CN202914648U - 电机调速的无级变速装置 - Google Patents

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Abstract

电机调速的无级变速装置，包括动力输入轴（1）和动力输出的行星架（3），动力输入轴（1）上安装固定有太阳轮（2），太阳轮（2）与安装在行星架（3）一端上的行星齿轮（4）相啮合，行星齿轮（4）与齿圈（8）的内圈齿相啮合，齿圈（8）通过轴承安装在壳体上，所述齿圈（8）的外圈齿与减速齿轮（7）相啮合，减速齿轮（7）通过联轴器（6）与调速电机（5）的输出轴相连接，动力由行星架（3）的末端输出，本实用新型在齿圈的外侧设置有带减速齿轮的调速电机，齿圈的外圈齿与减速齿轮相啮合，能通过调速电机能够实现较宽范围的无极调速，能够满足各类机械中各种不同传动比变化的要求，结构紧凑，传动效率高，运用范围广泛。

Description

电机调速的无级变速装置
技术领域
本实用新型涉及一种无级变速装置，尤其涉及一种电机调速的无级变速装置。 
背景技术
动力传动装置或称机构是一切机械最基础的重要组成部分，其功用是将动力源（如发动机或电动机等）发出的动力传给工作机构，如各类车辆的驱动车轮、舰船的螺旋桨、机床的主轴/刀盘等。由于动力源的动力学特性，如转速、转矩等，往往与工作机构的需求存在较大的差异，为此动力源与工作机构间的动力传动装置需具有变速功能，这就是众多机械中的传动装置采用变速器的原因。
目前，各类机械中在用的变速器有机械有级变速器、机械无级变速器（如CVT）、液力无级变速器（如液力变矩器）等多种，其中：机械有级变速器的缺点是变速器的档位数有限，通常只有4～6档，由于每一个档位间的传动比有较大的级差且换档过程传动比是跳跃性变化，因此其动力传动特性不够理想，这正是人们一直希望用无级变速器取代机械有级变速器的直接原因；CVT和液力变矩器具有无级变速的功能，但二者共同的缺点是：①传动比变化范围小，常需要与另一个有级机械变速器配合使用才能够满足各类机械中对传动比变化范围的要求；②传动效率低、能耗大；③结构复杂、制造成本高。
中国专利授权公告号为：CN102720812A，公告日为：2012年10月10日的发明专利公开了一种可双输入两挡无级变速装置，包括输入太阳轮总成，至少一个行星轮总成，输出太阳轮总成，行星架总成，输入太阳轮总成、行星架总成和输出太阳轮总成具有重合的旋转轴线并且两者之间能相对转动，输入太阳轮总成、输出太阳轮总成和行星架总成的任意两者之间可以相互锁定，行星轮总成绕轴安装于行星架总成上，行星轮与各自的太阳轮啮合。但是该装置结构简单，传动效率低、能耗大，传动比变化范围小，无级变速的效果不太理想。 
发明内容
本实用新型的目的是针对现有的无级变速装置结构复杂，传动效率低、能耗大，传动比变化范围小的缺陷和不足，现提供一种结构简单，传动效率高、能耗较小，传动比变化范围大的电机调速的无级变速装置。
为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：电机调速的无级变速装置，包括动力输入轴和动力输出的行星架，动力输入轴上安装固定有太阳轮，太阳轮与安装在行星架一端上的行星齿轮相啮合，行星齿轮与齿圈的内圈齿相啮合，齿圈通过轴承安装在壳体上，所述齿圈的外圈齿与减速齿轮相啮合，减速齿轮通过联轴器与调速电机的输出轴相连接，动力由行星架的末端输出。
所述调速电机为交流调速电机。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型在齿圈的外侧设置有带减速齿轮的调速电机，齿圈的外圈齿与减速齿轮相啮合，行星架的另一端安装有换挡齿轮机构，结构紧凑，传动效率高。
2、本实用新型通过调速电机能够实现较宽范围的无极调速，能够满足各类机械中各种不同传动比变化的要求，运用范围广泛。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图中：动力输入轴1，太阳轮2，行星架3，行星齿轮4，调速电机5，联轴器6，减速齿轮7，齿圈8。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。 
参见图1，本实用新型的电机调速的无级变速装置，包括动力输入轴1和动力输出的行星架3，动力输入轴1上安装固定有太阳轮2，太阳轮2与安装在行星架3一端上的行星齿轮4相啮合，行星齿轮4与齿圈8的内圈齿相啮合，齿圈8通过轴承安装在壳体上，所述齿圈8的外圈齿与减速齿轮7相啮合，减速齿轮7通过联轴器6与调速电机5的输出轴相连接，动力由行星架3的末端输出。
本实用新型的电机调速的无级变速系统由调速电机5、行星齿轮机构以及减速齿轮组成。动力输入轴1上安装固定有太阳轮2，太阳轮2与安装在行星架3上的行星齿轮4相啮合，行星齿轮4与齿圈8的内圈齿相啮合，齿圈8通过轴承安装在本实用新型的壳体上。齿圈8的外圈齿与减速齿轮7相啮合，减速齿轮7通过键或花键固联在减速齿轮轴上，减速齿轮7通过联轴器6与调速电机5的输出轴相固定。
本实用新型的工作过程和原理如下：                     
当处于低档时，太阳轮2将动力传递给行星齿轮机构，使得动力通过行星架3输出。由于齿圈8的外圈齿与减速齿轮7相啮合，当调速电机5静止不转动时，行星齿轮机构的齿圈8也静止不动。电机调速无级变速系统的动力传递路线是：输入轴1——太阳轮2——行星齿轮4——行星架3输出。
若设齿圈8的转速为                                                
Figure 201220658421X100002DEST_PATH_IMAGE001
、太阳轮2的转速为
Figure 55004DEST_PATH_IMAGE002
、行星架的转速为，此状态下
Figure 34462DEST_PATH_IMAGE004
，电机调速无级变速系统的传动比）
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，式中分别是太阳轮2和齿圈8的齿数，调整太阳轮2和齿圈8的齿数就可以获得所需的各种不同的传动比。若取太阳轮2和齿圈8的齿数分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 334042DEST_PATH_IMAGE008
，则电机调速无级变速系统的最大传动比
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；若
Figure 148414DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 33193DEST_PATH_IMAGE010
，则电机调速无级变速系统的最大传动比
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。
行星齿轮机构传动比的计算方法是：将整个行星轮系以与行星架运动方向相反的方向及与行星架相同的速度转动，此时行星架的转速即为零，于是行星轮系就转换成定轴轮系，行星轮系速比的计算便转换成定轴轮系速比的计算，即：
     
Figure 365473DEST_PATH_IMAGE012
                       （1）
式中：——将行星轮系转换为定轴轮系即转换机构的速比；
  
Figure 564373DEST_PATH_IMAGE014
——分别是太阳轮2、行星轮4和齿圈8的齿数；
  
Figure DEST_PATH_IMAGE015
——分别是太阳轮2、行星架3和齿圈8的转速。
当齿圈8的转动方向与太阳轮2的转动方向相同时，
Figure 295569DEST_PATH_IMAGE016
前的符号为“+”；当齿圈8的转动方向与太阳轮2的转动方向相反时，
Figure 351250DEST_PATH_IMAGE016
前的符号为“--”。
前面述及
Figure 105579DEST_PATH_IMAGE004
，式（1）可改写为：
  
Figure DEST_PATH_IMAGE017
 
Figure 904908DEST_PATH_IMAGE018
   
Figure DEST_PATH_IMAGE019
    
Figure 920454DEST_PATH_IMAGE020
当处于无极调速状态时，调速电机5转动，减速齿轮7带动齿圈8 转动，设齿圈8的转速为，将其代入式（1）得：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
            （2）
由于齿圈8的转动方向与太阳轮2的转动方向相反，因此上式前面的符号为负，即：
Figure 561837DEST_PATH_IMAGE022
，此式可改写为：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
                 （3）
无级调速过程中电机调速无级变速系统的传动比  
Figure DEST_PATH_IMAGE025
      （4）
把式（3）代入式（4）得：  
Figure 391100DEST_PATH_IMAGE026
           （5）
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
即是前面说到的电机调速无级变速系统最大传动比。若齿圈8的转速与行星架3的转速相等，即
Figure 469915DEST_PATH_IMAGE028
时，电机调速无级变速系统的传动比
Figure DEST_PATH_IMAGE029
；若齿圈8的转速大于行星架3的转速，即
Figure 30209DEST_PATH_IMAGE030
时，则电机调速无级变速系统的传动比
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，即电机调速无级变速系统可获得超速档；若齿圈8的转速等于零即
Figure 864173DEST_PATH_IMAGE004
时，则电机调速无级变速系统的传动比
Figure 814811DEST_PATH_IMAGE032
；若通过控制器连续调节调速电机的转速使得齿圈8的转速
Figure 697317DEST_PATH_IMAGE001
在
Figure 112117DEST_PATH_IMAGE004
至
Figure 54666DEST_PATH_IMAGE030
间连续变化，则电机调速无级变速系统的传动比
Figure DEST_PATH_IMAGE033
随之在
Figure 554917DEST_PATH_IMAGE032
至
Figure 975534DEST_PATH_IMAGE031
之间连续变化，即在
Figure 448104DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 561553DEST_PATH_IMAGE031
的范围内无级调速，这就是电机调速无级变速系统能实现无级变速的原理。
本实用新型的电机调速无级变速系统能根据需要进行传动比的无级调节，即：利用电机制动器将调速电机5置于制动状态，此时电机调速无级变速系统的传动比最大，其数值为；解除调速电机5的制动，调节调速电机的转速，电机调速无级变速系统的传动比随之无级变化，即无级变速。 

Claims (2)

1.电机调速的无级变速装置，包括动力输入轴（1）和动力输出的行星架（3），动力输入轴（1）上安装固定有太阳轮（2），太阳轮（2）与安装在行星架（3）一端上的行星齿轮（4）相啮合，行星齿轮（4）与齿圈（8）的内圈齿相啮合，齿圈（8）通过轴承安装在壳体上，其特征在于：所述齿圈（8）的外圈齿与减速齿轮（7）相啮合，减速齿轮（7）通过联轴器（6）与调速电机（5）的输出轴相连接，动力由行星架（3）的末端输出。
2.根据权利要求1所述的电机调速的无级变速装置，其特征在于：所述调速电机（5）为交流调速电机。
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