JPH08500413A - 連続可変伝動装置 - Google Patents
連続可変伝動装置Info
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- JPH08500413A JPH08500413A JP5516359A JP51635993A JPH08500413A JP H08500413 A JPH08500413 A JP H08500413A JP 5516359 A JP5516359 A JP 5516359A JP 51635993 A JP51635993 A JP 51635993A JP H08500413 A JPH08500413 A JP H08500413A
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Abstract
(57)【要約】
自動車、工業的およびロボットの応用分野で用いる2つの回転運動の間あるいは回転運動と直線運動との間での伝達に用いられる連続可変伝動装置であって、次の原理で作動する。上部セクション(1)は面に対して平行な全ての方向に移動自在にされる一方で、回転不能にされている。下部セクションのディスク(2)は、その中心が常に上部セクション(1)の直下にあるように拘束されている。ディスク(2)は、上部セクション(1)に対して図示の方向(12)に回転され、自由に回転する車輪(6)は、車輪支持体(5)を滑動するロッド(7)により操舵される。ロッド(7)同士は、上部セクション(1)に対して特定点にセットされたロッド(8)により制御される一致点で合致している。図示のロッド(8)位置および図示の回転(12)に対して、上部および下部セクション(1、2)は、車輪(6)のスリップを生じることなく、面に沿って矢印(13)の方向へ移動する。ディスク(2)の回転速度に対して、面に沿う移動速度は、ディスク中心からの一致点の距離が増大するにつれて増大する。
Description
【発明の詳細な説明】
連続可変伝動装置
技術分野
本発明は、車両などに用いられて2つの回転運動間または回転運動と直線運動
間での変換を行うための、或いは、ロボット、機械部品、または、その他の、サ
ーボ系、回転式アクチュエータまたは直動式アクチュエータを必要とする機器の
運動を制御するための連続可変伝動装置および方法に関する。自動車工業におい
て、本発明は、限定するものではないが、従来のギヤボックスおよびクラッチに
代えて内燃エンジン車両への使用に特に適し、また、従来のモータ速度制御機器
に代えてバッテリ車両への使用に特に適している。機械およびロボット工業にお
いて、本発明は、限定するものではないが、高精度かつ高トルクの回転式または
直動式サーボ機構に特に適している。また、本発明は、運動を要するその他の機
器および車両にも適している。これを例示すれば、ペダル式乗り物、玩具、ゲー
ムセンタ用のゲーム、学習シミュレータ、および、固定軌道あるいは独立の自動
車を用いたテーマパークの乗り物などがある。
背景技術
従来の内燃エンジン車両は、通常、摩擦式または流体式クラッチと手動または
自動でシフトされる一組のギヤとを介して、エンジンを車輪に連結している。斯
かる構成によれば、エンジンの燃料経済性およびトルク伝達特性を最適化する上
で制約があった。そして、ある種の車両は、連続可変伝動装置を確かに使用して
いる。典型的には、接近離反移動する2つのコーン間に張られたベルトまたはチ
ェーンを用いて駆動ハブの有効径を変化させるシステムが用いられている。しか
しながら、この種の伝動装置は、信頼性および効率に乏しく、また、伝達トルク
が小さい。その他の種類の伝動装置には、金属球と、潤滑シャーを介してこの金
属球に接触する面とを有する摩擦駆動部を含むものがあるが、伝達トルクに比べ
て内力を大きくする必要がある。また、可変容量ポンプを用いる油空圧モータを
駆動する液圧駆動部を含むものは、比較的高価である。また、可変振幅の振動運
動を行うと共にこの振動運動を調整して出力速度を生じさせるラチェット駆動部
を含むものは、内部が複雑で、伝達比が振動的に変動する。
従来のバッテリ車両は、通常は、パワーエレクトロニクスまたは切換抵抗によ
って制御される直流モータを使用している。ある種の車両は、車両減速中に車両
の運動エネルギをバッテリに戻すようにした再生ブレーキを用いている。モータ
低速運転時のエネルギ損失とパワーエレクトロニクスとにより相当量の運動エネ
ルギが回収不能になることから、この構成には、再生ブレーキに加えて従来の摩
擦ブレーキを要するという不都合がある。
従来のアクチュエータおよびサーボは、光学的シャフトエンコーダに連結され
た直流モータまたはステッピングモータに基づくもので、パワーエレクトロニク
スにより制御される
ようになっている。モータおよび駆動トランジスタは、所要トルクの増大につれ
て大型化し、この大型化に伴って全体コストが急増する。更に、運動の各軸毎に
サーボモータおよび増幅器が必要で、また、回転運動から直線運動の変換には、
ボールスクリューなどの機械装置が必要になる。非常に大きい力を得るにはサー
ボ油圧装置が用いられるが、コスト高である。
発明の開示
本発明の目的は、改良型の連続可変伝動装置を提供することにある。
本発明の連続可変伝動装置は、少なくとも2つの回転部材と、回転部材に装着
された共通部材と、回転部材と協働する面と、夫々の軸線の周りで各回転部材を
操舵するように作動する操舵手段とを備えている。回転部材は、回転部材自身の
回転軸線に関して回転自在であると共に、周縁領域を有している。この周縁領域
は、夫々の協働領域において各回転部材の回転軸線に平行な方向における前記面
に対する各回転部材の実質的なスリップが防止されるように、前記面と協働する
。共通部材および前記面は、互いに第1及び第2の種類の運動を行うように装着
されている。第1の種類の運動は、共通部材に対して固定された軸線の周りでの
共通部材と前記面との相対回転であり、この軸線の周りで回転部材同士は離隔し
ている。また、第2の種類の運動は、共通部材と前記面との別の相対運動である
。操舵手段は、回転部材を操舵して、共通
部材と前記面との第2の種類の相対運動の量に対する共通部材と前記面との第1
の種類の相対運動の量の比率を、連続的に変化させるようになっている。
実用上、前記面は、実質的に平坦にされ、或いは、球状に湾曲される。また、
各回転部材がその周りで操舵される軸線は、夫々の回転部材の回転軸線と実質的
に交差すると共に、回転部材と前記面との協働領域の中心またはその近傍におい
て軸線を通る前記面に対して略垂直に交差している。この場合、共通部材の回転
軸線を前記面に対して実質的に垂直にして伝達を行えるようにする必要がある。
また、各回転部材について、その回転軸線および操舵軸線が実質的に同一平面内
に配されると共に、夫々の回転部材に係る平面同士が共通軸線に沿って交差する
ようにする。以下において、共通軸線を一致軸線と称することがある。そして、
前記面が実質的に平坦である場合、一致軸線は、通常は、共通部材の回転軸線に
対して実質的に平行にされる。共通部材と前記面との相対並進運動方向は、2つ
の軸線が配される平面に対して垂直になり、また、伝達比率は、これら2つの軸
線の離隔距離に比例することになる。前記面が実質的に球状に湾曲されている場
合、一致軸線および共通部材の回転軸線は、前記面の湾曲中心を通る。また、伝
達比率は、これら2つの軸線の間の角度の正接に比例することになる。
本発明の伝動装置は、合理的に簡易であると共に製造経済性に富み、それにも
かかわらず、伝達比率が連続的に可変で
ある伝達を円滑に行えるようにする。本装置は、広範な応用分野に使用可能であ
り、異なる応用分野に対しては装置形態を異ならせることが特に効果的である。
以下、その幾つかを説明する。
2つの回転部材のみを有するものであることも可能ではあるが、より小型の部
材を多数設けることが通常は好ましい。小型の部材の寸法および配設数は、各回
転部材の面上における接触長さを低減する一方で、接触長さ全体を増大させると
同時に経済的および実際的な限界内に入るように選択される。2つの回転部材の
みを用いるときに適用されると共に2つ以上の回転部材についても理論上は適用
可能な考察によれば、回転部材と面との協働領域の双方または全てを共通部材の
回転軸と共通な平面内に配すると伝達ロスを招来するので、その様にすべきでは
ない。回転部材は、共通部材の回転軸線から異なる距離にあっても良いが、回転
軸線から等距離にあるのが好ましい。
好ましくは、回転部材の数は4ないし18であり、6個、12個または18個
の部材を設けるのが良い。
好ましくは、回転部材の運動に伴って面に沿って描かれる円の中心において面
に正接する平面を回転部材の回転軸線が貫通するように、各回転部材をこれと協
働する面に対して傾斜させる。非ゼロの伝達が行われる条件の下で、上述の円の
半径は連続的に変化し、従って、回転部材の好適傾斜量が存在する。多くの状況
では、パワー伝達中に生じる力は傾斜角
度を変化させるように作用するので、多くの装置においては傾斜量を固定するの
が実際的で、好ましくは、ゼロ伝達条件での要件を満足させるようにする。
多くの目的に対しては、回転部材を操舵することが好ましい。操舵手段は、各
回転部材当たり一つの、複数のガイドを含み、各ガイドは、回転部材と共通制御
器とを機械的に連結する。そして、共通制御器を移動することにより回転部材を
操舵する。回転部材の操舵軸線上の点と共通の点とを、あるいは異なる点同士を
、各ガイドにより一致軸線に沿って接続しても良い。これにより、これら2つの
点同士の間の距離およびガイドと回転部材の操舵軸線との間の角度を、共通部材
の回転につれて必要に応じて変化可能になる。例えば、ガイドは、ヒンジ結合さ
れたスロットを介して各回転部材の上方で滑動自在のロッドを備えても良く、各
ロッドの一端は、共通のフレキシブル継手に固定される。継手位置が制御されて
、伝達比率および方向が制御される。この様な機械式の操舵手段の利点は、同手
段が比較的簡易であると共に電気供給が不要であることにある。しかしながら、
各回転部材の操舵を共通の電子制御システムから個々に制御することも可能であ
る。
ガイドを共通のフレキシブル継手に固定することに代えて、ガイドをピボット
結合したリングを備える共通の制御器を用いても良い。この構成において、リン
グは共通部材に関して回転不能にされる。即ち、リングとガイドとの結合部位に
おいてガイドを滑動不能に固定する一方で、回転部材の操舵軸
線において滑動可能とする。又は、その逆にする。或いは、例えばテレスコピッ
ク式スライド体などの追加機構を用いて、ガイド・リング結合部と操舵軸線との
間の距離を必要に応じて変化可能なようした滑動式組合せ体としても良い。後述
の本発明の実施例では、操舵リングは回転部材の内側に配されるが、特定の実施
例については、操舵リングを内側または外側に配するのが最適であることが判っ
ている。また、リングに対する結合部をリング中心から異なる距離に設けても良
い。リング位置により、一致軸線の位置が定まる。操舵リングを使用する利点は
、ガイド長さを相当に低減して、ガイドが互いに或いはその他のシステム部品と
干渉しないことにある。
ある種の状況では、回転部材についての操舵部材を、共通部材の回転軸線に対
して接近または離反方向に変位されるその他の被操舵軸線の周りで操舵可能なそ
の他の部材に連結することにより、回転部材の操舵軸線の有効位置を変化させる
のが好ましい。その他の被操舵軸線は、共通部材の回転軸線から、最初の操舵軸
線と同一の相対位置に位置づけられる。その他の部材の操舵は、操舵軸線の周り
での回転部材の操舵と実質的に同一である。上記の連結は、例えば、操舵軸線お
よび被操舵軸線に装着される同期駆動ベルトおよびプーリを使用することにより
達成できる。これは、新たな軸線を共通部材の回転軸線により接近して配するこ
とにより、例えば、操舵ガイドの所要寸法および移動量を低減する上で特に有用
である。面が球状である場合、この改良によって、実際の球
よりも小さい仮想的な球が形成される。これにより、ガイドの共通継手が仮想的
な球の仮想的な回転軸線上で移動可能となると云う更なる利点が達成され、共通
部材の回転を伴わずに球を回転可能になる。この後者の構成は、斯かる構成を用
いた自動車用伝動装置あるいはその他の伝動装置に対して「中立」位置を与える
点で有用である。従って、正方向及び負方向の双方においてゼロから無限大まで
の全ての伝達比率を達成できる。
また、伝動装置により伝達されるトルクを計測または監視可能にするのが有用
である。このため、好ましくは、各回転部材の操舵軸を回転部材の回転軸線と実
質的に交差させつつ、一つ以上の回転部材について、回転部材の操舵軸線が回転
部材の回転軸線を貫通する部位から短い距離だけオフセットされるように設けて
も良い。斯かる構成によれば、伝達されているトルクおよび力の大きさ及び方向
に関連する全体的な力が操舵システムに加わることになる。力の測定値は、典型
的には、伝達比率および方向の調節に用いられる電気的または機械的な制御シス
テムへのフィードバックとして用いられる。
多数の応用では、回転部材と面とを単に摩擦係合させることで足りるが、一つ
以上の回転部材と面とを確実に係合させるのが有用なこともある。確実な係合に
より、回転部材の回転軸線に平行な方向への回転部材の面に対する移動に抗する
ことができる。
特定の回転部材と面との間で伝達される力が2つの面の間
での当接に依拠するが、伝達力の相対方向が接触平面全体に存せず(変形は考慮
されない)、この伝達力の相対方向が接触平面に対して垂直に近づくよう、回転
部材が面の上を転動する間に一つ以上の回転部材または面あるいはその組合せが
変形するように、回転部材、面あるいはその組合せを設けることにより、回転部
材と面との確実な係合が好適に達成される。斯かる構成の例示的なものは、可撓
性のある重合体の被膜からなる面と、面との接触点では非常に狭くした回転部材
とを備えても良い。この場合、回転部材は重合体被膜中に押圧されて、被膜に一
時的な窪みが形成される。更なる例示的な構成では、面にはこぶが付けられ、或
いは、面に突出ピンが設けられ、これらの突出ピンは折り曲げられ又は後退して
回転部材がピンの間を通過できるようにする。斯かる構成は、実質的な力を各回
転部材の走行方向に対して垂直に伝達可能とするもので、潤滑シャーを介する単
なる摩擦あるいはトラクションを用いた従来の多くの連続可変伝動装置に比べて
、トルク伝達特性が大幅に向上する。
また、回転部材が面を貫通することによっても確実な係合達成可能である。即
ち、面の部分よりも回転部材の部分が回転部材の回転軸線から実際に一層離れる
ように、回転部材と面とを互いに係合させても良い。この係合には、車輪又は面
の実質的な変形が伴ったり伴わなかったりする。斯かる構成の例を挙げると、メ
ッシュに係合するスパイク付き車輪、窪み付き車輪又は把持システムがある。ス
パイク付き車輪で
は、回転部材当たりの一つ以上の平行車輪が面から突出する突起の間を走行する
ようにし、窪み付き車輪では、斯かる突起の上を走行するようにする。また、把
持システムの回転部材は、係合領域を通過する間に開閉する顎部を有し、これら
の顎部により、突起、ウール、剛毛、フック、ループまたはその他の好適な構成
要素を把持する。
既に指摘したように、面は、実質的に平坦で良いが、湾曲したものでも良い。
詳しくは、面は、球の外側、または、球の、固定軸線の周りでの回転が拘束され
た部分であっても良い。斯かる構成によれば、回転型の連続可変伝動装置が提供
される。この構成は、回転伝達が必要な場合に使用可能である。限定するもので
はないが、応用分野としては、自動車用ギヤボックス、可変速度駆動部、寸法が
変わる製品を製造する機械を製造するためのギヤボックス、ロボット工業で用い
るサーボ、及び、パワー源が、風または水などの、変化する速度で移動する流体
からなると共に固定の同期速度で回転する必要があるパワー発生器が含まれる。
球は、ディファレンシャル・ギヤボックス機構を含むことがある。2つの出力
軸は、球の内側から延びるもので良く、車両の車輪を直接駆動することがある。
この構成は、車両のクラッチ、ギヤボックスおよびディファレンシャルに代わる
単一ユニットを提供し、ハンドブレーキを不要にする。
また、面は、球の内側、あるいは、球の、固定軸線の周りでの回転を拘束され
た部分であっても良い。斯かるシステム
は、物理的に、より小型のユニットにおいて実施可能で、自転車などでの使用に
有用である。
面が実質的に平坦であると、回転運動を2次元平面での運動に変換すべきもの
に使用可能な平坦型の連続可変伝動装置を提供できる。この構成は、トレーニン
グ用の車両又はフライトシミュレータ或いはゲームセンタ用のゲーム等の、低コ
ストでの多自由度の高性能運動を必要とするシステムに特に有用である。面は、
完全に平坦で良く、或いは、僅かに湾曲したものであっても良い。
また、面が実質的に平坦な平面の一部であると共に、固定経路の方向において
同経路に沿って移動するように共通部材の運動が拘束される構成に設けることも
可能である。斯かる構成は、直動型の連続可変伝動装置であって、実質的に直線
であると共に方向が変化するような経路を提供できる。この構成は、回転運動を
直線運動に変換すべきものに使用可能である。限定するものではないが、応用分
野として種々の直動アクチュエータがあげられる。
特に回転型および直動型の連続可変伝動装置の場合、面の作動部分の範囲を制
限しても良く、回転部材は、共通部材が回転している間に一つ以上の回転部材が
移動して回転部材と面との作動的な係合が確立および解除されるように設けられ
る。作動的な係合を解除する移動を、面が不在となることによって生じさせるこ
とができる。或いは、斯かる移動を生じさせるため、好ましくは、回転部材の回
転方向に垂直な方向
において回転部材が面の上で相当に大きくスリップ可能なように面を設けても良
い。面の非作動領域は、典型的には、回転部材が操舵軸線の周りで共通部材の特
定の回転速度に対して最も速くかつ高い伝達比率で回転する部位において、共通
部材が回転している間に回転部材によって描かれる円の両側縁に設けられる。こ
れらの領域は、(回転型伝動装置にあっては)球の回転軸線に向けて存し、ある
いは、(直動型伝動装置にあっては)駆動軌道の両側に存する。この様にして作
動面の範囲を限定すると、より高い伝達比率での効率が一層向上する。
ある種の応用に対しては、複数の共通部材を設けるのが特に有用で、各共通部
材には、面と協働する少なくとも2つの回転部材が装着される。共通部材は、同
一源または異なる源により回転可能である。共通部材を同一のフレームに装着す
るのが好ましく、共通部材の回転中心は同軸であっても良く、同軸でないことも
ある。
共通部材は、面の上を走行する自動車装置の一部を構成することがある。
本発明の特に有用な実施例は、2つ以上の共通部材を用いると共に、内燃エン
ジンとバッテリで駆動される電気モータとを組み合わせたハイブリッド車両の伝
動装置として機能する回転型の連続可変システムである。この様な車両において
、加速運転時にはバッテリからエネルギが取り出され、また、減速運転時にはバ
ッテリに戻される。内燃エンジンは、バッ
テリの蓄電容量を越えたエネルギを供給するために用いられる。好適な制御シス
テムにより、システム回りのエネルギの流れが調節される。
本発明による別の特に有用な実施例は、2つ以上の共通部材を使用すると共に
、車両の姿勢および移動方向を互いに独立に制御可能な完全操縦可能型の車両の
伝動装置として機能する平坦型の連続可変伝動装置である。この車両構成におい
て、回転部材は、車両が走行する面に直接作用する。斯かる構成は、工場または
倉庫で用いられる床清掃装置などに好適に使用される。清掃ブラシと駆動・操舵
装置とを結合するため、各共通部材を剛毛により包囲しても良い。
ある状況下では、自動車装置が走行する面に自動車装置の回転部材を直接作用
させることが不適切なこともある。この場合、回転部材に係合する面を、自動車
装置が走行するその他の面と回転部材との間に介設された伝動装置の中間部分に
よって形成しても良い。例えば、この様なシステムは、実質的に同一に回転する
ように連結した2つの共通部材を備えることがあり、両共通部材は、別の面に接
触する共通の球の夫々の部分に作用する。完全な3つの自由度を必要とするが、
このシステムは、連続的に移動する車輪が床または地面に接触することが不適切
であるような、手動または自動的にガイドされる車両などの自動車装置の一部分
などとして特に有用である。更なる例示として、単一の共通部材が単一の介在球
に作用するようにしても良い。ここで、球の単一方向での回
転は、複数の追加操舵車輪により拘束される。追加操舵車輪は共通部材に装着さ
れはしないが、追加操舵車輪がこれら車輪の回転軸に沿う方向への実質的なスリ
ップを生ぜずに、追加操舵車輪の操舵が整合する角度によって決定される軸線の
周りで球が回転可能なように、追加操舵車輪同士は相互依存的に作用する。平坦
型の連続可変伝動装置の場合と同様、この構成は2つの自由度のみを許容する。
その他の例示としては、駆動車輪が作用する球状に湾曲した面を車輪の内側に設
けたシステムや、セグメント式あるいは連続式の軌道またはベルトを用いて駆動
車輪が軌道またはベルトの内側に作用するようにしたシステムがある。ここで説
明した装置の大多数では、伝動装置の伝達比率および方向を制御するための好適
システムにより、比較的安定化していない運動源から正確な運動を得ることがで
きる。
また、本発明によれば、上述の連続可変伝動装置を含むフィードバック機構や
、上述の連続可変伝動装置を含む機械式増幅装置が提供される。
機械式のフィードバックシステムを用いることにより、伝達比率を制御する特
に有用な手段が提供される。システムには更なる運動制御入力が設けられ、同シ
ステムを駆動するためのトルクまたは力は比較的小さいもので良い。連続可変伝
動装置の出力は、フィードバック機構の作用の結果として、制御入力に実質的に
追従する。連続可変伝動装置とフィードバック機構との組合せにより、機械式の
増幅装置が形成され
る。
本発明を実施する回転型機械式増幅装置は、操舵および伝達比率をガイドによ
り制御するようにした回転型の連続可変伝動装置から構成できる。出力軸および
制御軸の運動を比較して両運動の差に従って一致位置を移動させる好適装置によ
り、ガイドの一致位置が、出力軸の軸線に平行な線に沿って移動される。この様
な増幅装置は、図16を参照して以下に説明する。この構成は、手動車輪のよう
な純粋に機械式の運動源により制御されるものでも良く、或いは、ステッピング
モータのような装置で制御することもある。パワー入力を、例えば、安定化して
いない誘導モータで駆動しても良く、その電源は主電源から直接取られる。また
、バッテリから直接に電源供給される安定化していない直流モータで駆動するこ
ともある。
特に有用な構成は、2つの回転型の連続可変伝動装置または機械式増幅装置を
用いると共に、一方の装置にディファレンシャルギヤボックスを含め得るもので
あって、バス、タクシーまたは軽量の鉄道システムなどの、発進・停止デューテ
ィサイクルで走行する車両のエネルギを維持するために用いることができる。エ
ンジンは、第1伝動装置を介してフリーホイールを駆動し、第1伝動装置は第2
伝動装置を介して車輪を駆動する。車両の運動エネルギは、車両減速時にはフリ
ーホイールに伝達され、車両加速時には車両に戻される。
同様に、平坦型または直動型の機械式増幅装置は、ガイド
により操舵及び伝達比率が制御される平坦型または直動型の連続可変伝動装置か
ら形成可能である。ガイドの一致位置は、面に対して平行移動する制御点の位置
(これは増幅すべき入力信号を表す)と共通部材の装着上の基準点とを比較する
機構によって移動される。両位置の偏差を反映させるには、一致位置を偏差の方
向に対して垂直に移動させる。この構成は、ハンドルのような純粋に機械式の運
動源により制御可能であり、或いは、外部の低トルク直動システム、X−Y位置
決めシステム、またはガイドシステムにより制御可能である。
また、本発明によれば、少なくとも2つの回転部材が装着された共通部材と、
回転部材と協働する面との間での連続可変伝達を行う方法が提供される。回転部
材は、これら回転部材自身の回転軸線の周りで回転すると共に、周縁領域を有し
ている。この周縁領域は、回転軸線に対して平行な方向において面に対して回転
部材が実質的なスリップを生じることなしに、協働領域において面と協働する。
各々の回転部材は、夫々の軸線の周りで操舵される。また、共通部材および面は
2つの種類の運動を伴って互いに移動する。第1の種類の運動は、共通部材に対
して固定された軸線の周りでの共通部材および面の相対回転であり、この軸線の
周りで回転部材同士は離隔されている。第2の種類の相対運動は、共通部材と面
の別の相対運動であり、回転部材の操舵は、第2の種類の相対運動の量に対する
第1の種類の相対運動の量の比率を連続的に変動可能とするように行われる。
上述の全ての場合において、主たるパワー伝達の方向は、共通部材から面に向
かう方向で良く、あるいは、これとは逆の方向であっても良い。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施する種々の連続可変伝達システムお
よび同システムを使用可能な種々の装置を、例示的に説明する。
図面の簡単な説明
図1は、平坦型の連続可変伝動装置の作動原理を示す概略図である。
図2は、ガイドを用いた操舵システムの概略平面図である。
図3は、操舵リングに連結したガイドを用いた操舵システムの概略平面図であ
る。
図4は、変位式操舵軸線を備えた回転型の連続可変伝動装置の概略側面図であ
る。
図5は、オフセット式操舵軸線を備えた回転部材の概略側面図である。
図6は、面を変形させることにより面と係合する回転部材の拡大断面図を含む
。
図7は、面を貫通する回転部材の側面図である。
図8は、回転型の連続可変伝動装置の概略斜視図である。
図9は、ディファレンシャルを含む回転型の連続可変伝動装置の球状セクショ
ンの部分破断図である。
図10は、回転部材が球の内側に係合する回転型の連続可変伝動装置の概略側
面図である。
図11は、平坦型の連続可変伝動装置の概略斜視図である。
図12は、制限された領域のみにわたって面と作動的に係合する回転部材を備
えた回転型の連続可変伝動装置の概略斜視図である。
図13は、2つの平坦型の連続可変伝動装置が同一面に係合するシステムの概
略斜視図である。
図14は、別の平坦型連続可変伝動装置の概略斜視図である。
図15は、フィードバック機構に用いられる連結器の概略平面図である。
図16は、回転型の機械式増幅装置の斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
添付図面において、図面に例示する特定の特徴の図示を明確にすべく、種々の
部品および機構を削除してある。
図1は、本発明を実施する平坦型の連続可変伝動装置の作動原理を示す概略図
である。伝動装置は、上部セクションおよび下部セクションを備えている。上部
セクション1は、下方の平面に平行な全ての方向に移動自在にされる一方で、回
転不能にされている。下部セクションにおいてディスク2(共通部材)の中心は
、このディスク中心が常に上部セクション1の中心の直下にあるように拘束され
ている。下部セクションのディスク2は、3つの車輪6a、6b,6cに装着さ
れている。3つの車輪は、ディスク中心から等距離にあり、車輪の水平軸線の周
りで回転自在になっている。また、車輪
6a、6b、6cは面(図示略)に載置され、ディスクに関して垂直軸線の周り
で回転自在にされている。但し、この回転運動は、車輪6a、6b、6cの支持
体5a、5b、5cを通るロッド7a、7b,7cにより拘束されている。各ロ
ッドは、車輪支持体の孔を貫通している。この孔は、車輪の水平軸線よりも高さ
方向において上方にあり、この孔の軸線は車輪の回転水平軸線と平行である。従
って、車輪はロッドによって有効に操舵される。3つのロッド7a〜7cは、上
部セクションと下部セクションとを接続するロッド8の底面である単一の一致点
で合致するように拘束されている。この接続ロッド8は、ガイド9、10により
垂直に維持されると共に、上部セクション1に関して破線円11内のいずれかに
位置づけられる。破線円11は、下部ディスク2がその中心の周りで上部セクシ
ョン1に関して回転される間に車輪6の中心により描かれる経路(上部セクショ
ンに投影される)を表している。下部ディスク2はベルト4により回転され、こ
のベルトは、矢印14a、14bで示す方向に上部セクション1に関して一緒に
回転される2つのロッド3a、3bにより駆動される。
下部ディスク2が矢印12a、12bで示すように反時計方向に回転されると
共に一致点が回転中心に位置づけられていると、並進運動は生じない。しかしな
がら、一致点が図示の位置まで右に移動されると、上部セクションおよび下部セ
クションは、矢印13で示す方向に平面に沿って一緒に前進
運動する。これは、図1に示す位置からの小さい移動増分を考えることにより理
解される。ディスク2は、車輪6a〜6cが操舵される方向だけ、ディスク2が
載置されている面上において、ロッド8に整合する軸線の周りで強制的に回転さ
れる。従って、ディスク2の中心は、矢印13で示す方向に前進移動する。ディ
スクの前進運動中、その周りでのディスク2の回転が拘束される軸線も同量だけ
前進移動する。従って、ロッド8がディスク2の軸線15上にあって軸線16の
右へ変位されている限り、ディスク2は矢印13で示す方向への移動を継続する
。
ロッド8が更に右へ移動してロッド軸線からのディスク2の中心の離隔距離が
増大し、従って、ディスク中心軸線の周りの回転運動量に対するディスク2の並
進運動量の比率が増大することが、上述の説明から理解される。並進運動の方向
は、ロッド8の軸線とディスク2の中心とを結ぶ直線の方向に垂直である。
従って、図1に示す機構によれば、3つの車輪6a〜6cと、車輪に装着され
たディスク(すなわち共通部材)2と車輪6a〜6cが載置される面とを備えた
連続可変伝動装置が提供される。車輪6a〜6cは、車輪の回転軸線の周りで回
転自在にされている。又、車輪6a〜6cは、支持体5a〜5cの長手方向軸線
に対応する軸線の周りで操舵される。これらの操舵軸線は、車輪の回転軸線と交
差している。ディスク2は、その中心の周りで回転可能であると共に、車輪が載
置される面の上で並進移動可能である。車輪は、ロッド8に接続されたロッド7
a〜7cにより操舵され、又、ディスク2の中心に対してロッド8の位置を変化
させることにより、面上でのディスクの並進移動量に対するディスク2の回転量
の比率を連続的に変化可能である。
注目すべきは、ディスク2を回転駆動してディスクを並進移動させるのが通常
ではあるが、その反対も可能である。即ち、並進移動させてディスク2を回転さ
せる。
図2は、ガイドを用いた操舵システムの概略平面図である。図示例は、6つの
車輪6のためのものである。ガイドはロッド20a〜20fの形式をとり、これ
らロッドは、中心垂直軸線の周りで回転自在の、操舵される車輪支持体21a〜
21f内を滑動自在にされている。ロッド20a〜20fの一致点は、水平面内
で移動されると共にロッド同士間の角度を可変とするフレキシブル部材22によ
って維持されている。図2のロッド20a〜20fが図1のロッド7a〜7cに
対応し、また、図2の支持体21a〜21fが図1の支持体5a〜5cに対応す
ることが理解されよう。
図3は、操舵リングに連結されたガイドを用いる操舵装置の概略平面図である
。ガイドはロッド26a〜26fの形式をとり、これらロッドは、垂直軸線の周
りでロッドに対して回転自在の、操舵される車輪支持体25a〜25fに固定さ
れている。ロッドは基準部材27a〜27fを貫通し、基準部材は、同部材自身
の中心垂直軸線の周りで回転可能なよう
に操舵リング28に結合されている。操舵リング28は、被操舵部材25a〜2
5fに対して回転することなしに水平面内を移動する。このとき、ロッド26a
〜26fの投影線が一致したままにされ、一致点も水平面内で移動する。
図4は、操舵軸線が変位する回転式連続可変伝動装置の概略側面図である。回
転部材30a、30bは、2つのシャフト37a、37bにより支持されると共
に両シャフトを駆動する球36に係合している。両シャフトは、球36と共に軸
線38の周りで回転する。各回転部材30a、30bは、ベルト32により駆動
されるプーリ31a、31bにより操舵される。又、ベルト32は、プーリと操
舵システム35a、35bにより駆動される。プーり31a、31bは、プーリ
35a、35bが軸線34a、34bの周りに回転する間、軸線33a、33b
の周りで回転する。軸線33a、34aは軸線33b、34bと同様に平行であ
る。従って、プーリ35a、35bの操舵により、あたかもプーリが直接操舵さ
れるように、回転部材30a、30bが操舵される。この変位式の操舵プーリは
、本来の球の中心線39に沿って変位される仮想球40上の車輪の操舵をあたか
も制御するような挙動を呈する。円40の上側半部内で平面において一致点を移
動できると共に一致点とプーリ35a、35b間の長さをヒンジ止めしかつ可変
とするようなプーリ35a、35bに好適な操舵機構があるとすれば、どの様な
比率でも達成可能である。もし、一致点が軸線41から軸線42へ距離yだけ変
位されると共に軸線39から距離xだけ変位されて点43にあるとすれば、並進
比率は比x/yにより与えられることになる。
図5は、オフセット式操舵軸線を備えた回転部材の概略側面図である。回転部
材は、車輪45であって中心線47を備えるもので、部材46により、矢印49
で示す方向に軸線48の周りで操舵される。この軸線48は車輪の中心からオフ
セットされており、車輪が載置されている面により車輪回転軸線と平行に車輪に
作用する力で部材46に内力を生じさせるようにしている。この力を知ることに
より、システムによる伝達力を有用に表示できる。
図6は2つの部分を含み、その左半部は、面に載置されると共にこの面に係合
する回転部材54を含む組立体の斜視図であり、同図の右半部の参照符号53を
付した部分は、回転部材54が係合する面を変形させる回転部材の拡大断面図で
ある。回転部材54は、ベッド56に固定された軟質材料層55に食い込む鋭角
リムを有している。回転部材と面とを確実に係合させることにより、部材54と
ベッド56との間で大きい側方向力を伝達可能になる。単に摩擦係合のみが存し
ている場合には、伝達可能な力は、より小さくなる。
図7は、周縁に円錐状スパイク61を備えた回転部材60の側面図である。こ
の場合、面はメッシュ62により形成され、スパイク61はメッシュ62の開口
を貫通している。スパイク61及び/又はメッシュ62は可撓性のあるもので良
く、スパイクがメッシュを貫通するときにスパイク61とメッシュ62の開口と
の間に不整合があっても構わなくなる。
図8は、水平入力軸66を後部に備えると共に両端型の水平出力軸67a、6
7bを備えた回転式連続可変伝動装置の概略斜視図である。入力軸66は、垂直
ギヤ68を介して、図1のディスク2に対応するディスク69に連結されている
。出力軸は、車輪71a、71bが係合する球状セクション70を有している。
車輪ケーシング72a、72bを操舵する操舵ロッド73a、73bの一致点を
制御するための制御レバー74は、下方に突出して示されており、このレバーは
、出力軸の中心線と平行な線に沿って移動される。車輪ケーシングは、追加拘束
手段(図示略)により拘束されて、各車輪の操舵軸線および操舵ロッドを、これ
と協働する球状セクション70の領域に対して略垂直の操舵軸線と同一平面内に
維持する。
制御レバーが、入力軸66の軸線を含む垂直平面から更に移動される間、入力
軸66の速度に対する出力軸67a、67bの回転速度が増大することになる。
伝達比率(即ち、入力軸66の速度に対する出力軸67a、67bの回転速度の
比率)は、球70の半径に対する、入力軸66の軸線を含む垂直平面からの制御
レバー74の距離の比率に等しい。
典型的には、図8に示す構成の実用型では、球への接触レベルを増大すべく、
12または18個などという多数の小径車輪を用いても良い。好ましくは、ディ
スク69、車輪71
a、71b及び操舵ロッド73a、73bからなる組立体と同様の、更に2つの
組立体を、ケーシング65の前方上側面に設けることができる。便宜上、図8の
システムの特定方向のみについて説明したが、勿論、その他の方向を用いても良
い。
図9は、ディファレンシャルを含み図10に示す回転式連続可変伝動装置の球
状セクションの破断図である。球70の内側には、ベベルギヤ77a、77bが
装着され、同ベベルギヤの回転中心は球70に対して固定されている。ベベルギ
ヤ77a、77bは互いに噛み合ってはいない。出力軸67a、67bは球70
に対して回転自在にされている。シャフト67a、67bの端は、ギヤ77a、
77bから駆動されるベベルギヤ78a、78b(図9にはギヤ78aを図示せ
ず)に固定されている。典型的には、車両の車輪がシャフト67a、67bに固
定され、車両がコーナを旋回している間、ディファレンシャル機構により、車輪
の速度差が許容されるようになっている。
図10は、回転部材が球の外側ではなく内側に係合している回転式連続可変伝
動装置の概略側面図である入力軸81にはベベルギヤ84を駆動するベベルギヤ
83が固定され、ベベルギヤ84は、回転部材85a、85bが装着される共通
部材を構成している。回転部材85a、85bは、ケーシング80の、球状に形
成された内面に係合しており、ケーシング80の回転で、システムの出力が構成
されるようになっ
ている。静的な基準シャフト82は、外側の静止点(図示略)に固定され、同シ
ャフトの他端は中央支持ブロック86に固定されている。回転部材85a、85
bは、支持ブロック86内で回転するアクスル87により支持された対向車輪8
8a、88bにより、ケーシング80に対し装填状態に保持されている。比率制
御(図示略)は種々に実現される。例えば、回転部材85a、85bを操舵する
ための制御ロッドおよび関連ガイドを支持ブロック86に装着した状態で、シャ
フト82及び支持ブロック86を一側から他側へ移動させることにより、比率制
御が実現される。或いは、一方のシャフト81または82の中心を介して制御ロ
ッドを導入して好適な車輪操舵装置を制御ロッドに接続することにより、比率制
御が実現される。図10の構成は、ケーシング80により後部車輪のハブを構成
すると共にシャフト81をチェーン駆動部に接続したペダル式自転車に好適に使
用される。図8の場合のように、回転部材85a、85bの拘束装置の幾つかの
図示を省略する。
図11は、平坦型の連続可変伝動装置の概略斜視図である。共通部材・車輪組
立体91は、道路90上を走行するもので、モータ92により駆動される。ビー
ム93は、モータ92に対する基準として例示してあり、これは、所望比率・方
向制御機器を含むもので良い。図11の実施例の作動は、図1の概略構成のもの
に類似する。
図12は、図8のものと類似であるが、車輪71が、制限
された領域のみにわたって球70と作動的に係合する回転式連続可変伝動装置の
概略斜視図である。図8の場合のように、ケーシング65、入力軸66、出力軸
67a、67b、ギヤ68、共通部材69、球70、車輪71a、71b、車輪
ケーシング72a、72b、操舵ロッド73a、73b及び制御レバー74が設
けられている。しかしながら、図12の球70は2つの面を有している。一つの
粗い面96には車輪が作動的に係合し、別の滑らかな面97には車輪は作動的に
係合せず、車輪は滑らかな面で滑動自在になっている。面97を滑らかにする代
わりに、球70の中心からの面97の半径を面96のものよりも僅かに小さくし
て車輪が面97に接触しないようにしても良い。
図13は、2つの平坦な連続可変伝動装置が同一面に係合するシステムの概略
斜視図である。2つの共通部材・車輪組立体101a、101bは、面100上
で走行する。組立体101a、101bの双方の作動は、所望の制御機器および
負荷が装着されたフレーム102により相互に結合されている。この構成は、内
部に追加自由度を有する機器の一部であっても良く、或いは、それ自身が自動車
システムであっても良い。
図14は、共通部材・車輪組立体106が、2つのローラ107a、107b
の周りに張られた回転ベルト106の内面に係合する平坦式の連続可変伝動装置
の概略斜視図である。ベルトは面105上で走行する。斯かる構成は、面105
と
共通部材・車輪組立体106との直接接触が不適切であるような場合に有用であ
る。
図15は、フィードバック機構の概略平面図である。2つのベルクランク11
0は、ガイドロッドの一致点114の位置を制御するために用いられる。ガイド
ロッドは例示的なものであって、図1のロッド7a〜7cであると考えることに
する。ベルクランク110a、110bは、ピボット111a、111bが上部
セクション1(或いは上部セクションに固定された部材)に設けられている。ベ
ルクランクの制御端112a、112bは単一の軸アクチュエータに接続され、
他端は車輪6a〜6cが載置される面に固定されている。制御点112a、11
2bが移動される間、一致点114はスロット113内で移動し、(ゼロ伝達か
ら始まる)伝達比率を変化させる。全体効果として、共通部材・車輪組立体は、
ディスク2の回転速度に比例する遅れをもってアクチュエータ運動に追従する。
図16は、入力軸121と両端型の出力軸122a、122bとを備えた回転
式機械増幅装置を示し、入力軸121を介して機械的パワーが供給される。入力
軸及び出力軸は、図8に示す構成と実質的に反対形式の連続可変伝動装置を介し
て連結されている。図8の操舵ロッド73a、73bは図16では操舵ロッド1
31a、131bにより表される。増幅装置は、増幅すべき回転入力を制御軸1
28a、128bに受ける。リードねじ127は、ベルト124及びプーリ12
3を介して出力軸122aから駆動されるもので、ブロック126内に装着した
カラー130を出力軸122a、122bと平行に移動させる能力を有している
。カラー130はブロック126内で回転自在である一方で、制御軸128aに
キー結合された別のカラー120にギヤ結合されている。
制御軸128aの回転により、リードねじ127のカラー130が回転される
。カラー130及びリードねじ127の回転速度が同一であれば、カラー130
はリードねじ127に沿って移動しない。両者の回転速度が異なれば、カラー1
30は、操舵ロッド131a、131bの一致点を移動させつつ、リードねじ1
27の速度を変化させ(同リードねじが出力軸122aにより駆動されるので)
、カラー130及びリードねじ127の速度をマッチングさせる。
ここで注目すべきは、図16のシステムは、出力軸および制御軸の間の位相遅
れを生じさせ、両軸の速度を増大させることにある。好適な開ループまたは閉ル
ープ制御システムを用いてこの遅れを相当に低減させ或いは解消して正確なサー
ボシステムを構成できる。
本発明の種々の実施例を例示的に記載したが、図示した実施例は種々に変形で
きる。また、種々の点において、実施例の一つに関して記載した特徴を別の実施
例で用いることが可能である。
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フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,SN,TD,
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P,KR,LK,LU,MG,MN,MW,NL,NO
,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SK,
UA,US,VN
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.少なくとも2つの回転部材と、前記回転部材に装着された共通部材と、前記 回転部材と協働する面と、夫々の軸線の周りで各前記回転部材を操舵するように 作動する操舵手段とを備え、 前記回転部材は、前記回転部材自身の回転軸線に関して回転自在であると共に 、周縁領域を有し、前記周縁領域は、夫々の協働領域において各前記回転部材の 回転軸線に平行な方向における前記面に対する各前記回転部材の実質的なスリッ プが防止されるように、前記面と協働し、 前記共通部材および前記面は、互いに第1および第2の種類の運動を行うよう に装着され、前記第1の種類の運動は、前記共通部材に対して固定された軸線の 周りでの前記共通部材と前記面との相対回転であって、前記軸線の周りで前記回 転部材同士は離隔しており、前記第2の種類の運動は、前記共通部材と前記面と の別の相対運動であり、 前記操舵手段は、前記回転部材を操舵して、前記共通部材と前記面との前記第 2の種類の相対運動の量に対する前記共通部材と前記面との前記第1の種類の相 対運動の量の比率を、連続的に変化させる 3ことを特徴とする連続可変伝動装置。 2.前記操舵手段が、各前記回転部材当たり一つの、複数のガイドを含み、各前 記ガイドは、前記回転部材と共通制御器とを機械的に連結し、前記共通制御器の 移動により前記回転部 材を操舵することを特徴とする請求の範囲1に記載の連続可変伝動装置。 3.前記共通制御器は、前記ガイドをピボット結合したリングを備えることを特 徴とする請求の範囲2に記載の連続可変伝動装置。 4.前記回転部材の操舵軸線の有効位置が、前記回転部材の操舵部材を、前記共 通部材の回転軸線に対して接近または離反方向に変位されるその他の操舵軸線の 周りで操舵可能なその他の部材に連結することにより、変化可能であり、又、前 記その他の操舵軸線が、前記共通部材の回転軸線から、最初の操舵軸線と同一の 相対位置に位置づけられることを特徴とする請求の範囲1ないし3のいずれかに 記載の連続可変伝動装置。 5.各前記回転部材の操舵軸線が、夫々の回転部材の回転軸線に実質的に交差し ていると共に、一つ以上の回転部材については、前記回転部材の操舵軸線が、前 記回転部材の回転軸線を貫通する部位から短い距離だけオフセットしていること を特徴とする請求の範囲1ないし4のいずれかに記載の連続可変伝動装置。 6.一つ以上の回転部材と前記面とが確実に係合され、この確実な係合により、 前記回転部材の回転軸線と平行な方向への前記回転部材の前記面に対する移動に 抗するようにしたことを特徴とする請求の範囲1ないし5のいずれかに記載の連 続可変伝動装置。 7.前記回転部材が前記面内に侵入または前記面を貫通していることを特徴とす る請求の範囲6に記載の連続可変伝動装置。 8.前記面が、球の外側、又は、球の、固定軸線の周りでの回転を拘束された部 分であることを特徴とする請求の範囲1ないし7のいずれかに記載の連続可変伝 動装置。 9.前記球が、ディファレンシャルギヤボックスの機構を含むことを特徴とする 請求の範囲1ないし8のいずれかに記載の連続可変伝動装置。 10.前記面が、球の内側、または、球の、固定軸線の周りでの回転を拘束された 部分であることを特徴とする請求の範囲1ないし7のいずれかに記載の連続可変 伝動装置。 11.前記面が実質的に平坦であることを特徴とする請求の範囲1ないし7のいず れかに記載の連続可変伝動装置。 12.前記共通部材が回転するにつれて一つ以上の回転部材が移動して前記回転部 材と前記面との作動的な係合が確立および解除されるように、前記回転部材が配 されていることを特徴とする請求の範囲1ないし11のいずれかに記載の連続可 変伝動装置。 13.複数の共通部材が設けられ、前記面と協働する少なくとも2つの回転部材を 各前記共通部材に装着したことを特徴とする請求の範囲1ないし12のいずれか に記載の連続可変伝動装置。 14.前記共通部材または複数の共通部材が、前記面の上で走行する自動車装置の 一部を構成することを特徴とする請求の範 囲1ないし13のいずれかに記載の連続可変伝動装置。 15.前記面が、前記回転部材と前記自動車装置が走行する別の面との間に介在す る伝動装置の中間部分により形成されていることを特徴とする請求の範囲14に 記載の連続可変伝動装置。 16.請求の範囲1ないし13のいずれかに記載の連続可変伝動装置を含むことを 特徴とするフィードバック機構。 17.請求の範囲1ないし13のいずれかに記載の連続可変伝動装置を含むことを 特徴とする機械式増幅装置。 18.少なくとも2つの回転部材が装着される共通部材と、前記回転部材と協働す る面との間での連続可変伝達を行うものであって、前記回転部材は、これらの回 転部材自身の回転軸線の周りに回転すると共に、前記回転軸線と平行な方向にお いて前記面に対する前記回転部材の実質的なスリップを来すことなしに夫々の協 働領域において前記面と協働する周縁領域を有し、各前記回転部材は、夫々の軸 線の周りで操舵され、前記共通部材および前記面は、2種類の運動を伴って互い に移動し、第1の種類の相対運動は、前記共通部材に対して固定された軸線の周 りでの前記共通部材及び前記面の相対回転であって、前記軸線の周りで前記回転 部材同士は離隔され、第2の種類の相対運動は、前記共通部材および前記面の別 の相対運動であって、前記回転部材の操舵により、前記第2の種類の相対運動の 量に対する前記第1の種類の相対運動の量の比率を連続可変可能とすることを特 徴とする連続可変伝達 方法。
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