JP3442779B2 - 無段変速機 - Google Patents

無段変速機

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JP3442779B2 JP51583294A JP51583294A JP3442779B2 JP 3442779 B2 JP3442779 B2 JP 3442779B2 JP 51583294 A JP51583294 A JP 51583294A JP 51583294 A JP51583294 A JP 51583294A JP 3442779 B2 JP3442779 B2 JP 3442779B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無段変速機（CVT）に関するものである。
本発明は、バリエータすなわち比変更部材がゼロ比を達
成できないCVTに広く用いることができる。すなわち、
入力部材が一定速度で回転している間、出力部材の回転
速度を所定範囲内で無段階に変更できるが、その出力速
度範囲にゼロが含まれていない。変速機がゼロ出力速度
を発生できるようにするため、通常は遊星歯車装置の１
つの部材でCVT出力部を駆動し、その残りの２つの部材
を、必要に応じてエピサイクリック比に一致させるため
の歯車装置を介して、バリエータの出力部及び入力部に
接続する。バリエータ及び遊星歯車装置がそのように連
結されている時、バリエータへの入力速度を一定に保持
し、バリエータをその比範囲の一端部から他端部まで移
動させると、CVT出力速度が連続的に変化して、最初は
最高速度から一方向にゼロまで落ちる。ある場合には、
他の方向の最高速度へ上昇を続ける。この過程で、特に
出力速度がゼロである瞬間（当該分野では「ギヤードニ
ュートラル」として知られている）に、遊星歯車装置が
動力をCVTのバリエータ及び他の部材に循環させる。従
って、そのような遊星歯車装置は当該分野では「循環遊
星歯車装置」として知られている。動力に一つの部材が
連結された第２のすなわち「入力」遊星歯車装置を備え
たCVTも良く知られている。
また、歯車装置及びクラッチを導入することによって
CVTの比範囲を広げ、それによってバリエータが複数の
「レジーム」で作動できるようにすることは、特にバリ
エータがトロイダル・レース転動牽引形式である場合、
当該分野では公知である。すなわち、その形式のバリエ
ータのローラがその比の角度範囲の一端部から他端部ま
で移動し、それによってCVTの出力速度を１つの値から
別の値へ進め、またおそらくは前述したようにクラッチ
の作動で方向を変えて様々な歯車装置に連結できるよう
にすると、ローラは逆方向にその移動範囲全体を移動し
て戻り、そうする際にCVT出力速度を更に進めることが
できる。歯車比を適正に選択することによって、このよ
うに任意の速度を瞬間的に変化させることなく１つのレ
ジームから別のものへ変更することができる。そのよう
なレジーム変化は、当該分野では同期変化として知られ
ている。
上述した知られた特徴を備えたCVTの例、及び同様にC
VTの最終駆動が交互に連結される二つの分離された駆動
部材を備えたものは特許明細書BG−Ａ−1454702に見る
ことができる。本発明の特徴を備えたCVTは動力をギヤ
ードニュートラルを含むレジームでのみ再循環遊星歯車
装置内で再循環させられ、他のレジームではCVT出力は
単純に二つの軸の一つに接続される。その二つの軸はバ
リエータと遊星歯車装置の出力との両方に配置されてい
る。これによっていくつかの又は全ての他のレジームで
動力再循環が生じたときの避けることができない動力損
失を避けることができ、特に走行速度が低速かゼロであ
る時に高トルクを発生する必要があることが多い掘削車
等の車両においてバリエータの小型化を含む大きな利点
を与える見込みが得られる。
本発明は、請求項によって定義され、添付の簡略化し
た概略図に示されているCVTを含む。次に、これらの図
面を参照しながら本発明の一例を説明する。
図１は、システム図である。
図２は、軸速度をグラフで比較したものである。
図３は、CVTの１つの形態実施の形態を示している。
図４は、図１のシステム図の変更例を示している。
図１において、出力軸１及び入力軸２（原動機３に接
続される）を備えたCVTが、トロイダル・レースバリエ
ータ４と、再循環遊星歯車装置Ｅ（参照番号５）と、入
力遊星歯車装置ｅ（参照番号６）とを有している。参照
番号７、８は、バリエータ４の第１及び第２作動部材に
接続された軸を示している。これらの部材は、通常のよ
うに「入力」及び「出力」部材として単純化して呼ぶこ
とができないが、それは、後述するように、CVTがレジ
ーム間を移動する時にこれらの機能が入れ替わるからで
ある。軸Ａ及びＢによって、軸７、８はそれぞれ入力遊
星歯車装置ｅの部材のうちの２つ（例えば太陽歯車及び
遊星キャリヤ）に接続され、それの第３部材（例えばリ
ング歯車）は原動機３に接続可能である。同じ軸Ａ及び
Ｂが、やはり適当な歯車装置によって再循環遊星歯車装
置Ｅの２つの部材（例えばやはり太陽歯車及び遊星キャ
リヤ）に接続され、装置Ｅの第３部材（例えばリング）
は、ギヤードニュートラルを含むレジームでは、低レジ
ームクラッチ９によって出力軸１に接続可能である。従
って、図１の概略図において、バリエータ４のローラが
それらの角度移動範囲内においていずれかに向きを変え
るため、軸Ａ及びＢの回転速度（これらの回転速度は軸
７及び８のものに正比例している）が常に逆位相で移動
することは明らかであろう。このため、それらがその範
囲の一端部から他端部へ移動する時、軸Ａ、Ｂの一方が
加速し、他方が減速する。次にローラが戻る時、それら
は後続「レジーム」で戻るため、軸Ａ、Ｂの速度が逆方
向に変化する。
低レジームでは、クラッチ９が閉じて、動力が遊星歯
車装置Ｅを通って再循環して、バリエータ４がその比範
囲の一端部から他端部まで進む時、出力軸１の速度が、
ある有限値から一方向に典型的な連続「低レジーム」進
行を行ってゼロまで低下してから、反対方向に第２有限
値まで上昇する。必要になる他のすべてのレジームで
は、クラッチ９が切り離され、遊星歯車装置Ｅは動力を
再循環しなくなり、出力部１は歯車装置／クラッチの組
み合わせ（10、11;12、13;14、15;16、17;18、19;20、2
1等）の１つで駆動され、軸Ａ及びＢのいずれからで
も、それぞれのレジームをその最低速度で開始して、そ
のレジーム中に最高速度まで上昇する。このように、出
力部１が前進回転している低レジームの終了に続いて、
軸Ａがその時に最低速度で回転しているとすると、クラ
ッチ９が切り離され、クラッチ11が連結してCVTを「中
間」前進レジームに入れ、ここでは出力部１が軸Ａによ
って歯車装置10を介して駆動され、やがて軸Ａ、Ｂの相
対速度が反対の極値に達すると、クラッチ11が切り離さ
れて、クラッチ13が連結してさらに「高速」の前進レジ
ームに入り、そこでは軸１が軸Ｂによって別組の固定歯
車装置12を介して駆動される。一方、出力軸１の逆回転
の際にCVTが低レジームの終了に達し、さらに「中間」
及び「高速」の後退歯車を形成させて、CVTがそれらの
歯車で進ませることを望む場合、その時に軸Ｂがその最
低速度で回転しているので、一般的なクラッチ作動シー
ケンスでは、９を切り離して17を連結して、出力部を軸
Ｂによって固定歯車装置16を介して「中間後退」で駆動
し、次に17を切り離して15を連結して、出力部を軸Ａに
よってさらなる固定歯車装置14を介して「高速後退」で
駆動できるようにする。18〜21は、さらなる前進及び後
退レジームを簡単に追加できるクラッチ／歯車装置の組
み合わせを表している。もちろん、前述したように変速
比が瞬間的に変化することなくレジーム間の連結／切り
離しが同期状態で達成されるように、公知の方法でバリ
エータ４、遊星歯車装置Ｅ及び歯車組10、12、14等の比
を選択しなければならない。
図２は、出力軸１の回転速度（Ｘ軸）と軸Ａ及びＢの
速度（Ｙ軸）との間の典型的な関係を表す簡略化したグ
ラフである。点25〜28は、それぞれ低速／中間前進、低
速／中間後退、中間／高速前進及び中間／高速後退のレ
ジーム変更点を示している。この概略図に示されている
ように、Ｘ軸の目盛りは非線形であることに特に注意さ
れたい。もしそれが線形であれば、線が一般的にＹ軸に
接近するように急勾配になり、両方向に離れるのに伴っ
て徐々に平坦になるであろう。
図３に示されている本発明の実施の形態では、図１に
すでに示している部品に相当する部品には同じ参照番号
を付けて示す。入力軸２が入力遊星歯車装置ｅのリング
歯車35を駆動し、太陽歯車36が、トロイダル・レースバ
リエータ４の入力ディスク37を支持している軸Ａ（＝
７）を駆動する。参照番号38は、そのバリエータの可変
向きローラ（一般的に全部で６個）の２つを示してお
り、矢印39は、いずれのレジームにおいてもローラがそ
の「比角度」を、従って伝達比を変更するために傾斜す
る方向を示している。遊星歯車装置ｅの遊星キャリヤ40
は、歯車列34によって軸Ｂに接続されており、軸Ｂはチ
ェーン42によって方向を変えないでバリエータ４の出力
ディスク41（＝８）にも接続されている。軸Ａはクラッ
チ44及び45の半分も支持しており、軸Ｂはクラッチ46及
び47の半分も支持している。クラッチ47の残りの半分は
CVT出力軸１によって支持されている。さらに２つのク
ラッチ48、49が設けられている。
低レジームに連結するには、クラッチ44及び46を連結
させて、他のクラッチはすべて開く。この場合、クラッ
チ44によって、軸Ａが再循環遊星歯車装置Ｅの太陽歯車
50を駆動し、クラッチ46及び減速歯車列51によって軸Ｂ
が遊星キャリヤ52を駆動する。動力が装置Ｅ内を再循環
し、出力がリング歯車53及び減速歯車列54を介して軸１
へ送られる。このように、噛み合わされた時にクラッチ
44、46は図１のクラッチ９のように動作する。
低レジームから中間前進レジームに切り換えるために
は、クラッチ46を開き、クラッチ48を閉じ、クラッチ44
は閉じたままとする。これには装置Ｅを「ロッキング」
する効果があるため、それは動力を再循環させないで一
体に回転し、駆動力が太陽歯車50、ロックされた装置Ｅ
及び同じ減速歯車列54によって軸Ａから出力軸１に伝達
される。このため、クラッチ48は図１のクラッチ11に相
当する。低レジームから中間後退レジームに切り換える
ためには、クラッチ49を閉じて44を開く一方、クラッチ
46は閉じたままとする。ここで駆動力は、クラッチ46、
減速歯車装置51、遊星キャリヤ52、クラッチ49、及び歯
車列54に対して動きを逆にする減速歯車列55によって軸
Ｂから出力軸１に伝達される。このため、クラッチ49は
図１のクラッチ17に相当し、このレジームでは遊星歯車
装置Ｅの太陽歯車50及びリング歯車53は動力を伝達しな
い。中間及び高速前進レジーム間の切り換えを行うため
には、クラッチ44、48が開き、クラッチ47が閉じる。こ
の時、駆動力は直接的に閉鎖クラッチ47によって軸Ｂか
ら軸１に伝達される。中間及び高速後退レジーム間の切
り換えを行うためには、クラッチ46、49を開き、クラッ
チ45を閉じる。その時は駆動力が直接的に閉鎖クラッチ
45及び歯車列55によって軸Ａから出力軸１に伝達され
る。このため、クラッチ47、45は図１のクラッチ13、15
と同じである。
効率が100％であるとすると、いずれのCVTの作動で
も、入力軸２の速度Ni及びトルクTiの積に等しい入力動
力Piが、出力軸１の出力速度No及びトルクToの積に等し
い出力動力Poに等しくなければならない。図１及び３に
示されている本発明の実施の形態では、バリエータ４を
介して伝達される動力が低レジーム以外のすべてのレジ
ームでPiより相当に小さくなるように構成することが容
易である。しかし、低レジームでは、最大バリエータ動
力が不都合なほど高く上昇しないように歯車比及び他の
相対パラメータを選択することは多くの場合に困難であ
ることがわかる。トロイダル・レースバリエータが伝達
しなければならない最大動力が、そのようなバリエータ
の大きさ及びコストを決定する際の重要な要素であるた
め、最大動力を最小に抑えることには明白な利点があ
る。図４は、図１のシステム図の変更例を示しており、
入力軸２、入力遊星歯車装置ｅ、バリエータ４及び軸
Ａ、Ｂの関係は前のものと同じであるが、再循環遊星歯
車装置Ｅの位置が変わって、前のようにクラッチ９、軸
Ａ及びＢではなく、この場合は軸Ｂ、低レジームクラッ
チ９及び入力軸２に連結している。矢印は、低レジーム
における入力動力Pi及び軸Ｂの動力Pbの再循環を示して
おり、記号ｄは０より大きいがPbより小さい動力量を表
している。図４の実施の形態では、中間及び高速レジー
ムを与えるためにさらなる歯車装置60、61及びクラッチ
62、63が用いられている。クラッチ、62及び63はすべ
て、駆動力を全レジームで同一回転方向に駆動される副
軸64に連結する。多くのレジームが必要であれば、図１
の構成を用いて、歯車及びクラッチの数を増やすことが
できる。対称的な「前進及び後退」システムでは、図４
に示されているように、下流側の前進及び後退歯車アセ
ンブリ65及び66を設けることによって歯車及びクラッチ
の数を半分にすることができる。そうすれば、低レジー
ムはゼロ付近（すなわちギヤードニュートラル）から一
方向の低速／中間レジーム同期変更速度までの出力速度
を提供するだけでよい。この非対称によって、再循環遊
星歯車装置Ｅを（２を介して）原動機に、また（軸Ｂを
介して）バリエータ４の一方側だけに接続することがで
き、これによってバリエータを介して伝達される動力が
減少する。注目すべき図４の実施の形態の別の好都合と
思われる点は、高速レジーム列が前進及び後退駆動の両
方に用いられることである。
以上の説明から、本発明は、バリエータが再循環遊星
歯車装置に連結されるだけでなく、バリエータの２つの
側部の少なくとも一方が第２の入力遊星歯車装置の部材
にも連結され、その入力遊星歯車装置の別の部材が原動
機に接続可能であるCVTを含むことができることがわか
るであろう。その時、ギヤードニュートラルを含むレジ
ームで動力を再循環遊星歯車装置に再循環させるが、後
続のさらなるレジームでは再循環遊星歯車装置が迂回さ
れるようにするクラッチ及び歯車装置も設けられてお
り、駆動力は適当なクラッチ及び歯車装置によってCVT
出力部に達することができ、またバリエータのどちら側
のものも、そのレジームが進むのに伴って速度が上昇す
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−141270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−30644（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−188841（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−65352（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−112857（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−116058（ＪＰ，Ｕ) 特表 平５−502498（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−502593（ＪＰ，Ａ) 米国特許5564998（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16H 37/00 - 37/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ギヤードニュートラルが可能で、また少な
    くとも２つのレジームで作動でき、比変更部材（４）
    と、第１遊星歯車装置（Ｅ）と、入力部（35）を原動機
    （３）に接続可能な第２遊星歯車装置（ｅ）と、２つの
    選択可能な従動軸（Ａ、Ｂ）の一方に接続される無断変
    速機出力軸（１）とを設けた無段変速機において、前記
    第１遊星歯車装置（Ｅ）が適切なクラッチ（44、46）に
    接続されることによって、レジームのうちの、ギヤード
    ニュートラルを含むものでは動力がその遊星歯車装置を
    再循環するが、残りの１つまたは複数のレジームでは動
    力がそれを再循環せず、そして駆動力は適切な他のクラ
    ッチ（48,47,49,45）によって無断変速機出力部（１）
    に達するようになっているとともに、２つの従動部材
    （Ａ、Ｂ）のいずれのものも、そのレジームが進むのに
    伴って速度が上昇するようになっており、また２つの部
    材（Ａ、Ｂ）はそれぞれ比変更部材（４）の相対する側
    と第２遊星歯車装置（ｅ）の異なった出力部材（36、4
    0）との両方に接続されていることを特徴とする無断変
    速機。
  2. 【請求項２】少なくとも３つのレジームがあり、そのう
    ちの少なくとも１つにおいて、無段変速機出力軸（１）
    がレジーム全体で前進方向へ回転することを特徴とする
    請求項１の無断変速機。
  3. 【請求項３】少なくとも他の一つのレジームにおいて、
    無断変速機出力軸がそのレジーム全体で逆方向に回転す
    ることを特徴とする請求項２の無断変速機。
  4. 【請求項４】比変更部材がトロイダル・レース転動牽引
    形式である先行請求項のいずれかの無断変速機。
JP51583294A 1993-01-18 1994-01-12 無段変速機 Expired - Fee Related JP3442779B2 (ja)

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