(57)【要約】カムシャフト（１２）と駆動装置（１０）の間の位相ずれ角を制御する位相ずれ機構（Ａ）は、プラネタリギアトレイン（２０）を含む。プラネタリギアトレイン（２０）は、同一の角速度で共通の軸まわりに回転するよう一体化された第１及び第２のプラネットギア（３４，２６）と、第１及び第２のプラネットギア（３４，２６）がそれぞれの上で回転する第１のプラネットベアリング（６２）及び第２のプラネットベアリング（６４）を含むキャリア（３２）と、位相ずれ角が同一のままであり且つ出力シャフト（２６）が入力シャフト（１８）と共に同一の角速度で回転する態様でキャリア（３２）に対してプラネットギア（３４，２６）が回転することを防止することによって、プラネタリギアトレイン（２０）をロック状態にロックする、キャリア（３２）により担持されるロック機構（２４）とを有する。
2010504470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフト及び前記カムシャフト用の駆動装置と、前記駆動装置と前記カムシャフトの間に位置し、前記駆動装置と前記カムシャフトの間の位相ずれ角を制御する位相ずれ機構を含むエンジンにおける位相ずれ機構であって、
前記駆動装置に結合される入力シャフトと、
前記カムシャフトに結合される出力シャフトと、
前記入力シャフトと出力シャフトのまわりに同軸に設けられるプラネタリギアトレインであって、前記入力シャフトに結合される入力サンギア、前記出力シャフトに結合される出力サンギア、前記入力及び出力サンギアにそれぞれ係合し同一の角速度で共通の軸まわりを回転するように一体化された第１及び第２のプラネットギア、及び、前記一体化された第１及び第２のプラネットギアがそれぞれの上で回転する第１のプラネットベアリング及び第２のプラネットベアリングを含むキャリアを有するプラネタリギアトレインと、
前記入力シャフトに対する前記出力シャフトの位相ずれ角が同一のままであり且つ前記出力シャフトが前記入力シャフトと共に同一の角速度で回転する態様で前記入力サンギア、前記出力サンギア及び前記キャリアを一ユニットとして回転させるために前記キャリアに対して前記プラネットギアが回転することを防止することによって、前記プラネタリギアトレインをロック状態にロックするロック機構とを含む、位相ずれ機構。
【請求項２】
前記ロック機構は、前記第１のプラネットギアと前記第１のプラネットベアリングの間の摩擦及び前記第２のプラネットギアと前記第２のプラネットベアリングの間の摩擦により生ずる摩擦トルクを含む、請求項１に記載の位相ずれ機構。
【請求項３】
前記キャリアに結合される電気機械を更に含み、前記電気機械は、前記入力サンギア及び前記出力サンギアの少なくともいずれか一方に対して前記キャリアを回転させることができる、前記摩擦トルクに打ち勝つトルクを、前記キャリアに印加するように構成され、前記入力シャフトに対する前記出力シャフトの位相ずれ角を、前記入力シャフトに対する前記出力シャフトが異なる角速度を呈するように変化させる、請求項２に記載の位相ずれ機構。
【請求項４】
前記位相ずれ角は、前記プラネタリギアトレインのギア比“ＳＲ０”の関数である、請求項３に記載の位相ずれ機構。
【請求項５】
前記ギア比ＳＲ０は、次の式で表され、
ＳＲ０＝（ωＳ２−ωＣ）／（ωＳ１−ωＣ）
ここで、ωＳ１は前記入力サンギアの角速度であり、ωＳ２は前記出力サンギアの角速度であり、ωＣは前記キャリアの角速度である、請求項４に記載の位相ずれ機構。
【請求項６】
前記位相ずれ角の変化は、次の式で表される、
【数３】
2010504470.tif 000005
、請求項５に記載の位相ずれ機構。
【請求項７】
前記ギア比ＳＲ０は、次の式で表され、
ＳＲ０＝（ＮＳ１−ＮＰ２）／（ＮＳ２−ＮＰ１）
ここで、ＮＳ１は前記入力サンギアの歯数であり、ＮＳ２は前記出力サンギアの歯数であり、ＮＰ１は前記第１のプラネットギアの歯数であり、ＮＰ２は前記第２のプラネットギアの歯数である、請求項４に記載の位相ずれ機構。
【請求項８】
前記位相ずれ角の変化は、次の式で表される、
【数４】
2010504470.tif 000006
、請求項７に記載の位相ずれ機構。
【請求項９】
前記プラネタリギアトレインに前記電気機械により印加されるトルクは、前記出力シャフトが前記入力シャフトに対して回転する前記位相ずれ角を変化させるために前記第１のプラネットギアと前記第１のプラネットベアリングの間の摩擦及び前記第２のプラネットギアと前記第２のプラネットベアリングの間の摩擦により生ずるトルクに打ち勝つことにより前記キャリアをアンロックする抵抗トルクを含む、請求項６に記載の位相ずれ機構。
【請求項１０】
前記プラネタリギアトレインの幾何的なパラメータ、前記第１のプラネットギアと前記第１のプラネットベアリングの間の摩擦係数及び前記第２のプラネットギアと前記第２のプラネットベアリングの間の摩擦係数の間の関係は、次の式で表され、
【数５】
2010504470.tif 000007
ここで、ｉ１＝ＮＰ１／ＮＳ１、λ１＝ｒ１／ＲＳ１、λ２＝ｒ２／ＲＳ２、ＮＰ１は前記第１のプラネットギアの歯数であり、ＮＳ１は前記入力サンギアの歯数であり、ｒ１はプラネット支持ベアリングに対する実効内径であり、ｒ２はプラネット支持ベアリングに対する実効内径であり、ＲＳ１は前記入力サンギアのピッチ円半径であり、ＲＳ２は前記出力サンギアのピッチ円半径であり、α１は前記入力サンギア及び前記第１のプラネットギアに対する圧力角であり、α２は前記出力サンギア及び前記第２のプラネットギアに対する圧力角であり、β１はプラネット支持ベアリングの半円錐角であり、β２はプラネット支持ベアリングの半円錐角であり、μは前記第１及び第２のプラネットベアリングに対する最大有効摩擦係数である、請求項９に記載の位相ずれ機構。
【請求項１１】
ＳＲ０＞１の場合に連続的な位相の進みが前記位相ずれ角に対して生ずる、請求項６に記載の位相ずれ機構。
【請求項１２】
ＳＲ０＜１の場合に連続的な位相の遅れが前記位相ずれ角に対して生ずる、請求項６に記載の位相ずれ機構。
【請求項１３】
前記プラネタリギアトレインに前記電気機械により印加されるトルクは、前記出力シャフトが前記入力シャフトに対して回転する前記位相ずれ角を変化させるために前記第１のプラネットギアと前記第１のプラネットベアリングの間の摩擦係数及び前記第２のプラネットギアと前記第２のプラネットベアリングの間の摩擦係数により印加されるトルクに打ち勝つことにより前記キャリアをアンロックする駆動トルクを含む、請求項６に記載の位相ずれ機構。
【請求項１４】
前記プラネタリギアトレインの幾何的なパラメータ、前記第１のプラネットギアと前記第１のプラネットベアリングの間の摩擦係数及び前記第２のプラネットギアと前記第２のプラネットベアリングの間の摩擦係数の間の関係は、次の式で表され、
【数６】
2010504470.tif 000008
ここで、ｉ１＝ＮＰ１／ＮＳ１、λ１＝ｒ１／ＲＳ１、λ２＝ｒ２／ＲＳ２、ＮＰ１は前記第１のプラネットギアの歯数であり、ＮＳ１は前記入力サンギアの歯数であり、ｒ１はプラネット支持ベアリングに対する実効内径であり、ｒ２はプラネット支持ベアリングに対する実効内径であり、ＲＳ１は前記入力サンギアのピッチ円半径であり、ＲＳ２は前記出力サンギアのピッチ円半径であり、α１は前記入力サンギア及び前記第１のプラネットギアに対する圧力角であり、α２は前記出力サンギア及び前記第２のプラネットギアに対する圧力角であり、β１はプラネット支持ベアリングの半円錐角であり、β２はプラネット支持ベアリングの半円錐角であり、μは前記第１及び第２のプラネットベアリングに対する最大有効摩擦係数である、請求項１３に記載の位相ずれ機構。
【請求項１５】
ＳＲ０＞１の場合に連続的な位相の遅れが前記位相ずれ角に対して生ずる、請求項１３に記載の位相ずれ機構。
【請求項１６】
ＳＲ０＜１の場合に連続的な位相の進みが前記位相ずれ角に対して生ずる、請求項１４に記載の位相ずれ機構。
【請求項１７】
前記出力サンギアに対して前記入力サンギアを回転可能に結合する制限装置を更に含む、請求項３に記載の位相ずれ機構。
【請求項１８】
前記制限装置は、前記入力サンギアの面上に位置する長穴を含むと共に、前記出力サンギアの他の面から突出する突起を含み、前記突起が前記長穴に摺動可能に係合する、請求項１７に記載の位相ずれ機構。
【請求項１９】
前記制限装置は、前記入力サンギアの面上に位置する長穴を含むと共に、前記出力サンギアの他の面から突出するキー部材を含み、前記キー部材が前記長穴に摺動可能に係合する、請求項１７に記載の位相ずれ機構。
【請求項２０】
前記第１及び第２のプラネットギアは、同一に形成され、単一のギアとして一体化される、請求項１７に記載の位相ずれ機構。
【請求項２１】
カムシャフトとエンジンの駆動装置の間に位相ずれ制御部を有するエンジンであって、
前記駆動装置に結合される入力シャフトと、
前記カムシャフトに結合される出力シャフトと、
前記入力シャフトと出力シャフトのまわりに同軸に設けられるプラネタリギアトレインであって、前記入力シャフトに結合される入力サンギア、前記出力シャフトに結合される出力サンギア、前記入力及び出力サンギアにそれぞれ係合し同一の角速度で共通の軸まわりを回転するように一ユニットとして一体化された第１及び第２のプラネットギア、及び、前記第１及び第２のプラネットギアがそれぞれの上で回転する第１のプラネットベアリング及び第２のプラネットベアリングを含むキャリアを有するプラネタリギアトレインと、
前記入力シャフトに対する前記出力シャフトの位相ずれ角が同一のままであり且つ前記出力シャフトが前記入力シャフトと共に同一の角速度で回転する態様で前記入力サンギア、前記出力サンギア及び前記キャリアを一ユニットとして回転させるために前記キャリアに対して前記プラネットギアが回転することを防止することによって、前記プラネタリギアトレインをロック状態にロックするロック機構であって、前記第１のプラネットギアと前記第１のプラネットベアリングの間の摩擦及び前記第２のプラネットギアと前記第２のプラネットベアリングの間の摩擦により生ずる摩擦トルクを含むロック機構と、
前記キャリアに結合される電気機械であって、前記入力サンギア及び前記出力サンギアの少なくともいずれか一方に対して前記キャリアを回転させることができる、前記摩擦トルクに打ち勝つトルクを、前記キャリアに印加するように構成され、前記入力シャフトに対する前記出力シャフトの位相ずれ角を変化させる、電気機械とを含む、エンジン。
【請求項２２】
前記プラネタリギアトレインに前記電気機械により印加されるトルクは、前記出力シャフトが前記入力シャフトに対して異なる角速度で回転する態様で前記位相ずれ角を変化させるために前記第１のプラネットギアと前記第１のプラネットベアリングの間の摩擦係数及び前記第２のプラネットギアと前記第２のプラネットベアリングの間の摩擦係数により生ずる摩擦トルクにより付加されるトルクに打ち勝つことにより前記キャリアをアンロックする抵抗トルクを含む、請求項２１に記載の位相ずれ機構。
【請求項２３】
前記プラネタリギアトレインに前記電気機械により印加されるトルクは、前記出力シャフトが前記入力シャフトに対して同一の角度方向に異なる角速度で回転する態様で前記位相ずれ角を変化させるために前記第１のプラネットギアと前記第１のプラネットベアリングの間の摩擦及び前記第２のプラネットギアと前記第２のプラネットベアリングの間の摩擦により生ずるトルクに打ち勝つことにより前記キャリアをアンロックする駆動トルクを含む、請求項２１に記載の位相ずれ機構。
【請求項２４】
カムシャフトとエンジンの駆動装置の間に位相ずれ角を制御する方法であって、
前記駆動装置に結合される入力シャフトのまわりと前記カムシャフトに結合される出力シャフトのまわりにプラネタリギアトレインを配置し、
前記入力シャフトに対する前記出力シャフトの位相ずれ角が同一のままであり且つ前記出力シャフトが前記入力シャフトと共に同一の角速度で回転する態様で前記入力シャフトに結合された入力サンギア、前記出力シャフトに結合された出力サンギア及び前記プラネタリギアトレインのキャリアを一ユニットとして回転させるために摩擦力により前記プラネタリギアトレインをロックし、
トルクを前記プラネタリギアトレインに印加して前記プラネタリギアトレインに印加される前記摩擦力をアンロックし、前記入力サンギア及び前記出力サンギアの少なくともいずれか一方に対して前記キャリアを回転させることを可能とし、前記入力シャフトに対する前記出力シャフトの位相ずれ角を、前記入力シャフトに対する前記出力シャフトが異なる角速度を呈するように変化させる、方法。
【請求項２５】
トルクを前記プラネタリギアトレインに印加することは、前記出力シャフトが前記入力シャフトに対して異なる角速度で回転する態様で前記位相ずれ角を変化させるために前記摩擦により印加されるトルクに打ち勝つことによって前記キャリアをアンロックする抵抗トルクを印加することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
トルクを前記プラネタリギアトレインに印加することは、前記出力シャフトが前記入力シャフトに対して異なる角速度で回転する態様で前記位相ずれ角を変化させるために前記摩擦により印加されるトルクに打ち勝つことによって前記キャリアをアンロックする駆動トルクを印加することを含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００６年９月１９日に出願された米国予備特許出願Ｎｏ．６０／８４５，６９２号に基づく優先権を主張し、この予備出願はここでの参照により組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
カムシャフト位相ずれ機構は、バルブタイミングを可変するためにエンジンで使用され、燃料消費を改善する利点を達成し、排ガス品質を改善するものである。適切なカムシャフト位相ずれ調整器を用いると、最大の快適性のためにバルブタイミング及び／又は最も高い性能のために最大トルクを可変することが可能である。現在、カムシャフト位相ずれ機構の大部分の種類は、油圧で動作される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらのカムシャフト位相ずれ機構は、一般的に、油圧位相調整ユニット、調整バルブ及び制御回路からなる。位相調整ユニットは、適切な剛性を保証するために、低い漏れ速度及び十分大きい室／ピストンを有する必要がある。調整バルブは、設定角を固定するために正確な調整を提供しつつ調整サイクル中に高い流速を保証する必要がある。幾つかのカムシャフト位相ずれ機構は、別の高圧源を必要とする。これらの現在の機構は、複雑で高価であり、規則的な整備を必要とする。更に、これらの現在の機構の性能は、主に温度パラメータに依存する。
【０００４】
コンパクトで高い応答性で安価なカムシャフト位相ずれ機構であって、温度依存性がなく簡易で高精度に電子制御されつつ複雑な油圧システムが不要なカムシャフト位相ずれ機構が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、位相ずれ機構に関し、より詳細には、エンジンのカムシャフト用の電気機械式位相ずれ機構に関する。
【０００６】
本開示の位相ずれ機構は、摩擦ロック能力を備える遊星歯車装置を含む。ギアトレインは、３つの共通軸の回転可能なブランチを有する。第１のブランチは、入力シャフト（即ちクランクシャフト）に作動的に結合し、第２のブランチは、出力シャフトに作動的に結合し、第３のブランチ、即ちロック可能なブランチは、電気機械のロータに作動的に結合する。ギアトレインは、第３のブランチ、即ちロック可能なブランチに接続される電気機械により位相調整中にアンロックされることができるだけである。
【０００７】
一実施例では、入力シャフトはクランクシャフトに結合し、出力シャフトはカムシャフトに結合し、プラネタリギアトレインは、入力シャフト及び出力シャフトまわりに同軸に配置される。プラネタリギアトレインの入力サンギアは、入力シャフトに結合し、プラネタリギアトレインの出力サンギアは、出力シャフトに結合する。プラネタリギアトレインは、入力及び出力サンギアにそれぞれ係合し同一の角速度で共通の軸まわりを回転するよう一体化された第１及び第２のプラネットギアを有する。キャリアは、プラネットシャフト、第１のプラネットベアリング及び第２のプラネットベアリングを含み、第１のプラネットベアリング及び第２のプラネットベアリングのそれぞれの上で、一体化された第１及び第２のプラネットギアが回転する。
【０００８】
位相ずれ機構のロック機構は、入力シャフトに対する出力シャフトの位相ずれ角が同一のままであり且つ出力シャフトが入力シャフトと共に同一の角速度で回転する態様で入力サンギア、出力サンギア及びキャリアを一ユニットとして回転させるために前記キャリアに対してプラネットギアが回転することを防止することによって、プラネタリギアトレインをロック状態にロックする。動作中、電気機械は、出力シャフトが入力シャフトに対して異なる角速度で回転するようにロック機構をアンロックするためにロック機構にトルクを印加する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示を具現化し本開示により構成された位相ずれ機構、カムシャフト及び駆動装置を図示するエンジンの部品の概略図。
【図２】出力シャフト、入力シャフト及び位相ずれ機構の断面図。
【図３】本開示を具現化し本開示により構成された位相ずれ機構の分解図であり、位相ずれ機構のプラネタリギアトレイン及びロック機構を図示し、プラネタリギアトレインの第１及び第２のプラネットギアが同一であり互いに一体化している図。
【図４】図３の位相ずれ機構の部品のその他の分解図。
【図５】本開示を具現化し本開示により構成されたロック機構及びギアトレインの断面図。
【図６】位相ずれ機構の制限装置の延長部及び入力サンギアの斜視図。
【図７】位相ずれ機構の制限装置の延長部のその他の実施例及び出力サンギアの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次の詳細な説明は、限定でなく例による本開示を示す。説明は、明らかに当業者が本開示を使用し作ることを可能とし、本開示を実行するベストモードと現在信じられるものを含む、実施例、適用例、変形例、代替例及び本開示の用途を説明する。
【００１１】
図面を参照するに、電気機械式位相ずれ機構は、一般的に、Ａで示される（図１，２）。一実施例では、位相ずれ機構Ａは、エンジン１４のカムシャフト１２と駆動装置１０の間に位置する。図１−５を参照するに、位相ずれ機構Ａは、スプロケット１６、駆動装置１０（クランクシャフト）（図１）に結合される入力シャフト１８、２２で一般的に示されるロック機構を有する一般的に２０に示される遊星歯車トレイン、一般的に２４で示される電気機械、カムシャフト１２（図１）に結合される出力シャフト２６を含む。
【００１２】
遊星歯車トレイン２０は、入力シャフト１８及び出力シャフト２６まわりに同軸にアラインされる。遊星歯車トレイン２０は、入力サンギア２８の形態の第１のブランチ、出力サンギア３０の形態の第２のブランチ、キャリア３２の形態のロック可能な第３のブランチ、第１セットのプラネットギア３４及び第２セットのプラネットギア３６を含む。入力サンギア２８は、第１セットのプラネットギア３４に噛合し、出力サンギア３０は、第２セットのプラネットギア３６に噛合する。第１プラネットギアセットの内の各プラネットギア３４は、第２プラネットギアセットの内の対応する各プラネットギア３６に結合し、従って、第２プラネットギアセットの内の対応する各プラネットギア３６と共に一ユニットとして回転する。一実施例では、プラネットギア３４，３６は略同一に形成され、単一のギアとして一体化される。プラネットギア３４，３６は、協動して、同一の角速度で共通軸まわりを回転するためプラネタリギアペアを形成する。プラネタリギアペアは、ベアリングを介して、プラネットシャフト３８のセット（図１）により支持される。キャリア３２は、ベアリング４２を介してハウジング４０内に支持される。
【００１３】
図２に示すように、入力シャフト１８は、一端がスプロケット１６に結合し、他端が入力サンギア２８に結合する。入力シャフト１８は、ベアリング４４を介してハウジング４０内に支持される。出力シャフト２６は、一端が出力サンギア３０に結合し、他端がカムシャフト（図１）に結合する。
【００１４】
電気機械２４は、ロータ４６及びステータ４８を含む。ロータ４６は、確実な機械的接続を確立するようにキャリア３２上に嵌合され、従って、キャリア３２はロータ４６と共に一ユニットとして回転する。示すように、ステータ４８は、ハウジング４０に搭載する。
【００１５】
支持剛性を改善するため、入力シャフト１８及び出力シャフト２６は、入力サンギア２８及び出力サンギア３０を超えて延在し、一方が他方の上にベアリング４９（図１）を介して案内される。入力シャフト１８は、２つのシャフト１８，２６間の位相ずれが望ましいときは出力シャフト２６に対して回転することが許容される。２つのシャフト１８，２６間の過剰な角度方向の変位を防ぐため、一般的に５０で示される（図１，３−５）角度位置制限装置は、双方の回転方向における機械的なストッパを提供するために採用されてもよい。
【００１６】
制限装置５０は、出力サンギア３０に入力サンギア２８を回転可能に結合する。図３，４を参照するに、一実施例では、制限装置５０は、入力サンギア２８の面５４に形成された長穴５２を含むと共に、出力サンギア３０の他の面５８から突出する延長部５６を含み、延長部５６は、長穴５２に摺動可能に係合する。一実施例では、延長部５６は、出力サンギア３０から突出するピンを含む。他の実施例（図６，７）では、延長部６０は、入力サンギア２８の面５４から突出するキー部材（図６）及び／又は出力サンギア３０の面５８から突出するキー部材（図７）を含む。キー部材は、対向するサンギア上に位置する適切な係合面に摺動可能に係合する。シャフト１８，２６の回転中、延長部５６は、対向する長穴５２内を摺動可能に往復動し、長穴は、延長部の移動する動きを制限して、シャフト１８，２６間の過剰な角度方向の変位を防止する。
【００１７】
図１−５を参照するに、遊星歯車トレイン２０は、次のように定義される基本ギア比“ＳＲ０”を有する。
ＳＲ０＝（ωＳ２−ωＣ）／（ωＳ１−ωＣ）      （１）
ここで、ωＳ１は入力サンギア２８の角速度であり、ωＳ２は出力サンギア３０の角速度であり、ωＣはキャリア３２の角速度である。
【００１８】
基本ギア比は、遊星歯車トレイン２０内のギアの歯数により次のように求めることができる。
ＳＲ０＝（ＮＳ１−ＮＰ２）／（ＮＳ２−ＮＰ１）      （２）
ここで、ＮＳ１は入力サンギア２８の歯数であり、ＮＳ２は出力サンギア３０の歯数であり、ＮＰ１は第１のプラネットギア３４の歯数であり、ＮＰ２は第２のプラネットギア３６の歯数である。
【００１９】
出力シャフト２６の入力シャフト１８に対する位相ずれ角は、次のとおりである。
【００２０】
【数１】
2010504470.tif 000003
遊星歯車トレイン２０のロック機構２２は、外部トルクがキャリア３２に印加されないときに内部固定又はロックを保証する内部ジオメトリ及び構成を有するように設計される。ロック機構２２は、円錐ベアリング６２，６４を含み、円錐ベアリング６２，６４は、径方向の荷重下で、プラネタリギアペア３４，３６に、プラネタリギアペア３４，３６がそれらの支持シャフト３８回りに回転するのを防止する傾向のある摩擦抵抗トルクを負荷する。インボリュート歯車及び、相補関係の歯プロフィールを備える他のタイプのギアに対して、径方向の荷重は、伝達されるトルクの量に正比例する。従って、摩擦抵抗トルクは、また、入力及び出力トルクに比例する。他方、入力サンギア２８からの入力トルク及び出力サンギア３０からの出力トルクは、プラネタリギア３４，３６を回転させようとする差動トルクを生む。最大の利用可能な摩擦トルクが、印加される差動トルクよりも大きい場合、遊星歯車トレイン２０は摩擦的にロックされる。この状態を保証するため、遊星歯車トレイン２０、第１のプラネットギア３４と第１のプラネットベアリング４２の間の摩擦係数及び第２のプラネットギア３６と第２のプラネットベアリング４４の間の摩擦係数の間の次の内部ジオメトリ関係が特徴付けられる。
【００２１】
【数２】
2010504470.tif 000004
ここで、
ｉ１＝ＮＰ１／ＮＳ１
λ１＝ｒ１／ＲＳ１
λ２＝ｒ２／ＲＳ２、
ｒ１はプラネット支持ベアリング６２に対する実効内径であり、
ｒ２はプラネット支持ベアリング６４に対する実効内径であり、
ＲＳ１は入力サンギア２８のピッチ円半径であり、
ＲＳ２は出力サンギア３０のピッチ円半径であり、
α１は入力サンギア２８及び第１のプラネットギア３４に対する圧力角であり、
α２は出力サンギア３０及び第２のプラネットギア３６に対する圧力角であり、
β１はプラネット支持ベアリング６２の半円錐角であり、
β２はプラネット支持ベアリング６４の半円錐角であり、
μは第１及び第２のプラネットベアリング６２，６４に対する最大有効摩擦係数（maximum available friction coefficient）である。
【００２２】
ロック機構２２は、入力シャフト１８に対する出力シャフト２６の位相ずれ角が同一のままであり且つ出力シャフト２６が入力シャフト１８と共に同一の角速度で回転する態様で入力サンギア２８、出力サンギア３０及びキャリア３２を一ユニットとして回転させるためにキャリア３２に対してプラネットギア３４，３６が回転することを防止する。ロック機構２２は、第１のプラネットギア３４と第１のプラネットベアリング６２の間の摩擦係数及び第２のプラネットギア３６と第２のプラネットベアリング６４の間の摩擦係数により生ずる摩擦トルクを含む。
【００２３】
図２に示すように、電気機械２４は、キャリア３２を結合する。電気機械２４は、摩擦トルクをアンロックするために遊星歯車トレイン２０にトルクを印加し、キャリア３２が入力サンギア２８及び出力サンギア３０の少なくともいずれか一方に対して回転することを可能とし、入力シャフト１８に対する出力シャフト２６の位相ずれ角を、出力シャフト２６が入力シャフト１８に対して異なる角速度を呈するように変化させる。
【００２４】
動作中、電気機械式カムシャフト位相ずれ機構Ａは、３つの動作モードを有する。第１の動作モードは、電気機械２４がオフされている（即ち、電力を消費せず若しくは電力を生成しない）、従って、キャリア３２にトルクが負荷されない中立モードに関する。キャリア３２に作動トルクが負荷されないので、遊星歯車トレイン２０は、ロック機構２２により摩擦的にロックされ若しくは“内部ロック”される。このロック状態では、遊星歯車トレイン２０は、一体として回転されることだけできる。出力シャフト２６は、入力シャフト１８と共に、同一の角速度で同一の方向に回転する。それ故に、ωＣ＝ωＳ１である。式（３）から、Δθ＝０であるので、この動作モードでは入力シャフト１８と出力シャフト２６の間に位相変化はない。
【００２５】
第２の動作モードは、回生モードに関し、このモードでは、電気機械２４は、遊星歯車トレイン２０に抵抗トルクを印加し、ωＣ＜ωＳ１となるようにロータ４６の速度を低下させる。そうする場合、遊星歯車トレイン２０は、機械的動力を電力に変換し、ジェネレータとして機能する。抵抗トルクは、遊星歯車トレインをアンロックさせる。結果として、出力シャフト２６は、入力シャフト１８と同一方向に回転するが、より速い若しくは遅い角速度で回転する。式（３）から、ＳＲ０＞１の場合は、入力シャフト１８に対する出力シャフトの連続的な位相の進みがあり、若しくは、ＳＲ０＜１の場合、入力シャフト１８に対する出力シャフト連続的な位相の遅れとなる。従って、この動作モードでは、入力シャフト１８に対する出力シャフトの連続的な位相の進み若しくは遅れが存在する。
【００２６】
第２の動作モードでは、プラネタリギアトレイン２０に電気機械２４により印加されるトルクは、第１のプラネットギア３４と第１のプラネットベアリング６２の間の摩擦及び第２のプラネットギア３６と第２のプラネットベアリング６４の間の摩擦により生ずるトルクに打ち勝つことによりキャリア３２をアンロックする抵抗トルクを含む。抵抗トルクは、キャリア３２をアンロックし、出力シャフト２６が入力シャフト１８に対して異なる角速度で回転する態様で位相ずれ角を変化させる。一実施例では、出力シャフト２６は、同一の角速度で入力シャフト１８に対して回転する。
【００２７】
第３の動作モードは、駆動モードに関し、このモードでは、電気機械２４は、遊星歯車トレイン２０に駆動トルクを印加し、ωＣ＞ωＳ１となるようにロータ４６及びキャリア３２の速度を上昇させる。電気機械２４は、電源（図示せず）から電力を引き、電力を機械的に力に変換する。そうする場合、電気機械３４はモータとして機能する。駆動トルクは、遊星歯車トレインをアンロックする。その結果、出力シャフト２６は、入力シャフト１８と同一方向に回転するが、より速い若しくは遅い角速度で回転する。式（３）から、ＳＲ０＞１の場合は、入力シャフト１８に対する出力シャフトの連続的な位相の遅れがあり、若しくは、ＳＲ０＜１の場合、入力シャフト１８に対する出力シャフト連続的な位相の進みとなる。従って、この動作モードでは、入力シャフト１８に対する出力シャフトの連続的な位相の遅れ若しくは進みが存在する。
【００２８】
第３のモードでは、プラネタリギアトレイン２０に電気機械２４により印加されるトルクは、第１のプラネットギア３４と第１のプラネットベアリング６２の間の摩擦及び第２のプラネットギア３６と第２のプラネットベアリング６４の間の摩擦により生ずるトルクに打ち勝つことによりキャリア３２をアンロックする駆動トルクを含む。抵抗トルクは、キャリア３２をアンロックし、出力シャフト２６が入力シャフト１８に対して同一の角度方向に異なる角速度で回転する態様で位相ずれ角を変化させる。一実施例では、出力シャフト２６は、同一の角速度で入力シャフト１８に対して回転する。
【００２９】
位相ずれ機構Ａの効果の１つは、油圧システムの削除に起因した低い製造コストである。更に、遊星歯車トレイン２０が内部ロックされ一体として回転する中立モードで動作が生ずるので、ギア２８，３４，４６及び３０、プラネット支持ベアリング６２，６４及びパイロットベアリング４９は、間欠的な使用を経験する。従って、位相ずれ機構Ａは、低コストのベアリングを使用する。同一の理由のため、位相ずれ機構Ａは、全体のコストを低減するために、スイッチドリラクタンスモータのような、低コストの電気機械を使用する。
【００３０】
上述の観点から、本開示の幾つかの目的が達成され、効果的な結果が得られることが分かるだろう。種々の変更は、本開示の観点から逸脱することなく上述の構成においてなすことができうり、上述の説明に含まれ若しくは添付図面に示された全ての事柄は例示的なものであり限定的な意味で解釈されるべきであることを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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