CN100464088C - 行星电磁斩波式无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明的行星电磁斩波式无级变速器，前端盖(1)、机壳(4)、减速内齿圈(71)、后端盖(8)组成密封腔体，其内设置电磁制动器(2)、电磁离合器(3)、齿圈轴承(5)、行星差动调速系统(6)、行星轮减速系统(7)和电子控制系统(9)，由前端盖(1)、输入轴承(63)、机壳(4)、齿圈轴承(5)、后端盖(8)和输出轴承(75)确保输入、输出和变速传动时轴心线同心，通过电子控制系统(9)对电磁力的脉冲波形按需控制，电磁制动器(2)和电磁离合器(3)按序动作，动力处于接通或断开两种状态，无中间的机械摩擦损耗，实现动力无级变速稳速和高效输出。零部件采用铝压铸、注塑料、冲压件、粉末冶金等工艺技术，模具制作基本完成，样机通过测试。

Description

行星电磁斩波式无级变速器

技术领域

本发明的行星电磁斩波式无级变速器是一类重要的机械传动部件，可广泛应用于生产流水线、冶金、化工、轻工、机床、汽车等各种需要变速机械中。

背景技术

无级变速传动是指在某种控制作用下，使机器的输出轴转速可在两个极值范围内连续变化的传动方式。

一般情况下无级变速大致可分为3种：1改变动力机的能源参数以调节动力机的输出转速，但一般动力机调速范围较小，恒功率特性差，需要接入机械传动装置进行匹配；2改变输入、输出轴间传动元件的尺寸比例关系(如各种机械无级变速器)，或改变工作腔中的油量(如液力变矩器)来实现输出轴的无级变速，其结构复杂或精度要求高，对材料要求高；3通过调节作用在传动中某元件上的制动负载来实现传动系统的无级变速，应用能耗制动，效率低。当然，不同的无级变速器针对不同的工况和成本要求有着各自不同的用处。

机械无级变速具有结构简单、操纵与维修方便，传动效率高、恒功率特性好、噪声低等优点，能适应变工况工作、简化传动系统、节能和减少环境污染等要求。机械无级变速传动的设计，需综合运用行星传动理论、机构学、牵引传动理论、弹性流体动力润滑理论及控制工程等方面的知识。带中间体的机械无级变速器往往对结构及材料有很高的要求，调速要求也高，有的要停车调速，有的不准停车调速，等等。近20年来，我国相继成立中国机械工程学会机械传动分会下的机械无级变速器专业委员会和中国减变速机行业协会，制定了行业标准，形成了一个新兴的机械行业分支。

行星式牵引无级变速器是机械无级变速器中重要且应用极其广泛的一类，具有作行星运动的中间滚动体、依靠滚动副间的牵引(摩擦)力来传递动力，通过改变太阳轮或行星轮的工作半径来实现变速。常用的有8种：1行星锥盘式无级变速器；2转臂输出式行星无级变速器；3转臂输出式封闭行星锥轮无级变速器；4行星锥鼓式无级变速器；5内锥轮输出行星式无级变速器；6环锥行星(RX)无级变速器；7钢球行星式无级变速器；8谐波行星式无级变速器。近年来，为了扩大无级变速传动的调速比、传动功率或过零调速，控制式无级变速传动——用无级变速器作为封闭机构去封闭二自由度差动轮系的两个基本构件所得到自由度行星无级变速器，称之为封闭行星无级变速器，这种系统中大部分功率流过差动轮系，而只有小部分功率流经无级变速器。

发明内容

本发明专利要解决上述无级变速器结构复杂、对材料要求高、调速稳速要求严等问题，力求探索出一种全新的简单电子控制调速稳速、降低对材料工艺的依赖、简化机构的行星电磁斩波式无级变速器。

本发明研究的技术方案包括如下五大部件：一是齿式电磁制动器；二是齿式电磁离合器；三是行星差动调速系统；四是行星轮减速系统；五是可控电磁通断及反馈式稳定输出转速的电子控制系统。这五部分同其它零部件一起相互关联地结合在一起，通过控制系统根据需要来控制电磁制动器的通或断和电磁离合器的离或合，从而控制行星差动调速系统的内齿圈转速以实现调速功能，行星减速系统可将调速后的转速转矩进行增大转矩、降低转速，控制系统读取输出轴转速并通过脉冲波来动态调整电磁制动器的通断或电磁离合器的离合以达到稳定的、高效的无级转速输出。

本发明产品的各零部件都经过较为详细计算后是能满足上述性能要求，同时设计各零部件特定结构及各自功能均是合适的，本发明零部件少，体积小，重量轻，大量采用新工艺、新材料、新方法，成本低，经样机试制及试运行，性能优越可靠，经济适用。

附图说明

图1是本发明总装配简图；

图2是本发明齿式电磁制动器和电磁离合器的侧视图；

图中标记为：1前端盖；2电磁制动器；21制动器定齿；22制动器定齿套管；23制动器底环；24制动器线圈；25制动器盖环；26制动器内环；27制动器动齿；3电磁离合器；31离合器外环；32离合器动齿；33离合器底环；34离合器线圈；35离合器盖环；36离合器内环；37太阳轮动齿；4机壳；41机壳凹处；5齿圈轴承；6行星差动调速系统；61调速内齿圈；62太阳轮联齿板；63输入轴承；64输入轴；65调速太阳轮；66内齿圈联齿板；7行星轮减速系统；71减速内齿圈；72减速太阳轮；73减速联齿板；74输出轴；75输出轴承；8后端盖；9电子控制系统；91测速传感器；92控制电路板；93显示器；94调速手柄；95控制器盖。

具体实施方式

本发明的行星电磁斩波式无级变速器，如图1所示，电磁制动器2由前端盖1、机壳4、制动器定齿21、制动器底环23、制动器线圈24、制动器盖环25、制动器内环26、制动器动齿27、调速内齿圈61、内齿圈联齿板66组成，制动器定齿21通过机壳凹处41与机壳4及前端盖1而固定不动，制动器定齿套管22通过齿圈轴承5限制制动器定齿21位置；制动器动齿27通过内齿圈联齿板66与调速内齿圈61联接，并可绕制动器内环26转动，制动器盖环25将制动器线圈24封密于机壳4、制动器底环23、制动器内环26之空间内以保护线圈。当制动器线圈24由一个高电平脉冲通电时产生磁通经制动器定齿21、机壳4、制动器底环23、制动器内环26、制动器动齿27形成闭合，当调速内齿圈61由外力作用转动时，通过内齿圈联齿板66带动制动器动齿27转动，如图2所示，此时制动器动齿27与制动器定齿21的齿部将产生相对位移，导磁面积减小导致磁密变化产生相对磁拉力，也即是电磁制动力，制住调速内齿圈61转动，电磁制动器接通制动。由于制动器动齿27通过内齿圈联齿板66与调速内齿圈61联接，并可绕制动器内环26转动，转动时此处磁密不会因转动而产生变化，即不因磁力而产生机械摩擦损耗，也不产生轴向力。高电平脉冲消失或低电平时，电磁制动力消失，调速内齿圈61可自由转动，电磁制动器断开。

如图1所示，电磁离合器3由离合器外环31、离合器动齿32、离合器底环33、离合器线圈34、离合器盖环35、离合器内环36、太阳轮动齿37、太阳轮联齿板62、调速太阳轮65、调速内齿圈61、内齿圈联齿板66组成，太阳轮动齿37通过太阳轮联齿板62与调速太阳轮65联接且太阳轮动齿37可绕离合器内环36转动，离合器动齿32通过内齿圈联齿板66与调速内齿圈61联接，并可绕离合器外环31转动，离合器盖环35将离合器线圈34封密于离合器外环31、离合器底环33、离合器内环36之空间内以保护线圈。当离合器线圈34由一个高电平脉冲通电时产生磁通经离合器动齿32、离合器外环31、离合器底环33、离合器内环36、太阳轮动齿37形成闭合，当调速太阳轮65带动太阳轮联齿板62、太阳轮动齿37转动且调速内齿圈61由外力作用自由转动或反向转动时，通过内齿圈联齿板66带动离合器动齿32转动，如图2所示，此时离合器动齿32与太阳轮动齿37的齿部将产生相对位移，导磁面积减小导致磁密变化产生相对磁拉力，也即是电磁离合力，调速太阳轮65的动力经太阳轮联齿板62、太阳轮动齿37由电磁离合力带动离合器动齿32和内齿圈联齿板66与调速内齿圈61转动，电磁离合器合上。由于太阳轮动齿37通过太阳轮联齿板62与调速太阳轮65联接且太阳轮动齿37可绕离合器内环36转动，转动时此处磁密不会因转动而产生变化，即不产因磁力而产生机械摩擦损耗，也不产生轴向力。离合器动齿32通过内齿圈联齿板66与调速内齿圈61联接，并可绕离合器外环31转动，转动时此处磁密不会因转动而产生变化，即不产因磁力而产生机械摩擦损耗，也不产生轴向力。高电平脉冲消失或低电平时，电磁离合力消失，调速太阳轮65和调速内齿圈61可自由转动，电磁离合器分离。

如图1所示，行星差动调速系统6由调速内齿圈61、太阳轮联齿板62、输入轴承63、输入轴64、调速太阳轮65、内齿圈联齿板66、减速太阳轮72组成，当动力由输入轴64传至调速太阳轮65输入经调速行星齿轮传动并由减速太阳轮72输出时，一种情况是调速内齿圈61经内齿圈联齿板66由电磁制动器2作用转或不转，从而经调速行星齿轮传动导致减速太阳轮72差动变速，形成动力离合变速状态输出；另一种情况是调速内齿圈61经内齿圈联齿板66由电磁制动器2作用转或不转，而且，调速太阳轮65的动力经电磁离合器3带动内齿圈联齿板66与调速内齿圈61转动，从而导致行星差动调速系统6刚性输出，通过电磁离合器2的离或合，行星差动调速系统6正常减速输出或刚性输出，形成减速太阳轮72变速输出。

如图1所示，行星轮减速系统7由减速内齿圈71、减速太阳轮72、减速联齿板73、输出轴74、输出轴承75组成，减速内齿圈71与机壳4和后端盖8相对固定，减速联齿板73与输出轴74以齿式联轴器相联，从而使减速太阳轮72动力经行星减速后由输出轴74定速比减速输出。

如图1所示，电子控制系统9由测速传感器91、控制电路板92、显示器93、调速手柄94及控制器盖95等组成，控制电路板92根据调速手柄94和测速传感器91的信号的不同要求能分别发出：1不同可调频率和占空比的方波以控制电磁制动器2的通或断及控制电磁离合器3的离或合；2控制电磁离合器3合上时断开电磁制动器2以实现调速；3控制电磁离合器合3上时接通电磁制动器2以实现电制动；4控制电磁离合器3断开时以一定的频率和占空比方波控制电磁制动器2来实现输入动力和输出动力的离合；无级变速器的工作状态可以通过显示器93显示并记录。

如图1所示，前端盖1、机壳4、减速内齿圈71、后端盖8组成密封腔体，其内设置电磁制动器2、电磁离合器3、齿圈轴承5、行星差动调速系统6、行星轮减速系统7和电子控制系统9，由前端盖1、输入轴承63、机壳4、齿圈轴承5、后端盖8和输出轴承75确保输入、输出和变速传动时轴心线同心，通过对电磁力的脉冲波形按需控制，电磁制动器2和电磁离合器3按序动作，动力处于接通或断开两种状态，无中间的摩擦损耗，实现动力无级变速、稳速和高效输出。

本发明充分采用铝压铸、注塑料、冲压件、粉末冶金等适合批量生产工艺技术，产品样机已初步完成并通过测试，各类模具制作也基本完成，现已进入小批量试产。

Claims (7)

1.本发明的行星电磁斩波式无级变速器，它包括前端盖(1)、电磁制动器(2)、电磁离合器(3)、机壳(4)、减速内齿圈(71)、齿圈轴承(5)、行星差动调速系统(6)、调速内齿圈(61)、行星轮减速系统(7)、后端盖(8)和电子控制系统(9)，其特征是：前端盖(1)、机壳(4)、减速内齿圈(71)、齿圈轴承(5)和后端盖(8)确定输入、变速传动、输出和电磁制动器(2)及电磁离合器(3)轴心线同心，电子控制系统(9)根据控制需要产生脉冲波形，控制电磁制动器(2)的通断和电磁离合器(3)的离合，调速内齿圈(61)差速转动，在电磁力作用下动力处于接通或断开两种状态，无中间的机械摩擦损耗，实现动力差动无级变速、稳速输出。

2.如权利要求1所述的行星电磁斩波式无级变速器，其特征是：前端盖(1)、机壳(4)、制动器定齿(21)、制动器底环(23)、制动器线圈(24)、制动器盖环(25)、制动器内环(26)、制动器动齿(27)、调速内齿圈(61)组成齿式电磁制动器(2)，可据脉冲波形制住或放开调速内齿圈(61)，制动器动齿(27)可绕制动器内环(26)转动，实现不因电磁力而产生机械摩擦损耗，也不产生轴向力。

3.如权利要求1所述的行星电磁斩波式无级变速器，其特征是：离合器外环(31)、离合器动齿(32)、离合器底环(33)、离合器线圈(34)、离合器盖环(35)、离合器内环(36)、太阳轮动齿(37)、太阳轮联齿板(62)、调速太阳轮(65)、调速内齿圈(61)组成齿式电磁离合器(3)，可据脉冲波形离或合调速太阳轮(65)和调速内齿圈(61)间的动力，太阳轮动齿(37)可绕离合器内环(36)转动，离合器动齿(32)可绕离合器外环(31)转动，实现不因电磁力而产生机械摩擦损耗，也不产生轴向力。

4.如权利要求1所述的行星电磁斩波式无级变速器，其特征是：调速内齿圈(61)、太阳轮联齿板(62)、调速太阳轮(65)、内齿圈联齿板(66)、减速太阳轮(72)组成行星差动调速系统(6)，调速内齿圈(61)可按需差速转动，实现调速太阳轮(65)动力经变速后由减速太阳轮(72)减速输出或刚性输出。

5.如权利要求1所述的行星电磁斩波式无级变速器，其特征是：减速内齿圈(71)、减速太阳轮(72)、减速联齿板(73)、输出轴(74)、输出轴承(75)和后端盖(8)组成行星轮减速系统(7)，减速内齿圈(71)、机壳(4)和后端盖(8)相对固定，减速联齿板(73)与输出轴(74)以齿式联轴器相联，实现动力由输出轴(74)定速比减速输出。

6.如权利要求1所述的行星电磁斩波式无级变速器，其特征是：制动器定齿(21)通过机壳凹处(41)与机壳(4)及前端盖(1)而固定不动，制动器定齿套管(22)通过齿圈轴承(5)限制制动器定齿(21)位置。

7.如权利要求1所述的行星电磁斩波式无级变速器，其特征是：测速传感器(91)、控制电路板(92)、显示器(93)、调速手柄(94)及控制器盖(95)组成电子控制系统(9)，实现按控制需要产生不同可调频率和占空比的脉冲方波。

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