专利名称：用于累积动能的方法以及用于累积和耗散动能的转子装置的制作方法
用于累积动能的方法以及用于累积和耗散动能的转子装置本发明的一个目标是提供一种方法用于累积动能，以及提供一个转子装置用于累积和耗散运动中对象上的动能，适用于其在制动过程中。该解决方案尤其可应用在车辆能量的累积和耗散上，以及其它易受伤的意外碰撞情况。在国际专利W02004028864中已经提出一种用于在碰撞中保护车辆的方法，其中，在碰撞过程中生成的动能转换成旋转配重的能量。根据这个已知的方法，驱动装置的动能转化为一个转子装置的动能，转子装置通过使转子进行旋转运动提供可变转动惯量。转子装置可变转动惯量的实现，是通过一个配重在离心力作用下沿着一个导轨改变其位置来实现的。在国际专利W02004028864的描述中，提出了一种装置可在碰撞过程中保护车辆，其中碰撞造成的产出动能转换成了旋转配重的能量。在这个已知的方案中，提供两个齿条作为一个激励装置，通过齿轮装置驱动转子，转子传动杆连接着滑动固定在其上的可移动配重。在这个已知的方案中，当处于能量传递的最初阶段，通过使用位于最靠近轴杆转子旋转轴的可移动配重，将作用在工作部件上的冲击载荷降到最小，这样，在最初阶段，转子的转动惯量是最小的。在下一步工作阶段，当转子开始旋转，所述配重在离心力的作用下沿着杆轴，远离旋转轴移动，直到轴杆另一端停止，在这个位置转子得到了最大的转动惯量，并实现动能的增加。这个已知方案的不足在于，在吸收能量过程中，其不能够适当选择转动惯量特性。从国际专利W02005121593的描述中，也提出了一种动能转换装置，其包含一个激励装置与一个能量耗散集成组合，其为齿条形式，使旋转配重发生旋转，从而将由碰撞造成位移过程产生的动能转化成旋转运动的动能。在已知方案的一个实施例中，齿条通过一个齿轮驱动转子，所述转子作为轴杆连接着可滑动固定的移动配重。在这个方案中，轴杆有确定的恒定转动惯量，同时作为可移动配重的一个导轨。为了能保证一个转子的转动惯量进行渐进调整，在轴杆和可移动配重两端之间设有弹簧，这能保证维持可移动配重距离旋转轴一个适当的距离，而具体位置取决于转子的转速。这样的方案能保证随着转子旋转速度的提高，转子转动惯量能平顺地提高，因为弹簧能防止可移动配重在转子开始旋转的初期阶段就立即到达末端位置。然而，在已知方案中使用弹簧，当可移动配重旋转造成的离心力与压缩弹簧提供的反作用力相等时，其限制了继续增加整个吸能系统转动惯量的可能性。因此，该已知结构在吸能工作过程中，不可能实现对转子转动惯量特性的适当选择。根据本发明方案的一个目标是改善能量累积转子转动惯量调整的可能性，从而提高吸收和耗散能量不同部分的效率。根据本发明方案的另一个目标是提供一个转子装置，其有较小的总重量，在初始阶段能提供一个较小的转动惯量，当动能需要进一步吸收时，其转动惯量又能有大幅度的提闻。根据本发明提供的方法，通过让转子进行旋转运动，一个驱动装置上的动能转化为一个有着可变转动惯量转子装置的动能，而所述转子装置的可变转动惯量是通过至少一个配重，其在一个离心力的作用下沿着由一个集成在转子上的导轨设定的轨迹移动来实现。这个方案的特点是，配重沿着由导轨设定的轨迹移动时，会在离心力的作用下相对于其中心轴旋转，这样平顺地增加整个转子装置的转动惯量，同时也提供了吸收更大动能的可能性。转子装置可变转动惯量优选实现方案是通过在离心力作用下，许多旋转配重的移动实现。在另一个优选方案中，对至少两个旋转配重设定相对于它们中心轴不同的旋转速度。根据本发明，用于累积和耗散动能的转子装置，包含驱动装置，其将自身的动能传递到一个有着可变转动惯量的转子上，其上有至少一个导轨，一个配重在离心力的作用下，相对于转子旋转运动沿着这个导轨发生移动，提高转动惯量。这个方案的特点是，转子导轨油一个齿状驱动面，一个齿轮与之啮合，所述齿轮是一个转动配重。这个齿轮优选通过一个驱动轴装置，轴连接在一个附加旋转配重上，驱动轴滑动固定在盖板上的导轨槽中。有着一个齿状驱动面的导轨优选连接着位于转子一个侧面的齿轮上，一个附加旋转配重位于转子相对的另外一个侧面，而连接着齿轮和附加旋转配重的驱动轴可移动固定在转子上的一个导向槽中，而导向槽路径与包含齿状驱动面的导轨路径相互平行。齿轮优选通过驱动轴轴向连接在位于转子两个侧面的附加旋转配重上，而连接着齿轮和附加旋转配重的驱动轴滑动固定在盖板上的导向槽中。另外，附加旋转配重优选通过一个单向离合器轴连接在齿轮上。在一个优选实施例中，有着一个齿状驱动面的导轨相对于转子轴线大致径向延伸。在另一个优选实施例中，转子上有许多有着齿状驱动面的导轨，所述导轨布置成相对于转子轴线大致径向延伸。当所述导轨有着不同长度齿状驱动面时，这也是优选方案。在另一个优选实施例中，转子有多个有着一个齿状驱动面的导轨，而其中至少了两个附加旋转配重有不同的转动惯量。在另一个优选实施例中，转子有许多有着一个齿状驱动面的导轨，所述至少两个附加旋转配重通过不同直径的齿轮驱动。在另一个优选实施例中，转子以一个齿轮的形式出现，其轮齿与一个齿条形式的驱动装置啮合，另外，驱动装置与一个减震器固定在一起。根据本发明的方法中，通过使配重在转子转动相关的一个离心力的作用下，发生相对于其中心轴的附加旋转运动，实现提高累积所增加的动能的容量。通过使用一个位于转子导轨上的齿状驱动面并构建一个齿轮状配重与那个齿状驱动面相啮合，实现在根据本发明的转子上，配重在一个离心力作用下，发生附加旋转运动，从而提高能量吸收能力。通过选择附加旋转配重的数量、它们的转动惯量以及有着一个齿状驱动面导轨的长度，或者齿轮的直径，可实现对根据本发明的转子装置工作柔性调节的可能性。根据本发明的转子装置工作柔性合适的调节，其目的在于实现在能量累积的初始阶段，装置有合适的较低的初始转动惯量，对装置部件造成较低的冲击载荷，而在后续能量累积的阶段提高转动惯量。根据本发明转子装置的结构也保证实现了，整个装置在运动部分相对较低重量情况下，有相对较高的转动惯量。本发明的目标通过视图中所示的实施例用示意图的形式表现，其中
图1所示为其第一实施例的一个转子装置的侧视图，图1A与图1侧视图中所示的转子装置是同一个，拆下了其上的导向罩，其中标出了单个设备部件的旋转和移动方向，图2为图1视图上沿剖面线A-A方向的截面视图，图3为其第二实施例转子装置的侧视图，其上增加了附加转动重量，图4为图3视图上沿剖面线B-B方向的截面视图，图4A为固定在附加转动重量上单向离合器的示意图，图5为其第三实施例转子装置的侧视图，转子的一个侧面上有一个导向块，导向块的一个面是齿状驱动面，图6为图5视图中沿剖面线C-C方向的截面视图，图7为图5视图中沿剖面线D-D方向的截面视图，图8所示为转子装置上导向块的齿状驱动面设有不同长度，图9为图8视图中沿剖面线E-E方向的截面视图，以及，图10为转子装置上附加的转动重量有着不同的转动惯量。根据与本发明符合的方式，一个驱动装置通过使转子进行旋转运动，将它的动能转换成一个转子装置的动能，转子装置有可变的转动惯量。转子的旋转运动产生的离心力带动配重沿着导向块设置的轨迹进行移动，这样使得所述配重向着离开所述转子旋转轴的方向移动，从而增加了整个旋转装置的转动惯量。为了额外增加转动惯量，配重在离心力的作用下沿着各自导向块设定的轨迹移动时，会沿着各自的旋转轴进行附加的旋转运动。通过赋予旋转配重相对于各自旋转轴不同的旋转速度，实现转动惯量更多的特性变化，比如，这可以通过使用不同中径尺寸齿轮的方式来驱动旋转配重来实现。如如图1，图1A和图2所示的实施例中，根据本发明的用于积累和释放动能的旋转装置，有一个驱动装置1，其用一根齿条配合一个弹性减震器2形成。这个驱动装置与可变转动惯量的转子4上的轮齿3相啮合。转子4上有一个导轨5，导轨5有一个齿状的驱动面6，其与一个齿轮7相啮合，齿轮7为一个旋转配重。在最初位置，齿轮7在最接近转子4旋转轴位置处与导轨5的齿状驱动面6相啮合。转子4的旋转轴8固定在一辆车辆的承重结构9上，而驱动装置I的导轨10也固定在所述结构上。因此，当该装置工作时，可移动的齿条作为驱动装置I带动转子4进行旋转运动，导轨10相对于承重结构9保持静止状态。为了减少在能量传递最初阶段驱动装置I上轮齿11与转子4上轮齿3受到的冲击载荷，通过在转子4上开减重的开口 12来减少转子4的重量。如图1及如2所示，齿轮7作为旋转配重可旋转连接在轴13上，轴13可滑动嵌在盖板15上的导向槽14里，所述盖板15固定在转子4上导向槽5的两侧表面上。为了更好地说明根据本实施例解决方案的运动原理，在图1A中，展示了移去了盖板15后，转子装置侧视图。该装置各个部件的平面和旋转运动在图中沿着箭头方向所示。在图3及图4中，显示了本发明的第二实施例，其上有受齿轮7驱动的附加旋转配重16。在转子4里有4个带有齿状驱动面6的径向导轨5与齿轮7结合。在图3中没有示出盖板15，这样能更好的图示说明在导轨5中齿轮7的位置。与前文所述实施例相似，转子4的旋转轴8固定在车辆的一个承重结构9上，而驱动装置I的导轨10也固定在所述结构上。如图4所示，齿轮7通过驱动轴17轴连接在机构上，驱动轴17的一头附加了旋转配重16，其位于转子4的一个侧面。连接了每个齿轮7以及一个附加旋转配重16的驱动轴17在一个导向槽14中移动，导向槽14位于盖板15上,而导向槽14的路径与相应的有着齿状驱动面6的导向路径5相互平行。为了能使动能得到耗散，每个附加旋转配重16配备有一个单向离合器18，如图4A中示意图所示。单向离合器18的作用是将驱动轴17的转矩传递到附加旋转配重16上，同时传递能量，一旦驱动轴17的角速度《 I低于附加旋转配重16的角速度《2，单向离合器18就断开连接，使得位于驱动轴17上的附加旋转配重16能自由转动。图5、图6和图7图示说明了本发明的第三实施例，其上有受齿轮7驱动的附加旋转配重16。在这个实施例中，四个有着齿状驱动面6的导轨19连接着齿轮7，位于转子4的一个侧面，而旋转配重16位于转子4的另一个相对的侧面。如图6所示，驱动轴17将齿轮7与附加旋转配重16连接起来，并沿着转子4中的导向槽20运动，导向槽20与导轨19的齿状驱动表面6相互平行。与前文所述实施例相同，转子4的旋转轴8固定在承重结构9上，而驱动装置I的导轨10也固定在其上。图7显示了将转子装置固定到车辆承重结构盘9上的方法。如该图所示，转子4的旋转轴8固定在车辆的承重结构盘9上，制成齿条形式驱动装置I滑动固定在导轨10中，导轨10也固定在车辆的承重结构盘9上。图8和图9描述了有八个导轨5、21的转子装置，每个导轨有不同长度的齿状驱动面6、22。如图8所示，根据这个实施例的转子装置，在转子4上有四个长导轨5和四个短导轨21，所述导轨沿着径向运动。为了能看清楚，在图8所示根据改实施例的转子装置中，没有显示盖板15。导轨5、21上的齿状驱动面6、22与齿轮7啮合，所述齿轮7，如图9所示，通过驱动轴17轴向连接着附加旋转配重16，附加旋转配重位于转子4两侧。如图9所示，驱动轴17，将每个齿轮7与附加旋转配重16连接起来，并在盖板15上的导向槽14中运动。有着齿状驱动面6、22的导轨5、21长度不同，可更好地调整转子装置转动惯量的特性，从而提高了装置的可调整性以及将其应用在积累和耗散不同大小动能上的可能性。在图10所示的另一个实施例中，用侧视图显示了根据本发明的另一个转子装置结构，其中通过使用不同尺寸的附加旋转配重16、23以及不同直径的齿轮7、24来确定转动惯量特性。在图中所示的实施例中，有较大直径的齿轮7与有较大转动惯量的旋转配重23相连接，而有较小转动惯量的旋转配重16与有较小直径的齿轮24相连接。齿轮7、24的直径与旋转配重23、16的转动惯量选择集分布，按照根据本发明的该装置工作所需的特性决定。所述装置也可能有以下配置，即相同直径的齿轮配不同转动惯量的旋转配重，不同直径的齿轮配相同转动惯量的旋转配重，或者任何混合的配置形式。根据本发明方案作用方式在图1A中描述得最清楚。传递的动能首先在弹性减震器2处被减弱，并被传递到驱动装置I上，驱动装置I制成齿条状，与转子4的轮齿3啮合。这样，齿条的运动会引起转子4的旋转，作用在齿轮7上的离心力使其在齿状驱动面6上移动并旋转。齿轮7平面移动和旋转运动的同时，增加了整个转子装置的转动惯量。在能量传递的第一阶段，因为齿轮7没有开始平面和旋转运动，转子装置的转动惯量是最低的，此外，齿轮位于最接近转子旋转轴的位置。在过程的随后阶段，由于齿轮7发生了移动及旋转运动，转动惯量有效得到增加。在这个根据本发明的转子装置上可能累积得到的能量，相当于该选装装置上所有部件相对于承重结构9的平面运动动能和旋转运动动能。齿轮7与齿状驱动面结合的形式，使得该齿轮向外移动的速度大大减小，这肯定会影响转动惯量增加的特性，这样是为了能确保减少获得能量的第一阶段的冲击力，并优化了后续阶段中能量的获取。如图3和图4所示，根据第二实施例的转子装置应用于积累和耗散较大动能的情况下。在这个实施例中，特别是在能量获取的后续阶段中，通过使用附加转动配重16以及一个单向离合器18与齿轮4配合使用，实现了对于转动惯量的适度增加。如图5、图6和图7所示的实施例，也能得到相似的转动惯量增加。另外，这个方案保证了力更均匀分布，从而保护装置在运行过程中不发生互锁。如图8和图9所示的最优实施例中，通过在转子4两侧使用附加旋转配重16实现了对力最佳均匀分布，同时实现了转动惯量的增加。
权利要求
1.一种累积动能的方法，通过这种方法，一个驱动装置的动能转化为一个转子装置的动能，通过使转子发生旋转运动实现转动惯量的变化，所述转子装置的可变转动惯量通过至少一个附加配重在离心力的作用下，沿着与转子连成一体的导轨设置的轨迹移动来实现，其特征在于，附加配重在离心力作用下，沿着导轨设置的轨迹移动同时，还会相对于其自身的中心轴进行旋转。
2.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述转子装置的可变转动惯量是通过若干个旋转配重在离心力作用下的移动实现的。
3.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述转子装置的可变转动惯量是通过若干个旋转配重在离心力作用下的移动实现的，而至少存在两个相对于其中心轴有不同旋转速度的旋转配重。
4.一种用于累积和耗散动能的转子装置，包含一个驱动装置，将动能传递到一个转子上，转子有一个可变的转动惯量，其上有至少一根导轨，一个附加配重在一个离心力的作用下，相对于转子的旋转沿着导轨移动，从而增加转动惯量，其特征在于，转子(4)的导轨(5、19、21)有一个齿状驱动面(6、22 )与一个连接着旋转配重的齿轮(7 )相啮合。
5.如权利要求4所述的一个转子装置，其特征在于，齿轮(7)通过一根驱动轴(17)轴向连接在一个附加旋转配重(16)上，该驱动轴可滑动装配在盖板(15)上的导轨槽(14)中。
6.如权利要求4所述的一个转子装置，其特征在于，与齿轮(7)接触、有着齿状驱动面(6)的导轨(19)位于转子(4)的一个侧面，一个附加旋转配重(16)位于转子(4)相对的另一侧面，而将齿轮(7)和附加旋转配重(16)连接起来的一根驱动轴(17)可滑动装配在一个形成在转子(4)上的导轨槽(20)里，而所述导轨槽(20)的路径与设有齿状驱动面(6)的导轨(19)的路径相互平行。
7.如权利要求4所述的一个转子装置，其特征在于，齿轮(7)通过一根驱动轴(17)轴向连接在位于转子(4)的两侧的附加旋转配重(16)上，而连接齿轮(7)与附加旋转配重(16)的驱动轴(17)可滑动装配在盖板(15)的导向槽(14)中。
8.如权利要求4或5或6或7所述的一个转子装置，其特征在于，附加旋转配重(16)通过一个单向离合器(18 )轴向连接在齿轮(7 )上。
9.如权利要求4或5或6或7所述的一个转子装置，其特征在于，设有齿状驱动面(6)的导轨(5、19)大致沿着相对于转子旋转轴径向方向延伸。
10.如权利要求4或5或6或7所述的一个转子装置，其特征在于，转子(4)有多个设有齿状驱动面(6)的导轨(5、19)，该导轨大致位于相对于转子(4)旋转轴(8)径向方向。
11.如权利要求4或5或6或7所述的一个转子装置，其特征在于，转子(4)有多个设有齿状驱动面(6、22)的不同长度的导轨(5、21)，该导轨大致位于相对于转子(4)旋转轴(8)径向方向。
12.如权利要求4或5或6或7所述的一个转子装置，其特征在于，转子(4)有多个设有齿状驱动面(6)的导轨(5)，而至少有两个附加旋转配重(16、23)有不同的转动惯量。
13.如权利要求4或5或6或7所述的一个转子装置，其特征在于，转子(4)有多个设有齿状驱动面(6)的导轨(5)，而至少有两个附加旋转配重(16、23)通过有着不同直径的齿轮(7、24)驱动。
14.如权利要求4或5或6或7所述的一个转子装置，其特征在于，转子(4)为一个齿轮形式，其轮齿(3)与以齿条形式的驱动装置(I)相啮合。
15.如权利要求4或5或6或7所述的一个转子装置，其特征在于，驱动装置(I)上设有一个减震器(2) 。
全文摘要
通过使一个转子(4)进行旋转运动，一个驱动装置(1)上的动能转换成一个可变转动惯量转子装置上的动能，另外，沿着由一根导轨(5)设置的轨迹移动的配重，在离心力的作用下相对于其轴线进行附加旋转运动。转子装置包含一个驱动装置(1)，将动能传递给一个转动惯量可变的转子(4)，其上至少有一个导轨(5)，在离心力的作用下，配重沿着导轨相对于转子(4)的旋转进行移动，增加转动惯量，转子(4)有导轨(5)，其上有齿状驱动面(6)，作为旋转配重的齿轮(7)与之啮合。
文档编号F16F7/10GK103119293SQ201180040212
公开日2013年5月22日 申请日期2011年8月17日 优先权日2010年8月19日
发明者皮泽米斯劳·拉吉乌卡, 斯坦尼斯劳·古姆拉 申请人:“Epar”研究与发展中心有限公司