JP2006513376A - 連続可変トランスミッション - Google Patents

Abstract

【課題】連続可変トランスミッションの提供。
【解決手段】２つの連続可変トランスミッション部はピックオフギアを介して、共有の被駆動装置に連結され、高トルクであっても効率よく動作する全体的な連続可変トランスミッションを提供する。

Description

本発明はギア装置に平行に配置された２つの連続可変トランスミッション部分を含む連続可変トランスミッションに関する。

このようなトランスミッションは、たとえば米国特許第１７０９３４６号に公知であり、中央ベベルギアはこれらの装置で駆動されている。中央ベベルギアは各摩擦リングを介して相互作用する。摩擦リングは一つまたは複数の、反対方向に向けられて、入力ベベルギアと軸方向に平行に傾斜した出力ベベルギアを有し、その外部表面は、入力ベベルギアから一定の空間が設けられている。摩擦リングは空隙の一つずつに沿って共有のフレームを介して移動することが可能であり、このために伝達比は入力ベベルギアと出力ベベルギアとの間で連続的に変動することができる。被駆動ベベルギアの被駆動部材のそれぞれは、遊星歯車に連結され、このために入力部ベベルギアにより印加されたトルクは被駆動ベベルギアのそれぞれに分配され、かつ再び遊星歯車を介して印加される。遊星歯車および被駆動ベベルギアの一定のｒｐｍは遊星歯車を連結することで実施される。この配置は、このようなタイプの摩擦式ベベルリングギアおよび他の連続可変トランスミッション（ＧＶＴ）で生じる問題を解決するものであるが、この問題というのは、高いトルクにおいて連続可変性はスリップを生じるというものである。また、このスリップは高いプレスオン力によってのみその発生を防止できるが、この結果、効率が低下するという問題も同時に孕んでいる。しかしながら主に問題となるのは、製造時に発生するごく小さな誤差あるいは不正確さが表出しないような摩擦の損失を招くことである。
米国特許第１７０９３４６号

したがって本発明の目的は、動作上の安全性を提供しながら、高いトルクの損失を低く抑えて伝達することができる連続可変トランスミッションを提供することである。

本発明により提案される解決方法は、ギア装置に平行に配置された少なくとも２つの連続可変トランスミッション部を有し、係るトランスミッションは、それぞれピックオフギアを介して入力部材および出力部材に連結されている２つの連続可変トランスミッション部を有していることを特徴とする。

最も重要なギアとも称されている、ピックオフギアを使用することにより提供される利点は、同じｒｐｍまたは正確に決定されたｒｐｍは、先端技術に見られるように、トランスミッション部のギア部材の１つに実施（ｅｎｆｏｒｃｅ）されないということである。かわりに、２つのトランスミッション部はピックオフギアの結果として生じるｒｐｍに、トランスミッションのｒｐｍ依存共有部を設ける。こうすることで、本発明の配置により、２つのトランスミッション部を別途に動作させると共に制御することが可能となる。したがって、連続可変トランスミッションを２つの連続可変トランスミッション部に分解することにより生じる利点を活用する。これには、例えば摩擦損失、または、例えば実施されたｒｐｍから生じる制御費用の増加などとトレードオフすることなく、２つのトランスミッション部間のトルクを分配することなどがあげられる。

実際に非対称形であり、かつその結果として２つのトランスミッション部がこれに応じてピックオフギアを介して自由に連結していることにより、設計およびトランスミッションの使用の点で、思いもよらない利点をもたらしている。より具体的には、効率性および制御への要求に関するものであるが、これは遊星歯車部の遊星歯車を連結することにより成される対称性を連結部が示した場合には不可能となる。

一般的に本発明のピックオフギアは、例えば遊星歯車を含むが、この遊星歯車内では、３つのギア・コンポーネント（遊星歯車、太陽ホイール、外部クラウン歯車）のうちの２つが２つのトランスミッション部に連結されて、かつ第３のギア部材は被駆動または駆動ギアとして用いられる。ここで遊星歯車は１つのギア部材として共に用いられるか、あるいは２つのトランスミッション部が差動歯車装置の差動歯車装置部材の１つに連結される差動歯車装置として用いられる。

２つの連続可変トランスミッション部は、ピックオフギアとは反対の側に共有のギア部材を含んでもよい。この共有のギア部材は、共有の入力シャフトまたは共有の出力シャフトであってもよい。より具体的には、双方のトランスミッション部により結合して用いられる２つの連続可変ギアのダイレクトなギア部材であってもよい。たとえば摩擦式ベベルリングギアの場合には、ベベルギアの１つが共有のギア部材として用いられることは適切である。この設計のおかげで、このタイプのトランスミッションは極めて小型であるとともに低コストで製造できるものとなる。これは対応するトランスミッションの構成要素の総数が、構成要素を２重に使用することにより、最小限に抑えられるからである。

本願明細書で用いられている用語「ピックオフギアとは反対の側」が意味するものは、ギア装置内における方向であり、これはトランスミッションを流れる力の流れにより画定されるものであり、ならびにその形状または空間的な状態に必ずしも一致する必要はない。

非常に多くの連続可変トランスミッションは、主トランスミッション面を有し、ここに最も重要な構造的な構成要素が配置される。この構成要素には、入力シャフトおよび出力シャフト、入力ベベルギアおよび出力ベベルギア、あるいは回転対称性を示す同様の部分が含まれ、こうしてこれらがトランスミッション面を画定する。本発明のトランスミッションは特に、コンパクトな構成であるが、これは２つのトランスミッション部の２つの主トランスミッション面が互いに平行であり、２つのトランスミッション部が同様である場合に、特に平坦な連結が達成可能となる。このような態様で設計された本発明のトランスミッションは極めて平坦で、かつ更に極めて高いトルクに従うことが可能である。とりわけ、このようなトランスミッションは、特にディーゼルエンジンを搭載した小型トラックに適している。なぜなら、特に荷台下に適切に取り付けることができる全体的な大きさを有するように、かつ現在のディーゼルエンジンの高いトルクに容易に適合できるように設計されているからである。

さらに他の可変トランスミッション部、より具体的には、クラッチまたはバックギアなどは、少なくとも１つの連続可変トランスミッション部とピックオフギアとの間に設けられてもよい。このような配置により、極めて広い駆動作用（ｄｒｉｖｅ ｂａｈａｖｉｏｕｒ）を有するトランスミッションを実現することができる。より具体的には、連続的な前進および後進駆動を提供することができる。さらにより具体的には、このようなトランスミッションをトランスミッション自体に、駆動ギアの動作中にトルクが印加されなくとも被駆動ギアが停止するような態様でフィードバックすることも可能である。

本発明は従来技術のトランスミッションに対して、トランスミッション全体の効率を大幅に上げることができるが、連続可変トランスミッションは、それでもなお、かなり高い損失を示す。この損失はより具体的には、例えば、始動後または田舎道または高速道路などの比較的一定の動作状態下で起こる。このような損失を避けるためには、より具体的には、連続可変トランスミッションが必ずしも必要ではないが、有利である動作状態で、連続可変トランスミッションの少なくとも１つの部分がバイパスされていてもよい。このような動作状態下では、大幅に高い損失を有する連続可変トランスミッション部がこのようにバイパスされるため、動作状態下で効率を上げることができる。

さらなる利点、目的および本発明の特性は以下の添付図面に示されたことより明らかになるであろう。

図１に示された連続可変トランスミッションは、１つの入力ベベルギア１と、互いに入力ベベルギア１に連結される２つの出力ベベルギア２、３とを含み、連結は出力ベベルギア２、３のうちのいずれか１つのそれぞれの周りを回転する摩擦リング４、５を介してなされる。摩擦リング４、５をベベルギア１、２、３との間に残された間隙に沿って移動させることによって、トランスミッション部６および７はベベルギア１および２と、１および３それぞれを介して連続的に変動できる。

出力側には、２つのトランスミッション部６、７または、より正確には２つの出力部ベベルギア２、３がピックオフギア８を介して出力部シャフト９に連結されている。図１に示される例示的な実施形態においては、ピックオフギア８は外部クラウン歯車１１、遊星歯車１２、太陽ホイール１３を備えた遊星歯車部を含む。外部クラウン歯車１１は他のクラウン歯車１４にしっかりと連結されるが、このクラウン歯車は次いでベベルギア３の被駆動シャフト１６上に配置されたピニオン１５と噛合する。同様に、太陽ホイール１３はホイール１７にしっかりと連結されて、ホイール１７とともに回転し、次いで、ベベルギア２の被駆動シャフト１９上に配置されたピニオン１８と噛合する。遊星歯車１２はさらに被駆動シャフト９に連結されたフレーム２０に保持されて、被駆動シャフト９および遊星歯車１２Ａと共に回転する。ピックオフギア８は従って、ピニオン１５、１８のｒｐｍおよび駆動ベベルギア２、３のｒｐｍが加えられて、シャフト９の伝達比および摩擦リング４、５の位置に応じて、提供される。伝達比は、摩擦リング４，５が同じ位置に存在するつまり２つの被駆動ベベルギア２，３が同じｒｐｍを有する場合、遊星歯車１２がフレーム20内で自体の回転を停止し、かつ外部クラウン歯車１１および太陽ホイール１３と共に回転するように選択することが好ましい。このようにして特に連続動作中に起こる損失を最小限に抑えることができる。連結器２１により、被駆動シャフト９は駆動ベベルギア１に、ダイレクトに、または具体的な実施形態に従って、ステップアップギアを介して連結されてもよい。これによりさらに損失を最小限に抑えることができ、２つのトランスミッション部６、７は、より具体的には高い、または比較的一定の速度でバイパスされてもよい。こういった速度では通常、連続可変トランスミッションの利点をいずれにしろ利用することができないばかりか、このようなタイプの連続可変トランスミッションは不必要な損失をもたらすことになる。

明らかなように、ピックオフギア８は２つのベベルギア２、３のｒｐｍを加えるが、残りはこのベベルギア２、３に印加されるトルクのトルクバランスとして作用する。

図２に示される例示的な実施形態は、図１に示される例示的な実施形態と実質的に対応しており、このため、同様の参照番号および同様の機能を有すると認識される動作構造的な構成要素を繰り返し説明することはない。図１の例示的な実施形態と比較して、図２の例示的な実施形態はさらに、片側に固定クラッチ２２を有しており、このクラッチにより、遊星歯車１２の回転フレーム２０は外部クラウン歯車１１に取り付けられる。また他の側には連結器２３を有しており、この連結器によりフレーム２０と被駆動シャフト９とは固定連結ハウジングに固定されてもよい。ハウジングの詳細については本願明細書には図示していない。第１のクラッチ２２は所与の動作状態下で、遊星歯車１２の自体の軸上での回転を停止させるように機能する。これにより遊星歯車１２を介した損失が避けられ、かつフレーム２０およびシャフト９は、外部クラウン歯車１１および太陽ホイール１３と互いに回転する。第２の連結器２３は、遊星歯車１２を固定するが、自体の軸の周りを回転することが可能であるように作用する。この配置は、より具体的には、トランスミッションと協働するように設けられるが、外部クラウン歯車および太陽ホイール１３は反対方向に回転することが可能であるかまたは、実際に反対方向に回転するような態様で設計される。このことはたとえば、さらに介在したギアを介してまたは、トランスミッション部６、７のうちの少なくとも１つと、ピックオフギア８との間のギア装置内の別途のバックギアを介して実現されてもよい。このような構造であるため、ピックオフギア８は２つのトランスミッション部６、７を介して動作されてもよい。これにより駆動ベベルギア１が回転していてもシャフト９上ではｒｐｍが０になることがある。このような状態において、連結器２３はトランスミッションを固定するために用いられてもよい。このような配置であるため、被駆動シャフト９の始動は、単に摩擦リング４、５の移動、またはトランスミッション部６、７を移動することにより容易になされることが可能となる。

図３に示される配置は、また、トランスミッション部６、７が、２つの配置と同様である限り、図１に示される配置と実質的に対応する。図１に示される配置を比較すると、図３での配置のピックオフギア８は、しかしながら、異なる設計である。このため、合致する構成要素の部分およびその機能は、本願明細書では説明を行なわない。

図３に示される連続可変トランスミッションにおいては、被駆動シャフト９は遊星歯車部の外部クラウン歯車２４とダイレクトに連結されて、かつ共に回転する。遊星歯車１２はさらに、遊星歯車１２およびホイール２６と共に回転することができるフレーム２５に保持される。このホイール２６はベベルギア３の被駆動シャフト６上のピニオン１５と噛合する。これとは逆に、太陽ホイール１３はベベルギア２の被駆動シャフト１９上のピニオン１８と噛合するホイール１７に連結される。これらは図１および２で示された例示的な実施形態と同様である。

図３に示されるトランスミッション８もまたピックオフギアと同様に作用し、２つのトランスミッション部６、７のｒｐｍを加減する。

トランスミッション部６、７に関して、図１ないし図３に示された構造に対応して図４に配置が示される。本質的にトランスミッション８のみが異なる設計を有する。ピックオフギア８はここで、ベベルギア２７および２８それぞれを介して駆動される。ベベルギア２７および２８は、ベベルギア３および２のそれぞれの被駆動シャフト１６および１９のうちの１つに配置される。このためにベベルギア２７および２８は、ベベルギア２９および３０のうちの１つと噛合する。次いで、自体の軸上に回転する差動歯車装置の固定ベベルギア３１および３２と連結される。図４のトランスミッションは駆動されて、ギアホイール１０によりそれぞれの回転ベベルギア３３および３４のジャーナル軸受けに連結される。ついで差動歯車装置、のそれぞれのベベルギア３１および３２と噛合する。明らかなように、この構造はピックオフギアに対しても同様に設けられる。

図５に示される例示的な実施形態は、基本構造において図４に示される例示的な実施形態と対応しており、このため、ピックオフギア８はここでも差動歯車装置３５により実質的に形成される。この装置はベルギア３７を介して被駆動ホイール３６とともに被駆動シャフト９を駆動する。さらに、被駆動ホイール３６はベベルギア３８と噛合する。このベベルギアはついで、必要なときには２つのトランスミッション部６、７がバイパスされるように、同期クラッチ３９を介して駆動ベベルギア１に連結可能である。さらにこの構造においては、被駆動ベベルギア２、３の被駆動シャフト１６、１９は同期化されたクラッチ４０および４１を介して、ベベルギア４２、４３および４４、４５にそれぞれ選択的にシフト可能である。次いで差動歯車装置のベベルギアに連結されたベベルギア４６および４７と噛合する。これらはそれぞれ固定軸の周りを回転する。クラッチ４０および４１は、したがってトランスミッション部６、７の効率的な回転方向を容易に変化することができる。このため図３ないし図５に示されるトランスミッションは極めて汎用性のある挙動を含む。

摩擦式ベベルリングギア６、７よりむしろ、他の連続可変トランスミッションは、本発明のようなタイプの連続可変トランスミッションのトランスミッション部として有利に用いられることが理解される。図１ないし図５から明らかなように、トランスミッション部６、７はベベルギア軸４８、４９、５０のうちのそれぞれ１つにより画定されているが、互いに対して平行になるように取り付けられており、図面の面に載置される全てのトランスミッション部の面を含んでいる。このような態様で、これらのトランスミッションは全て極めて平坦であり、特にたとえば荷台下にトランスミッション部を設けられることから、トラックまたは小型トラックでの使用に適している。２つのトランスミッション部を用いれば、本発明のトランスミッションは、現代のディーゼルエンジンにより印加される高トルクであっても高効率で動作するため、係る適合性はますます当てはまる。これは２つのトランスミッション部を用いることで、極めて高いプレスオン力の発生を防止することができるからである。

図１ないし図４に示される仕様および例示的な実施形態において既に示されたように、かつ例えば図５で示された例示的な実施形態を参照して説明されたように、トランスミッション全体の特長は、トランスミッション部６、７がピックオフギア８に作用する回転方向の選択により大きく左右される。この点において、回転方向を変化させるバックギアまたはトランスミッション部は、利点の特定の効果を導入するものである。これに代わるものとして図６の例を用いて説明する。トランスミッション部は２つのベベルギア５１および５２を含み、これらはリング５３を介して相互作用する。ベベルギア５２は、通常のベベルギア領域（Ｄ）の他に、反対方向に回転する領域（Ｒ）を有する。例示的な実施形態においてこれは、遊星歯車５５の周りを回転する円錐形のリング５４により実行される。ついでギアハウジング５６内でしっかりと保持され、かつこの内部面はベベルギア５２のベベルギアシャフト５７上を走行する。このような態様で、円錐形のリング５４は、ベベルギア５２の残りの部分が回転する方向とは逆の方向に回転する。さらに、ベベルギア５２はニュートラル領域（Ｎ）を含み、この領域にはリング５８を備えるため、ベベルギアシャフト５７上に保持されて、自由に回転する。

かかる構造では、摩擦リング５３がまずベベルギア５２の主領域（Ｄ）からニュートラル領域（Ｎ）に移動してもよく、円錐形のリング５８は主ベベルギア５２および摩擦リング５３の回転と合致してもよい。摩擦リング５３がさらに反対方向に走行する領域（Ｒ）の方向に移動されると、もう一方の側の主領域（Ｄ）が残り、このためニュートラル領域（Ｎ）の回転方向は、反対方向に走行するリング５４の方向と合致してもよい。このようにして極めてコンパクトなバックギアが実現される。

図１ないし図６に示されるトランスミッションにおいては、力の流れはまた、反対方向の流れを選択してもよく、これにより出力部材９、１０は入力部材として機能することが可能となり、かつ出力ベベルギアとして入力ベベルギアが機能することも可能となることを理解されたい。

本発明のトランスミッションの概略図を示す。 図１にしたがった本発明のトランスミッションのさらなるシフトの可能性を示す図である。 本発明の第２のクラッチを、図１および図２に示された図と同様な図で示す。 本発明の第３のクラッチを示す。 図４に示されたクラッチのさらなるシフトの可能性を示す図である。 図１ないし４に示された実施形態のより具体的な他のトランスミッション部を示す。

符号の説明

１ 入力ベベルギア
２ 出力ベベルギア
３ 出力ベベルギア
４ 摩擦リング
５ 摩擦リング
６ トランスミッション部
７ トランスミッション部
８ ピックオフギア
９ 被駆動シャフト
１０ ギアホイール
１１ 外部クラウン歯車
１２ 遊星ホイール
１３ 太陽ホイール
１４ クラウン歯車
１５ ピニオン
１６ 被駆動シャフト
１７ ホイール
１８ ピニオン
１９ 被駆動シャフト
２０ フレーム
２１ 連結器
２２ 固定クラッチ
２３ 連結器
２４ 外部クラウン歯車
２５ フレーム
２６ ホイール
２７ ベベルギア
２８ ベベルギア
２９ ベベルギア
３０ ベベルギア
３１ ベベルギア
３２ ベベルギア
３３ 回転ベベルギア
３４ 回転ベベルギア
３５ 差動歯車装置
３６ 被駆動ホイール
３７ ベベルギア
３８ ベベルギア
３９ 同期クラッチ
４０ クラッチ
４１ クラッチ
４２ ベベルギア
４３ ベベルギア
４４ ベベルギア
４５ ベベルギア
４６ ベベルギア
４７ ベベルギア
４８ ベベルギア軸
４９ ベベルギア軸
５０ ベベルギア軸
５１ ベベルギア
５２ ベベルギア
５３ 摩擦リング
５４ 円錐形リング
５５ 遊星歯車
５６ ギアハウジング
５７ ベベルギアシャフト
５８ 円錐形リング
Ｄ ベベルギア領域（主領域）
Ｎ ニュートラル領域
Ｒ 反対方向に回転する領域

Claims (8)

1. 連続可変トランスミッションであって、ギア装置に平行に配置された少なくとも２つの連続可変トランスミッション部（６、７）を含み、前記２つの連続可変トランスミッション部（６、７）は、ピックオフギア（８）を介して、入力部材および出力部材（９、１０）にそれぞれ連結されることを特徴とする連続可変トランスミッション。
2. トランスミッションであって、２つの連続可変トランスミッション部（６、７）はピックオフギア（８）とは反対の側に共有のギア部材（１）を含むことを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション。
3. トランスミッションであって、２つの連続可変トランスミッション部（６、７）はそれぞれ、入力シャフト軸（４９）と、出力シャフト軸（４８、５０）とを含み、これらはトランスミッション部の面上に実質的に平行に配置され、トランスミッション部の面は互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のトランスミッション。
4. トランスミッションであって、前記トランスミッション部の２つの面は同一であることを特徴とする請求項３に記載のトランスミッション。
5. トランスミッションであって、２つのトランスミッション部は共有の入力シャフト（１、４９）または共有の出力シャフト（９）を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のトランスミッション。
6. トランスミッションであって、連続可変トランスミッション部（６、７）の少なくとも１つと、ピックオフギア（８）との間には、さらなる可変トランスミッション部（２１、３９、４０、４１）、より具体的には、クラッチまたはバックギアなど、が設けられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のトランスミッション。
7. トランスミッションであって、連続可変トランスミッション部（６、７）の少なくとも１つはバイパス（２１、３９）可能であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のトランスミッション。
8. トランスミッションであって、ピックオフギア（８）は少なくとも１つの固定可能なギア部材（１２、２０）を含むことを特徴とする請求項６ないし７のいずれか１つに記載のトランスミッション。
   
   
   
   

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