S7《车辆与行走机械的静液压驱动》| 纯电力传动

第二章现代车辆与行走机械采用的四种传动技术

—— 四种传动技术的基本特点之纯电力传动

“电力传动技术的柔性传输动力的能力和可实现的多种牵引特性模式以及对于多用户系统的适应性，使它能更好地满足当今车辆与行走机械个性化布局和特性的要求。”

“信息化时代对于车辆传动装置控制性能要求的提高和节能技术的需求，凸显了电力传动技术在这些方面的潜在优势。”

本期继续王意教授《车辆与行走机械的静液压驱动》一书第二章的研读之旅，欢迎您同我们一起来学习了解四种传动技术之一：

电力传动

电力传动装置的基本传动链

为内燃发动机驱动发电机

电力传动装置的基本传动链为内燃发动机驱动发电机(注：近几年也出现的采用动力电池供电的方式未被作者列为讨论对象)，产生电能使电动机经后置的机械传动装置驱动车辆和机械的行走部分运动（图2-6）。

图2-6 电力传动的基本构成（Still）

1- 与发动机相连接的发电机 2- 调节控制装置 3- 动力电缆 4- 与后置减速箱和行走装置相连接的电动机

这幅绘制精细的示意图引自以制造电力传动和混合动力叉车与工业牵引车著称的德国Still公司较早期的介绍材料。图中显示的是传统的有电刷的直流电机，不过控制器已从更原始的可变电阻器发展到了半导体设备。Still现在的产品早已换上了先进的高性能无刷式电机，然而代价之一是要采用更为复杂和昂贵的大功率电子控制设备，解决电磁兼容问题也更为困难。

这种与船舶电力传动技术同根同源的车辆传动技术已有多年历史，很早就应用于铁路内燃机车、大型矿用自卸车和露天采掘机械等领域。应用电子调节系统能够精确地调节和控制电力传动装置的输出转速和旋转方向，也能方便地使其输出特性满足各种不同用途的整机的要求。不过需要说明的是，本书所讨论的“电力传动”的动力源是汽油机、柴油机抑或燃气轮机等输出旋转动力的内燃机，而并非如同当今迅猛发展的纯电动汽车那样以蓄电池等固态化学能源。与装用后一种能源系统的电动车辆相比较，内燃机动力的电力传动装置目前在非轨载车辆与行走机械领域的应用还很有限，只有在上述大型矿用机械、某些军用车辆和很少的叉车与工业牵引车上可以看到它们的身影。但这两种系统中输出端的电动机元件及部分控制装置之间则有很多一脉相承的相似之处，加上它们与电子控制装置的接口方面与生俱来的先天优势，电力传动在今天和未来的车辆与行走机械以及舰船的传动技术中将会占据越来越重要的地位。

内燃机动力电力传动的车辆

与行走机械的一些实例

早期的内燃机动力和蓄电池动力电力传动车辆都采用直流电系统，行走装置由可在低转速下输出很大转矩的串激直流电机驱动，采用简单的可变电阻器调速。输入端的发电机以及拖动转向和工作装置用液压泵则使用特性较硬的并激或复激电机。当时所有这些电机都采用带电刷的换向器，成本较低，但转速、效率及功率密度都受到限制。新型的电驱动车辆大多采用无刷的永磁电机、变频调速的交流感应电机或开关磁阻电机，电路制式也更多地采用了交流系统或交流–直流系统。在内燃动力电力传动技术中的另一项进步，则是通过研发集成于柴油机飞轮中的发电机及控制系统，显著地提高了电源装置的功率密度和紧凑性。电力传动技术的柔性传输动力的能力和可实现的多种牵引特性模式以及对于多用户系统的适应性，使它能更好地满足当今车辆与行走机械个性化布局和特性的要求；或者反过来说是促成了多种具有更为新颖前卫的形态与功能的车辆与行走机械的出现（图2-7）。

图2-7 内燃机动力电力传动的车辆与

行走机械的一些实例

a)电传动内燃平衡重叉车（Still） b)154t电动轮自卸车（湘潭电机厂）

除了较广泛应用的各种蓄电池电动和内燃机电力传动的运输车辆以外，20世纪50-60年代人们研制过电力传动的联合收割机和轮胎起重机等作业机械，后者还装备了美国航母作为飞行甲板上的保障和救援车辆。现在又出现了电力传动的路面机械和其他作业机械，在军用车辆和农业机械等领域的更多应用也在继续探讨研究之中。

蓄电池是电力传动系统中传统的蓄能元件和二次动力源，但电能和化学能之间的转化速度很慢，使得它难以具备实时快速充能的功能。新型电力蓄能技术采用了反应迅速的基于物理原理工作的超级电容器克服了这个困难，然而要解决成本、安全性和从驱动轮向输入端逆向传输电能的问题尚有待时日。

信息化时代对于车辆传动装置控制性能要求的提高和节能技术的需求凸显了电力传动技术在这些方面的潜在优势，一些人们甚至已经在谈论和规划未来的以内燃机、二次电池或燃料电池为动力源、所有传动和控制均由电力和电子设备承担的“全电车辆”的课题。但是居高不下的成本、目前还难以令人满意的功率密度以及冷却、电磁兼容等方面的许多技术困难的存在，使得对于包括纯电动汽车和油电混合动力汽车在内的普及电力传动几乎所有的乐观预期，基本上都没有能够按时兑现(注：近年随着技术发展和各国对电驱动的强力推动，正在改变电驱在汽车上的发展困局)。

从总体上看，在技术和经济方面诸多关系复杂的因素的相互作用和制约下，当前的电传动在车辆与行走机械上的应用面似乎呈现出两头大、中间小的态势：一方面，装机功率在几百瓦到1~2千瓦的电动自行车、摩托车(注：目前功率段已扩展到200kw及以上,家用轿车近年的产量和年销量也非常高)，至少在中国的保有量亦十分惊人；在上千千瓦功率级的巨型工程机械、运输车辆和铁道车辆领域，采用电动或电传动的比例也很高。而另一方面，在常用的功率几十到几百千瓦的主流公路型车辆和非公路型车辆以及工程机械、起重机械、农业机械等行走机械范围内，这一比例至今仍十分微小。车辆电力能源和电传动技术在某些特定的应用领域中的发展方向无疑是合理的，但我们不仅应为实现普遍推广的目标尚需巨大的努力，而且也应清醒地认识到它们所存在的局限性，不能指望仅靠单一技术包打天下。

注：以上内容引用或改编自王意先生著作《车辆与行走机械的静液压驱动》化学工业出版社，2014

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