CN105365549A - 一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成 - Google Patents

Abstract

本发明属于属煤矿井下无轨辅助运输设备的技术领域，具体涉及一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成，解决了电驱动车辆不能满足煤矿井下复杂变化工况需求的问题。动力总成通过过桥与悬挂装置及车架相连接，动力总成在轮毂之内以车轴为中心从内到外嵌设有防爆电机和带湿式制动的行星减速装置。本发明采用轮毂电机减速驱动的机构型式，同时具有行车和驻车制动功能；省略了传统车辆所需的机械式操纵换档装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等，使驱动系统和整车结构简化，有效可利用空间大，传动效率提高。该动力总成可以使电机运行在高转速下，具有较高的比功率和效率，体积小、重量轻、爬坡性能好，能保证在车辆低速运行时获得较大的平稳转矩。

Description

一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成

技术领域

本发明属于属煤矿井下无轨辅助运输设备的技术领域，具体涉及一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成。

背景技术

煤矿井下是个环境恶劣的狭小作业空间，煤炭采掘、巷道支护、煤炭输送、设备安装、辅助材料的运输都在这一狭小空间完成，给煤炭采掘作业、安全运输带来了很大困难，同时给井下环境带来很大压力。由于柴油机车带来的环境污染和能源紧张的问题，低污染、零排放、噪音低、绿色环保的新能源车辆是发展趋势。

现有电驱动车辆大部分是在传统柴油机车的基础上改装而成，即用一个集中电机代替原来的发动机，动力通过电机、变速器、传动轴、差速器和半轴等传到车轮来驱动车辆前进。传统常规电机驱动系统很难克服“转矩不够大、效率不够高”的明显不足，不能够直接满足电动车辆各种复杂变化工况的需求，无法真正实现“输入高电压，输出大功率，获取高转矩；输入低电压，输出小功率，获取高效率；控制智能化，运行满功率，电机变功率”的电动车辆动力系统。煤矿电动车辆与地面普通电动车不同，受作业条件十分恶劣、作业工况复杂及作业空间严重受限等因素制约，对其底盘技术提出了更高更苛刻的要求，其动力系统必须保证比普通电动车动力系统具备更强的环境适应性，防爆电动车在煤矿井下狭窄巷道穿梭运行，其外形尺寸要尽可能小，在保证强度和刚度的条件下应力求质量小，以保证续航里程；同时为了满足井下巷道的防爆性和可靠性要求，车辆制动系统必须配备湿式制动器并具备失效安全式驻车功能。

因此，相比集中电机驱动，采用轮毂电机的多轮分布式动力驱动总成在矿井条件限制下具有明显优势，在动力总成中设置一体式行驻车制动装置，将驱动与制动装置进行一体式集成，可以使防爆电动车的配置更加灵活、运行更多的工况，真正实现了煤矿井下对电动车结构紧凑的要求，大大增强了防爆电动车的适应性。

发明内容

本发明为了解决电驱动车辆不能满足煤矿井下复杂变化工况需求的问题，提供了一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成。本发明集电机驱动技术、行星减速技术、封闭多盘湿式制动技术和控制器技术于一身，进行牵引力控制、转矩矢量控制及主动平顺性控制，可以替代传统车辆底盘中绝大部分执行机构，将防爆电机、传动系统和制动装置共同嵌入到车轮中，利用轮毂电机的快速响应特性来提高电动车辆的动态控制能力，使电动车在驱动、制动、转向等多种工况下均具有较好的表现，通过构造电动车辆专用的轮毂电机车轮动力总成来实现高转矩高效率高电压变功率智能驱动系统。

本发明采用如下的技术方案完成：

一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成，其特征在于动力总成通过过桥与悬挂装置及车架相连接，动力总成在轮毂之内以车轴为中心从内到外嵌设有防爆电机和带湿式制动的行星减速装置。

所述的防爆电机采用双定子永磁无刷结构，电机无铸壳、以中间壳为对称中心两侧分别设置一组定子与转子结构，分别为初级定子和初级转子以及次级定子和次级转子，在初级定子和初级转子中间设置有电磁绕组，次级定子和次级转子之间设置有磁极，每组定子和转子的磁极之间有夹角；初级定子和次级定子安装在车轴上，通过定子机架使定子与车轴连接固定成为两个都静止不动的机械整体。

所述的行星减速装置包括行星减速器，行星减速器采用齿圈固定式、包括太阳轮、行星齿轮、齿圈，动力从内侧的太阳轮输入，由行星齿轮输出，太阳轮通过花键安装在车轴Ⅱ的外端并定位，车轴与车轴Ⅱ通过花键连接在一起并采用法兰与过桥相联；行星齿轮分别与太阳轮和齿圈啮合；与齿圈啮合的齿圈固定架和端盖以及轮毂用螺钉固定在一起，轮毂通过一对大小锥轴承支撑在花键套上；从电机和车轴传过来的力矩经太阳轮、行星齿轮最后传到轮毂上，使驱动轮旋转，驱动车辆行驶；整个动力总成采用闭式传动，它的外侧由端盖封闭。

所述的湿式制动为一体式湿式制动器采用闭式油冷却湿式制动，包括刹车片、两组活塞以及弹簧，刹车片包括浸在循环油液里的对偶片和摩擦片，摩擦片与轮毂通过齿圈固定架连接一起转动，对偶片与静壳Ⅰ、静壳Ⅱ用花键连接，而静壳Ⅰ、静壳Ⅱ用螺栓与电机外壳相固定，通过过桥与悬挂装置及车架相连接；制动器内有两组活塞、包括一组小活塞和一组大活塞，其中一组小活塞采用弹簧制动和液压释放工作方式实现车辆驻车制动和紧急制动，小活塞安装在大活塞和静壳Ⅰ之间，小活塞右端连接压盘，需要制动时，小活塞在弹簧作用下向右运动推动压盘压紧刹车片产生制动力矩，解除制动时，压力油经脚踏制动阀进入制动器油腔Ⅰ，推动小活塞向左运动并压缩弹簧，使制动器松闸；另一组大活塞采用液压制动和弹簧释放工作方式实现车辆行车制动，大活塞安装在静壳Ⅰ上，大活塞左端设置有制动弹簧组、右端连接压盘，需要制动时，压力油经脚踏制动阀进入制动器油腔Ⅱ，大活塞在压力油的作用下向右运动压紧刹车片产生制动力矩，解除制动时，脚踏制动阀动作切断压力油，大活塞在弹簧的作用下向左运动返回，使制动器松闸；两套功能共用一套制动弹簧组和刹车片，对偶片、摩擦片在油腔内接合。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：采用轮毂电机减速驱动的机构型式，同时具有行车和驻车制动功能。该动力总成省略了传统车辆所需的机械式操纵换档装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等,使驱动系统和整车结构简化,有效可利用空间大,传动效率提高。该动力总成可以使电机运行在高转速下,具有较高的比功率和效率，体积小、重量轻,、爬坡性能好，能保证在车辆低速运行时获得较大的平稳转矩。相比集中电机驱动，采用轮毂电机的多轮分布式动力驱动总成在矿井条件中的应用具有明显优势，在动力总成中设置一体式行驻车制动装置，集驱动与制动装置于一体，可以使防爆电动车的配置更加灵活、运行更多的工况，满足了煤矿井下对结构紧凑型防爆电动车的需求，大大增强了防爆电动车的适应性，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图中：1、防爆电机，2、行星减速装置，3、初级定子，4、初级转子，5、次级转子，6、次级定子，7、磁极，8、绕组，9、中间壳，10、车轴，11、一体式湿式制动器，12、行星减速器，13、小活塞，14、大活塞，15、对偶片，16、摩擦片，17、制动弹簧组，18、太阳轮，19、行星齿轮，20、过桥，21、定子机架，22、车轴Ⅱ，23、齿圈，24、齿圈固定架，25、端盖，26、轮毂，27、花键套，28、静壳Ⅰ，29、静壳Ⅱ，30、电机外壳，31、制动器油腔Ⅰ，32、制动器油腔Ⅱ，33、压盘。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成通过过桥20与悬挂装置及车架相连接，动力总成在轮毂26之内以车轴10为中心从内到外嵌设有防爆电机1和带湿式制动的行星减速装置2。防爆电机1把占传统常规三相感应电机质量一半以上的铸壳去掉，同时改变电机初级定子与次级转子的机械结构形式，构造一种对称的双定子平面圆环旋转电机。防爆电机1采用双定子永磁无刷结构，电机1无铸壳、以中间壳9为对称中心两侧分别设置一组定子与转子结构，分别为初级定子3和初级转子4以及次级定子6和次级转子5，在初级定子3和初级转子4中间设置有电磁绕组8，次级定子6和次级转子5之间设置有磁极7，每组定子和转子的磁极之间有夹角，在定转子磁场的相互吸引下，电机开始旋转运行；电机的初级定子3和次级定子6安装在车轴10上，通过定子机架21、销键等使定子与车轴连接固定成为两个都静止不动的机械整体。

行星减速装置2由外侧的一体式湿式制动器11和内侧的行星减速器12组成，一体式湿式制动器11集行驻车一体，可以实现行车制动和驻车制动两种功能，这种集成了行驻车功能的行星减速机构大大节省了整个动力总成所占用的空间，不仅外形尺寸小，可以增扭减速，增大整个传动系的总减速比，而且制动、减速功能齐全，特别符合煤矿井下车辆的使用条件。

一体式湿式制动器11采用闭式油冷却湿式制动，刹车片（包括对偶片15，摩擦片16）浸在循环油液里，制动器的热量通过油液进行冷却，使用寿命长，免维护。制动器11内有两组活塞，其中一组小活塞13采用弹簧制动和液压释放工作方式实现车辆驻车制动和紧急制动，摩擦片16与轮毂26通过齿圈固定架24连接一起转动，对偶片15与静壳Ⅰ28、静壳Ⅱ29用花键连接，而静壳Ⅰ28、静壳Ⅱ29用螺栓与电机外壳30相固定，通过过桥20与悬挂装置及车架相连接。制动器内有两组活塞、包括一组小活塞（13）和一组大活塞（14），其中一组小活塞（13）采用弹簧制动和液压释放工作方式实现车辆驻车制动和紧急制动，小活塞（13）安装在大活塞（14）和静壳Ⅰ（28）之间，小活塞（13）右端连接压盘（33），需要制动时，小活塞（13）在弹簧（17）作用下向右运动推动压盘（33）压紧刹车片产生制动力矩，解除制动时，压力油经脚踏制动阀进入制动器油腔Ⅰ（31），推动小活塞（13）向左运动并压缩弹簧（17），使制动器松闸；另一组大活塞（14）采用液压制动和弹簧释放工作方式实现车辆行车制动，大活塞（14）安装在静壳Ⅰ（28）上，大活塞（14）左端设置有制动弹簧组（17）、右端连接压盘（33），需要制动时，压力油经脚踏制动阀进入制动器油腔Ⅱ（32），大活塞（14）在压力油的作用下向右运动压紧刹车片产生制动力矩，解除制动时，脚踏制动阀动作切断压力油，大活塞（14）在弹簧（17）的作用下向左运动返回，使制动器松闸；湿式制动器只允许在湿式条件下使用，两套功能共用一套制动弹簧组（17）和刹车片，对偶片（15）、摩擦片（16）在油腔内接合，具有非常高的安全性及使用寿命。

所述的行星减速装置2包括行星减速器12，行星减速器12采用齿圈固定式，包括太阳轮18、行星齿轮19、齿圈23，内侧的太阳轮18固定于车轴10上，其与行星齿轮19相啮合形成减速齿轮对，通过齿轮增力后,，车辆的扭矩变大、爬坡性能好，能保证在车辆低速运行时获得较大的平稳转矩。动力从内侧的太阳轮18输入，由行星齿轮19输出，太阳轮18通过花键安装在车轴Ⅱ22的外端并定位，车轴10与车轴Ⅱ22通过花键连接在一起并采用法兰与过桥20相联。行星齿轮19分别与太阳轮18和齿圈23啮合。与齿圈啮合的齿圈固定架24和端盖25以及轮毂26用螺钉固定在一起，轮毂通过一对大小锥轴承支撑在花键套27上。从电机1和车轴10传过来的力矩经太阳轮18、行星齿轮19最后传到轮毂26上，使驱动轮旋转，驱动车辆行驶。整个动力总成采用闭式传动，它的外侧由端盖25封闭。

Claims (4)

1.一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成，其特征在于动力总成通过过桥（20）与悬挂装置及车架相连接，动力总成在轮毂（26）之内以车轴（10）为中心从内到外嵌设有防爆电机（1）和带湿式制动的行星减速装置（2）。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成，其特征在于防爆电机（1）采用双定子永磁无刷结构，电机（1）无铸壳、以中间壳（9）为对称中心两侧分别设置一组定子与转子结构，分别为初级定子（3）和初级转子（4）以及次级定子（6）和次级转子（5），在初级定子（3）和初级转子（4）中间设置有电磁绕组（8），次级定子（6）和次级转子（5）之间设置有磁极（7），每组定子和转子的磁极之间有夹角；初级定子（3）和次级定子（6）安装在车轴（10）上，通过定子机架（21）使定子与车轴（10）连接固定成为两个都静止不动的机械整体。

3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成，其特征在于所述的行星减速装置（2）包括行星减速器（12），行星减速器（12）采用齿圈固定式、包括太阳轮（18）、行星齿轮（19）、齿圈（23），动力从内侧的太阳轮（18）输入，由行星齿轮（19）输出，太阳轮（18）通过花键安装在车轴Ⅱ（22）的外端并定位，车轴（10）与车轴Ⅱ（22）通过花键连接在一起并采用法兰与过桥（20）相联；行星齿轮（19）分别与太阳轮（18）和齿圈（23）啮合；与齿圈啮合的齿圈固定架（24）和端盖（25）以及轮毂（26）用螺钉固定在一起，轮毂通过一对大小锥轴承支撑在花键套（27）上；从电机（1）和车轴（10）传过来的力矩经太阳轮（18）、行星齿轮（19）最后传到轮毂（26）上，使驱动轮旋转，驱动车辆行驶；整个动力总成采用闭式传动，它的外侧由端盖（25）封闭。

4.根据权利要求1所述的一种用于煤矿防爆电驱动车辆的动力总成，其特征在于所述的湿式制动为一体式湿式制动器（11）采用闭式油冷却湿式制动，包括刹车片、两组活塞以及弹簧，刹车片包括浸在循环油液里的对偶片（15）和摩擦片（16），摩擦片（16）与轮毂（26）通过齿圈固定架（24）连接一起转动，对偶片（15）与静壳Ⅰ（28）、静壳Ⅱ（29）用花键连接，而静壳Ⅰ（28）、静壳Ⅱ（29）用螺栓与电机外壳（30）相固定，通过过桥（20）与悬挂装置及车架相连接；制动器内有两组活塞、包括一组小活塞（13）和一组大活塞（14），其中一组小活塞（13）采用弹簧制动和液压释放工作方式实现车辆驻车制动和紧急制动，小活塞（13）安装在大活塞（14）和静壳Ⅰ（28）之间，小活塞（13）右端连接压盘（33），需要制动时，小活塞（13）在弹簧（17）作用下向右运动推动压盘（33）压紧刹车片产生制动力矩，解除制动时，压力油经脚踏制动阀进入制动器油腔Ⅰ（31），推动小活塞（13）向左运动并压缩弹簧（17），使制动器松闸；另一组大活塞（14）采用液压制动和弹簧释放工作方式实现车辆行车制动，大活塞（14）安装在静壳Ⅰ（28）上，大活塞（14）左端设置有制动弹簧组（17）、右端连接压盘（33），需要制动时，压力油经脚踏制动阀进入制动器油腔Ⅱ（32），大活塞（14）在压力油的作用下向右运动压紧刹车片产生制动力矩，解除制动时，脚踏制动阀动作切断压力油，大活塞（14）在弹簧（17）的作用下向左运动返回，使制动器松闸；两套功能共用一套制动弹簧组（17）和刹车片，对偶片（15）、摩擦片（16）在油腔内接合。