JP6236398B2 - 自動慣性無段変速機 - Google Patents

Description

本発明の適用分野は、エンジンから駆動輪へのトルクの伝達のためのギヤ・システムに関連する。本発明は機械工学分野に属するものであり、自己推進型車両の駆動軸と従動軸との間に配置されるギヤボックスで構成された、無段変速機の１つのモデルを扱うものである。

自動車のトルクを駆動輪において伝達するよう設計されたギヤ・システムは、変速機又はギヤボックスとしても知られている。自動車用の変速機の主なタイプは、手動変速機、自動変速機及びＣＶＴタイプの変速機（無段変速機）である。

手動変速機は、異なるサイズのギヤと協働して個別に係合され及び離脱される一方で、ギヤ・システムを使用する自動変速機システムは、可変数で異なるサイズのギヤ（異なる歯数）を持ち得る減速ギヤとクラウン・ギヤとを含むサン・ギヤ・アッセンブリを含む。これらのシステムにおいては、ギヤが互いに噛み合い、力／速度の関係は、係合されたギヤ間の関係によって与えられる。

更に、無限数のギヤ比をシミュレートするＣＶＴタイプの変速機システム（無段変速機）も存在する。ＣＶＴは通常、サイズが変化する２つのプーリーを含むシステムを連結するベルトを含むセットに関して用いられる。トルクを無段方式で伝達するために、錐状体、球体、円環体及び他の独創的な解決策が、ＣＶＴタイプの変速機において使用されている。

手動変速機が装備された車両においては、ギヤ・シフトが運転者によって実行される必要があるため、たとえギヤ・チェンジの期間中に車両からの迅速な応答が得られたとしても、定常的な車の運転作業は厄介なものとなる。自動変速機又はＣＶＴが装備された車両に関しては、これらの応答が迅速とは言えないが、運転作業における快適性は遥かに高い。市場にある多くのＣＶＴシステムはまた、可変の幾何学的断面を有するパーツ同士間の摩擦によるトルクの伝達に基づいている。この方法は、摩擦に基づいているという理由から、完全に噛み合うギヤ・ソリューションと比べて、信頼性及び拡張性において劣っている。ＣＶＴの他の弱点は、各状況についての理想的なギヤ比を選択するプロセスであり、通常は遅延が発生し、複雑な電子的システムに基づいている。

本発明は上述の３つの課題についての解決策を提供する。即ち、ＣＶＴの全ての利点を活かして快適な運転を可能にし、摩擦を介したトルクの伝達に関係する問題を解消し、更に、簡素で即時的で且つ十分な機械的フィードバックであり、ギヤの関係が最適化されて車両の慣性だけに基づくフィードバックを構成する。

この分野の現状技術において、手動変速機の連続的なシフトに起因する非快適性や、自動変速機又はＣＶＴシステムを装備した車両の遅い応答に関連した問題に対し、多様な解決策を示す複数の文書が存在する。

特許文献１は、半自動変速機のために二段連結された電磁的メカニズムを記載しており、これはリカバリ速度を害することなくギヤ・チェンジにおいて快適性を向上させることを目的にしたものであって、特に自動二輪車に適している。

特許文献２は、連続的なギヤ・シフトにおける現存の非快適性を部分的に緩和しながらギヤの噛合い及び離脱を促進させる液圧シリンダを含む、手動変速機を記載している。

特許文献３は、自動ギヤ・シフトのためにプラネタリの２つ以上の段階を使用する自動変速機を記載しており、ギヤの離脱や制御装置の存在を不要とするものである。しかしこの変速機は、現存するギヤ・シフトの遅延の問題を解決してはいない。

特許文献４は、８個のギヤ比を含む自動変速機を記載しており、エンジン・トルクの小さな変化に従って係合する。この技術は、ギヤの個数を増やすことによって車両応答を改善することを目的としている。

ブラジル国実用新案出願第８５００００６−０号明細書 米国特許第６，８９２，５９９号明細書 カナダ国特許出願公開第２７３６９３１号明細書 米国特許第７，９５１，０３９号明細書

本発明は、エンジンから車輪へとトルクを伝達できる自動慣性無段変速機であって、好ましくは、エンジンによって生成されたトルクと車両がその中にある慣性のモーメントとの関数として、車両速度のシフト制御機能を有する自動変速機に関する。

この目的は、ギヤ・セットと駆動軸とスケーリング要素と従動軸とロック部とを含む、自動慣性無段変速機によって達成される。

駆動軸は車両のエンジンから延び、エンジンにより生成された回転をスケーリング要素へと伝達する。エスカレーション要素は回転を低減し、結果として得られる力を従動軸へと伝達して、それにより、運動を車輪へと供給する。

本発明の理解を促進させるために、添付の図面は本発明の可能な実施例の代表例を示す。

本発明に係る自動慣性無段変速機の構成要素のアッセンブリの拡大された斜視図の代表例を示す。 減速機構の駆動軸と従動軸との係合のメカニズムの斜視図の代表例を示す。 プラネット・ギヤ・セットとその構成要素のパーツを示す。 リング・ギヤの内部に設けられたプラネット及びサン・ギヤ・セットの詳細な斜視図である。 インペラー内に挿入されたプラネット・ギヤ・セットの正面図である。 スケーリング要素の構成要素の間に発生する瞬時の慣性フィードバック力を表すフローチャートを示す。 ロック部の構成要素の分解図の代表例を示す。 性能試験の速度のグラフを示す。

本発明は、本願明細書の不可欠の部分である図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことで、より良い理解が得られるであろう。

本発明は、車両のエンジンから車輪へとトルクを伝達できる、自動慣性無段変速機（１）について記述するものである。図１から分かるように、自動慣性無段変速機（１）は、
− 駆動軸（３）によってモーターから伝達されるトルクを従動軸（４）へと伝達するスケーリング要素（２）と、
− エンジンによって生成されるトルクをスケーリング要素（２）へと伝達する駆動軸（３）と、
− スケーリング要素（２）によって生成される力を車両の車輪へと伝達する従動軸（４）と、
− ロック部（１２）と、
− 保護ケーシング（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）と、
を含む。

スケーリング要素（２）は部品のセットであり、
（ｉ）プラネット・ギヤ・セット（５）と、
（ｉｉ）リング・ギヤ（６）と、
（ｉｉｉ）インペラー（７）と、
（ｉｖ）タービン（８）と、
（ｖ）リング接続部（９）と、
を含む。

スケーリング要素（２）は、潤滑油などの流体潤滑剤の中に浸漬されている。

プラネット・ギヤ・セット（５）は、エンジンからスケーリング要素（２）へと駆動軸（３）によって伝達される回転の減速を生じさせ、その減速の結果として得られる力を従動軸（４）へと伝達する。

図３から分かるように、プラネット・ギヤ・セット（５）は剛体フレーム（５Ｂ）を有し、この剛体フレームは軌道運動を有するプラネット・ギヤ（５Ａ）を相互連結している。剛体フレーム（５Ｂ）は三角形の形状を有し、互いに対して１２０°の角度で配置された３個のプラネット・ギヤ（５Ａ）を相互連結している。

プラネット・ギヤ・セット（５）は、入口穴（５Ｃ）と出口ギヤ（５Ｄ）とを有する。入口穴（５Ｃ）は、駆動軸（３）がプラネット・ギヤ・セット（５）内で係合することを可能にする役割を担う。図４から分かるように、出口ギヤ（５Ｄ）は、プラネット・ギヤ・セットを従動軸（４）又は他のプラネット・ギヤ・セット（５）へと連結するために使用されている。

ここに示す例では２個のプラネット・ギヤ・セット（５）が含まれているが、当業者であれば誰でも、達成すべき要求された減速比に応じて、可変数のプラネット・ギヤ・セット（５）が存在し得ることを理解するであろう。図４の実例においてプラネット・ギヤ・セット（５）によって実行される減速比は、本発明の自動慣性無段変速機（１）内に含まれるプラネット・ギヤ・セット（５）の個数に依存して、１：５から１：２５までの範囲内である。

リング・ギヤ（６）は歯付きの内側表面を有し、その外側表面は滑らかである。このリング・ギヤ（６）はタービン（８）の内側に固定され、インペラー（７）の周囲に、インペラー（７）に物理的に接触しないように配置されている。このタービン（８）の一次機能は、タービン（８）の内側に配置されたリング・ギヤ（６）の回転運動の速度を増大させることである。従動軸（４）はプラネット・ギヤ・セット（５）の内側に配置され、プラネット・ギヤ・セット（５）はリング・ギヤ（６）の内側に配置されているので、タービン（８）の一次機能は、プラネット・ギヤ・セット（５）を介して従動軸（４）の回転運動の速度を増大させることである。

インペラー（７）はリング接続部（９）によって従動軸（４）へと接続されている。従って、インペラー（７）は従動軸（４）に対して連帯的な枢軸運動を示すが、しかしこの運動は従動軸（４）に対して比例的な関係を示してもよく、必ずしも１：１に等しい必要はない。

タービン（８）はリング・ギヤ（６）と外殻部（１０ｂ）とに連結されている。このタービン（８）はインペラー（７）によって生成される液圧力によって動かされる。その機能は、ギヤ比を連続的に変化させながら従動軸（４）へとパワーを伝達することに役立つことである。

リング接続部（９）は、インペラー（７）の従動軸（４）に対する連帯的な枢軸運動が可能となるように、インペラー（７）を従動軸（４）へと接続する。

インペラー（７）は、その外部表面要素において、羽根、磁石又は溝からなる組に属する要素を有する。好ましくは、インペラー（７）の外部表面は、（図１に示すように）羽根を有する。インペラー（７）の外部表面の構造は、継手のタイプ（液圧、磁気、抗力）に依存して、液圧力、磁力又は牽引力であり得る特別なパワーを発生させ、そのパワーがタービン（８）へと伝達される。

従って、駆動軸（３）により生成された回転の変換と、従動軸（４）に対するそれらの伝達とは、プラネット・ギヤ・セット（５）へと直接的に伝達された力と、タービン（８）に対してインペラー（７）によって生成された力と、の両方によって実現される。

添付の図面において例示した方法に従えば、インペラー（７）はその外側に羽根を有している。スケーリング要素（２）の全ては潤滑液中に浸漬されているので、インペラー（７）の羽根は、タービン（８）の回転を生じさせるような液圧力を発生させる。また、リング・ギヤ（６）はタービン（８）に固定されているため、リング・ギヤ（６）とタービン（８）とは一体に回転する。

リング・ギヤ（６）の回転運動は、プラネット・ギヤ・セット（５）へと伝達されてより高速に回転するようになり、この速度の増加が従動軸（４）に伝達されて、結果的にはインペラー（７）へと伝達され、この自動慣性無段変速機（１）内における力のフィードバックを作り出す。

図６のフローチャートから分かるように、インペラー（７）の動作によって生成される、スケーリング要素（２）の他の構成要素に対する力のフィードバックが、プラネット・ギヤ・セット（５）によって実行される回転の減速を、車両の慣性モーメントの変化に依存して、１：２５から１：１までの範囲で変化させる。

ケーシング（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）は、自動慣性無段変速機（１）を被覆し且つ保護する役割を担う。これらのケーシングは、駆動軸（３）と従動軸（４）とを挿通するための開口を有する。

従って、スケーリング要素（２）は、プラネット・ギヤ・セット（５）から直接的に伝達された力と、タービン（８）に対してインペラー（７）によって生成された力との両方を用いて、駆動軸（３）により生成された回転を変換する役割と、それらを従動軸（４）に伝達する役割とを担う。

駆動軸（３）は、エンジンにより生成されたトルクをスケーリング要素（２）へと伝達する役割を担う。駆動軸（３）の１つの端部は車両のモーターに連結されており、他の端部はスケーリング要素（２）内へと挿入されている。図４に示すように、スケーリング要素（２）内に挿入された駆動軸（３）の端部はサン・ギヤ（１１）を有し、そのサン・ギヤ（１１）はプラネット・ギヤ・セット（５）の内部で正確に適合する歯を有し、プラネット・ギヤ（５Ａ）を動かす。

従動軸（４）は、プラネット・ギヤ・セット（５）とインペラー（７）と車両の駆動輪とに連結している。従動軸（４）の機能は、スケーリング要素（２）により生成される力を車両の車輪へと伝達することである。この変換の結果は、車両の慣性モーメントに従う、速度、力、及び速度と力との組合せ、であってもよい。

車両の線形モーメントはこの自動慣性無段変速機（１）にとって重要である。なぜなら、インペラー（７）が従動軸（４）に対して直接的に固定されているため、従動軸（４）の回転が、インペラー（７）がタービン（８）に対して与える力に直接関係しているからである。インペラー（７）によって、タービン（８）に対し、更にリング・ギヤ（６）に対して与えられる力は、プラネット・ギヤ・セット（５）へと逆伝達され、従動軸（４）の回転を増大させる。この自動慣性無段変速機（１）の構成要素間におけるこのような一連の力の伝達は、高速で、且つ現状技術に属する自動変速機システムにより通常発生する衝撃を伴わずに、発生する。

図７は、自動慣性無段変速機（１）の構成要素であるロック部（１２）を示し、以下の要素を含む。
（ｉ）ギヤ（１３）
（ｉｉ）ドラム（１４）
（ｉｉｉ）ピン及びスプリング（１５）
（ｉｖ）接続リング（１６ａ，１６ｂ）

内側の歯を有し、且つドラム（１４）内に挿入されるべきギヤ（１３）は、ドラムの回転方向を制御する機能を有する。

ドラム（１４）は、タービン（８）に対して固定された状態で働き、スケーリング要素（２）を停止させる役割を担う。

ピン及びスプリング（１５）は、ドラム（１４）のブレーキングのために協働して作動する。

接続リング（１６ａ，１６ｂ）は、ドラム（１４）に挿入され、ドラム（１４）とタービン（８）との動きによって発生する摩耗を防止する役割を担う。

ドラム（１４）はリング・ギヤ（６）に固定されているため、両方は常に同じ方向に回転する。従って、ドラム（１４）の回転が駆動軸（３）の回転方向と同じ方向になることをギヤ（１３）が許可した場合には、自動慣性無段変速機（１）は車両ギヤの連続的なスケーリングを生じさせ、ギヤ・シフトが迅速且つ衝撃なく行われることを可能にする。しかし、駆動軸（３）とは反対方向にドラム（１４）が回転することをギヤ（１３）が許可した場合には、自動慣性無段変速機（１）は従動軸（４）に対して回転を伝達することなく連結されたままになり、ビルトイン・クラッチとして作動する。

当業者には理解できるように、本発明の自動慣性無段変速機（１）は機械的な構成要素の数が少なく、従って本発明の対象物を製造するコストは、現状技術の自動変速機よりも低減される。

加えて、自動慣性無段変速機（１）の好適な適用例は自動車のエンジンから駆動輪へのトルク伝達を意図しているが、この自動慣性無段変速機（１）はまた、無制限の方法で、電気自動車の電気モーター、工具及び器具の電気モーター、風力タービン、電気及び従来型の二輪車、及び自動二輪車などの軸に適用可能である。

これまで本発明の特定の実施例について説明したが、これらの実施例において、本発明の精神及び範囲、即ち上記フィードバックから逸脱することなく変更を行うことができることは、当業者であれば理解するであろう。

従って、上述した実施例は説明的に提示されたものであり、限定的特徴を提示するものではない。本発明は上述した特別な実施例に限定されると解釈されるべきではない。従って、上述した実施例に対する追加的な変形例も、当業者の当然とするところである。

上述の実例は、単に本発明の実施例を説明するために提示したものであり、実施した試験に基づくものである。従って、これらの実例は、発明者らの権利を定義する上で利用されるべきではない。

実例１
加速性能試験
０〜１００ｋｍ／ｈの加速性能試験のシミュレーションが実行された。図８のグラフはそのシミュレーションの結果を示す。ここで、
灰色＝標準的な車両変速機
黒＝本発明の対象物である自動慣性無段変速機（１）
Ｘ軸：
Ａ＝フィアット パリオ（Fiat Palio）
Ｂ＝アウディ Ａ１（Audi A1）
Ｃ＝ホンダ シビック（Honda Civic）
Ｄ＝ヒュンダイ ベラクルーズ（Hyundai Vera Cruz）
Ｙ軸：
秒単位の時間

以下の表１は、図８のグラフの分析から得られるデータを示す。この表から、試験された全ての車両において、本発明の自動慣性無段変速機（１）を使用した場合に、元の車両変速機を使用した場合と比較して、性能の利得が得られたことが分かる。

実例２
性能試験−毎分回転数（ＲＰＭ）
これら第１の試験の期間中の最大回転数は、５０００ＲＰＭに維持されており、シミュレーションに使用された殆どの車のエンジンの最大回転パワーよりも低いものであった。以下の表２は試験結果を示す。

Claims (3)

1. 駆動軸（３）、従動軸（４）、スケーリング要素（２）、及びケーシング（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を備える自動慣性無段変速機であって、
   前記駆動軸（３）が、エンジンによって生成されたトルクを前記スケーリング要素（２）へと伝達し、
   前記従動軸（４）が、前記スケーリング要素（２）によって生成されたトルクを車両の車輪へと伝達し、
   前記スケーリング要素（２）が、前記駆動軸（３）から前記従動軸（４）へとトルクを伝達し、且つ、
   （ｉ）プラネット・ギヤ・セット（５）と、
   （ｉｉ）リング・ギヤ（６）と、
   （ｉｉｉ）前記従動軸（４）に接続されたインペラー（７）と、
   （ｉｖ）前記リング・ギヤ（６）に接続されたタービン（８）と
   を含み、
   前記ケーシング（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が、前記自動慣性無段変速機（１）の全ての要素を保護し、
   前記駆動軸（３）の端部のサン・ギヤ（１１）が、前記従動軸（４）を動かす前記プラネット・ギヤ・セット（５）を回転させ、前記インペラー（７）が前記従動軸（４）に直接固定されることによって、前記従動軸（４）の回転が、前記インペラー（７）が前記タービン（８）に対して与える力に直接関係し、前記タービン（８）に対して、ひいては前記リング・ギヤ（６）に対して前記インペラー（７）によって与えられた力が、前記従動軸（４）の回転の増大を生じさせる前記プラネット・ギヤ・セット（５）へと戻されることによって、瞬時の慣性フィードバック力が生成されて、車両の慣性がギヤ・シフトを引き起こす、自動慣性無段変速機。
2. 前記スケーリング要素（２）が潤滑液中に浸漬されている、請求項１に記載の自動慣性無段変速機。
3. 前記インペラー（７）が、その外部表面において、羽根、磁石又は溝からなる組に属する構造を有し、前記インペラー（７）の前記外部表面の前記構造が、前記タービン（８）へと伝達される液圧、磁気又は牽引力である追加的なパワーを発生する、請求項１に記載の自動慣性無段変速機。