CN109154368B - 无级变速器、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
披露了用于改善无级变速器(CVT)的性能并且增加其寿命的部件、组件、系统和/或方法。第一定子可以被形成为具有比第二定子的外直径更大的外直径。一个定子具有的径向槽缝可以被形成为比另一定子上的槽缝径向向内延伸更远。定子的较大外直径、或在第一定子上形成的引导槽缝比第二定子上的引导槽缝径向地向内延伸更远，可以防止行星件轮轴从径向槽缝脱出、增加所述CVT的范围、允许更大的公差以减少损耗、以及其他优点，正时板上的多个槽缝可以被形成为具有大于在任一定子上形成的引导槽缝宽度的宽度，以在所述正时板避免轮轴失控的同时允许所述定子控制调整。所述形状(包括正时板或定子上的多个表面之间的接合部)也可以防止轮轴脱出。这些特征中的任一个或组合允许形成更小且更轻的CVT，从而允许在较小环境中获得间隙以及减小的惯性。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年3月18日提交的美国临时申请号62/310,559的优先权，该申请通过援引以其全文并入本文。
背景
技术领域
本文披露的实施例总体上涉及无级变速器、并且更具体地涉及用于无级变速器(CVT)的方法、组件以及部件。
背景技术
随着人们了解到具有连续的传动比范围而不是有限集合所带来的益处和优点，无级变速器变得越来越流行。目前存在着多种众所周知的方法来实现输入速度与输出速度的连续可变比率。通常，用于调整CVT中的输出速度与输入速度的速度比的机构被称为变换器，并且控制系统管理该变换器，使得可以在操作中实现希望的速度比。在带式CVT中，变换器由通过一条皮带连接的两个可调整的皮带轮组成。带式CVT的缺点是需要彼此偏移并且不同轴的两个轮轴：驱动轮轴和从动轮轴。在单腔环型CVT中，变换器经常具有围绕轴旋转的两个部分地环形的传动盘以及两个或多个围绕对应的轴线旋转的盘形动力滚轮，这些轴线垂直于该轴并且被夹在输入与输出传动盘之间。单腔环型CVT的常见问题是，力的变化需要稳健且动态的轴向力发生系统。除了给该系统增加成本和复杂性之外，这些轴向力发生系统还给CVT增加了额外的寄生损耗。
本文披露的变换器的实施例是利用了行星件(还称为动力或速度调整器、球体、球状齿轮或滚轮)的球型变换器，这些球型变换器各自具有轮轴，该轮轴限定了可倾斜的旋转轴线，该旋转轴线被适配为被调整以便在操作过程中实现所希望的输出速度与输入速度之比。这些行星件在垂直于CVT的纵向轴线的平面中、围绕纵向轴线成角度地分布。这些行星件在一侧上接收来自输入盘的动力、并且在另一侧上将动力传输到输出盘，这两个盘中的一者或两者施加夹紧接触力以增大动力的传输。该输入盘将以输入扭矩和输入旋转速度向这些行星件施加(输入)动力。由于这些行星件围绕其自身的轴线旋转，所以这些行星件将(输出)动力以输出扭矩和输出旋转速度传输给输出盘。输出速度与输入速度之比随着该输入盘以及输出盘与这些行星件的轴线的接触点的半径变化而变化。将这些行星件的轴线相对于变换器的轴线进行倾斜来调整速度比。这些行星件可以经由与输入盘或输出盘的直接接触、或者经由与能够传输动力的任何类型的流体接触而接收或传输动力。
对提供改进的性能和操作控制的变换器和控制系统存在持续的需要。
发明内容
本文所描述的系统和方法具有多种特征，其中任何单一的特征都不能独自实现所希望的属性。在不限制所附权利要求所表达的范围的情况下，现将简要讨论其更多的显著特征。在考虑这个讨论之后，将理解本系统和方法的这些特征是如何提供超越传统的系统和方法的优点的。
在一个广泛的方面，实施例可以总体上涉及无级变速器中的行星球式变换器。行星球式无级变速器可以包括多个行星件，这些行星件围绕太阳轮组件成角度地安排并与之相接触。该多个行星件介于第一牵引环与第二牵引环之间。每个行星件具有限定了可倾斜旋转轴线的轮轴。CVT可以包括具有多个第一引导槽缝的第一盘和具有多个第二引导槽缝的第二盘，每个引导槽缝被配置成用于控制该多个轮轴之一的第一端或第二端。
在另一个广泛的方面，实施例可以总体上涉及用于组装行星球式无级变速器的方法。
在另一个广泛的方面，实施例可以总体上涉及用于控制行星球式无级变速器的系统。
在另一个广泛的方面，实施例可以总体上涉及用于控制行星球式无级变速器的方法。
在另一个广泛的方面，实施例可以总体上涉及具有包括行星球式无级变速器的传动系的车辆。该车辆的动力要求可以决定最小变换器大小，但车辆大小可能限制无级变速器的大小或重量。额外地，该车辆可以受益于CVT的所希望的操作范围。
在另一个广泛的方面，实施例可以总体上涉及具有包括行星球式无级变速器的传动系的自行车。骑行者可能想要允许以最轻的重量实现最大操作范围的CVT。
附图说明
图1是行星球式无级变速器(CVT)的截面视图；
图2A和图2B是行星球式CVT的截面视图，展示了驱动不足状况和驱动过度状况；
图3是定子的侧视图，展示了当CVT在向前方向上操作时的相关区域；
图4A和图4B描绘了CVT在FOD时的一个实施例的透视图，展示了行星件轮轴如何具有从定子槽缝中脱出的危险；
图5描绘了输入定子的外直径大于输出定子的外直径的CVT的视图；
图6A-6B、图7A-7B和图8A-8B描述了输入定子的实施例，展示了用于各种CVT构型的、具有不同径向尺寸的定子槽缝；
图9A和图9B描绘了定子的部分视图，展示了定子槽缝被形成为开放端槽缝以允许实现最大的速度比范围、并且具有抑制轮轴端部脱出的特征；
图10描绘了输出定子的一个实施例的侧视图；
图11A描绘了正时板的一个实施例的视图；
图11B描绘了正时板的一个实施例的特写部分侧视图；
图12描绘了展示一种用于控制比率调整速率的方法的流程图；
图13A-13D描绘了曲线图，展示了用于存储与控制CVT来防止卡住并且在所有速度比下优化性能相关的信息的方法；
图14描绘了可用于当骑行者踩踏板时操作变速器的系统的多个部分或控制回路中的多个步骤，并且传动比的调整是由控制器自动且连续控制的；并且
图15描绘了可用于根据手动控制来操作变速器的系统的多个部分或控制回路中的多个步骤，并且还描绘了可用于根据手动控制来操作变速器的系统的多个部分或控制回路中的多个步骤。
具体实施方式
现在参照附图对实施例进行说明，其中相似的数字在各处均是指相似的元件。在以下说明中使用的术语不应以任何受限的或限制性的方式简单地解释，因为它是结合某些具体实施例的详细说明来使用的。此外，这些实施例可以包括若干本发明的特征，这些特征中没有一个单一特征是独自对其所希望的属性负责任的、或者是实施本文所描述的这些系统和方法所必不可少的。
如本文使用的，术语“操作性地连接”、“操作性地联接”、“操作性地链接”、“可操作地连接”、“可操作地联接”、“可操作地链接”、“相接触”以及类似的术语是指元件之间的一种关系(机械的、联动的、联接的、等等)，其中一个元件的运作导致了第二元件的对应的、随后的、或同时的运作或致动。应该指出，在使用所述术语来描述实施例时，可以对于链接或联接这些元件的特定结构或机构进行说明。然而，除非另外明确说明，否则当使用所述术语之一时，该术语指示，实际的链接、联接或接触可采取各种各样的形式。
出于说明的目的，术语“径向”在本文中用来表示相对于变速器或变换器的纵向轴线垂直的方向或位置。“径向向内”是指相对更靠近中心点的位置，而“径向向外”是指离中心点相对较远的位置。术语“轴向”在本文中用来表示沿着与变速器或变换器的主轴线或纵向轴线平行的轴线的方向或位置。为了清晰和简明，有时用单一标记(例如，元件1)来统称被类似地标注的相似部件(例如，元件1A以及元件1B)。
应该指出，在此提及的“牵引”不排除以下应用：动力传递的主要或唯一模式是通过“摩擦”。并没有尝试在牵引驱动与摩擦驱动之间建立一种类别上的差异，总体上它们可以被理解为不同的动力传递方案。牵引驱动经常涉及通过陷入两个元件之间的薄流体层中的剪切力在这两个元件之间传递动力。在这些应用中使用的流体经常展现比常规的矿物油更大的牵引系数。牵引系数(μ)代表在接触部件的界面处可获得的最大可用牵引力、并且是最大可用驱动扭矩的量度。典型地，摩擦驱动总体上涉及通过两个元件之间的摩擦力在这两个元件之间传递动力。为了本披露的目的，应理解的是在本文中说明的CVT可以在牵引应用以及摩擦应用中工作。例如，在将CVT用于自行车应用的实施例中，该CVT可以有时以摩擦驱动操作并且有时以牵引驱动操作，这取决于在操作过程中存在的扭矩以及速度条件。
本文披露的实施例涉及使用球形行星件的行星齿轮来控制变换器和/或CVT，每一个行星件具有可倾斜旋转轴线(本文中有时被称为“行星件旋转轴线”)，该旋转轴线可以被调整以便在操作过程中实现所希望的输入速度与输出速度之比。在一些实施例中，所述旋转轴线的调整涉及第一平面中的多个行星件轮轴的角度未对准或移位，从而在这些行星件上引起不平衡的一组力，这些力然后倾向于将这些行星件及其相应的轮轴转向至新的倾斜位置(或γ角)，在该位置中这些力于是被均衡，由此在第二平面中实现行星旋转轴线的角度调整，从而调整变换器的速度比。第一平面中的角度未对准、旋转或移位在本文中被称为“偏斜”或“偏斜角”。控制系统协调偏斜角的使用以便在变换器中的、会使行星件旋转轴线在第二平面中倾斜至平衡状态的某些接触部件之间产生力，其中在该平衡状态下行星件和轮轴上的力在新的倾斜角度下被均衡。行星件旋转轴线的倾斜调整了变换器的速度比。将讨论用于实现变换器的希望速度比的偏斜度控制系统(在本文中有时称为“基于偏斜度的控制系统”)和倾斜角致动装置的实施例。
本文披露的实施例可以结合行星球式CVT的优点和特征。图1、图2A和图2B描绘了行星球式无级变速器(CVT)10的一个实施例，该变速器具有围绕限定了纵向轴线13的主轴12安排的多个行星件11。每个行星件11围绕其自己的、限定了行星件旋转轴线16的行星件轮轴15旋转。太阳轮组件18位于每个行星件11的径向内侧并与之相接触。针对图1和图2A-2B，假设动力从右向左传递，CVT 10还包括用于向行星件传输动力的牵引环26、以及从行星件11传输动力(包括向太阳轮18传输动力或者从其传输动力)的牵引环28。CVT 10还可以包括轴向力发生器5、6以及未示出的传感器、润滑部件、牵引流体、额外的齿形齿轮组等。在一些实施例中，每个行星件轮轴15具有用于与输入定子32中的定子槽缝31的侧面37、38(参见图3)滚动接触的轮轴盖44和用于与正时板36的侧面45、46滚动接触的正时板滚轮43(参见图4A和图4B)。
可以使用输入定子32、输出定子34和处于被动角色的正时板36来实现对行星件轮轴15(并且因此对旋转轴线16)的控制。一般而言，行星件11介于输入定子32与输出定子34之间，其中正时板36被定位成接近输入定子32(如图1、图2A和图2B所示)或输出定子34(未示出)。行星件轮轴15被定位成使得第一端15A位于输入定子32中的定子槽缝31内，并且第二端15B位于输出定子34中的定子槽缝33内。输入定子32或输出定子34之一相对于彼此旋转某个β角将导致在行星件轮轴15与纵向轴线13之间产生偏斜角。因此，随着在完全驱动不足(FUD)与完全驱动过度(FOD)之间的范围内调整CVT 10，槽缝31和33在角度上未对准，并且行星件轮轴15的端部15A和15B沿槽缝31、33平移。换言之，输入定子32和输出定子34主动地将所有行星件轮轴15的端部偏斜成与纵向轴线13不平行，并且来自输入环26、输出环28和太阳轮组件18的作用在行星件11上的力倾向于使行星件轮轴15倾斜或转向至倾斜角(γ角)，在该倾斜角处，作用在行星件11上的力被均衡以便在输入定子32与输出定子34之间获得所选的偏斜角(β角)。正时板36不决定行星件轮轴15的倾斜角，因为其他CVT中的“光圈板”可能参与并且不主动参与将CVT 10偏移。而是，当CVT 10处于某些条件下时(例如在反向操作期间)，正时板36起到了防止这些轮轴15彼此错开太远的有限作用。
当CVT在其范围的中间附近运行(如图1所描绘的)时，调整传动比是快速的并且需要很少的努力。然而，图2A和图2B示出了CVT的横截面图，展示了驱动不足和驱动过度的概念。当CVT 10处于驱动不足时，行星件轮轴15处于某个倾斜角，使得输入速度(在输入牵引环26处观察到)大于输出速度(在输出牵引环28处观察到)，并且输入扭矩成比例地小于输出扭矩。当CVT 10处于驱动过度时，行星件轮轴15沿相反方向处于某个倾斜角，使得输入速度(在输入牵引环26处观察到)小于输出速度(在输出牵引环28处观察到)，并且输入扭矩大于输出扭矩。CVT设计的担心是由于卡住而导致的性能降低以及损坏，这在CVT处于或接近FUD或FOD并且变速器低于期望速度进行旋转时可能发生。
图3是定子的侧视图，展示了当CVT在向前方向上以极端倾斜角(例如，FUD或FOD)运行时的担忧区域。为了便于理解，仅描绘了定子32。然而，本文所描述的概念可以应用于定子32或定子34。当CVT 10的输入定子32逆时针旋转时，行星件轮轴15可接触输入定子32中的槽缝31的边缘37。当定子32顺时针旋转时，行星件轮轴15可以接触定子32中的槽缝31的边缘38。应注意的是，由于公差、制造中的变化、磨损或其他因素，并非所有的轮轴15都可以与相同的相应表面接触。使用图3所描绘的定子32，可能存在六个槽缝31。轮轴可以接触这六个表面37中的五个表面，并且第六个轮轴可以接触表面38。
当行星件轮轴15与CVT 10的纵向轴线平行或在与之(接近)平行的范围内时，可以独立于变速器的任何转速或扭矩来执行对轮轴的调整。然而，如果行星件轮轴15倾斜到该变速器的整个范围的终点，则轮轴端部15A或15B可以脱出或部分脱出定子槽缝31。如果行星件轮轴端部15A或15B脱出或部分脱出定子槽缝31或33，则可能发生卡住、和/或可能对行星件轮轴15、槽缝31的表面37或38、区域55、或定子槽缝31或33或定子32或34的一些其他部分造成损坏。在一种情况下，当自行车在FOD下操作并且骑车者没有施加动力时(例如，当沿着山坡向下行驶、以强顺风行驶、惯性滑行等时)，行星件轮轴15可以倾斜到某个角度，使得行星件轮轴15可能在区域57附近脱出。
图4A和图4B描绘了CVT 10在FOD下的一个实施例的透视图，示出了CVT 10中的行星件轮轴15可能如何具有从槽缝33中脱出的危险。
正时板槽缝的设计可能使卡住行为变得复杂。例如，根据CVT速度、行星件轮轴15的倾斜角和正时板36的设计，正时板36可以辅助调整速度比。然而，在某些操作条件下，正时板36可能干扰调整，使得区域55可能经历增大的磨损和疲劳，这可能导致破裂或失效。例如，如果当系统处于FOD(即，行星件轮轴15倾斜到极限角度)的情况下开始快速调整，则正时板滚轮43可能紧邻正时板槽42的开口上的相对大的半径，与此同时，轮轴盖44抵靠定子槽缝33的相对面39或40。作用在正时板滚轮43上的法向力的方向使CVT 10偏置成使得倾斜角(γ角)增大，而不是如所命令的那样减小。此外，轮轴盖44可以接触定子槽缝33的底部、并且致使轮轴15轴向平移以试图实现零偏斜条件。这种轴向移动产生了以下状况：允许正时板滚轮43在定子槽缝31附近开始对定子32的外边缘进行边缘加载。取决于调整比率的速度和可获得的调整力的量，轮轴盖44可以向定子槽缝33的外直径附近的表面38或39施加力。该力可能增大摩擦，由此增加热量或产生振动，这有可能损坏槽缝边缘37、38、39、或40。向输入驱动器施加扭矩可以将CVT 10解除卡住。然而，被损坏的槽缝边缘增大了抵靠其他部件而困住行星件轮轴15的一端15A或15B的可能性。输入驱动器上的突然负载可能会导致进一步的损坏，从而导致载体被破坏或者对该载体、行星件轮轴15或一些其他部件造成一些其他损坏。
为了克服先前途径的缺点并且为了总体上改善此类CVT10的性能，本文披露的实施例利用了与控制系统结合的机械构造和几何形状(每个都能够独立地防止卡住)以防止卡住。具体而言，本文披露的实施例包括用于防止轮轴15脱出或部分脱出定子槽缝31、33、或者对部件造成损坏的安排或构型。
输入定子32和输出定子34通常在与FOD和FUD相关联的极端角度下不经历等效的扭矩和应力。这样，在FUD或FOD下适应行星件轮轴15的输入定子32设计可能与在FOD或FUD下适应行星件轮轴15的输出定子34设计不同。
在一些实施例中，输入定子32可以被形成为具有比输出定子34更大的直径，使得槽缝31可以更长，以便在没有轮轴15脱出定子槽缝31的风险的情况下提供整个范围。如图5所描绘的，CVT 10可以被形成为使得输入定子32具有的外直径大于输出定子34的外直径。在一些实施例中，输入定子32可以被形成具有多个槽缝31，这些槽缝相对于输出定子34中的槽缝33径向地向内下陷(即，更深)。使定子32形成为具有过大的定子槽缝31确保了轮轴端部15A不能脱出定子槽缝31。本文披露的实施例可以通过使用具有较大直径的定子32来实现较大CVT的相同大小、重量或惯性益处。应注意的是，本文披露的实施例可以通过所选较大部件的各种几何形状来实现较大CVT的动力容量和范围。此外，本文披露的实施例允许用户手动控制CVT并且提供CVT的自动调整，而不必担心CVT卡住。
图6A-6B、图7A-7B和图8A-8B描述了具有不同径向尺寸的定子槽缝31的输入定子32的实施例，展示了用于各种CVT构型的设计。如图6B所描绘的，输入定子32可以多个槽缝31，这些槽缝径向地向内下陷到第一半径。如图7B和图8B所描绘的，输入定子32可以具有较大的外直径、并且可以具有多个定子槽缝31，这些定子槽缝径向地向内下陷到小于该第一半径的第二半径，使得这些定子槽缝31比定子槽缝33径向地向内延伸得更远。应注意的是，图7A-7B或图8A-8B所描绘的定子32不仅仅是图6A-6B所描绘的定子32的缩放版本。例如，无论输入定子32的外直径如何，中央孔52的直径、开口51相对于中央孔52的位置和大小、到切口53的径向距离、或其他结构可以不变。在其他实施例中，中央孔52、开口51相对于中央孔52的位置和大小、以及到切口53的径向距离可以不变，但是其他结构例如肋、肩台、切口、嵌条或类似物可以改变以适应可能的应力变化。
如果槽缝31或33被形成为端部封闭的槽缝，则轮轴端部15A或15B不能脱出，但CVT10的操作范围可能减小。在一些实施例中，定子槽缝31或33的轮廓可以被配置成端部开放的槽缝，以允许轮轴端部径向平移从而实现希望的速度比范围但是防止轮轴端部脱出定子槽缝31或33。如图9A和图9B所示，定子槽缝31或33可以形成为端部开放的槽缝，以允许获得最大的速度比范围，其中外部部分62比内部部分61更窄，以抑制轮轴端部脱出。内部部分61可以被形成为具有第一宽度W1以允许轮轴端部15A或15B(包括轮轴盖44(如果存在的话))在期望的操作范围内自由平移。外部部分62可以被形成为具有小于第一宽度W1的第二宽度W2。在一些实施例中，第二宽度W2小于轮轴端部15A或15B的直径。在一些实施例中，第二宽度W2小于轮轴盖44的直径。在一些实施例中，如图9A和图9B所描绘的，槽缝31在前导边缘37上包括隆起部63，以形成第二宽度W2。可以将隆起部形成为具有径向向内的表面，该表面具有的曲率半径与行星件轮轴15或轮轴盖44的半径基本上相同，以便允许获得行星件轮轴15的最大平移(并且因此CVT 10的最大操作范围)。在其他实施例中，定子槽缝31可以在尾部边缘(未示出)上被形成为具有隆起部63、或两个隆起部63的组合(每个边缘上一个)。此外，图9A和图9B描绘了多个隆起部63，这些隆起部具有在第一宽度W1与第二宽度W2之间的平滑或连续的过渡部。第一宽度W1与第二宽度W2之间的任何过渡部可以是弯曲的、倾斜的或阶梯形的。
图10描绘了输出定子34的侧视图。在一些实施例中，输出定子34可以在具有较大组装公差的组件中使用。输出定子34可以被形成为具有不对称边缘，以便为组装提供额外公差。例如，图10描绘了输出定子34的一个实施例，该输出定子具有接近一个、多个或全部定子槽缝33的径向外端的非切向边缘66。非切向边缘66可以是倾斜或弯曲的，使得边缘66与半径显著不同。非切向边缘66可以在铸造过程中形成、或者可以通过切割或以其他方式从输出定子34上去除材料而形成。非切向边缘66所形成的角度基于若干个因素，包括但不限于：行星件轮轴15的尺寸(包括轮轴盖44或正时板滚轮43的存在或不存在)、定子槽缝31的尺寸、和正时板36的尺寸。在一些实施例中，非切向边缘66可以在槽33的中心线处相对于定子34的圆周切线以大于3度的角度形成。在一些实施例中，可能需要大于6度的角度来为行星件轮轴15提供间隙，以便将其定位在CVT 10中，并且将轮轴端部15A和15B定位在定子槽缝31和33中。
正时板是另一个部件，该部件理想地改善CVT的性能、但在某些情况下具有阻碍性能或甚至造成CVT卡住或损坏的能力。正时板36在CVT 10的偏移中不起积极作用，因为定子槽缝31、33是轮轴15的主引导件，但是它可以用于限制，相对于其余行星件轮轴15的平均倾斜角而言，任何单个行星件轮轴15可能具有的倾斜角误差。当通过CVT 10向后驱动扭矩时，正时板36是特别有用的，由此由于轮轴15的偏移量变化，正时板36防止发生卡住情况。正时板36可以是具有径向引导槽缝45的自由转盘并且可以轴向地放置在定子盘32、34之间或其外。正时板36可以通过直接联接至定子盘32、34上、或经由某个同样相对于定子盘32或34接地元件(未示出)而接地。在一些实施例中(未示出)，正时板36可以与定子盘32或34反正时，该正时板通过将其联接至相对定子盘32、34上的齿轮机构而与之相邻。行星件轮轴15中的每一个延伸穿过正时板36的槽缝45并接合定子引导槽缝31、33。正时板槽缝45的公差允许定子引导槽缝31、33成为行星件轮轴15的主要对准特征。
图11A描绘了正时板36的一个实施例的侧视图，并且图11B描绘了正时板36的部分特写侧视图。正时板36具有多个正时板槽缝45，这些正时板槽缝被配置成与定子槽缝31、33相协作以控制行星件轮轴15。然而，当轮轴端部15A或15B位于定子槽缝31或33的径向外端附近时，存在以下可能性：由正时板槽缝45施加的力可以使轮轴15偏置离开定子槽缝31或33。在一些实施例中，正时板槽缝45被形成为具有半径减小的拐角48。减小槽缝45的拐角半径可以确保，行星件轮轴15不会滚上和滚过拐角48，即，它们不会从槽缝45中脱出，这可以防止轮轴盖44对定子槽缝31或33进行边缘加载。
在行星件速度为零时，不会产生引起γ角变化的偏斜力。随着β角(即，一个定子盘32、34相对于另一个的相对角位置)改变，行星件轮轴15偏斜，直至正时板滚轮43接触正时板槽缝45，从而在行星件轮轴15上产生剪切动作。如果摩擦力足够高，则行星件轮轴15不能沿着剪切面(即表面37、38或41)滑动，从而致使CVT 10卡住。正时板槽缝45可以被抛光或者以其他方式具有表面光洁度以减少摩擦。减少正时板槽缝45中的摩擦减少了卡住的可能性。在一些实施例中，槽缝45可以被机加工、抛光或以其他方式被形成为具有的表面光洁度小于定子槽缝31或33的表面光洁度。例如，正时板36可以被形成有多个正时板槽缝45，这些正时板槽缝具有小于2纳米、小于1.5纳米或小于1.2纳米的表面光洁度。
除了CVT设计之外，行星件11的转速可能影响卡住。例如，在偏斜控制系统中偶尔存在的摩擦力、定子或正时板的几何形状、与定子或正时板接触的轮轴端部之间的摩擦力等可能致使处于或接近零速度时发生卡住。本文披露的实施例还可以控制调整速率，这可以消除这样的卡住。
在非对称偏斜系统中，牵引力、轮轴端部的力、和环旋转中的任一种或组合产生γ调整速率。如果系统在没有输入扭矩或旋转的情况下偏斜，则行星件轮轴将偏斜而不进行γ调整。一旦正时滚轮由于摩擦力和缺少γ调整力而与正时板接触，调整系统就可能卡住。出于同样的原因施加极少扭矩或没有扭矩时，也可能在低速下发生卡住。γ角改变的速率与行星速度和环26、28上的扭矩直接相关。γ角越落后于β角，卡住的可能性越大。在一些实施例中，为了使正时滚轮与正时板的接触最小化，β调整速率需要与γ调整速率紧密匹配。
可以实施位置控制器来将CVT调整到希望的β角。该控制器可以向驱动器施加扭矩以实现特定的β角。所施加的扭矩可能受限于马达失速扭矩。可以添加β止挡件来限制β角。在一些实施例中，可以实施β止挡件来将β角限制在-5度至+6度之间的角度。实施例可以包括固件或某种其他有形介质，包括存储器、处理器和用于控制比率调整速率的一组指令。图12描绘了展示一种用于控制比率调整速率的方法的流程图。
在步骤1205和1208中，根据传感器确定与CVT 10相关的输入和输出速度。
在步骤1210中，确定最大比率调整速率。确定最大比率调整速率可以通过使用来自各个传感器的输入信号的算法以计算理论最大比率调整速率来实现，可以通过经验测试并且随后将预测的最大比率调整速率存储到表中，或通过某种组合来实现。
在步骤1212中，例如通过从控制器接收信号来确定希望的比率调整速率。在一些实施例中，用户可以扭转手柄或以其他方式尝试手动施加希望的比率调整速率。传感器可以基于手柄的角位移来确定希望的比率调整速率。
在步骤1214中，将希望的比率调整速率与最大比率调整速率进行比较。最大调整速率可以存储在存储器中或者可以连续计算。
在步骤1216中，如果希望的比率调整速率大于最大比率调整速率，则比率调整速率保持为当前的比率调整速率。替代地，在步骤1218中，如果希望的比率调整速率大于最大比率调整速率，则将该比率调整速率调整成约等于最大比率调整速率。
在步骤1220中，如果希望的比率调整速率小于最大比率调整速率，则将该比率调整速率调整成希望的比率调整速率。
图13A、图13B、图13C和图13D描绘了用于确定最大比率调整速率的各种解决方案。如图13A所示，可以针对以不同比率运行的给定CVT来计算最大比率调整速率。所计算的最大比率调整速率可以是基本上线性的、或者可以是曲线的，例如递增的或递减的比率调整速率。如果比率与比率调整速率之间存在线性关系，则计算比率调整速率可以是优选的。如果比率与比率调整速率之间存在非线性关系，则用于确定比率调整速率的查找表可以是优选的。可以基于CVT的传动比来确定调整速率。如图13B所描绘的，比率调整速率对应于传动比。此外，如图13B所描绘的，最大比率调整速率可以被表示为一系列范围。在第一范围(从FUD到接近1:1)内，最大比率调整速率可以是第一速率1310。在第二范围(从该范围的驱动不足侧上的接近1:1到该范围的驱动过度侧上的接近1:1)时，最大比率调整速率可以是第二速率1320。在第三范围(从1:1到FOD附近)内，最大比率调整速率可以是第三速率1330。此外，在一些情况或构型中，卡住状况的存在可以取决于变速器的旋转方向。还可以基于其他因素来确定最大调整速率。如图13C和图13D所描绘的，可以针对多个负载来确定多个数据结构。图13C描绘了用于确定在不同负载下的最大调整速率的多个数据结构。这个过程可以适用于基于负载存在线性关系的CVT或操作。图13D描绘了存储多条曲线的单一数据结构。注意到，在图13D中，如果CVT具有较高的负载，则可能在第一方向(例如，从FUD到FOD)上产生较低的最大调整速率1350，但可能在第二方向(例如，从FOD到FUD)上产生较高的最大调整速率1354。替代地，实施例可以选择用于升挡和降挡两者的混合调整速率1352。因此，根据运输多少负载，可以参考不同的表或其他数据结构来确定最大比率调整速率。
本文披露的实施例可以根据操作模式来实施一个或多个控制策略。例如，在涉及自行车的应用中，当骑行者踩踏自行车时，可以是第一操作模式，并且当骑行者没有踏板时可以是第二操作模式，或者当传动比是例如由确定目标传动比的控制器自动控制时可以是第一操作模式，并且当用户想要手动控制变速器时，可以是第二操作模式。图14示出了流程图，示出了当骑行者踩踏时用于调整CVT的系统和方法。
框1410、1412、1414、1416、1418、1420、1422、1424、1428、1430、和1436可以代表可用于当骑行者踩踏板时操作变速器的系统的多个部分或控制回路中的多个步骤，并且传动比的调整由控制器自动且连续控制。
在步骤1410中，实施例可以确定自行车是否正在移动。车轮速度传感器可以在自行车上相对于前车轮或后车轮定位。在一些实施例中，机械、电或磁(包括一些变体、例如电磁)传感器可以提供车轮速度(本文中称为ωw或Ww)。在一个实施例中，可以使用霍尔效应传感器来确定车轮速度。该传感器可以通信地联接到控制器上。在一些实施例中，该传感器可以处理任何信号以确定车轮速度。在其他实施例中，该传感器可以向控制器提供任何信号，并且该控制器可以处理任何信号以确定车轮速度。
在步骤1412中，可以请求踏频。请求车轮踏频可以涉及用户通过在通信地联接至控制器的图形用户界面(GUI)中输入踏频而请求特定的踏频或某个范围的踏频。
在步骤1414中，可以计算踏板速度或踏频(本文中称为ωp或Wp)。计算车轮踏频可以涉及控制器使用车轮速度(如从车轮速度传感器接收到的，如基于车辆速度和车轮半径等确定的)以及前齿轮相对于后齿轮的比率。在一些实施例中，该比率可以基于前齿轮上的齿数和后轮上的齿数、前环直径和后钝齿轮直径等来确定。在一些实施例中，可以基于以下等式来确定踏频(ωp)：
ωp＝ωc*Tf/Tr
其中ωp是踏频，ωc(或Wc)是后齿轮的转速，Tf是前环(通常也称为前曲柄)上的齿数，并且Tr是后环(通常也称为后钝齿轮)上的齿数。在步骤1416中，可以使计算出的车轮踏频值通过诸如低通滤波器(LPF)等滤波器。
在步骤1418中，可以将所请求的踏频和实际踏频的值进行比较。在一些实施例中，可以使用求和函数来计算误差值。
如果误差值不为零，则系统将能够不断尝试调整CVT。这可能会导致马达温度升高或马达的电池功率消耗增大等问题。实施例可以包括用于净化信号并且改善系统性能的额外功能或功能性。在步骤1420中，可以确定死区。控制器可以基于以下各项来确定死区：自行车速度、所请求的踏频、车轮速度、马达额定值、马达占空比、从电池中汲取的电流、来自电池/马达的电力输入、或某个其他因素。在步骤1422中，将在位于由该死区限定的取值范围内的任意踏频值改变为0。步骤1420和1422可以降低可能需要调整CVT的频率，这可以增大系统的寿命、改善电池的范围、增加诸如马达等部件的寿命等。步骤1420和1422的一部分可由控制器来执行。
在步骤1424中，可以操作马达驱动器来实现所请求的踏频。马达驱动器可以联接至活塞、凸轮、或用于调整CVT的传动比的某种其他机构上。在一些实施例中，马达驱动器可以被配置为用于调整倾斜角或者调整能够调整倾斜角的偏斜角。马达驱动器可以被配置成根据占空比来操作马达。在步骤1428中，联接至马达驱动器上的马达可以调整CVT的传动比。电机驱动器可以在时间段的0到100％之间以某个比率提供信号。在一些实施例中，可以由该马达来调整旋转编码器位置。
实施例可以确定何时操作该控制系统。在步骤1410中，可以确定车轮速度(ωw)。控制器可以确定自行车是否在高于阈值运行。例如，可以将20转/分钟(RPM)的阈值存储在存储器中。移动检测功能可以接收、截取、或以其他方式获得当前车轮速度(ωw)的值并将该值与20RPM进行比较。如果当前车轮速度等于或大于阈值，则可以向马达驱动器发送信号(例如，标志)，以允许该马达驱动器操作该马达。如果当前车轮速度值小于阈值，则不允许马达驱动器操作该马达。在步骤1436中，控制器确定是否应允许马达驱动器驱动该马达。如果确定自行车高于阈值，则实施例可以采用第二控制回路。在步骤1430中，确定当前的旋转编码器位置。可以使用旋转编码器位置来确定β角(即，CVT中的两个定子盘之间的相对旋转)。β角度可以致使行星球式CVT中的多个轮轴具有偏斜角。偏斜角致使CVT具有倾斜角或γ角。
上述步骤可以用于在骑行者踩踏板时控制自行车中的CVT。然而，有时候骑行者在滑行或没有踩踏板。这可能会造成以下情况：CVT具有处于不希望的传动比下的风险。例如，用户可以以最高传动比(也称为完全驱动过度或“FOD”)骑行并且接着停止踩踏、滑行至停止。当用户开始踩踏板时，CVT可能仍然处于FOD状态，并且骑行者为了使自行车加速而施加的扭矩将超过所希望的阈值。相应地，本文披露的实施例可以在检测到骑行者没有踩踏板时执行能够调整传动比的控制方案，使得当用户再次开始踩踏踏板时，CVT将处于合适的传动比。替代地，可能存在用户可能希望手动控制CVT的情况。图15描绘了示意图，示出了在滑行、或在骑行者提供最小(包括零)输入动力或手动控制传动比的其他操作期间，用于控制CVT的传动比的系统和方法。
框1502、1506、1507、1513、1518、1520、1522、1524、1528、1530、和1536可以代表可用于根据手动控制来操作变速器的系统的多个部分或控制回路中的多个步骤。
在步骤1502中，控制器可以接收所请求的比率。所请求的比率可以由用户输入，例如通过扭转把手、使用GUI输入某个值、按下按钮、或其他输入机构。
在步骤1506中，控制器可以接收、请求或以其他方式获得关于所请求的比率的信息。在一些实施例中，界面可以被配置成用于接收信息并且根据该信息来确定用户正想要手动地调整变速器。
在步骤1507中，控制器接收与所请求的比率有关的信息。使用这个信息，控制器可以提供传动比的估计值。在位置与传动比之间的关系是非线性的系统中，控制器可以参考存储在存储器中的查找表或其他数据结构来提供传动比的估计值。
在步骤1510中，实施例可以确定自行车正在移动。车轮速度传感器可以在自行车上相对于前车轮或后车轮定位。在一些实施例中，机械、电或磁(包括一些变体、例如电磁)传感器可以提供车轮速度(ωw)。在一个实施例中，可以使用霍尔效应传感器来确定车轮速度。该传感器可以通信地联接到控制器上。在一些实施例中，该传感器可以处理任何信号以确定车轮速度。在其他实施例中，该传感器可以向控制器提供任何信号，并且该控制器可以处理任何信号以确定车轮速度。
在步骤1511中，控制器可以基于车轮速度(ωw)来确定速率极限值。可以将用车轮速度(ωw)计算出的极限值用作旋转编码器或其他致动器部件的位置的极限值。
在步骤1513中，控制器可以接收位置参考值和速率极限值、并且可以提供最大传动比调整速率。在一些实施例中，速率极限值可以受限于通过了速率限制功能的值，例如关于步骤1511所描述的。
在步骤1518中，可以将所请求的踏频和实际踏频的值进行比较。在一些实施例中，可以使用求和函数来计算误差值。如果误差值不为零，则系统将能够不断尝试调整CVT。这可能会，除了其他问题之外，导致马达机温度升高或马达的电池功率消耗增大等问题。实施例可以包括用于净化信号并且改善系统性能的额外功能或功能性。在步骤1520中，可以确定死区。控制器可以基于以下各项来确定死区：自行车速度、所请求的踏频、车轮速度、马达额定值、马达占空比、从电池中汲取的电流、来自电池/马达的电力输入、或某个其他因素。在步骤1522中，将在位于由该死区限定的取值范围内的任意踏频值改变为0。步骤1520和1522可以降低可能需要调整CVT的频率，这可以增大系统的寿命、改善电池的范围、增加诸如马达、电缆、电池或其他类似物的部件的寿命等。步骤1520和1522的一部分可由控制器来执行。
在步骤1524中，可以操作马达驱动器来实现所请求的踏频。马达驱动器可以联接至活塞、凸轮、或用于调整CVT的传动比的某种其他机构上。在一些实施例中，马达驱动器可以被配置为用于调整倾斜角或者调整能够调整倾斜角的偏斜角。马达驱动器可以被配置成根据占空比来操作马达。在步骤1528中，联接至马达驱动器上的马达可以调整CVT的传动比。电机驱动器可以在时间段的0到100％之间以某个比率提供信号。在一些实施例中，可以由该马达来调整旋转编码器位置。
在步骤1530中，确定当前的旋转编码器位置。可以使用旋转编码器位置来确定β角(即，CVT中的两个定子盘之间的相对旋转)。β角度可以致使行星球式CVT中的多个轮轴具有偏斜角。偏斜角致使CVT具有倾斜角。实施例可以确定何时操作该控制系统。在步骤1510中，可以确定车轮速度(ωw)。在步骤1532中，控制器可以确定自行车是否高于阈值运行。例如，可以将20转/分钟(RPM)的阈值存储在存储器中。移动检测功能可以接收、截取、或以其他方式获得当前车轮速度(ωw)的值并将该值与20RPM进行比较。如果当前车轮速度等于或大于阈值，则可以向马达驱动器发送信号(例如，标志)，以允许该马达驱动器操作该马达。如果当前车轮速度值小于阈值，则不允许马达驱动器操作该马达。在步骤1536中，控制器确定是否应允许马达驱动器驱动该马达。
框1504、1505、1506、1507、1513、1518、1520、1522、1524、1528、1530、和1536可以代表可用于根据手动控制来操作变速器的系统的多个部分或控制过程中的多个步骤。
在步骤1504中，控制器可以请求、接收或以其他方式获得所请求的比率的指示。在步骤1505中，控制器可以基于车轮速度(ωw)和Tf/Tr的比率来计算传动比。
在步骤1506中，控制器可以接收、请求或以其他方式获得关于所请求的比率的信息。在一些实施例中，界面可以被配置成用于接收信息并且根据该信息来确定用户正在滑行。
在步骤1507中，控制器接收与所请求的比率有关的信息。使用这个信息，控制器可以提供传动比的估计值。在位置与传动比之间的关系是非线性的系统中，控制器可以参考存储在存储器中的查找表或其他数据结构来提供传动比的估计值。
在步骤1510中，实施例可以确定自行车正在移动。车轮速度传感器可以在自行车上相对于前车轮或后车轮定位。在一些实施例中，机械、电或磁(包括一些变体、例如电磁)传感器可以提供车轮速度(ωw)。在一个实施例中，可以使用霍尔效应传感器来确定车轮速度。该传感器可以通信地联接到控制器上。在一些实施例中，该传感器可以处理任何信号以确定车轮速度。在其他实施例中，该传感器可以向控制器提供任何信号，并且该控制器可以处理任何信号以确定车轮速度。
在步骤1511中，控制器可以基于车轮速度(ωw)来确定速率极限值。可以将用车轮速度(ωw)计算出的极限值用作旋转编码器或其他致动器部件的位置的极限值。
在步骤1513中，控制器可以接收位置参考值和速率极限值、并且可以提供最大传动比调整速率。在一些实施例中，速率极限值可以受限于通过了速率限制功能的值，例如关于步骤1511所描述的。
在步骤1518中，可以将所请求的踏频和实际踏频的值进行比较。在一些实施例中，可以使用求和函数来计算误差值。如果误差值不为零，则系统将能够不断尝试调整CVT。这可能会，除了其他问题之外，导致马达机温度升高或马达的电池功率消耗增大等问题。实施例可以包括用于净化信号并且改善系统性能的额外功能或功能性。在步骤1520中，可以确定死区。控制器可以基于以下各项来确定死区：自行车速度、所请求的踏频、车轮速度、马达额定值、马达占空比、从电池中汲取的电流、来自电池/马达的电力输入、或某个其他因素。在步骤1522中，将在位于由该死区限定的取值范围内的任意踏频值改变为0。步骤1520和1522可以降低可能需要调整CVT的频率，这可以增大系统的寿命、改善电池的范围、增加诸如马达等部件的寿命等。步骤1520和1522的一部分可由控制器来执行。
在步骤1524中，可以操作马达驱动器来实现所请求的踏频。马达驱动器可以联接至活塞、凸轮、或用于调整CVT的传动比的某种其他机构上。在一些实施例中，马达驱动器可以被配置为用于调整倾斜角或者调整能够调整倾斜角的偏斜角。马达驱动器可以被配置成根据占空比来操作马达。在步骤1528中，联接至马达驱动器上的马达可以调整CVT的传动比。电机驱动器可以在时间段的0到100％之间以某个比率提供信号。在一些实施例中，可以由该马达来调整旋转编码器位置。
在步骤1530中，确定当前的旋转编码器位置。可以使用旋转编码器位置来确定β角(即，CVT中的两个盘之间的相对旋转)。β角度可以致使行星球式CVT中的多个轮轴具有偏斜角。偏斜角导致CVT具有使该CVT的比率偏移的倾斜角。实施例可以确定何时操作该控制系统。在步骤1510中，可以确定车轮速度(ωw)。在步骤1532中，控制器可以确定自行车是否正在高于阈值运行。例如，可以将20转/分钟(RPM)的阈值存储在存储器中。移动检测功能可以接收、截取、或以其他方式获得当前车轮速度(ωw)的值并将该值与20RPM进行比较。如果当前车轮速度等于或大于阈值，则可以向马达驱动器发送信号(例如，标志)，以允许该马达驱动器操作该马达。如果当前车轮速度值小于阈值，则不允许马达驱动器操作该马达。在步骤1536中，控制器确定是否应允许马达驱动器驱动该马达。
在本披露中描述的实施例允许CVT制造商构建、组装和控制具有较小大小、重量和惯性的CVT，同时仍然提供与现有途径相同或更高的动力容量，并且不存在相关联的卡住或损坏CVT或部件的风险。应注意的是，可以根据需要来实现本文所描述的特征。换言之，一些实施例可以使用仅控制调整速率的算法、仅经修改的正时板、仅经修改的输入定子或仅经修改的输出定子来操作以避免卡住，而其他实施例可以使用控制算法、经修改的正时板、经修改的输入定子和经修改的输出定子中的任意两种或更多种的组合。
应该指出，以上说明已经为某些部件或子组件提供了尺寸。提供所提及的尺寸或尺寸范围是为了进一步描述某些实施例。然而，在此说明的这些发明的范围应仅由权利要求书的语言来确定，并且因此，所提到的这些尺寸都不应被认为是对这些本发明实施例的限制，唯一例外的是，任何一项权利要求使得特定的尺寸、或其范围成为该权利要求的特征。
以上说明详述了本发明的某些特定实施例。然而应理解，无论以上内容在文字上如何详尽，本发明仍可以通过多种方式来实施。如同样在以上陈述的，应该指出，在对本发明某些特征或方面进行说明时所使用的具体术语不应被认为是暗示了该术语在此被重新定义为应局限于包括与该术语相关联的本发明的这些特征或方面中的任何特定的特征。
Claims (8)
1.一种用于具有多个可倾斜行星组件的无级变速器的定子，每个可倾斜行星组件包括行星件和行星件轮轴，其中倾斜所述行星件轮轴改变所述无级变速器的传动比，所述定子包括：
多个偏置引导槽缝，每个所述偏置引导槽缝构造成用于接纳具有一定直径的行星件轮轴的端部，每个偏置引导槽缝相对于定子的径向方向偏置，每个偏置引导槽缝包括：
与所述行星件轮轴的所述端部相接触的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面由第一宽度分开，以便基于所述行星件轮轴的直径形成希望的间隙宽度；以及
第三表面，所述第三表面从所述第一表面和第二表面径向地向内定位以用于限制所述行星件轮轴的所述端部的行进，其中所述偏置引导槽被形成为在径向向外的开口处具有第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度，所述第二宽度由在所述偏置引导槽的第一表面和/或第二表面上的隆起部形成；
其中，所述隆起部具有径向向内的曲率并且所述隆起部具有基本上等于所述行星件轮轴的半径的曲率半径。
2.如权利要求1所述的定子，其中，所述第一表面、所述第二表面、所述第三表面以及所述隆起部形成连续表面。
3.一种用于具有多个可倾斜行星组件的无级变速器的定子组件，每个可倾斜行星组件包括行星件和行星件轮轴，其中倾斜所述行星件轮轴改变所述无级变速器的传动比，所述定子组件包括：
第一定子，所述第一定子包括：
多个偏置引导槽缝，每个偏置引导槽缝构造成用于接纳具有一定直径的行星件轮轴的第一端部，每个偏置引导槽缝相对于定子的径向方向偏置，每个偏置引导槽缝包括：
与所述行星件轮轴的所述第一端部相接触的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面由第一宽度分开以形成径向开口并且基于所述行星件轮轴的直径形成希望的间隙宽度；以及
第三表面，所述第三表面从所述第一表面和第二表面径向地向内定位以用于限制所述行星件轮轴的所述第一端部的行进，其中，所述偏置引导槽缝形成为在径向向外的开口处具有第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度；以及
第二定子，所述第二定子包括：
多个径向引导槽缝，每个径向引导槽缝构造成用于接纳具有一定直径的行星件轮轴的第二端部，每个径向引导槽缝包括：
与所述行星件轮轴的所述第二端部相接触的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面由第一宽度分开，以便基于所述行星件轮轴的直径形成希望的间隙宽度；以及
第三表面，所述第三表面从所述第一表面和第二表面中径向地向内定位以用于限制所述行星件轮轴的所述第二端部的行进，其中所述第一定子的直径大于所述第二定子的直径。
4.如权利要求3所述的定子组件，其中，所述径向引导槽缝被形成为在径向向外的开口处具有第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度。
5.如权利要求4所述的定子组件，其中，所述第二宽度小于所述行星件轮轴的直径。
6.如权利要求3所述的定子组件，其中，所述第二定子中的每个径向引导槽的内直径从所述第一定子的每个偏置引导槽缝的内直径径向地向内延伸。
7.如权利要求3所述的定子组件，还包括：介于多个行星件与所述第一定子之间的正时板，所述正时板具有由第一正时槽缝表面和第二正时槽表面形成的多个正时槽缝。
8.如权利要求7所述的定子组件，其中，所述第一定子的外直径大于所述正时板的外直径。
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