CN103534464B - 驱动力传输设备 - Google Patents

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CN103534464B CN201280014028.XA CN201280014028A CN103534464B CN 103534464 B CN103534464 B CN 103534464B CN 201280014028 A CN201280014028 A CN 201280014028A CN 103534464 B CN103534464 B CN 103534464B
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入江胜
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Abstract

在一种驱动力传输设备(10)中，当输入轴(11)沿正向旋转方向旋转时，输入轴(11)的旋转力通过单向离合器(30)被传输到输出轴(12)，以使输出轴(12)以与输入轴(11)的旋转速度相同的旋转速度旋转。此时，输入侧子轴(51)从输出侧子轴(52)被释放。相比之下，当输入轴(11)沿反向旋转方向旋转时，输入轴(11)的旋转力通过输入齿轮(41)、第一齿轮(42)、输入侧子轴(51)、双向离合器(50)、输出侧子轴(52)、第二齿轮(43)和输出齿轮(44)被传输到输出轴(12)。此时，输出轴(12)被从中间轴(13)释放。

Description

驱动力传输设备
相关申请的交叉引用
本申请基于在2011年3月22日提交的日本专利申请No.2011-63012并且该专利申请通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及一种驱动力传输设备。
背景技术
驱动力传输设备通过以相对于输入轴的旋转速度而言相同、减小或增加的旋转速度将利用例如电动机的驱动力驱动的输入轴的旋转传输到输出轴来驱动连接到驱动力传输设备的输出轴的对象机构。在典型驱动力传输设备中，作为输入轴的旋转速度和输出轴的旋转速度之比的输入输出速度比(也称为变速比)以及从输入轴传输到输出轴的传输的转矩的输出特性是恒定的，而不管输入轴的旋转方向如何。然而，在一些情况下，需要在用作对象机构的致动器的正向（正常）旋转和反向旋转之间或者向前移动和向后移动之间提供不同的输出特性。
例如，装货和卸货起落机构在上升时需要低速度和高转矩并且在下降时需要高速度而不需要转矩。绞盘在卷起(拉入)时需要低速度和高转矩并且在松开(放出)时需要高速度而不需要转矩。夹具在夹紧时在低速度需要高夹紧力并且在松开时需要高速度而不需要夹紧力。离合器在压缩弹簧时需要高转矩和低速度并且在沿弹簧力的方向松开时需要低转矩和高速度。
另外，在能够改变其压缩比的可变压缩比引擎中，在从低压缩比侧改变到高压缩比侧时需要低速度和高转矩，并且在从高压缩比侧改变到低压缩比侧时需要高速度而不需要转矩。
如以上所讨论，当需要的特性在正向旋转和反向旋转之间或者在向前移动和向后移动之间改变的情况下，具有固定输入输出速度比的致动器需要牺牲特性之一或者需要增加电动机和/或致动器的输出和/或尺寸。
已知一种使用电子控制的车辆的变速器(诸如，自动变速器)的技术作为在正向旋转和反向旋转之间或者在向前移动和向后移动之间改变输出特性的设备和/或方法。此外，已知以机械方式或者以电气方式感测旋转方向并且选择分别具有不同齿轮传动比的不同驱动力传输路径之一。例如，日本未审专利公开JP2006-234062A列举一种能够沿正向旋转方向和反向旋转方向旋转的双速传输设备。这种双速传输设备包括电磁离合器，电磁离合器能够以电磁方式在驱动装置的输出轴和速度减小行星齿轮机构的内部齿轮之间连接和分离。
还公开下面的技术作为其它设备和/或方法。
日本专利JP4333129B2列举一种可变压缩比引擎。在这个引擎，两个单向离合器被用于在两个驱动力传输路径之间改变。根据日本专利JP4333129B2，当选择高速减小比的驱动力传输路径时，获得低旋转速度和高转矩的输出。相比之下，当选择低速减小比的驱动力传输路径时，获得高旋转速度和低转矩的输出。
日本未审专利公开JP2009-079408A教导一种打开/关闭主体驱动设备。在这种打开/关闭主体驱动设备中，像在日本专利JP4333129B2中一样，两个单向离合器被用于形成两个驱动力传输路径并且能够在这两个驱动力传输路径之间进行选择。
日本未审专利公开JP2004-239326A(对应于US2004/0152556A1)教导一种自动减小比改变设备。在这种自动减小比改变设备中，在致动器的向前路径(向外路线)的末端产生高转矩，其后，由紧靠力移动锁杆以改变速度减小比(减小比)，从而致动器在向后路径(向回路线)中以高速移动。
日本未审专利公开JPH07-071558A(对应于US5,557,987)教导一种旋转传输设备。在这种旋转传输设备中，棘轮被用于基于旋转方向选择驱动力传输路径。
日本未审实用新型公开JPH06-8945U教导一种用于照相机的自动缠绕速度改变机构。这种自动缠绕速度改变机构包括电动机和两个传输齿轮系，并且切换齿轮根据缠绕载荷向上或向下移动以改变驱动力传输路径，由此自动改变缠绕速度。
然而，使用电子控制的设备以及使用机械或电气感测和驱动力切换机构的设备很复杂并具有增加的尺寸，由此导致高成本。例如，日本未审专利公开JP2006-234062A的设备由于电磁离合器的螺线管和控制装置的增加而具有增加的数量的部件，由此导致成本增加。另外，需要与电动机的旋转方向同步地控制螺线管的电路。需要传感器和控制元件，从而难以实现细微移动，并且操作可能变得不可靠。
在日本专利JP4333129B2和日本未审专利公开JP2009-079408A中，使用分别限制相反旋转的两个单向离合器。单向离合器分别将旋转力传输到分别具有不同的输入输出速度比的两个传输路径。以这种方式，输入输出速度比根据旋转方向而改变。然而，如以上所讨论，这种结构不能实现正向旋转和反向旋转。
例如，在日本未审专利公开JP2009-079408A中，两个单向离合器(即，第一单向离合器和第二单向离合器)被提供给输出轴。第一单向离合器和第二单向离合器分别限制彼此相反的相反旋转。第一单向离合器驱动打开侧驱动齿轮，并且第二单向离合器驱动关闭侧驱动齿轮。打开侧驱动齿轮和关闭侧驱动齿轮分别与固定到共同中间轴的打开侧从动齿轮和关闭侧从动齿轮啮合。
利用以上结构，现在假设输出轴沿第一单向离合器的驱动力传输方向旋转，从而共同中间轴通过齿轮而旋转。然后，中间轴的旋转通过关闭侧从动齿轮被传输到关闭侧驱动齿轮，从而旋转力沿与输出轴的旋转方向相同的旋转方向被施加于关闭侧驱动齿轮。这里，在关闭侧驱动齿轮的旋转速度高于输出轴的旋转速度的情况下，它对应于这样的状态：输出轴沿与关闭侧驱动齿轮的旋转方向相反的相反旋转方向旋转。输出轴沿相反旋转方向旋转的状态是第二单向离合器的驱动力传输状态。因此，第一单向离合器和第二单向离合器同时保持在驱动力传输状态。结果，发生死锁，即驱动力传输系统由于按照不同输入输出速度比的驱动力传输而彼此干扰。因此，这种机构不能正确操作，即不可操作。
另外，已针对两个单向离合器被构造为沿相同旋转方向限制旋转的情况、单向离合器的内环被驱动的情况和单向离合器的外环被驱动的情况进行检查。基于这种检查的结果，已发现：死锁发生在所有的模式中，或者两个单向离合器分开，即分离，由此输出轴不旋转。也就是说，两个单向离合器的简单组合不能形成能够在正向旋转的时间和反向旋转的时间之间改变输入输出速度比的机构。
另外，在日本未审专利公开JP2004-239326A(对应于US2004/0152556A1)中，当在到达向前路径(向外路线)的末端之前操作反转至向后路径(向回路线)时，不能实现速度改变。
在日本未审专利公开JPH07-071558A(对应于US5,557,987)中，在棘轮的切换期间在输入轴和输出轴之间产生损失转矩。此外，包括棘轮的棘轮系统需要被安装到该设备的连接到驱动轴的里面或驱动轴自身的部分。因此，不能使该设备变得紧凑或者该设备不能具有简单结构。另外，难以实现良好的旋转平衡，从而它不适合高速旋转。另外，棘轮安装部分局限于对应齿轮的圆周部分，从而相对于整个设备的尺寸，驱动力传输的量可能变得较短。
在日本未审实用新型公开JPH06-8945U的速度改变机构中，在向上移动或向下移动中移动切换齿轮当中，存在驱动力不能被传导到任何系统的时间段。另外，切换齿轮在旋转的同时向上或向下移动，从而在切换齿轮和传输齿轮彼此接触时，切换齿轮的齿和传输齿轮的齿可能无法彼此啮合并且可能彼此排斥。因此，特别地，这不能被应用于以高旋转速度旋转的设备。
发明内容
本发明解决以上缺点。因此，本发明的目的在于提供这样一种驱动力传输设备：该设备能够分别在输入轴的正向旋转时以及在输入轴的反向旋转时在导致与输入轴的旋转速度相同的输出轴的旋转速度的驱动力传输和导致相对于输入轴的旋转速度减小的输出轴的减小旋转速度的驱动力传输之间自动改变。
根据本发明，提供一种驱动力传输设备，该设备包括输入轴、输出轴、输入传输构件、输入侧子轴、第一传输构件、输出侧子轴、第二传输构件、输出传输构件、单向旋转力传输构件和双向旋转力传输构件。输入轴沿彼此相反的正向旋转方向和反向旋转方向中的每一个旋转方向可旋转。输出轴可通过从输入轴传输的旋转力而旋转。输出轴适于在输入轴沿正向旋转方向旋转时以与输入轴的旋转速度相同的旋转速度沿正向旋转方向旋转，并且输出轴适于在输入轴沿反向旋转方向旋转时以相对于输入轴的旋转速度减小的减小旋转速度沿反向旋转方向旋转。输入传输构件被固定到输入轴并且可与输入轴一体地旋转。输入侧子轴具有与输入轴的轴线不同的轴线。第一传输构件被固定到输入侧子轴，并且可在旋转从输入传输构件传输到第一传输构件时与输入侧子轴一体地旋转。输出侧子轴具有与输出轴的轴线不同的轴线。第二传输构件被固定到输出侧子轴，并且可与输出侧子轴一体地旋转。输出传输构件被固定到输出轴，并且可在旋转从第二传输构件传输到输出传输构件时与输出轴一体地旋转。单向旋转力传输构件布置在输入轴和输出轴之间。当输入轴沿正向旋转方向旋转时，单向旋转力传输构件将旋转力从输入轴传输到输出轴。当输入轴沿反向旋转方向旋转时，单向旋转力传输构件释放输出轴以便能够实现输入轴相对于输出轴的旋转。双向旋转力传输构件布置在输入侧子轴和输出侧子轴之间。双向旋转力传输构件将旋转力从输入侧子轴传输到输出侧子轴。双向旋转力传输构件在从输出侧子轴施加旋转力时释放输入侧子轴以便能够实现输出侧子轴相对于输入侧子轴的旋转。当输入轴沿正向旋转方向旋转时，输入轴的旋转力通过单向旋转力传输构件被传输到输出轴。当输入轴沿反向旋转方向旋转时，输入轴的旋转力通过输入传输构件、第一传输构件、输入侧子轴、双向旋转力传输构件、输出侧子轴、第二传输构件和输出传输构件传输到输出轴。
附图说明
通过下面的描述、所附权利要求和附图将会最好地理解本发明及其另外的目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明实施例的驱动力传输设备的剖视图；
图2是沿图1中的线II-II获得的剖视图；
图3是沿图1中的线III-III获得的剖视图；
图4是应用了实施例的驱动力传输设备的可变压缩比引擎的示意图；
图5A至5F是指示实施例的驱动力传输设备的单向离合器的各种操作状态的示意图；
图6A是在图1中由箭头VIA指示的区域的局部放大图，显示驱动力传输设备的双向离合器的结构；
图6B和6C是沿图6A中的箭头VIB的方向获得的视图，显示了驱动力传输设备的双向离合器的两种不同的操作状态；
图7A是显示实施例的驱动力传输设备的连接的透视图；
图7B和7C是沿图7A中的线VIIB-VIIB获得的示意性剖视图，显示了根据实施例的在将输入轴的操作状态从停止状态改变为正向旋转时的操作状态；
图7D和7E是沿图7A中的线VIIB-VIIB获得的示意性剖视图，显示了根据实施例的在将输入轴的操作状态从正向旋转改变为停止状态或反向旋转时的操作状态；
图8A是显示在输入轴的正向旋转时的实施例的驱动力传输设备的操作的示意图；
图8B是显示在输入轴的反向旋转时的实施例的驱动力传输设备的操作的示意图；
图9A是显示比较例子的驱动力传输设备的时序图的示图；
图9B是显示根据本发明实施例的驱动力传输设备的时序图的示图；和
图10A至10D是显示实施例的各种变型的示意图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，本发明的驱动力传输设备被应用于可变压缩比引擎，该可变压缩比引擎被安装在例如车辆(例如，汽车)中并具有可变压缩比。如图4中所示，可变压缩比引擎80具有凸轮盖81、气缸头82、气缸体83和下壳体84。气缸85形成在气缸体83中，并且活塞86以能够实现活塞86在气缸85中往复运动的方式被容纳在气缸85中。进气阀881和排气阀882被安装在气缸头82中。进气阀881打开和关闭连接到气缸85的进气通路，并且排气阀882打开和关闭连接到气缸85的排气通路。由气缸85的内周壁、活塞86的上端、进气阀881和排气阀882围绕的空间形成燃烧室89。曲轴871和连接杆872被容纳在下壳体84中，从而活塞86的往复运动被转换成曲轴871的旋转。
另外，包括驱动力传输设备10、电动机17、多个蜗杆18和多个蜗轮19的压缩比改变机构被布置在气缸体83中。
在从驱动力传输设备10的输入轴侧(图4的左侧)观看，沿顺时针方向(CW方向)的旋转将会被称为正向（正常）旋转，并且沿逆时针方向(CCW方向)的旋转将会被称为反向旋转。
在电动机17正向旋转时，驱动力传输设备10以与电动机17的旋转速度相同的旋转速度将电动机17沿正向旋转方向的旋转力传输到蜗杆18。在电动机17的反向旋转时，驱动力传输设备10以相对于电动机17的旋转速度减小的减小旋转速度将沿反向旋转方向的电动机17的旋转力传输到蜗杆18。
在图4中示出的状态下，气缸体83相对于下壳体84位于其最低操作位置。此时，燃烧室89的体积最小，并且在活塞86移动时发生的燃烧室89的体积的变化最大。因此，引擎的操作状态变为高压缩比的状态(以下，称为高压缩比状态)。
当沿正向旋转方向的电动机17的旋转力被传输到蜗杆18时，凸轮盖81、气缸头82和气缸体83相对于下壳体84向上移动，并且凸轮盖81的上端的操作位置移动到在图4中利用虚线指示的位置。以这种方式，燃烧室89的体积增加，并且由此，在活塞86移动时发生的燃烧室89的体积的变化减小。因此，引擎的操作状态变为低压缩比的状态(以下，称为低压缩比状态)。燃烧室89的燃烧压力对气缸体83的施加方向与在从高压缩比侧(状态)到低压缩比侧(状态)的变化发生时凸轮盖81、气缸头82和气缸体83的移动方向相同。因此，不需要大的驱动力。结果，驱动力传输设备10能够通过以与电动机17的旋转速度相同的旋转速度将电动机17的旋转传输到蜗杆18来迅速地移动气缸体83。
接下来，当沿反向旋转方向的电动机17的旋转力被传输到蜗杆18时，凸轮盖81、气缸头82和气缸体83相对于下壳体84向下移动。以这种方式，燃烧室89的体积减小，并且由此，在活塞86移动时发生的燃烧室89的体积的变化增加。因此，引擎的操作状态变为高压缩比状态。在从低压缩比侧(状态)到高压缩比侧(状态)的转变时间段，气缸体83需要抵抗燃烧室89的燃烧压力而下降。因此，驱动力传输设备10减小从电动机17传输的旋转的速度，由此输出高转矩。
接下来，将参照图1至图3以及图5A至图7E描述驱动力传输设备10的结构。
如图1至3中所示，驱动力传输设备10包括壳体60、输入侧支撑板61、输出侧支撑板62、输入轴11、输出轴12、输入侧子轴51和输出侧子轴52。输入轴11和输入侧子轴51分别由固定到输入侧支撑板61的轴承63、64可旋转地支撑。输出轴12和输出侧子轴52分别由固定到输出侧支撑板62的轴承65、66可旋转地支撑。另外，输出轴12由固定到壳体60的轴承67可旋转地支撑。输入侧子轴51由固定到壳体60的轴承68可旋转地支撑。
输入轴11和输出轴12可围绕旋转轴线P旋转。输入侧子轴51和输出侧子轴52可围绕旋转轴线Q旋转，旋转轴线Q基本平行于旋转轴线P。输入轴11连接到动力源，诸如电动机。输出轴12连接到对象机构，诸如致动器。除了输出轴12之外或者替代于输出轴12，输出侧子轴52可连接到对象机构。
输入轴11和输出轴12通过连接器20和单向离合器30彼此连接。连接器20包括输入转子21、中间转子23和弹簧29，并在输入轴11和中间轴13之间产生旋转时间延迟。单向离合器30包括中间轴13和外环31。中间轴13与中间转子23一体地形成，并形成内环32。外环31与输出轴12一体地形成。在输入轴11的正向旋转时，单向离合器30将沿正向旋转方向的中间轴13的旋转力传输到输出轴12。在输入轴11的反向旋转时，单向离合器30使输出轴12与中间轴13分开以便能够实现中间轴13相对于输出轴12的旋转。另外，输入侧子轴51和输出侧子轴52通过双向离合器50彼此连接。稍后将详细描述连接器20、单向离合器30和双向离合器50。
输入齿轮41被固定到输入轴11，并且第一齿轮42被固定到输入侧子轴51。另外，第二齿轮43被固定到输出侧子轴52，并且输出齿轮44被固定到输出轴12。输入齿轮41、第一齿轮42、第二齿轮43和输出齿轮44分别被形成为正齿轮。输入齿轮41和第一齿轮42彼此咬合，即啮合，第二齿轮43和输出齿轮44彼此咬合，即啮合。第一齿轮42的齿数大于输入齿轮41的齿数。第一齿轮42的节圆的直径大于输入齿轮41的节圆的直径。因此，输入轴11的旋转被传输到输入侧子轴51，从而输入侧子轴51的旋转的方向变为与输入轴11的旋转的方向相反，并且输入侧子轴51的旋转的速度相对于输入轴11的旋转的速度减小。另外，输出齿轮44齿数大于第二齿轮43的齿数，并且输出齿轮44的节圆的直径大于第二齿轮43的节圆的直径。因此，输出侧子轴52的旋转被传输到输出轴12，从而输出轴12的旋转的方向变为与输出侧子轴52的旋转的方向相反，并且输出轴12的旋转的速度相对于输出侧子轴52的旋转的速度减小。
现在，将参照图5A至5F描述单向离合器30的结构。
单向离合器30包括外环31、内环32、多个辊33和多个弹簧34。辊33被布置在沿径向在外环31和内环32之间限定的环形空隙中。多个楔形部分31a形成在外环31的内周壁中以分别与辊33对应。每个辊33适于在楔形部分31a的一个圆周侧部分(图5A-5F中的顺时针侧部分)被夹在对应的楔形部分31a和内环32之间，并且适于在楔形部分31a的另一圆周侧部分(图5A-5F中的逆时针侧部分)被释放从而自由。每个弹簧34被放置在对应的圆周上相邻的两个辊33之间的对应位置以将辊33中的对应的一个辊33挤压在外环31上。
在图5A中示出的待机状态下，外环31和内环32停止，并且每个辊33被挤压在对应的楔形部分31a上。
图5C显示这样的情况：现在用作驱动侧轴的内环32被驱动以相对于外环31沿顺时针方向旋转。图5D显示这样的情况：现在用作驱动侧轴的外环31被驱动以相对于内环32沿逆时针方向旋转。在图5C和5D中示出的这些情况中的每一种情况下，如实线箭头所指示，每个辊33被夹在对应的楔形部分31a和内环32之间，从而驱动侧轴的旋转力通过辊33被传输到由驱动侧轴驱动的从动侧轴。这里，当满足Rin>Rout的关系时，建立驱动力从驱动侧轴被传输到从动侧轴的驱动力传输状态。这里，Rin表示内环32的旋转速度，并且Rout表示外环31的旋转速度。另外，沿顺时针方向的旋转是正的(即，沿顺时针方向的旋转的旋转速度是正值)，并且沿逆时针方向的旋转是负的(即，沿逆时针方向的旋转的旋转速度是负值)。
图5E显示这样的情况：现在用作驱动侧轴的内环32被驱动以相对于外环31沿逆时针方向旋转。图5F显示这样的情况：现在用作驱动侧轴的外环31被驱动以相对于内环32沿顺时针方向旋转。在这些情况中的每一种情况下，如图5E和5F中的虚线箭头和X所指示，每个辊33在外环31和内环32之间滑动，由此，驱动侧轴的旋转力不被传输到从动侧轴。具体地讲，从动侧轴被释放以便能够实现驱动侧轴相对于从动侧轴的旋转。具体地讲，当建立Rin<Rout的关系时，建立从动侧轴的释放状态(建立分离状态)。
总之，根据外环31和内环32之间的相对旋转(包括外环31和内环32之一停止的相对旋转)的方向而出现驱动力传输状态(连接状态)和释放状态(分离状态)中的每一种状态。
另外，如图5B中所示，当操作状态从每个辊33被从楔形部分31a释放的释放状态(分离状态)改变为辊33被楔形部分31a夹住的驱动力传输状态(连接状态)时，需要预定切换角度λ1的旋转，反之亦然。切换角度λ1对应于游隙。
接下来，将参照图6A至6C详细描述双向离合器50的结构。
参照作为由图1中的箭头VIA指示的区域的局部放大图的图6A，双向离合器50包括输入侧子轴51(形成外环)、输出侧子轴52(形成内环)、多个辊53、保持架54、滑动弹簧55和壳体56。
保持架54保持辊53。滑动弹簧55的径向内端部分55a与保持架54咬合，并且位于径向内端部分55a的径向外侧的滑动弹簧55的滑动部分55b接触壳体56的内周壁并被挤压在壳体56的内周壁上。壳体56被固定到壳体60并支撑输入侧子轴51的外周部分。另外，壳体56通过轴承57可旋转地支撑输出侧子轴52。
图6B显示这样的情况：输入侧子轴(外环)51作为驱动侧轴旋转。此时，由于壳体56和滑动弹簧55之间的滑动阻力的存在，保持架54沿输入侧子轴(外环)51的旋转方向的旋转受到抵抗。因此，发生每个辊53沿与输入侧子轴51的旋转方向相反的相反方向的相对旋转。当辊53在辊53沿与输入侧子轴51的旋转方向相反的方向相对旋转时被夹在对应的楔形部分51a和输出侧子轴52(内环)之间时，输入侧子轴51的旋转通过辊53被传输到输出侧子轴52。当满足Sin>Sout的关系时，旋转力从输入侧子轴51被传输到输出侧子轴52，而不管输入侧子轴51的旋转方向如何。这里，Sin表示输入侧子轴51的旋转速度，并且Sout表示输出侧子轴52的旋转速度。
图6C显示这样的情况：输出侧子轴(内环)52作为驱动侧轴旋转。此时，保持架54和输入侧子轴51不运动。每个辊53被放置在输入侧子轴51的在输入侧子轴51的内周表面中沿径向向外凹入的对应凹槽51b中。因此，辊53不能被将夹在输入侧子轴51和输出侧子轴52之间，由此，仅输出侧子轴52旋转。结果，当满足Sin<Sout的关系时，旋转力不从输出侧子轴52被传输到输入侧子轴51，而不管输出侧子轴52的旋转方向如何。因此，输入侧子轴51从输出侧子轴52被释放以便能够实现输出侧子轴52相对于输入侧子轴51的旋转。
另外，类似于单向离合器30，当双向离合器50的操作状态从释放状态(分离状态)改变为驱动力传输状态(连接状态)时，需要与游隙对应的预定切换角度λ2的旋转，反之亦然。
接下来，将参照图7A至7E详细描述连接器20的结构。
如图7A中所示，连接器20包括输入转子21、中间转子23和弹簧29。输入转子21被构造为圆柱状形式。弹簧29是螺旋弹簧。输入转子21与输入轴11同轴地形成并且与输入轴11一体地形成。中间转子23与中间轴13同轴地形成并且与中间轴13一体地形成。
如图7B中所示，输入转子21包括多个(在这个实例中，两个)突出部分22，突出部分22从输入转子21的中间转子23侧端面沿轴向突出。每个突出部分22被构造为扇形形状。中间转子23包括多个(在这个实例中，两个)止动件24，止动件24形成在中间转子23的输入转子21侧端面中。每个止动件24被构造为扇形形状。突出部分22围绕旋转轴线P对称地布置，并且止动件24围绕旋转轴线P对称地布置。每个突出部分22在圆周上被设置在止动件24之间，从而能够在预定操作角度（playangle）θ内实现突出部分22相对于止动件24的相对旋转。
具体地讲，通过操作角度θ能够实现突出部分22从初始位置到限制位置的相对旋转，在初始位置，突出部分22接触止动件24的顺时针侧外壁25，在限制位置，突出部分22接触止动件24的逆时针侧外壁26。当每个突出部分22在输入转子21的正向旋转时到达它的限制位置时，突出部分22接触止动件24的外壁26以与其一体地旋转，如图7C中所示。以这种方式，能够实现从输入转子21到中间转子23的驱动力的传输。
如图7A中所示，弹簧29的两端分别与两个爪27、28咬合，这两个爪27、28分别形成在输入转子21的外周表面和中间转子23的外周表面中。当输入转子21相对于中间转子23沿正向旋转方向从初始位置旋转时，弹簧29沿正向旋转方向被拉伸以产生载荷。因此，如图7D和7E中所示，当输入转子21的正向旋转停止或改变为反向旋转时，弹簧29相对于中间转子23沿逆时针方向挤压输入转子21(见图7D)，从而每个突出部分22返回到其初始位置，在初始位置，在突出部分22和止动件24之间提供操作角度θ(见图7E)。
在本实施例中，输入齿轮41、第一齿轮42、第二齿轮43和输出齿轮44分别用作输入传输构件、第一传输构件、第二传输构件和输出传输构件。另外，单向离合器30用作单向旋转力传输构件，并且双向离合器50用作双向旋转力传输构件。另外，连接器20用作怠速连接器构件（idlercouplermember）。
接下来，将参照图8A至9B描述驱动力传输设备10的操作。在图8A和8B中，粗实线指示传输的驱动力Fd，并且中间宽度虚线指示非驱动力Fn，非驱动力Fn是除驱动力Fd之外的旋转力。另外，具有箭头的窄实线指示顺时针(CW)方向或逆时针(CCW)方向。
如图8A中所示，当输入轴11沿正向旋转方向(顺时针方向，即CW方向)旋转时，沿正向旋转方向的输入轴11的旋转力通过连接器20被传输到中间轴13。因此，单向离合器30的内环32的旋转速度Rin是正值。结果，当外环31的旋转速度Rout被视为零时，满足Rin>Rout的关系。因此，沿正向旋转方向(顺时针方向，即CW方向)的输入轴11的旋转力通过单向离合器30被传输到输出轴12，以使输出轴12以与电动机17和输入轴11的旋转速度相同的旋转速度沿正向旋转方向(顺时针方向，即CW方向)旋转(见图5C)。
此时，由于输入齿轮41和第一齿轮42之间的咬合，所以输入侧子轴51以相对于输入轴11的旋转速度减小的减小旋转速度沿反向旋转方向(逆时针方向，即CCW方向)旋转。相比之下，由于输出齿轮44和第二齿轮43之间的咬合，输出侧子轴52以相对于输入轴11和输出轴12的旋转速度增加的增加旋转速度沿反向旋转方向(逆时针方向，即CCW方向)旋转。由此，在双向离合器50中，内环(输出侧子轴)52的旋转速度Sout变为高于外环(输入侧子轴)51的旋转速度以满足Sin<Sout的关系。结果，输出侧子轴52被从输入侧子轴51释放，以便能够实现输出侧子轴52和输入侧子轴51之间的相对旋转(见图6C)。
相比之下，如图8B中所示，当输入轴11沿反向旋转方向(逆时针方向，即CCW方向)旋转时，由于输入齿轮41和第一齿轮42之间的咬合，输入侧子轴51以相对于输入轴11的旋转速度减小的减小旋转速度沿正向旋转方向(顺时针方向，即CW方向)旋转。由此，在双向离合器50中，由于内环(输出侧子轴)52停止，所以外环(输入侧子轴)51的旋转速度Sin变为高于内环(输出侧子轴)52的旋转速度Sout，以满足Sin>Sout的关系。因此，沿正向旋转方向(顺时针方向，即CW方向)的输入侧子轴51的旋转力被传输到输出侧子轴52(见图6B)。然后，由于第二齿轮43和输出齿轮44之间的咬合，输出轴12以减小旋转速度沿反向旋转方向(逆时针方向，即CCW方向)旋转。结果，沿方向旋转方向的输入轴11的旋转力以相对于输入轴11的旋转速度减小的减小速度被传输到输出轴12。
此时，沿反向旋转方向(逆时针方向，即CCW方向)的输入轴11的旋转力通过连接器20被传输到中间轴13。然而，在单向离合器30中，内环32的旋转速度Rin是负值。结果，当外环31的旋转速度Rout被视为零时，满足Rin<Rout的关系。因此，输出轴12被从中间轴13释放以便能够实现输出轴12和中间轴13之间的相对旋转(见图5E)。
接下来，参照图9A和9B，将描述在输入轴11的旋转从反向旋转改变为正向旋转时的操作。图9A显示不具有该连接器的比较例子的驱动力传输设备的时序图。
相关参数被定义如下。
n(1/s)：每秒的输入轴11的转数，即输入轴11的旋转速度(在正向旋转的情况下为正值并且在反向旋转的情况下为负值)。
λ1(度)：单向离合器30的切换角度
λ2(度)：双向离合器50的切换角度
Z(-)：输入侧速度减小比(=(第一齿轮42的齿数/输入齿轮41的齿数)=(输入轴11和中间轴13的旋转速度/输入侧子轴51的旋转速度)。这个输入侧速度减小比也被称为输入侧速度改变比。
T1(秒)：中间轴13(=单向离合器30的内环32)旋转切换角度λ1所需的时间段
T2(秒)：响应于输入侧子轴51(=双向离合器50的外环)旋转切换角度λ2，输入轴11和中间轴13旋转Zxλ2的角度所需的时间段
时间段T1和时间段T2利用下面的等式(1)和(2)来表示。
T1=λ1/(360·n).........等式(1)
T2=Z×λ2/(360·n）.........等式(2)
因此，在Z×λ2>λ1时，如图9A中所示满足T2>T1的关系。在将输入轴11的旋转从反向旋转改变为正向旋转的时间点是t0的情况下，单向离合器30的操作状态在从时间点t0过去时间段T1时从释放状态(分离状态)改变为驱动力传输状态(连接状态)，并且双向离合器50的操作状态在从时间点t0过去时间段T2时从驱动力传输状态(连接状态)改变为释放状态(分离状态)。因此，单向离合器30和双向离合器50在图9A的阴影范围中同时保持在驱动力传输状态(连接状态)，由此导致称为死锁的现象的发生。
在输入轴11的旋转从正向旋转改变为反向旋转的情况下，单向离合器30的操作状态从驱动力传输状态(连接状态)改变为释放状态(分离状态)，其后，双向离合器50的操作状态从释放状态(分离状态)改变为驱动力传输状态(连接状态)。因此，在这种情况下不发生死锁。
为了解决以上缺点，在本实施例中提供具有操作角度θ的连接器20。操作角度θ被设置以满足下面的等式(3)。
θ≥Z×λ2-λ1.........等式(3)
在Z×λ2>λ1时，操作角度θ的值是正值。另外，时间段Tθ被如下定义。
Tθ(秒)：输入轴11相对于中间轴13旋转操作角度θ所需的时间段。
换句话说，时间段Tθ是在将输入轴11的旋转从反向旋转改变为正向旋转时的操作时间延迟。因此，如图9B的时序图中所示，单向离合器30的操作状态在从时间点t0过去时间段(T1+Tθ)时从释放状态(分离状态)改变为驱动力传输状态(连接状态)。因此，单向离合器30和双向离合器50不同时保持在驱动力传输状态(连接状态)，从而能够有益地避免死锁的发生。
在输入轴11的旋转从正向旋转改变为反向旋转的情况下，每个突出部分22通过连接器20的弹簧29返回到其初始位置。因此，不会由于操作角度θ的存在而产生输入轴11和中间轴13之间的旋转时间差。由此，发生与9A中示出的比较例子的行为相似的行为。
如以上所讨论，本实施例的驱动力传输设备10能够实现不能通过现有技术的双向离合器的组合实现的机构。具体地讲，本实施例的驱动力传输设备10能够实现这样的机构：该机构能够通过使用单向离合器30和双向离合器50分别在输入轴的正向旋转时以及在输入轴的反向旋转时在导致与输入轴的旋转速度相同的输出轴的旋转速度的驱动力传输和导致相对于输入轴的旋转速度减小的输出轴的减小旋转速度的驱动力传输之间自动改变。
驱动力传输设备10不包括外部控制装置和利用外部驱动装置驱动的驱动力选择装置，从而驱动力传输设备10的结构简单并且具有小巧的尺寸，由此能够实现部件的数量的减少和成本的降低。此外，驱动力传输设备10的操作更加可靠，从而能够提高驱动力传输设备10的可靠性。
另外，在单向离合器30的切换角度λ1、双向离合器50的切换角度λ2和输入侧速度减小比Z的关系是Z×λ2>λ1情况下，能够利用连接器20产生操作角度θ。另外，操作角度θ被设置以满足以上等式(3)。以这种方式，可消除单向离合器30的驱动力传输状态(连接状态)和双向离合器50的驱动力传输状态(连接状态)的同时发生的可能性，由此可限制死锁的发生。
另外，当输入轴11从输入轴11停止或沿反向旋转方向旋转的状态沿正向旋转方向旋转时，每个突出部分22总是从初始位置旋转操作角度θ并最后因为在连接器20中设置弹簧29而接触对应止动件24的外壁26。因此，可以可靠地限制死锁的发生。
现在，将描述以上实施例的变型。
(A)在以上实施例中，由于输入齿轮41和第一齿轮42之间的关系，输入轴11的旋转以减小旋转速度被传输到输入侧子轴51。另外，由于第二齿轮43和输出齿轮44之间的关系，输出侧子轴52的旋转以减小旋转速度被传输到输出轴12。也就是说，在“以减小旋转速度传输旋转”之后跟着“以减小旋转速度传输旋转”，并且驱动力传输设备10具有“总体上相对于输入轴11的旋转速度的输出轴12的减小旋转速度”。这里，当输入轴11沿反向旋转方向旋转时，形成单向离合器30的外环的输出轴12从形成单向离合器30的内环的中间轴13被释放，由此引起输出轴12和中间轴13之间的相对旋转。因此，输出轴12的旋转速度必须低于输入轴11的旋转速度。也就是说，驱动力传输设备10必须总体上具有相对于输入轴11的旋转速度减小的输出轴12的减小旋转速度。
然而，输入轴11的旋转速度和输入侧子轴51的旋转速度之间的关系以及输出侧子轴52的旋转速度和输出轴12的旋转速度之间的关系不限于上述在“在以减小旋转速度传输旋转之后跟着以减小旋转速度传输旋转”的关系，而是可根据需要改变为“在以相同旋转速度传输旋转之后跟着以减小旋转速度传输旋转”或“在以减小旋转速度传输旋转之后跟着以相同旋转速度传输旋转”。替代地，输入轴11的旋转速度和输入侧子轴51的旋转速度之间的关系以及输出侧子轴52的旋转速度和输出轴12的旋转速度之间的关系可以是“在以稍微增加的旋转速度传输旋转之后跟着以显著减小的旋转速度传输旋转”或“在以显著减小的旋转速度传输旋转之后跟着以稍微增加的旋转速度传输旋转”，从而驱动力传输设备10总体上具有相对于输入轴11的旋转速度减小的输出轴12的减小旋转速度。通过调整彼此咬合的咬合的齿轮的齿数和/或咬合的齿轮的节圆直径能够实现这些变型中的每一个。
在“在以相同旋转速度传输旋转之后跟着以减小旋转速度传输旋转”的情况下或者在“在以稍微增加的旋转速度传输旋转之后跟着以显著减小的旋转速度传输旋转”的情况下，等式(2)的“Z”的值变为等于或小于1。因此，“Z”的解释从“输入侧速度减小比”扩展到“输入侧速度改变比”，以覆盖“以相同旋转速度传输旋转”的情况和/或“以增加的旋转速度传输旋转”的情况。
(B)如在讨论关于驱动力传输设备10的开始时所讨论的，替代输出轴12或除了输出轴12之外，输出侧子轴52可连接到对象机构(见图1)。以这种方式，可选择两种输出特性之一或者使用这两种输出特性的组合。如在以上部分(A)中所讨论，通过合适地选择输出侧子轴52的旋转速度和输出轴12的旋转速度的关系，能够拓宽驱动力传输设备10的适用技术领域。
(C)将旋转力从输入轴11传输到输出轴12的每个传输构件不限于正齿轮，而是可改变为能够实现同步传输的任何其它合适的构件，诸如伞齿轮、蜗杆、行星齿轮、摩擦传输构件、传送带和滑轮的组合或者链和链轮的组合。
(D)单向旋转力传输构件不限于单向离合器，而是可改变为任何其它合适的构件，并且双向旋转力传输构件不限于双向离合器，而是可改变为任何其它合适的构件。例如，替代于单向离合器，可使用仅允许沿一个方向的移动的棘轮。
(E)在以上实施例中，单向离合器30的外环31与输出轴12一体地形成，并且内环32与中间轴13一体地形成。然而，外环31可与输出轴12分开地形成，并且可在其后同轴地连接到输出轴12。另外，内环32可与中间轴13分开地形成，并且可在其后同轴地连接到中间轴13。
(F)图7A至7E中示出的以上实施例的连接器的突出部分和止动件可被修改为图10A至10D中示出的连接器的突出部分和止动件。
具体地讲，在图10A的结构中，两个突出部分72a(每个突出部分72a被构造为圆柱形形状)形成在输入转子71a中，并且两个止动件74a(每个止动件74a被构造为扇形形状)形成在中间转子(输出转子)73a中。当输入转子71a沿正向旋转方向旋转时，每个突出部分72a接触对应止动件74a的外壁76a以便能够将驱动力从输入转子71a传输到中间转子73a。
在图10B的结构中，两个突出部分72b(每个突出部分72b被构造为圆柱形形状)形成在输入转子71b中，并且具有两个完全相对的平行侧(两个外壁76b)的止动件74b形成在中间转子(输出转子)73b中。当输入转子71b沿正向旋转方向旋转时，每个突出部分72b接触止动件74b的对应外壁76b以便能够将驱动力从输入转子71b传输到中间转子73b。
在图10C的结构中，两个突出部分72c(每个突出部分72b被构造为圆柱形形状)形成在输入转子71c中，并且具有两个孔的止动件74c形成在中间转子(输出转子)73c中以分别容纳突出部分72c。当输入转子71c沿正向旋转方向旋转时，每个突出部分72c接触止动件74c的对应孔的内周壁76c以便能够将驱动力从输入转子71c传输到中间转子73c。
在图10D的结构中，四个突出部分72d(每个突出部分72d与图7B至7E的突出部分22相似并被构造为扇形形状)由弹性材料(诸如，橡胶)制成。突出部分72d布置在中间转子(输入转子)71d中，并且四个止动件74d布置在中间转子73d中。当输入转子71d沿正向旋转方向旋转时，每个突出部分72d接触对应止动件74d的外壁76d，以便能够将驱动力从输入转子71d传输到中间转子(输出转子)73d。由于突出部分72d由弹性材料制成，所以可在每个突出部分72d紧靠(即，接触)对应止动件74d时限制碰撞噪声的产生。
另外，图7A至7E以及图10A至10D的结构可被如下修改。具体地讲，突出部分22、72a-72d可布置在中间转子(输出转子)23、73a-73d中，并且止动件24、74a-74d可布置在输入转子21、71a-71d中。
(G)在以上实施例中，连接器20的输入转子21与输入轴11一体地形成，并且中间转子23与中间轴13一体地形成。然而，输入转子21可与输入轴11分开地形成，并且可在其后同轴地连接到输入轴11。另外，中间转子23可与中间轴13分开地形成，并且可在其后同轴地连接到中间轴13。
(H)连接器20的挤压构件(挤压机构)不限于弹簧29。例如，可由电磁力施加设备(装置)实现挤压构件。此外，怠速连接器构件不限于上述实施例的连接器20。例如，怠速连接器构件可以是任何其它形式的连接器、波纹管或扭转弹性构件。
另外，在单向离合器30的切换角度λ1、双向离合器50的切换角度λ2和输入侧速度减小比Z的关系是Z×λ2≤λ1情况下，甚至当预定操作角度θ为零(θ=0)时，也满足等式(3)。因此，操作角度θ不是绝对必需的。因此，输入轴11和中间轴13可通过去除连接器20而直接彼此连接。在这种情况下，输入轴11可形成单向离合器30的内环32。
(I)在以上实施例中，在沿输入轴11的轴向方向获得的视图中，顺时针方向(CW方向)被限定为正向旋转方向，并且逆时针方向(CCW方向)被限定为反向旋转方向。替代地，顺时针方向(CW方向)被限定为反向旋转方向，并且逆时针方向(CCW方向)被限定为正向旋转方向。
(J)本发明的驱动力传输设备并不必然实现于可变压缩比引擎，而是可实现于输入轴和输出轴之间的输入输出速度比以及从输入轴到输出轴的传输转矩可改变的各种其它设备或系统。
如以上所讨论，本发明不限于以上实施例及其变型。也就是说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可按照各种方式修改以上实施例及其变型。

Claims (5)

1.一种驱动力传输设备，包括：
输入轴(11)，沿彼此相反的正向旋转方向和反向旋转方向中的每一个旋转方向可旋转；
输出轴(12)，通过从输入轴(11)传输的旋转力可旋转，其中输出轴(12)适于在输入轴(11)沿正向旋转方向旋转时以与输入轴(11)的旋转速度相同的旋转速度沿正向旋转方向旋转，并且输出轴(12)适于在输入轴(11)沿反向旋转方向旋转时以相对于输入轴(11)的旋转速度减小的减小旋转速度沿反向旋转方向旋转；
输入传输构件(41)，被固定到输入轴(11)并且与输入轴(11)一体地可旋转；
输入侧子轴(51)，具有与输入轴(11)的轴线不同的轴线；
第一传输构件(42)，被固定到输入侧子轴(51)，并且在旋转从输入传输构件(41)传输到第一传输构件(42)时与输入侧子轴(51)一体地可旋转；
输出侧子轴(52)，具有与输出轴(12)的轴线不同的轴线；
第二传输构件(43)，被固定到输出侧子轴(52)并且与输出侧子轴(52)一体地可旋转；
输出传输构件(44)，被固定到输出轴(12)，并且在旋转从第二传输构件(43)传输到输出传输构件(44)时与输出轴(12)一体地可旋转；
其特征在于，驱动力传输设备还包括：
单向旋转力传输构件(30)，布置在输入轴(11)和输出轴(12)之间，其中当输入轴(11)沿正向旋转方向旋转时，单向旋转力传输构件(30)将旋转力从输入轴(11)传输到输出轴(12)，并且当输入轴(11)沿反向旋转方向旋转时，单向旋转力传输构件(30)释放输出轴(12)以便能够实现输入轴(11)相对于输出轴(12)的旋转；和
双向旋转力传输构件(50)，布置在输入侧子轴(51)和输出侧子轴(52)之间，其中双向旋转力传输构件(50)将旋转力从输入侧子轴(51)传输到输出侧子轴(52)，并且双向旋转力传输构件(50)在从输出侧子轴(52)施加旋转力时释放输入侧子轴(51)以便能够实现输出侧子轴(52)相对于输入侧子轴(51)的旋转，其中：
当输入轴(11)沿正向旋转方向旋转时，输入轴(11)的旋转力通过单向旋转力传输构件(30)被传输到输出轴(12)；以及
当输入轴(11)沿反向旋转方向旋转时，输入轴(11)的旋转力通过输入传输构件(41)、第一传输构件(42)、输入侧子轴(51)、双向旋转力传输构件(50)、输出侧子轴(52)、第二传输构件(43)和输出传输构件(44)被传输到输出轴(12)。
2.如权利要求1所述的驱动力传输设备，其特征在于，还包括：怠速连接器构件(20)，以能够实现输入轴(11)和输出轴(12)之间根据预定角度范围的相对旋转的方式连接在输入轴(11)和输出轴(12)之间。
3.如权利要求2所述的驱动力传输设备，其特征在于：
所述怠速连接器构件(20)是连接器(20)，连接器(20)包括：
输入转子(21，71a-71d)，被固定到输入轴(11)；
中间转子(23，73a-73d)，被固定到布置在输入轴(11)和输出轴(12)之间的中间轴(13)；
突出部分(22，72a-72d)，布置在输入转子(21，71a-71d)和中间转子(23，73a-73d)中的一个中；和
止动件(24，74a-74d)，布置在输入转子(21，71a-71d)和中间转子(23，73a-73d)中的另一个中，并且突出部分(22，72a-72d)可接触止动件(24，74a-74d)；
能够在预定操作角度(θ)内实现输入转子(21，71a-71d)和中间转子(23，73a-73d)之间的相对旋转，直至突出部分(22，72a-72d)接触止动件(24，74a-74d)；
当突出部分(22，72a-72d)接触止动件(24，74a-74d)时，输入轴(11)的旋转力可被传输到中间轴(13)；
单向旋转力传输构件(30)布置在中间轴(13)和输出轴(12)之间；
当中间轴(13)沿正向旋转方向旋转时，单向旋转力传输构件(30)将旋转力从中间轴(13)传输到输出轴(12)；以及
当中间轴(13)沿反向旋转方向旋转时，单向旋转力传输构件(30)释放输出轴(12)以便能够实现中间轴(13)相对于输出轴(12)的旋转。
4.如权利要求3所述的驱动力传输设备，其特征在于：
所述连接器(20)的预定操作角度(θ)被设置以满足θ≥Z×λ2-λ1的关系，其中：
θ表示所述预定操作角度；
λ1表示将单向旋转力传输构件(30)的操作状态从释放状态改变为驱动力传输状态所需的切换角度，在释放状态下，单向旋转力传输构件(30)在输入轴(11)沿反向旋转方向旋转时释放输出轴(12)，在驱动力传输状态下，单向旋转力传输构件(30)在输入轴(11)沿正向旋转方向旋转时将旋转力从输入轴(11)传输到输出轴(12)；
λ2表示将双向旋转力传输构件(50)的操作状态从驱动力传输状态改变为释放状态所需的切换角度，在驱动力传输状态下，双向旋转力传输构件(50)将旋转力从输入侧子轴(51)传输到输出侧子轴(52)，在释放状态下，双向旋转力传输构件(50)在从输出侧子轴(52)施加旋转力时释放输入侧子轴(51)；和
Z表示输入侧速度改变比，输入侧速度改变比是每单位时间的输入轴(11)的转数与每单位时间的输入侧子轴(51)的转数之比。
5.如权利要求4所述的驱动力传输设备，其特征在于，所述连接器(20)包括挤压机构(29)，挤压机构(29)用于在输入轴(11)沿正向旋转方向的旋转停止或改变为沿反向旋转方向旋转时沿反向旋转方向使输入转子(21，71a-71d)挤压中间转子(23，73a-73d)，以使突出部分(22，72a-72d)返回到一定位置，在所述一定位置，在突出部分(22，72a-72d)和止动件(24，74a-74d)之间提供所述预定操作角度(θ)。
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