CN1044521A - 动力传动装置 - Google Patents

Abstract

一种在输入和输出驱动装置间传递动力的装置有一齿条齿轮组合和一邻近该齿轮的与该些驱动装置配合以提供变速的凸轮。齿轮组合有内外齿条对，它们的相对的齿部适当分隔开以容纳齿轮和凸轮，凸轮的外表面至少靠近该相对齿部中的一个。弹性连接器连接各对齿条部分的端部以允许他们作有限的弹性活动。一转子和这些齿条啮合以传递动力。最好一变速器能改变输入和输出轴间的距离于这样的方向即除了变速还有利于驱动动作有效半径的变化。

Description

本发明有关于可变动力传动装置，其中以速度和转矩之对应变更将一个轴之旋转动力转移到另外一个轴。

可用之可变动力传动装置有许多种不同之型式;有些型式使用一系列轴颈齿轮使其互相合作，促成施加至输入轴之速度和转矩在输出轴被变更。在有些应用中，例如脚踏车驱动装置，有一个链条环绕式地延伸在一个输入链轮和一个输出链轮之间，该输出链轮用来驱动自行车轮。变化链和输出链轮之间之齿数比之常用形式是设置一系列不同大小之链轮，和使链条在该等链轮之间移位。被弹性装配之「导轮」（jokey    wheel）配合链条之「松弛」（slacknss）。这种方式在每一个链轮之输出转矩和旋转速度会产生递增式的变更，亦即，在相邻之齿轮设定之间具有递增量或空间，但是假如需要宽广之齿轮范围时，具有相邻齿轮之间的递增量就会变大。假如增加齿轮设定之数目藉以减小相邻齿轮设定之间之间隔，则会产生额外之复杂性，例如形成多链轮。多链轮通常会产生「重叠」（ouerlapping）或重复之齿轮设定，结果减小现有技术之效果。另外，齿轮变更机构之组件通常曝露到污染之环境中，而且很难提供具有适当润滑和受保护之元件。

上述之传动型式在每一个齿轮设定之间均具有一个递增量或「级」（step），亦即，在齿轮传动之上限和下限间之整个范围不提供连续之可变速度或转矩。

因此有需要产生一种「无级」（stepless）传动，亦即提供一种传动装置其中在整个范围内可以使速度和转矩连续地变化，但是通常会产生额外之复杂性。另外，无级传动所具有之优点是在输入和输出之间之转矩和速度可以连续地变化，但是齿数比之范围通常受到相当之限制（与上述之传统式之「有级」（stepped）传动比较时）。

无级传动之一实施例见于美国专利案第4，411，165号（于1983年颁给Evans）。它所提供之无级传动可以具有相当宽度之齿数比范围，但是机械构造相常复杂，将其应用到脚踏车时成本很高。

本发明用来减少现有技术的一些困难和缺点，其方法是提供一种「无级变速」（stepless    transmission）其机械构造相当简单，因而可以很容易的适用于传统式之自行车传动。该装置可以被紧凑地组合在一个碟盘内，该碟盘只比自行车之传统式双链轮稍厚。因此，传动装置之所以易于实施润滑和保护该传动装置使其不会受到污染和撞击之损坏。另外，该种传动装置所提供之齿数比范围比传统式之自行车之多齿数比者宽广，而且使用现代之材料可以制成重量很轻，可以以低成本来制造而且维护容易。除了自行车之驱动应用外，该装置亦可适于许多种应用。

依照本发明之动力传动装置具有一个本体，一个齿轮，一个凸轮装置，内部和外部齿条对偶，弹性连接装置和一个转子。齿轮被装配成用来围绕着一个齿轮轴对该本体作相对旋转。凸轮装置具有弯曲之内部和外部表面，该凸轮装置和齿轮被装配成相互之间可以作相对旋转。每一齿条对偶设有互相面对之具有齿部之齿条部位，该些齿条部位隔开足够之距离，当齿轮完全接合在至少一个之具有齿部之齿条部位之齿时，该隔开之距离足以用来将齿轮和凸轮装置收纳在其间，凸轮装置之外部表面邻近至少一个之该被设置成互相面对之具有齿部之齿条部位。每一个齿条对偶之具有齿部之齿条部位设有被安置成互相面对之端点部位。弹性连接装置用来使各对具有齿部之齿条部位之端点部位交互连接，藉以容许在各齿条对偶之齿条部位之间作用限度之弹性移动。转子被装配成围绕着一个转子轴旋转，该转子具有接合装置用来与第一和第二齿轮对偶合作，藉以在它们之间传递动力。

在本发明之一具体例中，齿轮轴被设置成用来装配齿轮，藉以围绕着齿轮之旋转轴对该本体作相对旋转。凸轮装配装置用来与齿轮轴合作和被连接至凸轮装置，使凸轮装置之内部表面离开齿轮轴一个指定之距离。当齿轮之齿与凸轮装置之内部表面之间进行相对旋转时，容许齿轮可以自由的离开凸轮装置之内部表面。最好之方式是设置齿数比变更装置用来变化转子轴和齿轮轴之间之隔开距离，藉以变化齿轮和转子之间之齿数比。该齿数比变更装置与转子和齿轮合作。该变更装置包括有一个转子装配装置用来与凸轮装配装置合作藉以容许凸轮装配装置和转子构件之间作相对移动。转子之轴颈被定位在转子装配装置上藉以围绕着转子轴作相对移动。

本发明之另一传动装置具有一个输入驱动装置和一个输出驱动装置，各具有有关之输入和输出旋转轴，该输出驱动装置具有一个转子，该转子之动作半径与一个特定之旋转轴相关。该传动装置亦包括有齿条和齿轮装置以及齿数比变更装置。该齿条和齿轮装置用来与输入和输出装置合作藉以提供它们之间之可变齿数比。该齿数比变更装置用来变化输入轴和输出轴之间之隔开距离，该齿数比变更装置与输入装置和输出装置合作藉以促成它们之间之相对移动。当有一个信号用来增加输入转矩（施加至输入驱动装置）对输出转矩（可以从输出驱动装置取得）之转矩比时，就使输出驱动装置移动，其移动方向是促成有利于减小驱动装置之动作之有效半径用来增加输出转矩，该转矩比之增加产生自齿条和齿轮装置。

下面将以有关于附图之详细说明用来描述本发明之一较佳实施例，除了特别之描述和说明外，用来表示其结构。

图1是一个简化之部分之概略侧面图，用来显示本发明之动力传动装置装设在一个传统式自行车框架之一些部位上邻近其底部支架结构，该装置以部分的显示并且显示在最高速齿轮设定位置，亦即输入和输出速度之间具有最小之速度减小;

图2是图1之线2-2之简化之部分之概略剖面图，为着清楚显示起见有些部分被省略或再定位，以最高速齿轮设定来显示该装置;

图3是图2之线3-3所看之动力传动装置之一简化之部分之概略侧面图，为着清楚显示起见有些部分被省略，以最高速齿轮设定来显示该装置;

图4是本发明之齿轮或齿条之一典型之齿之简化之部分侧面图，图中显示由一传统式渐开线齿轮齿经修改而成;

图5是该装置之简化之部分侧面图，与图3之视图相似，其中以最低速齿轮设定来显示该装置，亦即输入和输出速度之间具有最大之速度减小;

图6是图5之装置之简化之部分之侧面图，图中显示在输入旋转之后，输出之相对旋转具有相对应之减小。

见图1至4

本发明之传动装置10参照图1和2来说明，图中所示的是使用在自行车作为自行车可变动力传动装置者，但是宜了解的是该装置具有许多其他方面之应用。该装置可以用来代替自行车之传统式之脚踏驱动链轮（图中未显示），其轴颈位于自行车框架之底支架。自行车框架具有一个向下管子12，一个座管子13，和链支柱14和16，该链支柱14和16交叉在底部支架组合15。如图2所示，组合15具有一个曲柄轴或输入轴18其轴颈位于组合15之轴承19和20之间。踏板曲柄或悬杆臂22和23被固定在输入轴或曲柄轴18之外部端点。

装置10包括有一个输出转子25用来带动一个链环27，该链环27具有一些齿用来接合在自行车链条28藉以将动力传送到后轮之链轮（图中未显示）。因此该装置具有一个输入轴18，和一个输出转子25，其提供输入轴18和输出转子之间之减速齿轮比之方法如下所述。

参照图2和3，装置10具有一个齿轮31被装在输入轴18上藉以与其一起同时围绕着齿轮轴32进行旋转。使用一个半圆（Woodruff）键（图中未显示）或其他装置来阻止轴18和齿轮之间发生相对旋转。接合在轴18之图中未标示之圆形沟槽内之弹簧保存器环30可以阻止该装置之轴向移动使其不会离开底部支架组合。

用来带动链环27之转子25被装设成围绕转子轴34旋转，该转子轴34偏离齿轮轴之距离为一个轴向间隔36，图中所示者是其最小程度，但是可以利用后面所述的方法使其变化。转子25具有一个圆形之轴承表面35，该表面35与转子轴34和轴颈同圆心，转子25之旋转将于下面说明。因为输入轴18之轴32对自行车框架之相对位置是固定的，而且与轴34隔开，所以转子之旋转对轴32永远形成偏心之关系。此种相对旋转之偏心程度依照传动装置10之几何尺寸而变化，下面将加以说明。

装置10具有一个本体38，该本体38包括有一个转子装配装置40具有转子轴承表面42，该表面42与转子轴34同心并且与转子之圆形轴承表面35形成互补用来将转子装在其上藉以围绕着转子轴34旋转。可以设置低摩擦之耐磨耗塑料套管（图中未显示）用来使转子25和转子装配装置40之间之旋转易于进行。

本体38亦包括有静止内部/外部本体侧44和46分别具有图中未标示之对准之中央余隙开口用来接受齿轮轴。如图2之详示，内部本体侧44以二个地方固定到框架，亦即固定到底部支架组合15和固定到二个链支柱14和16如下所述。本体侧44是内部板48和碟盘板49之组合，它们利用图中未显示的装置来固定在一起。底部支架组合之轴承滚圈构件51之突出圆形边缘45被包夹在板48和49之间。碟盘板49具有一个横向突出之支架部位47，该部位47朝向框架延伸并且接合在链支柱14和16之下部，如图1和2之详示。该支架部位具有一个中央开口50用来接受一个垂直螺栓（图中未显示）。桥接构件43（图1只以虚线显示其外形）延伸在链支柱之相对部位之间并且具有相似之中央开口（图中未显示）用来接受垂直螺栓，藉以固定支架部位和位于链支柱之相对表面上之桥接构件，和抗拒转矩之作用。

图形内部转子密封板53被固定到转子25之内部侧用来与其一起旋转，而且该内部转子密封板53亦被插入在内部本体侧44之外部部位和转子装配装置40之间。相似的，圆形外部转子密封板55被固定到转子25而且被插入在转子25和外部本体侧46之间。在转子密封板53，55和本体侧44，46之间通常具有足够之圆形重叠部分56和57用来阻止污物之侵入和防止失去润滑。本体侧为静止者并且接合在转子25之外部部位用来保持转子与转子装配装置之对准，因此由于对准之不良而产生之「结合」（binding）或过度之干扰可以大部分的被去除。另外，本体侧和转子之间容许作相对移动，亦即，轨道滑动式移动，将于后面说明。内部和外部重叠部分56和57作为动态密封装置被设置在本体侧和转子之外部部位之间用来配合该相对移动。该重叠部分不为常数，当转子旋转一圈时即产生变化，因此本体侧和转子之外部部位可用来抗拒来自该轨道滑动和防止失去润滑。

通常之拱形凸轮装置60具有弯曲之内部和外部表面61和62以及凸轮外部部位65和66。凸轮装置60最好与凸轮装配装置63形成一体，该凸轮装配装置63通常为长方形之板并且具有开口64用来接受齿轮轴18之轴颈。螺栓58穿过板48和49之图中未标示之对准之余隙开口，并且具有一个内部端点被收纳在凸轮装配装置63之具有螺纹之开口内。圆形间隔物59插入在板48和49之间，当螺栓58被锁紧时，可以防止该些板48和49碰在一起。重要的一点是要确定该凸轮装配装置63被确实地定位在本体侧之适当之相对位置，用来抗拒脚踏动和齿轮移位时所产生之力量（将于后面说明）。凸轮装配装置带动凸轮装置60使凸轮装置60之内表面61离开齿轮32一个指定之距离67，当齿轮旋转时可以使齿轮31之齿68自由地离开凸轮装置之内部表面61。从图中可以看出在齿轮轴上装有齿轮用来围绕着齿轮轴对该本体作相对旋转，同时对凸轮装配装置作相对旋转。

参照图1，凸轮装配装置63具有隔开而且平行之装配侧71和72被安置成与凸轮轴74平行，该凸轮轴74穿过齿轮轴32和穿过凸轮装置60之中央部位。转子装配装置40具有一个伸长之长方形凹陷76，该凹陷76具有一对隔开而且平行之凹陷侧壁78和79以及凹陷端壁80和81。侧壁78和79接合在凸轮装配装置之装配侧壁71和72，使它们之间（亦即装置40和装置63之间）可以沿着凸轮轴74作相对之轴向滑动。因为转子轴34对转子装配装置40之相对位置是固定的，所以转子装配装置40之沿着轴74之此种运动会变化齿轮轴32和转子轴34之间之间隔。因此，转子装配装置40被定位成对凸轮装置60之关系是不可相对旋转的，但是可以轴向的相对移动。转子装配装置被设置成可以用来引导沿着凸轮轴74之移动，使转子本身可以沿着通过齿轮之半径方向进行移动。侧壁71，72，78和79具有互补式之引导装置用来维持转子25之主平面内之轴向移动。

参照图3，转子25具有正方形之凹陷84由四个轨表面86至89来加以界定。轨表面86和88互相隔开和互相平行而且垂直交叉，轨表面87和89亦相似地互相隔开和互相平行。因此，该四个轨表面被安置成二对互相面对之平行表面，各具有长度83。该长度83大约等于轴承表面35之直径，用来有效地使用转子内之空间。

装置10亦包括有内部和外部齿条对偶90和91。内部齿条偶90包括有互相面对之具有齿部之齿条部位92和94，而外部齿条对偶亦包括有相似之互相面对而且具有齿部之齿条部位95和97。如图3之详细，具有齿部之齿条部位95和99之隔间距离足以用来将齿轮和凸轮装置收纳在其间，这时齿轮完全接合在齿条部位95之齿部，而凸轮装置60之外表面62邻近的面对具有齿部之齿条部位97。

具有齿部之齿条部位95设有被安置成互相面对之端点部位99和100，而具有齿部之齿条97设有被安置成互相面对之端点部位101和102。弹簧装置104用来使该互相面对之端点部位99和101交互连接，相似的以弹簧装置106用来使该互相面对之端点部位100和102交互连接。该等弹簧装置是具有弹簧之连接装置用来使各对具有齿部之齿条部位之端点部位交互连接，藉以界定一个闭合之齿条组合和在各对之有关之齿条部位之间作有限度之弹性移动。弹簧装置104包括有一个弹簧中央部位108，及第一和第二弹簧端点部位109和110连接到互相面对之齿条端点部位99和101。该弹簧装置亦包括有第一和第二中间弹簧部位112和113延伸在有关之弹簧端点部位109和110与弹簧中央部位108之间。该等中间部位被弯曲成“U形”或“V形”藉以提供可控制之弹性。中央部位108具有一个扁平部位适于用来接合在凹陷84之轨表面89，使其可以依箭头115之方向作横向滑动。弹簧装置106通常与弹簧装置104相似，从图中可以看出，该二个弹簧装置提供互相面对之齿条部位之间之弹性连接和将该等齿条部位连接在一起用来决定一个闭合之齿条组合用来使齿条部位同时作横向滑动，其目的将于后面说明。

齿条和齿轮之齿为传统式之齿，惟一之不同是该齿之外部角落被修整，用来提供均匀圆弧之尖端，如图4所示。齿轮或齿条之典型之齿116具有一个拱形之尖端119，其角落部位120和122被削去，如图中之虚线所示，用来阻止发生尖端碰尖端。为着清楚显示，在尖端外形内以虚线绘出一个理论上之圆圈。另外，齿条构件最好由加强塑胶组合成材来制成，如一般所熟知者，该种材料具有很好的耐磨性，以及很轻之弹性和很低之摩擦，所以能够很容易让齿轮驱动和接合（将于后面说明）。一种适合用来制造齿条之材料是以KEVLAR商标销售之合成树脂（由杜邦（Du    pont）公司制造），交互连接弹簧装置由适当的弹簧钢来制造。亦可以由相同的复合材料来制造齿条部位和弹簧装置，适当的调整其形状用来提供弹性使齿的啮合易于进行，将于后面说明。

如图3所示，凸轮装置之外部部位66和65分别只接触在互相面对之齿条部位92和94之齿的尖端。凸轮外部部位66和65互相隔开一个距离，该距离稍大于齿轮之直径。此隔开距离用来保证凸轮外部部位66和65接触在互相面对之齿条之齿尖端，使齿条保持分开藉以阻止与齿轮之干扰，该齿轮在它们之间旋转，接合在另外一个齿条部位。凸轮装置之径向宽度被界定成凸轮表面61和62之间之最大空间，通常以轴74方向量度。大部分之凸轮表面61或62（邻近部分65和66处）成圆形之圆弧并且与齿轮轴32同圆心。因此凸轮装置之径向宽度在大部分之凸轮装置实质上为常数。齿轮31之齿根圆直径加上凸轮装置60之径向宽度再加上一个齿之深度大约等于一个齿条对偶之齿条部位之相对之齿尖端间之隔开距离。凸轮装置之径向宽度在其决定一对齿条部位间之隔开距离时非常重要，而且大约为齿轮轴和转子轴32和34间之最小隔开距离。

如图2之详示，齿轮31和凸轮装置60具有相等之厚度123，该厚度至少为齿条部位之厚度之二倍以上。齿条部位相当的薄，而且接合宽度大约为齿轮之齿宽度之一半，所以可以承受相当大之负载（比齿轮大之负载）。转子装配装置40之轨表面86至89具有足够之宽度用来接受被安置成边靠边的二个齿条部位，如同齿轮。其结果是轨表面之宽度以及齿轮齿之宽度大约为齿条部位之宽度之二倍加上所需之余裕。

参照图3，内部齿条对偶90具有内部弹簧装置117和118，以相似之方式连接齿条对偶92和94之相对之端点部位，藉以以相似之方式动作，因此，弹簧装置117和118分别以滑动方式接合相对之轨表面86和88藉以横向地滑动，依箭头121之方向使齿条对偶90作横向移动。

从图中可以看出，轨表面86至89作为转子之接合装置用来与第一和第二齿条对偶合作，其作用是用来传动它们之间之动力，将于后面说明。从图中亦可看出，齿条对偶被安置成互为直角，使一个齿条对偶延伸在一对被安置成相对之轨表面之间，利用每一个齿条对偶之连接装置来接合邻近之轨表面藉以进行横向滑动。长度83用来决定轨表面87和89之间之隔开距离，该长度大于具有齿部之齿条部位95之长度，用来限制外部齿条对偶91之具有齿部之齿条部位95对转子之轴向移动。因为所有具有齿部之齿条部位92，94，95和97均具有相等之长度，而且被装在一个正方形之凹陷内，所以在来自齿轮之重负载下所有之齿条部位可以轴向地移动相等之量。正常之方式，由于弹簧装置之对称性，当无负载时，齿条部位通常集中在位于相对之轨表面之间。然而，齿条部位以轴方向（亦即切线方向）移位用来回应来自齿轮之转之矩负载，亦可以以横方向（亦即齿轮之径向）移位，当相邻之齿条部位间之转矩之转移时即进行此种移位，将于后面说明。

从图中可以看出，内部和外部本体侧44和46被隔开有足够之空间用来收纳转子25，齿条对偶90和91，凸轮装置60，装配装置63，齿轮31，和转子装配装置40，如图2之详示。因为上面所述之动态密封是产生自静止和移动部位之间之重叠56和57，所以本体侧之间之移动部分可以很容易的维持清洁和保持良好之润滑。

如图1之详示，该装置包括有齿数比变更装置124用来变化转子轴34和齿轮轴32之间之隔开距离或轴之分开距离36。齿数比变更装置124与转子和齿轮合作其方式如下。上述之转子装配装置40被装载在凸轮装配装置63上藉以使凸轮装配装置和转子装配构件之间可以作相对移动。凸轮装配侧71和72接合凹陷侧壁78和79用来引导转子装配装置40沿着凸轮轴74对凸轮装配装置作相对移动。此种移动使转子轴对齿轮轴作横向之相对移位，促成转子之齿27之节圆（pitch    circle）直径从图1之实线所示之位置（轴分开16最小之位置）移动到图1之以虚线所示之位置（轴分开36最大之位置），这时该节圆以27.1表示。

参照图1，变速杆127在铰接点128被铰接到一个连杆支架129，该连杆支架129被固定到自行车框架向下管子12。加强连接器杆131具有一个端点部位132连接到连杆127，而其另外一个端点部位130利用一个图中未标示之螺栓连接到转子装配装置40，如图2所示。该端点130及与其结合之螺栓稍微偏离轴74藉以提供装配装置之额外之材料部分用来收纳螺栓，同时避免与旋转密封板53互相干扰（详见图2）。碟盘板49为非圆形者用来提供这方面之余隙。宜注意者，图2之端点部位130之视图不是图1之线2-2之剖面图。图1显示该连杆和转子装配装置之方式是以上齿轮位置显示全部之外形，亦即施加到转子或齿轮轴（传动到转子或链环）之输入速度之减速最小。该连杆亦以127.1之虚线来显示其位于最大之齿轮减速位置，亦即在一个最低速之齿轮，其中之连接器131之端点以13.1表示，和转子轴偏离虚线位置34.1之距离为距离133。邻近端点位置130连接器杆之一部位穿过位于内部本体侧44之径向对准之伸长形余隙开口134用来配合转子装配装置之移动藉以移动全范围（将于后面说明）。

本发明之装置已经参照图1至3作了上述之说明，同时以最小齿轮减速组态，亦即自行车骑者之最高速齿轮组态来作说明。该装置之操作在最高速组态和最低速组态均相同，而且任何中间速度之组态亦相同，下面些有关于最低速组态之说明，但是它亦同等的可速用于任何其他速度之组态。

见图5和6，

齿轮轴18和转子25之轴32和34被显示成互相隔开一个最大距离126表示最大之齿轮减速，亦即自行车骑者之最低速组态。

经由弹簧装置104和106之分别沿着轨表面89和87之横向滑动，使外部齿条对偶91朝向轨表面86移动。被固定之凸轮装配装置63因而引导转子装配装置40之向下移动，如图5所示，这时转子轴34位于凸轮装置60之远离齿轮轴32之一侧，亦即与图2所示之位置相反之位置。为着显示之用，齿轮轴18以标示135表示，而转子25以标示136表示，该等标示对准在图5之凸轮轴74，用来建立一个起动位置。

在图5中，输入轴或齿轮轴18依箭头138之方向从其最初位置或起动位置开始旋转，促成外部齿条对偶91依箭头139之方向移动。当齿条95在旋转齿轮31上滚动时，转子25亦相似地依箭头138之方向旋转，其旋转量依据齿条和齿轮之间的相关比例，与齿轮轴和转子轴32和34之间之隔开距离，以及一些其他的参数来决定。宜注意者，凸轮装置60之外部表面62之作用是作为一个引导器用来使具有齿部之齿条部位97相似地依箭头139之方向移动，藉以维持齿条部位95和97之横对准而且当此移动时它们互相平行。另外，凸轮外部部位66和65分别接触在具有齿部之齿条部位92和94之相邻之齿，用来引导内部齿条对偶90之移动，藉以阻止齿条部位92和94与齿轮之齿发生干扰。

参照图6，使齿轮轴18旋转一个角度141（大约为135度），其标示135成为新位置135.1。在此位置，齿轮31靠近齿条部位95之端点部位99，而且这时接合在内部齿条对偶之齿条92之齿条端点部位143。因此，齿轮同时啮合在内部和外部齿条对偶双方之相邻而且垂直之齿条部位。同时，凸轮装置60接触在外部齿条对偶之齿条部位97和内部齿条对偶之齿条部位94，该些齿条部位97和94亦被安置成互相垂直。因此，未被齿轮接合之齿条对偶被凸轮装置保持成离开齿轮之齿。从图中可以看出转子25旋转一个角度144，该角度144大约为45度由齿数比来决定，而且标示136到达一个新的位置136.1。

因此，可以看出输入轴旋转135度将使输出轴或转子25旋转45度，用来决定输入和输出轴间之齿数比为3∶1。宜注意者，当此旋转时，齿轮轴32和转子轴34之相对位置不变。只有当齿数比变更时，其相对位置才被变更，如前所述。

宜注意者，在图6所示之位置，齿轮之齿接合在该双方之齿条。因此当双方之齿条部位同时接合在齿轮产生重叠时，动力从齿轮转移到内部齿条，然后转移到外部齿条，或是相反的转移到外部齿条再转移到内部齿条时具有一个转移周期。齿条和齿轮之齿之整圆之尖端或外形（如前所述）使此种同时之接合易于进行，使发生「结合」（binding）或该二个齿条部位和齿轮间之发生干扰之机会降到最小。

另外，弹簧装置所提供之弹性容许非常有限之横向移动，与较小限制之纵向移动一起，使有限之移动足以配合动力之均匀转移从一个齿条转移到其相邻之齿条。最好之方式是当速度变更时使施加到输入轴齿轮之输入动力被减小，但是在理论上，由于弹簧装置所产生之弹性将配合此种转移。很明显的，当动力从一个齿条转移到相邻之齿条时，假如输入轴受到高转矩，则齿条对该转子之该横向移动将受限制，其方式是受弹簧装置之中间部位之干扰（当它接触在转子凹陷之相邻轨表面时）。因此每一个齿条对偶之弹性弹簧连接装置所具有弹性和形状足从用来限制每一齿条部位之轴向移动直到与相邻之轨表面互相干扰用来阻止进一步之轴向移动。相邻之轨表面作为一个阻挡装置用来限制齿条部位之该轴向移动。在这种干扰阶段，当中间部位产生相当大之畸变偏离图中所示之位置时，齿条对转子装配装置40之关系实际上被锁定，使动力完全传递，在齿条部位具有可忽略之弹性用来接受来自齿轮之驱动。适当的选择制作齿条部位和齿轮齿之复合材料亦可以使此种圆滑之转移易于进行和减少组件间发生「冲突」（Jarring）之机会。

上述之说明明显的显示出当齿轮变更时，转子轴34即偏移对固定齿轮轴32之关系。从图中可以看出强力之脚踏力量将产生一个合成力量施加在转子装配装置40，沿着轴74依箭头151之方向施加作用，亦即其方向是移动转子装配装置用来降低齿轮（亦即增加该轴向分开距离36）。因此，当脚踏力量增加，于爬坡或加速时，变速杆之移动用来移动转子装配装置，利用该合成力量之协助来降低齿数比。在一个常数之齿轮设定时转子轴和齿轮轴之间维持一个特定之间隔或偏心距离。转子轴之此种位移或偏心在自行车之应用上具有特别之优点如下所述。

使用传统式之自行车驱动机构时，一般所习知的是来自脚之力量之有效施加只能维持一个相当短之期间（踏板向下移动时），典型的是从高于水平线45度之位置到低于平线45度之位置。其结果是施加到踏板之力量之有效施加发生在大约90度之踏板之旋转范围。经由骑者使用脚趾夹或其他装置可以使此范围增加相当的程度，通常这是脚踏旋转之整个循环中最有效之部分用来将负载施加至踏板。转子轴对输入轴之移位可以提供增加由踏板施加之转矩之第二种方法（除了利用本发明之齿条和齿轮机构获得速度之减小藉以获得转矩之增加外）这第二种转矩增加之获得方法是当踏板在其最有利之位置转旋如上所述之最有效之90度时，使链轮之移位方向可以增加当转矩施加至齿轮时之机械利益。

参照图1，从图中可以看出转子链环27依箭头151所示之方向从最高速齿轮之实线位置27移动到最低速齿轮之虚线位置27.1。此种移动促成链环27对齿轮轴作径向之相对移位，因此可以有效的减小链环之「直径」（diameter），其中链条28最初在接触点147接合链轮。从图1中可以看出，在最高速齿轮位置，于接触点147之链环27之有效半径以参考号码148表示。在最低速齿轮位置，于移位后之接触点147.1之链环27.1有效半径以参考号码148.1表示。因此在与该链接触之点，链环之有效半径减小了距离150。经由拉伸位于转子25（或链环27）上之链条所施加之力矩是链条之力量乘以矩臂之数学乘积。矩臂是从动作线（它是与链环相切之链条）到支点（它是齿轮轴32）之垂直距离（148，148.1）。很明显的矩臂之减小会使转子25（或链环27）之周边之可取得之输出转矩（或力量）增加。因此，减小距离150可以增加将负载施加至链条28之机械利益，当与习知技术之使用同心链环比较时，它还可以进一步的减小有效齿数比，亦即增加转矩。

如上所述，齿轮变速连接器杆131被显示成沿着向下管子12延伸促成链环之移位沿着该轴，亦即沿着轴74，以有利之位置从踏板曲杯施加最大之力量至链轮。非常显显者，转子装配装置对齿轮轴之移位方向可以被变更，亦即轴74可以对准座管子13，或其他中间位置用来最佳化地施加力量至链环。然而，宜注意者，用来获得如上所述之降低齿数比之链环之移位产生链环之最低部位之下降，结果会增加链环之最低部位受路面阻扰之机会。假如自行车是骑在不平坦之路面，例如山路，则这种现象将特别严重。

由上面之说明可了解，齿数比变更装置与输入装置和输出装置合作用来促成它们之间相对移动，当有一个信号用来增加输入转矩（施加至输入驱动装置）对输出转矩（可以从输出装置取得）之转矩比时，就使输出驱动装置移动，其移动方向是促成有利于减小输出驱动装置移动，其移动方向是促成有利于减小输出驱动装置之动作之有效半径用来增加输出转矩。该转矩比之增加产生自齿条和齿轮装置。在上述之实施例中，该齿数比变更装置与齿条和齿轮装置合作用来增加输入和输入旋转之间之隔开距离，藉以产生该转矩比之增加。在这一方面，该输出驱动装置之转子具有与该转子轴相关之转子半径，亦即一个圆形转子之转子之垂直同心轴。本发明之齿轮变速装置用来增加输出转矩，其增加方法是促成与输入轴相关之输出转子之动作之有效半径减小到小于与输出轴相关之转子半艇。换言之，在链条与链轮之接触点147之有效半径148小于该转子之真正半径，用来增加输出转矩，亦即在链条28上之负载。因此，由于齿数变更装置而增加之转矩与由于动作之有效半径之减小而增加之转矩，一起相关的作用。

很明显的，上述之输入和输出轴之间之相对移动之选择亦可以被反转，使其动作方向是不利于减小速度和增加转矩。在这种变化方式中，转矩被减小而速度则对应的增加，这种方式对于某些应用特别有利。另外一种方式，假如输入和输出装置被反转，亦即假如输入力量被施加至转子25，使齿轮传动在输出轴上产生速度增加，很明显的，齿轮变速装置之操作将产生输出装置之旋转速度之额外增加。

上面以使用在自行车之传动来说明本发明，其中输入轴或齿轮轴18对该装置之固定本体作相对旋转。在此组态中，转子25之速度是从输入轴之速度中减去一部分，该部分对应到输出转矩对输入转矩之增加。很明显的。输入和输出可以被反转，以输入转矩施加至转子25，而输出转矩则从轴18取出。另外，使用某些装置亦可以使装置之本体旋转，和维持轴18静止或转子25静止。此种应用可适合于某些状况。另外，所示之装置是输入和输出轴双方均以顺时针方向旋转，但是也可以以反方向旋转，因为该装置是可以完全反转的。所示的二个齿条对偶90和91被安置成直角，然而，该等齿条对偶亦可以被定位成互为一个角度（除了直角以外）。使用这种方式时，凹陷84之相邻之轨表面86至89之间角度亦需要对应的变更。

另外，所示之输出转子25具有一个链环27用来驱动链条28，但是很明显的，亦可以使用正齿轮齿或其之驱动装置用来将动力传递至或传递自其他的传动装置。

Claims (22)

1、一种动力传动装置，其特征为具有：

(a)一个本体；

(b)一个齿轮，被装配成用来围绕一个齿轮轴对该本体作相对旋转；

(c)一个凸轮装置，具有弯曲之内部和外部表面，该凸轮装置和齿轮被装配成相互之间可以作相对旋转；

(d)内部和外部齿条对偶，每一个齿轮对偶设有互相面对之具有齿部之齿条部位，该些齿条部位隔开足够之距离，当齿轮安全接合在至少一个之具有齿部之齿条部位之齿时，该隔开之距离足以用来将齿轮和凸轮装置收纳在其间，凸轮装置之外部表面邻近至少一个之该被设置成互相面对之具有齿部之齿条部位，每一对偶之具有齿部之齿条部位设有被安置成互相面对之端点部位；

(e)弹性连接装置，用来使各对具有齿部之齿条部位之端点部位交互连接，藉以容许在各对齿条部位之间作有限度之弹性移动；

(f)一个转子，被装配成围绕着一个转子轴旋转，该转子具有接合装置用来与第一和第二齿条对偶合作，藉以在它们之间传递动力。

2、如权利要求1所述之传动装置，其特征为：

（a）弹性连接装置包括有弹簧装置延伸在每一个齿条部位之相对之齿条端点部位之间用来界定一个闭合之齿条组合。

3、如权利要求2所述之传动装置，其特征为：

（a）弹性连接装置容许各齿条部位对偶之相面对之齿条部位作有限度之轴向之相对移动;

（b）阻挡装置用来限制各齿条部位之该轴向移动。

4、如权利要求2所述之传动装置，其特征为：

（a）各个弹簧装置包括有一个弹簧中央部位，第一和第二弹簧端点部位连接至相对之齿条端点部位，和第一和第二弹簧中间部位延伸在有关之弹簧端点部位和弹簧中央部位之间，中间部位被整形成用来提供可控制之弹性。

5、如权利要求1所述之传动装置，其特征为更包括有：

（a）齿轮轴，用来装配齿轮，藉以围绕着齿轮之旋转轴对该本体作相对旋转;

（b）凸轮装配装置，用来与齿轮轴合作和被连接至凸轮装置，使凸轮装置之内部表面离开齿轮轴一个指定之距离，当齿轮之齿与凸轮装置之内部表面之间进行相对旋转时，容许齿轮之齿可以自由的离开凸轮装置之内部表面。

6、如权利要求1所述之传动装置，其特征为：

（a）转子之接合装置包括有四个轨表面被安置成二对相对之平行表面用来形成正方形之组态;

（b）齿条对偶被安置成互成直角，使其一齿条对偶延伸在有关对偶之互相面对之轨表面之间，各个齿条对偶之连接装置接合在相邻之轨表面藉以沿着该轨表面移动。

7、如权利要求6所述之传动装置，其特征为：

（a）每一个齿条对偶之具有齿部之齿条部位具有相等之长度;

（b）每一对被安置成互相面对之表面之间之隔开距离大于每一个具有齿部之齿条部位之长度，用来容许每一个具有齿部之齿条部位对该转子作有限度之轴向移动。

8、如权利要求7所述之传动装置，其特征为：

（a）每一个齿条对偶之弹性连接装置所具有之弹性和形状足以用来限制每一个齿条部位之轴向移动直至它与相邻之轨表面互相干扰时即止它作进一步之移动，因此可以作为阻挡装置用来限制齿条部位之该轴向移动。

9、如权利要求1所述之传动装置，其特征为：

（a）该转子具有一个圆形轴承表面与转子轴同圆心;和该传动装置更包括有：

（b）一个转子装配装置，具有一个转子轴承表面，对转子之圆形轴承表面形成互补之方式，可用来将转子装配在其上，该转子装配装置被定位成对凸轮装置之关系为不可旋转方式。

10、如权利要求9所述之传动装置，其特征为：

（a）凸轮装配装置与凸轮装置合作并且被固定到本体;

（b）齿轮被装配成可以对凸轮装配装置作相对旋转。

11、如权利要求1所述之传动装置，其特征为：

（a）该本体包括有内部和外部本体侧，该些本体侧被隔开，其隔开距离足以用来将转子，齿条对偶，凸轮装置和齿轮收纳在其间，该等本体侧接合在转子之外部部位，容许它们之间作相对移动。

12、如权利要求11所述之传动装置，其特征为更包括有：

（a）动态密封装置，设在本体侧和转子之外部部位之间用来配合该相对移动。

13、如权利要求5所述之传动装置，其特征为：

（a）该本体包括有内部和外部本体侧，该等本体侧被隔开，其隔开距离足以用来将第一和第二齿条对偶，凸轮装置，齿轮和转子收纳在其间，该等本体侧接合在转子容许它们之间作相对移动，本侧侧具有对准之中央开口用来接受穿透其间之齿轮轴。

14、如权利要求1所述之传动装置，其特征为更包括有：

（a）齿数比变更装置，用来变化转子轴和齿轮轴之间之隔开距离，藉以变化齿轮和转子之间之齿数比，该齿数比变更装置与转子和齿轮合作。

15、如权利要求14所述之传动装置，其特征为：

（a）齿轮轴为固定的;

（b）转子可以沿着通过该齿轮轴之半径方向进行移动。

16、如权利要求5所述之传动装置，其特征为更包括有：

（a）齿数比变更装置，用来变化转子轴和齿轴之间之隔开距离，藉以变化齿轮轴和转子之间之齿数比;

（b）该齿数比变更装置包括有一个转子装配装置用来与凸轮装配装置合作藉以容许凸轮装配装置和转子装配构件之间作相对移动;

（c）转子之轴颈被定位在转子装配装置上藉以围绕着转子轴作相对旋转。

17、如权利要求5所述之传动装置，其特征为更包括有：

（a）一个齿数比变更装置，用来变化转子轴和齿轮轴之间之隔开距离，藉以变化齿轮和转之间之齿数比，该齿数比变更装置与转子和齿轮合作;

（b）一个转子装配构件，被装配成沿着通过该齿轮轴之凸轮轴进行移动用来变化转子轴和齿轮轴之间之隔开距离。

18、如权利要求1所述之传动装置，其特征为：

（a）转子具有一个与转子轴同圆心之外部周边，该外部周边设有一些齿用来在该转子和其他传动装置之间传递动力。

19、一种动力传动装置，其特征为具有：

（a）一个输入驱动装置和一个输出驱动装置，各具有有关之输入和输出旋转轴，该输出驱动装置具有一个转子，该转子之动作半径与一个特定之旋转轴相关;

（b）齿条和齿轮装置，用来与输入和输出装置合作藉以提供它们之间之可变齿数比;

（c）齿数比变更装置，用来变化输入轴和输出轴之间之隔开距离，该齿数比变更装置与输入装置和输出装置合作藉以促成它们之间之相对移动，当有一个信号用来增加输入转矩（施加至输入驱动装置）对输出转矩（可以从输出驱动装置取得）之转矩比时，就使输出驱动装置移动，其移动方向是促成有利于减小输出驱动装置之动作之有效半径用来增加输出转矩，该转矩比之增加产生自齿条和齿轮装置。

20、如权利要求19所述之传动装置，其特征为：

（a）该齿数比变更装置与齿条和齿轮装置合作用来增加输入和输出旋转轴之间之隔开距离，藉以产生该转矩之增加;

（b）该输出驱动装置之转子具有与该转子轴相关之转子半径;

（c）该齿数比变更装置具有一个齿轮变速装置用来增加输出转矩，其增加方法是促成与输入轴相关之输出转子之动作之有效半径减小到小于与输出轴相关之转子半径。

21、如权利要求15所述之传动装置，其特征为更包含有：

（a）装配和移动装置，用来装配转子和使其依一特定方向移动，藉以增加转子轴和齿轮轴之间之隔开距离，用来增加输入转矩（施加至齿轮）对输出转矩（可以从转子取得）之转矩比;

（b）转子之移动方向被适当的选择，促成可以减小转子之动作之有效半径藉以提供有利于增加可自转子取得之转矩，该转矩之增加产生自转子轴和齿轮轴间之隔开距离之变更。

22、如权利要求16所述之传动装置，其特征为：

（a）齿轮轴为固定的;

（b）转子可以在转子装配装置上移动用来增加转子轴和齿轮轴之间之隔开距离，藉以增加输入转矩（施加至齿轮）对输出转矩（可以从转子取得）之转矩比;

（c）该转子装配装置适于用来引导转子之移动，使该隔开距离增加用来减小转子之动作之有效半径藉以提供有利于转矩之增加，该转矩之增加产生自转子轴和齿轮轴间之隔开距离之变更。

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