KR20180127497A - 연속 가변 변속기 - Google Patents

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알리손 트랜스미션, 인크.
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Abstract

본 발명은 비 변화 유닛 및 복합 에피사이클릭 기어 세트를 포함하는 연속 가변 변속기(CVT)에 관한 것이다. 비 변화 유닛은 회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖고, 제1 및 제2 측의 회전축은 동축이다. 복합 에피사이클릭 기어 세트는 캐리어 내에 회전식으로 장착되고 태양 기어와 연동하는 제1 세트의 유성 기어를 포함한다. 에피사이클릭 기어 세트는 제1 애뉼러스 기어 및 제2 세트의 유성 기어를 또한 갖고; 제2 세트의 유성 기어는 또한 캐리어 내에 회전식으로 장착되고 제2 애뉼러스 기어와 연동한다. 비 변화 유닛의 제1 또는 제2 회전측 중 하나는 캐리어에 결합되고, 비 변화 유닛의 제1 또는 제2 회전측 중 다른 하나는 태양 기어에 결합된다.

Description

연속 가변 변속기
본 발명은 연속 가변 변속기(continuously variable transmission) 및 특히, 유일한 것은 아니지만, 전륜 구동식 승용차를 포함하여, 승용차와 같은 자동차에 사용되는 연속 가변 변속기에 관한 것이다.
전륜 구동식 승용차에 있어서, 엔진은 통상적으로 전후 차축에 수직으로 장착된다. 변속기는 통상적으로 엔진 및 변속기 샤프트가 차량의 차륜을 구동하는 샤프트에 평행하게 연장하도록 엔진의 단부에 부착되어 그로부터 구동력을 수용한다. 이러한 용례에서 변속기는 통상적으로 차량 차체를 오염시키지 않고 엔진 베이(engine bay) 내부에 끼워지도록 충분히 짧은 것이 요구된다.
전륜 구동차에서, 이들의 구성에 부여되는 물리적 제약은 엔진이 일반적으로 최종 구동 장치 위에 장착되게 한다. 따라서, 변속기는 엔진 출력 샤프트로부터 차동 유닛까지 표고차(vertical drop)를 제공할 필요가 있고, 그로부터 샤프트는 좌륜 및 우륜을 구동한다.
승용차는 후진, 발진(launch), 시내 크루즈(urban cruise) 및 바람직하게는 높은 오버드라이브비(overdrive ratio) 기능들을 제공하도록 요구된다. 엔진과 차륜 사이에 구동력을 전달하는 자동 변속기는 운전자 입력에 응답하여 자동으로, 그리고 바람직하게는, 원활하게 그리고 끊임없이 이러한 기능들을 제공하도록 요구된 비들 사이의 전이를 수행해야 한다. 이러한 변속기 내의 발진 동작은 종종 슬립핑 클러치(slipping clutch) 또는 토크 컨버터를 사용하여 성취된다. 양 디바이스는 열을 방산하고, 따라서 비효율적이다. 이러한 기능들을 제공하도록 요구된 임의의 비들 사이의 전이는 일반적으로 변속기가 하나의 비로부터 다음의 비로 핸드오버(hand over)함에 따라 과도적으로 슬립하는 클러치에 의해 성취된다. 이는 또한 에너지를 방산하고, 또한 운전자에 의해 느껴질 수도 있는 저크(jerk) 또는 토크 단절(torque interruption)을 야기할 수 있다.
연속 가변 변속기(CVT)는 비 사이의 원활한 전이를 제공할 수 있지만, 통상적으로 고정비 변속기보다 기계적으로 덜 효율적이다. 베리에이터(variator) 동력 손실이 통상적으로 2개의 주 영역: 첫째로, 벨트 또는 체인 시스템 내의 슬립 및 마찰, 또는 트랙션 구동 시스템 내의 슬립 및 스핀; 및 둘째로, 베리에이터 클램프 하중을 제공하기 위한 그리고 비 변경을 실행하기 위한 동력으로부터 발생한다. 베리에이터 작동 시스템의 복잡성은 또한 전체 CVT 비용을 증가시키는 경향이 있다. 최근의 진보는 제어가능성 또는 응답을 희생하지 않고 풀-토로이달(full-toroidal) 트랙션 구동 베리에이터의 손실 및 비용을 극적으로 감소시킨다.
이는 향상된 베리에이터 클램핑, 감소된 작동 손실 및 10 이상의 넓은 베리에이터비 스프레드(variator ratio spread)를 통해 성취되었고, 이는 변속기의 성능을 상당히 향상시킬 수 있다. 대략 20 W의 최대 출력 전력을 갖는 액추에이터가 통합된 구비하는 롤러 제어 기구가 제안된다. 제어 기구는 저가이지만, 여전히 베리에이터가 300 밀리초 미만의 풀 비 스위프(full ratio sweep)를 성취하게 한다.
이들 베리에이터 개발은 이전 세대에 비교하여 증가된 효율을 제공하는 새로운 비용-효과적이고 응답성이 있는 변속기 아키텍처의 패밀리를 또한 가능하게 하였다. CVT 아키텍처는 170 Nm/92 kW 전륜 구동 B-세그먼트 승용차 용례를 위해 제안되었지만, 개념은 더 큰 플랫폼에 스케일링 가능하다. 약 95%의 피크 시뮬레이션된 크루즈 효율이 대략 56 kph/1000 rpm의 오버드라이브 능력을 갖는 변속기 레이아웃을 위해 제시된다.
기술은 전기화(electrification) 및 자유 주행을 포함하여, 미래의 자동차 경향에 관련되는 것으로 보여진다.
다수의 CVT는 또한 부피가 크고 그리고/또는 고가이며, 따라서 패키징 형상 및 크기, 및 타겟 제조 비용을 성취하는 것이 과제가 될 수 있다.
변속기의 최대 동작비를 변속기의 최소 동작비로 나눈 값은 변속기의 "비 스프레드"라 명명된다. 듀얼 클러치 변속기(dual clutch transmission: DCT)와 같은 현대식 변속기는 6 내지 10의 비 스프레드를 갖는다. 이는 높은 차속 또는 크루징에서 효율적인 엔진 동작을 위한 높은 오버드라이브비를 제공하는데 있어 유리할 수 있지만, 클러치 또는 토크 컨버터와 같은 발진 디바이스 내의 손실을 감소시키는 감소된 최소 변속비를 또한 제공할 수 있다. 감소된 최소 변속 속도비는 또한 발진 클러치 내구성에 유리한 효과를 가질 수 있다. 높은 효율을 갖는 높은 비 스프레드 CVT를 성취하는 것이 과제일 수 있다.
고정된 최대 전진비(forwards ratio)에 대해, 베리에이터의 더 넓은 비 스프레드는 후진 모드를 특징으로 하는 실시예에서 그리고 저속 모드(low mode)(IVT 모드)를 특징으로 하는 실시예에서의 모두에, 증가된 발진 효율을 가능하게 한다는 것이 주목되어야 한다. 저속 모드(IVT 모드)가 변속기에 포함되는 경우에, 조합된 제1 및 제2 모드의 넓은 비 스프레드는 비 변화 유닛을 통한 동력이 저속 모드에서 감소되는 것을 가능하게 하고 따라서 더 소형의 더 저가의 비 변화 유닛을 허용한다.
Torotrak사의 전통적 유산은 무한 가변 변속기(Infinitely Variable Transmission: IVT)의 분야에 있다. IVT는 0의 출력 속도를 생성할 수 있는 CVT이고, 통상적으로 베리에이터 및 에피사이클릭 기어세트(epicyclic gearset)를 포함하고, 끊임없는 차량 발진 및 전후진 전이를 가능하게 한다. 이들은 5 kW 내지 300 kW 초과의 범위의, 승용차, RWD SUV, 버스, 트럭 및 오프-하이웨이 차량(off-highway vehicle)을 포함하여, 광범위한 차량에서 우수한 주행성 및 개선을 나타내고 있다. Torotrak사의 IVT는 에너지 소비 및 배기물을 감소시키기 위한 상당한 잠재력을 갖는다. 토크 컨버터(최적화된 변속기 상에서 시뮬레이션된 최대 23%를 가짐)를 갖는 자동 변속기에 비교하여 19%의 연비 향상이 도시 주행에서 이미 측정되었다. 이 이익은 토크 컨버터를 제거하는 것, 엔진 동작 조건을 최적화하는 것 및 기어 시프트 중에 일반적으로 발생할 것인 급격한 엔진 가속을 제거하는 것에 기인한다.
전통적으로, 베리에이터 및 IVT 기술은 유압식으로 제어되어 왔다. 저가의 보조 구동부 용례를 위해 개척된 더 최근의 연구는 PitchSteerTM으로서 알려진 베리에이터 제어의 다른 성공적인 방법의 개발을 야기하였다.
Torotrak사의 PitchSteerTM 기구 내의 액추에이터는 베리에이터 내의 견인력으로부터 이론적으로 완전히 격리된다. 이는 액추에이터 작용력(effort)이 매우 낮고, 더 구체적으로 베리에이터에 의해 전달되는 토크에 독립적이라는 것을 의미한다. 단지 10 내지 20 와트만이 비를 변화하는데 요구되고, 어떠한 전력도 일정한 비를 유지하는데 요구되지 않는다. 이는 베리에이터 작동을 위한 낮은 에너지 소비를 야기하고 소형의 저가의 액추에이터가 사용되는 것을 가능하게 한다.
도 9a는 PitchSteer 베리에이터를 도시하고 있다. 액추에이터 모션은 도 9b에 나타내고 있는데, 여기서 액추에이터의 이동은 도 9c에 도시된 바와 같이 비 변화를 생성하는 피치의 변화를 개시한다.
도 9a 내지 도 9c에서 볼 수 있는 바와 같이, PitchSteerTM는 제조가 간단한 구성요소를 사용한다. 조립될 때, 이들은 그 기능이 제조 공차에 민감하지 않은 강건한(robust) 기구를 형성한다. 낮은 제조 비용을 촉진하는 것에 추가하여, 이는 또한 변속기의 전체 수명에 걸쳐 일관적인 성능을 보장한다.
10의 전체 베리에이터비 스프레드를 통한 스위프가 300 ms 미만에서 나타나고 있다. 최신의 디자인의 기하학 구조는 요구되면, 최대 12의 비 스프레드가 성취되는 것을 가능하게 할 수 있다. 이들 속성은 저가의 전기기계적 액추에이터를 사용하여, 매우 낮은 양의 에너지를 소비하는 베리에이터 제어의 응답성 방법을 제공하도록 조합된다.
기계적으로 작동되는 베리에이터에 있어서, 유압 동력은 단지 클러칭 시스템을 위해서만 요구된다. Torotrak사는 도 10a에 도시된 바와 같이, 표준 구동 사이클에 걸쳐 유압 펌프를 위한 에너지 소비를 시뮬레이션하였다. 도 10b에 도시된 유압 회로는 단일의 제로터 펌프(gerotor pump)를 사용하고, 단지 저압 베리에이터 윤활 및 비례 클러치 제어를 커버하는 2개의 저가의 솔레노이드만을 요구한다.
에너지 소비는 통상적으로 사이클에 걸쳐 <1%, 그리고 "최대 개방 스로틀(wide open throttle: WOT)" 가속 이벤트에 대해 1 내지 2%인, 차량을 구동하기 위해 차륜에 전달된 에너지에 비교하여 낮은 것으로 판명되었다. 이들 값은 차량에 의해 소비된 총 에너지를 고찰할 때 더욱 더 작을 것이다(변속기 손실의 양 고려).
본 발명의 목적은 상기 과제들의 적어도 일부를 처리하는 연속 가변 변속기를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 비 변화 유닛 및 복합 에피사이클릭 기어 세트를 포함하는 연속 가변 변속기(CVT)가 제공되며, 비 변화 유닛은 회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖고, 제1 및 제2 측의 회전축은 동축이고; 복합 에피사이클릭 기어 세트는 제1 세트의 유성 기어로서, 제1 세트의 유성 기어는 캐리어 내에 회전식으로 장착되고 태양 기어와 연동하는 제1 세트의 유성 기어, 제1 애뉼러스 기어(annulus gear) 및 제2 세트의 유성 기어를 포함하고; 제2 세트의 유성 기어는 또한 캐리어 내에 회전식으로 장착되고 제2 애뉼러스 기어와 연동하고; 비 변화 유닛의 제1 또는 제2 회전측 중 하나는 캐리어에 구동가능하게 결합되고, 비 변화 유닛의 제1 또는 제2 회전측 중 다른 하나는 태양 기어에 구동가능하게 결합된다.
비 변화 유닛은 제1 및 제2 회전측 사이에 음의 속도비를 제공할 수도 있다.
비 변화 유닛은 풀 토로이달 베리에이터일 수도 있는 토로이달 베리에이터를 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 비 변화 유닛의 각각의 회전측의 양자 모두는 복합 에피사이클릭 기어 세트에 직접 연결된다.
복합 에피사이클릭 기어 세트의 회전축은 바람직하게는 비 변화 유닛의 제1 및 제2 측의 회전축과 동축이다.
본 발명은 변속기 입력 샤프트; 변속기 출력 샤프트; 회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖는 비 변화 유닛; 비 변화 유닛의 제1 측에 의해 구동될 수 있는 제1 부재, 비 변화 유닛의 제2 측에 의해 구동될 수 있는 제2 부재, 제3 부재, 및 변속기 입력 샤프트에 의해 구동될 수 있는 제4 부재를 포함하는 에피사이클릭 기어 장치; 제1 부재를 출력 샤프트에 구동가능하게 결합하도록 구성된 제1 클러치 장치; 제2 부재를 출력 샤프트에 구동가능하게 결합하도록 구성된 제2 클러치 장치; 제3 부재를 출력 샤프트에 구동가능하게 결합하도록 구성된 제3 클러치 장치를 포함하는, 변속기를 또한 제공한다.
제4 클러치 장치가 제1, 제2 및 제3 클러치 장치 중 2개를 출력 샤프트에 구동가능하게 결합하도록 제공될 수도 있다.
2개의 클러치 장치는 제4 클러치 장치를 거쳐 출력 샤프트에 결합된 선택기 디바이스일 수도 있다. 선택기 디바이스는 바람직하게는 도그 클러치(dog clutch) 및/또는 동기화기(synchroniser)이다.
제4 클러치 장치는 바람직하게는 "상시 폐쇄형(normally closed)" 마찰 클러치이다.
제5 클러치 장치가 제3 부재를 접지하도록 제공될 수도 있다.
바람직하게는, 제1 부재는 태양 기어이고, 제2 부재는 캐리어 조립체이고, 제3 부재는 제1 애뉼러스 기어이고, 제4 부재는 제2 애뉼러스 기어이다.
캐리어 조립체의 기준의 프레임에서, 제2 애뉼러스 기어는 바람직하게는 태양 기어 및 제1 애뉼러스 기어에 반대 방향으로 회전한다.
제5 클러치 장치 및 제1, 제2 또는 제3 클러치 장치 중 하나는 제1 및 제2 회전측의 속도비가 베리에이터의 작업 범위 내에 놓이는 동안 동시에 폐쇄될 수도 있다.
제1 및 제2 클러치 장치는 베리에이터의 제1 및 제2 회전측의 결과적인 속도비가 베리에이터의 작업 범위 내에 놓이는 동안 동시에 폐쇄될 수도 있다.
제2 및 제3 클러치 장치는 베리에이터의 제1 및 제2 회전측의 결과적인 속도비가 베리에이터의 작업 범위 내에 놓이는 동안 동시에 폐쇄될 수도 있다.
비 변화 유닛의 하나의 특정 속도 동작비에서, 변속기 입력 샤프트의 속도에 대한 변속기 출력 샤프트의 속도의 비(즉, 변속비)는 제1 및 제2 주행 모드의 모두에서 동일하다.
에피사이클릭 기어 세트는 단일의 복합 에피사이클릭 기어 세트를 포함할 수도 있다. 에피사이클릭 기어 세트는 태양 기어, 제1 애뉼러스 기어, 제2 애뉼러스 기어, 및 단일의 캐리어를 포함할 수도 있다.
베리에이터의 제1 및 제2 측은 동축일 수도 있다. 베리에이터의 제1 및 제2 측 중 적어도 하나는 에피사이클릭 기어 세트와 동축일 수도 있다.
에피사이클릭 기어 세트는 입력 샤프트와 베리에이터 사이에 장착될 수도 있다.
전기 모터가 제4 부재에 결합될 수도 있다. 부가의 클러치 장치가 제4 부재와 입력 샤프트 사이에 제공될 수도 있다. 부가의 클러치 장치 및 전기 모터는 표준 "하이브리드 모듈"일 수도 있다.
베리에이터의 비 범위는 7 초과, 바람직하게는 8 초과, 더 바람직하게는 9 초과, 및 더욱 더 바람직하게는 10일 수도 있다.
베리에이터는 풀-토로이달 베리에이터일 수도 있다.
제1 부재는 태양 기어일 수도 있고; 제2 부재는 제1 및 제2 세트의 유성 기어를 포함하는 유성 캐리어일 수도 있고; 제4 부재는 제1 애뉼러스(또는 링) 기어일 수도 있고; 제3 부재는 제2 애뉼러스(또는 링) 기어일 수도 있고; 제1 세트의 유성 기어는 태양 기어, 제1 애뉼러스(링) 기어 및 제2 세트의 유성 기어와 연동할 수도 있고; 제2 세트의 유성 기어는 또한 제2 애뉼러스(링) 기어와 연동할 수도 있다.
바람직한 실시예에서, 각각의 클러치의 출력은 공통 회전가능 부재를 구동하도록 구성된다. 이 회전가능 부재는 변속기 출력 샤프트에 결합되거나 결합가능할 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 변속기 입력 샤프트; 변속기 출력 샤프트; 회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖고, 제1 및 제2 측의 회전축은 동축인 비 변화 유닛; 변속기 입력 샤프트에 의해 구동되도록 배열된 제1 입력, 비 변화 유닛의 제1 측에 의해 구동되도록 배열된 제2 입력, 및 비 변화 유닛의 제2 측에 의해 구동되도록 배열된 제3 입력을 포함하는 에피사이클릭 기어 세트; 변속기 출력 샤프트의 속도가 비 변화 유닛의 제1 측의 속도에 비례하는 제1 주행 모드, 및 변속기 출력 샤프트의 속도가 비 변화 유닛의 제2 측의 속도에 비례하는 제2 주행 모드를 포함하고, 비 변화 유닛의 하나의 특정 속도 동작비에서, 변속기 입력 샤프트의 속도에 대한 변속기 출력 샤프트의 속도의 비는 제1 및 제2 주행 모드의 모두에서 동일한, 변속기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 변속기 입력 샤프트; 변속기 출력 샤프트; 회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖고, 제1 및 제2 측의 회전축은 동축인 비 변화 유닛; 변속기 입력 샤프트에 구동가능하게 결합된 제1 입력, 비 변화 유닛의 제1 측에 구동가능하게 결합된 제2 입력, 및 비 변화 유닛의 제2 측에 구동가능하게 결합된 제3 입력을 포함하는 에피사이클릭 기어 세트; 변속기 출력 샤프트의 속도가 비 변화 유닛의 제1 측의 속도에 구동가능하게 결합되는 제1 주행 모드, 및 변속기 출력 샤프트의 속도가 비 변화 유닛의 제2 측의 속도에 구동가능하게 결합되는 제2 주행 모드를 포함하고, 비 변화 유닛의 하나의 특정 속도 동작비에서, 변속기 입력 샤프트의 속도에 대한 변속기 출력 샤프트의 속도의 비는 제1 및 제2 주행 모드의 모두에서 동일한, 변속기가 또한 제공된다.
구동가능하게 결합된 요소들은 비 또는 결합(클러치와 같은) 또는 다른 간단한 기계적 요소를 거쳐 연결될 수도 있다.
변속기 출력 샤프트는 바람직하게는 제1 및 제2 모드에서 변속기 입력 샤프트와 동일한 방향으로 회전하도록 배열된다.
변속기는 바람직하게는 제1 및 제2 모드가 단지 전진 차량 동작만을 제공하도록 배열된다.
변속기는 제1 및 제2 모드 사이의 접합부에서 동기식 시프트점을 형성하도록 또한 구성될 수도 있다.
제1 및 제2 모드에서 변속기 출력에 구동력을 결합하기 위한 수단이 제공될 수도 있고, 이들 수단은 제1 및 제2 구동 결합부를 포함하거나 이들 각각에 의해 제공될 수도 있다.
비 변화 유닛의 공통 속도비에서 제1 및 제2 모드의 모두에서 발생하는 변속기 입력 샤프트의 속도에 대한 변속기 출력 샤프트의 속도의 비는 "동기식" 비로서 알려져 있는데, 이는 제1 및 제2 결합부가 모드 시프트가 원활하거나, 끊임없도록 변속비의 변화를 갖지 않고 절환될 수도 있기 때문이다. 제1 및 제2 결합부는 이 제1-제2 모드 동기식 변속비에서 동시에 맞물릴 수도 있다.
비 변화 유닛의 최대 동작비를 비 변화 유닛의 최소 동작비로 나눈 값은 비 변화 유닛의 "비 스프레드"라 명명된다.
상기 장치는 변속기 입력(또는 출력) 동력의 단지 일부만이 비 변화 유닛을 통해 전달되고; 동력의 나머지는 일반적으로 더 효율적인 기계적 경로를 통해 전달되기 때문에, "동력 분기(power-split)" 구성으로서 알려져 있다. 변속기 효율은 따라서 비 변화 유닛 단독의 것을 넘어 증가될 수 있다. 그러나, 동력 분기 구성의 하나의 결과는, 변속기의 비 스프레드가 비 전달 유닛 단독의 것보다 낮다는 것이다. 변속기 비 스프레드는 변속기 효율을 위해 타협될 수도 있다. 원하는 변속기 효율을 성취하기 위해, 단일의 체제를 갖는 요구된 비 스프레드를 성취하는 것이 충분하지 않을 수도 있다. 그러나, 제1 모드, 제1-제2 모드 동기점 및 제2 모드에 의해, 단일 체제에 통상적인 토크 연속성 및 비 스프레드가 성취될 수도 있지만, 큰 효율을 갖는다. 또한, 더 낮은 비용 및 더 낮은 중량의 더 콤팩트한 베리에이터의 사용이 가능할 수도 있다.
에피사이클릭 기어 세트와 같은 차동 기어에 결합된 비 변화 디바이스를 포함하는 구성은 종종 "션트(shunt)"로서 알려져 있다. 비 변화 디바이스의 하나의 측 상의 토크 및 차동 기어 세트의 요소 상의 토크가 출력 토크(즉, CVT 출력 토크)를 제공하도록 합산되는 경우에, 구성은 "출력 결합된" 션트로서 알려져 있다. 역으로, 비 변화 디바이스의 하나의 측 상의 토크 및 차동 기어 세트의 요소 상의 토크가 입력 토크(즉, CVT 입력 토크)를 제공하도록 합산되는 경우에, 구성은 "입력 결합된" 션트로서 알려져 있다. 제1 및 제2 모드의 각각은 바람직하게는 출력 결합된 션트이다. 이는 효율이 최대 CVT 비를 향해 증가하여, 따라서 차량 크루즈 조건 하에서 양호한 효율을 제공하는 이익을 제공한다.
대부분의 비 변화 디바이스는 4 내지 6의 비 스프레드를 갖고, 따라서 일반적으로 더 높은 비 스프레드를 갖는 비 변화 디바이스를 채용하는 것이 유리할 수도 있다. 각각의 동력 분기 모드의 효율은 일반적으로 비 변화 유닛의 비 스프레드의 증가에 따라 증가한다. 바람직하게는, 비 변화 유닛의 비 스프레드는 5 초과, 더 바람직하게는 6.5 초과, 특히 바람직하게는 8 초과, 또는 심지어 9 초과이다. 몇몇 실시예에서, 비 스프레드는 10 이상일 수도 있다. 조합된 제1 및 제2 모드의 변속기 비 스프레드는 비 변화 유닛의 비 스프레드와 유사한 것으로 보여질 수도 있다. 따라서, 비 변화 유닛의 비교적 높은 비 스프레드는 조합된 제1 및 제2 모드의 높은 변속기 비 스프레드를 제공하고, 비 스프레드는 다른 현대식 고정비 변속기와 경쟁한다. 이는 예를 들어 클러치 또는 토크 컨버터를 사용하여, 효율적인 발진을 위한 차량 크루즈 속도 및/또는 저속 최소 전진비에서 효율적인 엔진 동작을 가능하게 한다.
전술된 바와 같이, 비 변화 유닛은 토로이달 베리에이터를 포함할 수도 있다. 비교적 높은 비 스프레드를 성취하는 것이 가능할 수도 있는 베리에이터의 하나의 예는 "피치 스티어" 베리에이터이다. 이러한 베리에이터는 작업면(working surface)을 각각 갖는 입력 레이스 및 출력 레이스를 포함할 수도 있고, 레이스들은 베리에이터축 둘레의 회전을 위해 동축으로 장착되고, 토로이달 캐비티가 작업면들 사이에 형성되어 있고; 적어도 하나의 구름 요소가 각각의 접촉 구역에서 인접한 구름면들 사이에 배치되어 이들 구름면과 구동식으로 맞물리고, 구름 요소 또는 각각의 구름 요소는 적어도 작업면과의 제1 접촉부, 제2 구름 접촉부를 갖고, 구름축 둘레의 회전을 위해 캐리지 조립체 상에 장착되고, 캐리지는 경사축 둘레의 경사를 위해 장착되고, 베리에이터축에 관한 제1 접촉 구역의 반경은 베리에이터의 비에 따라 캐리지의 경사각에 가변적이고, 구름 요소 또는 각각의 구름 요소는 롤러의 피치각의 변화를 유발하는 피벗 이동을 위해 장착되고, 피치각은 접촉 구역을 통과하는 피치축에 대한 것이고; 베리에이터는 상기 피벗 이동을 착수하여 이에 의해 피치각을 변경하고, 따라서 캐리지 또는 캐리지들을 그 또는 그들의 경사축/경사축들 둘레로 피벗하여 이에 의해 베리에이터비의 변화를 제공하도록 압박하기 위해 상기 구름 요소 또는 구름 요소를 작동하도록 동작하는 제어 부재를 더 포함한다.
이러한 베리에이터는 구름 트랙션 구동 베리에이터, 더 구체적으로 토로이달 베리에이터일 수도 있다.
다른 실시예에서, 비 변화 유닛은 작업면을 각각 갖는 입력 레이스 및 출력 레이스로서, 레이스들은 베리에이터축 둘레의 회전을 위해 동축으로 장착되는, 입력 레이스 및 출력 레이스, 및 작업면들 사이에 형성되는 토로이달 캐비티를 포함하고; 적어도 하나의 구름 요소가 각각의 접촉 구역에서 작업면들 사이에 배치되어 이들 작업면과 구동식으로 맞물리고, 구름 요소 또는 각각의 구름 요소는 작업면과의 적어도 하나의 접촉부, 제2 구름 접촉부를 갖고, 구름축 둘레의 회전을 위해 캐리지 조립체 상에 장착되고, 베리에이터축에 관한 접촉 반경은 베리에이터의 비에 따라 가변적이고, 구름 요소 또는 각각의 구름 요소는 롤러의 피치각의 변화를 유발하는 피벗 이동을 위해 장착되고, 피치각은 접촉 구역을 통과하는 피치축에 대한 것이고; 베리에이터는 상기 피벗 이동을 착수하여 이에 의해 피치각을 변경하고, 따라서 캐리지 또는 캐리지들을 그 또는 그들의 경사축/경사축들 둘레로 피벗하여 이에 의해 베리에이터비의 변화를 제공하도록 압박하기 위해 상기 구름 요소 또는 구름 요소를 작동하도록 동작하는 제어 부재를 더 포함한다.
이러한 베리에이터는 구름 트랙션 구동 베리에이터, 더 구체적으로 토로이달 베리에이터일 수도 있다.
제1 및 제2 구동 결합부 중 하나 또는 양자 모두는 바람직하게는 클러치이다. 클러치 중 하나 또는 양자 모두는 습식 클러치, 감소된 항력 손실을 위한 건식 클러치, 또는 도그 클러치일 수도 있다. 제1 및 제2 결합부의 양자 모두는 바람직하게는 유압 수단에 의해 작동되는 습식 클러치이다. 바람직하게는, 제1 및 제2 주행 모드의 양자 모두는 전진 차량 주행 모드이다.
바람직하게는, 비 변화 디바이스는 구름 레이스 베리에이터이다. 이는 볼-앤드-링 베리에이터(ball-and-ring variator), 토로이달 베리에이터, 하프-토로이달 베리에이터, 코프 베리에이터(Kopp variator) 또는 풀 토로이달 베리에이터일 수도 있다. 바람직하게는, 베리에이터는 이것이 더 큰 동력 및 효율을 제공할 수도 있기 때문에 트윈 캐비티 베리에이터이다.
바람직한 실시예에서, 비 변화 유닛은 회전가능 입력 디스크, 입력 디스크와 동축으로 장착된 회전가능 출력 디바이스 및 입력 디스크와 출력 디스크 사이에 회전을 전송하는 가변 경사의 복수의 롤러를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 비 변화 유닛은 2개의 외부 디스크, 및 2개의 내부 디스크를 포함한다. 하나의 외부 디스크는 다른 외부 디스크("기단측" 외부 디스크)보다 엔진으로부터 더 멀리 있다("말단측" 외부 디스크). 다른 실시예에서, 디스크의 대향하는 측들 상에 작업면을 갖는 단일의 내부 디스크가 존재할 수도 있다.
외부 디스크는 바람직하게는 가변적인 제1 공통 속도에서 구동하도록 배열되고, 내부 디스크는 바람직하게는 가변적인 제2 공통 속도에서 구동하도록 배열된다.
바람직하게는, 비 변화 유닛의 제1 측에 연결된 에피사이클릭 기어 세트의 태양 기어가 존재한다.
에피사이클릭 태양 기어 및 에피사이클릭 기어 세트의 제1 캐리어는 바람직하게는 비 변화 디바이스 레이스 또는 디스크(비 변화 디바이스의 유형에 따라)와 공통축 둘레의 회전을 위해 장착된다.
바람직하게는, 에피사이클릭 기어 세트는 제1 캐리어 상에 단일 세트의 유성 기어를 포함하는 간단한 에피사이클릭 기어 세트이다.
바람직하게는, 제1 캐리어는 비 변화 유닛의 제2 측과 함께 회전을 위해 장착된다.
태양 기어는 중공 샤프트에 의해 구동될 수도 있다. 상기 중공 샤프트는 또한 비 변화 유닛 내부 디스크에 연결될 수도 있다. 대안적으로, 태양 기어는 내부 디스크 또는 디스크들로부터 연장하는 드럼에 의해 구동될 수도 있고, 드럼은 원통형 특성을 갖고 베리에이터의 하나의 캐비티를 에워싼다.
비 변화 유닛의 하나의 외부 디스크는 상기 중공 샤프트를 통과하는 샤프트에 의해 구동될 수도 있다. 이 외부 디스크는 바람직하게는 말단측 외부 디스크이다. 기단측 외부 디스크는 제1 캐리어를 거쳐 말단측 외부 디스크에 결합될 수도 있다. 외부 디스크 및 제1 캐리어의 양자 모두는 따라서 공통 회전을 위해 장착될 수도 있다.
바람직하게는, 제1 캐리어 상에는, 태양 기어와 구동식으로 맞물리는 제1 세트의 유성 기어가 존재한다. 이 구성에서, 바람직하게는 에피사이클릭 기어 세트로의 제1 입력으로서 기능하는 링 기어가 존재하고, 이는 또한 제1 세트의 유성 기어와 구동식으로 맞물린다. 변속기 출력 샤프트축은 바람직하게는 변속기 입력 샤프트로부터 오프셋되어 있고, 이는 변속기 입력 샤프트의 축으로부터 오프셋되어 있다.
바람직하게는, 중간 샤프트가 또한 존재한다. 바람직하게는, 제1 및 제2 구동 결합부는 중간 샤프트 상에 장착된다. 비 변화 디바이스의 제1 측은 중간 샤프트 상의 회전을 위해 장착되는 제1 부재에 결합될 수도 있다. 제1 모드가 요구될 때, 제1 부재는 제1 결합부에 맞물림으로써 중간 샤프트에 결합될 수도 있다. 비 변화 디바이스의 제2 측은 중간 샤프트 상의 회전을 위해 장착된 제2 부재에 결합될 수도 있다. 제2 모드가 요구될 때, 제2 부재는 제2 결합부에 맞물림으로써 중간 샤프트에 결합될 수도 있다. 중간 샤프트는 바람직하게는 변속기 출력 샤프트에 결합된다.
바람직하게는, 변속기 입력 샤프트, 중간 샤프트 및 변속기 출력 샤프트는 서로로부터 오프셋된다. 최종 구동비가 바람직하게는 2개의 연동하는 기어, 즉 중간 샤프트 상에 장착된 하나의 기어 및 변속기 출력 샤프트 상의 다른 기어에 의해 성취된다. 차동 기어가 통상적으로 변속기 출력 샤프트 상에 위치된다.
변속기는 엔진에 장착되도록 구성된다. 변속기 입력 샤프트는 바람직하게는, 예를 들어 비틀림 댐퍼, 관성(플라이휠), 클러치 및/또는 토크 컨버터 중 하나 이상을 거쳐, 엔진에 결합되거나 결합가능하도록 구성되고 엔진과 동축이다. 바람직하게는, 에피사이클릭 기어 세트는 비 변화 유닛의 엔진측에 장착된다.
실시예에서, 비 변화 유닛의 하나의 측(제1 또는 제2 측)의 속도가 변속기 출력 샤프트의 속도에 비례하는 후진 동작 모드가 또한 제공될 수도 있다.
이 후진 모드 동작에서, 바람직하게는 비 변화 유닛의 단지 하나의 측(제1 또는 제2 측)이 변속기 출력에 구동가능하게 결합된다. 후진 모드는 습식 클러치, 건식 클러치 또는 도그 클러치와 같은 결합부에 의해 선택가능할 수도 있다.
바람직하게는, 후진 구동 결합부는 중간 샤프트 상에 장착된다. 비 변화 디바이스의 제1(또는 제2) 측은 중간 샤프트 상의 회전을 위해 장착된 제3 부재에 결합될 수도 있다. 후진 모드가 요구될 때, 제3 부재는 제3 결합부에 맞물림으로써 중간 샤프트에 결합될 수도 있다.
상기 장치에서, 에피사이클릭 기어 세트는 바람직하게는 태양 기어, 캐리어 및 제3 요소를 포함하고, 캐리어가 일정하게 유지될 때 태양 기어와 제3 요소 사이의 비로서 정의된 상기 에피사이클릭 기어 세트의 구동비는 음의 값이다. 변속기는 후진 차량 동작을 제공하기 위한 후진 모드를 더 포함할 수도 있다. 후진 모드는 후진 에피사이클릭 기어 세트의 요소 상의 브레이크의 작동에 의해 실행될 수도 있다.
"저속" 모드는 후진 모드의 대안으로서 변속기 내에 통합될 수도 있다. 이러한 저속 모드 변속기는, 그 속도가 변속기 출력 샤프트의 속도에 비례하는 제1 입력, 그 속도가 비 변화 유닛의 제1 측의 속도에 비례하는 제2 입력, 및 그 속도가 비 변화 유닛의 제2 측의 속도에 비례하는 제3 입력을 갖는 제2 에피사이클릭 기어 세트를 더 포함할 수도 있다.
이러한 변속기는 변속기 출력 샤프트의 속도가 제2 에피사이클릭 기어의 제1 입력의 속도에 비례하는 저속 주행 모드에서 동작될 수도 있다.
저속 모드 변속기는 변속기 출력 샤프트에 의해 구동될 수 있는 제1 입력, 비 변화 유닛의 제1 측에 의해 구동될 수 있는 제2 입력, 및 비 변화 유닛의 제2 측에 의해 구동될 수 있는 제3 입력을 포함하는 제2 에피사이클릭 기어 세트; 변속기 출력 샤프트의 속도가 제2 에피사이클릭 기어 세트의 제1 입력의 속도에 구동가능하게 결합되는 저속 주행 모드를 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 비 변화 유닛의 하나의 특정 속도 동작비에서, 변속비는 저속 및 제1 주행 모드의 모두에서 동일하다. 저속 모드와 제1 모드 사이의 시프트는 따라서 동기식일 수도 있다. 저속 모드 및 제1 모드 결합부는 모드 시프트가 원활하거나 끊임없도록 변속비의 변화 없이 절환될 수도 있다. 이 저속-제1 동기점은 바람직하게는 저속 전진 차속에서 발생한다.
저속 모드에서 변속기 출력에 구동력을 결합하기 위한 수단이 제공될 수도 있고, 이러한 수단은 저속 결합부를 포함할 수도 있고, 이 저속 결합부는 습식 클러치, 건식 클러치 또는 도그 클러치를 포함하는 클러치 결합된 결합부의 형태일 수도 있다. 바람직하게는, 저속 모드는 저속 모드 결합부가 맞물리고 변속기 입력 샤프트가 회전하는 동안 0의 차속을 제공하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 저속 모드는 또한 후진 차속을 제공하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 제1 및 제2 에피사이클릭 기어 세트는 비 변화 유닛과 공통축 둘레로 회전한다.
바람직하게는, 제2 에피사이클릭 기어 세트(제2 지지됨)의 캐리어 상에는, 제1 링 및 제2 세트의 유성 기어가 제공된다. 제2 에피사이클릭 기어는 아이들러 에피사이클릭 기어, 또는 유성 에피사이클릭 기어일 수도 있다.
제1 및 제2 에피사이클릭 기어 세트의 모두는 비 변화 유닛의 엔진측에 장착될 수도 있다.
저속 모드 에피사이클릭 기어 세트는 비 변화 디바이스의 엔진측일 수도 있다.
제1 및 제2 에피사이클릭 기어 세트를 위한 공통의 태양 기어가 존재할 수도 있다.
제1 및 제2 에피사이클릭 기어 세트는 공통 캐리어를 가질 수도 있다.
공통 제1 세트의 유성 기어는 제1 및 제2 에피사이클릭 기어 세트의 모두를 위해 사용될 수도 있다.
조합된 제1 및 제2 모드의 비 스프레드는 6 초과, 바람직하게는 7 초과일 수도 있다. 더욱이, 이는 8 초과, 더 바람직하게는 9 초과일 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 변속기 입력 샤프트; 변속기 출력 샤프트; 회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖는 비 변화 유닛; 변속기 입력 샤프트에 의해 구동될 수 있는 제1 부재, 비 변화 유닛의 제1 측에 의해 구동될 수 있는 제2 부재, 비 변화 유닛의 제2 측에 의해 구동될 수 있는 제3 부재, 및 제4 부재를 포함하는 에피사이클릭 기어 세트; 변속기 출력 샤프트의 속도가 제2 부재 또는 비 변화 유닛의 제1 측의 속도에 비례하는 제1 주행 모드, 및 변속기 출력 샤프트의 속도가 제3 부재 또는 비 변화 유닛의 제2 측의 속도 중 하나에 비례하는 제2 주행 모드; 변속기 출력 샤프트의 속도가 제4 부재의 속도에 비례하는 제3 주행 모드를 포함하고, 비 변화 유닛의 하나의 특정 속도 동작비에서, 변속기 입력 샤프트의 속도에 대한 변속기 출력 샤프트의 속도의 비(즉, 변속비)는 제1 및 제2 주행 모드의 모두에서 동일한, 변속기가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에서, 변속기 입력 샤프트; 변속기 출력 샤프트; 회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖는 비 변화 유닛; 변속기 입력 샤프트에 구동가능하게 결합된 제1 부재, 비 변화 유닛의 제1 측에 구동가능하게 결합된 제2 부재, 비 변화 유닛의 제2 측에 구동가능하게 결합된 제3 부재, 및 제4 부재를 포함하는 에피사이클릭 기어 세트; 변속기 출력 샤프트의 속도가 비 변화 유닛의 제1 측의 속도에 구동가능하게 결합되는 제1 주행 모드, 및 변속기 출력 샤프트의 속도가 비 변화 유닛의 제2 측의 속도에 구동가능하게 결합되는 제2 주행 모드; 변속기 출력 샤프트의 속도가 에피사이클릭 기어 세트의 제3 부재의 속도에 구동가능하게 결합되는 제3 주행 모드를 포함하고, 비 변화 유닛의 하나의 특정 속도 동작비에서, 변속기 입력 샤프트의 속도에 대한 변속기 출력 샤프트의 속도의 비(즉, 변속비)는 제1 및 제2 주행 모드의 모두에서 동일한, 변속기가 제공된다.
상기 양태에서, 제1 및 제2 측의 회전축은 동축일 수도 있다.
본 발명의 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 제1 모드, 제2 모드 및 후진 모드를 포함하는 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 1a는 도 1의 것과 기능적으로 동등하지만, 베리에이터 중앙 디스크로부터 제거된 드럼을 사용하는 대안적인 실시예를 도시하고 있다.
도 1b는 도 1 및 도 1a의 실시예의 대안적인 개략도를 도시하고 있다.
도 2는 저속 모드, 제1 모드 및 고속 모드를 포함하는 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2a는 도 2의 것과 기능적으로 동등하지만, 베리에이터 중앙 디스크로부터 제거된 드럼을 사용하는 대안적인 실시예를 도시하고 있다.
도 2b는 도 2 및 도 2a의 실시예의 대안적인 개략도를 도시하고 있다.
도 3은 도 2, 도 2a에 관련한 제1 및 제2 에피사이클릭 기어가 복합 에피사이클릭 기어를 형성하도록 어떻게 조합될 수도 있는지를 개략적으로 도시하고 있다.
도 4는 토로이달 베리에이터용 피치 스티어 베리에이터 롤러 제어 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 5는 가로 배치 전륜 구동 차량 내의 엔진에 장착된 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 6은 저속 모드, 제1 모드, 제2 모드를 포함하는, 감소된 클러치 항력을 갖는 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 7은 저속 모드, 제1 모드, 제2 모드, 및 고정비 모드를 포함하는 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 8a 및 도 8b는 소위 하이브리드 기능성을 제공하기 위한 모터를 갖는 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 8c는 도 8b에 도시된 2개의 전진 동력 분기 모드 및 4개의 고정된 전진비 및 주차 브레이크를 갖는 3-모드 IVT에 대한 비를 도시하고 있다.
도 8d는 도 8c에 도시된 장치를 위한 예시적인 시프트 스케쥴을 도시하고 있다.
도 9a 내지 도 9c는 예시적인 피치 스티어 베리에이터를 도시하고 있다.
도 10a는 기계적으로 작동된 베리에이터의 펌프 에너지 소비의 구동 사이클 시뮬레이션을 도시하고 있다.
도 10b는 기계적으로 작동된 베리에이터의 유압 회로를 도시하고 있다.
도 11a 및 도 11b는 상이한 발진 디바이스 및 이들의 효율 특성의 비교를 도시하고 있다.
도 12a 및 도 12b는 새로운 변속 패밀리 및 대응 전체 변속비의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 13a 및 도 13b는 새로운 변속 패밀리 및 대응 전체 변속비의 개략적인 표현을 도시하고 있다.
도 14는 다양한 속도에서 동력 분기 모드를 갖는 3-모드 IVT의 효율을 도시하고 있다.
도 15는 베리에이터의 비 스프레드를 도시하고 있다.
도 1은 후진 모드, 제1 모드 및 고속 모드를 제공하는 연속 가변 변속기의 장치의 기계적 레이아웃을 도시하고 있다. 후진 모드는 후진 차량 동작을 제공하고, 반면에 제1 및 제2 모드는 높은 오버드라이브 변속비까지 전진 차량 모션을 제공한다. 변속기의 기계적 연결부, 및 동작의 시퀀스가 이제 설명될 것이다. 변속기 입력 샤프트(9)가 간단한 에피사이클릭 기어 세트(4)의 애뉼러스 기어에 연결된다. 에피사이클릭 기어(4)의 캐리어(15)가 비 변화 유닛(1)의 기단측 입력 디스크(2)에 연결된다. 에피사이클릭 기어(4)의 태양 기어는 중공 샤프트(14)를 거쳐 비 변화 유닛(1)의 내부 디스크(3)에 연결된다. 캐리어(15)는 또한 비 변화 유닛(1)의 말단측 외부 디스크(2)에 연결된다. 비 변화 유닛(1), 및 간단한 에피사이클릭 기어 세트(4)는 제1 샤프트(6) 둘레의 회전을 위해 장착된다.
3개의 클러치, 즉 제1 모드 클러치(12), 제2 모드 클러치(11), 및 후진 모드 클러치(13)(이 경우에, 브레이크)와, 후진 에피사이클릭 기어 세트(10)가 중간 샤프트(7) 상에 회전을 위해 장착된다. 중간 샤프트(7)는 최종 구동부(5)를 거쳐 출력 샤프트에 구동가능하게 결합된다. 유리하게는, 브레이크 장치(13)는 클러치 결합식 장치와 비교하여 더 낮은 구동계 항력 손실을 제공할 수도 있다. 본 예에서, 후진 기어는 그 캐리어 기어 상에 장착된 유성 기어의 2개의 링을 포함하기 때문에, 아이들러 에피사이클릭 기어형이다. 다른 실시예에서, 후진 기어는 제1 모드의 것에 비교하여 변속기 출력 속도의 역을 성취하기 위해 외부 기어쌍을 포함할 수도 있다.
제1 모드에서, 제1 모드 클러치(12)는 비 변화 유닛(1)의 내부 디스크(3)로부터의 구동력이 에피사이클릭 기어 세트(10)의 캐리어 기어를 거쳐 중간 샤프트(7)에 구동력을 전달하도록 맞물린다. 휴지 상태로부터 차량의 발진 중에, 비 변화 유닛(1)은 그 범위의 하나의 종단에 있고, 제1 모드 클러치(12)는 차량 발진을 실행하기 위해 슬립될 수도 있다. 본 예에서, 제1 모드 클러치(12)는 발진 조작 중에 요구되는 동력 소모를 지속할 수 있기 때문에, 습식 플레이트 클러치이다. 비 변화 유닛(1)의 비는 클러치(11)의 양측의 속도가 동일해질 때까지 제1 방향에서, 통상적으로 비의 대향 극단으로 스위프하도록 허용되는데; 이는 제1-제2 모드 동기점이다. 이 시점에, 클러치(11)는 구동계와 충격 또는 저크 없이 맞물릴 수도 있다. 클러치(12)는 이어서 제거될 수도 있고, 비 변화 유닛(1)의 비는 제2 방향으로 스위프되는데, 이 제2 방향은 제1 방향의 반대 방향이다. 이 절차 전체에 걸쳐, CVT의 비는 증가하는데, 즉 변속기 출력 속도는 변속기 입력 속도에 대해 증가한다(즉, 전진 개념에서). 절차의 시작시에, CVT 비는 차량 발진을 위한 최소 전진비를 제공하고, 절차의 종료시에, CVT 비는 오버드라이브비를 제공하는데, 이 비는 통상적으로 차량 크루즈 조건을 위해 요구된다.
후진 차량 동작이 요구될 때, 클러치(13)가 맞물린다. 제1 모드 클러치(12)와 같이, 클러치(13)는 후진 차량 발진을 실행하기 위해, 점진적으로 맞물리고 슬립될 수도 있다.
도 2는 저속 모드, 제1 모드 및 고속 모드를 제공하는 장치의 기계적 레이아웃을 도시하고 있다. 저속 모드는 후진 및 저속 전진 차량 동작을 제공하고, 반면에 제1 및 제2 모드는 높은 오버드라이브 변속비까지 전진 차량 모션을 제공한다. 변속기의 기계적 연결부, 및 동작의 시퀀스가 이제 설명될 것이다. 변속기 입력 샤프트(9)가 간단한 에피사이클릭 기어 세트(114)의 애뉼러스 기어에 연결된다. 그러나, 본 실시예에서, 공통 캐리어, 태양 기어 및 유성 기어를 에피사이클릭 기어(114)와 공유하는 제2 에피사이클릭 기어(이 경우에, 아이들러 에피사이클릭 기어)가 에피사이클릭 기어(114)에 인접하여 위치된다. 에피사이클릭 기어(114)의 캐리어는 비 변화 유닛(1)의 기단측 입력 디스크(2)에 연결된다. 에피사이클릭 기어(114)의 태양 기어는 또한 아이들러 에피사이클릭 기어(21)의 태양 기어로서 역할을 하고, 중공 샤프트(14)를 거쳐 비 변화 유닛(1)의 내부 디스크(3)에 연결된다. 에피사이클릭 기어(114, 21)의 공통 캐리어는 또한 비 변화 유닛(1)의 말단측 외부 디스크(2)에 연결된다. 비 변화 유닛(1), 간단한 에피사이클릭 기어(114) 및 아이들러 에피사이클릭 기어(21)는 제1 샤프트(6) 둘레의 회전을 위해 장착된다. 저속 모드에서, 비 변화 유닛은 2개의 에피사이클릭 기어 세트를 가로질러 효과적으로 연결되는데, 각각의 에피사이클릭 기어는 2개의 이들 요소의 각각에 의해 서로 연결된다(즉, 제1 에피사이클릭 기어의 하나의 요소는 제2 에피사이클릭 기어의 하나의 요소에 연결되고, 제1 에피사이클릭 기어의 제2 요소는 제2 에피사이클릭 기어의 제2 요소에 연결됨). 각각의 에피사이클릭 기어의 나머지 요소는 변속기 입력 연결부 및 변속기 출력 연결부로서 각각 역할을 한다.
3개의 클러치, 즉 저속 모드 클러치(20), 제1 모드 클러치(112) 및 제2 모드 클러치(111)가 중간 샤프트(7) 상에 회전을 위해 장착된다. 저속 모드 클러치는 후진 차량 동작 뿐만 아니라 저속 전진 차량 동작을 제공한다.
저속 모드에서, 저속 모드 클러치(20)는 아이들러 에피사이클릭 기어(21)의 애뉼러스 기어(24)로부터의 구동력이 중간 샤프트(7)에 전달되도록 맞물린다. 비 변화 유닛(1)의 비의 하나의 종단에서, 변속기 출력 샤프트(8)는 변속기 입력 샤프트(9)의 것에 대향 개념으로 회전하여, 차량이 최대 후진 차량 동작 속도로 주행하게 된다. 비 변화 유닛(1)의 비는 변속기 출력 속도가 0이 될 때까지 제2 방향으로 스위프되는데; 이는 변속기의 "기어 결합된 중립" 점이라 명명된다. 이 시점에, 차량은 엔진이 회전하고 구동력을 변속기 입력 샤프트(9)에 전달하더라도 정지한다. 비 변화 유닛(1)의 비는 제2 방향으로 더 스위프되는데, 이는 클러치(112)의 양측의 속도가 동일할 때까지 변속기가 전진 차량 동작을 제공하게 하는데; 이는 저속-1차 모드 동기점이다. 클러치(112)는 이제 구동계와 충격 또는 저크 없이 맞물릴 수도 있다. 클러치(20)는 이어서 제거될 수도 있고, 비 변화 유닛의 비는 제1 방향으로 스위프되는데, 이는 제2 방향의 것에 반대이다. 변속기는 이제 제1 모드에서 동작한다.
제1 모드에서, 클러치(112)는 비 변화 유닛(1)의 내부 디스크(3)로부터의 구동력이 중간 샤프트(7)에 구동력을 전달하도록 맞물린다. 본 예에서, 모든 클러치(111, 112, 20)는 습식 플레이트 클러치이지만, 전진 및 후진 차량 발진의 모두는 클러치의 슬립의 필요 없이 실행된다는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 동력 소모, 냉각을 위한 요구, 및 클러치 마모가 감소된다. 비 변화 유닛의 비는 클러치(111)의 양측의 속도가 동일해질 때까지 제1 방향에서, 통상적으로 비의 대향 극단으로 스위프하도록 허용되는데; 이는 제1-제2 모드 동기점이다. 이 비에서, 클러치(111)는 구동계와 충격 또는 저크 없이 맞물릴 수도 있다. 클러치(112)는 이어서 제거될 수도 있고, 비 변화 유닛(1)의 비는 제2 방향으로 재차 스위프된다. 이 전체 절차를 통해, CVT의 비는 증가하는데, 즉 변속기 출력 속도는 변속기 입력 속도에 대해 증가한다. 절차의 시작시에, CVT 비는 최대 후진비를 제공하고, 절차의 종료시에, CVT 비는 오버드라이브비를 제공하는데, 이 비는 통상적으로 차량 크루즈 조건 중에 성취된다.
에피사이클릭 기어(제1 에피사이클릭 기어) 및 저속(제2) 에피사이클릭 기어는 도 3에 도시된 바와 같이, 단일 복합 에피사이클릭 기어로서 유리하게 배열될 수도 있다. 이 복합 에피사이클릭 기어는 캐리어를 포함할 수도 있고; 캐리어는 제1 세트의 유성 기어를 포함하고; 제1 세트의 유성 기어는 태양 기어, 제1 애뉼러스 기어, 및 유성 기어의 제2 링과 연동하고; 유성 기어의 제2 링은 제2 애뉼러스 기어와 또한 연동한다. 이는 2개의 개별 에피사이클릭 기어 세트 조립체에 비교하여 시스템 비용, 복잡성 및 효율에 있어서 이익을 제공할 수도 있다.
토로이달 베리에이터, 및 특히 피치 스티어 베리에이터 및 연계된 롤러 제어 시스템이 이제 도 4를 참조하여 설명될 것이다.
도 4의 베리에이터는 롤러(120, 122)가 피치축 둘레로 피벗하여 롤러가 새로운 비로 경사지게 하는 WO-A-2013104727호에 개시된 기구에 의해 제어된다. 이들 실시예에서, 각각의 롤러(120, 122)는 피치축 둘레의 피벗 이동을 경험하게 되는데, 이 피치축은 롤러와 레이스 사이의 접촉 구역을 통과하고, 따라서 각각의 롤러(120, 122)가 새로운 경사(비)각으로 스티어링되게 한다. 경사각은 베리에이터축으로부터 입력 및 출력 접촉부의 상대 반경을 규정하는데, 이들 2개의 반경의 비는 일반적으로 비를 규정한다. 롤러(120, 122)는 캐스터각(castor angle)으로서 알려져 있는 각도만큼 디스크(110)(디스크는 도 1 및 도 2에 2, 3으로 표시되어 있는 것은 주목하라)의 평면에 대해 기울어진 '캐스터'축에 대해 전진하도록 구속되기 때문에, 임의의 소정의 피치각에 대한 평형 경사각이 존재한다. 캐스터각은 베리에이터 캐비티의 중간 평면으로 오프셋된 캐리지 작동점에 의해 발생될 수도 있는데, 이는 베리에이터 캐비티를 형성하는 각각의 내부 및 외부 디스크쌍(2, 3)에 평행하고 이들로부터 등거리에 있는 평면이다. 대안적으로, 롤러(120, 122)는 롤러가 경사져서 비를 변경하게 하는 피벗을 갖고 짐벌 상에 장착될 수도 있는데, 피벗축과 디스크의 평면 사이의 각도는 캐스터각을 규정한다. 도 12의 베리에이터는 입력 디스크(110)와 출력 디스크(도시 생략) 사이에 구동력을 전달하는 롤러(120, 122)에 동작식으로 결합된 반작용 부재(160)를 포함한다. 반작용 부재의 목적은 롤러(120, 122)로부터 반작용 토크를 지탱하는 것이다. 롤러(120, 122)는 캐리지 조립체 상에 장착된다. 각각의 캐리지 조립체는 캐리어(166, 168) 및 장착부(170, 172)를 포함한다. 각각의 롤러(120, 122)는 각각의 캐리어(166, 168) 상에서 그 구름축 둘레에 회전을 위해 지지된다. 각각의 캐리어(166, 168)는 각각의 장착부(170, 172)에 피벗식으로 연결된다(그리고 그에 의해 작동됨).
각각의 장착부(170, 172)는 가늘고 긴 제어 부재(174) 상에 지지되어, 제어 부재(174)로부터 선형 이동이 방지되게 된다. 각각의 장착부(170, 172)는 베리에이터축에 평행한 방향에서 토로이달 캐비티의 중앙 평면으로부터 오프셋되는데, 이 오프셋은 각각의 롤러를 위한 캐스터각(α)을 규정한다. 제어 부재(174)는 방향(C)으로 선형 왕복 방식으로 이동할 수도 있어, 장착부(170, 172)가 또한 방향(C)으로 이동하게 한다. 이러한 이동은 롤러(120, 122)가 이들의 각각의 피치축 둘레로 피벗하게 하는데, 이들 피치축은 이들 롤러가 새로운 경사(즉, 비)각으로 경사지게 한다. 각각의 롤러의 피치축은 상기 롤러와 각각의 디스크 사이의 접촉 구역을 통과한다. 이 축 둘레의 피칭은 적은 동력을 요구하고, 따라서 작동 시스템은 콤팩트하고 저가일 수도 있다. 각각의 캐리지 조립체는 4개의 점에 의해: 그 각각의 장착부(170, 172)에 의해, 롤러(120, 122)의 중심에서 반작용점에 의해, 그리고 2개의 롤러 접촉부(출력 및 입력 디스크(110)의 각각과의 접촉부)에 의해 토로이달 캐비티 내에 위치된다. 반작용 토크는 반작용 부재(160)에 의해 지탱되고 제어 부재(174)에 의해 지탱되지 않고, 따라서 제어 기구 내의 마찰을 감소시키고 낮은 힘 및/또는 동력 액추에이터를 허용한다. 각각의 토로이달 캐비티 내에 2개의 롤러(120, 122)가 존재할 수도 있다. 대안적으로, 베리에이터의 증가된 동력 용량 및/또는 소형화를 허용하기 위해 3개의 롤러가 존재할 수도 있다.
반작용 부재(160)는 베리에이터 입력 샤프트 및/또는 출력 샤프트(도시 생략)가 통과할 수도 있는 개구(182)를 갖는 본체(180)를 포함한다. 반작용 샤프트(184)는 본체(180)로부터 동축으로 그리고 대향 방향들로 돌출하고, 베리에이터의 중앙 평면 내의 베리에이터축에 수직으로 정렬된다. 반작용 샤프트(184)의 단부 부분은 베리에이터의 케이싱(100) 및 케이싱(100)에 고정된 장착 블록(194) 내에 각각 형성된 가이드 내에 보유된다. 가이드는 반작용 부재(160)가 베리에이터축에 수직인 반경방향으로 슬라이드하게 하여, 따라서 반작용 부재(160)가 롤러(120, 122) 반작용력의 불균형에 응답하여 이동할 때 롤러(120, 122)가 대향 개념으로 전진하게 한다. 따라서, 이 반경방향 이동은 캐비티 내의 롤러(120, 122)의 부하를 평형화하는 역할을 한다. 유리하게는, 이는 롤러들이 서로 유사한 트랙션 조건으로 진행하는 것을 돕고, 따라서 더 낮은 베리에이터 클램프 부하가 인가되게 한다.
반작용 부재(160)는 롤러(120, 122)로부터 반작용 부재(160)로 반작용 토크를 전달하기 위해 그리고 롤러(120, 122)와 반작용 부재(160) 사이의 상대 피벗 이동을 허용하기 위해 구형 조인트(186, 188)에 의해 각각의 롤러(120, 122)의 중심에 동작식으로 링크된다. 제어 부재(174)는 개구(192)에서 반작용 부재(160)를 통과하지만, 그에 링크되지 않는다. 반작용 토크가 지탱되고 반작용 부재(160)가 캐비티 내의 롤러 부하의 균형을 위해 반경방향으로 이동하기 때문에, 오염을 회피하기 위해 제어 부재(174)와 개구(192) 사이에 적합하게 충분한 유극이 존재한다.
반작용 부재(160)는 예를 들어, 베리에이터축에 대해 반경방향으로 본체(180)의 이동을 완충하기 위한 댐퍼를 포함할 수도 있다. 기계적 단부 정지부가 베리에이터축에 대해 반경방향에서 반작용 부재(160)의 이동을 제한하도록 제공될 수도 있다.
도 6은 동기화기 또는 도그 클러치 장치가 고속 및 저속 모드를 위해 제공되어 있고, 고속 및 저속 모드는 동기화기 또는 도그 클러치 장치를 거쳐 단일의 고/저 마찰 클러치에 선택적으로 결합가능한 수정을 갖는, 도 2의 장치와 실질적으로 유사한 장치를 도시하고 있다. 이는 클러치 항력의 감소를 허용한다. 바람직하게는, 동기화기 또는 도그 클러치 장치는 고속 또는 저속 모드의 어느 것도 출력 샤프트에 결합되지 않은 중립 구성을 포함한다. 바람직하게는, 단일의 고/저 마찰 클러치는 "상시 폐쇄"형일 수도 있다.
더 넓은 베리에이터비 스프레드의 시스템 관련성이 주 구동 변속기 용례를 위해 조사되었다. 이하에는 PitchSteerTM 제어 기구에 의해 제공된 더 넓은 비 무선 범위 능력에 의해 가능화되어 있는 동력 분기 변속기 개념의 새로운 패밀리의 전륜 구동(FWD) 예를 설명한다. 사용된 차량은 125 ps 에코부스트 엔진을 갖는 포드(Ford) 피에스타(Fiesta)/포커스(Focus)와 같은 통상의 B/C 세그먼트 차량이었다. 주 사양은 1250 kg 공차 중량/1550 kg GVW, 170 Nm 입력 토크/92 kW 최대 엔진 출력이고, 54.4 kph/1000 rpm의 오버드라이브 요구를 가졌다.
도 11a는 감소된 발진비의 이익과 조합하여 상이한 발진 디바이스 및 이들의 효율 특성의 비교를 도시하고 있다. 도 11b는 더 많은 동력 분기를 또한 제공하는 더 넓은 베리에이터비 스프레드를 도시하고 있다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 더 넓은 변속비 스프레드(더 넓은 베리에이터비 스프레드에 의해 가능화됨)는 더 낮은 비가 제공되는 것을 가능하게 함으로써 발진 성능에 이익이 되고, 또한 사용된 발진 디바이스에 무관하게, 발진 단계에서 에너지 손실을 감소시킨다. 둘째로, 더 넓은 베리에이터비 스프레드는 또한 IVT 모드를 위해 이익이 될 수 있다. 이들 2개의 이익은 함께 발진 효율에 있어서 이중 이익을 유도할 수 있고, 후자는 또한 더 고속 모드에서 높은 효율을 갖지만 일반적으로 발진 모드에서 바람직한 것보다 낮은 효율을 갖는 변속기 아키텍처가 사용되는 것을 또한 용이하게 한다.
분기 동력 변속기에서, 전송된 동력의 단지 일부만이 베리에이터에 의해 전달되고, 나머지는 기계적 경로에 의해 전달된다. 일반적으로 말하면, 더 많은 동력 분기는 변속기 내에서 소정의 범위 또는 모드를 위해 비 스프레드의 감소에 의해 균형화되는 더 높은 효율을 유도한다. 전체 비 범위는 통상적으로 더 많은 모드를 추가함으로써 유지된다. 더 넓은 베리에이터비 범위는 높은 효율이 더 적은 수의 변속 모드를 갖고 성취되게 한다. 이는 시스템 복잡성을 최소로 유지하고, 더 많은 구성요소, 특히 클러치 결합 디바이스의 추가와 연계된 비용 및 효율 손실을 감소시킨다. 10의 베리에이터비 스프레드는 양호한 레벨의 총 효율이 비교적 적은 구성요소, 및 시스템 비용/복잡성과 높은 레벨의 기능성 사이의 양호한 절충을 갖고 성취되는 것을 가능하게 하는 것이 판명되었다.
도 12a는 새로운 변속기 패밀리 중 첫번째를 도시하고 있다. 이 아키텍처는 완전 동기식 시프트에 의해 링크된 2개의 전진 동력 분기 모드를 갖는다. 조합된 2개의 모드에서 변속기의 비 스프레드는 베리에이터비 스프레드와 동일하게 남아 있지만, 상당한 정도의 동력 분기가 발생한다. 이 동력 분기 장치는 비 범위의 더 높은 종단에서 최고 효율을 제공하여, 크루즈 효율을 최대화하도록 구성되어 있다. 최대 오버드라이브비에서, 전송된 동력의 90% 초과가 베리에이터를 완전히 바이패스하는데, 이는 또한 연장된 크루징 조건을 위한 높은 레벨의 내구성을 암시한다. 이 장치는 휴지 상태로부터 차량을 발진하기 위한 "저속" 클러치를 사용한다. 도 12b는 상이한 모드에서의 비를 도시하고 있다.
도 13a는 새로운 변속기 패밀리에서 제2 아키텍처를 도시하고 있고, 3-모드 IVT로의 동력 분기 CVT 장치의 정밀한 진화이다. "중속" 및 "고속" 모드는 10의 조합된 비 스프레드 및 높은 효율을 갖고, 이전의 CVT 장치로부터 동력 분기 모드에 동일하다. 추가의 동기식 시프트가 "저속"과 "중속" 범위 사이에 제공된다. "저속" 범위는 0의 출력 속도 능력을 포함하고, 따라서 "무한 가변 변속기"라 명명되고, 뿐만 아니라 후진을 포함한다.
이 변속기 변형예는 다수의 장점을 제공한다. 발진 효율은 토크 컨버터 발진의 정교한 편안함 및 "느낌"을 제공하면서, 클러치 또는 토크 컨버터 발진 디바이스에 비해 향상된다. 이 장치에 의해 제공된 다른 이익은, 요소의 수 및 그 연계된 비용 및 에너지 손실을 최소화하는 그 구성의 정밀함이다. 단지 단일의 복합 에피사이클릭 기어, 동작 모드당 하나의 선택기 디바이스, 및 하나의 레이샤프트만을 사용함으로써, 이는 3-모드 FWD 변속기를 위한 최저 가능한 복잡성이다. 도 12b는 상이한 모드에서의 비를 도시하고 있다.
도 7은 새로운 패밀리에서 추가의 진화를 도시하고 있다. 도 7은 접지로의 클러치 장치의 추가를 갖는, 도 6의 장치와 실질적으로 유사한 장치를 도시하고 있다. 이는 도 8a 내지 도 8d에 관련하여 더 상세히 설명된다.
도 8a 및 도 8b는 저속, 중속 모드 및 고속 모드를 제공하는 연속 가변 변속기(300)의 장치의 개략적 레이아웃 및 기계적 레이아웃을 각각 도시하고 있다. 저속 모드는 후진 및 저속 전진 차량 동작을 제공하고, 반면에 중속 및 고속 모드는 높은 오버드라이브 변속비까지 전진 차량 모션을 제공한다. 저속 모드는 IVT(무한 가변 변속)이고, 중속 및 고속 모드는 동력 분기 모드이다. 변속기의 기계적 연결부, 및 동작의 시퀀스가 이제 설명될 것이다. 변속기 입력 샤프트(301)가 연속 가변 변속기(300)를 거쳐 변속기 출력 샤프트(302)에 연결된다. 가변 비 유닛(310)이 제1 회전측(311) 및 제2 회전측(312)을 포함한다. 제1 회전측(311)은 에피사이클릭 기어 장치(320)의 제1 부재(321)에 결합되고, 제2 회전측(312)은 에피사이클릭 기어 장치(320)의 제2 부재(322)에 결합된다. 에피사이클릭 기어 장치는 제3 부재(323)를 또한 포함한다. 입력 샤프트는 에피사이클릭 기어 장치(320)의 제4 부재(324)에 결합된다. 제1 부재(321)는 제1 클러치 장치(331)(M)를 거쳐 출력 샤프트(302)에 구동가능하게 결합될 수도 있다. 제2 부재(322)는 제2 클러치 장치(332)(H)를 거쳐 출력 샤프트(302)에 구동가능하게 결합될 수도 있다. 제3 부재(323)는 제3 클러치 장치(333)(L)를 거쳐 출력 샤프트(302)에 구동가능하게 결합될 수도 있다. 제4 클러치 장치(334)는 제1, 제2 또는 제3 클러치 장치와 출력 샤프트(302) 중 2개 사이, 본 실시예에서 제2 및 제3 클러치 장치(332, 333)와 출력 샤프트(302) 사이에 선택적으로 가변적인 맞물림을 제공할 수도 있다.
제4 클러치 장치(334)는 바람직하게는 상시 폐쇄형 마찰 클러치일 수도 있고, 제2 및 제3 클러치 장치는 바람직하게는 도그 클러치 또는 동기화기 장치일 수도 있다. 바람직하게는, 이들은, 더 바람직하게는 어느 것도 맞물리지 않을 때 중립 위치를 갖는, 단일의 도그 또는 동기화기 장치를 형성할 수도 있다. 이는 클러치 항력을 감소시키고, 더 높은 효율을 촉진한다. 제1, 제2 및 제3 부재(321, 322, 323)와 제1, 제2 및 제3 클러치 장치(331, 332, 333) 사이에 각각의 기어비(341, 342, 343)가 제공될 수도 있다. 출력 샤프트(302)와 제1, 제2 및 제3 클러치 장치(331, 332, 333) 사이에 기어비(344)가 또한 제공될 수도 있다. 제5 클러치 장치(335)(P)는 제3 부재(323)를 선택적으로 접지하도록 제공될 수도 있다. 선택적으로, 전기 모터(350)는 제4 부재(324)에 결합될 수도 있고, 제6 클러치 장치(336)는 입력 샤프트를 전기 모터(350) 및 제4 부재(324)에 선택적으로 구동가능하게 결합할 수도 있다. 전기 모터(350) 및 제6 클러치 장치(336)는 단일의 "하이브리드 모듈" 조립체(351)일 수도 있다. 2개의 클러치 장치를 동시에 폐쇄하는 것은 도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 고정비 모드를 제공할 수 있다. 예시적인 변속비가 이들 도면의 모두에 도시되어 있다.
이 IVT 장치는 첫째로, 이중 동기화기 또는 도그 클러치의 사용에 의해 가능화되는 "고속" 및 "저속" 모드를 위해 단일의 마찰 클러치를 공유함으로써 매우 낮은 레벨로 클러치 항력을 감소시킨다. 둘째로, 추가의 중요한 기능성이 매우 적은 변경 - "저속" 모드의 출력을 접지하기 위한 선택기 디바이스의 추가 - 으로 제공될 수 있다. 이 선택기 디바이스가 맞물릴 때, 변속기의 고정비가 각각의 모드 "저속 중속 고속"에서 제공된다. "중속" 및 "고속" 모드에서 제공된 고정비가 동기식 시프트점(인접한 모드 클러치가 동시에 폐쇄 상태에 있으면)에서 얻어질 수도 있는 2개의 고정비와 조합될 때, 이어서 4개의 양호하게 이격된 고효율 고정비가 또한 제공된다. 따라서, 베리에이터를 사용하여 IVT 범위 전체에 걸친 최대 토크 연속성 및 끊임없는 시프팅, 뿐만 아니라 4속 자동변속기의 고정비에 액세스하는 것을 활용하기 위한 옵션이 존재한다.
도 8d의 표는 각각의 모드에서 클러치에 대한 시프트 스케쥴 및 전체 속도비를 나타내고 있다. 전체 변속비는 도 8c에 또한 플롯팅되어 있다. 시프트 스케쥴은 IVT에서 동기식 시프트의 자연적인 결과인 인접한 모드로의 시프트당 단지 하나의 클러치 스왑을 수반한다는 것을 알 수 있다.
"저속" 모드에서 제공된 고정비는 명백히 0의 비이고, 따라서 이는 특히 "저/고" 마찰 클러치가 "상시 폐쇄"형이면 주차 브레이크로서 사용될 수 있다("저/고" 이중 동기화기 또는 도그 클러치가 중립 위치에 있으면 용이해짐, 이는 또한 "중속" 모드에 있을 때 "저/고" 마찰 클러치로부터의 임의의 항력을 제거할 것임).
도 14는 0의 구배를 갖는 도로 상에서 다양한 중국 및 EU 속도 제한에서 주행할 때 동력 분기 모드를 갖는 3-모드 IVT의 효율을 도시하고 있다. 이들 도면은 변속기 자체 내에 최종 구동력, 클러치 항력, 베리에이터 및 기어 연동을 포함한다. 더 저속을 위한 약간 더 낮은 숫자는 구동력이 감소함에 따라 속도-의존성 변속 손실(이 장치에 대해 비교적 낮음)이 더 상당해지는 것에 기인한다.
95 내지 96%의 효율이 임의의 CVT를 위한 효율 잠재력의 실용적인 한계인 것으로 보일 것인데, 이는 베리에이터 또는 동력 분기(베리에이터 플러스 에피사이클릭 기어)를 위한 효율에 2개의 기어 스테이지의 효율을 단순히 곱함으로써 즉시 이해될 수 있다.
상기 실시예는 승용차, RWD SUV, 버스, 트럭 및 오프-하이웨이 차량을 포함하여, 광범위한 차량의 동기식 모드 및 양호한 주행성을 통한 정교한 발진 느낌, 끊임없는 베리에이터 시프팅을 제공한다. 이들 특성은 자율(또는 자동) 주행을 위해 특히 중요하고, 이들 기능적 이익은 연료 소비 및 배기물의 감소와 함께 온다. 여기에 제시된 새로운 아키텍처는 이중 클러치 변속기(DCT)와 경쟁하는 변속 효율의 레벨을 나타낸다. 문헌 ["CVT in comparison to other transmission concepts in state-of-the-art B-class vehicle powertrains", FEV, presented at International VDI Conference, "CVT in automotive applications - Set screws for better efficiency", Friedrichshafen, 21 st June 2016]은 이러한 것을 고려하는 최근의 제3 자 연구이다.
자동차 산업에서 다른 주요 기술 방향은 파워트레인 하이브리드화의 레벨을 증가시키는 것이다. 새로운 동력 분기 아키텍처의 제시된 패밀리는 전기 기계(모터-발전기)를 도입함으로써 향상되고/확장될 수 있어, 변속기의 기본 버전의 최소의 수정을 갖고, 에너지 소비 및 배기물의 추가의 감소를 제공한다. 기계를 위한 다수의 적합한 위치는 약간 상이한 기능성을 제공한다.
적합한 변속기는 차량 성능을 유지하면서 전기 기계 및 연계된 부속품의 크기 및 비용을 감소시키는 것이 잠재적으로 가능하다. 소형 20 내지 30 kW 전기 기계가 표준 구동 사이클에서 이용가능한 운동 에너지 회수 이익의 상당한 비율을 얻는데 충분하다. 부가적으로, 이 전력 정격은 또한 충분한 에너지 저장 용량을 가정하여, "0 배기물" 주행의 연장된 기간을 가능하게 하는 전형적인 시내 조작을 착수하는데 충분하다. 도 15에 도시된 바와 같이, Torotrak 베리에이터의 넓은 비 스프레드는 소형 하이브리드 모터가 낮은 차속에서 최대 차륜 토크를 발생하는 것을 가능하게 할 수 있어, 잠재적으로 모터의 토크 정격 및 따라서 그 크기 및 비용에 상당한 차이를 생기게 한다. Torotrak IVT는 또한 높은 토크 증대를 제공할 수 있다.
최신의 전기 모터맵은 종종 높은 효율의 넓은 구역(그리고 비교적 평탄한 효율 특성)을 갖기 때문에, 에너지의 견지에서, 단차형 기어 시스템에 비교하여 CVT를 사용하는 것으로부터 이익을 얻는 것이 반드시 간단하지는 않다. 그러나, 다중 속도 전기 시스템은 통상적으로 시스템 비용을 위한 소수의 비를 택하고, 통상적으로 시프트 품질 고려사항에 기인하여, 대략 1.4의 비 스텝으로 제한된다 - 문헌 ["MSYS: Highly efficient 3 speed electric vehicle powertrain", Drive System Design, presented by A. Tylee-Birdsall at IMechE "Developments in Transmissions and Drivelines" conference, held at MIRA, Nuneaton, UK, 25th September 2012] 참조.
이는 비 범위를 대략 1.96 내지 2.7로 제한하고, 따라서 또한 모터를 과속하지 않고 토크 증대 잠재력을 제한한다. 대조적으로, Torotrak PitchSteerTM 베리에이터는 비 범위에 이와 같이 한정되지 않고, 매우 낮은 작동 동력을 필요로 하는 완전 끊임없는 동력시프트 디바이스이다. 제시된 바와 같이, 변속기의 새로운 패밀리가 변속기의 작업 범위 내에서 동기식 시프트를 거쳐 액세스된 다수의 고효율 고정비를 제공하는 것이 가능하다. 따라서, Torotrak은 변속기 아키텍처 내에 이미 존재하는 고정비 및 끊임없는 시프팅 능력을 사용하여, 기본 버전에 대한 최소 변경을 허용하였다 - 도 8b 참조.
전술된 발명은 경량 자동차 용례를 위한 CVT의 요구를 만족하는 것을 목표로 한다. 최근의 베리에이터 개발은 10 이상의 넓은 비 범위 잠재성 및 시스템 비용의 감소를 유도하였다. 이는 임의의 발진 디바이스를 위한 발진 효율을 향상시키고(더 낮은 발진비를 제공함으로써), 그리고 또한 더 적은 모드를 갖는 고효율의 동력 분기 CVT 및 IVT 장치가 제공되는 것을 가능하게 하는 이중의 이익을 갖는다. 95%의 높은 변속 효율이 성취가능한 것으로 나타나고 있다(최종 구동력을 포함함).
IVT 레이아웃의 부가의 연비 이익이 현재 생산 CVT 및 자동 변속기에 사용되는 토크 컨버터를 제거함으로써 실현될 수 있다.
기술은 더 높은 토크/동력에 완전히 스케일링가능한 광범위한 차량을 가로질러 적용가능하고, FWD 및 RWD 플랫폼의 모두에 패키징될 수 있다.
자율/자동 주행과 같은 미래의 기술 경향은 특히 IVT 형태에서, Torotrak 가변비 변속기의 최대 토크 연속성을 선호할 것이다. 전기 및 하이브리드 차량 변속기를 위해 적합한 저가의 풀 하이브리드 기능성이 소형 모터의 간단한 추가에 의해 Torotrak 변속기 개념의 새로운 패밀리에 의해 성취될 수 있다.
본 발명의 실시예는 단지 예로서만 전술되었다. 통상의 기술자는 본 발명의 다른 실시예가 가능하며, 이들 모두는 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (45)

  1. 비 변화 유닛 및 복합 에피사이클릭 기어 세트를 포함하는 연속 가변 변속기(CVT)이며,
    상기 비 변화 유닛은 회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖고, 상기 제1 및 제2 측의 회전축은 동축이고;
    상기 복합 에피사이클릭 기어 세트는 제1 세트의 유성 기어로서, 상기 제1 세트의 유성 기어는 캐리어 내에 회전식으로 장착되고 태양 기어와 연동하는, 제1 세트의 유성 기어, 제1 애뉼러스 기어 및 제2 세트의 유성 기어를 포함하고; 상기 제2 세트의 유성 기어는 또한 캐리어 내에 회전식으로 장착되고 제2 애뉼러스 기어와 연동하고;
    상기 비 변화 유닛의 제1 또는 제2 회전측 중 하나는 상기 캐리어에 구동가능하게 결합되고, 상기 비 변화 유닛의 제1 또는 제2 회전측 중 다른 하나는 상기 태양 기어에 구동가능하게 결합되는, CVT.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 상기 제1 및 제2 회전측 사이에 음의 속도비를 제공하는, CVT.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 토로이달 베리에이터를 포함하는, CVT.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 풀 토로이달 베리에이터를 포함하는, CVT.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 변화 유닛의 각각의 회전측의 양자 모두는 복합 에피사이클릭 기어 세트에 직접 연결되는, CVT.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합 에피사이클릭 기어 세트의 회전축은 상기 비 변화 유닛의 제1 및 제2 측의 회전축과 동축인, CVT.
  7. 변속기 입력 샤프트;
    변속기 출력 샤프트;
    회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖는 비 변화 유닛;
    상기 비 변화 유닛의 제1 측에 의해 구동될 수 있는 제1 부재, 상기 비 변화 유닛의 제2 측에 의해 구동될 수 있는 제2 부재, 제3 부재, 및 상기 변속기 입력 샤프트에 의해 구동될 수 있는 제4 부재를 포함하는 에피사이클릭 기어 장치;
    상기 제1 부재를 상기 출력 샤프트에 구동가능하게 결합하도록 구성된 제1 클러치 장치;
    상기 제2 부재를 상기 출력 샤프트에 구동가능하게 결합하도록 구성된 제2 클러치 장치;
    상기 제3 부재를 상기 출력 샤프트에 구동가능하게 결합하도록 구성된 제3 클러치 장치를 포함하는, 변속기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 클러치 장치 중 2개를 상기 출력 샤프트에 구동가능하게 결합하도록 구성된 제4 클러치 장치를 포함하는, 변속기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 2개의 클러치 장치는 선택기 디바이스인, 변속기.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제4 클러치 장치는 "상시 폐쇄형" 마찰 클러치인, 변속기.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제5 클러치 장치가 상기 제3 부재를 선택적으로 접지하기 위해 제공되는, 변속기.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부재는 태양 기어이고, 상기 제2 부재는 캐리어 조립체이고, 상기 제3 부재는 제1 애뉼러스 기어이고, 상기 제4 부재는 제2 애뉼러스 기어인, 변속기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 캐리어 조립체의 기준의 프레임에서, 상기 제2 애뉼러스 기어는 상기 태양 기어 및 상기 제1 애뉼러스 기어에 반대 방향으로 회전하는, 변속기.
  14. 변속기 입력 샤프트;
    변속기 출력 샤프트;
    회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖고, 상기 제1 및 제2 측의 회전축은 동축인 비 변화 유닛;
    상기 변속기 입력 샤프트에 의해 구동되도록 배열된 제1 입력, 상기 비 변화 유닛의 제1 측에 의해 구동되도록 배열된 제2 입력, 및 상기 비 변화 유닛의 제2 측에 의해 구동되도록 배열된 제3 입력을 포함하는 에피사이클릭 기어 세트;
    상기 변속기 출력 샤프트의 속도가 상기 비 변화 유닛의 제1 측의 속도에 비례하는 제1 주행 모드, 및
    상기 변속기 출력 샤프트의 속도가 상기 비 변화 유닛의 제2 측의 속도에 비례하는 제2 주행 모드를 포함하고,
    상기 비 변화 유닛의 하나의 특정 속도 동작비에서, 상기 변속기 입력 샤프트의 속도에 대한 상기 변속기 출력 샤프트의 속도의 비는 상기 제1 및 제2 주행 모드의 모두에서 동일한, 변속기.
  15. 변속기 입력 샤프트;
    변속기 출력 샤프트;
    회전 제1 측 및 회전 제2 측을 갖고, 상기 제1 및 제2 측의 회전축은 동축인 비 변화 유닛;
    상기 변속기 입력 샤프트에 구동가능하게 결합된 제1 입력, 상기 비 변화 유닛의 제1 측에 구동가능하게 결합된 제2 입력, 및 상기 비 변화 유닛의 제2 측에 구동가능하게 결합된 제3 입력을 포함하는 에피사이클릭 기어 세트;
    상기 변속기 출력 샤프트의 속도가 상기 비 변화 유닛의 제1 측의 속도에 구동가능하게 결합되는 제1 주행 모드, 및
    상기 변속기 출력 샤프트의 속도가 상기 비 변화 유닛의 제2 측의 속도에 구동가능하게 결합되는 제2 주행 모드를 포함하고,
    상기 비 변화 유닛의 하나의 특정 속도 동작비에서, 상기 변속기 입력 샤프트의 속도에 대한 상기 변속기 출력 샤프트의 속도의 비는 상기 제1 및 제2 주행 모드의 모두에서 동일한, 변속기.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 변속기 출력 샤프트는 상기 제1 및 제2 모드에서 상기 변속기 입력 샤프트와 동일한 방향으로 회전하도록 배열되는, 변속기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 변속기는 상기 제1 및 제2 모드가 전진 차량 동작만을 제공하도록 배열되는, 변속기.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변속기는 상기 제1 및 제2 모드 사이의 접합부에서 동기식 시프트점을 형성하도록 구성되는, 변속기.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 4 초과의 비 스프레드를 갖는, 변속기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 6 초과의 비 스프레드를 갖는, 변속기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 8 초과, 선택적으로 10 이상의 비 스프레드를 갖는, 변속기.
  22. 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 음의 비만을 갖는, 변속기.
  23. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 토로이달 베리에이터를 포함하는, 변속기.
  24. 제23항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 풀 토로이달 베리에이터를 포함하는, 변속기.
  25. 제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비 변화 유닛은 작업면을 각각 갖는 입력 레이스 및 출력 레이스로서, 베리에이터축 둘레의 회전을 위해 동축으로 장착되는, 입력 레이스 및 출력 레이스, 및 상기 작업면들 사이에 형성되는 토로이달 캐비티를 포함하고; 적어도 하나의 구름 요소가 각각의 접촉 구역에서 인접한 구름면들 사이에 배치되어 이들 구름면과 구동식으로 맞물리고, 상기 구름 요소 또는 각각의 구름 요소는 적어도 작업면과의 제1 접촉부, 제2 구름 접촉부를 갖고, 구름축 둘레의 회전을 위해 캐리지 조립체 상에 장착되고, 상기 캐리지는 경사축 둘레의 경사를 위해 장착되고, 상기 베리에이터축에 관한 제1 접촉 구역의 반경은 상기 베리에이터의 비에 따라 상기 캐리지의 경사각에 가변적이고, 상기 구름 요소 또는 각각의 구름 요소는 상기 구름 요소의 피치각의 변화를 유발하는 피벗 이동을 위해 장착되고, 상기 피치각은 상기 접촉 구역을 통과하는 피치축에 대한 것이고; 상기 베리에이터는 상기 피벗 이동을 착수하여 이에 의해 피치각을 변경하고, 따라서 캐리지 또는 캐리지들을 그 또는 그들의 경사축/경사축들 둘레로 피벗하여 이에 의해 베리에이터비의 변화를 제공하도록 압박하기 위해 상기 구름 요소 또는 각각의 구름 요소를 작동하도록 동작하는 제어 부재를 더 포함하는, 변속기.
  26. 제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에피사이클릭 기어 세트는 태양 기어, 캐리어 및 제3 요소를 포함하고, 상기 캐리어가 일정하게 유지될 때 상기 태양 기어와 상기 제3 요소 사이의 비로서 정의된 상기 에피사이클릭 기어 세트의 구동비는 음의 값인, 변속기.
  27. 제14항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변속기는 후진 차량 동작을 제공하기 위한 후진 모드를 더 포함하는, 변속기.
  28. 제27항에 있어서, 상기 후진 모드는 후진 에피사이클릭 기어 세트의 요소 상의 브레이크의 작동에 의해 실행되는, 변속기.
  29. 제14항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변속기는 저속 모드를 더 포함하고, 상기 저속 모드는
    그 속도가 상기 변속기 출력 샤프트의 속도에 비례하는 제1 입력, 그 속도가 상기 비 변화 유닛의 제1 측의 속도에 비례하는 제2 입력, 및 그 속도가 상기 비 변화 유닛의 제2 측의 속도에 비례하는 제3 입력을 갖는 저속 모드 에피사이클릭 기어 세트를 포함하는, 변속기.
  30. 제14항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변속기는 저속 모드를 더 포함하고, 상기 저속 모드는
    상기 변속기 출력 샤프트에 구동가능하게 결합된 제1 입력, 상기 비 변화 유닛의 제1 측에 구동가능하게 결합된 제2 입력, 및 상기 비 변화 유닛의 제2 측에 구동가능하게 결합된 제3 입력을 갖는 저속 모드 에피사이클릭 기어 세트를 더 포함하는, 변속기.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 저속 모드는 후진 차량 동작을 제공하는, 변속기.
  32. 제29항, 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 저속 모드는 후진 동작을 제공하는, 변속기.
  33. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변속기는 저속-제1 동기식 시프트점을 규정하는, 변속기.
  34. 제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저속 모드 에피사이클릭 기어 세트는 태양 기어, 캐리어 및 제3 요소를 포함하고, 상기 저속 모드 에피사이클릭 기어 세트의 캐리어가 일정하게 유지될 때 상기 태양 기어의 속도와 상기 저속 모드 에피사이클릭 기어 세트의 제3 요소의 속도 사이의 비로서 정의된 상기 저속 모드 에피사이클릭 기어 세트의 구동비는 양의 값인, 변속기.
  35. 제14항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에피사이클릭 기어 세트는 비 변화 디바이스의 엔진측인, 변속기.
  36. 제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저속 모드 에피사이클릭 기어 세트는 비 변화 디바이스의 엔진측인, 변속기.
  37. 제14항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 조합된 제1 및 제2 모드의 비 스프레드는 6 초과인, 변속기.
  38. 제37항에 있어서, 조합된 제1 및 제2 모드의 비 스프레드는 7 초과인, 변속기.
  39. 제38항에 있어서, 조합된 제1 및 제2 모드의 비 스프레드는 8 초과인, 변속기.
  40. 제39항에 있어서, 조합된 제1 및 제2 모드의 비 스프레드는 9 초과인, 변속기.
  41. 제14항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변속기는 승용차에 장착을 위해 구성되는, 변속기.
  42. 제14항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에피사이클릭 기어에 결합된 전기 기계를 더 포함하는, 변속기.
  43. 제14항 내지 제42항 중 어느 한 항에 따른 변속기를 포함하는, 차량.
  44. 제43항에 있어서, 상기 변속기는 상기 차량의 종축에 관하여 실질적으로 횡방향으로 장착되는, 차량.
  45. 제43항 또는 제44항에 있어서, 상기 차량의 전방에 장착된 엔진을 더 포함하는, 차량.
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