JP2011133048A - 無段変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力分配機構にトロイダル型無段変速機を用い、動力の損失が少なく、さらに小型化された無段変速装置を提供する。
【解決手段】クラッチ３４が接合している時には、出力側ディスク１７ａ側の動力は、クラッチ３４を経由して、駆動輪３８ｂと、第１の太陽歯車２０と、第２の太陽歯車２４とに伝達され、出力側ディスク１７ｂ側の動力は、第１のキャリア１８に伝達される。また、クラッチ３４が接合していない時には、出力側ディスク１７ａ側の動力は、太陽歯車２０に伝達され、出力側ディスク１７ｂ側の動力は、キャリア１８に伝達される。そして、太陽歯車２０に伝達された動力と、キャリア１８に伝達された動力とが統合し、デフピニオンギア４１ａに出力され、サイドギア４２ａから駆動輪３８ａに、サイドギア４２ｂから駆動輪３８ｂに出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無段変速機に関し、特に、動力分配機構としてトロイダル型無段変速機を用いた無段変速装置に関する。

駆動源からの駆動力を左右の車輪に分配する動力分配機構は、車両の旋回時に左右の車輪の回転速度差を吸収し、エンジンのトルクを左右の車輪に均等に伝達するように構成される。また、中低速走行時の旋回の際に、外側の車輪のトルクを増加させて旋回性能を向上させたり、高速走行時の旋回の際には、内側の車輪のトルクを増加させて、走行安定性を向上させることが望ましい。

このような動力分配機構として、特許文献１に記載のものがある。この分配機構は、駆動力によってリングギアが回転駆動されることにより、左右の駆動輪の一方および他方に連結されたキャリアおよびサンギアへ駆動力を分配するダブルピニオンプラネタリ式差動装置と、駆動力によって回転駆動される入力部材の回転を予め定められた一定の変速比で変速し、ダブルピニオンプラネタリ式差動装置のリングギアと異なる回転速度で出力部材を回転させる単一の変速機構と、出力部材とダブルピニオンプラネタリ式差動装置のキャリアとの間でトルクを伝達、遮断するスリップ係合可能な第１クラッチと、出力部材とダブルピニオンプラネタリ式差動装置のサンギアとの間でトルクを伝達、遮断するスリップ係合可能な第２クラッチ有するものである。

特開平１１−１０５５７３号公報

しかしながら、上記分配機構では、クラッチを用いており、クラッチの滑り量により動力の分配を制御しているため、損失が多くなる可能性がある。本発明では、動力分配機構にトロイダル型無段変速機を用い、動力の損失が少なく、さらに小型化された無段変速装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の無段変速装置は、入力軸と、出力軸と、トロイダル型無段変速機と、遊星歯車機構とを組み合わせて成り、このうちトロイダル型無段変速機は入力軸により回転駆動される内側ディスクと、内側ディスクの両側に、内側ディスクと同心に、且つ、内側ディスクとは独立した回転を自在として支持された１対の外側ディスクと、この内側ディスクの両側面と前記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パワーローラとを備え、前記遊星歯車機構は、前記出力軸の周囲に、太陽歯車と、太陽歯車の周囲に配置されるリング歯車と、太陽歯車とリング歯車との間に配置される遊星歯車と、前記遊星歯車を支持するキャリアとを複数段に備え、前記トロイダル型無段変速機と、複数段の前記遊星歯車機構との間で動力を伝達可能とした無段変速装置であって、前記遊星歯車機構と同心に配置された差動装置と、前記遊星歯車機構と前記差動装置との間で、動力の伝達経路を切り換えるクラッチを設けた事を特徴とする。

また、請求項２に記載の無段変速装置は、請求項１に記載の発明において、前記差動装置は遊星歯車機構である事を特徴とする。

また、請求項３に記載の無段変速装置は、請求項１に記載の発明において、前記差動装置はディファレンシャルギアである事を特徴とする。

本発明によれば、動力分配機構にトロイダル型無段変速機を用いるため、動力の損失を少なくすることができ、また、左右の駆動輪にそれぞれクラッチを設け、クラッチの間に減速用歯車を配置するレイアウトの場合、組立性や油路等が複雑となり、無段変速装置の大型化を招く可能性があるが、遊星歯車に差動装置を組み合わすことで、クラッチを１つ設けるだけで良く、しかも、一方側に歯車機構、他方側にクラッチ機構と分離したレイアウトとなる為、組立性や油路等が簡素化でき、さらに無段変速装置を小型化することができる。

本発明の実施の形態の第１例を示す図。 本発明の実施の形態の第２例を示す図。 接線力と接触回転半径を説明する図。 圧力制御を示す図。 圧力制御バルブと変速制御ピストンの配置例を示す図。

図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の無段変速装置は、入力軸１１と、出力軸１２ａ、１２ｂと、トロイダル型無段変速機１３と、第１の遊星歯車機構１４と、前記第１の遊星歯車機構１４とは別に第２の遊星歯車機構１５とを備える。

上記トロイダル型無段変速機１３は、多数の文献に記載されており、図３に示すようなハーフトロイダル型無段変速機４３においては、入力ディスク４４とパワーローラ４５の接触部（トラクション部）の接線力Ｆｔ（図３では紙面下から上向き）は、入力トルクＴと、入力ディスク４４の接触回転半径ｒ１からＦｔ∝Ｔ／ｒ１の関係がある。また、トラクション力は、図４に示すようにトラニオン４６に接続している油圧ピストン４７の圧力により支持され、ピストンの圧力差ΔＰ＝（ＰＨ圧−ＰＬ圧）と、ΔＰ＝（ＰＨ圧−ＰＬ圧）∝Ｆｔ∝Ｔ／ｒ１の関係がある（図４参照）。そして、このΔＰを変化させることにより、接線力Ｆｔを変えることができ、トルクを変えることができることが従来から広く知られており、図５に示すように独立した２つの圧力制御バルブ４８により左右のキャビティの変速制御ピストン４９のΔＰを調整することで、左右の車輪へ駆動力を分配する。

このうちの入力軸１１は、前後進切換機構３１並びにトルクコンバータ３２を介して、エンジン等の駆動源（動力源）から動力が入力される。この様な入力軸１１は、ケーシング等の固定の部分に対し、回転自在に設けられている。

また、上記トロイダル型無段変速機１３は、ダブルキャビティ型のもので、内側ディスクである入力側ディスク１６と、外側ディスクである１対の出力側ディスク１７ａ、１７ｂと、複数個のパワーローラ６、６とを備え、上記入力軸１１と平行に設けられている。そして、入力軸１１の先端部に設けた入力軸歯車２６と、入力側ディスク１６の外径部に設けた歯車部２７とを噛合させて、動力を伝達可能としている。

また、上記第１の遊星歯車機構１４は、それぞれが第１のキャリア１８に回転自在に支持されて対となる第１の遊星歯車１９、１９を互いに噛合させると共に、このうちの内径寄りの遊星歯車１９を第１の太陽歯車２０に、外径寄りの遊星歯車１９を第１のリング歯車２１に、それぞれ噛合させる、ダブルピニオン式のものとしている。

また、上記第２の遊星歯車機構１５も、上記第１の遊星歯車機構１４と同様に、それぞれが第２のキャリア２２に回転自在に支持されて対となる第２の遊星歯車２３、２３を互いに噛合させると共に、このうちの内径寄りの遊星歯車２３を第２の太陽歯車２４に、外径寄りの遊星歯車２３を第２のリング歯車２５に、それぞれ噛合させる、ダブルピニオン式のものとしている。

そして、一方の出力側ディスク１７ａを、回転軸２８に結合して、この回転軸２８と共に回転する様にしている。そして、この回転軸２８の先端に設けた歯車２９と、第１の太陽歯車２０が結合され、第２の太陽歯車２４が結合された出力軸１２ｂの周囲に配置された中空回転軸３０の先端に設けた歯車３３とを噛合させて、動力を伝達可能としている。また、出力軸１２ｂと歯車３３との間に、クラッチ３４を設けている。

また、他方の出力側ディスク１７ｂを、回転軸２８の周囲に配置された中空回転軸３５に結合して、この中空回転軸３５と共に回転する様にしている。そして、この中空回転軸３５の先端に設けた歯車３６と、第１のキャリア１８と結合された歯車３７とを噛合させて、動力を伝達可能としている。

そして、第１のリング歯車２１と第２のリング歯車２５とを結合しており、また、第２のキャリアと出力軸１２ａとを結合して、共に回転する様にしている。

本例では、クラッチ３４が接合している時には、出力側ディスク１７ａ側の動力は、クラッチ３４を経由して、駆動輪３８ｂと、第１の太陽歯車２０と、第２の太陽歯車２４とに伝達され、出力側ディスク１７ｂ側の動力は、第１のキャリア１８に伝達される。そして、第１の太陽歯車２０に伝達された動力と、第１のキャリア１８に伝達された動力とが統合し、第１のリング歯車２１に出力され、第２のリング歯車２５に伝達され、この第２のリング歯車２５に伝達された動力と、第２の太陽歯車２４に伝達された動力とが統合し、第２のキャリアへ出力され、出力軸１２ａを介して、駆動輪３８ａへ出力される。

この様に、クラッチ３４が接合している場合には、トルクが左右の駆動輪３８ａ、３８ｂの駆動力が最適となるようにトロイダル型無段変速機１３の部分でトルクが分配制御され、第１、第２の遊星歯車機構１４、１５を経由して、左右の駆動輪３８ａ、３８ｂへ伝達される。これにより、左右の駆動輪３８ａ、３８ｂに最適なグリップ力や旋回性が得られ、安定した走行が可能となる。また、カーブでの駆動輪３８ａ、３８ｂの旋回半径の差は、トロイダル型無段変速機１３の右側のキャビティと左側のキャビティの変速比を制御し、左右の駆動輪３８ａ、３８ｂの回転数を変えることで旋回半径の差を吸収する。

また、クラッチ３４が接合していない時には、出力側ディスク１７ａ側の動力は、第１の太陽歯車２０に伝達され、出力側ディスク１７ｂ側の動力は、第１のキャリア１８に伝達される。そして、第１の太陽歯車２０に伝達された動力と、第１のキャリア１８に伝達された動力とが統合し、第１のリング歯車２１に出力され、第２のリング歯車２５に伝達され、第２のキャリア２２から駆動輪３８ａに、第２の太陽歯車２４から駆動輪３８ｂに出力される。

この様に、クラッチ３４が接合していない場合には、車両が走行中に、左右の駆動輪３８ａ、３８ｂの駆動力を分配制御しない走行モードとなるが、駆動力を左右の駆動輪３８ａ、３８ｂへ分配するために必要なセンサー（舵角センサー、車速センサー、駆動力センサー等）が電気的に故障した場合でも走行できるフェールセーフが可能となる。また、停止中（トロイダル型無段変速機１３が回転していない状態）にハンドルをきった時に発生する旋回半径の差を第２の遊星歯車機構１５により吸収する。

図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の無段変速装置は、入力軸１１と、出力軸１２ａ、１２ｂと、トロイダル型無段変速機１３と、遊星歯車機構１４と、ディファレンシャルギア３９とを備える。また、本例の構成は、ディファレンシャルギア３９を除いて、実施の形態の第１例と同じであるから、同等部分には同一符号を付し、また、重複する説明は省略する。

上記構成のうち、ディファレンシャルギア３９は、ディファレンシャルケース４０に回転可能に取り付けられたデフピニオンギア４１ａ、４１ｂと、駆動輪に動力を伝達するサイドギア４２ａ、４２ｂとを噛合させたものである。

そして、デフピニオンギア４１ａは、リング歯車２１と結合しており、サイドギア４２ａは、出力軸１２ａと、サイドギア４２ｂは、出力軸１２ｂと結合しており、共に回転する様にしている。

本例では、クラッチ３４が接合している時には、出力側ディスク１７ａ側の動力は、クラッチ３４を経由して、駆動輪３８ｂと、太陽歯車２０と、サイドギア４２ｂとに伝達され、出力側ディスク１７ｂ側の動力は、キャリア１８に伝達される。そして、第太陽歯車２０に伝達された動力と、キャリア１８に伝達された動力とが統合し、リング歯車２１に出力され、デフピニオンギア４１ａに伝達され、このデフピニオンギア４１ａに伝達された動力は、出力軸１２ａを介して、駆動輪３８ａへ出力される。

この様に、クラッチ３４が接合している場合には、実施の形態の第１例と同様に、トルクが左右の駆動輪３８ａ、３８ｂの駆動力が最適となるようにトロイダル型無段変速機１３の部分でトルクが分配制御され、ディファレンシャルギア３９を経由して、左右の駆動輪３８ａ、３８ｂへ伝達される。これにより、左右の駆動輪３８ａ、３８ｂに最適なグリップ力や旋回性が得られ、安定した走行が可能となる。また、カーブでの駆動輪３８ａ、３８ｂの旋回半径の差は、トロイダル型無段変速機１３の右側のキャビティと左側のキャビティの変速比を制御と、ディファレンシャルギア３９の差動原理により、左右の駆動輪３８ａ、３８ｂの回転数を変えることで旋回半径の差を吸収する。

また、クラッチ３４が接合していない時には、出力側ディスク１７ａ側の動力は、太陽歯車２０に伝達され、出力側ディスク１７ｂ側の動力は、キャリア１８に伝達される。そして、太陽歯車２０に伝達された動力と、キャリア１８に伝達された動力とが統合し、デフピニオンギア４１ａに出力され、サイドギア４２ａから駆動輪３８ａに、サイドギア４２ｂから駆動輪３８ｂに出力される。

この様に、クラッチ３４が接合していない場合には、実施の形態の第１例と同様に、車両が走行中に、左右の駆動輪３８ａ、３８ｂの駆動力を分配制御しない走行モードとなるが、駆動力を左右の駆動輪３８ａ、３８ｂへ分配するために必要なセンサー（舵角センサー、車速センサー、駆動力センサー等）が電気的に故障した場合でも走行できるフェールセーフが可能となる。また、停止中（トロイダル型無段変速機１３が回転していない状態）にハンドルをきった時に発生する旋回半径の差をディファレンシャルギア３９により吸収する。

本発明は、無段変速装置を構成するトロイダル型無段変速機の種類がハーフトロイダル型であるかフルトロイダル型であるかを問わず、実施できる。

１１ 入力軸
１２ａ、ｂ 出力軸
１３ トロイダル型無段変速機
１４ 遊星歯車機構
１５ 第２の遊星歯車機構
１６ 入力側ディスク
１７ａ、ｂ 出力側ディスク
１８ 第１のキャリア
１９ 第１の遊星歯車
２０ 第１の態様歯車
２１ 第１のリング歯車
２２ 第２のキャリア
２３ 第２の遊星歯車
２４ 第２の太陽歯車
２５ 第２のリング歯車
２６ 入力軸歯車
２７ 歯車部
２８ 回転軸
２９ 回転軸歯車
３０ 中空回転軸
３１ 前後進切換機構
３２ トルクコンバータ
３３ 中空回転軸歯車
３４ クラッチ
３５ 中空回転軸
３６ 歯車
３７ 歯車
３８ａ、ｂ 駆動輪
３９ ディファレンシャルギア
４０ ディファレンシャルケース
４１ デフピニオンギア
４２ サイドギア
４３ ハーフトロイダル型無段変速機
４４ 入力ディスク
４５ パワーローラ
４６ トラニオン
４７ 油圧ピストン
４８ 圧力制御バルブ
４９ 変速制御ピストン

Claims (3)

1. 入力軸と、出力軸と、トロイダル型無段変速機と、遊星歯車機構とを組み合わせて成り、
   このうちトロイダル型無段変速機は、入力軸により回転駆動される内側ディスクと、
   内側ディスクの両側に、内側ディスクと同心に、且つ、内側ディスクとは独立した回転を自在として支持された１対の外側ディスクと、
   この内側ディスクの両側面と前記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パワーローラとを備え、
   前記遊星歯車機構は、前記出力軸の周囲に、太陽歯車と、太陽歯車の周囲に配置されるリング歯車と、太陽歯車とリング歯車との間に配置される遊星歯車と、前記遊星歯車を支持するキャリアとを複数段に備え、
   前記トロイダル型無段変速機と、複数段の前記遊星歯車機構との間で動力を伝達可能とした無段変速装置において、
   前記遊星歯車機構と同心に配置された差動装置と、
   前記遊星歯車機構と前記差動装置との間で、動力の伝達経路を切り換えるクラッチを設けた事を特徴とする無段変速装置。
2. 前記差動装置は遊星歯車機構である事を特徴とする請求項１に記載の無段変速装置。
3. 前記差動装置はディファレンシャルギアである事を特徴とする請求項１に記載の無段変速装置。
   

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