Устройство тяги транспортного средства и транспортное средство, содержащее его - RU2641339C2
Код документа: RU2641339C2
Чертежи
Описание
Как указано в заголовке, объект настоящего изобретения относится к устройству тяги транспортного средства, главным образом для наземных транспортных средств, следующего типа, содержащего двигатель и трансмиссию, причем двигатель предпочтительно имеет осевое вращение, как в электрическом двигателе, и причем вал вращения двигателя расположен в одной плоскости и совпадает с ведущим валом трансмиссии.
Вышеупомянутый ведущий вал, в свою очередь, расположен соосно относительно выходного вала, так что выходной вал пересекает ведущий вал и проходит за пределы его концов.
Считается, что ведущий вал является таким, который принимает усилие от двигателя, поскольку он соединен с валом вращения двигателя, и считается, что выходной вал является таким, который посредством трансмиссии соединен с приводным(приводными) колесом или колесами.
Настоящее изобретение является применимым в области транспортных средств.
ПРЕДЫДУЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Электрические двигатели все больше и больше применяются во всех типах транспортных средств, в частности, но не исключительно, в наземных транспортных средствах.
Одним из главных недостатков применения электрических моторов является потребность в аккумуляторе, который, как правило, является громоздким и тяжелым.
В наземных транспортных средствах с тремя или более колесами эта проблема не столь важна, так как вес может быть распределен различными путями, не сильно влияя на устойчивость, и имеется достаточно пространства для помещения аккумулятора. Однако в настоящее время электрические двигатели нечасто применяются в двухколесных транспортных средствах, поскольку вес и местоположение аккумулятора, а также положение вала вращения электрического двигателя препятствуют их применению.
Еще одна проблема, с которой сталкиваются двухколесные транспортные средства, является раскачивание подвески заднего колеса, что затрудняет трансмиссию и создает натяжение и перегрузки в цепях трансмиссии.
Испанская полезная модель ES 1076136U относится к раскачивающейся коробке передач для электрического мотоцикла. Тем не менее, указанная раскачивающаяся коробка передач требует размещения вала вращения электрического двигателя параллельно валу вращения маятника подвески мотоцикла, то есть параллельно оси вращения заднего колеса. Таким образом, вес двигателя обязательно неравномерно распределен на обеих сторонах транспортного средства, что может повлиять на устойчивость транспортного средства.
С другой стороны, боковое соединение с различными валами посредством зубчатых колес, шкивов и трансмиссий требует значительного пространства, что ограничивает пространство, доступное для аккумулятора.
В европейском патенте ЕР 2236338 описано гибридное транспортное средство, в котором электрический двигатель, вставленный в него, расположен таким образом, что его вал вращения расположен поперечно относительно корпуса транспортного средства в направлении его движения, с описанными выше проблемами нагрузки.
Европейский патент EP 2168861 относится к электрическому мотоциклу, в котором двигатель закреплен на раскачивающемся элементе. В этом случае вал вращения двигателя также расположен поперечно относительно корпуса транспортного средства.
Патент США № 5433284 относится к электрическому велосипеду, в котором двигатель расположен за пределами транспортного средства и его вал вращения соединен с валом приводимого колеса в одном из концов данного вала. Поскольку двигатель вывешен за пределами транспортного средства, центр тяжести нарушается и транспортное средство является неустойчивым.
Что касается коробок передач, существует обширное множество патентных документов, но, как оказывается, ни один из них не включают основные элементы коробки передач согласно настоящему изобретению.
ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения вышеупомянутых недостатков устройство тяги транспортного средства, являющееся объектом настоящего изобретения, содержит:
Двигатель, предпочтительно электрический, расположенный симметрично между боковыми вертикальными трубками рамы транспортного средства.
Термин «вертикальный», применяемый относительно трубок рамы транспортного средства, означает, что трубки проходят от нижнего положения транспортного средства к верхнему положению транспортного средства.
Ведущий вал, расположенный в одной плоскости и совпадающий с валом вращения двигателя, причем два указанных вала входят в зацепление друг с другом в центральной области осевого прохождения ведущего вала, и причем ведущий вал непосредственно получает усилие от двигателя.
Выходной вал, передающий усилие от двигателя к приводному(приводным) колесу или колесам посредством зубчатого колеса с цепью, ременным шкивом или карданным валом, в том числе другие варианты.
Ведущий вал расположен соосно относительно выходного вала, причем выходной вал пересекает указанный ведущий вал в осевом направлении.
В простом варианте осуществления ведущий и выходной валы совместно постоянно вращаются и могут быть выполнены из единой формы.
В предложенном изобретении вал вращения двигателя и ведущий вал трансмиссии находятся в одной плоскости и совпадают. Угол между указанными двумя валами может быть отличным в различных вариантах осуществления.
Таким образом, положение двигателя относительно ведущего вала может отличаться в различных вариантах осуществления. Как указано, в простом варианте осуществления система тяги может не содержать элемент переключения передачи, поскольку характеристики электрических двигателей делают это допустимым.
Электрический двигатель создает крутящий момент, близкий к его максимальному значению (практически 80%) от 750 об/мин до 1500 об/мин, и крутящий момент с максимальным значением от 1500 об/мин до 3000 об/мин, но за пределами этой точки он начинает падать, вплоть до режима максимальных оборотов.
Из-за такого поведения считается возможным использовать одну передачу; однако, поскольку крутящий момент резко падает при высоких оборотах, максимальная скорость достигается с очень небольшим ускорением больше 3000 об/мин и достигается она медленно.
Благодаря этой особенности можно применять по меньшей мере одну дополнительную передачу, так что при старте с места или при низких скоростях первая передача обеспечит хорошее ускорение вплоть до половины максимальной скорости, а подключение второй передачи делает применение инерции транспортного средства и улучшенный выход крутящего момента для уменьшения числа оборотов двигателя и достижения более высоких скоростей.
С этой целью объект согласно настоящему изобретению, описанный в данном документе, оснащен механизмом переключения передач, содержащим:
ведущий вал, под которым понимают такой вал, на который непосредственно воздействует вал вращения двигателя посредством нескольких зацепляющих элементов;
по меньшей мере один промежуточный вал, постоянно зацепленный с указанным ведущим валом;
выходной вал, расположенный соосно относительно ведущего вала, причем выходной вал пересекает ведущий вал в осевом направлении.
Такое расположение двух соосных валов, в которых один вал пересекает другой, предотвращает продольное смещение валов в операциях их зацепления и расцепления друг с другом, что приводит к уменьшению занимаемой площади, в частности, относительно длины выходного вала и, следовательно, общей ширины трансмиссии.
В транспортных средствах с маятником, как это имеет место в случае двухколесных транспортных средств, как ведущий, так и выходной валы, которые, как упоминалось ранее, расположены соосно относительно друг друга, также расположены соосно относительно вала маятника подвески; это положение может быть принято из-за уменьшенной ширины трансмиссии, тем самым предотвращая износ трансмиссии из-за изменений натяжения в цепи, например.
Как описано выше, ведущий и промежуточный валы постоянно зацеплены.
При использовании второй передачи (прямой передачи) выходной вал входит в зацепление с ведущим валом, так что промежуточный вал свободно вращается без передачи своего движения любому другому валу.
При использовании первой передачи промежуточный вал также входит в зацепление с выходным валом.
Переключение передач будет зависеть от того, входит ли выходной вал в зацепление с ведущим или промежуточным валом, и его можно осуществлять вручную или автоматически, при помощи электрических устройств, таких как серводвигатели, или путем механического действия.
Коробка передач может содержать дополнительные передачи с использованием параллельных валов с различными пропорциями относительно друг друга, которые, при необходимости, входят в зацепление с выходным валом.
Система тяги, описанная выше, обеспечивает помещение двигателя в более высокое местоположение и с по существу вертикальным валом вращения, при этом указанный вал вращения действует на ведущий вал, расположенный соосно относительно вала маятника и выходного вала. Таким образом, обеспечивается достаточно пространства впереди двигателя для помещения аккумулятора транспортного средства.
В большинстве различных возможных положений двигателя одна из сторон указанного двигателя обращена в направлении движения, так что эффективность вентиляционных ребер, как правило, расположенных в продольном направлении относительно вала вращения двигателя, ограничена.
Для оптимизации охлаждающего действия воздуха при работе двигателя настоящее изобретение содержит ряд охлаждающих ребер, расположенных поперечно валу вращения двигателя, таким образом улучшая прохождение воздуха между ними при движении транспортного средства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
На фиг. 1 показан вид в перспективе системы тяги, содержащей двигатель (1) и трансмиссию (9), причем вал (2) вращения двигателя входит в зацепление посредством средств (5) зацепления с центральной областью осевого прохождения ведущего вала (3), расположенного соосно относительно выходного вала (4), передающего усилие от двигателя к приводному(приводным) колесу или колесам посредством ведущей шестерни (6). Также показан промежуточный вал (7), постоянно зацепленный с ведущим валом, а также охлаждающие ребра (13), проходящие поперечно валу вращения двигателя.
На фиг. 2 показана вертикальная проекция поперечного сечения системы тяги, содержащей двигатель (1) и трансмиссию (9), причем вал (2) вращения двигателя входит в зацепление посредством средств (5) зацепления с центральной областью осевого прохождения ведущего вала (3), расположенного соосно относительно выходного вала (4), передающего усилие двигателя приводному(приводным) колесу или колесам посредством ведущей шестерни (6). Также показан промежуточный вал (7), постоянно зацепленный с ведущим валом.
На фиг. 3 показано устройство тяги, установленное в двухколесном транспортном средстве (8), с обеспечением возможности увидеть, что устройство предлагает такое расположение, в котором двигатель (1) размещен выше трансмиссии (9), оставляя достаточно пространства для помещения аккумулятора (10). Боковые вертикальные трубки (14) рамы также показаны.
На фиг. 4 показан увеличенный вид устройства, установленного в двухколесном транспортном устройстве, где отсутствует аккумулятор, показывающий двигатель (1), расположенный симметрично между боковыми трубками рамы транспортного средства, с охлаждающими ребрами (13), трансмиссию (9) и маятник (11), расположенный соосно относительно ведущего вала и выходного вала, не показаны, демонстрирующий цепь (12), передающую усилие от ведущей шестерни (6) выходного вала, показана покрытой, к приводному колесу. Боковые вертикальные трубки (14) рамы также показаны.
На фиг. 5 показан пример варианта осуществления устройства.
На фиг. 6 показан пример варианта осуществления устройства.
На фиг. 7 показан пример варианта осуществления устройства.
На фиг. 5, 6 и 7 охлаждающие ребра покрывают как трансмиссию, так и сам двигатель.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вариант осуществления настоящего изобретения описан ниже только с целью иллюстрации и никоим образом не ограничивает его.
Устройство тяги транспортного средства согласно варианту осуществления, предложенному в данном документе, содержит:
1. Электрический двигатель (1), расположенный симметрично между вертикальными трубками рамы транспортного средства, элемент (9) трансмиссии, содержащий коробку передач с двумя скоростями, которая, в свою очередь, содержит:
• ведущий вал (3), расположенный в одной плоскости и совпадающий с валом (2) вращения двигателя, причем двигатель (1) расположен выше элемента (9) трансмиссии;
• выходной вал (4), расположенный соосно относительно вышеупомянутого ведущего вала (3), причем ведущий вал (3) частично окружает выходной вал (4);
• как ведущий (3), так и выходной (4) валы, расположенные, в свою очередь, соосно относительно вала маятника (11) транспортного средства, которое в этом случае представляет собой двухколесное транспортное средство;
• зацепляющие элементы для связывания, когда применимо, движения ведущего вала к выходному валу;
• промежуточный вал (7), постоянно зацепленный с ведущим валом (3);
• элементы для вхождения в зацепление, когда применимо, промежуточного вала (7) с выходным валом (4);
• элементы, в данном случае цепь (12), для передачи движения выходного вала (4), содержащего ведущую шестерню (6), к приводному колесу, в данном случае к заднему колесу.
Как указано выше, двигатель (1) расположен выше элемента (9) трансмиссии освобождая достаточно пространства впереди для помещения аккумулятора.
Обеспечение соосного расположения выходного вала (4) относительно вала маятника (11) снижает нагрузки на элементы трансмиссии, такие как цепь (12), тогда как расстояние между выходным валом (4) и осью приводного колеса остается постоянным.
Что касается передач, коробка передач работает следующим образом.
На второй передаче ведущий вал (3) и выходной вал (4) входят в зацепление и вращаются вместе, в то время как промежуточный вал (7) постоянно зацеплен с ведущим валом (3) и также вращается, но не передает свое движение никакому другому валу.
На первой передаче промежуточный вал (7) входит в зацепление с выходным валом (4), который перед зацеплением с промежуточным валом (7) выводится из зацепления с ведущим валом (3).
Отличия в скорости вращения между валами достигаются посредством каскадного включения ведущих шестерней и зубчатых колес.
Валы могут входить в зацепление и выходить из зацепления либо автоматически, либо вручную; если это происходит вручную, это можно осуществить с помощью серводвигателя или путем механического переключения.
Существуют многие другие возможные варианты осуществления в дополнение к уже описанному. Пример одного из них с учетом расположения двигателя показан на фиг. 5–7, и существует также много вариантов, учитывая тип транспортного средства, содержащего его.
Для обеспечения охлаждения двигателя и трансмиссии вставлены охлаждающие ребра (13), расположенные поперечно валу вращения двигателя, так что воздух легко проходит через них при движении транспортного средства.
Реферат
Группа изобретений относится к области машиностроения, в частности к устройствам тяги. Устройство тяги транспортного средства содержит двигатель, элемент трансмиссии. Элемент трансмиссии содержит ведущий вал, зацепляющие элементы, выходной вал, средства для временного или постоянного связывания с вращением ведущего вала и выходного вала, средства для передачи вращения выходного вала к элементу привода транспортного средства. Транспортное средство содержит устройство тяги. Достигается возможность установки аккумулятора транспортного средства спереди двигателя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.
