使用行星齿轮的动力传动装置 【技术领域】
本发明大体涉及一种使用行星齿轮的动力传动装置， 其可用于汽车、 船舶、 风车和 交流机组电动机等等， 更具体地， 本发明涉及一种包括行星齿轮组的动力传动装置， 所述行 星齿轮组具有行星齿轮架， 所述行星齿轮架的一侧延伸以形成轮齿， 其中由驱动动力源输 入的转速被降低并且随后被输入到行星齿轮组的一个运转构件， 变速动力源的转速被输入 到行星齿轮组的另一个运转构件从而实现多级档位， 并且从输出轴获得用于产生电的动 力， 所产生的电被储存， 使用所储存的电能作为变速动力源的控制能源从而容易地控制传 动输入轴。背景技术
通常， 变速器是一种接收来自驱动动力源的输入动力、 将所述输入动力转换成适 合驱动状态的转速并且将该转速传输至输出轴的装置。 变速器的种类包括驾驶员可通过操 纵变速杆达到他想要的档位的手动变速器以及基于车速和节气阀的开度自动达到适当的 档位的自动变速器。手动变速器具有高燃料效率但难以操纵， 而自动变速器容易操纵但具 有低燃料效率。
一般来讲， 变速器所具有的档位的数量越多， 则能够获得越高的汽车的燃料效率。 然而， 因为自动变速器包括多个行星齿轮组和用于操纵各个运转构件的摩擦元件， 所以档 位的数量越多， 行星齿轮组和摩擦元件的数量变得越多。 这将导致自动变速器的重量增加， 从而降低燃料效率。因此， 自动变速器的档位的数量少于手动变速器的档位的数量。
此外， 因为一些用在汽车等中的附加设备在不行驶时仍必须保持工作， 所以它们 都直接连接到它们的驱动动力源。然而， 因为在驱动动力源和输入轴之间安装有阻尼离合 器， 所以所述附加设备不能连接到输入轴。因此， 用于附加设备的空间不够。
为解决上述问题， 已提出了通过将驱动动力源的转速输入到行星齿轮组的一个运 转构件以及将变速动力源的转速输入到行星齿轮组的另一运转构件来实现多级档位的一 些方法。
然而， 根据上述方法， 驱动动力源的转矩将作用于变速动力源， 这导致严重的转矩 损失。另外， 驱动动力源的转速将不经过减速而直接输入到行星齿轮组， 这导致如下问题 ： 如果变速动力源不提供强的转矩， 则变速是困难的。 发明内容
技术问题
因此本发明要解决上述问题。 本发明的一个目的是为了提供一种使用行星齿轮的 动力传动装置， 其中能够从行星齿轮组的行星齿轮架获得用于控制传动输入轴所需的变速 动力源的电能。
本发明的另一个目的是为了提供一种使用行星齿轮的动力传动装置， 其中使用行 星齿轮和变速动力源以实现各种前进和后退档位。本发明的另一个目的是为了提供一种使用行星齿轮的动力传动装置， 其中可以通 过将输入轴直接连接到驱动动力源来将附加设备连接到输入轴。
本发明的另一个目的是为了提供一种使用行星齿轮的动力传动装置， 其中使用变 速动力源可以最小化行星齿轮组中的变速的转矩损失并且提供了允许使用各种档位的相 对较弱的转矩。
本发明的另一个目的是为了提供一种使用行星齿轮的动力传动装置， 其中能够最 小化在行星齿轮组的运转构件和变速动力源之间的耦合部分处可能出现的任何滑动。
最后， 本发明的另一个目的是为了提供一种使用行星齿轮的动力传动装置， 其中 能够通过加速踏板和制动踏板来控制输出轴的转数。
技术方案
根据实现所述目的的本发明的一个方案， 提供了一种使用行星齿轮的动力传动装 置， 其包括 ：
输入轴， 其具有恒定地连接到驱动动力源的以便从驱动动力源接收动力的一端以 及固定地安装在其上的驱动齿轮 ；
减速单元， 其被连接到驱动齿轮并且降低输入轴的转速 ； 行星齿轮组， 其包括连接到减速单元且接收减速单元的转速的第一运转构件、 接 收变速动力的第二运转构件以及产生输出速度的第三运转构件 ；
变速单元， 其恒定地连接到变速动力源以便从变速动力源接收变速动力并且与第 二运转构件耦合以便将变速动力传输到第二运转构件 ； 以及
输出轴， 其被固定到行星齿轮组的第三运转构件以便传送输出速度，
其中， 第二运转构件的旋转轴线垂直于减速单元的旋转轴线，
转矩控制轴， 其被连接到第二运转构件以便通过动力传送构件接收第二运转构件 的旋转力，
用于发电的发电机， 其被连接到转矩控制轴， 以及
用于为变速动力源供电的蓄电池， 其被连接到发电机。
行星齿轮组是单个的小行星齿轮组， 其包括太阳齿轮、 行星齿轮架以及环形齿轮， 它们是行星齿轮组的运转构件， 其中环形齿轮可以作为第一运转构件运行， 行星齿轮架可 以作为第二运转构件运行， 以及太阳齿轮可以作为第三运转构件运行。
使用行星齿轮的动力传动装置还可以包括控制单元， 其中控制单元可以相应于输 出轴的速度和制动器的操作程度来控制变速动力源的操作。
控制单元可以控制输出轴的转速并且通过改变变速动力源的转速来实现制动操 作。
变速动力源可以是电动机。
在根据本发明的第一实施例的使用行星齿轮的动力传动装置中， 减速单元可以包 括： 减速轴， 其平行于输入轴布置 ； 减速齿轮， 其固定到减速轴并且与驱动齿轮齿接 ； 前进 齿轮和后退齿轮， 其被布置为能够关于减速轴旋转 ； 以及同步器， 其可选择性地将前进齿轮 和后退齿轮中的一个连接到减速轴以便一体地旋转减速轴以及前进齿轮和后退齿轮中的 一个， 其中前进齿轮与第一运转构件恒定地齿接。
减速单元还可以包括 ： 空转轴， 其接收后退齿轮的转速以旋转 ； 第一载体齿轮
(carrier gear)， 其固定到空转轴上并与第一运转构件齿接 ； 以及第二载体齿轮， 其固定到 空转轴上并与前进齿轮齿接。
同步器可以相应于操作杆的位置而操作。
输入轴的另一端和减速单元中的至少一个与附加设备连接。
减速单元可以包括 ： 传动输入轴， 其具有连接到变速动力源以便接收来自变速动 力源的变速动力的一端 ； 以及蜗杆 (worm gear)， 其在传动输入轴的另一端上形成并且与第 二运转构件齿接。
在根据本发明的第二实施例的使用行星齿轮的动力传动装置中， 减速单元可以包 括平行于输入轴布置的多个轴和安装在多个轴上的多个齿轮， 其中具有不同轮齿数的两个 齿轮被安装在多个轴中的每一个上， 其中形成在一个轴上的两个齿轮中的一个齿轮与安装 在另一个轴上的两个齿轮中的一个齿轮齿接从而可以将来自所述输入轴的动力传送到行 星齿轮组， 多个齿轮中的一个齿轮与驱动齿轮齿接， 多个齿轮中的另一个齿轮与第一运转 构件齿接。
在多个轴中的每一个上形成的两个齿轮中具有较小轮齿数的齿轮可以与在动力 传动线上最接近驱动动力源的轴上的齿轮齿接， 同时两个齿轮中具有较大轮齿数的齿轮可 以与在动力传动线上最接近行星齿轮组的轴上的齿轮齿接。 变速单元可以包括 ： 多个传动输入轴， 其彼此垂直地并也与输出轴垂直地布置 ； 第一齿轮， 其安装在每个传动输入轴上以关于其旋转并且与第二运转构件齿接 ； 以及第二 齿轮， 其安装在每个传动输入轴上以关于其旋转， 其中安装在一个传动输入轴上的一个第 二齿轮可以与安装在另一个传动输入轴上的另一个第二齿轮齿接， 并且传动输入轴中的一 个可以连接到变速动力源以接收变速动力。
第一齿轮可以为蜗杆， 并且第二齿轮可以为螺旋齿轮。
根据本发明的使用行星齿轮的动力传动装置可以包括 ： 太阳齿轮， 其具有在其外 周表面上形成的轮齿并且与旋转轴上连接以接收来自旋转轴的动力或者向旋转轴提供动 力； 环形齿轮， 其具有在其内圆周表面上形成的轮齿并且环绕太阳齿轮以便与太阳齿轮的 旋转反向地旋转 ； 多个小齿轮， 其与太阳齿轮的外周表面上的轮齿和环形齿轮的内圆周表 面上的轮齿齿接 ； 以及行星齿轮架， 多个小齿轮可旋转地安装在其上， 并且所述行星齿轮架 依据小齿轮的旋转而旋转， 其中行星齿轮架在其一侧具有沿着其旋转轴的方向延伸的延伸 部分， 其中延伸部分具有倾斜地形成在其外周表面上的轮齿从而与蜗杆或螺旋齿轮啮合， 并且还具有形成在延伸部分上的第二轮齿从而与第二螺旋齿轮或第二伞齿轮啮合， 从而提 取行星齿轮架的部分旋转力。
环形齿轮可以具有形成在其外周表面上的轮齿。
根据本发明的使用行星齿轮的动力传动装置可以包括 ： 输入轴， 其具有在其一侧 的外周表面上形成的驱动齿轮 ；
减速单元， 其包括减速轴， 所述减速轴具有与驱动齿轮齿接的减速齿轮 ；
环形齿轮， 其具有在其外周表面上形成的轮齿以便与减速齿轮外接 ；
多个小齿轮， 其与在环形齿轮的内圆周表面上形成的轮齿外接 ；
输出轴， 与多个小齿轮外接的太阳齿轮安装在所述输出轴上 ；
行星齿轮架， 其与小齿轮的中心轴连接从而依据小齿轮的旋转而关于输出轴旋
转； 延伸部分， 其从行星齿轮架在输出轴的轴向上延伸 ；
蜗杆和主动螺旋齿轮， 其在延伸部分的外周表面上形成 ；
传动输入轴， 在其外周表面上具有耦合到蜗杆的蜗轮并且其垂直于输出轴从而通 过变速动力源旋转 ；
控制单元， 其控制传动输入轴的转速 ；
转矩控制轴， 其具有与延伸部分的主动螺旋齿轮外接的被动螺旋齿轮 ； 以及
转矩降低构件， 其为选自群组的一个或多个构件， 该群组由通过转矩控制轴驱动 的发电机、 减速装置、 以及液压泵而构成。
减速单元可包括 ： 第一减速齿轮， 其在减速轴上形成 ； 以及第二减速齿轮， 其在减 速轴上形成并且与第一减速齿轮间隔开。
第一减速齿轮可以与驱动齿轮连接， 并且第二减速齿轮可以与在环形齿轮的外周 表面上形成的齿轮连接。
一种使用行星齿轮的动力传动装置可包括 ：
输入轴， 其具有在其一侧的外周表面上形成的驱动齿轮 ；
减速轴， 其具有与驱动齿轮齿接的减速齿轮 ；
主动伞齿轮， 其在减速轴的一端上形成 ；
环形齿轮， 其一侧形成有被动伞齿轮并且被动伞齿轮与主动伞齿轮齿接 ；
多个小齿轮， 其与在环形齿轮的内周表面上形成的轮齿外接 ；
输出轴， 其具有安装在其上的与多个小齿轮外接的太阳齿轮以便输出轴与太阳齿 轮一起旋转 ；
行星齿轮架， 其与小齿轮的中心轴连接以关于输出轴依据多个小齿轮而旋转 ；
延伸部分， 其从行星齿轮架在输出轴的轴向上延伸 ；
蜗杆和主动伞齿轮， 其在延伸部分的外周表面上形成 ；
传动输入轴， 其在其外周表面上具有与蜗杆耦合的蜗轮并且垂直于输出轴以便通 过变速动力源旋转 ；
控制单元， 其相应于输出轴的转速和制动器的操作来控制传动输入轴的转速 ；
转矩控制轴， 其具有与延伸部分的主动螺旋齿轮外接的被动螺旋齿轮 ； 以及
发电机， 其被连接到转矩控制轴以便发电 ； 以及
蓄电池， 其被与发电机电连接并且为变速动力源供电。
优选地， 被动伞齿轮可以形成在环形齿轮的一侧上， 并且延伸部分可以从环形齿 轮的另一侧延伸出。
根据本发明的一种使用行星齿轮的动力传动装置可包括 ：
输入轴， 在其一侧的外周表面上具有驱动齿轮 ；
环形齿轮， 其具有与驱动齿轮接合的外轮齿 ；
行星齿轮架， 在其周边上具有与环形齿轮的内轮齿接合的多个小齿轮并且相应地 在其一端和另一端上形成有蜗轮和为伞齿轮形状的第二轮齿 ；
太阳齿轮， 其与多个小齿轮外接 ；
输出轴， 其被安装在太阳齿轮上并且插入到行星齿轮架中 ；
传动输入轴， 其具有接合到蜗轮的蜗杆 ；
转矩控制轴， 其具有伞形齿并且与第二轮齿接合以便转动。
此外， 根据本发明的一种使用行星齿轮的动力传动装置可以进一步包括 ：
主电动机， 其旋转输入轴 ； 以及
控制电动机， 其控制传动输入轴的旋转操作。
此外， 根据本发明的一种使用行星齿轮的动力传动装置可包括 ：
电动机控制单元， 其控制主电动机和控制电动机 ； 以及
加速踏板和制动踏板， 它们与电动机控制单元电连接，
其中， 当加速踏板被压下时， 电动机控制单元通过增加主电动机的转数并且同时 减少控制电动机的转数来提高输出轴的转速， 并且
当制动踏板被压下时， 电动机控制单元通过减少主电动机的转数并且同时增加控 制电动机的转数来降低输出轴的转速。
有益效果
如上所述， 根据本发明的使用行星齿轮的动力传动装置， 通过使用行星齿轮组和 变速动力源能够实现各种前进和后退档位。 特别是， 为了实现后退变速， 使用安装在空转轴 上的第一载体齿轮和第二载体齿轮， 这就能够通过与前进变速相同的方法来实现。 因为附加设备既可以耦合到输入轴又可以耦合到减速轴， 所以能够提供各个附加 设备所需的各种转速。
因为通过使用用于传动的变速动力源而不用独立的制动系统就能够实现制动操 作， 所以能够简化装置的构造并且降低生产成本。
因为通过蜗杆将用于变速动力源的变速动力输入到行星齿轮组， 所以能够降低变 速动力源的转矩损失。
因为被降低的驱动动力源的转速被输入到行星齿轮组， 所以甚至能够通过使用具 有较低转速的变速动力源来实现变速。
因为通过多个蜗杆将变速动力源的动力输入到行星齿轮组， 所以能够最小化在行 星齿轮组和变速动力源之间的连接部分处可能出现的任何滑动。
因为通过由从行星齿轮组的行星齿轮架所提取的部分旋转力而驱动的电力发电 机来实现发电以降低行星齿轮架的转矩， 所以能够容易地控制输出轴的旋转控制。
此外， 由连接到行星齿轮架的发电机所产生的电能被储存到蓄电池中， 并且所储 存的电能被供应到变速动力源， 因此能够为变速输入轴的控制自备动力。
另外， 能够通过使用有关联的加速踏板和制动踏板来控制输出端的转速和转矩。
附图说明
图 1 为说明根据本发明的第一实施例的动力传动装置的构造的代表性示意图 ； 图 2 为说明图 1 的动力传动装置省略了空转轴的构造的代表性示意图 ； 图 3 为说明图 2 的动力传动装置省略了传动输入轴的构造的代表性示意图 ； 图 4 为表示根据本发明的第一实施例的动力传动装置的前进档位的速度图的曲 图 5 为说明根据本发明的第二实施例的动力传动装置的构造的立体图 ；10线图 ；
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说明书6/12 页图 6 为说明根据本发明的第二实施例的动力传动装置的构造的后视图 ； 图 7 为用于本发明的实施例的行星齿轮组的分解立体图 ； 图 8 为说明根据本发明的第三实施例的动力传动装置的构造的立体图 ； 图 9 为说明根据本发明的第三实施例的动力传动装置的平面图 ； 图 10 为说明根据本发明的第四实施例的动力传动装置的立体图 ； 图 11 为说明根据本发明的第四实施例的动力传动装置的平面图 ； 图 12 为说明根据本发明的第五实施例的动力传动装置的立体图 ； 图 13 为说明根据本发明的第六实施例的动力传动装置的立体图 ； 图 14 为说明应用在图 12 和图 13 的实施例中的行星齿轮架的局部横截面部的立体图 ； 图 15 为说明根据本发明的第七实施例的动力传动装置的立体图 ；
图 16 为说明根据本发明的第八实施例的动力传动装置的局部横截面立体图 ；
图 17 为说明根据本发明的动力传动装置的输出端的变速的方框图 ；
图 18 为说明当本发明的动力传动装置加速时， 相应于加速踏板的输出电压的主 电动机和控制电动机的转速的曲线图 ； 以及
图 19 为说明当本发明的动力传动装置制动时， 相应于制动踏板的输出电压的主 电动机和控制电动机的转速的曲线图。
具体实施方式
在以下本发明的详细说明中将结合附图更完整的描述本发明的操作的本质和模 式。
图 1 是说明根据本发明的第一实施例的动力传动装置的构造的代表性示意图， 图 2 是说明图 1 的动力传动装置省略了空转轴的构造的代表性示意图， 以及图 3 是说明图 2 的 动力传动装置省略了传动输入轴的构造的代表性示意图。
如图 1 至图 3 所示， 根据本发明的第一实施例的动力传动装置包括输入轴 20、 减速 单元 190、 行星齿轮组 PG1、 输出轴 120、 变速单元 200 和控制单元 160。
输入轴 20 具有直接连接到驱动动力源 10 的一端， 以便接收驱动动力源 10 的转 速。驱动齿轮 30 固定地安装在输入轴 20 上以便输入轴 20 和驱动齿轮 30 以相同的速度旋 转。驱动动力源 10 可以为汽油发动机、 柴油发动机、 LPG( 液化石油气 ) 发动机或氢气发动 机、 电气和液压 / 气动电动机、 通过风力或潮汐动力旋转的涡轮机等等。
减速单元 190 包括减速轴 40、 减速齿轮 50、 前进齿轮 60、 后退齿轮 80、 同步器 70、 空转轴 90、 以及第一载体齿轮 100 和第二载体齿轮 110。
减速齿轮 50、 前进齿轮 60、 后退齿轮 80 以及同步器 70 安装在减速轴 40 上。
减速齿轮 50 固定地安装在减速轴 40 上并且与驱动齿轮 30 齿接。减速齿轮 50 的 轮齿数大于驱动齿轮 30 的轮齿数， 因此当转速传送到减速轴 40 时能够降低输入轴 20 的转 速。
前进齿轮 60 和后退齿轮 80 被可旋转地安装以相对于减速轴 40 而旋转。
同步器 70 可以在图 1 至图 3 中的左侧或右侧的方向上移动以选择性地将前进齿 轮 60 或后退齿轮 80 固定在减速轴 40 上。即， 当同步器 70 在图 1 至图 3 中的左侧方向上移动时， 前进齿轮 60 被固定在减速轴 40 上以与减速轴 40 一起旋转， 而当同步器 70 在图 1 至图 3 中的右侧方向上移动时， 后退齿轮 80 被固定在减速轴 40 上以与减速轴 40 一起旋转。 当同步器 70 位于前进齿轮和后退齿轮之间的中心时， 其处于空转状态。同步器 70 可以由 电子同步器或机械同步器来实现。在机械同步器 70 的情况下， 其操作可以由通过电缆连接 到操作杆 ( 未示出 ) 上的叉状物 (fork)( 未示出 ) 来控制， 而在电子同步器 70 的情况下， 其操作可以通过来自控制单元 160 的信号来控制。由于这种同步器 70 在手动变速器领域 被广泛应用并且是公知的， 所以在此将省略同步器 70 的详细描述。
第一载体齿轮 100 和第二载体齿轮 110 固定地安装在空转轴 90 上。第二载体齿 轮 110 与后退齿轮 80 齿接。
如图 7 所示， 行星齿轮组 PG1 包括作为其运转构件的太阳齿轮 S1、 行星齿轮架 PC1 以及环形齿轮 R1。与环形齿轮 R1 和太阳齿轮 S1 齿接的的小齿轮 P1 通过小齿轮轴 325 可 旋转地安装在行星齿轮架 PC1 上。运转构件 S1、 PC1 和 R1 相对于彼此旋转。
而且， 用于装配行星齿轮组 PG1 的装配盘 340 以及毂 345 和 350 分别被安装在行 星齿轮组 PG1 的相对两侧上。
环形齿轮 R1 在其内周表面和其外周表面具有轮齿， 其中内周表面的轮齿与小齿 轮 P1 和套圈 (sleeve)335 齿接。环形齿轮 R1 作为第一运转构件运行。前进齿轮 60 与环 形齿轮 R1 的外周表面齿接， 且第一载体齿轮 100 也与环形齿轮 R1 的外周表面齿接。因此， 当同步器 70 移动使前进齿轮 60 固定在减速轴 40 上时， 驱动动力源 10 的动力通过前进齿 轮 60 输入到环形齿轮 R1， 而当同步器 70 移动使后退齿轮 80 固定在减速轴 40 上时， 驱动动 力源 10 的动力依次通过后退齿轮 80、 第二载体齿轮 110 和第一载体齿轮 100 输入到环形齿 轮 R1。 行星齿轮架 PC1 包括彼此固定的载体杯 (carrier cup)320 和载体盖 315。小齿 轮 P1 可旋转地安装在载体杯 320 和载体盖 315 之间， 以便行星齿轮架可依据小齿轮 P1 的 旋转而旋转。而且， 轴承 (bearing)330 安装在载体盖 315 和套 335 之间以便减少旋转时产 生的摩擦。载体杯 320 具有延伸部分， 延伸部分在与载体盖 315 相反的旋转轴 310 的方向 上延伸， 并且载体杯 320 在其外周表面具有轮齿。延伸部分的外周表面的轮齿相对于其旋 转轴线是倾斜的从而与蜗杆或螺旋齿轮接合以防止反转。因此， 行星齿轮架 PC1 作为第二 运转构件运行， 并且接收来自传动输入轴 130 的变速动力。变速动力通过蜗杆或螺旋齿轮 提供给安装在延伸部分的外周表面上的蜗轮 302。
作为第三运转构件运行的太阳齿轮 S1 在其外周表面具有轮齿并且固定地安装在 输出轴 120 上 ( 在此为旋转轴 310)。因此， 太阳齿轮 S1 可以接收来自旋转轴 310 的动力或 者可以向旋转轴 310 提供动力。
这样， 行星齿轮组 PG1 可使用减速轴 40 的转速和传动输入轴 130 的转速来改变输 出轴的转速。
输出轴 120 与差速单元 ( 未示出 ) 连接以旋转轮 ( 未示出 )。
变速单元 200 包括传动输入轴 130 和蜗杆 140。
传动输入轴 130 具有连接到变速动力源 150 的一端以接收变速动力， 并且传动输 入轴 130 具有固定地安装在其中间部分上的蜗杆 140。由于蜗杆 140 与行星齿轮架齿接以 传输动力， 从而能够通过传动输入轴 130 来减小驱动动力源 10 的转矩损失。此外， 由于驱
动动力源 10 的转速通过减速齿轮 50 降低而后输入到行星齿轮组 PG1， 因此不必为了达到输 出轴 120 转速的目标值而过度地提高传动输入轴 130 的转速。行星齿轮架 PC1 的轮齿可被 制造成螺旋形状， 并且可使用螺旋齿轮来代替蜗杆 140。
而且， 一对传动输入轴 130 可安装在行星齿轮架 PC1 的下方和上方， 并且可以通过 动力传输构件 ( 如传动带或链条 ) 来连接一对传动输入轴 130。
变速动力源 150 可以是用于产生转速的各种构件之一 ( 例如直流电动机、 液压电 动机等 )。优选地， 变速动力源 150 为转速发生构件， 能够通过控制控制单元 160 来容易地 控制所述发生构件的转速。
控制单元 160 控制变速动力源 150 的运行以达到目标档位。控制单元 160 包括制 动器位置传感器 170、 输出轴速度传感器 180 以及操作杆位置传感器 181。控制单元 160 可 以实施为一个或多个根据预定程序而运行的处理器。
制动器位置传感器 170 感测制动踏板的操作程度， 输出轴速度传感器 180 感测输 出轴 120 的转速， 并且操作杆位置传感器 181 感测操作杆 ( 未示出 ) 的位置。
因此， 控制单元 160 可以基于制动器的位置、 输出轴 120 的速度和操作杆的位置来 计算目标档位或目标制动力， 并相应地控制变速动力源 150 的转速。
图 4 是表示根据本发明的第一实施例的动力传动装置的前进档位的速度图的曲 线图。在图 4 中， 太阳齿轮 S1 的转速在水平轴以下为正值， 且在水平轴以上为负值。
在前进档位的情况下， 其中同步器 70 将前进齿轮 60 固定地耦合到减速轴 40， 如果 当输入轴 20 的转速被减速齿轮 50 降低并输入到环形齿轮 R1 时将输入到环形齿轮 R1 的转 速视为 1， 并且将从变速动力源 150 输入到行星齿轮架 PC1 的转速视为第一转速 X1， 则通过 太阳齿轮 S1 传送到输出轴 120 的转速为第一输出速度 Y1。在此， 如果控制单元 150 判定第 二输出速度 Y2 的转速应当被输出， 则其以此种方法来控制 ： 即， 从变速动力源 150 输入到行 星齿轮架 PC1 的转速成为第二输出速度 Y2。在这种方式下， 通过改变从变速动力源 150 输 入到行星齿轮架 PC1 的转速能够达到目标档位。
通过提高变速动力源 150 的转速能够实现后退档位， 但是这种情况下变速动力源 150 可能以过大的转速旋转。因此， 根据本发明的动力传动装置使用空转轴 90 以及第一载 体齿轮 100 和第二载体齿轮 110 来实现后退档位。即， 当同步器 70 将后退齿轮 80 固定地 耦合到减速轴 40 时， 减速轴 40 的转速通过空转轴 90 被间接地传送到环形齿轮 R1， 而不是 直接地传送到环形齿轮 R1。在此过程中， 传送到环形齿轮 R1 的转速具有相反方向。因此， 能够使用与前进档位相同的方法来实现后退档位。
实现后退档位的另一种方法是提高输入到行星齿轮架 PC1 的转速。
而且， 根据本发明的动力传动装置不仅可以通过使用安装在轮上的制动器也可以 通过控制变速动力源 150 的转速来实现制动操作。
例如， 当车辆以前进档位行驶的同时需要制动时， 能够通过提高变速动力源 150 的转速向输出轴 60 施加反向旋转力。因此， 能够缩短制动的反应特性。
参考图 5 和图 6， 以下将详细描述根据本发明的第二实施例的动力传动装置。
图 5 是说明根据本发明的第二实施例的动力传动装置的构造的立体图， 并且图 6 是根据本发明的第二实施例的动力传动装置的构造的后视图。
根据本发明的第二实施例的动力传动装置与本发明的第一实施例类似。因此， 相同的部分将采用相同附图标记并且省略其详细说明。
如图 5 和图 6 所示， 根据本发明的第二实施例的动力传动装置包括输入轴 20、 减速 单元 190、 行星齿轮组 PG1、 输出轴 120、 变速单元 200 以及控制单元 160( 参考图 1 和图 2)。
将省略关于输入轴 20、 行星齿轮组 PG1、 输出轴 120 以及控制单元 160 的详细描 述。
在根据本发明的第二实施例的动力传动装置中， 减速单元 190 包括 ： 四个轴 211、 212、 213 和 214， 它们平行于输入轴 20 布置 ； 以及八个齿轮 191、 192、 193、 194、 195、 196、 197 和 198， 它们中的每两个相应地安装在每个轴 211、 212、 213 和 214 上。
在第一轴 211 上， 安装有具有不同轮齿数的第一齿轮 191 和第二齿轮 192， 并且第 一齿轮 191 与输入轴 20 的驱动齿轮 30 齿接。第一齿轮 191 的轮齿数少于第二齿轮 192 的 轮齿数。
在第二轴 212 上， 安装有具有不同轮齿数的第三齿轮 193 和第四齿轮 194， 并且第 三齿轮 193 与第一轴 211 的第二齿轮 192 齿接。第三齿轮 193 的轮齿数少于第四齿轮 194 的轮齿数。
在第三轴 213 上， 安装有具有不同轮齿数的第五齿轮 195 和第六齿轮 196， 并且第 五齿轮 195 与第二轴 212 的第四齿轮 194 齿接。第五齿轮 195 的轮齿数少于第六齿轮 196 的轮齿数。
在第四轴 214 上， 安装有具有不同轮齿数的第七齿轮 197 和第八齿轮 198， 并且第 七齿轮 197 与第三轴 213 的第六齿轮 196 齿接， 并且第八齿轮 198 与行星齿轮组 PG1 的环 形齿轮 R1 齿接。第七齿轮 197 的轮齿数少于第八齿轮 198 的轮齿数。
在每一个轴上形成的两个齿轮中， 具有较少轮齿数的齿轮与在动力传动线上接近 驱动动力源的轴齿接， 具有较多轮齿数的齿轮与在动力传动线上接近行星齿轮组的轴齿 接。例如， 在第二轴 212 上， 具有较少轮齿数的第三齿轮 193 与在动力传动线上接近驱动动 力源 10 的第一轴 211 的第二齿轮 192 齿接。因此， 输入轴 20 的转速随着通过一个接一个 的轴而逐渐下降， 然后最终下降后的转速被传送到行星齿轮组 PG1 的第一运转构件 R1。
虽然， 在本发明的第二实施例中已经举例说明了能够使用四个轴和八个齿轮来实 现转速的下降， 但是这不限制本发明。仍有可能使用至少一个轴和至少两个齿轮来减速。
变速单元 200 包括传动输入轴 130、 第一齿轮 140 和第二齿轮 201。 在此实施例中， 一个示例使用了四个传动输入轴 130、 四个第一齿轮 140 和八个第二齿轮 201， 这不限制本 发明的范围。
多个传动输入轴 130 被设置为彼此垂直并且垂直于输出轴 120。
第一齿轮 140 相应地安装在每个传动输入轴 130 上以便在传动输入轴 130 上旋转 并且与行星齿轮组 PG1 的第二运转构件 PC1 齿接。由于传动输入轴 130 垂直于输出轴 120， 所以第一齿轮 140 的旋转轴线垂直于第二运转构件 PC1 的旋转轴线。因此能够使用蜗杆或 螺旋齿轮作为第一齿轮 140。
第二齿轮 201 相应地安装在每个传动输入轴 130 上以便在传动输入轴 130 上旋 转。安装在一个传动输入轴 130 上的一个第二齿轮 201 与安装在另一个传动输入轴 130 上 的另一个第二齿轮 201 齿接从而传送变速动力。而且， 由于传动输入轴 130 彼此垂直， 所以 第二齿轮 140 的旋转轴线也彼此垂直。因此能够使用蜗杆或螺旋齿轮作为第二齿轮 201。而且， 由于多个第一齿轮 140 与第二运转构件 PC1 齿接以传送变速动力， 所以能够 最小化可能在变速动力源 150 和第二运转构件 PC1 之间的连接位置处出现的任何滑动。
图 8 是说明根据本发明的第三实施例的动力传动装置的构造的立体图， 并且图 9 是说明根据本发明的第三实施例的动力传动装置的平面图。
参考图 8 和图 9， 动力传动装置包括输入轴 20、 驱动齿轮 30、 减速轴 40、 第一减速 齿轮 800、 第二减速齿轮 805、 环形齿轮 R1、 蜗轮 305、 输出轴 310、 第一输出齿轮 815、 差动齿 轮 820、 传动输入轴 130、 蜗杆 140、 传动输入轴齿轮 810、 以及架延伸部分 900。
输入轴 20 通过驱动动力源 10( 图 1) 旋转， 并具有在其一侧的外周表面上形成的 驱动齿轮 30。减速轴 40 与输入轴 20 间隔且平行布置， 并且减速轴 40 具有与在其一侧形成 的驱动齿轮 30 外接的第一减速齿轮 800。而且， 在减速轴 40 上， 第二减速齿轮 805 与第一 减速齿轮 800 间隔形成。
第一减速齿轮 800 的半径大于驱动齿轮 30 的半径， 从而有效地降低输入轴 20 的 转速并且增加输入轴 20 的转矩。而且， 第二减速齿轮 805 的半径小于第一减速齿轮 800 的 半径。
输出轴 310 布置在减速轴 40 的下方并且以一定间隔与减速轴 40 平行， 并且太阳 齿轮 S1( 图 7) 安装在输出轴 310 上。在其内侧安装有太阳齿轮 S1 的环形齿轮 R1 被安装 在输出轴 310 的一侧。在环形齿轮 R1 的外周表面上形成的轮齿与第二减速齿轮 805 外接。 第二减速齿轮 805 的半径小于第一减速齿轮 800 和环形齿轮 R1 的半径， 从而有效 地降低输入轴 20 的转速并且增加输入轴 20 的转矩。
太阳齿轮 S 1( 图 7) 和行星齿轮 P1( 图 7) 布置在环形齿轮 R1 的内部空间中以形 成行星齿轮组。
此外， 耦合行星齿轮 P1 的旋转轴的行星齿轮架 C1( 图 7) 具有在输出轴 310 的纵 向上延伸的延伸部分 900( 图 9)， 其中延伸部分 900 在其外周表面形成有蜗轮 302。
输出轴 310 垂直于传动输入轴 130， 蜗杆 140 在传动输入轴 130 上对应于蜗轮 302 而形成。传动输入轴齿轮 810 形成在传动输入轴 130 的一端上。
传动输入轴齿轮 810 通过从变速动力源 150( 图 1) 所传送的动力来旋转蜗杆 140、 蜗轮 302 和行星齿轮架 C1( 图 7)。
如上所述， 对应于传动输入轴 130 的转速、 停止、 正向旋转和反后旋转来控制连接 到太阳齿轮 S1 的输出轴 310 的转速， 同时对应于制动器的操作来控制传动输入轴 130 的旋 转。
图 7 中示出了环形齿轮 R1 和相关的行星齿轮组的内部结构， 因此在此省略其详细 描述。
图 10 是说明根据本发明的第四实施例的动力传动装置的立体图， 并且图 11 是说 明根据本发明的第四实施例的动力传动装置的平面图。
参考图 10 和图 11， 动力传动装置包括输入轴 20、 驱动齿轮 30、 减速齿轮 50、 主动 伞齿轮 1000、 被动伞齿轮 1005、 环形齿轮 R1、 架延伸部分 1010、 蜗轮 302、 蜗杆 140、 传动输 入轴 130 以及传动输入轴齿轮 810。
驱动齿轮 30 在输入轴 20 的一端上形成， 并且驱动齿轮 30 与减速齿轮 50 外接。
主动伞齿轮 1000 在减速齿轮 50 的一侧形成， 对应于主动伞齿轮 1000 的被动伞齿
轮 1005 在环形齿轮 R1 的一侧形成。
通过主动伞齿轮 1000 和被动伞齿轮 1005， 输入轴 20 能够旋转减速齿轮 50 和环形 齿轮 R1。
图 7 中示出了环形齿轮 R1 和相关的行星齿轮组的内部结构， 因此在此省略了其详 细描述。
架延伸部分 1010 形成在行星齿轮架 C1( 图 7) 的一侧以便沿着输出轴 310 的纵向 延伸。延伸部分 1010 在其外周表面具有蜗轮 302。
在其上形成有蜗杆 140 的传动输入轴 130 对应于蜗轮 302 布置。传动输入轴 130 在其一侧上形成有传动输入轴齿轮 140。
在根据本发明的第四实施例的动力传动装置中， 输入轴 20 与输出轴 310 彼此垂直 地布置， 并且传动输入轴 130 与输入轴 20 彼此平行地布置。
优选地， 在输出轴 310 与从架 C1 沿输出轴 310 的一个方向延伸出的架延伸部分 1010 之间安装有轴承。
如上所述， 为了从输入轴 20 向环形齿轮 R1 有效地传送旋转力， 应用了伞齿轮结 构。 而且， 通过使用在架延伸部分 1010 上形成的蜗轮 302 和在传动输入轴 130 上形成 的蜗杆 140 来控制架延伸部分 1010 的旋转特性 ( 速度和方向 )， 能够容易地控制输出轴 310 的转速。
图 12 为说明根据本发明的第五实施例的动力传动装置的立体图 ；
图 13 为说明根据本发明的第六实施例的动力传动装置的立体图 ；
图 14 为说明应用在图 12 和图 13 的实施例中的行星齿轮架的局部横截面部分的 立体图 ； 以及
图 15 为说明根据本发明的第七实施例的动力传动装置的立体图。
如图 1、 图 12 至图 15 所示， 通过齿轮啮合来接收第二运转构件的旋转力的转矩控 制轴 2010 连接到行星齿轮组的第二运转构件。用于发电的发电机 2020 连接到转矩控制轴 2010。而且， 用于向变速动力源 150 供电的蓄电池 2030 连接到发电机 2020。正如所公知 的， 发电机 2020 可以为使用感应电动力的设备， 其包括定子、 转子、 和励磁机。例如， 蓄电池 2030 可以为用于机动车的传统电池。
行星齿轮架 PC1( 其为第二运转构件 ) 具有在延伸部分上形成的第二轮齿， 其中第 二轮齿与第二螺旋齿轮齿接以从行星齿轮架 PC1 提取部分旋转力。如图 12 和图 13 所示， 第二轮齿可以与行星齿轮架 PC1 的蜗轮邻近地布置， 或者如图 15 的实施例所示， 第二轮齿 可以与关于环形齿轮 R1 的蜗轮相反地布置。第二螺旋齿轮固定在转矩控制轴 2010 上。
在此， 转矩控制轴 2010 与传动输入轴 130 平行布置。如图 12 中所示， 蜗杆 140 和 第二螺旋齿轮可以布置在朝上或朝下的同一平面上， 或者如图 13 中所示， 它们也可以分别 布置在不同的两个平面上以便一个朝上而另一个朝下。
虽然在图 13 和图 15 的实施例中未示出， 但是能够按照与图 12 的实施例中相同的 方法来配置发电机 2020 和蓄电池 2030。此外， 可以用减速轴 40 或空转轴 120 来代替图 12 至图 15 的实施例中的输入轴 20。
以下， 将参考图 12 对图 12 中所示的动力传输装置的运行进行描述。
首先， 如上所述， 通过接收输入轴 20 的旋转力的行星齿轮组 PG1 的运行来转动行 星齿轮架 PC1 以产生转矩。据此， 通过与在行星齿轮架 PC1 的延伸部分上形成的第二轮齿 144 齿接的第二螺旋齿轮 2100( 其在图 16 中为被动伞齿轮 ) 来旋转转矩控制轴 2010。
因此， 直接地连接到转矩控制轴 2010 的发电机 2020 产生电， 所产生的电被提供到 蓄电池 2030 以便储存。
如此， 由于为了驱动转矩控制轴 2010 而消耗行星齿轮架的转矩， 因此行星齿轮架 的转矩被降低。
由控制单元 160 所控制的变速动力源 150 通过储存在蓄电池 2030 内的电力而被 驱动， 并且控制传动输入轴 130。
因而动力传动装置具有以下优势 ： 由于变速动力源 150 能够通过由行星齿轮架 PC1 的动力而产生的电能来工作， 因此不需要来自附加的外源的电力供应。
同时， 如图 16 中所示， 可以用第二伞齿轮来代替第二螺旋齿轮 2011。 在此情况下， 在行星齿轮架 PC1 的延伸部分上形成的第二轮齿 144 可以形成为伞形轮齿的形状。
此外， 在转矩控制轴 2010 和发电机 2020 之间还可以安装有呈齿轮箱 2015 的减速 装置。基本上， 通过包含了用于降低转数的多个轴和在每个轴上齿轮的齿轮啮合来构造齿 轮箱 2015 以获取经降低的旋转输出。因此， 在减速过程中齿轮箱 2015 降低了行星齿轮架 PC1 的转矩。
而且， 液压泵 ( 未示出 ) 还可以连接到转矩控制轴 2010 或者液压泵可以直接地连 接到行星齿轮架 PC1 以便能够降低来自行星齿轮架 PC1 的转矩。例如在此情况下， 来自液 压泵的液压力可以被用作车辆转向系统操作的液压源。
此外， 如图 16 和图 17 所示， 本发明的动力传动装置可以包括 ： 主电动机 M1， 其用 于输入轴 20 ； 控制电动机 M2， 其用于控制传动输入轴 130 的旋转操作 ； 以及电动机控制单 元 170， 其用于控制主电动机 M1 和控制电动机 M2。加速踏板 172 和制动踏板 174 被电连接 到电动机控制单元 170。
当加速踏板 172 被压下时， 电动机控制单元 170 增加主电动机 M1 的转数并且同时 减少控制电动机 M2 的转数， 从而如图 18 中所示提高输出轴 120 的转速。
当制动踏板 174 被压下时， 电动机控制单元 170 减少主电动机 M1 的转数并且同时 增加控制电动机 M2 的转数， 从而如图 19 中所示降低输出轴 120 的转速。
以上讨论公开并描述了本发明的优选实施方式。然而， 本领域技术人员将能从这 些讨论以及由附图和所附的权利要求书容易地认识到， 在不脱离由以下权利要求书所限定 的本发明的实质和公正范围的情况下可以做出各种改变、 改进和变化。