CN114810540B - 低速大扭矩无级变速电液驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低速大扭矩无级变速电液驱动系统，包括液压马达组件、与液压马达组件连接的电机壳体组件以及容纳在所述电机壳体组件中的转子组件、定子组件、液压泵组件、配流块以及转筒，所述液压泵组件包括配流副以及柱塞副，所述配流副包括缸体的端部与配流盘，所述转筒分别与转子组件和缸体连接，所述转子组件在电磁力作用下带动所述转筒和液压泵组件的缸体转动，所述液压泵组件输出高压油液并经配流块进入液压马达组件中，驱使液压马达组件工作，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

低速大扭矩无级变速电液驱动系统

技术领域

本发明属于动力传动与控制领域，特别涉及一种低速大扭矩无级变速电液驱动系统。

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。

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、长寿命一种或多种特点的低速大转矩传动系统。

本发明的技术方案实现方式：一种低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：包括液压马达组件、与液压马达组件连接的电机壳体组件以及容纳在所述电机壳体组件中的转子组件、定子组件、液压泵组件、配流块以及转筒，所述液压泵组件包括配流副以及柱塞副，所述配流副包括缸体的端部与配流盘，所述转筒分别与转子组件和缸体连接，所述转子组件在电磁力作用下带动所述转筒和液压泵组件的缸体转动，所述液压泵组件输出高压油液并经配流块进入液压马达组件中，驱使液压马达组件工作，实现从电能到液压能再到机械能的转换。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述液压泵组件还包括配流滑盘副，所述配流滑盘副包括斜盘以及支承在斜盘上的滑盘，所述斜盘支承在电机壳体组件的后端盖上，所述滑盘为整体式盘状结构，所述滑盘与斜盘之间形成静压油膜支承。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述配流块设置在电机壳体组件的壳体空腔内，所述液压泵组件的配流副支撑在配流块的一侧端面上，所述液压马达组件包括马达缸体和配流轴，所述配流轴抵接在配流块的另一侧端面上。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述配流块上设置有向壳体空腔开口的配流块进油口，所述配流盘上设置有低压配流口，所述配流块进油口与低压配流口连通，工作时，所述壳体空腔的低压冷油从配流块进油口进入到缸体的柱塞孔中，带走壳体空腔内的热量，实现自冷却。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述配流块上设置有配流块高压油槽，所述配流轴上设置有配流轴高压口，所述配流块高压油槽分别与配流轴高压口和配流盘上的高压配流口连通，工作时，从液压泵组件的缸体柱塞孔流出的高压油液通过配流块高压油槽进入到配流轴高压口中，驱动液压马达组件旋转并带动负载工作。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述配流块上设置有配流块出油道，所述配流块出油道向电机壳体组件的壳体空腔开口，使得经液压马达组件作用后的低压油液排至壳体空腔内。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述斜盘上设置有低压配油窗口，所述低压配油窗口与设置在后端盖上的进油口连通，所述后端盖的进油口上设置有一路通往斜盘的低压配油窗口的油路和一路通过进油岔口通往壳体空腔内的油路，工作时，低压油液从配流块进油口经配流盘的低压配流口和斜盘的低压配油窗口双路进入缸体的柱塞孔中，实现吸油。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述配流块上设置有单向阀，所述单向阀与配流块高压油槽连通，所述单向阀只允许从壳体空腔向配流块高压油槽单向进油，当所述液压马达组件变为泵工况时，所述单向阀起到补油作用。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述配流块上设置有配流块高压油槽和配流块低压油槽，所述配流轴上设置有配流轴高压口和配流轴低压口，所述配流块高压油槽分别与配流轴高压口和配流盘上的高压配流口连通，所述配流块低压油槽分别与配流轴低压口和配流盘上的低压配流口连通，工作时，从液压泵组件的缸体柱塞孔流出的高压油液通过配流块高压油槽进入到配流轴高压口中，经液压马达组件作用后的低压油液经配流块低压油槽又回到液压泵组件的缸体柱塞孔中。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述斜盘上与后端盖对置的支承面具有成形为圆柱形的圆柱滑弧面，在所述斜盘的圆柱滑弧面上具有构形为槽形的槽形低压口和槽形高压口，所述槽形低压口与进油口连通，所述槽形高压口与设置在后端盖上的高压油孔连通。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其在所述后端盖上连接有阀组，所述阀组的进油口与所述高压油孔连通，所述阀组用于液压泵组件的压力、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。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述电液驱动系统上设置有蓄能器，所述蓄能器包括高压蓄能器和/或低压蓄能器，所述蓄能器与所述阀组连接，所述蓄能器包括辅助启动、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。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其在所述电机壳体组件上设置有用于控制液压泵组件排量的变量机构，所述变量机构设置为斜盘角度控制式变量结构，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转动。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述转筒外周面与转子组件连接，所述转筒内侧设置有向内延伸的连接部，在所述连接部环向设置有多个过油孔，所述过油孔连通电机壳体组件的两侧壳体空腔，使得低压油液顺利通过，所述转筒的连接部与缸体配合连接。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其所述液压泵组件为轴支承式结构，其还包括主轴、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，所述主轴一端贯穿配流副至配流块并支承在第一轴承上，另一端贯穿配流滑盘副至电机壳体组件的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。

本发明所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，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/或第五轴承，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，或者所述第四轴承支承在转筒与配流块之间，所述转子组件与液压泵组件通过转筒支承在第四轴承和/或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。本发明中将液压泵、液压马达、电机、控制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)本发明容易实现无级变速控制。本发明中将液压泵、液压马达、电机、变量控制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。

(3)本发明传动效率高。本发明中将液压泵、液压马达、电机、变量控制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。

(3)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；本发明中将液压泵、液压马达、电机、变量控制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。

(4)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，本发明中将液压泵、液压马达、电机、变量控制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。

(5)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。

(6)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。

(7)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。

(8)本发明可实现多机串并联。由于本发明中将液压泵、液压马达、电机、控制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为本发明中配流盘一端支承面的一种平面图

图12为本发明中缸体一端的平面图。

图13为本发明中转筒沿轴线的剖面图。

图14为本发明中转筒一侧的平面图。

图15为本发明中配流块沿轴线的剖面图。

图16为图15中的C-C剖面图。

图17为本发明中配流块沿轴线另一角度的剖面图。

图18为本发明中带单向阀的电液驱动系统的一种实施例。

图19为本发明中闭式电液驱动系统的一种实施例。

图20为本发明中带阀组和蓄能器的电液驱动系统的一种实施例。

图21为本发明中图20实施例的斜盘一端支承面的一种平面图。

图22为本发明中图20实施例的斜盘另一端支承面的一种平面图。

图23为本发明中为转筒支承式电液驱动系统的一种实施例。

图24为本发明中为转筒支承式电液驱动系统的另一种实施例。

图25为本发明中为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，10C为主轴轴心，11为转筒，12为连接部，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，33为后端盖，33a为进油口，33c为进油岔口，34为壳体空腔，35配流块，36为配流块进油口，37为配流块高压油槽，38为配流块出油道，39为配流块低压油槽，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，82为主轴装配孔，83为缸体静压支承面，84为通油孔，85为缸体腰形孔，90为配流盘，91为支承面，92为低压配流口，93为高压配流口，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为高压油孔，132为高压蓄能器，133为低压蓄能器，141为卡簧，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，所述电液驱动系统5为轴支承式结构且为开式系统，包括液压马达组件、与液压马达组件连接的电机壳体组件以及容纳在所述电机壳体组件中的转子组件9、定子组件8、液压泵组件、配流块35、转筒11、主轴10、第一轴承21和第二轴承22，所述液压泵组件包括配流滑盘副、配流副以及柱塞副，所述配流副包括缸体80的端部与配流盘90，所述缸体80抵接在配流盘90上，两者之间形成静压油膜支承，所述转筒11分别与转子组件9和缸体80连接，所述转子组件9在电磁力作用下带动所述转筒11和液压泵组件的缸体80同步转动，所述液压泵组件输出高压油液并经配流块35进入液压马达组件中，驱使液压马达组件工作，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10一端贯穿配流副至配流块35并支承在第一轴承21上，另一端贯穿配流滑盘副至壳体组件的后端盖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，优选地，所述柱塞70为中心设置有中心大孔的锥形结构，所述柱塞70在缸体80的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。

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，所述电机组件包括定子组件8和转子组件9，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；所述电机的转子组件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的一端设置有多个滑盘腰形孔53，所述滑盘50的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以及配流油槽42，所述低压配流窗口43通过配流油槽42与设置在后端盖33上的进油口33a连通，更具体地，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，所述槽形低压口46分别与低压配流窗口43和进油口33a连通。

具体地，所述柱塞副包括柱塞70与缸体孔壁，所述柱塞70为锥形结构，柱塞设置有作为进出油且连通柱塞球窝58和柱塞孔81的大孔径柱塞中心孔72。

具体地，所述配流副包括缸体80的端部及配流盘90，所述缸体80的端部与配流盘90对置的端面设置有缸体静压支承面83，所述缸体静压支承面83支承在配流盘90上且与配流盘90的支承面91保持滑动配合，所述配流盘90上设置有低压配流口92和高压配流口93，如图11所示。

具体地，所述电机壳体组件包括电机壳体31及与电机壳体31连接的后端盖33，所述电机壳体31与后端盖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，所述后端盖33用于封闭电机壳体31的一端开口，所述后端盖33上设置有进油口33a。

进一步地，所述后端盖33的进油口33a上设置有一路通往斜盘40上低压配油窗口43的油路和一路通过进油岔口33c通往壳体空腔34内的油路，工作时，低压油液从配流块进油口36经配流盘90的低压配流口92和斜盘40的低压配油窗口43双路进入缸体80的柱塞孔81中，实现吸油。

具体地，在所述电机壳体组件的壳体空腔34内设置有配流块35，所述液压泵组件的配流副支撑在配流块35的一侧端面上，所述液压马达组件的配流轴126抵接在配流块35的另一侧端面上。

进一步地，如图15和16所示，所述配流块35上设置有向壳体空腔34开口的配流块进油口36，所述配流盘90上设置有低压配流口92，所述配流块进油口36与低压配流口92连通，工作时，所述壳体空腔34的低压冷油从配流块进油口36进入到缸体80的柱塞孔81中，带走壳体空腔34的热量，实现自冷却。

进一步地，所述配流块35上设置有配流块高压油槽37，所述配流块高压油槽37分别与配流轴高压口126b和配流盘90上的高压配流口93连通，工作时，从液压泵组件的缸体柱塞孔81流出的高压油液通过配流块高压油槽37进入到配流轴高压口126b中，驱动液压马达组件旋转并带动负载工作。

进一步地，如图17所示，所述配流块35上设置有配流块出油道38，所述配流块出油道38向电机壳体组件的壳体空腔34开口，使得经液压马达组件作用后的低压油液排至壳体空腔34内。

进一步地，如图18所示，所述配流块35上设置有单向阀150，所述单向阀150与配流块高压油槽37连通，所述单向阀150只允许从壳体空腔34向配流块高压油槽37单向进油，不允许从配流块高压油槽37向壳体空腔34排油，当所述液压马达组件120为泵工况时，所述单向阀150起到补油作用。

特殊地，所述配流块35可以是配流轴126向壳体空腔34延伸的一部分，即配流块35与配流轴126是一体式结构；或者所述配流块35可以是马达组件中马达壳体127向壳体空腔34延伸的一部分，即配流块35与马达壳体127是一体式结构。

如图5所示，为电液驱动系统5的内部液流图，低压冷油从电机壳体组件中的后端盖33的进油口33a分两路进入液压泵组件的柱塞孔81内，其中第一路经过斜盘40上的低压配油窗口43、滑盘腰形孔53、锥形柱塞中心大孔72进入到缸体柱塞孔81中，第二路通过进油岔口33c通往壳体空腔34内，并通过配流块进油口36、低压配流口92进入缸体柱塞孔81中，其中第二路的低压冷油流经电机组件的定子组件、转子组件、液压泵组件的三大摩擦副。

基于上述结构设计，具有的显著效果是：从后端盖33的进油岔口33c进入的低压冷油在流经壳体空腔34时，使得置于壳体空腔34内的各摩擦副以及电机组件的转子组件和定子组件部件浸在低温油液中，并将电机组件的定子组件、转子组件、液压马达组件的三大摩擦副产生的热量带走进入到液压系统中。

从以上分析可以知道，这种结构具有自冷却，散热容易的特点，具体表现在：一方面可使电动机定子、转子、液压三大摩擦副等关键零部件始终浸润在低温油液中，防止电动机定子、转子烧坏以及三大摩擦副的油膜稳定破坏，另一方面由于没有油液管路的液阻作用，可大幅度提高自吸能力。

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13和14所示，所述转筒11外周面与电机组件的转子组件9连接，所述转筒11内侧设置有向内延伸的连接部12，在所述连接部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含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，所述电液驱动系统5还包括变量机构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含变量活塞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40一侧延伸的突起的滑盘凸台面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。

如图12所示，所述缸体80具有沿径向截面为圆形的柱状构形，并容纳在壳体组件的壳体空腔34内，所述缸体80具有以缸体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10的主轴装配孔82，所述缸体80拥有多个柱塞孔81，优选地，所述柱塞孔数量一般设置为7个或9个；所述主轴10穿过缸体80的主轴装配孔82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。

其中，所述缸体80另一端面抵接在配流盘90上，形成配流副，两者端部以静液压方式支承，如图12和13所示，所述缸体80与配流盘90对置的端面上设置有缸体静压支承面83，所述缸体静压支承面83支承在配流盘90上且始终与配流盘90保持滑动配合，所述缸体静压支承面83上设置有构形为腰形的多个缸体腰形孔85，优选地，所述缸体腰形孔85以缸体轴心为中心呈均匀分布在缸体静压支承面83上，在所述缸体端部上设置有连通柱塞孔81与缸体腰形孔85的通油孔84。

工作时，液压力作用在缸体端部上，并进一步传递至配流盘90，一般情况，液压力作用在缸体80端部上的轴向力大于配流盘90通过油膜反作用在缸体端部的支承力，因此，缸体端部始终通过一层油膜抵接在配流盘90上滑动。

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20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与配流副之间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和配流盘90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运动以及限制所述配流副的缸体80远离配流盘90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。在缸体一侧，约束装置还包括卡簧141，该卡簧用于约束缸体端部远离止推盘运动。

实施例2：

如图19至22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，其配流块结构及进出油道也不同，其他可参考实施例1所述结构。

具体地，所述配流块35上设置有配流块高压油槽37和配流块低压油槽39，所述配流块高压油槽37分别与配流轴高压口126b和配流盘90上的高压配流口93连通，所述配流块低压油槽39分别与配流轴低压口126a和配流盘90上的低压配流口92连通，工作时，从液压泵组件的缸体柱塞孔81流出的高压油液通过配流块高压油槽37进入到配流轴高压口126b中，经液压马达组件作用后的低压油液经配流块低压油槽39又回到液压泵组件的缸体柱塞孔81中。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3：

如图20所示，与实施例2的不同之处在于后端盖33上设置有用于压力和流量调节的阀组130，其他可参考实施例2所述结构。

具体地，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，所述低压配流窗口43通过配流油槽42与设置在后端盖33上的进油口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与进油口33a连通，所述槽形高压口47与设置在后端盖33上的高压油孔131连通。

进一步地，在所述后端盖33上连接有阀组130，所述阀组130的进油口与所述高压油孔131连通，所述阀组130用于液压泵组件的压力、流量、方向的控制、流量的控制，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4：

如图20、23至25所示，与实施例2、3的不同之处在于在电液驱动系统5上设置有蓄能器，其他可参考实施例2、3所述结构。

具体地，在所述后端盖33上设置有蓄能器，所述蓄能器包括高压蓄能器132和/或低压蓄能器133，所述高压蓄能器132与所述阀组130连接，所述高压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，所述储能组件也可以不与后端盖连接，而是独立放置，所述储能组件与阀组通过液压油管连接。

实施例5：

如图23和24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，如图23所示；特殊地，另一种转筒支承方式，如图24所示，包括第四轴承24，所述第四轴承24夹设在转筒11与配流块35之间。所述电机的转子组件9与液压泵组件通过转筒11支承在第四轴承24和/或第五轴承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6：

如图25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，所述电机的转子组件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。

实施例7：

如图19所示，与其他实施例的不同之处在于在后端盖33上设置有辅助补油泵160。

具体地，所述主轴10的端部通过连接装置连接一个补油泵160，所述补油泵160用于为液压泵组件供油或提供液压控制操作力；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。

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 (15)

1.一种低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：包括液压马达组件、与液压马达组件连接的电机壳体组件以及容纳在所述电机壳体组件中的转子组件（9）、定子组件（8）、液压泵组件、配流块（35）以及转筒（11），所述液压泵组件包括配流副以及柱塞副，所述配流副包括缸体（80）的端部与配流盘（90），所述转筒（11）分别与转子组件（9）和缸体（80）连接，所述转子组件（9）在电磁力作用下带动所述转筒（11）和液压泵组件的缸体（80）转动，所述液压泵组件输出高压油液并经配流块（35）进入液压马达组件中，驱使液压马达组件工作，实现从电能到液压能再到机械能的转换；

所述液压泵组件还包括配流滑盘副，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），所述斜盘（40）支承在电机壳体组件的后端盖（33）上，所述配流块（35）设置在电机壳体组件的壳体空腔（34）内，所述配流块（35）上设置有向壳体空腔（34）开口的配流块进油口（36），所述斜盘（40）上设置有低压配油窗口（43），所述低压配油窗口（43）与设置在后端盖（33）上的进油口（33a）连通，所述后端盖（33）的进油口（33a）上设置有一路通往斜盘（40）的低压配油窗口（43）的油路和一路通过进油岔口（33c）通往壳体空腔（34）内的油路，工作时，低压油液从配流块进油口（36）和斜盘（40）的低压配油窗口（43）双路进入缸体（80）的柱塞孔（81）中，实现吸油，通过进油岔口（33c）进入壳体空腔（34）内的低压冷油流经电机组件的定子组件（8）、转子组件（9）、液压泵组件的三大摩擦副；

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连接部（12），在所述连接部（12）环向设置有多个过油孔（13），所述过油孔（13）连通电机壳体组件的两侧壳体空腔（34），使得低压油液顺利通过，所述转筒（11）的连接部（12）与缸体（80）配合连接。

2.根据权利要求1所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：所述滑盘（50）为整体式盘状结构，所述滑盘（50）与斜盘（40）之间形成静压油膜支承。

3.根据权利要求2所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：所述液压泵组件的配流副支撑在配流块（35）的一侧端面上，所述液压马达组件包括马达缸体（122）和配流轴（126），所述配流轴（126）抵接在配流块（35）的另一侧端面上。

4.根据权利要求3所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：所述配流盘（90）上设置有低压配流口（92），所述配流块进油口（36）与低压配流口（92）连通，工作时，所述壳体空腔（34）的低压冷油从配流块进油口（36）进入到缸体（80）的柱塞孔（81）中，带走壳体空腔（34）内的热量，实现自冷却。

5.根据权利要求4所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：所述配流块（35）上设置有配流块高压油槽（37），所述配流轴（126）上设置有配流轴高压口（126b），所述配流块高压油槽（37）分别与配流轴高压口（126b）和配流盘（90）上的高压配流口（93）连通，工作时，从液压泵组件的缸体柱塞孔（81）流出的高压油液通过配流块高压油槽（37）进入到配流轴高压口（126b）中，驱动液压马达组件旋转并带动负载工作。

6.根据权利要求1所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：所述配流块（35）上设置有配流块出油道（38），所述配流块出油道（38）向电机壳体组件的壳体空腔（34）开口，使得经液压马达组件作用后的低压油液排至壳体空腔（34）内。

7.根据权利要求5所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：工作时，低压油液从配流块进油口（36）经配流盘（90）的低压配流口（92）和斜盘（40）的低压配油窗口（43）双路进入缸体（80）的柱塞孔（81）中，实现吸油。

8.根据权利要求7所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：所述配流块（35）上设置有单向阀（150），所述单向阀（150）与配流块高压油槽（37）连通，所述单向阀（150）只允许从壳体空腔（34）向配流块高压油槽（37）单向进油，当所述液压马达组件变为泵工况时，所述单向阀（150）起到补油作用。

9.根据权利要求3所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：所述配流块（35）上设置有配流块高压油槽（37）和配流块低压油槽（39），所述配流轴（126）上设置有配流轴高压口（126b）和配流轴低压口（126a），所述配流块高压油槽（37）分别与配流轴高压口（126b）和配流盘（90）上的高压配流口（93）连通，所述配流块低压油槽（39）分别与配流轴低压口（126a）和配流盘（90）上的低压配流口（92）连通，工作时，从液压泵组件的缸体柱塞孔（81）流出的高压油液通过配流块高压油槽（37）进入到配流轴高压口（126b）中，经液压马达组件作用后的低压油液经配流块低压油槽（39）又回到液压泵组件的缸体柱塞孔（81）中。

10.根据权利要求9所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：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）与进油口（33a）连通，所述槽形高压口（47）与设置在后端盖（33）上的高压油孔（131）连通。

11.根据权利要求10所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：在所述后端盖（33）上连接有阀组（130），所述阀组（130）的进油口与所述高压油孔（131）连通，所述阀组（130）用于液压泵组件的压力、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所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：所述电液驱动系统（5）上设置有蓄能器，所述蓄能器包括高压蓄能器（132）和/或低压蓄能器（133），所述蓄能器与所述阀组（130）连接，所述蓄能器包括辅助启动、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1所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，其特征在于：在所述电机壳体组件上设置有用于控制液压泵组件排量的变量机构（110），所述变量机构（110）设置为斜盘角度控制式变量结构，所述变量机构（110）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）转动。

14.根据权利要求1至13中任意一项所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，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）一端贯穿配流副至配流块（35）并支承在第一轴承（21）上，另一端贯穿配流滑盘副至电机壳体组件的后端盖（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。

15.根据权利要求1至13中任意一项所述的低速大扭矩无级变速电液驱动系统，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/或第五轴承（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，或者所述第四轴承（24）支承在转筒（11）与配流块（35）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/或第五轴承（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。