專利名稱：同步分段互換滑輪傳動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳動(dòng)系統(tǒng)，并且更特別地涉及多傳動(dòng)比傳動(dòng)。
背景技術(shù)：
在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)，已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試以開(kāi)發(fā)能夠在載荷下?lián)Q 檔的多傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置。這種傳動(dòng)系統(tǒng)的潛在應(yīng)用是很多的，包括機(jī) 動(dòng)車輛、人力車輛、海事船舶和甚至用于發(fā)電的渦輪機(jī)。
授予Tygard的美國(guó)專利No.1428999公開(kāi)了一種傳動(dòng)系統(tǒng)，該傳 動(dòng)系統(tǒng)具有軸向接合的、同心可嵌套的邊緣以便改變驅(qū)動(dòng)滑輪直徑。 授予Caballeros的美國(guó)專利No.2827795公開(kāi)了一種類似設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì) 使用滑輪段的圓錐形陣列。授予Ha的美國(guó)專利No.5443423和 No.5637046，以及授予Gmich的美國(guó)專利No.6267699分別公開(kāi)了特別 設(shè)計(jì)用于汽車和自行車應(yīng)用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。開(kāi)發(fā)多傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置的其 它技術(shù)方法有很多。最常見(jiàn)的特征是兩個(gè)滑輪由環(huán)形柔性構(gòu)件連接， 并具有改變一個(gè)或多個(gè)滑輪的直徑的徑向移動(dòng)構(gòu)件；或由相對(duì)的圓錐 形槽輪半部組成的滑輪，環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在該槽輪半部之間被張緊和壓 縮，從而通過(guò)軸向移動(dòng)相對(duì)的槽輪半部產(chǎn)生動(dòng)力傳動(dòng)的連續(xù)可變的傳 動(dòng)比，以便控制環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件所包圍的半徑。其它型式使用增強(qiáng)的圓 錐形部件。某些機(jī)械問(wèn)題一直影響無(wú)離合器的多傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置，限制了它 們的推廣應(yīng)用；特別地，在實(shí)際應(yīng)用中限制了這種傳動(dòng)系統(tǒng)在高速或 較大載荷下有效地且高效地工作的能力。此外，棘輪效應(yīng)、打滑和張 緊問(wèn)題可通過(guò)減小可靠性、增加磨損等而限制這種系統(tǒng)的商業(yè)生存性。
因此，需要新穎的多傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種分段的滑輪傳動(dòng)裝置，包括
旋轉(zhuǎn)地安裝在軸上的滑輪組件，所述滑輪組件包括核心滑輪，該 核心滑輪在其周邊表面上具有第一組配合特征；
滑輪段組，包括許多滑輪段，這些滑輪段可滑動(dòng)地安裝在所述滑 輪組件中并布置在與所述核心滑輪同心的環(huán)中，可單獨(dú)地致動(dòng)所述滑 輪段使其離開(kāi)所述滑輪組件而進(jìn)入接合位置和進(jìn)入所述滑輪組件而進(jìn) 入非接合位置，并且所述滑輪段在周邊表面上具有匹配所述第一組配 合特征的第二組配合特征，
環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，它在內(nèi)表面上具有相應(yīng)的配合特征，用來(lái)接合所 述核心滑輪和處于接合位置的所述滑輪段的所述第一和第二組配合特 征，其中所述環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和核心滑輪之間的接觸限定接觸區(qū)域；
致動(dòng)器，當(dāng)所述滑輪段在所述接觸區(qū)域之外時(shí)，該致動(dòng)器用來(lái)在 所述接合和非接合位置之間致動(dòng)所述滑輪段；
其中，在所述滑輪段組中的所述關(guān)鍵滑輪段的一個(gè)是如下關(guān)鍵滑 輪段該關(guān)鍵滑輪段相對(duì)于所述核心滑輪布置成當(dāng)所述關(guān)鍵滑輪段被 致動(dòng)到所述接合位置并且旋轉(zhuǎn)到所述接觸區(qū)域中時(shí)，所述環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu) 件的所述相應(yīng)的配合特征接合所述核心滑輪的所述第一組配合特征和 所述關(guān)鍵滑輪段的所述第二組配合特征，而不會(huì)在與滑輪段的接合點(diǎn) 和與核心滑輪的接合點(diǎn)之間的環(huán)形構(gòu)件中引入顯著的松弛或干涉。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種分段的滑輪傳動(dòng)裝置，包括: 旋轉(zhuǎn)地安裝在軸上的滑輪組件，所述滑輪組件包括核心滑輪，該核心滑輪在其周邊表面上具有第一組配合特征，所述滑輪組件也包括 由所述核心滑輪分開(kāi)的第一圓盤傳送帶和第二圓盤傳送帶；
滑輪段組，包括可滑動(dòng)地安裝在所述第一圓盤傳送帶中的第一滑 輪段子組和可滑動(dòng)地安裝在所述第二圓盤傳送帶中的第二滑輪段子 組，所述第一和第二滑輪段子組布置在與所述核心滑輪同心的環(huán)中， 可單獨(dú)地致動(dòng)所述第一滑輪段子組的所述滑輪段使其離開(kāi)所述第一圓 盤傳送帶并向著所述第二圓盤傳送帶，可單獨(dú)地致動(dòng)所述第二滑輪段 子組的所述滑輪段使其離開(kāi)所述第二圓盤傳送帶并向著所述第一圓盤 傳送帶，所述第一和第二滑輪段子組的所述滑輪段布置成相互交織并 提供比所述核心滑輪大的虛擬滑輪。
本發(fā)明的一個(gè)特征是同步化方法。 一些滑輪段被設(shè)計(jì)成且被指定 為關(guān)鍵滑輪段，在從一個(gè)滑輪段組到另一個(gè)滑輪段組的過(guò)渡期間，該 關(guān)鍵滑輪段同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件與不同半徑的多個(gè)滑輪段組中的校 準(zhǔn)的滑輪段的接合。通過(guò)利用關(guān)鍵滑輪段而使環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件與滑輪段 一個(gè)接一個(gè)地精確接合，本發(fā)明已經(jīng)克服了關(guān)于在較大載荷下的高速 傳動(dòng)比變化的重要限制。
本發(fā)明可以以高效的方式提供多個(gè)齒輪傳動(dòng)比。由于滑輪段組之 間的過(guò)渡不需要離合器，因此在力的傳動(dòng)中沒(méi)有強(qiáng)制的暫停。此外， 由于在改變傳動(dòng)比中具有減小的損失，因此傳動(dòng)比的范圍可以被擴(kuò)大， 特別地向著提供給車輛中的發(fā)動(dòng)機(jī)的較低的傳動(dòng)比。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以提 高加速度，使得較小的、高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)更加適合于許多應(yīng)用，并且 此外，將增加面向性能的車輛的加速度。
通過(guò)參考以下說(shuō)明、權(quán)利要求和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一步 理解和領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的這些和其它特征、優(yōu)點(diǎn)和目的。


為使本發(fā)明易于理解，在附圖中以例子的方式示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖1示出滑輪組件的一部分的透視圖。圖2示出滑輪段的透視圖。圖3示出核心滑輪和滑輪段組的側(cè)視剖視圖。圖4示出了滑輪段組的接合的透視側(cè)視圖。從下文提供的詳細(xì)描述將清楚本發(fā)明的另外細(xì)節(jié)及其優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及在載荷下改變傳動(dòng)比的動(dòng)力傳動(dòng)裝置的一部分，并且 涉及分成多個(gè)段的多個(gè)滑輪，這些段在通道內(nèi)或在軌道上沿旋轉(zhuǎn)軸線 移動(dòng)進(jìn)入和離開(kāi)帶齒的帶或鏈條的路徑。在本傳動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)多個(gè)帶 齒的、同心的且共軸的滑輪的段沿著通道或軌道，從所述帶或鏈條的 任一側(cè)軸向移動(dòng)進(jìn)入或離開(kāi)帶齒的帶或鏈條的路徑時(shí)，滑輪段運(yùn)動(dòng)由 同步和定時(shí)系統(tǒng)協(xié)調(diào)，并且滑輪段的協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)允許所述帶或鏈條在 多個(gè)同心的滑輪之間改變接合，而不中斷它們的旋轉(zhuǎn)或通過(guò)帶或鏈條 的動(dòng)力的傳遞。這通過(guò)下述實(shí)現(xiàn)使得帶的齒能夠由至少一個(gè)帶齒的 滑輪連續(xù)地接合，并且在過(guò)渡中，當(dāng)帶在滑輪之間改變接合時(shí)，帶的 齒在一些點(diǎn)處由正在接合的和正在脫離的滑輪接合。帶齒的帶可以是 將動(dòng)力傳遞到規(guī)則的滑輪，或者從規(guī)則的滑輪接收動(dòng)力，或者是本發(fā) 明的仿制例。圖1至3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的滑輪傳動(dòng)裝置20。滑輪傳動(dòng) 裝置20具有滑輪外殼24，該滑輪外殼具有一對(duì)支撐架28。軸32可旋 轉(zhuǎn)地安裝在支撐架28上?；喗M件36固定地安裝在軸32上?；喗M 件36具有滑輪組件框架40，而該滑輪組件框架40具有由核心滑輪45 跨過(guò)的兩個(gè)圓盤傳送帶44a, 44b。核心滑輪在其周邊表面上具有配合 特征，即齒。圓盤傳送帶44a， 44b彼此間隔開(kāi)以在其間并且在滑輪組 件36周圍提供周向通道46，環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47可以運(yùn)動(dòng)穿過(guò)該周向通 道。圓盤傳送帶44a， 44b具有多個(gè)滑輪段48，這些滑輪段布置在圍繞軸32的同心圓中。滑輪段48安裝在圓盤傳送帶44a， 44b中使得它們 能夠沿軸32的軸向方向滑動(dòng)。特別地，安裝在圓盤傳送帶44a中的滑 輪段48可操作地朝圓盤傳送帶44b滑動(dòng)。相應(yīng)地，安裝在圓盤傳送帶 44b中的滑輪段48可操作地朝圓盤傳送帶44a滑動(dòng)。圓盤傳送帶44a， 44b的滑輪段48交替地角向偏移使得它們當(dāng)朝向彼此被推動(dòng)時(shí)交錯(cuò)?；喍?8示出為布置在兩個(gè)圓盤傳送帶44a， 44b上的同心圓中。 集體地，每個(gè)圓盤傳送帶44a， 44b的對(duì)應(yīng)同心圓的滑輪段48形成滑輪 段組。總體上，滑輪組件36具有總共六個(gè)滑輪段組，六個(gè)滑輪段組中 最里面的四個(gè)組示出為偏離圓盤傳送帶44a， 44b以形成虛擬滑輪。每 個(gè)滑輪段組由兩個(gè)滑輪段子組構(gòu)成，該子組中的一個(gè)安裝在圓盤傳送 帶44a中并且該子組中的另一個(gè)安裝在圓盤傳送帶44b中?；喍谓M中的滑輪段48從環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47所穿過(guò)的通道的任一 側(cè)交替地排列，使得滑輪段可被支撐成緊鄰下一個(gè)較大或較小的滑輪 段組中的滑輪段，而在期間沒(méi)有圓盤傳送帶44a， 44b的支撐材料或結(jié) 構(gòu)，使用在半徑附近排列的保持和引導(dǎo)軌道或通道使得它們形成堅(jiān)固 的徑向支柱，徑向支柱在相對(duì)面上在軌道或通道之間保持和引導(dǎo)滑輪 部分。滑輪組件中的滑輪段組表征保持在兩個(gè)位置中的一個(gè)位置中的滑輪段在"接合位置"中，其中滑輪段與環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件軸向?qū)R并且 可與該環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件接合；或者在"非接合位置"中，其中滑輪段軸向定位成離開(kāi)環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的路徑并因此將不與環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件接合。圓盤傳送帶44a中的滑輪段48中的每一個(gè)具有支柱68，該支柱被 確定尺寸以由相對(duì)的圓盤傳送帶44b中的相應(yīng)的孔72牢固地容納。相 應(yīng)地，圓盤傳送帶44b中的滑輪段48中的每一個(gè)具有支柱68，該支柱 被確定尺寸以由相對(duì)的圓盤傳送帶44a中的相應(yīng)的孔72牢固地容納。協(xié)作的滑輪76可旋轉(zhuǎn)地安裝到外殼24上并且圍繞其外周邊具有 多個(gè)齒。協(xié)作的滑輪76的外周邊上的齒的形狀和"齒距"與滑輪段48 的相匹配。促動(dòng)器80聯(lián)接到每個(gè)滑輪段48和滑輪組件框架40。促動(dòng)器80 向著和離開(kāi)相對(duì)的圓盤傳送帶氣動(dòng)地移動(dòng)滑輪段48。傳感器84固定到外殼24并且可用于檢測(cè)滑輪組件36的旋轉(zhuǎn)位 置、方向和速度。傳感器84將位置和速度信息傳輸?shù)蕉ㄐ蚱?8。定序 器88也與促動(dòng)器80通訊并且控制促動(dòng)器80。惰輪和張緊輪(未示出)鄰近滑輪組件。惰輪是在軸承或襯套上 自由旋轉(zhuǎn)的滑輪，該軸承或襯套安裝在張緊輪上。惰輪的目的是張緊 環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的松弛部分，并且阻止環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件產(chǎn)生棘輪效應(yīng)、打 滑或者以其它方式干涉任何滑輪段?；喗M件通過(guò)襯套或軸承在外殼中在軸線上自由旋轉(zhuǎn)。動(dòng)力通過(guò) 滑輪組件的旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)奖景l(fā)明或者從本發(fā)明傳輸，可能通過(guò)結(jié)合到滑 輪組件中的軸或齒輪或滑輪。參考圖2，滑輪段48示出為具有與環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的特征相配 合的以帶齒表面52形式的特征，和兩個(gè)橫向面56。在帶齒表面52上 的齒的形狀和齒之間的間隔或"齒距"對(duì)于滑輪段48的每一個(gè)是共同 的并且對(duì)應(yīng)于環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的齒和齒距。每個(gè)橫向面56具有通道 60，該通道容納圓盤傳送帶44a， 44b的配合的軌道特征并且允許滑輪 段48軸向滑動(dòng)進(jìn)入和離開(kāi)圓盤傳送帶44a， 44b?；喍?8在它們的帶齒表面52上各具有齒，用于與環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu) 件47相接合，并且在它們的面56上也具有通道60，該通道與圓盤傳 送帶44a上的相應(yīng)軌道相配合以引導(dǎo)它們的軸向運(yùn)動(dòng)。這些軌道可被潤(rùn)滑或者裝配有軸承或襯套以減少摩擦。滑輪段組合在多個(gè)組中，每個(gè) 組是同心的滑輪段的環(huán)， 一起用作整個(gè)滑輪。指定為"關(guān)鍵"滑輪段的一個(gè)或多個(gè)滑輪段48是從較小滑輪段組 的過(guò)渡中涉及的初始滑輪段和在到較小滑輪段組的過(guò)渡中涉及的最后 滑輪段。關(guān)鍵滑輪段由它們的與一個(gè)或多個(gè)較小滑輪段組的角關(guān)系限 定。特別地，當(dāng)關(guān)鍵滑輪段移動(dòng)進(jìn)入接合位置時(shí)，關(guān)鍵滑輪段的周向 位置允許它與環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47接合，同時(shí)環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47仍舊與較 小滑輪段組接合，而沒(méi)有將明顯的干涉或松弛引入到環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47。 這通過(guò)設(shè)計(jì)關(guān)鍵滑輪段并將關(guān)鍵滑輪段放置在一個(gè)位置而實(shí)現(xiàn)，在該 位置中，當(dāng)環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的齒與關(guān)鍵滑輪段的齒和較小滑輪段組的鄰 近滑輪段的齒接合時(shí)，沒(méi)有引入明顯的干涉或松弛。即，如環(huán)形驅(qū)動(dòng) 構(gòu)件47跨過(guò)的關(guān)鍵滑輪段的齒和較小滑輪段組的齒之間的距離大致等 于環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的齒之間的相同間隔的倍數(shù)。每個(gè)滑輪組的滑輪段48以一模式交替地排列在滑輪組件的每側(cè) 上，該模式提供滑輪組件增加的強(qiáng)度。因此，當(dāng)促動(dòng)同心的滑輪段組 的滑輪段48使其進(jìn)入它們的接合位置時(shí)，滑輪段48與圓盤傳送帶44A 和圓盤傳送帶44B交錯(cuò)以形成虛擬滑輪。停止在它們的非接合位置中 的滑輪段布置在環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的路徑的任一側(cè)上。本設(shè)計(jì)允許滑輪段48被保持并借助軌道或通道沿著它們的面56 被引導(dǎo)，使得滑輪段組之間的徑向距離在滑輪段48的面52之間沒(méi)有 引導(dǎo)或支撐結(jié)構(gòu)的情況下可減少，這可以彼此更鄰近地嵌套滑輪段組。圖3示出核心滑輪45和直接圍繞核心滑輪45的兩個(gè)滑輪段組的 截面視圖。環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47示出為與核心滑輪45和滑輪段48相接合。 環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47是沿著其內(nèi)周邊具有接合特征的帶。特別地，接合特 征是大致與滑輪段48的齒相配合的齒。環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47與一個(gè)或多個(gè)滑輪段組中的滑輪段48接合并且 同時(shí)與協(xié)作的滑輪76接合。當(dāng)由定序器88控制時(shí)，每個(gè)滑輪段48通過(guò)促動(dòng)器80沿軸向方向 單獨(dú)移動(dòng)，從其非接合位置到其接合位置以及從其接合位置到其非接 合位置。滑輪段運(yùn)動(dòng)的定序和同步以機(jī)械方式或通過(guò)傳感器和促動(dòng)器的電 子或計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。定序器的目的是控制滑輪段的促動(dòng)，并且主 要地控制每個(gè)滑輪段從接合位置到非接合位置的有序運(yùn)動(dòng)，并且在適 當(dāng)時(shí)另外確?；喍瓮Ｔ谒鼈兊慕雍衔恢没蚍墙雍衔恢谩６ㄐ蚱?8確 保恰當(dāng)?shù)幕喍伟凑枕樞蚝蜁r(shí)機(jī)從它們的接合位置移動(dòng)到非接合位置 或者從它們的非接合位置移動(dòng)到接合位置，該時(shí)機(jī)最優(yōu)地保持環(huán)形驅(qū) 動(dòng)構(gòu)件在從脫離滑輪段組("初始組")過(guò)渡到接合滑輪段組("目 標(biāo)組")期間與多于一組的滑輪段接合。現(xiàn)在將參照?qǐng)D1至圖4描述滑輪傳動(dòng)裝置20的工作。在滑輪傳動(dòng) 裝置20以恒定傳動(dòng)比傳輸動(dòng)力的工作階段期間，環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件接合滑 輪段組中像正常的滑輪一樣旋轉(zhuǎn)和起作用的一組或核心滑輪，在滑輪 組件和協(xié)作的滑輪之間傳輸動(dòng)力。為此討論的目的，當(dāng)前脫離的滑輪段組將稱為"初始組"，而環(huán) 形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件正在過(guò)渡到其上的滑輪段組將稱為"目標(biāo)組"。其中，這 些術(shù)語(yǔ)中的任一個(gè)指的是較小的滑輪段組，它們也可以指核心滑輪。在工作期間，滑輪組件36中的一個(gè)或多個(gè)滑輪段組中的滑輪段 48可處于接合位置。在該位置中，最外面的滑輪段接合環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件 47，并共同地像滑輪一樣起作用以傳輸動(dòng)力。當(dāng)滑輪組件36以恒定的 傳動(dòng)比傳輸動(dòng)力時(shí)，所有的滑輪段48相對(duì)于滑輪組件36靜止。比完 全接合的滑輪段組小的滑輪段組中的滑輪段48當(dāng)處于它們的接合位置時(shí)不接觸環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47，這是因?yàn)榄h(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47僅僅接合最外面 的滑輪段48。結(jié)果，較小的滑輪段組的軸向位置并不隨之產(chǎn)生。然而， 當(dāng)處于接合位置的最大的滑輪段48縮回到非接合位置時(shí)，這些滑輪段 48可停在接合位置以準(zhǔn)備接合環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47，從而脫離環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu) 件47。比當(dāng)前接合的滑輪段組大的滑輪段組中的滑輪段48必須處于其 非接合位置，從而不來(lái)到環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47與當(dāng)前接合的滑輪段48之 間。當(dāng)接合環(huán)形構(gòu)件的最大的滑輪段組中的所有滑輪段48處于其接 合位置時(shí)，它們共同的像滑輪一樣起作用，允許滑輪組件36旋轉(zhuǎn)并通 過(guò)環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47驅(qū)動(dòng)協(xié)作的滑輪76?；蛘撸瑓f(xié)作的滑輪76可通過(guò) 環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47驅(qū)動(dòng)接合的滑輪段組和滑輪組件36。從較小的滑輪段組或核心滑輪到較大的滑輪段組的過(guò)渡現(xiàn)在參照?qǐng)D3和圖4，將描述從較小的滑輪段組或滑輪核心45到 大的滑輪段組的過(guò)渡。在從較小的滑輪段組或核心滑輪到較大的滑輪 段組的過(guò)渡中，初始組是接合環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的較小的滑輪段組。在滑 輪組件36旋轉(zhuǎn)時(shí)，希望的過(guò)渡是環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47接合較大的目標(biāo) 組中的滑輪段而不脫離初始組中的所有滑輪段48或核心滑輪45，直到 環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47被目標(biāo)組的滑輪段48完全接合。特別地，圖3示出了圍繞核心滑輪45的兩個(gè)滑輪段組。這兩個(gè)滑 輪段組中的每組均包括10個(gè)滑輪段48。緊接地包圍核心滑輪45的滑 輪段組示出為具有滑輪段48a至48j。旋轉(zhuǎn)方向示出為順時(shí)針。通常，處于接合位置的滑輪段組的大多數(shù)滑輪段48與環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu) 件接觸。角區(qū)域CZ示出為限定用于第一滑輪段組的環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件與環(huán) 形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件之間的角接觸區(qū)域。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，接觸區(qū) 域可以在滑輪段組之間變化。對(duì)于較大的滑輪段組，該接觸區(qū)域的角 大小可增大?；喍?8a是關(guān)鍵滑輪段并且被示出為與環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件接合。為了啟動(dòng)環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件從初始組到目標(biāo)組的過(guò)渡，目標(biāo)組中的一 個(gè)滑輪段首先被移動(dòng)以接合環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47，當(dāng)該滑輪段在所述角接 觸區(qū)域外時(shí)，該滑輪段被致動(dòng)器移動(dòng)到環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的路徑中。目 標(biāo)組中的該滑輪段是相對(duì)于初始組的關(guān)鍵滑輪段。該滑輪段是關(guān)鍵， 因?yàn)槟繕?biāo)組和初始組已經(jīng)在其各自的繞所述軸線的旋轉(zhuǎn)角度中被特別 對(duì)準(zhǔn)，使得環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的齒能夠適當(dāng)?shù)亟雍铣跏冀M并且該關(guān)鍵滑 輪段的齒同時(shí)不在環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47中引入顯著的松弛或干涉。這樣， 當(dāng)該關(guān)鍵滑輪段被促動(dòng)并移動(dòng)到它可接合的環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的路徑中 時(shí)，環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47將與其剛性接合，即使在滑輪組件36與協(xié)作的 滑輪76之間傳遞力。一旦這個(gè)關(guān)鍵滑輪段移動(dòng)到其接合位置，則相同滑輪段組中的每 個(gè)隨從滑輪段隨后隨著它經(jīng)過(guò)角接觸區(qū)域外部而移動(dòng)到其接合位置。 這樣，隨從滑輪段使環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件與目標(biāo)組繼續(xù)接合。在每個(gè)單獨(dú)的 滑輪段48位于接觸區(qū)域外部的時(shí)間段時(shí)期，致動(dòng)器80在任一方向上 以足以使每個(gè)單獨(dú)的滑輪段48完成其接合位置和其非接合位置之間的 移動(dòng)的速度移動(dòng)每個(gè)單獨(dú)的滑輪段48。一旦這些滑輪段48已經(jīng)移動(dòng)到其接合位置，則致動(dòng)器80和滑輪 組件36的設(shè)計(jì)將它們保持在適當(dāng)位置。當(dāng)滑輪段48位于角接觸區(qū)域外時(shí)，滑輪段48在接合位置和非接 合位置之間移動(dòng)?；喍卧诮雍衔恢煤头墙雍衔恢弥g移動(dòng)的這個(gè)旋 轉(zhuǎn)范圍是滑輪段在其作為滑輪的工作中不接觸環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的范 圍。當(dāng)目標(biāo)組中最后的滑輪段48已經(jīng)移動(dòng)到其接合位置時(shí)，目標(biāo)組中 的所有滑輪段48共同起到滑輪的作用。然后完成環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47從 初始組到目標(biāo)組的過(guò)渡，并且目標(biāo)組中的滑輪段48停在其接合位置。關(guān)鍵滑輪段在正確的時(shí)刻被致動(dòng)，并且隨后隨從滑輪段48被定序 器致動(dòng)，該定序器從系統(tǒng)控制器接收輸入信號(hào)，以將環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47 從初始組過(guò)渡到目標(biāo)組。通過(guò)由傳感器88感測(cè)的關(guān)于滑輪組件36和 滑輪段48的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度、方向和速度的輸入信號(hào)，定序器88在精 確的時(shí)刻通過(guò)相應(yīng)的致動(dòng)器80致動(dòng)關(guān)鍵滑輪段。從較大滑輪段組至較小滑輪段組或核心滑輪的過(guò)渡在從較大滑輪段組至較小滑輪段組或核心滑輪45的過(guò)渡中，當(dāng)環(huán) 形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47接合作為初始組的較大滑輪段組并且滑輪組件36旋轉(zhuǎn) 時(shí)，希望的過(guò)渡為環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47接合目標(biāo)組中的較小的滑輪段48或 核心滑輪而不脫離初始組中的滑輪段48，直到環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47接合目 標(biāo)組的滑輪段48。為了討論到較小的滑輪段組的過(guò)渡，當(dāng)提及"目標(biāo) 組"時(shí)，該目標(biāo)組也可以是核心滑輪45,這是因?yàn)閷h(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47 的接合從初始組過(guò)渡至目標(biāo)組的動(dòng)作與將環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的接合從初 始組過(guò)渡至核心滑輪45的動(dòng)作基本相同，唯一的差別為核心滑輪45本 身不由滑輪段48組成。環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的接合從較大的初始組至較小的目標(biāo)組或核心滑輪 45的過(guò)渡在許多方面類似于環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47從較小的初始組或核心滑 輪45至較大的目標(biāo)組的過(guò)渡。然而，代替關(guān)鍵滑輪段啟動(dòng)滑輪段48的 序列移動(dòng)至其接合位置，關(guān)鍵滑輪段為初始滑輪段組中的最后接觸環(huán) 形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的滑輪段，初始滑輪段組的隨后的滑輪段縮回以允許環(huán) 形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47接合較小的目標(biāo)滑輪段組。用于從較大的初始組過(guò)渡至較小的目標(biāo)組或核心滑輪45的關(guān)鍵滑 輪段以其相應(yīng)的繞所述軸線的旋轉(zhuǎn)角特別地相對(duì)于目標(biāo)組對(duì)準(zhǔn)，使得 環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的齒可以同時(shí)接合初始組的關(guān)鍵滑輪段的齒和目標(biāo)滑 輪組的隨后滑輪段的齒，而不會(huì)在環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47中引入顯著的松弛 或干涉。因此，當(dāng)在關(guān)鍵滑輪段之后的初始組的滑輪段48被致動(dòng)至非接合位置并且從環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47的路徑移出時(shí)，即使在滑輪組件36和 協(xié)作的滑輪76之間傳遞力，環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件47也將剛性接合目標(biāo)組。一 旦該關(guān)鍵滑輪段從接觸區(qū)移出，關(guān)鍵滑輪段縮回并且目標(biāo)組由環(huán)形驅(qū) 動(dòng)構(gòu)件47完全接合。本發(fā)明的一種應(yīng)用為用于車輛運(yùn)輸。本發(fā)明可增強(qiáng)汽車、摩托車、 船舶和重型機(jī)械中的同時(shí)的自動(dòng)和手動(dòng)傳動(dòng)的功能，并且給予大的效 率和其它優(yōu)點(diǎn)。在這種應(yīng)用中，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的本發(fā)明的分段滑輪傳 動(dòng)裝置可以與其它的標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)系統(tǒng)部件協(xié)作以驅(qū)動(dòng)車輛的車輪或推進(jìn) 器。分段滑輪傳動(dòng)裝置可以實(shí)施成在外殼中具有一組滑輪段、致動(dòng) 器和定序器，正常的滑輪作為協(xié)作滑輪?？蛇x地，在單個(gè)外殼中設(shè)置 兩個(gè)滑輪組件，每個(gè)滑輪組件分別配有滑輪段組、致動(dòng)器和協(xié)作的定 序器。后一種情況是有益的，這是由于每個(gè)滑輪組件組提供的傳動(dòng)比 范圍將組合而產(chǎn)生總的傳動(dòng)比范圍，該總的傳動(dòng)比范圍為兩個(gè)滑輪組 件范圍的倍數(shù)。例如，如果每個(gè)滑輪組件的最大的滑輪段組的周邊或齒數(shù)為滑輪組件的核心滑輪的三倍，則兩個(gè)滑輪組件將組合以提供相 當(dāng)于具有外滑輪段組的一個(gè)滑輪組件的傳動(dòng)比范圍，該外滑輪段組的周邊或齒數(shù)為滑輪組件的核心滑輪的九倍。定序器聯(lián)接至傳感器和其 它系統(tǒng)。在車輛的動(dòng)力傳動(dòng)裝置外部的計(jì)算機(jī)化的控制器監(jiān)視車輛的速 度、發(fā)動(dòng)機(jī)的速度、車輛駕駛員對(duì)加速器控制器的輸入、以及可用于 確定增加的性能和/或效率所需的適當(dāng)?shù)凝X輪比變化的其他數(shù)據(jù)。而該 定序器確定何時(shí)從一個(gè)滑輪段組變化至另一個(gè)滑輪段組。該定序器送 回電子信號(hào)(如果計(jì)算機(jī)化的話)，或者傳感器將產(chǎn)生數(shù)據(jù)，以告知控制 器何時(shí)開(kāi)始和完成換檔，并且明確地指示車輛現(xiàn)在的允許的齒輪比。 計(jì)算機(jī)化的控制器也可控制發(fā)動(dòng)機(jī)功能或車輛中與傳動(dòng)裝置協(xié)調(diào)的其 它功能的一些方面。定序器將控制致動(dòng)器，并在計(jì)算機(jī)化的變型中， 在計(jì)算和實(shí)施定時(shí)調(diào)節(jié)和補(bǔ)償?shù)那闆r下，向高速馬達(dá)(諸如線性馬達(dá)或螺線管，或液壓或啟動(dòng)的電子控制或其它致動(dòng)器方法)發(fā)送信號(hào)，并且將線性力的傳動(dòng)致動(dòng)到滑輪段上，使得該段在接合位置和非接合位置 之間沿任一方向過(guò)渡。
本發(fā)明超過(guò)當(dāng)前車輛傳動(dòng)的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于，在本身非常高效的同 時(shí)，本發(fā)明將允許車輛在其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中具有可用的多個(gè)齒輪比， 而不遭受大的效率和加速度損失，使用附加的傳動(dòng)比(在給定范圍內(nèi)) 將使許多其它的當(dāng)前傳動(dòng)遭受該損失。由于滑輪段組之間的過(guò)渡不需 要離合器，因此在傳動(dòng)裝置改變提供給發(fā)動(dòng)機(jī)或其它這種動(dòng)力源的旋 轉(zhuǎn)比時(shí)，在力的傳動(dòng)中不存在強(qiáng)制的暫停。而且，由于在改變傳動(dòng)比 中存在很少的時(shí)間或能量損失或者沒(méi)有時(shí)間或能量損失，故可以擴(kuò)大 傳動(dòng)比的范圍，特別地向著提供給車輛中的發(fā)動(dòng)機(jī)的較低的傳動(dòng)比擴(kuò) 大傳動(dòng)比范圍。這將增大加速度，使得較小的、高效的發(fā)動(dòng)機(jī)更加適 合于多種應(yīng)用。由于環(huán)狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的固有強(qiáng)度和剛性接合適合于高轉(zhuǎn) 矩操作要求，故它也將增大性能導(dǎo)向的車輛的加速能力。
雖然已經(jīng)將本發(fā)明特別描述為切換至下一個(gè)較大的或較小的檔 位，但是可以使本發(fā)明包含切換至不是下一個(gè)較大的或較小的檔位的 另一檔位。在這種情況下，相同的或不同的滑輪段可被指定為關(guān)鍵滑 輪段。例如，對(duì)于以下情況中的每種情況，滑輪段組可具有一個(gè)關(guān)鍵 滑輪段切換一個(gè)較大的檔位，切換一個(gè)較小的檔位，切換兩個(gè)較大 的檔位，切換兩個(gè)較小的檔位。
該致動(dòng)器可使用施加力以實(shí)現(xiàn)滑輪段移動(dòng)的各種方法，該方法包 括但不限于機(jī)械聯(lián)接、電磁裝置(諸如螺線管或線性或旋轉(zhuǎn)馬達(dá))、液 壓裝置、氣動(dòng)裝置和離心裝置。
滑輪組件上的容納和聯(lián)接特征也可包括吸收能量的特征，諸如阻 尼器，以當(dāng)滑輪段將要靜止在其接合位置時(shí)使滑輪段減速。
環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件可以是帶、鏈，或用于接合滑輪段的配合特征的其 它大致柔性的設(shè)備。該環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件可以是定制的或者可以是標(biāo)準(zhǔn)件。滑輪段組不需要布置成圓形環(huán)，并且可以布置成其它構(gòu)造。例如， 組的滑輪段可以布置成卵形或橢圓形環(huán)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到其 它的形狀。
該核心滑輪可以由滑輪段組提供。
雖然上述說(shuō)明涉及由本發(fā)明人現(xiàn)在預(yù)想的特別優(yōu)選的實(shí)施例，但 是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，本發(fā)明在廣義上包括在此描述的元 件的機(jī)械等效物和功能等效物。
將明顯的是，本發(fā)明的范圍僅由下文中提出的權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種分段的滑輪傳動(dòng)裝置，包括旋轉(zhuǎn)地安裝在軸上的滑輪組件，所述滑輪組件包括核心滑輪，該核心滑輪在其周邊表面上具有第一組配合特征；滑輪段組，包括許多滑輪段，該滑輪段可滑動(dòng)地安裝在所述滑輪組件中并布置在與所述核心滑輪同心的環(huán)中，可單獨(dú)地致動(dòng)所述滑輪段使其離開(kāi)所述滑輪組件而進(jìn)入接合位置和進(jìn)入所述滑輪組件而進(jìn)入非接合位置，并且所述滑輪段在周邊表面上具有匹配所述第一組配合特征的第二組配合特征，環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，它在內(nèi)表面上具有相應(yīng)的配合特征，用來(lái)接合所述核心滑輪和處于接合位置的所述滑輪段的所述第一和第二組配合特征，其中所述環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和核心滑輪之間的接觸限定接觸區(qū)域；致動(dòng)器，當(dāng)所述滑輪段在所述接觸區(qū)域之外時(shí)，該致動(dòng)器用來(lái)在所述接合和非接合位置之間選擇性地致動(dòng)所述滑輪段；其中，在所述滑輪段組中的所述滑輪段的一個(gè)是關(guān)鍵滑輪段，該關(guān)鍵滑輪段相對(duì)于所述核心滑輪布置成當(dāng)所述關(guān)鍵滑輪段被致動(dòng)到所述接合位置并且旋轉(zhuǎn)到所述接觸區(qū)域中時(shí)，所述環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的所述相應(yīng)的配合特征接合所述核心滑輪的所述第一組配合特征和所述關(guān)鍵滑輪段的所述第二組配合特征，而不會(huì)引入顯著的松弛或干涉。
2. —種分段的滑輪傳動(dòng)裝置，包括旋轉(zhuǎn)地安裝在軸上的滑輪組件，所述滑輪組件包括核心滑輪，該 核心滑輪在其周邊表面上具有第一組配合特征，所述滑輪組件也包括 由所述核心滑輪分開(kāi)的第一圓盤傳送帶和第二圓盤傳送帶；滑輪段組，包括可滑動(dòng)地安裝在所述第一圓盤傳送帶中的第一滑 輪段子組和可滑動(dòng)地安裝在所述第二圓盤傳送帶中的第二滑輪段子 組，所述第一和第二滑輪段子組布置在與所述核心滑輪同心的環(huán)中， 可致動(dòng)所述第一滑輪段子組的所述滑輪段使其離開(kāi)所述第一圓盤傳送 帶并向著所述第二圓盤傳送帶，可致動(dòng)所述第二滑輪段子組的所述滑輪段使其離開(kāi)所述第二圓盤傳送帶并向著所述第一圓盤傳送帶，所述 第一和第二滑輪段子組的所述滑輪段交替地布置以相互交織并提供比 所述核心滑輪大的虛擬滑輪。
全文摘要
提供了一種分段的滑輪傳動(dòng)裝置?；喗M件旋轉(zhuǎn)地安裝在軸上?；喗M件包括核心滑輪，該核心滑輪在其周邊表面上具有第一組配合特征。滑輪段組包括許多滑輪段，這些滑輪段可滑動(dòng)地安裝在所述滑輪組件中并布置在與所述核心滑輪同心的環(huán)中?？蓡为?dú)地致動(dòng)所述滑輪段使其離開(kāi)所述滑輪組件而進(jìn)入接合位置和進(jìn)入所述滑輪組件而進(jìn)入非接合位置。所述滑輪段在周邊表面上具有匹配所述第一組配合特征的第二組配合特征。環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在內(nèi)表面上具有相應(yīng)的配合特征，用來(lái)接合所述核心滑輪和處于接合位置的所述滑輪段的所述第一和第二組配合特征。所述環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和核心滑輪之間的接觸限定接觸區(qū)域。當(dāng)所述滑輪段在所述接觸區(qū)域之外時(shí)，致動(dòng)器在所述接合和非接合位置之間致動(dòng)所述滑輪段。在所述滑輪段組中的關(guān)鍵滑輪段的一個(gè)是如下關(guān)鍵滑輪段該關(guān)鍵滑輪段相對(duì)于所述核心滑輪布置成當(dāng)所述關(guān)鍵滑輪段被致動(dòng)到所述接合位置并且旋轉(zhuǎn)到所述接觸區(qū)域中時(shí)，所述環(huán)形驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的所述相應(yīng)的配合特征接合所述核心滑輪的所述第一組配合特征和所述關(guān)鍵滑輪段的所述第二組配合特征，而不會(huì)引入顯著的松弛或張緊。
文檔編號(hào)F16H55/54GK101297130SQ200580051146
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月19日
發(fā)明者保羅·伯特羅, 安東尼·翁, 邁克爾·多伊爾 申請(qǐng)人:安東尼·翁;保羅·伯特羅;邁克爾·多伊爾