JP2014533817A - 無段変速機、クラッチシステム、車両、および伝導装置を制御する方法 - Google Patents

Abstract

ＣＶＴ伝導装置は、ハウジング（４）に軸支された軸（１）と、軸（１）に固定された第１のシーブ（１４）と、軸の回転軸（１Ａ）に平行に移動可能な第２のシーブ（１２）を備え、第２のシーブは、第２のシーブ受け部材（１２Ａ）に協働的に係合する第１のシーブ部材（２２）により、回転可能な関係で第１のシーブに固定され、第２のシーブ受け部材は回転軸に対して螺旋角（ＨＡ）で配置され、ハウジングに軸支されたスプロケット（６）を備え、スプロケットは可動部材（２６）に噛合し（６Ｂ）、軸受（１６）が可動部材と第２のシーブの間に配置され、可動部材はハウジングに係合し（５Ａ）、可動部材の移動が回転軸に平行であり、スプロケットに係合する電気アクチュエータ（３０）を備え、第２のシーブがスプロケットの回転により軸方向に移動可能である。

Description

本発明はＣＶＴに関し、より詳しくは伝達比を調節するために可動シーブを駆動するモータ付き制御装置を有するＣＶＴに関する。

従来のスノーモービル・ドライブトレインは、エンジンクランク軸に協働的に連結された駆動プーリと被駆動軸に連結された被駆動プーリとを有する無段変速機を備える。被駆動プーリはクラッチとして動作し、ＣＶＴの駆動比が被駆動プーリにおいてエンジン速度と出力トルクの関数として段階的に変化する、遠心力を利用した調節機を含む。典型的に、被駆動軸は、チェーン・スプロケット減速機の入力部材を駆動する横断中間軸である。減速機の出力は、ドライブトラック駆動スプロケット（drive track drive sprocket wheel）に位置する車軸の一端に連結される。

遠心ＣＶＴは多くの利点を有するが、ＣＶＴの駆動比がエンジン速度に直接関係するという事実はいくつかの欠点を引き起こす。１つの欠点は、駆動プーリのキャリブレーションがエンジンの最大パワー出力に常に連動するということである。これはスノーモービルの大きな加速性能をもたらすが、スノーモービルが巡航スピードで動作するとき、エンジンが必要以上に高速で作動し、高燃費、高雑音レベルをもたらし、高い振動がスノーモービルのライダーに伝わることとなる。

この技術の代表は米国特許出願公開第2011/0277577号明細書であり、これは、油圧トランスミッションに倣って、ベルト駆動の弊害を防止するために、制御されたエンジンを用いてＣＶＴにより伝達比を制御する方法を開示する。その方法は、基準電源回転速度を与え、電源と駆動機構の間の回転動作を伝達するために補助ＣＶＴを用い、電源の負荷変動における実質的に一様な回転速度を維持するために電源のトルクを制御し、駆動機構の回転速度を変えるために補助ＣＶＴの伝達比を調節する。システムと駆動ベルトの弊害を防止する機構を有する車両も提供される。

必要とされるのは、伝達比を調整するために可動シーブを駆動するモータ付き制御装置を有するＣＶＴである。本発明はこの必要性に合致する。

本発明の主な特徴は、伝達比を調整するために可動シーブを駆動するモータ付き制御装置を有するＣＶＴを提供することである。

本発明の他の特徴は、本発明の次の記述と添付した図面により説明され、明らかになる。

本発明は、ハウジングに軸支された軸と、軸に固定された第１のシーブと、軸の回転軸に平行に移動可能な第２のシーブを備え、第２のシーブは、第２のシーブ受け部材に協働的に係合する第１のシーブ部材により、回転可能な関係で第１のシーブに固定され、第２のシーブ受け部材は回転軸に対して螺旋角（ＨＡ）で配置され、ハウジングに軸支されたスプロケットを備え、スプロケットは可動部材に噛合し、軸受が可動部材と第２のシーブの間に配置され、可動部材はハウジングに係合し、可動部材の移動が回転軸に平行であり、スプロケットに係合する電気アクチュエータを備え、第２のシーブがスプロケットの回転により軸方向に移動可能であるＣＶＴ伝導装置である。

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。
図５の１−１線に沿う本発明の伝導装置の断面図である。 図１の２−２線に沿って見た部分断面図である。 図１の３−３線に沿う部分断面図である。 力の分散を示す図２の詳細である。 本発明の伝導装置の正面図である。 ＣＶＴシステムの制御図である。 ＣＶＴシステムの制御図である。 ＣＶＴシステムの制御図である。

図１に示されるように、本発明は軸受２によってハウジング４に軸支される入力軸１を備える。ハウジング４は、固定具（図示せず）を用いて、この伝導装置をシャシ（図示せず）または他のフレームに取付けるための穴４Ａを備える。入力軸１は回転軸１Ａの周りに回転する。

入力軸１は、対となるシーブ１４のスプライン１４Ｂにトルクを伝達するスプライン１Ｂを備える。したがってシーブ１４は軸１の端部に固定的に取付けられ、軸１とともに回転する。シーブ１４はまた、長さ方向に沿って、軸１に協働的かつ同軸的に係合する円筒状ステム１４Ｃを備える。ステム１４Ｃは、シーブ１４が軸１に保持されるように、好ましくは圧入される。

可動シーブ１２はシーブ１４の内面に摺動自在に係合する。低摩擦ブッシュ２０はシーブ１２のステム１２Ｂの内面に圧入される。ブッシュ２０はステム１４Ｃの外面に摺接する。

図１と図２に示されるように、ローラ２２はピン２４の周りに回転する。ピン２４はシーブ１４に硬く固定される。ピン２４はシーブ１４から径方向内側に突出し、軸１の回転軸１Ａに対して垂直である。可動シーブ１２は、シーブをローラ２２に沿って案内する長穴１２Ａを備える。この発明の本実施形態において、シーブ１４において相互に１８０°だけ離れた２つのローラと２つのピンがある。

他の実施形態において、ローラ２２はピン２４から離間していてもよい。ピン２４は長穴１２Ａ内におけるピン２４の摺動を容易にするために、低摩擦材料により被覆されている。長穴１２Ａ内におけるピン２４の摺動を容易にするために、長穴１２Ａの表面もまた、低摩擦材料により被覆される。

複列アンギュラー玉軸受８はハウジング４に圧入され、またスプロケット６に圧入され、これによりスプロケット６はハウジング４と軸１Ａの周りに回転する。第２の複列アンギュラー玉軸受１６はステム１２Ｂに圧入される。

チューブ２６は軸受１６のアウタレースに圧入される。軸受１６はスナップリング１８によってチューブ２６内の所定位置に固定される。

チューブ２６の一端は、スプロケット６における協働外歯６Ｂに係合する内歯２６Ｂを備える。

スリーブ部材５はハウジング４の一端に固定的に取付けられる。スリーブ部材５は径方向突起５Ａを備える。突起５Ａは協働する長穴すなわちキーウェイ２６Ａ内において移動する。図３参照。キーウェイ２６Ａはチューブ２６の内径の内側に形成される。キーウェイ２６Ａは入力軸１の主軸に沿って回転軸１Ａに平行に延びる。

ベルト１０はスプロケット６と電動モータ３０のスプロケット３２の周りを走行する。図５参照。好ましい実施形態のベルト１０は歯付き型である。電動モータ３０は好ましくは、シャシあるいはフレーム（図示せず）に取付けられる。Ｖベルト３６はシーブ１２とシーブ１４の間に係合する。
作用の説明

Ｖベルト３６は図５に示されるように半径Ｒで作用する。半径Ｒは可動シーブ１２の軸方向位置に応じて可変である。シーブ１２、１４の間の距離が減少すると、半径Ｒは増加する。シーブ１２、１４の間の距離が増加すると、半径Ｒは減少する。半径Ｒの変化により伝達比が変化し、すなわちベルト３６を介して本電気制御ＣＶＴクラッチに接続されたクラッチの角速度が変化する。

可動シーブ１２の軸方向位置の変化は次のようにして達成される。電動モータ３０はベルト１０を介してスプロケット６を回転させる。外歯６Ｂは、チューブ２６の内歯２６Ｂに係合しつつ、スプロケット６とともに回転する。不動のハウジング４への連結により、突起５Ａは静止している。チューブ２６がスプロケット６の回転の影響により軸方向に移動するとき、突起５Ａはキーウェイ２６Ａ内において協働的に移動する。突起５Ａが静止しているので、チューブ２６は軸１Ａの周りに回転するのを阻止される。これにより、歯６Ｂはチューブ２６を軸方向に移動させる。軸受１６はチューブ２６に係合し、これによりシーブ１２は軸方向の力を伝達する。チューブ２６の軸方向の移動はシーブ１２の軸方向の移動をもたらす。軸受１６により、シーブ１２は軸１の周りに回転する。

シーブ１４に取付けられたローラ２２はシーブ１４からシーブ１２にトルクを伝達する。シーブ１４とシーブ１２の間の相対的な軸方向移動は、ローラ２２を案内する長穴１２Ａの方位によって部分的に決定される。好ましい実施形態において、長穴１２Ａの方位は約２０°の螺旋角ＨＡを有する螺旋形状である。図４参照。長穴１２Ａの螺旋角はシーブ１２の軸方向の移動を助け、これにより、ここに述べるように電動モータ３０から要求される動力がより低くなる。ＨＡは約５°から約５０°の範囲であってもよい。

可動シーブ１４は、スプリング（図示せず）を介して静止シーブ１２から離れるように付勢されてもよい。モータ３０はスプリングの付勢力に打ち勝つような大きさでなければならない。長穴１２Ａの設計と、モータ３０の大きさ、動力、および／またはコスト、および／またはその組み合わせは、長穴１２Ａが長手軸１Ａに略平行であれば、これに比較して概略的に減少する。

図４に示されるように、ローラ２２と長穴１２Ａの間の接点においてベルト３６の引張荷重により生じる力のベクトルＦ１Ｒは、長穴に対する垂直力成分Ｆ１Ｎと軸方向力成分Ｆ１Ａとを有する。軸方向力Ｆ１Ａはシーブ１２をシーブ１４に向けて付勢する。螺旋角ＨＡが大きくなるほど、軸方向力Ｆ１Ａは大きくなり、これにより、シーブ１２をシーブ１４に向かって移動させるために電気制御モータ３０から要求される動力が小さくなる。

シーブ１２とシーブ１４の間の距離を減少させることは、シーブを引き離そうとするベルト３６の径方向の力に電動モータが打ち勝つことを必要とする。電動モータ３０の大きさを減少させることは、寄生力損失を減少させることによりパワー出力を高める。

図６はＣＶＴシステムの制御図である。エンジン３００と伝導装置１００は従来公知のＣＶＴベルト１０１を介して連結される。エンジン３００は内燃機関を含む主動力源を備える。駆動クラッチ３０１はエンジンシャフト３０３に連結される。被駆動クラッチ１０２は図１に示される伝導装置１００に連結される。

マイクロコントローラ２０１はセンサ２０４に接続される。センサ２０４はスプロケット１０の位置を検出する。図１参照。モータ駆動源２０２はモータ３０に連結される。１２Ｖの直流駆動源はマイクロコントローラとモータ駆動源に接続される。マイクロコントローラ２０１はさらにモータ駆動源２０２に接続され、これによりマイクロコントローラは制御信号をモータ駆動源に送る。制御信号によってモータ駆動源２０２はスプロケット１０を適切に位置決めし、これにより所望の伝達比を設定する。

ＥＣＵとスロットルおよび速度センサ２００は公知の方法でエンジン動作を検出し、制御する。マイクロコントローラ２０１は、モータ３０のための適切な制御信号を決定するために、ＥＣＵ２００からの信号を処理する。

図７はＣＶＴシステムの制御図である。マイクロコントローラ２０１はマイクロプロセッサ４０１、ＡＤコンバータ２０５、高速カウンタ２０６を備える。マイクロプロセッサ４０１は、エンジンスピードに基づいて伝導シフトポイントをプログラムするために、ユーザにより公知の方法でプログラムされてもよい。ラップトップコンピュータ５００あるいは他の適当な入出力装置がプログラムするために、および／またはマイクロプロセッサ４０１と通信するために用いられてもよい。センサ２０４とセンサ３０２はコントローラ２０１と電子的に通信する。従来公知のパワーエレクトロニクス２０２はモータ３０に電圧を与える。

図８はＣＶＴシステムの制御図である。ユーザは従来公知の方法でサブシステム４０２を設定する。エンジン／伝導装置システムの信号は４０３においてマイクロプロセッサに入力される。エンジン信号はスロットル開度、エンジン回転数、およびシーブ位置を含む。伝達比はシーブ位置と回転数を含む。マイクロプロセッサは４０４において速度比を計算する。入力が与えられると、マイクロプロセッサはルックアップテーブル４０５において要求される速度比を検索する。一例であるルックアップテーブルが以下に示される。

ルックアップテーブルは車両の動作条件に適合するようにユーザによってカスタマイズされてもよい。ルックアップテーブル内の値は一例に過ぎず、限定することを意図しない。マイクロプロセッサはさらに、モータ３０の回転速度と回転方向４０７を決定する。マイクロプロセッサ信号４０８は所望の速度比に従ってスプロケット１０の位置を変えるためにモータ３０を指示する。そしてシステムは、所望の動作条件が達成されるまでループを繰り返す。

本発明の１つの形態が説明されたが、当業者がここに記載された発明の精神と範囲から逸脱することなく、構成と部分の関係と方法において変形を施すことは自明である。

Claims (16)

1. ハウジング（４）に軸支された軸（１）と、
   前記軸（１）に固定された第１のシーブ（１４）と、
   前記軸の回転軸（１Ａ）に平行に移動可能な第２のシーブ（１２）を備え、
   前記第２のシーブは、第２のシーブ受け部材（１２Ａ）に協働的に係合する第１のシーブ部材（２２）により、回転可能な関係で前記第１のシーブに固定され、前記第２のシーブ受け部材は前記回転軸に対して螺旋角（ＨＡ）で配置され、
   前記ハウジングに軸支されたスプロケット（６）を備え、
   前記スプロケットは可動部材（２６）に噛合し（６Ｂ）、軸受（１６）が前記可動部材と前記第２のシーブの間に配置され、
   前記可動部材は前記ハウジングに係合し（５Ａ）、前記可動部材の移動が前記回転軸に平行であり、
   前記スプロケットに係合する電気アクチュエータ（３０）を備え、
   前記第２のシーブが前記スプロケットの回転により軸方向に移動可能である
   ＣＶＴ伝導装置。
2. 前記螺旋角が約２０°である請求項１に記載のＣＶＴ伝導装置。
3. 前記第１のシーブ部材がさらに、前記回転軸（１Ａ）に垂直なローラ回転軸（２４Ａ）を有するローラを備える請求項１に記載のＣＶＴ伝導装置。
4. 前記第２のシーブ受け部材が長穴を備える請求項１に記載のＣＶＴ伝導装置。
5. 前記電気アクチュエータがモータを備える請求項１に記載のＣＶＴ伝導装置。
6. 前記可動部材が長穴を備え、前記ハウジングが長穴に係合するための径方向突起を備える請求項１に記載のＣＶＴ伝導装置。
7. 長手軸の周りに回転可能な軸に連結され、無段変速機のためのクラッチシステムであって、
   前記軸に連結された静止シーブと、
   長穴を備え、前記軸に連結され、前記長手軸に沿って前記静止シーブに対して移動可能である可動シーブと、
   前記可動シーブに連結され、前記可動シーブを前記静止シーブに接近あるいは離間するように移動させるように構成された位置決めモータとを備え、
   前記可動シーブおよび前記静止シーブが長穴を介して連結され、前記長穴が前記長手軸から螺旋角を成す
   クラッチシステム。
8. 前記螺旋角が前記長手軸に対して約５°から約５０°の範囲である請求項７に記載のセカンダリ・ドリブン・クラッチ。
9. 前記螺旋角が前記長手軸から測ると約２０°である請求項８に記載のセカンダリ・ドリブン・クラッチ。
10. 前記静止シーブが、前記長穴内に配設されたローラを介して前記長穴に連結される請求項７に記載のセカンダリ・ドリブン・クラッチ。
11. 前記モータが、ベルトおよびギア駆動システムを介して前記可動シーブに連結される請求項７に記載のセカンダリ・ドリブン・クラッチ。
12. 無段変速機システムを備える車両であって、前記無段変速機システムが
    軸に連結された静止シーブと、
    前記軸に軸支され、回転長手軸に沿って前記静止シーブに対して接近あるいは離間するように移動可能である可動シーブと、
    前記可動シーブに連結され、前記可動シーブを前記静止シーブに接近あるいは離間するように移動させるように構成されたモータとを備え、
    前記静止シーブおよび前記可動シーブがピンおよび長穴を介して連結され、前記長穴が前記回転長手軸から螺旋角を成し、前記長手軸に平行な長穴を有する可動シーブに対して、前記可動シーブを前記静止シーブに対して移動させるのに必要な長手方向の力を減少させるように構成される
    無段変速機システム。
13. 前記角が前記長手軸に対して約５°から約５０°の範囲である請求項１２に記載の車両。
14. 前記角が前記長手軸に対して約２０°である請求項１３に記載の車両。
15. 前記モータが、ベルトおよびギア駆動システムを介して前記長穴に連結される請求項１２に記載の車両。
16. マイクロプロセッサにエンジン・伝導装置システム信号を送信し、
    前記エンジン・伝導装置システム信号を用いて速度比を計算し、
    ルックアップテーブルから要求速度比を選択し、
    伝導装置制御モータの速度と方向を決定し、
    前記要求速度比に適合するよう前記速度比を変化させるために前記伝送装置制御モータに信号を送信する
    ＣＶＴ伝導装置を制御する方法。

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