JP2023510575A - 二重差動減速機の超高減速変速機 - Google Patents

Abstract

筐体（１８）と、第１の入力軸（ＩA1）の周りを回転可能な少なくとも第１の入力（２０）と、第１の出力軸（ＯA１）の周りを回転可能な少なくとも第１の出力（２６）と、を有する変速機。変速機は、第１の入力に接続され、かつ第１の入力によって駆動可能な第１の外側ギア（１４）、第１の内遊星ギア（１１）および第１の外遊星ギア（１５）を備える第１の遊星ギアセットをさらに含み、内遊星ギアおよび外遊星ギアは、互いに堅固に接続され、かつ互いと軸方向に整列している。第１の遊星ギアセットは、第１の外側ギアを介して回転可能（２２、２４）であり、第１の出力軸の周りも回転可能（２３）である。変速機は、第１の外遊星ギアと噛み合う第２の外側ギア（１６）と、第１の出力に接続され、かつ第１の内遊星ギアを介して第１の出力軸の周りを回転可能な第２の内側ギア（１２）と、をさらに含む。

Description

本発明は、高減速変速機、具体的には二重差動減速機の高減速変速機を対象とする。

高低減変速機の基本的な機能は、例えば車両の車輪またはヘリコプターの回転子を推進するために、高入力ＲＰＭを低ＲＰＭに低減することである。このような変速機の出力ＲＰＭは、通常、０～１，０００ＲＰＭの範囲である。例えば、原動機が電気モータまたはジェットエンジンである場合、入力ＲＰＭは２０，０００ＲＰＭ以上になり得る。

高減速を実現することができる最先端の変速機は、以下を含む。
１．円筒形状のギアを採用する多段変速機
２．１段における比率が２０のベベルウォームギア減速機
３．章動ベベルギアを備えたペリサイクリック変速機
４．サイクロイド変速機

円筒形状のギアを備える多段変速機は、軸受およびギアを備える多数のシャフトを必要とする。減速比が２０の場合、少なくとも４段が必要とされる。４つの減速段は、４つのシャフト、８つの軸受、および４つのギアメッシュを必要とする。１つの単一段の効率が９９．４％（０．９９４⁴＝０．９７６）の場合、４つのギアメッシュのみを観察すると、９７．６％の全体の効率を示す。４段の円筒形状の変速機は、かなり大きい変速機筐体エンベロープを必要とする。

ベベルウォームギア駆動装置は、例えば、高減速ハイポイド（ＨＲＨ）または超減速ハイポイド（ＳＲＨ）と呼ばれ得る。ウォーム形状のピニオンは、たいてい１～５歯を有し、リングギアは典型的に２７～７５歯を有する。達成可能な最大比率は７５の範囲である。約１５を超える比率は、低下したバックドライブ能力を有する。バックドライブ能力を有さないギアセットはセルフロック式である。セルフロック式ギアセットは、車両の駆動列またはヘリコプターの主回転子駆動装置では使用され得ない。ベベルウォームギア駆動装置は、面幅方向の大型の部品によって、高い滑り速度も作り出す。例えば、５つの歯を備えるＳＲＨピニオンは、６０歯のリングギアと噛み合うと、１０，０００ＲＰＭ（変速機入力速度に等しい）のピニオン速度で側面間での６１７ｍ／分の相対滑りを作り出す。これは、１２５ＭＰＨ（ピニオン速度＝４，０００ＲＰＭ）をより速く運転しているときに、スポーツカーのハイポイドアクスル駆動で予想される最大の滑りよりも高い。この例は、変速入力を２倍にすることは、効率を低下させるだけでなく、表面の損傷や早期故障のリスクも有することを説明する。

ペリサイクリック変速機（例えば、ＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０５９８１０）は、高い相対表面滑りを生成することなく、約２０～１００の範囲での非常に高い減速を実現することができる。２つのベベルギア間のシャフト角度が１８０°に近づくと、相対滑り速度は０に低下する。最も一般的なペリサイクリック変速機における１６０°より高いシャフト角度のため、入力速度が２０，０００ＲＰＭ以上であっても、相対滑り速度は重大ではない。ペリサイクリック変速機の欠点は、章動部材の角度が付けられた軸受シート、および角度が付けられたシートで軸受に加えられる非常に大きい力である。ペリサイクリック変速機で可能性がある別の問題の原因は、章動部材が生成する軸方向の質量力である。高速ペリサイクリック変速機は、偶数の章動部材の鏡像配置、ならびにギアの正確なタイミング、および正確な均衡調整を必要とする。

サイクロイド変速機は、ペリサイクリック変速機の二次元アナログである。偏心入力シャフトの１回転は、出力シャフトを１～２歯ピッチだけ回転させる。サイクロイド変速機の半径方向の質量力は、２つ目のサイクロイドディスクの並べられた配置によって補正され得ない。その結果、高減速サイクロイド変速機は、非常に低速の出力速度で低速入力速度が減速された場合にのみ使用される。

１０～１００の高い比率が達成されるべきである場合、設計者は、遊星減速機と組み合わされることが多い多段円筒形変速機を好み得る。多段変速機は当技術分野でよく知られており、適度な電力密度を供給する。

部品の製造が容易であり、および動作条件が予測可能なコンパクトな高減速変速機を作成する必要が依然としてある。好ましくは、変速機の個々の関与する部分が、それ自体、それぞれ標準的な機械設計部品として知られている場合、耐久性および耐久寿命の予測は、例えば、Ａｍｅｒｉｃａｎ ＧｅａｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＡＧＭＡ）、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ（ＩＳＯ）、および／またはその他の国内規格などの規格によって提供される計算アルゴリズムを適用することによって強化される。これらのアルゴリズムは、何万もの疲労寿命試験、ならびに何十年にもわたって評価されてきた多くの適用係数に依存する。安全工学において、そのような実証済みのアルゴリズムおよび適用係数は、開発者にとって貴重なツールである。

本発明は、少なくとも第１の入力が第１の入力軸の周りを回転可能であり、少なくとも第１の出力が第１の出力軸の周りを回転可能である、筐体を備える変速機を対象とする。変速機はさらに、ベベルギアであり、第１の入力に接続され、第１の入力によって駆動可能な第１の外側ギアを備える。

変速機はさらに、第１の内遊星ギアおよび第１の外遊星ギアを備える第１の遊星ギアセットを備え、第１の内遊星ギアおよび第１の外遊星ギアは各々がベベルギアであり、第１の内遊星ギアは第１の外遊星ギアに堅固に接続され、かつ、第１の外遊星ギアと軸方向に整列している。第１の遊星ギアセットは、第１の外側ギアを介して回転可能である。第１の内遊星ギアは、第１の遊星ギア軸の周りを回転可能であり、および第１の外遊星ギアは、第１の遊星ギア軸の周りを回転可能であり、それにより、第１の遊星ギアセットが第１の遊星ギア軸の周りを回転可能である。さらに、第１の遊星ギアセットもまた、第１の出力軸の周りを回転可能である。

本発明の変速機は、ベベルギアであり、および第１の外遊星ギアと噛み合っている第２の外側ギアと、ベベルギアであり、第２の内側ギアが第１の出力軸の周りを回動可能である、第２の内側ギアが第１の内遊星ギアを介して回転可能である、第１の出力に接続されている第２の内側ギアと、をさらに含む。

本発明の変速機では、第１の入力の所定の回転速度について、第１の出力軸の周りの第１の遊星ギアセットの回転は、第２の内側ギアの第１の回転差動成分をもたらし、第１の遊星ギア軸の周りの第１の遊星ギアセットの回転は、第２の内側ギアの第２の回転差動成分をもたらし、第１の回転差動成分および第２の回転差動成分は、所定の入力回転速度よりも低い第２の内側ギア速度および第１の出力回転速度を生じさせる。

自動車の差動装置の例を示す。 二重差動変速機を例証する。 ２つの入力を備える拡張された二重差動装置を示す。 ２つの出力シャフト間に追加の差動機能を備える二重差動装置を示す。

本明細書で使用される「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、および「本発明（ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本明細書の主題のすべて、および以下の任意の特許請求の範囲を広く指すことを意図するものである。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載された主題を限定するもの、または以下のいかなる特許請求の範囲の意味もしくは範囲も限定するものと理解されるべきではない。さらに、本明細書は、本出願のいかなる特定部分、段落、記述、または図面においても、いかなる特許請求の範囲によってカバーされる主題を説明または限定しようと努めるものではない。本主題は、本明細書全体、すべての図面、および以下のいずれの特許請求の範囲を参照することによって理解されるはずである。本発明は、他の構成が可能であり、様々な方式で実践されるか、または実行されることが可能である。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであり、限定的であるとみなされるべきではないことが理解される。

ここで、本発明の詳細を、単に例として、本発明を図示する添付図面を参照して考察する。図面において、類似の特徴または構成要素は、同様の参照番号によって言及される。特定の態様または要素のサイズおよび相対的なサイズは、明確にするため、または詳細な説明目的のために誇張され得る。本発明をより良く理解し、かつ見やすくするため、ドア、ケーシング、筐体、内側または外側の防護物などは、図面から省略される場合がある。

本明細書での「含む」、「有する」、および「備える」、ならびにこれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその等価物、ならびに追加の項目をも包含することを意味する。方法またはプロセスの要素を識別するための文字または数字の使用は、単に識別のためのものであり、要素が特定の順序で実行されるべきであることを示すことを意味するわけではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上、特に別様に明示されない限り、複数形も同様に含むことが意図され、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、１つ以上の関連する列挙された項目の任意の、およびすべての組み合わせを含む。

以下で、図面を説明する際、上部、下部、上方、下方、後方、底部、頂部、前、後などの方向に言及する場合があるが、これらは、便宜上、図面に対して（通常、見られるように）言及される。これらの方向は、文字通りに解釈されること、またはいかなる形でも本発明を限定することを意図しない。加えて、「第１の」、「第２の」、「第３の」などの用語は、説明の目的で本明細書に使用されており、明示的に述べられない限り、重要性もしくは意義を示すか、または暗示することを意図するものではない。

差動装置は、二次元の遊星減速機を三次元に拡張したものとみなされ得る。遊星ギアでは、例えば内ギアをサンギアに接続することによって、または内ギアを筐体に接続することによって、特定の比率を達成することができる。

一般に、標準的な差動装置は入力エンジントルクを２つの方式で分割し、差動装置の各出力が異なる速度で回転することを許容する。標準的な差動装置の機能は、自動車で使用されているような作動ユニットの二次元図を示す図１を参照して説明され得る。入力回転は、最終駆動ギア１からキャリア８を介して２つの遊星ギア（即ち、遊星）２および３に伝達される。遊星２および３は、各々が出力シャフト６および７に接続されたサイドギア４および５に回転を伝達する。出力軸６および７が車両の駆動輪に接続される場合、直進および等しい両輪の牽引力の場合、ω_out1とω_out2は互いに等しく、および入力速度ω_inに等しい。

カーブを走行する場合、（例えばシャフト６に接続された）カーブの外側に向かう車輪は、（例えばシャフト７に接続された）カーブの内側に向かう車輪よりも長い距離を走行しなければならない。カーブを走行する場合における車輪の滑りを防ぐために、カーブの外側に向かう車輪はより速く回転し、カーブの内側に向かう車輪はより遅く回転しなければならない。差動装置はこの要件に自動的に対応する。一定の駆動速度ω_inでは、シャフト７はシャフト６と同じ牽引トルクを維持しながらω_inで回転することはできず、より低い速度ω_out2＝ω_in－Δωを必要とする。次に、シャフト７と同じ牽引トルクを維持するために、シャフト６はより高い速度ω_out1＝ω_in＋Δωを必要とする。遊星２および３は、シャフト６と７の間のトルク平衡を維持するために、プラスマイナスΔωで自動的に回転を開始する。差動変速機は、遊星変速機の三次元版とみなされる。

自動車の最も一般的な用途では、サイドギア４および５は、出力シャフト６および７を介して駆動輪に接続される。車両が直進しているときに両方の駆動輪が同じ牽引力を有する場合、および両方の車輪が同じ直径を有する場合、４つのギア２、３、４および５（Δω＝０）の間に相対運動はなく、ならびに、入力回転ω_inが２つの出力シャフト６および７に対して１の比率で送信される（ω_out1＝ω_out2＝ω_in）。カーブを走行する場合、（例えばシャフト６に接続された）カーブの外側に向かう車輪は、（例えばシャフト７に接続された）カーブの内側に向かう車輪よりも長い距離を走行しなければならない。差動装置は、遊星の回転によってこの要件を可能にする（この例では、ギア２は＋Δωで回転し、ギア３は－Δωで回転する）。このような回転の結果、カーブの外側に向かう車輪の出力速度はω＋Δωになり、カーブの内側に向かう車輪の出力速度はω－Δωになり、これは、車速（ωに相当）を維持し、車輪の滑り、または牽引力の損失を伴わずにカーブ走行条件に対応する。
式中、
ω・・・キャリア入力速度
Δω・・・サイドギアのデルタ回転

４つの差動ギアすべての歯数が同一である場合、遊星の回転は正確にΔωである（例えば、上部は時計回り（ＣＷ）方向に回転し、下部は反時計回り（ＣＣＷ）方向に回転する）。

高出力密度の低、中、高減速変速機の独創的な解決策は、図２に示される二重差動装置である。二重差動変速機は対称であり、高出力密度を有する。二重差動変速機は、好ましくは、第１の内遊星ギア１１、第２の内遊星ギア１３、第１の内側ギア１０、第２の内側ギア１２、第１の外遊星ギア１５、第２の外遊星ギア１７、第１の外側ギア１４、および第２の外側ギア１６を含む８つのギアの対称配向を有し、すべてのギアは、各々が、ナットが固定され得るねじ端部分を有する、直径方向に対向する支柱３６が取り付けられた中央スリーブを含むキャリア１９の周りに位置する。シャフト２０からギア１４への（軸Ｉ_A1を中心とする）入力回転φ₁は、ギア１５および１７をそれぞれの支柱３６の周りでφ₃および－φ₃だけ回転させる。ギア１６は（例えば、図に示されるようにピン３５を介して）筐体１８に回転不可能に接続されているため、（軸Ｓ_A1を中心とする）回転φ₃および（軸Ｓ_A2を中心とする）回転－φ₃は、ギアの歯数比ｚ₂／ｚ₁に応じた回転の大きさでキャリア１９の回転－φ₂（２３）を作動させる。図２（および図３）の実施形態では、第１の内側ギア１０は選択的であるが、均衡および／または安定性の目的で含まれ得る。

第１の内遊星ギア１１は、スプライン接続を介してなど、第１の外遊星ギア１５に堅固に接続され、第２の内遊星ギア１３は、スプライン接続を介してなど、第２の外遊星ギア１７に堅固に接続される。１１と１５の間、ならびに１３と１７の間の接続は、キャリア１９の回転を、第１の回転成分（第１の差動）として、出力ギアとして機能する第２の内側ギア１２に直接伝達する。回転φ₃および－φ₃（軸Ｓ_A1の周りの回転２２および軸Ｓ_A2の周りの回転２４）もまた、第２の内側ギア１２への第２の回転成分（第２の差動）を表すギア１１および１３に伝達される。この２回目の回転の大きさは、ギアの歯数比ｚ₃／ｚ₄に依存する。８つのギアすべての歯数が等しい場合、比率は無限大であり、これは、入力回転２１の結果として、（軸Ｏ_A1を中心に回転可能な）出力シャフト２６が回転しない（回転２５＝φ₄＝０）ことを意味する。例えば、歯数ｚ₂が他のすべての歯数ｚ₁、ｚ₃、ｚ₄と１つの歯だけ異なる場合、全体の伝達比φ₁／φ₄は非常に高くなる。好ましくは、軸Ｓ_A1およびＳ_A2は一致している（即ち、Ｓ_A1＝Ｓ_A2）。

シャフト２０からの入力回転２１は、ギア１５および１７に伝達され、ギア１５の回転２２、およびギア１７の回転２４を引き起こす。ギア１５および１７は両方ともギア１６と噛み合う。ギア１６は筐体１８に堅固に接続される。ギア１６が回転することができないという事実は、キャリア１９の回転２３を引き起こす。ギア１５および１１、ならびにギア１７および１３は、互いに回転的に拘束される。キャリア回転２３は、第１の回転成分（第１の差動）を第２の内側ギア１２に与える。回転２２および２４は、第２の回転成分（第２の差動）を第２の内側ギア１２に追加する。関連する８つのベベルギアすべてが同じ数の歯を有する場合、出力回転２５は０になる。この説明は、例えば、キャリア１９の９０°回転φ₂は、ギア１５および１７を２２および２４の方向に９０°回転させるということである。したがって、出力ギア１２は、キャリアから９０°回転φ₂を受け取り、ギア１１および１３から（反対方向への）９０°回転φ₃を受け取り、その結果、入力回転２１から独立して回転しない。この実施形態は実用的な利益はないように思われるが、この例は、二重差動伝達の機能を実証するために使用される。この例では、比率はφ₁／φ₄＝∞である。

個々の歯数を使用して比率の式を導出すると、ギアの歯数を１４／１６に対して１５／１７および１０／１２に対して１１／１３の変化により、様々な可能な比率が結果として得られる。

または、

プラグ（２）を（４）に

または、

プラグ（６）を（３）に

プラグ（６）を（２）に

プラグ（８）を（７）に

再配置

式中、
ｚ₁・・・ギア１４およびギア１６の歯数
ｚ₂・・・ギア１５およびギア１７の歯数
ｚ₃・・・ギア１０およびギア１２の歯数
ｚ₄・・・ギア１１およびギア１３の歯数
φ₁・・・回転角ギア１４
φ₂・・・回転角キャリア１９
φ₃・・・回転角ギア１５（およびギア１７が負のφ₃方向である場合）
φ₄・・・回転角ギア１２（および出力シャフト２６）
Ｒ・・・入力速度を出力速度で割った比率

次の４つの例では、変速機のサイズを大幅に変更することなく、二重差動装置で実現され得る非常に高い範囲の比率を実証するために、様々な数の歯の組み合わせが使用される。

例１：
ｚ₁＝４０；ｚ₂＝３９；ｚ₃＝４０；ｚ₄＝４０；比率Ｒ＝－７８．０００

例２：
ｚ₁＝４０；ｚ₂＝４１；ｚ₃＝４０；ｚ₄＝４０；比率Ｒ＝８２．０００

例３：
ｚ₁＝４５；ｚ₂＝５０；ｚ₃＝４０；ｚ₄＝４０；比率Ｒ＝２０．０００

例４：
ｚ₁＝３０；ｚ₂＝５０；ｚ₃＝４０；ｚ₄＝４０；比率Ｒ＝５．０００

２つの入力シャフトを備えた拡張された二重差動装置の２次元図からなる二重差動変速機の機能の拡張が図３に示される。図２と比較すると、図３ではギア３０、３１およびシャフト３２が追加されている。拡張された配置では、第２の外側ギア１６は、筐体１８によって回転的に拘束されないが、ギア１６は、ここで、第１の円筒形状のギア３０に接続され、第１の円筒形状のギア３０は、筐体１８に対して回転可能に配置され、入力軸Ｉ_A2の周りを回転可能な第２の入力シャフト３２に接続された第２の円筒ギア３１（即ち、ピニオン）と噛み合う。この第２の入力の可能性は、２つの異なる原動機、例えば、異なる速度およびトルクの特性を有する電気モータとの様々な入力速度の組み合わせを許容する。例えば、１つのモータは、速度調整せずに定速信号で動作する高トルクおよび低速モータであり得る。例えば、出力ＲＰＭが０であることが必要とされる場合、第２のモータは逆回転する。例えば、車両の巡航速度までの急加速の場合、最初に第２のモータがオフにされ、差動ギアとキャリアの蓄積された運動エネルギーが車両の加速に使用される。数秒後、例えば車両が巡航速度の半分に達すると、第２のモータは正の回転方向に作動される。加速の最初の段階では、従来の電気自動車のバッテリーから大量のエネルギーが引き出される。拡張された二重差動装置は、穏やかな運転期間中、および減速および制動動作中に運動エネルギーを蓄えることを許容する。

第２の外側ギア１６は、筐体１８に対して回転可能に配置された第１の円筒形状のギア３０に接続され、第２の入力シャフト３２に接続された第２の円筒形状のギア３１と噛み合う。２つの入力シャフトの場合、２つの入力回転に対する出力回転の間に次の関係をもたらす比率の数値は１つではない。

または

プラグ（１２）を（１４）に

または

プラグ（１６）を（１３）に

プラグ（１６）を（１２）に

プラグ（１８）を（１７）に

第２の入力回転

式中、
ｚ₅・・・歯数ギア３０
ｚ₆・・・歯数ギア３１
φ₅・・・ギア１６および３０の回転角度

異なる入力回転φ₆に式（１９）を適用することによって、２つの特別な場合に遭遇し得る。場合１では、出力速度（回転角φ₄）はギア１６の速度（回転角φ₅）と等しい。この場合、出力回転φ₄は入力回転φ₁に等しく、結果としてＲ＝１．００の比率になる。
（１９）にプラグインされた

φ₄に対する解かれた（２１）

または簡略化された

結果として

場合２において、入力回転φ₅は０であり、これは式（１９）を簡略化し、式（９）と等しくなる。
（１９）にプラグインされたφ₅＝０

０の項の削除

式（９）は、ギア１６が変速機筐体に堅固に接続されるという事実に基づいており、これは、φ₅＝０の場合を提示し、式（１９）が決定的であることを証明する。

二重差動装置のギアは、ストレートベベルギア、スパイラルベベルギア、または円筒形状のギアを備えた面ギアであり得る。高い入力速度の場合、地上のスパイラルベベルギアは、高い負荷容量に関連して、最高の効率および最低の騒音放出を果たす。二重差動装置の軸力は、ストレートベベルギアを備えた自動車の差動装置の力と同様である。

ハイポイドオフセットを有するギアは使用しないことが好ましいという事実のため、相対的な表面滑りは面幅方向の成分を有さず、輪郭の滑りのみで構成される。比率が１．０に近く、外径が１２０ｍｍ（自動車の二重差動変速機に一般的）で、速度が１，０００ＲＰＭのスパイラルベベルギアセットの相対的な輪郭の滑りは、最大で約８４ｍ／分となる。二重差動変速機の２つの最速ギア（１４および１５）間の相対速度は、入力速度の約５０％にすぎない。式８、φ₃＝φ₁／２・ｚ₁／ｚ₂は、ｚ₁＝４０およびｚ₂＝４１（φ₃＝φ₁／２・４０／４１＝０．４８８・φ₁）の場合、入力速度の４８．８％にすぎないギア１５の速度を果たす。したがって、ギア１４とギア１５の間の相対速度は、この場合、φ₁－φ₃＝０．５１２・φ₁である。これは、二重差動変速機の最速ギア間の相対速度が通常、入力速度の約半分にすぎないことを意味する。入力速度が１０，０００ＲＰＭの場合、二重差動装置はわずか１０・８４ｍ／分・０．５１２＝４３０．０８ｍ／分有する。標準のスパイラルベベルギア変速機と比較すると、この場合、二重差動変速機の滑り速度はわずか５１．２％である。述べられた様々なタイプの変速機の滑り速度および効率の概要が表１に示される。表１が基づく滑り速度および効率の計算は、Ｇｌｅａｓｏｎ ＵＮＩＣＡＬ（商標）ベベルギア分析および最適化ソフトウェアなどの市販のソフトウェアによって決定され得る。

表１における比較は、他のタイプの減速機に対する二重差動減速機の利点を明確に示す。低い相対的な表面滑りは、より小さい摩擦を示し、より高い伝達効率を結果としてもたらす。より小さい摩擦は、より少ない変速機内で生成される熱を結果としてもたらす。計算されたギア効率が、表１の最後の列に示される。８０の比率で９８．８％の高いギア効率値、および１０，０００ＲＰＭの変速機入力速度は、最先端の変速機では報告されていない。

拡張された二重差動装置は、第２の入力（入力２）により多種の適用を許容する。例えば、入力２が時計回り（ＣＷ）方向に回転する１，５００ＲＰＭの非可変速度の低速高トルクモータに接続され、および入力１が反時計回り（ＣＣＷ）方向に回転する可変高速低トルクモータに接続される場合、時計回り（ＣＣＷ）方向の場合、出力速度が０ＲＰＭであるように入力１の速度（例えば、－９，５００ＲＰＭ）を選択できる。この例は、次の歯数に基づく。
ｚ₁＝４５
ｚ₂＝５０
ｚ₃＝４０
ｚ₄＝４０
ｚ₅＝６０
ｚ₆＝２０
入力２（シャフト３２）の速度はｎ₆＝１，５００ＲＰＭ ＣＷ（正に等しい）、および最初の減速ｚ₆／ｚ₅＝２０／６０の場合、ギア３０の速度はｎ₅＝５００ＲＰＭに等しい。出力シャフトの速度はｎ₄＝０である。

式（１９）は、角度φの代わりにＲＰＭの回転速度ｎが使用される場合にも有効である。
ｎ₄＝（ｎ₁＋ｎ₅）／２・［１－ｚ₁／ｚ₂・ｚ₄／ｚ₃］＋ｎ₅・ｚ₁／ｚ₂・ｚ₄／ｚ₃
０＝（ｎ₁＋５００）／２・［１－４５／５０・４０／４０］＋５００・４５／５０・４０／４０となり、
または ０＝（ｎ₁／２＋２５０）・０．１＋４５０
その結果 ｎ₁＝－９，５００ＲＰＭとなる

この例の実際の適用は、交差点の信号機の前でアイドリングしている車両であり得る。赤信号が青に変わると、車両を０ＭＰＨ～３５ＭＰＨに加速するために、ｎ₁が－９，５００ＲＰＭ～０に減少させることができる。加速期間中、ギア１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、および１７、ならびにキャリア１９、および入力１に接続されたモータを備えた二重差動装置アセンブリの運動エネルギーを利用して、加速エネルギーの大半を供給する。３５ＭＰＨより速く運転することは、単純に入力を反対方向に回転することを必要とする。７０ＭＰＨの車速では、入力１の速度はｎ₁＝＋９，５００ＲＰＭに達する。車両のデューティサイクル（高速道路または市街地走行）に応じて、低速モータがオフにされ得、入力２を係止するためにクラッチ（図示せず）が適用され得る。この場合、入力１に接続された可変速モータは、例えば軽負荷の市街地走行に必要とされるすべてのエネルギーを供給する。

回復エネルギーのバーストをバッテリーに絶えず逆充電しようとすると、電気効率が非常に低くなり、わずか数秒内に大量のエネルギーを受け入れるバッテリーの化学的容量が制限される。例えば、３５ＭＰＨで駆動する中型セダンは、約０．４ｋＷｈの運動エネルギーを有する。赤になったばかりの信号機の前で速度をかなり速く下げることは、約２～３秒以内に０．４ｋＷｈを回復することを必要とする。その結果、ブレーキディスクまたは電子車両制御モジュールのいずれかで、０．１０～０．１５ｋＷｈ以下がバッテリーに逆充電され得、および０．２５ｋＷｈが熱に変換される可能性がある。入力１のモータを含む二重差動装置は、約９６％の効率で約０．２４ｋＷｈを蓄えることができ、これは、車両が赤信号の前に完全に停止すると、二重差動装置の回転の形で０．２３ｋＷｈが利用可能になることを意味する。このエネルギーは、信号が青に変わった後、車両を加速するためにわずか数分後に使用される。今日のバッテリー技術では、短期間のエネルギー貯蔵は効率的に行われ得ない。二重差動装置の概念は、同じ走行距離能力を維持することによってバッテリーのサイズを減少させることを許容する。

２つの入力速度の組み合わせは、最適なモータおよび変速効率を実現することにより、様々な運転条件に二重差動変速機を採用する多種の可能性を可能にする。高速回転する差動キャリアユニットでの簡単なエネルギー貯蔵の追加の側面は、特に大型トラックを０ＭＰＨ～３０ＭＰＨに加速するために高エネルギーバーストが必要とされる場合に、車両のバッテリーを補助する。内燃エンジンとは対照的に、電気モータは、外部抵抗なしで、アイドル状態で動作している間、エネルギーをほとんど必要としない。

２つの入力を備えた二重差動装置を利用して、電気モータおよび燃焼機関からハイブリッド車両の駆動輪にエネルギーを収集して伝達することもできる。このような配置により、２つの原動機の各々に最適な速度の組み合わせが見つけられ得、これはハイブリッド車両におけるいかなる追加の変速機の排除も許容する。

前述のように、二重差動装置の機能には、第１の内側ギア１０は必要とされない。第１の内側ギア１０は変速機を対称にするために使用され、大型の歯および変速機筐体の変形（高負荷時）の場合、ギア１０がギア１１および１３のトルクを等しく保つのに役立つと予測された。対称および均衡が問題ではない場合、二重差動変速機を７つ、６つ、またはさらには５つのギアからなるように簡素化し、それによって製造コストを削減するために、ギア１０ならびに、さらにギア１３および／または１７が削除されてもよい。

車両の駆動軸の車輪間に本発明の二重差動変速機を配置することを許容するために、図２からの二重差動装置の修正版の二次元図を示す追加の実施形態が図４に示される。図４の変速機は、２つの出力シャフト２６と４１の間に追加の差動機能を有する。出力シャフト２６は変速機筐体の右側に残り、出力軸Ｏ_A2を中心に回転可能な追加された出力シャフト４１は、左側で変速機筐体を出る。二重差動装置の正しい機能に必要とされないギア１０が削除され、およびシャフト４１が、図２のシャフト２６の機能であった主変速機シャフトとして機能する。図２における第１の内側ギア１２は、図４ではギア４０に置き換えられている。ギア４０は、４つの差動ギア４２、４３、４４、および４５の配置のための空間を作り出すために、内部が中空である。ギア４２および４３は、ピン４６によってギア４０に対して所定の位置に保持される遊星である。ピン４６は、最終出力速度のギアであるギア４０に接続される。ギア４４および４５はサイドギアである。出力軸２６はサイドギア４４に接続され、および出力シャフト４１はサイドギア４５に接続される。図４の設計は、出力シャフト７および６について図１で説明されたように、２つの出力シャフト２６と４１の間で同じ差動機能を実現する。エンドキャップ４７は、ギア４０の内部の差動装置を閉じ、ならびにシャフト２６のラジアルスリーブ軸受として、およびギア４４のスラストスリーブ軸受として機能する。ギア４０の中空空間の壁は、ギア４２および４３のスラストスリーブ軸受として利用される。好ましくは、軸入力軸Ｉ_A1および出力軸Ｏ_A2は平行であり、より好ましくは、一致している（即ち、Ｉ_A1＝Ｏ_A2）。

図４の変速機は、追加の差動装置を含み、追加の差動装置は、例えば車両が屈曲部を走行しているときに、様々な車輪速度に対応する。図１に示されるものと同様の差動装置がギア４０に組み込まれている。図４における変速機は、右輪に接続され得る出力軸２６と、左輪に接続され得る出力軸４１とを有する。入力シャフト２０は、依然として変速機の左側に位置する。入力シャフト２０が中空シャフトを備えた電気モータに接続される場合、本発明の変速機および駆動電気モータは、車両の駆動車軸と一列に並べられ得る。これは、出力シャフト２６が第１の駆動シャフトおよび等速（ＣＶ）ジョイントを介して右側の駆動輪に接続され得、ならびに出力シャフト４１が第２の駆動シャフトおよびＣＶジョイントを介して左側の駆動輪に接続され得ることを意味する。

本発明は、好ましい実施形態を参照しながら説明されてきたが、本発明は、これらの特定の実施形態に限定されないことを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、本主題が属する、当業者にとっては明らかであろう変更を含むことが意図されている。

Claims (13)

1. 変速機であって、筐体と、少なくとも第１の入力および少なくとも第１の出力と、を備え、前記変速機は、
   第１の外側ギアであって、前記第１の外側ギアはベベルギアであり、前記第１の入力に接続され、かつ前記第１の入力によって駆動可能である、第１の外側ギアと、
   第１の遊星ギアセットであって、前記第１の遊星ギアセットは、第１の内遊星ギアおよび第１の外遊星ギアを備え、前記第１の内遊星ギアおよび前記第１の外遊星ギアは、各々がベベルギアであり、前記第１の内遊星ギアは、前記第１の外遊星ギアに堅固に接続され、かつ前記第１の外遊星ギアと軸方向に整列しており、前記第１の遊星ギアセットは、前記第１の外側ギアを介して回転可能である、第１の遊星ギアセットと、
   第２の外側ギアであって、前記第２の外側ギアはベベルギアであり、前記第１の外遊星ギアと噛み合う、第２の外側ギアと、
   第２の内側ギアであって、前記第２の内側ギアはベベルギアであり、前記第１の出力に接続され、前記第２の内側ギアは、前記第１の内遊星ギアを介して回転可能である、第２の内側ギアと、をさらに備え、
   前記第１の入力は、第１の入力軸の周りを回転可能であり、
   前記第１の出力は、第１の出力軸の周りを回転可能であり、
   前記第１の内遊星ギアは、第１の遊星ギア軸の周りを回転可能であり、前記第１の外遊星ギアは、前記第１の遊星ギア軸の周りを回転可能であり、それにより結果として、前記第１の遊星ギアセットは、前記第１の遊星ギア軸の周りを回転可能であり、
   前記第１の遊星ギアセットは、前記第１の出力軸の周りをさらに回転可能であり、
   前記第２の内側ギアは、前記第１の出力軸の周りを回転可能である、変速機。
2. 前記第１の入力軸および前記第１の出力軸は互いに平行である、請求項１に記載の変速機。
3. 前記第１の入力軸および前記第１の出力軸は互いに一致する、請求項２に記載の変速機。
4. 前記第２の外側ギアは回転不可能である、請求項１に記載の変速機。
5. 前記第１の入力の所定の回転速度について、
   前記第１の出力軸の周りの前記第１の遊星ギアセットの回転は、前記第２の内側ギアの第１の回転差動成分をもたらし、
   前記第１の遊星ギア軸の周りの前記第１の遊星ギアセットの回転は、前記第２の内側ギアの第２の回転差動成分をもたらし、
   前記第１の回転差動成分および前記第２の回転差動成分は、前記所定の入力回転速度よりも低い第２の内側ギア速度および第１の出力回転速度を生じさせる、請求項１に記載の変速機。
6. 前記第１の遊星ギアセットとは反対側に配置された第２の遊星ギアセットをさらに備え、前記第２の遊星ギアセットは、
   第２の内遊星ギアおよび第２の外遊星ギアを備え、前記第２の内遊星ギアおよび前記第２の外遊星ギアは、各々がベベルギアであり、前記第２の内遊星ギアは、前記第２の外遊星ギアに堅固に接続され、かつ前記第２の外遊星ギアと軸方向に整列しており、前記第２の遊星ギアセットは、前記第１の外側ギアを介して回転可能であり、
   前記第２の内遊星ギアは、第２の遊星ギア軸の周りを回転可能であり、前記第２の外遊星ギアは、前記第２の遊星ギア軸の周りを回転可能であり、それにより結果として、前記第２の遊星ギアセットは、前記第２の遊星ギア軸の周りを回転可能であり、
   前記第２の遊星ギアセットは、前記第１の出力軸の周りをさらに回転可能である、請求項１に記載の変速機。
7. 前記第１の遊星ギア軸および前記第２の遊星ギア軸は互いに一致する、請求項６に記載の変速機。
8. 第２の入力軸の周りを回転可能な第２の入力であって、前記第２の入力は、前記第２の入力軸の周りを回転可能な第１の円筒形状のギアを含む、第２の入力をさらに備え、
   前記変速機は、前記第１の出力軸の周りを回転可能であり、かつ前記第１の円筒形状のギアと噛み合う第２の円筒形状のギアをさらに含み、前記第２の円筒形状のギアは、前記第２の外側ギアに堅固に接続されている、請求項１に記載の変速機。
9. 内部空間を有し、前記内部空間内に位置する複数のベベルギアを備える差動機構を含む前記第２の内側ギアをさらに備える、請求項１に記載の変速機。
10. 第２の出力軸の周りを回転可能な第２の出力をさらに備え、前記第１の出力および前記第２の出力は、前記第２の内側ギアおよび前記差動機構に接続されている、請求項９に記載の変速機。
11. 前記第１の出力および前記第２の出力は反対方向に延びる、請求項１０に記載の変速機。
12. 前記第２の出力は前記第１の入力内、かつ前記第１の入力を通って延びる、請求項１０に記載の変速機。
13. 変速機における入力シャフトの回転速度を低下させる方法であって、前記方法は、
    前記入力シャフトを所定の回転速度で回転させることを含み、前記回転させることにより、
    第１の遊星ギアセットを第１の出力軸の周りで回転させ、それにより結果として、出力シャフトに接続された第２の内側ギアの第１の回転差動成分を生じさせることと、
    前記第１の遊星ギアセットを第１の遊星ギア軸の周りで回転させ、それにより結果として、前記出力シャフトに接続された前記第２の内側ギアの第２の回転差動成分を生じさせることと、がもたらされ、
    前記第１の回転差動成分および前記第２の回転差動成分は、前記入力シャフトの前記所定の回転速度よりも低い前記第２の内側ギアおよび前記出力シャフトの回転速度を生じさせる、方法。

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