[00114851]永磁磁力无级变速变扭器

　　磁力无级变速变扭器 　　——作用和常见的变速箱、液力耦合器相同。应用于动力传递方面。起到改变传动比，从而实现改变转速和扭矩的目的。 专利号：ZL ZL201220092004.3 　　一、研制背景 　　动力传动、变速变扭是机械方面最基础的设备。应用范围是非常广泛的。随着各种机械设备的发展，现早已应用的各行各业，无处不在。可以这样说，只要是有机械设备的地方，都离不开这种做为基本的动力传递机构。小到各种机床、车辆；大到飞机船舶。特别是日新月异发展的汽车行业和工程机械领域。 　　然而，由于受目前的技术限制，大都采用的是有级变速器。为了是人们更加直观的了解现状，在这里列举我们最常见的汽车所使用的变速器，加以具体分析说明： 　　汽车在行驶中，会出现不同的路况，在这里不再具体叙述。要求汽车行驶速度要适应路况的变化，并以驾驶员的要求做出不同的速度行驶。这就需要汽车发动机和变速器之间的相互配合，以不同的传动比和扭矩，驱动车辆行驶。同时，也要求变速器配合发动机，以求使发动机在最佳的工况下运转，从而达到最佳的动力性和经济性。 　　汽车常用的变速器，从变速形式上，通常可分为有级变速器、无级变速器和自动、手自一体变速器几种。 　　有级变速器是最早应用到汽车传动系中的，由于这种变速器是靠多排变速齿轮的不同相互啮合，来实现不同的传动比。为了使齿轮在啮合时不产生严重的撞击而损坏齿轮，在变速时就必须使用离合器，通过操纵离合器的分离、结合，达到暂时切断动力传递，操作过程繁杂。并且为了使变速器在变速过程中齿轮能够平顺结合，还要加装齿轮啮合同步机构，结构复杂。同时最大的缺点就是也只能在有限的几个传动比中传动，变速范围狭窄。 　　机械离心式皮带传动无级变速器，它是靠两个主、被动皮带轮通过机械离心式的工作原理，实现无极变速的。由于它存在着传动功率小、扭矩低、传动效率低、变速范围狭窄这些难逾越的瓶颈制约。只能在小功率的范围使用，目前也在趋于淘汰状态，已经很少使用。 　　而采用液力耦合器的传动装置，虽然可以在一定范围中起到变速、变扭的作用。也同样具有传动效率低，运行维护费用较高的特性，同时还要使用液力油作为传动介质，容易造成一定的环境污染。 　　目前高档汽车上所使用的自动变速器、手自一体化双离合变速器，虽然可以实现根据路面和需求的自动变速，简化的操作步骤，节省了驾驶员的体力和精力。但在理论上其实还同样是有级变速器的一种，也同样拥有着有级变速器弊端，常见的也只有2—5个档位，最高是8个档位。并且成本较高，维护费用高等都有着难以逾越的局限性。 　　磁力变速变钮器就是在此种背景下研制。 　　二、理论依据 　　基本原理就是根据磁体磁极同性相斥、异性相吸的这一基本物理现象研发而成。 　　变速变扭原理是依据在磁体磁场强度不变的前提下：磁力的的大小等于两者磁场强度之和除距离平方两者的关系，通过改变磁极间隔的长短距离，实现无级改变扭矩传递的大小。根据动力传递功率等于转速和扭矩乘积这一公式可知，当扭矩不变时，转速越高，功率就越大。同理，功率一定时，扭矩越大，转速就越低。这些基本常识作为机械基本原理。实现了无级变速变扭。 　　同时，在遇到特殊情况时:如，需要很大的调速范围时，在理论上，只需简单地加以增加一些辅助装置，就可轻易实现。如：可以依靠通过提高输入端的转速，在材料所允许的范围内，能够获得很大的调速空间。比如:上万传动比：1000-0 ；同样的原理，根据功率等于扭矩和转速的乘积这一定理，只需要靠适当的提高转速，也可以获得较大的功率传递。另外，在增加功率传递方面，还有三个重要的途径。一是适当增加多个磁极；二是增大磁极磁场强度；三是增大主、被动盘的直径。从而达到提高传递功率的目的。而随着新型稀土永磁体强力磁性材料的不断涌现，更使得这种情况变得更加容易实现。 　　此外，附加上简单装置，即可实现旋转方向的改变。并且还可以十分容易实现液压电子自动化控制。不仅实现了无级变速器，并可根据工作的需要，转化任意的自动定速、定扭传动。 　　三、研发过程 　　（一）设计原则 　　在开始产生研制磁力无极变速变扭这个想法的时候，由于考虑该项目的应用范围比较广泛，所以，就不针对任何单一的机械设备，只进行理论方面的实际验证。待验证成功突破后，在进行针对性设计。 　　做到安全，可靠，有效。 　　（二）方案设计步骤 　　因为是理论验证实验，为了得到可靠便捷的动力源，在开始就想到了应用最为便捷的单相交流电机最为最初的实验动力。 　　考虑的安装的方便，采用三角铁做基础框架支撑。以便安装所有的设备。 　　为了方便的测出变速、变扭的特性，特地安装了水轮和机械轮。作为转速的测定和变扭阻力等测定输入。 　　以上述规定作为依据。完成整个设计。 　　四、机具结构 　　主要结构：稀土永磁体；磁力主动盘；磁力从动盘；主、从动盘间距调整机构及变速变扭机构；支架；控制机构等。 　　结构功用： 　　稀土钕铁硼永磁体——作为动力传递的基本介质。 　　磁力主动盘——与连接原动力机械相连，起到最基本的动力传递作用。 　　磁力从动盘——起到与磁力主动盘动力连接的作用。 　　主、从动盘间距调整机构——调整主、从动盘之间的间距。从而起到无极调整速度、变扭的作用。 　　控制机构——控制机构，顾名思义，就是起到控制调整机构的作用。 　　五、成果主要创新点 　　1、不但实现了无级变速并且实现了无级变扭。变速变扭曲线过渡平滑。并可根据工作的需要，转化实现任意的定速、定扭传动。 　　2、操作方便，可靠性高。并容易实现自动化液压电子控制。 　　3、传动效率高，最高传动效率能达到98%左右，能和传统的机械传动齿轮组相比。 　　4、结构简单，运行费用低，就此机构而言，维护方便。并且没有油类污染。 　　5、属于柔性连接，运转平滑，噪音低：并能对机件起到良好的过载保护。 　　6、有着广泛的应用范围。并可实现高速大功率动力传动。 　　六、在实践中的应用情况与前景 　　由于在设计原则中所提到只是在理论上加以实验验证的原则，目前并为针对某种机型投入实际生产中。 　　但由于无级变速变扭器有着诸多的优越性（这些是人们得以公认的），是已经确定的发展方向，这些情况在前面已经叙述，在此不再重复。 　　需要强调的是，随着现代电子技术和液压技术的日渐成熟，以及这种电子传感器的应用。这种磁力无级变速变扭器极易实现电子化自动控制。比如；用电子转速传感器显示转速，配合变扭调节机构改变扭矩的大小。或者是根据扭矩的大小，实现自动无级变速。这些都是很容易实现的。 　　对此再谈一些我国的特殊情况。我国是最早发现和应用磁性材料的国家，古代中国的“四大发明”之一的指南针，为人类的航海事业就做出了巨大的贡献。指南针——天然磁性材料制作。而现在随着现代科技水平的发展，磁性材料从开始的铁氧永磁体，发展到稀土永磁体。磁性材料在性能上（磁能积、矫顽力）有着质的飞跃。通俗的讲，在磁性方面，稀土永磁体可以吸起高达8倍自身重量的物体。这无疑为磁性材料的应用打下了很好的技术基础。这就算是我们经常所说的天时吧。 　　更需要特别指出的是，我们国家存在着得天独厚的稀土资源，其拥有量和开采量居世界之首，这位稀土永磁体的应用提供了丰富的物质基础。同时也为稀土永磁体的应用寻求到新的途径。可谓一举多得。这就算是地利。 　　特别需要指出的是，在汽车领域，随着我国的汽车保有量的迅速增加。市场预测:无级变速一直是动力传递中的发展方向，特别是在汽车领域中，磁力无级变速变扭器是填补现有相关技术的空白项目，随着进一步的改革开放，人们的生活水平不断提高，汽车已逐步进入普通百姓家庭。在汽车工业迅速发展的时期，谁先采用先进安全的技术，谁必然在技术和市场领先一步。 　　因此，完全可以这样说，它潜在着巨大的经济价值和社会综合价值。 　　七、主要完成单位 　　个人独立完成 　　八、主要完成人 　　程清波 　　2012年2月5日