CN116771870A - 一种电磁直线执行器控制无级变速系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁直线执行器控制无级变速系统，两根传动轴分别与无级变速器的动力输入端以及动力输出端相连，两个电磁直线执行器分别穿设于两传动轴上，在每个电磁直线执行器上均设有可沿对应传动轴轴向方向位移的自由端，两个自由端对应与无级变速器的动力输入端以及动力输出端转动配合，无级变速器带动两电磁直线执行器的自由端发生周向方向转动，电磁直线执行器的自由端位移并带动动力输入端或者动力输出端发生位移，两个电磁锁止器设于两自由端的周向方向上，两个电磁锁止器失电并抱死两个自由端，限制两个自由端发生轴向方向位移以及周向方向转动。集成后的系统结构紧凑，控制精度高。

Description

一种电磁直线执行器控制无级变速系统

技术领域

本发明涉及一种电磁直线执行器控制无级变速系统。

背景技术

目前已有的无级变速器中，变速部分由主动带轮、金属带和从动带轮组成，每个带轮都是由两个带有斜面的锥盘组成一体，其中一个锥盘是固定的定锥盘，另一个锥盘是可以轴向移动动锥盘，动锥盘的移动大部分处理方法是采用液压控制系统控制其轴向移动，也有采取速比电机带动速比齿轮转动，从而使动锥盘轴向移动达到改变速比的效果。传统的动锥盘移动虽然能够节约设计成本，提高动力传输效率，但集成程度以及移动的精度尚有提高的空间。

本专利旨在发明一种电磁直线执行器控制无级变速系统，将直线电机与无级变速器集成为一体，最大程度上缩短动力传输距离，采用直线电机控制无级变速器带轮装置以提高变速效率，同时集成后的系统结构紧凑，控制精度高，可以减小汽车的质量与体积，为汽车的整体设计与优化奠定了技术基础。

发明内容

本发明的电磁直线执行器控制无级变速系统，通过把电磁直线执行器与无级变速器集成起来，缩短速比执行机构的动力传递距离，具有结构紧凑动力传递距离短、效率高等优点，电磁直线执行器具有良好的动力输出平稳性，且控制精度高、结构简单，在拥有隔磁效果的内外磁轭的阻隔磁力后抗干扰能力强，有利于变速器的一体化和轻量化，使系统运行更加平稳顺滑；采用电磁直线执行器对动锥盘进行轴向控制，由电磁直线执行器代替传统的变速装置，缩小了整体尺寸，提高了变速效率，通过将电能转换成磁力再输出，可以用电流就控制动锥盘的轴向运动以达到变速效果，控制精度高响应时间短。

本发明所采用的技术方案有：

一种电磁直线执行器控制无级变速系统，包括具有动力输入端以及动力输出端的无级变速器，所述无级变速器的动力输入端以及动力输出端均可发生轴向位移用以改变无级变速器的速比，还包括电磁直线执行器、电磁锁止器和传动轴，两根传动轴分别与无级变速器的动力输入端以及动力输出端相连，两个电磁直线执行器分别穿设于两传动轴上，在每个电磁直线执行器上均设有可沿对应传动轴轴向方向位移的自由端，两个自由端对应与无级变速器的动力输入端以及动力输出端转动配合，无级变速器带动两电磁直线执行器的自由端发生周向方向转动，电磁直线执行器的自由端位移并带动动力输入端或者动力输出端发生位移，两个电磁锁止器设于两自由端的周向方向上，两个电磁锁止器失电并抱死两个自由端，限制两个自由端发生轴向方向位移以及周向方向转动。

进一步地，所述电磁直线执行器包括壳体、外磁轭、永磁体、执行器线圈、线圈骨架和内磁轭，所述内磁轭与外磁轭均固定于壳体内，线圈骨架设于壳体内，内磁轭与外磁轭位于线圈骨架的内外两侧，线圈骨架与无级变速器的动力输入端或者动力输出端转动配合，线圈骨架形成电磁直线执行器的自由端，传动轴贯穿于内磁轭和线圈骨架，执行器线圈绕设在线圈骨架上，永磁体固定于外磁轭的内壁面上。

进一步地，在线圈骨架的外壁面设有若干间隔布置的凹槽，在每个凹槽内绕设执行器线圈。

进一步地，每个凹槽内的执行器线圈由一根导线绕制，且相邻凹槽内线圈的绕制方向相反。

进一步地，传动轴轴向方向两个相邻永磁体的磁极按照沿着传动轴轴向方向与径向方向交错布置，内磁轭内壁上的所有的永磁体按照上述交错布置的方式布置。

进一步地，线圈骨架与无级变速器的动力输入端或者动力输出端之间通过轴承装配连接。

进一步地，所述壳体上设有检测线圈骨架轴向位移的位移传感器。

进一步地，所述电磁锁止器包括电磁线圈、弹簧以及锁止块，所述电磁线圈设于电磁直线执行器自由端的外侧且位置固定，在电磁线圈的内壁面上固定有若干弹簧，在每个弹簧的末端固定一个锁止块，电磁线圈得电后吸附所有锁止块并使弹簧处于压缩状态。

本发明具有如下有益效果：

本发明的电磁直线执行器与无级变速器集成系统，其目的在于将应用了无级变速器的变速系统和电磁直线执行器高度集成，无级变速器采用电磁直线执行器取代传统的液压控制系统或者速比电机控制系统，速比控制的精度和效率都将得到提高，并有效减小变速器的结构尺寸，减小传动系统的质量和体积；电磁直线执行器的动力输出后经过直线运动输出端直接传递给无级变速器的动锥盘，缩短速比执行机构的动力传递路线，提高动力传递效率，并且使整个系统的结构更加紧凑；电磁直线执行器的控制精度更高，具有较强的适用性，速比改变更加平稳顺滑，有利于增强变速系统工作的平顺性和可靠性。

附图说明

图1为本发明示意图。

图2为电磁直线执行器的结构示意图。

图3为电磁锁止器的结构示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明一种电磁直线执行器控制无级变速系统，包括无级变速器1、电磁直线执行器2、电磁锁止器3和传动轴4。

无级变速器1包括主动轮动锥盘11、主动轮定锥盘12、从动轮动锥盘13、从动轮定锥盘14和金属传动带15，其布置形式如图1，主动轮动锥盘11与从动轮动锥盘13分别形成无级变速器1的动力输入端以及动力输出端。无级变速器1的动力输入端以及动力输出端均可发生轴向位移用以改变无级变速器1的速比。

两根传动轴4分别与无级变速器的动力输入端以及动力输出端相连，两个电磁直线执行器2分别穿设于两传动轴4上，在每个电磁直线执行器2上均设有可沿对应传动轴轴向方向位移的自由端，两个自由端对应与无级变速器的动力输入端以及动力输出端转动配合，无级变速器1带动两电磁直线执行器2的自由端发生周向方向转动，电磁直线执行器2的自由端位移并带动动力输入端或者动力输出端发生位移，两个电磁锁止器3设于两自由端的周向方向上，两个电磁锁止器3失电并抱死两个自由端，限制两个自由端发生轴向方向位移以及周向方向转动。

本发明通过电磁直线执行器的电磁力转换原理，实质上通过控制内部的驱动电流方向，来达到使电磁直线执行器的直线运动输出端在轴向位移的目的，电磁直线执行器为动圈式结构，通过控制系统的电流大小和方向即可实现执行器所需的运动规律，且驱动力与控制电流成正比例关系而与位置无关。以下对电磁直线执行器的结构进行进一步描述。

如图2，电磁直线执行器包括壳体21、外磁轭22、永磁体23、执行器线圈24、线圈骨架25和内磁轭26，内磁轭26与外磁轭22均固定于壳体21内，内磁轭26与外磁轭22之间形成有供线圈骨架25运动的间隙。内磁轭26与外磁轭22采用同种具有隔磁效果的材料制成。

线圈骨架25设于壳体21内并置于内磁轭26与外磁轭22之间，线圈骨架25与无级变速器1的动力输入端或者动力输出端转动配合，线圈骨架25形成电磁直线执行器2的自由端，传动轴4贯穿于内磁轭26和线圈骨架25，执行器线圈24绕设在线圈骨架25上，永磁体23固定于外磁轭22的内壁面上。

为保证线圈骨架25外表面的光滑完整性，在线圈骨架25的外壁面设有若干间隔布置的凹槽，在每个凹槽内绕设执行器线圈24。每个凹槽内的执行器线圈24由一根导线绕制，且相邻凹槽内线圈的绕制方向相反，一定程度上可以改善电枢反应。

传动轴4轴向方向两个相邻永磁体23的磁极按照沿着传动轴轴向方向与径向方向交错布置，内磁轭26内壁上的所有的永磁体23按照上述交错布置的方式布置。永磁体23在轴线方向上采用Halbach阵列布置，该种布置方式磁通量更大，磁力更大。

线圈骨架25与无级变速器1的动力输入端或者动力输出端之间通过轴承5装配连接。

结合图3，本发明中的电磁锁止器3包括电磁线圈31、弹簧32以及锁止块33，电磁线圈31与壳体21固定并置于线圈骨架25的外侧，在电磁线圈31的内壁面上固定有若干弹簧32，在每个弹簧32的末端固定一个锁止块33，电磁线圈31得电后吸附所有锁止块33并使弹簧32处于压缩状态。当电磁线圈31断电，弹簧32将锁止块33抵触在线圈骨架25上达到锁止的目的。

当变速器需要改变速比时，对主动轮动锥盘11一侧电磁直线执行器2内的执行器线圈24通电流，在磁场中执行器线圈24产生的电磁力转换原理作用下发生轴向运动，带动线圈骨架25进行轴向运动，因为轴承5固定于主动轮动锥盘11上，因此电磁直线执行器可以直接驱动主动轮动锥盘11沿着传动轴4做直线运动，通过增大或者缩小主动轮动锥盘11和主动轮定锥盘12之间的距离，进而改变金属传动带15的工作半径，

与此同时，在从动轮动锥盘13一侧的电磁直线执行器会通过接入相反电流，从而与主动轮动锥盘11一侧电磁直线执行器2产生相同方向的位移，在从动轮动锥盘13一侧的电磁直线执行器的带动下，从动轮动锥盘13向相同的方向运动，最终减小或增大从动轮动锥盘与从动轮定锥盘之间的距离，因此完成变速操作。

当汽车发动机运转时，将转矩通过离合器传递到无级变速器动力传动轴，由于主动轮动锥盘和主动轮定锥盘会与金属传动带之间产生摩擦，故将动力传递到金属传动带，金属传动带再将动力传递至从动轮，最后动力通过无级变速器动力输出轴输出。

本发明位移传感器采用电感式直线位移传感器，主要是由产生交变磁场的励磁线圈和位于交变磁场中具有导电性的被测物所组成，基于楞次定律检测磁通量的变化来实现位置的检测。以主动轮动锥盘11一侧电磁直线执行器2为例，当电磁直线执行器通电且不需要改变速比时，直线位移传感器时刻监测主动轮动锥盘位置，如果检测到发生轴向位移，会给予适当的正向或者方向电流进行修正。电磁直线执行器的内磁轭26与外磁轭22采用同种具有隔磁效果的材料制成以此降低发生电磁泄露的概率，保证输出功率的稳定性。当电磁直线执行器断电时，电磁线圈31断电，弹簧32工作将锁止块33压紧，从而将电磁直线执行器的线圈骨架锁止。

本发明设计的电磁直线执行器控制无级变速系统，电磁直线执行器均采用电磁力转换原理，实质上通过控制内部的驱动电流方向，来达到使电磁直线执行器的直线运动输出端在轴向位移的目的，使用本发明结构简单、控制精度高、响应速度快；应用在混动汽车以及纯电动汽车上时，能够有效节约能源，增加行驶里程，提高能源利用率，对汽车的乘坐舒适性以及智能化轻量化奠定了基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电磁直线执行器控制无级变速系统，包括具有动力输入端以及动力输出端的无级变速器（1），所述无级变速器（1）的动力输入端以及动力输出端均可发生轴向位移用以改变无级变速器（1）的速比，其特征在于：还包括电磁直线执行器（2）、电磁锁止器（3）和传动轴（4），两根传动轴（4）分别与无级变速器的动力输入端以及动力输出端相连，两个电磁直线执行器（2）分别穿设于两传动轴（4）上，在每个电磁直线执行器（2）上均设有可沿对应传动轴轴向方向位移的自由端，两个自由端对应与无级变速器的动力输入端以及动力输出端转动配合，无级变速器（1）带动两电磁直线执行器（2）的自由端发生周向方向转动，电磁直线执行器（2）的自由端位移并带动动力输入端或者动力输出端发生位移，两个电磁锁止器（3）设于两自由端的周向方向上，两个电磁锁止器（3）失电并抱死两个自由端，限制两个自由端发生轴向方向位移以及周向方向转动。

2.如权利要求1所述的电磁直线执行器控制无级变速系统，其特征在于：所述电磁直线执行器包括壳体（21）、外磁轭（22）、永磁体（23）、执行器线圈（24）、线圈骨架（25）和内磁轭（26），所述内磁轭（26）与外磁轭（22）均固定于壳体（21）内，线圈骨架（25）设于壳体（21）内，内磁轭与外磁轭位于线圈骨架的内外两侧，线圈骨架（25）与无级变速器（1）的动力输入端或者动力输出端转动配合，线圈骨架（25）形成电磁直线执行器（2）的自由端，传动轴（4）贯穿于内磁轭（26）和线圈骨架（25），执行器线圈（24）绕设在线圈骨架（25）上，永磁体（23）固定于外磁轭（22）的内壁面上。

3.如权利要求2所述的电磁直线执行器控制无级变速系统，其特征在于：在线圈骨架（25）的外壁面设有若干间隔布置的凹槽，在每个凹槽内绕设执行器线圈（24）。

4.如权利要求3所述的电磁直线执行器控制无级变速系统，其特征在于：每个凹槽内的执行器线圈（24）由一根导线绕制，且相邻凹槽内线圈的绕制方向相反。

5.如权利要求2所述的电磁直线执行器控制无级变速系统，其特征在于：传动轴（4）轴向方向两个相邻永磁体（23）的磁极按照沿着传动轴轴向方向与径向方向交错布置，内磁轭（26）内壁上的所有的永磁体（23）按照上述交错布置的方式布置。

6.如权利要求2所述的电磁直线执行器控制无级变速系统，其特征在于：线圈骨架（25）与无级变速器（1）的动力输入端或者动力输出端之间通过轴承（5）装配连接。

7.如权利要求2所述的电磁直线执行器控制无级变速系统，其特征在于：所述壳体（21）上设有检测线圈骨架（25）轴向位移的位移传感器。

8.如权利要求1所述的电磁直线执行器控制无级变速系统，其特征在于：所述电磁锁止器（3）包括电磁线圈（31）、弹簧（32）以及锁止块（33），所述电磁线圈（31）设于电磁直线执行器（2）自由端的外侧且位置固定，在电磁线圈（31）的内壁面上固定有若干弹簧（32），在每个弹簧（32）的末端固定一个锁止块（33），电磁线圈（31）得电后吸附所有锁止块（33）并使弹簧（32）处于压缩状态。