取力器、驱动装置和车辆的制作方法

1.本发明涉及动力传输技术领域，具体涉及一种取力器、驱动装置和车辆。


背景技术：

2.取力器又称功率输出器，是一种将动力输出至外部作业机构的装置。一般由齿轮箱、控制器组合而成，齿轮箱内包含一组或多组变速齿轮。像自卸车、消防车、水泥搅拌车、汽车起重机等既具有能够行驶的车体，在车体上又具有各种用于实现不同作业的作业机构。当作业机构需要工作时，通常借助取力器为上述作业机构从驱动车体行驶的主动力元件处获取动力。
3.目前，车体带有作业机构的车辆，有的采用通过取力器给作业机构提供动力，用于取力的动力电机仅能驱动作业机构工作，不能够和主动力元件共同驱动变速箱，可驱动力小。
4.基于此，需要研发一种新的取力器，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决取力器给作业机构提供动力，不能够和主动力元件共同驱动变速箱，可驱动力小的问题。有鉴于此，本发明实施例致力于提供一种取力器、驱动装置及车辆，取力器能驱动作业机构工作，该取力器中的动力电机还可和驱动车辆行驶的主动力元件共同驱动车辆行驶。
6.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种取力器，所述取力器包括取力齿轮组、动力电机和取力离合器；取力齿轮组具有第一连接端、第二连接端以及第三连接端；第一连接端用于连接主动力元件，第二连接端用于连接第一负载，第三连接端连接动力电机，其中，取力离合器安装在动力电机背离取力齿轮组的一侧用于使得该动力电机可断开地连接第二负载。
7.取力器的一些实施例中，第一连接端和第二连接端为取力齿轮组中的一个齿轮转轴相对的两端。
8.取力器的一些实施例中，取力器还包括壳体，取力齿轮组和动力电机容纳在壳体中。
9.取力器的一些实施例中，取力离合器容纳在壳体中。
10.取力器的一些实施例中，壳体内设施有循环的冷却液，冷却液用于取力齿轮组和动力电机散热。
11.取力器的一些实施例中，取力齿轮组包括输入齿轮、输出齿轮及连接在输出齿轮和输入齿轮之间的至少一个过渡齿轮，输入齿轮、输出齿轮及过渡齿轮的转轴相互平行；第一连接端和第二连接端分别为输入齿轮的转轴相对的两端，第三连接端为输出齿轮的转轴的一端。
12.取力器的一些实施例中，动力电机采用永磁同步电机。
13.取力器的一些实施例中，第一连接端与第三连接端的传动比大于1，或者，第一连接端与第三连接端的传动比等于1，或者，第一连接端与第三连接端的传动比小于1。
14.本发明第二方面提供一种驱动装置，驱动装置包括根据以上所述的取力器，驱动装置还包括主动力元件和变速箱，第一连接端连接主动力元件，第二连接端连接变速箱。
15.驱动装置的一些实施例中，驱动装置包括主离合器，主离合器安装在主动力元件和第一连接端之间。
16.驱动装置的一些实施例中，动力电机与第二负载通过取力离合器断开连接，驱动装置能够在第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式及第四工作模式中任意一种工作模式下工作；在第一工作模式，主离合器接合，主动力元件和动力电机共同驱动变速箱运转；在第二工作模式，变速箱设置在非空档，动力电机接通蓄能装置以在制动时回收制动能量；在第三工作模式，变速箱设置在空挡，主离合器接合，动力电机连接驱动电源，主动力元件驱动动力电机发电；在第四工作模式，主离合器断开，动力电机接通驱动电源，变速箱处于非空挡，动力电机驱动变速箱转动。
17.驱动装置的一些实施例中，在取力离合器接合的状态下，驱动装置能够在第五工作模式、第六工作模式以及第七工作模式中任意一种工作模式下工作；在第五工作模式，主动力元件和动力电机共同工作形成混合动力驱动第二负载；在第六工作模式，主动力元件停止工作，动力电机驱动第二负载；在第七工作模式，动力电机与驱动电源断开连通，主动力元件单独驱动第二负载。
18.本发明第三方面提供一种车辆，所述车辆包括车体和设置在车体上的作业机构以及以上所述的驱动装置，变速箱设置为用于驱动车体，动力电机通过取力离合器可断开地连接于作业机构。
19.本发明提供的技术方案通过在动力电机和第二负载之间设置取力离合器，在取力离合器接合时动力电机可驱动作业机构工作，在取力离合器脱开时动力电机与主动力元件可共同驱动第一负载，实现混和驱动，可提供大的扭矩。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的一种驱动装置的结构示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。为了更方便的了解本发明，下面根据具体实施例并结合附图描述本发明。
22.第一方面，本发明提供一种取力器，参见图1所示，取力器1包括取力齿轮组11、动力电机12和取力离合器13；取力齿轮组11具有第一连接端、第二连接端以及第三连接端，第一连接端用于连接主动力元件2，第二连接端用于连接第一负载，第三连接端连接动力电机12，其中，取力离合器13安装在动力电机12背离取力齿轮组11的一侧用于使得所述动力电机12可断开地连接第二负载。
23.通过在第三连接端集成动力电机12，并在动力电机12背离取力齿轮组11的一侧设置取力离合器13，动力电机12可通过取力离合器13与第二负载脱开或接合，当取力离合器13脱开时，动力电机12可和连接于第一连接端的主动力元件2共同驱动第一负载，实现混和动力，可提供大的扭矩。而在动力电机12通过取力离合器13连接第二负载时，取力器1向主动力元件2取力驱动动力电机12运转并驱动第二负载工作。
24.例如，在一个实施例中，将该取力器1应用于作业车辆上时，第一连接端连接主动力元件2，第二连接端可以连接用于驱动车体运行的变速箱3(即该变速箱3为第一负载)，动力电机12可断开地连接车体上的作业机构(即作业机构为第二负载)。
25.在该实施例中，在作业机构工作时，动力电机12通过取力离合器13与作业机构连接，以通过动力电机12驱动作业机构作业。在作业机构不工作时，动力电机12可通过取力离合器13与作业机构断开连接，此时动力电机12可以与主动力元件2共同为变速箱3提供动力，提供强大的驱动扭矩。在该实施例中，如果，第一连接端如图1所示，主动力元件2和取力齿轮组11的第一连接端通过主离合器4连接，则动力电机12在主离合器4脱离时可以单独驱动第一负载运行。
26.在该实施例中，在作业机构不工作时在车体制动过程中，整车能量还可以通过变速箱3和取力器1传递给动力电机12，将整车动力势能转化成电能；在作业机构不工作且停车不熄火时，主动力元件2还可以通过取力器1带动动力电机12发电。
27.本发明提供的取力器通过在动力电机和第二负载之间设置取力离合器，通过变换取力离合器的离合，可以实现多种工作状态。例如在取力离合器脱开时，动力电机与主动力元件可实现混和驱动，可为驱动第一负载提供大的扭矩。
28.在应用时，当主动力元件2转速增大时，由于取力齿轮组11的作用，动力电机12的转速也增大，取力器1可以起到加速增加扭矩的作用，当主动力元件2转速减小时，由于取力齿轮组11的作用，动力电机12的转速也减小，可以起到减速减小扭矩的作用。
29.其中，动力电机12可采用永磁同步电机或异步电机；动力电机12也可设置为定子采用线圈，转子采用磁铁的形式；还可以设置为电机的定子和转子采用轴向相对布置的方式。
30.一种实施例中，第一连接端和第二连接端为取力齿轮组11中的一个齿轮转轴相对的两端。
31.其中，参见图1所示，一种实施例的取力器1的第三连接端位于取力器1的垂直于主动力元件2的转轴尺寸的一端，第一连接端/第二连接端分别位于相对的另一端。这样设置，在应用时通常取力器1的第一连接端/第二连接端靠近地面，取力器1的长度方向沿垂直地面的竖直方向延伸，取力器1的第三连接端设置在取力器1的上方，这样，在安装时，取力器1占用的地面比较小，有利于为其他零部件腾出空间，有利于布置。
32.一种实施例中，取力器1还包括壳体，其中，壳体在图中未示出，取力齿轮组11和动力电机12容纳在壳体中。本发明将动力电机12与取力齿轮组11集成在同一个壳体内，使得取力器1的结构更紧凑，并降低了重量和成本，满足新能源发展的需求。而且由于结构紧凑，体积小，更有利于其在车辆上的布置。
33.如图1所示的一种动力电机12和取力齿轮组11集成在一起的实施例中，动力电机12包括同轴设置的电机转子和电机定子绕组。电机转子和电机定子绕组以及取力齿轮组11
中的输出齿轮111三者共轴。这样就可以把电机转子和电机定子绕组同时容纳在取力器1的壳体中(壳体在图1中未示出)。通过这种集成设置，取力器1的体积可以进一步的紧凑，进一步的节省空间和能源，由于体积小，这样可以安装在较小的空间内，从而有利于和各种零部件一起在车体上布置而不用扩大车体的尺寸。节省了大量资源。满足新能源发展的需求。
34.一种实施例中，动力电机12采用永磁同步电机。其中，永磁同步电动机以永磁体提供励磁，续航能力强，结构简单，体积小，省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了运行可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了动力电机12的效率和功率密度。在具有强续航能力的情况下，采用永磁同步电机可进一步的降低取力器1的体积，使其更紧凑。
35.又一种实施例中，取力离合器13容纳在壳体中，这样可以进一步的压缩取力器1的体积，使得取力齿轮组11和动力电机12及取力离合器13集成在一个壳体内形成模块，便于安装和维护。
36.又一种实施例中，壳体内设施有循环的冷却液，冷却液能够用于取力齿轮组11和动力电机12散热。参考图1所示，通常情况下取力齿轮组11的总体长度采取垂直于地面的方式设置，以充分利用空间，降低取力齿轮组11在平行于地面的横向的面积，进一步的缩小占用车体的水平方向的面积，方便各零部件在车体上配置。采用这种方式布置的时候，壳体内容纳的冷却液可以是润滑油，润滑油同时也兼具润滑和散热的功能。动力电机12可以采用飞溅润滑的方式进行散热，也可以在壳体内设置通往动力电机12的流道，利用该流道输送上述冷却液为动力电机12散热。这样可以进一步的降低取力器的重量和成本。
37.在本发明中，通过将取力离合器13设置在第二负载和动力电机12之间，通过控制该取力离合器13的离合即可以控制第二负载在工作与非工作状态间转换。
38.当第二负载停止工作的时候，通过取力离合器13切断第二负载和动力电机12的连接即可实现。在这时，动力电机12可以进入多种不同的工作状态，后面会结合一种实施例的驱动装置进行详细描述。
39.又一种实施例中，取力齿轮组11包括输入齿轮113、输出齿轮111及连接在输出齿轮111和输入齿轮113之间的至少一个过渡齿轮112，输入齿轮113、输出齿轮111及过渡齿轮112的转轴相互平行；第一连接端和第二连接端分别为输入齿轮113的转轴相对的两端，第三连接端为输出齿轮111的转轴的一端。如图1所示的实施例中，过渡齿轮112采用一个柱形齿轮，输出齿轮111和输入齿轮113也采用柱形齿轮，这种布置结构简单，传动可靠，而且齿轮制造、采购容易，可以极大的降低生产和维护成本。当然，根据需要，取力齿轮组11也可以采用其他的结构形式：例如包括多个互相啮合的锥齿轮。
40.其中，第一连接端与第三连接端的传动比大于1，或者，第一连接端与第三连接端的传动比等于1，或者，第一连接端与第三连接端的传动比小于1。通过这样设置，可以根据需要控制第三连接端的输出转速，如图1所示，主动力元件2的输出端和第一连接端同轴，也就是说主动力元件2的输出端和第一连接端转速相同，通过设置第一连接端与第三连接端的传动比可以使得第三连接端的输出转速大于第一连接端的转速，还可以使得第三连接端的输出转速小于第一连接端的转速，还可以使得第三连接端的输出转速等于第一连接端的转速。
41.本发明第二方面提供一种驱动装置，所述驱动装置包括上述取力器1，驱动装置还包括主动力元件2和作为第一负载的变速箱3，第一连接端连接主动力元件2，第二连接端连
接变速箱3。该驱动装置具有上述取力器所具有的技术优势外，在取力时，动力电机12通过取力离合器13驱动第二负载时，如果变速箱3位于空档，此时，主动力元件2的全部功率用于驱动第二负载，因此为全功率取力，其中，取力器1的速比可以是1，可以大于1，也可以小于1。通过采用上述的取力器，本发明的驱动装置除了可以全功率取力，通过速比的转换，还可以用于带动第二负载需要大动力的情形，比如第二负载为消防泵等这类需要大动力的作业机构。
42.在上述实施中，第一负载不限于变速箱3。又一实施例中，驱动装置包括主离合器4，主离合器4安装在主动力元件2和第一连接端之间。经过这样设置，可以实现在切断主离合器4的情况下，利用动力电机12进行纯电动作。
43.一种实施例中，主动力元件2采用发动机。其中，发动机可采用柴油发动机、汽油发动机、电动汽车电动机以及混合动力发动机等多种形式。
44.本发明的驱动装置通过变换取力离合器13和/或主离合器4的离合，并将变速箱3设置在不同的档位，可以实现更多种工作状态。参考如下所述，在下述实施例中，第二负载通常为设置在车辆上的作业机构。
45.第一工作模式，取力离合器13断开连接，主离合器4接合，主动力元件2和动力电机12共同驱动变速箱3，实现混合驱动，此时动力电机12连接驱动电源。
46.例如在起步加速的工作状态：行驶时，取力器1与第二负载通过取力离合器13断开连接，主离合器4接合。这时驱动车辆行驶的主动力元件2和动力电机12可同时提供驱动扭矩，然后通过取力器1汇合后提供给驱动变速箱3动作的驱动扭矩，实现混合驱动。此时的扭矩比主动力元件2单独提供的扭矩大。
47.第二工作模式，制动能量回收的工作状态：变速箱3设置在非空档，动力电机12接通蓄能装置，以在制动时回收制动能量。行驶时，取力器1与第二负载通过取力离合器13断开连接。在下长坡等制动工况时，使用该取力器的车辆的整车能量通过变速箱3和取力器1传递给动力电机12，动力电机12发电反拖，将整车动力势能转化成电能。
48.第三工作模式，停车发电的工作状态：停车时，取力器1与第二负载通过取力离合器13断开连接，动力电机12连接驱动电源，变速箱3挂空挡，主动力元件2正常工作。此时，变速箱3的输入轴转动，变速箱3的输出轴不转动。主动力元件2通过取力齿轮组11带动动力电机12发电。
49.在所述第四工作模式，纯电行驶的工作状态：同时断开主离合器4和取力离合器13，动力电机12接通驱动电源，此时主动力元件2不启动。动力电机12提供的动力通过取力齿轮组11和变速箱3驱动整车，实现纯电行驶。在这种工作状态下，整个驱动装置的长度并不需要增加。
50.当第二负载工作的时候，第二负载和动力电机12通过取力离合器13连接。动力电机12可以进入另外多种不同的工作状态，如下所述。
51.第五工作模式，混合动力驱动第二负载工作的工作状态：此时，取力离合器13接合，第二负载工作，变速箱3挂空挡，取力器1与第二负载通过取力离合器13接合，动力电机12接通驱动电源，主动力元件2和动力电机12共同驱动第二负载工作，实现混合动力驱动第二负载工作。在这种方式下，取力器可全功率取力，动力电机12还可给第二负载提供动力，此时，第二负载可取的最大功率可以大于主动力元件2和动力电机12中任意一者的最大功
率，因此，混合动力可以给第二负载提供更大的力矩。一种实施例中，第二负载采用液压驱动，这时，动力电机12驱动油泵向第二负载供油，进而驱动第二负载动作，或者，动力电机12驱动马达进而驱动第二负载动作。
52.第六工作模式，主动力元件2停止工作，动力电机12接通驱动电源形成第二负载纯电工作的工作状态：主离合器4断开，变速箱3挂空挡，取力离合器13接合，动力电机12接通驱动电源。动力电机12通过取力离合器13驱动第二负载动作，从而实现纯电驱动第二负载动作。
53.第七工作模式，动力电机12与驱动电源断开连通，主离合器4接合，主动力元件2单独驱动第二负载。此时第二负载所获得的最大功率为主动力元件2的最大功率。
54.一种实施例中，主动力元件2采用发动机。发动机可采用例如柴油发动机、汽油发动机、电动汽车电动机以及混合动力发动机。
55.本发明第三方面提供一种车辆，所述车辆包括车体和设置在车体上的第二负载以及上述驱动装置，变速箱3设置为用于驱动车体，动力电机12通过取力离合器13可断开地连接于第二负载。其中，第二负载一般为设置在车体上的作业机构，比如为设置在消防车上的消防泵等。
56.所述车辆所具有的技术优势同上述驱动装置所具有的技术优势，在此不做赘述。
57.应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系，但也可能表示的是一种“和/或”的关系，具体可参考前后文进行理解。
58.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项个或复数项个的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项个，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
59.应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
60.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。