JP4807547B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は入力円板と出力円板の間に形成されるトロイド状間隙に回転子を配置し、回転子を介して両円板間にトルクを伝達するトロイダル型無段変速機に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
この種のトロイダル型無段変速機では、特表平６−５０２４７６号公報に示すように、位置可変の複数群の回転子が、互いに反対方向に回転する入力用及び出力用の同軸円板の対向する面に形成された一部トロイダル状の対応する軌道面間で牽引力を伝える。入力円板及び出力円板は、動力源に連なる入力軸を挿通させる中心孔を有しており、入力円板が入力軸に一体回転可能に連結されると共に、出力円板が入力軸に回転自在に支持されている。
【０００３】
上記の入力円板から出力円板に伝えられる回転速度は、回転子の位置が変わると変化する。すなわち、回転子が相対的に高い半径位置で入力円板と接触すると共に、相対的に低い半径位置で出力円板と接触する場合、出力円板は入力円板よりも早く回転し、バリエータは高ギヤ比に設定される。
一方、回転子が相対的に低い半径位置で入力円板と接触すると共に、相対的に高い半径位置で出力円板と接触する場合、出力円板は入力円板よりも遅く回転し、バリエータは低ギヤ比に設定される。
【０００４】
通例、回転子はその支軸に直交する方向へ延びるキャリッジによって回転自在に支持されており、トーラスの中心円を含む平面に対してキャリッジの軸線が所定のキャスタ角を持って傾斜するようにしてある。
また、入力円板と出力円板は油圧シリンダにより互いに近づけられる方向に付勢されている一方、回転子もこれを支持するキャリッジを介して油圧シリンダにより円板の軌道面に押し付けられる方向に付勢されている。そして、これら油圧シリンダが発生する油圧を制御することにより、回転子が受けるトルク伝達力にバランスする力を、キャリッジを介して回転子に与える。これにより、入力円板のトルクに対する出力円板のトルクが釣り合うようにローラ角度が変化し、適切なトルク比に維持する。
【０００５】
実際には、各種の必須パラメータ（例えば、操作者の要求、エンジン負荷、エンジン速度、及び最終出力速度等）の種々の組み合わせに関して、ローラが受ける固有のトルク負荷があるので、制御システムは、すべての必須パラメータを表す入力を受け取り、入力円板と出力円板のトルク比を適切に保つ時、ローラが受けるトルク反力に合致した適切な油圧を油圧シリンダ内で設定するようにしている。
【０００６】
一方、回転子の外周の転動面には、潤滑油を直接噴射して潤滑油が供給されるようになっており、これにより回転子の軌道面に対する転動が潤滑される。
ところで、従来、回転子の速度を検出しておらず、このため、回転子が異常な挙動を示すおそれがあり、これに対処することができなかった。というのは、入力円板と出力円板の回転速度を検出することにより、変速比は検出できても、回転子が円板に対してどの程度スリップしているかの検出ができないからである。例えば回転子のスリップ率が大きいまま運転を続けていると、摩擦熱によって回転子が高温化すると共に軌道面の潤滑油が蒸発し、軌道面の剥離等の異常を生ずることになる。また、回転子と円板の接触面間の油が高温化するため、トラクションが減少し、変速機の伝達効率が低下する。
【０００７】
また、車両に搭載されるトロイダル型無段変速機については、できるだけ小型、軽量化したいという要請があり、そのため、各円板や各ローラも小型にしなければならない。
しかしながら、そのような条件にて所要のトルクを伝達しようとすると、円板と回転子との接触圧力が高くなる。特に、小型化によって、回転子の表面積が減少すると、放熱が悪くなるため、回転子の温度が上昇して潤滑油の劣化を促進し、その結果、軌道面に剥離が生ずるおそれがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、回転子の高温化を防止できると共に変速機の伝達効率を向上でき、ひいては小型、軽量化を達成できるトロイダル型無段変速機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の好ましい態様は、相対向する一対の円板と、これら円板間に形成されるトロイド状間隙に配置され一対の円板間にトルクを伝達する回転子と、回転子の速度を検出する手段と、円板の速度を検出する手段と、回転子の速度を検出する手段および円板の速度を検出する手段の検出結果に基づいて信号を出力する信号出力手段とを備え、上記回転子の側面に、多数の起伏部が形成され、上記回転子の速度を検出する手段が上記起伏部に間欠的に対向することにより回転子の速度を検出するようにしてあることを特徴とするものである。
【００１０】
本態様では、実際の回転子の速度を監視することが可能になるので、異常な挙動の発生を防止して、回転子が高温になることを防止することができる。その結果、トロイダル型無段変速機の小型、軽量化を達成することも可能となる。
上記回転子の側面に多数の起伏部を設けてあるので、起伏部によって回転子の表面積を増大でき、その結果、回転子の放熱を良くして、回転子が高温になることを防止できる。したがって、円板や回転子を小型にしても、潤滑油劣化に起因する軌道面の剥離が生ずるおそれがなく、これにより、無段変速機の小型、軽量化に実質的に寄与できる。起伏部は、凸部、凹部および貫通孔の少なくとも一つを含んでいれば良い。特に、上記起伏部は回転子の回転軸線を中心とする円周上に並べて等間隔に配置されていれば好ましい。
【００１１】
また、円板の速度を検出する手段と、回転子の速度を検出する手段および円板の速度を検出する手段の検出結果に基づいて信号を出力する信号出力手段とをさらに備えているので、下記の利点がある。すなわち、回転子の高温化に最も影響を及ぼすのは、円板に対する回転子のスリップである。また、回転子と円板の接触部のトラクションにも、スリップが影響を与える。本態様では、回転子のスリップに関連する情報を得ることが可能になるので、回転子の高温化をより確実に防止することができる。さらに、スリップに関連する情報を利用して回転子と円板の接触部のトラクションを最適に制御できるため、変速機の伝達効率を向上させることができる。
【００１２】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態のトロイダル型無段変速機の概略断面図である。図１を参照して、本無段変速機Ａのバリエータ１は車両の動力源２により駆動される入力軸３を備えており、入力軸３の一端には動力源２に連結するためのスプライン４が形成されている。入力軸３はその両端近傍にそれぞれ入力円板５，６を支持している。これらの入力円板５，６はキー７を用いて入力軸３に結合され、これにより、入力円板５，６の入力軸３に対する回転が阻止されている。キー結合であるため、入力軸３と入力円板５，６の間には限られた範囲での相対的軸方向移動が許容されている。これは適当な油圧動力源８と連結した油圧シリンダ９により入力円板６を他方の入力円板５側へ付勢することにより、バリエータ１に所要の「端末負荷」を加えるためである。なお、キー結合に代えてスプライン結合を用いても良い。
【００１３】
入力軸３の軸方向中央部にはバリエータ１の出力部を構成する環状の出力円板１０が転がり軸受１１を介して回転自在に支持されている。この出力円板１０の両側面には、一部トロイダル状の軌道面１２が形成されている。また、出力円板１０の外周面にはギヤ歯１３が形成され、このギヤ歯１３に噛み合うギヤ歯を有するギヤ１４を一体回転可能に設ける出力軸１６が入力軸３と平行に配置されている。ギヤ歯１３、ギヤ１４によって出力円板１０から出力軸１６にトルクを伝達するための歯車伝動機構Ｂが構成されている。出力軸１６の回転は車両の駆動輪に伝達されるようになっている。
【００１４】
出力円板１０の各軌道面１２と対応する入力円板５，６との間は、一部トロイド状間隙Ｓに形成されており、入力円板５，６上の一部トロイダル状の軌道面１５と、出力円板１０上の一部トロイダル状の軌道面１２との間で複数群の回転子としてのローラ１７を介して牽引力を伝達する。ローラ１７はキャリッジ１８により回動軸線Ｋの回りに回転自在に支持されている。
【００１５】
入力円板５と出力円板１０との間には何組かのローラ／キャリッジが介在しているが、図１では１組だけを示してある。入力円板６と出力円板１０との間にも同様に１組だけ図示してある。実際には、１組の円板の間に３個１組のローラが設けられているのが普通であり、この３個のローラは、入力軸３の中心軸線Ｃを中心とする円周上の等間隔に配置される。６個のローラの位置はすべて共通の油圧制御装置により制御され、運転中は常時等しい変速比を伝達するようになっている。
【００１６】
各ローラ１７の中心１９は軌道面１２，１５の共通トーラスの想像上の中心円２０上にあるように設定されているが、作動上は、この円に沿って前後に限られた範囲で移動することができる。油圧回路２１は油圧シリンダ２２を含みキャリッジ１８を介してローラ１７の位置を制御するものである。
次いで、図２を参照して、キャリッジ１８はローラ１７の一対の側面１７ａにそれぞれ所定の隙間を設けて対向する一対の側板２３，２４と、ローラ１７の周面の一部に所定の隙間を設けて対向し、両側板２３，２４の基端部同士を連結する連結部２５とを有する断面コの字型をなしている。
【００１７】
各側板２３，２４の先端部には、それぞれ転がり軸受２６を介してローラ１７の支軸２７の対応する端部が回転自在に支持されている。キャリッジ１８の連結部２５は油圧シリンダ２２のピストンロッド２８の先端に連結軸２９を介して回動自在に連結されている。
図２および図３を参照して、ローラ１７の側面１７ａには、回転軸線３０に平行な方向にローラ１７を貫通する複数の貫通孔３１が形成されており、これら貫通孔３１はローラ１７の回転軸線３０を中心とする円周上に等間隔で配置されている。
【００１８】
また、キャリッジ１８の一方の側板２４には、貫通孔３１に臨む位置に電磁式の速度センサ３２が保持されており、この速度センサ３２はローラ１７の回転に伴う磁束変化に伴って信号Ｄ１を出力し、これを受けた信号出力手段としての制御部３３によってローラ１７の回転速度Ｖ１が演算される。
一方、制御部３３には、車両の駆動源の回転速度に係わる信号Ｄ２や、最終出力速度として車輪の回転速度等に係わる信号Ｄ３が図示しない速度センサから入力されている。制御部３３では、前者の信号Ｄ２に基づいて、入力円板５，６の回転速度Ｖ２を演算し、後者の信号Ｄ３に基づいて出力円板１０の回転速度Ｖ３を演算する。なお、各速度センサからの信号は図示しないセンサ回路を介してディジタル信号として制御部３３に与えられるようになっている。
【００１９】
次いで、図４を参照して、制御部３３がローラ１７のスリップ率を監視する動作について説明する。まず、フラッグＦを０とする等、各データをイニシャライズする（ステップＳ１）。次いで、各速度センサからの信号Ｄ１，Ｄ２およびＤ３を入力し（ステップＳ２）、入力データに基づいてローラ７、入力円板５，６および出力円板１０の各回転速度Ｖ１，Ｖ２およびＶ３を演算する（ステップＳ３）。
【００２０】
次いで、求められた回転速度Ｖ１，Ｖ２およびＶ３を用いて、ローラ１７と対応する円板５（又は６），１０の接触部の速度を求め、接触部の速度差によりローラ１７のスリップ率Ｒを演算する（ステップＳ４）。
例えば回転速度Ｖ１であるローラ１７と、回転速度Ｖ３である出力円板１０の間のスリップ率Ｒは、両者の速度差（Ｖ１−Ｖ３）を両者の平均速度（Ｖ１＋Ｖ３）／２で除した値である。
【００２１】
求められたスリップ率Ｒが許容値Ｒａ以上であると、フラッグＦを１として、例えば、運転の停止を促すために異常を報知する信号Ｄ４を車室内のインジケータ等の報知部３４へ出力した（ステップＳ５〜Ｓ７）後、ステップＳ２に戻って引き続きスリップ率を監視する。
一方、求められたスリップ率ＲがステップＳ５での判定にて許容値Ｒａ未満である場合には、ステップＳ８にて警告報知中であるか否かを確認し、報知中であればフラッグＦを０に戻すと共に報知を解除する信号Ｄ５を出力した（ステップＳ９、Ｓ１０）後、ステップＳ２に戻ってスリップ率を継続して監視する一方、報知中でなければステップＳ８からそのままステップＳ２に戻って引き続きスリップ率を監視する。
【００２２】
なお、速度センサ３２としては光電式のものであっても良い。その場合、図５に示すように、光電式の速度センサ３２の発光部３６と受光部３７をローラ１７を挟むキャリッジ１８の一対の側板２３，２４にそれぞれ配置し、発光部３６からの光を貫通孔３１を介して受光部３７に受光させることになる。
本実施の形態によれば、貫通孔３１を設けることによって、ローラ１７の表面積を増大できるので、ローラ１７の放熱性を良くすることができる結果、ローラ１７の高温化を防止できる。したがって、各円板５，６，１０やローラ１７を小型にしても、潤滑油劣化に起因する軌道面１２，１５の剥離が生ずるおそれがない。さらに、ローラ１７と各円板５，６，１０の接触部の潤滑油の高温化を防止できるため、トラクションの低下を防止することができる。その結果、可及的に無段変速機１の小型、軽量化を実質的に達成できる。特に、貫通孔３１であれば、ローラ１７の軽量化をより促進できる。
【００２３】
また、貫通孔３１を利用してローラ１７の速度を検出することにより、ローラ１７が異常にスリップしている場合等に運転を停止させる等の警告を発することが可能となり、無段変速機Ａの信頼性が高まる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、貫通孔３１に代えて、図６Ａに示すように、ローラ１７の一側面１７ａに凹部３８を設けたり、或いは、図６Ｂに示すように、ローラ１７の一側面１７ａに凸部３９を設けるようにしても良い。
【００２４】
また、図７に示すように、制御部３３が速度センサからの信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を入力し、車両駆動源制御部４０に対して車両の駆動源の回転速度を調整するための信号４１を出力するようにしても良い。例えば、図８に示すように、スリップ率Ｒが許容値Ｒａ以上である場合に車両駆動源制御部４０に対して、車両の駆動源の回転速度を低下させるための信号を出力し（ステップＳ５〜Ｓ７）、スリップ率Ｒが許容値Ｒａ未満である場合には、上記回転速度を低下させるための信号の出力を解除する（ステップＳ５〜Ｓ１０）。図８における制御の流れにおいて、他は図４の例と同様である。
【００２５】
また、図９に示すように、制御部３３が速度センサからの信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を入力し、入力円板５，６を出力円板１０側へ付勢する油圧シリンダ９への油圧を制御する油圧制御部４１に対して信号４２を出力すると共に、ローラ１７を円板５，６，１０に付勢する油圧シリンダ２２を制御する油圧制御部４３に対して信号４４を出力するようにしても良い。
【００２６】
例えば、図１０に示すように、スリップ率Ｒが許容値Ｒａ以上である場合に各圧力制御部４１，４３に対して、油圧を低下させるための信号を出力し（ステップＳ５〜Ｓ７）、スリップ率Ｒが許容値Ｒａ未満である場合には、上記油圧を低下させるための信号の出力を解除する（ステップＳ５〜Ｓ１０）。図１０における制御の流れにおいて、他は図４の例と同様である。
【００２７】
図８や図１０の実施の形態では、スリップ率ＲがＲａ以上である場合に、ローラと円板の接触条件を緩和する信号として、駆動源の回転速度を低下させるための信号や、油圧を低下させるための信号を出力するようにしたが、これに限らず、スリップ率ＲがＲａ以上である場合に、ローラと円板の接触条件を緩和する信号として、図１１Ａに示すように、ローラと円板の接触部に供給する潤滑油の温度を下げる信号４５を潤滑油温度制御部４６に出力したり、図１１Ｂに示すように、潤滑油の量を増加させる信号４７を潤滑油供給量制御部４８に出力するようにしても良い。また、例えば、円板の回転軸内部に冷媒を供給し、円板を冷却する等、円板やローラを直接冷却する冷却機構を設け、この冷却機構を制御する信号４９を冷却機構制御部５０に出力するようにしても良い。
【００２８】
ここで、上記の接触条件とは、回転子と円板の接触部の接触荷重、接触面圧、相対速度、温度、表面粗さ、又は接触面間の油膜厚さ、油膜パラメータ、油温等であって、接触部の損傷や寿命、トラクション、伝達効率、振動等に影響を及ぼす条件をいう。したがって、上記の接触条件の緩和するとは、接触部の損傷を防止するために、あるいは接触部のトラクションの低下を防止するために接触荷重を低減したり、相対速度を低減したり、潤滑油温度を下げたり、潤滑油量の供給量を増加したりすることである。
【００２９】
上記の図４、図８および図１０においては、ローラ１７および円板５，６，１０の接触領域の速度に基づいて、スリップ率Ｒを演算し、これを用いてローラ１７と円板５，６，１０の接触状態を判断するようにしたが、これに限らない。例えば、上記のスリップ率Ｒに代えて、ローラ１７および円板５，６，１０の接触領域の速度の差であっても良いし、速度の比であっても良いし、速度の差および速度の比を含む値であっても良い。あるいは、これら以外でも、ローラ１７と円板５，６，１０の接触領域の速度を比較できる値であれば良い。
【００３０】
例えば、図１２のフローチャートに示すように、ステップＳ４にて速度比Ｘを演算し、ステップＳ５にて速度比Ｘが所定値Ｘａ以上であると、接触条件を緩和する信号を出力し（ステップＳ６〜Ｓ７）、所定値Ｘａ未満であると、接触条件を緩和する信号の出力を解除する（ステップＳ９〜Ｓ１０）ようにしても良い。接触条件を緩和する信号としては、上述した信号の少なくとも一つを含んでいれば良い。
【００３１】
図４の実施の形態では、スリップ率Ｒが許容値Ｒａを超えると、報知するようにし、また、図８、図１０、図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃの各実施の形態では、スリップ率Ｒが許容値Ｒａを超えると、ローラ１７と円板５，６，１０との接触圧力等の接触条件を緩和するようにし、さらに、図１２の実施の形態では、速度差Ｘが所定値Ｘａ以上になると、接触条件を緩和するようにしたが、これに限らない。例えば、スリップ率Ｒが所定値Ｒａを超えないように（或いは、速度差Ｘが所定値Ｘａを超えないように）接触条件を調整するべく、車両駆動源制御部４０、油圧制御部４１，４３、潤滑油温度制御部４６、潤滑油供給量制御部４８、冷却機構制御部５０の少なくとも一つに信号を出力するようにしても良い。
【００３２】
その他、本発明の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施の形態のトロイダル型無段変速機の一部破断概略図である。
【図２】図２はトロイダル型無段変速機の要部の一部破断概略斜視図である。
【図３】図３はローラの側面図である。
【図４】図４はローラの動作状態を監視する制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は速度センサの詳細を説明するための回転子とその周辺の概略断面図である。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ回転子および速度センサの概略図であり、回転子に設けられる起伏部の変更例をそれぞれ示している。
【図７】図７は本発明の別の実施の形態のトロイダル型無段変速機の電気的構成の要部を示すブロック図である。
【図８】図８は図７の実施の形態において、制御の流れを示すフローチャートである。
【図９】図９は本発明の別の実施の形態のトロイダル型無段変速機の電気的構成の要部を示すブロック図である。
【図１０】図９の実施の形態において、制御の流れを示すフローチャートである。
【図１１】図１１Ａ，図１１Ｂ及び図１１Ｃはそれぞれ本発明のさらに別の実施の形態の電気的構成の要部のブロック図である。
【図１２】図１２は本発明のさらに別の実施の形態の制御の流れを示すフローチートである。

Claims (15)

1. 相対向する一対の円板と、
   これら円板間に形成されるトロイド状間隙に配置され一対の円板間にトルクを伝達する回転子と、
   回転子の速度を検出する手段と、
   円板の速度を検出する手段と、
   回転子の速度を検出する手段および円板の速度を検出する手段の検出結果に基づいて信号を出力する信号出力手段とを備え、
   上記回転子の側面に、多数の起伏部が形成され、
   上記回転子の速度を検出する手段が上記起伏部に間欠的に対向することにより回転子の速度を検出するようにしてあることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
2. 上記信号出力手段の出力する信号は、回転子と回転子に対応する円板の接触領域の速度の比較結果に応じた信号を含む請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。
3. 上記比較結果は、回転子と対応する円板の接触領域の速度の差および比の少なくとも一つをパラメータとして含む請求項２に記載のトロイダル型無段変速機。
4. 上記信号出力手段が出力する信号は、比較結果に応じて回転子と円板の接触条件を調整するための信号を含む請求項２または３に記載のトロイダル型無段変速機。
5. 上記信号出力手段が出力する信号は、上記比較結果が所定値以上にならないように、回転子と円板の接触条件を調整するための信号を含む請求項２または３に記載のトロイダル型無段変速機。
6. 上記信号出力手段が出力する信号は、上記比較結果が所定値以上になると、回転子と円板の接触条件を緩和するための信号を含む請求項２または３に記載のトロイダル型無段変速機。
7. 上記接触条件を調整するための信号は、一対の円板を互いに近づける方向に付勢する手段の付勢力を調整するための信号を含む請求項４から６の何れか１項に記載のトロイダル型無段変速機。
8. 上記一対の円板を互いに近づける方向に付勢する手段は油圧アクチュエータを含み、
   上記接触条件を調整するための信号は油圧アクチュエータに供給される油圧を調整するための信号を含む請求項７に記載のトロイダル型無段変速機。
9. 上記接触条件を調整するための信号は、回転子を回転自在に支持するキャリッジを介して回転子を一対の円板に付勢する手段の付勢力を調整するための信号を含む請求項４から６の何れか１項に記載のトロイダル型無段変速機。
10. 上記回転子を一対の円板に付勢する手段は油圧アクチュエータを含み、
    上記接触条件を調整するための信号は油圧アクチュエータに供給される油圧を調整するための信号を含む請求項９に記載のトロイダル型無段変速機。
11. 上記接触条件を調整するための信号は、車両の駆動源の回転速度を調整するための信号を含む請求項４から６の何れか１項に記載のトロイダル型無段変速機。
12. 上記接触条件を調整するための信号は、回転子と円板の接触部に供給する油の温度及び供給量の少なくとも一つを調整するための信号を含む請求項４から６の何れか１項に記載のトロイダル型無段変速機。
13. 上記接触条件を調整するための信号は、回転子と円板の接触部の温度を調整するための信号を含む請求項４から６の何れか１項に記載のトロイダル型無段変速機。
14. 上記信号出力手段が出力する信号は、報知手段に報知させるための信号を含む請求項１から３の何れか１項に記載のトロイダル型無段変速機。
15. 上記起伏部は回転子の回転軸線を中心とする円周上に並べて等間隔に配置された貫通孔、凹部および凸部の少なくとも一つを含む請求項１から１４の何れか１項に記載のトロイダル型無段変速機。

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