(57)【要約】      （修正有）【課題】電気モータと、遊星駆動とを備え、内燃機関のカムシャフトのエンジンクランクシャフトに対する回転関係を動的に調整する電気フェイザーにおいて、遊星駆動におけるバックラッシュを低減する。【解決手段】遊星駆動１０は、太陽ギア２４と、遊星ギア１２，１４，１６と、エンジンクランクシャフトによって駆動されるスプロケットリングギア３０と、カムシャフトとともに回転するカムシャフトリングギア３２と、キャリア３８と、レバーアーム４２と、負荷生成器４０とを備える。レバーアームは、少なくとも１つの遊星ギアに対して回転可能に取り付けられ、太陽軸の軸外に配置されたキャリアの枢動点４４において、キャリアに対して枢動可能に取り付けられる。負荷生成器は、キャリアに連結され、トルク負荷をレバーアームに付与することにより、分割リング遊星駆動におけるバックラッシュを低減する。【選択図】図１
2016211541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のカムシャフトのエンジンクランクシャフトに対する回転関係を動的に調整する電気フェイザーであって、
電気モータと、
遊星駆動とを備え、前記遊星駆動は、
前記電気モータによって太陽軸周りを回転するよう駆動され、複数の太陽ギア歯を備えた太陽ギアと、
前記太陽ギアの周囲に配置され、各々が前記太陽ギアとの噛み合い係合を維持する複数の遊星歯を備えた複数の遊星ギアと、
前記遊星ギアとの噛み合い係合を維持する複数のリングギア歯を備えた少なくとも１つのリングギアと、
前記太陽軸周りを回転可能であり、前記複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第１遊星ギアを回転可能に受容するキャリアと、
前記複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第２遊星ギアに対して回転可能に取り付けられ、前記太陽軸の軸外に配置された前記キャリアの枢動点において、前記キャリアに対して枢動可能に取り付けられるレバーアームと、
前記キャリアに連結され、前記レバーアームにトルク負荷を付与することにより、前記遊星駆動におけるバックラッシュを低減する負荷生成器とを備える電気フェイザー。
【請求項２】
前記遊星駆動は、分割リング遊星駆動であり、前記少なくとも１つのリングギアは、
前記エンジンクランクシャフトによって駆動され、前記遊星ギアと噛み合い係合を維持する複数のスプロケットリングギア歯を備えたスプロケットリングギアと、
前記カムシャフトとともに回転可能であり、前記遊星ギアと噛み合い係合を維持する複数のカムシャフトリングギア歯を備えたカムシャフトリングギアとを備え、
前記カムシャフトリングギア歯の数と前記スプロケットリングギア歯の数との差は、遊星ギアの数の倍数であり、前記遊星ギアの各々の係合位置において歯を整合させる請求項１に記載の電気フェイザー。
【請求項３】
前記複数の遊星ギアは、３つの遊星ギアからなる請求項１に記載の電気フェイザー。
【請求項４】
前記複数の遊星ギアは、４つの遊星ギアからなる請求項１に記載の電気フェイザー。
【請求項５】
前記負荷生成器は、コイルばねである請求項１に記載の電気フェイザー。
【請求項６】
前記負荷生成器は、前記レバーアームに対する前記トルク負荷として、油圧生成した力を提供する請求項１に記載の電気フェイザー。
【請求項７】
前記負荷生成器は、前記レバーアームに対する前記トルク負荷として、電磁生成した力を提供する請求項１に記載の電気フェイザー。
【請求項８】
前記負荷生成器は、前記レバーアームの第１端部に前記トルク負荷を付与し、前記枢動点は、前記レバーアームの前記第１端部と前記レバーアームが前記少なくとも１つの第２遊星ギアに対して回転可能に取り付けられる箇所との間に配置される請求項１に記載の電気フェイザー。
【請求項９】
前記負荷生成器は、前記枢動点が配置される箇所と前記レバーアームが前記少なくとも１つの第２遊星ギアに対して回転可能に取り付けられる箇所との間の位置において、前記レバーアームに前記トルク負荷を付与する請求項１に記載の電気フェイザー。
【請求項１０】
前記遊星駆動は、固定太陽遊星駆動であり、前記リングギアは、前記エンジンクランクシャフトによって駆動され、前記キャリアは、前記カムシャフトとともに回転するよう連結される請求項１に記載の電気フェイザー。
【請求項１１】
内燃機関のカムシャフトのエンジンクランクシャフトに対する回転関係を動的に調整する電気フェイザーにおいて、バックラッシュを低減する方法であって、前記電気フェイザーは、電気モータと、遊星駆動とを備え、前記遊星駆動は、前記電気モータによって太陽軸周りを回転するよう駆動され、複数の太陽ギア歯を備えた太陽ギアと、前記太陽ギアの周囲に配置され、各々が前記太陽ギアとの噛み合い係合を維持する複数の遊星歯を備えた複数の遊星ギアと、前記遊星ギアとの噛み合い係合を維持する複数のリングギア歯を備えた少なくとも１つのリングギアと、前記太陽軸周りを回転可能であり、前記複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第１遊星ギアを回転可能に受容するキャリアとを備え、前記方法は、
ａ）前記複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第２遊星ギアに対して回転可能に取り付けられ、前記太陽軸の軸外に配置された前記キャリアの枢動点において、前記キャリアに対して枢動可能に取り付けられるレバーアームに対して、前記キャリアに連結された負荷生成器により、トルク負荷を付与することにより、前記遊星駆動におけるバックラッシュを低減するステップを備える方法。
【請求項１２】
ｂ）前記ピボットアームを前記複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第２遊星ギアに対して回転可能に取り付け、前記レバーアームを前記キャリアの前記枢動点において前記キャリアに対して枢動可能に取り付けるステップと、
ｃ）前記負荷生成器を前記キャリアに連結することにより、前記トルク負荷を前記レバーアームに付与するステップとをさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記内燃機関が所定のエンジン速度に達すると、前記トルク負荷をオフにするステップをさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記トルク負荷は、前記レバーアームの第１端部に付与され、前記枢動点は、前記レバーアームの前記第１端部と前記レバーアームが前記少なくとも１つの第２遊星ギアに対して回転可能に取り付けられる箇所との間に配置される請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記トルク負荷は、前記枢動点が配置される箇所と前記レバーアームが前記少なくとも１つの第２遊星ギアに対して回転可能に取り付けられる箇所との間の位置において前記レバーアームに付与される請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気フェイザー（ｅフェイザー）分野に係る。また本発明は特に、バックラッシュ防止遊星駆動を備えた電気フェイザーに係る。
【背景技術】
【０００２】
閉ループ動力伝達システムにおいて、可変カムタイミング（ＶＣＴ）は、カムシャフトが動作可能に接続され、動力の増加又は低減のいずれかの要求に応じて、種々のエンジン特性を調整するために位相角度を変化させるクランクシャフトに対して、カムシャフトの角度変位、すなわち位相角度を測定するシステムである。通常、既存の値に対してこのようなエンジン特性の所望値を測定するフィードバックループがあり、変動に応じてエンジン内部で変更を生じる。これを達成するため、現代の車両は通常、１つ以上の電子制御部（ＥＣＵ）を有し、これがエンジンの種々の部分から、又は、例えば、排ガスセンサ、圧力センサ、及び温度センサ等の車両の他の部分から供給されるデータの解析を定常的に行う。次いで、このようなデータに応じて、制御信号が発信される。例えば、ＶＣＴシステムでは、エンジン又は外部条件に変化が生じると、これに応じてカムシャフトとクランクシャフトとの間の角度変位が調整される。
【０００３】
ＶＣＴシステムは、場合によってフェイザーと称されるカム位相整合制御装置を備え、制御弁、制御弁アクチュエータ、及び制御回路を備えてもよい。ＶＣＴは、所望により、駆動シャフトと１つ以上のカムシャフトとの間の角度関係（「位相」）を制御及び変更するプロセスを指し、エンジンの吸気弁及び排気弁を制御する。電気フェイザー（ｅフェイザー）は電気モータによって駆動され、駆動シャフトと１つ以上のカムシャフトとの間の角度関係を制御及び変更する。電気フェイザーは、入力信号に応じて、カムシャフトを進行エンジンタイミング又は遅延エンジンタイミングのいずれかに調整する。
【０００４】
Ｃｈｏｉらによる２００７年８月２日出願の米国特許公開出願第２００７／０１７９０１１号のタイトル「車両用ギア率可変操舵装置」は、操舵輪に接続された入力シャフトと、入力シャフトを包囲しつつ、入力シャフトと同軸に形成された太陽ギアと、太陽ギアと外側で噛み合った第１遊星ギア対と、太陽ギアと外側で噛み合った第２遊星ギア対と、第１遊星ギア対を接続しつつ、入力シャフトに連結された第１キャリアと、第２遊星ギア対を接続しつつ、入力シャフトに対して回転する第２キャリアと、第１遊星ギア対及び第２遊星ギア対と内側で噛み合ったリングギアと、リングギアに接続された入力シャフトとを備えるギア率可変操舵装置を開示している。第２キャリアは、圧縮手段によって支持されつつ、第１キャリアに挿入されることで、第２キャリアが入力シャフトに対して回転可能となり、バックラッシュを低減する。
【０００５】
Ｓｈｏｗａｌｔｅｒによる２０１４年６月１９日出願のＷＯ第２０１４／０９２９６３号のタイトル「分割リングギア遊星カムフェイザー」は、内燃機関のカムシャフトのエンジンクランクシャフトに対する回転関係を動的調整するカムフェイザーを開示している。このカムフェイザーは、分割リングギアを有し、無端ループ動力伝達部材を通じてエンジンクランクシャフトによって駆動されるスプロケットリングギアと、カムシャフトとともに回転するよう接続可能なカムシャフトリングギアとを備えた遊星ギアシステムを備えることができる。太陽ギアは、分割リングギアと同心に配置することができ、多数の遊星ギアが、太陽ギアと分割リングギアとの間で噛み合い係合することができる。カムシャフトリングギアは、遊星ギアの数の倍数に対応する値、スプロケットリングギアとは異なる、つまり多いか少ない数の歯を有することができ、各遊星ギアの係合位置において歯を整合させる。
【発明の概要】
【０００６】
内燃機関のカムシャフトのエンジンクランクシャフトに対する回転関係を動的に調整する電気フェイザーは、電気モータと、遊星駆動とを備える。いくつかの実施形態において、遊星駆動は、太陽ギアと、遊星ギアと、エンジンクランクシャフトによって駆動されるスプロケットリングギアと、カムシャフトとともに回転するカムシャフトリングギアと、キャリアと、レバーアームと、負荷生成器とを備える。レバーアームは、少なくとも１つの遊星ギアに対して回転可能に取り付けられ、太陽軸の軸外に配置されたキャリアの枢動点において、キャリアに対して枢動可能に取り付けられる。負荷生成器は、キャリアに連結され、トルク負荷をレバーアームに付与することにより、分割リング遊星駆動におけるバックラッシュを低減する。カムシャフトリングギア歯の数とスプロケットリングギア歯の数との差は、遊星ギアの数の倍数である。
【０００７】
いくつかの実施形態において、遊星駆動は、太陽ギア、複数の遊星ギア、スプロケットリングギア、カムシャフトリングギア、キャリア、レバーアーム、及び負荷生成器を備えた分割リング遊星駆動である。太陽ギアは、電気モータによって駆動されて太陽軸周りを回転し、複数の太陽ギア歯を備える。遊星ギアは、太陽ギアの周囲に配置され、各遊星ギアは、遊星ギアを太陽ギアとの噛み合い係合に維持する複数の遊星歯を備える。スプロケットリングギアは、エンジンクランクシャフトによって駆動され、スプロケットリングギアを遊星ギアとの噛み合い係合に維持する複数のスプロケットリングギア歯を備える。カムシャフトリングギアは、カムシャフトともに回転可能であり、カムシャフトリングギアを遊星ギアとの噛み合い係合に維持する複数のカムシャフトリングギア歯を備える。キャリアは、太陽軸周りを回転可能であり、複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第１遊星ギアを回転可能に受容する。レバーアームは、複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第二遊星ギアに対して回転可能に取り付けられ、太陽軸の軸外に配置されたキャリアの枢動点において、キャリアに対して枢動可能に取り付けられる。負荷生成器は、キャリアに連結され、レバーアームにトルク負荷を付与することにより、分割リング遊星駆動におけるバックラッシュを低減する。カムシャフトリングギア歯の数とスプロケットリングギア歯の数との差が遊星ギアの数の倍数であることにより、各遊星ギアの係合位置において歯を整合させる。
【０００８】
いくつかの実施形態において、遊星駆動は、太陽ギア、複数の遊星ギア、リングギア、キャリア、レバーアーム、及び負荷生成器を備えた固定太陽遊星駆動である。太陽ギアは、電気モータによって駆動されて太陽軸周りを回転し、複数の太陽ギア歯を備える。遊星ギアは、太陽ギアの周囲に配置され、各遊星ギアは、遊星ギアを太陽ギアと噛み合い係合に維持する複数の遊星歯を備える。リングギアは、エンジンクランクシャフトによって駆動され、リングギアを遊星ギアとの噛み合い係合に維持する複数のリングギア歯を備える。キャリアは、太陽軸周りを回転可能であり、複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第１遊星ギアを回転可能に受容し、カムシャフトとともに回転するよう連結される。レバーアームは、複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第２遊星ギアに対して回転可能に取り付けられ、太陽軸の軸外に配置されたキャリアの枢動点において、キャリアに対して枢動可能に取り付けられる。負荷生成器は、キャリアに連結され、レバーアームにトルク負荷を付与することにより、固定太陽遊星駆動におけるバックラッシュを低減する。
【０００９】
いくつかの実施形態において、内燃機関のカムシャフトのエンジンクランクシャフトに対する回転関係を動的に調整する電気フェイザーにおいて、バックラッシュを低減する方法は、複数の遊星ギアのうちの少なくとも１つの第２遊星ギアに対して回転可能に取り付けられ、太陽軸の軸外に配置されたキャリアの枢動点において、キャリアに対して枢動可能に取り付けられたレバーアームに、キャリアに連結された負荷生成器で、トルク負荷を付与することにより、遊星駆動におけるバックラッシュを低減するステップを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における遊星駆動システムの正面模式図である。
【図２】図２は、図１の遊星駆動システムの線２−２に沿った断面模式図を含む、電気フェイザーの模式図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態における他の遊星駆動の正面模式図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態におけるチェーンテンショナ型バックラッシュ防止機構を備えた遊星駆動システムの正面模式図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態における４つの遊星を備えた遊星駆動システムの正面模式図である。
【図６】図６は、本発明の固定太陽実施形態における遊星駆動システムの正面模式図である。
【図７】図７は、図６の遊星駆動システムの線７−７に沿った断面模式図を含む、電気フェイザーの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
電気フェイザーは、内燃機関のカムシャフトのエンジンクランクシャフトに対する回転関係を動的に調整する方法を提供する。電気フェイザーは、電気モータによって駆動させる遊星駆動システムを備える。遊星駆動システムは、エンジンクランクシャフトによって駆動されるスプロケットリングギアと、太陽ギアと同軸であり、カムシャフトに連結されたカムシャフトリングギアとを備える分割リング遊星駆動であることが好ましい。遊星駆動システムはまた、中央に配置された太陽ギアと、太陽ギアに係合する複数の遊星ギアと、遊星ギアのうちの少なくとも２つに接続される少なくとも１つのキャリアとを備える。遊星ギアのうちの少なくとも２つは、互いに負荷を付与することにより、遊星駆動システム内のバックラッシュを低減する。電気モータは、ブラシレスＤＣモータであることが好ましい。
【００１２】
高精度被削ギアを使用することにより、バックラッシュ及び騒音−振動−ハーシュネス（ＮＶＨ）を著しく低減することができるが、これは通常、ギア製造を法外に高価にしてしまう。ここでは、ギア荷重を使用することにより、精度には劣るもののはるかに安価に製造されるギアでバックラッシュ及びＮＶＨを低減する。
【００１３】
単一リング遊星システムと分割リング遊星システムの主な違いのうちの１つに、分割リング遊星システムでは、リングと遊星との間でバックラッシュが著しいことが挙げられる。単一リング遊星駆動では、真の周辺荷重により、遊星シャフトから遊星ギアまでの間の軸受け空隙を除いてすべてのバックラッシュを取り除くことができる。一方、分割リング遊星駆動では、歯の幅が２つのリングギア間で完全に合致しないため、真の周辺荷重により、バックラッシュを大部分取り除くことができるが、すべてを取り除くことはできない。
【００１４】
単一リング遊星システムでは、遊星ギアの径方向外側への動きにより、遊星ギアとリングギアとの接合部分におけるバックラッシュのみを取り除き、太陽ギアと遊星ギアとの接合部分のバックラッシュを増してしまう。分割リング遊星システムでは、最初の試験では、径方向負荷によってリングと遊星との間のバックラッシュを取り除いたように見受けられたが、遊星ギアの動きに対して十分に高い比率が加えられてないため、遊星ギアと太陽ギアとの接合部分においてガタツキを生じてしまう。
【００１５】
最近の試験では、分割リングギア遊星駆動システムにおいて、遊星ギアとリングギアとの接合部分においてバックラッシュを低減することにより、ＮＶＨを許容可能なレベルまで改善できることを示した。
【００１６】
カムシャフトリングギアとスプロケットリングギアとの間には、遊星ギアの数で乗算可能な歯数の差があり、各遊星ギアの係合位置で歯を整合させる。太陽ギアがカムシャフトとは異なる速度で回転すると、歯の差により、カムシャフトリングギアがスプロケットリングギアとは僅かに異なる速度で動く。好適な実施形態において、遊星駆動システムは、３つの遊星ギアを有し、リングギア間の位相整合分解能を最大化するため、カムシャフトリングギアとスプロケットリングギアとの間に３つの歯数の差がある。
【００１７】
太陽ギアがｘ個の歯を有し、スプロケットリングギアがｙ個の歯を有し、カムシャフトリングギアがｚ個の歯を有する分割リング遊星駆動では、太陽ギアは、スプロケットリングギアに対して（１＋ｙ／ｘ）／（１−ｙ／ｚ）の回転運動で進み、スプロケットリングギアに対して１回転でカムシャフトリングギアを進ませる。
【００１８】
いくつかの実施形態において、電気モータは、太陽ギアに接続され、遊星ギアとの関係で太陽ギアを駆動する。電気モータがスプロケットリングギアと同一の速度で太陽ギアを回転させると、クランクシャフトとカムシャフトとの間で一定の位相位置が維持される。これらの条件下において、遊星ギアアセンブリは、太陽ギアと遊星ギアとの間、又は遊星ギアとリングギアとの間に相対運動を生じることなく、単一のユニットとして回転し、摩擦損失を最小化する。電気モータの速度をスプロケットリングギア／カムシャフトリングギア／カムシャフトに対して調整することにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を調整する。
【００１９】
いくつかの実施形態において、カムシャフトリングギアの歯は、スプロケットリングギア歯より多い。このような実施形態において、電気モータがカムシャフトの速度より高速で太陽ギアを回転させるとき、フェイザーは、進行方向に移動している。電気モータがカムシャフトの速度より低速で太陽ギアを回転させるとき、フェイザーは、後退方向に移動している。
【００２０】
他の実施形態において、スプロケットリングギアの歯は、カムシャフトリングギアの歯より多い。このような実施形態において、電気モータがカムシャフトの速度より高速で太陽ギアを回転させるとき、フェイザーは後退方向に移動している。電気モータがカムシャフトの速度より低速で太陽ギアを回転させるとき、フェイザーは、進行方向に移動している。
【００２１】
スプロケットリングギア、カムシャフトリングギア、遊星ギア、及び太陽ギアは、好ましくは、電気モータに対する駆動トルク要求が比較的低く、正確な位相整合角度調整が可能になる高ギア比を有する遊星ギア駆動接続に配置される。スプロケットリングギアは、スプロケット及び無端ループ動力伝達チェーンを通じてエンジンクランクシャフトにより駆動されることが好ましく、カムシャフトリングギアは、カムシャフトとともに回転するよう接続されることが好ましい。
【００２２】
遊星ギアは互いに、多数の異なる方法のいずれかで負荷を付与されることにより、遊星駆動システムにおけるバックラッシュを低減してもよい。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの遊星ギアに対する荷重は、少なくとも１つの他の遊星ギアに対して周方向に実施される。ギアは部分的に径方向に負荷を付与され、部分的に互いに対して周方向に負荷を付与されることにより、遊星歯が歯の一方側で負荷を付与されるため、ギアがバックラッシュを生じないようにすることが好ましい。或いは、ギアの歯は、周方向のみ又は径方向のみに負荷を付与されることにより、バックラッシュを低減又は解消してもよい。
【００２３】
荷重は、力の生成が可能な任意の装置によって付与される。いくつかの実施形態において、負荷は、機械的に生成され、ばねの力によって生成されることが好ましい。他の実施形態において、負荷は油圧生成される。さらに他の実施形態において、負荷は、電磁生成される。荷重により、遊星駆動に生じるバックラッシュは従来の遊星駆動に比して少なくなる。負荷生成器は、電気フェイザーのあらゆる動作条件で負荷生成器に働くシステムの力よりも大きな負荷を付与するのに十分な強度を有することが好ましい。
【００２４】
いくつかの実施形態において、負荷が付与されず、バックラッシュを生じる装置と比較して、装置に負荷を与えると、ギア間の相対運動がある場合の遊星駆動の効率を下げることになるため、不要な場合には負荷をオフにすることができる。これは、高速で、負荷の存在がより顕著であり、ＮＶＨを低減する必要性が低い場合に、特に有効である。例えば、いくつかの実施形態において、バックラッシュ及びバックラッシュによるＮＶＨが最小であり、顕著でない条件下において、電気フェイザーの動作中、電磁負荷はオフされる。いくつかの実施形態において、所定のエンジン速度以上の場合に負荷をオフし、所定のエンジン速度未満の場合に再び負荷をオンにする。いくつかの実施形態において、所定のエンジン速度は、約３０００ｒｐｍである。
【００２５】
負荷により、遊星駆動におけるバックラッシュを解消することが好ましいが、代わりに、負荷は遊星駆動を減衰させるのみで、ＮＨＶを低減し、より高度の耐性でギアの使用を可能にしてもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態において、荷重を選択することにより、遊星ギアとリングギアとの間のバックラッシュの低減又は解消を図る。他の実施形態において、荷重を選択することにより、遊星ギアと太陽ギアとの間のバックラッシュの低減又は解消を図る。
【００２７】
好適な実施形態において、遊星ギアの荷重の枢動点は、太陽ギアの回転軸と偏心して配置されることにより、負荷によって遊星ギア及び枢動アームを回転させる際、径方向要素と周方向要素が存在するようにする。好適な実施形態において、ギア歯における分離力がほぼ枢動点に反動することにより、要求されるばね力を最小化するように、枢動位置を選択する。
【００２８】
図１を参照すると、分割リングギア遊星駆動１０は、遊星ギア歯１８、２０、２２を備えた遊星ギア１２、１４、１６と、太陽ギア歯２６を備えて中央に配置された太陽ギア２４と、スプロケットリングギア３０及びカムシャフトリングギア３２を備えた分割リングギアとを備える。リングギア３０、３２は、異なる数の歯３４、３６を有し、歯の数の差は、遊星ギア１２、１４、１６の数の倍数である。リングギア歯３４、３６は、リングギア３０、３２が遊星ギア１２、１４、１６と適正に噛み合うような外形を有する。２つの遊星ギア１２、１４は、遊星キャリア３８によって互いに固定関係に維持される。
【００２９】
ばね４０は、一端において遊星キャリア３８に取り付けられ、他端においてレバーアーム４２に取り付けられる。第３遊星ギア１６は、端部間の枢動点４４で遊星キャリア３８に対して枢動可能に搭載されるレバーアーム４２の他端に搭載される。ばね４０は、レバーアーム４２に対してトルクを付与し、部分的に径方向４６にあり、部分的に周方向４８にある第３遊星ギアに負荷を付与する。図１に示す配置では、ばね４０は、第３遊星ギア１６の歯２２をリングギア３０、３２の歯３４、３６に向かって付勢し、第３遊星ギア１６とリングギア３０、３２との間のバックラッシュを解消する引張コイルばねであることが好ましい。ばね４０はまた、ばね４０の他端がキャリア３８に連結されているため、キャリア３８を押圧し、部分的に周方向４８に、部分的に径方向４６に負荷を付与することにより、遊星ギア１２、１４をリングギア３０、３２の歯３４、３６に向かって付勢し、遊星ギア１２、１４とリングギア３０、３２との間のバックラッシュを解消する。図１に示す配置の代替実施形態において、ばね４０は、遊星ギア１２、１４、１６の歯を太陽ギア２４の歯に向かって付勢し、遊星ギア１２、１４、１６と太陽ギア２４との間のバックラッシュを解消する圧縮コイルばねである。
【００３０】
図２を参照すると、エンジンクランクシャフト５０は、タイミングチェーン５２を通じてスプロケットリングギア３０からスプロケット５４に対して回転可能に係合され、エンジンカムシャフト５６は、カムシャフトリングギア３２に対して回転可能に係合される。電気モータ５８は、出力シャフト６０により、太陽ギア２４に対して回転可能に係合される。太陽ギア２４がリングギア３０、３２のいずれかと同一速度で、その軸６２周りを電気モータ５８で回転させられると、リングギア３０、３２の双方が一斉に回転するため、一定のカム位相位置が維持される。太陽ギア２４が電気モータ５８によってリングギア３０、３２とは異なる速度で駆動されると、１つのリングギアから他のリングギアまでの僅かに異なる速度により、カム位相シフトが機能する。このように、非常に高い数値的比率が得られ、カムシャフト５６は、クランクシャフト５０のカムシャフト５６に対する名目上の回転関係からプラス又はマイナスの位相となる。
【００３１】
カムフェイザーを使用して、カムシャフト５６のエンジンクランクシャフト５０に対する回転関係を動的に調整し、エンジンの燃料効率を向上することが好ましい。センサ６４、６５は、一方のセンサ６４がクランクシャフト５０上に設けられ、もう一方のセンサ６５がカムシャフト５６上に設けられるが、これらをモータコントローラ６６へのフィードバックとして使用し、クランクシャフト５０に対するカムシャフト５６の現在位置を測定し、必要に応じて、任意のタイミングで最適エンジン効率を得るためにどのような調整を行うのが望ましいかを判定するのが好ましい。
【００３２】
図３を参照すると、分割リングギア遊星駆動１１０は、遊星ギア歯１８、２０、２２を備えた遊星ギア１２、１４、１６と、太陽ギア歯２６を備えて中央に配置された太陽ギア２４と、スプロケットリングギア３０及びカムシャフトリングギア３２を備えた分割リングギアを備える。負荷生成器１４０は、一端において遊星キャリア３８に取り付けられ、他端においてレバーアーム４２に取り付けられる。第３遊星ギア１６は、端部間の枢動点４４において遊星キャリア３８に対して枢動可能に搭載されるレバーアーム４２の他端に搭載される。負荷生成器１４０は、レバーアーム４２にトルクを付与し、部分的に径方向４６にあり、部分的に周方向４８にある第３遊星ギア１６に負荷を付与する。負荷生成器１４０は、負荷を生成することのできる任意の装置であってもよく、機械生成の力、電磁生成の力、又は油圧生成の力に基づくものであってもよい。図３に示す配置では、負荷生成器１４０は、レバーアーム４２の端部を引っ張ることにより、遊星ギア１６の歯をリングギア３０、３２の歯に向かって付勢し、遊星ギア１２、１４、１６とリングギア３０、３２との間のバックラッシュを解消することが好ましい。図３に示す配置の代替の実施形態において、負荷生成器１４０は、レバーアーム４２の端部を押圧することにより、遊星ギア１６の歯を太陽ギア２４の歯に向かって付勢し、遊星ギア１２、１４、１６と太陽ギア２４との間のバックラッシュを解消する。
【００３３】
図４を参照すると、分割リングギア遊星駆動２１０は、遊星ギア歯１８、２０、２２を備えた遊星ギア１２、１４、１６と、太陽ギア歯２６を備えて中央に配置された太陽ギア２４と、スプロケットリングギア３０及びカムシャフトリングギア３２を備えた分割リングギアとを備える。負荷生成器２４０は、遊星キャリア３８に取り付けられ、第３遊星ギア１６が搭載された箇所と枢動点４４において遊星キャリア３８がレバーアーム２４２に搭載された箇所との間で、レバーアーム２４２の中央位置に負荷を付与する。負荷生成器２４０は、レバーアーム２４２上の伸長部２４３に接触し、レバーアーム２４２にトルクを付与し、部分的に径方向４６にあり、部分的に周方向４８にある第３遊星ギア１６に負荷を付与するピストン２４１を備える。負荷生成器２４０は、負荷を生成できる任意の装置であってもよく、機械力、電磁力、又は油圧力に基づくものであってもよい。いくつかの実施形態において、負荷生成器２４０は、引張チェーンに使用される油圧ピストンと同様の油圧ピストンである。他の実施形態において、負荷生成器２４０は、圧縮コイルばねである。図４に示す配置において、負荷生成器２４０は、レバーアーム２４２を押圧することにより、遊星ギア１６の歯２２をリングギア３０、３２の歯３４、３６に付勢し、遊星ギア１２、１４、１６とリングギア３０、３２との間のバックラッシュを解消することが好ましい。図４に示す配置の代替実施形態において、負荷生成器２４０は、レバーアーム２４２を引っ張って、遊星ギア１６の歯２２を太陽ギア２４の歯２６に付勢し、遊星ギア１２、１４、１６と太陽ギア２４との間のバックラッシュを解消する。
【００３４】
分割リングギア遊星駆動は正確に３つの遊星を備えることが好ましいが、代わりに異なる数の遊星を備えてもよい。図５は、遊星ギア歯３２０、３２２、３２４、３２６を備えた４つの遊星ギア３１２、３１４、３１６、３１８と、太陽ギア歯３２９を備えて中央に配置された太陽ギア３２８と、スプロケットリングギア３３０及びカムシャフトリングギア３３２を備えた分割リングギアとを備えた分割リングギア遊星駆動３１０を示している。リングギア３３０、３３２は、異なる数の歯３３４、３３６を有しており、歯３３４、３３６の数の差は、遊星ギア３１２、３１４、３１６、３１８の倍数である。リングギア歯３３４、３３６は、リングギア３３０、３３２が遊星ギア３１２、３１４、３１６、３１８と適正に噛み合うような外形を有している。２つの遊星ギア３１２、３１４は、遊星キャリア３３８によって互いに固定関係に維持される。他の２つの遊星ギア３１６、３１８は、レバーアーム３４２によって互いに固定関係に維持される。
【００３５】
負荷生成器３４０は、一端において遊星キャリア３３８に取り付けられ、他端においてレバーアーム３４２の一端に取り付けられる。第３遊星ギア３１６及び第４遊星ギア３１８は、端部と遊星ギア３１６、３１８への搭載箇所との間の枢動点３４４にて遊星キャリア３３８に対して枢動可能に搭載されるレバーアーム３４２に搭載される。負荷生成器３４０は、レバーアーム３４２にトルクを付与し、部分的に径方向４６にあり、部分的に周方向４８にある遊星ギア３１６、３１８に負荷を付与する。負荷生成器３４０は、負荷を付与することができる任意の装置であってもよく、機械生成の力、電磁生成の力、又は油圧生成の力に基づくものであってもよい。図５に示す配置では、負荷生成器３４０は、レバーアーム３４２の端部を引っ張ることにより、遊星ギア３１６、３１８の歯３２４、３２６をリングギア３３０、３３２の歯３３４、３３６に向かって付勢し、遊星ギア３１６、３１８とリングギア３３０、３３２との間のバックラッシュを解消することが好ましい。負荷生成器３４０の他端は、キャリア３３８に連結され、負荷生成器３４０はまたキャリア３３８を押圧することにより、部分的に周方向４８に、部分的に径方向４６に負荷を付与し、遊星ギア３１２、３１４をリングギア３３０、３３２の歯３３４、３３６に向かって付勢し、遊星ギア３１２、３１４とリングギア３３０、３３２との間のバックラッシュを解消する。図５に示す配置の代替実施形態において、負荷生成器３４０は、レバーアーム３４２の端部を押圧することにより、遊星ギア３１６、３１８の歯３２４、３２６を太陽ギア３２８の歯３２９に向かって付勢し、遊星ギア３１６、３１８と太陽ギア３２８との間のバックラッシュを解消する。
【００３６】
他の実施形態において、分割リングギア遊星駆動は、６つの遊星ギアを有し、３つはキャリア上に設けられ、他の３つは負荷生成器によって付勢されるレバーアーム上に設けられる。
【００３７】
分割リングギア遊星駆動として遊星駆動について上述したが、代わりに、上述のバックラッシュ低減設計のうちのいずれかを固定太陽遊星駆動に適用してもよい。このような実施形態において、太陽は固定されたままで、現在の位相整合を維持する。電気モータで太陽ギアを駆動することにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を調整する。フェイザーを後退方向に動かすには、電気モータで太陽ギアをカムシャフトと反対方向に回す。フェイザーを進行方向に動かすには、電気モータで太陽ギアをカムシャフトと同一方向に回す。電気モータは、ブラシ付ＤＣモータであることが好ましい。
【００３８】
図６を参照すると、固定太陽遊星駆動４１０は、遊星ギア歯１８、２０、２２を備えた遊星ギア１２、１４、１６と、太陽ギア歯４２６を備えて中央に配置された太陽ギア４２４と、リングギア歯４３４を備えたリングギア４３０とを備える。リングギア歯４３４は、リングギア４３０が遊星ギア１２、１４、１６と適正に噛み合うような外形を有する。２つの遊星ギア１２、１４は、遊星キャリア４３８により、互いに固定関係に維持される。
【００３９】
ばね４０は、一端において遊星キャリア４３８に取り付けられ、他端においてレバーアーム４２に取り付けられる。第３遊星ギア１６は、端部間の枢動点４４にて遊星キャリア４３８に対して枢動可能に搭載されるレバーアーム４２の他端に搭載される。ばね４０は、レバーアーム４２にトルクを付与し、部分的に径方向４６にあり、部分的に周方向４８にある第３遊星ギア１６に負荷を付与する。図６に示す配置では、ばね４０は、第３遊星ギア１６の歯をリングギア４３０の歯に向かって付勢し、第３遊星ギア１６とリングギア４３０との間のバックラッシュを解消する引張コイルばねであることが好ましい。ばね４０はまた、ばね４０の端部がキャリア４３８に連結されているため、キャリア４３８を押圧することにより、部分的に周方向４８に、部分的に径方向４６に負荷を付与し、遊星ギア１２、１４をリングギア４３０の歯４３４に向かって付勢し、遊星ギア１２、１４とリングギア４３０との間のバックラッシュを解消する。図６に示す配置の代替実施形態において、ばね４０は、遊星ギア１２、１４、１６の歯１８、２０を太陽ギア４２４の歯４２６に向かって付勢し、遊星ギア１２、１４、１６と太陽ギア４２４との間のバックラッシュを解消する圧縮コイルばねである。
【００４０】
図７を参照すると、エンジンクランクシャフト５０は、タイミングチェーン５２を通じてリングギア４３０からスプロケット５４に対して回転可能に係合され、エンジンカムシャフト５６は、キャリア４３８に対して回転可能に係合される。電気モータ５８は、出力シャフト６０により、太陽ギア４２４に対して回転可能に係合され、太陽ギア４２４は静的に保持され、一定のカム位相位置が維持される。太陽ギア４２４が電気モータ５８によって駆動されると、遊星駆動がカム位相シフトを機能させる。
【００４１】
カムフェイザーを使用して、カムシャフト５６のエンジンクランクシャフト５０に対する回転関係を動的に調整し、エンジンの燃料効率を向上するのが好ましい。センサ６４、６５は、一方のセンサ６４がクランクシャフト５０上に設けられ、もう一方のセンサ６５がカムシャフト５６上に設けられるが、これらをモータコントローラ６６へのフィードバックとして使用することにより、クランクシャフト５０に対するカムシャフト５６の現在位置を測定し、必要に応じて、任意のタイミングで最適エンジン効率を得るためにどのような調整を行うのが望ましいかを判定するのが好ましい。
【００４２】
したがって、本明細書に記載の本発明の実施形態は、単に、本発明の原則の適用例を例示することを目的とするものであることを理解しなければならない。例示した実施形態の参照は、クレームの範囲を限定することを意図するものでなく、クレーム自体が本発明に必須とみなされる特徴を挙げるものである。
【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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