混合動力工程機械單電機多路可控動力輸出系統的製作方法

2023-06-22 04:54:32

本發明涉及機械控制技術領域，具體涉及一種混合動力工程機械單電機多路可控動力輸出系統，適用於需要多路輸出的工程機械。

背景技術：

目前，隨著我國經濟高速發展，基礎設施建設正大力推進，而基礎設施建設的高效性很大程度上由相應的工程機械的性能決定。而工程機械作業的高效性體現在其作業的機動性和靈活性。機動性和靈活性的需要靠機械本體具有更多的獨立活動的部件組成。

而現有的工程機械大多運用多個電機來對不同運動部件進行驅動，即有多少自由活動部件就需要多少個電機。通過增加電機的數量雖然能解決多運動部件的驅動問題，但因為電機的增加，其成本也會變得很大，這也成為制約工程機械發展的重要原因。

技術實現要素：

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在於，提供一種混合動力工程機械單電機多路可控動力輸出系統，以在一定程度上解決現有的工程機械需要用到多個電機驅動，從而導致工程機械成本居高不下的問題。

為了實現上述任務，本發明採用以下技術方案：

一種混合動力工程機械單電機多路可控動力輸出系統，包括：

一個驅動電機，驅動電機的輸出軸通過聯軸器連接有傳動主軸，在傳動主軸上間隔設置有多個第一圓錐齒輪；

多個輸出單體，每個輸入單體均包括第一從動輸出軸，每個從第一從動輸出軸上均安裝有與第一圓錐齒輪配合的第二圓錐齒輪；

所述的每個輸出單體中設置有離合裝置，離合裝置的一端與所述的第一從動輸出軸連接，離合裝置的另一端連接有第二從動輸出軸，第二從動輸出軸上安裝有輸出齒輪。

進一步地，所述的每個離合裝置均通過一路單獨的電信號進行控制，以實現第一從動輸出軸和第二從動輸出軸之間動力的傳遞或斷開。

進一步地，所述的離合裝置包括間隔設置的輸入磁極盤和輸出磁極盤，輸入磁極盤和輸出磁極盤均包括盤體和限位套，限位套同軸貫連在盤體一側；所述的輸入磁極盤安裝在第一從動輸出軸的端部，輸出磁極盤安裝在第二從動輸出軸的端部，輸入磁極盤、輸出磁極盤上相對的一側分別設置有輸入磁極齒和輸出磁極齒。

進一步地，所述的第一從動輸出軸上設置有軸肩，所述的輸入磁極盤的盤體和限位套上同軸開設有通孔，輸入磁極盤通過通孔套裝在第一從動輸出軸上，並利用軸端鎖緊螺母進行固定；在所述的軸肩和限位套之間依次設置有一對滾動軸承、軸套，在所述的一對滾動軸承之間設置有軸承隔套。

進一步地，所述的輸入磁極盤上設置有三個第一導環，這三個第一導環為間隔設置在限位套中的A相導環、B相導環和C相導環，三個第一導環之間均設置有絕緣墊片；所述的輸入磁極盤的盤體上設置有軸向截面呈T形結構的磁極，磁極在盤體圓周上設置多個，所述的輸入磁極齒布設在磁極表面上；在所述的磁極上纏繞有第一線圈，第一線圈連接至所述的A相導環、B相導環和C相導環。

進一步地，所述的磁極在輸入磁極盤的盤體上均勻設置6個，這6個磁極分成三對磁極組，在盤體直徑線上的兩個磁極作為一對磁極組，每一對磁極組上的第一線圈共同連接至一個所述的第一導環，三對磁極組上的第一線圈連接至不同的第一導環。

進一步地，所述的輸出磁極盤的限位套中設置有第二導環，並在限位套中環繞設置有第二線圈；所述的輸出磁極齒布設在輸出磁極盤的盤體表面；第一線圈、第二線圈通過碳刷組件供電。

進一步地，所述的輸入磁極齒和輸出磁極齒的規格相同，輸出磁極齒在輸出磁極盤的盤體表面均勻布設，當某個磁極組上的輸入磁極齒與輸出磁極盤上的輸出磁極齒正對時，其餘兩個磁極組上的輸入磁極齒與輸出磁極盤上的輸出磁極齒錯開。

進一步地，所述的輸入磁極盤、輸出磁極盤之間的最小間距為0.2～0.5mm。

進一步地，所述的輸出磁極盤上的輸出磁極齒的個數為20個或40個，當為20個時，每個磁極上輸入磁極齒的個數為3個；當為40個時，每個磁極上輸入磁極齒的個數為5個。

本發明與現有技術相比具有以下技術特點：

1.本發明提出了一種新型的動力傳動和輸出系統，較現有技術相比，該系統僅需採用單動力源，即可實現多路的輸出，且多路的輸出可進行獨立控制，從而較大地精簡了現有技術中需要多路輸出的工程機械的動力、傳動系統的結構，提高了工程機械傳動的結構緊湊性，並且有利於減少能源損耗，提高能源使用效率；

2.本發明中採用採用非接觸式磁動力傳動結構進行動力源和輸出通路之間動力的傳遞，這種動力傳遞方式，不僅利於對輸出通路動力的精確控制，並且避免了傳動接觸而產生的零件損壞、損耗，從而有效地提高了傳動系統的耐用性，同時可實現傳動接合、斷開以及增速、減速的無極調速。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖；

圖2為離合裝置的縱向剖視示意圖；

圖3為輸入磁極齒和輸出磁極齒配合時的結構示意圖；

圖4為輸入磁極盤的結構示意圖；

圖5為輸入磁極盤的軸向剖視示意圖；

圖6為輸入磁極盤上三對磁極組的結構示意圖；

圖7為輸出磁極盤的結構示意圖；

圖8為輸出磁極盤的軸向剖視示意圖；

圖中標號代表：1—驅動電機，2—聯軸器，3—傳動主軸，4—第一圓錐齒輪，5—第二圓錐齒輪，6—第一從動輸出軸，7—輸出單體，8—輸出齒輪，9—第二從動輸出軸，71—軸肩，72—限位套，73—輸入磁極盤，74—滾動軸承，75—軸承隔套，76—軸套，77—碳刷組件，78—輸出磁極盤，79—軸端鎖緊螺母，731—A相導環，732—絕緣墊片，733—B相導環，734—C相導環，735—盤體，736—第一線圈，737—磁極，738—輸入磁極齒，781—第二導環，782—第二線圈，783—輸出磁極齒。

具體實施方式

遵從上述技術方案，如圖1至圖6所示，本發明公開了一種混合動力工程機械單電機多路可控動力輸出系統，包括：

一個驅動電機1，驅動電機1的輸出軸通過聯軸器2連接有傳動主軸3，在傳動主軸3上間隔設置有多個第一圓錐齒輪4；

多個輸出單體7，每個輸入單體均包括第一從動輸出軸6，每個從第一從動輸出軸6上均安裝有與第一圓錐齒輪4配合的第二圓錐齒輪5；

所述的每個輸出單體7中設置有離合裝置，離合裝置的一端與所述的第一從動輸出軸6連接，離合裝置的另一端連接有第二從動輸出軸9，第二從動輸出軸9上安裝有輸出齒輪8。

本發明的設計初衷是利用一個驅動電機1，實現多路的動力輸出。本方案中，每一路均對應第一個輸出單體7，利用輸出單體7控制該路的輸出。如圖1所示，為本發明的整體結構示意圖。在本發明的基本結構中，主要包括驅動電機1和傳動主軸3，驅動電機1輸出的扭矩通過聯軸器2傳遞給傳動主軸3，然後每一個輸出單體7利用第二圓錐齒輪5和第一圓錐齒輪4的配合從傳動主軸3上獲取動力，以完成動力的基本傳輸。

在一些機械裝置中，每一個輸出通路作用的時間是有差異的，這就要求本方案中每一個輸出單體7是獨立可控的，這裡的輸出單體7是指工程機械上通過需要通過電機驅動的可活動的結構。為了解決這個問題，本方案中在每個輸出單體7中設置了離合裝置，離合裝置實現第一從動主軸到第二從總主軸之間動力的傳遞與斷開，並且每個離合裝置均通過一路單獨的電信號進行控制，從而實現上述功能；當離合裝置使動力傳遞時，動力最終通過傳動主軸3、第一從動輸出軸6到達第二從動輸出軸9，並利用輸出齒輪8進行動力的輸出。

本方案中的離合裝置，如圖2所示，離合裝置包括間隔設置的輸入磁極盤73和輸出磁極盤78，輸入磁極盤73和輸出磁極盤78均包括盤體735和限位套72，限位套72同軸貫連在盤體735一側；所述的輸入磁極盤73安裝在第一從動輸出軸6的端部，輸出磁極盤78安裝在第二從動輸出軸9的端部，輸入磁極盤73、輸出磁極盤78上相對的一側分別設置有輸入磁極齒738和輸出磁極齒783，通過輸出磁極齒783和輸出磁極齒783的相互作用，實現兩個磁極737盤之間動力的傳遞或分離。

具體的輸入磁極盤73的設置方式是，第一從動輸出軸6上設置有軸肩71，所述的輸入磁極盤73的盤體735和限位套72上同軸開設有通孔，輸入磁極盤73通過通孔套裝在第一從動輸出軸6上，並利用軸端鎖緊螺母79進行固定；在所述的軸肩71和限位套72之間依次設置有一對滾動軸承74、軸套76，滾動軸承74起到支撐第一從動輸出軸6的作用，軸套76起到零件的定位作用；在所述的一對滾動軸承74之間設置有軸承隔套75，將成對安裝的滾動軸承74隔開。需要說明的是，輸出磁極盤78在第二從動輸出軸9上的安裝方式與輸入磁極盤73相同，在此不贅述。

更為具體地，如圖3至圖6所示，輸入磁極盤73上設置有三個第一導環，這三個第一導環為間隔設置在限位套72中的A相導環731、B相導環733和C相導環734，三個第一導環之間均設置有絕緣墊片732；所述的輸入磁極盤73的盤體735上設置有軸向截面呈T形結構的磁極737，磁極737在盤體735圓周上設置多個，所述的輸入磁極齒738布設在磁極737表面上；在所述的磁極737上纏繞有第一線圈736，第一線圈736連接至所述的A相導環731、B相導環733和C相導環734。

優選地，磁極737在輸入磁極盤73的盤體735上均勻設置6個，這6個磁極737分成三對磁極組，在盤體735直徑線上的兩個磁極737作為一對磁極組(例如圖6中的A、B、C即為三個磁極組)，每一對磁極組上的第一線圈736共同連接至一個所述的第一導環，三對磁極組上的第一線圈736連接至不同的第一導環。

如圖6所示，輸出磁極盤78的限位套72中設置有第二導環781，並在限位套72中環繞設置有第二線圈782；所述的輸出磁極齒783布設在輸出磁極盤78的盤體735表面；第一線圈736、第二線圈782通過碳刷組件77供電，碳刷組件77設置在輸入磁極盤73、輸出磁極盤78的一側。輸入磁極齒738和輸出磁極齒783的規格相同，輸出磁極齒783在輸出磁極盤78的盤體735表面均勻布設，當某個磁極組上的輸入磁極齒738與輸出磁極盤78上的輸出磁極齒783正對時，其餘兩個磁極組上的輸入磁極齒738與輸出磁極盤78上的輸出磁極齒783錯開。

在本發明給出的附圖中，展示出了一個具體實施例的布設方式。

當某一輸出單體7得電時，驅動電機1經聯軸器2、傳動主軸3和圓錐齒輪副傳遞的動力才能經過輸出齒輪8輸出，而沒有得到電信號的輸出單體7相應的輸出齒輪8無動力輸出。這樣，通過對6個或多個並聯的電可控動力輸出單體7進行不同的電信號控制就能實現單個電機同時對不同目標電可控動力輸出單體7進行動力輸出，從而達到減少電動機數量，簡化機械結構的目的。

本實施例中，輸入磁極盤73和輸出磁極盤78之間留有非常小的間隙，經過發明人長期研究和多次實驗驗證，輸入磁極盤73、輸出磁極盤78之間的最小間距為0.2～0.5mm；間隙越小，產生的磁轉矩越大，但製造安裝精度要相應提高。

本方案中，輸入磁極盤73上有三對磁極組，如圖所示，每一對磁極組對應兩個磁極737，這兩個磁極737位於盤體735的直徑線的兩端，這兩個磁極737之間間隔其他的兩對磁極組。在這樣的布設條件下，第一線圈736的對應關係如圖6所示，第一線圈736經A、B、C三相的三個第一導環引出如圖5。經過發明人的試驗驗證，給出最優的布設方式是，輸出磁極盤78上的輸出磁極齒783的個數為20個或40個，當為20個時，每個磁極737上輸入磁極齒738的個數為3個；當為40個時，每個磁極737上輸入磁極齒738的個數為5個。

圖3為兩個磁極737盤上輸入磁極齒738和輸出磁極齒783配合部分的展開示意圖。圖的上部為輸入磁極齒738展開圖，A、B、C分別表示三個不同的相磁極737，圖下部為輸出磁極齒783展開圖。當A相磁極737上的輸入磁極齒738與輸出磁極齒783正對時，B、C相的輸入磁極齒738與輸出磁極齒783分別錯開1/3、2/3個齒位。輸入磁極齒738和輸出磁極齒783的規格是相同的，即大小、形狀均相同。此時當輸入磁極盤73上B相通電時，在感生磁場的作用下，輸出磁極盤78將向右轉動1/3個齒位，B相上的輸入磁極齒738與輸出磁極齒783正對，A、C分別錯開2/3、1/3個齒位；當輸入磁極盤73上C相通電時，在感生磁場的作用下，輸出磁極盤78將向右轉動1/3個齒位，C相的輸入磁極齒738與輸出磁極齒783正對，A、B分別錯開2/3、1/3個齒位；這樣，按通電順序A-B-C-A便可使輸出磁極盤78順時針轉動，從而實現了輸出軸的非接觸式動力傳輸。通過對輸入磁極盤73、輸出磁極盤78通電情況的不同組合可使輸出軸動力輸出有如下不同的特性：

1.輸入磁極盤73與輸出磁極盤78都不通電時，此時，兩磁極737盤間不會產生磁場，也就沒有磁力矩的作用。由於輸入磁極盤73與輸出磁極盤78之間存在間隙使第一從動輸出軸6的轉動對第二從動輸出軸9無影響，表現為輸入與輸出斷開；

2.當輸入磁極盤73通電，而輸出磁極盤78通電產生磁場旋轉方向與輸入軸旋轉方向一致且旋轉磁場的轉速小於輸入軸轉速時，根據相對運動原理與異名磁極737相吸原理，第二從動輸出軸9將獲得比第一從動輸出低的轉動；改變輸出磁極盤78旋轉磁場的轉速便可調節輸出軸的輸出轉速，從而實現電控的輸出減速無極調速過程；

3.當輸入磁極盤73通電，而輸出磁極盤78通電產生磁場旋轉方向與輸入軸旋轉方向相反時，根據相對運動原理與異名磁極737相吸原理，第二從動輸出將獲得比第一從動輸出高的轉動；改變輸出磁極盤78旋轉磁場的轉速便可調節輸出軸的輸出轉速，從而實現電控的輸出增速無極調速過程。