[发明专利]采用变化的可转向滚子的无限可变牵引驱动器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及牵引驱动器并且更具体地涉及一种用于车辆、动力传输装置、或有可控的移动速度和可反向的移动方向的致动器的无限可变传动器。

背景技术

用于车辆的、有能力提供连续可变(CVT)或者无限可变(IVT)比率传动的牵引驱动器很久以来就已经被认为对于许多潜在应用是有利的，像那些在汽车、摩托车、休闲车辆、重型机械、农机、机器人、发电、油气行业，HVAC以及其他行业和设施中的应用。

许多(如果不是大多数的话)牵引类型的CVT或IVT在以下方面是相似的，即，它们利用滚子来接触其他旋转表面(并且具体是满足所谓的环面、半环面、锥面、球类型的和其他传动器)，其中多个滚子将动力从一个旋转本体传递给另一个旋转本体，同时滚子的旋转轴线能够偏斜或移动，从而因此提供了旋转输入件处的接触点与旋转输出件处的接触点具有与旋转本体轴线不同的距离或半径，从而因此提供一种可变的比率。

为了实现IVT模式，这样的装置会典型地采用所谓的‘动力环’构型，其中CVT输出件的单向旋转速度会被从输入件的参照速度的旋转速度中扣减去。这些构型总体上采用差动机构或行星齿轮组以便实现这样的扣减，因此由于‘动力环’系统已知的高内部损耗而减小了此类装置的总体效率。

除了在由一种所谓的‘双滚子安排’(DRA)(Okulov的WO2011113149 (A1))限定的构型中，这些滚子虽然允许输入本体和输出本体以不同的速度旋转，但会遭遇到在牵引点处实质性的自旋，这减小了可供使用的牵引(在基于牵引流体的构型中)或导致这些以金属对金属或以其他材料的直接接触装置形式的配对旋转本体的过度磨损。

这些半环面传动器在滚动接触点处的自旋显著减小，但具体是由于在支持了这些滚子的并且承受了全部夹紧力的实质性部分的多个轴承中的高摩擦损耗而仍然受到相对低的效率的困扰。

因为在大多数类型的现有技术传动器中的所有滚子都是典型地被夹紧在相当刚性的表面之间，就存在着困难来在它们之间提供夹紧力的均等分配(对于在多滚子环境中的可靠牵引是必需的)。这些具有不同夹紧力的接触点会在牵引负载下所经历的滑动百分率意义上表现不同，并且如果所有点的滑动量值不协调的话，就会导致出现显著的内部力和损耗，从而减小总体效率。实践中，这一缺点致使每一对输入本体-输出本体(或一个环面传动器的每一个凹腔)的滚子数目被减至3-4个，这限制了这样的传动器的功率密度以及它们能够应对的最大扭矩。

在贸易和实践中还广为人知的是，与由于牵引点的低变形能力而使得它们的性能和可靠性有时不可预知的低自旋装置相比，高自旋牵引装置会展现更多的容差特性和更多的适应性(代价是与其以零自旋最大可供使用的值相比较的减小的牵引系数)。

从House的US专利号2,139,635；5,923,139以及Faulring等人的US专利申请2008/0081728体现了大量的采用由多个滚子驱动的球状本体的CVT构型实例。这些装置由于在操纵球状本体的过程中所具有高自旋驱动和转向的滚子而展现出低的效率和低的扭矩容量。

从大量的US专利中，即，Weiss的1,141,508；Weiss的1,146,982；Weiss的1,469,061；Weiss的1,537,515；Weiss的1,541,882；Weiss的1,728,383；Pollard的2,020,123；Hanft的2,128,088；Morgan的2,682,776；Salomon的2,959,971；3,826,157；4,487,086；Perkins的4,964,316；7,207,918；Shimazu的7,207,918以及Ferrar的7,594,870中，明了的另一种实现CVT 构型的方式是，采用一个带有多个安装于其上的滚子的承载件，并且这些滚子可以在垂直于该承载件的旋转平面的方向上旋转并且与一个可旋转的球状表面处于摩擦滚动接触。在承载件的旋转平面与球体的旋转轴线之间的相对角度限定了传动比。在承载件垂直于球体的旋转轴线的位置上，传动器的比率大约为1:1。

多年来，已经披露了对这样的CVT的大量的改进。但这样的传动器的不足之处仍然是它们没有能力提供空档比率或‘啮合空档’，即，没有能力在输入件旋转时实现零输出件旋转速度，并且不足之处还是受限于球体-承载件枢转机构的几何限制而所能够实现的相对低的比率范围。这些发明的又另一个缺点是由于这些滚子并行工作但分担不同负载的不同的表现所导致的低效率。

可以对在不同的负载条件下并行工作的多个滚子的这种不同表现的现象做出如下展示：