CN111775722B - 一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置。本发明采用三个行星齿轮机构和一个同步器换挡机构的组合作为驱动电机和PTO电机动力耦合装置。具体通过同步器的左右接合和分离以及第一制动器、第二制动器的锁止和解锁，可以实现包括双电机独立驱动，双电机耦合驱动行驶、双电机耦合驱动旋耕在内的多种工作模式。满足了拖拉机低速轻载、低速重载、高速运输等多种作业工况的应用。从而增大了电动拖拉机对环境的适应性，提高了电动机的利用率。

Description

一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置

技术领域

本发明属于电动拖拉机技术领域，具体涉及一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置。

背景技术

近年来，由于石油资源短缺和日益严重环境污染等问题，全球减排、零排放、绿色环保之战已打响，导致现代农业生产对低排放、少污染、低噪声的农用车辆需求愈来愈迫切。为此，各国都开始制定相关标准和法规，促进新能源农用车辆的研发。强化绿色发展理念，扩大资源节约型、环境友好型农机化技术应用的发展要求。

与传统拖拉机相比，电动拖拉机具有舒适干净、噪音低、无污染、无排放、简单可靠、使用成本低等优点，减少了农业生产对化石能源的依赖程度，改善了农田环境和作物质量。双电机独立驱动式电动拖拉机的驱动轮和动力输出轴由驱动电动机和PTO电动机驱动，两者调速过程独立，虽然具有控制复杂度低、农艺适应度好的优点，但是双电动机的机械功率无法同时输出至驱动轮或PTO，导致整机在满负荷输出牵引功率和旋转功率的工况下，动力性不足。

申请号为201810291353.X的中国专利公开了一种双电机电动拖拉机功率分汇流装置，包括主要用于驱动车轮的行走电动机和主要用于驱动旋耕机构的PTO电动机，通过设置独立双作用离合器和分动箱分别实现两个电动机功率汇流至车轮或汇流至旋耕机构。但存在机械结构复杂，体积较大的不足。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，该装置能够解决双电机未能联合驱动，造成严重的功率浪费的问题，同时克服现有耦合传动装置的结构复杂，体积大的弊端。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，其特征在于：包括动力电池、与动力电池相连的整机控制器、与整机控制器相连的第一逆变器和第二逆变器，与第一逆变器和第二逆变器分别连接的驱动电机和PTO电机，连接于驱动电机和PTO电机的动力耦合机构、与动力耦合机构相连的传动机构和旋耕机构、连接于传动机构的驱动轮；所述动力耦合机构包括第一动力输入轴、连接于第一动力输入轴的第一传动齿轮、第二动力输入轴、连接于第二动力输入轴的第二传动齿轮、第一行星齿轮总成、第二行星齿轮总成、第三行星齿轮总成、第一动力输出轴、第二动力输出轴、第三传动齿轮、第四传动齿轮、第五传动齿轮和同步器；所述第一行星齿轮总成包括第一行星架、第一太阳轮、第一行星轮、第一齿圈和第一制动器，所述第一行星齿轮总成通过所述第一行星架连接所述第一动力输出轴；所述第二行星齿轮总成包括第二行星架、第二太阳轮、第二行星轮、第二齿圈和第二制动器，所述第二行星齿轮总成通过所述第二行星架连接所述第二动力输出轴；所述第三行星齿轮总成包括第三行星架、第三太阳轮、第三行星轮和第三齿圈，所述第三行星齿轮总成通过所述第三行星架连接所述第三传动齿轮、第四传动齿轮和同步器，所述第三太阳轮连接所述第五传动齿轮。

进一步的，所述第一行星齿轮总成与所述第二行星齿轮总成呈对称设置，所述第一制动器连接所述第一齿圈，所述第二制动器连接所述第二齿圈，所述第三传动齿轮通过所述同步器连接于所述第四传动齿轮，所述第三行星齿轮总成与所述同步器同轴设置。

进一步的，所述同步器设置于所述第三传动齿轮和所述第四传动齿轮之间，所述第一传动齿轮与所述第三传动齿轮相啮合，所述第二传动齿轮与所述第四传动齿轮相啮合，所述第五传动齿轮与第一齿圈的外齿相啮合，第二齿圈的外齿还啮合于第三齿圈的外齿。

进一步的，动力耦合装置还通过所述同步器、第一制动器和第二制动器实现双电机独立驱动模式、双电机耦合驱动行驶模式和双电机耦合驱动旋耕模式的切换。

进一步的，所述双电机独立驱动模式包括拖拉机行驶模式、拖拉机旋耕模式和拖拉机行驶旋耕模式，当处于拖拉机行驶模式时，驱动电机输出动力并通过所述第一动力输入轴、第一太阳轮、第一行星轮和第一行星架传递至第一动力输出轴输出动力，驱动拖拉机行驶；当处于拖拉机旋耕模式时，PTO电机输出动力并通过第二动力输入轴、第二太阳轮、第二行星轮和第二行星架传递至第二动力输出轴输出动力，驱动旋耕机构工作；当处于拖拉机行驶旋耕模式时，驱动电机输出动力并通过第一动力输入轴、第一太阳轮、第一行星轮和第一行星架传递至第一动力输出轴输出，第一动力输出轴输出的动力驱动拖拉机行驶，PTO电机输出动力并通过第二动力输入轴、第二太阳轮、第二行星轮和第二行星架传递至第二动力输出轴输出动力，第二动力输出轴输出的动力驱动旋耕机构工作。

进一步的，当处于双电机耦合驱动行驶模式，驱动电机输出动力并通过第一动力输入轴和第一太阳轮传递至第一行星齿轮总成；PTO电机输出动力并通过第二动力输入轴、第二传动齿轮、第四传动齿轮、第三行星架、第三行星轮、第三太阳轮、第五传动齿轮和第一齿圈传递至第一行星齿轮总成，PTO电机输出动力与驱动电机输出动力于所述第一行星齿轮总成耦合，耦合后的动力通过第一行星轮和第一行星架传递至第一动力输出轴输出，驱动拖拉机行驶；PTO电机输出动力还通过第二动力输入轴、第二太阳轮、第二行星轮和第二行星架传递至第二动力输出轴输出，输出的动力驱动所述旋耕机构。

进一步的，当处于双电机耦合驱动旋耕模式，PTO电机输出动力并通过第二动力输入轴和第二太阳轮传递至第二行星齿轮总成；驱动电机输出动力并通过第一动力输入轴、第一传动齿轮、第三传动齿轮、第三行星架、第三行星轮、第三齿圈和第二齿圈传递至第二行星齿轮总成，驱动电机输出动力与PTO电机输出动力于所述第二行星齿轮总成耦合，耦合后的动力通过第二动力输出轴输出，驱动旋耕机构；驱动电机输出动力还通过第一动力输入轴、第一太阳轮、第一行星轮和第一行星架传递至第一动力输出轴输出，输出的动力驱动拖拉机行驶。

本发明的一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，驱动电机和PTO电机布置于电动拖拉机同侧，可实现多种驱动模式：其一，驱动电机提供的动力可经第一行星齿轮总成，驱动拖拉机行驶，PTO电机提供的动力可经第二行星齿轮总成，驱动拖拉机旋耕作业；其二，PTO电机提供的动力可经过第三行星齿轮总成和驱动电机提供的动力在第一行星齿轮总成耦合后，驱动拖拉机行驶；其三，驱动电机提供的动力可经过第三行星齿轮总成和PTO电机提供的动力在第二行星齿轮总成耦合后，驱动拖拉机旋耕作业。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，采用驱动电机和PTO电机作为双动力源。可实现双电机独立驱动模式、双电机耦合驱动拖拉机行驶模式，双电机耦合驱动拖拉机旋耕模式。因此，本发明可以合理的利用电机输出功率，提高电动机的利用率，增大了输出动力的高效区范围，提高了电动拖拉机对工作环境的适应性。另外，本发明还通过优化耦合结构，缩小了耦合装置体积，降低了制造成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为动力耦合机构的结构示意图。

其中，图中各标号为：1-第一逆变器；2-驱动电机；3-整机控制器；4-动力耦合机构；5-传动机构；6-驱动轮；7-旋耕机构；8-PTO电机；9-第二逆变器；10-动力电池；11-第一传动齿轮；12-第三行星架；13-第三齿圈；14-第一制动器；15-第一齿圈；16-第一行星轮；17-第一行星架；18-第一太阳轮；19-第一动力输出轴；20-第五传动齿轮；21-第二行星架；22-第二太阳轮；23-第二动力输出轴；24-第二制动器；25-第二行星轮；26-第二齿圈；27-第三行星轮；28-第二传动齿轮；29-第四传动齿轮；30-第二动力输入轴；31-第三传动齿轮；32-第三太阳轮；33-同步器；34-第一动力输入轴。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。

图1为本发明的一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置的结构示意图，本发明提供的一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置包括：驱动电机2、PTO电机8，用于控制驱动电机2、PTO电机8的第一逆变器1、第二逆变器9，以及与两个逆变器相连的整机控制器3和动力电池10，与双电机相连的动力耦合机构4，在右端分别与动力耦合机构4相连的传动机构5和旋耕机构7，与传动机构5相连的驱动轮6。

驱动电机2和PTO电机8布置在同一侧，并由动力电池10供电。动力电池10由整机控制器3控制输出低压直流电，低压直流电经第一逆变器1转变成高压交流电使驱动电机2转动，低压直流电经第二逆变器9转变成高压交流电使PTO电机8转动。双电机提供的动力经动力耦合机构4分别输出给传动机构5和旋耕机构7，从而实现拖拉机工作。

图2为动力耦合机构的结构示意图；所述的动力耦合机构4包括：第一动力输入轴34，位于第一动力输入轴34上的第一传动齿轮11，第二动力输入轴30，位于第二动力输入轴30上的第二传动齿轮28，位于第一行星齿轮总成的第一行星架17、第一太阳轮18、第一行星轮16、第一齿圈15和第一制动器14，位于第二行星齿轮总成的第二行星架21、第二太阳轮22、第二行星轮25、第二齿圈26和第二制动器24，位于第三行星齿轮总成的第三行星架12、第三太阳轮32、第三行星轮27和第三齿圈13，与第三行星架12相连的第三传动齿轮31、同步器33、第四传动齿轮29，与第三太阳轮32相连的第五传动齿轮20，与第一行星架17相连的第一动力输出轴19，与第二行星架21相连的第二动力输入轴23。

其中，第一动力输入轴34与第二动力输入轴30平行布置，同步器33位于第三传动齿轮31和第四传动齿轮29之间，第一传动齿轮11与第三传动齿轮31啮合，第二传动齿轮28与第四传动齿轮29啮合，第一齿圈15的外齿与第五传动齿轮20啮合，第二齿圈26的外齿与第三齿圈13的外齿啮合。驱动电机2提供的动力可经过第一行星齿轮总成单独驱动拖拉机行驶。PTO电机8提供的动力可经过第二行星齿轮总成单独驱动旋耕机构7工作；驱动电机2提供的动力可经过第三行星齿轮总成，与PTO电机8提供的动力在第二行星齿轮总成耦合后，共同驱动旋耕机构7工作；同样PTO电机8提供的动力可经过第三行星齿轮总成，与驱动电机2提供的动力在第一行星齿轮总成耦合后，共同驱动拖拉机行驶。

其中，同步器33、第一制动器14和第二制动器24用以实现电动拖拉机多模式耦合传动装置的各种工作模式之间的切换。其组合状态如下表所示，表中符号“M”表示电动机处于工作状态，“C”表示电动机处于未工作状态，“1”表示制动器处于制动状态，“0”表示制动器处于分离状态。“L”表示同步器左接合，“R”表示同步器右接合，“S”表示同步器未接合。

下表为电动拖拉机多行星排动力耦合装置工作模式：

拖拉机在进行工作时的工作原理具体如下：

双电机独立驱动模式，该模式又分为三种模式：拖拉机行驶模式、拖拉机旋耕模式、拖拉机行驶旋耕模式。

当拖拉机仅行驶时，驱动电机2工作、PTO电机8未工作、同步器33未接合、第一制动器14制动、第二制动器24未制动。此时驱动电机2提供的动力经第一动力输入轴34、第一太阳轮18、第一行星轮16、第一行星架17后，由第一动力输出轴19输出，驱动拖拉机行驶。

当拖拉机仅旋耕作业时，驱动电机2未工作、PTO电机8工作、同步器33未接合、第一制动器14未制动、第二制动器24制动。此时PTO电机8提供的动力经第二动力输入轴30、第二太阳轮22、第二行星轮25、第二行星架21后，由第二动力输出轴23输出动力，驱动旋耕机构7工作。

当拖拉机行驶旋耕作业时，驱动电机2工作、PTO电机8工作、同步器33未接合、第一制动器14制动、第二制动器24制动。此时驱动电机2提供的动力经第一动力输入轴11、第一太阳轮18、第一行星轮16、第一行星架17后，由第一动力输出轴19输出，驱动拖拉机行驶。同时，PTO电机8提供的动力经第二动力输入轴30、第二太阳轮22、第二行星轮25、第二行星架21后，由第二动力输出轴23输出动力，驱动旋耕机构7工作。

双电机耦合驱动行驶模式：驱动电机8工作、PTO电机2工作、同步器33向右与第四传动齿轮29接合、第一制动器14未制动、第二制动器21制动。此时，驱动电机2提供的动力经第一动力输入轴34、第一太阳轮18，将动力输入至第一行星齿轮总成。PTO电机提供的动力一方面经过第二动力输入轴30、第二传动齿轮28、第四传动齿轮29、第三行星架12、第三行星轮27、第三太阳轮32、第五传动齿轮20、第一齿圈15，将动力输入第一行星齿轮总成，第一行星齿轮总成将双电机动力耦合后，经过第一行星轮16、第一行星架17、第一动力输出轴19输出，驱动拖拉机行驶。PTO电机提供的动力另一方面经过第二动力输入轴30、第二太阳轮22、第二行星轮25、第二行星架21后，由第二动力输出轴23输出，驱动旋耕机构7工作。

双电机耦合驱动旋耕模式：驱动电机8工作、PTO电机2工作、同步器33向左与第三传动齿轮31接合、第一制动器14制动、第二制动器21未制动。此时PTO电机8提供的动力经第二动力输入轴30、第二太阳轮22，将动力输入至第二行星齿轮总成。驱动电机2提供的动力一方面经过第一动力输入轴34、第一传动齿轮11、第三传动齿轮31、第三行星架12、第三行星轮27、第三齿圈13、第二齿圈26后输入至第二行星齿轮总成，第二行星齿轮总成将动力耦合后，由第二动力输出轴23输出，驱动旋耕机构7工作。驱动电机2提供的动力另一方面经过第一动力输入轴34、第一太阳轮18、第一行星轮16、第一行星架17后，由第一动力输出轴19输出，驱动拖拉机行驶。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，其特征在于：包括动力电池、与动力电池相连的整机控制器、与整机控制器相连的第一逆变器和第二逆变器，与第一逆变器和第二逆变器分别连接的驱动电机和PTO电机，连接于驱动电机和PTO电机的动力耦合机构、与动力耦合机构相连的传动机构和旋耕机构、连接于传动机构的驱动轮；

所述动力耦合机构包括第一动力输入轴、连接于第一动力输入轴的第一传动齿轮、第二动力输入轴、连接于第二动力输入轴的第二传动齿轮、第一行星齿轮总成、第二行星齿轮总成、第三行星齿轮总成、第一动力输出轴、第二动力输出轴、第三传动齿轮、第四传动齿轮、第五传动齿轮和同步器；所述第一行星齿轮总成包括第一行星架、第一太阳轮、第一行星轮、第一齿圈和第一制动器，所述第一行星齿轮总成通过所述第一行星架连接所述第一动力输出轴；所述第二行星齿轮总成包括第二行星架、第二太阳轮、第二行星轮、第二齿圈和第二制动器，所述第二行星齿轮总成通过所述第二行星架连接所述第二动力输出轴；所述第三行星齿轮总成包括第三行星架、第三太阳轮、第三行星轮和第三齿圈，所述第三行星齿轮总成通过所述第三行星架连接所述第三传动齿轮、第四传动齿轮和同步器，所述第三太阳轮连接所述第五传动齿轮；

所述同步器设置于所述第三传动齿轮和所述第四传动齿轮之间，所述第一传动齿轮与所述第三传动齿轮相啮合，所述第二传动齿轮与所述第四传动齿轮相啮合，所述第五传动齿轮与第一齿圈的外齿相啮合，第二齿圈的外齿还啮合于第三齿圈的外齿；动力耦合装置还通过所述同步器、第一制动器和第二制动器实现双电机独立驱动模式、双电机耦合驱动行驶模式和双电机耦合驱动旋耕模式的切换。

2.根据权利要求1所述的一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，其特征在于：所述驱动电机和所述PTO电机设置于所述动力耦合机构的一侧，所述传动机构和所述旋耕机构设置于所述动力耦合机构的另一侧；所述第一动力输入轴与所述第二动力输入轴互相平行，所述驱动电机和所述PTO电机提供的动力还通过所述动力耦合机构输出至所述传动机构和所述旋耕机构。

3.根据权利要求1所述的一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，其特征在于：所述第一行星齿轮总成与所述第二行星齿轮总成呈对称设置，所述第一制动器连接所述第一齿圈，所述第二制动器连接所述第二齿圈，所述第三传动齿轮通过所述同步器连接于所述第四传动齿轮，所述第三行星齿轮总成与所述同步器同轴设置。

4.根据权利要求1所述的一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，其特征在于：所述双电机独立驱动模式包括拖拉机行驶模式、拖拉机旋耕模式和拖拉机行驶旋耕模式，当处于拖拉机行驶模式时，驱动电机输出动力并通过所述第一动力输入轴、第一太阳轮、第一行星轮和第一行星架传递至第一动力输出轴输出动力，驱动拖拉机行驶；当处于拖拉机旋耕模式时，PTO电机输出动力并通过第二动力输入轴、第二太阳轮、第二行星轮和第二行星架传递至第二动力输出轴输出动力，驱动旋耕机构工作；当处于拖拉机行驶旋耕模式时，驱动电机输出动力并通过第一动力输入轴、第一太阳轮、第一行星轮和第一行星架传递至第一动力输出轴输出，第一动力输出轴输出的动力驱动拖拉机行驶，PTO电机输出动力并通过第二动力输入轴、第二太阳轮、第二行星轮和第二行星架传递至第二动力输出轴输出动力，第二动力输出轴输出的动力驱动旋耕机构工作。

5.根据权利要求1所述的一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，其特征在于：当处于双电机耦合驱动行驶模式，驱动电机输出动力并通过第一动力输入轴和第一太阳轮传递至第一行星齿轮总成；PTO电机输出动力并通过第二动力输入轴、第二传动齿轮、第四传动齿轮、第三行星架、第三行星轮、第三太阳轮、第五传动齿轮和第一齿圈传递至第一行星齿轮总成，PTO电机输出动力与驱动电机输出动力于所述第一行星齿轮总成耦合，耦合后的动力通过第一行星轮和第一行星架传递至第一动力输出轴输出，驱动拖拉机行驶；PTO电机输出动力还通过第二动力输入轴、第二太阳轮、第二行星轮和第二行星架传递至第二动力输出轴输出，输出的动力驱动所述旋耕机构。

6.根据权利要求1所述的一种双电机驱动的电动拖拉机多行星排动力耦合装置，其特征在于：当处于双电机耦合驱动旋耕模式，PTO电机输出动力并通过第二动力输入轴和第二太阳轮传递至第二行星齿轮总成；驱动电机输出动力并通过第一动力输入轴、第一传动齿轮、第三传动齿轮、第三行星架、第三行星轮、第三齿圈和第二齿圈传递至第二行星齿轮总成，驱动电机输出动力与PTO电机输出动力于所述第二行星齿轮总成耦合，耦合后的动力通过第二动力输出轴输出，驱动旋耕机构；驱动电机输出动力还通过第一动力输入轴、第一太阳轮、第一行星轮和第一行星架传递至第一动力输出轴输出，输出的动力驱动拖拉机行驶。

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