JP2006527829A - 無段変速機 - Google Patents
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Abstract
Description
必要な最小二次型締め力Ksは、二次トルクTsと二次走行半径Rsとから該当する方法で計算される。しかし、トルクと走行半径Tp/RpおよびTs/Rsとの比率は、それぞれ、可能な損失を無視すると、2つのプーリについて等しくなるのが避けられないため、必要な最小二次型締め力は前記必要な最小一次型締め力に等しい。
したがって、変速機の平衡状態では、一次および二次型締め力のうち小さい方は、トルク伝達に必要な最小レベルに少なくとも等しくなければならないが、大きい方の型締め力は、平衡型締め力比、すなわち、KpKs比から求められる。したがって、KpKs比が1からずれると、少なくとも一方の型締め力は平衡状態を実現するために、前記最小の必要レベルより高いレベルを採用する。
型締め力は、油圧式ピストン/シリンダ・アセンブリまたは電気駆動式ねじ付き軸などのプーリの軸方向の可動円盤に通常作用する適切な、一般的に周知である作動手段の助けによって行われることに留意されたい。各プーリの型締め力は、それぞれのプーリ円盤間に締め付けられた駆動ベルトの一部の長さにわたって駆動ベルトに作用する。本発明の定義によれば、前記長さは、プーリごとに駆動ベルトのそれぞれの締め付けられた部分が囲む角度として定量化され、一次および二次ベルト角と呼ばれる。この場合、一次ベルト角と二次ベルト角との総計は、当然、2πに等しい。すなわち、各プーリの駆動ベルトが描く円弧を合わせると常に完全な円を形成する。
実際、上記周知の変速機は、特に、旅客輸送のための自動車のエンジンと駆動輪との間の確実で有効な自動変速機であることが分かっている。この種の用途では、駆動機構全体の効率、特に変速機の効率は、自動車の決定的とはいわずとも必須の特性であると一般に考えられる。
したがって、本発明の目的は、効率を大幅に向上させることができる変速機の代替の設計を提供することである。
本発明によれば、この種の改良は、請求項1に記載の変速機内で実現される。本発明の変速機は、接触角、特に、一次プーリ上の接触角の正接と二次プーリ上の接触角の正接との少なくとも数字が最も小さい速度伝達比、すなわち、オーバードライブおよび/または少なくとも数字が最も大きい速度伝達比、すなわち、ローにおける比が、一次プーリおよび二次プーリ上のベルト角の比の逆数に対応する相互の関係にあることを特徴とする。
本発明の変速機では、変速機の効率および頑丈さが、上記周知の変速機と比べて大幅に向上していることを出願人は発見した。本発明によれば、請求対象の変速機はそのいくつかの機能要素に関して最適の設計を提示することもできる。この顕著な発見のための仮説である1つの可能な説明は、接触角とベルト角との上記関係が平衡型締め力比の好ましい変化に貢献し、より詳細には、少なくともほぼ1に等しい数値を有する平衡型締め力比に貢献することである。
本発明の型締め力のこの特定の平衡比、すなわち、KpKs比は、変速機の効率および頑丈さに肯定的な効果をもたらす。これは、特定の速度伝達比の型締め力の最大レベルが低減すると、それだけこれら2つの要素が向上するためである。例えば、型締め力レベルの低下と共に、駆動ベルトとプーリ間の摩擦損失が減少するのは、これらの構成要素の磨耗が減少するのと同様である。また、例えば、油圧的または電気的に型締め力を生成するのに必要な電力は、一般に、生成する力のレベルと共に減少する。したがって、変速機の効率は、型締め力の最大レベルに対して逆の関係になる。1に等しいKpKs比は、型締め力間の最適な比を表し、2つのプーリの型締め力のレベルは、もっぱら供給されるトルクによって決定され、そのため型締め力の最大レベルは最小限にされる。
この場合、一方では、オーバードライブのKpKs比の値は、変速機の最も重要な用途では、変速機は、大半の時間とは言わないまでも比較的長い時間にわたってオーバードライブであるかそれに近いのが一般的であるという事実のために、この用途を表す自動車の燃料消費の決定的な要因である。他方、ローのKpKs比の値は、また、変速機の効率に関して重要である。これは、この速度伝達比では、一次走行半径が最小で、したがって、自動車に変速機を用いた場合と同様に、少なくとも、他のすべての速度伝達比で供給される最大トルクが等しいか小さい場合には、式(1)に従って必要な一次型締め力は最大であるという理由に基づく。
さらに、本発明によれば、より一般的に言えば、この比の数値に関わらず、多少一定のKpKs比の値が有利である。これは、変速機が、一次および/または二次型締め力の変化にどの速度伝達比でもほぼ同じ方法で反応するからである。例えば、一定の数値を有する平衡型締め力比では、速度伝達比が変化する方向および速度などの非平衡状態での変速機の動的な性能が、加えられる上記変化の関数として、有利には多少一定であり、または少なくともこの速度伝達比に伴って小さい程度に変化する。このことは、変速機の制御を比較的簡単な方法で調整でき、変速機の動的な性能が瞬間的な速度伝達比からほぼ独立しているという利点を有する。これらの要素は、型締め力を加えるための変速機制御の簡単さと頑丈さにとって利益となる。
本発明は、前記平衡型締め力比が有利に実現される変速機のいくつかの例示としての実施形態を提供する。これらの例について、添付の例示としての図面を参照しながら以下に説明する。
図1は、従来技術の2つのプーリと1つの駆動ベルトを備える無段変速機の略断面図である。
図2は、図1に示す変速機の略側面図である。
図3は、本発明の無段変速機の駆動ベルトとして好ましくは用いられるプッシュ・ベルトの断面図である。
図4は、図3に示すプッシュ・ベルトの横断要素の側面図である。
図5は、本発明の無段変速機の図3に示すプッシュ・ベルトと併用可能なプーリ円盤の詳細、特にその接触面を示す図である。
図6は、速度伝達比の結果としての一次プーリと二次プーリの型締め力の差を示す図である。
図7は、湾曲した駆動ベルトの小さい部分を用いてその内部の引張力と内向きの径方向に働く力成分との関係を示す図である。
図8は、両方のプーリについて11度の一定の接触角を有する上記周知の変速機の速度伝達比と対比して理論的に近似された平衡型締め力比を示す図である。
図9は、いわゆる、一次および二次プーリの接触角輪郭を速度伝達比と対比させて描いた図であり、理論的に近似された平衡型締め力比はこの速度伝達比に関わらず1に等しい。
図10は、駆動ベルトとプーリとの接線方向の断面図において、作用する軸方向の型締め力の影響による両者の接触の力の作用を示す図である。
変速機1の速度伝達比Rs/Rpは、駆動ベルト10の二次走行半径Rsと一次走行半径Rpとの比、すなわち、それぞれのプーリ2および3のプーリ円盤21、22、31、および32間の有効半径方向位置によって決定される。本発明に従って定義される変速機1の前記走行半径RpおよびRs、したがって、速度伝達比Rs/Rpは、それぞれのプーリ軸20、30にわたって逆の軸方向に移動可能な円盤22、32によって変位可能である。図1には、小さい速度伝達比Rs/Rp、すなわち、比較的大きい一次走行半径Rpと比較的小さい二次走行半径Rsとを有する変速機1が示されている。
速度伝達比Rs/Rp、一次走行半径Rp、二次走行半径Rsは、互いに明らかに定義され、幾何学的に決定された関係にあり、この関係は、とりわけ、駆動ベルト10の長さと、それぞれのプーリ2、3の回転軸間距離と、最大および最小走行半径RpおよびRsによって決定され、そのため、これらの変数は適宜他の変数から計算できることに留意されたい。
このプッシュ・ベルト10を、図3および4に詳細に示す。図3は、プッシュ・ベルト10の断面図であり、図4は、その横断要素11の側面図である。この断面図は、いずれの側にも凹部があり、その各々に一組のリング12がある横断要素11の正面図を示す。一組のリング12と横断要素11とは互いを径方向または高さ方向に保持するが、横断要素11は、その円周方向にリング12の複数の組に沿って動くことができる。さらに、横断要素11は、プッシュ・ベルト10の円周方向に突起部13とも呼ばれる突出部と、要素11の反対の主要な側に配置された凹部14を有し、突起部13と凹部14はプッシュ・ベルト10内の一連の横断要素11を互いに安定させる働きをする。
プーリ2、3の湾曲した接触面40と最適に相互動作することができるようにするために、図3に示すプッシュ・ベルト10の断面図から分かるように、横断要素11の走行面16は湾曲部を備える。この場合、プーリ2、3の接触面40によって画定される接触角輪郭λp(Rs/Rp)およびλs(Rs/Rp)に少なくとも対応する接触角λの範囲は走行面16の輪郭内に画定される。
図8は、速度伝達比Rs/Rpに関連するKpKs比の、接触角λpおよびλsが一定の等しい値(この例では、11度)を有する式(4)、(5)および(6)の反復的または数値的に決定できる解を示す。
図9は、式(7)の1つの可能な解を示す。図9には、一次プーリ2と二次プーリ3のそれぞれの接触角λp、λsが、いわゆる接触角輪郭λp(Rs/Rp)、λs(Rs/Rp)の形で速度伝達比Rs/Rpと対比して描かれている。したがって、理論的に近似されたKpKs比は、このケースでは、すべての可能な速度伝達比Rs/Rpで1に等しい。図9に示す図は、等しい最小の可能な半径寸法を有するプーリ2および3と組み合わせた最小一次走行半径RpMINが約30mmで最大一次走行半径RpMAXが約75mmの通常の変速機1に適用される。
さらに別の適した境界条件は、プーリの円盤21、22、31および32が同じ形状であり、特に生産および組み立て技術を考慮する際に有利であるということである。
11 横断要素 12 リング 16 走行面 20 プーリ軸
21 プーリ円盤 22 プーリ円盤 24 圧力室 30 プーリ軸
31 プーリ円盤 32 プーリ円盤 34 圧力室 40 接触面
Claims (9)
- 特に自動車において可変速度伝達比を有するいくつかの力(Tp)を伝達するための無段変速機(1)であって、一次プーリ(2)と二次プーリ(3)とを備え、前記プーリの周囲に、各プーリ(2;3)の2つの円錐形のプーリ円盤(21,22;31,32)のうちの1つのほぼ軸方向に向いた接触面(40)と接触するほぼ軸方向に向いた走行面(16)をいずれの側にも備え、いわゆる一次ベルト角(αp)上部で、一次プーリ(2)のプーリ円盤(21,22)間に軸方向に向いた一次型締め力(Kp)で締め付けられ、いわゆる二次ベルト角(αs)上部で、前記二次プーリ(3)の前記プーリ円盤(31,32)間に軸方向に向いた二次型締め力(Ks)で締め付けられた駆動ベルトが配置され、前記一次プーリ(2)の前記プーリ円盤(21,22)間の駆動ベルト(10)の有効半径方向位置(Rp)と前記二次プーリ(3)の前記プーリ円盤(31,32)間の有効半径方向位置(Rs)が逆方向に変化でき、その結果、前記変速機(1)の速度伝達比(Rs/Rp)がローと呼ばれる最大値とオーバードライブと呼ばれる最小値との間で変化でき、前記駆動ベルト(10)の少なくとも1つの走行面(16)が、前記一次プーリ(2)の接触面(40)および前記二次プーリ(3)の接触面(40)と径方向に関してそれぞれ一次接触角(λp)と二次接触角(λs)をなして接触し、少なくともオーバードライブまたはローで、前記接触角(λp,λs)および前記ベルト角(αp,αs)が下式を少なくともほぼ満足することを特徴とする無段変速機(1)。
- 特に自動車において可変速度伝達比を有するいくつかの力(Tp)を伝達するための無段変速機(1)であって、一次プーリ(2)と二次プーリ(3)とを備え、前記プーリの周囲に、各プーリ(2;3)の2つの円錐形のプーリ円盤(21,22;31,32)のうちの1つのほぼ軸方向に向いた接触面(40)と接触するほぼ軸方向に向いた走行面(16)をいずれの側にも備え、いわゆる一次ベルト角(αp)上部で、前記一次プーリ(2)の前記プーリ円盤(21,22)間に軸方向に向いた一次型締め力(Kp)で締め付けられ、いわゆる二次ベルト角(αs)上部で、前記二次プーリ(3)の前記プーリ円盤(31,32)間に軸方向に向いた二次型締め力(Ks)で締め付けられた駆動ベルトが配置され、前記一次プーリ(2)の前記プーリ円盤(21,22)間の駆動ベルト(10)の有効半径方向位置(Rp)と前記二次プーリ(3)の前記プーリ円盤(31,32)間の有効半径方向位置(Rs)が逆方向に変化でき、その結果、前記変速機(1)の速度伝達比(Rs/Rp)がローと呼ばれる最大値とオーバードライブと呼ばれる最小値との間で変化でき、前記駆動ベルト(10)の少なくとも1つの走行面(16)が前記一次プーリ(2)の接触面(40)および前記二次プーリ(3)の接触面(40)と径方向に関して、それぞれ一次接触角(λp)と二次接触角(λs)をなして接触し、少なくともオーバードライブまたはローで、前記接触角(λp,λs)が異なる値を有し、この場合に、前記それぞれの速度伝達比(Rs/Rp)に必要な前記一次型締め力(Kp)および二次型締め力(Ks)が少なくともほぼ等しいことを特徴とする無段変速機(1)。
- オーバードライブまたはローで、前記接触角(λp,λs)の正接の比が1.4〜1.5または1.4−1〜1.5−1の範囲内にあることを特徴とする請求項1または2に記載の変速機(1)。
- すべての速度伝達比(Rs/Rp)で、前記一次型締め力(Kp)と前記二次型締め力(Ks)とが少なくともほぼ等しいことを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の変速機(1)。
- 前記接触角(λp,λs)の最小値の正接が、前記駆動ベルト(10)と前記それぞれのプーリ(2,3)の前記プーリ円盤(21,22;31,32)との間の径方向の摩擦係数に等しいかまたはそれより大きく、好ましくはこれらの正接の少なくとも1つが前記摩擦係数にほぼ等しいことを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の変速機(1)。
- 前記接触角(λp,λs)が7〜11度の範囲の値を有することを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の変速機(1)。
- 前記型締め力(Kp,Ks)の少なくとも1つについて、実際に前記変速機(1)で掛かる型締め力のレベルが、供給される偶力を伝達するのに必要な最小型締め力のレベルの少なくともほぼ1.3倍に等しいことを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の変速機(1)。
- 前記駆動ベルト(10)が、いわゆるプッシュ・ベルト(10)であり、プッシュ・ベルト(10)が、ほぼ連続する一連の横断要素(11)と少なくとも1つの連続するリング(12)とを含み、前記横断要素(11)が、前記リング(12)の円周方向に移動できるようにリング(12)上に配置されていることを特徴とする前記請求項のいずれか1項に記載の変速機(1)。
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