一种机械式功率输出变换装置的制作方法

本发明涉及传动装置领域，具体涉及一种机械式功率输出变换装置。

背景技术：

某些特殊的场合，动力的接入大小是不可控制的，需要在传动装置上将多余的动力排除、将不足的动力补足。其中一种例子就是风力发电或水力发电，动力的接收可控程度较低，而且为了减少能量损耗，基本都是能量都是直接转化为电能后马上输出到电网使用。但一旦风力或水力太强，电能产出就会过剩；风力或水力太弱，就会导致电能产出减弱，这都不利于电网整体的供能稳定。现有的传动装置只是将动能简单传递，充其量只是改变输入与输出之间的转速比率，并没有做到能量的合理分配。

不难看出，现有技术还存在一定的缺陷。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种机械式功率输出变换装置，实现输出功率随意变换分配。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种机械式功率输出变换装置，包括机壳、输入轴、行星架、行星轮、齿圈、太阳轮、连接轮、输出轮、输出轴、调速齿轮、调速轴和一套阻尼调节装置；输入轴旋转安装于机架上且与行星架刚性传动连接；行星架沿圆周均布设有至少两条行星轴，每条行星轴上旋转安装有一个行星轮；齿圈呈环状，其内壁沿圆周设有内齿，其外壁沿圆周设有外齿，齿圈旋转安装于输入轴上，且其内齿位于行星轮外围与行星轮相互啮合传动；齿圈的外齿与调速齿轮啮合，调速轴旋转安装于机架上且与调速齿轮刚性传动连接，调速轴同时与阻尼调节装置传动连接；太阳轮与连接轮同轴刚性传动连接，且太阳轮和连接轮均旋转安装于输入轴上，其中太阳轮位于齿圈的正中心与行星轮啮合传动；输出轴旋转安装于机架上且与输出轴刚性传动连接，且输出轮与连接轮啮合传动。

进一步的，所述阻尼调节装置包括液压马达和调压阀；液压马达的传动轴与调速轴传动连接，且调压阀连接于液压马达的出油口。

进一步的，所述阻尼调节装置还包括一个第一离合器；所述第一离合器连接于机壳与调速轴之间，使调速轴相对于机壳在第一离合器的作用下锁止或转动。

进一步的，所述调速轴与机壳之间设有轴承。

进一步的，所述太阳轮与连接轮一体连接加工。

进一步的，所述太阳轮与输入轴之间、所述行星轮与行星轴之间、所述齿圈与输入轴之间设有轴承；所述输入轴、输出轴与机壳之间分别设有轴承。

进一步的，还包括一个蓄能机构；蓄能装机构包括蓄能齿轮、蓄能轴、第二离合器和蓄能装置；蓄能齿轮与齿圈的外齿啮合传动，蓄能轴旋转安装于机壳上且与蓄能齿轮通过第二离合器连接，使蓄能齿轮与蓄能轴之间在第二离合器的作用下能够传动或分离；蓄能轴与蓄能装置传动连接。

进一步的，所述蓄能轴与机壳之间设有轴承。

进一步的，所述蓄能齿轮的背部设有用于与第二离合器传动连接的连接部，连接部与第二离合器的输入端摩擦片传动连接。

本发明所提供的一种机械式功率输出变换装置，具有以下优点：

接入固定功率的动力，能够随意改变输出动力的功率大小；

控制简单，只需要改变调压阀的压力大小即可无级变换输出功率；

结构简单，轮系的组装和生产方便，而且体积小节省空间；

可附加蓄能机构将排出的能量收集起来，在供能不足的场合下补足能量，达到能量的充分利用，提高整体输出的稳定性；

具有离合器结构，各个工作状态之间的切换更方便迅速，反应灵敏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明机械式功率输出变换装置的整体结构示意图。

图2为图1的内部结构立体图。

图3为齿圈锁止状态下动力输出路线图。

图4为齿圈活动状态下动力输出路线图。

附图标记说明：

1、机壳2、输入轴

3、行星架4、行星轮

5、齿圈6、太阳轮

7、连接轮8、输出轮

9、输出轴10、调速齿轮

11、调速轴12行星轴

13、第一离合器14、蓄能齿轮

15、蓄能轴16第二离合器

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1和图2，本发明公开了一种机械式功率输出变换装置，包括机壳1、输入轴2、行星架3、行星轮4、齿圈5、太阳轮6、连接轮7、输出轮8、输出轴9、调速齿轮、调速轴11和一套阻尼调节装置；输入轴2旋转安装于机架上且与行星架3刚性传动连接；行星架3沿圆周均布设有至少两条行星轴12，每条行星轴12上旋转安装有一个行星轮4；齿圈5呈环状，其内壁沿圆周设有内齿，其外壁沿圆周设有外齿，齿圈5旋转安装于输入轴2上，且其内齿位于行星轮4外围与行星轮4相互啮合传动；齿圈5的外齿与调速齿轮啮合，调速轴11旋转安装于机架上且与调速齿轮刚性传动连接，调速轴11同时与阻尼调节装置传动连接；太阳轮6与连接轮7同轴刚性传动连接，且太阳轮6和连接轮7均旋转安装于输入轴2上，其中太阳轮6位于齿圈5的正中心与行星轮4啮合传动；输出轴9旋转安装于机架上且与输出轴9刚性传动连接，且输出轮8与连接轮7啮合传动。行星轮4优选是三个，受力较为科学合理。

本发明最大的特点是输入的动力从输入轴2接入，而输出轴9的输出是可以实时无级调节的。假设现在的适用场合是风力发电，显然风力的大小不是我们能够自由控制的，那么输入轴2的接入动力大小本身是无法控制的。

本发明整体的工作原理如下：

动力由输入轴2接入后，刚性传递到行星架3，使行星架3转动。行星架3、行星轮4、齿圈5、太阳轮6组成一个行星轮4机构，在只有一个动力输入的前提下，由于行星轮4机构整体具有两个自由度，行星轮4机构没有固定的运动规律，必须提供一个额外的动力才能使其产生特定的运动输出。例如只有一个输入轴2在转动，那么齿圈5和太阳轮6都不固定，齿圈5和太阳轮6会作出怎么样的运动是不可确定的，太阳轮6与齿圈5之间的相对滑动会直接影响两者具体的转动。利用这一特性，本发明在齿圈5的外部增加了一个调速齿轮和一根调速轴11，由阻尼调节装置加以控制。

请参阅图3，当输入轴2的动力刚好达到输出的使用需求时，阻尼调节装置控制齿圈5静止不动，相当于将齿圈5固定住了，那么行星架3转动时就会带动行星轮4向相反方向转动，从而带动太阳轮6作与行星架3转动方向一致的转动。太阳轮6与连接轮7是刚性传动连接的，连接轮7跟着转动，进而带动输出轮8转动，动力就经过一系列传动传递到输出轮8进行输出了。

请参阅图4，当输入轴2的动力过剩时，由于输出的功率并不需要这么多，就需要排除掉一部分。此时阻尼调节装置控制齿圈5能够相对于机壳1转动，行星架3在输入轴2的作用下转动时，只要转速足够大，就依然能够带动太阳轮6转动，原理与上文所提及的是一致的。不同的是，齿圈5产生了相对的转动，就有一部分动力经过齿圈5转移到外界，相当于一部分功率被“卸”走了。齿圈5转得越快，“卸”走的能量就越多。注意，这里所说的是功率被重新分配了，而非转速调节。通过这种原理，理论上也能做到输出转速与输入转速之间的无级变速，但本发明的调速是减速同时减矩，增速同时增矩，与一般变速器所做的减速增距、增速减矩是不一样的。而之所以选择行星架3作为原动件、齿圈5作为调节部件，是因为齿圈5齿数多、直径大，提供阻尼时的阻力矩更大，比较有利于用较小的阻尼就能对整体输出功率进行变换控制。也由于这个原因，调速齿轮优选是齿数比齿圈5的外齿少的小齿轮，齿圈5与调速齿轮之间是增速传动，就有利于用较小的阻力矩来控制齿圈5的转动。

作为优选，所述阻尼调节装置包括液压马达和调压阀；液压马达的传动轴与调速轴11传动连接，且调压阀连接于液压马达的出油口。

如上文所述，分配输出功率的方法是提供齿圈5一个阻尼，阻尼越大，实际的输出功率就越接近输入功率；阻尼越小，齿圈5越容易转动，就会“卸”走越多的能量，输出的功率就越小于输入功率。比较有效的控制方法是通过液压的方式提供阻尼，只要控制调压阀的压力大小，就能够控制液压马达的排油阻力，从而控制液压马达的转速，自然就能够间接控制齿圈5的相对转速了。排除的功率实际是转化为液压油的内能，持续工作过程中油温会升高，有可能为了保持液压油的粘度稳定，需要额外设置一套冷却装置。这点由于不涉及本发明的主体设计思想，在此不再作赘述。

而各个不需要刚性传动的部件之间，例如所述太阳轮6与输入轴2之间、所述行星轮4与行星轴12之间、所述齿圈5与输入轴2之间设有轴承；所述输入轴2、输出轴9与机壳1之间分别设有轴承。这都是保持各个旋转部件转动平稳顺畅的结构设计。

详见图2，作为进一步的优选，所述阻尼调节装置还包括一个第一离合器13；所述第一离合器13连接于机壳1与调速轴11之间，使调速轴11相对于机壳1在第一离合器13的作用下锁止或转动。所述调速轴11与机壳1之间优选设有轴承。第一离合器13一旦锁止，齿圈5就会相对于机壳1静止不动，此时液压系统就能够稍作“歇息”，避免了持续承受荷载，减轻了液压系统的负担。如上文所提及的，也有助于稳定油温。

所述太阳轮6与连接轮7可优选一体连接加工。由于本发明整体就是一个特殊的齿轮系，各个齿轮之间比较紧凑，即使连接轮7与太阳轮6分开加工再用轴连接，轴也很短，可以一体加工以减少部件的复杂程度，也有利于提高生产效率。

作为优选，本发明还包括一个蓄能机构；蓄能装机构包括蓄能齿轮14、蓄能轴15、第二离合器16和蓄能装置；蓄能齿轮14与齿圈5的外齿啮合传动，蓄能轴15旋转安装于机壳1上且与蓄能齿轮14通过第二离合器16连接，使蓄能齿轮14与蓄能轴15之间在第二离合器16的作用下能够传动或分离；蓄能轴15与蓄能装置传动连接。所述蓄能轴15与机壳1之间优选设有轴承。

由于多余的功率会被排除掉，这样也浪费了一定的能量，为了提高能量的使用率，最好是在能量过剩时将多余的能量储蓄起来。蓄能机构就是在齿圈5转动进行能量排除时，将这些能量尽可能收集。蓄能齿轮14在齿圈5的外齿带动下转动，使蓄能轴15将动力传递到蓄能装置。蓄能装置的种类可以多种多样，例如发电机加电池等，可以在往后能量不足时利用这些蓄好的能量补足输出，有利于保持整体输出的稳定性。而第二离合器16就决定了蓄能机构是否工作，当第二离合器16闭合，蓄能轴15与蓄能齿轮14就会传动；当第二离合器16松开，蓄能轴15与蓄能齿轮14是不传动的，蓄能齿轮14只是空转。比如蓄能装置蓄能已经达到饱和，而齿圈5依然在转动，那么就需要松开第二离合器16终止蓄能。蓄能机构也对齿圈5具有阻尼作用，减轻了阻尼调节装置的负载。如果蓄能机构提供的阻尼刚好达到平衡，那么就相当于所有过剩的功率都被蓄能装置储存起来了，阻尼调节装置处于空载状态。

鉴于需要直接与第二离合器16连接发挥可控制的传动作用，作为优选，所述蓄能齿轮14的背部设有用于与第二离合器16传动连接的连接部，连接部与第二离合器16的输入端摩擦片传动连接。

本发明所提供的一种机械式功率输出变换装置，接入动力，就能够随意改变输出动力的功率大小。而且控制简单，只需要改变调压阀的压力大小即可改变阻尼的大小，从而无级变换输出功率。轮系的组装和生产方便，而且体积小节省空间。同时可附加蓄能机构将排出的能量收集起来，在供能不足的场合下补足能量，达到能量的充分利用，提高整体输出的稳定性。具有离合器结构，各个工作状态之间的切换更方便迅速，反应灵敏，控制方式也简单，有利于自动化控制。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。