用於可變比變速器的設備、系統和方法

2023-06-24 13:44:11 5

專利名稱：用於可變比變速器的設備、系統和方法
技術領域：
本發明涉及變速器，更具體地，涉及引入兩個輸入的可變比變速器，其中一個輸入為電機。
背景技術：
電動車輛帶來減小對礦物燃料的依賴的希望。但是，迄今，由於有限的裡程和對電池再充電所需的時間，電動車輛並不流行。增大電動車輛的性能的一個主要障礙是用於驅動電動車輛的電機的效率。儘管電機可以小於內燃機或者柴油機，但是要求更大的電池，其至少部分地代替了發動機的重量。再者，重的和效率低的變速器會丟失一些電機產生的功率。
變速器典型地為車輛中最複雜的機械部件。許多複雜的運動部件隨著時間而磨損。結果，變速器要求經常維護並且當壞了後更換非常昂貴。它們也是典型車輛的最重和最大的部件。需要的是，一種用於車輛的變速器，其比現有可用的變速器小和輕很多，其允許通過使用非常有效率的電機而實現可變比。

發明內容
從前面的討論，應當為顯然的是，存在一種對通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率的設備、系統和方法的需求。有益地，這樣的設備、系統和方法將結合具有電機的變速器。本發明響應現有技術的現狀，特別地，響應現有技術中的通過現有的變速器或者電機還沒有完全解決的問題和需求，進行研發。相應地，本發明已經研發以提供用於通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率的設備、系統和方法，其克服了現有技術中的上述缺點的許多或者全部。
提供通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率的設備，其具有配置來功能上執行調節轉動輸入與輸出比率的必要步驟的多個部件。在描述的實施例中的這些部件包括從第一輸入接收轉動力的恆星齒輪。多個行星齒輪圍繞恆星齒輪並可操作地連接恆星齒輪。 恆星齒輪傳遞轉動力到行星齒輪。每一行星齒輪連接行星齒輪承載器。行星齒輪傳遞轉動能到行星齒輪承載器並且行星齒輪承載器傳遞轉動力到輸出。
所述設備包括圍繞行星齒輪並可操作地連接到每一行星齒輪的環形齒輪。環形齒輪包括或者連接到電機的轉子。環形齒輪的轉動運動是第二輸入。第二輸入控制第一輸入和輸出之間的速度和扭矩比。環形齒輪包含多個永久磁體。電機的定子包括與環形齒輪的永久磁體對齊。每個線圈定位在環形齒輪的成對永久磁體之間。定子相對於環形齒輪固定就位。第二輸入包括利用定子電控制環形齒輪的速度。
在一個實施例中，所述設備配置為以使得定子包括非磁性的非傳導的材料並且定子的線圈嵌在非磁性的非傳導的材料內。在一個實施例中，圍繞永久磁體的環形齒輪的至少一部分還包括非金屬的非傳導的材料。
在一個實施例中，所述設備進一步配置為以使得一排線圈的線圈每個定位在距離恆星齒輪的中心相同的半徑。相應排的永久磁體的永久磁體每個定位為距離恆星齒輪的中心大致類似的半徑。如此，永久磁體的中心大致對齊相應線圈的中心。在進一步的實施例中，所述設備可配置為以使得永久磁體定位為以使得當線圈對齊永久磁體時下一線圈對齊在兩磁體之間。在一個實施例中，每個線圈與非傳導的非磁性的芯和圍繞芯的薄的傳導的屏蔽件是均一尺寸的。導體還圍繞線圈的屏蔽件纏繞。線圈的芯的半徑大致與永久磁體的半徑相同。
在進一步的實施例中，所述設備可配置為以使得每個線圈纏繞為以使得導體在線圈的繞組外部進入線圈並存在於線圈的外部上，而導體沒有通過垂直於繞組的線圈的繞組。每個線圈由兩半構成，其中每半纏繞為以使得導體在線圈的內部開始並纏繞為具有不斷增大的半徑以使得導體的末端在線圈的周邊退出。線圈的每半連接以使得位於繞組的內部的每個導體的起點電連接在一起。
在另一個實施例中，永久磁體成形為圓柱形，圓柱形永久磁體的末端定位為朝向定子。在進一步的實施例中，行星齒輪承載器的扭矩和速度關於彼此成比例以使得速度減小對應於扭矩增大。在一個實施例中，定子包括多組共面的線圈。在所述實施例中，一組共面線圈包括在二維平面中的多個線圈並且每組共面線圈與一個或多個其它組的共面線圈平行。每組共面線圈定位在共面永久磁體的成對的組之間。一組共面的永久磁體包括在二維平面中的多個永久磁體。多組共面永久磁體彼此平行並且平行於共面線圈的平面。
在進一步的實施例中，恆星齒輪、行星齒輪、行星承載器和環形齒輪的齒和電機保持總是接合。在一個實施例中，定子包括關於環形齒輪固定的位置並圍繞環形齒輪的外側周邊。在進一步的實施例中，所述設備可配置為包含可操作地連接環形齒輪的單向離合器。 單向離合器允許環形齒輪在一個方向轉動。所述設備還可包含兩分路環和順序控制。兩分路環典型地由導磁材料製成並連接到並不面對定子的每個永久磁體的外邊緣。順序控制連接每個線圈以使得電流在線圈中在一個方向流動，並且順序控制斷開線圈和響應與線圈直接對齊的一組永久磁體再次連接線圈，而電流在相反的方向流動。
在進一步的實施例中，一個或多個其它的行星齒輪系統可以順次串聯連接。第一行星齒輪系統包括所述恆星齒輪、所述多個行星齒輪、所述行星齒輪承載器、所述環形齒輪和所述定子。每個其它的行星齒輪系統包括恆星齒輪、行星齒輪、行星齒輪承載器、環形齒輪和定子。在每個其它的行星齒輪系統中利用每個相關聯的定子控制每個環形齒輪的速度補償到每個其它行星齒輪系統的第二輸入。第一行星齒輪系統的恆星齒輪接收第一輸入並傳遞轉動能到輸出。在最後的行星齒輪系統前面的每個行星齒輪系統的每個行星齒輪承載器傳遞轉動能到下一行星齒輪系統的恆星齒輪。
本發明的系統還呈現來通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率。所述系統可以實施為從第一輸入接收轉動力的恆星齒輪。恆星齒輪可操作地連接圍繞恆星齒輪的多個行星齒輪。恆星齒輪傳遞轉動力到多個行星齒輪。行星齒輪連接到行星齒輪承載器。行星齒輪傳遞轉動能到行星齒輪承載器，行星齒輪承載器傳遞轉動力到輸出。行星齒輪可操作地連接到環形齒輪，環形齒輪圍繞行星齒輪。環形齒輪包括電機的轉子。環形齒輪的轉動運動補償第二輸入。第二輸入控制第一輸入和輸出之間的速度和扭矩比。環形齒輪包括多個永久磁體。
定子與環形齒輪相互作用並包括與環形齒輪的永久磁體對齊的多個線圈。每個線圈定位在環形齒輪的成對永久磁體之間。定子關於環形齒輪固定在適當位置。利用定子電控制環形齒輪的速度補償第二輸入。
所述系統可進一步包括來自礦物燃料發動機的轉動力作為第一輸入。恆星齒輪機械地連接到礦物燃料發動機，並且恆星齒輪從礦物燃料發動機接收轉動力。在另一個實施例中，所述系統包括來自第二電機的轉動力作為第一輸入。在所述實施例中，恆星齒輪機械地連接到第二電機的輸出，恆星齒輪從第二電機的輸出接收轉動力。在一個實施例中，第二電機通過電池給電。電池可以通過礦物燃料發動機充電。第二電機的輸出可直接或者間接連接恆星齒輪。所述系統可進一步包括齒輪系統，第一輸入在連接恆星齒輪之前連接到該齒輪系統。在一個實施例中，輸出包括用於車輛的推進系統。
本發明的方法還呈現來通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率。在公開的實施例中的方法大致包括執行關於描述的設備和系統的操作的上述功能所必需的步驟。在一個實施例中，所述方法包括從第一輸入接收轉動力到恆星齒輪。轉動力然後從恆星齒輪傳遞到多個行星齒輪。多個行星齒輪圍繞恆星齒輪並可操作地連接恆星齒輪。
所述方法包括從多個行星齒輪傳遞轉動能到行星齒輪承載器。行星齒輪承載器連接到多個行星齒輪。行星齒輪承載器傳遞轉動能到輸出。所述方法包括從每一行星齒輪傳遞轉動能到環形齒輪。環形齒輪圍繞行星齒輪並可操作地連接到每一行星齒輪。環形齒輪包括電機的轉子。環形齒輪的轉動運動補償第二輸入。第二輸入控制在第一輸入和輸出之間的速度和扭矩比。環形齒輪包括多個永久磁體。
所述方法包括提供電氣輸入到電機的定子。定子包括多個與環形齒輪的永久磁體對齊的線圈。每個線圈定位在環形齒輪的成對的永久磁體之間。定子關於環形齒輪固定就位。利用到定子的電氣輸入電控制環形齒輪的速度補償第二輸入。
在整個的這個描述中參照特徵、優點或者類似語言並不是指可以通過本發明實現的所有的特徵和優點應當在本發明的任何單一的實施例中。而是，關於特徵和優點的語言應當理解為指關於實施例描述的特定的特徵、優點或者特性包括在本發明的至少一個實施例中，這樣，在整個的這個描述中，特徵和優點以及類似語言的討論可以，但非必須，涉及相同的實施例。
而且，描述的本發明的特徵、優點和特性可以以任何適當的方式在一個或多個實施例中組合。本領域技術人員將認識到，本發明可以實施為沒有特定實施例的特定特徵或優點的一個或多個。在其它的情形下，其它特徵和優點可以在某些實施例中實現，其可以不存在於本發明的全部實施例中。本發明的這些特徵和優點將從下面的描述和所附權利要求變得明顯，或者可以通過實施在此及後提出的本發明而習得。


為了易於理解本發明的優點，將參照在附圖中示出的特定實施例更具體地描述上面簡要描述的本發明。應當理解，這些附圖僅僅是本發明的電性實施方式，因此不應理解為對本發明的範圍的限制，本發明將通過利用附圖通過額外的特定性和細節進行描述和解釋，其中 圖1是示出根據現有技術的車輛的一個實施例的方框圖； 圖2是示出根據本發明的可變比變速器的一個實施例的恆星齒輪、四個行星齒輪、環形齒輪和定子的一個側面的側視圖； 圖3是進一步示出根據本發明的圖2的可變比變速器的剖開的前視圖； 圖4是根據本發明的圖2的可變比變速器的剖開的前剖視圖； 圖5是根據本發明的線圈的剖視圖； 圖6是示出根據本發明的包含三組永久磁體和兩組線圈的實施例的可變比變速器的橫截面前視圖； 圖7是根據本發明的包含單向離合器的環形齒輪的側視圖； 圖8示出根據本發明的能量回收電路的一個實施例； 圖9是根據本發明的順次連接的多個行星齒輪的前視圖； 圖10是示出根據本發明的其中內燃機提供第一輸入到可變比變速器設備的系統的一個實施例的方框圖； 圖11是示出根據本發明的其中第二電機提供第一輸入到可變比變速器的系統的一個實施例的方框圖； 圖12是根據本發明的具有驅動兩個可變比變速器的電機的系統的一個實施例的方框圖；以及 圖13是示出用於採用行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率的方法的一個實施例的示意性流程圖。
具體實施例方式在整個描述中，參照「一個實施例」、「實施例」或者類似語言是指，關於實施例描述的特定特徵、結構或者特性被包括在本發明的至少一個實施例中。這樣，在整個描述中出現的短語「在一個實施例中」、「在實施例中」和類似語言可以，但非必須地，全部參照相同的實施例。
而且，描述的本發明的特徵、結構或者特性可以以任何適當的方式在一個或多個實施例中組合。在下面的描述中，提供許多特定的細節，例如發動機類型、連接構型、齒輪構型、用戶選擇、電腦硬體、硬體電路等的例子以提供對本發明的實施例的透徹理解。但是，本領域技術人員將認識到，本發明可以在沒有一個或多個這樣的特定細節地實施，或者可以通過其它的方法、部件、材料等進行實施。在其它的情形中，熟知的結構、材料或者操作沒有示出或者詳細描述以避免使得本發明的各方面不清楚。
在此包括的示意性流程圖總體上是作為邏輯流程圖提出的。如此，描述的順序和標記的步驟表明本方法的一個實施例。可以想到其它的步驟和方法，其在功能、邏輯或者效果上與所示方法的一個或多個步驟或者其部分等效。此外，採用的形式和符號是提供來解釋所述方法的邏輯步驟，因此不應理解為限制所述方法的範圍。儘管各種箭頭類型和線類型可以用於流程圖中，但是它們應當理解為不是對相應方法的範圍的限制。實際上，一些箭頭或者其它的連接符號可以用於僅僅表明所述方法的邏輯流程。例如，箭頭可以表示在所述方法的列舉的步驟之間的非特定持續時間的等待或者監測期間。此外，特定方法發生的順序可以嚴格地遵從或者不嚴格地遵從所示出的相應步驟的順序。
圖1是示出根據現有技術的車輛的一個實施例的示意性方框圖。所述系統包括車輛100。車輛100可以是汽車、卡車、公共汽車或者其它類型的內燃動力車輛。車輛100可包括耦合到變速器104的內燃機102。內燃機102[在此及後「發動機102」]可以為四衝程的柴油機類型，具有壓縮點火(Cl)。可選擇地，發動機102可以為不同類型的發動機，例如， 但不限於，二衝程的柴油機類型的、火花塞點火(Si)類型的發動機或者氣體或者汽油燃料類型的。發動機102與變速器104 —起統稱為「驅動系」。
在一個實施例中，驅動系進一步包括一對接觸地面的輪108形式的轉動推進構件。發動機102的輸出軸110耦合發動機102到變速器104的扭矩變換器112。變速器104 可以包括手動或者自動變速器。推進器軸114可轉動地耦合到變速器104的驅動軸116並將來自發動機102的扭矩傳遞到輪108從而推進車輛100。驅動系的本描述涉及驅動系的主要部件，標準部件沒有特別描述，因為標準部件對於本領域技術人員來說是已知的。
當驅動車輛100時，司機利用節流閥128、齒輪轉動模塊130和多個輸入裝置(未示出)，例如轉向輪。在一個實施例中，發動機控制模塊(「ECM」) 132配置為接收來自多個輸入裝置、節流閥1 和齒輪選擇模塊130的控制數據。ECM 132還可配置為解釋數據並發送指令信號到發動機102。本領域技術人員將認識到，ECM132還能夠命令多個系統，例如燃料系統。
在一個實施例中，ECM132配置為通過數據網絡134與變速器控制模塊(TCM) 136通信。數據網絡134可以是一公共數據路徑，節流閥1 和齒輪選擇模塊130通過該公共數據路徑傳輸指令。此外，數據網絡134可包括在多個裝置1觀、130、132和136之間的有線或者無線連接。或者，每個裝置128、130、132136可包括到每一其它裝置的單獨連接。
圖1的車輛100作為利用變速器104從而推進車輛的車輛的例子給出。變速器 104典型地為將來自發動機102的機械功傳遞到輪108的齒輪系統。典型的變速器是非常複雜的並需要維護以保證複雜的部分正常工作。除了與保養和維護相關的成本之外，典型的變速器是非常大和重的，其降低了車輛100的總效率。
圖2是根據本發明的可變比變速器設備200的一個實施例的一個側面的側視圖。 可變比變速器設備200包括恆星齒輪202、四個行星齒輪204、環形齒輪206和定子208。恆星齒輪202接收來自第一輸入210的轉動力。第一輸入210的轉動力可以由內燃機、電機、 氫電機、水電的電機、噴射發動機或者任何可以產生轉動力的裝置產生。
多個行星齒輪204圍繞恆星齒輪202並且可操作地連接恆星齒輪202。多個行星齒輪204可操作地連接恆星齒輪202，行星齒輪204的齒通過連續接合齒而與恆星齒輪202 的齒相互作用。隨著力從恆星齒輪202的各個齒輪齒傳遞到行星齒輪204的各個齒輪齒， 轉動力從恆星齒輪202傳遞到行星齒輪204。
在一個實施例中，恆星齒輪202的齒保持總是接合行星齒輪204的齒。在這個實施例中，並不利用離合器類型的機構來脫離齒輪的齒。行星齒輪204的齒同樣保持總是接合環形齒輪206的齒。
行星齒輪承載器212連接到多個行星齒輪204。行星齒輪承載器212可移動地連接每一行星齒輪204的中心以使得行星齒輪204可以圍繞它們的中心轉動同時附著到行星齒輪承載器212。當可變比變速器設備200處於使用中時，行星齒輪204圍繞它們的中心轉動並且處於由行星齒輪承載器212限定的圓形方案中。行星齒輪承載器212環繞它的中心轉動並接收來自行星齒輪204的轉動能。行星齒輪承載器212還傳遞轉動能到輸出214。 行星齒輪承載器212的輸出214可連接車輛的推進系統、發電機或者任何其它的接收轉動力的機構。
環形齒輪206圍繞行星齒輪204。環形齒輪206的齒與每一行星齒輪204的齒相互作用。環形齒輪206還用作電機的環形齒輪206。電機通過環形齒輪206的運動提供轉動力到行星齒輪204。環形齒輪206的轉動運動包括第二輸入216。
環形齒輪206包括圍繞環形齒輪206的周邊定位的永久磁體218。在一個實施例中，永久磁體218是圓柱的並且對齊以使得圓柱的軸與環形齒輪206的轉動軸平行。在一個實施例中，圍繞永久磁體218的至少一部分環形齒輪206是由非金屬的、非傳導材料構成。 在一個實施例中，整個環形齒輪206是由非金屬的非傳導的材料構成。
定子208定位為以使得定位在定子208中的線圈220對齊環形齒輪206的永久磁體218。定子208連接到固定器以使得定子208並不相對於環形齒輪206運動。定子208 可以固定到車輛的主體、建築的底部或者任何其它的相對於環形齒輪206固定定子208的固定器。
定子208包括位於定子208的周邊周圍的線圈220以使得當定子208和環形齒輪 206對齊時，線圈220的中心與永久磁體218重合。儘管其它的構型也是可以的，但是以這種方法對齊永久磁體218和線圈220提高可變比變速器的效率。如圖2和3所示，每個線圈220定位在環形齒輪206的成對永久磁體218之間。
在一個實施例中，定子208是由非磁性的非傳導的材料構成，其中線圈220嵌在非磁性的非傳導的材料內。如圖2所示，一排線圈220的線圈220每個定位為距離恆星齒輪 202的中心相同的半徑。相應排的永久磁體218的永久磁體218每個定位為距離恆星齒輪 202的中心大致相似的半徑以使得永久磁體218的中心大致對齊相應線圈220的中心。
在其它的實施例中，多排永久磁體218被包括在環形齒輪206中，並且相應的多排線圈220被包括在定子208中。
在一個實施例中，行星齒輪承載器212的扭矩和速度關於彼此成比例以使得速度的減小對應扭矩的增大。可選擇地，速度的增大對應扭矩的減小。
圖3是示出根據本發明的圖2的可變比變速器設備200的一個實施例的剖開的前視圖。定子208的線圈220夾在環形齒輪206的兩組永久磁體218之間。在圖3的實施例中，定子208包住環形齒輪206。在其它的實施例中，定子208圍繞環形齒輪206的外周邊， 但是並不完全包住環形齒輪206。
第一輸入210通過可變比變速器設備200的一個側面接合恆星齒輪202，行星齒輪承載器212與可變比變速器設備200的相對側面上的輸出214連接。環形齒輪206在χ-y 平面中轉動，第一輸入210和輸出214同樣如此。定子208的固定位置允許它通過輸入線 330接收電氣輸入。在一個實施例中，輸入線330通過控制器3 接收來自電池328的能量。輸入信號是從控制器3 接收的。電力是從電池3 接收的。
在一個實施例中，可變比變速器設備200重量比傳統的變速器輕很多，並且比傳統的變速器小很多。因為每個齒輪的齒保持總是接合，因此不需要離合器機構來脫離齒輪齒。傳統的變速器的許多其它的部分也是不必要的，這允許可變比變速器設備200比傳統的變速器輕許多和小許多。
圖4示出根據本發明的圖2的可變比變速器設備200的剖開的前視圖。圖4示出具有夾在永久磁體409組之間的定子208的兩組永久磁體409。注意到，定子208被示出為具有兩個部分。在優選實施例中，將定子208分為兩個部分允許線圈220構造為兩個部分。 線圈220的一半纏繞以使得纜線從中心開始，然後如同線軸一樣纏繞，纜線存在於線圈220 的外周邊上。另一半線圈以類似的方法纏繞以使得當兩半的定子208布置在一起時在中間的兩纜線可以連接。中心纜線可以通過焊接、利用連接器或者其它方式進行構造以在纜線之間進行電接觸。在另一實施例中，線圈220構造為一件式的組件，纜線布置在中央，然後兩半線圈同時纏繞。
通過以這種方式構造線圈220，中心纜線不必退出線圈旁邊。具有其中中心纜線退出線圈220旁邊的線圈220導致通量洩漏，其降低效率。測試已經表明，如所示線圈220構造為以使得沒有纜線從中心在線圈220的纜線旁邊延伸，導致對於相同量的動力輸入電機扭矩增加大約10%。本領域技術人員將認識到其它纏繞線圈220以使得連接線圈220的纜線330在線圈220的外側周邊處退出線圈220的方法。
圖2和4示出比線圈220更多的永久磁體218。線圈220有意地間隔開以使得當一個線圈220與一對永久磁體218對齊時，下一線圈220位於其它兩組永久磁體218之間。 該配置是有利的，因為當線圈220與一組永久磁體218對齊以使得形成非常小或者沒有轉動扭矩時，下一線圈220定位來產生轉動扭矩。
該構思可以通過觀察圖2中的線圈220和永久磁體218看出。一組永久磁體218， 為了參照方便，包括兩個彼此相對的永久磁體218。在所示實施例中，具有六組示出的永久磁體218，其從頁面頂部延伸到底部。還有四個線圈220，其從頂部延伸到底部。(當然，其它線圈220和定子208的磁體和環形齒輪206被包括，但是位於如圖4所示的視圖之外。) 第一輸入210被示出為從可變比變速器設備200的一端進入，輸出214被示出為從可變比變速器設備200的另一端退出。
在所示例子中，每組永久磁體218與另一組相鄰的永久磁體218成對，並與分路環 430的一部分連接。分路環430與沒有面對定子208的永久磁體218的外邊緣連接。分路環430典型地由導磁材料構成。永久磁體218按照極性安置以使得一組永久磁體具有跨過定子208的北-南場，而下一組具有跨過定子208的相反的南-北場。兩組永久磁體218與來自磁環的分路環430的一部分連接，其中在所示磁環中通量緊密地包含在永久磁體218、 分路環430中並跨過環形齒輪206和定子208之間的間隙。任何兩組相鄰的永久磁體218 形成磁環。
磁體218關於永久磁體218的直徑213的間隔232在高效地導向磁通量並產生磁體218矩陣並導致均勻的通量方面是關鍵的。在所示實施例中，磁體218之間的間隔232 等於磁體218的直徑213。這產生用於兩環形齒輪206和一個定子208的構型的梯子類型的矩陣。如果磁體218之間的間隔232更小，限制在線圈220中的電流減小。如果磁體218 之間的間隔232增大，電機扭矩減小。試驗已經表明大約磁體218的一個直徑213的間隔 232是優化的。
此外，磁體218的長度434典型地長於磁體218之間的間隔232。縮短磁體218的長度434超過大約長度434等於直徑213的點允許磁體218的通量從磁體218的一端到磁體218的另一端而非傳輸通過分路環430並形成磁環。利用磁體218之間的環形齒輪206 中的非磁性材料同樣有助於導向通量為圍繞磁環，而非從磁體218的一端到另一端。
如同電流，磁通量沿著最小阻力的路徑前行。在所示實施例中，通過這種方案的磁體218產生的磁通量形成非常均勻分布的矩陣，通量大致由磁體218包含並通過磁體218 之間的定子208。通過構造非磁性的非傳導的材料的環形齒輪206和定子208用於感興趣的區域中的部分，除了線圈220、磁體218和分路環430之外，可變比變速器設備200能夠製造為高效率的，因為磁場並不通過電機殼體中的渦流產生明顯的損失。可變比變速器設備 200是有效率的並且不產生顯著量的熱，因此傳導殼體並不需要傳熱。
磁體218之間的間隔232同樣關於效率進行選擇。如果磁體218隔開太遠，關於磁體218的最小阻力路徑是從一個磁體218到相鄰的磁體218，而非跨過永久磁體218之間的間隙。試驗已經表明，在定子208的任一側上的磁體218之間的高效的距離為磁體218 的長度的大約1.5倍。對於1英寸長的磁體218，優選的間隔232為1.5英寸。超過磁體 218長度的大約2倍的間隔232開始非常快速地降低效率。如果磁體218進一步間隔開許多，顯著量的通量將從一個磁體218去到相鄰的磁體218，而不是去到相對的磁體218。如果間隔232小許多，線圈220必須變得非常窄，並且線圈220和磁體218之間的交互作用將更沒有效率。
在圖2所示的情形中，第一線圈220(頂部)具有電流流動以使得磁場通過芯236 建立起來，其中北是到左側，南是到右側。第一組磁體218(頂部)設置為以使得在左側上的磁體218的北挨著線圈220。在線圈220的左側上的相對磁體218具有面對線圈220的南極。下一組磁體218(緊挨著在頂部的組的下面的兩個磁體)的極性與頂部組的磁體218 相反。第一線圈220將從第一組磁體218排斥並被吸引到第二組磁體218。
從頂部的第二線圈220具有在相反方向的電流流動以使得產生的磁場具有到右側的北和到左側的南。這將使得第二組磁體218被排斥而第三組被吸引。該方案持續用於剩餘的線圈220和磁體218。產生的磁力使得環形齒輪206如同所示地轉動。
當環形齒輪206轉動以使得第一線圈220定心在第二組磁體218之間，將不再產生轉動扭矩，因為在任一方向移動環形齒輪206導致磁力使得磁體218移動回到中心。對於所示的例子，線圈220和磁體218的間隔使得每另一線圈220將同時抵達一組磁體218 的中心並且介入的線圈220將直接位於兩組磁體218之間。在這一點上，對於高效的電機， 操作電流與定心在磁體218之間的線圈220中的反向。這使得產生的磁場的北極和南極倒過來以使得定心在磁體之間的線圈220排斥那些磁體218並被吸引到轉動中的下一組磁體 218。該順序繼續並且先前位於磁體218之間的線圈220最終抵達它們定心在一組磁體之間的位置並且那些線圈220中的電流反向。
定子208和環形齒輪206之間的氣隙438同樣關於效率進行選擇。氣隙438優選地為大約1/10英寸或者更小。更大的氣隙438降低效率，並且更小的氣隙438更難以保持， 但是如果能實現的話則可以提高效率。
圖5示出線圈220的一個實施例。每個線圈220包括芯236。在優選實施例中，每個芯236的中心是由在芯236的周邊周圍的傳導路徑圍繞的空氣芯。在一個實施例中，芯 236是中空管，優選地為非傳導材料的，由延伸線圈220的寬度的導體M2圍繞。在所示實施例中，導體542圍繞中空管間隔開並且彼此不接觸。在另一個實施例中，導體542塗有絕緣材料並且可以接觸。在另一個實施例中，導體542彼此接觸但是並不塗有絕緣體在另一個實施例中，導體542是由鋼琴絲製成。通過具有平行的導體M2，形成在芯236中的磁場將使得通量線填充芯236的中心並將由導體542包含，將具有非常少的渦流損失或者其它損失。
芯236可以通過利用傳導材料的導管形成。在這個實施例中，導體542典型地並不存在。導管典型地薄以降低渦流損失。利用導管典型地比由導體M2圍繞的管更多損失， 但是可以比由導體M2圍繞的中空管更小勞動強度或者更便宜。
在一個實施例中，導體542或者導管的直徑被選擇為與永久磁體218的直徑213 相配。這在永久磁體218之間產生通量通道，其中通量在磁體218之間或多或少地直線地行進。不同於使得鐵芯飽和，如在傳統的電機中，並且利用芯作為永久磁體以吸引一些磁性材料，本發明的線圈220的非磁性的芯236用於集中磁場。少量的傳導材料圍繞芯236、導管、導體542等，典型地容易飽和。圍繞芯236的該傳導材料用作磁性屏蔽，其將不易於允許磁通量線穿過屏蔽。磁通量線然後行進通過芯236。
當線圈220與一組磁體218重合時，強磁體218產生通過芯236的飽和或者接近飽和的磁場。這導致限流效果，其保持電流最少地在線圈220中。隨著環形齒輪206轉動， 由線圈220產生的磁場隨著磁體218之間的磁通量改變。當線圈220並不直接對齊一組磁體218時，線圈220中的電流會增大。環形齒輪206轉動得越快，允許的電流越多。環形齒輪206轉動得越慢，飽和的磁場越多地影響線圈220中的電流，因此電流越低。
在一個實施例中，每個線圈220是與非傳導的非磁性的芯236和圍繞芯236的薄的傳導屏蔽均一尺寸的，其中導體542圍繞屏蔽纏繞。在另一個實施例中，線圈220預先形成以使得如果線圈220由於任何原因失效，可以快速產生相同尺度的替換線圈220。線圈 220並非定製地纏繞在定子208上，而是單獨纏繞並且為均一的。這是期望的，因為每個線圈220可以被機械纏繞，而非通過半熟練的工人纏繞。這大大降低成本。此外，因為線圈 220是標準尺寸的，它們是模塊化的並且線圈220可以裝配在用於線圈220的任何的定子 208開口中。
可變比變速器設備200具有非常低的鎖定轉子電流同時由於該限流效果保持高的扭矩量的期望特徵。該特徵顯著增大電機在低速下的效率。隨著可變比變速器設備200 轉動，每次線圈220通過一組磁體218並且電流反向時，磁場衰減。存儲在典型電機中的場中的能量作為熱而損失。在本發明中，能量回收電路用於捕獲來自不斷衰減的磁場的能量。
在另一個實施例中，並非所有的線圈220都要求用於操作。例如，如果線圈開始失效，它可以關閉並被標記以便更換。可變比變速器設備200將繼續以具有稍微降低的功率輸出地工作。在另一例子中，某些線圈220可以被關閉以保存能量或者打開以增大功率。如果要求高扭矩，例如在車輛中當從停止加速時，所有的線圈220都可以打開以提供最大功率。一旦車輛到達速度並需要較少的功率，一些線圈220可以關閉以保存能量。
圖6是可變比變速器設備200的橫截面前視圖，示出根據本發明的包含三組永久磁體409和兩組線圈220的實施例。在該實施例中，定子208包含兩組共面的線圈220。一組共面線圈220包括多個在二維平面中的線圈220。在該實施例中，該組共面線圈220是在平行於x-y平面的平面中的共面線圈220。一組共面線圈220示出在圖2中。每組共面線圈220平行於每一其它組的共面線圈220。
每組共面線圈220定位在一組共面永久磁體218之間。在所述實施例中，這組共面永久磁體218被示出。一組共面永久磁體218是一組幾個在二維平面中的永久磁體218。 在圖6中，一組共面永久磁體218沿著x-y平面定位。一組共面永久磁體218示出在圖2中，該組共面永久磁體218彼此平行並平行於共面線圈220的平面。
圖7示出其中環形齒輪206附著到單向離合器746的實施例。單向離合器746允許環形齒輪206在一個方向轉動，但是不允許它在相反方向轉動。單向離合器防止環形齒輪206在操作過程中反向轉動。環形齒輪206可以在一個方向空轉，但是如果環形齒輪206 開始在相反方向上轉動則鎖定就位。單向離合器可以為任何足夠強度以防止環形齒輪206 的反向轉動的單向離合器。在其它的實施例中，離合器746可以是可選擇的單向離合器或者雙向可選擇的單向離合器，其可操作地連接到環形齒輪206。可選擇的單向離合器可以接合或者脫離。雙向可選擇的單向離合器可以用作前向或者反向離合器。本領域技術人員將認識到其它的單向離合器746也可以用於本發明。
圖8是根據本發明的能量回收電路800的一個實施例的視圖。部件編號保持在詳細的能量回收電路和圖4中，只要可能的話。順序控制848驅動開關Q5、Q7、Q12和Q19。當線圈220處於使得它易於連接的位置時，開關Q5和Q19閉合。這允許電流從直流(「DC」) 源流動通過Q5到線圈220並從線圈220通過Q19返回到地面。當環形齒輪206轉動到其中線圈220將被斷開的點時，開關Q5和Q19打開。當線圈220中產生的磁場衰減時，電流持續流動通過線圈220。電流流動通過二極體D14和D9並給電容器C7充電。電容器C7被充電到高於DC源的電壓。
當線圈220再次連接時，極性反向，因此Q7和Q12閉合。這允許電容器C7放電通過Q7和Q12以在與當Q5和Q19閉合時電流流動方向相反的方向開始電流流動。當電容器 C7放電到DC源電壓時，DC源開始供應電流。當線圈抵達下一組磁體218時，Q7和Q12打開。電流再一次持續流動通過線圈，其給電容器C6充電。
該電路400允許能量從不斷衰減的通常將作為熱損失掉的磁場回收在電容器C6 和C7中，然後當電流在線圈220中反向時返回。測試已經表明，當可變比變速器設備200 慢慢移動並且來自DC源的電流為大約0. 2安培(「A」)時，流動通過線圈220的電流可以為大約6A。能量回收電路800典型地顯著提高電機效率。
順序控制848還可有益地使用以通過調節當每個線圈220連接時的時序作為環形齒輪206速度的函數來增大可變比變速器設備200的效率。隨著環形齒輪206的速度增大，線圈220中的磁場的產生受到影響。通過改變當線圈220連接時作為速度函數的時序， 可變比變速器200的效率提高。典型地，隨著環形齒輪206速度增大，時序被提前/推進 (advance)以使得線圈220中的電流比如果環形齒輪206慢慢轉動情形下更快地反向。該時序提前/推進非常類似於改變汽油或者柴油機的時序。
在一個實施例中，時序分為兩個或更多步驟進行調節。例如，直到某一速度，時序為使得線圈220中的電流反向發生在上死點(也就是當線圈220對齊一組磁體218時)或者在上死點之前或者之後一些角度。當環形齒輪的速度抵達某一水平時，時序被提前/推進以使得線圈220的電流在抵達上死點之前反向。
在另一個實施例中，隨著環形齒輪206速度增大，時序被連續或者大致連續地調節。該可變時序從效率角度來看會是有利的。本領域技術人員將認識到時序可以被提前/ 推進以增大電機效率的其它方法。
在圖9的實施例中，可變比變速器設備200串聯連接。在其它實施例中，任何數量的可變比變速器設備200可以串聯連接。第一可變比變速器設備200包括所述恆星齒輪202、所述行星齒輪204、所述行星齒輪承載器212、所述環形齒輪206和所述定子208。每個其它的可變比變速器設備200包括恆星齒輪202、行星齒輪204、行星齒輪承載器212、環形齒輪206和定子208。到每個其它可變比變速器設備200的第二輸入216通過利用相關聯的定子208電控制每個環形齒輪206的速度而得以進行。以這種方法，每個其它可變比變速器設備200可以進一步調節最後輸出902的速度和扭矩。
第一可變比變速器設備200的恆星齒輪202機械地連接到第一輸入210並從第一輸入210接收轉動能。恆星齒輪202傳遞轉動能到行星齒輪204。環形齒輪206同樣傳遞轉動能到行星齒輪204。行星齒輪204然後傳遞轉動能到行星齒輪承載器212。行星齒輪承載器212傳遞轉動能到輸出214。在最後的可變比變速器設備200之前的每個可變比變速器設備200的每個行星齒輪承載器212傳遞轉動能到下一可變比變速器設備200的恆星齒輪202。每個可變比變速器設備200通過控制器3 單獨控制。通過增大額外的可變比變速器設備200，第一輸入210和最後輸出902之間的扭矩和速度比可以進一步調節。
圖10是示出根據本發明的其中內燃機IOM提供第一輸入210到可變比變速器設備200的系統1000的一個實施例的方框圖。系統1000包括可變比變速器設備200，可變比變速器設備200包含從第一輸入210接收轉動力的恆星齒輪202。第一輸入210通過內燃機供應。內燃機IOM機械地連接到恆星齒輪202，並且恆星齒輪202從內燃機IOM接收轉動力。內燃機IOM供應轉動能到發電機1056，發電機1056給電池3 充電。電池3 供應電能到定子208。在一個實施例中，內燃機IOM直接連接到恆星齒輪202。在另一個實施例中，內燃機IOM通過傳動系統間接地連接到恆星齒輪202。
在圖10的實施例中，可變比變速器設備200的輸出214與車輛或者其它的機械裝置的推進系統1058連接。在一個實施例中，從行星齒輪承載器212傳遞的轉動力直接傳遞到推進系統1058而沒有使用任何其它的齒輪。在一個實施例中，從行星齒輪承載器212傳遞的轉動力在傳遞到推進系統1058之前傳遞通過單獨的齒輪系統。行星齒輪承載器212 可以給製造線、水上船舶、泵送系統或者任何其它的接收轉動力的機構賦能。
圖11是示出根據本發明的其中第二電機1160提供第一輸入210到可變比變速器設備200的系統1100的一個實施例的方框圖。第二電機1160通過電池3 給電。電池 3 通過發電機/充電器1056充電。內燃機IOM用於給發電機1056賦能。可變比變速器設備200的恆星齒輪202機械地連接到第二電機1160的輸出。恆星齒輪202從第二電機 1160的輸出接收轉動力。在一個實施例中，第二電機1160的輸出直接連接恆星齒輪202。 在另一個實施例中，第二電機1160通過齒輪系統連接恆星齒輪202。
第二電機1160還賦能控制器326以通過定子208電控制環形齒輪206的運動。電池3 給定子208賦能。可變比變速器設備200的輸出214給例如車輛的推進系統1058 賦能。在其它的實施例中，可變比變速器設備200的輸出214可以給發電機、輪、數個輪、推進器、製造機械或者任何其它的使用轉動力作為輸入的機構賦能。
圖12是示出根據本發明的具有電機驅動的兩可變比變速器設備200的系統1200 的一個實施例的方框圖。系統1200包括兩個可變比變速器設備200、電機1160、兩個推進系統1058、控制器3 和電池328，它們大致類似於上面描述的那些。在所述實施例中，電機 1160包括在兩端上的軸1202，每個端連接到一個可變比變速器設備200的恆星齒輪202。 每一可變比變速器設備200的行星齒輪承載器212驅動推進系統1058。在一個例子中，推進系統1058是連接到車輛的輪的驅動軸。在這個例子中，系統1200的可變比變速器設備 200可以用在前輪驅動的車輛上，並且典型地將比典型的前輪驅動車輛的驅動鏈的重量小很多。本領域技術人員將認識到具有蠕動兩可變比變速器設備200的兩個軸的電機的其它應用。
系統1200包括控制到可變比變速器設備200的定子208和電機1160的動力的控制器326。在一個實施例中，動力從電池3 提供給定子208和電機。電池3 可以通過如上所述的內燃機IOM和發動機/充電器1056直接從發電機1056、從通用電源或者一些其它的電源進行充電。本領域技術人員將認識到其它方法來提供和控制到電機1160和定子208的動力。在一個實施例中，定子208被驅動以使得推進系統1058同時轉動。在另一個實施例中，定子208被驅動以使得每個推進系統1058以不同速度轉動。在另一個實施例中，定子208被驅動以保持到推進系統1058的特定扭矩。本領域技術人員將認識到其它方法來控制在每個可變比變速器設備200中的一個或多個定子208。
在另一個實施例中，礦物燃料發動機，例如內燃機1054，用於可變比變速器設備 200的場合。在這個實施例中，控制器3 可僅控制可變比變速器設備200中的定子208， 或者還可控制礦物燃料發動機。在進一步的實施例中，礦物燃料發動機直接連接到可變比變速器設備200。在替代實施例中，礦物燃料發動機間接地通過傳動裝置或者其它裝置連接到可變比變速器設備200中。本領域技術人員將認識到其它方法來同時驅動如圖12所示的兩可變比變速器設備200。
圖13是示出用於通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率的方法1300的一個實施例的示意性流程圖。方法1300開始1302，並且恆星齒輪202從第一輸入210接收1304 轉動力。第一輸入210可以通過電機、礦物燃料發動機或者任何其它的可以提供轉動力的裝置提供。恆星齒輪202然後從恆星齒輪202傳遞1306轉動力到多個行星齒輪204。多個行星齒輪204圍繞恆星齒輪202並可操作地連接恆星齒輪202。
多個行星齒輪204傳遞1308轉動能到行星齒輪承載器212。行星齒輪204連接行星齒輪承載器212。行星齒輪承載器212傳遞1310轉動能到輸出214。行星齒輪204傳遞 1312轉動能到環形齒輪206。環形齒輪206圍繞行星齒輪204並可操作地連接到每個行星齒輪204。環形齒輪206的轉動運動包括第二輸入216。第二輸入216控制第一輸入210 和輸出214之間的速度和扭矩比率。環形齒輪206包含多個永久磁體218。
方法1300提供1314電氣輸入到包括環形齒輪206和定子208的電機的定子208， 方法1300結束。定子208包含與環形齒輪206的永久磁體218對齊的多個線圈220。每個線圈220定位在環形齒輪206的成對永久磁體218之間。定子208相對於環形齒輪206固定。利用到定子208的電氣輸入電控制環形齒輪206的速度包括第二輸入216。
本發明可以以其它特定形式實施，其並不超出本發明的精神和實質特徵。描述的實施例在所有方面應當理解為僅僅是示例性的，而非限制性的。因此，本發明的範圍由所附權利要求表明，而非通過前面的描述表明。落在權利要求的等價物的含義和範圍中的所有變體是屬於本發明的範圍。
權利要求
1.一種通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率的設備，該設備包括恆星齒輪002)，其從第一輸入(210)接收轉動力；多個行星齒輪004)，其圍繞所述恆星齒輪(204)並可操作地連接所述恆星齒輪 002)，其中所述恆星齒輪(20 傳遞轉動力到所述多個行星齒輪(204)；行星齒輪承載器012)，其連接到所述多個行星齒輪004)，其中所述多個行星齒輪 (204)傳遞轉動能到所述行星齒輪承載器(21 並且其中所述行星齒輪承載器(21 傳遞轉動力到輸出(214)；環形齒輪006)，其環繞所述行星齒輪(204)並可操作地連接到每一所述行星齒輪 004)，所述環形齒輪(206)包括電機的轉子，所述環形齒輪O06)的轉動運動包括第二輸入016)，所述第二輸入(216)控制所述第一輸入(210)和所述輸出(214)之間的速度和扭矩比，所述環形齒輪(206)包括多個永久磁體018)；所述電機的定子(208)包括與所述環形齒輪(206)的所述永久磁體(218)對齊的多個線圈002)，並且其中每個線圈(220)定位在所述環形齒輪O06)的成對的永久磁體(218) 之間，其中所述定子(208)包括相對於所述環形齒輪(206)固定的位置，其中通過利用所述定子O08)電控制所述環形齒輪O06)的速度包括所述第二輸入016)。
2.如權利要求1所述的設備，其中，所述定子(208)包括非磁性的非傳導的材料，其中所述線圈(220)嵌在該非磁性的非傳導的材料中。
3.如權利要求1所述的設備，其中，圍繞所述永久磁體(218)的所述環形齒輪(206)的至少一部分包括非金屬的非傳導的材料。
4.如權利要求1所述的設備，其中，一排線圈的所述線圈(220)每個定位為距離所述恆星齒輪Q02)的中心相同半徑，並且其中相應排的永久磁體的永久磁體(218)每個定位為距離所述恆星齒輪O02)的中心大致相似的半徑，以使得所述永久磁體018)的中心大致對齊所述相應線圈O20)的中心。
5.如權利要求1所述的設備，其中，所述永久磁體(218)定位為以使得當線圈(220)對齊永久磁體018)時下一線圈在兩個磁體之間對齊。
6.如權利要求1所述的設備，其中，每個線圈(220)是與非傳導的非磁性的芯和圍繞所述芯的薄的傳導的屏蔽件均一尺寸的，並且其中導體圍繞所述屏蔽件纏繞。
7.如權利要求6所述的設備，其中，所述線圈(220)的芯的半徑與所述永久磁體的半徑大致相同。
8.如權利要求1所述的設備，其中，每個線圈(220)纏繞為以使得導體在所述線圈的繞組的外部進入所述線圈(220)並存在於所述線圈的該外部上，而沒有導體通過垂直於所述繞組的所述線圈的所述繞組。
9.如權利要求1所述的設備，其中，每個線圈(220)構造為兩半，其中每半纏繞為以使得所述導體在線圈的內部開始並且隨著增大的半徑而纏繞，以使得所述導體的末端在所述線圈的周邊退出，並且其中所述線圈的每半相連以使得位於所述繞組內部的每個導體的開始處電連接在一起。
10.如權利要求1所述的設備，其中，所述永久磁體(218)成形為圓柱形，圓柱形的永久磁體的末端朝向所述定子定位。
11.如權利要求1所述的設備，其中，所述行星齒輪承載器012)的扭矩和速度關於彼此成比例以使得速度的減小對應扭矩的增大。
12.如權利要求1所述的設備，其中，所述定子(208)包括多組共面的線圈020)，一組共面線圈包括多個在二維平面中的線圈020)，並且每組共面線圈平行於一個或多個其它組的共面線圈，每組共面線圈定位在共面永久磁體018)的一對組之間，一組共面永久磁體包括多個在二維平面中的永久磁體018)，並且所述多組共面的永久磁體彼此並行並且平行於所述共面線圈的平面。
13.如權利要求1所述的設備，其中，所述恆星齒輪002)、行星齒輪004)、行星齒輪承載器(21 和環形齒輪Q06)的齒與電機保持恆定接合。
14.如權利要求1所述的設備，其中，所述定子O08)固定並圍繞所述環形齒輪(206) 的外側周邊。
15.如權利要求1所述的設備，進一步包括可操作地連接所述環形齒輪(206)的單向離合器(746)，其中所述單向離合器(746)允許所述環形齒輪(206)在一個方向轉動。
16.如權利要求1所述的設備，進一步包括兩個分路環G30)，每個分路環包括導磁材料並連接沒有面對定子的每個永久磁體的外邊緣。
17.如權利要求1所述的設備，進一步包括順序控制(848)，該序列控制(848)連接每個線圈Q20)以使得電流在線圈中在一個方向流動，並且所述順序控制(848)斷開所述線圈(220)並響應一組永久磁體(218)直接對齊所述線圈而重新連接所述線圈，而電流在相反方向流動。
18.如權利要求1所述的設備，進一步包括順次串聯連接的一個或多個其它的行星齒輪系統(200，圖9)，所述第一行星齒輪系統包括所述恆星齒輪002)、所述多個行星齒輪 004)、所述行星齒輪承載器012)、所述環形齒輪(204)和所述定子008)，每個其它的行星齒輪系統包括恆星齒輪002)、行星齒輪004)、行星齒輪承載器012)、環形齒輪(204) 和定子008)，其中利用每個相關聯的定子(208)電控制每個環形齒輪(204)的速度包括到每個其它行星齒輪系統的第二輸入016)，所述第一行星齒輪系統的所述恆星齒輪(202) 接收第一輸入010)，所述行星齒輪承載器(21 傳遞轉動能到所述輸出014)，在最後的行星齒輪系統前面的每個行星齒輪系統的每個行星齒輪承載器(21 傳遞轉動能到下一行星齒輪系統的恆星齒輪(202)。
19.一種通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率的系統，所述系統包括恆星齒輪002)，其從第一輸入(210)接收轉動力；多個行星齒輪004)，其圍繞所述恆星齒輪(20 並可操作地連接所述恆星齒輪 002)，其中所述恆星齒輪(20 傳遞轉動力到所述多個行星齒輪(204)；行星齒輪承載器012)，其連接到所述多個行星齒輪004)，其中所述多個行星齒輪 (204)傳遞轉動能到所述行星齒輪承載器012)，並且其中所述行星齒輪承載器(21 傳遞轉動力到輸出(214)；環形齒輪006)，其環繞所述行星齒輪(204)並可操作地連接到每一所述行星齒輪 004)，所述環形齒輪(206)包括電機的轉子，所述環形齒輪O06)的轉動運動包括第二輸入016)，該第二輸入控制所述第一輸入(210)和所述輸出(214)之間的速度和扭矩比，所述環形齒輪(206)包括多個永久磁體018)；所述電機的定子(208)包括與所述環形齒輪O06)的所述永久磁體(218)對齊的多個線圈020)，並且其中每個線圈(220)定位在所述環形齒輪O06)的成對的永久磁體(218) 之間，其中所述定子(208)包括相對於所述環形齒輪(206)固定的位置，其中通過利用所述定子O08)電控制所述環形齒輪O06)的速度包括所述第二輸入016)。
20.如權利要求19所述的系統，其中，所述第一輸入(210)包括來自礦物燃料發動機的轉動力，所述恆星齒輪(20 機械地連接到所述礦物燃料發動機，所述恆星齒輪(20 從所述礦物燃料發動機接收轉動力。
21.如權利要求19所述的系統，其中，所述第一輸入(210)包括來自第二電機的轉動力，所述恆星齒輪(20 機械地連接到所述第二電機的輸出014)，所述恆星齒輪(202)從所述第二電機的所述輸出(214)接收轉動力。
22.如權利要求21所述的系統，其中，所述第二電機通過電池給電，並且其中所述電池通過礦物燃料發動機充電。
23.如權利要求21所述的系統，其中，所述第二電機的所述輸出(214)與所述恆星齒輪 (202)直接連接。
24.如權利要求19所述的系統，其中，所述第一輸入(210)在機械地連接到所述恆星齒輪(20 之前連接到齒輪系統。
25.如權利要求19所述的系統，其中，所述輸出(214)包括用於車輛的推進系統。
26.—種通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率的方法，該方法包括從第一輸入(210)接收轉動力到恆星齒輪O02)；傳遞來自所述恆星齒輪O02)的轉動力到多個行星齒輪004)，所述多個行星齒輪 (204)環繞所述恆星齒輪(20 並可操作地連接所述恆星齒輪O02)；傳遞來自所述多個行星齒輪(204)的轉動能到行星齒輪承載器012)，所述行星齒輪承載器(21 連接到所述多個行星齒輪O04)；傳遞來自所述行星齒輪承載器012)的轉動能到輸出(214)；傳遞來自每一行星齒輪(204)的轉動能到環形齒輪O06)，所述環形齒輪(206)環繞所述行星齒輪(204)並可操作地連接到每一行星齒輪O04)，所述環形齒輪(206)包括電機的轉子，所述環形齒輪O06)的轉動運動包括第二輸入016)，該第二輸入(216)控制所述第一輸入(210)和所述輸出(214)之間的速度和扭矩比，所述環形齒輪(206)包括多個永久磁體018)；提供電氣輸入到所述電機的定子008)，該定子(208)包括與所述環形齒輪O06)的所述永久磁體(218)對齊的多個線圈020)，並且其中每個線圈(220)定位在所述環形齒輪 (206)的成對的永久磁體(218)之間，其中所述定子(208)包括相對於所述環形齒輪(206) 固定的位置，其中通過利用到所述定子O08)的電氣輸入電控制環形齒輪O06)的速度包括所述第二輸入016)。
27.一種通過行星齒輪系統調節轉動輸入與輸出比率的設備，該設備包括恆星齒輪002)，其從第一輸入(210)接收轉動力；多個行星齒輪004)，其圍繞所述恆星齒輪Q02)並可操作地連接所述恆星齒輪 002)，其中所述恆星齒輪(20 傳遞轉動力到多個行星齒輪(204)；行星齒輪承載器012)，其連接到所述多個行星齒輪004)，其中所述多個行星齒輪 (204)傳遞轉動能到所述行星齒輪承載器012)，並且其中所述行星齒輪承載器(21 傳遞轉動力到輸出(214)；環形齒輪006)，其圍繞所述行星齒輪(204)並可操作地連接到每個所述行星齒輪 004)，所述環形齒輪(206)包括電機的轉子，所述環形齒輪O06)的轉動運動包括第二輸入016)，該第二輸入(216)控制所述第一輸入(210)和所述輸出(214)之間的速度和扭矩比，所述環形齒輪(206)包括多個永久磁體018)，其中圍繞所述永久磁體018)的所述環形齒輪Q06)的至少一部分包括非金屬的非傳導的材料；所述電機的定子(208)包括與所述環形齒輪(206)的所述永久磁體(218)對齊的多個線圈008)，並且其中每個線圈(220)定位在所述環形齒輪O06)的成對的永久磁體(218) 之間，其中所述定子(208)包括非磁性的非傳導的材料，所述線圈(220)嵌在所述非磁性的非傳導的材料內，一排線圈的所述線圈(220)每個定位在距離所述恆星齒輪O02)的中心相同的半徑，並且相應排的永久磁體的所述永久磁體(218)每個定位在距離所述恆星齒輪(20 的中心大致類似的半徑以使得所述永久磁體(218)的中心大致對齊所述對應線圈 (220)的中心，所述定子(208)包括相對於所述環形齒輪O04)固定的位置，其中通過利用所述定子電控制所述環形齒輪O04)的速度包括所述第二輸入016)。
全文摘要
公開一種設備、系統和方法，用於通過行星齒輪系統調節輸入與輸出比率。所述設備包括從第一輸入接收轉動力的恆星齒輪。多個行星齒輪圍繞恆星齒輪並可操作地連接恆星齒輪。行星齒輪承載器連接到行星齒輪並傳遞轉動能到輸出。環形齒輪圍繞行星齒輪。環形齒輪是電機的定子並且定子的轉動運動是第二輸入。環形齒輪包含與定子的線圈對齊的永久磁體。永久磁體和線圈的交互作用提供第二輸入，其調節轉動輸入與輸出轉矩和轉速比。
文檔編號F16H48/06GK102187124SQ200980140494
公開日2011年9月14日 申請日期2009年8月13日 優先權日2008年8月13日
發明者丹尼斯.L.帕爾默, 羅伯特.A.帕爾默 申請人:米倫尼爾研究公司