CN103507857B - 双电机耦合型履带车辆机电复合传动装置 - Google Patents
双电机耦合型履带车辆机电复合传动装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种机电复合传动装置。一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其技术方案是，它包括：发动机及发电机组、电力控制单元（20）以及电机复合传动装置；所述的电机复合传动装置主要由2套发动机及发电机组，1套电力控制单元、2台驱动电机、2套3挡行星变速机构、2套汇流行星排、1套中间耦合机构和2套减速行星排组成。本发明解决了双电机独立驱动的内侧履带到外侧履带的回流功率传递问题，有效减低了电机的功率等级，可实现直驶无级驱动、无级转向功能及零位转向等功能，提高了传动系统的体积功率密度，并且具有布置灵活的优点。
Description
技术领域
本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种机电复合传动装置。
背景技术
电传动具有布置灵活，无级调速等优点，随着电传动系统效率及功率密度的提高，其在履带车辆的应用将会更广泛。最简单的履带车辆电传动系统采用两台电机分别独立驱动单侧履带，通过两台电机的速差实现履带车辆的转向。但履带车辆小半径转向过程中低速侧履带必须提供制动力，高速侧履带必须提供驱动力，产生低速履带到高速履带的回流功率，引起小半径转向某些工况下高速侧履带传递的功率为直驶推进时功率的170%，导致两侧驱动电机的功率等级需求增大，严重影响了电传动系统的功率密度。因此需要将低速侧履带的回流功率通过其他路径转移到高速侧，以降低电机的功率等级。
转向和直驶的双功率流传动方式，直驶电机提供直驶转矩，转向电机提供转向转矩，转向时内侧履带回流功率经过汇流行星排以机械的方式传递到外侧履带，传递效率高，并且转向电机与直驶电机所需功率小。缺点是直驶时转向电机不工作，存在功率闲置，难以进一步提高传动系统的功率密度。
发明内容
本发明的目的是：为解决双电机独立驱动的内侧履带到外侧履带的回流功率传递的问题，提出了一种适用于履带车辆用双电机耦合形式的机电复合传动装置；
本发明的技术方案是：一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，它包括：发动机及发电机组、电力控制单元以及电机复合传动装置；
发动机及发电机组包括：从左至右横向布置的左侧发动机、左侧发电机、右侧发电机和右侧发动机；其中，左侧发动机与左侧发电机通过弹性联轴器A连接，右侧发电机与右侧发动机通过弹性联轴器B连接；
电机复合传动装置包括：中间耦合机构、左侧驱动电机、左侧三挡行星变速机构、左侧一挡制动器、左侧二挡制动器、左侧三挡离合器、左侧汇流排、左侧减速行星排、左侧主制动器、左侧传动器、右侧驱动电机、右侧三挡行星变速机构、右侧一挡制动器、右侧二挡制 动器、右侧三挡离合器、右侧汇流排、右侧减速行星排、右侧主制动器和右侧传动器；
左侧驱动电机的输出轴通过左侧三挡离合器与左侧三挡行星变速机构的两个太阳轮相连接；其中，左侧一挡制动器、左侧二挡制动器对左侧三挡行星变速机构的两个太阳轮进行控制；左侧三挡行星变速机构的输出行星架与左侧汇流排的齿圈连接；左侧汇流排的齿圈与左侧减速行星排的太阳轮相连，左侧减速行星排的输出行星架经过左侧主制动器和左侧传动器驱动左侧履带；
右侧驱动电机的输出轴通过右侧三挡离合器与右侧三挡行星变速机构的两个太阳轮相连接；其中，右侧一挡制动器、右侧二挡制动器对右侧三挡行星变速机构的两个太阳轮进行控制；右侧三挡行星变速机构的输出行星架与右侧汇流排的齿圈连接；右侧汇流排的齿圈与右侧减速行星排的太阳轮相连，右侧减速行星排的输出行星架经过右侧主制动器和右侧传动器驱动右侧履带；
左侧驱动电机与右侧驱动电机并列同轴布置，中间耦合机构放置在左侧驱动电机与右侧驱动电机之间，中间耦合机构的左齿圈与左侧三挡行星变速机构的输出行星架相连，中间耦合机构的右齿圈与右侧三挡行星变速机构的输出行星架相连，中间耦合机构的左行星架与左侧汇流排的行星架相连，中间耦合机构的右行星架与右侧汇流排的行星架相连；
电力控制单元放置在发动机及发电机组与电机复合传动装置之间；电力控制单元分别通过发电机连接电缆A、电机连接电缆B与左侧发电机、右侧发电机连接；电力控制单元分别通过驱动电机连接电缆A、驱动电机连接电缆B与左侧驱动电机、右侧驱动电机连接。
本发明的有益效果是：（1）利用3挡行星变速机构，大大降低了驱动电机的转矩和调速范围，减小技术风险并提高了传动装置的功率密度；同时可充分利用电机的高效区间，提高了传动装置的传动效率。
（2）2套发动机与发电机组提供动力，有利于分布式布置，并提高系统可靠性。
（3）采用中间耦合机构和左右汇流行星排，可实现转向过程中的内侧履带回流功率传递到外侧履带，其中约75%的功率通过机械形式传递，约25%功率以电功率形式传递，有效降低了驱动电机功率等级，并实现转向回流功率的高效传递。
（4）可通过2台驱动电机反转，实现倒挡，无需设置倒挡机构，结构简单。
（5）驱动电机、中间耦合机构、3挡行星变速机构、汇流行星排、减速行星排、主制动器、侧传动等部件在车宽的方向上同轴布置，有利于提高传动系统的功率密度。
（6）省去了双流传动的转向机构和转向电机，两台驱动电机兼顾直驶和转向，驱动电机功率充分利用。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明优先实施例结构示意图；
图3为本发明另一个优先实施例结构示意图；
其中，20-电力控制单元、10a-左侧发动机、12a-左侧发电机、12b-右侧发电机、10b-右侧发动机、11a-弹性联轴器A、11b-弹性联轴器B、40-中间耦合机构、30a-左侧驱动电机、50a-左侧三挡行星变速机构、51a-左侧一挡制动器、52a-左侧二挡制动器、53a-左侧三挡离合器、60a-左侧汇流排、70a-左侧减速行星排、80a-左侧主制动器、90a-左侧传动器、30b右侧驱动电机、50b-右侧三挡行星变速机构、51b-右侧一挡制动器、52b-右侧二挡制动器、53b-右侧三挡离合器、60b-右侧汇流排、70b-右侧减速行星排、80b-右侧主制动器、90b-右侧传动器、21a-电机连接电缆A、21b-驱动电机连接电缆B。
具体实施方式
参见附图1，一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，它包括：发动机及发电机组、电力控制单元20以及电机复合传动装置；
发动机及发电机组包括：从左至右横向布置的左侧发动机10a、左侧发电机12a、右侧发电机12b和右侧发动机(10b)；其中，左侧发动机10a与左侧发电机12a通过弹性联轴器A11a连接，右侧发电机12b与右侧发动机(10b)通过弹性联轴器B11b连接；
电机复合传动装置包括：中间耦合机构40、左侧驱动电机30a、左侧三挡行星变速机构50a、左侧一挡制动器51a、左侧二挡制动器52a、左侧三挡离合器53a、左侧汇流排60a、左侧减速行星排70a、左侧主制动器80a、左侧传动器90a、右侧驱动电机30b、右侧三挡行星变速机构50b、右侧一挡制动器51b、右侧二挡制动器52b、右侧三挡离合器53b、右侧汇流排60b、右侧减速行星排70b、右侧主制动器80b和右侧传动器90b；
左侧驱动电机30a的输出轴通过左侧三挡离合器53a与左侧三挡行星变速机构50a的两个太阳轮相连接；其中，左侧一挡制动器51a、左侧二挡制动器52a对左侧三挡行星变速机构50a的两个太阳轮进行控制；左侧三挡行星变速机构50a的输出行星架与左侧汇流排60a的齿圈连接；左侧汇流排60a的齿圈与左侧减速行星排70a的太阳轮相连，左侧减速行星排70a的输出行星架经过左侧主制动器80a和左侧传动器90a驱动左侧履带；
右侧驱动电机30b的输出轴通过右侧三挡离合器53b与右侧三挡行星变速机构50b的两个太阳轮相连接；其中，右侧一挡制动器51b、右侧二挡制动器52b对右侧三挡行星变速机 构50b的两个太阳轮进行控制；右侧三挡行星变速机构50b的输出行星架与右侧汇流排60b的齿圈连接；右侧汇流排60b的齿圈与右侧减速行星排70b的太阳轮相连，右侧减速行星排70b的输出行星架经过右侧主制动器80b和右侧传动器90b驱动右侧履带；
左侧驱动电机30a与右侧驱动电机30b并列同轴布置，中间耦合机构40放置在左侧驱动电机30a与右侧驱动电机30b之间，中间耦合机构40的左齿圈与左侧三挡行星变速机构50a的输出行星架相连，中间耦合机构40的右齿圈与右侧三挡行星变速机构50b的输出行星架相连，中间耦合机构40的左行星架与左侧汇流排60a的行星架相连，中间耦合机构40的右行星架与右侧汇流排60b的行星架相连；
电力控制单元20放置在发动机及发电机组与电机复合传动装置之间；电力控制单元20分别通过发电机连接电缆A13a、电机连接电缆B13b与左侧发电机12a、右侧发电机12b连接；电力控制单元20分别通过驱动电机连接电缆A21a、驱动电机连接电缆B21b与左侧驱动电机30a、右侧驱动电机30a连接。
发动机及发电机组根据履带车功率的需要，启动其中的一台或两台发动机；电力控制单元20对左侧驱动电机30a与右侧驱动电机30b进行驱动；
左侧驱动电机30a的功率经左侧三挡行星变速机构50a后，分为两部分，一部分传递到左侧汇流排60a的太阳轮，另一部分传递到中间耦合机构40的左齿圈，并通过中间耦合机构40的右行星架传递到右侧汇流排60b的行星架；
右侧驱动电机30b的功率经右侧三挡行星变速机构50b后，分为两部分，一部分传递到右侧汇流排60b的太阳轮，另一部分传递到中间耦合机构40的右齿圈，并通过中间耦合机构40的左行星架传递到左侧汇流排60a的行星架；
左侧汇流排60a汇聚两路功率后，依次经过左侧减速行星排70a、左侧主制动器80a和左侧传动器90a驱动左侧履带；
右侧汇流排60b汇聚两路功率后，依次经过右侧减速行星排70b、右侧主制动器80b和右侧传动器90b驱动右侧履带。
参见附图2，优选的，上述方案中的左侧三挡行星变速机构50a与右侧三挡行星变速机构50b均为拉维娜行星排。
参见附图3，优选的，上述方案中的的左侧汇流排60a与右侧汇流排60a中的行星排为普通行星排或内外啮合双星排；
在爬坡的工况下，左侧驱动电机30a与右侧驱动电机30b同向同速转动，左侧一挡制动器51a与右侧一挡制动器51b结合，使得左侧三挡行星变速机构50a与右侧三挡行星变速机构50b处于1挡，驱动履带车爬坡。
在正常行驶的工况下，左侧驱动电机30a与右侧驱动电机30b同向同速转动，左侧二挡制动器52a与右侧二挡制动器52b结合，使得左侧三挡行星变速机构50a与右侧三挡行星变速机构50b处于2挡，驱动履带车正常行驶。
在高速行驶的工况下，左侧驱动电机30a与右侧驱动电机30b同向同速转动，左侧三挡离合器53a与右侧三挡离合器53b结合，使得左侧三挡行星变速机构20a与右侧三挡行星变速机构20b处于3挡，驱动履带车高行驶。
在中心转向工况下，左侧驱动电机30a与右侧驱动电机30b反向同速转动，左侧一挡制动器51a与右侧一挡制动器51b结合，使得左侧三挡行星变速机构50a与右侧三挡行星变速机构50b处于1挡，实现履带车中心转向。
在大半径转向工况时，左侧三挡行星变速机构50a与右侧三挡行星变速机构50b处于同一挡位，控制左侧驱动电机30a与右侧驱动电机30b的转速，使得内侧驱动电机的速度降低值等于外侧电机的速度增加值，保持履带车的中心平均速度不变，实现大半径转向。
在小半径转向工况时，左侧三挡行星变速机构50a与右侧三挡行星变速机构50b处于同一挡位，控制左侧驱动电机30a与右侧驱动电机30b的转速，使得内侧驱动电机的速度降低值等于外侧电机的速度增加值，内侧驱动电机的转矩逐渐减小至负值，履带车产生转向回流功率，实现小半径转向。假设履带车辆向左转向，左侧为内侧履带，内侧履带的回流功率通过左侧减速行星排70a，进入左侧汇流排60a的齿圈，并分为两部分，一部分通过左侧汇流排60a的行星架进入中间耦合机构40的行星架，另一部分通过左侧汇流排60a的太阳轮、左侧三挡行星变速机构50a，进中间耦合机构40的左侧齿圈。右侧驱动电机30b的功率经过右侧三挡行星变速机构50b后分为两部分，一部分进入左侧汇流排60b的太阳轮，另一部分进入中间耦合机构40的右侧齿圈；中间耦合机构40的左齿圈功率、左行星架功率和右齿圈功率汇合，通过右行星架输入到右侧汇流排60b的行星架，与右侧汇流排60b的太阳轮功率汇流后从齿圈输出到右侧履带。因此转向内侧履带的回流功率一部分（约占25%，与汇流行星排参数有关）通过左侧驱动电机30a通过电功率传递到右侧驱动电机30b，另一部分功率（约占75%）通过中间耦合机构40以机械功率的形式传递到外侧履带。
Claims (9)
1.一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其特征是，它包括：发动机及发电机组、电力控制单元(20)以及电机复合传动装置；
所述发动机及发电机组包括：从左至右横向布置的左侧发动机(10a)、左侧发电机(12a)、右侧发电机(12b)和右侧发动机(10b)；其中，所述左侧发动机(10a)与所述左侧发电机(12a)通过弹性联轴器A(11a)连接，所述右侧发电机(12b)与所述右侧发动机(10b)通过弹性联轴器B(11b)连接；
所述电机复合传动装置包括：中间耦合机构(40)、左侧驱动电机(30a)、左侧三档行星变速机构(50a)、左侧一档制动器(51a)、左侧二档制动器(52a)、左侧三档离合器(53a)、左侧汇流排(60a)、左侧减速行星排(70a)、左侧主制动器(80a)、左侧传动器(90a)、右侧驱动电机(30b)、右侧三档行星变速机构(50b)、右侧一档制动器(51b)、右侧二档制动器(52b)、右侧三档离合器(53b)、右侧汇流排(60b)、右侧减速行星排(70b)、右侧主制动器(80b)和右侧传动器(90b)；
所述左侧驱动电机(30a)的输出轴通过所述左侧三档离合器(53a)与所述左侧三档行星变速机构(50a)的两个太阳轮相连接；其中，所述左侧一档制动器(51a)、左侧二档制动器(52a)对所述左侧三档行星变速机构(50a)的两个太阳轮进行控制；所述左侧三档行星变速机构(50a)的输出行星架与所述左侧汇流排(60a)的齿圈连接；所述左侧汇流排(60a)的齿圈与所述左侧减速行星排(70a)的太阳轮相连，所述左侧减速行星排(70a)的输出行星架经过所述左侧主制动器(80a)和所述左侧传动器(90a)驱动左侧履带；
所述右侧驱动电机(30b)的输出轴通过所述右侧三档离合器(53b)与所述右侧三档行星变速机构(50b)的两个太阳轮相连接；其中，所述右侧一档制动器(51b)、右侧二档制动器(52b)对所述右侧三档行星变速机构(50b)的两个太阳轮进行控制；所述右侧三档行星变速机构(50b)的输出行星架与所述右侧汇流排(60b)的齿圈连接；所述右侧汇流排(60b)的齿圈与所述右侧减速行星排(70b)的太阳轮相连，所述右侧减速行星排(70b)的输出行星架经过所述右侧主制动器(80b)和所述右侧传动器(90b)驱动右侧履带；
所述左侧驱动电机(30a)与所述右侧驱动电机(30b)并列同轴布置，所述中间耦合机构(40)放置在所述左侧驱动电机(30a)与所述右侧驱动电机(30b)之间，所述中间耦合机构(40)的左齿圈与所述左侧三档行星变速机构(50a)的输出行星架相连，所述中间耦合机构(40)的右齿圈与所述右侧三档行星变速机构(50b)的输出行星架相连，所述中间耦合机构(40)的左行星架与所述左侧汇流排(60a)的行星架相连，所述中间耦合机构(40)的右行星架与所述右侧汇流排(60b)的行星架相连；
所述电力控制单元(20)放置在所述发动机及发电机组与所述电机复合传动装置之间；所述电力控制单元(20)分别通过发电机连接电缆A(13a)、电机连接电缆B(13b)与所述左侧发电机(12a)、所述右侧发电机(12b)连接；所述电力控制单元(20)分别通过驱动电机连接电缆A(21a)、驱动电机连接电缆B(21b)与所述左侧驱动电机(30a)、所述右侧驱动电机(30a)连接。
2.如权利要求1所述的一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其特征是，所述左侧汇流排(60a)与所述右侧汇流排(60a)中的行星排为普通行星排或内外啮合双星排；所述左侧三档行星变速机构(50a)与所述右侧三档行星变速机构(50b)均为拉维娜行星排。
3.如权利要求1或2所述的一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其特征是，所述发动机及发电机组根据履带车功率的需要，启动其中的一台或两台发动机；所述电力控制单元(20)对所述左侧驱动电机(30a)与所述右侧驱动电机(30b)进行驱动；
所述左侧驱动电机(30a)的功率经所述左侧三档行星变速机构(50a)后，分为两部分，一部分传递到所述左侧汇流排(60a)的太阳轮，另一部分传递到所述中间耦合机构(40)的左齿圈，并通过所述中间耦合机构(40)的右行星架传递到所述右侧汇流排(60b)的行星架；
所述右侧驱动电机(30b)的功率经所述右侧三档行星变速机构(50b)后，分为两部分，一部分传递到所述右侧汇流排(60b)的太阳轮，另一部分传递到所述中间耦合机构(40)的右齿圈，并通过所述中间耦合机构(40)的左行星架传递到所述左侧汇流排(60a)的行星架；
所述左侧汇流排(60a)汇聚两路功率后，依次经过所述左侧减速行星排(70a)、所述左侧主制动器(80a)和所述左侧传动器(90a)驱动左侧履带；
所述右侧汇流排(60b)汇聚两路功率后，依次经过所述右侧减速行星排(70b)、所述右侧主制动器(80b)和所述右侧传动器(90b)驱动右侧履带。
4.如权利要求3所述的一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其特征是，在爬坡的工况下，所述左侧驱动电机(30a)与所述右侧驱动电机(30b)同向同速转动，所述左侧一档制动器(51a)与所述右侧一档制动器(51b)结合，使得所述左侧三档行星变速机构(50a)与所述右侧三档行星变速机构(50b)处于1档，驱动履带车爬坡。
5.如权利要求3所述的一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其特征是，在正常行驶的工况下，所述左侧驱动电机(30a)与所述右侧驱动电机(30b)同向同速转动，所述左侧二档制动器(52a)与所述右侧二档制动器(52b)结合，使得所述左侧三档行星变速机构(50a)与所述右侧三档行星变速机构(50b)处于2档，驱动履带车正常行驶。
6.如权利要求3所述的一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其特征是，在高速行驶的工况下，所述左侧驱动电机(30a)与所述右侧驱动电机(30b)同向同速转动，所述左侧三档离合器(53a)与所述右侧三档离合器(53b)结合，使得所述左侧三档行星变速机构(20a)与所述右侧三档行星变速机构(20b)处于3档，驱动履带车高行驶。
7.如权利要求3所述的一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其特征是，在中心转向工况下，所述左侧驱动电机(30a)与所述右侧驱动电机(30b)反向同速转动，所述左侧一档制动器(51a)与所述右侧一档制动器(51b)结合，使得所述左侧三档行星变速机构(50a)与所述右侧三档行星变速机构(50b)处于1档，实现履带车中心转向。
8.如权利要求3所述的一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其特征是，在大半径转向工况时，所述左侧三档行星变速机构(50a)与所述右侧三档行星变速机构(50b)处于同一档位，控制所述左侧驱动电机(30a)与所述右侧驱动电机(30b)的转速，使得内侧驱动电机的速度降低值等于外侧电机的速度增加值，保持履带车的中心平均速度不变，实现大半径转向。
9.如权利要求3所述的一种履带车辆双电机耦合形式机电复合传动装置，其特征是，在小半径转向工况时，所述左侧三档行星变速机构(50a)与所述右侧三档行星变速机构(50b)处于同一档位，控制所述左侧驱动电机(30a)与所述右侧驱动电机(30b)的转速，使得内侧驱动电机的速度降低值等于外侧电机的速度增加值，所述内侧驱动电机的转矩逐渐减小至负值，履带车产生转向回流功率，实现小半径转向。
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