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      一種無級調(diào)速方法和無級調(diào)速器的制作方法

      文檔序號:5525923閱讀:2294來源:國知局
      專利名稱:一種無級調(diào)速方法和無級調(diào)速器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及機電一體化領(lǐng)域,特別涉及一種無級調(diào)速方法和無級調(diào)速器。
      背景技術(shù)
      一般交流電機在變頻調(diào)速下轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍較寬,但功率得不到很好的利用,特別是降頻調(diào)速時一般為恒扭矩輸出,功率損失很大。無極調(diào)速器更好的滿足了電動機在最優(yōu)工況下與傳動系統(tǒng)的良好匹配。傳統(tǒng)無級調(diào)速器主要分為液壓傳動、機械傳動和電力傳動等方式。液壓傳動對調(diào)速器的制造精度要求高,價格較貴,輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩,滑動率較大, 運轉(zhuǎn)時容易發(fā)生漏油;機械傳動對調(diào)速器的零部件加工及潤滑要求較高,承載能力較低,抗過載及耐沖擊性較差,有效調(diào)速范圍小,一般適合于中、小功率傳動;電力傳動的調(diào)速器以交流電機式為主,在降頻低速時恒轉(zhuǎn)矩輸出,功率降低。總體上,目前無極調(diào)速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 工藝要求較高,局部性能有待提升。發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點,提供一種無級調(diào)速方法。
      本發(fā)明的另一目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、變速范圍大和輸出功率穩(wěn)定的無極調(diào)速器。
      本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)
      一種無級調(diào)速方法,是以介質(zhì)為高頻傳動開關(guān),通過機械蓄能機構(gòu)實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換;所述介質(zhì)是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì);所述機械蓄能機構(gòu)由重質(zhì)的蓄能飛輪和輕質(zhì)的傳動盤組成,介質(zhì)位于蓄能飛輪和傳動盤之間;當施加電壓或磁場時,介質(zhì)發(fā)生固化從而將蓄能飛輪與傳動盤連為一體,當失去電壓或磁場時,介質(zhì)發(fā)生液化從而蓄能飛輪與傳動盤之間無機械連接并各自進行自由轉(zhuǎn)動,通過控制介質(zhì)固態(tài)和液態(tài)時間比例,實現(xiàn)控制輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
      所述介質(zhì)優(yōu)選電流變液、電磁變液或可控磁粉,還包括可以實現(xiàn)快速可控連斷的其它介質(zhì)。
      —種無極調(diào)速器,包括按同軸串聯(lián)排布的輸入系統(tǒng)、變速傳動系統(tǒng)和輸出系統(tǒng);所述輸入系統(tǒng)包括輸入軸定位軸承I、輸入軸2和蓄能飛輪3,所述傳動變速系統(tǒng)包括介質(zhì)7、 傳動盤5和棘輪4,所述輸出系統(tǒng)包括扭矩彈簧6、輸出軸定位軸承8和輸出軸9 ;輸入軸定位軸承I與輸入軸2相嵌接,用于固定輸入軸2,輸出軸定位軸承8與輸出軸9相嵌接,用于固定輸出軸9 ;輸入軸2與蓄能飛輪3同軸剛性連接;蓄能飛輪3與傳動盤5之間放置有介質(zhì)7,所述介質(zhì)7是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì),當施加電壓或磁場時, 介質(zhì)7會發(fā)生固化,從而將蓄能飛輪3與傳動盤5連為一體,當失去電壓或磁場時,介質(zhì)7 會重新液化,從而蓄能飛輪3與傳動盤5之間無機械連接,進行獨立自由轉(zhuǎn)動;傳動盤5通過扭矩彈簧6與輸出軸9相連接;棘輪4的外側(cè)固定于外殼上,傳動盤5的邊緣與棘輪4的內(nèi)側(cè)棘齒相接觸,棘輪4的棘齒方向與蓄能飛輪3的轉(zhuǎn)向相同,當傳動盤5被蓄能飛輪3帶動時,傳動盤5與棘輪齒保持滑動關(guān)系,當傳動盤5脫離蓄能飛輪3并呈現(xiàn)反相復(fù)位轉(zhuǎn)動趨勢時,傳動盤5被棘輪齒鎖死,并由輸出軸9釋放扭矩彈簧6的彈性勢能。
      所述介質(zhì)7優(yōu)選電流變液、電磁變液或可控磁粉,還包括可以實現(xiàn)快速可控連斷的其它介質(zhì)。
      薄鋼板。

      動力源。
      蓄能飛輪3的質(zhì)量遠重于傳動盤5 ;蓄能飛輪3為金屬圓盤,傳動盤5為倒U形的扭矩彈簧6為旋轉(zhuǎn)方向上提供機械能存儲,為輸出軸9提供輸出轉(zhuǎn)距。所述輸入系統(tǒng)的動力源,可以是電動機、汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機或蒸汽機等機械所述棘輪4可以用電流變液或電磁變液代替,兩組電流或電磁變液互補工作。采用電控系統(tǒng)來控制介質(zhì)7的電壓或磁場。所述電控系統(tǒng)包括數(shù)字處理系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速扭矩檢測系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、驅(qū)動電路和一對電/磁極。其中,數(shù)字處理系統(tǒng)可以是單片機、 DSP, PLC或工控機為核心的數(shù)字處理系統(tǒng),負責將采集到的轉(zhuǎn)速、扭矩等數(shù)據(jù)運算后,輸出控制電流/電磁變液的電信號。轉(zhuǎn)速扭矩檢測系統(tǒng)負責將輸入、輸出軸上傳感器采集到的扭矩和轉(zhuǎn)速信息變送處理,傳遞給數(shù)字處理系統(tǒng)。電源系統(tǒng)為數(shù)字處理系統(tǒng)和驅(qū)動電路提供相應(yīng)的工作電壓。驅(qū)動電路將數(shù)字處理系統(tǒng)輸出的弱電控制信號放大和波形調(diào)整,產(chǎn)生驅(qū)動電流/電磁變液的電磁控制波形。一對正負極的電/磁極,將驅(qū)動波形施加在介質(zhì)7 之上,完成固液兩態(tài)變化。
      T,即
      本發(fā)明的工作原理為假設(shè)介質(zhì)7的固態(tài)時間為h,液態(tài)時間為t2,穩(wěn)態(tài)工作時,介質(zhì)7控制時間周期為Τ= !+ 2(I)穩(wěn)態(tài)后電動機或發(fā)動機工作在最優(yōu)工況,其角速度為ω i,輸入軸2和蓄能飛輪3 為同軸剛性連接,具有相同的角速度。蓄能飛輪3為金屬圓盤,假設(shè)轉(zhuǎn)動慣量足夠大,當T足夠小時,其角速度ω i變化忽略不計,則h時間內(nèi)蓄能飛輪3通過固態(tài)介質(zhì)7和傳動盤5剛性連接,輕質(zhì)的傳動盤5獲得相同角速度由于輸出軸9連接負載具有一定慣性,扭矩彈簧6蓄能。在t2時間傳動盤5受到棘輪4的約束不能反轉(zhuǎn),扭矩彈簧6釋放勢能,輸出軸9 繼續(xù)牽引負載轉(zhuǎn)動對外做功。設(shè)負載慣性足夠大,穩(wěn)態(tài)時輸出軸9轉(zhuǎn)速02變化忽略不計。
      穩(wěn)態(tài)時,一個周期T內(nèi)蓄能飛輪3吸收和釋放的能量相同,可以分析得出,整個周期T內(nèi),蓄能飛輪3吸收來自輸入軸2的機械能,而只在h時間內(nèi)對傳動盤5釋放能量,并受到扭矩彈簧6的反力矩M2,但轉(zhuǎn)速仍為(O1
      「Μ,ω -=0JO 1 1 Jo L 1
      將式2展開可得
      M1 ω 山+Mi ω J2-M2 ω 山=O(3)
      進一步可推得
      M2 = --1M, =y Μ,(4)
      式4中M1為輸入軸2的輸入轉(zhuǎn)矩,M2為輸出軸9的輸出轉(zhuǎn)矩。
      視整個系統(tǒng)為理想材料,忽略損耗,則輸入系統(tǒng)與輸出系統(tǒng)功率守恒,輸出軸9轉(zhuǎn)速ω2表達為
      權(quán)利要求
      1.一種無級調(diào)速方法,其特征在于是以介質(zhì)為高頻傳動開關(guān),通過機械蓄能機構(gòu)實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換;所述介質(zhì)是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì); 所述機械蓄能機構(gòu)由重質(zhì)的蓄能飛輪和輕質(zhì)的傳動盤組成,介質(zhì)位于蓄能飛輪和傳動盤之間;當施加電壓或磁場時,介質(zhì)發(fā)生固化從而將蓄能飛輪與傳動盤連為一體,當失去電壓或磁場時,介質(zhì)發(fā)生液化從而蓄能飛輪與傳動盤之間無機械連接并各自進行自由轉(zhuǎn)動,通過控制介質(zhì)固態(tài)和液態(tài)時間比例,實現(xiàn)控制輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無級調(diào)速方法,其特征在于所述介質(zhì)是電流變液、電磁變液或可控磁粉。
      3.一種無極調(diào)速器,其特征在于包括按同軸串聯(lián)排布的輸入系統(tǒng)、變速傳動系統(tǒng)和輸出系統(tǒng);所述輸入系統(tǒng)包括輸入軸定位軸承、輸入軸和蓄能飛輪,所述傳動變速系統(tǒng)包括介質(zhì)、傳動盤和棘輪,所述輸出系統(tǒng)包括扭矩彈簧、輸出軸定位軸承和輸出軸;輸入軸定位軸承與輸入軸相嵌接,用于固定輸入軸,輸出軸定位軸承與輸出軸相嵌接,用于固定輸出軸;輸入軸與蓄能飛輪同軸剛性連接;蓄能飛輪與傳動盤之間放置有介質(zhì),所述介質(zhì)是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì),當施加電壓或磁場時,介質(zhì)會發(fā)生固化,從而將蓄能飛輪與傳動盤連為一體,當失去電壓或磁場時,介質(zhì)會重新液化,從而蓄能飛輪與傳動盤之間無機械連接,進行獨立自由轉(zhuǎn)動;傳動盤通過扭矩彈簧與輸出軸相連接;棘輪的外側(cè)固定于外殼上,傳動盤的邊緣與棘輪的內(nèi)側(cè)棘齒相接觸,棘輪的棘齒方向與蓄能飛輪的轉(zhuǎn)向相同,當傳動盤被蓄能飛輪帶動時,傳動盤與棘輪齒保持滑動關(guān)系,當傳動盤脫離蓄能飛輪并呈現(xiàn)反相復(fù)位轉(zhuǎn)動趨勢時,傳動盤被棘輪齒鎖死,并由輸出軸釋放扭矩彈簧的彈性勢能。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無極調(diào)速器,其特征在于所述介質(zhì)是電流變液、電磁變液或可控磁粉。
      5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無極調(diào)速器,其特征在于所述蓄能飛輪的質(zhì)量遠重于傳動盤。
      6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無極調(diào)速器,其特征在于所述棘輪用電流變液或電磁變液代替。
      7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無極調(diào)速器,其特征在于采用電控系統(tǒng)來控制介質(zhì)的電壓或磁場;所述電控系統(tǒng)包括數(shù)字處理系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速扭矩檢測系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、驅(qū)動電路和一對電/磁極。
      8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無極調(diào)速器,其特征在于所述數(shù)字處理系統(tǒng)是單片機、DSP、 PLC或工控機為核心的數(shù)字處理系統(tǒng),負責將采集到的輸入輸出軸轉(zhuǎn)速、扭矩等數(shù)據(jù)運算后,輸出控制I級介質(zhì)和II級介質(zhì)的電信號;轉(zhuǎn)速扭矩檢測系統(tǒng)負責將輸入、輸出軸上傳感器采集到的扭矩和轉(zhuǎn)速信息變送處理,傳遞給數(shù)字處理系統(tǒng);電源系統(tǒng)為數(shù)字處理系統(tǒng)和驅(qū)動電路提供相應(yīng)的工作電壓;驅(qū)動電路將數(shù)字處理系統(tǒng)輸出的弱電控制信號放大和波形調(diào)整,產(chǎn)生可以兩回路驅(qū)動介質(zhì)的電磁控制波形;一對正負極的電/磁極,將驅(qū)動波形施加在介質(zhì)之上,完成固液兩態(tài)變化。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)無級調(diào)速的方法及無級調(diào)速器。該方法是以介質(zhì)為高頻傳動開關(guān),通過機械蓄能機構(gòu)實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換;所述介質(zhì)是在電壓或磁場的作用下發(fā)生固、液態(tài)轉(zhuǎn)變的介質(zhì);所述機械蓄能機構(gòu)由重質(zhì)的蓄能飛輪和輕質(zhì)的傳動盤組成,介質(zhì)位于蓄能飛輪和傳動盤之間;當施加電壓或磁場時,介質(zhì)發(fā)生固化從而將蓄能飛輪與傳動盤連為一體,當失去電壓或磁場時,介質(zhì)發(fā)生液化從而蓄能飛輪與傳動盤之間無機械連接并各自進行自由轉(zhuǎn)動,通過控制介質(zhì)固態(tài)和液態(tài)時間比例,實現(xiàn)控制輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。實現(xiàn)本方法的無級調(diào)速器,具有調(diào)速范圍寬、反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單和輸出功率穩(wěn)定等優(yōu)點。
      文檔編號F16D48/06GK102937151SQ201210444349
      公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
      發(fā)明者陳潤恩, 閆國琦 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學
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