CN108146212B - 一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置 - Google Patents

一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置，该装置设有电池、控制器、逆变器Ⅰ、电动机、离合器、变速箱、第一分动箱、主减速器与差速器、车轮、逆变器Ⅱ、PTO电机、第二分动箱、动力耦合器、旋耕机构、发电机及控制开关；本发明可以实现电动机和PTO电机单独工作状态模式、电动机和PTO电机功率汇流驱动车轮工作状态模式、电动机可以通过动力耦合器与PTO电机耦合增加输出轴动力工作状态模式的三种工作模式，可以满足拖拉机的工作的要求。

Description

一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置
技术领域
本发明涉及电动拖拉机技术领域，具体地说是一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置。
背景技术
随着科技的快速发展，能源枯竭和环境污染等问题变得越来越突出。目前传统的拖拉机多采用柴油机作为动力源，不仅排放恶劣，消耗石油资源，而且由于其牵引力要求较高，常常需要复杂的功率转换装置，尤其是为满足大功率牵引下的多档变速箱结构，大大增加了拖拉机的研发成本和驾驶员的操作难度，并且很难保证发动机运行在最佳功率区，燃油的经济性较差，本领域人员尝试着使用电动来解决这一问题。采用电力驱动车辆的技术成为工业界研究开发的方向。
目前，我国在电动拖拉机领域的研究才开始不久，单电机的电动拖拉机面临问题越来越多，双电机电动拖拉机的出现，解决了单电机拖拉机的一些问题。其使用PTO电机单独驱动动力输出轴，另一个电机驱动车轮。然而，当电动拖拉机不需要动力输出轴输出动力时，只有一个电机工作，而PTO电机始终不工作，造成了严重的功率浪费。因此有必要设计一种双电机电动拖拉机动力分汇流传动***，使得在双电机动力分流驱动时，PTO电机单独驱动动力输出轴，而驱动电机单独驱动车轮；在双电机动力合流驱动时，双电机可以同时驱动车轮达到整车最大功率输出驱动轮）或驱动电机可以通过动力耦合器与PTO电机耦合增加的输出轴动力，以满足电动拖拉机在不同工况下的最佳的生产和使用性能。
发明内容
针对上述现有的电动拖拉机不需要动力输出轴输出动力时，只有一个电机工作，而PTO电机始终不工作，造成了严重的功率浪费等问题，本发明提供一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置，该装置设有电池、控制器、逆变器Ⅰ、电动机、离合器、变速箱、第一分动箱、主减速器与差速器、车轮、逆变器Ⅱ、 PTO电机、第二分动箱、动力耦合器、旋耕机构、发电机及控制开关；
所述第一分动箱设置在变速箱和主减速器与差速器之间，第二分动箱设置在PTO电机与动力耦合器之间，动力耦合器设置在第二分动箱与旋耕机构之间，所述电池、控制器、逆变器Ⅰ及逆变器Ⅱ之间通过导线连接，发电机、控制开关及逆变器Ⅰ之间通过导线连接。
所述第一分动箱设有主输入轴Ⅰ、输出轴Ⅰ、过渡轴Ⅰ、同步器Ⅰ、输出轴Ⅱ及啮合齿轮组Ⅰ，主输入轴Ⅰ的扭矩选择性地传递给输出轴Ⅰ或输出轴Ⅱ，主输入轴Ⅰ与输出轴Ⅰ同轴布置，过渡轴Ⅰ与输出轴Ⅱ同轴布置，所述过渡轴Ⅰ与输出轴Ⅱ通过同步器Ⅰ耦合或断开；所述主输入轴Ⅰ与过渡轴Ⅰ之间通过啮合齿轮组Ⅰ传动连接。
所述第二分动箱设有主输入轴Ⅱ、同步器Ⅱ、输出轴Ⅲ、过渡轴Ⅱ、同步器Ⅲ、输出轴Ⅳ 和啮合齿轮组Ⅱ，主输入轴Ⅱ的扭矩传递给输出轴Ⅲ或输出轴Ⅳ，所述主输入轴Ⅱ与输出轴Ⅲ同轴布置并通过同步器Ⅱ耦合或断开；过渡轴Ⅱ与输出轴Ⅳ同轴布置，过渡轴Ⅱ与输出轴Ⅳ通过同步器Ⅲ耦合或断开；所述主输入轴Ⅱ与过渡轴Ⅱ之间通过啮合齿轮组Ⅱ传动连接。
所述动力耦合器设有太阳轮、行星轮、行星架、齿圈和齿轮，太阳轮与输出轴Ⅲ传动连接，行星架与旋耕机构传动连接，齿圈与输出轴Ⅱ传动连接，通过动力耦合器把输出轴Ⅱ传出的动力与输出轴Ⅲ传出的动力进行耦合，通过行星架传动给旋耕机构。
当电动机和PTO电机处于单独工作状态模式时，第一分动箱中的同步器Ⅰ断开，第二分动箱中的同步器Ⅲ断开，第二分动箱中的同步器Ⅱ耦合。
当电动机和PTO电机功率合流驱动工作状态模式，双电机可以同时驱动车轮，第一分动箱中的同步器Ⅰ断开，第二分动箱中的同步器Ⅲ耦合，第二分动箱中的同步器Ⅱ断开，控制开关接通。
电动机可以通过动力耦合器与PTO电机耦合增加输出轴动力工作状态模式，第一分动箱中的同步器Ⅰ耦合，第二分动箱中的同步器Ⅱ耦合，同步器Ⅲ断开，通过动力耦合器耦合，增加旋耕机构的动力。
本发明的有益效果：
本发明提供的基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置，通过设置电池、控制器、逆变器Ⅰ、电动机、离合器、变速箱、第一分动箱、主减速器与差速器、逆变器Ⅱ、PTO电机、第二分动箱、发电机及动力耦合器，可以实现电动机和PTO电机单独工作状态模式、电动机和PTO电机功率汇流驱动车轮工作状态模式、电动机可以通过动力耦合器与PTO电机耦合增加输出轴动力工作状态模式的三种工作模式，可以满足拖拉机的工作的要求；当电动机和PTO电机处于单独工作状态模式时，第一分动箱中的同步器Ⅰ断开，第二分动箱中的同步器Ⅲ断开，第二分动箱中的同步器Ⅱ耦合；当电动机和PTO电机功率合流驱动工作状态模式，双电机可以同时驱动车轮，第一分动箱中的同步器Ⅰ断开，第二分动箱中的同步器Ⅲ耦合，第二分动箱中的同步器Ⅱ断开，控制开关接通；电动机可以通过动力耦合器与PTO电机耦合增加输出轴动力工作状态模式，第一分动箱中的同步器Ⅰ耦合，第二分动箱中的同步器Ⅱ耦合，同步器Ⅲ断开，通过动力耦合器耦合，增加旋耕机构的动力。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中第一分动箱的结构示意图；
图3为图1中第二分动箱的结构示意图；
图4为图1中动力耦合器的结构示意图；
附图标记：1、充电机构，2、电池，3、控制器，4、逆变器Ⅰ，5、电动机，6、离合器，7、变速箱，8、第一分动箱，9、主减速器与差速器，10、车轮，11、逆变器Ⅱ，12、PTO电机，13、第二分动箱，14、动力耦合器，15、旋耕机构，16、发电机，17、控制开关，18、主输入轴Ⅰ，19、输出轴Ⅰ，20、过渡轴Ⅰ，21、同步器Ⅰ，22、输出轴Ⅱ，23、啮合齿轮组Ⅰ，24、主输入轴Ⅱ，25、同步器Ⅱ，26、输出轴Ⅲ，27、过渡轴Ⅱ，28、同步器Ⅲ，29、输出轴Ⅳ，30、啮合齿轮组Ⅱ，31、齿轮，32、齿圈，33、行星轮，34、太阳轮，35、行星架。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
如图1--图4所示：一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置，包括充电机构1、电池2、控制器3、逆变器Ⅰ4、电动机5、离合器6、变速箱7、第一分动箱8、主减速器与差速器9、车轮10、逆变器Ⅱ11、 PTO电机12、第二分动箱13、动力耦合器14、旋耕机构15、发电机16、控制开关17。其中第一分动箱8由主输入轴Ⅰ18、输出轴Ⅰ19、过渡轴Ⅰ20、输出轴Ⅱ22、同步器Ⅰ21、啮合齿轮组Ⅰ23组成,第二分动箱13由主输入轴Ⅱ24、输出轴Ⅲ26、同步器Ⅱ25、输出轴Ⅳ29、同步器Ⅲ28、过渡轴Ⅱ27、啮合齿轮组Ⅱ30组成，动力耦合器14由太阳轮34、行星轮33、行星架35、齿圈32、齿轮31组成，其中：充电机构1、电池2、控制器3、逆变器Ⅰ4、逆变器Ⅱ11之间通过导线连接，发电机16、控制开关17、逆变器Ⅰ4之间通过导线连接。
第一分动箱8设置在变速箱7和主减速器与差速器9之间，包括主输入轴Ⅰ18、输出轴Ⅰ19、过渡轴Ⅰ20、输出轴Ⅱ22、同步器Ⅰ21、啮合齿轮组Ⅰ23，第一分动箱8设有与主输入轴Ⅰ18、输出轴Ⅰ19和输出轴Ⅱ22对应的用于将主输入轴Ⅰ18的扭矩选择性地输出给输出轴Ⅰ19或输出轴Ⅱ22，本实施例中，所述第一分动箱8还设有与输出轴Ⅱ22同轴布置的过渡轴Ⅰ20，所述过渡轴Ⅰ20与输出轴Ⅱ22通过对应的同步器Ⅰ21耦合或断开;所述主输入轴Ⅰ18与过渡轴Ⅰ20之间通过啮合齿轮组Ⅰ23传动连接，啮合齿轮组Ⅰ23包括两只保持啮合的齿轮，两齿轮分别固定在主输入轴Ⅰ18与过渡轴Ⅰ20上。其中主输入轴Ⅰ18通过联轴器与变速箱7的输出轴传动连接，输出轴Ⅰ19和主减速器与差速器9的输入轴传动连接。同步器Ⅰ21包括对应的两传动齿轮和结合套，能够在对应的控制装置控制下使结合套将传动齿轮传动连接或分离，以实现主输入轴Ⅰ18、过渡轴Ⅰ20与输出轴Ⅱ22之间扭矩的耦合或断开。
第二分动箱13设置在PTO电机12与动力耦合器14之间，包括输出轴Ⅲ26、输出轴Ⅳ29和PTO电机12的扭矩输入的主输入轴Ⅱ24。第二分动箱13设有与主输入轴Ⅱ24、输出轴Ⅲ26和输出轴Ⅳ29对应的用于将主输入轴Ⅱ24的扭矩选择性地输出给输出轴Ⅲ26或输出轴Ⅳ29的齿轮及同步器，本实施例中，所述主输入轴Ⅱ24与输出轴Ⅲ26是同轴设置并通过对应的同步器Ⅱ25耦合或断开；所述第二分动箱13还设有与输出轴Ⅳ29同轴布置的过渡轴Ⅱ27，所述过渡轴Ⅱ27与输出轴Ⅳ29通过对应的同步器Ⅲ28耦合或断开；所述主输入轴Ⅱ24与过渡轴Ⅱ27之间通过啮合齿轮组Ⅱ30传动连接，啮合齿轮组Ⅱ30包括两只保持啮合的齿轮，两齿轮分别固定在主输入轴Ⅱ24与过渡轴Ⅱ27上。其中主输入轴Ⅱ24通过联轴器与PTO电机12的输出轴传动连接，输出轴Ⅲ26与动力耦合器14的输入轴传动连接，输出轴Ⅳ29与发电机16相连接。同步器Ⅱ25和同步器Ⅲ28均包括对应的两传动齿轮和结合套，能够在对应的控制装置控制下使结合套袋两传动齿轮传动连接或分离，以实现主输入轴Ⅱ24与第一输出轴26、或第一过渡轴27与输出轴Ⅳ29之间扭矩的耦合或断开。
动力耦合器14设置在第二分动箱13与旋耕机构15之间，由太阳轮34、行星轮33、行星架35、齿圈32、齿轮31组成。太阳轮34与在第二分动箱13中的输出轴Ⅲ26传动连接，行星架35与旋耕机构15传动连接，齿圈32与第一分动箱8中的输出轴Ⅱ22传动连接，通过动力耦合器14把第一分动箱中通过输出轴Ⅱ22传出的动力与第二分动箱中通过输出轴Ⅲ26传出的动力进行耦合，通过行星架35传动给旋耕机构15。
当两个电机处于单独工作状态模式，电动机5单独驱动车轮工作模式下，通过控制器3控制电池2输出低压直流电，电池2输出低压直流电通过逆变器Ⅰ4的转变成高压交流电，高压交流电使电动机5转动，电动机5带动离合器6、变速箱7、第一分动箱8、主减速器与差速器9、车轮10的转动。PTO电机12单独驱动动力输出轴，通过控制器3控制电池2输出低压直流电，电池2输出低压直流电通过逆变器Ⅱ11转变高压交流电，使PTO电机12工作，带动第二分动箱13、动力耦合器14、旋耕机构15转动。其中：第一分动箱8中的同步器Ⅰ21断开，第二分动箱13中同步器Ⅲ28断开，第二分动箱13中的同步器Ⅱ25耦合。
所述在双电机动力合流驱动工作状态模式，双电机可以同时驱动车轮10，通过控制器3控制电池2输出低压直流电，电池2输出低压直流电通过逆变器Ⅰ4的转变成高压交流电，高压交流电使电动机5转动，电动机5带动离合器6、变速箱7、第一分动箱8、主减速器与差速器9、车轮10的转动。通过控制器3控制电池2输出低压直流电，电池2输出低压直流电通过逆变器Ⅱ11转变高压交流电，使PTO电机12工作，带动第二分动箱13转动，第二分动箱13中同步器Ⅲ28耦合，控制开关17接通，发电机16在第二分动箱的带动下进行发电，增加电动机5的动力。其中：第一分动箱8中的同步器Ⅰ21断开，第二分动箱13中同步器Ⅲ28耦合，第二分动箱13中的同步器Ⅱ25断开，控制开关17接通。
所述电动机5可以通过动力耦合器与PTO电机12耦合增加的输出轴动力工作状态模式，通过控制器3控制电池2输出低压直流电，电池2输出低压直流电通过逆变器Ⅰ4的转变成高压交流电，高压交流电使电动机5转动，电动机5带动离合器6、变速箱7、第一分动箱8、主减速器与差速器9、车轮10的转动。通过控制器3控制电池2输出低压直流电，电池2输出低压直流电通过逆变器Ⅱ11转变高压交流电，使PTO电机12工作，带动第二分动箱13、动力耦合器14、旋耕机构15转动，第二分动箱13中同步器Ⅱ25耦合，同步器Ⅲ28断开，通过动力耦合器14把第一分动箱8中通过输出轴Ⅱ22传出的动力与第二分动箱13中通过输出轴Ⅲ26传出的动力进行耦合，通过行星架35传动给旋耕机构15。其中：第一分动箱8中的同步器Ⅰ21耦合，第二分动箱13中同步器Ⅱ25耦合，同步器Ⅲ28断开。
本发明提供一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置，该装置包含第一分动箱8、第二分动箱13、动力耦合器14、发电机16、控制开关17等部件用以实现电动拖拉机输出功率的分流与汇流。

Claims (2)

1.一种基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置，其特征在于：该装置设有电池（2）、控制器（3）、逆变器Ⅰ（4）、电动机（5）、离合器（6）、变速箱（7）、第一分动箱（8）、主减速器与差速器（9）、车轮（10）、逆变器Ⅱ（11）、 PTO电机（12）、第二分动箱（13）、动力耦合器（14）、旋耕机构（15）、发电机（16）及控制开关（17）；
所述第一分动箱（8）设置在变速箱（7）和主减速器与差速器（9）之间，第二分动箱（13）设置在PTO电机（12）与动力耦合器（14）之间，动力耦合器（14）设置在第二分动箱（13）与旋耕机构（15）之间，所述电池（2）、控制器（3）、逆变器Ⅰ（4）及逆变器Ⅱ（11）之间通过导线连接，发电机（16）、控制开关（17）及逆变器Ⅰ（4）之间通过导线连接；
所述第一分动箱（8）设有主输入轴Ⅰ（18）、输出轴Ⅰ（19）、过渡轴Ⅰ（20）、同步器Ⅰ（21）、输出轴Ⅱ（22）及啮合齿轮组Ⅰ（23），主输入轴Ⅰ(18)的扭矩选择性地传递给输出轴Ⅰ（19）或输出轴Ⅱ（22），主输入轴Ⅰ（18）与输出轴Ⅰ（19）同轴布置，过渡轴Ⅰ（20）与输出轴Ⅱ（22）同轴布置，所述过渡轴Ⅰ（20）与输出轴Ⅱ（22）通过同步器Ⅰ（21）耦合或断开；所述主输入轴Ⅰ（18）与过渡轴Ⅰ（20）之间通过啮合齿轮组Ⅰ（23）传动连接；
所述第二分动箱（13）设有主输入轴Ⅱ(24)、同步器Ⅱ（25）、输出轴Ⅲ(26)、过渡轴Ⅱ（27）、同步器Ⅲ（28）、输出轴Ⅳ(29) 和啮合齿轮组Ⅱ（30），主输入轴Ⅱ(24)的扭矩传递给输出轴Ⅲ(26)或输出轴Ⅳ(29)，所述主输入轴Ⅱ（24）与输出轴Ⅲ（26）同轴布置并通过同步器Ⅱ（25）耦合或断开；过渡轴Ⅱ（27）与输出轴Ⅳ（29）同轴布置，过渡轴Ⅱ（27）与输出轴Ⅳ（29）通过同步器Ⅲ（28）耦合或断开；所述主输入轴Ⅱ（24）与过渡轴Ⅱ（27）之间通过啮合齿轮组Ⅱ（30）传动连接；
当电动机（5）和PTO电机（12）处于单独工作状态模式时，第一分动箱（8）中的同步器Ⅰ（21）断开，第二分动箱（13）中的同步器Ⅲ（28）断开，第二分动箱（13）中的同步器Ⅱ（25）耦合；
当电动机（5）和PTO电机（12）功率合流驱动工作状态模式，双电机可以同时驱动车轮（10），第一分动箱（8）中的同步器Ⅰ（21）断开，第二分动箱（13）中的同步器Ⅲ（28）耦合，第二分动箱（13）中的同步器Ⅱ（25）断开，控制开关（17）接通；
电动机（5）可以通过动力耦合器（14）与PTO电机（12）耦合增加输出轴动力工作状态模式，第一分动箱（8）中的同步器Ⅰ（21）耦合，第二分动箱（13）中的同步器Ⅱ（25）耦合，同步器Ⅲ（28）断开，通过动力耦合器（14）耦合，增加旋耕机构（15）的动力。
2.如权利要求1所述的基于电力母线的电动拖拉机功率分汇流装置，其特征在于：所述动力耦合器（14）设有太阳轮（34）、行星轮（33）、行星架（35）、齿圈（32）和齿轮（31），太阳轮（34）与输出轴Ⅲ（26）传动连接，行星架（35）与旋耕机构（15）传动连接，齿圈（32）与输出轴Ⅱ（22）传动连接，通过动力耦合器（14）把输出轴Ⅱ（22）传出的动力与输出轴Ⅲ（26）传出的动力进行耦合，通过行星架（35）传动给旋耕机构（15）。
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