CN2157625Y - 利用电磁耦合的无级变速装置 - Google Patents

Abstract

一种利用电磁耦合的无级变速装置，包含周转齿 轮系及电磁耦合器。其中该周转齿轮系包含二个动 力输出/入转轴/及一个动力输出/入转臂等，一共 三个动力输出/入部位：其中二个作为动力输入轴及 输出轴，另一个则作为调速部位。电磁耦合器包含互 相耦合的二组磁铁，其中一组装在调速部位上，另一 组则装在动力输入轴、输出轴及机壳等三者的任一部 位，通过调变两组磁铁之间的耦合力，达到无级地调 节输出轴与输入轴之转速比的目的。

Description

本实用新型关于一种无级变速装置，特别是指一种利用电磁耦合作用并配合周转齿轮系（Epicylic Gear Trains）以达到无级变速目的的一种电磁耦合式无级变速装置。

经由原动机［例如引擎］所输出的旋转动力在传输至负载之前，为了应不同需要，均需适当地改变其转速。例如汽车引擎所输出的旋转动力在传输至驱动轮之前，为了适应不同路面，均需适时地改变其转速，以满足行驶的需求，并使动力作最有效率的输出。目前一般汽车手动排档系统均是以多组齿轮依照不同组合而达到改变速度的目的。其主要缺点为：

1.转速比最多只有5段，不够稠密，无法把引擎所输出的能量作最有效的应用，如欲增加转速比的档数（即更多级变速），又必然使齿轮数量大幅增加，以致于体积过于庞大、笨重，而且使变速装置过于复杂，不经济。

2.变速时会产生颤动效应

3.必须配合离合器才能变速。

虽然目前已有自动变速器（即欲称的自动换档），但它是利用液压耦合器（Fluid Coupling）与行星齿轮系（Planetary Gear Trains）等装置互相配合以达到自动变速目的的。虽然它在变速时可避免产生一般手动换档的各种缺点，但它仍然只能产生“四种”变速比，并非一种无级变速器。故仍然无法将引擎所输出的能量作最有效率的利用。为此，本实用新型的目的，旨在提供一种克服了上述诸问题的无级变速装置，特别是利用电磁耦合作用配合周转齿轮系（Epicylic Gear Trains）以达到无级变速目的的装置。

因此，本实用新型的无级变速装置，在机壳内装设有周转齿轮系及电磁耦合器，其中周转齿轮系包含有：第一动力输出／入转轴；第二动力输出／入转轴及动力输出／入转臂；所述第一动力输出／输入转轴、第二动力输出／输入转轴及动力输出／入转臂等三个动力输出／入部位之中的一个动力输出／入部位用来输入旋转动力，形成动力输入部位；另一个动力输出／入部位用来输出旋转动力，形成动力输出部位；余下的一个动力输出／入部位用来调变动力输出部位与动力输入部位二者之间的转速比，形成调速部位。所述电磁耦合器包含：第一磁铁及第二磁铁，该第一磁铁装设在上述调速部位上，而该第二磁铁装设在上述动力输入部位、动力输出部位或所述机壳或与该机壳固定的固定构件；该第一磁铁与该第二磁铁彼此互相耦合，并利用调变该第一磁铁与该第二磁铁之间的耦合磁力，以调变所述动力输出部位与该动力输入部位两者之间的转速比。

现结合附图详细说明本实用新型无级变速装置的实施例。

附图中：

图1为本实用新型无级变速装置的剖面图；

图2为本实用新型无级变速装置的控制电路图；

图3为本实用新型无级变速装置的采用永久磁铁时的侧视与正视图；

如图1所示，本实用新型无级变速装置10包含：一组周转齿轮系11及一组电磁耦合器12。其中周转齿轮系11包含：第一动力输出／入转轴13、第二动力输出／入转轴14及动力输出／入转臂15、齿轮16、17、18及19等主要构件。上述构件均装设在机壳20内。至于所述电磁耦合器12则包含第一磁铁21及第二磁铁22。其中第一磁铁21装设在动力输出／入转臂15上，而第二磁铁22则装设在第二动力输出／入转轴14上。且此第一磁铁21及第二磁铁22之磁力互相耦合。上述二个磁铁21及22中之一个磁铁21或22为电磁铁，另外一个磁铁为永久磁铁，两个磁铁21及22也可以均为电磁铁。在图中所示实施例中，上述二个磁铁21及22均为电磁铁。此二电磁铁21及22各自借导线23、24、25及26、电刷27、28、29及30，以及两只电刷环31、32分别与电源连接。假设以第一动力输出／入转轴13作为动力输入转轴，输入旋转动力，而以第二动力输出／入转轴14作为动力输出转轴输出旋转动力。那么只要改变动力输出／入转臂15的旋转速度就可以改变第二动力输出／入转轴14的输出转速。而本实用新型把上述二个电磁铁21、22分别装设在上述动力输出／入转臂15与第二动力输出／入转轴14上，并利用如图2所示电路加以控制供给上述二个电磁铁21、22的电压，借以调整其间耦合力的大小，进而调整动力输出／入转臂15的转速，从而达到无级地控制转轴14的输出转速的目的。

为了有效控制输出转轴14的输出转速，在输出转轴14上设有转速检测器35。该转速检测器35包含有转环36、光源37及光接收晶体38等主要构件。其中转环36上设有一个（或多个）穿孔39，可供光源37自该穿孔39穿过而由光接收晶体38所接收，以便检测转环36的转速，也就是检测出输出转轴14的转速。

请参阅图2，该图为本实用新型无级变速装置的控制电路40的电路图。使用者可以依需要随时改变或设定输出转轴14的预期转速，并且经由预期转速暂存器41暂时储存之后，再输出Da读号。至于经由转速检测器35所测得的瞬时转速频率，经由瞬时转速测定器42输出Db信号。此Da信号及Db信号同时进入比较器43中加以比较，其比较结果分为下列三种情况，并依据不同的比较结果产生不同的输出信号。

1.若Da＝Db时，则c＝0、a＝0、b＝0

2.若Da＞Db时，则c＝1、a＝1、b＝0

3.若Da＜Db时，则c＝1、a＝0、b＝1

上述a、b、c等三种信号同时输入计数器46中之后，计数器46则根据上述三种状况分别产生下述三种处理方式：

1.当a＝1、b＝0时，计数器46往上计数，且由于c＝1，所以由振荡器44所产生的脉冲可以经由与门45进入计数器46。而计数器46所输出的信号Dc则为渐增的电压，此渐增电压经由数模转换器47（D／A）转换之后输出渐增的模拟电压信号，并使晶体管49的电阻渐减，进而使二组电磁铁21及22的线圈电压渐增，因而使二组电磁铁21及22的相互吸力渐大，使得转臂15与输出转轴14两者之间的相对速度加大，从而使输出转轴14与转臂15的转速渐趋接近。亦即使输出转轴14的转速增加。通过周转齿轮系11的作用，使得输出转轴14的转速加快，直到使Da＝Db时为止。当Da＝Db之后，a＝0、b＝0，计数器46停止工作，而供给线圈50的电压也随之稳定下来。因此输出转轴14所输出的转速也随之保持在稳定的期望转速上。

2.当a＝0、b＝1时，计数器46往下计数，且由于c＝1，所以由振荡器44所产生的脉冲可以经由与门45进入计数器46。而计数器46所输出的信号Dc则为渐减的电压，此渐减电压经由数模转换器47（D／A）转换之后输出渐降的模拟电压信号，使晶体管49的电阻渐增，进而使二组电磁铁21及22的线圈50的电压渐减，因而使二组电磁铁21及22的相互吸力渐减，使得转臂15与输出转轴14两者之间的相对速度变小，通过周转齿轮系11的作用，使得输出转轴14的转速减慢，直至Da＝Db时为止。当Da＝Db后，a＝0、b＝0，计数器46停止计数，使供给线圈50的电压也随之稳定下来。因此输出转轴14的输出转速也随之保持在稳定的期望转速上。

3.当a＝0、b＝0，计数器46不工作，且因c＝0，故振荡器44所提供的脉冲无法进入计数器的时钟信号（clock）端。因此Dc保持不变，晶体管49电阻不变，线圈50所产生的耦合磁力不变，输出转轴14的输出转速保持在稳定的期望转速上。

当Da＝0时，Db也会很快变为0，使计数器46的输出变为0，晶体管49的电阻变为无穷大，使供给线圈50的电压变为0。因此二组电磁铁21及22的耦合磁力变为0，两电磁铁21及22彼此之间的耦合作用消失。转臂15的转速N15＝N13［式中N15为转臂15的转速，N13为输入转轴13的转速］所以输出转轴14的转速为0。因此本实用新型变速装置除了可以使输出转轴14与输入转轴13之间的转速比作无级调变之外，还可以作为离合器之用。更重要地是，本实用新型无级变速装置可以自零转速逐渐加速至最大（即输出转速比由0：1逐渐增加至1：1）也可以逐渐减速至零，转速比的调变范围非常广阔、稠密。

至于，当本实用新型的无级变速装置应用在汽车变速时，为根据道路情况及驾驶者的驾驶意志而要自动变速，则可通过适当的自动控制系统来自动控制Da的讯号来实现。但由于该控制系统并非本实用新型的目的，故在此不再赘述。

本实用新型变速装置中的周转齿轮系11并不限于图中所示的机构，而是可以应用任何型式、任何构造的周转齿轮系（包含行星齿轮系或游星齿轮系在内）。此外，二组磁铁21及22可以按照下列多种方式择一装设。由于周转齿轮系11具有第一动力输出／入转轴13、第二动力输出／入转轴14及动力输出／入转臂15等三个动力输出／入部位。此三个动力输出／入部位之中任意二个动力输出／入部位均可以分别作为动力输入转轴或动力输出转轴，而余下的一个动力输出／入部位则作为调变转速比的调速转轴。因此，二组磁铁21及22中的一组磁铁21或22就必须安装在上述调速转轴上，而另一组磁铁22或21则可以在①动力输入转轴、②动力输出转轴，及③用来安装上述周转齿轮系的机壳，或是与该机壳固定的其他固定构件等3个部位中，可任意选择其中一个部位加以装设，而且此二组磁铁21及22必须互相耦合。

本实用新型的无级变速装置如应用在汽车变速时，引擎所输出的动力分成两股，其中一股动能直接输至输入轴13，另外一股动能则驱动发电机，由其转变成电能之后，再经由本实用新型装置中的电磁耦合器先后转变成磁能及机械能。两股能量再度汇合之后，最后从输出转轴14输出。所以本实用新型装置中的电磁耦合器12并未利用引擎输出动能以外的额外能量。

综上所述，本实用新型变速装置的最大特点在于：

1.可以进行无级变速，使引擎所输出的功率最有效率地加以应用。

2.输出转轴14的转速可以由“0转速”开始调变至最大。这点是目前任何汽车变速装置所无法达到的。

3.可以设定电磁耦合器的最大耦合力，当负载超过引擎的最大负荷时，电磁耦合器即可自动打滑，因此在任何情况下均可有效避免引擎熄火。

Claims (2)

1、一种利用电磁耦合的无级变速装置，包括：

a.机壳；该装置的特征在于还包括：

b.由下列诸部件组成的周转齿轮系：第一动力输出/入转轴；第二动力输出/入转轴；及，动力输出/入转臂；所述第一动力输出/入转轴、第二动力输出/入转轴及动力输出/入转臂这三个动力输出/入部位之中的其中一个用来输入旋转动力，形成动力输入部位；另一个用来输出旋转动力，形成动力输出部位；余下的一个动力输出/入部位用来调变所述动力输出部位与动力输入部位二者之间的转速比，形成调速部位；及

c.包含下列结构的电磁耦合器：装设在所述调速部位上的第一磁铁及第二磁铁，该第二磁铁可装设在所述动力输入部位、动力输出部位，及所述机壳或固定该机壳的固定构件等构件的任何一个构件上；且该第一磁铁是与该第二磁铁彼此耦合，利用调变该第一磁铁与该第二磁铁之间的耦合磁力，来调节所述动力输出部位与该动力输入部位两者之间的转速比。

2、根据权利要求1所述的无级变速装置，其特征在于：所述二组磁铁之中，至少有一组磁铁为电磁铁。

Images