JP5385725B2 - Friction transmission - Google Patents
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本発明は、車両用または産業機械用等として使用する変速装置であって、入力軸の駆動トルクを摩擦力によって出力軸に伝達するとともに、出力軸の回転速度を無段階に変速する変速装置の改良に関するものである。
The present invention is a transmission that is used for vehicles, industrial machines, and the like, and transmits a driving torque of an input shaft to an output shaft by frictional force, and continuously changes the rotational speed of the output shaft. It is about improvement.
従来より摩擦式変速装置は、自動車をはじめとする多くの駆動系に使用されている。例えば特許文献1に示される摩擦式変速装置がある。この摩擦式変速装置は、変速リングの移動に伴い、速度比が0から比較的大きな値にまでわたって無段階に変化し、この速度比の変化に略反比例してトルク伝達比が変化する。そして、特に、円錐転子の頭部に軌道リングが当接する点を通り円錐転子の中心線に平行な直線と母線もしくはその延長線との交点が、円錐台状部の所定領域から外れた位置となるように設定しているため、所定領域内で速度比が0付近となる位置まで変速リングが移動したときにも、速度比に略反比例する大きなトルク伝達比が確保され、出力トルク性能が良好に保たれることとなる。
Conventionally, friction transmissions are used in many drive systems including automobiles. For example, there is a friction transmission shown in
このような摩擦式変速装置では、ギアまたはベルトを介して駆動トルクを伝達する変速装置に比べて騒音が小さく、変速比を無段階に調節することができ、入力軸が回転している状態で出力軸が停止するゼロ回転を実現することができる。特許文献1に開示された発明では、速度比が0付近でトルク伝達比が速度比に略反比例して大きくできるものの、円錐転子を軸受で支持して遊星運動させる構造であるため、該円錐転子の各当接面に付与した押付力がこれらの軸受に大きく作用することになる。通常、これらの当接面には少なくとも伝達力の10倍にも達する法線力が作用し、この法線力を確実に受けなければ、当接面に付与した押付力の損失が大きくなって、伝達トルクの低下などに繋がる。
In such a friction transmission, the noise is lower than that of a transmission that transmits drive torque via a gear or a belt, the gear ratio can be adjusted steplessly, and the input shaft is rotating. Zero rotation in which the output shaft stops can be realized. In the invention disclosed in
このため、従来では上記軸受の負荷容量を大きくせざるを得ない理由となっているが、特に遊星機構をもつこの種の摩擦式変速装置においては、内部空間の関係から容量の大きな軸受を設けることは構造上難しく、大型化することや大型化による重量増加の原因となっていた。 For this reason, conventionally, this is the reason why the load capacity of the bearing has to be increased. In particular, in this type of friction transmission having a planetary mechanism, a bearing having a large capacity is provided due to the internal space. This is difficult due to the structure, and has been increased in size and increased in weight due to the increase in size.
この点について、特許文献2に示す所謂Kopp K型の無段変速機がある。この無段変速機は、周方向の等間隔に複数のダブルコーンを配した構造であり、ダブルコーンはキャリアの支持軸に摺動可能に設けられている。各ダブルコーンはそれぞれの円錐母線にサンローラとアウターリングが当接されている。入力軸からサンローラ、ダブルコーンを介してアウターリング、出力軸へと動力が伝達される状態において、キャリアを入出力軸方向に移動させることによって、入力軸に対する出力軸の増減速が図られる。
In this regard, there is a so-called Kopp K type continuously variable transmission shown in
Kopp K型の無段変速機は、変速範囲が比較的広く、サンローラとアウターリングがダブルコーンの各円錐母線の同じ垂線上に当接する構造で、ダブルコーンにモーメントが作用しないため軸受に全く無理がかからず、大きな法線力にも影響を受けない利点がある。また、無段変速機の全ての構成要素が自転であり公転要素が全くない。このため、トラクションドライブとして粘度が高くトラクション係数の大きなトラクションオイルを使用することができ、小さな法線力で大きなトルクを得ることができる。 The Kopp K-type continuously variable transmission has a relatively wide speed range, the sun roller and outer ring are in contact with the same vertical line of each cone bus of the double cone, and the moment does not act on the double cone. There is an advantage that it is not affected by large normal force. In addition, all the components of the continuously variable transmission are self-rotating and have no revolution component. For this reason, traction oil having a high viscosity and a large traction coefficient can be used as a traction drive, and a large torque can be obtained with a small normal force.
反面、サンローラとアウターリングを円錐母線の同じ垂線上に当接させる構造上、ダブルコーンの入力側と出力側に同じ大きさの法線力が作用することから、出力トルク比に限界が生じる問題がある。これは、大きな法線力を作用させ油膜を介して動力を伝達するトラクションドライブでは、減速時に出力側に法線力から得られる大きな接線力を必要とするが、入力側も同じ大きさの法線力となるため、あまり大きな法線力をかけられないことに起因する。このため、減速するに従ってトルクが増加しなくなったり逆に減少する問題があった。 On the other hand, because the normal force of the same magnitude acts on the input side and the output side of the double cone due to the structure in which the sun roller and the outer ring are in contact with the same vertical line of the cone bus, the output torque ratio is limited. There is. This is because a traction drive that applies a large normal force and transmits power via an oil film requires a large tangential force that is obtained from the normal force on the output side during deceleration, but the input side also has the same magnitude method. This is due to the fact that it is impossible to apply a large normal force because it is a line force. For this reason, there has been a problem that the torque does not increase or decreases conversely as the vehicle decelerates.
また、Kopp K型の無段変速機は、増減速が可能であることから、法線力を付与するための調圧機構が入力側と出力側のいずれにも設ける必要がある。このため、入力側の調圧機構と出力側の調圧機構が相互に作用し、安定した法線力が得られない問題があった。
Further, since the Kopp K type continuously variable transmission can increase and decrease speed, it is necessary to provide a pressure adjusting mechanism for applying a normal force on both the input side and the output side. For this reason, there has been a problem that a stable normal force cannot be obtained because the pressure regulating mechanism on the input side and the pressure regulating mechanism on the output side interact with each other.
そこで本発明者は上記問題に鑑み鋭意研究の結果、本発明を成し得たものであり、その特徴とするところは、ケーシングに回転自在に支持された入力軸と出力軸とを有し、該入出力軸と同軸上に設けたキャリアの支持軸に摺動可能に支持したダブルコーンと、該入出力軸と同軸上に配設し該入力軸により回転駆動して該ダブルコーンに外周面を当接させる入力リングと、該ダブルコーンに内周面を当接させる出力リングと、該キャリアを該入出力軸の軸方向にスライド変位させる変速手段とにより構成し、該変速手段による入力リングと出力リングが当接するダブルコーンの半径比の変位で増減速させる摩擦式変速装置において、キャリアに入力リングに当接させる入力ダブルコーンと出力リングに当接させる出力ダブルコーンを周方向にそれぞれ複数設けると共に、これらの当接点を通り該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンのそれぞれの円錐母線に直交する円錐面上に、該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンとの当接点を有する中間リングを配したことにある。 Therefore, the present inventor has been able to achieve the present invention as a result of intensive studies in view of the above problems, and the feature thereof is that it has an input shaft and an output shaft that are rotatably supported by the casing, A double cone supported slidably on a carrier support shaft provided coaxially with the input / output shaft, and disposed coaxially with the input / output shaft and driven to rotate by the input shaft. An input ring for contacting the inner periphery of the double cone, and a speed change means for slidingly displacing the carrier in the axial direction of the input / output shaft. In the friction transmission that increases and decreases the speed by the displacement of the radius ratio of the double cone with which the output ring abuts, the input double cone that abuts the carrier on the input ring and the output double cone that abuts on the output ring are aligned in the circumferential direction. An intermediate having a plurality of each and having a contact point between the input double cone and the output double cone on a conical surface passing through these contact points and orthogonal to the respective cone buses of the input double cone and the output double cone. There is a ring.
ここで、本明細書中でいう「ダブルコーン」とは、入出力軸と同軸に設けたキャリアの支持軸に可回転及び摺動可能に支持するもので、円錐台の底面同士を重ねた形状である。基本的には同じ形状の円錐台を重ねた形状とするが、頂角が同じであれば大小の組み合わせでもよい。 Here, the “double cone” as used in the present specification is a support that can be rotated and slidably supported on a support shaft of a carrier provided coaxially with the input / output shaft. It is. Basically, the truncated cones of the same shape are overlapped. However, as long as the apex angles are the same, a combination of large and small may be used.
本発明においては、入力リングの軸線を中心として2つの同心円上にそれぞれ複数のダブルコーンを配する。一方を入力ダブルコーンとして入力リングに当接させ、他方を出力ダブルコーンとして出力リングに当接させる。各ダブルコーンは従来と同様にキャリアに設けた支持軸に摺動可能に支持する。各ダブルコーンの周方向に設ける数や相対的な大きさは特に限定するものではないが、スペースの点から入力ダブルコーンに対しその外周側に配される出力ダブルコーンを大きくしたり、数を多く配する。また、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンは,必ずしも放射方向の直線上に設ける必要はなく、ズラした位置に配してもよい。 In the present invention, a plurality of double cones are arranged on two concentric circles around the axis of the input ring. One is brought into contact with the input ring as an input double cone, and the other is brought into contact with the output ring as an output double cone. Each double cone is slidably supported on a support shaft provided on the carrier as in the conventional case. The number and relative size provided in the circumferential direction of each double cone is not particularly limited, but the output double cone arranged on the outer circumference side of the input double cone is enlarged from the space point, or the number is Distribute a lot. Further, the input double cone and the output double cone are not necessarily provided on a straight line in the radial direction, and may be arranged at a shifted position.
「中間リング」とは、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンとの間に介在させ、動力を伝達させる部材をいう。中間リングを設ける位置は、基本的に入力ダブルコーンと出力ダブルコーンが入力リングと出力リングと当接する当接点を結ぶ線上に、当接点を有する位置に設け、この位置で回転可能に支持する。実際には、各ダブルコーンは入出力軸に対して円錐母線が傾斜するように配されることと、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンを放射方向の直線上に設けない場合もある。このため、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンが入力リングと出力リングと当接する当接点を通り、該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンのそれぞれの円錐母線に直交する円錐面上に、該入力ダブルコーンと該出力ダブルコーンとの当接点を有する位置に中間リングを配する。変速手段による増減速は、従来と同様にキャリアを入出力軸方向に移動させるだけでよく、入力リング、出力リング、中間リングに対して当接する入力ダブルコーンと出力ダブルコーンの半径比を変えて増減速する。
The “intermediate ring” refers to a member that is interposed between the input double cone and the output double cone to transmit power. The position where the intermediate ring is provided is basically provided at a position having a contact point on a line connecting the contact points where the input double cone and the output double cone contact the input ring and the output ring, and is supported rotatably at this position. Actually, each double cone may be arranged such that the cone bus is inclined with respect to the input / output axis, and the input double cone and the output double cone may not be provided on a straight line in the radial direction. For this reason, the input double cone and the output double cone pass through a contact point where the input double cone and the output ring come into contact with each other. An intermediate ring is arranged at a position having a contact point between the output double cone and the output double cone. The speed increase / decrease by the speed change means only needs to move the carrier in the input / output axis direction as in the past, and the input double cone and output double cone contacting the input ring, output ring and intermediate ring are changed Increase and decrease speed.
本発明に係る摩擦式変速装置は、入力リングに当接する入力ダブルコーンと出力リングに当接する出力ダブルコーンを周方向に複数配し、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンとの間に介在させる中間リングを回転可能に設けたことにより、変速範囲を極めて大きくすることが可能となった。 The friction transmission according to the present invention includes an intermediate ring in which a plurality of input double cones that contact the input ring and a plurality of output double cones that contact the output ring are arranged in the circumferential direction, and are interposed between the input double cone and the output double cone. By providing the rotator so as to be rotatable, the shift range can be made extremely large.
また、入力リングと出力リングとの間に中間リングを介在させたことにより、上述した問題点が解消されることになる。これは、入力ダブルコーンが中間リングの内周側に当接し、出力ダブルコーンが中間リングの外周側に当接する構造となって、入力側と出力側が分離独立されるためである。従って、入力側の法線力と出力側の法線力が中間リングの内周側と外周側に作用し、入力側と出力側のそれぞれの調圧機構により互いに影響することなく任意に設定することができる。
In addition, the above-described problem is solved by interposing the intermediate ring between the input ring and the output ring. This is because the input double cone is in contact with the inner peripheral side of the intermediate ring and the output double cone is in contact with the outer peripheral side of the intermediate ring, so that the input side and the output side are separated and independent. Accordingly, the normal force on the input side and the normal force on the output side act on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the intermediate ring, and are arbitrarily set without affecting each other by the respective pressure regulating mechanisms on the input side and the output side. be able to.
本発明は、摩擦伝動式の変速装置において入力リングに当接する入力ダブルコーンと出力リングに当接する出力ダブルコーンを周方向に複数配し、入力ダブルコーンと出力ダブルコーンとの間に中間リングを配したことにより、上述課題を解決した。
According to the present invention, in a friction transmission type transmission, a plurality of input double cones that contact the input ring and output double cones that contact the output ring are arranged in the circumferential direction, and an intermediate ring is provided between the input double cone and the output double cone. By arranging, the above-mentioned problems were solved.
図1は、本発明に係る摩擦式変速装置1の一実施例を示す断面図である。この摩擦式変速装置1は、エンジンまたは電動モータ等からなる駆動源により回転駆動される入力軸2と、該入力軸2に調圧機構3を介して接続した入力リング4、該入力リング4に対向して出力リング5と調圧機構3を介して出力軸6を設けている。そして、入力リング4に当接する入力ダブルコーン41と、出力リング5に当接する出力ダブルコーン51を、キャリア7に設けた支持軸71に摺動可能に設けている。入力ダブルコーン41と出力ダブルコーン51は、それぞれ入出力軸2、6の放射方向に配して、それぞれ周方向に複数等間隔に設けている。そして、各入力ダブルコーン41と各出力ダブルコーン51の間に設けてこれらに当接させる中間リング8を回転可能に支持している。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a
本例は増速位置にあり、入力リング4が入力ダブルコーン41の小径部に当接し、中間リング8が入力ダブルコーン41の大径部と出力ダブルコーン51の小径部に当接すると共に、出力リング5が出力ダブルコーン51の大径部に当接している。この状態から、図2に示すように変速手段9でキャリア7に螺合した変速軸91を変速ギア92で回転させてキャリア7を出力リング5方向に移動させると減速する。
In this example, the
入力ダブルコーン41と出力ダブルコーン51の数や配置位置は、特に限定するものではないが、例えば図3に示すように入力ダブルコーン41を4個、出力ダブルコーン51を8個設ける。本例では、各入力ダブルコーン41の放射方向の直線上に出力ダブルコーン51を配しているが、中間位置に配することも可能である。
The number and arrangement positions of the input
ダブルコーンによる変速装置では増速も可能となるため、出力側だけに調圧機構3を設けた場合、増速時に入力側の法線力が減少して滑りが発生しやすくなる。本発明に係る摩擦式変速装置1は、入力ダブルコーン41と出力ダブルコーン51との間に中間リング8を介在した構造であることから、図4に示すように入力側にかける法線力Wpと出力側にかける法線力Wsを中間リング8で分離することができ、入力側と出力側にそれぞれ調圧機構3による独立した法線力を付与することができる。
Since speed increase is possible with a double cone transmission, when the pressure adjusting mechanism 3 is provided only on the output side, the normal force on the input side decreases during speed increase, and slippage is likely to occur. Since the
図5に示す入力ダブルコーン41と出力ダブルコーン51、これらに当接する入力リング4、出力リング5、中間リング8のそれぞれの半径寸法と、これら当接部の入出力軸中心からの半径寸法により、減速比は次式となる。
The input
このように本発明に係る摩擦式変速装置1は、極めて大きな減速比を達成することができ、変速範囲での出力トルクと入力トルクの比の最大値をトルク倍率とした場合、50倍以上のトルク倍率を得ることができる。これまでのゼロ回転が得られる無段変速は、変速範囲が無限大であるものの、トルク倍率は精々10倍程度でしかない。このため、本発明に係る摩擦式変速装置1では、ゼロ回転を求めずに格段に大きなトルク倍率を実現する無段変速装置を目的としている。従来の無段変速装置のトルク倍率を下記に示す。本発明者による電気自動車でのテストでは、トルク倍率が30倍程度得ることができれば、ゼロ回転を求めなくともクラッチ等を設けることなく始動できることが判明している。
機種名 トルク倍率
バイエルB型 3.8倍
ディスコB型 3.4倍
Kopp K型 6.5倍
シンポRX型 6.0倍
ハーフトロイダル型 5.5倍
As described above, the
Model name Torque magnification Bayer B type 3.8 times Disco B type 3.4 times Kopp K type 6.5 times Sympo RX type 6.0 times half toroidal type 5.5 times
1 摩擦式変速装置
2 入力軸
3 調圧機構
4 入力リング
41 入力ダブルコーン
5 出力リング
51 出力ダブルコーン
6 出力軸
7 キャリア
71 支持軸
8 中間リング
9 変速手段
91 変速軸
92 変速ギア
DESCRIPTION OF
41 Input
51 Output double cone 6 Output shaft 7 Carrier
71
91 Transmission shaft
92 Transmission gear
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