JP2017515073A - 連続可変遊星変速機 - Google Patents

Abstract

変速機（１０）は、太陽部（１）と、遊星キャリア（４）と、第１回転軸（４１）およびそれに非平行な第１側面（３１）を備えた第１遊星部（２１）と、リング（３）と、を具備している。一定変速比のための、第１遊星部（２１）とリング（３）との間の相対移動がある場合に、リング（３）と第１側面（２１）との間の動力伝達の式（Ｉ）は、平面（５５）を形成する。変速機（１０）は、リング（３）と第１遊星部（２１）との間の、平面（５５）に直交した並進方向（６５）に沿った並進移動を可能にするための回転手段（１５）を具備し、第１側面（３１）とリング（３）との間の並進方向（６５）に沿った、異なった連結点（８）に対応した異なった変速比を得ることが可能である。

Description

本発明は、連続可変変速機または連続可変駆動系に関する。より詳細には、本発明は、惑星または連続可変遊星変速機に関する。

特許文献１は、連続可変変速機を開示している。この駆動系においては、入力軸に連結され且つ出力ディスクにより分割された２つの入力ディスクがある。ローラは、入力ディスクと出力ディスクとの間の連結を可能にするために、入力ディスクおよび出力ディスクの各々間で位置決め可能である。変速比の変化は、入力軸に対するならびに入力および出力ディスクに対するこれらのローラの配向を変化させることにより達成される。複雑な機構（例えば油圧応答ピストンを含んだ）が、効率的且つ頑丈な方法においてローラの配向を変化させるために必要とされる。そのような機構は高価である。入力ディスクと出力ディスクとの間の高利率的なトルク伝達を可能にするために、ローラ、入力ディスク、および出力ディスクの間の堅固な且つ密接な接触を要求されるため、高圧がかけられることを必要とされる。そのような高圧は、駆動系の一方に配置された油圧シリンダによって、例えば１つの入力ディスクの外側面にかけられる。そのような油圧シリンダは、ある流体を必要とする。このことは、駆動系およびその保守の複雑さを増大させる。それは、駆動系のコストも増大させる。この高圧のために、変速比の静止変化が不可能である。変速比の静止変化は、入力軸（したがって入力ディスク）および出力ディスクが回転しない場合の変速比の変化を意味している。ローラの向きを変化させるために、入力および出力ディスクは回転しなければならない。この駆動系の別の欠点は、ローラの向きを変化させるための複雑なシステムのため、およびこれらのローラのために、小型化することが困難なことである。最後に、この駆動系は重い。

特許文献２は、「ヌヴィンチ（登録商標）テクノロジ」として当業者には知られた連続可変遊星変速機を開示している。この変速機は、全体的に変速機の入力側および出力側として作用する２つのリングを具備している。遊星変速器の遊星部の役割を有する球体は、これら２つのリングに連結され、回転軸の周りを回転することが可能である。回転軸の向きは、変化されることが可能である。例えば、これらの球体に連結された１つ以上のアイドラ（遊星減速機の太陽部）は並進し、球体の回転軸の向きを変化させることが可能である。そのことは、球体部の回転軸の向きに依存して、入力リングと出力リングとの間の異なった変速比を生じさせる。変速比を変化させるために、すなわち球体の向きを変化させるために、球体は、変速機を損傷すること無く球体およびリングを連結した摩擦力を越えることを可能にするため、それらは回転しなければならない。したがって、変速機の入力側が静止している場合の変速比の変化は、不可能である。換言すると、ヌヴィンチ（登録商標）変速機は、静止連続可変遊星変速機ではない。

ある機器に関して、変速比の静止変化が所望されている。このことは、例えば人口足関節内のような、プロテーゼ内で使用される可変変速機の場合に顕著である。実際に、公報「Variable Stiffness Actuator Based on Infinitely Variable Transmission: Application to an Active Ankle Prosthesis (Everarts, C. その他.) 」内において説明されているように、そのようなプロテーゼのエネルギ効率は、連続可変変速機が使用された場合に増大する。この変速機は小型でなければならず、且つ足関節速度がゼロ、すなわちプロテーゼが移動しない歩行周期の段階の間であっても、全歩行周期の間にその比を変化させることが可能でなければならない。

米国特許出願公開第２０１３／０２９６０９６号明細書 国際公開第２００７／０６１９９３号パンフレット

本発明の目的は、静止連続可変変速機を提供することである。

この目的のために、発明者は連続可変遊星変速機を提案しており、この連続可変遊星変速機は、
− 太陽部と、
− 遊星キャリアと、
− 第１遊星部であって、遊星キャリアおよび太陽部に機械的に連結され、第１回転軸を提供し、第１回転軸とは非平行の第１側面を備えた、第１遊星部と、
− 第１遊星部を通じて太陽部および遊星キャリアに連結されたリングと、を具備し、
遊星キャリアおよび第１遊星部は、遊星キャリアと第１遊星部との間の第１回転軸の周りの相対回転動作が可能であるように構成されており、
連続可変遊星変速機は、連続可変遊星変速機の一定変速比のための、第１遊星部とリングとの間の相対移動がある場合に、リングと第１側面との間の連結点が、平面内の平面曲線を辿ることが可能であるように構成されている。

本発明の連続可変遊星変速器は、リングと第１遊星部との間の、平面に直交した並進方向に沿った並進移動を可能にするための回転手段を具備しており、連続可変遊星変速は、第１遊星部の第１側面とリングとの間の、並進方向に沿った異なった連結点に対応して、異なった変速比を提供する。

したがって、回転手段は、第１遊星部とリングとの間の力が伝達される方向において剛性を示し、直交した方向において柔軟（すなわち、並進方向に沿って柔軟）である。換言すると、回転手段は、第１遊星部とリングとの間の作動力の伝達方向において剛性を示し、その作動力の伝達方向に直交した方向に回転自在である。したがって、静止している状態で、第１遊星部（またはその第１側面）とリングとの間の連結点の位置を、それらの間の変速比を変化させるために、この並進方向に沿って変化させることが可能である。したがって、本発明の変速機は、静止連続可変変速機である。回転手段を利用しているために、一方向（第１遊星部とリングとの間の作動力の伝達方向）において摩擦が高く、その直交方向（すなわち並進方向に沿っている）において低くなっている。

第１側面は、第１回転軸とは非平行である。そのような構成は、当業者には公知である。これにより、第１側面と第１回転軸との間の最小距離は、第１回転軸に沿って一定ではない。第１回転軸が、第１側面のすべての法線ベクトルに対して直交していないということもできる。または、同等に、第１回転軸は、第１側面のすべての接平面とは非平行である。

特許文献１に対して、本発明の変速機は以下の利点を備えている。静止時における変速機の変化が可能であり、このことは、特許文献１の変速機には不可能である。また、低速における変速比の変化が、特許文献１の変速機には不可能である。実際に、この変速機は、当業者によって「静止摩擦流体（traction fluid）」と称される流体を使用している。異なった要素の十分に急速な移動は、この静止摩擦流体が正確に作動するために必要である。このことは、全体的にそのような「静止摩擦流体」を必要としない本発明の変速機には当てはまらない。これにより、本発明の変速機は、低速において変速比を変化させることが可能である。変速比の変化は、本発明とともにより単純となり、第１遊星部とリングとの間の並進移動が必要とされるのみである。特許文献１の変速機では、異なったローラ（一般的に６つのローラ）の向きの同期が必要となる。特許文献１の変速機は、入力ディスク、ローラ、および出力ディスクの間に大きい圧力をかけることも必要である。このことは、コストを増大させる。本発明の変速機は、特許文献１の変速機よりも小型である。この特許文献１の変速機において、ローラの向きを変化させることが可能なシステムは、変速機の主軸に沿って配置されていない。さらに、入力軸および出力軸は整列されておらず、また、変速機のための必要なサイズを増大させてもいる。本発明の変速機は油圧システムを必要としておらず、純粋な機械装置である。これにより、本発明はより単純である。

本発明の変速機は、他の変速機よりも高いエネルギ効率を提供し、特に特許文献２および特許文献１に開示された変速機よりも高いエネルギ効率を提供している。本発明の変速機を伴って、変速比の変化のために、ヌヴィンチ（登録商標）テクノロジの球体とリングとの間に存在する摩擦力のような摩擦力を克服する必要は無い。実際に、本発明の変速機の回転手段は、変速比が変化される場合に、滑ることなく回転することが可能である。それに加えて、本発明の変速機の回転要素は、特許文献２および特許文献１の変速機の回転要素よりも小さい慣性を示し得る。このことは、より小さいエネルギによって素早く回転速度を変化させることを可能にしている。低コストの回転手段が、本発明の変速機に使用されることが可能である。このことは、ヌヴィンチ（登録商標）テクノロジよりも安価な変速機をもたらしている。本発明の変速機は、ヌヴィンチ（登録商標）テクノロジよりも単純であり、さらにその製造コストを減少させている。本発明の変速機に使用されている機構は、ヌヴィンチ（登録商標）テクノロジに使用されている機構よりも複雑さが少ない。本発明の変速機は、例えばヌヴィンチ（登録商標）テクノロジとは逆に、トルクを伝達するための流体を必要としない。本発明の変速機は、例えばヌヴィンチ（登録商標）テクノロジとは逆に、異なった要素間の同期を必要としない。これらの種々の理由のために、本発明の変速機はより単純である。

古典的な遊星変速機に対して、本発明の１つは、変速比の連続的な変化を可能にした利点を備えている。

好適に、回転手段はリングに連結されている。

好適に、第１遊星部の第１側面は、第１遊星部の第１外側面である。

好適に、本発明の変速機は、第１遊星部とリングとの間の相対位置を制御し且つ精密に知るための、少なくとも１つのボールネジを具備している。より好適には、本発明の変速機は、同期された３つのボールネジを具備している。その結果、障害の危険性が最小化されている。ボールネジよりも、本発明の変速機は、好適な実施形態によれば、例えば油圧もしくは空圧アクチュエータ、リニアモータ、ネジのような任意の直線機構を具備し得る。

好適に、第１遊星部は平滑な第１側面を備えている。この好適な実施形態を伴って、変速比の滑らかな変化がより容易になっている。さらに、この好適な実施形態を伴って、変速比の連続的な範囲が、より容易に得られている。第１側面に歯が設けられていた場合、そのピッチは、リングとの効果的な連結を可能にするために一定であるべきである。しかし、回転軸に直交した直径の不連続な数値に関してのみ、整数の歯を設けることが可能である。平滑な第１側面を使用することにより、第１側面のそのような直径のすべての可能な数値が、第１遊星部とリングとの間の動力伝達のために使用され得る。

好適に、回転手段はローラを具備し、各ローラは、並進方向に直交した回転軸の周りに回転することが可能である。ローラは単純な要素である。この好適な実施形態は、製造容易且つ安価な変速機を形成することを可能にしている。

好適に、ローラは空中ごま（diabolo）の形状を有する。そのようなローラを使用することにより、平面曲線のための略円形の経路を得ることが可能であり、一定変速比のための、第１遊星部とリングとの間の相対移動があった場合に、その曲線に沿って、リングと第１側面との間の連結点が移動する。そのことは、より高いエネルギ効率につながる。

好適に、第１回転軸は、並進方向に対して４５°傾斜している。この好適な実施形態は、さらに大きい変速比の変化を提供することが可能な、特に小型の変速機を得ることが可能である。

好適に、第１遊星部は直角円錐形状である。この好適な実施形態を伴って、遊星部の製造、したがって連続可変遊星変速機全体の製造がより容易になる。したがって、製造コストはさらに減少する。

好適に、第１遊星部は直角円錐台形状である。この好適な実施形態は、直角円錐形状を有する第１遊星部を使用した利点を備えることを可能にしているが、より小型である。

好適に、直角円錐形状または直角円錐台形状を備えた第１遊星部は、９０°の開口角を有する。この好適な実施形態は、直角円錐形状を有する第１遊星部の利点を備えることを可能にしており、特に小型である。

第１遊星部と太陽部との間に、多様なタイプの機械的連結器を使用することが可能である。第１例によれば、これら２つの要素の間に摩擦伝達が使用されることが可能である。それとは異なり、第１遊星部と太陽部との連結のために、かさ歯車機構を使用することが可能である。これら２つの代替例は、変速機のサイズを減少させることを可能にしている。

好適に、第１遊星部は、第１回転軸に平行な軸の周りに、この軸に沿った並進の自由度と共に搭載されている。この好適な特徴は、平面曲線が厳密に円でない場合でも、第１遊星部とリングとの間のより効率的な連結を実行することが可能である。

好適に、連続可変遊星変速機は、第１遊星部をリングに向かって押圧するための押圧手段を具備している。この好適な実施形態は、第１遊星部とリングとの間の連結を改良することを可能にしている。好適に、これらの押圧手段はバネを具備している。

好適に、連続可変遊星変速機は、第２遊星部であって、遊星キャリアおよび太陽部に機械的に連結（例えばかさ歯車、摩擦連結）され、第２回転軸を提供し、第２回転軸に非平行な第２側面を備えた、第２遊星部をさらに具備し、リングは、第２遊星部を通じて太陽部および遊星キャリアにも連結され、遊星キャリアおよび第２遊星部は、遊星キャリアと第２遊星部との間の第２回転軸の周りの相対回転が可能であるように構成されており、連続可変遊星変速機は、連続可変遊星変速機の一定変速比のための、第２遊星部とリングとの間の相対移動がある場合に、リングと第２側面との間の連結点が、平面内の平面曲線を辿ることが可能であるように構成されており、連続可変遊星変速機は、リングと第２遊星部との間の、平面に直交した並進方向に沿った並進移動を可能にするための回転手段を具備し、連続可変遊星変速機は、第２遊星部の第２側面とリングとの間の、並進方向に沿った、異なった連結点に対応した異なった変速比を提供する。

２つ以上の遊星部を使用することにより、それらのサイズを減少することが可能である。各遊星部のトルクも、結果的に減少される。好適に、第２側面は平滑である。

好適に、第２側面は、第２遊星部の第２外側面である。

好適に、連続可変遊星変速機は４つの遊星部、すなわち第１、第２、第３、および第４遊星部を具備している。

好適に、連続可変遊星変速機は、４つの遊星部を具備している。好適に、回転手段は６つのローラを具備している。出願人は、４つの遊星部および６つのローラが、実際的事例に関して特によく適合していることを見出した。さらに、そのような好適な実施形態は、以下の利点をさらに備えている。２つの遊星部が、２つのローラの間の境界と接触している場合、他の２つの遊星部は、（リングに対するおよびローラに対する遊星部のこのすべての可能な角度位置に関して）２つのローラの中央部と接触可能となる。このことは、遊星部と異なったローラとの間の接触点の変位のために、遊星部とリングとの間の不連続なトルク伝達を提供することが無い。最終的に、伝達効率が増大される。

好適に、このリングは、並進方向に平行な対称軸を提供している。そのとき、本発明の変速機は、さらにより小型化可能である。

好適に、第１遊星部（１つより多くの遊星部が使用される場合、異なった遊星間）とリングとの間には、第１遊星部の第１側面をリングに連結するための摩擦流体（または伝達流体）が存在している。

好適に、連続可変遊星変速機は第２遊星段をさらに具備し、第２遊星段は、太陽部と、遊星キャリアに機械的に連結された第２遊星段リングと、第２遊星段キャリアと、第２遊星段遊星キャリア、第２遊星段リング、および太陽部に連結された第２遊星段第１遊星部と、を具備している。

この好適な実施形態は、無段変速機またはＩＶＴを備えることを可能にしている。この用語は、当業者に知られている。ＩＶＴは、出力側と入力側との間で、ゼロ値を通じてマイナス値からプラス値へと連続的に変速比を変化させることが可能な機構である。

好適に、第２遊星段の太陽部は、最初に記載された連続可変遊星変速機の第１遊星段の太陽部と同一である。第２遊星段に関して同じ太陽部を使用することにより、変速機の製造コストを削減することが可能である。

好適に、第２遊星段の太陽部は、最初に記載された連続可変遊星変速機の第１遊星段の太陽部とは異なっており、２つの太陽部は機械的に連結されている。そのとき、例えばこれらの２つの太陽部を連結するための歯車を使用することによって、これら２つの太陽部に異なった回転速度を与えることが可能である。このことは、本発明の変速機が目的とし得る、変速比の範囲を増大させることが可能である。

好適に、本発明は、可能性のあるすべての好適な実施形態を含んだ、以下に記載されたような連続可変遊星変速機を具備したプロテーゼに関する。このプロテーゼは、当業者によって知られたプロテーゼのエネルギ効率に対して、改善されたエネルギ効率を有する。

本発明のこれらおよびさらなる態様は、実施例を介しておよび添付図を参照して、より詳細に説明される。

本発明の変速機の好適な実施形態を図式的に示した図である。 第１遊星部とリングとの間の連結を簡素化した方法で示した図である。 遊星変速機を図式的に示した図である。 リングおよびリングに連結されたローラの二次元断面を示した図である。 好適な遊星キャリアおよび太陽部を示した斜視図である。 遊星キャリアに連結された第１、第２、第３、および第４遊星部の実施例を示した斜視図である。 回転手段が空中ごまの形状のローラを具備した場合の、変速機を示した斜視図である。 変速機の実施例を示した斜視図である。 別の好適な実施形態による本発明の変速機を図式的に示した図である。 遊星部に対するリングの移動のための、およびその位置を制御するための、好適な機構を示した図である。

図の描写は、縮尺または比例が正確に示されていない。全体的に、同一の構成部品は、図において同様の参照符号によって示されている。

図１は、本発明の好適な実施形態による連続可変遊星変速機１０（または変速機１０）を概略的に示している。この変速機は、太陽部１、または太陽歯車部材、または太陽歯車部、もしくは太陽歯車機構を具備している。好適に、太陽部１は、太陽軸および太陽歯車を具備している。そのとき、ある好適な実施例においては、太陽軸は変速機１０の出力軸または入力軸とすることが可能である。変速機１０は、遊星キャリア４、または遊星キャリア部材、または遊星キャリア部、または遊星キャリア機構も具備している。好適に、この遊星キャリア４は、駆動軸またはモータに接続されている。そのような場合、したがって遊星キャリア４は、変速機１０の入力側である。別の好適な実施形態においては、遊星キャリア４は、それであっても出力側に接続されることが可能である。

変速機１０は、第１遊星部２１をさらに含んでいる。この第１遊星部２１は、第１回転軸４１を提供している。換言すると、第１遊星部２１は回転体である。これらの用語は、当業者によって知られている。それらは、第１遊星部２１が、平面曲線と同一平面上に位置した第１回転軸４１の周りに、その平面曲線を回転させることによって得ることが可能な立体であることを意味している。第１側面３１は、平面曲線を第１回転軸４１の周りに回転させたときに、その平面曲線によって形成される面を現している。本発明の意味または主な考えは、第１回転軸４１の周りの第１側面３１の小さな変化のために、第１回転軸４１が厳密に回転軸ではない場合でも、変わらない。したがって、第１回転軸４１は、実質的に第１遊星部２１の回転軸と言える。好適に、第１側面３１は平滑である。第１遊星部２１は、遊星キャリア４および太陽部１に機械的に連結されている。図１に示されたように、太陽部１と第１遊星部２１との間の連結は、かさ歯車機構を通じてまたは遊星−太陽かさ歯車２１１を通じて好適に実現されている。このことは、第１遊星部２１の第１回転軸に平行でない太陽部１または太陽軸を備えることを可能にしている。図１の好適な実施形態に示されたように、第１遊星部２１は好適に円錐台形状である。それであっても、他の形状が可能である。遊星キャリア４と第１遊星部２１との間の相対回転動作は、第１回転軸４１の周りに可能である。好適に、変速機１０は１つ以上の遊星部を備えている。図１の好適な実施例においては、変速機１０は２つの遊星部、第１遊星部２１および第２遊星部２２を備えている。

変速機１０はリング３も具備している。このリング３は、第１遊星部２１を通じて（および図１の実施例においては第２遊星部２２を通じて）太陽部１におよび遊星キャリア４に連結されている。実際に、図１に示されたように、リング３と第１遊星部２１の第１側面３１との間には連結点８が存在している。図１の変速機１０が第２遊星部２２も具備しているので、リング３と第２遊星部２２の第２側面との間にも連結点８が存在している。

図２は、二次元の簡素化された図において、第１遊星部２１とリング３との間の連結を簡略化した様式で示した図である。本発明の変速機１０が一定の（または固定の、所定の）変速比を提供した場合、および第１遊星部２１とリング３との間の相対移動が存在している場合、リング３と第１遊星部２１との間に動力を伝達する力Ｆ（以下において、伝動力Ｆと称する。）が存在している。この力、伝動力Ｆは、リング３と第１遊星部２１との間の連結点８にかけられ、第１遊星部２１の第１側面３１の接線方向を向いている。リング３が回転的に固定である場合、この力Ｆは、第１遊星部２１の第１回転軸４１の周りの回転を誘起する。伝動力Ｆが、リング３によって（例えば反動によって）第１遊星部２１にかけられた場合、そのとき第１遊星部は第１遊星部２１内に示された矢印によって指示された方向に回転する。これにより、第１遊星部２１とリング３との間にトルクが伝達される。第１遊星部２１の回転により、リング３と第１遊星部２１との間の連結点８は、平面曲線５０となる経路を辿る。図２の実施例に関して、この平面曲線５０は円である（同じ図２の右部参照）。この平面曲線５０は、図２の右部の平面である平面５５内にある。連結点８が平面曲線５０を辿るので、伝動力Ｆの方向は変化する。伝動力Ｆの異なった方向も、図２の右部の平面５５内に含まれている。伝動力Ｆは、リング３と第１遊星部２１との間の接線力Ｆと称することも可能である。

図１に示された好適な実施形態においては、連結点８は第１遊星部２１とローラ１５との間の機械的連結を可能にしており、ローラはリング３に機械的に連結されている（これにより、最終的に第１遊星部２１とリング３との間の機械的連結が、連結点８を通じて可能である）。図１の実施例においては、変速機１０は実際に、好適にリング３に連結されたローラのような回転手段１５を具備している。これらの回転手段１５は、リング３と第１遊星部２１との間の、図２の右部に示された平面５５に直交した並進方向６５に沿った並進移動を可能にしている。これにより、並進方向６５は、平面曲線５０を含んだ平面５５に直交している。この並進方向６５は、図２に示された伝動力Ｆ（またはリング３と第１遊星部２１との間の接線力Ｆ）にも直交しており、伝動力は連結点８の各位置に関して平面曲線５０に沿っている（変速機１０が定変速比を備えるように設けられている）。換言すると、並進方向６５は、変速機１０の固定変速比のために、リング３と第１遊星部２１との間で増大し得る接線力Ｆに直交している。リング３と第１遊星部２１との間にそのような並進移動が存在している場合、リング３と第１遊星部２１の第１側面３１との間の連結点８は、並進方向６５に沿って変化する。結果的に、第１遊星部２１と遊星キャリア４との間の変速比は変化する。換言すると、連結点８の並進方向６５に沿った変化によって、第１遊星部２１と遊星キャリア４との間の回転速度の比に関して異なった数値を得る。そして、この変化は連続的である。このことは、以下に説明されているように、連続的に可変の変速機１０を有することを可能にしている。

図３は、太陽部１、遊星キャリア４、第１遊星部２１、およびリング３を具備した遊星変速機を概略的に示している。第１遊星部２１は、遊星−太陽歯車２１１を通じて、および太陽歯車２０１を通じて太陽部１に連結されている。遊星−太陽歯車２１１は、例えば図１に示されたような遊星−太陽かさ歯車２１１である。第１遊星部２１は、遊星−リング歯車２１３を通じて、およびリング歯車２０３を通じてリング３に連結されている。遊星歯車の運動方程式は以下の通りである。
（ω_１−ω_４）／（ω_３−ω_４）＝−（Ｚ_２Ｚ_３）／（Ｚ´_２Ｚ_１） （等式１）
等式１において、ω_ｉは要素ｉの角速度を表しており、要素ｉは太陽部１、リング３、および遊星キャリア４とし得る。Ｚ_２は遊星−太陽歯車２１１のプリミティブ直径（primitive diameter）であり、Ｚ´_２は遊星−リング歯車２１３のプリミティブ直径であり、Ｚ_３はリング歯車２０３のプリミティブ直径であり、Ｚ_１は太陽歯車２０１のプリミティブ直径である。「プリミティブ直径」との用語は、当業者によって知られており、以下のように定義されている。
ＲＢ＝Ｚ_２／Ｚ_１
ＲＣ＝Ｚ_３／Ｚ´_２
従って、等式１は以下のようになる。
（ω_１−ω_４）／（ω_３−ω_４）＝−Ｒ_ＢＲ_Ｃ （等式２）
これにより、Ｒ_Ｃが連続的に変化することによって、すなわち例えばＺ´_２が連続的に変化することによって、（ω_１−ω_４）／（ω_３−ω_４）の比を変化させることが可能である。本発明の変速機１０を使用することにより、リング３と第１遊星部２１との間の並進方向６５に沿った並進移動を行うことによって、Ｚ´_２は連続的に変化することが可能である。

説明の目的のために、リング３が固定、したがってω_３＝０と仮定する。太陽部１が出力側である場合、および遊星キャリア４が入力側である場合、等式２は以下のようになる。
（ω_０−ω_ｉ）／（０−ω_ｉ）＝−Ｒ_ＢＲ_Ｃ （等式３）
これにより、以下の等式を得る。
ω_０＝ω_ｉ（１＋Ｒ_ＢＲ_Ｃ） （等式４）
ここで、ω_０＝ω_１は、出力側もしくは出力軸の速度を表し、ω_ｉ＝ω_４は、入力側または入力軸の速度を表している。連続的にＲ_Ｃを変化させ、すなわち例えば連続的にＺ´_２を変化させることにより、ω_０を連続的に修正することが可能である。

リング３以外の要素は固定され得る。例えば、太陽部１または遊星キャリア４は、固定され得る。また、入力側および出力側は、遊星キャリア４および太陽部１以外の他の要素とし得る。例えば、リング３が入力側または出力側であり得る。

連続的に可変との用語は、当業者には知られている。それらは、固定のギア比が無いことを意味している。換言すると、本発明の変速機１０は、例えば等式４によって示されたような無限数の変速比を通じて継ぎ目なく変化することが可能である。変速比は、出力側の角速度と入力側の角速度との間の比として定義されている。したがって、等式４の変換を使用することにより、変速比はω_０／ω_ｉとなる。本発明の変速機１０を伴って、例えば１〜１５の間に含まれた変速比を得ることが可能である。例えば３〜１１の間のような他の変速比の数値を得ることが可能である。

好適に、１／１の変速比によって遊星キャリアに機械的に連結された遊星キャリアシャフトが設けられている。

好適に、回転手段１５はローラを具備している。図４は、リング３およびこのリング３に連結されたローラ１５の二次元的断面を示している。この図に示されたように、好適に６つのローラ１５が設けられている。各ローラ１５は、先に定義された並進方向６５に直交したローラ軸１６の周りに回転することが可能である。これにより、これらのローラ軸１６の周りにローラ１５が回転し、これらのローラ軸は図２の右部に関連して先に定義された平面５５内、またはそれに平行な平面内に配置されている。図４に示されたように、ローラは好適に空中ごま（diabolo）形状を有する。空中ごまは回転対称であり、中心の回転直径は、回転軸に沿った先端の回転直径よりも小さい。空中ごま形状を有するローラを使用することにより、円に近似した平面曲線５０を有することが可能である。空中ごまのある形状に関して、略円形の平面曲線５０を有することさえも可能である。心覚えとして、変速機１０の変速比が一定である場合、および第１遊星部２１とリング３との間の相対移動が存在している場合に、この平面曲線５０は、この曲線に沿ってリング３と第１遊星部２１との間の連結点８が移動する曲線である。その平面曲線５０が円に近似しているために、変速機１０のエネルギ効率は改善されている。

好適に、回転手段１５は、先に定義された並進方向６５に直交したローラ軸１６の周りに回転することが可能な複数のローラを具備し、各ローラは回転双曲線形状を有する。空中ごまは回転双曲線形状を有し得るが、空中ごまは必ずしも回転双曲線形状である必要は無い。回転双曲線形状を有するローラを使用することにより、変速機１０のエネルギ効率は改善されている。

好適に、第１遊星部２１の第１回転軸４１は、先の並進方向６５に対して４５度の傾斜を与えられている。図１に示された好適な実施形態は、この好適な特徴を含んでいる。遊星キャリア４がその回転軸（図１の好適な実施形態においては、並進方向６５に平行）の周りに回転した場合、第１回転軸４１は、遊星キャリア４のこの回転軸の周りの歳差運動の動作を行う。しかしながら、その各位置に関して、第１回転軸４１は並進方向６５と４５°の角度を形成している。

図１に示されたように、第１遊星部２１は、開き角９０°の直角円錐台形状を好適に有する。この角度は円錐の２つの母線の間の最大角度であり、この円錐から円錐台が形成されている。この角度はまた、円錐の第１回転軸４１とともに母線が形成した角度の２倍に等しい。

図５〜図８は、本発明の変速機１０の実施例の斜視図を示している。図５は、遊星キャリア４および太陽部１を示している。遊星キャリア４は籠形状を有する。この遊星キャリア４は、軸形状を有する太陽部１に関して対称である。図６に示されたように、変速機１０の実施例は、第１遊星部２１、第２遊星部２２、第３遊星部２３、および第４遊星部２４を具備している。明確化の理由のために、遊星キャリア４の左側部分のみがこの図に示されている。遊星部（２１、２２、２３、２４）は遊星キャリア４に装着されて、遊星−太陽かさ歯車を通じて太陽部１と噛合っている。図６に示されたように、各遊星部（２１、２２、２３、２４）は、この実施例において好適に直角円錐台形状を有する。各遊星部（２１、２２、２３、２４）が、平滑な側面（またはリング３に連結されることを目的とした平滑な外側面）を好適に備えていることも見られている。各遊星部（２１、２２、２３、２４）は、軸に沿った並進自由度を有して軸に装着されている。これにより、例えば第１遊星部２１は、図６の双方向矢印に沿って移動可能である。遊星部（２１、２２、２３、２４）とリング３との間の連結点８において整合性を追加し且つ既知の力を維持するために、この並進自由度は、例えばバネ等の押圧手段１７により拘束されている。リング３は、図７において見ることが可能である。回転手段１５はリング３に連結されて、リングが並進方向６５に沿って移動することを可能にしている。図７に示された実施例においては、回転手段は６つの空中ごまのようなローラを具備している。これにより、太陽軸に平行な方向にいて摩擦が低くなり、太陽軸に直交または接線方向において摩擦が高くなる。変速機１０が伝達可能なトルクは、押圧手段１７の押圧力によりおよび遊星部（２１、２２、２３、２４）とローラとの間の摩擦係数により、特に固定されている。図８は、変速機１０のこの実施例のための好適な最終アセンブリを示している。この図に示されたように、変速機１０は、太陽部１と機械的に連結された出力側太陽歯車２０１１と、遊星キャリア４と機械的に連結された出力側遊星キャリア歯車２０１４と、を好適に備えている。好適に、出力側太陽歯車２０１１（および出力側遊星キャリア歯車２０１４）は、太陽部１に直接接続され、それらはある角速度を有する。入力側および出力側の役割は変化し得る。図５〜図８に見られているように、変速機１０は、太陽部１または太陽軸に関して好適に対称とされている。

好適に、本発明の変速機１０は第２遊星段１００を具備している。この好適な実施形態の例は、図９に概略的に示されている。第２遊星段１００は、太陽部１を具備している。図９に示された実施例において、第２遊星段１００の太陽部は、前述の変速機の太陽部１と同一である。それでもなお、第２遊星段１００のための別の太陽部を使用して、それを前述の太陽部１に連結することが可能である。そのような２つの太陽部１の間の連結は、それらが同じまたは異なった角速度となるように形成されることが可能である。第２遊星段１００は、前述の遊星キャリア４に機械的に連結された第２遊星段リング１０３を具備している。第２遊星段リング１０３と前述の遊星キャリア４との間の連結は、それらが同じまたは異なった角速度となるように形成されることが可能である。第２遊星段１００は、第２遊星段遊星キャリア１０４、および第２遊星段第１遊星部１２１も具備している。この最後の第２遊星段第１遊星部１２１は第２遊星段遊星キャリア１０４、第２遊星段リング１０３、および太陽部１に連結されている。この第２遊星段１００を具備した変速機１０のそのような好適な実施形態を使用することにより、以下に説明されたようなＩＶＴを得ることが可能である。

第２遊星段１００に関して、等式１は以下のようになる。
（ω_０−ω_ｏｕｔ）／（ω_ｉ−ω_ｏｕｔ）＝Ｒ_ＳＲ_ＣＲ （等式５）
ここで、
ω_０＝ω_１ すなわち太陽部１の角速度、
ω_ｏｕｔ＝ω_１０４ すなわち第２遊星段遊星キャリア１０４の角速度、
ω_ｉ＝ω_１０３ すなわち第２遊星段リング１０３の角速度であり、図９に示された好適な実施例においては、すなわち第２遊星段リング１０３の角速度は、遊星キャリア４の角速度に等しい、
Ｒ_Ｓ＝ＺＺ_２／ＺＺ_１、
Ｒ_ＣＲ＝ＺＺ_３／ＺＺ´_２、である。
ＺＺ_２は、第２遊星段第１遊星部１２１の遊星−太陽歯車１２１１のプリミティブ直径であり、ＺＺ_１は、第２遊星段１００における太陽歯車１２０１のプリミティブ直径であり、ＺＺ_３は、第２遊星段のリング歯車１２０３のプリミティブ直径であり、ＺＺ´_２は、第２遊星段第１遊星部１２１の遊星−リング歯車１２１３のプリミティブ直径である。等式５の右辺には負の符号は無く、それは、第２遊星段リング１０３が、第２遊星段第１遊星部１２１の内部にあり、このことが、第２遊星段リング１０３の回転方向を逆転しているためである。

等式５は、以下のように書き換えられる。
ω_０−ω_ｏｕｔ＝Ｒ_ＳＲ_ＣＲ（ω_ｉ−ω_ｏｕｔ） （等式６）
⇔ω_ｏｕｔ＝（ω_０−ω_ｉＲ_ＳＲ_ＣＲ）／（１−Ｒ_ＳＲ_ＣＲ） （等式７）
等式４によって与えられたω０の式を使用することにより、以下の等式が得られる。
ω_ｏｕｔ＝｛ω_ｉ（１＋Ｒ_ＣＲ_Ｂ）−ω_ｉＲ_ＳＲ_ＣＲ｝／（１−Ｒ_ＳＲ_ＣＲ） （等式８）
⇔ω_ｏｕｔ＝ω_ｉ（１＋Ｒ_ＣＲ_Ｂ−Ｒ_ＳＲ_ＣＲ）／（１−Ｒ_ＳＲ_ＣＲ） （等式９）
これにより、第２遊星段１００を備えた変速機１０は、潜在的にゼロを含んだ大きい数値範囲の変速比ω_ｏｕｔ／ω_ｉを有することが可能である。特に、負の数値および正の数値の変速比を得ることが可能である。この大きい数値範囲は、Ｒ_Ｂ、Ｒ_Ｓ、Ｒ_ＣＲ、Ｒ_Ｃの比を調節することによって得られる。特に、Ｒ_Ｃを変化させることにより、分子および分母は同じまたは反対の符号となり得る。さらに、Ｒ_Ｃを変化させることにより、変速比ω_ｏｕｔ／ωｉは、正の数値および負の数値をまたいで連続的に変化可能である。したがって、図９の第２遊星段１００を備えた変速機１０はＩＶＴである。一例として、当業者は、Ｒ_Ｂ＝１、Ｒ_Ｓ＝Ｒ_ＣＲ＝＝５４／２０、ＲＣは４〜２０の間で変化、の数値を選択し得る。

等式９において、入力側として遊星キャリア４を、および出力側として第２遊星段遊星キャリア１０４を選択する。それでも、他の入力側および出力側は、第２遊星段１００を備えた変速機１０がＩＶＴであるように選択され得る。例えば、変速機１０が人口足関節とともに使用された場合、足首は第１段の遊星キャリア４に好適に接続され、モータは、第２遊星段１００の第２遊星段遊星キャリア４に好適に接続される。

異なった機構が、遊星部（２１；２２；２３；２４）に対してリング３を移動させるために使用され得る。例えば、リング３に連結された１つ以上のネジを使用することが可能であり、リングはネジに対して移動することが可能である。図１０は、３つのボールねじ７５を具備した好適な機構を示している。本発明の変速機１０は、リング３に連結されたそのような３つのボールネジ７５を好適に具備し、遊星部（２１：２２：２３：２４）に対するリング３の位置および並進移動を制御することが可能である。ボールネジ７５を使用することにより、高精度の位置決めが可能である。３つのボールネジを使用することにより、リング３の引っ掛かりの危険性が減少する。好適に、そのようなボールネジ７５は、好適に図１０に示されたようなベルト７７を使用して同期される。好適に、ボールネジ７５の１つは、遊星部（２１：２２：２３：２４）に対するリング３の位置を変化させるために、モータ（図１０では図示略）により起動されることが可能である。別の好適な実施形態においては、変速機は、例えばコントローラによって同期された３つのモータを具備している。

本発明は、本発明の実例および非限定的な構成の特別な実施形態の観点から記載された。より一般的には、本発明は、これまでに特別に示されたおよび／または記載された形態により限定されないことは、当業者によって理解されるだろう。請求項内の参照符号は、それらの保護範囲を限定するものではない。「具備する」、「含む」、または他の任意の変化およびそれら個々の活用の用語の使用は、それらの状態以外の要素の存在を排除するものではない。要素に先行した「１つの」、「１つの」、または「その」の冠詞の使用は、本発明の変速機１０の異なった要素は、固定的にまたは移動可能に選択されることが可能である。また、変速機１０の異なった要素は、出力側または入力側とすることが可能である。

本発明は、以下のようにも要約され得る。変速機１０は、太陽部１、遊星キャリア４、第１回転軸４１およびそれに非平行な第１側面３１を備えた第１遊星部２１、ならびにリング３を具備している。第１遊星部２１とリング３との間の一定変速比のための相対移動がある場合、第１遊星部２１とリング３との間の動力伝達の力Ｆは、平面５５を形成する。変速機１０は、リング３と第１遊星部２１との間の平面５５に直交した並進方向６５に沿った相対移動を可能にするための回転手段１５を具備し、第１側面３１とリング３との間の並進方向６５に沿った異なった連結点８に対応した、異なった変速比が得られる。

１ ・・・太陽部
３ ・・・リング
４ ・・・遊星キャリア
８ ・・・連結点
１０ ・・・連続可変遊星変速機
１５ ・・・回転手段
１６ ・・・ローラ軸
１７ ・・・押圧手段
２１ ・・・第１遊星部
２２ ・・・第２遊星部
２３ ・・・第３遊星部
２４ ・・・第４遊星部
３１ ・・・第１側面
４１ ・・・第１回転軸
５０ ・・・平面曲線
７５ ・・・ボールねじ
１００ ・・・第２遊星段
１０３ ・・・第２遊星段リング
１０４ ・・・第２遊星段遊星キャリア
１２１ ・・・第２遊星段第１遊星部
２０１、１２０１ ・・・太陽歯車
２０３、１２０３ ・・・リング歯車
２１１、１２１１ ・・・遊星−太陽歯車
２１３、１２１３ ・・・遊星−リング歯車
２０１１ ・・・出力側太陽歯車
２０１４ ・・・出力側遊星キャリア歯車

Claims (19)

1. 連続可変遊星変速機（１０）であって、
   − 太陽部（１）と、
   − 遊星キャリア（４）と、
   − 第１遊星部（２１）であって、該第１遊星部は、
   ○ 前記遊星キャリア（４）および前記太陽部（１）に機械的に連結され、
   ○ 第１回転軸（４１）を提供し、
   ○ 該第１回転軸（４１）とは非平行の第１側面（３１）を備えた、第１遊星部（２１）と、
   − 該第１遊星部（２１）を通じて前記太陽部（１）および前記遊星キャリア（４）に連結されたリング（３）と、を具備し、
   前記遊星キャリア（４）および前記第１遊星部（２１）は、前記遊星キャリアと前記第１遊星部との間の前記第１回転軸（４１）の周りの相対回転動作が可能であるように構成されており、
   前記連続可変遊星変速機（１０）は、該連続可変遊星変速機（１０）の一定変速比のための、前記第１遊星部（２１）と前記リング（３）との間の相対移動がある場合に、前記リング（３）と前記第１側面（３１）との間の連結点（８）が、平面（５５）内の平面曲線（５０）を辿ることが可能であるように構成された連続可変遊星変速機において、
   該連続可変遊星変速機（１０）は、前記リング（３）と前記第１遊星部（２１）との間の、前記平面（５５）に直交した並進方向（６５）に沿った並進移動を可能にするための回転手段（１５）を具備し、前記連続可変遊星変速機（１０）は、前記第１遊星部（２１）の第１側面（３１）と前記リング（３）との間の前記並進方向（６５）に沿った、異なった連結点（８）に対応した異なった変速比を提供することを特徴とする連続可変遊星変速機（１０）。
2. 前記第１遊星部（２１）は、平滑な第１側面（３１）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
3. 前記回転手段（１５）は複数のローラを具備し、各ローラは、前記並進方向（６５）に直交した回転軸（１６）の周りを回転することが可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
4. 前記ローラは空中ごまの形状を有することを特徴とする請求項３に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
5. 前記第１回転軸（４１）は、前記並進方向（６５）に対して４５°傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
6. 前記第１遊星部（２１）は直角円錐形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
7. 前記第１遊星部（２１）は直角円錐台形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
8. 前記直角円錐形状または前記直角円錐台形状は、９０°の開き角を有することを特徴とする請求項６または７に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
9. 前記第１遊星部（２１）と前記太陽部（１）との連結のために、かさ歯車機構を具備していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
10. 前記第１遊星部（２１）は、前記第１回転軸（４１）に平行な軸の周りに、当該軸に沿った並進の自由度を有して搭載されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
11. 前記第１遊星部（２１）を前記リング（３）に向かって押圧するための押圧手段（１７）を具備していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）であって、
    − 第２遊星部（２２）であって、
    ○ 前記遊星キャリア（４）および前記太陽部（１）に機械的に連結され、
    ○ 第２回転軸（４２）を提供し、
    ○ 該第２回転軸（４２）に非平行な第２側面（３２）を備えた、第２遊星部（２２）をさらに具備し、
    − 前記リング（３）は、前記第２遊星部（２２）を通じても前記太陽部（１）および前記遊星キャリア（４）に連結され、
    − 前記遊星キャリア（４）および前記第２遊星部（２２）は、前記遊星キャリアと前記第２遊星部との間の前記第２回転軸（４２）の周りの相対回転が可能であるように構成されており、
    − 前記連続可変遊星変速機（１０）は、該連続可変遊星変速機（１０）の一定変速比のための、前記第２遊星部（２２）と前記リング（３）との間の相対移動がある場合に、前記リング（３）と前記第２側面（３２）との間の連結点（８）が、平面（５５）内の平面曲線（５０）を辿ることが可能であるように構成されており、
    − 前記連続可変遊星変速機（１０）は、前記リング（３）と前記第２遊星部（２２）との間の、前記平面（５５）に直交した並進方向（６５）に沿った並進移動を可能にするための回転手段（１５）を具備し、前記連続可変遊星変速機（１０）は、前記第２遊星部（２２）の第２側面（３２）と前記リング（３）との間の、前記並進方向（６５）に沿った、異なった連結点（８）に対応した異なった変速比を提供することを特徴とする連続可変遊星変速機（１０）。
13. ４つの遊星部（２１；２２；２３；２４）を具備していることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
14. 前記回転手段（１５）は、６つのローラを具備していることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
15. 前記リング（３）は、前記並進方向（６５）に平行な対称軸（１３）を提供していることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）であって、該連続可変遊星変速機は第２遊星段（１００）を具備し、該第２遊星段は、
    − 太陽部（１）と、
    − 前記遊星キャリア（４）に機械的に連結された第２遊星段リング（１０３）と、
    − 第２遊星段遊星キャリア（１０４）と、
    − 該第２遊星段遊星キャリア（１０４）、前記第２遊星段リング（１０３）、および前記太陽部（１）に連結された第２遊星段第１遊星部（１２１）と、を具備していることを特徴とする連続可変遊星変速機（１０）。
17. 前記第２遊星段（１００）の太陽部は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）の前記太陽部（１）と同一であることを特徴とする請求項１６に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
18. 前記第２遊星段（１００）の太陽部は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）の前記太陽部（１）と異なっており、２つの前記太陽部は機械的に連結されていることを特徴とする請求項１６に記載の連続可変遊星変速機（１０）。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の連続可変遊星変速機（１０）を具備した人工器官。

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