JP7012646B2 - コンパクトな変速比無限大変速機 - Google Patents

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関連出願の相互参照

この出願は、２０１６年１月２９日に出願された米国特許仮出願第６２／２８８，４６６号に対する優先権を主張するものであり、その開示は全体として、参照によって本願明細書に組み込まれるものとする。

本願明細書に記載されている実施形態は、無段変速機および変速比無限大変速機を含む変速機に関する。

本願明細書に記載されているいくつかの実施形態は、外側プーリーであって、その外側プーリーが第一の外側プーリーセグメントを含み、その第一の外側プーリーセグメントが接触面を含む、第一の外側プーリーセグメントと、前記第一の外側プーリーセグメントから第一の可変距離だけ離間された第二の外側プーリーセグメントであって、その第二の外側プーリーセグメントが接触面を備える第二の外側プーリーセグメントとを含む外側プーリーと、内側プーリーであって、前記内側プーリーの一部が、前記第一の外側プーリーセグメントと前記第二の外側プーリーセグメントとの間に位置し、前記内側プーリーが、第一の内側プーリーセグメントであって、前記第一の外側プーリーセグメントの前記接触面の内側で軸方向および径方向に位置している接触面を備える第一の内側プーリーセグメントと、前記第一の内側プーリーセグメントから第二の可変距離だけ離間された第二の内側プーリーセグメントであって、前記第二の内側プーリーセグメントが、前記第二の外側プーリーセグメントの前記接触面の内側で軸方向および径方向に位置する接触面を備える第二の内側プーリーセグメントとを含む、内側プーリーセグメントと、前記第一および第二の外側プーリーセグメントの前記接触面の少なくとも一部と、前記第一および第二の内側プーリーセグメントの前記接触面の少なくとも一部とに接触しているベルトとを含む可変変速機に関する。

いくつかの実施形態において、前記外側プーリーおよび内側プーリーの一方は、回転可能に固定することができる。さらにいくつかの実施形態においては、前記外側プーリーは、回転可能に固定することができ、および前記変速機は、前記第一の外側プーリーセグメントおよび前記第二の外側プーリーセグメントの少なくとも一方を他方に対して動かして、前記第一の外側プーリーセグメントと、前記第二の外側プーリーセグメントとの間の前記第一の可変距離を制御するように構成されたシフト機構を追加的に含んでもよい。またいくつかの実施形態においては、前記変速機は、前記第一の外側プーリーセグメントと前記第二の外側プーリーセグメントとの間の前記第一の可変距離の変化に応動して、前記第一の内側プーリーセグメントと前記第二の内側プーリーセグメントとの間の前記第二の可変距離を調節するように、前記第一の内側プーリーセグメントおよび前記第二の内側プーリーセグメントに結合されたばねを追加的に含んでもよい。

いくつかの実施形態において、前記ベルトは、複数のベルトセグメントを含んでもよい。いくつかの実施形態において、前記ベルトは、前記複数のベルトセグメントの各々を介して延びているテンションベルトを含み、前記ベルトセグメントの対向面は、湾曲面を含む。いくつかの実施形態において、前記ベルトは、複数のピンを含み、各ピンは、前記複数のベルトセグメントの二つの隣接するベルトセグメントの各々の少なくとも一部を介して延びている。

いくつかの実施形態において、前記変速機は、第一の流体チャンバと流体的に連通している油圧ポンプを追加的に含み、前記第一の流体チャンバのサイズの変化は、前記第一の可変距離または前記第二の可変距離の一方を変更する。

いくつかの実施形態において、前記内側プーリーおよび外側プーリーはともに、前記可変変速機の回転軸周りに偏心回転するように構成してもよい。さらにいくつかの実施形態において、前記外側プーリーおよび前記内側プーリーの一方は、回転可能に固定してもよい。またさらにいくつかの実施形態においては、前記回転可能に固定されたプーリーは、複数の偏心カムに結合してもよい。

いくつかの実施形態において、前記変速機は、偏心回転するプーリーの回転出力を、その偏心回転するプーリーよりも少ない偏心で回転するように構成された回転出力部材に伝達するように構成された出力構造を追加的に含んでもよい。さらにいくつかの実施形態において、前記出力構造は、固定比変速機を含んでもよい。

本願明細書に記載されている他の実施形態は、第一のセグメント化されたプーリー部であって、その第一のセグメント化されたプーリー部が、第一の角度で、前記第一のセグメント化されたプーリー部の回転軸に向けられた接触面を含む、第一のセグメント化されたプーリー部と、第二のセグメント化されたプーリー部であって、その第二のセグメント化されたプーリー部が、第二の角度で、前記第一のセグメント化されたプーリー部の回転軸に向けられた、角度の付いた接触面を含む、第二のセグメント化されたプーリー部と、前記第一のセグメント化されたプーリー部と、前記第二のセグメント化されたプーリー部との間に少なくとも部分的に設けられた入れ子状プーリーであって、その入れ子状プーリーが、前記第一の角度と同じ角度で、前記入れ子状プーリーの回転軸に向けられた第一の接触面と、前記第二の角度と同じ角度で、前記入れ子状プーリーの前記回転軸に向けられた第二の接触面とを備える、入れ子状プーリーと、前記入れ子状プーリーおよび前記第一および第二のセグメント化されたプーリー部の少なくとも一部の周りに延びているベルトと
を含む変速機に関する。

いくつかの実施形態において、前記第一のセグメント化されたプーリー部と、前記第二のセグメント化されたプーリー部は、第一の距離だけ互いに離してもよく、また、前記変速機は、前記変速機の伝達率を変えるために、前記第一のセグメント化されたプーリー部と、前記第二のセグメント化されたプーリー部との間の前記第一の距離を変更するように構成されたアクチュエータを追加的に含んでもよい。さらにいくつかの実施形態において、前記アクチュエータは、流体チャンバと流体的に連通した油圧ポンプを含んでもよく、この場合、前記流体チャンバのサイズの変化は、前記第一のセグメント化されたプーリー部と、前記第二のセグメント化されたプーリー部との間の前記第一の距離を変更する。さらに他のいくつかの実施形態において、前記アクチュエータは、前記第一のセグメント化されたプーリー部に結合されたサーボを含んでもよい。

いくつかの実施形態において、前記第一および第二のセグメント化されたプーリー部は、回転可能に固定することができ、および前記入れ子状プーリーは、前記変速機の回転軸周りに偏心回転するように構成してもよい。さらにいくつかの実施形態において、前記変速機は、偏心カムに結合された入力軸を追加的に含んでもよく、前記偏心カムは、前記入れ子状プーリーに結合され、および前記入れ子状プーリーを、前記入力軸の回転に応動して、前記変速機の前記回転軸周りに偏心回転させるように構成されている。さらに他のいくつかの実施形態において、前記変速機は、前記入れ子状プーリーに結合された回転ハーベスターを追加的に含んでもよく、この場合、その回転ハーベスターは、前記入れ子状プーリーの回転出力を、前記変速機の長手方向軸と位置合わせされた前記変速機の出力に伝達する。

いくつかの実施形態において、前記入れ子状プーリーは、前記第一の接触面を含む第一の入れ子状プーリーセグメントと、前記第一の入れ子状プーリーセグメントから可変距離だけ離間され、および前記第二の接触面を含む第二の入れ子状プーリーセグメントとを含む。さらにいくつかの実施形態において、前記変速機は、前記第一の入れ子状プーリーセグメントを前記第二の入れ子状プーリーセグメントの方に付勢するばねを追加的に含む。

本願明細書に記載されている他の実施形態は、最大直径および可変有効径を有する第一のプーリーであって、その第一のプーリーが回転可能に固定されている、第一のプーリーと、最大直径および可変有効径を有する第二のプーリーであって、その第二のプーリーが、前記可変変速機の回転軸周りに回転するように構成されている、第二のプーリーと、前記第一のプーリーおよび前記第二のプーリーの少なくとも一部と接触しているベルトとを含む可変変速機に関し、前記ＩＶＴの最大寸法は、前記第一のプーリーの最大直径と、前記第二のプーリーの前記最大直径との合計よりも小さい。

いくつかの実施形態において、前記ベルトは、プッシュベルトとしての動作のために構成してもよい。いくつかの実施形態において、前記第一のプーリーは、前記可変変速機の前記回転軸周りに回転するように構成してもよい。いくつかの実施形態において、前記第一のプーリーは、前記可変変速機の前記回転軸に中心があってもよい。

いくつかの実施形態において、前記第一のプーリーの前記可変有効径は、第一の範囲にわたって可変であってもよく、また、前記第二のプーリーの前記可変有効径は、第二の範囲にわたって可変であってもよく、前記第一の範囲は、前記第二の範囲と少なくとも部分的に重なっている。いくつかの実施形態において、前記第一のプーリーは、第一のプーリーセグメントおよび第二のプーリーセグメントを含んでもよく、前記第二のプーリーは、前記第一のプーリーの前記第一のプーリーセグメントと第二のプーリーセグメントとの間に少なくとも部分的に設けてもよい。いくつかの実施形態において、前記第二のプーリーは、第一のプーリーセグメントおよび第二のプーリーセグメントを含んでもよく、前記第一のプーリーは、前記第二のプーリーの前記第一のプーリーセグメントと第二のプーリーセグメントとの間に少なくとも部分的に設けてもよい。

無段変速機（ＣＶＴ）としての動作用に構成された変速機の斜視図である。 さまざまな構成における、図１のＣＶＴ等のＣＶＴの動作を概略的に示す図である。 さまざまな構成における、図１のＣＶＴ等のＣＶＴの動作を概略的に示す図である。 さまざまな構成における、図１のＣＶＴ等のＣＶＴの動作を概略的に示す図である。 さまざまな構成における、図１のＣＶＴ等のＣＶＴの動作を概略的に示す図である。 さまざまな構成における、図１のＣＶＴ等のＣＶＴの動作を概略的に示す図である。 さまざまな構成における、図１のＣＶＴ等のＣＶＴの動作を概略的に示す図である。 さまざまなプーリー構成についてのＶベルトの断面を示す図である。 さまざまなプーリー構成についてのＶベルトの断面を示す図である。 さまざまなプーリー構成についてのＶベルトの断面を示す図である。 構成以外は同一のセグメント化されたプーリーの三つの異なる構成と、それらのプーリーの有効径またはベルト径に対するこれらの構成の影響とを示す斜視断面図である。 変速比無限大変速機（ＩＶＴ）としての動作用に構成された、図１の変速機と同様の変速機の斜視図である。 さまざまな構成における、図４のＩＶＴ等のＩＶＴの動作を概略的に示す図である。 さまざまな構成における、図４のＩＶＴ等のＩＶＴの動作を概略的に示す図である。 さまざまな構成における、図４のＩＶＴ等のＩＶＴの動作を概略的に示す図である。 互いに少なくとも部分的に入れ子状のプーリーによって実現することができる偏心の低減を示す、可変変速機の複数の実施形態を概略的に示す図である。 互いに少なくとも部分的に入れ子状のプーリーによって実現することができる偏心の低減を示す、可変変速機の複数の実施形態を概略的に示す図である。 互いに少なくとも部分的に入れ子状のプーリーによって実現することができる偏心の低減を示す、可変変速機の複数の実施形態を概略的に示す図である。 互いに少なくとも部分的に入れ子状のプーリーによって実現することができる偏心の低減を示す、可変変速機の複数の実施形態を概略的に示す図である。 互いに少なくとも部分的に入れ子状のプーリーによって実現することができる偏心の低減を示す、可変変速機の複数の実施形態を概略的に示す図である。 互いに少なくとも部分的に入れ子状のプーリーによって実現することができる偏心の低減を示す、可変変速機の複数の実施形態を概略的に示す図である。 単一のシステムで実現できる、さまざまな関連のある有効プーリー径を示す、入れ子状プーリー可変変速機の複数の構成を概略的に示す図である。 単一のシステムで実現できる、さまざまな関連のある有効プーリー径を示す、入れ子状プーリー可変変速機の複数の構成を概略的に示す図である。 単一のシステムで実現できる、さまざまな関連のある有効プーリー径を示す、入れ子状プーリー可変変速機の複数の構成を概略的に示す図である。 単一のシステムで実現できる、さまざまな関連のある有効プーリー径を示す、入れ子状プーリー可変変速機の複数の構成を概略的に示す図である。 単一のシステムで実現できる、さまざまな関連のある有効プーリー径を示す、入れ子状プーリー可変変速機の複数の構成を概略的に示す図である。 単一のシステムで実現できる、さまざまな関連のある有効プーリー径を示す、入れ子状プーリー可変変速機の複数の構成を概略的に示す図である。 コンパクトな可変変速機の実施形態の側面斜視図である。 図８Ａの変速機の側面斜視分解立体図である。 図８Ａの変速機の平面図である。 コンパクトな可変変速機の別の実施形態の側面斜視図である。 偏心の機能としてのＩＶＴの一つの実施形態の動作範囲のプロットを示す図である。 台形のベルト部および対応するプーリー接触面の断面図を概略的に示す図である。 台形のベルト部と、内側に延びる部分を含むプーリーセグメントとの接触を概略的に示す図である。 外側のセグメント化されたプーリーが、内側プーリーの偏心のための隙間を設けるように構成されている可変変速機の実施形態の断面図である。 可変変速機の実施形態の斜視断面図である。 セグメント化されたベルトのさまざまな実施形態の側面図である。 セグメント化されたベルトのさまざまな実施形態の側面図である。 セグメント化されたベルトのさまざまな実施形態の側面図である。 隣接するベルトセグメントを接続する四節リンク機構を含むベルトを概略的に示す図である。 湾曲した接触面を有するベルトセグメントを含むプッシュベルトの実施形態を概略的に示す図である。 湾曲した接触面を有するベルトセグメントを含むプッシュベルトの実施形態を概略的に示す図である。 プーリーの一つが固定有効径を有する可変変速機の実施形態を示す図である。 プーリーとベルトの間での湾曲した接触面の利用を概略的に示す図である。 装置の変速比を制御するのに単一の機構を用いることができる可変変速機の別の実施形態を示す図である。 二つの油圧制御のセグメント化されたプーリーを含む可変変速機の実施形態を概略的に示す図である。 セグメント化されたプーリーのうちの一つが、二つ以上のプーリーセグメントを含む可変変速機の実施例を概略的に示す図である。 偏心回転プーリーの回転出力の偏心がない可変変速機の実施形態を概略的に示す図である。 偏心回転プーリーの回転出力の偏心がない可変変速機の別の実施形態を概略的に示す図である。 偏心回転プーリーの回転出力の偏心がない可変変速機の別の実施形態を概略的に示す図である。 偏心回転プーリーの回転出力の偏心がない入れ子状可変変速機の実施形態を概略的に示す図である。 偏心回転プーリーの回転出力の偏心がない入れ子状可変変速機の別の実施形態を概略的に示す図である。 二つのプーリーが、可変変速機の回転軸周りに回転するように構成されている可変変速機の実施形態の平面図である。

変速機は、特に、ロボティクス、自動車および産業用途を含む幅広い用途に利用することができる。所定の用途に用いられる特定の変速機の構造および構成は、その特定の用途に必要なまたは有用な設計上の制約に依存する。例として、複雑なロボット用途に用いられる変速機は、最小限のバックラッシュ、ならびに同様の動作の多くの繰り返しにわたる耐久性を必要とする場合がある。さらに、人とのやりとりのために設計されたロボットまたは他の機械化されたコンポーネントは、そのロボットとやりとりをしている人への危害または損傷を防ぐために、具体的な安全要件も定められている場合がある。

ロボット、自動車および産業用途等の、幅広い動作速度を必要とする用途の場合、可変変速機の使用は、固定変速機に勝る効率の利点をもたらす可能性がある。固定変速比は、小さな範囲の出力速度に対して最適化することができ、モータを高効率の速度帯域内で作動させることを可能にする。例えば、電動モータは、高速度および低トルク下で作動している場合、９０％以上の効率である可能性がある。しかし、幅広い出力速度を必要とする用途は、そのモータが、ピーク効率の範囲外の速度で、または、その範囲外の負荷の下で作動している場合、かなりの非効率性と損失をそのモータにもたらすであろう。

その変速機のサイズおよび重量に関してある程度の柔軟性を可能にする用途では、可変変速機は、幅広い速度にわたる動作によって引き起こされるある程度の非効率性を緩和するのに用いてもよい。しかし、可変変速機の多くの実施形態は、固定変速機よりも大きくおよび／またはより重く、また、いくつかの用途、例えば、ロボティクスにおけるサイズおよび重量要件は、いくつかの変速機デザインの利用を制限し、または妨げる可能性がある。

図１は、無段変速機（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：ＣＶＴ）の斜視図である。そのＣＶＴ１０は、第一の軸（または複数の軸）２４と位置合わせされた軸周りに一緒に回転するように構成された対向する円錐形構造２２ａおよび２２ｂから成る第一のペアを含む第一のプーリー２０と、第二の軸（または複数の軸）と位置合わせされた軸周りに一緒に回転するように構成された対向する円錐形構造３２ａおよび３２ｂから成る第二のペアを含む第二のプーリー３０とを含む。角度の付いた接触面を有するベルト４０は、第一のプーリーおよび第二のプーリーの各々の周りに延びている。そのベルト４０は、三角形の断面を有するＶ字状ベルトであってもよいが、プーリー２０および３０との接触のための角度の付いた接触面を形成する任意の適当な断面形状を用いてもよい。その角度の付いた接触面の角度は、ベルト４０と、プーリー２０および３０との接触面積を増加させまたは最大化するために、プーリー２０および３０の円錐形構造の対向面がその角度で方向付けられている角度に一致させることができる。

その対応する軸周りでのこれらのプーリーの一方の回転は、ＣＶＴ１０の入力または駆動プーリーとすることができ、また、これらのプーリーの他方の回転は、ＣＶＴ１０の出力または従動プーリーとすることができる。そのＣＶＴの変速比は、本願明細書の他の箇所で詳細に説明されているように、ベルト４０がプーリー２０および３０に接触する箇所に同様に依存する、プーリー２０および３０の有効径の関数である。プーリーの有効径は、プーリーのピッチ径、または、プーリーの有効ピッチ径と呼んでもよい。ＣＶＴ１０の変速比は、第一または第二のプーリー２０および３０の少なくとも一方の円錐形構造間の間隔を調節することによって変えることができる。そうすることによって、そのプーリーの有効径が変化し、ＣＶＴ１０の変速比を変更する。

いくつかの実施形態において、プーリー２０および３０の円錐形構造間の間隔は、独立して制御可能であってもよい。しかし、そのような実施形態においても、一方のプーリーの有効径は、同様のまたは一定のベルト長を維持するために、他方が増加されるため小さくすることができる。プーリー２０および３０の有効径の独立した制御は、ベルト４０の張力も同様に制御できるようにする。

各プーリーの円錐形構造間の距離を独立して変えることにより、ＣＶＴ１０の場合のさまざまな変速比を得ることができる。例えば、入力プーリーのそれらの円錐形間の距離が、出力プーリーのそれらの円錐形間の距離よりも大きく、その結果、その入力プーリーの有効径が、その出力プーリーの有効径よりも小さい場合、ＣＶＴ１０は、１を超える変速比を実現できるであろう。ＣＶＴ１０の変速比は、入力速度と出力速度の比（ｗ_ｉｎ／ｗ_ｏｕｔ）として定義することができ、そのため、１を超える変速比は、その入力プーリーが、その出力プーリーよりも速く回転することを示している。

図２Ａから図２Ｆは、図１のＣＶＴ等のＣＶＴの動作を概略的に示す。図２ＡのＣＶＴ１００ａにおいて、駆動プーリー１２０ａと従動プーリー１３０ａは、同じ有効径を有している。駆動プーリー１２０ａは、矢印１０２ａで示すように、時計回りに回転するように構成されている。図２Ａおよび図２Ｂを見て分かるように、プーリー１２０ａ上のマーカー１２２ａの位置およびプーリー１３０ａ上のマーカー１３２ａの位置により、駆動プーリー１２０ａの矢印１０２ａの時計回りの方向における一回転は、従動プーリー１３０ａの時計回りの方向における一回転を生じさせる。したがって、プーリー１２０ａおよび１３０ａが、同じ有効径を有している場合、ＣＶＴ１００ａの変速比は、１になる。

図２ＣのＣＶＴ１００ｂでは、駆動プーリー１２０ｂは、従動プーリー１３０ｂよりも小さい有効径を有している。駆動プーリー１２０ｂは、矢印１０２ｂで示すように、時計回りで回転するように構成されている。図２Ｃおよび図２Ｄを見て分かるように、プーリー１２０ｂ上のマーカー１２２ｂの位置およびプーリー１３０ｂ上のマーカー１３２ｂの位置により、駆動プーリー１２０ｂの矢印１０２ｂの時計回りの方向における一回転は、従動プーリー１３０ｂの時計回りの方向における、より小さな一回転を生じさせる。したがって、駆動プーリー１２０ｂが、従動プーリー１３０ｂよりも小さな有効径を有している場合、ＣＶＴ１００ｂの変速比は、駆動プーリー１２０ｂが従動プーリー１２０ｂよりも速く回転することになるため、１を超える。

図２ＥのＣＶＴ１００ｃでは、その駆動プーリー１２０ｃは、従動プーリー１３０ｃよりも大きな有効径を有している。駆動プーリー１２０ｃは、矢印１０２ｃで示すように、時計回りで回転するように構成されている。図２Ｅおよび図２Ｆを見て分かるように、プーリー１２０ｃ上のマーカー１２２ｃの位置およびプーリー１３０ｃ上のマーカー１３２ｃにより、駆動プーリー１２０ｃの矢印１０２ｃの時計回りの方向における一回転は、従動プーリー１３０ｃの時計回りの方向における、より多くの一回転を生じさせる。したがって、その駆動プーリー１２０ｃが、従動プーリー１３０ｃよりも大きな有効径を有している場合、そのＣＶＴ１００ｃの変速比は、駆動プーリー１２０ｃが、従動プーリー１３０ｃよりもゆっくりと回転するため、１未満になる。

いくつかの実施形態において、所定のＣＶＴの場合の変速比は、両方のプーリーが同じ有効径を有している場合の比１を中心に、０．３３から３までの範囲になる。このような変速機、または、同様の変速機は、逆回転用の追加的なギアおよびクラッチを伴う可変変速機を設けるために、自動車産業において用いることができる。このような変速比の範囲は、典型的には、特定の用途のためのものであるが、ＣＶＴは、他の実施形態では、他の変速比範囲を備えるように構成または設計してもよい。

図３Ａから図３Ｃは、さまざまなプーリー構成に関するＶベルトの断面を示す。図３Ａにおいて、そのプーリー２２０ａは、プーリー２２０ａの外側面のＶ字状溝に、接触面２２６ａおよび２２８ｂを含む。そのプーリー２２０ａのＶ字状溝は、そのプーリー２２０ａのその溝に位置するそのＶベルト２４０の高さとほぼ同じ深さになっている。そのＶ字状溝は、そのプーリー２２０ａの幅全体に及んでいるため、その最大箇所におけるそのプーリーの直径は、そのプーリー２２０ａに巻き付けられたそのベルト２４０の最上部と最下部の間の間隔とほぼ同様の大きさになっている。

図３Ｂでは、そのプーリー２２０ｂは、そのプーリー２２０ｂの外側面のＶ字状溝に、接触面２２６ｂおよび２２８ｂを同様に含む。しかし、そのプーリー２２０ｂのその外側面のＶ字状溝は、そのＶ字状溝よりも浅くなっており、また、接触面２２６ｂおよび２２８ｂは、それに伴って、より小さくなっている。そのプーリーの、その最大箇所における物理的直径（その部分の最大の直径寸法）は、図３Ａのプーリー２２０ａの、その最大箇所における物理的直径よりもかなり小さくなっている。それにもかかわらず、そのプーリーに巻き付けられている、そのベルト２４０の最も外側の部分間の間隔は、図３Ａのベルト２４０の最も外側の部分の間隔と同じである。

図３Ｃでは、そのプーリー２２０ｃは、そのプーリーの軸に直交する平面に沿って、複数の構成要素にセグメント化されているセグメント化されたプーリーである。図示されている実施形態では、そのプーリー２２０ｃは、二つの別々の半体２２１ａおよび２２１ｂを含み、それらの各々は、それぞれ接触面２２６ｃおよび２２８ｃを含んでいる。これら二つの半体２２１ａおよび２２１ｂは、セグメント化されているが、一致して回転する。そのプーリー２２０ｃの、その最大箇所における直径は、そのプーリー２２０ｂの最大径よりも大きいが、そのプーリー２２０ａの直径よりは小さい。ここでもまた、図示されている実施形態では、そのプーリーに巻き付けられているベルト２４０のセグメント間の最も外側の間隔は、図３Ａおよび図３Ｂのベルト２４０のセグメントの最も外側の間隔と同じである。他の実施形態では、そのベルトセグメントのサイズおよび形状と、そのベルト張力要素の配置に対する他の変形例を用いてもよい。

それらのプーリー自体の直径の違いにもかかわらず、そのベルト２４０は、図３Ａから図３Ｃのそれらのプーリーの各々に巻き付けられている場合、同じ形状であると仮定する。したがって、これらのプーリーの各々の接触面は、同じＶ字状の異なる断面に沿って配置され、およびそれらの異なる断面を含んでいるため、図３Ａから図３Ｃのプーリーのそれぞれのベルト径または有効径は、それらの著しく異なる形状にも関わらず同一である。したがって、さまざまなプーリー径および形状要因は、同じベルト径または有効プーリー径をもたらすことができる。

しかし、可変セグメント化プーリーの使用は、同じ構造を再構成することによって、異なるベルト径または有効プーリー径をもたらすこともできる。固定ベルト長を仮定して、セグメント化されたプーリーのセグメント間の距離を調節することにより、その調節可能なプーリーの周りのベルト径が変化して、可変セグメント化プーリーを含む変速機のギア比または変速比に影響が与えられる。

図３Ｄは、構成以外は同一のセグメント化されたプーリーの三つの異なる構成と、それらのプーリーの有効径またはベルト径に対する、これらの構成の影響とを説明する斜視断面図である。図３Ｄは、三つの異なるプーリー２２０ｄ、２２０ｅおよび２２０ｇを示し、各々が、異なるプーリーのセグメントが互いに異なる距離で離間されている、プーリーセグメントのペアを含み、また、各々が、同一のＶベルト２４０を支持している。第一のプーリー２２０ｄのセグメントは、三つのプーリーのうちのいずれかの互いから最大距離２２２ｄだけ離間され、結果として生じるベルト径２４２ｄは、三つのプーリー構成の最小である。対照的に、第三のプーリー２２０ｆのセグメントは、三つのプーリーのうちのいずれかの互いから最大距離２２２ｆだけ離間され、結果として生じるベルト径２４２ｆは、三つのプーリー構成の最小である。第二のプーリー２２０ｅのセグメント間隔２２２ｅおよび対応するベルト径２４２ｅは、第一のプーリー２２０ｄおよび第三のプーリー２２０ｆのセグメント間隔およびベルト径の間にある。セグメント化されたプーリーのセグメント間の間隔を増すことにより、そのプーリーの有効径を小さくすることができる。

いくつかの実施形態において、図１のＣＶＴの構造と同様の構造は、無段変速機ではなく、変速比無限大変速機として作動するために構成することができる。図４は、変速比無限大変速機（ＩＶＴ）としての動作のために構成された、図１の変速機と同様の変速機の斜視図である。図４のＩＶＴは、少なくとも、機械的接地６５によって概略的に示すように、プーリー２０が回転可能に固定される点で図１のＣＶＴ１０とは異なり、そのため、そのプーリー２０は、軸２４と位置合わせされた軸周りの回転が防止される。例えば、リニア軸受８５ｂは、プーリー２０から軸２４までの部分の少なくとも一つに結合するのに用いることができ、軸２４周りのプーリー２０の回転を可能にすることなく、その軸２４に沿った平行移動を可能にする。

少なくとも一つの機械的コネクタ５０は、プーリー２０の軸２４と、プーリー３０の軸３４との間に一定の間隔を維持するのに利用することができる。コネクタ５０と軸２４との間の軸受８５ａと、コネクタ５０と軸３４との間の軸受８５ｃは、その軸２４および３４がコネクタ５０を通過する箇所間の間隔によって画定される距離における、軸２４および関連するプーリー周りの軸３４および関連するプーリー３０の回転を可能にする。さらに、非接地プーリー３０は、軸３４に位置合わせされた軸周りに回転できるようになっている。図示されている実施形態において、軸３４とプーリー３０との間に配置された軸受８５ｄは、この回転を可能にするが、他の実施形態では、他の適当な構造を利用してもよい。

いくつかの実施形態においては、入力トルクが、矢印７０で示す方向でコネクタ５０に印加されて、矢印７５で示す方向における、プーリー２０に対するプーリー３０の回転が生じる可能性がある。プーリー２０に対するプーリー３０の回転は、ＩＶＴ６０に対する入力として作用する可能性がある。そのプーリー３０がプーリー２０の周りを回転する際、ベルト４０は、そのプーリー３０周りで回転することになり、およびそのベルト４０の動きは、軸３４と位置合わせされた軸周りのプーリー３０の回転を生じさせることになる。したがって、プーリー２０に対するプーリー３０の回転が、ＩＶＴ６０に対する入力として作用する場合、そのプーリー３０の回転は、ＩＶＴ６０の出力として作用することになる。プーリー２０周りのプーリー３０の回転の割合に対するプーリー３０の回転の割合は、プーリー２０および３０の有効径に依存するであろう。

プーリー２０および３０が同じ有効径を有している場合、任意の速度でのコネクタ５０の回転は、軸３４に対するプーリー３０の回転を生じさせず、およびその出力は動かないため、入力速度と出力速度の比は無限大（Ｗ_ｉｎ／Ｗ_ｏｕｔ＝Ｗ_ｉｎ／０）になる。逆に、そのシステムは、プーリー２０および３０が同じ有効径を有している構成では、バックドライブ可能ではなく、そのため、そのシステムは、所定の位置を維持するためのトルクを必要としない。これらのプーリーの一方が、他方よりも大きい有効径を有している場合、順方向駆動が実現され、およびそれらの有効径が逆になっている場合は、その駆動方向も逆になる。

図５Ａから図５Ｃは、さまざまな構成におけるＩＶＴの動作を概略的に示す。具体的には、図５Ａは、プーリー３３０ａの相対位置を概略的に示し、この場合、そのＩＶＴ３００ａの入力は、矢印３０２ａで示す方向で、回転可能に固定されたプーリー３２０ａ周りに回転するように、そのプーリー３３０ａを駆動する。そのプーリー３３０ａは、図４に関連して記載されているように、軸支持プーリー３２０ａと同軸の偏心軸によって支持することができる。図４のＩＶＴ３００ａでは、プーリー３３０ａおよび３２０ａは、同じ有効径を有している。そのプーリー３２０ａは回転可能に固定されているため、そのプーリー３２０ａ上のマーカー３２２ａは、回転するプーリー３３０ａの位置に関わらず、同じ位置に留まり、プーリー３２０ａに対するプーリー３３０ａの相対回転はない。さらに、プーリー３２０ａおよび３３０ａの有効径は同じであるため、回転するプーリー３３０ａ上のマーカー３２２ａの位置は、プーリー３３０ａがプーリー３２０ａの周りを回転する場合と同じ位置に留まる。そのため、プーリー３３０ａの回転速度と、プーリー３３０ａの回転速度の比は、プーリー３２０ａおよび３３０ａの有効径が等しい場合、ＩＶＴ３００ａの構成では無限大になる。

図５Ｂは、矢印３０２ｂで示す方向で、回転可能に固定されているプーリー３２０ｂ周りに回転するプーリー３３０ｂの相対位置を概略的に示す。図４ＢのＩＶＴ３００ｂでは、回転するプーリー３３０ｂは、回転可能に固定されているプーリー３２０ｂの有効径よりも大きい有効径を有している。プーリー３２０ｂが回転可能に固定されているため、プーリー３２０ｂ上のマーカー３２２ｂは、回転するプーリー３３０ｂの位置に関わらず、同じ位置に留まる。しかし、回転するプーリー３３０ｂ上のマーカー３２２ｂの位置が、回転するプーリー３３０ｂを回転させて、固定されているプーリー３２０ａ周りのフル回転を完了させ、プーリー３３０ｂが回転する同じ反時計回りの方向で、四分の一以上回転し、マーカー３２２ｂ’で示す位置で終了する。プーリー３３０ｂのプーリーの回転速度と、プーリー３３０ｂの回転速度の比は、プーリー３２０ｂの有効径が、プーリー３３０ｂの有効径よりも小さい場合、ＩＶＴ３００ｂの構成では正である。

図５Ｃは、矢印３０２ｃで示す方向で、回転可能に固定されているプーリー３２０ｃ周りに回転するプーリー３３０ｃの相対位置を概略的に示す。図４ＣのＩＶＴ３００ｃでは、回転するプーリー３３０ｃは、回転可能に固定されているプーリー３２０ｃの有効径よりも小さい有効径を有している。そのプーリー３２０ｃは回転可能に固定されているため、そのプーリー３２０ｃ上のマーカー３２２ｃは、回転するプーリー３３０ｃの位置に関わらず、同じ位置に留まる。しかし、回転するプーリー３３０ｃ上のマーカー３２２ｃの位置は、回転するプーリー３３０ｃが、固定されているプーリー３２０ｃ周りのフル回転を完了するにつれて回転し、プーリー３３０ｃが回転する反時計回りの方向とは反対の時計回りの方向で、ほぼ四分の一回転、回転して、マーカー３２２ｃ’で示す位置で終了する。プーリー３３０ｃのそのプーリーの回転速度と、プーリー３３０ｃの回転速度の比は、プーリー３２０ｃの有効径が、プーリー３３０ｃの有効径よりも大きい場合、ＩＶＴ３００ｃの構成においては負である。

したがって、図４のＩＶＴ等のＩＶＴでは、その出力は、二つのプーリーの直径の違いに依存する。このため、そのＩＶＴは、前方伝動、逆方向伝動および無限歯車比を実現することができる。対照的に、図１のＣＶＴ等のＣＶＴの出力は、その直径の違いではなく、直径の比に依存し、入力を逆にするために、追加的な歯車装置が必要である。

図１のＣＶＴ構成と、図４のＩＶＴ構成のさらなる違いは、ＩＶＴ構成は、二つのプーリーの少なくとも一方の回転による偏心出力を有するということである。くわえて、それらのプーリーの回転によるそのシステムの偏心質量は、そのシステムが、揺らぎ慣性とも呼ばれる不均衡慣性を有していることを意味する。出力の偏心性は、その偏心性を小さくするかまたはなくすためのさまざまな適当な機構のいずれかを用いて補正することができる。例えば、回転の中心が、二つのプーリーの間に配置されている場合、回転するプーリーの回転を、回転可能に接地されたプーリーの軸、または、そのシステムの回転の中心と位置合わせされた回転構造に伝えるために、リンク機構を付加してもよい。他の実施形態では、その出力の偏心性を補正するのに、オルダムカップリングまたは同様の構造を用いてもよい。

図１のＣＶＴおよび図４のＩＶＴは、可変変速比を備えることができるが、そのＣＶＴおよびＩＶＴによって占められる領域は、固定変速機によって占められる領域と比較して大きくてもよい。例えば、図１のＣＶＴ１０等のＣＶＴによって占められる領域は、少なくとも、二つのプーリーの組合された最大直径と同じ長さになり、および少なくとも、それらのプーリーの最大直径と同じ高さになり、および必要に応じて、これらのプーリー間にベルトおよび追加的な間隔を受け入れるために、追加的な間隔が必要になる可能性がある。

これらのプーリーのうちの一方の他方周りの回転のために空間が必要であるため、図４のＩＶＴ６０等のＩＶＴによって占められる領域は、同様の構成要素を用いるＣＶＴによって占められる領域よりも大きくなる可能性がある。一方のプーリーが接地されている場合、そのＩＶＴによって占められる体積は、接地されたプーリーの組合された最大直径以上で、かつ回転するプーリーの最大直径の２倍でなければならない直径を備えた円筒形状である。そのＩＶＴデザインが、それのプーリーが二つのプーリー間の中点の周りで一度回転するように変更される場合、その円筒形の体積の直径は、それらの二つのプーリーの組合された最大直径以上になる。

したがって、上述したＣＶＴおよびＩＶＴ等の可変変速機は、効率の向上および損失の低減に関する利益を提供する可能性があるが、その可変変速機の動作に必要な空間に関するトレードオフは、空間が割増しになっているいくつかの実施形態の場合、そのような可変変速機の構造を不適切にする可能性がある。

しかし、いくつかの実施形態においては、可変変速機のプーリーは、セグメント化された外側プーリーが、第一の空間内で回転するように構成され、および内側プーリーが、セグメント化された外側プーリーがその中で回転する第一の空間に少なくとも部分的に重なっている第二の空間内で回転するように構成された状態で、互いに少なくとも部分的に入れ子状になっていてもよい。

図６Ａから図６Ｆは、互いに少なくとも部分的に入れ子状のプーリーによって実現できる偏心性の低減を実証する、可変変速機の複数の実施形態を概略的に示す。図６Ａは、それらのプーリーが互いにかなりの距離離間されている可変変速機４００ａの側面図であり、また、図６Ｂは、図６Ａの可変変速機の平面図である。第一のプーリー４２０ａは、半径４２２ａを有し、および直交して延びている軸４２４ａ上に中心があり、また、第二のプーリー４３０ａは、半径４３２ａを有し、および直交して延びている軸４３４ａ上に中心がある。第一のプーリー４２０は、プーリー４２０ａおよび４３０ａの軸４２４ａおよび４３４ａ間に空間４５０ａを有している。距離４５０ａは、システム４００ａの偏心を表し、そのシステム４００ａの構成において、この距離４５０ａは、半径４２２ａおよび４３２ａの合計よりもかなり大きい。

図６Ｃは、プーリーが、図６Ａおよび図６Ｂの可変変速機よりも小さい距離だけ互いに離間されている可変変速機４００ｂの側面図であり、また、図６Ｄは、図６Ｃの可変変速機の平面図である。第一のプーリー４２０ｂは、半径４２２ｂを有し、および直交して延びている軸４２４ｂ上に中心があり、また、第二のプーリー４３０ｂは、半径４３２ｂを有し、および直交して延びている軸４３４ｂ上に中心がある。プーリー４２０ｂおよび４３０ｂの軸４２４ｂおよび４３４ｂ間の間隔４５０ｂは、半径４２２ｂおよび４３２ｂの合計よりも大きいが、図６Ａおよび図６Ｂのシステム４００ａの違いと同じ程度ではない。プーリー４２０ａおよび４３０ａを入れ子状にすることなく、間隔４５０ｂは、半径４２２ｂおよび４３２ｂの合計にわずかに近づくことができるが、半径４２２ｂおよび４３２ｂの合計よりは小さくすることができない。

図６Ｅは、プーリーの一方が、他方の中に部分的に入れ子状になっている可変変速機４００ｃの側面図であり、また、図６Ｆは、図６Ｅの可変変速機の平面図である。第一のプーリー４２０ｃは、半径４２２ｃを有し、および直交して延びている軸４２４ｃ上に中心があり、また、第二のプーリー４３０ｃは、半径４３２ｃを有し、および直交して延びている軸４３４ｃ上に中心がある。可変変速機４００ｃにおいて、そのプーリー４２０ｃは、セグメント化されたプーリーであり、そのプーリー４３０ｃを、セグメント化されたプーリー４２０ｃ内に部分的に入れ子状にできるようになっている。プーリー４３０ｃの軸４３４ｃは、プーリー４２０ｃの一部と交差している。

したがって、プーリー４２０ｃおよび４３０ｃの軸４２４ｃおよび４３４ｃ間の間隔４５０ｃを、半径４２２ｃおよび４３２ｃの合計よりも小さくすることができる。いくつかの実施形態において、偏心４５０ｃは、プーリー４３０ｃ全体をプーリー４２０ｃ内に配設できるように十分に小さくすることができる。両プーリーがセグメント化されたプーリーである場合、内部のプーリー４３０ｃは、外側プーリー４２０ｃよりも大きい有効径を有することができる。

図７Ａから図７Ｆは、単一のシステムで実現できる、さまざまな相対有効プーリー径を例示する、入れ子状プーリー可変変速機の複数の構成を概略的に示す。図７Ａは、第一の位置にある可変変速機５００を示し、図７Ｂは、図７Ａの線Ａ－Ａ’に沿ったその可変変速機の断面を示す。

内側のセグメント化されたプーリー５３０は、外側のセグメント化されたプーリー５２０内に部分的に入れ子状になっていることが図７Ｂを見て分かる。外側のセグメント化されたプーリー５２０の二つのセグメント５２２ａおよび５２２ｂは、互いに距離５２４ａだけ離間され、また、内側のセグメント化されたプーリーの二つのセグメント５３２ａおよび５３２ｂは、互いに距離５３４ａだけ離間されている。図７Ａのベルト５４０の形状によって分かるように、その外側のセグメント化されたプーリー５２０は、この構成における内側のセグメント化されたプーリー５３０よりも大きな有効径を有している。

図７Ｃは、第二の位置における可変変速機５００を示し、図７Ｄは、図７Ｃの線Ａ－Ａ’に沿った、その可変変速機の断面を示す。外側のセグメント化されたプーリー５２０の二つのセグメント５２２ａおよび５２２ｂは、ここでは、距離５２４ｂだけ互いに離間され、また、その内側のセグメント化されたプーリーの二つのセグメント５３２ａおよび５３２ｂは、互いに接触されていることが図７Ｄを見て分かる。図７Ｃのベルト５４０の形状によって分かるように、内側のセグメント化されたプーリー５３０は、より小さな物理的直径を有し、かつ外側のセグメント化されたプーリー内に入れ子状になっているにもかかわらず、この構成においては、その外側のセグメント化されたプーリー５２０よりも大きな有効径を有している。

図７Ｅは、第三の位置における可変変速機５００を示し、図７Ｆは、図７Ｃの線Ａ－Ａ’に沿った、その可変変速機の断面を示す。その外側のセグメント化されたプーリー５２０の二つのセグメント５２２ａおよび５２２ｂは、ここでは、距離５２４ｃだけ互いに離間され、また、その内側のセグメント化されたプーリーの二つのセグメント５３２ａおよび５３２ｂは、ここでは、距離５３４ｃだけ互いに離間されていることが図７Ｄを見て分かる。図７Ｅのベルト５４０の形状によって分かるように、その内側のセグメント化されたプーリー５３０は、この構成では、その外側のセグメント化されたプーリー５２０と同じ有効径を有している。

その内側プーリーが回転可能に接地され、およびその可変変速機５００が、ＩＶＴとして作動するように構成されている実施形態において、その内側プーリー５３０は、回転可能に接地してもよく、また、その外側プーリー５２０は、回転入力が印加された場合に、その内側プーリー５３０の周りを回転することができる。その変速機５００が、図７Ａおよび図７Ｂの構成になっている場合、その外側プーリー５２０を時計回りの方向に回転させる回転入力は、同様に、その外側プーリー５２０を、その軸周りに時計回りの方向で回転させ、その結果、その変速機の出力は、時計回りの回転入力に応動して、時計回りになる。したがって、そのＩＶＴのギア比は、正のギア比になる。

対照的に、その変速機５００が、図７Ｃおよび図７Ｄの構成になっている場合、そのＩＶＴのギア比は、負の比に切り替わる。その変速機５００が、図７Ｃおよび図７Ｄの構成になっている場合、その外側プーリー５２０を時計回りの方向に回転させる回転入力は、その外側プーリー５２０を、その軸周りに反時計回りの方向で同様に回転させ、その結果、その変速機の出力は、時計回りの回転入力に応動して、反時計回りになる。

同様に、その変速機５００が、図７Ｅおよび図７Ｆの構成になっている場合、そのＩＶＴのギア比は、無限比になる。その変速機５００が、図７Ｃおよび図７Ｄの構成になっている場合、その外側プーリー５２０を時計回りの方向で回転させる回転入力は、その外側プーリー５２０がその内側プーリー５３０の周りを回る際に、その内側プーリー５３０に対するその外側プーリー５２０の回転を何ら生じさせない。無限ギア比を伴うこの構成は、代わりに、ギヤードニュートラルと呼んでもよい。

図８Ａは、コンパクトな可変変速機の実施形態の側面斜視図である。図８Ｂは、図８Ａの変速機の側面斜視分解組立図である。図８Ｃは、図８Ａの変速機の平面図である。図８Ａ、図８Ｂを見て分かるように、その変速機６００は、少なくとも第一の内側プーリーセグメント６３２ａと第二の内側プーリーセグメント６３２ｂの組合せによって形成された内側の入れ子状セグメント化プーリー６３０を含む。また、その変速機６００は、少なくとも第一の外側プーリーセグメント６２２ａと第二の外側プーリーセグメント６２２ｂの組合せによって形成された外側セグメント化プーリー６２０も含む。

図示されている実施形態では、その外側セグメント化プーリー６２０は回転可能に接地されているが、外側セグメント化プーリー６２０のそれらのセグメントの少なくとも一方は、その外側プーリー６２０の中心がある軸と平行な方向における長手方向移動に関してある程度の自由度を有している。少なくともある程度の長手方向移動を可能にしながら、その外側セグメント化プーリー６２０を回転可能に固定する一つの方法は、第一の外側プーリーセグメント６２２ａおよび第二の外側プーリーセグメント６２２ｂの基盤６２６において、長楕円形または細長い開口６２８を用いることである。適当な寸法を有するファスナ、または、その開口６２８を介して挿入される他の保持構造は、その長楕円形の開口６２８の最も長い寸法の長さに依存するある程度の長手方向自由度を可能にしながら、その外側プーリーセグメント６２２ａおよび６２２ｂの横方向および横断方向の動きを抑制することができる。いくつかの実施形態において、これらの外側プーリーセグメントのうちの一方の基盤内の開口は長楕円形であってもよく、一方、他方の基盤の開口は円形であってもよく、その結果、それらの外側プーリーセグメントのうちの一方のみを、二つの外側プーリーセグメント間の間隔を変えるように調節可能にすることができる。何らかの適当なモータ、アクチュエータまたは他の構造または技術的方法を、外側プーリーセグメント６２２ａおよび６２２ｂの一方または両方の長手方向移動を引き起こすのに用いることができる。

ベルト６４０の部分は、外側プーリーセグメント６２２ａおよび６２２ｂ間と、内側プーリーセグメント６３２ａおよび６３２ｂ間に延びている。これらのプーリーセグメントの内側面の外側縁部は、ベルト６４０の接触面の角度に一致する角度で傾斜させることができる。例えば、その外側プーリーセグメント６２２ｂの内側面の外側縁部は、その外側プーリーセグメント６２２ｂの周りに延びている角度の付いた接触面６２４ｂを含んでいることが図８Ｂを見て分かる。同様に、その内側プーリーセグメント６３２ｂの内側面の外側縁部は、その外側プーリーセグメント６３２ｂの周りに延びている角度の付いた接触面６３４ｂを含んでいる。

図示されている実施形態におけるベルト６４０は、中実の内側ベルト６４２と、互いに離間され、およびその中実の内側ベルト６４２によって支持された複数の三角形部分６４４とを含む。三角形部分６４４の角度の付いた側部は、それらのプーリーセグメントの接触面に接触したそのベルトの接触面を形成している。より小さな中実の部分と、互いに離間された複数の三角形部分の利用は、中実のベルトと比較して、そのベルトの重量を低減することができる。それらの部分は三角形として図示されているが、それらのプーリーセグメントに接触しない部分の一部は切り詰めてもよく、または、別なふうに変更して、ベルト６４０の重量およびサイズをさらに低減してもよい。さらに、他の実施形態においては、凸状面または凹状面を含む、三角形状以外の接触面形状を用いてもよい。本願明細書のどこかで詳細に説明されているように、さまざまな他のベルトデザインを用いてもよい。

また、上記変速機は、支持ブラケット６５０ａを通って、第一の内側プーリーセグメント６３２ａ内に配置された偏心カム構造６６０ａに入る入力軸６０５も含む。軸受６４０ａは、その偏心カム構造６６０ａを第一の内側プーリーセグメント６３２ａに結合する。その入力軸は、別の偏心カム構造６６０ｂを通って、軸受６４０ａを介して第二の内側プーリーセグメント６３２ｂに結合された別の偏心カム構造に結合されている。その変速機６００の、ブラケット６５０ａと反対側の追加的なブラケット６５０ｂは、その入力軸のための追加的な支持をもたらすことができる。

その入力軸６０５が、偏心カム構造６６０ａおよび６６０ｂの中心点から外れ、または、その中心点とは同軸ではない開口６６２ａおよび６６２ｂを介して、偏心カム構造６６０ａおよび６６０ｂに結合されているため、その入力軸６０５の回転は、その入力軸周りの偏心カム構造６６０ａおよび６６０ｂの偏心回転を生じさせる。この偏心回転は、第一の内側プーリーセグメント６３２ａおよび第二の内側プーリーセグメント６３２ｂの入力軸６０５周りの回転を生じさせる。したがって、その内側セグメント化プーリー６３０は、入力軸６０５の軸周りに偏心的に回転する。

いくつかの実施形態において、外側プーリー６２０のセグメント間の間隔は、直接制御することができ、また、内側プーリー６３０のセグメント間の間隔は、それに応じて、例えば、外側プーリー６２０のセグメントが調節された場合に、ベルトの張力を維持するように、内側プーリー６３０のセグメントを一緒に付勢するばねの利用によって調節することができる。いくつかの実施形態においては、外側プーリー６２０のセグメント間の間隔および内側プーリー６３０のセグメント間の間隔はともに、直接制御することができる。

上記変速機６００は、二つのセグメント化されたプーリーを含み、この場合、それらのプーリー間の距離は、直接または間接的に制御することができる。これらのプーリーのセグメント間の距離の変化は、変速機６００のギア比の変化を可能にする。これらのプーリーの一方、例えば、外側プーリー６２０が回転可能に接地されている場合、変速機６００は、無限可変変速機として機能することができる。そのため、変速機６００の実施形態は、それらのセグメント間の間隔を変えることにより、正、負および無限大を含む幅広い変速比を備えることが可能である。このことは、別個のギアを要することなく、その変速機の出力の逆転を可能にし、正の値および負の値の両方にわたる幅広いギア比にわたって動作可能な、コンパクトで多用途の変速機を実現できる。さらに、これらのプーリーは、互いに入れ子状になっているため、変速機６００の偏心性は、他のＩＶＴデザインと比較して、著しく低減することができる。

プーリー半体の一部のみを、一時にそのベルトに接触させ、および負荷をかけることができるため、プーリーセグメントを複数の径方向セグメントに分けることは、特定の径方向セグメントが、そのベルトに接触していない場合に、そのプーリーの有効径を調節できるようにする。各径方向セグメントのシフトは、当該径方向セグメントの無負荷時に行われるため、そのプーリーに対するそのベルトの一回以上の回転にわたるそのプーリーの有効径の反復変更は、変速比の極端に速いシフトを可能にする。

図９は、コンパクトな可変変速機の別の実施形態の側面斜視図である。図９の変速機６００’は、入力軸６０５が、第二の内側プーリーセグメント６３２ｂを越えて延びていないという点で、および出力ディスク６７０が、第二の内側プーリーセグメント６３２ｂに結合され、およびその変速機６００’の出力を抑制するのに利用できるという点で、図８Ａから図８Ｃの変速機６００とは異なっている。図示されている実施形態では、出力ディスク６７０は、外側に延びているシャフトまたは軸６７２を含む。出力ディスク６７０は、内側プーリーセグメント６３２ｂとともに回転するが、出力ディスク６７０は、内側プーリーセグメント６３２ｂとともに偏心的に回転もする。例えば、上述したオルダムカップリングを含む、さまざまな適当な機構、リンク機構または他の技術的方法を、偏心性を補正または修正するのに用いることができる。

このようなコンパクトな可変変速機の動作を制御するために、さまざまな設計変数を変更することができる。例えば、デザインの偏心性を変えると、利用可能な変速比の範囲を広げることができる。より大きな偏心性は、二つのプーリーの有効径間の潜在的な違いを増す。二つのプーリーの直径間のより大きな違いは、それらの直径を、ギヤードニュートラルを実現するのに用いられる差動のような状態からより離れて機能させることを可能にする。しかし、偏心性の増加は、回転可能に固定されているプーリーの軸から離して質量をシフトさせ、また、そのシステムにおける不均衡の増加は、この偏心性に対するより十分な補正、例えば、釣り合い錘の利用、または、そのシステムの回転軸の、その回転可能に固定されているプーリーの軸以外の箇所へのシフトを必要とする可能性がある。

プーリーは、最大で、そのベルトに完全に係合しているため、その直径は、そのベルトの直径に等しい。作用可能な最小のプーリー構成は、そのベルトと接触する箇所を有しているが、他のどこにも係合されていない。したがって、偏心率Ｅおよびベルト直径Ｄを有するＩＶＴは、最大順方向変速比Ｄ／２Ｅおよび最大逆方向変速比（Ｄ－２Ｅ）／（２Ｅ）を有することになる。図１０は、ＩＶＴの動作範囲のプロットを偏心率の関数として示す。そのベルト直径の１％という偏心率Ｅを有するＩＶＴは、±５０：１という変速比範囲で動作することができ、この場合、その変速比は、出力速度と入力速度の比として定義される。同様に、そのベルト直径Ｄの１０％という偏心率Ｅを有するＩＶＴは、±５：１の変速比範囲で動作することができる。

そのＩＶＴの挙動を制御するために調節できる別の設計変数は、そのＶベルトの形状と、プーリーセグメントの接触面である。図１１は、台形ベルト部および対応するプーリー接触面の断面図を示す。それらのプーリーセグメント７２２ａおよび７３２ａの接触面間の角度θは、ベルト部７４０の接触面と、これらのプーリーの中心がある軸に直交する垂直面との間の角度θと同一である。この角度θを変えることにより、そのＩＶＴの動作の態様を制御することができる。例えば、その角度θは、そのベルトの張力と、それらのプーリーセグメントに軸方向の圧縮力を発生させるシフト力との機械的な利点関係を定義する。

角度θを小さくすることにより、鋭角のＶベルトを設けることができる。このような鋭角のＶベルトは、張力が増していく状況下では、それらのプーリーセグメントに対して大きな機械的利点がある。そのシフタを逆駆動できる場合、そのシフタは、増加したベルト張力に対抗して、同じ比を維持するために、大きな力を生成しなければならないであろう。さらに、所定の変速比変化を生じさせるのに必要なプーリーセグメントの軸方向移動の量が影響を受けるであろう。角度θが小さければ小さいほど、およびＶベルトが鋭角であればあるほど、変速比を変えるのに必要な軸方向移動の量は小さくなる。鋭角のＶベルトの場合、わずかな期間でのベルト張力の大きな増加は、そのベルトに対してくさび効果を引き起こす可能性があり、ベルト牽引力を増加させ、およびベルトの滑りの可能性を低下させる。

対照的に、角度θを大きくすることにより、鈍角のＶベルトを設けることができる。このような鈍角のＶベルトは、その鈍角のＶベルトと、それらのプーリーセグメントとの間の摩擦の増加により、作用している張力からそのＶベルトの圧力を感じることなく、新たな変速比に、より容易にシフトすることができるであろう。さらに、所定の変速比変化を引き起こすのに必要な軸方向移動の量は大きく、その変速機の軸方向長さの増加を必要とする。この軸方向長さの増加は、所定の変速比の選択の、より高い精度を可能にする。その向上した精度は、特に、ほぼゼロの変速比（または、ギヤードニュートラル）の場合に有用である可能性があり、この場合、プーリーの有効径の小さな変化は、その変速比に著しい影響を与える可能性がある。

さらに、そのＶベルトのデザインは、追加的な制御方法を可能にし、または、その制御方法を容易にすることができる。本願明細書において説明したタイプの可変変速機のセグメント化されたプーリー間の間隔は、少なくとも二つの方法で実現することができる。第一に、そのシフタは、そのベルトをより大きな有効径まで締め付けて、そのシステムに労力を確実に注ぐことができる。第二に、そのベルト張力は、それらのプーリーセグメントを別々に締め付けるのに用いることができ、そのことは、その原動力源を有効に利用して、そのシフトを生じさせることができる。第二の方法の実行可能性は、そのＶベルトの形状に、少なくとも部分的に依存している。より鈍角のＶベルトの利用に伴って増加する摩擦は、ベルト張力を増加させることによって、それらのプーリーセグメントを離すのを難しくする可能性があるため、鋭角のＶベルト形状は、第二の制御方法の利用を容易にする可能性がある。

そのＶベルトのデザインは、セグメント化されたプーリーのプーリーセグメント間の間隔に影響を及ぼす可能性がある。しかし、さまざまなプーリーセグメントデザインを用いることもでき、そのうちのいくつかは、それらのプーリーセグメント間の間隔に影響を及ぼす可能性もある。上述したいくつかの実施形態では、それらのプーリーセグメントは、接触面を形成するための傾斜した外側縁部を備えた概して平坦な構造である。しかし、他の実施形態では、そのベルトの方に向かって延びているプーリーセグメント上に、内側に延びている形状構成を含むことにより、プーリーセグメント間に追加的な間隔を設けてもよい。

図１２は、台形状のベルト部と、内側に延びている部分を含むプーリーセグメントとの接点を概略的に示す。第一のプーリーおよび第二のプーリーは、そのベルトの異なる長さ方向部分と接触することになるため、図１２に図示されている正確な断面は、本願明細書に記載されている可変変速機の実施形態の通常の動作中には生じない可能性がある。それにもかかわらず、図１２の概略図は、第一のプーリーとそのベルトとの間の接触領域、および第二のプーリーとそのベルトとの間の接触領域の半径方向および／または軸方向位置の違いを実例説明している。図示されている実施形態における外側プーリーセグメント８２２ａおよび８２２ｂは、ベルト８４０に隣接する接触面８２４ａおよび８２４ｂで終端している内側に延びている部分８２８ａおよび８２８ｂを含む。同様に、図示されている実施形態における内側プーリーセグメント８３２ａおよび８３２ｂは、ベルト８４０に隣接する接触面８３４ａおよび８３４ｂで終端している内側に延びている部分８３８ａおよび８３８ｂを含む。いくつかの実施形態においては、プーリーセグメントの一方のセットのみが、内側に延びている形状構成、例えば、外側プーリーセグメント８２２ａおよび８２２ｂを含んでいる。このような構成は、内側プーリーおよび他の何らかの関連する構造または内部構造に対して追加的な間隙を与える。

プーリーセグメントに対して追加的な空間を与えるための、このような内側に延びている形状構成の利用は、そのＶベルトが、より鋭角になっている場合の特定の利用から成り、および別な方法で、その内側プーリーセグメントと外側プーリーセグメントとの間に、非常に近接した間隔を要することになるであろう。他の実施形態では、このような形状構成は、内側プーリーセグメント間の間隔の独立した制御のための機構に対して追加的な間隙を設けてもよい。

いくつかの実施形態において、その内側プーリーは、その外側プーリーの長手方向境界内に全体が配設される必要はない。図１３は、外側のセグメント化されたプーリーが、内側プーリーの偏心のための間隙を設けるように構成されている可変変速機の実施形態の断面図である。変速機９００は、第一の外側プーリーセグメント９２２ａおよび第二の外側プーリーセグメント９２２を含む。第一の外側プーリーセグメント９２２ａは、上方ベルト部９４０ａには接触しているが、下方ベルト部９４０ｂには接触していない接触面９２４ａを含む。また、第一の外側プーリーセグメント９２２ａは、そこを通って延びている高さ９２８ａの開口９２６ａも含んでいる。

その変速機９００は、第一の内側プーリーセグメント９３２ａおよび第二の内側プーリーセグメント９３２ｂも含んでいる。第一の内側プーリーセグメント９３２ａは、下方ベルト部９４０ｂには接触しているが、上方ベルト部９４０ａには接触していない接触面９３４ａを含む。第一の内側プーリーセグメント９３２ａは、そこを通って延びている開口９３６ａも含んでいる。その開口９２６ａは、例えば、入力に応動して、その内側プーリーの回転を引き起こす偏心カムまたは他の形状構成を結合するための空間を備えていてもよい。第一の内側プーリーセグメント９３２ａは、第一の外側プーリーセグメント９２２ａの開口９２６ａの少なくとも途中まで延びている。図示されている実施形態では、第一の内側プーリーセグメント９３２ａは、第一の外側プーリーセグメント９２２ａの開口９２６ａをずっと通って延びている。第一の外側プーリーセグメント９２２ａの開口９２６ａによって与えられた間隙は、その内側プーリーセグメント９３２ａが、第一の外側プーリーセグメント９２２ａの長手方向の最も外側の縁部を越えて長手方向に延びることを可能にしている。

図１３を見て分かるように、その内側プーリーの中心がある軸９７２は、軸９７０または別の回転軸周りの内側プーリーの偏心回転により、その外側プーリーの中心がある軸９７０と位置合わせされていない。また、第一の外側プーリーセグメント９２２ａの開口９２６ａの高さ９２８ａが、少なくとも、開口９２６ａ内に配置された内側プーリーセグメント９３２ａの部分の偏心運動のための間隙を設けるのに十分に大きい距離だけ、その内側プーリーセグメント９３２ａの高さよりも大きいことが図を見て分かる。

図１４は、可変変速機の実施形態の斜視断面図である。その変速機１０００は、偏心カム１０６０ａおよび／または１０６０ｂを介して、内側プーリーセグメント１０３２ａおよび１０３２ｂの少なくとも一方に結合された駆動軸１００５を含んでいることが図１４を見て分かる。内側プーリーセグメント１０３２ａおよび１０３２ｂの接触面１０３４ａおよび１０３４ｂは、それぞれ、そのＶベルトの下方部１０４０ｂに接触している。図示されている実施形態では、そのベルト１０４０は鈍角のＶベルトであるが、そのデザインは、任意の形状のＶベルトに適応するために変更してもよい。少なくとも一つのばね１０３８が、内側プーリーセグメント１０３２ａおよび１０３２ｂを互いに、およびそのＶベルトに向かって付勢している。内側プーリーセグメント１０３２ａに結合されたケージギア１０７０は、出力軸１０７２の回転を介して、その変速機の外から内側プーリーセグメント１０３２ａの回転を伝え、その出力軸の一部は、駆動軸１００５の一部を取り囲んでいる。

そのＶベルトの上方部１０４０ａも、外側プーリーセグメント１０２２ａの接触面、および外側プーリーセグメント１０２２ｂの接触面と接触している。外側プーリーセグメント１０２２ａおよび１０２２ｂは、回転可能に接地してもよいが、外側プーリーセグメント１０２２ａおよび１０２２ｂ間の間隔を変えるために、およびその外側プーリーの有効径を変更するために、駆動軸１００５の方向において、互いに対して平行移動することができる。

変速比シフタ１０２８は、外側プーリーセグメント１０２２ａおよび１０２２ｂ間の距離を調節するのに用いることができる。その結果生じる、Ｖベルトの位置の変化は、対応する内側プーリーセグメント１０３２ａおよび１０３２ｂ間の距離の変化を引き起こすことになる。駆動軸１００５の回転は、偏心カム１０６０ａおよび／または１０６０ｂとの結合により、内側プーリーセグメントの偏心回転に変換されるため、それらの内側プーリーセグメントは、変速機１０００の回転軸周りに一緒に回転し、その回転軸は、駆動軸１００５の軸と位置合わせすることができる。内側プーリーセグメント１０３２ａおよび１０３２ｂのこの回転は、それらが回転する際に、内側プーリーセグメント１０３２ａおよび１０３２ｂの回転を生じさせる。内側プーリーセグメント１０３２ａの回転は、その出力ケージギアを回転させ、そのことは、変速機１０００の出力として用いることができる。

どのような適当なシフト機構も、他のプーリーセグメントのシフトとは無関係に、または、そのシフトに応動して、プーリーセグメント間の間隔を調節するのに用いることができる。上述したように、ばねを付勢機構として利用してもよい。いくつかの実施形態において、そのばねは線形ばねであってもよいが、他の実施形態では、そのばねは、定荷重ばねであってもよい。いくつかの実施形態において、カム機構は、そのベルト張力が、異なる変速比で異なるように、ばねによって及ぼされる力を変更するのに用いることができる。例えば、そのベルト張力は、それらのプーリーの有効径間の差が最大である場合、より高い変速においてより大きく、また、それらのプーリーの有効径が互いに同様である場合、より低い変速比においてより低くすることができる。いくつかの他の実施形態においては、機械的リンク機構を、それらのプーリーセグメントの少なくとも一方の、他方のプーリーセグメントに対する移動を生じさせるのに用いることができる。このような機械的リンク機構の一つの実施形態は、図２０に関連して本願明細書のどこかに記載されている。

いくつかの実施形態においては、サーボまたは他のアクチュエータを用いてもよい。本願明細書のどこかに記載されているように、そのサーボは、それらのプーリーセグメントの一方に配置され、および他方に対する、それらのプーリーセグメントの一方の動きを引き起こすように構成された電動モータを含んでもよい。いくつかの実施形態において、ねじ構造の回転は、二つのプーリーセグメントを引っ張って一緒にするのに、または、それらのセグメントを押して離すために用いることができる。いくつかの実施形態においては、本願明細書のどこかで詳細に説明されているように、二つのプーリーセグメント間の距離を変更するのに、油圧アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを用いてもよい。他の実施形態では、その変速機をシフトするのに、遠心クラッチまたは同様の構造を用いてもよい。

上述したように、さまざまなベルトデザインを、可変変速機のプーリーを一緒に接続するのに用いることができる。いくつかの実施形態においては、セグメント化されたベルトを用いてもよい。図１５Ａから図１５Ｃは、セグメント化されたベルトのさまざまな実施形態の側面図である。図１５Ａにおいて、そのベルト１１４０ａは、ベルト１１４０ａの内側縁部において、隣接するベルトセグメント１１４２ａの延びている部分を介して延びている複数のピン１１４６ａによって互いに接続された複数のベルトセグメント１１４２ａを含む。各ピン１１４６ａは、二つの隣接するベルトセグメント１１４２ａの一つ以上の部分を介して延びている。ピン１４４６ａは、ベルトセグメント１４４２ａを、ピン１１４６ａにおける旋回点周りに互いに対して旋回させることを可能にする。ピン１１４６ａにおけるベルト１１４０ａの旋回点は、ベルト１１４０ａの残りの部分の最も径方向内側の箇所に、またはその近傍に配置されているため、ベルトセグメント１１４２ａは、実質的に一定の厚さにすることができ、または、ピン１１４６ａの位置においては、ベルトセグメント１１４２ａの厚さよりも厚くはないため、ベルト１１４０ａは、それらのプーリーの一方と接触していないベルト１１４０ａの区間では、実質的に直線形状をとることができる。

図１５Ｂにおいて、そのベルト１１４０ｂは、ベルト１１４０ｂの中間近くの箇所において、隣接するベルトセグメント１１４２ｂの延びている部分を介して延びている複数のピン１１４６ｂにより、互いに接続された複数のベルトセグメント１１４２ｂを含む。ピン１１４０ｂの径方向外側に配置されたベルトセグメント１１４２ｂの外側部分は、実質的に同じ厚さであり、または、ピン１１４６ｂ間の間隔よりも厚くはない。対照的に、ベルトセグメント１１４２ｂの内側部分は、円の直径によって表される最小ベルト径をもたらすように、そのベルト１１４０ｂを湾曲させることを可能にするために、ピン１１４６からの距離が増大するのに伴ってテーパ状になっている。その最小ベルト径は、そのベルトセグメント１１４２ｂの内側部分の先細りの程度に少なくとも部分的に依存している。

図１５Ｃでは、そのベルト１１４０ｃは、ベルト１１４０ｃの外側縁部において、隣接するベルトセグメント１１４２ｃの延びている部分を介して延びている複数のピン１１４６ｃによって互いに接続された複数のベルトセグメント１１４２ｃを含む。ベルトセグメント１１４２ｃのほとんどまたはすべてが、ピン１１４６の径方向内側に配置されているため、ベルトセグメント１１４ｃのほぼ全高がテーパ状になっている。図示されているベルトセグメント１１４２ｃのテーパ角度は、図示されているベルトセグメント１１４２ｂの内側部分のテーパ角度と同じであるため、ベルト１１４０ｂおよび１１４０ｃの最大ベルト曲率は、それらの構造や形状の他の違いにもかかわらず、実質的に同一である。ベルト１１４０ｂおよび１１４０ｃをその周りに湾曲させることができる最小半径は同一である。

これらのプーリーの有効径が変化するにつれて、そのプーリーとそのベルトセグメントとの間の接触点は、それらのベルトセグメントの外側面に沿って、上方または下方へ移動する。それらのベルトセグメントは、隣接するピンに対して、そのピン位置の周りで旋回するが、それらのベルト要素に沿ったピンの位置は、自由設計変数である。ベルト要素上の所定の箇所の、隣接するベルト要素に対する移動の大きさは、そのピンからの距離の増加に伴って増加し、その結果、一定の長さを有するベルト上の位置のみが、そのピン位置を通って延びているそのベルトの区間になる。

図１５Ａから図１５Ｃのベルト等のセグメント化されたベルトでは、個々のセグメントは、そのベルトが、それらのプーリーの周りで動くにつれて、それらのプーリーに係合し、およびそれらのプーリーから離脱される。この係合および離脱は、その変速機の出力に、小さな速度リップルを発生させる可能性がある。この速度リップルは、セグメントの数を増すことによって最小化することができるが、いくつかの材料およびベルトデザインは、そのセグメント数が増加する際のそれらのセグメントの厚さの減少により、所定のベルトに形成することができるセグメントの数に関して異なる制限がある可能性がある。

図１７Ａおよび図１７Ｂに関連して本願明細書に記載されている実施形態等のいくつかの実施形態において、セグメント化されたベルトのベルト要素は、緊張ではなく、圧縮時に互いに荷重をかけることができ、その結果、これらのセグメント化されたベルトは、プッシュベルトとして機能する。いくつかの実施形態においては、非三角形および／または非対称のベルトセグメント形状を利用することによって、代替的なベルト形状を備えてもよい。例えば、そのベルトの最大ベルト強度を向上させるために、および／またはそのベルトの総重量を低減するために、三角形状のベルトセグメントの代わりに、三角形のベルト形状の内側頂点を切り取ることによって形成された台形形状を用いてもよい。いくつかの実施形態では、そのベルトと、対応するプーリー面は、対称的である必要はなく、その代わりに、非対称の三角形、台形または他の適当な形状であってもよい。

別の実施形態では、ベルトのベルトセグメント間に、より複雑なリンク機構を設けてもよい。図１６は、隣接するベルトセグメントを接続する四節リンク機構を含むベルトを概略的に示す。ベルト１２４０は、複数のベルトセグメント１２４２を含んでいる。二つのピン１２４６ａおよび１２４６ｂは、各ベルトセグメント１２４２を通って延びている。ベルトセグメント１２４２の各面には、（点線で図示されている）内側バー１２４４ａが、第一のベルトセグメントの第一のピンと、隣接するベルトセグメントの第二のピンとの間に延び、外側バー１２４４ｂは、第一のベルトセグメントの第二のピンと、隣接するベルトセグメントの第一のピンとの間に延びている。また、内側および外側バーも同様に、それらのベルトセグメント１２４２の両面に接続されている。したがって、各ピン１２４６ａおよび１２４６ｂは、全体で二つの内側バーおよび二つの外側バーを通って延びている。ベルト１２４０の運動は、単一のピンが、隣接するベルトセグメントにつながっているベルト１１４０の運動とは異なることになる。

また、他のベルトデザインを用いてもよい。上述したように、いくつかの実施形態において、それらのベルトセグメントは、緊張ではなく、圧縮時に互いに負荷をかけることができ、その結果、そのベルトは、プッシュベルトとして機能する。いくつかの実施形態において、そのベルトの運動は、それらのベルトセグメント間の境界に、湾曲した面を含むことにより、さらに制御することができる。図１７Ａおよび図１７Ｂは、湾曲した接触面を有するベルトセグメントを含むプッシュベルトの実施形態を概略的に示す。図１７Ａは、ベルト１３４０の側面断面図であり、また、図１７Ｂは、それらのベルトセグメントのうちの一つの断面図である。そのベルト１３４０は、図示されている実施形態では、概して台形状断面を有する複数のベルトセグメント１３４２を含む。テンションベルト１３４８は、複数のベルトセグメント１３４２を通って延びているが、それらのベルトセグメント１３４２は、そのテンションベルト１３４８に沿って自由に滑動することができる。さらに、ベルトセグメント１３４２の対向面１３４４は、図１５Ａから図１５Ｃの実施形態に示すように、平坦および／または角度の付いた輪郭の代わりに、湾曲した輪郭を有している。

それらの対向面１３４４の湾曲した輪郭のデザインおよび利用は、多くの方法で、ベルト１３４０の運動を変更するのに用いることができる。湾曲した接触面を、ベルトセグメント１３４２の対向面１３４４に設けることにより、ベルトセグメント１３４２間の間隔を、隣接するベルトセグメント間の角度に依存して変更することができ、そのことは同様に、隣接するベルトセグメントがそこで互いに接触する湾曲面上の箇所を制御する。いくつかの実施形態において、その湾曲面は、非円形の湾曲面、または、その曲率が、そのベルト位置に対して非対称である面を含んでもよい。プーリーと接触しているベルトセグメント間の間隔は、それらの湾曲した接触面により、そのプーリーの有効径またはベルトの直径に依存する可能性があるため、湾曲した接触面のデザインは、例えば、第一のプーリーの直径の増加と、対応する第二のプーリーの直径の減少との関係を線形化することができる。また、それらの湾曲面のデザインは、ベルト１３４０の質量の分布を制御するのにも用いることができるため、そのベルトは、さまざまな変速比にわたって均衡を保ち、または、ベルトの質量の偏心性が低下する。

これらのベルトセグメントの最も内側の縁部は、上述したように、そのベルトがプーリーに巻き付けられる際の最小曲げ半径を決める。ピンの接続点と、そのベルトセグメントの最も内側の縁部との間の距離は、それらの最も内側の縁部は、プーリーに係合するためにどれほど移動しなければならないかということに影響を与え、いくつかの構成は、そのベルトの曲げ半径に適合できるベルトセグメントの数を制限する可能性がある。

他の実施形態では、図１５Ａから図１５Ｃのベルトのピンのうちの少なくともいくつかは、リビングヒンジとして機能する薄い接続部分と置き換えてもよく、その結果、そのベルト（または、複数のベルトセグメントを含むそのベルトの部分）は、単一の部材とすることができる。

本願明細書に記載されている実施形態に関する他の変形例も実現することができる。例えば、上述した実施形態では、内側または外側のいずれかのプーリーは、接地されるように選択することができ、一方、他方の回転は出力になる。さらに他の実施形態では、それらのプーリーのうちの一方は、固定有効径を有してもよく、その代わりに、それらのプーリーのうちの一方の偏心性は、他方のプーリーが変速比を決める場合、ベルト長を短くするために変えることができる。

図１８は、一方のプーリーが固定有効径を有している可変変速機の実施形態を示す。変速機１４００は、その内部プーリーが、固定有効径を有し、および軸１４３４に中心がある、入れ子状の内部プーリー１４３０を含む。その入れ子状の内部プーリーの固定有効径は、図示されているような単一のプーリー１４３０を設けることにより、または、プーリーセグメントの互いに対する長手方向の移動が抑止されるような方法で、少なくとも二つのプーリーセグメントを互いに結合することによって実現することができる。外側プーリー１４２０は、軸１４２４の周りで回転するように構成された二つのプーリーセグメント１４２２ａおよび１４２２ｂを含む。アクチュエータ１４２８は、プーリー１４２０の有効径を変えるために、プーリーセグメント１４２２ａおよび１４２２ｂ間の距離を変更するのに用いることができる。

入れ子状のプーリー１４３０の軸１４３４と、外側のセグメント化されたプーリー１４２０の軸１４２４との間の間隔として、図１８に視覚化することができる、内部プーリー１４３０の偏心は固定されておらず、および変更することができる。いくつかの実施形態において、その内部プーリー１４３０の偏心性は、外側プーリー１４２０の有効径の変化に応動して変更することができる。いくつかの実施形態において、その内部プーリー１４２０の偏心性は、適当な制御機構を用いて直接、制御してもよい。リニア軸受またはオルダムカップリング１４８０等の補正機構は、そのプーリーがその変速機内で回転する際のプーリー１４３０の偏心性を補正するのに用いることができる。その揺動プーリーの慣性力は、入力軸１４０５を介して印加される入力の角速度に比例するベルト張力を与えることができる。

また、他のデザイン上の変形を行ってもよい。上述したように、いくつかの実施形態においては、各々が、その変速機の可変パラメータを制御する、二つの別々の機構を用いるのではなく、単一の機構を、その変速比を変えるのに用いてもよい。その変速機のベルト長および偏心性が固定されている実施形態では、一方のプーリーの有効径の変更は、他方のプーリーの有効径の対応する変更と等しい必要はない。さまざまな機構を、その関係の非線形性を補正するのに用いることができる。

図１９は、プーリーとベルトとの間の湾曲した接触面の利用を概略的に示す。システム１５００は、Ｖ字状ベルト１５４０と、二つのプーリーセグメント１５２２ａおよび１５２２ｂとを含む。図示されている実施形態では、そのプーリーセグメント１５２２ａは、湾曲した接触面１５２４ａを含み、また、そのプーリーセグメント１５２２ｂは、同様の形状の湾曲した接触面１５２４ｂを含む。接触面１５２４ａおよび１５２４ｂが湾曲しているため、プーリーセグメント１５２２ａおよび１５２２ｂ間の間隔の所定の変化と、そのプーリーの有効径との関係は、そのときプーリーセグメント１５２２ａおよび１５２２ｂと接触している湾曲面１５２４ａおよび１５２４ｂの箇所に依存する非線形関係になる。その面の特定の曲線は、特定の範囲のプーリーセグメント位置にわたって、有効プーリー径とプーリー間隔との所望の関係をもたらすように選択することができる。

いくつかの実施形態において、その内側プーリーおよび外側プーリーの両方の接触面は、少なくとも部分的に湾曲していてもよいが、他の実施形態では、その内側プーリーおよび外側プーリーの一方のみが、湾曲した接触面を含むことができる。いくつかの実施形態において、そのベルトの接触面は、湾曲させることができる。

図２０は、単一の機構を、その装置の変速比を制御するのに用いることができる可変変速機の別の実施形態である。その変速機１６００は、第一および第二の外側プーリーセグメント１６２２ａおよび１６２２ｂと、第一および第二の内側プーリーセグメント１６３２ａおよび１６３２ｂとを含む。イコライザ機構１６７０は、第二の外側プーリーセグメント１６２２ｂおよび第二の内側プーリーセグメント１６３２ｂに印加された力を等しくするのに用いられる。図示されている実施形態では、そのイコライザ機構１６７０は遊動機構であるが、他の適当な機構を用いてもよい。

イコライザ機構１６７０の一方のアーム１６７４ａは、回転可能に固定されているプーリーのプーリーセグメントに直接結合することができ、そのプーリーセグメントは、図示されている実施形態では、その第二の外側プーリーセグメント１６２２ｂである。イコライザ機構１６７０の別のアーム１６７４ｂは、平面軸受１６７８等の軸受を用いて、図示されている実施形態では、第二の内側プーリーセグメント１６３２ｂである、他方のプーリーのプーリーセグメントに結合することができる。平面軸受１６７８の利用は、第一および第二の内側プーリーセグメント１６３２ａおよび１６３２ｂの回転および偏心回転を依然として可能にしながら、第一および第二の内側プーリーセグメント１６３２ａおよび１６３２ｂ間の間隔を変更するために、イコライザ機構１６７０のアーム１６７４ｂによって力を印加できるようにする。

イコライザ機構１６７０のクロスバー１６７２に印加されるトルクは、等しくない力を、第二の内側プーリーセグメント１６３２ｂおよび第二の外側プーリーセグメント１６２２ｂに印加することによって、その変速比を変える。両方のプーリーに均等に配分される力を、両プーリーに向けてカム構造１６８０に印加し、それによって、一時作用張力をそのベルトに与えることができる。カム構造１６８０の形状は、内側プーリーと外側プーリーの相対位置に依存する移動と力の比を調節するのに用いることができ、その結果、単一の自由度を、両プーリーの有効径を制御するのに用いることができる。

いくつかの実施形態において、可変変速機は、ベルト牽引力を増加させる形状構成を含んでもよい。例えば、プーリーの一方または両方が、そのベルトと点接触する図１９の実施形態では、ベルト牽引力の増加は、より小さな接触面積にもかかわらず、滑りを防止または低減することができる。いくつかの実施形態において、そのベルトと、それらのプーリーとの間の静電引力は、そのベルトの効果を低下させることなく、ベルト張力を増加させるのに用いることができる。いくつかの実施形態では、電磁力を、ベルト牽引力を増加させるのに用いてもよい。例えば、そのベルトは、鉄鋼材料を含んでもよく、また、そのプーリー内の少なくとも一つの電磁石を、そのベルトの効率を低下させることなく、ベルト牽引力を増加させるのに用いてもよい。

電磁力は、変速機の他の態様の動作を制御するのに、または、別なふうに影響を及ぼすのに用いてもよい。例えば、電磁力は、それらのプーリーの有効径を制御するのに用いてもよい。電気機械的アクチュエータ等のアクチュエータを、プーリーセグメント間の距離を変えるのに用いることができる。上述したように、いくつかの実施形態において、リニアアクチュエータは、両プーリーセグメント間に結合することができ、および両セグメントを引っ張って一緒にするのに、およびそれらのセグメントを互いから押しやるのに用いることができる。他の実施形態では、リニアアクチュエータは、それらのプーリーセグメントの一方の外側に結合することができ、およびその外側に配置することができ、および接続されていないプーリーセグメントに対して、当該プーリーセグメントを平行移動させるのに用いることができる。他の実施形態では、それらのプーリーセグメントの一方は、一つ以上の永久磁石を含んでいてもよく、また、他方のプーリーセグメントの電磁界は、それらのセグメントを互いに押したり、離したりする力を生成するのに用いることができるであろう。アクチュエータまたは他の機構が、それらのプーリーセグメント間の間隔を制御するのに用いられる、本願明細書で説明した実施形態のいずれかにおいては、それらのプーリーセグメント間のばねまたは他の付勢カップリングを用いてもよい。

また、電磁力を、ＩＶＴの構成要素と、電動モータ等の動力要素とのカップリングを生じさせるのに用いることもできる。いくつかの実施態様においては、その動力要素の構成要素が、そのＩＶＴの動作中に、そのＩＶＴとともに回転および／または周回するように、その動力要素の構成要素、例えば、その動力要素の主要な電磁石をＩＶＴの構成要素に組み込むことができる。例えば、その動力要素のその主要な電磁石は、それらのプーリーセグメントの一方に結合された偏心カムと同軸であってもよい。その動力要素の別の構成要素が、何かの方法で十分に拘束されている場合、その動力要素の組み込まれた構成要素の回転を引き起こす、その動力要素の動作は、そのＩＶＴの構成要素の回転および／または周回を引き起こし、およびそのＩＶＴのための入力として作用することになる。

上述したように、一部の可変変速比は、油圧機構によって制御してもよい。図２１は、二つの油圧制御されるセグメント化されたプーリーを含む可変変速機の実施形態を概略的に示す。その変速機１８００は、ベルト１８４０と、外側プーリーセグメント１８２２ａおよび１８２２ｂと、内側プーリーセグメント１８３２ａおよび１８３２ｂとを含む。また、変速機１８００は、外側プーリーセグメント１８２２ｂ内で第一の油圧室１８５２と、および内側プーリーセグメント１８３２ｂ内で第二の油圧室１８５４と流体的に連通している油圧ポンプ１８５０も含んでいる。第一の油圧室１８５２内の油圧流体の量を制御することにより、その外側プーリーの有効径を変えるように、外側プーリーセグメント１８２２ｂの接触面１８２４ｂの位置を動かすことができる。同様に、第二の油圧室１８５４内の油圧流体の量を制御することにより、その内側プーリー１８３４ｂの有効径を変えるように、内側プーリーセグメント１８３２ｂの接触面１８３４ｂの位置を動かすことができる。外側プーリーセグメント１８２２ｂおよび内側プーリーセグメント１８３２ｂの可動部は、それぞれ油圧ピストンとして作動される。

その外側プーリーが回転可能に固定されている実施形態では、第一の油圧室１８５２は、第一の油圧室１８５２と油圧ポンプ１８５０との間に延びている油圧ライン１８５６ａを介して油圧ポンプ１８５０と流体的に連通させることができる。第二の油圧室１８５４は、内側プーリーセグメント１８３２ｂがその変速機内で回転および周回している間、流体連通を維持する回転油圧流体シール１８５８を含む油圧ライン１８５６ｂを介して、油圧ポンプ１８５０と流体的に連通させることができる。

上記油圧システムは、ばねまたは付勢カップリングの利用と同様に、ベルト張力を生成するように、互いに向かってプーリーセグメントを付勢するのに、一定の圧力が利用される差動システムであってもよい。外側プーリーセグメント１８２２ｂ内の第一の油圧室１８５２内の圧力と、内側プーリーセグメント１８３２ｂ内の第二の油圧室１８５４との圧力差は、内側プーリーおよび外側プーリーの有効径の相対的シフトを引き起こして、その変速比をシフトさせることができる。他の実施形態では、内側プーリーおよび外側プーリーの一方のみ、例えば、回転可能に固定されているプーリーの中での単一の油圧室を用いてもよい。

いくつかの実施形態において、セグメント化されたプーリーは、二つ以上の、ベルトとの接触領域を有することができる。図２２は、セグメント化されたプーリーの一方が、二つ以上のプーリーセグメントを含んでいる可変変速機の実施例を概略的に示す。変速機１９００は、外側プーリーセグメント１９２２ａおよび１９２２ｂのペアならびに内側プーリーセグメント１９２２ｃおよび１９２２ｄのペアを含む、軸１９２０に中心がある回転可能に固定されたプーリー１９２０を含む。プーリーセグメント１９２２ｃおよび１９２２ｄから成る内側のペアは、バー１９２８または他の何らかの適当な構造等の機構を用いて、プーリーセグメント１９２２ａおよび１９２２ｂから成る外側のペアに結合されており、その結果、プーリーセグメントから成る内側および外側のペアは、単一の回転可能に固定されたプーリー１９２０として機能する。

また、変速機１９００は、軸１９２４周りに回転するように構成され、および第一のセグメント１９３２ａおよび第二のセグメント１９３２ｂを含むプーリー１９３０も含んでいる。プーリー１９３０の第一のセグメント１９３２ａは、プーリー１９２０の内側プーリーセグメント１９２２ｃの少なくとも一部の外側の長手方向に、およびプーリー１９２０の外側プーリーセグメント１９２２ａの少なくとも一部の内側の長手方向に設けられている。同様に、プーリー１９３０の第二のセグメント１９３２ｂは、プーリー１９２０の内側プーリーセグメント１９２２ｄの少なくとも一部の外側の長手方向に、およびプーリー１９２０の外側プーリーセグメント１９２２ｂの少なくとも一部の内側の長手方向に設けられている。図示されている実施形態では、プーリー１９２０のプーリーセグメント１９２２ｃおよび１９２２ｄの内側のペアと、プーリーセグメント１９２２ａおよび１９２２ｂから成る外側のペアとを回転可能に結合するバー１９２８または他の構造は、プーリーセグメント１９３２ｂの一方の中心部を通って延びているが、他の実施形態では、プーリー１９２０のセグメントを回転可能に固定する他の構造および方法を用いてもよい。

プーリー１９２０は、それらのプーリーセグメントの各々に一つの接触面を有し、その結果、ベルト１９４０には、四つの接触面がある。プーリー１９２０のプーリーセグメント１９２２ａおよび１９２２ｂから成る外側のペアの接触面は、プーリー１９３０のプーリーセグメント１９３２ａおよび１９３２ｂの接触面の外側の径方向に配設されている。プーリーセグメント１９２２ｃおよび１９２２ｄから成る内側のペアの接触面は、プーリー１９３０のプーリーセグメント１９３２ａおよび１９３２ｂの接触面の内側の径方向に配設されている。この構成は、セグメント化されたプーリーごとに、接触面の一つだけのペアを備えた状態で、そのベルト１９４０にかかる不均衡な曲げモーメントを低減するか、または完全になくすことにより、変速機１９００の効率および剛性を向上させることができる。

本願明細書で説明したＩＶＴおよびＣＶＴは、所定の装置に利用される唯一の変速機ではない。いくつかの実施形態において、本願明細書に記載されているＩＶＴおよびＣＶＴは、一つ以上の追加的な変速機または他の構造を、モータまたは他の原動機の出力を変更するのに用いることができる多段式の実施形態の一部として用いてもよい。いくつかの実施形態において、固定変速機は、そのシステムが生成できる変速比の範囲を拡大するために、ＩＶＴまたはＣＶＴとともに用いることができる。例えば、その固定変速機は、上記の実施形態において説明したように、ＩＶＴまたはＣＶＴと直列して用いることができる。他の実施形態では、本願明細書の実施形態で説明したＩＶＴまたはＣＶＴは、本願明細書に記載されているものとは異なるデザインから成る可変変速機を含む別の可変変速機とともに用いてもよい。さらに他の実施形態では、追加的なリンク機構または構造を、その装置の変速比全体に必ずしも影響を及ぼすことなく、その入力および／または出力の偏心性を補正するのに用いることができる。

本願明細書のどこかで説明されているように、ＩＶＴとしての使用のために構成された可変変速機の出力の偏心性を補正するまたはなくすのに、さまざまな方法を用いることができる。図２３Ａは、偏心的に回転するプーリーの回転出力の偏心性が取り除かれた可変変速機の一つの実施形態を概略的に示す。変速機２０００ａは、軸２０２６に中心がある回転可能に固定されたプーリー２０２０を含む。そのプーリー２０２０は、プーリー２０３０を、その回転可能に固定されたプーリーの周りを回り、および軸２０３６周りに回転するように構成できるように、ベルト２０４０によってプーリー２０３０につながれている。

プーリー２０３０は、回転部材２０６０ａに回転可能に結合され、その回転部材は、歯車、鎖歯車または他の何らかの適当な機構とすることができる。その回転部材２０６０ａは、そのプーリーの延長部であってもよく、または、他の何らかの適当な方法で、そのプーリーに回転可能に結合してもよい。ベルトまたはチェーン２０７０は、軸２０２６周りに回転するように構成された回転部材２０８０ａに回転部材２０６０ａを結合する。その回転部材２０８０ａは、変速機２０００ａのための出力として作用することができ、および偏心回転プーリー２０３０よりも少ない偏心性で回転する。図示されている実施形態では、回転プーリー２０３０の回転とは対照的に、回転部材２０８０ａの回転は、その出力において偏心性がない。

いくつかの実施形態において、その偏心性をなくすリンク機構は、その全体構造の変速比をさらに変更するための固定比変速機としても作用することができる。図２３Ｂは、偏心回転プーリーの回転出力の偏心性が取り除かれている可変変速機の別の実施形態を概略的に示す。変速機２０００ｂは、回転部材２０６０ｂおよび２０８０ｂの直径が互いに異なっているという点が図２３Ａの変速機２０００ａと異なっている。したがって、その出力を取り除くことに加えて、回転部材２０６０ｂおよび２０８０ｂおよびベルト２０７０によって形成されたリンク機構は、出力回転部材２０８０ｂの角速度が、プーリー２０３０の回転の角速度よりも小さくなるという点で、その出力の角速度も変更することになる。回転部材２０６０ｂおよび２０８０ｂの相対的直径を制御することにより、回転部材２０６０ｂおよび２０８０ｂおよびベルト２０７０から成るリンク機構によって形成されたその固定変速機の変速比を制御することができる。

その回転可能に固定されたプーリーの中心がある軸と、ＩＶＴの回転軸を合わせる代わりに、他の回転軸を用いることができ、およびそのＩＶＴのデザインを、補正する必要がある場合に調節することができる。例えば、両プーリーは、互いの周りを回転することができ、この場合、それらの間の中立軸は、その入力および出力のために選択される。このような実施形態において、そのＩＶＴの偏心揺動は、大幅に減らすことができ、およびいくつかの実施形態では、ほぼなくすことができるが、そのＩＶＴのデザインは、追加的なリンク機構および他の構造を、その入力および出力をその中立軸と位置合わせするのに用いることができるため、より複雑であってもよい。

したがって、その出力回転部材は、その回転可能に固定されたプーリーの軸と位置合わせする必要はない。図２３Ｃは、偏心回転プーリーの回転出力の偏心性が取り除かれている可変変速機の別の実施形態を概略的に示す。変速機２０００ｃにおいて、回転可能に固定されたプーリー２０２０およびプーリー２０３０はともに、プーリー２０２０および２０３０の軸２０２６および２０３６間に位置する箇所２０９０周りに回転するように構成されている。その箇所２０９０は、変速機２０００ｃの回転の中心とすることができ、およびその位置は、二つのプーリー２０２０および２０３０の相対質量に少なくとも部分的に基づいていてもよい。

自由回転可能なプーリー２０３０に回転可能に結合された回転部材２０６０ｃは、依然としてプーリー２０３０の軸２０３６と位置合わせすることができるが、図示されている実施形態では、その回転部材２０８０ｃは、プーリー２０２０の軸２０２６とではなく、変速機２０００ｃの回転軸と位置合わせされている。したがって、回転可能に固定されたプーリー２０２０および回転プーリー２０３０がともに、変速機２０００ｃの回転軸周りに回転する場合でも、その偏心性をその出力からなくすことができ、また、プーリー２０３０の回転運動を取り入れることができる。

変速機２０００ａ、２０００ｂおよび２０００ｃは、ベルトまたはチェーン２０７０を利用して、偏心的に周回する回転可能な部材を偏心回転可能ではない部材に結合しているが、他の何らかの適当な構造を用いてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、偏心的に周回する回転可能な部材を、偏心的に回転可能ではない部材に結合するのに、ギアチェーンまたはスプロケットチェーンを用いてもよい。同様に、変速機２０００ａ、２０００ｂおよび２０００ｃは、それらのプーリーと、その偏心性を取り除く出力リンク機構との相互関係をより明確に説明するために、非入れ子状のプーリーを用いて例示されている。しかし、同じかまたは同様の構造を、入れ子状の実施形態における偏心性を補正するのに用いてもよい。

図２３Ｄは、偏心的に周回するプーリーの回転出力の偏心性が取り除かれている入れ子状の可変変速機の実施形態を概略的に示す。変速機２０００ｄは、回転可能に固定された外側プーリー２０２０と、入れ子状の内側プーリー２０３０とを含む。外側プーリー２０２０のセグメントは、開口２０２４が中にあるリング形状になっている。その入れ子状の内側プーリーの軸は、経路２０３８に沿って、回転可能に固定された外側プーリー２０２０の軸２０２６の周りを回るように構成されている。

回転部材２０６０ｄは、内側プーリー２０３０に回転可能に結合され、また、回転部材２０６０ｄは、同様に、変速機２００ｄの回転軸と位置合わせされている回転軸２０２６周りに回転可能な回転部材２０８０ｄに結合されている。回転部材２０８０ｄは、非偏心出力をそのシステムに供給することができる。図示されている実施形態では、その回転部材２０６０ｄは、例えば、ギアまたはスプロケットの利用を介して直接、回転部材２０８０ｄに結合されているが、ベルトまたはチェーンカップリングまたは他の何らかの適当なカップリングを用いてもよい。また、回転部材２０６０ｄおよび２０８０ｄの直径が同じであるため、その出力の角速度の大きさは同じままであるが、その方向は逆になることが図を見て分かる。

図２３Ｅは、偏心的に周回するプーリーの回転出力の偏心性が取り除かれている入れ子状の可変変速機の別の実施形態を概略的に示す。変速機２０００ｅは、回転部材２０６０ｅおよび２０８０ｅの直径が互いに異なっているという点が図２３Ｄの変速機２０００ｄとは異なる。したがって、その出力の偏心性を取り除くことに加えて、回転部材２０６０ｅおよび２０８０ｅによって形成されたそのリンク機構は、出力回転部材２０８０ｅの角速度が、反対方向において、プーリー２０３０の回転の角速度よりも速くなるという点で、その出力の角速度も変更することになる。回転部材２０６０ｅおよび２０８０ｅから成るリンク機構によって形成されたその固定変速機の変速比は、そのチェーン内のギアまたは他の部材のサイズおよび数を変えることによって制御することができる。

図２４は、二つのプーリーが、その可変変速機の回転軸周りに回るように構成されている可変変速機の実施形態の平面図である。変速機２１００は、機械的に接地された軸２１１６と、バー２１５０の軸２１１６回りの回転を可能にするための軸受２０８５を介して軸２１１６に結合されたバー２１５０とを含む。軸２１１６は、以下でより詳細に説明するように、その可変変速機の回転軸２１０４と位置合わせされている。バー２１５０の回転を引き起こすための、バー２１５０へのトルクの印加は、変速機２１００のための入力として作用することができる。

変速機２１００は、バー２１５０に結合された軸２１２６と、軸２１２６に結合された第一のセグメント化されたプーリー２１２０とを含む。軸２１２６は、プーリー２１２０の中心がある軸２１２４と位置合わせされている。また、変速機２１００は、バー２１５０に結合された別の軸２１３６と、軸２１３６に結合された第二のセグメント化されたプーリー２１３０も含んでいる。軸２１３６は、プーリー２１３０がその周りに回転するように構成されている軸２１２６と位置合わせされている。バー２１５０の回転を引き起こすための、バー２１５０へのトルクの印加もまた、変速機２１００の回転軸２１０４周りの軸２１２６および２１３６の偏心回転を生じさせることになる。

図示されている実施形態において、その第一のセグメント化されたプーリー２１２０は、回転可能に固定してもよい。このことは、何らかの適当な方法で実現することができるが、図示されている実施形態では、第一の円筒形部材２１１２を、機械的に接地された軸２１１６に結合することができ、およびチェーン２１１８または他の適当な機構を介して第二の円筒形部材２１１４に結合することができる。いくつかの実施形態において、円筒形部材２１１２および２１１４は歯車結合することができ、または、スプロケットを、第一および第二の円筒形部材２１１２および２１１４の結合に用いてもよい。他の実施形態では、オルダムカップリング、ギアまたはスプロケット構成または他の適当なカップリングを用いてもよい。円筒形部材２１１２および２１１４の有効径が互いに等しい場合、それらの円筒形部材２１１２および２１１４間の結合は、無限変速比を有し、または、歯車結合せず、その結果、円筒形部材２１１４は同様に、回転可能に固定されることになる。円筒形部材２１１４が、第一のセグメント化されたプーリー２１２０に回転可能に結合されている場合、その第一のセグメント化されたプーリーは同様に、回転可能に固定されるか、または、回転可能に接地されることになる。第二の円筒形部材２１１４は、結合部材２１２８を用いて、または、直接接続されることにより、第一のセグメント化されたプーリー２１２０に回転可能に結合することができ、または、第一のセグメント化されたプーリー２１２０の一方のセグメントの一体化部分であってもよい。

対照的に、その第二のセグメント化されたプーリーは、回転可能に固定されておらず、および軸２１３６周りに自由に回転することができる。第二のセグメント化されたプーリー２１３０は、例えば、結合部材２１２８または他の適当な接続部を介して、第一の回転可能部材２１６０に回転可能に結合されている。また、第二のセグメント化されたプーリー２１３０は、ベルト２１４０を介して、第一のセグメント化されたプーリーにも結合されている。

第一の回転可能部材２１６０も同様に、変速機２１００の回転軸２１０４と位置合わせされ、およびその回転軸周りに回転するように構成されている第二の回転可能部材２１８０に結合されている。第二の回転可能部材２１８０に回転可能に結合されている出力軸２１０５は、変速機２１００の出力として利用することができる。第一の回転可能部材２１６０と第二の回転可能部材２１８０の有効径の違いは、図２３Ｂおよび図２３Ｅ等の実施形態に関して説明したように、その出力の角速度を変更するための一体化した固定比変速段を形成するのに利用することができる。出力軸２１０５は、軸２１１６および出力軸２１０５の一方が、他方に回転可能に結合されることなく、他方を支持することができるような方法で、軸２１１６から切り離すことができ、または、軸２１１６に結合することができる。

したがって、第一の回転可能部材２１６０と、第二の回転可能部材２１８０との結合は、その変速機の出力の偏心性をなくすことができる。さらに、回転可能に固定されたプーリー２１２０および自由に回転できるプーリー２１３０はともに、変速機２１００の回転軸周りに回るように構成されているため、変速機２１００は、第一のプーリー２１２０および第二のプーリー２１３０が、互いに同期しないで回転するので、その変速機の偏心質量揺動を最小限にするように、またはなくすように設計することができる。第一および第二のセグメント化されたプーリーの非同期回転は、軸２１２６と軸２１３６との間隔を画定する堅いバー２１５０によって強制される。

図２４の実施形態は、明確にするために、入れ子状ではないプーリーを用いて図示されているが、部分的なまたは完全な入れ子状のプーリーを備えた変速機は、偏心質量揺動を最小限にするか、またはなくすために、両方のプーリーが、その変速機の中立軸または回転軸の周りを偏心的に回るように、同様に構成することができる。いくつかの実施形態においては、入れ子状になっていない変速機と比較して比較的に小さな偏心性により、ギアチェーンまたはスプロケットチェーン以外のカップリングを用いてもよい。偏心的に回転する構成要素を別の構成要素に結合するために、例えば、オルダムカップリングを用いてもよい。

いくつかの実施形態において、単一のプーリーに結合された複数の偏心カムの利用は、回転を防ぎながら、そのプーリーの回転を可能にする。それらの偏心カムは、その変速機の回転軸に対する、およびその回転可能に固定されたプーリーと非同期的に回転する、回転可能に拘束されていないプーリーに対するそのプーリーの回転経路を画定することができる。単一の偏心カムは、その回転可能に拘束されていないプーリーの周回および回転の両方を可能にするために、その回転可能に拘束されていないプーリーに結合することができる。

さらに他の変形例では、記載されている、およびＩＶＴとして動作するように構成された実施形態は、ＩＶＴではなく、ＣＶＴとしての動作用に変更することができる。また、本願明細書に記載されている入れ子状のプーリーは、コンパクトな固定比機構を形成するために、いずれかのプーリーの有効径を変更する能力がなくても用いることができる。

また、本願明細書に記載されている可変変速機の動作に関する他の変形例を用いてもよい。本願明細書に記載されている可変変速機の制御は、その可変変速機が使用される用途に少なくとも部分的に基づいていてもよい。その可変変速機は、制御されるカップリングに自由度を加えるため、カップリングの一部としての可変変速機のシステム利用は、不十分な強制になる。追加的な自由度は、特定の用途の場合の変速機の動作をさらに最適化するための、特に効率、応答時間、剛性または最大出力の利用可能性等のパラメータの最適化を可能にする。

例えば、いくつかの実施形態において、その可変変速機の変速比は、その入力速度が時間とともに変化する際に、一定の出力速度を維持するために、動作中に制御することができる。このような制御パラメータは、その可変変速機が、発電システムの一部として用いられる場合に有用である可能性がある。同様に、その出力速度は、ライン電圧の急激な低下等のシステム状態の急速な変化を補正するようにさらに調整してもよい。具体的には、変速比の急速な変化を可能にする、本願明細書に記載されている可変変速機の実施形態は、それらのモータの高インダクタンスにより、付勢コイルを備えたオルタネータを組み込んだシステムよりも敏感である可能性がある。

他の実施形態では、その可変変速機は、継ぎ手に一定の力または他の既知の力プロファイルを与えるように制御することができる。このような制御パラメータは、ロボット用途、または、機械が人の近くで作動される他の用途において、または、操作機械と比較して、比較的脆い物体の処理を伴う用途において有用である可能性がある。例えば、人の力を増大させるのに機械が用いられる用途において、継ぎ手に発生する力の制御は、重要な安全パラメータである可能性がある。

所望の効果をもたらすように、追加的な構成要素を可変変速機とともに制御してもよい。いくつかの実施形態において、高出力を要するイベントの準備をするために、制御部は、一定の出力速度を生成するように可変変速機を制御しながら、電動モータの回転速度を増加させることができる。このようなスキームは、そのシステムの現在の出力に影響を及ぼすことなく、増加した速度で回転するロータ内にそれを格納することにより、そのシステムの運動エネルギーを増加させる。変速比の後のシフトは、この運動エネルギーをその継ぎ手に迅速に伝達するのに用いて、そのモータ巻線内での典型的な高エネルギー損失を伴うことなく、従来のモータおよび固定比変速機が単独で送出できる出力を超える出力のスパイクを生成することができる。

この開示に記載されている概念は、ＩＶＴまたはＣＶＴとしての動作のために構成することができる可変変速機に関して記載されているが、一般的に、変速機の分野内の他のさまざまな状況に適用可能である。

本願明細書で用いられている「結合する」、「結合している」、「結合された」という用語、または、その結合するという言葉の他の変形例は、間接的な接続または直接的な接続のいずれかを示している可能性があることに留意すべきである。例えば、第一の構成要素が第二の構成要素に「結合」されている場合、その第一の構成要素は、その第二の構成要素に間接的に接続されているか、または、その第二の構成要素に直接的に接続されている可能性がある。「複数の」という用語は、本願明細書で用いられる場合、二つ以上を意味する。例えば、複数の構成要素は、二つ以上の構成要素を示している。

上記の説明では、実施例の完全な理解を提供するように、具体的な詳細が与えられている。しかし、当業者は、それらの実施例を、それらの具体的な詳細なしで実施できることを理解するであろう。本願明細書において別々に説明されているいくつかの実施形態は、単一の実施形態にまとめることができ、また、与えられた実施形態に関連して記載されている形状構成も、複数の実施形態において別々に、または、何らかの適当なサブコンビネーションで実施することもできる。いくつかの実施例では、いくつかの構造および技術的方法は、それらの実施例をさらに説明するために、他の構造または技術的方法よりも詳細に示されている可能性がある。

開示されている実施形態に関するこれまでの説明は、当業者が本発明を実行または利用できるようにするために記載されている。それらの実施形態に関するさまざまな変更は、当業者には容易に理解され、また、本願明細書で定義されている包括的な原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、本願明細書に示されている実施形態に限定しようとするものではなく、本願明細書に開示されている原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲と一致させるべきである。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
可変変速機において、
外側プーリーであって、
接触面を備える第一の外側プーリーセグメントと、
前記第一の外側プーリーセグメントから第一の可変距離だけ離間された第二の外側プーリーセグメントであって、接触面を備える第二の外側プーリーセグメントと、
を備える外側プーリー、
内側プーリーであって、前記内側プーリーの一部が、前記第一の外側プーリーセグメントと、前記第二の外側プーリーセグメントとの間に位置し、前記内側プーリーが、
第一の内側プーリーセグメントであって、前記第一の外側プーリーセグメントの前記接触面の内側で軸方向および径方向に位置している接触面を備える第一の内側プーリーセグメントと、
前記第一の内側プーリーセグメントから第二の可変距離だけ離間された第二の内側プーリーセグメントであって、前記第二の外側プーリーセグメントの前記接触面の内側で軸方向および径方向に位置する接触面を備える第二の内側プーリーセグメントと、
を備える、内側プーリー、および
前記第一および第二の外側プーリーセグメントの前記接触面の少なくとも一部と、前記第一および第二の内側プーリーセグメントの前記接触面の少なくとも一部とに接触しているベルト、
を備える、可変変速機。

実施形態２
前記外側プーリーおよび内側プーリーの一方が回転可能に固定されている、実施形態１に記載の変速機。

実施形態３
前記外側プーリーは回転可能に固定され、前記変速機は、前記第一の外側プーリーセグメントと前記第二の外側プーリーセグメントとの間の前記第一の可変距離を制御するために、前記第一の外側プーリーセグメントおよび前記第二の外側プーリーセグメントの少なくとも一方を他方に対して動かすように構成されたシフト機構を追加的に備える、実施形態２に記載の変速機。

実施形態４
前記第一の外側プーリーセグメントと前記第二の外側プーリーセグメントとの間の前記第一の可変距離の変化に応動して、前記第一の内側プーリーセグメントと前記第二の内側プーリーセグメントとの間の前記第二の可変距離を調節するように、前記第一の内側プーリーセグメントおよび前記第二の内側プーリーセグメントに結合されたばねを追加的に備える、実施形態３に記載の変速機。

実施形態５
前記ベルトは、複数のベルトセグメントを備える、実施形態１に記載の変速機。

実施形態６
前記ベルトは、前記複数のベルトセグメントの各々を介して延びているテンションベルトを備え、前記ベルトセグメントの前記対向面は湾曲面を備える、実施形態５に記載の変速機。

実施形態７
前記ベルトは複数のピンを備え、各ピンは、前記複数のベルトセグメントのうちの二つの隣接するベルトセグメントの各々の少なくとも一部を通って延びている、実施形態５に記載の変速機。

実施形態８
第一の流体チャンバと流体的に連通する油圧ポンプを追加的に備え、前記第一の流体チャンバのサイズの変化が、前記第一の可変距離または前記第二の可変距離の一方を変更させる、実施形態１に記載の変速機。

実施形態９
前記内側プーリーおよび外側プーリーはともに、前記可変変速機の回転軸周りに偏心的に回転するように構成される、実施形態１に記載の変速機。

実施形態１０
前記外側プーリーおよび前記内側プーリーの一方は回転可能に固定される、実施形態９に記載の変速機。

実施形態１１
前記回転可能に固定されているプーリーは、複数の偏心カムに結合される、実施形態１０に記載の変速機。

実施形態１２
偏心的に回転するプーリーの回転出力を、該偏心的に回転するプーリーよりも小さい偏心性で回転するように構成された回転出力部材に伝達するように構成された出力構造を追加的に備える、実施形態１に記載の変速機。

実施形態１３
前記出力構造は固定比変速機を備える、実施形態１２に記載の変速機。

実施形態１４
変速機において、
第一のセグメント化されたプーリー部であって、第一の角度で、前記第一のセグメント化されたプーリー部の回転軸に向けられた接触面を含む、第一のセグメント化されたプーリー部と、
第二のセグメント化されたプーリー部であって、第二の角度で、前記第一のセグメント化されたプーリー部の回転軸に向けられた、角度の付いた接触面を含む、第二のセグメント化されたプーリー部と、
前記第一のセグメント化されたプーリー部と、前記第二のセグメント化されたプーリー部との間に少なくとも部分的に設けられた入れ子状プーリーであって、前記第一の角度と同じ角度で、前記入れ子状プーリーの回転軸に向けられた第一の接触面と、前記第二の角度と同じ角度で、前記入れ子状プーリーの前記回転軸に向けられた第二の接触面とを備える、入れ子状プーリーと、
前記入れ子状プーリーおよび前記第一および第二のセグメント化されたプーリー部の少なくとも一部の周りに延びているベルトと、
を備える変速機。

実施形態１５
前記第一のセグメント化されたプーリー部と、前記第二のセグメント化されたプーリー部は、第一の距離だけ互いに離され、前記変速機の変速比を変えるように、前記第一のセグメント化されたプーリー部と前記第二のセグメント化されたプーリー部との間の該第一の距離を変更するように構成されたアクチュエータをさらに備える、実施形態項４に記載の変速機。

実施形態１６
前記アクチュエータは、流体チャンバと流体的に連通する油圧ポンプを備え、前記流体チャンバのサイズの変化は、前記第一のセグメント化されたプーリー部と前記第二のセグメント化されたプーリー部との間の前記第一の距離を変更させる、実施形態１５に記載の変速機。

実施形態１７
前記アクチュエータは、前記第一のセグメント化されたプーリー部に結合されたサーボを備える、実施形態１５に記載の変速機。

実施形態１８
前記第一および第二のセグメント化されたプーリー部は回転可能に固定され、前記入れ子状のプーリーは、前記変速機の回転軸周りに偏心的に回転するように構成される、実施形態１４に記載の変速機。

実施形態１９
偏心カムに結合された入力軸を追加的に備え、該偏心カムは、前記入れ子状のプーリーに結合され、該入れ子状のプーリーを、前記入力軸の回転に応動して、前記変速機の前記回転軸周りに偏心的に回転させるように構成される、実施形態１８に記載の変速機。

実施形態２０
前記入れ子状のプーリーに結合された回転可能なハーベスターを追加的に備え、該回転可能なハーベスターは、前記入れ子状のプーリーの回転出力を、前記変速機の長手方向軸と位置合わせされた該変速機の出力に伝達する、実施形態１８に記載の変速機。

実施形態２１
前記入れ子状のプーリーは、
前記第一の接触面を備える第一の入れ子状のプーリーセグメントと、
可変距離だけ、前記第一の入れ子状のプーリーセグメントから離間され、および前記第二の接触面を備える第二の入れ子状のプーリーセグメントと、
を備える、実施形態１４に記載の変速機。

実施形態２２
前記第一の入れ子状のプーリーセグメントを前記第二の入れ子状のプーリーセグメントに向かって付勢するばねを追加的に備える、実施形態２１に記載の変速機。

実施形態２３
最大直径および可変有効径を有する第一のプーリーであって、回転可能に固定されている第一のプーリーと、
最大直径および可変有効径を有する第二のプーリーであって、可変変速機の回転軸周りに回転するように構成された第二のプーリーと、
前記第一のプーリーおよび前記第二のプーリーの少なくとも一部と接触しているベルトであって、前記ＩＶＴの最大直径が、前記第一および第二のプーリーの最大直径の合計よりも小さいベルトと、
を備える可変変速機。

実施形態２４
前記ベルトは、プッシュベルトとしての動作のために構成される、請求項２３に記載の可変変速機。

実施形態２５
前記第一のプーリーは、前記可変変速機の前記回転軸周りに回転するように構成される、実施形態２３に記載の可変変速機。

実施形態２６
前記第一のプーリーの中心は、前記可変変速機の前記回転軸にある、実施形態２３に記載の可変変速機。

実施形態２７
前記第一のプーリーの前記可変有効径は、第一の範囲にわたって可変であり、前記第二のプーリーの前記可変有効径は、第二の範囲にわたって可変であり、前記第一の範囲は、前記第二の範囲と少なくとも部分的に重なっている、実施形態２３に記載の可変変速機。

実施形態２８
前記第一のプーリーは、第一のプーリーセグメントおよび第二のプーリーセグメントを備え、前記第二のプーリーは、前記第一のプーリーの前記第一および第二のプーリーセグメント間に少なくとも部分的に配置される、実施形態２３に記載の可変変速機。

実施形態２９
前記第二のプーリーは、第一のプーリーセグメントおよび第二のプーリーセグメントを備え、前記第一のプーリーは、前記第二のプーリーの前記第一および第二のプーリーセグメント間に少なくとも部分的に配置される、実施形態２３に記載の可変変速機。

１０ ＣＶＴ
２０ 第一のプーリー
２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ 円錐形構造
２４ 第一の軸
３０ 第二のプーリー
３４ 軸
４０ ベルト
５０ 機械的コネクタ
６０ ＩＶＴ
６５ 機械的接地

Claims (13)

1. 可変変速機において、
   第一の軸を有する外側プーリーであって、該外側プーリーは、
   接触面を備える第一の外側プーリーセグメントと、
   前記第一の外側プーリーセグメントから第一の可変距離だけ離間された第二の外側プーリーセグメントであって、接触面を備える第二の外側プーリーセグメントと、
   を備える外側プーリー、
   第二の軸を有する内側プーリーであって、該第二の軸は、前記第一の軸から離間し、且つ前記外側プーリーの一部と交差し、前記内側プーリーの一部が、前記第一の外側プーリーセグメントと、前記第二の外側プーリーセグメントとの間に位置し、前記内側プーリーが、
   第一の内側プーリーセグメントであって、前記第一の外側プーリーセグメントの前記接触面の内側で軸方向および径方向に位置している接触面を備える第一の内側プーリーセグメントと、
   前記第一の内側プーリーセグメントから第二の可変距離だけ離間された第二の内側プーリーセグメントであって、前記第二の外側プーリーセグメントの前記接触面の内側で軸方向および径方向に位置する接触面を備える第二の内側プーリーセグメントと、
   を備える、内側プーリー、および
   前記第一および第二の外側プーリーセグメントの前記接触面の少なくとも一部と、前記第一および第二の内側プーリーセグメントの前記接触面の少なくとも一部とに接触しているベルト、
   を備える、可変変速機。
2. 前記外側プーリーおよび内側プーリーの一方が、その対応する軸の周りに回転しないように回転可能に固定されている、請求項１に記載の変速機。
3. 前記外側プーリーは回転可能に固定され、前記変速機は、前記第一の外側プーリーセグメントと前記第二の外側プーリーセグメントとの間の前記第一の可変距離を制御するために、前記第一の外側プーリーセグメントおよび前記第二の外側プーリーセグメントの少なくとも一方を他方に対して動かすように構成されたシフト機構を追加的に備える、請求項２に記載の変速機。
4. 前記第一の外側プーリーセグメントと前記第二の外側プーリーセグメントとの間の前記第一の可変距離の変化に応動して、前記第一の内側プーリーセグメントと前記第二の内側プーリーセグメントとの間の前記第二の可変距離を調節するように、前記第一の内側プーリーセグメントおよび前記第二の内側プーリーセグメントに結合されたばねを追加的に備える、請求項３に記載の変速機。
5. 前記ベルトは、複数のベルトセグメントを備える、請求項１に記載の変速機。
6. 前記ベルトは、前記複数のベルトセグメントの各々を介して延びているテンションベルトを備え、前記ベルトセグメントの面は湾曲面を備える、請求項５に記載の変速機。
7. 前記ベルトは複数のピンを備え、各ピンは、前記複数のベルトセグメントのうちの二つの隣接するベルトセグメントの各々の少なくとも一部を通って延びている、請求項５に記載の変速機。
8. 第一の流体チャンバと流体的に連通する油圧ポンプを追加的に備え、前記第一の流体チャンバのサイズの変化が、前記第一の可変距離または前記第二の可変距離の一方を変更させる、請求項１に記載の変速機。
9. 前記内側プーリーおよび外側プーリーはともに、前記可変変速機の回転軸周りに偏心カムにより偏心的に回転するように構成される、請求項１に記載の変速機。
10. 前記外側プーリーおよび前記内側プーリーの一方は、その対応する軸の周りに回転しないように回転可能に固定される、請求項９に記載の変速機。
11. 前記回転可能に固定されているプーリーは、複数の偏心カムに結合される、請求項１０に記載の変速機。
12. 前記外側プーリーおよび前記内側プーリーの1つが偏心回転するように偏心カムに連結され、偏心的に回転するプーリーの回転出力を、該偏心的に回転するプーリーよりも小さい偏心性で回転するように構成された回転出力部材に伝達するように構成された出力構造を追加的に備える、請求項１に記載の変速機。
13. 前記出力構造は固定比変速機を備える、請求項１２に記載の変速機。

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