CN103842627A - 齿槽效应消除装置及减少转轴齿槽效应的方法 - Google Patents

Abstract

一种改进转轴绕其轴线转动的齿槽效应消除装置。所述轴受到作用于其本身第一方向上的周期性齿槽效应转矩。该齿槽效应消除装置包括一第一齿槽效应消除部件和一第二齿槽效应消除部件，其随轴转动而彼此之间相对转动，且齿槽效应消除部件相互作用以在第二方向上向轴施加一个齿槽效应消除转矩，以至少部分地抵消掉齿槽效应转矩。

Description

齿槽效应消除装置及减少转轴齿槽效应的方法

相关申请的相互参考

本申请要求2011年9月16日提交的美国实用专利申请号13/234,858的优先权，而前述实用申请要求2010年9月18日提交的临时申请号为61/403,547的美国申请的优先权。上述两份申请的全部公开内容都在这里引用作为参考。

技术领域

本发明涉及一种齿槽效应消除装置，更具体地说，涉及一种齿槽效应消除装置及减少转轴齿槽效应的方法。

背景技术

本部分提供本发明公开内容所涉及的背景信息，但这些并不一定是现有技术。

许多机器(例如，电动机)具有一其上施加有转矩的转轴。举例来说，在电动机中，有源元件产生相互作用的磁场，所述磁场驱使所述机器转子旋转，从而驱动电动机的轴。

这种机器也可能经受齿槽效应。举例来说，在电动机中，定子和转子的磁性构件之间的被动相互作用可导致齿槽效应，该效应可周期性地依次施加正转矩(帮助轴转动)和负转矩(阻碍轴转动)。齿槽效应转矩会造成并不被期望的电动机振动，并且在低转速时尤其显著。

其它机器也会承受齿槽效应力，例如凸轮系统。举例来说，一些阀机构系统使轴相对凸轮转动，使阀克服弹簧的偏压力打开，其中，所述轴的进一步转动将使得弹簧偏压阀使其返回并关闭。这样，当阀打开时，弹簧向轴施加一个负的齿槽效应转矩(即，在与轴转动相反的方向上)，当阀关闭时，弹簧向轴施加一个正的齿槽效应转矩(即，在与轴转动相同的方向上)。所述齿槽效应转矩随着轴绕其轴线转动而周期性地重复。

类似地，在内燃发动机中，曲轴的轴转动以驱动发动机气缸内的活塞。当气缸内容积减小而其内压力增加时(即，在压缩周期期间)，曲轴可经受一个负的总齿槽效应转矩。相反，当其内容积增加而压力降低时，曲轴可经受一个正的总齿槽效应转矩。如果实际上未发生燃烧(例如，发动机启动时，一个或多个汽缸被停用时等等)，则齿槽效应转矩可能尤其显著。

发明内容

本部分只是提供本发明内容的概述，而不是覆盖本发明全部发明构思或所有技术特征的完全广泛的披露。

公开了一种改进转轴转动的装置。该转轴具有作用于其本身第一方向上的周期性的齿槽效应转矩。该装置包括一个邻近转轴的支撑件，该转轴可操作地相对于支撑件转动。该装置还包括第一齿槽效应消除部件和第二齿槽效应消除部件，后者与转轴相连接以随其转动。该装置还包括一凸轮表面，其位于前述第一和第二部件其中之一之上。此外，该装置具有连接到所述第一和第二部件的另一个上的对接构件。所述对接构件可操作地对接抵靠在凸轮表面上以在与所述第一方向相反的第二方向上向转轴施加一个齿槽效应消除转矩，以至少部分地抵消掉齿槽效应转矩。

本发明还公开了一种改进转轴绕其轴线转动的装置。该转轴具有作用于其本身第一方向上的周期性的齿槽效应转矩。该装置具有一个与转轴相连接以随其转动的第一支承件，和一个与第一支承件相邻近的第二支承件。第一支承件可操作地相对于第二支承件转动。多个第一磁性构件与所述第一和第二支承件之一相连接，且多个第一磁性构件包括至少一个设置在距轴线第一径向间距的内磁性构件和至少一个设置在距轴线第二径向间距的外磁性构件。该装置还包括一与所述第一和第二支承件的另一个相连接的第二磁性构件。第二磁性构件设置在距轴线第三径向间距的位置，该间距要大于第一径向间距且小于第二径向间距。第二磁性构件可操作地与所述至少一个内磁性构件和至少一个外磁性构件发生磁性相互作用，从而在与所述第一方向相反的第二方向上向转轴施加一个齿槽效应消除转矩，以至少部分地抵消掉齿槽效应转矩。

此外，本发明进一步公开了一种改进转轴绕其轴线转动的装置。该转轴具有作用于其本身第一方向上的周期性的齿槽效应转矩。该装置包括一个与转轴相连接以随其转动的第一支承件，和一个与第一支承件相邻近的第二支承件。第一支承件可操作地相对于第二支承件转动。该装置还包括一个与所述第一和第二支承件之一相连接的第一磁性构件，以及一个与第一和第二支承件的另一个相连接的第二磁性构件。第二磁性构件可操作地与第一磁性构件进行磁性相互作用，从而在与所述第一方向相反的第二方向上向转轴施加一个齿槽效应消除转矩，以至少部分地抵消掉齿槽效应转矩。再有，该装置包括可控制并改变施加于转轴上的齿槽效应消除转矩的量值的控制器。

更进一步地，本发明公开了一种改进转轴绕其轴线转动的方法。该转轴具有作用于其本身第一方向上的周期性的齿槽效应转矩。该方法包括转动所述轴以引起第一磁性构件与第二磁性构件之间的相对转动。第二磁性构件可操作地与第一磁性构件进行磁性相互作用，从而在与所述第一方向相反的第二方向上向转轴施加一个齿槽效应消除转矩，以至少部分地抵消掉齿槽效应转矩。该方法还包括可选择的改变施加于转轴上的齿槽效应消除转矩的量值。

下文的描述将使本发明的其它应用领域变得明显。本部分这些描述和实例其目的仅在于说明，而不是为了限定本发明的范围。

附图说明

本文中所描绘的附图仅用于解说优选实施例，并不是所有可能的实施方式，不能试图将其作为对于本发明所公开范围的限定。

图1是一种根据本发明不同实施例的改进了转轴转动的装置的侧视剖面图；

图2是图1所示装置的正视剖面图；

图3是图1所示装置的正视详视图；

图4是根据附加实施例的本发明公开的装置的正视剖面图；

图5是根据附加实施例的本发明公开的装置的正视剖面图；

图6是图5所示装置的正视祥视图；

图7是根据附加实施例的本发明公开的装置的正视详视图；

图8是表示本发明公开的装置运行的曲线图，示出了该装置如何抵消周期性的齿槽效应转矩；

图9是根据附加实施例的本发明公开的装置的正视详视图；

图10A是根据附加实施例的本发明公开的装置的侧视图；

图10B是沿图10A中的线10B-10B所得的装置的剖视图；

图11是能够可操作地与根据本发明的齿槽效应消除装置相连接的凸轮系统的示意图；

图12是表示内燃发动机曲轴内转矩的曲线图；

图13是表示作为发动机速率函数的最大摇动(cranking)转矩的曲线图；以及

图14是表示利用根据本发明的齿槽效应消除装置能够识别出的有效增益的曲线图；

在全部几组附图中相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

下面将参照附图更为详尽的描述实施例。

首先参见图1，说明根据不同典型实施例的齿槽效应消除装置10。该装置10可操作地连接到转轴12，该轴12可以是系统14的一部分或者以其他方式连接到其上，所述系统可以是例如电动机、内燃发动机的曲轴、凸轮系统等，这些将在后面进行描述。

系统14的运行能够周期性向轴12施力(即，齿槽效应力或齿槽效应转矩)。例如，如果系统14是一个已知的电机，轴12是该电机的输出轴，由于转子磁铁和定子磁极之间的磁性相互作用可产生齿槽效应转矩。所述齿槽效应转矩可在轴12相对于转轴轴线X处于一个已知的旋转角度上周期性产生。这样，在每一次转动过程中在一确定角度的位置上能够发生N次所述齿槽效应。

然而，正如将在下文中将更为详尽地探讨，尽管存在有齿槽效应转矩，所述齿槽效应消除装置10仍可助力转轴12的转动。该装置10产生齿槽效应反作用力，至少部分地抵消了齿槽效应力从而助力于轴12的转动。

需要理解的是，名词“齿槽效应”在这里定义为泛指在轴12的已知旋转角度上周期性加载至轴12上的任何转矩力。这样，系统14可以是前面提到的电动机。系统14还可以是内燃发动机，且轴12可以是发动机的曲轴，此时当活塞在汽缸之内移动从而改变其内的压力时“齿槽效应”被加载到曲轴上。系统14也可以是一个已知的凸轮系统(图11)，且轴12可以是输入轴，其在一个方向上凸起以推动推杆22，从而推动阀24克服偏压部件28的偏压力离开其座26。该轴12的进一步转动使得偏压构件28偏压住阀24返回至座26。因此，来自偏压构件28的变化的偏压力可在轴12上施加“齿槽效应”。不过，需要理解的是系统14可以是本发明所公开的范围之外的任何其他的类型。

接下来将参见图1-3更详尽地说明齿槽效应消除装置10。如图所示，装置10包括支承件30或者一个外壳。支承件30可以是任意合适的形状和结构，且可以邻近于轴12设置。特别的，轴12可延伸穿过所述支承件30，且借助于一个或多个轴承31可转动地支承于其上。这样，轴12可相对于支承件30转动。

装置10还可以包括一第一齿槽效应消除部件32。该第一齿槽效应消除部件32可包括一杆34和一对接构件36。杆34可滑动地贴附于支承件30，且能够径向朝向或者远离轴12的转轴X进行滑动。再者，在图示实施例中，对接构件36可以是一个固定在杆34的叉形末端33上的可转动的小轮或滚筒；当然，在一些实施例中对接构件36可以被固定于杆34。

第一齿槽效应消除部件32还可包括偏压部件38。该偏压部件38可以是设置在杆34的叉形末端33和支承件30之间的螺旋形压缩弹簧。当然，偏压部件38可以是其他形态。偏压部件38将对接构件36偏压向轴12的转轴X。

装置10可进一步包括一第二齿槽效应消除部件40。如图2所示，该第二齿槽效应消除部件40可包括一与轴12相连接(例如固定方式)以随其转动的凸轮42。凸轮42可包括一个或多个以离开转轴X方向径向延伸的叶片44。每个叶片44各包括一个圆角的凸轮表面46。如图2和3所示，每个叶片44的凸轮表面46可包括一个导引面47和一个尾随面49。

在所示实施例中，凸轮42可以包括多个环绕轴线X以相等的转角间隔设置的叶片44。例如，在图2中凸轮42包括八个环绕轴线X每间隔大约四十五度(45°角)设置的叶片44。当然，需要理解的是该凸轮42可以包括任何数量的叶片44，且叶片44可以以任何转角角度间隔设置。此外，如后文中将要探讨的，可以根据轴12上能够产生齿槽效应的转角角度来配置叶片44的数量以及叶片44之间的间距。

在凸轮42随轴12转动时，对接构件36能够可转动地对接抵靠住凸轮42。具体而言，轴12和凸轮42可由系统14在第一方向43(图3)上环绕轴线X驱动转动。当对接构件36沿着叶片44的导引面47滚动时，导引面47能够推动对接构件36和杆34克服偏压构件38的偏压力而径向远离轴线X。当凸轮42进一步转动时，对接构件36能够沿着尾随面49滚动，且偏压部件38的偏压力能够相应地在第一方向43上向轴12施加齿槽效应消除转矩。对接构件36就能够顺序地对接抵靠于每一个叶片44的尾随面49上，从而这样便可顺序地向轴12施加齿槽效应消除转矩(也就是，在已知的转角角度上)。

如图8所示，齿槽效应消除转矩(由虚线29表示)和齿槽效应转矩(由实线27表示)基本上同时被施加。再者，齿槽效应消除转矩可与齿槽效应转矩近似等值但反向，以充分抵消齿槽效应转矩。

具体地，图8的标记27示出齿槽效应转矩一个单个脉冲，正如现有技术中所公知的其具有大致的正弦曲线轮廓。在点G，绕组的导引前缘可与本机的每个永磁体的尾随边缘对齐，从而基本不向轴12上施加转矩。然后，当轴12进一步转动时，齿槽效应正转矩(即，朝向沿着与轴12转动时相同的方向的转矩)向最大值点H逐渐增加，此时绕组位于横跨相邻永磁体之间的气隙的半路上。随后，齿槽效应转矩可以减少到接近零点(点I)，此时绕组位于相邻磁铁间的气隙中点。然后，齿槽效应转矩可降低到最大负值(点J)，此时绕组大约位于在气隙外部运动的半路上。接下来，齿槽效应转矩可以回增为零(点K)，由于绕组足够靠前从而与相邻的磁铁排成一线。需要理解的是该齿槽效应转矩能够遵循图8中标记27所图示出的轮廓曲线进行周期性重复。

然而，图8还示出由装置10提供的用于抵消齿槽效应转矩的齿槽效应消除转矩。具体而言，当对接构件36沿导引面47滚动时，如图8中区域A所示出的，轴12上施加有负转矩(与轴12转动方向相反的转矩)。齿槽效应消除转矩增大然后减小回零(点I)，在该点上对接构件36位于导引面47和尾随面49之间的位置上。然后，当对接构件36沿尾随面49滚动时，如图8中区域B所示出的，轴12上施加有正转矩。齿槽效应消除转矩增大然后减小回零(点K)。

如图8所示，齿槽效应消除转矩脉冲(区域A和B)与齿槽效应转矩脉冲27大致相等但彼此相反，两者净值为零(由图8中线23表示)。换句话说，通过设置发生齿槽效应和消除齿槽效应的角位置(Θ)以及齿槽效应转矩和齿槽效应消除转矩的量值，使得齿槽效应转矩和齿槽效应消除转矩能够彼此充分抵消。如此，装置10能够显著提升系统14的效率。

图14示出当采用装置10时系统14内的效率显著提升。如图所示，在较低的RPM时，增益是最明显的，且随着转速的增加该增益逐渐降低。

需要理解的是装置10可以不同于图1-3中所示出的这些实施例来进行配置。举例来说，第一齿槽效应消除部件32的杆34、对接构件36以及偏置构件38可被固定于轴12以随其转动，同时凸轮表面46也可固定在支撑部件30上。

同样，可有任意数量的第一和第二齿槽效应消除部件32、40。举例来说，如果轴12的每周旋转具有数量N个齿槽效应转矩脉冲，那么就可有一个单一的第一齿槽效应消除部件32以及位于第二齿槽效应消除部件40上的数量为N个叶片44，这样设置可使轴12的每周旋转可具有数量N个齿槽效应消除转矩脉冲。可选择的，也可有数量N个第一齿槽效应消除部件32以及位于第二齿槽效应消除部件40上的单独一个叶片44。此外，可得第一齿槽效应消除部件32的量值A和第二齿槽效应消除部件40的量值B，满足A和B的乘积等于N(A×B＝N)。

更进一步的，在一些实施例中，第一和/或第二齿槽效应消除部件32、40能够以除图1-3中所示出的方式之外的任何方式，被可操作地连接到轴12上。举例来说，这里系统14是一个电动机，那么第二齿槽效应消除部件40可经齿轮组(未示出)连接到电动机转子，通过配置齿轮传动比、叶片44的数量以及第一齿槽效应消除部件32的数量，在轴12的每周旋转得到数量N个齿槽效应消除转矩脉冲。

此外，需要理解的是齿槽效应消除转矩的量值可受到凸轮表面46的轮廓(例如，斜率)、偏压部件38的弹性系数等的影响。因此，可通过配置这些特征以获得期望的齿槽效应消除转矩。

此外，偏压部件38可以是除去图1-3中所示出的螺旋弹簧之外的任何形态。例如，如图4所示，第一齿槽效应消除部件32’的偏压构件38’可包括片状弹簧。因此，当凸轮42’与轴12’一起转动时，偏压部件38’可弹性弯曲以提供如前所述的齿槽效应消除转矩。

接下来参见图5和6，将详细论述附加实施例中的齿槽效应消除装置110。那些与图1-3所示实施例相对应的构件用与其相对应的参考标记加上100来标识。

如图所示，齿槽效应消除装置110包括一个第一支承件130和一个第二支承件135。该装置110包括至少一个第一齿槽效应消除部件132和一个或多个第二齿槽效应消除部件140。所示实施例中，第一齿槽效应消除部件132可以包括一第一磁性构件137(例如，永久磁铁)，且第二齿槽效应消除部件140每一个都可包括一第二磁性构件141。可以理解，可以有任意数量的第一和第二磁性构件137、141。

第一磁性构件137可固定于第一支承件130，且可向着旋转轴线X径向向内延伸。第二支承件135可包括多个远离X轴径向向外延伸的叶片144，且第二磁性构件140可固定在各个叶片144的径向末端。这样，当轴112绕轴线X转动时，继而第一磁性构件137能够与第二磁性构件141沿径向假想直线对齐。

还有，第二磁性构件141的每一个都可配置有一个径向朝外的磁极(例如，北极)。第一磁性构件137可配置有径向朝内相同磁极(例如，北极)。这样，正如图6所示，当第二磁性构件141的其中一个移动至紧邻第一磁性构件137时，磁性构件137、141就能够彼此磁性互斥。

图6示出单个的第一和第二磁性构件对137、141之间的相互作用。当从位置A转动到位置B，磁件构件137、141彼此磁性互斥，导致有负转矩被施加到轴112，当磁性部件137、141彼此相互靠近时所述转矩增大，然后在作用于轴112上的力矩臂减小时转矩就开始减少。(上述内容由图8内的区域A表示)。当磁性构件137、141处于如图6所示的位置B时，彼此之间的斥力达到最大值。然而，由于构件137、141在径向方向上对准，力臂(和力矩)基本上为零。然后，当磁性构件137、141移动到图6中的位置C时，它们之间的斥力形成施加于轴112上的正转矩，正如图8中的区域B所表示的。

需要理解的是齿槽效应消除转矩的量值可由以下因素决定，即磁件构件137、141的磁场强度，磁件构件137、141之间的径向距离，磁性部件137、141的尺寸和形状，磁性部件137、141距离轴线X的径向距离等。因此，可以通过配置这些变量的每一个从而得到所期望的齿槽效应消除转矩。

如前所述，可以这样配置第一和第二磁性构件137、141的数量和相对位置，使得齿槽效应消除转矩与齿槽效应转矩几乎同时被施加，从而使得两个转矩至少部分抵消。这样就可以提升系统总效率、降低轴112的振动等。

本领域的普通技术人员能够理解所述磁性构件137、141的设计方案有很多，以使磁性构件137、141彼此磁性相吸。至于磁性构件137、141彼此之间相吸抑或相斥要取决于采用哪种方式可最为有效地抵消掉齿槽效应。

接下来参见图7，继续讨论另一实施例的齿槽效应消除装置210。那些与图1-3所示实施例相对应的构件用与其相对应的参考标记加上200来标识。

如图所示，齿槽效应消除装置210可包括第一和第二磁性构件237、241。然而，第一磁性构件237可包括一种其上装有绕组239的铁磁材料。因此，第一磁性构件237可以作为一个电磁体进行工作(即，具有根据绕组239中电流进行变化的磁通量)。

在所述实施例中，该第二磁性构件241包括永久磁铁。然而，需要理解的是第二磁性构件241可具有绕组239以作为电磁体进行工作，同时第一磁性构件237也具有永久磁铁。在另一实施例中，该第一和第二磁性构件237、241可均具有绕组239以作为电磁体进行工作。

图7中示意性的绘出将绕组239可操作地连接到控制器225。控制器225可包括一可变电流源、可编程逻辑电路等，且控制器225能够可变地控制流经绕组239的电流，从而在运行期间改变第一磁性构件237的磁通量。如此，控制器225可以通过改变磁通量，从而改变施加于轴212上的齿槽效应消除转矩。

在将装置210可操作地连接于电动机时可应用图7所示的实施例。在某些情况下，可以改变电机磁极铁芯内的磁通量以控制轴212的转速，从而相应改变了施加于轴212上的齿槽效应转矩。因此，控制器225可以通过控制流经绕组239的电流量，从而改变第一磁性构件237的磁通量，以抵消掉变化了的齿槽效应转矩。因此，能够根据施加于轴212上的齿槽效应转矩的量值，根据第一和第二磁性构件237、241的相对转角位置等，改变齿槽效应消除转矩。

在一些实施例中，控制器225可以与一个已知的转矩传感器(未显示)相通信，所述传感器自动检测施加到轴212的齿槽效应转矩量值。因此，控制器225可以自动调节第一磁性构件237的磁通量以向轴212提供一个等值却相反的齿槽效应消除转矩。

接下来参见图9，继续讨论齿槽效应消除装置310的其他实施例。那些与图1-3所示实施例相对应的构件用与其相对应的参考标记加上300来标识。

如图所示，第一磁性构件337可以是固定于杆362上的永久磁铁。杆362可移动地(例如，滑动)连接到第一支撑部件330，从而使得其能够朝向或远离轴线X的移动。在所示出的实施例中，杆362和第一磁性构件137可相对于轴线X沿径向直线移动。(第一径向位置以337表示，及第二径向位置以337’表示)。

杆362能够可操作地连接到传动装置360，所述传动装置径向驱动杆362和磁性部件137。传动装置360可以是任意适合的类型，例如是电力传动装置。在一些实施例中，杆362可以螺旋穿过支撑部件330，且传动装置360可径向螺旋形推进杆362，这样使得杆362甚至在传动装置360关断时仍能相对于支撑部件330保持在一个位置。传动装置360可与用于控制第一磁性部件137径向移动的控制器325进行通信。

因此，第一磁性构件337与第二磁性构件341之间的距离(即气隙)可通过径向移动第一磁性构件337来控制。当减小气隙时，齿槽效应消除转矩增加，反之亦然。因此，施加到轴312上的齿槽效应消除转矩可变，例如，可根据施加到轴312上的齿槽效应转矩来改变。

需要理解的是第二磁性构件341可取代或与第一磁性构件337一起相对轴线X径向可移动。需要理解的是两个磁性构件337、341可通过传动装置360来移动。

接下来参见图10A和10B，继续讨论齿槽效应消除装置410的其他实施例。那些与图1-3所示实施例相对应的构件用与其相对应的参考标记加上400来标识。

如图所示，该装置410可包括第一支撑部件430，所述部件为管状，且其具有一端面470。该装置410还可包括一第二支承件431，所述部件为是扁平圆盘状，这样配置使得其具有朝向第一支撑部件430端面470的表面472。第二支承件431可连接(例如，固定)到轴412以便与其一同相对于第一支承件430转动。

装置410还可包括多个固定于第一支承件430的端面470的第一磁性构件432。可配置任意数量的第一磁性构件432，且每个第一磁性构件432可被设置在离轴线X相同径向距离处(即，三分之一个径向距离)，且以相等的转角距离彼此间隔等距设置。例如，可以环绕轴线X间隔六十度角(60°角)设置六个第一磁性构件432。

此外，装置410可以包括多个第二磁性构件434。第二磁性构件434可沿直线、径线成对排列设置。每一对可包括一内磁性构件433和一外磁性构件435。内磁性构件433可环绕轴线X以一定的径向距离(即第一径向距离)设置。外磁性构件435可环绕轴线X以比内磁性构件433对应的径向距离大的径向距离(即，第二径向距离)来设置。第一磁性构件432的径向距离可大于内磁性构件433的径向距离且小于外磁性构件435的径向距离。换句话说，内磁性构件433，第一磁性部件432，和外磁性构件435可以环绕轴线以同心圆状排布，使得第一磁性构件432呈现的环位于内外磁性构件433、435的之间。

当轴412转动时，内、外磁性构件433，435可相对于第一磁性构件432转动。当第一磁性构件432移动到每一对内、外磁性构件433、435对之间时，第一磁性构件432可与内、外磁性构件433、435发生磁性相互作用(例如，排斥)，从而产生施加于轴412的齿槽效应消除转矩。可以理解，由于第一磁性构件432在内、外磁性构件433、435之间移动，磁斥力的力量可增加。因此，亦可增加齿槽效应消除转矩(例如，可大约增加一倍)。

图10A和10B所示的实施例可以变化。例如，可配置多个第一磁性构件432的同心环，且每一环可设置成在各对内、外磁性部件433、435之间可径向移动。因此，可以进一步增强齿槽效应消除转矩。

如前所述，齿槽效应消除装置10、110、210、310、410可操作地连接到电动机的输出轴上以抵消在运行过程中产生的齿槽效应。所述装置10、110、210、310、410也可以被可操作地耦合到凸轮系统(图11)的输入轴且以大致相同的方式来抵消齿槽效应。此外，所述装置10、110、210、310、410还可被可操作地连接到内燃发动机的曲轴。举例来说，当燃烧不发生时(例如，在发动机起动时，在其中一定数量的汽缸停用状态下的发动机中，等等)，都会产生有益效果。

图12图示出随时间推移一现有的内燃发动机曲轴上的转矩。同样，图13所包含的线82示出了作为发动机转速函数(RPM)的最大起动转矩的变化情况。如图12所示，转矩是周期性变化的，且从如图12所示的最初的起动转矩序列(在汽缸内发生燃烧之前)向点火转矩序列(在燃烧期间)变换。在每个序列中，存在转矩为负的周期。装置10、110、210、310、410可被可操作地连接到曲轴以充分减少(例如，消除)这些影响曲轴的负转矩周期。因此，曲轴将承受较少的阻止转动的转矩，发动机能够更为有效的运行，也可采用更小巧的起动电机，还能够降低空转速率从而减少燃料消耗，等等有益效果均可获得。

总之，本发明的齿槽效应消除装置10、110、210、310、410可消除施加到转轴12、112、212、312、412之上的齿槽效应转矩。因此，齿槽效应消除装置10、110、210、310、410可提升效率，可减少振动，以及获得其他能够改进轴12、112、212、312、412转动的有益效果。再者，装置10、110、210、310、410还可与现有电机、凸轮系统、IC发动机、或其他现有设计结成一体，从而获得提升效率等有益效果。装置10、110、210、310、410还可被非常小型化，甚至可被集成容纳在现有机器内部。

前述对于实施例的描述完全是举例和说明的目的。而不是发明的全部内容或者是对于本发明的限制。特定实施例的单个元件或特征通常并不仅限定于所公开的该特定实施例，而是只要能够适用就可被替换且可应用在所选实施例中，甚至是没有明确图示或说明的也可应用。本发明构思还可以有多种形式的变形。所述变形不能被看作是脱离于本发明的范围之外，且所有这些改变都应被看作是包含在本发明的范围之内。

Claims (20)

1.一种改进转轴转动的装置，所述转轴具有作用于其本身第一方向上的周期性齿槽效应转矩，该装置包括：

一邻近转轴的支承件，该转轴可操作地相对于支承件转动；

一第一齿槽效应消除部件；

一第二齿槽效应消除部件，其与转轴相连接且随其转动；

一凸轮表面，其位于前述第一齿槽效应消除部件和第二齿槽效应消除部件的其中一个之上；以及

一对接构件，其连接到前述第一齿槽效应消除部件和第二齿槽效应消除部件的另一个，所述对接构件可操作地对接抵靠凸轮表面以在与所述第一方向相反的第二方向上向转轴施加一个齿槽效应消除转矩，以至少部分地抵消掉齿槽效应转矩。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于转轴可操作地环绕旋转轴线转动，其中第一齿槽效应消除部件和第二齿槽效应消除部件的两者之一具有一凸轮，该凸轮带有一相对于旋转轴线径向延伸的叶片，所述叶片之上具有所述凸轮表面。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于凸轮包括多个叶片，所述多个叶片的每一个都具有各自的凸轮表面，所述对接构件可操作地顺次序对接抵靠于每个凸轮表面以依次向转轴施加齿槽效应消除转矩。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述凸轮固定于转轴且所述对接构件可操作地相对于凸轮移动。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于进一步包括一偏压构件，其将对接构件偏压向凸轮。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述偏压部件是螺旋弹簧和片状弹簧其中之一。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于转轴至少为以下两者之一，即其中由于发动机汽缸之内压力变化产生齿槽效应转矩的内燃发动机的曲轴，以及其中由于偏压构件改变偏压力产生齿槽效应转矩的凸轮系统的输入轴。

8.一种改进转轴绕其轴线转动的装置，该转轴具有作用于其本身第一方向上的周期性齿槽效应转矩，该装置包括：

一与转轴相连接以随其转动的第一支承件；

一与第一支承件相邻近的第二支承件，所述第一支承件可操作地相对于第二支承件转动；

多个第一磁性构件与所述第一支承件和第二支承件两者之一相连接，且多个第一磁性构件包括至少一个设置在距轴线第一径向间距的内磁性构件和至少一个设置在距轴线第二径向间距的外磁性构件；以及

一与所述第一支承件和第二支承件两者的另一个相连接的第二磁性构件，所述第二磁性构件设置在距轴线第三径向间距的位置，该第三径向间距大于第一径向间距且小于第二径向间距，第二磁性构件可操作地与所述至少一个内磁性构件和至少一个外磁性构件进行磁性相互作用，从而在与所述第一方向相反的第二方向上向转轴施加一个齿槽效应消除转矩，以至少部分地抵消掉齿槽效应转矩。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述至少一个内磁性构件和至少一个外磁性构件排列在从轴线延伸出的直线上。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于所述第二磁性构件可操作地在所述至少一个内磁性构件和至少一个外磁性构件之间移动，以与其对齐在从轴线延伸出的直线上。

11.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述至少一个内磁性构件，所述至少一个外磁性构件，以及所述第二磁性构件每一个都是永磁体。

12.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述至少一个内磁性构件和至少一个外磁性构件与所述第二磁性构件磁性相斥，以向转轴施加齿槽效应消除转矩。

13.如权利要求8所述的装置，其特征在于转轴至少为以下两者之一，即其中由于发动机汽缸之内压力变化产生齿槽效应转矩的内燃发动机的曲轴，以及其中由于偏压构件改变偏压力产生齿槽效应转矩的凸轮系统的输入轴。

14.一种改进转轴绕其轴线转动的装置，该转轴具有作用于其本身第一方向上的周期性的齿槽效应转矩，该装置包括：

一与转轴相连接以随其转动的第一支承件；

一与第一支承件相邻近的第二支承件，所述第一支承件可操作地相对于第二支承件转动；

一与所述第一支承件和第二支承件两者之一相连接的第一磁性构件；

一与第一支承件和第二支承件两者的另一个相连接的第二磁性构件，所述第二磁性构件可操作地与第一磁性构件进行磁性相互作用，从而在与所述第一方向相反的第二方向上向转轴施加一个齿槽效应消除转矩，以至少部分地抵消掉齿槽效应转矩；以及

一可控制并改变施加于转轴上的齿槽效应消除转矩量值的控制器。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于进一步包括一传动机构，其可操作的驱使第一磁性构件和第二磁性构件的至少其中一个相对对方运动，从而改变第一磁性构件和第二磁性构件之间的间距，所述控制器可操作的控制该传动构件以控制第一磁性构件和第二磁性构件之间的间距，从而改变施加于转轴的齿槽效应消除转矩量值。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于第一磁性构件和第二磁性构件可操作地沿着从轴线径向延伸的直线排列，其中传动机构可操作的驱使第一磁性构件和第二磁性构件的其中一个沿直线相对对方运动。

17.如权利要求14所述的装置，其特征在于所述第一磁性构件和第二磁性构件的至少一个包括电磁体，且其中控制器可操作地控制该电磁体以改变电磁体的磁通量，从而改变施加于转轴的齿槽效应消除转矩量值。

18.如权利要求14所述的装置，其特征在于转轴至少为以下两者之一，即其中由于发动机汽缸之内压力变化产生齿槽效应转矩的内燃发动机的曲轴，以及其中由于偏压构件改变偏压力产生齿槽效应转矩的凸轮系统的输入轴。

19.一种改进转轴绕其轴线转动的方法，该转轴具有作用于其本身第一方向上的周期性的齿槽效应转矩，该方法包括：

转动所述轴以引起第一磁性构件与第二磁性构件之间的相对转动，第二磁性构件可操作地与第一磁性构件进行磁性相互作用，从而在与所述第一方向相反的第二方向上向转轴施加一个齿槽效应消除转矩，以至少部分地抵消掉齿槽效应转矩；以及

可选择的改变施加于转轴上的齿槽效应消除转矩的量值。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于所述改变齿槽效应消除转矩的量值的方法为以下两种方法至少其中之一，即改变第一磁性构件和第二磁性构件之间的间距以及改变第一磁性构件和第二磁性构件其中一个的磁通量。

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