CN2090590U - 发动机电磁无级变速器 - Google Patents

Abstract

一种发动机电磁无级变速器是与发动机连接代 替齿轮变速箱和机械离合器的装置，它是由装有磁级 和励磁绕组的圆筒形磁体，一个可以旋转的装在磁体 筒芯内的转子以及外壳组成，通过磁场变化(可调节 励磁电流或调节油门控制发动机转速达到)使转子无 级变速输出，同时还具有电磁制动功能，它特别适用 于转速需要经常变换的各种机动车辆，运载工具或其 它运转设备上。

Description

本实用新型涉及机械工程领域中一种无级变速器，尤其适合能与各种机动车辆的发动机连接代替齿轮变速箱和机械离合器，实现无级变速。

目前发动机输出的动力一般要经过离合器、变速箱等变速机构变速才能满足不同运转速度和不同转矩的需要。如中国发明专利申请87108217.9“谐波齿轮无级变速机”；88104693.0“无级变速装置”；中国实用新型专利申请89211308.1“电动执行机构的减速器”；89210867.3“杆杠无级变速器”；88215151.7“无级变速器”；以及进口汽车的“液压变矩器”等。已知技术的车辆用变速机构可以归纳为两大类：一是动力输出转速不变，由齿轮或蜗轮蜗杆或其它机械结构组成的变速箱；一类是直接改变动力输出转速如用各种办法控制发动机转速的变速装置。这些变速装置均采用机械传动的办法实现变速，而且都必须有一个离合器，这样存在着另件加工难度大、运转维修费用高，有的不能实现无级变速，有的操作难度大。机动车辆要满足不同路状，不同荷载，不同的运行状况需要经常变速以及改变转矩，驾驶员要调节油门，又要操作离合器，还要换挡，极为不便，不但增加驾驶员的劳动强度、技术难度，而且常存在换挡时变速的冲击，影响机件寿命及运行的安全。

本实用新型的目的是设计一种只需直接控制变速器励磁电流和发动机油门就可以实现机动车辆的无级变速。

本实用新型的目的是这样实现的：在发动机功率输出端连接一个磁体，该磁体是一种装有直流励磁线圈的可自由旋转的壳体，磁体的里面有一个转子，该转子由鼠笼绕组及导磁体组成，且功率由转子轴输出，发动机带动磁体旋转时，通入直流电即形成旋转磁场，使转子的鼠笼导电条产生感应电流，相当于异步电动机，通过控制励磁电流的大小及改变发动机油门的大小，则改变发动机转速，从而改变了旋转磁场的强度和旋转速度，引起转子电磁转矩的变化，电磁转矩M总是要与负载转矩ML平衡，转速才不变，一旦电磁转矩变化，那么转速就变化了，达到无级变速的目的。

由于采用上述电磁传递功率实现无级变速，使得结构简单、操作方便，安全可靠。

本实用新型主要由磁体、转子和外壳三大部分组成，下面结合附图对本实用新型的主要结构进一步说明。

图中1.外壳    2.链轮    3.轴承    4.转子    5.轴瓦    6.端盖    7.磁体    8.磁极    9.滑环    10.曲轴    11.励磁绕组    12.发动机外壳    13.电刷装置

附图中外壳1是变速器的支撑和保护。链轮2是安装在转子轴上作功率输出。也可以用齿轮输出。转子4是与磁体同心且可以单独自由旋转，并装有鼠笼导条和导磁部分，是电磁功率转换的主要部件。磁体7总成是磁极8和励磁绕组11、导电滑环9、端盖6、轴瓦5组装在一起的装置，用来产生旋转磁场。发动机外壳及输出轴10用键带动磁体同步（或按一定传动比）旋转。

本图给出了磁体在外、转子在内的设计，工作原理如同异步电动机；与发动机同步旋转的磁体相当于异步电动机的定子，通电后产生旋转磁场，转子相当于异步电动机的转子，带动链轮（或齿轮）输出功率。也可以设计为磁体在内、转子在外。

本实用新型的工作原理是这样的：当发动机工作时，曲轴10旋转，带动固定连结在发动机动力输出轴上的磁体总成作同步旋转，这时如果通过电刷装置13和滑环9向励磁绕组11输入直流电，于是在转子与磁极之间的空气隙产生足够的旋转磁场，该磁场切割安装在转子4槽中的鼠笼导电条，从而使导电条产生感应电动势，根据法拉弟电磁感应定律。

感应电势e＝BLV    电势方向右手定则判断。

上式B——空气隙磁场强度单位韦伯／m²

L——转子导电条长度  米

V——旋转磁场切割速度  米／秒

V＝∏DN

D——转子直径    米；

n——旋转磁场与转子相对转速    转／秒

由于转子导电条两端短路，形成闭合线圈因此导电条便有感应电流I₂。

I2＝ (e)/(Z) ＝ (e)/(r＋XL)

上式Z——导电线圈的阻抗

r——导电条的电阻

X∠——导电线圈的感抗

感应电流在闭合线圈中流动，在磁场的作用下产生电磁力，根据安培定律可知。

转子导电条所受到的磁场力Fi＝BLI₂，对于闭合线圈来说产生电磁转矩Mi。

Mi＝BI₂·S·Sinφ

上式S——转子线圈所围的面积  S＝D·L

φ——转子线圈与磁场的相对角度

L——转子导电条长度

转子总的转矩M＝ Mi Z为转子线圈数

上述原理与异步电动机的电磁原理是一样的，其运转的区别在于异步电动机的外壳不旋转，靠外加电源引入定子线圈后电流变化产生旋转磁场，而本装置的特征是由励磁绕组通入直流电产生磁场，并由发动机带动磁体旋转而产生旋转磁场，同样是依靠电磁力作用驱使转子旋转，并由转子输出功率。

本实用新型的特征在于：

一般异步电动机接入电源起动时，电流很大，短时间起动后，电动机进入运行，转速只能在很小的范围内调节，本实用新型的转速可以通过：一是调节励磁电流大小，二是调节油门使发动机的转速改变，即改变旋转磁场的相对转速n，从而改变旋转磁场的转速和强度，使得电磁转矩可以在很大范围内调节，当电磁转矩等于负载转矩时，本实用新型所装备的车辆（下称车辆）就稳定在某一转速运行。当电磁转矩大于负载转矩时，车辆就加速，当电磁转矩小于负载转矩时，车辆就减速。

一、励磁电流的调节：

当发动机未起动，调节励磁电流If由小到大，磁体与转子的空气隙磁场就由弱到强，由于发动机不转，不能形成旋转磁场，因此该磁场不能使转子旋转，此时只相当于发动机没有起动而踩离合器，使离合器由松到紧的变化，在行驶中的车辆，发动机未工作时，由于磁场的存在，转子导电条切割磁场产生电流，磁场对通电的导电条又产生磁力，形成制动转矩即电磁制动。

当励磁电流为0时，起动发动机，相当于空档起动，起动后调节If，由小到大时，则产生旋转磁场由弱到强，电磁转矩由小到大，当电磁转矩大于负载转矩时，转子开始旋转，车辆平稳起步。

励磁线路的各种设计参数选择合理，即可以长期工作，与转子的转速无关，不象异步电动机那样，起动时间长，或者转速太低会烧坏电动机。

当负载转矩减小（如车辆下坡），关小油门，发动机的转速降低，旋转磁场的转速降低转子转速大于旋转磁场转速，励磁电流不变，由于转子导电条感应电流反向，产生制动转矩，所以本实用新型具有很方便的自动的电磁制动，以保证车辆安全行驶。

二、控制油门，调节发动机转速

本实用新型的磁体与发动机能够同步（或按一定传动比）旋转，所以当加大发动机油门时，发动机转速升高，磁体转速也增加，即旋转磁场的转速增大，与转子的相对转速也升高，电磁转矩也增大，负载转矩不变时，转子转速升高，车辆加速，反之，车辆减速。

当负载转矩增加（如上坡时）油门不变，负载转矩大于电磁转矩，转子减速，车辆减速，由于旋转磁场转速不变，则相对转速增大，电磁转矩增加，直到新的平衡，车辆就稳定在某转速运行。油门加大，发动机转速升高如上所述车辆又可加速。

综上所述，调节励磁电流，调节油门大小就可以得到无级变速。

本实用新型装备在车辆中，由于能够根据负荷，路况自动调节转速，保证发动机功率有效输出，使发动机的功率充分发挥，工作在最佳状况，总效率最高。另外在下坡时，由于电磁制动，可以熄火运行，节约燃料，所以本实用新型能够节能，安全运行，达到最佳的社会效益。

Claims (5)

1、一种发动机电磁无级变速器与发动机相连接代替齿轮变速箱和机械离合器，其特征是：该装置由一个与发动机相连接的装有磁极和励磁绕组可旋转并产生旋转磁场的园筒形磁体，一个可以旋转的转子，装在磁体的筒芯内，以及一个支撑固定保护磁体和转子的外壳组成。

2、根据权利要求1所述的电磁无级变速器，其特征是励磁绕组能经过电刷装置输入大小可以调节的直流电。

3、根据权利要求1所述的电磁无级变速器，其特征是：磁极根据需要可以设计为二极、四极、八极。

4、根据权利要求1所述的电磁无级变速器，其特征是：把磁体总成设计为园筒形，磁体要外，转子要内。

5、根据权利要求1所述的电磁无级变速器，其特征是：制造磁极、转子的磁路必须是导磁材料。