傳動設備,優選馬達設備的制作方法

專利名稱：傳動設備,優選馬達設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種齒輪/傳動設備、優選馬達設備，更具體地涉及一種能圍繞至少 一個輸出軸線、響應于圍繞不同軸線的輸入旋轉動力而供應輸出旋轉動力的傳動設備、優 選馬達設備。此外，本發明涉及一種用于提供旋轉的方法，以及用于確定用于這種傳動設 備、優選馬達設備的設計和操作的參數的測試設備，以及相應的方法。
背景技術：
當旋轉體上作用有圍繞與旋轉軸線垂直的軸線的轉矩時，將使旋轉軸線自身圍繞 另一軸線旋轉，所述另一軸線既垂直于所施加的轉矩的軸線，又垂直于旋轉軸線。此原理在 回轉設備中是公知的。該效果稱為“進動(precession)”。

發明內容
本發明的目的是提供一種利用前述原理的改進的傳動設備、優選馬達設備，以及 用于通過所述傳動設備、優選馬達設備提供旋轉的相應的方法。由本發明通過在專利權利要求中闡明且在下面進行描述的不同方式實現此目的。方式1至4和方式15涉及作為傳動設備、優選馬達設備形成的設備方案。方式5 至12和方式16涉及作為用于提供旋轉的方法形成的方法方案。方式13涉及一種設備方 案，其作為用于確定用于根據本發明的傳動設備、優選馬達設備的設計和操作的參數的測 試設備形成。方式14涉及一種方法方案，其作為用于確定用于根據本發明的傳動設備、優 選馬達設備的設計和操作的參數的方法形成。不同方式1至16在專利權利要求中給出。主權利要求由前序部分和特征部分構 成。此結構是為了更好地理解權利要求的主題。特征分布在前序部分和特征部分中并不意 味著前序部分的所有特征都是公知的和特征部分的所有特征都是新穎的，或反之亦然。權 利要求的特征的價值與它們是否在前述部分中或在特征部分中無關。根據方式1的方案通過權利要求1的主題實現。權利要求1的主題提供了一種用 于提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的傳動設備、優選馬達設備，該傳動設備、優選馬達設 備包括安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍繞第三軸線的旋轉的 體部，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸線構成傳動設 備、優選馬達設備的所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起傾斜角的 改變；用于當第一軸線相對于第二軸線成大于0度且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜 角的方向上向體部施加圍繞第三軸線的轉矩的裝置；以及用于限制體部在減小傾斜角的方 向上圍繞第三軸線的旋轉、使得第一軸線相對于第二軸線的傾斜角保持大于0度且小于90 度的裝置；該傳動設備構造成使得能夠將原動力(motive power)源與體部連接以使體部 圍繞第一軸線旋轉；體部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉，從而達到恒定或 減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍繞作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第 三軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出轉矩；體部具有小于每分鐘20000轉的特定臨界角速度，優選從而增加圍繞所述至少一個輸出軸線的輸出動力，其中所述特定臨界角速度定 義如下該特定臨界角速度為體部在以下情況下的臨界角速度當第一軸線相對于第二軸 線的傾斜角為45度時；當第一軸線大致通過體部的質心時；當體部取向成使得體部的轉動 慣量大致被最大化時；在體部關于通過體部的質心并且正交于第一軸線的平面不對稱的情 況下，當在將體部安裝在第一軸線上的可能的安裝取向中選擇導致體部的質心與第三軸線 之間的距離較小的安裝取向時；以及當連接臂長度a)在體部的質量小于0. Ikg的情況下為 5mm時，b)在體部的質量等于或大于0. Ikg且小于IOOkg的情況下為25mm時，c)在體部的 質量等于或大于IOOkg且小于IOOOkg的情況下為50mm時，以及d)在體部的質量等于或大 于IOOOkg的情況下為IOOmm時，其中所述連接臂長度為連接平面和第一軸線的交點與第三 軸線之間的距離，所述連接平面是正交于第一軸線且與體部相交并且與傾斜軸線相距的距 離最小的平面。根據方式2的方案通過權利要求26的主題實現。權利要求26的主題提供了用于 提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的傳動設備、優選馬達設備，該傳動設備、優選馬達設備 包括安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍繞第三軸線的旋轉的體 部，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸線構成傳動設備、 優選馬達設備的所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改 變；用于當第一軸線相對于第二軸線成大于0度且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角 的方向上向體部施加圍繞第三軸線的轉矩的裝置；以及用于限制體部在減小傾斜角的方向 上圍繞第三軸線的旋轉、使得第一軸線相對于第二軸線的傾斜角保持大于0度且小于90度 的裝置；該傳動設備構造成使得能夠將原動力源與體部連接，以使體部圍繞第一軸線旋轉； 體部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此 開始或增加體部圍繞作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸 出角速度和/或輸出轉矩；圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩的向量與圍繞第二軸線的輸 出角速度的向量之間的角度介于85度與93度之間，優選接近90度。如果圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩的向量與圍繞第二軸線的輸出角速度的 向量之間的角度介于85度與93度之間、優選接近90度，則圍繞所述至少一個輸出軸線供 應的輸出動力增加。當圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩的向量(即，所施加的轉矩向量) 與輸出運動向量之間的角度高于90度時，即使傾斜角是恒定的，體部在減小傾斜角的方向 上圍繞第三軸線的旋轉也不能完全停止，因此輸出轉矩減小。根據方式3的方案通過權利要求30的主題實現。權利要求30的主題提供了用 于提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的傳動設備、優選馬達設備，該傳動設備、優選馬達設 備包括安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍繞第三軸線的旋轉的 體部，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸線構成傳動設 備、優選馬達設備的所述至少一個輸出軸線；體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改 變；用于當第一軸線相對于第二軸線成大于0度且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜 角的方向上向體部施加圍繞第三軸線的轉矩的裝置；以及用于限制體部在減小傾斜角的方 向上圍繞第三軸線的旋轉、使得第一軸線相對于第二軸線的傾斜角保持大于0度且小于90 度的裝置，；該傳動設備構造成使得能夠將原動力源與體部連接，以使體部圍繞第一軸線旋 轉；體部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍繞作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的 輸出角速度和/或輸出轉矩；還包括用于測量一個或多個以下參數的值的一個或多個傳感 器圍繞第一軸線和/或第二軸線和/或第三軸線的旋轉，圍繞第一軸線和/或第二軸線和 /或第三軸線的旋轉的角速度，體部和/或第一軸線和/或第二軸線和/或第三軸線的位 置，圍繞第一軸線和/或第二軸線和/或第三軸線的旋轉的轉矩，力。根據方式4的方案通過權利要求31的主題實現。權利要求31的主題提供了用于 提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的傳動設備、優選馬達設備，該傳動設備、優選馬達設備 包括安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍繞第三軸線的旋轉的體 部，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸線構成傳動設備、 優選馬達設備的所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改 變；用于當第一軸線相對于第二軸線成大于0度且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角 的方向上向體部施加圍繞第三軸線的轉矩的裝置；以及用于限制體部在減小傾斜角的方向 上圍繞第三軸線的旋轉、使得第一軸線相對于第二軸線的傾斜角保持大于0度且小于90度 的裝置；該傳動設備構造成使得能夠將原動力源與體部連接，以使體部圍繞第一軸線旋轉； 體部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此 開始或增加體部圍繞作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸 出角速度和/或輸出轉矩；還包括用于機械地限制體部在介于下限角度值與上限角度值之 間的兩個方向上圍繞傾斜軸線的旋轉的裝置，以及用于在傳動設備、優選馬達設備操作期 間將這些極限角度值調節為高于0度且低于90度的選定的下限角度值和高于選定的下限 角度值且小于90度的上限角度值的裝置。根據方式5的方案通過權利要求39的主題實現。權利要求39的主題提供了一種 提供圍繞至少一個輸出軸線、優選圍繞傳動設備、優選馬達設備的至少一個輸出軸線的旋 轉的方法，該方法包括將體部安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍 繞第三軸線的旋轉，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸 線構成所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改變；使體 部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉；當第一軸線相對于第二軸線成大于0度 且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩；以及 限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉，使得第一軸線相對于第二軸線的傾 斜角保持大于0度且小于90度，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍繞 作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出 轉矩；該方法還包括以小于每分鐘20000轉的特定臨界角速度使用體部，優選從而增加圍 繞所述至少一個輸出軸線的輸出動力，其中所述特定角速度定義如下該特定臨界角速度 為體部在以下情況下的臨界角速度當第一軸線相對于第二軸線的傾斜角為45度時；當第 一軸線大致通過體部的質心時；當體部取向成使得體部的轉動慣量大致被最大化時；在體 部關于通過體部的質心并且正交于第一軸線的平面不對稱的情況下，當在將體部安裝在第 一軸線上的可能的安裝取向中選擇導致體部的質心與第三軸線之間的距離較小的安裝取 向時；以及當連接臂長度a)在體部的質量小于0. Ikg的情況下為5mm時，b)在體部的質量 等于或大于0. Ikg且小于IOOkg的情況下為25mm時，c)在體部的質量等于或大于IOOkg 且小于IOOOkg的情況下為50mm時，以及d)在體部的質量等于或大于IOOOkg的情況下為
12IOOmm時，其中所述連接臂長度為連接平面和第一軸線的交點與第三軸線之間的距離，所述 連接平面是正交于第一軸線且與體部相交并且與傾斜軸線相距的距離最小的平面。根據方式6的方案通過權利要求57的主題實現。權利要求57的主題提供了一種 提供圍繞至少一個輸出軸線、優選圍繞傳動設備、優選馬達設備的至少一個輸出軸線的旋 轉的方法，該方法包括將體部安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍 繞第三軸線的旋轉，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸 線構成所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改變；使體 部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉；當第一軸線相對于第二軸線成大于0度 且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩；以及 限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉，使得第一軸線相對于第二軸線的傾 斜角保持大于0度且小于90度，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍繞 作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出轉 矩；該方法還包括至少部分地通過體部的重量圍繞第三軸線向體部施加轉矩。根據方式7的方案通過權利要求58的主題實現。權利要求58的主題提供了一種 提供圍繞至少一個輸出軸線、優選圍繞傳動設備、優選馬達設備的至少一個輸出軸線的旋 轉的方法，該方法包括將體部安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍 繞第三軸線的旋轉，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸 線構成所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改變；使體 部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉；當第一軸線相對于第二軸線成大于0度 且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩；以及 限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉，使得第一軸線相對于第二軸線的傾 斜角保持大于0度且小于90度，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍繞 作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出轉 矩；該方法還包括測量一個或多個以下參數的值圍繞第一軸線和/或第二軸線和/或第 三軸線的旋轉，圍繞第一軸線和/或第二軸線和/或第三軸線的旋轉的角速度，體部和/或 第一軸線和/或第二軸線和/或第三軸線的位置，圍繞第一軸線和/或第二軸線和/或第 三軸線的旋轉的轉矩，力。根據方式8的方案通過權利要求59的主題實現。權利要求59的主題提供了一種 提供圍繞至少一個輸出軸線、優選圍繞傳動設備、優選馬達設備的至少一個輸出軸線的旋 轉的方法，該方法包括將體部安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍 繞第三軸線的旋轉，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸 線構成所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改變；使體 部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉；當第一軸線相對于第二軸線成大于0度 且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩；以及 限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉，使得第一軸線相對于第二軸線的傾 斜角保持大于0度且小于90度，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍繞 作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出轉 矩；該方法還包括機械地限制體部在介于下限角度值與上限角度值之間的兩個方向上圍繞 傾斜軸線的旋轉，以及在傳動設備、優選馬達設備的操作期間在提供旋轉的同時將這些極限角度值調節為高于0度且低于90度的選定的下限角度值和高于該選定的下限角度值且 低于90度的上限角度值。根據方式9的方案通過權利要求60的主題實現。權利要求60的主題提供了一種 提供圍繞至少一個輸出軸線、優選圍繞傳動設備、優選馬達設備的至少一個輸出軸線的旋 轉的方法，該方法包括將體部安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍 繞第三軸線的旋轉，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸 線構成所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改變；使體 部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉；當第一軸線相對于第二軸線成大于0度 且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩；以及 限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉，使得第一軸線相對于第二軸線的傾 斜角保持大于0度且小于90度，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍繞 作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出轉 矩；該方法還包括通過減小體部質心與第二軸線之間的距離而增加圍繞所述至少一個輸出 軸線供應的輸出動力。根據方式10的方案通過權利要求61的主題實現。權利要求61的主題提供了一 種提供圍繞至少一個輸出軸線、優選圍繞傳動設備、優選馬達設備的至少一個輸出軸線的 旋轉的方法，該方法包括將體部安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和 圍繞第三軸線的旋轉，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三 軸線構成所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改變；使 體部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉；當第一軸線相對于第二軸線成大于0 度且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩；以 及限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉，使得第一軸線相對于第二軸線的 傾斜角保持大于0度且小于90度，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍 繞作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出 轉矩；該方法還包括通過減小第一框架平面的法向向量與第二框架平面的法向向量之間的 角度的變化而增加圍繞所述至少一個輸出軸線供應的輸出動力，框架平面定義為通過安裝 傳動設備、優選馬達設備的框架的三個不共線的點的平面。根據方式11的方案通過權利要求63的主題實現。權利要求63的主題提供了一 種提供圍繞至少一個輸出軸線、優選圍繞傳動設備、優選馬達設備的至少一個輸出軸線的 旋轉的方法，該方法包括將體部安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和 圍繞第三軸線的旋轉，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三 軸線構成所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改變；使 體部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉；當第一軸線相對于第二軸線成大于0 度且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩；以 及限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉，使得第一軸線相對于第二軸線的 傾斜角保持大于0度且小于90度，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍 繞作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出 轉矩；該方法還包括通過減小圍繞所述至少一個輸出軸線的輸出角速度的向量與框架平面 的法向向量之間的角度的變化而增加圍繞所述至少一個輸出軸線供應的輸出動力，框架平
14面定義為通過安裝傳動設備、優選馬達設備的框架的不共線的三個點的平面。根據方式12的方案通過權利要求65的主題實現。權利要求65的主題提供了一 種提供圍繞至少一個輸出軸線、優選圍繞傳動設備、優選馬達設備的至少一個輸出軸線的 旋轉的方法，該方法包括將體部安裝成用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和 圍繞第三軸線的旋轉，第一軸線取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線和/或第三 軸線構成所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸線的旋轉引起該傾斜角的改變；使 體部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉；當第一軸線相對于第二軸線成大于0 度且小于90度的選定傾斜角時在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩；以 及限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉，使得第一軸線相對于第二軸線的 傾斜角保持大于0度且小于90度，從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍 繞作為所述至少一個輸出軸線的第二軸線和/或第三軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出 轉矩；該方法還包括通過減小體部圍繞第一軸線的角向運動的角速度向量與體部平面的法 向向量之間的角度的變化而增加圍繞所述至少一個輸出軸線供應的輸出動力，體部平面定 義為通過體部的不共線的三個點的平面。根據方式13的方案通過權利要求67的主題實現。權利要求67的主題提供了一 種用于確定用于傳動設備、優選馬達設備的設計和操作的參數的測試設備，其中該傳動設 備、優選馬達設備包括與外支架穩固地連接的輸出軸；轉動軸線，該轉動軸線為可旋轉地 設置在內支架中的體部的旋轉軸線；以及垂直于輸出軸的傾斜軸線；其中轉動軸線可旋轉 而在轉動軸線與輸出軸之間形成一傾斜角，該轉動軸線與體部結合地連接，并且圍繞傾斜 軸線施加轉矩；該測試設備包括構成豎直輸出軸的縱向軸線的輸出軸線、構成被支撐在轉 動軸線上的體部的旋轉軸線的轉動軸線、垂直于輸出軸線并且能夠圍繞轉動軸線樞轉而在 轉動軸線與輸出軸之間形成一傾斜角的傾斜軸線；其中體部能夠相對于傾斜軸線偏心地設 置，由此形成長度1>0的桿臂。根據方式14的方案通過權利要求68的主題實現。權利要求68的主題提供了一 種用于確定用于傳動設備、優選馬達設備的設計和操作的參數的方法，其中該傳動設備、優 選馬達設備包括與外支架穩固地連接的輸出軸；轉動軸線，該轉動軸線為可旋轉地設置 在內支架中的體部的旋轉軸線；以及垂直于輸出軸的傾斜軸線；其中轉動軸線可旋轉而在 轉動軸線與輸出軸之間形成一傾斜角，轉動軸線與體部結合地連接，并且圍繞傾斜軸線施 加轉矩；其中使用如權利要求67所述的測試設備；將體部圍繞轉動軸線的角速度調節為不 同的值，以及通過測量轉動軸線圍繞傾斜軸線的旋轉方向針對各個不同的值判斷調節后的 角速度是否大于或小于臨界角速度。根據方式15的方案通過權利要求69的主題實現。權利要求69的主題提供了一種 用于提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的傳動設備、優選馬達設備，所述設備包括安裝成 用于圍繞第一軸線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍繞第三軸線的旋轉的體部，第一軸線 取向為相對于第二軸線成一傾斜角，第二軸線構成所述設備的輸出軸線，其中體部圍繞第 三軸線的旋轉引起該傾斜角的改變；用于當第一軸線相對于第二軸線成大于0度且小于90 度的選定傾斜角時在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩的裝置；以及用于 限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉、使得第一軸線相對于第二軸線的傾 斜角保持大于0度且小于90度的裝置；所述設備構造成使得能夠將原動力源與體部連接以使體部圍繞第一軸線旋轉，并且其中體部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉， 從而達到恒定或減小的傾斜角，由此開始或增加體部圍繞第二軸線的旋轉的輸出角速度和 /或輸出轉矩；其中當傾斜角減小時，使用施加在第三軸線上的負載作為限制裝置，以便提 取圍繞第三軸線的動力。根據方式16的方案通過權利要求70的主題實現。權利要求70的主題提供了一 種提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的方法，該方法包括將體部安裝成用于圍繞第一軸 線的旋轉、圍繞第二軸線的旋轉和圍繞第三軸線的旋轉，第一軸線取向為相對于第二軸線 成一傾斜角，第二軸線和/或第三軸線構成所述至少一個輸出軸線，其中體部圍繞第三軸 線的旋轉引起該傾斜角的改變；使體部以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉；當 第一軸線相對于第二軸線成大于0度且小于90度的選定傾斜角時，在增加傾斜角的方向 上圍繞第三軸線向體部施加轉矩；以及限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋 轉，使得第一軸線相對于第二軸線的傾斜角保持大于0度且小于90度，從而開始或增加體 部圍繞第二軸線的旋轉的輸出角速度和/或輸出轉矩；其中該方法還包括通過當傾斜角減 小時限制體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉而提取圍繞第三軸線的動力。關于方式15和16，可以敘述如下當設備處于校準狀態時，規定通過使用輸出負 載限制體部圍繞第三軸線的旋轉而圍繞第三軸線產生動力。雖然動力是圍繞第三軸線產生 的，但體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線旋轉。此方法僅能在傾斜角介于0度與90 度之間時使用。為了此方法的連續性，應當存在兩個不同的周期。第一周期通過使用輸出 負載限制體部圍繞第三軸線的旋轉而圍繞第三軸線產生動力。第二周期通過使用輸出負 載或制動機構限制體部圍繞第二軸線的旋轉而增加傾斜角。通過在循環中相繼地重復這些 周期(周期1、周期2、周期1、周期2...)，提供了從該設備產生動力的連續性。當制動機構 用于限制體部圍繞第二軸線的旋轉時，動力僅圍繞第三軸線產生。當使用輸出負載代替制 動機構來限制體部圍繞第二軸線的旋轉時，動力既圍繞第二軸線又圍繞第三軸線產生。例 如，當使用位于輸出軸與內支架之間的氣動泵來限制體部圍繞第三軸線的旋轉時，當由于 體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉而使泵的活塞被壓縮時限定第一周期。在 第一周期中，加壓空氣被傳輸到渦輪。因此通過旋轉渦輪而產生動力。當通過使用制動機 構或任何旋轉輸出負載如液壓泵限制體部圍繞第二軸線的旋轉而使泵的活塞被泄壓時限 定第二周期。在此周期中，空氣從外部進入泵的活塞。此周期也被認為是泵的吸入周期。該傳動設備、優選馬達設備可被用作傳動設備和/或馬達設備。在本文中，術語 “馬達”一定不能理解為將非機械能轉換為機械能的馬達，例如汽油發動機或電動馬達。這 里，術語“馬達”更適合被理解為將機械能轉換為機械能的馬達，類似于液壓馬達。當在本 文中提到傳動設備時，此術語應該理解為包括傳動設備、優選馬達設備。本發明的發明人已發現，當體部的旋轉軸線(下面也稱為第一軸線或轉動軸線) 被約束而圍繞以下軸線旋轉時(a)與體部的旋轉軸線成一銳角(下面也稱為傾斜角)的第二軸線，以及(b)大致垂直于第一軸線和第二軸線兩者的第三軸線(下面也稱為傾斜軸線)在增加該銳角的方向上圍繞傾斜軸線施加轉矩導致第一軸線圍繞第二軸線旋轉。當體部的旋轉速度超過一定臨界值時，該施加的轉矩引起反動轉矩，該反動轉矩 的值大于所施加的轉矩的值，并且其也圍繞傾斜軸線定向，但在相反的方向上。該反動轉矩使第一軸線在減小傾斜角的方向上圍繞傾斜軸線旋轉。但是，如果例如通過機械裝置限制 這種圍繞傾斜軸線的旋轉，則體部圍繞第二軸線的旋轉速度增加，因而引起有用的原動力 源。應該理解，對于這種系統，用來限制圍繞傾斜軸線的旋轉的裝置無需能量源，因而提高 了傳動設備的效率。為了理解這些效果，當使體部圍繞第一軸線以不同角速度旋轉時考慮以下情況 ⑴至(iv)是有用的(i)在體部根本不圍繞第一軸線旋轉的簡單情形中，在增加銳角值的方向上圍繞 傾斜軸線施加轉矩僅引起第一軸線在增加傾斜角的方向上圍繞傾斜軸線的相應的旋轉。(ii)如果使體部以小于臨界角速度(即，臨界旋轉速度)的角速度(即，旋轉速 度)旋轉，則會有第一軸線的兩個作為結果發生的旋轉不僅有第一軸線在增加傾斜角的 方向上圍繞傾斜軸線的旋轉(這與體部不旋轉的情況(i)相同)，而且有第一軸線圍繞第二 軸線的旋轉。這種效果作為進動被已知。當體部的旋轉速度增加時，第一軸線圍繞傾斜軸 線的旋轉速度減小，而第一軸線圍繞第二軸線的旋轉速度增加。(iii)當體部的旋轉速度等于臨界角速度時，仍然有第一軸線圍繞第二軸線的旋 轉，但是現在就不再有第一軸線圍繞傾斜軸線的任何旋轉。(iv)如果使體部以高于臨界角速度的角速度旋轉，則又有第一軸線的兩個旋轉， 即圍繞第二軸線的旋轉和圍繞傾斜軸線的旋轉，但在此情況下，圍繞傾斜軸線的旋轉是在 減小傾斜角的方向上。僅當體部的旋轉速度高于臨界角速度時，傳動設備才能提供圍繞第 二軸線和/或傾斜軸線的有用的旋轉動力(即，原動力)，該第二軸線和傾斜軸線中的任一 者或兩者能夠用作傳動設備的輸出軸線。如果使體部以高于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線旋轉，則傳動設備提供圍繞 第二軸線的輸出運動(即，旋轉)和/或圍繞第三軸線的輸出運動(即，旋轉)。這兩個旋 轉中的每一個均可以相應的角速度和相應的轉矩為特征。在使體部以高于臨界角速度的角 速度圍繞第一軸線旋轉時，體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的旋轉也被稱為反動 運動。反動運動的角速度也被稱為反動速度。反動運動的轉矩也被稱為反動轉矩。已經發現，體部的臨界角速度根據體部的幾何形狀、體部材料的密度、傾斜角、圍 繞第三軸線施加在體部上的轉矩的值、和諸如環境溫度和濕度之類的環境條件而變化。發明人已通過實驗發現，供應到體部以使其旋轉的輸入原動力被用于產生形式為 使得體部以極高的效率圍繞此輸出軸線旋轉的輸出原動力。結果，根據此原理制成的傳動 設備將特別實用。所述至少一個輸出軸線為第二軸線和/或第三軸線。本發明人已發現，對于這種設置，傳動設備的效率極高。此外，轉矩施加裝置方便 地用作觸發輸出原動力的提供的開關。限制裝置設置成阻止體部在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線的任何旋轉。如上 所述，由于旋轉限制裝置無需移動，所以它能夠由無需能量源的純機械裝置如止擋件構成， 從而有助于傳動設備的高效率。原動力源可與體部連接以便使其以超過臨界角速度的旋轉速度圍繞第一軸線旋 轉。可選擇地，可手動地產生體部圍繞轉動軸線的旋轉。當圍繞第三軸線向體部施加轉矩以便增加傾斜角時，在體部本身上產生力場。例 如，對于厚度為dx的圓柱形體部而言，力場的形狀與被迫彎曲的桿件的圓形截面上出現的
17力場相同。該力場與體部圍繞第一軸線的旋轉結合而構成輸出運動。傳輸效率定義為將由 力場構成的運動傳輸到圍繞第二軸線的輸出運動的效率。增加傳輸效率增加了輸出轉矩 (即，圍繞輸出軸線提供的轉矩)，并且提高了傳動設備的效率。傳輸效率取決于受可變力 (相對于部件而言方向變化的力)作用的傳動設備的部件的材料強度和通過這些部件的形 狀的強度。如果體部圍繞第三軸線旋轉，則引起傾斜角的改變。這意味著傾斜角發生改變， 即，傾斜角增加或減小。連接臂長度定義為連接平面和第一軸線的交點與第三軸線、優選與第一軸線圍繞 第二軸線樞轉安裝的樞軸的中心之間的距離。有無窮多的平面與體部相交并正交于轉動軸 線。在這些平面中，與第三軸線、優選樞軸中心的距離最短的平面被定義為連接平面。為了測量體部的特定臨界速度，必須將體部安裝在根據方式13所述的測試設備 上，使得a)轉動軸線通過體部的質心，b)轉動軸線取成使得轉動慣量被最大化，以及c)如果體部關于中央平面(通過體部的質心且正交于第一軸線的平面)不對稱， 則在兩個可能的安裝取向中，應當使用體部的質心與第三軸線、優選樞軸中心之間的距離 較小的安裝取向。通過從屬權利要求給出的本發明的實施方式實現方式1至14的更多優點。關于方式1和5，當第一軸線相對于第二軸線的傾斜角為80度而非45度時提供了 確定特定臨界角速度的可供選擇的方式。如果阻礙圍繞轉動軸線4的旋轉的摩擦力高，則 由于阻礙圍繞轉動軸線的旋轉的摩擦力造成從轉動軸線向第二軸線的轉矩傳輸率減小，此 80°布置有助于增加和控制/確定特定臨界角速度的測量精度。如果體部具有小于每分鐘15000轉的特定臨界角速度，則提供了方式1和5的優 選實施方式。如果體部具有小于每分鐘10000轉的特定臨界角速度，則提供了方式1和5 的另一優選實施方式。如果體部具有小于每分鐘5000轉的特定臨界角速度，則提供了方式 1和5的再另一優選實施方式。所有前述特定臨界角速度的范圍都能夠結合所有權利要求 實現。由于強制規定在傳動設備操作期間體部的轉動速度高于體部的臨界速度，所以具 有較高特定臨界值的體部與具有較低特定臨界速度的體部相比必須以較高的速度旋轉。使 體部以較低的轉動速度值旋轉是有益的，因為眾所周知，摩擦損耗(例如空氣摩擦、支承件 摩擦)隨轉動速度按指數增加。此外，傳動設備、優選馬達設備中較高的轉動速度要求馬達 的整體強度應更高，并且這將增加傳動設備、優選馬達設備的制造成本。對于具有相同密度的圓柱形體部而言，體部的特定臨界角速度隨著體部直徑與體 部厚度(即，圓柱高度)的比率的減小而增加。對于具有相同質量、相同厚度(即，高度)和相同密度但具有不同形狀(即，一個 呈圓柱形，另一個呈環形)的兩個不同體部而言，具有環形的體部具有較低的臨界角速度。具有高質量和高體積的體部不一定具有高特定臨界角速度。這意味著，參數“體部 的特定臨界角速度”與參數“體部的質量和體積”不一定正相關。如果傳動設備包括與體部連接以使體部以大于所述臨界角速度的所述角速度圍
18繞第一軸線旋轉的原動力源，則提供了方式1至4的優選實施例。如果傳動設備包括用于將原動力從體部圍繞所述至少一個輸出軸線的運動傳輸 到原動力源的反饋裝置，則提供了方式1至4的優選實施例。這樣，可將定義為輸出轉矩和 輸出旋轉速度的乘積的輸出動力的至少一部分反饋到傳動設備中。反饋裝置優選設置成將 足夠的原動力傳輸到原動力源，以克服由于體部在校準狀態下圍繞第一軸線的旋轉產生的 摩擦引起的能量損耗。校準狀態定義為當傾斜角恒定、圍繞第三軸線施加的轉矩的值恒定 并且圍繞所述至少一個輸出軸線的輸出角速度恒定時的狀態。如果傳動設備包括用于控制原動力源以便使體部以超過臨界角速度的所述旋轉 速度圍繞第一軸線旋轉的裝置，則提供了方式1至4的優選實施例。如果轉矩施加裝置設置成用于當選定的傾斜角在10度到80度的范圍內時施加轉 矩，則提供了方式1至4的優選實施例。用于施加轉矩的裝置可包括彈簧。另外或可供選擇地，用于施加轉矩的裝置可包 括以下中的一個或多個液壓撞錘；氣動撞錘；電磁撞錘。如果傳動設備包括用于控制轉矩施加裝置所施加的轉矩的值的裝置，則提供了方 式1至4的優選實施例。如果限制裝置設置成限制體部圍繞第三軸線的旋轉、使得第一軸線相對于第二軸 線的傾斜角大于10度且小于80度，則提供了方式1至4的優選實施例。已發現存在最佳傾斜角，該最佳傾斜角取決于各種因素，包括傳動設備的期望輸 出轉矩和傳動設備的期望輸出角速度。例如，當傾斜角接近0度時，第二軸線的輸出轉矩最 小，但第二軸線的旋轉速度最大。相反，當傾斜角接近90度時，第二軸線的輸出轉矩最大， 但第二軸線的旋轉速度最小。由于傳動設備的輸出動力是輸出轉矩和輸出旋轉速度的乘 積，因而為了最大化輸出動力，將需要選擇使輸出轉矩和輸出旋轉速度的乘積最大化的傾 斜角。因此，如果傳動設備還包括用于調節傾斜角的調節裝置，則提供了方式1至4的優 選實施例。在這種情況下，也可設置用于選擇傳動設備的期望輸出速度和/或期望輸出轉 矩并相應調節傾斜角的裝置。如果傳動設備包括用于選擇傳動設備的期望輸出角速度并使調節裝置根據選定 的輸出角速度調節傾斜角的裝置，則提供了方式1至4的優選實施例。如果傳動設備包括用于選擇傳動設備的期望輸出轉矩并使調節裝置根據選定的 輸出轉矩調節傾斜角的裝置，則提供了方式1至4的優選實施例。如果限制裝置設置成阻止體部在減小傾斜角的方向圍繞第三軸線的任何旋轉，則 提供了方式1至4的優選實施例。用于施加轉矩的裝置被用來圍繞傾斜軸線向體部施加轉矩以便增加傾斜角。優選 地，用于施加轉矩的裝置允許通過控制單元在傳動設備操作期間控制轉矩的值。如果使用 合適的控制單元控制該用于施加轉矩的裝置如液壓撞錘，則用于施加轉矩的裝置還可用作 限制裝置，以限制圍繞傾斜軸線的反動運動，并按照期望的輸出運動速度/輸出轉矩和/或 期望的反動速度/反動轉矩進一步將傾斜角調節為期望值。在此意義上，如果用于施加轉 矩的裝置還用作限制裝置，則提供了方式1至4的優選實施例。所述用于施加轉矩的裝置用來對旋轉軸施加轉矩并從而還在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線向體部施加轉矩。所述用于施加轉矩的裝置還可用來阻止體部在與所施加 的轉矩相反的方向上圍繞傾斜軸線旋轉。所述用于施加轉矩的裝置還可用來將傾斜角調節 為對應于期望的輸出運動速度/輸出轉矩和/或期望的反動速度/反動轉矩的期望值。為了在增加傾斜角的方向上圍繞傾斜軸線向體部施加轉矩、為了限制在減小傾斜 角的方向上的反動運動、和為了將傾斜角調節為對應于期望的輸出運動速度/輸出轉矩和 /或期望的反動速度/反動轉矩的期望值，通過適當的控制單元控制所述用于施加轉矩的 裝置的操作，該控制單元被供應有來自傳感器的輸入信號，例如位置信號、運動信號、速度 信號、觸碰信號、轉矩信號和力信號。控制單元響應輸入信號所產生的控制信號影響用于施 加轉矩的裝置，以調節圍繞傾斜軸線向體部施加的轉矩的值、限制反動運動和將傾斜角調 節為期望值。如果限制裝置包括單獨的抵擋件，則提供了方式1至4的優選實施例。優選地，抵 擋件是能夠在不消耗能量的情況下停止體部圍繞傾斜軸線的旋轉的裝置，例如止擋件或螺 栓。如果第一軸線大致通過體部的質心且體部取向成使得體部的轉動慣量被大致最 大化，則提供了方式1至4的優選實施例。如果第一軸線和第二軸線相交，則提供了方式1至4的第一優選實施例。優選地， 第一軸線和第二軸線中的任一者或兩者大致通過體部的質心。減小體部的質心與第二軸線 之間的距離并保持此距離的變化盡可能小增加了輸出動力并提高了效率。當第二軸線通過 體部的質心時，在僅將該距離作為參數考慮的情況下，效率最大。如果第一軸線和第二軸線不相交，則提供了方式1至4的第二可供選擇的實施例， 這種情況下，傾斜角定義為當沿連接第一軸線和第二軸線的最短線的方向看去時第一軸線 與第二軸線之間的銳角。表示這種幾何關系的可供選擇的方法是考慮第一軸線上的一點和 考慮通過此點且平行于第二軸線的假想線。從而該傾斜角定義成第一軸線和此假想線相交 形成的銳角。如果體部成型為如下形狀，則提供了方式1至4的優選實施例該形狀確保了在體 部圍繞第一軸線旋轉360度期間通過圍繞第三軸線施加的轉矩而在體部上構成的力場的 改變被最小化。如果體部關于第一軸線成大致圓柱形對稱且可包括圓柱，則提供了方式1至4的 優選實施例。該體部可包括(輪)轂、連板和環形邊緣。優選地，轂的重量和連板的重量的 總和低于邊緣的重量。如果一個或多個下述傳動設備構件由彈性模量高的材料制成，則提供了方式1至 4的優選實施例體部、用于安裝體部的軸、沿著所述至少一個輸出軸線的輸出軸、受可變 力作用的傳動設備的部件。彈性模量高的材料包括彈性模量高于70GPa、優選高于IOOGPa 的任何材料。對于受可變力(相對于部件而言方向變化的力)作用的傳動設備的部件使用 彈性模量高的材料提高了傳輸效率并因此增加了輸出轉矩和提高了傳動設備的效率。對體部使用彈性模量高的材料增加了輸出轉矩并且提高了傳動設備的效率。對用 于安裝體部的軸使用彈性模量高的材料增加了輸出轉矩并且提高了傳動設備的效率。對輸 出軸使用彈性模量高的材料增加了輸出轉矩并且提高了傳動設備的效率。對于受可變力 (相對于部件而言方向變化的力)作用的傳動設備的其它部件使用彈性模量高的材料增加了輸出轉矩并且提高了傳動設備的效率。選擇體部的材料使得其密度或密度分布適于提供所需的傳動設備的輸出原動力。 因此，如果需要高輸出原動力，則可使用具有高密度的材料，例如鋼。但是，將鋼成型為期望 形狀會很困難且因此很昂貴，因此，對于低的輸出動力要求，可作為替代使用熱塑性材料。對于傳動設備，由于(a)傳動設備的構件關于所述至少一個輸出軸線的不對稱性 和/或(b)垂直于所述至少一個輸出軸線定向的反動轉矩的分量，可能會由于傳動設備內 的不平衡的力而產生不希望的振動。可通過依靠傳動設備的安裝裝置安裝/固定傳動設 備、優選通過將傳動設備剛性地安裝在固定的支撐件上來解決此問題。該固定的支撐件可 為以下中的一個或多個地面、地板、墻壁、天花板、外殼、容器、另一種類型的支撐件如架 子、框架或構架。如果一個或多個平衡質量塊安裝成用于圍繞第二軸線旋轉，則提供了方式1至4 的優選實施例。平衡質量塊的作用可以是通過減少不對稱性和通過產生平衡反動轉矩的向 心力來至少部分補償這些不平衡的力。體部圍繞第一軸線的旋轉通過被稱作“轉動向量”的向量表示。轉動向量等同于 與體部圍繞第一軸線的角向運動相關的角速度向量。在體部圍繞第一軸線旋轉時，如果在 增加傾斜角的方向上在體部上施加轉矩，則體部也開始圍繞第二軸線旋轉。體部圍繞第二 軸線的這種旋轉通過以下被稱為“輸出運動向量”的向量表示。該輸出運動向量等同于與 體部圍繞第二軸線的角向運動相關的角速度向量。當制造傳動設備時，圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩的向量(即，所施加的轉 矩向量)與輸出運動向量之間的角度由于制造公差的存在而可能不是90度。如果所施加 的轉矩向量與輸出運動向量之間的角度接近90度，則第二軸線的輸出動力增加且傳動設 備的效率提高。在僅考慮此角度作為參數的情況下，當此角度為90度時輸出動力及效率最 大。如果傳動設備包括用于調節圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩的調節裝置，則提 供了方式1至4的優選實施例。為了減少馬達的控制單元的復雜性，可使用多功能機構，以便在增加傾斜角的方 向上施加轉矩、限制在減小傾斜角的方向上的反動運動、和按照期望的輸出運動速度/輸 出轉矩和/或期望的反動速度/反動轉矩將傾斜角調節為期望值。該多功能機構包括用于圍繞傾斜軸線施加轉矩的裝置、用于機械地限制體部在介 于下限角度值與上限角度值之間的兩個方向上圍繞傾斜軸線的旋轉的裝置、以及用于在馬 達操作期間將這些角度值調節為介于0度與90度之間(不包括0度和90度)的選定的下 限角度值和介于選定的下限角度值與90度之間的上限角度值。該多功能機構優選包括力傳感器、轉矩傳感器、位置傳感器、運動傳感器、速度傳 感器和觸碰傳感器。如果用于機械地限制體部在兩個方向上圍繞傾斜軸線的旋轉的限制裝置為至少 一個抵擋件，則提供了方式1至4的優選實施例。又一種可選方案可以是提供多個傳動設備，可將這些傳動設備安裝在一起且使它 們以大致相同的頻率但以彼此不同的相進行操作，該可選方案可單獨使用或與上述方案中 的一個或兩個結合使用。在這種情況下，如果傳動設備的相間隔相等，則任何這樣的振動都
21被最小化。這樣，對于具有四個傳動設備的系統，相可以是0度、90度、180度和270度。本發明因此擴展到一種上述類型的傳動設備的組件，其結合有用于使每個傳動設 備以大致相同的旋轉頻率但以彼此不同的相位角旋轉的裝置和用于結合傳動設備的輸出 原動力的裝置。在這種情況下，優選的傳動設備的數目為4，且傳動設備可有利地布置成2 X 2陣 列。當使用包括多于一個傳動設備的系統時，對于每一對傳動設備而言，在傳動設備 操作期間保持傳動設備的輸出運動向量之間的角度的變化盡可能小增加了輸出動力并提 高了效率。當使用包括多于一個傳動設備的系統時，對于至少一對傳動設備而言，在傳動設 備操作期間，傳動設備的輸出運動向量之間的角度的變化優選小于5度。當使用包括多于一個傳動設備的系統時，對于每一對傳動設備而言，在傳動設備 操作期間保持傳動設備的質心之間的距離盡可能小增加了輸出動力并提高了效率。本發明擴展到由如上所述的傳動設備或傳動設備的組件的輸出原動力提供動力 的車輛，例如公路車輛、飛行器或水運車輛。本發明還擴展到通過如上所述的傳動設備或傳動設備的組件的輸出原動力提供 動力的發電機。方式1至4的優選實施例通過一種傳動設備、優選馬達設備提供，該傳動設備、優 選馬達設備包括第二軸線，該第二軸線為第二可旋轉支撐件的旋轉軸線；第一軸線，該第 一軸線為可旋轉地設置在第一可旋轉支撐件中的體部的旋轉軸線，該第一軸線可旋轉而在 第一軸線與第二軸線之間形成一傾斜角；傾斜軸線，該傾斜軸線垂直于所述第二軸線，在增 加傾斜角的方向上圍繞該傾斜軸線在第一軸線上施加轉矩；以及限制裝置，該限制裝置用 于限制在減小傾斜角的方向上圍繞傾斜軸線的旋轉；其中體部以大于臨界角速度的角速度 旋轉，使得產生減小的傾斜角；與第二支撐件穩固連接的所述第二軸線和/或所述傾斜軸 線是至少一個輸出軸線。由于在圍繞第三軸線施加轉矩的時間與圍繞第三軸線施加的轉矩產生第一軸線 圍繞傳動設備的所述至少一個輸出軸線的期望的旋轉速度的時間之間由于體部的慣性而 存在延遲，因此，在一些情形中通過圍繞傳動設備的第二軸線向體部提供額外的外部轉矩 來減少這種時間延遲是有利的，以便開始或加速第一軸線圍繞傳動設備的所述至少一個輸 出軸線的這種旋轉。因此，如果該方法還包括圍繞第二軸線向體部提供額外的外部轉矩以作用初始加 速度，則提供了方式5至12的優選實施例。圍繞傳動設備的至少一個輸出軸線向體部施加額外的外部轉矩圍繞傳動設備的 至少一個輸出軸線向體部施加了初始加速度。這一點例如可通過手動地或借助附加的馬達 使傳動設備的輸出軸物理地旋轉來實現。如果該方法還包括控制原動力源以使體部以大于體部的臨界角速度的所述角速 度圍繞第一軸線旋轉，則提供了方式5至12的優選實施例。如果該方法還包括選擇大于10度且小于80度的傾斜角(該傾斜角表示所述選定 的傾斜角)，則提供了方式5至12的優選實施例。
如果該方法還包括控制圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩的值，則提供了方式5 至12的優選實施例。如果該方法包括限制體部圍繞第三軸線的旋轉、使得第一軸線相對于第二軸線的 傾斜角大于10度且小于80度，則提供了方式5至12的優選實施例。如果該方法還包括調節傾斜角，則提供了方式5至12的優選實施例。該方法還可 包括通過調節傾斜角來產生圍繞至少一個輸出軸線之一的期望輸出角速度。這樣，在選擇 圍繞該至少一個輸出軸線之一的期望輸出速度之后，即，在選擇圍繞第二軸線或圍繞第三 軸線的期望輸出速度之后，根據選定的輸出速度調節傾斜角。該方法還可包括通過調節傾 斜角來產生圍繞該至少一個輸出軸線之一的期望輸出轉矩。這樣，在選擇圍繞該至少一個 輸出軸線之一的期望輸出轉矩之后，即，在選擇圍繞第二軸線或圍繞第三軸線的期望輸出 轉矩之后，根據選定的輸出速度調節傾斜角。如果該方法還包括調節體部圍繞第一軸線的速度，則提供了方式5至12的優選實 施例。該方法還可包括通過調節體部圍繞第一軸線的角速度來產生圍繞該至少一個輸出軸 線之一的期望輸出角速度。這樣，在選擇圍繞該至少一個輸出軸線之一的期望輸出速度之 后，即，在選擇圍繞第二軸線或圍繞第三軸線的期望輸出速度之后，根據選定的輸出速度調 節體部圍繞第一軸線的速度。該方法也可還包括通過調節體部圍繞第一軸線的角速度來產 生圍繞該至少一個輸出軸線之一的期望輸出轉矩。這樣，在選擇圍繞該至少一個輸出軸線 之一的期望輸出轉矩之后，即，在選擇圍繞第二軸線或圍繞第三軸線的期望輸出轉矩之后， 根據選定的輸出轉矩調節體部圍繞第一軸線的速度。如果該方法還包括調節圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩，則提供了方式5至12 的優選實施例。該方法還可包括通過調節圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩來產生圍繞該 至少一個輸出軸線之一的期望輸出角速度。這樣，在選擇圍繞該至少一個輸出軸線之一的 期望輸出速度之后，即，在選擇圍繞第二軸線或圍繞第三軸線的期望輸出速度之后，根據選 定的輸出速度調節圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩。該方法也可還包括通過調節圍繞第 三軸線施加在體部上的轉矩來產生圍繞該至少一個輸出軸線之一的期望輸出轉矩。這樣， 在選擇圍繞該至少一個輸出軸線之一的期望輸出轉矩之后，即，在選擇圍繞第二軸線或圍 繞第三軸線的期望輸出轉矩之后，根據選定的輸出轉矩調節圍繞第三軸線施加在體部上的 轉矩。如果限制體部圍繞第三軸線的旋轉還包括阻止體部在減小傾斜角的方向上圍繞 第三軸線的旋轉，則提供了方式5至12的優選實施例。如果該方法還包括在校準狀態下使用所提供的旋轉動力的一部分來執行體部圍 繞第一軸線的旋轉，則提供了方式5至12的優選實施例。在此情況下，因此使用的動力量 優選足以克服由于體部圍繞第一軸線的旋轉產生的摩擦而引起的能量損耗。增加框架的剛性增加了輸出動力并提高了效率。框架平面定義為通過框架上任何 三個不共線的點的平面。對于所有可能的框架平面對，在傳動設備操作期間保持第一平面 的法向向量與第二平面的法向向量之間的角度的變化盡可能小增加了輸出動力并且提高 了效率(如果僅將此角度作為參數考慮)。這樣，如果該方法還包括保持第一框架平面的法 向向量與第二框架平面的法向向量之間的角度的變化小于5度，則提供了方式5至12的優 選實施例。
在傳動設備操作期間減少輸出軸相對于框架的搖擺增加了輸出動力并提高了效 率。對于所有可能的框架平面而言，在傳動設備操作期間保持輸出運動向量與框架平面的 法向向量之間的角度的變化盡可能小增加了輸出動力并且提高了效率。對于所有可能的框 架平面而言，如果輸出運動向量與框架平面的法向向量之間的角度在傳動設備操作期間未 發生改變，則在僅將此角度作為參數考慮的情況下效率最大。因此，如果該方法還包括保持 圍繞該至少一個輸出軸線的輸出角速度的向量與框架平面的法向向量之間的角度的變化 小于5度，則提供了方式5至12的優選實施例。如果該方法還包括保持體部圍繞第一軸線的角向運動的角速度向量與體部平面 的法向向量之間的角度的變化小于5度，則提供了方式5至12的優選實施例。對于根據本發明的提供旋轉的方法而言，考慮圍繞第二軸線的被稱為“臨界輸出 速度”的角速度是重要的。當負載沿第二軸線與輸出軸連接時可理解圍繞第二軸線的臨界 輸出速度的重要性。如果沿第二軸線與輸出軸連接的負載的阻力使得圍繞第二軸線的輸出 運動的速度降低到圍繞第二軸線的臨界輸出速度以下，則反動轉矩將中止且馬達的效率降 低。可將圍繞第二軸線的臨界輸出速度與汽車發動機的空轉速度進行比較。可按以下方式確定圍繞第二軸線的“臨界輸出速度”1.以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線轉動體部，使得存在反動運動。2.制動體部圍繞第二軸線的旋轉，直到反動運動停止為止。在反動運動停止時圍 繞第二軸線的速度被稱為圍繞第二軸線的臨界輸出速度。圍繞第二軸線的臨界輸出速度隨轉動速度(即，體部圍繞第一軸線的角速度)、所 施加的轉矩的值、和傾斜角而變化。其它影響參數包括系統的結構和環境條件。傳輸效率還取決于傳動設備操作期間體部相對于第一軸線的彎曲。體部平面定義 為通過體部上任何三個不共線的點的平面。對于所有可能的體部平面而言，在操作期間保 持轉動向量與體部平面的法向向量之間的角度的變化盡可能小增加了輸出動力并且提高 了效率。對于所有可能的體部平面而言，如果轉動向量與體部平面的法向向量之間的角度 在傳動設備操作期間未發生改變，則在僅將此角度作為參數考慮的情況下效率最大。如果該方法還包括以下步驟，則提供了方式5至12的優選實施例調節圍繞第二 軸線施加在體部上的轉矩，從而達到恒定或減小的傾斜角。換句話說，選擇例如通過沿第二 軸線施加在輸出軸上的負載而圍繞第二軸線施加的轉矩的值，從而達到恒定或減小的傾斜 角，即，使得反動轉矩的值等于或大于圍繞第三軸線施加在體部上的轉矩的值。減小傳動設備的的摩擦阻力提高了效率。例如，使用磁支承件、和/或使用用于潤 滑支承件的潤滑裝置如油或油脂、和/或將傳動設備置于真空容器中來減小摩擦阻力。由于傳動設備所提供的動力是輸出轉矩與輸出運動速度的乘積或反動轉矩和反 動速度的乘積，因此，為了使此動力最大化，將需要選擇使輸出轉矩與輸出運動速度的乘積 或反動轉矩與反動速度的乘積最大化的圍繞第一軸線的轉動速度、圍繞第三軸線施加的轉 矩的值和傾斜角。如果傳動設備還包括用于調節轉動速度的裝置、用于調節所施加的轉矩的裝置和 用于調節傾斜角的裝置，則提供了方式1至4的優選實施例。這種情況下，可設置用于選擇 傳動設備的期望輸出運動速度和/或期望輸出轉矩和相應地調節轉動速度、所施加的轉矩 以及傾斜角的裝置。也可設置用于選擇傳動設備的期望反動速度和/或期望反動轉矩和相
24應地調節轉動速度、所施加的轉矩以及傾斜角的裝置。如果體部可與單獨的旋轉馬達聯接并可與該單獨的旋轉馬達分離，則提供了方式 13的優選實施例。如果測試設備包括用于提供體部與該單獨的旋轉馬達之間的聯接的裝置(其中， 該聯接裝置作為插入式聯軸器形成)，則提供了方式13的優選實施例。如果體部暫時地、優選起始由單獨的旋轉馬達驅動，則提供了方式13的優選實施 例。如果測試設備包括一個或多個用于測量一個或多個以下參數的測量裝置，則提供 了方式13的優選實施例體部圍繞轉動軸線的角速度、體部圍繞轉動軸線的旋轉方向、輸 出軸的角速度、輸出軸的旋轉方向、圍繞傾斜軸線的角速度、圍繞傾斜軸線的旋轉方向、一 個或多個前述參數的時間進程。如果能夠更換體部以便改變一個或多個以下體部參數，則提供了方式13的優選 實施例質量、幾何形狀、彈性模量、轉動慣量、密度分布。如果體部沿轉動軸線的位置是可變的，則提供了方式13的優選實施例。如果體部相對于桿臂的形成的位置是可變的，則提供了方式13的優選實施例。如果測試設備包括用于限制轉動軸線以最終傾斜角圍繞傾斜軸線的運動的限制 裝置，則提供了方式13的優選實施例。如果測試設備包括用于測量體部的支撐裝置在最終傾斜角所施加的力的力測量 裝置，則提供了方式13的優選實施例。如果限制裝置包括設置在輸出軸或體部的支撐裝置上并與輸出軸和/或體部的 支撐裝置配合的止擋件，則提供了方式13的優選實施例。如果測試設備包括用于圍繞傾斜軸線施加轉矩的裝置(其中，所施加的轉矩與體 部的質量無關)，則提供了方式13的優選實施例。根據方式13和14的術語“支架”是指用于支撐體部的任何類型的支撐設備，例如 平衡架(gimbal)。如果該方法還包括在未觀察到轉動軸線圍繞傾斜軸線的旋轉的情況下確定體部 圍繞轉動軸線的角速度(所確定的角速度為臨界角速度)，則提供了方式14的優選實施例。如果該方法還包括針對一個或多個以下參數的不同值確定臨界角速度，則提供了 方式14的優選實施例桿臂、轉動軸線的初始傾斜角。如果該方法還包括根據各種參數、特別是根據初始或最終傾斜角確定體部圍繞轉 動軸線的角速度與輸出軸的角速度的比率，則提供了方式14的優選實施例。


通過閱讀以下結合附圖對目前優選的示例性實施例的詳細描述，將更好地理解本 發明的這些及更多特征和優點，在附圖中圖1示出按照本發明的一個優選實施例的傳動設備的示意圖；圖2是示出圖1的傳動設備的構件的旋轉軸線的相對取向的圖；圖3是示出作用轉矩以提供圖1的傳動設備的輸出原動力的方向的圖；圖4顯示了可供選擇的施加轉矩的方案；
圖5顯示了測試設備的一個實施例；圖6顯示了測試設備的另一個實施例；圖7顯示了作為圖6的細節的限制裝置的一個實施例；圖8顯示了限制裝置的另一個實施例；圖9顯示了限制裝置的第三實施例；圖10顯示了傳動設備陣列的一個實施例；圖11顯示了力場的圖解；圖12顯示了向量的圖解；以及圖13顯示了體部的連接臂長度的圖解。
具體實施例方式參照圖1，傳動設備1包括共軸地安裝在旋轉軸3上以便隨之圍繞第一軸線4旋轉 的實心圓柱形輪形式的體部2。旋轉軸3通過內支承件6安裝在內支架5中。內支架5通 過外支承件8安裝在外支架7內以便限制內支架5圍繞傾斜軸線16的旋轉，而第二支架7 又通過框架支承件10安裝在框架9內，這樣第二支架7可相對于框架9圍繞構成傳動設備 1的輸出軸線的第二軸線11旋轉。除第二軸線11以外或代替第二軸線11，傾斜軸線16構 成傳動設備1的輸出軸線。通過電動馬達12或任何其它輸入原動力源使輪2的旋轉軸3圍繞第一軸線4旋 轉。電動馬達12可由電池提供動力。旋轉軸3安裝成相對于傳動設備1的輸出軸線11成 傾斜角θ，其中該傾斜角θ大于0度且小于90度。這可在圖2中更加清楚地看出。輪2的旋轉軸線沿著第一軸線4。輪2安裝成使 得第一軸線4和第二軸線11在輪2的質心CM相交。第二軸線11和傾斜軸線16所在的平 面13在圖2中示出以更加清楚地示出輪2的空間位置，并且沿三維笛卡爾坐標系的方向的 三個向量純粹是為了示出軸線4、11、16的相對取向而示出的。在圖1所示的傳動設備1中，液壓撞錘15用來圍繞第三軸線16對旋轉軸3并從 而對輪2施加轉矩，該第三軸線16被限定為傾斜軸線，其既垂直于第一軸線4，又垂直于第 二軸線11。撞錘15所施加的轉矩被定向在增加傾斜角θ的方向上。該施加的轉矩引起第一軸線4圍繞傳動設備1的第二軸線11的旋轉。液壓撞錘15還用來阻止第一軸線4在與所施加的轉矩的方向相反(即使得傾斜 角θ減小)的方向上圍繞傾斜軸線16旋轉。在傳動設備1的操作中，首先使輪2圍繞第一軸線4旋轉，直到它超出預定的臨界 旋轉速度ω。為止。然后致動液壓撞錘15，以便經由內支承件6和旋轉軸3圍繞傾斜軸線 16且在增加傾斜角6的方向上間接地向輪2施加轉矩。這使得第一軸線4圍繞輸出軸線 11旋轉。但是，由于輪2圍繞第一軸線4的高于臨界旋轉速度ω。的旋轉，產生了反動轉矩 (reaction torque)，該反動轉矩具有同樣圍繞傾斜軸線16但方向相反(即在減小傾斜角 θ的方向上)的分量。此反動轉矩導致第一軸線4在減小傾斜角θ的方向上圍繞傾斜軸 線16旋轉。但是，此運動隨后被液壓撞錘15阻止，該液壓撞錘用作停止旋轉軸3的旋轉的 抵擋件。結果，的輪2的旋轉速度《spin、旋轉軸3的旋轉速度、第一支架5的旋轉速度以及 第二支架7圍繞第二軸線11 (為輸出軸線)的旋轉速度《。ut增加。在這個階段，可向傳動設備1的此輸出軸線施加負載。液壓撞錘15的操作由控制單元17控制，該控制單元17被供應有來自安裝在液壓 撞錘15上的傳感器(未示出)的位置信號。由控制單元17響應于位置信號產生的控制信 號影響液壓撞錘15中的液壓壓力，以便使內支架5相對于外支架7旋轉到期望傾斜角θ。控制單元17提供用于控制輪2的旋轉速度、傾斜角θ和所施加的轉矩大小的控 制信號。如上所述，傾斜角θ通過液壓撞錘15控制。通過控制這些參數，可控制傳動設備 1的輸出旋轉速度《。ut。形式為帶18、交流發電機(alternator) 19、電線束(電線，electrical harness) 20和控制單元17的反饋機構可用于將在第二軸線11處供應的輸出原動力的一部 分再供回給電動馬達12。圖3中示出施加轉矩所圍繞的傾斜軸線16的取向以及轉矩的方向，其中可看出輪 2圍繞第一軸線4旋轉，該第一軸線4相對于第二(即，輸出)軸線11成傾斜角θ。由液 壓撞錘15施加的轉矩在箭頭21所示的方向上施加，且在箭頭22所示的方向上產生反動轉矩。盡管在優選實施例中第一軸線4和第二軸線11在輪2的質心CM處相交，但是可 設想其中第一軸線4和第二軸線11不相交的可供選擇的設置，在這種情況下，第一軸線4 或第二軸線11中任一者可通過輪2的質心CM，或第一軸線4和第二軸線11兩者都不通過 輪2的質心CM。應該理解的是，盡管優選實施例中的傳動設備1的輸出軸線11被示出是水平的， 但是，在輸出軸線11為任意希望的取向的情況下傳動設備1也可以操作。為了分別確定和估計用于如結合圖1至圖3在前面描述中所述的傳動設備的設計 和操作的參數，已開發一種測試設備。此測試設備的設計及其操作功能在圖4的示意圖中 描述。此方案的主要特征是通過偏心地安裝的體部2——例如具有質量m的實心圓柱形 輪——向傾斜軸線16施加轉矩，并且不需要用于施加轉矩的外部設備，例如如圖1所示的 撞錘15。圖4所示的方案與圖3所示的傳動設備的方案相比構成了改型和簡化，因為不需 要用于施加轉矩的外部設備。圖4所示的方案的另一個顯著特征是用于限制轉動軸線4圍 繞傾斜軸線16的旋轉的限制裝置。該測試設備能夠以不同實施例設計。測試設備的兩個不同實施例在下面詳細描述 的圖5和圖6中示出。測試設備的目的是提供用于在測量其它參數的同時改變參數的可能性。為此，該 測試設備的具體實施例具有特別的設備，例如能實現使用不同旋轉體的聯接設備、用于調 節桿臂的調節設備、可調的限制裝置以及用于測量諸如不同旋轉軸線的旋轉速度和旋轉方 向之類的參數的各種測量單元。圖4示意性地示出其中體部2的質量m用于圍繞傾斜軸線16施加轉矩的情形。體 部2圍繞構成轉動軸線的第一軸線4旋轉。轉動軸線4相對于構成輸出軸線的豎直的第二 軸線11成傾斜角Θ。轉動軸線4能夠圍繞既垂直于轉動軸線4又垂直于豎直的輸出軸線 11的傾斜軸線16旋轉。同時，轉動軸線4能夠圍繞輸出軸線11旋轉。這樣，體部2能夠圍 繞三個不同軸線旋轉，即圍繞轉動軸線4、圍繞豎直的輸出軸線11以及圍繞水平的傾斜軸線16。體部2安裝在第一軸線4上而與第一軸線4、輸出軸線11和傾斜軸線16相交的交 點IP間隔開。體部2的質心CM與傾斜軸線16之間的距離為1，這樣構成了長度為1的桿 臂。體部2承受重力，產生作用在體部2的質心CM上的重力Fg = mg(式 1)其中g為平均值為9. 81m/s2的重力加速度。施加在體部2上的力Fe施加圍繞傾 斜軸線16的轉矩T。轉矩T的值為T = Fg 1 sin θ = m g 1 sin θ(式 2)。轉矩T在箭頭21所示的方向上被施加。如果體部2以大于臨界角速度ω。的角 速度《spin圍繞第一軸線4旋轉，則反動轉矩在箭頭22所示的方向上產生。由于反動轉矩 的值大于由于體部重量產生的轉矩T的值，所以反動轉矩導致傾斜角θ減小。如果體部2 以小于臨界角速度ω。的角速度(Ospin圍繞第一軸線4旋轉，則反動轉矩的值小于由于體部 重量產生的轉矩T的值，并且傾斜角θ增加。已在實驗中測量并記錄了體部2圍繞轉動軸線4、輸出軸線11和傾斜軸線16的旋 轉，這些實驗將在下面通過測量值進行證明。轉動軸線4圍繞輸出軸線11的旋轉被認為與 剛體理論中公知的進動作用相關。圖5的測試設備圖5顯示了根據圖4所示方案進行工作的測試設備的一個實施例。圖5的測試設備與圖1所示傳動設備的實施例相比的主要不同之處在于，圖5所 示測試設備的體部2被偏心地安裝而構成長度為1的桿臂。術語“偏心”這里是指體部2的 質心CM并不是像圖1至3所示的體部那樣定位在交點IP處。因此，體部2承受重力，即 質量為m的體部2施加圍繞傾斜軸線16的轉矩。該測試設備包括體部2，例如實心圓柱形輪，其共軸地安裝在旋轉軸3上以便隨之 旋轉。旋轉軸3的縱向軸線是沿轉動軸線4設置的。旋轉軸3通過內支承件6可旋轉地安 裝在內平衡架5中。內平衡架5安裝在外平衡架7內以便通過外支承件8圍繞傾斜軸線16 旋轉。第二平衡架7安裝在輸出軸110上，該輸出軸110的縱向軸線是沿豎直輸出軸線11 設置的。豎直輸出軸110由支承件40支承，使得輸出軸110可圍繞其縱向軸線旋轉。支承 件40附裝在支撐件41如三腳架上，以便沿豎直輸出軸線11保持輸出軸110。例如通過螺 釘將支撐件安裝在地面上。轉動軸線4相對于輸出軸線11成傾斜角θ。體部2安裝在第一軸線4上而與第 一軸線4、輸出軸線11和傾斜軸線16的交點IP間隔開。體部2的質心CM與傾斜軸線3相 距距離1。體部2承受重力，造成作用在體部2的質心CM上的重力Fe = m g，其中m為體部 2的質量，而g為平均值為9. 81m/s2的重力加速度。作用在體部2上的力Fe施加圍繞傾斜 軸線16的轉矩T。轉矩T的值為T = Fe 1 sin θ = m g 1 sin θ。旋轉軸3包括用于與外部原動力源容易聯接的聯接裝置33。外部原動力源例如手 搖鉆(brace)或鉆機(drill)被用于使體部2圍繞轉動軸線4以角速度《spin轉動。但是， 也可通過任何其它輸入原動力源提供體部2的角速度ω_η，例如通過固定地設置在體部2 或旋轉軸3上的電動馬達。
該測試設備還包括用于限制傾斜角θ的允許范圍的限制裝置210。限制裝置 210 (圖5中未詳細示出)可結合在外支承件8中。限制裝置210將旋轉軸3的樞轉運動限 制在介于最小傾斜角9min與最大傾斜角θ_之間的樞轉范圍內。使體部2以角速度《spin旋轉。體部2的角速度與體部2圍繞傾斜軸線16所施加 的轉矩相結合造成輸出軸110的旋轉。對于體部2而言，存在臨界角速度ω。，該臨界角速度ω。依賴于傾斜角θ。目的 是確定體部2的臨界角速度ω。。對于介于0°與90°之間的傾斜角θ，可按如下方式確定 臨界角速度ω。。假設體部2圍繞轉動軸線4以角速度《spin旋轉。如果角速度ω_導致 旋轉軸3在增加傾斜角θ的方向上(即圖5中向下)圍繞傾斜軸線16旋轉，則體部2的 角速度《3_低于臨界角速度ω。。如果角速度Ospin導致旋轉軸3在減小傾斜角θ的方向 上(即圖5中向上)圍繞傾斜軸線16旋轉，則體部2的角速度《3_大于臨界角速度ω。。 如果角速度《spin未導致旋轉軸3圍繞傾斜軸線16的旋轉，則體部2的角速度《spin等于 臨界角速度ω。。可將對于臨界角速度ω。的確定歸納在以下程序中步驟1 選擇體部2圍繞轉動軸線4的角速度的值《spin。步驟2 如果角速度Ospin導致在增加傾斜角θ的方向上圍繞傾斜軸線16的旋轉， 則進行步驟3 ；如果角速度ω_導致在減小傾斜角θ的方向上圍繞傾斜軸線16的旋轉，則進行 步驟4 ；如果角速度《spin未導致圍繞傾斜軸線16的旋轉，則確定體部2的臨界角速度ω。 為·· ω C = Wspin°步驟3 增加ω_的值并進行步驟2。步驟4 減小ω_的值并進行步驟2。臨界角速度ω。取決于體部2的幾何形狀和質量、體部的材料的密度分布、轉動軸 線4與輸出軸線11之間的傾斜角θ、距離1(即，轉矩的值)以及特定的環境條件如環境溫 度和濕度。圖5的測試設備的優點在于，可采用兩種不同方式中的任一種容易地定位體部2。 在第一種方式中，可將體部2偏心地安裝在旋轉軸3上，如圖5所示，使得體部2的質心CM 與交點IP之間的距離為1。在此情形中，體部2的質量m圍繞傾斜軸線16施加值為T = m g 1 sine的轉矩Τ。在替換方式中，可將體部2安裝在旋轉軸3上，使得體部2的質心CM 位于交點IP處，這對應于極端情況1 = O。在此情形中，體部2的質量m未圍繞傾斜軸線 16施加轉矩。在此替換情況下，為了圍繞傾斜軸線16施加轉矩，需要提供外部的轉矩施加 裝置，例如在整個傾斜角范圍上施加恒定轉矩的撞錘。圖6的測試設備圖6顯示了根據圖4所示方案進行工作的測試設備的另一個實施例。除平衡架5和7之外，圖6的測試設備類似于圖5的測試設備。代替平衡架5和 7，圖6的測試設備包括輸出軸110和樞轉臂30。樞轉臂30通過樞軸31以樞轉方式安裝在 輸出軸110上，使得樞轉臂30可圍繞傾斜軸線16旋轉。樞轉臂30向下延長超出樞軸31 以使樞轉臂30能夠與限制裝置210配合。關于樞轉臂30的質量，樞轉臂30的質心相對于樞軸31定位成使得沒有轉矩單獨施加在樞轉臂30上。樞轉臂30包括支承件32，從而體部2可以圍繞構成樞轉臂30的縱向軸線的轉動 軸線4旋轉。支承件32的位置可沿樞轉臂變化以便調節桿臂的長度1。該測試設備還包括用于限制傾斜角θ的允許范圍的限制裝置210。限制裝置210 可與輸出軸110或樞轉臂30穩定地連接。限制裝置210將樞轉臂30的樞轉運動限制在介 于最小傾斜角Qmin與最大傾斜角θ_之間的樞轉范圍內。圖7顯示了限制裝置210的詳 圖。優選地，圖5和圖6的測試設備的元件、特別是體部2由具有優選高于70GP的高 彈性模量的材料制成，例如剛性材料如鋼或鋁。限制裝置圖7顯示了用于限制傾斜角θ的范圍的限制裝置210的第一實施例。限制裝置 210包括在樞軸31下方固定地設置在輸出軸110上的一對平行金屬板221。金屬板221彼 此間隔開以形成豎直通廊，樞轉臂30可在其中圍繞傾斜軸線16自由地上下移動。各金屬 板221包括成列的孔213。兩個金屬板221的成列的孔相對于彼此對齊，使得金屬螺栓214、 215可穿過兩個對齊的孔213水平滑動。下部的金屬螺栓214插入下部位置，從而在最小傾 斜角θ min形成用于樞轉臂30的止擋件。上部的金屬螺栓215插入上部位置，從而在最大 傾斜角0 _形成用于樞轉臂30的止擋件。圖8顯示了用于限制傾斜角θ的范圍的限制裝置210的可供選擇的實施例。除 了限制裝置210的位置之外，圖8的限制裝置210的功能類似于圖7的限制裝置210的功 能。與圖7的一對金屬板221相反，圖8的一對金屬板定位在樞軸31表面和上方。下部的 金屬螺栓214插入下部位置，從而在最大傾斜角θ _形成用于樞轉臂30的止擋件。上部 的金屬螺栓215插入上部位置，從而在最小傾斜角θ min形成用于樞轉臂30的止擋件。圖9顯示了限制裝置210的再另一個實施例。限制裝置210包括圓形金屬板50， 其具有接近板50的圓周的曲線形孔51 ；第一止擋件52和第二止擋件53，它們從板50突出 并且可沿孔51移動；以及螺栓54，其可在第一止擋件52與第二止擋件53之間移動。板50 與圖1所示的傳動設備1的外支架7固定地連接，使得傾斜軸線16通過板50的中心并垂 直于板50的平面。沿傾斜軸線16的樞軸31通過板的中心并從板50突出。螺栓54的一 端與突出的樞軸31固定地連接，使得螺栓54從傾斜軸線16成90度延伸。選擇螺栓54的 長度使得螺栓54圍繞傾斜軸線16的樞轉運動被第一止擋件52和第二止擋件53限制。即使在傳動設備1操作期間也可單獨改變第一止擋件52和第二止擋件53的位 置。例如可通過傳動機構實現第一止擋件52或第二止擋件53的位置的改變。第一止擋件 52和第二止擋件53的相應位置限定了允許螺栓54圍繞傾斜軸線16樞轉的最大角度范圍 α。這樣，即使在傳動設備1的操作期間也可限定和改變介于第一軸線4與第二軸線11之 間的傾斜角θ的允許范圍。陣列圖10顯示了四個傳動設備的優選的2X2陣列。該2X2陣列包括具有圖1所示 傳動設備1的類型的四個傳動設備，其中該四個傳動設備的框架9已被組裝在單個陣列框 架90中。沿四個傳動設備的第二軸線11的輸出軸110從陣列框架90的前側突出。各輸 出軸110的輸出原動力通過四個斜齒輪29回轉，以便使四個傳動設備的相應的輸出原動力集中到一個總的輸出軸36中。四個傳動設備均包括具有帶18和交流發電機19的反饋裝 置，以便將輸出原動力反饋到傳動設備中。力場圖11顯示了作用在厚度為dx的圓柱形體部2上的力場201。圖11顯示了體部2 的平面200相對于體部2的旋轉軸線垂直設置。圖11的平面顯示了沿三維笛卡爾坐標系 的方向的三個向量x、y、z，以示出平面200和力場201的取向。轉矩圍繞第三軸線16施加 在體部2上。第三軸線16沿笛卡爾坐標系的χ向方向延伸并通過體部平面200的點A和點B。 轉矩向量指向笛卡爾坐標系的X向。使用右手法則確定該轉矩產生的旋轉方向21 使用右 手，將姆指指向轉矩向量的方向。卷曲的手指顯示旋轉方向。力場201由力向量組成。圖11中示例性地示出了力場201的四個力向量100至 103。對于厚度為dx的圓柱形體部2而言，圖11所示的力場的形狀與在被迫彎曲的桿件的 圓形截面上產生的力場相同。力向量100和101是具有最大值的力場201的力向量。它們 分別指向正和負ζ方向。力向量102和103是具有較小值的力場201的力向量，取決于它 們在體部平面201上的位置。它們分別指向正和負ζ方向。圖12示出了與根據本發明的一個實施例的傳動設備中出現的旋轉運動相關的向 量的取向。圖12顯示了傳動設備的圓柱形輪2。輪2的質心位于第一軸線4、第二軸線11 和第三軸線16相交的交點IP處。該平面純粹是為了清楚表明軸線4、11、16與輪2的相對 取向而示出的。輪2旋轉，其中輪2的旋轉軸線沿第一軸線4。輪2圍繞第一軸線4的角向運動的 角速度向量被稱為轉動向量VI。在增加第一軸線4與第二軸線11之間的傾斜角的方向上圍繞第三軸線16(即傾 斜軸線)在輪2上施加轉矩。圍繞第三軸線16施加的轉矩的轉矩向量被稱為圍繞第三軸 線施加的轉矩向量V3。圍繞第三軸線16施加的轉矩使第一軸線4圍繞第二軸線11進動。第一軸線4圍 繞第二軸線11的角向運動的角速度向量被稱為輸出運動向量V2。連接臂長度圖13顯示了用于說明連接臂長度的定義的圖解。圖13顯示了根據本發明的傳動 設備的第一軸線4和第二軸線11。兩個軸線4、11均設置在圖13的圖面內。第一軸線4通 過樞軸以樞轉方式安裝在第二軸線11上，使得第一軸線4可圍繞樞軸34的中心在圖13的 圖面內旋轉。第一軸線4相對于第二軸線11定方向成一傾斜角θ。第一軸線4構成體部 2的轉動軸線(即旋轉軸線)。圖13顯示了體部2的外形，該體部安裝在傳動設備上以便圍繞轉動軸線4旋轉， 從而使得轉動軸線4通過體部2的質心CM并且體部2的轉動慣量被最大化。圖13顯示了體部2關于中央平面250 (即通過體部2的質心CM且正交于第一軸 線4的平面)不對稱的情況。在此情況下，在兩個可能的安裝取向中，使用體部2的質心CM 與第三軸線16之間的距離較小、優選通過樞軸34的中心的安裝取向。有無窮多個平面與體部3相交并正交于轉動軸線4。在這些平面當中，將與樞軸34的中心之間的距離最小的平面定義為連接平面Pc。按照連接平面P。，將連接臂的長度1。 定義為連接平面P。和轉動軸線4的交點與樞軸34的中心之間的距離。連接臂的長度1。不 同于被定義為體部2的質心CM與第三軸線16之間的距離的桿臂的長度。實驗以下四個實驗1至4是使用圖6所示的測試設備執行的。在實驗中使用了如下表 1限定的九個不同體部表1 體部 A、B、C、D、E、F、G、H 和 J 的參數
形狀材料質量 [kg]外徑 [mm]內徑 [mm]高度 [mm]體部A環形鋼11.32452048020體部B圓柱形鋼9.785390-10體部C圓柱形鋁3.846390-10體部D圓柱形鋁9.684240-80體部E圓柱形鋼0.10760-5體部F圓柱形鋼0.17260■8體部G圓柱形鋼0.43160-20體部H環形鋼0.694603040體部J環形鋼0.858603050所使用的鋼的密度為7850kg/m3，所使用的鋁的密度為2700kg/m3。實驗1在此實驗中，我們對如表1中所示的四個體部A、B、C和D進行測試，對于兩個不同 傾斜角測量了這些體部的臨界角速度ω。。在圖6的測試設備中進行該實驗。體部的質心 CM設置在與交點IP相距大約0. 072m的距離1處。在第一輪實驗中，將傾斜角θ設為45度。測出的值在表2a中給出。表2a:在θ = 45°時的臨界角速度ω。，使用圖6的測試設備在實驗1中測量
圍繞傾斜軸線施加的轉矩的值[Nm]臨界角速度ω。[Γριη]體部A9. 1499體部B5. 58381體部C2. 2019權利要求
1.一種用于提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的傳動設備、優選馬達設備，所述設備 包括安裝成用于圍繞第一軸線(4)的旋轉、圍繞第二軸線(11)的旋轉和圍繞第三軸線(16) 的旋轉的體部(2)，所述第一軸線(4)取向為相對于所述第二軸線(11)成一傾斜角(e)， 所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)構成所述設備的所述至少一個輸出軸線，其 中，所述體部⑵圍繞所述第三軸線(16)的旋轉引起所述傾斜角(e)的改變；用于當所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)成大于0度且小于90度的選定傾 斜角(9)時在增加傾斜角(0)的方向上圍繞所述第三軸線(16)向所述體部(2)施加轉 矩(21)的裝置(15)；以及用于限制所述體部(2)在減小傾斜角(0)的方向上圍繞所述第三軸線(16)的旋轉、 從而使得所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)的傾斜角(e)保持大于0度且小于 90度的裝置(210)，所述傳動設備構造成使得能夠將原動力源與所述體部(2)連接，以使所述體部(2)圍 繞所述第一軸線(4)旋轉，以及其中所述體部(2)以大于臨界角速度(ω。)的角速度(ωspin)圍繞所述第一軸線(4)旋 轉，使得達到恒定或減小的傾斜角(e)，從而開始或增加所述體部(2)圍繞作為所述至少 一個輸出軸線的所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)的旋轉的輸出角速度(ω。) 和/或輸出轉矩，其特征在于，所述體部⑵具有小于每分鐘20000轉的特定臨界角速度(ω。,SPJ，優選從而增加圍 繞所述至少一個輸出軸線的輸出動力，其中所述特定臨界角速度(ω。,SPJ定義如下所述特定臨界角速度(ω。,SPJ為所述體部(2)在以下情況下的臨界角速度(ω。) 當所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)的傾斜角(e)為45度時， 當所述第一軸線(4)大致通過所述體部(2)的質心(CM)時， 當所述體部(2)取向成使得所述體部(2)的轉動慣量大致被最大化時， 在所述體部(2)關于通過所述體部(2)的所述質心(CM)并且正交于所述第一軸線(4) 的平面不對稱的情況下，當在將所述體部(2)安裝在所述第一軸線(4)上的可能的安裝取 向中選擇導致所述體部⑵的所述質心(CM)與所述第三軸線(16)之間的距離更小的安裝 取向時，以及當連接臂長度(1。)a)在所述體部(2)的質量小于0.lkg的情況下為5mm時，b)在所述體部(2)的質量等于或大于0.lkg且小于100kg的情況下為25mm時，c)在所述體部⑵的質量等于或大于100kg且小于1000kg的情況下為50mm時，以及d)在所述體部(2)的質量等于或大于1000kg的情況下為100mm時，其中所述連接臂長度(1。)為連接平面(P。)和所述第一軸線(4)的交點與所述第三軸 線(16)之間的距離，其中所述連接平面(P。)是正交于所述第一軸線(4)且與所述體部(2) 相交并且與所述傾斜軸線(16)之間的距離最小的平面。
2.如權利要求1所述的設備，還包括原動力源，所述原動力源與所述體部(2)連接以 使所述體部(2)以大于所述臨界角速度(《。)的所述角速度(《spin)圍繞所述第一軸線(4)旋轉。
3.如權利要求2所述的設備，還包括用于將原動力從所述體部(2)圍繞所述至少一個 輸出軸線的旋轉傳輸到所述原動力源的反饋裝置(17，18，19，20)。
4.如權利要求3所述的設備，其中，所述反饋裝置(17，18，19，20)設置成用于當所述傾 斜角(9)、圍繞所述第三軸線(16)施加的轉矩的值和圍繞所述至少一個輸出軸線的輸出 角速度("。ut)恒定時將足夠的原動力傳輸到所述原動力源，以克服由于所述體部⑵圍繞 所述第一軸線(4)的旋轉產生的摩擦而引起的能量損耗。
5.如前述權利要求中任一項所述的設備，還包括用于控制所述原動力源、以使所述體 部(2)以大于所述臨界角速度(《。)的所述角速度(《spin)圍繞所述第一軸線(4)旋轉的裝置。
6.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述轉矩施加裝置(15)設置成用于當 選定的傾斜角(9 )大于10度且小于80度時圍繞所述第三軸線(16)向所述體部(2)施加 轉矩(21)。
7.如前述權利要求中任一項所述的設備，還包括用于控制所述轉矩施加裝置(15)所 施加的轉矩(21)的值的裝置。
8.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述限制裝置(210)設置成限制所述 體部(2)圍繞所述第三軸線(16)的旋轉，使得所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11) 的傾斜角(9 )大于10度且小于80度。
9.如前述權利要求中任一項所述的設備，還包括用于調節所述傾斜角(e)的裝置。
10.如權利要求9所述的設備，還包括用于選擇圍繞所述至少一個輸出軸線的期望的 輸出角速度(《。ut)并使所述調節裝置根據所述選定的輸出角速度(《。ut)而調節所述傾斜 角(9)的裝置。
11.如權利要求9或權利要求10所述的設備，還包括用于選擇所述設備的期望的輸出 轉矩并根據所述選定的輸出轉矩而調節所述傾斜角(e)的裝置。
12.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述用于圍繞所述第三軸線(16)施 加轉矩(21)的裝置(15)包括彈簧。
13.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述用于圍繞所述第三軸線(16)施 加轉矩(21)的裝置(15)包括液壓撞錘、氣動撞錘、電磁撞錘中的一個或多個。
14.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述限制裝置(210)設置成阻止所述 體部(2)在減小傾斜角(0)的方向上圍繞所述第三軸線(16)的任何旋轉。
15.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述用于圍繞所述第三軸線(16)施 加轉矩(21)的裝置(15)附加地用作所述限制裝置(210)。
16.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述限制裝置(210)包括抵擋件。
17.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述第一軸線(4)大致通過所述體部 (2)的所述質心(CM)。
18.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述第二軸線(11)大致通過所述體 部⑵的所述質心(CM)。
19.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述第一軸線(4)和所述第二軸線 (11)相交。
20.如權利要求1至18中任一項所述的設備，其中，所述第一軸線(4)和所述第二軸線 (11)不相交，所述傾斜角(9)定義為當沿連接所述第一軸線(4)和所述第二軸線(11)的 最短線的方向看去時所述第一軸線(4)與所述第二軸線(11)之間的銳角。
21.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述體部(2)關于所述第一軸線(4) 大致成圓柱形對稱。
22.如權利要求1至21中任一項所述的設備，其中，所述體部(2)包括轂、連板和環形邊緣。
23.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述體部(2)由彈性模量高于70GPa、 優選高于lOOGPa的材料制成。
24.如前述權利要求中任一項所述的設備，還包括用于安裝所述設備的裝置。
25.如前述權利要求中任一項所述的設備，還包括安裝成用于圍繞所述第二軸線旋轉 的一個或多個平衡質量塊。
26.如權利要求1的前序部分所述、優選如前述權利要求中任一項所述的設備，其中， 圍繞所述第三軸線(16)施加在所述體部(2)上的轉矩(21)的向量與圍繞所述第二軸線 (11)的輸出角速度(《。ut)的向量之間的角度介于85度與93度之間，優選接近90度。
27.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述體部(2)安裝在由彈性模量高于 70GPa、優選高于lOOGPa的材料制成的軸(3，30)上。
28.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，沿所述至少一個輸出軸線的輸出軸 (110)由彈性模量高于70GPa、優選高于lOOGPa的材料制成。
29.如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，受可變力作用的所述設備的部件由一 種或多種彈性模量高于70GPa、優選高于lOOGPa的材料制成。
30.如權利要求1的前序部分所述、優選如前述權利要求中任一項所述的設備，還包括 用于測量一個或多個以下參數的值的一個或多個傳感器圍繞所述第一軸線(4)和/或所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)的旋轉， 圍繞所述第一軸線(4)和/或所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)的旋轉的角速 度，所述體部(2)和/或所述第一軸線(4)和/或所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線 (16)的位置，圍繞所述第一軸線(4)和/或所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16) 的旋轉的轉矩，力。
31.如權利要求1的前序部分所述、優選如前述權利要求中任一項所述的設備，還包括 用于機械地限制所述體部(2)在介于下限角度值與上限角度值之間的兩個方向上圍繞所 述傾斜軸線(16)的旋轉的裝置、以及用于在所述設備操作期間將這些極限角度值調節為 高于0度且低于90度的選定的下限角度值和高于所述選定的下限角度值且小于90度的上 限角度值的裝置。
32.如權利要求31所述的設備，其中，所述用于機械地限制所述體部(2)的旋轉的裝置 為一個或多個抵擋件。
33.兩個或多個傳動設備、優選馬達設備的組件，每個所述傳動設備、優選馬達設備包 括如前述權利要求中任一項所述的設備，并結合有用于使每個所述設備以大致相同的旋轉 速度、但以不同的相應的相位角旋轉的裝置和用于結合所述設備的輸出角速度(《。ut)和/ 或輸出轉矩的裝置。
34.一種通過如權利要求1至32中任一項所述的設備或通過如權利要求33所述的組 件供給動力的車輛。
35.如權利要求34所述的車輛，其形式為公路車輛。
36.如權利要求34所述的車輛，其形式為飛行器。
37.如權利要求34所述的車輛，其形式為水運車輛。
38.一種發電機，包括如權利要求1至32中任一項所述的設備或如權利要求33所述的組件。
39. 一種提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的方法，所述方法包括將體部(2)安裝成用于圍繞第一軸線(4)的旋轉、圍繞第二軸線(11)的旋轉和圍繞第 三軸線(16)的旋轉，所述第一軸線(4)取向為相對于所述第二軸線(11)成一傾斜角(θ )， 所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)構成所述至少一個輸出軸線，其中所述體部 (2)圍繞所述第三軸線(16)的旋轉引起所述傾斜角(Θ)的改變；使所述體部(2)以大于臨界角速度(ω。)的角速度(Cospin)圍繞所述第一軸線(4)旋轉；當所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)成大于O度且小于90度的選定傾斜 角(Θ)時在增加傾斜角(Θ)的方向上圍繞所述第三軸線(16)向所述體部(2)施加轉矩 (21)；以及限制所述體部(2)在減小傾斜角(Θ)的方向上圍繞所述第三軸線(16)的旋轉，使得 所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)的傾斜角(Θ)保持大于0度且小于90度，從而達到恒定或減小的傾斜角(θ )，由此開始或增加所述體部(2)圍繞作為所述至少 一個輸出軸線的所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)的旋轉的輸出角速度(《。ut) 和/或輸出轉矩，其特征在于，所述方法還包括以小于每分鐘20000轉的特定臨界角速度(ω。,_。)使用體部(2)，優選從而增加圍繞 所述至少一個輸出軸線的輸出動力，其中所述特定臨界角速度(《。,spJ定義如下所述特定臨界角速度(《。,spJ為所述體部(2)在以下情況下的臨界角速度(ω。) 當所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)的傾斜角(Θ)為45度時， 當所述第一軸線(4)大致通過所述體部(2)的質心(CM)時， 當所述體部(2)取向成使得所述體部(2)的轉動慣量大致被最大化時， 在所述體部(2)關于通過所述體部(2)的所述質心(CM)并且正交于所述第一軸線(4) 的平面不對稱的情況下，當在將所述體部(2)安裝在所述第一軸線(4)上的可能的安裝取 向中選擇導致所述體部⑵的所述質心(CM)與所述第三軸線(16)之間的距離較小的安裝 取向時，以及當連接臂長度(1。)a)在所述體部(2)的質量小于0.Ikg的情況下為5mm時，b)在所述體部(2)的質量等于或大于0.Ikg且小于IOOkg的情況下為25mm時，c)在所述體部⑵的質量等于或大于IOOkg且小于IOOOkg的情況下為50mm時，以及d)在所述體部(2)的質量等于或大于IOOOkg的情況下為IOOmm時，其中所述連接臂長度(1。)為連接平面(P。)和所述第一軸線(4)的交點與所述第三軸線(16)之間的距離，其中所述連接平面(P。)是正交于所述第一軸線(4)且與所述體部(2) 相交并且與所述傾斜軸線(16)之間的距離最小的平面。
40.如權利要求39所述的方法，還包括圍繞所述第二軸線向所述體部(2)提供額外的外部轉矩，以作用初始加速度。
41.如權利要求39或40所述的方法，還包括控制所述原動力源，以使所述體部(2)以 大于所述臨界角速度(ω。)的所述角速度(Ospin)圍繞所述第一軸線(4)旋轉。
42.如權利要求39至41中任一項所述的方法，還包括選擇大于10度且小于80度的 選定傾斜角(θ )。
43.如權利要求39至42中任一項所述的方法，還包括；控制圍繞所述第三軸線(16)向 所述體部⑵施加的轉矩(21)的值。
44.如權利要求39至43中任一項所述的方法，還包括限制所述體部⑵圍繞所述第 三軸線(16)的旋轉，使得所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)的傾斜角(θ )大于 10度且小于80度。
45.如權利要求39至44中任一項所述的方法，還包括調節所述傾斜角(θ)。
46.如權利要求45所述的方法，還包括通過調節所述傾斜角(Θ)而產生圍繞所述至少一個輸出軸線之一的期望的輸出角速 度("。J。
47.如權利要求45所述的方法，還包括通過調節所述傾斜角(Θ)而產生圍繞所述至少一個輸出軸線之一的期望的輸出轉矩。
48.如權利要求39至47中任一項所述的方法，還包括調節所述體部(2)圍繞所述第 一軸線(4)的角速度(《spin)。
49.如權利要求48所述的方法，還包括通過調節所述體部(2)圍繞所述第一軸線(4)的角速度(ω_η)而產生圍繞所述至少 一個輸出軸線之一的期望的輸出角速度(《。ut)。
50.如權利要求48所述的方法，還包括通過調節所述體部(2)圍繞所述第一軸線(4)的角速度(ω_η)而產生圍繞所述至少 一個輸出軸線之一的期望的輸出轉矩。
51.如權利要求39至50中任一項所述的方法，還包括調節圍繞所述第三軸線(16)向 所述體部(2)施加的轉矩(21)。
52.如權利要求51所述的方法，還包括通過調節圍繞所述第三軸線(16)施加在所述體部(2)上的轉矩(21)而產生圍繞所述 至少一個輸出軸線之一的期望的輸出角速度(《。ut)。
53.如權利要求51所述的方法，還包括通過調節圍繞所述第三軸線(16)向所述體部(2)施加的轉矩而產生圍繞所述至少一 個輸出軸線之一的期望的輸出轉矩。
54.如權利要求39至53中任一項所述的方法，其中，限制所述體部(2)圍繞所述第三 軸線(16)的旋轉還包括阻止所述體部(2)在減小傾斜角(Θ)的方向上圍繞所述第三軸 線(16)的任何旋轉。
55.如權利要求39至54中任一項所述的方法，還包括當所述傾斜角(θ )、圍繞所述第三軸線(16)施加的轉矩(21)的值以及圍繞所述至少 一個輸出軸線的輸出角速度(Uout)恒定時，使用一部分圍繞所述至少一個輸出軸線提供的 旋轉動力來使所述體部(2)圍繞所述第一軸線(4)旋轉。
56.如權利要求55所述的方法，其中，所使用的旋轉動力的量足以克服由于所述體部 (2)圍繞所述第一軸線(4)的旋轉產生的摩擦引起的能量損耗。
57.如權利要求39的前序部分中所述、優選如權利要求39至56中任一項所述的方法， 還包括通過僅依靠所述體部(2)的重量施加轉矩、或通過依靠外部裝置并且還附加地依靠所 述體部(2)的重量施加轉矩而圍繞所述第三軸線(16)向所述體部(2)施加轉矩(21)。
58.如權利要求39的前序部分中所述、優選如權利要求39至57中任一項所述的方法， 還包括測量一個或多個以下參數的值圍繞所述第一軸線(4)和/或所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)的旋轉，圍繞所述第一軸線(4)和/或所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)的旋轉的 角速度，所述體部(2)和/或所述第一軸線(4)和/或所述第二軸線(11)和/或所述第三軸 線(16)的位置，圍繞所述第一軸線(4)和/或所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)的旋轉的 轉矩，力。
59.如權利要求39的前序部分中所述、優選如權利要求39至58中任一項所述的方法， 還包括機械地限制所述體部(2)在介于下限角度值與上限角度值之間的兩個方向上圍繞所 述傾斜軸線(16)的旋轉，以及在所述傳動設備、優選馬達設備的操作期間在提供旋轉的同 時將這些極限角度值調節為高于0度且低于90度的選定的下限角度值和高于所述選定的 下限角度值且小于90度的上限角度值。
60.如權利要求39的前序部分中所述、優選如權利要求39至59中任一項所述的方法， 還包括通過減小所述體部(2)的所述質心(CM)與所述第二軸線(11)之間的距離而增加圍繞 所述至少一個輸出軸線供應的輸出動力。
61.如權利要求39的前序部分中所述、優選如權利要求39至60中任一項所述的方法， 還包括通過減小第一框架平面的法向向量與第二框架平面的法向向量之間的角度的變化而 增加圍繞所述至少一個輸出軸線供應的輸出動力，其中所述框架平面定義為通過安裝所述 傳動設備、優選馬達設備的框架的三個不共線的點的平面。
62.如權利要求61所述的方法，還包括保持所述變化小于5度。
63.如權利要求39的前序部分中所述、優選如權利要求39至62中任一項所述的方法， 還包括通過減小圍繞所述至少一個輸出軸線的所述輸出角速度(《。ut)的向量與框架平面的 法向向量之間的角度的變化而增加圍繞所述至少一個輸出軸線供應的輸出動力，其中所述 框架平面定義為通過安裝所述傳動設備、優選馬達設備的框架的三個不共線的點的平面。
64.如權利要求63所述的方法，還包括保持所述變化小于5度。
65.如權利要求39的前序部分中所述、優選如權利要求39至64中任一項所述的方法， 還包括通過減小所述體部(2)圍繞所述第一軸線(4)的角向運動的角速度向量與體部平面的 法向向量之間的角度的變化而增加圍繞所述至少一個輸出軸線供應的輸出動力，其中所述 體部平面定義為通過所述體部(2)的三個不共線的點的平面。
66.如權利要求65所述的方法，還包括保持所述變化小于5度。
67.用于確定用于傳動設備、優選馬達設備的設計和操作的參數的測試設備，其中所述傳動設備、優選馬達設備包括與外支架穩固地連接的輸出軸；轉動軸線，該 轉動軸線為可旋轉地設置在內支架中的體部的旋轉軸線；以及垂直于所述輸出軸的傾斜軸 線，所述轉動軸線可旋轉而在所述轉動軸線與所述輸出軸之間形成一傾斜角，所述轉動軸 線與體部結合地連接，并且圍繞所述傾斜軸線施加轉矩，所述測試設備包括構成豎直輸出軸(110)的縱向軸線的輸出軸線(11)，構成被支撐在所述轉動軸線(4)上的體部(2)的旋轉軸線的轉動軸線(4)，垂直于所述輸出軸線(11)并且能夠圍繞所述轉動軸線(4)樞轉而在所述轉動軸線(4) 與所述輸出軸(11)之間形成一傾斜角(Θ)的傾斜軸線(16)，其特征在于，所述體部(2)能夠相對于所述傾斜軸線(16)偏心地設置，由此形成長度1 > 0的桿臂。
68.用于確定用于傳動設備、優選馬達設備的設計和操作的參數的方法，其中所述傳動設備、優選馬達設備包括與外支架穩固地連接的輸出軸；轉動軸線，該 轉動軸線為可旋轉地設置在內支架中的體部的旋轉軸線；以及垂直于所述輸出軸的傾斜軸 線；其中所述轉動軸線可旋轉而在所述轉動軸線與所述輸出軸之間形成一傾斜角，所述轉 動軸線與體部結合地連接，并且圍繞所述傾斜軸線施加轉矩；其中使用如權利要求67所述 的測試設備，其特征在于，將所述體部(2)圍繞所述轉動軸線(4)的角速度調(Ospin)調節為不同的值，其中通過 測量所述轉動軸線(4)圍繞所述傾斜軸線(16)的旋轉方向而針對各個所述不同的值判斷 調節后的角速度(《spin)是否大于或小于臨界角速度(ω。)。
69.一種用于提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的傳動設備、優選馬達設備，所述設備 包括安裝成用于圍繞第一軸線(4)的旋轉、圍繞第二軸線(11)的旋轉和圍繞第三軸線(16) 的旋轉的體部(2)，所述第一軸線(4)取向為相對于所述第二軸線(11)成一傾斜角(Θ)， 所述第二軸線(11)構成所述設備的輸出軸線，其中所述體部(2)圍繞所述第三軸線(16) 的旋轉引起所述傾斜角(Θ)的改變，用于當所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)成大于0度且小于90度的選定的 傾斜角(Θ)時在增加傾斜角(Θ)的方向上圍繞所述第三軸線(16)向所述體部(2)施加 轉矩(21)的裝置(15)；以及用于限制所述體部(2)在減小傾斜角(Θ)的方向上圍繞所述第三軸線(16)的旋轉、 使得所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)的傾斜角(Θ)保持大于0度且小于90 度的裝置(210)，所述設備構造成使得能夠將原動力源與所述體部(2)連接，以使所述體部(2)圍繞所 述第一軸線(4)旋轉，以及所述體部(2)以大于臨界角速度(ω。)的角速度(Cospin)圍繞所述第一軸線(4)旋轉， 從而達到恒定或減小的傾斜角(θ )，由此開始或增加所述體部(2)圍繞所述第二軸線(11) 的旋轉的輸出角速度(《。ut)和/或輸出轉矩，其特征在于，當所述傾斜角(9)減小時，使用施加在所述第三軸線(16)上的負載作為限制裝置，以 便提取圍繞所述第三軸線(16)的動力。
70. 一種提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的方法，所述方法包括 將體部(2)安裝成用于圍繞第一軸線(4)的旋轉、圍繞第二軸線(11)的旋轉和圍繞第 三軸線(16)的旋轉，所述第一軸線(4)取向為相對于所述第二軸線(11)成一傾斜角(θ )， 所述第二軸線(11)和/或所述第三軸線(16)構成所述至少一個輸出軸線，其中所述體部 (2)圍繞所述第三軸線(16)的旋轉引起所述傾斜角(Θ)的改變，使所述體部(2)以大于臨界角速度(ω。)的角速度(Cospin)圍繞所述第一軸線(4)旋轉，當所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)成大于O度且小于90度的選定的傾斜 角(θ )時在增加傾斜角(θ )的方向上圍繞所述第三軸線(16)向所述體部(2)施加轉矩， 以及限制所述體部(2)在減小傾斜角(Θ)的方向上圍繞所述第三軸線(16)的旋轉，使得 所述第一軸線(4)相對于所述第二軸線(11)的傾斜角(Θ)保持大于0度且小于90度，從而開始或增加所述體部(2)圍繞所述第二軸線(11)的旋轉的輸出角速度(《。ut)和 /或輸出轉矩，其特征在于，所述方法還包括通過當所述傾斜角(θ )減小時限制所述體部(2)在減小傾斜角(θ )的方向上圍繞所 述第三軸線(16)的旋轉而提取圍繞所述第三軸線(16)的動力。
全文摘要
本發明涉及一種用于提供圍繞至少一個輸出軸線的旋轉的傳動設備、優選馬達設備和一種用于提供旋轉的方法。體部(2)安裝成用于圍繞第一軸線(4)、第二軸線(11)和第三軸線(16)的旋轉。第一軸線(4)取向成相對于第二軸線(11)成一傾斜角。第二軸線(11)和/或第三軸線(16)構成設備的所述至少一個輸出軸線。體部(2)圍繞第三軸線(16)的旋轉引起傾斜角的改變。當第一軸線(4)相對于第二軸線(11)成大于0度且小于90度的選定的傾斜角時，撞錘(15)在增加傾斜角的方向上圍繞第三軸線(16)向體部(2)施加轉矩(21)。限制體部(2)在減小傾斜角的方向上圍繞第三軸線(16)的旋轉，使得第一軸線(4)相對于第二軸線(11)的傾斜角保持大于0度且小于90度。體部(2)以大于臨界角速度的角速度圍繞第一軸線(4)旋轉，從而達到恒定或減小的傾斜角。
文檔編號F16H33/10GK102007321SQ200880128622
公開日2011年4月6日 申請日期2008年4月17日 優先權日2008年4月17日
發明者M·N·奧茲特克 申請人:艾爾克能源研究和工程股份公司