JP2002535583A

JP2002535583A - 連続可変トランスミッション

Info

Publication number: JP2002535583A
Application number: JP2000596287A
Authority: JP
Inventors: マスベットピライジェガセッソン，
Original assignee: ジャイロホールディングスリミテッド
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2002-10-22
Also published as: EP1149251A4; EP1149251A1; EP1149251B1; KR100693324B1; ATE287052T1; CN1334905A; CN1157547C; DE69923233T2; TWI245881B; ES2237174T3; PT1149251E; DK1149251T3; WO2000045068A1; DE69923233D1; US6640659B1; AU1085400A; KR20010101776A

Abstract

(57)【要約】固定ハウジングまたは支持体と、支持体に対して可動な入力手段と、自身の軸の周りで回転可能なトルクシャフトと、トルクシャフトによって自身の軸の周りで回転する被動シャフトと、トルクシャフトと被動シャフトとの間の第１のワンウェイクラッチと、リンケージ手段であって、リンケージ手段に取り付けられた入力手段と慣性ボディの影響下で、被動シャフトの回転軸の周りで回転可能であり、入力手段に応答して周期的に角度を持った状態に曲げられ、慣性ボディによって生成された作用力がトルクシャフトに与えられ、トルクシャフトは、第１のワンウェイクラッチに対向する第２のワンウェイクラッチを介して、支持体または被動シャフトに連結され、被動シャフトは、１方向のみにおいてトルクシャフトによって回転可能となる、トランスミッションが提供される。慣性ボディは回転子を含み、トルクシャフトにジャイロスコープ力が加えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の分野）本発明は連続可変トランスミッションに関し、より詳細には、適切に調整され
た質量分布上の主に慣性作用を結合力およびトルクとして利用して、入力から出
力へとエネルギーの正味の輸送を可能にする連続可変トランスミッションに関す
る。これらの慣性作用から得られる出力トルクおよび適用可能な場合には入力ト
ルクの時間積分が、これらの慣性作用から得られる作用トルクの時間積分によっ
て平衡に保たれる。固定された周囲を囲むものまたはトランスミッションハウジ
ングなどに作用トルクを加え、それによりトランスミッションプロセスが周期的
な様態で行われ得る。いくつかの場合では、トランスミッション機構の周期運動
時に、上記の慣性作用以外に力およびモーメントをさらに利用して、またはそれ
らの他も利用して、トランスミッションの入力から出力へとエネルギーを輸送さ
せることができる。上記の慣性作用以外によって入力から出力へとエネルギーの
輸送を生じさせるために必要とされる、トランスミッション機構のこれらの周期
運動自身でさえ、慣性作用以外の手段によって生じるか、またはそれによって助
けとなり得る。

【０００２】（背景技術）固定の入力／出力速度比を有するトランスミッションは、広い多様な動作条件
には適さない。トランスミッション損失を減少させるように入力／出力変数（す
なわちトルクおよび速度）を一致させるため、入力／出力において最適動作条件
を可能にするため、そして過剰な応力が入力／出力において過渡条件下でのトラ
ンスミッションを生じないようにするために、可変トランスミッションが必要で
ある。

【０００３】不連続可変トランスミッションを用いると、速度比は限られたステップ数内で
変化する。可変トランスミッションの上記利点は、この方法によって部分的にの
み達成される。

【０００４】さらに、ステップ数は、経済上かつ実用上の理由によって制限される。

【０００５】多様な連続可変トランスミッションは公知である。主に、それら連続可変トラ
ンスミッションは、摩擦要素、液圧要素（モータまたはタービン／ポンプ）、ま
たは電磁気要素（モータ／発生器）を用いてパワーを輸送する。電磁気法を除い
ては、限られた応答能力により加速および減速の過渡条件下特に、入力／出力条
件が急激に変化する条件下では、スリップを生じるために、これらのトランスミ
ッションは非効率である。このような非効率さを避けるための電磁気システムは
、極めて高価であり、空間および重量の条件による多くの環境下では実用的でな
い。

【０００６】出願人は、ジャイロスコープ回転子を利用して、連続可変トランスミッション
を達成しようとする多くの従来からの提案を知っている。

【０００７】米国特許明細書第４１６９３９１号に開示される装置は、正味の出力トルクを
生成し、入力／出力条件を一致させるために、液圧手段による回転子の慣性モー
メントを変化させることに依存した装置であった。特に急激に変化する入力／出
力条件下で達成することは極めて困難である。さらに、記載される液圧システム
は複雑である。

【０００８】一方、米国特許明細書第３８５１５４５号に開示される装置は、外部パワー入
力による適切な回転の向きを維持することに依存した装置であった。このことは
、特に急激に変化する入力／出力条件下において、開示される発明をかなり複雑
にする。

【０００９】国際出願ＰＣＴ／ＮＺ９２／００００４の出願人は、ジャイロスコープ回転子
に基づく装置を開示した。この装置は、回転軸の周りのジャイロスコープ回転子
のクーロン減衰振動（「振動」）による動作をポンピングすることに依存した装
置であった。全パワートランスミッションの一部を受け入れる液圧システムが、
振動を生じさせるために必要とされ、高い減衰比ではその「振動」を予測するこ
とは不可能である。さらに、「振動」、従ってヒステリシス損を生じさせるため
に、ばね要素が必要とされる。有用な動作範囲を達成するために、さらなる速度
制御装置が必要とされた。

【００１０】出願人はまた、ジャイロスコープ回転子がジンバル支持体の内側フレーム上に
装着され、そのジンバルの外側フレームが、ジャイロスコープトルクが方向を交
互に変化させるように振動する、別の提案について知っている。ここで再度ばね
システムを用いると、この提案によれば、クーロン減衰振動を効果的に生じ、こ
の振動により、全パワートランスミッションは、液圧手段またはワンウェイクラ
ッチを通じて出力において抵抗から生じる合成クーロン減衰の等価物のいずれか
によって生じることになっていた。従って、このシステムにおいて提案された振
動の予測不可能性は極めて高く、輸送された全パワーが「振動」から直接得られ
るために、ばねシステムはさらに大きなヒステリシス損を有することになる。さ
らに、小さな振幅の振動のみが可能であり、従って所与のパワーを輸送させるた
めに大きな力を必要とする。

【００１１】（目的）従って、本発明の目的は、このような不利益を減少する連続可変トランスミッ
ションを提供することである。

【００１２】（発明の主題）本発明に従って、固定ハウジングまたは支持体、上記支持体に対して可動な入
力手段、長手軸の周りで回転可能なトルクシャフト、トルクシャフトによって長
手軸の周りで回転するように構成された被動シャフト、トルクシャフトと被動シ
ャフトとの間の第１のワンウェイクラッチ、上記入力手段の影響下で被動シャフ
トの回転軸の周りで回転可能なリンケージ手段、および入力手段に応答して周期
的に角度をもった状態に曲がるように、リンケージ手段に装着された慣性ボディ
を備えたトランスミッションを提供し、慣性ボディが周期的に曲がるので、慣性
ボディによって生成された作用力は、正負のトルクとしてトルクシャフトにかか
り、トルクシャフトは、第１のワンウェイクラッチに対して反対の第２のワンウ
ェイクラッチを介して、上記支持体または逆回転システムの被動シャフトのいず
れかに連結される。それにより、被動シャフトはトルクシャフトによって回転の
一方向のみに回転され得る。

【００１３】慣性ボディは好ましくは回転子を含む。

【００１４】本発明の１実施形態において、リンケージは、第１のフレーム軸の周りで回転
可能な外側フレーム、および第１のフレーム軸に垂直なフレーム軸の周りで、外
側フレームに対して回転可能な内側フレームを含み得、内側フレームは上記慣性
ボディを保持する。外側フレームは、外側フレーム自身とともに回転する入力手
段に固定され得る。慣性ボディは、第２のフレーム軸に直交する軸の周りで回転
する回転子であり得る。内側フレームの回転によって慣性ボディが曲がる場合に
、慣性ボディによって内側フレームにかかるトルクがトルクシャフトに伝えられ
るように、トルクシャフトを内側フレームに噛み合わせることによって連結し得
る。

【００１５】本発明の別の実施形態において、入力手段は、出力シャフトの軸にほぼ一致し
た軸、またはほぼ平行な軸に沿って往復運動が可能な駆動シャフトを備え得、慣
性ボディは、駆動シャフトが往復運動する場合に、被動シャフトの軸を含む面ま
たはその軸に平行な面で角度を持った状態に曲がるように、リンケージ手段上に
配置される。リンケージは、駆動シャフトの一端で回転可能に接続され、その他
端で後者の軸に沿った被動シャフトに対して固定であるエルボーリンケージであ
り得る。慣性ボディは、駆動シャフトが往復運動をする場合に角度を持った状態
に曲げられるように、エルボーリンケージの一方のアーム上に装着される。リン
ケージはジンバルを含み得、そのジンバルの外側フレームは、トルクシャフトに
対して固定であり、駆動シャフトに対して回転可能である。慣性ボディは、ジン
バルの内側フレーム上に装着され、駆動シャフトの往復運動に応答して、ジンバ
ルの内側フレームを回転させるために手段が設けられる。内側フレームは、駆動
シャフトが往復運動する場合に振動するように駆動シャフトに連結され得る。駆
動シャフトと内側フレームとの間の連結は、連結ロッド手段またはラックアンド
ピニオン式手段であり得る。この構成において、慣性ボディが回転子である場合
、内側フレームと回転子との間に手段が設けられて、入力もまた回転子を回転さ
せる。

【００１６】手段を設けることによって、回転子の回転速度は、入力に対して変化し得る。

【００１７】２つの噛み合った歯車が、第１のワンウェイクラッチと被動シャフトとの間に
挿入され得、３つの噛み合った歯車が、第２のワンウェイクラッチと被動シャフ
トとの間に挿入され得、それによりクラッチのいずれもが自由運動しなくとも、
回転の同じ方向に被動シャフトを駆動させる。

【００１８】第３のワンウェイクラッチが自由運動するうような他のあらゆる状況では、入
力手段はさらに、第３のワンウェイクラッチを介して出力手段に結合され得、そ
れにより後者の速度が入力手段の速度を越えた場合に、入力手段が出力手段によ
って駆動される。第３のワンウェイクラッチは、可変比歯車システムによって入
力手段に結合され得る。

【００１９】本発明のさらに別の実施形態において、出力手段は、固定支持体の周りで回転
可能なボディであり得、入力手段は上記固定支持体へ、および固定支持体から往
復運動可能な駆動シャフトであり得、リンケージは、その一端で駆動シャフトに
、そしてその他端で上記ボディと回転可能なフレームに回転可能に連結されたエ
ルボーリケージを含み得、トルクシャフトは、上記第１のワンウェイクラッチを
介して上記支持体と、そして上記第２のワンウェイクラッチを介してフレームと
連結され得る。

【００２０】（説明）単に例示を目的として、添付の図面を参照して本発明の種々の実施形態を説明
する。

【００２１】まず、図１を参照すると、ジャイロスコープトルク生成に関する一般原則を以
下に説明する。

【００２２】Ｙ軸の周りの回転子Ａの回転は、角運動量Ｍ＝Ｉｗ₁を有しており、ここでＩ
は回転子の慣性モーメントであり、ｗ₁は角速度である。この回転子は、入力、
出力、または独立源によって駆動され得る。

【００２３】この回転子Ａが、角速度ｗ₂でＸ軸の周りを回転する場合、Ｚ軸の周りにジャ
イロスコープ歳差トルクＴ_UMが生成する。トルクＴは、次の関係式によって与え
られる。Ｔ＝Ｍ×ｗ₂＝Ｉｗ₁ｗ₂ 以下の記載では、２つの可能なタイプのトランスミッション（タイプＡおよび
タイプＢと呼ぶ）を説明する。基本的に、トランスミッションの動作は、１サイ
クルの間に出力トルクおよび作用トルクを生成する周期的様態で行われる。

【００２４】タイプＡ：往復の入力運動のうち一方が、トルクシャフトをワンウェイクラッ
チを通して出力シャフトに結合し、他方、往復の入力動作のもう一方が、トルク
シャフトをグランドに、または別の反対のワンウェイクラッチを通して別の出力
シャフトに結合する。

【００２５】タイプＢ：いずれの方向の各入力動作も、実質的に、出力トルクが出力シャフ
トに加わり、作用トルクがグランドに加わる結果となる。この動作の形式は、平
滑運動をするために、入力周波数よりも速い速度での出力回転を必要とする。

【００２６】図１４において、Ｘ、Ｙ、Ｚは１組の固定された互いに垂直な軸であり、i、
ｊ、ｋは、ＤＱに取付けられた１組の互いに垂直なベクトルであり、ベクトルＭは常にベクトルｉと一致し、Ｔ_NMは、方向ｋにおいてＴ_NM＝Ｍ×Ｎによって与え
られる歳差Ｎによる作用トルクである。

【００２７】ｎは、ＰＲ軸周りのシャフトＤＱの回転速度であり、Ｓは自身の軸の周りのＤ
Ｑの回転速度である。

【００２８】図１４を参照して、作用トルクＴ_NMが、角運動量ベクトルＭの回転Ｎにより、
シャフトＤＱの軸に沿って生成される。次に、ＤＱによって示される円錐体の頂
角が減少するように回転Ｎを逆回転させると、作用Ｔ_NMは、以前に生成されたト
ルクＴ_NMを相殺するように生成され、ベクトルＭが元の動的に等価な位置に戻さ
れる場合には、シャフトＤＱの正味のトルクは１サイクルの間ゼロとなる。

【００２９】図２に示されるタイプＡのトランスミッションの一形式を参照する。

【００３０】クラッチＤは、トルクＴ_NMのみがシャフトＰＲに伝えられるように、シャフト
ＤＱを回転の一方向ではシャフトＤＰに、別の方向ではフリーホイールに結合す
る。クラッチＥは、Ｔ_NMのみが支持体に伝えられるように、シャフトＤＱを回転
の別の方向では固定支持体に、回転の上記一方向ではフリーホイールに結合する
。

【００３１】従って、トルクＴ_NMがシャフトＰＲに伝わり、作用トルクは往復歳差運動を適
用することによって固定フレームに伝えられる。このことは、本発明によって提
供されるタイプＡのトランスミッションの動作に不可欠である。

【００３２】Ｔ_SMは、Ｔ_SM＝Ｍ×Ｓによって与えられる歳差Ｓによる作用トルクであり、こ
の場合、タイプＡのトランスミッションではＳ＝０なのでＴ_SM＝０である。

【００３３】Ｔ_nMは、Ｔ_nM＝Ｍ×ｎＣｏｓＺＰＱによって与えられる歳差ｎによる方向ｊに
おける作用トルクである。

【００３４】ｎ＝０の場合、パワーがシャフトＰＲに伝えられることはないが、正味のトル
クがシャフトＰＲに伝わり、Ｔ_nM＝０である。従って、角ＺＰＱを大きくするた
めにシャフトＰＱを回転させることによって入力作用力の必要がなくなる。

【００３５】しかしながら、ｎがゼロより大きくなると、Ｔ_nMはゼロより大きくなり、従っ
て入力作用力はＺＰＱ値を大きくするために必要とされ、正味のパワーがシャフ
トＰＲに伝えられる。

【００３６】トルクＴ’_NMを加えている間、最初シャフトＤＱは自由に動き、シャフトＤＱ
が同期すると、Ｔ’_NMは、ワンウェイクラッチＥを通じてスイベルシャフト支持
体に伝えられる。同様にＴ_NMを加えている間、最初シャフトＤＱは自由に動き、
シャフトＤＱが同期すると、Ｔ_NMは出力シャフトＰＲに伝えられる。

【００３７】タイプＢのトランスミッションにおいて、図６に示すように、そのサイクルの
パワートランスミッション段階の間のみＳ＝０であり、そうでない場合にはＳ≠
０である。

【００３８】ｎ＞０の場合を考え、サイクルの開始時に、歳差Ｎを示されるように反対方向
にさせてＳ＝０とする。

【００３９】入力歳差Ｎを加えるにつれて、シャフトＤＱは減速し、Ｓが正の値ｎＣｏｓＺ
ＰＱに等しくなるまで増加する。図１４に示されるのと動的に等価であり反対方
向にベクトルＭを振幅させる入力歳差運動の間の主要な出力回転によって、作用
トルクをワンウェイクラッチＤを通じて現在固定されたシャフトＰＲに加える。

【００４０】この入力歳差運動を連続的に加えることによって、シャフトＤＱは出力と同期
するように加速して、その結果Ｓ＝０およびワンウェイクラッチＥからシャフト
支持体へと出力トルクが伝えられる。この入力歳差運動の終端でサイクルが完了
し、それによりシャフトＤＱは初期角ＺＰＱの２倍の歳差運動をするので、ベク
トルＭおよび歳差Ｎが図１４に示されるように見える。歳差角が小さくなっても
、同様の事象シーケンスが生じる。

【００４１】上述したように、ベクトルＭが反対方向（すなわちＮ＜０）に歳差運動をする
のでサイクルが繰り返される。

【００４２】作用トルクより先に生じる自由運動時には、ベクトル方向に幾分の損失が生じ
、出力トルクより先に生じる自由運動時には、この損失が補正される。

【００４３】図２において、出力シャフト４はトランスミッションハウジング５に回転可能
に装着される。外側フレーム６は、同軸シャフト７によってハウジング５上で回
転可能に支持される。内側フレーム８は、同軸シャフト９によって外側フレーム
上で回転可能に支持される。調整不良継手の回転位置が、好適には、内側フレー
ムおよび外側フレームの回転軸の交点と一致するように、等速継手のような調整
不良継手１０をシャフト４に結合する。比較的わずかな程度の線形および角度の
調整不良を許容可能なフレキシブル継手１１が、シャフト４と調整不良継手１０
との間に設けられて、交点間のどのようなずれでも許容することができる。シャ
フト１２は、シャフト支持体３上で回転可能に支持される。

【００４４】シャフト１２は、ピン継手を通して入力リンク１７に連結される。その最も単
純な形式として、リンク１７は、その端部にピン継手用の設備を備えたロッドで
ある。回転要素２２を嵌め込ませるために、入力ロッド２１には溝付きフランジ
１９および２０が取付けられ、回転要素２２を嵌め込ませるために、フランジ１
８は１９と２０との間に回転可能に装着される。フランジ１８は、フォーク２３
のような伸張部を備えており、それにより図５に示されるようにピン継手を入力
リンク１７で嵌め込む。

【００４５】入力ロッド２１は、外側シャフト４と同軸であり、クランク／連結ロッドのよ
うな標準的な機構を用いて、外側シャフト４の軸に沿って直線往復運動を提供す
ることができる。

【００４６】入力リンク１７の上端の往復運動は、実際には直線状である必要はない。例え
ば、その往復運動はわずかに弓状であってもよく、その場合入力は、長手水平方
向レバーによって提供される。この場合、リンク１７は好適には、スイベル継手
によって両端で連結される。

【００４７】入力駆動の他の形式には、カム手段、液圧手段、または手動手段があり得る。

【００４８】第１のワンウェイクラッチ２はシャフト１２と４とを連結させ、一方第２の反
対のワンウェイクラッチ１はシャフト１２をシャフト支持体３に連結する。

【００４９】回転シャフト支持体１４はシャフト１２に取付けられ、回転子１３は回転シャ
フト１６によって１４に回転可能に装着される。１５は１４上に装着されたモー
タであり、回転シャフト１６に結合される。

【００５０】上述の実施形態は、「タイプＡ」のトランスミッションとして取り扱うことが
できる。

【００５１】図７は、調整不良継手を使用しないタイプＡのトランスミッションの別の構成
を示す。

【００５２】この場合、トルクシャフト１２は回転位置を越えて延びており、ワンウェイク
ラッチ２を通ってシャフト３４の一端に連結される。中空ブロック３５は内部ス
プラインを有しており、ピン継手によって要素３３に連結される。シャフト３４
はブロック３５のスプラインに係合した外部スプラインを有する。プレート３２
には、要素３３が係合し、出力シャフト４の半径方向に沿って自由にスライドす
る溝を設けている。プレート３２は出力シャフト４に取付けられる。

【００５３】動作中、シャフト１２からのトルクは、２、３４、３５、３３を通じて出力シ
ャフト４に伝えられ、一方シャフト１２はその回転位置の周りで自由に回転する
。

【００５４】上述のタイプＡのトランスミッションの変形例として、図６および図８に示す
タイプＢのトランスミッションがある。出力ボディ２４はトランスミッションハ
ウジング５に回転可能に装着される。固定シャフト２５は、出力ボディ２４と同
軸のトランスミッションハウジングに固定される。図８は、上記を満たすボディ
２４がシャフト２５上に装着された構成を示す。

【００５５】トラニオン支持体ブラケット２６がボディ２４に取付けられる。トラニオンピ
ン２８がブラケット２６に取付けられ得る。トラニオン２７がトルクシャフト支
持体３ａに取付けられる。

【００５６】調整不良継手の回転位置がトラニオンピン２８の軸上にあるように、調整不良
継手がシャフト２５に結合される。フレキシブル継手がシャフト２５と調整不良
継手との間に設けられて、どのようなずれでも許容することができる。

【００５７】ワンウェイクラッチ１はシャフト１２と調整不良継手のシャフト３１とを連結
し、一方反対のワンウェイクラッチ２がシャフト１２をシャフト支持体３ａに連
結する。

【００５８】図４は、図２に関して回転マウンティングの細部を示す。

【００５９】図５は、図２に関して入力シャフト機構を示す。しかしながら、入力リンク１
７は３ａに連結されているが、シャフト１２には連結されていない。

【００６０】図２に示すように、入力シャフト２１は、ボディ２４およびシャフト２５と同
軸であり、出力ボディの軸に沿って直線的に移動する。入力リンク１７と支持体
３ａとの間のピボットは、入力シャフト２１および出力ボディ２４の軸からオフ
セットしている。

【００６１】図１０に示すようにジャイロスコープ回転子アセンブリを「デッド（ｄｅａｄ
）」質量で適宜補うことにより、タイプＢのトランスミッションに関連して上述
した実施形態の別の例を示す。

【００６２】図９は、「ｖ」方向に移動する質量「ｍ」上に働く慣性作用（ｉｎｔｅｒｔｉ
ａｌｒｅａｃｔｉｏｎ）の原理を示す。「ｆ」は質量の加速を示し、「Ｆ」は
質量の慣性作用を示す。

【００６３】図１０において、Ｎ＜０の場合、質量「Ｍ」上の慣性作用およびベクトルＭ上
のジャイロスコープトルクが一緒になって、タイプＢのトランスミッションの出
力に作用する。ジャイロスコープベクトルＭが必要なのは、タイプＢのトランス
ミッションを周期的にプロセスをおこすためである。

【００６４】さらに、「入力段階」中に質量ｍ上に働く引力に対向して行なわれる仕事も、
「反転段階」中に出力側に伝達され、これにより、タイプＢのトランスミッショ
ンをさらに変化させ、慣性作用以外の力（例えば、重力）も利用して、エネルギ
ーをトランスミッションの入力側から出力側へと伝達させる。

【００６５】図１１において、質量分布用のピボット点が、ヒンジ継手３６により、トルク
シャフト支持体５よりも「上」になるように設けられている。この実施形態は、
タイプＡのトランスミッションに適している。ワンウェイクラッチ１をハウジン
グにではなく別の出力に結合することにより、タイプＡのトランスミッションの
変形例を示す。この出力は、図１２に示す反転歯車構成を用いて、シャフト４へ
の出力に結合可能である。

【００６６】図１２は、多くの興味深い機能を備えたタイプＡのトランスミッションの別の
好適な実施形態を示す。フォーク４３が、シャフト１２に取り付けられる。回転
シャフト１６が、回転可能な状態でフレーム４７に取り付けられる。フレーム４
７は、フレーム４７に同軸に取り付けられたシャフト４８を用いて、回転可能な
状態でフォーク４３に取り付けられる。シャフト１２は、回転可能な状態でトラ
ンスミッションハウジング５に取り付けられる。

【００６７】入力ロッド２１の端部に、フランジ３７が取り付けられる。フランジ３７の両
側に、スラスト軸受３８が設けられる。スラスト軸受３８は、３９に収容される
。アーム４１が、３９と、ラック４０およびピニオン４２によって提供されるラ
ックアンドオピニオン構成のラック４０とに取り付けられる。ピニオン４２は、
シャフト４８に取り付けられる。これにより、入力ロッド２１の往復運動が、シ
ャフト４８の軸周りの回転シャフト１６の振動に変換され、これにより、シャフ
ト１２上に出力トルクおよび作用トルクが発生する。

【００６８】図１２において、入力運動を用いて回転子１３を回転させる手段が示されてい
る。かさ歯車４４が、シャフト４８と同軸にフォーク４３の１つに取り付けられ
る。複巻式（ｃｏｍｐｏｕｎｄ）歯車４５が、回転可能な状態でフレーム４７に
取り付けられる。複巻式歯車４５のかさ歯車リングは、歯車４４と噛み合い、一
方、複巻式歯車４５の平歯車リングは、歯車４６と噛み合う。歯車４６は、ワン
ウェイクラッチを通じて回転シャフト１６に結合される。従って、シャフト４８
の軸周りの振動により、回転子１３は、ワンウェイクラッチによって決定される
方向に回転する。

【００６９】歯車５０および５１は、出力シャフト５５に取り付けられる。ワンウェイクラ
ッチ１からのトルクは、ワンウェイクラッチ１に取り付けられた歯車４９により
、出力歯車５０に伝達される。

【００７０】あそび歯車５２は、もう一方のワンウェイクラッチ２からのトルクを反転させ
、反転させたトルクを、５３および５１を介して出力シャフト５５に伝達する。

【００７１】回転子１３の速度が入力振動数に依存しない変数であることが望まれる場合、
歯車４４をフレーム４３上で滑らせることを可能にすることにより、これを達成
することができる。

【００７２】本発明は、自動車のトランスミッションと、風および波などの変動するエネル
ギー源からの電力生成とにおいて、特定の用途を見出し得る。

【００７３】しかし、本発明はこれらの用途に限定されるものではなく、他の複数の可能な
用途も考えられる。

【００７４】出力回転が必ずしも入手できるわけではない自動車および他の用途の場合、タ
イプＡのトランスミッションが容易に適用可能である。

【００７５】電力生成などのような出力回転が入手可能な用途の場合、タイプＢのオペレー
ションが容易に適用可能である。ジャイロスコープ回転子は、小型であるという
利点を有し、広範囲の特性が可能である。しかし、他の用途において、デッド質
量とジャイロスコープ回転子との組み合わせを用いると、低コストな選択になる
場合があり得る。

【００７６】慣性作用以外の力およびモーメントを、これらの機構（特にタイプＢのトラン
スミッションによる機構）と共に用いることができる。タイプＢのオペレーショ
ンの場合のようなトルクシャフトの周期的運動を発生させ、入力段階中に位置エ
ネルギーを蓄積し、そして反転段階中にその蓄積エネルギーを開放させることに
より、慣性作用を用いることさえなく連続可変トランスミッションを得ることが
可能となる。

【００７７】以下において、改変例について説明する。

【００７８】図１２に示す実施形態は、ラック４０およびピニオン４２の代わりにクランク
および接続ロッド機構を用いることにより、改変可能である。ピニオン４２の代
わりにシャフト４８に取りつけられたクランクを用い、ラック４０の代わりに上
記クランクとアーム４１との間の接続ロッドを用いる。

【００７９】タイプＡのトランスミッションは、汎用可変ポンプに改変可能である。ワンウ
ェイクラッチ１および２を無くし、トルクシャフトの出力端部を、ポンプ（例え
ば、回転入力を受け取ることが可能な斜板ポンプまたはカム型のウォーブル板ポ
ンプ）に結合させる。このようなポンプの場合、ストローク長は、フィードバッ
ク制御を行なわなくても、背圧に応じて自動的に調節される。それでも、フィー
ドバック制御は、関連する変数（例えば、ジャイロスコープ回転子の速度）を変
更することによりトランスミッション特性を変更する場合に適用可能である。

【００８０】タイプＢのトランスミッションにおいて引力を用いて、トランスミッションの
入力側から出力側にエネルギーを移動させることについて説明した。この場合、
シャフト２４および２５のいずれかが出力になり得、または、一方を出力に結合
させ、もう一方をハウジングに結合させる。以下において、ハウジングに結合さ
れたシャフト２５による引力の用途について説明する。

【００８１】図１０および図６においてデッド質量ｍのベクトルＭがＭ＝０である場合を考
える。質量ｍにかかる慣性力が自身の質量と比較してそれほど有意でなく、シャ
フト２５の軸が実質的に垂直であると仮定する。

【００８２】アームＱｍの位置を、質量ｍにかかる重力がワンウェイクラッチ１を通じてシ
ャフト２５に軸方向のトルクをかけるような位置にした場合を考える。等しくか
つ逆のトルクが、ハウジングによりシャフト２５にかけられる。その結果、シャ
フト１２および２５が調整不良であるために、平衡トルクが出力ボディ２４にか
けられる。出力ボディ２４はこの平衡力の作用下で回転するため、質量ｍは、自
身の最低点まで降下し、自身の位置エネルギーを出力ボディ２４に放出する。こ
の時点において、アームＱｍは、シャフト１２および２５の軸を含む面上にある
。出力ボディ２４が引き続いて回転されると、質量ｍが上昇し、その結果、質量
ｍにかかる重力により、反対方向のトルクがトルクシャフト１２にかけられる。
これにより、トルクシャフト１２が加速され、この加速は、トルクシャフト１２
がワンウェイクラッチ２を通じて出力ボディ２４と同期されるまで継続する。こ
れにより、次の入力によるトランスミッションが行える状態となる。このトラン
スミッションにより、図１０中の角ＺＰＱを反転させることにより質量ｍが上昇
される。角ＺＰＱが反転されると、アームＱｍは上を向き、シャフト１２上のト
ルクは、ｍにかかる重力により反転し、その結果、シャフト１２は減速し、ワン
ウェイクラッチ１を通じてシャフト２５と同期する。上記プロセスは反復可能で
ある。このタイプＢのトランスミッションの動作モードの典型的用途として、遊
戯機器がある。

【００８３】以下において、図１３を参照してトランスミッションの別の形態について説明
する。この形態において、出力トルクおよび作用トルクを、差動駆動機構を通じ
てトルクシャフト１２に与える。この形態の最も基本的な形態において、トラン
スミッションは、一対の同軸シャフト５６および５７からなる。これらの同軸シ
ャフト５６および５７のうち一方は、メインフレーム５８に取り付けられ、もう
一方は、上記メインフレーム５８に対して回転可能である。適切な質量分布を保
持するサブフレーム５９を、自身の軸が上記同軸シャフト５６および５７の軸に
対して実質的に垂直になった状態で、回転可能な状態でメインフレーム５８上に
取り付ける。直角の駆動列６４、６５、６６、６７は、サブフレーム５９をシャ
フト５７に結合させる。これらの駆動列は、上記同軸シャフト５６と上記同軸シ
ャフト５７との間の速度差がサブフレーム５９に伝達されるような様式で、回転
可能な状態でメインフレーム５８に取り付けられる。

【００８４】これらの同軸シャフト５６、５７のうち一方は、上述した実施形態のトルクシ
ャフト１２に類似するトルクシャフトを構成し、もう一方は、入力シャフトに結
合される。上記実施例の場合と同様に、この実施例のトルクシャフト５７は、ワ
ンウェイクラッチの一方を通じて被動シャフトに接続され、もう一方のワンウェ
イクラッチを通じて、図１２に示すような回転反転機構に接続されるか、または
、トランスミッションの固定型ハウジング５に接続される。

【００８５】質量分布は、サブフレームの軸に対して実質的に垂直な回転軸６３を備えるサ
ブフレーム５９に回転可能な状態で取り付けられたジャイロスコープ回転子であ
り得る。あるいは、質量分布は、サブフレーム５９の軸の周りで片寄った状態で
サブフレーム５９に取り付けられたデッド質量からなり得、この場合、メインフ
レーム５８を、入力シャフトに固定させなければならない。

【００８６】伝達されるトルクは、デッド質量の位置を変更するか、または、ジャイロスコ
ープ回転子の軸周りの回転速度を変更することにより、調整可能である。

【００８７】入力シャフト５６が回転すると、慣性トルクがトルクシャフト５７（１２）に
交互に作用し、これにより、出力トルクおよび作用トルクが生成されることが容
易に理解される。この構成において、サイクル条件が理想的である場合、入力ト
ルク、出力トルクおよび作用トルクの時間積分の代数和はゼロに等しい。

【００８８】図１３を参照して、同軸シャフト５６または５７のうち一方はトルクシャフト
１２であり、もう一方は入力によって駆動される。メインフレーム５８がシャフ
ト５６に取り付けられ、シャフト５７が、歯車６４、６５、６６および６７から
なる直角歯車列を通じてシャフト６１に差動的に結合される。歯車ホイール６４
はシャフト５７に取り付けられ、シャフト５７は、回転可能な状態でメインフレ
ーム５８に取り付けられる。シャフト６８は、回転可能な状態でメインフレーム
に取り付けられ、歯車ホイール６５および６６は、シャフト６８に取り付けられ
る。図示のように、一対の同軸シャフト６１および６９は、サブフレーム５９に
取り付けられ、回転可能な状態でメインフレームに取り付けられる。歯車ホイー
ル６７は、シャフト６１に取り付けられ、歯車ホイール６６と噛み合い、歯車ホ
イール６４は、歯車ホイール６５と噛み合う。

【００８９】図示のように、ジャイロスコープ回転子６０が、シャフト６３に取り付けられ
、シャフト６３は、回転可能な状態でサブフレームに取り付けられる。ジャイロ
スコープ回転子６０は、モータ６２によって駆動され得るか、または、上記のよ
うな入力／出力運動によって駆動され得る。従って、このトルクシャフト原理は
、主に慣性作用を用いるが重力等の他の力も有用に用いる連続可変トランスミッ
ション構成であれば、様々な構成に適用可能であるということが理解され得る。

【００９０】図１３の実施形態において、ｉ、ｊ、ｋは回転ベクトルである。θは、方向ｋにおいてベクトルｊがトランスミッションの中央線と為す角度である。

【００９１】ベクトルｉは、回転軸６３と一致する。ベクトルｋは、歯車６７の軸（すなわ
ち、内側フレーム７０の回転軸）と一致する。ベクトルｊは、ベクトルｉおよびｋに直角であり、これにより、ｉΛｊ＝ｋである。Ｎ₁は入力速度であり、Ｎ_sは
、内側フレーム７０の方向ｋにおけるｋ周囲の速度である。

【００９２】Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、方向ｉ、ｊおよびｋにおける回転子を除く、内側フレ
ーム７０のアセンブリの慣性モーメントである。

【００９３】Ａ_R、Ｂ_R、Ｃ_Rはそれぞれ、方向ｉ、ｊおよびｋにおける回転子の慣性モーメ
ントである。

【００９４】Ｎ_Rは、方向ｉにおける回転子の速度である。

【００９５】ｔ _i、ｔ _jおよびｔ _kはそれぞれ、方向ｉ、ｊおよびｋにおける作用トルクであ
る。定常状態において、

【００９６】

【数１】フリーホイール条件において、歯車列およびトルクシャフトの慣性を考慮して
、関連する要素（例えば、サイクル周期等）を判定する。１つのサイクルは、内
側フレーム７０の一回転（すなわち、θ＝０°〜３６０°）からなり、１サイク
ルの出力の間、作用およびフリーホイールが発生する。

【００９７】上述してきた本発明の実施形態において、出力から入力への電力のトランスミ
ッションを反転することは不可能である。図１５は、出力シャフト１１２の回転
の方が入力シャフト１０１の回転よりも速い場合に出力シャフト１１２が入力シ
ャフト１０１を駆動させることを可能にする構成を示す。この構成は、例えば、
自動車用途においてブレーキに全面的に依存することなく車両を減速することが
望まれ得る場合に有利であり得る。

【００９８】図１５において、前方方向における力のトランスミッションが、基本トランス
ミッション１０３を通じて、シャフト１０１からシャフト１１２に発生する。基
本的トランスミッション１０３は、上記において説明および図示したトランスミ
ッションならば任意のトランスミッションでよい（ただし、クランクおよび接続
ロッドシステムを挿入することにより往復入力を回転入力１０１から導出すると
仮定される場合を除く）。入力回転は典型的には、一連の歯車ホイール（例えば
、１０４、１０５、１０６）によって、シャフト１０１からシャフト１０７へと
伝達される。シャフト１０７の回転は、必要ならば、歯車ユニット１０８による
可変歯車比Ｇによって減速される。シャフト１０９は典型的には、一連の歯車ホ
イール（例えば、１１１、１２、１１３）によって、ワンウェイクラッチ１１０
を通じて出力シャフト１１２に結合される。

【００９９】Ｎ９およびＮ１１の回転速度がそれぞれ、シャフト１０９および歯車ホイール
１１１の回転速度である場合を考える。動作中Ｎ９がＮ１１よりも大きい場合に
は、シャフト１０９は、歯車ホイール１１１から切り離されたままであり、従っ
てシャフト１１２から切り離されたままである。シャフト１０１からシャフト１
１２への電力のトランスミッションは、基本トランスミッション１０３のみを通
じて発生する。しかし、Ｎ９がＮ１１と等しい場合、歯車ホイール１１１は、ワ
ンウェイクラッチ１１０を通じてシャフト１０９に結合される。

【０１００】歯車ユニット１０８の構成を、動作中にその歯車比Ｇを変更することが可能な
様式で行うと有利であり得る。この構成を行うためには、Ｎ９がＮ１１よりも大
きいことを確実にすることにより、歯車ホイール１１１をシャフト１０９上のフ
リーホイールとして便利に作成し、これにより、クラッチユニットを別々に設け
る必要を回避する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、加えられた歳差運動による回転子上のジャイロスコープトルクに関す
る原理を模式的に示す図である。

【図２】図２は、図１に示す原理を用いた本発明の好適な実施形態の図を示す。

【図３】図３は、フレーム６および８が同一面上にある場合の、図２の矢印Ｇ方向から
の断片図である。

【図４】図４は、図２の矢印Ｈの方向からの断片図である。

【図５】図５は、図２の上部からの断面図である。

【図６】図６は、本発明の動作の別のタイプに基づく実施形態の図を示す。

【図７】図７は、図２の一部分に対して別の構成の図を示す。

【図８】図８は、図６の下部から垂直面の断面図である。

【図９】図９は、理論図である。

【図１０】図１０は、理論図である。

【図１１】図１１は、別の実施形態の図を示す。

【図１２】図１２は、さらなる実施形態の図を示す。

【図１３】図１３は、別の実施形態の一部分の図を示す。

【図１４】図１４は、図２および図６に示す実施形態に図１を適用した図を示す。

【図１５】図１５は、本発明のさらなる改変例の図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定されたハウジングまたは支持体（５）と、該支持体（５）に対して移動可能な入力手段（２１、５６）と、自身の長手の周りで回転可能なトルクシャフト（１２）と、該トルクシャフト（１２）によって自身の長手の周りで回転されるように構成
された被動シャフト（４、５５）と、を備えるトランスミッションであって、該トルクシャフト（１２）と該被動シャフト（４）との間の第１のワンウェイ
クラッチ（２）と、リンケージ手段（１７、７、３４、３５、３２、４０、４７、５８、７０）で
あって、該リンケージ手段に取り付けられた該入力手段（２１、５６）および慣
性ボディ（１３、６０）の影響下において、該被動シャフト（４）の回転軸の周
りで回転可能であり、これにより、該入力手段に応答して周期的に角度を持った
状態に曲げられる、リンケージ手段と、を備え、該リンケージ手段が周期的に曲げられ、該慣性ボディ（１３、６０）によって
生成された作用力は、正負のトルクとして該トルクシャフト（１２）に与えられ
、該トルクシャフト（１２）は、該第１のワンウェイクラッチ（１）に対向する
第２のワンウェイクラッチ（１）を介して、回転反転システム（５０、５１、５
２）を介する該支持体（５）または該被動シャフト（４）のいずれかに連結され
、これにより、該被動シャフト（５５）は、１方向のみにおいて該トルクシャフ
ト（１２）によって回転可能となる、トランスミッション。
【請求項２】前記慣性ボディは回転子（１３）を備える、請求項１に記載
のトランスミッション。
【請求項３】前記リンケージ手段は、第１のフレーム軸の周りで回転可能な外側フレーム（４３、５８）と、該第１のフレーム軸に対して垂直なフレーム軸の周りで該外側フレームに対し
て回転可能な内側フレーム（４７、７０）と、を備え、該内側フレーム（４７、７０）は、該慣性ボディ（１３）を保持する、請求項１または２のいずれかに記載のトランスミッション。
【請求項４】前記外側フレーム（５８）は、前記入力手段（５６）に固定
され、これにより、該入力手段（５６）と共に回転する、請求項３に記載のトラ
ンスミッション。
【請求項５】前記慣性ボディは、前記第２のフレーム軸に対して直角な軸
の周りで回転する回転子（１３）である、請求項３または４に記載のトランスミ
ッション。
【請求項６】前記トルクシャフト（５７、１２）は、歯車（６５、６６、
６７）によって前記内側フレーム（７０）に接続され、これにより、前記慣性ボ
ディ（１３）によって該内側フレーム（７０）に与えられるトルクは、該内側フ
レーム（７０）の回転によって曲げられると、該トルクシャフト（５７）に伝達
される、請求項４または５に記載のトランスミッション。
【請求項７】前記入力手段は、前記出力シャフト（４）の軸と概して一致する軸または平行な軸に沿って往復
運動が可能な駆動シャフト（２１）を備え、前記慣性ボディ（１３）は、前記リンケージ手段（１２、１７）上で構成され
、これにより、該駆動シャフト（２１）が往復運動すると、該慣性ボディ（１３
）は、前記被動シャフト（４）の軸を含むまたは該軸と平行な面において角度を
持った状態に曲げられる、請求項１または２に記載のトランスミッション。
【請求項８】前記リンケージ手段はエルボーリンケージ（１２、１７）で
あり、該エルボーリンケージ（１２、１７）は、一端で前記駆動シャフト（２１
）に回転可能に連結され、該駆動シャフト（２１）に対するもう一方の端部にお
いて、該もう一方の軸に沿った前記被動シャフト（４）に対して移動不可能であ
り、前記慣性ボディ（１３）は、該エルボーリンケージの一方のアーム（１２）
上に取り付けられ、これにより、該駆動シャフト（２１）が往復運動すると、該
慣性ボディ（１３）は角度を持った状態に曲げられる、請求項７に記載のトランスミッション。
【請求項９】前記リンケージ手段はジンバルを備え、該ジンバルの外側フ
レーム（４３）は、前記トルクシャフト（１２）に対して固定され、前記駆動シ
ャフト（２１）に対して回転可能であり、前記慣性ボディ（１３）は、該ジンバ
ルの内側フレーム（４７）上に取り付けられ、該リンケージ手段（４０、４２）
は、該駆動シャフト（２１）の往復運動に応答して、該ジンバルの該内側フレー
ム（４７）を回転させるように提供される、請求項８に記載のトランスミッショ
ン。
【請求項１０】前記内側フレーム（４７）は、前記駆動シャフト（２１）
が往復運動したときに振動するように該駆動シャフト（２１）に連結される、請
求項９に記載のトランスミッション。
【請求項１１】前記駆動シャフト（２１）と前記内側フレーム（４７）と
の間の前記連結は、ロッド手段によって行なわれる、請求項１０に記載のトラン
スミッション。
【請求項１２】前記駆動シャフト（２１）と前記内側フレーム（４７）と
の間の前記連結は、ラックアンドピニオン手段によって行なわれる、請求項１０
に記載のトランスミッション。
【請求項１３】前記慣性ボディは回転子（１３）であり、前記内側フレー
ム（４７）と該回転子（１３）との間に歯車手段（４５）が提供され、これによ
り、前記入力は、該回転子（１３）の回転をも生じさせる、請求項９〜１２のい
ずれかに記載のトランスミッション。
【請求項１４】前記入力に対して前記回転子の回転速度を変化させる手段
が提供される、請求項１３に記載のトランスミッション。
【請求項１５】２つの噛合い歯車（５０）が、前記第１のワンウェイクラ
ッチ（１）と前記被動シャフト（５５）との間に挿入され、３つの噛合い歯車（
５１、５２、５３）が、前記第２のワンウェイクラッチ（２）と該被動シャフト
（５５）との間に挿入され、これにより、フリーホイールではないいずれかの該
クラッチ（１、２）が、該被動シャフト（５５）を同じ回転方向に駆動する、請
求項１〜１４のいずれかに記載のトランスミッション。
【請求項１６】前記入力手段（１０１）が、第３のワンウェイクラッチ（
１１０）を介して前記出力手段（１１２）にさらに結合され、これにより、前記
歯車（１１１）の速度が前記シャフト（１０９）の速度を越えた場合、該入力手
段（１０１）が該出力手段（１１２）により駆動され、他の全ての条件において
、該第３のワンウェイクラッチ（１１０）はフリーホイールする、請求項１〜１
５のいずれかに記載のトランスミッション。
【請求項１７】前記第３のワンウェイクラッチ（１１０）は、可変比歯車
システム（１０８）を介して前記入力手段（１０１）に結合される、請求項１６
に記載のトランスミッション。
【請求項１８】前記出力手段は、固定された支持体（２５）の周りで回転
可能なボディ（２４）であり、前記入力手段は、該固定された支持体（２５）に
対する往復運動が可能な駆動シャフトであり、前記リンケージ手段は、エルボー
リンケージ（１７）を備え、該エルボーリンケージ（１７）は、一端で該駆動シ
ャフト（２１）に回転可能に連結され、もう一方の端部において該ボディ（２４
）と共に回転可能なフレーム（２７、３ａ）に回転可能に連結され、前記トルク
シャフト（１２）は、該支持体（２５）を備える前記第１のワンウェイクラッチ
（１）および該フレーム（２７、３ａ）を備える前記第２のワンウェイクラッチ
（２）を介して連結される、請求項１または２に記載のトランスミッション。