使用行星齿轮的动力传动装置的制作方法

专利名称：使用行星齿轮的动力传动装置的制作方法
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。
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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。


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线图；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10
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。
具体实施例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 —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—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Iio与后退齿轮80齿接。如图7所示，行星齿轮组PGl包括作为其运转构件的太阳齿轮Si、行星齿轮架PCl 以及环形齿轮Rl。与环形齿轮Rl和太阳齿轮Sl齿接的的小齿轮Pl通过小齿轮轴325可旋转地安装在行星齿轮架PCl上。运转构件Si、PCl和Rl相对于彼此旋转。而且，用于装配行星齿轮组PGl的装配盘340以及毂345和350分别被安装在行星齿轮组PGl的相对两侧上。环形齿轮Rl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Pl和套圈(sleeve) 335齿接。环形齿轮Rl作为第一运转构件运行。前进齿轮60与环形齿轮Rl的外周表面齿接，且第一载体齿轮100也与环形齿轮Rl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PCl包括彼此固定的载体杯(carrier cup) 320和载体盖315。小齿轮Pl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Pl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PCl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Sl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Sl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PGl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
12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PCl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PCl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Sl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Rl时将输入到环形齿轮Rl的转速视为1，并且将从变速动力源150输入到行星齿轮架PCl的转速视为第一转速XI，则通过太阳齿轮Sl传送到输出轴120的转速为第一输出速度Yl。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PCl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PCl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Rl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PCl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PGl的环形齿轮Rl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PGl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PGl的第二运转构件PCl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PCl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PCl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PCl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Sl (图7)安装在输出轴310上。在其内侧安装有太阳齿轮Sl的环形齿轮Rl被安装在输出轴310的一侧。在环形齿轮Rl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Rl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Pl (图7)布置在环形齿轮Rl的内部空间中以形成行星齿轮组。此外，耦合行星齿轮Pl的旋转轴的行星齿轮架Cl (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Cl (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Sl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Rl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Rl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Rl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Cl (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Cl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Rl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PCl (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PCl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PCl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Rl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PGl的运行来转动行星齿轮架PCl以产生转矩。据此，通过与在行星齿轮架PCl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 PCl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PCl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 PCl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PCl以便能够降低来自行星齿轮架PCl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Ml，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Ml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Ml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Ml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。
权利要求
1.一种动力传动装置，包括输入轴，其具有恒定地连接到驱动动力源的一端并且从所述驱动动力源接收动力，所述输入轴具有在其上固定安装的驱动齿轮；减速单元，其与所述驱动齿轮连接并且降低所述输入轴的转速； 行星齿轮组，其包括与所述减速单元连接并且接收所述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接收来自所述变速动力源的变速动力，所述变速单元与所述第二运转构件耦合以将变速动力传送到所述第二运转构件；以及输出轴，其固定到所述行星齿轮组的所述第三运转构件以传送输出速度， 其中所述第二运转构件的旋转轴线垂直于所述减速单元的旋转轴线， 转矩控制轴，其连接到所述第二运转构件以便通过动力传送构件被提供所述第二运转构件的旋转力，用于发电的发电机，其连接到所述转矩控制轴，以及用于为所述变速动力源供电的蓄电池，其连接到所述发电机。
2.根据权利要求1所述的动力传动装置，其中，所述行星齿轮组为单个小齿轮行星齿轮组，所述单个小齿轮行星齿轮组包括作为行星齿轮组的运转构件的太阳齿轮、行星齿轮架和环形齿轮，其中，所述环形齿轮作为所述第一运转构件运行，所述行星齿轮架作为第二运转构件运行，以及所述太阳齿轮作为所述第三运转构件运行。
3.根据权利要求2所述的动力传动装置，还包括控制单元，其中所述控制单元相应于所述输出轴的速度和制动器的操作程度来控制所述变速动力源的操作。
4.根据权利要求3所述的动力传动装置，其中，所述控制单元通过改变所述变速动力源的转速来控制所述输出轴的转速并实现制动操作。
5.根据权利要求1至4所述的动力传动装置，其中，所述变速动力源是电动机。
6.根据权利要求1所述的动力传动装置，其中所述减速单元包括 减速轴，其与所述输入轴平行布置；减速齿轮，其固定到所述减速轴并且与所述驱动齿轮齿接； 前进齿轮和后退齿轮，它们关于所述减速轴可旋转地布置；以及同步器，其选择性地将所述前进齿轮和所述后退齿轮中的一个与所述减速轴连接以便一体地旋转所述减速轴以及所述前进齿轮和所述后退齿轮中的一个， 其中，所述前进齿轮与所述第一运转构件恒定地齿接。
7.根据权利要求6所述的动力传动装置，其中所述减速单元还包括 空转轴，其接收所述后退齿轮的转速以旋转；第一载体齿轮，其固定到所述空转轴上并且与所述第一运转构件齿接；以及第二载体齿轮，其固定到所述空转轴上并且与所述前进齿轮齿接。
8.根据权利要求6所述的动力传动装置，其中，所述同步器相应于操作杆的位置而操作。
9.根据权利要求1所述的动力传动装置，其中，附加设备连接到所述输入轴的另一端和所述减速单元中的至少一个上。
10.根据权利要求1所述的动力传动装置，其中所述减速单元包括传动输入轴，其具有连接到所述变速动力源的一端以接收来自所述变速动力源的变速动力；以及蜗杆，其形成在所述传动输入轴的另一端上并且与所述第二运转构件齿接。
11.根据权利要求1所述的动力传动装置，其中，所述减速单元包括与所述输入轴平行布置的多个轴和安装在所述多个轴上的多个齿轮，其中，在所述多个轴中的每一个上安装有具有不同轮齿数的两个齿轮，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，从而来自所述输入轴的动力能够传送到所述行星齿轮组，所述多个齿轮中的一个齿轮与所述驱动齿轮齿接，所述多个齿轮中的另一个齿轮与所述第一运转构件齿接。
12.根据权利要求11所述的动力传动装置，其中，形成在所述多个轴中的每一个上的两个齿轮中具有较小轮齿数的齿轮与在动力传动线上最接近所述驱动动力源的轴上的齿轮齿接，而所述两个齿轮中具有较大轮齿数的齿轮与在动力传动线上最接近所述行星齿轮组的轴上的齿轮齿接。
13.根据权利要求1所述的动力传动装置，其中所述变速单元包括多个传动输入轴，其彼此垂直布置并且与所述输出轴垂直布置；第一齿轮，其安装在各个所述传动输入轴上并且在各个所述传动输入轴上旋转，所述第一齿轮与所述第二运转构件齿接；以及第二齿轮，其安装在各个所述传动输入轴上并且在各个所述传动输入轴上旋转，其中，安装在一个传动输入轴上的一个第二齿轮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连接到所述变速动力源以接收变速动力。
14.根据权利要求13所述的动力传动装置，其中，所述第一齿轮为蜗杆并且所述第二齿轮为螺旋齿轮。
15.一种行星齿轮组，包括太阳齿轮，其具有形成在其外周表面上的轮齿，所述太阳齿轮与旋转轴连接以便从所述旋转轴接收动力或者向所述旋转轴提供动力；环形齿轮，其具有形成在其内周表面上的轮齿，所述环形齿轮环绕所述太阳齿轮并且与所述太阳齿轮的旋转反向地旋转；多个小齿轮，其与所述太阳齿轮的所述外周表面上的所述轮齿和所述环形齿轮的所述内周表面上的所述轮齿齿接；以及行星齿轮架，其上可旋转地安装有所述多个小齿轮，所述行星齿轮架依据所述小齿轮的旋转而旋转，其中，所述行星齿轮架在其一侧上具有在所述旋转轴的方向上延伸的延伸部分，其中所述延伸部分具有倾斜地形成在其外周表面上的轮齿以便于蜗杆或螺旋齿轮与所述轮齿啮合，并且所述延伸部分还具有形成在其上的第二轮齿以便于第二螺旋齿轮或第二伞齿轮与所述第二轮齿啮合，从而提取行星齿轮架的部分旋转力。
16.根据权利要求15所述的行星齿轮组，其中，所述环形齿轮具有形成在其外周表面上的轮齿。
17.一种动力传动装置，包括输入轴，其具有形成在其一侧的外周表面上的驱动齿轮；减速单元，其包括减速轴，所述减速轴具有与所述驱动齿轮齿接的减速齿轮； 环形齿轮，其具有形成在其外周表面上的轮齿以便与所述减速齿轮外接； 多个小齿轮，其与形成在所述环形齿轮的内周表面上的轮齿外接； 输出轴，其具有在其上安装的太阳齿轮，所述太阳齿轮与所述多个小齿轮外接； 行星齿轮架，其与所述小齿轮的中心轴连接，所述行星齿轮架依据所述小齿轮的旋转而关于所述输出轴旋转；延伸部分，其从所述行星齿轮架在所述输出轴的轴向上延伸； 蜗杆和主动螺旋齿轮，它们形成在所述延伸部分的外周表面上； 传动输入轴，在其外周表面上具有耦合到所述蜗杆的蜗轮，所述传动输入轴垂直于所述输出轴以便通过变速动力源旋转；控制单元，其控制所述传动输入轴的转速；转矩控制轴，其具有与所述延伸部分的所述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，所述群组由通过所述转矩控制轴驱动的发电机、减速装置以及液压泵构成。
18.根据权利要求17所述的动力传动装置，其中所述减速单元包括 第一减速齿轮，其形成在所述减速轴上；以及第二减速齿轮，其形成在所述减速轴上并且与所述第一减速齿轮间隔开。
19.根据权利要求17所述的动力传动装置，其中，所述第一减速齿轮与所述驱动齿轮连接，并且所述第二减速齿轮与形成在所述环形齿轮的所述外周表面上的齿轮连接。
20.一种动力传动装置，包括输入轴，其具有形成在其一侧的外周表面上的驱动齿轮； 减速轴，其具有与所述驱动齿轮齿接的减速齿轮； 主动伞齿轮，其形成在所述减速轴的一端上；环形齿轮，其一侧形成有被动伞齿轮，所述被动伞齿轮与所述主动伞齿轮齿接； 多个小齿轮，其与形成在所述环形齿轮的内周表面上的轮齿外接； 输出轴，其具有安装在其上的与所述多个小齿轮外接的太阳齿轮以便所述输出轴与所述太阳齿轮一起旋转；行星齿轮架，其与所述小齿轮的中心轴连接，所述行星齿轮架依据所述多个小齿轮而关于所述输出轴旋转；延伸部分，其从所述行星齿轮架在所述输出轴的轴向上延伸； 蜗杆和主动伞齿轮，它们形成在所述延伸部分的外周表面上； 传动输入轴，在其外周表面上具有与所述蜗杆耦合的蜗轮，所述传动输入轴垂直于所述输出轴从而通过变速动力源旋转；控制单元，其相应于所述输出轴的转速和制动器的操作来控制所述传动输入轴的转速；转矩控制轴，其具有与所述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，其连接到所述转矩控制轴以便发电，以及蓄电池，其电连接到所述发电机并且向所述变速动力源供电。
21.根据权利要求20所述的动力传动装置，其中，所述被动伞齿轮形成在所述环形齿轮的一侧，并且所述延伸部分从所述环形齿轮的另一侧延伸出。
22.一种动力传动装置，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，其具有与所述驱动齿轮接合的外轮齿；行星齿轮架，在其周边上具有与所述环形齿轮的内轮齿啮合的多个小齿轮，所述行星齿轮架具有在其一端和另一端上分别形成的蜗轮和伞形齿形式的第二轮齿； 太阳齿轮，其与所述多个小齿轮外接；输出轴，其安装在所述太阳齿轮内并且插入到所述行星齿轮架内； 传动输入轴，其具有与蜗轮接合的蜗杆； 转矩控制轴，其具有伞形齿并且与所述第二轮齿接合以便旋转。
23.根据权利要求22所述的动力传动装置，还包括 主电动机，其旋转所述输入轴；以及控制电动机，其用于控制所述传动输入轴的旋转操作。
24.根据权利要求23所述的动力传动装置，还包括电动机控制单元，其用于控制所述主电动机和所述控制电动机；以及加速踏板和制动踏板，它们与所述电动机控制单元电连接，其中，当所述加速踏板被压下时，所述电动机控制单元通过增加所述主电动机的转数并且同时减少所述控制电动机的转数来提高所述输出轴的转速，并且当所述制动踏板被压下时，所述电动机控制单元通过减少所述主电动机的转数并且同时增加所述控制电动机的转数来降低所述输出轴的转速。
全文摘要
本发明涉及一种动力传动装置，其包括具有一侧延伸以形成轮齿的行星齿轮架的行星齿轮组，其中从驱动动力源输入的转速被降低而后输入到一个运转构件，变速动力源的转速被输入到另一个运转构件以实现多级变速档位，从输出轴获得用于产生电的动力并将电储存到蓄电池中，所储存的电能被用作用于变速动力的控制能源从而能够容易地控制传动输入轴。根据本发明实施例的动力传动装置包括输入轴，其具有恒定地连接到驱动动力源的一端以接收来自驱动动力源的动力，输入轴具有固定地安装在其上的驱动齿轮；减速单元，其连接到驱动齿轮并降低输入轴的转速；行星齿轮组，其包括连接到减速单元的并接收减速单元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接收来自变速动力源的变速动力，变速单元与第二运转构件耦合以向第二运转构件传送变速动力；以及输出轴，其固定到行星齿轮组的第三运转构件以传输输出速度，其中第二运转构件的旋转轴线垂直于变速单元的旋转轴线，转矩控制轴被连接到第二运转构件以通过动力传送构件来接收第二运转构件的旋转力，用于发电的发电机被连接到转矩控制轴，并且用于向变速动力源供电的蓄电池被连接到发电机。
文档编号F16H3/44GK102348910SQ201080011484
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者河太焕 申请人:河太焕