JPH01229141A - １６段遊星歯車自動変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は遊星歯車を用いた自動変速機に関する。

【従来の技術】

従来より変速機構として種々の構造のものが開発されて
いるが、無段変速機としては摩擦式や可変径プーリー式
が最も一般的であり、自動車用自動変速機としてはトル
クコンバータ付遊星歯車機構が普及しており、クラッチ
やブレーキの自動選択によってギヤの組合せを自動的に
切り替え、３段または４段の固定変速比を適宜選択し、
その変速ショックを流体トルクコンバータにより緩和す
る方法がとられる。また可変径プーリーと鋼製ベルトを
使用したＥＣＶＴも最近実用化されつつあるが、まだ滑
りによる伝達効率損失や大動力の伝達に不適といった欠
点が存在している。

【発明が解決しようとする問題点】

本発明は上記変速機の持つ欠点を解決し、歯車だけで滑
りのない自動変速を実現し、特に多数段変速によってギ
ア比の不連続性を極小化し、変速ショックを緩和して流
体トルクコンバータを不要とし、負荷の大小に応じた変
速比の選択をクラッチの組合わせ選択だけの単純な操作
で実現し、出力側の要求トルクに応じた変速を自動選択
する遊星歯車式の自動変速機を提供するものである。

【問題を解決する手段】

本発明は、原動機に接続する入力軸及び負荷に接続する
出力軸と、該入出力軸間に入力動力の変速を行う遊星歯
車機構と、該遊星歯車機構の変速制御のなめに各遊星歯
車の反力メンバーと台座間にワンウェイクラッチ、入力
メンバーと反力メンバー間にクラッチ、さらにクラッチ
の断続を自動制御する制御機構を基本構成体とするモジ
ュールを有し、全変速領域に渡って等比較数的変速を実
現するため、各モジュールにａ　！　、　ａ　２、ａ４
、ａ８、の如く各２乗倍毎に変速比を設定したことを特
徴とする自動変速機である。またクラッチの代わりにブ
レーキベルトを使用した実施例として、原動機に接続す
る入力軸及び入力軸に接続する大減速歯車と負荷に接続
する出力軸と、該入出力軸間に入力回転数の変速を行う
遊星歯車機構を有し、該遊星歯車機構の変速制御のため
に各遊星歯車の反力メンバーと入力メンバー間にワンウ
ェイクラッチ、及び土台と反力メンバー間にブレーキベ
ルト、さらにブレーキベルトの断続を自動制御するため
の制御機構からなる基本モジュールを有し、全変速領域
に渡って等比較数的変速を実現するため、各モジュール
にａ１、ａ２、ａ４、ａ８、の如く各２乗倍毎に設定し
た変速比を有することを特徴とする自動変速機である。 また、この基本モジュールの追加または削除により、３
モジユールで８段変速、５モジユールで３２段変速、６
モジユールで６４段変速の如く、２″段変速実施のため
にｎ個のモジュールを有することを特徴とする２０段自
動変速機である。

【実施例１】 本発明は遊星歯車、ワンウェイクラッチおよび単板クラ
ッチを構成要素とするモジュールを基本単位とし、各モ
ジュールは等速および減速の２速を提供し、単板クラッ
チが結合すれば遊星歯車全体が一体回転して等速、単板
クラッチが解除しワンウェイクラッチが起動すれば固定
減速比を提供するものである。本発明はこの基本モジュ
ールを複数個連結し、各々のモジュールがそれぞれ２つ
の速度選択枝を提供するため、全体で２のモジュール数
剰数倍の変速段を可能とする。即ち２モジユールで４段
変速、３モジユールで８段変速、４モジユールで１６段
変速、５モジユールで３２段変速が可能となる。 モジュールを構成する遊星歯車はシンプルプラネタリ−
ギヤ方式、ダブルピニオンプラネタリ−ギヤ方式、ラビ
ニョウ遊星歯車式、コンパウンドピニオン遊星歯車式な
ど様々な方式の遊星歯車が適用可能であるが、それぞれ
の長所短所を考慮して各モジュールの必要変速比に最も
ふされしい形式を各々選択すればよい。 第１図は、４モジユールすべてにコンパウンドピニオン
式遊星歯車を用いた実施例であり、各モジュールの変速
比をそれぞれ２の剰数倍の関係に設定し等比級数的変速
比を実現したものである。 つまり、各モジュールに　ａ１、ａ２、ａ４、ａ　ｍの
関係を満たす変速比を設定すれば、１６段の等比級数変
速機が簡単に実現できる。各モジュールはそれぞれ入力
メンバー、出力メンバー、反カメンバーから成る遊星歯
車と単板クラッチおよびワンウェイクラッチを持ち、入
力メンバーと反力メンバーが単板クラッチで一体となっ
て回転すれば等速、単板クラッチが解除されればワンウ
ェイクラッチが自動的に起動し固定減速が設定される。 この機構により各モジュールごとに等速か減速かの二者
択一が可能となり、４モジユールで１６の変速組合わせ
が可能となり、この１６段がすべて等比級数的変速を実
現するために上述の如く各モジュールの減速比を　ａ１
、ａ　２　、　ａ　４、ａ８、のように前段の２剰倍に
設定する。この設定により各単板クラッチのオンオフだ
けで滑らかな連続等比級数的変速が簡単に得られ理想的
変速とすることができる。 各モジュールの単板クラッチのオンオフを１゜０で表現
すれば１６段変速の場合の組合せは次のようになる。 一例として最大トルクを５とする変速機を設計する場合
、最大減速比は０２であるから、ａ＝１５ｆ暮　　より
、 ａ’　＝０．８９８３ ａ２＝０．８０６９ ａ’＝０．６５１１ ａ”＝０．４２３９ となるように、各モジュールの減速比を設定すればよい
。第２図はこの時の速度増加グラフであり、最大トルク
発生時の初速度を１として表現したものである。 各モジュールでは、単板クラッチがオンであれば遊星歯
車機構の入力メンバーと反力メンバーが一体回転するの
で変速比は全く影響を受けず、入力と同回転数を次のモ
ジュールへ出力し、単板クラッチがオフであれば、ワン
ウェイクラッチが自動的にオンとなり、設定した減速比
が起動し、それぞれの減速比がすべて累積され最終減速
比が決定する。従って、各モジュールのクラッチのオン
オフによって、全ての変速組合せを選択可能とし１６段
変速を実現する。モジュールをさらに増加して５モジユ
ールや６モジユールにすれば３２段変速や６４段変速も
勿論可能である。つまり、本発明は少数の単板クラッチ
操作だけで多段階の変速を実現したことを最大の特徴と
する。 第１図により本発明の動力伝達を説明する。 モジュールエでは、原動機からの動力が入力軸１を経て
モジュールエのサンギヤ１に伝達され、サンギヤ１はコ
ンパウンドギアである遊星ビニ、オン３を回転させ、遊
星ビニオン３はキャリア２と第二サンギヤ５を回転させ
る。第一サンギヤ４は単板クラッチ２の片側に連結し、
キャリア２も単板クラッチ６の他方およびワンウェイク
ラッチ７に連結し、このワンウェイクラッチ７は固定円
筒板８に接する。以上の機構に於て単板クラッチ６がオ
ンの時は、二つのサンギヤ４．５とキャリア２が一体回
転するので入力軸１の回転数はそのまま次のモジュール
Ｈに伝達され、一方、単板クラッチ６がオフのときは、
ワンウェイクラッチ７が自動的に起動し入力軸の回転数
は減速されて第二サンギヤ５からモジュール■に伝達さ
れる６モジュール■では、モジュールＩがらの動力が第
一サンギヤ１１に伝達され、第一サンギヤ１１は、コン
パウンドギアである遊星ピニオン１ｏを回転させ、遊星
ピニオン１０はキャリア９と第二サンギヤ１２を回転さ
せる。また、第一サンギヤ１１の回転軸は単板クラッチ
１３の片側に連結し、キャリア９も単板クラッチ１３の
他方とワンウェイクラッチ１４に連結し、このワンウェ
イクラッチ１４は固定円筒板８に接する。以上の機構に
於て単板クラッチ１３がオンの時はキャリア９と二つの
サンギヤ１１．１２が一体回転するのでモジュールＩか
らの回転数はそのまま次のモジュール■に伝達され、一
方、単板クラッチ１３がオフのときはワンウェイクラッ
チ１４が自動的に起動し、モジュール１からの入力回転
数は減速されて第二サンギヤ１２がらモジュールＩへ伝
達される。 モジュールＩ、■でも、モジュール１、Ｉｔと全く同様
の動力伝達方式により各単板クラッチのオンオフだけで
等速と減速が選択され、最終的に各モジュールで選択さ
れた減速比が累積され総合減速比として出力軸２９に伝
達される。 以上のように、各重板クラッチの結合または解放の選択
により、各モジュールごとに等速と減速の選択が可能で
あり、全体として２のモジュール数剰の組合わせが可能
となり、３モジユールで２３−８段変速、４モジユール
で２’＝１６段変速、５モジユールで２　’＝　３２段
変速が実現する。つまりモジュールの単純な追加増設だ
けで、８段変速、１６段変速、３２段変速等が容易に実
現できる。

【実施例２】 本発明の別実施例として、入力軸の回転を一旦大減速歯
車により減速し、その回転数を各モジュールで増速する
ことにより変速を実施する方式も可能である。この方法
は第３図に示すように、各モジュールは、入力メンバー
、反力メンバー、出力メンバーからなる遊星歯車機構お
よびワンウェイクラッチとブレーキベルトで構成され、
各モジュールのブレーキベルトで遊星歯車の反力メンバ
ーを必要に応じて固定し、−旦大減速歯車で減速された
入力回転数を、設定された増速比でモジュールことに増
速するものである。つまり、ブレーキベルトが作動して
いる場合は増速、ブレーキベルトが解除しているときは
、ワンウェイクラッチが自動的に起動し等速が選択され
る。この方式は実施例１の単板クラッチの代わりにブレ
ーキベルトを使用し装置全体がコンパクト化できるとい
う特徴をもち、３モジユールで８段変速、４モジユール
で１６段変速が可能であることは、単板クラッチ方式の
場合と同様である。 第３図は３個のモジュールで構成するブレーキベルト式
の８段変速機の実施例であるが、モジュールごとの適用
変速比に最適な構成として、図に示す通り、モジュール
１ではシンプルプラネタリ−遊星歯車、モジュールＩＩ
、Ｉではラビニョウ式遊星歯車を採用した例である。 この機構での動力伝達は、まず原動機に直結した入力軸
３０によって入力歯車３１を回転させ、この入力歯車３
１は大減速歯車３２を回転し、大減速歯車３２は大減速
歯車に連結したキャリア３８、およびキヤリ７３８に保
持された遊星ピニオン３３を回転し、遊星ピニオン３３
はリングギヤ３７とサンギヤ３９を回転させる。また、
キャリア３８はワンウェイクラッチ３６の内周部に連結
し、サンギヤ３９は回転ドラム３５およびワンウェイク
ラッチ３６の外周部に連結する。この構成体に於てブレ
ーキベルト３４が反力メンバーであるサンギヤ３９と連
結した回転ドラム３５を固定することにより、出力メン
バーであるリングギヤ３７を増速させ、一方、ブレーキ
ベルト３４が回転ドラム３５を解放すれば、ワンウェイ
クラッチ３６が自動的に起動し、入力メンバーと反力メ
ンバーが一体化しモジュール１は一体回転となり、その
回転数はそのままモジュール■へ出力される。 モジュール■では、モジュール■からの回転動力がキャ
リア４５、およびキャリア４５に保持された遊星ピニオ
ン４０．４１を回転し、遊星ピニオン４０．４１は第一
サンギヤ４６と第二サンギヤ４７を回転させる。 また、キャリア４５はワンウェイクラッチ４４の内周部
に連結し、第二サンギヤ４７は回転ドラム４３およびワ
ンウェイクラッチ４４の外周部に連結する。この構成体
に於てブレーキベルト４２が反力メンバーである第二サ
ンギヤ４７と連結した回転ドラム４３を固定することに
より、出力メンバーであるサンギヤ４６を増速させ、一
方、ブレーキベルト４２が回転ドラム４３を解放すれば
、ワンウェイクラッチ４４が自動的に起動し、入力メン
バーと反力メンバーが一体化しモジュール■は一体回転
となり、その回転数はそのまオモジュール■へ出力され
る。 モジュール■では、モジュール■からの回転動力がキャ
リア５３、およびキャリア５３に保持された遊星ピニオ
ン４８．４９を回転し、遊星ピニオン４８．４９は第一
サンギヤ５４と第二サンギヤ５５を回転させる。 また、キャリア５３はワンウェイクラッチ５２の内周部
に連結し、第二サンギヤ５５は回転ドラム５１およびワ
ンウェイクラッチ５２の外周部に連結する。この構成体
に於てブレーキベルト５０が反力メンバーである第二サ
ンギヤ５５と連結した回転ドラム５１を固定することに
より、出力メンバーである第一サンギヤ５４を増速させ
、一方、ブレーキベルト５０が回転ドラム５１を解放す
れば、ワンウェイクラッチ５２が自動的に起動し、入力
メンバーと反力メンバーが一体化しモジュール■は一体
回転となり、その回転数はそのまま出力軸５６へ出力さ
れる。 以上の方法により、それぞれのモジュールの増速比をａ
　ｌ　、ａ　２、ａ４に設定すれば、実施例１と同様に
等比較数的変速の８段変速機が可能となる。 自動化の方法 以上のように単板クラッチやブレーキベルトの選択によ
り８段や１６段変速機が可能であるが、変速の自動化は
単板クラッチやブレーキベルトの操作用アクチュエータ
を自動制御することで簡単に実現できる。また、単板ク
ラッチの代わりに湿式多板クラッチや電磁クラッチも勿
論使用可能である。

【本発明の効果】

本発明は、以上のように非常に簡単な構造であり、製作
が容易であるだけでなく耐久性や保守の容易性において
優れた機能を発揮する。 本発明の特徴を列挙すれば次のようになる。 ・構造が簡単である。 ・トルクコンバータを必要としない。 ・複雑な油圧制御機構を必要としない。 ・変速の自動化が容易である。 ・変速段数を容易に多段化できる。 ・エネルギー効率が高い。 ・製造コストが安価である。 ・理想的等比級数変速が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の断面図（遊星歯車機構の歯車噛
み合いは図中では省略）、第２図は１６段変速機におけ
るクラッチ組合わせによる速度変化グラフ、第３図は大
減速歯車とブレーキベルト制御による本発明の別実施例
で８段変速機の歯車列組合わせ概略図、第４図は第３図
に示す８段変速機の外観図。 １−−−−−−−−−−一人力軸 ２−−−−−−〜−−−キャリア ３−−−−−−−−−−一遊星ピニオン４−・−−−−
−・−・・第一サンギャ５−−−−−ｍ−−−−・−第
二サンギャ６−−−−−・・−・単板クラッチ ７−−−−−−−・−・ワンウェイクラッチ８−・−・
・−−−−−一固定円筒板 ９−・・・−・・−・−キャリア １０−・−・−・・−・・−遊星ピニオン１１−・−・
・−・−・・第一サンギャ１２−・−−−−−−−−−
ｍ−第二サンギャ１３−−−−−−−・−単板クラッチ １４−−−−−−−−−−−−−ワンウェイクラッチ１
５−・−・・・・・・−キャリア １６・−・・−−−−−−一遊星ビニオン１８−・・−
・−・・−−−−−一第一サンギャ１９・−・・−・−
第二す゛ンギャ ２０−・・−・・−・−単板クラッチ ２１−−−−一・−・・・ワンウェイクラッチ２２−−
−−−−キャリア ２３−−−−一・−・−・・−遊星ピニオン２５−−−
−−−−−一第一サンギャ ２６−−−−−−−−−−第二サンギヤ２７−・・・・
−一一−−−−−一単板クラッチ２８−・・−・・ワン
ウェイクラッチ ２９−・・−−−一出力軸 ３０−−一−−・−・−人力軸 ３１・・−−−−−−ｍ−人力歯車 ３２−一−−−−・・・・−大減速歯車３３・−一−−
−−・−遊星ピニオン ３４−−−・・・−・−ブレーキベルト３５−−・・−
・・一回転ドラム ３６・−・・−・・ワンウェイクラッチ３７−−・−リ
ングギヤ ３８・−一−−−−−・・−キャリア ３９・・・−一−−−−・・−サンギヤ４０・・−・−
・・・・第一遊星ピニオン４１・・−一−−−−−−第
二遊星ビニオン４２−・・・・−・ブレーキベルト ４３−−−・回転ドラム ４ｔ−−・−一一−−−ワンウェイクラッチ４５−・−
−一−−−−・キャリア ４６−・・・−・−第一サンギャ ４７−−−−−−・−第二サンギヤ ４８・−・・・・・・−第一遊星ピニオン４９−−−・
・・−一一−−−第二遊星ビニオン５０−−−・・−ブ
レーキベルト ５１・〜・−・・・・一回転ドラム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原動機に接続する入力軸及び負荷に接続する出力
   軸と、該入出力軸間に入力動力の変速を行う遊星歯車機
   構と、該遊星歯車機構の変速制御のために各遊星歯車の
   反力メンバーと台座間にワンウェイクラッチ、および入
   力メンバーと反力メンバー間（または他の２メンバー間
   ）に制御クラッチ、さらに制御クラッチの断続を自動制
   御するための制御機構とを有する基本モジュール４組を
   有し、全変速段域に渡って等比級数的変速を実現するた
   め各モジュールにａ＾１、ａ＾２、ａ＾４、ａ＾８、の
   如く各２乗倍の変速比を設定したことを特徴とする遊星
   歯車式１６段自動変速機。
2. （２）原動機に接続する入力軸及び入力軸に接続する大
   減速歯車と負荷に接続する出力軸と、該入出力軸間に入
   力動力の変速を行う遊星歯車機構を有し、該遊星歯車機
   構の変速制御のために各遊星歯車の反力メンバーと入力
   メンバー間（または他の２メンバー間）にワンウェイク
   ラッチ、および土台と反力メンバー間にブレーキベルト
   、さらにブレーキベルトの断続を自動制御するための制
   御機構を有する基本モジュール４組からなる構成体を有
   し、全変速領域に渡って等比級数的変速の実現のため各
   モジュールに、ａ＾１、ａ＾２、ａ＾４、ａ＾８、の如
   く各２乗倍に設定した変速比を有することを特徴とする
   １６段自動変速機。
3. （３）特許請求第（１）（２）項に示す変速機の拡張実
   施例として３モジュールで８段変速、５モジュールで３
   ２段変速、６モジュールで６４段変速の如く、ｎモジュ
   ールの構成体を有する２＾ｎ段自動変速機。