CN1172811C - 电磁阻尼式无级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁阻尼式无级变速器。其包括由行星齿轮传动机构组成的变速系统，所述行星齿轮传动机构设置在转子铁芯内，并在转子铁芯上嵌有鼠笼式导条，在转子铁芯的外围设有可与该转子铁芯产生电磁作用的定子铁芯，利用定子铁芯的旋转磁场与转子铁芯之间的转速差实现行星齿轮输出端的无级速动力速出。本发明可达到理想变速器，即由电子控制、能在整个传动范围都能连续、无档次地切换变速比，使变速器始终按最佳换挡规律自动变速。

Description

电磁阻尼式无级变速器

所属技术领域

本发明属于变速器技术，主要涉及的是一种电磁阻尼式无级变速器。

背景技术

目前应用于摩托车的无级变速器只有三角皮带式一种，应用于汽车的无级变速器仅有胶带式和金属带式两种。由姚彦兵编辑，人民邮电出版社的中央电视台讲座教材《摩托车的结构保养与检修》第15章介绍了应用于摩托车的皮带式无级变速器，它主要由主动皮带轮、三角皮带，从动皮带轮组成，重要部件三角皮带的使用寿命较短。最多可行驶2～3万公里，传动比只能在1.09～2.07范围内自动无级化变速。且动力的传递还需要自动离合器进行连接。由吴基安编辑，金盾出版社2000年2月出版的《汽车电工自学读本》第9章关于自动变速器发展应用状况中介绍：“理想的无级变速器是在整个传动范围中都能连续、无档次的切换变速比，使变速器始终按最佳换挡规律自动变速。可见，无级化是对自动变速器的理想追求。到目前为止，仅有胶带式和金属带式无级变速器两种。当前世界各大汽车公司对无级变速器的研制十分活跃，估计电子控制真正的无级变速器将在下一个世纪中得到广泛的应用”。

发明内容

本发明目的即由此产生，提出一种电磁阻尼式无级变速器，使其达到理想变速器，即由电子控制、能在整个传动范围都能连续、无档次地切换变速比，使变速器始终按最佳换挡规律自动变速。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：包括由行星齿轮传动机构组成的变速系统，所述行星齿轮传动机构设置在转子铁芯内，并在转子铁芯上嵌有鼠笼式导条，在转子铁芯的外围设有可与该转子铁芯产生电磁作用的定子铁芯，利用定子铁芯的旋转磁场与转子铁芯之间的转速差实现行星齿轮输出端的无级速动力速出。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

附图2为电磁开关和定子绕组组成的电路连接示意图。

附图3为发明带式制动器的结构示意图。

图中，1、2、中心轮轴，3、带式制动器，4、转子铁芯，5、定子铁芯，6、定子绕组，7、传感器，8、电子控制单元，9、开关组合，10、电源开关，11、12、行星轮轴，14、固定销，15、顶杆，16、回位弹簧，17、制动带。

具体实施方式

结合实施例给出的附图对其结构加以进一步说明：

下面结合附图1说明该变速器的基本构造和工作原理。图1是变速器的结构示意图，该变速器主要由齿轮轴1、2、11、12，嵌有鼠笼式导条的转子铁心4，定子铁心5，定子绕组6，带式制动器3，产生直流旋转磁场的供电系统7、8、9、10组成。齿轮轴1、2、11、12组成一个行星齿轮传动系统，其中1、2是中心轮(太阳轮)轴，11、12是行星轮轴，具有较少齿数的中心齿轮轴1作动力输入轴，是主动轮轴。具有较多齿数的中心齿轮轴2作动力输出轴，是从动轮轴。输入轴和输出轴具有设定的减速比。行星轮轴11、12的支架部分和鼠笼式转子铁心组成行星轮系的转臂(即转子)，定子绕组6及定子铁心5和外部供电系统用来产生与输出齿轮轴2同步的直流旋转磁场。外部供电系统的7是速度传感器，+、-号表示连接直流电源的端子。8是电子控制单元，用英文缩写字母ECU表示。9是电子或磁力的开关组合。10是总电源开关，用K表示。该系统是这样工作的，从速度传感器7取得的速度信号通过ECU处理后，控制电磁开关组合9的程序化通断，从而实现定子磁场与输出齿轮轴2的同步旋转。该系统所需的直流供电源由电瓶和车辆本身的硅整流发电机提供。

该变速器的工作原理是这样的：在断开外部电源开关10的情况下，当齿轮轴1有动力输入时，在齿轮轴2和转子(转臂)上可同时产生两个动力输出，它们的转速和转矩关系可通过周转轮系的传动比公式算出。其中齿轮轴2的旋转方向与输入轴同向，转子的旋转方向同输入轴反向，在车辆静止状态时，输出轴2被制动，同时电源开关10断开，这时齿轮轴1输入的动力从转子部分以相反方向输出，不对车辆产生推动力，该变速器此时具有离合器的功能。

在车辆起步时，电源开关10闭合，齿轮轴2的制动被解除，定子铁心5被充磁，这时高速反转的鼠笼式转子将受到电磁阻尼力的作用。由“法拉第电磁感应定律”得知：这个电磁阻尼力的大小是与转子和定子旋转磁场的转速差成正比的，在车辆静止时这个转速差最大，随着车速的逐渐增大，这个转速差会逐渐减小。在输入轴转速和输出轴转速同步时，该转速差为零。转速差的变化引起电磁阻尼力的变化，当定子受到电磁阻尼力作用时，动力将会通过输出轴2输出，该阻尼力对车辆来说，正是推动其前进的动力，该阻尼力的大小随着车辆的行驶状态能够自由调节。该变速器就是利用能够自由变化的电磁阻尼力来实现整个传动范围内的无级化变速的。

当车辆在下坡路面行驶时，在车辆自身运动惯性和重力势能的作用下，输出齿轮轴2的转速会高于输入齿轮轴1的转速，这时电磁力矩和发动机一起对车辆产生制动作用。如果这时断开电源开关10，那么电磁力矩产生的制动力就会消失。车辆就在自身运动惯性和重力势能的作用下实现自由滑行，这将可以节约燃油，降低百公里油耗。该变速器这时具有自由滑行器的功能。

带式制动器3是用来提高该变速器机械特性的硬度，用制动器3将转子制动住，同时断开电源开关10，这时，该变速器就成为恒变速器。在车辆上陡坡、起步和需减速行驶的情况下使用制动器3可提高该变速器的机械特性的硬度。

图2是由电磁开关和定子绕组组成的电路连接示意图，其中开关K就是图一所示的电源开关10，开关K1～K6组成的(a)部分就是图一所示的电磁开关组合9，R1～R6组成的(b)部分就是图一所示的定子线圈绕组6；直流旋转磁场的极数可以设计为2极、4极、6极或8极。因此(a)部分的开关数量应根据(b)部分的绕组数确定。该变速器还可以通过ECU对(a)部分电磁开关的控制，实现直流旋转磁场的极数和转速的任意变化，从而实现完全电子化的速度控制。

图2所示的(a)部分也可以设计成一个圆形滑动式开关(或换向器)，同变速器的动力输出轴2连动或由微型直流电机带动。通过输出轴2或直流电机的旋转实现开关的顺序通断。从而产生与输出轴2同步的定子旋转磁场，这样可以省去传感器、ECU部件，从而简化了外部供电系统。

图3是带式制动器3的结构示意图，它主要由固定销14、制动带17、制动顶杆15、回位弹簧16组成。当外力作用于顶杆15时，制动带17收紧，从而使变速器转子被抱紧固定。

综上所述，该变速器同现有的变速器相比，具有几个优点，首先省掉了车辆的离合器构件，再次具有自由滑行功能，可降低百公里油耗，并可实现电子控制的无级化变速。

该变速器性能的优劣，决定于转子和定子之间电磁阻尼力的大小。由公式F＝BIL得知，电磁作用力F的大小，由磁感应强度B、导体中电流I、导体长度L决定。当L值一定时，只能通过增大B值和I值来获得大的电磁作用力。因此变速器的定子和转子铁心应采用高导磁率的软磁性材料，如硅钢片、铁镍合金、铁基非晶态合金或坡莫合金等，鼠笼式导条应采用低电阻材料，如铝、铜或常温超导材料。在该变速器中，定子铁心的主要功能是产生强磁场，所以，当转子铁心采用普通硅钢片时，定子铁心可采用大于普通硅钢片导磁率的铁基非晶态合金或其它软磁性材料。

Claims (6)

1、一种电磁阻尼式无级变速器，包括由行星齿轮传动机构组成的变速系统，行星齿轮传动机构设置在转子铁芯(4)内，并在转子铁芯(4)上嵌有鼠笼式导条，在转子铁芯(4)的外围设有可与该转子铁芯(4)产生电磁作用的定子铁芯(5)，利用定子铁芯(5)的旋转磁场与转子铁芯(4)之间的转速差实现行星齿轮输出端的无级速动力输出；其特征在于：中心轮轴(1)(2)对称安装于转子的中心线位置，行星轮轴(11)(12)对称安装在两个中心轮轴两侧，行星轮支架和鼠笼式转子铁芯(4)共同构成转子部分，定子铁芯(5)上嵌有绕组(6)，定子和转子之间保留有相对旋转所需的空气隙。

2、根据权利要求1所述的电磁阻尼式无级变速器，其特征在于：由传感器(7)、电子控制单元(8)和电磁组合开关(9)组成供电系统用来产生定子旋转磁场。

3、根据权利要求1所述的电磁阻尼式无级变速器，其特征在于：用与中心轮轴(2)连动的或通过微型直流电机带动的圆形滑动式开关来产生定子旋转磁场。

4、根据权利要求1所述的电磁阻尼式无级变速器，其特征在于：在转子的端部设置有带式制动器(3)，用以对转子产生制动作用。

5、根据权利要求1所述的电磁阻尼式无级变速器，其特征在于：定子铁芯(5)、转子铁芯(4)采用高导磁率的软磁性材料，鼠笼式导条采用低电阻的导电材料。

6、根据权利要求1所述的电磁阻尼式无级变速器，其特征在于：转子铁芯(4)采用硅钢片、镍铁合金或非晶态软磁性材料，定子铁芯(5)采用高于转子铁心材料导磁率的软磁性材料。

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