JP2018533704A

JP2018533704A - 無限変速機を実現するためのギアシステム及びそのために用いられる方法

Info

Publication number: JP2018533704A
Application number: JP2018522508A
Authority: JP
Inventors: ヴェンカットギアーニアルドラ
Original assignee: Arudra Venkatt Gyani
Current assignee: Arudra Venkatt Gyani
Priority date: 2015-10-31
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-11-15
Also published as: CN108350989A; KR20180075564A; US20190056017A1; WO2017072713A1; EP3368791A4; EP3368791A1

Abstract

変速機システム内に回転入力を受け入れるための入力軸及び変速機システムから回転出力を伝達するための出力軸と、変速機に慣性抵抗力を印加するためのフライホイール構成要素とを備えた、無限変速機を実現するためのギアシステムであって、該フライホイールは、変速機システムに回転エネルギーを保存して安定化し、高度ギア減速機講が１つ以上の遊星ギアのアセンブリによって達成され、該フライホイールは、入力軸と出力軸との間の角速度の差異が増加するにつれて加速し、該高度ギア減速機講は、等式（ａ）Ｚ＝（ｎ＋ａ）Ｒ−（ｎ）Ｘに基づいており、式中、Ｚはフライホイールの角速度であり、Ｘは入力軸の角速度であり、Ｒは出力軸の角速度であり、ｎ及びａは整数定数であり、ここで、ａ＜＜ｎ又はａ＜ｎである。ギア比は０から１まで可変であり、別のギアを出力軸と噛合させることによってオーバードライブギア比を達成することができる。

Description

本開示は、概して、変速機システムの分野に関する。より詳細には、本開示は、変速機システム、及び、無限変速機を実現するための方法に関する。

現代のマニュアル変速機は、ギア比の変動が制限されており、またこれらは、ギア間でシフトを行うための手動のクラッチ機構に依存しており、これは、とりわけ速度が常に変化させられる場合に、効率及び運転快適性の両方に影響を及ぼす。無段変速機の現在の設計はすべて、摩擦に基づくものであり、それらが担持可能な負荷は、無段変速機の可動部分間の摩擦力に応じて決まり、それによって、それらの使用が軽負荷用途に制限される。自動変速機は、ギア比を係合及び係合解除するために、クラッチ及びバンド機構と併せてコンピュータの補助を必要とし、ギア比が無段変速する場合に、それらを複雑かつ不十分にしてしまう。

上記論述の観点から、上述の欠点を改善または克服するであろうシステム及び方法が必要とされている。

クラッチ機構の使用を排除又は軽減し、負荷制限を改善することによる、上記問題に対処するシステム及び方法が提供される。理想的には、この変速機の負荷制限は、ギア歯部の引張強度によってのみ、制限される。変速機は、入力トルクと車速の組合せに応じて適応し、最良のギア比を選択し、それによって、無限変速ギア比でスループットを最大化する。この無限変速機は、他の変速機技術と比較して設計の複雑性及び生産コストの問題に対処するものである。

読み手に基本的な理解をもたらすために、以下に本開示の簡単な概要を提示する。この概要は、本開示の広範な概観ではなく、また、本発明のキーとなる／重要な要素を特定するものでも、本発明の範囲を描出するものでもない。その唯一の目的は、以後に提示される、より詳細な説明への序文として、簡略化した形態で、本明細書に開示される幾つかの概念を提示することである。

本開示の例示的な実施形態は、無限変速機を実現するためのシステム及び方法を対象とする。

本開示の１つの例示的な態様によれば、本システムは、変速機システム内に回転入力を受け入れるための入力軸を含む。

本開示の１つの例示的な態様によれば、本システムは、変速機システムから回転出力を伝達するための出力軸を含む。

本開示の１つの例示的な態様によれば、本システムは、変速機に慣性力を印加するためのフライホイール構成要素を含み、該フライホイールは、変速機システムに回転エネルギーを保存し、かつその回転エネルギーを安定化する。

本開示の１つの例示的な態様によれば、本変速機システムは、高度ギア減速機講を必要とし、ここで、フライホイールは、出力軸が回転していないときに、入力軸に対して高速で回転し、同様に、フライホイールは、入力軸が回転していないときに、出力軸に対して高速で回転する。ここで、入力軸と出力軸との角速度の差異により、フライホイールに高い角加速度が生じる。高度ギア減速機講は、ギア比の等式（ａ）Ｚ＝（ｎ＋ａ）Ｒ−（ｎ）Ｘに基づいており、式中、Ｚはフライホイールの角速度であり、Ｘは入力軸の角速度であり、Ｒは出力軸の角速度であり、「ｎ」及び「ａ」は整数定数であり、ここで、ａ＜＜ｎ又はａ＜ｎである。高度ギア減速機講は、１つ以上の遊星ギアのアセンブリによって実現される。

本発明の他の目的及び利点は、同様の参照番号が同様の要素の指定に用いられる添付の図面と併せて、好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読んだときに、当業者に明らかになるであろう。

本開示の例示的な実施形態に従う、高度ギア減速機講及びフライホイールを使用して無限変速機を実現する方法を示す流れ図本開示の例示的な実施形態に従う、遊星ギアのアセンブリによって達成される無限変速機システムの１つの例示的な実施形態を示す図本開示の例示的な実施形態に従う、遊星ギアのアセンブリによって達成される無限変速機システムの１つの例示的な実施形態を示す図本開示の例示的な実施形態に従う、遊星ギアのアセンブリによって達成される無限変速機システムの１つの例示的な実施形態を示す図

本開示は、その適用において、以下の説明に記載される又は図面に示される、構造の詳細及び構成要素の配置に限定されないことが理解されるべきである。本開示は、他の実施形態も可能であり、さまざまな方法で実践又は実施することができる。また、本明細書で用いられる言い回し及び用語は、説明の目的であって、限定とみなされるべきではないこともまた理解されるべきである。

本明細書における「含む（including, comprising）」又は「有する」及びそれらの変形の使用は、その後に列挙される項目及びその等価物、並びに追加的な項目を包含することが意図されている。本明細書における用語「ａ」及び「ａｎ」（「１つの」等）は、数量の限定を意味するのではなく、参照される項目の少なくとも１つの存在を意味する。さらには、用語「第１」、「第２」、及び「第３」などの使用は、本明細書では、順序、数量、又は重要度を意味するのではなく、一の要素を別の要素と区別するために用いられる。

本開示の非限定的な例示的実施形態によれば、本システムは、一定の回転エネルギーのためのフライホイール、原動機から回転入力を受け入れるための入力軸、及び変速機から出力パワーを送給するための出力軸を備えている。本システムは、さらに、入力軸、出力軸、及びフライホイールを接続する高度ギア減速機講も備えている。高度ギア減速機講は、フライホイールと出力軸との間のトルクの行き来のバランスを迅速に調整する。これは、１つ以上の遊星ギアを使用して実現可能であり、ここで、ギア比は、等式（ａ）Ｚ＝（ｎ＋ａ）Ｒ−（ｎ）Ｘに基づいており、式中、Ｚはフライホイールの角速度であり、Ｒは出力軸の角速度であり、Ｘは入力軸の角速度であり、ａ及びｎは、ａ＜ｎ又はａ＜＜ｎを条件とする整数定数である。

図１を参照すると、本開示の例示的な実施形態に従う、遊星ギアを使用して無限変速機システムを実現する方法を示す流れ図が示されている。本方法は、システムが、無限変速機を実現するために高度ギア減速機講及びフライホイールを要求するステップ１０２から開始し、ここで、該フライホイールは、出力軸が回転していないときに、入力軸に対して高速で回転し、同様に、フライホイールは、入力軸が回転していないときに、出力軸に対して高速で回転する。本方法は、ギア比の一般化した等式（ａ）Ｚ＝（ｎ＋ａ）Ｒ−（ｎ）Ｘ［式中、Ｚはフライホイールの角速度であり、Ｘは入力軸の角速度であり、Ｒは出力軸の角速度であり、「ｎ」及び「ａ」は整数定数であり、ここで、ａ＜＜ｎ又はａ＜ｎである］に基づいた、高度ギア減速機講を提供することによって、次のステップ１０４へと続く。本方法は、ギア比の一般化した等式にａ及びｎ値を代入することによって、次のステップ１０６へと続く。結果的に得られる等式は、遊星ギアの等式の組によって導き出すことができ、遊星ギアのそれぞれのアセンブリが得られる。

本開示の非限定的な例示的実施形態によれば、高度ギア減速比の等式は、ギア比の一般化した等式に整数定数を代入することによって得ることができる。ギア比の一般化した等式は、
（ａ）Ｚ＝（ｎ＋ａ）Ｒ−（ｎ）Ｘ
であり、式中、
Ｚは、フライホイールの角速度であり、
Ｘは、入力軸の角速度であり、
Ｒは、出力軸の角速度であり、
ｎ、ａは、整数定数（ａ＜＜ｎ又はａ＜ｎ）である。
遊星ギアのアセンブリは、ａ及びｎ値を代入後に、結果的に得られる高度ギア減速比の等式に基づいて導くことができる。

実施例１：ギア比の一般化した等式：（ａ）Ｚ＝（ｎ＋ａ）Ｒ−（ｎ）Ｘにｎ＝４８、ａ＝１を代入。結果的に得られるギア比の等式は、
Ｚ＝４９Ｒ−４８Ｘ
である。この等式は、ギア比の等式：
２Ｚ＋Ｙ＝３Ｘ第１の遊星
３Ｚ＋Ｐ＝４Ｒ、Ｐ＋Ｑ＝２Ｒ第２の遊星
１６Ｙ＋１１Ｑ＝２７Ｒ第３の遊星
を有する３つの遊星ギアのアセンブリによって達成することができ、
式中、
Ｘは、第１の遊星ギアのキャリアギア（入力軸）の角速度であり、
Ｙは、第１及び第３の遊星ギアの太陽ギアの角速度であり、
Ｑは、第２及び第３の遊星におけるその軸中心の周りのプラネットギアの角速度であり
Ｒは、第２及び第３の遊星の共通のキャリア（出力軸）の角速度であり、
Ｐは、第２の遊星の太陽ギアの角速度であり、
Ｚは、第１及び第２の遊星の共通のリングギア（フライホイール）の角速度である。

実施例２：等式：（ａ）Ｚ＝（ｎ＋ａ）Ｒ−（ｎ）Ｘにｎ＝２０、ａ＝１を代入すると、ギア比の等式
Ｚ＝２１Ｒ−２０Ｘ
が得られる。この高度ギア減速比は、異なる数のギア歯部を有する２つのリングギアを有する遊星ギアによって達成されうる。それぞれの遊星ギア比の等式は、
２Ｙ＋３Ｑ＝５Ｘ
３Ｒ＋Ｚ＝４Ｑ
Ｚ＋Ｙ＝２Ｑ
であり、式中、
Ｘは、第２のリングギア（入力軸）の角速度であり、
Ｙは、自軸の周りのプラネットギアの角速度であり、
Ｑは、プラネットを接続するキャリアギアの角速度であり、
Ｒは、第１のリングギア（出力軸）の角速度であり、
Ｚは、太陽ギア（フライホイール）の角速度である。

図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃを参照すると、本開示の例示的な実施形態に従う無限変速機の例を示す図２００ａ、２００ｂ及び２００ｃが示されており、例となるシステムは、三組の遊星ギア及びそれに続くギア比の等式２Ｚ＋Ｙ＝３Ｘ、３Ｚ＋Ｐ＝４Ｒ、Ｐ＋Ｑ＝２Ｒ、１６Ｙ＋１１Ｑ＝２７Ｒによって達成される、ギア比の等式Ｚ＝４９Ｒ−４８Ｘを有する高度ギア減速機講を含む。第１の遊星ギア比の等式は２Ｚ＋Ｙ＝３Ｘであり、第２の遊星ギア比の等式は３Ｚ＋Ｐ＝４Ｒ及びＰ＋Ｑ＝２Ｒであり、第３の遊星ギア比の等式は１６Ｙ＋１１Ｑ＝２７Ｒである。式中、入力軸Ｘは、第１の遊星ギアのプラネットギア２０２ａを接続するキャリア２０６であり；フライホイールＺは、第１の遊星ギアと第２の遊星ギアとの共通のリングギア２１２であり；Ｙは、シャフト２１０を通じて第３の遊星ギアの太陽ギア２０４ｃに接続される第１の遊星ギアの太陽ギア２０４ａであり；Ｐは、第２の遊星ギアの太陽ギア２０４ｂであり；出力軸Ｒは、第２の遊星ギアのプラネットギア２０２ｂと第３の遊星ギアのプラネットギア２０２ｃとを接続する共通のキャリア２０８に接続されており；Ｑは、接続されている軸中心周りのプラネットギア２０２ｂ及び２０２ｃの回転である。

本開示の非限定的な例示的実施形態によれば、本システムは、変速機に慣性力を印加するフライホイール構成要素を含む。フライホイール構成要素は、無限変速機内に回転エネルギーを保存し、かつその回転エネルギーを安定化する。加速するフライホイールは、出力軸に作用するトルクを増加させ、減速するフライホイールは、より高い、出力軸の入力軸に対するギア比を与え、フライホイールは、低いｒｐｍ及び高いトルクから高いｒｐｍ及び低いトルクまでギア比を変動させる出力軸の速度に適合して、常に最良のギア比を与える。このフライホイールギアは、ピッチングやローリングの影響を無効にするために、反対方向に回転する同じ大きさの別のフライホイールギアと噛合させることができる。

本開示の非限定的な例示的実施形態によれば、従来のマニュアル変速機において、第１のギアにおけるおおよそのギア比（ドライブシャフトＲＰＭ／エンジンＲＰＭ）は０．３４であり、第２のギアは０．５であり、第３のギアは０．７５であり、第４のギアは１であり、第５のギアは１．１５であり、第６のギアは１．３６である。おおよその標準車軸比（ドライブシャフトＲＰＭ／ホイールＲＰＭ）は３．４であり、したがって、ホイールは、ドライブシャフトが３．４回転するごとに１回転する。結果的に得られるおおよそのギア比（ホイールＲＰＭ／エンジンＲＰＭ）は、第１のギアにおける０．１から第６のギアにおける０．４の範囲に亘る。よって、エンジンの回転ごとに、ホイールの回転は０．１から０．４まで変動する。この無限変速機は出力軸の入力軸に対するギア比が０から１の間で変動することから、ドライブシャフトから車軸へのギア減速が存在しない場合（これは、車軸比が１の場合である）には、変速機内においてオーバードライブギアを係合することは必要ではない。ドライブシャフトから車軸へのギア減速が存在する場合には、別の低半径ギアを出力軸ギアと噛合させることによって、オーバードライブギア比を達成することができる。

本開示を、ある特定の好ましい実施形態及びそれらの例証に関して説明してきたが、本発明の原理及び精神の範囲内において、他の実施形態及び好ましい実施形態に対する修正が可能でありうる。したがって、上述の説明及び図面は、例示的であって限定的ではないとみなされるべきである。

よって、本開示の範囲は添付の特許請求の範囲によって定められ、また、前述の説明を読んだときに当業者に想起されるであろう上述のさまざまな特徴並びにそれらの変形及び修正の組合せ及び部分組合せの両方を含む。

２００ａ，２００ｂ，２００ｃ無限変速機の例を示す図
２０２ａ第１の遊星ギアのプラネットギア
２０２ｂ第２の遊星ギアのプラネットギア
２０２ｃ第３の遊星ギアのプラネットギア
２０４ａ第１の遊星ギアの太陽ギア
２０４ｂ第２の遊星ギアの太陽ギア
２０４ｃ第３の遊星ギアの太陽ギア
２０６キャリア
２０８共通のキャリア
２１０シャフト
２１２リングギア

Claims

無限変速機を実現するためのギアシステムであって、
変速機システム内に回転入力を受け入れるための入力軸、
前記変速機システムから回転出力を伝達するための出力軸、
前記変速機に慣性抵抗力を印加するフライホイール構成要素であって、前記変速機システム内に回転エネルギーを保存し、かつ該回転エネルギーを安定化する、フライホイール構成要素、及び
高度ギア減速機講であって、前記フライホイールが、出力軸が回転していないときに、前記入力軸に対して高速で回転し、同様に、前記フライホイールが、入力軸が回転していないときに、前記出力軸に対して高速で回転し、かつ、前記高度ギア減速機講が、１つ以上の遊星ギアのアセンブリによって達成され、前記高度ギア減速機講が、等式：
（ａ）Ｚ＝（ｎ＋ａ）Ｒ−（ｎ）Ｘ
に基づいており、式中、
Ｚはフライホイールの角速度であり、
Ｘは入力軸の角速度であり、
Ｒは出力軸の角速度であり、
ｎ及びａは整数定数であり、ここで、ａ＜＜ｎ又はａ＜ｎである、
高度ギア減速機講
を含む、ギアシステム。
無限変速機システムを実現するために、フライホイールと高度ギア減速機講とを要求するステップであって、前記フライホイールが、出力軸が回転していないときに、入力軸に対して高速で回転し、同様に、前記フライホイールが、前記入力軸が回転していないときに、前記出力軸に対して高速で回転するものである、ステップ、
ギア比の等式：
（ａ）Ｚ＝（ｎ＋ａ）Ｒ−（ｎ）Ｘ
に基づいて前記高度ギア減速機講を提供するステップであって、式中、Ｚはフライホイールの角速度であり、Ｘは入力軸の角速度であり、Ｒは出力軸の角速度であり、「ｎ」及び「ａ」は整数定数であり、ここで、ａ＜＜ｎ又はａ＜ｎである、ステップ、及び
遊星ギア比の等式の組によって達成することができる高度ギア減速の等式にａ及びｎ値の結果を代入するステップであって、それぞれの高度ギア減速機講が、それぞれの遊星ギアのアセンブリによって達成することができ、該アセンブリされたシステムを得ることができる、ステップ
を含む、方法。