CN104129284A - 一种正差速式机电复合传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正差速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，驱动第一行星排的太阳轮和第二行星排的太阳轮；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。本发明通过双模式无级调速直驶变速机构可以实现车辆的无级调速；通过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。

Description

一种正差速式机电复合传动装置

技术领域

本发明涉及车辆领域，特别是涉及一种正差速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，将其用于履带车辆，可以提高车辆的动力性和经济性，并且具备一定的对外供电能力。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转向能力好的正差速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，提供了一种正差速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，驱动第一行星排的太阳轮和第二行星排的太阳轮；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，转向机构包括：内啮合双星排和转向电动机/发电机，转向电动机/发电机驱动内啮合双星排的行星架，内啮合双星排的齿圈与第一行星排的太阳轮和第二行星排的太阳轮驱动连接。

进一步地，正差速式机电复合传动装置还包括第一制动器，内啮合双星排的齿圈通过一个第一制动器与第一行星排的太阳轮驱动连接，内啮合双星排的齿圈通过另一个第一制动器与第二行星排的太阳轮驱动连接。

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/发电机同时驱动第三行星排的太阳轮及第四行星排的齿圈，外部动力从第三行星排的齿圈输入；第二电动机/发电机同时驱动第四行星排的太阳轮及第五行星排的太阳轮；第三行星排的行星架和第四行星排的行星架通过离合器与第五行星排的齿圈驱动连接；第五行星排的齿圈驱动第一行星排的齿圈和第二行星排的齿圈。

进一步地，直驶变速机构还包括第二制动器，其主动部分与第五行星排的行星架连接。

进一步地，正差速式机电复合传动装置还包括驱动控制器，与转向电动机/发电机连接。

进一步地，正差速式机电复合传动装置还包括驱动控制器，与第一电动机/发电机和第二电动机/发电机连接。

进一步地，内啮合双星排的齿圈通过一个半轴与第一行星排的太阳轮驱动连接，内啮合双星排的齿圈通过另一个半轴与第二行星排的太阳轮驱动连接。

本发明通过双模式无级调速直驶变速机构可以实现车辆的无级调速；通过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。

附图说明

图1示意性示出了本发明的结构示意图。

图中附图标记：1、第一制动器；2、离合器；3、第二制动器；4、驱动控制器；5、半轴；6、半轴；7、主轴；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、内啮合双星排；31、行星架；33、齿圈；40、转向电动机/发电机；50、第三行星排；52、太阳轮；53、齿圈；60、第四行星排；61、行星架；62、太阳轮；63、齿圈；70、第五行星排；71、行星架；72、太阳轮；73、齿圈；80、第一电动机/发电机；90、第二电动机/发电机。

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。

本发明涉及一种机电复合传动装置，特别是一种适用于履带车辆的正差速式机电复合传动装置。

本发明属于混联方案，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。转向系统采用了正差速式方案，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。

此处，正差速式是指：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。转向时内侧太阳轮转速降低，外侧太阳轮转速升高，且内侧太阳轮转速的减小量与外侧太阳轮转速的增加量相同。

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；相比较零差速式方案，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，本发明提供了一种正差速式机电复合传动装置，特别适用于履带车辆，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，驱动第一行星排10的太阳轮12和第二行星排20的太阳轮22；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，转向机构包括：内啮合双星排30和转向电动机/发电机40，转向电动机/发电机40驱动内啮合双星排30的行星架31，内啮合双星排30的齿圈33与第一行星排10的太阳轮12和第二行星排20的太阳轮22驱动连接。

优选地，正差速式机电复合传动装置还包括第一制动器1，内啮合双星排30的齿圈33通过一个第一制动器1与第一行星排10的太阳轮12驱动连接，内啮合双星排30的齿圈33通过另一个第一制动器1与第二行星排20的太阳轮22驱动连接。

优选地，直驶变速机构包括：第三行星排50、第四行星排60、第五行星排70、第一电动机/发电机80和第二电动机/发电机90；第一电动机/发电机80同时驱动第三行星排50的太阳轮52及第四行星排60的齿圈63，外部动力从第三行星排50的齿圈53输入(请参考箭头A所示)；第二电动机/发电机90同时驱动第四行星排60的太阳轮62及第五行星排70的太阳轮72；第三行星排50的行星架51和第四行星排60的行星架61通过离合器2与第五行星排70的齿圈73驱动连接；第五行星排70的齿圈73驱动第一行星排10的齿圈13和第二行星排20的齿圈23。特别地，齿圈73与主轴7连接，从而驱动第一行星排10的齿圈13和第二行星排20的齿圈23分别沿箭头B和C输出动力。优选地，第三行星排50、第四行星排60为简单行星排，第五行星排70为内外啮合双星排。

通过上述结构，第三行星排50、第四行星排60、第五行星排70、第一电动机/发电机80和第二电动机/发电机90共同构成可以实现双模式无级变速的直驶变速机构。

优选地，转向电动机/发电机40、第一电动机/发电机80、第二电动机/发电机90均为永磁同步电机，可以是内嵌式，也可以是表贴式。

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。本发明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；利用圆柱齿轮差速器、转向电机及相应的操纵元件实现了无级转向。

优选地，直驶变速机构还包括第二制动器3，其主动部分与第五行星排70的行星架71连接。

优选地，正差速式机电复合传动装置还包括驱动控制器4，与转向电动机/发电机40连接。

优选地，正差速式机电复合传动装置还包括驱动控制器4，与第一电动机/发电机80和第二电动机/发电机90连接。优选地，驱动控制器4还与储能装置100连接。储能装置100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，内啮合双星排30的齿圈33通过一个半轴5与第一行星排10的太阳轮12驱动连接，内啮合双星排30的齿圈33通过另一个半轴6与第二行星排20的太阳轮22驱动连接。

优选地，第一和第二制动器为湿式多片制动器，离合器为湿式多片离合器。

下面，对本发明的工作原理进行详细说明。

当第二制动器3结合，离合器2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80的转速随车速的升高从反向最大转速逐渐向零变化，第二电动机/发电机90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。

当离合器2结合，第二制动器3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80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90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，可以通过转向电动机/发电机40进行无级调速，电动机/发电机40的功率可以参与直驶，提高了电机的利用率。

转向时，若制动第一制动器1，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40的转速，来实现车辆转向半径的无级调节。转向时可以保证车辆的车速不变。若制动另一个第一制动器1，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40的转速越高，转向半径越小。

本发明通过双模式无级调速直驶变速机构可以实现车辆的无级调速；通过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40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 (8)

1.一种正差速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，驱动所述第一行星排(10)的太阳轮(12)和所述第二行星排(20)的太阳轮(22)；

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)。

2.根据权利要求1所述的正差速式机电复合传动装置，其特征在于，所述转向机构包括：内啮合双星排(30)和转向电动机/发电机(40)，所述转向电动机/发电机(40)驱动所述内啮合双星排(30)的行星架(31)，所述内啮合双星排(30)的齿圈(33)与所述第一行星排(10)的太阳轮(12)和所述第二行星排(20)的太阳轮(22)驱动连接。

3.根据权利要求2所述的正差速式机电复合传动装置，其特征在于，所述正差速式机电复合传动装置还包括第一制动器(1)，所述内啮合双星排(30)的齿圈(33)通过一个所述第一制动器(1)与所述第一行星排(10)的太阳轮(12)驱动连接，所述内啮合双星排(30)的齿圈(33)通过另一个所述第一制动器(1)与所述第二行星排(20)的太阳轮(22)驱动连接。

4.根据权利要求1所述的正差速式机电复合传动装置，其特征在于，所述直驶变速机构包括：第三行星排(50)、第四行星排(60)、第五行星排(70)、第一电动机/发电机(80)和第二电动机/发电机(90)；

所述第一电动机/发电机(80)同时驱动所述第三行星排(50)的太阳轮(52)及第四行星排(60)的齿圈(63)，外部动力从所述第三行星排(50)的齿圈(53)输入；

所述第二电动机/发电机(90)同时驱动所述第四行星排(60)的太阳轮(62)及所述第五行星排(70)的太阳轮(72)；

所述第三行星排(50)的行星架(51)和第四行星排(60)的行星架(61)通过离合器(2)与所述第五行星排(70)的齿圈(73)驱动连接；

所述第五行星排(70)的齿圈(73)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)。

5.根据权利要求4所述的正差速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第二制动器(3)，其主动部分与所述第五行星排(70)的行星架(71)连接。

6.根据权利要求2所述的正差速式机电复合传动装置，其特征在于，所述正差速式机电复合传动装置还包括驱动控制器(4)，与所述转向电动机/发电机(40)连接。

7.根据权利要求4所述的正差速式机电复合传动装置，其特征在于，所述正差速式机电复合传动装置还包括驱动控制器(4)，与所述第一电动机/发电机(80)和第二电动机/发电机(90)连接。

8.根据权利要求2所述的正差速式机电复合传动装置，其特征在于，所述内啮合双星排(30)的齿圈(33)通过一个半轴(5)与所述第一行星排(10)的太阳轮(12)驱动连接，所述内啮合双星排(30)的齿圈(33)通过另一个半轴(6)与所述第二行星排(20)的太阳轮(22)驱动连接。