JP2013155871A - 柔軟かつ縮拡可能な多段遊星トランスミッション - Google Patents

Abstract

【課題】複数の車両構成用の縮拡可能多段トランスミッションシステムを提供する。
【解決手段】本システムは、変動速度推進装置からのトルクを受けるよう構成された第一の軸１１０に沿って配置されたインプット１０２と、第二軸１４０に沿って配置され、インプットに結合されたアウトプット１４０を含む。本システムはさらに、インプットとアウトプットの間に結合された各種の係合可能なクラッチＣ１、およびインプットとアウトプット双方に結合された遊星ユニット１１２、１２２を含み、そこでは遊星ユニットは少なくとも遊星歯車セットとブレーキ１０６，１０８をそれぞれひとつずつ含む。本システムは、特定の車両構成にもとづいて構成可能で、第一軸と第二軸は同軸でも非同軸でもありうる。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業車両に関したトランスミッション、特にさまざまな形と大きさの作業車両に適用可能な、多段遊星トランスミッションの柔軟な配置に関するものである。

作業車両、とくに建設や森林作業で使用する車両は、一定の、あるいは一定に近い速度のエンジンを含む。希望する適用により、車両インプット（例えば、エンジン、モーターなど）には有限速度とトルク範囲を含む。これらの車両はその車両の性質に依存する、複数の異なる構成と設定を持つことができる。しかしながら、これらの車両はまた、希望する燃料効率と成果を達成するために、複数速度および複数トルクの必要性を有する。したがって、多段、切り替え可能トランスミッション、あるいはそれに類似するものは、効率性を最大化しながら、インプットドライブデバイスを増補し、かつ適切な範囲の車両グラウンド速度と牽引力を供する必要がある。

建設および森林産業には多数の作業車両があり、そのインプットドライブ装置が電気、水力、空気式あるいは他の既知のインプットであるかにかかわらず、それぞれの車両に独自の設定がある。各車両には、その適用により、個々のグラウンド速度および／または牽引力の要件も存在する。同様に、個々のトランスミッションの設計は、それぞれの車両設定により異なる。別の言葉で言えば、ひとつのトランスミッションの設計は、ホイールローダーには良いが、モーターグレーダーには向かず、同様に、異なるトランスミッションの設計は、モーターグレーダーには良いが、ホイールローダーには向かないということになろう。これらの設計は、その車両の大きさによって大小の違いはあれ、個々の部品を持つ。多くの場合、個々の部品は、異なるトランスミッション設計により異なる。

したがってここに、既知の、または将来の車両構成に適用できる、柔軟で縮拡可能な多段トランスミッションの必要性が存在する。動力取出装置の適用のための設計を通して、同じ側での動力の入出、異なる側での動力の入出、軸方向に作動するインプットシャフトを達成できるトランスミッションを供することが望ましい。さらには、どのような車両パッケージの要件をも満たす、さまざまなトランスファー歯車／ドライブ構成に結合できるトランスミッションを供することが望ましい。ひとつの設計に使用できる論理は、機械の大きさや構成にかかわらず使用できる。

本開示における例示的実施態様において、縮拡可能多段トランスミッションシステムは、複数の車両構成用として提供される。本システムは、変動速度推進装置からのトルクを受けるよう構成された第一の軸に沿って配置されたインプットと、第二軸に沿って配置され、インプットに結合されたアウトプットを含む。本システムはさらに、インプットとアウトプットの間に結合された選択的に係合可能なクラッチ、ならびにインプットおよびアウトプットの双方に結合された遊星ユニットを含む。遊星ユニットは、少なくとも遊星歯車セットとブレーキとをそれぞれひとつずつ含む。本システムは、特定の車両構成にもとづいて構成可能で、第一軸と第二軸は同軸でも非同軸でもありうる。

ひとつの側面において、本システムは第一および第二シャフトを含み、インプットは第一シャフトに、アウトプットは第二シャフトに結合し、第二シャフトは第一シャフトと同心となることができる。別の側面では、インプットはシステムのアウトプットと同じ側に配置される。さらに別の側面では、本システムはドロップ歯車セットを含み、ドロップ歯車セットは、遊星ユニットのアウトプットに結合した第一アウトプット歯車、本システムのアウトプットに結合した第二アウトプット歯車、およびその間に結合したアイドラー歯車を含むことができる。

遊星ユニットは、第一太陽歯車、第一キャリアおよび第一リング歯車を含む第一遊星歯車セット、第二太陽歯車、第二キャリアおよび第二リング歯車を含む第二遊星歯車セット、第一リング歯車に結合した第一ブレーキ、ならびに第二リング歯車に係号した第二ブレーキを含むことができる。インプットは第一太陽歯車、第二太陽歯車、または第一リング歯車に結合することができる。アウトプットは第二キャリアに結合することができる。

関連した側面では、遊星ユニットは、第一太陽歯車、第一キャリア、および第一リング歯車を含む第一遊星歯車セットを含み、第一太陽歯車は第一ブレーキに結合することができる。また、第二太陽歯車、第二キャリア、および第二リング歯車を含む第二遊星太陽歯車セットを含むことができる。また、第三太陽歯車、第三キャリア、および第三リング歯車を含む第三の遊星歯車セットを含むことができる。また、第二リング歯車に結合する第二ブレーキと第三リング歯車に結合する第三ブレーキを含むことができる。インプットは、第一のリング歯車、第二太陽歯車、あるいは第三の太陽歯車に結合することができ、アウトプットは第三キャリアに結合することができる。

別の実施態様においては、異なる車両構成のために、縮拡可能な多段トランスミッションのシステムが使用される。システムは、トランスミッションのインプット側に配置されたインプット、インプットに結合され、トランスミッションのアウトプット側に配置されたアウトプット、インプットおよびアウトプットの間に結合された選択的に係合可能なクラッチ、インプットおよびアウトプットに結合され、遊星歯車セットおよびブレーキを含む遊星ユニットを含むことができる。選択的に係合可能なクラッチは、トランスミッションを通じて１：１比をもたらすことができる。第一の構成において、インプット側はアウトプットの反対側に配置することができる。第二構成において、インプット側はアウトプット側と同じとすることができる。

第一構成では、インプットはアウトプットと同一線上とすることができる。第二構成では、インプットは距離によってアウトプットからオフセットさせることができる。ひとつの側面では、インプットは第一のシャフトに結合し、アウトプットは第二シャフトに結合し、第二シャフトは第一シャフトと同心となる。別の側面では、本システムはドロップ歯車セットを含み、ドロップ歯車セットは、遊星ユニットのアウトプットに結合する第一アウトプット歯車と本システムのアウトプットに結合する第二アウトプット歯車とを含むことができる。第三の歯車は、第一アウトプット歯車と第二アウトプット歯車の間で結合することができる。

さらに別の側面では、遊星ユニットは、第一太陽歯車、第一キャリア、および第一リング歯車を含む第一遊星歯車セットと、第二太陽歯車、第二キャリア、および第二リング歯車を含む第二遊星歯車セットと、第一リング歯車に結合する第一ブレーキと、第二リング歯車に結合する第二ブレーキと、を含むことができる。インプットは第一太陽歯車、第二太陽歯車あるいは第一リング歯車に結合する。さらに、アウトプットは第二キャリアに結合する。

関連した側面では、遊星ユニットは、第一太陽歯車、第一キャリア、第一リング歯車を含む第一遊星ユニットであって、第一太陽歯車が第一ブレーキに結合される第一遊星歯車セットと、第二太陽歯車、第二キャリア、第二リング歯車を含む第二遊星太陽歯車セットと、第三太陽歯車、第三キャリア、第三リング歯車を含む第三遊星歯車セットとを含むことができる。また、第二ブレーキは第二リング歯車に結合され、第三ブレーキは第三リング歯車に結合する。インプットは第一太陽歯車、第一リング歯車、第二太陽歯車あるいは第三太陽歯車に結合する。さらに、アウトプットは第三キャリアに結合する。
異なる実施態様では、特定の車両パッケージに対し、普遍的に縮拡可能なトランスミッションパッケージを設計する方法が提供される。方法は、車両パッケージのインプットおよびアウトプットの構成の特定をすることと、特定の車両パッケージに求められる歯車比の数を決定することと、車両のインプットに結合するように、第一軸周辺にトランスミッションのインプットを配置することと、車両のアウトプットに結合するように、第一軸と同軸でも非同軸でもありうる第二軸周辺にトランスミッションのアウトプットを設計することと、遊星ユニットをトランスミッションのインプットとアウトプットに結合することと、を含む。

本実施態様の別の側面では、方法は、ドロップ歯車セットを、トランスミッションのアウトプットおよび遊星ユニットのアウトプットの間に結合することも含む。別の側面では、方法は、第一軸および第二軸の間における、求められるドロップ距離を達成するためのドロップ歯車セット中の各歯車の大きさと歯数を作成することを含むことができる。また別の側面では、トランスミッションのインプットは第一シャフトに、またトランスミッションのアウトプットは第二シャフトに結合し、第二シャフトは第一シャフトと同心になる。本実施態様においては、配置ステップは、トランスミッションのインプットとアウトプットをトランスミッションの同じ側に構成することを含むことができる。本方法はまた、トランスミッションのインプットと、車両パッケージの動力取出ユニットとの結合も含む。あるいは、本方法にはトランスミッションのアウトプットと、車両パッケージ軸との結合を含むこともできる。

本発明の上記の側面およびその確保の方法は、より明らかにされ、添付した図と併せて、つぎに述べる本発明の実施態様を参照とすれば、本発明自体はより理解されるであろう。

対応する参照数字は、いくつかの表示を通じて、その対応部分を示すために使用されている。

図１は、３つの異なる歯車比を達成するトランスミッション構成である。 図２は、４つの異なる歯車比を達成するトランスミッション構成である。 図３は、複数の構成をもつ柔軟かつ縮拡可能なトランスミッションの概略図である。

下記の本発明の実施態様は、包括的でもなければ、本発明を下記の詳細説明で開示する形に限定するものでもない。むしろ本実施態様は、当業者が本発明の原理および実践の真価を認め、理解するよう、選択され、説明されている。

本開示においては、つぎの実施態様がどのような動力車両にも、望み通りに取り入れられる、柔軟で縮拡可能なトランスミッションシステムを供するものであり、特に建設および森林産業（例えば、四輪駆動ローダー、モーターグレーダー、ログスキッダー等）に使用されることを念頭に置いている。本システムは、特定の車両の設計をもとに、インプットおよびアウトプットが複数箇所に構成できるよう、設計に柔軟性がある。たとえば、トランスミッションの同じ側にインプットとアウトプットを配置することが望ましい車両には、本開示の実施態様にあっては、この機能性を達成するよう設計されうる。あるいは、トランスミッションのインプットを片側に、アウトプットをその反対側にすることも可能である。動力取出装置（ＰＴＯ）の適用には、第一シャフトが第二シャフトに同心をなすスルーシャフトを含むよう、トランスミッションシステムを柔軟に設計することもできる。ここでは、トランスミッションのインプットをひとつのシャフトに、またアウトプットを別のシャフトに結合することも可能である。本システムはまた、インプットとアウトプットを距離によって互いにオフセットするよう、中央線に沿って配置し、ドロップ歯車セットとともにパッケージすることも可能である。

本開示におけるトランスミッションシステムは、複数の種類の伝達歯車あるいはドライブ構成に搭載できるため、複数車両のパッケージを達成する。この方法により、一式の第一要件を持つ第一車両には、対応するトランスミッションシステムをパッケージでき、一方でそのトランスミッションシステムは、第二車両の要件を満たすよう、異なる形でパッケージすることが可能である。

本システムはまた、異なる大きさの車両パッケージの要件に見合うよう、縮小／拡大できる。大きな車両では、インプット中央線とアウトプット中心線の間の距離がより大きくなければならず、一方、より小さな車両では、その距離が小さくなければならない。歯車の大きさと歯の数は、トランスミッションシステムがその両方の要件を満たすように構成するためのひとつの方法である。

本開示において望まれる柔軟性と縮拡可能性を達成するためには、その車両のレイアウトがまず確定されなければならない。たとえば、車両のインプットとアウトプット構成は、これらの要件を満たすために、それに対応するトランスミッションのインプットとアウトプットを設計するために特定することができる。これはまた、特定の車両に望まれる歯車比の数を決定するうえでも重要といえる。図１に示されているように、伝達比３のトランスミッションは、ブレーキ２つ、遊星歯車セット２つ、および選択的に係合可能なクラッチを含む遊星ユニットとともに構成される。あるいは、図２に示されているように、伝達比４のトランスミッションは、ブレーキ３つ、遊星歯車セット３つ、および選択的に係合可能なクラッチを含む遊星ユニットとともに構成される。遊星歯車セットと選択的に係合可能なクラッチのレイアウトは、希望する歯車比を達成するように決定することができる。例えば、ひとつの実施態様では、トランスミッションのインプットは太陽歯車に結合することが望まれ、一方、異なる実施態様では、トランスミッションのインプットはリング歯車に結合することが望まれることもあろう。

トランスミッションのインプットは、車両インプットに結合するよう、第一軸の周辺に配置することが可能である。同様に、トランスミッションのアウトプットは、車両インプットに結合するよう、第二軸の周辺に配置することが可能である。第一と第二軸は同軸、つまり同じ軸であることも可能である。ドロップ距離設定では、第一軸と第二軸は互いにオフセットすることもある。たとえば、ディファレンシャルへ連結するために、トランスミッションのアウトプットを曲がりばかさピニオン歯車に結合することが望ましいこともあろう。この設定は図３に示されている。本開示は、トランスミッションシステムを望みの車両レイアウトに適用させる能力を持ち、いずれの既知、あるいは未知の車両設定にもパッケージできる、トランスミッションシステムを達成することが可能である。

図１において、柔軟性があり、どのような車両設定にも適用可能な３段変速設定（つまり、３つの異なる歯車比を達成できるトランスミッションシステム）についての説明的実施態様が供されている。本実施態様では、トランスミッションの構成１００は、第一Ｉ／Ｏ１０２および第二Ｉ／Ｏ１０４を含む。ここでいう「Ｉ／Ｏ」とは、インプット／アウトプットのことである。ここでは、インプット１０２はトランスミッションの片側に、またアウトプット１０４はその反対側に構成される。車両のレイアウトにより、インプットとアウトプットは切り替えることができる（つまり、インプット１０４はトランスミッションの右側に、そしてアウトプット１０２は左側に配置する）。図１についてであるが、インプット１０２は構成１００の左側に関連して説明され、アウトプット１０４は構成１００の右側に関して説明されている。アウトプット１０４は、トランスミッションのインプットから機械補助機能を直接提供するための動力取出装置（ＰＴＯ）として使用できる。この配置において、矢印１４６に示されている方向に沿って、インプット１０２からアウトプット１０４へのトランスミッションを経てトルクが伝達される。

トランスミッションのアウトプットはオフセットされ、矢印１４０に示されている方向に沿って定めることができる。ここで、アウトプット中央線（例えば、矢印１４０に沿って定められる）が、インプット中央線からドロップ距離１４４によりオフセットされるように、ドロップ歯車セット１４２を本設計に取り込むことができる。ドライブラインヨーク（図示されていない）は、トルクをアクセルに伝達するために、アウトプット１４０に搭載することができる。下記のように、第一アウトプット歯車１３４は、遊星ユニットのアウトプットに結合される。ドロップ歯車セットでは、第一アウトプット歯車１３４は、第二アウトプット歯車１３８に結合し、オプションのアイドラー歯車１３８はその間に配置される。別の構成では、追加のアウトプットとアイドラー歯車は、第一アウトプット歯車１３４と第二アウトプット歯車１３８の間に結合することができる。第二アウトプット歯車１３８はその後、ドライブヨーク、アクセル、ＰＴＯ、その他の希望のアウトプット構成要素に結合することができる。

ドロップ距離１４４は、特定の車両設定用にカスタマイズできる。ドロップ距離を短くするために、第一アウトプット歯車１３４、アイドル歯車１３６、および第二アウトプット歯車１３８のサイズを小さくして、距離１４４を縮小することができる。しかしながら、ドロップ距離１４４を長くするためには、第一アウトプット歯車１３４、アイドル歯車１３６、および第二アウトプット歯車１３８のサイズを大きくして（例えば、より大きな直径、より多くの歯車歯など）、より大きいドロップ距離１４４を達成できる。

図１がさらに示すように、ドロップ歯車セットのアウトプット１４０は、矢印が示すように、左側にも右側にもアウトプットを提供することができる。これはまた、ドロップ歯車セット１４２の左と右の両側にアウトプットを要するような特定の車両用にカスタマイズすることが可能である。

すでに述べたように、図１は、３つの異なる歯車比を達成できる柔軟で縮拡可能なトランスミッションシステムの説明的実施態様である。そのために、遊星ユニットは、トランスミッションのインプットとアウトプットの間に配置する。図１で、遊星ユニットはアウトプット１３２に結合するが、これはまたドロップ歯車セットを必要としないときのトランスミッションのアウトプットと同様である。遊星ユニットは、第一遊星歯車セット１１２と第二遊星歯車セット１２２を含む。第一遊星ユニット１１２は、第一太陽歯車１１４、複数のピニオン歯車１１６を持つ第一キャリア１２０、および第一リング歯車１１８を含む。同様に、第二遊星ユニット１２２は、第二太陽歯車１２４、複数のピニオン歯車１２６を持つ第二キャリア１３０、および第二リング歯車１２８を含む。遊星ユニットはまた、第一ブレーキ１０６および第二ブレーキ１０８を含む。選択的に係合可能なクラッチＣ１は、第一遊星歯車セットと第二遊星歯車セットの間に構成されている。本実施態様において、インプット１０２は、トランスミッションシステム１００を経てトルクが伝達されるシャフト１１０を含む。第一太陽歯車１１４と第二太陽歯車１２４は、シャフト１１０に結合（例えば、キー溝をつける）する。「直通」トランスミッションシステムでは、インプット１０２とアウトプット１３２は、同じ軸中央線で配置され、これは図１では軸１１０に沿って定められる。

本実施態様では、第一歯車比は、第二ブレーキ１０８を適用あるいは制止することによって達成できる。その際、第二ブレーキ１０８は、第二リング歯車１２８が回転しないよう、制止する。図で示すように、第二リング歯車１２８および第一キャリア１２０は互いに結合している。別の言葉で言えば、第一キャリア１２０のアウトプットは、第二歯車リング１２８に伝達される。しかしながら、第二リング歯車１２８と第一キャリア１２０は、第二ブレーキ１０８によって制止されているので、単純遊星減少トルク機構が達成される。インプット１０２からのインプットトルクは、第二太陽歯車１２４を経て通過し、第二キャリア１３０によってアウトプットされる。アウトプットキャリアとして参照可能な第二キャリア１３０は、ドロップ歯車セット１４２が必要な場合、第一アウトプット歯車１３４に、アウトプット接続１３２（例えば、シャフト、スプラインなど）を経て結合する。当業者であれば理解することであるが、歯車比は、第二太陽歯車１２４および第二リング歯車１２８の歯の数に基づいて配置することができるため、第一歯車比における特定のアウトプットトルクの要件が達成できる。アウトプット１３２はまた、ドロップ歯車セットが必要とされない場合には、ドライブアクセルに直接搭載することもできる。

第一歯車比よりも低いアウトプットトルクをもたらす第二歯車比は、第一ブレーキ１０６を制止することによって達成できる。その際、第一ブレーキ１０６は、第一リング歯車１１８を回転しないように制止あるいは固定する。この歯車比では、トルク分割機構は、インプット１０２からのインプットトルクの一部が第一遊星歯車セット１１２を通過し、残りのインプットトルクが第二遊星歯車セット１２２を通過したときに達成される。特に第一部分のインプットトルクが第一太陽歯車１１４を過ぎ、第一キャリア１２０から出たときにである。第一キャリア１２０からのトルクアウトプット量は、その間の堅固な接続を通して第二リング歯車１２８に伝達される。第二部分あるいは残りの部分のインプットトルクは、第二太陽歯車１２４が受け取る。第二キャリア１３０がまた、この第二歯車比で、第一アウトプット歯車１３４にトルクをアウトプットする。第一の歯車比に類似した第二歯車比は、第一および第二遊星歯車セットのそれぞれの歯数にもとづいて構成できる。

第一歯車比および第二歯車比より少ないアウトプットトルクをもたらす第三歯車比は、選択的に係合可能なクラッチＣ１の適用によって達成できる。ブレーキとクラッチは電力、水力、空気力あるいは他の既知の方法によって制御できる。クラッチＣ１が適用されるとき、シャフト１１０は第二リング歯車１２８に「クラッチ」され、反作用トルクが第二リング歯車１２８に伝達される。ここで、インプットトルクは、第二太陽歯車１２４を通過し、第二キャリア１３０を経てアウトプットされる。第一遊星歯車セットを通るインプットトルクはほぼゼロであるので、第三歯車比はおよそ１：１となり得る。したがって、非限定例においては、第一の歯車比はおよそ５：１、第二歯車比はおよそ２．５：１、そして第三歯車比はおよそ１：１となり得る。このような異なる比は単に例としてあげるものであり、限定を意図したものではない。もちろんこれらの比は、遊星ユニットのいずれかの、歯車の歯の数と大きさを変えることによって調節できる。

上述したように、システムインプットとアウトプットを、同じ軸に沿ってではあるが、トランスミッションの同じ側において配置することも可能である。この構成において、アウトプットシャフト１３２はインプットシャフト１１０と同心である。参照番号１０４がトランスミッションのインプットを表し、かつ１３２がトランスミッションのアウトプットを表す場合、モーターからのインプットトルク、主要ムーバー、あるいは他の変速推進デバイスは、インプットシャフト１１０を通過し、歯車比によって、トルクは遊星ユニットを上述したように通過する。アウトプットトルクは、第二キャリア１３０から、インテグラル接続を経て、アウトプットシャフト１３２に伝達される。第一アウトプット歯車１３４は、ドロップ歯車セット１４２を経てドライブラインヨークあるいは他のアウトプット接続にアウトプットトルクを伝達するため、アウトプットシャフト１３２にスプラインされ、あるいは完全に結合されることもできる。特にこの構成においては、アウトプットシャフト１３４はその中央線を通る空洞通路を含むようにして、インプットシャフト１１０がそこを通過するようにできる。インプットシャフト１１０とアウトプットシャフト１３４は、この配置では同軸である。

また、別の歯車比をトランスミッションシステムに設けるのも望ましい。図２に、歯車比４のトランスミッションシステム２００が示されている。本実施態様において、第一Ｉ／Ｏ２０２はシステム２００の左側に、また第二Ｉ／Ｏ２０４は右側に示されている。第一および第二Ｉ／Ｏはシステム２００へのインプットあるいはアウトプットになりうる。図１の３段変速実施態様１００に似た４段変速システム２００もまた、ドロップ歯車セット２６０を含むことができ、システム２００へのアウトプット２５６がインプット中心線からオフセットして配置される。図１では第一および第二Ｉ／Ｏは、軸線方向にシャフト２１２に沿って定められたインプット中心線周辺に配置される。ドロップ歯車セットのアウトプット２５６はこのインプット中心線から、ドロップ距離２５８によってオフセットすることもできる。このオフセットを行うためには、ドロップ歯車セットは第一アウトプット歯車２５０、アイドラー歯車２５２、および第二アウトプット歯車２５４を含むことができる。図２に矢印で示すように、ドロップ歯車セットのアウトプット２５６は、同システムのどちら側にもアウトプットすることができる（例えば、ドロップ歯車セット２６０の左または右）。ドライブラインヨーク（図示されていない）を、アウトプット２５６の片側、あるいは両側に結合することが望ましい場合もある。特定の車両の要件によっては、別の可能性もある。

ひとつの実施態様では、システム２００に対し、第一Ｉ／Ｏ２０２がインプットで第二Ｉ／Ｏ２０４がアウトプット（例えば、ＰＴＯドライブユニットについて）ということもあり得る。ここで、インプット２０２とアウトプット２０４は同軸であり、同じ中心線に沿って配置される。トランスミッションのいずれの側からもインプットを配置できるため、トランスミッションシステム２００は「直通トランスミッション」と呼ばれる。異なる実施態様では、第一Ｉ／Ｏ２０２はＰＴＯアプリケーション用アウトプット、第二Ｉ／Ｏはインプットであり得る。あるいは、インプットとアウトプットは、外側空洞のアウトプットシャフト２６２を内側インプットシャフト２１２と同心に取り入れて、トランスミッションシステムの同じ側に配置することができる。

図２のトランスミッションシステム２００は、システムインプットとアウトプットの間に遊星ユニットを配置することによって、４つの異なる歯車比を達成できる。この遊星ユニットは、第一遊星歯車セット２１４、第二遊星歯車セット２２８、および第三第二遊星歯車セット２３８を含むことができる。遊星ユニットはまた、第一ブレーキ２０６、第二ブレーキ２０８、および第三ブレーキ２１０も含むことができる。遊星ユニットは、実施態様によってはトランスミッションのアウトプット（すなわちドロップ歯車セットがない場合）でもあるアウトプット２６２を含むことができる。第一遊星歯車セット２１４は、第一太陽歯車２１６、複数のピニオン歯車２１８を持つ第一キャリア２２６、および第一リング歯車２２０を含む。第二遊星歯車セット２２８は、第二太陽歯車２３０、複数のピニオン歯車２３２を持つ第二キャリア２３６、および第二リング歯車２３４を含む。同様に、第三遊星歯車セットは、第三太陽歯車２４０、複数のピニオン歯車２４２を持つ第三キャリア２４６、および第三リング歯車２４４を含む。同遊星ユニットはまた、選択可能な係合可能なクラッチＣ１を含むこともできる。

遊星ユニットを通る動力の流れを説明するために、システムインプットを第一Ｉ／Ｏ２０２とし、システムは第二Ｉ／Ｏ２０４からのオプションＰＴＯアウトプットを持つこともできる。インプット２０２は、図示されているように、シャフト２１２に結合される。第一歯車比では、インプットトルクはシステムインプット２０２で受け取られ、シャフト２１２に伝達される。第三ブレーキ２１０は制止され、選択的に係合可能なクラッチはこの第一歯車比を達成するために適用される。同様に、第三ブレーキ２１０が静止されれば、第三リング２４４もまたブレーキによって静止される。本実施態様においては、第三リング歯車２４４は、第一キャリア２２６に結合された第二キャリア２３６に結合する。したがって、インプットトルクは適用されたＣ１クラッチを経て伝達され、第三太陽歯車２４０がこれを受ける。第一遊星歯車セット２１４あるいは第二遊星歯車セット２２８にはトルクが通過しないため、単純遊星還元機構は第一歯車比で達成される。第三太陽歯車２４０はインプットトルクを受け、トルクは第三キャリア２４６までアウトプットされる。

第一歯車比よりも低いアウトプットトルクをもたらす第二歯車比は、第二ブレーキ２０８を制止し、選択的に係合可能なクラッチＣ１を適用することによって達成できる。第二ブレーキ２０８は第二リング歯車２３４を制止し、図１の３段変速実施態様の第二歯車比と同様に、トルク分割機構が達成される。Ｃ１が適用されれば、第一部分のインプットトルクがシステムインプット２０２から第二太陽歯車２３０を通過し、第二部分は第三太陽歯車２４０に伝達される。第二太陽歯車２３０が受けた第一部分は、第二キャリア２３６によってアウトプットされる。第二キャリア２３６は第三リング歯車２４４に結合されるので、第二キャリア２３６から伝達されるトルクは、第三リング歯車２４４が受ける。第三リング歯車２４４および第三太陽歯車２４０が受けたトルクは、第三キャリア２４６によって、システムアウトプット２６２にアウトプットされる。第三キャリア２４６のアウトプット２６２は、第三キャリア２４６あるいはアウトプット２６２に総合的に結合あるいはスプラインする第一アウトプット歯車２５０に結合することができる。あるいは、第三キャリア２４６は、第一アウトプット歯車２５０が結合するアウトプットシャフト２６２に結合し、あるいはその一部とななることができる。

第一歯車比および第二歯車比より小さい第三歯車比は、第一ブレーキ２０６を制止し、かつ選択的に係合可能なクラッチＣ１を適用することにより達成される。第一リング歯車２２０は、接続２２２を経てシステムインプット２０２に結合される。さらに、第三太陽歯車２４０もまた、適用されたＣ１クラッチを経てシステムインプット２０２に結合され、このようにして双方向のトルク分割が第三歯車比で達成される。第一太陽歯車２１６は、第一ブレーキ２０６を経て接地される。第一キャリア２２６は、固定接続（例えば、シャフト、スプラインなど）を経て第二キャリア２３６に結合し、そのため、第一キャリア２２６からのトルクアウトプットは第二キャリア２３６が受ける。上述したように、第二キャリア２３６は、第三リング歯車２４４にトルクをアウトプットする。こうして、第三太陽歯車２４０と第三リング歯車２４４が受けたトルクは、第三キャリア２４６を経てアウトプットされる。

第一歯車比、第二歯車比、第三歯車比より小さい第四歯車比は、第一ブレーキ２０６および第二ブレーキ２０８を制止することによって達成される。その際、インプット２０２は第一リング歯車２２０に結合する。したがって、トルクは第一リング歯車２２０を通過し、第一ブレーキ２０６によって接地された第一太陽歯車２１６がこれに反応する。その後トルクは第一キャリア２２６を経てアウトプットされる。第一キャリア２２６からのトルクアウトプットはこうして第二キャリア２３６に伝達され、第二キャリア２３６がこれを受ける。第二ブレーキ２０８が固定されたまま、第二リング歯車２３４もまた制止される。第二キャリア２３６が受けたトルクはその後、第二太陽歯車２３０と第三リング歯車２４４にアウトプットされる。第二太陽歯車２３０はトルクを第三太陽歯車２４０に伝達し、第三リング歯車２４４（第二キャリア２３６を経て）と第三太陽歯車２４０（第二太陽歯車２３０を経て）が受けたトルクは、第三キャリア２４６を通してアウトプットされる。効果は、システム２００からの全体的なアウトプットトルクを減少させる相殺トルクである。別の言葉で言えば、第四歯車比をもたらすために、第二遊星歯車セット２２８と第三遊星歯車セット２３８の間でトルク分割が起こる。

したがって、非限定例においては、第一の歯車比はおよそ５：１、第二歯車比はおよそ２．５：１、そして第三歯車比はおよそ１．３：１、第四歯車比はおよそ０．９０：１となり得る。このような異なる比率は単に例としてあげるものであり、限定を意図したものではない。もちろんこれらの比は、遊星ユニットのいずれかひとつの歯車の歯数と大きさを変えることによって調節できる。

図３は、模範的モジュラートランスミッションの構成３００を示す。これは特定の車両に合わせてトランスミッションを配置できる、多くの異なるパッケージのひとつである。この構成３００では、インプット３０２は、モーター、主要ムーバー、エンジン、あるいは他の可変速推進デバイスに搭載できる。インプット３０２はまた、第一シャフト３１４の一端に結合することができ、ＰＴＯアウトプット３０４はその反対端に結合することができる。同様に、インプット３０２が受けたトルクは、ＰＴＯアウトプット３０４を駆動するために使用できる。

この構成３００はまた、第一シャフト３１４からの第二シャフト３２２のオフセットを含む。ドロップ歯車セット３３２は、第一シャフト３１４と第二シャフト３２２を互いに結合する。ドロップ歯車セット３３２は、第一シャフト３１４に結合した第一歯車３１６、および第二シャフト３２２に結合した第二歯車３２０を含む。アイドラー歯車３１８は、ドロップ歯車セット３３２を完結させるためにそれらの間に配置する。第一シャフト３１４が第一中心線を定め、第二シャフト３２２が第二中心線を定める場合、ドロップ歯車セットはドロップ距離３３４として示されたその間の距離、あるいはオフセット距離を定める。この距離３３４は、第一歯車３１６と第二歯車３２０、およびアイドラー歯車３１８の歯車の歯の大きさと数を設計することによって希望の値に調節し、設定することができる。

第二シャフト３２２の一端は、第二ＰＴＯアウトプット３１０である。この構成では、第一ＰＴＯアウトプット３０４と第二ＰＴＯアウトプット３１０は、ドロップ距離３３４によって互いをオフセットする。第二シャフト３２２の反対端は遊星ユニット３０８である。遊星ユニット３０８は、図１と２に示され、説明されているものと同じ構成要素を含む。つまり、遊星ユニット３０８は、少なくともブレーキ、遊星歯車セット、および選択的に係合可能なクラッチをひとつずつ含むことができる。トルクはまた、遊星ユニットを通過し、ポジション３０６でＰＴＯアウトプットを駆動するために使用できる。第三シャフト３２４は、ＰＴＯアウトプット３０６と遊星ユニット３０８に結合する。トルクはまた、遊星ユニット３０８から、シャフト３３６あるいは他の接続を経て遊星ユニット３０８に結合する第三歯車３２６にアウトプットされる。

第三歯車３２６は、第四歯車３２８へ結合、あるいはスプラインできる。第四歯車３２８はシャフト３３０、あるいはその一端の他の接続へ結合する。別のアウトプット３１２は、シャフト３３０の反対端に結合する。アウトプット３１２は、例えばディファレンシャルに取り付けることができる曲がりばかさピニオン歯車に結合することができる。あるいは、アウトプット３１２はドライブアクセルに直接あるいは間接に搭載することができる。

図３に示す実施態様は、多くの異なる実施態様のひとつに過ぎず、これは特定の車両にパッケージできるものである。歯車比、ＰＴＯアウトプット、性能要件などの車両要件に応じて、トランスミッションシステムのレイアウトは、どのような要件にも、それに合わせてカスタマイズできる。ここには、設計に取り入れられている歯車の歯の大きさと数の設計が含まれる。本システムは、単側入出力システム、直通システム、あるいはドロップ歯車を含むシステムであってもよい。同様に、建設あるいは森林業界における多数の車両、またそれ以外の車両も、その車両に必要とされる性能と効率性にあわせて設計されたトランスミッションシステムをパッケージすることができる。

本発明の原則を取り入れている模範的実施態様が上述のごとく開示されている一方、本発明は、開示された実施態様にのみ限定されるものではない。そうではなく、その一般原則を活用する本発明のあらゆる変形、活用、適合をそこに網羅することを意図している。さらに本出願は、本発明が属し、かつ付帯の請求項の限界内に属する、当技術分野での既知の、あるいは慣行の範囲内における本開示からのかかる乖離を網羅することを意図している。

Claims (20)

1. 複数の車両構成用の縮拡可能多段トランスミッションシステムであって、
   変速推進デバイスからのトルクを受けるように構成された、第一軸に沿って配置されるインプットと、
   第二軸に沿って配置され、前記インプットに結合されるアウトプットと、
   前記インプットおよび前記アウトプットの間に結合され、選択的に係合可能なクラッチと、
   前記インプットおよび前記アウトプットに結合された遊星ユニットと、を備え、
   前記遊星ユニットは少なくともひとつの遊星歯車セットおよびブレーキを含み、
   前記第一軸および前記第二軸が同軸でも非同軸でもありうるように、特定の車両構成にもとづいて構成可能であるシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、第一シャフトおよび第二シャフトをさらに備え、前記インプットは前記第一シャフトに結合され、前記アウトプットは前記第二シャフトに結合され、前記第二シャフトは前記第一シャフトと同心であるシステム。
3. 請求項１に記載のシステムであって、前記インプットは前記アウトプットと同じ前記システムの側に配置する、システム。
4. 請求項１に記載のシステムであって、ドロップ歯車セットをさらに備え、前記ドロップ歯車セットは、前記遊星ユニットの前記アウトプットに結合された第一アウトプット歯車、および前記システムの前記アウトプットに結合された第二アウトプット歯車を少なくとも含むシステム。
5. 請求項１に記載のシステムであって、前記遊星ユニットは、
   第一太陽歯車、第一キャリア、および第一リング歯車を含む第一遊星歯車セットと、
   第二太陽歯車、第二キャリア、および第二リング歯車を含む第二遊星歯車セットと、
   前記第一リング歯車に結合された第一ブレーキと、
   前記第二リング歯車に結合された第二ブレーキと、を備え、
   前記インプットは、前記第一太陽歯車、前記第二太陽歯車、または前記第一リング歯車に結合され、
   さらに、前記アウトプットは第二キャリアに結合されるシステム。
6. 請求項１に記載のシステムであって、前記遊星ユニットは、
   第一太陽歯車、第一キャリア、および第一リング歯車を含む第一遊星歯車セットであって、前記第一太陽歯車は第一ブレーキに結合される第一遊星歯車セットと、
   第二太陽歯車、第二キャリア、および第二リング歯車を含む第二遊星歯車セットと、
   第三太陽歯車、第三キャリア、および第三リング歯車を含む第三遊星歯車セットと、
   前記第二リング歯車に結合された第二ブレーキと、
   前記第三リング歯車に結合された第三ブレーキと、
   を備え、
   前記インプットは、前記第一太陽歯車、第一リング歯車、前記第二太陽歯車、または前記第三太陽歯車に結合され、
   前記アウトプットは前記第三キャリアに結合されるシステム。
7. 異なる車両構成用の縮拡可能多段トランスミッションシステムであって、
   前記トランスミッションのインプット側に配置されるインプットと、
   前記インプットに結合され、前記トランスミッションのアウトプット側に配置されるアウトプットと、
   前記インプットおよび前記アウトプットの間に結合され、選択的に係合可能なクラッチと、
   前記インプットおよび前記アウトプットに結合され、遊星歯車セットおよびブレーキを含む遊星ユニットと、を備え、
   第一構成では、前記インプット側は前記アウトプット側の反対側に配置され、
   第二構成では、前記インプット側は前記アウトプット側と同じである
   システム。
8. 請求項７に記載のシステムであって、
   前記第一構成では、前記インプットは前記アウトプットと同一線上であり、
   前記第二構成では、前記インプットは距離によって前記アウトプットからオフセットされる
   システム。
9. 請求項７に記載のシステムであって、
   前記インプットは第一シャフトに結合され、
   前記アウトプットは第二シャフトに結合され、
   前記第二シャフトは前記第一シャフトと同心となる
   システム。
10. 請求項７に記載のシステムであって、ドロップ歯車セットをさらに備え、前記ドロップ歯車セットは、前記遊星ユニットの前記アウトプットに結合され第一アウトプット歯車と、前記システムの前記アウトプットに結合された第二アウトプット歯車とを含む、システム。
11. 請求項１０に記載のシステムであって、第一アウトプット歯車および第二アウトプット歯車の間に結合された第三歯車をさらに備えるシステム。
12. 請求項７のシステムであって、前記遊星ユニットは、
    第一太陽歯車、第一キャリア、および第一リング歯車を含む第一遊星歯車セットと、
    第二太陽歯車、第二キャリア、および第二リング歯車を含む第二遊星歯車セットと、
    前記第一リング歯車に結合した第一ブレーキと、
    前記第二リング歯車に結合した第二ブレーキと、を備え、
    前記インプットは、前記第一太陽歯車、前記第二太陽歯車、または前記第一リング歯車に結合され、
    前記アウトプットは前記第二キャリアに結合されるシステム。
13. 請求項７に記載のシステムであって、前記遊星ユニットは、
    第一太陽歯車、第一キャリア、および第一リング歯車を含む第一遊星歯車セットであって、前記第一太陽歯車が第一ブレーキに結合される第一遊星歯車セットと、
    第二太陽歯車、第二キャリア、および第二リング歯車を含む第二遊星歯車セットと、
    第三太陽歯車、第三キャリア、および第三リング歯車を含む第三遊星歯車セットと、
    前記第二リング歯車に結合した第二ブレーキと、前記第三リング歯車に結合した第三ブレーキと、を備え、
    前記インプットは、前記第一太陽歯車、前記第一リング歯車、前記第二太陽歯車、または前記第三太陽歯車に結合され、
    前記アウトプットは前記第三キャリアに結合するシステム。
14. 普遍的に縮拡可能なトランスミッションパッケージを特定の車両パッケージに構成する方法であって、
    前記車両パッケージのインプットおよびアウトプットの構成を特定することと、
    前記特定の車両パッケージ用に求められる歯車比の数を決定することと、
    前記車両の前記インプットに結合するように、トランスミッションインプットを第一軸周りに配置することと、
    前記車両の前記アウトプットに結合するように、トランスミッションアウトプットを、前記第一軸と同軸でも非同軸でもありえる第二軸周りに配置して前記車両の前記アウトプットに結合することと、
    前記トランスミッションのインプットおよびアウトプットに遊星ユニットを結合することと
    を備える方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、ドロップ歯車セットを、前記トランスミッションのアウトプットおよび前記遊星ユニットのアウトプットの間に結合することをさらに備える方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、前記第一軸および前記第二軸の間の求められるドロップ距離を達成するために、前記ドロップ歯車セット中の各歯車の大きさと歯数を調節することをさらに備える方法。
17. 請求項１４に記載の方法であって、第二シャフトが第一シャフトと同心になるように、前記車両の前記インプットを前記第一シャフトに、前記車両の前記アウトプットを前記第二シャフトに結合することを備える方法。
18. 請求項１４に記載の方法であって、前記配置することは、前記トランスミッションインプットが前記トランスミッションアウトプットと同じ側になるよう配置することを含む方法。
19. 請求項１４に記載の方法であって、前記トランスミッションインプットを前記車両パッケージの動力取出ユニットに結合することをさらに備える方法。
20. 請求項１４に記載の方法であって、前記トランスミッションアウトプットを前記車両パッケージの軸に結合することをさらに備える方法。

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