CN101180478A - 用于电力辅助和驱动无级变速器的装置 - Google Patents

Abstract

一种具有第一带轮的电力辅助或者激励的无级变速器(CVT)，该第一带轮具有用于固定到发动机轴上的第一带轮部分和用于围绕发动机轴设置的轴向可移动的第二带轮部分。用于辅助机械－驱动的CVT的机构包括连接到可移动部分的螺母和具有与螺母接合的螺钉的电动机。通过相对于螺母的螺钉的旋转，该螺母可轴向移动，在改变带轮部分之间的轴向间距方面来辅助机械驱动器。用于驱动CVT的可变驱动器包括一对与带轮部分同轴接合的盘，和用于在改变倾角时接触盘的滚轮。电动机沿着旋转轴使滚轮倾斜，导致盘以不同速度旋转，以对带轮部分之间的轴向间距的变化产生影响。

Description

用于电力辅助和驱动无级变速器的装置

相关申请的交叉引用

本中请要求2005年5月2日申请的美国临时专利申请No.60/676,904的优先权。

技术领域

本发明通常涉及变速器，并且更具体涉及用于无级变速器驱动的方法和装置。

发明背景

变速器是利用齿轮，皮带或者其它的驱动组件转换在车辆中的速度和扭矩的装置。大多数变速器的结构采用离散的速比，低的比率用于加速，爬坡和重物牵引，并且高的比率用于高速行进。它们利用在输入和输出轴之间的多个平行的齿轮组。通过改变各个轴之间的带有负荷的齿轮组，在输入和输出轴之间的速比发生改变。

已经对变速器进行设计使得其是连续可变(CVTs)的。这些通常利用摩擦以从输入轴传送负荷到输出轴。通过改变摩擦滚轮，皮带或者其它组件的径向位置，速比发生改变。

在图1和2中示出了普通的CVT结构10。它利用主动(主要)的带轮12，宽的V型皮带14，和从动(辅助)的带轮16。通过改变主动带轮12和从动带轮16的宽度来对速比进行调节，从而使得V型皮带14接触在带轮12和16上的变化半径上。图1示出了运行在较低速比的CVT10，其中对半的主动带轮22和24被分离，并且V型皮带14在较小的半径处接触对半的带轮22和24。在这些情况下，对半的从动的带轮18和20通过弹簧挤压在一起，迫使在输出端带轮接触在较大半径处。此结构提供最大的扭矩放大率和速度降低率。图2示出了运行在高速比的CVT，其中设置主动带轮12的对半的带轮22和24靠近在一起，使得在较大半径处迫使V型皮带14接触对半的带轮22和24并且增加V型皮带14的速度。V型皮带14的增加速度克服从动带轮16的弹簧力作用，迫使对半的从动带轮18和20分离，其中V型皮带14在较小半径处接触对半的从动带轮18和20。此结构提供了最高的速度放大率。

大多数当前的CVTs依靠固定结构的机械或者液压驱动，它们不容易响应于不同需求发生改变，例如改变车辆货物负荷和操作者性能需求。因此，需要具有比现有技术状态的系统更柔性和适应的CVT驱动系统。

发明概要

根据本发明的一个方面，提供一种辅助机构以用于机械-驱动的无级变速器，该无级变速器具有通过皮带相互连接的第一和第二带轮。第一带轮连接到发动机轴上，并且具有第一带轮部分和相对于第一带轮部分可轴向移动的第二带轮部分。提供一种接合装置以用于连接到第二带轮部分，并且电动机具有同轴接合第一接合装置的第二接合装置，当电动机旋转时其导致第一接合装置轴向移动。相对于第一接合装置的第二接合装置的旋转会轴向移动第一接合装置，从而使得该机构辅助机械-驱动的无级变速器，以相对于第一带轮部分移动第二带轮部分以改变它们之间的轴向间距。

根据本发明的另一个方面，提供一种电力辅助机械-驱动的无级变速器的方法，该无级变速器具有通过皮带相互连接的第一和第二带轮。第一带轮适合于安装在发动机轴上，并且具有第一带轮部分和相对于第一带轮部分可轴向移动的第二带轮部分。提供第一接合装置以用于连接到第二带轮部分，并且电动机具有与所述第一接合装置同轴接合的第二接合装置，从而使得相对于此的响应于所述第二接合装置的旋转轴向移动所述第一接合装置。电动机的驱动会导致第二接合装置使得第一接合装置轴向移动，从而使得在相对于第一带轮部分移动第二带轮部分，改变它们之间的轴向间距方面，辅助机械一驱动的无级变速器。

根据本发明的进一步的方面，电力-辅助的、机械-驱动的无级变速器具有第一带轮，该第一带轮具有用于固定连接到发动机轴上的第一带轮部分，用于围绕发动机轴设置的可轴向移动的第二带轮部分，以及连接到第二带轮部分的机械驱动器。电动机与第二带轮同轴接合，从而使得在相对于第一带轮部分移动第二带轮部分以改变它们之间的间距的方面，辅助机械驱动器。

根据本发明的另一个方面，提供用于无极变速器的可变驱动器，其中该无极变速器具有通过皮带相互连接的第一和第二带轮，其中第一带轮连接到发动机轴上并且具有第一带轮部分和相对于第一带轮部分可轴向移动的第二带轮部分。提供用于围绕发动机轴连接的一对圆盘，其中一个适合于轴向移动第二带轮部分。提供由滚动支座所支撑的滚轮，其具有回转轴并且适合于至少部分装配在圆盘之间。该滚动支座适合于相对于圆盘的轴使滚轮的回转轴倾斜，从而使得在使用期间对滚动支座的倾斜会相对于第二带轮部分旋转一个圆盘，轴向移动第二带轮部分以改变在第一和第二带轮部分之间的轴向间距。

根据本发明的进一步的方面，提供一种驱动无级变速器的方法，该无级变速器具有通过皮带相互连接的第一和第二带轮。第一带轮适合于安装在发动机轴上，并且具有第一带轮部分和可轴向移动的第二带轮部分。提供一对圆盘以围绕发动机轴连接，其中一个圆盘可旋转的接合第二带轮部分，从而使得响应于在圆盘和第二带轮部分之间的相对旋转相对于第一带轮部分轴向移动第二带轮部分。提供一种具有回转轴并且适合于至少部分装配在圆盘之间的滚轮。还提供一种用于相对于圆盘的轴使得滚轮的回转轴倾斜的滚动支座。滚动支座的倾斜会导致圆盘的一个相对于第一带轮旋转，从而改变在第一和第二带轮部分之间的轴向间距。

根据本发明的更进一步的方面，提供一种无级变速器，其具有第一带轮，该第一带轮具有用于固定连接到发动机轴上的第一带轮部分，用于围绕发动机轴设置的可轴向移动的第二带轮部分。该驱动器具有围绕发动机轴固定连接的第一圆盘，同轴的接合第二带轮部分的第二圆盘，以当第二圆盘相对于第二带轮部分旋转时，相对于第一带轮部分移动第二带轮部分。

本发明的目的和优点将接合附图从下面的详细描述中变得更显然。

附图的简述

图1是处于较低速比时，现有技术的无级变速器的透视图。

图2是处于较高速比时，现有技术的无级变速器的透视图。

图3是处于低速比结构时，根据本方面的一个实施例具有辅助机构的机械-驱动CVT的剖视图。

图4是以高速比结构示出的，图3的CVT的剖视图。

图5是根据本发明的可变驱动器的实施例的剖视图。

图6是图5的可变驱动器的电动机和磁轭结构的侧视图。

图7是以减低速度比结构示出的，图5的可变驱动器的剖视图。

图8是以高速比结构示出的，图5的可变驱动器的剖视图。

图9图形地示出了根据本发明使用的控制策略的一个例子。

优选实施例的描述

为了促进对本发明的原理的理解，对在附图中示出的实施例现在将进行标引并且使用专用语言进行描述。然而，其不意图限制本发明的范围，在示出装置中的这些改变和进一步的修改，以及在此示出的本发明的原理的此进一步应用对于本领域技术人员通常是可以想到的。

图3和4示出了根据本发明的一个实施例的带轮26和用于辅助机械-驱动的无级变速器(CVT)的辅助机构28，其作用力可从CVT的机械驱动中得到增加或者减去。带轮具有固定到发动机轴32上的半个固定带轮或者部分30，和在使用期间，响应于由驱动弹簧36的弹簧力和飞轮38的移动，相对于固定带轮可轴向移动的半个可移动的带轮或者部分34。

该辅助机构28包括第一接合装置40，其表示螺纹孔或者螺母，该螺纹孔或者螺母相对于带轮26轴向设置并且通过板42和衬垫44连接到可移动的半个带轮34上，接合于螺母的第二接合装置46，其表示为螺纹轴或者螺钉，和电气控制电动机48，其示出从发动机50的外侧，与发动机轴同轴安装。该螺母和螺钉的结合优选具有左旋螺纹，但是在某些应用中可利用右旋螺纹。

在运行期间，当在对半的带轮30和34之间改变轴向间距方面没有由控制系统启动时，螺母40和螺钉46通常以发动机轴32相同速度旋转。如图3所示，当辅助机构28启动以辅助移动带轮26到低速比位置时，控制电动机48放慢螺钉的旋转，其导致螺母拉动对半的可移动带轮远离对半的固定带轮。在增加对半的带轮之间的轴向间距方面，此辅助驱动弹簧36和飞轮38，允许皮带52在较小半径处接触带轮。如图4所示，当辅助结构被启动以辅助移动带轮到较高速比位置时，控制电动机比发动机轴更快地旋转螺钉，其使得朝向对半的固定的带轮推动对半的可移动的带轮。此辅助减少在对半带轮之间的轴向间距，迫使皮带在较大半径处接触带轮。

本发明的另一个方面包括用于驱动CVT的可变驱动器，该CVT具有带轮，该带轮具有对半的固定带轮和对半的可移动带轮。图5和6示出了根据本发明的可变驱动器54的一个实施例，其中对半的可移动带轮56具有螺纹部分58。在某些应用中，该螺纹部分可选择地结合入对半的固定带轮60中。

示出的驱动器54包括固定到对半的固定带轮60上的第一圆盘62，邻近第一圆盘的第二圆盘64，与对半的可移动带轮56的螺纹部分58接合的螺母66，设置邻近圆盘的滚轮68，结合到滚动支座磁轭72上的电气控制的电动机70，和设置在第二圆盘和螺母之间的波形垫圈74。圆盘通过波形垫圈克服滚轮进行预加载，该波形垫圈是顺从的弹簧，其被设计尺寸以提供充足的牵引力以防止滚轮滑动在圆盘上，并且反抗在系统中的作用力驱动对半的带轮。磁轭72可旋转地安装在电动机轴上，并且滚轮68可旋转地安装在磁轭中，其中滚轮的回转轴垂直于电机轴和磁轭的轴。滚轮的回转轴通常与发动机轴的轴线平行，但是它的倾斜角由电动机通过磁轭72进行控制。也就是说，电动机转动磁轭，从而倾斜滚轮的回转轴，如图7和8所示。  磁轭通过装入圆盘之间的环形空间中的环76和滚轮78保持在适当的位置。

在运行期间，当由控制系统使得在对半的带轮60和62之间的轴向间距没有变化时，第二圆盘64和驱动器54的螺母66通常以与发动机轴(未示出)相同的速度旋转。如图7所示，当驱动器驱动以移动带轮到较低的速比位置时，控制电动机70使得滚轮68的轴倾斜，从而使得滚轮放慢第二圆盘的旋转，导致螺母相对于螺纹部分58旋转并且牵引对半的可移动带轮远离对半的固定带轮。此允许皮带80在较低的半径处接触带轮，如图所示。如图8所示，当驱动器驱动以移动带轮到较高的速比位置时，控制电动机80使得滚轮轴倾斜，从而使得滚轮旋转第二圆盘比发动机轴快，这导致螺母相对于螺纹部分58旋转并且朝向对半的固定带轮推动对半的可移动带轮。此迫使皮带在较大半径处接触带轮，如图所示。

如图5-8所示的实施例的优点在于用于控制电动机的能量要求比如图3和4所示的辅助机构的能量需求少得多。需要用于移动对半的带轮的大多数能量来自于发动机，并且控制电动机仅仅提供需要在圆盘上倾斜滚轮的少数能量。

在任何一个实施例中，控制系统可使用节流阀位置来设置所需的发动机转速，然后根据需要调节CVT的速比以保持所需的发动机速度。一个示例控制策略在图9中示出。给定的节流阀位置确定发动机速度定点，并且控制系统基于在定点和实际发动机速度之间的差别确定所需的CVT比率。例如，CVT可开始于较低的比率(在图9中的陡斜率)，然后，如果车辆速度增加并且发动机速度相应增加，控制系统朝向较高的速比(在图9中更浅的斜率)将CVT换高档，以增加在发动机中的负荷，从而趋向保持发动机转速相对固定。对于固定的节流阀设定，例如局部节流阀，控制系统可导致CVT速比随着车辆速度连续改变，从较低比率端到在曲线图上的水平线的″局部节流阀″的较高比率端，同时发动机速度保持相对固定。如果发动机转速降低到定点之下，由于从爬升斜坡的增加的负荷，例如，控制系统朝向较低的速比(在图9中的陡斜率)降低CVT比率，以降低发动机上的负荷，从而再次倾向于保持发动机转速相对固定。如果需要的话，如果发动机转速定点可基于节流阀位置和车辆速度，从而使得允许发动机速度随着车辆速度稍微增加。一个示例的控制系统在美国专利No.4,811,225中公开，其在此作为参考进行结合。

当本发明已经示出并且在附图和先前的描述中详细描述时，其被认为是示意的并且不是限制的，应当理解的是仅仅示出了优选的实施例，并且在本发明的精神范围内的所有的改变和修改希望得到保护。

Claims (22)

1.一种用于机械-驱动的无级变速器的辅助机构，其具有由皮带相互连接的第一和第二带轮，第一带轮连接到发动机轴上并且具有第一带轮部分和相对于第一带轮部分可轴向移动的第二带轮部分，所述机构包括：第一连接部分，其连接到第二带轮部分；和电动机，其具有用于同轴接合所述第一接合装置的第二接合装置并且当旋转时导致其轴向移动，从而相对于所述第一接合装置的所述第二接合装置的旋转轴向移动所述第一接合装置，相对于第一带轮部分移动第二带轮部分以改变它们之间的轴向间距，对机械-驱动无级变速器辅助作用。

2.如权利要求1所述的机构，其中所述第一接合装置适合于同轴连接到第二带轮部分上。

3.如权利要求2所述的机构，其中所述电动机适合于与第一带轮同轴安装。

4.如权利要求3所述的机构，其中所述第二接合装置包括螺纹轴。

5.如权利要求4所述的构件，其中所述第一接合装置包括螺纹孔。

6.一种用于机械-驱动的无级变速器的辅助方法，该无级变速器具有由皮带相互连接的第一和第二带轮，所述第一带轮适合于安装在发动机轴上并且具有第一带轮部分和相对于第一带轮部分可轴向移动的第二带轮部分，所述方法包括：提供连接到第二带轮部分的第一连接装置；提供电动机，其具有与所述第一接合装置同轴接合的第二接合装置，从而使得响应于所述第二接合装置的旋转使所述第一接合装置轴向移动。和激励所述电动机，以导致所述第二接合装置轴向移动所述第一接合装置，在相对于第一带轮部分移动第二带轮部分辅助机械-驱动的无级变速器，改变在它们之间的轴向间距。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一接合装置同轴连接到第二带轮部分。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述第二接合装置同轴接合所述第一接合装置。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述电动机与第一带轮同轴安装。

10.一种电力辅助的、机械驱动的无级变速器，其包括：第一带轮，其具有用于固定到发动机轴上的第一带轮部分，用于围绕发动机轴设置的可轴向移动的第二带轮部分，和连接到所述第二带轮部分上的机械驱动器；和电动机，其与所述第二带轮部分同轴接合，从而使得在相对于第一带轮部分移动第二带轮部分以改变它们之间的间距的方面，所述电动机辅助机械驱动器。

11.如权利要求10所述的变速器，其中所述第二带轮部分具有第一接合装置，并且所述电动机具有与所述第一接合装置同轴接合的第二接合装置。

12.如权利要求11所述的变速器，其中所述第二接合装置相对于所述第一接合装置的旋转轴向地移动所述第一接合装置。

13.一种用于无级变速器的可变驱动器，其具有由皮带相互连接的第一和第二带轮，第一带轮连接到发动机轴上并且具有第一带轮部分和相对于第一带轮部分可轴向移动的第二带轮部分，所述驱动器包括：

第一圆盘，其围绕发动机轴连接；

第二圆盘，其围绕发动机轴连接，所述第二圆盘适合于轴向移动第二带轮部分；

滚轮，其具有回转轴并且适合于至少部分装配在所述第一和第二圆盘之间，和

滚动支座，其适合相对于所述第一和第二圆盘的轴使所述滚轮的回转轴倾斜，

从而使得在使用期间对滚动支座的倾斜会相对于第二带轮部分旋转所述第二圆盘，轴向移动第二带轮部分以改变在第一和第二带轮部分之间的轴向间距。

14.如权利要求13所述的可变驱动器，还包括用于接合所述第二圆盘的螺母。

15.如权利要求14所述的可变驱动器，其中所述螺母适合于螺纹接合第二带轮部分。

16.如权利要求13所述的可变驱动器，还包括用于倾斜所述滚动支座的电动机。

17.一种驱动无级变速器的方法，该无级变速器具有由皮带相互连接的第一和第二带轮，所述第一带轮适合于安装在发动机轴上并且具有第一带轮部分和可轴向移动的第二带轮部分，所述方法包括：提供第一圆盘，其围绕发动机轴连接；提供邻近发动机轴的第二圆盘，所述第二圆盘可旋转地接合第二带轮部分，从而使得响应于在所述第二圆盘和第二带轮部分之间的相对旋转相对于第一带轮部分轴向移动第二带轮部分；提供滚轮，其具有回转轴并且适合于至少部分装配在所述第一和第二圆盘之间；提供滚动支座，其用于相对于所述第一和第二圆盘的轴使得所述滚轮的回转轴倾斜；和倾斜所述滚动支座以导致所述第二圆盘相对于所述带轮旋转，并且从而改变在第一和第二带轮部分之间的轴向间距。

18.如权利要求17所述的方法，还包括提供电动机，以用于倾斜所述滚动支座。

19.一种无级变速器，其包括：第一带轮，其具有用于固定到发动机轴上的第一带轮部分，用于围绕发动机轴设置的可轴向移动的第二带轮部分；和可变驱动器，其具有围绕发动机轴用于固定连接的第一圆盘，同轴接合所述第二带轮部分的第二圆盘，以当第二圆盘相对于第二带轮部分旋转时，相对于第一带轮部分移动所述第二带轮部分。

20.如权利要求19所述的变速器，还包括当所述滚轮沿着所述滚轮的旋转轴倾斜时，用于设置邻近所述第二圆盘并且导致其改变旋转的滚轮。

21.如权利要求20所述的变速器，其中所述可变驱动器还包括接合所述第二圆盘的螺母。

22.如权利要求21所述的变速器，还包括用于倾斜所述滚轮的电动机。

Images