JP6872633B2 - トランスミッション - Google Patents
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Description
本願は、2017年4月3日出願の米国仮特許出願第62/481,046号の優先権を主張し、その仮特許出願は、参照によって本明細書に組み込まれる。
機械式トランスミッションは、変速比によって特徴付けられる入力と出力との間の連結を提供する。変速比は、トランスミッションの入力側での回転数およびトルクと、トランスミッションの出力側での回転数およびトルクとの間の関係性を特徴付ける。トランスミッションは、モータ(またはその他のトルク生成装置)によって提供された回転の速度/トルクを変更するため、アクチュエータまたはロボット要素のインピーダンス全体を制御するため、より効率的な速度/トルクでモータが動作することを可能にすることによって装置の効率を高めるため、もしくは、何らかのその他の利点を提供するために提供されうる。例えば、トランスミッションは、内燃エンジンの高速かつ比較的低トルクの出力を、自動車の車輪を駆動するためのより低速かつ高トルクの出力へ変換するために自動車に設けられる。別の応用例において、高変速比を有するトランスミッションが、非常に高速かつ低トルクのモータがロボットの関節で非常に高いトルクを提供することを可能にするために、ロボットアームに設けられうる。かかる高速かつ低トルクのモータをトランスミッションと組み合わせると、トランスミッションなしで高トルクモータを利用するのに比べて、高い効率、低い総重量、低コスト、または、その他の利点などの利点を提供できる。
分割プーリ可変トランスミッションの変速比は、トランスミッションの分割プーリの内の1つ(または複数)のハーフプーリの間の軸方向距離を制御することによって制御されてよい。それに従って、トランスミッションのベルトが、異なる位置でベアリング面(例えば、円錐形分割プーリのハーフプーリの円錐形ベアリング面)と接触し、その結果として、分割プーリの有効径の変化およびトランスミッションの変速比の変化を引き起こす。
一部の例において、平ギア差動装置が、本明細書に記載したような差動シフト装置を実施するために提供されてよい。その場合、平ギア差動装置のピニオンギアが、(差動装置への入力の差動回転の結果としての)平ギアの回転を分割プーリのハーフプーリの間の軸方向の力/運動に結びつけるために、ネジまたはその他の機械的要素に結合されてよい。一部の例において、ハーフプーリは、互いに螺入されることが可能であり、ピニオンギアの回転が、2つのハーフプーリの間の相対回転に結びつけられることで、ハーフプーリをつなぐネジを介してハーフプーリ間の軸方向距離の変化が引き起こされうる。
一部の例において、ベベルギアまたはクラウンギア差動装置が、本明細書に記載したような差動シフト装置を実施するために提供されてよい。その場合、ベベルギア差動装置のベベルギアが、(差動装置への入力の差動回転の結果としての)ベベルギアの回転を分割プーリのハーフプーリの間の軸方向の力/運動に結びつけるために、歯付きピン、線状ギアまたはラック、ネジ、もしくは、その他の機械的要素に結合されてよい。一部の例において、ハーフプーリは、互いに螺入されることが可能であり、ベベルギアの回転が、2つのハーフプーリの間の相対回転に(例えば、さらなるベベルギアを介して)結びつけられることで、ハーフプーリをつなぐネジを介してハーフプーリ間の軸方向距離の変化が引き起こされうる。
一部の例において、遊星差動装置が、本明細書に記載したような差動シフト装置を実施するために提供されてよい。その場合、遊星差動装置の遊星ギアが、(差動装置への入力の差動回転の結果としての)遊星ギアの回転を分割プーリのハーフプーリの間の軸方向の力/運動に結びつけるために、ネジ、歯付きピン、線状ギアまたはラック、もしくは、その他の機械的要素に結合されてよい。一部の例において、ハーフプーリは、互いに螺入されることが可能であり、遊星ギアの回転が、2つのハーフプーリの間の相対回転に結びつけられることで、ハーフプーリをつなぐネジを介してハーフプーリ間の軸方向距離の変化が引き起こされうる。
一部の例において、複数の逆向きのねじ切り部分(例えば、ナット、テーパ状の穴、ボールネジのネジ山)を備えた差動装置が提供されてもよい。次いで、ねじ切り部分は、差動装置の入力に結合された対応するネジと係合しうる。したがって、入力の差動回転が、カムと接触するハーフプーリに軸方向の運動/力を印加させることができる(一方のネジが、それに対応するねじ切り部分に螺入すると、他方のネジは、それに対応するねじ切り部分から螺脱する)。入力の共通の回転は、カムおよび/または分割プーリの回転ならびに/もしくはカムおよび/または分割プーリへのトルクの印加を引き起こす。ねじ切り部分は、互いに剛結合されてよい(例えば、カムに形成された単一の穴の中へ反対方向からねじ切りされる)。あるいは、ねじ切り部分は、カムのそれぞれのサブ部分(例えば、「サブカム」)に形成されてもよく、その場合、ねじ切り部分の間の相対的運動が可能になる。かかるサブ部分は、サブ部分の間の相対的な軸方向の運動を許容するがサブ部分の間の相対的な回転を防ぐように、ピンまたはその他の方法で連結されうる。かかるカム、ネジ、ねじ切り部分、および、関連要素は、(カムの軸方向の運動を介して)トランスミッションの変速比のシフトへ入力の間の差動トルクを印加すると共にトランスミッションの出力トルクへ正味トルクを印加する差動装置を構成しうる。
図3〜図6に図示して上述したシフト機構の例は、2つの入力の間のトルクの差から、円錐形(または他の構成の)分割プーリの対向するハーフプーリの間に軸方向のシフト力を提供するために、差動装置として構成された要素を組み込んでいる。ただし、分割プーリ可変トランスミッションの高速かつ制御可能な変速比シフトを可能にするために、その他の非差動機構も想定される。例えば、第1入力を介して印加されたトルクが分割プーリを介して(例えば、vベルトで)トランスミッションの出力に印加されるように分割プーリに結合された第1入力が提供されてもよい。また、第2入力が提供され、それを介して、トルクがトランスミッションのシフトを引き起こすように加えられる。かかる例において、変速比のシフトは、2つの入力の間の相対回転に関連し、実質的に、2つの入力の間のトルクの差には実質的に全く関連しえない。かかる例において、第2入力は、変速比を特定の値に維持するために、実質的にトルクが印加されない状態で、第1入力と同じ速度で回転してもよい。かかる例において、第2入力は、第1入力の速度と一致するようにアクティブに駆動されてよい。あるいは、第2入力は、変速比を特定の値に維持するために、第2入力を駆動するために用いられるどんなモータからも切り離されてよい。さらに別の実施形態において、第2入力720は、駆動モータがクラッチを介して第2入力720に結合された時に変速比のシフトをもたらすよう動作しうるように、クラッチを介して駆動モータに(例えば、第1入力710を駆動するために用いられる駆動モータに)結合されてよい。
図に示す特定の配置は、限定と見なすべきではない。別の実施形態が、所与の図に示す各要素を多くまたは少なく備えてもよいことを理解されたい。さらに、図示する要素の一部は、組み合わせられてもよいし、省略されてもよい。さらにまた、一実施例が、図示されていない要素を備えてもよい。
Claims (19)
- より高速かつより制御可能なシフト動作のための制御可能な変速比を有するトランスミッションであって、
第1ハーフプーリおよび第2ハーフプーリを有する第1円錐形分割プーリと、
第3ハーフプーリおよび第4ハーフプーリを有する第2円錐形分割プーリと、
第1入力部材と、
第2入力部材と、
前記第1円錐形分割プーリを前記第2円錐形分割プーリとつなぐベルトと、
差動装置と、
を備え、
前記差動装置は、前記第1入力部材と前記第2入力部材との間のトルク差が、前記差動装置を介して前記第1ハーフプーリと前記第2ハーフプーリとの間に軸方向の力を加えさせることで、前記第1ハーフプーリと前記第2ハーフプーリとの間の軸方向距離の増減を可能にし、それにより、前記第1円錐形分割プーリの有効径の変更を可能にする結果として前記トランスミッションの前記制御可能な変速比を実現するように、前記第1および第2入力部材ならびに前記第1および第2ハーフプーリに結合され、
前記差動装置は、前記第1入力部材および前記第2入力部材の正味トルクが、前記差動装置を介して、前記第1円錐形分割プーリから前記第2円錐形分割プーリへ前記ベルトを通してトルクを伝達させるように、前記第1および第2入力部材ならびに前記第1円錐形分割プーリの前記第1および第2ハーフプーリに結合されている、
トランスミッション。 - 請求項1に記載のトランスミッションにおいて、前記第1円錐形分割プーリは、前記第2円錐形分割プーリの中に入れ子状になっている、トランスミッション。
- 請求項1に記載のトランスミッションはさらに、出力部材を備え、
前記第3および第4ハーフプーリは、回転しないように、機械的に固定され、
前記出力部材は、前記第1円錐形分割プーリの回転が前記出力部材の回転を引き起こすように、前記第1ハーフプーリまたは前記第2ハーフプーリの少なくとも一方に結合されている、トランスミッション。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載のトランスミッションにおいて、前記第3ハーフプーリおよび前記第4ハーフプーリは、弾性要素によって前記第3ハーフプーリおよび前記第4ハーフプーリの間に軸方向の力が与えられるように、前記弾性要素を介して互いに結合されている、トランスミッション。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載のトランスミッションにおいて、前記第1入力部材および前記第2入力部材は、同軸かつ同心であり、前記第1入力部材は、部分的に前記第2入力部材の中に配置されている、トランスミッション。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載のトランスミッションにおいて、前記第1入力部材および前記第2入力部材は、前記第1円錐形分割プーリから反対方向へ外向きに伸びる、トランスミッション。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載のトランスミッションにおいて、さらに、カムを備え、
前記第1入力部材は、第1回転軸を有し、前記第1円錐形分割プーリは、前記第1回転軸からオフセットされた第2回転軸を有し、前記第1入力部材は、前記カムを介して前記第1ハーフプーリに結合されている、トランスミッション。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載のトランスミッションはさらに、ネジを備え、
前記ネジは、ネジ穴を介して前記第1ハーフプーリに結合され、
前記差動装置は、
第1入力ギアであって、前記第1入力ギアは、前記第1入力部材の回転が前記第1入力ギアの回転を引き起こすように、前記第1入力部材に結合されている、第1入力ギアと、
第2入力ギアであって、前記第2入力ギアは、前記第2入力部材の回転が前記第2入力ギアの回転を引き起こすように、前記第2入力部材に結合されている、第2入力ギアと、
第1ピニオンギアであって、前記第1ピニオンギアは、前記第1入力ギアと係合する、第1ピニオンギアと、
前記ネジに結合された第2ピニオンギアであって、前記第2ピニオンギアは、前記第1入力部材と前記第2入力部材との間の回転差が、前記第2ピニオンギアおよび前記ネジの回転を引き起こすことにより、前記ネジ穴のネジ山を介して前記ネジから前記第1ハーフプーリに力が印加されることで、前記第1ハーフプーリと前記第2ハーフプーリとの間の前記軸方向距離の変更を可能にするように、前記第2入力ギアおよび前記第1ピニオンギアと係合する、第2ピニオンギアと、
を備える、トランスミッション。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載のトランスミッションはさらに、ラックを備え、
前記ラックは、前記第1ハーフプーリに結合され、
前記差動装置は、
第1入力ギアであって、前記第1入力ギアは、前記第1入力部材の回転が前記第1入力ギアの回転を引き起こすように、前記第1入力部材に結合されている、第1入力ギアと、
第2入力ギアであって、前記第2入力ギアは、前記第2入力部材の回転が前記第2入力ギアの回転を引き起こすように、前記第2入力部材に結合されている、第2入力ギアと、
ベベルギアであって、前記ベベルギアは、ピニオンへ軸方向に結合され、前記第1ベベルギアは、前記第1入力部材と前記第2入力部材との間の回転差が、前記ベベルギアの回転を引き起こすことにより、前記ピニオンおよび前記ラックを介して前記ベベルギアから前記第1ハーフプーリに力が印加されることで、前記第1ハーフプーリと前記第2ハーフプーリとの間の前記軸方向距離の変更を可能にするように、前記第2入力ギアおよび前記第2入力ギアと係合する、ベベルギアと、
を備える、トランスミッション。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載のトランスミッションはさらに、ネジを備え、
前記ネジは、ネジ穴を介して前記第1ハーフプーリに結合され、
前記差動装置は、
サンギアであって、前記サンギアは、前記第1入力部材の回転が前記サンギアの回転を引き起こすように、前記第1入力部材に結合されている、サンギアと、
リングギアであって、前記リングギアは、前記サンギアと同軸であり、前記リングギアは、前記第2入力部材の回転が前記リングギアの回転を引き起こすように、前記第2入力部材に結合されている、リングギアと、
前記ネジに結合されている遊星ギアであって、前記遊星ギアは、前記第1入力部材と前記第2入力部材との間の回転差が、前記遊星ギアおよび前記ネジの回転を引き起こすことにより、前記ネジ穴のネジ山を介して前記ネジから前記第1ハーフプーリに力が印加されることで、前記第1ハーフプーリと前記第2ハーフプーリとの間の前記軸方向距離の変更を可能にするように、前記サンギアおよび前記リングギアと係合する、遊星ギアと、
を備える、トランスミッション。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載のトランスミッションにおいて、前記差動装置は、
カムであって、前記カムは、第1ねじ切り部分および第2ねじ切り部分を有し、前記第1ねじ切り部分のねじ切りの方向は、前記第2ねじ切り部分のねじ切りの方向と逆向きである、カムと、
前記カムの前記第1ねじ切り部分と係合する第1ネジであって、前記第1ネジは、前記第1入力部材の回転が前記第1ネジの回転を引き起こすように、前記第1入力部材に結合されている、第1ネジと、
前記カムの前記第2ねじ切り部分と係合する第2ネジであって、前記第2ネジは、前記第2入力部材の回転が前記第2ネジの回転を引き起こすように、前記第2入力部材に結合され、前記カムは、前記第1入力部材と前記第2入力部材との間の回転差が、前記第1ハーフプーリまたは前記第2ハーフプーリの少なくとも一方に対する前記カムの平行移動を引き起こすことにより、前記カムから前記第1ハーフプーリに力が印加されることで、前記第1ハーフプーリと前記第2ハーフプーリとの間の前記軸方向距離の変更を可能にするように、前記第1ハーフプーリに結合されている、第2ネジと、
を備える、トランスミッション。 - より高速かつより制御可能なシフト動作のための制御可能な変速比を有するトランスミッションであって、
第1ハーフプーリおよび第2ハーフプーリを有する第1円錐形分割プーリと、
第1入力部材であって、前記第1入力部材に付与されたトルクが前記第1および第2ハーフプーリに伝達されるように、前記第1ハーフプーリおよび前記第2ハーフプーリと結合されている、第1入力部材と、
第2入力部材と、
ネジと、
を備え、
前記第2入力部材は、前記第1入力部材と前記第2入力部材との間の差動回転が、前記ネジを介して前記第1ハーフプーリと前記第2ハーフプーリとの間に軸方向の力を加えさせることで、前記第1ハーフプーリと前記第2ハーフプーリとの間の軸方向距離の増減を可能にし、それにより、前記第1円錐形分割プーリの有効径の変更を可能にする結果として前記トランスミッションの前記制御可能な変速比を実現するように、前記ネジに結合されている、トランスミッション。 - 請求項12に記載のトランスミッションはさらに、
第3ハーフプーリおよび第4ハーフプーリを有する第2円錐形分割プーリと、
前記第1円錐形分割プーリを前記第2円錐形分割プーリにつなぐベルトと、
を備え、
前記第1入力部材からのトルクの付与により、前記ベルトを介して前記第1円錐形分割プーリから前記第2円錐形分割プーリへトルクが伝達される、トランスミッション。 - 請求項13に記載のトランスミッションにおいて、前記第1円錐形分割プーリは、前記第2円錐形分割プーリの中に入れ子状になっている、トランスミッション。
- 請求項14に記載のトランスミッションはさらに、出力部材を備え、
前記第2円錐形分割プーリは、前記第3および第4ハーフプーリが回転しないように、機械的グラウンドに結合され、
前記出力部材は、前記第1円錐形分割プーリの回転が前記出力部材の回転を引き起こすように、前記第1ハーフプーリまたは前記第2ハーフプーリの少なくとも一方に結合されている、トランスミッション。 - 請求項13から15のいずれか一項に記載のトランスミッションにおいて、前記第3ハーフプーリおよび前記第4ハーフプーリは、弾性要素によって前記第3ハーフプーリおよび前記第4ハーフプーリの間に軸方向の力が与えられるように、前記弾性要素を介して互いに結合されている、トランスミッション。
- 請求項12から16のいずれか一項に記載のトランスミッションにおいて、前記第1入力部材および前記第2入力部材は、同軸かつ同心であり、前記第1入力部材は、部分的に前記第2入力部材の中に配置されている、トランスミッション。
- 請求項12から16のいずれか一項に記載のトランスミッションにおいて、前記第1入力部材および前記第2入力部材は、前記第1円錐形分割プーリから反対方向へ外向きに伸びる、トランスミッション。
- 請求項12から18のいずれか一項に記載のトランスミッションはさらに、カムを備え、
前記第1入力部材は、第1回転軸を有し、前記第1円錐形分割プーリは、前記第1回転軸からオフセットされた第2回転軸を有し、前記第1入力部材は、前記カムを介して前記第1ハーフプーリに結合されている、トランスミッション。
請求項1から5のいずれか一項に記載のトランスミッションにおいて、前記第1入力部材および前記第2入力部材は、前記第1円錐形分割プーリから反対方向へ外向きに伸びる、トランスミッション。
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