CN106907359B - 一种实现能量回收的电驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现能量回收的电驱动装置，包括驱动机构、两级摩擦式变速机构、驱动电机、变频器以及储能器；所述储能器与所述变频器电联接，所述变频器与所述驱动电机电联接；所述两级摩擦式变速机构与所述驱动电机联动，所述驱动机构与所述两级摩擦式变速机构联动，且通过所述驱动电机联动所述驱动机构进行做功或者通过所述驱动机构联动所述驱动电机进行储能。本发明优点：可以充分回收利用负载回位运动时的能量，与现有的液压节能技术相比，可以有效提高节能效率，减少机械在工作过程中所产生的热能的损失。

Description

一种实现能量回收的电驱动装置
技术领域
本发明涉及涉及机械工程领域，特别涉及一种实现能量回收的电驱动装置。
背景技术
随着能源危机的日益严峻，人们对工程机械节约能源的要求也日益提高。其中，势能回收与利用被认为是解决工程机械节能问题的重要方案之一。如何提高势能回收的效率自然也成为工程机械势能回收系统研究的关键问题。
20世纪60年代，工程机械开始应用恒功率变量泵，而由于其本身结构的特点，不可避免地存在有功率损失。20世纪70～80年代，出现了正流量控制系统，这种系统能减少旁路节流损失，但也不能完全消除。20世纪80年代初期，推出了负流量控制系统，这是一种负荷传感系统，这种系统有助于消除六通多路阀中产生的空流损失和节流损失。20世纪90年代后，负荷传感控制技术在工程机械上的应用也越来越多，同时在其系统的多路阀上采用流量分配型的压力补偿措施，压力补偿阀设在多路阀的下游，所有的多路阀阀口上的压差就可以控制在同一个值。但是，在工程机械中，功率匹配对于系统的节能具有重大的影响，传统的局部功率匹配并不能很好地实现节能效果。
目前工程机械多采用液压系统实现对势能的回收利用。而目前国内外工程机械的液压系统节能技术可以归纳为采用变量泵控制、电液比例控制以及混合动力等几种方式。且在实际应用中，几种节能途径之间各自采用的技术都不是孤立的，他们往往是紧密地结合在一起的，互相渗透，形成综合的节能技术。但目前的这些液压系统节能技术都不能有效的利用机械工作产生的热能，使得热能流失比较严重，因此，需要研发一种可以实现更高效率的节能装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种实现能量回收的电驱动装置，通过该电驱动装置来充分回收负载回位运动时的能量，减少机械在工作过程中所产生的热能的损失。
本发明是这样实现的：一种实现能量回收的电驱动装置，包括一个驱动机构、一个两级摩擦式变速机构、一个驱动电机、一个变频器以及一个储能器；所述储能器与所述变频器电联接，所述变频器与所述驱动电机电联接；所述两级摩擦式变速机构与所述驱动电机联动，所述驱动机构与所述两级摩擦式变速机构联动，且通过所述驱动电机联动所述驱动机构进行做功或者通过所述驱动机构联动所述驱动电机进行储能。
进一步地，所述两级摩擦式变速机构包括一个离合器外壳体、一个内实心轴、一个外空心轴、两个干式离合器、一个一挡齿轮、一个二挡齿轮、一个一挡啮合齿轮、一个二挡啮合齿轮、一个常啮合齿轮、一个输出轴、一个固定轴以及一个输出轴齿轮；
所述驱动电机的轴与所述离合器外壳体相连接；两所述干式离合器安装于所述离合器外壳体内；所述内实心轴套设于所述外空心轴内，且所述内实心轴的一端与其中一个干式离合器相连接，另一端与所述一挡齿轮相连接；所述外空心轴的一端与另一个干式离合器相连接，另一端与所述二挡齿轮相连接；
所述输出轴齿轮固定设置在所述输出轴上；所述一挡啮合齿轮、二挡啮合齿轮以及常啮合齿轮均固定设置在所述固定轴上，且使所述一挡啮合齿轮与所述一挡齿轮相啮合，使所述二挡啮合齿轮与所述二挡齿轮相啮合，使所述常啮合齿轮与所述输出轴齿轮相啮合；所述输出轴与所述驱动机构相连接。
进一步地，所述驱动机构包括一个驱动齿轮、一个齿条推杆以及一个外壳体；所述外壳体上设置有一个驱动孔；所述齿条推杆设置于所述外壳体内部，且该齿条推杆的底部设置有一排传动齿；所述驱动齿轮与所述两级摩擦式变速机构联接，该驱动齿轮上的齿通过所述驱动孔与所述传动齿相啮合，且通过所述驱动齿轮驱动所述齿条推杆移动。
进一步地，所述齿条推杆的一端设置有一负载连接部，另一端向两侧各延设有一抵接块，且抵接块的末端均抵接于所述外壳体的内壁。
进一步地，所述传动齿与所述驱动齿轮上的齿均为斜齿。
本发明的优点在于：1、可以充分回收利用负载回位运动时的能量，与现有的液压节能技术相比，可以有效提高节能效率，减少机械在工作过程中所产生的热能的损失；2、两级摩擦式变速机构上设置有两个档位，在工作的过程中，可以根据实际使用需要来进行两级变速，以实现对能量进行更充分的回收。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实现能量回收的电驱动装置的结构示意图。
图2为本发明中两级摩擦式变速机构的结构示意图。
图3为本发明中驱动机构的结构示意图。
图4为本发明实现能量回收的电驱动装置的传动部分总装图。
附图标记说明：
100-电驱动装置，1-驱动机构，2-两级摩擦式变速机构，3-驱动电机，4-变频器，5-储能器，21-离合器外壳体，22-内实心轴，23-外空心轴，24、25-式离合器，26-一挡齿轮，27-二挡齿轮，28-一挡啮合齿轮，29二挡啮合齿轮，2a-常啮合齿轮，2b-输出轴，2c-固定轴，2d-输出轴齿轮，31-轴，11-驱动齿轮，12-齿条推杆，13-外壳体，111-齿，121-传动齿，122-负载连接部，123-抵接块。
具体实施方式
请参阅图1至图4所示，本发明一种实现能量回收的电驱动装置100的较佳实施例，包括一个驱动机构1、一个两级摩擦式变速机构2、一个驱动电机3、一个变频器4以及一个储能器5；所述储能器5与所述变频器4电联接，所述变频器4与所述驱动电机3电联接；所述两级摩擦式变速机构2与所述驱动电机3联动，所述驱动机构1与所述两级摩擦式变速机构2联动，且通过所述驱动电机3联动所述驱动机构1进行做功或者通过所述驱动机构1联动所述驱动电机3进行储能；即该电驱动装置100在驱动负载(未图示)上升的阶段，变频器4会取能于储能器5，并驱动驱动电机3做功，由驱动电机3联动所述两级摩擦式变速机构2和驱动机构1工作，从而实现将负载往上提升；在负载的下降阶段(即在回位移动过程中)，驱动机构1会联动所述两级摩擦式变速机构2进行旋转，并由两级摩擦式变速机构2将旋转传递给驱动电机3，使驱动电机3变为发电机模式向储能器5充电，从而实现负载反驱动能量的吸收，通过如此往复循环工作，可以使能量得到高效的回收利用，避免能量白白流失。
请重点参照图2所示，所述两级摩擦式变速机构2包括一个离合器外壳体21、一个内实心轴22、一个外空心轴23、两个干式离合器24、25、一个一挡齿轮26、一个二挡齿轮27、一个一挡啮合齿轮28、一个二挡啮合齿轮29、一个常啮合齿轮2a、一个输出轴2b、一个固定轴2c以及一个输出轴齿轮2d；
所述驱动电机3的轴31与所述离合器外壳体21相连接；两所述干式离合器24、25安装于所述离合器外壳体21内；所述内实心轴22套设于所述外空心轴23内，且所述内实心轴22的一端与其中一个干式离合器24相连接，另一端与所述一挡齿轮26相连接；所述外空心轴23的一端与另一个干式离合器25相连接，另一端与所述二挡齿轮27相连接；
所述输出轴齿轮2d固定设置在所述输出轴2b上；所述一挡啮合齿轮28、二挡啮合齿轮29以及常啮合齿轮2a均固定设置在所述固定轴2c上，且使所述一挡啮合齿轮28与所述一挡齿轮26相啮合，使所述二挡啮合齿轮29与所述二挡齿轮27相啮合，使所述常啮合齿轮2a与所述输出轴齿轮2d相啮合；所述输出轴2b与所述驱动机构1相连接。
上述两级摩擦式变速机构2在工作时，如果挂一档档位，驱动电机3的轴31就会联动所述内实心轴22转动，内实心轴22在转动的过程中，内实心轴22上的一挡齿轮26会带动一挡啮合齿轮28和固定轴2c旋转，固定轴2c在旋转的过程中，固定轴2c上的常啮合齿轮2a又会带动输出轴齿轮2d和输出轴2b旋转；同理，如果挂二档档位，驱动电机3的轴31就会联动所述外空心轴23转动，外空心轴23在转动的过程中，外空心轴23上的二挡齿轮27会带动二挡啮合齿轮29和固定轴2c旋转，固定轴2c在旋转的过程中，固定轴2c上的常啮合齿轮2a又会带动输出轴齿轮2d和输出轴2b旋转。
请重点参照图3所示，所述驱动机构1包括一个驱动齿轮11、一个齿条推杆12以及一个外壳体13；所述外壳体13上设置有一个驱动孔(未图示)；所述齿条推杆12设置于所述外壳体13内部，且该齿条推杆12的底部设置有一排传动齿121；所述驱动齿轮11与所述两级摩擦式变速机构2联接，该驱动齿轮11上的齿111通过所述驱动孔与所述传动齿121相啮合，且通过所述驱动齿轮11驱动所述齿条推杆12移动。
所述齿条推杆12的一端设置有一负载连接部122，该负载连接部122用于与负载进行连接，另一端向两侧各延设有一抵接块123，且抵接块123的末端均抵接于所述外壳体13的内壁，抵接块123用于对整个齿条推杆12起到支撑和定位的作用。
为了提高传动的效率，所述传动齿121与所述驱动齿轮11上的齿111均为斜齿。
本发明的工作原理如下：请重点参照图1和图4所示，首先将齿条推杆上的负载连接部与要输送的负载连接在一起。在工程机械操作过程中，如果要运送负载上升，此时变频器会取能于储能器，并驱动驱动电机正转做功，驱动电机的轴会联动两级摩擦式变速机构工作，且如果选择一档档位，驱动电机的轴就会联动所述内实心轴转动，内实心轴在转动的过程中，内实心轴上的一挡齿轮会带动一挡啮合齿轮和固定轴旋转，固定轴在旋转的过程中，固定轴上的常啮合齿轮又会带动输出轴齿轮和输出轴旋转；如果选择挂二档档位，驱动电机的轴就会联动所述外空心轴转动，外空心轴在转动的过程中，外空心轴上的二挡齿轮会带动二挡啮合齿轮和固定轴旋转，固定轴在旋转的过程中，固定轴上的常啮合齿轮又会带动输出轴齿轮和输出轴旋转。输出轴在转动的过程中，会带动驱动机构中的驱动齿轮转动，并由驱动齿轮联动齿条推杆移动，从而带动负载上升。
而如果要运送负载下降(即在负载回位移动时)，齿条推杆会反向联动驱动齿轮进行转动，驱动齿轮在转动的过程中会带动输出轴和输出轴齿轮转动，同时输出轴齿轮又会带动常啮合齿轮转动和固定轴；此时如果选择一档档位，固定轴上的一挡啮合齿轮就会带动一挡齿轮和内实心轴旋转，内实心轴又会通过干式离合器联动驱动电机的轴进行反转，使驱动电机变为发电机模式向储能器充电；同理，如果选择二档档位，固定轴上的二挡啮合齿轮就会带动二挡齿轮和外空心轴旋转，外空心轴又会通过干式离合器联动驱动电机的轴进行反转，使驱动电机变为发电机模式向储能器充电，从而实现对负载反驱动能量的吸收。
总之，本发明具有如下优点：1、可以充分回收利用负载回位运动时的能量，与现有的液压节能技术相比，可以有效提高节能效率，减少机械在工作过程中所产生的热能的损失；2、两级摩擦式变速机构上设置有两个档位，在工作的过程中，可以根据实际使用需要来进行两级变速，以实现对能量进行更充分的回收。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种实现能量回收的电驱动装置，其特征在于：包括一个驱动机构、一个两级摩擦式变速机构、一个驱动电机、一个变频器以及一个储能器；所述储能器与所述变频器电联接，所述变频器与所述驱动电机电联接；所述两级摩擦式变速机构与所述驱动电机联动，所述驱动机构与所述两级摩擦式变速机构联动，且通过所述驱动电机联动所述驱动机构进行做功或者通过所述驱动机构联动所述驱动电机进行储能；
所述两级摩擦式变速机构包括一个离合器外壳体、一个内实心轴、一个外空心轴、两个干式离合器、一个一挡齿轮、一个二挡齿轮、一个一挡啮合齿轮、一个二挡啮合齿轮、一个常啮合齿轮、一个输出轴、一个固定轴以及一个输出轴齿轮；
所述驱动电机的轴与所述离合器外壳体相连接；两所述干式离合器安装于所述离合器外壳体内；所述内实心轴套设于所述外空心轴内，且所述内实心轴的一端与其中一个干式离合器相连接，另一端与所述一挡齿轮相连接；所述外空心轴的一端与另一个干式离合器相连接，另一端与所述二挡齿轮相连接；
所述输出轴齿轮固定设置在所述输出轴上；所述一挡啮合齿轮、二挡啮合齿轮以及常啮合齿轮均固定设置在所述固定轴上，且使所述一挡啮合齿轮与所述一挡齿轮相啮合，使所述二挡啮合齿轮与所述二挡齿轮相啮合，使所述常啮合齿轮与所述输出轴齿轮相啮合；所述输出轴与所述驱动机构相连接。
2.如权利要求1所述的一种实现能量回收的电驱动装置，其特征在于：所述驱动机构包括一个驱动齿轮、一个齿条推杆以及一个外壳体；所述外壳体上设置有一个驱动孔；所述齿条推杆设置于所述外壳体内部，且该齿条推杆的底部设置有一排传动齿；所述驱动齿轮与所述两级摩擦式变速机构联接，该驱动齿轮上的齿通过所述驱动孔与所述传动齿相啮合，且通过所述驱动齿轮驱动所述齿条推杆移动。
3.如权利要求2所述的一种实现能量回收的电驱动装置，其特征在于：所述齿条推杆的一端设置有一负载连接部，另一端向两侧各延设有一抵接块，且抵接块的末端均抵接于所述外壳体的内壁。
4.如权利要求2所述的一种实现能量回收的电驱动装置，其特征在于：所述传动齿与所述驱动齿轮上的齿均为斜齿。
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