CN106014612B - 偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示用于经驱动涡轮增压器中的偏心行星牵引驱动机构的实施例。所述偏心行星提供对所述牵引驱动机构中的牵引接口的基于扭矩的加载。加载行星具有更大外径且在施加扭矩到所述牵引驱动机构时具有平移移动，使得所述加载行星被迫使进入所述行星驱动机构的涡轮轴与外环之间的楔形间隙中。所述牵引驱动机构的扭矩容量随着扭矩需求的增加而增加。
Description
技术领域
本申请案涉及一种涡轮增压器，且尤其涉及一种偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器。
背景技术
涡轮增压器与机械增压器两者皆能够提高发动机的性能。机械涡轮双增压器可有效提高发动机的性能。机械涡轮双增压器利用涡轮复合且消除涡轮迟滞，且具有涡轮增压器与机械增压器两者的优点。
发明内容
本发明的实施例可因此包括由发动机系统及来自所述发动机系统的废气驱动的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其包括：涡轮轴；涡轮，其连接到所述涡轮轴的一端；压缩机，其连接到所述涡轮轴的与所述涡轮相反的一端；第一支撑行星，其固持在行星架中，所述第一支撑行星具有与所述涡轮轴配合以形成第一轴-支撑行星牵引接口的第一支撑行星外牵引表面，所述第一轴-支撑行星牵引接口在所述涡轮轴与所述第一支撑行星之间转移扭矩；第二支撑行星，其固持在所述行星架中，所述第二支撑行星具有与所述涡轮轴配合以形成第二轴-支撑行星牵引接口的第二支撑行星外牵引表面，所述第二轴-支撑行星牵引接口在所述涡轮轴与所述第二支撑行星之间转移扭矩；加载行星，其相对于所述涡轮轴与所述支撑行星实质上相反而定位，且具有与所述涡轮轴配合以形成轴-加载行星牵引接口的加载行星外牵引表面，所述轴-加载行星牵引接口在所述涡轮轴与所述加载行星之间转移扭矩，其中所述加载行星的所述加载行星外牵引表面与所述第一支撑行星外牵引表面及所述第二支撑行星外牵引表面相比具有更大的直径；外环，其与所述第一支撑行星、所述第二支撑行星及所述加载行星配合且从所述涡轮轴偏移，使得在所述加载行星定位的地方存在楔形间隙，使得所述加载行星的平移移动将迫使所述加载行星进入所述外环与所述涡轮轴之间的较小空间，且增加通过所述轴-加载行星牵引接口及所述第一轴-支撑行星牵引接口及所述第二轴-支撑行星牵引接口的法向力；及传动齿轮，其耦合到所述外环，所述传动齿轮将所述偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器耦合到所述发动机系统。
本发明的实施例可进一步包括一种在具有偏心行星牵引驱动机构的机械涡轮双增压器中转移旋转机械能的方法，其包括：提供连接到涡轮及压缩机的涡轮轴；使用发动机系统及来自所述发动机系统的废气来机械地驱动所述机械涡轮双增压器；提供第一支撑行星及第二支撑行星，其中所述第一支撑行星及所述第二支撑行星中的每一者固持在行星架中，且具有与所述涡轮轴配合以形成轴-支撑行星牵引接口的支撑行星外牵引表面，所述轴-支撑行星牵引接口在所述涡轮轴与所述支撑行星之间转移扭矩；定位加载行星，使之与所述第一支撑行星及所述第二支撑行星实质上相反，所述加载行星包括与所述涡轮轴配合以形成轴-加载行星牵引接口的加载行星外牵引表面，所述轴-加载行星牵引接口在所述涡轮轴与所述加载行星之间转移扭矩，其中所述加载行星的所述加载行星外牵引表面与所述第一支撑行星及所述第二支撑行星的所述支撑行星外牵引表面相比具有更大的直径；提供与所述第一支撑行星、所述第二支撑行星及所述加载行星配合且从所述涡轮轴偏移的外环，使得在所述加载行星定位的地方存在楔形间隙，使得所述加载行星的平移移动将迫使所述加载行星进入所述外环与所述涡轮轴之间的较小空间；及将传动齿轮耦合到所述外环，所述传动齿轮将所述机械涡轮双增压器耦合到所述发动机系统。
本发明的实施例可进一步包括一种由发动机系统机械地驱动且由来自所述发动机系统的废气驱动的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其包括：涡轮轴，其具有两个相等但相反的倾斜轴牵引表面，所述倾斜轴牵引表面在所述涡轮轴上向外倾斜；涡轮，其连接到所述涡轮轴的一端；压缩机，其连接到所述涡轮轴的与所述涡轮相反的一端；具有第一直径的两个支撑行星，其具有相等但相反的倾斜外牵引表面，所述倾斜外牵引表面在所述两个支撑行星上向内倾斜，其中每一倾斜外牵引表面的外部分与所述倾斜轴牵引表面配合以形成两个支撑行星-轴牵引接口，所述两个支撑行星-轴牵引接口在所述涡轮轴与所述两个支撑行星之间传输扭矩，以及轴向地定位所述涡轮轴且吸收来自所述涡轮及所述压缩机的推力；具有第二直径的加载行星，其具有相等但相反的倾斜外牵引表面，所述倾斜外牵引表面在所述加载行星上向内倾斜，其中每一倾斜外牵引表面的外部分与所述倾斜轴牵引表面配合以形成加载行星-轴牵引接口，所述加载行星-轴牵引接口在所述涡轮轴与所述行星之间传输扭矩，以及轴向地定位所述涡轮轴且吸收来自所述涡轮及所述压缩机的推力；具有倾斜环牵引表面的外环，其与所述两个支撑行星外牵引表面及所述加载行星外牵引表面中的每一者的内部分配合以形成多个行星-环牵引接口，所述多个行星-环牵引接口在所述两个支撑行星、所述加载行星与所述外环之间传输扭矩，其中所述多个行星-环牵引接口具有与所述行星-轴牵引接口相比更小的直径以增加所述涡轮轴与所述外环之间的转速减速比；及传动齿轮，其耦合到所述外环，所述传动齿轮将所述偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器耦合到所述发动机系统，其中所述外环偏心于所述涡轮轴而定位以形成楔形间隙，所述加载行星经定位使得当施加扭矩到所述偏心行星牵引驱动机构时，所述加载行星平移入所述涡轮轴与所述外环之间的较小区域，从而增加所述两个支撑行星-轴牵引接口及所述加载行星-轴牵引接口上的法向力。
本发明的实施例可进一步包括一种在用于发动机系统的经驱动涡轮增压器中转移旋转机械能的方法，其包括：在所述经驱动涡轮增压器的涡轮轴上形成牵引表面；将至少一个滚子的牵引表面与所述涡轮轴配合以形成具有从所述涡轮轴到所述滚子的转速减少的牵引接口；将所述滚子耦合到连接到所述发动机系统的传动齿轮；提供基于扭矩的加载机制，其迫使所述滚子朝向所述涡轮轴且在施加扭矩到所述传动齿轮或所述涡轮轴时增加所述牵引接口上的法向力，使得在通过所述牵引接口的扭矩需求增加的情况下，所述牵引接口的扭矩容量随之增加。
附图说明
图1A为用于机械涡轮双增压器的偏心牵引驱动机构的示意性侧视图。
图1B为图1A的变体，其中加载行星移入楔形间隙。
图2为单一直径偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器的示意性等轴视图。
图3为双滚子、推力吸收偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器的示意性横截面图。
图4为图3的实施例的示意性横截面图，其具有用于所述牵引接口的组装及预载的两件式加载行星。
图5为图3的实施例的示意性横截面图，添加了支撑行星-环齿轮接口。
图6为图5的实施例的示意性横截面图，添加了加载行星-环齿轮接口。
图7为双滚子偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器的实施例的示意性横截面图。
具体实施方式
图1A为用于机械涡轮双增压器的偏心牵引驱动机构100的示意性侧视图。偏心牵引驱动机构100包括一或多个支撑行星110、112；涡轮轴102；加载行星114；外环116及传动齿轮118。
涡轮轴102偏心地定位在牵引驱动机构100中。涡轮轴102具有一或多个轴牵引表面108。支撑行星110、112由行星架(图1中未展示)固持在合适位置，且具有与涡轮轴102的轴牵引表面108配合的支撑行星外牵引表面120、122。支撑行星外牵引表面120、122与轴牵引表面108的配合形成在涡轮轴102与支撑行星110、112之间传输扭矩的轴-支撑行星牵引接口134、136。加载行星114定位在涡轮轴102的与支撑行星110、112实质上相对的侧上。加载行星114具有加载行星外牵引表面124。加载行星外牵引表面124与轴牵引表面108配合以形成轴-加载行星牵引接口138。轴-加载行星牵引接口138在涡轮轴102与加载行星114之间传输扭矩。加载行星114以允许进行垂直于加载行星114的旋转轴的平移定向移动的方式安装在行星架(图1中未展示)中。通过使用柔性安装机制(例如，加载行星配合公差环160)可允许实现加载行星114的这种平移移动。支撑行星配合公差环162、164也可用于安装支撑行星110、112以提供涡轮轴102的阻尼。配合公差环可在用于轴承安装的钻孔内部使用。配合公差环大体上为自我固持，且可经设计以装在标称圆周内部。配合公差环160提供支撑行星110、112的柔性安装，如2014年3月11日颁布的标题为“高扭矩牵引驱动机构(HIGH TORQUETRACTION DRIVE)”的第8,668,614号美国专利(其揭示及教示的全部内容已特定地以引用的方式并入本文中)中所教示。配合公差环160可安装在轴承(参见图3，其中所述轴承标示为350、352)的凹陷部分。关于图3的本发明的实施例更全面地论述配合公差环。
在图1A中所展示的本发明的实施例中，支撑行星110、112具有支撑行星内牵引表面126、128，其与支撑行星外牵引表面120、122相比具有更小的直径。类似地，加载行星114具有加载行星内牵引表面130，其具有与加载行星外牵引表面124相比更小的直径。支撑行星内牵引表面126、128及加载行星内牵引表面130与外环116的环牵引表面132配合。行星内牵引表面126、128及加载行星内牵引表面130与外环116的环牵引表面132的配合形成在支撑行星110、112、加载行星114与外环116之间传输扭矩的支撑行星-环牵引接口140、142及加载行星-环牵引接口144。
在本发明的实施例中，支撑行星外牵引表面120、122及加载行星外牵引表面124可与环牵引表面132配合以形成支撑行星-环牵引接口140、142及加载行星-环牵引接口144。单独的行星内牵引表面126、128、130允许在更紧凑封装中从涡轮轴102到外环116的更大的减速比。行星内牵引表面126、128、130的直径经定大小使得通过支撑行星110、112的从涡轮轴102到外环116的减速比与通过加载行星114的从涡轮轴102到外环116的减速比相同。
外环116相对于涡轮轴102偏心地定位，使得在加载行星114定位的地方存在楔形间隙。涡轮轴102与外环116之间的区段A-B 150(如图1中所展示)的距离大于涡轮轴102与外环116之间的区段C-D 152(如图1中所展示)的距离。当通过偏心行星牵引驱动机构100在任一方向上施加扭矩时，加载行星114具有从其标称位置(由区段A-B表示)的平移移动，且其移入涡轮轴102与外环116之间的更紧密空间(由区段C-D表示)，使得通过所有牵引接口134、136、138、140、142、144的法向力增加。所施加的扭矩的方向将影响加载行星114移动的方向。牵引接口134、136、138、140、142、144的扭矩容量与所述接口上的法向力成比例，且这提供用于在扭矩需求增加时增加牵引接口134、136、138、140、142、144的扭矩容量的方式。外环116连接到将偏心行星牵引驱动机构100连接到发动机系统(未展示)的传动齿轮118。
图1B为展示加载行星114的平移移动的用于机械涡轮双增压器的偏心牵引驱动机构100的示意性侧视图。如图1B中所展示，当通过偏心行星牵引驱动机构100传输扭矩时，加载行星114被迫使进入涡轮轴102与外环116之间的楔形间隙。为更清晰地展示，所述移动被夸大。因此，应理解，加载行星114的平移移动可小于图1B中所展示的平移移动。如上文所论述，涡轮轴102与外环116之间的区段C-D 152(参考图1A)与区段A-B 150相比更短，使得加载行星114有效地挤压在涡轮轴102与外环116之间，其增加通过所有牵引接口134、136、138、140、142、144的法向力。法向力的这种增加会增加所有牵引接口134、136、138、140、142、144的扭矩容量，使得在扭矩需求增加的情况下，偏心行星牵引驱动机构100的扭矩承载容量随之增加。配合公差环160可用于提供加载行星114的柔性安装。
图2为单一直径行星偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器200的示意性等轴视图。偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器200包括至少两个支撑行星210、212；涡轮轴202；加载行星214；外环216及传动齿轮218。
涡轮轴202具有附接到一端的压缩机204及附接到相反端的涡轮206。轴牵引表面208定位在涡轮轴202的实质上中央部分上。支撑行星210、212由行星架(图2中未展示)固持在合适位置且在其外径上具有支撑行星牵引表面220、222。支撑行星牵引表面220、222与轴牵引表面208配合以形成轴-支撑行星牵引接口234、236。轴-支撑行星牵引接口234、236在涡轮轴202与支撑行星210、222之间转移扭矩。加载行星214相对于涡轮轴202与支撑行星210、212实质上相反地定位。加载行星214与支撑行星210、212相比具有更大的外径。加载行星214以允许垂直于其旋转轴的平移定向移动的方式安装在行星架(图2中未展示)中。通过使用柔性安装机制(例如，配合公差环(图2中未展示))可允许实现加载行星214的这种平移移动。
加载行星牵引表面224形成于加载行星214的外径上。加载行星牵引表面224与轴牵引表面208配合以形成轴-加载行星牵引接口238。轴-加载行星牵引接口238在涡轮轴202与加载行星214之间传输扭矩。支撑行星牵引表面220、222及加载行星牵引表面224与外环216的环牵引表面232配合以形成支撑行星-环牵引接口240、242及加载行星-环牵引接口244。支撑行星-环牵引接口240、242及加载行星-环牵引接口244在支撑行星210、支撑行星212、加载行星214与外环216之间传输扭矩。
外环216偏心地定位，即，外环216相对于涡轮轴202具有不同的旋转轴，使得在加载行星214定位的地方存在楔形间隙。这与图1中的楔形间隙的原理相同，其允许加载行星214的移动。当通过偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器200在任一方向施加扭矩时，加载行星214具有从其标称位置的平移移动，且其移入涡轮轴202与外环216之间的更紧密空间，使得通过所有牵引接口234、236、238、240、242、244的法向力增加。所施加的扭矩的方向将影响加载行星214的平移移动的方向。牵引接口234、236、238、240、242、244的扭矩容量与所述接口上的法向力成比例。扭矩容量基本上与法向力乘摩擦系数的积成比例。因此，当法向力增加时，扭矩容量也增加。扭矩转移与牵引驱动机构中的滑移有关，且牵引驱动机构中的滑移取决于施加到涡轮轴202或外环216的扭矩。滑移将随扭矩增加直到达到扭矩容量。外环216连接到传动齿轮218，传动齿轮218将偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器200连接到发动机系统(未展示)。
图3为双滚子、推力吸收偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器300的示意性横截面图。双滚子、推力吸收行星牵引驱动机械涡轮双增压器300包括：至少两个支撑行星310(归因于图3的横截面方面，图3中未展示所述第二支撑行星，但对应于图2的支撑行星212)、涡轮轴302、加载行星314、外环316及传动齿轮318。还展示涡轮306及压缩机304。
涡轮轴302具有以相等程度倾斜但方向相反的倾斜轴牵引表面308、309。压缩机304附接到涡轮轴302的一端且涡轮306附接到涡轮轴302的另一端。支撑行星310由行星架315固持在合适位置。支撑行星310具有支撑行星倾斜外牵引表面320、322，其与倾斜轴牵引表面308、309配合以形成轴-支撑行星牵引接口334、336。轴-支撑行星牵引接口334、336在涡轮轴302与支撑行星310之间传输扭矩。加载行星314具有加载行星倾斜外牵引表面324、325，其与倾斜轴牵引表面308、309配合以形成轴-加载行星牵引接口338、339。轴-加载行星牵引接口338、339在涡轮轴302与加载行星314之间传输扭矩。加载行星314的外径大于支撑行星310的外径。倾斜牵引表面308、309、320、322、324、325轴向地定位涡轮轴302且吸收来自压缩机304及涡轮306的推力，如在2013年11月21日申请的标题为“推力吸收行星牵引驱动机械涡轮双增压(Thrust Absorbing Planetary Traction Drive Superturbo)”序列号为61,906,938的美国专利申请案(其揭示及教示的全部内容已特定地以引用的方式并入本文中)中所教示。
加载行星314借助于轴承350、352安装在行星架315上，使得加载行星314可在垂直于其旋转轴的平移方向上移动。外环316偏心于涡轮轴302而定位，使得在加载行星314定位的地方存在楔形间隙。环牵引表面332、333与支撑行星内牵引表面326、328以及加载行星内牵引表面330、331配合以形成支撑行星-环牵引接口340、342及加载行星-环牵引接口344、346。行星-环牵引接口340、342及加载行星-环牵引接口344、346在外环316与支撑行星310及加载行星314之间传输扭矩。外环316与传动齿轮318接口连接，其将偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器300耦合到发动机系统。归因于支撑行星310的位置，支撑行星-环牵引接口342与加载行星-环牵引接口346不是180度相反。所述支撑行星(如图1A中所展示)与加载行星314不是正相反。因此，支撑行星-环牵引接口342被展示为在所展示的环牵引表面332的最低部分的上方。
环牵引表面332、333、支撑行星内牵引表面326、328及加载行星内牵引表面330、331可为倾斜的，使得外环316由加载行星314及支撑行星310(及对应于图1A的212的支撑行星)轴向地定位。支撑行星内牵引表面326、328具有与支撑行星倾斜外牵引表面320、322相比更小的直径。加载行星内牵引表面330、331类似地具有与加载行星倾斜外牵引表面324、325相比更小的直径。直径差增加在紧凑封装中从涡轮轴302到外环316的齿轮减速比。支撑行星内牵引表面326、328及加载行星内牵引表面330、331的直径允许实现通过支撑行星310的从涡轮轴302到外环316的减速比，所述减速比与通过加载行星314的从涡轮轴302到外环316的减速比相同。
施加扭矩到涡轮轴302或外环316导致加载行星314在涡轮轴302与外环316之间的楔形间隙中的平移移动。参考图1B展示所述平移移动。所述平移移动导致加载行星314移入涡轮轴302与外环316之间的更紧密空间。偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器300的所有牵引接口334、336、338、339、340、342、344、346上的法向力的增加导致且借此增加所有这些牵引接口334、336、338、339、340、342、344、346的扭矩容量。因此，在所述发动机系统的各种操作条件期间，偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器300自动调整其扭矩承载容量以匹配其扭矩吞吐量要求。
配合公差环160提供加载行星114的柔性安装，如上文参考图1A及图1B所论述。如图3中所展示，配合公差环360、362安装在轴承350、352内部。配合公差环360、362可吸收由于任何种类的旋转零件失衡的振动冲击或吸收由加载行星314产生的振动效应。配合公差环360、362允许轴承350、352及加载行星314移入楔形间隙(如参考图1A及图1B所论述)。配合公差环360、362为能够在径向方向上弹性移动的径向弹簧。配合公差环360、362能够压缩，其允许加载行星314在平移方向上移动。配合公差环360、362可由允许弹性移动的任何合适材料制造。在本发明的实施例中，配合公差环360、362可由经形成为环的具有波浪型配置的弹簧型钢来构造。波浪配置允许用一定量的力(其取决于在配合公差环360、362中使用的弹簧钢的厚度及弹性)来压缩配合公差环360、362。由于配合公差环360、362具有波浪配置，因此配合公差环360、362可在径向方向上偏转，使得轴承350、352及加载行星314可偏转到楔形间隙中(如图1B中所展示)。
图4为图3的实施例的示意性横截面图。偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器400包括涡轮轴302、加载行星414、加载行星(零件1)450、加载行星(零件2)452及螺栓454。
两件式加载行星414允许图3中所描述的牵引接口334、336、338、339、340、342、344、346的组装及预载。偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器400的功能基本上与图3的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器的实施例相同。在图4所展示的实施例中，两件式加载行星414允许实现在组装期间调整牵引接口334、336、338、339、340、342、344、346上的预载。两件式加载行星414也简化偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器400的组装。加载行星414被分成两个零件450、452，其由螺栓454固持在一起。在组装期间，加载行星零件450、452在外环316的相反两侧上被组装在一起。螺栓454经紧固以将加载行星零件450、452固持在一起。当螺栓454被紧固时，加载行星零件450、452以越来越大的力接触外环316及涡轮轴302两者，其增加通过所有牵引接口334、336、338、339、340、342、344、346的法向力。以这种方式，螺栓454可被紧固到指定扭矩，所述指定扭矩设定所有牵引接口334、336、338、339、340、342、344、346上的所要预载法向力。虽然图4上未指定所述牵引接口，但应理解，存在与图3中类似或相同的牵引接口。
图5为图3的实施例的变体的示意性横截面图。双滚子、推力吸收行星牵引驱动机械涡轮双增压器500额外地包括支撑行星齿轮齿564、内环齿轮齿562及支撑行星-环齿轮接口560。
在偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器500的实施例中，超越支撑行星-环牵引接口340、342能够提供的扭矩容量的额外扭矩容量可为有必要的。内环齿轮齿562及支撑行星齿轮齿564形成每一支撑行星310与外环316之间的支撑行星-环齿轮接口560。支撑行星-环齿轮接口560具有与支撑行星-环牵引接口340、342实质上相同的直径。因此，两个接口平行作用以在支撑行星310与外环316之间转移扭矩。在实施例中，加载行星314不具有任何额外齿轮，使得不存在对楔形间隙(如图1A中所展示)中的加载行星314的平移移动(以提供牵引接口334、336、338、339、340、342、344、346的加载)的干扰。
图6为图5的实施例的示意性横截面图。偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器600额外地包括加载行星齿轮齿672及加载行星-环齿轮接口670。
加载行星齿轮齿672与内环齿轮齿562啮合以形成加载行星-环齿轮接口670。与仅通过加载行星-环牵引接口344、346而可能传输的扭矩相比较，加载行星-环齿轮接口670在加载行星314与外环316之间传输额外扭矩。
图7为双滚子偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器700的实施例的示意性横截面图。偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器700包括支撑行星710、涡轮轴702、加载行星714、外环716及行星架715。
图7中所展示的实施例类似于图3中所展示的实施例。图7的实施例不展示拆分行星牵引表面。每一行星具有两个等效的、倾斜或有角度的牵引表面，其在外部分上与涡轮轴702配合且在内部分上与外环716配合。外环716以与涡轮轴702相比更小的直径接触每一行星，使得可在紧凑封装中实现从涡轮轴702到外环716的大的减速比，同时简化行星的形状。
支撑行星710由行星架715固持在合适位置且具有相等但相反支撑行星倾斜牵引表面720、722(其向内倾斜或有角度)。涡轮轴702具有倾斜轴牵引表面708、709，其与支撑行星倾斜牵引表面720、722的外部分配合以形成轴-支撑行星牵引接口734、736。轴-支撑行星牵引接口在涡轮轴702与支撑行星710之间转移扭矩。外环716具有环牵引表面732、733，其与支撑行星倾斜牵引表面720、722的内部分配合以形成支撑行星-环牵引接口740、742。支撑行星-环牵引接口740、742在支撑行星710与外环716之间转移扭矩。接触外环716的支撑行星倾斜牵引表面720、722的内部分具有更小直径，使得从涡轮轴702到外环716的总减速比增加。加载行星714具有加载行星倾斜牵引表面724、725，其实质上相等但相反且向内倾斜或有角度。倾斜轴牵引表面708、709与加载行星倾斜牵引表面724、725的外部分配合以形成轴-加载行星牵引接口738、739，且环牵引表面732、733与加载行星倾斜牵引表面724、725的内部分配合以形成加载行星-环牵引接口744、746。外环716以与涡轮轴702相比更小的直径接触加载行星714，其增加从涡轮轴702到外环716的减速比。轴-加载行星牵引接口738、739在涡轮轴702与加载行星714之间转移扭矩。加载行星-环牵引接口744、746在加载行星714与外环716之间转移扭矩。加载行星倾斜牵引表面724、725的形状允许通过加载行星714从涡轮轴702到外环716的减速比与通过支撑行星710从涡轮轴702到外环716的减速比实质上匹配。
加载行星714与支撑行星710相比具有更大的直径，且定位在涡轮轴702与外环716之间的楔形间隙中。加载行星714以提供平移移动的方式安装在行星架715中。加载行星714的这种平移移动类似于图1B中所展示的平移移动。当施加扭矩到偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器700时，加载行星714移入所述楔形间隙且增加所有牵引接口734、736、738、739、740、742、744、746上的法向力。这就在扭矩需求增加时增加牵引接口734、736、738、739、740、742、744、746的扭矩容量。此外，倾斜牵引表面708、709、720、722、724、725轴向地定位涡轮轴702且吸收涡轮轴702上的推力，如在2013年11月21日申请的标题为“推力吸收行星牵引驱动机械涡轮双增压(Thrust Absorbing Planetary Traction Drive Superturbo)”的序列号为61,906,938的美国专利申请案(其揭示及教示的全部内容已特定地以引用的方式并入本文中)中所教示。
出于说明及描述的目的已呈现本发明的以上描述。不希望其为穷尽性或将本发明限于所揭示的具体形式，且依据以上教示的其它修改及变体可为可能的。选择及描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，由此使所属领域的技术人员能够最好地利用各种实施例中的本发明及适于所设想的特定用途的各种修改。希望所附权利要求书被解释为包含除了由现有技术限制的本发明的其它替代实施例。
Claims (17)
1.一种由发动机系统驱动且由来自所述发动机系统的废气驱动的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其包括：
涡轮轴；
涡轮，其连接到所述涡轮轴的一端；
压缩机，其连接到所述涡轮轴的与所述涡轮相对的一端；
第一支撑行星，其固持在行星架中，所述第一支撑行星具有与所述涡轮轴配合以形成第一轴-支撑行星牵引接口的第一支撑行星外牵引表面，所述第一轴-支撑行星牵引接口在所述涡轮轴与所述第一支撑行星之间转移扭矩；
第二支撑行星，其固持在所述行星架中，所述第二支撑行星具有与所述涡轮轴配合以形成第二轴-支撑行星牵引接口的第二支撑行星外牵引表面，所述第二轴-支撑行星牵引接口在所述涡轮轴与所述第二支撑行星之间转移扭矩；
加载行星，其相对于所述涡轮轴与所述支撑行星实质上相对而定位，且具有与所述涡轮轴配合以形成轴-加载行星牵引接口的加载行星外牵引表面，所述轴-加载行星牵引接口在所述涡轮轴与所述加载行星之间转移扭矩，其中所述加载行星的所述加载行星外牵引表面与所述第一支撑行星外牵引表面及所述第二支撑行星外牵引表面相比具有更大的直径；
外环，其与所述第一支撑行星、所述第二支撑行星及所述加载行星配合且从所述涡轮轴偏移，使得在所述加载行星定位的地方存在楔形间隙，使得所述加载行星的平移移动将迫使所述加载行星进入所述外环与所述涡轮轴之间的较小空间，且增加通过所述轴-加载行星牵引接口及所述第一轴-支撑行星牵引接口及所述第二轴-支撑行星牵引接口的法向力；以及
传动齿轮，其耦合到所述外环，所述传动齿轮将所述偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器耦合到所述发动机系统。
2.根据权利要求1所述的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其中：
所述涡轮轴包括倾斜轴牵引表面；
所述第一支撑行星包括以与所述倾斜轴牵引表面互补的角度倾斜的倾斜外牵引表面，所述第一支撑行星的所述倾斜外牵引表面与所述倾斜轴牵引表面配合以转移扭矩到所述涡轮轴及从所述涡轮轴转移扭矩，且吸收所述涡轮轴上的推力；且
所述第二支撑行星包括以与所述倾斜轴牵引表面互补的角度倾斜的倾斜外牵引表面，所述第二支撑行星的所述倾斜外牵引表面与所述倾斜轴牵引表面配合以转移扭矩到所述涡轮轴及从所述涡轮轴转移扭矩，且吸收所述涡轮轴上的推力。
3.根据权利要求2所述的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其中：
所述涡轮轴包括以与所述倾斜轴牵引表面相对的角度倾斜的第二倾斜轴牵引表面；
所述第一支撑行星包括双滚子，其具有以与所述第二倾斜轴牵引表面互补的角度倾斜的第二倾斜外牵引表面，所述第一支撑行星的所述第二倾斜外牵引表面与所述第二倾斜轴牵引表面配合以转移扭矩到所述涡轮轴及从所述涡轮轴转移扭矩，且吸收所述涡轮轴上的推力；
所述第二支撑行星包括双滚子，其具有以与所述第二倾斜轴牵引表面互补的角度倾斜的第二倾斜外牵引表面，所述第二支撑行星的所述第二倾斜外牵引表面与所述第二倾斜轴牵引表面配合以转移扭矩到所述涡轮轴及从所述涡轮轴转移扭矩，且吸收所述涡轮轴上的推力。
4.根据权利要求3所述的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其中：
所述加载行星包括双滚子，其具有以与所述倾斜轴牵引表面互补的角度倾斜的第一倾斜外牵引表面，所述第一倾斜外牵引表面与所述倾斜轴牵引表面配合以在所述涡轮轴与所述加载行星之间转移扭矩且吸收所述涡轮轴上的推力，及以与所述第二倾斜轴牵引表面互补的角度倾斜的第二倾斜外牵引表面，所述加载行星的所述第二倾斜外牵引表面与所述第二倾斜轴牵引表面配合以在所述涡轮轴与所述加载行星之间转移扭矩且吸收所述涡轮轴上的推力。
5.根据权利要求3所述的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其中
所述第一支撑行星包括内牵引表面，所述第一支撑行星的所述内牵引表面具有与所述第一支撑行星外牵引表面相比更小的直径，且与所述外环上的环牵引表面配合以形成第一支撑行星-环牵引接口；
所述第二支撑行星包括内牵引表面，所述第二支撑行星的所述内牵引表面具有与所述第二支撑行星外牵引表面相比更小的直径，且与所述外环上的环牵引表面配合以形成第二支撑行星-环牵引接口；以及
所述加载行星包括内牵引表面，所述加载行星的所述内牵引表面具有与所述加载行星的所述加载行星外牵引表面相比更小的直径，且与所述环牵引表面配合以形成加载行星-环牵引接口，
其中通过所述第一支撑行星及所述第二支撑行星的从所述涡轮轴到所述外环的速度比等于通过所述加载行星的从所述涡轮轴到所述外环的速度比，且在所述外环与所述第一支撑行星及所述第二支撑行星以及所述加载行星之间转移扭矩。
6.根据权利要求4所述的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其中所述加载行星包括允许紧固在一起用于组装的第一半体及第二半体。
7.根据权利要求4所述的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其中：
所述第一支撑行星包括定位在所述第一支撑行星上的实质上中央的多个齿轮齿，所述第一支撑行星的所述多个齿轮齿与所述外环上的多个内齿轮齿配合，从而产生与所述支撑行星-环牵引接口具有实质上相同的直径的第一支撑行星-环齿轮接口；
所述第二支撑行星包括定位在所述第一支撑行星上的实质上中央的多个齿轮齿，所述第二支撑行星的所述多个齿轮齿与所述外环上的多个内齿轮齿配合，从而产生与所述支撑行星-环牵引接口具有实质上相同的直径的第二支撑行星-环齿轮接口。
8.根据权利要求7所述的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其中：
所述加载行星包括定位在所述加载行星上的中央的齿轮齿，所述加载行星的所述齿轮齿与所述外环上的所述内齿轮齿配合以产生与所述加载行星-环牵引接口具有实质上相同的直径的加载行星-环齿轮接口。
9.一种在具有偏心行星牵引驱动机构的机械涡轮双增压器中转移旋转机械能的方法，其包括：
提供连接到涡轮及压缩机的涡轮轴；
使用发动机系统及来自所述发动机系统的废气来机械地驱动所述机械涡轮双增压器；
提供第一支撑行星及第二支撑行星，其中所述第一支撑行星及所述第二支撑行星中的每一者固持在行星架中，且具有与所述涡轮轴配合以形成轴-支撑行星牵引接口的支撑行星外牵引表面，所述轴-支撑行星牵引接口在所述涡轮轴与所述支撑行星之间转移扭矩；
定位加载行星，使之与所述第一支撑行星及所述第二支撑行星实质上相对，所述加载行星包括与所述涡轮轴配合以形成轴-加载行星牵引接口的加载行星外牵引表面，所述轴-加载行星牵引接口在所述涡轮轴与所述加载行星之间转移扭矩，其中所述加载行星的所述加载行星外牵引表面与所述第一支撑行星及所述第二支撑行星的所述支撑行星外牵引表面相比具有更大的直径；
提供与所述第一支撑行星、所述第二支撑行星及所述加载行星配合且从所述涡轮轴偏移的外环，使得在所述加载行星定位的地方存在楔形间隙，使得所述加载行星的平移移动将迫使所述加载行星进入所述外环与所述涡轮轴之间的较小空间；以及
将传动齿轮耦合到所述外环，所述传动齿轮将所述机械涡轮双增压器耦合到所述发动机系统。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：
在所述涡轮轴上形成具有相等但相对角度的倾斜轴牵引表面，所述倾斜轴牵引表面与所述第一支撑行星、所述第二支撑行星及所述加载行星的类似倾斜外牵引表面配合。
11.根据权利要求10所述的方法，其中
所述第一支撑行星包括双滚子支撑行星，所述双滚子支撑行星具有在相等但相反方向上倾斜的两个相等直径外牵引表面；
所述第二支撑行星包括双滚子支撑行星，所述双滚子支撑行星具有在相等但相反方向上倾斜的两个相等直径外牵引表面；以及
所述加载行星包括双滚子加载行星，所述双滚子加载行星具有在相等但相反方向上倾斜的两个相等直径外牵引表面。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
在所述第一支撑行星及所述第二支撑行星上形成支撑行星内牵引表面，所述支撑行星内牵引表面与所述第一支撑行星及所述第二支撑行星的所述支撑行星外牵引表面相比具有更小的直径，其中所述支撑行星内牵引表面与所述外环上的环牵引表面配合以形成第一支撑行星-环牵引接口及第二支撑行星-环牵引接口；以及
在所述加载行星上形成加载行星内牵引表面，所述加载行星内牵引表面与所述加载行星的所述加载行星外牵引表面相比具有更小的直径，所述加载行星内牵引表面与所述环牵引表面配合以形成加载行星-环牵引接口，使得通过所述支撑行星的从所述涡轮轴到所述外环的速度比等于通过所述加载行星的从所述涡轮轴到所述外环的速度比。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述加载行星包括两个半体，其允许紧固在一起达到特定紧度以设定对所述偏心行星牵引驱动机构的所有所述牵引接口的特定预载。
14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
在所述第一支撑行星及所述第二支撑行星中的每一者上的中央形成支撑行星齿轮齿，所述支撑行星齿轮齿与所述外环上的内齿轮齿配合以产生与所述支撑行星-环牵引接口具有实质上相同的直径的支撑行星-环齿轮接口。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：
在所述加载行星上的中央形成加载行星齿轮齿，所述加载行星齿轮齿与所述外环上的所述内齿轮齿配合以产生与所述加载行星-环牵引接口具有实质上相同的直径的加载行星-环齿轮接口。
16.一种由发动机系统机械地驱动且由来自所述发动机系统的废气驱动的偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器，其包括：
涡轮轴，其具有两个相等但相对的倾斜轴牵引表面，所述倾斜轴牵引表面在所述涡轮轴上向外倾斜；
涡轮，其连接到所述涡轮轴的一端；
压缩机，其连接到所述涡轮轴的与所述涡轮相对的一端；
具有第一直径的两个支撑行星，其具有相等但相对的倾斜外牵引表面，所述两个支撑行星的所述倾斜外牵引表面在所述两个支撑行星上向内倾斜，其中每一倾斜外牵引表面的外部分与所述倾斜轴牵引表面配合以形成两个支撑行星-轴牵引接口，所述两个支撑行星-轴牵引接口在所述涡轮轴与所述两个支撑行星之间传输扭矩，以及轴向地定位所述涡轮轴且吸收来自所述涡轮及所述压缩机的推力；
具有第二直径的加载行星，其具有相等但相对的倾斜外牵引表面，所述加载行星的所述倾斜外牵引表面在所述加载行星上向内倾斜，其中每一倾斜外牵引表面的外部分与所述倾斜轴牵引表面配合以形成加载行星-轴牵引接口，所述加载行星-轴牵引接口在所述涡轮轴与所述行星之间传输扭矩，以及轴向地定位所述涡轮轴且吸收来自所述涡轮及所述压缩机的推力；
具有倾斜环牵引表面的外环，所述倾斜环牵引表面与所述两个支撑行星外牵引表面及所述加载行星外牵引表面中的每一者的内部分配合以形成多个行星-环牵引接口，所述多个行星-环牵引接口在所述两个支撑行星、所述加载行星与所述外环之间传输扭矩，其中所述多个行星-环牵引接口具有与所述行星-轴牵引接口相比更小的直径以增加所述涡轮轴与所述外环之间的转速减速比；以及
传动齿轮，其耦合到所述外环，所述传动齿轮将所述偏心行星牵引驱动机械涡轮双增压器耦合到所述发动机系统；
其中所述外环偏心于所述涡轮轴而定位以形成楔形间隙，所述加载行星经定位使得当施加扭矩到所述偏心行星牵引驱动机构时，所述加载行星平移入所述涡轮轴与所述外环之间的较小区域，从而增加所述两个支撑行星-轴牵引接口及所述加载行星-轴牵引接口上的法向力。
17.一种在用于发动机系统的经驱动涡轮增压器中转移旋转机械能的方法，其包括：
在所述经驱动涡轮增压器的涡轮轴上形成牵引表面；
将至少一个滚子的牵引表面与所述涡轮轴配合以形成具有从所述涡轮轴到所述滚子的转速减少的牵引接口；
将所述滚子耦合到外环，所述外环又接口连接到传动齿轮，所述传动齿轮连接到所述发动机系统；
提供基于扭矩的加载机制，其迫使所述滚子朝向所述涡轮轴且在施加扭矩到所述传动齿轮或所述涡轮轴时增加所述牵引接口上的法向力，使得在通过所述牵引接口的扭矩需求增加的情况下，所述牵引接口的扭矩容量随之增加。
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