JP6603404B2 - トロイダル無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、航空機等に用いられるトロイダル無段変速機に関する。

トロイダル無段変速機では、入力ディスクと出力ディスクとの間にパワーローラが介在し、入力ディスクと出力ディスクが、ローディングカム装置によって回転軸線方向に互いに近づく向きに付勢され、パワーローラを十分な接触圧で挟み込む。入力ディスク及び出力ディスクの接触面は、パワーローラが傾転軸線周りに傾転したときのパワーローラの接触面の傾転軌跡に一致する円弧形状を有し、パワーローラを傾転させることで、変速比が連続的に変更される（特許文献１参照）。

特開２００３−７４６５８号公報

ところで、変速比が大きい状態、即ち、パワーローラが大きく傾転して入力ディスク又は出力ディスクの径方向外側の部分に接触した状態で、当該ディスクの曲げモーメントが大きい場合には、当該ディスクの径方向外側の部分がパワーローラからの反力で僅かに撓むことが考えられる。そうすると、パワーローラとディスクとの間の接触点がディスクの径方向外側に僅かに移動し、変速比及び伝達トルクに設計値からの誤差が生じ得る。また、パワーローラとディスクとの間の接触点の移動を考慮して、ディスクの外径等を大きくしておく必要があるため、重量増加にも繋がる。

そこで本発明は、重量増加を抑制しながら、高精度かつ高効率に変速可能なトロイダル無段変速機を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るトロイダル無段変速機は、回転軸線を一致させた状態で互いに対向配置され、凹状の接触面を有する入力ディスク及び出力ディスクと、前記入力ディスクの前記接触面と前記出力ディスクの前記接触面との間に傾転可能に挟まれ、前記入力ディスクの回転駆動力を傾転角に応じた変速比で前記出力ディスクに伝達するパワーローラと、前記入力ディスク及び前記出力ディスクのいずれか一方のディスクを、そのいずれか他方のディスクに向けて押圧する押圧装置と、を備え、前記パワーローラの傾転軸線方向から見て、前記少なくとも一方のディスクの前記接触面は、前記パワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きい曲率の領域を有する。

前記構成によれば、ディスクの接触面は、パワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きい曲率の領域を有するので、押圧装置の押圧力に起因したパワーローラからの反力によってディスクの径方向外側の部分がパワーローラから離れる向きに僅かに撓んだときに、ディスクの接触面の曲率がパワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率に近づくことになる。よって、パワーローラとディスクとの間の接触点がディスクの径方向外側に移動することが防止され、変速比及び伝達トルクの設計値からの誤差を低減できる。また、パワーローラとディスクとの間の接触点の移動を考慮してディスクの外径等を大きくしておく必要性も低減できる。従って、重量増加を抑制しながら、高精度かつ高効率に変速可能なトロイダル無段変速機を提供することができる。

前記傾転軸線方向から見て、前記少なくとも一方のディスクの前記接触面の形状は、真円の一部をなす形状であってもよい。

前記構成によれば、ディスクの接触面をパワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きい曲率を有する形状に容易に精度良く加工できる。

前記傾転軸線方向から見て、前記少なくとも一方のディスクの前記接触面の曲率中心は、前記パワーローラの傾転中心に対して前記回転軸線側にずれていてもよい。

前記構成によれば、パワーローラの接触面の傾転軌跡とディスクの接触面との間の位置ズレが、ディスクの径方向外側にいくにつれて大きくなる。逆に言えば、当該位置ズレが、ディスクの径方向内側にいくにつれて小さくなる。よって、ディスクのうち撓みが生じ易い径方向外側の部分では、変速比及び伝達トルクの設計値からの誤差を低減できるとともに、ディスクのうち撓みが生じ難い径方向内側の部分では、従来通りの設計を保つことができる。

本発明によれば、重量増加を抑制しながら、高精度かつ高効率に変速可能なトロイダル無段変速機を提供することができる。

実施形態に係るトロイダル無段変速機を備える駆動機構一体型発電装置の断面図である。 図１に示すトロイダル無段変速機の回転軸線方向から見た断面図である。 パワーローラの接触面の傾転軌跡と入力ディスクとを傾転軸線方向から見た模式図である。 パワーローラが中立位置から傾転したときの入力ディスク及びその近傍の傾転軸線方向から見た拡大図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、実施形態に係るトロイダル無段変速機１０を備える駆動機構一体型発電装置１の断面図である。図１に示すように、駆動機構一体型発電装置１（Integrated Drive Generator：以下、「ＩＤＧ」という）は、航空機の交流電源に用いられるものであって、航空機のエンジンに取り付けられるケーシング２を備える。ケーシング２には、入力機構３と、トロイダル無段変速機１０（以下、「変速機」という）と、動力伝達機構４と、発電機５とが収容されている。

変速機１０は、同軸上に配置されて相対回転可能な変速機入力軸１１及び変速機出力軸１２を備える（以下、各軸１１，１２の軸線を「回転軸線Ａ１」という）。変速機入力軸１１は、入力機構３を介してエンジン回転軸（図示せず）に接続される。入力機構３は、エンジン回転軸から取り出された回転動力が入力される装置入力軸３ａと、装置入力軸３ａの回転を変速機入力軸１１に伝達するギヤ対３ｂとを含む。ギヤ対３ｂは、装置入力軸３ａと一体回転するギヤ３ｂａと、変速機入力軸１１と一体回転するギヤ３ｂｂとを有する。変速機出力軸１２は、動力伝達機構４（例えば、ギア列）を介して発電機５の発電機入力軸５ａに接続されている。

エンジン回転軸から取り出された回転動力は、入力機構３を介して変速機入力軸１１に入力される。変速機１０は、変速機入力軸１１の回転を変速して変速機出力軸１２に出力する。変速機出力軸１２の回転動力は、動力伝達機構４を介して発電機入力軸５ａに伝達される。発電機入力軸５ａが回転駆動されると、発電機５が交流電力を発生する。変速機１０の変速比は、エンジン回転軸の回転速度の変動に関わらず発電機入力軸５ａの回転速度を適値（航空機の電装品の作動に適した周波数に対応する値）に保つように連続的に変更される。

変速機１０は、ハーフトロイダル型かつダブルキャビティ型であり、二組の入力ディスク１３及び出力ディスク１４を備える。入力ディスク１３は、変速機入力軸１１と一体回転するよう変速機入力軸１１に嵌合されている。出力ディスク１４は、変速機出力軸１２と一体回転するよう変速機出力軸１２に嵌合されている。二組のディスク１３，１４は、回転軸線Ａ１回りに回転するように回転軸線Ａ１方向に隣接配置されている。入力ディスク１３と出力ディスク１４とは、変速機１０の回転軸線Ａ１方向に互いに対向配置され、互いに対向する凹状の接触面１３ａ，１４ａを有する。入力ディスク１３及び出力ディスク１４は、接触面１３ａ，１４ａによって回転軸線Ａ１回りに円環状のキャビティ１５を形成する。

変速機１０は、中央入力型である。変速機出力軸１２は、変速機入力軸１１内に挿通され、変速機入力軸１１から両側に突出する。２つの入力ディスク１３は、変速機入力軸１１上で背中合わせに配置されている。２つの出力ディスク１４は、２つの入力ディスク１３の回転軸線Ａ１方向の外側に配置されている。変速機入力軸１１と一体回転するギヤ３ｂｂは、変速機入力軸１１の外周面上に設けられ、２つの入力ディスク１３間に配置されている。

一方側の出力ディスク１４は、固定具１６によって変速機出力軸１２に固定されている。他方側の出力ディスク１４は、プリロード用バネ１７によって入力ディスク１３に向けて付勢され、かつ、回転駆動時には押圧装置２０によって入力ディスク１３に向けて付勢される。即ち、押圧装置２０が出力ディスク１４を回転軸線Ａ１方向に押すことで、一方側の出力ディスク１４と他方側の出力ディスク１４とを互いに近づける力が作用する。変速機１０は、キャビティ１５内に配置された複数のパワーローラ１８と、複数のパワーローラ１８をそれぞれ傾転可能に支持する複数のトラニオン１９（図２参照）とを備える（図１のパワーローラ１８は中立位置）。パワーローラ１８の接触面１８ａは、入力ディスク１３及び出力ディスク１４の接触面１３ａ，１４ａに沿った円弧形状である。

押圧装置２０は、ローディングカム式であり、出力ディスク１４は、押圧装置２０を介して動力伝達機構４に接続されている。押圧装置２０は、出力ディスク１４と同軸上に配置されて回転するカム板２１と、出力ディスク１４とカム板２１との間に挟まれた複数のローラ２２とを備える。出力ディスク１４及びカム板２１の互いに対向するカム面１４ｂ，２１ａには、周方向に滑らかな凹凸が形成されている。ローラ２２は、カム面１４ｂ，２１ａによって回転軸線Ａ１方向及び周方向に挟まれ、出力ディスク１４及びカム板２１の回転トルクが増加すると、出力ディスク１４がカム作用によってカム板２１から離れる向きに押圧される。

図２は、図１に示す変速機１０の回転軸線Ａ１方向から見た断面図である。図２に示すように、トラニオン１９は、傾転軸線Ａ２回りに傾転可能かつ傾転軸線Ａ２方向に変位可能な状態でケーシング２に支持されている。傾転軸線Ａ２は回転軸線Ａ１とねじれの位置にある。パワーローラ１８は、傾転軸線Ａ２に対して垂直な回転軸線Ａ３回りに回転自在にトラニオン１９に支持されている。

トラニオン１９は、ケーシング２に固定されたヨーク２３の貫通穴２３ａに回転自在に嵌め込まれる。トラニオン１９は、ヨーク２３を介して、傾転軸線Ａ２回りに傾転可能かつ傾転軸線Ａ２方向に変位可能にケーシング２に支持されている。トラニオン１９は、油圧駆動機構２４に接続されている。油圧駆動機構２４は、トラニオン１９をパワーローラ１８とともに傾転軸線Ａ２方向に往復変位させるよう構成されている。

図１及び２に示すように、変速機入力軸１１によって入力ディスク１３が回転駆動されると、パワーローラ１８を介して出力ディスク１４が回転駆動され、変速機出力軸１２が回転駆動される。トラニオン１９及びこれに取り付けられているパワーローラ１８が傾転軸線Ａ２方向に変位すると、パワーローラ１８の傾転軸線Ａ２回りの角度（以下、「傾転角」という）が変更され、変速機１０の変速比が傾転角に応じて連続的に変更される。パワーローラ１８は、傾転軸線Ａ２の周りに傾転可能な状態で、入力ディスク１３の接触面１３ａと出力ディスク１４の接触面１４ａとの間に挟まれ、入力ディスク１３の回転駆動力を傾転角に応じた変速比で変速して出力ディスク１４に伝達する。出力ディスク１４の回転トルクが増加すると、押圧装置２０によって出力ディスク１４が入力ディスク１３に近づく向きに押圧され、入力ディスク１３及び出力ディスク１４がパワーローラ１８を挟む圧力が増加する。

図３は、パワーローラ１８の接触面１８ａの傾転軌跡Ｔと入力ディスク１３とを傾転軸線Ａ２方向から見た模式図である。図４は、パワーローラ１８が中立位置（等速位置）から傾転したときの入力ディスク１３及びその近傍を傾転軸線Ａ２方向から見た拡大図である。図３中、パワーローラ１８が傾転軸線Ａ２回りに傾転したときのパワーローラ１８の接触面１８ａの傾転軌跡Ｔは、破線で図示されている。傾転軌跡Ｔは、パワーローラ１８と入力ディスク１３とが互いに接触する位置の軌跡、即ち、パワーローラ１８の最も外周の軌跡である。また、図３では、入力ディスク１３は、負荷が掛けられていない状態で図示されている。なお、以下では、入力ディスク１３にフォーカスして説明するが、出力ディスク１４についても同様である。

図３及び４に示すように、入力ディスク１３は、パワーローラ１８に面する凹状の接触面１３ａと、接触面１３ａとは反対側の背面１３ｂとを有する。背面１３ｂには、接触面１３ａ側に向けて窪んだ窪み部１３ｂａが形成されている。窪み部１３ｂａは、回転軸線Ａ１回りに環状に形成されている。窪み部１３ｂａは、少なくとも背面１３ｂの内径側の領域に形成されている。本実施形態では、窪み部１３ｂａは、背面１３ｂのうち２０％以上８０％以下の割合の領域を占める。窪み部１３ｂａの形成によって、入力ディスク１３の肉厚が内径側にいくにつれて増加することが抑制され、入力ディスク１３が軽量化される。なお、ディスクの背面に窪み部を設けない構成としてもよい。

入力ディスク１３の凹状の接触面１３ａの全体の形状は、傾転軸線Ａ２方向から見て、真円の一部をなす形状である。入力ディスク１３の接触面１３ａの全体が、パワーローラ１８の接触面１８ａの傾転軌跡Ｔの曲率よりも大きい曲率を有する。換言すると、入力ディスク１３の凹状の接触面１３ａの曲率半径Ｒ_Dは、パワーローラ１８の接触面１８ａの傾転軌跡Ｔの曲率半径Ｒ_Pよりも小さい。

入力ディスク１３の接触面１３ａの曲率中心Ｏ_Dは、パワーローラ１８の傾転中心Ｏ_Pに対して回転軸線Ａ１側にずれている。曲率中心Ｏ_Dの回転軸線Ａ１方向の位置は、傾転中心Ｏ_Pの回転軸線Ａ１方向の位置と同じである。入力ディスク１３の接触面１３ａとパワーローラ１８の接触面１８ａの傾転軌跡Ｔとの間の距離は、回転軸線Ａ１と近い側から回転軸線Ａ１と遠い側にいくにつれて徐々に大きくなる。

変速機１０の変速比を大きくする際には、油圧駆動機構２４（図２参照）によってトラニオン１９を介してパワーローラ１８を傾転軸線Ａ２方向に変位させることで、パワーローラ１８が中立位置（等速位置）から傾転する。図４に示すように、例えば、パワーローラ１８は、出力ディスク１４の接触面１４ａの内径側の領域に接触し、かつ、入力ディスク１３の接触面１３ａの外径側の領域に接触する。

その際、入力ディスク１３と出力ディスク１４とが、押圧装置２０（図１参照）によって互いに回転軸線Ａ１方向に近づく向きに付勢されるため、入力ディスク１３及び出力ディスク１４にはパワーローラ１８からの反力が強く作用する。そして、入力ディスク１３には窪み部１３ｂａが存在することもあって、入力ディスク１３の外径側の部分は、パワーローラ１８から離れる向きに撓むことになる（図４中の白矢印）。

しかし、入力ディスク１３の接触面１３ａの曲率は、パワーローラ１８の接触面１８ａの傾転軌跡Ｔの曲率よりも予め大きくしてあるので、当該撓みによって、入力ディスク１３の接触面１３ａの曲率がパワーローラ１８の接触面１８ａの傾転軌跡Ｔの曲率に近づくことになる。よって、入力ディスク１３とパワーローラ１８との接触点が入力ディスク１３の径方向外側に移動することが防止され、変速比及び伝達トルクの設計値からの誤差が低減される。また、入力ディスク１３とパワーローラ１８との間の接触点の移動を考慮して入力ディスク１３の外径等を大きくしておく必要性も低減できる。従って、重量増加を抑制しながら、高精度かつ高効率に変速可能なトロイダル無段変速機１０を提供することができる。

また、入力ディスク１３の接触面１３ａの形状は、傾転軸線Ａ２方向から見て、真円の一部をなす形状であるので、入力ディスク１３の接触面１３ａをパワーローラ１８の接触面１８ａの傾転軌跡Ｔの曲率よりも大きい曲率を有する形状に容易に精度良く加工できる。

また、傾転軸線Ａ２方向から見て、入力ディスク１３の接触面１３ａの曲率中心Ｏ_Dは、パワーローラ１８の傾転中心Ｏ_Pに対して回転軸線Ａ１側にずれているので、パワーローラ１８の接触面１８ａの傾転軌跡Ｔと入力ディスク１３の接触面１３ａとの間の位置ズレが、入力ディスク１３の径方向外側にいくにつれて徐々に大きくなり、入力ディスク１３の径方向内側にいくにつれて小さくなる。よって、入力ディスク１３のうち撓みが生じ易い径方向外側の部分では、変速比及び伝達トルクの設計値からの誤差を低減できるとともに、入力ディスク１３のうち撓みが生じ難い径方向内側の部分では、従来通りの設計を保つことができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、押圧装置は、ローディングカム式に限られず、例えば、油圧式でもよい。入力ディスク及び出力ディスクの両方の接触面の曲率を、パワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きくする代わりに、入力ディスク又は出力ディスクの一方のみの接触面の曲率をパワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きくしてもよい。ディスクの接触面は、パワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きい曲率の領域を一部に有するものとしてもよい。ディスクの接触面の形状は、内径側から外径側に向けて複数の異なる曲率が並ぶ形状としてもよい。複数のディスクの接触面の曲率をパワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きくする場合、ディスク間で曲率を異ならせてもよい。入力ディスク１３の接触面１３ａの曲率中心Ｏ_Dは、パワーローラ１８の傾転中心Ｏ_Pに対して回転軸線Ａ１側にずれて、かつ、曲率中心Ｏ_Dは、傾転中心Ｏ_Pに対して回転軸線Ａ１方向にずれてもよい。ダブルキャビティ型の変速機１０は、中央入力／外側出力のタイプであるが、それに限定されず、外側入力／中央出力のタイプとしてもよい。トロイダル無段変速機は、ダブルキャビティ型ではなくシングルキャビティ型としてもよい。トロイダル無段変速機は、航空機以外にも自動車などに適用してもよい。トラニオン１９を変位させる駆動機構は、油圧式に限定されず、電動式でもよい。

１０ トロイダル無段変速機
１３ 入力ディスク
１３ａ 接触面
１４ 出力ディスク
１４ａ 接触面
１８ パワーローラ
１８ａ 接触面
２０ 押圧装置
Ａ１ 回転軸線
Ａ２ 傾転軸線
Ｔ 傾転軌跡

Claims (3)

1. 回転軸線を一致させた状態で互いに対向配置され、凹状の接触面を有する入力ディスク及び出力ディスクと、
   前記入力ディスクの前記接触面と前記出力ディスクの前記接触面との間に傾転可能に挟まれ、前記入力ディスクの回転駆動力を傾転角に応じた変速比で前記出力ディスクに伝達するパワーローラと、
   前記入力ディスク及び前記出力ディスクのいずれか一方のディスクを、そのいずれか他方のディスクに向けて押圧する押圧装置と、を備え、
   前記パワーローラの傾転軸線方向から見て、前記少なくとも一方のディスクの前記接触面は、その径方向外側の部分において前記パワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きい曲率の領域を有する、トロイダル無段変速機。
2. 回転軸線を一致させた状態で互いに対向配置され、凹状の接触面を有する入力ディスク及び出力ディスクと、
   前記入力ディスクの前記接触面と前記出力ディスクの前記接触面との間に傾転可能に挟まれ、前記入力ディスクの回転駆動力を傾転角に応じた変速比で前記出力ディスクに伝達するパワーローラと、
   前記入力ディスク及び前記出力ディスクのいずれか一方のディスクを、そのいずれか他方のディスクに向けて押圧する押圧装置と、を備え、
   前記パワーローラの傾転軸線方向から見て、前記少なくとも一方のディスクの前記接触面は、前記パワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きい曲率の領域を有し、
   前記傾転軸線方向から見て、前記少なくとも一方のディスクの前記接触面の形状は、真円の一部をなす形状である、トロイダル無段変速機。
3. 回転軸線を一致させた状態で互いに対向配置され、凹状の接触面を有する入力ディスク及び出力ディスクと、
   前記入力ディスクの前記接触面と前記出力ディスクの前記接触面との間に傾転可能に挟まれ、前記入力ディスクの回転駆動力を傾転角に応じた変速比で前記出力ディスクに伝達するパワーローラと、
   前記入力ディスク及び前記出力ディスクのいずれか一方のディスクを、そのいずれか他方のディスクに向けて押圧する押圧装置と、を備え、
   前記パワーローラの傾転軸線方向から見て、前記少なくとも一方のディスクの前記接触面は、前記パワーローラの接触面の傾転軌跡の曲率よりも大きい曲率の領域を有し、
   前記傾転軸線方向から見て、前記少なくとも一方のディスクの前記接触面の曲率中心は、前記パワーローラの傾転中心に対して前記回転軸線側にずれている、トロイダル無段変速機。

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