JP2011513654A - 遊星トランスミッション - Google Patents

Abstract

入力部材(１３)と、出力部材(１９)と、入力部材と出力部材の間に機械的に配置された遊星ギヤ・アセンブリ(１３、１４、１５、１６、１７)と、入力部材と出力部材の間に機械的に配置された遠心クラッチ(４０)と、入力部材と出力部材の間に機械的に配置された一方向クラッチ(２２)とを備え、一方向クラッチは回転速度０から第１回転速度まで入力部材と出力部材を直接連結し、遠心クラッチは、回転速度０よりも速い第２回転速度から、第１回転速度を超えた第３回転速度まで、入力部材と出力部材を直接連結し、遊星ギヤ・アセンブリの回転を選択的に制御するブレーキ部材を更に備える遊星トランスミッション(１００)。

Description

本発明は遊星トランスミッションに関し、特に入力部材と出力部材を選択的に直接連結するための遠心クラッチと一方向クラッチを有する遊星トランスミッションに関する。

切替え可能な遊星トランスミッションは、損傷を起こす可能性がある定格外の高速エンジン速度でアセンブリを空転させることなく、エアコン用コンプレッサ、オルタネータ、ステアリングポンプ、あるいは他の補機などの補機アセンブリに十分な速度を与えることを意図したものである。これは、補機アセンブリが小型化された場合にも、車両の電気システム、ステアリングシステムあるいはＡＣシステムの動作を保証することを可能にする。高速エンジン回転において低減されたアクセサリの速度は、パワー損失を低下させ、より高い限界性能をもたらす。

この技術の代表は、米国特許第４,８２７,７９９号明細書であり、無断変速遊星トランスミッションが、オートバイやリモコン模型自動車などの車に用いられていることを開示する。このトランスミッションは入力軸のエンド・ボア内に軸支された従動軸を有する。太陽ギヤは、従動軸に固定的にスリーブ状に嵌着される。遊星ギヤキャリアは、従動軸に回転自在にスリーブ状に嵌合され、動力出力部材として作用する。第１遠心クラッチがリングギヤと入力軸の間に設けられ、入力軸の回転速度が増加されるとき、リングギヤは入力軸に同期して回転する。ひと組の遊星ギヤがキャリアに回転自在に取り付けられ、リングギヤと太陽ギヤに噛合する。第２遠心クラッチは、キャリアに取り付けられた摩擦シューと、従動軸に固定的にスリーブ状に嵌着されたリム・クラッチを有する。一方向ベアリングは、従動軸が入力軸と同一方向にのみ回転するように制限する。入力軸が低速度で回転するとき、太陽ギヤは一方向ベアリングの制限作用によって固定され、これによりキャリアの入力軸に対する回転速度比は低く保たれる。入力軸が高速度で回転するとき、第２遠心クラッチがキャリアと従動軸とを相互に係合し、これによりリングと太陽ギヤは、同一方向に回転し、キャリアの入力軸に対する高回転速度比を達成する。

必要とされるのは、入力部材と出力部材を選択的に直接連結するための遠心クラッチと一方向クラッチを有する遊星トランスミッションである。本発明はこの要求に合致する。

本発明の第１の目的は、入力部材と出力部材を選択的に直接連結するための遠心クラッチと一方向クラッチを有する遊星トランスミッションを提供することである。

本発明のその他の目的は、本発明の以下の説明と添付された図面により明らかにされる。

本発明は、入力部材と、出力部材と、入力部材と出力部材の間に機械的に配置された遊星ギヤと、入力部材と出力部材の間に機械的に配置された遠心クラッチと、入力部材と出力部材の間に機械的に配置された一方向クラッチとを備え、一方向クラッチは回転速度０から第１回転速度までは入力部材と出力部材を直接連結し、遠心クラッチは回転速度０よりも速い第２回転速度から、第１回転速度を超えた第３回転速度まで、入力部材と出力部材を直接連結し、遊星ギヤ・アセンブリの回転を選択的に制御するブレーキ部材を更に備える遊星トランスミッションである。

この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
トランスミッションの断面図である。 トランスミッションの後方斜視図である。 遠心クラッチの前方斜視図である。 遠心クラッチの正面図である。 図４における５−５断面図である。 ローラクラッチの断面図である。 ローラクラッチの詳細図である。 トランスミッション・トルクをエンジンＲＰＭの関数として示す図である。 分解斜視図である。 トランスミッションの制御システムの概略図である。 トランスミッションとバンドブレーキの斜視図である。

図１は、トランスミッションの断面図である。トランスミッション１００は内燃機関のクランクシャフトの端部に取り付けられた小型ユニットである。

トランスミッション１００は、入力部材１３を備える。入力部材１３は、ボルト１１を用いてエンジン・クランクシャフトに連結される。慣性部材１２は、入力部材１３に連結される。

入力部材１３は、キャリア部材１３ａを更に備える。入力部材１３、慣性部材１２およびキャリア部材１３ａは、連結されて入力アセンブリを構成する。キャリア部材１３ａは、入力部材１３の一部である。

キャリア部材１３ａの周囲に配置されているのは、複数の遊星ギヤ１４である。各遊星ギヤ１４は、スピンドル１５の周りを回転する。

キャリア部材１３ａから径方向外側に配置されるのは、リングギヤ１６である。各遊星ギヤ１４は、リングギヤ１６と太陽ギヤ１７に係合する。

リングギヤ１６は、ベアリング１８を軸としてキャリア部材１３ａの周りに回転し、ベアリング２０を軸として出力部材１９の周りに回転する。

キャリア部材１３ａ、遊星ギヤ１４、スピンドル１５、リングギヤ１６は、遊星ギヤ・アセンブリを構成する。

ブレーキ部材バンドブレーキバンド２４は、リングギヤ１６の表面２５に係合する。バンドブレーキは、従来公知のものであってもよい。例えば、米国特許第４,８８１,４５３号明細書に開示されたバンドブレーキは、その全てが援用されここで組み込まれる。

太陽ギヤ１７は、出力部材１９を軸にして配置される。

出力部材１９は、ベルト受け面２１を備える。ベルト受け面は、図示されるようなマルチリブドを含むいかなる所望の形状であってもよい。

一方向クラッチ２２は、入力部材１３と出力部材１９の間に直接配置される。この配置は、従来技術に示されているようなクランクシャフト（ＣＲＫ）からキャリア１３ａを分離するものではない。

遠心クラッチ４０は、入力部材１３に圧入される。摩擦リム４１は、出力部材１９の内周面１９１に係合する。

部分２７、２８は、異物がトランスミッションに侵入するのを防止し、かつ構造的な支えとしての役割を果たす。

本発明のトランスミッションは、２つの動作モードを備える。第１のモードは、バンドブレーキが係合されないときである。第２のモードは、バンドブレーキが係合されるときである。

第１動作モード
第１動作モードにおいては、クランクシャフト(図示せず)が入力部材１３を、すなわちキャリア部材１３ａを回転させる。慣性部材１２は、入力部材１３に隷属するのでこれ以上の説明は行わない。

遠心クラッチ４０が連結されておらず、バンドブレーキも係合されていないので、リングギヤ１６は自由に回転する。

このモードにおいて、一方向クラッチ２２は連結され、それにより出力部材１９は入力部材１３に同期して同じ速度で回転する。

このモードにおいて、約４３００ＲＰＭまでのエンジン速度に対しては、出力部材は一方向クラッチ２２により駆動される。約４３００ＲＰＭを超える速度では、遠心クラッチは出力部材１９と連結され、一方向クラッチはローラピンに対する向心力の効果により連結が解かれる（図７参照）。

第１動作モードにおいて、(約４３００ＲＰＭより遅い速度に対しては)トルクは、入力部材１３から一方向クラッチ２２を直接通して伝達され、その後、出力部材１９を通してベルト（図示せず）へと伝達され、（約４３００ＲＰＭより速い速度に対しては）直接遠心クラッチ４０を通して伝達され、出力部材１９を通してベルトへと伝達される。

第２動作モード
第２動作モードにおいては、バンドブレーキ２４が係合される。これはリングギヤ１６が回転するのを防止する。リングギヤ１６がロックされると、キャリア部材１３ａの回転は、各遊星ギヤ１４を各スピンドル１５の周りに回転させる。各遊星ギヤ１４の回転は、約２：１の比のより速い速度において太陽ギヤ１７を入力部材１３と同じ方向に駆動させる。太陽ギヤ１７と出力部材１９が入力部材１３よりも高速で駆動されているので、一方向クラッチ２２はオーバーライド状態となり、連結が解除される。

第２動作モードにおいてトルクは、入力部材１３から（これによりキャリア部材１３ａを介して）遊星ギヤ１４を通り、太陽ギヤ１７を通って出力キャリア１９に伝達される。一方向クラッチ２２と遠心クラッチ４０の連結が解除されるので、一方向クラッチ２２あるいは遠心クラッチ４０を通して伝達されるトルクは存在しない。

図２は、トランスミッションの後方斜視図である。遠心クラッチ４０は、入力部材１３と出力部材１９の間に配置される。

図３は、遠心クラッチの前方斜視図である。クラッチ４０は、伸縮自在の摩擦リング４１と内側リング４２を備える。摩擦リング４１と内側リング４２の間に配置されているのは、ウェイト４３と摩擦エレメント４４である。内側リング４２は、ウェイト４３とエレメント４４を位置決めし、案内し、保持するガイド４２０を備える。

摩擦リング４１は、伸縮自在な弾性材である。例えば、適切な材料は、約２％から約４％の伸びで約３０Ｎから５０Ｎとなる引張係数を有し、約１．５から約３．０の摩擦係数（ＣＯＦ）を有するＥＰＤＭゴムであってもよい。この材料は約−４５℃から約１６０℃の範囲の温度耐性を有する。

他の適切な材料は、高温ＨＮＢＲである。ＨＮＢＲは、ＥＰＤＭの所定の弾性係数と摩擦係数に加えて耐油性も備え、約−２５℃から約＋１６０℃の温度耐性を有する。

高温ウレタンは、第３の利用可能な材料である。ウレタンの摩擦係数の範囲は約２．０から約３．０であり、ＨＮＢＲと同等の耐油性と温度耐性を有する。

図４は、遠心クラッチの正面図である。エレメント４４の側面４４１および４４２は、半径Ｒからの角度方向のずれを有する。ウェイト４３の側面４３１および４３２は、半径Ｒからの角度に関してαの関係を有する。側面４４２は、側面４３１に摺接する。側面４４１は、側面４３２に摺接する。

側面４３１、４３２、４４１、４４２の角度の関係は、クラッチ４０が回転してウェイト４３とエレメント４４が径方向外側に動くときにウェイト４３とエレメント４４が接触を維持することを保証する。

内側リング４２は、径方向に突出する部材４２０を備える。部材４２１は、トルクが内側リング４２から部材４２１へ、部材４４を介して摩擦リング４１へ、そしてそこから出力部材１９へ伝達されるように、ウェイト４３とエレメント４４を適切な関係に保持する。

限定ではないが一例として、各ウェイト４３は約１７ｇであり、各エレメント４４は約７ｇである。

図５は、図４における５−５断面図である。ガイド４２０は、内側リング４２から半径方向に突出する。各ウェイト４３とエレメント４４は、溝４３３（ウェイト４３に対して）によって、また溝４３３（エレメント４４に対して）によってガイド４２０に係合する。

作動中、各ウェイト４３とエレメント４４の質量によって生じた遠心力は、それぞれを摩擦リング４１に押し当てて半径方向外側へ動かす。回転速度が増加するにつれて、各ウェイトとエレメントによって生じる力も増大する。これは、出力部材１９の内周面１９１において摩擦リング４１により生じる垂直抗力を増大させる。摩擦力は垂直抗力と摩擦係数の積である。

図６は、ローラ（一方向）クラッチの断面図である。クラッチ２２は、内部レース２２０、外部レース２２１、ベアリング２３０、そしてベアリング２３１を備える。ベアリング２３０および２３１は、ボール・ベアリングである。内部レース２２０は、入力部材１３に圧入される。

図７は、ローラクラッチの詳細図である。クラッチ２２は、外部レース２２１を備える。外部レース２２１は、内部レース２２０に向かって径方向内側に延びるが、内部レース２２０には接触しないタング２２４を備える。また、傾斜面２２５が設けられる。ローラ２２２は、傾斜面２２５と内部レース２２０の間に配置される。バネ部材２２３は、所定の力でローラ２２２を付勢する。

傾斜面２２５は、ローラ２２２が内部レースに接触する点において、内部レースに対して引かれる接線から僅かに末広がりの角度で離れて行く。これは傾斜面２２５と内部レースに対する接線の間を鋭角にする効果を有する。

傾斜面２２５と内部レース２２０の段々と狭くなる特性は、作動中、ローラ２２２をそれらの間にロックあるいはトラップさせ、これにより内部レース２２０と外部レース２２１は、ロックした状態で回転する。内部レースが反対方向に回転されるとき、あるいは外部レースが内部レースより速く回転するとき、傾斜面２２５と内部レースの段々と広がる特性は、ローラ２２２を解放し、それにより内部レースおよび外部レースの間におけるトルクの伝達を防止する。図７は、一方向クラッチ２２に複数設けられたこのような構成部分を示す詳細図である。

一方向クラッチのトルク容量は、約２００Ｎである。各ローラの位置は、それぞれの遠心力の関数である。
Ｆ＝ｍｖ^２／ｒ Ｎ
ここでＦは遠心力
ｍは、ｋｇでのローラの質量
ｖは、ｍ／ｓｅｃでの接線方向の速度
ｒは、メートルでの半径
Ｎは、ニュートンである

所定速度において、各ローラの質量、クラッチの回転速度、およびバネ２２３のバネ定数に基づいて、各ローラは傾斜面に沿って半径方向の外側に動き始める。これにより最終的には、各ローラが内部レースから離接され、それにより内部レースの外部レースとの連結が解かれる。これは内部レースと外部レースの間の全てのトルク伝達を停止する。

図８は、伝達トルクをエンジンＲＰＭの関数として示すグラフである。このグラフは、図７に対して説明したように、約４３００ＲＰＭで一方向ローラクラッチ２２の連結が解かれ始めることを示す。同時に、遠心クラッチ４０が連結され始める。約６０００ＲＰＭで、各ローラ２２２は完全に解放され、それにより一方向クラッチ２２の連結が解除される。このとき、遠心クラッチ４０は、摩擦リング４１と内周面１９１の間の摩擦力を増大させる。その結果、遠心クラッチは、入力部材１３からクラッチ４０を介して出力部材１９に伝達されるトルクの大きさを徐々に増大させることができる。

図９は、分解斜視図である。

図１０は、トランスミッションの制御システムの概略図である。真空アクチュエータ２０１は、車両の真空システム２１０に接続される。真空アクチュエータは、従来公知のＥ３コントローラ３００にも接続される。Ｅ３コントローラ３００は、車両のバッテリ３０１に接続される。

速度センサ３０２は、Ｅ３コントローラにエンジン速度信号を供給する。Ｅ３コントローラは、所定のエンジン速度に基づいて真空アクチュエータ２０１を駆動するようにプログラム可能である。例えば、エンジン・アイドリング時には、バンドブレーキは“ＯＮ”であり、そのため真空アクチュエータは“ＯＮ”で、バンド２４は面２５に係合されている。これはリングギヤ１６の回転を停止させる。これは出力部材１９を入力部材１３の速度よりも速く回転させる。これにより、補機はエンジン・アイドリングにおいて適切なスピードで駆動される。エンジン・アイドリングは、通常約７００ＲＰＭから９００ＲＰＭである。伝達比は通常約２：１の範囲である。

約２０００ＲＰＭ以上のスピードにおいて、真空アクチュエータは、“ＯＦＦ”であり、これによりリングギヤ１６は、回転可能とされる。エンジン速度信号は、速度センサ３０２からのものである。リングギヤ１６の回転は、出力部材１９を入力部材１３と同じ速度で回転させる。しかし、出力部材１９が小半径であることから、補機は、通常の遅い速度で運転され、それにより高いエンジン速度で補機を駆動するのに通常必要とされる動力を低減する。出力部材１９の直径は、通常約９０ｍｍである。比較すると、クランクシャフト・プーリの通常の直径は、約１５０ｍｍから１７５ｍｍの範囲である。

図１１は、トランスミッションとバンドブレーキの斜視図である。バンドブレーキ２００のバンド２４は、リングギヤ１６の面２５に係合する。バンドは、摩擦材２４ａを備える。

バンドブレーキ２００は、真空アクチュエータ２０１により作動される。真空アクチュエータ２０１は、リンク機構２０２を介してバンド２４に連結される。リンク機構２０２は、ガイド部材２０３により案内される。ガイド部材２０３は、リンク機構２０２がその主軸Ａ−Ａに沿って実質的に直線方向に移動するようにリンク機構２０２を規制する。バンド２４は、第１ピボット２０４においてベース２０６に接続される。バンド２４は、リンク機構２０２の端部において第２ピボット２０５に接続される。

リンク機構２０２の直動により、第２ピボット２０５は、面２５が固く係合するようにする。ガイド部材２０３がないと、第２ピボット２０５は、作動中、面２５によって径方向外側に押される可能性があり、このような場合、バンドブレーキの効力は低減し得る。

バンドブレーキ２００のベース２０６は、ボルト２０７を用いて、エンジンなどの取付面に取り付けられる。

真空アクチュエータ２０１は、車両の真空システムに接続され、エンジン速度に基づき制御される。

ここでは、本発明の１つ形態について説明されたが、当業者にとっては、ここで説明された本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく、その構成や構成部の関係を様々に変形することは容易である。

Claims (7)

1. 入力部材と、
   出力部材と、
   前記入力部材と前記出力部材の間に機械的に配置された遊星ギヤ・アセンブリと、
   前記入力部材と前記出力部材の間に機械的に配置された遠心クラッチと、
   前記入力部材と前記出力部材の間に機械的に配置された一方向クラッチとを備え、
   前記一方向クラッチは、回転速度０から第１回転速度まで前記入力部材と前記出力部材を直接連結し、
   前記遠心クラッチは、回転速度０よりも速い第２回転速度から、前記第１回転速度を超えた第３回転速度まで、前記入力部材と前記出力部材を直接連結し、
   前記遊星ギヤ・アセンブリの回転を選択的に制御するブレーキ部材を更に備える
   ことを特徴とする遊星トランスミッション。
2. 前記出力部材に配置された太陽ギヤを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の遊星トランスミッション。
3. 前記遊星ギヤ・アセンブリがリングギヤを備え、前記リングギヤが前記ブレーキ部材により停止可能であることを特徴とする請求項１に記載の遊星トランスミッション。
4. 前記遠心クラッチが、
   回転軸から径方向外側に移動可能な第１質量および第２質量と、
   伸縮性材料を含む円形状の摩擦部材とを備え、
   前記遠心クラッチが回転するとき、前記第１質量と第２質量が径方向外側に前記摩擦部材を押圧する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遊星トランスミッション。
5. 前記入力部材に固定的に連結された慣性部材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の遊星トランスミッション。
6. 前記ブレーキ部材が、バンドブレーキを備えることを特徴とする請求項１に記載の遊星トランスミッション。
7. 前記バンドブレーキが、バキュームにより作動されることを特徴とする請求項６に記載の遊星トランスミッション。
   
   

Images