JP2010538230A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

本発明は、その間において無段変動器比で駆動力を伝達するような少なくとも２つの同軸のレース（Ｄ１−Ｄ４）を有する形式の変動器を組み込んだ無段変速機に関する。変動器レースは、変動器シャフト（１６）のまわりで回転するように装着される。変速機は、変動器シャフトから横方向に分離したレイシャフト（１８）を有する。変速機は、２つの遊星歯車を有する。分割遊星歯車（１４）は、変速機入力（１０）から駆動される入力部材と、レイシャフト及び変動器シャフトをそれぞれ駆動するように配列された２つの出力部材とを有する。再循環遊星歯車は、変動器シャフト及びレイシャフトにそれぞれ結合するようにされた第１及び第２の入力部材と、再循環出力部材とを有する。クラッチ構成は、少なくとも３つの体系のいずれかを選択的に保証するために設けられる。１つの体系においては、再循環出力部材が変速機出力を駆動する。別の体系においては、レイシャフトが変速機出力を駆動する。第３の体系においては、変動器シャフトが変速機出力を駆動する。要素の配列は、変動器シャフトが、変速機出力、再循環遊星歯車、再循環出力部材と変速機出力との間に位置し、第１の体系において変速機出力を駆動するのに役立つ第１のカップリング、及び、変動器シャフトと変速機出力との間に位置し、第３の上述の体系において変速機出力を駆動するのに役立つ第２のカップリングと同軸になるようなものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の体系で作動できる形式の無段変速機（continuously variable transmissions）に関する。無段変速機（「ＣＶＴ」）は、典型的には、（ａ）回転入力及び回転出力を有し、無段式にその出力速度に対するその入力速度の比「変動器比（variator ratio）」を変更できる装置である変動器（variator）と、（ｂ）エンジンのような回転動力源と例えば自動車の被駆動車輪である動力使用地点との間で変動器を結合するようにされた関連する伝動装置と、を有する。全体として変速機により提供される全体の速度比「変速機比（transmission ratio）」は、変動器比の関数であるが、一般にそれとは同一ではなく、関連する伝動装置により修正される。

典型的には、遊星形式の「シャント（shunt;分路）」歯車構造を伝動装置に組み込むことは周知である。シャント歯車は、動力を循環させて変動器自身により取り扱われる動力を減少させるのに役立つことができ、「ギヤ中立（geared neutral）」として当業界で知られる状態を提供するのに役立つことができる。シャントは、典型的には変動器の両側に結合された２つの回転入力と、例えば最終の伝動装置従って車両の車輪に結合された回転出力とを有する。

或る変動器比（「ギヤ中立比」）においては、シャントに対する２つの入力は互いに相殺し合い、出力を静止状態にする。この状態は「ギヤ中立」と呼び、稼動するエンジンから物理的に結合解除することなく、変速機出力を休止させることができる。従って、このような変速機は、車両の発進時及び停止のための車両の制動時にエンジンと変速機との結合／結合解除に使用される普通の自動車の変速機の手動クラッチ又はトルクコンバータのような任意の「始動装置」無しに、使用することができる。ギヤ中立比の片側に対する変動器比は後進出力回転及び後進車両運行を提供する。ギヤ中立比の他側に対する変動器比は前進出力回転及び前進車両運行を提供する。変動器がギヤ中立比にあるときは、被駆動車輪及び車両は停止状態となる。

典型的には、ＣＶＴの伝動装置は、１又はそれ以上のクラッチ装置を組み込んでおり、その係合／係合解除は「体系（regimes）」間での変速機の切換えを許容する。変速機比は、変動器比の関数であるが、各体系において、変動器比と変速機比との間の関係は異なる。例えば、自動車の変速機はしばしば２つの体系即ち高体系及び低体系を提供するように設計される。低体系は後進、ギヤ中立及び低速前進ギヤを提供する。高体系は、より速い前進ギヤを提供する。

伝動装置内での比は、変動器がその範囲の一端に近い或る変動器比（同期比；synchronous ratio）に到達したときに、低体系から高体系への変更が変速機比を変化させないように、選択される。同期比での体系の変更は、車両の車輪でのトルクの大きな不連続性又はエンジン速度の変化を伴わずに、円滑に行うことができる。

複数の体系の使用は、変速機のエネルギ効率に関して望ましい。変動器自体は、典型的には変速機の最小効率部分である。任意の与えられた体系において、全体として変速機により提供された比の広がりが変動器の比広がりよりも大きい場合、シャントは、「動力分割（power split）」となる。即ち、全体の動力の一部のみが変動器を通して伝達される。与えられた体系において比広がりを減少させると、変動器を通る全体の動力の比率が減少し、効率を改善でき、変動器自体の必要な寸法及び仕様を減少させることができる。このような理由のため、ある場合、２つよりも多くの体系を提供することが望ましいことがある。大型路面走行トラックは１つの例を提供する。エネルギ効率はこのような車両のための重要な検討事項であり、そのエンジンは特に大きな動力及びトルクを生じさせ、変動器によるその取り扱いは２体系変速機において問題となることがある。

３又はそれ以上の体系で作動できるＣＶＴの既知の例は、トロトラック（デベロップメント）社(Torotrak (Development) Limited)の名前による公開国際特許出願ＷＯ９４／２４４６２号明細書において提供される。それに対応する米国特許は、ＵＳ５６４３１２１号である。当の変速機は２つの遊星シャント歯車を使用する。その明細書において、一方の歯車は、「動力分割（power splitting）」遊星歯車として参照される。その理由は、この歯車がエンジンから動力を受け取り、その動力を第１及び第２のシャフト間で分割し、それらの相対速度を容認するからである。変動器自体は、第１のシャフトに接続されたその入力及び第２のシャフトに接続されたその出力を有し、そのため、（一定のエンジン速度に対して）変動器比の増大が第２のシャフトの速度を増大させ、第１のシャフトの速度を減少させ、一方、変動器比の減少が第２のシャフトの速度を減少させ、第１のシャフトの速度を増大させる。

各シャフトは、少なくとも１つのクラッチ／歯車構成を介して車両の車輪に選択的に結合できる。変速機比が増大した場合に生じることを考察する。最初に、第１のシャフトは第１のクラッチ／歯車構成を介して車輪に接続される。第２のシャフトは接続解除され、自由回転する。変動器は第１のシャフトの速度及び被駆動車輪の速度を増大させるためにその比範囲にわたって動かされる。最終的に、変動器はその比範囲の限界へ到達し、同期体系の変更が開始され、第１のシャフトを接続解除し、第２のクラッチ／歯車構成を介して第２のシャフトを車輪に接続する。この時点で、変動器比の変更の方向は逆転する。次いで、変動器はその比範囲にわたって戻り運動し、第２のシャフト及び被駆動車輪の速度を増大させる。

変動器がその比範囲の反対側の限界に到達したとき、第２のシャフトを接続解除し、第３のクラッチ／歯車構成を介して第１のシャフトを車輪に接続することにより、より高い体系への変更を行うことができる。原則として、異なる比で車輪を駆動するための複数のクラッチ／歯車構成を備えた各シャフトを提供することにより、任意の数の体系を提供することができる。

シャント歯車の第２のものは「動力再循環」遊星歯車として上記ＷＯ９４／２４４６２号明細書において参照され、ギヤ中立を含む低体系を提供するのに役立つ。その入力は、変動器を横切って接続され、その出力はクラッチを介して被駆動車輪に接続できる。低体系において、第１及び第２のシャフトは共に、代わりに動力再循環遊星歯車により駆動される車輪から接続解除される。

このような変速機のデザイン及びレイアウトには問題がある。上記ＷＯ９４／２４４６２号明細書は、２つの遊星シャントが互いに同軸で変速機の入力に対しても同軸であるが、変動器自体がその共通軸線から横方向に片寄っているような構成を示している。これは梱包の視点から必ずしも便利とは限らず、また、必ずしも動力伝達経路内の歯車の数を最少化できるとは限らず、付加的な伝動装置は変速機のエネルギ分散を増大させるので望ましくない。

実質的に同様の原理で作動するが異なるレイアウトを有するような変速機は、これまた上記トロトラック（デベロップメント）社の名前による公開国際特許出願ＷＯ９４／１６２４４号明細書に開示されている。その対応する米国特許はＵＳ５５６４９９８号である。その変速機においては、２つの遊星歯車構成は変動器のいずれかの側においてそれと同軸であるが、変速機の出力は変動器の軸線から片寄ったレイシャフトを通して行われ、これはまた梱包に関して問題を生じることがある。

「入力（input）」及び「出力（output）」という用語（designations）は、上述の説明で使用したが、シャフト又は他の回転部材に関して以下に繰り返し使用する。シャフト又は他の回転部材は、それを介して変動器（実際には変速機自体）のような要素を他の要素に結合する。これは要素の片側をその反対側から区別するのに有用な用語であるが、大半の場合、指定は、本質的に任意であり、（以下の説明においてはエンジンから車輪へと仮定するが）動力の流れは必ずしも入力から出力へとは限らないことを理解すべきである。

ＷＯ９４／２４４６２号（米国特許第５６４３１２１号明細書） ＷＯ９４／１６２４４号（米国特許第５５６４９９８号明細書）

本発明の第１の態様は、エネルギ効率がよく、製造について経済的であり、梱包に対して便利であるような多体系変速機を提供することを意図する。本発明の第１の態様によれば、変速機入力及び変速機出力を有し、無段変速機比で入力及び出力間で駆動力を伝達するようにされた無段変速機が提供される。変速機は、更に、少なくとも２つの変動器レースを備え、それらの間で無段変動器比で駆動力が伝達される。この少なくとも２つの変動器レースは、変動器シャフトにより画定される軸線のまわりに回転するように装着される。変速機は、変動器シャフトから横方向に分離したレイシャフトと、変速機入力から駆動されるように配列されたスプリッタ入力部材と、レイシャフト及び変動器シャフトをそれぞれ駆動するように配列された２つのスプリッタ出力部材とを有する分割遊星伝動装置と、変動器シャフト及びレイシャフトにそれぞれ作動的に結合するように配列された第１及び第２の再循環入力部材と、再循環出力部材とを有する再循環遊星伝動装置と、及びクラッチ構成を有する。

前記クラッチ構成は、（ａ）再循環出力部材が変速機出力を駆動するような体系、（ｂ）レイシャフトが変速機出力を駆動するような体系、及び（ｃ）変動器シャフトが変速機出力を駆動するような体系、に選択的に噛み合う(engaging)。

変動器シャフトは、変速機出力、再循環遊星歯車、第１のカップリング、及び第２のカップリングと同軸である。第１のカップリングは、再循環出力部材と変速機出力との間に位置し、体系（ａ）において変速機出力を駆動するのに役立ち、第２のカップリングは、変動器シャフトと変速機出力との間に位置し、体系（ｃ）において変速機出力を駆動するのに役立つ。

多体系変速機に関連する別の問題は、製造の実用性に関する。異なる車両は変速機により提供されるべき体系の数について異なる要求を有する。上述のように、多数の体系は変動器により取り扱われる動力を減少させることができる。一方、４つもの異なる体系を提供する変速機は大型になることがあり、製造が比較的高価になることがある。一方が他方よりもより多くの体系を提供する能力を有するような２つの異なる変速機に対して同じ要素及びツールを主として使用できるようにすることが望ましい。これは、付加的な体系（単数又は複数）を提供するための随意の付加的な要素を伴って、より少数の体系を提供する単一の基礎的な変速機を使用することにより、達成することができる。

本発明の第２の態様によれば、付加的な要素の組み込みの結果、少なくとも４つの体系で作動でき、変速機入力及び最終の変速機出力を有し、これらの間において無段変速機比で駆動力を伝達するようにされた無段変速機が得られる。変速機は、更に、少なくとも２つの変動器レースを備えた変動器であって、少なくとも２つの変動器レースがその間において無段変動器比で駆動力を伝達し、変動器シャフトにより画定される軸線のまわりで回転するように装着される変動器、変動器シャフトから横方向に分離したレイシャフト、変速機入力から駆動されるように配列されたスプリッタ入力部材とレイシャフト及び変動器シャフトをそれぞれ駆動するように配列された２つのスプリッタ出力部材とを有する分割遊星伝動装置、変動器シャフト及びレイシャフトにそれぞれ作動的に結合するように配列された第１及び第２の再循環入力部材、再循環出力部材を有する再循環遊星伝動装置、第１のクラッチ構成により最終の変速機出力に対して選択的に作動的に結合及び結合解除されるように配列された共有出力部材、及びクラッチ構成を有する。

クラッチ構成は、（ａ）１つの体系を提供するために、共有出力部材へ及びそれを通して最終の変速機出力へ再循環出力部材を結合する操作、（ｂ）別の体系を提供するために、共有出力部材へ及びそれを通して最終の変速機出力へレイシャフトを結合する操作、（ｃ）別の体系を提供するために、共有出力部材へ及びそれを通して最終の変速機出力へ変動器シャフトを結合する操作；及び（ｄ）別の体系を提供するために、共有出力部材が最終の変速機出力から接続解除されている間に、共有出力部材を含まない別個の経路を介してレイシャフト又は変動器シャフトのいずれかを最終の変速機出力に結合する操作、のためのものである。

本発明の第３の態様によれば、第２の体系を提供するために必要な付加的な要素は付加的な体系を備えた変速機を提供するために無段ホスト変速機に取り付けるためのユニットとして形成することができ、ユニットは回転最終変速機出力と、ホスト変速機の第１の出力に係合できる第１の回転入力と、ホスト変速機の第２の出力に係合できる第２の回転入力と、最終の変速機出力を第１及び第２の回転入力の内の少なくとも一方に選択的に接続するための歯車及びクラッチ構成とを有する。

典型的には、１つの体系又は別の体系を選択するために使用されるクラッチは例えば湿式板形式の摩擦装置である。極めて幅広く利用でき有効ではあるが、この形式のクラッチの使用に関連するある欠点が存在する。その特性のため、この装置は磨耗を受け、それ故周期的な一新を必要とする。選択されるクラッチは所期のトルクを取り扱うことができなければならず、このトルクはトラックのような車両においてかなりのものとなることがあるので、クラッチの要求は無理な要求となることがある。また、湿式板クラッチの費用も考えなければならない。

本発明の第４の態様によれば、無段変動器比を提供する変動器と、変速機入力と変速機出力との間で少なくとも２つの選択的に係合できる駆動経路を画定する伝動装置（両方の駆動経路は、両者において、変速機出力速度に対する変速機入力速度の比が変動器比の関数となるように、変動器を組み込んでいる）と、体系変更クラッチ構成とを有する多体系無段変速機が提供され、変速機の特徴とするところは、体系変更クラッチ構成が一方の駆動経路の係合から他方の駆動経路の係合へと変更させるための１又はそれ以上のドッグクラッチを有することであり、変速機が更に、過剰なトルクを受けたときにスリップできて、変動器比と変速機出力速度に対する変速機入力速度の比との間の不適合を許容するような少なくとも１つの摩擦係合装置を有することである。

ドッグクラッチは、スリップすることができず、従って、変速機入力及び出力速度間の不適合を許容できない。摩擦係合装置が無い場合、これは、例えば運転手による急ブレーキによって生じる予期しないトルクスパイクの場合に変動器のような変速機の他の部品上に過剰な負荷をかけることがある。このような状態においては、付加的な摩擦係合装置はスリップすることができ、従って、必要な保護を伴った変速機を提供する。

図１は、本発明を履行するために使用するのに適したトロイダルレース転がり牽引変動器の主要な要素を示す極めて簡単な斜視図である。 図２は、半径方向に沿って見た、これまた極めて簡単な形の同じ変動器を示す。 図３は、本発明を具体化した３体系ＣＶＴの概略図である。 図４は、同じ変速機をより詳細に示す。 図５ａ乃至図５ｃは、各々において、それぞれの体系のための動力経路内に含まれる要素が際立って強調され、他の要素が薄い線で示される点を除いて、図４に対応する。 図６は、第４の体系を提供するために付加的な伝動装置及び関連する要素を伴った、図３、図４に示す同じＣＶＴを表す。 図７は、図６の変速機をより詳細に示す。 図８は、いくつかの点において製造がより簡単である、図７に示す展開図である変速機を示す。 図９は、第４の体系を提供するために付加的な伝動装置及び関連する要素を伴った、図８に示す同じ変速機を表す。

ここで、添付図面を参照して、本発明の特定の実施の形態を単なる事例として説明する。まず、図１、図２を参照しながら、本発明を履行するために使用するのに適した変動器Ｖを説明する。当の変動器は当業者に知られており、トロイダルレース転がり牽引形式のものである。他の形式の変動器も本発明を具体化した変速機に使用することができる。変動器Ｖはそれぞれ半トロイダル状の窪んだ面２００、２０２を備えた第１及び第２の入力レースＤ_１、Ｄ_２を有する。入力レースＤ_１、Ｄ_２間には、第１及び第２の出力レースＤ_３、Ｄ_４が位置し、これらもそれぞれ半トロイダル状の窪んだ面２０４、２０６を有し、そのため、第１の入力及び出力レースＤ_１、Ｄ_３には第１のトロイダル空洞２０８が形成され、第２の入力及び出力レースＤ_２、Ｄ_４間には第２のトロイダル空洞２１０が形成される。レースは、変動器シャフト２１２により画定される共通の回転軸線（「変動器軸線」）を有し、このシャフトのまわりでレースが回転する。

各空洞２０８、２１０は、それぞれの組のローラ２１４、２１６を収容する。典型的には、各組は３つのローラからなる。各ローラはローラ軸線のまわりで回転するように装着され、一方から他方へ駆動力を伝達するためにその関連する入力及び出力レースのトロイダル状の面上で運動する。ローラ２１４、２１６の各々は変動器軸線のまわりで円周方向に沿って前後に動くことができる。また、ローラは歳差（転頭）運動することができる。即ち、ローラの軸線は旋回でき、変動器軸線に対するローラ軸線の傾斜を変化させる。図示の例においては、このような運動はステム２２２によりアクチュエータ２３０のピストン２２８に結合されたそれぞれのキャリヤ２２０内に各ローラ２１４、２１６を回転自在に装着することにより提供される。

ピストン２２８の中心からローラ２１６の中心への線２３２は、歳差軸線を構成し、この軸線のまわりで、全体の組立体が旋回することができる。ローラの歳差運動は、２１６のようなローラがＤ_２、Ｄ_４のようなレース上で辿る経路の半径を変化させ、それ故、変動器の駆動比を変化させる。

この事例においては、歳差軸船２３２は変動器軸線に垂直な平面内に精確に位置しないが、代わりに、この平面に対して傾斜することに留意されたい。傾斜角度は図においてＣＡで示し、「キャスタ角度」として知られている。ローラが前後に動くと、ローラは変動器軸線上に中心を持つ円形経路を追従する。更に、ローラ上でのレースの作用は、ローラ軸線を変動器軸線に交差させるこのような傾斜にローラを維持させる傾向を有する操舵運動を生じさせる。軸船のこの交差は、その円形経路に沿ったローラの前後運動にも拘らず、キャスタ角度のため、維持することができる。ローラがその経路に沿って動くと、ローラはまたレースの作用により操舵され、軸線の交差を維持するようにローラを歳差運動させる。その結果、その経路に沿ったローラの位置はあるローラの傾斜従ってある変動器駆動比に対応する。

アクチュエータ２３０は、ライン２３４、２３６を通して対向する液圧流体圧力を受け取る。アクチュエータ２３０によりこのようにして生じた力は、変動器軸線のまわりでその円形経路に沿ってローラを押圧し、平衡状態において、この力はレースによりローラ上に与えられる力と平衡する。レースにより与えられる力は変動器レースに外的に適用されるトルクの合計に比例する。この合計（変動器入力トルク＋変動器出力トルク）は変動器の装着体により対抗しなければならない正味のトルクであり、反力トルクという。ライン２３４、２３６内の圧力を設定することにより、変動器により生じる反力トルクは直接制御される。

ここで、変動器Ｖを組み込んだ変速機を説明する。この変速機の作動原理は、図３を参照して良好に理解することができる。図３は、純粋に概略的な形で変速機の主要な機能的要素を示す。入力シャフト１０は、この例においてはディーゼルエンジンである回転動力源１２により駆動されるが、原理的には、動力源は内燃エンジン、（電気的又はその他の）モータ、外燃エンジン又は他の回転ドライバの内の任意の形式のものとすることができる。分割遊星歯車１４は（i）入力シャフト１０、（ii）第１の中間シャフト１６及び（iii）第２の中間シャフト１８にそれぞれ接続された３つの回転要素を有する。これらの接続部の内の最後のものは伝動装置Ｒ_１を介するものである。エンジンから分割遊星歯車１４への動力入力は中間シャフト１６、１８へ導かれるが、２つの中間シャフト間でのこの動力の分割及びその相対速度は分割遊星歯車によって決定されない。

変動器Ｖは、第１及び第２の中間シャフトを横切って接続される。特に、変動器の回転入力は第１の中間シャフト１６に接続され、その出力は伝動装置Ｒ_２を介して第２の中間シャフト１８に接続される。従って、第２の中間シャフトに対する第１の中間シャフトの速度比は歯車比Ｒ_２を掛けた変動器比に等しい。（入力シャフト１０の一定速度における）変動器比の変化は一方の中間シャフトの速度を減少させ、他方の速度を増大させる。

変速機は、車両の変速機の場合は典型的には最終の歯車装置を介して車両の車輪に結合されるような回転出力シャフト２０を有する。図示の例においては、出力シャフト２０への動力伝達のために利用できる３つのルートがあり、その各々はそれぞれのクラッチＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３により係合でき、その各々は異なる変速機体系を提供する。

最も低い体系は、クラッチＭ_１が係合し、他のクラッチが係合解除されたときに、活性化する。図示の例においては、クラッチＭ_１は、実際は、結合遊星歯車２２の遊星キャリヤ上に作用するブレーキである。この特定の遊星体は単にカップリングとして作用し、混合機能を遂行しない。クラッチＭ_１が係合したとき、クラッチは駆動力を出力シャフト２０に伝達し、固定の歯車比を提供する。クラッチＭ_１が係合解除されたとき、結合遊星歯車２２は自由回転し、実質的な動力を伝達しない。このような状況においては、遊星歯車は、その入力及び出力が同軸となって構造上便利になるという利点を有する。

動力は、再循環遊星歯車２４を介して結合遊星歯車２２に伝達され、この再循環遊星歯車は第１の中間シャフト１６に接続された第１の入力２６と、歯車装置Ｒ３を介して第２の中間シャフト１８に接続された第２の入力２８と、結合遊星歯車２２に通じる出力３０とを有する。再循環遊星歯車２４のため、変速機はギヤ中立を提供することができる。ギヤ中立の変動器比においては、その第１及び第２の入力２６、２８の速度は互いに相殺し合い、その結果、その出力３０は、エンジンに機械的に結合されているにも拘らず、エンジン１２の速度に関係なく、静止状態となる。いくつかの実施の形態においては、ギヤ中立比の片側に対する変動器比は後進出力回転（車両の後進運動）を提供し、ギヤ中立の反対側に対する変動器比は前進出力回転（車両の前進運動）を提供する。

最も低い（第１の）体系から第２の体系への変更は、クラッチＭ_１を係合解除し、クラッチＭ_２を係合させることにより実行される。これは、変速機比の瞬間的な変化が生じないように、同期比で行われる。次いで、結合遊星歯車２２及び再循環遊星歯車２４は自由回転し、動力供給経路から有効に排除される。代わりに、出力シャフト２０が伝動装置Ｒ_４を介して第２の中間シャフト１８から駆動される。

第２の体系から第３の体系への変更は、クラッチＭ_２を係合解除し、クラッチＭ_３を係合させることにより実行され、これまた同期比で実行される。次いで、動力供給のための経路は出力シャフト２０への第１の中間シャフト１６の直接のカップリングを介して作られる。

変速機がその全体の比範囲を横切るとき、変動器比は、第１の体系において、その範囲にわたって最初に運動し、次いで、第２の体系において、その範囲にわたって反対方向に戻り、次いで、第３の体系において、その範囲にわたって第１の方向に再び戻ることに留意されたい。歯車比Ｒの選択は、第１、第２及び第３の体系がより高い全体の変速機比即ち入力回転当りのより大きな出力回転を連続的に提供するようなものである。

図４、図５は、図３に示す同じ変速機の実践的な実施の形態を表す。ここでは、第１の中間シャフト１６は上述の形式のトロイダルレース転がり牽引変動器Ｖのメインシャフトにより形成される。第２の中間シャフト１８は変動器から横方向に片寄ったレイシャフトとして形成される。外側の変動器レースＤ_１、Ｄ_２は、それと一緒に回転するように第１の中間シャフト１６上に装着され、そのため、駆動力はレースからシャフトへ直接伝達されるか（または、その逆に伝達され、動力の方向はいずれかの方向とすることができる）。内側の変動器レースＤ_３、Ｄ_４からの駆動力は、これらの間で第１のチェーン歯車３２を通して取り出され、この力は、図３の伝動装置Ｒ_２を形成するチェーン（図示せず）を介して第２の中間シャフト１８上の第２のチェーン歯車３４を駆動する。このような状況においては、直接噛み合う歯車のような他の横方向の駆動力伝達構成を使用することができる。

分割遊星歯車１４は、変動器レースＤ_１−Ｄ_４と同軸である。図示の実施の形態においては、この遊星歯車は入力シャフト１０と変動器Ｖとの間に位置する。入力シャフト１０は、分割遊星歯車１４の遊星キャリヤＳ_ＰＣを担持する。その上に担持された遊星３６は第１の中間シャフト１６に装着されたサンギヤＳ_Ｓと噛み合い、また、第２の中間シャフト（レイシャフト）１８に装着された第１のレイシャフト歯車３８と係合するようにその外部にも歯を備えた内歯付きリングギヤＳ_Ｒとも噛み合う。リングギヤＳ_Ｒの外歯及び第１のレイシャフト歯車３８は一緒になって図３の伝動装置Ｒ_１を形成する。

再循環遊星歯車２４は、変動器レースＤ_１−Ｄ_４と同軸である。図示の実施の形態においては、この遊星歯車は分割遊星歯車１４からは変動器の反対側に位置する。再循環遊星歯車２４は第１の中間シャフト（変動器シャフト）１６に装着されたサンギヤＲＥ_Ｓを有し、サンギヤは遊星キャリヤＲＥ_ＰＣ上に担持された遊星歯車４０と噛み合う。遊星歯車４０は、また再循環遊星歯車２４の内歯付きリングギヤＲＥ_Ｒと噛み合い、このリングギヤはまた第２の中間シャフト（レイシャフト）１８に装着された第２のレイシャフト歯車４２と噛み合うように外歯を備える。リングギヤＲＥ_Ｒの外歯及び第２のレイシャフト歯車４２は、図３の伝動装置Ｒ_３を形成する。

結合遊星歯車２２は、再循環遊星歯車２４に隣接してその外側に位置する。そのサンギヤＣＥ_Ｓは、再循環遊星歯車の遊星キャリヤＲＥ_ＰＣに直接結合され、遊星キャリヤＣＥ_ＰＣに担持された遊星４４と噛み合う。遊星４４はまた結合遊星歯車２２のリングギヤＣＥ_Ｒと噛み合い、このリングギヤ自体は、変速機の出力シャフト２０に直接結合される。この特定の実施の形態においては、第１の体系クラッチＭ_１はブレーキとして形成され、その係合は結合遊星歯車の遊星キャリヤＣＥ_ＰＣを回転に対して係止し、結合遊星歯車２２が再循環遊星歯車２４の遊星キャリヤＲＥ_ＰＣから変速機の出力シャフト２０へ動力を伝達するのを可能にする。クラッチ／ブレーキＭ_１を解放すると、遊星キャリヤＣＥ_ＰＣの自由回転を許容し、動力のこのような伝達を阻止し、出力シャフト２０から遊星キャリヤＲＥ_ＰＣを有効に結合解除する。

第２の体系クラッチＭ_２は、出力歯車４６に対して出力シャフト２０を結合／結合解除するのに役立ち、この出力歯車は、出力シャフト２０と同軸であり、第２の中間シャフト（レイシャフト）２８に装着された第３のレイシャフト歯車４８と噛み合い、これらの歯車は一緒になって図３の比率Ｒ４を提供する。

第１の中間シャフト（変動器シャフト）１６は、変速機の出力シャフト２０と同軸であり、第３の体系クラッチＭ_３はこれらのシャフトを選択的に結合／結合解除するためにこれら２つのシャフト間に直接位置する。３つの体系における動力の伝達のための経路は、図５ａ−図５ｃから認識することができ、これらの図においては、（動力を伝達するのに役立つ）係合したクラッチ及び活性要素は３つの異なる体系に対して際立って示す。

上述の変速機は、３つの体系を提供する。ある車両に対しては、更に多くの体系を提供するのが望ましいことがある。体系の数を増大させれば、上述のように、変動器により取り扱われる動力を減少させることができ、そのため、効率を改善することができる。これはまた、高速道路において主として一定速度で長期間作動できる例えばトラックにとって望ましい特に広い比広がりを提供するために使用できる。このような状態においては、極めて大きな「オーバードライブ」ギヤはエンジンをそのより有効な状態で作動させることができる。一方、４又はそれ以上の体系を提供する変速機は他の車両にとって必ずしも望ましいとは限らない。このような変速機は製造費が極度に高くなることがあり及び／又は車両に収容するには大型になり過ぎることがある。このような矛盾する要求を満たすための２つの全体的に異なる変速機の製造は経済的に魅力がない。

しかし、付加的な（第４の）体系は、その実質的な修正無しに、更なるクラッチ及び伝動装置を図３乃至図５の変速機に単に付加することにより、提供することができる。図６は、原理を示し、出力への動力の伝達のための第４のルートが第２の中間シャフト１８に結合された伝動装置Ｒ_５を介して及び第４の体系クラッチＭ_４を介して提供される点を除いて、図３に対応する（同一の部品は同じ符号で示す）。この特定の実施の形態においては、既存の変速機の出力シャフト２０の速度はまた遊星歯車１０１として形成された固定比の伝動装置により修正され、最終の出力シャフト１００に伝達され、それによって、体系１−３において提供される比範囲を変更する。

図７は、図６の変速機の実践的な実施の形態を示す。この例においては、第４の体系を提供する付加的な要素は変速機のメインハウジング（図示せず）に取り付けられた別の体系ユニット１０２内に形成される。既存の変速機の出力シャフト２０は体系ユニット１０２内へ延び、従って第２の中間シャフト（レイシャフト）１８へ延びる。

第１、第２及び第３の体系においては、動力は既存の出力シャフト２０から固定比の伝動装置１０１を介して最終の出力シャフト１００へ伝達される。固定比の伝動装置１０１は既存の出力シャフト２０上に担持されたサン１０４と、サン１０４及び固定のリングギヤ１０８に噛み合う遊星歯車１０６と、最終の出力シャフト１００に装着された遊星キャリヤ１１０とを有する。ここでは、遊星伝動装置は固定の歯車比を提供するために便利で同軸の方法として使用される。

第４の体系においては、動力は第２の中間シャフト（レイシャフト）１８から、第４のレイシャフト歯車１１２、第２の出力歯車１１４及び（係合した）クラッチＭ_４を介して、最終の出力シャフト１００に伝達される。第４のレイシャフト歯車１１２及び第２の出力歯車１１４は一緒になって図６の伝動装置Ｒ_５を形成する。

図８は、図３乃至図５のものと同様であるが、製造がより経済的でより有効になることを意図した３体系変速機を示す。動力分割遊星歯車１４、変動器Ｖ、第１及び第２の中間シャフト（変動器シャフト及びレイシャフト）１６、１８、チェーン歯車３２、３４及び再循環遊星歯車２４はすべて図３乃至図５を参照して説明したものに対応し、従って、再度説明しない。図３の結合遊星歯車２２は無しで済ませた。図８の実施の形態においては、再循環遊星歯車２４のリングギヤＲＥ_Ｒは、先の実施の形態の直接噛み合う歯車の代わりに、歯車２００、２０２を介したチェーン駆動子（チェーンは図示省略）により第２の中間シャフト（レイシャフト）１８に作動的に結合される。

先に述べた実施の形態においては、体系クラッチＭ_１−Ｍ_４は、スリップできる、即ち、部分的に係合している間にその入力とその出力との間の速度の不適合を許容でき、この状態であるトルクを伝達できる湿式板クラッチのような摩擦装置であった。原理的には、スリップは、係合／係合解除の過程中に及び／又はクラッチ上の過剰のトルク負荷に応答して、生じることができる。図８の実施の形態においては、逆に、体系クラッチＭ_１−Ｍ_３はドッグクラッチである。即ち、クラッチは、摩擦によってではなく、機械的に相互係合する部品間の干渉によって、トルクを伝達することができる。多くの異なる形のドッグクラッチが当業界で知られており、この実施の形態において採用することができる。ドッグクラッチは係合中にスリップを許容できない。それゆえ、ドッグクラッチは摩擦的な磨耗を受けることがなく、頻繁の一新を必要としないように思える。ドッグクラッチはまた大きなトルクを取り扱うのに十分適する。

図８の実施の形態においては、第１及び第２の体系の双方に対してクラッチＭ_１、Ｍ_３を制御するために単一のアクチュエータが使用される。これらのクラッチはそれぞれの入力部材２００、２０２と、（i）第１の体系を保証するためにクラッチＭ_１の入力部材２００と選択的に係合し、（ii）両方の部材から選択的に係合解除され、そして（iii）第３の体系を保証するためにクラッチＭ_３の入力部材２０２と選択的に係合するように、軸方向に移動できる共通のクラッチ出力部材２０４と、を有する。クラッチ出力部材２０４は変速機の出力シャフト２０に結合される。２つのクラッチに対する単一のアクチュエータの使用は信頼性を潜在的に改善し、製造コストを減少させる。

図９は、４つの体系を提供する図８の変速機の展開図を示す。図７の４体系変速機と同様に、変速機は出力シャフト２０と最終の出力シャフト１００との間に位置する固定比の遊星歯車１０１と、伝動装置１１２、１１４を介して最終の出力シャフト１００を第２の中間シャフト（レイシャフト）１８に結合するための第４の体系クラッチＭ_４とを有する。

この実施の形態においては、第２及び第４の体系クラッチＭ_２、Ｍ_４は単一のアクチュエータにより制御され、単一のユニットとして形成される。これらのクラッチはそれぞれのクラッチ入力部材２１０、２１２を有するが、第２の中間シャフト（レイシャフト）１８に結合された共通のクラッチ出力部材２１４を共有する。クラッチ出力部材２１４を移動させることにより、アクチュエータはクラッチＭ_２、Ｍ_４のいずれかを係合させることができるか、または、両方のクラッチを係合解除することができる。

図９の実施の形態においては、変速機の入力シャフト１０と回転動力源１２との間に摩擦クラッチ２２０が設けられる。このクラッチは、過剰の負荷を受けたときのスリップにより、不当なトルクに対する保護を伴った変速機／エンジンを提供するために使用することができる。例えば、摩擦クラッチ２２０は液圧作動湿式板クラッチとすることができ、この場合、そのクラッチの液圧制御圧力（及びその結果のトルク容量）は、クラッチが所期のトルクを伝達できるが、例えば急ブレーキにより生じる予期せぬトルクスパイクに応答してスリップするように、常に調整される。この保護機能は先の実施の形態におけるような摩擦係合形式であった体系クラッチＭ_１−Ｍ_４により提供されることができた。

１０：入力シャフト、１２：回転動力源、１４：分割遊星歯車、１６：中間シャフト（変動器シャフト）、１８：中間シャフト（レイシャフト）、２０：出力シャフト、２２：結合遊星歯車、２４：再循環遊星歯車、２６、２８：入力、３０：出力、Ｄ：レース、Ｍ：クラッチ、Ｒ 伝動装置。

Claims (22)

1. 変速機入力及び変速機出力を有し、無段変速機比で入力及び出力間で駆動力を伝達するようにされた無段変速機であって、
   変速機が更に、
   少なくとも２つの変動器レースを備えた変動器であって、前記少なくとも２つの変動器レースは、その間において無段変動器比で駆動力を伝達し、変動器シャフトにより画定される軸線のまわりで回転するように装着された変動器；
   変動器シャフトから横方向に分離したレイシャフト；
   変速機入力から駆動されるように配列されたスプリッタ入力部材並びにレイシャフト及び変動器シャフトをそれぞれ駆動するように配列された２つのスプリッタ出力部材を有する分割遊星伝動装置；
   変動器シャフト及びレイシャフトにそれぞれ作動的に結合するように配列された第１及び第２の再循環入力部材並びに再循環出力部材を有する再循環遊星伝動装置；並びに
   次の体系、即ち、（ａ）再循環出力部材が変速機出力を駆動するような体系、（ｂ）レイシャフトが変速機出力を駆動するような体系、及び（ｃ）変動器シャフトが変速機出力を駆動するような体系に選択的に従事するクラッチ構成；を有し：
   前記変動器シャフトは、変速機出力、再循環遊星歯車、再循環出力部材と変速機出力との間に位置し、体系（ａ）において変速機出力を駆動するのに役立つ第１のカップリング、及び変動器シャフトと変速機出力との間に位置し、体系（ｃ）において変速機出力を駆動するのに役立つ第２のカップリングと同軸であることを特徴とする無段変速機。
2. 前記第１及び第２のカップリングの内の一方が変動器シャフトと同軸で、変動器シャフトのまわりで回転するスリーブ又は他の部材を有することを特徴とする請求項１の無段変速機。
3. 前記第１及び第２のカップリングの内の一方が変動器シャフトと同軸の結合遊星歯車を有することを特徴とする請求項１の無段変速機。
4. 前記結合遊星歯車が入力部材、変速機出力に接続された出力部材、及び第１のクラッチに関連する更なる部材を有し、第１のクラッチが、更なる部材の回転を阻止して結合遊星歯車により固定の比で駆動力を伝達させること、及び更なる部材の自由回転を許容して入力部材及び出力部材を有効に結合解除することを選択的に行うことを特徴とする請求項３の無段変速機。
5. 前記結合遊星歯車が出力部材を有し、出力部材が変速機出力に対して出力部材を選択的に結合／結合解除するためのクラッチに接続されることを特徴とする請求項３の無段変速機。
6. 前記結合遊星歯車が再循環出力部材を変速機出力に選択的に結合するのに役立つことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかの無段変速機。
7. 第２のカップリングが変動器シャフトの軸線上に装着されたクラッチを介するものであり、同クラッチの係合が変動器シャフトを変速機出力に直接結合することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの無段変速機。
8. 前記変速機出力に結合されたクラッチ出力部材と、一方が再循環出力に結合され他方が変動器シャフトに結合された２つのクラッチ入力部材とを有するクラッチ構成を更に有し、クラッチ出力部材が体系（ａ）及び（ｃ）に従事するために双方のクラッチ入力部材と選択的に係合できることを特徴とする請求項１又は２の無段変速機。
9. 前記変速機出力へのレイシャフトの結合が回転方向の逆転を提供する歯車構成を介して行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかの無段変速機。
10. 前記変速機出力への変動器シャフトの結合が変動器シャフトと同軸に装着されたクラッチを通して選択的に行われ、同クラッチの係合が体系（ｃ）に従事することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかの無段変速機。
11. 前記変動器が一対の入力レース間に位置する一対の出力レースを有し、出力レースがチェーン又は歯車駆動子を介してレイシャフトに結合されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかの無段変速機。
12. 前記分割遊星歯車が変動器シャフトと同軸であり、再循環遊星歯車からは変動器の反対側に位置することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかの無段変速機。
13. 少なくとも４つの体系を提供し、変速機が最終の出力と、変速機出力を最終の出力に選択的に結合するための第１の付加的なクラッチ構成と、最終の出力を変動器シャフト及びレイシャフトの内の一方に選択的に結合するための第２の付加的なクラッチ構成とを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかの無段変速機。
14. 前記最終の出力が変速機出力と同軸であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかの無段変速機。
15. 前記変速機出力への最終の出力の選択的な結合が第２の結合遊星歯車を通して行われ、１つの部材を係止してこの部材により動力を伝達させ、同じ部材を解放してこの部材による動力の伝達を阻止することを特徴とする請求項１４の無段変速機。
16. 少なくとも４つの体系で作動でき、変速機入力及び最終の変速機出力を有し、これらの入力及び出力間において無段変速機比で駆動力を伝達するようにされた無段変速機であって、
    変速機が更に、
    少なくとも２つの変動器レースを備えた変動器であって、該少なくとも２つの変動器レースは、それらの間において無段変動器比で駆動力を伝達し、変動器シャフトにより画定される軸線のまわりで回転するように装着された変動器；
    変動器シャフトから横方向に分離したレイシャフト；
    変速機入力から駆動されるように配列されたスプリッタ入力部材と、レイシャフト及び変動器シャフトをそれぞれ駆動するように配列された２つのスプリッタ出力部材とを有する分割遊星伝動装置；
    変動器シャフト及びレイシャフトにそれぞれ作動的に結合するように配列された第１及び第２の再循環入力部材と、再循環出力部材とを有する再循環遊星伝動装置；
    第１のクラッチ構成により最終の変速機出力に対して選択的に作動的に結合及び結合解除されるように配列された共有出力部材；及び
    クラッチ構成；を有し：
    前記クラッチ構成は、（ａ）１つの体系を提供するために、共有出力部材へ及びそれを通して最終の変速機出力へ再循環出力部材を結合する操作、（ｂ）別の体系を提供するために、共有出力部材へ及びそれを通して最終の変速機出力へレイシャフトを結合する操作、（ｃ）別の体系を提供するために、共有出力部材へ及びそれを通して最終の変速機出力へ変動器シャフトを結合する操作、及び（ｄ）別の体系を提供するために、共有出力部材が最終の変速機出力から接続解除されている間に共有出力部材を含まない別個の経路を介してレイシャフト又は変動器シャフトのいずれかを最終の変速機出力に結合する操作のためのものであることを特徴とする無段変速機。
17. 前記２つの別個のユニットとして形成され、一方のユニットが最終の変速機出力及び第１のクラッチ構成を有し、他方のユニットが変速機の他の上記の要素を有することを特徴とする請求項１６の無段変速機。
18. 付加的な体系を備えた変速機を提供するために無段ホスト変速機に取り付けられるようにされたユニットであって、回転最終変速機出力と、ホスト変速機の第１の出力に係合できる第１の回転入力と、ホスト変速機の第２の出力に係合できる第２の回転入力と、最終変速機出力を第１及び第２の回転入力の内の少なくとも一方に選択的に接続するための伝動装置及びクラッチの構成と、を有することを特徴とするユニット。
19. 前記入力の少なくとも一方と最終変速機出力との間に速度変化を提供するための伝動装置を更に有することを特徴とする請求項１８のユニット。
20. 前記第１の回転入力が第１の変速機出力に常に接続され、第２の回転入力がクラッチにより最終変速機出力に選択的に接続できることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかのユニット。
21. 前記第１の回転入力及び最終変速機出力が遊星歯車であり、これらの歯車を作動的に結合するために遊星伝動装置構成が設けられることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかのユニット。
22. 前記第２の回転入力及び最終変速機出力が互いに片寄っており、これらの入力及び出力を作動的に結合するために歯車構成が設けられることを特徴とする請求項１８乃至２１のいずれかのユニット。

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