可变直径齿轮装置以及使用该装置的可变变速器的制作方法

专利名称：可变直径齿轮装置以及使用该装置的可变变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可变变速器，具体涉及可变直径齿轮装置以及使用该可变直径齿轮装 置的可变变速器。
背景技术：
变速器在输入轴与输出轴之间传递旋转动力，并且限定输入轴的转速与输出轴的 对应转速之间的传动比。当输出旋转比输入旋转慢(但输出扭矩比输入扭矩大)时该传动 比可小于1，当输入旋转和输出旋转处于相同速率时该传动比可等于1，而当输出旋转比输 入旋转快(但输出扭转比输入扭矩小)时该传动比可小于1。变速器可以是双向的，即，允 许以顺时针旋转方向或者逆时针旋转方向输入，并且为可逆的，即“输出”可旋转而将动力 传递至“输入”。在许多情况下，期望或者必需提供可变变速器，即传动比可以变化。实施例包括 在保持动力源尽可能接近其最佳速度地运转的同时需要可变输出速度以用于所需动力输 出的车辆；以及可能优选保持恒定输出速度而与机械动力源的产生动力的功率变化无关。在基于齿轮的传动系统(直接接合或者通过链联接)中，两个齿轮之间的传动比 由各齿轮中的齿数比限定。因此，如果输入轴具有Ii1 = 60个齿的齿轮，并且直接或者通过 链驱动具有n2 = 30个齿的输出轴齿轮，则传动比TRSn1Ai2 = 2，并且输入轴每转一转输 出轴将转两转。为了改变传动比，通常设置具有不同齿数的一组齿轮。然而，将与一个齿轮 的接合切换成与另一个齿轮的接合存在问题。如在传统的“手动”汽车变速器中，输入与输 出之间通常存在驱动关系的瞬时损失，并且/或者换档会导致例如在自行车中通用的脱轨 器齿轮系统中那样的骤然颠簸或者可靠性降低。对于多个齿轮之间的切换接合来说，没有 一个可用选择能提供传动比之间的可靠且平滑的转换而无驱动接合的瞬时损失。作为在齿轮之间切换的可选方案，已提出各种变速器，这些变速器采用具有相应 带的可变直径带轮或锥形驱动元件，以实现可变传动比。然而，通常仅在基于摩擦的无齿系 统中才可实现直径的逐渐改变。依靠摩擦传递扭矩其自身存在的问题，包括由于滑移而损 失扭矩以及由于保持摩擦接合所需要的高张力而导致的机械磨损和不可靠性。已进行各种尝试来设计能提供可变直径和可变有效齿数的齿轮。特别是对于自行 车，已提出许多设计，在这些设计中，齿轮节段可径向向外移动，使得所述节段靠近有齿多 边形的修圆角部，且该节段与修圆角部之间具有可变空间。这些设计可接合链，并且具有其 中所述空间对应于“缺”齿的可变有效齿数。在美国专利号No. 2，782，649和No. 4，634，406 以及PCT专利申请公报No. WO 83/02925中可查到该设计的实施例。该解决方案形成一种 非圆形有效齿轮，该非圆形有效齿轮在齿轮节段之间具有缺齿。结果，与齿轮之间直接接合 明显矛盾。即使与链一起使用时，如果在高速下使用则旋转的多边形形状也将造成不稳定 性和振动，而且在旋转期间不能提供均勻的动力传递。德国专利申请公报No. DE 10016698A1中提出了前述解决方案的另一个变型。在 该情况下，链轮齿设置为环绕径向可移位节段的结构的柔性链的一部分。所述链锚固到其中一个可移位的节段上，并且将所述链的另一端处的可变多余长度弹簧偏压至该装置的内 部容积内的弹回存储状态。该结构相比于前述文献具有的改进在于将链轮齿设置为横跨径 向可移位节段之间的间隙。然而，由于在链进入内部存储容积所在的齿之间仍存在间隙，并 且由于所提出的结构仍不能保持圆形外形，因此，其仍具有径向可移位节段设计的前述缺 点中的大部分缺点(即使不是所有缺点)其不能用于与齿轮直接接合，并且在旋转期间不 能提供均勻的动力传递。
因此存在对可变直径齿轮装置的需求，该可变直径齿轮装置将提供可变的有效齿 数，同时保持圆形对称，并且允许与另一个齿轮连续直接接合。

发明内容
本发明为可变直径齿轮装置和使用该装置的可变变速器。根据本发明的教导，提供一种用于在可变速比传动系统中使用的可变直径齿轮装 置，该可变直径齿轮装置包括(a)限定旋转轴线的轴；(b)绕所述轴配置的齿轮齿组，所述 齿轮齿组至少包括(i)第一可移位齿轮齿序列，该第一可移位齿轮齿序列包括多个以均 勻节距间隔开的齿轮齿，和(ii)第二可移位齿轮齿序列，该第二可移位齿轮齿序列包括多 个以所述均勻节距间隔开的齿轮齿；以及(c)直径变换器，该直径变换器机械联接到所述 轴和所述齿轮齿组，从而在所述轴与所述齿轮齿组之间传递转矩，所述直径变换器构造成 使所述齿轮齿组移位，从而改变至少所述第一齿轮齿序列和所述第二齿轮齿序列之间的周 缘共同伸展度，由此在下列状态之间变换所述齿轮装置(i)第一状态，在该第一状态下， 所述齿轮齿组配置成提供具有第一有效齿数的有效圆柱齿轮；以及(ii)第二状态，在该第 二状态下，所述齿轮齿组配置成提供具有比所述第一有效齿数大的第二有效齿数的有效圆 柱齿轮。根据本发明的另一特征，所述直径变换器还构造成使所述齿轮齿组移位，从而改 变至少所述第一齿轮齿序列和所述第二齿轮齿序列之间的周缘共同伸展度，以将所述齿 轮装置有选择地变换到多个中间状态中的每个状态，所述多个中间状态均提供有效圆柱齿 轮，该有效圆柱齿轮具有采取所述第一有效齿数和所述第二有效齿数之间的值的对应整数 有效齿数。根据本发明的另一特征，所述直径变换器构造成在所述第一状态和所述第二状态 中的每个状态下将所述齿轮齿组的所有所述齿轮齿定位在与所述轴同轴的假想圆柱上。根据本发明的另一特征，所述齿序列中的每个序列实施为互连的齿轮齿构成的齿 条，从而保持所述均勻节距，同时适应所述第一和所述第二状态之间的可变曲率半径。根据本发明的另一特征，所述直径变换器通过单一的机械联接在所述第一和所述 第二齿轮齿序列与所述轴之间传递转矩。根据本发明的另一特征，所述直径变换器通过绕所述轴在角度上间隔开的分离的 机械联接在所述第一和所述第二齿轮齿序列与所述轴之间传递转矩。根据本发明的另一特征，所述齿轮齿组具有单一区域，该单一区域在所述齿轮齿 序列之间具有可变的周缘共同伸展度。根据本发明的另一特征，所述齿轮齿组具有多个区域，该多个区域在所述齿轮齿 序列之间具有可变的周缘共同伸展度。
根据本发明的另一特征，所述直径变换器包括与所述齿轮齿序列中的至少一个接 合的至少一个基本锥形的元件，使得所述基本锥形的元件的轴向移位改变所述至少一个齿 轮齿序列的所述齿轮齿与所述轴线的距离。根据本发明的另一特征，所述基本锥形的元件具有阶梯状锥形表面。根据本发明的另一特征，所述基本锥形的元件具有平滑的锥形表面。根据本发明的另一特征，所述直径变换器包括至少一对带槽的盘和多个销，所述 至少一对带槽的盘与所述轴关联，所述多个销与所述齿轮齿序列中的至少一个关联，并且 接合在所述槽中，所述带槽的盘构造成使所述带槽的盘围绕所述轴线的相对旋转改变所述 至少一个齿轮齿序列的所述齿轮齿与所述轴线的距离。根据本发明的另一特征，所述直径变换器包括传感器，该传感器配置成产生表示 所述可变直径齿轮装置的有效直径的输出，所述直径变换器响应于所述输出而调节所述齿 轮齿组，以提供具有整数有效齿数的有效圆柱齿轮。
根据本发明的另一特征，所述直径变换器包括(a)传感器，该传感器配置成产生 表示所述轴的当前角位置的输出；以及(b)控制器，该控制器响应于所述输出，以在所述轴 位于允许的角位置范围内的同时有选择地执行所述变换。根据本发明的另一特征，还提供有(a)惰轮，该惰轮配置成用于围绕惰轮轴旋 转，所述惰轮包括多个构造成用于接合所述齿轮序列的齿轮齿；以及(b)惰轮移位器，该惰 轮移位器与所述惰轮轴关联，并且构造成移动所述惰轮轴，从而在所述有效齿数改变的同 时保持所述惰轮与所述齿轮齿组的接合。根据本发明的另一特征，还提供有链，该链配置成与所述齿轮组的多个齿轮齿接 合，从而在所述第一状态和所述第二状态之间的变换期间保持与所述齿轮齿的驱动接合。


这里参照附图仅通过实施例的方式描述本发明，附图中图IA和IB分别为由根据本发明的教导构造并操作的可变直径齿轮装置的第一 和第二可移位齿轮齿序列的示意性侧视图，可移位齿轮齿序列示出为处于第一径向展开状 态；图IC为根据本发明的教导构造并操作的可变直径齿轮装置的示意性侧视图，包 括处于它们的第一径向展开状态的图IA和IB的可移位齿轮齿序列；图2A、2B和2C分别为与图1A、1B和IC类似的视图，其中可移位齿轮齿序列处于 径向较小状态；图3A、3B和3C分别为与图1A、1B和IC类似的视图，其中可移位齿轮齿序列处于 完全闭合状态；图4A至4E为图IC的可变直径齿轮装置的一系列示意性侧视图，示出了装置从28 个齿的有效齿轮转换到29个齿的有效齿轮；图5A至5E为示出多个具有不同数量的可变周缘共同伸展(peripheral coextension)的区域的任选布局的示意性扁平齿轮齿序列；图6为示出用于调节本发明的齿轮装置的有效直径的直径变换器的第一具体优 选实施方式的视图7A为图6的直径变换器的轴向可移位锥形部的等轴测视图，还示出一组与直径 变换器关联的传感器；图7B为示出用于控制图7A的轴向可移位锥形部的操作的可行控制环的框图；图8A和8B为采用图IC的可变直径齿轮装置以及惰轮的内啮合齿轮传动系统的 示意性侧视图，该系统示出为其中可变直径齿轮装置处于具有第一有效齿数的第一状态和 具有比所述第一有效齿数大的第二有效齿数的第二状态； 图9为示出用于控制图8A和8B的传动系统中的惰轮的位置的可行控制环的框图；图10为用于控制根据本发明的教导构造并操作的传动系统的计算机化控制系统 的示意性代表图，该传动系统包括图IC的可变直径齿轮装置；图IlA和IlB为采用图IC的可变直径齿轮装置以及输出齿轮和自适应链张紧装 置的基于链的传动系统的示意性侧视图，该系统示出为可变直径齿轮装置分别处于具有第 一有效齿数的第一状态和具有比所述第一有效齿数大的第二有效齿数的第二状态；图12为示出用于控制图8A和8B的传动系统中的自适应链张紧装置的可行控制 环的框图；图13为根据本发明的教导构造并操作的传动系统的另选实施方式的等轴测视 图，该传动系统采用两个通过驱动链互联的可变直径齿轮装置；图14A为图13的可变直径齿轮装置中的其中一个的等轴测视图；图14B和14C为图14A的可变直径齿轮装置分别在“打开”和“闭合”位置中的等 轴测视图，其中没有限制机构；图15为图14B中的标以“A”的细节的放大，其中增设有限制机构；图16A至16D为构成图14A的齿轮装置的一部分的全基连接件、阳基连接件、阴基 连接件以及组合基本连接件的等轴测视图；图17A和17B分别为图16A中所示的全基连接件的等轴测视图和前视图；图18A和18B分别为图14B和14C的齿轮装置的一部分的前视图；图19A和19B分别为图16C中所示的其上具有限制连接件的部分基连接件的等轴 测视图和前视图；图19C为图19A和19B中所示的若干个部分基连接件在互连时的等轴测视图；图20为传动链的等轴测视图；图21为图14A的其上安装有图19D中所示的传动链的齿轮装置的一部分的等轴 测视图；图22A为图13的具有直径改变机构的齿轮装置的一部分的等轴测视图，该齿轮装 置处于“闭合”位置中；图22B为图22k的具有直径改变机构的齿轮装置的一部分的等轴测视图，该齿轮 装置处于“打开”位置中；以及图23为安装在图22A和22B的直径改变机构上以形成扭矩传递联接的基连接件 的等轴测视图。
具体实施例方式本发明为可变直径齿轮装置以及使用该装置的可变变速器。
参照附图和所附说明可更好地理解根据本发明的可变直径齿轮和相应的传动系 统的原理和操作。现在参照附图，图1A至3C示出总体上标以1000的可变直径齿轮装置的基本原 理和操作，该可变直径齿轮装置根据本发明的教导构造并操作，用于可变速比的传动系统 中。通常来说，可变直径齿轮装置1000具有限定旋转轴线的轴1002和绕该轴配置的齿轮齿 组1004。齿轮齿组1004至少包括第一可移位齿轮齿序列1004a和第二可移位齿轮齿序列 1004b，第一可移位齿轮齿序列1004a和第二可移位齿轮齿序列1004b均包括多个以均勻节 距隔开的齿轮齿1006。直径变换器(这里以矩形示意地表示并且在下面进一步描述)1008 机械联接到轴1002和齿轮齿轮组1004，以在轴1002与齿轮齿组1004之间传递转动力矩。直径变换器1008构造成使齿轮齿组1004移位，以改变至少第一和第二可移位齿 轮齿序列1004a和1004b之间的周缘共同伸展度，由此使齿轮装置在其中齿轮齿组1004形 成具有不同有效齿数的有效圆柱齿轮的至少两种状态之间转换。因此，举例来说，在图1C 中，齿轮齿序列1004a和1004b具有对应于17个齿轮齿的固定重叠区域1010以及这里示 出为具有1个齿重叠的可变重叠区域1012。结果是得到具有32个有效齿的有效圆柱齿轮。 图2C示出其中区域1012具有5个齿重叠的调节状态，其对应于具有28个有效齿的有效圆 柱齿轮。图3C示出其中区域1012具有8个齿重叠的完全闭合构造，从而给出具有25个有 效齿的有效圆柱齿轮。有效齿数范围可从齿序列之间的零重叠的状态下的最大值下降至对 应于完全闭合(使得齿序列中的一个或者多个自身闭合)的状态的最小值，或者可仅横跨 该范围的子集。在该阶段，应该已经明白，本发明具有非凡的优点。具体而言，通过在至少两个齿 轮齿序列之间采用可变重叠，本发明提供可变的有效齿数，同时允许在每个状态下绕有效 圆柱齿轮的整个外周连续齿式接合。从下列的详细说明和实施例将更清楚本发明的这个及 其它优点。这里，限定在本文的说明书和权利要求书中使用的一些术语会有所帮助。首先，对 “有效圆柱齿轮”进行说明，“有效圆柱齿轮”是指能够提供与单一或者复合圆柱惰轮进行连 续齿式接合的结构。本发明的各个齿轮序列之间通常具有间隔，如图1A和1B中所示。然 而，当一起使用时，如图1C所示，他们允许绕齿轮装置的整圈连续接合。注意，本发明可有 利地用于基于直接接合的变速器和基于链的变速器，如以下的详细说明。然而，即使在基于 链的实施中，也会认为将惰轮称作可用于限定齿轮装置1000的几何特性的理论结构是有 所帮助的。“惰轮”在本文中是构造为用于与齿轮装置1000进行齿式接合的任何齿轮。术语 “惰轮”用于表明其中惰轮为齿轮系中的中间部件的典型布置，但不排除“惰轮”直接连接到 动力输入或者动力输出轴的可能。惰轮可以是简单的惰轮，即，实施为具有足够宽的齿以接 合多个齿序列的标准齿轮。作为选择，对于一些实施方式，会需要“复合惰轮”，在该“复合 惰轮”中，两个或者更多个齿轮安装成与共用的惰轮轴一起旋转。构成复合惰轮的齿轮通常 相同且同相(即，使它们的齿对准)，但是如果在齿序列之间实施对应的相位差，则可以实 施为不同相(非对准齿)齿轮。术语“齿轮齿”和“齿轮”本文一般用于指旋转体上的任何及所有形成物和该对应 的旋转体，该旋转体被构造成用于与另一个齿轮上的对应形成物或与链中的连接件接合，以提供该旋转体与其它齿轮或者链之间的确定接合。这样限定的术语一般是指齿轮、嵌齿 轮和各种链轮以及它们的对应齿。涉及到了具有“均勻节距”的各齿轮齿序列中的齿轮齿。这里的“均勻节距”通过 在齿轮装置1000的可变直径的的整个范围上与给定的惰轮或者链啮合的能力而在功能上 限定。注意，“节距”的几何限定并非不重要，因为齿序列的曲率半径在各状态之间变化，因 此相邻齿的齿尖之间的距离通常根据齿轮装置的调节而变化。另外，相邻齿之间的角节距 必定根据齿序列的径向位置的变化而变化。作为非限制性的示例性几何限定，在一些情况 下，可能有利的是，在齿轮装置的调节期间保持相邻的齿轮齿的几何中心(限定为标准节 圆与齿的中心线的交点) 之间的恒定距离。然而，各种可选实施方式同样可提供能够与给 定的惰轮在可变直径的整个范围上啮合的期望功能，因此也落入根据本发明的“均勻节距” 的限定中。涉及到了各状态下的齿轮装置1000中的“有效齿数”。任何给定状态下的有效齿 数都是以绕旋转轴线的相邻齿之间的以弧度为单位的角节距除2 ji所得。在直观术语中， 有效齿数对应于在功能与齿轮装置1000的当前状态类似的简单齿轮中的齿数。在其中各 齿轮齿序列的齿与其它齿同相对准的大多数情况下，有效齿数仅为当沿轴线突出时结合齿 轮齿组的齿数。涉及到了 “齿轮齿序列”。其一般是指任何齿条、链或者其它在其各种不同状态下 绕齿轮装置的外周保持齿之间需要的间隔的其它支撑结构。最后关于定义，涉及到了两个齿轮齿序列之间的“周缘共同伸展度”。周缘共同伸 展度对应于绕有效圆柱齿轮的外周的齿轮齿序列的共同伸展的角范围，与圆柱的当前直径 无关。当涉及到可变周缘共同伸展度时，其包括共同伸展减小至零的可能性，即，其中一个 齿序列提供一个齿而另一个齿序列提供下一个齿，其间无任何重叠。现在转至图4A至4E，图4A至图4E表示示出从齿轮装置1000的一个状态向另一 个状态转换的序列，在该情况下有效齿数逐1增加。注意，在可变重叠区域1012中，齿序列 的齿瞬时错位(图4B、4C和4D)，直到它们在它们的新位置中再次对准。因此重要的是，该 转换应该在齿轮装置1000的一转的小部分期间进行，同时惰轮或者链仅与由该装置提供 的有效齿轮的其它部分接合。以下将描述用于确保正确的同步转换的控制系统。现在转至图5A至5E，这些图示出了形成齿轮齿组1004的齿序列设计的许多非 限定性选择方案。具体而言，图5A示出与图1A至4E的设计等同的设计，其中两个齿序列 1004a和1004b在固定重叠区域1010处互连，并且均具有自由端，该自由端在环绕齿轮装置 1000的可变直径结构时形成可变的重叠度，即，当形成有效圆柱齿轮结构时，与另一自由端 具有可变周缘共同伸展度。应注意，齿序列可在区域1010处合并成齿轮齿沿其整个宽度的 单一齿序列，并且区域1010的宽度不必是均勻的，并且不必与两个单独的齿序列1004a和 1004b的组合宽度对应。在图5A上还标记有部位“ a ”，直径变换器1008的机械联接(以下将描述)连接 到该部位“ a ”。该机械联接在轴与齿轮齿序列1004a和1004b之间传递转矩，由此在轴与 联锁齿轮之间提供扭矩传递。注意，齿轮齿序列1004a和1004b的齿轮齿的角位置随着它 们绕轴的角位置而变化。通过对图1A、2A和3A进行对比可明显看出，图1A、2A和3A中由 齿轮齿序列1004a确定的外周的角范围变化较大。为此，本发明的某些优选实施方式在齿CN 101849120 A
说明书
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轮齿序列的部位“a ”采用局部机械联接，与部位a相邻的一个齿或者多个齿与其它齿之 间的外周力沿齿轮齿序列的内部结构传递。应注意，尽管通常更难以实现，但是在各需要位 置处的各单独齿轮齿与轴的更直接的机械联接也落入本发明的范围内。图5B示出功能与图5A的构造相同的构造，但是在图5B中，齿轮齿序列1004a在 齿轮齿序列1004b的每侧上对折因此对称地配置。该布置的对称性在本发明的某些实施中 可能有利。图5C示出另选布置，其在分开180度设置的部位a处具有两个机械联接以及两 个分离的可变重叠区域，即，具有可变的周缘共同伸展度。在该情况下，齿轮齿序列标以 1004a至1004b。当配置时，两个部位a保持分开固定的180度，同时齿轮齿序列端部的重 叠变化以提供可变的有效齿数。图5D的布置在功能上与图5C的布置等同，但是采用附接至各部位a的单一齿轮 齿序列1004a或1004b。图5E的布置与图5C的布置类似，但是采用以由120度分开的角度 设置的三个部位a，以及三个可变重叠区域。在该情况下，齿轮齿序列标以1004a至1004f。
在每种情况下，对于部位a，应注意，齿轮齿序列的该部分的运动不必单纯沿径 向，当有效直径和有效齿数变化时，可以具有弧形或者更复杂的运动路径。另外，部位a不 需要必需与具体的齿对应，而是相反地可落在两个齿之间。尽管这里示出为沿齿轮装置1000的轴向并列的两个或者更多个齿条，但是应注 意，固定和可变的重叠区域仅限定为当沿轴向所看时的区域，并且齿序列实际上可沿轴线 明显间隔开。为了沿齿序列的长度传递力，每个齿序列优选实施为互连的齿轮齿构成的齿条， 以保持前述的均勻节距，同时适应齿轮装置1000的各种状态之间的可变曲率半径。用于使 齿轮齿互连以形成齿轮齿序列的合适结构包括(但不局限于)齿之间的各种类型的直接铰 链互连，以及可通过侧向销固定附接到或者连接到各个齿轮齿元件的各种联接链型支撑结 构。齿轮齿构成的齿条优选构造成将所述齿条的最大和最小曲率限制到大概需要的范围 内，以适应齿轮装置1000的最大和最小直径之间的变化。本发明的某些实施的具体优选特征在于，直径变换器1008构造成在齿轮装置 1000的各状态下将齿轮齿组1004的所有齿轮齿都定位在与轴1002同轴的假想圆柱上。圆 形几何形状允许齿轮装置1000使用在与互补齿轮连续接合中，并且在基于链的传动系统 的情况下，还避免以上讨论的现有技术的非圆形传动元件的缺点。本发明包含实现不同所需状态之间的齿轮齿组1004的所需运动的直径变换器的 任何和所有实施方式。通过非限定性实施例将认识到，用于形成可变直径的带轮或者其它 圆柱结构的各种已知机构可布置成支撑齿轮齿组1004，由此用作直径变换器的基座。例如， 授予Yanay的美国专利No. 5，830，093公开一种带槽的盘布置，该盘提供一组平行杆的受控 径向运动，从而类似于可变直径的圆柱。如果齿轮齿组1004环绕该结构缠绕，或者接合在 与所述杆一起运动的轨道中，则可实现所需的直径变化。向轴1002传递扭矩或者从轴1002 传递扭矩的机械联接可通过将每个齿序列在合适的位置处锚固到其中一个杆而被简单地 实施。作为另选的优选实施例，以下将参照采用至少一个(通常为两个)基本锥形的元 件的各种实施来进一步描述本发明，每个基本锥形的元件与齿轮齿序列中的至少一个接
10合，使得基本锥形的元件的轴向位移改变至少一个齿轮齿序列的齿轮齿与轴线的距离。这 里参照图6至7B示意性地示出该第一实施方式。具体参照图6，示出包括锥形元件1014的直径变换器的一部分，该锥形元件1014 内外呈现为平滑的锥形表面。相对应的齿轮齿序列的每个齿轮齿1006形成有支撑块1016， 支撑块1016具有用于接收锥形元件1014的对应部分的槽1018。齿轮齿1006的轴向位置 通过另外的对准特征(未示出)固定，同时锥形元件1014可轴向移位。当锥形元件1014 向内(如所示向右)移动时，锥形元件在支撑块1016的槽1018中插入得更深，致使齿序 列(例如1004a)径向向内移动，而向外移动(如所示向左)致使齿序列径向向外展开。槽 1018优选实施有平坦或者低曲率的面向内的表面以及较高曲率的面向外的表面，以保持槽 1018与锥形元件1014的齿1006在径向运动期间所具有的曲率范围之间的线性接触。轴1002(这里为了清楚省略了)与齿序列之间的扭矩传递联接可通过锥形元件与 其中一个齿1006之间的销-槽接合或者通过直接位于轴与其中一个齿1006之间的单独的 径向滑动联接来提供。在前一情况下，轴与锥形元件1014之间的联接通常通过使来自轴的 销接合在锥形元件1014的中央圆柱轴环中的槽1012中来实现。图7A示出采用如图6中所示的一对相对的锥形元件1014的直径变换器1008，一 对相对的锥形元件1014 —起使用，以调节例如以上的图1A至5A的齿轮齿序列1004a和 1004b之类的一对齿轮齿序列(未示出)。图7A还示出用于控制直径变换器的操作的控 制系统的附加部件。具体而言，示出有线性致动器1022，该线性致动器1022用于轴向移 位锥形元件1014，以改变齿轮齿序列的直径；以及绝对线性编码器1024，该绝对线性编码 器1024用于确定锥形元件沿轴线的实际位置。设置机械联接(未示出)以确保两个锥形 元件1014始终对称移动，S卩，等同但反向运动。注意，沿轴线的线性位置直接关系到齿轮 装置1000的当前有效直径，并且仅设定为与整数有效齿数对应的值。配置轴旋转轴编码器 1025，以在所有时间测量轴1002的绝对旋转位置。图7B示出用于控制直径变换器1008的该实施方式的控制环的示例性实施方式。 这里，表示齿轮装置1000的当前所需直径的输入信号1026馈送至差分器1028，然后作为输 入提供给驱动器1030，驱动器1030向线性致动器1022产生输出信号，由此控制锥形元件 1014的运动。线性编码器1024通过差分器1028提供负反馈，由此实时校正锥形元件的位 置，直到所需要的位置与实际测量位置精确匹配时为止。如先前所述，本发明可应用于直接接合的基于齿轮的传动系统和基于链的传动系 统。参照图1A至7B的以上说明同样可应用于这些应用领域。在该方面，现在参照图8A至 9描述关于直接接合的基于齿轮的系统的进一步细节。具体而言，参照图8A和8B，注意，齿轮装置1000的直径可变需要齿轮装置1000的 转轴与和其接合的另一个齿轮1032之间的距离可变。为了提供距离上的变化，齿轮1032优 选安装在可移位的平台上，这里示意性地示出为通过致动器1036移位的平台1034。致动器 1036可以为如这里所示的线性致动器，或者可以产生弧形运动或者提供转轴之间的间隔上 的所需变化的任何其它运动。编码器(在该情况下为线性编码器1038)提供关于齿轮1032 的实际当前位置的反馈。图8A示出处于第一状态的具有齿轮装置1000的传动系统，其中 有效直径较小且齿轮1032朝向轴1002移位，图8B示出处于第二状态的具有齿轮装置1000 的传动系统，其中有效直径较大且齿轮1032进一步远离轴1002相应地移位。位移的距离标以1039。顺便地说，应注意，齿轮1032自身可任选地实施为与齿轮装置1000相似的齿轮 装置，因此提供增大的传动比范围，并且部分地偏离轴之间所需的运动范围。图9示出用于控制平台1034运动的控制环的示例性实施方式。表示齿轮装置1000 与惰轮1032之间的轴的当前所需间隔的输入信号1040馈送至差分器1042，然后作为输入 提供给驱动器1044，驱动器1044向致动器1036产生输出信号，由此控制平台1034的运动。 编码器1038通过差分器1042提供负反馈，由此实时校正平台的位置，直到所需要的位置和 实际测量位置精确匹配为止。暂时转至图10，应认识到，采用齿轮装置1000的传动系统通常实施为具有计算机 化的控制系统，这里由处理器芯片1046示意性地表示。在最简单的情况下，向控制系统的 输入包括选择器输入1048，该选择器输入1048表示当前请求的传动比；以及输入1050， 该输入1050源自于轴编码器1025，以指示轴1002的当前角位置，从而可以在允许的旋转 范围内实现同步传动比变换。确切的角范围(在该角范围内允许变换)可预先限定在用于 齿轮装置1000的各给定状态的存储在存储器中的查寻表中，或者可以通过使用合适的限 定公式由控制系统实时地推导出。用于状态变换的允许角范围为齿轮装置的当前直径的函 数，并且还可以取决于例如装置的当前角速度之类的其它因素。对于直接接合的基于齿轮 的传动系统和基于链的传动系统，所述角也是明显不同的。控制系统提供输出，以控制齿轮 装置1000的直径转换和相关联的部件，例如向图7B的控制环提供的输出1026以及向图9 的控制环提供的输出1040。控制系统还优选接收由各种其它传感器产生的输入，例如线性 编码器1024和编码器1038，以提供确认传动系统正在适当地运行。在某些情况下，计算机化的控制系统可接收各种附加输入，并且还可配置成执行 专用于期望应用(该应用采用所述传动系统)的各种算法。附加或者另选的是，该计算机 化控制系统可配置成通过有线或者无线通信与其它计算机或者外部系统进行通信，例如， 以提供隶属于与传动系统关联的另一个系统或者装置的自动传动系统控制。为此可提供另 外的输入和输出，例如遥测输入1049和遥测输出1051。现在转至图11A至12，这些图类似于图8A至9的内容，但是相反地表现为基于链 的变速器的实施方式。因此，在该情况下，齿轮装置1000通过驱动链1052联接，以使齿轮 1054转动，齿轮1054自身可为传统的齿轮或者是根据本发明的教导的另一个齿轮装置。图 11A示出处于具有较小直径的第一状态下的齿轮装置1000，而图11B示出处于较大直径的 第二状态下的齿轮装置1000。为了保持驱动链1052与两个齿轮的可靠接合，而设置张紧齿 轮1056，该张紧齿轮1056安装在移动平台1058上，移动平台通过致动器1060在运动范围 1061中移位。编码器1062测量平台1058的当前位置。图12示出用于控制平台1058的运动的可行控制环。表示平台1058的当前所需位 置的输入信号1064馈送至差分器1066，然后作为输入提供给驱动器1068，驱动器1068向 致动器1060产生输出信号，由此控制平台1058的运动。编码器1062通过差分器1066提 供负反馈，由此实时校正平台的位置，直到所需要的位置和实际测量位置精确匹配为止。用于这里所示的基于链的传动系统的计算机化控制系统的实施方式可基本上与 图10中所示的相同，其中由从编码器1062的输入取代从编码器1038的输入，由输出1064 取代输出1040。为了使说明完整，现在将参照图13至22更加详细地描述一个具体的示例性实施方式。该非限定性实施例任意地示出在基于链的传动系统的情况下，但是本领域普通技术 人员容易明白，该结构可基本等同地应用于直接接合的齿轮传动系统。图13至22的实施方式与上述实施方式的主要区别在于直径变换器的细节。具体 而言，在该情况下，直径变换器基于一对阶梯状锥形表面，该对阶梯状锥形表面聚集在一起 或者分开，以改变齿轮装置的有效直径和有效齿数。参照图13，其示出具有两个相似的可变直径齿轮装置110和110’的实施方式，可 变直径齿轮装置110和110’与其中通过张紧轮160保持张紧的共用的驱动链170接合。将 参照图14A至22进一步详细描述各齿轮装置的该实施方式的结构。转至图14A，示出的可变直径齿轮装置110包括中心节段120、两个侧节段130以 及限制装置150。中心节段120由17个连续的全基连接件121形成，每个全基连接件均具有沿轴向 的尺寸范围2W。全基连接件121中的每个均形成有两个齿126A、126B，从而周向形成齿的 两个齿列124A、124B。第一侧节段130由8个连续的部分基连接件131形成，第二侧节段 140也由8个连续的部分基连接件141形成，部分基连接件131、141中的每个均具有沿轴向 的尺寸范围W。部分基连接件131、141中的每个均形成有一个齿136、146，从而在各侧节段 130、140上分别形成单一的周向齿列134、144。限制装置150适用于均使基连接件121、131和141互相附接。限制装置150包括 多个限制板152，限制板152通过多个销154互连。每个全基连接件121均与6个限制板 152配合，沿轴向在其每侧上具有3个，每个部分基连接件在其一侧上均与3个限制板152 配合。因此，所有基连接件121、131和141互连。限制装置还适用于执行节距限制，稍后将 进一步详细讨论该操作。参照图14B，齿轮装置110示出为处于“打开”位置中，并且为了简化的目的而未示 出限制装置150 (图14A示出)。在该位置中，第一侧节段130的最后部分基连接件1318与 第二侧节段140的最后部分基连接件1418对准。因此，可以认为第一和最后基连接件121” 12117分别构成中心节段120的第一和第二端122a、122b。可以认为最后部分基连接件1318、 1418分别构成第一和第二侧节段130、140的自由端132b、142a，由此自由端132b与中心节 段120的第二端122a间隔开，自由端142a与中心节段120的第一端122a间隔开。第一和第二侧节段130、140适于沿轴向接合，以允许上述沿周向的滑动接合，由 此可改变齿轮装置110的直径。稍后将参照图15详细讨论接合机构。因此，参照图14C，齿轮装置110示出为处于“闭合”位置中，与图14B—样为了简 化的目的而未示出限制装置150。在该位置中，第一侧节段130的最后部分基连接件1318与 第二侧节段140的第一部分基连接件14^对准，第一侧节段130的第一部分基连接件 与第二侧节段140的最后部分基连接件1418对准。因此，自由端132b与第二端122b相邻， 自由端142a与第一端122a相邻。接合机构现在转至图15，图15示出了第一和第二侧节段130、140之间的接合区域的放大。 由第一侧节段130提供接合，第一侧节段130形成有隆起133R，隆起133R适于接收在第二 侧节段140的对应槽143G内。隆起133R由形成在第一侧节段130的部分基连接件131的 每个中的突起133构成，槽143G由形成在第二侧节段140的部分基连接件141的每个中的凹部构成。通过隆起133R在槽143G内的周向滑动，第一侧节段130适于相对于第二侧节段 140周向滑动，以允许改变齿轮装置110的直径。基连接件结构转至图16A，图16示出了构成第一侧节段120的一部分的全基连接件121的等轴 测视图。全基连接件121具有沿轴向的尺寸范围2W。全基连接件121还形成有 沿径向面向外的顶表面121R0 ； 沿径向面向内的底表面121RI ； 面向正轴向的前表面121F ； 面向负轴向的后表面121R ； 相对于中心轴X-X面向C. W.(顺时针)方向的右侧表面121CW ；以及 相对于中心轴X-X面向C. C. W.(逆时针)方向的左侧表面121CCW。应认识到，术语“顶”、“底”、“左”和“右”是基于操作构造中的齿轮装置110的恒定 旋转的专用术语。因此，下文所称的方向将由中心轴线即C.w.、C.C.W.、R0和RI限定。然 而，“前”和“后”方向分别表示正轴向和负轴向，并且将称作“前面”和“后面”。全基连接件121的表面121F和121R均分别形成有渐增斜面127F、127R。斜面 127F、127R适用于改变齿轮装置110的直径。侧表面121CW和121CCW朝轴线X-X呈锥形。 将参照图18A和18B详细讨论渐增斜面127F、127R与锥形侧表面121CW和121CCW的作用。全基连接件121形成有两个齿126A、126B，齿126A、126B从表面121R0突出，并 适于构成齿列124A、124B的一部分，齿列124A、124B又适于在其上安装至少一部分传动链 (图20所示)。全基连接件121还包括两组槽128R、128F，槽128F在全基连接件121的正轴线侧 上与壁121CW和121CCW相邻布置，槽128R在全基连接件121的负轴线侧上与壁121CW和 121CCW相邻布置。如前面的图所示，槽128适于在其中接收限制板152。转至图16B，示出构成第一侧节段130的一部分的部分基连接件131的等轴测视 图。部分基连接件131沿轴向具有尺寸范围W。部分基连接件131还形成有 沿径向面向外的表面131R0 ； 沿径向面向内的表面131RI ； 面向正轴向的表面131F ； 面向负轴向的表面131R; 相对于中心轴X-X面向C. W.方向的侧表面131CW ；以及 相对于中心轴X-X面向C. C. W.方向的侧表面131CCW。部分基连接件131的表面131R形成有渐增斜面137R。斜面137R适用于改变齿轮 装置110的直径。侧表面131CW和131CCW朝轴线X-X呈锥形。将参照图18A和18B详细 讨论渐增斜面137R与锥形侧表面131CW和131CCW的作用。部分基连接件131形成有齿136，齿136从表面131R0突出，并且适于构成齿列134 的一部分，齿列134又在其上安装至少一部分传动链(图20所示)。部分基连接件131形成有从前表面131F突出的突起133。因此，部分基连接件131 下文将称作阳基连接件131，并且第一侧节段将称作阳侧节段130。突起133构成适用于接合在阳侧节段130与第二侧节段140之间的隆起133R的一部分。阳基连接件131还包括一组槽138，槽138布置成与壁131CW和131CCW相邻，壁 131CW和131CCW靠近阳基连接件131的负轴线端定位。如前面的图所示，槽138适于在其 中接收限制板152。转至图16C，示出构成第二侧节段140的一部分的部分基连接件141的等轴测视 图。部分基连接件141也具有沿轴向的尺寸范围W。部分基连接件141与阳基连接件131 类似，形成有 沿径向面向外的表面141R0 ； 沿径向面向内的表面141RI ； 面向正轴向的表面141F ； 面向负轴向的表面141R ； 相对于中心轴X-X面向C.W.方向的侧表面141CW ；以及 相对于中心轴X-X面向C. C. W.方向的侧表面141CCW。部分基连接件141的表面141F形成有渐增斜面147F。斜面147F适用于改变齿轮 装置110的直径。侧表面141CW和141CCW朝轴线X-X呈锥形。将参照图18A和18B详细 讨论渐增斜面147F与锥形侧表面141CW和141CCW的作用。部分基连接件141形成有齿146，齿146从表面141R0突出，并且适于构成齿列144 的一部分，齿列144又适于在其上安装至少一部分传动链(图20所示)。部分基连接件141在其后表面141F处还形成有凹部144。因此，部分基连接件141 在下文将称作阴基连接件141，并且第二侧节段将称作阴侧节段140。凹部144构成适用于 接收阳侧节段130的隆起133R的槽143G的一部分。阴基连接件141还包括一组槽148，槽148布置成与靠近阴基连接件141的负轴线 端定位的壁131CW和131CCW相邻。如前面的图所示，槽148适于在其中接收限制板152。参照图16D，当阳基连接件131与阴基连接件141对准时，S卩，表面131CW与141CW 以及表面131CCW与141CCW分别齐平时，则阳基连接件131和阴基连接件141形成具有与 图16A的全基连接件121的构造基本类似的构造的组合连接件121’。返回至图14B和14C，可以看到，图14B中所示的齿轮装置110仅包括一个分别由 阳侧节段130和阴侧节段140的最后阳连接件1318和最后阴基连接件1418构成的组合基 连接件121’。另一方面，参照图14C，阳侧节段130的所有阳基连接件131与阴侧节段140 的整个阴基连接件141对准，从而形成八个组合连接件121’。齿轮的几何构造和节距限制现在转到图17A和17B，每个齿126具有两个布置在齿126的C.W.和C. C. W.侧 的、位于齿126的基部处的弧形部129。弧形部129中的每个均构成具有中心点C的假想 圆I的一部分。全基连接件121的C. W.侧上的两个圆I的中心点C沿轴线XCT对准，而全 基连接件121的C.C.W.侧上的两个圆I的中心点C沿轴线Xeew对准。轴线Xew*Xeew中的 每个均基本平行于主轴线X-X。沿一个基连接件的C.W.和C.C.W.圆的中心点C之间的周 向的距离确定齿轮装置110的节距。现在转至图18A和18B，分别示出处于“打开”和“闭合”位置中的齿轮装置110的 放大部分。在两个位置中，由于侧表面121CW和121CCW呈锥形，因此每两个相邻的基连接件121之间分别存在间隔dpd”作为选择，可考虑两个相邻的基连接件126之间的角相对 于主轴线X-X在从“打开”变换到“闭合”位置的同时从a变到0。两个相邻的基连接件 之间的间隔防止基连接件121、131和141在直径变化期间相互碰撞。在各位置中，限定齿轮装置110的曲率并因此限定中心节段120、阳节段130和阴 节段140中的每个的曲率的曲率半径可根据线曲率线C.L.的半径确定，曲率线C.L.为表 示所有假想圆I的中心C之间的圆的插值的线。在“打开”和“闭合”这两个位置中，全基连接件121需要布置成使一个全基连接 件121的C. W.侧上的圆I与相邻的全基连接件121的C. C. W.侧上的圆I对准，即，这些圆 I的中心C重合。这提供了沿每两个中心C之间的周向的距离基本相同。保持中心C之间 相同的距离是齿轮装置110的操作所必需的，这是因为齿轮的齿126、136和146适于在其 上接收具有恒定节距的传动链(图20所示)。然而，应认识到，在通常情况下，S卩，在无限制的情况下，在直径变化期间，基连接 件将趋于移位，使得圆I的中心C彼此错位。限制装置150适于保持恒定的节距，S卩，保持 中心C重合，如现在将参照图19A至19C进行的说明那样。限制板152形成有两个孔153c.ff.和153c.c.ff.、两个嵌齿部155c.ff.和155c.c.w.以及两 个附接部157,ff.和157c.c.w.。限制连接件152沿轴向具有厚度t。限制连接件152示出为 安装在阴基连接件141上，从而使其附接部157e.w.和157e.e.w.接收在阴基连接件141的槽 148内。在该位置中，孔153c.w.和153c.c.w.的中心与由齿146的弧形部129限定的假想圆I 的中心C对准。转至图19C，阴基连接件141:至1413上均分别安装有三个限制板152la至152lc、 15223至1522c以及152%至1523。，三个限制板之间沿轴向具有间隔t。因此，当限制板152互 连时，限制板152lb和152:。接收在第二阴连接件1412的限制板152^至1522。的间隔t内。 在该位置中，安装在第一阴基连接件上的限制板152的嵌齿部155ie.w.与安装在第三阴 基连接件1413上的限制板152的嵌齿部1553c.c.ff.啮合。另外，当限制板152通过销154互连时，销154卜2和1542_3的中心轴线分别与孔 153lc.ff.和1532aaw以及1532aw.和1533aaw对准。这从而导致与圆I的中心C对准。还应 认识到，限制装置150因此能够保持恒定的节距P，而与齿轮装置110的各节段120、130和 140所采用的形状和曲率无关。转至图20，示出的标准双传动链170包括一组链板171至174和一组辊176A和 176B，辊176,和176B相应地安装在本身已知的一组保持销177上。各保持销177的轴线Y 并因此各辊176a、176b的轴线Y之间保持称作节距P的固定距离。节距P在整个传动链170 上基本保持恒定。现在转至图21，传动链170示出为安装在齿轮装置110的一部分上。在该位置中， 传动链170的辊176的中心轴线Y、齿126的圆I的中心C、限制板152的孔153以及连接 销154的轴线X全部沿共有的轴线对准。还应认识到，由于节距P基本保持恒定，因此，齿 轮装置110始终“配合”传动链170。直径改变转至图22A和22B，示出的直径改变机构180包括两个锥形部件182A和182B，锥形部件182A和182B上分别适于在其径向外部R0上安放齿轮装置110。锥形部件182中的每个均形成有基部184和锥形渐增斜面186。各部件一体形成有筒状连接器181，筒状连接 器181具有适于在其中接收驱动轴的孔183，以由此旋转。当齿轮装置110安放在直径改变机构180上时，各节段120、130和140的各基连 接件121、131和141分别安放在渐增斜面186上，使得其渐增斜面127、137和147与渐增 斜面186配合。在图22A中，齿轮装置110示出为位于与图14C中所示的位置对应的基本“闭合” 的位置中。在该位置中，锥形部件182的基部184彼此隔开距离，基连接件121、131和141 与轴线X-X相邻地定位(位于对应于R = D2/2的距离)。还应看出，由于锥形部件182A和 182B之间的距离1\，因此基连接件121、131安放在与基部184隔开的位置中的渐增面186上。转至图22A，为了增加齿轮装置110的直径，锥形部件182更靠近在一起，使其基 部184之间的距离为T2，从而基连接件121、131和141被迫“向上爬”，S卩，径向向外移位。 这又导致齿轮装置110的直径增大。因此，如图22B所示，齿轮装置110处于与图14B中所 示的位置对应的基本“闭合”的位置中。在该位置中，基连接件121、131和141更远离轴线 X-X定位(位于对应于RzD/2的距离)。还应看出，由于锥形部件182A和182B之间的基 本较小的间隔T2，因此基连接件121、131安放在与基部184相邻的位置中的渐增面186上。为了减小齿轮装置110的直径，需要基本相反的操作，即，使锥形部件182进一步 分开，使其基部184之间的距离为1\，从而基连接件121、131和141被迫“向下爬”，即，径向 向内移位。与直径增大时相反，在直径减小期间，基连接件121、131和141借助安装在齿轮 装置110上的传动链170的压力而被迫径向向内。这里还应认识到，通过使用以上公开的直径改变机构180，齿轮装置110可基于锥 形部件182的基部184之间的距离T而呈现出多种直径。因此，例如，可通过每次一个增量 来增大/减小该直径。应认识到，锥形部件182的渐增斜面186和基连接件121、131和141的渐增斜面 127、137可分别为各种对应设计。另外，锥形部件182相对于彼此的取向以及它们的操作 (电动、液力等)方式可以如常用实践中已公知的那样改变。操作现在转至图23，在锥形部件182通过驱动轴旋转时，扭矩需要从锥形部件182传递 到齿轮装置110。因此，直径改变机构180还用作扭矩传递机构。为此，各锥形部件182还形成有在其第一闭合端185i和第二闭合端1852之间沿着 径向延伸的引导槽185。其中一个基连接件121L形成有延长伸展部125A和125B，以形成 杆，伸展部125足够长，以被接收在引导槽185内。伸展部125还被设计成截面几何形状与 引导槽185的截面几何形状对应。操作时，在驱动轴旋转时，锥形部件182设定为旋转运动。由于伸展部125接收在 引导槽185内，因此锥形部件182的旋转运动使基连接件121L进行旋转运动。这样，由于 所有基连接件121、131和141通过限制装置150互连，因此，基连接件121L的旋转运动使 整个齿轮装置110旋转。参照图22A和22B，如前所述，在改变齿轮装置110的直径时，基连接件121、131和 141被迫“爬上”或者“爬下”锥形部件182的渐增斜面186。然而，齿轮装置110在两个方向上的“攀爬”受到闭合端185i和1852的限制。因此，当增加齿轮装置110的直径时，基连 接件121L仅能够“爬上”至其R0表面抵靠闭合端185:所在的位置，当减小齿轮装置110的 直径时，基连接件121L仅能够“爬下”至其RI表面抵靠闭合端1852所在的位置。限制基连 接件121L的运动反映在所有齿轮装置110上，因此提供对其直径的限制。应认识到，引导槽185的长度可确定为与齿轮装置110的基连接件121、131和141 的数量对应，并且可设计成允许至少处于“打开”位置中的第一和第二节段130、140之间的 齿136、146的期望数量的重叠。另外，引导槽185可设计成防止齿轮装置110呈现超过其 最大直径的直径，即，保持分别处于“打开”位置中的至少第一和第二节段130、140之间的 一个齿136、146重叠。组合操作应认识到，齿轮装置110通过适当地改变所用的齿的形式可用在根据本发明的传 动系统的任何和所有构造中，包括如上参照图8A至9所示的直接接合的齿轮变速器和如上 参照图11A至12所示的基于链的传动系统。另外，如上所述，这些系统均可利用根据本发 明的单一齿轮装置或者根据本发明的两个或者更多个齿轮装置来实施。现在参照图13，所示的变速组件100包括两个可变直径的分段齿轮装置110和 110’、两个直径改变机构180和180’、传动链170、张紧轮160、调节装置190以及两个轴S 和S，。在组装时，锥形部件182安装在驱动轴S上，锥形部件182S’安装在从动轴S’上。 齿轮装置110、110’分别安放在对应的锥形部件182和182’上。传动链170安装在齿轮装 置110、110’上，张紧轮160放置成在传动链170中提供张紧。调节装置190包括主轴192，并且形成有铰接连接至直径改变机构180的臂194。 调节装置190适于将锥形部件182拉开，或者使它们更靠近在一起，从而改变齿轮装置110 的直径。这通过使臂94沿轴向移位来实现。根据具体设计(未示出)，直径调节装置190还可以以类似方式(S卩，使用臂 194’(未示出))连接至第二齿轮装置110’，由此在第一齿轮装置110的直径变化时使第二 齿轮装置110’的直径保持相应的变化。然而，容易认识到，齿轮装置110、110’中的每个均可分别装配有单独的调节装置 190、190’，以允许每个齿轮装置110、110’与另一个齿轮装置无关地改变其直径。这样又可 提供各种传动比。应认识到，上述说明仅作为一个示例，在如所附权利要求所限定的本发明的范围 内许多其它实施方式也是可行的。
权利要求
一种用于在可变速比传动系统中使用的可变直径齿轮装置，该可变直径齿轮装置包括(a)限定旋转轴线的轴；(b)绕所述轴配置的齿轮齿组，所述齿轮齿组至少包括(i)第一可移位齿轮齿序列，该第一可移位齿轮齿序列包括多个以均匀节距间隔开的齿轮齿；和(ii)第二可移位齿轮齿序列，该第二可移位齿轮齿序列包括多个以所述均匀节距间隔开的齿轮齿；以及(c)直径变换器，该直径变换器机械联接到所述轴和所述齿轮齿组，从而在所述轴与所述齿轮齿组之间传递转矩，所述直径变换器被构造成使所述齿轮齿组移位，从而改变至少所述第一齿轮齿序列和所述第二齿轮齿序列之间的周缘共同伸展度，由此在下列状态之间变换所述齿轮装置(i)第一状态，在该第一状态下，所述齿轮齿组被配置成提供具有第一有效齿数的有效圆柱齿轮；以及(ii)第二状态，在该第二状态下，所述齿轮齿组被配置成提供具有比所述第一有效齿数大的第二有效齿数的有效圆柱齿轮。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直径变换器还构造成使所述齿轮齿组移位， 从而改变至少所述第一齿轮齿序列和所述第二齿轮齿序列之间的周缘共同伸展度，以将所 述齿轮装置有选择地变换到多个中间状态中的每个状态，所述多个中间状态均提供有效圆 柱齿轮，该有效圆柱齿轮具有采取所述第一有效齿数和所述第二有效齿数之间的值的对应 整数有效齿数。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直径变换器构造成在所述第一状态和所述 第二状态中的每个状态下将所述齿轮齿组的所有所述齿轮齿定位在与所述轴同轴的假想 圆柱上。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述齿序列中的每个齿序列都被实施为互连的 齿轮齿构成的齿条，从而保持所述均勻节距，同时适应所述第一和所述第二状态之间的可变曲率半径。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述直径变换器通过单一的机械联接在所述第 一和所述第二齿轮齿序列与所述轴之间传递转矩。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述直径变换器通过绕所述轴在角度上间隔开 的分离的机械联接在所述第一和所述第二齿轮齿序列与所述轴之间传递转矩。
7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述齿轮齿组具有单一区域，该单一区域在所述 齿轮齿序列之间具有可变的周缘共同伸展度。
8.根据权利要求4所述的装置，其中，所述齿轮齿组具有多个区域，该多个区域在所述 齿轮齿序列之间具有可变的周缘共同伸展度。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直径变换器包括与所述齿轮齿序列中的至 少一个接合的至少一个基本锥形的元件，使得所述基本锥形的元件的轴向移位改变所述至 少一个齿轮齿序列的所述齿轮齿与所述轴线的距离。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述基本锥形的元件具有阶梯状锥形表面。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述基本锥形的元件具有平滑的锥形表面。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直径变换器包括至少一对带槽的盘和多个 销，所述至少一对带槽的盘与所述轴关联，所述多个销与所述齿轮齿序列中的至少一个关 联，并且接合在所述槽中，所述带槽的盘构造成使所述带槽的盘的围绕所述轴线的相对旋 转改变所述至少一个齿轮齿序列的所述齿轮齿与所述轴线的距离。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直径变换器包括传感器，该传感器配置成 产生表示所述可变直径齿轮装置的有效直径的输出，所述直径变换器响应于所述输出而调 节所述齿轮齿组，以提供具有整数有效齿数的有效圆柱齿轮。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直径变换器包括(a)传感器，该传感器配置成产生表示所述轴的当前角位置的输出；以及(b)控制器，该控制器响应于所述输出，以在所述轴位于允许的角位置范围内的同时有 选择地执行所述变换。
15.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括(a)惰轮，该惰轮配置成用于围绕惰轮轴旋转，所述惰轮包括多个构造成用于接合所述 齿轮序列的齿轮齿；以及(b)惰轮移位器，该惰轮移位器与所述惰轮轴关联，并且构造成移动所述惰轮轴，从而 在所述有效齿数改变的同时保持所述惰轮与所述齿轮齿组的接合。
16.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括链，该链配置成与所述齿轮齿组的多个 齿轮齿接合，从而在所述第一状态和所述第二状态之间的变换期间保持与所述齿轮齿的驱 动接合。
全文摘要
一种用于在可变速比传动系统中使用的可变直径齿轮装置包括齿轮齿组，该齿轮齿组绕限定旋转轴线的轴配置。所述齿轮齿组包括至少两个可移位齿轮齿序列，每个可移位齿轮齿序列均包括多个以均匀节距间隔开的齿轮齿；以及直径变换器，其机械联接到所述轴和所述齿轮齿组。直径变换器配置成在所述轴与所述齿轮齿组之间传递转矩，并且配置成使所述齿轮齿组移位，以改变齿轮齿序列之间的周缘共同伸展度。具体地，直径变换器在其中齿轮齿组配置成提供具有不同有效齿数的有效圆柱齿轮的至少两种状态之间变换齿轮装置。该齿轮装置可与另一个齿轮直接接合地使用或者作为基于链的传动系统的一部分。
文档编号F16H55/30GK101849120SQ200880114627
公开日2010年9月29日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年11月1日
发明者尼莫·埃坦, 约瑟夫·罗戈任斯基, 纳赞·纳韦 申请人:智慧风有限公司