JP6441082B2 - 変速機 - Google Patents

Description

本発明は、変速機（バリエータ）に関する。より具体的には、本発明は、機械的変速システムの構成要素である変速機に関する。

本明細書において、変速機は、２つの回転可能要素を相互接続させ、これにより回転時にこの２つの回転可能要素がある比（「変速比」と呼ばれる）によって互いに関連する回転速度を有し、この比は、最小変速比と最大変速比の間を実質的に無段で変化することができる変速機の構成要素である。詳細には、本発明は、変速機の軸線に垂直な方向で半径方向の力を加えるテークオフ駆動装置を有する変速機に関する。

フルトロイダル変速機
一連の変速機は、「フルトロイダル」変速機として公知である。フルトロイダル変速機は、変速機内に入力レースと出力レースとを備え、これらレースは、共通軸線（「変速機軸線」）の周りを回転する。通常はディスクの形態である各レースは作動面を有し、各作動面は、変速機軸線に平行な方向で対面するように構成される。各作動面内には、変速機軸線と同軸に弓形断面の環状凹部が形成される。この凹部は、変速機軸線に対して実質的に同じ半径（「トロイダル半径」）で位置付けられ、これら凹部の断面が共通の仮想円上にあるように配列され、その仮想円の平面が変速機軸線と交差し、仮想円の中心が作動面に平行で作動面間に等間隔に配置された面（「中心面」）内にある。仮想円を変速機軸線の周りに延ばすことにより、仮想トーラスが描かれ、作動面がトーラスの対向する境界領域を占める。従って、レースの作動面間のスペースは、「トロイダルキャビティ」と呼ばれる。

回転可能要素は、レースの表面上で転動するように装着され、本明細書では、転動要素又はローラと呼ばれる。トロイダルキャビティ内には複数の転動要素が設けられる。各転動要素は、２つのレースのそれぞれの作動面と接触する（以下で検討する条件に従って）転動面を有する。各転動要素は、それぞれのキャリッジにおいて担持され、転動面の中心となる転動軸の周りでキャリッジに対して回転できるようになっている。

キャリッジに対するレースのうちの一方のレース（本明細書では「入力レース」と呼ぶ）の回転により、各転動要素が回転するようになり、またこれにより、入力レースの回転と反対方向で他方のレース（本明細書では「出力レース」と呼ぶ）が回転するようになる。加えられたトルクに応答して出力レースが回転できるようになる場合、出力レースは、入力レースの回転とは反対方向に回転することになる。このような回転中、各転動要素は、それぞれの作動面上で描かれるそれぞれの円形接触軌跡の周りで入力レース及び出力レースと接触することになる。これら２つの軌跡が同じ半径である場合、出力レース及び入力レースは、同じ回転速度（反対方向ではあるが）を有することになる。しかしながら、入力レース上の軌跡の半径（「入力半径」）が出力レース上の軌跡の半径（「出力半径」）と等しくない場合、出力レースの速度は、入力レースの速度よりも大きいか又は小さくなる。一般に、変速比は、入力半径と出力半径の比に等しくなる。

各キャリッジは、転動軸が移動して入力及び出力半径を変えることができるように構成され、この移動は「傾転」と呼ばれている。少なくとも変速機が平衡状態で作動中であるときには、入力及び出力半径は、トロイダル半径の周りに対称的に配置される。

上記の説明では、作動面と転動要素との間の接触に言及している。しかしながらこれは簡素化されている。トロイダル変速機のほとんどの実施形態は、トラクション（牽引）駆動力を用いて作動する。換言すると、作動面及び転動要素は、トラクション流体中に少なくとも部分的に浸漬される。これは、圧力が閾値を超えたときに急激に増大する粘度を有するという性質がある。レースが回転すると、トラクション流体が、転動要素及び作動面間に形成されるニップ内に引き込まれて、転動面と作動面との間にトラクション流体の薄い層を生成し、よって文字通りこれらの間に接触が存在しない。十分なトラクション駆動力を得るために、レースを変速機軸線に沿って互いに向けて付勢する端部荷重が加えられる。端部荷重は、作動面と転動面との間の界面で適切なトラクションを生成するのに十分な荷重であるが、変速機の効率及び耐久性を損なう程ではない荷重を提供する要件の平衡をとるよう最適化される。多くの実施形態において、レースは、端部荷重に応答して変速機軸線に沿って僅かな移動を生じることができる。

上述のフルトロイダル変速機の一般的構成の範囲内で、キャリッジの制御、装着、及び移動の自由度、レースの数及び構成、転動要素の数及び構成などに関して極めて多くの変形形態が実施可能である。

レースを定義するための用語「入力」及び「出力」の使用は、これらの構成要素に関する機能的又は構造的限定として解釈すべきではなく、これらは単に標識に過ぎない。変速機は、完全に対称的作動とすることができる。これらは通常、特定の文脈において簡潔で分かりやすい説明を提供するよう選ばれることになる。例えば、車両用変速機の場合、入力は通常は原動機に接続され、出力は通常、最終駆動システムに接続され、変速機を通る標準的な動力方向を示すことになる。しかしながら、車両がオーバーラン状態にあるときには、実際には、エンジンブレーキにより変速機の出力から入力に動力が導かれるようになることは理解されるであろう。

本明細書の残りの部分において、用語「変速機」は、文脈上他の意味を示さない限り、上述のフルトロイダル変速機を指す。

変速機の制御
変速機を制御するのに使用される主要な２つの方式、トルク制御と比制御がある。

トルク制御は、変速機の特性から生じる特徴に依存するので、多速度変速機において直接相当するものは存在しない。トルク制御は、図１〜３に関連する国際特許公開第２０１０／０７０３４１号の部品を含む、多くの公報において記載されており、本発明の理解を可能にするのに必要とされる概要のみをここで説明する。

トルク制御は、幾つかの設計特徴を有する変速機に依存する。
・各キャリッジは、中心面に対して僅かな角度で傾斜した反力軸の周りの回転自由度を有する。
・各キャリッジは、アクチュエータにより加えられる力に抗して反力軸に沿って軸方向に移動することができる。

これらの要件の第１は、トルク制御下にある間に傾転角がアクチュエータにより直接制御されないことを意味する点に留意されたい。

各レースは、作動面に接線方向で作用する力を各転動要素に加える。従って、各アクチュエータにより等しく且つ対向する接線方向の力が提供されて、対応する転動要素の転動軸を反力軸に沿って固定して維持されなければならない。アクチュエータにより加えられる力が変化した場合、キャリッジに作用する力が不平衡となり、よって転動軸が移動することになる。変速機の幾何形状は、反力軸に沿った移動時に反力軸の周りに連結が生成され、これによりキャリッジが回転するように構成される。これは、キャリッジに作用する力の不均衡を低減するように、傾転角、従って変速比を変化させる。従って、キャリッジは、力が均衡状態に戻る新しい傾転角に向かって漸近的に移動し、これが起こったときに変速比が変化する。すなわち、アクチュエータにより加えられる力は、変速機にわたって生じることになるトルクを決定付け、変速機は、当該トルクを得るのに必要とされる変速比を取り入れる。

比制御は、複数の離散的な間隔を置いた比で変速機の制御に対する最も近い類似性を担う。比制御構成において、ローラ及びキャリッジの変位は、ロータキャリッジが受ける反力に応答しない手段により制御される。比制御の基本的作動原理は、制御システムが、所望の動作条件を達成するのに必要な変速比を決定付け、アクチュエータを作動させて、目標比を達成するのに必要な角度まで転動軸が直接傾転するようにキャリッジを移動させることである。

本発明の序論
トロイダル変速機は、車両用主駆動変速機及び補助駆動装置などの高出力密度を必要とするもの、並びに芝刈り機などの低出力密度用途を含む幅広い用途で用いることができる。従来では、特に高出力密度用途において所期のレベルの機械的効率で所期の出力レベルを伝達することを可能にするために、１キャビティ当たりに３つのローラを備えた二重トロイダルキャビティを有する変速機を利用することができる。ローラは、独立したローラ制御機構を有することができ、或いは、ローラ制御機構を連結し、２つのキャビティ間で均一に荷重を分け合えるようにすることができる。これに対応して、このような変速機に付随するコスト及び複雑さは、単一トロイダルキャビティ変速機の場合よりも増大する。更に、個々の制御機構を収容するのに必要な変速機ハウジングのサイズが過度に大きくなる場合があり、ハウジングから望ましくない角度で部品が突出して、望ましくない外部形状になる場合がある。このことは、車両用主駆動変速機及び補助駆動装置などの用途に変速機を組み込む際にパッケージング上の問題を生じる可能性がある。重量、複雑さ、コスト、及びパッケージング上の問題を軽減するために、１つ又は２つのキャビティの各々においてローラを２つだけ含む構成を採用することが有利となる。

変速機の出力は、変速機軸線の半径方向に配置された機構を通じて利用することができ、変速機又は他の手段（例えば、出力シャフト又は出力ディスクの円周方向面上のギア）の１つ又はそれ以上の出力ディスクに動作可能に結合される。一例として、円周方向面上にギア歯を有する出力ディスクは、変速機軸線の半径方向に装着されたギアと噛み合うことができ、ここから出力が取り出されて使用される。また、変速機軸線に垂直な面でチェーンの作用により出力が利用される構成は既知である。このようなテークオフ駆動構成は、変速機の軸線に垂直な方向で出力ディスクに力を与える。この力は、入力シャフト及びローラを半径方向の荷重下に置き、シャフト及びローラがビームの役割を果たすので、これによりシャフト及びローラを撓ませて、入力シャフトの遠位側が引張状態になり、近位側が圧縮状態であるようにすることができる。

シャフト及びローラに加わる曲げモーメントは、ディスク−ローラ接触点の位置に応じて、ディスクとローラとの間の異なる接触垂直荷重によって対応される。テークオフ駆動装置としてスプロケット及びチェーン構成が利用される場合、テークオフ駆動装置と変速機の同じ側に配置されるローラは通常は無負荷であり、ギア構成が利用される場合には、遠位のローラが通常無負荷である。従って、ローラは、異なる接触法線力に曝され、駆動力及びトラクションの不十分な伝達及び耐久性の低下につながる「オーバークランプ」に関連する問題をもたらす可能性がある。この問題は、変速機出力ディスク支持体を設けることにより対処されてきたが、重量の増加又は高コストとなり、又はパッケージング上の制限に起因して実際的ではない場合がある。

国際特許公開第２０１０／０７０３４１号 欧州特許ＥＰ−Ａ−１ ８４６６７２号公報

本発明の目的は、変速機の複雑さ、重量、又はコストを増加させることなく、歪み又は曲げの悪影響を改善することによりこの問題を解決することである。

本発明者らは、上記のことは、ディスク−ローラ接触点が、テークオフ駆動装置と出力駆動装置との間の接触により発生する半径方向の力の方向に実質的に垂直な平面内にほぼ位置し、この面が好ましくは変速機軸線を通過するようにローラをトロイダルキャビティ内に装着することによって達成できることが分かった。

この目的を達成するために、本発明は、第１の態様において、変速機軸線を定める入力シャフト上に回転するように装着された入力面、及び該入力面と共に回転するよう同軸に装着され且つ入力面と共にトロイダルキャビティを定める出力面と、入力面及び出力面と駆動係合する２つのローラと、出力面と動作可能に係合され且つ変速機軸線の半径方向に配置され、これにより変速機軸線に垂直に交差する半径方向接触力が発生するテークオフ駆動装置と、を備えた変速機を提供し、ローラは、変速機の動作範囲内の１つの特定の比で入力面及び出力面とのローラの接触点が接触力の方向に実質的に垂直な平面内にほぼ位置するように配置される。

１つの特定の比において、ローラ／ディスク接触点は、半径方向の力に実質的に垂直な平面内にほぼ位置する。１又はそれ以上の接触点は、変速比が変化したときの実際の動作を含み、ローラ間の荷重の平衡のような他の要因を考慮するため、ローラ／ディスク接触点の大部分を通る平面から僅かに離れることができ、これは、上記平面に「ほぼ」位置するローラ／ディスク接触点を参照することにより示される。従って、この用語は、ローラ／ディスク接触点が略平面関係にある機能を考慮していると解釈すべきであり、この平面が半径方向荷重に実質的に垂直で、どのような厳密な機械的適合性を意味又は示唆するものではないことは理解されるであろう。この平面は、変速機の曲げの中立軸上に位置又は近接しているので、そのため、変速機の各キャビティのディスク及び２つのローラ間の法線接触荷重がほぼ同じであるという結果となる。

ローラ／ディスク接触点の平面は、好適には、半径方向の力に実質的に垂直である。平面は、好ましくは、変速機軸線を通過し、或いは、変速機軸線に十分に近接しており、これによりローラ／ディスク接触点は、テークオフ駆動装置からの半径方向荷重により実質的に影響を受けなくなる。

トロイダルキャビティを定める入力面及び出力面は、好適には、入力ディスク及び出力ディスクそれぞれの上に形成される。

変速機は、好適には、入力ディスクがその上に装着される入力シャフトと、出力ディスクがその上に装着される同軸の出力シャフトと、を備える。

好適には、変速機は、そこを通ってテークオフ駆動装置が出力ディスクと動作可能に係合する出力駆動装置を備える。出力駆動装置は、好適には、出力ディスクと同軸で回転するよう装着される。出力駆動装置は、出力ディスクとは異なる直径を有することができる。或いは、出力駆動装置は、出力ディスクの円周方向表面上に形成することができる。好ましくは、出力駆動装置は、ギア及びスプロケットから選択される。出力ディスクの円周方向表面は、テークオフ駆動装置と係合するための出力ギア又はスプロケット、例えば、出力ギアに半径方向に配置されるチェーン又はベルトを介してギア又はスプロケットを定める歯を備えることができる。

出力駆動装置及びテークオフ駆動装置は、好適には、互いに噛み合うギアであるが、２つのローラと入力面及び出力面との間の接触点により定められる平面に垂直な方向で接触力を与える、チェーン、ベルト、又は駆動力を伝達するための他の何れかの手段によって連結されるスプロケットを備えることができる。

各ローラは、共に又は独立して作動することができる。個別の作動が要求される場合、ローラは、好適には、油圧で作動され、変速機は、各ローラに対して油圧ローラアクチュエータを備える。ローラは、キャリア上に装着することができる。キャリアは、枢動するよう装着することができ、或いは、必要とされるローラ制御システムのタイプに応じて変速機軸線に対して並進もしくは他の移動をするよう装着することができる。キャリアは、以下で説明するように、半径方向及び任意選択的に非半径方向の揺動を有することができる。変速機は、１つ及び１つだけの入力面、出力面、及びトロイダルキャビティを備えることができる。或いは、変速機は、２つのトロイダルキャビティを備えることができる。

第２の態様において、本発明は、第１のトロイダルキャビティを定め、変速機軸線の周りで回転するよう同軸に装着された第１の入力面及び第１の出力面と、第１の入力面及び第１の出力面と駆動係合するローラの第１のペアと、第２のトロイダルキャビティを定め、変速機軸線の周りで回転するよう同軸に装着された第２の入力面及び第２の出力面と、第２の入力面及び第２の出力面と駆動係合するローラの第２のペアと、第１及び第２の出力面と動作可能に係合され且つ変速機軸線の半径方向に配置され、これにより変速機軸線に垂直に交差する接触力が発生するテークオフ駆動装置と、を備えた変速機を提供し、ローラの第１のペア及び第２のペアが、変速機の動作範囲内の１つの特定の比で入力面及び出力面それぞれとのローラそれぞれの接触点が接触力の方向に実質的に垂直な面内にほぼ位置するように配置される。有利には、本発明の二重キャビティ変速機は、各ローラが独立して制御される二重キャビティ変速機よりも複雑でなく、低コストである。変速機はまた、より小型の外部サイズ及び形状を提供し、スペースが限られている用途、例えば、小型車両用途での使用を可能にする。本発明は、公知の二重キャビティ変速機と比べて製造及び組み立てがより経済的な二重キャビティ変速機を提供し、低コスト用途で有利且つ経済的に利用することができる。本発明の変速機はまた、２つのキャビティからの反力トルクの平衡をもたらし、変速機の効率及び信頼性の向上を可能にする。必要とされるアクチュエータがより少ないことにより変速機のサイズ並びに変速機ハウジングからの望ましくない突出部も低減することができ、制御組立体を位置付ける融通性の向上を得ることができる。

本発明の第２の態様の別の実施形態において、変速機は、第１のキャビティ内のローラと第２のキャビティ内のローラが回転可能に装着され、第１のキャビティからの反力トルクと第２のキャビティからの反力トルクとを平衡するよう適合された制御組立体を備えていない。

変速機は、トルク制御又は比制御することができる。第１のキャビティ内のローラは、個別に又は互いに協働して制御することができる。第２のキャビティ内のローラは、個別に又は互いに協働して制御することができ、例えば、各ローラは、油圧ピストンを含むことができるそれぞれのアクチュエータにより独立して制御することができる。１つの実施形態において、第１のキャビティ内のローラは、互いに協働するが、第２のキャビティ内のローラとは独立して制御され、該第２のキャビティ内のローラはまた、互いに協働して制御される。１つの実施形態において、変速機は、２つのトロイダルキャビティを備え、各キャビティが２つのローラを有し、各ローラは、油圧ピストンを含むことができるそれぞれのアクチュエータにより独立して制御される。好ましくは、第１のキャビティ内のローラ及び第２のキャビティ内のローラは、第１のキャビティからの反力トルクと第２のキャビティからの反力トルクとを平衡するよう適合された制御組立体上に回転可能に装着される。

制御組立体は、好適には、第１のキャビティにおいてローラの第１のペアを保持する第１のローラキャリアと、第２のキャビティにおいてローラの第２のペアを保持する第２のローラキャリアと、第１及び第２のローラキャリア間にあり、これによりローラの反力トルクを平衡にすることができる機械的リンク機構と、を備える。ローラは、第１及び第２のキャリア上に回転可能に装着される。用語「キャリア」は、本発明におけるように、２つ又はそれ以上のローラを保持する構成要素を意味するのに本明細書で利用される。本明細書で利用される用語「キャリッジ」は、従来技術におけるのと同様に、単一のローラを保持する部品を指す。好適には、制御組立体は、ローラ全てに同時に加わる荷重を制御する。

変速機がトルク制御される場合、機械的リンク機構は、好適には、枢動点の周りに回転するよう装着される。比制御される変速機では、機械的リンク機構は、枢動可能に装着することができるが、必ずしも枢動可能に装着されなくてもよい。機械的リンク機構は、好ましくは、第１及び第２のローラキャリアに動作可能に結合される、枢動可能に装着されたレバーを備える。機械的リンク機構は、好適には、２つのトロイダルキャビティにわたって延びる。

好適には、制御組立体により、ローラキャリア間の機械的リンク機構を利用して第１及び第２のトロイダルキャビティの反力トルクを平衡又は均等化することが可能となる。トルクが均等に応答していない場合には、機械的リンク機構が移動して、第１のキャビティ内のローラからの反力トルクと第２のキャビティ内のローラからの反力トルクとの間で平衡が戻るまでトルクを再配分するようにする。各ローラは、そのキャリアに戻すよう反応する制御力を生じさせ、この力は、ローラの位置、傾転、ディスク−ローラ接触法線荷重、並びに入力面及び出力面速度によって決まる。キャリアに作用するあらゆるローラ制御力が、同じキャリアに作用する他のローラ制御力の各々に対して大きさが等しくない場合、キャリアは、トロイダルキャビティ内で半径方向に並進し、当該キャビティ内でのローラ制御力を均等化することができる。キャビティ内でのローラ荷重均等化の作用、並びに各キャビティからの反力トルクの平衡又は均等化により、変速機における全てのローラ制御力を正確な限度内で確実に均等化又は制御することができるようになる。キャリア組立体により提供される荷重平衡機構は、製造次の構成部品の製造公差を広げ、これによりコストの低減及び組み立ての容易さを可能にすることができる。

本発明の第１及び第２の態様の変速機は、トルク制御又は比制御することができる。

比制御される変速機は、所要の速度比を示す制御信号を受け取り、所望の比が得られるように制御信号に応答してローラの向きを調整するよう構成される。ローラは、例えば、ローラを傾転することにより所望の速度比を提供するよう異なる位置に向けることができる。変速機は、好適には、所望の駆動比を提供するよう外部供給源からローラ対して制御入力を含む。

「比制御」の１つの実施形態において、トロイダルキャビティ内の複数のローラは、制御部材によって制御される。好適には、少なくとも１つの制御部材は、変速機軸線を通る平面の同じ側で複数のローラに動作可能に結合される。複数の制御部材が存在する場合には、全ての制御部材が変速機軸線を通る平面の同じ側に位置することが更に好ましい。好適には、制御部材は、ローラ中心を通り変速機軸線に平行な軸線の周りの回転成分をローラに与え、ローラが新しい傾斜で勾配するようになる。これにより、ローラの回転軸は、変速機軸線との交点から離れて移動し、ローラは、変速機軸線と再度交差する新しい傾斜に操舵する。

「傾転操舵」と呼ばれるこの動作モードでは、本発明は、有利には比較的低い出力を用いて制御部材を作動させることができる。本発明は更に、２５ワット未満、好ましくは２０ワット未満、特に１０ワット未満、望ましくは５ワット未満の出力で作動することができる制御部材を有する変速機を提供する。

本発明の第２の態様の二重キャビティ変速機の場合、好適には、第１のトロイダルキャビティ及び／又は第２のトロイダルキャビティにおけるローラ用の制御入力が提供され、変速機は更に、第１のローラキャリア及び第２のローラキャリアにおける反力トルクを検知する手段と、反力トルクを検知する手段によって検知された２つの反力トルク間の差違に応答して制御信号を修正する手段とを備える。制御入力は、好適には、機械的リンク機構とは別個のローラキャリアへの外部入力を備える。キャリアへの入力は、外部入力からの専用の入力を備え、或いは、外部入力から及び機械的リンク機構からの入力を備えることができる。機械的リンク機構は、キャリアへの外部入力が得られる情報を提供する検知手段として機能する。

トルク制御される変速機において、通常は、例えば油圧手段によりローラキャリッジへ力を加えることにより、必要な変速機反力トルクを示す信号が提供され、これは変速機の入力及び出力でのトルクの総和である。反力トルクは、変速機ディスクを回転させる傾向となる正味トルクであり、このトルクはまた、変速機ハウジングに反応しなければならない。変速機は、反力トルクとは無関係に、エンジン又は車両の加速又は減速から生じる比変化に対応する。

本発明の第２の態様による二重キャビティ変速機において、第１のローラキャリア、第２のローラキャリア、及び好ましくは両方のローラキャリアは、好適には、固有の支点又は枢動点の周りに枢動可能に装着され、機械的リンク機構は、それぞれの枢動点の周りで枢動するように両方のローラキャリアに対して作用することができる。好適には、キャリアの各々は、変速機軸線に実質的に平行で、機械的リンク機構の基本的枢動点に直角の枢動軸に枢動可能に装着される。機械的リンク機構は、変速機ディスクの接線に実質的に平行の方向で移動するよう装着される。制御組立体は、変速機ディスクの接線に実質的に平行の方向で機械的リンク機構を移動させるアクチュエータを備える。好ましくは、アクチュエータは、機械的リンク機構に作用する。機械的リンク機構用のアクチュエータは、単動式又は複動式とすることができ、好ましくは、複動式である。アクチュエータは、例えば油圧式又は電気式など、従来の手段により制御することができる。

トルク及び比の両方で制御される変速機は、好適には、端部ストップを提供してこれにより、例えば、二重キャビティ変速機における制御組立体の制御部材又は機械的リンク機構である、変速機の機械的構成要素の移動を制限する少なくとも１つの制限機構を備える。

以下の説明は、別途記載のない限り、本発明の第１及び第２の態様のトルク及び比の両方で制御される変速機に適用する。

本発明の第１の態様において、ローラは、上記で説明したようにキャリア上で回転するよう装着することができる。制限機構を設けて、ローラキャリアの移動を制限することができ、好適には、キャリア支点が位置付けられる変速機のハウジングの限定的に定義された長さのスロットを含む。或いは、制限機構は、ハウジング内のスロットとは無関係の機械的端部ストップを含むことができる。

本明細書で記載される制御組立体を有する二重キャビティ変速機の場合、制限機構は、好適には、機械的リンク機構に作用して、枢動点の周りでその回転移動を制限し、これにより回転端部ストップを提供する。制御組立体における機械的リンク機構の回転移動を制限することにより、機械的、油圧的、又は他の構成要素の故障の悪影響に起因したキャリアトルク間のあらゆる大きな差違を縮小することが可能となる。有利には、制限機構に対する機械的リンク機構間の接触に起因して発生するあらゆるトルクは、第１及び第２のキャビティにおけるローラによって均一に担持される。好適には、制御組立体は、半径方向に揺動するよう装着され、第１及び第２のキャビティの各々ないでのローラ間の荷重を平衡することができるようになる。

好ましい実施形態において、第１のローラキャリア及び第２のローラキャリアは共に、制限機構を備える。トルク制御される変速機において、機械的リンク機構は、好適には、比及びトルクの両方で制御される変速機においてディスクの接線方向で移動を制限する制限機構を備え、機械的リンク機構は、好適には、その枢動点の周りの回転を制限する機構を有する。キャリアの何れか又は両方に制限機構を設けることで、有利には、変速機の堅牢性を向上させる。

好適には、制限機構の各々は、機械的リンク機構、アクチュエータ、第１のローラキャリア、又は第２のローラキャリアの何れであるかに関わらず、機械的端部ストップ、例えば、ラグである。

好適には、２つのローラは、例えば、欧州特許ＥＰ−Ａ−１ ８４６６７２において記載されるように、変速機軸線に対して半径方向に移動可能なキャリア上に装着される。キャリアは、好ましくは、変速機回転軸線に対して半径方向で延びるスロットに沿って変位可能な枢動ピンを備える。枢動ピンの直径は、好ましくは、スロットの幅と実質的に同じであり、これにより枢動ピンは、スロットの長手方向での移動が拘束される。別の実施形態において、枢動ピンは、スロットに沿って移動可能なスライダーブロック内に装着することができ、これによりキャリアは、半径方向成分のみを有する方向で、また、半径方向及び非半径方向成分の両方を有する方向で移動することができる。好ましくは、枢動軸は、上記の半径方向で所定距離にわたって移動可能である。

ローラキャリアは、好ましくは、ダンパーを備える。ダンパーは、好適には、キャリアの運動を減衰させて「ハンチング」を低減するように働く。また、キャリアの運動の半径方向で作用する減衰手段は、キャリアのハンチングを低減するのに利用することができる。

変速機の１つ又は複数のトロイダルキャビティは、好適には、フルトロイダルキャビティであるが、必要に応じてセミトロイダルキャビティを利用してもよい。

本発明の二重キャビティ変速機において、変速機の第１及び第２の出力面は、好適には、互いに外方に向いており、第１及び第２の入力面間に配置される。第１及び第２の出力面は、単一ディスクの両側上に形成することができ、又は、シャフトと同軸に回転するよう背中合わせに装着される別個のディスク上に形成することができる。出力面が別個のディスク上に形成される場合、出力駆動装置は、好適には、別個の出力ディスクと同軸に且つこれらの間に装着されて同軸に回転するようにすることができる。出力駆動装置は、出力ディスクと異なる直径を有することができる。単一の出力ディスクが利用される場合、好適には、円周方向表面上に出力駆動装置を備える。好ましくは、出力駆動装置は、ギア及びスプロケットから選択される。出力ディスクの円周方向表面は、好適には出力ギアに対して半径方向に配置される、チェーン又はベルトを介してテークオフギア又はスプロケットと係合するための出力ギア又はスプロケットを定める歯を備えることができる。

本発明の第１及び第２の態様において、別のローラを利用することができるが、これらのローラは、ローラのペアの接触点によって定められる平面内で接触点を同時には有しておらず、垂直の接触力が発生したときに変速機の中立軸から離れて位置するこれらのディスク接触点に起因して圧縮又は引張もしくは両方を受けることになる。しかしながら、好ましい実施形態において、変速機は、トロイダルキャビティ当たりに２つだけのローラを備える。

好適には、ディスクとローラとの間の駆動係合は、トラクション流体を通じたものである。

本発明を具現化する変速機は、好適には、原動機から駆動系に動力を伝達する変速システムにおける構成要素であり、別の態様によれば、本発明は、このような変速システムを提供する。駆動システムは、車両用の主駆動システムとすることができる。このような駆動システムは、内燃エンジンのような単一の原動機を含むことができる。或いは、駆動システムは、ハイブリッド駆動システムのような、複数の原動機を含むことができる。このような構成において、原動機は通常、内燃エンジンと電気モータとを含む。駆動システムは更に、上記又は各原動機からのエネルギーを蓄積及び回収することができる運動エネルギー回収システムを含むことができる。

添付図面において本発明を例示する。

変速機の出力駆動部と係合されたテークオフ駆動装置を備えた本発明の１つの実施形態である二重キャビティ変速機の側面図である。 線Ｉ−ＩＩから見た図１に示す変速機の端面図である。 変速機の出力駆動部と係合されたテークオフ駆動装置を備えた本発明による単一キャビティ変速機の側面図である。

図１及び２に示す変速機は、この場合はトルク制御される本発明による変速機である。連続可変比変速システムは、第１のトロイダル状埋め込み入力ディスク１０と、対面する第１のトロイダル状埋め込み（図示せず）出力ディスク１２と、を有する変速機を備える。出力ディスク１２はまた、反対側にトロイダル凹部１１を有し、第２のトロイダル状埋め込み出力面を提供する。第２のトロイダル状埋め込み入力ディスク１３が設けられ、出力面１１と第２のトロイダルキャビティを定める。２つのローラ１４、１６が、入力及び出力ディスク１０、１２の対向するトロイダル状埋め込み面の間に定められる第１のトロイダルキャビティ内に装着され、ローラ１４、１６を傾転することにより可変となる比で入力ディスク１０から出力ディスク１２に駆動力を伝達する。２つのローラ１５、１７が、入力及び出力ディスク１１、１３の対向するトロイダル状埋め込み面の間に定められる第２のトロイダルキャビティ内に装着され、ローラ１５、１７を傾転することにより可変となる比で入力ディスク１１から出力ディスク１３に駆動力を伝達する。

出力ディスク１２は、ディスク１２の円周方向面上に歯３０を備え、これにより変速機軸線に平行なレイシャフト上でテークオフ駆動装置（例えば、ギア３２）を通じて駆動力を取り出すことができる。図１に示す方向の半径方向の力Ｆｇが発生して、入力シャフトに対して曲げモーメントを与え、これにより入力面１０、１３及び出力面１２、１１のより遠位の部品を湾曲又は広げるようにすることができる。

ローラは、変速機が−１．０の比（入出力間の回転方向と反転していることを示す負の値）であるときに、力Ｆｇが全てのローラ−ディスク接触点を通る平面に対して垂直であるように装着される。この向きでは、ローラ−ディスク接触点が変速機シャフトの中立軸上に位置し、法線接触力が半径方向の力Ｆｇによって実質的に影響を受けず、各ローラ接触が均等な割合の印加された端部荷重力を担持するようになる。

ローラ−ディスク接触部が力Ｆｇに垂直な面から離れる向きであった場合、ギア３０、３２の噛合からより遠位にあるローラほどより小さな接触力を受け、噛合するギア３０、３２により近いローラほどより大きな接触力を受け、不平衡及び不十分な性能を提示することになる。

入力ディスク１０は、システムの入力シャフト１８に接続されて共に回転する。変速機は、出力シャフト（図示せず）を介して出力を提供し、該出力シャフトは、管状とすることができ、出力ディスク１２に接続され、入力シャフト１８と同軸でその周りに配置される。第１の出力面及び第２の出力面を有する出力ディスク１２は、変速機の出力駆動装置を提供し、出力シャフト上に装着される。

変速機は、入力シャフトの外側セクションを支持する略管状のケーシング（図示せず）内に収容される。出力シャフトはケーシングの内寄りにある。

ローラ１４は、ローラキャリア４０内に回転可能に装着される。各ローラ１４、１６及び１５、１７は、同様に装着される。ローラキャリア４０は、第１のトロイダルキャビティにおいて、ローラ１４用のローラキャリッジ４４、４６と、ローラ１６用の対応するローラキャリッジとを備える。ローラキャリア４１は、第２のトロイダルキャビティにおいてローラ１５、１７用の同様のローラキャリッジを備える。ローラ１４、１６及び１５、１７は各々、対向する平坦な支持プレート４４、４６によって定められるローラキャリッジ内に回転可能に装着されたスタブアクスル４２を用いて装着される。ローラの装着は、例証及び明瞭化の目的で１つのローラ上にのみ番号が付与されている。ローラは、球面軸受（例えば、Ｒｏｓｅ Ｂｅａｒｉｎｇ）を介してキャリア４０、４１上に装着される。ローラキャリア４０、４１は各々、２つのローラを保持し、枢動可能に装着されたクロスバー４８、４９を備える。クロスバー４８は、第１のキャビティにおいて２つのローラ１４、１６を連結し、クロスバー４９は、第２のキャビティにおいて２つのローラ１５、１７を連結する。各キャリア４０、４１の枢動点は、２つのローラを保持する２つの球面軸受の中心点の間に位置する。好適には、枢動点は、ブロック７３内に装着される枢動ピン７２を備え、該ブロック７３は、枢動ピンの直径と同じ幅のスロット７１内に受けられ、変速機の回転軸に対して半径方向で細長である。スロットは、変速機内でキャリア４０用の入力及び出力ディスク１０、１２とキャリア４１用の入力及び出力ディスク１１、１３との間のスペース内に突出する装着ラグ内に設けられる。キャリア４０、４１は、変速機軸線に平行な軸線の周りを枢動する。

クロスバー４８、４９は各々、クロスバー４８、４９の軸線に垂直な方向で変速機回転軸から半径方向に突出する作動アーム６０、６１を備える。変速機ハウジングから外に突出するアーム６０、６１の端部は、機械的リンク機構６４と直接機械的に係合するための終端開口のスパナの形状を有する。

機械的リンク機構６４は、枢動点６８の周りに枢動するよう装着された連結レバー６６を備え、アーム６０、６１を通じてキャリア４０、４１に動作可能に連結される。連結レバー６６は、レバー６６の線に垂直な方向で且つディスク１２の接線に平行な直線状に移動可能である。連結レバー６６は、枢動点６８の周りに回転することにより、１つのキャビティからの反力トルクを他のキャビティからの反力トルクと平衡化又は均等化することを可能にし、これにより連結レバー６６の端部は、変速機軸線に垂直な面内でアーム６０、６１を回転及び移動させ、キャビティからの反力トルクを平衡させる。アクチュエータ７０は、好ましくは油圧アクチュエータであり、シリンダーのストロークは、ディスク１２の接線に平行な方向での連結レバー６６の移動に対する制限機構を提供するように働く。

クロスバー４８、４９が枢動すると、両方とも同じ力で、各キャビティ内の一方のローラ１４、１５は押され、他方のローラ１６、１７は引っ張られる。キャリア４０、４１は、変速機軸線から離れて、及び変速機軸線に向かって半径方向に移動することができ、これにより、各キャビティ内のローラ制御力が確実に均等化される。実際の製造及び組み立てプロセスに関連する制限により、低コスト変速機におけるローラ位置の精密な制御及びひいてはディスク−ローラ接触条件が困難になる。従って、異なるローラ間の力の均等化は、低コスト組立体において特に重要であり、この場合、構成要素の製造は低精度である可能性が高く、又は広い許容誤差が指定されている。キャリア４０、４１の枢動の半径方向移動により、当該キャリアに取り付けられた異なるローラにより力が発生する位置までキャリアが移動できるようになり、これは、製造上の差違から発生し、低減又は望ましくは排除されることになる。

図４に示す変形形態において、連結機構が除外され、各アーム６０、６１は、個々のアクチュエータ８０、８２によって独立して作動する。

図２は、キャリア６０内のスロット７１と、変速機のハウジング上に装着され且つブロック７３を通ってスロット７１と係合されるピン７２とを備えたローラキャリアの制限機構を示しており、ブロック７３は、ピン７２上に枢動可能に装着され、変速機の軸線に対して半径方向又は非半径方向でスロット７１に沿って滑動可能である。

図３は、本発明による単一キャビティ変速機を示している。連続可変変速システムは、トロイダル状埋め込み入力ディスク１０とトロイダル状埋め込み出力ディスク１２とを有する変速機を備える。２つのローラ１４、１６（１６は図示せず）が、入力及び出力ディスク１０、１２の対向するトロイダル状埋め込み面の間に定められるトロイダルキャビティ内に装着され、ローラ１４、１６を傾転することにより可変となる比で入力ディスク１０から出力ディスク１２に駆動力を伝達する。

出力ディスク１２は、ディスク１２の円周方向面上に歯３０を備え、これにより変速機軸線に平行なレイシャフト上でテークオフ駆動装置（例えば、ギア３２）を通じて駆動力を取り出すことができる。図３に示す方向のギア力Ｆｇが発生して、入力シャフトに対して曲げモーメントを与え、これにより入力面１０及び出力面１２のより遠位の部品を広げて離すようにする。

各ローラは、変速機が−１．０の比であるときに、力Ｆｇが全てのローラ−ディスク接触点を通る平面に対して垂直であるように入力及び出力ディスクと接触する。この向きでは、ローラ−ディスク接触点が変速機シャフトの中立軸上に位置し、法線接触力が半径方向の力Ｆｇによって実質的に影響を受けず、各ローラ接触が均等な割合の印加された端部荷重力を担持するようになる。

入力ディスク１０は、システムの入力シャフト１８に接続されて共に回転する。変速機は、出力シャフト（図示せず）を介して出力を提供し、該出力シャフトは、管状とすることができ、出力ディスク１２に接続され、入力シャフト１８と同軸でその周りに配置される。第１の出力面及び第２の出力面を有する出力ディスク１２は、変速機の出力駆動装置を提供し、出力シャフト上に装着される。

ローラ１４、１６は各々、アクチュエータ７０によって作動することができ、或いは、単一の作動機構によって共に作動することができる。好適には、油圧アクチュエータを利用して比制御を提供する。変速機は、必要に応じてトルク制御することができる。

１０ 入力ディスク
１１ 入力ディスク
１２ 出力ディスク
１３ 出力ディスク
１４、１５、１６、１７ ローラ
１８ 入力シャフト
４０、４１ ローラキャリア
４４、４６ ローラキャリッジ
４４、４６ 支持プレート
４８、４９ クロスバー

Claims (20)

1. 変速機であって、
   入力面と変速機軸線の周りを回転するように前記入力面と同軸に装着された出力面であって、これらの入力面と出力面が第１のトロイダルキャビティを形成する前記入力面と出力面と、
   前記入力面及び出力面と駆動係合した２つのローラと、
   出力駆動装置と、
   前記出力駆動装置を通じて前記出力面と動作可能に係合され且つ前記変速機軸線の半径方向に配置されたテークオフ駆動装置と、を備え、このテークオフ駆動装置が、作動時、前記変速機軸線に垂直な半径方向の力を発生させ、
   前記ローラは、前記変速機の動作範囲内の１つの特定の比で、第１の接触点で前記入力面と出力面と接触し、前記第１の接触点が前記半径方向の力の方向に実質的に垂直な平面内にほぼ位置し、前記出力駆動装置及び前記テークオフ駆動装置がチェーン又はベルトによって動作可能に係合される、変速機。
2. 前記変速機は単一の第１のトロイダルキャビティを有する、請求項１に記載の変速機。
3. 更に、第２のトロイダルキャビティを形成する第２の入力面及び第２の出力面であって、これらの第２の入力面と第２の出力面が変速機軸線の周りを回転するように同軸に装着された前記第２の入力面と第２の出力面と、
   前記第２の入力面及び第２の出力面と駆動係合するローラの第２のペアと、備え、
   前記変速機の動作範囲内の１つの特定の比で、前記第２のトロイダルキャビティにあるローラそれぞれが第２の入力面と第２の出力面に第２の接触点で接触し、前記第１の接触点と第２の接触点が前記半径方向の力の方向に実質的に垂直な平面内にほぼ位置する、請求項１に記載の変速機。
4. 前記ローラが少なくとも１つのキャリア上に装着される、請求項１乃至３の何れか１項に記載の変速機。
5. 前記第１のトロイダルキャビティ内のローラと前記第２のトロイダルキャビティ内のローラが、制御組立体上で回転可能に装着され、前記制御組立体が、前記第１のトロイダルキャビティからの第１の反力トルクと前記第２のトロイダルキャビティからの第２の反力トルクとを平衡するよう適合されている、請求項３に記載の変速機。
6. 前記制御組立体が、
   前記第１のトロイダルキャビティにおいて前記ローラの第１のペアを保持する第１のローラキャリアと、
   前記第２のトロイダルキャビティにおいて前記ローラの第２のペアを保持する第２のローラキャリアと、
   前記第１及び第２のローラキャリア間にあり、これにより前記第１のトロイダルキャビティからの第１の反力と前記第２のトロイダルキャビティからの第２の反力を平衡にすることができる機械的リンク機構と、を備える、請求項５に記載の変速機。
7. 前記少なくとも１つのキャリアが、当該少なくとも１つのキャリア内で前記ローラ制御力を均等化するよう前記第１のトロイダルキャビティ内で半径方向に並進することができる、請求項４に記載の変速機。
8. 少なくとも１つの前記キャリアが枢動可能に装着される、請求項４又は７に記載の変速機。
9. 前記少なくとも１つのキャリアは制限機構を備えている、請求項４、７及び８の何れか１項に記載の変速機。
10. 変速比が、前記ローラを傾転させることにより制御される、請求項１乃至９の何れか１項に記載の変速機。
11. 前記ローラは、前記ローラが転動軸の周りを回転するとき、ローラの回転軸が変速機軸線と交差する点から離れるように、それぞれの転動軸の周りを回転するように配置されている、請求項１０に記載の変速機。
12. トルク制御される、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の変速機。
13. 比制御される、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の変速機。
14. 前記ローラが、２５ワット未満の出力で作動することができる制御部材を用いて制御される、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の変速機。
15. 前記第１および前記第２のトロイダルキャビティの各々が、２つだけローラを備える、請求項３、５及び６の何れか１項に記載の変速機。
16. 各ローラは、油圧ピストンによって独立して制御される、請求項１乃至１５の何れか１項に記載の変速機。
17. 前記第１および前記第２のトロイダルキャビティの各々の各ローラが、油圧ピストンによって独立して制御される、請求項３、５及び６の何れか１項に記載の変速機。
18. 原動機から駆動系に動力を伝達する変速システムにおいて、この変速システムが、請求項１乃至１７の何れか１項に記載の変速機を備えている変速システム。
19. 車両の補助駆動装置のための請求項１８に記載の変速システム。
20. 前記半径方向の力の方向が、動力が入力ディスクから出力ディスクへ伝達されるとき、
    および、動力が出力ディスクから入力ディスクへ伝達されるときの両方において、前記平面に実質的に垂直である請求項１に記載の変速機。

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