Устройство для подзарядки тяговой аккумуляторной батареи электромобиля

 

Использование: электрические тяговые системы транспортных средств. Сущность изобретения: устройство содержит две секции аккумуляторной батареи, генератор, двигатель внутреннего сгорания, кинематически соединенный с генератором, спиральную пружину, кинематически соединенную с двигателем и генератором. В процессе движения электромобиля питание тягового электродвигателя осуществляется от одной из секций аккумуляторной батареи, в то время как разрядившаяся секция подзаряжается от генератора. Для подзарядки разрядившейся секции двигателем внутреннего сгорания раскручивают генератор и маховик до заданной скорости и отключают от двигателя рукояткой. Далее закручивают спиральную пружину до заданного натяжения, по достижении которого двуплечий рычаг поворачивается под действием диска и выводит из зацепления ведомую коническую шестерню. При этом спиральная пружина отключается от двигателя внутреннего сгорания и, раскручиваясь, начинает вращать генератор, поддерживая его постоянную заданную скорость посредством регулятора скорости вращения и шестерни, которые при обратном вращении промежуточного вала входят с ним в зацепление. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения и использованием энергии, аккумулируемой механическим путем.

Известен электромеханический привод транспортного средства, содержащий двигатель внутреннего сгорания и приводящий тяговый двигатель, связанный через ключевой элемент с аккумуляторной батареей. Привод снабжен блоком управления величиной зарядного тока, дополнительным тяговым двигателем, дифференциалом, включенным между аккумуляторной батарей и дополнительным тяговым двигателем, блоком управления величиной и направлением тока дополнительного тягового двигателя. Дополнительный тяговый двигатель включается при изменении номинальной скорости, что позволяет вести зарядку аккумуляторной батареи непрерывно, а потребление тока с аккумуляторной батареи производить периодически.

Известно также устройство для управления пусковым механизмом зарядного агрегата электромобиля, которое по технической сущности и совокупности существенных признаков является наиболее близким к заявляемому. Это устройство используется для подзарядки аккумуляторных батарей в процессе движения электромобиля за счет энергии, вырабатываемой двигателем внутреннего сгорания, установленным на электромобиле.

Известное устройство содержит аккумуляторную батарею, питающую электрической энергией тяговый электродвигатель электромобиля, и регулятор нагрузки зарядного агрегата и тягового электродвигателя. Для автоматического включения и выключения пускового механизма зарядного агрегата при заданной скорости движения электромобиля оно снабжено тахогенератором с приводом от колес электромобиля и источником опорного напряжения, соединенных электрическими цепями с реле, размыкающим электрическую цепь пускового механизма. Пусковой механизм для приведения в действие зарядного агрегата имеет двигатель внутреннего сгорания и генератор переменного электрического тока. К генератору подключена аккумуляторная батарея через выпрямитель. К электрической цепи, связывающей батарею с генератором, подключен тяговый электродвигатель электромобиля. При разгоне электромобиля напряжение, вырабатываемое тахогенератором, увеличивается пропорционально скорости движения. Увеличивается и сила тока, подводимого к усилителю, в результате чего замыкаются контакты, расположенные между усилителем и пусковым механизмом. Пусковой механизм запускает в работу зарядный агрегат, который автоматически вступает в работу при большой скорости движения электромобиля, когда велико потребление электроэнергии, и прекращает свою работу при малой скорости движения.

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает высокой продолжительности движения электромобиля в автономном режиме без подзарядки аккумуляторной батареи от внешнего источника тока. Подключение двигателя внутреннего сгорания для подзарядки аккумуляторной батареи происходит в наиболее ответственные периоды движения, а именно при разгоне и большой скорости движения, что при частых разгонах и торможениях приводит к неустойчивости и ненадежности работы электромобиля, снижает безопасность движения. Кроме того, частые включения двигателя внутреннего сгорания создают повышенный уровень шума и снижают экономичность работы электромобиля.

Задача изобретения заключается в том, чтобы увеличить продолжительность движения электромобиля в автономном режиме без подзарядки аккумуляторной батареи от внешнего источника тока, повысить экономичность работы электромобиля, уменьшить частоту включения двигателя внутpеннего сгорания и снизить уровень шума, создаваемого движущимся электромобилем.

Поставленная задача решается тем, что устройство для подзарядки тяговой аккумуляторной батареи электромобиля, содержащее генератор, электрически соединенный с аккумуляторной батареей, и двигатель внутреннего сгорания, кинематически связанный с генератором, снабжено пружинным аккумулятором энергии и регулятором скорости вращения, причем пружинный аккумулятор энергии кинематически связан с двигателем внутреннего сгорания и генератором, регулятор скорости вращения установлен в кинематической цепи между пружинным аккумулятором энергии и генератором, а аккумуляторная батарея разделена на секции, во входные и выходные цепи которых введен переключатель.

Пружинный аккумулятор энергии выполнен в виде спиральной пружины, внутренний конец которой прикреплен к центральному валу. Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания кинематически соединен с центральным валом через ведущую и ведомую конические шестерни, промежуточный вал и редуктор.

На промежуточном валу закреплены диск со спиральной канавкой на его торцевой поверхности и обгонная муфта. Ведомая коническая шестерня установлена на промежуточном валу с возможностью перемещения вдоль его оси. Между ведомой конической шестерней и диском установлен двуплечий рычаг, один конец которого вставлен в канавку, а второй конец подведен под ведомую коническую шестерню. Генератор соединен со спиральной пружиной через обгонную муфту.

Двигатель внутреннего сгорания соединен с генератором через ведущую коническую шестерню, которая подвижно закреплена на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания и скреплена с рукояткой.

Пружинный аккумулятор энергии, соединенный с двигателем внутреннего сгорания, и регулятор скорости вращения, установленный в кинематической цепи между пружинным аккумулятором энергии и генератором, обеспечивают возможность аккумулирования механической энергии от работы двигателя внутреннего сгорания и ее непрерывного расходования на подзарядку аккумуляторной батареи в стабильном режиме работы в течение длительного периода времени.

Благодаря тому, что аккумуляторная батарея разделена на секции, каждая из которых подключена к генератору и тяговому электродвигателю через переключатель, обеспечена возможность подзарядки разрядившейся секции аккумуляторной батареи в стабильном режиме в то время, как движение электромобиля осуществляется от заряженной секции аккумуляторной батареи.

Диск со спиральной канавкой, двуплечий рычаг и подвижное закрепление ведомой конической шестерни на промежуточном валу обеспечивают возможность автоматического отключения спиральной пружины от двигателя внутреннего сгорания при ее закручивании до заданной силы натяжения.

Обгонная муфта, соединяющая генератор со спиральной пружиной, обеспечивает возможность кинематического соединения генератора с промежуточным валом при раскручивании спиральной пружины и автоматического отсоединения генератора от промежуточного вала при закручивании спиральной пружины двигателем внутреннего сгорания.

Подвижным закреплением ведущей конической шестерни, соединяющей двигатель внутреннего сгорания с генератором, обеспечена возможность отсоединения двигателя внутреннего сгорания от генератора после его разгона до заданной скорости вращения.

На чертеже изображено устройство для подзарядки аккумуляторных батарей электромобиля, общий вид.

Устройство содержит блоки 1 и 2 аккумуляторных батарей, генератор 3 и двигатель 4 внутреннего сгорания. Коленчатый вал 5 двигателя 4 соединен с генератором 3 через ведущую коническую шестерню 6, связанную с рукояткой 7 и с пружиной 8, шестерню 9, редуктор 10 и вал 11, на котором закреплены звездочка 12 и маховик 13. Ведущая коническая шестерня 6 находится в зацеплении с ведомой конической шестерней 14, установленной на промежуточном валу 15 и подпружиненной пружиной 16. На промежуточном валу 15 жестко закреплены диск 17 со спиральной канавкой 18 и упором 19, обгонная муфта 20, с которой скреплены шестерня 21 и регулятор скорости вращения 29. Шестерня 21 кинематически соединена с генератором 3 через шестерню 22, звездочку 23, цепь 24, звездочку 12 и вал 11. С канавкой 18 контактирует двуплечий рычаг 25 посредством шарика 26. Двуплечий рычаг 25 закреплен на оси 27 и вторым концом подведен под ведомую коническую шестерню 1. Промежуточный вал 15 соединен с центральным валом 28 через регулятор скорости вращения 29 и редуктор 30. К центральному валу 28 прикреплена одним концом спиральная пружина 31, второй конец которой скреплен с корпусом редуктора 30. Секции 1 и 2 аккумуляторной батареи соединены между собой, а также с тяговым электродвигателем 32 и генератором 3 через переключатель 33. В электрической цепи между переключателем 33 и генератором 3 установлены выпрямитель 34 и трансформатор 35. К переключателю 33 подключены электродвигатель 36 для привода компрессора 37 и реле 38, соединенное со свечой зажигания 39. Двигатель 4 внутреннего сгорания питается от газового баллона 40 через смеситель 41, дозатор 42 и форсунку 43. Смеситель 41 соединен с компрессором 37 через ресивер 44. На коленчатом валу 5 двигателя 4 внутреннего сгорания закреплен маховик 45. Двигатель 4 имеет патрубок 46 для удаления выхлопных газов.

Работает устройство следующим образом.

При подготовке электромобиля к эксплуатации заряжают обе секции 1 и 2 аккумуляторной батареи от внешнего источника электроэнергии и на электромобиль устанавливают заполненный газовый баллон 41. В процессе движения электромобиля питание тягового электродвигателя 22 осуществляют от блока 1, после разрядки которого переключателем 33 подключают заряженный блок 2. Зарядку разряженной секции 1 производят от генератора 3 через трансформатор 35 и выпрямитель 34 в процессе движения электромобиля. Для этого включают подачу газа от газового баллона 40 и запускают электродвигатель 36, который приводит в движение компрессор 37. Газ от баллона 40, а сжатый воздух от компрессора 37 смешиваются в смесителе 41, образуя газовоздушную смесь, и затем через дозирующее устройство 42 поступают в камеру сгорания двигателя 4 внутреннего сгорания. Поступившую смесь поджигают посредством свечи зажигания 39 и реле 33 и двигатель 4 запускается, приводя во вращение коленчатый вал 5 с маховиком 45. При вращении коленчатого вала 5 приходят во вращение ведущая коническая шестерня 6, шестерня 9, редуктор 10, вал 11, звездочка 12, маховик 13, генератор 3, цепь 24, звездочка 23, шестерня 22 и шестерня 21, а также ведомая коническая шестерня 14, промежуточный вал 15, диск 17, редуктор 30 и центральный вал 28. Генератор 3 с маховиком 13 раскручиваются до заданной скорости вращения. Центральный вал 28 закручивает спиральную пружину 31. Шестерня 21 свободно вращается на промежуточном валу 15, а шарик 26 катится по спиральной канавке 18, поворачивая двуплечий рычаг 25 вокруг оси 27. После набора генератором 3 и маховиком 13 заданной скорости вращения поворачивают рукоятку 7 и расцепляют ведущую коническую шестерню 6 с шестерней 9 без расцепления с ведомой конической шестерней 14. В тот момент, когда спиральная пружина 31 закрутится до заданного натяжения, упор 19 нажимает на рычаг 25 и ускоренно поворачивает его вокруг оси 27. При этом второй конец двуплечего рычага поднимает ведомую коническую шестерню 14, сжимая пружину 16, и расцепляет ее с ведущей конической шестерней 6. Двигатель 4 останавливают, а спиральная пружина 31, раскручиваясь, начинает вращать в обратную сторону центральный вал 28 и редуктор 30. За счет обгонной муфты 20 в зацепление с промежуточным валом 15 входят регулятор скорости вращения 29 и шестерня 21, посредством которых поддерживается заданная скоpость вращения генератора 3 и маховика 13 за счет передачи крутящего момента от спиральной пружины 31 и промежуточного вала 15 через шестерню 22, звездочку 23, цепь 24 и звездочку 12. Ток, вырабатываемый генератором 3, преобразуется в трансформаторе 35 и выпрямителе 34 и заряжает разрядившуюся секцию 1.

При раскручивании спиральной пружины 31 диск 17, вращаясь в обратную сторону, возвращает двуплечий рычаг 25 в исходное положение. Ведомая коническая шестерня 14 опускается под действием пружины 16 и входит в зацепление с ведущей конической шестерней 6, после чего двигатель 4 внутреннего сгорания может быть включен повторно для натяжения раскрученной спиральной пружины 31.

Использование данного устройства позволяет увеличить длительность автономных пробегов электромобиля и повысить его экономичность.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЗАРЯДКИ ТЯГОВОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ, содержащее генератор, электрически соединенный с аккумуляторной батареей, и двигатель внутреннего сгорания, кинематически связанный с генератором, отличающееся тем, что оно снабжено пружинным аккумулятором энергии и регулятором скорости вращения, причем пружинный аккумулятор энергии кинематически связан с двигателем внутреннего сгорания и генератором, регулятор скорости вращения установлен в кинематической цепи между пружинным аккумулятором энергии и генератором, а аккумуляторная батарея разделена на секции, во входные цепи которых введен переключатель.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пружинный аккумулятор энергии выполнен в виде спиральной пружины, внутренний конец которой прикреплен к центральному валу, при этом коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания кинематически связан с центральным валом через ведущую и ведомую конические шестерни, промежуточный вал и редуктор.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что на промежуточном валу закреплен диск со спиральной канавкой на торцевой поверхности и обгонная муфта, при этом ведомая коническая шестерня установлена с возможностью перемещения вдоль оси промежуточного вала, между ведомой конической шестерней и диском расположен двуплечий рычаг, один конец которого вставлен в канавку, а другой конец подведен под ведомую коническую шестерню, в кинематическую цепь между генератором и спиральной пружиной введена обгонная муфта.

4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что двигатель внутреннего сгорания связан с генератором через ведущую коническую шестерню, которая подвижно закреплена на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания и сочленена с рукояткой.

РИСУНКИ

Рисунок 1