CN101951117B

CN101951117B - 汽车用自动无级变速器

Info

Publication number: CN101951117B
Application number: CN 201010161789
Authority: CN
Inventors: 王培森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2030-05-04
Also published as: CN101951117A

Abstract

本发明公开了一种汽车用自动无级变速器，用于解决现有自动档汽车变速器液力耦合效率低、变速结构复杂、换档控制复杂等问题。本发明采取电磁感应耦合传递功率的方法代替液力耦合；采取无级改变耦合半径变速的方法代替齿轮制动有级变速；采取反作用力、正压力、轴向力、弹性恢复力动态平衡，从而自动调节耦合半径的方法代替换档控制系统。其结构主要由主动部分(包括输入锥齿轮、主动轴、磁铁、极靴、扭压簧、同步齿轮)和从动盘组成。

Description

汽车用自动无级变速器

技术领域

本发明属于汽车用自动无级变速器，尤其是涉及自动档乘用车。

背景技术

目前国内外各大厂商设计并制造的自动档乘用车，其变速器均采用液力耦合变扭、齿轮制动变速、液压操控换档的方法。这样的方法存在以下缺点：①液力耦合的效率相对较低；②变速器的结构相对较为复杂；③换档的控制系统相对较为复杂；④变速的平滑性相对较差；⑤变速器的输出扭矩、转速、及功率对车辆阻力及发动机输出功率的匹配性相对较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题主要是目前自动档乘用车变速器存在的以下问题：①液力耦合的效率较低；②结构较复杂；③换档的控制系统较复杂；④变速的平滑性较差；⑤输出扭矩、转速、及功率对车辆阻力及发动机输出功率的匹配性较差。

本发明解决以上问题所采用的技术方案是：①采取电磁感应耦合传递功率的方法代替液力耦合；②采取无级改变耦合半径变速的方法代替齿轮制动有级变速；③采取反作用力、正压力、轴向力、弹性恢复力动态平衡，从而自动调节耦合半径的方法代替换档控制系统。

本发明与现有技术相比具有如下优点：①效率较高，有利于降低燃油消耗；②结构和控制简单，有利于降低产品成本和价格；③由于结构简单，因而可靠性高、寿命长；④由于结构简单，因而维护保养简单、维修成本低；⑤变速的平滑性好，因而车辆行驶平稳；⑥由于反作用力、正压力、轴向力、弹性恢复力动态平衡，能够适时调节耦合半径，因此变速器输出的扭矩、转速、及功率亦能随时自动调节，既能适应车辆阻力的变化，又能适应发动机转速的变化，使发动机的工作及车辆的行驶始终处于最佳匹配状态；⑦配备本发明的自动无级变速器后，车辆的操控将较为简单。除倒车需要一个档位外，其它如上坡、下坡、平路、加速、减速、停车等，均不需其它操作，只需加减油门并适当辅以刹车即可。

附图说明

图1为本发明主要结构隐去极靴后的示意图；

图2为本发明主要结构未隐去极靴的示意图；

图3至图7为磁路方向及磁场变化过程示意图；

图8为磁铁受力分析示意图；

图9为本发明两套主动轴配置隐去极靴后的示意图；

图10为本发明两套主动轴配置的二级组合隐去极靴后的示意图；

图11为主动轴上螺旋槽示意图；

图12为磁铁孔内螺旋棱示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式结合附图说明如下。

(一)、如图1所示，从动盘1由铁磁材料制作，并在其上两侧表面镶嵌网条状导电材料。但靠近圆心处不镶嵌。

(二)、主动轴以套为单位，每套两根，由轴2和轴3组成，分别靠近从动盘1的平面对称布置在从动盘1的两侧，且其轴线垂直于从动盘1的回转中心线。

(三)、轴2表面制作有右螺旋槽，其上从靠近从动盘1的圆心处向外依次所装的主要零件有：固定其上的锥齿轮4、右旋磁铁5、右旋扭压簧6、固定其上的同步齿轮7。其中右旋磁铁5内孔是由非导磁材料制作，并且孔内表面制作有右螺旋棱，与轴2表面右螺旋槽相配合，且为间隙配合，可沿螺旋槽滑动。右旋扭压簧6的簧丝端头，一端插在同步齿轮7端面的小孔上，一端插在右旋磁铁5端面的小孔上。它的弹性恢复力使磁铁5受到沿着轴2螺旋槽旋转着移向从动盘1圆心处的作用。

(四)、轴3表面制作有左螺旋槽，其上从靠近从动盘1的圆心处向外依次所装的主要零件有：左旋磁铁8、左旋扭压簧9、固定其上的同步齿轮10。同步齿轮10与同步齿轮7的主要尺寸相同。左旋磁铁8与右旋磁铁5的主要结构相同，只是孔内表面制作的是左螺旋棱，与轴3表面左螺旋槽相配合，且为间隙配合，可沿螺旋槽滑动。左旋扭压簧9的簧丝端头，一端插在同步齿轮10端面的小孔上，一端插在左旋磁铁8端面的小孔上。它的弹性恢复力使磁铁8受到沿着轴3螺旋槽旋转着移向从动盘1圆心处的作用。

(五)、如图2所示，在磁铁5和磁铁8的外侧，沿着磁铁可以轴向移动的范围，对称布置有四块极靴11，均由铁磁材料制作，尺寸完全相同。极靴11与磁铁5、磁铁8及从动盘1之间靠近但不接触，而是留有气隙。磁铁5、磁铁8与从动盘1之间靠近但也不接触，而是留有气隙。

(六)、通过同步齿轮7与同步齿轮10啮合位置的选择，保证磁铁5和磁铁8在旋转时，相对于从动盘1的某一半径处，一块磁铁的N极靠近从动盘1，则另一块磁铁的S极靠近从动盘1，使磁力线能够横向穿过从动盘1。其磁路方向及磁场的变化过程如图3至图7所示。

以下是本发明汽车用自动无级变速器的工作过程说明。

(一)、在汽车发动机没有点火的静止状态下，由于扭压簧6和扭压簧9弹性恢复力R的作用，使得磁铁5和磁铁8停止在靠近从动盘1圆心处的位置。

(二)、当发动机点火后工作在怠速状态时，在输入锥齿轮12的驱动下，锥齿轮4及轴2旋转，装在轴2上的右旋磁铁5、右旋扭压簧6及固定其上的同步齿轮7也一起旋转。通过与同步齿轮7的啮合，同步齿轮10带动轴3及其上的左旋扭压簧9、左旋磁铁8相对于轴2对称旋转。由于此时发动机怠速，所以磁铁5和磁铁8的转速均不高，再加上从动盘1靠近圆心处未镶嵌导电材料，或采用其它材料使此处电阻较大，因此虽然由于磁铁5和磁铁8的旋转造成穿过从动盘1的磁通量的周期性变化，并在从动盘1的对应位置感应出周期性变化的电动势，但从动盘1上的感生电流并不大，因此感生电流所受到的磁场作用力还不足以使从动盘1转动起来。

(三)、如果发动机转速逐渐提高，则磁铁5和磁铁8转速也增加，相应的磁通量变化率、从动盘1上的感应电动势、感生电流、感生电流在磁场中所受到的作用力、感生电流对磁铁5和磁铁8的反作用力T都将逐渐增加。同时，轴2和轴3的螺旋槽对磁铁5和磁铁8所产生的正压力K也将增加。在T和K的共同作用下，离开从动盘1圆心处的轴向力F也增加。如图8所示，当此轴向力F增大到足以克服扭压簧6和扭压簧9的弹性恢复力R时，磁铁5和磁铁8就产生轴向移动，增加了在从动盘1上的作用半径，因此增加了对从动盘1所作用的电磁转矩，直到使从动盘1转动起来。由于从动盘1的转速和转矩输出，使汽车逐渐起步。

(四)、当发动机稳定在某提高了的转速下后，随着从动盘1转速的逐渐提高，与磁铁5和磁铁8在对应处的线速度逐渐接近，相应导电条上磁通量的变化率也逐渐变小，于是感应电动势、感生电流、从动盘1所受到的电磁转矩都将逐渐变小，直到与阻力矩相平衡。于是从动盘1便在某转速下稳定转动，汽车也在某速度下稳定行驶。

(五)、当要想提高车速时，可以踩下油门踏板增加发动机转速，磁铁5和磁铁8的转速也跟着增加，相应导电条上磁通量的变化率、感应电动势、感生电流、、从动盘1所受到的电磁转矩都将增加，于是从动盘1转速便逐渐提高，一直达到较高转速下新的平衡。汽车便在提高后的速度下稳定行驶。

(六)、当要降低车速时，可以抬高油门踏板降低发动机转速，磁铁5和磁铁8的转速也跟着降低，相应导电条上磁通量的变化率、感应电动势、感生电流、、从动盘1所受到的电磁转矩都将减小，于是从动盘1的转速便降低，达到较低转速下新的平衡。汽车便在降低后的速度下稳定行驶。同样道理，如需停车或滑行，则将油门踏板彻底松开，汽车便在发动机怠速阻力的作用下逐渐减速滑行并停止。

(七)、当发动机速度不变的前提下，汽车遇到上坡等阻力增加的情况时，从动盘1随着汽车速度的减缓而转速下降，但由于磁铁5和磁铁8的转速未减，相应导电条上磁通量的变化率则增加，造成感应电动势、感生电流、磁场对感生电流的作用力、感生电流对磁铁5和磁铁8的反作用力T、磁铁5和磁铁8所受到轴2和轴3螺旋槽的正压力K相应都增加。在T和K的共同作用下，离开从动盘1圆心处的轴向力F也增加，并克服扭压簧6和扭压簧9的弹性恢复力R。于是磁铁5和磁铁8轴向移动，在从动盘1上的作用半径增大，其结果是从动盘1输出的扭矩增加，直到与阻力矩在较低转速下达到平衡为止。

当发动机速度不变而汽车上坡结束、阻力减小时，根据同样的道理，变速器将自动回到扭矩较小而转速较高的状态。

根据上述分析可知，本发明的汽车用自动无级变速器，能够在发动机转速不变的情况下，自动调节输出的扭矩和转速，以适应汽车阻力的变化；而在正常行驶阻力不变的情况下，油门的控制只影响车速的变化，不影响扭矩的变化。因此，驾驶员只需根据车速的需要调节油门或适当辅以刹车即可，而扭矩的大小则由变速器自动匹配到最佳状态。

根据变速器所需传递总扭矩大小的不同，从动盘直径的设计可大可小，主动轴也可以多套配置。如图9所示即为两套主动轴配置。

根据减速比和变速比的各种需要，本发明可以多级组合。如图10所示即为两套配置的二级组合。

本发明还可配置自动离合器，在从动盘1达到较高转速后，将输入锥齿轮12与从动盘1直接联结，使传动效率更高。

Claims

1.一种汽车用自动无级变速器，其结构主要由固结有输入轴的锥齿轮12、与锥齿轮12啮合的锥齿轮4、起主动作用的主动轴轴2和轴3、右旋磁铁5、左旋磁铁8、极靴11、右旋扭压簧6、左旋扭压簧9、同步齿轮7、与同步齿轮7啮合的同步齿轮10、从动盘1组成；各零部件的结构特点及相互联结关系为：(一)、从动盘1由铁磁材料制作，并在其上两侧表面镶嵌网条状导电材料，但靠近圆心处不镶嵌；同时从动盘1上固结有输出轴；(二)、主动轴以套为单位，每套两根，由轴2和轴3组成，分别靠近从动盘1的平面对称布置在从动盘1的两侧，且其轴线垂直于从动盘1的回转中心线；(三)、轴2表面制作有右螺旋槽，其上从靠近从动盘1的圆心处向外依次所装的主要零件有：固定其上并与锥齿轮12啮合的锥齿轮4、右旋磁铁5、右旋扭压簧6、固定其上的同步齿轮7；其中右旋磁铁5内孔是由非导磁材料制作，并且孔内表面制作有右螺旋棱，与轴2表面右螺旋槽相配合，且为间隙配合，可沿螺旋槽滑动；右旋扭压簧6的簧丝端头，一端插在同步齿轮7端面的小孔上，一端插在右旋磁铁5端面的小孔上；安装时通过初始变形设定，令它的弹性恢复力使磁铁5受到沿着轴2螺旋槽旋转着移向从动盘1圆心处的作用；(四)、轴3表面制作有左螺旋槽，其上从靠近从动盘1的圆心处向外依次所装的主要零件有：左旋磁铁8、左旋扭压簧9、固定其上并与同步齿轮7啮合的同步齿轮10；同步齿轮10与同步齿轮7的主要尺寸相同；左旋磁铁8与右旋磁铁5的主要结构相同，只是孔内表面制作的是左螺旋棱，与轴3表面左螺旋槽相配合，且为间隙配合，可沿螺旋槽滑动；左旋扭压簧9的簧丝端头，一端插在同步齿轮10端面的小孔上，一端插在左旋磁铁8端面的小孔上；安装时通过初始变形设定，令它的弹性恢复力使磁铁8受到沿着轴3螺旋槽旋转着移向从动盘1圆心处的作用；(五)、在磁铁5和磁铁8的外侧，沿着磁铁可以轴向移动的范围，对称布置有四块极靴11，均由铁磁材料制作，尺寸完全相同；极靴11与磁铁5、磁铁8及从动盘1之间靠近但不接触，而是留有气隙；磁铁5、磁铁8与从动盘1之间靠近但也不接触，而是留有气隙；(六)、通过同步齿轮7与同步齿轮10啮合位置的选择，保证磁铁5和磁铁8在旋转时，相对于从动盘1的某一半径处，一块磁铁的N极靠近从动盘1，则另一块磁铁的S极靠近从动盘1，使磁力线能够横向穿过从动盘1；

由于以上结构特点及相互联结关系，使得本汽车用自动无级变速器具有如下特征：(一)、主动部分与从动盘1之间采取电磁感应耦合传递功率；(二)、采取无级改变耦合半径的方法改变从动盘1输出的转矩和转速；(三)、采取磁铁所受到的反作用力、正压力、轴向力、弹性恢复力动态平衡的方法自动调节与从动盘1耦合时的位置。

2.如权利要求1所述的汽车用自动无级变速器，其附加的技术特征是：主动轴表面制作有螺旋槽，磁铁孔内表面制作有螺旋棱；槽和棱相互作用时，使磁铁不但受到产生旋转的周向力，还受到产生滑动的轴向力。

3.如权利要求1所述的汽车用自动无级变速器，其附加的技术特征是：采用磁铁旋转的方法，使穿过从动盘的磁通量发生周期性变化，从而在从动盘的导电条上产生感生电流。

4.如权利要求1所述的汽车用自动无级变速器，其附加的技术特征是：极靴沿磁铁轴向移动的整个范围布置，并且固定不动。

5.如权利要求1所述的汽车用自动无级变速器，其附加的技术特征是：针对每块磁铁，极靴分为两部分，且中间留有足够大的间隙，使磁力线不能在两块极靴间直接短路，而只能穿过从动盘构成磁回路。

6.如权利要求1所述的汽车用自动无级变速器，其附加的技术特征是：左旋磁铁配套左旋扭压簧，右旋磁铁配套右旋扭压簧；磁铁所受到扭压簧的弹性恢复力由伸张力和扭转力叠加而成；伸张力增加时扭转力减弱，扭转力增加时伸张力减弱；两者综合作用的结果，使磁铁在各位置所受的弹性恢复力基本一致。