JP2019502885A - 可変速度比トランスミッション - Google Patents

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Abstract

可変変速比トランスミッションは、支持構造と、入力部材と、出力部材と、支持構造に回転自在に支持され、入力部材からの運動を受ける複数の遊星ギヤとを備える。各遊星ギヤは、その第1端部の近くで回転自在に接続され、その反対端部を支持する連接棒と、出力部材を回転に同調させる一方向接続ホイールとを備える。該トランスミッションは、連接棒のピボット軸と、遊星ギヤの各回転軸との間の間隔のための変動装置をさらに備える。
【選択図】図4A

Description

本発明は、変速比を無限に(制限なく)変化させるタイプの可変変速比トランスミッションに関する。
2つの限界値の間で連続性を中断することなく、入力軸と出力軸の間の変速比を変更可能な無段変速機の分野では、変速比を0に等しい値にさせることができる公知の解決手段がある。これらの変速機は、一般に、無段変速機(IVT)と呼ばれる。
しかしながら、公知の解決手段の多くは、特に、複雑な運動学的ギヤ機構を用いる。運動学的ギヤ機構は、公知の解決手段の用途を狭め、非常に限られた数の工業用途を対象とするものとなる。
例えば、国際公開第2014/023926号は、複数の歯車の併用のために、実施が困難で、容易に破損しやすいことに対する解決手段として、複数のカルダン継手と複数のらせん状ねじを提供する。
他の例は、米国特許第6,354,976号明細書に記載される。そこでは、変速機の導入や放出の間、複数のシャフトを支持する複数のベアリングを要求する不平衡を含む運動学的チェーン内における偏心要素の利用を提供する無段変速機が記載される。
その代わりに、米国特許出願公開第2014/0248990号明細書は、多くの適用においてトランスミッションにあまり利用することができない半径方向寸法を必要とするリングギヤの内側と外側の両方における遊星ギヤの利用を規定する。
したがって、本発明により対処する課題は、先行技術文献を参照して上述したすべての不利益を解消するように構造的及び機能的に構成される無段変速機を提供することである。
この課題は、添付の特許請求の範囲に従って構成される可変変速比トランスミッションを用いて、本発明により解決される。
本発明は、いくつかの関連した利点を有する。主な利点は、本発明に係るトランスミッションがコンパクトな構造を有し、構成が簡易であることである。さらに、本発明に係るトランスミッションに含まれる運動学的機構は、比較的短い運動学的チェーン(運動学的連鎖)を規定する。
さらに、従属請求項に定義した他の態様によれば、本発明は、変速比の簡単な調整を可能にする。
本発明の特徴及び利点は、添付図面を参照して非限定的な例により例証されるいくつかの実施形態の詳細な記載からより良く認識されるであろう。
最大伝達比に対応する操作位置における本発明に係るトランスミッションの正面斜視図である。 最小伝達比に対応する操作位置における本発明に係るトランスミッションの正面斜視図である。 最大伝達比に対応する操作位置における本発明に係るトランスミッションの背面斜視図である。 最小伝達比に対応する操作位置における本発明に係るトランスミッションの背面斜視図である。 描写をより明確にするために、いくつかの構成要素を取り除いた図1A及び図2Aのトランスミッションの正面斜視図である。 描写をより明確にするために、いくつかの構成要素を取り除いた図1B及び図2Bのトランスミッションの正面斜視図である。 描写をより明確にするために、いくつかの構成要素を取り除いた図1A及び図2Aのトランスミッションの背面斜視図である。 描写をより明確にするために、いくつかの構成要素を取り除いた図1B及び図2Bのトランスミッションの背面斜視図である。 最大伝達比に対応する操作位置における本発明に係るトランスミッションの正面図である。 最小伝達比に対応する操作位置における本発明に係るトランスミッションの正面図である。 最大伝達比に対応する操作位置における本発明に係るトランスミッションの関連する横断面である。 最小伝達比に対応する操作位置における本発明に係るトランスミッションの関連する横断面である。
最初に、図1Aを参照して、可変変速比トランスミッション100を一般に示す。
本発明のトランスミッション100は、主回転軸Xの周りを回転運動する入力部材1を備える。本実施形態では、入力部材1は、図示しないチェーンから運動(動き)を受ける歯車1aを含む。
以下のいずれかの場合において明白になるように、入力部材が、ベルトからの運動を受け付けるのに適し、あるいは、主回転軸Xと平行に移動される入力軸により規定されるホイールを含むならば、同一の概念を適用することができる。
好適実施形態によれば、入力部材1は、円筒部12をさらに備える。円筒部12は、歯車1aに強固に接続される。本発明のトランスミッションは、支持構造10をさらに備える。好ましくは、支持構造10は、円筒部12内部で受けられる。
さらに、入力部材1は、主回転軸Xの周りを回転自在に、支持構造10に接続される。
そのため、本実施形態では、入力部材1は、ベアリング13により支持軸14上に支持される。支持軸14は、図6Aに示す支持構造10に強固に接続される。好ましくは、支持軸14は、例えば、自転車のホイールハブ内にトランスミッションを組み付けるために、ピンへの任意の固定又は他の等価構成を可能にするように、中空である。
いずれの場合においても、特定の使用に応じて、トランスミッションの異なる支持システムを提供することができるのは明白である。
ここで、図2Aを参照すると、本発明に係るトランスミッションは、複数の遊星ギヤ3(本実施形態では、3つの遊星ギヤ)をさらに備える。これらの遊星ギヤ3は、入力部材1からの回転運動を受ける。
複数の遊星ギヤ3は、それぞれ、セカンダリ回転軸X’の周りを回転自在に支持構造10に支持される。
好適実施形態によれば、複数の遊星ギヤ3は、それぞれ、複数のベアリング31により、支持構造10上において支持構造10自身内に構成される適当な円座内に支持される。
好ましくは、複数の遊星ギヤ3は、主回転軸Xに関して周辺に配置され、画一的に配置される。言い換えれば、本例では、複数の遊星ギヤ3のセカンダリ回転軸X’は、120°の角度だけ互いに隔てられる。
少なくとも3つの遊星ギヤが存在することにより、力のバランスを最適化することができる。
好適実施形態によれば、入力部材1は、複数の遊星ギヤ3が係合するリングギヤ11を備える。好ましくは、リングギヤ11は、歯車1aに対して軸方向に離れた位置に配置される。特に、この構成により、軸方向と径方向の両方向におけるトランスミッションの寸法を最適化することができる。
したがって、入力部材1の回転、結果として、リングギヤ11の回転により、同じ方向に複数の遊星ギヤ3を同時に回転させることができることは明白である。
また、図4Aを参照して、その第1端部41の領域には、各遊星ギヤ3に回転自在に接続される連接棒4がある。
以下でより明確に示すように、連接棒4と遊星ギヤ3との接続は、連接棒4のピボット軸Pにより特定される遊星ギヤに対する連接棒4の接続箇所の位置が、対応する遊星ギヤ3の回転中心に関して変更可能となる方法で生じさせられる。
そのため、本発明に係るトランスミッションは、連接棒4のピボット軸Pと対応する遊星ギヤ3のセカンダリ回転軸X’との間の間隔dのための変動装置6を備える。その間隔dの変更は、図4A、図4B及び図6A、図6Bで容易に認識することができる。これらの図は、以下でより明確に示すように、2つの異なる変速比に対応する2つの異なる操作位置に配置される連接棒4の第1端部41を示す。
好適実施形態によれば、間隔dの変動装置6は、各遊星ギヤ3と関係するランナ61とに接合固定される各ガイド60を備える。このランナ61は、ガイド60に沿ったランナの並進運動をもたらす各駆動装置62に関連付けられる。
このように、連接棒/クランク機構における間隔dに対応するクランクアームは、変更可能である。連接棒4/遊星ギヤ3のアセンブリは、連接棒/クランク機構を作り出す。
しかしながら、連接棒4の反対端部42では、それは、一方向に回転自在に接続ホイール5に接続される。好ましくは、接続ホイール5は、フリーホイールトランスミッション50により接続される。フリーホイールトランスミッション50は、簡便で信頼性のあるシステムにより、移動の一方向特性を作り出すことができる。
また、複数の接続ホイール5は、複数の遊星ギヤ3の回転により生成される連接棒の運動により規定される軌道に従って、主回転軸Xの周りにおける入力部材1の限定された回転移動中、その回転に同調させるように、移動中の出力部材2に接続する方法で配置される。言い換えれば、遊星ギヤ3の完全な回転中、出力部材2に接触している対応する接続ホイール5は、運動の部分及び反対方向の部分にわたって、一方向に出力部材2に関して関係する並進運動を受ける。接続ホイール5が一方向に回転可能であり、一方向に並進運動中、接続ホイール5と出力部材2との接触は、反対の方向に運動の伝達がない間、回転促進行動を作り出す。
接続ホイール5のピボット動作の程度は、間隔dにより決定され、その結果、その増加は、接続ホイール5により進む距離を増加させ、そのため、リングギヤ11、したがって、入力部材1の同じ回転のために、出力部材2に伝達される回転の程度も増加させる。
したがって、それにより、間隔dに従って、入力部材1と出力部材2の間の運動の伝達を可変変速比で作り出すことは明白である。
間隔dが0に等しいとき、すなわち、その機構が0に等しいクランクアームを有するとき、連接棒4は、リングギヤ11及び複数の遊星ギヤ3の回転中、並進運動を受けない。したがって、トランスミッション100は、図1B〜図6Bに示すアイドル位置にいる。そこでは、運動が出力部材2に伝えられず、入力部材1の回転から切り離されている。
好適実施形態によれば、複数の接続ホイール5は、複数の歯車により構成される。好ましくは、複数の歯車は、図2Aに示す出力ギヤ機構20に噛合する。出力ギヤ機構20は、主回転軸Xと同軸であり、出力部材2の回転に関して接合固定される。出力部材2は、例えば、その運動を他の構成要素に伝達するためのプーリ2aを備えていてもよい。
このように、出力される運動の伝達は、コンパクトで特に信頼のある解決手段により行われる。
好ましくは、出力部材2との係合位置に複数の接続ホイール5を保持する目的のために、本発明に係るトランスミッションは、図6Aに示すガイド装置21を備える。
好適実施形態では、ガイド装置21は、溝形状(溝付きプロファイル)22を備える。接続ホイール5に固定的に結合される部分51は、溝形状22内を摺動可能である。そのため、ガイド装置21は、複数の接続ホイール5に対向する側面に形成されるくぼみを有するディスク(円盤)により構成され得る。
本実施形態では、ガイド装置21は、出力部材2に接合固定されるが、構造変形例に基づいて、支持構造10に接合固定されてもよく、例えば、支持軸14に固定されてもよい。
ここで、図3A及び図6Aを参照して、好適実施形態によれば、駆動装置62は、キャリパ型機構63と、ガイド要素64とを備える。ガイド要素64は、近づく動きや離れる動きに関して、キャリパ型機構63の複数の端部631、632を制御可能である。これらの端部は、それぞれ、ランナ61に、すなわち、連接棒4の第1端部41と支持構造10に接続される。
好ましくは、図6Aにおいて詳細に観測され得るように、ガイド要素64は、押圧部材65を備える。押圧部材65は、その中間ピボット位置633の近くにキャリパ型機構63を促すように、主回転軸Xに沿って移動可能である。いずれの場合でも、その代わりに、ガイド要素64の異なる解決手段の利用を提供することができるのは明白である。例えば、駆動装置62やキャリパ型機構63のそれぞれにガイド要素64の利用を提供することができる。以下、それらの構造変形例のいくつかをより詳細に示す。
好適実施形態によれば、押圧部材65は、複数のピン15により支持構造10上に支持される。各ピン15は、支持構造10に対する押圧部材65の近づく動きや離れる動きを許容するように、主回転軸Xに並行に延伸している。
このように、本実施形態では、押圧部材65が支持構造10に向けて移動すると、押圧部材65は、押圧部材65側から離れる方向にある中間ピボット位置633に接触する。
キャリパ型機構63の第1端部631は、支持構造10に固定され、第2端部632は、主回転軸Xに垂直な平面における運動に関して、ガイド60により固定される。中間ピボット位置633上における押圧部材65の動作は、2つの端部631、632から離れる運動を作り出し、その結果、間隔dの増加をもたらす。
好適実施形態によれば、ピボット部材63を受けることを許容する目的のために、複数の遊星ギヤ3は、図6A及び図6Bに示す貫通孔を有してもよいことに注意されたい。
間隔dを縮小するために、図示しない弾性回復機構を設けることができる。この機構は、例えば、中間ピボット位置633に配置されるねじりばねから構成される。あるいは、押圧部材65の支持構造10に近づく運動とそれから離れる運動の両方の間、中間ピボット位置633と、それらの接合固定を維持する押圧部材65との間の双方向接続を用いることもできる。
したがって、上述の解決手段は、簡単な運動学的機構のみに基づく解決手段で、複数の遊星ギヤ3すべての間隔dを簡単に同時に調整することができるという利点を有する。
好適実施形態によれば、押圧部材65は、円筒カム式機構により作動させられる。
好ましくは、円筒カム式機構は、主回転軸X上に位置する中心を有する円周弧に従って伸びる少なくとも1つのガイド部66を備える。ガイド部66は、支持構造10から軸方向に可変の間隔を有する面を規定する。
円筒カム式機構は、対応する支台要素67をさらに備える。好ましくは、円筒カム式機構は、ガイド部66上を摺動可能なローラを備える。
したがって、図6Aと図6Bとを比較することにより観測され得るように、ガイド部66と支台要素67との接触により、支持構造10に対して押圧部材65を移動させることができる。
好ましくは、支台要素67は、主回転軸Xの周りで回転され得る。そのため、主回転軸Xに対して均一に配置される3つのローラが有利に設けられる。
図6Bに明確に示すように、支台要素67は、支持軸14上に回転自在に搭載されたブッシュ68により支持される。
本実施形態では、ブッシュ68は、好ましくは、プーリ69により作動可能なように、入力部材1に対して軸方向に突出している。
その結果、プーリ69を回転させることにより、支台要素67を作動させることができ、カスケード方法により、上述に従って間隔dを調整するように、押圧部材65及びキャリパ型機構(ピボット部材)63を作動させることができる。
したがって、本解決手段により、例えば、トランスミッションケーブルを用いて、容易に遠隔で作動可能な単なる機械作動を可能にすることは、明白である。
最後に、図6Aを参照して、好適実施形態によれば、本発明に係るトランスミッションは、入力部材1と出力部材2の両方を介して延伸する支持構造10に強固に接続される中央支持軸14を有し、両部材が、支持軸14自身上の各ベアリングにより支持されることに注意されたい。
いずれの場合でも、回転可能な方法で、入力部材及び出力部材を支持する外部固定構造を用いることにより、この関係を反転することができるのは明白である。いずれの場合にも、それらの変形例は、当業者の理解可能な範囲内であるので、より詳細には説明しない。
ここで、図7及び図7Aを参照して、第1の構造変形例によれば、駆動装置62は、チェーン63a又は別の可撓性線状体を備える。それは、ローラ63b上に部分的に巻回される。
チェーン63aの両端部は、それぞれ、ランナ61とガイド要素64とに接続される。ガイド要素64が軸方向、特に、支持構造10から離れる方向に移動すると、チェーン63aは、その移動をランナ61に伝達し、上記と同様の概念に従って間隔dの調整をもたらす。さらに、例えば、図示しない弾性要素により構成される付勢機構を設けることもできる。付勢機構は、ガイド要素64が支持構造10に向かって移動するとき、その反対の方向にランナを移動させる。
別の構造変形例は、図8及び図8Aに示され、ダブルラック機構63cを使用するために提供される。
好適実施形態によれば、駆動装置62は、第1歯付棒631cと、歯車632cと、第2歯付棒633cとを備える。好ましくは、第1歯付棒631cは、主回転軸Xに平行な大きさを有し、ガイド要素64に強固に接続される。歯車632cは、主回転軸Xに沿った並進運動に従って、第1歯付棒631cに対する接続により回転される。第2歯付棒633cは、ランナ61に接合固定され、歯車632cに対する接続により回転される。
さらに別の構造変形例は、図9及び図9Aに示される。そこでは、駆動装置は、ある部材63dを備える。部材63dは、ガイド要素64に接合固定され、好ましくはガイドにより規定される斜面631dを有する。
好適実施形態によれば、ランナ61の延出片632dは、斜面631d内を摺動するように形成される。このように、ガイド要素64と関連する部材63dとの並進運動は、斜面631dの傾斜角に従って、ランナ61の対応する並進運動を伴う。
好ましくは、延出片632dと斜面631dの接続は、スロットにより得られる。スロットは、部材63d及びピン633dの中に形成され、その中に摺動自在に受けられる。
ここに記載の実施形態では、一般に、駆動装置62は、ランナ61の移動を制御可能な少なくとも1つのガイド要素64を備えることに注意されたい。したがって、駆動装置62は、ガイド要素64あるいは押圧部材65の主回転軸X、あるいは、主回転軸Xに垂直な平面内における各連接棒4のピボット軸Pのいずれかに沿った運動要素をランナ61の運動に変換することができる。
図10及び図10Aは、追加の実施形態を描写する。同図において、駆動装置62は、間隔dを変更するために設けられる油圧シリンダ63eを備える。好ましくは、油圧シリンダ63eは、ランナ61の延出片631eに作用して、その移動をもたらす。
該実施形態によれば、第2油圧シリンダ633eと連通するように配置される一連の油路632eを用いることにより、油圧シリンダ63eの油圧作動を行うことができる。
好ましくは、第2油圧シリンダ633eは、その端部において、ブッシュ68に接続される。ブッシュ68の回転により、第2油圧シリンダ633eは、伸張/収縮に関して制御される。
これにより、油圧シリンダ63e及び第2油圧シリンダ633eと、油路632eとにより形成され、油圧シリンダ63eを作動し、それにより、他の実施形態を参照して示したのと同様の方法で、間隔dの変更を得る油圧回路内に存在する作動液流を作り出すことができる。
その代わりに、油路632eにより、上述と同様に、流体の流れを作り出すことができる外部油圧回路に接続するように、トランスミッション100の外側に連通して、油圧シリンダ63eを配置することができる。
これにより、本発明は、上記課題を解決すると同時に、複数の利点を達成する。トランスミッション100により、簡便で信頼性のある解決手段で、入力部材1と出力部材2との間の無限の(連続した)変速比を作り出すことができる。
さらに、全体寸法は、軸方向と径方向の両方で容易に抑制することができる。
同じ発明的概念は、異なる配置で用いられるのに適し、それにより、多くの適用、例えば、自動車部門や自転車、風力タービン用のステップダウンギヤなどに本発明に係るトランスミッションを適するようになる。

Claims (17)

  1. 可変変速比トランスミッション(100)であって、
    a.支持構造(10)と、
    b.前記支持構造(10)に回転自在に接続され、主回転軸(X)の周りを回転運動する入力部材(1)と、
    c.前記回転運動の出力部材(2)と、
    d.前記主回転軸(X)の周辺に配置され、前記支持構造(10)に回転自在に支持され、前記入力部材(1)からの運動を受ける複数の遊星ギヤ(3)と、
    を備え、
    前記各遊星ギヤ(3)は、第1端部(41)の近くで対応する遊星ギヤ(3)に回転自在に接続され、その反対端部(42)で接続ホイール(5)を支持する連接棒(4)を備え、該接続ホイール(5)は、前記主回転軸(X)の周りにおける前記入力部材(1)の回転運動中、前記出力部材(2)の回転に同調させるように、回転自在に前記端部に一方向に接続され、
    前記可変変速比トランスミッション(100)は、前記複数の遊星ギヤ(3)上の前記連接棒(4)のピボット軸(P)と該複数の遊星ギヤ(3)の各回転軸(X’)との間の間隔(d)のための変動装置(6)をさらに備える、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  2. 請求項1に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記間隔(d)のための前記変動装置(6)は、前記各遊星ギヤ(3)に接合固定される各ガイド(60)と、関係するランナ(61)と、前記ガイド(60)に沿った前記ランナ(61)の移動のための駆動装置(62)とを備える、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  3. 請求項2に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記駆動装置(62)は、前記ランナ(61)の運動を制御可能な少なくとも1つのガイド要素(64)を備え、該駆動装置(62)は、前記主回転軸(X)に垂直な平面内で、前記ガイド要素(64)の前記主回転軸(X)に沿った運動要素を前記ランナ(61)の前記運動に変換可能である、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  4. 請求項3に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記ガイド要素(64)は、カム式機構により作動させられる押圧部材(65)を備える、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  5. 請求項4に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記押圧部材(65)は、円筒カム式機構により作動させられる、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  6. 請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記ガイド要素(64)は、前記主回転軸(X)の周りを回転可能な支台要素(67)により作動させられる、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  7. 請求項3から請求項6のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記駆動装置(62)は、キャリパ型機構(63)を備え、
    前記ガイド要素(64)は、近づく動きや離れる動きに関して、前記キャリパ型機構(63)の複数の端部(631、632)を制御可能であり、該キャリパ型機構(63)の該複数の端部(631、632)は、前記ランナ(61)及び前記支持構造(10)にそれぞれ接続される、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  8. 請求項3から請求項6のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記駆動装置(62)は、ローラ(63b)上に部分的に巻回される可撓性線状体(63a)を備え、該ローラ(63b)は、前記ランナ(61)と前記ガイド要素(64)にそれぞれ接続される両端を備える、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  9. 請求項2から請求項8のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記駆動装置(62)は、前記間隔(d)の変化のために設けられる油圧シリンダ(63e)を備える、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  10. 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記接続ホイール(5)は、歯型であり、前記主回転軸(X)と同軸の出力ギヤ機構(20)に係合し、該出力ギヤ機構(20)は、前記出力部材(2)に対する回転に関して接合固定される、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記入力部材(1)は、前記複数の遊星ギヤ(3)が噛合するリングギヤ(11)を備える、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  12. 請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記支持構造(10)は、中央支持軸(14)を備える、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  13. 請求項12に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記中央支持軸(14)は、中空である、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  14. 請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記出力部材(2)との係合位置において前記接続ホイール(5)を保持可能なガイド装置(21)をさらに備える、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  15. 請求項14に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記ガイド装置(21)は、前記接続ホイール(5)に接合固定される部分(51)が摺動可能な溝形状(22)を備える、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  16. 請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    前記接続ホイール(5)は、フリーホイールトランスミッション(50)により前記連接棒(4)の反対端部(42)に接続される、
    可変変速比トランスミッション(100)。
  17. 請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の可変変速比トランスミッション(100)において、
    120°に等しい分離角度で前記主回転軸(X)の周りに均一に配置される3つの遊星ギヤ(3)を有する、
    可変変速比トランスミッション(100)。
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