專利名稱：輸入輸出端動(dòng)力變換機(jī)械系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及響應(yīng)輸入源而在輸出端提供動(dòng)力的系統(tǒng)，更具體 地，涉及在輸入端和輸出端之間產(chǎn)生動(dòng)力變換的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
動(dòng)力的產(chǎn)生以及相應(yīng)使用動(dòng)力進(jìn)行工作，如使用電力并通過軸的 轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行工作的機(jī)器對于現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)相當(dāng)重要。電力用于運(yùn)行 大量地完成具體工作任務(wù)的機(jī)器，其輸出能力根據(jù)工作任務(wù)而變化， 從小于一馬力到幾千馬力甚至更大。電力也用于為電燈和許多電氣設(shè) 備供電。
電力來源也大有不同，包括使用如水電能、礦物燃料和/或核燃料 等的大型電力發(fā)電廠。這樣的發(fā)電廠產(chǎn)生的電力之后通過大型、復(fù)雜 且昂貴的傳輸與配電系統(tǒng)供應(yīng)至個(gè)人用戶。在傳輸和配電系統(tǒng)中電力 會(huì)被損耗。可選地，小型獨(dú)立的電源，例如一般由礦物燃料(汽油) 發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣渦輪或其他類似裝置運(yùn)行的發(fā)電機(jī)或微型渦輪，可為
具體用戶提供少量動(dòng)力。這些發(fā)電機(jī)的效率不能達(dá)到100%。
電動(dòng)機(jī)的效率也小于100%，如直接使用電力的系統(tǒng)，例如照明系
統(tǒng)。在執(zhí)行具體工作時(shí)如軸轉(zhuǎn)動(dòng)或燈泡中燈絲發(fā)亮?xí)r損失了一些能量。
雖然現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)的效率已經(jīng)相當(dāng)高，超過了90%。但希望電動(dòng)機(jī)或類 似裝置的效率盡可能高，另外，希望使用盡可能少的動(dòng)力來發(fā)電。歷 史上，能真正地提高輸入端至輸出端的電力一直是人們的目標(biāo)，雖然 至今尚未實(shí)現(xiàn)。
此外，非常希望有能獨(dú)立于現(xiàn)有配電系統(tǒng)的本地電力源，特別是 價(jià)格低廉的電源，無需提供大量燃料，如礦物燃料。 一個(gè)實(shí)例是在如 第三世界國家為灌溉系統(tǒng)供電，在那里運(yùn)行該系統(tǒng)的能源成本使得食 物生產(chǎn)成本大幅上升。也需要經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)車輛，這是系統(tǒng)改進(jìn)有利于 環(huán)境的另一示例。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明包括至少兩個(gè)被安裝成可繞中心軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力盤元 件，其中第一動(dòng)力盤元件包括位于其邊緣附近的第一圓周部，第一動(dòng)
力盤通過該第一圓周部轉(zhuǎn)動(dòng)；第一系統(tǒng)齒輪，其安裝在偏離中心軸的 第一系統(tǒng)軸上；其中第一動(dòng)力盤元件具有位于動(dòng)力元件向前延伸邊緣 部附近的第二圓周齒輪部，且其中第二動(dòng)力盤元件具有多個(gè)外傳動(dòng)齒 輪部件，該多個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件可旋轉(zhuǎn)安裝到第二動(dòng)力盤元件的背面， 并被設(shè)置成與第一動(dòng)力元件的第二圓周齒輪部相嚙合；中心齒輪，其 被安裝成相對于中心軸固定，并還被安裝成與第二動(dòng)力盤元件的外傳 動(dòng)齒輪相嚙合，從而電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)第一系統(tǒng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可使第一和第二 動(dòng)力盤部件轉(zhuǎn)動(dòng)；以及第二系統(tǒng)齒輪，其與第二動(dòng)力盤元件的圓周齒 輪部相嚙合，第二動(dòng)力盤元件的圓周齒輪部在第二動(dòng)力盤元件的邊緣 附近，第二系統(tǒng)齒輪安裝在偏離中心軸的第二系統(tǒng)軸上，其中運(yùn)行時(shí)， 在第一和第二系統(tǒng)軸之間產(chǎn)生動(dòng)力變換。
圖1是本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)的分解圖。
圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明系統(tǒng)一部分的分解圖。
圖4是本發(fā)明系統(tǒng)另一部分的分解圖。
圖5是本發(fā)明系統(tǒng)另一部分的分解圖。
圖6是本發(fā)明系統(tǒng)應(yīng)用于車輛的圖。
圖7—11示出了圖l一5所示系統(tǒng)的不同實(shí)施例。
圖12是示出本發(fā)明特征的部分分解圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中示為10的實(shí)施例中大致示出了的本發(fā)明的系統(tǒng)，其在系統(tǒng) 的輸入和輸出端之間產(chǎn)生高效的動(dòng)力變換。大致表示為IO的系統(tǒng)由圖 1所示系統(tǒng)IO—端的常規(guī)電動(dòng)機(jī)12驅(qū)動(dòng)。也可使用其他動(dòng)力源，包括 燃?xì)饣虿裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或其他動(dòng)力系統(tǒng)。在所示實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)12
相對較小，即兩馬力單相110伏電動(dòng)機(jī)。但可以理解輸入電動(dòng)機(jī)可相
對較大和/或可為三相220伏電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的特征不是本發(fā)明的 關(guān)鍵點(diǎn)。
電動(dòng)機(jī)12包括常規(guī)輸出軸14，這里也稱為系統(tǒng)輸入動(dòng)力軸，其穿 過第一固定支架16。支架16支承本動(dòng)力系統(tǒng)的一端，并從支架底部 18 (圖2)向上延伸。第二支架20在系統(tǒng)10的另一端。支承結(jié)構(gòu)(本 系統(tǒng)中的元件16、 18和20)的配置和結(jié)構(gòu)可進(jìn)行大改變，取決于動(dòng)力 系統(tǒng)10本身的具體結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)參照圖l一5，輸入傳動(dòng)齒輪24安裝在電動(dòng)機(jī)12的系統(tǒng)輸入動(dòng) 力軸14的自由端。在所示實(shí)施例中，輸入傳動(dòng)齒輪24驅(qū)動(dòng)輸入動(dòng)力 盤26。所示實(shí)施例中的輸入動(dòng)力盤26為圓形，直徑約為18英寸，包 括具有中心軸開口 30的中部28，和從中部28的背面33和中部的相對 的正面35垂直延伸的邊緣部分32。在所示實(shí)施例中，前向和后向的邊 緣部分約為2-1/2英寸寬，第一和第二組齒輪齒34、 36位于邊緣部分 32后部37和前部39的內(nèi)表面上。
所示實(shí)施例中的輸入傳動(dòng)齒輪24直徑為6英寸，具有66個(gè)齒， 位置與輸入動(dòng)力盤26的邊緣部分32后部37上的齒輪齒組34相嚙合， 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)12的輸出軸偏離輸入動(dòng)力盤26的中心。
輸入動(dòng)力盤26被安裝，用于在主軸38上旋轉(zhuǎn)，主軸38相對兩端 也由支架16和20支承。動(dòng)力盤26通過軸38上的鍵39安裝至軸承40， 軸承40位于動(dòng)力盤中部的軸心開口 30中。中心軸至軸承40的鍵連接 不是決定性的，但確實(shí)減少了因軸承不必要的旋轉(zhuǎn)可能造成的磨損。 本實(shí)施例中的軸承40不需要旋轉(zhuǎn)，但允許輸入動(dòng)力盤26在軸承上相 對主軸自由旋轉(zhuǎn)。如下文中進(jìn)一步詳述，在一些結(jié)構(gòu)中，主軸38可旋 轉(zhuǎn)至一定程度以獲得特定的系統(tǒng)結(jié)果。
運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)12的軸14對輸入傳動(dòng)齒輪24進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這將使 輸入動(dòng)力盤26繞主軸38尤其是軸承40轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入動(dòng)力盤26的旋轉(zhuǎn) 速度取決于軸14的旋轉(zhuǎn)以及輸入傳動(dòng)齒輪24與動(dòng)力盤26間的相對尺 寸比(輸入動(dòng)力盤26的齒輪組34位于其邊緣)。例如，如果動(dòng)力軸14 以1786 rpm (每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))(電動(dòng)機(jī)12的額定值)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入傳動(dòng) 齒輪24直徑為6英寸，動(dòng)力盤直徑為18英寸(比例3:1)時(shí)，第一動(dòng)
力盤將以595-1/3 rpm旋轉(zhuǎn)。
第一中間動(dòng)力盤42跟隨輸入動(dòng)力盤26，并通過軸承43安裝在主 軸38上，軸承43與主軸38鍵連接。第一中間動(dòng)力盤42具有平坦背 面44和前伸的邊緣部分46。邊緣部分46與輸入動(dòng)力盤26上的邊緣部 分32的向前部39形狀一致。第一中間動(dòng)力盤42另外與輸入動(dòng)力盤26 基本一致，具有相同直徑、配置和結(jié)構(gòu)，并通過軸承43安裝，用于在 主軸38上旋轉(zhuǎn)。
三個(gè)相同間隔的外傳動(dòng)齒輪50、 52和54可旋轉(zhuǎn)地安裝于第一中 間動(dòng)力盤42的背面44。所示實(shí)施例中，外傳動(dòng)齒輪50、 52和54的每 個(gè)直徑為6英寸，圓周上具有66個(gè)齒。齒輪50、 52和54通過螺栓60 一60和軸承62—62安裝，用于旋轉(zhuǎn)。外傳動(dòng)齒輪50、 52和54在運(yùn)行 中可繞螺栓60—60上各自關(guān)聯(lián)的軸承62—62自由旋轉(zhuǎn)。作為可能的 可選結(jié)構(gòu)中，外傳動(dòng)齒輪可為兩個(gè)或僅為一個(gè)?？上拗七\(yùn)行的速度， 尤其是僅有一個(gè)齒輪時(shí)，安裝結(jié)構(gòu)也可能必須進(jìn)行一定程度的修改。 中心齒輪64安裝于外傳動(dòng)齒輪50、 52和54之間的背面44的中心， 并嚙合外傳動(dòng)齒輪50、 52和54，在所示實(shí)施例中與外傳動(dòng)齒輪50、 52和54形狀基本一致。
中心齒輪64與外傳動(dòng)齒輪50、 52和54在同一平面內(nèi)。中心齒輪 64與主軸38鍵連接，與動(dòng)力盤26和42相同；因此，如果主軸38不 旋轉(zhuǎn)，中心齒輪64也不旋轉(zhuǎn)，而如果在特定結(jié)構(gòu)中主軸38確實(shí)旋轉(zhuǎn) 了選定量，中心齒輪64也隨之移動(dòng)。為了對準(zhǔn)或耐磨損的目的，可在 系統(tǒng)中添加額外的墊圈、墊片和/或填隙片，但這不是本發(fā)明的關(guān)鍵。
在所示實(shí)施例中，輸入動(dòng)力盤26和第一中間盤42由鋼制成。輸 入動(dòng)力盤的中部約為1-1/2英寸厚，而中間動(dòng)力盤的中部約為2英寸厚。 輸入動(dòng)力盤26的邊緣部分約為2-1/2英寸厚，而中間動(dòng)力盤42的邊緣 部分也約為2-1/2英寸厚。應(yīng)理解動(dòng)力盤可按不同尺寸由不同材料制成， 包括鋁和甚至各種塑料，這將改變系統(tǒng)的總重量。此外，盡管示出了 三個(gè)外傳動(dòng)齒輪，在一些配置中，可有兩個(gè)外傳動(dòng)齒輪，或者在一些 情況下，多于三個(gè)。另外，盡管在所示實(shí)施例中外傳動(dòng)齒輪與中心傳 動(dòng)齒輪尺寸相同，中心傳動(dòng)齒輪也可與外傳動(dòng)齒輪尺寸不同。同樣， 盡管在所示實(shí)施例中輸入傳動(dòng)齒輪的尺寸為輸入動(dòng)力盤的三分之一，
也可使用不同的比例。
第一中間動(dòng)力盤42相對輸入動(dòng)力盤26位于軸38上，使得輸入動(dòng) 力盤26邊緣部分32的前邊沿45與第一中間動(dòng)力盤的背面44稍稍隔 開，允許其自由轉(zhuǎn)動(dòng)，但另外使得中間動(dòng)力盤42上的外傳動(dòng)齒輪50、 52和54與輸入動(dòng)力盤26邊緣部分34前部39上的齒輪組36嚙合。
運(yùn)行中，由輸入齒輪24的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作引起的輸入動(dòng)力盤26旋轉(zhuǎn)使 得外傳動(dòng)齒輪50、 52和54繞各自相關(guān)的安裝螺栓旋轉(zhuǎn)，并通過與中 心齒輪64的機(jī)械相互作用，引起第一中間動(dòng)力盤42旋轉(zhuǎn)。第一中間 動(dòng)力盤42、三個(gè)外傳動(dòng)齒輪50、 52和54及其相聯(lián)的安裝螺栓和軸承 以及與主軸38鍵連接的中心齒輪64形成第一中間動(dòng)力盤組件。
相繼的動(dòng)力盤組件，在本實(shí)施例中與第一動(dòng)力盤組件相同，沿主 軸38相繼設(shè)置，各中間動(dòng)力盤組件與下一相繼的中間動(dòng)力盤組件通過 中間動(dòng)力盤前邊緣部分上的齒輪組與下一相繼的中間動(dòng)力盤組件上的 三個(gè)外傳動(dòng)齒輪配合而相互作用。因此，在所示結(jié)構(gòu)中，各中間動(dòng)力 盤的旋轉(zhuǎn)將使得下一中間動(dòng)力盤旋轉(zhuǎn)，每個(gè)中間動(dòng)力盤的旋轉(zhuǎn)速度(每 分鐘轉(zhuǎn)數(shù))比前一動(dòng)力盤的旋轉(zhuǎn)速度低約三分之一。
在圖1所示實(shí)施例中，有四個(gè)中間動(dòng)力盤組件。本發(fā)明系統(tǒng)中最 后一個(gè)中間動(dòng)力盤組件之后是輸出動(dòng)力盤70，其與幾個(gè)中間動(dòng)力盤組 件中的動(dòng)力盤基本一致。輸出或引出齒輪74安裝在位于系統(tǒng)10的輸 出端的另一電氣裝置，如發(fā)電機(jī)78的動(dòng)力軸76上。發(fā)電機(jī)78能產(chǎn)生 電力。與電動(dòng)機(jī)12的系統(tǒng)輸入動(dòng)力軸14相對主軸38的偏離相似，動(dòng) 力軸76偏離各個(gè)動(dòng)力盤可旋轉(zhuǎn)安裝在其上的主傳動(dòng)軸38。輸出齒輪 74在所示實(shí)施例中與輸入齒輪24在結(jié)構(gòu)、尺寸以及齒的數(shù)量上相同， 位置與動(dòng)力盤70邊緣的內(nèi)表面上的齒輪組相配。因此，輸出動(dòng)力盤70 和輸出齒輪74之間存在3:1的比例，使得輸出齒輪74的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為 動(dòng)力盤70的三倍。
運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)12在相對較短啟動(dòng)后將穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的系統(tǒng)， 在啟動(dòng)期間所有動(dòng)力盤相繼達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)速度。輸出/引出齒輪74將旋 轉(zhuǎn)動(dòng)力軸76，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)78產(chǎn)生電力輸出。
應(yīng)理解圖1的結(jié)構(gòu)僅為一實(shí)施例。例如在圖1的結(jié)構(gòu)中，位于系 統(tǒng)一端的輸入電動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生小于電動(dòng)機(jī)的rpm的輸出軸ipm，假定輸
入和輸出齒輪為相同尺寸，即從系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)端至發(fā)電機(jī)端的各相繼
動(dòng)力盤以比前一動(dòng)力盤減少的速度(小1/3)運(yùn)轉(zhuǎn)。然而電動(dòng)機(jī)和發(fā)電 機(jī)可顛倒，使得輸出軸的速度大于電動(dòng)機(jī)輸入軸的速度，系統(tǒng)中各相 繼動(dòng)力盤組件的速度約增加1/3。本發(fā)明的系統(tǒng)可在兩個(gè)方向上運(yùn)行。 在此情況下，輸出/引出齒輪將是被電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸入齒輪，而輸入齒 輪是驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或類似裝置的引出齒輪。
另外，盡管輸入齒輪和輸出/引出齒輪分別與輸入和輸出動(dòng)力盤邊 緣的內(nèi)表面上齒輪組相配合，應(yīng)理解輸入傳動(dòng)齒輪和輸出引出齒輪可 與邊緣部分外表面的齒輪組配合。因此，輸入和輸出動(dòng)力盤邊緣部分 內(nèi)表面的齒輪組不是本發(fā)明的本質(zhì)部分。其它結(jié)構(gòu)也可用于為系統(tǒng)提 供輸入動(dòng)力或從系統(tǒng)獲得動(dòng)力，包括鏈輪傳動(dòng)齒輪，或者包括皮帶或 流體或磁力系統(tǒng)等其它裝置。但是使用內(nèi)表面齒輪組的確具有重要且 獨(dú)特的運(yùn)行結(jié)果，其中全部齒輪組沿相同方向旋轉(zhuǎn)，從而系統(tǒng)達(dá)到預(yù) 定速度時(shí)，幾乎沒有阻力。
另外，盡管配置中示出了總共四個(gè)中間齒輪組件，也可使用更多 或更少數(shù)量的中間齒輪組件，取決于希望的動(dòng)力變換/增益的量。但最 少需要有輸入動(dòng)力盤組件和輸出動(dòng)力盤組件，以提供一級的動(dòng)力變換/ 增益。在最少配置中，圖1所示四個(gè)中間盤可以省去，輸出動(dòng)力盤組 件與輸入動(dòng)力盤組件直接配合。配置中也可包含四個(gè)以上中間動(dòng)力盤， 每個(gè)附加的動(dòng)力盤組件與所示動(dòng)力盤組件相同，盤組件的總數(shù)取決于 輸入和輸出端間動(dòng)力變換/增益的程度。
許多因素影響上述系統(tǒng)動(dòng)力變換/增益的運(yùn)行和量。例如，外傳動(dòng) 齒輪間的相對尺寸差、外傳動(dòng)齒輪可旋轉(zhuǎn)安裝于其上的動(dòng)力盤的尺寸 以及中心傳動(dòng)齒輪的齒輪均影響動(dòng)力變換/增益和/或系統(tǒng)中相繼的動(dòng) 力盤旋轉(zhuǎn)的速度增加/減少。
如上所述，所示實(shí)施例中的中心軸一般保持固定，從而中心齒輪 在系統(tǒng)運(yùn)行中不發(fā)生旋轉(zhuǎn)。動(dòng)力盤的一個(gè)表面上外傳動(dòng)齒輪和中心齒 輪的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和相互作用產(chǎn)生作用在保持外傳動(dòng)齒輪的安裝螺栓的力/ 壓強(qiáng)，從而安裝外傳動(dòng)齒輪的動(dòng)力盤響應(yīng)于前一動(dòng)力盤的旋轉(zhuǎn)以及其 外傳動(dòng)齒輪和邊緣齒輪的配合而開始旋轉(zhuǎn)。然而安裝軸在啟動(dòng)時(shí)可沿 一方向旋轉(zhuǎn)一定程度。取決于安裝軸的旋轉(zhuǎn)量，系統(tǒng)的總動(dòng)力變換/增
益可減少，但系統(tǒng)的啟動(dòng)可更加高效，時(shí)間可更短。
另外，可使安裝軸以及其上的中心齒輪在相對方向上稍旋轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離 動(dòng)力盤，這將增加從一級至另一級的動(dòng)力增益。 一般，外傳動(dòng)齒輪和 中心齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)之間一定有顯著差異。
此外，所示實(shí)施例中起始傳動(dòng)齒輪和輸入動(dòng)力盤之間的齒輪傳動(dòng)
比為3:1，輸出動(dòng)力盤和輸出/引出齒輪之間的傳動(dòng)比為1:3。盡管這些 傳動(dòng)比可以進(jìn)行改變，改變將影響動(dòng)力增益。另外，在一些情況下， 輸出端可能由附加的齒輪或齒輪組來增加輸出軸的速度。因?yàn)楫?dāng)傳統(tǒng) 齒輪系統(tǒng)成為該系統(tǒng)輸入或輸出部分時(shí)其傳動(dòng)比影響動(dòng)力輸出，對于 每種應(yīng)用的具體動(dòng)力要求應(yīng)予以考慮。齒輪傳動(dòng)比過高，如10倍，可 能對系統(tǒng)的動(dòng)力效率/增益有負(fù)面影響。
圖7—11示出了圖l一6所示系統(tǒng)的多種可選配置。具體示出了多 種動(dòng)力盤配置以及動(dòng)力盤的外齒輪傳動(dòng)齒輪和中心齒輪的不同配置。 應(yīng)理解這些是其它另外的實(shí)施例的代表。例如，應(yīng)理解對于圖7—11 所示特定配置，當(dāng)系統(tǒng)包括多個(gè)動(dòng)力盤，如3個(gè)或4個(gè)或多于4個(gè)動(dòng) 力盤時(shí)，各動(dòng)力盤尺寸可不同。各種公開配置中多數(shù)，如果不是全部， 均有此可能。本文公開的多種齒輪配置以及公開的變化的齒輪尺寸產(chǎn) 生多種旋轉(zhuǎn)齒輪速度、齒輪增益和不同模式的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
可選擇特定動(dòng)力盤齒輪配置以產(chǎn)生總旋轉(zhuǎn)效果的所需增加或減少 以及系統(tǒng)的輸入輸出端間所需動(dòng)力變換。
外傳動(dòng)齒輪和與各動(dòng)力盤相聯(lián)的中心齒輪的配置可在各種組合中 選擇，從而實(shí)際上相對特定輸入旋轉(zhuǎn)可獲得任何輸出旋轉(zhuǎn)，反之亦然。
現(xiàn)在更具體地，參照圖7，示出了一種齒輪配置，該齒輪配置具有 一個(gè)動(dòng)力盤100、三個(gè)外傳動(dòng)齒輪102—102以及安裝在系統(tǒng)傳動(dòng)軸105 上的中心齒輪104。在此實(shí)施例中，三個(gè)外傳動(dòng)齒輪102 — 102與中心 齒輪尺寸相同，但是比圖l一6所示系統(tǒng)中的外傳動(dòng)齒輪小的多。為了 正確地驅(qū)動(dòng)該配置，前一動(dòng)力盤107的后側(cè)106具有寬邊緣部分108， 邊緣部分108的內(nèi)表面圓周上具有一組傳動(dòng)齒109。邊緣部分108足夠 寬，可配合較小的外傳動(dòng)齒輪102 — 102。在此實(shí)例中，動(dòng)力盤107的 (有齒的)內(nèi)表面直徑稍小于動(dòng)力盤外徑的二分之一。
圖8示出了齒輪傳動(dòng)/動(dòng)力盤配置的另一變形，包括安裝在驅(qū)動(dòng)中
心軸113上的較大中心齒輪112，以及可旋轉(zhuǎn)安裝在動(dòng)力盤115的表面
113上的多個(gè)外傳動(dòng)齒輪114一114，動(dòng)力盤115被安裝成相對于中心軸
可旋轉(zhuǎn)。在所示實(shí)施例中，共有八個(gè)外傳動(dòng)齒輪114—114，其數(shù)量可
以變化。在此配置中，每個(gè)動(dòng)力盤具有相對較窄的背面邊緣116，其內(nèi)
表面上有一組齒117，齒117與下一動(dòng)力盤的外傳動(dòng)齒輪114一114嚙 合。
如圖7和8所示，外傳動(dòng)齒輪/中心齒輪可具有多種尺寸；然而， 前一動(dòng)力盤的背面邊緣必須配置成邊緣齒可嚙合后一動(dòng)力盤的外傳動(dòng) 齒輪。特定的齒輪配置可用于整串的動(dòng)力盤，或齒輪配置在各動(dòng)力盤 上各有不同。另外動(dòng)力盤的尺寸可有變化。這都將造成輸入和輸出端 之間動(dòng)力的不同變換。
圖9示出了另一齒輪配置。在此實(shí)施例中，動(dòng)力盤120具有四個(gè) 傳動(dòng)齒輪124_124，傳動(dòng)齒輪124—124可旋轉(zhuǎn)安裝在表面125上并與 中心齒輪122合作。每個(gè)動(dòng)力盤的背面邊緣126相對較寬，與下一動(dòng) 力盤上的外驅(qū)動(dòng)輪124—124相嚙合。在此配置中，背面邊緣的直徑約 為動(dòng)力盤外徑的3/4。因此該配置介于圖7和圖8所示實(shí)施例的邊緣寬 度之間。
在圖7—9所示實(shí)施例中，僅示出了兩個(gè)動(dòng)力盤和一個(gè)齒輪配置。 應(yīng)理解，系統(tǒng)可(且可能會(huì))包括多個(gè)動(dòng)力盤及其相聯(lián)齒輪配置。每 個(gè)這樣的系統(tǒng)將包括輸入動(dòng)力盤和輸出動(dòng)力盤，如上參照圖1一5所述。
圖10示出了本發(fā)明的另一配置，包括動(dòng)力盤的垂直疊層配置。圖 10包括輸入動(dòng)力軸130，輸入動(dòng)力軸130可響應(yīng)如輸入電動(dòng)機(jī)(未示 出)，用于驅(qū)動(dòng)第一輸入動(dòng)力盤132和相繼的動(dòng)力盤134、 135和136 以及輸出動(dòng)力盤138，如圖所示。所有的動(dòng)力盤繞中支承軸142旋轉(zhuǎn)。 輸出動(dòng)力盤138驅(qū)動(dòng)外動(dòng)力軸142。圖10示出的相繼動(dòng)力盤的直徑逐 步增加。應(yīng)理解動(dòng)力盤的直徑可全部相同。圖10中沒有明確示出外傳 動(dòng)齒輪和中心齒輪的配置；可以使用各種配置，包括以上所述。
應(yīng)理解圖IO所示輸入動(dòng)力軸和輸出動(dòng)力盤可顛倒，具體地，圖10 所示輸出動(dòng)力軸142在另一實(shí)施例中可為輸入動(dòng)力軸，而輸入動(dòng)力軸 130為輸出動(dòng)力軸。圖IO還示出了可以使用不同尺寸的動(dòng)力盤，同樣 輸入和輸出可顛倒，取決于輸入輸出端之間所需轉(zhuǎn)數(shù)和所需動(dòng)力級。
圖11示出了另一垂直疊層的動(dòng)力盤配置，大致示為150。此垂直 配置也可為水平配置，在此配置中，示出了雙動(dòng)力輸入軸152和154 以及單動(dòng)力輸出軸156。此配置中，每個(gè)輸入軸，例如輸入軸152，驅(qū) 動(dòng)相聯(lián)的輸入動(dòng)力盤，例如動(dòng)力盤158。輸入動(dòng)力盤后跟隨兩個(gè)中間動(dòng) 力盤160禾卩162。也可以有更多中間動(dòng)力盤。最后的中間動(dòng)力盤162 驅(qū)動(dòng)單個(gè)輸出動(dòng)力盤164。輸出動(dòng)力盤164安裝為可繞中支承軸168 旋轉(zhuǎn)。
輸入動(dòng)力盤和兩個(gè)中間動(dòng)力盤均安裝為可繞各自支承軸旋轉(zhuǎn)。圖 11所示動(dòng)力盤尺寸不同，但也可以是相同尺寸。此外，盡管圖11示出 了雙動(dòng)力輸入和單輸出，該配置可顛倒以提供單動(dòng)力輸入和雙動(dòng)力輸 出。
因此，公開的機(jī)械系統(tǒng)提供了從輸入端至輸出端的高動(dòng)力效率或 動(dòng)力增益。系統(tǒng)可配置成系統(tǒng)的輸出速度高于或低于輸入速度(即電 動(dòng)機(jī)速度)。另外，如上所示，可使用各種配置以產(chǎn)生所需的特定結(jié)果。
圖12示出了本文所示與所述動(dòng)力盤的另一變形。該變形中包括被 連接至系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)動(dòng)力盤的邊緣表面182的重塊180(如鉛塊)。 最少使用兩個(gè)重塊，在邊緣上分開180°。也可成對使用各自分開180° 的附加重塊。如需要邊緣可布滿重塊。通常，重塊被螺栓連接至邊緣 表面，也可使用其他連接方法。重塊在配置和重量上可變化，從幾盎 司至幾磅。使用重塊可增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖6示出了本發(fā)明系統(tǒng)在車輛上的應(yīng)用。車輛200包括常規(guī)交流 電動(dòng)機(jī)202，交流電動(dòng)機(jī)202由車輛電池204通過車輛控制系統(tǒng)的逆變 器206部分運(yùn)行，逆變器206將電池提供的直流電壓變?yōu)樗杞涣麟?壓來運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)202。動(dòng)力源也可為燃?xì)饣虿裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī) 202的輸出施加在表示為208的本發(fā)明系統(tǒng)，產(chǎn)生動(dòng)力增益，本發(fā)明系 統(tǒng)輸出施加在常規(guī)發(fā)電機(jī)210上。發(fā)電機(jī)210的一輸出被施加在控制 系統(tǒng)中的充電器212，充電器對車輛電池204進(jìn)行充電，車輛電池又繼 續(xù)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)202。該回路為車輛提供電力。
發(fā)電機(jī)210的另一輸出被引入第二電動(dòng)機(jī)214，其輸出作為本系統(tǒng) 216第二動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)。動(dòng)力系統(tǒng)216提供另一動(dòng)力增益，通過傳動(dòng) 裝置218驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)使用中的車輛。圖6的系統(tǒng)可為獨(dú)立運(yùn)行的車輛系
統(tǒng)，由于使用了本發(fā)明的兩個(gè)車載動(dòng)力系統(tǒng)208和216，要求的其他動(dòng) 力最少。如果電池204有時(shí)需要其他動(dòng)力充電，也可使用常規(guī)電源進(jìn) 行充電。但是即使時(shí)常需要這樣的充電，相對于常規(guī)電動(dòng)車所需常規(guī) 電網(wǎng)的電力使用，圖IO所示使用本發(fā)明的車輛仍然是極其高效的。
控制系統(tǒng)可管理發(fā)電機(jī)210產(chǎn)生的電力并將其按需要引導(dǎo)到電池 204的充電系統(tǒng)或第二電動(dòng)機(jī)214。因?yàn)閯?dòng)力系統(tǒng)208 —般以全速運(yùn)行， 當(dāng)車輛停止時(shí)，可引導(dǎo)電力為電池充電。部件用于不同用途和車輛時(shí) 可以優(yōu)化其尺寸和比例。
也可以理解，可將多種中間齒輪結(jié)合在每個(gè)動(dòng)力盤組件之間，以 改變齒輪傳動(dòng)比、下一動(dòng)力盤的速度或尺寸。同樣，盡管本文所示動(dòng) 力盤為圓形，盤也可為圓形以外形狀。
還可以理解本發(fā)明可與電動(dòng)機(jī)以外的功率源一起使用，包括燃?xì)?或柴油發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組合。另外，系統(tǒng)可作為風(fēng)力渦輪機(jī) 系統(tǒng)或水電渦輪機(jī)系統(tǒng)的一部分，以增加這樣的系統(tǒng)的總輸出。
盡管為了說明公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)理解可對優(yōu)選實(shí)施 例做出各種變化、修改和替換而不偏離附屬權(quán)利要求所限定的本發(fā)明 的實(shí)質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)動(dòng)力盤元件，其被安裝成可繞中心軸旋轉(zhuǎn)；第一系統(tǒng)齒輪，其安裝在偏離所述中心軸的第一系統(tǒng)軸上，其中第一動(dòng)力盤元件包括第一圓周齒輪部，所述第一圓周齒輪部位于所述第一動(dòng)力盤元件后部邊緣附近，用于嚙合所述第一系統(tǒng)齒輪，其中所述第一動(dòng)力盤元件具有第二圓周齒輪部，所述第二圓周齒輪部位于所述第一動(dòng)力盤元件前向邊緣附近，并且其中第二動(dòng)力盤元件具有多個(gè)外齒輪部件，所述多個(gè)外齒輪部件可旋轉(zhuǎn)安裝在所述第二動(dòng)力盤元件背面，并被設(shè)置成與所述第一動(dòng)力盤元件的所述第二圓周齒輪部相嚙合，其中所述第一動(dòng)力盤元件的所述第二圓周齒輪部直徑充分地小于所述第一動(dòng)力盤元件的外徑；中心齒輪，其被安裝成相對于所述中心軸固定，并且還被安裝成與所述第二動(dòng)力盤元件的所述外傳動(dòng)齒輪相嚙合，從而所述第一系統(tǒng)齒輪的旋轉(zhuǎn)引起所述第一動(dòng)力盤部件旋轉(zhuǎn)，然后引起所述第二動(dòng)力盤部件旋轉(zhuǎn)；以及第二系統(tǒng)齒輪，其嚙合所述第二動(dòng)力盤元件的前向圓周齒輪部，所述前向圓周齒輪部位于所述第二動(dòng)力盤元件的邊緣附近，所述第二系統(tǒng)齒輪安裝在偏離所述中心軸的第二系統(tǒng)軸上，其中運(yùn)行時(shí)，所述第一和第二系統(tǒng)軸之間在所述機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生動(dòng)力變換。
2. 如權(quán)利要求1所述的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，其中所述外傳動(dòng)齒輪和所 述中心齒輪尺寸相同。
3. 如權(quán)利要求1所述的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，其中所述第二圓周齒輪部 的直徑不大于所述第一動(dòng)力盤元件的外徑的二分之一。
4. 如權(quán)利要求1所述的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)包括安裝在至少一個(gè)所述動(dòng) 力盤元件的外邊緣表面的至少一對相對的重塊。
5. 如權(quán)利要求1所述的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)包括至少一個(gè)中間動(dòng)力盤元 件，所述至少一個(gè)中間動(dòng)力盤元件位于所述兩個(gè)動(dòng)力盤元件之間，所 述中間動(dòng)力盤元件各具有前向圓周邊緣部以及中心齒輪元件，所述前 向圓周邊緣部用于嚙合并驅(qū)動(dòng)被安裝在下一相繼動(dòng)力盤元件上的多個(gè) 外傳動(dòng)齒輪部件，所述中心齒輪元件被安裝成固定到所述中心軸，且 與安裝在所述下一相繼動(dòng)力盤元件上的多個(gè)相關(guān)外傳動(dòng)齒輪嚙合。
6. —種機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)動(dòng)力盤元件，其被安裝成可繞中心軸旋轉(zhuǎn)，其中第一動(dòng) 力盤元件包括在其后部邊緣附近的第一圓周齒輪部；第一系統(tǒng)齒輪，其安裝在偏離所述中心軸的第一系統(tǒng)軸上，所述 第一系統(tǒng)齒輪適于嚙合所述第一圓周齒輪部；其中所述第一動(dòng)力盤元件具有在其前向邊緣附近的第二圓周齒輪 部，且其中第二動(dòng)力盤元件具有多個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件，所述多個(gè)外傳 動(dòng)齒輪部件可旋轉(zhuǎn)地安裝到所述第二動(dòng)力盤元件背面，并設(shè)置成與所 述第一動(dòng)力盤元件的所述第二圓周齒輪部相嚙合；中心齒輪，其被安裝成相對于中心軸固定，并且還被安裝成與所 述第二動(dòng)力盤元件的所述外傳動(dòng)齒輪相嚙合，其中中心傳動(dòng)齒輪的直 徑充分地大于所述外傳動(dòng)齒輪；以及第二系統(tǒng)齒輪，其與所述第二動(dòng)力盤元件的圓周齒輪部相嚙合， 所述圓周齒輪部位于所述第二動(dòng)力盤元件的邊緣附近，所述第二系統(tǒng) 齒輪安裝在偏離所述中心軸的第二系統(tǒng)軸上，其中無論是所述第一系 統(tǒng)軸是輸入軸而所述第二系統(tǒng)軸是輸出軸的情況還是相反的情況，運(yùn) 行時(shí)，所述第一和第二系統(tǒng)軸之間在所述機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生動(dòng) 力變換。
7. 如權(quán)利要求6所述的動(dòng)力系統(tǒng)，包括至少一個(gè)中間動(dòng)力盤元件， 所述至少一個(gè)中間動(dòng)力盤元件位于所述兩個(gè)動(dòng)力盤元件之間，所述中 間動(dòng)力盤元件各具有前向圓周邊緣部以及相關(guān)的中心傳動(dòng)齒輪元件， 所述前向圓周邊緣部用于嚙合并驅(qū)動(dòng)被安裝在下一相繼動(dòng)力盤元件上 的多個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件，所述中心傳動(dòng)齒輪元件被安裝成固定到所述 中心軸，且與安裝在所述下一相繼動(dòng)力盤元件上的多個(gè)相關(guān)外傳動(dòng)齒 輪嚙合。
8. 如權(quán)利要求6所述的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，包括與至少一個(gè)動(dòng)力盤元 件相關(guān)的至少八個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件。
9. 如權(quán)利要求6所述的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，其中中心傳動(dòng)齒輪的直徑 約為所述外傳動(dòng)齒輪部件的至少四倍。
10. 如權(quán)利要求5所述的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，包括安裝到至少一個(gè)動(dòng) 力盤元件的外邊緣表面的至少一對相對的重塊。
11. 一種機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，包括至少兩組每組至少兩個(gè)動(dòng)力盤元件，所述兩組動(dòng)力盤元件分別安 裝成圍繞第一和第二安裝軸旋轉(zhuǎn)，其中每組中的第一動(dòng)力盤元件包括 在其后部邊緣附近的第一圓周齒輪部；每組動(dòng)力盤元件的第一系統(tǒng)齒輪，分別安裝在偏離所述第一和第 二安裝軸的第一和第二系統(tǒng)軸上，其中每個(gè)動(dòng)力盤組的所述第一系統(tǒng) 齒輪嚙合每個(gè)動(dòng)力盤組的所述第一動(dòng)力盤元件的所述第一圓周齒輪 部；其中每組的所述第一動(dòng)力盤元件具有在其前向邊緣附近的第二圓 周齒輪部，并且其中每組的第二動(dòng)力盤元件具有多個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件， 所述多個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件可旋轉(zhuǎn)地安裝到所述第二動(dòng)力盤元件背面， 且設(shè)置成與每組的所述第一動(dòng)力盤元件的所述第二圓周齒輪部嚙合；每組的中心齒輪，其安裝成相對于各自的安裝軸固定，并還安裝 成與所述第二動(dòng)力盤元件的所述外傳動(dòng)齒輪嚙合；每組的第二系統(tǒng)齒輪，其安裝在偏離所述第一和第二安裝軸的第 一和第二系統(tǒng)軸上，其中所述第二系統(tǒng)齒輪與每組的所述第二動(dòng)力盤 元件的前向圓周齒輪部嚙合；以及單輸入/輸出動(dòng)力盤元件，其安裝成圍繞中心軸，并具有齒輪結(jié)構(gòu)， 所述齒輪結(jié)構(gòu)與每組動(dòng)力盤元件的所述第二系統(tǒng)齒輪相嚙合，從而所 述第一和第二系統(tǒng)軸的旋轉(zhuǎn)引起所述輸入/輸出動(dòng)力盤元件的旋轉(zhuǎn)，反 之亦然。
12. 如權(quán)利要求ll所述的動(dòng)力系統(tǒng)，其中各組中的動(dòng)力盤元件尺 寸不同。
13. 如權(quán)利要求11所述的動(dòng)力系統(tǒng)包括位于各組的所述兩個(gè)動(dòng)力 盤元件之間的至少一個(gè)中間動(dòng)力盤，所述中間動(dòng)力盤元件各具有前向 圓周邊緣部以及相關(guān)的中心傳動(dòng)齒輪元件，所述前向圓周邊緣部用于 嚙合并驅(qū)動(dòng)各組中被安裝在下一相繼動(dòng)力盤元件上的多個(gè)外傳動(dòng)齒輪 部件，所述中心傳動(dòng)齒輪元件被安裝成分別固定到第一和第二軸，且 與安裝在所述下一相繼動(dòng)力盤元件上的多個(gè)相關(guān)外傳動(dòng)齒輪嚙合。
14. 如權(quán)利要求ll所述的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，包括安裝在至少一個(gè)所 述動(dòng)力盤元件的外邊緣表面的至少一對相對的重塊。
15. —種機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)動(dòng)力盤元件，其被安裝成繞中心軸旋轉(zhuǎn)，其中第一動(dòng)力 盤元件包括在其邊緣附近的第一圓周齒輪部；至少一對相對的重塊，其安裝在至少一個(gè)所述動(dòng)力盤元件的外邊 緣表面；第一系統(tǒng)齒輪，其安裝在偏離所述中心軸的第一系統(tǒng)軸上，用于 嚙合第一動(dòng)力盤元件；其中所述第一動(dòng)力盤元件具有在其向前延伸的邊緣部附近的第二 圓周齒輪部，且其中第二動(dòng)力盤元件具有多個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件，所述 多個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件可旋轉(zhuǎn)地安裝到所述第二動(dòng)力盤元件背面，并設(shè) 置成與所述第一動(dòng)力盤元件上的所述第二圓周齒輪部相嚙合；中心齒輪，其安裝成相對于所述中心軸固定，并且還安裝成與所 述第二動(dòng)力盤元件的所述外傳動(dòng)齒輪嚙合；以及第二系統(tǒng)齒輪，其嚙合所述第二動(dòng)力盤元件的所述圓周齒輪部， 所述圓周齒輪部在所述第二動(dòng)力盤元件的邊緣附近，所述第二系統(tǒng)齒 輪安裝在偏離所述中心軸的第二系統(tǒng)軸上，其中運(yùn)行時(shí)，第一和第二 系統(tǒng)軸之間在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)發(fā)生動(dòng)力變換，反之亦然。
全文摘要
系統(tǒng)包括至少兩個(gè)安裝成可繞通常固定的中心軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力盤元件(26、42)。第一動(dòng)力盤元件包括位于其邊緣(32)的第一圓周齒輪部(33)，安裝在偏離中心軸的第一系統(tǒng)軸上的第一系統(tǒng)齒輪通過第一圓周齒輪部(33)轉(zhuǎn)動(dòng)第一動(dòng)力盤元件。第一動(dòng)力盤元件還具有位于邊緣區(qū)域且向前延伸的第二圓周齒輪部(35)。第二動(dòng)力盤元件具有多個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件(50、52、54)，多個(gè)外傳動(dòng)齒輪部件(50、52、54)旋轉(zhuǎn)安裝在第二動(dòng)力盤元件的面向后方的表面，設(shè)置成與第一動(dòng)力盤元件的第二圓周齒輪部嚙合。中心齒輪(64)固定到中心軸，以與第二動(dòng)力盤元件的外傳動(dòng)齒輪嚙合。第二系統(tǒng)齒輪與第二動(dòng)力盤元件的圓周齒輪部嚙合，第二系統(tǒng)齒輪安裝在偏離中心軸的第二系統(tǒng)軸上。中心齒輪的直徑可充分地大于外傳動(dòng)齒輪的直徑。第一動(dòng)力盤元件上的前向圓周齒輪部的直徑遠(yuǎn)小于其外徑。此外，系統(tǒng)可包括兩組具有兩個(gè)或兩個(gè)以下部件的動(dòng)力盤元件，其中動(dòng)力盤元件與輸入/輸出動(dòng)力盤元件嚙合，從而單輸入可產(chǎn)生雙輸出旋轉(zhuǎn)，反之亦然。
文檔編號F16H33/00GK101103217SQ200580041796
公開日2008年1月9日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者T·C·奎因 申請人:奎因工業(yè)有限責(zé)任公司