JP2008025795A - 無段変速装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】無段変速装置を構成するクラッチ装置に圧油を導入する為の油圧配管の取り回しの容易化を図れる構造を実現する。
【解決手段】トロイダル型無段変速機33と、第一、第二各遊星歯車式変速機34、35と、高速用、低速用各クラッチ36、37とにより構成する。このうちの高速用クラッチ36を、上記第二遊星歯車式変速機35を構成する第二遊星用キャリア61とケーシング57との間に設ける。
【選択図】図1

Description

この発明は、自動車用自動変速装置として、或はポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する無段変速装置の改良に関する。具体的には、無段変速装置を構成するクラッチ装置に圧油を導入する為の油圧配管の取り回しの容易化を図り、更には、遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車の回転速度の低減並びに噛合部の数の低減とによる、伝達効率の向上と耐久性の確保とを図るものである。
自動車用自動変速装置としてトロイダル型無段変速機が研究され、一部で実施されている。又、トロイダル型無段変速機と遊星歯車式変速機とを組み合わせて、変速度比{変速比(減速比)、速度比(増速比)=1/変速比}の幅を広くする無段変速装置も、例えば特許文献1〜3に記載されている様に、従来から知られている。図4は、このうちの特許文献1に記載された、図5は、同じく特許文献2に記載された、図6は、同じく特許文献3に記載された、それぞれ無段変速装置を示している。何れの無段変速装置の場合も、トロイダル型無段変速機1A、1B、1Cと、第一遊星歯車式変速機2A、2B、2Cと、第二遊星歯車式変速機3A、3B、3Cとを組み合わせて成る。又、動力の伝達状態を高速モードと低速モードとに切り換える、高速用クラッチ4A、4B、4Cと低速用クラッチ5A、5B、5Cとを備える。
そして、このうちの高速用クラッチ4A、4B、4Cの接続を断って低速用クラッチ5A、5B、5Cを接続した低速モード状態では、上記トロイダル型無段変速機1A、1B、1Cの変速度比の調節に基づいて、入力軸6A、6B、6Cを一方向に回転させた状態のまま出力軸7A、7B、7Cを、停止状態(ギヤードニュートラル状態)を挟んで両方向に回転駆動自在とする。これに対して、上記高速用クラッチ4A、4B、4Cを接続して上記低速用クラッチ5A、5B、5Cの接続を断った高速モード状態では、上記入力軸6A、6B、6Cに加えられた動力を、上記トロイダル型無段変速機1A、1B、1Cをバイパスして上記第一遊星歯車式変速機2A、2B、2Cに送る、所謂パワースプリット状態を実現する。そして、このトロイダル型無段変速機1A、1B、1Cの変速度比の調節に基づいて、上記第一遊星歯車式変速機2A、2B、2Cの変速度比を変更する。
上述の様な機能を持たせる為に、上記特許文献1に記載された無段変速装置(図4)では、第一遊星歯車式変速機2Aを、ステップピニオンと呼ばれる、両端部にそれぞれ遊星歯車8、9を設けた、組み合わせ遊星歯車10を備えたものとしている。又、これら各組み合わせ遊星歯車10のうち、トロイダル型無段変速機1Aに近い側の各遊星歯車8を、それぞれ別の遊星歯車11と噛合させる事により、ダブルピニオンと呼ばれる、互いに噛合した1対ずつの遊星歯車8、11により構成する遊星歯車組12を構成している。そして、低速モード状態では、上記別の遊星歯車11と噛合したリング歯車13を通じて取り出した動力を、第二遊星歯車式変速機3Aを構成するキャリア14を介して、出力軸7Aに送り出す様にしている。又、高速モード状態では、上記組み合わせ遊星歯車10と噛合する太陽歯車15を通じて取り出した動力を、上記第二遊星歯車式変速機3Aを構成する別の太陽歯車16並びに上記キャリア14を介して(反転減速させた状態で)、上記出力軸7Aに送り出す様にしている。
又、上記特許文献2に記載された無段変速装置(図5)では、第一遊星歯車式変速機2Bを、キャリア17を構成する支持部材18に、この支持部材18を軸方向に挟む状態でそれぞれ支持されて、互いに幅広のリング歯車19に噛合させた、1 対の遊星歯車組20a、20bにより構成している。これら各遊星歯車組20a、20bは、ダブルピニオンと呼ばれるもので、それぞれが互いに噛合した1対ずつの遊星歯車21、22により構成している。そして、低速モード状態では、上記幅広のリング歯車19を通じて取り出した動力を、第二遊星歯車式変速機3Bを構成するキャリア14を介して、出力軸7Bに送り出す様にしている。又、高速モード状態では、トロイダル型無段変速機1Bから遠い側の遊星歯車組20bに噛合する太陽歯車15を通じて取り出した動力を、上記第二遊星歯車式変速機3Bを構成する別の太陽歯車16並びに上記キャリア14を介して(反転減速させた状態で)、上記出力軸7Bに送り出す様にしている。
更に、前記特許文献3に記載された無段変速装置(図6)の場合には、第一遊星歯車式変速機2Cを、上記特許文献1に記載された無段変速装置(図4)を構成する第一遊星歯車式変速機2Aと同様のものとしている。そして、低速モード状態では、上記第一遊星歯車式変速機2Cを構成するリング歯車13を通じて取り出した動力を、第二遊星歯車式変速機3Cに組み込んだ、ステップピニオンと呼ばれる組み合わせ遊星歯車24、24を通じて、出力軸7Cに送り出す様にしている。この組み合わせ遊星歯車24、24は、無段変速装置を構成するハウジング等の固定の部分に支持固定されたキャリア14aに、回転自在に支持されている。又、高速モード状態では、上記第一遊星歯車式変速機2Cを構成する組み合わせ遊星歯車10、10と噛合する太陽歯車15を通じて取り出した動力を、同じく第二遊星歯車式変速機3Cに組み込んだ、上記組み合わせ遊星歯車24を通じて(反転減速させた状態で)、出力軸7Cに送り出す様にしている。
上述の様な、特許文献1〜3に記載された無段変速装置の場合には、低速モード状態では、前述の様に、入力軸6A、6B、6Cを一方向に回転させた状態のまま出力軸7A、7B、7Cを、停止状態を挟んで両方向に回転駆動自在である。従って、トルクコンバータ等の発進装置や、前後進切り換え機構を省略して、小型且つ軽量に構成できる。そして、車体の床下等の限られた空間部分への組み付け性が向上する他、発進装置部分での(トルクコンバータがロックアップする以前の状態での空転に基づく)回転力の低下を防止して、運転性能の向上を図れる。又、高速モード状態では、入力軸6A、6B、6Cに加えられた動力を、トロイダル型無段変速機1A、1B、1Cをバイパスさせる、パワースプリット状態を実現して、このトロイダル型無段変速機1A、1B、1Cを通過するトルクを低減できる。この為、このトロイダル型無段変速機1A、1B、1Cを大型化せずに、このトロイダル型無段変速機1A、1B、1Cの耐久性を確保できる。
ところが、上述の様な特許文献1〜3に記載された無段変速装置の場合、次の様な点を改良する事が望まれている。
先ず、特許文献1〜2に記載された構造(図4、図5)の場合、出力軸7A、7Bの直前に設けている第二遊星歯車式変速機3A、3Bがダブルピニオン型である為、構造が複雑になる他、この第二遊星歯車式変速機3A、3Bの軽量化と耐久性の確保とを両立させる事が難しい。即ち、高速モード状態では、高速用クラッチ4A、4Bを接続する事により、上記第二遊星歯車式変速機3A、3Bを構成するリング歯車26を固定した状態で、第一遊星歯車式変速機2A、2Bを介して太陽歯車16を回転させる。すると、上記第二遊星歯車式変速機4A、4Bを構成する、ダブルピニオンと呼ばれる遊星歯車組27(を構成する各遊星歯車28、29)が高速で回転しつつ、これら各遊星歯車組27を支持したキャリア14を、上記太陽歯車16と逆方向に回転させる。
この様な構造の場合、上記第二遊星歯車式変速機3A、3Bを構成する歯車の噛合部が多くなり、噛合部での摩擦損失の合計が多くなる為、無段変速装置全体としての伝達効率を確保する面からは不利になる。又、上記キャリア14が出力軸7A、7Bと共に高速で回転しつつ、上記各遊星歯車組27を構成する各遊星歯車28、29が非常に高速で回転する。この為、これら各遊星歯車28、29を支持している遊星軸及びラジアルニードル軸受に大きな負荷が加わり、これら遊星軸及びラジアルニードル軸受の耐久性確保が難しくなる。
一方、特許文献3に記載された構造(図6)の場合、上述した特許文献1、2に記載された構造とは異なり、第二遊星歯車式変速機3Cを構成するキャリア14aが回転しない(固定の部分に支持固定されている)。又、この第二遊星歯車式変速機3Cが、同一の(組み合わせ)遊星歯車24を(第一、第二各)リング歯車30、31及び太陽歯車16aに噛合させる、所謂シングルピニオン型である。この為、上記特許文献1、2に記載された構造に比べて、無段変速装置全体としての伝達効率の確保と上記第二遊星歯車式変速機3Cに組み込んだ遊星軸及びラジアルニードル軸受の耐久性確保の面からは有利になる。
但し、上記特許文献3に記載された構造の場合には、圧油を導入する為の配管の取り回しが複雑になり、実際の構造として実現する事が難しいものと考えられる。即ち、高速用クラッチ4Cは、低速モード状態で、第一遊星歯車式変速機2Cから第二遊星歯車式変速機3Cに動力を伝達する為の、筒状の伝達筒32の内径側に存在する。この様な高速用クラッチ4Cに圧油を導入する為には、この高速用クラッチ4Cよりも内径側に位置する回転軸を通じて行なう構造や、上記伝達筒32の外径側からこの伝達筒32を通じて行なう構造を採用する事が考えられる。但し、何れの構造を採用する場合にも、回転部材同士の間で圧油を流通させる必要があり、この様な圧油の流通経路の設計や必要なシール部材の選択等が面倒になる可能性がある。又、上記回転部材同士の相対回転速度が大きい場合でも十分なシール性能を確保できるシール部材が、現状では手に入らない可能性もある。しかも、上記高速用クラッチ4Cは、第二の遊星歯車式変速機3Cを構成する太陽歯車16aと共に常に回転する。この為、この回転に伴って発生する遠心油圧をキャンセル(排除)する為の機構を設ける必要もあり、この面からも構造が複雑になる可能性がある。これらの理由から、上記高速用クラッチ4Cの油圧室への圧油の給排を行なう構造を実現する事は、難しいものと考えられる。
特開2000−220719号公報 特開2003−307266号公報 特開2003−4117号公報
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、クラッチ装置に圧油を導入する為の油圧配管の取り回しを容易に行なえ、更には、遊星歯車式変速機を構成する歯車同士の噛合部の数を抑えると共に、この遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車の回転速度を低く抑えられる構造を実現すべく発明したものである。
本発明の無段変速装置は、入力軸と、出力軸と、トロイダル型無段変速機と、第一、第二各遊星歯車式変速機と、これら第一、第二各遊星歯車式変速機を通過する動力の伝達経路を切り換える為の複数のクラッチ装置(クラッチ、ブレーキ)とを組み合わせて成る。 そして、これら各クラッチ装置の断接状態の切り換えに基づいて、上記入力軸を一方向に回転させた状態のまま上記出力軸を停止させるギヤードニュートラル状態を実現する運転モード(例えば低速モード)と、上記入力軸から上記出力軸に伝達する動力よりも上記トロイダル型無段変速機を通過する動力が小さくなるパワースプリット状態を実現する運転モード(例えば高速モード)とのうちの何れかのモードに切り換え自在としている。
尚、上記トロイダル型無段変速機は、入力軸と共に回転する入力側ディスクと、この入力側ディスクと同心に、且つ、この入力側ディスクに対する相対回転を可能に設けられた出力側ディスクと、これら両ディスクに設けられて互いに対向する、それぞれがトロイド曲面である軸方向側面同士の間に挟持された複数のパワーローラとを備えたものとする。 又、この様なトロイダル型無段変速機としては、動力の伝達を、互いに並列な2系統で行なう、所謂ダブルキャビティ型のものを採用する事ができる。この様なダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機は、1対の外側ディスク(例えば入力側ディスク)と、(1対或は単一の)内側ディスク(例えば出力側ディスク)と、複数のパワーローラとを備える。このうちの両外側ディスクは、入力軸を介して互いに同心に、且つ、同期した回転を自在として結合される。又、上記内側ディスクは、上記両外側ディスク同士の間に、これら両外側ディスクと同心に、且つ、これら両外側ディスクとは独立した回転を自在として支持される。又、上記各パワーローラは、上記内側ディスクの両側面と上記両外側ディスクの側面との間にそれぞれ複数個ずつ挟持されて、これら内側ディスクと外側ディスクとの間で動力を伝達する。
更に、本発明の無段変速装置の場合は、上述の様なトロイダル型無段変速機に近い側に設けた第一遊星歯車式変速機と、このトロイダル型無段変速機から遠い側に設けた第二遊星歯車式変速機との間に、上記ギヤードニュートラル状態を実現する運転モードの状態で、上記第二遊星歯車式変速機に動力を伝達する第一動力伝達経路と、上記パワースプリット状態を実現する運転モードの状態で、上記第二遊星歯車式変速機に動力を伝達する第二動力伝達経路とを備える。
又、上記第二遊星歯車式変速機を構成するキャリアと固定の部分(例えばケーシング、ハウジング等)との間に、この固定の部分に対しこのキャリアの回転を許容する状態と同じく不能とする(回転を阻止する)状態とを切り換える為の、クラッチ装置(例えば高速用クラッチ)を設ける。
そして、上記第二遊星歯車式変速機を構成する部材(のうちでキャリア以外の部材)と上記出力軸とを、動力の伝達を可能に接続する。
又、上述の様な無段変速装置を実施する場合に好ましくは、請求項2に記載した様に、上記第二遊星歯車式変速機を、両端部にそれぞれ一端側遊星歯車と他端側遊星歯車とを設けた、(所謂ステップピニオンと呼ばれる)組み合わせ遊星歯車を備えたものとする。
又、この組み合わせ遊星歯車を構成する上記一端側、他端側両遊星歯車は、互いに歯数を同じとする。
又、これら一端側、他端側各遊星歯車のうちの第一遊星歯車式変速機に近い側の上記一端側遊星歯車は、上記第二遊星歯車式変速機を構成する第一太陽歯車と第一リング歯車との両方に噛合する(所謂シングルピニオンと呼ばれる)ものとする。
又、同じく第一遊星歯車式変速機から遠い側の他端側遊星歯車は、上記第二遊星歯車式変速機を構成する、上記第一リング歯車とは別のリング歯車である第二リング歯車に噛合するものとする。
又、上記第一リング歯車と上記第一遊星歯車式変速機を構成する第三リング歯車とを、第一動力伝達経路により動力の伝達を可能に接続する。この様な第一動力伝達経路は、例えば上記第一リング歯車と第三リング歯車とのうちの少なくとも何れかのリング歯車を端部に設けた筒状の伝達筒により構成できる。
又、上記第一太陽歯車と上記第一遊星歯車式変速機を構成する第二太陽歯車とを、第二動力伝達経路により動力の伝達を可能に接続する。この様な第二動力伝達経路は、例えば両端部に上記第一太陽歯車と第二太陽歯車とをそれぞれ設けた伝達軸により構成できる。 そして、上記第二リング歯車と上記出力軸とを、動力の伝達を可能に接続する。
又、好ましくは、請求項3に記載した様に、上記第一動力伝達経路に、この第一動力伝達経路を通じて動力の伝達を行なう状態と同じく行なわない状態とを切り換える為の、クラッチ装置(例えば低速用クラッチ)を設ける。例えば、請求項2に記載した構造を採用する場合には、第一遊星歯車式変速機を構成する第三リング歯車と第二遊星歯車式変速機を構成する第一リング歯車との間に、これら第三リング歯車と第一リング歯車との間で動力の伝達を行なう状態と同じく行なわない状態とを切り換える為のクラッチ装置(例えば低速用クラッチ)を設ける。
又、好ましくは、請求項4に記載した様に、上記第二遊星歯車式変速機を構成するキャリアの回転速度を検出する為の回転速度検出手段(例えば回転センサ)を備える。そして、ギヤードニュートラル状態を実現する運転モード(例えば低速モード)の状態で、この回転速度検出手段が検出する上記キャリアの回転速度{と、入力軸の回転速度と、トロイダル型無段変速機の変速度比と、第一、第二両遊星歯車式変速機の歯数比(減速比)と}に基づいて、上記出力軸の回転速度{必要に応じて回転方向、延いては車両の速度(車速)、車両の進行方向}を算出する。
又、上記トロイダル型無段変速機としてダブルキャビティ型のものを採用した場合には、このトロイダル型無段変速機を構成する内側ディスクと、上記第一遊星歯車式変速機を構成する部材(例えば太陽歯車)とを、これら両部材と同心に設けた部材(例えば中空回転軸)を介して回転力を伝達可能に連結する。
上述の様に構成する本発明の無段変速装置によれば、クラッチ装置に圧油を導入する為の油圧配管の取り回しを容易に行なえ、更には、遊星歯車式変速機を構成する歯車同士の噛合部の数を抑えると共に、この遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車の回転速度を低く抑えられる。
即ち、第二遊星歯車式変速機を構成するキャリアと固定の部分(例えばケーシング、ハウジング等)との間に、この固定の部分とキャリアとを係脱(断接)させるクラッチ装置(例えば高速用クラッチ)を設ける。この為、このクラッチ装置に圧油を導入する為の油圧配管を上記固定の部分に設けられ、この油圧配管の取り回しを容易に行なえる。しかも、請求項2に記載した様に、上記第二遊星歯車式変速機を、同一の遊星歯車(組み合わせ遊星歯車を構成する一端側遊星歯車)が太陽歯車(第一太陽歯車)とリング歯車(第一リング歯車)との両方に噛合するシングルピニオン型のものとすれば(反転減速機構をシングルピニオンで構成すれば)、この第二の遊星歯車式変速機を構成する歯車同士の噛合部の数を抑えると共に、この第二の遊星歯車式変速機を構成する遊星歯車の回転速度を低く抑えられる。この為、伝達効率の向上と耐久性の確保とを高次元で図れる。
又、請求項4に記載した構成を採用した場合には、出力軸の回転速度や回転方向、延いては車両の速度(車速)や進行方向を、(高性能の高価な回転センサを用いなくても)精度良く求められる。この理由は、次の通りである。即ち、入力軸を一方向に回転させた状態のまま上記出力軸を停止させるギヤードニュートラル(GN)状態乃至はその近傍では、この出力軸の回転速度が0乃至は非常に小さくなる。そして、この様に回転速度が小さくなる出力軸から回転速度や回転方向を直接検出する場合、(高性能の高価な回転センサを使用しないと)精度良く検出できない(検出値の誤差が大きくなる)可能性がある。一方、この様なGN状態乃至はその近傍では、トロイダル型無段変速機の変速度比の小さな変化で、このトロイダル型無段変速機に入力されるトルク(伝達トルク、通過トルク)、延いては、無段変速装置の出力軸から出力されるトルク(出力トルク、駆動力)が大きく変化する。
この為、上記出力軸の回転速度から車両の走行状態を精度良く読み取りつつ(判定しつつ)、上記トロイダル型無段変速機の変速度比を厳密に規制する為に、上記の出力軸の回転速度を(例えば低廉なセンサでも)高精度で検出する事が求められている。これに対して、上記請求項4に記載した構成を採用した場合には、上記GN状態乃至はその近傍、即ち、上記出力軸(又はこの出力軸と共に回転する部材で例えば第二リング歯車)の回転速度が0乃至は非常に小さくなる状態でも、この出力軸に比べて回転速度の大きいキャリアの回転速度を検出する。そして、このキャリアの回転速度{と、入力軸の回転速度と、トロイダル型無段変速機の変速度比と、第一、第二両遊星歯車式変速機の歯数比(減速比)と}に基づいて、上記出力軸の回転速度を算出する。この為、この出力軸の回転速度を、(例えば廉価なセンサを用いても)高精度に求められる。
図1は、本発明の実施の形態の1例を示している。本例の無段変速装置は、入力軸41と、出力軸60と、中空回転軸43と、伝達筒62と、伝達軸49と、トロイダル型無段変速機33と、第一、第二遊星歯車式変速機34、35と、これら各遊星歯車式変速機34、35を通過する動力の伝達経路を切り換える為のクラッチ装置を構成する、高速用クラッチ36及び低速用クラッチ37とを組み合わせて成る。
このうちのトロイダル型無段変速機33は、前述の特許文献1〜3に記載される等により従来から知られている、ダブルキャビティ型のもので、1対の入力側ディスク38a、38bと、1個の出力側ディスク39と、複数のパワーローラ40、40とを備える。このうちの両入力側ディスク38a、38bは、入力軸41を介して互いに同心に、且つ、同期した回転を自在としている。この為に本実施例の場合には、前段側(エンジンのクランクシャフトと接続される入力側で、図1の左側)の入力側ディスク38aを上記入力軸41の中間部前寄り部分に、例えば図示しないボールスプラインを介して、この入力軸41と同期した回転及びこの入力軸41に対する軸方向の変位を可能に支持する。
又、この入力軸41と上記前段側の入力側ディスク38aとの間には、例えば油圧式の押圧装置(図示省略)を設ける。そして、無段変速装置の運転時には、この押圧装置に圧油を供給する事により、上記前段側の入力側ディスク38aを後段側(上記エンジンから遠い側で、図1の右側)の入力側ディスク38bに押圧しつつ、回転駆動する。又、この後段側の入力側ディスク38bは上記入力軸41に対し、上記第一遊星歯車式変速機34を構成する第一遊星用キャリア42により、結合固定している。従って、上記両入力側ディスク38a、38bは、上記ボールスプラインと、上記入力軸41と、上記第一遊星用キャリア42とを介して結合されており、互いに同期して回転する。この様な両入力側ディスク38a、38bの互いに対向する内側面は、それぞれトロイド曲面としている。
又、上記出力側ディスク39は、軸方向両側面をトロイド曲面とした一体型のもので、上記入力軸41の中間部で上記両入力側ディスク38a、38b同士の間部分の周囲に、これら両入力側ディスク38a、38bと同心に、且つ、これら両入力側ディスク38a、38bとは独立した回転を自在として支持されている。又、上記出力側ディスク39の中心部には、上記入力軸41の後半部(図1〜2の右半部)周囲にこの入力軸41に対する相対回転を自在に支持した中空回転軸43の基端部を、回転力の伝達を自在に、且つ、上記出力側ディスク39と同心に結合している。又、上記中空回転軸43は、上記後段側の入力側ディスク38bの内周面と上記入力軸41の外周面との間の円筒状隙間を挿通してこの入力側ディスク38bの外側面側に突出させ、上記出力側ディスク39の回転力を取り出し自在としている。
又、前記各パワーローラ40、40は、それぞれの周面を部分球面状の凸面としたもので、図示しない支持部材(トラニオン)の内側面に、それぞれ支持軸及び複数の転がり軸受により、回転自在に支持されている。この状態で上記各パワーローラ40、40は、上記出力側ディスク39の両側面と上記両入力側ディスク38a、38bの内側面との間に、それぞれ複数個ずつ挟持されている。言い換えれば、上記各パワーローラ40、40の周面と上記各ディスク38a、38b、39の側面とを転がり接触させている。無段変速装置の運転時には、上記各パワーローラ40、40が上記支持部材(トラニオン)に対し、上記支持軸を中心として回転しつつ、上記両入力側ディスク38a、38bと上記出力側ディスク39との間で動力を伝達する。又、上記各支持部材(トラニオン)の傾斜角度を変える事により、前記トロイダル型無段変速機33の変速度比を調節する。
又、前記第一、第二各遊星歯車式変速機34、35のうち、上記トロイダル型無段変速機33に近い側である、前段側に設けた第一遊星歯車式変速機34は、前記第一遊星用キャリア42に加えて、第一遊星用第一太陽歯車44と、特許請求の範囲に記載した第二太陽歯車に相当する第一遊星用第二太陽歯車45と、複数の遊星歯車組46と、複数の第一遊星用組み合わせ遊星歯車47と、特許請求の範囲に記載した第三リング歯車に相当する第一遊星用リング歯車48とを備える。このうちの第一遊星用第一太陽歯車44は、上記中空回転軸43の先端部に、この中空回転軸43と同心に結合している。従って、上記第一遊星用第一太陽歯車44は、上記出力側ディスク39に対し同心に結合されて、この出力側ディスク39と共に回転する。一方、上記第一遊星用第二太陽歯車45は、上記第一遊星用第一太陽歯車44と同心に、且つ、この第一遊星用第一太陽歯車44に対する相対回転を自在に支持されている。この為に、本例の場合は、上記第一、第二各遊星歯車式変速機34、35同士の間で、これら各遊星歯車式変速機34、35と同心に設けられた、伝達軸49の一端部(図1の左端部)に、上記第一遊星用第二太陽歯車45を(直接)設けている。尚、上記伝達軸49は、特許請求の範囲に記載した第二動力伝達経路を構成する。
又、上記各遊星歯車組46は、ダブルピニオンと呼ばれるもので、それぞれ1対ずつの遊星歯車50a、50bから成る。これら各遊星歯車組46を構成する各遊星歯車50a、50bは、互いに噛合すると共に、上記第一遊星用キャリア42の内径側の遊星歯車50aを上記第一遊星用第一太陽歯車44に、同じく外径側の遊星歯車50bを上記第一遊星用リング歯車48に、それぞれ噛合させている。又、上記各第一遊星歯車用組み合わせ遊星歯車47は、ステップピニオンと呼ばれるもので、軸方向に長い遊星軸の両端部にそれぞれ一端側遊星歯車51と他端側遊星歯車52とを設けて成り、上記第一遊星用キャリア42に回転自在に支持されている。このうちの一端側遊星歯車51は、上記各遊星歯車組46の内径側の遊星歯車50aとしての機能を有する。又、上記他端側遊星歯車52を、上記第一遊星用第二太陽歯車45と噛合させている。これら一端側遊星歯車51と他端側遊星歯車52とは、互いに同期して回転する。又、上記第一遊星用リング歯車48は、上記第一遊星用第一太陽歯車44の周囲に、この第一遊星用第一太陽歯車44と同心に配置され、上記遊星歯車組46を構成する外径側の遊星歯車50bと噛合している。
又、前記トロイダル型無段変速機33から遠い側である、後段側に設けた第二遊星歯車式変速機35は、特許請求の範囲に記載したキャリアに相当する第二遊星用キャリア61と、同じく第一太陽歯車に相当する第二遊星用太陽歯車53と、同じくそれぞれが組み合わせ遊星歯車に相当する複数の第二遊星用組み合わせ遊星歯車54と、同じく第一リング歯車に相当する第二遊星用第一リング歯車55と、同じく第二リング歯車に相当する第二遊星用第二リング歯車56とを備える。このうちの第二遊星用キャリア61は、無段変速装置を収納したケーシング57等の固定の部分に対し、回転自在に支持されている。尚、この第二遊星用キャリア61は、後述する様に、前記高速用クラッチ36の断接(係脱)に基づいて、上記ケーシング57に対し回転が許容される状態と同じく不能とされる(阻止される)状態とを切り換えられる。
又、上記第二遊星用太陽歯車53は、上記伝達軸49の他端部(図1の右端部)に(直接)設けられている。又、上記第二遊星歯車用組み合わせ遊星歯車54は、ステップピニオンと呼ばれるもので、軸方向に長い遊星軸の両端部にそれぞれ一端側遊星歯車58と他端側遊星歯車59とを設けて成り、上記第二遊星用キャリア61に回転自在に支持されている。これら一端側、他端側両遊星歯車58、59は、互いに歯数を同じとすると共に、互いに同期した回転を自在としている。又、このうちの第一遊星歯車式変速機34に近い側の上記一端側遊星歯車58を、上記第二遊星用太陽歯車53と上記第二遊星用第一リング歯車55との両方に噛合させて、上記第二遊星歯車式変速機35を、シングルピニオン型のものとしている。又、上記第一遊星歯車式変速機34から遠い側の上記他端側遊星歯車59を、上記第二遊星用第二リング歯車56に噛合させている。尚、この他端側遊星歯車59は太陽歯車と噛合していない。又、上記第二遊星用第二リング歯車56に出力軸60を、動力の伝達を可能に(同期した回転を自在に)接続している。
更に、前記高速用クラッチ36及び低速用クラッチ37とのうち、低速用クラッチ37を、前記第一遊星歯車式変速機34を構成する前記第一遊星用リング歯車48と上記第二遊星歯車式変速機35を構成する上記第二遊星用第一リング歯車55との間に設けている。即ち、上記第一遊星用リング歯車48を一端部(図1の左端部)に設けた伝達筒62の他端部と、上記第二遊星用第一リング歯車55の外周面との間に、上記低速用クラッチ37を設けている。尚、上記伝達筒62は、特許請求の範囲に記載した第一動力伝達経路を構成する。上述の様な低速用クラッチ37は、上記第一遊星用リング歯車48と第二遊星用第一リング歯車55との間で動力の伝達を行なう状態(後述する低速モードを実現する状態)と同じく行なわない状態(例えば後述する高速モードを実現する状態)とを切り換える。一方、上記高速用クラッチ36は、上記第二遊星歯車式変速機34を構成する第二遊星用キャリア61と前記ケーシング57との間に設けている。この様な高速用クラッチ36は、このケーシング57に対し、上記第二遊星用キャリア61の回転を許容する状態(例えば後述する低速モードを実現する状態)と、同じく不能とする状態(後述する高速モードを実現する状態)とを切り換える。尚、上記高速用、低速用両クラッチ36、37は、一方が接続された場合には他方の接続が断たれる。
例えば、上記高速用クラッチ36の接続を断つ(第二遊星用キャリア61の回転を自在とする)と共に、上記低速用クラッチ37を接続した低速モードを選択した状態では、前記トロイダル型無段変速ユニット33の出力側ディスク39の回転を、上記第一遊星歯車式変速機34並びに第一動力伝達経路、第二遊星歯車式変速機35を通じて、上記出力軸60に取り出す。
即ち、上記出力側ディスク39の回転を、
出力側ディスク39→中空回転軸43→第一遊星用第一太陽歯車44→遊星歯車組46(遊星歯車50a、50b)→第一動力伝達経路(第一遊星用リング歯車48→伝達筒62→低速用クラッチ37)→第二遊星用第一リング歯車55→第二遊星用組み合わせ遊星歯車54(一端側遊星歯車58、他端側遊星歯車59)→第二遊星用第二リング歯車56→出力軸60
の順番で、この出力軸60に伝達する。
この様な経路で動力を伝達する低速モード状態の場合に、上記第一遊星用リング歯車48に伝達される動力の速度は、上記第一遊星歯車式変速機34を構成する、上記第一遊星用第一太陽歯車44の回転速度と前記第一遊星用キャリア42の回転速度との関係で決まる。即ち、上記第一遊星用リング歯車48には、上記第一遊星用第一太陽歯車44の回転速度と上記第一遊星用キャリア42の回転速度との差動分が取り出される。前記入力軸41の回転速度を一定とした場合、上記第一遊星用キャリア42の回転速度はこの入力軸41と同じ一定のままである。これに対して、上記第一遊星用第一太陽歯車44の回転速度は、上記トロイダル型無段変速機33の変速度比(速度比eV )を変える事により調節できる。従って、上記第一遊星歯車式変速機34を構成する各歯車44、46(50a、50b)、48の歯数を、上記トロイダル型無段変機34で実現可能な変速度比eV との関係で適切に規制すれば、このトロイダル型無段変速機34の変速度比eV の調節に基づいて、上記入力軸41を一方向に回転させた状態のまま上記出力軸60を、停止状態(ギヤードニュートラル状態)を挟んで両方向に回転駆動自在にできる。
上述の様な低速モード状態に対して、高速用クラッチ36を接続(第二遊星用キャリア61をケーシング57に対し固定)すると共に、低速用クラッチ37の接続を断った高速モードを選択した状態では、上記入力軸41と共に回転する上記第一遊星用キャリア42の回転を、上記第一遊星歯車式変速機34を構成する第一遊星用組み合わせ遊星歯車47の他端側遊星歯車52から取り出して、この第一遊星歯車式変速機34並びに第二動力伝達経路、第二遊星歯車式変速機35を通じて、上記出力軸60に取り出す。
即ち、上記第一遊星用キャリア42の公転運動を、
第一遊星用キャリア42→第一遊星用組み合わせ遊星歯車47の他端側遊星歯車52→第一遊星用第二太陽歯車45→第二動力伝達経路(伝達軸49)→第二遊星用太陽歯車53→第二遊星用組み合わせ遊星歯車54(一端側遊星歯車58、他端側遊星歯車59)→第二遊星用第二リング歯車56→出力軸60
の順番で、この出力軸60に伝達する。
又、高速モード状態では、同時に、上述の様な経路中に含まれる、上記第一遊星用組み合わせ遊星歯車47の他端側遊星歯車52を、次の経路で回転(自転)させる。
出力側ディスク39→中空回転軸43→第一遊星用第一太陽歯車44→遊星歯車組み46(遊星歯車50a)=第一遊星用組み合わせ遊星歯車47の一端側遊星歯車51→第一遊星用組み合わせ遊星歯車47の他端側遊星歯車52
上記第一遊星用第二太陽歯車45は上記第一遊星用組み合わせ遊星歯車47の他端側遊星歯車52との噛合により、これら各他端側遊星歯車52の公転運動と自転運動とを合成した回転速度で回転駆動される。上記入力軸41の回転速度が一定とした場合、このうちの公転運動の回転速度は一定であるが、自転運動の回転速度は、前記トロイダル型無段変速機33の出力側ディスク39の回転速度に応じて変化する。従って、このトロイダル型無段変速機33の変速度比eV を調節すれば、上記入力軸41と上記出力軸60との間(無段変速装置全体として)の変速度比を調節できる。
上述の様に、高速モードを選択した状態では、上記入力軸41に加えられた動力を、上記トロイダル型無段変速機33をバイパスして、上記第一遊星歯車式変速機34を構成する上記第一遊星用キャリア42に送る。そして、同じく第一遊星歯車式変速機34を構成する第一遊星用第二太陽歯車45により取り出した動力を、上記第二遊星歯車式変速機35を通じて、上記出力軸60に伝達する。これと共に、上記トロイダル型無段変速機33の変速度比eV の調節に基づいて、上記第一遊星歯車式変速機34部分の変速比を変更する。
下記の表1は、上記第一遊星歯車式変速機34に関する歯数を、同じく表2は、上記第二遊星歯車式変速機35に関する歯数を、同じく表3は、これら第一、第二各遊星歯車式変速機34、35の歯数比(減速比)を、同じく表4は、低速、高速各モードでの各部材の回転速度の関係を、それぞれ示している。
Figure 2008025795
Figure 2008025795
Figure 2008025795
Figure 2008025795
上記表1〜4に示す様な関係を有する本例の無段変速装置の場合、低速モード状態では、前記高速用クラッチ36の接続が断たれ、上記第二遊星歯車式変速機35を構成する第二遊星用キャリア61が、第二遊星用第一リング歯車55の回転速度と第二遊星用太陽歯車53の回転速度とに応じた回転速度で回転する。一方、高速モード状態では、上記高速用クラッチ36が接続(締結)され、上記第二遊星用キャリア61がケーシング57に固定される(回転不能となる)。この様な高速モード状態では、上記第二遊星歯車式変速機35を構成する第二遊星用太陽歯車53の回転が、この第二遊星歯車式変速機35で反転減速され、同じくこの第二遊星歯車式変速機35を構成する第二遊星用第二リング歯車56を介して出力軸60に伝達される。
尚、前記出力軸60の回転速度をNout とし、第二遊星用キャリア61の回転速度をNc2とし、第二遊星用太陽歯車53の回転速度をNs3とし、第二遊星歯車式変速機35の減速比(第二遊星用太陽歯車53と第二遊星用第一、第二各リング歯車55、56との減速比)をiRS2 (=ZR3/ZS3)とすると、上記出力軸60の回転速度Nout は、以下の(1)式で表せる。尚、この出力軸60の回転速度Nout は、上記第二遊星用第二リング歯車56の回転速度NR1と同じである。
out =NR1={ (iRS2 +1)・Nc2−Ns3} /iRS2 −−−(1)
そして、この(1)式を、上記第二遊星用キャリア61の回転速度をNc2として解くと、以下の(2)式が得られる。尚、上記第二遊星用太陽歯車53の回転速度Ns3は、第一遊星用第二太陽歯車45の回転速度Ns2と同じである。
c2=(iRS2 ・NR1+Ns2)/(1+iRS2 ) −−−(2)
そして、この(2)式を、上記表4の第二遊星用第二リング歯車56の回転速度NR1、並びに、上記第一遊星用第二太陽歯車45の回転速度Ns2とで展開する事により、上記表4の第二遊星用キャリア61の回転速度Nc2が得られる(入力軸41の回転速度Ninとトロイダル型無段変速機33の速度比eV と第一、第二各遊星歯車式変速機34、35の減速比とで表せる)。
図2は、iRS1 =2.7、iPS1 =0.7、iPS2 =0.85、iRS2 =1.7とした場合の、トロイダル型無段変速機33の速度比eV (増速比=出力側ディスク39の回転速度/入力側ディスク38a、38bの回転速度)と無段変速装置全体としての速度比(増速比=出力軸60の回転速度/入力軸41の回転速度)との関係を示している。前記低速用クラッチ37が接続され、上記高速用クラッチ36の接続が断たれた低速モードでは、実線αに示す様に、トロイダル型無段変速機33の変速度比eV を、GN状態を実現できる値(GN値)から減速する程、無段変速装置全体としての変速度比を停止状態(速度比0の状態)から前進方向(+:正転方向)に増速させられる。又、同じくGN値から増速する程、同じく停止状態から後退方向(−:逆転方向)に増速させられる。一方、上記高速用クラッチ36が接続され、上記低速用クラッチ37の接続が断たれた高速モードでは、実線βに示す様に、上記トロイダル型無段変速機33の変速度比eV を増速する程、上記無段変速装置全体としての変速度比を(前進方向に)増速させられる。この様な高速モード時には、上記トロイダル型無段変速機33を通過する動力を低減できる、パワースプリット状態が実現される。
又、図3は、低速モードでの、第二遊星用キャリア61の速度比(=第二遊星用キャリア61の回転速度Nc2/入力軸41の回転速度Nin)と無段変速装置全体としての速度比(増速比=出力軸60の回転速度/入力軸41の回転速度)との関係を示している。この様な図3から明らかな様に、例えばGN値(GNポイント)近傍で、上記第二遊星用キャリア61の速度比が約−0.85、即ち、この第二遊星用キャリア61の回転速度が入力軸41延いてはエンジンの回転速度の85%程度となる。この為、このエンジンの回転速度がアイドリング状態、例えば約600min-1 (rpm)程度と低い場合でも、上記第二遊星用キャリア61の回転速度が400min-1 程度となる。そこで、本例の場合には、この様な第二遊星用キャリア61の回転速度を、回転速度検出手段(例えば回転センサ)により検出する。そして、この回転速度検出手段が検出する上記第二遊星用キャリア61の回転速度と、上記入力軸41の回転速度と、上記トロイダル型無段変速機33の変速度比eV と、第一、第二両遊星歯車式変速機34、35の歯数比(減速比)とに基づいて、出力軸60の回転速度{延いては車両の速度(車速)}を検出する。この為、この出力軸60の回転速度(延いては車速)を、この出力軸60から直接検出する場合に比べて、(低廉の回転センサを用いたとしても)容易、且つ、高精度に行なえる。
又、上記図3の関係から、上記第二遊星用キャリア61の回転速度に基づいて、上記出力軸60の回転方向、延いては車両の進行方向を判定できる。この為、例えば急な上り坂での発進時等に、トロイダル型無段変速機33の変速度比eV が前進側に対応する値に調節されているにも拘わらず、上記車両が後退している状態である事等を判定できる。この様な場合には、この車両が運転者の意図と反対方向に進んでいると判定し、正しい方向に進むべく(例えば運転者の意図に沿った駆動力を出力軸60から出力させるべく)、上記進行方向並びにその速度等に応じて、上記トロイダル型無段変速機33の変速度比eV を調整できる。尚、この様な出力軸60の回転速度の検出、延いては、車両の進行方向の検出は、例えば前述の図6に示した特許文献3に記載された構造であれば、第二の遊星歯車式変速機3Cを構成する太陽歯車16aの回転速度を検出する事で、本例と同様の検出精度の向上を図れる。但し、この図6に示した構造の場合には、上記太陽歯車16aが他の構成各部材に囲まれた中央部に位置している為、実際には検出が不可能と考えられる。
上述の様に構成する本例の無段変速装置によれば、高速用クラッチ36に圧油を導入する為の油圧配管の取り回しを容易に行なえ、更には、第一、第二各遊星歯車式変速機34、35を構成する歯車同士の噛合部の数を抑えると共に、これら各歯車の回転速度を低く抑えられる。即ち、上記第二遊星歯車式変速機35を構成する第二遊星用キャリア61とケーシング57との間に上記高速用クラッチ36を設けている為、この高速用クラッチ36に圧油を導入する為の油圧配管を上記ケーシング57に設けられ、この油圧配管の取り回しを容易に行なえる。しかも、上記第二遊星歯車式変速機35をシングルピニオン型のものとしている為、この第二の遊星歯車式変速機35を構成する歯車同士の噛合部の数を抑えると共に、この第二の遊星歯車式変速機35を構成する各歯車の回転速度を低く抑えられる。この為、伝達効率の向上と耐久性の確保とを高次元で図れる。更には、上記第二の遊星歯車式変速機35を構成する第二遊星用キャリアの回転速度に基づいて出力軸60の回転速度を求める為、この出力軸60の回転速度を(廉価なセンサを用いても)高精度に求められる。
本発明を実施する場合に利用するトロイダル型無段変速ユニットは、図1に示す様なハーフトロイダル型のものに限らず、前述の図6に示す様なフルトロイダル型のものも利用できる。
本発明の実施の形態の1例を示す半部略断面図。 無段変速装置全体としての速度比とトロイダル型無段変速機の速度比との関係の1例を示す線図。 無段変速装置全体としての速度比と第二遊星用キャリアの速度比との関係の1例を示す線図。 従来構造の第1例を示す略断面図。 同第2例を示す半部略断面図。 同第3例を示す略断面図。
符号の説明
1A、1B、1C トロイダル型無段変速機
2A、2B、2C 第一遊星歯車式変速機
3A、3B、3C 第二遊星歯車式変速機
4A、4B、4C 高速用クラッチ
5A、5B、5C 低速用クラッチ
6A、6B、6C 入力軸
7A、7B、7C 出力軸
8 遊星歯車
9 遊星歯車
10 組み合わせ遊星歯車
11 別の遊星歯車
12 遊星歯車組
13 リング歯車
14、14a キャリア
15 太陽歯車
16、16a 別の太陽歯車
17 キャリア
18 支持部材
19 リング歯車
20a、20b 遊星歯車組
21 遊星歯車
22 遊星歯車
24 組み合わせ遊星歯車
26 リング歯車
27 遊星歯車組
28 遊星歯車
29 遊星歯車
30 第一リング歯車
31 第二リング歯車
32 伝達筒
33 トロイダル型無段変速機
34 第一遊星歯車式変速機
35 第二遊星歯車式変速機
36 高速用クラッチ
37 低速用クラッチ
38a、38b 入力側ディスク
39 出力側ディスク
40 パワーローラ
41 入力軸
42 第一遊星用キャリア
43 中空回転軸
44 第一遊星用第一太陽歯車
45 第一遊星用第二太陽歯車
46 遊星歯車組
47 第一遊星用組み合わせ遊星歯車
48 第一遊星用リング歯車
49 伝達軸
50a、50b 遊星歯車
51 一端側遊星歯車
52 他端側遊星歯車
53 第二遊星用太陽歯車
54 第二遊星用組み合わせ遊星歯車
55 第二遊星用第一リング歯車
56 第二遊星用第二リング歯車
57 ケーシング
58 一端側遊星歯車
59 他端側遊星歯車
60 出力軸
61 第二遊星用キャリア
62 伝達筒

Claims (4)

  1. 入力軸と、出力軸と、トロイダル型無段変速機と、第一、第二各遊星歯車式変速機と、これら第一、第二各遊星歯車式変速機を通過する動力の伝達経路を切り換える為の複数のクラッチ装置とを組み合わせて成り、
    これら各クラッチ装置の断接状態の切り換えに基づいて、上記入力軸を一方向に回転させた状態のまま上記出力軸を停止させるギヤードニュートラル状態を実現する運転モードと、上記入力軸から上記出力軸に伝達する動力よりも上記トロイダル型無段変速機を通過する動力が小さくなるパワースプリット状態を実現する運転モードとのうちの何れかの運転モードに切り換え自在とした
    無段変速装置であって、
    上記トロイダル型無段変速機に近い側に設けた第一遊星歯車式変速機と、このトロイダル型無段変速機から遠い側に設けた第二遊星歯車式変速機との間に、上記ギヤードニュートラル状態を実現する運転モードの状態で、上記第二遊星歯車式変速機に動力を伝達する第一動力伝達経路と、上記パワースプリット状態を実現する運転モードの状態で、上記第二遊星歯車式変速機に動力を伝達する第二動力伝達経路とを備えており、
    上記第二遊星歯車式変速機を構成するキャリアと固定の部分との間に、この固定の部分に対しこのキャリアの回転を許容する状態と同じく不能とする状態とを切り換える為の、クラッチ装置を設けており、
    上記第二遊星歯車式変速機を構成する部材と上記出力軸とを、動力の伝達を可能に接続した
    無段変速装置。
  2. 第二遊星歯車式変速機は、両端部にそれぞれ一端側遊星歯車と他端側遊星歯車とを設けた、組み合わせ遊星歯車を備えたものであり、
    この組み合わせ遊星歯車を構成する上記一端側、他端側両遊星歯車は、互いに歯数を同じとしており、
    これら一端側、他端側各遊星歯車のうちの第一遊星歯車式変速機に近い側の上記一端側遊星歯車は、上記第二遊星歯車式変速機を構成する第一太陽歯車と第一リング歯車との両方に噛合するものであり、
    同じく第一遊星歯車式変速機から遠い側の他端側遊星歯車は、上記第二遊星歯車式変速機を構成する、上記第一リング歯車とは別のリング歯車である第二リング歯車に噛合するものであり、
    上記第一リング歯車と上記第一遊星歯車式変速機を構成する第三リング歯車とを、第一動力伝達経路により動力の伝達を可能に接続しており、
    上記第一太陽歯車と上記第一遊星歯車式変速機を構成する第二太陽歯車とを、第二動力伝達経路により動力の伝達を可能に接続しており、
    上記第二リング歯車と出力軸とを、動力の伝達を可能に接続した、
    請求項1に記載した無段変速装置。
  3. 第一動力伝達経路に、この第一動力伝達経路を通じて動力の伝達を行なう状態と同じく行なわない状態とを切り換える為の、クラッチ装置を設けた、請求項1〜2のうちの何れか1項に記載した無段変速装置。
  4. 第二遊星歯車式変速機を構成するキャリアの回転速度を検出する為の回転速度検出手段を備えており、ギヤードニュートラル状態を実現する運転モードの状態で、この回転速度速度検出手段が検出する上記キャリアの回転速度に基づいて、出力軸の回転速度を算出する、請求項1〜3のうちの何れか1項に記載した無段変速装置。
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