JP2008309208A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】原動軸の回転を制御しなくても、回転速度に加えて停止及び回転方向の切換を摩擦車の位置制御によりスムーズに行わせ得る無段変速機を提供する。
【解決手段】回転自在に支持されて周囲に複数個の横転ローラ１０が配列されている被駆動輪１１と、横転ローラ１０の外周面に圧接状態で被駆動輪１１を回転駆動する駆動ローラ２０と、この駆動ローラを被駆動輪１１の回転軸線に対して平行な回転軸線を中心に回転可能に横転ローラ１０の外周面に圧接状態に軸支し、かつモータ２１の回転軸２２の回転を駆動ローラ２０に伝動する伝動機構３０と、駆動ローラ２０を圧接状態で被駆動輪１１の半径ラインを中心に側転させるように、伝動機構３０を回転可能に支持する回転支持機構４０とを備え、横転ローラ１０が、被駆動輪１１の回転方向に直交する横方向へ回転自在に配列されると共に、回転方向の一方の端部の直径を他方の端部の直径よりも小さくして、被駆動輪１１の外周円の円弧を形成する形状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、原動軸の回転を従動体に無段階に変速制御可能に伝達する無段変速機に関するものである。

この種の無段変速機としては、摩擦車式、円錐ベルト式、Ｖベルト式等種々の方式のものが周知であり、例えば特許文献１によれば原動軸と出力軸の間にダブルコーンを設けて原動軸の軸方向に移動させることにより出力軸の回転を変速させ得る摩擦車式も周知である。さらに、図７に示すように、摩擦車としてのモータで直接回転駆動される駆動輪１を被駆動輪２の側面に沿って半径方向に変位させることにより、回転速度を制御する変速摩擦伝動装置も周知である。

また、本出願人は、回転速度が制御される非旋回式の電動車用全方向車輪として、特許文献２により、車輪直進方向に対して直交する横方向へ自在に回転する複数個の横転ローラが、その前後方向の一方の端部の直径を他方の端部の直径よりも小さくして周面により車輪外周円の円弧を形成するように、車輪の周囲に配列されている横転ローラ付の全方向車輪を提案した。
特開平７−７１５５２号公報 特開２００２−１３７６０２号公報

前述の摩擦車式の場合、原動軸を回転駆動するモータの回転方向を一定にしたままで、原動軸に沿ってダブルコーンを移動させることにより、連続的にスムーズに変速させることはできるが、入出力軸間にダブルコーンが介在した状態で逆転或は停止制御を行うことはできない。また、図７に示す駆動輪式の場合、その直線状の変位により変速させることはでき、被駆動輪の中心位置を過ぎると反転も可能であるが、変位機構が複雑になり、駆動輪の幅も接触点以外ですべりを生じるために制約され、したがって中心位置での停止制御を安定的にスムーズに行うことも不可能である。さらに、他の方式の無段変速機においても、原動軸の一定方向の回転状態で、停止制御或は回転方向の切換制御をスムーズに行えるものは存在していない。

よって、本発明は、特許文献２による全方向車輪の存在に着眼して、原動軸の回転を特に制御しなくても、回転速度に加えて停止及び回転方向の切換を摩擦車の位置制御によりスムーズに行わせ得る無段変速機を提供することを目的とする。

本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、中心位置を回転自在に支持され、かつ周囲に複数個の横転ローラが配列されている被駆動輪と、横転ローラの外周面に圧接状態で被駆動輪を回転駆動する駆動ローラと、この駆動ローラを被駆動輪の回転軸線に対して平行な回転軸線を中心に回転可能に横転ローラの外周面に圧接状態に軸支し、かつ原動軸の回転を駆動ローラに伝動する伝動機構と、駆動ローラを圧接状態で被駆動輪の半径ラインを中心に側転させるように、伝動機構を回転可能に支持する回転支持機構とを備え、横転ローラが、被駆動輪の回転方向に直交する横方向へ回転自在に配列されると共に、回転方向の一方の端部の直径を他方の端部の直径よりも小さくして、被駆動輪の外周円の円弧を形成する形状に形成されていることを特徴とする。

駆動ローラの回転軸線が被駆動輪の回転軸線に平行な場合、横転ローラを横転させることなく、被駆動輪が駆動ローラの圧接により回転駆動される。この状態から駆動ローラが圧接状態で被駆動輪の中心位置からの所定の半径方向、つまり半径ラインを中心に９０°回転、つまり側転すると、横転ローラが横転するだけで被駆動輪の回転駆動は行われない。これにより、駆動ローラが９０°に向けて側転して横方向の駆動分力が徐々に増加する過程で、対応の速度で横転ローラが横転すると共に、被駆動輪は徐々に減速する。その際、駆動ローラの側転方向に応じて横転ローラの横転方向は反転し、９０°を越えると被駆動輪の回転方向は反転する。

請求項１の発明によれば、駆動ローラの側転位置の制御により被駆動輪を停止状態に至るまでスムーズに変速させることができ、停止状態を経由して回転方向の切換もスムーズ行われる無段変速機もしくは変速摩擦伝動装置が実現される。原動軸の回転速度の制御或は停止制御を行うことなく、構造も簡単であり、減速比も大きく、停止状態では制動が加わる。

請求項２の発明によれば駆動ローラによる安定した回転駆動が可能になる。請求項３の発明によれば原動軸を残して伝動機構のみの回転で側転制御が可能になる。請求項４の発明によれば出力軸に被駆動体を連結して無段変速させることができ、請求項５の発明によれば被駆動体を駆動輪として電動車の駆動装置として利用できる。

図１乃至図６を基に本発明の実施の形態による無段変速機を説明する。この無段変速機は、図１及び図２に示すように、中心位置に突設された出力軸１１ａが回転自在に支持され、かつ周囲に複数個の横転ローラ１０が回転方向へ直交する横方向へ回転自在に配列されている被駆動輪１１と、その回転軸線Ｏに対して平行な回転軸線Ｏｄ（図４参照）を中心に横転ローラ１０の外周面に圧接状態で被駆動輪１１を回転駆動する摩擦輪としての駆動ローラ２０と、この駆動ローラをその回転軸線Ｏｄを中心に回転可能に横転ローラ１０の外周面に圧接状態に軸支し、かつ原動軸としてのモータ２１の回転軸２２の回転を駆動ローラ２０に伝動する伝動機構３０と、駆動ローラ２０を圧接状態でその圧接位置と被駆動輪１１の回転軸線Ｏを結ぶ被駆動輪１１の半径ラインＲ１（図３参照）を中心に側転させるように、伝動機構３０を回転可能に支持する回転支持機構４０と備える。尚、駆動ローラは、金属製の横転ローラに対してゴム製にすることも考えられる。

各横転ローラ１０は、図３に示すように、被駆動輪１１の回転方向の一方の端部である先端部１２の直径を他方の端部である基端部１３の直径よりも小さくして、周面１９が被駆動輪１１の外周円Ｃ１の円弧を形成する形状に形成され、半径ラインＲ１に対して直交方向からずれて交差する回転軸線Ｘ１を回転中心としている。つまり、各横転ローラ１０の直径は、周面１９が被駆動輪１１の外周円Ｃ１へ横方向に回転した位置でその円弧を形成し、したがって半紡錘形状に形成されている。また、先端部１２が隣合う横転ローラ１０の基端部１３に形成された円錐面状の凹部１４の外周側半分に部分的に侵入して、外周円Ｃ１に横転した周面１９が僅かな隙間１４ａで隣合う横転ローラ１０の基端部１３に近接し得るようになっている。被駆動輪１１のリム１７の周面には回転軸線Ｘ１に対して直交方向へ延びるプレート状軸受アーム１５の基端部が取付けられ、隙間１８に侵入して、横転ローラ１０の回転軸１６の両端部を回転自在に支持している。

伝動機構３０は、両側のプレート状のフレーム３１、３１ａ及びこれらを連結する基部側のフレーム３１ｂと、基部２９に配置されたモータ２１の原動軸としての回転軸２２がフレーム３１ｂを挿通されて、その先端部に取付けられた傘歯車３２及びフレーム３１、３１ａに回転自在に両端部を支持された回転軸３３ａに取付けられた傘歯車３３で構成される一対の直角式の傘歯車と、フレーム３１、３１ａに回転自在に両端部を支持されて駆動ローラ２０を回転駆動する駆動軸３７と、回転軸３３ａに取付けられた歯車３４、駆動軸３７に取付けられた歯車３７ａ及びフレーム３１の凹部３１ｃ及びフレーム３１ａ間に回転自在に支持された回転軸３８ａに取付けられて、歯車３７ａ及び歯車３４に歯合する中間歯車３８とを備えている。

回転支持機構４０は、フレーム３１ｂにモータ２１側に突設されて回転軸２２を回転自在に挿通させた状態で、フレーム２９に立設された軸受フレーム２３の軸受部２３ａに回転自在に支持されたボス部４１と、凹部３１ｃの両側の壁部に両端が取付けられて回転軸線が回転軸２２の回転軸線と同軸状で、かつフレーム２９に立設された軸受フレーム４２の軸受部４２ａに軸支された回転軸４３とより構成されている。これらの回転軸線は、対応方向の半径ラインＲ１とも同軸状になり、この半径ラインを中心に伝動機構３０を回転させる。この伝動機構は、手動操作で回転制御されて制御位置に保持されるか、或は回転制御及び制御位置での保持を行う回転操作機構が付設される。

このように構成された無段変速機の動作は次の通りである。モータ２１が回転すると、一対の直交する傘歯車３２、３３により、原動軸である回転軸２２に対して回転軸線が直交変換されて回転軸３３ａが回転駆動され、歯車３４、３８、３７ａを介して駆動軸３７が回転駆動される。

図１の状態では、駆動ローラ２０の回転軸線Ｏｄが被駆動輪１１の回転軸線Ｏに対して離間状態で直角であり、したがって横転ローラ１０を横方向へ回転駆動するだけで、被駆動輪１１に対して回転駆動力を発生し得ず、駆動ローラ２０への圧接による制動状態で停止している。

回転支持機構４０にボス部４１及び回転軸４３で回転自在に支持された伝動機構３０を９０°回転させた図３に示す状態では、回転軸線Ｏｄが回転軸線Ｏに対して平行となり、横転ローラ１０を横転させることなく被駆動輪１１を回転駆動し、被駆動輪１１は横転ローラ１０の回転方向Ａに対応して回転方向ａに回転する。

図５に示すように、駆動ローラ２０の側転位置を図４の状態から回転軸２２、４３を中心に回転させると、駆動力の横方向分力に応じて横転ローラ１０を回転方向ｂに回転させつつ被駆動輪１１は回転方向ａに駆動され、したがって側転角がさらに大きくなるのに伴って減速されつつ回転駆動される。

つまり、図６に示すように、図４に示す状態から駆動ローラ２０の側転位置が正面視で左右いずれかに回転させられると、即ち定位置で横転ローラ１０に接触状態で被駆動輪１１の回転方向に対して左右の側方へ回転すると、横転ローラ１０の横回転方向は互いに逆になるが、被駆動輪１１は両側の±９０°に至る範囲で徐々に減速しつつ前述の回転方向ａ（正転とする）に回転駆動される。両側の９０°位置では横転ローラ１０を横転させつつ制動状態で停止する。さらに９０°を越えて回転させると、正転状態から逆転して徐々に加速し、即ち回転方向ａと逆方向へ回転し、軸受フレーム４２にフレーム３１ａが干渉する角度範囲θｉを除いた１８０°の範囲で連続的にスムーズに回転速度が制御される。また、駆動ローラ２０を所定の側転位置へ制御することにより、所望の速度及び回転方向へ制御可能となる。

駆動ローラ２０による被駆動輪１１の駆動時に、各横転ローラ１０の前後端間の隙間１４ａは互いの侵入により、駆動ローラ２０の外径に対して僅かであるために、周面１９はほぼ連続した外周円Ｃ１を形成し得、特に減速状態でも一定の駆動が保証される。

尚、別の実施の形態として、回転支持機構４０を回転軸２２側でのみ支持する等により、軸受フレーム４２を廃止する構成に変形すると、駆動ローラ２０は３６０°を越えて自在に回転操作できる。また、伝動機構は、直交式の傘歯車を用いることなく、駆動ローラ２０の駆動軸３７をモータ２１の回転軸２２に平行もしくは同軸状に構成して、駆動ローラ２０をモータ２１と一体に回転制御を行うことも考えられる。

以上説明した本発明の無段変速機は、横転ローラ１０が配列されている被駆動輪１１をその中心位置に車軸を突設して車体に駆動輪として軸支させると共に、モータ２１、駆動ローラ２０、伝動機構３０及び回転支持機構４０を車体に搭載することにより、電動車の駆動装置として実施することができる。その際、運転席でのレバー操作により駆動ローラ２０を側転制御するように構成して、電動車の速度・停止制御を行うことができる。また、被駆動輪１１を左右の両側に設けて、互いに差動式に速度制御を行うことにより、横転ローラ１０の横転による非旋回式の全方向車輪として操舵を行うことも可能である。

さらに、被駆動輪１１の出力軸１１ａに、被駆動体として例えばベルトコンベアの駆動輪を無段変速制御可能に連結する等、種々の従来の無段変速機に代替に可能になる。

本発明の実施の形態による無段変速機の停止状態の側面図である。 同変速機の被駆動輪の停止状態での部分的に断面にした平面図である。 同変速機の被駆動輪の構成を説明する図である。 同変速機の最大速状態を示す側面図である。 同変速機の最大速状態から減速させた状態を示す側面図である。 同変速機の動作を説明する図である。 従来の変速摩擦伝動装置の原理を例示する斜視図である。

符号の説明

１０ 横転ローラ
１１ 被駆動輪
１１ａ 出力軸
２０ 駆動ローラ
２１ モータ
２２、３３ａ、３８ａ、４３ 回転軸
２３、４２ 軸受フレーム
３０ 伝動機構
３２、３３ 傘歯車
３４、３７ａ、３８ 歯車
３７ 駆動軸
４０ 回転支持機構

Claims (5)

1. 中心位置を回転自在に支持され、かつ周囲に複数個の横転ローラが配列されている被駆動輪と、前記横転ローラの外周面に圧接状態で前記被駆動輪を回転駆動する駆動ローラと、この駆動ローラを前記被駆動輪の回転軸線に対して平行な回転軸線を中心に回転可能に前記圧接状態に軸支し、かつ原動軸の回転を前記駆動ローラに伝動する伝動機構と、前記駆動ローラを前記圧接状態で前記被駆動輪の半径ラインを中心に側転させるように、前記伝動機構を回転可能に支持する回転支持機構とを備え、
   前記横転ローラが、前記被駆動輪の回転方向に直交する横方向へ回転自在に配列されると共に、前記回転方向の一方の端部の直径を他方の端部の直径よりも小さくして、前記被駆動輪の外周円の円弧を形成する形状に形成されていることを特徴とする無段変速機。
2. 各横転ローラの一方の端部が、隣合う前記横転ローラの他方の端部に近接し得るように、前記他方の端部に形成された凹部に部分的にそれぞれ侵入していることを特徴とする請求項１記載の無段変速機。
3. 伝動機構が、駆動ローラを回転駆動するように軸支された駆動軸と、この駆動軸に取付けられた歯車と、原動軸に付設された第１の傘歯車及びこの傘歯車に直角に歯合する第２の傘歯車と、この傘歯車に取付けられて前記原動軸と直交する回転軸及び前記歯車間に介在する少なくとも１個の歯車とを備えると共に、回転支持機構が、前記原動軸を中心に回転制御可能に前記伝動機構を支持することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無段変速機。
4. 被駆動輪の中心位置に、回転自在に支持された出力軸が突設され、この出力軸に被駆動体が取付けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の無段変速機。
5. 被駆動輪が、その中心位置を電動車のフレームに回転自在に支持される電動車用駆動輪であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の無段変速機。

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