CN106461037A - 连续可变的行星变速器 - Google Patents

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Abstract

一种变速器(10)包括太阳轮(1)、行星轮架(4)、具有第一旋转轴(41)以及不与该第一旋转轴平行的第一侧面(31)的第一行星轮(21)和环(3)。当针对恒定的传动比而言所述第一行星轮(21)和所述环(3)之间有相对移动时，所述第一行星轮(21)和所述环(3)之间的动力传动力，公式(I)，限定了平面(55)。变速器(10)包括滚动装置(15)，该滚动装置用于允许所述环(3)和所述第一行星轮(21)之间的沿着与所述平面(55)垂直的平移方向(65)的平移移动，使得可得到不同的传动比，该不同的传动比对应于所述第一侧面(31)和所述环(3)之间的沿着所述平移方向(65)的不同联接点(8)。

Description

连续可变的行星变速器
技术领域
本发明涉及连续可变的变速器或连续可变的传动系。更具体地，本发明涉及行星轮或周转齿轮式连续可变的变速器。
背景技术
US2013/0296096A1公开了一种连续可变的变速器。在这个传动系中，存在联接到输入轴并且通过输出盘分离的两个输入盘。在各输入盘和输出盘之间设置用于允许输入盘和输出盘之间的联接的辊。通过使这些辊的取向相对于输入轴并且相对于输入盘和输出盘变化，实现传动比的变化。需要用复杂机构(包括例如液压反作用活塞)以有效且稳健的方式来改变辊的取向。此机构的价格高。为了允许输入盘和输出盘之间进行有效的转矩传输，需要施加高压力，使辊、输入盘和输出盘之间具有所需的牢固且紧密的接触。例如，通过设置在传动系一端得液压缸对输入盘中的一个的外表面施加此高压力。此液压缸需要某种流体。这样增加了传动系及其维护的复杂度。这样还增加了传动系的成本。由于此高压力，导致不可有传动比的静态变化。传动比的静态变化意指当输入轴(进而输入盘)和输出盘不旋转时传动比的变化。为了改变辊的取向，输入盘和输出盘必须旋转。这个传动系的另一个缺点在于，因为用于移动辊的取向的复杂系统并且因为这些辊，所以难以使该传动系小型化。最后，这个传动系是笨重的。
WO2007/061993A2公开了被本领域的技术人员称为“技术”的一种行星轮式连续可变的变速器。该变速器包括总体上充当变速器的输入和输出的两个环。起到行星变速器的行星轮的作用的球体联接到这两个环并且能够绕着旋转轴进行旋转。这个旋转轴的取向可被修改。例如，联接到这些球体的一个或更多个惰轮(行星变速器的太阳轮)可平移，从而对球体的旋转轴的取向进行修改。这导致在输入环和输出环之间具有不同的传动比，该传动比取决于球体的旋转轴的取向。为了改变传动比，即，为了改变球体的取向，球体必须旋转，以允许克服联接球体和环的摩擦力，而不使变速器受损。因此，不可能在变速器的输入处于静态时改变传动比。换句话讲，变速器不是静态的行星轮式连续可变的变速器。
对于某些应用，期望传动比的静态变化。对于假体中(例如，踝关节假体中)使用的可变变速器的情况，尤其如此。事实上，如公开出版物“Variable Stiffness ActuatorBased on Infinitely Variable Transmission：Application to an Active AnkleProsthesis(Everarts,D.et al.)”中说明的，当使用连续可变的变速器时，此假体的能量效率增加。这个变速器必须是紧凑的并且能够在整个步态周期期间(甚至在步态周期的阶段期间)改变传动比，在步态周期中，踝关节速率是零，即，假体没有在移动。
发明内容
本发明的目的是提供一种静态的连续可变的变速器。为此目的，发明人提出了一种连续可变的行星变速器，该连续可变的行星变速器包括：
-太阳轮；
-行星轮架；
-第一行星轮，该第一行星轮机械联接到所述行星轮架和所述太阳轮，具有第一旋转轴，并且不具有与所述第一旋转轴平行的第一侧面；
-环，该环通过所述第一行星轮联接到所述太阳轮和所述行星轮架；
所述行星轮架和所述第一行星轮被构造成，使得能够在所述行星轮架和所述第一行星轮进行绕着所述第一旋转轴的相对旋转移动；
所述连续可变的行星变速器被构造成，使得当针对所述连续可变的行星变速器的恒定传动比而言所述第一行星轮和所述环之间有相对移动时，所述环和所述第一侧面之间的联接点能够遵循平面中的平面曲线。
本发明的所述连续可变的行星变速器的特征在于，其包括滚动装置，所述滚动装置用于允许所述环和所述第一行星之间的沿着与所述平面垂直的平移方向的平移移动，使得所述连续可变的行星变速器给出不同的传动比，所述不同的传动比对应于所述第一行星轮的所述第一侧面和所述环之间的沿着所述平移方向的不同联接点。
滚动装置因此在第一行星轮和环之间的力传输方向上是刚性的并且在垂直方向上是自由的(即，沿着所述平移方向是自由的)。换句话讲，滚动装置在第一行星轮和环之间的作用力传输方向上是刚性的并且自由地在与所述作用力的传输方向垂直的方向上滚动。因此，可以沿着这个平移方向静态地改变第一行星轮(或其第一侧面)和环之间的联接点的位置，以改变第一行星轮和环之间的传动比。本发明的变速器因此是静态的连续可变额变速器。由于使用滚动装置，一个方向(第一行星和环之间的作用力的传输方向)上的摩擦高并且垂直方向上(即，沿着平移方向)的摩擦低。
第一侧面不与第一旋转轴平行。此特征是本领域的技术人员已知的。因此，所述第一侧面和所述第一旋转轴之间的最小距离沿着所述第一旋转轴是不恒定的。还可以说，第一旋转轴与所述第一侧面的所有法向矢量不垂直。或者等同地，第一旋转轴不与所述第一侧面的所有正切平面平行。
相对于US2013/0296096A1，本发明的变速器具有以下优点。可以静态改变传动；这对于US2013/0296096A1的变速器而言是不可以的。另外，用US2013/0296096A1的变速器，不可以在低速下改变传动比。事实上，这个变速器使用被本领域的技术人员命名为“牵引流体”的流体。为了使该牵引流体正确工作，不同元件必须十分快速地移动。对于通常不需要此“牵引流体”的本发明的变速器而言，不是这样的情况。因此，本发明的变速器允许在低速下改变传动比。对于只需要第一行星轮和环之间有平移移动的本发明而言，传动比的改变更简单。用US2013/0296096A1的变速器，不同辊(通常，六个辊)的取向必须同步。US2013/0296096A1的变速器还需要在输入盘、辊和输出盘之间施加大压力。这样增加了成本。本发明的变速器比US2013/0296096A1的变速器更紧凑。在US2013/0296096A1的变速器中，允许修改辊取向的系统没有沿着变速器的主轴定位。此外，输入轴和输出轴没有对准，从而另外增加了变速器所需的大小。本发明的变速器不需要液压系统；它是纯机械装置。因此，本发明更简单。
本发明的变速器表现出比其他变速器更高的能量效率，特别地，比WO2007/061993A2和US2013/0296096A1中公开的变速器高的能量效率。为了用本发明的变速器改变传动比，不需要克服摩擦力(诸如，在技术的球体和环之间存在的摩擦力)。事实上，本发明的变速器的滚动装置允许当传动比变化时进行滚动而非滑动。另外，本发明的变速器的旋转元件可表现出比WO2007/061993A2和US2013/0296096A1的变速器的旋转元件低的惯性。这样允许旋转速度随着能量减小而快速变化。低成本的滚动装置可用于本发明的变速器。这带来比技术便宜的变速器。本发明的变速器也比技术简单，从而进一步降低了其制造成本。本发明的变速器中使用的结构不比技术中使用的结构复杂。本发明的变速器不需要传输转矩的流体，与例如技术相反。本发明的变速器不需要不同元件之间的同步，与例如技术相反。出于这些不同原因，本发明的变速器更简单。
相对于经典的行星变速器，本发明中的行星变速器均由允许传动比连续变化的优点。
优选地，滚动装置联接到环。
优选地，第一行星轮的第一侧面是所述第一行星轮的第一外部侧面。
优选地，本发明的变速器包括至少一个滚珠丝杠，滚珠丝杠用于控制并且精确地得知第一行星轮和环之间的相对位置。更优选地，本发明的变速器包括三个同步的滚珠丝杠。因而，堵塞风险最小。不同于滚珠丝杠，根据优选实施方式，本发明的变速器可包括任何线性机构(诸如例如液压或气动致动器、线性电机、螺纹螺杆)。
优选地，所述第一行星轮具有平滑的第一侧面。用这个优选实施方式，传动比的平滑变化更容易。此外，用这个优选实施方式，更容易得到传动比的连续范围。如果在第一侧面上存在齿，则节距应该保持恒定，以允许与环有效联接。但是，可以只针对与所述第一旋转轴垂直的离散数量的直径来设置整数数量的齿。通过使用平滑的第一侧面，所述第一侧面的这些直径的所有可能值可用于第一行星轮和环之间的动力传输。
优选地，所述滚动装置包括辊，所述辊中的每个能够绕着与所述平移方向垂直的辊轴滚动。辊是简单元件。这个优选实施方式允许具有容易制造并且便宜的变速器。
优选地，所述辊具有空竹形状。通过使用这些辊，当对于恒定传动比而言在第一行星轮和环之间有相对移动时，可为所述环和所述第一侧面之间的所述联接点移动所遵循的平面曲线得到大体圆形路径。它遵循更高的能量效率。
优选地，所述第一旋转轴具有相对于所述平移方向的45°的倾角。这个优选实施方式允许得到特别紧凑的变速器，该变速器可此外给出大传动比变化。
优选地，所述第一行星轮具有正圆锥形状。用这个优选实施方式，行星轮并且进而整个连续可变的行星变速器的制造更容易。因此可进一步降低制造成本。
优选地，所述第一行星轮具有截头正圆锥形状。这个优选实施方式允许带来使用具有正圆锥形状但更紧凑的第一行星轮的优点。
优选地，具有正圆锥形状或截头正圆锥形状的所述第一行星轮具有90°的孔径角。这个优选实施方式允许带来使用具有正圆锥形状并且特别紧凑的第一行星轮的优点。
可使用所述第一行星轮和所述太阳轮之间的各种类型的机械联接件。根据第一实施例，可使用这两个元件之间的摩擦传动。另选地，可使用用于联接所述第一行星轮和所述太阳轮的锥齿轮机构。这两种替代方式允许减小变速器的大小。
优选地，所述第一行星轮绕着与所述第一旋转轴平行的轴安装，沿着所述轴具有平移自由度。这个优选特征允许即使当所述平面曲线并非严格的圆形时第一行星轮和环之间也有更有效的联接。
优选地，所述连续可变的行星变速器包括用于将所述第一行星轮向着所述环推动的推动装置。这个优选实施方式允许改进第一行星轮和环之间的联接。优选地，这些推动装置包括弹簧。
优选地，所述连续可变的行星变速器还包括第二行星轮，所述第二行星轮机械联接(例如，锥齿轮、摩擦联接)到所述行星轮架和所述太阳轮，具有第二旋转轴，具有不与所述第二旋转轴平行的第二侧面；所述环还通过所述第二行星轮联接到所述太阳轮和所述行星轮架；所述行星轮架和所述第二行星轮被构造成，使得能够在所述行星轮架和所述第二行星轮之间进行绕着所述第二旋转轴的相对旋转移动；所述连续可变的行星变速器被构造成，使得当针对所述连续可变的行星变速器的恒定传动比而言所述第二行星轮和所述环之间有相对移动时，所述环和所述第二侧面之间的联接点能够遵循平面中的平面曲线；所述连续可变的行星变速器包括滚动装置，所述滚动装置用于允许所述环和所述第二行星轮之间的沿着与所述平面垂直的平移方向的平移移动，使得所述连续可变的行星变速器给出不同的传动比，该不同的传动比对应于所述第二行星的所述第二侧面和所述环之间的沿着所述平移方向的不同联接点。通过使用两个或更多个行星轮，可减小它们的大小。各行星轮必须支持的转矩于是也减小。优选地，第二侧面是平滑的。
优选地，所述第二侧面是所述第二行星轮的第二外部侧面。
优选地，所述连续可变的行星变速器包括四个行星轮，即，第一、第二、第三和第四行星轮。
优选地，所述连续可变行星变速器包括四个行星轮。优选地，所述滚动装置包括六个辊。发明人发现，使用四个行星轮和六个辊特别好地适于实际情况。此外，此优选实施方式具有以下其他优点。当两个行星轮接触两个辊之间的边界时，两个其他行星可接触两个辊的中间部分(并且这适用于行星轮的相对于环和辊的所有可能角度位置)。这样使得行星轮和环之间的转矩传输没有间断，因为行星轮和不同辊之间的接触点有移位。最终，传动的效率增大。
优选地，所述环具有与所述平移方向平行的对称轴。然后，本发明的变速器可以甚至更紧凑。
优选地，在所述第一行星轮和所述环之间(当使用不止一个行星时，在不同行星轮和环之间)有用于将所述第一行星轮的第一侧面联接到所述环的摩擦流体(或传动流体)。
优选地，所述连续可变的行星变速器还包括第二行星级，所述第二行星级包括：太阳轮；第二行星级环，该第二行星级环机械联接到所述行星轮架；第二行星级行星轮架；第二行星级第一行星轮，该第二行星级第一行星轮联接到所述第二行星级行星轮架、所述第二行星级环和所述太阳轮。这个优选实施方式允许具有无限可变的变速器或IVT。这个术语是本领域的技术人员已知的。IVT是允许输出和输入之间的传动比从负值连续变化成正值(经过零值)的机构。
优选地，所述第二行星级的太阳轮等同于具有首先已经描述的第一行星级的连续可变的行星变速器的太阳轮。通过使用同一太阳轮用于第二级，可降低变速器的制造成本。
优选地，所述第二行星级的太阳轮不同于具有首先已经描述的第一行星级的连续可变的行星变速器的太阳轮，并且这两个太阳轮机械联接。然后，可例如使用用于联接这两个太阳轮的齿轮施加对于这两个太阳轮而言不同的旋转速度。这样允许增加本发明的变速器可给出的传动比范围。
优选地，本发明涉及一种假体，所述假体包括如前所述的连续可变的行星变速器(包括其可能的所有优选实施方式)。相对于本领域的技术人员已知的假体，该假体具有提高的能量效率。
附图说明
将以举例方式参照附图更详细地说明本发明的这些和其他方面，在附图中：
图1示意性示出本发明的变速器的一优选实施方式；
图2以简化方式示出第一行星轮和环之间的联接；
图3示意性示出行星变速器；
图4示出环和联接到环的辊的实施例的二维剖视图；
图5示出优选的行星轮架和太阳轮的立体图；
图6示出联接到行星轮架的第一、第二、第三和第四行星轮的实施例的立体图；
图7示出当滚动装置包括具有空竹形状的辊时的变速器的立体图；
图8示出变速器的实施例的立体图；
图9示意性示出根据另一优选实施方式的本发明的变速器；
图10示出用于使环相对于行星轮移动并且用于控制环的位置的优选机构。
附图中的图既不按比例绘制也不成比例。总体上，在附图中，用相同的参考标号指代相同的组件。
具体实施方式
图1示意性示出根据一优选实施方式的本发明的连续可变的行星变速器10(或变速器10)。它包括太阳轮1或太阳齿轮构件或太阳齿轮部件或太阳齿轮机构。优选地，太阳轮1包括太阳轴和太阳齿轮。因此，在一些优选实施例中，太阳轴可以是变速器10的输出轴或输入轴。变速器10还包括行星轮架4或行星轮架构件或行星轮架部件或行星轮架机构。优选地，这个行星轮架4连接到传动轴或电机。在这种情况下，行星轮架4因此是变速器10的输入。然而，在另一个优选实施方式中，行星轮架4可连接到输出。
变速器10还包括第一行星轮21。这个第一行星轮21具有第一旋转轴41。换句话讲，第一行星轮21是旋转体。这些术语是本领域的技术人员已知的。它们意指第一行星轮21是可通过将平面曲线绕着所述第一旋转轴41旋转而得到的实体，所述第一旋转轴41与所述平面曲线位于相同的平面中。第一侧面31表示当所述平面曲线绕着所述第一旋转轴41旋转时由所述平面曲线产生的表面。如果因为绕着所述第一旋转轴41的第一侧面31具有小变化，所述第一旋转轴41并不严格的是旋转轴，则本发明的含义或主要理论并没有被修改。因此，可以说，第一旋转轴41基本上是第一行星轮21的旋转轴。优选地，第一侧面31是平滑的。第一行星轮21机械联接到行星轮架4和太阳轮1。如图1所示，优选地，通过锥齿轮机构或者通过行星轮-太阳轮锥齿轮211来实现太阳轮1和第一行星轮21之间的联接。这样允许具有不与第一行星轮21的第一旋转轴41平行的太阳轮1或太阳轴。如图1的优选实施方式中示出的，第一行星轮21优选地具有截锥形状。但是其他形状是可能的。行星轮架4和第一行星轮21之间的绕着第一旋转轴41的相对旋转移动是可能的。优选地，变速器10具有不止一个行星轮。在图1的优选实施例中，变速器10具有两个行星轮：第一行星轮21和第二行星轮22。
变速器10还包括环3。所述环3通过第一行星轮21(并且在图1的实施例中通过第二行星轮22)联接到太阳轮1和行星轮架4。事实上，如图1所示，在环3和第一行星轮21的第一侧面31之间存在联接点8。因为图1的变速器10还包括第二行星轮22，所以在环3和第二行星轮22的第二侧面之间也存在联接点8。
图2以简化方式用2D简化视图示出第一行星轮21和环3之间的联接。当本发明的变速器10具有恒定(或固定、预定)的传动比时，以及当第一行星轮21和环3之间有相对移动时，存在在所述环3和所述第一行星轮21之间传动动力的力(以下被称为动力传动力)。该动力传动力被施加在所述环3和所述第一行星轮21之间的联接点8处并且与第一行星轮21的第一侧面31正切。如果环3在旋转方面是固定的，则该力引起第一行星轮21绕着其第一旋转轴41旋转。如果环3对第一行星轮21(例如，通过反作用)施加动力传动力则第一行星轮21在位于第一行星21内部的箭头所示出的方向上旋转。因此，在第一行星轮21和环3之间传输转矩。因为第一行星轮21旋转，所以所述环3和所述第一行星轮21之间的联接点8遵循作为平面曲线50的路径。对于图2的实施例，该平面曲线50是圆形(参见该图2的右边部分)。该平面曲线50位于平面55中，平面55是图2的右边部分的平面。因为联接点8遵循平面曲线50，所以动力传动力的方向变化。动力传动力的不同方向也被包括在图2的右边部分的平面55中。动力传动力也可被称为环3和第一行星轮21之间的正切力
在图1中示出的优选实施方式中，联接点8允许第一行星21和机械联接到环3的辊15之间的机械联接(并且因此，最终可以通过联接点8进行第一行星轮21和环3之间的机械联接)。在图1的实施例中，变速器10事实上包括滚动装置15(诸如，优选地联接到环3的辊)。这些滚动装置15允许沿着平移方向65在环3和第一行星轮21之间进行平移移动，平移方向65垂直于图2的右边部分中示出的平面55。因此，平移方向65垂直于包括平面曲线50的平面55。该平移方向65还垂直于动力传动力(或环3和第一行星轮21之间的正切力)，在图2中针对沿着平面曲线50的联接点8的各位置示出了该力(假定变速器10具有恒定的传动比)。换句话讲，平移方向65垂直于针对变速器10的固定传动比可在环3和第一行星轮21之间形成的正切力当在环3和第一行星轮21之间存在此平移移动时，所述环3和第一行星轮21的所述第一侧面31之间的联接点8沿着所述平移方向65变化。因此，第一行星轮21和行星轮架4之间的传动比因而变化。换句话讲，通过沿着平移方向65改变所述联接点8，得到针对第一行星轮21和行星轮架4之间的旋转速度比的不同值。这种变化是连续的。这允许具有连续可变的变速器10，如以下说明的。
图3示意性示出包括太阳轮1、行星轮架4、第一行星轮21和环3的行星变速器。第一行星轮21通过行星轮-太阳轮齿轮211并且通过太阳齿轮201联接到太阳轮1。行星轮-太阳轮齿轮211例如是如图1中所示的行星轮-太阳轮锥齿轮211。第一行星轮21通过行星轮-环齿轮213并且通过环齿轮203联接到环3。行星轮动力学方程是：
在方程(方程1)中，ωi代表元件i的角速度，其中，元件i可以是太阳轮1、环3和行星轮架4。Z2是行星轮-太阳轮齿轮211的分度圆直径(primitive diameter)；Z'2是行星轮-环齿轮213的分度圆直径；Z3是环齿轮203的分度圆直径；Z1是太阳齿轮201的分度圆直径。术语“分度圆直径”是本领域的技术人员已知的。通过限定
-RB＝Z2/Z1；
-RC＝Z3/Z′2；
方程(方程1)变成
因此，通过连续改变Rc，即，通过例如连续改变Z'2，可改变比率通过使用本发明的变速器10，可通过施加沿着平移方向65的环3和第一行星21之间的平移移动，连续改变Z'2。
出于例证性目的，假设环3是固定的，ω3＝0。如果太阳轮1是输出，并且如果行星轮架4是输入，则方程(方程2)变成
因此，ω0＝ωi(1+RBRC) (方程4)
其中，ω0＝ω1代表输出或输出轴的速度，并且其中，ωi＝ω4代表输入或输入轴的速度。通过连续改变Rc，即，通过例如连续改变Z'2，可连续改变ω0。
除了环3之外的元件可以是固定的。例如，太阳轮1或行星轮架4可以是固定的。另外，输入和输出可以是除了行星轮架4和太阳轮1之外的其他元件。例如，环3可以是输入或输出。
术语“连续可变”是本领域的技术人员已知的。它们意指没有固定齿轮比。换句话讲，本发明的变速器10可通过无限数量的传动比进行无缝变化，该传动比如例如方程(方程4)所表示的。传动比被定义为输出和输入的角速度之比。通过使用方程(方程4)的规则，传动比因此等于ω0/ωi。用本发明的变速器10，可得到介于例如1和15之间的传动比。可得到传动比的其他值(诸如，3和11之间的值)。
优选地，存在以传动比1/1机械联接到行星轮架的行星轮架轴。
优选地，滚动装置15包括辊。图4示出环3和联接到所述环3的辊的2D剖视图。如这个图中示出的，优选地存在六个辊15。各辊15能够绕着辊轴16滚动，辊轴16垂直于以上定义的平移方向65。因此，辊15可旋转围绕的这些辊轴16位于以上针对图2的右边部分限定的平面55中或平行平面中。如图4所示，辊优选地具有空竹形状。空竹具有旋转对称性并且空竹的中心旋转直径比沿着旋转轴的其端点处的旋转直径小。通过使用具有空竹形状的辊，可具有往往会是圆形的平面曲线50。对于空竹的一些形状，甚至可以具有大体圆形的平面曲线50。在此提醒，该平面曲线50是当变速器10的传动比恒定时并且当在第一行星轮21和环3之间有相对移动时环3和第一行星轮21之间的联接点移动所遵循的曲线。由于所述平面曲线50往往会是圆形的事实，变速器10的能量效率提高。
优选地，滚动装置15包括能够绕着辊轴16滚动的辊，滚轴16垂直于以上定义的平移方向65，每个辊具有旋转双曲面形状。空竹可具有旋转双曲面形状，但空竹不一定具有旋转双曲面形状。通过使用具有旋转双曲面形状的辊，变速器10的能量效率提高。
优选地，第一行星轮21的第一旋转轴41相对于所述平移方向65具有45°的倾角。图1中示出的优选实施方式包括这个优选特征。当行星轮架4绕着其旋转轴(在图1的优选实施方式中，平行于平移方向65)旋转时，第一旋转轴41经受绕着行星轮架4的这个旋转轴的行进移动。但是，对于其位置中的每个，第一旋转轴41限定相对于平移方向65的45°角度。
如图1所示，第一行星轮21优选地具有孔径角是90°的截头正圆锥。该角度是从中截取截头圆锥的圆锥的两条母线之间的最大角度。该角度也等于母线与圆锥的第一旋转轴41所成角度的两倍。
图5至图8示出本发明的变速器10的实施例的立体图。图5示出行星轮架4和太阳轮1。行星轮架4为笼形。该行星轮架4相对于具有轴形状的太阳轮1具有对称性。如图6所示，变速器10的实施例包括第一行星轮21、第二行星轮22、第三行星轮23和第四行星轮24。出于简明的原因，在这个附图中只示出行星轮架4的左边部分。行星轮(21、22、23、24)安装在行星轮架4上并且通过行星轮-太阳轮锥齿轮与太阳轮1啮合。如图6所示，在这个实施例中，各行星轮(21、22、23、24)优选地具有截头正圆锥形状。还可明白，各行星轮(21、22、23、24)优选地具有平滑侧面(或旨在联接到环3的平滑外表面)。各行星轮(21、22、23、24)安装在轴上，沿着所述轴具有平移自由度。因此，第一行星轮21例如可沿着图6中示出的双箭头移动。但是，这个平移自由度受推动装置17(例如，弹簧)限制，以增加适形性并且保持行星轮(21、22、23、24)和环3之间的联接点8处的已知力。在图7中可见环3。联接到所述环3的滚动装置15允许它沿着平移方向65移动。在图7中示出的实施例中，滚动装置包括六个空竹状辊。因此，平行于太阳轴的方向上的摩擦小而垂直或正切方向上的摩擦大。变速器10可传输的转矩因推动装置17的压缩力并且因行星轮(21、22、23、24)和辊之间的摩擦系数而尤其是固定的。图8示出变速器10的这个实施例的优选最终组件。如该图示出的，变速器10优选地具有与太阳轮1机械联接的输出太阳齿轮2011和与行星轮架4机械联接的输出行星轮架齿轮2014。优选地，输出太阳齿轮2011(分别地，输出行星轮架齿轮2014)直接连接到太阳轮1(分别连接到所述行星轮架4)，使得它们具有相同的角速度。输入和输出的角色可变化。如在图5至图8中可看到的，变速器10优选地相对于太阳轮1或太阳轴具有对称性。
优选地，本发明的变速器10包括第二行星级100。在图9中示意性示出这个优选实施方式的实施例。第二行星级100包括太阳轮1。在图9中示出的实施例中，第二行星级100的太阳轮是上述的同一太阳轮1。但是，可使用针对第二行星级100的另一个太阳轮并且将其联接到上述太阳轮1。在这两个太阳轮1之间进行联接可以使得它们具有相同或不同的角速度。第二行星级100还包括与上述行星轮架4机械联接的第二行星级环103。在第二行星级环103和上述行星轮架4之间进行联接可以使得它们表现成相同或不同的角速度。第二行星级100还包括第二行星级行星轮架104和第二行星级第一行星轮121。该后面的第二行星级第一行星轮121联接到所述第二行星级行星轮架104、所述第二行星级环103和所述太阳轮1。通过使用包括该第二行星级100的变速器10的此优选实施方式，可得到IVT，如以下说明的。
对于第二行星级100，方程(方程1)变成：
其中：
-ω0＝ω1，即，太阳轮1的角速度；
-ωout＝ω104，即，第二行星级行星轮架104的角速度；
-ωi＝ω103，即，第二行星级环103的角速度；在图9中示出的优选实施例中，即，第二行星级环103的角速度等于行星轮架4的角速度；
-RS＝ZZ2/ZZ1；
-RCR＝ZZ3/ZZ′2；
ZZ2是第二行星级第一行星121的行星-太阳齿轮1211的分度圆直径；ZZ1是第二级100处的太阳齿轮1201的分度圆直径；ZZ3是第二行星级环齿轮1203的分度圆直径；ZZ'2是第二行星级第一行星121的行星-环齿轮1213的分度圆直径。方程(方程5)的右手部分没有负号，因为第二行星级环103在第二行星级第一行星121内；这使得对第二行星级环103的旋转方向反向。
方程(方程5)可被改写为：
通过使用用方程(方程4)给出的ω0的表达式，可得到：
因此，具有第二行星级100的变速器10允许具有针对传动比ωout/ωi的大范围值，这些值有可能包括0。具体地，可得到传动比的负值和正值。通过调节比率RB、RS、RCR、RC来得到该大范围的值。具体地，通过改变RC，分子和分母可取相同或相反的符号。此外，通过改变RC，传动比ωout/ωi可连续变化，跨正值和负值。具有图9的第二行星级100的变速器10因此是IVT。举例来说，本领域的技术人员可选择以下值：RB＝1；RS＝RCR＝54/20；RC在4和20之间变化。
在方程(方程9)中，选择行星轮架4作为输入并且选择第二行星级行星轮架104作为输出。但是，可选择其他输入和输出，使得具有第二行星级100的变速器10是IVT。例如，当变速器10用于踝关节假体时，踝关节优选地连接到第一级的行星轮架4，并且电机优选地连接到第二行星级100的第二行星级行星轮架104。
可使用不同机构将环3相对于行星轮(21；22；23；24)移动。可例如使用与所述环3联接的一个或更多个螺杆，使得所述环可相对于螺杆移动。图10示出包括三个滚珠丝杠75的优选机构。因此，本发明的变速器10优选地包括这三个滚珠丝杠75，滚珠丝杠75联接到环3并且允许控制环3相对于行星轮(21；22；23；24)的位置和平移移动。通过使用滚珠丝杠75，可以进行高度精确的定位。通过使用三个滚珠丝杠75，降低了环3被卡住的风险。优选地，这些滚珠丝杠75优选地与如图10中所示的带77同步。优选地，滚珠丝杠75中的一个可由电机(图10中未示出)致动，以改变环3相对于行星轮(21；22；23；24)的位置。根据另一个优选实施方式，变速器包括例如在控制器作用下同步的三个电机。
已经依据具体实施方式描述了本发明，这些实施方式是用作解释本发明，而不被理解为是限制性的。更具体地，本领域的技术人员应该理解，本发明不受上文特别示出和/或描述的限制。权利要求书中的参考标号并没有限制其保护范围。使用动词“包括”、“包含”或任何其他变型以及它们各自的结合并没有排除存在除了所述那些外的元件。在元件之前使用冠词“一”、“一个”或“该”并没有排除存在多个这种元件。本发明的变速器10的不同元件可被选定是固定或移动的。另外，变速器10的不同元件可以是输出或输入。
本发明还可总结如下。变速器10包括太阳轮1、行星轮架4、具有第一旋转轴41不与该第一旋转轴41平行的第一侧面31的第一行星轮21以及环3。当针对恒定传动比而言所述第一行星轮21和所述环3之间有相对移动时，所述第一行星轮21和所述环3之间的动力传动力限定平面55。变速器10包括滚动装置15，滚动装置15用于允许沿着与所述平面55垂直的平移方向65的所述环3和所述第一行星21之间的平移移动，使得可对应于沿着所述平移方向65的所述第一侧面31和所述环3之间的不同联接点8，得到不同的传动比。

Claims (19)

1.一种连续可变的行星变速器(10)，该连续可变的行星变速器包括：
-太阳轮(1)；
-行星轮架(4)；
-第一行星轮(21)，该第一行星轮：
○机械联接到所述行星轮架(4)和所述太阳轮(1)，
○具有第一旋转轴(41)，
○具有不与所述第一旋转轴(41)平行的第一侧面(31)；
-环(3)，该环通过所述第一行星轮(21)联接到所述太阳轮(1)和所述行星轮架(4)；
所述行星轮架(4)和所述第一行星轮(21)被构造成，使得能够在所述行星轮架(4)和所述第一行星轮(21)之间进行绕着所述第一旋转轴(41)的相对旋转移动；
所述连续可变的行星变速器(10)被构造成，使得当针对所述连续可变的行星变速器(10)的恒定传动比而言所述第一行星轮(21)和所述环(3)之间有相对移动时，所述环(3)和所述第一侧面(31)之间的联接点(8)能够遵循一平面(55)中的平面曲线(50)；
其特征在于，
所述连续可变的行星变速器(10)包括滚动装置(15)，所述滚动装置(15)用于允许所述环(3)和所述第一行星轮(21)之间的沿着与所述平面(55)垂直的平移方向(65)的平移移动，使得所述连续可变的行星变速器(10)给出不同的传动比，所述不同的传动比对应于所述第一行星(21)的所述第一侧面(31)和所述环(3)之间的沿着所述平移方向(65)的不同联接点(8)。
2.根据权利要求1所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述第一行星轮(21)具有平滑的第一侧面(31)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述滚动装置(15)包括辊，所述辊中的每个能够绕着与所述平移方向(65)垂直的辊轴(16)滚动。
4.根据权利要求3所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述辊具有空竹形状。
5.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述第一旋转轴(41)相对于所述平移方向(65)具有45°的倾角。
6.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述第一行星轮(21)具有正圆锥形状。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述第一行星轮(21)具有截头正圆锥形状。
8.根据权利要求6或7所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述正圆锥或所述截头正圆锥具有90°的孔径角。
9.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述连续可变的行星变速器包括用于联接所述第一行星轮(21)和所述太阳轮(1)的锥齿轮机构。
10.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述第一行星轮(21)绕着与所述第一旋转轴(41)平行的轴安装，沿着所述轴具有平移自由度。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述连续可变的行星变速器包括用于将所述第一行星轮(21)向着所述环(3)推动的推动装置(17)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于：
-所述连续可变的行星变速器还包括第二行星轮(22)，该第二行星轮：
○机械联接到所述行星轮架(4)和所述太阳轮(1)，
○具有第二旋转轴(42)，
○具有不与所述第二旋转轴(41)平行的第二侧面(32)；
-所述环(3)还通过所述第二行星轮(22)联接到所述太阳轮(1)和所述行星轮架(4)；
-所述行星轮架(4)和所述第二行星轮(22)被构造成，使得能够在所述行星轮架(4)和所述第二行星轮(22)之间进行绕着所述第二旋转轴(42)的相对旋转移动；
-所述连续可变的行星变速器(10)被构造成，使得当针对所述连续可变的行星变速器(10)的恒定传动比而言所述第二行星轮(22)和所述环(3)之间有相对移动时，所述环(3)和所述第二侧面(32)之间的联接点(8)能够遵循一平面(55)中的平面曲线(50)；以及，
-所述连续可变的行星变速器(10)包括滚动装置(15)，所述滚动装置(15)用于允许所述环(3)和所述第二行星轮(21)之间的沿着与所述平面(55)垂直的平移方向(65)的平移移动，使得所述连续可变的行星变速器(10)给出不同的传动比，该不同的传动比对应于所述第二行星轮(22)的所述第二侧面(32)和所述环(3)之间的沿着所述平移方向(65)的不同联接点(8)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述连续可变的行星变速器包括四个行星轮(21；22；23；24)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述滚动装置(15)包括六个辊。
15.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述环(3)具有与所述平移方向(65)平行的对称轴(13)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述连续可变的行星变速器还包括第二行星级(100)，所述第二行星级(100)包括：
-太阳轮(1)；
-第二行星级环(103)，该第二行星级环机械联接到所述行星轮架(4)；
-第二行星级行星轮架(104)；以及
-第二行星级第一行星轮(121)，该第二行星级第一行星轮联接到所述第二行星级行星轮架(104)、所述第二行星级环(103)和所述太阳轮(1)。
17.根据权利要求16所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述第二行星级(100)的所述太阳轮等同于根据权利要求1至15中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)的所述太阳轮(1)。
18.根据权利要求16所述的连续可变的行星变速器(10)，其特征在于，所述第二行星级(100)的所述太阳轮不同于根据权利要求1至15中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)的所述太阳轮(1)，并且，这两个太阳轮机械联接。
19.一种假体，所述假体包括根据前述权利要求中任一项所述的连续可变的行星变速器(10)。
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