CN109874318A - 电磁力变矩器 - Google Patents

Abstract

电磁力变矩器，涉及一种行星排结构的机械力与电磁力复合传动器。本发明包括传动机械、发电机、变电器、电动机和制动器，传动机械包括两个单层星行星排，两个行星排之间的连接方式为星连接；传动机械有三个旋转构件：一号行星排中心轮是一个旋转构件，二号行星排中心轮是另一旋转构件，具有完全相同转速的一号行星排行星架与二号行星排行星架组成第三个旋转构件，第三个旋转构件简称行星架。本发明传动机械与即时馈电系统共同作用，机械力矩与电磁力力矩共同作用，当输入转速恒定，输出连接端转速大时总输出力矩小，输出连接端转速小时总输出力矩大，形成了电磁力变矩器。其变矩范围大于传统液力变矩器，传动效率高于传统液力变矩器。

Description

电磁力变矩器

技术领域

本发明涉及一种行星排结构的机械力与电磁力复合传动器，具体为一种变距范围大、传动效率高的电磁力变矩器。

背景技术

传统机动车辆传动系统中采用的变矩器为液力变矩器，依靠液体流动变矩，液体流动的特性造成其变矩范围不大，传动效率不高。机动车辆需要新的变矩器提供更大变距范围、更高传动效率。

普通圆柱齿轮行星排一般由两个中心轮(一个太阳轮、一个内齿圈)与一个带行星轮的行星架三个部件组成，三个部件分别是转速独立的旋转构件，三个部件的啮合排列关系决定行星排种类。行星轮对内与太阳轮啮合，行星轮对外与内齿圈啮合，一般情况下行星架带单层行星轮的是单层星行星排，行星架带相互啮合的两层行星轮的是双层星行星排。当结构需要时，行星排可以省略不设置一个中心轮(一个太阳轮或一个内齿圈)。多排行星排相互连接构成传动机械，传动机械中相互连接具有完全相同转速的几个部件构成一个旋转构件。

发明内容

本发明所要解决的就是现有机动车辆传统变矩器变距范围小、传动效率低的问题，提供一种变距范围大、传动效率高的电磁力变矩器。

本发明的电磁力变矩器，其特征在于所述的电磁力变矩器包括传动机械、发电机、变电器、电动机和制动器，传动机械包括一号行星排与二号行星排两个单层星行星排，两个行星排之间的连接方式为星连接；所述单层星行星排有两种组成形式，组成形式一：每个行星排包括一个中心轮(内齿圈)和一个带有行星轮的行星架，不设置太阳轮，中心轮(内齿圈)与行星轮啮合；组成形式二：每个行星排包括一个中心轮(太阳轮)和一个带有行星轮的行星架，不设置内齿圈，中心轮(太阳轮)与行星轮啮合；所述星连接即对两个行星排，使各行星排的行星轮组数目相同，调整各行星排尺寸大小，有的等比放大、有的等比缩小，直至各行星排中行星轮轴心到行星排轴心的距离都相等；把一排行星排行星轮轴心与相邻行星排行星轮轴心对齐相连接，这样的连接使参与连接的各行星轮拥有相同的转速，参与连接的各行星架拥有另一相同的转速；这样的行星排间连接方式，称为星连接；传动机械有三个旋转构件：一号行星排中心轮(内齿圈或太阳轮)是一个旋转构件，二号行星排中心轮(内齿圈或太阳轮)是另一旋转构件，具有完全相同转速的一号行星排行星架与二号行星排行星架组成第三个旋转构件，第三个旋转构件简称行星架。

以一号行星排中心轮作为输入连接端与输入端连接；以二号行星排中心轮作为输出连接端与输出端连接，电动机设置在输出连接端与输出端的连接路径上，输出连接端与电动机转子连接；以行星架作为控制端与发电机及制动器连接，控制端与发电机转子连接且与制动器连接；发电机、变电器以及电动机通过导线顺序连接，使发电机发电的电能流向变电器；用导线连接变电器与电动机，使变电器变电的电能流向电动机。

设一号行星排中的中心轮(内齿圈或太阳轮)齿数为Zz，中心轮(内齿圈或太阳轮)转速为Nz，行星轮齿数为Xz；设二号行星排中的中心轮(内齿圈或太阳轮)齿数为Zy，中心轮(内齿圈或太阳轮)转速为Ny，行星轮齿数为Xy；设行星架转速为Nj。解析该传动机械可知，该传动机械的传动关系遵从运动方程Zz*Xy*Nz-Zy*Xz*Ny＝(Zz*Xy-Zy*Xz)*Nj，当Zz*Xy与Zy*Xz数值接近时，(Zz*Xy-Zy*Xz)的数值接近而不等于零，即运动方程中Nj项的系数绝对值很小。

本发明传动机械的输入连接端与输入端的关系有同轴关系与旁轴关系两种，同轴关系采用输入连接端与输入端同轴直接连接，旁轴关系在输出连接端设置外接齿轮与旁轴输入端上的齿轮啮合而间接连接。类似地，本发明传动机械输出连接端与输出端的关系有同轴关系与旁轴关系两种。类似地，本发明传动机械输出连接端与电动机的关系有同轴关系与旁轴关系两种。类似地，本发明传动机械控制端与发电机的关系有同轴关系与旁轴关系两种。

本发明传动机械在传动时，控制端机械力力矩为输出连接端机械力力矩的(Zz*Xy-Zy*Xz)/(Zy*Xz)倍值，为输入连接端机械力力矩的(Zz*Xy-Zy*Xz)/(Zz*Xy)倍值。当Zy*Xz/Zz*Xy的值接近1.0时，这两个倍值的绝对值很小，控制端机械力矩相对于输入连接端机械力矩或输出连接端机械力矩很小。在传动机械中，当输入连接端输入的动力能量不变时，传递到输出连接端能量的减量会导致传递到控制端能量的增量；输出连接端转速的减量，会导致控制端转速的1/(1-Zy*Xz/(Zz*Xy))倍的增量。在电力系统中，当忽略能量耗损时，发电机发电的电能与电动机电动的电能相等。

动力从输入端稳定输入，当输出端荷载力矩极小时，动力基本传动到输出端，控制端基本无转速。

当输出端荷载力矩增大时，输出连接端转速减量，导致控制端转速增量。控制端带动发电机转子转动发电的电能增加，发电机的电磁反作用力对控制端增加机械力矩。这种控制端机械力矩按上述倍值支撑输出连接端等比增加机械力矩克服荷载。而且，发电机发电的电能即时流入变电器，经变电器变电，提供较大电流即时流出流向电动机，推动电动机转子向输出连接端提供电磁力力矩克服荷载。

当输出端荷载力矩很大时，输出连接端转速很小，导致控制端转速很大。控制端带动发电机转子高速转动发电，电压很高，发电机的电磁反作用力对控制端施加很大机械力矩。这种控制端机械力矩按上述倍值支撑输出连接端等比增加很大机械力矩克服荷载。而且，发电机发电的电能即时流入变电器，经变电器变电，提供很大电流即时流出流向电动机，推动电动机转子向输出连接端提供很大电磁力力矩克服荷载力矩。当输出连接端接近堵转时，发电机的电磁反作用力对控制端施加的机械力矩很大，支撑输出连接端等比增加机械力矩非常大大；电动机转子向输出连接端提供的电磁力力矩非常大。

当输出端荷载力矩减小时，输出连接端转速增量，对应控制端转速减量。控制端带动发电机转子转动发电的电能减量，发电机的电磁反作用力对控制端减少机械力矩。这种控制端机械力矩按上述倍值支撑输出连接端等比减少机械力矩克服荷载。而且，发电机发电的电能即时流入变电器，经变电器变电，提供较小电流即时流出流向电动机，推动电动机转子向输出连接端提供的克服荷载的电磁力力矩也减少。

这就是本发明电磁力变矩器的变矩工作过程。

本发明变矩器的传动效率取决于动力能量流经上述机械力传动路径与电磁力传动路径的传动效率以及传动时动力能量流经两种传动路径的百分比。当制动制动器时，控制端转速为零，发电机不工作，传动只使用机械力传动路径，本发明变矩器的传动效率就是机械力传动路径的传动效率。

所述发电机为现有成熟技术，说明书附图中示意为永磁发动机，也可以采用其他各种发动机。所述电动机为现有成熟技术，可以采用各种电动机。所述变电器变电使流入的高压电能转变为流出的大电流电能为现有成熟技术。所述制动器包括制动离合器、助力制动器等。当变电器扩展电路控制功能时，还能完成其他变配电功能及其他控制功能；例如向第三方电设备供电、接受第三方电设备供电以及向发电机供电使之变为逆发电的电动机等。当变电器扩展电路控制功能时，本发明电磁力变矩器与蓄电池、外接电源端口等电设备结合，构成两排星连接行排传动机械混动器。这种混动器具有输入端动力驱动、发电机作为逆发电的电动机驱动、电动机驱动、发电机发电吸能等四种工作模式，具有这四种工作模式自由组合的多种组合工作模式。

与传统发电机、电动机相配合的全电磁力传动方法相比，与传统液力变矩器的全液力机械传动方法相比，本发明传动机械与发电机、变电器、电动机、制动器以上述方法连接，采用机械力与电磁力混合传动的结构与方法具有创新性。发电机、变电器、电动机及电路形成了即时馈电系统。本发明传动机械与即时馈电系统共同作用，机械力矩与电磁力力矩共同作用，当输入转速恒定，输出连接端转速大时总输出力矩小，输出连接端转速小时总输出力矩大，形成了电磁力变矩器。本发明电磁力变矩器变矩范围大于传统液力变矩器，传动效率高于传统液力变矩器，这是本发明的有益之处。

附图说明

图1为行星排采用组成形式一的本发明电磁力变矩器一种示意图，图中输入连接端与输入端为同轴关系。图中1为输入连接端，2为输出连接端，3为控制端，4为制动器，5为发电机定子，6为发电机转子，7为电动机定子，8为电动机转子，9为变电器，10为输入端，11为输出端。

图2为行星排采用组成形式二的本发明电磁力变矩器一种示意图，图中输入连接端与输入端为同轴关系。图中1为输入连接端，2为输出连接端，3为控制端，4为制动器，5为发电机定子，6为发电机转子，7为电动机定子，8为电动机转子，9为变电器，10为输入端，11为输出端。

图3为行星排采用组成形式一的本发明电磁力变矩器另一种示意图，图中输入连接端与输入端为旁轴关系。图中1为输入连接端，2为输出连接端，3为控制端，4为制动器，5为发电机定子，6为发电机转子，7为电动机定子，8为电动机转子，9为变电器，10为旁轴输入端，11为输出端，12为外接齿轮。

图4为行星排采用组成形式二的本发明电磁力变矩器另一种示意图，图中输入连接端与输入端为旁轴关系。图中1为输入连接端，2为输出连接端，3为控制端，4为制动器，5为发电机定子，6为发电机转子，7为电动机定子，8为电动机转子，9为变电器，10为旁轴输入端，11为输出端，12为外接齿轮。

各图中行星排以整幅结构简图表示，制动器以一端接地的离合器形式表示，发电机转子示意为带粗方块形永磁体的转子，发电机定子示意为带细线形绕组的定子，电动机定子示意为带细线形绕组的定子，电动机转子示意为带细线形绕组的转子，输入端以粗线输入箭头示意，输出端以粗线输出箭头示意。各图中机械连接以粗线示意，电路连接以带箭头的细线示意。各部件只示意结构关系，未反映真实尺寸。

具体实施方式

实施例1：本发明电磁力变矩器的实施例1包括传动机械、发电机、变电器、电动机与制动器，参见图1。传动机械中行星排均采用组成形式一：设置两排单层星行星排，行星排均包括一个内齿圈和一个带行星轮组的行星架，均不设置太阳轮，内齿圈与行星轮相互啮合，两排行星排的齿轮模数不必须相同。使两排行星排的行星轮组数目相等，调节它们的尺寸，使它们行星轮的轴心一一相互对齐并连接，两排行星排就形成星连接。这两个行星排的行星轮转速相同，行星架转速相同。设一号行星排中内齿圈齿数为Zz，内齿圈转速为Nz，行星轮齿数为Xz；设二号行星排内齿圈齿数为Zy，内齿圈转速为Ny，行星轮齿数为Xy；设行星架转速为Nj。该传动机械的传动关系遵从运动方程Zz*Xy*Nz-Zy*Xz*Ny＝(Zz*Xy-Zy*Xz)*Nj，当Zz*Xy与Zy*Xz数值接近时，(Zz*Xy-Zy*Xz)的数值接近而不等于零，即运动方程中Nj项的系数绝对值很小。本实施例1以一号行星排内齿圈作为输入连接端(1)，通过套筒轴内轴与输入端(10)连接。以二号行星排内齿圈作为作为输出连接端(2)，向右侧延伸，在输出连接端(2)至输出端(11)的连接路径上设置电动机，图1中电动机定子(7)、电动机转子(8)组成电动机，输出连接端(2)与电动机转子(8)相连接。以行星架作为控制端(3)，在一号行星排内齿圈左侧设置发电机及制动器(4)，图1中发电机定子(5)、发电机转子(6)组成发电机，使控制端(3)通过套筒轴外轴向左侧延伸，与发电机转子(6)相连接并与制动器(4)相连接。用导线连接发电机与变电器(9)，使发电机发电的电能流向变电器(9)；用导线连接变电器(9)与电动机，使变电器(9)变电的电能流向电动机。图1中输入连接端(1)、输出连接端(2)、控制端(3)、输入端(10)、发电机、电动机与输出端(11)同轴。

与图1中传动机械输入连接端与输入端的同轴关系不同，图3示意了传动机械输入连接端与输入端的旁轴关系。图3中在输入连接端(1)上设置了外接齿轮(11)与旁轴输入端(10)上的齿轮啮合，形成传动机械输入连接端与输入端的旁轴关系。图1中的输出端(11)在图3中标示为(12)。图3中其他结构与图1中其他结构相同。

设输入动力稳定不变，当输出连接端(2)堵转少转某个角度时，控制端(3)相应多转1/(1-Zy*Xz/(Zz*Xy))倍角度。控制端(3)多转的转动，对应发电机电磁反作用力加大，控制端(3)机械力矩加大，等比输出连接端(2)的机械力矩加大。而且，控制端(3)多转的转动，通过发电机发电，电能即时流入变电器(9)，经变电器(9)变电，电能即时流入电动机，形成加大的电磁力力矩输出。当输出连接端(2)滑转多转某个角度时，控制端(3)会少转1/(1-Zy*Xz/(Zz*Xy))倍角度。控制端(3)少转的转动，对应发电机电磁反作用力减小，控制端(3)机械力矩减小，等比输出连接端(2)的机械力矩减小。而且，控制端(3)少转的转动，使发电机发电的电能减少，即时流入变电器(9)电能减少，变电后即时流入电动机的电能减少，形成减小的电磁力力矩输出。这就是本实施例1电磁力变矩器的变矩过程。

实施例2：本发明电磁力变矩器的实施例2包括传动机械、发电机、变电器、电动机与制动器，参见图2。传动机械中的行星排均采用组成形式二：设置两排行星排，行星排均包括一个太阳轮和一个带行星轮组的行星架，均不设置内齿圈，太阳轮与行星轮相互啮合，两排行星排的齿轮模数不必须相同。使两排行星排的行星轮组数目相等，调节它们的尺寸，使它们行星轮的轴心一一相互对齐并连接，两排行星排就形成星连接。这两个行星排的行星轮转速相同，行星架转速相同。设一号行星排中太阳轮齿数为Zz，太阳轮转速为Nz，行星轮齿数为Xz；设二号行星排中太阳轮齿数为Zy，太阳轮转速为Ny，行星轮齿数为Xy；设行星架转速为Nj。该传动机械的传动关系遵从运动方程Zz*Xy*Nz-Zy*Xz*Ny＝(Zz*Xy-Zy*Xz)*Nj，当Zz*Xy与Zy*Xz数值接近时，(Zz*Xy-Zy*Xz)的数值接近而不等于零，即运动方程中Nj项的系数绝对值很小。本实施例2以一号行星排太阳轮作为输入连接端(1)，通过套筒轴内轴与输入端(10)连接。以二号行星排太阳轮作为输出连接端(2)，向右侧延伸，输出连接端(2)与输出端(11)的连接路径上设置电动机，图2中电动机定子(7)、电动机转子(8)组成电动机，输出连接端(2)与电动机转子(8)相连接。以行星架作为控制端(3)，在一号行星排太阳轮左侧设置发电机及制动器(4)，图2中发电机定子(5)、发电机转子(6)组成发电机，使控制端(3)通过套筒轴外轴向左侧延伸，与发电机转子(6)相连接并与制动器(4)连接。用导线连接发电机与变电器(9)，使发电机发电的电能流向变电器(9)；用导线连接变电器(9)与电动机，使变电器(9)变电的电能流向电动机。图2中输入连接端(1)、输出连接端(2)、控制端(3)、输入端(10)、发电机、电动机与输出端(11)同轴。

与图2中传动机械输入连接端与输入端的同轴关系不同，图4示意了传动机械输入连接端与输入端的旁轴关系。图4中在输入连接端(1)上设置了外接齿轮(11)与旁轴输入端(10)上的齿轮啮合，形成传动机械输入连接端与输入端的旁轴关系。图2中的输出端(11)在图4中标示为(12)。图4中其他结构与图2中其他结构相同。

设输入动力稳定不变，当输出连接端(2)堵转少转某个角度时，控制端(3)相应多转1/(1-Zy*Xz/(Zz*Xy))倍角度。控制端(3)多转的转动，对应发电机电磁反作用力加大，控制端(3)机械力矩加大，等比输出连接端(2)的机械力矩加大。而且，控制端(3)多转的转动，通过发电机发电，电能即时流入变电器(9)，经变电器(9)变电，电能即时流入电动机，形成加大的电磁力力矩输出。当输出连接端(2)滑转多转某个角度时，控制端(3)会少转1/(1-Zy*Xz/(Zz*Xy))倍角度。控制端(3)少转的转动，对应发电机电磁反作用力减小，控制端(3)机械力矩减小，等比输出连接端(2)的机械力矩减小。而且，控制端(3)少转的转动，使发电机发电的电能减少，即时流入变电器(9)电能减少，变电后即时流入电动机的电能减少，形成减小的电磁力力矩输出。这就是本实施例2电磁力变矩器的变矩过程。

上述各实施例仅为本发明的部分实施方式。

Claims (2)

1.一种电磁力变矩器，包括传动机械、发电机、变电器、电动机与制动器，传动机械包括一号行星排与二号行星排两个单层星行星排，两个行星排之间的连接方式为星连接；所述单层星行星排有两种组成形式，组成形式一：每个行星排包括一个中心轮(内齿圈)和一个带有行星轮的行星架，不设置太阳轮，中心轮(内齿圈)与行星轮啮合；组成形式二：每个行星排包括一个中心轮(太阳轮)和一个带有行星轮的行星架，不设置内齿圈，中心轮(太阳轮)与行星轮啮合；所述星连接即对两个行星排，使各行星排的行星轮组数目相同，调整各行星排尺寸大小，有的等比放大、有的等比缩小，直至各行星排中行星轮轴心到行星排轴心的距离都相等；把一排行星排行星轮轴心与相邻行星排行星轮轴心对齐相连接，这样的连接使参与连接的各行星轮拥有相同的转速，参与连接的各行星架拥有另一相同的转速；这样的行星排间连接方式，称为星连接；传动机械有三个旋转构件：一号行星排中心轮(内齿圈或太阳轮)是一个旋转构件，二号行星排中心轮(内齿圈或太阳轮)是另一旋转构件，具有完全相同转速的一号行星排行星架与二号行星排行星架构成第三个旋转构件，第三个旋转构件简称行星架；

以一号行星排中心轮作为输入连接端与输入端连接；以二号行星排中心轮作为输出连接端与输出端连接，电动机设置在输出连接端与输出端的连接路径上，输出连接端与电动机转子连接；以行星架作为控制端与发电机及制动器连接，控制端与发电机转子连接且与制动器连接；发电机、变电器以及电动机通过导线顺序连接，使发电机发电的电能流向变电器，使变电器变电的电能流向电动机；

传动机械与发电机、变电器、电动机、制动器共同作用，机械力矩与电磁力力矩共同作用，当输入转速恒定，输出连接端转速大时总输出力矩小，输出连接端转速小时总输出力矩大，形成了电磁力变矩器。

2.如权利要求1所述的电磁力变矩器，所述传动机械输入连接端与输入端的关系有同轴关系与旁轴关系两种；本发明传动机械输出连接端与输出端的关系有同轴关系与旁轴关系两种；传动机械输出连接端与电动机的关系有同轴关系与旁轴关系两种；传动机械控制端与发电机的关系有同轴关系与旁轴关系两种。