CN104948708B - 无级伺服传动器以及其构建的无级变速装置和变速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级伺服传动器以及其构建的无级变速装置和变速方法，无级伺服传动器它主要由差动轮系，模式控制系以及伺服调控系三大部分组成，其中，差动轮系主要由输出轴、右盘、行星轮、行星轮轴、中心轮、内齿总成以及输入轴等组成。模式控制系主要由左单向逆止器、右单向逆止器、左锥形制动环、右锥形制动环、双向锥形制动盘以及四个螺管式电磁铁等构成。伺服调控系主要由控制器、传感放大执行器、调控器、线性阻尼器等组成。基于本无级伺服传动器构建的无级变速装置能够通过控制线性阻尼器调控差动轮系构件之间的转速差，使输出扭矩和输出转速自动跟踪负载的变化而适时调速变矩，从而保持动力与负载之间的最佳传动效率。

Description

无级伺服传动器以及其构建的无级变速装置和变速方法

技术领域

本发明涉及一种自控机械传动装置，尤其是能应用在汽车、电动汽车上的一种无级伺服传动器以及其构建的无级变速装置和变速方法。

背景技术

目前，公知的液力耦合自动变速器AT和电控机械式自动变速器AMT均是有级变速的自动控制，其结构复杂、效率低，金属带摩擦式无级变速器VDT-CVT是当今最先进的CVT，以下叙述简称VDT--CVT它采用两个锥形金属轮与金属带依靠摩擦实现变速传动，靠摩擦传动，效率必然低，这是该技术最致命的先天弊端，其金属带承载能力有限，很容易损坏，寿命短，故障率高，由于VDT-CVT的控制系统结构复杂，致使辅助成本很高，综上所述：无级变速CVT是汽车变速器始终追逐的目标；而VDT-CVT靠摩擦传动，效率80-85%；VDT-CVT传动比1：3.5；VDT-CVT目前只限应用在汽车上；VDT-CVT的性能、成本、可靠性、寿命等综合因素指标仍不理想，其技术探索仍未突破VDT-CVT传统设计理论的障碍点。

发明内容

为了克服、解决现有VDT-CVT靠摩擦变速传动的先天弊端,本发明的第一个目是提供一种传动效率高、运行安全可靠的无级伺服传动器，第二个目的提供一种应用上述无级伺服传动器的无级变速装置和变速方法。

首先给出本发明无级伺服传动器所基于的原理，即无级伺服传动器伺服调控线性阻尼器电流源，使线性阻尼器调控差动轮系b、H两个构件的动态连接，使该差动轮系运行于i^b _aH←→i^bH _aH模式之间的i^b-H _aH模式，从而实现1：8变速比的无级变变矩调速传动功能，当本发明运行于i^bH _aH模式时，线性阻尼器把构件b与构件H间接地链接起来，差动轮系停止动轴线旋转，动力由a构件输入，直接由H构件输出，其减速比为1:1，则车辆处于高速运行状态，特别指出的是：此状态下的该差动轮系停止动轴线旋转，故机械损耗与磨损甚微。当本发明运行于i^b _aH←→i^bH _aH模式之间的i^b-H _aH模式时，伺服自控系统将会控制线性阻尼器调控差动轮系构件H和构件b之间的转速差，使输出扭矩和输出转速自动跟踪负载的变化而适时调速变矩，从而保持动力与负载之间的最佳传动效率。

接着我们给出本发明无级伺服传动器的具体结构：其包括机体以及其内部安装的差动轮系、模式控制系以及阻尼系；以下分别对各个部分进行说明：

所述机体包括机壳体以及其两端分别安装的左端盖、右端盖。

所述差动轮系主要由左盘、右盘、行星轮、行星轮轴、中心轮、内齿总成以及同轴心线安装的输出轴、输入轴组成，其中所述输出轴左端贯穿左端盖且二者之间安装左端盖轴承，所述输出轴右端连接左盘，所述输入轴右端贯穿右端盖且二者之间安装右端盖轴承，所述输入轴的左端部通过支撑轴承安装在左盘中央的凹槽内，所述输入轴的左端由左向右依次固定安装中心轮、通过右盘轴承安装右盘，所述中心轮的外周分别啮合安装多个行星轮，所述行星轮通过星轮轴承套装在行星轮轴上，所述行星轮轴的两端分别插入左盘上装配的左轴承和右盘上装配的右轴承中；所述多个行星轮的外齿分别与间隔套装在右盘外部的内齿总成左端内齿环上的内齿啮合配合。

所述模式控制系主要由左单向逆止器、右单向逆止器、左锥形制动环、右锥形制动环、双向锥形制动盘以及偶数倍个螺管式电磁铁构成，其中左单向逆止器、双向锥形制动盘和右单向逆止器依次套装到与内齿总成为一体并位于其右端的的右筒轴上，所述左单向逆止器和右单向逆止器的内环均与右筒轴紧固相连，所述左单向逆止器和右单向逆止器的外环上分别紧固连接左锥形制动环与右锥形制动环，所述双向锥形制动盘在右筒轴上能轴向左右位移并能分别与所述的左锥形制动环与右锥形制动环配合实现单向逆止，所述偶数倍个螺管式电磁铁两两一组分别紧固于机壳体上，每组中的两个螺管式电磁铁分别相对布置在双向锥形制动盘的两侧且两个螺管式电磁铁的拉杆分别动连在双向锥形制动盘的两侧外缘端部从而通过拉杆动作实现双向锥形制动盘的轴向左右位移。

所述阻尼系主要由线性阻尼器组成，其中线性阻尼器安装在机体内，所述线性阻尼器中央的空心轴通过轴承同轴心线套装在输入轴上且空心轴的左端穿过所述右筒轴与所述右盘的右部固连，所述空心轴的左端与右筒轴之间安装有轴承；所述线性阻尼器右侧的基座与右端盖同轴线紧固相连，所述线性阻尼器外转子的连结盘与右筒轴的外端同轴线紧固相连。

进一步优选为：所述右筒轴通过总成左轴承、总成右轴承套装在线性阻尼器的空心轴上，且总成左轴承、总成右轴承之间设有中垫环；所述空心轴分别通过左滚针轴承、右滚针轴承支撑并动态相连套装在输入轴上。

进一步优选为：所述线性阻尼器的空心轴与所述右盘右部通过花键同轴心线相对连接；所述线性阻尼器右侧的基座与右端盖通过基座栓同轴线紧固相连，所述线性阻尼器外转子的连结盘与右筒轴的外端通过固栓同轴线紧固相连。

进一步优选为：所述中心轮通过轮键安装在输入轴上；所述输入轴右端和输出轴左端上分别设有用于连接动力系统的输入轴键和用于连接负载的输出轴键。

进一步优选为：所述行星轮为均布的三个；所述左盘和右盘之间按照相间夹角120°均等安装三个平台，每个平台的两端分别安装在左盘和右盘上的对位孔座中且用平台栓紧固。

进一步优选为：所述左轴承安装在左盘的轴孔内、右轴承安装在右盘的轴孔座内；所述输出轴位于左盘的左侧上套装挡盘，所述挡盘通过挡盘栓与左盘紧固后能顾封堵其上的轴孔，以防行星轮轴窜动。

进一步优选为：所述无级伺服传动器还包括伺服调控系，所述伺服调控系主要由控制器、传感放大执行器和调控器组成，所述传感放大执行器电连调控器，所述调控器电连线性阻尼器，所述控制器的功能包括用于提供电源控制电动机运转以及输出信号控制螺管式电磁铁动作，所述传感放大执行器用于监控电动机的电流并向调控器输出信号控制其向线性阻尼器输入大小不同的控制电流源。上述伺服调控系是以驱动系统采用电机为例来说明的，当然当采用其他的驱动系统，同样可以根据驱动系统在不同工况下的状态来向调控器输出不同信号控制其向线性阻尼器输入大小不同的控制电流源，从而改变线性阻尼器的磁力矩。

然后我们给出基于上述无级伺服传动器构建的无级变速装置，该无级变速装置包括电动机、无级伺服传动器以及负载，其中所述电动机同轴心线连接无级伺服传动器的输入轴，所述无级伺服传动器的输出轴连接负载，所述控制器一方面连接电源线、另一方面分别连接电动机和无级伺服传动器中的螺管式电磁铁，所述电动机电连传感放大执行器，所述传感放大执行器电连调控器，所述调控器电连线性阻尼器。上述变速装置的变速方法为：所述控制器为电动机注入电流，所述电动机则驱动无级伺服传动器，所述无级伺服传动器驱动负载旋转运行，所述传感放大执行器时刻监控电动机的电流并依据电动机电流的变化，控制所述控制调控器适时发出的控制电流，并通过调控线为无级伺服传动器内的线性阻尼器注入适合的电流源，所述线性阻尼器依据输入电流的变化，呈现出线性变化的机械力矩，该线性变化的机械力矩控制差动轮系内的右盘、输出轴和内齿总成之间的转速差，从而使无级伺服传动器输出与负载相匹配的最佳旋转动力，驱动负载的运行。

下面以电动汽车为例来进一步说明上述无级变速装置的变速方法，将所述无级变速装置装配在电动汽车上，所述负载即车轮负载，所述电动机即为电动汽车的驱动电机，变速方法包括以下几种变速模式：

一、车辆的前进模式

电动机顺时针旋转，同步带动输入轴顺时针旋转，控制器把前进的指令信号通过控制线传递给与双向锥形制动盘左侧连接的螺管式电磁铁，螺管式电磁铁的拉杆牵引双向锥形制动盘轴向左移，使左锥形制动环被制动，此时的左单向逆止器阻止内齿总成逆时针旋转；以下分三种运行状态来说明：

1、车辆起步、爬坡的前进状态：在上述前进模式的状态下，当车辆起步、爬坡遇阻时，电动机电流会逐渐增大，传感放大执行器监控到电动机电流的增加而适时控制调控器，调控器依据传感放大执行器传输的数据，通过调控线为无级伺服传动器内的线性阻尼器注入精确的控制电流源，此时的线性阻尼器的内、外转子无磁力链接，电动机顺时针旋转动力联动输入轴同步顺时针旋转，中心轮驱动行星轮，行星轮驱动内齿总成的内齿环，由于左单向逆止器的单向逆止，内齿总成既不能逆时针旋转，也不顺时针旋转，故迫使行星轮带动输出轴连接车轮负载以大转矩、低速前行。

2、车辆的高速前进状态：在上述前进模式的状态下，当车辆的高速前进时，电动机电流会逐渐降低，传感放大执行器监控到电动机电流的降低而适时控制调控器，调控器依据传感放大执行器传输的数据，通过调控线为无级伺服传动器内的线性阻尼器注入精确的电流源，此时的线性阻尼器的内、外转子产生最大的磁力链接，因右盘与线性阻尼器的空心轴同轴心线固连，内齿总成的右筒轴与线性阻尼器的外转子连结盘同轴心线紧固相连，此时的中心轮、行星轮以及内齿总成的内齿都停止动轴线旋转而脱出传动，所以在高速前进状态下的内齿总成与右盘、输出轴同步、同向顺时针旋转，电动机的动力通过无级伺服传动器，1：1的传动给车轮负载，车辆高速前行。

3、车辆的无级伺服传动前进状态：在上述前进模式的状态下，车辆的无级伺服传动前进时，此时传感放大执行器精确监控电动机电流的变化，而适时控制调控器，调控器依据传感放大执行器传输的数据，经调控线为无级伺服传动器内的线性阻尼器注入精确的电流源，此时的线性阻尼器的内、外转子之间的磁力链接线性地跟随调控器注入的精确、变化的电流源产生适时变化的磁力链接力矩，内齿总成在线性阻尼器的外转子的带动下，滑差顺时针旋转，此时的差动轮系起到力矩合成与分解的功能，调控器给线性阻尼器注入的电流源信号越强，线性阻尼器的磁力链接力矩越大，内齿总成与右盘、输出轴的转速差越小，无级伺服传动器的输出轴转速也越高；反之线性阻尼器的磁力链接力矩越小，内齿总成与右盘、输出轴的转速差越大，无级伺服传动器的输出轴转速也越低。

二、车辆的“倒挡”模式

控制电动机逆时针旋转，同步带动输入轴逆时针旋转，控制器把倒退的指令信号通过控制线传递给给与双向锥形制动盘右侧连接的螺管式电磁铁，螺管式电磁铁的拉杆迅速牵引双向锥形制动盘轴向右移，使右锥形制动环被制动，右单向逆止器阻止内齿总成顺时针旋转；此时的传感放大执行器自动断开调控线，线性阻尼器的内、外转子无磁力链接，电动机逆时针旋转动力联动输入主轴同步逆时针旋转，中心轮驱动行星轮，行星轮驱动内齿总成的内齿环，由于右单向逆止器的单向逆止，内齿总成既不能顺时针旋转，也不逆时针旋转，故迫使行星轮带动输出轴连接车轮负载大扭矩、低速倒行。

三、车辆的“空挡”模式

控制器中断所有螺管式电磁器的控制电源，双向锥形制动盘居中位，故左单向逆止器和右单向逆止器都失去逆止功能，导致内齿总成处于自由旋转状态，此时的输入轴输入的旋转动力被内齿总成释放，即使电动机旋转，无级伺服传动器的输出轴也无动力输出。

本发明中的无级伺服传动器,突破了现有VDT-CVT的传统设计误区，打破了“齿轮传动是固定变速比，不可能实现无级变速”的禁区，科学地解决了现有VDT-CVT依赖摩擦传动所带来的技术缺憾，它采用齿轮啮合，无级伺服传动，变速比可达到1：8，效率高达92—96%；且具有制造成本低，运行安全可靠等优点，故适用于需要无级变矩调速的传动领域。如果把无级伺服传动器应用到电动汽车上，能使其动力性、节电性以及续航里程等现存的诸多技术弊端得到有效的解决与突破，使现有电动汽车技术性能得到跨越性的提升。如果把无级伺服传动器和各类动力机科学组合，就能提供全新的“无级伺服动力机”系列新产品，本发明采用电子伺服与机械差动轮系技术的嫁接，能呈现出理想的动力特性，有效地克服了当今先进的变频调速技术存在的调速性好，但难以实现理想变矩的弊端。

综上所述，无级伺服传动器可使动力机与负载设备之间实现最佳的功率匹配，节能、环保，本发明有利于社会的技术进步，其经济效益和潜在的社会效益都值得期盼。

附图说明

图1是无级伺服传动器的构造原理示意图；

图中：1.行星轮，2.行星轮轴，3.左轴承，4.左端盖轴承，5.输出轴，6.中心轮，7.支撑轴承，8.右筒轴，9.左端盖,10.左单向逆止器，11.右单向逆止器，12.左锥形制动环，13.双向锥形制动盘，14.右锥形制动环，15.连接环，16.拉杆，17.螺管式电磁铁，18.控制线，19.调控线，20.线性阻尼器，21.右轴承，22.右端盖轴承，23.空心轴，24.输入轴，25.基座，26.右端盖，27.内齿总成轴承，28.机壳体，29.右盘轴承，30.右盘，31.内齿总成，32.右轴承。

图2是无级伺服传动器的机电控制系统逻辑图；

图中：33.控制器，34.电源线，35.传感放大执行器，36.调控器，37.负载，38.无级伺服传动器，39.电动机。

图3是无级伺服传动器的一种实施例的结构示意图；

图中：40.左端盖栓，41.左风孔，42.平台，43.挡盘栓，44.挡盘，45.输出轴键，46.左密封环，47.平台栓，48.轮键，49.空心轴支撑轴承，50.星轮轴承，51.器固栓，52.弹性挡圈，53.涨簧，54.固栓，55.连结盘，56.总成左轴承，57.右风孔，58.总成右轴承，59.基座栓，60.输入轴键，61.右密封环，62.右侧垫环，63.右滚针轴承，64.左滚针轴承，65.左侧垫环,66.右端盖栓，67.中垫环，68.左垫环，69.护盖，70.牵引架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

无级伺服传动器38的构造原理见附图1所示，它主要由差动轮系，模式控制系以及伺服调控系三大部分组成，其中，差动轮系主要由输出轴5，右盘30，行星轮1,行星轮轴2，中心轮6，内齿总成31,输入轴24等组成。模式控制系主要由左单向逆止器10，右单向逆止器11，左锥形制动环12，右锥形制动环14，双向锥形制动盘13，以及四个螺管式电磁铁17等构成。伺服调控系主要由控制器33，传感放大执行器35，调控器36，线性阻尼器20等组成。

下面讲述无级伺服传动器38各元器件之间具体的关联装配，见图1、附图2、附图3，差动轮系的中心轮6与三个行星轮啮合，三个行星轮1与内齿总成31的内齿啮合，三个行星轮1的行星轮轴2两端，分别插入左轴承3和右轴承32中，左轴承3装在与输出轴5为一体的左侧圆盘左盘上，右轴承32装在右盘30上，输入轴24的左端部依次穿过右端盖轴承22、线性阻尼器20的空心轴23、右盘轴承29、中心轮6、输出轴5为一体的左侧圆盘上的支撑轴承7中，输入轴24与中心轮6固定连结，输出轴5的左端从左端盖轴承4的右侧穿插入同轴心线装在左端盖9上的左端盖轴承4中，这样输入轴24与输出轴5动态地连起来，实现了同轴心线的装配，左端盖9、右端盖26通过子口与机壳体28同轴线固连，所以无级伺服传动器38的机械传动完全实现了动力的同轴心线输入，同轴心线输出。线性阻尼器20的空心轴23与右盘30右部通过花键同轴心线相对连接，与内齿总成31为一体的右筒轴8通过左轴承27和右轴承21套装在线性阻尼器20的空心轴23上，左单向逆止器10、双向锥形制动盘13和右单向逆止器11依次套装到与内齿总成31为一体的右筒轴8上，双向锥形制动盘13在右筒轴8上能轴向左右位移，左锥形制动环12与右锥形制动环14分别紧固于左单向逆止器10和右单向逆止器11的外环上，左单向逆止器10和右单向逆止器11的内环与右筒轴8紧固相连，线性阻尼器20的空心轴23同轴心线地套在输入轴24的右侧段，由右滚针轴承63和左滚针轴承64支撑并动态相连，见附图3。线性阻尼器20的基座25与右端盖26通过子口由基座栓59同轴线紧固相连，线性阻尼器20外转子的连结盘55通过子口与内齿总成31的右筒轴8由固栓54同轴线紧固相连，线性阻尼器20的电源控制线19在基座25右端部穿过右端盖26绝缘引出，四个螺管式电磁铁17由器固栓51紧固于机壳体28上，其拉杆16通过连接环15动连在双向锥形制动盘13的外缘端部。无级伺服传动器38的伺服调控系主要由控制器33，传感放大执行器35和调控器36组成。

图2给出了无级伺服传动器的机电控制系统，其包括电源线34连控制器33，控制器33电连电动机39，电动机39同轴心线连接无级伺服传动器38的输入轴24，无级伺服传动器38输出轴5连接车轮负载37，电动机39电连传感放大执行器35，传感放大执行器35电连调控器36，调控器36电连线性阻尼器20。

下面以安装无级伺服传动器38的电动汽车为例，参照附图1、附图2说明无级伺服传动器38的工作原理。控制器33为电动机39注入电流，电动机39则驱动无级伺服传动器38，无级伺服传动器38驱动车轮负载37旋转运行，传感放大执行器35时刻监控，并依据电动机39电流的变化，精确控制调控器36，调控器36适时发出的控制电流，通过调控线19为无级伺服传动器38内的线性阻尼器20注入精确的电流源，线性阻尼器20依据电流的变化，呈现出线性变化的机械力矩，这种线性变化的机械力矩控制差动轮系内的右盘30、输出轴5和内齿总成31之间的转速差，从而使无级伺服传动器38输出与车轮负载相匹配的最佳旋转动力，驱动车辆的运行，以下给出电动汽车几种工作模式的变速方法：

一、车辆的前进模式

电动机39正时针旋转，同步带动输入轴24正时针旋转，控制器33

把前进的指令信号通过控制线18传递给A、C螺管式电磁铁17，其A、C螺管式电磁铁的拉杆16牵引双向锥形制动盘13轴向左移，使左锥形制动环12被制动，此时的左单向逆止器10阻止内齿总成31逆时针旋转。为清晰阐述无级伺服传动的原理，以下分三种运行状态来说明：

1、车辆起步、爬坡的前进状态：在上述前进模式的状态下，当车辆起步、爬坡遇阻时，电动机39电流会逐渐增大，传感放大执行器35监控到电动机39电流的增加而适时控制调控器36，调控器36依据传感放大执行器35传输的数据，通过调控线19，为无级伺服传动器38内的线性阻尼器20注入精确的控制电流源，此时的线性阻尼器20的内、外转子无磁力链接，电动机39顺时针旋转动力联动输入主轴24同步顺时针旋转，中心轮6驱动三个行星轮1，三个行星轮1驱动内齿总成31的内齿环，由于左单向逆止器10的单向逆止，内齿环总成31既不能逆时针旋转，也不顺时针旋转，故迫使三个行星轮1带动输出轴5连接车轮负载37以大转矩、低速前行。

2、车辆的高速前进状态：电动机39正时针旋转，同步带动输入轴24正时针旋转，控制器33把前进的指令信号通过控制线18传递给A、C螺管式电磁铁17，其螺管式电磁铁的拉杆16迅速牵引双向锥形制动盘13轴向左移，使左锥形制动环12被制动，此时的左单向逆止器10阻止内齿总成31逆时针旋转。此时电动机39电流会逐渐降低，传感放大执行器35监控到电动机39电流的降低而适时控制调控器36，调控器36依据传感放大执行器35传输的数据，通过调控线19，为无级伺服传动器38内的线性阻尼器20注入精确的电流源，此时的线性阻尼器20的内、外转子产生最大的磁力链接，因右盘30与线性阻尼器20的空心轴23同轴心线固连，内齿总成31右筒轴8与线性阻尼器20的外转子连结盘55同轴心线紧固相连，此时的中心轮6、三个行星轮1以及，内齿总成31的内齿都停止动轴线旋转而脱出传动，所以在高速前进状态下的内齿总成31与右盘30、输出轴5同步、同向顺时针旋转，电动机39的动力通过无级伺服传动器(38)，1：1的传动给车轮负载37，车辆高速前行。

3、车辆的无级伺服传动前进状态：电动机39正时针旋转，同步带动输

入轴24正时针旋转，控制器33把前进的指令信号通过控制线18传递给A、C螺管式电磁铁17，其螺管式电磁铁的拉杆16牵引双向锥形制动盘13轴向左移，使左锥形制动环12被制动，左单向逆止器10阻止内齿总成31逆时针旋转。此时传感放大执行器35精确监控电动机39电流的变化，而适时控制调控器36，调控器36依据传感放大执行器35传输的数据，经调控线19，为无级伺服传动器38内的线性阻尼器20注入精确的电流源，此时的线性阻尼器20的内、外转子之间的磁力链接，线性地跟随调控器36注入的精确、变化的电流源，产生适时变化的磁力链接力矩，内齿总成31在线性阻尼器20的外转子的带动下，滑差顺时针旋转，此时的差动轮系起到力矩合成与分解的奇特功能，调控器36给线性阻尼器20注入的电流源信号越强，线性阻尼器20的磁力链接力矩越大，内齿总成31与右盘30、输出轴5的转速差越小，无级伺服传动器38的输出轴5转速也越高。反之线性阻尼器20的磁力链接力矩越小，内齿总成31与右盘30、输出轴5的转速差越大，无级伺服传动器38的输出轴5转速也越低。精确、线性的转差技术，可使无级伺服传动器38的调速精度精确到0.5-1rpm。

二、车辆的“倒挡”模式

控制电动机39逆时针旋转，同步带动输入轴24逆时针旋转，控制器33把倒退的指令信号通过控制线18传递给B、D螺管式电磁铁17，其B、D螺管式电磁铁的拉杆16迅速牵引双向锥形制动盘13轴向右移，使右锥形制动环14被制动，右单向逆止器11阻止内齿总成31顺时针旋转。此时的传感放大执行器35自动断开调控线19，线性阻尼器20的内、外转子无磁力链接，电动机39逆时针旋转动力联动输入主轴24同步逆时针旋转，中心轮6驱动三个行星轮1，三个行星轮1驱动内齿总成31的内齿环，由于右单向逆止器11的单向逆止，内齿环总成31既不能顺时针旋转，也不逆时针旋转，故迫使三个行星轮1带动输出轴5连接车轮负载37大扭矩、低速倒行。

三、车辆的“空挡”模式

控制器33中断四个螺管式电磁器17的控制电源，双向锥形制动盘13居中位，故左单向逆止器10和右单向逆止器11都失去逆止功能，导致内齿环总成31处于自由旋转状态，此时的输入轴24输入的旋转动力被内齿总成31释放，即使电动机39旋转，无级伺服传动器38的输出轴5也无动力输出。

图3给出的是该无级伺服传动器38的一种实施例的具体示意图，即给出我们设计的一种优选结构的无级伺服传动器，以下侧重对与附图1、附图2结构不同处，对没有阐述过的元器件以及结构侧重说明：三个行星轮1中装入星轮轴承50行星轮轴2从左侧穿入与输出轴5为一体的左侧圆盘上轴孔、穿过星轮轴承50、穿入右盘30的轴盲孔9（轴孔座）中，挡盘44同轴套装在输出轴5右侧，用挡盘栓43紧固，以防行星轮轴窜动。输入轴24的左端部依次穿过右密封环61、右端盖轴承22、右侧垫环62、右滚针轴承63、左滚针轴承64、左侧垫环65、空心轴支撑轴承49、左垫环68、右盘轴承29、中心轮6、与输出轴5为一体的左侧圆盘上的支撑轴承7中，中心轮6由轮键48固定在输入轴24的左段，输出轴5左侧的输出轴从右侧穿过，同轴心线装在左端盖9上的左端盖轴承4和左密封环46，左端盖栓9和机壳体28对正子口由左端盖栓40固连，右端盖26和机壳体28对正子口由右端盖栓66固连，3个平台42相间夹角为120度均等安装在与输出轴5为一体的左侧圆盘和右盘30对位孔座中，由平台栓47紧固。总成左轴承56和总成右轴承58之间夹装中垫环67，并安装在与内齿总成31为一体的右筒轴8和线性阻尼器20的空心轴23之间的轴承座中，左风孔41和右风孔57为散热孔，螺管式电磁铁17的拉杆16穿过双向锥形制动盘13外端部牵引架70的2个孔中，拉杆16上套装着涨簧53和弹性挡圈52，由弹性挡圈52卡装在拉杆16端部的圆周的凹槽中。输出轴键45用于连接负载，输入轴键60用于连接动力机，护盖69用于封闭机壳体28的开口处。右侧垫环62、左垫环68用于调整轴承之间的最佳间隙。

我们按照附图1、附图2和附图3的设计，已经研造出一台无级伺服传动器38，为了直观检测无级伺服传动器的技术性能，为其加装了仿真负载和红外测速仪，以事实来验证本发明的可行性和实用性。该无级伺服传动器38仿真机，其差动轮系的变速比为1：4.5，电动机39额定功率为500W,额定转速1200rpm，线性阻尼器20为ZA100A型，左单向逆止器10和右单向逆止器11均采用CSK型单向楔块式产品，左锥形制动环12、右锥形制动环14以及锥形制动盘13的锥角为18⁰。把电动机39、无级伺服传动器38与负载在同轴心线的状态下连接好，在实测时，给负载37逐渐加载，用红外测速仪检测无级伺服传动器38动力输入轴24和动力输出轴5转速和扭矩的变化，其结果是：无级伺服传动器38仿真机的输入轴24在带载变速过程中，始终保持在1152rpm，无级伺服传动器38仿真机的输出轴5从1152rpm可平滑变到256rpm，而输出扭矩也由3.9N.m增大到17.9N.m，在实测时，再给负载37逐渐减载，检测结果是：无级伺服传动器38仿真机的输入轴24在带载变速过程中，始终保持在1152rpm，无级伺增服传动器38仿真机的输出轴5转速从256rpm可平滑变到1152rpm，而输出扭矩也由17.9N.m减小到3.9N.m，转速、扭矩依然呈现跟随负载轻、重变化，按比例、平滑、线性地无级伺服传动。当本发明在空载时，其输入轴24与输出轴5的转速同为1200rpm。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，有可能对具体尺寸，或者局部结构做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无级伺服传动器，其特征在于：包括机体以及其内部安装的差动轮系、模式控制系以及阻尼系；以下分别对各个部分进行说明：

所述机体包括机壳体以及其两端分别安装的左端盖、右端盖；

所述差动轮系主要由左盘、右盘、行星轮、行星轮轴、中心轮、内齿总成以及同轴心线安装的输出轴、输入轴组成，其中所述输出轴左端贯穿左端盖且二者之间安装左端盖轴承，所述输出轴右端连接左盘，所述输入轴右端贯穿右端盖且二者之间安装右端盖轴承，所述输入轴的左端部通过支撑轴承安装在左盘中央的凹槽内，所述输入轴的左端由左向右依次固定安装中心轮、通过右盘轴承安装右盘，所述中心轮的外周分别啮合安装多个行星轮，所述行星轮通过星轮轴承套装在行星轮轴上，所述行星轮轴的两端分别插入左盘上装配的左轴承和右盘上装配的右轴承中；所述多个行星轮的外齿分别与间隔套装在右盘外部的内齿总成左端内齿环上的内齿啮合配合；

所述模式控制系主要由左单向逆止器、右单向逆止器、左锥形制动环、右锥形制动环、双向锥形制动盘以及偶数倍个螺管式电磁铁构成，其中左单向逆止器、双向锥形制动盘和右单向逆止器依次套装到与内齿总成为一体并位于其右端的的右筒轴上，所述左单向逆止器和右单向逆止器的内环均与右筒轴紧固相连，所述左单向逆止器和右单向逆止器的外环上分别紧固连接左锥形制动环与右锥形制动环，所述双向锥形制动盘在右筒轴上能轴向左右位移并能分别与所述的左锥形制动环与右锥形制动环配合实现单向逆止，所述偶数倍个螺管式电磁铁两两一组分别紧固于机壳体上，每组中的两个螺管式电磁铁分别相对布置在双向锥形制动盘的两侧且两个螺管式电磁铁的拉杆分别动连在双向锥形制动盘的两侧外缘端部从而通过拉杆动作实现双向锥形制动盘的轴向左右位移；

所述阻尼系主要由线性阻尼器组成，其中线性阻尼器安装在机体内，所述线性阻尼器中央的空心轴通过轴承同轴心线套装在输入轴上且空心轴的左端穿过所述右筒轴与所述右盘的右部固连，所述空心轴的左端与右筒轴之间安装有轴承；所述线性阻尼器右侧的基座与右端盖同轴线紧固相连，所述线性阻尼器外转子的连结盘与右筒轴的外端同轴线紧固相连。

2.根据权利要求1所述的无级伺服传动器，其特征在于：所述右筒轴通过总成左轴承、总成右轴承套装在线性阻尼器的空心轴上，且总成左轴承、总成右轴承之间设有中垫环；所述空心轴分别通过左滚针轴承、右滚针轴承支撑并动态相连套装在输入轴上。

3.根据权利要求1所述的无级伺服传动器，其特征在于：所述线性阻尼器的空心轴与所述右盘右部通过花键同轴心线相对连接；所述线性阻尼器右侧的基座与右端盖通过基座栓同轴线紧固相连，所述线性阻尼器外转子的连结盘与右筒轴的外端通过固栓同轴线紧固相连。

4.根据权利要求1所述的无级伺服传动器，其特征在于：所述中心轮通过轮键安装在输入轴上；所述输入轴右端和输出轴左端上分别设有用于连接动力系统的输入轴键和用于连接负载的输出轴键。

5.根据权利要求1所述的无级伺服传动器，其特征在于：所述行星轮为均布的三个；所述左盘和右盘之间按照相间夹角120°均等安装三个平台，每个平台的两端分别安装在左盘和右盘上的对位孔座中且用平台栓紧固。

6.根据权利要求1所述的无级伺服传动器，其特征在于：所述左轴承安装在左盘的轴孔内、右轴承安装在右盘的轴孔座内；所述输出轴位于左盘的左侧上套装挡盘，所述挡盘通过挡盘栓与左盘紧固后能顾封堵其上的轴孔，以防行星轮轴窜动。

7.根据权利要求1-6任一所述的无级伺服传动器，其特征在于：所述无级伺服传动器还包括伺服调控系，所述伺服调控系主要由控制器、传感放大执行器和调控器组成，所述传感放大执行器电连调控器，所述调控器电连线性阻尼器，所述控制器的功能包括用于提供电源控制电动机运转以及输出信号控制螺管式电磁铁动作，所述传感放大执行器用于监控电动机的电流并向调控器输出信号控制其向线性阻尼器输入大小不同的控制电流源。

8.由权利要求7所述无级伺服传动器构建的无级变速装置，其特征在于：包括电动机、无级伺服传动器以及负载，其中所述电动机同轴心线连接无级伺服传动器的输入轴，所述无级伺服传动器的输出轴连接负载，所述控制器一方面连接电源线、另一方面分别连接电动机和无级伺服传动器中的螺管式电磁铁，所述电动机电连传感放大执行器，所述传感放大执行器电连调控器，所述调控器电连线性阻尼器。

9.权利要求8所述无级变速装置的变速方法，其特征在于：所述控制器为电动机注入电流，所述电动机则驱动无级伺服传动器，所述无级伺服传动器驱动负载旋转运行，所述传感放大执行器时刻监控电动机的电流并依据电动机电流的变化，控制所述控制调控器适时发出的控制电流，并通过调控线为无级伺服传动器内的线性阻尼器注入适合的电流源，所述线性阻尼器依据输入电流的变化，呈现出线性变化的机械力矩，该线性变化的机械力矩控制差动轮系内的右盘、输出轴和内齿总成之间的转速差，从而使无级伺服传动器输出与负载相匹配的最佳旋转动力，驱动负载的运行。

10.权利要求9所述无级变速装置的变速方法，其特征在于：将所述无级变速装置装配在电动汽车上，所述负载即为车轮负载，所述电动机即为电动汽车的驱动电机，变速方法包括以下几种变速模式：

一.车辆的前进模式

电动机顺时针旋转，同步带动输入轴顺时针旋转，控制器把前进的指令信号通过控制线传递给与双向锥形制动盘左侧连接的螺管式电磁铁，螺管式电磁铁的拉杆牵引双向锥形制动盘轴向左移，使左锥形制动环被制动，此时的左单向逆止器阻止内齿总成逆时针旋转；以下分三种运行状态来说明：

1、车辆起步、爬坡的前进状态：在上述前进模式的状态下，当车辆起步、爬坡遇阻时，电动机电流会逐渐增大，传感放大执行器监控到电动机电流的增加而适时控制调控器，调控器依据传感放大执行器传输的数据，通过调控线为无级伺服传动器内的线性阻尼器注入精确的控制电流源，此时的线性阻尼器的内、外转子无磁力链接，电动机顺时针旋转动力联动输入轴同步顺时针旋转，中心轮驱动行星轮，行星轮1驱动内齿总成的内齿环，由于左单向逆止器的单向逆止，内齿总成既不能逆时针旋转，也不顺时针旋转，故迫使行星轮带动输出轴连接车轮负载以大转矩、低速前行；

2、车辆的高速前进状态：在上述前进模式的状态下，当车辆的高速前进时，电动机电流会逐渐降低，传感放大执行器监控到电动机电流的降低而适时控制调控器，调控器依据传感放大执行器传输的数据，通过调控线为无级伺服传动器内的线性阻尼器注入精确的电流源，此时的线性阻尼器的内、外转子产生最大的磁力链接，因右盘与线性阻尼器的空心轴同轴心线固连，内齿总成的右筒轴与线性阻尼器的外转子连结盘同轴心线紧固相连，此时的中心轮、行星轮以及内齿总成的内齿都停止动轴线旋转而脱出传动，所以在高速前进状态下的内齿总成与右盘、输出轴同步、同向顺时针旋转，电动机的动力通过无级伺服传动器，1：1的传动给车轮负载，车辆高速前行；

3、车辆的无级伺服传动前进状态：在上述前进模式的状态下，车辆的无级伺服传动前进时，此时传感放大执行器精确监控电动机电流的变化，而适时控制调控器，调控器依据传感放大执行器传输的数据，经调控线为无级伺服传动器内的线性阻尼器注入精确的电流源，此时的线性阻尼器的内、外转子之间的磁力链接线性地跟随调控器注入的精确、变化的电流源产生适时变化的磁力链接力矩，内齿总成在线性阻尼器的外转子的带动下，滑差顺时针旋转，此时的差动轮系起到力矩合成与分解的功能，调控器给线性阻尼器注入的电流源信号越强，线性阻尼器的磁力链接力矩越大，内齿总成与右盘、输出轴的转速差越小，无级伺服传动器的输出轴转速也越高；反之线性阻尼器的磁力链接力矩越小，内齿总成与右盘、输出轴的转速差越大，无级伺服传动器的输出轴转速也越低；

二、车辆的“倒挡”模式

控制电动机逆时针旋转，同步带动输入轴逆时针旋转，控制器把倒退的指令信号通过控制线传递给给与双向锥形制动盘右侧连接的螺管式电磁铁，螺管式电磁铁的拉杆迅速牵引双向锥形制动盘轴向右移，使右锥形制动环被制动，右单向逆止器阻止内齿总成顺时针旋转；此时的传感放大执行器自动断开调控线，线性阻尼器的内、外转子无磁力链接，电动机逆时针旋转动力联动输入主轴同步逆时针旋转，中心轮驱动行星轮，行星轮驱动内齿总成的内齿环，由于右单向逆止器的单向逆止，内齿总成既不能顺时针旋转，也不逆时针旋转，故迫使行星轮带动输出轴连接车轮负载大扭矩、低速倒行；

三、车辆的“空挡”模式

控制器中断所有螺管式电磁器的控制电源，双向锥形制动盘居中位，故左单向逆止器和右单向逆止器都失去逆止功能，导致内齿总成处于自由旋转状态，此时的输入轴输入的旋转动力被内齿总成释放，即使电动机旋转，无级伺服传动器的输出轴也无动力输出。