CN105518343B - 扭矩凸轮装置及带式无级变速装置 - Google Patents

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Abstract

一种扭矩凸轮装置及带式无级变速装置，该扭矩凸轮装置具备：驱动凸轮部件(91)；被驱动凸轮部件(93)；一端形成与驱动凸轮部件(91)的第一驱动凸轮面(91d)可接触的第二驱动凸轮面(92d)，另一端形成与被驱动凸轮部件(93)的第一被驱动凸轮面(93c)可接触的第二被驱动凸轮面(92c)，且相对于驱动凸轮部件(91)及被驱动凸轮部件(93)可相对旋转的中间凸轮部件(92)，在从驱动凸轮部件(91)向被驱动凸轮部件(93)进行动力传递时，驱动凸轮面(91d、92d)彼此抵接，在从被驱动凸轮部件(93)向驱动凸轮部件(91)进行动力传递时，被驱动凸轮面(93c、92c)彼此抵接，从而实现动力传递。

Description

扭矩凸轮装置及带式无级变速装置
技术领域
本发明涉及扭矩凸轮装置及使用其的带式无级变速装置。
背景技术
根据两个凸轮部件的旋转相位差产生扭矩的扭矩凸轮装置在各种领域被利用。在该扭矩凸轮机构中，有在环状或圆筒状的两个凸轮部件的端部分别形成螺旋状的凸轮面，且以这些凸轮面滑接的方式同轴配置两个凸轮部件的端面凸轮装置。该装置中，通过对两个凸轮部件赋予旋转相位差，各凸轮面相互滑动，同时两个凸轮部件离合(分离、接合)，其全长(轴向长度)发生变化，并且产生向旋转轴向的力(推力)。
该扭矩凸轮装置的产生推力F如下式(1)所示，根据凸轮面的倾斜角度α、赋予旋转相位差的输入扭矩T、凸轮接触部的半径(凸轮面的全长)R、凸轮面的摩擦系数μ决定(参照专利文献1)。
F＝T/R/tan(α+tan-1μ) (1)
但是，为了使车辆用的带式无级变速机构的可动带轮移动(带卷绕半径的变更)及产生夹压带的夹压力(带轮的轴推力)，考虑利用上述扭矩凸轮装置。
例如，图10是示意性表示对在本申请的发明过程中创立的带式无级变速机构应用扭矩凸轮机构的结构图。如图10所示，带式无级变速机构具备初级带轮130P、次级带轮130S、卷绕于这些带轮130P、130S并传递动力的带137。在此，使扭矩凸轮机构109装备于次级带轮130S。
次级带轮130S具备与旋转轴136一体结构的固定带轮134、和与固定带轮134同轴配置且相对于固定带轮134沿轴向及旋转方向可相对运动的可动带轮135。
扭矩凸轮机构109为端面凸轮，其具备固设于可动带轮135的背面的驱动凸轮部件191、与驱动凸轮部件191相邻并固设于固定带轮134的旋转轴136的被驱动凸轮部件192、设于驱动凸轮部件191的一端面的凸轮面191a、设于被驱动凸轮部件192的一端面的凸轮面192a、介装于两凸轮面191a、192a相互之间的球193，作为球扭矩凸轮机构而构成。驱动凸轮部件191及被驱动凸轮部件192形成为环状或圆筒状。
这些凸轮面191a、192a如图11(a)所示，分别被分割为两个驱动凸轮面(驱动凸轮面)191d、192d和两个被驱动凸轮面(滑行凸轮面)191c、192c这合计四个。图11(b)是将环状的驱动凸轮部件191及被驱动凸轮部件192展开表示的侧面图。如图11(b)所示，驱动凸轮面191d、192d和各被驱动凸轮面191c、192c为在不同的方向上倾斜的倾斜面，各驱动凸轮面191d、192d相互平行，且各被驱动凸轮面191c、192c也相互平行。
这样，无论驱动凸轮面191d、192d还是被驱动凸轮面191c、192c，均在驱动凸轮部件191及被驱动凸轮部件192上各设置两个，在每一个中，扭矩凸轮机构109偏离旋转中心而作用于可动带轮135，因此，可动带轮135会倾斜。因此，无论驱动凸轮面191d、192d还是被驱动凸轮面191c、192c都均等地各设置两个，以使凸轮不偏心作用于可动带轮135。
在装备有该扭矩凸轮机构109的车辆用的带式无级变速机构中，在车辆的驱动行驶时，如果从带137向次级带轮130S传递的输入扭矩增强，则次级带轮130S的带夹压力不足，次级带轮130S的固定带轮134相对于带137产生滑移。但是，由于旋转轴136和相对运动的可动带轮135追随带137，所以固定带轮134相对于可动带轮135产生旋转相位延迟。
由此，固设于可动带轮135的驱动凸轮部件191与固设于固定带轮134的被驱动凸轮部件192相对旋转，经由球193使两驱动凸轮面191d、192d滑动，同时，驱动凸轮部件191如图11(b)中实线箭头所示那样从虚线所示的状态向旋转方向且轴向移动，使可动带轮135接近固定带轮134。其结果，次级带轮130S的V型槽的槽宽变窄，带夹压力增强，可消除固定带轮134的滑移。
相反，在车辆的滑行行驶时，在驱动源作用负的输入扭矩(制动扭矩)的状态下，固定带轮134的旋转相位延迟消除，相对于负的输入扭矩，次级带轮130S的带夹压力不足时，固定带轮134相对于可动带轮135产生旋转相位提前。该情况下，可动带轮135的驱动凸轮部件191延迟于固定带轮134的被驱动凸轮部件192，经由球193使两被驱动凸轮面191c、192c滑动，同时，驱动凸轮部件191如图11(b)中双点划线箭头所示那样从虚线所示的状态向旋转方向且轴向移动，使可动带轮135接近固定带轮134。其结果，次级带轮130S的V型槽的槽宽变窄，带夹压力增强，可消除固定带轮134的滑移。
在这样的扭矩凸轮机构109中，要求以得到不对带137的扭矩传递带来障碍的带夹压力的方式充分确保扭矩凸轮机构的产生推力F、及以在带式无级变速机构中得到所希望的变速比范围的方式充分确保图11(b)所示的带轮滑动量S。
如上述式(1)所示，产生推力F根据凸轮面的倾斜角度α、输入扭矩T、凸轮接触部的半径R、凸轮面的摩擦系数μ决定，但输入扭矩T根据车辆的行驶状态或路面的状况而产生变动，不能一样地进行操作，因此，为进一步提高产生推力F，减小凸轮面的倾斜角度α[参照图11(b)]、或减小凸轮接触部的摩擦系数μ、或增大凸轮接触部的半径R是有效的。
如果减小凸轮面的倾斜角度α，则为确保变速所需的带轮行程量，必须加长凸轮面的周长，从而凸轮接触部的半径R增大。如果不能增大凸轮接触部的半径R，则也可以进一步提高产生推力F，但由于需要将驱动凸轮面或被驱动凸轮面收纳入变速器内的带轮轴间内，所以半径R的距离有限制，且凸轮面的倾斜角度也受到制限。因此，对减小倾斜角度α有一定限度。
另外，减小凸轮接触部的摩擦系数也是有效的，但由于接触自身是机械的物理特性，所以其也有限度。
因此，扭矩凸轮机构109那样的端面凸轮在实际机器的使用仅限于驱动源的扭矩小的小型摩托车或轻型汽车等小型车辆、或者与使用一般的油压操作可动带轮的方式并用使用。因此，对于驱动源的扭矩更大的车辆寻求可以不与油压方式等并用地使用的扭矩凸轮装置的开发。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平5－296884号公报
发明内容
本发明是鉴于这样的课题而创立的，其目的在于，提供一种扭矩凸轮装置及使用其带式无级变速装置，能够充分确保产生推力，并且在带式无级变速机构中能够充分确保带轮滑动量。
为实现上述目的，本发明的扭矩凸轮装置构成为，具备：驱动凸轮部件，其具有环状的第一驱动凸轮面，承受旋转扭矩而旋转；被驱动凸轮部件，其具有与所述第一驱动凸轮面相对的环状的第一被驱动凸轮面，且通过所述驱动凸轮部件而被旋转驱动；中间凸轮部件，其一端形成有可与所述第一驱动凸轮面接触的第二驱动凸轮面，另一端形成有可与所述第一被驱动凸轮面接触的第二被驱动凸轮面，且相对于所述驱动凸轮部件及所述被驱动凸轮部件可相对旋转，在从所述驱动凸轮部件向所述被驱动凸轮部件进行动力传递时，所述第一驱动凸轮面和所述第二驱动凸轮面抵接，在从所述被驱动凸轮部件向所述驱动凸轮部件进行动力传递时，所述第一被驱动凸轮面和所述第二被驱动凸轮面抵接，从而实现动力传递。
优选的是，所述第一驱动凸轮面、所述第一被驱动凸轮面、所述第二驱动凸轮面、及所述第二被驱动凸轮面均由将环状全周至少等分为两部分(两个)并与凸轮角度相对应的螺旋状曲面构成，在被等分的螺旋状曲面相互之间分别形成台阶状的连接面，在从所述驱动凸轮部件向所述被驱动凸轮部件进行动力传递时，所述第一被驱动凸轮面的所述连接面和所述第二被驱动凸轮面的所述连接面抵接，在从所述被驱动凸轮部件向所述驱动凸轮部件进行动力传递时，所述第一驱动凸轮面的所述连接面和所述第二驱动凸轮面的所述连接面抵接。
优选的是，所述各第二驱动凸轮面及其相互之间的所述连接面、以及所述各第二被驱动凸轮面及其相互之间的所述连接面相互错开相位而配置。
优选的是，所述连接面分别在沿着旋转轴线的方向上形成。
优选的是，所述第一驱动凸轮面、所述第一被驱动凸轮面、所述第二驱动凸轮面、及所述第二被驱动凸轮面均为相同的凸轮角度。
优选的是，所述第一驱动凸轮面、所述第一被驱动凸轮面、所述第二驱动凸轮面、及所述第二被驱动凸轮面分别具备沿着以环状延伸的方向形成的槽和可滚动地配设于该槽的球，所述各凸轮面经由所述球抵接。
另外，本发明的带式无级变速装置具备：由固定带轮及可动带轮构成的两个带轮装置、卷绕于所述两个带轮装置并传递动力的带、使所述两个带轮装置的任一方产生夹压力的所述扭矩凸轮装置。
优选的是，所述扭矩凸轮装置的所述驱动凸轮部件与所述可动带轮一体旋转，所述被驱动凸轮部件与所述固定带轮一体旋转，所述中间凸轮部件可相对旋转地安装于所述带轮装置的旋转轴。
根据本发明的扭矩凸轮装置，在从驱动凸轮部件向被驱动凸轮部件进行动力传递时，第一驱动凸轮面和第二驱动凸轮面抵接，在从被驱动凸轮部件向驱动凸轮部件进行动力传递时，第一被驱动凸轮面和第二被驱动凸轮面抵接，从而实现动力传递。环状的第一驱动凸轮面及第二驱动凸轮面以及第一被驱动凸轮面及第二被驱动凸轮面均可以分别遍及环状的全周而形成，能确保全周部分的凸轮面的长度。
在不使用中间凸轮而构成扭矩凸轮装置的情况下，驱动凸轮面及被驱动凸轮面仅能够确保环状的全周的一半部分的凸轮面的长度，但在本发明中，与之相对，可以大致倍增凸轮面的长度。其结果，可以将凸轮接触部的半径收纳入带轮轴间内，并且可以在确保带轮行程量的同时减小凸轮面的倾斜角度，能增大产生推力。
附图说明
图1是具备一实施方式的自动变速器的车辆的驱动系单元的主要部分的结构图；
图2是具备一实施方式的自动变速器的车辆的驱动系单元的主要部分的轴配置图；
图3是说明具备一实施方式的自动变速器的车辆的驱动系单元的动力传递模式的图，(a)表示CVT低速模式，(b)表示CVT高速模式，(c)表示直连(直接连结)模式；
图4是表示一实施方式的自动变速器的变速图的一例的图；
图5是说明一实施方式的扭矩凸轮装置的示意性的结构图；
图6是一实施方式的扭矩凸轮装置的凸轮部件的立体图，(a)表示中间凸轮部件，(b)表示驱动凸轮部件及被驱动凸轮部件；
图7是说明一实施方式的扭矩凸轮装置的动作方式的示意性的周面图，(a)表示各凸轮部件使相位一致的状态，(b)表示驱动凸轮部件使相位提前的状态，(c)表示驱动凸轮部件使相位延迟的状态；
图8是说明一实施方式的扭矩凸轮装置的效果的示意性的周面图，(a)～(c)依次表示本扭矩凸轮装置的驱动凸轮部件使相位提前的过程，(d)表示对比例；
图9是说明一实施方式的扭矩凸轮装置的效果的示意性的周面图，(a)表示对比例的凸轮部件，(b)表示本扭矩凸轮装置的凸轮部件；
图10是说明发明的课题的扭矩凸轮装置的示意性的结构图；
图11是说明发明的课题的扭矩凸轮装置的凸轮面的示意图，(a)是凸轮部件凸轮面的正面图，(b)是凸轮部件的周面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的扭矩凸轮装置及使用其的带式无级变速装置的实施方式进行说明。此外，以下所示的实施方式严格来说只不过是示例，而没有排除以下的实施方式中未明示的各种的变形或技术的应用的意图。可以部分地使用该实施方式实施、或变更一部分实施、或置换为具有同等功能的其它机构或装置来实施。
本实施方式的电动汽车(以下也简称为车辆)是仅以电动机为驱动源行驶的电动汽车(也称作EV)，不包含选择性地以电动机和内燃机为驱动源行驶的混合动力汽车。另外，本自动变速器介装于这种车辆的电动机和驱动轮之间。
[驱动系单元的结构]
首先，说明车辆的驱动系单元。如图1及图2所示，该驱动系单元具备：作为车辆的驱动源的主电动机(也简称为电动机)1、具有与主电动机1的输出轴一体连结的变速器输入轴(以下称作输入轴)2A的自动变速器2、与自动变速器2连接的减速机构6、与减速机构6连接的差动机构7。在与差动机构7的左右的半轴齿轮连接的车轴7L、7R分别结合有未图示的驱动轮。
自动变速器2是在所谓的带副变速器的带式无级变速机构(CVT)中附加有直连齿轮机构20的变速器。自动变速器2具备：具有动力传递用的带37且初级带轮(输入部)30P与输入轴2A可相对旋转地配置的带式无级变速机构(以下也称作变速机构)3、与该变速机构3的次级带轮(输出部)30S的旋转轴36连结的始终啮合型平行轴式齿轮变速机构(以下也称作副变速机构)4、以迂回过变速机构3及副变速机构4的方式将输入轴2A和减速机构6直连的直连齿轮机构20。
变速机构3具备：由具有旋转轴33的固定带轮31和可动带轮32构成的初级带轮30P、由具有旋转轴(输出轴)36的固定带轮34和可动带轮35构成的次级带轮30S、卷绕于初级带轮30P和次级带轮30S的V型槽的带37。初级带轮30P的固定带轮31的旋转轴33与输入轴2A可相对旋转地配置。
此外，图1表示变速机构3的初级带轮(带轮装置)30P、次级带轮(带轮装置)30S及带37的变速比为低速侧的状态和高速侧的状态。在初级带轮30P、次级带轮30S的各外侧(相互分开的一侧)的半部表示低速侧的状态，在各内侧(相互接近的一侧)的半部表示高速侧的状态。关于带37，用实线示意性表示低速侧(low侧)的状态，在各带轮30P、30S的内侧用双点划线示意性表示高速侧(High侧)的状态。但是，双点划线表示的高速状态仅表示带轮和带的半径方向的位置关系，实际的带位置在带轮的内侧半部未出现。
该变速机构3的初级带轮30P及次级带轮30S的带卷绕半径的变更实现的变速比的调整及带轮轴推力(也简称为推力)、即带夹压力的调整通过电动促动器和机械式反作用力机构执行。作为机械式反作用力机构，使用扭矩凸轮机构。该扭矩凸轮机构分别由端部具有螺旋状倾斜的凸轮面的一对环状的凸轮部件构成，以各凸轮面相互滑接的方式配置于同轴上，另外，根据一对凸轮部件的相对旋转，一对凸轮部件在轴向上相互离合，变更一对凸轮部件的全长，由此，调整压接于一凸轮部件的旋转部件(带轮30P、30S)的推力。
在此，对于初级带轮30P及次级带轮30S的任一个，均使用扭矩凸轮机构作为机械式反作用力机构。由此，作为带37按压初级带轮30P及次级带轮30S的力(使带轮分离的力)的反作用力，两带轮的各球扭矩凸轮机构作用而与带37的传递扭矩相对应的推力不使用油压等而在两带轮30P、30S上产生。
另外，在初级带轮30P装备能动地旋转驱动一对凸轮部件的一方的电动促动器80A，变更一对凸轮部件的全长，调整初级带轮30P的V型槽的槽宽。此外，本实施方式中，作为各扭矩凸轮机构，采用将各凸轮面的滑接部分设为经由球的点接触的球扭矩凸轮机构。
这样，在初级带轮30P构成为，通过作为机械式反作用力机构的扭矩凸轮机构和旋转驱动一对凸轮部件的一方的电动促动器80A变更一对凸轮部件的全长，调整初级带轮30P的V型槽的槽宽而调整变速比，并且，调整带轮30P的推力而调整带夹压力。于是，将由初级带轮30P的电动促动器及扭矩凸轮机构构成的机构也称作变速机构8。另一方面，次级带轮30S的扭矩凸轮机构由于由此产生次级带轮30S的推力，所以也被称作推力产生机构9。对这些变速机构8及推力产生机构9后述详情。
副变速机构4具有多个变速级(在此为高速、低速这两级)，具备可相对旋转地装备于与变速机构3的次级带轮30S的旋转轴36同轴一体的旋转轴43的齿轮41、42、以与和旋转轴43平行的旋转轴46一体旋转的方式固设的齿轮44、45。齿轮41和齿轮44始终啮合，构成2速(高速)齿轮级。齿轮42和齿轮45始终啮合，构成1速(低速)齿轮级。
为选择性地切换2速齿轮级及1速齿轮级，在副变速机构4上装备3位置式的啮合离合器机构5B。啮合离合器机构5B具备：与旋转轴43一体旋转的离合器毂54、与设于离合器毂54的外齿54a花键卡合的具有内齿55a的套筒55、使套筒55向换档方向(轴向)移动的拨叉56、驱动拨叉56的切换用电动促动器50B。
在齿轮41设有可与套筒55的内齿55a啮合的外齿41a，在齿轮42设有可与套筒55的内齿55a啮合的外齿42a。
套筒55具有空档位置(N)、设定2速(高速)齿轮级的2速位置(H)、设定1速(低速)齿轮级的1速位置(L)的各位置，通过拨叉56在各位置间进行滑动驱动。
如果通过切换用电动促动器50B驱动拨叉56，使套筒55向齿轮41侧(即2速位置)移动，则套筒55的内齿55a与齿轮41的外齿41a啮合，旋转轴43和齿轮41一体旋转，被设定2速齿轮级。如果设定2速齿轮级，则从变速机构3的次级带轮30S的旋转轴36(即旋转轴43)经齿轮41、齿轮44、旋转轴46向减速机构6进行动力传递。
如果通过切换用电动促动器50B驱动拨叉56，使套筒55向齿轮42侧(即1速位置)移动，则套筒55的内齿55a与齿轮42的外齿42a啮合，旋转轴43和齿轮42一体旋转，被设定1速齿轮级。如果设定1速齿轮级，则从变速机构3的次级带轮30S的旋转轴36(即旋转轴43)经齿轮42、齿轮45、旋转轴46向减速机构6进行动力传递。
此外，为使套筒55的内齿55a与齿轮41的外齿41a或齿轮42的外齿42a顺畅地啮合，进行后述的旋转同步控制，因此，在啮合部位不需要同步机构，不装备同步机构。
直连齿轮机构20具备与输入轴2A可相对旋转地配置的输入齿轮(输入齿轮)21，如图2所示，该输入齿轮21与副变速机构的多个变速齿轮的一个(在此为作为1速齿轮级的输出侧齿轮的齿轮45)啮合而驱动连结。
此外，上述输入齿轮21和齿轮45被设定为使各自的齿数大致相同，变速比大致为1.0。
为了将该直连齿轮机构20与变速机构3选择地使用，装备3位置式的啮合离合器机构5A。如图1所示，啮合离合器机构5A与啮合离合器机构5B同样地构成，具备：与输入轴2A一体旋转的离合器毂51、具有与设于离合器毂51的外齿51a花键卡合的内齿52a的套筒52、使套筒52向换档方向(轴向)移动的拨叉53、驱动拨叉53的切换用电动促动器50A。
在输入齿轮21设有可与套筒52的内齿52a啮合的外齿22，在变速机构3的初级带轮30P的固定带轮31的旋转轴33上设有可与套筒52的内齿52a啮合的外齿38。
套筒52具有空档位置(N)、设定经由变速机构3的动力传递路径的CVT位置(C)、设定经由直连齿轮机构20的动力传递路径的直连位置(D)的各位置，通过拨叉53在各位置间进行滑动驱动。
如果通过切换用电动促动器50A驱动拨叉53，使套筒52向旋转轴33侧移动，则套筒52的内齿52a与旋转轴33的外齿38啮合，输入轴2A和初级带轮30P的固定带轮31一体旋转，设定经由变速机构3的动力传递路径。
如果通过切换用电动促动器50A驱动拨叉53，使套筒52向输入齿轮21侧移动，则套筒52的内齿52a与输入齿轮21的外齿22啮合，输入轴2A和输入齿轮21一体旋转，设定经由直连齿轮机构20的动力传递路径。
在此，为了也使套筒52的内齿52a与旋转轴33的外齿38或输入齿轮21的外齿22顺畅地啮合，进行后述的旋转同步控制，因此，在啮合部位不需要同步机构，不装备同步机构。
此外，本实施例中，如上所述为了执行旋转同步控制而不与啮合离合器机构5A、5B一同装备同步机构的结构，但如果装备同步机构，则得到进一步促进同步的效果，另外，在未执行上述旋转同步控制的情况下，必须要装备同步机构。
减速机构6由以与副变速机构4的旋转轴46一体旋转的方式固设的齿轮61、以与平行于旋转轴46的旋转轴65一体旋转的方式固设并与齿轮61啮合的齿轮62、以与旋转轴65一体旋转的方式固设的齿轮63、差动机构7的输入齿轮即与齿轮63啮合的齿轮64构成。在齿轮61和齿轮62之间根据其齿轮比进行减速，进而，在齿轮63和齿轮64之间根据其齿轮比进行减速。
[推力产生机构(机械式反作用力机构)]
在此，对机械式反作用力机构之一，即装备于次级带轮30S的推力产生机构9进行说明。如上述，该推力产生机构9采用扭矩凸轮机构。参照图5～图9说明在此采用的扭矩凸轮机构(扭矩凸轮装置)90。
如图5所示，扭矩凸轮机构90为端面凸轮，并具备固设于可动带轮35的背面的驱动凸轮部件(驱动凸轮部件)91、与驱动凸轮部件91相邻地固设于固定带轮34的旋转轴36上的被驱动凸轮部件(从动凸轮部件)93、同轴地配置于驱动凸轮部件91和被驱动凸轮部件93之间且相对于这些凸轮部件91、93可相对旋转的中间凸轮部件92这三个凸轮部件。驱动凸轮部件91在车辆的驱动行驶时(驱动行驶时)驱动被驱动凸轮部件93，被驱动凸轮部件93在车辆的滑行行驶时(被驱动行驶时)驱动驱动凸轮部件91。
如图6(b)的立体图所示，驱动凸轮部件91为圆筒状(或环状)的部件，在一端侧具有环状的第一驱动凸轮面91d，另一端侧被固设于可动带轮35的背面。环状的第一驱动凸轮面91d的环状全周被等分为两部分，其分别由与规定的凸轮角度相对应的螺旋状曲面构成。在等分的两部分(两个)的第一驱动凸轮面91d相互之间分别形成有台阶状的连接面91j。该连接面91j分别在沿着驱动凸轮部件91的旋转轴线的方向(与旋转轴线平行的方向)上形成。
被驱动凸轮部件93为与驱动凸轮部件91对称的形状，为使图6(b)的立体图反转的形状。沿用图6(b)的立体图进行说明，在一端侧具有环状的第一被驱动凸轮面93c，另一端侧被固设于旋转轴36。环状的第一被驱动凸轮面93c的环状全周被等分为两部分，其分别由与规定的凸轮角度相对应的螺旋状曲面构成。在等分的两部分(两个)的第一被驱动凸轮面93c相互之间分别形成有台阶状的连接面93j。该连接面93j分别在沿着被驱动凸轮部件93的旋转轴线的方向(与旋转轴线平行的方向)上形成。该连接面93j也分别在沿着被驱动凸轮部件93的旋转轴线的方向(与旋转轴线平行的方向)上形成。
如图6(a)的立体图所示，中间凸轮部件92是圆筒状(或环状)的部件，在一端侧具有与上述第一驱动凸轮面91d相对的环状的第二驱动凸轮面92d，在另一端侧具有与上述第一被驱动凸轮面93c相对的环状的第二被驱动凸轮面92c。如图6(a)所示，环状的第二驱动凸轮面92d将环状全周等分为两部分，其分别由与规定的凸轮角度相对应的螺旋状曲面构成。在等分的两部分(两个)的第一驱动凸轮面92d相互之间分别形成有台阶状的连接面92j。该连接面92j也分别在沿着中间凸轮部件92的旋转轴线的方向(与旋转轴线平行的方向)上形成。
环状的第二被驱动凸轮面92c为与第二驱动凸轮面92d对称的形状，为使图6(a)的立体图反转的形状。该第二被驱动凸轮面92c的环状全周也被等分为两部分，其分别由与规定的凸轮角度相对应的螺旋状曲面构成。在等分的两部分(两个)的第一被驱动凸轮面92c相互之间分别形成有台阶状的连接面92j。该连接面92j也分别在沿着中间凸轮部件92的旋转轴线的方向(与旋转轴线平行的方向)上形成。
因此，假如将第一驱动凸轮面91d及第二驱动凸轮面92d的各螺旋状曲面设为右螺纹状的螺旋，则第一被驱动凸轮面93c及第二被驱动凸轮面92c的各螺旋状曲面成为左螺纹状的螺旋。
另外，中间凸轮部件92的第二驱动凸轮面92d和第二被驱动凸轮面92c向旋转方向错开相位而形成。即，连接两个第二驱动凸轮面92d的连接面92j、和连接两个第二被驱动凸轮面92c的连接面92j向旋转方向错开相位而配置形成。两凸轮面92d、92c的相位错位最大可以设为90度。由此，可以缩短中间凸轮部件92的轴向长度。
在此，各凸轮面91d、93c、92d及92c全部被设定为相同的凸轮角度。
中间凸轮部件92的第二驱动凸轮面92d与驱动凸轮部件91的第一驱动凸轮面91d可接触，中间凸轮部件92的第二被驱动凸轮面92c与被驱动凸轮部件93的第一被驱动凸轮面93c可接触。但是，在两驱动凸轮面91d、92d之间、及两被驱动凸轮面93c、92c之间介装有球(钢球)95，扭矩凸轮机构90作为球扭矩凸轮装置构成。
因此，如图6(a)、(b)所示，在驱动凸轮部件91的第一驱动凸轮面91d、中间凸轮部件92的第二驱动凸轮面92d及第二被驱动凸轮面92c、被驱动凸轮部件93的第一被驱动凸轮面93c分别形成有内装球95的槽91g、92g、93。由此，各驱动凸轮面91d、92d之间、及各被驱动凸轮面93c、92c之间通过球95的点接触而顺畅地滑动。
详细说明该扭矩凸轮机构90的动作机理。
如果驱动凸轮部件91和被驱动凸轮部件93不产生相位错位，则如图7(a)所示，驱动凸轮部件91的第一驱动凸轮面91d和中间凸轮部件92的第二驱动凸轮面92d啮合，并且被驱动凸轮部件93的第一被驱动凸轮面93c和中间凸轮部件92的第二被驱动凸轮面92c啮合，驱动凸轮部件91、中间凸轮部件92以及被驱动凸轮部件93的总轴长、即扭矩凸轮机构90的全长成为最小。该情况下，次级带轮30S的V型槽的槽宽为最大，变速机构3的变速比为最高速的变速比。
在变速机构3中，在车辆的驱动行驶时，如果从带37向次级带轮30S传递的输入扭矩增强，则次级带轮30S的带夹压力不足，次级带轮30S的固定带轮34相对于带37产生滑移。但是，由于与旋转轴36可相对动作的可动带轮35追随带37，所以固定带轮34相对于可动带轮35产生旋转相位延迟。
此时，固设于可动带轮35的驱动凸轮部件91经由球95在两驱动凸轮面91d、92d之间滑动，并且，如图7(b)所示，以先于中间凸轮部件92及固设于固定带轮34的被驱动凸轮部件93的方式相对旋转，同时以相对于被驱动凸轮部件93及中间凸轮部件92沿轴向分开的方式移动，使可动带轮35接近固定带轮34。其结果，次级带轮30S的V型槽的槽宽变窄，带轮30S的推力增强，因此，带夹压力变强，消除固定带轮34的滑移。
相反地，在车辆的滑行行驶时，在驱动源作用负的输入扭矩(制动扭矩)的状态下，固定带轮34的旋转相位延迟被消除，相对于负的输入扭矩，次级带轮30S的带夹压力不足时，固定带轮34相对于可动带轮35产生旋转相位提前(反而言之，可动带轮35相对于固定带轮34产生旋转相位延迟)。
此时，固设于固定带轮34的被驱动凸轮部件93经由球95在两被驱动凸轮面93c、92c之间滑动，并且，如图7(c)所示，以先于中间凸轮部件92及固设于可动带轮35的可动凸轮部件91的方式相对旋转，同时，以相对于驱动凸轮部件91及中间凸轮部件92沿轴向分开的方式移动，使可动带轮35接近固定带轮34。其结果，次级带轮30S的V型槽的槽宽变窄，带轮30S的推力增强，因此，带夹压力增强，消除固定带轮34的滑移。
此外，在车辆停止时等，驱动扭矩和制动扭矩均不作用，因此，不施加扭矩凸轮机构90实现的带轮的推力。于是，装备有以在车辆的起步时等初期驱动时也能够防止带滑移而可靠地夹持带37的方式将可动带轮35向接近固定带轮34的方向施力的螺旋弹簧94。
[变速机构]
如图1所示，装备于初级带轮30P的变速机构8由电动促动器80A和机械式反作用力机构80B构成。在本实施方式的情况下，机械式反作用力机构80B采用扭矩凸轮机构。
机械式反作用力机构80B所采用的扭矩凸轮机构配置于初级带轮30P的可动带轮32的背部，具有同轴配置于旋转轴33上的一对凸轮部件83、84。在各凸轮部件83、84上分别形成有相对于与旋转轴33正交的方向倾斜的螺旋状的凸轮面83a、84a，一对凸轮部件83、84使各自的凸轮面83a、84a接触配置。但是，在此，采用在滑接的凸轮面83a、84a相互之间介装球(钢球)85，采用将滑接部分设为球85的点接触的球扭矩凸轮机构，各凸轮面83a、84a顺畅地滑动。
凸轮部件83和凸轮部件84均与旋转轴33可相对旋转，初级带轮30P的固定带轮31及可动带轮32独立地与旋转轴33同轴配设。即，即使初级带轮30P旋转，凸轮部件83、84也不旋转。但是，凸轮部件84为在旋转方向以及轴向均固定的固定凸轮部件，与之相对，凸轮部件83为相对于凸轮部件84可相对旋转且在轴向上也可以移动的可动凸轮部件。另外，在可动凸轮部件83，与凸轮面83a相反侧设有经由推力轴承等与可动带轮32的背面32a滑接的滑接面83b。
电动促动器80A通过旋转驱动可动凸轮部件83并使可动凸轮部件83的凸轮面83a相对于固定凸轮部件84的凸轮面84a旋转，沿着凸轮面83a、凸轮面84a的倾斜使可动凸轮部件83在旋转轴33的轴向上移动，使可动带轮32在旋转轴33的轴向上移动，调整初级带轮30P的V型槽的槽宽。
另外，电动促动器80A通过由蜗杆(螺旋齿轮)82a和与该蜗杆82a啮合的蜗轮(斜齿轮)82b构成的蜗轮传动机构82、旋转驱动蜗杆82a的电动机(变速用电动机)81构成，蜗轮82b与旋转轴33同轴配置，以与可动凸轮部件83一体旋转且在轴向上容许可动凸轮部件83的移动的方式与可动凸轮部件83的外周锯齿结合。由此，如果使电动机81动作而旋转驱动蜗杆82a，则蜗轮82b旋转，使可动凸轮部件83转动，调整初级带轮30P的V型槽的槽宽。
该变速机构8进行的初级带轮30P的V型槽的槽宽调整一边承受通过推力产生机构9产生的次级带轮30S的推力一边实施。在缩窄初级带轮30P的V型槽的槽宽时，使经由带连接的次级带轮30S的V型槽的槽宽加宽，对抗推力产生机构9产生的推力。在加宽初级带轮30P的V型槽的槽宽时，使次级带轮30S的V型槽的槽宽缩窄，利用推力产生机构9产生的推力。
例如，在缩窄初级带轮30P的V型槽的槽宽时，使电动机81动作，使可动凸轮部件83从固定凸轮部件84分离。与之相对应，带37相对于初级带轮30P的卷绕半径扩大，带37的张力增加。该带37的张力增加以缩小带37相对于次级带轮30S的卷绕半径的方式作用。带37相对于次级带轮30S的卷绕半径的缩小需要使次级带轮30S的V型槽的槽宽扩大，在次级带轮30S的推力产生机构9中，与该槽宽扩大对抗的效力作为推力产生。因此，电动促动器80A对抗该推力而驱动可动凸轮部件83。
另外，在扩大初级带轮30P的V型槽的槽宽时，使电动机81动作，使可动凸轮部件83与固定凸轮部件84接近。此时，带37相对于初级带轮30P的卷绕半径缩小，带37的张力减小。带37的张力减小将产生次级带轮30S和带37的滑移，次级带轮30S的可动带轮35追随带37，但固定带轮34相对于带37产生滑移。与该滑移相对应，在固定带轮34和可动带轮35上产生扭转。与该固定带轮34和可动带轮35的扭转相对应，使次级带轮30S的推力增强。
[辅助电动机]
另外，在该自动变速器2的变速机构3设有与初级带轮30P的旋转轴33直连的辅助电动机10。该辅助电动机10为了在啮合的离合器机构5A进行的切换动作中旋转驱动旋转轴33，促进副变速机构4的任一变速级的输入侧和输出侧的旋转同步而装备。
[控制装置]
如图1所示，在该车辆上具备统一控制电动汽车的EVECU110及控制自动变速器(带副变速机构的CVT)2的主要部分的CVTECU100。各ECU分别为由存储器(ROM、RAM)及CPU等构成的计算机。CVTECU100基于来自EVECU110的指令或信息或来自其它传感器类的信息控制构成变速机构8的电动促动器80A的电动机81、切换用电动促动器50A、50B及辅助电动机10的动作等。
[作用及效果]
本实施方式由于如上述那样构成，所以可以得到如下的作用及效果。
自动变速器2具有变速机构(带式无级变速机构副变速机构)3、副变速机构(始终啮合型平行轴式齿轮变速机构)4及直连齿轮机构20而构成，因此，CVTECU100例如可以使用图4所示的变速图选择使用如图3所示那样大致三个的动力传递模式。
在通常的车辆起步时，如图3(a)所示，选择使用变速机构3将副变速机构4设为1速(低速)的CVT低速模式。在起步后，当车速上升时，如图3(b)所示，选择使用变速机构3将副变速机构4设为2速(高速)的CVT高速模式。通常，在该CVT高速模式下可以与大多的行驶状态对应。
这样，通过使用副变速机构4，如图4所示，能在从在将副变速机构4设为1速(低速)的CVT低速模式下使变速机构3为最低速的状态(1st Low)至在将副变速机构4设为2速(高速)的CVT高速模式下使变速机构3为最高速的状态(2nd High)的宽的变速比范围进行行驶，如果可以扩大自动变速器2的变速比幅度，则可以减小驱动源的电动机1的负担，可以实现电动机1的小型化带来的动力传动系整体的紧凑化，或可以使用电动机1的效率好的区域，因此，可以提高动力传动系效率，可以使电动汽车的续航距离增加。
而且，车辆在高速道路等上高速行驶时，如图3(b)所示，使用直连齿轮机构20。由此，可以实现传递效率高的齿轮带来的动力传递，从这一点来看也可以提高耗电效率，可以增大电动汽车的续航距离。此外，如图4中虚线所示，如果将直连齿轮机构20实现的变速比设定为比2速最高速的变速比稍低，则可以减轻高速行驶时的电动机1的负担，也有助于增大电动汽车的续航距离。
另外，三个动力传递模式的切换由于利用电动机1和辅助电动机10实现旋转同步，所以可以促进旋转同步，缩短变速时间，且也可以实现变速冲击的降低。另外，通过电动机1和辅助电动机10的旋转同步，可以正确地实施同步调整，可以省去同步机构等而降低装置成本。
例如，在通过啮合离合器机构5B以1速(低速)和2速(高速)切换副变速机构4时，使副变速机构4的旋转轴43的旋转与齿轮41或齿轮42的旋转同步，但其通过使电动机1和辅助电动机10协动动作，可以克服变速机构3的大的惯性质量，尽早得到同步，可以缩短变速时间。
另外，在通过啮合离合器机构5A以使用变速机构3的状态和使用直连齿轮机构20的状态进行切换时，也能够使啮合离合器机构5A的输入旋转部件和输出旋转部件旋转同步，但这可利用电动机1和辅助电动机10。
例如，在从使用直连齿轮机构20的状态切换为使用变速机构3的状态的情况下，可以按照以下的顺序迅速地进行切换。
(1)使啮合离合器机构5A、5B均为空档。
(2)如下进行控制：通过辅助电动机10，经由变速机构3促进副变速机构4的旋转轴43和与实现的变速级相对应的齿轮(齿轮41或齿轮42)的旋转同步，同时使作为驱动源的电动机1的旋转与变速机构3的输入部(初级带轮)30P的旋转轴33的旋转同步。
(3)将空档状态的啮合离合器机构5A以输入轴2A侧的部件(套筒52的内齿52a)和变速机构3的初级带轮30P的输入旋转部件(旋转轴33的外齿38)啮合的方式切换为CVT位置(C)，并且，将空档状态的啮合离合器机构5B以与和实现的变速级相对应的齿轮(齿轮41或齿轮42)连结的方式进行切换。
由此，可以在短时间内切换啮合离合器机构5A、5B，难以赋予脱扭矩感，可以使有关变速的驱动感良好。
此外，本实施方式的辅助电动机10由于仅用于变速时的旋转同步，因此，可以采用小输出的小型电动机，可以抑制装置的成本增加。
另外，越是车辆的驱动系单元的动力传递路径下游侧，由于扭矩增幅，因此，对动力传递系施加大扭矩，但是，只要这样在动力传递路径的较上游侧的初级带轮30P的旋转轴33上连接辅助电动机10，则容易采用与低扭矩相对应的小输出的小型电动机。
此外，也考虑将该辅助电动机10的输出作为用于驱动车辆的扭矩辅助利用，该情况下，辅助电动机10采用相应输出的电动机。
另一方面，在从使用变速机构3的状态切换为使用直连齿轮机构20的状态的情况下，将两啮合离合器机构5A、5B设为空档。而且，以使电动机1的旋转与输入齿轮21的旋转同步的方式进行控制。旋转同步后，将空档状态的啮合离合器机构5A以输入轴2A侧的部件(套筒52的内齿52a)和输入齿轮21侧的部件(外齿52a)啮合的方式切换为直连位置(D)。
此外，啮合离合器机构5B在直连驱动的期间保持空档。
另外，根据扭矩凸轮机构(扭矩凸轮装置)90，得到如下的作用及效果。
在驱动时，即从驱动凸轮部件91向被驱动凸轮部件93进行动力传递时，驱动凸轮部件91的第一驱动凸轮面91d和中间凸轮部件92的第二驱动凸轮面92d抵接，在滑行时，即从被驱动凸轮部件93向驱动凸轮部件91进行动力传递时，被驱动凸轮部件93的第一被驱动凸轮面93c和中间凸轮部件92的第二被驱动凸轮面92c抵接，实现动力传递。
无论如何，环状的第一驱动凸轮面91d及第二驱动凸轮面92d以及第一被驱动凸轮面93c及第二被驱动凸轮面92c均可以分别遍及环状的全周而形成，能够确保全周量(全周部分)的凸轮面的长度。
图9(a)是不使用中间凸轮而构成扭矩凸轮装置的情况下的示意性的周面图，如图9(a)所示，驱动凸轮面192d及被驱动凸轮面192c仅能确保环状的全周的一半量(一半部分)的凸轮面的长度。另一方面，图9(b)是将本扭矩凸轮机构90的凸轮面的高低差(与凸轮行程相对应)设为与图9(a)的情况相同的情况下的示意性的周面图。在本扭矩凸轮机构90的情况下，可以遍及环状的全周形成各凸轮面91d、93c(未图示的凸轮面92d、92c也同样)，可以使凸轮面的长度大致倍增。其结果，可以在确保凸轮行程量的同时，使凸轮面的倾斜角度α2比不使用中间凸轮的倾斜角度α1小(α2＜α1)，可以增大产生推力。
另外，由于各连接面91j、92j、93j分别在沿着旋转轴线的方向(与旋转轴线平行的方向)上形成，所以扭矩凸轮机构90迅速地动作。
即，在扭矩凸轮机构90中，在驱动时，如图8(a)所示，成为从驱动凸轮部件91朝向被驱动凸轮部件93进行动力传递的状态，驱动凸轮部件91的第一驱动凸轮面91d按压中间凸轮部件92的第二驱动凸轮面92d(参照箭头F1)，中间凸轮部件92的连接面92j与被驱动凸轮部件93的连接面93j抵接。
由于连接面92j、93j分别在沿着旋转轴线的方向形成，所以在第二驱动凸轮面92d上，沿着连接面92j、93j在旋转轴线方向上作用分力F2，由此，中间凸轮部件92如图8(b)所示那样被压向被驱动凸轮部件93的一侧，中间凸轮部件92的第二被驱动凸轮面92c与被驱动凸轮部件93的第一被驱动凸轮面93c抵接。
而且，如果从驱动凸轮部件91朝向被驱动凸轮部件93进行动力传递，则如图8(c)所示，驱动凸轮部件91的第一驱动凸轮面91d沿着中间凸轮部件92的第二驱动凸轮面92d滑动，产生推力F3。
这样，扭矩凸轮机构90迅速动作。
另一方面，如图8(d)所示，如果凸轮部件91′、92′、93′的终端面91j′、92j′、93j′不沿着旋转轴线倾斜，则中间凸轮部件92因从驱动凸轮部件91承受的按压力F′带来的凸轮部件92′和凸轮部件93′的碰撞时的扭矩而产生其角度部分(角度量)的推力F4，得到将凸轮部件92′暂时压回凸轮部件91′C侧的动作，因此，扭矩凸轮机构90的动作会延迟。
另外，中间凸轮部件92的第二驱动凸轮面92d和第二被驱动凸轮面92c向旋转方向错开相位而形成，因此，能够避免两凸轮面92d、92c的位置的干涉，抑制中间凸轮部件92的轴向长度。而且，如果将两凸轮面92d、92c的相位错位设为90度，则最能够抑制中间凸轮部件92的轴向长度。
[其它]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于该实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以适当变更或部分地采用上述实施方式而实施。
例如，在上述实施方式中，啮合离合器机构5A、5B采用3位置式的机构，将装置结构简化，但也可以在它们的任一方或两方组合2位置式的啮合离合器机构而使用。
而且，如果着眼于推力产生机构9的扭矩凸轮机构(扭矩凸轮装置)90，则该扭矩凸轮装置90不限于对上述的带轮装置30P、30S的应用，为了在装备于动力传递系的同轴上且相互沿旋转方向及轴向可相对活动的两个旋转部件之间根据旋转相位差产生轴向的扭矩而可以广泛应用。
另外，应用了该扭矩凸轮装置90的带轮装置30P、30S不仅适用于上述的电动汽车，而且还可以广泛适用于混合动力汽车、或发动机驱动的汽车。
另外，作为机械式反作用力机构，不限于实施方式的端面凸轮机构，在端面凸轮机构的情况下，可以紧凑地构成扭矩容量大的机构。
另外，在上述实施方式中，在啮合离合器机构5A、5B的啮合部位未装备同步机构，但如果在啮合部位装备同步机构，由于对上述的旋转同步控制没有要求高的精度，因此，可以在旋转同步结束之前啮合操作离合器机构5A、5B，可以缩短变速所需的时间。

Claims (9)

1.一种扭矩凸轮装置，具备：
驱动凸轮部件，其具有环状的第一驱动凸轮面，承受旋转扭矩而旋转；
被驱动凸轮部件，其具有与所述第一驱动凸轮面相对的环状的第一被驱动凸轮面，且通过所述驱动凸轮部件而被旋转驱动；
中间凸轮部件，其一端形成有可与所述第一驱动凸轮面接触的第二驱动凸轮面，另一端形成有可与所述第一被驱动凸轮面接触的第二被驱动凸轮面，且相对于所述驱动凸轮部件及所述被驱动凸轮部件可相对旋转，
在从所述驱动凸轮部件向所述被驱动凸轮部件进行动力传递时，所述第一驱动凸轮面和所述第二驱动凸轮面抵接，在从所述被驱动凸轮部件向所述驱动凸轮部件进行动力传递时，所述第一被驱动凸轮面和所述第二被驱动凸轮面抵接，从而实现动力传递，
所述第一驱动凸轮面、所述第一被驱动凸轮面、所述第二驱动凸轮面、及所述第二被驱动凸轮面均由将环状全周至少等分为两部分并与凸轮角度相对应的螺旋状曲面构成，在被等分的螺旋状曲面相互之间分别形成台阶状的连接面，
在从所述驱动凸轮部件向所述被驱动凸轮部件进行动力传递时，所述第一被驱动凸轮面的所述连接面和所述第二被驱动凸轮面的所述连接面抵接，在从所述被驱动凸轮部件向所述驱动凸轮部件进行动力传递时，所述第一驱动凸轮面的所述连接面和所述第二驱动凸轮面的所述连接面抵接。
2.如权利要求1所述的扭矩凸轮装置，其中，
所述各第二驱动凸轮面及其相互之间的所述连接面、以及所述各第二被驱动凸轮面及其相互之间的所述连接面相互错开相位而配置。
3.如权利要求1或2所述的扭矩凸轮装置，其中，
所述连接面分别在沿着旋转轴线的方向上形成。
4.如权利要求1或2所述的扭矩凸轮装置，其中，
所述第一驱动凸轮面、所述第一被驱动凸轮面、所述第二驱动凸轮面、及所述第二被驱动凸轮面均为相同的凸轮角度。
5.如权利要求3所述的扭矩凸轮装置，其中，
所述第一驱动凸轮面、所述第一被驱动凸轮面、所述第二驱动凸轮面、及所述第二被驱动凸轮面均为相同的凸轮角度。
6.如权利要求1或2所述的扭矩凸轮装置，其中，
所述第一驱动凸轮面、所述第一被驱动凸轮面、所述第二驱动凸轮面、及所述第二被驱动凸轮面分别具备沿着以环状延伸的方向形成的槽和可滚动地配设于该槽的球，所述各凸轮面经由所述球抵接。
7.如权利要求3所述的扭矩凸轮装置，其中，
所述第一驱动凸轮面、所述第一被驱动凸轮面、所述第二驱动凸轮面、及所述第二被驱动凸轮面分别具备沿着以环状延伸的方向形成的槽和可滚动地配设于该槽的球，所述各凸轮面经由所述球抵接。
8.一种带式无级变速装置，具备：
由固定带轮及可动带轮构成的两个带轮装置；
卷绕于所述两个带轮装置并传递动力的带；
使所述两个带轮装置的任一方产生夹压力的权利要求1～7中任一项所述的扭矩凸轮装置。
9.如权利要求8所述的带式无级变速装置，其中，
所述扭矩凸轮装置的所述驱动凸轮部件与所述可动带轮一体旋转，所述被驱动凸轮部件与所述固定带轮一体旋转，所述中间凸轮部件可相对旋转地安装于所述带轮装置的旋转轴。
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