传动比改变方法和装置的制作方法

专利名称：传动比改变方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传动比改变方法和装置。
当将发动机连接到负载时，经常需要降低旋转频率，有时也需要产生或增加旋转频率。这也对从可变输入生成可变输出有用。本发明根据振动内摆线原理提出，通过新变化改变旋转频率并提供连续可变的传动。
背景技术：
内摆线原理涉及使齿轮绕着环行齿轮的内圆周转动，或者反过来也行，从而使与摆动方向相对的其它部件旋转。市售减速器类型采用类似原理。最普通的是使用挠性啮合齿条的谐波传动，通过内波发生器在相对点将齿条压向外部固定齿环，由此将旋转以高减速比传递给齿条。输出相对输入反向旋转，由于减少了需要由支架供应的反作用力，这具有优势。这种设计为，内部双重压力波形输入使杯形传输环的挠性末端压向固定外环。杯的刚性底部降低输出，且输出与输入反向。但是，这种减速器很昂贵，齿条容易疲劳断裂，而且不能使其连续变化。
还已知使用非挠性内摆线原理，由此在两个或更多个偏心凸轮之间分开输入，偏心凸轮旋转在具有内齿轮的环内，使其绕内齿轮摆动并因此使其旋转。这种设计为，多个偏心轮在具有内齿轮的环孔内旋转，使环绕着内部输出齿轮摆动，生成与输出方向相反的旋转。这种设计具有低扭转效果，但比较复杂，并且偏心凸轮的滑动使其效率较差。
内摆线传动的另一个类型有时称作扇形齿轮传动，利用输入凸轮使齿轮摆动并在降低输出的环行齿轮内滚绕。这种设计包括偏心中心输入，它在中心齿轮内旋转，使其摆动固定环行齿轮的啮合内侧。反作用生成摆动齿轮的反向旋转。进一步的偏心步骤消除摆动来生成单一旋转。
另一类是摆线传动。它使用偏心内部输入来摆动由外辊限制的中心圆盘。输出装置具有伸入摆动圆盘孔中的辊销。输出与输入反向。这实质上是与扇形齿轮传动相同的设计，不同之处是偏心输出由输出辊销消除，而不是由分离的步骤消除。由于大量的部件和辊轴承，这种设计必然昂贵。
本发明展示在权利要求中。与已知方法相比，本发明提供了更简单和更经济的设计，这种设计能够用于摩擦和正性装置，而且可以用于固定传动比和连续可变传动比的装置。进一步的优点如下所述。
现在，参考附图，以举例方式描述
具体实施例方式

图1为端视图，示意性表示根据本发明装置的基本原理；图2a示意性表示本发明第一固定传动比实施例的端视图；图2b表示图2a实施例的侧视图；图3a示意性表示本发明第二固定传动比实施例的端视图；图3b表示图3a实施例的侧视图；图4a示意性表示本发明第三固定传动比实施例的端视图；图4b表示图4a实施例的侧视图；图5a示意性表示本发明第四固定传动比实施例的端视图；图5b表示图5a实施例的侧视图；图6a示意性表示本发明第一连续可变传动比实施例的端视图；图6b表示图6a实施例的侧视图；图7a示意性表示本发明第二连续可变传动比实施例的端视图；图7b表示图7a实施例的侧视图；图8示意性表示根据本发明的感应电动机的第一实施例的端视图；图9示意性表示根据本发明的感应电动机的第二实施例的端视图；图10a示意性表示根据本发明的固定传动比设备的另一实施例的端视图；图10b示意性表示图10a实施例的侧视图。
发明描述总的来说，本发明使用大体如图1所示的内摆线装置，通过在自由旋转轮(2)中的旋转压力输入来摆动中间传递环(1)，其环绕径向固定但可旋转的内部输出(3)的同轴输入杆运行。传递环由合适的装置柔性固定来阻止它旋转但允许它绕内部输出(3)摆动。当压力轮(2)旋转时，增大的杠杆作用使施加力急剧上升，并使与中间环(1)接触的接触点(5)偏离连接接触点与输出轮和传递环中心的虚线(6)，使环摆动以及输出(3)旋转。输出方向与输入相反。旋转压力可以施加在传递环外侧，将传递环直接压向内部输出轮，也可以作用在传递环内侧，向外挤压并使传递环的相对侧压向内部输出轮。同样，旋转压力可以包含传递环和内部输出轮之间接触点的任意一侧的两个或更多个压力点。传递环和输出轮之间的转矩传递可以通过惯用的摩擦装置或通过正性装置例如齿或辊齿来实现。
由于输入和传递环一体运行而不改变重量分布，本发明能够良好地进行平衡。通过将旋转压力轮从传递环移开可以将输出与输入选择性断开，使传递环与输出轮分离。由于很容易在光滑表面间重新啮合，这适用于摩擦方案。同时适用于摩擦和啮合输出的方法是，解除传递环的限制。在这种方法中传递环通过柔性装置固定于自由选择旋转的基座(图1)。当使基座旋转时，传递环和输出一起旋转，没有转矩传递给输出。应用于旋转基座的制动器使基座停止旋转，转矩传递给输出。锁定后，可选择由制动器施加的摩擦力水平来给予转矩限制过载保护。
固定传递环在输出和输出之间作用来传递转矩。如同在一些已知的内摆线中那样，在反向系统中输入是通过中心齿轮的摆动，并且环形齿轮降低输出。在这种实施例中，中心齿轮成为摆动输入和环形齿轮之间的传递环，而且为了传递转矩必须以在此普遍描述的方式进行柔性固定。
对传递环的输入可以是向传递环的外圆周或者向传递环的内圆周。固定可以是柔性的环、管、膜、弹簧、波纹管或其他合适的柔性固定，来防止传递环旋转。固定可以从任意合适方向的支架作用在环上，但是径向向外或向内，或与输出同轴最有利。由于当输入是向环的外圆周时传递环能够密封在输入端，或者当输入是向环的内圆周时能够使用内部隔板(图4)将输出侧自输入侧分开，传动可无需旋转密封来传递旋转动力。在处理挥发性化学品或食品的工业中这种能力是有利的，因为它防止了污染物通过。
通过将传递环与一侧的板和输出降低侧的挠性罩一起封装，可以产生简单的润滑作用(图4)。这个罩可以形成固定。如果通过摩擦传动，这可以密封在牵引流体中。由于环摆动而不旋转，润滑剂或液体将滴落到固定环的底部，随着传递环的每次摆动，输出齿轮的不同部分就逐渐浸入其中。这样需要很少的润滑剂，减少了搅拌损失。磨损颗粒的磁性收集器可以放置在摆动环的基部。在传递环的不同点上，可以调整固定力度来弥补润滑剂的任何失衡。
在更复杂的实施例中，传递环可以设有内槽或者表面安装管来循环润滑剂或冷却流体(图3)。在传递环向下摆动时，润滑剂可以通过插入到传递环下面的润滑剂池中的开口管和单向阀被有效地泵取。如果冷却液体和外部加热交换机进行交换，传递环的摆动将使环内或环上的槽内液体沿着摆动方向甩出。因此传动自身提供了泵取机构。
现在来看更详细的具体实施例，在第一个简单固定传动比啮合实施例(图2a和2b)中，提供了包括输入轴(21)的输入传动装置，输入轴(21)上固定安装有板簧梁(22)，板簧梁(22)另一端安装有自由旋转辊(23)。输出传动元件包括输出轴(24)，与输入轴(21)同轴但相对输入轴(21)独立旋转，而且其上安装有齿轮(25)。在齿轮(25)和辊(23)之间夹有传递元件，包括具有内齿轮的基本圆形传递环(26)。传递环(26)由连接于可旋转的圆盘支架(28)的弹片(27)限制旋转，通过应用闸块式制动器(29)可以阻止圆盘支架(28)旋转。运行时，输入轴(21)旋转，使梁(22)上的辊(23)也同轴旋转。这给连接传递环接触点与输出齿轮及其各自中心的虚线一侧施加了增加的柔性压力。这个压力以杠杆对支点的方式作用在传递环(26)上，在这种情况下，支点就是传递环和输出轮之间的接触点。压力离开接触点越远，杠杆作用就越大。传递环通过固定片阻止旋转并不能旋转，因此压力使传递环随辊(3)绕内齿轮摆动，使内齿轮(25)反向于压力轮的滚动方向旋转。如果传递环的旋转力反作用力变得足以克服制动器(29)的摩擦力，可旋转圆盘支架(28)将滑动并转动，传递环然后将旋转而不是摆动，并且没有转矩传给输出。滑动可由操作者激活来分离传动，或者预置过载保护。
在第二个固定传动比实施例中(图3a和3b)，运行方式与第一个相同，限制传递环相对轮(33)旋转的固定是一些螺旋弹簧(34)，将传递环连接于允许输出(35)传动的单元外壳。传递环设有通过其循环冷却流体的内槽(312)。冷却液体通过穿过螺旋弹簧的挠性管(313)流向并流出储槽，并通过上述环的摆动作用泵取。
在第三个固定传动比实施例中(图4a和4b)，运行方式与第一个相同，固定由将传递环(46)连接到外壳(42)的波纹管提供。设在传递环中的隔板(43)将输出(44)与输入侧密封开来。这样在运行时，任何种类的物质都不能从输入侧或输出侧通过，无需旋转密封就可以通过旋转动力。作为多种可能性的说明，这个实施例具有两个输入轮(44)。
在第四个固定传动比实施例中(图5a和5b)，运行方式与第一个相同，输入轮(51)在传递环(52)内相对传递环和内部输出轮(53)之间的接触点旋转。固定由传递环和外壳(55)之间的橡胶环(54)提供。这个实施例有利于紧凑。
使用压力波传动压电效应电动机是已知的，但它们不使用传递环来获得与旋转效应相反的步进，而是依靠直接摩擦力来在与压力波相同的方向传动输出。在这样的电动机中使用传递环将是有利的，并因此通过还原增加了转矩输出。类似地，本发明可以包含定相电磁装置来摆动传递环，也可以包含永磁铁。
已知的回转型和直线型电动机通过磁场作用于另一个磁场或磁性材料上来工作。可以使用应用于所有类型的传统回转型和直线型电动机的这两种方法，利用固定摆动环替代转子来制造电动机。使用摆动“转子”或环有利于成本和部件数量。由于环不旋转，可以获得给环供应电流的连续通路来激励电磁线圈而无需电刷集电环。另外，可以从任何方向设置磁通场来作用于环内磁场或材料，或安装在其上或在其内感应的物质。因此线圈的一个磁极可以作用在圆盘形环的一侧且另一磁极作用在另一侧，或者一个磁极作用在环的外侧且另一磁极作用在内侧。
此外，由于环的各分子旋转在周长等于每次摆动的输出的反向旋转的圆周内，任何分子的最大速率比传统转子低许多倍。该低速能够构造极大直径的电动机，不会有来自导致传统电动机的转子构造故障的高速度和质量的分解力问题。这个操作的摆动原理还能够构造具有高功率密度的极快切换的电动机。这种快速电动机运行时比传统回转电动机冷却更好且效率更高。由于环和定子线圈彼此在其上滚动，并且没有相对的表面位移，在磁通产生的一些过程中气隙可能为零，产生了高动力，对于特定负载，比传统电动机需要更少数量的更小线圈。
任何构造传统回转型或直线型电动机的方法都适用于构造摆动马达，例如但不局限于在具有定子线圈的环上使用永磁体，或者在环上使用固定永磁体和线圈，或者在环内使用产生相反磁场的固定线圈，或者在固定元件内使用产生相反磁场的环上的线圈。
从图8和9所示的实施例中，可进一步理解该方法。
在根据从环外向摆动环施加旋转压力原理的感应型电动机的一个简单实施例(图8)中，提供了基本刚性的环(81)，和上述一样，为柔性固定。该环具有内部齿轮(82)，与内部较小的啮合输出(83)相互作用。环还具有环形铁屏蔽层(84)，其上置有绕环离散分布或短路的铝片或铜片(85)。电磁定子线圈(86)环绕环，与输出轴同轴。这些线圈绕着环依次接通和断开。当线圈接通时，它的磁通感应相邻铝片或铜片的相向磁场。磁场之间的相斥力向内朝着输出推动线圈。这使传递环和输出之间的接触区域绕着输出滚动并转动它。环由机械装置或磁性装置限制旋转，例如上述的固定类型，即便是在电动机不运行期间，这些装置也可保证环和输出的啮合。显然，这种电动机可以步进模式运行。
在感应电动机的第二个实施例中(图9)，传递环(91)是挠性的并包括挠性钢环(92)，具有固定在环内侧的可短路的铝片或铜片。在环内侧有静止电磁线圈(93)。在环外侧有在固定轴上运行的输出环(94)。线圈接通和断开提供了一个或多个旋转磁场，与挠性环相斥，在挠性环中产生波形。波形顶部与电动机中心的径向距离较远，并与由摩擦方式转动的输出环接触，来转动它。这种电动机将以几乎一致的传动比沿着波形传播的方向转动外部环。
显然，通过以上述方法改变传递环与输出的相对尺寸，可以来改变这种电动机的转矩和输出速度。
内摆线的传动比由一起滚动、长度不同的两个作用面决定。其结果通常是由齿数不同而引起，而不是由如前述内摆线完全啮合长度的不同而引起。表面不必是无限的或固定圆形。任一相互作用表面长度的改变都将改变传动比。以内摆线方式无滑动环绕内部轮旋转一次的结果是内部环反向旋转，等于相互作用的周长差。从中应当理解，当相互作用的周长长度减小时，内摆线增加减速，反之也一样。例如，对于65mm内周长的步进环和54mm的传动轮，减速传动比约为4.9∶1。但是，如果传动轮增加到63.5mm，可得到约36∶1的传动比。如果传动轮增至64.5mm，可得到约108∶1的减速传动比。因此，将输出传动轮半径增大18％，可得到比原4.9∶1传动比大约22倍的减速传动比。这比任何其他机械连续可变传动的范围都大。如果需要与汽车减速箱类似的减速传动比范围(5∶1)，和全部减速传动链在20∶1和100∶1之间变化，只需要小于5％的半径变化。改变传递环内周长或者改变内部传动轮的周长，或者两者都改变，将改变传动比。通常优选改变传递环来改变传动比，这是因为它是摆动而非转动。这易于接近环来进行改变动作。传递环内部和外部圆周之间局部厚度的变化对各旋动输入内的凸轮有影响。这种影响能够消除输入时转矩和速度的波动，例如当使用内燃机供应动力时。
可以使用多种方法改变周长，如将机械、液压、气动和电力致动器作用于传递环、输出轮之一或同时作用于两者上。
在优选实施例(图6a和6b)中，开放传递环(62)的重叠端(61)用可变长度的螺旋致动器(63)连接。传递环在压力作用下夹在内部输出轮(64)和外部(65)、内部(66)输入轮之间，其设置于输入轴(68)的臂(67)上，与内输出轮同轴旋转。运行中，系统旋转，和上述一样，摆动和输出减小旋转，但是致动器长度的变化改变了重叠程度，因此，改变了传递环内周长的长度，从而改变了传动比。如果系统运行时传动比变化，优选当从传递环和输出轮之间的接触点重叠在传递环相对侧时，产生改变。重叠端优选包括多个互锁销(69)，它们一起滑动，并具有足够挠性，在全部可变长度上允许输出轮平滑通过。这种设计可以是摩擦的或正性的。当是正性时，致动器必须以设定的步幅移动，以确保传递环两重叠端上的齿等的精确定位。
以如上述方式运行的本发明的连续可变型第二优选实施例(图7a和7b)中，传递环包括弹性气动管(71)，其通过挠性管(72)与气动控制器(73)连接。旋转压力通过由拉簧(75)连接的两输入轮(74)供应。轮置于臂(76)上，其可旋转置于固定在输入轴(78)的臂(76)上。运行中，输入轴(78)旋转轮，轮通过将它们压在一起的弹簧压向传递环。传递环以上述方式摆动，并且以减速传动比向输出轮传递转矩。使更多的空气进入传递管，可加快减速。这增大和减小了管的内周长，从而改变了传动比。使传递管中空气排出可以得到相反的效果，增加传动比。该实施例提供了一种小质量的减速器。
在图10a和10b所示的固定传动比装置另一实施例中，首先提供了旋转输入(101)，其上置有多于两个的辊，但优选为四个辊(102)，它们可在支架(103)上移动。辊与输入轴同心。第二，提供了挠性、固定的传递环(104)，传递环具有内传动齿(105)，其绕啮合输出(106)转动并与其相互作用，啮合输出(106)具有更少的齿。运行中，输入旋转，辊绕传递环在可由例如扰性钢环(108)增强的挠性路径(107)上滚动。安装四个辊以使传递环上的齿被压入来配合在相对成对的辊之间的啮合输出，但不能接触辊对之间的内部输出齿轮，因为辊对之间的挠性传递环的长度大于辊对之间齿输出的相应长度。这样当辊滚动时，非接触传递环的环圈(108)随辊环形移动。以内摆线的通常方式，传动沿相反方向传递到输入。
环道末端外向弯曲有助于减小输出齿轮齿和传递环内侧的齿之间的啮合摩擦和噪音。
将输出齿轮改变成不同尺寸和改变辊对的跨度，可改变输入输出比。传动转矩来自于固定的反作用，并在接触齿的两个区域上变化。最重要的是要靠近每对从动辊和辊，在自输出轴的固定周长上运行，防止齿分离。虽然所述的实施例是齿轮连接，但也可通过摩擦方式实施。
这种传动机构是紧凑的，而且不需要润滑剂。由于在任何时间有大量的齿啮合，所以具有较高的转矩能力，事实上，与皮带传动不同，转矩不仅仅通过齿上的狭窄的加强带来传递。此外，回转质量和传递的转矩在输出齿轮的相对侧是均等的，从而给轴承提供平衡负载，寿命长以及在发动机和负载之间的振动隔离。
应当理解，在这些优选实施例中描述的特征的大量不同置换和来自不同实施例的不同特征可以使用在特定应用中或并列或组合，而不脱离本发明的精神。还应当理解，所述系统反过来可以产生增大的旋转速度。
权利要求
1.一种提供旋转输出的装置，包括旋转输出部件、相对于旋转输出部件提供通路的传递部件、限制传递部件绕自身轴旋转但允许传递部件偏心摆动的限制部件，和输入传动机构，其中输入传动机构使传递部件相对于旋转输出部件摆动并往返移动来提供旋转输出。
2.如权利要求1所述的装置，其中输入传动机构包括相对于传递部件通过通路的旋转输入部件。
3.如权利要求2所述的装置，其中传递部件具有输入和输出部件之一分别通过的内外通路。
4.如权利要求2所述的装置，其中传递部件具有一个内通路或外通路，并且输入和输出部件通过所述通路。
5.如权利要求2-4之任一项所述的装置，包括多个输入部件。
6.如权利要求5所述的装置，其中设有第一和第二输入部件，将传递部件的一部分夹入中间来通过其上各自的内外圆周通路。
7.如权利要求1所述的装置，其中输入传动机构包括交替电磁场传动机构或压电传动机构或流体脉冲传动机构。
8.如上述任一项权利要求所述的装置，其中传递部件包括可变几何形状的环。
9.如权利要求8所述的装置，其中环是挠性环。
10.如权利要求9所述的装置，其中输入传动机构包括至少一对旋转输入部件，设置为通过传递部件的外圆周，并将传递部件脱离输入部件之间区域内的旋转输出部件。
11.如权利要求10所述的装置，其中输入部件可变地空间隔开。
12.如权利要求8所述的装置，其中环的几何形状可变，以改变通路的周长。
13.如权利要求12所述的装置，其中环包括一对环形终端，彼此可以相对移动以改变周长。
14.如权利要求12所述的装置，其中环可膨胀变形以改变周长。
15.如权利要求8所述的装置，其中环包括可变形部分，传递部件的摆动包括平移绕环圆周的可变形部分。
16.如上述任一项权利要求所述的装置，还包括设在输入传动机构和旋转输出部件之间的密封装置。
17.如权利要求16所述的装置，其中密封装置延伸穿过传递部件。
18.如上述任一项权利要求所述的装置，其中传递部件可相对于输入传动机构和旋转输出部件之一分离。
19.如上述任一项权利要求所述的装置，其中可以释放限制部件来允许传递部件绕其自身轴旋转以分离传递部件。
20.如上述任一项权利要求所述的装置，其中限制部件包括至少一个环、管、隔膜、挠性带、弹簧、波纹管或者磁性限制部件。
21.如上述任一项权利要求所述的装置，还包括在输入传动机构、传递部件和输出部件任意之间的摩擦或正耦合器。
22.如权利要求1所述的装置，其中传递部件通过整个旋转输出部件的内圆周。
23.如上述任一项权利要求所述的装置，其中旋转输出部件包括旋转电磁场。
24.如上述任一项权利要求所述的装置，包括在输入和输出旋转速度之间提供比单一传动比更高或更低传动比的装置，或者用于将旋转输入耦合旋转输出的装置。
25.一种传送装置、传动装置、减压器、发电机或电动机或发动机，包括如上述任一项权利要求所述的装置。
26.一种提供旋转输出的方法，包括使旋转输出部件相对传递部件的通路往返移动，其中限制传递部件绕其自身轴旋转但可以偏心摆动，其中输入传动机构使传递部件摆动，并因此相对旋转输出部件往返移动来提供旋转输出。
27.一种基本参照附图在此描述的装置或方法。
全文摘要
一种传动比改变方法和装置，在内摆线装置中包括输入传动轮(2)、输出传动轮(3)和传递环(1)。输入传动轮(2)绕着传递环(1)的外部转动。传递环(1)被限制绕其自身轴旋转但可以绕输出传动轮(3)摆动，结果，在分离输出传动轮(3)的旋转中，提供了简单而有效的传动比改变装置。
文档编号F16H1/32GK1780994SQ200480011812
公开日2006年5月31日 申请日期2004年4月5日 优先权日2003年4月4日
发明者约翰·P·R·哈默贝克 申请人:约翰·P·R·哈默贝克