CN103219865B - 一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构 - Google Patents

一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构 Download PDF

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本发明涉及的是一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构,设置一个分配行星排把需要转移的功率分为两路,一路直接通过齿轮传动反馈,另一路通过永磁滑差传动机构反馈,在这两路中设计行星齿轮轮系机构用于在无级变速器主从动机构间转移动力,并且根据工况切换获得不同的传动比值,使得永磁滑差传动机构的主从动元件转速差较小以获得较高的效率,达到无级变速器的扭矩随传动比无级变化,具体结构特征是由一个分配行星排(8)、一个低速行星排(10)、一个减速行星排(11)、一个永磁滑差传动机构(13)、一个耦合行星排(28)、两个超越离合器和两个永磁柔性锁定机构组成,适用于车辆、风电发电系统、飞行器、机床、工矿机械、工程机械等领域。

Description

一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构
技术领域
本发明涉及的是一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构,具有转移功率的功能,设置一个分配行星排分流功率为两路,一路直接通过齿轮传动反馈,另一路通过永磁滑差传动机构反馈,在这两路中设计行星齿轮轮系机构用于在无级变速器主从动机构间转移动力,并且根据工况切换获得不同的传动比值,使得永磁滑差传动机构的主从动元件转速差较小以获得较高的效率,达到无级变速器的扭矩随传动比无级变化,同时获得较高的整体效率,适用于车辆、风电发电系统、飞行器、机床、工矿机械、工程机械等领域。
背景技术
汽车用无级变速器为基于摩擦机理,一般为金属带式或链式,原理简单较易理解,缺点是材质要求高、制造精度高和本身效率低且体积较大,功率容量较低,目前未见在高级轿车的应用,虽然能实现和发动机的最佳匹配,但综合省油效果不明显;另一种车用分段无级变速器,为液力变矩器和行星齿轮排的组合,利用了液力变矩器主从动元件在具有转速差时也能传动的特点,实现了小范围速比内无级变速,为提高系统效率和扩展传动比范围,使用多个行星齿轮排扩展其速比范围,据介绍该类型变速器每增加1个挡位,油耗能节省3%,目前其油耗高于装备手动挡变速器的汽车;车用双离合器自动变速器出现问题,由于发热会产生动力中断故障,不再为市场热捧。由于永磁传动具有非接触传动的特点,随永磁铁技术的提高而越来越应用广泛,但是没有专门用作滑差传动的机构,如果能做成滑差传动机构,就能部分替代液力变矩器,且体积和重量均能减小。
发明内容
本发明目的是针对上述不足之处提供一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构,为得到高效率的无级变速器,使用齿轮传动与永磁传动复合的传动机构,利用永磁滑差传动机构在其控制传动支路上实现封闭传动,从而达到无级变速器传递的速比和扭矩均相应变化,最终使得系统能够实现无级变速,控制传动部分由4个行星排按一定的关系连接而成,这4个行星排分别为分配行星排、低速行星排,减速行星排和耦合行星排,分配行星排将流入到控制传动机构的动力分为2路,一路为齿轮机构直接反馈给后内齿圈,该支路通过分配行星排输出的扭矩较大,一路通过永磁滑差传动机构反馈给后内齿圈,该支路输出的扭矩较小;低速行星排在大传动比传动时起作用,把控制内齿圈的扭矩放大数倍,同时使得永磁滑差传动机构主动件的转速降低,达到提高永磁滑差传动机构的效率;减速行星排在中等速比时起作用,分为等速和减速后反馈动力到后内齿圈,目的也是改变扭矩和匹配转速,提高永磁滑差传动机构的效率;耦合行星排把永磁滑差传动机构的输出动力反馈给后内齿圈,同时也具有2级传动比;该控制传动机构利用永磁滑差传动机构封闭齿轮传动,同时设计成永磁滑差传动机构传递的扭矩占系统总扭矩的比例较小,使其尺寸大为降低,然后通过低速行星排,减速行星排和耦合行星排的组合传动得到多种传动比,与永磁滑差传动机构匹配,获得总体较高的效率;为实现减速行星排和耦合行星排的分级传动,设计了永磁柔性锁定装置,使其非接触锁定一个行星排元件,获得同轴传动速比变化,使得无级变速器的主要元件安排在一根轴上,整体结构紧凑。
为实现上述目的,本发明采用如下技术措施:
一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构,其功率输入是通过轴27或者永磁联轴器从动件6,输出则是通过后内齿圈3配合后太阳轮2经齿轮1输出功率,分配行星排的行星架接受需要转移的功率,输出多路功率反馈给后行星排,该机构在系统无级变速时起作用,分配行星排的内齿圈反馈传动路线有3种,其太阳轮的反馈传动路线有2种,分别为:(1)传动比值较大时:分配行星排内齿圈→低速行星排太阳轮→低速行星排行星架→后内齿圈;(2)传动比值中小时:分配行星排内齿圈→减速行星排行星架→减速行星排太阳轮→后内齿圈;(3)传动比值中高时:分配行星排太阳轮→永磁滑差传动机构→耦合行星排行星架(超越离合器15起作用,耦合行星排不变速)→后内齿圈;(4)传动比值中低时:分配行星排太阳轮→永磁滑差传动机构→耦合行星排行星架→耦合行星排太阳轮→后内齿圈,路径的切换依靠制动器、永磁柔性锁定机构和超越离合器。其特征在于分配行星排8的行星架接受转移功率,分配行星排8的内齿圈同轴连接安装低速行星排10的太阳轮,低速行星排10的行星架同轴连接安装后内齿圈3,低速行星排10的内齿圈29外围同轴安装制动器9,在最大传动比工况向无级变速工况切换时和在较大传动比值工作时,该行星排起作用,此时制动器9接合,低速行星排10把分配行星排8的内齿圈扭矩放大传递给后行星排内齿圈3,低速行星排10的太阳轮同轴连接安装减速行星排11的行星架,减速行星排11的内齿圈外围同轴安装有第二永磁柔性锁定机构的动件30,第二永磁柔性锁定机构的固定件22同轴安装于大圆筒21的外围,减速行星排11的太阳轮同轴连接安装大圆筒21,当工作在中小传动比值时,第二永磁柔性锁定机构的动件30和第二永磁柔性锁定机构的固定件22相互锁定,减速行星排11把分配行星排8的内齿圈减扭升速后传递给大圆筒21,大圆筒21同轴连接安装低速行星排10的行星架,分配行星排8的太阳轮同轴连接安装永磁滑差传动机构13的主动件,永磁滑差传动机构13的输出件同轴连接安装耦合行星排28的行星架14,耦合行星排28的行星架14和内齿圈16之间安装有超越离合器15,耦合行星排28的内齿圈外围有第一永磁柔性锁定机构的动件19,第一永磁柔性锁定机构的固定件20同轴安装在大圆筒21的外围,耦合行星排28的太阳轮同轴连接安装圆板18,圆板18同轴连接安装大圆筒21,在无级变速器工作于中高传动比值时,超越离合器15起作用,永磁滑差传动机构13的输出扭矩经过耦合行星排28不改变,通过大圆板18传递给大圆筒21,在无级变速器工作于中低传动比值时,超越离合器15不起作用,第一永磁柔性锁定机构的动件19与第一永磁柔性锁定机构的固定件20锁定,耦合行星排28降扭升速后传给大圆板18,永磁柔性锁定机构在其作用前永磁滑差传动机构13短暂不传递扭矩,使得永磁柔性锁定机构能的动件和固定件能可靠锁定,锁定后永磁滑差传动机构再传递扭矩,只要永磁柔性锁定机构的锁定扭矩大于其动件承担的扭矩,则永磁柔性锁定机构即能可靠锁定减速行星排11的内齿圈和耦合行星排28的内齿圈,第二永磁柔性锁定机构的动件30和第二永磁柔性锁定机构的固定件22中的永磁体对数相同,磁铁极性为间隔安排,第一永磁柔性锁定机构的动件19与第一永磁柔性锁定机构的固定件20中的永磁体对数相同,磁铁极性为间隔安排,第二永磁柔性锁定机构的固定件22和第一永磁柔性锁定机构的固定件20可以轴向滑动,用以锁定和松开对应的动件。
该方法包括以下具体步骤:
1)分配行星排8把功率分两条路径补偿给后内齿圈3,一路通过齿轮传动反馈给后内齿圈3,一路通过永磁滑差传动机构13反馈给后内齿圈3,这样就大大降低了永磁滑差传动机构13传递功率占的比例。
2)以分配行星排8的内齿圈反馈的功率路径上设置了2个行星排,分别为低速行星排10和减速行星排11,低速行星排10能放大反馈的扭矩,减速行星排11能等额或降低反馈的扭矩,以满足不同传动比值时需要反馈的扭矩和适应不同的转速,同时提高永磁滑差传动机构13的效率。
3)以分配行星排8的太阳轮反馈的功率路径上设置了永磁滑差传动机构13,用以封闭系统使得其能实现无级变速传动,其传动路线上的耦合行星排也具有2个挡位可选,用以改变补偿的扭矩和适应大圆板18的转速,提高永磁滑差传动机构13的效率。
4)第二永磁柔性锁定机构的动件30和第二永磁柔性锁定机构的固定件22、第一永磁柔性锁定机构的动件19与第一永磁柔性锁定机构的固定件20在不要锁定时,固定件和动件轴向错开,相互之间没有永磁力作用,在需要锁定时,首先是永磁滑差传动机构13不传递扭矩或传递较小的扭矩,然后永磁锁定机构锁定,这样就能保证永磁柔性锁定机构可靠锁定,且可以短时间内完成操作。
一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构是采取以下方案实现:一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构具体结构是是由一个分配行星排、一个低速行星排、一个减速行星排、一个永磁滑差传动机构、一个耦合行星排、两个超越离合器和两个永磁柔性锁定机构组成;其特征在于分配行星排(8)的内齿圈同轴连接安装低速行星排(10)的太阳轮,所述低速行星排(10)的行星架同轴连接安装后内齿圈(3),所述低速行星排(10)的内齿圈(29)外围同轴安装制动器(9),所述低速行星排(10)的太阳轮同轴连接安装减速行星排(11)的行星架,所述减速行星排(11)的内齿圈外围同轴安装有第二永磁柔性锁定机构的动件(30),第二永磁柔性锁定机构的固定件(22)同轴安装于大圆筒(21)的外围,所述减速行星排(11)的太阳轮同轴连接安装所述大圆筒(21),所述大圆筒(21)同轴连接安装所述低速行星排(10)的行星架,所述分配行星排(8)的太阳轮同轴连接安装永磁滑差传动机构(13)的主动件,所述永磁滑差传动机构(13)的输出件同轴连接安装耦合行星排(28)的行星架(14),所述耦合行星排(28)的行星架(14)和所述耦合行星排(28)的内齿圈(16)之间安装有超越离合器(15),所述耦合行星排(28)的内齿圈外围有第一永磁柔性锁定机构的动件(19),第一永磁柔性锁定机构的固定件(20)同轴安装在大圆筒(21)的外围,所述耦合行星排(28)的太阳轮同轴连接安装圆板(18),所述圆板(18)同轴连接安装大圆筒(21),所述第二永磁柔性锁定机构的固定件(22)和第一永磁柔性锁定机构的固定件(20)可以轴向滑动,所述第二永磁柔性锁定机构的动件(30)上安装第一永磁铁(31),所述第二永磁柔性锁定机构的固定件(22)上安装第二永磁铁(32),所述第一永磁柔性锁定机构的动件(19)上安装第三永磁铁(33),所述第一永磁柔性锁定机构的固定件(20)上安装第四永磁铁(34)。
本发明“一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构”设置一个分配行星排把需要转移的功率分为两路,一路直接通过齿轮传动反馈,另一路通过永磁滑差传动机构反馈,在这两路中设计行星齿轮轮系机构用于在无级变速器主从动机构间转移动力,并且根据工况切换以获得不同的传动比值,使得永磁滑差传动机构的主从动元件转速差较小以获得较高的效率,达到无级变速器的扭矩随传动比无级变化,同时获得较高的整体效率,适用于车辆、风电发电系统、飞行器、机床、工矿机械、工程机械等领域。
本发明一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构的特点:
1、本发明一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构采用分配行星齿轮把控制部分的功率一分为二,其中一支路功率通过齿轮直接传递给后内齿圈,另一支路通过永磁滑差传动机构传给后内齿圈,使得永磁滑差部分传递的功率小于总功率的30%,达到永磁滑差传动机构体积、重量轻。
2、利用分配行星排具有两个自由度的特点,控制永磁滑差传动机构传递的功率与否和大小即能决定分配行星传递与否和传递功率的大小。
3、利用永磁滑差传动机构具有和液力变矩器类似的特点,即主从动件之间存在转速差时也能很好的传递功率,同时体积小,在分配行星排后的传动路线中安排了低速行星排、减速行星排和耦合行星排,通过这3个行星排的切换和变速,使得永磁滑差传动机构工作在较高效率的区域,实现扭矩随速比相应的无级变化。
4、在最大传动比和最小传动比工作时,控制永磁滑差传动机构不传递动力,则控制传动机构仅仅随动而不传递动力,保证在这两个工况时为纯齿轮传动,特别是最小传动比传动工况,此时车辆高速运行,车速变化靠发动机转速变化获得,效率较高。
5、使用分配行星排分配功率后,低速行星排通过行星架把扭矩传递给后内齿圈,虽然把扭矩放大,但尺寸不需要太大;减速行星排和耦合行星排传递扭矩较小,所以可以去比后行星排薄很多的行星排,这样虽然控制传动有4个行星排,整体尺寸却不大,使得结构紧凑。
6、使用了柔性锁定机构,使得减速行星排和耦合行星排在密闭空间内也能实现两级调速,把控制传动机构和主传动机构全部安排在一根轴上,使得系统的结构紧凑、重量轻和体积小。
本发明涉及的是一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构,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,设置一个分配行星排把需要转移的功率分为两路,一路直接通过低速行星排和减速行星排反馈给后内齿圈,另一路通过永磁滑差传动机构和耦合行星排反馈给后内齿圈,这几个行星排根据工况切换以获得不同的传动比值,使得永磁滑差传动机构的主从动元件转速差较小以获得较高的效率,达到无级变速器的扭矩随传动比无级变化,同时获得较高的整体效率,适用于车辆、风电发电系统、飞行器、机床、工矿机械、工程机械等领域。
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3是一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构实施实例,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3,一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构结构特征为(如附图1~附图3):分配行星排8内齿圈齿数为109,太阳轮齿数为81,行星齿轮27齿数为14,薄圆板18为电工用胶木板,厚度为1mm,低速行星排10的内齿圈29和太阳轮的齿数比为2.8,减速行星排11和耦合行星排28的内齿圈和太阳轮的齿数比均为1.5,第二永磁柔性锁定机构的动件30和第二永磁柔性锁定机构的固定件22上的永磁体安排位置如图2所示,第一永磁柔性锁定机构的动件(19)和第一永磁柔性锁定机构的固定件20上的永磁体安排位置如图3所示,这些永磁体材料全为钕铁硼永磁铁,每个元件上面具有6片永磁铁,大圆筒21的材料为尼龙,厚度为1.5mm。

Claims (3)

1.一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构,具有转移功率的功能,其特征在于,所述控制传动机构包括:分配行星排(8)的内齿圈同轴连接安装低速行星排(10)的太阳轮,所述低速行星排(10)的行星架同轴连接安装后内齿圈(3),所述低速行星排(10)的太阳轮同轴连接安装减速行星排(11)的行星架,所述减速行星排(11)的内齿圈外围同轴安装有第二永磁柔性锁定机构的动件(30),第二永磁柔性锁定机构的固定件(22)同轴安装于大圆筒(21)的外围,所述减速行星排(11)的太阳轮同轴连接安装所述大圆筒(21),所述大圆筒(21)同轴连接安装所述低速行星排(10)的行星架,所述分配行星排(8)的太阳轮同轴连接安装永磁滑差传动机构(13)的主动件,所述永磁滑差传动机构(13)的输出件同轴连接安装耦合行星排(28)的行星架(14),所述耦合行星排(28)的行星架(14)和所述耦合行星排(28)的内齿圈(16)之间安装有超越离合器(15),所述耦合行星排(28)的内齿圈外围有第一永磁柔性锁定机构的动件(19),第一永磁柔性锁定机构的固定件(20)同轴安装在大圆筒(21)的外围,所述耦合行星排(28)的太阳轮同轴连接安装圆板(18),所述圆板(18)同轴连接安装大圆筒(21)。
2.根据权利要求1所述的一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构,其特征在于:所述低速行星排(10)的内齿圈外围同轴安装制动器(9)。
3.根据权利要求1所述的一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的控制传动机构,其特征在于:所述第二永磁柔性锁定机构的动件(30)上安装第一永磁铁(31),所述第二永磁柔性锁定机构的固定件(22)上安装第二永磁铁(32),所述第一永磁柔性锁定机构的动件(19)上安装第三永磁铁(33),所述第一永磁柔性锁定机构的固定件(20)上安装第四永磁铁(34)。
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