JP2006511764A - 無段階変速機 - Google Patents
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Abstract
Description
変速機は、プーリ間で伝達されるトルクおよび速度伝達比の所望の値のような制御パラメータに依存して動作する。これらの制御パラメータは、各プーリの変位することができる1つまたは複数のディスクの必要な作動を決定するために使用される。これにより、駆動ベルトには締付け力が加わる。これにより、プーリのディスクにより駆動ベルトの上にかかる各締付け力のレベルが、摩擦により伝達することができる以下の説明において伝達可能トルクと呼ぶ最大トルク・レベルが決まり、これらの締付け力間の比率が変速機の速度伝達比を決める。好適には、伝達可能トルクおよび速度伝達比は、それぞれ個々のプーリの作動手段により相互に独立して能動的に制御できることが好ましい。
これらの周知のプーリを含むこのような変速機は、それ自身十分満足できるように機能するように見えるが、速度伝達比の変化の際にプーリ間でエネルギーを伝達できるようにすることにより、その効率を改善することができる。これについては以下の説明を読めば分かる。変速機の動作中、上記締付け力の影響下で、両方のプーリ上で半径方向に外側に駆動ベルトが押しつけられると、駆動ベルトに張力がかかる。それ故、相互に対向する方向に、各プーリの軸方向に変位することができるディスクを移動することにより、各プーリの駆動ベルトの半径方向の位置を同時に調整することにより、速度伝達比を変化した場合には、エネルギーは、プーリ・ディスクが相互に離れるプーリのところで解放される。何故なら、駆動ベルトの張力がこのような運動を助けるからである。一方、ディスクが相互に接近するプーリのところでは、このような運動は、駆動ベルトの張力に抗して行われエネルギーが消費される。それ故、一方のプーリのところで解放されたエネルギーを他の各プーリに伝達するための手段を設けることにより、作動手段の効率、すなわち変速機の効率を改善することができる。
上記国際特許出願に記載されているプーリを備える変速機の場合には、エネルギーの上記伝達は原則的には可能であるといえる。すなわち、エネルギー解放プーリの作動手段の電気モータを、他の各プーリの電気モータの作動手段へ電力を供給するゼネレータとして使用することにより、エネルギーの伝達を行うことができる。しかし、これにつきものの必要なエネルギー変換損失および効率の損失により、このような構造の全効果が制限される。
本発明による変速機の場合には、周知のプーリ設計を大きく変更しないで、驚くほど簡単な手段で有利に、速度伝達比を変更する際にプーリの変位システムを、その間でエネルギーを伝達することができるように機械的に相互に接続することができる。それにより、各変位システムの第2の歯車セットの第3の構成要素を同時に駆動する速度伝達比制御モータを作動することにより速度伝達比を変更する。一方、速度伝達比制御モータが停止した場合、またはそうしなければ停止トルクを発生するためにモータが消費する電力を節約するために、機械的にロックした場合にさえ速度伝達比は一定のままである。トルク制御モータの作動が制御された場合には、プーリのディスク間の駆動ベルトに加わる型締力、およびそれ故伝達可能トルクは、選択した制御戦略により影響を受ける。
変速機が定常状態で動作中は、締付け力はほぼ一定である場合、電力を節減するためにトルク制御モータも機械的にロックすることができる。この場合、好適には、回転スプリングを、依然として作動手段が幾何学的許容誤差に対処できるように、トルク制御モータとそれに駆動できるように接続している第3の構成要素との間に設置することが好ましい。
すでに説明したように、作動手段の設計は、比較的柔軟性がなく、トルク制御モータが若干回転しても、通常、締付け力が急速に増大する。それ故、動作中のトルク制御モータの実際の回転は、実際には比較的小さく、モータは、主として、トルクを発生するために、すなわち変換機構を通して変位することができるディスク上に軸方向の力を加えるために使用される。依然として、例えば、上記欧州特許公報に記載されているように、通常の変速機の場合には、ディスクのストロークと呼ぶ、速度伝達比変更の際に変位することができるディスクの軸方向の変位は正確に一致しない。このような不整合に対処するにはトルク制御モータの回転が必要である。
ここで、変速機を自動車用に使用する場合には、好適には、多くの場合、一次プーリを車両のエンジンに駆動できるように接続するのが好ましく、また二次プーリを車両の被駆動車輪に駆動できるように接続するのが好ましい。しかし、必ずしもそうする必要はない。さらに速度伝達比制御モータもトルク制御モータも、必ずしも電力の供給を受ける必要はない。例えば、油圧のような他の方法で動力の供給を受けることができる。
二次プーリに関連する変位システムの第2の歯車セットの第3の構成要素は、原則的に、一次プーリのところで締付け力を独立して制御するために、もう1つの電気モータに駆動できるように接続することができる。本発明によれば、このようなもう1つの制御の可能性は不必要である。本発明によれば、例えば、変速機のハウジングに接続するというように、最後に説明した第3の構成要素を回転できるように変速機に固定すれば、コスト・パフォーマンスがよく、比較的簡単な構造が達成される。
変速機の好ましい実施形態を示す図面を参照しながら、本発明について以下にさらに詳細に説明する。図面中、第1および第2の歯車セットの上記第1の構成要素はその輪歯車であり、上記第2の構成要素はその太陽歯車であり、上記第3の構成要素はその遊星キャリヤである。
図1は、本発明による作動手段の好ましい実施形態の略全体図である。
図2は、そのいくつかの有利な態様を示す、本発明による変速機の物理的実施形態の部分断面図である。
図3は、本発明による変速機の詳細な実施形態である。
変位システム30および40は、それぞれ二重遊星歯車装置31、32、41、42および変換機構33、43を備える。この機構33、43は、変位することができる各プーリ・ディスク13、23、およびその回転をディスク13、23の直線運動に変換するための二重遊星歯車装置31、32、41、42に動作できるように接続している。例えば、EP−A−1 158 207号、WO−A−00/49313号および上記公報に記載されているので当業者にとって適当な変換機構タイプは周知である。それにより、二重遊星歯車装置31、32および41、42は、それぞれ第1の歯車セット31、41および第2の歯車セット32、42を備えていて、各歯車セットは、3つの同心回転構成要素50、51および52を備えていて、各回転構成要素は、中心の太陽歯車50、太陽歯車50と係合している回転できる多数の遊星歯車53を支持している遊星キャリヤ51、および遊星歯車53を囲んでいて、係合している輪歯車52である。
また、トルク制御モータTCの制御作動により、二次プーリ20のところに締付け力がセットされ、そのため変速機の伝達可能トルクが影響を受ける。それにより、上記制御作動は、有利にフィードバック・ループを内蔵することができ、その場合、実際に測定した締付け力がそれに対して所望の値と比較され、トルク制御モータTCの作動がその結果により調整される。
図1を見れば、変速機は、変位システム30および40を収容するために、かなりの軸方向の組み込み空間を必要とすることが分かる。何故なら、変位することができるディスク13および23は、通常、ベルト1の対向側面上に位置しているからである。さらに、接続シャフト60は、変速機の半径方向の組み込み空間を長くする。何故なら、接続シャフトは、プーリ10および20および駆動ベルト1を横切らなければならないからである。それ故、本発明は、また、軸方向および半径方向の両方で、組み込み空間がかなり狭くてすむ図2の変速機の物理的実施形態も提供する。
図2に示す本発明のもう1つの態様によれば、変位システム30および40の第2の歯車セット32および42の遊星キャリヤ51は、作動手段の中間歯車80の回転できる接続手段である。本発明によれば、中間歯車80は、速度伝達比制御モータRCにより直接駆動することができる。しかし、図2の実施形態の場合には、速度伝達比制御モータRCは、別の駆動歯車61を通して一次プーリ10の変位システム30に接続していて、トルク制御モータTCはもう1つの駆動歯車71を通して、二次プーリ10の変位システム40に接続している。
同様に、図2に示す本発明のさらにもう1つの態様から見た場合、速度伝達比制御モータRCおよびトルク制御モータTCは、それぞれ各駆動シャフト62および72を通してその各駆動歯車61、71に接続していて、それにより、モータRC、TCは、変速機のハウジングの外に位置することができる。
31,32;41,42 二重遊星歯車装置
30,40 変位システム
13,23 プーリ・ディスク
33,43 変換機構
50,51,52 同心回転構成要素
31;41 第1の歯車セット
32;42 第2の歯車セット
11,21 プーリ・シャフト
RC 速度伝達比制御モータ
TC トルク制御モータ
Claims (10)
- 変速機の一次シャフト(11)上に設置されている一次プーリ(10)と、前記変速機の二次シャフト(21)上に位置する二次プーリ(20)と、前記プーリ(10,20)の周囲を囲んでいる駆動ベルト(1)とを備える無段階変速機であって、各プーリ(10;20)が、前記変速機の電気機械的作動手段により、そのうちの少なくとも1つ(13;23)が前記各プーリ・シャフト(11;21)に対して軸方向に移動することができる2つのディスク(12,13;22,23)を備え、前記作動手段が、少なくとも、それぞれが1つのプーリ(10;20)に関連し、それぞれが二重遊星歯車装置(31,32;41,42)、および前記各変位することができるプーリ・ディスク(13;23)およびその回転を前記各ディスク(13;23)の直線運動に変換するための各二重遊星歯車装置(31,32;41,42)に動作できるように接続している変換機構(33;43)を備える速度伝達比制御モータ(RC)および2つの変位システム(30,40)を備え、各二重遊星歯車装置(31,32;41,42)が、第1の歯車セット(31;41)および第2の歯車セット(32;42)を備え、各歯車セット(31,32,41,42)が、中央の太陽歯車(50)、前記太陽歯車(50)と係合する多数の回転できる遊星歯車(53)を支持する遊星キャリヤ(51)、および前記遊星歯車(53)を囲んでいて、それと係合している輪歯車(52)である3つの同心回転構成要素(50,51,52)を備え、前記第1の歯車セット(31;41)の前記構成要素(50,51,52)のうちの第1の構成要素(52)が、前記第2の歯車セット(32;42)の対応する第1の構成要素(52)に直接接続し、前記第1の歯車セット(31;41)の前記構成要素(50,51,52)の第2の構成要素(50)が各変換機構(33;34)に直接接続し、前記第2の歯車セット(32;42)の対応する第2の構成要素(50)が、前記各プーリ(10,20)の前記プーリ・シャフト(11,21)に直接接続し、両方の変位システム(30,40)の前記第1の歯車セット(31;41)の前記構成要素(50,51,52)の第3の構成要素(51)が、前記速度伝達比制御モータ(RC)に駆動できるように接続していることと、前記二次プーリ(20)に関連する前記変位システム(40)の第2の歯車セット(42)の対応する第3の構成要素(51)がトルク制御モータ(TC)に駆動できるように接続していることとを特徴とする無段階変速機。
- 駆動できるように前記速度伝達比制御モータ(RC)に接続している前記第1の歯車セット(31,41)の第3の構成要素(51)に対応する前記一次プーリ(10)と関連する前記変位システム(30)の前記第2の歯車セット(32)の第3の構成要素(51)が回転できるように固定されていることを特徴とする請求項1に記載の無段階変速機。
- 前記第1の歯車セット構成要素(52)がその前記輪歯車(52)であり、前記第2の歯車セット構成要素(50)がその前記太陽歯車(50)であり、前記第3の歯車セット構成要素(51)がその前記遊星キャリヤ(51)であることを特徴とする請求項1または2に記載の無段階変速機。
- 前記速度伝達比制御モータ(RC)および前記トルク制御モータ(TC)のうちの少なくとも一方が、変速機ハウジングの外に位置し、前記ハウジングが、前記変速機の潤滑および/または冷却流体を少なくとも保持するために、前記プーリ(10,20)および前記駆動ベルト(1)を完全に囲んでいて、それにより、前記各制御モータ(RC;TC)が、前記変速機ハウジング内の孔部を通って延びる各駆動シャフト(62;72)により、前記各歯車セット構成要素(51)に駆動できるように接続していることを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の無段階変速機。
- 両方の変位システム(30,40)の前記第1の歯車セット(31;41)の前記第3の構成要素(51)が、前記作動手段の中間歯車(80)を通して駆動できるように接続していることを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の無段階変速機。
- 前記中間歯車(80)が、前記速度伝達比制御モータ(RC)により直接駆動されることを特徴とする請求項5に記載の無段階変速機。
- 回転スプリング(70)が、それに駆動できるように接続している前記二次プーリ(20)に関連する前記変位システム(40)の前記トルク制御モータ(TC)と前記歯車セット構成要素(51)との間に設置されていることを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の無段階変速機。
- 予め負荷をかけたもう1つのスプリング(70,73)が、前記他の各プーリ・ディスク(12,22)にプーリ(10,20)の前記変位することができるプーリ・ディスク(13;23)を押しつけることにより、前記ベルト(1)上に最初の締付け力を加えるために設置されていることを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の無段階変速機。
- 前記もう1つのスプリング(73)の1つの側面(74)が、前記各プーリ(20)の前記変位システム(40)の前記第2の歯車セット(42)の前記遊星キャリヤ(51)に取り付けられているその他方の側面(75)に対して、例えば、前記変速機ハウジングに固定され、前記もう1つのスプリング(73)が、前記後者の遊星キャリヤ(51)上に接線方向の力を加えることを特徴とする請求項8に記載の無段階変速機。
- 少なくとも1つのプーリ(20)の前記変換機構(33;43)が、前記各プーリ(20)の前記プーリ・シャフト(21)の孔部(25)の内部を主として軸方向に延び、前記プーリ・シャフト(21)の開口部(26)を通って延び、前記各変位することができるディスク(23)と係合している軸方向を向いている係合ドッグ(91)を備えている接続ロッド(90)を備えることを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の無段階変速機。
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