(57)【要約】  電気作動式連続可変トランスミッションは、エンジン軸に固定接続する第１プーリ部と、エンジン軸周囲に配置する、軸方向に移動可能な第２プーリ部とを有する第１プーリを備えている。電気アクチュエータが、第２プーリ部に同軸状に結合されており、第１及び第２プーリ部間の間隔を変化させるために電気アクチュエータが第２プーリ部を移動させると、第２プーリ部は第１プーリ部に対して移動する。
2007536472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトによって相互接続されている第１及び第２プーリを有し、前記第１プーリが、エンジン軸に接続され、かつ、第１プーリ部と該第１プーリ部に対して軸方向に移動可能な第２プーリ部とを有している、同軸電気アクチュエータであって、
前記エンジン軸周囲に接続する電機子であって、前記第１及び第２プーリ部の一方と螺合し接続するように構成されている電機子と、
前記電機子に隣接して位置し、付勢されたときにその回転を生ずる固定子コイルと
を備えており、使用中における前記固定子コイルの付勢に応答した前記プーリに対する前記電機子の回転が、前記第１及び第２プーリ部間の軸方向間隔を変化させるよう構成されていることを特徴とする同軸電気アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記第１プーリ部は、使用中軸方向に固定されており、前記電機子は、これと螺合して接続するように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記第１プーリ部は使用中軸方向に固定されており、前記電機子は前記第２プーリ部と螺合して接続するように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
ベルトによって相互接続されている第１及び第２プーリを有し、前記第１プーリが、エンジン軸上に装着するように構成され、第１プーリ部分と、軸方向に移動可能な第２プーリ部とを有する連続可変トラスミッションを電気的に作動させる方法であって、
前記エンジンと隣接している電機子を前記エンジンと共に常時回転するように電機子を設けるステップであって、該電機子と前記プーリとの間の相対的回転に応答して、一方のプーリ部を他方のプーリ部に対して軸方向に移動させるように、前記電機子を前記第１又は第２プーリ部に回転可能に結合されているステップと、
前記電機子に隣接して固定子コイルを設けるステップと、
前記電機子を前記プーリに対して回転させることによって、前記第１及び第２プーリ部間の軸方向間隔を変化させるために、前記固定子コイルを付勢するステップと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記第１プーリ部は使用中軸方向に固定されており、前記電機子はこれと螺合して接続するように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、前記第１プーリ部は使用中軸方向に固定されており、前記電機子は前記第２プーリ部と螺合して接続するように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項７】
電気作動式連続可変トランスミッションであって、
エンジン軸に固定接続するための第１プーリ部と、前記エンジン軸周囲に配置するための、軸方向に移動可能な第２プーリ部とを有する第１プーリと、
前記第２プーリ部に同軸状に結合されている電気アクチュエータであって、前記第１及び第２プーリ部間の間隔を変化させるために前記電気アクチュエータが前記第２プーリ部を移動させると、前記第２プーリ部が前記第１プーリ部に対して移動する、電気アクチュエータと
を備えていることを特徴とする電気作動式連続可変トランスミッション。
【請求項８】
請求項７記載のトランスミッションにおいて、前記電気アクチュエータは、前記エンジン軸に装着するための電機子を有していることを特徴とするトランスミッション。
【請求項９】
請求項８記載のトランスミッションにおいて、前記第２プーリ部は、前記電機子と機械的に連通するスリーブ部を有していることを特徴とするトランスミッション。
【請求項１０】
請求項７記載のトランスミッションにおいて、該トランスミッションは更に、
前記第１プーリに隣接する第２プーリと、
前記第１及び第２プーリを接続するベルトと
を備えていることを特徴とするトランスミッション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはトランスミッションに関し、より詳細には、連続可変トランスミッションの作動方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願に対する引用）
本願は、２００４年５月３日に出願された米国仮特許出願第６０／５６７，４６８号の優先権を主張する。この出願は、２００５年５月２日にJohn M. Starkey, Enrico N. Manes、及びBenjamin J. Rumleyの名義で出願された、弁理士整理番号第１３０５４−２４４号で示され、連続可変トランスミッション用電気アクチュエータと題する出願と共に、ここで引用したことにより本願にもその内容が含まれるものとする。
【０００３】
（発明の背景）
トランスミッションは、ギア、ベルト、又はその他の駆動部品を用いて、車両において速度及びトルクを変換する機器である。殆どのトランスミッションの設計は、離散速度比、即ち、加速、登坂、及び重量牽引のための低比率と、移動速度上昇のための高比率とを用いる。これらは、入力及び出力軸間に多数の並列ギア・セットを用いる。どのギア・セットが軸間の負荷を搬送するかを変更することによって、入力及び出力間の速度比を変化させる。
また、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）も設計されている。これらは、一般に、入力軸から出力軸に負荷を転移するために摩擦を用いる。摩擦ローラ、ベルト、又はその他の部品の半径方向位置を変化させることにより、速度比を変更する。
【０００４】
典型的なＣＶＴ設計１０を図１及び図２に示す。これは、駆動（主）プーリ１２、幅広ｖ−ベルト１３、及び非駆動（副）プーリ１６を用いる。速度比を調節するには、駆動プーリ１２及び非駆動プーリ１６の幅を変化させ、ｖ−ベルト１４が接触するプーリ１２及び１６上の半径位置を変化させる。図１は、低速度比で動作しているＣＶＴ１０を示す。この場合、非駆動プーリ半体１８及び２０が分離されており、ｖ−ベルト１４はプーリ半体１８及び２０と小さな半径の位置で接触している。非駆動プーリ半体１８及び２０は、これらの状態の下で、ばねによって一緒に圧迫され、出力端にあるベルト１４を大きな半径の位置で接触させる。この構成は、最大トルク倍率及び速度低下をもたらす。図２は、高速度比で動作しているＣＶＴを示す。この場合、駆動プーリ１２のプーリ半体２２及び２４が互いに密接して位置し、ｖ−ベルト１４がプーリ半体２２及び２４の大きな半径において接触するようにさせ、ｖ−ベルト１４の速度を高めている。ｖ−ベルト１４の速度上昇は、非駆動プーリ１６のばね力に対抗して得られ、非駆動プーリ半体１８及び２０を分離させ、ｖ−ベルト１４が非駆動プーリ半体１８及び２０と接触する半径が小さくなる。この構成は、最大速度倍率をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現行のＣＶＴの殆どは、機械式又は油圧式の固定設計作動方式を基礎としており、変化する車両積載負荷や運転手の性能要求というような、異なる要求に答えるために容易に変更することができない。したがって、技術的現状よりも柔軟性が高く、適応可能なＣＶＴ作動システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ベルトによって相互接続されている第１及び第２プーリを有する連続可変トランスミッションのための同軸電気アクチュエータを提供する。第１プーリは、エンジン軸に接続され、第１プーリ部と、第１プーリ部に対して軸方向に移動可能な第２プーリ部とを有する。エンジン軸周囲に接続する電機子が、第１及び第２プーリ部の一方と螺合し接続するように構成されている。電機子に隣接して位置する固定子コイルは、付勢されたときに電機子の回転を生じ、使用中における固定子コイルの付勢に応答した、プーリに対する電機子の回転が、第１及び第２プーリ部間の軸方向間隔を変化させるようになっている。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、ベルトによって相互接続されている第１及び第２プーリを有する連続可変トラスミッションを電気的に作動させる方法を提供する。第１プーリは、エンジン軸上に装着するように構成され、第１プーリ部と、軸方向に移動可能な第２プーリ部とを有する。エンジンと隣接して、これと共に常時回転するように電機子を設け、当該電機子とプーリとの間の相対的回転に応答して、一方のプーリ部を他方のプーリ部に対して軸方向に移動させるように、第１又は第２プーリ部に回転可能に結合する。電機子に隣接して固定子コイルを設ける。電機子をプーリに対して回転させるために固定子コイルを付勢し、第１及び第２プーリ部間の軸方向間隔を変化させる。
【０００８】
本発明の更に別の態様によれば、電気作動式連続可変トランスミッションは、エンジン軸に固定接続するための第１プーリ部と、エンジン軸周囲に配置するための、軸方向に移動可能な第２プーリ部とを有する第１プーリを有する。第２プーリ部に同軸状に結合されている電気アクチュエータは、第１及び第２プーリ部間の間隔を変化させるために当該電気アクチュエータが第２プーリ部を移動させると、第２プーリ部を第１プーリ部に対して移動させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の原理の理解を促進する目的のために、これより図面に図示した実施形態を参照し、具体的な言葉を用いてこれらについて説明する。しかしながら、これによって本発明の範囲を限定することを意図しているのではなく、図示した機器における変更や更なる修正、ならびに図示した本発明の原理の更なる応用は、本発明が関係する技術における当業者には容易に想起されるものと見なすことは理解されるであろう。
【００１０】
図３及び図４は、本発明の一実施形態による連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）のためのプーリ２６及び同軸装着電気アクチュエータ２８を示す。プーリは、固定プーリ半体即ち部分３０と、ベルト３４によって相互接続されている可動プーリ半体即ち部分３２とを有する。電気アクチュエータは、電機子３６と、固定子コイル３８とを含む。可動プーリ半体３２に接続されているカバー４０が、同軸装着電気アクチュエータを保護する。
【００１１】
固定プーリ半体３０は、キー４４によってというようにして、エンジン軸４２に固定接続されており、好ましくは自己ロック・ピッチ(self-locking pitch)の外部ねじ切り部４６と、電機子停止部４８とを有する。可動プーリ半体は、エンジン軸の周囲に、固定プーリ半体に隣接して位置付けられている。可動プーリ半体３２の移動は、電機子３６の移動によって行われる。電機子３６は、推力軸受５０を解して、可動プーリ半体３２に接続されている。トランスミッションのシフト動作の間、固定プーリ半体３０のねじ切り部４６は、電機子３６の回転と相互作用して、可動プーリ半体３２を固定プーリ半体３０に対して移動させ、トランスミッションの速度比を変化させる。電機子停止部４８は、可動プーリ半体３２の固定プーリ半体３０に対する移動を制限し、トランスミッションの最大低速比を設定する。
【００１２】
図３及び図４に示す電機子３６は、固定プーリ半体３２上に装着されたナットを含み、エンジン軸４２と同じ割合(rate)で常時回転する。電機子ナットは、好ましくは自己ロック・ピッチの内部ねじ切り部５２を有し、これが固定プーリ半体３０のねじ切り部４６と噛み合う。電機子３６は磁化部５４を有し、固定子３８と共に、エンジン軸上に同軸状に装着された電動機を形成する。
【００１３】
固定子コイル３８は、エンジン５６の外壁に固定されている。シフト動作の間、これが選択的に付勢されて、交流電界を発生し、電機子３６の磁化部５４に作用して、固定プーリ半体３０のねじ切り部４６に対して回転させる。このような相対的回転によって、可動プーリ半体３２は、電機子の回転方向に応じて、固定プーリ半体３０に向かって、又はこれから遠ざかるように移動する。プーリ半体３２の固定プーリ半体３０に向かう移動により、プーリ半体間の間隔が狭まり、図４に示すように、ベルト３４をプーリの外縁側に追いやり、トランスミッションの速度比を事実上上昇させる。プーリ半体３２の固定プーリ半体３０から離れる移動により、プーリ半体間の間隔が広がり、図３に示すように、ベルトをプーリの中心に向かって移動させ、トランスミッションの速度比を事実上低下させる。
【００１４】
シフト動作の間、固定子コイル３８に交流電流を継続的に供給すると、エンジン軸及び固定プーリに対する電機子の回転を低下又は上昇させることができる。あるいは、しかるべきタイミングを設定したパルス状の電流を固定子コイル３８に供給し、電機子３６を、例えば段階的に、徐々に移動させることもできる。固定子コイル３８から電力を除去したときには、部分的にねじ切り部４６と電機子ナット３６との間の自己ロック螺合(self-locking thread connection)により、可動プーリ半体３２が固定プーリ半体３０に対して静止したままであることが好ましい。これによって、同軸電気アクチュエータ２８の電力消費を低減し、固定子コイルの発熱も低減する。何故なら、固定子コイル３８の作動は、速度比の変更が望ましいとき以外では必要でなくなるからである。
【００１５】
本発明を組み込んだＣＶＴは、例えば、エンジン速度の単純な関数として固定子コイルを付勢することによって、又は、ある実施形態では、単に固定子コイルに相応しい制御スイッチを接続することによって、開放ループで動作することができる。あるいは、エンジン速度及びスロットル位置に応答する電子制御システムを設ける。このような、電子制御ＣＶＴは、開放ループで動作することができるが、トランスミッションの実際の状態を示すフィードバックに応答する閉ループ制御システムとして動作することが好ましい。トランスミッションの実際の状態は、例えば、可動プーリの位置について測定することができる。
【００１６】
図５及び図６に示す本発明の別の実施形態では、連続可変トランスミッションのプーリ１２６に同軸装着電気アクチュエータ１２８を設けており、可動プーリ半体１３２は外部ねじ切りスリーブ部１３３を有し、これが電機子ナット１３６内部のねじ山１５２と螺合し連通している。２つのプーリ半体１３０及び１３２は互いにキー溝が付けられおり、常に同じ速度で回転し、エンジン軸１４２がそのトルクを双方のプーリ半体１３０及び１３２に伝達することを可能にする。電機子ナット１３６は、推力軸受１５０を介して、固定プーリ半体１３０と連通し、エンジン軸１４２の回転と共に常時空転(spin)する。電機子ナット１３６がエンジン軸１４２の回転よりも速く又は遅く空転するように固定子コイル１３８の交流電界を操作することにより、可動プーリ半体１３２が、固定プーリ半体１３０に向かって、又はこれから遠ざかるように移動する。可動プーリ半体１３２の移動が、ベルト１３４を、図５に示すように、プーリ半体１３０及び１３２の外縁に向けて移動させるか、又は図６に示すように、プーリ半体１３０及び１３２の中心に向かって移動させ、トランスミッションの速度比を変化させる。
【００１７】
以上、図面及び前述の説明において本発明を図示し詳細に説明したが、これは本質的に限定ではなく例示と見なすべきであり、好適な実施形態を示し説明したに過ぎず、本発明の主旨に該当する全ての変更や修正が保護されることが望まれることは言うまでもない。例えば、電機子及びプーリについて、先に螺合接続と説明したが、螺合でない接続も想定している。このようなアクチュエータは、エンジンの外壁に装着した電気ソレノイド、例えば、三位置ソレノイド又はその他の多位置ソレノイドを備えており、その長手方向軸がエンジン軸と平行であり、そのプランジャが可動プーリ半体に結合され、電気信号に応答してプーリ半体を移動させるようになっている。
【００１８】
電気アクチュエータの別の形態は、ラウドスピーカにおけるような電磁アクチュエータを含んでもよく、例えば、エンジン軸周囲にある磁気カラー(collar)が、エンジンに固定された電磁コイルに結合されている。磁気カラーは、例えば、図３の電機子と同様でよいが、ねじ切りはなく（ねじ切りされていないスリーブに結合する。このスリーブは、ねじ切りされていれば、図３の固定プーリ上のねじ切りスリーブ４６と同様である）、固定電磁コイルは、図３の固定子と同様とすればよい。線形電気アクチュエータのその他の形態も想定され、線形ステッパ・モータ等がある。
【００１９】
また、本発明の電気アクチュエータは、例えば、内燃エンジン用始動モータのように、他の方法で用いることもできる。電機子をエンジンに向かって移動させ、事実上可動プーリをベルトから離脱させ、電機子停止部に接触し、トルクを直接エンジン軸に加え、始動のためにエンジン軸を回転させることができる。また、電気アクチュエータは、電源として、補助電動機として、又はある種の用途では、車両に給電するために電動機及び内燃エンジンを用いる形式のハイブリッド車両において主電動機として用いることもできる。例えば、電気アクチュエータは、車両を駆動するために用いられるトルクを増強するために、トランスミッション・プーリに大きな駆動トルクを供給するように、そのサイズを決めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】低速度比における従来技術の連続可変トランスミッションの斜視図である。
【図２】高速度比における従来技術の連続可変トランスミッションの斜視図である。
【図３】低速度比構成における、本発明による同軸装着電気アクチュエータの実施形態の断面図である。
【図４】高速度比構成において示す、図３の電気アクチュエータの断面図である。
【図５】本発明による同軸装着電気アクチュエータの別の実施形態の断面図である。
【図６】高速度比構成において示す、図５の電気アクチュエータの断面図である。
【図１】
2007536472.tif 000003
【図２】
2007536472.tif 000004
【図３】
2007536472.tif 000005
【図４】
2007536472.tif 000006
【図５】
2007536472.tif 000007
【図６】
2007536472.tif 000008
【国際調査報告】
2007536472.tif 000009