CN106816988A - 具有包括行星齿轮系统的电力系统的机器 - Google Patents

Abstract

公开了一种配置为与机器的电力系统一起操作的驱动联接器。该驱动联接器包括行星齿轮系统，该行星齿轮系统包括配置为接收来自发动机的输入的齿圈以及配置为驱动发电机的驱动轴的太阳齿轮；各自布置在行星齿轮轴上的多个行星齿轮，多个行星齿轮与太阳齿轮和齿圈啮合；以及包括第一行星架板以及第二行星架板的行星架，所述行星架板之间具有用于接收太阳齿轮和多个行星齿轮的开口部分。驱动联接器进一步包括布置在行星架中的配置为支撑发电机的驱动轴的轴承。

Description

具有包括行星齿轮系统的电力系统的机器

技术领域

本发明总体涉及具有包括行星齿轮系统的发电系统的机器，并且更具体地涉及在配置有行星齿轮系统的发电系统内具有驱动联接器的电力系统。

背景技术

各种作业机器(诸如推土机、装载机、挖掘机、自动平地机以及其他类型的建筑、作业和运土机械)使用燃烧发动机(诸如内燃机和发电机)来产生电力。由发动机驱动的发电机已经用于电动移动机器中，以提供用于机器系统的推进和操作的电力。

在这种策略下，可以实现整个发动机功率输出范围内的更稳定且更平滑的操作和过渡，而不是要求发动机输出的快速斜线上升和下降来适应电力需求的变化。换言之，通过使用由车载发动机和发电机系统提供的电力来向一些或所有机器系统供电，燃烧特性和整体发动机操作能够变得更易于预测且变化得不那么快。这避免了与系统上的电力需求变化相关联的发动机速度和负载发生大范围且快速的波动。在发动机操作更易于预测并且发动机输出的变化更平缓的情况下，与传统设计(其中发动机直接为机器推进系统、液压装置等供电)相比，已经证明可以对排放物和其他诸如燃料效率的因素进行出色的控制。

然而，为了实现最大能力和最大效率，一些发电机所要求的是可能显著大于发动机正常旋转速度的旋转速度。在这些情况下就需要机器部件来实现发电机的所需速度需求。这样的机器部件可能成本高、制造复杂、异常庞大等。例如，这样的机器部件具有包括布置在其中的壁和支撑结构的构造，这些壁和支撑机构增加了制造的复杂程度和成本，诸如中心壁。

标题为“发动机-发电机联接器”的美国专利第2,815,974号公开了一种这样的机器部件。在该专利中，行星齿轮装置和超越离合器将发电机联接到发动机。当发动机和发电机处于相同的速度下时，发动机通过直接驱动来驱动发电机。

因此，具有提供所需旋转速度的机器部件将会是有利的，该机器部件成本较低、制造更简单并且更紧凑。

发明内容

在一个方面，一种配置为与机器的电力系统一起操作的驱动联接器，该驱动联接器包括行星齿轮系统，该行星齿轮系统包括配置为接收来自发动机的输入的齿圈以及配置为驱动发电机的转子轴的太阳齿轮；各自布置在行星齿轮轴上的多个行星齿轮，多个行星齿轮与太阳齿轮和齿圈啮合；包括第一行星架板以及第二行星架板的行星架，在行星架板之间具有用于接收太阳齿轮和多个行星齿轮的开口部分；以及布置在行星架中的配置为支撑发电机的转子轴的轴承。

在另一方面，一种机器包括：机架；布置在机架上并且配置为为机器产生电力的发电机；布置在机架上并且配置为使发电机旋转的发动机；包括配置为接收来自发动机的输入的齿圈以及配置为驱动发电机的转子轴的太阳齿轮的行星齿轮系统；各自布置在行星齿轮轴上的多个行星齿轮，多个行星齿轮与太阳齿轮和齿圈啮合；包括第一行星架板和第二行星架板的行星架，在行星架板之间具有用于接收太阳齿轮和多个行星齿轮的开口部分；以及布置在行星架中配置为支撑发电机的转子轴的轴承。

当结合附图阅读以下描述时，将更容易理解本发明的这些和其他方面和特征。

附图说明

图1是根据本发明的各方面的具有电力系统的机器的侧视图。

图2是根据本发明的各方面的传动系的示意图。

图3是根据本发明的各方面的行星齿轮系统的前侧透视图。

图4是图3的行星齿轮系统的分解视图。

图5是图3的行星齿轮系统的局部剖视图。

图6是图3的行星齿轮系统的局部分解视图。

图7是图3的行星齿轮系统的局部分解视图。

具体实施方式

图1是根据本发明的各方面的具有电力系统的机器(例如，履带式拖拉机)的侧视图。机器10可包括用于推进机器10的一组地面接合元件(诸如履带14)，在图1中仅可看到其中一个。履带14可通过链轮44的操作而移动，该链轮可由电动机15(图2中所示)驱动。还可以考虑其他地面接合实施方式，诸如轮胎和车轮的组合。机器10可包括发动机16。机器10可进一步包括可由一个或多个液压缸42致动的一个或多个作业工具40。液压缸42可由液压系统(未示出)进行操作。机器的多个部件可安装到机架12。

作业工具40可包括如图所示位于机器10的前部处的铲刀46和/或位于机器10的后部处的松土器。铲刀46可以通过一对推臂48连接到机架12来用于操作。推臂48的操作可以由一个或多个致动器(诸如液压缸42)控制。液压缸42可以伸出或缩回以操作推臂48。液压缸42的操作反过来可以在操作机器10的操作者的命令下由液压系统控制。可选地，液压缸42的操作反过来可以在操作机器10的自动控制器的命令下由液压系统控制。

图2是根据本发明的至少一些方面的传动系11的示意图。传动系11安装到机架12。传动系11是包括发动机16的串联电动传动系，该发动机16可以包括配置为使发电机18旋转的输出轴26，该发电机18配置为为机器10提供电力。如本文将进一步描述的，机器10还可包括驱动联接器20，其配置为在发动机16和发电机18之间传递转矩和合适的速度相关性。电动机15可以进一步通过电力线28连接到发电机18。机器10还可以包括电力电子器件32。电力电子器件32可包括用于从发电机18向电动机15传送电力的合适的硬件和/或软件。电力电子器件32可进一步包括用于控制电动机15的操作的合适的硬件和/或软件。电动机15可以配置为完成某些形式的作业，诸如通过地面接合构件的运动(例如，通过链轮44驱动履带14)推进机器10。用于机器10的推进系统涵盖了电动机15，以及地面接合构件、驱动联接器20和传动系11。

驱动联接器20可配置为在发动机16和发电机18之间传递转矩。为此，驱动联接器20可包括行星齿轮系统22或与行星齿轮系统22联接，行星齿轮系统22可以通过驱动联接器20旋转发电机转子轴24，继而旋转发电机18并产生电力。在图2中所示的示例中，输出轴26和发电机转子轴24以同轴构造示出。然而，术语“发电机”不应严格限制为不包括交流发电机等。

在图2中所示的具体方面中，发动机16可以驱动输出轴26，该输出轴26配置为连接到齿圈320并向齿圈320提供输入。行星齿轮系统22增加发动机16提供的旋转速度，并且随后通过太阳齿轮360输出增加的旋转速度，以驱动发电机18。行星齿轮系统22因此是齿圈输入/太阳齿轮输出的构造。

图3至图7示出了根据本发明的至少一些方面的行星齿轮系统。如图3至图7中所示，驱动联接器20可包括输入毂302。输入毂302可按照任何已知的方式连接到发动机16(图2中所示)的输出轴26。在图3至图7中所示的方面中，输入毂302可包括输入轴304。输入轴304可配置为花键轴。输入毂302可进一步包括可与齿圈320的一组齿圈齿322啮合的齿轮齿306(图6中所示)。输入毂302可通过任何已知的机器紧固件相对于齿圈320固定。在图3至图7中所示的方面中，输入毂302可通过可布置在齿圈320中的槽中的卡环310紧固到齿圈320。

输入毂302可进一步包括一个或多个孔308。孔308可提供进入位置，以便向联接器20的内部部分提供润滑剂。孔308可用于在制造期间为输入毂302的任何热处理提供消除应变的区域。此外，孔308可用于减小输入毂302的重量。

齿圈320，特别是齿圈320的齿圈齿322可以与一个或多个行星齿轮340啮合。每个行星齿轮340都可以安装在行星齿轮轴346上。可以在每个行星齿轮340和行星齿轮轴346之间布置轴承342，以减少行星齿轮340相对于行星齿轮轴346可能经历的任何旋转摩擦。轴承342可以是滚珠轴承、滚针轴承、套筒轴承等。

行星齿轮340周向地位于太阳齿轮360周围并且可与太阳齿轮360啮合。特别地，行星齿轮340的行星齿轮齿344可与太阳齿轮360的齿362啮合。太阳齿轮360可进一步包括连接机构364，以连接发电机18并将转矩传递到发电机18。特别地，太阳齿轮360可配置为将转矩传递到发电机18的发电机转子轴24(图2中所示)。在图7中所示的方面中，太阳齿轮360可包括作为连接机构364的内花键，以将转矩传递到发电机18的发电机转子轴24。发电机转子轴24可具有对应的花键。

如图7中进一步所示，驱动联接器20可进一步包括行星架，该行星架包括第一行星齿轮架板370。第一行星齿轮架板370可包括位于其中以固定行星齿轮轴346的第一端的第一孔372，以及可承载行星齿轮轴346的相对端的第二孔374。在这一点上，第一行星齿轮架板370可以包括可配置有第二孔374的第二行星齿轮架板376。其他行星齿轮340可以以类似的方式固定。因此，行星架可以包括第一行星齿轮架板370和第二行星齿轮架板376。

应当注意，图4和图7的分解视图示出了每个行星齿轮轴346都与第一行星齿轮架板370分离的太阳齿轮360和行星齿轮340。然而，当如图5中所示可操作地布置时，太阳齿轮360和行星齿轮340以及每个行星齿轮轴346布置在第一行星齿轮架板370和第二行星齿轮架板376之间。

第一行星齿轮架板370通过附接构造378与第二行星齿轮架板376间隔开并保持固定关系。附接构造378可包括多个径向布置在第一行星齿轮架板370和第二行星齿轮架板376之间的若干位置处的附接构造。在具体方面中，第一行星齿轮架板370实施为固定载架。在本上下文中，第一行星齿轮架板370可以是在操作期间不旋转的第一行星齿轮架板370。在具体方面中，第一行星齿轮架板370和/或第二行星齿轮架板376可以是大致平坦的、碟形的部分，并且在发电机18和行星齿轮系统22之间没有任何实现加速布置的中心壁构造。在这一点上，第一行星齿轮架板370可用作发电机18的端盖。

参照图5，第一行星齿轮架板370可通过多个紧固件机器地紧固到与发电机18相关联的壳体380。在图4中所示的方面中，机器紧固件示出为多个螺栓382，但是也可以考虑其他类型的紧固件。多个螺栓382可延伸穿过布置在第一行星齿轮架板370的外径上的孔390(图7中所示)，以与壳体380连接。

仍参照图5，发电机18的壳体380还可包括为第一行星齿轮架板370提供润滑的导管384。在这一点上，导管384可连接到布置在第一行星齿轮架板370内的导管386。因此，当润滑剂被泵送通过导管384时，该润滑剂可以继续进入导管386中来润滑驱动联接器20的各种部件。导管386可直接与行星齿轮轴346连接，该行星齿轮轴346可进一步包括中心孔和一个或多个十字孔，从而向也可以润滑太阳齿轮360的行星齿轮340提供润滑剂。在所示的示例中，第一行星齿轮架板370是铸造而成的，但也能够由机器加工的钢板制成并焊接。如图5中所示，导管384、386可包括一个或多个密封件(其位于发电机18的壳体380的接口和第一行星齿轮架板370之间以减少泄漏)以及一个或多个用于进入进行修理的塞子。

驱动联接器20可进一步包括保持器368和保持板324。保持器368可接触太阳齿轮360的顶部、行星齿轮轴346的各部分等。保持板324可接触保持器368的表面并将保持器368保持在驱动联接器20内的适当位置。保持板324可进一步包括一个或多个机器紧固件326，其可将保持板324紧固到第二行星齿轮架板376。在一个方面，机器紧固件326可紧固到孔328。可以考虑保持器368和保持板324的其他构造。

参照图5，第一行星齿轮架板370可包括轴承388。轴承388可装配到第一行星齿轮架板370中。轴承388围绕发电机18的发电机转子轴24定位。以这种方式，第一行星齿轮架板370通过发电机转子轴24为行星齿轮340和发电机18的转子这两者提供支撑。

工业实用性

驱动联接器20可具有更简单的构造，而不需要在驱动联接器20内的发电机18和行星齿轮系统22之间的实现如本文所述的加速布置的中心壁。相比之下，现有技术的设计需要更复杂的构造，诸如包括在发电机和行星加速布置之间的中心壁的构造。在这一点上，在如上所述的第一行星齿轮架板370作为固定载架的情况下，其不仅通过轴承388支撑发电机18的发电机转子轴24，还用作发电机的端盖18。与现有技术的实施方式相比，这种构造更简单，并且减少了所需的部件的数量。此外，第一行星齿轮架板370代替了发电机端盖，并且不仅用于完成对发电机18的闭合，而且第一行星齿轮架板370还支撑发电机转子轴24。此外，由于第一行星齿轮架板370是固定的，因此，其进一步支撑行星齿轮340。驱动联接器20还有助于发动机16和发电机18之间的对准、增加提供给发电机18的旋转速度、为发电机转子轴24提供支撑以及容纳行星齿轮系统22的布置。

驱动联接器20具有实现了减少的接头需求以及更小和/或更便宜的紧固件的构造。在这一点上，参照图7，机器紧固件可包括多个螺栓382，这些螺栓382可延伸穿过布置在第一行星齿轮架板370的外径上的孔390，以与壳体380连接。将螺栓382布置在第一行星齿轮架板370的外径上减少了对接头的需求并允许紧固件更小和/或更便宜。

驱动联接器20允许从输入毂302到发电机18的发电机转子轴24为直列几何形状(参见图5中的虚线A)，这种直列几何形状可使得整体发电机封装变得更紧凑，同时空间要求与在机器驱动机器中使用的变矩器大致相同。

驱动联接器20允许可用来提供润滑分布的载架铸件构造。在这一点上，图5示出了壳体380，该壳体380还可包括为第一行星齿轮架板370提供润滑的导管384。此外，导管384可连接到布置在第一行星齿轮架板370内的导管386。因此，当润滑剂被泵送通过导管384时，该润滑剂可继续进入到导管386中以润滑驱动联接器20的各种部件。导管386可直接与行星齿轮轴346连接，该行星齿轮轴346可进一步包括中心孔和一个或多个十字孔，以便向也可润滑太阳齿轮360的行星齿轮340提供润滑剂。任何一个或多个导管可以是铸件的一部分。例如，导管386可以与第一行星齿轮架板370一起铸造。

驱动联接器20可通过在齿圈320上和太阳齿轮360上提供花键来具有特定的工业实用性，进而帮助管理制造公差并提供更长的部件寿命。在这一点上，行星齿轮系统22可能会因为轴承388相对于齿轮的放置位置而受到极大的约束。部件寿命很大程度上取决于定位这些轴承388的特征的位置公差，并且普通制造能力在某种程度上限制了该公差。将花键连接合并到输入和输出齿轮上为系统增加了顺应性，并且允许零部件在包封内工作来实现自我定位，这在一定程度上可以抵消一些位置可变性。

Claims (10)

1.一种配置为与机器的电力系统一起操作的驱动联接器，所述驱动联接器包括：

行星齿轮系统，其包括配置为接收来自发动机的输入的齿圈以及配置为驱动发电机的转子轴的太阳齿轮；

各自布置在行星齿轮轴上的多个行星齿轮，所述多个行星齿轮与所述太阳齿轮以及所述齿圈啮合；

包括第一行星架板以及第二行星架板的行星架，所述行星架板之间具有用于接收所述太阳齿轮和所述多个行星齿轮的开口部分；以及

布置在所述行星架中的配置为支撑所述发电机的所述转子轴的轴承。

2.根据权利要求1所述的驱动联接器，其中所述行星架配置为相对于所述发电机的壳体保持固定，并且所述行星架进一步配置为包围所述发电机的所述壳体的端部。

3.根据权利要求1所述的驱动联接器，其中所述行星架包括布置在所述行星架的外径上的紧固件，所述紧固件配置为将所述行星架紧固到所述发电机的壳体。

4.根据权利要求1所述的驱动联接器，其中所述行星架包括配置为接收润滑流体并将所述润滑流体引导到至少所述多个行星齿轮的润滑导管。

5.根据权利要求1所述的驱动联接器，其中所述开口部分包括布置在所述第一行星架板和所述第二行星架板之间的无阻挡的间隙区域，所述无阻挡的间隙区域配置为接收所述太阳齿轮、所述多个行星齿轮以及所述发电机的所述转子轴。

6.根据权利要求1所述的驱动联接器，其中所述太阳齿轮包括配置为接收所述发电机的所述转子轴的花键的花键。

7.根据权利要求1所述的驱动联接器，其进一步包括输入毂，所述输入毂包括与所述齿圈的齿圈齿啮合的毂齿轮齿。

8.根据权利要求7所述的驱动联接器，其中所述输入毂包括具有配置为接收来自所述发动机的转矩的花键的轴。

9.根据权利要求1所述的驱动联接器，其中所述发电机配置为以大于所述发动机的第二旋转速度的第一旋转速度操作，

其中所述行星齿轮系统配置为接收所述发动机的所述第一旋转速度并产生用于所述发电机的所述第二旋转速度。

10.根据权利要求1所述的驱动联接器，其进一步包括连接到所述第二行星架板的外边缘的附接部分，并且所述附接部分进一步连接到所述第一行星架板。