使多臺電動機的速度變換同步的系統和方法

2023-05-31 11:40:51

專利名稱：使多臺電動機的速度變換同步的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於使多臺電動機的速度變換同步(synchronized speed shifting)的系統和方法。發明內容在一個實施例中，本發明提供了一種系統，包括第一和第二電動機；用於分別改變第一電動機和第二電動機的速度的第一裝置和第二裝置，用 於變速的每一裝置可以在對應於電動機的不同的第一和第二速度的第一和第二位置之間移動；第一和第二偏壓部件，每個偏壓部件位於腔 (chamber)內並且將用於變速的第一裝置和第二裝置之一偏壓到第一位 置；用於大體上同時給用於變速的第一裝置和第二裝置提供相等強度的信 號以便將用於變速的裝置從第一位置移動到第二位置的裝置；和用於平衡 所述腔內的壓力從而將每個用於變速的裝置從第一位置移動到第二位置 的阻力大體上相同的裝置。例如，本發明可以在例如滑移轉向裝載機(skid steer loader)等的建築車輛內實施。所述電動機可以是在加壓液壓液流動的影響下操作的 液壓電動機。通過具體描述和附圖，本發明的其它方面將變得顯而易見。


圖l圖示了實施本發明的滑移轉向裝載機； 圖2圖示了所述滑移轉向裝載機的另一視圖；禾口 圖3是所述滑移轉向裝載機的液壓傳動系統的一部分的示意圖。
具體實施方式
在具體解釋本發明的任一實施例之前，必須理解的是，在本申請中， 本發明不限於以下描述中闡明的或以下附圖中圖示的對其具體構造和元 件的布置。本發明可以有其它實施例和可以以各種方式實施或實行。同時， 必須理解的是，在此使用的措辭和術語實施闡述是為了描述的目的，並且 不應該視為限制。"包括"、"包含"，或"具有"和其變體在此意思是包含 此後列出的項、其等同物以及另外的項。另外，除非特別指出或限制，術 語"被固定"、"被連接"、"被支撐"，和"被耦合"及其變體在廣義上使 用，並且包含直接的和間接的固定、連接、支撐，和耦合。此外，"被連 接"和"被耦合"不限於物理的或機械的連接或耦合。圖1和圖2圖示了滑移轉向裝載機10，該滑移轉向裝載機10具有由四個 輪20支撐的機架15、內燃機30、包括操作員控制器37的操作員腔35、左右 提升臂40、和為了傾斜安裝在所述提升臂40的遠端之間的鏟鬥45。儘管以 實施為滑移轉向裝載機10的方式圖示本發明，本發明也可以在其它的車輛 和機器中實施。儘管所圖示的操作員控制器37可以採取操縱杆的形式，在 其它的實施例中，所述控制可以包括多個操縱杆和/或腳踏板。儘管所圖 示的原動機是內燃機30，在其它的實施例中可以使用包括但是不限於燃料 電池、太陽能、電池和繩制電動機(corded electric motors)的其它的 原動機和能量源。當所有的四個輪20以相同的速度旋轉時，基於所述輪20的旋轉方向裝 載機10前後移動。通過以相同的方向但是不同的速度旋轉左右側輪20所述 裝載機10以相對大的半徑轉動，並且通過以相反的方向旋轉左右側輪20裝 載機10圍繞大體上為零的轉彎半徑旋轉。在安裝在機架15與提升臂40之間的提升油缸的作用下，提升臂40 相對於機架15升起(即，在圖1中逆時針方向旋轉)和降落(即，在圖1 中順時針方向旋轉)。在安裝在機架15與鏟鬥45之間的擺缸55的作用下， 鏟鬥45相對於提升臂40傾斜以便巻曲(curl)(即，在圖1中逆時針旋 轉)和傾卸(即，在圖1中順時針旋轉)。支撐連杆60可樞轉地安裝在機 架15與每個提升臂40之間以便對提升臂40提供附加支撐和穩定性。各 種輔助工具或裝置可以替代鏟鬥45或與鏟鬥45—起使用。舉個例子，但 是不是排他性的，輔助工具可以包括螺旋鑽、鑿巖錘、挖溝機、抓機、旋轉掃路機、樹樁研磨機、鋸子、混凝土攪拌機、泵、削片機、掃雪機、轉 刀和反向糹產。圖3是所述滑移轉向裝載機的液壓迴路65的一部分的示意圖。基於 所述液壓系統65的構造，通過專用液壓電動機70，可以獨立旋轉前和/ 或後輪20。每個電動機70具有電動機外殼73。為了方便圖示，圖3僅僅 顯示了由專用電動機70驅動的輪20中的兩個(即，左右前輪或左右後輪)， 而在這樣的情況下，另外兩個輪將隨著所述滑移轉向裝載機10在地面上 移動而被動旋轉。在一個優選商用實施例中，所述滑移轉向裝載機10包 括四個專用電動機70以便獨立地驅動四個輪子20。每個電動機70的速度，和因此相聯繫的輪20的旋轉速度，由雙速換 檔油閥75控制，所述雙速換檔油閥75可滑動以增加或降低電動機70的 位移(displacements當換檔油閥75降低電動機的位移時，電動機70 以較快速度運轉、且相聯繫的輪以較快速度旋轉，而當換檔油閥75增加 電動機的位移時，電動機70以較低速度運轉、且相聯繫的輪以較低速度 旋轉。每個換檔油閥75被在彈簧腔或外殼85中的彈簧80朝向高位移、 低速位置偏壓。液壓系統65設置了加壓液壓液源90，在一些實施例中加壓液壓液源 90可以包括一個或多個由內燃機30 (或其它的原動機，基於特定的應用) 驅動的液壓泵95，和控制筒(control cartridge) 100。儘管本發明被描 述成使用所圖示的液壓系統65，其它的實施例也可以不使用液壓液而使用 動力流體(例如，氣動的或其它加壓流體)。控制筒100將液壓泵95與換 檔油閥75連通，以便同時控制兩個換檔油閥75暴露到加壓液壓液中。當 控制筒100將換檔油閥75暴露到加壓液壓液中或動力流體中時，發動壓 力將換檔油閥75從其高位移(低速)位置變換到其低位移(高速)位置。 在一些實施例中，所述筒100具有被調整多樣性，這允許施加到換檔油閥 75上的壓力以使得電動機70以相對緩慢地和受控的速度從低速變換到高 速的速度逐漸增加(rampup)，從而從低速變換到高速時操作員的舒適度 增加。例如，與使用沒有被調整的筒可能導致的大體上瞬時時間段(例如， 毫秒)相反，已調整的筒(modulated cartridge)可以在大約兩秒的時 間將換檔巻軸(shifting spool)上壓力從Opsi增加到200psi。在許多已知的系統中，液壓液洩漏到彈簧腔85內並且排入到與彈簧 腔85連通的電動機70的電動機外殼73中。此已知系統的彈簧腔85由此 暴露到相聯繫的電動機外殼73內的壓力中。在許多情況下，由於電動機 70的不同的操作模式和狀態， 一個電動機外殼73具有與系統內的其它電 動機外殼73不同的內部壓力。因此，儘管所述筒100將相同的、同步的 壓力信號提供到換檔油閥75，在其相聯繫的彈簧腔85內的具有較低反壓 力的換檔油閥75將比其它的換檔油閥75變換的更快，這導致相聯繫的電 動機70在不同的時間進行速度之間的變換。在以第一速度運轉的兩個電 動機70與達到第二速度的兩個電動機70之間的滯後期間，以不同的速度 驅動所述輪70，結果導致當速度變換時車輛漸漸偏離其行進路線。為了使換檔油閥75更好地同步動作，本發明包括將彈簧腔85與共用 容器110連通的基準導管(reference conduits) 105，從而兩個彈簧腔 85都暴露到相同的壓力下(即，容器110內的壓力)。為了描述本發明， 術語"容器"包括打開的和關閉的容器或貯蓄器，以及大氣。所述基準導 管105例如可以包括在彈簧腔85與液壓返回箱或貯蓄器(大體上具有大 氣壓力)或一些具有高壓(小於發動壓力)的其他容器之間連通的孔板、 孔口、軟管、管子(tube)或管道。基準導管105繞過與彈簧腔85連通 的各個電動機70的電動機外殼73，從而彈簧腔85沒有暴露到電動機外殼 73內的不一致的壓力中。通過將在每個彈簧腔85與相聯繫的電動機外殼73之間連通的孔或導 管塞住，並且安裝基準導管105以便使得每個彈簧腔85與共用容器110 連通，可以改進現有系統以便實施本發明。通過使所有的彈簧腔85與單 個電動機外殼73連通，電動機外殼73之一可以用作共用容器110。這可 以通過阻塞所有彈簧腔85 (除了一個以外)與其相聯繫的電動機外殼73 之間的連通，並且通過基準導管105使那些彈簧腔85與沒有被阻塞的電 動機外殼73連通而實現。當換檔油閥75變換並且彈簧腔85的體積減少時，已經洩漏到各個彈 簧腔85內的液壓液通過基準導管105排出到容器110內並且液壓液被迫 通過導管105。導管105具有足夠的橫截面尺寸從而不限制液壓液從彈簧 腔85流出並進入容器110的流動。如果不考慮與其它液壓液相比的、洩漏到一個彈簧腔85內的液壓液的相對量，彈簧腔85內的反壓力大約等於 容器壓力。由作為彈簧80 (具有大體上相同的彈簧常數和彈簧預負荷的彈 簧80)的偏壓力和容器110的內部壓力的函數的力抵抗兩個換檔油閥75 的偏轉。此抵抗力可以是，例如並且沒有限制地，與彈簧80的偏壓力和 容器110的內部壓力成比例。儘管參照滑移轉向裝載機10的應用，己經描述和圖示了本發明，本 發明也可以在尋求使得兩個或更多的多速電動機的速度變換同步的許多 不同的應用中實施。例如，所圖示的和描述的滑移轉向裝載機10可以修 改成包括用於四個輪20中的每一個的電動機和變換閥，在此情況下，所 有四個變換閥75的彈簧腔85將通過基準導管105以共用容器110為參照。 其它的實施例可以包括除了依靠多速電動機以驅動車輛的兩個或更多輪 子的滑移轉向裝載機之外的車輛，並且滑移轉向裝載機僅僅是實施本發明 的車輛的一個示例。在小型履帶式車輛(compact track vehicle)的情況下，車輛不必具有輪子。在這點上，可以使用術語"可旋轉部件"來廣 泛地包括車輪、履帶、螺旋槳、風扇、輪翼、或能夠旋轉以控制車輛的行 進速度和方向的其它任何裝置。並且，本發明不限於使得雙速電動機的速度變換相同或同步，而可以 用於使得具有三速或更多速度的電動機的速度變換相同或同步。從更廣泛 的意義來說，如果應用包括多臺需要以同時、同步的方式進行速度變換的 多速電動機，則本發明可以在除了車輛之外的所述示例中實施。由此，本發明尤其提供了一種用於多臺電動機的同步速度變換的系統 和方法。本發明的各種特點和優勢在權利要求中得到闡述。
權利要求
1.一種系統，包括第一和第二電動機；用於給各個第一和第二電動機進行速度變換的第一和第二裝置，每個用於變速的裝置能夠在對應於電動機的第一和第二不同速度的第一和第二位置之間移動；第一和第二偏壓部件，每個偏壓部件位於腔內並且將用於變速的第一和第二裝置之一偏壓到第一位置；用於大體上同時給用於變速的第一和第二裝置提供相等強度的信號以便將用於變速的裝置從第一位置移動到第二位置的裝置；和用於平衡所述腔內的壓力、從而使得對將每個用於變速的裝置從第一位置移動到第二位置的抵抗大體上相同的裝置。
2. 根據權利要求1中所述的系統，其中用於變速的第一和第二裝置 中的每一個包括可變換以改變各個第一和第二電動機的位移的閥。
3. 根據權利要求1中所述的系統，進一步包括加壓流體源；其中所 述用於提供相等強度信號的裝置包括適於將用於變速的第一和第二裝置 同時暴露到加壓流體中的筒。
4. 根據權利要求3中所述的系統，其中用於提供相等強度信號的裝 置進一步包括調整器以便將加壓流體逐漸暴露到用於變速的第一和第二 裝置。
5. 根據權利要求1中所述的系統，進一步包括具有內部壓力的容器； 其中用於平衡壓力的裝置包括使得所述腔與所述容器連通的第一和第二 管路。
6. —種建築車輛，包括 機架；多個可旋轉部件，所述多個可旋轉部件相對於機架可旋轉地安裝並且 可旋轉以控制車輛行進的速度和方向； 由機架支撐的原動機；由所述原動機驅動以形成加壓流體的流動的加壓流體源； 能響應於來自所述加壓流體源的加壓流體的流動而操作的多臺電動機，每個電動機互連到與其相聯繫的可旋轉部件以驅動與其相聯繫的可旋轉部件旋轉；與每個電動機相聯繫並且在對應於相聯繫的電動機的第一和第二不 同速度的第一和第二位置之間能夠移動的速度變換閥；在腔內與每個速度變換閥相聯繫的偏壓部件，每個偏壓部件將相聯繫 的速度變換閥偏壓到第一位置；用於大體上同時將所有的速度變換閥暴露到加壓流體中的機構；具有內部壓力的容器；和多個基準導管，所述多個基準導管使得所述腔與所述容器流體連通， 從而每個腔中的壓力與容器的內部壓力大體上相等。
7. 根據權利要求6中所述的車輛，其中所述可旋轉部件包括輪；其 中所述原動機包括內燃機；並且其中所述加壓流體源包括由內燃機驅動的 液壓泵。
8. 根據權利要求7中所述的車輛，進一步包括提升臂、由所述提升 臂支撐的輔助工具、用於將所述提升臂相對於機架提升的提升油缸、和用 於相對於所述提升臂樞轉所述工具的擺缸，其中所述液壓泵提供加壓流體 到所述提升油缸和所述擺缸。
9. 一種用於使得多臺電動機的速度變換同步的方法，所述電動機包 括在發動壓力的作用下可變換的速度變換閥、和在腔內並且將速度變換閥 偏壓到對應於第一電動機速度的第一位置的偏壓部件，所述方法包括以下 步驟-(a) 將所有的腔與具有內部壓力的單個容器流體連通；(b) 大體上同時將相等的變換力施加到每個速度變換閥以便將速度 變換閥移動到對應於不同於第一電動機速度的第二電動機速度的第二位 置；禾口(c) 利用作為偏壓力和容器的內部壓力的函數的、大體上相等的力 抵抗每個速度變換閥的變換。
全文摘要
一種用於大體上同時變換具有變換閥的多臺多速電動機的速度的系統和方法。所述系統和方法包括大體上同時給所有的變換閥施加相等的變換力，使用由容納在彈簧腔內的彈簧的偏轉引起的相等的偏壓力抵抗所有的變換閥的變換，並且所有的彈簧腔與共用容器流體連通以平衡所有彈簧腔內的壓力。
文檔編號F15B11/22GK101216054SQ20071016815
公開日2008年7月9日 申請日期2007年11月13日 優先權日2007年1月3日
發明者傑雷特·L·赫施爾, 沃爾特·K·羅爾夫, 約瑟夫·A·聖·奧賓 申請人:克拉克設備公司