CN115962262A - 通用动力调制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用动力调制器，包括：可变力倍增器，其包括：与调制器输入端连接的太阳齿轮（1），浮动齿圈（4），与太阳齿轮（1）和浮动齿圈（4）啮合的第一组多个互连小齿轮（2），其中第一组多个互连小齿轮（2）与调制器输出端连接；力反应器，其包括：太阳齿轮（1），浮动齿圈（4），第二组多个互连小齿轮（3），第二组多个互连小齿轮（3）与太阳齿轮（1）和浮动齿圈（4）啮合；回转运动促动器，其包括：太阳齿轮（1），固定齿圈（7），第三组多个互连小齿轮（6），第三组多个互连小齿轮（6）与太阳齿轮（1）和固定齿圈（7）啮合，第三组多个互连小齿轮（6）与第二组多个互连小齿轮（3）通过扭矩限制器（5）连接。

Description

通用动力调制器

技术领域

本发明涉及一种动力传输装置，更具体地，本发明涉及一种通用动力调制器（Universal Power Modulator，或UPM）。

背景技术

连续可变传输装置和无级变速传输装置在汽车工业以及涉及动力传动系统的各种行业中广泛使用。在现有技术中，力（扭矩）传输的连续可变传输通常通过使用皮带、链条或滚子作为传输接口，而实现无限输入到输出速度比的无级变速传输依赖于由计算机/液压应用程序控制的锥形装置组，从而实现更宽范围的力传输。

现有技术中的这些传输装置在换档时需要指令/操作程序。也即是说，对于现有技术中的这些传输装置，当负载状况发生变化时，它们需要驾驶员的注意或操作才能实现换档，而不能自发运行。

因而，存在对能够实现无论负载状况如何变化都能自发运行而不需要驾驶员的注意或操作的动力传输装置的需要。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种新型的通用动力调制器。

更具体地，本发明的通用动力调制器是一种纯机械结构，由三组行星齿轮组件同心对齐联接并制成两级。通用动力调制器安装在发动机/马达后端处的前进/后退离合器之后。从发动机施加的动力同时传输到两级。当发动机/马达运行时，在第二级，反作用力生成效应从通过回转运动促动器、扭矩限制器和力反应器的一系列动作而发生，以施加反作用力从而抑制浮动齿圈的运动。反作用力从第二级传输到第一级，在那里结合来自太阳齿轮的驱动力，执行双杠杆作用。与传统行星齿轮组件传动中的单杠杆作用相比，本发明的通用动力调制器中的可变力倍增效应，导致受力和速度的相互关系影响的综合动力，从而及时提供足够的动力来驱动行星齿轮组件抵抗负载以调制速度回转。由于扭矩限制器的打滑作用，如果路面状况出现突然的颠簸，它可以减轻对发动机/马达的力冲击。无论负载的大小还是方向发生变化，本发明的通用动力调制器都会同时且对应地自动反应，以调节综合动力，以保持车辆以有效和适度的方式移动。只要车辆向前行驶，无论是向上还是向下，本发明的通用动力调制器都会像差速器在车辆的车轴上运行一样自发地响应，而不会引起驾驶员的额外注意，因为驾驶员会以其常规体验进行驾驶。

在本发明的通用动力调制器中，应用了一些非凡的机械效应，该通用动力调制器的运行符合经典力学定律，即能量守恒定律、杠杆原理和牛顿运动定律。可变力倍增效应来自于基于行星齿轮结构而特别配置的双驱动系统。在承受大负载时，允许双动力驱动小齿轮以合成运动回转，从而以降低回转速度为代价产生较大的力（即，力=1/速度），以便自动、无级、连续地克服负载，且无论负载如何变化。反作用力生成效应来自基于行星齿轮结构与牵引介质的特殊配置的组合系统。反作用力相对于外力同时出现，呈现预定大小的推力，以抑制浮动齿圈由外力驱动的运动。本发明的通用动力调制器结合以上各种效应，该通用动力调制器使自己能够以连续可变模式感知负载变化并产生足够强度的驱动力。

技术方案1. 一种通用动力调制器，包括：

调制器输入端；

调制器输出端；

可变力倍增器，所述可变力倍增器包括第一行星齿轮组件，所述第一行星齿轮组件包括：

太阳齿轮，所述太阳齿轮与所述调制器输入端连接，

浮动齿圈，

第一组多个互连小齿轮，所述第一组多个互连小齿轮与所述太阳齿轮和所述浮动齿圈啮合，其中所述第一组多个互连小齿轮与所述调制器输出端连接；

力反应器，所述力反应器包括第二行星齿轮组件，所述第二行星齿轮组件包括：

所述太阳齿轮，

所述浮动齿圈，

第二组多个互连小齿轮，所述第二组多个互连小齿轮与所述太阳齿轮和所述浮动齿圈啮合；

回转运动促动器，所述回转运动促动器包括第三行星齿轮组件，所述第三行星齿轮组件包括：

所述太阳齿轮，

固定齿圈，

第三组多个互连小齿轮，所述第三组多个互连小齿轮与所述太阳齿轮和所述固定齿圈啮合，其中所述第三组多个互连小齿轮与所述第二组多个互连小齿轮通过扭矩限制器连接。

技术方案2. 根据技术方案1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述可变力倍增器可根据负载状况而在单杠杆作用模式和双杠杆作用模式之间切换。

技术方案3. 根据技术方案2所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力的方向相同时，所述可变力倍增器处于单杠杆作用模式。

技术方案4. 根据技术方案2所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力的方向相反且在预定值以下时，所述可变力倍增器处于单杠杆作用模式。

技术方案5. 根据技术方案2所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力的方向相反且超过预定值时，所述可变力倍增器处于双杠杆作用模式。

技术方案6. 根据技术方案5所述的通用动力调制器，其特征在于，所述可变力倍增器具有可变的力倍增系数，所述力倍增系数是指输出力与驱动力之比。

技术方案7. 根据技术方案6所述的通用动力调制器，其特征在于，所述力倍增系数为2v₂/（v₁-v₂），其中v₁是所述太阳齿轮的外边缘处的线速度，且v₂是所述第一组多个互连小齿轮的外边缘处的自旋线速度。

技术方案8. 根据技术方案1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述第三组多个互连小齿轮的回转运动的线速度是所述太阳齿轮的外边缘处的线速度的一半。

技术方案9. 根据技术方案1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述浮动齿圈可根据负载状况而静止和旋转运动之间切换。

技术方案10. 根据技术方案9所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载在预定值以下时，无论负载方向与驱动力的方向相同还是相反，所述浮动齿圈静止。

技术方案11. 根据技术方案9所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力的方向相反且超过预定值时，所述浮动齿圈发生旋转运动，旋转方向与所述第一组多个互连小齿轮的回转方向相反，且旋转运动的速度随着负载增大而增大。

技术方案12. 根据技术方案9所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力的方向相同且超过预定值时，所述浮动齿圈发生旋转运动，旋转方向与所述第一组多个互连小齿轮的回转方向相同，且旋转运动的速度随着负载增大而增大。

技术方案13. 根据技术方案1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述扭矩限制器包括驱动侧盘和从动侧盘，且所述扭矩限制器构造成在所述驱动侧盘和所述从动侧盘之间的力差在预定值以下时不滑动，且在所述驱动侧盘和所述从动侧盘之间的力差超过预定值时发生滑动。

技术方案14. 根据技术方案13所述的通用动力调制器，其特征在于，所述扭矩限制器是同步磁类型的扭矩限制器。

技术方案15. 根据技术方案14所述的通用动力调制器，其特征在于，在所述同步磁类型的扭矩限制器中，所述驱动侧盘包括嵌有多个磁铁的非铁盘支架，所述从动侧盘为铁质结构。

技术方案16. 根据技术方案13所述的通用动力调制器，其特征在于，所述扭矩限制器是机械式的扭矩限制器。

技术方案17. 根据技术方案16所述的通用动力调制器，其特征在于，所述机械式的扭矩限制器是摩擦式扭矩限制器。

技术方案18. 根据技术方案17所述的通用动力调制器，其特征在于，在所述摩擦式扭矩限制器中，所述驱动侧盘和所述从动侧盘分别包括相互交错放置的两组盘，且摩擦材料为钢和铜铅合金的组合。

技术方案19. 根据技术方案16所述的通用动力调制器，其特征在于，所述机械式的扭矩限制器是滚珠式扭矩限制器或滚柱式扭矩限制器。

技术方案20. 根据技术方案1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述通用动力调制器在发动机施加即时功率的情况下，自发连续反应，以纯力学为基础，根据即时物理需求对力和速度进行大范围调制。

技术方案21. 根据技术方案1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述可变力倍增器构成所述通用动力调制器的第一级，且所述力反应器、所述回转运动促动器和所述扭矩限制器构成所述通用动力调制器的第二级。

根据本发明的实施例实现了新型的通用动力调制器及其操作。与现有技术相比，本发明的通用动力调制器及其操作的有益技术效果如下：

1）本发明的技术方案是连续可变传输领域中长期追求的理想解决方案，突破经典机械技术，可变力倍增效应与反作用力生成效应相结合，使得本发明的通用动力调制器在机械动力传输中高效且智能，在自动切换不同驱动模式时尤其显得突出；

2）结构简单，制造成本低，维护费用少，这些都是倡导作为全球环保趋势的绿色理念的先决条件；

3）结构紧凑，重量轻，纯齿轮永久啮合结构可大幅降低齿轮的磨损情度，从而提高齿轮的工作寿命，使得本发明的通用动力调制器全自动运行且可靠高效；

4）由本发明的通用动力调制器的力限制效应可以保护发动机/驱动马达免受路面颠簸引起的冲击。

附图说明

以下参考附图并结合实施例来具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将更加明显，其中，附图所示的内容仅用于对本发明进行解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，附图仅是示意性的，并非严格地按比例绘制。在所有附图中，相同的参考标号表示相同或相似的部分，其中：

图1示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的传动示意图；

图2示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的可变力倍增器的工作原理示意图；

图3示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的力反应器的工作原理示意图；

图4示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的回转运动促动器的结构示意图；

图5示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的扭矩限制器的结构示意图；

图6示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的原型机的照片。

具体实施方式

将在下面描述本发明的一个或多个具体实施例。为了致力于提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须进行许多针对实施方式的决定来实现开发者的具体目标，诸如符合与系统有关和与商业有关的约束，约束可能从一个实施方式到另一个实施方式而改变。此外，应当理解，这种开发努力可能是复杂和耗时的，但对于具有本公开的益处的普通技术人员而言，将不过是设计、加工和制造的例行工作。

本发明涉及一种通用动力调制器，其起到调制器输入端和调制器输出端的接口作用。本发明的通用动力调制器具有独特的机理，在负载大小或方向发生变化时呈现机械智能。更具体地，本发明的通用动力调制器在发动机施加即时功率的情况下，自发连续反应，以纯力学为基础，根据即时物理需求对力和速度进行大范围调制，以合理的方式输出合力。在功率一定的情况下，随着过载的出现，输出力的强度会增加，但会损失小齿轮的回转速度，反之亦然。驾驶员可根据车辆的实际速度判断来调节加速器，经历与一般驾驶无异的体验。与一般的无级变速传输装置（采用半径差异化的方法来获得可变扭矩）相比，本发明的通用动力调制器对行星齿轮组件的小齿轮采用双杠杆驱动方法。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的传动示意图。参考图1，通用动力调制器起到调制器输入端和调制器输出端的接口作用。在根据本发明的一种实施例中，通用动力调制器包括可变力倍增器、力反应器、扭矩限制器和回转运动促动器，以实现动力从调制器输入端到调制器输出端的传输。

在根据本发明的一种实施例中，可变力倍增器包括第一行星齿轮组件，第一行星齿轮组件包括：太阳齿轮1，太阳齿轮1与调制器输入端连接；浮动齿圈4；以及第一组多个互连小齿轮2，第一组多个互连小齿轮2与太阳齿轮1和浮动齿圈4啮合，其中第一组多个互连小齿轮2与调制器输出端连接。另外地，力反应器包括第二行星齿轮组件，第二行星齿轮组件包括：太阳齿轮1；浮动齿圈4；第二组多个互连小齿轮3，第二组多个互连小齿轮3与太阳齿轮1和浮动齿圈4啮合。另外地，回转运动促动器包括第三行星齿轮组件，第三行星齿轮组件包括：太阳齿轮1；固定齿圈7；第三组多个互连小齿轮6，第三组多个互连小齿轮6与太阳齿轮1和固定齿圈7啮合，其中第三组多个互连小齿轮6与第二组多个互连小齿轮3通过扭矩限制器5连接。

在根据本发明的实施例中，第一组多个互连小齿轮2、第二组多个互连小齿轮3和第三组多个互连小齿轮6各自包括相应的行星齿轮架。也即是说，第一组多个互连小齿轮2、第二组多个互连小齿轮3和第三组多个互连小齿轮6分别由相应的行星齿轮架互连。

在根据本发明的以上实施例中，可变力倍增器构成通用动力调制器的第一级；力反应器、扭矩限制器和回转运动促动器构成通用动力调制器的第二级。从图1中可以看出，太阳齿轮1是通用动力调制器的第一级和第二级公用的构件。另外，本领域技术人员应了解的是，行星齿轮组件是轴向对称结构，且太阳齿轮1位于行星齿轮组件的中心，而图1中仅仅画出了太阳齿轮1及其右侧一半的结构（而省略了与其对称的左侧一半的结构）。与太阳齿轮1连接的调制器输入端可例如为发动机以及相关的联接装置。注意的是，浮动齿圈4是可变力倍增器与力反应器公用的构件。本领域技术人员应了解的是，用语“浮动齿圈”意味着，浮动齿圈4放置在滚子轴承内，除了与相关的小齿轮啮合之外，不受到其它运动约束，因而可以周向旋转。与之相反，固定齿圈7由另外的构件（例如，回转运动促动器的外壳）约束而无法周向旋转。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的可变力倍增器的工作原理示意图。太阳齿轮1以恒定的功率（例如，f₁v₁）沿顺时针旋转，其中v₁是太阳齿轮1的外边缘处的线速度，且f₁为太阳齿轮1对可变力倍增器的驱动力（即，太阳齿轮1在A点处对小齿轮2的作用力）。本领域技术人员应了解的是，太阳齿轮1的功率可能变化，而本实施例以恒定功率（例如，f₁v₁）为例，阐明在恒定的调制器输入端功率的情况下，通用动力调制器如何根据负载等条件的变化而自动调节输出的力和速度。本领域技术人员应了解的是，第一组多个互连小齿轮2通常包括至少三个小齿轮，而在图2中仅仅示出了正好运动到太阳齿轮1的右侧的一个小齿轮2的运动和受力状况作为示例。该小齿轮2在左侧处（即A点）受到太阳齿轮的驱动作用力，并因自身的旋转而在右侧处（即B点）对浮动齿圈4施加反推力（根据牛顿第三运动定律）。根据作用力和反作用力定律，该小齿轮2同时受到浮动齿圈4的与该反推力大小相等但方向相反的反作用力f_r。要注意的是，该反作用力f_r是连续存在的，且就行星齿轮组件的旋转方向而言，与驱动力f₁的方向相同，驱动力f₁和反作用力f_r共同作用于小齿轮的两侧，引起“可变力倍增效应”以克服可变负载需求（其中小齿轮2对调制器输出端施加的输出力为f₂），从而以新颖的方式实现无级变速的功能。

在根据本发明的实施例中，随着负载的变化（无论是大小变化还是方向变化），通用动力调制器都能够在其中一种不同模式下处理瞬时负载状况：

（a）负载与驱动力f₁的方向相反：

（i）当通用动力调制器受到中等强度的负载时，该通用动力调制器进入单杠杆作用模式，可变力倍增器以与通常的行星齿轮组件（即，齿圈固定）相似的方式运行，浮动齿圈4由通用动力调制器的第二级施加的反作用力暂时锚定。将输出力f₂与驱动力f₁之比定义为力倍增系数n，即n=f₂/f₁，此时力倍增系数n=2，

（ii）随着负载增加而超过预定值时，通用动力调制器开始进入双杠杆作用模式，小齿轮2由驱动力f₁和反作用力f_r（其值等于f₁）共同作用。由于上述力的共同作用，小齿轮2的整体运动（即自旋运动和回转运动）是互补的。其中负载越大，小齿轮2的自旋运动（以小齿轮2的外边缘处的自旋线速度v₂表示）就越快，且小齿轮2的回转运动的线速度（v₁-v₂）越慢，

（iii）同时，来自小齿轮2的超过预定值的推力触发浮动齿圈4向后旋转（与小齿轮2的回转运动方向相反的方向），其线速度为v₁-2v₂。小齿轮2的自旋运动越快，由通用动力调制器的第二级的反作用力引起的功率就越大。驱动力f₁和反作用力f_r双向配合，将成功实现“可变力倍增效应”，以保持通用动力调制器运行。来自回转运动促动器的动能通过力反应器引起的反作用力f_r对小齿轮2产生的功率为f₁（2v₂-v₁）。将小齿轮2作为一个孤立的系统，根据能量守恒定律（即输入功率与输出功率相等），f₁v₁+f₁（2v₂-v₁）=f₂（v₁-v₂），从而得到力倍增系数n=f₂/f₁=2v₂/（v₁-v₂）。清楚的是，此时力倍增系数n的可变的；

（b）负载与驱动力f₁的方向一致：

（i）例如车辆在缓坡路面向下行驶时，大部分重力被机械阻力平衡，将呈现出较轻的驱动效果，在小齿轮2处负载≤2f₁，通用动力调制器仍保持在单杠杆作用模式，其中可变力倍增器作为正常的行星齿轮组件运行，浮动齿圈4由通用动力调制器的第二级施加的反作用力暂时锚定，

（ii）随着负载越来越大而超过预定值，小齿轮2的回转速度相应加快。随着小齿轮2的回转速度超过预定值，即≧1/2v₁，通用动力调制器开始进入另一种单杠杆作用模式，其中小齿轮2的运动仅受反作用力f_r约束。太阳齿轮1的驱动作用不再有效，因为它的线速度落后于小齿轮2。可以认为小齿轮2根据负载的大小而以特定速度绕太阳齿轮1回转。负载越大，小齿轮2的回转速度越快，加速会一直持续到由负载产生的功率和反作用力f_r的功率平衡。在这种情况下，不会发生力倍增效应，

（iii）在极端条件下，例如，一辆质量很大的车辆向下运动很长距离，受重力的影响，它将不断加速。特定的机构会自动起作用，使得扭矩限制器（机械式）获得更大的摩擦力，以防止车辆超速。扭矩限制器的结构和工作机理将在下文更加详细地描述。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的力反应器的工作原理示意图。图4示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的回转运动促动器的结构示意图。通用动力调制器的第二级在由太阳齿轮1驱动且由通用动力调制器的第一级施加反推力的同时，执行“反作用力生成效应”，即经由浮动齿圈4向动力调制器的第一级施加即时反作用力。

如图4中所示，通用动力调制器的第二级的回转运动促动器通过其第三组多个互连小齿轮6向力反应器的第二组多个互连小齿轮3提供旋转运动（经由扭矩限制器）。其中，第三组多个互连小齿轮6的回转运动的线速度v₁-v₆总是等于太阳齿轮1的外边缘处的线速度的一半，即v₁-v₆ = 1/2v₁。

在根据本发明的一种实施例中，力反应器经由扭矩限制器同心地与第二组多个互连小齿轮3连接。力反应器对由回转运动促动器（经由扭矩限制器）传递的驱动力2f和由浮动齿圈4传递的来自通用动力调制器的第一级的反推力-f 起到汇聚作用。当负载在预定值以下时，由回转运动促动器传递的动力驱动第二组多个互连小齿轮3以v₁-v₂= 1/2v₁的线速度回转，且小齿轮3的外边缘处的自旋线速度v₂=1/2v₁。在小齿轮3和浮动齿圈4即时接合的点上，所得的速度是这两个分量的总和，即，(v₁-v₂)-v₂= 0。也即是说，小齿轮3相对于浮动齿圈4执行零合成线速度的这种机制使得浮动齿圈4能够在静止状态下被“锚定”，直到负载超过预定值而打破该锚定状态。

力反应器具有运动抑制特性，它的作用是相对于浮动齿圈4由于外力驱动而产生的运动改变（大小改变或方向改变）而施加一致的反作用力。在正常情况下，由于力反应器的“锚定”机制，浮动齿圈4处于静止状态，直到它被大于预定值（例如f₁）的力触发旋转运动。在这种情况下，负载越大，引起的浮动齿圈4的旋转运动越快。

图5示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的扭矩限制器5的结构示意图。在该实施例中，第三组多个互连小齿轮6与第二组多个互连小齿轮3通过扭矩限制器5连接。扭矩限制器通过机械联接装置传递动能，但允许在驱动侧盘与从动侧盘之间的力差超过预定值时发生滑动，并通常会被校准以当车辆在水平面上行驶时保持驱动侧盘与从动侧盘的同步运动。扭矩限制器可为同步磁性类型的扭矩限制器或机械式的扭矩限制器。

更具体地，图5中示出的扭矩限制器5是同步磁性类型的扭矩限制器。具体地，驱动侧盘包括嵌有多个磁铁的非铁（例如，铜合金）盘支架，一系列强力磁铁（例如，钕磁铁）嵌入在非铁盘支架内。圆柱形磁铁均匀放置，磁极交替，如图5中所示，N为北极且S为南极。非铁盘支架安装在相应的行星齿轮架（例如，第三组多个互连小齿轮6的行星齿轮架）上，驱动侧盘通过非铁盘支架的一个开口端与磁铁紧密接触。磁铁的另一端是开放的并略微凹进，例如在非铁盘支架内0.5mm处，使得非铁盘支架的光滑平面与从动侧盘的光滑平面紧贴，以避免磁铁表面直接划伤从动侧盘的铁质结构的表面。从动侧盘包括铁质结构，当从动侧盘的铁质结构（例如力反应器的第二组多个互连小齿轮3的行星齿轮架）与非铁盘支架表面接触时，附近的成对磁体适当地形成磁通回路（如图6中的箭头示意性地示出），从而在驱动侧盘和从动侧盘之间产生牵引力。触发打滑的力2f ₁由磁铁组施加的总牵引力决定。注意的是，无论力反应器向哪个方向旋转，牵引力都保持相同的大小，但方向会发生相应变化。由于磁通量与运动方向平行，因此不会感应出电流。

在根据本发明的其它实施例中，扭矩限制器5是机械式的扭矩限制器。例如，扭矩限制器5是摩擦式扭矩限制器（更具体地，摩擦盘式扭矩限制器）。具体地，在摩擦式扭矩限制器中，为了通过摩擦传递机械动力，驱动侧盘和从动侧盘分别包括相互交错放置的两组盘（特定开口锥形金属盘），一组例如按第一、第三、第五直到第（d+1）（作为端盘）的顺序放置，而另一组是在第二、第四和第d的位置。该布置形成接触面以用于产生摩擦力。制成的盘受到外力N 的挤压。由机械扭矩限制器执行的组合摩擦力为：F_f =dμN，其中d为盘的接触面的成对数量。当第一组盘旋转时，通过摩擦会产生牵引力，即F_f =dμN，以推动第二组盘沿同一方向旋转。

该实施例是一种改进的 Hele-Shaw 型离合器，用作回转运动促动器和力反应器之间的接口。有必要在驱动侧盘和从动侧盘之间实现显著且稳定的牵引力。期望的是，从静态到动态（反之亦然）的摩擦系数的变化尽可能的小，即动摩擦系数和静摩擦系数之间的差异尽可能的小。根据不同材料的润滑系数表，并考虑了理想且易于获得的材料（包括具有耐温升能力，显著的摩擦系数，动摩擦系数和静摩擦系数之间的差异尽可能的小），钢和铜铅合金的组合优于其它组，其静润滑滑动摩擦系数为0.16 且动润滑滑动摩擦系数为0.15。

钢和铜铅合金的组合，中间有一层薄的润滑剂，紧紧地压在一起，以获得适当的牵引力。与典型的离合器相比，它具有反转功能，因此当驱动侧盘和从动侧盘同步运动时，传递的功率非常小。在这种情况下，允许力反应器的小齿轮3对浮动齿圈4执行零合成线速度，即，即时限制跨过通用动力调制器的第一级和力反应器的浮动齿圈4的移动。驱动侧盘和从动侧盘之间发生的任何滑动都会激发传递一定量的驱动功率；从动侧盘和驱动侧盘之间的滞后百分比越大，则表示要传递的功率越大。

该装置的驱动侧盘和从动侧盘包括不同形状的空心金属盘。每个驱动侧盘与每个从动侧盘交错。从动侧盘的内缘有若干对称的方形切口槽，看起来像一个齿圈。从动侧盘的方形切口槽形状配合地连接到旋转套筒。旋转套筒的一端开槽成可沿从动侧盘的内槽自由轴向移动，另一端与力反应器的行星齿轮架对齐安装。钢弹簧由从动侧盘和力反应器的行星齿轮架之间的旋转套筒穿过，钢弹簧被很好地校准以当正常情况下加压时对其两端施加力。而驱动侧盘的外缘上有相同数量的对称方形切口槽，看起来像一个正齿轮。驱动侧盘的方形切口槽形状配合地连接到具有内表面凹槽的壳体。该壳体形状配合地连接到旋转运动促动器的行星齿轮架。

在正常情况下，这两组盘（即，驱动侧盘和从动侧盘）由于静摩擦力的作用而同步旋转。当从动侧盘承受的负载越来越大并超过预定值（例如，2f₁）时，将克服两组盘之间的牵引力，并触发打滑的发生。负载越大，则从动侧盘相比于驱动侧盘的滞后就越大。由发动机的太阳齿轮1传递的驱动力f₁的过大值将被削减掉。这种设计有利于保护发动机免受瞬间冲击/过载。注意的是，驱动侧盘和从动侧盘开始打滑的负载的预定值（例如，2f₁）与浮动齿圈4开始旋转运动的负载的预定值（例如，f₁）相对应，但由于可变力倍增器的杠杆作用，驱动侧盘和从动侧盘开始打滑的负载的预定值（例如，2f₁）是浮动齿圈4开始旋转运动的负载的预定值（例如，f₁）的两倍。也即是说，当负载开始触发驱动侧盘和从动侧盘打滑时，浮动齿圈4同时开始旋转运动。

特定的机构自动使扭矩限制器（机械式）通过提升轴向力获得更大的摩擦力（即>2f₁），力反应器的斜齿轮结构在浮动齿圈4的反向旋转运动的作用下产生该轴向力。更大的摩擦力可以显著减少扭矩限制器的驱动侧盘和从动侧盘之间的滑移量，也使浮动齿圈4返回静止状态。反之，如果负载减小，轴向力也会相应消失。通过该机构，车辆可以在下坡时保持与水平表面上行驶时相同的速度。

本领域的技术人员应了解的是，扭矩限制器可采用能够实现本发明的通用动力调制器的任何其它类型的扭矩限制器。例如，滚珠式扭矩限制器或滚柱式扭矩限制器也可用于本发明的通用动力调制器。

图6示出了根据本发明的示例性实施例的通用动力调制器的原型机的照片。在该原型机中，右前方有一个检查窗口，可以看到原型机内部的工作状况。当负载越来越大时，输出力会及时增大，但转速会变慢。为了获得更大的合力，我们可以看到浮动齿圈4会向后旋转；且负载越大，浮动齿圈4旋转得越快。以这种方式，本发明的通用动力调制器获得了足够的用于传递的扭矩强度。

该原型机的长、宽、高分别为250mm、150mm和150mm。本领域技术人员应了解的是，根据本发明的通用动力调制器可根据应用而具有任何尺寸。该原型机由220VAC 80W的单相感应马达驱动。本领域技术人员应了解的是，根据本发明的通用动力调制器可根据应用而与任何类型的发动机或马达组合使用。该原型机的太阳齿轮1由直径为8mm的驱动轴驱动，以用于驱动回转运动促动器、力反应器和力倍增器。该原型机的浮动齿圈4和固定齿圈7均具有60mm的内径和90mm的外径。该原型机的太阳齿轮1、第一组多个互连小齿轮2、第二组多个互连小齿轮3和第三组多个互连小齿轮6均具有20mm的外径。其中第一组多个互连小齿轮2、第二组多个互连小齿轮3和第三组多个互连小齿轮6各自包括由相关的行星齿轮架支撑的3个互连小齿轮。本领域技术人员应了解的是，以上尺寸以及互连小齿轮的数目可采用能够使通用动力调制器实现其功能的任何尺寸和数目。

根据本发明的实施例实现了新型的通用动力调制器及其操作。与现有技术相比，本发明的通用动力调制器及其操作的有益技术效果如下：1）本发明的技术方案是连续可变传输领域中长期追求的理想解决方案，突破经典机械技术，可变力倍增效应与反作用力生成效应相结合，使得本发明的通用动力调制器在机械动力传输中高效且智能，在自动切换不同驱动模式时尤其显得突出；2）结构简单，制造成本低，维护费用少，这些都是倡导作为全球环保趋势的绿色理念的先决条件；3）结构紧凑，重量轻，纯齿轮永久啮合结构可大幅降低齿轮的磨损情度，从而提高齿轮的工作寿命，使得本发明的通用动力调制器全自动运行且可靠高效；4）由本发明的通用动力调制器的力限制效应可以保护发动机/驱动马达免受路面颠簸引起的冲击。

以上优点使得本发明的通用动力调制器易于商用。由于现代汽车工业拥有先进的技术，因此很容易根据独立要求而启动实验项目。通用动力调制器结构简单，无需支撑部件，无需贵重或特殊材料，甚至无需复杂的生产工艺。通过实验获得重要数据，为他们的项目指定独立的设计、测试和评估，工业界可以通过适度调整现有的生产平台来快速启动生产，而无需投入大量资金或人力。因此，对于工业界来说，尝试这种有前途的机器是值得的，这会带有巨大的商业价值。

由于本发明的通用动力调制器中不需要液压元件（液压变矩器会因流体流动干扰而消耗部分能量并再现力/扭矩输出的非线性强度），这意味着更少的能量消耗和更高的效率可以在纯齿轮结构条件下完成。此外，该通用动力调制器尺寸紧凑，本体结构坚固，且独立于控制网络（即电动、气动、液压或计算机监控）。该通用动力调制器可不间断地运行，而没有需要连接到其它组件的顺序控制台。另外，该通用动力调制器结构简单，使得相应地可靠性更高，且传输的安全性将提高，故障更少。此外，该通用动力调制器的简单的结构导致节省了不必要的部件，而这些部件容易出现意外故障并且还导致制造和维护的复杂性。因此，本发明的通用动力调制器符合作为全球环保趋势的绿色动力传输理念。

上文描述的内容仅仅提及了本发明的较佳实施例。然而，本发明并不受限于文中所述的特定实施例。本领域技术人员将容易想到，在不脱离本发明的要旨的范围内，可以对这些实施例进行各种显而易见的修改、调整及替换，以使其适合于特定的情形。实际上，本发明的保护范围是由权利要求书限定的，并且可包括本领域技术人员可预想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求书的字面语言无差异的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言有非显著性差异的等同结构要素，那么它们将会落在权利要求书的保护范围内。

Claims (21)

1.一种通用动力调制器，包括：

调制器输入端；

调制器输出端；

可变力倍增器，所述可变力倍增器包括第一行星齿轮组件，所述第一行星齿轮组件包括：

太阳齿轮（1），所述太阳齿轮（1）与所述调制器输入端连接，

浮动齿圈（4），

第一组多个互连小齿轮（2），所述第一组多个互连小齿轮（2）与所述太阳齿轮（1）和所述浮动齿圈（4）啮合，其中所述第一组多个互连小齿轮（2）与所述调制器输出端连接；

力反应器，所述力反应器包括第二行星齿轮组件，所述第二行星齿轮组件包括：

所述太阳齿轮（1），

所述浮动齿圈（4），

第二组多个互连小齿轮（3），所述第二组多个互连小齿轮（3）与所述太阳齿轮（1）和所述浮动齿圈（4）啮合；

回转运动促动器，所述回转运动促动器包括第三行星齿轮组件，所述第三行星齿轮组件包括：

所述太阳齿轮（1），

固定齿圈（7），

第三组多个互连小齿轮（6），所述第三组多个互连小齿轮（6）与所述太阳齿轮（1）和所述固定齿圈（7）啮合，其中所述第三组多个互连小齿轮（6）与所述第二组多个互连小齿轮（3）通过扭矩限制器（5）连接。

2.根据权利要求1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述可变力倍增器可根据负载状况而在单杠杆作用模式和双杠杆作用模式之间切换。

3.根据权利要求2所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力（f₁）的方向相同时，所述可变力倍增器处于单杠杆作用模式。

4.根据权利要求2所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力（f₁）的方向相反且在预定值以下时，所述可变力倍增器处于单杠杆作用模式。

5.根据权利要求2所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力（f₁）的方向相反且超过预定值时，所述可变力倍增器处于双杠杆作用模式。

6.根据权利要求5所述的通用动力调制器，其特征在于，所述可变力倍增器具有可变的力倍增系数，所述力倍增系数是指输出力（f₂）与驱动力（f₁）之比。

7.根据权利要求6所述的通用动力调制器，其特征在于，所述力倍增系数为2v₂/（v₁-v₂），其中v₁是所述太阳齿轮（1）的外边缘处的线速度，且v₂是所述第一组多个互连小齿轮（2）的外边缘处的自旋线速度。

8. 根据权利要求1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述第三组多个互连小齿轮（6）的回转运动的线速度是所述太阳齿轮（1）的外边缘处的线速度(v₁) 的一半。

9.根据权利要求1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述浮动齿圈（4）可根据负载状况而静止和旋转运动之间切换。

10.根据权利要求9所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载在预定值以下时，无论负载方向与驱动力（f₁）的方向相同还是相反，所述浮动齿圈（4）静止。

11.根据权利要求9所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力（f₁）的方向相反且超过预定值时，所述浮动齿圈（4）发生旋转运动，旋转方向与所述第一组多个互连小齿轮（2）的回转方向相反，且旋转运动的速度随着负载增大而增大。

12.根据权利要求9所述的通用动力调制器，其特征在于，当负载与驱动力（f₁）的方向相同且超过预定值时，所述浮动齿圈（4）发生旋转运动，旋转方向与所述第一组多个互连小齿轮（2）的回转方向相同，且旋转运动的速度随着负载增大而增大。

13.根据权利要求1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述扭矩限制器（5）包括驱动侧盘和从动侧盘，且所述扭矩限制器（5）构造成在所述驱动侧盘和所述从动侧盘之间的力差在预定值以下时不滑动，且在所述驱动侧盘和所述从动侧盘之间的力差超过预定值时发生滑动。

14.根据权利要求13所述的通用动力调制器，其特征在于，所述扭矩限制器（5）是同步磁类型的扭矩限制器。

15.根据权利要求14所述的通用动力调制器，其特征在于，在所述同步磁类型的扭矩限制器中，所述驱动侧盘包括嵌有多个磁铁的非铁盘支架，从动侧盘为铁质结构。

16.根据权利要求13所述的通用动力调制器，其特征在于，所述扭矩限制器（5）是机械式的扭矩限制器。

17.根据权利要求16所述的通用动力调制器，其特征在于，所述机械式的扭矩限制器是摩擦式扭矩限制器。

18.根据权利要求17所述的通用动力调制器，其特征在于，在所述摩擦式扭矩限制器中，所述驱动侧盘和所述从动侧盘分别包括相互交错放置的两组盘，且摩擦材料为钢和铜铅合金的组合。

19.根据权利要求16所述的通用动力调制器，其特征在于，所述机械式的扭矩限制器是滚珠式扭矩限制器或滚柱式扭矩限制器。

20.根据权利要求1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述通用动力调制器在发动机施加即时功率的情况下，自发连续反应，以纯力学为基础，根据即时物理需求对力和速度进行大范围调制。

21.根据权利要求1所述的通用动力调制器，其特征在于，所述可变力倍增器构成所述通用动力调制器的第一级，且所述力反应器、所述回转运动促动器和所述扭矩限制器（5）构成所述通用动力调制器的第二级。

Images