JP5093536B2

JP5093536B2 - 無段変速機アセンブリ

Info

Publication number: JP5093536B2
Application number: JP2010504382A
Authority: JP
Inventors: リチャードエスプリン，アンソニー; ノエルロジャース，レイモンド
Original assignee: リチャードエスプリン，アンソニー; ノエルロジャース，レイモンド
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: CN101675273B; AU2008243697A1; AU2008243697B2; CN101675273A; ATE522749T1; EP2150727A1; US20100144477A1; EP2150727B1; JP2010525263A; PL2150727T3; KR20100015712A; WO2008131483A1; CA2683157A1; US8246502B2; EP2150727A4

Description

本発明は、変速機アセンブリに関し、詳細には、車両用の無段変速機アセンブリに関する。

車両用の無段変速機は、世界的に標準で使われている遊星歯車式自動変速機の代替となるものである。車両における変速機の役割は、エンジンと車輪の速度比を変更することである。変速機は、走行状態の変化に従ってエンジン・トルクをより効果的に活用するために、低速ギアから高速ギアの範囲を使用する。このようなギアは、手動または自動で係合することができる。従来の自動変速機では、ギアは、回転運動とトルクを伝達、変化させる連動歯車である。遊星歯車を組み合わせることによって様々な比率が作り出される。

無段変速機にはギア一式を備えるギア・ボックス、すなわち連動歯車がない。最も一般的な無段変速機は、ベルトおよび入力プーリ／出力プーリを備えている。各プーリは可変径であるので、ベルトが位置を変更すると伝動装置効果が生み出される。駆動プーリ、すなわち入力プーリがエンジンのクランク・シャフトに連結され、被駆動プーリ、すなわち出力プーリは駆動シャフトにエネルギーを伝達する。この２つのプーリが互いにその径を相対的に変化させることにより、無限数の変速比を作り出すことができる。

標準的な遊星歯車式自動変速機である無段変速機の利点とは、ギア切換時の振動が無くなることから車両の乗り心地がより滑らかになること、燃料効率が改善されること、減速時の歯車のハンチングが無くなること、加速性に優れること、排気ガスのコントロールが良好になること、非効率な液体トルク・コンバータが置き換えられることである。

無段変速機をより効果的に利用しようという試みにより、いくつかの異なるタイプが開発されてきた。例えば、トロイダル式無段変速機では、ベルトとプーリがディスクとパワー・ローラに置き換えられる。油圧式無段変速機は、２つの回転体の間の接点の径を変化させることによって機能する。このタイプの変速機では、エンジンの回転運動が、駆動側の油圧ポンプを動作させる。このポンプは、回転運動を流体の流れに変換する。次いで、駆動側にある油圧モータによって、流体の流れが回転運動に戻される。油圧変速機を遊星歯車装置およびクラッチと組み合わせると、油圧機械式変速機として知られているハイブリッドができる。低速度では油圧で動力が伝達され、高速度では機械的に動力が伝達される。ハイブリッドでは、この両極の範囲内で、動力の伝達に油圧手段と機械手段の両方を使用する。

ただし、既存の油圧機械式変速機は変速比の数が限られ、十分な制御が行われず、逆転機能を実現できず、発進に油圧推進が必要であるということが判明している。

本発明の目的は、１つまたは複数の従来技術の不利な点をほぼ克服するか、少なくとも改善するか、あるいは少なくとも有用な代替を提供することである。

本明細書では、可変変速比駆動アセンブリであって、
共通の回転軸を有する入力シャフトおよび出力シャフトと、
前記入力シャフトに駆動式に関連付けられて取り付けられた入力歯車と、
前記出力シャフトに駆動式に関連付けられて取り付けられた出力歯車と、
前記軸の周りに回転するように取り付けられた第１のキャリッジと、
前記キャリッジによって支持され、前記キャリッジと共に動くことができるように前記キャリッジ内に回転可能に取り付けられた、前記入力歯車および前記出力歯車と噛合する少なくとも１つの遊星歯車と、
前記キャリッジと共に動くように、ひいては前記軸の周りに回転するように前記キャリッジに固定されたリング歯車と、
を有する第１の遊星歯車装置と、
前記リング歯車によって駆動されるように前記リング歯車と噛合式に係合するポンプ歯車と、
前記ポンプ歯車に駆動式に接続されて、加圧油圧流体を供給するように前記ポンプ歯車によって駆動される第１のポンプ装置と、
前記ポンプ装置に関連付けられるともに前記加圧油圧流体を受けるための制限手段であって、前記ポンプ装置が前記ポンプ歯車にトルクを加えることにより前記軸の周りの前記リング歯車の回転を制御し、ひいては前記出力シャフトの回転を制御するように前記加圧油圧流体の流量を制御するよう動作可能な制限手段と、
共通の回転軸を有する第２の入力シャフトおよび第２の出力シャフトと、
前記第２の入力シャフトに駆動式に関連付けられて取り付けられた第２の入力歯車と、前記第２の出力シャフトに駆動式に関連付けられて取り付けられた第２の出力歯車と、
前記第２のシャフトの共通軸の周りに回転するように取り付けられた第２のキャリッジと、前記第２のキャリッジによって支持され、前記第２のキャリッジと共に動くことが可能であるように前記第２のキャリッジ内に回転可能に取り付けられた、前記第２の入力歯車および前記第２の出力歯車と噛合する少なくとも１つの第２の遊星歯車と、前記第２のキャリッジと共に動くように、ひいては前記第２のシャフトの共通軸の周りに回転するように前記第２のキャリッジに固定された第２のリング歯車と、を有する第２の遊星歯車装置と、前記第２のリング歯車によって駆動されるように前記第２のリング歯車と噛合式に係合する第２のポンプ歯車と、前記第２のポンプ歯車に駆動式に接続されて、前記制限手段へ送られる加圧油圧流体を供給するように前記第２のポンプ歯車によって駆動される第２のポンプ装置であって、前記第２のポンプ装置が前記第２のポンプ歯車にトルクを加えることにより、前記制限手段が前記第２のシャフトの共通軸の周りの前記第２のリング歯車の回転を制御し、ひいては前記第２の出力シャフトの回転を制御するように前記加圧油圧流体の流量を制御するよう動作可能である第２のポンプ装置と、を備える可変変速比駆動アセンブリが開示される。

前記アセンブリは、前記第２の出力シャフトによって駆動されるブレーキ歯車と、前記ブレーキ歯車によって駆動されて加圧油圧流体を作り出すブレーキポンプと、前記ブレーキポンプと作動的に関連付けられた加圧油圧流体を受ける第２の制限手段と、を備え、前記第２の制限手段が、前記ブレーキポンプによって作り出された油圧流体の流量を制限することにより、前記第２の出力シャフトに制動トルクを選択的に加えるように動作可能であり、前記第１の出力シャフトが前記第２の入力シャフトに駆動式に連結されることが好ましい。

前記ポンプ装置は、それぞれの前記リング歯車を駆動するために加圧油圧流体を受けてモータとして機能するモータ／ポンプ装置であることが好ましい。

前記第１の入力シャフトが第１の角度方向に駆動される場合に、前記モータ／ポンプ装置が作動されて前記第１の入力シャフトの方向と反対の角度方向に前記キャリッジを駆動することが好ましい。

可変変速比駆動アセンブリの概略図である。図１の駆動アセンブリに用いられる歯車アセンブリの概略的な部分断面平面図である。図２の歯車アセンブリの中心線に沿った概略的な部分断面側面図である。

次に、本発明の好ましい形態について、添付の図面を参照し、例を用いて説明する。

添付の図面に、可変変速比駆動アセンブリ１０が略図で示されている。アセンブリ１０は歯車アセンブリ１１を含む。歯車アセンブリ１１は、図２および３により完全な形で示されている。歯車アセンブリ１１はケーシング１２を含み、ケーシング１２の内部に一対の遊星歯車装置１３，１４が配置されている。

遊星歯車装置１３は、入力歯車１６に駆動式に連結された入力シャフト１５と、出力歯車１８に被駆動式に連結された出力シャフト１７と、を含む。４つの遊星歯車１９が、上記歯車１６，１８およびその間で動力を伝達するように噛合式に係合される。遊星歯車１９は、キャリッジ２０内に回転可能に支持される。キャリッジ２０は、シャフト１５および１７と共にベアリングで回転可能に支持され、ベアリングはケーシング１２で支持される。シャフト１５，１７、歯車１６，１８と、ケーシング１２は全て、長手方向の共通の回転軸２１の周りを回転する。各遊星歯車１９は、軸２１に対して垂直かつ交差する軸２２の周りを回転する。

リング歯車２３はキャリッジ２０に固定されるか、それと一体的に形成され、キャリッジ２０が軸２１の周りを回転すると、リング歯車２もまた軸２１の周りを回転する。

ポンプ歯車２４はそれぞれリング歯車２３と噛合式に係合し、ケーシング１２の外に延びるシャフト２５に連結される。ポンプ歯車２４は軸２４の周りに周方向に隔置され、それぞれ、軸２１に対してほぼ平行な回転軸２６を有する。

キャリッジ２０は、ベアリング２７によってケーシング１２内に支持される。キャリッジ２０それ自体が、内部に歯車１６，１８，１９が入ったチャンバ２８を備える密閉ハウジングになっている。

この実施形態では、４つの遊星歯車１９が、軸２１の周りに９０度変位したところに配置され、キャリッジ２０と中心支持部材３０の間に延びるシャフト２９によってそれぞれ支持される。

シャフト１５，１７は軸２１の周りに回転可能であり、キャリッジ２０に対しても回転可能であることを理解されたい。キャリッジ２０は、ケーシング１２に対しても、シャフト１５，１７に対しても軸２１の周りに回転可能であることを理解されたい。

モータ歯車３１はスプラインを用いてシャフト１５に取付けられ、シャフト３３に連結されたもう１つのモータ歯車３２と噛合式に係合する。

歯車３１は、シャフト１５と共に軸２１の周りを回転し、歯車３２はシャフト３３と共に、軸２１と概ね平行な軸３４の周りに回転可能である。

歯車装置１４は、歯車装置１３と構造が非常に似ている。この実施形態では、歯車装置１４が入力シャフト３５，出力シャフト３６を有し、シャフト３５，３６は歯車３７，３８に取り付けられる。４つの遊星歯車６３が、歯車３７，３８と噛合式に係合する。歯車６３は軸２１の周りに９０°の間隔で配置され、キャリッジ３９と支持部材４０の間に延びるシャフト（図示せず）によってそれぞれ支持される。キャリッジ３９は、４つのポンプ歯車４２と噛合式に係合するリング歯車４１を有する。各ポンプ歯車４２は、ケーシング１２の外に延びるそれぞれのシャフト４３に取り付けられる。シャフト１７，３５は、一緒に回転するように結合される。

装置１４は、装置１３と同様に、軸２７の周りを回転するように取付けられたシャフト３５，３６を有し、キャリッジ３９はシャフト３５，３６に対して軸２１の周りを回転可能である。各歯車６３は、軸２１と交差する概ね垂直な軸４４の周りを回転可能である。

装置１４は、シャフト３６上に形成されたスプラインに取り付けられたブレーキ歯車４５を含む。歯車４５は、シャフト４７に取り付けられたもう１つのブレーキ歯車４６と噛合式に係合する。シャフト４７は、歯車４６と共に軸４８の周りを回転可能である。

シャフト３６には、「ドッグ」クラッチ４９も取付けられる。これはキャリッジ３９と共に回転するように選択的に結合可能であるように、アクチュエータアセンブリ５０によって動かしてキャリッジ３９と係合させることが可能である。

モータ／ポンプ装置５１が駆動しているときに油圧流体がタンク出口５２から取り出されるように、各シャフト２６が装置５１に駆動式に連結される。装置５１は、加圧油圧流体を供給し、これは合流点５３へ送られる。この加圧油圧流体は、圧力逃し弁５４および絞り弁／止め弁５５へ送られ、次いでタンク入口５６へ送られる。絞り弁／止め弁５５は、そこを通過する油圧流体の流量、ひいてはモータ／ポンプ装置５１，５７によってもたらされる抵抗力を制御するように動作可能である。

モータ／ポンプ装置５７には、各シャフト４３が取り付けられる。装置５７は、駆動されているときに加圧油圧流体がタンク出口５２および弁５３，５４，５５へ送られるように、そのタンク出口５２および弁５３，５４，５５に連結される。

ブースタポンプ５８にはシャフト３３が連結される。ブースタポンプ５８は、タンク出口５２から合流点の弁５３へ加圧油圧流体を供給するように動作可能である。装置５１，５７がモータとして機能する場合には、この加圧油圧流体が装置５１，５７へ送られて、装置５１，５７を駆動する。

ブレーキポンプ５９にはシャフト４７が連結される。ブレーキポンプ５９は、タンク出口５２から油圧流体を取り出し、タンクの戻り５６に連結された圧力逃し弁６０および止め弁６１へ加圧油圧流体を送る。

モータ／ポンプ装置５７は、歯車４１によって駆動されると、加圧油圧流体を止め弁６２を介して合流点５３へ送る。

上記から分かるように、装置５１，５７は、ポンプとしてもモータとしても動作可能である。装置５１，５７は、ポンプとして動作する場合には、それぞれのシャフト２５，４３によって駆動される。これらはポンプ５８から加圧油圧流体を受けるとモータとして機能し、それぞれの関連シャフト２５，４３を駆動する。

上記のアセンブリ１０の一実施例としては、貨物自動車のテールシャフト（駆動シャフト）にシャフト１５，３６が差し挟まれ、エンジンを好ましい回転数（ＲＰＭ）に維持することを助ける。装置１０はまた、シャフト１５，３６の間で回転数の変更を滑らかに移行できるように動作するはずである。

シャフト１５が駆動されると、歯車１６が駆動される。この歯車１６は、歯車１９から何らかの抵抗力が働かない場合にはシャフト１７を駆動せず、ただ回転するだけである。歯車１９が回転し、その歯車１９による抵抗力がほとんど働かないと、キャリッジ２０は、シャフト１５，１７に対して軸２１の周りに回転する。キャリッジ２０が回転すると歯車２４が回転し、ひいては装置５１が動作する。装置５１により、弁５５へ送られる油圧流体の流れが生じる。弁５５が開いている場合、装置５１から働く抵抗力は小さい。したがって回転するのは歯車１８ではなくむしろキャリッジ２０であり、シャフト１７へ伝わる回転は（あったとしても）ほとんどない。しかし、抵抗力が働くように弁５５を操作（例えば弁５５を閉じたり、少なくとも部分的に閉じたりするなど）すると、装置５１から抵抗力が働いて、装置５１が歯車２４の回転を抑制する。このことによって、キャリッジ２０の回転が抑制され、ひいては軸２１の周りの歯車１９の回転が抑制される。これが歯車１８の回転とシャフト１７の回転に変換される。シャフト１７と同様にシャフト３５が回転する。装置１４の動作は、装置５７がやはり弁５５へ送られる油圧流体を供給する点で同じである。

装置５１，５７によって所定の圧力を超過した場合は、圧力逃し弁５４が「過圧力」をタンク入口５６へ排出するように動作する。

したがって、シャフト３６の回転速度に対するシャフト１５の回転速度は、弁５５の動作によって調整することができる。ただし、この比率はポンプ５８の運転によりさらに変化させることができる。加圧油圧流体がポンプ５８から装置５１，５７へ送られると、リング歯車２３がシャフト１５と反対方向に駆動され、これによりアセンブリ１０はさらに大きな速度比で動作する。

例えば、リング歯車２３によりポンプ５８が駆動されると、装置５１，５７はモータとして機能する。これにより、比較的大きい速度比が作り出される。しかし、負荷が大きくなると、リング歯車２３はシャフト１５と同じ方向に回転するように、ひいては変速比を下げるように回転方向が変化する。

通常、シャフト１５の回転方向は、シャフト３６と同じである。ただし、クラッチ４９がキャリッジ３９と係合するように動作すると、シャフト３６は、キャリッジ３９に固定されるように、シャフト１５に対して反対方向（逆方向）に回転する。

弁６１の動作により、アセンブリ１０は制動モードでも動作可能である。弁６１が閉じている場合、ブレーキポンプ５９は、シャフト３６の回転に対する抵抗をもたらす。ポンプ５９によって引き起こされた圧力が過大な場合、「過圧力」は、圧力逃し弁６０の働きによりタンク入口５６へ排出される。

ポンプ５９はまた、弁６２の両方または片方を閉じることによって、効果的に非作動状態にすることができる。これにより、装置１４の動作を停止させる。このように、アセンブリ１０は、装置１３が作動状態である場合のみ動作する。この動作モードでは、アセンブリ１０は、装置１３，１４が両方とも作動状態であるときと同様に車両を前進方向に駆動するはずである。

アセンブリ１０によって得られる変速比を負荷に応じて連続的に変えられるため、弁５５，６１を操作することによって、関連の車両のエンジンが好ましい回転数で動作するようにアセンブリ１０を稼働させることができる。

Claims

可変変速比駆動アセンブリであって、
共通の回転軸を有する入力シャフトおよび出力シャフトと、
前記入力シャフトに駆動式に関連付けられて取り付けられた入力歯車と、
前記出力シャフトに駆動式に関連付けられて取り付けられた出力歯車と、
前記軸の周りに回転するように取り付けられた第１のキャリッジと、
前記キャリッジによって支持され、前記キャリッジと共に動くことができるように前記キャリッジ内に回転可能に取り付けられた、前記入力歯車および前記出力歯車と噛合する少なくとも１つの遊星歯車と、
前記キャリッジと共に動くように、ひいては前記軸の周りに回転するように前記キャリッジに固定されたリング歯車と、
を有する第１の遊星歯車装置と、
前記リング歯車によって駆動されるように前記リング歯車と噛合式に係合するポンプ歯車と、
前記ポンプ歯車に駆動式に接続されて、加圧油圧流体を供給するように前記ポンプ歯車によって駆動される第１のポンプ装置と、
前記ポンプ装置に関連付けられるともに前記加圧油圧流体を受けるための制限手段であって、前記ポンプ装置が前記ポンプ歯車にトルクを加えることにより前記軸の周りの前記リング歯車の回転を制御し、ひいては前記出力シャフトの回転を制御するように前記加圧油圧流体の流量を制御するよう動作可能な制限手段と、
共通の回転軸を有する第２の入力シャフトおよび第２の出力シャフトと、
前記第２の入力シャフトに駆動式に関連付けられて取り付けられた第２の入力歯車と、前記第２の出力シャフトに駆動式に関連付けられて取り付けられた第２の出力歯車と、
前記第２のシャフトの共通軸の周りに回転するように取り付けられた第２のキャリッジと、
前記第２のキャリッジによって支持され、前記第２のキャリッジと共に動くことが可能であるように前記第２のキャリッジ内に回転可能に取り付けられた、前記第２の入力歯車および前記第２の出力歯車と噛合する少なくとも１つの第２の遊星歯車と、
前記第２のキャリッジと共に動くように、ひいては前記第２のシャフトの共通軸の周りに回転するように前記第２のキャリッジに固定された第２のリング歯車と、
を有する第２の遊星歯車装置と、
前記第２のリング歯車によって駆動されるように前記第２のリング歯車と噛合式に係合する第２のポンプ歯車と、
前記第２のポンプ歯車に駆動式に接続されて、前記制限手段へ送られる加圧油圧流体を供給するように前記第２のポンプ歯車によって駆動される第２のポンプ装置であって、前記第２のポンプ装置が前記第２のポンプ歯車にトルクを加えることにより、前記制限手段が前記第２のシャフトの共通軸の周りの前記第２のリング歯車の回転を制御し、ひいては前記第２の出力シャフトの回転を制御するように前記加圧油圧流体の流量を制御するよう動作可能である第２のポンプ装置と、を備える可変変速比駆動アセンブリ。
前記アセンブリが、前記第２の出力シャフトによって駆動されるブレーキ歯車と、前記ブレーキ歯車によって駆動されて加圧油圧流体を作り出すブレーキポンプと、前記ブレーキポンプと作動的に関連付けられた加圧油圧流体を受ける第２の制限手段と、を備え、
前記第２の制限手段が、前記ブレーキポンプによって作り出された油圧流体の流量を制限することにより、前記第２の出力シャフトに制動トルクを選択的に加えるように動作可能であり、前記第１の出力シャフトが前記第２の入力シャフトに駆動式に連結される、請求項１に記載の駆動アセンブリ。
前記ポンプ装置は、それぞれの前記リング歯車を駆動するために加圧油圧流体を受けてモータとして機能するモータ／ポンプ装置である、請求項１または２に記載の駆動アセンブリ。
前記第１の入力シャフトが第１の角度方向に駆動される場合に、前記モータ／ポンプ装置が作動されて前記第１の入力シャフトの方向と反対の角度方向に前記キャリッジを駆動する、請求項１〜３のいずれかに記載の駆動アセンブリ。