CN206164338U - 磁环式无级变速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的磁环式无级变速装置，包括一个主动旋转的主动永磁环以及一个中间永磁环，中间永磁环进入主动永磁环内，通过互相切割磁力线产生的磁力扭矩驱动中间永磁环旋转，中间永磁环带动花键轴同步旋转，通过花键轴将驱动力输入给齿轮变速装置；还包括一个静态的制动永磁环，在旋转的中间永磁环退出后，制动永磁环套入中间永磁环上，通过互相切割磁力线产生的磁力扭矩阻止中间永磁环旋转，使花键轴及与其相连的齿轮变速装置减速旋转或停止。本实用新型的一种磁环式无级变速装置可以同时实现无级变速、制动以及过载滑差保护的功能，其通过磁场传递扭矩，大大消除了有害振动，磨损和断裂，延长了变速装置寿命并且避免了过载引起的危害。

Description

磁环式无级变速装置

技术领域

本实用新型属于变速器技术领域，具体涉及一种磁环式无级变速装置。

背景技术

变速装置是在输入转速不变的条件下，使输出轴获得不同转速的传动装置。是机械系统动力传输过程中经常使用的部件，广泛应用于石油化工、动力工业、汽车制造业、采矿和船舶、航空航天、钢铁工业、造纸等行业。随着科学技术的不断发展，变速装置应用领域不断扩大，技术也在不断发展，新产品新技术层出不穷。

变速装置的类型较多，一般分为有级变速机构和无级变速机构。

有级变速机构：在输入转速不变的条件下，使输出轴获得一定的转速级数。优点：可实现在一定范围内分级变速，具有变速可调，传动比准确，结构紧凑等；缺点：零件种类数量多，高速回转不平稳，变速时有噪音。

无级变速机构：依靠摩擦来传递转矩，适量地改变主动件和从动件的转动半径，使输出轴的转速在一定的范围内无级变化。优点：可实现在一定范围内的无级变速，传动平稳，噪声小；缺点：机械无级变速机构的变速范围和传动比在实际使用中均限制在一定范围内，不能随意扩大，由于采用摩擦传动，变速时和使用中，随负荷性质的变化，不能保证准确传动比。

以上两种变速机构均无制动功能。

在实际应用中，有级变速机构不能实现无级变速功能，现有的无级变速机构只能在一定范围内的无级变速，由于采用摩擦传动，不能保证准确传动比。现有的各种变速装置均为接触式变速传动，机械结构复杂，材料要求高，加工精度高，制作装配难度大，需机油润滑，成本高，寿命短。所以为了提高变速装置的性能，大大消除有害振动，磨损和断裂，延长变速装置寿命并能提供全行程无级变速、制动和过载滑差保护。是未来变速装置发展的必然趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磁环式无级变速装置，解决了现有的无级变速机构不能全行程无级变速、不能保证准确传动比且两种变速机构均无制动功能的缺点。

本实用新型所采用的技术方案是：磁环式无级变速装置，包括至少一个主动旋转的主动永磁环以及至少一个中间永磁环，至少一个中间永磁环在中间拨盘动力源的驱动下进入主动永磁环内，通过互相切割磁力线产生的磁力扭矩驱动中间永磁环旋转，至少一个中间永磁环带动花键轴同步旋转，通过花键轴将驱动力输入给齿轮变速装置，通过调节中间永磁环进入主动永磁环的深度改变中间永磁环与主动永磁环之间的磁场耦合面积，从而控制驱动磁力扭矩的大小；

还包括至少一个静态的制动永磁环，在旋转的中间永磁环从主动永磁环中完全退出后，至少一个制动永磁环在制动永磁环动力源的驱动下套入中间永磁环上，通过互相切割磁力线产生的磁力扭矩阻止中间永磁环旋转，使花键轴及与其相连的齿轮变速装置减速旋转或停止，通过调节制动永磁环进出中间永磁环的深度及快慢改变两者的磁场耦合面积，从而控制制动磁力扭矩的大小。

本实用新型的特点还在于，

主动永磁环通过动力输入盘连接的动力机驱动主动永磁环主动旋转。

中间永磁环还和中间拨盘以及花键套通过轴承和压盖连为一体，花键轴设于花键套内，中间拨盘动力源推动中间拨盘做往复运动。

中间拨盘动力源与制动永磁环动力源均通过螺钉固定于固定盘上，固定盘作为中间拨盘动力源与制动永磁环动力源的支撑体，制动永磁环动力源推动制动永磁环作往复式运动。

主动永磁环为内侧圆环式结构，提供磁环式无级变速装置旋转的内永磁场，通过改变主动永磁环几何尺寸和安装磁铁数量来控制传递功率的大小。

中间永磁环为外侧圆环式结构，提供磁环式无级变速装置旋转的外永磁场，通过改变中间永磁环的几何尺寸和磁铁安装数量来控制传递功率的大小。

制动永磁环为内侧圆环式结构，提供磁环式无级变速装置静态的内永磁场，通过改变制动永磁环的几何尺寸和磁铁安装数量来控制传递功率的大小。

主动永磁环、中间永磁环以及制动永磁环的轴线重合。

中间拨盘动力源与制动永磁环动力源为液压缸、气缸、伺服电机、电动执行器或气动执行器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的磁环式无级变速装置解决了现有的无级变速机构不能全行程无级变速、不能保证准确传动比且两种变速机构均无制动功能的缺点。本实用新型的一种磁环式无级变速装置可以同时实现无级变速、制动以及过载滑差保护的功能，其通过磁场传递扭矩，大大消除了有害振动，磨损和断裂，延长了变速装置寿命并且避免了过载引起的危害，而且结构简单，制作装配方便，成本低，使用寿命长。

附图说明

图1是本实用新型的磁环式无级变速装置的结构示意图。

图中，1.动力输出盘，2.主动永磁环，3.中间永磁环，4.制动永磁环，5.中间拨盘，6.中间拨盘动力源，7.压盖，8.花键套，9.花键轴，10.齿轮部件，11.动力输出盘，12.固定盘，13.制动永磁环动力源，14.壳体，15.前盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供的磁环式无级变速装置的结构如图1所示，由永磁变速装置和齿轮变速装置两个部分组成。

永磁变速装置系统组成及功能如下：

永磁变速装置由主动永磁环转子、中间永磁环转子和制动永磁环定子三个部分组成。其中：

(1)主动永磁环转子：由动力输入盘1和主动永磁环2组成圆筒形整体，动力输入盘1和主动永磁环2为机械配合用螺钉连接。主动永磁环2为内磁环结构的主动旋转体，提供系统旋转的内永磁场。动力输入盘1连接动力机输入系统动力。工作时，由动力机带动主动永磁环转子高速旋转。

磁环式无级变速装置中主动永磁环2的永磁体采用内侧圆环式结构，根据传递功率不同，改变主动永磁环2几何尺寸和安装磁铁数量。来设计不同规格的磁环式无级变速装置。

(2)中间永磁环转子：由中间永磁环3、中间拨盘5、中间拨盘动力源6、压盖7、花键套8和固定盘12组成。中间永磁环3为外磁环结构的从动旋转体，提供系统旋转的外永磁场。中间永磁环3、中间拨盘5、压盖7和花键套8组成外磁环滑动组件。采用轴承和压盖7连接将中间永磁环3、中间拨盘5和花键套8连为一体，中间永磁环3为旋转体，而中间拨盘5是不旋转的。采用螺钉连接将中间拨盘动力源6与固定盘12连为一体。采用轴端螺钉连接将中间拨盘动力源6、中间拨盘5和固定盘12连为一体，固定盘12为中间拨盘动力源6的支撑体。中间拨盘动力源6可推动中间拨盘5作往复式运动。工作时，当动力机带动主动永磁环转子高速旋转后，在操作指令下，中间永磁环3在中间拨盘动力源6驱动下进入主动永磁环2内，中间永磁环3以径向固定气隙切割主动永磁环2的磁力线，这两个永磁场相互作用磁扭矩驱动中间永磁环3旋转，带动花键套8和花键轴9旋转，通过磁力耦合作用，由花键轴9将动力机的输出扭矩输入给齿轮变速装置。通过中间永磁环3进入(退出)主动永磁环2内深度及快慢的不同实现永磁变速装置无级调速的大小和调速的快慢，经过齿轮变速装置变速后就实现了负载设备无级调速的大小和调速的快慢。中间永磁环3进入主动永磁环2为加速，退出为减速。

永磁场是传递动力机输出动力并输入给负载设备的基础。

磁环式无级变速装置中的中间永磁环3的永磁体采用外侧圆环式结构。根据传递功率不同，改变中间永磁环3的几何尺寸和磁铁安装数量而设计不同规格的磁环式无级变速装置。

(3)制动永磁环定子：由制动永磁环4、固定盘12和制动永磁环动力源13组成。制动永磁环4为内磁环结构的静态体，提供系统静态的内永磁场。制动永磁环4和制动永磁环动力源13组成内磁环滑动组件。采用螺钉连接将制动永磁环动力源13与固定盘12连为一体。采用轴端螺钉连接将制动永磁环4与制动永磁环动力源13连为一体，固定盘12为制动永磁环动力源13的支撑体。制动永磁环动力源13可推动制动永磁环4作往复式运动。工作时，在旋转的中间永磁环3从主动永磁环2中完全退出后，在操作指令下，制动永磁环4在制动永磁环动力源13驱动下套入中间永磁环3之上，旋转的中间永磁环3以径向固定气隙切割静态的制动永磁环4的磁力线，这两个永磁场相互作用磁扭矩阻止中间永磁环3旋转，导致花键套8和花键轴9减速旋转或停止，结果减速旋转或停止的花键轴9输入给齿轮变速装置，起到制动作用。通过制动永磁环4套入(退出)中间永磁环3内深度及快慢的不同实现永磁变速装置制动力的大小和制动的快慢，经过齿轮变速装置变速后就实现了负载制动力的大小和制动的快慢。制动永磁环4套入中间永磁环3为制动，退出为减弱、解除制动。

磁环式无级变速装置中制动永磁环4的永磁体采用内侧圆环式结构，根据传递功率不同，改变制动永磁环4几何尺寸和安装磁铁数量。来设计不同规格的磁环式无级变速装置。

动力输出盘1、主动永磁环2、中间永磁环3、制动永磁环4、中间拨盘5、压盖7、花键套8、花键轴9可以设置在壳体14、前盖15以及固定盘12组成的密闭壳体中进行保护。

齿轮变速装置系统组成及功能如下：

齿轮变速装置可以由齿轮部件10和动力输出盘11组成。通过螺栓安装于固定盘12上，通过花键轴9接收永磁变速装置的输出量。

本实用新型的磁环式无级变速装置的变速、制动过程在动力源驱动系统驱动下自动/手动完成。

正常工作时：当主动永磁环2、中间永磁环3、制动永磁环4处于图1位置时，动力机带动动力输入盘1旋转，主动永磁环2同步旋转但没有切割中间永磁环3的磁力线而不产生磁扭矩，主动永磁环2转动，而中间永磁环3和制动永磁环4均不转动，花键轴9不旋转，无动力输入给齿轮变速装置，动力输出盘11无转速输出，负载不工作。

在操作指令1(加速)下，中间拨盘动力源6与制动永磁环动力源13同步工作，依靠导向杆导向，中间拨盘动力源6推动中间拨盘5带动中间永磁环3向前运动时，制动永磁环动力源13推动制动永磁环4亦同向移动，中间永磁环3与制动永磁环4同步，中间永磁环3进入主动永磁环2内，主动永磁环2以径向固定气隙切割中间永磁环3的磁力线，这两个永磁场相互作用磁扭矩驱动中间永磁环3旋转。带动花键套8和花键轴9旋转，并由花键轴9将动力机的输出扭矩输入给齿轮变速装置，经过齿轮变速装置中齿轮部件10的变速后，由动力输出盘11将动力输出给负载设备。根据负载工艺要求，在操作指令1下，中间拨盘动力源6与制动永磁环动力源13同步工作来调节中间永磁环3与主动永磁环2在轴线方向的相对位置(进入的深度)，以改变中间永磁环3与主动永磁环2之间的磁场耦合面积。磁耦合面积大，传递扭矩大，输出转速高，相应传递给齿轮变速装置的转速就高。磁耦合面积小，传递扭矩小，输出转速低，相应传递给齿轮变速装置的转速就低。磁耦合面积为零，中间永磁环3与主动永磁环2完全脱开，输出转速为零，相应无动力转速传递给齿轮变速装置。由于中间永磁环3进入主动永磁环2的深度是连续的，产生的磁扭矩大小也是连续的，传递给齿轮变速装相应的磁扭矩大小，经过齿轮变速装置变速后实现了负载的无级变速。用操作指令1控制中间拨盘动力源6对中间永磁环3进入主动永磁环2的深度及快慢就实现了永磁变速装置无级加速的大小和加速的快慢，经过齿轮变速装置变速后就实现了负载设备无级加速的大小和加速的快慢。中间永磁环3进入主动永磁环2为加速。

根据负载工艺要求，当需要减速、制动、停车时，在操作指令2(减速)下，中间拨盘动力源6与制动永磁环动力源13同步工作，依靠导向杆导向，中间拨盘动力源6推动中间拨盘5带动中间永磁环3从主动永磁环2中退出，制动永磁环动力源13带动制动永磁环4亦同向往后移动，中间永磁环3与制动永磁环4同步，以改变中间永磁环3与主动永磁环2之间的磁场耦合面积。磁耦合面积大，传递扭矩大，输出转速高，相应传递给齿轮变速装置的转速就高。磁耦合面积小，传递扭矩小，输出转速低，相应传递给齿轮变速装置的转速就低。当全部退出，主动永磁环2、中间永磁环3、制动永磁环4处于图1位置，磁耦合面积为零，中间永磁环3与主动永磁环2完全脱开，相应无动力转速传递给齿轮变速装置，动力输出盘11惯性旋转。用操作指令2控制中间拨盘动力源6对中间永磁环3退出主动永磁环2的深度及快慢就实现了永磁变速装置无级减速的大小和减速的快慢，经过齿轮变速装置变速后就实现了负载设备无级减速的大小和减速的快慢。中间永磁环3退出主动永磁环2为减速。

在旋转的中间永磁环3从主动永磁环2中完全退出后，在操作指令3(制动)下，中间拨盘动力源6不工作，中间永磁环3位置不变。依靠导向杆导向，制动永磁环动力源13推动制动永磁环4向前套入(退出)中间永磁环3之上时，旋转的中间永磁环3以径向固定气隙切割静态的制动永磁环4的磁力线，这两个永磁场相互作用磁扭矩阻止中间永磁环3旋转，导致花键套8和花键轴9减速旋转或停止，结果减速旋转或停止的花键轴9输入给齿轮变速装置，经过齿轮变速装置中齿轮部件10的变速后，导致动力输出盘11减速旋转或停止，起到制动作用。用操作指令3控制制动永磁环动力源13对制动永磁环4套入(退出)中间永磁环3内深度及快慢的不同实现永磁变速装置制动力的大小和制动的快慢，经过齿轮变速装置变速后就实现了负载制动力的大小和制动的快慢。制动永磁环4套入中间永磁环3为制动，退出为减弱、解除制动。

通过上述方式，本实用新型的磁环式无级变速装置采用永磁变速装置和齿轮变速装置相结合方案、径向固定气隙的三磁环结构(两个永磁环转子和单个永磁环定子)、独特的三磁环传动机构和动力源驱动系统、简单的齿轮组合变速机构及油冷式散热优化结构。通过磁力耦合作用实现永磁变速装置无接触的扭矩传递、无级变速和制动，再经过齿轮变速装置传动后就实现了负载设备无级变速和制动。利用高效散热，确保系统磁力工作稳定。在负载过载时实现对动力机和负载设备的自动滑差保护。

上述本实用新型的磁环式无级变速装置实施例是以一个主动永磁环2、一个中间永磁环3以及一个制动永磁环4的三磁环结构进行说明，很明显的，本发明的主动永磁环2、中间永磁环3以及制动永磁环4的数量均可以设置至少一个，构成三磁环、四磁环甚至更多磁环的结构，只需按照动力需求设定中间永磁环3进入主动永磁环2的数量，制动时则所有中间永磁环3全部退出主动永磁环2，为了缩短制动之间、提高制动能力，可以设置多个制动永磁环4套在中间永磁环3上实现制动。或者优选的，可以将一个主动永磁环2、一个中间永磁环3以及一个制动永磁环4作为一组永磁变速装置，然后配套设置多组同步使用以增强驱动能力和制动能力。

Claims (9)

1.磁环式无级变速装置，其特征在于，包括至少一个主动旋转的主动永磁环(2)以及至少一个中间永磁环(3)，至少一个所述中间永磁环(3)在中间拨盘动力源(6)的驱动下进入主动永磁环(2)内，通过互相切割磁力线产生的磁力扭矩驱动中间永磁环(3)旋转，至少一个所述中间永磁环(3)带动花键轴(9)同步旋转，通过所述花键轴(9)将驱动力输入给齿轮变速装置，通过调节中间永磁环(3)进入所述主动永磁环(2)的深度改变所述中间永磁环(3)与主动永磁环(2)之间的磁场耦合面积，从而控制驱动磁力扭矩的大小；

还包括至少一个静态的制动永磁环(4)，在旋转的中间永磁环(3)从主动永磁环(2)中完全退出后，至少一个所述制动永磁环(4)在制动永磁环动力源(13)的驱动下套入中间永磁环(3)上，通过互相切割磁力线产生的磁力扭矩阻止中间永磁环(3)旋转，使花键轴(9)及与其相连的齿轮变速装置减速旋转或停止，通过调节所述制动永磁环(4)进出中间永磁环(3)的深度及快慢改变两者的磁场耦合面积，从而控制制动磁力扭矩的大小。

2.如权利要求1所述的磁环式无级变速装置，其特征在于，所述主动永磁环(2)通过动力输入盘(1)连接的动力机驱动所述主动永磁环(2)主动旋转。

3.如权利要求1所述的磁环式无级变速装置，其特征在于，所述中间永磁环(3)还和中间拨盘(5)以及花键套(8)通过轴承和压盖(7)连为一体，所述花键轴(9)设于所述花键套(8)内，所述中间拨盘动力源(6)推动所述中间拨盘(5)做往复运动。

4.如权利要求1所述的磁环式无级变速装置，其特征在于，所述中间拨盘动力源(6)与所述制动永磁环动力源(13)均通过螺钉固定于固定盘(12)上，所述固定盘(12)作为所述中间拨盘动力源(6)与所述制动永磁环动力源(13)的支撑体，所述制动永磁环动力源(13)推动所述制动永磁环(4)作往复式运动。

5.如权利要求1所述的磁环式无级变速装置，其特征在于，所述主动永磁环(2)为内侧圆环式结构，提供所述磁环式无级变速装置旋转的内永磁场，通过改变所述主动永磁环(2)几何尺寸和安装磁铁数量来控制传递功率的大小。

6.如权利要求1所述的一种磁环式无级变速装置，其特征在于，所述中间永磁环(3)为外侧圆环式结构，提供所述磁环式无级变速装置旋转的外永磁场，通过改变所述中间永磁环(3)的几何尺寸和磁铁安装数量来控制传递功率的大小。

7.如权利要求1所述的磁环式无级变速装置，其特征在于，所述制动永磁环(4)为内侧圆环式结构，提供所述磁环式无级变速装置静态的内永磁场，通过改变所述制动永磁环(4)的几何尺寸和磁铁安装数量来控制传递功率的大小。

8.如权利要求1所述的一种磁环式无级变速装置，其特征在于，所述主动永磁环(2)、中间永磁环(3)以及制动永磁环(4)的轴线重合。

9.如权利要求1所述的磁环式无级变速装置，其特征在于，所述中间拨盘动力源(6)与所述制动永磁环动力源(13)为液压缸、气缸、伺服电机、电动执行器或气动执行器。