[0002] 本发明总地涉及机械动力传动系统，尤其涉及连续可变动力传动系统(continuously variable drivetrains )。

[0022] 本发明的不同方面涉及一种动力传动系统，具有构造成 在行程的动力阶段期间转动小于360度的曲柄、连接到所述曲柄的杆 枢轴、以及具有螺旋根部的传动滑轮。在一些实施例中，所述动力传 动系统包括可操作地连接到所述曲柄和所述传动滑轮的柔性受拉元 件，使得所述柔性受拉元件的第一端终止于所述传动滑轮的根部，在 所述动力阶段开始时，所述柔性受拉元件螺旋地缠绕在所述传动滑轮 上，在所述动力阶段期间，所述柔性受拉元件从所述传动滑轮展开。 本发明的另一方面涉及一种动力传动系统，具有构造成在行程的动力 阶段期间转动小于360度的曲柄、连接到所述曲柄的杆枢轴、以及通 过所述杆枢轴连接到所述曲柄的杆；所述杆可构造成在所述动力阶段 期间绕着所述杆枢轴转动小于360度。[0023j 本发明的另一实施例涉及一种具有第一和第二曲柄的自 行车，每个曲柄都构造成在行程的动力阶段期间转动小于360度。所 述自行车可具有分别连接到所述第一和第二曲柄的第一和第二杆枢 轴。在一种情形下，所述自行车还外手分别可操作地连接到所述第一 和第二曲柄的笫一和第二杆，所述第一和第二杆构造成在所述动力阶
段期间绕着所述第一和第二杆枢轴转动小于360度。所述自行车还可 具有车架，其中所述笫一和第二曲柄和/或所述第一和第二杆连接到所
述车架上。在某些实施例中，前轮和后轮可操作地连接到所述车架上。 [0024j 本发明的一方面涉及人力车，具有车架、连接到所述车架的至少一个车轮、以及构造成在行程的动力阶段期间转动少于360 度的至少一个曲柄；所述曲柄可操作地连接到所述车轮上。所述人力 车构造成使得在所述动力阶段期间，所述曲柄的转动引起所述车轮的 转动，其中所述动力阶段是连接可变的，并且引起所述车轮在所述动 力阶段的开始时比结束时转动得更快。
[0025】在一些实施例中，本发明涉及一种具有第一和第二脚踏 板以及第一和第二曲柄的连续可变动力传动系统；其中所述第一和第 二脚踏板分别连接到所述第一和第二曲柄上。所述动力传动系统可构 造成使得所述曲柄能够往复运动，并且所述曲柄沿着由位于所述踏板 末端的曲柄枢转点限定的弧转动。所述动力传动系统还可包括适于支 撑所述曲柄的车架、以及分别连接到所述第一和第二曲柄的第一和第 二传动滑轮。所述动力传动系统还具有分别连接到所述第一和第二曲 柄的第一和第二曲柄滑轮；所述曲柄滑轮可位于距所述曲柄枢转点一 定距离处。在一些情形下，所述动力传动系统具有缠绕所述第一传动 滑轮和第一曲柄滑轮的第一传动线缆、以及缠绕所述第二传动滑轮和 第二曲柄滑轮的第二传动线缆。
[00261 本领域的技术人员在阅读下面的详细描述和查看视图 时，可清楚这些及其它改进。
附图说明
[0027】图1为利用连续可变动力传动系统（CVD)和胸部支撑 的自行车的侧视图；
[0028】图2为图1中自行车的车架和CVD的透视图； [0029】图3为图1中自行车的胸部支撑的透视图； 【0030】图4为图1中自行车的支撑座的端视图； [0031】图5为图1中自行车的车架的正面透视图； [0032】图6为图1中自行车的车架的背面透视图； [0033】图7为图1中自行车的车架的侧面透视图；
[00341 图8为图7中的详细A S见图；[0035】图9为图1中自行车拆除了前轮并且折下胸部支撑的侧 视图；

[0036]图IO为图1中自行车拆除了前轮并且折下胸部支撑的透 视图；[0037】图11为图1中自行车的CVD的透视图；
[0038J 图12为图11中CVD的第二透视图；
[00391 图13为图12中CVD的轮毂的剖视图；
[0040】 图14为图12中CVD的曲柄的透视图；
[0041】 图15为图12中CVD的传动滑轮的透视侧视图；
[0042J 图16为图12中CVD的传动滑轮的端视图；
[0043】图17为图12中CVD的一部分的示意图，示出了在行程
中不同位置的线缆移动；
【0044j 图18为图12中CVD的一部分的示意图，示出了在行程
中不同位置的线缆移动；
[0045】图19为传动线缆在行程开始时的示意图； [0046】图20为传动线缆在行程结束时的示意图； [0047】图21为图1中自行车的行程与传统自行车的行程的比较
曲线图；
[0048】图22为示出图1中自行车和传统自行车的行程扭矩的图
表；
[0049J 图 23 为可选CVD的透视图；
【0050] 图 24 为另一可选CVD的透视图；
[0051】 图 25 为图14中CVD使用的滑轮的正视图；
[0052J 图 26 为再一可选CVD的透视图；
[00531 图 27 为可在运动设备中使用的CVD的透视图；
[0054】 图 28 为使用CVD的小型踏板车的側视图；
[0055】 图 29 为另一可选CVD的侧视图；
[00561 图 30 为图29中CVD的透视图；
[00571 图 31 为图29中的CVD在行程开始时的局部示意图；
28[00581 图32为图29中的CVD在行程中间时的局部示意图； [0059J 图33为图29中的CVD在行程结束时的局部示意图； [0060】图34为图29中CVD使用的传动滑轮的截面图； [0061】 图35为可选CVD在行程开始时的局部示意图 [0062】 图36为可选CVD在行程中间时的局部示意图 [0063】 图37为可选CVD在行程结束时的局部示意图 [00641 图38为可与图29中的CVD—起使用的杆的側视图； [0065】 图39A-39D为示出对比用户操作传统自行车和CVD的
不同腿部位置的示意图；
[0066】图40为可与本文所公开的CVD—起使用的自行车和车
架的透视图；

[0067] 图41为可与本文所公开的CVD—起使用的另一自行车 架的透视图。

[0082] 它降低了曲柄滑轮23，使得通过曲柄滑轮23相对驱动滑 轮28的定位，获得更满意的传动比。[0083】曲柄15可由铝、钢、钛、塑料、复合材料（例如碳纤维） 或其它适当的材料制成。踏板16可为传统自行车踏板，或者可为焊接或以其它方式刚性连接到曲柄15上的平板。在一个实施例中，踏板 16为具有能承受用户驱动CVD 10时腿部弯曲的有限转动能力的平 板。踏板16可由铝、钢、钛、塑料、复合材料（例如碳纤维）或其它 适当的材料制成。用户将脚放在各踏板16上，通过交替地踩压各踏板 16a、 16b将动力传递到CVD 10，然后动力传递到自行车、踏板车、 运动设备、小艇、潜艇、飞行器或任何其它人力装置。
[00841 各曲柄15上还连接有曲柄滑轮23。在一些实施例中，曲 柄滑轮23为用于增大CVD IO的传动比的惰轮。曲柄滑轮23可具有 插入其孔中的惰轮轴承26，以使摩擦最小。惰轮轴27穿过惰轮轴承 26，然后螺紋连接进滑轮连接器27，以将曲柄滑轮23固定到曲柄15 上。可选地，惰轮轴27可压配合进滑轮连接器20中，或者焊接或以 其传统紧固件紧固。在一些实施例中，滑轮连接器20为圆形通孔，但 是它可制成方形、六角形或任何其它适当形状的孔。该孔还可为盲孔， 在一些实施例中，惰轮轴27可与曲柄15—体制成，免除了对滑轮连 接器20的需求。
[0085】曲柄15还包括夹具固定件21,在优选实施例中，该夹紧 固定件21为位于曲柄15的第一部分22上的通孔。夹具固定件21可 为埋头孔，使得如果使用螺钉或螺栓连接，那么其头部会与曲柄15 齐平。夹具安装件21允许插入紧固件，例如螺钉、螺栓或销，以提供 线夹29的连接。在一些实施例中，机用螺钉首先穿过夹具固定件21， 然后通过第一线夹29Al，然后螺紋连接进第二线夹29A2。在其它实 施例中，机用螺钉可首先穿过第二线夹29A2。在其它实施例中，可只 使用一个线夹29A，随动线缆31被夹在曲柄15与线夹29A之间。
【00861 所述随动线缆31为柔性受拉元件，在一些实施例中，该 随动线缆31具有最小的塑性变形和比用户施加的最大力高的断裂强 度。随动线缆31可由复合材料构成，例如Vectran或Kevlar,但是也 可由其它材料制成，包括钢。随动线缆31的第一端使用上述线夹29 操作地连接到曲柄15a,第二端使用线夹29操作地连接到曲线15b。 随动线缆31在靠近其中点的区域环绕着从动滑轮24，使得当踩压曲柄15a时，曲柄15b上升，反之亦然。在一个实施例中，从动滑轮24 由铝构成，但是也可使用钢、塑料（例如玻璃纤维填充尼龙）、复合材 料或任何其它适当的材料。从动滑轮24为惰轮，具有连接在其中心的 随动轴承32，以使摩擦最小。从动滑轮24位于车架60的空腔74内， 滑轮轴（未示出）穿过滑轮轴孔75的顶部，通过随动轴承32的孔， 然后通过滑轮轴孔75的底部部分。
[0087】现在参考图13,示出了 CVD 10的毂40。穀40包括通 常为圆柱形組件的毂壳41，其容纳单向离合器42、扭矩驱动器43和 后轴33并保护这些元件。毂壳41可由钢、铝、钛、碳纤维或其它复 合材料或者任何其它适当的材料构成。在一些实施例中，毂壳41包括 辐缘44，使得毂壳41可连接到后轮84上。
[0088】单向离合器42连接到毂壳41的内径上。各单向离合器 42交替地向毂壳41提供扭矩，转动后轮84。在一些实施例中，单向 离合器42为滚柱式离合器，其利用绕着滚柱离合器壳体内径周向间隔 开的硬化钢销。环绕着所述销设有硬化钢斜面，弹簧连接到销上，提 供滚柱离合器的快速锁定。在其它实施例中，单向离合器可为超越离 合器，在锁定期间有一个或多个棘爪接触棘齿。单向离合器42使用过 盈配合刚性地连接到毂壳41上。它们还可通过焊接、粘合剂或标准紧 固件连接。扭矩驱动器43从单向离合器42的内侧接触滚柱离合器销。
[0089】在优选实施例中，扭矩驱动器43为具有光滑外径的硬化 钢圆筒。扭矩驱动器43的外表面以一定的公差接触单向离合器42， 使得当扭转传递到单向离合器42时，它们锁定，从而转动毂壳41。 在一些实施例中，当离合器42a锁定传递扭矩时，离合器42b处于分 离模式并空转，反之亦然。当踩压曲柄15a时，离合器42a为锁定模 式，当曲柄15b上升时，离合器42b空转。
[0090】仍参考图13，毂轴承45位于毂壳41各侧毂座46的附近 并与毂座46接触。在优选实施例中，毂轴承45为角接触轴承，但是 也可使用径向轴承或推力轴承。毂轴承45由单独的滚珠构成，但是也 可使用圆柱形辊子。在一个实施例中，毂轴承45包括滚珠，但是也可使用单独的滚珠或密封轴承架。毂轴承45提供了毂壳41与传动滑轮 28之间的相对移动，并给毂壳41径向和轴向支撑。毂轴承45在第二 侧上接触滑轮座47，该滑轮座47接触并连接到传动滑轮28上。传动 滑轮28附近设有第二组轴承轴轴承55，其给传动滑轮28提供径向和 轴向支撑。在一些实施例中，轴轴承为角接触轴承，但是在其它实施 例中，它们可为径向或推力轴承。轴轴承55在第一侧上接触传动滑轮 28的轴座56。轴轴承55在第二侧接触锥螺母57的座。在一些实施例 中，锥螺母55为可螺紋连接在后轴33的相应螺紋上的带螺紋螺母， 其紧固在轴轴承55上。在一个实施例中，后轴33为限定毂40的纵向 轴线的螺杆。后轴33使用传统紧固件（例如螺母和垫圏）连接到车架 60的后叉63 (图7中所示）。
[00911 参考图13、 15和16，扭矩驱动器43刚性地连接到传动 滑轮28上并与其一起转动。毂壳41的每一側上都设有传动滑轮28， 并与后轴33同心，该后轴也是CVD 10的纵向轴线。在一些实施例中， 传动滑轮28、扭矩驱动器43和滑轮座47由相同的材料构成，优选为 硬化钢。但是，可分开地构造这三种组件的任一种，并可使用不同的 材料。例如，滑轮座47和扭矩驱动器43可由单独的硬化钢件构成， 并连接到传动滑轮28上，该传动滑轮28可由铝、低碳钢、钛、塑料、 复合材料或任何其它适当的材料构成。传动滑轮28为盘状组件，其中 心具有容纳传动线缆52的环形槽。
[00921 在一些实施例中，各传动滑轮28都弹簧孔48、线孔49 和夹具孔50。弹簧孔48提供用于插入复位弹簧51的第一端的空间， 所述复位弹簧51可设置成与后轴33同心。在一些实施例中，复位弹 簧51由弹簧钢丝制成，并且从后轴33径向地螺旋。复位弹簧51第一 端通过弹簧孔48连接到传动滑轮28上。复位弹簧51第二端连接到车 架60上。到车架60的连接可使用标准紧固件，或者可在车架60中设 有可插入复位弹簧51的第二端的孔。在一些实施例中，所述第二端为 复位弹簧51的外径（较大直径），第一端为内径（较小直径）。复位弹 簧51可定位成使得当动力行程期间踩曲柄15时，随着复位弹簧51拉紧，其螺旋直径变小。在一些实施例中，复位弹簧51只需要提供足 以防止传动线缆52在复位行程中变松弛的张力即可。在一些实施例 中，复位弹簧51的强度足以使曲柄15返回至行程的开始或顶部。张 紧的复位弹簧51沿着与其动力行程期间转动相反的方向转动传动滑 轮28，使传动滑轮28返回至其初始位置，并帮助将曲柄15上升至行 程开始时的位置。弹簧孔48稍稍大于包括复位弹簧51的材料，并且 身为在传动滑轮28背向毂40的中心的一侧内的穿孔。
[00931 设在传动滑轮28的传动槽53根部的径向定位线孔49允 许插入传动线缆52的第一端。在一些实施例中，传动线缆52通过螺 紋连接进夹具孔50的固定螺钉（未示出）或其它适当紧固件连接到传 动滑轮28上。夹具孔50可为位于传动滑轮28背向毂40的中心的一 侧上的螺紋孔。然后传动线缆52缠绕着传动槽53内的传动滑轮28 上，使得传动线缆52缠绕自身多次。

[0094] 传动线缆52在传动槽53内缠绕圏数随着应用变化极大， 在为人力车的情形下，其依赖于车轮、推进器、飞轮或其它转动从动 组件的速度和直径。传动线缆52的缠绕圈数还依赖于用户的体形和物 理条件以及传动滑轮28的直径。通常，传动线缆52具有2至6巻， 但是在少数应用中，传动线缆52可绕着传动滑轮28缠绕超过12圏或 仅缠l/2圏。在一些应用中，传动线缆52缠绕足量的圏数，使得当踩 压曲柄15时和在其动力行程结束时，在传动线缆53中大约留下一圏。 通过控制传动线缆52缠绕传动槽53的圏数并留下大约一圏，施加到 传动线缆52的第一端的张力更小。如果可能，留在传动槽53内的传 动线缆52应当超过1圏，使得传动线缆52缠绕本身，并且传动线缆 52 —侧上及传动槽53根部上的摩擦将吸收拉动传动线缆52时产生的 大量张力。在一个实施例中，传动槽53的根部直径表面压有花紋或以 其它方式变粗糙，使得它抓住传动线缆52,将传动线缆52上的张力 分布在更大的区域上，减小了传动线缆52第一端上的应力。[0095】仍参考图13、 15和16，在缠绕传动滑轮28之后，传动 线缆52缠绕曲柄滑轮23 (见图11)。在一个实施例中，传动线缆52缠绕曲柄滑轮23，使得传动线缆52首先在面向毂40的前侧上接触曲 柄滑轮23，并且它在背向毂40的后侧上变得分离或离开曲柄滑轮23。 在一些实施例中，传动线缆52沿着与缠绕曲柄滑轮23相反的方向行 进，传动线缆52缠绕曲柄滑轮23的方式依赖于所需的行程变化率。 传动线缆52线上于线缆末端54并连接到其上，该线缆末端54由刚性 紧固材料构成，例如铝、钢、钛。线缆末端54使用标准紧固件夹紧传 动线缆52的第二端，并刚性地连接到车架60上。线缆末端54可焊接 到车架60上，使用螺钉、螺母和垫圏或任何其它的适当该当固定。在 一个实施例中，传动线缆52使用常见紧固件直接连接到车架60上， 免除了线缆末端54。
[0096】参考图17和18，当交替地推动曲柄15a、 15b并使其返 回至行程开始处时，改变了曲柄15相对于传动滑轮28的角度。这产 生了改变整个行程中传动滑轮28操作的速度和扭矩的机会。图17为 曲柄15、传动滑轮28和传动线缆52的示意图。图17中，示出了曲 柄15的两个位置。在曲柄15的位置处在行程开始处的位置A中，显 示出传动线缆52直接连接到曲柄15上。为了使下面原理的描述更易 理解，未示出曲柄滑轮23。在位置B中，曲柄15相对位置A转动了 10度，这在一些实施例中约为行程长度的33%。在其它实施例中，可 根据用户的体形、车轮、推进器、飞轮或其它转动从动组件的尺寸和 转速及传动滑轮28的直径来延长或缩短行程长度。如图17中所示， 传动线缆52在位置A与B的长度之间的差别非常小。在位置B中， 传动线缆52的长度比位置A中长约20%。在一些实施例中，这使得 传动滑轮28小量转动，当CVD 10用于自行车100时，产生了后轮 84的更低速度。
[0097】现在参考图18，示出了曲柄15的位置C和D。位置C 与D之间的差别也是10度，约为行程长度的33%。位置D表示在行 程末端的曲柄15的位置。在图18中可容易地看出，传动线缆52在位 置D中比在位置C中长。通过比较图17和18可看出，对于相同10 度的曲柄15的移动，传动线缆52在图18中比图17中行进得要长超过50%。传动线缆52的这个行程增大提高了传动线缆52的转速和后 轮84的转速。后轮84的加速度相对于时间从行程开始到行程结束连 续地变化。可通过改变曲柄枢轴17的位置、曲柄15的长度、传动滑 轮28相对于曲柄15的位置、传动滑轮28的直径、曲柄滑轮23的位 置和直径、传动线缆52的直径以及线缆的长度等等，可调节该连续（随 着时间）可变速度和扭矩变化。通常，当曲柄15相对于传动线缆52 的角度越大时，对于相同距离的行进行程曲柄15产生的传动滑轮28 的转动就越多。如果曲柄15相对于线缆52的角度小，那么当在行程 期间踩压曲柄15时，曲柄15通常产生小量的传动滑轮28的转动。传 动线缆52与曲柄15之间的角度Z在整个行程中连续地变化，使得如 果所有其它变量保持相同，那么引起传动滑轮28的转速变化。通常， 传动线缆52相对于曲柄15之间的角度Z2在行程结束时比行程开始 时的角度Zl大；这使得如果所有其它变量保持相同，那么与行程开 始时相比，行程结束时传动滑轮28的转速增大。传动滑轮28的这种 转动变化是连续可变的。
[00981 参考图19,示出了行程开始时传动线缆52缠绕传动滑轮 28的位置的示意图。为了使下面原理的描述更加容易，隐藏了传动滑 轮28。可看出，传动线缆52缠绕传动滑轮28约3.15次。参考图20， 示出了行程结束时传动线缆52的位置的示意图。为了使下面原理的描 述更加容易，隐藏了传动滑轮28。可看出，传动线缆52未缠绕传动 滑轮28，使得余下的约为1.1。
[00991 在行程开始时，传动线缆52具有更大的直径，这相对行 程结束时传动线缆52的较小直径来讲，减小了传动滑轮28的速度并 增大了传动滑轮28的扭矩。速度和扭矩的这种变化是连续可变的，意 味着传动滑轮的速度和扭矩在整个行程中相对于时间是连续变化的。 通过传动滑轮28根部的直径、传动线缆52的直径、传动线缆52缠绕 传动滑轮28的圏数、曲柄15的长度、行程的长度以及其它变化可改 变和控制速度和扭矩的变化率。
[001001通过将曲柄15相对于传动滑轮28的角度位置的变化中固有的速度增加与动力行程期间传动滑轮52的直径减小联合，可在行 程惹事时实现速度的显著提高。显然，速度提高是非线性的，并且随 着传动线缆52的变化率、百分比和直径减小加速而朝着行程末端快速 增加。同时，曲柄15相对于传动滑轮28的角度增大了拉动传动线缆 52的量。这两个现象的联合效果在整个行程中产生了速度的连续提 高。因为自行车开始快速加速，曲柄15变得难以踩压，需要用户施加 更大的力，所以难以在CVD自行车上实现该速度提高。通过CVDIO 的恰当设计可控制其加速量。在一些实施例中，在正常操作条件下达 到行程末期所需要的力的增加是不足的。这意味着曲柄15将慢下来， 在到达行程结束之前就停止在动力行程上，除非施加很大的动力。这 消除了各行程结束时动能的损失。
[00101】参考图1，当在复位行程的相对的曲柄15接触车架60 时，出现动力行程的末端。在其它实施例中，位于曲柄15与车架60 之间的中间组件（未示出）阻止了曲柄15的复位行程。该中间组件可 由弹性材料构成，例如氨基甲酸乙酯或橡胶，可调整成适于用户的偏 好。该中间组件可通过常见紧固件连接到车架60上。
[001021现在参考图1和11-13,通过改变传动线缆52和随动线 缆31的长度和位置可控制行程的长度和位置。通过放松插入曲柄15 的夹具固定件21的两个机用螺钉可调节随动线缆31的长度。这放松 了线夹29施加到随动线缆31上的力。从而可延长或缩短随动线缆31 的长度。当CVD IO结合自行车IOO—起使用时，如果延长随动线缆 31，那么曲柄15移得更加远离从动滑轮4，或者更加靠近地面。这改 变了用户在自行车IOO上的位置，并且改变了自行车100的速度。当 曲柄15移得更加远离从动滑轮24时，各曲柄15之间的距离也增加， 从传动滑轮28展开了一些传动线缆52。这增大了 CVD IO和自行车 100的传动比。
[00103j可以相同方式调节传动线缆52的长度。如果放松将传动 线缆52连接到线缆末端54的紧固件，那么可延长或缩短传动线缆52。 如果延长传动线缆52，那么复位弹簧51将另外的传动线缆52缠绕在
41传动滑轮28上，降低了传动滑轮28的速度并增大了传动滑轮28的扭 矩。如果缩短传动线缆52，那么速度提高并且扭矩减小。因此，用户 可将CVD 10的传动比构造成适合他或她的个人偏好。
[00104】现在参考图21和22,对自行车的传统转动行程和CVD 10的行程之间进行行程比较。参考图21,循环A表示传统自行车的 行程。显然，360度的行程中少于90度的行程产生动力，只有约60 的行程有效产生动力，由传动自行车曲柄的上下位置X之间的60度 标记示出。传统传动行程只在该60度行程约一半或30度中变得非常 有效。弧线B示出了 CVD10的行程长度，其在约30度范围内非常有 效地产生动力。重要的是，用户的腿几乎并不如传统转动行程移动那 样多，降低了对膝盖和其它关节的应力，降低了肌肉疲劳。
[00105】参考图22，比较传统转动行程与CVD IO行程之间的扭 矩。曲线图左侧垂直Y轴上绘出了渐增的扭矩，而水平X轴示出了时 间或行程完成的百分比。曲线C表示一个完整行程中传统转动自行车 动力传动系统的扭矩。当用户通过行程中产生动力的60度部分时，出 现显著的扭矩峰值。该扭矩峰值每转出现两次，当第一次腿和然后第 二次腿通过行程的动力部分时。在行程开始和行程的一半，当曲柄基 本上垂直时，行程的扭矩急剧地下降。为了降低扭矩峰值的大小，保 持行程动力部分的动力，用户必须保持有效传递动力的高节奏。
[00106】曲线D表示CVD 10中的扭矩。不仅因为通过行程的转 动幅度小（一些实施例在20-40度之间）并理想地构造成产生扭矩， 而且因为减小了当曲柄15移过行程动力阶段时传动线缆52至传动滑 轮28中心的半径，所以整个行程中的扭矩都是稳定和同高的。该作用 减小了扭矩。因此，当腿部伸直时，腿部肌肉变得更加有效，朝着行 程的末期产生理大的力，便于减小传动线缆52至传动滑轮28中心的 距离。仍参考图22， CVD IO产生的最大扭矩小于传统转动动力传动 系统，减小了作用在用户和CVD IO组件上的应力，但是平均扭矩更 高。这是因为由于没有车座的事实而使更多的用户重量作用在踏板16 上。因此，作用在踏板16上的力更大。[00107】现在参考图23，示出了具有独立行程的可选CVD110。 为简便起见，只描述CVD110与CVD10之间的区别。拆除了随动线 缆31，由分别连接到曲柄15a、 15b的两个独立线缆131a、 131b替代。 独立线缆131第二端连接到车架60上。独立线缆131可使用常见紧固 件或线夹39连接到车架60上。因为消除了随动线缆31，所以在一些 实施例中，当曲线15b处于其动力行程时，曲柄15a并不返回其初始 位置，反之亦然。这需要执行停止来结束CVD110的动力行程。如同 随动线缆31为柔性受拉元件的独立线缆131通过在动力行程结束时变 拉紧而实现这个目的。可以与随动线缆31相同的方式调整独立线缆 131的长度。独立踏板116替代CVD 10的踏板16。独立踏板116允 许用户在复位行程拉动曲柄15。在一些实施例中，连接到踏板116的 盖117覆盖了用户的脚的上面。在其它实施例中，踏板116包括踏脚 套（未示出），所以用户可拉动曲柄15。在另一些实施例中，独立踏 板116可为无套踏板，用户穿着接合并连接到独立踏板116上的钩子 或其它紧固件的配套无套鞋。在另一些实施例中，复位弹簧51(图11 中所示）构造成在行程的复位阶段期间抬升曲柄15，无需独立踏板116 抬升曲柄。
[00108j仍参考图23,用户可使用CVD IO调整行程的长度，但 是也可通过在踩踏时将曲柄15升得更高来调节行程的高度，这样产生 了更慢的速度和更高的扭矩。用户还可在动力行程更进一步地踩踏曲 柄15，提高速度并减小扭矩。这样可实现CVD 110的速度和扭矩的 显然比率变化。用户还可以用一只脚或用两只脚同时踩踏。
[001091现在参考图11、 24和25，示出了具有复合滑轮204的可 选CVD210。为简便起见，只描述CVD210与CVD10之间的区别。 在图24的一侧a侧，隐藏了传动滑轮28a、曲柄滑轮23a和复合滑轮 204a,使得可看见传动线缆202a和复合线缆206a。在图24的b側， 隐藏了传动线缆202b和复合线缆206b，使得可容易地看见复合滑轮 204b。 CVD210类似于CVD10，但是CVD 210包括复合滑轮204a、 204b。在一个实施例中，复合滑轮204以与曲柄滑轮23连接到曲柄15相同的方式连接到车架60上。复合滑轮204可由与传动滑轮28相 同的材料和相同的形式制成。传动线缆202从传动滑轮28行进到复合 滑轮204中的第一复合槽208a。传动线缆202缠绕复合滑轮204a中 的第一复合槽208a，传动线缆202固定到复合滑轮204上。复合线缆 206缠绕复合滑轮204中的第二复合槽208b并固定到复合滑轮204上。 在一些实施例中，复合线缆206然后在终止于车架60之前缠绕曲柄滑 轮23。
[00110】仍参考图11、 24和25，与CVD10的行程相比，复合滑 轮204增大了行程期间CVD210的速度变化。传动线缆202在动力行 程期间缠绕到复合滑轮204上，而复合线缆206不缠绕。这使得在动 力行程开始时容易踩踏，快速地提高了传动滑轮28的速度，从而踩踏 的难度延至动力行程的末期。通过使第一复合槽208a与第二复合槽 208b的直径不同，并改变复合滑轮204相对于传动滑轮28的直径， 可改变速度变化。
[00111】现在参考图11、 24和26，示出了具有复合滑轮204的可 选CVD310。为简^更起见，只描述CVD310与CVD10之间的区别。 CVD310基本上类似于CVD210,图26以与图24相同的方式示出。 在CVD310中，未使用曲柄滑轮23、惰轮轴承26和惰轮轴27，并且 是将复合线缆206连接到曲柄15上而不是连接到车架60上。还使用 另外的线夹29将复合线缆206连接曲柄15上。
[00112】现在参考图27,示出了可选CVD410。为简便起见，只 描述CVD410与CVD210之间的区别。除了 CVD410构造有一体式 止动件或发电机215之外，CVD410基本上类似于CVD210。在一些 实施例中，穀壳41上通过过盈配合压制有环形磁通盘（flux disc )406。 磁通盘406可由高导电材料制成，例如铝或铜。磁通盘406具有多个 环形槽，类似于复合滑轮204中的槽。可由钢、塑料、复合材料或其 它适当材料构成的止动件404具有设计成插入磁通盘406的环形槽之 间空间的环形突起。止动件404设计成固定到车架或其它刚性结构上。 在一个实施例中，螺母（未示出）连接到止动件上，螺栓（未示出）螺紋连接进螺母中。螺栓和螺母控制止动件404相对于磁通盘406的 位置。粘结到或通过常见紧固件固定到止动件404的突起一侧的制动 》兹体408以小量的间隙安装进石兹通盘406的环形槽之间的空间内。当 用户驱动CVD 410时，通过转动螺栓将止动件404定位成距磁通盘 406更近或更远来控制阻力。当制动磁体408进一步移入》兹通406时， 产生更大的阻力，反之亦然。无需任何接触部分，产生CVD410的阻 力。制动磁体408还可为使用在永磁发电机中的磁体，磁通盘406可 ^修改成永/磁发电才几的电枢。在该实施例中，永/磁发电机产生的阻力或 制动转换为电力。
[00113]现在参考图28，示出了使用类似于CVD210的CVD 510 的踏板车500。为简便起见，只描述踏板车500的某些特征。在优选 实施例中，曲柄滑轮523靠近曲柄515的末端（踏板517连接到曲柄 515的一端），以使传动线缆502和复合线缆506的行进量都最大。曲 柄枢轴517位于后轮的后侧的附近，以使曲柄515的长度最大。通过 常见紧固件或焊接连接到车架的盖533提供了复合滑轮504的连接。 在其它实施例中，复合滑轮504可使用常见紧固件连接到车架上。在 一个实施例中，复合线缆506连接到盖533上，而在其它实施例中， 复合线缆506连接到车架560上。
[00114】现在参考图29和30，描述使用在自行车600上的可先 CVD 605。为简便起见，只描述自行车IOO与自行车600之间的区别。 自行车600的车架62基本上类似于自行车100的车架60,但是可具 有架尾602。在一个实施例中，架尾602从曲柄撑杆78向后和向下延 伸。架尾602第一可通过焊接、紧固件或粘合剂或任何其它适当的方 法连接到车架62上，以产生牢固刚性的连接。架尾602优选是坚固和 刚性的，车架62的一部分具有接收杆止动件604的孔。在一些实施例 中，杆止动件604为石更化销，但杆止动件604还可构造为用于轴承的 轴。在一些实施例中，杆衬606安装在杆止动件604上，并通过插入 杆止动件604的槽内的定位环（未示出）保持在适当的位置中。杆衬 套606可为在杆止动件604与杆衬套606之间提供相对的移动低摩擦圆柱形部件。在其它实施例中，杆衬套606可为滚柱轴承，例如滚针 轴承或径向轴承。
【00115】仍参考图29和30，杆式曲柄615可基本上类似于自行车 100的曲柄15,但是可具有杆枢轴612和杆槽618。在一些实施例中， 杆枢轴612为用于接收杆销613的孔。杆销613可通过过盈配合、焊 接、粘合剂或任何其它适当的方法刚性地连接到杆式曲柄615上。杆 槽618优选为形成在杆式曲柄615内靠近踏板16的槽。在一些实施例 中，杆槽618包括多个凹口，这些凹口允许复合滑轮轴620固定在可 调整复合滑轮622与杆式曲柄枢轴616之间距离的各个位置上。复合 滑轮轴620可通过标准紧固件连接到杆式曲柄615上，在一个实施例 中，使用公知的快拆装置（未示出）。当复合滑轮622距杆式曲柄枢轴 616更远时，拉动更多的传动线缆630和复合线缆632,自行车600 换入更高档。当复合滑轮622更靠近杆式曲柄枢轴616时，拉动较少 的传动线缆630和复合线缆632,自行车600换入低档。
[00116】仍参考图29和30，示出了杆608。杆608通过杆销613 连接到杆式曲柄615上，在一些实施例中，杆销613为具有头的硬化 钢销。在一些实施例中，可使用位于杆销613上方的衬套或轴承（未 示出）将杆608与杆销613之间的摩擦最小化。在一个实施例中，杆 608的第一端内形成有孔，第一杆滑轮轴638通过过盈配合、焊接、 粘合剂或任何其它适当的方法连接到所述孔上。第一杆滑轮轴638上 设有第一杆滑轮634，该滑轮为惰轮，可自由转动。在一些实施例中， 第 一杆滑轮轴638 —端上具有防止第 一杆滑轮634脱落第 一杆滑轮轴 638的头。杆608的第二端为第二杆滑轮轴640使用与第一杆滑轮轴 638相同连接方法插入的第二孔。第二杆滑轮636位于第二杆滑轮轴 640上，在一些实施例中，所述第二杆滑轮636与第一杆滑轮634基 本相同，也是惰轮。杆608在第二杆滑轮636与杆枢轴612之间的一 侧上形成具有产生杆608所需运动和转动的形状的导向表面614。在 行程期间，杆衬套606沿着导向表面614滚动。杆衬套606优选适于 使摩擦最小，并且位于杆止动件604上。杆衬套606的运动强迫杆608沿着使复合线缆632缠绕第一杆滑轮634和第二杆滑轮636的方向转 动。在一些实施例中，第一杆滑轮634在第二杆滑轮636之前与复合 线缆632接触。第一杆滑轮634和第二杆滑轮636都增大了行程期间 复合线缆632被拉动的量。在一些实施例中，杆608构造成提高整个 行程中复合线缆632拉动量的变化率。例如，在行程开始附近，复合 线缆632在杆式曲柄615转动的第一个5度期间的拉动量可为一厘米， 而在杆式曲柄615转动的最后一个5度期间，复合线缆632可拉动五 厘米。可通过许多变量来控制行程期间复合线缆632的变化率和长度, 包括从杆枢轴612到曲柄枢轴616的距离、杆608的长度、导向表面 614的形状、杆止动件604的位置、杆枢轴612与第一杆滑轮634之 间的距离、杆枢轴612与第二杆滑轮636之间的距离、复合滑轮622 与曲柄枢轴616之间的距离、行程期间杆式曲柄615的转动程度、第 一杆滑轮轴638与第二杆滑轮轴640之间画的线是否与杆枢轴612的 中心重合或错开、以及复合线缆632的终点。
【00117】现在参考图31-33，在一些实施例中，使用杆608的CVD 601可包括杠杆钩610，该杠杆钩610通常为在杆608于第二杆滑轮 636 —侧的端部上形成钩状的弯曲部分。杠杆钩610优选在行程期间 限制杆式曲柄615的转动，在行程结束时抓住杆止动件604或杆衬套 606，阻止杆式曲柄615的转动。在一个实施例中，杠杆钩610可适于 在杆式曲柄615返回行程开始时阻止杆式曲柄615的转动。
[00118】参考图31，示出了在行程开始时的杆608。杠杆钩610 在复位行程期间抓住了杆衬套606，防止杆式曲柄615摆得更靠近传 动滑轮650。应当注意，在CVD 601上可使用与CVD10相同的复位 弹簧51，该复位弹簧51的强度足以使杆式曲柄615在复位行程返回 其初始位置。当行程开始杆式曲柄615开始转动时，杆枢轴612开始 移动，更加靠近杆止动件604。在一些实施例中，第一杆滑轮634与 复合线缆632接触。
[001191图32示出了通过其动力阶段的行程中途。杆式曲柄615 更靠近杆式止动件604。杠杆钩610移离了杆式止动件604，并且杆枢轴612更靠近杆式止动件604，使得杆608转动的更加快速，拉动更 多的复合线缆632，从而提高了变化率并加速了后轮84的转动（见图 29)。这是因为第一杆滑轮634拉动了更多的复合线缆632。注意，第 二杆滑轮636正要接触复合线缆632。
[00120】图33示出了在其动力阶段结束时的行程。杆式曲柄615 已经过杆止动件604,杆村套606沿着导向表面614滚动，直到杆衬 套606再次接触杠杆钩610阻止了杆式曲柄615并结束行程的动力阶 段为止。杆608在行程的整个动力阶段都沿相同方向转动。在行程的 复位阶段，杆608沿相反方向转动，返回其初始位置。在一些实施例 中，因为第二杆滑轮636接合，拉动了大量的复合线缆632，所以传 动滑轮650的变化率和转速在整个行程中持续增加，并且传动线缆630 持续变长。
[00121】现在参考图31-33，在一些实施例中，传动滑轮650的加 速度在整个行程中线性地增加。当自行车600上使用CVD601并且用 户爬坡时，后轮84通常转动更慢，并且踩踏变得更加困难。在这种情 形下，用户无法在整个行程中都施加足够的力来杆式曲柄615。踩踏 在朝着行程末端时变得过于困难，阻止了行程。在这种情形下，用户 将被推向踩踏较容易的行程开始。这种作用还将用户在自行车600上 向前移，这在爬坡时是有利的。用户可选择缩短行程的长度以使踩踏 更容易。当用户下坡时，后轮84转动更快，传动滑轮650也转动更快， 以向自行车600施加动力。在这种情形下，踩踏变得更加容易，用户 在行程变得踩踏过于困难之前移动得更远。这种作用还将用户在自行 车600上进一步向后移，这在下坡时是有利的。简言之，在一些实施 例中，CVD601自动地改变传动比以适应用户的需要。
[00122]现在参考图34，描述自行车600的传动滑轮650的一个 实施例。传动滑轮其根部具有螺旋形根部652。螺旋形根部652半径 在一圏或360度转动中以基本线性的比率增加。在一些实施例中，螺 旋根部652半径增加量基本等于传动线缆630 —圈上的直径。传动线 缆630可具有连接到终止于螺旋根部652最小半径处的一端的耳柄658。耳柄658为常见的紧固装置，其具有带允许插入螺钉（未示出） 的柄孔659的平面区域。耳柄658的包括柄孔659的平面部分插入形 成在螺旋根部652中的滑轮槽654。在一些实施例中，所述螺钉为平 头螺钉，可手入与柄孔659径向对齐的埋头固定孔656中，使得该平 头螺钉首先插入固定孔的埋头部分，然后通过柄孔659，然后螺紋连 接进固定孔656的螺紋部分。
[00123】现在参考图35-37,示出了可选CVD 700。 CVD 700类 似于CVD 601，使用曲柄710和传递杆720。传递杆720第一端绕着 杆枢轴722枢转，该杆枢轴722可刚性地连接到不可移动组件上，例 如车架（未示出）。杆枢轴722的组件可基本类似于杆枢轴612的组件。 滑轮轴726和滑轮724可连接到杆720第二端的附近。曲柄710笫一 端绕着曲柄枢轴712枢转。踏板16连接到曲柄710的第二端上。曲柄 710还连接到挡块714和衬套716上。传动线缆730缠绕传动滑轮750。 复合线缆732刚性地连接到刚性不可移动组件上，例如车架（未示出）。
[00124】图35示出了在行程动力阶段开始时或行程复位阶段结束 时的CVD 700。衬套716接触杆720上的导向表面728，当用户致动 踏板16时，曲柄710开始移动通过行程的动力阶段。衬套716在导向 表面728上滚动。图36示出了通过行程动力阶段的中途的CVD 700。 曲柄710和衬套716移得更加靠近杆枢轴722,使得杆720转动更加 快速，拉动更多的传动线缆730和复合线缆732，导致变化率增大。 图37示出了行程动力阶段结束时的CVD 700。曲柄710和杆720几 乎平行，衬套716移得最靠近杆枢轴722，进一步提高了杆720的转 速以及复合线缆732和传动线缆730的拉动量的变化率。导向表面728 可为产生所需变化率的任意形状。例如，在一些实施例中，导向表面 728为直的，而在其它实施例中，导向表面728是曲形的。在另一些 实施例中，导向表面728为由多个半径构成的多义线或曲线。
【00125]现在参考图38，示出可与前述各种CVD实施例一起使 用的杆609。杆609具有通常为平面的一侧380，该平面侧终止于杆枢 轴端381和末尾导轨端382。在一个实施例中，609包括一个或多个滑
49轮连接装置383，该装置可为用于接收滑轮的轴的孔。滑轮连接装置 383可位于杆枢轴端381上或杆枢轴端381的附近。如图38中所示， 在一些实施例中，杆609包括在导轨端382附近的另外一个或多个滑 轮连接装置384。其中，优选提供多个滑轮连接装置383、 384，以允 许灵活选择滑轮（未示出）的位置。
[00126]在一个实施例中，杆609设有杆枢轴连接装置385，该装 置位于杆枢轴端381与导轨端382之间。如图38中所示，杆枢轴连接 装置可位于滑轮连接装置383附近。杆609在杆枢轴连接装置385与 导轨端382之间的中间部分386优选设有弯曲导向表面387。在一个 实施例中，导向表面387限定了椭圆弧。例如，对于某些应用，导向 表面387的特征为具有约6英寸的主轴389和约3英寸的短轴390的 椭圆弧。在图38所示的实施例中，杆609的宽度391约为1.5英寸。 在一些实施例中，轴392与滑轮连接装置383的中心在同 一条直线上， 杆枢轴连接装置385相对于主轴389成约140度的角度Al。在一个实 施例中，滑轮连接装置383与杆枢轴连接装置385的中心之间的距离 约为l-2.5英寸，更优选为1.5-2.0英寸。在一些实施例中，导向表面 387转变为半径393或半径394，其可为例如0.75英寸的半径。应当 注意，虽然在一个实施例中通过限定为椭圆弧来描述导向表面，但是 在其它实施例中，导向表面387可限定为各种曲线形状，甚至是直线。 对于某些应用，导向表面387可包括多个连续曲线，这些曲线至少一 部分具有不同的半径。
[00127】现在参考图39A-39D,描述使用CVD的一些生理益处。
户的腿部位置。图39C和39D示出了当CVD用在自行车上时行程顶 部和底部时用户的腿部位置。图39A-39D示出了用户的大腿770、膝 盖772和小腿774。图39A示出了使用170 mm曲柄的典型自行车的 两个踏板之间的距离。踏板之间的总距离776为340 mm。图39B示 出了在传统转动自行车行程的底部时，用户的腿部稍稍弯曲。图39B 示出了用户的脚在传统转动行程底部与CVD行程底部/结束时的距离777。 图39C示出了在CVD行程的动力阶段结束时，用户的腿部基本 是直的。图39D示出了在CVD行程的顶部/开始与底部/结束时的距离
778, 其为235 mm或转动行程长度的69%。更重要的是，在图39D 中，用户的腿部以约91度的角度弯曲，而在图39A中，用户的腿部 以约68度的角度弯曲。
[00128】仍参考图39,使用户在踩踏时其腿部必须弯曲的量最小 具有许多生理益处。 一个明显的益处就是因为用户无需移动腿部那么 多或抬腿那么高，所以更加容易。另一益处就是膝盖上的应力更小， 这对膝盖有问题的人是很重要的。另一益处就是，在CVD行程中使 用的肌肉比传统自行车转动行程中使用的更多，使用了更多的活性肌 肉。研究表明，与CVD行程产生的运动相类似的爬楼梯活动了下肢 几乎全部的肌肉，包括膂屈肌和臀部肌肉。CVD行程的再一益处就是， 当肌肉拉长或趋近拉长时而不是缩短时，肌肉收缩更加有效。术语向 心（缩短）和离心（拉长）肌肉收缩、离心肌肉收缩可更加有效。例 如，研究表明，骑脚踏车产生约15。/。有效的肌肉运动，而在坡上向上 跑步中使用的肌肉获得约34%的效率，在坡上跑更加接近CVD行程 产生的运动。CVD行程的另一益处就是，用户能够将其体重从一側转 到另一侧，容易将其所有重量施加到CVD行程的动力阶段，产生比 用户坐在自行车上向踏板施加力时获得的更大的力。
[001291现在参考图40，示出了可使用所述各种CVD实施例的 自行车4010。在一个实施例中，自行车4010包括由前轮4020和后轮 4025支撑的车架4015。顶管4030从头管4035延伸到后轮4025的轮 轴（未示出）。顶管4030可适于接收和固定轮轴。后轮4025位于顶管 4030A与顶管4030B之间。在一些实施例中，顶管4030的第一部分 实际上是单管，然后在它接近后轮4025时分叉成两个管。下管4040 从头管4035朝着后轮4025的下部延伸，通常位于与后轮4025相同的 平面内（即，下管4035优选终止于后轮4025之前并且与后轮4025 对齐）。连接管4045连接到顶管4030和下管4040上。例如，连接管 4(H5A—端固定到顶管4030A上，第二端固定到下管4040上。在一些实施例中，下管4040设有用于将连接管4045连接到下管4040的延 伸或支撑杆或轴（未示出）。在一些实施例中，自行车4010包括通过 胸部支撑管4055连接到车架4015的胸部支撑4050，所述胸部支撑管 4055固定到一个或两个下管4030上。胸部支撑管4055与下管4030 之间的固定可适于允许沿着下管4030的长度选择胸部支撑管4055的 位置。在一个实施例中，往复式曲柄4060可连接到曲柄枢轴4065上， 该曲柄枢轴4065可由下管4040和/或连接管4045支撑，并位于其附 近。杆止动件4070连接到连接管4045上以提供用于杆（图40中未示 出，例如上述杆608和720)的运动的导向表面。
[00130】现在参考图41，自行车4100可包括车架4105，该车架 4105包括连接到下管4115的头管4110。胸部支撑4120可接收和/或 支撑在胸部支撑管4125上，该胸部支撑管4125通过胸部支撑管夹 4130连接到下管4115上。在一些实施例中，胸部支撑管夹4130适于 可拆卸，允许选择将胸部支撑夹4130定位在下管4115所需的长度处。 如图41中所示，下管4115的部分4112可向后轮4135的前方弯和向 后轮4135的下部延伸。
[00131】在一些实施例中，下叉4140将下管4115连接到自行车 4100的后轮轴（未示出）上。在一个实施例中，例如，下叉4140通 过支架4145连接到后轮轴上。在一些实施例中，曲柄撑杆4150将下 叉4140连接到下管4115上。因此，在某些情形下，下管4115设有适 于连接到曲柄撑杆4150的延伸、连接管或釉4155。如图41中所示， 在一些实施例中，下叉4140和曲柄撑杆4150可一体地形成一个工件。 后轮4135位于一对曲柄撑杆4150和下叉4140之间„
[001321在一些实施例中，曲柄4160为往复式并且适于只转动通 过小于360度的角度，该曲柄4160连接到下管4115和/或曲柄撑杆 4160上。在一个实施例中，曲柄4160转动地连接到连接管4155上。 杆止动件4165可连接到曲柄撑杆4150上，以给杆（图41中未示出， 例如上述CVD的杆608和720)的运动提供导向结构。
[00133】上面的说明详细描述了一些本发明的实施例。但是应当理解，前面的描述详细说明了本发明的具体实施例。但是，应当理解，无论前文中如何的详细，本发明都可以许多方式实施。并且应当注意，当描述本发明的特定特征或方面时，特定术语的使用并不应当认为这
— .......— ,—明与《
体特性，