JP2012502238A - 制御装置の存在、不在にかかわらず、ギアの噛み合いを離脱させることなくギア比を変更することができる歯車式自動変速装置 - Google Patents

Abstract

それぞれサンギア、キャリア、プラネタリギアを有する２段以上の遊星歯車機構を備えた歯車式の自動変速装置が提供される。プラネタリギヤはバイラタラルであってもよい。遊星歯車機構は２以上の動力伝達フローを有する。第１段のキャリアを第２段のサンギアと一体化してもよく、第１段のサンギアを第２段のキャリアと一体化してもよい。２以上の動力伝達フローに分割された力が異なる側から少なくとも１つのギアに反対向きに伝達される。このギアは、力が概ね等しい初期状態では概ね停止する。力の大きさは負荷、ギア径、ギア中心間距離、歯数およびモジュール等により決まり、負荷や力が変化するとバランスが変化して、ギアを停止位置へ戻すように動作させる。これにより、ギアの噛み合いを離脱させることなくかつ制御装置を用いることなく、変速比を変更することができる。

Description

本発明は、工学分野および駆動機械や駆動機構のための他の産業分野に関し、特に、制御装置がなくてもギアの噛み合いを離脱させることなく、無段階にギア比を変更可能な歯車式自動変速装置に関するものである。

本発明には比類するものがない。

遊星歯車装置、差動歯車装置、波動歯車装置および他の歯車装置を含む公知のタイプの歯車装置は、制御装置がなくても歯車の噛み合いを離脱させることなくギア比を自動的に変更するようにはなっていない（V.N．Kudryavtsev、「プラネタリギアリング：参考図書」、M.：Mashinostroenie、１９７７年；Yu.N． Kirdyashev「マルチエンジンの差動歯車装置」L.：Mashinostroenie、１９８１年；A.Krainev「マシンメカニックス：基礎辞書」、M.：Mashinostroenie、２０００年を参照されたい）。

したがって、本発明の目的は、駆動軸および／または被駆動軸に加わる負荷が変化する場合に、制御装置がなくてもギアの噛み合いを離脱させることなく、ギア比を変更することができる歯車式自動変速装置を提供することにある。

この課題は、本発明にかかる少なくとも２段の遊星歯車機構を備えた自動変速装置によって解決することができる。この変速装置は、少なくとも３自由度の運動連鎖（kinematic chains）を有し、少なくとも２つの動力伝達フローを有し、他のギアを可動状態にしたまま少なくとも１つのギアを初期の停止位置またはその近傍に位置づけることができる。その初期の停止位置への停止は、複数の動力伝達フローを介して複数のサイドから前述の少なくとも１つのギアへ加えられる複数の力の作用によって達成される。これらの力は、初期において大きさが等しいかまたは同様の値となっており、向きは反対である。また、これらの力は、負荷、ギアの直径の選択、および、それらの中心間の距離に応じて異なる大きさとなる。

一方で動力の伝達は、ギアを有する他の運動連鎖を通じて達成される。ギア比は、駆動ギアおよび／または被駆動ギアに加わる負荷が変わり、前述の反対の向きの複数の力（opposite forces）のバランスが変化することによって、変更される。そして、停止されている前述のギアが動作することで、ギアの噛み合いを離脱させることなく、ギア同士の相対的な回転速度（gears'circular and relative velocities）を互いに一致するまで自動的に調節することができる。

上述の停止位置またはその近傍におけるギアの停止は、遊星歯車装置、差動歯車装置、波動歯車装置などの如き公知のタイプの歯車装置において、締結手段、制御装置または他の手段により達成されるギアの停止と同様に機能する。したがって、前述のように初期には停止されているギアが複数の力のバランスの変化によって動作することで、複数のギア同士の相対的な回転速度が変化し、変速装置のギア比の変化が決まることとなる。

ところで、複数の力の初期のバランスは下記の事項に依存する：
− 複数の歯車のそれぞれの直径およびそれらの中心間の距離
− 運動連鎖の具体的な構造
− 伝達される動力の配分。

歯車式自動変速装置は、少なくとも２段の遊星歯車機構、すなわちサンギアと、バイラタラルでありうるプラネットギアと、任意選択的な１つ以上のキャリアギアとを備えている。

さらに、歯車式自動変速装置は、被駆動ギアまたは他のギアが停止した状況において負荷の再配分を可能とするように少なくとも３自由度を有し、２以上の動力伝達フローを有し、また、他のギアを可動状態のままで１つ以上のギアを停止させ得るように構成されている。

また、前述の歯車式自動変速装置において、
− 少なくとも１つのサンギアをフレキシブルギヤとしてもよく、
− いずれのギアも動力の入力および出力の双方に用いることができ、
− １つ以上のサンギアを内側歯車および／または外側歯車とすることができ、
− 第１段および／または第２段のプラネタリギア（ピニオン）をバイラタラルにすることができ（動力伝達フローを分割または結合するため）、
− 第１段のキャリアを第２段のサンギアまたはキャリアと一体に回転するように連結することができ、
− ある動作モードでは、少なくとも１つの制御装置を用いることができ、
− 動力を前方またはその反対方向に向けて伝達することができ、
− 運動連鎖を任意の順番で一体化することができる。

好ましくは前述の歯車式自動変速装置は、
− ギアの噛み合いを離脱させることなく、動力フローを乱すことなく、制御装置を用いることなく、駆動ギアおよび被駆動ギアにおける負荷を再分配させ、そららの回転差が最大の状態から完全に一致する状態まで変化させて、ギア比をスムーズにかつ離散的に変更し、
− 駆動ギアおよび被駆動ギアの回転数の差が小さければ、１に近い高い効率を提供し、
− 高い動力伝達容量を提供し、
− 製造工程における材料、労力および動力の消費を削減し、
− 製造工程における処理能力を向上させ、
− 高い動作特性を提供し、
− さまざまなモードにおける動作を最適化して燃料消費およびエミッションを低減し、
− コンパクト化と軽量化とを図り、
− 構造を単純なものとし、
− 生産コストを低くすることができる。

歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。 歯付き変速ギアボックスの運動連鎖の一例を示す図である。

一例として第１、第２の２段の遊星歯車装置を備え、第１段のサンギア１が駆動ギアとして機能し、第２段のサンギア１２が被駆動ギアとして機能することができる。反対に、第１段のサンギア１が被駆動ギアとして機能し、第２段のサンギア１２が駆動ギアとして機能することもできる。任意の適切なギアを噛み合わせることにより、運動連鎖を別の運動連鎖と一体化するように構成することもできる。

歯車式自動変速装置は少なくとも２つの動力伝達フローを提供するようになっている。図１において、１つの動力伝達フローは外側にあり、サンギア１から、第１段の第１のプラネタリギア２（プラネタリピニオン）を通り、第１段のサンギア５および第２段のサンギア７を通っている。ここで、サンギア５およびサンギア７は互いに一体に回転するように連結されている。それに続いて当該動力伝達フローは、第２段のプラネタリギア１０を通り、被駆動ギアであるサンギア１２へと通じている。

もう一つの動力伝達フローは内側にあり、第１段のサンギア１から、第１段の第１のサテライト２およびプラネタリギア３を通っている。ギア３はギア２と一体に回転するように連結されている。それに続いて当該動力伝達フローは、第１段の第２のサンギア６を通り、第２段のキャリアギア９を通り、第２段のプラネタリギア９を通り、最後にサンギア１２へと通じている。

動作原理
停止位置またはその近傍におけるギアの停止は、さまざまな動力伝達フローを伝達され、さまざまなサイドから当該ギアに加えられる複数の力のバランスによって達成される。これらの力は大きさが等しく向きは反対である。

図１においてサンギア７と一体化されているサンギア５に外側の動力伝達フローから伝達される力は、サンギア７に内側の動力伝達フローから伝達される力とバランスする。ギア間の運動連鎖によれば、これらの動力伝達フローから伝達される力は向きが反対なので、一体化されているサンギア５およびサンギア７の或る停止位置またはその近傍における初期のバランス（停止）状態を可能としている。

さらに、このようなバランスは、たとえば第１段のキャリア４および第２段のサンギア７（図６、図８、図９を参照）などの他のギアにおいても達成できる。

これらのバランスする力の大きさは、ギアの適切な幾何学形状およびそれらの中心間の距離によって決まり、さらに、ギアの歯数およびモジュールや入力する動力に応じて決まる。

歯車式自動変速装置の動作は、以下のような力と力との間の初期の相関関係に基づいている：
−Ｆ₇ ¹＝Ｆ₇ ²＝Ｆ₉／２ （１）
この式で、Ｆ₇ ¹は、外側の動力伝達フローから伝達されるような第１段のサンギアに加えられる力であり、Ｆ₇ ²は、内側の動力伝達フローから伝達されるような第２段のサンギアに加えられる力であり、この力は、同じ第２段のキャリアギアに加えられる力Ｆ₉／２の半分になっている。

また、これらの力、すなわち外側の動力伝達フローから伝達されるような−Ｆ₇ ¹と、内側の動力伝達フローから伝達されるような力Ｆ₇ ²とが反対向きなので、これらがバランスしてギア７を或る初期の停止位置またはその近傍に停止させる条件を形成する。このようにして外側の動力伝達フローを通じた動力の伝達を実質的に停止するようになっており、動力は他の動力伝達フロー、たとえば内側の動力伝達フローを通じて事実上伝達されることとなる。式（１）により表されているような条件を歯車式自動変速装置の他のギアに対しても成立させることができる。

駆動軸および／または被駆動軸に加わる負荷が変化すると、前述のような初期のバランス条件が変わって、動力は複数の動力伝達フローの間で再分配される。このことによりギアが動作し、駆動側および被駆動側のギア同士の相対的な回転速度が中間値から完全一致までの間で変化し、非道変速装置のギア比が変わる。それらのギアに加えられる力は等しくない。

−Ｆ₇ ¹≠Ｆ₇ ²≠Ｆ₉／２ （２）
たとえば負荷が小さくなる場合、ギアに加えられる力は位置バランスを取ろうとし、負荷が大きくなる場合はバランスが乱される。このようにして、ギアの噛み合いを離脱させることなく、ギア比の自動的な変更が可能となる。当該変更は制御装置の使用によりサポートを受けるようにしてもよいし、またはそのようにしなくてもよい。

１ 第１段のサンギア
２ 第１段の第１のプラネタリギア
３ 第１段のプラネタリギアに接続されている第２のプラネタリギア
４ 第１段のキャリア
５ 第１段の外側サンギア
６ 第１段の内側サンギア
７ 第２段の外側サンギア
８ 第２段の内側サンギア
９ 第２段のキャリア
１０ 第２段の第１のプラネタリギア
１１ 第２段の第２のプラネタリギア
１２ 第２段のサンギア
１３ 第１段のギア列

Claims (6)

1. 歯車式の自動変速装置であって、
   それぞれサンギア、プラネタリギアまたはプラネタリギア列を有する２段以上の遊星歯車機構を備えており、前記プラネタリギアがバイラタラルであってもなくてもよく、キャリアに搭載されていても搭載されていなくてもよく、さらに、少なくとも１つのキャリアを備えていても備えていなくてもよく、
   少なくとも３軸の自由度と、少なくとも２つの動力伝達フローとを備えており、
   前記第１段の前記キャリアギアを前記第２段の前記サンギアまたは前記第２段の前記キャリアギアと一体に回転するように連結することができ、
   前記第１段の前記サンギアを前記第２段の前記キャリアギアまたは前記サンギアと一体に回転するように連結することができ、
   前記自動変速装置は、外部からの入力を分割した後に前記少なくとも２つの動力伝達フローによって、それぞれ異なる側から少なくとも１つのギアに反対向きに伝達するように構成され、これら反対向きの力の大きさが少なくとも負荷の大きさ、ギア径、ギアの中心間距離、ギアの歯数およびモジュールによって決まり、これら反対向きの力の大きさが等しいかまたはほぼ等しい初期状態では、前記少なくとも１つのギアを所定の停止位置またはその近傍に停止させる一方、負荷、力およびギアの相対的な回転速度の変化に応じて、前記の反対向きの力が前記少なくとも１つのギアを前記停止位置へ戻すように動作させることで、ギアの噛み合いを離脱させることなくかつ制御装置を用いることなく、ギア比を変更可能に構成されている歯車式自動変速装置。
2. 前記サンギアのうちの少なくとも１つがフレキシブルギアであることを特徴とする請求項１に記載の歯車式自動変速装置。
3. 前記サンギアのうちの少なくとも１つが内歯および外歯を有することを特徴とする請求項２に記載の歯車式自動変速装置。
4. いずれのギアも、動力の入力および／または出力に用いられることを特徴とする請求項３に記載の歯車式自動変速装置。
5. 少なくとも１つの制御装置が用いられることを特徴とする請求項４に記載の歯車式自動変速装置。
6. 前記運動連鎖が任意の順番で一体に回転するように連結されることを特徴とする請求項５に記載の歯車式自動変速装置。

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