JP4072530B2

JP4072530B2 - パワースプリット型無段変速装置

Info

Publication number: JP4072530B2
Application number: JP2004286297A
Authority: JP
Inventors: 泰夫住
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006097828A

Description

この発明は、パワースプリット型無段変速装置、特に車両に搭載されるパワースプリット型無段変速装置に関する。

従来のパワースプリット型無段変速装置は、入力軸と、入力ディスクと出力ディスクとの間にパワーローラが傾転自在に配設されたダブルキャビティ式トロイダル型バリエータと、バリエータの出力を２自由度を有する遊星歯車機構にカウンタ軸等を用いて伝達する動力伝達経路と、入力軸よりバイパスして直接２自由度を有する遊星歯車機構に伝達するバイパス軸と、出力軸とを備えている（特許文献１参照）。

すなわち、２自由度を有する遊星歯車機構をインターロックすることにより、カウンタ軸が出力軸に直接動力を伝達する第１モードを得ている。

また、この第１モードにおいて、２自由度を有する遊星歯車機構のインターロックを解除することにより、遊星歯車機構からバリエータに動力循環した一部のパワーが入力パワーと合算されてバイパス軸を経て遊星歯車機構に流入し、出力軸には流入したパワーと動力循環したパワーの差が出力パワーとして出力される第２モードを得ている。

上記第２モードにおいては、特許文献１に示すごとく、高速走行時にバリエータに入力されるパワーを小さくして、このバリエータの構成部品の耐久性向上が図れると共に、伝達効率の向上が図れる。

さらに、パワースプリット型無段変速装置の第１モードの変速比と第２モードの変速比が連続して切り換えられるため、パワースプリット型無段変速装置の変速比巾（最Ｌｏｗ変速比／最Ｈｉｇｈ変速比）の値がバリエータの変速比より拡大できる利点がある。

また、入力軸と、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータと、遊星歯車機構と、出力軸とを同軸に配設し、平行軸を設けることなく、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータの変速操作により入力軸の回転を出力軸に逆回転から中立を経て正回転まで変速させる無段変速機が知られている（特許文献２参照）。
特開２００４−１２４９６９号公報特開２０００―２２０７１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータの出力軸より平行軸の歯車機構やカウンタ軸を配設するため、径方向の寸法が増大し、その結果、重量が増加するだけでなく、コストも嵩むという問題がある。

また、特許文献２の配置では、第１遊星歯車機構のサンギヤが逆転、キャリアが正転となり、その結果、ピニオンの自転回転速度が非常に大きくなり、入力回転速度が大きい自動車用、特に、乗用車には適用しにくいという欠点がある。

この発明は、かかる前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ピニオンの自転回転速度を抑制し、また径方向の寸法を抑制し、乗用車にも適用できる小型軽量でかつ軽量なパワースプリット型無段変速装置を提供することにある。

この発明は、駆動源により駆動されるバリエータ入力軸と、前記バリエータ入力軸と同軸に設置され、前記バリエータ入力軸に基づく動力を取り出す出力軸と、前記バリエータ入力軸と前記出力軸との間に配設され、２組の入力ディスクと、２組の出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクの間に傾転自在に配設された複数のパワーローラからなるダブルキャビティ式トロイダル型バリエータと、前記入力ディスクを前記パワーローラを介して前記出力ディスクに押圧するローディング機構と、前記出力ディスクの回転が第２遊星歯車機構と第３遊星歯車機構を介して２自由度を有する第１遊星歯車機構に伝達される第１動力伝達経路と、前記バリエータ入力軸の回転が前記バリエータ入力軸と同軸に設置されたバイパス軸を経由して前記第１遊星歯車機構に伝達する第２動力伝達経路とを備え、前記第１遊星歯車機構は、前記出力軸に接続する１つのサンギヤと、この１つのサンギヤに噛み合う第１ピニオンと、一方がバイパスクラッチを介して前記バイパス軸と接続する２つのリングギヤと、この２つのリングギヤの各々と噛み合う第２ピニオンと、前記リングギヤ間に配置され、駆動力を伝達する第２センターメンバを有するとともに、直結クラッチを介して前記出力軸と接続するキャリアと、を有するダブルリングギヤ−ダブルピニオン型遊星歯車機構とし、前記第２遊星歯車機構はダブルピニオン型遊星歯車機構であり、前記第３遊星歯車機構は、少なくとも前記第２遊星歯車機構のサンギアと接続する第１サンギアと、前記第２センターメンバと接続する第２サンギヤと、２つのサンギヤの各々と噛み合う第３ピニオンと、前記サンギヤ間に配置されるとともに前記入力ディスクに接続されて駆動力を伝達する第１センターメンバを有するキャリアと、を有するダブルサンギヤ−シングルピニオン型遊星歯車機構とする。

本発明によれば、以上説明したように、この発明によれば、入力軸と同軸に配設したダブルピニオン型の第１遊星歯車機構と、ダブルサンギヤ−シングルピニオン型の第３遊星歯車機構とにより、出力ディスクの回転を入力ディスクの回転方向と同じ方向でダブルキャビティ式トロイダル型バリエータの外側に取り出すことにより、ダブルサンギヤ−シングルピニオン型の遊星歯車のピニオンの自転回転速度を押さえ、その結果、径方向の寸法を増大することなく、コンパクトなパワースプリット型無段変速装置を提供できるという効果がある。

以下、この発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はパワースプリット型無段変速装置の構成図を示す。

図示しないエンジン等の駆動源に連結された入力軸１はトルクコンバータ２を経てバリエータ入力軸３、ローディング機構１２に連結されている。このローディング機構１２を介してダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４に駆動力が伝達される。ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４にはバリエータ入力軸３と連動して回転する互いに対向する一対の入力ディスク５ａ、５ｂが設けられている。この一対の入力ディスク５ａ、５ｂの間にはバリエータ入力軸３に対し遊嵌状態の一対の出力ディスク７が同軸的に配置され互いに同期して回転するようになっている。

入力ディスク５ａ、５ｂと出力ディスク７との間には傾転自在に配接された複数のパワーローラ８が設けられる。ローディング機構１２が、入力ディスク５ａ、５ｂをパワーローラ８を介して出力ディスク７に押圧することで、パワーローラ８を介して入力ディスク５ａ、５ｂと出力ディスク７の間で動力が伝達される。一対の入力ディスク５ａ、５ｂは入力ディスク連結軸６を介して出力軸側の入力ディスク５ｂに配設された後述のダブルサンギヤ−シングルピニオン型の第３遊星歯車機構１１のキャリア１１ｄの第１センターメンバ２２に連結されている。一対の出力ディスク７はダブルピニオン型の第２遊星歯車機構９のキャリア９ｃを介して第３遊星歯車機構１１の第１サンギア１１ａに連結されている。

第１遊星歯車機構１５について説明すると、第１遊星歯車機構１５は、出力軸１８に接続するサンギヤ１５ａと、これに噛合するピニオンギヤ（第１ピニオン）１５ｂと、このピニオンギヤ１５ｂと噛合するピニオンギヤ（第２ピニオン）１５ｂ´と、第２センターメンバ１９を有し各ピニオンギヤ１５ｂ、１５ｂ´を連結するキャリア１５ｃと、ピニオンギヤ１５ｂ´に各々噛合する第１リングギヤ１５ｄと第２リングギヤ１５ｅとを備え、いわゆる、ダブルリングギヤ−ダブルピニオン型遊星歯車を形成している。さらに、第２リングギヤ１５ｅと第１遊星歯車機構１５のハウジング５０との間には第２リングギヤ１５ｅの回転を許容および拘束する後進用ブレーキ１７が設けられている。また、出力軸１８を備えたサンギヤ１５ａとキャリア１５ｃの間には、第１遊星歯車機構のインターロック作用を許容および非許容とする直結クラッチ１６が設けられている。

第２遊星歯車機構９について説明すると、第２遊星歯車機構９は、バリエータ出力軸１０に連結されたサンギヤ９ａと、これに噛合する複数のピニオンギヤ（第４、第５ピニオン）９ｂと、二つの出力ディスク７を連結すると共に、ピニオンギヤ９ｂを支持するキャリア９ｃと、ピニオンギヤ９ｂに各々噛合するリングギヤ９ｄとを備え、いわゆる、ダブルピニオン型遊星歯車を形成している。さらに、リングギヤ９ｄは第２遊星歯車機構９のハウジング５１にその回転を拘束されるように支持されている。従って、リングギヤ９ｄの回転は停止状態であるから、キャリア９ｂの回転とサンギヤ９ａの回転方向は互いに反転することになる。よって、出力ディスク９の回転すなわちキャリア９ｂの回転は入力ディスク５ａ、５ｂの回転を正転とすると逆回転であるから、サンギヤ９ａの回転は正転となる。

第３遊星歯車機構１１について説明すると、第３遊星歯車機構１１は、バリエータ出力軸１０に連結された第１サンギヤ１１ａと、第１遊星歯車機構１５の第２センタメンバ１９に連結された第２サンギヤ１１ｂと、これらのサンギヤ１１ａ、１１ｂに噛合する複数のピニオンギヤ（第３ピニオン）１１ｃを支持するキャリア１１ｄと、ピニオンギヤ１１ｃに各々噛合するリングギヤ１１ｅとを備えており、いわゆる、ダブルサンギヤ−シングルピニオン型遊星歯車を形成している。なお、キャリア１１ｄは、サンギヤ１１ａ、１１ｂ間に設置される第１センターメンバ２２を備える。第１センタメンバ２２は、入力ディスク連結軸６を介して入力ディスク５ａに接続し、また他方の入力ディスク５ｂに接続する
第１動力伝達経路２１について説明すると、第１動力伝達経路２１は、第２遊星歯車機構９のサンギヤ９ａと、バリエータ出力軸１０と、第３遊星歯車の第１サンギヤ１１ａと、第３遊星歯車のピニオン１１ｃと、第３遊星歯車の第２サンギヤ１１ｂと、第２センターメンバ１９と、第１遊星歯車のキャリア１５ｃとから構成される。

第２動力伝達経路２０について説明すると、第２動力伝達経路２０は、バリエータ入力軸３と第１遊星歯車機構１５の第１リングギヤ１５ｄの間に配設されたバイパス軸１３と、該バイパス軸１３の伝達能力を許容および非許容とするバイパスクラッチ１４とから構成される。

次に、本発明のパワースプリット型無段変速装置の動作を詳しく説明する。

今、バリエータ入力軸３が停止しており、かつダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４が最大減速位置にあると共に、バイパスクラッチ１４と後進ブレーキ１７が解放状態に、直結クラッチ１６締結状態にある。この状態から入力軸１が回転するとトルクコンバータ２が作動し、バリエータ入力軸３を所定方向に回転させると、このバリエータ入力軸３の回転に伴って、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の入力ディスク５がバリエータ入力軸３と同方向に同一回転速度で回転する。このとき、パワーローラ８が最大減速位置にあるので、バリエータ入力軸３の回転が、ローディング機構１２、入力ディスク５ａ、５ｂ、パワーローラ８、出力ディスク７、第１動力伝達経路２１、直結クラッチ１６の順に伝達され、最終的に出力軸１８に伝達され、出力軸１８には所定方向の回転でかつ入力軸１よりも低速回転となるように伝達される第１モードが得られる。

そして、第１モードを維持しながらダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４を増速側に変速させると、出力軸１８の回転速度が増加し、パワースプリット型無段変速機の速度比が増加する。

次に、バイパスクラッチ１４を締結して直結クラッチ１６を解放すると、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４を通過する動力の伝達方向が第１モードと逆になる。すなわち、バリエータ入力軸３から伝達される入力パワーと、リングギア１５ｄからダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４を逆流し入力ディスク５よりローディング機構１２を経て伝達される循環パワーとが合算され、バイパス軸１３に伝達される。具体的には、バイパス軸１３に伝達されたパワーはバイパスクラッチ１４を経て、すなわち第２動力伝達経路２０を経て第１遊星歯車機構１５のリングギヤ１５ｄに伝達される。リングギヤ１５ｄに伝達されたパワーの一部はサンギヤ１５ａを経て出力軸１８に伝達され、残りがキャリア１５ｃの第２センタメンバ１９、第１動力伝達経路２１を経てダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の出力ディスク７に流入する。この状態で、ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の変速比を減速側に変速させると、第１遊星歯車機構１５のキャリア１５ｂの回転が低下し、その結果、サンギヤ１５ａ、すなわち、出力軸１８が増速される第２モードが得られる。

次に、自動車を後退させるべく、出力軸１８を逆回転させる際には、前記バイパスクラッチ１４と直結クラッチ１６を解放し、後進ブレーキ１７を締結する。その結果、遊星歯車機構１５のリングギヤ１５ｅが固定され、ピニオンギヤ１５ｂがリングギヤ１５ｅとサンギヤ１５ａと噛合しつつ、このサンギヤ１５ａの周囲を公転する。
したがって、サンギヤ１５ａ並びにこのサンギヤ１５ａに固定された出力軸１８は前述したモードとは逆方向に回転する。

前述したごとく、自動車の前進の第１モードにおいては、バリエータを通過するトルクの方向は入力ディスクを経て出力ディスクに伝達され、第２モードにおいては、バリエータを通過するトルクの方向は出力ディスクを経て入力ディスクに伝達される。

なお、第３遊星歯車機構においては、二つのサンギヤ１１ａ、１１ｂの回転方向と、キャリア１１ｄの回転方向と、リングギヤ１１ｅの回転方向と、が全て入力軸の回転方向と同じ正転方向であるため、ピニオン１１ｃの自転回転速度は実用上充分なる低回転が得られる。

図１において、第３遊星歯車機構１１のリングギヤ１１ｅはピニオンギヤ１１ｃに噛合状態にあるが、空転しているため、廃止できることが明白である。従って、第３遊星歯車機構１１のリングギヤ１１ｅを廃止することで、装置全体の部品点数の削減が可能となり、さらなる軽量化、コンパクト化、低コスト化が図れる。

したがって、本発明によれば、以上説明したように、パワースプリット型無段変速装置において、入力軸と同軸に配設したダブルピニオン型の第２遊星歯車機構９と、ダブルサンギヤ−シングルピニオン型の第３遊星歯車機構１１とにより、出力ディスク７の回転を入力ディスク５ａ、５ｂの回転方向と同じ方向でダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ４の外部に取り出すことにより、ダブルサンギヤ−シングルピニオン型の第３遊星歯車機構１１のピニオン１１ｃの自転回転速度を押さえ、その結果、径方向の寸法を増大することなく、コンパクトなパワースプリット型無段変速装置を提供できる。

またダブルキャビティ式トロイダル型バリエータの出力を平行軸などにより構成されたカウンタ軸とすることなく、バイパス軸をバリエータ入力軸と同一軸上に配設することができ、さらに、第３遊星歯車機構１１のピニオンの自転回転速度を減少させることが出来る。この結果、径方向の寸法が減少し、軽量でコンパクトなパワースプリット型無段変速装置を提供することができる。

ダブルサンギヤ−シングルピニオン型の遊星歯車である第３遊星歯車機構１１の二つのサンギヤ１１ａ、１１ｂの歯数を異なる歯数とすることにより、バリエータ出力軸１０の回転を増速又は減速して第２センターメンバ１９に伝達することが可能となり、パワースプリット型無段変速装置の変速比の選択自由度が広がる。

ダブルサンギヤ−シングルピニオン型の遊星歯車である第３遊星歯車機構１１の二つのサンギヤ１１ａ、１１ｂの歯数を同じ歯数とすることにより、ピニオン１１ｃを段付きピニオンとする必要が無いためコストの低減が図れる

以上のように、本発明によれば、パワースプリット型無段変速装置を構成する遊星歯車機構の回転要素の回転速度を抑制し、また小型軽量化することができるので、車両に搭載する無段変速機に好適である。

この発明の第１実施形態におけるパワースプリット型無段変速装置の構成図である。

符号の説明

１…入力軸
２…トルクコンバータ
３…バリエータ入力軸
４…ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ
５ａ、５ｂ…入力ディスク
６…入力ディスク連結軸
７…出力ディスク
８…パワーローラ
９…第２遊星歯車機構
９ａ…サンギヤ
９ｂ…ピニオンギヤ
９ｃ…キャリア
９ｄ…リングギヤ
１０…バリエータ出力軸
１１…第３遊星歯車機構
１１ａ…第１サンギヤ
１１ｂ…第２サンギヤ
１１ｃ…ピニオンギヤ
１１ｄ…キャリア
１１ｅ…リングギヤ
１２…ローディング機構
１３…バイパス軸
１４…バイパスクラッチ
１５…第１遊星歯車機構
１５ａ…サンギヤ
１５ｂ…ピニオンギヤ
１５ｂ´…ピニオンギヤ
１５ｃ…キャリア
１５ｄ…第１リングギヤ
１５ｅ…第２リングギヤ
１６…直結クラッチ
１７…後進ブレーキ
１８…出力軸
１９…第２センターメンバ
２０…第２動力伝達経路
２１…第１動力伝達経路
２２…第１センターメンバ
５０…ハウジング
５１…ハウジング

Claims

駆動源により駆動されるバリエータ入力軸と、
前記バリエータ入力軸と同軸に設置され、前記バリエータ入力軸に基づく動力を取り出す出力軸と、
前記バリエータ入力軸と前記出力軸との間に配設され、２組の入力ディスクと、２組の出力ディスクと、前記入力ディスクと前記出力ディスクの間に傾転自在に配設された複数のパワーローラからなるダブルキャビティ式トロイダル型バリエータと、
前記入力ディスクを前記パワーローラを介して前記出力ディスクに押圧するローディング機構と、
前記出力ディスクの回転が第２遊星歯車機構と第３遊星歯車機構を介して２自由度を有する第１遊星歯車機構に伝達される第１動力伝達経路と、
前記バリエータ入力軸の回転が前記バリエータ入力軸と同軸に設置されたバイパス軸を経由して前記第１遊星歯車機構に伝達する第２動力伝達経路とを備え、
前記第１遊星歯車機構は、前記出力軸に接続する１つのサンギヤと、この１つのサンギヤに噛み合う第１ピニオンと、一方がバイパスクラッチを介して前記バイパス軸と接続する２つのリングギヤと、この２つのリングギヤの各々と噛み合う第２ピニオンと、前記リングギヤ間に配置され、駆動力を伝達する第２センターメンバを有するとともに、直結クラッチを介して前記出力軸と接続するキャリアと、を有するダブルリングギヤ−ダブルピニオン型遊星歯車機構とし、
前記第２遊星歯車機構はダブルピニオン型遊星歯車機構であり、
前記第３遊星歯車機構は、少なくとも前記第２遊星歯車機構のサンギアと接続する第１サンギアと、前記第２センターメンバと接続する第２サンギヤと、２つのサンギヤの各々と噛み合う第３ピニオンと、前記サンギヤ間に配置されるとともに前記入力ディスクに接続されて駆動力を伝達する第１センターメンバを有するキャリアと、を有するダブルサンギヤ−シングルピニオン型遊星歯車機構としたことを特徴とするパワースプリット型無段変速装置。
前記バリエータ入力軸と、前記ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータと、前記第１遊星歯車機構と、前記第２遊星歯車機構と、前記第３遊星歯車機構と、前記出力軸とを同一軸上に配設したことを特徴とする請求項１に記載のパワースプリット型無段変速装置。
前記第３遊星歯車機構は、異なる歯数を有する二つのサンギヤと、この二つのサンギヤの各々に噛み合う歯数の異なる段付きの前記第３ピニオンと、を有するダブルサンギヤ−シングルピニオン型遊星歯車機構としたことを特徴とする請求項１または２に記載のパワースプリット型無段変速装置。
前記第３遊星歯車機構は、同じ歯数を有する二つのサンギヤと、この二つのサンギヤの各々に噛み合う前記第３ピニオンと、を有するダブルサンギヤ−シングルピニオン型遊星歯車機構としたことを特徴とする請求項１または２に記載のパワースプリット型無段変速装置。
前記バリエータ入力軸の駆動力が、前記バリエータ入力軸から前記ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータ及び前記第１動力伝達経路を介して、前記出力軸に伝達される第１モードと、
前記バリエータ入力軸の駆動力が、前記第２動力伝達経路を経由して前記第１遊星歯車機構に伝達され、前記第１遊星歯車機構が駆動力を分割し、一部の駆動力が前記出力軸に伝達され、残りの駆動力が前記ダブルキャビティ式トロイダル型バリエータを介して循環して前記バリエータ入力軸の駆動力に加算され、前記バイパス軸に伝達される第２モードと、
を選択可能としたことを特徴とする請求項１に記載のパワースプリット型無段変速装置。
前記第２の遊星歯車機構は、
前記第３の遊星歯車機構のサンギヤに接続するサンギヤと、
回転が規制されたリングギヤと、
前記サンギヤと噛み合う第４ピニオンと、
前記第４ピニオンおよび前記リングギヤと噛み合う第５ピニオンと、
前記第４、第５ピニオンを保持し、前記出力ディスクに接続するキャリアとを有することを特徴とする請求項１に記載のパワースプリット型無段変速装置。