JP2012527584A

JP2012527584A - 無段変速機

Info

Publication number: JP2012527584A
Application number: JP2012511353A
Authority: JP
Inventors: ウィンター，フィリップ・ダンカン
Original assignee: トロトラク・（ディヴェロプメント）・リミテッド
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2012-11-08
Also published as: US20120142477A1; CN102575753B; EP2433031A1; KR20120014209A; GB2470717B; BRPI1013060B1; CN102575753A; GB0908581D0; EP2433031B1; GB2470717A; WO2010133873A1; US8882626B2

Abstract

多重レジーム無段変速機（ＣＶＴ）は、変速機入力軸（１８）と、変速機出力軸（３０）と、変速比可変ユニット（Ｖ）とを備え、変速比可変ユニット（Ｖ）は、回転する入力部（１０）および回転する出力部（１２）を有し、入力部および出力部の回転軸は同軸である。第１および第２の遊星歯車装置（Ｅ１、Ｅ２）を備える分路は、変速比可変ユニット（Ｖ）を横断して連結させられる。一方の遊星歯車装置（Ｅ１）は、変速機入力軸（１８）によって駆動される入力部（Ｃ１）、および変速比可変ユニット（Ｖ）の片側によって駆動される入力部（Ｓ１）を有し、もう一方の遊星歯車装置（Ｅ２）は、第１の遊星歯車装置からの入力部（Ｃ２）、および変速比可変ユニット（Ｖ）の片側からの入力部（Ｓ１）を有する。第１および第２の遊星歯車装置（Ｅ１、Ｅ２）は、同軸の周りで回転し、変速比可変ユニット（Ｖ）の入力部（１０）および出力部（１２）の回転軸からずれ、それに対して平行である。クラッチは、第２の遊星歯車装置（Ｅ２）の出力部（Ａ２）を変速機出力軸（３０）に選択的に連結させるように動作することができる。

Description

本発明は、無段変速機に関し、詳細には、限定的ではないが、建設業において一般に「ホイールローダ」として知られる大型車両内で使用される無段変速機に関する。

ホイールローダは、建設において使用されることが多い車両であり、主に、大量の物体を積載し移動させるために用いられる。ホイールローダは通常、適合可能なバケツ、雪かき器、またはその前端部に適合可能に連結される他の付属装置を有する、トラクターを含む。

ホイールローダでは、その構造に物理的制約が課される結果として、エンジンが通常、被駆動車輪のかなり上方に取り付けられる。その結果、変速機は、エンジン出力軸から車輪を駆動する軸まで、通常およそ５０ｃｍの垂直降下部を設ける必要がある。ホイールローダ用の従来の変速機では、歯車装置構成を、垂直降下部内に都合よく配置することができる。

ホイールローダは一般に、使用中に前後に「往復」することが必要とされ、それには、クラッチを比較的低速かつ高トルクで係合させたり切り離したりすることが必要となる。

本発明の１つの目的は、「往復」を都合よく行うことを可能にするが、そのような構成において通常エンジンの出力部と被駆動車輪との間に存在する垂直降下部を収容する、無段変速機を提供することである。

本発明によれば、多重レジーム無段変速機（ＣＶＴ）が提供され、この多重レジーム無段変速機は、
変速機入力軸と、
変速機出力軸と、
回転軸が同軸上にある回転する入力部および回転する出力部を有する変速比可変ユニットと、
変速比可変ユニットを横断して連結される第１および第２の遊星歯車装置を備える分路であって、一方の遊星歯車装置が、変速機入力軸によって駆動される入力部と、変速比可変ユニットの片側によって駆動される入力部とを備え、もう一方の遊星歯車装置が、第１の遊星歯車装置からの入力部と、変速比可変ユニットの片側からの入力部とを備え、第１および第２の遊星歯車装置が、共通の軸の周りで回転し、変速比可変ユニットの入力部および出力部の回転軸からずれ、それらに対して平行である分路と、
第２の遊星歯車装置の出力部を、変速機出力軸に選択的に連結させるためのクラッチとを備える。

バリエータなど、変速比可変ユニットを使用することにより、クラッチを変更せずに変速機の「往復」を低速で行うことが可能になる。さらに、第１および第２の遊星歯車装置の形の二重の分路を設けることにより、低速でバリエータを通って再循環させられる動力が抑えられるが、このことは高トルクが加えられるときに望ましい。

さらに、本発明は、知られている変速機において存在する垂直降下部を収容する構造を可能にする。

好ましくは、変速機は、バリエータの出力部を変速機出力軸に選択的に連結させるための、１つまたは複数のクラッチをさらに備える。

好ましくは、クラッチを選択的に係合させることにより、複数の重複する変速比範囲が生み出される。

好ましい一実施形態では、変速比可変ユニットは、回転可能な入力ディスクと、入力ディスクと同軸上に取り付けられた回転可能な出力ディスクと、入力ディスクと出力ディスクとの間で傾斜可変に伝達回転する複数のローラとを備える。

入力ディスクおよび出力ディスクは、好ましくは、中空の軸上に取り付けられ、変速機入力軸は、中空の軸内を通る。

一実施形態では、それぞれのクラッチの出力部は、共通の回転可能な部材を駆動するように適合され、変速機は、共通の部材と変速機出力軸との間に配置される前進クラッチおよび後進クラッチをさらに備える。

この構成により、第２の遊星歯車装置および／または変速比可変ユニットからの出力を、必要に応じて、前進または後進クラッチを適当に加えることによって前進方向または後進方向に加えることが可能になる。特にこれは、後進で達成することができる変速比を大幅に上昇させることができる。

好ましくは、第１および第２の遊星歯車装置は、変速比可変ユニットの下方に配置される。この構成は、ホイールローダ用の変速機においてエンジン出力軸と被駆動車輪との間に一般に存在する、垂直降下部を用いる。

添付の図面を参照しながら、本発明の具体的な実施形態をほんの一例として説明する。

本発明による無限可変変速機の第１の実施形態を示す図である。図１の変速機を示す概略図である。本発明による無限可変変速機の第２の実施形態を示す図である。図３の変速機を示す概略図である。

まず図１および図２を参照すると、無段変速機システムは、知られているトロイダルレース転動牽引式のバリエータＶを備え、バリエータＶは、バリエータのそれぞれの端部に１つずつ配置される、トロイド状凹部をもつ２つの入力ディスク１０と、入力ディスク１０の別々の一方とそれぞれ対面し互いに回転する、１対の同様の出力ディスク１２とを有する。

ローラ１４（通常３つのローラ）の組が、ローラ１４を傾斜させることにより変えることができる変速比で、駆動力を入力ディスクから出力ディスク１２へと伝達するために、入力ディスク１０および出力ディスク１２の対向する面の間に取り付けられる。入力ディスク１０は、中空の軸１６および入力軸１８のいずれかの端部上に取り付けられ、入力軸１８は、中空の軸１６の同軸上を通るエンジンまたは他の原動機（図示せず）によって駆動される。

入力ディスク１０は、第１の遊星歯車装置Ｅ１および第２の遊星歯車装置Ｅ２の形の、バリエータを横断する二重の分路である出力部によって回転させられる。第１の遊星歯車装置Ｅ１は、太陽歯車Ｓ１、キャリヤＣ１上に回転可能に取り付けられた複数の遊星歯車Ｐ１、および環部Ａ１を備え、環部Ａ１は、バリエータＶの入力ディスク１０に連結されそれとともに回転可能な、入力歯車２０に係合する。キャリヤＣ１は、入力軸１８に連結された出力部歯車２２と係合し、それによって回転させられ、太陽歯車Ｓ１は、中間歯車２６に係合させられた遊び歯車２４を介してバリエータＶの出力ディスク１２に連結され、それとともに回転する。結果的に、バリエータの第１の遊星歯車装置Ｅ１の環部Ａ１の回転（および結果的に入力ディスク１０の速度）は、バリエータＶの入力軸１８および出力部の速度によって変わる。図１に示すように、入力軸１８、および第１の遊星歯車装置Ｅ１のキャリヤＣ１は、所望される場合、動力取出し源ＰＴＯ１、ＰＴＯ２として用いることもできる。

第１の遊星歯車装置Ｅ１の環部Ａ１はまた、第２の遊星歯車装置Ｅ２のキャリヤＣ２に連結され、第２の遊星歯車装置Ｅ２の太陽歯車Ｓ２は、第１の遊星歯車装置の太陽歯車Ｓ１に連結され、第１の遊星歯車装置の太陽歯車Ｓ１およびバリエータＶの出力部とともに回転する。複数の遊星歯車Ｐ２は、キャリヤＣ２上に回転可能に取り付けられ、太陽歯車Ｓ２、および第２の遊星歯車装置Ｅ２の出力部を形成する環部Ａ２とかみ合う。

遊星歯車装置Ｅ１およびＥ２は、バリエータＶの下方、すなわち下に配置される。

説明されるように、複数のクラッチを設けることにより、駆動力を、第１の遊星歯車装置Ｅ１および第２の遊星歯車装置Ｅ２から、ならびにバリエータの出力ディスク１２から、入力軸１８と平行に構成される変速機の最終出力軸３０へと伝達することができる。任意で、変速機の最終出力軸３０の回転はまた、たとえば所望される場合四輪駆動を提供するために、さらなるクラッチ３４によりさらなる同軸の出力軸３２へと選択的に分与することもできる。

環部Ａ２によって形成される第２の遊星歯車装置Ｅ２の出力部は、低速レジームかみ合いクラッチＬの片側に連結される。低速レジームクラッチＬの反対側は、中間歯車３６に固定され、この中間歯車３６は、第１の遊び歯車４０によってさらなる中間歯車４２に係合させられ、このさらなる中間歯車４２は、中間出力軸４４とともに回転し、この中間出力軸４４は、さらなる遊び歯車４６によって伝達歯車４８と係合し、この伝達歯車４８は、変速機出力軸３０に連結させられる。第２の遊星歯車装置Ｅ２の出力は、低速レジームクラッチＬに係合することにより、変速機出力軸３０に伝達することができる。

環部Ａ１によって形成される第１の遊星歯車装置Ｅ１の出力は、中間歯車５０によって、中間レジームかみ合いクラッチＩの片側に伝達され、中間クラッチＩのもう一方の側は中間出力軸４４に連結される。結果的に、中間クラッチＩを係合させることにより、第１の遊星歯車装置Ｅ１の出力（環部Ａ１の回転）を変速機出力軸３０に伝達することができる。

（遊び歯車２４を介して）バリエータＶの出力ディスク１２と係合することによって回転することができる中間歯車２６はまた、高速レジームかみ合いクラッチＨおよび中間後進かみ合いクラッチＩＲの一方の共通の側と係合し、それらを回転させるように構成される。高速レジームクラッチＨの反対側は、中間出力軸４４に直接連結され、高速レジームクラッチの係合はそれにより、バリエータ出力部の回転を変速機出力軸３０へと直接伝達する。

中間後進クラッチＩＲの反対側は、変速機出力軸３０に連結させられたさらなる伝達歯車５６と係合する中間歯車５４に連結させられ、それを回転させる。

動作に際しては、低速レジームクラッチＬ、中間レジームクラッチＩ、中間後進クラッチＩＲ、および高速レジームクラッチＨのうちの１つのみが、通常一度に係合させられる。

低速レジーム動作では、低速レジームクラッチＬのみが係合させられ、それにより、第２の遊星歯車装置Ｅ２の出力（環部Ａ２）に対応する変速機出力軸３０への出力が、中間軸４４を介してもたらされる。バリエータＶのローラが動くにつれて、バリエータの変速比は、後進からニュートラルを経て低速前進比へと変化することができる。

低速レジームクラッチＬが係合させられるとき、バリエータの最高速前進比は、中間クラッチＩが係合させられるときのバリエータの最低速比に相当する。その結果、変速比を上昇させるために、低速レジームクラッチＬが切り離され、中間クラッチＩが係合させられる。これにより、第１の遊星歯車装置の出力部（環部Ａ１）が、中間軸４４を介して出力軸３０に連結させられ、次いでバリエータローラが、反対方向へと動き、変速比を中間前進比から次の最高速比の範囲の下端にする。

中間レジームクラッチＩが係合させられるとき、中間範囲の最高速比は、次の最高速レジームの最低速比に相当する。効果的な変速比を高めるために、高速レジームクラッチＨが係合させられ、中間レジームクラッチＩが切り離される。これにより、バリエータＶの出力部が、中間軸４４を介して出力軸３０に連結させられ、次いでバリエータのローラが、反対方向へと動き、変速比を高速レジームの下端からより高い変速比にする。

一方、変速機が、低速レジームクラッチＬが係合させられた状態の低速レジームである場合、低速レジーム最高後進比に相当するバリエータの位置は、次の最低速後進レジームの数値が最小後進比に相当する。負の変速比を高めるために、中間後進クラッチＩＲが係合させられ、低速レジームクラッチＬが切り離され、それによりバリエータＶの出力部が、中間歯車５４および伝達歯車５６を介して出力軸３０に連結され、それにより変速機が、低速レジームで可能になるよりも高い後進比で動作することが可能になる。

変速機は、所望される場合は、クラッチを係合したり切り離したりするためのより少ない要件で、前進動作と後進動作との間を非常に迅速に「往復」させることができる。中間後進比の追加により、比較的高い後進比を達成することも可能になる。一方、高速レジーム変速比を組み込むことにより、車両が比較的高速で前進方向に移動することが可能になる。

さらに、バリエータを横断する二重の分路を使用することにより、動力がバリエータを通じて再循環され、動力がそれを通過することが制限される。それにより特に、低速または車速ゼロで動くときに大きいトルクを送達することを必要とされることが多い、掘削機などの車両において、サイズが縮小されたバリエータを使用することが可能になる。

さらに、分路が、バリエータからずれているがそれと平行である構成により、変速機システムを、既存の従来の歯車構成のエンベロープ内にある１つのエンベロープ内に構築することが可能になる。

本発明の第２の実施形態を、図３および図４に示す。構造は、多くの点で第１の実施形態と無段変速機システムと同様であり、知られているトロイダルレース転動牽引式のバリエータＶを備え、バリエータＶは、バリエータのそれぞれの端部に１つずつ配置される、トロイド状凹部をもつ２つの入力ディスク１１０と、入力ディスク１１０の別々の一方とそれぞれ対面し互いに回転する、１対の同様の出力ディスク１１２とを有する。

ローラ１１４（通常３つのローラ）の組が、ローラ１１４を傾斜させることにより変えることができる変速比で駆動力を入力ディスクから出力ディスク１１２へと伝達するために、入力ディスク１１０および出力ディスク１１２の対向する面の間に取り付けられる。入力ディスク１１０は、中空の軸１１６および入力軸１１８のいずれかの端部上に取り付けられ、入力軸１１８は、中空の軸１１６の同軸上を通るエンジンまたは他の原動機（図示せず）によって駆動される。

入力ディスク１１０は、第１の遊星歯車装置Ｅ１および第２の遊星歯車装置Ｅ２の形の、バリエータを横断する二重の分路の出力部によって回転させられる。第１の遊星歯車装置Ｅ１は、太陽歯車Ｓ１、キャリヤＣ１上に回転可能に取り付けられた複数の遊星歯車Ｐ１、および環部Ａ１を備え、環部Ａ１は、バリエータＶの入力ディスク１１０に連結されそれとともに回転可能な、入力歯車１２０に係合する。キャリヤＣ１は、入力軸１１８に連結された出力歯車１２２と係合し、それによって回転させられ、太陽歯車Ｓ１は、中間歯車１２６と係合させられる遊び歯車１２４を介して、バリエータＶの出力ディスク１１２に連結され、それとともに回転する。結果的に、バリエータの第１の遊星歯車装置Ｅ１の環部Ａ１の回転（および結果的に入力ディスク１１０の速度）は、バリエータＶの入力軸１１８および出力部の速度によって変わる。図１に示すように、第１の遊星歯車装置Ｅ１の入力軸１１８およびキャリヤＣ１はまた、所望される場合、動力取出し源ＰＴＯ１、ＰＴＯ２として用いることもできる。

第１の遊星歯車装置Ｅ１の環部Ａ１はまた、第２の遊星歯車装置Ｅ２のキャリヤＣ２に連結され、キャリヤＣ２はまた、中間歯車１２６を介してバリエータＶの出力部に連結され、それとともに回転する。複数の遊星歯車Ｐ２は、キャリヤＣ２上に回転可能に取り付けられ、太陽歯車Ｓ２および環部Ａ２とかみ合う。太陽歯車Ｓ２は、第２の遊星歯車装置Ｅ２の出力部を形成する。

説明されるように、複数のクラッチを設けることにより、駆動力を、第１の遊星歯車装置Ｅ１および第２の遊星歯車装置Ｅ２から、ならびにバリエータの出力ディスク１１２から、入力軸１１８と平行に構成される変速機の最終出力軸１３０へと伝達することができる。任意で、変速機の最終変速機出力軸１３０の回転はまた、たとえば所望される場合四輪駆動を提供するために、さらなるクラッチ１３４によってさらなる同軸の出力軸１３２へと選択的に分与することもできる。

太陽歯車Ｓ２によって形成される第２の遊星歯車装置Ｅ２の出力部は、低速レジームかみ合いクラッチＬの片側に連結させられる。低速レジームクラッチＬの反対側は、中間歯車１３６に固定され、この中間歯車１３６は、第１の遊び歯車１４０によってさらなる中間歯車１４２に係合させられ、このさらなる中間歯車１４２は、中間出力軸１４４とともに回転し、この中間出力軸１４４は、さらなる遊び歯車１４６によって伝達歯車１４８と係合し、この伝達歯車１４８は、前進クラッチＦの片側に連結させられる。低速レジームクラッチＬを係合させることにより、第２の遊星歯車装置Ｅ２の出力は、それにより中間出力軸１４４に伝達され、そこから出力軸１３０へと伝達される。

環部Ａ１によって形成される第１の遊星歯車装置Ｅ１の出力は、中間歯車１５０によって、中間レジームかみ合いクラッチＩの片側に伝達され、中間クラッチＩのもう一方の側は中間出力軸１４４に連結される。結果的に、中間クラッチＩを係合させることにより、第１の遊星歯車装置Ｅ１の出力（環部Ａ１の回転）を、変速機出力軸１３０に伝達することができる。

（遊び歯車２４を介して）バリエータＶの出力ディスク１１２と係合することによって回転することができる中間歯車１２６はまた、高速レジームかみ合いクラッチＨの片側と係合し、それを回転させるように構成される。高速レジームクラッチＨの反対側は、中間出力軸１４４に直接連結され、高速レジームクラッチの係合はそれにより、バリエータ出力部の回転を変速機の中間出力軸１４４へと直接伝達する。

中間出力軸１４４の出力は、前進方向プレートクラッチＦ（伝達歯車１４２により、中間出力軸１４４と、遊び歯車１４６と、前進方向クラッチの片側に連結させられた伝達歯車１４８とに連結させられる）、または、後進方向プレートクラッチＲ（その片側が中間出力軸１４４とともに回転し、その反対側が、変速機出力軸１３０に連結させられた伝達歯車１６８と係合する第１の伝達歯車１６６を介して連結させられる）のいずれかによって、変速機出力軸１３０へと伝達される。前進方向クラッチＦおよび後方方向クラッチＲのうちの一方のみが一度に係合させられ、それにより中間出力軸１４４の出力部が、（クラッチＦを係合させることにより）前進方向、またはクラッチＲを係合させることにより）後進方向ブラケットで、変速機出力軸１３０に連結させられる。このようにして、変速機は、前進方向および後進方向の両方において同じ変速比幅をもたらすように構成することができる。

動作に際しては、低速レジームクラッチＬ、中間レジームクラッチＩ、中間後進クラッチＩＲ、および高速レジームクラッチＨのうちの１つのみが、通常１度に係合させられる。

低速レジーム動作では、低速レジームクラッチＬのみが係合させられ、それにより、第２の遊星歯車装置Ｅ２の出力（環部Ａ２）に相当する変速機出力軸１３０への出力を、中間軸１４４を介して提供する。バリエータＶのローラが動くとき、バリエータの変速比は、後進からニュートラルを経て低速前進比へと変化することができる。この回転は、中間出力軸１４４に伝達され、そこから変速機出力軸１３０へと伝達され、出力軸１３０の回転方向は、前進クラッチＦまたは後進クラッチＲのいずれが係合させられるかによって変わる。

低速レジームクラッチＬが係合させられるとき、バリエータの最高速前進比は、中間クラッチＩが係合させられるときのバリエータの最低速比に相当する。その結果、変速比を高めるために、低速レジームクラッチＬが切り離され、中間クラッチＩが係合させられる。この回転は、中間出力軸１４４に伝達され、そこから変速機出力軸１３０へと伝達され、出力軸１３０の回転方向は、前進クラッチＦまたは後進クラッチＲのいずれが係合させられるかによって変わる。これにより、第１の遊星歯車装置（環部Ａ１）の出力部が、中間軸１４４を介して出力軸１３０に連結させられ、次いでバリエータローラが、反対方向へと動き、変速比を中間前進比から次の最高速比範囲の下端にする。

中間レジームクラッチＩが係合させられるとき、中間範囲の最高速比は、次の最高速レジームの最低速比に相当する。効果的な変速比を高めるために、高速レジームクラッチＨが係合させられ、中間レジームクラッチＩが切り離される。この回転は、中間出力軸１４４に伝達され、そこから変速機出力軸１３０へと伝達され、出力軸１３０の回転方向は、前進クラッチＦまたは後進クラッチＲのいずれが係合させられるかによって変わる。これにより、バリエータＶの出力部が、中間軸１４４を介して出力軸１３０に連結させられ、次いでバリエータのローラが、反対方向へと動き、変速比を高速レジームの下端からより高い変速比にする。

変速機は、所望される場合、前進クラッチＦおよび後進クラッチＲを係合させ／切り離すことにより、前進動作と後進動作との間で迅速に「往復」させることができる。

第１の実施形態のように、バリエータを横断する二重の分路を使用することにより、動力がバリエータを通じて再循環させられ、動力がそれを通過することが制限される。それにより特に、低速または車速ゼロで動くときに大きいトルクを送達することを必要とされることが多い、掘削機などの車両において、サイズが縮小されたバリエータを使用することが可能になる。

本発明は、上記実施形態の詳細に限定されない。

Claims

多重レジームの無段変速機（ＣＶＴ）において、
変速機入力軸と、
変速機出力軸と、
回転軸が同軸上にある回転する入力部および回転する出力部を有する変速比可変ユニットと、
前記変速比可変ユニットを横断して連結される第１および第２の遊星歯車装置を備えた分路であって、一方の遊星歯車装置は、前記変速機入力軸によって駆動される入力部と、前記変速比可変ユニットの片側によって駆動される入力部とを備え、もう一方の遊星歯車装置は、前記第１の遊星歯車装置からの入力部と、前記変速比可変ユニットの片側からの入力部とを備え、前記第１および第２の遊星歯車装置は、共通の軸の周りで回転し、前記変速比可変ユニットの前記入力部および出力部の前記回転軸からずれているとともに、それらに対して平行である、分路と、
前記第２の遊星歯車装置の前記出力部を、前記変速機出力軸に選択的に連結させるためのクラッチとを備えた、無段変速機（ＣＶＴ）。
請求項１に記載のＣＶＴにおいて、
バリエータの前記出力部を前記変速機出力軸に選択的に連結させるための、１つまたは複数のクラッチをさらに備えた、ＣＶＴ。
請求項１または２に記載のＣＶＴにおいて、
前記クラッチの選択的な係合により、複数の重複した変速比範囲を生み出す、ＣＶＴ。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＣＶＴにおいて、
前記変速比可変ユニットは、回転可能な入力ディスクと、前記入力ディスクと同軸上に取り付けられた回転可能な出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間で回転を伝達する、傾斜が可変な複数のローラとを備えた、ＣＶＴ。
請求項４に記載のＣＶＴにおいて、
前記入力ディスクおよび前記出力ディスクは中空の軸上に取り付けられ、前記変速機入力軸は前記中空の軸内を通る、ＣＶＴ。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＣＶＴにおいて、
前記クラッチのそれぞれの前記出力部は、共通の回転可能な部材を駆動するように適合され、前記変速機がさらに、前記共通の部材と前記変速機出力軸との間に配置された前進クラッチおよび後進クラッチをさらに備えた、ＣＶＴ。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＣＶＴにおいて、
前記第１および第２の遊星歯車装置は、前記変速比可変ユニットの下方に配置された、ＣＶＴ。