CN102937169B - 永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统，具体结构是由两个组合的行星齿轮排组成的主传动部分、一个作为控制传动用的行星排、永磁传动机构和调节永磁传动扭矩大小的机构组成，特别适用于汽车和城市轨道车辆再生制动系统，其结构特征在于控制行星排(26)的太阳轮(7)通过永磁传动装置主从动元件(10)和(11)，反馈扭矩给后行星排内齿圈(15)，在滑差下传递扭矩。

Description

永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统

技术领域

本发明涉及的是一种永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统，利用单排行星齿轮具有两个自由度的特点进行功率分流和合流，实现主传动路线运动的速比无级变化，分流一部分主传动支路的功率，通过控制传动部分传给主传动另一支路，在控制传动部分设有永磁传动，利用永磁传动的滑差传动释放齿轮传动在无级变速时的不同步，改变永磁传动部分的传递扭矩实现调速，适用于汽车、节能汽车、新能源汽车、城市轨道车辆、各种飞行器、轮船、风电发电系统，机床、工矿机械、工程机械等领域。

背景技术

目前无级变速传动主要是使用摩擦传动方式，或者使用功率分流后组合摩擦传动的方式，使用摩擦传动方式效率低，尺寸大，例如汽车使用的金属带或链式摩擦式无级变速器，就存在和同类变速器比较尺寸较大的问题，同时功率容量较小，不能装备高档轿车(排量＞4.0升)；组合摩擦传动分流式无级变速，扩大了功率容量和速比变化范围，但同时也增加了体积和重量，使得机构复杂，成本升高。

发明内容

本发明目的是针对上述不足之处提供一种永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统，功率主要由行星齿轮机构传动，通过功率分流，在其一条传动支路上设置有永磁传动，利用永磁传动非接触的特性，释放齿轮无级传动时的速度不匹配，把滑差部分安排在永磁传动部分，同时设置机构，可以改变永磁传动部分可以传递的扭矩，达到调速和调节输出扭矩的目的，具体结构是由两个组合的行星齿轮排组成的主传动部分、一个作为控制传动用的行星排、永磁传动机构和调节永磁传动扭矩大小的机构组成。

为实现上述目的，本发明采用如下技术措施：

永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统，主要功率由主传动部分传递，输入为前行星排行星架，输出为后行星排行星架，主传动部分功率分两条路线传递，一条为前行星排行星架→前行星排内齿圈→后行星排太阳轮→后行星排行星架，另一条为前行星排行星架→前行星排太阳轮→后行星排内齿圈→后行星排行星架，这两条线路的转速相互之间符合行星齿轮运动方程，但是速度可以变化，在元件全部不反转的情况下，其速比变化范围为最大传动比/最小传动比＝α₁·α₂，α₁为前行星排内齿圈齿数与太阳轮齿数的比值，α₂为后行星排内齿圈与太阳轮齿数的比值，如果取α₁和α₂全为2.6，则速比变化范围能达到6.76，超过了金属带或链式汽车用无级变速器的速比变化范围，如上的传动需要实现扭矩的变化，因此设计了控制传动部分，用以调节输出扭矩和速比变化对应，且达到控制调速的目的，其传动路线内部也分为两路，一条为前行星排内齿圈→控制行星排行星架→控制行星排内齿圈→后行星排内齿圈，另一条传动路线为前行星排内齿圈→控制行星排行星架→控制行星排太阳轮→永磁传动装置→后行星排内齿圈，永磁传动装置的主从动部件转速不一致，在该对传动部件内部有转速差，且转速差是变化的，这样在主传动部分速比无级变化时，只需要调节永磁传动部分的耦合扭矩即可实现。其特征在于与前行星排25的行星架连接的输入轴1为输入元件，前行星排内齿圈4、前行星排太阳轮2和前行星排行星架34同轴连接安装，后行星排27同轴连接齿轮13为输出元件，后行星排内齿圈15、后行星排太阳轮17和后行星排行星架35同轴连接安装，控制行星排26的行星架通过与前行星排内齿圈4连接的大圆板31连接，其输出为控制行星排内齿圈8和控制行星排太阳轮7，控制行星排内齿圈8与后行星排内齿圈15为刚性连接，控制行星排太阳轮7通过永磁传动装置主动部分10和永磁传动装置从动部分11输出动力到中间轴30，用以调节后行星排的扭矩分配，使其符合行星排动力学方程，中间轴30连接前行星排太阳轮2和后行星排内齿圈15，中间轴30上设有外花键29，永磁传动装置从动部分11通过圆板24连接中间轴30，圆板24内孔设有内花键28，内花键28在外花键29上可以有轴向滑动，从而改变永磁传动装置最大传递扭矩的大小，圆板24连接有杆21，杆21穿过大圆板31连接分离轴承内圈18，操纵杆19连接分离轴承外圈20，通过轴向移动操纵杆19，即能改变永磁传动装置从动部分11的轴向位置，实现永磁传动部分扭矩的改变，实现扭矩在后行星排内齿圈15和后行星排太阳轮17之间的重新分配，达到增大、减小和保持速比的目的，永磁传动装置主动部分10安装有极性相反的间隔长永磁体32，永磁传动装置从动部分11安装有极性相反的间隔宽永磁体33，永磁传动装置主动部分10和所述永磁传动装置从动部分11最大分离的安装位置如图1所示，最大耦合位置如图2所示，永磁体极性安排为间隔排列，如图6所示。

该方法具体包括以下步骤：

1)最大传动比的实现是接合后制动器14，分离前制动器5，使得前行星排太阳轮2和后行星排内齿圈15停止转动，动力传动路线为输入轴1→前行星排行星架34→前行星排行星轮3→前行星排内齿圈4→前行星排连接圆筒23→大圆板31→后行星排太阳轮17→后行星排行星齿轮16→后行星排行星架35→齿轮13输出。

2)最小传动比的实现是分离后制动器14，接合前制动器5，使得前行星排内齿圈4和后行星排太阳轮17停止转动，动力传动路线为输入轴1→前行星排行星架34→前行星排行星轮3→前行星排太阳轮2→单向超越离合器37→中间轴30→后行星排内齿圈15→后行星排行星齿轮16→后行星排行星架35→齿轮13输出。

3)无级变速传动时，动力传递到前行星排行星齿轮3后分2路传动，其中一条路线为前行星排内齿圈4→前行星排连接圆筒23→大圆板31→后行星排太阳轮17，另一条路线为前行星排太阳轮2→中间轴30→后行星排内齿圈15，在后行星排行星齿轮16处汇合；同时控制传动部分起作用，其传动路线为前行星排内齿圈4→前行星排连接圆筒23→大圆板31→控制行星排行星架36→控制行星排行星轮9，其后动力也分为两路，一条路线为控制行星排内齿圈8→连接圆板6→中间轴30，另一条路线为控制行星排太阳轮7→永磁传动装置主动部分10→永磁传动装置从动部分11→中间轴30，根据需要把一部分扭矩从前行星排内齿圈4转移到后行星排内齿圈15，实现运动和扭矩都无级变化。

4)操纵杆19通过分离轴承外圈20和分离轴承内圈18改变杆21，通过圆板24改变永磁传动装置从动部分11的轴向位置，实现永磁传动装置能传递的最大扭矩。

永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统是采取以下方案实现：一种直槽高速内平衡变惯量飞轮具体结构是由具体结构是由两个组合的行星齿轮排组成的主传动部分、一个作为控制传动用的行星排、永磁传动机构和调节永磁传动扭矩大小的机构组成；其特征在于输入轴(1)为动力输入轴，齿轮(13)为输出元件，前行星排内齿圈(4)、前行星排太阳轮(2)和前行星排行星架(34)同轴连接安装，后行星排内齿圈(15)、后行星排太阳轮(17)和后行星排行星架(35)同轴连接安装，控制行星排内齿圈(8)、控制行星排太阳轮(7)和控制行星排行星架(36)同轴连接安装，前行星排(25)、后行星排(27)和控制行星排(26)同轴安装，所述输入轴(1)同轴连接安装所述前行星排(25)的所述前行星排行星架(34)，所述前行星排行星架(34)安装有前行星排行星齿轮(3)，所述前行星排行星齿轮(3)与所述前行星排内齿圈(4)、所述前行星排太阳轮(2)啮合，所述前行星排内齿圈(4)外围同轴安装有制动器(5)，所述前行星排内齿圈(4)同轴连接圆筒(23)，所述圆筒(23)同轴连接安装大圆板(31)，所述大圆板(31)同轴连接安装所述后行星排太阳轮(17)，所述前行星排太阳轮(2)同轴连接安装单向超越离合器(37)，所述单向超越离合器(或者为单向轴承)(37)同轴连接安装中间轴(30)，所述中间轴(30)同轴连接安装后行星排内齿圈(15)，所述后行星排内齿圈(15)和所述后行星排太阳轮(17)与后行星排行星齿轮(16)啮合，所述后行星排内齿圈(15)外围同轴安装有制动器(14)，所述后行星排行星齿轮(16)安装在所述后行星排行星架(35)上，所述后行星排行星架(35)与所述齿轮(13)同轴连接安装，在所述圆筒(23)内部安装有所述控制行星排(26)，所述大圆板(31)同轴连接安装所述控制行星排行星架(36)，所述控制行星排行星架(36)上装有控制行星排行星齿轮(9)，所述控制行星排行星齿轮(9)与所述控制行星排内齿圈(8)、所述控制行星排太阳轮(7)啮合，所述控制行星排内齿圈(8)同轴连接安装连接圆板(6)，所述连接圆板(6)同轴连接安装所述中间轴(30)，所述控制行星排太阳轮(7)同轴连接安装永磁传动装置主动部分(10)，所述永磁传动装置主动部分(10)同轴安装永磁传动装置从动部分(11)，所述永磁传动装置从动部分(11)同轴连接有圆板(24)，所述圆板(24)设置有内花键(28)，所述内花键(28)与所述中间轴(30)上的外花键(29)同轴安装连接，所述圆板(24)连接有杆(21)，所述大圆板(31)开设有孔(22)，所述杆(21)穿过所述孔(22)，所述杆(21)连接安装分离轴承内圈(18)，所述分离轴承内圈(18)同轴连接安装分离轴承外圈(20)，所述分离轴承外圈(20)同轴连接安装操纵杆(19)，所述永磁传动装置主动部分(10)和所述永磁传动装置从动部分(11)可以分为多层，如图5所示，所述永磁传动装置主动部分(10)内同轴周向安装有长永磁体(32)，所述永磁传动装置从动部分(11)同轴周向安装有宽永磁体(33)。

本发明“永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统”是利用行星齿轮分流传动和永磁传动装置的组合结构，经过精心设计后提出一种无级变速系统，用于汽车、节能汽车、新能源汽车、城市轨道车辆、各种飞行器、轮船、风电发电系统，机床、工矿机械、工程机械等领域，能有效提高系统的效率和实现与发动机的最佳匹配。

本发明永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统的特点：

1、本发明采用永磁传动装置来实现控制传动部分分配的扭矩，从而达到调速目的，永磁传动装置的主从动部分具有转速差，而永磁传动由于是非接触传动，不存在磨损，实现传动速比和扭矩无级变化。

2、永磁传动部分传递的扭矩及功率占整体传递的扭矩及功率的较小比例，所以尽管永磁传动装置在传动时有滑差，降低了效率，而整体效率会较高，理论计算高于目前金属带或链式车用无级变速器的摩擦传动效率92％。

3、本发明把两个主传动行星排，一个控制行星排和永磁传动装置全部同轴设计，达到体积小、重量轻、成本低的目的。

4、通过改变永磁传动装置主从动元件的相对位置，非常简便的实现了传递扭矩的无级变化，这主要是永磁传动装置的轴向位移与其所能传递的最大扭矩线性好，使得操纵易实现自动控制且性能好。

本发明涉及的是一种永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统，利用单排行星齿轮具有两个自由度的特点进行功率分流和合流，实现主传动路线运动的速比无级变化，分流一部分主传动支路的功率，通过控制传动部分传给主传动另一支路，在控制传动部分设有永磁传动，利用永磁传动的滑差传动释放齿轮传动在无级变速时的不同步，改变永磁传动部分的传递扭矩实现调速，适用于汽车、节能汽车、新能源汽车、城市轨道车辆、各种飞行器、轮船、风电发电系统，机床、工矿机械、工程机械等领域，特别适合汽车及新能源汽车。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

附图1～附图6是永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统实施实例，本发明的实际使用并不局限于实施例。

具体实施方式

参照附图1～附图6，永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统结构特征为(如附图1～附图6)：前行星排内齿圈4齿数为78、前行星排太阳轮2齿数为30，前行星排行星轮3齿数为24，后行星排内齿圈15齿数为78、后行星排太阳轮17齿数为30，后行星排行星齿轮16齿数为24，控制行星排内齿圈8齿数为109，控制行星排太阳轮7齿数为81，控制行星排行星齿轮16的齿数为14，永磁传动装置主动部分10内安装的长永磁体32尺寸为30mm×10mm×5mm，永磁传动装置从动部分11内安装的宽永磁体33尺寸为28mm×11mm×5mm；永磁体极性安排为间隔排列，两个永磁体之间的间隙为3mm，如图6所示；永磁传动装置主动部分10和永磁传动装置从动部分11可以分为多层，如图5所示，每层之间的径向间隙为1.2mm。

Claims (3)

1.永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统，具有速比可以无级变化的传动装置，其特征在于结构是由输入轴(1)为动力输入轴，齿轮(13)为输出元件，前行星排内齿圈(4)、前行星排太阳轮(2)和前行星排行星架(34)同轴连接安装，后行星排内齿圈(15)、后行星排太阳轮(17)和后行星排行星架(35)同轴连接安装，控制行星排内齿圈(8)、控制行星排太阳轮(7)和控制行星排行星架(36)同轴连接安装，前行星排(25)、后行星排(27)和控制行星排(26)同轴安装，所述输入轴(1)同轴连接安装所述前行星排(25)的所述前行星排行星架(34)，所述前行星排行星架(34)安装有前行星排行星齿轮(3)，所述前行星排行星齿轮(3)与所述前行星排内齿圈(4)、所述前行星排太阳轮(2)啮合，所述前行星排内齿圈(4)外围同轴安装有制动器(5)，所述前行星排内齿圈(4)同轴连接圆筒(23)，所述圆筒(23)同轴连接安装大圆板(31)，所述大圆板(31)同轴连接安装所述后行星排太阳轮(17)，所述前行星排太阳轮(2)同轴连接安装单向超越离合器(37)，所述单向超越离合器(37)同轴连接安装中间轴(30)，所述中间轴(30)同轴连接安装后行星排内齿圈(15)，所述后行星排内齿圈(15)和所述后行星排太阳轮(17)与后行星排行星齿轮(16)啮合，所述后行星排内齿圈(15)外围同轴安装有制动器(14)，所述后行星排行星齿轮(16)安装在所述后行星排行星架(35)上，所述后行星排行星架(35)与所述齿轮(13)同轴连接安装，在所述圆筒(23)内部安装有所述控制行星排(26)，所述大圆板(31)同轴连接安装所述控制行星排行星架(36)，所述控制行星排行星架(36)上装有控制行星排行星齿轮(9)，所述控制行星排行星齿轮(9)与所述控制行星排内齿圈(8)、所述控制行星排太阳轮(7)啮合，所述控制行星排内齿圈(8)同轴连接安装连接圆板(6)，所述连接圆板(6)同轴连接安装所述中间轴(30)，所述控制行星排太阳轮(7)同轴连接安装永磁传动装置主动部分(10)，所述永磁传动装置主动部分(10)同轴安装永磁传动装置从动部分(11)，所述永磁传动装置从动部分(11)同轴连接有圆板(24)，所述圆板(24)设置有内花键(28)，所述内花键(28)与所述中间轴(30)上的外花键(29)同轴安装连接，所述圆板(24)连接有杆(21)，所述大圆板(31)开设有孔(22)，所述杆(21)穿过所述孔(22)，所述杆(21)连接安装分离轴承内圈(18)，所述分离轴承内圈(18)同轴连接安装分离轴承外圈(20)，所述分离轴承外圈(20)同轴连接安装操纵杆(19)，所述永磁传动装置主动部分(10)内同轴周向安装有长永磁体(32)，所述永磁传动装置从动部分(11)同轴周向安装有宽永磁体(33)。

2.根据权利要求1所述的永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统，其特征在于：所述永磁传动装置主动部分(10)和所述永磁传动装置从动部分(11)可以分为多层。

3.根据权利要求1所述的永磁调速行星齿轮分流传动无级变速系统，其特征在于：所述单向超越离合器(37)可以为单向轴承。