JP2004116536A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】急減速時のＬｏｗ戻りを迅速に行い、再発進性を向上させることができる無段変速機を提供する。
【解決手段】変速用モータ４０によって変速を行なう無段変速機であって、この変速用モータは回転方向により回転特性の異なる電動モータであり、変速比を大きくする方向への変速速度が、変速比を小さくする方向への変速速度に比べて大きくなるように、変速用モータの回転方向を設定した。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無段変速機、特に車両用のＶベルト式無段変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特許第２５４８２５９号公報
特許文献１には、駆動プーリと、従動プーリと、駆動プーリと従動プーリとの間に巻きかけられた金属ベルトと、少なくとも一方のプーリ（例えば駆動プーリ）に設けられ、伝達トルクに対応した軸力を付与する調圧機構と、駆動プーリおよび従動プーリのそれぞれに設けられ、回転力により可動シーブを軸方向に移動させるストローク機構と、変速操作時にストローク機構を作動させる変速操作装置とを備えた無段変速機が開示されている。
【０００３】
上記変速操作装置は、変速用モータと、駆動プーリおよび従動プーリの各ストローク機構に連結される一対のギヤを有する操作軸と、モータと操作軸とを連結する可逆伝動可能なギヤ列からなる減速装置とを備えたものであり、変速用モータの回転力を減速装置から操作軸を介してストローク機構に伝達することで、変速比を自在に可変することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｖベルト式無段変速機の場合、高速走行状態からブレーキを操作して急減速した時、車両停止までに再発進可能な最低速比（Ｌｏｗ）付近まで戻す必要がある。変速用モータは、変速比を大きく場合（Ｌｏｗ方向）と変速比を小さくする場合（Ｈｉｇｈ方向）とで互いに逆方向に回転させることになる。モータの特性は正転・逆転とも同じ特性であることが望ましいが、一般的にブラシ付きＤＣモータは正転のみで使用されることが多く、正転時と逆転時とで回転特性、つまり回転数／電流の特性が異なるものが多い。
しかるに、特許文献１における変速操作装置では、変速用モータの回転特性と変速方向とを考慮して設計されていないため、急減速時の低速比方向への戻りが遅く、再発進性が悪いという問題が発生することがあった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、急減速時のＬｏｗ戻りを迅速に行い、再発進性を向上させることができる無段変速機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、固定シーブと固定シーブに対し軸方向移動可能に設けられた可動シーブとを有する駆動プーリと、固定シーブと固定シーブに対し軸方向移動可能に設けられた可動シーブとを有する従動プーリと、駆動プーリと従動プーリとの間に巻きかけられた無端状のＶベルトと、ベルト推力を発生する推力発生手段と、駆動プーリおよび従動プーリにそれぞれ設けられ、回転力を上記可動シーブの軸方向移動に変換するストローク機構と、変速用モータと、この変速用モータの回転力を上記両プーリのストローク機構へ伝達する伝達機構とを備えた無段変速機において、上記変速用モータは、回転方向により回転特性の異なる電動モータであり、変速比を大きくする方向への変速速度が、変速比を小さくする方向への変速速度に比べて大きくなるように、上記変速用モータの回転方向を設定したことを特徴とする無段変速機を提供する。
【０００７】
変速用モータの回転力は、伝達機構を介して両プーリのストローク機構に伝達され、両プーリのプーリ溝幅を相反方向に変化させる。変速用モータの回転量はストローク機構を介して可動シーブの軸方向移動量に変換されるので、所望の変速比へ高精度に制御できる。
例えばブレーキを操作して急減速を行った場合には、変速用モータに変速比を大きくするよう指令が出されるが、上記のように変速用モータは回転方向により回転特性が異なるモータであり、しかも回転特性が良好な回転方向を変速比が大きくなる方向に合わせてあるので、低速比側への変速が迅速に行なわれる。その結果、急減速時にいち早く低速比まで到達でき、再発進性が向上する。
一方、高速比方向への変速は低速比方向への変速に比べて遅くなるが、高速比方向への変速を速やかに行なう必要性がないので、問題がない。
【０００８】
本発明で使用される変速用モータとしては、一般のブラシ付きＤＣモータを用いてもよいし、他のモータを用いてもよい。一般のブラシ付きＤＣモータの場合、正転方向が効率よく回る方向であり、逆転方向に比べて回転特性、つまり回転数／電流が大きい。そのため、正転方向が低速比方向となるように設定すればよい。
また、低速比方向へのモータ回転方向がより高効率となるようにモータを設計してもよい。例えば、モータのブラシをマグネットの磁界の中性面から所定角度ずらして設けたり、マグネットの位置を所定角度ずらして設け、正転時と逆転時とで電磁力に差を与えてもよい。
【０００９】
本発明は、Ｖベルトとして乾式Ｖベルトを用い、推力発生手段として駆動プーリと従動プーリの中間部に配置され、ベルトの緩み側を押圧してベルト推力（ベルト張力）を得るテンション装置を用いた場合に好適である。
Ｖベルトには金属ベルト（湿式ベルト）の他に、プーリとの接触面に樹脂、ゴムなどの摩擦面を持つ乾式ベルトがある。金属ベルトの場合には、油で潤滑されるので、プーリとの摩擦係数μが低く、所定の伝達効率を得るためにプーリでベルトを軸方向に強く挟圧する必要がある。これに対し、乾式ベルトでは油で潤滑されないので、プーリとの摩擦係数μが高く、プーリによってベルトを強く挟圧しなくても高い伝達効率を得ることができる。
このような乾式Ｖベルトを用いた無段変速機の場合、ベルトとプーリとの摩擦係数が高いので、伝達効率が向上する反面、プーリが停止した状態で変速を行うことは不可能となる。そのため、車両停止までの間に再発進可能な低速比まで確実に戻す必要性が生じる。
一方、ベルト推力を得る手段として、プーリに軸方向の挟圧力を与える加圧装置を用いたものが知られているが、ストローク機構に過大な軸力が作用するので、変速用モータからストローク機構を介して可動シーブに伝達される力に摩擦ロスが発生しやすく、ストローク機構に摩耗も発生しやすい。これに対し、推力発生手段として、テンション装置を用いてベルトの緩み側を押圧した場合には、ストローク機構に余分な軸力が作用せず、変速用モータの回転力はストローク機構を介して可動シーブの軸方向移動に効率よく変換されるとともに、ストローク機構の寿命が向上する。
そのため、低速比への変速が一層速くなり、乾式ベルトであっても急停止時に再発進可能な低速比まで確実に戻すことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１，図２は本発明にかかる無段変速機の一例の骨格構造を示す。
この無段変速機はＦＦ横置き式の変速機であり、大略、エンジン出力軸１により発進機構２を介して駆動される入力軸３、カウンタ軸４、駆動プーリ１１を支持する駆動軸１０、従動プーリ２１を支持する従動軸２０、駆動プーリ１１と従動プーリ２１に巻き掛けられた乾式のＶベルト１５、減速軸３０、車輪と連結された出力軸３２、変速用モータ４０、テンション装置５０などで構成されている。入力軸３，カウンタ軸４，駆動軸１０，従動軸２０，減速軸３０および出力軸３２はいずれも非同軸で、かつ平行に配置されている。
【００１１】
この実施例の発進機構２はクラッチやトルクコンバータなどで構成される。入力軸３は軸受を介して変速機ケース（図示せず）によって回転自在に支持され、入力軸３には相対回転する前進用ギヤ３ａと一体回転する後進用ギヤ３ｂとが設けられ、前進用ギヤ３ａはシンクロ式の前進切替機構５によって入力軸３に固定されたクラッチハブ３ｃに対して選択的に連結される。この前進切替機構５は、フォーク７によって前進位置Ｄと中立位置Ｎと後退位置Ｒの３位置に切替可能である。
【００１２】
カウンタ軸４には、前進用ギヤ３ａと噛み合うギヤ４ａと、駆動軸１０のエンジン側端部に固定されたギヤ１０ａと噛み合うギヤ４ｂとが一体回転可能に設けられている。カウンタ軸４のギヤ４ａ，４ｂの減速比を適切に設定することで、入力軸３から駆動軸１０へ駆動力をベルト駆動に適した減速比で伝達している。
【００１３】
駆動プーリ１１は、駆動軸１０上に固定された固定シーブ１１ａと、駆動軸１０上に軸方向移動自在に支持された可動シーブ１１ｂと、可動シーブ１１ｂの背後に設けられたストローク機構１４とを備え、ストローク機構１４はＶベルト１５よりエンジン側に配置されている。この実施例のストローク機構１４は、変速用モータ４０によって可動シーブ１１ｂを軸方向に移動させるボールネジ機構であり、可動シーブ１１ｂに軸受１２を介して相対回転自在に支持された雌ねじ部材１４ｂと、変速機ケースに固定された雄ねじ部材１４ｃと、その間に配置されたボール１４ａとを備え、雌ねじ部材１４ｂの外周部に変速ギヤ１４ｄが固定されている。変速ギヤ１４ｄは駆動プーリ１１を構成する可動シーブ１１ｂより大径で、かつ薄肉なギヤである。また、駆動軸１０は軸受１３を介して変速機ケースに回転自在に支持されており、軸受１３の外輪に変速機ケースと雄ねじ部材１４ｃとが固定されている。
【００１４】
従動プーリ２１は、従動軸２０上に固定された固定シーブ２１ａと、従動軸２０上に軸方向移動自在に支持された可動シーブ２１ｂと、可動シーブ２１ｂの背後に設けられたストローク機構２２とを備え、ストローク機構２２はＶベルト１５より反エンジン側に配置されている。このストローク機構２２も駆動プーリ１１のストローク機構１４と同様の構成を有するボールネジ機構であり、可動シーブ２１ｂに軸受２２ａを介して相対回転自在に支持された雌ねじ部材２２ｂと、変速機ケースに固定された雄ねじ部材２２ｃと、その間に配置されたボール２２ａとを備え、雌ねじ部材２２ｂの外周部に変速ギヤ２２ｄが固定されている。この変速ギヤ２２ｄも従動プーリ２１を構成する可動シーブ２１ｂより大径で、かつ薄肉なギヤである。従動軸２０は軸受１９を介して変速機ケースに回転自在に支持されており、軸受１９の外輪に変速機ケースと雄ねじ部材２２ｃとが固定されている。
【００１５】
従動軸２０の従動プーリ２１よりエンジン側の部位には、後進用ギヤ２４が回転自在に支持されており、このギヤ２４は入力軸３に固定された後進用ギヤ３ｂと噛み合っている。ギヤ２４は後進切替機構２５によって従動軸２０に固定されたクラッチハブ２６に対して選択的に連結される。後進切替機構２５には、上述の前進切替機構５を操作するフォーク７が係合しており、フォーク７を操作することで両方の切替機構５，２５を同時に切り替えることができる。
例えば、フォーク７を図１の右側にシフトすると、前進切替機構５がクラッチハブ３ｃと前進用ギヤ３ａとを連結し、後進切替機構２５は後進用ギヤ２４から離れており、Ｄ位置となる。中間位置では、前進切替機構５および後進切替機構２５がそれぞれ前進用ギヤ３ａ、後進用ギヤ２４と離れており、Ｎ状態となる。フォーク７を図１の左側にシフトすると、後進切替機構２５がクラッチハブ２６と後進用ギヤ２４とを連結し、前進切替機構５は前進用ギヤ３ａと離れているため、Ｒ位置となる。
このように、１本のフォーク７で前進切替機構５および後進切替機構２５を操作するので、前進切替機構５がＤ位置の時に後進切替機構２５がＲ位置になるといった不具合を解消できる。
【００１６】
従動軸２０のエンジン側端部には減速ギヤ２７が固定されており、この減速ギヤ２７は減速軸３０に固定されたギヤ３０ａと噛み合い、さらに減速軸３０に固定されたギヤ３０ｂを介して差動装置３１のリングギヤ３１ａに噛み合っている。そして、差動装置３１に設けられた出力軸３２を介して左右の車輪３３が駆動される。
【００１７】
上記構成よりなる無段変速機の前進時および後進時の動力伝達経路は次の通りである。
前進時には、フォーク７を操作して前進切替機構５を前進位置Ｄへ切り替える。発進機構２から入力軸３に入力されたエンジン動力は、前進用ギヤ３ａ、カウンタ軸４、駆動軸１０、駆動プーリ１１、Ｖベルト１５、従動プーリ２１、従動軸２０、減速軸３０、差動装置３１を介して出力軸３２に伝達される。
一方、後進時には、フォーク７を操作して後進切替機構２５を後進位置Ｒへ切り替える。発進機構２から入力軸３に入力されたエンジン動力は、後進用ギヤ３ｂ，２４、従動軸２０、減速軸３０、差動装置３１を介して出力軸３２に伝達される。つまり、後退時にはＶベルト１５を経由せずに動力が伝達される。
【００１８】
後述するように、Ｖベルト１５の緩み側を押し付けてベルト張力を与えるテンション装置５０が設けられているが、後進時にＶベルト１５が逆回転すると緩み側も逆転するので、テンション装置５０が緊張側を押しつけることになり、Ｖベルト１５に過大な負荷がかかる。しかしながら、この実施例では、前進時のみＶベルト１５にトルクが伝達され、後退時にはＶベルト１５にトルクが伝達されないので、テンション装置５０は常にＶベルト１５の緩み側を押し付けることになり、Ｖベルト１５の負担を軽減し、ベルトの寿命向上を実現できる。
【００１９】
次に、この無段変速機における変速比可変機構について説明する。
変速機ケースには変速用モータ４０が取り付けられている。変速用モータ４０はブレーキ４１付きのブラシ付きＤＣモータであり、その出力ギヤ４２は第１変速軸４５の一端に設けられた減速ギヤ４５ａに噛み合っている。第１変速軸４５の他端部に設けられたギヤ４５ｂは駆動プーリ１１の可動シーブ１１ｂの移動ストローク分の長さを有する平歯車またははすば歯車であり、駆動プーリ１１に設けられた変速ギヤ１４ｄと噛み合っている。第１変速軸４５のギヤ４５ｂを回転させると、変速ギヤ１４ｄが追随回転することでボールネジ機構（ストローク機構）１４の作用により、可動シーブ１１ｂを軸方向へ移動させることができる。つまり、駆動プーリ１１のプーリ溝幅（ベルト巻き掛け径）を連続的に変化させることができる。
【００２０】
駆動プーリ１１の変速ギヤ１４ｄは、変速機ケースに架け渡して設けられた第２変速軸４６の第１アイドラギヤ４６ａとも噛み合い、さらに第２変速軸４６の第２アイドラギヤ４６ｂは従動プーリ２１の変速ギヤ２２ｄと噛み合っている。これらアイドラギヤ４６ａ，４６ｂも、第１変速軸４５のギヤ４５ｂと同様に、可動シーブ１１ｂ，２１ｂの移動ストローク分の長さを有する平歯車またははすば歯車で構成されている。変速用モータ４０の回転力は、第１変速軸４５，駆動プーリ１１の変速ギヤ１４ｄ，第２変速軸４６を介して従動プーリ２１の変速ギヤ２２ｄへと伝達される。そのため、駆動プーリ１１の可動シーブ１１ａと従動プーリ２１の可動シーブ２１ａは互いに同期し、かつ互いにプーリ溝幅（ベルト巻き掛け径）を逆方向に変化させながら軸方向へ移動することができる。
また、変速用モータ４０の回転力をストローク機構１４，２２に伝達し、かつ駆動プーリ１１と従動プーリ２１の両ストローク機構１４，２２を機械的に連結する伝達ギヤ機構（４２，４５ａ，４５ｂ，１４ｄ，４６ａ，４６ｂ，２２ｄ）が設けられているので、可動シーブ１１ｂ，２１ｂの位置、つまり変速比は機械的に決まる。そのため、変速用モータ４０のみで変速比を高精度に制御できる。
【００２１】
上記変速用モータ４０は、低速比方向へのモータ回転方向が、高速比方向へのモータ回転方向に比べて高効率となるように設計されている。すなわち、図３に示すように、Ｎ極のマグネット４０ａと、Ｓ極のマグネット４０ｂとが対向して配置され、その間に巻線４０ｄを有する回転子４０ｃが配置されている。また、ブラシ４０ｅがマグネット４０ａ，４０ｂの磁界の中性面Ｍに対して角度θだけずれた位置に配置されている。そのため、図４に示すように、モータ４０が正転方向（図３の矢印Ａ方向）に回転する時の回転特性（回転数／電流）が、逆転方向に回転する時の回転特性に比べて高い。図４から明らかなように、同じ負荷トルクの時に正転時の方が逆転時に比べて回転数が高いことがわかる。そして、モータ４０の正転方向が低速比方向への変速方向となるように、モータ４０の向きが設定されている。そのため、低速比方向への変速速度が、高速比方向方向への変速速度に比べて大きく、急減速時でもいち早く低速比まで到達できる。
なお、上記実施例では、ブラシ４０ｅの向きを磁界の中性面に対して傾けたが、マグネットの位置をブラシに対して所定角度ずらしても同様の効果を得ることができる。
【００２２】
なお、ギヤ機構（４２，４５ａ，４５ｂ，１４ｄ，４６ａ，４６ｂ，２２ｄ）がすべて伝達効率のよい円形の可逆ギヤ（平歯車、はずば歯車など）で構成されている関係で、変速用モータ４０の非通電時、ベルト張力による可動シーブの反力によってギヤ列が回転して変速比が変化する恐れがある。しかし、乾式ベルト１５を用いているので、可動シーブの反力が小さく、非通電時、変速用モータ４０に内蔵されたマグネットの起動抵抗のみでギヤ列の回転を防止することが可能である。なお、上記実施例では安全のために、変速用モータ４０の非通電時に出力ギヤ４２の回転を停止させるブレーキ４１を設けたが、このブレーキ４１を省略することも可能である。
【００２３】
この無段変速機には、図２に示すように、Ｖベルト１５にトルク伝達に必要なベルト張力を与える機構、すなわちテンション装置５０が設けられている。
上記のようにプーリ１１，２１のプーリ溝幅（ベルト巻き掛け径）は変速用モータ４０によって可変されるが、それだけでは伝達トルクによってＶベルト１５とプーリ１１，２１との間に滑りが発生してしまう。そこで、Ｖベルト１５に滑りを生じさせないベルト張力を与えるため、テンション装置５０が設けられている。テンション装置５０はテンションローラ５１を備え、このテンションローラ５１はリンク５２を介してテンションアーム５３によって揺動可能に支持されている。
【００２４】
テンションアーム５３の回動軸５３ａは駆動プーリ１１の近傍に設けられ、引張スプリング５４によってＶベルト１５方向に付勢されている。そのため、テンションローラ５１は所定の荷重でＶベルト１５の緩み側を内側に向かって押し付けている。このように外側から内側に向かってＶベルト１５を押圧することで、所定のベルト推力を得るとともに、プーリ１１，２１に対するＶベルト１５の巻き付け長さを長くし、伝達効率を高めている。
なお、テンションローラ５１はＶベルト１５を外側から内側に向かって押圧するものに限らず、内側から外側に向かって押圧してもよい。
また、テンションローラ５１をリンク５２を介してアーム５３に取り付けたが、テンションローラ５１をアーム５３に直接回転自在に取り付けてもよい。
【００２５】
上記実施例のテンション装置５０は引張スプリング５４を用いたものであるが、特開２００１−３３００９７号公報のように、引張スプリングの他にアシストモータを備えたものであってもよいし、特開２００２−２１３５４９号公報のように、引張スプリングと圧縮スプリングとを併用したものであってもよい。また、アシストモータに代えて油圧シリンダを用いてもよい。
【００２６】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、変速用モータ４０として、図３のように低速比方向への回転方向（正転方向）が高効率となるように特別に設計されたモータを用いたが、一般のブラシ付きＤＣモータを用いてもよい。この場合も、低速比方向への回転が高速比方向への回転に比べて高効率となる向きにモータを設定すればよい。
上記実施例では、ストローク機構をボールネジ機構で構成したが、雄ねじ部材と雌ねじ部材とが直接螺合する通常のネジ機構で構成してもよい。
また、本発明の推力発生装置は実施例のようなテンション装置に限るものではなく、従来と同様にプーリを軸方向に押圧してベルト推力を得る加圧手段であってもよい。
さらに、本発明のＶベルトは、実施例のような乾式ベルトに限るものではなく、公知の金属ベルトを用いてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に係る発明によれば、低速比方向への変速速度が高速比方向への変速速度に比べて大きくなるように、変速用モータの回転方向を設定したので、急減速時にいち早く低速比まで到達でき、再発進性が向上する。
また、変速用モータの向きを設定するだけでよいので、格別な追加機構を必要とせず、低コストで再発進性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる無段変速機の一例のスケルトン図である。
【図２】最低速比におけるテンション装置を示す図である。
【図３】変速用モータの正転時の断面図である。
【図４】変速用モータの正転時と逆転時との回転特性図である。
【符号の説明】
１１　　　　　　　　駆動プーリ
１１ａ　　　固定シーブ
１１ｂ　　　可動シーブ
１４　　　　　　　　ストローク機構
１５　　　　　　　　Ｖベルト
２１　　　　　　　　従動プーリ
２１ａ　　　　　　固定シーブ
２１ｂ　　　可動シーブ
２２　　　　　　　　ストローク機構
４０　　　　　　　　変速用モータ
４５，４６　　変速軸
５０　　　　　　　　テンション装置（推力発生装置）

Claims (1)

1. 固定シーブと固定シーブに対し軸方向移動可能に設けられた可動シーブとを有する駆動プーリと、
   固定シーブと固定シーブに対し軸方向移動可能に設けられた可動シーブとを有する従動プーリと、
   駆動プーリと従動プーリとの間に巻きかけられた無端状のＶベルトと、
   ベルト推力を発生する推力発生手段と、
   駆動プーリおよび従動プーリにそれぞれ設けられ、回転力を上記可動シーブの軸方向移動に変換するストローク機構と、
   変速用モータと、
   この変速用モータの回転力を上記両プーリのストローク機構へ伝達する伝達機構とを備えた無段変速機において、
   上記変速用モータは、回転方向により回転特性の異なる電動モータであり、
   変速比を大きくする方向への変速速度が、変速比を小さくする方向への変速速度に比べて大きくなるように、上記変速用モータの回転方向を設定したことを特徴とする無段変速機。

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