля. Вал второй конической солнечной шестерни соединен с полуосью другого колеса электромобиля. Таким образом, электродвигатель и механический дифференциал образуют тяговый агрегат, установленный в электромобиле поперечно с образованием асимметричной компоновки. Устройство компактнее предыдущего аналога.

Однако всем известным схемам и конструкциям приводов электромобилей с центральным электродвигателем и дифференциалом с его сложностью и значительной стоимостью свойственна недостаточно высокая проходимость на скользкой дороге (как, впрочем, и любого автомобиля с неблокирующимся дифференциалом любой известной конструкции). Это объясняется свойством дифференциала обеспечивать практически равные моменты на ведущих колесах. Если, например, правое колесо, оказавшись на обледенелом участке дороги, начинает буксовать из-за недостаточного сцепления с ним, т.е. не развивает тяговую силу, то не развивает тяговую силу и левое колесо. При этом левое колесо находится на твердом грунте в условиях хорошего сцепления. Эту картину можно наблюдать достаточно часто в зимнее время.

Введение блокирующихся дифференциалов, упомянутых в обзоре аналогов, еще в большей степени увеличивает массу, габариты, стоимость, трудоемкость регламентных и ремонтных работ, вероятность отказов в работе и, следовательно, ухудшает безопасность эксплуатации электромобиля.

Наиболее близким к заявленному устройству и принятым за прототип является привод электромобиля, содержащий систему управления и центральный тяговый электродвигатель с двумя роторами, соосно установленными в расточке неподвижного однопакетного статора с возможностью вращения друг относительно друга на оппозитных валах, внешние концы которых соединены с редукторами (JP 5-276719 A, 22.10.1993).

В примере выполнения известного устройства (фиг.4 описания прототипа) редукторы выполнены в виде ременных передач.

Привод с таким электродвигателем позволяет исключить механический дифференциал, т.к. сам электродвигатель способен выполнять параллельно и его функции. При этом повышается проходимость на скользкой дороге (бездорожье).

Однако в устройстве-прототипе лишь частично использованы возможности улучшения габаритно-массовых и стоимостных показателей, снижения трудоемкости обслуживания и ремонта.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является улучшение технико-эксплуатационных и экономических характеристик электромобилей и др. транспортных средств с электротягой путем улучшения габаритно-массовых и стоимостных показателей, снижения трудоемкости обслуживания и ремонта.

Решение указанной задачи обеспечивается тем, что в приводе электромобиля, содержащем систему управления и центральный тяговый электродвигатель с двумя роторами, соосно установленными в расточке неподвижного однопакетного статора с возможностью вращения друг относительно друга на оппозитных валах, внешние концы которых соединены с редукторами, система управления, по меньшей мере, частично расположена в П-образной нише между электродвигателем и редукторами, при этом электродвигатель, редуктор и система управления совместно образуют агрегат.

Задача решается также за счет дополнительных отличительных конструктивных признаков, а именно тем, что электродвигатель при этом выполнен трехфазным асинхронным, а система управления включает в себя преобразователь частоты питания электродвигателя.

На чертеже показана схема привода электромобиля.

Привод электромобиля содержит центральный тяговый электродвигатель 1, связанный через редукторы 2 с полуосями 3, 4 колес 5, 6 электромобиля, и систему управления 7. В состав электродвигателя 1 входят два ротора 8, 9 с короткозамкнутыми обмотками. Роторы 8, 9 установлены в расточке статора 10 соосно и с воздушным зазором, т.е. аксиально разнесены. При этом они полностью охвачены общим неподвижным однопакетным статором 10, преимущественно с единой обмоткой. "Единство" обмотки статора 10 предполагает единообразие фазной обмотки на всей длине статора, т.е. обеспечение по всей длине статора 10 вращающегося поля одного следования. Конструкция роторов 8, 9 и зазор между ними допускают относительное их вращение на индивидуальных валах 11 и 12 соответственно в подшипниковых узлах 13, 14, 15 на общей неподвижной оси 16. При этом валы 11, 12 расположены оппозитно. Система управления 7 и обмотка статора 10 обеспечивают возможность вращения роторов 8, 9 в одинаковом направлении. Внешние концы валов 11 и 12 соединены с соответствующими входными звеньями (в частности шестернями) редукторов 2.

В конкретном примере конструктивного исполнения, являющимся рациональным на данный момент вариантом устройства, предусмотрены редукторы 2, которые выполнены каждый в виде одинаковых пар (левой 17 и правой 18) зубчатых колес, плоскости которых перпендикулярны оси роторов 8, 9, ведущие зубчатые колеса (шестерни) установлены на валах 11, 12, а ведомые зубчатые колеса установлены на индивидуальных валах 19, 20. Последние связаны с полуосями 3, 4 соответственно.

Система управления 7 по меньшей мере частично расположена в П-образной нише между электродвигателем 1 и редукторами 2 (парами зубчатых колес 17, 18). Таким образом электродвигатель 1, редукторы 2 и система управления 7 совместно образуют компактный агрегат.

В данном примере электродвигатель 1 выполнен трехфазным асинхронным, а система управления 7 включает в себя преобразователь частоты питания электродвигателя 1.

Предпочтительно поперечное расположение электродвигателя 1 на равном расстоянии от колес 5 и 6 электромобиля. При этом в электромобиле предусмотрено, как правило, два управляемых ведомых колеса (т.е. не бортовой способ поворота).

Приведенный в качестве примера промышленно реализуемый агрегат для специального или конвертированного электромобиля имеет следующие технические характеристики:

мощность.............. 12 кВт;

число оборотов выходных валов редукторов....500 с-1;

номинальный суммарный крутящий момент на выходных валах редукторов...... ..114 Нм;

напряжение питания электродвигателя...... 160 В;

частота питания электродвигателя......(0...50) Гц;

количество фаз.............3;

номинальная сила тока...........34 А;

диаметр расточки статора..........300 мм;

длина статора.............240 мм.

Возможны другие варианты конструктивного исполнения и компоновки устройства в электромобиле в рамках заявленной совокупности существенных признаков.

Устройство работает следующим образом.

При прямолинейном движении электромобиля магнитное поле статора 10 увлекает оба ротора 8, 9 с их валами 11, 12, которые через редукторы 2 приводят в синхронное вращение колеса 5 и 6 соответственно.

Интерес представляет работа привода и движение электромобиля при потере сцепления одного из колес 5,6 с грунтом (попадание на скользкое место).

При буксовании, например, колеса 6 им развивается весьма малая тяговая сила. Колесо 5, сохранившее хорошее сцепление с грунтом, развивает полную тяговую силу и продолжает двигать электромобиль.

Никаких отрицательных явлений не будет происходить и при повороте, т.к. при этом скольжение в электродвигателе (вращение роторов относительно статора 10) не превышает 20% (из условия поворота электромобиля с колеей 1,3 м с минимальным внешним радиусом поворота 6 м).

Таким образом, сам электродвигатель наряду с основными своими функциями выполняет функцию автомобильного механического дифференциала в режиме поворота электромобиля при отсутствии основных недостатков дифференциалов.

Отпадает необходимость в специальном (механическом или ином) блокирующемся межколесном дифференциале. В отдельных случаях возможно исключение и межосевых дифференциалов полноприводных транспортных средств.

Компоновка агрегата с размещением системы управления в П-образной нише, образованной редукторами 2, обусловливает улучшение габаритно-массовых показателей привода и снижение стоимости, облегчает техническое обслуживание и ремонт электромобиля. Выполнение заявленного агрегата с трехфазным асинхронным электродвигателем с преобразователем частоты также повышает технико-эксплуатационные и экономические характеристики, что соответствует современным тенденциям в развитии электромобильного транспорта.


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Привод электромобиля, содержащий систему управления и центральный тяговый электродвигатель с двумя роторами, соосно установленными в расточке неподвижного однопакетного статора с возможностью вращения друг относительно друга на оппозитных валах, внешние концы которых соединены с редукторами, отличающийся тем, что система управления, по меньшей мере, частично расположена в П-образной нише между электродвигателем и редукторами, при этом электродвигатель, редукторы и система управления совместно образуют агрегат.

2. Привод электромобиля по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен трехфазным асинхронным, а система управления включает в себя преобразователь частоты питания электродвигателя.

[Pushnoi]

Если два ротора будет то только для одного режим работы будет оптимальным режим работы при разности скорости вращения.

Главное привод с двумя мотрами ГОРАЗДО надежней. Так как по сути на электромобиле появляется 2 независимых движетеля.

[Pushnoi]

Выигрыш то в чем ?     

[mihalich]

....Бывают изобретения  для прогресса, а бывают, как это, для авторов.

[Nickolas]

Но таких готовых нет !

Вы весь земной шарик изучили ?

Естественно не весь ! Но так как речь идет о вполне конкретном М-К, а они , как выяснилось (читай параллельные ветки) постоянно стремяться сделать что-нибудь этакое, свое ( с принципиально разным числом полюсов) . То весьма разумно предположить, что такогого контроллера нет !
Если ошибаюсь приведите пример ! Где видели ? скоко стоит!

[Creator]

мотор-колеса, конечно, разные. но созданы для одних и тех же целей, поэтому могут рассматриваться как агрегаты одного типа. следовательно, "принцип" построения электромобиля с электрическим дифференциалом может быть одинаковым для обоих мотор-колес.

если же захочется построить более энерговооруженный электромобиль, пусть даже детский или подростковый, можно применить принцип который использовался еще в начале прошлого века - с цепным приводом колеса.

цепной привод каждого колеса должен состоять из четырех элементов: электродвигателя (крепится к корпусу), цепи, колеса (в конструкции электромобиля можно использовать подвеску) и натяжителя цепи - для компенсации хода подвески.

дополнительным преимуществом такого построения привода электромобиля будет являтся уменьшение неподрессоренной массы за счет установки электродвигателя на корпусе.

при этом, при наличии двух электродвигателей и независимого привода каждого из колес, опять получаем возможность построения электромобиля с электрическим дифференциалом.

так что ограничивать себя применением только мотор-колес не стоит

[Nickolas]

А вместо цепи лучше применять ремень ! Стандартные шкивы от жигулей , их же ремни и поджимные ролики. И тихо !

[Creator]

А вместо цепи лучше применять ремень ! Стандартные шкивы от жигулей , их же ремни и поджимные ролики. И тихо !

5 баллов! дешево и сердито!

а главное - запчасти на каждом углу. а до этого угла можно и на одном колесе дотянуть можно, ежель неспеша.

[Pushnoi]

Желательно зубчатый ремень от ваз2108 например.

[Nickolas]

Лучше многоручьевой.

[mihalich]

Чего-то страшновато начинать постройку большого, настоящего электромобиля - опыта нет совсем в этом деле. А хочеться аж жуть!

...
......      ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ  В СНГ СЕГОДНЯ  И ЗАВТРА.
..Несмотря  на  электромобильный  БУМ  во всём мире, на нашей, шестой части суши, полный застой!
Отдельные попытки некоторых проектных институтов что то разработать, вызывают только грусть.
... Ну нельзя же всерьёз воспринимать Электро Таврию, Киевского Института Электродинамики, устаревшую лет
десять назад, как перспективу завтрашнего дня;  А  уровнем изобретения электромобильного привода с двухроторным асинхронным двигателем , мог бы гордиться  школьник, но не шесть учёных  авторов вот главе
с Санкт Петербургским гос. тех. Университетом !!!    Не спешат на путь  электромобильного прогресса  и  автозаводы , несмотря на  удачное начало с ЭЛЕКТРО ОКОЙ.
...Но  начинать то кому то надо . Так почему бы и не нам , энтузиастам - самодельщикам ?
...Несмотря на достаточный интерес потенциальных электромобилистов , реально дерзающих на постройку или
конвертирование  электромашины, считанные единицы. И одна из основных причин  тому, отсутствие должной информации.   Да есть  сайты , форумы, где есть всё , но , попробуйте найти;  Как  у Маяковского " На грамм добычи , тонны руды" . Так, к примеру, на этом,самом живом электромобильном сайте, из трех десятков сегодняшних постов  , ни одного про электромобиль!   А  вспомните библиографический раритет  90 го года " Я СТРОЮ АВТОМОБИЛЬ" Захарченко и Туревского. Эта книга когда то значительно увеличила ряды автосамодельщиков.
Теперь начинается новая  Электромобильная ЭРА,  а  современной , такой необходимой , книги то нет.
....Я  знаю,  что ни Захарченко ни Туревский  самодельщиками не были, но у них был энтузиазм и информация.
  А разве мало и того и другого  у некоторых наших знатоков :Эбайкера, Корха , Спицина, Токмакова и  др.?
.....А ведь  и делов то:  откопать всё полезное, что уже есть на форумах, систематизировать, дополнить и...........................МАШИЗДАТ  с руками оторвёт.  А уж какое моральное удовлетворение получит автор  (авторы),
когда их старания удвоят или утроят ряды электромобильных энтузиастов!
.....ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ  АВТОРЫ ,  ДУМАЙТЕ, СОЗРЕВАЙТЕ, ДЕРЗАЙТЕ !

[Pushnoi]

C 1 июля опять за Со и за шум будут номера снимать и запрещать эксплуатацию ...

Больше желающих будет пересесть на электро.

[Creator]

Уважаеиый Михалыч!

мысль такая есть. я сейчас работаю над одной програмкой, которая найдет все по электромобилям со всего RUнета. после чего можно будет кидать клич по поводу сбора "редакторского коллектива" - после набора "критической массы" материала про электромобили.

п.с. по поводу постов, вернее отсутствия постов по электромобильной тематике. причин две:

1. есть "технический недостаток" вытекающий из былого и имеющегося преимущества (публикации всех последних сообщений форума). с одной стороны удобно, с другой - иногда уводит нить обсуждения в сторону от электромобилизма. над устранением сего технического недостатка идет работа... надеюсь, скоро справимся

2. обсуждения возникают из интересных вопросов и сообщений. следовательно, от нас всех зависит, будет ли что то интересное на форуме по электромобилям. мне тяжеловато заниматься и техническим обеспечением и информационным наполнением.

так, что - все в Ваших руках, Коллеги. Присылайте интересные сообщения. это очень простой рецепт.

п.п.с. "библиографический раритет  90 го года " Я СТРОЮ АВТОМОБИЛЬ"  я не читал... есть ли у кого в электронном виде?
если есть только в печатном, готов отсканировать, оригинал верну владельцу.