JP2004520548A

JP2004520548A - 回転エネルギーを可変伝達する方法および手段

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Publication number: JP2004520548A
Application number: JP2002553035A
Authority: JP
Inventors: トリグヴェ・ホルムセン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2004-07-08
Also published as: WO2002052174A1; WO2002052174A9; EP1343986A1; NO20006654D0; US20050075208A1; CN1612984A; KR20030079938A

Abstract

連続的可変伝達比で入力シャフトから出力シャフトに回転エネルギーを伝達する方法において、多くのエネルギーを吸収することなく作動条件を満足するエネルギー伝達を制御可能な少なくとも１つのスイッチユニットを含む少なくとも１つの弾性衝突によって前記シャフト間で直接または間接にエネルギーを伝達し、非常に速く作動し、最小限の内部の摩擦または磨耗で作動し、どのくらいのエネルギーが伝達されるかの主要部分として摩擦を用いることなく作動し、少なくとも１つの弾性ユニットの使用と組み合わされるとともに、エネルギー蓄積ユニットの使用と選択的に組み合わされ、これによりすべての３つのユニットカテゴリおよびユニットが機械的手段、液圧式手段、気圧式手段、磁気的手段、または、電子的手段を用いて独立して実施され得ることを特徴とする方法。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、連続的可変伝達のための方法およびトランスミッションに関する。
【０００２】
（背景技術）
上記タイプの公知のトランスミッションは、ギヤボックスおよびトランスミッションからなり、はめば歯車または歯車の組み合わせを用いた通常のギヤボックス、液圧トルクコンバータとはめば歯車または歯車とに基づくトランスミッション、しばしば異なる種類のベルトとの組み合わせでの円錐シャフトを用いた連続的可変トランスミッション、および、慣性の可変運動量によるエネルギー伝達を用いた最終的なトランスミッションにおおまかに分類される。前記原理に基づく公知のギヤボックスおよびトランスミッションは、次のような１つ以上の点に関して制限を有する。すなわち、幾つかの場合には、比較的低い効率が達成されるだけである。また、利用できる伝達比がしばしば制限される。さらに、多くの場合、レスポンスタイムが比較的、および、容認できないくらいに長い。他の公知のトランスミッションは限定された作動パターンしか提供しない。また、他のトランスミッションは、非常に複雑で、非常に重く、非常に大きく、かつ、非常に生産コストが高い。
【０００３】
（発明の開示）
（発明が解決しようとする技術的課題）
本発明の連続的可変トランスミッションは、特許請求の範囲に記載される特徴によって規定されるように、既存のギヤボックスおよびトランスミッションの欠点を解消するものである。
【０００４】
（従来技術より有効な効果）
また、本発明のトランスミッションは、高い理論的効率を提供し、利用できる伝達比の数は理想的に無制限である。作動原理の簡単さから、既存の解決策に比べて、より高い機能性、非常に低い複雑さ、重さ、大きさおよび生産コストを生じる適用における実際の使用のために本発明のトランスミッションを実施することができる。
【０００５】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、添付図面と関連してなされる以下の説明からより明らかになるであろう。
【０００６】
一般に作動パターンは、最高の全体の機能性に寄与する安価なコンピュータにより容易にコントロールされ得る。他の実施形態では、作動パターンはそれ自身、構成の一部となり得る。
【０００７】
しかしながら、トランスミッションの作動原理は、いくつかの実際上の課題を克服せねばならないトランスミッションでその原理を実行するために、弾性衝突の利用に基づいている。
【０００８】
図１は、本発明の３つの主要な構成要素のカテゴリを示している。図１に示されるすべてのユニットが必ずしも必要ではなく、すべてのユニットが基準点１５に必ずしも接続されなくともよい。カテゴリは以下のとおりである。
【０００９】
１．スイッチユニット。エネルギー伝達を制御できるユニットで、機械的、液圧式、気圧式、磁気的または電気的手段などを用いた様々な方法で実現され得る。本発明において実際的に有用であるために、本発明におけるスイッチ３，５，６，８，９，１１および１２は、次の４つの基準を満たさねばならない。
Ａ．スイッチの作動自体に必要なエネルギーは、一般に図１中のユニット１とユニット１４との間の有効なエネルギー伝達に寄与しない。これは全体の効率を高く保つために多くのエネルギーを吸収しないで作動するスイッチを要求する。
Ｂ．素早い応答時間（図１中のユニット１とユニット１４との間の理想的なエネルギー伝達のための素早い選定）のための要求は、スイッチが素早く作動できることを必要とする。
Ｃ．長い寿命を得るために、スイッチは最小限度の摩擦または磨耗で作動することが必要である。
Ｄ．ユニット１とユニット１４との間のエネルギー伝達における低い全体効率を避けるとともに長寿命化を促進するために、スイッチがどのくらいエネルギーを伝達するかについて摩擦が主要な部分として機能すべきではない。
【００１０】
２．弾性ユニット。弾性特性によってエネルギーを蓄積する。鋼製ばね、弾性流体、弾性気体、エラストマ、ゴム、磁界、電場などを用いて様々な方法で実現され得る。
【００１１】
３．エネルギー蓄積ユニット。弾性特性を有することなくエネルギーを蓄積する。機械的、液圧式、気圧式、磁気的または電気的手段などを用いた様々な方法で実現され得る。
【００１２】
上記のユニットは、１つ以上の構成要素カテゴリの特徴を有する複合ユニットに組み合わせられ得る。本発明の原理を利用するために、図１中のすべてのユニットが装備される必要はない。トランスミッション自体の最小限の構成は、少なくとも１つの弾性ユニットと少なくとも１つのスイッチユニットからなる。
【００１３】
本発明の原理作動プロセスを示す図１を参照すると、駆動ユニット１は本発明によって回転エネルギーを吸収する被駆動回転ユニット１４に回転エネルギーを供給する。エネルギー蓄積部２は駆動ユニット１の慣性モーメントと関連してもよく、一方、エネルギー蓄積部１３は被駆動ユニット１４の慣性モーメントと関連してもよい。以降の原理の説明では、エネルギー蓄積部２および１３はこれ以上言及されないであろう。
【００１４】
エネルギーは、以下の少なくとも１つによる弾性衝突（ｅｌａｓｔｉｃｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）によって駆動ユニット１から取り出される。
１図１中で基準点１５に接続された弾性ユニット４を通じて。
２図１中でエネルギー蓄積部７に接続された弾性ユニット４を通じて。
３図１中でエネルギー蓄積部７または弾性ユニット１０を使用することなく、被駆動ユニット１４に接続された弾性ユニット４を通じて。
【００１５】
弾性ユニット４に蓄積されたエネルギーは、以下の少なくとも１つに与えられ得る。
１駆動ユニット１。
２エネルギー蓄積部７。
３エネルギー蓄積部７または弾性ユニット１０を使用することなく、被駆動ユニット１４に。
【００１６】
エネルギー蓄積部７に蓄積されたエネルギーは、以下の少なくとも１つに与えられ得る。
１弾性ユニット４を通じて駆動ユニット１。
２弾性ユニット１０を通じて被駆動ユニット１４。
３基準点１５に接続された弾性ユニット４を通じて。
４基準点１５に接続された弾性ユニット１０を通じて。
【００１７】
弾性ユニット１０に蓄積されたエネルギーは、以下の少なくとも１つに与えられ得る。
１被駆動ユニット１４。
２エネルギー蓄積部７。
３エネルギー蓄積部７または弾性ユニット４を使用することなく、駆動ユニット１に。
【００１８】
上記のプロセスはスイッチユニットの使用によって可能である。実際の実施形態に応じて、本発明は図１中のユニット１からユニット１４へだけではなく、その反対方向へも、回転エネルギーを両方向に伝達可能であってもよい。これについては、スイッチの実施形態と共に後述の実際の実施形態で説明する。
【００１９】
制御機構は、典型的な作動スイッチユニットであり、（弾性を制御する）弾性ユニットまたは（エネルギー蓄積能力を制御する）エネルギー蓄積ユニットを作動させてもよい。制御機構への入力は、別のユニットから取り出されてもよい。制御機構はまた、最高の度合いの機能性を達成するために、トランスミッション外部の構成要素を制御してもよいし、外部からの入力を受け取ってもよい。
【００２０】
ユニット１とユニット１４との間での連続的なエネルギー伝達を果たすために、制御機構は、ユニット間で所望のエネルギー伝達を得られるような頻度、プロセスおよび量で弾性衝突を引き起こさねばならない。
【００２１】
３つのカテゴリユニットの追加の直列および／または並列の接続が可能である。
【００２２】
伝達比は、ユニット１とユニット１４の回転速度で与えられ、制御されたエネルギー伝達により決められる。弾性衝突の原理に基づくトランスミッションに直面する大きな課題は、実用的で有効なスイッチを設計することである。
【００２３】
実施形態１
ここで説明する連続可変速トランスミッションは、両方ともｘ軸を中心に回転するエンジンと駆動シャフトとの間の通常のオートマティックトランスミッションに代えて自動車に装備されるものとして以下に説明されるであろう。
【００２４】
縦方向の図でトランスミッションを示す図２を参照すると、エンジンの回転シャフトはディスク１０１に接続され、駆動シャフトはディスク１０２に接続されている。大きい慣性モーメントを有する自在回転リング１０３は、ディスク１０１との弾性衝突によって回転エネルギーを得て、このエネルギーを蓄積し、ディスク１０２にこのディスクとの弾性衝突によって回転エネルギーを伝える。ディスク１０１および１０２とリング１０３はｘ軸を中心に回転している。この説明の中では、ディスク１０１はディスク１０２よりも速い速度で回転すると仮定する。もしそうでなければ、典型として自動車エンジンをエンジンブレーキとして使用するように、エネルギーは反対方向に伝達され得る。
【００２５】
図２と同様に縦方向の図でトランスミッションを示す図３を参照するが、今回は切り取った状態での中央の図である。この図は、弾性流体１０５が充填されているｘ軸と同心の円形中空スペース１０４を示す。
【００２６】
図４を参照すると、低圧バルブ１０２ｃが示されており、それは組み合わされたベアリングおよびシール１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが望まれない流体のリークを示すべきときにも、中空スペース１０４内の流体の圧力が低くならないことを確実にするために有用である。
【００２７】
ベアリング１０６ａはディスク１０１とリング１０３との間に、ベアリング１０６ｂはディスク１０２とリング１０３との間に、ベアリング１０６ｃはディスク１０１とディスク１０２との間にそれぞれ設置され、これらのすべてはディスク１０１、ディスク１０２およびリング１０３のすべてが互いに独立して回転することができることを確実にする。シム１０２ｂと溝１０２ａの中にはめ込まれているスナップリング（スナップリングは図示せず）と共にベアリング１０６ｄは、ディスク１０１、ディスク１０２およびリング１０３を一緒に締め付けて保持しつつも、自在に、かつ、互いに独立して回転するように保持する。ねじ山１０１ａは、ディスク１０１をエンジンに接続するために使用される。
【００２８】
スイッチ素子１０７ａは、ｘ軸に平行な２つの位置で安定するように電磁石１０８ａによって駆動されることができ、一方の位置は流体１０５の流路を効果的に遮断するために中空スペース１０４の内側にあり、他方の位置は流体１０５の自由な流路を開くために中空スペース１０４のすぐ外側にある。スイッチ素子１０７ａは、素子自身が小さいことにより軽量であり、かつ、事実上中空スペース１０４内の流体の圧力から独立したｘ軸に平行な動作であるとすれば、その２つの位置の間で非常に高速に切り替られることができる。
【００２９】
スイッチ素子１０７ａと電磁石１０８ａが組み合わされたユニットは、ディスク１０１に固定されており、そのために同じ速度で回転する。
【００３０】
スイッチ素子１０７ｂと電磁石１０８ｂが組み合わされたユニットは、同様にディスク１０２に固定されており、そのためにディスク１０２と同じ速度で回転する。
【００３１】
回転リング１０３はリング１０３に接続された仕切壁１０３ｂを有し、仕切壁１０３ｂは中空スペース１０４内の流体１０５のいかなる流路も効果的に遮断することになる。
【００３２】
仮にディスク１０１が回転しており、ディスク１０２およびリング１０３が静止しているとする。ディスク１０１とリング１０３との間に弾性衝突を確立するためには、スイッチ素子１０７ｂは中空スペース１０４の外になければならず、一方、スイッチ素子１０７ａは仕切壁１０３ｂからおおよそ１８０°離れるまでは中空スペース１０４の外になければならない。それから、スイッチ素子１０７ａは電磁石１０８ａによって中空スペース１０４内に動かされ、これによりスイッチ素子１０７ａと仕切壁１０３ｂの各側面に流体のクッションを効果的に確立する。流体１０５の弾性のために、リング１０３は、ディスク１０１によって弾性衝突を受け、そのような方法で回転エネルギーを得て、ディスク１０１とほぼ同じ回転速度に加速されることになる。
【００３３】
リング１０３とディスク１０２との間に弾性衝突を確立するために、スイッチ素子１０７ａは中空スペース１０４の外になければならず、一方、スイッチ素子１０７ｂは仕切壁１０３ｂからおおよそ１８０°離れるまでは中空スペース１０４の外になければならない。それから、スイッチ素子１０７ｂは電磁石１０８ｂによって中空スペース１０４内に動かされ、これによりスイッチ素子１０７ｂと仕切壁１０３ｂの各側面に流体のクッションを効果的に確立する。流体１０５の弾性のために、ディスク１０２はリング１０３によって弾性衝突を受けて回転エネルギーを得る。このプロセスにおいて、リング１０３の速度は、現在の回転速度から、今加速されているディスク１０２とほぼ同じ回転速度に遅くされることになる。
【００３４】
上記のプロセスは、エンジンから駆動シャフトにリング１０３を介してエネルギーを渡す。このプロセスは、スイッチ素子１０７ａおよび１０７ｂを交互に作動させる制御機構の監視の下で、必要とされるエネルギー伝達がエンジンと駆動シャフトとの間で達成されるだけのかなりの頻度で繰り返される。ディスク１０１および１０２の間の伝達比は、ディスクの回転速度の比で与えられ、上記のエネルギー伝達によって制御される。
【００３５】
通常の作動状況において、リング１０３はディスク１０１および１０２のおおよその回転速度を交互に採る。エンジン出力は、ディスク１０１がディスク１０２より速く回転しているときだけ駆動シャフトに伝達され得る。ディスク１０１および１０２の間の回転速度の大きな差は、エンジンと駆動シャフトとの間でのより大きなエネルギー伝達を可能にし、エンジンと車輪との間の総合的な伝達比はこの事実を考慮に入れなければならない。
【００３６】
制御機構は、スイッチ素子１０７ａおよび１０７ｂが上記のように動作するとともに、互いにまたは固定された仕切壁１０３ｂとぶつからないことを確実にするために、ディスク１０１および１０２とリング１０３に接続されたセンサを有する。エンジンと駆動シャフト／車輪の両方の大きな慣性モーメントは、ディスク１０１および１０２の安定したスムーズな回転を確実にする。
【００３７】
実施形態１．１
実施形態１．１の説明は基本的に実施形態１と同じであるが、２つの主要な相違点がある。
【００３８】
第１の相違点は、逆回転能力（回転方向の切り替え）をも提供することである。第２の相違点は、弾性流体の代わりに弾性液体２０５ｂを使用することであり、気体に比べて相対的に高い液体の比重量のために、この実施形態では大きな慣性モーメントを有する自在回転リングを必要としないことである。
【００３９】
連続可変速トランスミッションは、両方ともｘ軸を中心に回転するエンジンと駆動シャフトとの間の通常のオートマティックトランスミッションの代わりに自動車に装備されるものとして以下に説明されるであろう。
【００４０】
図５を参照すると、エンジンの回転シャフトはディスク２０１に接続されており、駆動シャフトはディスク２０２に接続されている。固定の仕切壁を有する自在回転リングは、この実施形態には存在しない。その代わりとして、ｘ軸に同心の円形中空スペース２０４には、高い比重量によって大きな慣性モーメントを達成する弾性液体２０５ｂが充填されている。
【００４１】
歯を有する回転リング２０９は、歯車２１０を介して歯車２０１ｂに接続されており、それによってディスク２０１と反対の方向に回転している。実用上の理由で、自動車は後退／後方に非常に速く走る必要はないことから、リング２０９はディスク２０１よりも遅い速度で回転していると仮定するが、これは必ずしもそうする必要はない。ディスク２０１および２０２とリング２０９はｘ軸を中心に回転している。
【００４２】
組み合わされたベアリングとシール２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｄは、中空スペース２０４から弾性液体２０５ｂの漏れがないよう維持することを確実とする。ベアリング１０６ｃは、この実施形態の一部ではない。ベアリング２０６ａはディスク２０１とリング２０９との間にあり、ベアリング２０６ｂはディスク２０２とリング２０９との間にあり、ベアリング２０６ｄはディスク２０１と２０２との間にあり、これらすべてはディスク２０１、ディスク２０２およびリング２０９が摩擦なく回転できること確実にしている。ディスク２０２は、自由にディスク２０１およびリング２０９から独立して回転する。
【００４３】
ここでする発明の説明では、ディスク２０１がディスク２０２よりも速く回転しているか、または、「逆回転」作動の場合にはリング２０９がディスク２０２よりも速く回転していると仮定する。もしもそうでなければ、典型として自動車エンジンをエンジンブレーキとして使用するように、エネルギーは反対方向に伝達され得る。
【００４４】
スイッチ素子２０７ａは、ｘ軸に平行な２つの位置で安定するように電磁石２０８ａによって駆動されることができ、一方の位置は流体２０５ｂのいかなる流路も効果的に遮断するために中空スペース２０４の内側にあり、他方の位置は流体２０５ｂの自由な流路を開くために中空スペース２０４のすぐ外側にある。スイッチ素子２０７ａは、素子自身が小さいことにより軽量であり、かつ、事実上中空スペース２０４内の流体の圧力から独立したｘ軸に平行な動作であるとすれば、その２つの位置の間で非常に高速に切り替えられることができる。スイッチ素子２０７ａと電磁石２０８ａが組み合わされたユニットは、ディスク２０１に固定されており、そのために同じ速度で回転する。
【００４５】
スイッチ素子２０７ｂと電磁石２０８ｂが組み合わされたユニットは、スイッチ素子２０７ａおよび電磁石２０８ａと同様であるが、ディスク２０２に固定されており、そのためにディスク２０２と同じ速度で回転する。
【００４６】
スイッチ素子２０７ｃと電磁石２０８ｃが組み合わされたユニットは、スイッチ素子２０７ａおよび電磁石２０８ａと同様であるが、リング２０９に固定されており、そのためにリング２０９と同じ速度で回転する。
【００４７】
ディスク２０１が回転しており、ディスク２０２および液体２０５ｂが静止していると仮定する。ディスク２０１と液体２０５ｂとの間に弾性衝突を確立するために、スイッチ素子２０７ｂおよび２０７ｃは中空スペース２０４の外になければならない。そのとき、スイッチ素子２０７ａは、電磁石２０８ａによって中空スペース２０４内に動かされ、これにより回転エネルギーを得る液体２０５ｂと弾性的に衝突する。液体２０５ｂは、ディスク２０１とほぼ同じ回転速度まで加速されることになる。
【００４８】
液体２０５ｂとディスク２０２との間に弾性衝突を確立するために、スイッチ素子２０７ａおよび２０７ｃは、中空スペース２０４の外になければならない。そのとき、スイッチ素子２０７ｂは、電磁石２０８ｂによって中空スペース２０４内に動かされ、これにより液体２０５ｂと弾性的に衝突する。ディスク２０２は、液体２０５ｂとの弾性衝突を受けて、回転エネルギーを得る。このプロセスにおいて、液体２０５ｂの速度は現在の回転速度から、今加速されているディスク２０２とほぼ同じ回転速度に遅くされる。
【００４９】
逆回転作動を可能にするために、リング２０９が回転しており、ディスク２０２および液体２０５ｂが静止していると仮定する。リング２０９と液体２０５ｂとの間に弾性衝突を確立するために、スイッチ素子２０７ａおよび２０７ｂは、中空スペース２０４の外になければならない。そのとき、スイッチ素子２０７ｃは電磁石２０８ｃによって中空スペース２０４内に動かされ、これにより液体２０５ｂと弾性的に衝突する。このようにして液体２０５ｂは、ディスク２０１と反対の回転方向の回転エネルギーを得ることになる。
【００５０】
今回転している液体２０５ｂとディスク２０２との間に弾性衝突を確立するために、スイッチ素子２０７ａおよび２０７ｃは、中空スペース２０４の外になければならない。そのとき、スイッチ素子２０７ｂは電磁石２０８ｂによって中空スペース２０４内に動かされ、これにより液体２０５ｂと弾性的に衝突する。ディスク２０２は、液体２０５ｂとの弾性衝突を受けて、回転エネルギーを得る。このプロセスにおいて、液体２０５ｂの速度は、現在の回転速度から、今加速されているディスク２０２とほぼ同じ回転速度に遅くされる。
【００５１】
上記のプロセスは、エンジンから駆動シャフトに弾性液体２０５ｂを介してエネルギーを渡す。このプロセスは、スイッチ素子２０７ａおよび２０７ｂを交互に作動させる制御機構の監視の下で、所望のエネルギー伝達がエンジンと駆動シャフトとの間で達成されるだけのかなりの頻度で繰り返される。
【００５２】
逆回転作動のために、上記プロセスは、エンジンから駆動シャフトに液体２０５ｂを介してエネルギー渡す。このプロセスは、スイッチ素子２０７ｃおよび２０７ｂを交互に作動させる制御機構の監視の下で、所望のエネルギー伝達がエンジンと駆動シャフトとの間で達成されるだけのかなりの頻度で繰り返される。
【００５３】
ディスク２０１と２０２との間の伝達比は、ディスクの回転速度の比で与えられ、上記のエネルギー伝達によって制御される。
【００５４】
通常の作動状況において液体２０５ｂは、ディスク２０１および２０２とほぼ同じ回転速度の間を切り替えられ、逆転作動時においては液体２０５ｂは、リング２０９およびディスク２０２とほぼ同じ回転速度の間で切り替えられることになる。エンジン出力は、ディスク２０１またはリング２０９がディスク２０２より速く回転しているときにのみ駆動シャフトに伝達され得る。ディスク２０１またはリング２０９とリング２０２との間の回転速度の大きな差は、エンジンと駆動シャフトとの間の大きなエネルギー伝達を可能にし、エンジンと車輪との間の総合的な伝達比はこの事実を考慮に入れなければならない。
【００５５】
ディスク２０１および２０２とリング２０９に接続されたセンサーを有する制御機構は、スイッチ素子２０７ａ，２０７ｂおよび２０７ｃが記述されたように作動するとともに、互いにぶつかり合わないことを確実にする。
【００５６】
エンジンと駆動シャフト／車輪の両方の大きな慣性モーメントは、ディスク２０１および２０２の安定したスムーズな回転を確実にする。
【００５７】
実施形態２
連続的可変トランスミッションが、通常の自転車トランスミッションの代わりに自転車に装備されるものとして以下に説明される。
【００５８】
縦方向の図でトランスミッションを示す図６を参照すると、ペダルがディスク３０２に連結され、駆動シャフトがシャフト３０１に連結される。ディスク３０１ａはスプリング３０１ｂを介してシャフト３０１に連結されており、これによりシャフト３０１とディスク３０１ａとの間の回転速度に一時的な小さい差が生じる。
【００５９】
フレームまたはシャシ３０３と回転リング３０４を示す図８を参照すると、中空スペース３０８が液圧オイルで満たされている。ベアリングおよびシール３０６ａは、フレーム３０３とリング３０４との間の中空スペース３０８内に液圧オイルを保持しつつ回転リング３０４がフレーム３０３から独立して回転するのを可能にする。ベアリングおよびシール３０６ｂは、ディスク３０１ａとリング３０４との間の中空スペース３０８内に液圧オイルを保持しつつ回転リング３０４がディスク３０１ａから独立して回転するのを可能にする。ピストンポンプ３０５は、弾性流体で満たされており、ベアリング３０６ｃを介してディスク３０２に接続されるとともに、ベアリング３０６ｄを介してリング３０４に接続されている。ディスク３０２が時計回り方向に回転するとき、ポンプ３０５ディスク３０２とリング３０４との間で弾性スプリングとして機能することになる。リング３０４が時計回り方向に回転し始めると、ディスク３０１ａは回転動作に対抗し、これによりリング３０４は一方向バルブ３０９ｂの作用のために中空スペース３０８内の液圧液体を作動させる。ディスク３０２が回転するほどに、ポンプ３０５がピストンポンプ内の弾性流体をより圧縮して、リング３０４上の力が大きくなる。ポンプ３０５によって及ぼされる力がディスク３０１ａを回転し始めると、弾性的押圧によって図６のスプリング３０１ｂを介して駆動シャフト３０１に回転エネルギーが与えられることができる。ディスク３０２がリング３０４よりも速く回転すると、ベアリング３０６ｃがベアリング３０６ｄを通り過ぎることになり、これによりフレーム３０３とディスク３０２との間でポンプ３０５が減圧されることで中空スペース３０８内の液圧液体を作動させるように一方向バルブ３０９ａを作動させ、弾性押圧によってディスク３０２に回転エネルギーを与え戻す。
【００６０】
このようにディスク３０２に与え戻されるエネルギーは、ディスク３０１ａとシャフト３０１の回転速度に依存する。
【００６１】
制御構造は、バルブ３０５ａによってピストンポンプ３０５のばね定数を調整することができ、これによりディスク３０２とシャフト３０１との間でのエネルギー伝達を調整できる。制御機構は、所定の状況のために、ピストンポンプ３０５の正確なばね定数を選択するのを省略することができる。ディスク３０２とシャフト３０１との間の伝達比は、回転速度の比によって与えられ、前記したエネルギー伝達によって制御される。
【００６２】
実施形態３
連続的可変トランスミッションは、はめば歯車または歯車の組み合わせを用いた通常のマニュアルギヤボックスの代えて自動車に装備されるものとして以下に説明される。図９を参照すると、エンジンの回転シャフトはシャフト４０１に接続されており、駆動シャフトはシャフト４０２に接続されている。
【００６３】
歯車４０４は、歯車４０３の最外部の周囲のいずれかを選択することにより、２：１および１：２の比でもって各歯車４０３を接続することができる。歯車４０３の中央の周囲は、歯車４０４が１つの最外部位置から他の位置へｘ軸に沿って縦方向に移動できるように形成されている。このことは、歯車４０３が回転して、ガイド部４０６をもつロッド４０５ａを介しての気圧サーボ機構とスプリング４０５ｂとが対称脚部４０４ａを介して歯車４０４に縦方向の力を作用させたときに、達成される。スプリング４０５ｂと歯車４０４のソフトカットエッジ（ｓｏｆｔｃｕｔｅｄｇｅｓ）は、この過程が過度の力または摩擦がなく、かつ、なおも十分に速く達成されることを確実にする。
【００６４】
歯車４０４が常に１つの最外部の周囲にあれば、比は例えば２：１である。歯車４０４が各最外部周囲で時間の５０％を費やせば、シャフト４０１とシャフト４０２との間の比は、時平均（ｔｉｍｅａｖｅｒａｇｅ）１：１の状態にある。歯車４０４が常に他の最外部周囲にあれば、シャフト４０１とシャフト４０２との間の比は１：２である。歯車４０４によって費やされる時間の多くを１つまたは他の最外部周囲に当てることによって、時平均に関して２：１と１：２との間で異なる伝達比を達成することができる。これは、制御機構によって制御される。シャフト４０１はスプリング４０１ａを介して関連の歯車４０３に接続され、シャフト４０２はスプリング４０２ａを介して関連の歯車４０３に接続されている。この原理は、図１０に示される。このように、可変伝達比は、シャフト４０１，４０２間の弾性衝突を表すことになり、伝達比を時間についての平均で与えることを可能にする。
【００６５】
図１１は、この実施形態で使用される歯車を示す。各歯車４０３は３つの歯車からそれぞれなっており、最外部は半径ｒ１をそれぞれ有するとともにｒ３＝２・ｒ１である。非対称である中間の歯車は、おおよそ次式によって与えられる半径ｒ２を有する。
【００６６】
【数１】
０≦ｖ＜９０° ：ｒ２＝ｒ１
９０≦ｖ＜１８０°：ｒ２＝ｒ１（１＋（ｖ−９０）／９０）
１８０≦ｖ＜２７０°：ｒ２＝２・ｒ１＝ｒ３
２７０≦ｖ＜３６０°：ｒ２＝ｒ１（２−（ｖ−２７０）／９０）
【００６７】
図９および図１１において、半径ｒ１は１２個の歯に関連し、半径ｒ３は２４個の歯に関連するが、他の組み合わせであってもよい。異なる歯の形状も有効であることが認められる。
【００６８】
歯車４０３，４０４、対称脚部４０４ａ、気圧サーボ機構４０５、ガイド部４０６をもつロッド４０５ａおよびスプリング４０５ｂは、１つのスイッチユニットとして考えてもよい。
【００６９】
制御機構は、歯車４０３の２つの最外部周囲で費やされる歯車４０４の時間を調整することで、平均伝達比を調整してもよい。
【００７０】
（産業上の利用の可能性）
本発明のトランスミッションは、一般に、既存のギヤおよびトランスミッションの代替であり、例えば、自動車、バイク、商用乗物、機関車などのエンジンと駆動シャフトとの間において実際の適用を見出すことができ、さらには、例えば、自転車におけるペダルと駆動シャフトとの間、ボートにおけるエンジンとプロペラとの間、電動工具におけるエンジンと駆動シャフトとの間、おもちゃにおけるエンジンと駆動シャフトとの間などに適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、連続的可変トランスミッションの原理解決策を示す。
【図２】図２は、縦方向の図で典型的な自動車トランスミッションの実施形態１示す。
【図３】図３は、切り取った状態での中央の縦方向の図で実施形態１を示す。
【図４】図４は、部分的に切り取った斜視図で実施形態１を示す。
【図５】図５は、部分的に切り取った斜視図で逆転／後退機能をもつ典型的な自動車トランスミッションの実施形態１．１を示す。
【図６】図６は、縦方向軸に沿って見通した典型的な自転車トランスミッションの実施形態２を示す。
【図７】図７は、切り取った中央の斜視図で実施形態２を示す。
【図８】図８は、図６の左側から見通した縦方向軸に沿った図で実施形態２を示す。
【図９】図９は、斜視図で典型的な自動車トランスミッションの実施形態３を示す。
【図１０】図１０は、縦方向の図で実施形態３の詳細を示す。
【図１１】図１１は、縦方向軸に沿った図で実施形態３を示す。
【符号の説明】
１０１−ディスク
１０２−ディスク
１０３−自在回転リング
１０４−中空スペース
１０５−弾性流体
１０７ａ−スイッチ素子
１０８ａ−電磁石
２０１−ディスク
２０２−ディスク
２０４−中空スペース
２０５ｂ−弾性液体
２０７ａ−スイッチ素子
２０８ａ−電磁石
２０９−回転リング
３０１−シャフト
３０１ａ−ディスク
３０１ｂ−スプリング
３０２−ディスク
３０３−フレーム
３０４−回転リング
３０５−ピストンポンプ
３０８−中空スペース
４０１−シャフト
４０２−シャフト
４０３−歯車
４０４−歯車
４０４ａ−対称脚部
４０５−気圧サーボ機構
４０５ａ−ロッド
４０５ｂ−スプリング

Claims

連続的可変伝達比で入力シャフトから出力シャフトに回転エネルギーを伝達する方法において、
多くのエネルギーを吸収することなく作動条件を満足するエネルギー伝達を制御可能な少なくとも１つのスイッチユニットを含む少なくとも１つの弾性衝突によって前記シャフト間で直接または間接にエネルギーを伝達し、非常に速く作動し、最小限の内部の摩擦または磨耗で作動し、どのくらいのエネルギーが伝達されるかの主要部分として摩擦を用いることなく作動し、少なくとも１つの弾性ユニットの使用と組み合わされるとともに、エネルギー蓄積ユニットの使用と選択的に組み合わされ、これによりすべての３つのユニットカテゴリおよびユニットが機械的手段、液圧式手段、気圧式手段、磁気的手段、または、電子的手段を用いて独立して実施され得ることを特徴とする方法。
連続的可変トランスミッションにおいて、
第１ディスク（１０１）が第２ディスク（１０２）と周囲中空スペース（１０４）を形成する外部リング（１０３）とに独立して回転可能に接続され、前記スペース（１０４）内の仕切壁（１０３ｂ）が前記リング（１０３）に接続され、少なくとも１つの第１スイッチユニットが前記第１ディスク（１０１）に固定されたスイッチ素子（１０７ａ）および電磁石（１０８ａ）を有し、前記スペース（１０４）が流体（１０５）のような弾性媒体を含み、少なくとも１つの第２スイッチユニットが前記第２ディスク（１０２）に固定されて前記スイッチユニット（１０７ａ）（１０８ａ）に対して交互に作動するスイッチ素子（１０７ｂ）および電磁石（１０８ｂ）を有し、前記両方のスイッチユニットは前記スペース（１０４）内において外側位置と内側位置との間で前記各スイッチ素子（１０７ａ）（１０７ｂ）をそれぞれ切り替え可能であることを特徴とする連続可変トランスミッション。
連続的可変トランスミッションにおいて、
第１ディスク（２０１）が第２ディスク（２０２）に独立して回転可能に接続されるとともに、歯車（２０１ｂ，２１０）および歯（２０９ａ）を用いることで周囲中空スペース（２０４）を形成する外部リング（２０９）に依存して逆回転可能であり、少なくとも１つの第１スイッチユニットが前記第１ディスク（２０１）に固定されたスイッチ素子（２０７ａ）および電磁石（２０８ａ）を有し、前記スペース（２０４）が流体（２０５ｂ）のような弾性媒体を含み、少なくとも１つの第２スイッチユニットが前記第２ディスク（２０２）に固定されて前記スイッチユニット（２０７ａ）（２０８ａ）に対して交互に作動するスイッチ素子（２０７ｂ）および電磁石（２０８ｂ）を有し、少なくとも１つの第３スイッチユニットが第２リング（２０９）に固定されて前記スイッチユニット（２０７ａ）（２０８ａ）に対して交互に作動するスイッチ素子（２０７ｃ）および電磁石（２０８ｃ）を有し、３つすべてのスイッチユニットが前記スペース（２０４）内において外側位置と内側位置との間で前記各スイッチ素子（２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ）を切り替え可能であることを特徴とする連続的可変トランスミッション。
連続的可変トランスミッションにおいて、
第１回転ディスク（３０２）が、液圧媒体を満たした中空スペース（３０８）と一方向バルブ（３０９ａ，３０９ｂ）のために反時計回り方向の回転ではシャシ（３０３）に接続される一方で時計回り方向の回転ではディスク（３０１ａ）に接続される回転リング（３０４）に対して、回転可能なベアリング（３０６ｄ，３０６ｃ）を用いて弾性媒体を満たしたピストンポンプ（３０５）を介して回転可能に接続され、前記ディスク（３０１ａ）はスプリング（３０１ｂ）を介して回転シャフト（３０１）に弾性的に接続されていることを特徴とする連続可変トランスミッション。
連続的可変トランスミッションにおいて、
第１回転シャフト（４０１）がスプリング（４０１ａ）を介して第１歯車（４０３）に弾性的に接続され、第２回転シャフト（４０２）がスプリング（４０２ａ）を介して第２歯車（４０３）に弾性的に接続され、前記歯車（４０３）は、少なくとも２つの異なる同心状の半径を有するとともに、歯車（４０４）が同時に両方の歯車（４０３）上の２つの異なる同心状の半径の間で直接にすべることを可能にする非同心状の半径を有することを特徴とする連続的可変トランスミッション。