恒功率无级变速车辆变速系统技术方案

恒功率无级变速车辆变速系统，属车辆变速技术领域。采用最新发明专利技术的机电一体化恒功率无级变速技术。用调速控制器控制一台小功率直流电机的转速、即可完成发动机的起动，车辆起步、增速、减速、停止、倒退等全部车辆行驶状态。零转起步车辆起动力矩特大，平稳。增、减速快捷、可靠，发动机可经常在最佳工况下运转，节能、清洁，大型车辆采用二台发动机，根据负载，分别起动一台或二台发动机，节能显著，采用遥感反馈技术通过自动控制器，紧急时车辆会自动减速、停车；驾驶操作简便，一个控制器即可完成车辆的全部运行动作，安全可靠。机件工艺成熟，制造方便，造价低廉，易于推广。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种车辆变速技术，特别是一种恒功率特性的无级变速车辆变速技术。回前，已有无级变速的车辆上市，一般采用发动机变速配合液压变速输出。发动机可作无级变速，但属恒转矩特性。发动机最佳工况是在中、高速运行，低速运行时，不仅输出功率很小，而且发动机燃烧不完全，输出功率很小，输出转矩也小于中、高速运行时的转矩，重载会发生熄火的危险，设计者为弥补这一缺点，采取马力储备，即加大发动机马力配置。这对车辆非常不利。液压传动也属于恒转矩特性。因此，已上市的无级变速的车辆，存在油耗高，起步马力小等缺点而不受消费者欢迎。有级变速的车辆属恒功率特性，但车辆不能从零转起步，起步动力小、不平稳。而且操作要靠机械手柄变速，操作繁难，容易发生错误而导致车祸。本专利技术的目的，就在于克服现有技术的上述缺点，提供一种完全恒功率特性的无级变速的车辆变速系统，具有起步动力特大，增、减速平稳可靠，调速快慢可任意控制，操作集中简单，无需搬动任何机械手柄，只需掌握调速控制器就可完成车辆的各种运行状态。紧急时，车辆可由遥感器反馈的信息迅速自动减速和停止前进，车辆发动机配置合理，可经常在最佳工况下运行，油耗低，废气排放清洁，车辆行驶安全可靠的变速系统。如配置二台发动机(总功率不超过)根据不同载荷和路况起动一台或二台发动机运行，则节能效果更加显著。本专利技术的目的是这样实现的。本变速系统由七部份组成1.渐开线行星差动齿轮系。2.输入输出同步同轴高效自锁机构。3.小功率调速用直流电动机，其功率相当于车辆发动机功率的10％。4.起动发动机的中间齿轮和超越离合器。5.手动调速直流电动机的控制器。6.遥感接收器和自动控制器。7.刹车及电位控制。下面就七部份的组合及功用分述为下渐开线行星差动齿轮系的行星架为输出件，通过输出轴与车辆轮轴连接。太阳齿轮与发动机输出轴连接，中间接有一个电磁超越双联离合器。行星齿轮系的齿圈不固定而呈浮动状态。如让齿圈变速转动，输出轴即可作无级变速，其方程式如下NA=NB·ZAZA+ZBNX·ZBZA+ZB]]>式中NA输出转速。NB发动机转速。NX行星轮系的齿圈转速(调速转速)ZA太阳齿轮齿数。ZB齿圈齿数。上式中，ZA和ZB是常量，NA受NB、NX的变化而变化，在这个齿轮系中，改变发动机转速或改变齿轮圈转速都能使输出转速变速。使NX不变，NB改变，只能使NA在一定范围内变速，不能变为0转(只有发动机停止，才能使NA为0)而发动机转速不变，增大NX就能使输出转速逐渐降速，NX达到一定值时，NA为0，如再增大NX，NA可以是负值，即输出为反向旋转，使车辆倒退。行星差动齿轮系的这一特性，非常简单，但讫今为止尚不能被充分利用，其原因在于，当齿圈不固定时，输出件行星架受外负载的作用，会有一个与输出旋转方向相反的反力矩作用于齿圈上，而处在浮动状态的齿圈会受这个反力矩的作用而自动旋转，使输出为0，机构失效，为要使齿圈不被反力矩所驱动，必须要有一个自锁机构对齿圈实现有效的自锁。然后根据需要，再让齿圈按需要的转速旋转。同步同轴高效自锁机构不但能有效地把齿圈锁住，而且它有很大的调速范围，能够在发动机高速运行时，使齿圈的转速达到能使输出的行星架停止转动，甚至向反向旋转。即NB不变，NX大到一定值时，NA＝0，或使NA等于负值。将浮动状态的齿圈和同步同轴高效自锁机构连接，由于自锁的功能，使齿圈不能自由转动，再用一小功率调速直流电动机连接自锁机构的输入件，根据需要，起动直流电动机就能将被锁住的齿圈解锁转动，达到调速之目的。调速用的小功率直流电动机转子的另一端还安装有齿轮，通过减速中间齿轮和超越离合器，起动发动机。车辆如安装有遥感接收器，可将车辆前进方向出现的障碍及时反馈，通过自动控制器直接起动调速直流电动机，使车辆及时减速和停止前进。刹车电位器是刹车同步起动调速直流电动机，使行进中的车辆变速系统输出为零，这有利于刹车的可靠性，同时也可避免传动系统机件的损坏。本专利技术的具体结构是由下面实施例和附图实现的。图一是本专利技术的方块结构示意图。图二是本专利技术的轴向传动结构图。图三、四、五、六是本专利技术的同步同轴高效自锁机构的剖面图。如图二所示行星齿轮系的行星架2与输出轴1连接，中心太阳齿轮4和发动机输出轴5连接，中间接有电磁、超越双联离合器，发动机起动时，必须脱离电磁离合器，使发动机处于空载状态。车辆起步后，必须合拢电磁离合器，否则车辆在下坡时会失控。行星齿轮系的齿圈3和中心齿轮6连接，中心齿轮6又和自锁机构的六个偏心套齿轮7啮合，组成一行星齿轮系并被锁住。自锁机构的输入件偏心套9和调速直流电动机的转子10连接。起动直流电动机使自锁机构的输入偏心套9旋转，就能使自锁机构解锁转动。从而使被锁住的齿圈按所需要的转速旋转。因为直流电动机可作无级变速调速，所以也能使行星齿轮系的齿圈作无级变速转动，达到行星差动齿轮系的无级变速输出。行星齿轮系的差动运行的恒功率特性的原理如下述在一套齿轮系中，无论主动轮还是被动轮，它们的线速度都是不变的，作用在齿轮元周上的力也是不变的。但是行星差动轮运行状态下，主动轮转速不变，但是中介轮的位置变化，使从动轮的转速发生了很大的变化，那么从动轮的转矩是否也发生了变化呢？由于差动轮系讫今尚未有人用于动力传动，国内外尚无人论及以此，本人研究认为，从动轮输出速度变慢后，其输出转矩也相应地增大了，其原因是作用在从动轮上的力的作用方式改变了。以本实施例为例太阳轮为输入件、齿圈为调速差动轮、行星架为输出件。在没有调速，齿圈固定时，主动轮与从动轮的传动比是一种定传比关系，转速和转矩都按定传比变化。此时，我们在从动齿轮上任意取一个点，在传动中，这个点的轨迹是一条近于直线的弧线。在一旦调速的差动件转动后，从动轮上的这个点的轨迹就从弧线改变为S曲线，随着差动的增大，从动件的转速变慢；从动轮上的这个点的轨迹，从S曲线变为螺旋线。随着从动轮转速变慢时，这个点的螺旋曲线的螺距越来越小，当从动轮的转速接近于零转时，螺旋的每一圈之间的距离，小到几乎不能分辨。这一运动轨迹，类似螺杆与螺母的运动原理一样。螺距越小，螺母的紧固力越大，这就是行星差动齿轮系形成的恒功率无级变速特性的原理所在。上述这个原理，在本实施例的实施模型的测试中得到完全的证实。在测试中还得到这样一个定理当输出转速接近于零转/分时，其输出转矩接近于无穷大。实验时，输出转速为5转/分处加负载为50kg·M，但主动力电机的电流比电机空载时只增加了约0.5A，而配套的0.5kw三相异步电机的变频调速电流还不到0.5A，此时调速变频频率已达45赫。此证明输出的转矩已达50kg·M，但转速仅5转/分，其输出功率仅250瓦，因此变速机上无论主动力电机和调速电机的负载都很小，整个传动系统中除输出件行星架外其他机件都处在轻载状态。恒功率无级变速技术的这一特性，对车辆的起动和运行非常有利。由于车辆运行有各种不同的路况，车辆载荷也有轻、重载之分，车辆的行驶又会有快慢之别，情况不同，消耗的动力差距非常之大，但发动机却不能适应这种差别，因此发动机往往是在不良工况下运行的，造成油料的很大浪费，而废气排放中，又含有大量一氧化碳，污染环境。如车辆设置二台发动机，其总马力不超过设计需要的本文档来自技高网...

【技术保护点】
恒功率无级变速车辆变速系统。行星齿轮系的行星架（２）连接输出轴，太阳齿轮（４）连接发动机输出轴（５），输出轴（５）中间接有超越电磁双联离合器（１５）。轮系的齿圈（３）处于浮动状态，并连接一中心齿轮（６），使其与同步同轴高效自锁机构（８）上的偏心套齿轮（７）啮合，并被锁住而不能任意转动。自锁机构的输入偏心套（９）与调速直流电动机的转子（１０）连接。当电动机起动后能通过自锁机构使行星齿轮副的齿圈（３）旋转，从而达到无级调速之目的。直流电动机转子（１０）的另一端安装有齿轮（１２），通过减速齿轮付（１３）、（１４），超越离合器（１６），可起动发动机。车辆可安装遥感接收器，通过自动控制器起动调速直流电动机而使车辆及时减速和停止。车辆的刹车也装有电位器，使刹车的同时，起动调速直流电动机而使输出轴迅速降速至停止，以保证紧急刹车不损坏传动系统的机件。大型车辆采用二台发动机，节能显著。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.恒功率无级变速车辆变速系统。行星齿轮系的行星架(2)连接输出轴，太阳齿轮(4)连接发动机输出轴(5)，输出轴(5)中间接有超越电磁双联离合器(15)。轮系的齿圈(3)处于浮动状态，并连接一中心齿轮(6)，使其与同步同轴高效自锁机构(8)上的偏心套齿轮(7)啮合，并被锁住而不能任意转动。自锁机构的输入偏心套(9)与调速直流电动机的转子(10)连接。当电动机起动后能通过自锁机构使行星齿轮副的齿圈(3)旋转，从而达到无级调速之目的。直流电动机转子(10)的另一端安装有齿轮(12)，通过减速齿轮付(13)、(14)，超越离合器(16)，可起动发动机。车辆可安装遥感接收器，通过自动控制器起动调速直流电动机而使车辆及时减速和停止。车辆的刹车也装有电位器，使刹车的同时，起动调速直流电动机而使输出轴迅速降速至停止，以保证紧急刹车不损坏传动系统的机件。大型车辆采用二台发动机，节能显著。2.按照权利要求1所述的同步同轴高效自锁机构，其特征在于a...

【专利技术属性】
技术研发人员：李培基，
申请(专利权)人：李培基，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]