JPH09501221A - ボールアンドディスク式の電動の可変変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 駆動源からの回転駆動力を可変の被駆動出力（２４）に変更するための装置が提供される。該装置は、反力ディスク（２８）の半径方向の長孔（２９）内を往復移動するボール（１４）と相互作用する第１のディスクのフェースカム（１６）を駆動するモーター（１８）と、出力軸（２６）での速度差をもたらす第２のディスクのフェースカム（２２）とを具備する。速度は、反動ディスク（２８）を可変的に回転させることにより変化される。制御体（４０）を有するバッテリー（４４）が、反力ディスク（２８）に連結した電気式のモーター（３８）を駆動する。モーター（３４８）には、減速或は性同時に失われるエネルギーを回収するために発電機（４２）が接続される。

Description

【発明の詳細な説明】 ボールアンドディスク式の電動の可変変速機 （発明の背景） 本件出願は、１９９１年３月１４日付けで出願され“変速機”と題する米国特 許出願番号第６７０，２６３号の部分継続出願であり、また、１９９３年６月１ １日付けで出願され“高効率の可変変速機”と題する米国特許出願番号第０８／ ０７６，０１０号の、そして１９９２年３月１３日付けで出願され“変速機”と 題するＰＣＴ出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ／９２／０２０２３号の部分継続出願であ る。前記米国特許出願及びＰＣＴ出願はここに引用することにより本願明細書の 一部とする。 （発明の分野） 本発明は機械式の動力伝達機構に関し、詳しくは駆動体と駆動軸との間で使用 するための変速機その他に関する。 （従来技術の説明） 速度変換は回転原動力を効率的に利用する上で重要なものである。駆動部材の 速度を減少させて被駆動部材側でのトルクを高める必要性がしばしば生ずる。例 えば自動車の場合、様々なギヤアセンブリーを組み合わせた液圧変速機が、ガソ リンエンジンの高回転速度を被駆動軸 で要求される低回転速度に変換している。そうした変速機は代表的には極めて複 雑であり、多くの部分が精巧なシンコペーション下に作動することが要求される ものであり、しかも組み立てや整備は何れも非常に労働集約的である。 （解決しようとする課題） 基本的に構造が簡単で、高効率で、しかも確実な変速の出来る変速機を提供す ることであり、 可動部品が少なく且つ作動効率及び容積効率が共に高い変速機を提供すること であり、 組み立て及び整備が比較的容易な変速機を提供することであり、 変速機内の回転原動力を変換する多くの要素間での負荷配分を最適化すること であり、 電気モーター或は内燃機関で作動され可変速或は定速で作動する自動車用の変 速機として使用するための、高効率の、変速継ぎ目の無い可変変速機を提供する ことである。 （課題を解決するための手段） １つの例示具体例に於て、自動車用の変速機が共通軸線を中心として回転する 一対のカム装置を含む。これらのカム装置は変換手段を介して協働する。この変 換手段が一方の装置（即ち入力装置）の回転原動力及び角速度を他方の装置（即 ち出力装置）の角速度及び回転原動力に変換する。変換手段には反力ディスクが 含まれ、この 反力ディスクが、最小１つの長孔（具体例に基き半径方向或は軸線方向の）を具 備し、この長孔内で相互作用要素が揺動する。反力ディスクが共通軸線を中心と して共役対状態に位置付けられ、前記相互作用要素が一方の装置を他方の装置に 連結する。従って、入力装置の角速度と回転原動力とが前記変換手段によって出 力装置の角速度と回転原動力とに効率的に変換される。 本発明の好ましい具体例に於ては変速機が先ず、入力軸に取り付けた入力ディ スクを含み、この入力ディスクが、入力軸と直交する半径方向に伸延するフェー スカムを有し、このフェースカムが、駆動カム部材トラックを形成する溝付を有 するカムトラックを有している。駆動カム部材トラックはその最も簡単な形態に 於ては基礎円の半径位置から開始し、ディスク及び軸の中心の周囲を一定の半径 増加量及び角回転増加量で回転して１８０°位置の半径、即ち上昇モードでの最 大半径位置に達し、次いでこの上昇モードでのそれと同一の割合での一定の半径 減少量及び角回転減少量で回転する下降モードで基礎円の半径位置に戻り３６０ °の回転を完了する１サイクルを有している。 変速機は出力軸に取り付けた出力ディスクを含み、この出力ディスクが、出力 軸と直交状態で半径方向に伸延するフェースカムを有している。このフェースカ ムは被駆動カム部材トラックを形成する溝付を有するカムトラックを有し、出力 軸に沿って駆動側のフェースカムの駆 動カム部材トラックに相対して位置決めされる。このフェースカムの被駆動カム 部材トラックは所望の速度変換、つまりここでは駆動カム部材の単一サイクルに 従う割合を達成するべく選択した複数サイクルでの上昇及び下降モードを有して いる。この被駆動カム部材の複数サイクルでの上昇及び下降モードは各々、変換 を一様化するべく半径方向変位量が同一となるようにする。 この好ましい具体例の変速機は、複数の長孔を具備する反力ディスクを有し、 これら複数の長孔が、共通ハウジング内にその全てが格納される伝達要素（即ち ボール）の夫々を受ける。本発明は、各伝達要素を通して出力位置での３６０° 回転のためのトルクが伝達される状態に於て、出力位置に一定速度での３６０° の回転を創出する。全ての伝達要素が連続的に負荷を配分することにより、各伝 達要素での単位負荷が減少する。 本発明の逆変速機具体例に於ては、フェースカムの曲線及びボールの幾何学的 形状は色々であるが、駆動カム、反力ディスク、被駆動カム部材は尚必要である 。かくして、前記変速機の駆動カム部材と逆駆動カム部材とは相互変換すること が出来る。 本発明の特定具体例では、変速継ぎ目の無い可変変速機が例示される。この具 体例では反力ディスクが入力分散／減衰装置として作用する。反力ディスクが、 ギヤ歯のような連結構造部を設けた外側円周部を有し、制御装置が停止状態の時 、この外側円周部の前記連結構造部が 反力ディスクに繋がることにより、全トルクスループットが変速機の出力側に取 出される。制御装置が反力ディスクの回転を許容すると、反力ディスクの繋ぎの 程度が変動し、その結果、この反力ディスクを介しての変速機への入力の幾分か が分散され、それに従い変速機の出力が減衰される。かくして、反力ディスクの 回転力が減衰するに従い、変速側の出力も減衰する。 更に別の具体例では、低速駆動ループ及び高速ループを具備する、変速継ぎ目 の無いワイドレンジ型の変速機が提供される。コンピューター（例えばマイクロ コンピューター或はマイクロプロセッサー）制御式の制御体が、もっと大きい及 びもっと小さい各トルク要求量を満たすべく、関連する反力ディスクの繋ぎの程 度をうまく制御する。こうした要求量は、加速、変速、惰性走行といった瞬間的 な条件並びにその変化を反映する。 本発明のシステムの１具体例に従えば、エネルギー回収機能が提供される。こ の機能では、エネルギー回収装置、例えば“発電機”（例えばゼネレーター、オ ルターネーター、コンプレッサー、ポンプその他）が、発生するエネルギーを反 力ディスクを介して回収し、これを使用し或は蓄える。貯えた発電機の出力を後 で利用することにより、運転効率は最適化される。この最適化は、コンピュータ ー制御下に於てのみ最適に送達され、さもなくば失われてしまったエネルギーを 使用して発電機が作動されると言う事実に基づくものである。 コンピューター制御式のシステムによれば、反力ディスク位置で取り出し得る 回転エネルギーを使用して、従来通りの補助動力システム、例えば電力、ブレー キ及びパワーステアリングを作動させることが出来る。前記回転エネルギーを、 そうした負荷の要求量に応じて増減することも出来る。反力ディスク位置で回収 するエネルギーを蓄え或は効率的に使用し、また必要に応じて増減することも出 来、これが燃料効率を最適化する。 本発明はギヤ式の変速機に代替する高効率の変速機を提供する。従来のギヤア センブリーに於て、ギヤが普通に回転する時、各ギヤ歯車は基本的に一度に１つ の歯と噛み合う。この噛み合い時に歯どうしが表面摩擦を生じ且つ相互に滑り合 うことで摩擦損失が生じる。また、単一の歯が全ての作用力と応力とを受ける一 方で、その他の歯にはそれらの力は加わらないので、こうした全作用力と全応力 とを受ける歯は曲がりそして折れてしまう。一度に１つ或は幾つかの歯のみを使 用する従来のギヤアセンブリーはどうしても非効率的である。 他方、本発明の好ましいカム装置によれば、前述の摩擦損失及び非効率性は最 小化され、一方、トルクスループットは最大化される。好ましい具体例ではこれ らのカム装置がずっと効率的な速度変換を行う。それは、全てのカムのサイクル （“歯”）が相互に同時に、且つ同期して（ギヤアセンブリーに於けるように一 度に１つでは無く）作用するからである。このような同時的且つ同期 的作用により、本発明の変速機は本来、代替対象たるギヤアセンブリーよりもず っと効率的である。 更に、フェースカムが平坦であることにより、本発明のカム装置は、従来から の材料に加えて例えばセラミックやエポキシを使用して作製することが出来る。 かくして、本発明のカム装置は従来のギヤ式の、従来材料を使用したものと比較 して当然に効率的であり、しかもずっと高い温度で作動することが可能であり、 作動寿命も長い。 本発明のカム装置は、容積効率及び運転効率が共に高いので、エネルギー及び 性能を重視する用途に於て多くの利益がある。そしてここに開示する変速機が変 速継ぎ目の無いものであることと、可変速性を有することとが、ユーザーのため になる改善を生み出す。 本発明の好ましい同軸の、インラインの具体例は入力駆動源（例えばモーター ）を有し、この入力駆動源が、一次側の駆動カム部材を回転させる一次側の入力 軸に連結される。回転するカムがボールを反力ディスクの第１の組の半径方向長 孔内で半径方向に移動させ、移動したこれらのボールが結局、二次側の被駆動カ ム部材を回転させ、この被駆動カム部材が出力軸を回転させる。 制御駆動源（例えばモーター）が制御駆動カム部材を回転させる。回転する制 御駆動カム部材がボールを反力ディスクの第２の組の半径方向長孔内を半径方向 に移動させ、移動したこれらのボールが結局、その場所での繋 ぎ体に固定した二次側の被駆動カム部材の反力を受ける。制御モーターはこの繋 ぎ体に取り付ける。 反力ディスクは入力軸に回転自在に取り付ける。制御モーター停止時には反力 ディスクは、ボールを介して二次側の被駆動カム部材２２２と、停止状態の一次 側の駆動カム部材２１６とを繋ぐ。ボールは一次側の駆動カム部材に基本的に直 交し、従って制御モーターを逆転させる接線方向での回転力を発生することは無 い。従って、一次側の駆動カム部材の基本的に全ての回転入力が、適宜の変速下 に二次側の被駆動カム部材の駆動出力に変換される。なぜなら、繋がれた状態の 反力ディスクは逆転せずしかもカム間で固定されているからである。制御モータ ーは従って、一次側の駆動カム部材からの、反力ディスクでのトルクに対する反 力トルクを生じない。反力ディスクは、この反力ディスクが受ける反力トルクで 回転（もし拘束されていない場合の）しないためにも繋いでおく必要がある。 制御モーターを賦活してこれを回転させると、反力ディスクが各カムの関係に よって決まる変速比で回転し始める。この回転によりボールが長孔内で移動し始 めると、結局、反力ディスクが駆動され、反力ディスクの回転に対する拘束が弱 まる。ボールの移動方向は反力ディスクの回転方向と一致するので、反力ディス クは制御モーターの回転によって許容される如く回転する。この場合でも、回転 する制御モーターは回転する反力ディスク からのトルクに対する反力トルクを生じない。なぜなら、反力ディスクは制御モ ーターを回転しないからである。 本発明は、ここに引用することによって本願明細書の一部とするところの、１ ９９１年３月１４日付けで出願され“変速機”と題する米国特許出願番号第６７ ０，２６３号、１９９３年６月１１日付けで出願され“高効率の可変変速機”と 題する米国特許出願番号第０８／０７６，０１０号、そして１９９２年３月１３ 日付けで出願され“変速機”と題するＰＣＴ出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ／９２／０ ２０２３号の教示する事項を含むものであって、それには、駆動カム部材が少な くとも１つのサイクルを有し、被駆動カム部材が複数のサイクルを有し、出力側 での速度が減少する場合、長孔を分ける角度Ｇが各被駆動カム部材サイクルに対 する角度ｒよりも大きくなければならないことが含まれる。最小角度Ｇは以下の 式で計算する。 或はボールのための長孔を分ける角度Ｇは、出力側での速度を増加する場合、 駆動カム部材のサイクルの各々に対する角度ｒ未満のものとすべきである。 （図面の簡単な説明） 図１は本発明の自動車用の可変変速機の概略斜視図で ある。 図２は本発明の変速機の基本要素を示す平面図である。 図３は変速継ぎ目の無い、可変速の、自動車用変速機の高速モード状態を示す 概略斜視図である。 図４は図３の多段ステージ構成としてなる本発明に従う変速機の概略斜視図で ある。 図５は、本発明に従う、変速継ぎ目の無い、可変速の、自動車用変速機の好ま しい具体例の概略斜視図である。 （発明の実施の形態） 図１には本発明の具体例が、自動車の一部分としての単一ステージの可変速変 速機アセンブリー（以下、単に変速機とも称する）が番号１０で示されている。 変速機１０はハウジング１２と、複数の相互作用要素（例えばボール１４）と、 入力軸２０を介し、回転入力源１８（例えばエンジン或はモーター）に連結した 駆動カム部材１６と、出力軸２６を介して自動車の車輪２４と連結した被駆動カ ム部材２２とを有している。長孔を形成した反力ディスク２８が制御アセンブリ ー３０を介してハウジング１２に連結される。ハウジング１２には入力側のベア リング或はブッシュを使用して駆動部材が取り付けられ、また被駆動部材が出力 側のベアリング或はブッシュによってハウジング１２に取り付けられる。駆動部 材と被駆動部材とは駆動軸Ａを中心として各々対称配置 される。 図２には１２：１での変速比のための基本部品が示され、この場合、駆動カム 部材１６は駆動カム部材ディスク１６ａを有し、この駆動カム部材ディスク１６ ａには単一サイクルの駆動カム部材トラック１６ｂがそのフェースカムに形成さ れる。前記基本部品には更に、被駆動カム部材ディスク２２ａを有する多サイク ルの被駆動カム部材２２が含まれ、この被駆動カム部材ディスク２２ａのフェー スカムには多サイクルの被駆動カム部材トラック２２ｂが形成される。長孔を形 成した反力ディスク２８のその長孔２９内をボール１４が揺動する。ボールは、 回転する駆動カム部材トラック１６ｂによって駆動され、これら揺動するボール が前記多サイクルの被駆動カム部材トラック２２ｂのフランク、即ち斜面部分と 協働して被駆動カム部材ディスク２２ａを前記変速比でもって回転させる。この 変速比は駆動カム部材のサイクル数に対する被駆動カム部材のサイクル数によっ て決まる。 好ましい具体例に於て、本発明の全てのカムは共役対として協働する。対をな す各カムは共役であると考えられる。なぜならそれらカム対は前記長孔内でのボ ールの移動方向が変化する瞬間を除き、ボールが同一の一定速度で常に一様且つ 同時に移動すると言う条件を満たさなければならないからである。長孔はボール の想定移動距離よりも長く、従ってこの方向変換には影響しない。各 カムは、この方向変換に際して各ボールが基本的に負荷を受けず、かくして摩擦 損失が小さくなるようにも構成される。ボールの理想最大数は被駆動カム部材の サイクル数よりも１つ少ないようなものとして決定し、反力ディスクの長孔の数 はこ０のサイクル決定数に準じて選択する。例示した変速比は１２：１であるが 、任意の所望の変速比を得るべく任意のサイクル数を選択して良い。 前記制御アセンブリー３０は、反力ディスクを制御し、可変の且つ制御し得る 状態で可変比率の角速度を得るために設けられる。この制御により、変速機から エネルギーが取り除かれ、斯くして変速機出力側での制御可能な且つ可変比率で の変速が提供される。かくして、変速機出力は、反力ディスクが繋ぎ状態即ち固 定状態の時には一定であり、反力ディスクの繋ぎ状態を変更或は調整するとそれ に伴って変化する。 反力ディスクの角速度を変更することにより、変速継ぎ目の無い可変の変速が 提供される。その結果、変速機への入力駆動源（例えばガソリンエンジン或は電 気モーター）をその最適速度で運転することが出来、自動車の走行速度を反力デ ィスクの角速度を変更することによって制御することが出来る。 この具体例では反力ディスクはその周囲部分に歯溝３２を有し、従って平歯車 を構成する。歯溝３２は、制御アセンブリー３０の電動制御式のモーター３８の 軸３６端上の歯溝付きカップリング３４（例えば協働する 平歯車）と連結する。制御アセンブリー３０はモーター３８を制御するためのマ イクロプロセッサー／ドライブ回路をも有する。オペレーターは単にこのモータ ーの速度を変更して反力ディスクの角速度を制御することにより、エンジン１８ から変速機出力２２（自動車の車輪２４に連結された）に送られる変速機入力を 調整し、斯くして自動車の走行速度を制御する。反力ディスクのモーター３８は かくして、反力ディスクの回転方向と反対の一方向に回転し、即ち反力ディスク を固定し、或は他方向に回転し、所望の自動車速度に合わせて反力ディスクの回 転を加速する。 モーター３８に第２の組の巻線４２を設け、モーター３８が駆動されず且つ“ 自由回転状態”にある場合に、反力ディスクを介してシステムから逃げ出す回転 エネルギーを捕捉する発電機として作用出来るようにするのが好ましい。或はま た、独立した発電機を使用してこの回転エネルギーを捕捉しても良い。発電機は バッテリー４４に接続し、この捕捉した回転エネルギーを蓄える。 図３を参照するに、本発明の別態様に従う、自動車用の、変速継ぎ目の無い可 変変速機１００が高速モードに於て例示されている。モーター或はエンジン等の 回転入力源１０２が軸１０３及びギヤ１０４を介して可変速の変速機アセンブリ ー１０７、１０８の入力側の駆動カム部材ディスク１０５、１０６に、夫々ギヤ １０９、１１０及び軸１１１、１１２を介して連結されている。 （別様にはこれらのギヤ１０９、１１０を駆動カム部材ディスク１０５、１０６ の後ろ側に設ける） 変速アセンブリー１０７が駆動カム部材ディスク１０５のフェースカムに入力 側の駆動カム部材トラック１１４を、そして被駆動カム部材ディスク１２１のフ ェースカム上には出力側の被駆動カム部材トラック１１６を含む。これらの駆動 カム部材トラック１１４及び被駆動カム部材トラック１１６は、反力ディスク１ ２０の長孔（図２参照）内を移動するボール１２０により相互作用する。被駆動 カム部材ディスク１２１位置での出力が軸１２２を介してギヤ１２４に伝達され る。ギヤ１２４は、協働するギヤ１２６を介して自動車の車輪１２８に最終的に 連結される。 可変速の変速アセンブリー１０８もまた、入力側の駆動カム部材トラック１３ ０と出力側の被駆動カム部材トラック１３２とを含み、これらは反力ディスク１ ３８の長孔内部を移動するボール１３６を介して相互作用する。反力ディスク１ ３９からの出力が軸１４０を介してギヤ１４２に連結され、このギヤ１４２は結 局、自動車の車輪１２８に連結される。 変速アセンブリー１０７は低減速用に設計され、協働するギヤ１０４、１０９ 、１２４、１２６と、協働するカムトラック１１４、１１６とを含み、変速機の 低トルク高速ループセクションとして作用する。 変速アセンブリー１０８は高減速用に設計され、協働 するギヤ１０４、１１０、１４２、１２６と、協働するカムトラック１３０、１ ３２とを含み、変速機の高トルク低速ループセクションとして作用する。 低速及び高速の各モードセクションは相互作用状態でしかも変速継ぎ目を生じ ること無く協働して車輪１２８に対する出力を連続的に調整する。これは、反力 ディスク１２０、１３８が、夫々の周囲部分の歯溝１４４、１４６と、各制御装 置１５４、１５６の夫々のギヤ１５０、１５２とを介して装置ハウジングに選択 的に繋がることにより達成される。 制御装置１５４、１５６及びモーター／エンジン等の回転入力源１０２はコン ピューター／プロセッサ１６６の制御下に作動する。コンピューターはアクセル 、点火装置、速度計、制動回路１６８からの、その全てがコンダクタ１６９を通 る入力にも応答する。この制御機能は、反力ディスクが切れた場合には、負荷状 態の変速機出力に認め得るほどに回転入力が伝達されないことが実現されたこと に基づくものである。かくして、例えば反力ディスク１３８が完全に繋がれ、反 力ディスク１２０が切れて（例えば自由回転状態）いる時、入手し得る全ての回 転スループットは変速アセンブリー１０８を通して車輪に伝達される。同様に、 反力ディスク１２０が完全に繋がれ、反力ディスク１３８が切れている時には入 手し得る全ての回転スループットは変速アセンブリー１０７を通して車輪に伝達 される。 制御装置１５４、１５６は例えば先に説明したような電気モーターであるのが 好ましい。最も好ましくは、発電機或は巻線１５８、１６０をそれらモーターの 軸１６２、１６４にも連結し、それら発電機をバッテリーその他の捕捉装置１６ ５に連結し、切れた状態の反力ディスク位置での回転エネルギーを回収する。こ の回収能力を与えることにより、全ての自動車の発電装置（例えばゼネレーター 、オルタネーター、エアコンのコンプレッサー、パワーステアリング及びパワー ブレーキポンプその他）を要求サイクル並びに自動車速度の要求量によって制御 し、そして随意的にはコンピューターによって制御しつつ作動させることが可能 となる。 使用に際し、回転入力源１０２は定速或は可変速のターボ、ディーゼル或は従 来通りの、電気式の、加圧型の或は内燃機関の何れかのエンジン或はモーターで あり得る。何れにせよ、回転入力源１０２は変速アセンブリー１０７、１０８に 回転入力を供給する。回転入力源１０２からの回転入力が時計方向回転で供給さ れると仮定した場合、各変速アセンブリー１０７、１０８の入力側がギヤ１０９ 、１１０を介して反時計方向に回転し、この回転が結局、出力ギヤ１２６を通し て車輪に時計方向の駆動力となって伝わる。従って、停車時にエンジンを回し、 アクセルを踏むと、変速アセンブリー１０７の反力ディスク１２０はコンピュー ター１６６の命令に従う制御体１５４の制御下に時計方向に駆動され或は少な くとも時計方向に自由回転すると同時に、変速アセンブリー１０８の反力ディス ク１３８が制御体１５６によって繋がれ、従って、エンジンの駆動エネルギーは ギヤ１０４、１１０の位置で変速アセンブリー１０８及びギヤ１４２、１２６を 介して車輪１２８に伝えられる。 同時に、変速アセンブリー１０８の出力は出力ギヤ１２６を介して変速アセン ブリー１０７の出力ギヤ１２４にも連結される。かくして、出力ギヤ１２４は反 時計方向に回転され、この回転が被駆動カム部材ディスク１２１を通して変速ア センブリー１０７に入力され、繋がれた或は自由回転状態の反力ディスク１２０ を、反時計方向に回転する駆動カム部材ディスク１０５及び被駆動カム部材ディ スク１２１の夫々の角速度間の回転差に従い、時計方向に回転させる。こうして 回転する反力ディスク１２０を、ギヤ１４４、１５０を介して発電機１５８に連 結することにより、この反力ディスク位置で失われる回転エネルギーを回収して バッテリー１６５の如きに蓄え、最大の作動効率を得るようにする。反力ディス ク１２０が繋がれ、反力ディスク１３８が切れている時、反力ディスク１３８が 変速アセンブリー１０８の出力１３９によってギヤ１２４、１２６、１４２を介 して駆動される場合も同じことが言える。 自動車の走行速度が運転速度になるに従いドライバーがアクセルを緩めると、 コンピューターは速度維持モードに入る。このモードでは反力ディスク１２０、 １３８ は高速モードの変速アセンブリー１０７に最大の駆動入力エネルギーが加わるよ う制御される。この制御は、変速アセンブリー１０７の反力ディスク１２０を、 制御体１５４を介して部分的に或は完全に繋ぐ一方で、変速アセンブリー１０８ の反力ディスク１３８を、制御体１５６を介して部分的に或は完全に切ることに より行う。コンピューター１６６は制御体、回転入力源１０２、アクセル、点火 装置、バッテリー、速度計、制動回路１６８を連続的にポーリングし、このポー リングに従い変速機及びエンジンに指令を出す。発電機１５８、１６０が回転す る反力ディスク位置で失われるエネルギーを回収する。 当業者には明らかなように、制御体１５４、１５６、回転入力源、即ちモータ ー／エンジン１０２はコンピューター／プロセッサ１６６の制御下に作動する。 このコンピューター／プロセッサは従来通りのものである。コンピューターはア クセル、点火装置、速度計、制動回路１６８からの、その全てがコンダクター１ ６９を介する入力に応答する。これは従来の多くの自動車の“クルーズコントロ ール”システムの閉ループ制御システムと類似のものである。 例示目的上、高速モードセクションを構成する変速アセンブリー１０７の変速 比は１：１とし、低速モードセクションを構成する変速アセンブリー１０８のそ れは６：１とする。反力ディスク１２０が自由回転状態にあ り、反力ディスク１３８が完全に繋がれた状態にあるとすると、４０００ｒｐｍ の回転入力によって車輪速度はおそらく約４０ＭＰＨ（約６４ｋｍ／ｈ）となる 。前記反力ディスク１２０をやはり自由回転状態とし、反力ディスク１３８を徐 々に切ると、車輪速度は漸次減少して０となる。 反力ディスク１３８が完全に繋がれた状態に近付き、自動車が所望の速度とな ると、コンピューター１６６はこのコンピューターの制御下に反力ディスク１２ ０を繋ぎ始め、また反力ディスク１３８を切り始め、変速機能を高速モードセク ションである変速アセンブリー１０７に移行し始める。反力ディスク１２０が完 全に繋がり、反力ディスク１３８が切れると変速は完全に高速モードに入る。回 転入力値が４０００ｒｐｍであり、変速アセンブリー１０７での変速比が６：１ であるとすれば、車輪速度はおそらく８０ｍｐｈ（約１２８ｋｍ／ｈ）となる。 全てをコンピューターで制御する状態に於て、バッテリー１６５を充電しつつ、 エンジンの回転速度を増減し或はエンジン速度を変更することなく、前記２つの 反力ディスクがコンピューターの決定する如く回転することが出来る。 自動車をバックさせるための逆転アセンブリー１７０をさらに設ける。この逆 転アセンブリーは、カム曲線及びボールの幾何学的形状は様々ではあるが、駆動 カム部材、反力ディスク、被駆動カム部材を使用する配列構成 に於て設けることが出来るものである。かくして、逆転駆動体を、適宜の接続／ 断続用の構造部分を介し、本発明に従い必要に応じて選択的に接続させることが 出来る。 前述の具体例は低速及び高速の各モードの駆動ループを有している。ある減速 比から別の減速比への変更を更に効率化するための追加のループを設けることが 出来る。また、幾つかの変速ステージを合致させることによって減速比をもっと 大きくすることも出来る。変速継ぎ目のない様相はこれらの具体例でも得られる 。 図５には、本発明の同軸の、インラインの好ましい具体例２００が示され、入 力駆動源２０１（例えば電気モーター）がカップリング２０２を介して一次側の 入力軸２０３に接続され、この入力軸２０３が一次側の駆動カム部材２０４を回 転している。この駆動カム部材２０４は回転することによってボール２０５を反 力ディスク２０９の第１の組の半径方向長孔２０７の内部を半径方向に移動し、 移動するこれらのボールが結局、第２の組の駆動カム部材２１０を回転させ、結 局、出力軸２１１を回転させる。 制御駆動源２１４（例えば電気モーター）が駆動カム部材２１６を回転させる 。回転する一次側の駆動カム部材２１６はボール２１８を反力ディスク２０９の 第２の組の半径方向長孔２２０内を半径方向に移動させ、これら移動したボール が結局、ハウジング２２４に固定した 二次側カム２２２の反力を受ける。駆動モーター２０１がハウジング２２５に取 り付けられる。ハウジング２２５は結局、ハウジング２２４に固定され、部分的 接続を確立する。 反力ディスク２０９が、入力軸２０３に取り付けたベアリング２２６に回転自 在に取り付けられる。制御駆動源２１４が停止状態の時、この反力ディスク２０ ９はボールを介し、繋がれた状態の二次カム２２２と停止状態の一次側の駆動カ ム部材２１６との間に繋がれる。ボールはこの一次側の駆動カム部材２１６に基 本的に直角に当っているので、この反力ディスクからの力が制御駆動源を逆転さ せる回転接線力を発生させることは無い。従って、一次側の駆動カム部材の基本 的に全ての回転入力は、適宜の減速状況に於て出力側の二次カム２１０の回転に 変換される。なぜなら、繋がれた状態の反力ディスクは逆転出来ず、従ってカム 間隙間で固定されているからである。制御駆動源は従って、一次側の駆動カム部 材からの反力ディスクの反力トルクを受けることが無い。反力ディスクは、（仮 に拘束されていないとして）反力トルクを受けて回転しないようにするために繋 がれている必要がある。 制御駆動源が賦活され回転し始めると、反力ディスクは駆動カム部材２１６、 二次カム２２２の関係によって決まる減速比で回転する。ボールが長孔内で移動 し、結局反力ディスクを回転させることから、前記回転が反力 ディスクの回転に対する拘束を弱める。ボールの移動方向は反力ディスクの回転 方向と一致する。従って、反力ディスクは制御駆動源の回転によって許容される 如く回転し、その場合、回転する制御駆動源は反力ディスクから反力トルクを受 けない。なぜなら反力ディスクはこの制御駆動源を逆転させ得ないからである。 前述の具体例に従えば、任意の角速度及び回転駆動入力に対し、変換される速 度出力側での回転出力の角速度及び回転駆動力は、リテーナーを固定した場合に は一定であり、或は、このリテーナーの角速度及び回転駆動力を調整することに より調整される。 本発明には多くの用途があり、それらには、自動車用変速機、ロボット、昇降 装置その他が含まれる。以上本発明を具体例を参照して説明したが、本発明の内 で多くの変更を成し得ることを理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置であって、 回転入力と連結する駆動部材と、被駆動回転出力を駆動するための被駆動部材 と、 前記駆動部材の角速度と回転駆動力とを前記被駆動部材の角速度と回転駆動力 とに変換するための変換手段と、 該変換手段の回転運動を変更及び制御し得る状態で制御することにより前記被 駆動部材の角速度と回転駆動力とを変更するための変更手段とを含み、 前記駆動部材と被駆動部材とが、軸線方向に伸延する共通駆動軸に沿って同軸 状態で配設された共役対をなす装置を有し、前記変更手段が前記軸線方向に同様 に伸延する変更手段軸線と同心であり、 前記変換手段が前記共通駆動軸を中心として回転自在の反力部材を含み、該反 力部材が前記駆動部材及び被駆動部材に連結され、また相互作用要素を受けるた めの少なくとも１つの細い長孔を有し、前記駆動部材及び被駆動部材が前記相互 作用要素を介して相互作用し、前記相互作用要素が、前記駆動部材及び被駆動部 材の相互作用要素を介して相互作用するころにより、前記細長の長孔の内部で揺 動してなる、回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 ２．反力部材が反力ディスクを含み、該反力ディスクと被駆動部材とが回転自 在の被制御装置であり、変更手段が、回転制御入力に連結するための駆動カム部 材と、前記回転自在の被制御装置の１つと連結して被駆動出力を制御するための 被駆動カム部材とを有してなる請求の範囲１の回転入力を被駆動回転出力に変換 するための装置。 ３．駆動部材がフェースカムを有し、被駆動部材の１つがフェースカムを有し 、これらフェースカムが共通軸線を中心として回転自在である請求の範囲２の回 転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 ４．駆動部材を回転させるための一次駆動源を有し、変更手段が、変換手段を 回転させるための制御駆動源を有してなる請求の範囲１の回転入力を被駆動回転 出力に変換するための装置。 ５．反力部材がその半径方向に於て少なくとも１つの長孔を有し、該長孔の中 心線が、駆動カム部材、被駆動カム部材、前記半径方向長孔の長手方向に沿って 移動する相互作用要素の中心の接点の軌跡により反力部材の半径方向に於て画定 されてなる請求の範囲４の回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 ６．反力部材がその半径方向に於て少なくとも１つの長孔を有し、該長孔の中 心線が、駆動カム部材、被駆動カム部材、前記半径方向長孔の長手方向に沿って 移動する相互作用要素の中心の接点の軌跡により反力部材の半 径方向に於て画定されてなる請求の範囲１の回転入力を被駆動回転出力に変換す るための装置。 ７．被駆動部材が第１ステージと第２ステージとを有し、該第２ステージが第 ２の対をなす駆動部材及び被駆動部材を有し、前記第１ステージの出力が第２ス テージの入力に連結され、第２ステージの出力が被駆動部材の出力に連結され、 第２ステージが、第１の対をなす被駆動部材の角速度と回転駆動力とを該第２ス テージの被駆動部材の角速度と回転駆動力とに変換するための関連する変換手段 を含んでなる請求の範囲１の回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 ８．駆動カム部材が少なくとも１つのサイクルを有する駆動カム部材であり、 被駆動カム部材が複数のサイクルを有する被駆動カム部材であり、反力部材の長 孔を分離する角度Ｇが、出力側での速度を減少させるために被駆動カム部材の複 数のサイクルの各々により定まる角度ｒよりも大きく、前記角度Ｇが、式 により求められてなる請求の範囲３の装置。 ９．駆動カム部材が、少なくとも１つのサイクルを有する駆動カム部材であり 、被駆動カム部材が少なくとも１つのサイクルを有する被駆動カム部材であり、 装置の減速（ＳＲ）が、被駆動カム部材のサイクル数（Ｚ）に 対する駆動カム部材のサイクル数（Ｗ）に、式 で示される如く逆比例してなる請求の範囲３の回転入力を被駆動回転出力に変換 するための装置。 １０．変換手段が回転自在の反力装置を含み、変更手段が前記反力装置の回転 を変化させるために前記反力装置の周囲部分と連結する制御装置を含んでなる請 求の範囲１の回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 １１．変更手段が、回転する反力手段の回転エネルギーを捕捉するための捕捉 装置を有してなる請求の範囲１０の回転入力を被駆動回転出力に変換するための 装置。 １２．反力装置が反力ディスクであり、捕捉装置が発電機を含んでなる請求の 範囲１１の回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 １３．回転エネルギーを電気エネルギーに変換するための手段を含み、捕捉装 置が、前記変換のために前記変換手段に連結したバッテリーを含んでなる請求の 範囲１１の回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 １４．制御装置がモーターを含み、捕捉装置が前記モーターと関連する発電機 巻線を含んでなる請求の範囲 １１の回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 １５．回転入力に連結するための第２の駆動部材と、被駆動出力を駆動するた めの第２の被駆動部材と、 前記第２の駆動部材の角速度と回転駆動力とを前記第２の被駆動部材の角速度 と回転駆動力とに変換するための第２の変換手段と、 該第２の変換手段を変更及び制御し得る状態で制御することにより、前記第２ の被駆動部材の角速度と回転駆動力とを変化させるための第２の変更手段と、 第１及び第２の変更手段を共に制御するためのプロセッサとを含んでなる請求 の範囲１の回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 １６．駆動カム部材が、少なくとも１つのサイクルを有する駆動カム部材であ り、被駆動カム部材が、複数のサイクルを有する被駆動カム部材であり、各長孔 が角度Ｇに於て分離され、被駆動カム部材の各サイクルが角度ｒを定め、前記角 度Ｇが前記被駆動カム部材の各サイクルにより定められる角度ｒよりも小さい請 求の範囲３の回転入力を被駆動回転出力に変換するための装置。 １７．長孔が貫通型の長孔であり、反力部材が駆動部材と被駆動部材との間に 位置付けられてなる請求の範囲１の回転入力を被駆動回転出力に変換するための 装置。 １８．入力する角速度と回転駆動力とを、出力する角速度と回転駆動力とに変 換するための方法であって、 主たる軸線方向に伸延する共通軸線に関し回転自在の同軸の一対の装置を設け ること、 該装置の一方の角速度と回転駆動力とを他方の装置の角速度と回転駆動力とに 可変的に伝達するための可変伝達手段を設けること、 該可変伝達手段を前記主たる方向に沿って伸延する少なくとも１つの軸線と同 軸に整合させることにして、前記可変伝達手段が、前記共通軸線を中心として回 転自在の反力部材を含み、該反力部材が駆動部材及び被駆動部材と連結され且つ 相互要素を受けるための少なくとも１つの長孔を有し、前記駆動部材及び被駆動 部材が該相互要素を介して相互作用するようになっている、可変伝達手段を前記 主たる方向に沿って伸延する少なくとも１つの軸線と同軸に整合させること、 入力する角速度と回転駆動力とを、前記駆動部材及び被駆動部材の前記相互作 用を介し、出力する角速度と回転駆動力とに可変的に変換すること を包含してなる、入力する角速度と回転駆動力とを、出力する角速度と回転駆 動力とに変換するための方法。 １９．可変伝達手段に、長孔を形成した反力ディスクと少なくとも１つの相互 作用要素とを設けること、 対をなす装置の一方の装置を、前記相互要素を介して他方の装置に直結するこ と、 共通軸線の方向に伸延する非逆転性の制御手段を設けること を含んでなる請求の範囲１８の入力する角速度と回転駆動力とを、出力する角 速度と回転駆動力とに変換するための方法。