CN101216054B - 使多台电动机的速度变换同步的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于大体上同时变换具有变换阀的多台多速电动机的速度的系统和方法。所述系统和方法包括大体上同时给所有的变换阀施加相等的变换力，使用由容纳在弹簧腔内的弹簧的偏转引起的相等的偏压力抵抗所有的变换阀的变换，并且所有的弹簧腔与共用容器流体连通以平衡所有弹簧腔内的压力。

Description

使多台电动机的速度变换同步的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于使多台电动机的速度变换同步(synchronizedspeed shifting)的系统和方法。 

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种系统，包括：第一和第二电动机；用于分别改变第一电动机和第二电动机的速度的第一装置和第二装置，用于变速的每一装置可以在对应于电动机的不同的第一和第二速度的第一和第二位置之间移动；第一和第二偏压部件，每个偏压部件位于腔(chamber)内并且将用于变速的第一装置和第二装置之一偏压到第一位置；用于大体上同时给用于变速的第一装置和第二装置提供相等强度的信号以便将用于变速的装置从第一位置移动到第二位置的装置；和用于平衡所述腔内的压力从而将每个用于变速的装置从第一位置移动到第二位置的阻力大体上相同的装置。 

例如，本发明可以在例如滑移转向装载机(skid steer loader)等的建筑车辆内实施。所述电动机可以是在加压液压液流动的影响下操作的液压电动机。 

通过具体描述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。 

附图说明

图1图示了实施本发明的滑移转向装载机； 

图2图示了所述滑移转向装载机的另一视图；和 

图3是所述滑移转向装载机的液压传动系统的一部分的示意图。 

具体实施方式

在具体解释本发明的任一实施例之前，必须理解的是，在本申请中，本发明不限于以下描述中阐明的或以下附图中图示的对其具体构造和元件的布置。本发明可以有其它实施例和可以以各种方式实施或实行。同时，必须理解的是，在此使用的措辞和术语实施阐述是为了描述的目的，并且不应该视为限制。“包括”、“包含”，或“具有”和其变体在此意思是包含此后列出的项、其等同物以及另外的项。另外，除非特别指出或限制，术语“被固定”、“被连接”、“被支撑”，和“被耦合”及其变体在广义上使用，并且包含直接的和间接的固定、连接、支撑，和耦合。此外，“被连接”和“被耦合”不限于物理的或机械的连接或耦合。 

图1和图2图示了滑移转向装载机10，该滑移转向装载机10具有由四个轮20支撑的机架15、内燃机30、包括操作员控制器37的操作员腔35、左右提升臂40、和为了倾斜安装在所述提升臂40的远端之间的铲斗45。尽管以实施为滑移转向装载机10的方式图示本发明，本发明也可以在其它的车辆和机器中实施。尽管所图示的操作员控制器37可以采取操纵杆的形式，在其它的实施例中，所述控制可以包括多个操纵杆和/或脚踏板。尽管所图示的原动机是内燃机30，在其它的实施例中可以使用包括但是不限于燃料电池、太阳能、电池和带软绳的电动机(corded electric motors)的其它的原动机和能量源。 

当所有的四个轮20以相同的速度旋转时，基于所述轮20的旋转方向装载机10前后移动。通过以相同的方向但是不同的速度旋转左右侧轮20所述装载机10以相对大的半径转动，并且通过以相反的方向旋转左右侧轮20装载机10围绕大体上为零的转弯半径旋转。 

在安装在机架15与提升臂40之间的提升油缸的作用下，提升臂40相对于机架15升起(即，在图1中逆时针方向旋转)和降落(即，在图1中顺时针方向旋转)。在安装在机架15与铲斗45之间的摆缸55的作用下，铲斗45相对于提升臂40倾斜以便卷曲(curl)(即，在图1中逆时针旋转)和倾卸(即，在图1中顺时针旋转)。支撑连杆60可枢转地安装在机架15与每个提升臂40之间以便对提升臂40提供附加支撑和稳定性。各种辅助工具或装置可以替代铲斗45或与铲斗45一起使用。举个例子，但是不是排他性的，辅助工具可以包括螺旋钻、凿岩锤、挖沟机、抓机、旋 转扫路机、树桩研磨机、锯子、混凝土搅拌机、泵、削片机、扫雪机、转刀和反向铲。 

图3是所述滑移转向装载机的液压回路65的一部分的示意图。基于所述液压系统65的构造，通过专用液压电动机70，可以独立旋转前和/或后轮20。每个电动机70具有电动机外壳73。为了方便图示，图3仅仅显示了由专用电动机70驱动的轮20中的两个(即，左右前轮或左右后轮)，而在这样的情况下，另外两个轮将随着所述滑移转向装载机10在地面上移动而被动旋转。在一个优选商用实施例中，所述滑移转向装载机10包括四个专用电动机70以便独立地驱动四个轮子20。 

每个电动机70的速度，和因此相联系的轮20的旋转速度，由双速换档油阀75控制，所述双速换档油阀75可滑动以增加或降低电动机70的位移(displacement)。当换档油阀75降低电动机的位移时，电动机70以较快速度运转、且相联系的轮以较快速度旋转，而当换档油阀75增加电动机的位移时，电动机70以较低速度运转、且相联系的轮以较低速度旋转。每个换档油阀75被在弹簧腔或外壳85中的弹簧80朝向高位移、低速位置偏压。 

液压系统65设置了加压液压液源90，在一些实施例中加压液压液源90可以包括一个或多个由内燃机30(或其它的原动机，基于特定的应用)驱动的液压泵95，和控制筒(control cartridge)100。尽管本发明被描述成使用所图示的液压系统65，其它的实施例也可以不使用液压液而使用动力流体(例如，气动的或其它加压流体)。控制筒100将液压泵95与换档油阀75连通，以便同时控制两个换档油阀75暴露到加压液压液中。当控制筒100将换档油阀75暴露到加压液压液中或动力流体中时，发动压力将换档油阀75从其高位移(低速)位置变换到其低位移(高速)位置。在一些实施例中，所述筒100具有被调整多样性，这允许施加到换档油阀75上的压力以使得电动机70以相对缓慢地和受控的速度从低速变换到高速的速度逐渐增加(ramp up)，从而从低速变换到高速时操作员的舒适度增加。例如，与使用没有被调整的筒可能导致的大体上瞬时时间段(例如，毫秒)相反，已调整的筒(modulated cartridge)可以在大约两秒的时间将换档阀(shifting spool)上压力从0psi增加到200psi。 

在许多已知的系统中，液压液泄漏到弹簧腔85内并且排入到与弹簧腔85连通的电动机70的电动机外壳73中。此已知系统的弹簧腔85由此暴露到相联系的电动机外壳73内的压力中。在许多情况下，由于电动机70的不同的操作模式和状态，一个电动机外壳73具有与系统内的其它电动机外壳73不同的内部压力。因此，尽管所述筒100将相同的、同步的压力信号提供到换档油阀75，在其相联系的弹簧腔85内的具有较低反压力的换档油阀75将比其它的换档油阀75变换的更快，这导致相联系的电动机70在不同的时间进行速度之间的变换。在以第一速度运转的两个电动机70与达到第二速度的两个电动机70之间的滞后期间，以不同的速度驱动所述轮70，结果导致当速度变换时车辆渐渐偏离其行进路线。 

为了使换档油阀75更好地同步动作，本发明包括将弹簧腔85与共用容器110连通的基准导管(reference conduits)105，从而两个弹簧腔85都暴露到相同的压力下(即，容器110内的压力)。为了描述本发明，术语“容器”包括打开的和关闭的容器或贮蓄器，以及大气。所述基准导管105例如可以包括在弹簧腔85与液压返回箱或贮蓄器(大体上具有大气压力)或一些具有高压(小于发动压力)的其他容器之间连通的孔板、孔口、软管、管子(tube)或管道。基准导管105绕过与弹簧腔85连通的各个电动机70的电动机外壳73，从而弹簧腔85没有暴露到电动机外壳73内的不一致的压力中。 

通过将在每个弹簧腔85与相联系的电动机外壳73之间连通的孔或导管塞住，并且安装基准导管105以便使得每个弹簧腔85与共用容器110连通，可以改进现有系统以便实施本发明。通过使所有的弹簧腔85与单个电动机外壳73连通，电动机外壳73之一可以用作共用容器110。这可以通过阻塞所有弹簧腔85(除了一个以外)与其相联系的电动机外壳73之间的连通，并且通过基准导管105使那些弹簧腔85与没有被阻塞的电动机外壳73连通而实现。 

当换档油阀75变换并且弹簧腔85的体积减少时，已经泄漏到各个弹簧腔85内的液压液通过基准导管105排出到容器110内并且液压液被迫通过导管105。导管105具有足够的横截面尺寸从而不限制液压液从弹簧腔85流出并进入容器110的流动。如果不考虑与其它液压液相比的、泄 漏到一个弹簧腔85内的液压液的相对量，弹簧腔85内的反压力大约等于容器压力。由作为弹簧80(具有大体上相同的弹簧常数和弹簧预负荷的弹簧80)的偏压力和容器110的内部压力的函数的力抵抗两个换档油阀75的偏转。此抵抗力可以是，例如并且没有限制地，与弹簧80的偏压力和容器110的内部压力成比例。 

尽管参照滑移转向装载机10的应用，已经描述和图示了本发明，本发明也可以在寻求使得两个或更多的多速电动机的速度变换同步的许多不同的应用中实施。例如，所图示的和描述的滑移转向装载机10可以修改成包括用于四个轮20中的每一个的电动机和变换阀，在此情况下，所有四个变换阀75的弹簧腔85将通过基准导管105以共用容器110为参照。其它的实施例可以包括除了依靠多速电动机以驱动车辆的两个或更多轮子的滑移转向装载机之外的车辆，并且滑移转向装载机仅仅是实施本发明的车辆的一个示例。在小型履带式车辆(compact track vehicle)的情况下，车辆不必具有轮子。在这点上，可以使用术语“可旋转部件”来广泛地包括车轮、履带、螺旋桨、风扇、轮翼、或能够旋转以控制车辆的行进速度和方向的其它任何装置。 

并且，本发明不限于使得双速电动机的速度变换相同或同步，而可以用于使得具有三速或更多速度的电动机的速度变换相同或同步。从更广泛的意义来说，如果应用包括多台需要以同时、同步的方式进行速度变换的多速电动机，则本发明可以在除了车辆之外的所述示例中实施。 

由此，本发明尤其提供了一种用于多台电动机的同步速度变换的系统和方法。本发明的各种特点和优势在权利要求中得到阐述。 

Claims (9)

1.一种用于使多台电动机的速度变换同步的系统，包括：

第一和第二电动机；

第一和第二速度变换阀，所述第一和第二速度变换阀操作性地连接到第一和第二电动机，并且能够在分别对应于电动机的不同的第一和第二速度的高位移低速位置与低位移高速位置之间移动以改变第一和第二电动机的位移；

第一和第二偏压部件，每个偏压部件位于相应的第一和第二腔内，并且第一偏压部件用于将第一速度变换阀偏压到高位移低速位置，第二偏压部件用于将第二速度变换阀偏压到高位移低速位置；

加压流体源和控制筒，所述加压流体源和控制筒构造成将力或压力施加到第一和第二速度变换阀，以克服第一和第二偏压部件而使得第一和第二速度变换阀从高位移低速位置移动到低位移高速位置；和

共用容器，所述共用容器具有内部压力且分别通过第一和第二导管与第一和第二腔流体连通，以平衡用于将第一和第二速度变换阀从高位移低速位置移动到低位移高速位置的阻力。

2.根据权利要求1中所述的系统，其中所述控制筒适于同时将所述第一和第二速度变换阀暴露到加压流体以克服第一和第二偏压部件而移动第一和第二速度变换阀。

3.根据权利要求2中所述的系统，其中进一步包括调整器，所述调整器用于调整到第一和第二速度变换阀的加压流体的供给。

4.根据权利要求1所述的系统，包括连接到第一电动机的可旋转第一部件和连接到第二电动机的可旋转第二部件。

5.根据权利要求4所述的系统，其中可旋转第一部件和可旋转第二部件连接到建筑车辆，且所述可旋转第一部件和所述可旋转第二部件为轮或履带。

6.一种建筑车辆，包括：

机架；

多个可旋转部件，所述多个可旋转部件相对于机架可旋转地安装并且可旋转以控制车辆行进的速度和方向；

由机架支撑的原动机；

由所述原动机驱动以形成加压流体的流动的加压流体源；

多台电动机，每个电动机互连到与其相联系的可旋转部件以驱动与其相联系的可旋转部件旋转；

与每个电动机相联系并且在对应于相联系的电动机的不同的第一和第二速度的高位移低速位置和低位移高速位置之间能够移动的速度变换阀；

在腔内与每个速度变换阀相联系的偏压部件，每个偏压部件将相联系的速度变换阀偏压到高位移低速位置；

用于大体上同时将所有的速度变换阀暴露到加压流体中的控制筒；

具有内部压力的容器；和

多个基准导管，所述多个基准导管使得所述腔与所述容器流体连通，从而每个腔中的压力与容器的内部压力大体上相等。

7.根据权利要求6中所述的车辆，其中所述可旋转部件包括轮；其中所述原动机包括内燃机；并且其中所述加压流体源包括由内燃机驱动的液压泵。

8.根据权利要求7中所述的车辆，进一步包括提升臂、由所述提升臂支撑的辅助工具、用于将所述提升臂相对于机架提升的提升油缸、和用于相对于所述提升臂枢转所述工具的摆缸，其中所述液压泵提供加压流体到所述提升油缸和所述摆缸。

9.一种用于使得多台电动机的速度变换同步的方法，所述电动机包括在发动压力的作用下可变换的速度变换阀、和在腔内的将速度变换阀偏压到对应于第一电动机速度的高位移低速位置的偏压部件，所述方法包括以下步骤：

（a）将所有的腔与具有内部压力的单个容器流体连通；

（b）大体上同时将相等的变换力施加到每个速度变换阀以便将速度变换阀移动到对应于不同于第一电动机速度的第二电动机速度的低位移高速位置；和

（c）利用作为偏压力和容器的内部压力的函数的、大体上相等的力抵抗每个速度变换阀的变换。

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