CN205344550U - 一种电传动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种电传动系统，所述系统包括：与内燃机相连的发电机、与蓄电池相连的变流器以及与待驱动系统相连的电动机，其中，所述变流器分别与所述发电机和所述电动机相连；所述变流器用于驱动所述发电机和所述发电机运行，所述发电机用于在所述变流器的驱动下带动所述内燃机启动，以使所述内燃机启动后向所述发电机传输动力，所述发动机用于在所述变流器的驱动下带动所述待驱动系统启动运行，本实用新型提供的电传动系统，解决了现有机械传动过程中传动器件易磨损、操作复杂且对操作者要求较高的技术问题。

Description

一种电传动系统

技术领域

本实用新型涉及一种传动系统，特别涉及一种用于拖拉机的电传动系统。

背景技术

随着农业经济的发展，农田耕作方式由人工作业逐渐向机械化作业转型。因此，对大型农机设备的需求逐渐增加，传统的农机设备，如拖拉机，其传动系统有机械式、液压式和液力式等，其中，机械式传动系统应用最为广泛。

目前，机械式传动系统中，主要包括：动力输出机构(如柴油机)，传动离合机构(包括离合器)、变速机构(包括变速箱)和变换旋转平面方向机构，同时辅以必要的联轴机构和减速机构(减速箱)，运行时，首先柴油机的动力输出后，通过动力输出轴传动到离合器，离合器结合时，动力经离合器传到变速箱，变速箱挂上档时，动力经变速箱传到中央传动轴，再由中央传动轴分左右两边一级或一级以上的减速箱把动力传到左右两驱动轮。

然而，现有的传动系统中，从动力输出轴到驱动轮之间设置存在复杂的机械传动系统，包括操作离合器、切换档位以及控制制动器等频繁操作过程，当操作者操作不当时，极易造成设备非正常磨损、柴油机频繁熄火、燃油浪费等后果，而且车辆驾驶较为复杂，对操作者的要求较高。

实用新型内容

本实用新型提供一种电传动系统，解决了现有机械传动过程中传动器件易磨损、操作复杂且对操作者要求较高的技术问题。

本实用新型提供一种电传动系统，包括：

与内燃机相连的发电机、与蓄电池相连的变流器以及与待驱动系统相连的电动机，其中，所述变流器分别与所述发电机和所述电动机相连；

所述变流器用于驱动所述发电机和所述发电机运行，所述发电机用于在所述变流器的驱动下带动所述内燃机启动，以使所述内燃机启动后向所述发电机传输动力，所述发动机用于在所述变流器的驱动下带动所述待驱动系统启动运行。

本实用新型的具体实施方式中，所述变流器包括：第一变流器，第二变流器和第三变流器，其中，所述第一变流器与所述蓄电池相连，所述第二变流器分别与所述第一变流器、所述第三变流器和所述发电机相连，所述第三变流器与所述第一变流器和所述电动机相连。

本实用新型的具体实施方式中，所述第一变流器为直流DC-DC变流器。

本实用新型的具体实施方式中，所述第二变流器和所述第三变流器均由两个绝缘栅双极型晶体管IGBT并联组成。

本实用新型的具体实施方式中，所述发电机和所述第二变流器之间以及所述电动机和所述第三变流器之间均通过主线缆和信号线缆相连，其中所述信号线缆包括速度传感器输出信号线和温度传感器输出信号线。

本实用新型的具体实施方式中，所述发电机为三相异步发电机，所述电动机为三相异步电动机。

本实用新型提供一种电传动系统，通过发电机与内燃机相连，变流器与发电机、蓄电池和电动机相连，电动机与待驱动系统相连，这样，变流器首先将蓄电池的电压进行升压处理以驱动发电机启动运行，发电机的运行带动内燃机启动运行，内燃机启动运行后向发电机进行动力输出，使得发电机进行发电，变流器根据外部速度控制指令对发电机输出的电压进行转化以驱动电动机运行，电动机的运行带动待驱动系统进行运行，操作时，设备运行速度的控制只需要通过控制电动机的转速即可实现，而电动机的转速通过与电动机相连的踏板进行控制，所以，电传动系统中省去了传动机械传功系统中频繁的离合-换挡的过程，操作更加简单，同时发电机和电动机这两个主要运转部件之间不存在磨损，从而降低了机械磨损和冲击，提高传动效率，因此，本实用新型提供的电传动系统，解决了现有机械传动过程中传动器件易磨损、操作复杂且对操作者要求较高的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型电传动系统的结构示意图；

图2是本实用新型电传动系统的又一结构示意图；

图3是本实用新型电传动系统中变流器的连接结构示意图；

图4是本实用新型电传动系统中变流器与发电机的连接示意图；

图5是本实用新型电传动系统中变流器与电动机的连接示意图；

图6是本实用新型电传动系统的控制方法的流程示意图；

图7是本实用新型电传动系统的控制方法的又一流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供的电传动系统通过发电机控制系统的输入能量，通过电动机驱动设备(如拖拉机)的运行，省去了传统机械传动系统中的离合-换挡的过程，操作更加简单。

图1是本实用新型电传动系统的结构示意图，如图1所示，电传动系统包括：与内燃机10相连的发电机20、与蓄电池60相连的变流器50，与待驱动系统40相连的电动机30，其中，变流器50分别与发电机20和电动机30相连，变流器50同时控制发电机20和电动机30的运行，发电机20用于在变流器50的驱动下带动内燃机10启动，以使内燃机10启动后向发电机20传输动力，即发电机20首先用于带动内燃机10启动，当内燃机10启动后，内燃机10会输出动力，而内燃机10的输出动力轴与发电机20相连，这样发电机20在内燃机10的带动下进入发电运行工况，此时发电机20用于给系统提供发电量，其中，内燃机10例如可以为柴油机，变流器50根据内燃机10的转速、功率和负载率等参数限值，对发电机20的发电功率进行限制，防止内燃机10过载保护。

本实施例中，根据外部速度控制指令，变流器50对发电机20输出的电压进行转化，并控制电动机30进行运行，电动机30的运行驱动待驱动系统40运行，同时，变流器50对发电机20输出的电压进行降压处理，给蓄电池60进行充电，本实施例中，蓄电池60用于在变流器50驱动发电机20启动时提供一个电压，具体为，变流器50将蓄电池60的DC12V电压升至DC120V，使得中间直流母线电压为DC120V，从而根据直流母线电压驱动发电机20进行运行，其中，发电机20运行时，根据内燃机10的启动要求，变流器50控制发电机20的输出转速，扭矩等参数(一般内燃机10的启动转速为100-120rpm，扭矩为400-450Nm)，这样带动内燃机10启动。

本实施例中，电传动系统通过变流器50控制发电机20和电动机30进行动力传输，变流器50根据实际的耗能情况，控制发电机20的发电量，使得内燃机10保持在有效的燃油工作中，这样能够有效节省能源，同时，电传动系统通过电动机30来驱动运行，操作者对设备运行速度的控制仅通过踏板控制电动机30的转速即可实现，省去了传统机械传动系统中的离合-换挡的过程，操作简单，降低了对操作者的要求，而现有机械传动系统中使用油门踏板控制内燃机输出，若档位较低而油门较大，会造成内燃机转速过高，造成能源的浪费。

而且该电传动系统中机械传动部件大大减少，不需要通过对机械部件的频繁操作实现对设备运行的控制，这样，降低了机械磨损和冲击，且机械部件的减少也可有效的降低机械噪声。

本实施例提供的电传动系统的控制进度主要取决于电动机30转速的控制，且变流器50对电动机30在闭环模式下控制精度为1‰，极大地提高了系统整体的控制精度，本实施例提供的电传动系统的主要运转部件为发电机20和电动机30，二者之间不存在磨损的情况，在正常使用的情况下不需要补充润滑脂(现有机械传动系统中，离合器、变速箱等容易造成接触面磨损，需长期润滑、定期更换润滑脂或机油，使得维修保养成本较高)，而且发电机20直接与内燃机10相连，电动机30与待驱动系统40直接相连，整个对外连接简单，易于维修检查。

本实施例中，发电机20可以为三相异步发电机，电动机30可以为三相异步电动机，其中，使用三相异步发电机和电动机，外形尺寸小、功率密度大有效节省了设备(如拖拉机)的安装空间。

因此，本实施例提供的电传动系统，通过发电机与内燃机相连，变流器与发电机、蓄电池和电动机相连，电动机与待驱动系统相连，这样，变流器首先将蓄电池的电压进行升压处理以驱动发电机启动运行，发电机的运行带动内燃机启动运行，内燃机启动运行后向发电机进行动力输出，使得发电机进行发电，变流器根据外部速度控制指令对发电机输出的电压进行转化以驱动电动机运行，电动机的运行带动待驱动系统进行运行，操作时，设备运行速度的控制只需要通过控制电动机的转速即可实现，而电动机的转速通过与电动机相连的踏板进行控制，所以，电传动系统中省去了传动机械传功系统中频繁的离合-换挡的过程，操作更加简单，同时发电机和电动机这两个主要运转部件之间不存在磨损，从而降低了机械磨损和冲击，提高传动效率，因此，本实用新型提供的电传动系统，解决了现有机械传动过程中传动器件易磨损、操作复杂且对操作者要求较高的技术问题。

图2是本实用新型电传动系统的又一结构示意图，在上述实施例的基础上，本实施例中，变流器50包括：第一变流器501，第二变流器502和第三变流器503，其中，第一变流器501分别与蓄电池60、第二变流器502和第三变流器503相连，第二变流器502分别与第三变流器503和发电机20相连，第三变流器503与电动机30相连，其中，当外部启动指令送入变流器时，首先第一变流器501启动工作，进入升压模式，通过BOOST电路，将外部蓄电池60的DC12V电压升至DC120V，此时中间直流母线电压为DC120V，然后第二变流器502启动运行，使用直流母线能量驱动发电机20转为电动机工况运行(即此时发电机20作为电动机设备带动内燃机10启动)，按照内燃机10的启动要求，第二变流器502控制发电机20输出转速为100-120rpm，扭矩为400-450Nm，带动内燃机10(如柴油机)启动。内燃机10启动运行后，第二变流器502控制发电机20进入发电运行工况，建立直流母线电压值DC840V，第三变流器503检测到外部速度控制指令时，根据外部速度控制指令，第三变流器503从直流母线上取电，驱动电动机30运行，电动机30的运行带动待驱动系统进行运行。本实施例中，当系统启动时，第一变流器501工作在升压模式，可辅助实现发电机20的发电控制；当发电机20开始发电时，第一变流器501工作在降压模式，可对外提供一个DC14V，3kW的直流控制电源，这样与第一变流器501相连的蓄电池60可以进行充电。

图3是本实用新型电传动系统中变流器的连接结构示意图，在上述实施例的基础上，如图3所示，本实施例中，第二变流器502和第三变流器503均由两个绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor简称：IGBT)并联组成，系统运行时，发电机20由内燃机10带动，在第二变流器502控制下进入发电工况运行，建立直流母线电压值DC840V，第三变流器503从直流母线上取电，控制电动机30运转。进一步的，本实施例中，第一变流器501为DC-DC变流器(如图3中的DC-DC变流器)，DC-DC变流器采用两级BUCK电路，当系统启动时，DC-DC变流器工作在升压模式，将外部蓄电池的DC12V电压升至DC120V，此时中间直流母线电压为DC120V，可辅助实现发电机20的发电控制；当发电机20开始发电时，DC-DC变流器工作在降压模式，从直流母线电压取电，降为DC14V，给外部的蓄电池60充电。

图4是本实用新型电传动系统中变流器与发电机的连接示意图，图5是本实用新型电传动系统中变流器与电动机的连接示意图，如图4-5所示，发电机20和第二变流器502之间通过主线缆23、速度传感器输出信号线22和温度传感器输出信号线21相连，具体的，发电机20的三根主线缆23与第二变流器502的主电路连接，发电机20的两路速度传感器输出信号线22与第二变流器502速度检测电路连接，发电机20的五路温度传感器输出信号线21与第二变流器502温度检测电路连接。

相应的，电动机30和第三变流器503之间通过主线缆33、速度传感器输出信号线32和温度传感器输出信号线31相连，具体的，电动机30的三根主线缆33与第三变流器503的主电路连接，电动机30的两路速度传感器输出信号线32与第三变流器503速度检测电路连接，电动机30的五路温度传感器输出信号线31与第三变流器503温度检测电路连接，其中，第二变流器502与第三变流器503之间可以通过CAN总线相连，其中，第三变流器503通过CAN总线给第二变流器502会发送功率请求指令，第二变流器502根据需求功率控制发电机20的发电功率，同时，第二变流器502根据内燃机1的转速、功率和负载率等参数限值，对发电机20的发电功率进行限制，防止内燃机110过载保护。

进一步的，图6是本实用新型电传动系统的控制方法的流程示意图，其中，电传动系统可以参考上述任一实施例所述的电传动系统，如图6所示，所述方法包括如下步骤：

步骤601、变流器根据启动指令驱动发电机启动运行以带动内燃机启动。

本实施例中，参考图1的结构，变流器50接收到启动指令后，变流器50启动运行时将蓄电池60的DC12V电压升至DC120V，使得中间直流母线电压为DC120V，从而驱动发电机20进行运行，其中，发电机20运行时，根据内燃机10的启动要求，变流器50控制发电机20的输出转速，扭矩等参数(一般内燃机10的启动转速为100-120rpm，扭矩为400-450Nm)，这样带动内燃机10启动。

步骤602、当所述内燃机启动运行后，所述发电机在所述内燃机的带动下进行发电并输出交流电；

本实施例中，内燃机10启动运行后，内燃机10向发电机20输出动力，变流器502控制发电机20进入发电运行工况并输出交流电(具体为三相AC600V)，变流器502根据输出的交流电建立直流母线电压值DC840V，即将交流电转化为直流电。

步骤603、所述变流器根据速度控制指令将所述发电机输出的交流电转化为直流电以驱动电动机启动运行。

本实施例中，当变流器检测到速度控制指令，则变流器50根据外部速度控制指令，从直流母线上取电，驱动电动机30运行，电动机30的运行带动待驱动系统40进行运行。

本实施例提供的电传动系统的控制方法，实现了对电传动系统的准确控制，提高了电传动系统的传动效率。

进一步的，图7是本实用新型电传动系统的控制方法的又一流程示意图，其中，电传动系统的结构参考图2，变流器50包括：第一变流器501，第二变流器502和第三变流器503，其控制方法具体为：

步骤701、控制电源接通；

步骤702、系统自检；

其中，控制电源接通后，第一变流器501，第二变流器502和第三变流器503的控制电路板启动运行，系统进入自检状态，若发生异常，则进行报警，若自检正常，则根据指令进入启动运行。

步骤703、第一变流器根据启动指令进入升压工作模式，建立DC12V的直流母线电压；

本实施例中，变流器检测到启动指令后，第一变流器501进入升压工作模式，通过BOOST电路，将外部蓄电池60的DC12V电压升至DC120V，此时中间直流母线电压为DC120V。

步骤704、第二变流器启动电动运行控制；

本实施例中，第二变流器502启动运行，并使用直流母线电压驱动发电机20转为电动机工况运行，即此时，发电机20不是用于非发电，而是作为电动机带动内燃机10启动，第二变流器501根据内燃机10的启动要求，控制发电机20的输出转速和扭矩，使得内燃机10(例如柴油机)启动运行，内燃机10启动运行后，向发电机20输出动力，发电机20根据内燃机10的动力进行发电。

步骤705、第二变流器进行发电运行控制；

本实施例中，为了对发电机20的发电功率进行控制，第二变流器502根据内燃机10的转速、功率、负载率等参数限值，对发电机20的发电功率进行限制，防止内燃机10过载保护，以及第二变流器502根据第三变流器503反馈的功率请求控制发电机20的发电功率。

步骤706、第三变流器根据速度控制指令启动运行；

本实施例中，第三变流器503检测到外部速度控制指令时，根据速度控制指令启动运行，具体的，第三变流器503从直流母线(此时，经第二变流器建立直流母线电压值为DC840V)上取电，驱动电动机30进行运行。

步骤707、电动机运行；

本实施例中，电动机30运行后，带动待驱动系统40进行运行，本实施例中，当需要对设备的运行速度进行控制时，只需通过踏板控制电动机30的转速即可实现，同时，电动机30的转速改变时，通过第三变流器503向第二变流器502反馈功率请求，第二变流器502根据功率请求对发电机20的发电功率进行控制。

本实施例中，发电机20输出的交流电经第二变流器502转化为直流电，并建立直流母线电压为DC840V，其中第三变流器503根据速度控制指令从直流母线(DC840V)上去取电来驱动电动机30运行，而第一变流器501从直流母线上取电后执行步骤708。

步骤708、第一变流器进入降压模式；

本实施例中，第一变流器501通过BUCK电路，从直流母线电压取电，并降为DC14V，给外部的蓄电池60充电。

步骤709、蓄电池充电。

本实施例中，蓄电池60在系统启动时用于给变流器50提供电压以使得变流器50进行启动，当系统运行过程中，变流器50为蓄电池60提供一定的电压，使得蓄电池60进行充电。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种电传动系统，其特征在于，包括：

与内燃机相连的发电机、与蓄电池相连的变流器以及与待驱动系统相连的电动机，其中，所述变流器分别与所述发电机和所述电动机相连；

所述变流器用于驱动所述发电机和所述发电机运行，所述发电机用于在所述变流器的驱动下带动所述内燃机启动，以使所述内燃机启动后向所述发电机传输动力，所述电动机用于在所述变流器的驱动下带动所述待驱动系统启动运行。

2.根据权利要求1所述的电传动系统，其特征在于，所述变流器包括：第一变流器，第二变流器和第三变流器，其中，所述第一变流器与所述蓄电池相连，所述第二变流器分别与所述第一变流器、所述第三变流器和所述发电机相连，所述第三变流器与所述第一变流器和所述电动机相连。

3.根据权利要求2所述的电传动系统，其特征在于，所述第一变流器为直流DC-DC变流器。

4.根据权利要求2或3所述的电传动系统，其特征在于，所述第二变流器和所述第三变流器均由两个绝缘栅双极型晶体管IGBT并联组成。

5.根据权利要求2所述的电传动系统，其特征在于，所述发电机和所述第二变流器之间以及所述电动机和所述第三变流器之间均通过主线缆和信号线缆相连，其中所述信号线缆包括速度传感器输出信号线和温度传感器输出信号线。

6.根据权利要求1-3任一所述的电传动系统，其特征在于，所述发电机为三相异步发电机，所述电动机为三相异步电动机。