Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве силового агрегата как стационарных, так и транспортных машин.The invention relates to mechanical engineering and can be used as a power unit for both stationary and transport vehicles.

Известны гибридные силовые агрегаты транспортных средств, включающие тепловой двигатель, электроаккумуляторы, электромеханическую трансмиссию, имеющую в своем составе электрогенератор, электродвигатель, систему управления и механическую передачу с простым (однократным) разделением потока мощности, где присутствуют дифференциальные механизмы (см., например, Н.В.Гулиа, «Удивительная механика», М.: ЭНАС, 2006, стр.167, схема гибридного автомобиля Toyota Prius).Hybrid power units of vehicles are known, including a heat engine, electric accumulators, an electromechanical transmission comprising an electric generator, an electric motor, a control system and a mechanical transmission with a simple (single) separation of the power flow, where differential mechanisms are present (see, for example, N. V. Gulia, “Amazing Mechanics”, Moscow: ENAS, 2006, p.167, Toyota Prius hybrid vehicle circuit).

Недостатком приведенного устройства, принятого за аналог, является невысокая удельная мощность при рекуперации энергии торможения, что, во-первых, связано с малой удельной мощностью электроаккумуляторов, а во-вторых - с пониженной мощностью электромашин в трансмиссии гибрида, не рассчитанной на прохождение полной мощности торможения транспортного средства. В трансмиссиях с разделением потока мощности, в том числе и электромеханических, через электромашины проходит лишь часть мощности, идущей через трансмиссию. Это позволяет выполнять электромашины с уменьшенными габаритами и массой, а также повышает экономичность трансмиссии, так как потери в электромашинах примерно пропорциональны проходящей через них механической мощности. С этой точки зрения выгодно выполнять трансмиссию такой, чтобы мощность электромашин была минимальной. Но в этом случае станет малоэффективной рекуперация энергии при торможении транспортного средства, так как мощности электромашин не хватит для передачи в электроаккумулятор существенной части мощности торможения, часто превышающей установленную мощность основного двигателя транспортного средства. Рекуперация энергии торможения является существенным фактором повышения экономичности транспортного средства.The disadvantage of this device, taken as an analogue, is the low specific power for the recovery of braking energy, which, firstly, is associated with a low specific power of electric accumulators, and secondly, with a reduced power of electric machines in the hybrid transmission, not designed to pass the full braking power vehicle. In transmissions with separation of the power flow, including electromechanical, only part of the power passing through the transmission passes through the electric machines. This allows you to perform electric machines with reduced dimensions and weight, and also increases the efficiency of the transmission, since losses in electric machines are approximately proportional to the mechanical power passing through them. From this point of view, it is advantageous to carry out the transmission so that the power of electric machines is minimal. But in this case, energy recovery during braking of the vehicle will become ineffective, since the power of the electric machines is not enough to transfer to the electric accumulator a significant part of the braking power, often exceeding the installed power of the main engine of the vehicle. The recovery of braking energy is a significant factor in increasing the efficiency of the vehicle.

Некоторое повышение экономичности дает использование в качестве накопителя энергии для рекуперации маховичных накопителей, которые могут принимать и отдавать несравнимо большую удельную мощность, чем, например, электрохимические аккумуляторы, и имеют при этом существенно большую удельную энергоемкость, чем, например, суперконденсаторы (см., например, Н.В.Гулиа, «Удивительная механика», М.: ЭНАС, 2006, стр.162). Это привело к созданию силовых агрегатов транспортных средств, включающих электрохимический источник энергии, электрическую трансмиссию и маховичный накопитель энергии с электрическим отбором мощности, что осуществлено в гибридном электромобиле - такси, разработанном в США (см., например, Н.В.Гулиа «Удивительная механика», М.: ЭНАС, 2006, стр.169-170). Это устройство также принято за аналог.The use of energy as a storage device for the recovery of flywheel drives, which can receive and give incomparably greater specific power than, for example, electrochemical batteries, and at the same time have a significantly higher specific energy consumption than, for example, supercapacitors, provides a slight increase in efficiency. , N.V. Gulia, “Amazing Mechanics”, Moscow: ENAS, 2006, p. 162). This led to the creation of power units of vehicles, including an electrochemical energy source, an electric transmission and a flywheel energy storage device with electric power take-off, which was carried out in a hybrid electric car - taxi, developed in the USA (see, for example, N.V. Gulia “Amazing Mechanics ", M .: ENAS, 2006, pp. 169-170). This device is also taken as an analogue.

Недостатком устройства-аналога являются большая установленная мощность электромашин и высокие потери энергии при передаче энергии в маховик и обратно по причине многократного преобразования ее формы.The disadvantage of an analog device is the large installed capacity of electric machines and high energy losses during the transfer of energy to the flywheel and vice versa due to the multiple conversion of its shape.

Известна также конструкция силовой установки транспортного средства с маховичным накопителем, причем привод от вала маховика маховичного накопителя к последующим элементам трансмиссии на колеса транспортной машины включает трехзвенный дифференциальный механизм и две энергетически связанные электрические машины (см. патент США №4233858, кл. F16H 37/06, 1980 г.). Такое исполнение позволяет повысить КПД и удельную мощность передачи по сравнению с передачами с чисто электрическим отбором мощности от накопителя. Описанная конструкция также принята за аналог.There is also known the design of the power plant of a vehicle with a flywheel drive, and the drive from the flywheel shaft of the flywheel drive to the subsequent transmission elements on the wheels of the transport machine includes a three-link differential mechanism and two energetically coupled electric machines (see US patent No. 4233858, class F16H 37/06 , 1980). This design allows you to increase the efficiency and specific power of the transfer compared to gears with a purely electric power take-off from the drive. The described design is also taken as an analog.

Недостатком конструкции-аналога является узкий диапазон эффективного регулирования передаточного отношения, расширение которого приведет к резкому росту установленной мощности электрических машин и снижению КПД передачи.The disadvantage of the analogue design is a narrow range of effective regulation of the gear ratio, the expansion of which will lead to a sharp increase in the installed capacity of electric machines and a decrease in transmission efficiency.

В качестве прототипа выбрано устройство, максимально приближенное к изобретению как по совокупности существенных признаков, так и по достигаемому эффекту - это гибридный силовой агрегат электромобиля, описанный и представленный на схемах на стр.163 книги Н.В.Гулиа «Удивительная механика» (М.: ЭНАС, 2006). Устройство-прототип включает маховичный накопитель, супервариатор, автономный электрический источник энергии (аккумулятор или электрохимический генератор) с электродвигателем, играющим роль двигателя транспортного средства, соединенный кинематически как с входным валом супервариатора, так с валом маховика (супермаховиком) маховичного накопителя энергии, с возможностью как раздельного, так и одновременного их подключения. Супервариатор - это многодиапазонная многопоточная бесступенчатая передача с варьирующим звеном и сложным (двукратным) разделением потока мощности, благодаря наличию по меньшей мере двух дифференциальных механизмов в дифференциальной передаче (см. патент RU №2410587, авторы: Гулиа Н.В., Давыдов В.В.). Выходной вал супервариатора кинематически соединен с движителем (ведущими колесами) транспортного средства.As a prototype, a device was selected that is as close as possible to the invention both in terms of the combination of essential features and the effect achieved - this is a hybrid electric vehicle power unit described and presented on the diagrams on page 163 of N.V. Gulia’s book “Amazing Mechanics” (M. : ENAS, 2006). The prototype device includes a flywheel drive, a supervator, an autonomous electric energy source (battery or electrochemical generator) with an electric motor acting as a vehicle engine, kinematically connected with both the input shaft of the supervariator and the flywheel shaft (super flywheel) of the flywheel energy storage device, with the possibility of both separate and simultaneous connection. A supervariator is a multi-band multi-threaded stepless transmission with a varying link and a complex (two-time) separation of the power flow, due to the presence of at least two differential mechanisms in the differential transmission (see RU patent No. 2410587, authors: Gulia N.V., Davydov V.V. .). The output shaft of the supervariator is kinematically connected to the propulsion device (drive wheels) of the vehicle.

Устройство-прототип устраняет основной недостаток устройств-аналогов, так как маховик накопителя здесь выполнен с механическим отбором мощности, и мощность, которая подается на маховик или отбирается от маховика, может в несколько раз превышать установленную мощность варьирующего звена супервариатора. Необходимый диапазон регулирования передаточного отношения достигается благодаря наличию нескольких связанных меду собой сравнительно узких бесступенчатых диапазонов, поэтому установленная мощность варьирующего звена (механического вариатора, электро- или гидровариатора) может быть весьма малой (оптимум для транспортного средства - 10…15% полной передаваемой механической мощности).The prototype device eliminates the main drawback of analog devices, since the drive’s flywheel is made with mechanical power take-off, and the power that is supplied to the flywheel or is taken from the flywheel can be several times higher than the installed power of the varying supervator link. The necessary range of gear ratio adjustment is achieved due to the presence of several relatively narrow stepless ranges connected by honey, therefore the installed power of the varying link (mechanical variator, electric or hydraulic variator) can be very small (optimum for a vehicle - 10 ... 15% of the total transmitted mechanical power) .

Недостатком устройства-прототипа является то, что варьирующее звено супервариатора здесь выполнено в виде механического вариатора, что не позволяет использовать электрическую энергию от автономного источника без использования дополнительного тягового электродвигателя. Другим недостатком является постоянное передаточное отношение между валом маховика и входным валом супервариатора. Для эффективной зарядки маховика от двигателя необходимо иметь регулируемое передаточное отношение между двигателем и валом маховика, поскольку частота вращения маховика существенно изменяется по мере изменения количества накопленной в нем энергии, а оптимальная частота вращения двигателя может находиться в более узких пределах.The disadvantage of the prototype device is that the varying link of the supervariator is made in the form of a mechanical variator, which does not allow the use of electrical energy from an autonomous source without the use of an additional traction motor. Another disadvantage is the constant gear ratio between the flywheel shaft and the input shaft of the supervator. To efficiently charge the flywheel from the engine, it is necessary to have an adjustable gear ratio between the engine and the flywheel shaft, since the speed of the flywheel changes significantly as the amount of energy stored in it changes, and the optimal engine speed can be in a narrower range.

Задачей изобретения является создание силового агрегата на основе теплового двигателя, обеспечивающего высокий КПД во всех режимах движения транспортного средства (автомобиля), малые габариты, массу и себестоимость.The objective of the invention is the creation of a power unit based on a heat engine that provides high efficiency in all modes of movement of a vehicle (car), small dimensions, weight and cost.

Другой задачей изобретения является создание силового агрегата на основе накопителя электрической энергии, обеспечивающего высокий КПД во всех режимах движения транспортного средства (электромобиля), равномерную нагрузку накопителя электрической энергии, малые габариты, массу и себестоимость.Another objective of the invention is the creation of a power unit based on an electric energy storage device that provides high efficiency in all modes of movement of a vehicle (electric vehicle), a uniform load of an electric energy storage device, small dimensions, weight and cost.

Указанная задача решается тем, что предложен гибридный силовой агрегат, включающий как минимум один автономный источник механической энергии вращения, многодиапазонную многопоточную бесступенчатую трансмиссию от упомянутого автономного источника механической энергии вращения до потребителя механической энергии, а также маховичный накопитель с передачей от вала маховика к входному валу упомянутой трансмиссии, характеризующийся тем, что многодиапазонная многопоточная бесступенчатая трансмиссия включает варьирующее звено, содержащее две обратимые электрические машины, а передача от вала маховичного накопителя к входному валу многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии выполнена в виде трехзвенного дифференциального механизма, к одному из звеньев которого кинематически присоединен вал маховика, к другому звену кинематически присоединен входной вал многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии, а к третьему звену кинематически присоединена обратимая электрическая машина, причем все три упомянутые электрические машины электрически связаны друг с другом с возможностью обмена электрической мощностью.This problem is solved by the fact that a hybrid power unit is proposed that includes at least one autonomous source of mechanical rotational energy, a multi-band multi-threaded continuously variable transmission from said autonomous source of mechanical rotational energy to a consumer of mechanical energy, and also a flywheel with transmission from the flywheel shaft to the input shaft of the aforementioned transmission, characterized in that the multi-range multi-threaded continuously variable transmission includes a variable link, containing It consists of two reversible electric machines, and the transmission from the flywheel drive shaft to the input shaft of a multi-band multi-threaded continuously variable transmission is made in the form of a three-link differential mechanism, the flywheel shaft is kinematically connected to one of its links, the input shaft of a multi-range multi-stream multi-stream continuously variable transmission is kinematically connected to the other link, and the third link is kinematically connected to a reversible electric machine, and all three of the mentioned electric machines are electrically ki are connected with each other with the possibility of exchanging electrical power.

Другой особенностью предлагаемого изобретения является то, что гибридный силовой агрегат содержит управляемую фрикционную муфту между выходным валом автономного источника механической энергии вращения и входным валом многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии.Another feature of the invention is that the hybrid power unit contains a controlled friction clutch between the output shaft of an autonomous source of mechanical rotational energy and the input shaft of a multi-range multi-threaded continuously variable transmission.

Указанная задача решается также тем, что предложен гибридный силовой агрегат, включающий как минимум один накопитель электрической энергии, маховичный накопитель, многодиапазонную многопоточную бесступенчатую трансмиссию, а также передачу от вала маховика к входному валу упомянутой трансмиссии, характеризующийся тем, что многодиапазонная многопоточная бесступенчатая трансмиссия включает варьирующее звено, содержащее две обратимые электрические машины, а передача от вала маховичного накопителя к входному валу многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии выполнена в виде трехзвенного дифференциального механизма, к одному из звеньев которого кинематически присоединен вал маховика, к другому звену кинематически присоединен входной вал многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии, а к третьему звену кинематически присоединена обратимая электрическая машина, причем все три упомянутые электрические машины электрически связаны друг с другом и с накопителем электрической энергии с возможностью обмена электрической мощностью.This problem is also solved by the fact that the proposed hybrid power unit, including at least one drive of electric energy, a flywheel drive, multi-band multi-threaded continuously variable transmission, as well as transmission from the flywheel shaft to the input shaft of the said transmission, characterized in that the multi-range multi-threaded continuously variable transmission includes a variable link containing two reversible electric machines, and the transmission from the shaft of the flywheel drive to the input shaft of a multi-range the continuous flow transmission is made in the form of a three-link differential mechanism, the flywheel shaft is kinematically connected to one of the links, the input shaft of a multi-band multi-threaded continuously variable transmission is kinematically connected to the other link, and a reversible electric machine is kinematically connected to the third link, all three of the mentioned electric machines are electrically connected with each other and with an electric energy storage device with the possibility of exchanging electrical power.

Указанные отличия позволяют получить технический эффект, заключающийся, в основном, в обеспечении как эффективной передачи энергии от ее источников - маховика, теплового двигателя и накопителя электроэнергии - до потребителя этой энергии с учетом специфики работы машины - с малой мощностью, с пиковыми нагрузками, рекуперацией энергии.These differences allow you to get a technical effect, which consists mainly in ensuring how efficient energy is transferred from its sources - a flywheel, a heat engine and an energy storage device - to a consumer of this energy, taking into account the specifics of the machine - with low power, with peak loads, energy recovery .

Устройство различных исполнений гибридного силового агрегата представлено на фиг.1 и 2.The device of various versions of the hybrid power unit is presented in figures 1 and 2.

На фиг.1 представлен гибридный силовой агрегат на основе маховичного накопителя с двухпоточным выводом мощности и автономного источника энергии, например теплового двигателя с системой пуска и сцеплением. Маховичный накопитель, находящийся в герметичном корпусе 1, включает маховик 2, вал которого соединен с внутренним центральным зубчатым колесом 3 дифференциального механизма 4 (обведен штриховой линией). Внешнее центральное зубчатое колесо 5 дифференциального механизма 4 соединено с ротором 6 электромашины, неподвижный статор 7 которой электрически соединен с системой управления упомянутой электромашины, например инвертором 8. Водило 9 дифференциального механизма 4 посредством вала 10, уплотненным с помощью, например, магнитожидкостного уплотнения 11, с ведущим колесом зубчатой передачи 12. Ведомое колесо зубчатой передачи 12 жестко соединено с входным валом 13 многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии (супервариатора). Выходной вал теплового двигателя 14 посредством сцепления 15 также соединен с входным валом 13. Вал 13 проходит в приведенном для примера конкретном выполнении супервариатора через полый ротор электромашины 16 и соединяется с водилом 17 дифференциального механизма первого разделения 18 (обведен штриховой линией), который первым разделяет поток мощности, поступающий от вала 15, причем часть мощности направляется в варьирующее звено, включающее обратимые регулируемые электромашины 19 и 16, управляемые, соответственно, инверторами 20 и 21, а оставшаяся часть потока мощности направляется в дифференциальные механизмы 22 и 23 (обведены штриховой линией) для последующего (второго) ее разделения.Figure 1 shows a hybrid power unit based on a flywheel drive with a dual-stream power output and an autonomous energy source, such as a heat engine with a starting system and clutch. The flywheel drive, located in a sealedhousing 1, includes aflywheel 2, the shaft of which is connected to the internalCentral gear 3 of the differential mechanism 4 (circled by a dashed line). The externalcentral gear wheel 5 of thedifferential mechanism 4 is connected to therotor 6 of the electric machine, thefixed stator 7 of which is electrically connected to the control system of the said electric machine, for example, aninverter 8. Thecarrier 9 of thedifferential mechanism 4 is driven by ashaft 10, sealed with, for example, a magneto-liquid seal 11, thedrive gear wheel 12. The drivengear wheel 12 is rigidly connected to theinput shaft 13 of a multi-band multi-threaded continuously variable transmission (supervariator). The output shaft of the heat engine 14 is also connected to theinput shaft 13 through the clutch 15. Theshaft 13 passes in the example specific embodiment of the supervator through the hollow rotor of theelectric machine 16 and is connected to thecarrier 17 of the differential mechanism of the first separation 18 (circled by a dashed line), which first divides the flow power coming from the shaft 15, and part of the power is sent to a variable link, including reversible adjustableelectric machines 19 and 16, controlled, respectively, byinverters 20 and 21, and the remaining I power flow portion is sent to thedifferential mechanisms 22 and 23 (outlined by a dashed line) for the subsequent (second) of the separation.

Дифференциальный механизм второго разделения прямых режимов 22 и дифференциальный механизм второго разделения обратных режимов 23 вместе с дифференциальным механизмом первого разделения 18 образуют дифференциальный блок 24 (обведен штриховой линией).The differential mechanism of the second separation ofdirect modes 22 and the differential mechanism of the second separation ofreverse modes 23 together with the differential mechanism of thefirst separation 18 form a differential block 24 (circled by a dashed line).

Входной вал 13 супервариатора соединен также с водилом 25 дифференциального механизма 23 и с центральным внешним зубчатым колесом 26 дифференциального механизма 22, водило 27 которого, как и центральное внешнее зубчатое колесо 28 дифференциального механизма 23, кинематически соединено с согласующей передачей 29 (обведена штриховой линией). Вал электромашины 19, закрепленной, как и электромашина 16, на корпусе 30 супервариатора, соединен с зубчатым колесом 31, приводящим центральное зубчатое колесо 32 дифференциального механизма первого разделения 18, в свою очередь соединенное с общим центральным внутренним зубчатым колесом 33 дифференциальных механизмов 22 и 23. Центральное внутреннее зубчатое колесо 34 упомянутого дифференциального механизма 18 соединено с полым ротором электромашины 16.Theinput shaft 13 of the supervariator is also connected to thecarrier 25 of thedifferential mechanism 23 and to the centralexternal gear 26 of thedifferential mechanism 22, the carrier 27 of which, like the central external gear 28 of thedifferential mechanism 23, is kinematically connected to the matching gear 29 (circled by a dashed line). The shaft of theelectric machine 19, fixed, like theelectric machine 16, on thesupervator case 30, is connected to agear wheel 31 leading thecentral gear 32 of the differential mechanism of thefirst division 18, which in turn is connected to a common central internal gear 33 of thedifferential mechanisms 22 and 23. The centralinner gear 34 of saiddifferential mechanism 18 is connected to the hollow rotor of theelectric machine 16.

Часть мощности от колеса 32 после первого ее разделения в дифференциальном механизме 18 подается в согласующую передачу 29 через соединяющее их звено 35.Part of the power from thewheel 32 after its first separation in thedifferential mechanism 18 is supplied to thematching gear 29 through thelink 35 connecting them.

Согласующая передача 29 выполнена планетарной и состоит из планетарного ряда 36 (обведен штриховой линией) и планетарного ряда 37 (обведен штриховой линией), центральные внутренние колеса 38 и 39 которых соединены, соответственно, со звеном 35 дифференциального механизма 18 и с центральным внешним зубчатым колесом 28 дифференциального механизма 23. С водилом 27 дифференциального механизма 22 и с центральным внешним зубчатым колесом 28 дифференциального механизма 23 также связаны соответственно зубчатые полумуфты 40 и 41, выполненные с возможностью соединения с соответствующими полумуфтами 42 и 43, расположенными на подвижных в осевом направлении элементах 44 и 45, связанных с возможностью передачи крутящего момента с водилом 46 согласующей передачи 29. Водило 46 соединено с выходным валом 47. Элементы 44 и 45 перемещаются в осевом направлении соответственно вилками 48 и 49, центральные внешние зубчатые колеса 50 и 51 планетарных рядов 36 и 37 выполнены с возможностью их торможения, соответственно тормозами 52 и 53.Matchinggear 29 is made planetary and consists of planetary gear 36 (circled by a dashed line) and planetary gear 37 (circled by a dashed line), the centralinner wheels 38 and 39 of which are connected, respectively, withlink 35 of thedifferential mechanism 18 and with the central external gear 28differential gear 23. To the carrier 27 of thedifferential gear 22 and to the central external gear 28 of thedifferential gear 23 are also connected, respectively, thegear coupling 40 and 41, made with the possibility of together with thecorresponding coupling halves 42 and 43 located on the axiallymovable elements 44 and 45, connected with the possibility of transmitting torque with thecarrier 46 matchinggear 29. Thecarrier 46 is connected to theoutput shaft 47.Elements 44 and 45 are axially moved byforks 48 and 49, the centralexternal gears 50 and 51 of theplanetary gears 36 and 37 are arranged to be braked withbrakes 52 and 53, respectively.

На фиг.2 представлена схема предлагаемого устройства по второму варианту. Отличие устройства по фиг.2 от устройства по фиг.1 заключается в наличии накопителя электроэнергии 54 и отсутствии теплового двигателя 14 по фиг.1.Figure 2 presents a diagram of the proposed device according to the second embodiment. The difference between the device of FIG. 2 and the device of FIG. 1 is the presence of an electricenergy storage device 54 and the absence of the heat engine 14 of FIG. 1.

Накопитель электроэнергии 54, например электрохимический аккумулятор, электрически соединен с инверторами 8, 20 и 21, управляющими соответственно электромашинами 7, 19 и 16. Таким образом, накопитель электроэнергии 54 выполняет в устройстве по фиг.2 роль, которую в устройстве по фиг.1 выполнял двигатель 14, с той разницей, что двигатель 14 поставлял в устройство механическую энергию вращения, а накопитель электроэнергии 54 - электрическую энергию, трансформирующуюся в механическую энергию в указанных электромашинах.Theenergy storage device 54, for example an electrochemical battery, is electrically connected toinverters 8, 20 and 21, controlling theelectric machines 7, 19 and 16, respectively. Thus, theenergy storage device 54 plays the role in the device of FIG. engine 14, with the difference that engine 14 supplied mechanical rotational energy to the device, andelectric energy storage 54 supplied electrical energy that was transformed into mechanical energy in these electric machines.

В обоих вариантах выполнения устройства выходной вал 47 супервариатора приводит полезную нагрузку, например движитель (ведущие колеса) транспортного средства.In both embodiments of the device, theoutput shaft 47 of the supervator results in a payload, for example, a propulsion device (drive wheels) of a vehicle.

Работа устройства по фиг.1 осуществляется следующим образом. В установившихся режимах движения транспортного средства мощность теплового двигателя 14 передается на движитель посредством супервариатора. Электромашина 7 в этом режиме обесточена, ротор 6 вращается свободно, поэтому эпицикл 6 может вращаться в любом направлении с любой скоростью, которая определяется величиной и направлением скорости вращения двух других звеньев дифференциального механизма 4 - водилом 9 и солнечным колесом 3. Таким образом, при обесточенной электромашине 7 маховик 2 не имеет силовой связи с входным валом 13 супервариатора.The operation of the device of figure 1 is as follows. In steady-state modes of vehicle movement, the power of the heat engine 14 is transmitted to the propulsion device through a supervator. Theelectric machine 7 is de-energized in this mode, therotor 6 rotates freely, so theepicycle 6 can rotate in any direction at any speed, which is determined by the magnitude and direction of the rotation speed of the two other links of the differential mechanism 4 - thecarrier 9 and thesun wheel 3. Thus, when de-energizedelectric machine 7flywheel 2 has no power connection with theinput shaft 13 of the supervator.

Работа многодиапазонной бесступенчатой передачи (супервариатора) происходит следующим образом. Вращение входного вала 13 подается на водило 17 дифференциального механизма 22 первого разделения потока мощности и водило 25 дифференциального механизма 23 второго разделения потока мощности прямых режимов, а также связанное с водилом 25 центральное внешнее зубчатое колесо 26 дифференциального механизма 22 второго разделения потока мощности обратных режимов. Далее вращение от центрального внешнего зубчатого колеса 32 подается на общее центральное внутреннее зубчатое колесо 33 дифференциальных механизмов 22 и 23 второго разделения потока мощности. Через упомянутый дифференциальный механизм 18 первого разделения - его центральные зубчатые колеса 34 и 32 - вал 13 связывается с валом электромашины 19 и полым ротором электромашины 16, при этом благодаря дифференциальному механизму 18 только часть мощности направляется через электромашины 19 и 16. Благодаря второму разделению потока мощности в дифференциальных механизмах 22 и 23 эта часть мощности еще более уменьшается и при небольших диапазонах регулирования передаточного отношения супервариатора составляет в среднем около 10% полной передаваемой супервариатором механической мощности. Водило 27 дифференциального механизма 22 и внешнее зубчатое колесо 28 дифференциального механизма 23 передают суммарную мощность, прошедшую частично через электромашины 19 и 16, играющие роль варьирующего звена, а частично - через зубчатые передачи дифференциальных механизмов 18, 22 и 23, на планетарную согласующую передачу 29. Назначение согласующей передачи 29 - преобразовывать регулируемые в сравнительно узких пределах частоты вращения, выдаваемые упомянутыми выше водилом 27 и колесом 28, в непрерывно, без разрыва потока мощности, регулируемый диапазон вращения выходного вала 47 передачи. Например, при частоте вращения вала 13, равной 2000 мин^-1, и изменении передаточного отношения варьирующего звена (отношения частоты вращения вала 13 к частоте вращения звена 35) от бесконечности до единицы, при КПД электрической передачи около 0,8, частота вращения звена 35 увеличивается от 0 до 2000 мин^-1, а частота вращения водила 27 увеличивается от 1150 до 2000 мин^-1. Проходя через планетарный ряд 36 при заторможенном колесе 50 с передаточным отношением около 3 (первый диапазон), частоты вращения водила 46 и, следовательно, выходного вала 47, изменяются от 0 до 670 мин^-1. Если соединить полумуфты 40 и 42 (третий диапазон), то частота вращения водила 46 и, следовательно, выходного вала 47 изменится от 1150 до 2000 мин^-1. При изменении передаточных отношений варьирующего звена в обратном направлении (от единицы до бесконечности) частота вращения колеса 28 изменится в пределах 2000…3450 мин^-1 при КПД порядка 0,96. Проходя через планетарный ряд 37 при заторможенном колесе 51 с тем же передаточным отношением 3 (второй диапазон), частоты вращения колеса 28 преобразуются в частоту вращения водила 46 и вала 47 в пределах 670…1150 мин^-1 при КПД порядка 0,95. При соединении полумуфт 41 и 43 (четвертый диапазон) частота вращения водила 46 и, следовательно, выходного вала 47 изменится от 2000 до 3450 мин^-1. Таким образом, частота вращения выходного вала 47 бесступенчато изменяется с переходом с режимов прямого разделения на режимы обратного разделения в интервалах 0…670, 670…1150, 1150…2000, 2000…3450 мин^-1. В момент переключения между первым и вторым, а также между третьим и четвертым диапазонами, колеса 38, 39 и полумуфты 40 и 41 одновременно имеют частоту вращения 2000 мин^-1, а в момент переключения между вторым и третьим диапазонами частоты вращения колеса 39 и полумуфты 40 соотносятся как передаточное число планетарной согласующей передачи (около 3). Переключение производится с перекрытием, то есть следующий диапазон включается непосредственно перед выключением предыдущего, что исключает прерывание потока мощности. Требуемое передаточное отношение варьирующего звена достигается регулированием электромашин 19 и 16 посредством инверторов 20 и 21. Общий кинематический диапазон регулирования многодиапазонной бесступенчатой передачи стремится к бесконечности при среднем КПД 0,96, начиная со второго диапазона.The operation of multi-band continuously variable transmission (supervator) is as follows. The rotation of theinput shaft 13 is supplied to thecarrier 17 of thedifferential mechanism 22 of the first separation of the power flow and thecarrier 25 of thedifferential mechanism 23 of the second power flow separation of the direct modes, as well as the centralexternal gear 26 of thedifferential mechanism 22 of the second power flow separation of the reverse modes connected to thecarrier 25. Further, rotation from the centralouter gear 32 is supplied to the common central inner gear 33 of thedifferential mechanisms 22 and 23 of the second power flow separation. Through the saiddifferential mechanism 18 of the first separation — itscentral gears 34 and 32 — theshaft 13 is connected to the shaft of theelectric machine 19 and the hollow rotor of theelectric machine 16, and due to thedifferential mechanism 18 only part of the power is sent through theelectric machines 19 and 16. Thanks to the second separation of the power flow indifferential mechanisms 22 and 23, this part of the power is further reduced and, for small ranges of regulation of the gear ratio of the supervariator, averages about 10% of the total gear my supervariatorom mechanical power. Drove 27 of thedifferential mechanism 22 and the external gear 28 of thedifferential mechanism 23 transmit the total power that has partially passed throughelectric machines 19 and 16, playing the role of a varying link, and partially through the gears of thedifferential mechanisms 18, 22 and 23, to theplanetary matching gear 29. The purpose of thematching gear 29 is to convert the rotational speeds that are regulated in a relatively narrow range, issued by the aforementioned carrier 27 and the wheel 28, into continuously, without interrupting the power flow, adjustable the rotation range of theoutput shaft 47 of the transmission. For example, when the rotation speed of theshaft 13 is 2000 min^-1 , and the gear ratio of the varying link (the ratio of the rotation speed of theshaft 13 to the rotation speed of the link 35) changes from infinity to unity, with an electric transmission efficiency of about 0.8, the rotation speed of thelink 35 increases from 0 to 2000 min^-1 , and the speed of carrier 27 increases from 1150 to 2000 min^-1 . Passing through theplanetary gear 36 with a brakedwheel 50 with a gear ratio of about 3 (the first range), the rotation speeds of thecarrier 46 and, consequently, theoutput shaft 47, vary from 0 to 670 min^-1 . If you connect the coupling halves 40 and 42 (third range), then the rotation frequency of thecarrier 46 and, therefore, theoutput shaft 47 will change from 1150 to 2000 min^-1 . When changing the gear ratios of the varying link in the opposite direction (from one to infinity), the frequency of rotation of the wheel 28 will change within 2000 ... 3450 min^-1 with an efficiency of about 0.96. Passing through theplanetary gear 37 with the brakedwheel 51 with the same gear ratio 3 (second range), the rotational speeds of the wheels 28 are converted to the rotational speed of thecarrier 46 andshaft 47 within 670 ... 1150 min^-1 with an efficiency of about 0.95. When connecting the coupling halves 41 and 43 (fourth range), thecarrier speed 46 and, therefore, theoutput shaft 47 will change from 2000 to 3450 min^-1 . Thus, the rotational speed of theoutput shaft 47 changes steplessly with the transition from direct separation modes to reverse separation modes in the intervals 0 ... 670, 670 ... 1150, 1150 ... 2000, 2000 ... 3450 min^-1 . At the time of switching between the first and second, as well as between the third and fourth ranges, thewheels 38, 39 and the coupling halves 40 and 41 simultaneously have a rotational speed of 2000 min^-1 , and at the time of switching between the second and third speed ranges of thewheel 39 and thecoupling half 40 correlate as the gear ratio of the planetary matching gear (about 3). Switching is performed with overlapping, that is, the next range is turned on immediately before the previous one is turned off, which eliminates the interruption of power flow. The required gear ratio of the varying link is achieved by adjusting theelectric machines 19 and 16 by means ofinverters 20 and 21. The general kinematic range of regulation of multi-band continuously variable transmission tends to infinity with an average efficiency of 0.96, starting from the second range.

Входной вал 13 супервариатора может приводиться в движение не только от теплового двигателя 14, но и от маховичного накопителя. Регулирование передаваемого крутящего момента производится приложением к электромашине 7 электромагнитного момента требуемого направления и величины. При изменении направления электромагнитного момента маховичный накопитель переходит из двигательного режима в режим рекуперативного торможения. При этом в зависимости от соотношения частот вращения солнечного колеса 3 и водила 9, а также направления электромагнитного момента, электромашина 7 может как генерировать, так и потреблять электрическую мощность. Величина электрической мощности составляет малую часть (в среднем 10%) полной вырабатываемой или поглощаемой маховичным накопителем мощности. Мощность электромашины 7 потребляется или генерируется соответственно электромашинами 19 и 16 таким образом, чтобы поддерживать нулевой энергетический баланс. Таким образом, электромашины сравнительно малой установленной мощности управляют полными потоками механической мощности между тепловым двигателем, маховичным накопителем и движителем транспортного средства, обеспечивая высокий КПД силового агрегата и его небольшие размеры и массу.Theinput shaft 13 of the supervariator can be driven not only from the heat engine 14, but also from the flywheel drive. The control of the transmitted torque is made by applying to theelectric machine 7 the electromagnetic moment of the desired direction and magnitude. When the direction of the electromagnetic moment changes, the flywheel accumulator switches from the motor mode to the regenerative braking mode. Moreover, depending on the ratio of the rotation frequencies of thesun wheel 3 andcarrier 9, as well as the direction of the electromagnetic moment, theelectric machine 7 can both generate and consume electric power. The amount of electric power is a small part (on average 10%) of the total power generated or absorbed by the flywheel drive. The power of theelectric machine 7 is consumed or generated respectively by theelectric machines 19 and 16 so as to maintain a zero energy balance. Thus, electric machines of relatively low installed power control the total flows of mechanical power between the heat engine, flywheel drive and the vehicle propulsion, providing high efficiency of the power unit and its small size and weight.

В варианте выполнения силового агрегата для электромобиля (фиг.2) тепловой двигатель отсутствует, а необходимая для движения мощность поступает в общее звено постоянного тока инверторов 8, 20 и 21 от накопителя электрической энергии 54. В установившихся режимах движения энергетический баланс электромашин отрицательный, и мощность, не превышающая примерно 20% максимальной передаваемой супервариатором механической мощности, вырабатывается накопителем электрической энергии 54. При большей потребной мощности энергия отбирается также и от маховика 2 в форме механической энергии. Эта мощность суммируется с поступившей от накопителя 54 электрической мощности, которая преобразуется в форму механической энергии посредством электромашин 7, 19 и 16 через инверторы 8, 20 и 21, и передается на движитель транспортного средства.In an embodiment of a power unit for an electric vehicle (FIG. 2), there is no heat engine, and the power required for movement is supplied to the common DC link ofinverters 8, 20 and 21 from theelectric energy storage 54. In steady-state driving modes, the energy balance of electric cars is negative, and the power not exceeding approximately 20% of the maximum mechanical power transmitted by the supervator is generated by the electricenergy storage device 54. At a higher power requirement, energy is also taken from themacho Wick 2 in the form of mechanical energy. This power is summed with the electric power received from thedrive 54, which is converted into the form of mechanical energy by means ofelectric machines 7, 19 and 16 throughinverters 8, 20 and 21, and transmitted to the vehicle propulsion.

При интенсивном торможении с выделением высоких мощностей кинетическая энергия транспортного средства направляется в маховик 2 через супервариатор и дифференциальный механизм 4. При торможении с малой интенсивностью мощность посредством электромашин 7, 19 и 16 через инверторы 8, 20 и 21 преобразуется в форму электрической энергии и передается в накопитель электрической энергии 54. Таким образом, гибридная силовая установка по фиг.2 снижает пиковые нагрузки на накопитель электрической энергии 54 и тем самым повышает его КПД и пробег электромобиля между подзарядками.During intensive braking with the release of high powers, the kinetic energy of the vehicle is sent to theflywheel 2 through a supervariator and adifferential mechanism 4. When braking with low intensity, the power is converted into electric energy throughelectric inverters 7, 19 and 16 throughinverters 8, 20 and 21 and transferred toelectrical energy storage 54. Thus, the hybrid power plant of figure 2 reduces peak loads on theelectrical energy storage 54 and thereby increases its efficiency and mileage electric A life between charges.

Claims

Translated fromRussian

1. Гибридный силовой агрегат, включающий, как минимум, один автономный источник механической энергии вращения, многодиапазонную многопоточную бесступенчатую трансмиссию от упомянутого автономного источника механической энергии вращения до потребителя механической энергии, а также маховичный накопитель с передачей от вала маховика к входному валу упомянутой трансмиссии, отличающийся тем, что многодиапазонная многопоточная бесступенчатая трансмиссия включает варьирующее звено, содержащее две обратимые электрические машины, а передача от вала маховичного накопителя к входному валу многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии выполнена в виде трехзвенного дифференциального механизма, к одному из звеньев которого кинематически присоединен вал маховика, к другому звену кинематически присоединен входной вал многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии, а к третьему звену кинематически присоединена обратимая электрическая машина, причем все три упомянутые электрические машины электрически связаны друг с другом с возможностью обмена электрической мощностью.1. A hybrid power unit, comprising at least one autonomous source of mechanical rotation energy, a multi-band multi-threaded continuously variable transmission from said autonomous source of mechanical rotation energy to a consumer of mechanical energy, as well as a flywheel drive with transmission from the flywheel shaft to the input shaft of the said transmission the fact that a multi-range multi-threaded continuously variable transmission includes a variable link containing two reversible electric machines, and before from the flywheel drive shaft to the input shaft of a multi-band multi-threaded continuously variable transmission is made in the form of a three-link differential mechanism, the flywheel shaft is kinematically connected to one of its links, the input shaft of a multi-range multi-threaded continuously variable transmission is kinematically connected to the other link, and the kinematically connected reverse link is connected to the third link moreover, all three of these electrical machines are electrically connected to each other with the possibility of exchange of e electric power.

2. Гибридный силовой агрегат по п.1, отличающийся тем, что он содержит управляемую фрикционную муфту между выходным валом автономного источника механической энергии вращения и входным валом многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии.2. The hybrid power unit according to claim 1, characterized in that it comprises a controlled friction clutch between the output shaft of an autonomous source of mechanical rotational energy and the input shaft of a multi-range multi-threaded continuously variable transmission.

3. Гибридный силовой агрегат, включающий, как минимум, один накопитель электрической энергии, маховичный накопитель, многодиапазонную многопоточную бесступенчатую трансмиссию, а также передачу от вала маховика к входному валу упомянутой трансмиссии, отличающийся тем, что многодиапазонная многопоточная бесступенчатая трансмиссия включает варьирующее звено, содержащее две обратимые электрические машины, а передача от вала маховичного накопителя к входному валу многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии выполнена в виде трехзвенного дифференциального механизма, к одному из звеньев которого кинематически присоединен вал маховика, к другому звену кинематически присоединен входной вал многодиапазонной многопоточной бесступенчатой трансмиссии, а к третьему звену кинематически присоединена обратимая электрическая машина, причем все три упомянутые электрические машины электрически связаны друг с другом и с накопителем электрической энергии с возможностью обмена электрической мощностью.3. A hybrid power unit, including at least one electric energy storage device, a flywheel storage device, a multi-band multi-threaded continuously variable transmission, and also a transmission from the flywheel shaft to the input shaft of the said transmission, characterized in that the multi-range multi-threaded continuously variable transmission includes a variable link containing two reversible electric machines, and the transmission from the shaft of the flywheel drive to the input shaft of a multi-band multi-threaded continuously variable transmission is made in a three-link differential mechanism, to one of the links of which the flywheel shaft is kinematically connected, to the other link is the input shaft of a multi-band multi-threaded continuously variable transmission, and a reversible electric machine is kinematically connected to the third link, all three of the mentioned electric machines are electrically connected to each other and to electric energy storage with the possibility of exchanging electrical power.