CN104175857A - 履带车辆双电机动力耦合混合动力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种动力耦合传动装置。履带车辆双电机动力耦合混合动力装置，其技术方案是：它包括：发动机、发电机和电机控制单元，左右侧驱动电机、电机减速行星排、中间功率耦合机构、输出变速机构。发电机把发动机的机械能转化为电能，电机控制单元控制发电机以及两台驱动电机，电机减速行星排匹配电机和中间功率耦合机构的转速；两侧输出变速机构扩大驱动电机的传动比范围，满足履带车辆最大车速以及最大爬坡度的要求；本发明可实现转向回流功率的高效传递，由两台驱动电机共同直驶与转向功能，提高了电机的功率利用；中间功率耦合机构采用了复式行星机构组成，结构简单，传动效率高。

Description

履带车辆双电机动力耦合混合动力装置
技术领域
本发明属于动力传动技术领域，具体涉及一种动力耦合传动装置。
背景技术
国内外履带车辆混合动力传动装置的研究主要集中在双侧电机独立驱动型式以及双流零差速式。
双侧电机独立驱动型式结构简单，两个驱动电机分别驱动两侧履带，直驶工况控制两侧电机的速度一致；转向时，通过控制两侧电机的转速差实现。由于履带车辆小半径转向时内侧履带会产生转向回流功率，为充分利用该部分功率，内外侧驱动电机必须具备很大的功率容量，使转向回流功率通过内侧电机发电，利用电系统回馈到外侧电机。这种驱动型式需要电机具备很大的功率等级，额外增大了传动系统的体积及重量，也增大了电机的技术要求。
双流零差速式传动装置克服了双侧电机独立驱动的技术缺点，转向过程中使用汇流行星排及零轴，通过机械方式高效解决了转向汇流功率从内侧履带传递到外侧履带。直驶电机完成直驶推进，转向电机负责转向功率，各施其职。但不足之处为直驶过程中转向电机的功率不能利用，同样转向过程中直驶电机的功率不能利用，存在电机功率闲置，容易造成传动装置总体尺寸及重量偏大。
英国BAE公司专利(US7326141B2)中提及的E-X-Drive履带车辆混合动力装置由2台直驶电机、1台转向电机以及1个动力耦合机构组成。小半径转向时，2台直驶电机和1台转向电机共同完成，通过动力耦合机构有效地传递了从内侧履带到外侧履带的转向回流功率；因此转向电机的功率可为双流零差速式转向电机功率的一半左右。中等转向半径到大转向半径的工况，单独由转向电机完成，此时直驶电机只负责高速行驶时的大功率直驶推进。这种型式的混合动力传动装置实现了直驶与转向电机功率的部分耦合，较双流零差速式有效地提高了电机的功率利用。
中国专利CN102229319A中描述了几种双侧电机驱动兼具备转向功能的履带车辆混合动力传动装置，解决了双侧电机独立驱动对牵引电机要求高、体积重量大的缺点，实现了转向电机以及直驶电机的功率耦合，两台电机共同完成直驶与转向功能，提高了电机的功率利用，可进一步减小传动装置的体积及重量。但动力耦合机构复杂，需要3～4个行星排相互连接，组成二自由度行星机构，其内部构件在履带车辆转向过程中容易产生循环功率，影响了传动系统的提高。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有技术的不足，提供一种履带车辆用双电机耦合混合动力传动装置；
本发明的技术方案是：履带车辆双电机动力耦合混合动力装置，它包括：前传动链部分，中间功率耦合机构，左侧传动部分以及右侧传动部分；
前传动链部分包括：发动机、发电机以及电机控制器；发电机将发动机的机械能转化为电能，并提供至电机控制器；
左侧传动部分包括：驱动电机、减速行星排齿圈、减速行星排齿圈太阳轮、减速行星排行星架、换挡行星排太阳轮、换挡行星排行星架、换挡机构、输出轴、换挡行星排齿圈以及换挡电机；驱动电机通过电缆与电机控制器连接；驱动电机的输出轴连接减速行星排太阳轮，减速行星排行星架连接中间功率耦合机构一侧的输入端，减速行星排齿圈固定于驱动电机端盖；换挡行星排太阳轮连接中间功率耦合机构一侧的输出端，换挡行星排齿圈固定在壳体上，换挡机构连接换挡行星排行星架和换挡行星排太阳轮，其中，换挡机构采用换挡电机控制，换挡电机通过换挡丝杆和换挡拨叉进行换挡；换挡机构通过输出轴将动力输出；
右侧传动部分的组成及连接关系与左侧传动部分相同；
中间功率耦合机构用于实现直驶和转向功率的耦合。
有益效果是：(1)内侧履带转向回流功率可大部分通过中间功率耦合机构传递到外侧履带，所需的驱动电机功率较小，技术要求较低。
(2)布置灵活，总体尺寸小；由于取消了双流零差速式的转向电机以及转向电机零轴，所有元件可以同轴布置，结构紧凑，空间利用率好。
(3)采用直驶与转向功率耦合，两台驱动电机共同完成直驶与转向功率，电机的功率利用率高，没有功率和构件闲置，传动系统的功率密度可以进一步提高。
(4)两台驱动电机可完成中心转向，小半径转向时，两台直驶电机的功率可全部用于转向，转向性能优异；高速工况，两台驱动电机提供直驶功率，可利用电机的峰值能力完成大半径修正转向；所用工况下两台电机的功率可得到充分利用。
附图说明
图1为本发明实施方式一的传动简图；
图2为本发明实施方式二的传动简图；
图3为本发明实施方式三的传动简图；
图4为本发明实施方式四的传动简图；
图5为本发明实施方式五的传动简图；
其中，1驱动电机、2-减速行星排齿圈、3-驱动电机端盖、4-驱动电机输出轴、5-减速行星排齿圈太阳轮、6-减速行星排行星架、7-换挡行星排太阳轮、8-换挡行星排行星架、9-换挡机构、10-输出轴、11-换挡行星排齿圈、12-换挡电机、13-换挡丝杆、14-功率耦合机构行星架、15-功率耦合机构输入太阳轮、16-功率耦合机构输出太阳轮、17-功率耦合机构大行星轮、18-功率耦合机构小行星轮、19-换挡拨叉、20-发动机、21-发电机、22-电机控制器、114-外啮合双联排的行星架、115-普通行星排A的太阳轮、116-外啮合双联排的太阳轮、118-普通行星排A的行星架、119-普通行星排A的齿圈、214-内啮合双星排的行星架、215-普通行星排B的太阳轮、216-普通行星排B的行星架、217-普通行星排B的齿圈、314-啮合双星排的行星架、315-普通行星排C的太阳轮、316-普通行星排C的行星架、317-普通行星排C的齿圈、319-外啮合双星排的太阳轮、414-内外啮合双星排的行星架、415-普通行星排D的太阳轮、416-普通行星排D的行星架、417-普通行星排D的齿圈、419-内外啮合双星排的齿圈。
具体实施方式
参见附图1，履带车辆双电机动力耦合混合动力装置，它包括：前传动链部分，中间功率耦合机构，左侧传动部分以及右侧传动部分；
前传动链部分包括：发动机20、发电机21以及电机控制器22；发电机21将发动机20的机械能转化为电能，并提供至电机控制器22；
左侧传动部分包括：驱动电机1、减速行星排齿圈2、减速行星排齿圈太阳轮5、减速行星排行星架6、换挡行星排太阳轮7、换挡行星排行星架8、换挡机构9、输出轴10、换挡行星排齿圈11以及换挡电机12；驱动电机1通过电缆与电机控制器22连接；驱动电机1的输出轴4连接减速行星排太阳轮5，减速行星排行星架6连接中间功率耦合机构一侧的输入端，减速行星排齿圈2固定于驱动电机端盖3；换挡行星排太阳轮7连接中间功率耦合机构一侧的输出端，换挡行星排齿圈11固定在壳体上，换挡机构9连接换挡行星排行星架8和换挡行星排太阳轮7，其中，换挡机构9采用换挡电机12控制，换挡电机12通过换挡丝杆13和换挡拨叉19进行换挡；换挡机构9通过输出轴10将动力输出；
右侧传动部分的组成及连接关系与左侧传动部分相同；
中间功率耦合机构用于实现直驶和转向功率的耦合。
中间功率耦合机构的技术方案之一是：参见附图1，中间功率耦合机构包括：功率耦合机构行星架14、两个功率耦合机构输入太阳轮15、两个功率耦合机构输出太阳轮16、两个功率耦合机构大行星轮17以及两个功率耦合机构小行星轮18；其中，由两个功率耦合机构输出太阳轮16、两个功率耦合机构小行星轮18、功率耦合机构行星架14组成一组内外啮合双联排，由两个功率耦合机构输入太阳轮15、两个功率耦合机构输出太阳轮16、两个功率耦合机构大行星轮17、两个功率耦合机构小行星轮18、功率耦合机构行星架14组成两组内外啮合双星排；两组内外啮合双星排以及内外啮合双联排共用功率耦合机构行星架14，功率耦合机构输入太阳轮15为中间功率耦合机构的输入端，功率耦合机构输出太阳轮16为中间功率耦合机构的输出端。
中间功率耦合机构的技术方案之二是：参见附图2，中间功率耦合机构包括：外啮合行星排以及两个普通行星排A；外啮合双联排的行星架114连接两个普通行星排A的齿圈119，两个普通行星排A的行星架118分别连接外啮合双联排的两个太阳轮116，两个普通行星排A的太阳轮115为中间功率耦合机构的输入端，外啮合双联排的两个太阳轮116为中间功率耦合机构的输出端。
中间功率耦合机构的技术方案之三是：参见附图3，中间功率耦合机构包括：内啮合双星排以及两个普通行星排B；内啮合双星排的行星架214连接两个普通行星排B的齿圈217，两个普通行星排B的行星架216分别连接内啮合双星排的两个齿圈217，两个普通行星排B的太阳轮215为中间功率耦合机构的输入端，两个普通行星排B的行星架216为中间功率耦合机构的输出端。
中间功率耦合机构的技术方案之四是：参见附图4，中间功率耦合机构包括：外啮合双星排以及两个普通行星排C；外啮合双星排的行星架314连接两个普通行星排C的齿圈317，两个普通行星排C的行星架316分别连接外啮合双星排的两个太阳轮319，两个普通行星排C的太阳轮315为中间功率耦合机构的输入端，两个普通行星排C的行星架316为中间功率耦合机构的输出端。
中间功率耦合机构的技术方案之五是：参见附图5，中间功率耦合机构包括：内外啮合双星排与两个普通行星排D；其中，内外啮合双星排的行星架414连接两个普通行星排D的齿圈417，两个普通行星排D的行星架416分别连接内外啮合双星排的两个齿圈419，两个普通行星排D的太阳轮415为中间功率耦合机构的输入端，两个普通行星排D的行星架416为中间功率耦合机构的输出端。
履带车辆各行驶工况下的实施如下：
爬坡：换挡机构使中间功率耦合机构的输出端连接换挡行星排行星架，传动系统处于抵挡，动力由发动机20、发电机21传递到电机控制单元22，电机控制单元22通过控制左右两侧驱动电机同向同速驱动，驱动履带车辆爬坡。
正常行驶：换挡机构使中间功率耦合机构的输出端连接换挡行星排太阳轮7，传动系统处于高挡，动力由发动机20、发电机21传递到电机控制单元22，电机控制单元22通过控制左右两侧驱动电机同向同速驱动，驱动履带车辆爬坡。
中心转向：换挡机构使中间功率耦合机构的输出端连接换挡行星排行星架，传动系统处于抵挡，动力由发动机20、发电机21传递到电机控制单元22，电机控制单元22通过控制左右两侧电机正反同速驱动，实现履带车辆的中心转向。
转向工况：换挡机构处于相同挡位，动力由发动机20、发电机21传递到电机控制单元22；右转时，电机控制单元22控制右侧驱动电机速度增大，左侧电机以相同的速差减速。左转时，电机控制单元22控制左侧驱动电机速度增大，右侧电机以相同的速差减速。大半径修正方向转向时，两侧驱动电机均输出功率；小半径转向时，内侧回流功率小部分通过内侧电机发电，反馈到外侧电机，大部分回流功率通过中间功率耦合机构传递到外侧履带。
倒挡：换挡机构处于相同挡位，动力由发动机20、发电机21传递到电机控制单元22，电机控制单元22通过控制左右两侧电机共同反向同速驱动，驱动履带车辆倒挡行驶。

Claims (6)

1.履带车辆双电机动力耦合混合动力装置，其特征在于：它包括：前传动链部分，中间功率耦合机构，左侧传动部分以及右侧传动部分；
所述前传动链部分包括：发动机(20)、发电机(21)以及电机控制器(22)；所述发电机(21)将所述发动机(20)的机械能转化为电能，并提供至所述电机控制器(22)；
所述左侧传动部分包括：驱动电机(1)、减速行星排齿圈(2)、减速行星排齿圈太阳轮(5)、减速行星排行星架(6)、换挡行星排太阳轮(7)、换挡行星排行星架(8)、换挡机构(9)、输出轴(10)、换挡行星排齿圈(11)以及换挡电机(12)；所述驱动电机(1)通过电缆与所述电机控制器(22)连接；所述驱动电机(1)的输出轴(4)连接所述减速行星排太阳轮(5)，所述减速行星排行星架(6)连接所述中间功率耦合机构一侧的输入端，所述减速行星排齿圈(2)固定于驱动电机端盖(3)；换挡行星排太阳轮(7)连接所述中间功率耦合机构一侧的输出端，所述换挡行星排齿圈(11)固定在壳体上，所述换挡机构(9)连接所述换挡行星排行星架(8)和所述换挡行星排太阳轮(7)，其中，所述换挡机构(9)采用所述换挡电机(12)控制，所述换挡电机(12)通过换挡丝杆(13)和换挡拨叉(19)进行换挡；所述换挡机构(9)通过输出轴(10)将动力输出；
所述右侧传动部分的组成及连接关系与所述左侧传动部分相同；
所述中间功率耦合机构用于实现直驶和转向功率的耦合。
2.如权利要求1所述的履带车辆双电机动力耦合混合动力装置，其特征在于：所述中间功率耦合机构包括：功率耦合机构行星架(14)、两个功率耦合机构输入太阳轮(15)、两个功率耦合机构输出太阳轮(16)、两个功率耦合机构大行星轮(17)以及两个功率耦合机构小行星轮(18)；其中，由两个所述功率耦合机构输出太阳轮(16)、两个所述功率耦合机构小行星轮(18)、所述功率耦合机构行星架(14)组成一组内外啮合双联排，由两个所述功率耦合机构输入太阳轮(15)、两个所述功率耦合机构输出太阳轮(16)、两个所述功率耦合机构大行星轮(17)、两个所述功率耦合机构小行星轮(18)、所述功率耦合机构行星架(14)组成两组内外啮合双星排；所述两组内外啮合双星排以及所述内外啮合双联排共用所述功率耦合机构行星架(14)，所述功率耦合机构输入太阳轮(15)为所述中间功率耦合机构的输入端，所述功率耦合机构输出太阳轮(16)为所述中间功率耦合机构的输出端。
3.如权利要求1所述的履带车辆双电机动力耦合混合动力装置，其特征在于：所述中间功率耦合机构包括：外啮合行星排以及两个普通行星排A；所述外啮合双联排的行星架(114)连接两个所述普通行星排A的齿圈(119)，两个所述普通行星排A的行星架(118)分别连接所述外啮合双联排的两个太阳轮(116)，两个所述普通行星排A的太阳轮(115)为所述中间功率耦合机构的输入端，所述外啮合双联排的两个太阳轮(116)为所述中间功率耦合机构的输出端。
4.如权利要求1所述的履带车辆双电机动力耦合混合动力装置，其特征在于：所述中间功率耦合机构包括：内啮合双星排以及两个普通行星排B；所述内啮合双星排的行星架(214)连接两个所述普通行星排B的齿圈(217)，两个所述普通行星排B的行星架(216)分别连接所述内啮合双星排的两个齿圈(217)，两个所述普通行星排B的太阳轮(215)为所述中间功率耦合机构的输入端，两个所述普通行星排B的行星架(216)为所述中间功率耦合机构的输出端。
5.如权利要求1所述的履带车辆双电机动力耦合混合动力装置，其特征在于：所述中间功率耦合机构包括：外啮合双星排以及两个普通行星排C；所述外啮合双星排的行星架(314)连接两个所述普通行星排C的齿圈(317)，两个所述普通行星排C的行星架(316)分别连接所述外啮合双星排的两个太阳轮(319)，两个所述普通行星排C的太阳轮(315)为所述中间功率耦合机构的输入端，两个所述普通行星排C的行星架(316)为所述中间功率耦合机构的输出端。
6.如权利要求1所述的履带车辆双电机动力耦合混合动力装置，其特征在于：所述中间功率耦合机构包括：内外啮合双星排与两个普通行星排D；其中，所述内外啮合双星排的行星架(414)连接两个所述普通行星排D的齿圈(417)，两个所述普通行星排D的行星架(416)分别连接所述内外啮合双星排的两个齿圈(419)，两个所述普通行星排D的太阳轮(415)为所述中间功率耦合机构的输入端，两个所述普通行星排D的行星架(416)为所述中间功率耦合机构的输出端。
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