CN101410917B - 用于传递旋转运动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于传递旋转运动的装置及方法。所述装置包括运动传递构件，该运动传递构件用于将输入传动轴(1a)的交替旋转运动转换成绕传动轴(2a)被驱动的被驱动机构(2)的不定向旋转运动。所述运动传递构件包括可以绕旋转轴(3a)旋转的中间机构(3)。机械能量积累构件(5)与所述被驱动机构机械连接。所述中间机构(3)包括采用驱动摩擦轮(30)形式的凸轮盘，机械能量积累构件(5)包括拉伸/压缩弹性单元(51)。

Description

用于传递旋转运动的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于传递旋转运动的装置，所述用于传递旋转运动的装置包括运动传递构件，该运动传递构件用于将驱动机构绕旋转轴的旋转运动转换成被驱动机构绕旋转轴的旋转运动。

本发明还涉及对所述发明装置的使用，其中，被驱动机构适于操作变压器中的转换开关或有载调压开关的触点。

另外，本发明还涉及一种驱动机构的方法。

背景技术

在某些应用中，需要在确定的方向上实现短时期、高强度的旋转运动。在某些情形中，如果可用的驱动源具有相应的运动特性，上述是不成问题的。然而，情况并非总是如此。有可能发生这样的情况：可用的驱动源类型是既可以在一个方向上执行旋转运动，也可以在另一个方向上执行旋转运动。

还有一些情况，其中所包括的驱动源并不能在所需的短时间内立即获得需要的强大扭矩。就可用的驱动源而言，还有可能同时出现上述两个问题。

这种情形的一个例子发生在操作用于控制变压器电压的有载调压开关中的转换开关时。在这种情形中，有利的是所述操作运动总是发生在相同的旋转方向，并发生相对短的时期内。通常，用于这种转换开关的驱动源采用操作选择器开关的传动轴的形式，即，当电压要发生变化时设置连接到变压器的绕组中的新的抽头点上的机构。所述选择器开关的传动轴根据变压器的电压是增大还是减小而在不同的方向上旋转。

从WO 89/08924中已知一种运动传递机构，其能够将一个方向或另一个方向的旋转运动转换成不定向运动并同时相对于时间进行旋转运动。所述不定向运动通过特别设计的弹簧和与该弹簧直接协作的元件实现，该元件积累能量并进行旋转运动。

从WO 2006/004527还已知一种运动传递机构，其能够将一个方向或另一个方向的旋转运动转换成不定向运动，除其它之外，还特别通过齿轮机构和轴将旋转运动传递到弹性单元形式的储能系统中。当带有锁定装置的所述弹性单元被释放时，运动传递到终轴。选择器开关和转换开关都被变压器油包围。

SE 0501712-5描述了一种运动传递机构，该运动传递机构将交替的旋转运动经由线性平移运动转换成不定向旋转运动。同样在该运动传递机构中，所述旋转运动被传递到弹性单元形式的储能系统中。

发明内容

根据本发明的第一方面，试图提供一种用于传递旋转运动的改进的装置以及与其相连的机械储能系统。

根据本发明的第二方面，试图提供一种对用于传递旋转运动的装置的改进的使用。

根据本发明的第三方面，试图提供一种用于传递旋转运动的改进的方法。

根据本发明的第一方面，提供一种用于经由运动传递构件将旋转运动传递到绕传动轴被驱动的被驱动机构的装置，所述运动传递构件包括：中间机构，其连接到旋转轴上并能够绕所述旋转轴旋转；机械能量积累构件，其以弹性装置的形式并且能够从所述旋转轴接收能量；以及经由所述传动轴将积累在所述弹性装置中的机械能传输到被驱动机构的部件，所述中间机构包括与所述机械能量积累构件相互作用的凸轮形状的驱动摩擦轮。

在一种实施方式中，机械能量积累构件的弹性装置包括连接到固定的轭形件和可动的轭形件上的拉伸/压缩弹性单元，所述可动的轭形件设有与所述驱动摩擦轮的周缘接触的滚动装置。

在另一种实施方式中，所述可动的轭形件能够沿径向并且平行于所述驱动摩擦轮的平面运动，其运动的行程长度相应于所述驱动摩擦轮的最大半径R-最小半径r，所述拉伸/压缩弹性单元能够在所述可动的轭形件从最小半径r的位置运动到最大半径R的位置的过程中从所述驱动摩擦轮接收能量，所述拉伸/压缩弹性单元能够在所述可动的轭形件从最大半径R的位置运动到最小半径r的位置的过程中释放能量给所述驱动摩擦轮。

在又一种实施方式中，自由轮能够允许所述驱动摩擦轮在一个方向上旋转运动。

在另一种实施方式中，所述旋转轴能够被输入传动轴的交替旋转运动驱动，所述经由运动传递构件将旋转运动传递到绕传动轴被驱动的被驱动机构的装置包括用于将所述输入传动轴的交替旋转运动转换成所述旋转轴的不定向旋转运动的运动转换构件。

在又一种实施方式中，所述驱动摩擦轮的最大半径R和最小半径r之间的角度在220°到270°之间，优选为240°。

在另一种实施方式中，所述滚动装置能够与所述驱动摩擦轮接触，其接触的弹性力在1000N到1500N之间。

在又一种实施方式中，所述中间机构和所述机械能量积累构件构成一体的部件。

在另一种实施方式中，所述输入传动轴和所述传动轴平行。

在又一种实施方式中，所述被驱动机构与用于变压器或反应器中的有载调压开关的触点的操作部件机械连接。

根据本发明的第二方面，提供一种对上述用于将旋转运动从驱动机构传递到被驱动机构的装置的应用，其中，所述被驱动机构能够操作变压器或反应器中的有载调压开关的触点。

根据本发明的第三方面，本发明还涉及一种从中间机构向被驱动机构传递旋转运动的方法，所述被驱动机构由传动轴驱动，所述中间机构连接到旋转轴上并能够绕所述旋转轴旋转，该方法包括将来自旋转轴的机械能传输到弹性装置形式的机械能量积累构件并且将所述弹性装置中积累的机械能传输到传动轴，其特征在于，所述来自旋转轴的机械能经由所述中间机构传输到所述机械能量积累构件以及从所述机械能量积累构件经由所述中间机构传输，所述中间机构被设计成旋转的凸轮形状的驱动摩擦轮，所述机械能量积累构件的弹性装置包括连接到固定的轭形件和可动的轭形件上的拉伸/压缩弹性单元，所述可动的轭形件设有与所述驱动摩擦轮的周缘接触的滚动装置，所述驱动摩擦轮驱动滚动装置或者被所述滚动装置驱动，所述滚动装置与被设计成拉伸/压缩弹性单元的弹性装置的可动端机械连接。

上述传递旋转运动的方法包括以下操作步骤：

a)在所述滚动装置从所述驱动摩擦轮的最大半径R运动到其最小半径r时，所述滚动装置传递旋转运动给所述驱动摩擦轮并将所述旋转运动传递给所述传动轴和所述被驱动机构；

b)当所述驱动摩擦轮的动能被传递给所述拉伸/压缩弹性单元时，所述驱动摩擦轮的旋转运动被制动到0；

c)所述驱动摩擦轮借助于自由轮保持固定，所述自由轮通过棘轮机构防止所述驱动摩擦轮改变旋转方向；

d)当所述滚动装置从所述驱动摩擦轮的固定位置运动到所述驱动摩擦轮的最大半径R处时，所述旋转轴传递旋转运动给所述驱动摩擦轮，接着所述操作步骤a)随即开始。

在一种实施方式中，所述旋转轴经由运动传递构件被输入传动轴驱动并将所述输入传动轴的交替旋转运动转换成不定向旋转运动。

在另一种实施方式中，所述操作步骤a)到b)发生在长度大约为0.2秒的时间间隔内。

在又一种实施方式中，所述被驱动机构能够操作变压器或反应器中的有载调压开关的触点。

附图说明

本发明的实施方式通过以下参考附图对优选实施方式的详细描述加以解释，该实施方式仅是示例性的。

图1是示意性地示出根据本发明的一种实施方式的旋转运动的传递的框图；

图2a-2d示意性地示出了能量积累构件及与其相连的中间机构的操作模式；

图3详细示出了所述能量积累构件和所述中间机构的一种实施方式。

具体实施方式

图1是示意性地示出使转换开关或调压开关的组成元件运动的操作构件的机械联接的框图。

输入传动轴1a经由运动转换构件4连接到旋转轴3a上。所述输入传动轴1a具有当其被操作时可以在一个方向或另一个方向上旋转的特性。所述运动转换构件4被设计成无论所述输入传动轴1a在哪个方向上旋转，所述运动转换构件4总是在同一方向上传递旋转运动给旋转轴3a。用于所述输入传动轴1a的驱动源是操作变压器中的转换选择器开关(未示出)的传动轴，即，当电压要发生改变时设置连接到变压器的绕组中的新的抽头点的机构。所述转换选择器开关的输入传动轴1a根据变压器的电压是增大还是减小而在不同的方向上旋转。旋转轴3a的输出连接到中间机构3，并且连接到相关联的能量积累构件5以及带有传动轴2a的被驱动机构2上。所述机构2又驱动所述转换开关的触点(这里未示出)。这些可以是在WO2006/004527中所更加详细描述的类型。

所述运动转换构件4例如可以是专利申请WO 2006/004527中描述的类型，也可以是专利申请WO 2006/050552中描述的类型。

当旋转轴3a转动时，其经由中间机构3将能量输送到机械能量积累构件5中。在所述旋转轴运动了确定角度之后，积累的能量被释放到中间机构，该中间机构快速且有力地旋转所述传动轴2a并由此将旋转运动传递给被驱动机构2，所述旋转运动影响在上述WO2006/004527中详细描述的转换开关的组成元件。在所述运动转换构件4和旋转轴3a之间可以设置变速机构(未示出)，使得旋转轴3a的运动速度优选是运动转换构件的运动速度的四倍。

在所述传动轴2a上设置有自由轮6，所述自由轮的作用是允许所述中间机构在一个方向上旋转且阻止其在另一个方向上旋转，从而确保传动不能反向进行。所述自由轮可以是任何传统类型，即，可以是在一个方向上传递扭矩而在另一个方向上自由回转的棘轮机构形式。

根据本发明的一种实施方式，所述中间机构3包括凸轮形状的驱动摩擦轮30，机械能量积累构件5被设计成拉伸/压缩弹性单元51，下面将参考附图2a-2d和图3对其详细描述。

附图2a至2d示意性地示出了所述拉伸/压缩弹性单元51与所述驱动摩擦轮30协作的操作模式。所述驱动摩擦轮被设计成具有最大半径R和最小半径r。所述拉伸/压缩弹性单元51的端部连接到固定的轭形件52和可动的轭形件53上。所述可动的轭形件53设有与所述驱动摩擦轮30的周缘接触的滚动装置54。所述可动的轭形件53能够沿径向且平行于所述驱动摩擦轮的平面运动。这使得弹性力的方向垂直于所述驱动摩擦轮的旋转轴线的方向，从而基本上吸收径向力。当所述驱动摩擦轮绕其轴线旋转一周时，所述可动的轭形件53运动相应于R-r的行程长度。所述驱动摩擦轮的旋转方向由箭头a所示。

在图2a中，所述驱动摩擦轮处于设在所述可动的轭形件上的滚动装置54与所述驱动摩擦轮的周缘相接触的位置上，在该接触位置，所述驱动摩擦轮显示其最大半径R。在该位置，所述弹性单元51具有最大机械能。这构成所述被驱动机构2的驱动运动的起始位置。

图2b示出了一位置，在该位置处存储在所述弹性单元中的机械能经由驱动辊54向所述驱动摩擦轮施加加速运动。所述驱动摩擦轮从半径R处的起始位置起被驱动转过大约90°。

图2c示出了当驱动辊到达所述驱动摩擦轮的最小直径r处时驱动摩擦轮的位置。在这个位置，存储在弹性单元中的机械能的预期部分已经传输到所述驱动摩擦轮。在这个位置，所述驱动摩擦轮运动了大约2/3圈，或从图2a中的位置起240°。在这个位置，所述弹性单元还具有一定的预应力，从而确保所述驱动辊抵接所述驱动摩擦轮。

当所述驱动摩擦轮通过图2c所示的位置时，从所述弹性单元不会再传输能量。由于所述驱动摩擦轮的半径在增大，这意味着设在可动的轭形件上的辊子在通过图2c所示的位置之后的过程中压缩所述弹性单元，由此接收机械能。这种能量来自于所述驱动摩擦轮及与其机械连接的部件的机械运动扭矩。这使得所述驱动摩擦轮得以制动。

图2d示出了一位置，在该位置所述驱动摩擦轮将其动能传输到所述弹性单元并且制动在停止位置，在该停止位置，所述驱动摩擦轮的速度是零。由于所述自由轮的接合，所述驱动摩擦轮也不能改变其旋转方向。

在这个位置，所述驱动摩擦轮在下一次操作之前处于等待状态。当所述输入轴1a经由所述运动转换构件4和旋转轴3a向所述驱动摩擦轮传递驱动运动时，该驱动摩擦轮被初始启动。当所述驱动摩擦轮旋转到图2a所示的起始位置时，所述弹性单元再次具有最大机械能，从而能够完成完整的一圈。

当所述驱动摩擦轮到达图2a所示的位置时，所述驱动摩擦轮在其最大半径R处与所述驱动辊接触，通过所述被驱动机构2，新的驱动运动自发开始。从而不需要单独的释放构件来使所述驱动摩擦轮开始驱动运动。

可以认识到，在本发明的范围内可以通过适当地改变凸轮形状的尺寸来影响上述的不同过程，所述不同过程即，所述驱动摩擦轮由所述弹性单元驱动，通过从所述驱动摩擦轮传输到所述弹性单元的动能对所述驱动摩擦轮的制动，以及将所述弹性单元拉伸到其初始位置。通过改变所述驱动摩擦轮的形状，从而实现了对所述驱动摩擦轮的加速和减速过程的影响。优选地，所述驱动摩擦轮的形状适合加载并因此在短暂的加速过程之后向所述被驱动机构2传递均匀的速度。

同样，由于驱动摩擦轮的剩余动能自动回到所述弹性单元并且能量平衡意味着驱动摩擦轮由于与所述弹性单元初始存储的机械能无关的任何摩擦损失总是旋转少于一圈，因此不需要为所述驱动摩擦轮设置单独的制动装置。这带来相当多的优点，特别是在测试和调节所述驱动系统时，由于在例如所述被驱动机构2与连续的转换开关脱离的情况下，也能够自动控制所述过程。依旧在测试位置，当所述被驱动机构与所述驱动摩擦轮脱离时，将会出现受控运动模式。

当所述驱动摩擦轮在图2a和图2c所述的位置之间运动时，所述弹性单元51释放能量，当所述驱动摩擦轮在图2c和图2d所述的位置之间运动时，所述弹性单元51存储能量。

图3示出了所述弹性单元的一种替代实施方式。平行设置的两个引导件55a和55b的端部分别固定在连接件56a和56b上。两个弹簧51a和51b分别沿对应的引导件延伸设置。所述弹簧固定到连接件56a上，从而用作固定的轭形件。各个弹簧的另一端固定到公共的可动轭形件53上，所述可动的轭形件53又设置成平行于所述引导件运动。辊54与轭形件53连接并与所述驱动摩擦轮30接触。在这种情形下，当所述辊54与所述驱动摩擦轮在所述摩擦轮的最大半径R处接触时，所述弹簧被拉伸到最大位置，此时弹性单元具有最大机械能。

根据一种实施方式，所述驱动摩擦轮的最大半径在80mm到120mm之间，优选为105mm，所述驱动摩擦轮的最小半径在50mm到80mm之间，优选为60mm。所述最大半径R和最小半径r之间的差在30mm到60mm之间，优选为45mm。

根据一种实施方式，所述滚动装置抵接所述驱动摩擦轮的力在1000N到1500N之间，所述驱动摩擦轮的旋转速度适于在0到25rad/s之间变化。在这种情形下所述摩擦轮从开始到停止的时间是0.2秒。

在附图中，所述滚动装置被设计成球轴承辊，该球轴承辊具有较小的摩擦并与所述驱动摩擦轮的周缘具有较大的接触面积。根据本发明的一种实施方式，所述辊是滚针轴承。替代地，所述滚动装置可以被设计成可转动地布置在球轴承罩内的球形体。为使抵靠在所述驱动摩擦轮周缘上的表面压力最小，在这种情形下适于使所述摩擦轮的横截面具有相应的圆形截面形状。

所述装置适于被变压器油包围，变压器油用于润滑和冷却包含在所述装置中的机械部件。

用于传递驱动运动的方法概括起来包括以下操作步骤：

a)在所述滚动装置54从所述驱动摩擦轮的最大半径R处运动到其最小半径r处时，所述滚动装置54传递旋转运动到所述驱动摩擦轮30并将所述旋转运动传递给所述传动轴2a和被驱动机构2；

b)当所述驱动摩擦轮的动能传递到拉伸/压缩弹性单元51时，所述驱动摩擦轮30的旋转运动被制动到0；

c)所述驱动摩擦轮30借助于自由轮6保持固定，所述自由轮6通过棘轮机构防止所述驱动摩擦轮改变旋转方向；

d)当所述滚动装置从所述驱动摩擦轮的固定位置运动到所述驱动摩擦轮的最大半径R处时，所述输入轴1a经由旋转轴3a传递旋转运动给所述驱动摩擦轮30，并从此位置起所述操作步骤a)随即开始。

本发明的范围不能由给出的实施方式限定，而是还包括对本领域的技术人员来说显而易见的实施方式。例如，所述装置可以浸没在具有与变压器油相似特性的电介质流体中。

Claims (16)

1.一种用于经由运动传递构件将旋转运动传递到绕传动轴(2a)被驱动的被驱动机构(2)的装置，所述运动传递构件包括：中间机构(3)，其连接到旋转轴(3a)上并能够绕所述旋转轴旋转；机械能量积累构件(5)，其以弹性装置的形式并且能够从所述旋转轴(3a)接收能量；以及经由所述传动轴(2a)将积累在所述弹性装置中的机械能传输到被驱动机构(2)的部件，所述中间机构(3)包括与所述机械能量积累构件(5)相互作用的凸轮形状的驱动摩擦轮(30)，其特征在于，所述机械能量积累构件(5)的弹性装置包括连接到固定的轭形件(52)和可动的轭形件(53)上的拉伸/压缩弹性单元(51)，所述可动的轭形件(53)设有与所述驱动摩擦轮(30)的周缘接触的滚动装置(54)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可动的轭形件(53)能够沿径向并且平行于所述驱动摩擦轮(30)的平面运动，其运动的行程长度相应于所述驱动摩擦轮(30)的最大半径R-最小半径r，所述拉伸/压缩弹性单元(51)能够在所述可动的轭形件(53)从最小半径r的位置运动到最大半径R的位置的过程中从所述驱动摩擦轮接收能量，

所述拉伸/压缩弹性单元(51)能够在所述可动的轭形件(53)从最大半径R的位置运动到最小半径r的位置的过程中释放能量给所述驱动摩擦轮。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，自由轮(6)能够允许所述驱动摩擦轮(30)在一个方向上旋转运动。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述旋转轴(3a)能够被输入传动轴(1a)的交替旋转运动驱动，所述经由运动传递构件将旋转运动传递到绕传动轴(2a)被驱动的被驱动机构(2)的装置包括用于将所述输入传动轴(1a)的交替旋转运动转换成所述旋转轴(3a)的不定向旋转运动的运动转换构件(4)。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述驱动摩擦轮(30)的最大半径R和最小半径r之间的角度在220°到270°之间。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述驱动摩擦轮(30)的最大半径R和最小半径r之间的角度为240°。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述滚动装置(54)能够与所述驱动摩擦轮接触，其接触的弹性力在1000N到1500N之间。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述中间机构(3)和所述机械能量积累构件(5)构成一体的部件。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述输入传动轴(1a)和所述传动轴(2a)平行。

10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述被驱动机构(2)与用于变压器或反应器中的有载调压开关的触点的操作部件机械连接。

11.一种对根据权利要求1至10中任一项的用于将旋转运动从驱动机构传递到被驱动机构的装置的应用，其中，所述被驱动机构能够操作变压器或反应器中的有载调压开关的触点。

12.一种从中间机构(3)向被驱动机构(2)传递旋转运动的方法，所述被驱动机构(2)由传动轴(2a)驱动，所述中间机构(3)连接到旋转轴(3a)上并能够绕所述旋转轴旋转，该方法包括将来自旋转轴(3a)的机械能传输到弹性装置形式的机械能量积累构件(5)并且将所述弹性装置中积累的机械能传输到传动轴(2a)，其特征在于，所述来自旋转轴(3a)的机械能经由所述中间机构(3)传输到所述机械能量积累构件以及从所述机械能量积累构件经由所述中间机构(3)传输，所述中间机构(3)被设计成旋转的凸轮形状的驱动摩擦轮(30)，所述机械能量积累构件(5)的弹性装置包括连接到固定的轭形件(52)和可动的轭形件(53)上的拉伸/压缩弹性单元(51)，所述可动的轭形件(53)设有与所述驱动摩擦轮(30)的周缘接触的滚动装置(54)，所述驱动摩擦轮(30)驱动滚动装置(54)或者被所述滚动装置(54)驱动，所述滚动装置(54)与被设计成拉伸/压缩弹性单元(51)的弹性装置的可动端机械连接。

13.根据权利要求12所述的传递旋转运动的方法，其特征在于，所述方法包括以下操作步骤：

a)在所述滚动装置从所述驱动摩擦轮的最大半径R运动到其最小半径r时，所述滚动装置(54)传递旋转运动给所述驱动摩擦轮(30)并将所述旋转运动传递给所述传动轴(2a)和所述被驱动机构(2)；

b)当所述驱动摩擦轮的动能被传递给所述拉伸/压缩弹性单元(51)时，所述驱动摩擦轮(30)的旋转运动被制动到0；

c)所述驱动摩擦轮(30)借助于自由轮(6)保持固定，所述自由轮(6)通过棘轮机构防止所述驱动摩擦轮改变旋转方向；

d)当所述滚动装置从所述驱动摩擦轮的固定位置运动到所述驱动摩擦轮的最大半径R处时，所述旋转轴(3a)传递旋转运动给所述驱动摩擦轮，接着从所述操作步骤a)开始重复上述步骤。

14.根据权利要求12或13所述的传递旋转运动的方法，其特征在于，所述旋转轴(3a)经由运动传递构件(4)被输入传动轴(1a)驱动并将所述输入传动轴(1a)的交替旋转运动转换成不定向旋转运动。

15.根据权利要求13所述的传递旋转运动的方法，其特征在于，所述操作步骤a)到b)发生在长度为0.2秒的时间间隔内。

16.根据权利要求12或13所述的传递旋转运动的方法，其特征在于，所述被驱动机构(2)能够操作变压器或反应器中的有载调压开关的触点。

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