JP2009531610A - Torque detection device for conical pulley winding transmission - Google Patents
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Abstract
円錐形プーリ巻掛け伝動装置のためのトルク検出装置であって、該トルク検出装置が、円錐形プーリ対の軸(10)と不動に結合された傾斜面(32)と、前記軸に周面係合し、該軸に対して相対的に軸方向で摺動可能且つ回転可能な検出ピストン(36)と不動に結合された別の傾斜面(38)とを有しており、これらの傾斜面が、前記検出ピストンと軸との間に作用するトルクの変化に際して、検出ピストンの軸方向位置を、当該傾斜面間に配置された複数の球(40)の傾斜面に沿った転動により変化させるように形成されており、トルク検出装置が更に、可動プーリ(14)と不動に結合されたガイド面(58)を有しており、該ガイド面の半径方向内側に前記球が接触しており、前記可動プーリが、前記軸と相対回動不能に且つ軸方向摺動可能に結合されており且つ前記検出ピストンの軸方向位置に関連した液圧で以て、前記軸と不動に結合された固定プーリに向かって押圧されており、前記ガイド面が、球と前記軸の軸線との間の半径方向間隔が、可動プーリと固定プーリとの間の軸方向間隔に関連するように成形されている形式のものにおいて、
前記ガイド面(58)が、各球(40)の前記傾斜面(32,38)との接触点、球のガイド面(58)との接触点及び球の中心点が半径方向に向けられた1平面内に位置するように構成されている。A torque detection device for a conical pulley winding transmission device, the torque detection device comprising an inclined surface (32) fixedly coupled to a shaft (10) of a conical pulley pair, and a circumferential surface on the shaft. A detecting piston (36) which engages and is axially slidable and rotatable relative to the shaft and has another inclined surface (38) which is fixedly coupled thereto, and these inclinations When the torque changes between the detection piston and the shaft, the axial position of the detection piston is changed by rolling along the inclined surfaces of the plurality of spheres (40) arranged between the inclined surfaces. The torque detector further includes a guide surface (58) fixedly coupled to the movable pulley (14), and the sphere contacts the radially inner side of the guide surface. The movable pulley is not rotatable relative to the shaft and the shaft The guide surface is pressed against a fixed pulley that is fixedly slidably coupled to the shaft and immovably coupled to the shaft with a hydraulic pressure related to the axial position of the detection piston. And the radial spacing between the shaft axis and the axis of the shaft is shaped to relate to the axial spacing between the movable pulley and the fixed pulley,
The guide surface (58) has a contact point with each inclined surface (32, 38) of each sphere (40), a contact point with the guide surface (58) of the sphere, and a center point of the sphere oriented in the radial direction. It is comprised so that it may be located in 1 plane.
Description
本発明は、円錐形プーリ巻掛け伝動装置のためのトルク検出装置に関する。 The present invention relates to a torque detection device for a conical pulley winding transmission.
例えば自動車に使用される円錐形プーリ巻掛け伝動装置は、一般に2つの円錐形プーリ対を有しており、これらの円錐形プーリ対は、例えばリンクプレートチェーン等の巻掛け手段により巻掛けられる。各円錐プーリ対の円錐プーリ間の間隔を逆向きで変えることにより、伝動装置の変速比が連続的に変えられる。 For example, a conical pulley winding transmission device used for an automobile generally has two conical pulley pairs, and these conical pulley pairs are wound by a winding means such as a link plate chain. By changing the distance between the conical pulleys of each conical pulley pair in the reverse direction, the transmission gear ratio can be continuously changed.
有利には、1円錐形プーリ対は、殊に駆動側に組み込まれたトルクセンサを有しており、このトルクセンサによって、駆動モータから作用するトルクが検出され、所属のプーリ対の円錐プーリ間の圧着圧力が前記トルクに対応して変化される。 The pair of conical pulleys preferably has a torque sensor, in particular on the drive side, by means of which the torque acting from the drive motor is detected and between the conical pulleys of the associated pulley pair. The pressure of pressure is changed corresponding to the torque.
このような、組み込まれたトルクセンサを備えた円錐プーリ巻掛け伝動装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第4234294号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第1954644号明細書、ドイツ連邦共和国特許第4026683号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開19545492号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第19951950号明細書に記載されている。 Such conical pulley winding transmissions with built-in torque sensors are described, for example, in German Patent Application No. 4234294, German Patent Application Publication No. 1954644, German Patent Application No. No. 4026683, German Patent Application Publication No. 19545492 and German Patent Application Publication No. 199519550.
図4には、円錐プーリ巻掛け伝動装置の駆動側部分の横断面図が示されている。固定プーリ(図示せず)と一体に形成された入力軸10には、軸方向で摺動可能に、しかし当該入力軸10と相対回動不能に結合された可動プーリ14が配置されている。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the drive side portion of the conical pulley winding transmission. An
可動プーリ14の裏側には、この可動プーリ14の半径方向外側の領域にシリンダリング16が半径方向で互いに間隔をあけられた2つの壁を備えて不動に固定されており、前記シリンダリング16内でピストン18が作動するので、この図面ではピストン18の右側に第1の圧力室20が形成されており、この第1の圧力室20には、可動プーリ14に形成された複数の半径方向孔22、可動プーリ14と軸10との間の環状室24、軸10に形成された半径方向孔26及び軸方向孔28を介して、伝達比調整のために変更可能な液圧を供給することができる。
On the back side of the
全体的に環状のピストン18は、全体的にコップ形の支持リング30に不動に結合されており、この支持リング30もやはり、入力軸10に不動に結合されている。支持リング30の端面に傾斜面32が形成されている。
The generally
更に、支持リング30の内側には、全体的に環状に形成された検出ピストン36が入力軸10の周面及び支持リング30の内周面に対してシールされて、軸方向で摺動可能に配置されている。当該の検出ピストン36は、可動プーリ14に向けられた突出部を備えて形成されており、この突出部の背面側に傾斜面38が形成されており、この傾斜面38は、前記傾斜面32に対する対応面を形成している。これらの傾斜面32,38間には転動体(図示の実施例では球40)が配置されている。
Further, a
検出ピストン36と可動プーリ14との間には第2の圧力室42が形成されており、この第2の圧力室42には、入力軸10を通る供給導管44を介して液圧を供給することができ、この場合、液圧媒体は、やはり入力軸10内に形成された導出導管46を介して導出可能である。
A
第2の圧力室に通じる供給導管開口48の有効横断面は、可動プーリ14の軸方向位置によって規定される。第2の圧力室42から通じる導出導管開口50の有効横断面は、検出ピストン36の位置によって規定される。検出ピストン36は、周方向で間隔を開けられた軸方向のアーム52で以て支持リング30の切欠きを貫通して突出している。前記アーム52の半径方向外面には、軸方向及び半径方向に向けられた複数の歯列が設けられており、これらの歯列は入力ホイール54の内側歯列と噛み合っており、この入力ホイール54は軸受け8を介して軸方向でほぼ摺動不能に入力軸10に支承されている。
The effective cross section of the supply conduit opening 48 leading to the second pressure chamber is defined by the axial position of the
可動プーリ14と不動に結合されたシリンダリング16の半径方向内側には、リング部材56がシリンダリング16と不動に結合されており、当該リング部材56の内面はガイド面58を形成しており、このガイド面58には球40が接触しており、更にガイド面58は球40の半径方向外向きの運動を制限する。
On the radially inner side of the
ここまでに説明した装置の構成及び機能は自体公知なので、以下簡単にのみ説明する。 Since the configuration and function of the apparatus described so far are known per se, only a brief description will be given below.
回転駆動可能な入力ホイール54から検出ピストン36にトルクが作用すると、このトルクは傾斜面38、球40及び傾斜面32を介して支持リング30延いては軸10に伝達される。前記傾斜面は、検出ピストン36がトルクの増大に伴って、図1では右側に向かって運動し、これにより導出導管開口50が次第に閉鎖されるように構成されている。導出導管開口50の有効サイズが小さくなるにつれて、第2の圧力室42内の圧力は増大し、これにより、可動プーリ14には入力トルクに関連した圧着圧力が作用する。可動プーリ14が大幅に左側に向かって摺動されると(伝動装置の最大のアンダードライブ)、供給導管開口48が閉鎖されるので、第2の圧力室42は無圧状態である。可動プーリ14が図4において右側に向かって移動すると、ガイド面58の有効半径が縮小することにより、球と傾斜面との間の接触部は、可動プーリ14の摺動増大に伴って右側に向かって半径方向内側へずれ、これにより、第2の圧力室42内の圧力が付加的に伝達比に関連して変化される。それというのも、傾斜面の勾配が、球と傾斜面との間の接触箇所の、入力軸10の軸線からの半径方向間隔に関連しているからである。この場合、楔面の勾配は、一般に半径方向内側の方が、半径方向外側よりも大きい。
When torque is applied to the
特に検出ピストン36、傾斜面32,38、ガイド面58及び球40によって形成された公知のトルク検出装置は、以下の特徴を有している。即ち:
‐入力軸10の回転数の増大に伴って、球40に作用する遠心力が増大し、この遠心力は一般に傾斜面及びガイド面の反力によって完全には引き受けられないので、第2の圧力室42内の圧力は回転数関連性となる。このことは、円錐形プーリ巻掛け伝動装置のスリップ又は過負荷又はヒステリシスをも惹起する恐れがある。
‐入力軸10の軸線からの間隔のみに関連した周方向の傾斜面の勾配(半径方向の関連性)の場合は、球が傾斜面に接して転動する転動面に対する垂線は、半径方向成分を有している。従って、球の中心点及び球と傾斜面との間の接触点は、異なる半径上に位置している。この相違は、検出ピストンの軸方向摺動にほぼ比例している。その結果、圧着圧力(第2の圧力室内の圧力)とトルクとの間の比は、伝達比に関連するのみならず、第2の圧力室42を通流する液圧媒体の体積流及び背圧並びにトルクにも関連している。
In particular, the known torque detection device formed by the
The centrifugal force acting on the
-In the case of the slope of a circumferentially inclined surface related only to the distance from the axis of the input shaft 10 (the relationship in the radial direction), the perpendicular to the rolling surface on which the sphere rolls against the inclined surface is Has ingredients. Accordingly, the center point of the sphere and the contact point between the sphere and the inclined surface are located on different radii. This difference is approximately proportional to the axial sliding of the detection piston. As a result, the ratio between the crimping pressure (pressure in the second pressure chamber) and the torque is not only related to the transmission ratio, but also the volumetric flow and back of the hydraulic medium flowing through the
本発明の課題は、検出されたトルクの、回転数、体積流、背圧及び別の値との、上で説明した不都合な関連性が阻止されたトルク検出装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a torque detection device in which the above-mentioned disadvantageous associations of the detected torque with the rotational speed, volume flow, back pressure and other values are prevented.
本発明の課題の第1の解決手段は、円錐形プーリ巻掛け伝動装置のためのトルク検出装置であって、該トルク検出装置が、円錐形プーリ対の軸と不動に結合された傾斜面と、前記軸に周面係合し、該軸に対して相対的に軸方向で摺動可能且つ回転可能な検出ピストンと不動に結合された別の傾斜面とを有しており、これらの傾斜面が、前記検出ピストンと軸との間に作用するトルクの変化に際して、検出ピストンの軸方向位置を、当該傾斜面間に配置された複数の球の傾斜面に沿った転動により変化させるように形成されており、トルク検出装置が更に、可動プーリと不動に結合されたガイド面を有しており、該ガイド面の半径方向内側に前記球が接触しており、前記可動プーリが、前記軸と相対回動不能に且つ軸方向摺動可能に結合されており且つ前記検出ピストンの軸方向位置に関連した液圧で以て、前記軸と不動に結合された固定プーリに向かって押圧されており、前記ガイド面が、球と前記軸の軸線との間の半径方向間隔が、可動プーリと固定プーリとの間の軸方向間隔に関連するように成形されており、しかも前記ガイド面が、各球の前記傾斜面との接触点、球のガイド面との接触点及び球の中心点が半径方向に向けられた1平面内に位置するように構成されていることによって得られる。 A first solution to the problem of the present invention is a torque detection device for a conical pulley winding transmission device, the torque detection device comprising an inclined surface fixedly coupled to the shaft of a conical pulley pair. A detection piston that is circumferentially engaged with the shaft and is slidable and rotatable in the axial direction relative to the shaft, and another inclined surface that is immovably coupled to the shaft. When the torque changes between the detection piston and the shaft, the axial position of the detection piston is changed by rolling along the inclined surfaces of a plurality of balls arranged between the inclined surfaces. The torque detection device further includes a guide surface that is fixedly coupled to the movable pulley, the sphere is in contact with a radially inner side of the guide surface, and the movable pulley is Coupled with the shaft so that it cannot rotate relative to the shaft and is slidable in the axial direction. And the hydraulic pressure related to the axial position of the detection piston is pressed toward a fixed pulley that is fixedly coupled to the shaft, and the guide surface is between the sphere and the axis of the shaft. Are formed such that the radial distance between them is related to the axial distance between the movable pulley and the fixed pulley, and the guide surface is in contact with the inclined surface of each sphere, the guide surface of the sphere, The contact point and the center point of the sphere are configured so as to be located in one plane oriented in the radial direction.
これにより、遠心力が反力により完全に引き受けられ、圧着圧力の不都合な回転数関連性は惹起されないということが達成される。 Thereby, it is achieved that the centrifugal force is completely taken up by the reaction force, and an inconvenient rotational speed relationship of the pressure is not caused.
本発明の課題の別の解決手段は、円錐形プーリ巻掛け伝動装置のためのトルク検出装置であって、該トルク検出装置が、円錐形プーリ対の軸と不動に結合された傾斜面と、前記軸に周面係合し、該軸に対して相対的に軸方向で摺動可能且つ回転可能な検出ピストンと不動に結合された別の傾斜面とを有しており、これらの傾斜面が、前記検出ピストンと軸との間に作用するトルクの変化に際して、検出ピストンの軸方向位置を、当該傾斜面間に配置された複数の球の傾斜面に沿った転動により変化させるように形成されており、トルク検出装置が更に、可動プーリと不動に結合されたガイド面を有しており、該ガイド面の半径方向内側に前記球の半径方向外側領域が接触しており、前記可動プーリが、前記軸と相対回動不能に且つ軸方向摺動可能に結合されており且つ前記検出ピストンの軸方向位置に関連した液圧式の圧着圧力で以て、前記軸と不動に結合された固定プーリに向かって押圧されており、前記ガイド面が、球と前記軸の軸線との間の半径方向間隔が、可動プーリと固定プーリとの間の軸方向間隔に関連するように成形されており、しかも前記ガイド面が、各球の前記傾斜面との接触点及び球のガイド面との接触点が半径方向に対して予め規定された角度を有する1平面内に位置するように構成されていることによって得られる。 Another solution to the problem of the present invention is a torque detection device for a conical pulley winding transmission device, the torque detection device being fixedly coupled to the shaft of a conical pulley pair; A circumferentially engaging surface of the shaft, having a detection piston that is slidable and rotatable in the axial direction relative to the shaft, and another inclined surface that is immovably coupled, and these inclined surfaces However, when the torque acting between the detection piston and the shaft changes, the axial position of the detection piston is changed by rolling along the inclined surfaces of a plurality of spheres arranged between the inclined surfaces. The torque detection device further includes a guide surface that is fixedly coupled to the movable pulley, and a radially outer region of the sphere is in contact with a radially inner side of the guide surface. Pulley is non-rotatable relative to the shaft and slides in the axial direction And is pressed against a fixed pulley that is immovably coupled to the shaft with a hydraulic pressure that is hydraulically related to the axial position of the detection piston. And the axial line between the shaft and the axis of the shaft are shaped so as to be related to the axial distance between the movable pulley and the fixed pulley, and the guide surface is in contact with the inclined surface of each sphere. The contact point and the contact point with the guide surface of the sphere are obtained by being configured to be located in one plane having a predetermined angle with respect to the radial direction.
これにより、遠心力が、前記角度に基づき予め規定可能な圧着圧力の回転数関連性を生ぜしめ、この回転数関連性は、伝動装置の制御において考慮され得る。 Thereby, the centrifugal force gives rise to a rotation speed relationship of the pressure-bonding pressure that can be defined in advance based on the angle, and this rotation speed relationship can be taken into account in the control of the transmission.
有利には、傾斜面の勾配が、該傾斜面の最も低い位置から離れるにつれて減少し、圧着圧力及びトルクの比が、傾斜面とガイド面との相対位置とはほぼ無関係である。 Advantageously, the slope of the inclined surface decreases as it moves away from the lowest position of the inclined surface, and the pressure-bonding pressure and torque ratio is substantially independent of the relative position of the inclined surface and the guide surface.
これにより、球の中心点に関する接触点の半径方向ずれのネガティブな影響が補償され得る。このことは、ガイド面の予め規定された各位置における半径方向ずれ、軸方向ずれ及び周方向ずれが、トルクと圧着圧力若しくは第2の圧力室内の圧力との比がほぼ一定のままであるように配置されていることによって得られる。 This can compensate for the negative effects of radial displacement of the contact point with respect to the center point of the sphere. This means that the radial deviation, axial deviation and circumferential deviation at each pre-defined position of the guide surface remain such that the ratio of torque and pressure or pressure in the second pressure chamber remains substantially constant. It is obtained by being arranged in.
以下に、大体においてあらゆる形式の、組み込まれたトルクセンサを備えた円錐形プーリ巻掛け伝動装置に使用可能な本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。 In the following, embodiments of the invention which can be used for almost any type of conical pulley wound transmission with an integrated torque sensor will be described in detail with reference to the drawings.
以下に説明する本発明によるジオメトリは、図4に示した伝動装置において使用可能である。 The geometry according to the invention described below can be used in the transmission shown in FIG.
図1aには、傾斜面32,38間の球40が示されており、前記傾斜面32,38は周方向で支持リング30若しくは検出ピストン36に交互に形成されている。
FIG. 1 a shows a
図1aにはトルクフリーの状態が示されており、この状態では検出ピストン36は支持リング30に最大限に接近している。図1bに示した状態では、検出ピストン36に形成された傾斜面38は周方向yで、入力ホイール54により入力されたトルクに基づき支持リング30の傾斜面32に対して相対的にずらされており、その結果、球40は両傾斜面に沿ってある程度転動し且つ支持リング30と検出ピストン36との間の間隔を拡大させる。看取されるように、これにより、接触点B1,B2と球の中心点Mとを結ぶ線は、x方向(入力軸10の軸線方向)に対して所定の角度を成す。接触点B1,B2、球の中心点M及びガイド面58との球の接触点とを含む1平面が半径方向を向き続けるためには、前記の成形ガイド面58が、図4に示したII−II線に沿った断面図で見て図2に示した形状を有している。この場合は半径方向で見て支持リング30の傾斜面32の最も低い位置に位置する位置から出発して半分だけが周方向で図示されている。看取されるように、ガイド面はその中間領域に平坦部60を有しており、この平坦部60には球40が、図2aに点P1で示した位置で接触している。
FIG. 1 a shows a torque-free state in which the
図2bには、図1bに示した状態における、球40とガイド面58との間の接触が示されており、この場合、接触箇所P2,P3は側方に移動し且つ点B1,M,B2,P4(P2とP3との中間)を含む1平面は半径方向を向いたままである。
FIG. 2b shows the contact between the
ポンピング状態、即ち周方向での傾斜面32,38間の大幅な摺動に対応する図2cに示した状態では、接触点P5は図2bの有効接触点P4に比べて更に移動されている。
Pumping state, i.e. in the state shown in FIG. 2c corresponding to significant sliding between the
ガイド面58は、球の傾斜面とガイド面との接触点及び球中心を含む1平面が半径方向で位置するように、傾斜面32,38に合わせられていてよい。これにより、回転数の増大に伴って球40に作用する遠心力が反力により完全に引き取られ、圧着圧力の不都合な回転数関連性は生じないということが保証される。また、ガイド面58は、球の傾斜面とガイド面との接触点が、半径方向で所与の角度を有する1平面を規定するように構成されていてもよい。これにより、円錐形プーリ巻掛け伝動装置の液圧制御において考慮可能な、予め規定可能な圧着圧力の回転数関連性が得られる。
The
図3には、図1とは異なる形状の傾斜面が示されており、この場合は支持リング30の傾斜面32のみが図示されている。看取されるように、傾斜面32の勾配αは周方向yで変化しており、しかも、この勾配は最も低い位置からの距離が増大するにつれて小さくなる。周方向で減少するこの勾配を以て、球中心Mに関する接触点の半径方向ずれのネガティブな影響は、r・tan(α)(トルクに対応)と、圧着圧力若しくは第2の圧力室42内の圧力との比が、r及び/又はαが変化してもほぼ一定であり続けるように、傾斜面32又はガイド面58の予め規定されたあらゆるポジションにおける半径方向ずれ、軸方向ずれ及び周方向ずれが変化することに基づき、補償され得る。rは入力軸10の軸線からの接触点Bの半径方向距離であり、α=α(r)は、前記半径方向距離に関連した主傾斜面角度、即ち図3に示した球40の傾斜面の最も低い位置における勾配である。
FIG. 3 shows an inclined surface having a shape different from that of FIG. 1. In this case, only the
Claims (3)
前記ガイド面(58)が、各球(40)の前記傾斜面(32,38)との接触点、球のガイド面(58)との接触点及び球の中心点が半径方向に向けられた1平面内に位置するように構成されていることを特徴とする、円錐形プーリ巻掛け伝動装置のためのトルク検出装置。 A torque detection device for a conical pulley winding transmission device, the torque detection device comprising an inclined surface (32) fixedly coupled to a shaft (10) of a conical pulley pair, and a circumferential surface on the shaft. A detecting piston (36) which engages and is axially slidable and rotatable relative to the shaft and has another inclined surface (38) which is fixedly coupled thereto, and these inclinations When the torque changes between the detection piston and the shaft, the axial position of the detection piston is changed by rolling along the inclined surfaces of the plurality of spheres (40) arranged between the inclined surfaces. The torque detector further includes a guide surface (58) fixedly coupled to the movable pulley (14), and the sphere contacts the radially inner side of the guide surface. The movable pulley is not rotatable relative to the shaft and the shaft The guide surface is pressed against a fixed pulley that is fixedly slidably coupled to the shaft and immovably coupled to the shaft with a hydraulic pressure related to the axial position of the detection piston. And the radial spacing between the shaft axis and the axis of the shaft is shaped to relate to the axial spacing between the movable pulley and the fixed pulley,
The guide surface (58) has a contact point with each inclined surface (32, 38) of each sphere (40), a contact point with the guide surface (58) of the sphere, and a center point of the sphere oriented in the radial direction. A torque detection device for a conical pulley-wound transmission device, wherein the torque detection device is configured to be located in one plane.
前記ガイド面(58)が、各球(40)の前記傾斜面(32,38)との接触点及び球のガイド面(58)との接触点が半径方向に対して予め規定された角度を有する1平面内に位置するように構成されていることを特徴とする、円錐形プーリ巻掛け伝動装置のためのトルク検出装置。 A torque detection device for a conical pulley winding transmission device, the torque detection device comprising an inclined surface (32) fixedly coupled to a shaft (10) of a conical pulley pair, and a circumferential surface on the shaft. A detecting piston (36) which engages and is axially slidable and rotatable relative to the shaft and has another inclined surface (38) which is fixedly coupled thereto, and these inclinations When the torque changes between the detection piston and the shaft, the axial position of the detection piston is changed by rolling along the inclined surfaces of the plurality of spheres (40) arranged between the inclined surfaces. The torque detector further includes a guide surface (58) fixedly coupled to the movable pulley (14), and the sphere contacts the radially inner side of the guide surface. The movable pulley is not rotatable relative to the shaft and the shaft The molding guide is slidably coupled and is pressed toward a fixed pulley that is immovably coupled to the shaft with a hydraulic pressure pressure related to the axial position of the detection piston. The surface is shaped such that the radial spacing between the sphere and the axis of the shaft is related to the axial spacing between the movable pulley and the fixed pulley;
The guide surface (58) has a predetermined angle with respect to the radial direction between the contact point of each sphere (40) with the inclined surface (32, 38) and the contact point with the guide surface (58) of the sphere. A torque detection device for a conical pulley-wound transmission device, characterized in that the torque detection device is configured to be located in one plane having the same.
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