专利名称：无段变速器控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变速器控制装置，尤其涉及一种无段变速器控制装置。
背景技术：
引擎动力的输出必须通过精确的变速系统始能达成有效率的传动。目前市面上可 见各式各样的变速控制装置，然而使变速装置在有效率的动力传输前提之下，如何提供无 段变速且将损耗动能降至最低，是各家设计的共同指标。传统的变速装置通过不同转速比的齿轮间啮合的变化，以达到转速改变，然而并 无法达到无段变速，且构件的配合以及操作原理相当的复杂。目前市面上可见的无段变速包括通过油压变速、CVT(ContinuouslyVariable Transmission)无段变速系统的可变皮带盘半径的输入与输出、以及电气变频马达等。然 而，通过油压传动具有动能损耗大及速度慢的限制，而CVT的皮带盘传动时的摩擦力障碍 的克服难以消除，且电气马达有能源携带的困难。以悬浮式的契合式齿轮组亦能产生无段变速的功能，例如以行星是齿轮组或者差 速器齿轮组等。而目前并无法对悬浮式的契合式齿轮组的传动有效率的控制，虽配合前述 油压传动、皮带盘传动、或者电气马达传动仍可产生无段变速的功能，但仍会造成上述此几 种传动方式的问题。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一 种无段变速器控制装置，使装置的传动构件简化且坚固，并使其减速比的范围更为宽广。为达前述的目的，本发明包括一加速齿轮组，其于后端连结至少一传送变速动力且输出的减速齿轮组，此加速 齿轮组包括一前环齿轮与一前太阳轮，前环齿轮具有一环径大于该前太阳轮的内环齿，且 前太阳轮于该内环齿的相对位置设有外环齿，前环齿轮与前太阳轮分别伸设于内外独立转 动的传动轴至减速齿轮组，各传动轴上分别设有一于变速箱内支撑的单向轴承，且单向轴 承分别于各传动轴上限制该前环齿轮与前太阳轮仅朝同一方向单向转动。至少一行星齿轮，此行星齿轮于相对的两端分别啮合于该内环齿以及该外环齿， 此行星齿轮于加速齿轮组外具有一外套环，此外套环中枢设一与行星齿轮同轴枢转的内套 环，且内套环的环径大于该行星齿轮的直径。一由外部的动力源提供动力转动的驱动单元，此驱动单元并且驱动该行星齿轮而 带动前环齿轮与前太阳轮转动，其是枢接于该内套环，且枢接点相对位于该行星齿轮的直 径范围外的偏心位置。该驱动单元以该枢接点带动内套环于行星齿轮啮合前环齿轮及前太阳轮的两端 间弧摆，且枢接点位移的半径大于该行星齿轮半径，通过枢接点相对于行星齿轮轴心为中 心的距离增减，使行星齿轮驱动前环齿轮与前太阳轮转动时，分别对环齿轮与太阳轮间产生向量变化而改变施力力矩，使环齿轮或太阳轮于单向转动的限制下产生加速的速差。本发明的有益效果是，使装置的传动构件简化且坚固，并使其减速比的范围更为宽广。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的立体外观示意2是本发明的立体分解示意3是本发明的剖视结构示意4是本发明的主伞齿轮相对于主轴等速转动时的滑块位置示意5是本发明的行星齿轮于支点B的驱动示意6是本发明的主伞齿轮相对于主轴正转而加速转动时的滑块外移示意7是本发明的行星齿轮于外施力点C顺时针自转的驱动示意8是本发明的主伞齿轮相对于主轴反转而减速转动时的滑块内移示意9是本发明的行星齿轮于内施力点D逆时针自转的驱动示意10是本发明的行星齿轮于外施力点C与支点B间顺时针自转的驱动示意11是本发明的行星齿轮于外施力点D与支点B间逆时针自转的驱动示意12是本发明的外部设备控制变速马达的示意图
具体实施例方式请参阅图1至图3，图中所示为本发明所选用的实施例结构。本实施例提供一种无段变速器控制装置，其于本实施例中是应用于汽车的无段变 速系统，且装设于变速箱内，包括一加速齿轮组1，其于后端连结至少一减速齿轮组2，借由加速齿轮组1搭配减速 齿轮组2而传送变速动力且输出。此加速齿轮组1包括一前环齿轮11与一前太阳轮12，前 环齿轮11具有一内环齿111，其环径大于该前太阳轮12，且前太阳轮12于前环齿轮11的 内环齿111的相对位置设有外环齿121，前环齿轮11与前太阳轮12分别伸设于内外独立转 动的传动轴3、4至减速齿轮组2，该传动轴3结合于前环齿轮11，而传动轴4则结合于该前 太阳轮12，而如图中所示该传动轴3中空且供该传动轴4由其中穿设，各传动轴3、4上分别 设有一单向轴承31、41以于变速箱内支撑(图中未示)，且单向轴承31、41分别于各传动轴 3、4上限制该前环齿轮11与前太阳轮12仅朝同一方向单向转动。至少一行星齿轮5，此行星齿轮5于相对的两端分别啮合于该内环齿111以及该外 环齿121，此行星齿轮5于加速齿轮组1外具有一外套环51，此外套环51中枢设一与行星 齿轮同轴枢转的内套环52，且内套环52的环径大于该行星齿轮5的直径。于本实施例中，该前环齿轮11中设有一前支架13，此前支架13相对于各该行星齿 轮5分别伸设一轴杆131，行星齿轮5则枢接于对应的轴杆131上而定位。于此于行星齿轮 5内设有轴承(图中未示)并套设于该轴杆131。一由外部的动力源提供动力转动的驱动单元6，此驱动单元6并驱动该行星齿轮5 而带动前环齿轮11与前太阳轮12转动，其与该内套环52枢设于一枢接点A上，此枢接点A相对位于该行星齿轮5直径外的内套环52偏心位置。本实施例的驱动单元6，其具有一主轴61，此主轴61由外部的动力源连接且提供 动力转动，在本实施例中连接汽车引擎系统，主轴61与汽车引擎系统之间可通过离合器 (图中未示)的设置而控制动力传送与否。主轴61上具有朝径向伸设的支臂62，此支臂62对应该至少一行星齿轮而设，于支 臂62枢设一摆臂63，且以摆臂63连动该枢接点弧摆，此摆臂63以末端枢接于该内套环的 偏心位置。如图中所示，本实施例的前环齿轮11与该前太阳轮12之间分别于两相对侧设有 一行星齿轮5，而主轴61对应各该行星齿轮5伸设一支臂62，且本实施例的内套环52与该 外套环51间设有滚针而可相对枢转，于内套环中具有一内径大于该行星齿轮5直径的环凹 槽521，于此环凹槽521内具有一与该摆臂63末端枢接的定位部522，此定位部即设置于该 行星齿轮5直径外的内套环52偏心位置，且摆臂63末端朝环凹槽521中伸设一枢轴631， 并枢接于该内套环52的定位部522。主轴61上设有一主伞齿轮64，此主伞齿轮64与该主轴同轴转动，主伞齿轮64连 结于一变速马达65，此变速马达驱动主伞齿轮64于主轴转动时相对正转与反转。主伞齿轮64啮合至少一副伞齿轮661，此副伞齿轮661与主伞齿轮64相对呈垂直 方向转动，副伞齿轮661并驱动一滑块662相对于主轴61呈径向滑移，此滑块662与该摆 臂63于末端枢接内套环52的另一侧结合。本实施例的副伞齿轮661与滑块662分别设于一框架66中，此框架66枢设于该 主轴61，且连结于摆臂63而随主轴61转动，该副伞齿轮661于框架66中连结一螺杆663， 此螺杆663相对于主轴61的径向伸设，且该滑块662螺设于此螺杆663上，借由变速马达 65控制主伞齿轮64于主轴61转动时正转与反转，以驱动副伞齿轮661而带动螺杆663转 动，滑块662则随螺杆663而向外侧或内侧滑移。本实施例的驱动马达65通过一外部设备 输入控制讯号，且控制主伞齿轮64与主轴61间的相对转速，其于主轴61上设有一电磁离 合器651，于主伞齿轮64相对于转动中的主轴正转与反转时，以此电磁离合器651控制主伞 齿轮64与主轴61分离。本实施例的减速齿轮组2，其于该前环齿轮11的传动轴3端部连接固定同轴的后 太阳轮21，于前太阳轮12的传动轴4末端连接固定同轴的后环齿轮22，其中该后太阳轮21 具有一外环齿211，而后环齿轮22具有一大于该后太阳轮21的外环齿211直径的内环齿 221，该前环齿轮11与后太阳轮21相连的传动轴3上枢设一输出变速动力的输出齿轮7，此 输出轮7于侧向接合一后支架71，并于此后支架71设有至少一行星齿轮72啮合于后环齿 轮22的内环齿221与后太阳轮21的外环齿211间，于本实施例中于后支架71侧上设有三 行星齿轮72，借此使后环齿轮22与后太阳轮21转动时通过行星齿轮72带动输出轮7输出 变速动力。本实施例的单向轴承31设于结合该前环齿轮11的传动轴3，且邻近于前环齿轮 11。另一单向轴承41则设于该前太阳轮12结合的传动轴4穿出后环齿轮22的端部，并靠 抵于该后环齿轮22。本实施例的变速控制装置动作时，由汽车的引擎系统(图中未示)传送动力至该 主轴61，当主轴61接受动力而转动时，通过支臂62将传动力量通过摆臂63而施力于内套环52，并经由外套环51牵引行星齿轮5而带动前环齿轮11与前太阳轮12转动。
以杠杆原理而言，该行星齿轮5的轴心为支点B，而行星齿轮5与该前环齿轮11及 该前太阳轮12相对啮合的齿部则为相对于支点施力的两端点，为便于说明，于此将靠近行 星齿轮5与前环齿轮11啮合方向的其一端点定义为外施力点C，而靠近行星齿轮5与前太 阳轮12啮合方向的另一端点定义为内施力点D。如图4所示，当驱动马达65的电磁离合器651结合于主轴61上时，主伞齿轮64 则随主轴61旋转，故此时的主伞齿轮64与主轴61是同速转动，此时二副伞齿轮661与主 伞齿轮64间于主轴转动中停留于静止啮合的状态，故框架66中的滑块662即停留于螺杆 663的中间位置，而使摆臂63与内套环52的枢接点A则位于支点B相同的施力位置。如图5所示，当框架66中的滑块662将该枢接点A移至该内套环52于前环齿轮 11与前太阳轮12间的中间位置时，此时主轴61传动的力量则相对施力于该行星齿轮5的 轴心(即图示中的支点B)，使行星齿轮两端的齿部平均施力于该前环齿轮11及该前太阳轮 12，使该前环齿轮11及该前太阳轮12承受主轴61各1/2的施力，如果不计算太阳轮12和 环齿轮11的阻力，这时整个系统以1 1的转速比同速转动。如图6所示，当驱动马达65驱动该主伞齿轮64相对于转动的主轴正转，此时主伞 齿轮64的转速相对高于主轴61，二副伞齿轮661随主伞齿轮64的转速而开始旋转，使框架 66中的滑块662朝外侧移动，使摆臂63与内套环52的枢接点A朝前环齿轮11方向摆动。如图7所示，由于框架66中的滑块662将该枢接点A移至该外施力点C，故主轴 61传动的力量则完全施力于该行星齿轮5啮合于前环齿轮11的齿部，而该行星齿轮5啮合 于前太阳轮12的齿部此时的施力消失，行星齿轮5由于力量完全朝前环齿轮11方向施加， 且前太阳轮12因装设单向轴承41而无法逆转，故此时行星齿轮5则随前太阳轮12的外环 齿121轨迹导引而顺时针自转，而使该前环齿轮11达到小加速的效果。如图8所示，当驱动马达65驱动该主伞齿轮64相对于转动的主轴61反转，此时 主伞齿轮64的转速相对低于主轴61，二副伞齿轮661随主伞齿轮64的转速而开始旋转，使 框架66中的滑块662朝内侧移动，使摆臂63与内套环52的枢接点A朝前太阳轮12方向 摆动。如图9所示，由于框架66中的滑块662将该枢接点A移至该内施力点D，故主轴 61传动的力量则完全施力于该行星齿轮5啮合于前太阳轮12的齿部，而该行星齿轮5啮合 于前环齿轮11的齿部此时的施力消失，行星齿轮5由于力量完全朝前太阳轮12方向施加， 且前环齿轮11因装设单向轴承31而无法逆转，故此时行星齿轮5则随前环齿轮11的内环 齿111轨迹导引而逆时针自转，而使该前太阳轮达到大加速的效果。如图10所示，当框架66中的滑块662将该枢接点A移由该支点B向外施力点C 逐渐移动时，行星齿轮5的齿部驱动前环齿轮11的力量由于相量的分散而相对于驱动前太 阳轮12的力量递增，而当枢接点A移由外施力点C向该支点B逐渐移动时则相对递减。反 之，如图11所示，当该支点B向内施力点D逐渐移动时，行星齿轮5的齿部驱动前太阳轮12 的力量相对于驱动前环齿轮11的力量递增，当枢接点A移由内施力点D向该支点B逐渐移 动时则相对递减。值得一提的是，实际上因前环齿轮11与前太阳轮12在环境因素的影响下，重力的 负荷会随之改变，故行星齿轮与前环齿轮及前太阳轮间的传动会产生误差，为减少此环境因素所造成的误差，故如上所述该驱动马达65通过外部设备输入控制讯号，且该主伞齿轮 64与主轴61间的相对转速，经计算后对应调整滑块662的实际位移。如图12所示，本实施 例的外部设备是一中央处理单元67，其接收汽车变速时所需的状态讯号，此状态讯号经运 算处理后输出至一输出控制单元68，以控制该变速马达65动作，而枢接点A于外施力点C 及内施力点D之间可由外部设备的控制而依变速需求任意改变位置，以达到无段变速的须 求。上述的状态讯号于本实施例中包括引擎转速讯号、变速杆位置讯号、油门踏板讯号、变 速箱输入轴转速讯号、变速箱输出轴转速讯号、时速讯号、以及力矩变化装置施力点位置讯 号。而该输出控制单元68包括变速马达65电磁离合器651开关、变速马达65的正负转及 开关、以及驾驶舱仪表板的警示灯号。因此，通过驱动单元6以该枢接点A带动内套环52于行星齿轮5啮合前环齿轮11 及前太阳轮12的两端间弧摆，且枢接点A位移的半径大于该行星齿轮5半径，通过枢接点 A相对于行星齿轮5轴心为中心的距离增减，使行星齿轮5驱动前环齿轮11与前太阳轮12 转动时，分别对前环齿轮11与前太阳轮12间产生向量变化而改变施力力矩，使前环齿轮11 或前太阳轮12于单向转动的限制下产生加速的速差。换言之，驱动单元6通过摆臂63于 偏心位置驱动内套环522，而带动该枢接点A于外施力点C与内施力点D的范围内移动，枢 接点A向外施力点C移动而使行星齿轮5产生顺时针自转，枢接点A向内施力点D移动而 使行星齿轮5产生逆时针自转，行星齿轮5通过驱动时的转向改变，使前环齿轮11与前太 阳轮12之间的转速产生差异。由上述的说明不难发现本发明的优点在于1、本发明利用力矩变化的无段变速器，其构造简单坚固、容易操作、体积更小、重 量更轻，完全机械式的动力传导并齿轮完全契合、变速时无需离合器的暂时切断、并且单轴 向的动力输入与输出。2、多项的优点及变速齿轮比宽广，使其适合使用在脚踏车、两轮摩托车、汽车、超 大型重车等各种需要变速的机具。3、本发明所有的系统皆在一个封闭的动力回路，因物质不灭定律，没有动能损失 的疑虑。4、本发明的加速齿轮组1与减速齿轮组2的组合，可任意由一组或多组的组合，齿 轮组中任意两轴输入一轴输出或任意一轴输入两轴输出，视所需要的齿轮比或动力混合可 做出多种的结合变化。5、本发明变速的方式，为达到利用价值衍生的自动控制和精密控制需要，除了机 械式亦可增加数字计算的电子控制、电气马达控制或油压控制，利用该中央处理单元监控 变速控制装置，并借此达到引擎系统的管理，亦可加入混合式动力，可由传动轴3、4中的任 何一轴输入或输出。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡 是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于 本发明技术方案的范围内。综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所 需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关 发明专利要件的规定，故依法提起申请。
权利要求
一种无段变速器控制装置，其特征在于一加速齿轮组，其于后端连结至少一传送变速动力且输出的减速齿轮组，此加速齿轮组包括一前环齿轮与一前太阳轮，前环齿轮具有一环径大于该前太阳轮的内环齿，且前太阳轮于该内环齿的相对位置设有外环齿，前环齿轮与前太阳轮分别伸设于内外独立转动的传动轴至减速齿轮组，各传动轴上分别设有一于变速箱内支撑的单向轴承，且单向轴承分别于各传动轴上限制该前环齿轮与前太阳轮仅朝同一方向单向转动；至少一行星齿轮，此行星齿轮于相对的两端分别啮合于该内环齿以及该外环齿，此行星齿轮于加速齿轮组外具有一外套环，此外套环中枢设一与行星齿轮同轴枢转的内套环，且内套环的环径大于该行星齿轮的直径；一由外部的动力源提供动力转动的驱动单元，此驱动单元并且驱动该行星齿轮而带动前环齿轮与前太阳轮转动，其枢接于该内套环，且枢接点相对位于该行星齿轮的直径范围外的偏心位置；该驱动单元以该枢接点带动内套环于行星齿轮啮合前环齿轮及前太阳轮的两端间弧摆，且枢接点位移的半径大于该行星齿轮半径，通过枢接点相对于行星齿轮轴心为中心的距离增减，使行星齿轮驱动前环齿轮与前太阳轮转动时，分别对环齿轮与太阳轮间产生向量变化而改变施力力矩，使环齿轮或太阳轮于单向转动的限制下产生加速的速差。
2.根据权利要求1所述的无段变速器控制装置，其特征在于所述驱动单元具有一由 外部的动力源提供动力转动的主轴，于主轴上具有对应该至少一行星齿轮而向外伸设的支 臂，于支臂枢设一连动该枢接点弧摆的摆臂，此摆臂末端于该偏心位置枢接于该内套环。
3.根据权利要求2所述的无段变速器控制装置，其特征在于所述主轴上并设有一与 其同轴转动的主伞齿轮，此主伞齿轮连结于一驱动其正转与反转的变速马达，且主伞齿轮 啮合至少一与其相对呈垂直方向转动的副伞齿轮，副伞齿轮并驱动一滑块相对于主轴呈径 向滑移，此滑块与该摆臂于末端枢接内套环的另一侧结合。
4.根据权利要求2所述的无段变速器控制装置，其特征在于所述内套环中具有一内 径大于该行星齿轮直径的环凹槽，于此环凹槽内具有一异于该行星齿轮的直径范围外的偏 心位置设置的定位部，该摆臂相对伸设一枢轴枢设于此定位部中。
5.根据权利要求2所述的无段变速器控制装置，其特征在于所述副伞齿轮与滑块分 别设于一框架中，此框架枢设于该主轴且连结于摆臂而随主轴转动，该副伞齿轮于框架中 连结一相对于主轴径向伸设的螺杆，且该滑块螺设于此螺杆上。
6.根据权利要求2所述的无段变速器控制装置，其特征在于所述变速马达包括一供 与主轴结合与分离的电磁离合器，通过一外部设备输入控制讯号给变速马达，且控制该主 伞齿轮与主轴间的相对转速。
7.根据权利要求1所述的无段变速器控制装置，其特征在于所述前环齿轮中连接一 枢设于所述前太阳轮的传动轴上的前支架，此前支架相对所述至少一行星齿轮分别伸设一 枢接行星齿轮的轴杆。
8.根据权利要求1所述的无段变速器控制装置，其特征在于所述减速齿轮组于所述 前环齿轮的传动轴端部连接固定一同轴的后太阳轮，前太阳轮的传动轴穿设于所述前环齿 轮的传动轴内，于前太阳轮的传动轴末端连接固定一同轴的后环齿轮，其中所述后太阳轮 具有一外环齿，而后环齿轮具有一大于所述后太阳轮的外环齿直径的内环齿，所述前环齿轮与后太阳轮相连的传动轴上设有一输出变速动力的输出轮，此输出轮于侧向接合一后支 架，并于此后支架设有至少一啮合于后环齿轮的内环齿与后太阳轮的外环齿间的行星齿 轮。
9.根据权利要求8所述的无段变速器控制装置，其特征在于所述二单向轴承，其一单 向轴承设于结合所述前环齿轮的传动轴，且邻近所述前环齿轮，所述前太阳轮的传动轴于 穿出后环齿轮的端部设置另一单向轴承则设于，并靠抵于所述后环齿轮。
10.根据权利要求6所述的无段变速器控制装置，其是应用于汽车动力系统的无段变 速控制，其特征在于所述外部设备是一中央处理单元接收汽车变速时所需的状态讯号，且 状态讯号经运算处理后输出至一控制该变速马达动作的输出控制单元。
全文摘要
一种无段变速器控制装置，其是以行星齿轮带动一加速齿轮组，而前环齿轮与前太阳轮分别伸设于内外独立转动的传动轴至减速齿轮组，各传动轴上分别设有单向轴承限制朝同一方向转动，该行星齿轮于一外套环中枢设一具有环凹槽的内套环，以驱动单元驱动该行星齿轮而带动前环齿轮与前太阳轮转动，且分别对环齿轮与太阳轮间利用杠杆原理的力矩改变产生向量变化，因而改变施力力矩使环齿轮或太阳轮于单向转动的限制下产生加速的速差。本发明使装置的传动构件简化且坚固，并使其减速比的范围更为宽广。
文档编号F16H3/76GK101956816SQ200910069720
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者金昱诚 申请人:金昱诚