CN101868649A - 使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法 - Google Patents

使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法。本发明的目的是通过使用具有多个齿轮系的行星齿轮来提供一种动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法，其中包括有齿圈组。齿圈组包括齿圈，齿圈以不同的传动比分别与包括多个行星齿轮的行星齿轮组啮合。当通过齿轮架输入动力时，可通过固定齿圈经由中心齿轮建立各种变速比。为此，所公开的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置包括：壳体(100)，包括敞开或封闭的盖(110)、和选择性地锁定和释放齿圈(30a、30b、30c)之一的变速锁定单元(120)；齿轮架(10)，安装在壳体(100)内部；行星齿轮组(20)，包括三个或更多不同尺寸的行星齿轮(20a、20b、20c)，至少三对行星齿轮安装在齿轮架(100)的一侧且可以自由地转动；齿圈组(30)，包括齿圈(30a、30b、30c)，每个行星齿轮(20a、20b和20c)与齿圈组的齿圈的内齿啮合；中心齿轮组，包括中心齿轮(40a、40b、40c)并具有输出轴(41)，中心齿轮(40a、40b、40c)与行星齿轮(20a、20b和20c)的外齿啮合，输出轴(41)将动力输出到壳体(100)外部；以及输入轴(50)，与输出轴(41)同轴并通过从壳体(100)外部传输的外力使齿轮架(10)转动。

Description

使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法
技术领域
本发明涉及使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法。更具体地，本发明涉及使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法，其中多个行星齿轮和齿圈以多重结构设置以便于变速操作和准确地传输动力。
背景技术
通常，使用齿轮联轴器来传输大的动力或精确地传输动力。代表性的齿轮联轴器是行星齿轮设备。
典型的行星齿轮设备包括齿轮架、设置在齿轮架中的至少两对行星齿轮、与行星齿轮进行内啮合的齿圈、和与行星齿轮进行外啮合的中心齿轮。
行星齿轮设备的加速/减速和输出可依据连接至行星齿轮设备的输入轴和输出轴的每个齿轮的传动比而改变。
例如，当齿轮架与驱动轴联接以转动并且齿圈固定时，通过中心齿轮实现输出。在这种情况下，转动速度在驱动轴转动方向上增加。此外，当中心齿轮与驱动联接以转动并且齿轮架固定时，通过齿圈实现输出，并且转动速度在相反方向上降低。
也就是说，行星齿轮设备的转动特性可依据中心齿轮、齿圈和齿轮架的操作情况而改变，从而可通过不同方式利用行星齿轮设备。具体地，可以根据中心齿轮和齿圈的传动比，对行星齿轮设备的加速/减速比进行调整。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法，其中设置有具有不同传动比的齿圈组和行星齿轮组，齿圈组包括多个齿圈，行星齿轮组包括多个行星齿轮，使得齿圈组的齿圈分别与行星齿轮组的行星齿轮啮合，并且当动力通过齿轮架输入时，可通过固定齿圈经由中心齿轮建立各种变速比。
技术方案
为了实现上述目的，提供了一种使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置，该动力传动装置包括：壳体，包括敞开或封闭的盖、和变速锁定单元，变速锁定单元选择性地锁定和释放齿圈之一；齿轮架，安装在壳体中；行星齿轮组，包括三个或更多不同尺寸的行星齿轮，至少三对行星齿轮组安装在齿轮架的一侧以自由地转动；齿圈组，包括齿圈，行星齿轮分别与齿圈的内齿啮合；中心齿轮组，包括中心齿轮并具有输出轴，中心齿轮与行星齿轮的外齿啮合，输出轴将动力输出到壳体外部；以及输入轴，与输出轴同轴布置并通过从壳体外部传输的外力使齿轮架转动。
根据本发明的示例性实施方式，每个行星齿轮组的行星齿轮按直径的次序顺序地叠置在齿轮架上。
根据本发明的示例性实施方式，齿圈组的齿圈在其外壁形成有彼此等间隔分离的固定槽。
根据本发明的示例性实施方式，齿圈具有分别与行星齿轮的尺寸相对应的不同直径。
根据本发明的示例性实施方式，中心齿轮具有不同的直径，使得中心齿轮分别与行星齿轮啮合。
根据本发明的示例性实施方式，中心齿轮与行星齿轮之间的传动比设定为1∶1.5。
根据本发明的示例性实施方式，中心齿轮与行星齿轮之间的传动比设定为1∶1。
根据本发明的示例性实施方式，中心齿轮与行星齿轮直径的传动比设定为1∶0.5。
根据本发明的示例性实施方式，中心齿轮与行星齿轮之间的传动比设定在1∶0.5到1∶3的范围内。
根据本发明的示例性实施方式，齿轮架包括：支撑件，可转动地支持每个行星齿轮组；以及轴延伸部，以平行于支撑件且与输入轴同轴的方式延伸。
根据本发明的示例性实施方式，输入轴穿过轴延伸部延伸到壳体外部。
根据本发明的示例性实施方式，输出轴具有围绕轴延伸部外壁的中空管结构。
根据本发明的示例性实施方式，变速锁定单元包括：止动件，沿形成于壳体中的引导槽移动并被弹性地支撑，以选择性地与固定槽之一锁定；丝线，用于调整止动件的位置；以及本体，具有敞开或封闭的盖并形成于壳体中以为止动件提供移动线路。
根据本发明的示例性实施方式，盖包括引导件，引导件插入止动件中以对止动件的滑动移动进行引导。
此外，提供了使用动力传动装置的方法，该动力传动装置使用具有多个齿轮系的行星齿轮。根据该方法，通过根据本发明的动力传动装置传输从机动脚踏车或脚踏车产生的动力。
通过以下结合附图所进行的详细描述，本发明的特点和优点将变得更加显而易见。虽然不必对本说明书和权利要求书中所使用的术语或词语仅基于其在词典中的含义进行解释，但是应该结合本发明的技术范围对其进行解释。
有益效果
根据本发明的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法具有以下效果。
1)可通过固定齿圈组的每个齿圈获得各种变速比；
2)输入轴可延伸至输出侧，使得该动力传动装置可应用于两轮车辆，如脚踏车；
3)可通过行星齿轮精确地传输大的动力，使得动力传动装置可应用于机动脚踏车；
4)可通过改变形成于行星齿轮、中心齿轮和齿圈中的齿的数量来调整变速比。
附图说明
图1是示出根据本发明的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置的分解立体图；
图2是示出根据本发明的一个实施方式的齿圈组的安装状态的阶梯剖视图；
图3是示出根据本发明的另一个实施方式的齿圈组的安装状态的阶梯剖视图；
图4是示出根据本发明的变速锁定单元的结构的分解立体图；
图5是示出根据本发明的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置的应用示例的立体图；以及
图6是示出根据本发明的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置的应用示例的立体图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置以及使用该动力传动装置的方法。
在全部附图中使用相同的标号表示相同的元件。此外，当并入本文的对已知功能和配置的详细描述可能使本发明的主题非常不清楚时，将略去该详细描述。
图1是示出根据本发明的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置的分解立体图，图2和3是示出根据本发明的一个实施方式的齿圈组的安装状态的阶梯剖视图，图4是示出根据本发明的变速锁定单元的结构的分解立体图。此外，图5和6是示出根据本发明的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置的应用示例的立体图。
参照图1，根据本发明的动力传动装置包括齿轮架10、行星齿轮组20、齿圈组30、中心齿轮组40、输入轴50、和壳体100。
齿轮架10具有板的形状，轴延伸部12从齿轮架10的中心处突出。此外，在圆周方向上彼此等间隔分离的至少三个支撑件11围绕轴延伸部12设置以将行星齿轮组20安装在齿轮架10上。
齿轮架10安装在壳体100中，使得输入轴50可转动地连接至齿轮架10的后表面。输入轴50由安装在壳体100中的轴承40a支撑。此外，轴延伸部12与输出轴41可转动地联接并由轴承42支撑。
行星齿轮组20包括至少三个行星齿轮20a、20b和20c。三个行星齿轮20a、20b和20c具有彼此不同的半径。三个行星齿轮20a、20b和20c按其直径的次序围绕支撑件11顺序地装配。
至少三个行星组20围绕支撑件11装配。具体地，每个行星齿轮组20的第一行星齿轮20a、第二行星齿轮20b和第三行星齿轮20c可彼此独立地转动。
根据本发明的示例性实施方式，行星齿轮组20包括三个行星齿轮20a、20b和20c。然而，行星齿轮组20可包括四个或五个行星齿轮以使4级变速或5级变速能够实现。
齿圈组30包括至少三个齿圈30a、30b和30c。三个齿圈30a、30b和30c与围绕支撑件12装配的行星齿轮组20的三个行星齿轮20a、20b和20c进行内啮合。也就是说，第一齿圈30a与第一行星齿轮20a啮合，第二齿圈30b与第二行星齿轮20b啮合，第三齿圈30c与第三行星齿轮20c啮合。此外，第一齿圈30a、第二齿圈30b和第三齿圈30c分别在其外壁形成有固定槽31a、31b和31c。具体地，如图2和3所示，第一齿圈30a、第二齿圈30b和第三齿圈30c可具有相同或不同的直径。如果如图2所示，第一齿圈30a、第二齿圈30b和第三齿圈30c直径不同，那么固定槽31a、31b和31c优选地以可在变速操作时防止止动件121嵌在齿圈之间的方式倾斜，止动件121随后描述。
齿圈30a、30b和30c与行星齿轮20a、20b和20c啮合，使得齿圈30a、30b和30c可独立于行星齿轮轮20a、20b和20c转动。
中心齿轮组40包括与行星齿轮组20的行星齿轮20a、20b和20c啮合的至少三个中心齿轮40a、40b和40c。具体地，输出轴41设置在中心齿轮组40中。中心齿轮40a、40b和40c固定于输出轴41，使得中心齿轮40a、40b和40c同时转动。
输出轴41具有中空结构并围绕齿轮架10的轴延伸部12而不与齿轮架10的轴延伸部12接触。输出轴41突出到壳体100外部。如图2和3所示，输出轴41的内壁由围绕轴延伸部12装配的轴承42支撑，输出轴41的外壁由安装在盖110中的轴承13支撑。链轮或齿轮安装在突出到壳体100外部的输出轴41上。
根据本发明的示例性实施方式，中心齿轮40a、40b和40c以1∶0.5到1∶1.5的传动比与行星齿轮20a、20b和20c啮合。可对该传动比进行适当地选择以适于变速。
输入轴50在齿轮架10的后表面上垂直安装在未设置支撑件11的位置。如图2和3所示，输入轴50与轴延伸部12同轴布置并由安装在壳体100中的轴承50a支撑以与齿轮架10共同转动。在图2和3中，输出轴50穿过壳体100延伸，从而在壳体100的两侧实现动力传动。
具体地，如果输入轴50应用于通过使用者的双脚操作的装置，如脚踏车，那么输入轴50可穿过轴延伸部12延伸到壳体100外部。在这种情况下，输入轴50可穿过输出轴41和轴承42转动。
壳体100包括可以是敞开或封闭的盖110，并且壳体100在其中容纳行星齿轮。具体地，壳体100具有圆筒形结构，在壳体100的外壁设置有变速锁定单元120以控制齿圈组30的操作。
如图4所示，变速锁定单元120包括：止动件121，沿引导槽130移动，引导槽130沿壳体100从一侧到另一侧形成；丝线122，用于调整止动件121的位置；以及本体123，提供止动件121的移动线路。
止动件121沿引导槽130移动，并插入第一齿圈30a、第二齿圈30b和第三齿圈30c的固定槽31a、31b和31c之一中以固定第一齿圈30a、第二齿圈30b和第三齿圈30c之一。具体地，插入固定槽31中的止动件121的末端部分126弹性地上下移动。也就是说，当如图2所示齿圈30a、30b和30c具有不同直径时，末端部分126在上下移动时与齿圈30a、30b和30c接触。优选地，末端部分126的下端具有圆锥形状。在这种情况下，当末端部分126嵌在两个齿圈30a与30b之间时，末端部分126可以容易地移动至一个齿圈，从而防止两个齿圈30a和30b同时固定。
止动件121以止动件121的末端部分126可以在沿引导槽130移动时选择性地插入固定槽31中的方式安装在本体123中。参照图2和3，止动件121与齿圈30a、30b和30c之一一直啮合。然而，止动件121可保持在空闲状态而不与齿圈30a、30b和30c啮合。在空闲状态下，止动件121与第一齿圈30a的固定槽31a脱离并由由弹簧127支撑在本体123中。
丝线122的一端固定于止动件121，而丝线122的另一端则暴露于本体123外部。丝线122连接至变速单元。在脚踏车的情况下，丝线122连接至变速杆。根据变速杆的操作，丝线122允许止动件121沿引导槽130移动并由弹簧127支撑。
本体123具有可以是敞开或封闭的盖124。本体123提供用于允许止动件沿引导槽130移动的空间。盖124形成有至少一个引导件125，止动件121装配到引导件125中以纵向滑动，从而可以通过操纵丝线122而容易地使止动件121移动。
(动力传动装置的实施方式)
根据本发明的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置的速度可依据每个齿轮的齿而改变。此外，由于在根据本发明的动力传动装置中齿圈固定，因此只能在动力传动装置中进行向前移动和加速/减速。
此外，第一中心齿轮40a与第一行星齿轮20a之间的传动比设定为1∶1.5，第二中心齿轮40b与第二行星齿轮20b之间的传动比设定为1∶1，第三中心齿轮40c与第三行星齿轮20c之间的传动比设定为1∶0.5。通过上述传动比，动力传动装置可以实现3级变速。当传动比设定为1∶1.5时，实现4倍加速。当传动比设定为1∶1时，实现3倍加速。此外，当传动比设定为1∶0.5时，实现双倍加速。
当在根据本发明的动力传动装置中使止动件121处于0级变速位置时，第一齿圈30a、第二齿圈30b和第三齿圈30c可保持在空闲状态。在这种状态下，如果拉动丝线122，那么止动件121与第一齿圈30a的固定槽21a锁定，从而第一行星齿轮30a固定，并且第二行星齿轮30b和第三行星齿轮30c仍然保持在空闲状态。因而，齿轮架10的转动力传递至第一行星齿轮20a和第一中心齿轮40a，从而实现变速。在这种情况下，实现4倍加速，并且加速后的速度传递至输出轴41。
由于2级变速和3级变速与1级变速相同，因此略去其详细描述。
在完成变速操作之后，释放丝线122，使得止动件121回到0级变速位置。
(实施例1：动力传动装置的应用)
根据本发明的使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置可应用于脚踏车。
如图5所示，当该动力传动装置应用于脚踏车时，第一踏板200a安装于输入轴50的一端。输入轴50的另一端穿过轴延伸部12延伸到壳体100外部，第二踏板200b安装于输入轴50的另一端。链轮300a可安装于突出到壳体100外部的输出轴41，或者动力传动装置可直接安装于脚踏车的车轮。
(实施例2：动力传动装置的应用)
如图6所示，根据本发明使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置可应用于机动脚踏车。机动脚踏车指韩国车辆管理法第3条中所定义的发动机排量小于125cc的两轮车辆(例如，摩托车或踏板摩托车)，或者指韩国道路交通法第2条第18款中所定义的配备有发动机排量小于50cc马达的车辆(额定输出：当电力用作动力源时小于0.59)。
在机动脚踏车的情况下，机动脚踏车的马达400联接至安装在齿轮架10上的输入轴50，链轮300b连接至输出轴41以将动力传递至机动脚踏车的后毂。
尽管已参照实施方式的多个示例性实施方式描述了实施方式，但是应该理解，本领域技术人员可以提出落入本公开的精神和原理范围内的大量其它修改和实施方式。更具体地，可以在公开文本、附图和所附权利要求书的范围内对主题组合设置的组成部件和/或布置进行各种改变和修改。除了对组成部件和/或布置的变体和修改外，可替换的使用对本领域技术人员来说也是显而易见的。

Claims (16)

1.一种使用具有多个齿轮系的行星齿轮的动力传动装置，所述动力传动装置包括：
壳体(100)，包括敞开或封闭的盖(110)、和选择性地锁定和释放齿圈(30a、30b和30c)之一的变速锁定单元(120)；
齿轮架(10)，安装在所述壳体(100)内部；
行星齿轮组(20)，包括三个或更多不同尺寸的行星齿轮(20a、20b和20c)，至少三对所述行星齿轮组安装在所述齿轮架(100)的一侧以自由地转动；
齿圈组(30)，包括齿圈(30a、30b和30c)，所述行星齿轮(20a、20b和20c)分别与所述齿圈的内齿啮合；
中心齿轮组，包括中心齿轮(40a、40b和40c)并具有输出轴(41)，所述中心齿轮(40a、40b和40c)与所述行星齿轮(20a、20b和20c)的外齿啮合，所述输出轴(41)将动力输出到所述壳体(100)外部；以及
输入轴(50)，与所述输出轴(41)同轴布置并通过从所述壳体(100)外部所传输的外力使所述齿轮架(10)转动。
2.如权利要求1所述的动力传动装置，其中，每个行星齿轮组(20)的行星齿轮(20a、20b和20c)按其直径的次序顺序地叠置在所述齿轮架(10)上。
3.如权利要求1所述的动力传动装置，其中，所述齿圈组(30)的所述齿圈(30a、30b和30c)在其外壁形成有彼此等间隔分离的固定槽(31a、31b和31c)。
4.如权利要求3所述的动力传动装置，其中，所述齿圈(30a、30b和30c)具有分别与所述行星齿轮(20a、20b和20c)的尺寸相对应的不同直径。
5.如权利要求1所述的动力传动装置，其中，所述中心齿轮(40a、40b和40c)具有不同的直径，使得所述中心齿轮(40a、40b和40c)分别与所述行星齿轮(20a、20b和20c)啮合。
6.如权利要求5所述的动力传动装置，其中，所述中心齿轮(40a)与所述行星齿轮(20a)之间的传动比设定为1∶1.5。
7.如权利要求5所述的动力传动装置，其中，所述中心齿轮(40a)与所述行星齿轮(20b)之间的传动比设定为1∶1。
8.如权利要求5所述的动力传动装置，其中，所述中心齿轮(40c)与所述行星齿轮(20c)之间的传动比设定为1∶0.5。
9.如权利要求1所述的动力传动装置，其中，所述中心齿轮(40a、40b和40c)与所述行星齿轮(20a、20b和20c)之间的传动比设定在1∶0.5到1∶3的范围内。
10.如权利要求1所述的动力传动装置，其中，所述齿轮架(10)包括：支撑件(11)，用于可转动地支撑每个行星齿轮组(20)；以及轴延伸部(12)，以平行于所述支撑件(11)且与所述输入轴(50)同轴的方式延伸。
11.如权利要求1所述的动力传动装置，其中，所述输入轴(50)穿过轴延伸部(12)延伸到所述壳体(100)外部。
12.如权利要求1所述的动力传动装置，其中，所述输出轴(41)具有围绕轴延伸部(12)外壁的中空管结构。
13.如权利要求1所述的动力传动装置，其中，所述变速锁定单元(120)包括：
止动件(12)，沿形成于所述壳体(100)中的引导槽(130)移动并被弹性地支撑以选择性地与固定槽(31a、31b和31c)之一锁定；
丝线(122)，用于调整所述止动件(121)的位置；以及
本体(123)，具有敞开或封闭的盖(124)并形成于所述壳体(100)中以为所述止动件(121)提供移动线路。
14.如权利要求13所述的动力传动装置，其中，所述盖(124)包括引导件(125)，所述引导件插入所述止动件(121)中以对所述止动件(121)的滑动移动进行引导。
15.一种使用动力传动装置的方法，所述使用具有多个齿轮系的行星齿轮，所述方法包括通过使用如权利要求1至14任一项所述的动力传动装置传输从动力产生单元所产生的动力。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述动力产生单元包括机动脚踏车或脚踏车。
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