CN113357327A - 一种电磁调速无级变速器 - Google Patents

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储江伟
李红
黄赫
刘贺
梁陈磊
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Abstract

本发明公开一种电磁调速无级变速器，其变速范围广、响应快，并兼起离合器功能。该电磁调速无级变速器主要由倒挡执行机构、齿轮传动副、磁极、电枢、测速电机及控制器组成；电枢轴与发动机曲轴相连，磁极轴与太阳轮轴刚性相连；齿轮传动副与驱动桥相连，将动力传递给左右车轮；电枢轴及磁极轴上均有测速电机，通过控制器输出的励磁电压实现速比变化。

Description

一种电磁调速无级变速器
技术领域
本发明属于汽车变速器技术领域，具体是涉及一种电磁调速无级变速器。
技术背景
同传统的变速器相比，无级变速器(CVT)具有结构紧凑，操作简便，传动效率高及成本低等优点。由于CVT传动比的线性变化，在机械结构中没有严格的档位，从而提升了行驶的舒适性。CVT可以在相当大的范围内实现无级变速，从而使传动系与发动机工况实现最佳匹配，提高整车的燃油经济性。但无级变速机构可提供的速比变化范围为2.6～0.445左右，不能完全满足整车传动比变化范围的要求，需要设置中间减速机构。金属带式无级变速器 (CVT)是通过表面呈V型的主动工作轮，金属带，V带的从动轮来实现动力传递。主动轮安装于输入轴之上，获得动力后带动金属带开始转动，而金属带的另一端会连接于从动轮，从动轮与输出轴相连接，于是动力传递到输出轴。CVT的变速原理是通过机械运行实现，若目标速比与当前速比相差较大时，变速器响应时间较长。针对无级变速器的特点，本发明实现了变速器大速比范围内无级变速，并提高了速比变化的响应速率。
发明内容
本发明的目的在于实现一种电磁调速无级变速器，其变速范围广、响应快，并兼起离合器功能。该电磁调速无级变速器主要由倒挡执行机构、齿轮传动副、磁极、电枢、测速电机及控制器组成；
电枢轴与发动机曲轴相连，磁极轴与太阳轮轴刚性相连；
齿轮传动副与驱动桥相连，将动力传递给左右车轮；
电枢轴及磁极轴上均有测速电机，通过控制器输出的励磁电压实现速比变化。
倒挡执行机构包括单排双行星轮行星机构、离合器C、制动器B，动力由太阳轮输入、行星架输出；
齿轮传动副速比为1∶2，其结构形式可以为轴线固定式，也可以为轴线旋转式。
无级调速功能由磁极、电枢、测速电机及控制器实现。电枢呈圆筒形，由铁磁材料制成，磁极由装有励磁绕组的铁磁材料制成，控制器通过引线接于磁极绕组上。电枢与磁极间无机械接触，当磁极绕组中无励磁电流时，电枢感应电动势为零，此时动力切断，实现离合器的功能。当励磁绕组中通以直流电后，沿磁极圆周建立其空间磁场。当电枢旋转时，电枢和磁极系统有相对运动，在电枢中引起感应电流。由此合成的电枢磁场与主磁通的磁场相互交链, 因而在两转子间建立转矩，这一转矩就带动磁极轴转动。改变控制器励磁电流可控制磁极轴转速，实现电枢轴和磁极轴间的无级调速，调速范围为10∶1～1∶1，且励磁电流的变化量决定了速比变化速率。
若电枢轴与磁极轴的速比为10∶1，齿轮传动副的速比为1∶2，电磁调速无级变速器的最大速比为5∶1；改变励磁电压使磁极轴与电枢轴的速比接近1∶1时，磁调速无级变速器的最小速比约为1∶2；即本发明可提供的速比变化范围为5.0～0.5。
倒挡执行机构采用单排、双圆柱行星齿轮机构，由太阳轮、在一个行星齿轮架上有两个互相啮合的行星齿轮(其中一个行星轮与太阳轮啮合,另一个和内齿圈啮合)，以及内齿圈等零件共同组成。
根据行星机构中传动部件的运动关系公式，即
ns-αnr-(1-α)nc＝0 (1)
式中：ns-太阳轮转速；
nr-齿圈转速；
nc-行星架转速；
α-齿圈与太阳轮齿数比。
根据公式(1)，齿圈固定，太阳轮输入，行星架输出的传动比为：
Figure BDA0002403570700000021
对于单排行星齿轮排α＞1，此时行星架的转动方向与太阳轮方向相反。若齿圈与太阳轮刚性连接，行星架与太阳轮同速同向旋转。
相对于现有技术，本发明的优点：与钢带式无级变速器相比，该电磁调速无级变速器的变速范围广、响应快，同时兼起离合器功能。
附图说明
图1为电磁调速无级变速器基本原理图。
附图1中，1为发动机；2为电枢轴；3为测速电机Ⅰ；4为轴承；5为电枢；6为磁极；
7为测速电机Ⅱ；8为磁极轴；9为离合器C；10为倒挡执行机构；11为制动器B；12为齿轮传动副；13为驱动桥；14为车轮；15为控制器
图2为本发明实施例1的结构原理图。
附图2中，1为电枢轴(输入轴)；2为测速电机Ⅰ；3为轴承；4为电枢；5为磁极；6 为测速电机Ⅱ；7为磁极轴；8为太阳轮轴；9为离合器C；10为太阳轮；11为行星架；
12为齿圈；13为制动器B；14为输出齿轮；15为输入齿轮；16为输出轴；17为控制器。
图3为本发明实施例2的结构原理图。
附图3中，1为电枢轴(输入轴)；2为测速电机Ⅰ；3为轴承；4为电枢；5为磁极；6 为测速电机Ⅱ；7为磁极轴；8为离合器C；9为太阳轮Ⅰ；10为齿圈Ⅰ；11为行星架Ⅰ；
12为制动带B；13为行星架Ⅱ；14为太阳轮Ⅱ；15为齿圈Ⅱ；16为制动器B1；17为输出轴；18为控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的具体实施方式不限于此。
实施实例1：
如图2所示：齿轮传动副(15/14)采用轴线固定式，传动比为1:2。该电磁调速无级变速器由电枢轴(1)、测速电机Ⅰ(2)、轴承(3)、电枢(4)、磁极(5)、测速电机Ⅱ(6)、磁极轴(7)、太阳轮轴(8)、离合器C(9)、太阳轮(10)、行星架(11)、齿圈(12)、制动器B(13)、输出齿轮(14)、输入齿轮(15)、输出轴(16)及控制器(17)组成。
1..驻车挡：控制器(17)输出励磁电流I＝0A，磁极轴转速为零，制动器B(13)、离合器C(9)同时工作，此时太阳轮(10)、齿圈(12)同时被制动，故行星架(11)静止不转动，此时变速器处于P挡；
2..倒挡：控制器(17)输出励磁电流I≠0A，磁极轴转速由励磁电流大小决定，制动器 B(13)工作，离合器C(9)不工作，此时齿圈(12)被固定，发动机动力由电枢轴(1)传递到磁极轴(7)，经太阳轮轴(8)输入，行星架(11)反向输出动力到输入齿轮(15)，增速后由输出齿轮(14)传递到输出轴(16)；
3..空挡：控制器(17)输出励磁电流I＝0A，磁极轴(7)转速为零，制动器B(13)、离合器C(9)均不工作；
4..前进挡：控制器(17)输出励磁电流I≠0A，磁极轴转速由励磁电流大小决定，离合器C(9)工作，制动器B(13)不工作，齿圈与太阳轮刚性连接，太阳轮(10)与行星架(11) 同速旋转。发动机动力由电枢轴(1)传递到磁极轴(7)，经太阳轮轴(8)输入，行星架(11) 输出到输入齿轮(15)，增速后由输出齿轮(14)传递到输出轴(16)。
实施实例2：
如图3所示：齿轮传动副采用轴线旋转式，行星齿轮排由行星架Ⅱ(13)、太阳轮Ⅱ(14)、齿圈Ⅱ(15)、制动器B1(16)组成，制动器B1(16)工作时，动力由行星架Ⅱ(13)输入，太阳轮Ⅱ(14)输出，且传动比为1:2，具体工作原理同前，此处不再赘述。
表1 电磁无级变速器各档位情况
Figure BDA0002403570700000041
○-工作 ×-不工作 --无意义。

Claims (3)

1.一种电磁调速无级变速器，其特征在于：它包括电枢轴(2)、轴承(4)、电枢(5)、磁极(6)、测速电机(3/7)、磁极轴(8)、倒挡执行机构(10)、齿轮传动副(12)及控制器(15)。
所述的倒挡执行机构(10)，包括单排双行星轮行星机构、离合器C(9)、制动器B(11)，动力由太阳轮输入、行星架输出；
所述的齿轮传动副速比为1:2，其结构形式可以为轴线固定式，也可以为轴线旋转式；
发动机(1)曲轴与电枢轴(2)相连，齿轮传动副(12)与汽车驱动桥(13)相连；
发动机ECU接受相关传感器信号，控制测速电机控制器(15)、倒挡执行机构(10)及传动齿轮副(12)动作，实现该电磁调速无级变速器换挡。
2.根据权利要求1所述的电磁调速无级变速器，其特征在于：电枢轴(2)、磁极轴(8)上均布置有测速电机，且由控制器(15)控制。
3.根据权利要求1所述的电磁调速无级变速器，其特征在于：测速电机(3/7)可以为永磁交流测速发电机、脉冲式测速发电机或他励式直流测速发电机。
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