РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ В ГЕРМАНИИ

Ранее проявление интереса к использованию электрических трансмиссий в бронированных машинах в основном сводилось к проведению исследовательских работ. Исключением из этого являются электрические трансмиссии, разработанные в Германии фирмой "Магнет мотор гезелльшафт мит бешренктер хафтунг". Фактически фирма "Магнет мотор" создала несколько перспективных электрических трансмиссий и продемонстрировала их возможности в реальных условиях.

Фирма "Магнет мотор" была основана в I980 г. для разработки электродвигателей на основе постоянных магнитов и к 1985 г. она успешно использовала их в железнодорожных транспортных средствах горнодобывающей промышленности, а также на общественном транспорте (междугородний автобус). В середине 1980-х годов фирма начала также работать над электрическими трансмиссиями для бронированных машин. Эта работа была одобрена и профинансирована министерством обороны Германии.

Первый этап работы включал создание небронированной колесной испытательной установки с 240-кВт шестицилиндровым дизельным двигателем MWM с электрической трансмиссией, выполненной в виде мотор-колес. Эта машина с колесной формулой 4х4 была создана в 1986 г. и использовалась для показа возможности применения электрической трансмиссии фирмы "Магнет мотор" для военных машин. Были получены положительные экспериментальные результаты, скорость движения машины достигала 70 км/ч. более того, была апробирована возможность управления электрической трансмиссией по предупреждению заноса машины.

В принципе, электрическая трансмиссия, принятая фирмой "Магнет мотор" за основу, представляет собой электрический привод типа AC-DC-AC (переменный ток - постоянный ток - переменный ток). В ней используется генератор переменного тока с выпрямителем для преобразования переменного тока в постоянный и затем преобразования последнего снова в переменный ток с регулируемой частотой напряжения в зависимости от потребной частоты вращения роторов электродвигателей. Подобные системы считаются в настоящее время наиболее приемлемыми для электрических трансмиссий бронированных машин. Следует отметить, что электрическая трансмиссия фирмы "Магнет мотор" имеет электрические машины, выполненные на основе постоянных магнитов (МЕР).

Двигатели/генераторы МЕР состоят из статора с большим числом радиальных полюсов, каждый из которых имеет одну или более обмоток, и концентрического цилиндрического ротора, к внутренней поверхности которого прикреплены постоянные магниты.

Мотор-генераторы МЕР могут работать как в режиме двигателя, так и в генераторном режиме. Вследствие применения на роторе постоянных магнитов, на машинах такого типа отсутствуют подвижные и скользящие элементы контактов. Кроме того, так как магниты на роторе размещены радиально и на большем расстоянии, чем в обычных электродвигателях, площадь поверхности магнитов увеличивается и развиваемый крутящий момент также возрастает. Эти машины могут создавать крутящий момент в 2,5 раза и даже в 9 раз больший и отдавать большую энергию, чем обычные электродвигатели такого же наружного диаметра, В то же время осевая длина их также меньше, что делает мотор-генераторы МЕР компактными, а это особенно важно при использовании их в качестве двигателей при размещении в ступицах колес.

После испытаний макета с колесной формулой 4х4 последовало использование электроприводов фирмы "Магнет мотор" на двух других машинах.

Одной из них была БМП "Мардер", в которую была установлена электрическая трансмиссия фирмы "Магнет мотор" вместо гидромеханической трансмиссии HSWL-194 фирмы "Ренк".

Рис. 1. БМП "Мардер" с электрической трансмиссией фирмы "Магнет мотор"

Общая компоновка трансмиссии, установленной в БМП "Мардер", традиционная. Генератор переменного тока соединен с дизельным двигателем, а электродвигатели размещены по бортам и соединены с гусеницами через бортовые редукторы. Электрическая трансмиссия выполнена таким образом, что имеются шесть уровней передаваемой через трансмиссию мощности. Максимальная полная мощность двигателя МВ-833Еа500 фирмы MTU на машине 440 кВт при 2250 мин^-1, а генератор переменного тока имеет мощность 420 кВт при той же частоте вращения вала двигателя. Максимальная частота вращения роторов каждого из двух электродвигателей 3500 мин. а максимальная мощность 750 кВт. Установка электродвигателей такой мощности обусловлена рекуперацией мощности с отстающей гусеницы на забегающую в случае перевода электродвигателя отстающей гусеницы в генераторный режим при повороте.

Номинальная мощность электродвигателей могла бы быть значительно снижена, если бы от классической компоновки с двумя отдельными приводными электродвигателями отказались в пользу электромеханической системы с поперечным валом для передачи мощности с одной гусеницы на другую во время поворота. Такая трансмиссия будет иметь два электродвигателя, один из которых будет служить для приведения в движение машины, а другой для поворота. При такой схеме электродвигатель для приведения в движение мог бы быть меньше любого из двигателей классической системы (то есть с расположением двух электродвигателей по бортам), а электродвигатель для управления поворотом еще меньше. Однако для разработки электромеханической трансмиссии потребуется больше времени и у нее отсутствует гибкость в компоновке, что тоже создает определенные трудности при установке ее в машину. Электрическая трансмиссия, установленная в БМП "Мардер", способна при торможении рассеивать тормозную мощность до 1500 кВт аналогично гидравлическому замедлителю гидромеханических трансмиссий.

Подобно другим современным электрическим трансмиссиям, электрическая трансмиссия БМП "Мардер" имеет относительно большие размеры преобразователей, которые занимают большую часть объема корпуса. Однако размеры преобразователей могут быть уменьшены за счет разработки и внедрения полупроводниковых переключателей мощности.

БМП "Мардер" с электрической трансмиссией успешно прошла всесторонние испытания, во время которых было установлено, что машина с электрической трансмиссией, имеющая массу 29500 кг, способна двигаться со скоростью 72 км/ч, что соответствует характеристикам серийной машины. Она оказалась также подвижной и высоко маневренной, что автор статьи смог увидеть во время недавнего визита в фирму "Магнет мотор".

Другим, и даже более интересным, применением электрической трансмиссии, разработанной фирмой "Магнет мотор", которое автор статьи также смог недавно изучить, является многоколесная машина с колесной формулой 8х8. Она была специально разработана и изготовлена фирмой "Магнет мотор" для показа потенциальных преимуществ использования электрической трансмиссии на машинах такого типа.

Эта машина сравнима по габаритам с боевым танком, полная длина 7,06 м и ширина 3,01 м, масса до 32000 кг. В ней установлен 12-цилиндровый дизельный двигатель фирмы MWM с турбонаддувом, максимальная мощность которого 600кВт; он размещен в передней части корпуса около отделения водителя. Все восемь колес с независимой подвеской и управлением приводятся в движение электродвигателями, размещенными в них. Система электропривода типа AC-DC-AC подобна по принципу работы системе БМП "Мардер", но вместо 2-х используются 8 двигателей МЕР.

Рис. 2.Испытательная установка с колесной формулой 8х8 фирмы "Магнет мотор", передвигающаяся с большой скоростью по неровной местности.

Рис. 3. Схема передачи мощности в электроприводе машины с колесной формулой 8х8 с уникальными генератором и электродвигателями фирмы "Магнет мотор": 1 - генератор МЕР (4 частичных генератора); 2 - электродвигатель МЕР; 3 - цепь I; 4 - цепь II; 5 - цепь III; 6 - цепь IV; 7 - электродвигатель МЕР (4 частичных электродвигателя)

В противоположность электрической трансмиссии БМП "Мардер", электродвигатели и преобразователь переменного тока каждый разделены на четыре (вместо шести) частичных режима работы. Это значит, что имеется четыре цепи, соединяющие каждый из них, что предусматривает степень "незначительного снижения эффективности" в случае повреждения системы. Каждый электродвигатель обладает длительным режимом работы с номинальной мощностью 70-80 кВт и максимальной мощностью 130 кВт, передаваемой от колес с одной стороны на другую в течение восстановительного управления, которое машина имеет возможность дополнять для ее обычного управления, что является одним из преимуществ по сравнению с другими многоколесными машинами.

Рис. 4, Испытательная установка с колесной формулой 8х8 с электрической трансмиссией, которая включает электродвигатели фирмы "Магнет мотор" в ступицах колес

Электродвигатели установлены очень удачно в пределах бандажа колеса благодаря сочетанию их барабанообразной конфигурации и относительно низкого отношения сторон шин большого диаметра OT405/65R775 фирмы "Континентал", которыми оснащена эта экспериментальная машина. Эти шины нового типа cts, недавно рассматриваемого автором (см. журнал idr, 6/1991, pp.579-582), и их большой размер помогает также сохранять давление машины на грунт с относительно низким значением.

Установка электродвигателей в колесах неизбежно увеличивает неподрессоренную массу. Однако благодаря их относительно малой массы и устранению бортовой передачи и других механических элементов за счет электропривода, увеличение не подрессоренной массы оценивается не более 10-15 процентов по отношению к неподрессоренной массе многоколесных машин с механическими силовыми передачами.

Для достижения достаточно высокой удельной мощности электродвигатели должны быть с жидкостным охлаждением. Несмотря на это, соединения между корпусом и колесами очень простые. Таким образом, в конструкции мотор-колес, помимо рычагов подвески, имеются кабели и гибкие шланги. В ходе дальнейшей разработки кабели и шланги будут объединены в один узел гибкой трубы.

Так как силовые соединения с колесами состоят просто из кабелей, в корпусе не содержатся ни валы, ни муфты сцепления, ни зубчатые передачи, которые имеют место у механических силовых передач многоколесных бронированных машин. В результате, машина может быть ниже и иметь более простую компоновку. Фактически высота экспериментальной машины с колесной формулой 8х8 по верхнюю часть крыши корпуса составляет лишь 1,5 м, а ее клиренс остался 0,45 м.

Рис. 5. Сравнение относительной простоты электропривода (вверху) с механической силовой передачей машины с колесной формулой 8х8 (внизу).

Преобразователи, которые составляют часть системы электропривода. довольно громоздкие, но их удельная мощность уже в четыре раза больше удельной мощности преобразователей, установленных на БМП "Мардер", а самые последние преобразователи имеют еще большую удельную мощность. Как и на БМП "Мардер", на этой машине возможно электродинамическое торможение, но на четырех задних колесах имеются также механические барабанные тормоза, которые используются для торможения на большой скорости, а также для остановки машины.

Разработка экспериментальной машины с колесной формулой 8х8 началась в 1987 г., а ее испытания проведены в 1989 г. С тех пор она успешно продемонстрировала свою способность преодолевать вброд глубокие водные преграды и передвигаться по дорогам со скоростью до 100 км/ч. При массе 25000 кг она оказалась способной разгоняться с места до 32 км/ч за 7,8 с.

Экспериментальная машина с колесной формулой 8х8, созданная фирмой "Магнет мотор", продемонстрировала несколько потенциальных преимуществ электроприводов, особенно для многоколесных бронированных машин. В частности, она показала, что электрические трансмиссии могут сделать эти машины проще, меньше и легче, чем машины с механическими трансмиссиями и силовыми передачами.

Р.М.Огоркевич

ELECTRIC TRANSMISSION PROGRESS IN GERMANY.

INTERNFTIONAL DEFENSE REVIEW, 1992. No2, p. I53-I54

BTVT.narod.ru