無段変速機
コーン(円錐)式CVTは、1つ以上の円錐形ローラーに沿ってホイールまたはベルトを移動させることによって駆動比を変化させる。コーンを1つ使用する最も単純なコーン式CVTは、コーンの傾斜に沿って移動するホイールを使用して、コーンの狭い直径と幅広い直径の間で差が生まれる。
2つのローラーを使用する設計もある。1903年、ウィリアム・エヴァンズとポール・クナウフは、逆方向を向き、ベルト(変速比を変化させるためにコーンに沿って滑らせることができる)によってつながった2つの平行円錐形ローラーを使った無段変速機について特許を申請した。1920年代に生産されたエヴァンズ・バリアブル・スピード・カウンターシャフトはより単純で、2つのローラは一定幅の小さな隙間を空けて並べられており、ローラーの間を動く革ひもの位置が変速比を決定する。
もう1つのコーン式CVTとして「Warko」が存在する。これは、より大きな出力コーンの周りに多くのより小さな入力コーンが配置されている。パワーはコーン間の摩擦を介して伝達され、入力コーンの数はトランスミッションのトルク閾値によって決定される。出力コーンの断面はわずかに凸状になっており、わずかの凹状になっている入力コーンの断面よりも曲率が小さい。変速比は、軸に沿った異なる点で出力コーンと接触するように入力コーンの軸を傾けることによって変化する。
CVTは1950年代から航空機の発電システムで使用されている。
フライホイール付きのCVTは機関(例えば風力原動機)と発電機との間の調速機として使われる。機関が十分なパワーを生み出している時、発電機は機関速度を調整する機能を果たすCVTと直接連結される。出力が低すぎる時は、発電機は切り離され、エネルギーはフライホイールに蓄えられる。フライホイールの回転速度が十分であれば、発電機の要求する速度で運動エネルギーが電力へと間欠的に変換される。
無段変速機(むだんへんそくき)、または連続可変トランスミッション(れんぞくかへんトランスミッション、英: Continuously Variable Transmission、略称CVT)は、歯車以外の機構を用い変速比を連続的に変化させる動力伝達機構(トランスミッション)である。多くはオートバイや自動車用を指すが、それらに限らず工作機械の軸回転速度を変える機構や発電機の出力を変える機構などにも広く使われている。
ベルトと2つの可変径プーリーを組み合わせ無段階に変速を行う機構のCVTで、ベルトの材質や構造で区別される。
ゴムベルト式
エンジン側プーリーに内蔵されたウエイトローラーというおもりが、回転数により生じる遠心力の大小でその位置を変えることで径を変える機構。ゴム製ベルトの張力により駆動を伝える無段変速機は20世紀初頭から存在していたが、当初は伝達できるトルクが小さくゴムベルトの耐久性も不十分であったためスクーターや小型車などの低出力エンジンの車両にしか使用できなかった。
自動車でこの方式を本格的に採用した最初はオランダのDAFで、1958年に発売した小型車DAF・600に、自社開発のゴムベルト式無段変速システム「ヴァリオマチック」を遠心式クラッチと組み合わせて搭載した。ドライブ側のプーリー幅は内部の遠心ウェイトおよび吸気マニホールドの負圧で制御され、ドリブン側はそれに追従する形となっていた。変速機構はディファレンシャルギアで両輪へ分割された後に置かれるため、現在の一般的なベルト式CVTのような1つのベルトと一対のプーリーという構成ではなく、左右の後輪それぞれに機構が存在する。しかし上述のゴムベルトの弱点の他に、構造上スペースを大きくとられること、繊細な変速機構が外部に晒されていることなど、課題も多かった。
スクーターの駆動方式では、現代に至るまでこの手法が主流を占めている。ベルトにはプーリーとの接触面積を極力広くとれるようVベルトが使用される。曲げ抵抗と変形に伴う発熱を抑えるべく、内面に切り欠きを設けた特殊なものである。本田技研工業ではスクーターにおけるゴムベルト式CVTを「Vマチック」と呼称する。2007年現在ではウエイトローラーに代わってプーリー径を電子制御するマニュアルスイッチ付きCVTも現れており、より柔軟な変速が行える。
コンバインハーベスターは早ければ1950年代には可変ベルト駆動を使用した。多くの小型トラクターおよび自走型芝刈り機は単純なゴムベルト式CVTを使用する。より大型の器具では静油圧式CVTがより一般的である。芝刈りや収穫作業では、CVTによってエンジン速度とは独立に器具の前進速度を調整することができる。
静油圧式CVTは小型から中程度の大きさの農機具や土木機械で使われている。
変速比の連続可変により変速ショックがなく、スムーズに加減速できる。
エンジンを効率の良い回転数と負荷領域で運転できる。変速段数の少ないATと比べ、エンジンを低回転・高負荷運転が可能であり、減速時のブリッピングも不要となるため燃費が向上する。
減速中の燃料カット・オルタネータの充電制御範囲が拡大できるので燃費が向上する。簡易なマイルドハイブリッドシステムとして応用されている。
部品点数が少なく小型化に有利である。
変速プロフィールを自由に設定できるので,運転状況によって燃費を優先したり,あえて有段変速を模擬することでスポーティーな演出も可能となる。
バリエーター機構の伝達効率が高く、金属ベルト式で最大95%、トロイダル式で最大97%が報告されている。
フリクションドライブを高度に発展させた形態である。入力軸に繋がった円盤(インプットディスク)と出力軸に繋がった同形状の円盤(アウトプットディスク)を向かい合わせ、各ディスクの間には複数の転輪(パワーローラー)の外周部分が強い力で挟まれて動力を伝達する。パワーローラーの傾斜角を変化させるとそれに応じて2枚のディスクの回転数の比も変化し、可変変速比が得られる。着想自体は古くから存在したが、非常に高い圧力下で摩擦と潤滑を両立させての精密作動が要求されるため、実用化は極めて困難であった。
実用化に至った事例では、日産がジヤトコ・トランステクノロジー(ジヤトコ)、日本精工(NSK)、出光興産と共に開発、1999年に発表した「ハーフトロイダル式」とイギリスのトロトラックが光洋精工と共に開発し2003年に発表した「フルトロイダル式」とがある。両者の違いは入・出力ディスクの形状とそれに挟まれたパワーローラーの接し方であり、フルトロイダルでは窪みのあるディスクでパワーローラーを挟み込むのに対し、ハーフトロイダルでは漏斗状のディスクにパワーローラーを押し当てて駆動する。フルトロイダル式は「線」で接する円盤形パワーローラーを用いており、ローラーの厚みの分だけそれぞれのディスクに接する位置が異なって半径に差ができるため、強制スリップ(スピンロス)の発生は避けられない。