JP2007071389A

JP2007071389A - 可変駆動装置及びシステム

Info

Publication number: JP2007071389A
Application number: JP2006237893A
Authority: JP
Inventors: Dmitry A Shamis; アリーシャーミスドミトリィ; Christopher W Creager; ウェインクリーガークリストファー
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-03-22
Also published as: EP1760369A2; EP1760369A3; KR20070026097A; CA2558293A1; US20070054766A1; AU2006203709A1; MXPA06010050A

Abstract

【課題】径方向に拡縮自在な複数の扇形部材を備えた可変駆動装置及びこの可変駆動装置を利用した可変駆動システムを提供すること。
【解決手段】本発明の可変駆動装置は、軸線の周囲に配置したハブと、軸線に対して径方向に移動自在の複数の扇形部材と、を含んでいる。特に、軸線に対する各扇形部材の径方向の位置を調整することにより、可変駆動装置の駆動比を変えることができる。また、本発明の可変駆動装置を利用して可変駆動システムを構成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変駆動装置に関するものであり、特に、径方向に拡縮自在な複数の扇形部材を備えた可変駆動装置に関するものである。

本発明の課題は、径方向に拡縮自在な複数の扇形部材を備えた可変駆動装置及びこの可変駆動装置を利用した可変駆動システムを提供することにある。

本発明の可変駆動装置は、軸線の周囲に配置されたハブと、軸線に対して径方向に移動自在な複数の扇形部材と、扇形部材をハブに連結する一つまたはそれ以上の径方向のコントロールアームと、を備えており、各扇形部材を径方向に移動させることによって可変駆動装置の外径を変化させることを特徴とする。
また、本発明の可変駆動装置は、軸線の周囲に配置されたハブと、軸線に対して径方向に移動自在であり、径方向への移動に伴なって装置の外径を変化させる複数の扇形部材と、扇形部材をハブに連結する複数の径方向のコントロールアームと、リンク部材通路を有する一対の端板と、各扇形部材を少なくとも一つのリンク部材通路に連結するリンク部材と、を備えており、リンク部材通路により、関連するリンク部材が軸線に対して径方向に移動することが許容されることを特徴とする。

そして、本発明の可変駆動システムは、軸線の周囲に配置されたハブと、軸線に対して径方向に移動自在な複数の扇形部材と、扇形部材をハブに連結する一つまたはそれ以上の径方向のコントロールアームと、を備え、各扇形部材の径方向への移動に伴なって装置の外径を変化させる所定外径の可変駆動装置と、該可変駆動装置の外表面にその内側部分を係合させる駆動ベルトと、を含むことを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態に係る可変駆動装置及び可変駆動システムを、添付した図面を参照することにより説明する。
図１〜図５には、本発明の実施の形態に係る可変駆動装置が示されている。この可変駆動装置１０はいくつかの適用例に関連させて使用することができる。例えば、限定するものではないが、車両用スーパーチャージャーに関連させて使用することができる。

以下に詳述するように、可変駆動装置１０は複数の扇形部材１８を含んでいる。この実施の形態の例では、各扇形部材１８は従動プーリとして機能するように集合させることができる。例えば、主として図６に示すように、複数の扇形部材１８は、駆動機構１００とベルトＢに連結されて従動プーリとして機能することができる。好適な形態では、駆動機構１００は、装置を駆動することができるし、または、装置によって駆動されることもできる。ここで使用する「ベルト」という用語は、ある回転機構から他の回転機構に回転力を伝達する手段、すなわち、移動させる手段として、ベルト、バンド、ストリング、ロープ、チェーン、または、他の公知の手段を含むものとして使用されている。

実際に、装置１０の直径と外周は、軸線、例えば、中心軸線Ａに対して扇形部材１８の径方向の位置を変えることによって変更することができる。軸線Ａに対する扇形部材１８の径方向の位置は、扇形部材１８上に作用する遠心力（装置の回転に伴なうものである）を変化させるか、または、調整することによって、変更及び／またはコントロールすることができる。

主に図４に示すように、複数の扇形部材１８の径方向の位置によって、外径Ｄ_O（例えば、扇形部材の最も外側の径方向の範囲で測定）または有効径Ｄ_E（例えば、ベルトが配置されるか、または、取付けられる位置で測定）は、変更及び／またはコントロールすることができる。さらに、装置の直径が拡大（または縮小）されると、これに対応して、外径Ｄ_Oまたは有効径Ｄ_Eに関連する外周も拡大（または縮小）される。このように、装置の直径と外周を変更及び／またはコントロールすること、または、可変調整することにより、適用に関連する駆動比を変更またはコントロールすることができる。例えば、本発明の実施の形態では、車両のスーパーチャージャーに関連する駆動比を変更する装置として利用することができる。

図１に示す本発明の実施の形態を参照すると、装置１０は複数の扇形部材１８とハブを含んでいる。本発明は、図示した全ての構成部材、同数の構成部材、さらには、同様に組立てた構造部材または同様の形状の構造部材を包含する必要がないことに注意されたい。

図１に示す装置１０の形態は、複数の扇形部材１８、ハブ（この実施の形態では、ハブスプリングサポート１１及びハブプレート１２から構成されている）及び複数の径方向のコントロールアーム１４を含んでいる。また、この実施の形態に係る装置は、一つまたはそれ以上の弾性部材（図示した実施の形態では、ハブスプリングサポート１１に収容されて連結されるスプリング１６から構成されている）、端板２０、及び、複数の関連するリンク部材を含んでいる。特に、例えば、弾性部材は、スプリング以外の従来の機構から構成して、アーム１４を所定の形態に付勢することができる。さらに、図示した実施の形態では、関連するリンク部材は、複数の第１リンク部材２２、複数の第２リンク部材２４、及び、複数の第３リンク部材２６を含んでいる。リンク部材は、ピン、ピン状構造体、または、他の構造体や凸状体（突起）から構成することができる。特に、リンク部材は、特定の構成部材の特定の移動を阻止するような働きをする。例えば、リンク部材は、特定の部材が実質的に所定の方向（例えば、径方向）のみに移動することを保証するように利用することができる。

ハブは、軸線Ａの周囲に配置される一つまたはそれ以上の独立した構成部材を含んでおり、各扇形部材１８及び他の装置（図示省略）を直接的にまたは間接的に連結することができる。本発明の実施の形態では、装置の全ての扇形部材は、ハブに連結またはリンク結合されており、径方向のみの移動が許容されている。好適な適用例では、ハブは、装置１０に回転力を伝達したり、または、装置１０から回転力を受け入れるような形態に構成することができる。

限定するものではない例示形態を示す図１を再度参照すると、径方向の各コントロールアーム１４は、第１リンク部材通路２８と第２リンク部材通路３０を有している。同様に、各扇形部材１８は、第１リンク部材通路３２と第２リンク部材通路３４を有しており、また、各端板２０は、複数の第１リンク部材通路３６と複数の第２リンク部材通路３８を有している。主に図２に示すように組立てた形態では、装置は軸線Ａの周囲に配置され、すなわち、固められている。

図３に例示する形態を参照すると、第１リンク部材２２は、コントロールアーム１４の第１リンク部材通路２８、ハブスプリングサポート１１及びハブプレート１２に対応させて形成された各通路を貫通して延在している。作動中、第１リンク部材２２は、コントロールアーム１４を、ハブ、すなわち、図示したハブスプリングサポート１１及びハブプレート１２に軸支する。第１リンク部材２２は、固定枢着軸Ｐを形成する複数の通路を占有する。固定枢着軸Ｐは軸線Ａと実質的に平行である。

図２及び図３を参照すると、各第２リンク部材２４は、扇形部材１８の第１リンク部材通路３２と端板２０の第１リンク部材通路３６を貫通して延在している。作動中、複数の第２リンク部材２４は、扇形部材１８を、関連する端板２０に対して、（径方向に）スライド自在に連結する。その結果、第２リンク部材２４は、複数の変位自在の軸（可変軸）Ｓ（図２参照）として使用され、この可変軸Ｓにより、第２リンク部材２４の径方向の位置が調整される。図示したように、可変軸Ｓは軸線Ａと実質的に平行に延在している。各可変軸Ｓの径方向の移動は、端板２０の第１リンク部材通路３６の長さＬの範囲に制限されている。図示したように、第１及び第２リンク部材通路３６，３８は両方とも、実質的に長円形状に形成されており、各扇形部材１８の径方向の移動の範囲を規定する所定の長さＬを有している。

さらに図２及び図３を参照すると、第３リンク部材２６が、コントロールアーム１４に形成された第２リンク部材通路３０を貫通して延在している。また、第３リンク部材２６は、扇形部材１８の第２リンク部材通路３４と端板２０の第２リンク部材通路３８を貫通して延在している。作動中、第３リンク部材２６は、上述した第２リンク部材２４と同様に、扇形部材１８を端板２０に対して（径方向に）スライド自在に連結する。さらにまた、第３リンク部材２６は、コントロールアーム１４を扇形部材１８と端板２０に対して軸支する。その結果、第３リンク部材２６は、軸Ｓ／Ｐ（図２参照）として使用され、コントロールアーム１４及び扇形部材１８を関連する端板２０に対して軸支すると共にスライド自在に連結する。

図６〜図９を参照すると、可変駆動システム８０の実施の形態が示されている。図示した可変駆動システム８０は、可変駆動装置１０、ベルトＢ、及び、例えば、駆動輪または駆動プーリなどの駆動機構１００を有している。駆動機構１００は、例えば、エンジンのクランクシャフト（図示省略）に連結するか、取り付けることができる。駆動機構１００の回転に関連させて、及び／または、制御されて、所定の速度で回転されたときに、装置１０の扇形部材１８の径方向の位置は従動軸Ａに対して変化されるか、調整される。上述したように、扇形部材１８の径方向の移動は、第１及び第２リンク部材通路３６，３８の長さＬによって制限されるか、規制されている。

上述したように、扇形部材１８の径方向の位置は、装置１０に作用する遠心力に応じて変化されるか、調整される。図６に、遠心力Ｆ_centrf.が示されている。遠心力Ｆ_centrf.は、ベルトの径方向内側に作用する力（Ｆ_belt）及びスプリングの力（Ｆ_spr）に対向して径方向外側の方向に作用するように概念的に示されている。扇形部材１８に対して、遠心力Ｆ_centrf.がほとんど作用しないか、或は、作用しない場合には、弾性部材１６は、扇形部材１８を径方向に縮小させた位置（実質的に非拡大位置）に保持するように、十分なスプリングの力（Ｆ_spr）でコントロールアーム１４を付勢している。

次に、可変駆動装置１０を回転させることによって、遠心力Ｆ_centrf.は、扇形部材１８の位置を径方向に所定量だけ拡大させた位置（前述したように、コントロールアーム１４及び端板２０に関連するパラメータの範囲内）に調整するように径方向に作用する。

装置１０に関連する力平衡式は、以下のようになる。
Ｆ_centrf.＋Ｆ_belt−Ｆ_spr＝０ ………（１）
[Ｍ＊Ｖ２＊Ｒ_g]＋[Ｍ_b＊Ｖ２＊Ｒ−Ｆ_BLT]−[Ｐ₀＋Ｃ＊（Ｒ−Ｒ_min）]＝０
ここで、Ｍは複数の扇形部材１８の全質量、Ｖは角速度、Ｒ_gは軸線Ａと扇形部材の重心との間の距離、Ｍ_bはベルトＢの質量、Ｒは軸線Ａと扇形部材１８の外面との間の半径、Ｆ_BLTはベルトの張力、Ｐ₀は最小拡大半径（すなわち、扇形部材１８に遠心力が全く作用していない場合）におけるスプリングのプリロード、Ｃはばね定数、Ｒ_minは扇形部材の外面の最小半径（すなわち、扇形部材１８に遠心力が全く作用していない場合）である。

図７を参照すると、回転していないか、または、低速回転においては、スプリングの力Ｆ_sprとベルトの力Ｆ_beltが、遠心力Ｆ_centrf.（複数の扇形部材１８の重量と可変駆動装置１０の回転速度の二乗に比例する）を上回っている。その結果、このような状態では、扇形部材１８は、ほぼ径方向に縮小された状態（軸線Ａに対して）にあり、相対的に直径（Ｄ_O及び／またはＤ_E）は最小となって、装置１０の外周面（ベルトと関連して使用される）として機能する。このような形態では、全ての要素が同じとなり、可変駆動装置１０は最大駆動比を提供する。

図８及び図９に関連させて示すように、可変駆動装置１０の回転速度が増大すると、それに伴なって遠心力Ｆ_centrf.は、スプリングの力（Ｆ_spr）とベルトの力（Ｆ_belt）よりも大きくなってしまう。その結果、このような状況では、扇形部材１８は、軸線Ａから径方向外側に移動、すなわち、拡大される。装置１０の回転速度が増大するにしたがって、扇形部材１８は、物理的に阻止されるまで（合力に応答して）径方向外側に移動し続ける。例えば、第１及び／または第２リンク部材通路を採用した場合、扇形部材の径方向外側への拡大は、第２及び／または第３リンク部材２４，２６の移動行程の終点が第１及び第２リンク部材通路３６，３８内に制限される。このようにして、図９に示すように、装置１０の直径（Ｄ_O及び／またはＤ_E）は、所定の最大径まで増大される。このように装置の直径が外周面と共に増大すると、それに伴なって駆動比は小さくなる。

図１０を参照すると、他の実施の形態が示されている。このシステムは、装置の外表面の周りに配置される可撓性ベルトＢ_inを備えている。可撓性ベルトＢ_inは、溝または凹部５０（図１〜図５を参照）内に位置決めされるか、配置される。溝または凹部５０は扇形部材１８の対向する側壁の間に配置され、扇形部材１８が径方向に拡大された状態に移動したときに生ずるか、形成される隙間Ｇを有する。図１０に示すように、ベルトＢ_inは溝または凹部５０内に配設され、隙間Ｇを覆うように装置１０の周囲に巻き付けられる。このような形態では、外側の駆動ベルトＢ_outは、上述したベルトＢのように、溝５０に対して直接配設する必要がない。むしろ、外側の駆動ベルトＢ_outは可撓性内側ベルトＢ_inの外表面に隣接させて配置することができる。扇形部材１８の扇形歯部５２のような境界部の表面は外側ベルトＢ_outに干渉しないように、または、損傷を与えないように製造される。

以上、４個のコントロールアームと４個の扇形部材１８を備えた装置１０を示したが、当業者であれば、装置は、適宜数の扇形部材とそれらに対応したコントロールアームを用いることは理解できるであろう。さらに、一つまたはそれ以上の扇形部材に関連させて一つ以上のコントロールアームを採用することは可能であり、本発明は、コントロールアームと扇形部材を１：１に対応させることに限定するものではない。

例示した実施の形態では、４個の扇形部材１８が、それぞれ軸線Ａの周りにほぼ９０°をカバーするように、縮小状態で示されている。しかしながら、本発明は、図示された扇形部材の大きさや形状を限定するものではなく、さらに、操作上または製造上の観点（少なくとも一定の状況では）からの利点がある場合、大きさ、形状、扇形部材の角度間隔を変えることができる。しかしながら、扇形部材の数が増加しても、作動中に装置の直径が実質的に同心円状になるように、扇形部材は、同じ大きさにされ、角度的に間隔があけられる。

本発明を、特に、前述した実施の形態に関連して説明したが、この実施の形態は、本発明を実施するための最良の形態を示すに過ぎない。当業者であれば、ここで説明した本発明の実施の形態の種々の変更は、請求の範囲で限定する本発明の精神及び範囲から離れることなく実施することができることを理解すべきである。請求の範囲は本発明の範囲を限定するものであり、また、これらの請求の範囲内の方法や装置並びに同等のものは、これらに含まれるものである。また、本発明の説明は、ここで説明した新規でかつ非自明な要素の全ての組み合わせを含むものであり、また、請求の範囲は、これらの新規でかつ非自明な要素の全ての組み合わせに適用できることを理解すべきである。さらに、前述した実施の形態は、個々の特徴や要素が全ての可能な組み合わせに対して必須となるものではないことを示している。

図１は、本発明の実施の形態に係る装置の分解斜視図である。図２は、図１に示す装置を組み立てた斜視図である。図３は、図２に示す装置の端板を取り除いた斜視図である。図４は、図２に示す装置の端面図である。図５は、図２の５−５線に沿った装置の断面図である。図６は、図２に示す形式の装置をベルトを介して他の装置に連結した側面図である。図７は、図６に示す装置のベルトと関連する部分の拡大側面図である。図８は、図７に示す装置の扇形部材が径方向外側に拡大された位置を示す拡大側面図である。図９は、ベルト及び図８に示す端板を取り除いた装置の側面図である。図１０は、ベルト及び端板を取り除いた本発明の他の実施の形態に係る装置の側面図である。

符号の説明

１０可変駆動装置
１１ハブスプリングサポート
１２ハブプレート
１４コントロールアーム
１６スプリング
１８扇形部材
２０端板
２２第１リンク部材
２４第２リンク部材
２６第３リンク部材
２８、３２、３６第１リンク部材通路
３０、３４、３８第２リンク部材通路
５０溝（凹部）
５２扇形歯部
８０可変駆動システム
１００駆動機構

Claims

軸線の周囲に配置されたハブと、軸線に対して径方向に移動自在な複数の扇形部材と、扇形部材をハブに連結する一つまたはそれ以上の径方向のコントロールアームと、を備えた可変駆動装置であって、該装置の外径は、扇形部材の径方向の移動に伴なって変化することを特徴とする可変駆動装置。
少なくとも一つのコントロールアームが各扇形部材をハブの一部に連結することを特徴とする請求項１に記載の可変駆動装置。
扇形部材の外表面は、周方向の凹部、すなわち、周方向溝を形成することを特徴とする請求項１に記載の可変駆動装置。
一つまたはそれ以上の端板を含むことを特徴とする請求項１に記載の可変駆動装置。
一つまたはそれ以上の端板はリンク部材通路を有することを特徴とする請求項４に記載の可変駆動装置。
少なくとも一つのリンク部材通路は、関連する部材が軸線に対して径方向に移動することを許容することを特徴とする請求項５に記載の可変駆動装置。
弾性部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の可変駆動装置。
弾性部材は、扇形部材を少なくとも部分的に径方向に縮小させた状態に付勢する力を作用させることを特徴とする請求項７に記載の可変駆動装置。
弾性部材はスプリングを含むことを特徴とする請求項７に記載の可変駆動装置。
各コントロールアームは、一つの扇形部材に軸支されると共にハブに軸支されることを特徴とする請求項２に記載の可変駆動装置。
回転速度が十分に増大すると、装置に関連する遠心力が、扇形部材を軸線から径方向外側に拡大させるように作用することを特徴とする請求項１に記載の可変駆動装置。
ハブ及び一つまたはそれ以上の端板は、扇形部材の径方向へのさらなる拡大を制限、または阻止する構造体を形成することを特徴とする請求項４に記載の可変駆動装置。
構造体は、細長い孔、スロット、または、他の径方向に延在する案内通路を含むことを特徴とする請求項１２に記載の可変駆動装置。
可撓性内側ベルトを含み、該内側ベルトは、装置の外周の周囲に実質的に巻き付けられることを特徴とする請求項１に記載の可変駆動装置。
扇形部材が所定の外径を超えて径方向に拡大されることを制限、または阻止する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の可変駆動装置。
装置の外径は、装置の回転速度を変化させることによりコントロールされることを特徴とする請求項１に記載の可変駆動装置。
軸線の周囲に配置されたハブと、軸線に対して径方向に移動自在であり、径方向への移動に伴なって装置の外径を変化させる複数の扇形部材と、扇形部材をハブに連結する複数の径方向のコントロールアームと、リンク部材通路を有する一対の端板と、各扇形部材を少なくとも一つのリンク部材通路に連結するリンク部材と、を備えた可変駆動装置であって、リンク部材通路は、関連するリンク部材が軸線に対して径方向に移動することを許容することを特徴とする可変駆動装置。
所定外径の可変駆動装置であって、軸線の周囲に配置されたハブと、軸線に対して径方向に移動自在な複数の扇形部材と、扇形部材をハブに連結する一つまたはそれ以上の径方向のコントロールアームと、を備え、各扇形部材の径方向への移動に伴なって装置の外径を変化させる可変駆動装置と、該可変駆動装置の外表面にその内側部分を係合させる駆動ベルトと、を含むことを特徴とする可変駆動システム。
装置の外周の周囲に実質的に巻き付けられる可撓性内側ベルトを含むことを特徴とする請求項１８に記載の可変駆動システム。
駆動機構を含むことを特徴とする請求項１８に記載の可変駆動システム。
駆動機構が可変駆動装置に回転力を伝達するか、または、可変駆動装置が駆動機構に回転力を伝達することを特徴とする請求項２０に記載の可変駆動システム。