PL247471B1

PL247471B1 - Electromechanical drive unit for motor vehicles

Info

Publication number: PL247471B1
Application number: PL439827A
Authority: PL
Inventors: Ireneusz Skornóg
Original assignee: Auto Design Olszewski Skornog Kwiatkowski Spolka Jawna
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2025-07-07
Also published as: EP4448314A4; WO2023113626A1; EP4448314A1; PL439827A1

Abstract

Elektromechaniczny zespół napędowy do pojazdów samochodowych składający się z co najmniej jednego silnika napędowego i elektrycznych silników pomocniczych oraz przekładni charakteryzuje się tym, że jest wyposażony w co najmniej jeden silnik główny (1), w co najmniej dwa elektryczne silniki pomocnicze (2), w zespół co najmniej dwóch przekładni cykloidalnych (3) oraz w jedno lub wielostopniową przekładnię mechaniczną silnika głównego (4) napędzającą obudowę przekładni cykloidalnej (3). Elektryczne silniki pomocnicze (2) napędzają wałki wejścia mocy przekładni cykloidalnych (3), a wieniec zębaty koła zasadniczego sprzęgnięty jest za pośrednictwem jedno lub wielostopniowej przekładni mechanicznej silnika głównego (4) z głównym silnikiem (1) lub silnikami głównymi, natomiast każdy wałek wejścia mocy przekładni cykloidalnej (3) sprzęgnięty jest poprzez jedno lub wielostopniową przekładnię mechaniczną silnika pomocniczego (5) z elektrycznym silnikiem pomocniczym (2) lub silnikami pomocniczymi. Wałki wejścia mocy przekładni cykloidalnych (3) posiadają jedną lub więcej części walcowych o osiach przesuniętych mimośrodowo względem głównej osi wałka wejścia mocy, a na częściach mimośrodowych wałka wejścia mocy poprzez pierwsze łożyska igiełkowe osadzone są obiegowe koła zębate. Kontur zewnętrzny obiegowych kół zębatych jest krzywą łączoną w taki sposób, że głowy zębów opisują krzywe o zarysie epicykloidalnym, a stopy zębów opisane są poprzez wycinki łuków okręgu, lub inną dowolną krzywą. Zespół koła zasadniczego jest złożony z tarcz obudowy, pierścieni koła zasadniczego, wieńca zębatego oraz rolek z pierwszymi tulejkami i stanowi część wspólną dla lewej i prawej przekładni cykloidalnej (3). Zespół koła zasadniczego jest wyposażony na swoim obwodzie w obrotowo osadzone pierwsze tulejki na rolkach, po jednej tulejce na każdej rolce dla jednego obiegowego koła zębatego, przy czym liczba rolek koła zasadniczego jest większa od liczby zębów obiegowego koła zębatego o jeden lub dwa lub trzy.An electromechanical drive unit for motor vehicles comprising at least one drive motor and electric auxiliary motors and a transmission, characterized in that it is equipped with at least one main motor (1), at least two electric auxiliary motors (2), a set of at least two cycloidal gears (3) and a single- or multi-stage mechanical transmission of the main motor (4) driving the cycloidal gear housing (3). The electric auxiliary motors (2) drive the power input shafts of the cycloidal gears (3), and the ring gear of the main wheel is coupled via a single- or multi-stage mechanical transmission of the main motor (4) to the main motor (1) or main motors, while each power input shaft of the cycloidal gear (3) is coupled via a single- or multi-stage mechanical transmission of the auxiliary motor (5) to an electric auxiliary motor (2) or auxiliary motors. The power input shafts of the cycloidal gears (3) have one or more cylindrical parts with axes eccentrically offset relative to the main axis of the power input shaft, and planetary gears are mounted on the eccentric parts of the power input shaft through first needle bearings. The external contour of the planetary gears is a curve connected in such a way that the tooth heads describe curves with an epicycloidal outline, and the tooth roots are described by circular arc segments, or any other arbitrary curve. The base gear assembly is composed of housing discs, base gear rings, toothed ring gear, and rollers with first bushings and constitutes a common part for the left and right cycloidal gears (3). The base gear assembly is equipped on its circumference with rotatably mounted first bushings on the rollers, one bushing on each roller for one planetary gear, wherein the number of base gear rollers exceeds the number of planetary gear teeth by one, two, or three.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest elektromechaniczny zespół napędowy do zastosowania w pojazdach samochodowych.The subject of the invention is an electromechanical drive unit for use in motor vehicles.

Obecnie pojazdy samochodowe oprócz tradycyjnego napędu silnikami spalinowymi są napędzane dodatkowo silnikami elektrycznymi jako tak zwane pojazdy hybrydowe lub też tylko silnikami elektrycznymi. Moment napędowy z tych silników przenoszony jest odpowiednimi układami na koła pojazdu.Currently, motor vehicles, in addition to traditional combustion engine propulsion, are also powered by electric motors, known as hybrid vehicles, or solely by electric motors. The drive torque from these motors is transmitted to the vehicle's wheels via appropriate systems.

Znane są z amerykańskiego opisu patentowego No 5,120,282 układy przeniesienia napędu pojazdu zawierające co najmniej jeden wał napędowy, co najmniej jeden silnik i co najmniej jedną przekładnię planetarną zawierającą satelitę, koło słoneczne i koło koronowe. Silnik jest sprzęgnięty z kołem słonecznym za pośrednictwem przekładni zębatej i względna prędkość pomiędzy kołem koronowym, a wałem napędowym jest kontrolowana poprzez dostarczanie energii do i odbieranie energii z silnika. Koło słoneczne jest osadzone obrotowo na wale napędowym, a wał napędowy jest sztywno połączony z jarzmem kół planetarnych. Podstawowa siła napędowa jest przenoszona z silnika na koło koronowe przekładni planetarnej za pośrednictwem przekładni. W wyniku tak skonstruowanego układu, kiedy koło słoneczne jest opóźniane przez silnik, poprzez przekładnię zębatą, jarzma satelit będą obracać się wokół środka przekładni i napędzać wał napędowy, bez względu na opóźnienie koła słonecznego.U.S. Patent No. 5,120,282 discloses vehicle drivetrain systems comprising at least one drive shaft, at least one motor, and at least one planetary gearset comprising a planetary gear, a sun gear, and a ring gear. The motor is coupled to the sun gear via a gear train, and the relative speed between the sun gear and the drive shaft is controlled by supplying power to and receiving power from the motor. The sun gear is rotatably mounted on the drive shaft, and the drive shaft is rigidly connected to the planetary gear carrier. The primary driving force is transferred from the motor to the planetary gear via the gear train. As a result of this arrangement, when the sun gear is retarded by the motor, via the gear train, the planetary gear carriers will rotate about the center of the gearset and drive the drive shaft, regardless of the sun gear retardation.

Również z amerykańskiego opisu patentowego No 5,947,855 znany jest układ napędowy pojazdu zawierający generator napędzany silnikiem spalinowym i oś napędową posiadającą parę kół, przy czym każde koło jest napędzane poprzez powiązany z nim silnik elektryczny zasilany przez generator. Silnik spalinowy napędza także wał napędowy, który jest połączony z osią napędową. Układ napędowy zawiera również parę przekładni sumujących, z których każda posiada wał wyjściowy połączony z odpowiednim kołem oraz każda przekładnia sumująca ma pierwsze wejście połączone z wałem napędowym, a drugie wejście połączone z odpowiednim silnikiem elektrycznym.Also known from U.S. Patent No. 5,947,855 is a vehicle drive system comprising a generator driven by an internal combustion engine and a drive axle having a pair of wheels, each wheel being driven by an associated electric motor powered by the generator. The internal combustion engine also drives a drive shaft, which is connected to the drive axle. The drive system also includes a pair of summing gears, each having an output shaft connected to a respective wheel, and each summing gear having a first input connected to the drive shaft and a second input connected to a respective electric motor.

Także z opisu europejskiego patentowego EP3805029A1 znany jest system zasilania dla pojazdu hybrydowego. W układzie napędowym pojazdu hybrydowego według tego wynalazku przyjęto pierwszy mechanizm przekładni planetarnej z dwoma kołami słonecznymi, gdzie pierwsze koło słoneczne obraca się wraz z wałem wejściowym, a drugie koło słoneczne i wał wejściowy są od siebie niezależne i drugie koło słoneczne osiąga różne stany ruchu poprzez drugi hamulec i/lub drugie sprzęgło oraz współpracuje z pierwszym hamulcem, żeby zapewnić różne przełożenia przekładni, gdy silnik spalinowy i silniki elektryczne pracują podczas jazdy.Also known from European patent description EP3805029A1 is a power supply system for a hybrid vehicle. The hybrid vehicle powertrain according to this invention adopts a first planetary gear mechanism with two sun gears, wherein the first sun gear rotates with the input shaft, and the second sun gear and the input shaft are independent of each other, and the second sun gear achieves different states of motion through a second brake and/or a second clutch and cooperates with the first brake to provide different gear ratios when the combustion engine and electric motors are operating during driving.

Dotychczasowe układy napędowe do hybrydowych lub elektrycznych pojazdów samochodowych są stosunkowo duże i ciężkie, z uwagi na konieczność zastosowania w większości przypadków wielostopniowych przekładni planetarnych.Existing drive systems for hybrid or electric motor vehicles are relatively large and heavy, due to the need to use multi-stage planetary gears in most cases.

Celem wynalazku było skonstruowanie elektromechanicznego układu napędowego do pojazdów samochodowych umożliwiającego regulację przełożenia oraz zastąpienie funkcji realizowanych w klasycznym pojeździe samochodowym przez mechanizm różnicowy, przy użyciu minimalnej liczby części, oraz wielokrotne zastosowanie identycznych części dla lewej i prawej sekcji zespołu. Ponadto za cel postawiono minimalizację masy i wymiarów zespołu napędowego. Cel ten udało się osiągnąć poprzez konstrukcję układu napędowego według wynalazku.The goal of the invention was to design an electromechanical drive system for motor vehicles that would allow for gear ratio adjustment and replace the functions performed in a conventional motor vehicle by a differential, using a minimum number of parts, and reusing identical parts for both the left and right sections of the assembly. Furthermore, the goal was to minimize the weight and dimensions of the drive system. This goal was achieved through the design of the drive system according to the invention.

Istota wynalazku polega na tym, że elektromechaniczny zespół napędowy do pojazdów samochodowych jest wyposażony w co najmniej jeden silnik główny, w co najmniej dwa silniki pomocnicze oraz w zespół co najmniej dwóch przekładni cykloidalnych. Silnik główny napędza bezpośrednio lub poprzez jedno- lub wielostopniową przekładnię mechaniczną zespół koła zasadniczego przekładni cykloidalnych, natomiast silniki pomocnicze napędzają wałki wejścia mocy przekładni cykloidalnych, w sposób bezpośredni lub poprzez jedno lub wielostopniową przekładnię mechaniczną. Wałki wejścia mocy przekładni cykloidalnych posiadają jedną lub więcej części walcowych o osiach przesuniętych mimośrodowo względem głównej osi wałka wejścia mocy, a na częściach walcowych wałka wejścia mocy poprzez łożyska osadzone są obiegowe koła zębate. Kontur zewnętrzny obiegowych kół zębatych stanowi krzywa łączona w taki sposób, że głowy zębów opisują krzywe o zarysie epicykloidalnym, a stopy zębów opisane są poprzez wycinki łuków okręgu lub inną dowolną krzywą. Zespół koła zasadniczego, w skład którego wchodzą tarcze obudowy, pierścienie i wieniec zębaty lub wirnik silnika głównego, osie z tulejkami oraz łączące je śruby stanowią części symetryczne dla lewej i prawej przekładni cykloidalnej. Ponadto zespół koła zasadniczego jest wyposażony na swoim obwodzie zewnętrznym w obrotowo osadzone tulejki na osiach, po jednej tulejce na każdej osi dla jednego zębatego koła obiegowego, przy czym liczba osi zespołu koła zasadniczego jest większa od liczby zębów zębatego koła obiegowego o jedną lub dwie lub więcej osi.The invention is based on the principle that an electromechanical drive unit for motor vehicles is equipped with at least one main motor, at least two auxiliary motors, and a set of at least two cycloidal gears. The main motor drives the cycloidal gear base assembly directly or through a single- or multi-stage mechanical transmission, while the auxiliary motors drive the cycloidal gear input shafts, either directly or through a single- or multi-stage mechanical transmission. The cycloidal gear input shafts have one or more cylindrical parts with axes eccentrically offset from the main axis of the power input shaft, and planetary gears are mounted on the cylindrical parts of the power input shaft via bearings. The outer contour of the planetary gears is a curve combined in such a way that the tooth heads describe epicycloidal curves, and the tooth roots are described by circular arc segments or any other curve. The base gear assembly, which includes the housing discs, rings and gear ring or main motor rotor, axles with bushings, and connecting bolts, constitute symmetrical parts for the left and right cycloidal gears. Furthermore, the base gear assembly is equipped with rotatably mounted bushings on the axles on its outer circumference, one bushing on each axle for each planetary gear, wherein the number of axles in the base gear assembly exceeds the number of teeth on the planetary gear by one, two, or more axles.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4, fig. 5, fig. 6, fig. 7 i fig. 8, na których fig. 1 przedstawia widok z góry zespołu napędowego w przekroju poprzecznym, w przypadku gdy zespół koła zasadniczego i wałek wejścia mocy są napędzane za pośrednictwem jedno- lub wielostopniowych przekładni mechanicznych, odpowiednio przez silnik główny i silniki pomocnicze, fig. 2 przedstawia wałek wejścia mocy z mimośrodowo przesuniętymi częściami walcowymi, fig. 3 przedstawia obiegowe koło zębate z konturem zewnętrznym o epicykloidalnym zarysie głów zębów, fig. 4 przedstawia szczegóły konstrukcyjne przekładni cykloidalnej w przypadku gdy zespół koła zasadniczego i wałek wejścia mocy są napędzane za pośrednictwem jedno lub wielostopniowych przekładni mechanicznych, odpowiednio przez silnik główny i silniki pomocnicze, fig. 5 przedstawia elementy przekładni cykloidalnej w widoku izometrycznym w przypadku gdy zespół koła zasadniczego i wałek wejścia mocy są napędzane za pośrednictwem jedno lub wielostopniowych przekładni mechanicznych, odpowiednio przez silnik główny i silniki pomocnicze, fig. 6 przedstawia widok z góry zespołu napędowego w przekroju poprzecznym w przypadku gdy zespół koła zasadniczego i wałek wejścia mocy są napędzane bezpośrednio poprzez odpowiednio silnik główny i silniki pomocnicze, fig. 7 przedstawia szczegóły konstrukcyjne przekładni cykloidalnej w przypadku gdy zespół koła zasadniczego i wałek wejścia mocy są napędzane bezpośrednio poprzez odpowiednio silnik główny i silniki pomocnicze, fig. 8 przedstawia elementy przekładni cykloidalnej w widoku izometrycznym w przypadku gdy zespół koła zasadniczego i wałek wejścia mocy są napędzane bezpośrednio poprzez odpowiednio silnik główny i silniki pomocnicze.The subject of the invention is shown in an embodiment in the drawings fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4, fig. 5, fig. 6, fig. 7 and fig. 8, in which fig. 1 shows a top view of the drive unit in cross-section in the case when the base gear unit and the power input shaft are driven via single- or multi-stage mechanical transmissions, respectively by the main engine and auxiliary engines, fig. 2 shows the power input shaft with eccentrically offset cylindrical parts, fig. 3 shows a planetary gear with an outer contour with an epicycloidal tooth head profile, fig. 4 shows construction details of the cycloidal gear in the case when the base gear unit and the power input shaft are driven via single- or multi-stage mechanical transmissions, respectively by the main engine and auxiliary engines, fig. 5 shows the elements of the cycloidal gear in an isometric view in the case when the base gear unit and the power input shaft are driven via single- or multi-stage mechanical transmissions, respectively by the main engine and auxiliary engines, fig. multi-stage mechanical transmissions, respectively by the main engine and auxiliary engines, Fig. 6 shows a top view of the drive unit in cross-section in the case where the base gear unit and the power input shaft are driven directly by the main engine and auxiliary engines, respectively, Fig. 7 shows construction details of the cycloidal gear unit in the case where the base gear unit and the power input shaft are driven directly by the main engine and auxiliary engines, respectively, Fig. 8 shows the elements of the cycloidal gear unit in an isometric view in the case where the base gear unit and the power input shaft are driven directly by the main engine and auxiliary engines, respectively.

Elektromechaniczny zespół napędowy do pojazdów samochodowych przedstawiony na fig. 1 składa się z głównego silnika (1), elektrycznych silników pomocniczych (2), zespołu przekładni cykloidalnych (3), wielostopniowej przekładni mechanicznej (4) silnika głównego (1) dla przypadku gdy napęd z tego silnika nie jest przekazywany bezpośrednio na zespół koła zasadniczego, wielostopniowej przekładni mechanicznej (5) silników pomocniczych (2) dla przypadku gdy napęd z tych silników nie jest przekazywany bezpośrednio na wałki wejścia mocy, półosie napędowe (6) oraz koła pojazdu (7). Przedstawione na fig. 2 osie walców (8a), (8b) stanowiące integralną część wałka wejścia mocy (9), są przesunięte mimośrodowo w stosunku do głównej osi wałka wejścia mocy (9). Na częściach mimośrodowych wałka wejścia mocy (9) zamocowane są zębate koła obiegowe (10), (11) ukazane na fig. 3, których to kół kontur zewnętrzny (12) tworzą zęby o epicykloidalnym zarysie głowy zęba, a poniżej zębów znajdują się otwory (22) w ilości ośmiu lub innej. Na fig. 4 przedstawione są szczegóły konstrukcyjne przekładni cykloidalnej (3) dla przypadku gdy napęd z silnika głównego i silników pomocniczych nie jest przekazywany bezpośrednio na zespół koła zasadniczego oraz na wałki wejścia mocy, składającej się z zespołu koła zasadniczego, dwóch par zębatych kół obiegowych (10), (11) oraz dwóch wałków wejścia mocy (9) i dwóch wałków wyjścia mocy (14), pierwszych łożysk (15), (16) i drugich łożysk (20) i (21). Na fig. 5 przedstawione są elementy przekładni cykloidalnej (3) w przypadku gdy napęd z silnika głównego i silników pomocniczych nie jest przekazywany bezpośrednio na zespół koła zasadniczego oraz na wałki wejścia mocy, w taki sposób, że lewa strona przekładni jest w stanie zmontowanym, a strona prawa dla łatwiejszego zobrazowania budowy zespołu ukazuje poszczególne części przesunięte w widoku izometrycznym, jak na schematach montażowych. Fig. 6 przedstawia skład zespołu napędowego w przypadku gdy napęd z silnika głównego (1), w skład którego wchodzą stojan (1a) i wirnik (1b) oraz silników pomocniczych (2), w skład których wchodzą stojany (2a) i wirniki (2b), jest przekazywany bezpośrednio na zespół koła zasadniczego oraz na wałki wejścia mocy przekładni cykloidalnej (3), zespół tworzą: silnik główny (1), elektryczne silniki pomocnicze (2), zespół przekładni cykloidalnych (3), półosie napędowe (6) oraz koła pojazdu (7). Natomiast fig. 7 ukazuje szczegóły konstrukcyjne przekładni cykloidalnej w przypadku gdy zespół koła zasadniczego i wałek wejścia mocy są napędzane bezpośrednio poprzez odpowiednio silnik główny (1), którego wirnik (1b) zastępuje wieniec zębaty (24), a stojan jest związany (1a) z nieruchomą obudową mechanizmu (33), (34) oraz silniki pomocnicze (2), których wirniki (2b) są związane na stałe z wałkami wejścia mocy (9), a stojany (2a) z nieruchomą obudową mechanizmu (33), (34), składającej się z zespołu koła zasadniczego, dwóch par zębatych kół obiegowych (10), (11) oraz dwóch wałków wejścia mocy (9) i dwóch wałków wyjścia mocy (14), dwóch par pierwszych łożysk (15), (16) i dwóch par drugich łożysk (20) i (21). Na fig. 8 przedstawione są elementy przekładni cykloidalnej (3) w przypadku gdy napęd z silnika głównego (1) i silników pomocniczych (2) jest przekazywany bezpośrednio na zespół koła zasadniczego oraz na wałki wejścia mocy (9), w taki sposób, że lewa strona przekładni jest w stanie zmontowanym, a strona prawa dla łatwiejszego zobrazowania budowy zespołu ukazuje poszczególne części przesunięte w widoku izometrycznym, jak na schematach montażowych.The electromechanical drive unit for motor vehicles shown in Fig. 1 consists of the main engine (1), auxiliary electric motors (2), a cycloidal gear set (3), a multi-stage mechanical transmission (4) of the main engine (1) for the case when the drive from this engine is not transmitted directly to the base wheel assembly, a multi-stage mechanical transmission (5) of the auxiliary engines (2) for the case when the drive from these engines is not transmitted directly to the power input shafts, drive shafts (6) and vehicle wheels (7). The roller axes (8a), (8b) shown in Fig. 2, which constitute an integral part of the power input shaft (9), are offset eccentrically in relation to the main axis of the power input shaft (9). On the eccentric parts of the power input shaft (9) there are mounted toothed planetary gears (10), (11) shown in Fig. 3, the outer contour of which wheels (12) is formed by teeth with an epicycloidal tooth head profile, and below the teeth there are eight or other holes (22). Fig. 4 shows the construction details of the cycloidal gear (3) for the case when the drive from the main engine and auxiliary engines is not transmitted directly to the basic gear set and to the power input shafts, consisting of the basic gear set, two pairs of toothed planetary gears (10), (11) and two power input shafts (9) and two power output shafts (14), first bearings (15), (16) and second bearings (20) and (21). Fig. 5 shows the components of a cycloidal gear (3) in the case where the drive from the main engine and auxiliary engines is not transmitted directly to the main gear assembly and the power input shafts, in such a way that the left side of the gear is assembled, and the right side, for easier illustration of the assembly structure, shows the individual parts shifted in an isometric view, as in the assembly diagrams. Fig. 6 shows the composition of the drive assembly in the case where the drive from the main engine (1), which includes the stator (1a) and the rotor (1b), and the auxiliary engines (2), which include the stators (2a) and rotors (2b), is transmitted directly to the main gear assembly and the power input shafts of the cycloidal gear (3). The assembly consists of: the main engine (1), auxiliary electric motors (2), cycloidal gear assembly (3), drive shafts (6) and vehicle wheels (7). Fig. 7 shows the construction details of the cycloidal gear in the case where the basic gear assembly and the power input shaft are driven directly by the main engine (1), the rotor (1b) of which replaces the toothed ring (24), and the stator is connected (1a) to the stationary housing of the mechanism (33), (34), and the auxiliary engines (2), the rotors (2b) of which are permanently connected to the power input shafts (9), and the stators (2a) to the stationary housing of the mechanism (33), (34), consisting of the basic gear assembly, two pairs of toothed planetary gears (10), (11), two power input shafts (9) and two power output shafts (14), two pairs of first bearings (15), (16) and two pairs of second bearings (20) and (21). Figure 8 shows the components of the cycloidal gear (3) in the case where the drive from the main engine (1) and auxiliary engines (2) is transmitted directly to the main wheel assembly and to the power input shafts (9), in such a way that the left side of the gear is in the assembled state, and the right side, for easier illustration of the assembly structure, shows the individual parts moved in an isometric view, as in the assembly diagrams.

Elektromechaniczny zespół napędowy do pojazdów samochodowych jest złożony z głównego silnika (1), elektrycznych silników pomocniczych (2) i zespołu przekładni cykloidalnych (3). Przekładnia cykloidalna (3) składa się z wydrążonego wałka wejścia mocy (9), na którym od strony zewnętrznej zamocowane jest pierwsze walcowe koło zębate (17) zazębione z drugim walcowym kołem zębatym (18), osadzonym sztywno na wałku silnika pomocniczego (2) dla przypadku przekazu napędu z silnika pomocniczego (2) na wałek wejścia mocy (9) za pośrednictwem przekładni jedno lub wielostopniowej (5). Natomiast w przypadku napędu bezpośredniego wałka wejścia mocy (9) przez silnik pomocniczy (2) nie występuje przekładnia (5), a na wałku wejścia mocy (9) jest osadzony sztywno wirnik silnika pomocniczego (2b). Następnie, w kierunku środka mechanizmu, na wałku wejścia mocy (9) osadzone jest bieżnią wewnętrzną łożysko (19), a bieżnia zewnętrzna łożyska (19) osadzona jest wewnątrz otworu tarczy obudowy przekładni (23) zębatych kół obiegowych (10), (11). Kolejno, na wałku wejścia mocy (9) znajdują się dwa walce (8a), (8b) stanowiące jego integralną część, których osie są przesunięte mimośrodowo w stosunku do głównej osi wałka wejścia mocy (9), przy czym osie obydwóch mimośrodów przesunięte są względem siebie o kąt 180 stopni. Poprzez wydrążony w wałku wejścia mocy (9) otwór przeprowadzony jest czop wałka wyjścia mocy (14), osadzony współosiowo z wałkiem wejścia mocy (9) poprzez drugie łożyska (20), (21). Na częściach mimośrodowych (8a), (8b) wałka wejścia mocy (9) poprzez pierwsze łożyska (15), (16) osadzone są zębate koła obiegowe (10), (11), których kontury zewnętrzne (12) tworzą zęby o głowach o zarysie epicykloidalnym. Ponadto zębate koła obiegowe (10), (11) posiadają w części środkowej otwory (22) o przekroju kołowym, wewnątrz których umieszczone są czopy wałka wyjścia mocy (14), na których osadzone są obrotowo tulejki (27) po jednej na każdym czopie. Po stronie wewnętrznej zespołu koła zasadniczego, w okolicy jego konturu zewnętrznego, umieszczony jest pierścień koła zasadniczego (13). Elementy zespołu napędowego w postaci wałka wejścia mocy (9), zębatych kół obiegowych (10), (11), pierwszych łożysk (15), (16), drugich łożysk (20), (21), tulejek (26), wałka elektrycznego silnika pomocniczego (2), pierwszego koła zębatego (17) i drugiego koła zębatego (18) w przypadku napędu wałka wejścia mocy (9) przez silnik pomocniczy (2) za pośrednictwem przekładni jedno- lub wielostopniowej (5), natomiast w przypadku napędu bezpośredniego wałka wejścia mocy (9) przez silnik pomocniczy (2) nie występuje przekładnia (5), a na wałku wejścia mocy (9) jest osadzony sztywno wirnik silnika pomocniczego (2b), którego stojan (2a) jest związany z nieruchomą obudową mechanizmu (33), (34), idąc dalej w kierunku środka mechanizmu na wałku wejścia mocy (9) jest osadzone łożysko (19) tarczy obudowy przekładni (23), pierścień zespołu koła zasadniczego (13) i wałek wyjścia mocy (14), posiadają swoje lustrzane odbicia. Oś, względem której następuje odbicie, tworzy płaszczyzna podziału obudowy przekładni (33), (34). W przypadku gdy napęd z silnika głównego (1) przekazywany jest na przekładnię cykloidalną (3) poprzez przekładnię mechaniczną jedno- lub wielostopniową (4), pomiędzy pierścieniami zespołu koła zasadniczego (13) umieszczony jest wieniec zębaty (24) współpracujący z kołem zębatym mniejszym (28) wałka pośredniego (29), na którym po stronie przeciwnej niż koło zębate mniejsze (28), znajduje się koło zębate większe (31), współpracujące z kołem zębatym (32) silnika głównego (1), osadzonym na jego wałku. Natomiast w przypadku gdy napęd jest przekazywany bezpośrednio z silnika głównego (1), wieniec zębaty (24) zastąpiony jest poprzez wirnik (1b) silnika głównego (1), którego stojan (1a) jest związany z nieruchomą obudową mechanizmu (33), (34). Ponadto mechanizm składa się z osi (25), w ilości liczby zębów zębatego koła obiegowego (10) plus jeden lub dwa lub więcej, na które nałożone są tulejki (26) w ilości po jednej tulejce na każdej osi (25) dla jednego zębatego koła obiegowego (10), (11). Lewa i prawa tarcza obudowy przekładni (23) są skręcone ze sobą za pomocą śrub (30) z wieńcem zębatym (24) lub wirnikiem (1b) silnika głównego (1), poprzez pierścienie zespołu koła zasadniczego (13), stanowiąc po zmontowaniu zespół koła zasadniczego.An electromechanical drive unit for motor vehicles consists of a main engine (1), auxiliary electric motors (2) and a cycloidal gear set (3). The cycloidal gear (3) consists of a hollow power input shaft (9), on which a first cylindrical gear (17) is mounted on the outside, meshing with a second cylindrical gear (18), rigidly mounted on the auxiliary engine shaft (2) for the transmission of power from the auxiliary engine (2) to the power input shaft (9) via a single-stage or multi-stage gear (5). However, in the case of direct drive of the power input shaft (9) by the auxiliary engine (2), there is no gear (5), and the rotor of the auxiliary engine (2b) is rigidly mounted on the power input shaft (9). Then, towards the center of the mechanism, a bearing (19) is mounted with its inner race on the power input shaft (9), and the outer race of the bearing (19) is mounted inside the hole in the gear housing disc (23) of the planetary gears (10), (11). Subsequently, on the power input shaft (9) there are two rollers (8a), (8b), constituting its integral part, whose axes are shifted eccentrically in relation to the main axis of the power input shaft (9), with the axes of both eccentrics being shifted relative to each other by an angle of 180 degrees. The journal of the power output shaft (14) is passed through the hole drilled in the power input shaft (9), mounted coaxially with the power input shaft (9) via the second bearings (20), (21). On the eccentric parts (8a), (8b) of the power input shaft (9), toothed planetary gears (10), (11) are mounted via first bearings (15), (16), the outer contours (12) of which form teeth with heads of epicycloidal outline. Furthermore, the toothed planetary gears (10), (11) have in their central part holes (22) of circular cross-section, inside which are located the journals of the power output shaft (14), on which bushings (27) are rotatably mounted, one on each journal. On the inner side of the basic gear assembly, in the vicinity of its outer contour, a basic gear ring (13) is mounted. The elements of the drive unit in the form of the power input shaft (9), the planetary gears (10), (11), the first bearings (15), (16), the second bearings (20), (21), the bushings (26), the shaft of the electric auxiliary motor (2), the first gear (17) and the second gear (18) in the case of driving the power input shaft (9) by the auxiliary motor (2) via a single- or multi-stage gear (5), while in the case of direct driving of the power input shaft (9) by the auxiliary motor (2) there is no gear (5), and the rotor of the auxiliary motor (2b) is rigidly mounted on the power input shaft (9), the stator (2a) of which is connected to the stationary housing of the mechanism (33), (34), further towards the centre of the mechanism, the bearing (19) of the gear housing disc (23), the ring of the basic gear assembly (13) and the power output shaft (14) are mounted on the power input shaft (9) as mirror images. The axis with respect to which the reflection takes place is formed by the division plane of the gear housing (33), (34). In the case where the drive from the main engine (1) is transmitted to the cycloidal gear (3) via a single- or multi-stage mechanical gear (4), a toothed ring (24) is placed between the rings of the basic gear assembly (13) cooperating with the smaller gear (28) of the intermediate shaft (29), on which, on the side opposite the smaller gear (28), there is a larger gear (31) cooperating with the gear (32) of the main engine (1), mounted on its shaft. On the other hand, in the case where the drive is transmitted directly from the main engine (1), the toothed ring (24) is replaced by the rotor (1b) of the main engine (1), the stator (1a) of which is connected to the stationary mechanism housing (33), (34). Furthermore, the mechanism consists of an axle (25) having the same number of teeth as the planetary gear (10) plus one or two or more, on which are placed sleeves (26) in the number of one sleeve on each axle (25) for one planetary gear (10), (11). The left and right gear housing discs (23) are screwed together by means of screws (30) with the toothed ring (24) or the rotor (1b) of the main engine (1), through the rings of the main gear assembly (13), constituting the main gear assembly after assembly.

Elektromechaniczny zespół napędowy do pojazdów samochodowych działa w taki sposób, że główny silnik (1) przekazuje moment obrotowy na wieniec zębaty (24) zespołu koła zasadniczego przekładni cykloidalnej (3) lub wirnik (1b) silnika głównego (1), natomiast elektryczne silniki pomocnicze (2) napędzają wałki wejścia mocy (9). W trakcie działania elektromechanicznego zespołu napędowego możliwe jest przekazywanie różnego momentu napędowego i różnej prędkości obrotowej na lewe i prawe koło pojazdu (7). Różnicowanie prędkości obrotowej i momentu napędowego na koła jest możliwe poprzez niezależne sterowanie prędkością obrotową i momentem napędowym elektrycznych silników pomocniczych (2).The electromechanical drive unit for a motor vehicle operates in such a way that the main motor (1) transmits torque to the toothed ring gear (24) of the cycloidal gear base assembly (3) or the rotor (1b) of the main motor (1), while the auxiliary electric motors (2) drive the power input shafts (9). During operation of the electromechanical drive unit, it is possible to transmit different driving torque and different rotational speed to the left and right wheels of the vehicle (7). Differentiation of the rotational speed and drive torque to the wheels is possible by independently controlling the rotational speed and drive torque of the auxiliary electric motors (2).

Elektromechaniczny zespół napędowy do pojazdów samochodowych stanowiący przedmiot wynalazku, w odróżnieniu od wcześniejszych konstrukcji, cechuje się mniejszymi wymiarami oraz mniejszą masą całego zespołu, w stosunku do konstrukcji opartych na przekładniach planetarnych. Ponadto w przypadku bezpośredniego przekazu napędu z silnika głównego i silników pomocniczych na elementy przekładni, nie ma konieczności stosowania dodatkowych przekładni zębatych. Osiągnięto to dzięki użyciu specjalnej konstrukcji przekładni cykloidalnej według wynalazku, umożliwiającej uzyskanie z jednego stopnia przełożenia praktycznego powyżej 100 : 1, teoretycznie nawet 300 : 1. Poprzez to możliwe jest jego stosowanie na szeroką skalę w mniejszych pojazdach, gdyż dzięki zwartej konstrukcji nie wymagają dużo miejsca do zabudowy. Ma to szczególne znaczenie podczas dokonywania konwersji istniejących konstrukcji samochodów z napędem silnikiem spalinowym na pojazdy hybrydowe lub elektryczne. Ponadto przekładnia cykloidalna cechuje się cichą pracą i niskim poziomem drgań, a dodatkowo posiada możliwość kilkukrotnie większego przeciążenia w stosunku do przekładni planetarnych, bez ryzyka uszkodzenia. Wyżej wymienione właściwości przyczyniają się do dłuższej żywotności mechanizmu i gwarantują jego bezawaryjną i cichą pracę, nawet w trakcie pracy w ciężkich warunkach i przy dużej zmienności obciążenia wyjścia mocy.The electromechanical drive unit for motor vehicles, which is the subject of the invention, is characterized by smaller dimensions and a lower overall weight compared to designs based on planetary gears. Furthermore, in the case of direct power transmission from the main and auxiliary engines to the transmission elements, there is no need for additional gears. This is achieved by using a special cycloidal gear design according to the invention, which allows for a practical gear ratio of over 100:1, theoretically even 300:1, from a single stage. This allows for widespread use in smaller vehicles, as its compact design reduces the need for extensive installation space. This is particularly important when converting existing combustion engine-powered vehicles to hybrid or electric vehicles. Furthermore, the cycloidal gear is characterized by quiet operation and low vibration levels, and can withstand several times greater overload than planetary gears without the risk of damage. The above-mentioned properties contribute to a longer service life of the mechanism and guarantee its failure-free and quiet operation, even when operating in difficult conditions and with high load variations of the power output.

Claims

Patent claims

1. Electromechanical drive unit for motor vehicles, comprising at least one main drive motor and auxiliary motors and a gear unit, characterized in that it is equipped with at least one main motor (1), at least two auxiliary motors (2), a set of at least two cycloidal gears (3), wherein the toothed ring (24) of the basic wheel assembly of the cycloidal gear (3) is driven by the main motor (1) or main motors (1) through a single or multi-stage mechanical transmission of the main motor (4) or directly through the rotor (1b) of the main motor (1) or main motors (1), which in this case replaces the toothed ring (24) of the basic wheel assembly, and its stator (1a) is connected to a fixed housing of the mechanism (33), (34), while each power input shaft (9) of the cycloidal gear (3) is coupled directly or through a single or multi-stage mechanical transmission of the auxiliary motor (5) to the auxiliary motor (2) or auxiliary motors (2).

2. Electromechanical drive unit according to claim 1, characterized in that the power input shafts (9) of the cycloidal gears (3) have one, two or more cylindrical parts (8a, 8b) with axes shifted eccentrically in relation to the main axis of the power input shaft (9), and the planetary gears (10), (11) are mounted on the cylindrical parts (8a), (8b) of the power input shaft (9) via first bearings (15), (16).

3. Electromechanical drive unit according to claim 2, characterized in that the outer contour (12) of the planetary gears (10), (11) is a curve connected in such a way that the tooth heads describe curves with an epicycloidal outline, and the tooth roots are described by segments of circular arcs or any other curve.

4. Electromechanical drive unit according to claim 1, characterized in that the basic gear unit consisting of housing discs (23), rings of the basic gear unit (13), toothed ring of the basic gear unit (24) in the case of drive through a single or multi-stage mechanical transmission (4) of the main engine (1) or engines (1), whereas in the case when the drive is transmitted directly from the main engine (1) or engines (1), the toothed ring (24) is replaced by a rotor (1b) of the main engine (1) or engines (1), the stator (1a) of which is connected to the stationary housing of the mechanism (33), (34) and the axle (25) with the first bushings (26), constitutes a common part for the left and right cycloidal gear (3).

5. Electromechanical drive unit according to claim 1, characterized in that the basic wheel assembly is provided on its circumference with rotatably mounted first bushings (26) on the axles (25), one bushing on each axle (25) for one planetary gear (10) or (11), wherein the number of axles (25) of the basic wheel assembly is greater than the number of teeth of the planetary gear (10) or (11) by one or two or more.