CN103234011B - 一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的主传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的主传动机构，具体结构是由两个组合的行星齿轮排组成的主传动部分、一个永磁耦合器、两边均有引出轴的前行星排行星架构组成，特别适用于汽车做变速器使用，其结构特征在于控制行星排(12)的行星架(11)为输入元件，输入动力和永磁耦合器主动元件(8)及安装轴(27)有关，其中的调节元件为超越离合器(10)，永磁耦合器安装在薄圆板(18)的两边，适用于汽车、节能汽车、新能源汽车、城市轨道车辆、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主传动机构

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主传动机构，利用永磁传动具有非接触的特点，应用于行星齿轮差动无级变速传动时实现体积小、结构紧凑的目的，利用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，利用与控制传动部分连接的永磁滑差传动机构封闭行星齿轮差动传动机构，改变永磁滑差传动机构的传递扭矩大小实现调速，适用于汽车、节能汽车、新能源汽车、城市轨道车辆、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

汽车用自动变速主要是使用液力变矩器实现分段无级变速，但是制造液力变矩器制造精度高、体积大，虽然能实现在较大转速差时传动，但是效率较低，特别是在低速运行时；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，缺点是材质要求高、制造精度高和本身效率低，虽然能实现和发动机的最佳匹配，但综合省油效果不明显；另一种车用自动变速器AMT，即机械式自动变速器，其换挡品质和舒适性有待提高，以满足乘用车对舒适性的需求，目前主要用于重型车和微型乘用车；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。作为新一代稀土永磁铁，目前在工业中已经有较多的应用，例如化工、食品和纺织等领域。

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主传动机构，组合永磁传动和行星齿轮传动，通过功率分流，形成速比可以连续变化的无级变速器的主传动机构，控制传动部分在两条主传动支路之间转移一部分功率，输入到控制行星排的功率可以划分为两阶段，在前行星架转速低于前内齿圈转速时，由前内齿圈通过永磁耦合器输入功率；当前行星架转速高于前内齿圈转速时，由前行星架直接输入功率；分配行星排再通过分流和滑差传动把功率传递给后内齿圈，通过后行星架输出；当前内齿圈和前太阳轮转速连续变化时，系统的速比也无级变化。

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主传动机构，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，其速比变化范围为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，适合汽车用无级变速器的要求，系统要满足扭矩随速比无级变化而无级变化，必须要转移一部分扭矩，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，其输入控制行星排的传动路线也分为两路，一条为前行星排内齿圈→永磁耦合器→控制行星排行星架，另一条传动路线为前行星排行星架→超越离合器→控制行星排行星架，通过合适的滑差机构把扭矩转移给后行星排内齿圈。其特征在于与前行星排2的前行星架26同轴连接轴1为输入元件，后行星排19的后行星架6同轴连接齿轮5为输出元件，前行星排2和后行星排19均为单行星排，即由太阳轮、内齿圈、行星轮和行星架组成，太阳轮与行星轮啮合，行星轮和内齿圈啮合，行星轮安装在行星架上面，前行星排2的前内齿圈同轴连接安装圆板24，圆板24同轴连接安装粗圆管23，粗圆管23同轴连接安装后行星排19的后太阳轮20，前行星排2的前太阳轮同轴连接安装超越离合器25，超越离合器25同轴连接安装细圆管22，超越离合器25可以防止薄圆板18反向传递动力，细圆管22同轴连接安装薄圆板18，薄圆板18为绝缘体，在永磁传动时产生的涡流损失小，薄圆板18同轴连接安装大圆筒17，大圆筒17和后行星排19的内齿圈同轴连接安装，永磁耦合器主动元件8同轴安装在粗圆管23的外围，两者之间通过花键连接或者平键连接，永磁耦合器主动元件8可以在粗圆管23的上轴向滑动，在后行星排19和薄圆板18之间，永磁耦合器主动元件8连接操纵杆21，操纵杆21穿过后太阳轮20的圆孔28，圆孔28为4个，呈周向均布，操纵杆21另一端连接小圆盘4，操纵杆21、小圆盘4和后太阳轮20的转速保持一致，操纵杆21可以使永磁耦合器主动元件8沿粗圆管23轴向移动，永磁耦合器从动元件9同轴连接安装分配行星排12的分配行星架11，分配行星架11同轴连接安装有超越离合器10，前行星架26同轴连接安装轴27，安装轴27同轴连接安装有超越离合器10，超越离合器10在永磁耦合器主动元件8的转速高于安装轴27时由永磁耦合器主动元件8输入动力到分配行星架11，在永磁耦合器主动元件8的转速低于安装轴27时，由安装轴27输入动力到分配行星架11，分配行星排12的分配内齿圈13同轴连接安装变速机构15，变速机构15同轴连接安装大圆筒17，分配行星排12的分配太阳轮连接有中圆管14，中圆管14连接有永磁滑差传动机构16，永磁滑差传动机构16同轴连接安装大圆筒17，前行星排2的前内齿圈外围同轴安装有前制动器3，后行星排19的外围同轴安装有后制动器7，前制动器3和后制动器7不起作用时为无级变速阶段，前制动器3起作用为最小传动比传动工况，后制动器7起作用为最大传动比传动工况。

该方法具体包括以下步骤：

1)以最大传动比传动时为纯齿轮传动，功能实现是通过接合后制动器7，分离前制动器3，使得前行星排2前太阳轮和后行星排19的后内齿圈停止转动，动力传动路线为输入轴1→前行星架26→前行星排内2的前内齿圈→圆板24→粗圆管23→后太阳轮20→后行星架6→齿轮5输出，此时永磁耦合器主动元件8与永磁耦合器从动元件9距离为最大，相互之间没有动力传递，永磁滑差传动机构16也不传递动力，分配行星排12不传递动力。

2)以最小传动比传动时也为纯齿轮传动，功能实现是通过接合前制动器3，分离后制动器7，使得前行星排2前内齿圈和后行星排19的后太阳轮20停止转动，动力传动路线为输入轴1→前行星架26→前行星排2的前太阳轮→超越离合器25→细圆管22→后行星排19的内齿圈→后行星架6→齿轮5输出，此时永磁耦合器主动元件8与永磁耦合器从动元件9距离同样为最大，相互之间没有动力传递，永磁滑差传动机构16也不传递动力，分配行星排12不传递动力。

3)无级变速传动时，动力传递到前行星架26后分2路传动，其中一条路线为前行星排内2的前内齿圈→圆板24→粗圆管23→后太阳轮20→后行星架6→齿轮5输出，另一条路线为前行星排2的前太阳轮→超越离合器25→细圆管22→后行星排19的内齿圈→后行星架6→齿轮5输出；同时控制传动部分起作用，分配行星架11的输入动力由永磁耦合器主动元件8和安装轴27的转速确定，谁高谁输入，分配行星排12的输出传动路线为两路，一路为分配内齿圈13→变速机构15→大圆筒17，另一路为中圆管14→永磁滑差传动机构16→大圆筒17，改变永磁滑差传动机构16的传递扭矩可以实现传递扭矩的大小和对整个系统进行调速。

一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的主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主传动机构具体结构是是由两个组合的行星齿轮排组成的主传动部分、一个永磁耦合器、两个制动器和两个超越离合器组成；其特征在于轴(1)为输入元件，所述轴(1)同轴连接安装前行星排(2)的前行星架(26)，后行星排(19)的后行星架(6)同轴连接齿轮(5)，所述齿轮(5)为输出元件，所述前行星排(2)的前内齿圈同轴连接安装圆板(24)，所述圆板(24)同轴连接安装粗圆管(23)，所述粗圆管(23)同轴连接安装后行星排(19)的后太阳轮，所述前行星排(2)的前太阳轮同轴连接安装超越离合器(25)，所述超越离合器(25)同轴连接安装细圆管(22)，所述细圆管(22)同轴连接安装薄圆板(18)，所述薄圆板(18)同轴连接安装大圆筒(17)，所述大圆筒(17)和所述后行星排(19)的内齿圈同轴连接安装，永磁耦合器主动元件(8)同轴安装在粗圆管(23)，位置在所述后行星排(19)和所述薄圆板(18)之间，所述永磁耦合器主动元件(8)连接操纵杆(21)，所述操纵杆(21)穿过后太阳轮(20)的圆孔(28)，所述操纵杆(21)另一端连接小圆盘(4)，永磁耦合器从动元件(9)同轴连接安装分配行星排(12)的分配行星架(11)，所述分配行星架(11)同轴连接安装有超越离合器(10)，所述前行星架(26)同轴连接安装轴(27)，所述安装轴(27)同轴连接安装有所述超越离合器(10)，所述分配行星排(12)的分配内齿圈(13)同轴连接安装变速机构(15)，变速机构(15)同轴连接安装所述大圆筒(17)，所述分配行星排(12)的分配太阳轮同轴连接安装有中圆管(14)，所述中圆管(14)连接有永磁滑差传动机构(16)，所述永磁滑差传动机构(16)同轴连接安装所述大圆筒(17)，所述前行星排(2)的前内齿圈外围同轴安装有前制动器(3)，所述后行星排(19)的外围同轴安装有后制动器(7)。

本发明“一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的主传动机构”是利用永磁传动具有非接触的特点，应用于行星齿轮差动无级变速传动时实现体积小、结构紧凑的目的，利用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，利用与控制传动部分连接的永磁滑差传动机构封闭行星齿轮差动传动机构，改变永磁滑差传动机构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、风电发电系统、飞行器、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。

本发明一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的主传动机构的特点：

1、本发明采用永磁耦合传动，利用其非接触传动的特点，实现了主传动的两个行星排紧密安排在一起，使得系统的结构紧凑，承担大扭矩的元件安排在距离较近的空间，便于减轻系统重量。

2、永磁耦合器可以方便实现离合，当需要永磁耦合器传递功率是，主从动部件距离较近，在不需要传动时只需要让两者之间距离加大到一定程度即可，两者之间没有因为滑磨而带来摩擦传动元件磨损问题。

3、在输入行星架转速较高时直接由输入行星架输入功率给分配行星排，避免了前内齿圈转速较低时输入功率不足的问题。

4、永磁耦合传动装置输入功率到分配行星排和由前行星架直接输入，两者之间的切换通过超越离合器完成，不再设置其它元件，使得系统在实现转换功能的同时达到结构简化。

5、前行星排内齿圈和后行星排内齿圈全部通过制动器实现制动，使得系统在最大传动比和最小传动比时全部功率由主传动部分实现，系统效率较高。

本发明涉及的是一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的主传动机构，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，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，利用永磁耦合传动机构和前行星架作为可选的两路控制传动输入元件，利用永磁滑差传动机构释放齿轮传动在无级变速时的不同步，改变永磁传动滑差传动机构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、风电发电系统、飞行器、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2是一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的主传动机构实施实例，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2，一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的主传动机构结构特征为(如附图1～附图2)：前行星排2的前内齿圈齿数为78、前太阳轮齿数为30，前行星轮齿数为24，后行星排19内齿圈的齿数为78、后太阳轮20齿数为30，后行星齿轮齿数为24，速比范围为6.76，永磁耦合器主动元件8和永磁耦合器主动元件9的尺寸为外径130mm，各自安装了12片钕铁硼永磁铁，永磁耦合器主动元件8和永磁耦合器主动元件9之间最小的间隙为3mm，最大为26mm，可以传递的最大扭矩为20N.m，分配行星排内齿圈12齿数为109，控制行星排12的太阳轮28齿数为81，控制行星排12行星齿轮的齿数为14，薄圆板18为电工用胶木板，在需要穿过磁场的部位厚度为2mm。

Claims (5)

1.一种永磁与齿轮复合传动无级变速器的主传动机构，具有速比可以无级变化的传动机构，其特征在于结构是由前行星排(2)的前行星架(26)作为机构输入元件，后行星排(19)的后行星架(6)作为机构输出元件，所述前行星排(2)的前内齿圈同轴连接安装圆板(24)，所述圆板(24)同轴连接安装粗圆管(23)，所述粗圆管(23)同轴连接安装后行星排(19)的后太阳轮(20)，所述前行星排(2)的前太阳轮同轴连接安装细圆管(22)，所述细圆管(22)同轴连接安装薄圆板(18)，所述薄圆板(18)同轴连接安装大圆筒(17)，所述大圆筒(17)和所述后行星排(19)的内齿圈同轴连接安装，永磁耦合器主动元件(8)同轴安装在粗圆管(23)，位置在所述后行星排(19)和所述薄圆板(18)之间，所述永磁耦合器主动元件(8)连接操纵杆(21)，所述操纵杆(21)穿过所述后太阳轮(20)的圆孔(28)，永磁耦合器从动元件(9)同轴连接安装分配行星排(12)的分配行星架(11)，所述分配行星架(11)同轴连接安装有超越离合器(10)，所述前行星架(26)同轴连接安装轴(27)，所述安装轴(27)同轴连接安装有所述超越离合器(10)。

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主传动机构，其特征在于：所述前行星排(2)的前太阳轮可以同轴连接安装超越离合器(25)，所述超越离合器(25)同轴连接安装所述细圆管(22)。

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主 传动机构，其特征在于：所述操纵杆(21)另一端可以连接小圆盘(4)。

4.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主传动机构，其特征在于：所述前行星排(2)的前内齿圈外围同轴安装有前制动器(3)，所述后行星排(19)的外围同轴安装有后制动器(7)。

5.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主传动机构，其特征在于：所述后太阳轮(20)上开设的所述圆孔(28)，数目为4个，为周向均布。