CN114810538A - 大功率低速大扭矩电液驱动系统 - Google Patents

大功率低速大扭矩电液驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率低速大扭矩电液驱动系统，包括液压马达组件、油箱以及容纳在油箱壳体空腔内的电液一体机组件，所述电液一体机组件包括电机壳体组件以及容纳在所述电机壳体组件的壳体空腔内的转子组件、定子组件以及液压泵组件，所述液压马达组件与油箱壳体连接，所述液压泵组件在电磁力带动下输出高压油液至液压马达组件中，驱使所述液压马达组件工作，实现从电能到液压能再到机械能的转换。本发明的驱动系统电液高度融合，具有功率大、结构紧凑、体积小、重量轻、可无级变速、变量方便、噪声低、高效节能、自冷却、功率密度高、可靠性高、长寿命等特点。

Description

大功率低速大扭矩电液驱动系统
技术领域
本发明属于动力传动与控制领域，特别涉及一种大功率低速大扭矩电液驱动系统。
背景技术
低速大转矩传动系统在工业生产、油田开采、矿山机械、工程机械、建筑机械、煤矿机械、冶金机械、水利、海洋工程、港口起重、船只推进、航空航天等领域有极其广泛的应用前景。如图1所示，目前传统的低速大转矩传动系统包括机械减速机构1、电动机2、联轴器3、冷却装置4以及负载系统7，电动机2高速输出转矩，通过联轴器3和机械减速机构1传动链，得到降速提扭作用后，驱动负载系统7工作，冷却装置4为电动机冷却，防止电动机2温度过高烧坏。这种结构具有以下特点：(1)机械减速机构1、联轴器3、电动机2轴向排开，其占用空间大、重量重，功率密度低，这对于有空间、重量受限的场合尤其不利；(2)该传动结构复杂，能量转换和动力传递环节较多，装配同轴度不容易保证，易产生机械摩擦损失、振动噪音；(3)减速机构存在加工困难、价格昂贵，运行可靠性差并且失效率高，容易发生故障且维护成本高等问题；(4)系统整体效率低，需要额外增加冷却和润滑装置，增加了设备的复杂性、额外能量损失、以及建设运营成本，不符合经济发展节能环保的要求；(5)传统的传动模式存在“固定转速，固定模式”的问题，生产模式难以根据工况进行相应的调节。
另一种新型的低速大扭矩传动系统——低速大扭矩永磁直驱系统，正快速发展，颇受各行业青睐。该系统包括永磁直驱电机、负载系统，永磁直驱电机直接与负载系统连接，省去了机械减速机构1，使得维修工作量显著降低，但低速大转矩永磁直驱系统也存在以下问题：(1)由于需要的转速较低，因此永磁直驱电机的极数很大，槽数较多和对高效率的要求，迫使电机增大外径，电机的体积显著变大、重量显著增加；(2)永磁直驱电机用材多，尤其是稀有金属(钕铁硼、钴等稀土)用量大，受原材料的影响，其成本一直居高不下；(3)永磁直驱电机需要额外增加用于变频调控的电子元器件，大功率的电子元器件技术要求高、价格高。
随着各种设备向大型化发展，大功率设备的需求也越来越多，部分大型设备的功率甚至达到MW级别，而对其体积和重量的要求却越来越严格，这是符合技术发展规律的，基于这种需求，提出了大功率低速大转矩传动系统。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前传统低速大扭矩传动系统中存在的问题，提供一种新型的具有功率大、结构紧凑、体积小、重量轻、可无级变速、变量方便、噪声低、高效节能、功率密度高、可靠性高、长寿命的一种或多种特点的大功率低速大转矩传动系统。
本发明的技术方案实现方式：一种大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：包括液压马达组件、油箱以及容纳在油箱壳体空腔内的电液一体机组件，所述电液一体机组件包括电机壳体组件以及容纳在所述电机壳体组件的壳体空腔内的转子组件、定子组件以及液压泵组件，所述液压马达组件与油箱壳体连接，所述液压泵组件在电磁力带动下输出高压油液至液压马达组件中，驱使所述液压马达组件工作，实现从电能到液压能再到机械能的转换。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述液压泵组件包括配流滑盘副和柱塞副，所述配流滑盘副包括斜盘以及支承在斜盘上的滑盘，所述滑盘为整体盘状结构，所述滑盘与斜盘之间形成静压油膜支承，所述柱塞副包括缸体以及柱塞。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述电液一体机组件还包括主轴和转筒，所述主轴与缸体连接，所述转筒分别与转子组件和缸体连接，使得所述转筒、缸体以及转子组件同步旋转，所述缸体容纳在所述转筒内且作用在所述缸体上的轴向液压力相互平衡或抵消。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述缸体为整体式结构，所述缸体两端具有以缸体中心轴心环向均匀分布的多个柱塞孔，所述缸体的柱塞孔为两端开口的通孔结构。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述缸体为两个对置的独立缸体，所述缸体具有以缸体中心轴心环向均匀分布的多个柱塞孔，所述缸体的柱塞孔为一端封闭、一端开口的盲孔结构，其中相互对置一侧的缸体端面封闭。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述主轴中部周向设置有向外凸出的主轴连接部，所述转筒中部周向设置有向内凸出的转筒连接部，所述转筒分别与主轴和转子组件连接，使得所述转筒、主轴、缸体以及转子组件同步旋转，所述相互对置、封闭一侧的缸体端部抵接在主轴连接部的两端，使得作用在两缸体端部的轴向液压力相互平衡。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述电机壳体组件包括前端盖、后端盖和电机壳体，所述液压泵组件中靠近液压马达组件一侧的配流滑盘副的斜盘抵接在前端盖的一侧端面上，所述液压马达组件的配流轴抵接在前端盖的另一侧端面上，所述配流轴设置有配流轴低压口和配流轴高压口。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述电液驱动系统为开式回路系统，所述前端盖上设置有前端盖低压进油道和前端盖高压油道，所述后端盖上设置有后端盖低压进油道、后端盖高压油道和后端盖低压油道，所述前端盖高压油道与配流轴高压口连通，所述前端盖低压进油道、后端盖低压进油道以及配流轴低压口分别向油箱壳体空腔开口，使得油箱壳体空腔内的油液进入到液压泵组件的缸体柱塞孔中，带走热量，实现自冷却。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述电液驱动系统为闭式回路系统，所述前端盖上设置有前端盖高压油道和前端盖低压油道，所述后端盖上设置有后端盖低压进油道、后端盖高压油道和后端盖低压油道，所述前端盖高压油道与配流轴高压口连通，所述前端盖低压油道分别与配流轴低压口和电机壳体低压油道连通，低压油液从所述后端盖低压进油道进入液压泵组件后，经作用形成的高压油液通过前端盖高压油道输送至液压马达组件，经作用形成的低压油液通过前端盖低压油道又回到液压泵组件中，形成闭式回路。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其在所述后端盖上设置有单向阀和/或补油泵，所述补油泵与主轴一端连接，所述单向阀的出油口与后端盖低压进油道连通，所述单向阀和/或补油泵用于补充闭式回路中的油液漏损。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其在所述油箱壳体或电机壳体上连接有阀组，所述电机壳体设置有电机壳体高压油道，所述阀组的进油口与所述电机壳体高压油道连通，所述阀组用于所述液压泵组件的压力、流量、方向的控制，所述阀组包括压力阀、流量阀和方向阀的一种或组合。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述电液驱动系统上设置有蓄能器，所述蓄能器与所述阀组连接，所述蓄能器具有包括辅助启动、稳定压力、补充泄漏油液、提供辅助控制油源的一种或多种作用。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述液压泵组件包括两个配流滑盘副，所述配流滑盘副的斜盘分别抵接在前端盖和后端盖上，其中抵接在前端盖一侧的斜盘为固定倾斜角度的斜盘，抵接在后端盖一侧的斜盘为变角度斜盘。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其在所述后端盖上设置有变量机构，与所述后端盖对置的斜盘上的支承面具有成形为圆柱形的圆柱滑弧面，所述变量机构包括变量活塞、控制阀以及变量弹簧，所述变量活塞驱使所述斜盘在所述圆柱滑弧面上滑动，实现无级变速控制。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述液压泵组件为轴支承式结构，其还包括第一轴承和第二轴承，所述主轴的主轴轴心与缸体的缸体轴心重合，所述主轴一端贯穿对应端的配流滑盘副至前端盖并支承在第一轴承上，另一端贯穿对应端的配流滑盘副至后端盖并支承在第二轴承上，所述缸体支承在主轴上并与主轴通过键连接实现同步转动，所述柱塞副包括缸体的柱塞孔壁与柱塞，所述柱塞在缸体的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。
本发明所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其所述液压泵组件为转筒支承式结构，其还包括第四轴承和第五轴承，所述第四轴承和第五轴承分别夹设在转筒与电机壳体组件之间，所述转子组件与液压泵组件通过转筒支承在第四轴承和第五轴承上并实现同步旋转，所述柱塞副包括缸体的柱塞孔壁与柱塞，所述柱塞在缸体的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。
基于上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)本发明大幅度减少了低速大转矩传动系统的重量和体积，提高了系统整体的功率密度。本发明中将液压马达组件、两个液压泵组件、电机组件、控制、油箱、蓄能器等装置高度集成一体，取消了传统低速大转矩传动系统中的机械减速机构，充分发挥了液压传动的高功重比特点，使得动力传动系统整体的体积和重量大幅度降低。因此本发明的低速大转矩传动系统具有突出的高功重比优势，尤其适用于空间、重量有严格要求的领域，例如移动机械、舰船推进系统、航空航天领域。
(2)功率大，整体的功率密度大。本发明中将液压马达组件、两个液压泵组件、电机组件、控制、油箱、蓄能器等装置高度集成一体，其中两个液压泵组件与电机组件共同集成在电机壳体内，在相同电机壳体空间内，实现双倍高压油液的输出，可满足大功率电液驱动系统的要求。
(3)本发明容易实现无级变速控制。本发明中将液压马达组件、两个液压泵组件、电机组件、控制、油箱、蓄能器等装置高度集成一体，可通过调节斜盘角度等方式实现无级调速，转速调节为软性调节，可以较好适应不同工况下的变速控制，省掉了复杂且昂贵的变频控制器等电子元件，减少了功率损耗，降低了成本。
(4)本发明传动效率高。本发明中将液压马达组件、两个液压泵组件、电机组件、控制、油箱、蓄能器等装置高度集成一体，，省去了传动环节中的机械减速机构、传动轴、联轴器等部件，消除了额外的变频控制器等电子元件，省去了冷却装置等部件，因此，减少了能量转换和动力传递环节以及冷却装置、电子元件的额外能量损失。同时也大幅度降低了机械摩擦损失，使得驱动系统整体效率更高、工作更加可靠。
(5)本发明显著降低了噪声及振动。传统的动力传动系统噪声及振动来源主要有：机械减速机构、电动机、联轴器连接同轴度误差产生的机械振动和噪声、电动机风冷装置产生的噪声和振动；本发明中将液压马达组件、两个液压泵组件、电机组件、控制、油箱、蓄能器等装置高度集成一体，电动机组件、液压泵组件共轴、共壳，取消了联轴器、风冷装置以及液压泵与液压马达之间的连接管路，噪声显著降低。
(6)本发明自冷却，散热容易。传统的电动机和机械减速机构在运转过程中都存在能量耗散，最终以热量形式散发在外界环境中，需要额外增加冷却装置或润滑装置，本发明中将液压马达组件、两个液压泵组件、电机组件、控制、油箱、蓄能器等装置高度集成一体，壳体空腔内的低压冷油流经电动机定子组件、转子组件、液压泵组件的三大摩擦副，并将其产生的热量带入到液压系统中，实现自我冷却。
(7)本发明寿命长，可靠性高。本发明中的电液驱动系统高度融合一体，各机械部件高度集成、简化了结构复杂性；配流滑盘副中的滑盘为整体结构，柱塞副中的柱塞为锥形结构，两者独特的设计显著降低了柱塞作用在缸体的侧向力，显著改善了三大摩擦副的工况，提高了其油膜稳定性，使得液压转子部分具有更高速度、更高压力、更大流量、更长寿命。
(8)本发明可以很方便设计成闭式回路，有利于减少了油箱体积，方便设置蓄能装置，正反方向变换方便，同时可提高系统运行效率。
(9)本发明减少了外泄漏。驱动系统电液高度融合，避免了多处管路连接部位以及液压泵轴伸处的密封在长期工作条件下的腐化和磨损从而产生外泄漏，造成的环境污染和管理维护不便，尤其适用于环境要求严格的场合。
(10)本发明可实现多机串并联。本发明中将液压马达组件、两个液压泵组件、电机组件、控制、油箱、蓄能器等装置高度集成一体，功率大、体积小、重量轻，在需要超大功率时，可将多个大功率电液驱动系统串并联，实现输出功率倍增。
附图说明
图1为传统的低速大扭矩驱动系统结构示意图。
图2为本发明的大功率电液驱动系统的结构示意图。
图3为本发明中开式电液驱动系统的一种实施例。
图4为图3中的A-A剖面图。
图5为本发明中大功率电液驱动系统的内部液流图。
图6为本发明中滑盘一端的平面图。
图7为图6中滑盘结构的B-B剖面图。
图8为本发明中滑盘另一端的平面图。
图9为本发明中斜盘一端支承面的一种平面图。
图10为本发明中斜盘另一端支承面的一种平面图。
图11为本发明中转筒沿轴线的剖面图。
图12为本发明中转筒一侧的平面图。
图13为本发明中两个缸体对置的电液驱动系统的一种实施例。
图14为本发明中闭式电液驱动系统的一种实施例。
图15为本发明中转筒支承式电液驱动系统的一种实施例。
图16为本发明中永磁体转子组件的另一种实施例。
图中标记：1为机械减速机构，2为电动机，3为联轴器，4为冷却装置，5为电液驱动系统，6为出线盒，7为负载系统，8为定子组件，8a为定子铁芯，8b为定子绕组，9为转子组件，9a为转子铁芯，9b为转子绕组，9c为永磁体，9d为端环，10为主轴，10a为主轴连接部，11为转筒，12为转筒连接部，13为过油孔，14为连接键，15为凸起部，16为第一挡块，17为第二挡块，21为第一轴承，22为第二轴承，23为第三轴承，24为第四轴承，25为第五轴承，31为电机壳体，31a为电机壳体高压油道，31b为电机壳体出油道，31c为电机壳体低压油道,32为前端盖，32a前端盖低压进油道，32c为前端盖高压油道，32d为前端盖低压油道，32e前端盖高压出油道，32f为前端盖连通孔,33为后端盖，33a为后端盖低压进油道，33c为后端盖高压油道，33d为后端盖低压油道，33f为后端盖连通孔，34为壳体空腔，40为斜盘，41a为斜盘支承挡部，42为配流油槽，43为低压配流窗口，44为高压配流窗口，45为圆柱滑弧面，46为槽形低压口，47为槽形高压口，50为滑盘，50C为滑盘轴心，51为滑盘静压支承面，52为滑盘凸台面，53为滑盘腰形孔，54为滑盘外密封部，55为滑盘内密封部，56为滑盘间隔密封部，58为柱塞球窝，60为压板，70为柱塞，71为柱塞球头，72为柱塞中心孔，73为锥形杆部，74为柱塞部，80为缸体，81为柱塞孔，100为中心弹簧，101为挡圈，102为球铰，110为变量机构，111为变量活塞，112为控制阀，113为变量弹簧，120为液压马达组件，121为输出轴，122为马达缸体，123为马达柱塞，124为横梁，125为滚轮，126为配流轴，126a为配流轴低压口，126b为配流轴高压口，127为马达壳体，130为阀组，131为连接油管，132为蓄能器，140为油箱壳体，141为油箱壳体空腔，142为托架，150为单向阀，160为补油泵。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
尽管本发明容许有不同形式的实施例，但本说明书和附图仅仅公开了如本发明的示例的一些特定形式。然而本发明并不试图限于所述的实施例。本发明的范围在所附的权利要求中给出。
为了方便描述，本发明的实施例以典型的取向示出，所述取向使得当电液驱动系统5的主轴的中心轴线水平静置，以液压马达组件一侧为左，后端盖为右，描述中使用的“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”“水平”、“底”、“内”、“外”等术语都是参照这个位置而使用的，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，应理解的是本发明可以不同于所述的位置的取向进行制造、存放、运送、使用和销售。
实施例1：
如图2至5所示，为本发明的大功率电液驱动系统5的优选实施例，在所示的优选实施例中，所述大功率电液驱动系统5为轴支承式结构且为开式回路系统，包括液压马达组件、油箱以及容纳在油箱壳体空腔141内的电液一体机组件，所述电液一体机组件包括电机壳体组件以及容纳在所述电机壳体组件的壳体空腔34内的转子组件9、定子组件8以及液压泵组件，所述液压马达组件与油箱壳体140连接，所述液压泵组件包括配流滑盘副和柱塞副，所述液压泵组件在电磁力带动下输出高压油液至液压马达组件中，驱使所述液压马达组件工作，实现从电能到液压能再到机械能的转换。
具体地，所述配流滑盘副包括斜盘40以及支承在斜盘40上的滑盘50，所述滑盘50为整体结构，所述滑盘50与斜盘40之间形成静压油膜支承；所述柱塞副包括缸体80的柱塞孔壁与柱塞70，优选地，所述柱塞70为中心设置有中心大孔的锥形结构。所述电液一体机组件还包括主轴10、第一轴承21和第二轴承22，所述主轴10的主轴轴心与缸体80的缸体轴心重合，所述主轴10一端贯穿对应端的配流滑盘副至电机壳体组件中的前端盖32并支承在第一轴承21上，另一端贯穿对应端的配流滑盘副至电机壳体组件中的后端盖33并支承在第二轴承22上，所述缸体80支承在主轴10上并与主轴10通过键连接实现同步转动，所述柱塞副包括缸体80的柱塞孔壁与柱塞70，所述柱塞70在缸体80的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。进一步地，所述电液一体机组件还包括转筒11，所述转筒11分别与转子组件9和缸体80连接，使得所述转筒11、缸体80以及转子组件9同步旋转，所述缸体80容纳在所述转筒内且作用在所述缸体的轴向液压力相互平衡或抵消。
进一步地，在本实施例中，优选地，所述缸体80为整体式结构，所述缸体两端具有以缸体中心轴心环向均匀分布的多个柱塞孔81，所述缸体80的柱塞孔81为两端开口的通孔结构，所述转筒11分别与缸体80和转子组件9连接，使得所述转筒11、缸体80和转子组件9同步旋转。其中，所述缸体80与主轴10可设置成一体式结构或分离式结构，所述一体式结构是指缸体与主轴由一个毛坯件整体加工形成，所述分离式结构是指缸体和主轴单独加工，两者通过花键等方式连接。
具体地，所述电动机为包括但不限于感应异步电动机、永磁直流电动机、永磁同步电动机等。优选地，所述电动机为感应异步电动机，包括现有的笼型异步电动机和绕线型异步电动机，所述定子组件8包括定子铁芯8a、定子绕组8b等部件，其中，所述定子铁芯8a为电机磁路和电路的组成部分，由表面涂有绝缘漆的薄硅钢片冲制叠压而成，其外周面与壳体组件的电机壳体31固定连接，所述定子铁芯8a内周面上开设由多个槽口(未示出)，所述定子绕组8b嵌放所述定子铁芯8a的槽口上，所述定子绕组8b由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制，所述定子绕组8b的出线端引至设置在电机壳体31上的出线盒6上；所述转子组件9包括转子铁芯9a、转子绕组9b等部件，其中，所述转子铁芯9a也由表面涂有绝缘漆的薄硅钢片冲制叠压而成，其内周面与转筒11固定连接，所述转子铁芯9a两侧侧面通过第一挡块16抵接在转筒11的凸起部15以限制转子铁芯9a与转筒11的轴向位移，所述转子铁芯9a外周面上开设由多个槽口(未示出)，所述转子绕组9b嵌放所述转子铁芯9a的槽口上，所述转子绕组9b包括但不限于鼠笼型结构和绕线型结构转子绕组，其中，鼠笼型结构是在转子铁芯9a上的槽插入铜条或铝条作为导条，并在两端用铜环或铝环连接起来，形成笼状结构。绕线型结构是在转子铁芯9a上设置线圈绕组。
其中，所述电动机的定子组件8和转子组件9之间保持一定的气隙，以保证电动机运行时具有合理的功率因数及启动性能。可以替换地，该气隙也可以由壳体组件的壳体空腔34内的低压冷油填充，以消散电机的定子组件8和电机的转子组件9的热量。
具体地，所述液压马达组件120用于将液压能转换为机械能，其包括但不限于径向柱塞马达、轴向柱塞马达类型，优选地，所述液压马达组件120为径向柱塞马达，包括曲轴式径向柱塞马达、内曲线式径向柱塞马达。进一步优选地，所述液压马达组件120为横梁传力式内曲线柱塞马达，如图3所示，所述液压马达组件120包括马达壳体127、与负载连接的输出轴121、与输出轴121连接的马达缸体122、径向排量的马达柱塞123、与马达柱塞123抵接的横梁124、滚轮125以及配流轴126，所述马达柱塞123传力给横梁124，所述横梁124支承在滚轮125上且可在马达缸体122的径向槽内滑动，所述马达柱塞123的顶部具有构形为球形面或锥形面并与横梁124抵接以传递液压力，所述马达柱塞123可设置为多排结构，以增大排量，优选地为2-3排，所述配流轴126包括配流轴低压口126a和配流轴高压口126b。
可以预测地，与液压马达组件连接的负载系统7包括但不限于工业生产机械中的开炼机、密炼机、挤出机，矿山机械用的破碎机、磨煤机、刮板机、斗轮机及各种皮带输送设备，油田开采用的钻机，舰船推进系统，直升机桨叶，港口起重卷扬设备等。
具体地，所述电机壳体组件包括前端盖32、后端盖33以及电机壳体31，其中前端盖32用于封闭电机壳体31的一端开口，所述后端盖33用于封闭电机壳体31的另一端开口，所述电机壳体31、前端盖32及后端盖33围成具有用于容纳转子组件、定子组件以及液压泵组件的壳体空腔34。所述液压泵组件中靠近液压马达组件一侧的斜盘40抵接在前端盖32的一侧端面上，所述液压马达组件的配流轴126抵接在前端盖32的另一侧端面上，所述电机壳体31通过托架142支撑在油箱壳体140上。
进一步地，所述大功率电液驱动系统为开式回路系统，所述前端盖32上设置有前端盖低压进油道32a和前端盖高压油道32c，所述后端盖33上设置有后端盖低压进油道33a、后端盖高压油道33c和后端盖低压油道33d，所述前端盖高压油道32c与配流轴高压口126b连通，所述前端盖低压进油道32a、后端盖低压进油道33a以及配流轴低压口126a分别向油箱壳体空腔141开口。当吸油时，油箱壳体空腔141内的低压冷油通过前端盖低压进油道32a和后端盖低压进油道33a进入到液压泵组件的缸体柱塞孔81中，带走热量，实现自冷却。
进一步地，经液压泵组件作用后的高压油液分两路流进配流轴高压口126a，其中一路通过前端盖高压出油道32e进入前端盖高压油道32c中，另一路通过与后端盖33抵接的配流滑盘副进入后端盖进油道33c，并经电机壳体高压油道31a或连接油管133至前端盖高压油道32c中，两路高压油液最终通过配流轴高压口126b进入液压马达组件的马达缸体122中，所述高压油液驱使液压马达组件运动,带动负载工作。
具体地，所述配流滑盘副包括滑盘50及支承在后端盖33上的斜盘40，所述滑盘50的滑盘静压支承面51支承在斜盘40上，并与斜盘40的支承面保持紧密配合，所述滑盘50一端设置有多个滑盘腰形孔53，所述滑盘50另一端面设置有多个柱塞球窝58，所述滑盘50上的滑盘腰形孔53贯通至柱塞球窝58，在所述斜盘40上设置有低压配流窗口43、高压配流窗口44以及配流油槽42。
进一步地，与前端盖32抵接的斜盘40为定角度斜盘，即该斜盘40不可转动角度，该斜盘的高压配流窗口44与前端盖32上的前端盖高压油道32c连通，该斜盘的低压配流窗口43与前端盖32上的前端盖低压进油道32a连通；与后端盖33抵接的斜盘40为变角度斜盘，该斜盘的高压配流窗口44与后端盖33上的后端盖高压油道33c连通，该斜盘的低压配流窗口43与后端盖33上的后端盖低压进油道33a连通。
进一步地，所述斜盘40上与后端盖33对置的支承面具有成形为圆柱形的圆柱滑弧面45，在所述斜盘40的圆柱滑弧面45上具有构形为槽形的槽形低压口46和槽形高压口47，所述槽形低压口46与后端盖低压进油道33a连通，所述槽形高压口47与后端盖高压油道33c连通。
从结构上分析，可以知道该开式电液驱动系统具有自冷却功能，如图5所示，为开式电液驱动系统5的内部液流图，其内部油液流动路径如下：首先低压冷油储存在油箱壳体空腔141内，工作时，输入电能，电机的转子组件9带动液压泵组件的缸体转动，低压冷油从油箱壳体空腔141通过前端盖低压进油道32a和后端盖低压进油道33a进入到液压泵组件的缸体柱塞孔81中，低压冷油经液压泵组件的作用后，其高压油液经电机壳体组件的高压油道进入配流轴高压口126b，高压油液驱动液压马达组件运动后产生低压油液，其低压油液经配流轴低压口126a输出至油箱壳体空腔141内。由于电液一体机组件大部分或完全浸润在油箱内的低压冷油中，电液一体机组件产生的热量散发在油箱内实现自冷却。尤其明显的是，电液一体机组件的定子组件温度得以大幅度降低。
为进一步降低电液一体机组件内部的温度，如图3所示，在前端盖32上设置有前端盖连通孔32f，在后端盖33上设置有后端盖连通孔33f，所述前端盖连通孔32f和后端盖连通孔33f均将电机的壳体空腔34与油箱壳体空腔141连通，使得油箱壳体空腔141内的冷油可以进入壳体空腔34内，所述壳体空腔34的热油可以排到油箱壳体空腔141内。这种结构使得置于壳体空腔34内的各摩擦副以及转子组件和定子组件部件也浸润在低温油液中，并将定子组件、转子组件、液压马达组件的三大摩擦副产生的热量排出到油箱壳体空腔141中。
同时，这种结构还具有体积小、重量轻、功率密度高、效率高、低噪声等特点。如图1所示，为传统的低速大扭矩驱动系统，由机械减速机构1、电动机2、及联轴器3等为独立部件轴向排开，轴向长度长，占用空间大，重量大，图2为本发明中的电液驱动系统，其取消了传统驱动系统中的机械减速机构1，充分发挥了液压传动的高功重比特点，使得驱动系统的整体体积、总重大幅度降低，这是其他传动系统不可替代的；电动机、液压马达组件、液压泵组件、油箱高度融合一体，省去了联轴器、冷却装置等连接部件，减少了能量转换和动力传递环节以及冷却装置的额外能量损失；电动机、液压泵共轴、共壳，取消了联轴器、冷却装置，噪声显著降低。
具体地，如图11和12所示，所述转筒11外周面与转子组件9连接，所述转筒11内侧设置有向内延伸的转筒连接部12，在所述转筒连接部12环向设置有多个过油孔13，所述过油孔13连通两侧壳体空腔34，使得低压油液顺利通过，所述转筒连接部12内周向设置有与缸体80外周向配合的连接键14；可替换地，所述转筒连接部与缸体也可包括但不限于过盈配合连接、螺栓连接等方式。
进一步地，所述转筒11上设置有用于约束轴向方向移动的约束装置，所述约束装置包括用于约束电机转子轴向位移的设置在转筒11两侧向外凸起的凸起部15以及夹设在电机转子和凸起部15之间的第一挡块16；所述约束装置还包括用于约束转筒11轴向位移的设置在缸体80外周向的第二挡块17，所述第二挡块17与转筒11的连接部12连接。
进一步地，在所述后端盖33一侧设置有变量机构110，所述变量机构用于调节液压泵组件的排量，实现无级变速控制，所述变量机构为斜盘角度控制式变量结构，所述斜盘角度控制式变量机构包括变量活塞111、控制阀112和变量弹簧113，所述控制阀112与后端盖33连接，所述控制阀112内设置多个液流通道，所述控制阀112通过控制进入变量活塞111的油液来控制变量活塞111的运动，实现斜盘40角度的改变，所述控制阀112可根据工况参数设置多种变量控制方式，所述变量弹簧113起复位作用。
更具体地，所述滑盘50朝向缸体80一侧的端面的环周向与柱塞70相对位置设置有多个柱塞球窝58，如图6、7和8所示，所述柱塞球窝58在滑盘50端面形成开口大致成半球状的凹部，所述柱塞球窝58以滑盘轴心50C共同的圆周均匀间隔地分布的状态对柱塞球头71进行支承，在所述柱塞70安装在柱塞球窝58后，通过压板60将其固定在滑盘50的端面上，使得柱塞70相对滑盘50的端面的远离移动受到限制。特殊地，用于将柱塞70固定在滑盘50的端面的方式也不限于采用压板的方式，例如，也可以在滑盘50上设置有形状锁合的压紧装置(未示出)，该压紧装置可通过大于180度的包覆将柱塞球头71进行固定。
其中，所述滑盘50与斜盘40对置的端面上设置有滑盘静压支承面51，如图7所示，所述滑盘轴心50C与主轴轴心呈一定角度，所述滑盘静压支承面51支承在斜盘40上且始终与斜盘40保持滑动配合，所述滑盘静压支承面51上设置有多个构形为腰形的滑盘腰形孔53，优选地，所述滑盘腰形孔53以滑盘轴心50C为中心呈均匀分布在滑盘静压支承面51上，所述滑盘腰形孔53连通至柱塞球窝58。
进一步地，所述滑盘50与斜盘40对置的端面上设置有沿滑盘轴心50C向斜盘40一侧延伸的滑盘凸台面52，该滑盘凸台面52是由内直径R1和外直径R2围成的区域构成，所述滑盘凸台面52与斜盘40支承面以能够滑动的方式相互抵接，在所述滑盘凸台面52上与柱塞球窝58位置对应处设置有多个滑盘腰形孔53，优选地，该滑盘腰形孔53是以滑盘轴心50C为中心的共同的圆周均匀间隔地分布在滑盘凸台面52上。
其中，所述滑盘凸台面52与斜盘40支承面之间形成有效的静压油膜支承，所述滑盘凸台面52上设置有用于密封油液作用的密封部，所述密封部以包围滑盘腰形孔53的状态设置在滑盘腰形孔53的内外周，所述密封部包括分布在滑盘腰形孔53径向内外的滑盘内密封部55、滑盘外密封部54以及分布在相邻滑盘腰形孔53之间的滑盘间隔密封部56，所述滑盘内密封部55是由滑盘腰形孔53内边缘与滑盘凸台面52的内直径R1围成的区域，所述滑盘外密封部54是由滑盘腰形孔53外边缘与滑盘凸台面52的外直径R2围成的区域，所述滑盘间隔密封部56是由相邻滑盘腰形孔53之间的间隔凸台面区域，所述滑盘凸台面52的密封部与斜盘40支承面之间始终保持一定合理的间隙使得油膜泄漏处于合理水平。
具体地，所述柱塞70包括一端支承在滑盘50的柱塞球窝58上且经由压板60固定在滑盘50端面的柱塞球头71、用于连通柱塞孔81和柱塞球窝58的柱塞中心孔72、外周面呈圆锥形的锥形杆部73以及与缸体柱塞孔壁间隙配合的且可在其往复运动的柱塞部74，所述柱塞球头71呈球状且能够滑动自如地支承在滑盘50的柱塞球窝58上；所述柱塞中心孔72为大孔径通孔结构，作为吸入和/或排出油液通道；在柱塞部74上往往设置至少一道密封圈用于密封液体，所述锥形杆部73是大致从柱塞球端向柱塞部74逐渐增加的锥形状，当柱塞70运动到某一位置时，所述锥形杆部74与柱塞孔81内环周面接触，起到传力作用。但需要说明的是，所述柱塞70不限于锥形柱塞类型，还可以包括两端均为球头的连杆-柱塞或者带万向铰的球面柱塞。
工作时，液压力作用在柱塞70上，并进一步传递至滑盘50，总体上，所述柱塞70作用在滑盘50上的轴向力大于斜盘40通过油膜反作用在滑盘50的支承力与柱塞70的回程力之和，因此，所述滑盘50始终通过一层油膜抵接在斜盘40上滑动。
考虑到在启动时，滑盘与斜盘之间仍然需要初始密封，以尽快建立油压，因此在配流滑盘副一侧须设置初始密封装置。
优选地，其中一种初始密封装置，如图13所示，在所述滑盘50与缸体80之间设置有弹簧预紧装置，该弹簧预紧装置使配流滑盘副具有一定的初始接触力，所述弹簧预紧装置包括中心弹簧100、挡圈101以及球铰102，所述中心弹簧100的预紧弹簧力一端通过球铰102作用在压板60上，并进一步传递至滑盘50上，另一端通过挡圈101将预紧力作用在缸体端部上。
优选地，另一种初始密封装置，如图3和4所示，也可以在所述滑盘50和/或缸体80上设置有约束装置，所述约束装置具有限制所述配流滑盘副的滑盘50远离斜盘40运动。
进一步地，所述约束装置包括在滑盘50靠近滑盘静压支承面51一侧具有向外侧凸起的斜盘止挡部以及在斜盘支承挡部41a上设置的卡合装置，所述止挡部用于限制第三轴承23的移动，所述卡合装置包括在斜盘支承挡部41a上、邻近第三轴承23处设置的卡合周槽以及在卡合内周槽上设置卡簧(未示出)，所述卡簧以约束第三轴承23向外移动的方式限制滑盘远离斜盘40端面。
可以预测地，在止挡部与第三轴承23之间或者在卡簧与第三轴承23之间也可以适当设置弹性垫片(未示出)，使得约束组件除了限制滑盘远离斜盘端面外，还具有一定的初始预紧力保持滑盘与斜盘的预紧状态。同理，所述卡合装置的约束方式还可以通过第三轴承23与斜盘支承挡部41a的过盈配合来实现，在所述斜盘支承挡部41a上、邻近第三轴承23处设置卡合周槽及与卡合周槽配合的卡簧起进一步约束作用。
实施例2：
如图13所示，与实施例1的不同之处在于液压泵组件中的缸体的数量和结构不同。
具体地，所述液压泵组件包含两个缸体80，所述缸体80具有沿径向截面为圆形的柱状构形，并容纳在转筒11的空腔内，所述缸体80具有以缸体中心轴心环向均匀分布的多个柱塞孔81和在中心处用于容纳主轴的主轴装配孔，所述缸体80的柱塞孔81为一端封闭、一端开口的结构。优选地，所述柱塞孔81数量一般设置为7个或9个。
进一步地，所述主轴10穿过缸体80的主轴装配孔并以其轴体外周面设置连接键方式与缸体80连接，所述缸体80以其与主轴10同步运动的方式支承在主轴10上。所述主轴10中部周向设置有向外凸出的主轴连接部10a，所述转筒11中部周向设置有向内凸出的转筒连接部12，所述转筒11分别与主轴10和转子组件9连接，使得所述转筒11、主轴10、缸体80以及转子组件9同步旋转，所述相互对置、封闭一侧的缸体端部抵接在主轴连接部10a的两端，使得作用在两缸体端部的轴向液压力相互平衡。
应指出的是，所述缸体80端部不设置与其抵接的配流盘，因此减少了一个摩擦副，提高了其容积效率；由于未抵接配流盘，缸体80端部不需要精密加工，降低了制造和使用成本；缸体80端部无配流盘，即便是存在部分侧向力，也不会产生偏磨导致失效等问题。
实施例3：
如图14所示，与实施例1的不同之处在于本实施例为闭式系统，因此，其油道结构及液流路径也不同，其他可参考实施例1所述结构。
具体地，所述电液驱动系统为闭式回路系统，所述前端盖32上设置有前端盖高压油道32c和前端盖低压油道32d，所述后端盖33上设置有后端盖低压进油道33a、后端盖高压油道33c和后端盖低压油道33d，所述前端盖高压油道32c与配流轴高压口126b连通，所述前端盖低压油道32d分别与配流轴低压口126a和连通，所述前端盖低压油道32d分别与配流轴低压口126a和电机壳体低压油道31c连通。
初始工作时，油箱壳体空腔141内的低压油液从所述后端盖低压进油道33a进入液压泵组件后，经作用形成的高压油液通过后端盖高压油道33c、前端盖高压油道32c输送至液压马达组件，经所述液压马达组件作用后形成的低压油液从配流轴低压口126a流出，并通过前端盖低压油道32d和后端盖低压油道33d又回到液压泵组件中，形成闭式回路。
进一步地，在所述后端盖上设置有单向阀150，所述单向阀150的出油口(未示出)与后端盖低压进油道33a连通，所述单向阀150的进油口向油箱壳体空腔141开口，所述单向阀150只允许油液从油箱壳体空腔141向后端盖低压进油道33a进油，所述单向阀150用于补充闭式回路中的油液漏损。
进一步地，在所述后端盖上设置有补油泵160，所述补油泵160与主轴10一端连接，所述补油泵160与后端盖低压进油道33a连通，所述补油泵160用于补充闭式回路中的油液漏损。所述补油泵160与后端盖33通过螺栓连接，外接的补油泵160可以为齿轮泵或叶片泵等。
特殊地，在所述后端盖33上设置有单向阀150和补油泵160，所述单向阀150的进油口与补油泵160的出油口连接，所述单向阀150的出油口与后端盖低压进油道33a连通，两者共同补充闭式回路中的油液漏损。
这种闭式回路，有利于减少了油箱体积，提高系统运行效率。
实施例4：
如图13至16所示，与其他实施例的不同之处在于设置有用于压力、流量和方向调节的阀组130。
具体地，在所述电机壳体31上设置有电机壳体出油道31b，所述电机壳体出油道31b与电机壳体高压油道31a连通，连接油管131一端与电机壳体出油道31b连通，另一端与阀组130连接，所述阀组130用于压力、流量、方向的控制，所述阀组130包括压力阀、流量阀、方向阀的一种或组合。
实施例5：
如图13至16所示，与其他实施例的不同之处在于所述电液驱动系统5上设置有蓄能器132。
具体地，在所述油箱壳体140上设置有蓄能器132，所述蓄能器132与所述阀组130连接，所述蓄能器具有辅助启动、稳定压力、补充泄漏油液、提供辅助控制油源等作用。可以预测地，所述蓄能器132也可以不与油箱壳体140连接，而是独立放置，所述蓄能器与阀组通过液压油管连接。
实施例6：
如图15所示，与其他实施例的主要区别在于该实施例为转筒支承式电液驱动系统。
具体地，所述电液驱动系统5包括第四轴承24和第五轴承25，所述第四轴承24和第五轴承25分别夹设在转筒11与壳体组件之间，所述转子组件9与液压泵组件通过转筒11支承在第四轴承24和第五轴承25上并实现同步旋转，所述柱塞70在缸体80的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。
实施例7：
如图16所示，与其他实施例的不同之处在于转子组件结构不同。
具体地，所述转子组件9包括与转筒11外周面连接的转子铁芯9a以及嵌套在所述转子铁芯9a内的永磁体9c,在所述永磁体9c两端设置有端环9d用于约束所述永磁体轴向移动。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限与这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (16)

1.一种大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：包括液压马达组件、油箱以及容纳在油箱壳体空腔(141)内的电液一体机组件，所述电液一体机组件包括电机壳体组件以及容纳在所述电机壳体组件的壳体空腔(34)内的转子组件(9)、定子组件(8)以及液压泵组件，所述液压马达组件与油箱壳体(140)连接，所述液压泵组件在电磁力带动下输出高压油液至液压马达组件中，驱使所述液压马达组件工作，实现从电能到液压能再到机械能的转换。
2.根据权利要求1所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述液压泵组件包括配流滑盘副和柱塞副，所述配流滑盘副包括斜盘(40)以及支承在斜盘(40)上的滑盘(50)，所述滑盘(50)为整体盘状结构，所述滑盘(50)与斜盘(40)之间形成静压油膜支承，所述柱塞副包括缸体(80)以及柱塞(70)。
3.根据权利要求2所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述电液一体机组件还包括主轴(10)和转筒(11)，所述主轴(10)与缸体(80)连接，所述转筒(11)分别与转子组件(9)和缸体(80)连接，使得所述转筒(11)、缸体(80)以及转子组件(9)同步旋转，所述缸体(80)容纳在所述转筒(11)内且作用在所述缸体(80)上的轴向液压力相互平衡或抵消。
4.根据权利要求3所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述缸体(80)为整体式结构，所述缸体(80)两端具有以缸体中心轴心环向均匀分布的多个柱塞孔(81)，所述缸体(80)的柱塞孔(81)为两端开口的通孔结构。
5.根据权利要求3所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述缸体(80)为两个对置的独立缸体，所述缸体(80)具有以缸体中心轴心环向均匀分布的多个柱塞孔(81)，所述缸体(80)的柱塞孔(81)为一端封闭、一端开口的盲孔结构，其中相互对置一侧的缸体(80)端面封闭。
6.根据权利要求5所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述主轴(10)中部周向设置有向外凸出的主轴连接部(10a)，所述转筒(11)中部周向设置有向内凸出的转筒连接部(12)，所述转筒(11)分别与主轴(10)和转子组件(9)连接，使得所述转筒(11)、主轴(10)、缸体(80)以及转子组件(9)同步旋转，所述相互对置、封闭一侧的缸体端部抵接在主轴连接部(10a)的两端，使得作用在两缸体端部的轴向液压力相互平衡。
7.根据权利要求1所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述电机壳体组件包括前端盖(32)、后端盖(33)和电机壳体(31)，所述液压泵组件中靠近液压马达组件一侧的配流滑盘副的斜盘(40)抵接在前端盖(32)的一侧端面上，所述液压马达组件的配流轴(126)抵接在前端盖(32)的另一侧端面上，所述配流轴(126)设置有配流轴低压口(126a)和配流轴高压口(126b)。
8.根据权利要求7所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述电液驱动系统(5)为开式回路系统，所述前端盖(32)上设置有前端盖低压进油道(32a)和前端盖高压油道(32c)，所述后端盖(33)上设置有后端盖低压进油道(33a)、后端盖高压油道(33c)和后端盖低压油道(33d)，所述前端盖高压油道(32c)与配流轴高压口(126b)连通，所述前端盖低压进油道(32a)、后端盖低压进油道(33a)以及配流轴低压口(126a)分别向油箱壳体空腔(141)开口，使得油箱壳体空腔(141)内的油液进入到液压泵组件的缸体柱塞孔(81)中，带走热量，实现自冷却。
9.根据权利要求7所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述电液驱动系统(5)为闭式回路系统，所述前端盖(32)上设置有前端盖高压油道(32c)和前端盖低压油道(32d)，所述后端盖(33)上设置有后端盖低压进油道(33a)、后端盖高压油道(33c)和后端盖低压油道(33d)，所述前端盖高压油道(32c)与配流轴高压口(126b)连通，所述前端盖低压油道(32d)分别与配流轴低压口(126a)和电机壳体低压油道(31c)连通，低压油液从所述后端盖低压进油道(33a)进入液压泵组件后，经作用形成的高压油液通过前端盖高压油道(32c)输送至液压马达组件，经作用形成的低压油液通过前端盖低压油道(32d)又回到液压泵组件中，形成闭式回路。
10.根据权利要求9所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：在所述后端盖(33)上设置有单向阀(150)和/或补油泵(160)，所述补油泵(160)与主轴(10)一端连接，所述单向阀(150)的出油口与后端盖低压进油道(33a)连通，所述单向阀(150)和/或补油泵(160)用于补充闭式回路中的油液漏损。
11.根据权利要求7所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：在所述油箱壳体(140)或电机壳体(31)上连接有阀组(130)，所述电机壳体(31)设置有电机壳体高压油道(31a)，所述阀组(130)的进油口与所述电机壳体高压油道(31a)连通，所述阀组(130)用于所述液压泵组件的压力、流量、方向的控制，所述阀组(130)包括压力阀、流量阀和方向阀的一种或组合。
12.根据权利要求11所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述电液驱动系统(5)上设置有蓄能器(132)，所述蓄能器(132)与所述阀组(130)连接，所述蓄能器(132)具有包括辅助启动、稳定压力、补充泄漏油液、提供辅助控制油源的一种或多种作用。
13.根据权利要求7所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述液压泵组件包括两个配流滑盘副，所述配流滑盘副的斜盘(40)分别抵接在前端盖(32)和后端盖(33)上，其中抵接在前端盖(32)一侧的斜盘(40)为固定倾斜角度的斜盘，抵接在后端盖(33)一侧的斜盘(40)为变角度斜盘。
14.根据权利要求13所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：在所述后端盖(33)上设置有变量机构，与所述后端盖(33)对置的斜盘(40)上的支承面具有成形为圆柱形的圆柱滑弧面(45)，所述变量机构包括变量活塞(111)、控制阀(112)以及变量弹簧(113)，所述变量活塞(111)驱使所述斜盘(40)在所述圆柱滑弧面(45)上滑动，实现无级变速控制。
15.根据权利要求1至14中任意一项所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述液压泵组件为轴支承式结构，其还包括第一轴承(21)和第二轴承(22)，所述主轴(10)的主轴轴心与缸体(80)的缸体轴心重合，所述主轴(10)一端贯穿对应端的配流滑盘副至前端盖(32)并支承在第一轴承(21)上，另一端贯穿对应端的配流滑盘副至后端盖(33)并支承在第二轴承(22)上，所述缸体(80)支承在主轴(10)上并与主轴(10)通过键连接实现同步转动，所述柱塞副包括缸体(80)的柱塞孔壁与柱塞(70)，所述柱塞(70)在缸体(80)的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。
16.根据权利要求1至14中任意一项所述的大功率低速大扭矩电液驱动系统，其特征在于：所述液压泵组件为转筒支承式结构，其还包括第四轴承(24)和第五轴承(25)，所述第四轴承(24)和第五轴承(25)分别夹设在转筒(11)与电机壳体组件之间，所述转子组件(9)与液压泵组件通过转筒(11)支承在第四轴承(24)和第五轴承(25)上并实现同步旋转，所述柱塞副包括缸体(80)的柱塞孔壁与柱塞(70)，所述柱塞(70)在缸体(80)的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。
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