CN106427526A - 混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，包括：一个驱动电机，驱动电机的输出轴通过联轴器连接有传动主轴，在传动主轴上间隔设置有多个第一圆锥齿轮；多个输出单体，每个输入单体均包括第一从动输出轴，每个从第一从动输出轴上均安装有与第一圆锥齿轮配合的第二圆锥齿轮；所述的每个输出单体中设置有离合装置，离合装置的一端与所述的第一从动输出轴连接，离合装置的另一端连接有第二从动输出轴，第二从动输出轴上安装有输出齿轮。较现有技术相比，本发明的系统仅需采用单动力源，即可实现多路的输出，且多路的输出可进行独立控制，从而较大地精简了现有技术中需要多路输出的工程机械的动力、传动系统的结构。

Description

混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统
技术领域
本发明涉及机械控制技术领域，具体涉及一种混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，适用于需要多路输出的工程机械。
背景技术
目前，随着我国经济高速发展，基础设施建设正大力推进，而基础设施建设的高效性很大程度上由相应的工程机械的性能决定。而工程机械作业的高效性体现在其作业的机动性和灵活性。机动性和灵活性的需要靠机械本体具有更多的独立活动的部件组成。
而现有的工程机械大多运用多个电机来对不同运动部件进行驱动，即有多少自由活动部件就需要多少个电机。通过增加电机的数量虽然能解决多运动部件的驱动问题，但因为电机的增加，其成本也会变得很大，这也成为制约工程机械发展的重要原因。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，以在一定程度上解决现有的工程机械需要用到多个电机驱动，从而导致工程机械成本居高不下的问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，包括：
一个驱动电机，驱动电机的输出轴通过联轴器连接有传动主轴，在传动主轴上间隔设置有多个第一圆锥齿轮；
多个输出单体，每个输入单体均包括第一从动输出轴，每个从第一从动输出轴上均安装有与第一圆锥齿轮配合的第二圆锥齿轮；
所述的每个输出单体中设置有离合装置，离合装置的一端与所述的第一从动输出轴连接，离合装置的另一端连接有第二从动输出轴，第二从动输出轴上安装有输出齿轮。
进一步地，所述的每个离合装置均通过一路单独的电信号进行控制，以实现第一从动输出轴和第二从动输出轴之间动力的传递或断开。
进一步地，所述的离合装置包括间隔设置的输入磁极盘和输出磁极盘，输入磁极盘和输出磁极盘均包括盘体和限位套，限位套同轴贯连在盘体一侧；所述的输入磁极盘安装在第一从动输出轴的端部，输出磁极盘安装在第二从动输出轴的端部，输入磁极盘、输出磁极盘上相对的一侧分别设置有输入磁极齿和输出磁极齿。
进一步地，所述的第一从动输出轴上设置有轴肩，所述的输入磁极盘的盘体和限位套上同轴开设有通孔，输入磁极盘通过通孔套装在第一从动输出轴上，并利用轴端锁紧螺母进行固定；在所述的轴肩和限位套之间依次设置有一对滚动轴承、轴套，在所述的一对滚动轴承之间设置有轴承隔套。
进一步地，所述的输入磁极盘上设置有三个第一导环，这三个第一导环为间隔设置在限位套中的A相导环、B相导环和C相导环，三个第一导环之间均设置有绝缘垫片；所述的输入磁极盘的盘体上设置有轴向截面呈T形结构的磁极，磁极在盘体圆周上设置多个，所述的输入磁极齿布设在磁极表面上；在所述的磁极上缠绕有第一线圈，第一线圈连接至所述的A相导环、B相导环和C相导环。
进一步地，所述的磁极在输入磁极盘的盘体上均匀设置6个，这6个磁极分成三对磁极组，在盘体直径线上的两个磁极作为一对磁极组，每一对磁极组上的第一线圈共同连接至一个所述的第一导环，三对磁极组上的第一线圈连接至不同的第一导环。
进一步地，所述的输出磁极盘的限位套中设置有第二导环，并在限位套中环绕设置有第二线圈；所述的输出磁极齿布设在输出磁极盘的盘体表面；第一线圈、第二线圈通过碳刷组件供电。
进一步地，所述的输入磁极齿和输出磁极齿的规格相同，输出磁极齿在输出磁极盘的盘体表面均匀布设，当某个磁极组上的输入磁极齿与输出磁极盘上的输出磁极齿正对时，其余两个磁极组上的输入磁极齿与输出磁极盘上的输出磁极齿错开。
进一步地，所述的输入磁极盘、输出磁极盘之间的最小间距为0.2～0.5mm。
进一步地，所述的输出磁极盘上的输出磁极齿的个数为20个或40个，当为20个时，每个磁极上输入磁极齿的个数为3个；当为40个时，每个磁极上输入磁极齿的个数为5个。
本发明与现有技术相比具有以下技术特点：
1.本发明提出了一种新型的动力传动和输出系统，较现有技术相比，该系统仅需采用单动力源，即可实现多路的输出，且多路的输出可进行独立控制，从而较大地精简了现有技术中需要多路输出的工程机械的动力、传动系统的结构，提高了工程机械传动的结构紧凑性，并且有利于减少能源损耗，提高能源使用效率；
2.本发明中采用采用非接触式磁动力传动结构进行动力源和输出通路之间动力的传递，这种动力传递方式，不仅利于对输出通路动力的精确控制，并且避免了传动接触而产生的零件损坏、损耗，从而有效地提高了传动系统的耐用性，同时可实现传动接合、断开以及增速、减速的无极调速。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为离合装置的纵向剖视示意图；
图3为输入磁极齿和输出磁极齿配合时的结构示意图；
图4为输入磁极盘的结构示意图；
图5为输入磁极盘的轴向剖视示意图；
图6为输入磁极盘上三对磁极组的结构示意图；
图7为输出磁极盘的结构示意图；
图8为输出磁极盘的轴向剖视示意图；
图中标号代表：1—驱动电机，2—联轴器，3—传动主轴，4—第一圆锥齿轮，5—第二圆锥齿轮，6—第一从动输出轴，7—输出单体，8—输出齿轮，9—第二从动输出轴，71—轴肩，72—限位套，73—输入磁极盘，74—滚动轴承，75—轴承隔套，76—轴套，77—碳刷组件，78—输出磁极盘，79—轴端锁紧螺母，731—A相导环，732—绝缘垫片，733—B相导环，734—C相导环，735—盘体，736—第一线圈，737—磁极，738—输入磁极齿，781—第二导环，782—第二线圈，783—输出磁极齿。
具体实施方式
遵从上述技术方案，如图1至图6所示，本发明公开了一种混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，包括：
一个驱动电机1，驱动电机1的输出轴通过联轴器2连接有传动主轴3，在传动主轴3上间隔设置有多个第一圆锥齿轮4；
多个输出单体7，每个输入单体均包括第一从动输出轴6，每个从第一从动输出轴6上均安装有与第一圆锥齿轮4配合的第二圆锥齿轮5；
所述的每个输出单体7中设置有离合装置，离合装置的一端与所述的第一从动输出轴6连接，离合装置的另一端连接有第二从动输出轴9，第二从动输出轴9上安装有输出齿轮8。
本发明的设计初衷是利用一个驱动电机1，实现多路的动力输出。本方案中，每一路均对应第一个输出单体7，利用输出单体7控制该路的输出。如图1所示，为本发明的整体结构示意图。在本发明的基本结构中，主要包括驱动电机1和传动主轴3，驱动电机1输出的扭矩通过联轴器2传递给传动主轴3，然后每一个输出单体7利用第二圆锥齿轮5和第一圆锥齿轮4的配合从传动主轴3上获取动力，以完成动力的基本传输。
在一些机械装置中，每一个输出通路作用的时间是有差异的，这就要求本方案中每一个输出单体7是独立可控的，这里的输出单体7是指工程机械上通过需要通过电机驱动的可活动的结构。为了解决这个问题，本方案中在每个输出单体7中设置了离合装置，离合装置实现第一从动主轴到第二从总主轴之间动力的传递与断开，并且每个离合装置均通过一路单独的电信号进行控制，从而实现上述功能；当离合装置使动力传递时，动力最终通过传动主轴3、第一从动输出轴6到达第二从动输出轴9，并利用输出齿轮8进行动力的输出。
本方案中的离合装置，如图2所示，离合装置包括间隔设置的输入磁极盘73和输出磁极盘78，输入磁极盘73和输出磁极盘78均包括盘体735和限位套72，限位套72同轴贯连在盘体735一侧；所述的输入磁极盘73安装在第一从动输出轴6的端部，输出磁极盘78安装在第二从动输出轴9的端部，输入磁极盘73、输出磁极盘78上相对的一侧分别设置有输入磁极齿738和输出磁极齿783，通过输出磁极齿783和输出磁极齿783的相互作用，实现两个磁极737盘之间动力的传递或分离。
具体的输入磁极盘73的设置方式是，第一从动输出轴6上设置有轴肩71，所述的输入磁极盘73的盘体735和限位套72上同轴开设有通孔，输入磁极盘73通过通孔套装在第一从动输出轴6上，并利用轴端锁紧螺母79进行固定；在所述的轴肩71和限位套72之间依次设置有一对滚动轴承74、轴套76，滚动轴承74起到支撑第一从动输出轴6的作用，轴套76起到零件的定位作用；在所述的一对滚动轴承74之间设置有轴承隔套75，将成对安装的滚动轴承74隔开。需要说明的是，输出磁极盘78在第二从动输出轴9上的安装方式与输入磁极盘73相同，在此不赘述。
更为具体地，如图3至图6所示，输入磁极盘73上设置有三个第一导环，这三个第一导环为间隔设置在限位套72中的A相导环731、B相导环733和C相导环734，三个第一导环之间均设置有绝缘垫片732；所述的输入磁极盘73的盘体735上设置有轴向截面呈T形结构的磁极737，磁极737在盘体735圆周上设置多个，所述的输入磁极齿738布设在磁极737表面上；在所述的磁极737上缠绕有第一线圈736，第一线圈736连接至所述的A相导环731、B相导环733和C相导环734。
优选地，磁极737在输入磁极盘73的盘体735上均匀设置6个，这6个磁极737分成三对磁极组，在盘体735直径线上的两个磁极737作为一对磁极组(例如图6中的A、B、C即为三个磁极组)，每一对磁极组上的第一线圈736共同连接至一个所述的第一导环，三对磁极组上的第一线圈736连接至不同的第一导环。
如图6所示，输出磁极盘78的限位套72中设置有第二导环781，并在限位套72中环绕设置有第二线圈782；所述的输出磁极齿783布设在输出磁极盘78的盘体735表面；第一线圈736、第二线圈782通过碳刷组件77供电，碳刷组件77设置在输入磁极盘73、输出磁极盘78的一侧。输入磁极齿738和输出磁极齿783的规格相同，输出磁极齿783在输出磁极盘78的盘体735表面均匀布设，当某个磁极组上的输入磁极齿738与输出磁极盘78上的输出磁极齿783正对时，其余两个磁极组上的输入磁极齿738与输出磁极盘78上的输出磁极齿783错开。
在本发明给出的附图中，展示出了一个具体实施例的布设方式。
当某一输出单体7得电时，驱动电机1经联轴器2、传动主轴3和圆锥齿轮副传递的动力才能经过输出齿轮8输出，而没有得到电信号的输出单体7相应的输出齿轮8无动力输出。这样，通过对6个或多个并联的电可控动力输出单体7进行不同的电信号控制就能实现单个电机同时对不同目标电可控动力输出单体7进行动力输出，从而达到减少电动机数量，简化机械结构的目的。
本实施例中，输入磁极盘73和输出磁极盘78之间留有非常小的间隙，经过发明人长期研究和多次实验验证，输入磁极盘73、输出磁极盘78之间的最小间距为0.2～0.5mm；间隙越小，产生的磁转矩越大，但制造安装精度要相应提高。
本方案中，输入磁极盘73上有三对磁极组，如图所示，每一对磁极组对应两个磁极737，这两个磁极737位于盘体735的直径线的两端，这两个磁极737之间间隔其他的两对磁极组。在这样的布设条件下，第一线圈736的对应关系如图6所示，第一线圈736经A、B、C三相的三个第一导环引出如图5。经过发明人的试验验证，给出最优的布设方式是，输出磁极盘78上的输出磁极齿783的个数为20个或40个，当为20个时，每个磁极737上输入磁极齿738的个数为3个；当为40个时，每个磁极737上输入磁极齿738的个数为5个。
图3为两个磁极737盘上输入磁极齿738和输出磁极齿783配合部分的展开示意图。图的上部为输入磁极齿738展开图，A、B、C分别表示三个不同的相磁极737，图下部为输出磁极齿783展开图。当A相磁极737上的输入磁极齿738与输出磁极齿783正对时，B、C相的输入磁极齿738与输出磁极齿783分别错开1/3、2/3个齿位。输入磁极齿738和输出磁极齿783的规格是相同的，即大小、形状均相同。此时当输入磁极盘73上B相通电时，在感生磁场的作用下，输出磁极盘78将向右转动1/3个齿位，B相上的输入磁极齿738与输出磁极齿783正对，A、C分别错开2/3、1/3个齿位；当输入磁极盘73上C相通电时，在感生磁场的作用下，输出磁极盘78将向右转动1/3个齿位，C相的输入磁极齿738与输出磁极齿783正对，A、B分别错开2/3、1/3个齿位；这样，按通电顺序A-B-C-A便可使输出磁极盘78顺时针转动，从而实现了输出轴的非接触式动力传输。通过对输入磁极盘73、输出磁极盘78通电情况的不同组合可使输出轴动力输出有如下不同的特性：
1.输入磁极盘73与输出磁极盘78都不通电时，此时，两磁极737盘间不会产生磁场，也就没有磁力矩的作用。由于输入磁极盘73与输出磁极盘78之间存在间隙使第一从动输出轴6的转动对第二从动输出轴9无影响，表现为输入与输出断开；
2.当输入磁极盘73通电，而输出磁极盘78通电产生磁场旋转方向与输入轴旋转方向一致且旋转磁场的转速小于输入轴转速时，根据相对运动原理与异名磁极737相吸原理，第二从动输出轴9将获得比第一从动输出低的转动；改变输出磁极盘78旋转磁场的转速便可调节输出轴的输出转速，从而实现电控的输出减速无极调速过程；
3.当输入磁极盘73通电，而输出磁极盘78通电产生磁场旋转方向与输入轴旋转方向相反时，根据相对运动原理与异名磁极737相吸原理，第二从动输出将获得比第一从动输出高的转动；改变输出磁极盘78旋转磁场的转速便可调节输出轴的输出转速，从而实现电控的输出增速无极调速过程。

Claims (10)

1.一种混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，包括：
一个驱动电机(1)，驱动电机(1)的输出轴通过联轴器(2)连接有传动主轴(3)，在传动主轴(3)上间隔设置有多个第一圆锥齿轮(4)；
多个输出单体(7)，每个输入单体均包括第一从动输出轴(6)，每个从第一从动输出轴(6)上均安装有与第一圆锥齿轮(4)配合的第二圆锥齿轮(5)；
所述的每个输出单体(7)中设置有离合装置，离合装置的一端与所述的第一从动输出轴(6)连接，离合装置的另一端连接有第二从动输出轴(9)，第二从动输出轴(9)上安装有输出齿轮(8)。
2.如权利要求1所述的混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，所述的每个离合装置均通过一路单独的电信号进行控制，以实现第一从动输出轴(6)和第二从动输出轴(9)之间动力的传递或断开。
3.如权利要求1所述的混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，所述的离合装置包括间隔设置的输入磁极盘(73)和输出磁极盘(78)，输入磁极盘(73)和输出磁极盘(78)均包括盘体(735)和限位套(72)，限位套(72)同轴贯连在盘体(735)一侧；所述的输入磁极盘(73)安装在第一从动输出轴(6)的端部，输出磁极盘(78)安装在第二从动输出轴(9)的端部，输入磁极盘(73)、输出磁极盘(78)上相对的一侧分别设置有输入磁极齿(738)和输出磁极齿(783)。
4.如权利要求3所述的混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，所述的第一从动输出轴(6)上设置有轴肩(71)，所述的输入磁极盘(73)的盘体(735)和限位套(72)上同轴开设有通孔，输入磁极盘(73)通过通孔套装在第一从动输出轴(6)上，并利用轴端锁紧螺母(79)进行固定；在所述的轴肩(71)和限位套(72)之间依次设置有一对滚动轴承(74)、轴套(76)，在所述的一对滚动轴承(74)之间设置有轴承隔套(75)。
5.如权利要求3所述的混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，所述的输入磁极盘(73)上设置有三个第一导环，这三个第一导环为间隔设置在限位套(72)中的A相导环(731)、B相导环(733)和C相导环(734)，三个第一导环之间均设置有绝缘垫片(732)；所述的输入磁极盘(73)的盘体(735)上设置有轴向截面呈T形结构的磁极(737)，磁极(737)在盘体(735)圆周上设置多个，所述的输入磁极齿(738)布设在磁极(737)表面上；在所述的磁极(737)上缠绕有第一线圈(736)，第一线圈(736)连接至所述的A相导环(731)、B相导环(733)和C相导环(734)。
6.如权利要求5所述的混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，所述的磁极(737)在输入磁极盘(73)的盘体(735)上均匀设置(6)个，这(6)个磁极(737)分成三对磁极组，在盘体(735)直径线上的两个磁极(737)作为一对磁极组，每一对磁极组上的第一线圈(736)共同连接至一个所述的第一导环，三对磁极组上的第一线圈(736)连接至不同的第一导环。
7.如权利要求6所述的混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，所述的输出磁极盘(78)的限位套(72)中设置有第二导环(781)，并在限位套(72)中环绕设置有第二线圈(782)；所述的输出磁极齿(783)布设在输出磁极盘(78)的盘体(735)表面；第一线圈(736)、第二线圈(782)通过碳刷组件(77)供电。
8.如权利要求3所述的混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，所述的输入磁极齿(738)和输出磁极齿(783)的规格相同，输出磁极齿(783)在输出磁极盘(78)的盘体(735)表面均匀布设，当某个磁极组上的输入磁极齿(738)与输出磁极盘(78)上的输出磁极齿(783)正对时，其余两个磁极组上的输入磁极齿(738)与输出磁极盘(78)上的输出磁极齿(783)错开。
9.如权利要求3所述的混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，所述的输入磁极盘(73)、输出磁极盘(78)之间的最小间距为0.2～0.5mm。
10.如权利要求3所述的混合动力工程机械单电机多路可控动力输出系统，其特征在于，所述的输出磁极盘(78)上的输出磁极齿(783)的个数为20个或40个，当为20个时，每个磁极(737)上输入磁极齿(738)的个数为3个；当为40个时，每个磁极(737)上输入磁极齿(738)的个数为5个。
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