CN102229319B - 一种履带车辆机电复合传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种履带车辆机电复合传动装置，属于车辆传动装置的布置或安装领域。所述传动装置由两个电机、行星变速机构和一个功率耦合机构组成。履带车辆直线行驶时，本发明的传动装置通过控制两个驱动电机同速即可；履带车辆转向时，内侧的转向循环功率一部分通过内侧电机做发电机以电功率回收传递给外侧电机，一部分以机械方式通过功率耦合机构输出到外侧履带，减少了外侧电机的驱动功率要求。本发明传动装置降低了双侧电机独立驱动型式对电机的高要求，避免了带横轴零差速机电复合驱动型式存在的***功率浪费，省掉传统履带车辆双流传动的转向***，使***效率得到充分利用，且具有布置灵活、总体尺寸小等优点，十分适合于大功率履带车辆。

Description

一种履带车辆机电复合传动装置
技术领域
本发明属于车辆传动装置的布置或安装领域，具体讲涉及一种履带车辆机电复合传动装置。
背景技术
国内外履带车辆电传动装置研究主要集中在双侧电机独立驱动型式和带横轴零差速式机电复合驱动型式。
如图1为双侧电机独立驱动型式，双侧电机独立驱动型式结构比较简单，两个驱动电机采用独立控制。直线行驶时，通过主电机带动左右侧主动轮来实现，且要控制两个电机同速；转向过程时，则通过控制左右侧牵引电机所产生的转速差来实现，由于履带车辆转向时内侧履带会产生再生功率，为了能够充分利用***的回馈能量，外侧牵引电机必须具备很大的功率，因此，这种驱动型式对电机的要求很高，增加了电机研制的难度。
如图2为带横轴零差速机电复合驱动型式，带横轴零差速机电复合驱动型式，直线行驶时，通过直驶电机驱动变速排、主动轮来实现；转向过程时，利用汇流行星排及零轴，通过机械方式解决了履带车辆转向时功率循环问题，但不足之处是直驶时转向电机不能利用，存在***功率浪费，造成总体尺寸较大。
考虑到上述两种驱动型式的优缺点，近年来履带车辆机电传动驱动型式的研究逐步转向集成上述两种型式的特点。如英国BAE公司发明的E-X-Drive驱动型式，如图3所示，由两个直驶驱动电机组成，在两个驱动电机之间的有一个可控差速器，差速器由两个小型转向电机驱动。从基本原理来看该型式更接近于带横轴零差速机电复合驱动型式。
从充分利用***功率的角度考虑，以图1所示的双侧电机独立驱动型式为基型的履带车辆机电复合传动更具有优势。省去了横轴部分，没有转向电机，能够简化***，减少装置的纵向空间尺寸。但是，双侧电机独立驱动型式因履带车辆转向循环功率的问题导致对电机的要求过高。
发明内容
本发明目的是提供一种履带车辆机电复合传动装置，本发明从履带车辆转向循环功率问题导致对电机的要求过高和充分利用***功率两个角度出发，提供一种新型的双侧驱动兼具转向功能的履带车辆机电复合传动装置，解决双侧电机独立驱动型式对牵引电机要求高的缺点，能够很好的实现履带车辆爬坡、正常行驶、中心转向以及大半径转向的功能，提高了整体布置的紧凑性，有效地减小传动装置总体尺寸。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种履带车辆机电复合传动装置，所述传动装置包括动力单元和电力控制单元，所述动力单元包括发动机、发电机和储能***，所述发电机和储能***与所述电力控制单元通过电缆连接，其改进之处在于：所述传动装置包括功率耦合机构、左侧电机及减速排和右侧电机及减速排；所述左侧电机及减速排受控于左侧变频控制器且通过左侧变速机构与所述功率耦合机构连接，所述右侧电机及减速排受控于右侧变频控制器且通过右侧变速机构与所述功率耦合机构连接。
电力控制单元与所述左侧变频控制器和所述右侧变频控制器通过电缆连接。
所述功率耦合机构中间复合行星排的行星架分别与一个其行星架连接到左侧传动的外侧行星排的齿圈和另一个其行星架连接到右侧传动的外侧行星排的齿圈连接；连接到左侧传动的外侧行星排的太阳轮与左侧变速机构机械连接、并且同时与所述功率耦合机构中间复合行星排的行星轮啮合连接；连接到右侧传动的外侧行星排的太阳轮与右侧变速机构机械连接、并且同时与所述功率耦合机构中间复合行星排的行星轮啮合连接；中间复合行星排采用内、外啮合双联排，或外啮合双星排。
其中，所述左侧变速机构包括左侧离合器、左侧行星排和左侧制动器；所述右侧变速机构包括右侧离合器、右侧行星排和右侧制动器。
其中，所述发动机与所述发电机之间连接增速箱。
本发明基于另一种工作状态提供的又一优选技术方案为：
一种履带车辆机电复合传动装置，所述传动装置包括动力单元和电力控制单元，所述动力单元包括发动机、发电机和储能***，所述发电机和储能***与所述电力控制单元通过电缆连接，其特征在于：所述传动装置包括功率耦合机构、左侧电机及减速排和右侧电机及减速排；所述左侧电机及减速排受控于左侧变频控制器且通过左侧变速机构与所述功率耦合机构连接，所述右侧电机及减速排受控于右侧变频控制器且通过右侧变速机构与所述功率耦合机构连接；
所述电力控制单元与所述左侧变频控制器和所述右侧变频控制器通过电缆连接；
所述功率耦合机构中间复合行星排的行星架分别与一个其行星架连接到左侧传动的外侧行星排的太阳轮和另一个其行星架连接到右侧传动的外侧行星排的太阳轮连接；连接到左侧传动的外侧行星排的齿圈与左侧变速机构机械连接、并且同时与所述功率耦合机构中间复合行星排的行星轮啮合连接；连接到右侧传动的外侧行星排的齿圈与右侧变速机构机械连接、并且同时与所述功率耦合机构中间复合行星排的行星轮啮合连接；中间复合行星排采用内、外啮合双联排，或外啮合双星排。
其中，所述左侧变速机构包括左侧离合器、左侧行星排和左侧制动器；所述右侧变速机构包括右侧离合器、右侧行星排和右侧制动器。
其中，所述发动机与所述发电机之间连接增速箱。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明带来的有益效果包括：
1、对电机驱动功率要求相对较低
本发明所述传动装置通过功率耦合机构使履带车辆转向循环功率有很大一部分以机械方式传递的外侧履带，即内侧的转向循环功率一部分通过内侧电机做发电机以电功率回收传递给外侧电机，一部分以机械方式通过功率耦合机构输出到外侧履带，大大降低了对电机驱动功率的要求，减小了外侧电机研制难度；
2、布置灵活、总体尺寸小
传动装置省去了带横轴零差速机电复合驱动型式的横轴部分，没有转向电机，能够简化***，减少装置的纵向空间尺寸；
3、***功率得到充分利用
传动装置省掉了传统履带车辆双流传动的转向***，履带车辆直驶时没有***功率浪费，使***功率得到充分利用。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是双侧电机独立驱动型式；
图2是带横轴零差速机电复合驱动型式；
图3是英国BAE公司发明的E-X-Drive驱动型式；
图4是履带车辆机电复合传动装置***示意图；
图5是履带车辆机电复合传动装置型式(一)；
图6是履带车辆机电传动复合装置型式(二)；
图7是履带车辆机电传动复合装置型式(三)；
图8是履带车辆机电传动复合装置型式(四)；
附图标记：
1-右侧传动、2-右侧行星排、3-右侧离合器、4-右侧电机及减速排、5-功率耦合机构、6-左侧电机及减速排、7-左侧离合器、8-左侧行星排、9-左侧传动、10-左侧制动器、11-左侧变频控制器、12-电力控制单元、13-发电机、14-增速箱、15-发动机、16-储能***、17-右侧变频控制器、18-右侧制动器。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的说明。
本发明致力于提供一种新型的适合于履带车辆，特别是大功率中重型履带车辆的机电复合传动装置。所述传动装置主要由两个驱动电机、变速机构和一个功率耦合机构5组成。驱动电机在应用中可以根据实际情况嵌入一个减速机构。变速机构可以设计为两档或多档行星变速机构，大多数情况下，两个档位即可满足要求。功率耦合机构有四种型式，如图5、图6、图7和图8所示。驱动***除可以是电机外也可以是泵马达等其他驱动方式，利用本发明的四种功率耦合机构构成履带车辆双侧驱动兼转向的复合传动装置。
履带车辆直线行驶时，原理与双侧电机独立驱动型式一样，控制两个驱动电机同速即可。转向时，通过相应的控制算法控制两个驱动电机的转速，通过两个电机的转速差来实现预期的转向目标，内侧的转向循环功率一部分通过内侧电机做发电机以电功率回收传递给外侧电机，一部分以机械方式通过功率耦合机构5输出到外侧履带，减少了外侧电机的驱动功率要求。
最简单的行星机构由太阳轮t、齿圈q、行星架j和行星轮x组成。基本行星机构种类包括七种：单星(内外啮合)行星排、内外啮合双联排、外啮合双联排、内啮合双联排、内外啮合双星行星排、外啮合双星行星排和内啮合双星行星排。
本发明如图5、图6、图7和图8所示的四种兼具双侧驱动和转向功能的履带车辆机电复合传动装置的结构型式中，图5和图6工作状态完全相同，其差别在于中间的复合行星排采用的结构不同。图5的传动装置结构型式采用内外啮合双联排，图6的传动装置结构型式采用外啮合双星排。图7和图8工作状态完全相同，其差别在于中间的复合行星排采用的结构不同。图7的传动装置结构型式采用内外啮合双联排，图8的传动装置结构型式采用外啮合双星排。
图5、图6的结构型式与图7、图8结构型式基本原理相同，但工作状态略有不同。差别在于图5、图6的结构型式中中间复合行星排的行星架与最外侧行星排的齿圈连接，电机功率经过行星变速机构后输入到最外侧行星排的太阳轮；而图7、图8的结构型式中中间复合行星排的行星架与最外侧的行星排连接太阳轮，电机功率经过行星变速机构后输入到最外侧行星排的齿圈。
在本发明履带车辆机电复合传动装置四种结构型式中均未涉及动力单元。为在具体实施例中进行***的介绍，以图5所示的履带车辆机电复合传动装置型式(一)配上动力单元构成一个完整的***为例进行实施实例分析。
动力单元由发动机15、发电机13和储能***16组成。动力单元将动力传递给电力控制单元12，再由电力控制单元12分配到两个电机变频控制器11和17，必要时为储能***16充电。右侧电机及减速排4通过一个两档变速机构(2、3、18组成)与功率耦合机构5连接，左侧电机及减速排6通过一个两档变速机构(7、8、10组成)与功率耦合机构5连接。通过左侧变频控制器11和右变频控制器17控制左侧电机6和右侧电机4的转速可以实现车辆的爬坡、正常行驶、中心转向和大半径转向。
实施例1：爬坡
制动器10、18闭合，离合器3和7断开，左右两侧变速机构都处于一档状态；动力由发动机15经发电机13转化为电能再传递给电力控制单元12，通过左侧变频控制器11和右变频控制器17控制左侧电机6和右侧电机4右侧变频控制器(11、17)控制左右侧电机(4、6)同向同速转动，驱动车辆爬坡。
实施例2：正常行驶
制动器10、18断开，离合器3和7闭合，左右两侧变速机构都处于二档状态；动力由发动机15经发电机13转化为电能再传递给电力控制单元12，通过左右侧变频控制器(11、17)控制左右侧电机(4、6)同向同速转动，驱动车辆正常行驶。
实施例3：中心转向
制动器10、18闭合，离合器3和7断开，左右两侧变速机构都处于一档状态；动力由发动机15经发电机13转化为电能再传递给电力控制单元12，通过左侧变频控制器11和右变频控制器17控制左侧电机6和右侧电机4反向同速转动，实现车辆的中心转向。
实施例4：大半径转向
首先使左右两侧变速机构都处于相同的档位状态即制动器10、18闭合，离合器3和7断开，左右两侧变速机构都处于一档状态或者是制动器10、18断开，离合器3和7闭合，左右两侧变速机构都处于二档状态。右转时，左侧输出转速需高于右侧驱转速，此时通过左侧变频控制器11控制左侧电机6增速，此时通过右侧变频控制器17控制右侧电机4以相同速差减速；左转时，右侧输出转速需高于左侧驱转速，此时通过右侧变频控制器17控制右侧电机4增速，此时通过左侧变频控制器11控制左侧电机6以相同速差减速。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (6)

1.一种履带车辆机电复合传动装置，所述传动装置包括动力单元和电力控制单元(12)，所述动力单元包括发动机(15)、发电机(13)和储能***(16)，所述发电机(13)和储能***(16)与所述电力控制单元(12)通过电缆连接，其特征在于：所述传动装置包括功率耦合机构(5)、左侧电机及减速排(6)和右侧电机及减速排(4)；所述左侧电机及减速排(6)受控于左侧变频控制器(11)且通过左侧变速机构与所述功率耦合机构(5)连接，所述右侧电机及减速排(4)受控于右侧变频控制器(17)且通过右侧变速机构与所述功率耦合机构(5)连接；
所述电力控制单元(12)与所述左侧变频控制器(11)和所述右侧变频控制器(17)通过电缆连接；
所述功率耦合机构(5)中间复合行星排的行星架分别与一个其行星架连接到左侧传动(9)的外侧行星排的齿圈和另一个其行星架连接到右侧传动(1)的外侧行星排的齿圈连接；连接到左侧传动(9)的外侧行星排的太阳轮与左侧变速机构机械连接、并且同时与所述功率耦合机构(5)中间复合行星排的行星轮啮合连接；连接到右侧传动(1)的外侧行星排的太阳轮与右侧变速机构机械连接、并且同时与所述功率耦合机构(5)中间复合行星排的行星轮啮合连接；中间复合行星排采用内、外啮合双联排，或外啮合双星排。
2.如权利要求1所述的一种履带车辆机电复合传动装置，其特征在于所述左侧变速机构包括左侧离合器(7)、左侧行星排(8)和左侧制动器(10)；所述右侧变速机构包括右侧离合器(3)、右侧行星排(2)和右侧制动器(18)。
3.如权利要求1所述的一种履带车辆机电复合传动装置，其特征在于所述发动机(15)与所述发电机(13)之间连接增速箱(14)。
4.一种履带车辆机电复合传动装置，所述传动装置包括动力单元和电力控制单元(12)，所述动力单元包括发动机(15)、发电机(13)和储能***(16)，所述发电机(13)和储能***(16)与所述电力控制单元(12)通过电缆连接，其特征在于：所述传动装置包括功率耦合机构(5)、左侧电机及减速排(6)和右侧电机及减速排(4)；所述左侧电机及减速排(6)受控于左侧变频控制器(11)且通过左侧变速机构与所述功率耦合机构(5)连接，所述右侧电机及减速排(4)受控于右侧变频控制器(17)且通过右侧变速机构与所述功率耦合机构(5)连接；
所述电力控制单元(12)与所述左侧变频控制器(11)和所述右侧变频控制器(17)通过电缆连接；
所述功率耦合机构(5)中间复合行星排的行星架分别与一个其行星架连接到左侧传动(9)的外侧行星排的太阳轮和另一个其行星架连接到右侧传动(1)的外侧行星排的太阳轮连接；连接到左侧传动(9)的外侧行星排的齿圈与左侧变速机构机械连接、并且同时与所述功率耦合机构(5)中间复合行星排的行星轮啮合连接；连接到右侧传动(1)的外侧行星排的齿圈与右侧变速机构机械连接、并且同时与所述功率耦合机构(5)中间复合行星排的行星轮啮合连接；中间复合行星排采用内、外啮合双联排，或外啮合双星排。
5.如权利要求4所述的传动装置，其特征在于所述左侧变速机构包括左侧离合器(7)、左侧行星排(8)和左侧制动器(10)；所述右侧变速机构包括右侧离合器(3)、右侧行星排(2)和右侧制动器(18)。
6.如权利要求4所述的传动装置；其特征在于所述发动机(15)与所述发电机(13)之间连接增速箱(14)。
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