JPH08505460A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ギャードニュートラルが可能で、また少なくとも２つのレジームで作動でき、比変更部材（「バリエータ」）と、動力再循環遊星歯車装置と、２つの選択可能な従動軸の一方によってバリエータに接続可能な最終駆動軸と、入力部を原動機に接続可能で、２つの出力部をそれぞれ２つの選択可能な従動軸に接続した入力遊星歯車装置とを設けた、例えばトロイダル・レース転動牽引形式の無段変速機(「ＣＶＴ」）。レジームの１つはギヤードニュートラル状態を含み、また、動力再循環遊星歯車装置は、そのレジームで動力をそれに再循環させるクラッチに対応している。残りの１つまたは複数のレジームでは、動力がその遊星歯車装置を再循環しないで、駆動力が適当なクラッチによってＣＶＴ出力部に達し、２つの従動軸のいずれも、そのレジームが進むのに伴って速度が上昇する。

Description

【発明の詳細な説明】 無段変速機 本発明は、無段変速機（ＣＶＴ）に関するものである。本発明は、バリエータ すなわち比変更部材がゼロ比を達成できないＣＶＴに広く用いることができる。 すなわち、入力部材が一定速度で回転している間、出力部材の回転速度を所定範 囲内で無段階に変更できるが、その出力速度範囲にゼロが含まれていない。変速 機がゼロ出力速度を発生できるようにするため、通常は遊星歯車装置の１つの部 材でＣＶＴ出力部を駆動し、その残りの２つの部材を、必要に応じてエピサイク リック比に一致させるための歯車装置を介して、バリエータの出力部及び入力部 に接続する。バリエータ及び遊星歯車装置がそのように連結されている時、バリ エータへの入力速度を一定に保持し、バリエータをその比範囲の一端部から他端 部まで移動させると、ＣＶＴ出力速度が連続的に変化して、最初は最高速度から 一方向にゼロまで落ちてから、続いて反対方向に最高速度まで上昇する。この過 程で、特に出力速度がゼロである瞬間（当該分野では「ギヤードニュートラル」 として知られている）に、遊星歯車装置が動力をＣＶＴのバリエータ及び他の部 材に再循環させる。従って、そのような遊星歯車装置は当該分野では「再循環遊 星歯車装置」として知られている。 また、歯車装置及びクラッチを導入することによってＣＶＴの比範囲を広げ、 それによってバリエータが複数の「レジーム」で作動できるようにすることは、 特にバリエータがトロイダル・レース転動牽引形式である場合、当該分野では公 知である。すなわち、その形式のバリエータのローラがその比の角度範囲の一端 部から他端部まで移動し、それによってＣＶＴの出力速度を１つの値から別の値 へ進め、またおそらくは前述したようにクラッチの作動で方向を変えて様々な歯 車装置に連結できるようにすると、ローラは逆方向にその移動範囲全体を移動し て戻り、そうする際にＣＶＴ出力速度を更に進めることができる。歯車比を適正 に選択することによって、このようにＣＶＴ出力速度を瞬間的に変化させること なく１つのレジームから別のものへ変更することができる。そのようなレジーム 変化は、当該分野では同期変化として知られている。 本発明は、ギヤードニュートラルが可能で、また少なくとも２つのレジームで 作動でき、前進及び後退の両方でレジームを追加する特に便利な機能を備え、ま た特にギヤードニュートラル状態またはそれに近い状態でバリエータを通過する 動力を制限する機能も備えたトロイダル・レース転動牽引形式のＣＶＴを提供す ることを目的としている。このように動力を制限することによって、特に走行速 度が低速かゼロである時に高トルクを発生する必要があることが多い掘削車等の 車両においてバリエータの小型化を含む大きな利点を与える見込みが得られる。 本発明は、請求項によって定義され、添付の簡略化した概略図に示されている ＣＶＴを含む。次に、これらの図面を参照しながら本発明の一例を説明する。 図１は、システム図である。 図２は、軸速度をグラフで比較したものである。 図３は、ＣＶＴの１つの形態実施の形態を示している。 図４は、図１のシステム図の変更例を示している。 図１において、出力軸１及び入力軸２（原動機３に接続される）を備えたＣＶ Ｔが、トロイダル・レースバリエータ４と、再循環遊星歯車装置Ｅ（参照番号５ ）と、入力遊星歯車装置ｅ（参照番号６）とを有している。参照番号７、８は、 バリエータ４の第１及び第２作動部材に接続された軸を示している。これらの部 材は、通常のように「入力」及び「出力」部材として単純化して呼ぶことができ ないが、それは、後述するように、ＣＶＴがレジーム間を移動する時にこれらの 機能が入れ替わるからである。軸Ａ及びＢによって、軸７、８はそれぞれ入力遊 星歯車装置ｅの部材のうちの２つ（例えば太陽歯車及び遊星キャリヤ）に接続さ れ、それの第３部材（例えばリング歯車）は原動機３に接続可能である。同じ軸 Ａ及びＢが、やはり適当な歯車装置によって再循環遊星歯車装置Ｅの２つの部材 （例えばやはり太陽歯車及び遊星キャリヤ）に接続され、装置Ｅの第３部材（例 えばリング）は、ギヤードニュートラルを含むレジームでは、低レジームクラッ チ９によって出力軸１に接続可能である。従って、図１の概略図において、バリ エータ４のローラがそれらの角度移動範囲内においていずれかに向きを変えるた め、軸Ａ及びＢの回転速度（これらの回転速度は軸７及び８のものに正比例して いる）が常に逆位相で移動することは明らかであろう。このため、それらがその 範囲の一端部から他端部へ移動する時、軸Ａ、Ｂの一方が加速し、他方が減速す る。次 にローラが戻る時、それらは後続「レジーム」で戻るため、軸Ａ、Ｂの速度が逆 方向に変化する。 低レジームでは、クラッチ９が閉じて、動力が遊星歯車装置Ｅを通って再循環 して、バリエータ４がその比範囲の一端部から他端部まで進む時、出力軸１の速 度が、ある有限値から一方向に典型的な連続「低レジーム」進行を行ってゼロま で低下してから、反対方向に第２有限値まで上昇する。必要になる他のすべての レジームでは、クラッチ９が切り離され、遊星歯車装置Ｅは動力を再循環しなく なり、出力部１は歯車装置／クラッチの組み合わせ（10、11；12、13；14、15；16、 17；18、19；20、21等）の１つで駆動され、軸Ａ及びＢのいずれからでも、それぞ れのレジームをその最低速度で開始して、そのレジーム中に最高速度まで上昇す る。このように、出力部１が前進回転している低レジームの終了に続いて、軸Ａ がその時に最低速度で回転しているとすると、クラッチ９が切り離され、クラッ チ11が連結してＣＶＴを「中間」前進レジームに入れ、ここでは出力部１が軸Ａ によって歯車装置10を介して駆動され、やがて軸Ａ、Ｂの相対速度が反対の極値 に達すると、クラッチ11が切り離されて、クラッチ13が連結してさらに「高速」 の前進レジームに入り、そこでは軸１が軸Ｂによって別組の固定歯車装置12を介 して駆動される。一方、出力軸１の逆回転の際にＣＶＴが低レジームの終了に達 し、さらに「中間」及び「高速」の後退歯車を形成させて、ＣＶＴがそれらの歯 車で進ませることを望む場合、その時に軸Ｂがその最低速度で回転しているので 、一般的なクラッチ作動シーケンスでは、９を切り離して17を連結して、出力部 を軸Ｂによって固定歯車装置16を介して「中間後退」で駆動し、次に17を切り離 して15を連結して、出力部を軸Ａによってさらなる固定歯車装置14を介して「高 速後退」で駆動できるようにする。18〜21は、さらなる前進及び後退レジームを 簡単に追加できるクラッチ／歯車装置の組み合わせを表している。もちろん、前 述したように変速比が瞬間的に変化することなくレジーム間の連結／切り離しが 同期状態で達成されるように、公知の方法でバリエータ４、遊星歯車装置Ｅ及び 歯車組10、12、14等の比を選択しなければならない。 図２は、出力軸１の回転速度（Ｘ軸）と軸Ａ及びＢの速度（Ｙ軸）との間の典 型的な関係を表す簡略化したグラフである。点25〜28は、それぞれ低速／中間前 進、低速／中間後退、中間／高速前進及び中間／高速後退のレジーム変更点を示 している。この概略図に示されているように、ｘ軸の目盛りは非線形であること に特に注意されたい。もしそれが線形であれば、線が一般的にＹ軸に接近するよ うに急勾配になり、両方向に離れるのに伴って徐々に平坦になるであろう。 図３に示されている本発明の実施の形態では、図１にすでに示している部品に 相当する部品には同じ参照番号を付けて示す。入力軸２が入力遊星歯車装置ｅの リング歯車35を駆動し、太陽歯車36が、トロイダル・レースバリエータ４の入力 ディスク37を支持している軸Ａ（＝７）を駆動する。参照番号38は、そのバリエ ータの可変向きローラ（一般的に全部で６個）の２つを示しており、矢印39は、 いずれのレジームにおいてもローラがその「比角度」を、従って伝達比を変更す るために傾斜する方向を示している。遊星歯車装置ｅの遊星キャリヤ40は、歯車 列34によって軸Ｂに接続されており、軸Ｂはチェーン42によって方向を変えない でバリエータ４の出力ディスク41（＝８）にも接続されている。軸Ａはクラッチ 44及び45の半分も支持しており、軸Ｂはクラッチ46及び47の半分も支持している 。クラッチ47の残りの半分はＣＶＴ出力軸１によって支持されている。さらに２ つのクラッチ48、49が設けられている。 低レジームに連結するには、クラッチ44及び46を連結させて、他のクラッチは すべて開く。この場合、クラッチ44によって、軸Ａが再循環遊星歯車装置Ｅの太 陽歯車50を駆動し、クラッチ46及び減速歯車列51によって軸Ｂが遊星キャリヤ52 を駆動する。動力が装置Ｅ内を再循環し、出力がリング歯車53及び減速歯車列54 を介して軸１へ送られる。このように、噛み合わされた時にクラッチ44、46は図 １のクラッチ９のように動作する。 低レジームから中間前進レジームに切り換えるためには、クラッチ46を開き、 クラッチ48を閉じ、クラッチ44は閉じたままとする。これには装置Ｅを「ロッキ ング」する効果があるため、それは動力を再循環させないで一体に回転し、駆動 力が太陽歯車50、ロックされた装置Ｅ及び同じ減速歯車列54によって軸Ａから出 力軸１に伝達される。このため、クラッチ48は図１のクラッチ11に相当する。低 レジームから中間後退レジームに切り換えるためには、クラッチ49を閉じて44を 開く一方、クラッチ46は閉じたままとする。ここで駆動力は、クラッチ46、減速 歯車装置51、遊星キャリヤ52、クラッチ49、及び歯車列54に対して動きを逆にす る減速歯車列55によって軸Ｂから出力軸１に伝達される。このため、クラッチ49 は図１のクラッチ17に相当し、このレジームでは遊星歯車装置Ｅの太陽歯車50及 びリング歯車53は動力を伝達しない。中間及び高速前進レジーム間の切り換えを 行うためには、クラッチ44、48が開き、クラッチ47が閉じる。この時、駆動力は 直接的に閉鎖クラッチ47によって軸Ｂから軸１に伝達される。中間及び高速後退 レジーム間の切り換えを行うためには、クラッチ46、49を開き、クラッチ45を閉 じる。その時は駆動力が直接的に閉鎖クラッチ45及び歯車列55によって軸Ａから 出力軸１に伝達される。このため、クラッチ47、45は図１のクラッチ13、15と同 じである。 効率が100％であるとすると、いずれのＣＶＴの作動でも、入力軸２の速度Ｎ ｉ及びトルクＴｉの積に等しい入力動力Ｐｉが、出力軸１の出力速度Ｎｏ及びト ルクＴｏの積に等しい出力動力Ｐｏに等しくなければならない。図１及び３に示 されている本発明の実施の形態では、バリエータ４を介して伝達される動力が低 レジーム以外のすべてのレジームでＰｉより相当に小さくなるように構成するこ とが容易である。しかし、低レジームでは、最大バリエータ動力が不都合なほど 高く上昇しないように歯車比及び他の相対パラメータを選択することは多くの場 合に困難であることがわかる。トロイダル・レースバリエータが伝達しなければ ならない最大動力が、そのようなバリエータの大きさ及びコストを決定する際の 重要な要素であるため、最大動力を最小に抑えることには明白な利点がある。図 ４は、図１のシステム図の変更例を示しており、入力軸２、入力遊星歯車装置ｅ 、バリエータ４及び軸Ａ、Ｂの関係は前のものと同じであるが、再循環遊星歯車 装置Ｅの位置が変わって、前のようにクラッチ９、軸Ａ及びＢではなく、この場 合は軸Ｂ、低レジームクラッチ９及び入力軸２に連結している。矢印は、低レジ ームにおける入力動力Ｐｉ及び軸Ｂの動力Ｐｂの再循環を示しており、記号ｄは Ｏより大きいがＰｂより小さい動力量を表している。図４の実施の形態では、中 間及び高速レジームを与えるためにさらなる歯車装置60、61及びクラッチ62、63 が用いられている。クラッチ９、62及び63はすべて、駆動力を全レジームで同一 回転方向に駆動される副軸64に連結する。多くのレジームが必要であれば、図１ の 構成を用いて、歯車及びクラッチの数を増やすことができる。対称的な「前進及 び後退」システムでは、図４に示されているように、下流側の前進及び後退歯車 アセンブリ65及び66を設けることによって歯車及びクラッチの数を半分にするこ とができる。そうすれば、低レジームはゼロ付近（すなわちギヤードニュートラ ル）から一方向の低速／中間レジーム同期変更速度までの出力速度を提供するだ けでよい。この非対称によって、再循環遊星歯車装置Ｅを（２を介して）原動機 に、また（軸Ｂを介して）バリエータ４の一方側だけに接続することができ、こ れによってバリエータを介して伝達される動力が減少する。注目すべき図４の実 施の形態の別の好都合と思われる点は、高速レジーム列が前進及び後退駆動の両 方に用いられることである。 以上の説明から、本発明は、バリエータが再循環遊星歯車装置に連結されるだ けでなく、バリエータの２つ側部の少なくとも一方が第２の入力遊星歯車装置の 部材にも連結され、その入力遊星歯車装置の別の部材が原動機に接続可能である ＣＶＴを含むことができることがわかるであろう。その時、ギヤードニュートラ ルを含むレジームで動力を再循環遊星歯車装置に再循環させるが、後続のさらな るレジームでは再循環遊星歯車装置が迂回されるようにするクラッチ及び歯車装 置も設けられており、駆動力は適当なクラッチ及び歯車装置によってＣＶＴ出力 部に達することができ、またバリエータのどちら側のものも、そのレジームが進 むのに伴って速度が上昇する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１２月１２日 【補正内容】 補正明細書 無段変速機 本発明は、無段変速機（ＣＶＴ）に関するものである。本発明は、バリエータ すなわち比変更部材がゼロ比を達成できないＣＶＴに広く用いることができる。 すなわち、入力部材が一定速度で回転している間、出力部材の回転速度を所定範 囲内で無段階に変更できるが、その出力速度範囲にゼロが含まれていない。変速 機がゼロ出力速度を発生できるようにするため、通常は遊星歯車装置の１つの部 材でＣＶＴ出力部を駆動し、その残りの２つの部材を、必要に応じてエピサイク リック比に一致させるための歯車装置を介して、バリエータの出力部及び入力部 に接続する。バリエータ及び遊星歯車装置がそのように連結されている時、バリ エータへの入力速度を一定に保持し、バリエータをその比範囲の一端部から他端 部まで移動させると、ＣＶＴ出力速度が連続的に変化して、最初は最高速度から 一方向にゼロまで落ちる。ある場合には、他の方向の最高速度へ上昇を続ける。 この過程で、特に出力速度がゼロである瞬間（当該分野では「ギヤードニュート ラル」として知られている）に、遊星歯車装置が動力をＣＶＴのバリエータ及び 他の部材に循環させる。従って、そのような遊星歯車装置は当該分野では「循環 遊星歯車装置」として知られている。動力に一つの部材が連結された第２のすな わち「入力」遊星歯車装置を備えたＣＶＴも良く知られている。 また、歯車装置及びクラッチを導入することによってＣＶＴの比範囲を広げ、 それによってバリエータが複数の「レジーム」で作動できるようにすることは、 特にバリエータがトロイダル・レース転動牽引形式である場合、当該分野では公 知である。すなわち、その形式のバリエータのローラがその比の角度範囲の一端 部から他端部まで移動し、それによってＣＶＴの出力速度を１つの値から別の値 へ進め、またおそらくは前述したようにクラッチの作動で方向を変えて様々な歯 車装置に連結できるようにすると、ローラは逆方向にその移動範囲全体を移動し て戻り、そうする際にＣＶＴ出力速度を更に進めることができる。歯車比を適正 に選択することによって、このように任意の速度を瞬間的に変化させることなく １つのレジームから別のものへ変更することができる。そのようなレジーム変化 は、当該分野では同期変化として知られている。 上述した知られた特徴を備えたＣＶＴの例、及び同様にＣＶＴの最終駆動が交 互に連結される二つの分離された駆動部材を備えたものは特許明細書ＢＧ−Ａ− １４５４７０２に見ることができる。本発明の特徴を備えたＣＶＴは動力をギヤ ードニュートラルを含むレジームでのみ再循環遊星歯車装置内で再循環させられ 、他のレジームではＣＶＴ出力は単純に二つの軸の一つに接続される。その二つ の軸はバリエータと遊星歯車装置の出力との両方に配置されている。これによっ ていくつかの又は全ての他のレジームで動力再循環が生じたときの避けることが できない動力損失を避けることができ、特に走行速度が低速かゼロである時に高 トルクを発生する必要があることが多い掘削車等の車両においてバリエータの小 型化を含む大きな利点を与える見込みが得られる。 補正請求の範囲 １．ギヤードニュートラルが可能で、また少なくとも２つのレジームで作動 でき、比変更部材（バリエータ）（4）と、第１遊星歯車装置（E）と、入力部（ 35）を（２を介して）原動機（3）に接続可能な第２遊星歯車装置（e）と、２つ の選択可能な従動軸（A,B）の一方に接続される最終駆動軸（1）とを設けた無段 変速機（「ＣＶＴ」）において、前記第１遊星歯車装置（E）が適切なクラッチ （44、46）に対応していることによって、レジームのうちの、ギヤードニュート ラルを含むものでは動力がその遊星歯車装置を再循環するが、残りの１つまたは 複数のレジームでは動力がそれを再循環せず、そして駆動力は適切な他のクラッ チ（48,47,49,45）によってＣＶＴ出力部（1）に達するようになっているととも に、２つの従動部材（A、B）のいずれのものも、そのレジームが進むのに伴って 速度が上昇するようになっており、また２つの部材（A、B）はそれぞれバリエー タ（4）の相対する側と第２遊星歯車装置（e）の異なった出力部材（36、40）と の両方に接続されていることを特徴とするＣＶＴ。 ２．少なくとも３つのレジームがあり、そのうちの少なくとも１つにおいて 、最終駆動軸（1）がレジーム全体で前進方向へ回転することを特徴とする請求 項１のＣＶＴ。 ３．少なくとも他の一つのレジームにおいて、最終駆動軸がそのレジーム全 体で逆方向に回転することを特徴とする請求項２のＣＶＴ。 ４．バリエータがトロイダル・レース転動牽引形式である先行請求項のいず れかのＣＶＴ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ギヤードニュートラルが可能で、また少なくとも２つのレジームで作動 でき、比変更部材（バリエータ）（4）と、動力再循環遊星歯車装置（E）と、入 力部（35）を（２を介して）原動機（3）に接続可能な入力遊星歯車装置（e）と 、２つの選択可能な従動軸（A.B）の一方によってバリエータに接続される最終 駆動軸（1）とを設けた無段変速機（「ＣＶＴ」）であって、動力再循環遊星歯 車装置（E）が適切なクラッチ（44、46）に対応していることによって、レジーム のうちの、ギヤードニュートラルを含むものでは動力がその遊星歯車装置を再循 環するが、残りの１つまたは複数のレジームでは動力がそれを再循環せず、そし て駆動力は適切なクラッチ（44、46；48、47；49、45）によってＣＶＴ出力部（1） に達するようになっているとともに、２つの従動軸（A、B）のいずれのものも、 そのレジームが進むのに伴って速度が上昇するようになっており、また２つの軸 （A、B）はそれぞれバリエータ（4）の相対する側と入力遊星歯車装置（e）の異 なった出力部材（36、40）との両方に接続されていることを特徴とするＣＶＴ。 ２．少なくとも３つのレジームがあり、そのうちの少なくとも１つにおいて 、最終駆動軸（1）がレジーム全体で前進方向へ回転し、そのうちの別の少なく とも１つにおいて、それがレジーム全体で後退方向へ回転するようにしたことを 特徴とする請求項１のＣＶＴ。 ３．バリエータがトロイダル・レース転動牽引形式である先行請求項のいず れかのＣＶＴ。