专利名称：一种无级调速方法和无级调速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电一体化领域，特别涉及一种无级调速方法和无级调速器。
背景技术：
一般交流电机在变频调速下转速调节范围较宽，但功率得不到很好的利用，特别是降频调速时一般为恒扭矩输出，功率损失很大。无极调速器更好的满足了电动机在最优工况下与传动系统的良好匹配。传统无级调速器主要分为液压传动、机械传动和电力传动等方式。液压传动对调速器的制造精度要求高，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；机械传动对调速器的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；电力传动的调速器以交流电机式为主，在降频低速时恒转矩输出，功率降低。总体上，目前无极调速器结构复杂、 工艺要求较高，局部性能有待提升。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种无级调速方法。
本发明的另一目的在于提供一种结构简单、变速范围大和输出功率稳定的无极调速器。
本发明的目的通过下述技术方案实现
一种无级调速方法，是以介质为高频传动开关，通过机械蓄能机构实现输出转速和转矩的转换；所述介质是在电压或磁场的作用下发生固、液态转变的介质；所述机械蓄能机构由重质的蓄能飞轮和轻质的传动盘组成，介质位于蓄能飞轮和传动盘之间；当施加电压或磁场时，介质发生固化从而将蓄能飞轮与传动盘连为一体，当失去电压或磁场时，介质发生液化从而蓄能飞轮与传动盘之间无机械连接并各自进行自由转动，通过控制介质固态和液态时间比例，实现控制输出转速和转矩。
所述介质优选电流变液、电磁变液或可控磁粉，还包括可以实现快速可控连断的其它介质。
—种无极调速器，包括按同轴串联排布的输入系统、变速传动系统和输出系统；所述输入系统包括输入轴定位轴承I、输入轴2和蓄能飞轮3，所述传动变速系统包括介质7、 传动盘5和棘轮4,所述输出系统包括扭矩弹簧6、输出轴定位轴承8和输出轴9 ;输入轴定位轴承I与输入轴2相嵌接,用于固定输入轴2,输出轴定位轴承8与输出轴9相嵌接,用于固定输出轴9 ;输入轴2与蓄能飞轮3同轴刚性连接；蓄能飞轮3与传动盘5之间放置有介质7，所述介质7是在电压或磁场的作用下发生固、液态转变的介质，当施加电压或磁场时， 介质7会发生固化，从而将蓄能飞轮3与传动盘5连为一体，当失去电压或磁场时，介质7 会重新液化，从而蓄能飞轮3与传动盘5之间无机械连接，进行独立自由转动；传动盘5通过扭矩弹簧6与输出轴9相连接；棘轮4的外侧固定于外壳上，传动盘5的边缘与棘轮4的内侧棘齿相接触，棘轮4的棘齿方向与蓄能飞轮3的转向相同，当传动盘5被蓄能飞轮3带动时，传动盘5与棘轮齿保持滑动关系，当传动盘5脱离蓄能飞轮3并呈现反相复位转动趋势时，传动盘5被棘轮齿锁死，并由输出轴9释放扭矩弹簧6的弹性势能。
所述介质7优选电流变液、电磁变液或可控磁粉，还包括可以实现快速可控连断的其它介质。
薄钢板。
动力源。
蓄能飞轮3的质量远重于传动盘5 ;蓄能飞轮3为金属圆盘，传动盘5为倒U形的扭矩弹簧6为旋转方向上提供机械能存储，为输出轴9提供输出转距。所述输入系统的动力源，可以是电动机、汽油发动机、柴油发动机或蒸汽机等机械所述棘轮4可以用电流变液或电磁变液代替，两组电流或电磁变液互补工作。采用电控系统来控制介质7的电压或磁场。所述电控系统包括数字处理系统、转速扭矩检测系统、电源系统、驱动电路和一对电/磁极。其中，数字处理系统可以是单片机、 DSP, PLC或工控机为核心的数字处理系统，负责将采集到的转速、扭矩等数据运算后，输出控制电流/电磁变液的电信号。转速扭矩检测系统负责将输入、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。电源系统为数字处理系统和驱动电路提供相应的工作电压。驱动电路将数字处理系统输出的弱电控制信号放大和波形调整，产生驱动电流/电磁变液的电磁控制波形。一对正负极的电/磁极，将驱动波形施加在介质7 之上，完成固液两态变化。
T，即
本发明的工作原理为假设介质7的固态时间为h,液态时间为t2,稳态工作时,介质7控制时间周期为Τ= !+ 2(I)稳态后电动机或发动机工作在最优工况，其角速度为ω i，输入轴2和蓄能飞轮3 为同轴刚性连接，具有相同的角速度。蓄能飞轮3为金属圆盘，假设转动惯量足够大，当T足够小时，其角速度ω i变化忽略不计，则h时间内蓄能飞轮3通过固态介质7和传动盘5刚性连接，轻质的传动盘5获得相同角速度由于输出轴9连接负载具有一定惯性，扭矩弹簧6蓄能。在t2时间传动盘5受到棘轮4的约束不能反转，扭矩弹簧6释放势能，输出轴9 继续牵引负载转动对外做功。设负载惯性足够大，稳态时输出轴9转速02变化忽略不计。
稳态时，一个周期T内蓄能飞轮3吸收和释放的能量相同，可以分析得出，整个周期T内，蓄能飞轮3吸收来自输入轴2的机械能，而只在h时间内对传动盘5释放能量，并受到扭矩弹簧6的反力矩M2，但转速仍为(O1
「Μ,ω -=0JO 1 1 Jo L 1
将式2展开可得
M1 ω 山+Mi ω J2-M2 ω 山=O(3)
进一步可推得
M2 = --1M, =y Μ,(4)
式4中M1为输入轴2的输入转矩，M2为输出轴9的输出转矩。
视整个系统为理想材料，忽略损耗，则输入系统与输出系统功率守恒，输出轴9转速ω2表达为
权利要求
1.一种无级调速方法，其特征在于是以介质为高频传动开关，通过机械蓄能机构实现输出转速和转矩的转换；所述介质是在电压或磁场的作用下发生固、液态转变的介质； 所述机械蓄能机构由重质的蓄能飞轮和轻质的传动盘组成，介质位于蓄能飞轮和传动盘之间；当施加电压或磁场时，介质发生固化从而将蓄能飞轮与传动盘连为一体，当失去电压或磁场时，介质发生液化从而蓄能飞轮与传动盘之间无机械连接并各自进行自由转动，通过控制介质固态和液态时间比例，实现控制输出转速和转矩。
2.根据权利要求I所述的无级调速方法，其特征在于所述介质是电流变液、电磁变液或可控磁粉。
3.一种无极调速器，其特征在于包括按同轴串联排布的输入系统、变速传动系统和输出系统；所述输入系统包括输入轴定位轴承、输入轴和蓄能飞轮，所述传动变速系统包括介质、传动盘和棘轮，所述输出系统包括扭矩弹簧、输出轴定位轴承和输出轴；输入轴定位轴承与输入轴相嵌接，用于固定输入轴，输出轴定位轴承与输出轴相嵌接，用于固定输出轴；输入轴与蓄能飞轮同轴刚性连接；蓄能飞轮与传动盘之间放置有介质，所述介质是在电压或磁场的作用下发生固、液态转变的介质，当施加电压或磁场时，介质会发生固化，从而将蓄能飞轮与传动盘连为一体，当失去电压或磁场时，介质会重新液化，从而蓄能飞轮与传动盘之间无机械连接，进行独立自由转动；传动盘通过扭矩弹簧与输出轴相连接；棘轮的外侧固定于外壳上，传动盘的边缘与棘轮的内侧棘齿相接触，棘轮的棘齿方向与蓄能飞轮的转向相同，当传动盘被蓄能飞轮带动时，传动盘与棘轮齿保持滑动关系，当传动盘脱离蓄能飞轮并呈现反相复位转动趋势时，传动盘被棘轮齿锁死，并由输出轴释放扭矩弹簧的弹性势能。
4.根据权利要求3所述的无极调速器，其特征在于所述介质是电流变液、电磁变液或可控磁粉。
5.根据权利要求3所述的无极调速器，其特征在于所述蓄能飞轮的质量远重于传动盘。
6.根据权利要求3所述的无极调速器，其特征在于所述棘轮用电流变液或电磁变液代替。
7.根据权利要求3所述的无极调速器，其特征在于采用电控系统来控制介质的电压或磁场；所述电控系统包括数字处理系统、转速扭矩检测系统、电源系统、驱动电路和一对电/磁极。
8.根据权利要求7所述的无极调速器，其特征在于所述数字处理系统是单片机、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I级介质和II级介质的电信号；转速扭矩检测系统负责将输入、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；电源系统为数字处理系统和驱动电路提供相应的工作电压；驱动电路将数字处理系统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介质的电磁控制波形；一对正负极的电/磁极，将驱动波形施加在介质之上，完成固液两态变化。
全文摘要
本发明公开了一种实现无级调速的方法及无级调速器。该方法是以介质为高频传动开关，通过机械蓄能机构实现输出转速和转矩的转换；所述介质是在电压或磁场的作用下发生固、液态转变的介质；所述机械蓄能机构由重质的蓄能飞轮和轻质的传动盘组成，介质位于蓄能飞轮和传动盘之间；当施加电压或磁场时，介质发生固化从而将蓄能飞轮与传动盘连为一体，当失去电压或磁场时，介质发生液化从而蓄能飞轮与传动盘之间无机械连接并各自进行自由转动，通过控制介质固态和液态时间比例，实现控制输出转速和转矩。实现本方法的无级调速器，具有调速范围宽、反应快、结构简单和输出功率稳定等优点。
文档编号F16D48/06GK102937151SQ201210444349
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者陈润恩, 闫国琦 申请人:华南农业大学