渌倨变速器aspan class=.doc

说 明 书一种新型无级变速器技术领域本发明涉及机电一体化领域，特别涉及一种新型无级变速器。背景技术无极变速器更好的满足了电动机或发动机在最优工况下与传动系统的良好匹配。传统无级变速器主要可分为液压传动、机械传动和电力传动等方式。液压式制造精度要求高，价格较贵，输出特性为恒转矩，滑动率较大，运转时容易发生漏油；机械式零部件加工及润滑要求较高，承载能力较低，抗过载及耐冲击性较差，有效调速范围小，一般适合于中、小功率传动；电力传动式以交流电机式为主，在降频低速时恒转矩输出，功率降低。总体上讲目前无极变速器结构复杂、工艺要求较高，局部性能有待提升。本发明将电力电子技术中升降压电路原理演变到机械领域，利用两级独立电流变液或电磁变液作为高频传动开关，依靠机械蓄能机构实现输出转速和转矩的转换，结构简单、调速范围大和输出功率稳定。发明内容本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，将升降压电路原理用机械方法实现，提出一种新型无极变速器，该变速器在工作原理上不同于以往的无极变速器，具有结构简单、调速范围大和输出功率稳定等特点。配合专用电控设备可实现无级变速，转速和转矩控制等功能。本发明的目的通过以下的技术方案实现：如图1所示，该无级变速器由输入系统、输出系统和变速传动系统组成。其中输入系统包括输入轴定位轴承1、输入轴2和I级蓄能飞轮3；输出系统包括II级蓄能飞轮8、输出轴9和输出轴定位轴承10；变速传动系统包括弹性机构4、传动盘5、I级电流（电磁）变液6和II级电流（电磁）变液7。以上系统按同轴线串联排布，质量较大的I级蓄能飞轮3与输入轴2同轴刚性连接，其右侧与传动盘5之间是I级电流（电磁）变液6，施加一定电压（或磁场）可使其固化，将I级蓄能飞轮3与传动盘5连为一体，失去电压（或磁场）两者独立自由转动；传动盘5右侧与II级蓄能飞轮8之间是II级电流（电磁）变液7，施加一定电压（或磁场）可使其固化，将传动盘5与II级蓄能飞轮8连为一体，失去电压（或磁场）两者独立自由转动。传动盘5为质量较轻的薄圆盘，其边缘连接环状弹性机构4，弹性机构4外缘固定，传动盘5可在一定幅度内往复转动，弹性机构4提供回复力。I级电流（电磁）变液6和II级电流（电磁）变液7分别为独立空间，设I级电流（电磁）变液6固态时间为，II级电流（电磁）变液7固态时间为，稳态工作时，两级电流（电磁）变液控制时间周期为，即： （1）控制I级电流（电磁）变液6和II级电流（电磁）变液7互补固态周期动作。设弹性机构4具有足够的行程和稳定的弹性系数，并假设稳态后输入轴2角速度为，输入轴2和I级蓄能飞轮3为刚性连接，具有相同的角速度。I级蓄能飞轮3为金属圆盘，假设转动惯量足够大，当足够小时其角速度变化忽略不计，则时间内I级蓄能飞轮3通过固态I级电流（电磁）变液6和传动盘5为弹性机构4蓄能。在时间内弹性机构4的势能通过传动盘5和II级电流（电磁）变液7向由II级蓄能飞轮8释放，输出轴9与其刚性连接，将机械能输出给负载。设II级蓄能飞轮8转动惯量足够大，当足够小时其角速度变化忽略不计。可以分析，稳态时，一个周期内传动盘9平均角位移为0，否则单向位移积累与稳态矛盾，可以表达为： （2）式2中为传动盘9角速度，当在时间内为，在时间内为，且方向相反，所以可得： （3）忽略I级电流（电磁）变液6和II级电流（电磁）变液7两态变化时的损耗，视为理想材料，并忽略其他机械损耗，则输入轴2与输出轴9功率守恒，即： （4）式4中为输入轴2的转矩，为输出轴9的转矩，由式3和式4可以推得： （5） （6）由此可见，当时，输出轴9的转速，转矩；当时，输出轴9的转速。输出轴9与输入轴2的转速方向相反。两级电流（电磁）变液的电控系统见图3，整个系统由数字处理系统1、转速扭矩检测系统2、电源系统3、驱动电路4、I级电（磁）极5和II级电（磁）极6。数字处理系统1可以是单片机、DSP、PLC或工控机为核心的数字处理系统，负责将采集到的输入输出轴转速、扭矩等数据运算后，输出控制两级电流（电磁）变液的电信号；转速、扭矩检测系统2负责将输入、输出轴上传感器采集到的扭矩和转速信息变送处理，传递给数字处理系统1；电源系统3为数字处理系统1和驱动电路4提供相应的工作电压；驱动电路4将数字处理系统1输出的弱电控制信号放大和波形调整，产生可以两回路驱动电流（电磁）变液的电磁控制波形；I级电（磁）极5和II级电（磁）极6分别形成一个对极，将驱动波形施加在I级和II级电流（电磁）变液之上，完成固液两态变化。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本发明的原理与结构不同于目前的变速器，具有调速范围宽、反应快、结构简单和输出功率稳定等优点。2、本发明公开的无级变速器利用电流变液或电磁变液作为高频传动连接介质，性能优于一般机械或液压传动。3、本发明利用机械能存储机构作为能量交换部件，同时起到能量传递作用，整个系统具有较好的柔性。附图说明图1是本发明装置的结构示意图。其中，1、输入轴定位轴承；2、输入轴；3、I级蓄能飞轮；4、弹性机构；5、传动盘；6、I级电流（电磁）变液；7、II级电流（电磁）变液；8、II级蓄能飞轮；9、输出轴；10、输出轴定位轴承。图2是另一种结构，即同轴套筒式无级变速器示意图。其中，1、输入轴定位轴承；2、输入轴；3、I级蓄能飞轮；4、I级电流（电磁）变液；5、II级电流（电磁）变液；6、II级蓄能飞轮；7、传动盘；8、扭矩弹簧；9、输出轴；10、输出轴定位轴承。具体实施方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1如图1所示，一种新型无级变速器，包括输入轴定位轴承1；输入轴2；I级蓄能飞轮3；弹性机构4；传动盘5；I级电流（电磁）变液6；II级电流（电磁）变液7；II级蓄能飞轮8；输出轴9；输出轴定位轴承10。机械能输入系统可工作在最优工况，此时输入轴2角速度为、转矩为。当输出轴9的负载转矩为时，根据式5，控制一个周期内I级电流（电磁）变液6固态时间与II级电流（电磁）变液7固态时间的关系满足： （7）且 （8）根据式6，此时输出轴9的角速度为。当时，且，变速器处于减速运行；当且，变速器处于加速运行；当当时，且，变速器处于等速运行。可见，通过控制和的时间比，理论上可以使无级变速器工作在任意速度或转距输出，且可使机械能输入系统工作在最优工况。实施例2同实施例1，将可控磁粉或其他机械离合器代替电流（电磁）变液，实现两个蓄能飞轮与传动盘5之间的传动离合，具有相同效果。实施例3同实施例1，将II级电流（电磁）变液8用机械棘轮代替，棘齿方向与II级蓄能飞轮8转动方向相同，具有相同效果。实施例4动轴体化可将传动盘边缘弹性机构改为套筒式同轴弹簧机构，II级电流（电磁）变液或机械棘齿位置改为套筒边缘，效果相同，且可提高蓄能机构行程，降低控制电流（电磁）变液转换频率。如图2所示。其中：其中，1、输入轴定位轴承；2、输入轴；3、I级蓄能飞轮；4、I级电流（电磁）变液；5、II级电流（电磁）变液；6、II级蓄能飞轮；7、传动盘；8、扭矩弹簧；9、输出轴；10、输出轴定位轴承。实施例5该无级变速器可用在发电机系统，变速原理与实施例1相同，过程与其相反，可根据机械动能输入情况为发电机提供合适的转速或转矩。2权 利 要 求 书1、一种新型无级变速器，由输入系统、输出系统和变速传动系统组成。其中输入系统包括输入轴定位轴承、输入轴和I级蓄能飞轮；输出系统包括II级蓄能飞轮、输出轴和输出轴定位轴承；变速传动系统包括弹性机构、传动盘、I级电流（电磁）变液和II级电流（电磁）变液。通过控制I级电流（电磁）变液和II级电流（电磁）变液的固液时间比，使I级蓄能飞轮通过带弹性机构的轻质盘将机械能传递给II级蓄能飞轮，转速比由时间比决定，达到无级变速效果。通过特定的控制，可保持输入系统工作在最优工况，也可控制输出转速或转距。2、根据权利要求1所述的无级变速器，工作原理是推演升降压电路工作原理，通过控制机械能存储机构输入和输出时间比，实现控制不同输出负载转矩情况下的匹配转速。3、根据权利要求1所述的电流（电磁）变液，可用可控磁粉或其他机械离合器代替，实现两个蓄能飞轮与传动盘之间的传动离合，具有相同效果。4、根据权利要求1所述的变速传动系统中与输出系统连接的电流变液或电磁变液可以用机械棘轮代替，棘齿方向与输出轴转速方向相同。5、根据权利要求1所述的变速传动系统中轻质弹性机构的结构包括边缘连接弹性机构的盘状和同轴弹簧的套筒状，以及其他可往复转动的弹性机械结构。说 明 书 摘 要本发明公开了一种新型无级变速器，由输入系统、输出系统和变速传动系统组成。其中输入系统包括输入轴定位轴承、输入轴和I级蓄能飞轮；输出系统包括II级蓄能飞轮、输出轴和输出轴定位轴承；变速传动系统包括弹性机构、传动盘、I级电流（电磁）变液和II级电流（电磁）变液。通过控制I级电流（电磁）变液和II级电流（电磁）变液的固液时间比，使I级蓄能飞轮通过带弹性机构的轻质盘将机械能传递给II级蓄能飞轮，转速比由时间比决定，达到无级变速效果。用机械方法等效了直流升降压电路原理。说 明 书 附 图12345678910图1 无级变速器示意图其中，1、输入轴定位轴承；2、输入轴；3、I级蓄能飞轮；4、弹性机构；5、传动盘；6、I级电流（电磁）变液；7、II级电流（电磁）变液；8、II级蓄能飞轮；9、输出轴；10、输出轴定位轴承。12364751