CN104044441B - 正独立式机电复合传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正独立式机电复合传动装置，包括：第一行星排，其行星架与车辆一侧的主动轮连接；第二行星排，其行星架与车辆另一侧的主动轮连接；转向机构，包括转向轴，转向轴的两端均分别安装有一个第一离合器和一个第一制动器，第一行星排的太阳轮与转向轴的一端连接，第二行星排的太阳轮与转向轴的另一端连接；直驶变速机构，驱动第一行星排的齿圈和第二行星排的齿圈。在车辆直驶时，转向机构可以参与驱动，降低了对直驶变速机构调速范围的需求，提高转向电机的利用率。

Description

正独立式机电复合传动装置
技术领域
本发明涉及车辆领域，特别是涉及一种正独立式机电复合传动装置。
背景技术
机电复合传动装置具备机械传动和电传动的优点，可以使车辆具有良好的动力性和经济性，并且具备一定的对外供电能力。结合履带车辆转向的特点，将机电复合传动技术应用于履带车辆，可以提高履带车辆的性能，满足未来履带车辆发展的多种需求。因此，机电复合传动是未来履带车辆传动系统的主要发展方向之一。
美国FCS系统的履带平台采用的双侧电机独立驱动的机电复合传动装置，德国伦克公司与磁电机公司联合开发了大功率履带式EMT1100机电复合传动装置，英国QinetiQ公司北美分部与BAE公司联合研制了E-X机电复合传动装置。上述都属于串联方案。美国通用公司提出了某零差速式的混联机电复合传动方案，(专利号US6491599B1)。
发明内容
本发明的目的是提供一种混联方案的正独立式机电复合传动装置。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种正独立式机电复合传动装置，包括：第一行星排，其行星架与车辆一侧的主动轮连接；第二行星排，其行星架与车辆另一侧的主动轮连接；转向机构，包括转向轴，转向轴的两端均分别安装有一个第一离合器和一个第一制动器，第一行星排的太阳轮与转向轴的一端连接，第二行星排的太阳轮与转向轴的另一端连接；直驶变速机构，驱动第一行星排的齿圈和第二行星排的齿圈。
进一步地，直驶变速机构包括：第三行星排、第四行星排、第五行星排、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机；第一电动机/发电机驱动第三行星排的齿圈，外部动力从第四行星排的齿圈输入；第二电动机/发电机同时与第三行星排的太阳轮、第四行星排的太阳轮及第五行星排的太阳轮连接；第三行星排的行星架与第四行星排的行星架连接。
进一步地，直驶变速机构还包括：变速主轴，其两端分别与第一行星排的齿圈和第二行星排的齿圈一一对应地连接；第二离合器，其主动部分与第三行星排的行星架连接，其被动部分与变速主轴连接；第二制动器，其主动部分与第五行星排的行星架连接，第五行星排的齿圈与变速主轴连接。
进一步地，转向机构还包括转向电动机/发电机，与转向轴驱动连接。
进一步地，转向机构还包括安装在变速主轴上的第一传动齿轮和安装在转向轴上的第二传动齿轮，第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合。
进一步地，正独立式机电复合传动装置还包括电机驱动控制器，与第一电动机/发电机和第二电动机/发电机电连接。
进一步地，正独立式机电复合传动装置还包括储能装置，与电机驱动控制器连接。
本发明中，第一行星排和第二行星排作为直驶功率和转向功率的汇流排，当汇流后，动力从第一行星排的行星架和第二行星排的行星架输出，从而驱动车辆两侧的主动轮运动。另外，转向机构用于实现转向的功能。因此，在车辆直驶时，转向机构可以参与驱动，降低了对直驶变速机构调速范围的需求，提高转向电机的利用率。
附图说明
图1示意性示出了本发明一个实施例的结构示意图；
图2示意性示出了本发明另一个实施例的结构示意图。
图中附图标记：10、第一行星排；11、行星架；12、太阳轮；13、齿圈；20、第二行星排；21、行星架；22、太阳轮；23、齿圈；30、转向机构；31、转向轴；32、第一离合器；33、第一制动器；34、转向电动机/发电机；35、第一传动齿轮；36、第二传动齿轮；40、第三行星排；41、行星架；42、太阳轮；43、齿圈；50、第四行星排；51、行星架；52、太阳轮；53、齿圈；60、第五行星排；61、行星架；62、太阳轮；63、齿圈；70、第一电动机/发电机；80、第二电动机/发电机；90、变速主轴；100、第二离合器；110、第二制动器；120、电机驱动控制器；130、储能装置。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明提出的机电复合传动方案属于混联方案，其主要特点是直驶变速系统采用了双模式机电复合传动方案，可以实现无级变速。转向系统采用了正独立式方案，可以实现行进中转向功率的再生利用，具有良好的转向能力。正独立式是指：履带车辆直驶和转向是通过不同的机构来实现的，发动机输出的功率经分流机构分成两路进行传递，一路经直驶变速机构，另一路流经转向机构，两路功率分别通过两侧的行星排进行汇流，直驶路传递到汇流排的齿圈，转向路传递到汇流排的太阳轮，两侧汇流排都从行星架输出；当车辆直驶时，两侧汇流排太阳轮和齿圈的转速方向相同；转向时内侧太阳轮制动，外侧太阳轮转速保持不变，转向时车速会有一定程度的降低。本发明提出的正独立式方案与传统正独立式方案不同，主要有两种实现形式：一种是在转向路有一个转向电机用于转向时调速，可以改变转向半径和车速，也可以在直驶时进行使用；另一种是取消转向电机，转向的动力从直驶变速的主轴输出，转向时转向半径的调节通过直驶路的无级调速来实现无级转向。此种设计的优点是：可以无级转向，无级变速，具有良好的动力性和经济性；结构相对简单，在取消转向电机后，仍能够实现无级转向；相比较零独立式方案，直驶时转向路的利用率更高，有助于降低对直驶变速路传动范围的需求。
请参考图1和图2，本发明提供了一种正独立式机电复合传动装置，特别适合于履带车辆，包括：第一行星排10，其行星架11与车辆一侧的主动轮连接；第二行星排20，其行星架21与车辆另一侧的主动轮连接；转向机构30，包括转向轴31，转向轴31的两端均分别安装有一个第一离合器32和一个第一制动器33，第一行星排10的太阳轮12与转向轴31的一端连接，第二行星排20的太阳轮22与转向轴31的另一端连接；直驶变速机构，驱动第一行星排10的齿圈13和第二行星排20的齿圈23。
本发明中，第一行星排10和第二行星排20作为直驶功率和转向功率的汇流排，当汇流后，动力从第一行星排10的行星架11和第二行星排20的行星架21输出，从而驱动车辆两侧的主动轮运动。另外，转向机构用于实现转向的功能。因此，在车辆直驶时，转向机构可以参与驱动，降低了对直驶变速机构调速范围的需求，提高转向电机的利用率。
优选地，直驶变速机构包括：第三行星排40、第四行星排50、第五行星排60、第一电动机/发电机70和第二电动机/发电机80；第一电动机/发电机70驱动第三行星排40的齿圈43，外部动力从第四行星排50的齿圈53输入；第二电动机/发电机80同时与第三行星排40的太阳轮42、第四行星排50的太阳轮52及第五行星排60的太阳轮62连接；第三行星排40的行星架41与第四行星排50的行星架51连接。
优选地，直驶变速机构还包括：变速主轴90，其两端分别与第一行星排10的齿圈13和第二行星排20的齿圈23一一对应地连接；第二离合器100，其主动部分与第三行星排40的行星架41连接，其被动部分与变速主轴90连接；第二制动器110，其主动部分与第五行星排60的行星架61连接，第五行星排60的齿圈63与变速主轴90连接。
优选地，在图1所示的实施例中，转向机构30还包括转向电动机/发电机34，与转向轴31驱动连接。
优选地，在图2所示的实施例中，转向机构30还包括安装在变速主轴90上的第一传动齿轮35和安装在转向轴31上的第二传动齿轮36，第一传动齿轮35与第二传动齿轮36啮合。与图1相比，本实施例省去了图1中的转向电动机/发电机。
请参考图2，动力从变速主轴90输出经第一传动齿轮35与第二传动齿轮36传递到转向轴31，用于驱动转向一路。此实施方案的优点是，可以实现车辆的无级变速和无级转向，并且省去了转向电动机/发电机，可以使装置的重量和体积减小，成本降低。此外，此方案在转向时通过对车速的无级调节，实现转向半径的无级变化，转向半径随着车速的升高而变大，符合车辆转向规律。
优选地，正独立式机电复合传动装置还包括电机驱动控制器120，与第一电动机/发电机70和第二电动机/发电机80电连接。
优选地，正独立式机电复合传动装置还包括储能装置130，与电机驱动控制器120连接。优选地，储能装置130可以选择化学蓄电池，也可以选择超级电容或者飞轮电池等，也可以时化学蓄电池与超级电容组成的复合储能装置。
优选地，本发明中的第一电动机/发电机70、第二电动机/发电机80、转向电动机/发电机34均可为永磁同步电机，可以是内嵌式，也可以是表贴式。
优选地，本发明中的第一、第二制动器为湿式多片制动器，第一、第二离合器为湿式多片离合器。
本发明既可以满足车辆的行驶驱动以及转向等功能，又能为车载设备提供充足的电能，利用两个电机与发动机的转速配合和转矩调节，实现了二自由度无级变速；利用转向电机及相应的操纵元件实现了无级转向。
下面，以图1所示的实施例为例，对本发明的工作过程进行说明。
当第二制动器110结合，第二离合器100分离时，实现直驶变速机构的第一驱动模式。在此模式下，第一电动机/发电机70的转速随车速的升高从最高转速逐渐向零变化，第二电动机/发电机80的转速随车速的升高从零逐渐向最高转速变化。此模式适合车辆的起步、爬坡以及中低速行驶。
当第二制动器110结合，第二离合器100分离时，实现直驶变速机构的第二驱动模式。在此模式下，第一电动机/发电机70的转速随车速的升高从零逐渐向最高转速变化，第二电动机/发电机80的转速随车速的升高从最高转速逐渐向零变化。此模式适合车辆的中高速行驶和最高车速行驶。
车辆直驶时，两个第一离合器32结合，两个第一制动器33分离，可以通过转向电动机/发电机34进行无级调速，转向电动机/发电机34的功率可以参与直驶，提高了电机的利用率。
转向时，若制动与第一行星排10对应的第一制动器33，同时分离相应的第一离合器32，则第一行星排10的太阳轮12被制动，实现车辆左转，通过改变转向电动机/发电机34的转速，来实现车辆转向半径的无级调节。若制动与第二行星排20对应第一制动器33，同时分离相应的第一离合器32，第二行星排20的太阳轮22被制动，实现车辆右转，同样可以实现转向半径的无级调节，转向电动机/发电机34的转速越高，转向半径越小。
本发明通过三个行星排(第三、第四和第五行星排)、两个电机(第一、第二电动机/发电机)和两个操纵元件(第二离合器和第二制动器)构成的双模式无级调速直驶变速机构可以实现车辆的无级调速；还可通过差速器、四个操纵元件(两个第一离合器和两个第一制动器)、转向轴和左右汇流排(第一、第二行星排)构成的转向机构可以实现车辆的无级转向，并且在车辆直驶时，转向电动机/发电机34可以参与驱动，降低对直驶变速机构调速范围的需求，提高转向电机的利用率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种正独立式机电复合传动装置，其特征在于，包括：
第一行星排(10)，其行星架(11)与车辆一侧的主动轮连接；
第二行星排(20)，其行星架(21)与所述车辆另一侧的主动轮连接；
转向机构(30)，包括转向轴(31)，所述转向轴(31)的两端均分别安装有一个第一离合器(32)和一个第一制动器(33)，所述第一行星排(10)的太阳轮(12)与所述转向轴(31)的一端连接，所述第二行星排(20)的太阳轮(22)与所述转向轴(31)的另一端连接；
直驶变速机构，驱动所述第一行星排(10)的齿圈(13)和所述第二行星排(20)的齿圈(23)；所述直驶变速机构包括：第三行星排(40)、第四行星排(50)、第五行星排(60)、第一电动机/发电机(70)和第二电动机/发电机(80)；
所述第一电动机/发电机(70)驱动所述第三行星排(40)的齿圈(43)，外部动力从所述第四行星排(50)的齿圈(53)输入；
所述第二电动机/发电机(80)同时与所述第三行星排(40)的太阳轮(42)、所述第四行星排(50)的太阳轮(52)及所述第五行星排(60)的太阳轮(62)连接；
所述第三行星排(40)的行星架(41)与所述第四行星排(50)的行星架(51)连接。
2.根据权利要求1所述的正独立式机电复合传动装置，其特征在于，所述直驶变速机构还包括：
变速主轴(90)，其两端分别与所述第一行星排(10)的齿圈(13)和所述第二行星排(20)的齿圈(23)一一对应地连接；
第二离合器(100)，其主动部分与所述第三行星排(40)的行星架(41)连接，其被动部分与所述变速主轴(90)连接；
第二制动器(110)，其主动部分与所述第五行星排(60)的行星架(61)连接，所述第五行星排(60)的齿圈(63)与所述变速主轴(90)连接。
3.根据权利要求1所述的正独立式机电复合传动装置，其特征在于，所述转向机构(30)还包括转向电动机/发电机(34)，与所述转向轴(31)驱动连接。
4.根据权利要求2所述的正独立式机电复合传动装置，其特征在于，所述转向机构(30)还包括安装在所述变速主轴(90)上的第一传动齿轮(35)和安装在所述转向轴(31)上的第二传动齿轮(36)，所述第一传动齿轮(35)与所述第二传动齿轮(36)啮合。
5.根据权利要求1所述的正独立式机电复合传动装置，其特征在于，所述正独立式机电复合传动装置还包括电机驱动控制器(120)，与所述第一电动机/发电机(70)和第二电动机/发电机(80)电连接。
6.根据权利要求5所述的正独立式机电复合传动装置，其特征在于，所述正独立式机电复合传动装置还包括储能装置(130)，与所述电机驱动控制器(120)连接。
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