JP2015135179A - Driving force transmission device and control program of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力軸の駆動力を間欠的に出力軸に伝達する駆動力伝達装置及びその制御用プログラムに関する。 The present invention relates to a driving force transmission device that intermittently transmits a driving force of an input shaft to an output shaft, and a control program therefor.
従来から、入力軸の駆動を、角速度やトルクを変化させて出力軸に伝達させる駆動力伝達装置が用いられている。例えば特許文献1では、車両用の駆動力伝達装置として無段変速機が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a driving force transmission device that transmits driving of an input shaft to an output shaft by changing angular velocity or torque has been used. For example,
当該無段変速機は、入力軸と平行に出力軸が配置されている。入力軸には、入力軸の回転に伴って偏心回転する、6つの偏心機構が設けられている。各偏心機構は、入力軸周りにその中心を60°ずつ位相を変えるようにして配置されている。また、上記無段変速機は、各偏心機構の回転時に押し方向及び戻り方向に揺動回転する揺動リンクを備える。さらに、揺動リンクと出力軸とを係合させるクラッチを備える。 The continuously variable transmission has an output shaft arranged in parallel with the input shaft. The input shaft is provided with six eccentric mechanisms that rotate eccentrically with the rotation of the input shaft. Each eccentric mechanism is arranged around the input shaft so as to change the phase of the center by 60 °. Further, the continuously variable transmission includes a swing link that swings and rotates in the pushing direction and the return direction when each eccentric mechanism rotates. Further, a clutch for engaging the swing link and the output shaft is provided.
上記無段変速機は、入力軸の駆動を間欠的に出力軸に伝達する。すなわち、入力軸の回転に伴って偏心機構が回転すると、揺動リンクが押し方向側に揺動回転させられる。このときクラッチが揺動リンクと出力軸とを係合させて出力軸を回転させる。揺動リンクが戻り方向に揺動回転するときにはクラッチの係合が解かれる。このようにして、各揺動リンクが順次出力軸に係合され、係合の度に出力軸は60°ずつ回転させられる。 The continuously variable transmission intermittently transmits the drive of the input shaft to the output shaft. That is, when the eccentric mechanism rotates in accordance with the rotation of the input shaft, the swing link is swung in the push direction side. At this time, the clutch engages the swing link and the output shaft to rotate the output shaft. When the swing link swings and rotates in the return direction, the clutch is disengaged. In this manner, the swing links are sequentially engaged with the output shaft, and the output shaft is rotated by 60 ° each time the engagement is engaged.
ところで、従来の駆動力伝達装置においては、一つの伝達手段(例えば、偏心機構、揺動リンク、クラッチのグループ)が、出力軸に駆動力を伝達させるタイミングは、入力軸の回転と同期した、固定されたタイミングとなる。例えば、入力軸が1回転する間、出力軸に駆動力を伝達させるのは1回に限られる。このため、伝達タイミングの変更などの、柔軟な駆動伝達に応じることが困難となる。そこで、本発明は、入力軸の回転と非同期に駆動力を伝達させることの可能な駆動力伝達装置を提供することを目的とする。 By the way, in the conventional driving force transmission device, the timing at which one transmission means (for example, the eccentric mechanism, the swing link, and the clutch group) transmits the driving force to the output shaft is synchronized with the rotation of the input shaft. The timing is fixed. For example, the driving force is transmitted to the output shaft only once while the input shaft rotates once. For this reason, it becomes difficult to respond to flexible drive transmission such as a change in transmission timing. Therefore, an object of the present invention is to provide a driving force transmission device capable of transmitting a driving force asynchronously with rotation of an input shaft.
本発明に係る駆動力伝達装置は、第1回転軸と、第2回転軸と、弾性部材と、振動子と、を備え、前記弾性部材の一端は、前記第2回転軸の軸心から外れた位置に固定され、前記弾性部材の他端は、前記振動子に固定され、前記振動子は、前記第1回転軸に接続した第1状態と、前記第1回転軸に接続していない第2状態と、のいずれかの状態になることが可能な、駆動力伝達装置である。このような駆動力伝達装置を用いることにより、第1回転軸の駆動力を、第1回転軸の回転とは非同期に第2回転軸に伝達することができる。また、同様にして第2回転軸の駆動力を、第2回転軸の回転とは非同期に第1回転軸に伝達することができる。 A driving force transmission device according to the present invention includes a first rotation shaft, a second rotation shaft, an elastic member, and a vibrator, and one end of the elastic member is disengaged from the axis of the second rotation shaft. The other end of the elastic member is fixed to the vibrator, and the vibrator is in a first state connected to the first rotating shaft and a first state not connected to the first rotating shaft. It is a driving force transmission device that can be in any one of two states. By using such a driving force transmission device, the driving force of the first rotating shaft can be transmitted to the second rotating shaft asynchronously with the rotation of the first rotating shaft. Similarly, the driving force of the second rotating shaft can be transmitted to the first rotating shaft asynchronously with the rotation of the second rotating shaft.
また、上記発明において、前記振動子を前記第1状態に制御する第1制御と、前記振動子を前記第2状態に制御する第2制御と、の制御を行うことが可能な制御手段を備えることが好適である。このような制御手段を備えることにより、第1回転軸の駆動力を所望のタイミングで第2回転軸に伝えることができる。また、第2回転軸の駆動力を所望のタイミングで第1回転軸に伝えることができる。 Further, in the above invention, a control unit capable of performing control of first control for controlling the vibrator to the first state and second control for controlling the vibrator to the second state is provided. Is preferred. By providing such control means, the driving force of the first rotating shaft can be transmitted to the second rotating shaft at a desired timing. Further, the driving force of the second rotating shaft can be transmitted to the first rotating shaft at a desired timing.
また、上記発明において、前記制御手段は、前記第1回転軸の回転速度と、前記振動子の移動速度との速度差が所定値以下の場合に前記第1制御を行うことが好適である。このように制御することにより、振動子が第2回転軸に接続されるときに生じるすべりによる損失を抑制することができる。 In the above invention, it is preferable that the control means performs the first control when a speed difference between a rotational speed of the first rotating shaft and a moving speed of the vibrator is equal to or less than a predetermined value. By controlling in this way, it is possible to suppress loss due to slip that occurs when the vibrator is connected to the second rotating shaft.
また、上記発明において、前記制御手段は、前記振動子を固定させる第3制御と、前記振動子の固定を解除させる第4制御を行うことが可能であり、前記制御手段は、前記第1制御の後に前記第2制御を実行することが可能であり、前記第2制御の後に前記第3制御を実行することが可能であり、前記第3制御の後に前記第4制御を実行することが可能であることが好適である。このように制御することにより、第1回転軸の駆動力を、弾性部材の弾性エネルギーに蓄積させ、蓄積させた弾性部材の弾性エネルギーを第2回転軸に伝達させることにより、第1回転軸の駆動力を効率的に第2回転軸に伝えることができる。また、同様にして第2回転軸の駆動力を効率的に第1回転軸に伝えることもできる。 In the above invention, the control means can perform a third control for fixing the vibrator and a fourth control for releasing the fixation of the vibrator. The control means can perform the first control. The second control can be executed after the second control, the third control can be executed after the second control, and the fourth control can be executed after the third control. It is preferable that By controlling in this way, the driving force of the first rotating shaft is accumulated in the elastic energy of the elastic member, and the accumulated elastic energy of the elastic member is transmitted to the second rotating shaft, thereby The driving force can be efficiently transmitted to the second rotating shaft. Similarly, the driving force of the second rotating shaft can be efficiently transmitted to the first rotating shaft.
また、上記発明において、前記第1回転軸または前記第2回転軸に対する要求情報を入力可能な入力手段を備え、前記制御手段は、前記入力手段により入力された要求情報に応じて、前記振動子の振幅、前記第1制御を実行してから前記第2の制御を実行するまでの期間、及び前記第3制御を実行してから前記第4制御を実行するまでの期間のいずれかを制御することが可能であることが好適である。このように制御することにより、第1回転軸の駆動力を任意の変速比、トルク比で第2回転軸に伝達することができる。また、同様にして第2回転軸の駆動力を任意の変速比、トルク比で第1回転軸に伝達することができる。 Further, in the above invention, input means capable of inputting request information for the first rotating shaft or the second rotating shaft is provided, and the control means receives the vibrator according to the request information input by the input means. , The period from the execution of the first control to the execution of the second control, and the period from the execution of the third control to the execution of the fourth control. It is preferred that this is possible. By controlling in this way, the driving force of the first rotating shaft can be transmitted to the second rotating shaft at an arbitrary speed ratio and torque ratio. Similarly, the driving force of the second rotating shaft can be transmitted to the first rotating shaft at an arbitrary speed ratio and torque ratio.
また、上記発明において、前記第2回転軸の回転速度は前記第1回転軸の回転速度よりも大きく、前記弾性部材が前記第2回転軸をその回転方向に付勢可能なときに前記振動子に対して前記第1制御が実行され、その際に、前記第1回転軸の駆動力に加えて、前記弾性部材から放出される弾性エネルギーが前記第2回転軸に伝達され、前記弾性部材が前記第2回転軸をその回転方向とは逆方向に付勢可能なときに前記振動子に対して前記第3制御が実行され、その際に、前記第2回転軸によって前記弾性部材に前記逆方向に付勢する弾性エネルギーが更に蓄積されることが好適である。このようにすることで、本発明に係る駆動力伝達装置を、増速機として使用することが可能となる。 Further, in the above invention, when the rotation speed of the second rotation shaft is larger than the rotation speed of the first rotation shaft, and the elastic member can bias the second rotation shaft in the rotation direction, the vibrator In this case, in addition to the driving force of the first rotating shaft, elastic energy released from the elastic member is transmitted to the second rotating shaft, and the elastic member The third control is performed on the vibrator when the second rotation shaft can be biased in the direction opposite to the rotation direction, and at that time, the second rotation shaft applies the reverse to the elastic member. It is preferred that the elastic energy biasing in the direction is further accumulated. By doing in this way, it becomes possible to use the driving force transmission apparatus which concerns on this invention as a gearbox.
また、本発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを上記発明の前記制御手段として機能させることが可能な、コンピュータプログラムである。 The computer program according to the present invention is a computer program capable of causing a computer to function as the control means of the present invention.
また、本発明に係る駆動力伝達装置の別例は、第1回転軸と、第2回転軸と、伝達部材と、を備え、前記伝達部材は自身の変形により弾性エネルギーを蓄積及び放出することが可能であり、前記伝達部材は、前記第2回転軸の軸周方向に沿って固定され、前記伝達部材は、前記第1回転軸に接続した第3状態と、前記第1回転軸に接続していない第4状態との、いずれかの状態になることが可能な、駆動力伝達装置である。このような駆動力伝達装置を用いることにより、第1回転軸の駆動力を、第1回転軸の駆動力とは非同期に第2回転軸に伝える駆動力伝達装置を実現することができる。また、同様にして第2回転軸の駆動力を、第2回転軸の駆動力とは非同期に第1回転軸に伝える駆動力伝達装置を実現することができる。 Moreover, another example of the driving force transmission device according to the present invention includes a first rotation shaft, a second rotation shaft, and a transmission member, and the transmission member stores and releases elastic energy by its deformation. The transmission member is fixed along the axial direction of the second rotation shaft, and the transmission member is connected to the first rotation shaft in a third state connected to the first rotation shaft. It is a driving force transmission device which can be in any state of the 4th state which is not carried out. By using such a driving force transmission device, it is possible to realize a driving force transmission device that transmits the driving force of the first rotating shaft to the second rotating shaft asynchronously with the driving force of the first rotating shaft. Similarly, a driving force transmission device that transmits the driving force of the second rotating shaft to the first rotating shaft asynchronously with the driving force of the second rotating shaft can be realized.
また、上記発明において、前記第3状態は、さらに、前記第1回転軸から伝達されたエネルギーを前記伝達部材の弾性エネルギーとして蓄積させる状態であり、前記第4状態は、さらに、前記伝達部材の弾性エネルギーを前記第2回転軸に伝達させる状態であることが好適である。このように制御することにより、第1回転軸の駆動力を、弾性部材の弾性エネルギーに蓄積させ、蓄積させた弾性部材の弾性エネルギーを第2回転軸に伝達させることにより、第1回転軸の駆動力を効率的に第2回転軸に伝えることができる。また、同様にして第2回転軸の駆動力を効率的に第1回転軸に伝えることもできる。 In the above invention, the third state is a state in which the energy transmitted from the first rotating shaft is further accumulated as elastic energy of the transmission member, and the fourth state is a state in which the transmission member is further It is preferable that the elastic energy is transmitted to the second rotating shaft. By controlling in this way, the driving force of the first rotating shaft is accumulated in the elastic energy of the elastic member, and the accumulated elastic energy of the elastic member is transmitted to the second rotating shaft, thereby The driving force can be efficiently transmitted to the second rotating shaft. Similarly, the driving force of the second rotating shaft can be efficiently transmitted to the first rotating shaft.
本発明によれば、入力軸の回転と非同期に駆動力を伝達させることが可能となる。 According to the present invention, the driving force can be transmitted asynchronously with the rotation of the input shaft.
図1に、本実施形態に係る駆動力伝達装置10の模式図を示す。駆動力伝達装置10は、入力シャフト12、出力シャフト14、伝達部材16、制御部19、及び速度センサ21A,21Bを備える。駆動力伝達装置10は、例えば、車両の内燃機関等の駆動源から、駆動輪に駆動力を伝達する際の変速手段として用いられる。
In FIG. 1, the schematic diagram of the driving
入力シャフト12は、図示しない駆動源により回転駆動させられる。出力シャフト14は、入力シャフト12と離間するようにして設けられるとともに、当該入力シャフト12と同軸上に設けられる。出力シャフト14は、例えば図1に示すように中空形状であって、その内部に入力シャフト12が配置されるものであってもよいし、後述する図13のように、入力シャフト12と同軸上に並んで配置されるものであってもよい。
The
伝達部材16は、入力シャフト12の駆動力を、弾性部材18を介して出力シャフト14に伝達する。後述するように、伝達部材16は、入力シャフト12の軸周方向に沿って往復運動させられる振動子20と同期して、入力シャフト12の駆動力を出力シャフト14に伝達する。なお、図1では、伝達部材16が出力シャフト14上に2つ設けられているが、この形態に限らない。例えば伝達部材16は一つであってもよい。また、径方向のバランスを取るために(カウンタウェイトとして)、軸対象に複数の伝達部材16を設けてもよい。伝達部材16は、弾性部材18、振動子20、クラッチ22及びブレーキ24を備える。
The
弾性部材18は、出力シャフト14に固定点が設けられるとともに、当該出力シャフト14の軸心から外れた位置に、軸周回りに延設される。例えば、出力シャフト14の軸方向端面に、周方向に沿ってスロットを形成するとともに、このスロット内に弾性部材18を配置する。スロットがガイドとなって、弾性部材は出力シャフト14の軸周に沿って伸縮(弾性振動)させられる。弾性部材18は、例えばコイルばねから構成されてよく、長さ方向に沿った一端が出力シャフト14に固定され、他端が振動子20に固定されている。
The
弾性部材18の振動周期は、駆動源の最大回転周期よりも短くなるように形成されていることが好適である。例えば、駆動源を内燃機関として、その最大回転数(最大許容回転数)が6000rpm(=100Hz)であった場合、100Hzより高い固有振動数を備える弾性部材18を備えることが好適である。このようにすることで、後述するように、入力シャフト12の一回転中に、複数回に亘って、出力シャフト14に駆動力を伝達することが可能となる。
The vibration period of the
振動子20は、弾性部材18に連結されており、弾性部材18の伸縮に伴って出力シャフト14の軸周方向に沿って往復運動させられる。振動子20は、例えば金属等の剛性材料からなり、弾性部材18とともにスロットに沿って往復移動するような錘から構成されてもよいし、後述する図13のように、出力シャフト14と同軸に配置されるとともに、弾性部材18の伸縮に伴って軸周りに回動する伝達シャフトであってもよい。
The
クラッチ22は、振動子20を入力シャフト12に係合させる係合手段である。クラッチ22は、振動子20と入力シャフト12との係合/開放を高速に行えるものから構成される。例えば、弾性部材18の振動数よりも短いサイクルで係合/開放を行えるものであることが好適である。このことから、クラッチ22は、例えば、係合/開放の動作を電磁石への電力の断続をもって行う、電磁クラッチから構成される。
The clutch 22 is an engaging means for engaging the
また、クラッチ22は、ワンウェイクラッチであってもよい。ワンウェイクラッチは、入力シャフト12と振動子20の相対速度に応じて機械的に作動する。ワンウェイクラッチを用いることにより、入力シャフト12と振動子20との相対速度が比較的大きい領域において、後述するように、制御部19から係合制御信号が出力されても、入力シャフト12と振動子20との速度差が小さくなったときに確実に両者を係合させることができる。すなわち、制御遅延に対して余裕時間(図6参照)を持った制御を行うことができる。
The clutch 22 may be a one-way clutch. The one-way clutch is mechanically operated according to the relative speed between the
ブレーキ24は、振動子20をケースなどの固定部材(非回転部材)に固定させる。クラッチ22と同様に、ブレーキ24も、振動子20の固定/開放を高速に行えるものから構成される。ブレーキ24は、例えば、固定/開放の動作を、電磁石への電力の断続をもって行う、電磁ブレーキから構成される。
The
速度センサ21Aは、入力シャフト12の回転速度(角速度)を測定する。また、測定した回転速度を、制御部19に送信する。速度センサ21Bは、振動子20の移動速度を測定する。また、測定した移動速度を、制御部19に送信する。
The speed sensor 21 </ b> A measures the rotational speed (angular speed) of the
制御部19は、入力シャフト12の回転速度や振動子20の移動速度に応じて、クラッチ22及びブレーキ24の動作を制御する。制御部19は、コンピュータであってよく、当該コンピュータは、後述するクラッチ22及びブレーキ24の動作制御プログラムが記憶されたコンピュータや、組み込みコンピュータであってよい。また、制御部19は、速度センサ21Aから入力シャフト12の回転速度が入力され、また、速度センサ21Bから振動子20の移動速度が入力される入力インターフェイスを備える。
The
制御部19は、所定の制御信号を出力することにより、クラッチ22及びブレーキ24を制御する。すなわち、制御部19は、クラッチ22を制御することにより、振動子20と入力シャフト12との係合/開放を行うことができる。また、制御部19は、ブレーキ24を制御することにより、振動子20の固定/開放を行うことができる。
The
次に、図2〜図4を用いて、伝達部材16による駆動力の伝達について説明する。なお、以下では、入力シャフト12の回転速度は、出力シャフト14の回転速度よりも速いものとする。図2に示すように、弾性部材18は予め軸周回りに付勢されており、その弾性により、出力シャフト14の軸周方向に沿って伸縮させられる。これに伴って振動子20も出力シャフト14の軸周方向に沿って往復移動させられる。
Next, transmission of driving force by the
なお、駆動力の伝達時に、弾性部材18を振動状態とするために、伝達前の段階(待機段階)で、弾性部材18を付勢状態にしておくことが好適である。例えば、後述する図4の破線で示すように、弾性部材18を縮めた状態で、振動子20及び出力シャフト14を固定させておく。
In order to place the
図3に示すように、クラッチ22は、振動子20の往復運動の周期と同期して、入力シャフト12と振動子20とを係合させる。すなわち、弾性部材18の振動周期と同期して、入力シャフト12の駆動力を出力シャフト14に伝達する。
As shown in FIG. 3, the clutch 22 engages the
弾性部材18の振動周期と同期させて駆動力の伝達を行うことで、入力シャフト12の回転周期に依存しない駆動力の伝達を行うことができる。さらに、振動周期が駆動源の最大回転周期よりも短い弾性部材18を用いることで、入力シャフト12の1回転中に複数回に亘り、駆動力の伝達を行うことが可能となる。加えて、駆動力の伝達は間欠的に行われるが、この間欠的な伝達が高速(高周波数)で行われることで、例えばPWM制御のような、滑らかな駆動力の伝達が可能となる。
By transmitting the driving force in synchronization with the vibration cycle of the
振動子20の往復運動の周期と同期した、入力シャフト12と振動子20との係合の一例として、振動子20の移動速度と入力シャフト12の回転速度の速度差が所定値以下となったときに、両者を係合させる。例えば、一方の速度が他方の速度の80%以上120%以下であるときに、両者を係合させる。このように、速度差の小さい状態で入力シャフト12と振動子20を係合させることで、係合時のすべりによる損失が抑制される。
As an example of the engagement between the
より好適には、振動子20と入力シャフト12の角速度が等しいときに、両者を係合させる。振動子20の角速度は、弾性部材18の弾性エネルギーに応じて変化し、振動子20が振動する一周期のうち、角速度の極値を除いて2回、入力シャフト12と振動子20の角速度が等しくなる。この2回のうちのいずれかのタイミングで、クラッチ22は入力シャフト12と振動子20とを係合させる。角速度の等しいときに係合を行うことで、すべりによる損失の発生を防止できる。
More preferably, when the angular velocities of the
クラッチ22によって入力シャフト12と振動子20とが係合されると、図3上段から下段に示すように、入力シャフト12と出力シャフト14の速度差(入力シャフト角速度>出力シャフト角速度)に応じて、弾性部材18が縮められて、当該弾性部材18の弾性エネルギーが蓄積される。すなわち、入力シャフト12の駆動エネルギーが、弾性部材18の弾性エネルギーに変換される。
When the
さらに図4に示すように、クラッチ22を開放するとともに、ブレーキ24によって振動子20を固定する。このとき、弾性部材18は、蓄積した弾性エネルギーを出力シャフト14に伝達する。言い換えると、弾性部材18は、入力シャフト12の駆動エネルギーを、力として出力シャフト14に伝達する。すなわち、振動子20の固定に伴い、縮められた弾性部材18は、自然長に伸張するために、出力シャフト14を回転させる(押し出す)。以上のようにして、入力シャフト12から出力シャフト14に駆動力が伝達される。
Further, as shown in FIG. 4, the clutch 22 is released and the
弾性部材18を介した、入力シャフト12から出力シャフト14への駆動力の伝達は、以下のように数値で表すことができる。例えば、入力シャフト12の角速度と出力シャフト14の角速度との比が5:3である場合、クラッチ22の係合中の差動分である2/5の入力エネルギーは、弾性エネルギーとして弾性部材18に保存され、残りの3/5のエネルギーが出力シャフト14に伝達される。
Transmission of the driving force from the
制御部19は、上記のような駆動伝達を可能にするための制御を実行する。制御部19は、速度センサ21A,21Bから、入力シャフト12の回転速度及び振動子20の移動速度を受信する。または、測定された速度に代えて、入力シャフト12、出力シャフト14、及び弾性部材18の固有振動数等から算出した算出値を用いてもよい。
The
制御部19は、入力シャフト12及び振動子20の相対速度が所定速度以下となった場合に、クラッチ22を制御することにより、振動子20と入力シャフト12とを係合させる制御を行う(弾性エネルギー蓄積制御)。これにより、入力シャフト12と出力シャフト14との速度差に応じて、弾性部材18が縮められて弾性部材18に弾性エネルギーが蓄積される。
The
弾性部材18に弾性エネルギーが蓄積されると、制御部19は、クラッチ22を開放させた後に、ブレーキ24により振動子20を固定する制御を行う(弾性エネルギー伝達制御)。ブレーキ24による振動子の固定は、振動子の駆動伝達機10に対する速度が所定値以下となった場合に固定するように制御してもよい。これにより、弾性部材18は伸長し、蓄えられた弾性エネルギーは出力シャフト14へ伝達される。これにより、入力シャフト12から出力シャフト14に駆動力が伝達される。
When elastic energy is accumulated in the
以上説明した駆動伝達に伴う、入力シャフト12、振動子20、及び出力シャフト14の速度変化を、図5に例示する。図5のAで示す領域では、振動子20はクラッチ22及びブレーキ24から開放され、出力シャフト14の軸周方向に沿って往復運動している。このとき、振動子20の最大角速度は、入力シャフト12の角速度よりも高くなっている。
FIG. 5 illustrates speed changes of the
図5のBで示す領域のように、振動子20の角速度と入力シャフト12の角速度が等しいときに、クラッチ22によって入力シャフト12と振動子20が係合される。係合中は振動子20と入力シャフト12とが等速度となる。
When the angular velocity of the
弾性部材18に弾性エネルギーを蓄積させた(縮めた)のち、クラッチ22による契合を開放する(図5のC)。その後ブレーキ24によって振動子20が固定され、振動子20の角速度は0となる(図5のD)。弾性部材18の弾性エネルギーが出力シャフト14に伝達された後に、ブレーキ24が開放され振動子20は再び往復運動する(図5のA)。
After the elastic energy is accumulated (shrinked) in the
図6に、入力シャフト12、出力シャフト14、及び振動子20の角速度及びトルク変化を例示する。なお、同図中段のL/Uは、クラッチ22またはブレーキ24の係合(Lock Up)を指しており、LU1はクラッチ22による係合を指し、LU2はブレーキ24による係合を指している。
FIG. 6 illustrates the angular velocity and torque change of the
図6下段には、入力シャフト12が、伝達部材16から受けるトルク(駆動力伝達装置10から見た入力トルク)と、出力シャフト14が、伝達部材16から受けるトルク(伝達部材16から出力シャフト14に伝達されるトルク)の変化を示している。以下、前者を入力軸トルク、後者を出力軸トルクと呼ぶ。
6, the torque received by the
クラッチ22により入力シャフト12及び振動子20が係合されると(LU1:ON)、入力軸トルクが立ち上がる。さらにクラッチ22の係合が解かれて(LU1:OFF)振動子20がブレーキ24に固定されると(LU2:ON)、弾性部材18の弾性エネルギーは出力シャフト14に伝達される。
When the
図6上段と下段とを併せて検討すると、入力側角速度に対して出力側角速度は低くなり、入力軸トルクに対して出力軸トルクは高くなる。発明者がこの結果について精査したところ、入力側角速度に対する出力側角速度の割合(変速比)は約1/4であり、入力軸トルクに対する出力軸トルクの割合(トルク比)は約4倍であった。 When the upper stage and the lower stage in FIG. 6 are considered together, the output side angular velocity is lower than the input side angular velocity, and the output shaft torque is higher than the input shaft torque. When the inventor scrutinized this result, the ratio of the output side angular velocity to the input side angular velocity (gear ratio) was about 1/4, and the ratio of the output shaft torque to the input shaft torque (torque ratio) was about four times. It was.
図7には、図6とは異なる変速比、トルク比での変速例が示されている。なお、図7下段のトルク変化を示すグラフでは、出力軸トルクの値と併せて、その平均値も示している。初期状態(1)では、入力シャフト12と出力シャフト14の変速比を1/1.3とし、トルク比を1.3としている。この状態から、入力シャフト12の角速度を増加させる(2)。このとき、振動子20の角速度変化(振幅)を増加させて、振動子20の最大角速度が、最終的な入力軸の角速度((3)の200rad/s)を上回るようにする。具体的には、クラッチ22の係合期間を長く(LU1→長)して振動子20を引っ張る。または/加えて、ブレーキ24の係合期間を短く(LU2→短)して、弾性エネルギーの、弾性部材18の振動への割り当てを増やす。このようにすることで、弾性部材18の振幅を増加させる。
FIG. 7 shows an example of shifting with a gear ratio and torque ratio different from those in FIG. In addition, in the graph which shows the torque change of the lower stage of FIG. 7, the average value is also shown with the value of the output shaft torque. In the initial state (1), the transmission gear ratio between the
さらに、振動子20の角速度が所望の角速度となったときにクラッチ22を係合させて弾性部材18の弾性エネルギーを蓄積するとともに、クラッチ22を開放してブレーキ24を係合させて出力シャフト14に弾性エネルギーを伝達する(3)。(3)の例では、変速比を1/2.5とし、トルク比を2.5としている。
Further, when the angular velocity of the
このように、本実施形態では、振動子20の振幅、クラッチ22の係合期間、及びブレーキ24の係合期間を変化させることで、入力シャフト12と出力シャフト14の変速比及びトルク比を変化させることができる。このような変速は、原理上、無段階(連続)に行うことができる。つまり、図1のような簡素な構造で、無段階変速が可能となる。
As described above, in this embodiment, the transmission gear ratio and the torque ratio of the
なお、所望の変速比、トルク比を得るための、振動子20の振幅、クラッチ22の係合期間、及びブレーキ24の係合期間は、一つの値に限られない。例えば図8、図9では、上記3つのパラメータの条件を変えて、同一の変速比及びトルク比を得る例が示されている。
It should be noted that the amplitude of the
図8では、図9と比較して、振動子20の振幅を小さくしているが、クラッチ22の係合期間(LU1)及びブレーキ24の係合期間(LU2)を図9と比較して長く設定している。このように、振動子20の振幅、クラッチ22の係合期間、及びブレーキ24の係合期間の条件を種々変更させても、同一の変速比及びトルク比を得ることができる。
In FIG. 8, the amplitude of the
なお、図8と図9のトルク変化を比較すると、クラッチ22の係合期間が短い図9の方が、出力軸トルクの変動が大きい。この点について、図10を用いて説明する。図10では、クラッチ22の係合期間を変更させた際の、出力軸トルクの変化が示されている。これによると、クラッチの係合期間が長くなるほど、出力軸トルクの変動幅が小さくなる。 8 and 9 are compared, the variation in the output shaft torque is larger in FIG. 9 where the engagement period of the clutch 22 is shorter. This point will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the change in the output shaft torque when the engagement period of the clutch 22 is changed. According to this, as the clutch engagement period becomes longer, the fluctuation range of the output shaft torque becomes smaller.
このように、出力軸トルクの変動を抑えるとの観点から、クラッチ22の係合期間は長いことが好適である。その一方で、ばね係数が小さいなど、所定の弾性エネルギーに対して振幅が大きくなる弾性部材18を用いる場合などは、図9のように、クラッチ22の係合期間を短くせざるを得ない。そこで、このような場合には、駆動力伝達装置10を複数台繋げて、補完的にクラッチ22の係合期間を定めることが好適である。図11には、2台の駆動力伝達装置10を、入力シャフト12の同軸上に並べた際の、トルク変化が示されている。入力軸トルクが複相化され、その結果、出力軸トルクが平滑化される。
Thus, from the viewpoint of suppressing fluctuations in the output shaft torque, it is preferable that the engagement period of the clutch 22 is long. On the other hand, when the
制御部19は、上記のような無段階変速制御を行う。制御部19には、出力シャフト14の入力シャフト12に対する要求変速比及び要求トルク比(要求情報)を入力する入力インターフェイス(または信号線)を有する。また、制御部19は、変速比及びトルク比ならびに、振動子20の振幅、クラッチ22の係合期間、及びブレーキ24の係合期間が関連付けられたテーブル(表)を図示しない記憶部に格納している。このようなテーブルは、振動子20の振幅、クラッチ22の係合期間、及びブレーキ24の係合期間を種々変化させたときの、入力シャフト12及び出力シャフト14の変速比及びトルク比との関係を実測または算出することによって得ることができる。なお、テーブルに代えて、当該テーブルに対応するアルゴリズムや関数を記憶するようにしてもよい。
The
制御部19は、入力インターフェイスから入力された要求変速比及び要求トルク比に基づき、テーブルを参照し、振動子20の振幅、クラッチ22の係合期間及びブレーキ24の係合期間を取得する。次に、取得した振動子20の振幅、クラッチ22の係合期間、及びブレーキ24の係合期間に基づいて、クラッチ22及びブレーキ24を制御する。
The
次に、本実施形態にかかる駆動力伝達装置10の、具体的な構成について説明する。図12には、駆動力伝達装置10の具体的な構成の中から、主要な要素を抽出した模式図が示されている。この図では、入力シャフト12の軸方向に沿って、伝達部材16及び出力シャフト14が配置されている。
Next, a specific configuration of the driving
伝達部材16は、クラッチ22、ブレーキ24、弾性部材18及び伝達シャフト26を備える。クラッチ22は、入力シャフト12の軸方向端部のフランジと係合可能なように、伝達シャフト26の軸方向端部に設けられる。伝達シャフト26の軸方向中央部には、ブレーキ24が設けられる。さらに伝達シャフト26の、クラッチ22が設けられた端部とは対向する他端には、弾性部材18が設けられる。弾性部材18は伝達シャフト26に連結されており、弾性部材18の振動に伴って、伝達シャフト26は軸周方向に往復移動させられる。このことから、伝達シャフト26は、図1等の振動子20に相当する。
The
図13に、図12の具体的な構成を例示する。入力シャフト12、伝達シャフト26、及び出力シャフト14が同軸上に配置されている。入力シャフト12及び伝達シャフト26は、軸受28を介してベース30に回転可能に支持されている。
FIG. 13 illustrates a specific configuration of FIG. The
入力シャフト12には、径方向に張り出すようにして、フランジ32が形成されている。このフランジ32を挟むようにして、クラッチ22が設けられる。クラッチ22は、可動部22Aと励磁部22Bを備える。
A
励磁部22Bは、図示しない電源から励磁電流が送られ、これにより磁束を生じさせる。励磁部22Bは、円環状の部材であって、入力シャフト12や伝達シャフト26とは離間するようにして、ベース30に固定される。
The
可動部22Aは、金属等の磁性材料から構成された円環状の部材であって、励磁部22Bから生じた磁束に応じて移動可能となっている。可動部22Aは、軸方向に当該可動部22Aに螺入する締結部34を介して、伝達シャフト26に連結されている。締結部34の軸部36の長さは、伝達シャフト26の入力側フランジ38の軸方向厚さよりも長く形成されている。このような構造を備えることで、可動部22Aは、伝達シャフト26に対して軸周方向には固定され、また、軸方向には移動可能となっている。励磁部22Bに磁束が生じると、可動部22Aが軸方向に引き寄せられて、入力シャフト12のフランジ32と係合する。
The
伝達シャフト26は、入力側フランジ38、中間フランジ40、及び出力側フランジ42を備える。これらのフランジは、入力シャフト12から出力シャフト14に向かって、軸方向に沿ってそれぞれ伝達シャフト26に形成されている。入力側フランジ38に設けられたクラッチ22の可動部22Aが入力シャフト12と係合すると、伝達シャフト26は入力シャフト12と同期回転する。
The
出力側フランジ42には、弾性部材18が連結されている。弾性部材18は、出力シャフト14の軸周りに設けられたスロット44に配置されており、スロット44の延設方向に沿った一端が出力側フランジ42と連結され、他端が出力シャフト14に連結されている。伝達シャフト26が入力シャフト12と係合されているとき、伝達シャフト26は弾性部材18を縮めるように付勢する。
The
中間フランジ40には、ブレーキ24が設けられる。ブレーキ24は、クラッチ22と同様に、中間フランジ40を挟むようにして、可動部24A及び励磁部24Bを備える。可動部24Aは、ベース30に対して軸方向にのみ移動可能となっている。励磁部24Bに磁束が生じると、可動部24Aが軸方向に引き寄せられて、伝達シャフト26と係合する。これにより、伝達シャフト26の回転が止められる。
The
入力シャフト12から出力シャフト14への駆動力の伝達は、以下のようにして行われる。まず、クラッチ22によって入力シャフト12と伝達シャフト26を係合させることで、両者が同期回転する。この同期回転によって、伝達シャフト26に連結された弾性部材18が縮められる。さらにクラッチ22を開放してブレーキ24により伝達シャフト26を固定することで、弾性部材18は出力シャフト14に弾性エネルギーを伝達する。その結果、入力シャフト12から出力シャフト14に駆動力が伝達される。
Transmission of driving force from the
なお、上述の実施形態では、入力シャフト12の回転速度が出力シャフト14の回転速度よりも速い場合の駆動伝達の例を挙げていたが、この形態に限らない。例えば、本実施形態に係る駆動力伝達装置10は、入力シャフト12の回転速度が出力シャフト14の回転速度よりも遅い場合に駆動伝達を行うこともできる。図14,15は、入力シャフト12の回転速度が出力シャフト14の回転速度よりも遅いときの駆動力伝達のタイムチャートが示されている。図14では、振動子20の加速中(ばねの伸び<自然長)に、クラッチ22の係合/開放を行い、また振動子20の減速中(ばねの伸び>自然長)に、ブレーキ24による固定/開放を行っている。図15では、振動子20の加速中に、クラッチ22の係合/開放を行い、また振動子20の加速中に、ブレーキ24による固定を行い、さらに、振動子20の加速中にブレーキ24の開放を行っている。
In the above-described embodiment, an example of drive transmission in the case where the rotational speed of the
図14に係る駆動力伝達装置10の詳細な動作を、図18を用いて説明する。このとき、入力シャフト12の速度 < 出力シャフト14の速度となることから、駆動力伝達装置10は増速機として作用する。
The detailed operation of the driving
時刻t1において、振動子20と出力シャフト14の相対速度が0になる。つまり弾性部材18が伸び切って振動子20の振動速度が0になる。その後、振動子20は弾性部材18の縮む方向、つまり出力シャフト14の回転方向に移動させられる。時刻t2において弾性部材18が自然長(振動子20の振幅速度成分が最大値となるときの弾性部材18の長さ)となり、時刻t3で弾性部材18が縮み切ると、振動子20は弾性部材18の伸びる方向、つまり出力シャフト14の回転方向とは逆方向に移動させられる。
At time t1, the relative speed between the
図18の実施形態では、出力シャフト14の回転速度 > 入力シャフト12の回転速度であるから、振動子20が出力シャフト14の回転方向とは逆方向に回るとき、具体的には時刻t4に、振動子20の絶対速度(弾性部材18の振動+出力シャフト14の回転)が入力シャフト12の回転速度と等しくなる。このとき、振動子20と入力シャフト12とがクラッチ22により係合される。両者の相対速度は0であるから、理論上すべりは発生しない。
In the embodiment of FIG. 18, since the rotational speed of the
振動子20と入力シャフト12が係合されると、伝達部材16を介して入力シャフト12のトルクが出力シャフト14に伝達される。このとき、出力シャフト14の回転速度 > 入力シャフト12の回転速度より、自然長よりも縮められた状態の、言い換えると、出力シャフト14をその回転方向に付勢可能であるときの、弾性部材18の弾性エネルギーが一部放出されて出力シャフト14に伝達される(時刻t4〜t5)。つまり、時刻t4〜t5においては、入力シャフト14と弾性部材18のトルクが出力シャフト14に伝達される。
When the
時刻t5にてクラッチの係合が解除されると、伸び代の残った弾性部材18は出力シャフト14の回転とは逆方向に回転する。弾性部材18が自然長(時刻t6)よりも伸び、さらに振動子20の絶対速度(弾性部材18の振動+出力シャフト14の回転)が0になったとき(時刻t7)に、振動子20はブレーキ24を介してケースなどの固定部材(非回転部材)に係合される。両者(振動子20とケース)の相対速度は0であるから、理論上すべりは発生しない。
When the engagement of the clutch is released at time t <b> 5, the
このとき、自然長を越えて伸びた、言い換えると、出力シャフト14をその回転方向とは逆方向に付勢可能となった弾性部材18が、出力シャフト14の付勢によって更に伸ばされる(時刻t7〜t8)。つまり出力シャフト14から弾性部材18に、出力シャフト14の回転方向とは逆方向に付勢する弾性エネルギーが伝達される。弾性エネルギーの伝達後、時刻t1(=t9)と同様の動作に移行する。
At this time, the
このように、本実施形態においては、時刻t4〜t5にて入力シャフト12と弾性部材18が出力シャフト14にトルクを伝達し、そのうち弾性部材18から伝達されたトルクの少なくとも一部を、時刻t7〜t8にて出力シャフト14から弾性部材18に戻している。言い換えると、本実施形態では、弾性部材18の弾性エネルギーと出力シャフト14のトルクとのエネルギー伝達の相殺を介して、入力シャフト12から出力シャフト14へのトルク伝達が行われる。
Thus, in this embodiment, the
なお、図18の実施形態におけるクラッチ22やブレーキ24の係合タイミングは、振動子20の絶対速度と入力シャフト12の回転速度が完全に一致した時点や、振動子20の絶対速度が完全に0になった時点に限らなくてもよく、すべりによる損失が入出力されるエネルギーから見て無視できる程度のものであればよい。例えば、一方の速度が他方の速度の80%以上120%以下であるときに、両者を係合させるようにしてもよい。
The engagement timing of the clutch 22 and the
また、上述の実施形態では、出力シャフト14に弾性部材18及び振動子20を設けていたが、この形態に限らない。図16,17は、出力シャフト14に代えて、入力シャフト12に弾性部材18及び振動子20を設けたときの駆動力伝達のタイムチャートが示されている。図16,17では、入力シャフト12の回転速度が出力シャフト14の回転速度より速い例が示されている。図16では、振動子20の加速中に、クラッチ22の係合/開放を行い、また振動子20の減速中に、ブレーキ24による固定/開放を行っている。図17では、振動子20の加速中に、クラッチ22の係合/開放を行い、また振動子20の減速中に、ブレーキ24による固定を行い、さらに、振動子20の加速中にブレーキ24の開放を行っている。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the
なお、本願明細書の構成と、本願特許請求の範囲の構成との対応表を、以下に示す。なお、以下の対応表において、特許請求の範囲中の各構成は、明細書中の各構成に限定されるものではない。言い換えると、明細書中の各構成は、特許請求の範囲中の各構成を例示するものである。 A correspondence table between the configuration of the present specification and the configuration of the claims of the present application is shown below. In the following correspondence table, each component in the claims is not limited to each component in the specification. In other words, each component in the specification exemplifies each component in the claims.
10 駆動力伝達装置、12 入力シャフト、14 出力シャフト、16 伝達部材、18 弾性部材、20 振動子、22 クラッチ、24 ブレーキ。
10 driving force transmission device, 12 input shaft, 14 output shaft, 16 transmission member, 18 elastic member, 20 vibrator, 22 clutch, 24 brake.
Claims (9)
第2回転軸と、
弾性部材と、
振動子と、
を備え、
前記弾性部材の一端は、前記第2回転軸に固定され、
前記弾性部材の他端は、前記振動子に固定され、
前記振動子は、前記第1回転軸に接続した第1状態と、前記第1回転軸に接続していない第2状態と、のいずれかの状態になることが可能である、駆動力伝達装置。 A first rotation axis;
A second rotation axis;
An elastic member;
A vibrator,
With
One end of the elastic member is fixed to the second rotating shaft,
The other end of the elastic member is fixed to the vibrator,
The vibrator may be in one of a first state connected to the first rotating shaft and a second state not connected to the first rotating shaft. .
前記振動子を前記第1状態に制御する第1制御と、
前記振動子を前記第2状態に制御する第2制御と、
の制御を行うことが可能な制御手段を備える、駆動力伝達装置。 The driving force transmission device according to claim 1,
A first control for controlling the vibrator to the first state;
A second control for controlling the vibrator to the second state;
A driving force transmission device comprising control means capable of controlling the above.
前記制御手段は、前記第1回転軸の回転速度と、前記振動子の移動速度との速度差が所定値以下の場合に前記第1制御を行う、駆動力伝達装置。 The driving force transmission device according to claim 2,
The control means is a driving force transmission device that performs the first control when a speed difference between a rotational speed of the first rotating shaft and a moving speed of the vibrator is equal to or less than a predetermined value.
前記制御手段は、前記振動子を固定させる第3制御と、前記振動子の固定を解除させる第4制御を行うことが可能であり、
前記制御手段は、
前記第1制御の後に前記第2制御を実行することが可能であり、
前記第2制御の後に前記第3制御を実行することが可能であり、
前記第3制御の後に前記第4制御を実行することが可能である、駆動力伝達装置。 The driving force transmission device according to claim 2 or 3,
The control means can perform third control for fixing the vibrator and fourth control for releasing the fixation of the vibrator,
The control means includes
It is possible to execute the second control after the first control,
It is possible to execute the third control after the second control,
The driving force transmission device capable of executing the fourth control after the third control.
前記第1回転軸または前記第2回転軸に対する要求情報を入力可能な入力手段を備え、
前記制御手段は、
前記入力手段により入力された要求情報に応じて、前記振動子の振幅、前記第1制御を実行してから前記第2の制御を実行するまでの期間、及び前記第3制御を実行してから前記第4制御を実行するまでの期間のいずれかを制御することが可能である、駆動力伝達装置。 The driving force transmission device according to claim 4,
Input means capable of inputting request information for the first rotating shaft or the second rotating shaft;
The control means includes
In accordance with the request information input by the input means, the amplitude of the vibrator, the period from the execution of the first control to the execution of the second control, and the execution of the third control A driving force transmission device capable of controlling any one of the periods until the fourth control is executed.
前記第2回転軸の回転速度は前記第1回転軸の回転速度よりも大きく、
前記弾性部材が前記第2回転軸をその回転方向に付勢可能なときに前記振動子に対して前記第1制御が実行され、その際に、前記第1回転軸の駆動力に加えて、前記弾性部材から放出される弾性エネルギーが前記第2回転軸に伝達され、
前記弾性部材が前記第2回転軸をその回転方向とは逆方向に付勢可能なときに前記振動子に対して前記第3制御が実行され、その際に、前記第2回転軸によって前記弾性部材に前記逆方向に付勢する弾性エネルギーが更に蓄積される、駆動力伝達装置。 The driving force transmission device according to claim 4 or 5,
The rotation speed of the second rotation shaft is greater than the rotation speed of the first rotation shaft,
When the elastic member can bias the second rotation shaft in the rotation direction, the first control is performed on the vibrator. At that time, in addition to the driving force of the first rotation shaft, Elastic energy released from the elastic member is transmitted to the second rotating shaft;
The third control is executed on the vibrator when the elastic member can bias the second rotation shaft in a direction opposite to the rotation direction. At that time, the elastic member is moved by the second rotation shaft. A driving force transmission device in which elastic energy for urging the member in the reverse direction is further accumulated.
第2回転軸と、
伝達部材と、
を備え、
前記伝達部材は自身の変形により弾性エネルギーを蓄積及び放出することが可能であり、
前記伝達部材は、前記第2回転軸の軸周方向に沿って固定され、
前記伝達部材は、
前記第1回転軸に接続した第3状態と、前記第1回転軸に接続していない第4状態との、いずれかの状態になることが可能である、駆動力伝達装置。 A first rotation axis;
A second rotation axis;
A transmission member;
With
The transmission member can store and release elastic energy by its deformation,
The transmission member is fixed along an axial direction of the second rotation shaft,
The transmission member is
The driving force transmission device capable of being in any one of a third state connected to the first rotating shaft and a fourth state not connected to the first rotating shaft.
前記第3状態は、さらに、前記第1回転軸から伝達されたエネルギーを前記伝達部材の弾性エネルギーとして蓄積させる状態であり、
前記第4状態は、さらに、前記伝達部材の弾性エネルギーを前記第2回転軸に伝達させる状態である、駆動力伝達装置。
The driving force transmission device according to claim 8,
The third state is a state in which the energy transmitted from the first rotating shaft is further accumulated as elastic energy of the transmission member,
The fourth state is a driving force transmission device in which the elastic energy of the transmission member is further transmitted to the second rotation shaft.
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