CN1319166A - 变速传动装置 - Google Patents

Abstract

一种变速传动装置,它包括两台传动器A和B、输出传动轮(62)以及环形可伸展构件(66),该环形可伸展构件(66)由传动器A和B加以驱动,并围绕输出传动轮(62)而伸展,和旋转输出传动轮(62)。传动器A和B在运行中可以第一速度在第一驱动位置围绕环形路径移动环形构件(66),而以第二速度在第二位置围绕环形路径移动环形构件(66)。这引起环形构件(66)围绕输出传动轮(62)的局部扩张或收缩,从而改变其速度。

Description

变速传动装置

本发明涉及变速传动装置。

一种已知的变速传动装置包括用于驱动连续传动带的马达，传动带围绕圆锥体外表面而缠绕，并可沿着圆锥体外表面移动。安装在锥体上的是传动装置的输出轴。在此结构中，当传动带围绕锥体的宽端被驱动时，它引起锥体，因而也就是输出轴以特定速度旋转。通过将传动带移向锥体的顶点，锥体旋转的速度增加。因此，通过传动带相对锥体表面的适当定位，输出轴的速度可加以改变。

这种传动装置的一个问题是效率不高。另一问题是它在三维空间中体积庞大，且操作复杂。虽然有各种其它的、更高效的变速传动装置可加以应用，但它们往往很复杂，且价格昂贵。

本发明的一个目的就是提出一种价廉、轻巧及能量有效的变速传动装置。

根据本发明的一个方面提出一种变速传动装置，该变速传动装置包括传动器、可移动构件、输出传动器和环形可伸展构件，该环形可伸展构件围绕输出传动器和可移动构件而伸展，并由传动器加以驱动，其特征在于，环形构件围绕输出传动器的运动引起所述输出传动器移动，而可移动构件的移动引起环形构件的扩张或收缩，从而改变其总体长度，这样，也就改变输出传动器被驱动的速度。

最好设置两件分隔开的可移动构件，环形构件则位于它们之间，这两件构件相互相对固定地安装，但可相对传动器而移动，这样，当可移动构件在一个方向移动时，引起环形构件啮合可移动构件中的第一个可移动构件，并能在第一方向移动输出传动器，而当可移动构件在另一方向移动时，引起环形构件啮合可移动构件，并能在第二方向移动输出传动器，从而提供一种可逆向传动装置。最好，可移动构件或每一可移动构件包括轮子。

最好，传动器包括空心传动轴。最好，空心传动轴由电动马达加以驱动。传动工具可安装在空心传动轴上，用于与环形弹性构件相互作用，从而移动它。

环形可伸展构件最好是环形绕组或弹簧。环形构件可包括带或管。

当环形构件是弹簧或绕组时，传动工具最好包括突耳，突耳从空心传动轴的内壁向下垂挂，用于定位在弹簧或绕组的相邻线圈之间，这样，当空心传动轴旋转时，弹簧通过连续线圈与旋转着的突耳的啮合，被向前推进。最好设置一对突耳，对中的每一突耳位于弹簧的相邻线圈之间，但按以下方式相互偏移，即对中的第一个突耳接触相邻线圈中的前一个线圈，而对中的第二个突耳接触线圈中的后一个线圈。

最好，两个或多个突耳相互相对地设置。这是有好处的，因为它保持弹簧能中心地定位在空心传动轴中。相对的突耳最好设置成、每一突耳至弹簧或绕组的线圈中的入射角能防止变得太陡。最好突耳或每一突耳设置有滚轴轴承，它提供与弹簧线圈的啮合表面，从而减少摩擦效应。

最好，若干突耳组设置在空心传动轴的相对端部。这是有利的，因为位于突耳之间的弹簧部分基本不受可移动构件或每一可移动构件的移动的影响，因而受影响的部分就减少。这意味着，可移动构件不必要移动得如其它情况时的那么远。

最好，传动轮设置在输出轴上，弹性构件围绕传动轮而缠绕。

最好设置检测器，用以检测环形构件的扩张或收缩，从而检测输出传动器的速度改变。当环形构件是弹簧时，最好检测器在运行中能监视其相邻线圈的分离，从而获得弹簧的扩张或收缩的数值，因而也就是其速度的数值。通过比较弹簧或绕组的线圈在输出传动器两侧上的分离，就可计算功率传输的真正速率。

最好设置控制器，用于控制可移动构件的移动。最好控制器能与检测器进行通讯，这样，涉及测得速度的信息就能反馈至控制器。

根据本发明的另一方面提出一种变速传动装置，这种变速传动装置包括传动工具、输出传动器和环形可伸展构件，该环形可伸展构件由传动工具加以驱动，并围绕输出传动器而伸展，且驱动输出传动器，其特征在于，传动工具在运行中能在第一驱动点以第一速度驱动环形构件，并设置了装置，用以改变环形构件在第二点上的速度，或停止环形构件在第二点上的移动，从而引起围绕着输出传动器的环形构件的扩张和收缩。

用于改变环形构件的速度或停止其移动的装置可在移动中将环形构件在第二驱动点上的速度降低至基本为零，这样，环形构件基本被阻止移动通过该点。

最好环形可伸展构件是环形绕组或弹簧。环形弹性构件可包括带或管。

当环形构件是弹簧或绕组时，传动工具最好包括两根位于输出传动器相对侧的空心传动轴。最好空心传动轴由同一马达加以驱动。

最好，突耳从每一空心内轴向下垂挂，用于定位在弹簧或绕组的相邻线圈之间，从而，当每一空心传动轴旋转时，弹簧通过连续线圈与旋转着的突耳的啮合而被向前推进。最好，设置了一对突耳，对中每一突耳位于弹簧的相邻线圈之间，但按以下方式相互偏移，即对中的第一个突耳接触相邻线圈中的前一个线圈，而对中的第二个突耳接触线圈中的后一个线圈。

两个或多个突耳设置在空心传动轴的相对侧上。这是有好处的，因为它保持弹簧能中心地定位在空心传动轴中。相对的突耳最好设置成、每一突耳至弹簧或绕组的线圈中的入射角能防止变得太陡。最好突耳或每一突耳设置有滚轴轴承，它提供与弹簧线圈的啮合表面，从而减少摩擦效应。

最好，若干突耳组设置在空心传动轴的相对端部。这是有利的，因为位于突耳之间的弹簧部分基本不受可移动构件或每一可移动构件的移动的影响，因而受影响的部分就减少。这意味着，可移动构件不必要移动得如其它情况时的那么远。

最好，每一空心传动轴包括内空心圆柱形轴，它可脱开地连接至外空心圆柱形轴，外空心圆柱形轴受马达的驱动。最好，马达是恒定的输出马达。

最好，用于改变可伸展构件的速度或停止可伸展构件移动的装置在运行中可将内轴与其外轴脱开，这样，内轴不再旋转，弹簧被基本阻止移动通过该点。最好，两根空心传动轴均由同一马达加以驱动。

用于改变可伸展构件的速度或停止可伸展构件移动的装置可包括制动机构，用于至少制止一根内轴的运动，从而将其与相应的外轴脱离连接，这样，环形弹簧通过该轴的速度能降低，或甚至成零。

用于改变可伸展构件的速度或停止可伸展构件移动的装置包括压缩弹簧，该压缩弹簧安装在内传动轴的一端与外传动轴的同一端之间，其特征在于，压缩弹簧在运行中能将内轴拉至与外轴进行驱动啮合，直至达到环形构件的预定张力，在此阶段，构件的牵引作用克服压缩弹簧的牵引作用，这样，内轴移动脱离与外轴的啮合。

最好，设置致动器，该致动器在运行中能检测何时切断传动器，并使内轴之一逆着压缩弹簧的作用而移动，脱离与外轴的啮合，从而使内轴与外轴脱开耦合，以便松弛此弹簧。可设置检测器，以检测弹簧的松弛以及切断驱动外轴的马达，从而将传动装置回复至起始位置。

内轴可具有两个独立的、但联锁的部分，它们能沿纵向移动相互分开，每一部分被可脱开地安装成与外传动轴处于驱动啮合之中，其特征在于，用于改变环形构件速度，或停止环形构件移动通过第二点的装置包括这样的工具，该工具用于将内轴的部分从它们的从动位置移动至它们与外轴脱离耦合的位置。最好，移动内轴的部分的工具包括椭圆形轮，这些椭圆形轮可转动进入与内轴的部分的啮合，从而将这些部分相互推开，并推出与外轴的啮合。

最好，传动构件设置在输出传动器上，弹性构件围绕传动构件而绕缠，该传动构件可以是圆形的，或例如是“梨”形或椭圆形的。

最好设置检测器以检测弹性构件的扩张或收缩，从而检测输出传动器的速度改变。当弹性构件是弹簧时，最好检测器在运行中能监视其相邻线圈的分离，从而获得弹簧的扩张或收缩的数值，也即其速度的数值。通过比较弹簧或绕组的线圈在输出传动器两侧上的分离，就能计算功率传输的真正速率。

最好设置控制器用于控制可移动构件的移动。最好控制器与检测器进行通讯，这样，涉及测得速度的信息能回馈至控制器。

现在将通过仅作为举例的方法，并参考以下附图，对实施本发明上述各方面的各种系统加以说明：

图1是变速传动系统的局部剖面示意图；

图2是图1中传动系统沿箭头A方向的侧视图；

图3(a)和3(b)是图1中部分B的分解图和剖面图；

图4与图1相同，但所示的传动装置的配置不同；

图5是图1中变速传动系统的修改方案的局部剖面示意图；

图6是能逆向的变速传动装置的局部剖面示意图；

图7是图6中传动系统沿箭头C方向的侧视图；

图8是与图8中传动系统相同的示意图，其中所示传动装置处于其逆向位置；

图9是另一变速传动系统的示意平面图；

图10是图9中传动系统沿直线D-D的剖面图；

图11是沿图9中直线E-E截取的视图；

图12表示对图9中传动系统的内轴进行的制动作用；

图13是又另一变速传动系统的示意平面图；

图14是沿图13中直线F-F的剖面图；

图15是图14中处于空档位置的轴的顶视图；

图16是与图15相似的顶视图，除了轴处于推力位置之外；

图17是通过又另一变速传动装置的剖面图；

图18是沿图17中直线G-G的剖面图；

图19是“梨形”传动轴的平面图；

图20是能用于传动系统的导向轮/输出传动轮装置的平面图；

图21是通过另一具体的导向齿轮/输出传动齿轮装置的剖面；而

图22是图21中装置的顶视图。

图1、2和4表示具有空心传动轴12的电动马达10，该空心传动轴12在运行中能以常速旋转。从空心传动轴12的内壁突出的是相对的传动突耳16。每一突耳16包括圆柱形构件18，围绕圆柱形构件18伸展着滚轴轴承20，见图3(a)，用以形成限制摩擦的支承表面。突耳16通常成对地设置，一对中的每一突耳紧挨另一突耳，但如图3(b)所示，沿轴的轴线而偏移。

在轴12的相对两端、与其轴线成横向偏移处是安装在传动轴22上的传动轮20和可转动地安装在支架26上的可移动张力轮24，支架26可应用传动机构27相对轴12和传动轮20而移动。

通过轴12伸展的是环形弹簧或绕组28，该环形弹簧或绕组28围绕可移动张力轮24和传动轮20而缠绕。轴12、可移动张力轮24和传动轮20布置成使弹簧28基本位于单一平面中。伸展于弹簧的相邻线圈之间的是突耳对16。

弹簧28可由任何合适的材料，例如由钢制成，并布置成，当马达10未接通时，它只是稍稍接触传动突耳16、传动轮20和张力轮24。

当马达10运行时，也即当空心传动轴12转动时，可移动张力轮24离马达10向外移动，从而弹簧28被拉长，并逐渐受到张力，直至其如图1所示地，接触传动轮20。在此阶段，突耳对16中的前一个突耳16接触线圈中的前面一个线圈F，而突耳对16中的第二个突耳接触线圈中的后一个线圈R，如图3(b)所示。因为突耳16随着空心传动轴12转动，弹簧28通过空心轴以与突耳16的最小的摩擦接触推进，从而每一线圈依次啮合传动突耳16的滚轴轴承19。这样，弹簧28沿着环形路径通过轴12、围绕张力轮24和传动轮20被驱动。假定突耳16的旋转速度不变，则弹簧28也以常速前进。

如将意识到的，用此方式沿其环形路径送进弹簧28会引起传动轮20的旋转，传动轮20又将扭矩传递给传动轴22，引起它旋转。这样，马达10通过弹簧驱动传动轴22。应注意，传动轴22的速度在其旋转时略高于弹簧28在其移动通过空心轴12时的速度。

为改变传动轴22的旋转速度，相对马达10移动可移动张力轮24。当张力轮24如图4所示地由马达10向外移动时，这引起环形弹簧28扩张。弹簧28的拉长引起它围绕其环形路径移动得更快，这又引起传动轮20、因而也就是轴22以更快的速度旋转。因此，传动轴22的速度能通过增加或减少弹簧28的长度而改变。

在传动轮的每一相对侧各有一个检测器30，用于监视弹簧28的相邻线圈的分离。每一检测器可例如是简单的光电检测器，或是这样的检测器，它在每次有线圈通过它时，产生磁场脉冲。或者，弹簧线圈的通过可由机械方法加以监视，例如应用一个可移动轮，它啮合弹簧，并通过改变弹簧的张力而移动。因为传动输出量的增加引起传动轮20两侧上的线圈分离产生改变，这得以使扭矩输出量被自动监视。

连接至每一检测器30上的是控制器32，它连接至驱动可移动张力轮24的机构27。传动轮20的扭矩的信号指示从检测器30送至控制器32。然后将测得的扭矩与要求的扭矩进行比较。如果测得的扭矩与要求的扭矩不等，则控制器32向传动机构27输送信号，以移动张力轮24，从而改变弹簧28的速度，这样也就相应地改变传动轮20的速度。这样，输出扭矩就能改变。

应用标准工业用的钢弹簧绕组，图1和2中的变速传动系统能提供的传动轮/弹簧的速度比通常为6。更高的比例可通过将若干台图1和2中的传动装置连接在一起而获得。例如，连接三台这样的传动装置，可提供的比例为216，即6×6×6。

图5表示图1和2中传动装置的修改方案。其中，在传动轴12的每一个端部都设置有相对的传动突耳对16。在使用中，当可移动轮从其静止位置(图5中以虚线表示)移至伸展位置时，弹簧位于轴12的两端部的突耳之间的部分基本不受影响。这样，弹簧的有效长度减少，因而可移动张力轮24不需如弹簧在其整个长度上扩张的情况那样移动得如此远，以提供相同的输出速度。这在要求紧凑的传动装置的场合，是一个优点。

图6表示另一种变速传动系统。在此情况，系统是可逆的，从而扭矩能在相反方向传递给传动轮。如参考图1和2描述的系统那样，图6的系统包括一台具有空心传动轴12的电动马达10，传动突耳16从空心传动轴12向下悬挂，环形弹簧28通过空心传动轴12而伸展。

在空心传动轴12的相对端部设置了两对对称放置的传动轮34和36以及38和40。每对34、36和38、40中的轮子位于空心传动轴12的轴线的相对侧上。从每一轮子伸出的是轴41，在其端部是较小的同样的轮子42、44。每对同样的轮子42、44采用传动带46加以连接，这将把它们的输出量加以结合以产生一个结合的输出扭矩。

安装在马达10以及传动轮34、36、38和40上方的是可移动门式台架48，它有一对相对的可移动张力轮50和52，它们安装在单一的支架54上，如图7所示。这样，可移动张力轮50和52相互相对固定地安装，并能相对马达一起移动。门式台架48安置成，张力轮50和52能在马达10和传动轮34、36、38和40的水平之上横向、且通常垂直于空心传动轴12的轴线地前、后移动。围绕图4中可移动张力轮50和52之一伸展的是弹簧28。

当传动装置10位于图6所示的配置时，即围绕其环形路径送进弹簧28时，这引起传动轮36和40旋转，把扭矩传递给它们相应的轴41，引起它们在第一方向旋转。如前述一样，传动轴41的速度略高于弹簧28在其通过空心轴12移动时的速度。

为了改变轴41的旋转速度，门式台架48，因而也就是可移动张力轮50和52，相对马达10而移动。当张力轮50由马达10向外移开时，这引起环形弹簧28扩张，使它围绕其环形路径移动得更快，这又引起传动轮36和40以更快的速率旋转。因此，传动装置的速度可通过增加或减少弹簧28的长度而加以改变。

假如希望运行的方向逆向，将可移动张力轮50和52从它们的伸展位置移向马达10，越过马达10，再移向其相对侧。这引起弹簧28如图8所示地，与第一可移动张力轮50脱开啮合，进入与第二可移动张力轮52的啮合。一旦位于此位置，围绕其环形路径送进弹簧28会引起传动轮34和38旋转，这又把扭矩传递给它们相应的轴41，引起它们在与第一方向相反的第二方向进行旋转。这样，输出轴41的旋转方向就逆向。

在向前与逆向位置之间，有一个空档位置，此时，张力轮50和52均不接触弹簧28。

图9表示另一种变速传动装置，它包括两根相对的、基本平行的空心传动轴A和B。在传动轴A和B之间有一台制动机构60，它能例如用液压方法加以驱动，并适用于按要求对轴A或B中的任一根施加作用。在传动轴A和B的一端设置有输出传动轮62，而在另一端为导向轮64。通过每根空心轴、围绕输出传动轮和导向轮而伸展的是环形的可伸展构件66，在此情况是弹簧。布置是这样的，通过空心传动轴A和B而伸展的弹簧部分是基本平行的。

每一空心传动轴A和B如图10所示由单一马达68加以驱动。每一空心传动轴A和B包括空心内轴70，它通过相似的空心外轴72而伸展，见图11，每根轴可相对另一根移动。如前述实施例一样，设置在传动轴A和B的内轴的内周边表面的是突耳74，突耳74在使用中啮合弹簧线圈以通过轴驱动突耳。这些突耳74最好成对设置，如图3(a)和3(b)所示。

在每一外轴72的外表面上设置有齿突76，它们用于啮合环形有齿带78，该有齿带78连接至传动马达68。此有齿带78围绕马达68的传动装置伸向导向轮80，如由图11可见，导向轮80将有齿带78导向传动轴B的下端。带部分围绕轴B，部分围绕另一传动轴A的下端而伸展，并由此返回至传动马达68。当马达68沿顺时针方向驱动其输出轴时，轴B按顺时针方向旋转，但轴A逆时针旋转。因此，外轴A和B均由单一马达68、但按相对方向加以驱动。

在输出轮62附近的相对侧设置了隔开的检测器82，用于检测弹簧66的相邻线圈的分离。如以前一样，每一检测器可例如是简单的光电检测器，或是这样的检测器，它在每次有线圈通过它时，产生磁场脉冲。或者，弹簧线圈的通过可应用机械方法加以监视，例如应用一个可移动轮，它啮合弹簧，并通过改变弹簧的张力而移动。因为传动器输出的增加引起传动轮20两侧上的线圈分离的改变，因此检测在输出传动两侧上的线圈分离，得以自动监视扭矩输出量。

在使用中，马达68驱动两根空心传动轴的外轴72。内、外轴70和72之间的摩擦啮合相应地引起内轴70随着外轴72旋转，如图12(a)所示。这又引起突耳74旋转。突耳74与环形弹簧66的啮合引起弹簧66在一个点上被空心传动轴A所驱动，同时在另一点上被第二轴B所驱动。如果每根轴A、B的速度相同，这意味，弹簧66运动的速度是恒定的，输出传动轮62在常速下被其与弹簧66的啮合所驱动。但是，如果制动器60对传动器的内轴之一A或B施加作用，这造成弹簧66在两个点上受驱动的速度不同。这造成弹簧66的局部扩张或收缩，它转而又引起输出传动轮62的受驱动的速度改变。

例如，如果图9中的弹簧66按顺时针加以驱动，制动器60对传动装置B的内轴的法兰73的作用将如图12(b)所示地减慢或甚至停止内轴70的运动。这阻止弹簧66通过轴B的运动。但是，由于弹簧66通过轴A的运动速率不变，这引起弹簧66在传动轮62上缩短，从而弹簧66的张力局部增加，这样引起传动轮62的速度增加。当制动器60从传动器B的内轴72的法兰73移走，空心传动轴A和B重又同步地运行，弹簧66如图12(c)所示地回复至其平衡位置。

相反，如图12(d)所示地，假如制动器60对轴A的法兰73施加作用，这将阻止其内轴70的旋转。但是，由于弹簧66通过轴B的运动速率不变，这引起弹簧66在输出传动轮62上的加长，从而引起弹簧66的张力局部减少。这样，轮子62的速度降低。

通过在输出传动轮62一侧的一个点上以给定速度驱动弹簧66，而在轮子的另一侧上改变其速度或停止其运动，就能看到图9中的传动系统的输出速度能改变。

图13表示图9中装置的替代装置。它具有相似的总体布置，但不包含制动机构。空心传动轴A和B的特性也不同。

图14表示通过图13中传动轴之一的剖面图。它具有外空心圆柱形传动轴84，该传动轴84围绕内轴86而延伸，内轴86具有两个部分88和90，每一部分88、90包括空心圆柱形轴，它具有从一端伸出的凸缘92。从内轴的每一部分88和90的内周边表面的一端突出的是一组突耳94，用于移动弹簧66。

内轴88和90的部分安装成、圆柱形部分通过空心外轴84而伸展，凸缘92毗连并伸展于轴84的端部之外。两个部分88和90是联锁的，所以它们能相互移动分开，但不能相对另一个进行转动。通过将弹簧66在持久的张力下安装于相对的突耳94组之间，两个部分88和90被一起夹持在摩擦啮合中。此张力另外还迫使这些部分的凸缘92与外轴84进行摩擦啮合，从而在正常情况下，当外轴84受驱动时，内、外轴一起旋转。

围绕外轴84的外周边，在内轴的凸缘92的附近安装着两个相对的椭圆形轮96。这些椭圆形轮96可例如借助电磁铁发出的小脉冲，选择性地从图15所示的空档位置，此时它们与内或外轴均不啮合，转动至如图16所示的推力位置，在此推力位置时，它们啮合内轴的凸缘92。当处于推力位置时，椭圆形轮96接触内轴凸缘92的内部分，从而摩擦性地咬合表面。椭圆形轮96的随后转动迫使内轴与外轴84脱开啮合。进一步转动使椭圆形轮96回复至正常的空档位置，在此点上，内轴移动返回至与外轴84的啮合。

与前述一样，马达68驱动两根空心传动轴A和B的外轴。当每一传动装置的椭圆形轮96位于它们的空档位置时，内和外轴之间的摩擦性啮合如图12(a)所示地引起内轴88和90与外轴84一同旋转，这转而又引起环形弹簧66在一个点上受空心传动轴A的驱动，同时在另一点上受第二轴B的驱动。如果每一轴的速度相同，这意味，弹簧66的运动速度沿其长度不变，输出传动轮62在常速下被其与弹簧66的啮合所驱动。但是，如果椭圆形轮运动至它们在传动轴之一A或B上的推力位置，则此传动装置的内和外轴的啮合脱开，内轴旋转停止，这转而又阻止弹簧66通过轴的进一步运动。这造成弹簧在两个点受驱动的速度不同，引起弹簧66的局部扩张或收缩，这转而又引起输出传动轮62受驱动的速度改变。

例如，如果图13中的弹簧按顺时针加以驱动，轴B的椭圆形轮96至推力位置的运动将使内和外轴脱开啮合，阻止内轴的运动。这阻止弹簧66通过轴B的运动。但是，由于弹簧66通过轴A的运动速率不变，这引起弹簧66在传动轮62上缩短，从而弹簧的张力局部增加。这样，传动轮62的速度增加。当轴B的椭圆形轮运动至它们的空档位置时，空心传动轴重又同步地运行，弹簧66回复至其平衡位置。

相反，如果传动器A的椭圆形轮96被移动至推力位置，这将阻止传动器A的内轴运动，从而将减慢或停止弹簧在该点的运动。但是，由于弹簧66通过轴B的运动速率是不变的，这将引起弹簧66在输出传动轮上加长，从而局部减少弹簧的张力。这样，轮子的速度减少。

应用椭圆形轮子96相对外轴84移动内轴可避免必须使用高功率的致动器。这是优越性。但是，作为一种替代方案，还可能应用某些液压致动器形式使内轴从外轴移开。

前述每一传动系统提供连续变速的可能性。但是，在某些应用中，需使用一种简单的自动齿轮传动装置，它能在很短时间内加速至特定速度，然后停止，例如在汽车起动器马达中那样。提供此种系统的一个方法是通过不同尺寸的齿轮连接两台传动装置，齿轮的相对尺寸取决于加速至要求速度所必须的时间。

图17表示一种传动系统，它包括两根相对并基本为平行的空心传动轴A和B。在传动轴A和B的一端设置着一个输出传动轮62，而在另一端设置着一个导向轮64。在运行中，空心轴电动马达97啮合传动器A，电动马达97就是为驱动轴A而设置。如前述一样，通过每一空心轴A和B而伸展，并围绕输出传动轮62和导向轮64的是环形可伸展构件66，在此处为弹簧。其布置是这样的，即通过空心传动轴而伸展的弹簧部分是基本平行的。

与前述相同，从内轴的内周边表面伸出的是一组用于驱动弹簧66的突耳94。

围绕每一传动轴A、B而伸展并连接于此的是齿轮98和100，齿轮98和100用于与另一轴上的齿轮咬合，见图18。围绕轴A而伸展的齿轮98所具的直径小于围绕轴B而伸展的齿轮。由于轴A连接至电动马达97，两个齿轮中较小的一个98，即传动齿轮，能被驱动，它转而又驱动较大的一个100，即从动齿轮。由于齿轮98和100的直径不同，这意味，空心传动轴以不同速度进行旋转。这逐渐引起绕组66在输出传动轮62上伸展，引起它转动得更快。

为阻止弹簧无限地伸展，每一传动轴A、B设置有自动停止装置，用于当达到特定的弹簧张力时，自动停止进一步伸展。为此目的，每一传动轴A、B包括圆柱形外轴102，它围绕更长的圆柱形内轴104而伸展，内轴104在两端安装有法兰。在内轴104的一端是压缩弹簧105，它们靠压在其法兰106上，此外还靠压在外轴102的端部上。在内轴104的另一端设置有联锁装置108，它们与外轴102端部上的相同装置进行联锁，这样，内轴104在纵向可从外轴移开，且能与其一起旋转。

在开始位置，外和内轴102和104被联锁，因而外轴102的旋转引起内轴104的旋转，弹簧66沿其长度均匀受到张力。当马达97起动时，传动齿轮98以第一速度旋转，并以较慢的第二速度驱动从动齿轮100。这引起弹簧66逐渐伸展，它转而又引起输出传动轮旋转得更快。当弹簧66达到特定张力时，弹簧66与突耳94的啮合足以克服压缩弹簧105的牵引作用，这使内轴104得以向前移动，与外轴102脱离啮合。内轴104逐渐停止旋转，并停止驱动弹簧66向前。这引起弹簧66的张力下降，直至这一时刻，即压缩弹簧105能将内轴104拖回至与外轴102的啮合，在此阶段，过程重新开始。这样，弹簧66的伸展自动受到限制，从而它不会变成过度受力，并提供了一种传动装置，它加速，然后保持于常速。

一旦传动系统已达到其要求速度，且不再要求时，它可被切断。但是，重要的是将其回复至开始位置以便稍后的应用。为确保这一点，设置了致动器108。此致动器108由主要马达的发电机(例如汽车的直流发电机)的增大的输出量加以激励。它在传动装置A的内轴104的最靠近压缩弹簧103的端部上作用，逆着压缩弹簧105的作用而推动，以便将内轴104与其外轴102脱开。连接至致动器108，实际上是连接至电动马达94的是复位检测器110，它设置在输出传动轮62的邻近。当传动装置A被脱开，传动装置B继续围绕弹簧66的封闭路径送进弹簧66，这引起弹簧66的张力围绕传动轮62而松弛，直至弹簧66最终顶离输出轮62。当顶离发生时，弹簧66靠在复位检测器110上，它送出信号，信号引起致动器108和马达107切断。这样，传动系统就自动回复至其开始位置。

虽然图17的装置具有机械装置，即弹簧，以便脱开内、外轴。但应注意到，液压致动器也可应用。

示于图9、13和17中的系统的输出传动轮62的速度改变如下，即通过在输出轮一侧的一个点上驱动环形构件66，而在输出轮相对侧的另一点上或增加或降低其速度，或完全停止其移动。这形成构件的局部伸展或收缩，从而改变其围绕输出传动轮的张力。这引起输出速度的改变。

虽然前述系统的输出传动轴装有圆形轮，但将看到，它们可装有任何合适形状的构件。例如，如图19所示，输出轴可装有“梨”形构件112。此类型轴在以下应用中是有用的，其中，例如在高压缩的发动机中要求非均匀的输出功率循环。此外，虽然输出传动轮62和导向轮64被表示成尺寸相同，当然，它们也可不同，如于图20所示。特别在以下情况这可能是有用的，其中导向轮64以及输出传动轮62的尺寸不同，并根据具体应用对速度的要求，将每一轮用作传动装置。这样，传动系统可具有低速模式，这时两个轮中的较大轮被用作传动装置，以及高速输出模式，这时两个轮中的较小轮被用作传动装置。这对以下情况可能是有用的，例如用于洗衣机马达，它们必须在高“自旋”模式和在较低速度的正常模式下运行。

当导向轮64和传动轮62中的每一个被用作传动装置时，它们可连接在一起，如图21所示的，应用例如相互咬合的齿轮114和116，齿轮114和116分别安装在它们相应的输出轴C和D上。如将看到的，齿轮按如此的方式连接在一起，即如图22所示的，它们按相反方向旋转。在此实例中，最终输出仅由轴E获取。当传动轮62被直接驱动，轴E上的输出在第一方向旋转。当导向轮64被直接驱动时，这引起齿轮116旋转，它转而又驱动另一齿轮114，但方向与输出传动轮被用作主要传动装置时的方向相反。这样，传动装置可完全逆向。

如将看到的，在上述每一传动装置中，弹簧28的性能的改变取决于所用钢材的剖面、节距和直径，还可通过所应用材料的质量和厚度加以改变。特定的弹簧特征将依赖于所需的应用。例如，假如传动装置必须十分紧凑，所用的弹簧将较短。但是，弹簧28可绕缠成，在相邻线圈之间有足够的间隙以安放马达的突耳。此外，弹簧28最好在其端部相连接以形成环形路径之前具有圆形剖面，以便将运行中通过弯曲的能量损失降至最小，并降低弹簧中的张力。

在前述变速传动装置中应用的传动轮可具有窄缝，这些窄缝形成于接触弹簧28的表面中。这减少弹簧打滑的可能。这在低的传动轮速度/弹簧速度的比例时更为重要。在较高比例时，增大的弹簧张力足以避免滑移，而弹簧的线圈只是在窄缝上移动，或者绕组与传动轮啮合的角度改变。

上述传动装置的一个应用是常规内燃机中使用的起动器马达。这样的内燃机必须起动得足够快，以产生汽缸的连续点火。为达到此目的，现代高压缩发动机要求相当的扭矩。一般，使用大功率的电起动器马达，它要求对其使用电源的螺旋管切换，以及重负载的电池以便足够快地提供电流。电动马达在每分钟高转数时能最有效地提供力学输出量。但是，在普通系统中，起动器啮合发动机中的大齿轮，因此转数下降，从而发动机在其每分钟最小转数之上只进行稍许的加速。但是在实际中，更有效和更快的起动只能通过将发动机加速至每分钟高得多的转数才能获得。

如果将实施本发明的变速传动装置用作起动马达，则该马达的尺寸将减少，或许不必要具有螺旋管切换。这是因为弹簧传动装置起低比例下的减速齿轮传动装置的作用，因而发动机中不要求有大齿轮，电池的尺寸也可大大缩小。估计实施本发明的变速传动装置的重量通常为普通起动马达的一半。这是有利的，因为它降低发动机的整体重量以及整体成本。

因为实施本发明的变速传动装置轻于在前技术的同样的传动装置，这减少震动。这是非常有利的。本发明的另一优点是摩擦低于普通传动装置中的摩擦。这将提高整体效率。

实施本发明的传动装置适用于许多家用机器，诸如干燥机和洗衣机，通常它们应用的电动马达具有不一定必要的大功率，这样，速度能进行电的控制。实施本发明的传动装置得以应用功率较小的马达。

要注意的是，上述传动装置还可逆向以提供发电机，这些机械中的每一台均按相同原理运行，即通过改变弹性构件的长度，或通过以不同速率在两个不同点上驱动此构件，从而产生此构件的局部扩张或收缩。

虽然上述马达是旋转的，但要注意的是，线性或管状马达也可应用，以围绕弹性构件的环形路径驱动此弹性构件。此外，弹性构件可以是带或管，而不是弹簧或绕组。这时，脉冲定相的线性或管状电动马达被用作传动装置，材料(例如铁块)被设置在沿构件长度的间隔的间距中，此种材料能被马达进行磁力吸引或排斥。这样，通过对传动装置施加脉冲，弹性构件就能围绕其环形路径被驱动。通过测量相邻金属块在输出传动装置附近的间距，就能确定在输出处的速度。通过比较在输出传动装置两侧的带或管的金属块的间隔，就能计算功率被传送的真正速率。

要注意的是，本发明的原理已通过仅为举例用的实例加以披露，对此原理可以不同方法加以完善。本领域的那些技术人员将容易地认识到可进行修正和改变，不一定要严格遵循此文中展示和描述的举例性应用。

Claims (37)

1．一种变速传动装置，该变速传动装置包括传动器、输出传动器和环形可伸展构件，环形可伸展构件由传动器加以驱动，围绕输出传动装置而伸展，并驱动输出传动器，其特征在于，传动器可在运行中以第一速度在第一驱动位置驱动环形构件，并设置了装置，用以改变环形构件在第二点的速度，或停止环形构件的移动，从而引起围绕输出传动器的环形构件的局部扩张或收缩。

2．如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，用于改变或停止环形构件的装置可进行运行，用以在驱动位置中的一个驱动位置上将环形构件的速度降低至基本为零，这样，环形构件基本被阻止移动通过该点。

3．如权利要求1或2所述的传动装置，其特征在于，环形可伸展构件是环形绕组或弹簧、或带或管。

4．如权利要求3所述的变速传动装置，其特征在于，环形构件是弹簧或绕组，传动工具包括两根空心传动轴。

5．如权利要求4所述的变速传动装置，其特征在于，空心传动轴由同一马达加以驱动。

6．如权利要求4或5所述的变速传动装置，其特征在于，一个或多个突耳从每一空心传动轴的内周边表面向下垂挂，用于定位在弹簧或绕组的相邻线圈之间，这样，当每一空心传动轴旋转时，弹簧借助连贯的线圈与旋转突耳或与每一旋转突耳的啮合而向前推进。

7．如权利要求6所述的变速传动装置，其特征在于，设置了一对突耳，对中的每一突耳位于弹簧的相邻线圈之间，但与另一个按以下方式进行偏移，即对中的第一个突耳接触相邻线圈的前一个线圈，而对中的第二个突耳接触线圈的后一个。

8．如权利要求6或7所述的变速传动装置，其特征在于，两个或多个突耳相互相对地加以设置。

9．如权利要求4至7中任一权利要求所述的变速传动装置，其特征在于，若干突耳组设置在空心传动轴的相对端部上。

10．如权利要求4至9中任一权利要求所述的变速传动装置，其特征在于，每一空心传动轴包括内空心圆柱形轴，此内空心圆柱形轴可脱开地连接至外空心圆柱形轴，外空心圆柱形轴由输出马达加以驱动。

11．如权利要求10所述的变速传动装置，其特征在于，用于改变速度或停止环形构件的装置能在运行中将内轴与外轴脱开。

12．如权利要求11所述的变速传动装置，其特征在于，用于改变速度或停止环形构件的装置是液压装置。

13．如权利要求10或11或12所述的变速传动装置，其特征在于，用于改变速度或减缓的装置包括制动机构，此制动机构用于至少制止内轴中一根内轴的运动，从而将其与相应的外轴脱离开，这样，环形弹簧通过轴的速度能被降低，或甚至成零。

14．如权利要求11所述的变速传动装置，其特征在于，用于改变速度或停止可伸展构件的装置包括压缩弹簧，它安装在内传动轴的一端与外轴的相同端之间，其特征在于，压缩弹簧在运行中可将内轴拉入与外轴的驱动啮合中，直至达到环形弹簧的预定张力，在此阶段，内轴移动，脱离与外轴的啮合。

15．如权利要求14所述的变速传动装置，该变速传动装置包括致动器，该致动器在运行中能检测何时切断传动器，并使内轴之一逆着弹簧的作用而移动，脱离与外轴的啮合，从而使该内轴与外轴脱开耦合。

16．如权利要求15所述的变速传动装置，其特征在于，设置了检测器，用以检测弹簧的松弛以及切断驱动外轴的马达，从而将传动装置回复至起始位置。

17．如权利要求10至16中任一权利要求所述的变速传动装置，其特征在于，内轴具有两个独立的但联锁的部分，这两个部分能沿纵向移动而相互分开，每一部分可脱开地安装成与外传动轴处于驱动啮合中，其特征在于，用于改变环形构件速度或制止环形构件移动通过第二点的装置包括这样的装置，该装置用于将内轴的部分从它们的从动位置移动至它们与外轴脱离耦合的位置。

18．如权利要求17所述的变速传动装置，其特征在于，用于移动内轴的部分的装置是液压装置。

19．如权利要求17所述的变速传动装置，其特征在于，用于移动内轴的部分的装置包括椭圆形轮，这些椭圆形轮可旋转至与内轴的部分进行啮合，从而推动内轴的部分相互分开，并与外轴脱离驱动啮合。

20．如前述权利要求中任一权利要求的变速传动装置，其特征在于，传动构件设置在输出传动器上，而环形可伸展构件则围绕传动构件而绕缠，传动构件可以是圆形或“梨”形或椭圆形的。

21．如权利要求2至20中任一权利要求的变速传动装置，其特征在于，设置了检测器，用于检测弹性构件的扩张或收缩，并从而检测输出传动器的速度的改变。

22．如权利要求21所述的变速传动装置，其特征在于，当弹性构件为弹簧时，检测器可在运行中监视相邻线圈的分离，从而获得弹簧的扩张或收缩的数值，因而也就是其速度的数值。

23．如权利要求22所述的变速传动装置，该变速传动装置包括位于输出传动器相对侧的两个检测器以及比较器，比较器用于比较线圈的分离，从而计算功率传输率。

24．一种变速传动装置，该变速传动装置包括传动器、可移动构件、输出传动器和环形弹性构件，环形弹性构件由所述传动器加以驱动，并围绕输出传动器和可移动构件而伸展，其特征在于，弹性构件在输出传动器上面的移动引起所述输出传动器移动，而可移动构件的移动则扩张或收缩弹性构件，从而改变其总体长度，也就改变输出传动器受驱动的速度。

25．如权利要求24所述的变速传动装置，该变速传动装置包括两件间隔开的可移动定位构件，弹簧位于它们之间，这两件构件安装成相互相对是固定的，但可相对马达而移动，这样，当在一个方向移动时，使弹簧啮合可移动构件中的第一构件，并能在第一方向移动第二传动轴，而当在另一方向移动时，引起弹簧啮合构件中的第二构件，并能在第二方向移动第二传动轴，从而提供一种可逆向传动装置。

26．如权利要求24或25所述的变速传动装置，其特征在于，可移动构件或每一可移动构件包括轮子。

27．如权利要求24至26中任一权利要求所述的变速传动装置，其特征在于，弹性构件是弹簧或绕组。

28．如权利要求24至27中任一权利要求所述的变速传动装置，其特征在于，传动器包括空心传动轴，在其上设置了传动工具，用于与弹性构件相互作用，从而移动它。

29．如权利要求28所述的变速传动装置，当权利要求28从属于权利要求27时，其特征在于，传动工具包括突耳，该突耳从空心传动轴的内壁垂下，用于定位在弹簧的线圈之间，这样，当空心传动轴旋转时，弹簧通过连续线圈与旋转着的突耳的啮合，被向前推进。

30．如权利要求29所述的变速传动装置，其特征在于，设置了两个或多个突耳。

31．如权利要求30所述的变速传动装置，其特征在于，突耳或每一突耳设置有滚轴轴承，滚轴轴承提供了与弹簧线圈啮合的表面，从而减少了摩擦效应。

32．如权利要求24至31中任一权利要求所述的变速传动装置，其特征在于，传动轮设置在输出传动器上，弹簧构件围绕传动轮而绕缠。

33．如权利要求24至32中任一权利要求所述的变速传动装置，其特征在于，设置了检测器，用于检测弹性构件的任何扩张或收缩，从而检测了传动装置的速度改变，以及传输至输出传动器的功率传输率。

34．如权利要求33所述的变速传动装置，当权利要求33直接或简接从属于权利要求27时，其特征在于，检测器在运行中能监视弹簧或绕组的相邻线圈的间隔，从而获得弹簧的扩张或收缩的数值。

35．如权利要求24至27中任一权利要求所述的变速传动装置，其特征在于，弹性构件是弹性带/管。

36．如权利要求35所述的变速传动装置，其特征在于，传动装置是线性电动马达。

37．如权利要求36所述的变速传动装置，其特征在于，材料安装在沿带的长度均匀间隔的间距上，该材料能被磁场引吸和/或推斥。

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