專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)電磁無級(jí)變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械工程領(lǐng)域中一種無級(jí)變速器，尤其適合能與各種機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)連接代替齒輪變速箱和機(jī)械離合器，實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。
目前發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力一般要經(jīng)過離合器、變速箱等變速機(jī)構(gòu)變速才能滿足不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度和不同轉(zhuǎn)矩的需要。如中國發(fā)明專利申請(qǐng)87108217.9“諧波齒輪無級(jí)變速機(jī)”；88104693.0“無級(jí)變速裝置”；中國實(shí)用新型專利申請(qǐng)89211308.1“電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速器”；89210867.3“桿杠無級(jí)變速器”；88215151.7“無級(jí)變速器”；以及進(jìn)口汽車的“液壓變矩器”等。已知技術(shù)的車輛用變速機(jī)構(gòu)可以歸納為兩大類一是動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速不變，由齒輪或蝸輪蝸桿或其它機(jī)械結(jié)構(gòu)組成的變速箱；一類是直接改變動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速如用各種辦法控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變速裝置。這些變速裝置均采用機(jī)械傳動(dòng)的辦法實(shí)現(xiàn)變速，而且都必須有一個(gè)離合器，這樣存在著另件加工難度大、運(yùn)轉(zhuǎn)維修費(fèi)用高，有的不能實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，有的操作難度大。機(jī)動(dòng)車輛要滿足不同路狀，不同荷載，不同的運(yùn)行狀況需要經(jīng)常變速以及改變轉(zhuǎn)矩，駕駛員要調(diào)節(jié)油門，又要操作離合器，還要換擋，極為不便，不但增加駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度、技術(shù)難度，而且常存在換擋時(shí)變速的沖擊，影響機(jī)件壽命及運(yùn)行的安全。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種只需直接控制變速器勵(lì)磁電流和發(fā)動(dòng)機(jī)油門就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車輛的無級(jí)變速。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出端連接一個(gè)磁體，該磁體是一種裝有直流勵(lì)磁線圈的可自由旋轉(zhuǎn)的殼體，磁體的里面有一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子由鼠籠繞組及導(dǎo)磁體組成，且功率由轉(zhuǎn)子軸輸出，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)，通入直流電即形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子的鼠籠導(dǎo)電條產(chǎn)生感應(yīng)電流，相當(dāng)于異步電動(dòng)機(jī)，通過控制勵(lì)磁電流的大小及改變發(fā)動(dòng)機(jī)油門的大小，則改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變了旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)度和旋轉(zhuǎn)速度，引起轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩的變化，電磁轉(zhuǎn)矩M總是要與負(fù)載轉(zhuǎn)矩ML平衡，轉(zhuǎn)速才不變，一旦電磁轉(zhuǎn)矩變化，那么轉(zhuǎn)速就變化了，達(dá)到無級(jí)變速的目的。
由于采用上述電磁傳遞功率實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，使得結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，安全可靠。
本實(shí)用新型主要由磁體、轉(zhuǎn)子和外殼三大部分組成，
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)一步說明。
圖中1.外殼2.鏈輪3.軸承4.轉(zhuǎn)子5.軸瓦6.端蓋7.磁體8.磁極9.滑環(huán)10.曲軸11.勵(lì)磁繞組12.發(fā)動(dòng)機(jī)外殼13.電刷裝置附圖中外殼1是變速器的支撐和保護(hù)。鏈輪2是安裝在轉(zhuǎn)子軸上作功率輸出。也可以用齒輪輸出。轉(zhuǎn)子4是與磁體同心且可以單獨(dú)自由旋轉(zhuǎn)，并裝有鼠籠導(dǎo)條和導(dǎo)磁部分，是電磁功率轉(zhuǎn)換的主要部件。磁體7總成是磁極8和勵(lì)磁繞組11、導(dǎo)電滑環(huán)9、端蓋6、軸瓦5組裝在一起的裝置，用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。發(fā)動(dòng)機(jī)外殼及輸出軸10用鍵帶動(dòng)磁體同步(或按一定傳動(dòng)比)旋轉(zhuǎn)。
本圖給出了磁體在外、轉(zhuǎn)子在內(nèi)的設(shè)計(jì)，工作原理如同異步電動(dòng)機(jī)；與發(fā)動(dòng)機(jī)同步旋轉(zhuǎn)的磁體相當(dāng)于異步電動(dòng)機(jī)的定子，通電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，帶動(dòng)鏈輪(或齒輪)輸出功率。也可以設(shè)計(jì)為磁體在內(nèi)、轉(zhuǎn)子在外。
本實(shí)用新型的工作原理是這樣的當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸10旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)固定連結(jié)在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出軸上的磁體總成作同步旋轉(zhuǎn)，這時(shí)如果通過電刷裝置13和滑環(huán)9向勵(lì)磁繞組11輸入直流電，于是在轉(zhuǎn)子與磁極之間的空氣隙產(chǎn)生足夠的旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場切割安裝在轉(zhuǎn)子4槽中的鼠籠導(dǎo)電條，從而使導(dǎo)電條產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律。
感應(yīng)電勢e＝BLV電勢方向右手定則判斷。
上式B——空氣隙磁場強(qiáng)度單位韋伯／m2L——轉(zhuǎn)子導(dǎo)電條長度 米V——旋轉(zhuǎn)磁場切割速度 米／秒V＝∏DND——轉(zhuǎn)子直徑米；n——旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子相對(duì)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)／秒由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)電條兩端短路，形成閉合線圈因此導(dǎo)電條便有感應(yīng)電流I2。
I2＝ (e)/(Z) ＝ (e)/(r＋XL)上式Z——導(dǎo)電線圈的阻抗r——導(dǎo)電條的電阻X∠——導(dǎo)電線圈的感抗感應(yīng)電流在閉合線圈中流動(dòng)，在磁場的作用下產(chǎn)生電磁力，根據(jù)安培定律可知。
轉(zhuǎn)子導(dǎo)電條所受到的磁場力Fi＝BLI2，對(duì)于閉合線圈來說產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩Mi。
Mi＝BI2·S·Sinφ上式S——轉(zhuǎn)子線圈所圍的面積 S＝D·Lφ——轉(zhuǎn)子線圈與磁場的相對(duì)角度L——轉(zhuǎn)子導(dǎo)電條長度轉(zhuǎn)子總的轉(zhuǎn)矩M＝
Mi Z為轉(zhuǎn)子線圈數(shù)上述原理與異步電動(dòng)機(jī)的電磁原理是一樣的，其運(yùn)轉(zhuǎn)的區(qū)別在于異步電動(dòng)機(jī)的外殼不旋轉(zhuǎn)，靠外加電源引入定子線圈后電流變化產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，而本裝置的特征是由勵(lì)磁繞組通入直流電產(chǎn)生磁場，并由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)磁體旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，同樣是依靠電磁力作用驅(qū)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并由轉(zhuǎn)子輸出功率。
本實(shí)用新型的特征在于一般異步電動(dòng)機(jī)接入電源起動(dòng)時(shí)，電流很大，短時(shí)間起動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入運(yùn)行，轉(zhuǎn)速只能在很小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)速可以通過一是調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小，二是調(diào)節(jié)油門使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變，即改變旋轉(zhuǎn)磁場的相對(duì)轉(zhuǎn)速n，從而改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和強(qiáng)度，使得電磁轉(zhuǎn)矩可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，本實(shí)用新型所裝備的車輛(下稱車輛)就穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速運(yùn)行。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，車輛就加速，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，車輛就減速。
一、勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If由小到大，磁體與轉(zhuǎn)子的空氣隙磁場就由弱到強(qiáng)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，不能形成旋轉(zhuǎn)磁場，因此該磁場不能使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，此時(shí)只相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)沒有起動(dòng)而踩離合器，使離合器由松到緊的變化，在行駛中的車輛，發(fā)動(dòng)機(jī)未工作時(shí)，由于磁場的存在，轉(zhuǎn)子導(dǎo)電條切割磁場產(chǎn)生電流，磁場對(duì)通電的導(dǎo)電條又產(chǎn)生磁力，形成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩即電磁制動(dòng)。
當(dāng)勵(lì)磁電流為0時(shí)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，相當(dāng)于空檔起動(dòng)，起動(dòng)后調(diào)節(jié)If，由小到大時(shí)，則產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場由弱到強(qiáng)，電磁轉(zhuǎn)矩由小到大，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，車輛平穩(wěn)起步。
勵(lì)磁線路的各種設(shè)計(jì)參數(shù)選擇合理，即可以長期工作，與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速無關(guān)，不象異步電動(dòng)機(jī)那樣，起動(dòng)時(shí)間長，或者轉(zhuǎn)速太低會(huì)燒壞電動(dòng)機(jī)。
當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小(如車輛下坡)，關(guān)小油門，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁電流不變，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)電條感應(yīng)電流反向，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以本實(shí)用新型具有很方便的自動(dòng)的電磁制動(dòng)，以保證車輛安全行駛。
二、控制油門，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速本實(shí)用新型的磁體與發(fā)動(dòng)機(jī)能夠同步(或按一定傳動(dòng)比)旋轉(zhuǎn)，所以當(dāng)加大發(fā)動(dòng)機(jī)油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，磁體轉(zhuǎn)速也增加，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速增大，與轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)速也升高，電磁轉(zhuǎn)矩也增大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高，車輛加速，反之，車輛減速。
當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加(如上坡時(shí))油門不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子減速，車輛減速，由于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不變，則相對(duì)轉(zhuǎn)速增大，電磁轉(zhuǎn)矩增加，直到新的平衡，車輛就穩(wěn)定在某轉(zhuǎn)速運(yùn)行。油門加大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高如上所述車輛又可加速。
綜上所述，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，調(diào)節(jié)油門大小就可以得到無級(jí)變速。
本實(shí)用新型裝備在車輛中，由于能夠根據(jù)負(fù)荷，路況自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，保證發(fā)動(dòng)機(jī)功率有效輸出，使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率充分發(fā)揮，工作在最佳狀況，總效率最高。另外在下坡時(shí)，由于電磁制動(dòng)，可以熄火運(yùn)行，節(jié)約燃料，所以本實(shí)用新型能夠節(jié)能，安全運(yùn)行，達(dá)到最佳的社會(huì)效益。
權(quán)利要求1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)電磁無級(jí)變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接代替齒輪變速箱和機(jī)械離合器，其特征是該裝置由一個(gè)與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的裝有磁極和勵(lì)磁繞組可旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的園筒形磁體，一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，裝在磁體的筒芯內(nèi)，以及一個(gè)支撐固定保護(hù)磁體和轉(zhuǎn)子的外殼組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁無級(jí)變速器，其特征是勵(lì)磁繞組能經(jīng)過電刷裝置輸入大小可以調(diào)節(jié)的直流電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁無級(jí)變速器，其特征是磁極根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)為二極、四極、八極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁無級(jí)變速器，其特征是把磁體總成設(shè)計(jì)為園筒形，磁體要外，轉(zhuǎn)子要內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁無級(jí)變速器，其特征是制造磁極、轉(zhuǎn)子的磁路必須是導(dǎo)磁材料。
專利摘要一種發(fā)動(dòng)機(jī)電磁無級(jí)變速器是與發(fā)動(dòng)機(jī)連接代替齒輪變速箱和機(jī)械離合器的裝置，它是由裝有磁級(jí)和勵(lì)磁繞組的圓筒形磁體，一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的裝在磁體筒芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子以及外殼組成，通過磁場變化(可調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流或調(diào)節(jié)油門控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到)使轉(zhuǎn)子無級(jí)變速輸出，同時(shí)還具有電磁制動(dòng)功能，它特別適用于轉(zhuǎn)速需要經(jīng)常變換的各種機(jī)動(dòng)車輛，運(yùn)載工具或其它運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備上。
文檔編號(hào)H02K49/02GK2090590SQ90226779
公開日1991年12月11日 申請(qǐng)日期1990年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月23日
發(fā)明者謝石隆 申請(qǐng)人:謝石隆