変速機及び定速補機駆動装置
回転速度比無限可変プラネタリボール変速機は、可動インナ（２３）及びアウタレース（２６）と転がり接触するプラネタリメンバ（１５）と、変速機を用いる定速補機駆動システムとを備える。変速機は約０．３及び１．０の比の間で無限に可変である。変速機入力シャフト（１１）は、ドライブベルト（Ｂ１）により車両のエンジンクランクシャフトのような原動機に接続される。変速機は、入力シャフト（１１）と同軸である、少なくとも１つの出力シャフト（２２）を備える。プロセサは、クランクシャフトの速度を分析し、それにより、クランクシャフト速度に関係なく一定の出力速度を維持するためにウォームドライブ（９０）と接続されたステッパモータ（９６）を用いて変速比を調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変速機、及び定速補機駆動装置に関し、同様に、そしてより適切には、インナ及びアウタレースと回転接触する複数のプラネタリ部材と、略定速でエンジン補機を駆動するためのベルト駆動定速補機駆動装置とを有する、回転速度比無限可変プラネタリボール変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンは、エンジン及び車両の動作に用いられる特定の補機を一般的に備える。そのような補機は、パワーステアリングポンプ、エアーコンディショナコンプレッサ、オルタネータ、オイルポンプ、燃料ポンプ等を含む。これらの補機は一般的にサーペンタインベルトにより駆動される。サーペンタインベルトは、エンジンクランクシャフトと同様にそれぞれの補機上のプーリと係合する。エンジンクランクシャフトは補機を駆動するためのトルクを供給する。
【０００３】
ベルトがクランクシャフトによって駆動されると、車両の加減速中におけるエンジン回転速度の変化に必然的にさらされる。言い換えると、補機の動作回転速度はエンジンの回転速度と直接つり合う。エンジン回転速度、特にアイドルよりも速いエンジン回転速度における変化は、それぞれの補機が全てのエンジン回転速度の範囲に渡って申し分なく動作するように設計されるため、補機の不十分な動作となる。これは、効率が回転速度の範囲の多くにおいて最適以下であることを必然的に意味する。それゆえ補機が定速、すなわち最適な速度で駆動されうるように、クランクシャフトから切り離されることが望ましい。
【０００４】
従来技術を代表するものは、可変径プーリに取り付けられた固定径プーリは補機に接続された他のベルトを駆動するために用いられる、可変径プーリを駆動する平ベルトを有する可変速度補機駆動装置を公開するクーンに付与された米国特許第４，９６９，８５７号明細書（１９９０年）である。
【０００５】
同様に従来技術を代表するものは、エンジン駆動キャリア入力装置と増速プラネタリギアセットとを組み合わせた車両補機駆動アセンブリを開示するマッキントッシュに付与された米国特許第４，３０５，４８８号明細書（１９８１年）である。
【０００６】
クーンは、適切に動作するために一斉に動作しなければならないＣＶＴプーリでは多くの構成部品を必要とするという問題に対して著しく複雑な返答を示す。さらに、クーンは補機駆動装置において支配的な駆動装置である、マルチプルリブドベルトと共に動作しない。
【０００７】
単純プラネタリボール連続可変変速機は、耐久性を上げるためと同様、補機駆動システムの起こりうる故障状態を減らすことが望ましい。
【０００８】
従来技術を代表するものは、１つのレースにおける２つの部品の軸方向距離を選択的に変化させるための制御手段を有する軸方向に離間した２つの部品をそれぞれ備える放射状インナ及びアウタレースと転がり接続するプラネタリ部材を有する形式の連続可変変速機を開示するミルナーに付与された米国特許第６，４６１，２６８Ｂ１号明細書（２００２年）である。
【０００９】
必要なものは、自動ロック駆動装置を有する回転速度比無限可変プラネタリボール変速機を用いて略定速でベルト駆動補機を駆動する定速補機駆動装置である。本願発明はこの要求に合致する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明における第１の特徴は、自動ロック駆動装置を有する回転速度比無限可変プラネタリボール変速機を用いて略定速でベルト駆動補機を駆動する、定速補機駆動装置を提供することである。
【００１１】
本願発明における他の特徴は、本発明に関する以下の記述および添付された図面により指摘され、あるいは明らかにされる。
【００１２】
本願発明は、可動インナ及びアウタレースと回転接触するプラネタリ部材と、変速を用いる定回転速度補機起動システムとを備える回転速度比無限可変プラネタリボール変速機からなる。変速機は約０．３及び１．０という比の間で無限に可変である。変速機入力シャフトは、駆動ベルトにより、車両のエンジンクランクシャフトのような原動力に接続される。変速機は、入力シャフトと同軸である少なくとも一つの出力シャフトを備える。出力プーリは出力シャフトに取り付けられる。ベルトは出力プーリ及び様々なエンジン補機との間に係合される。変速機出力シャフトにおける第２の端部は変速機に取り付けられたエンジン補機に直接接続され得る。プロセサはクランクシャフトの回転速度を分析し、それにより、クランクシャフトの回転速度に係わらず一定の出力回転速度を維持するため、ウォームドライブに接続されたステッパモータを用いて変速比を調節する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本願発明によるシステムは、駆動される補機の寄生的なエネルギーロスを著しく減少する定速補機駆動装置（ＣＳＡＤ）を備える。本システムは、車両の出力トルク及び燃費の改善を含む、車両の性能とドライバビリティを著しく改善する。
【００１４】
本システムは、エンジン、及びクランクシャフトの回転速度が連続的に変化するときに略一定の速度でエンジン補機が動作するようにするベルト駆動エンジン補機システムに用いられる無限可変比プラネタリ部材変速機を備える。車両の要求の全てに合致する最低限の回転速度、すなわちオルタネータが必要とされる電流を引き渡し、エアーコンディショナが要求される冷気を届ける最低限の回転速度で補機ベルト駆動装置を維持することにより、本システムはエンジンに加えられる補機トルク負荷を著しく減少させる。これは、車両の推進に利用されるより多くの出力トルクを作り出し、あるいは、定速に車両を維持するに必要なスロットル開度（パワー）を減少させる。最適な状態は、それぞれの補機プーリの直径における相違を考慮すると、最低補機駆動回転速度がクランクシャフト回転速度よりも低いときであると認識される。本発明によるＣＳＡＤシステムの利点を説明するために、車両の加速度及び燃料消費量が性能の指標となる要素として記述される。
【００１５】
定速補機駆動システムの一般的な配置は図１に示される。ドライバプーリ（Ａ）は、内燃（ＩＣ）エンジンのクランクシャフトのような原動力に接続される。ＩＣエンジンの例は、本発明によるシステムが駆動装置の回転速度に関して被駆動部材の回転速度を調節あるいは変化させるに望ましい多くの状況において用いられうるため、限定として提供されるものではない。
【００１６】
被駆動プーリ（Ｂ）は、ここに説明される典型である無限可変変速機１０００の入力プーリ１００である。第１の無端ベルトＢ１はプーリ（Ａ）と（Ｂ）との間に係合し、それにより二点駆動配列で駆動プーリを被駆動プーリに直接接続する。被駆動プーリ（Ｂ）の回転速度は、駆動プーリ（Ａ）の回転速度の変化に応じて変化する。ベルトＢ１は、マルチプルリブド、Ｖ−ベルト、及び歯形を含む、公知のいかなるベルト形式をも備えうる。
【００１７】
変速機１０００は、第２の無端ベルト（Ｂ２）によって、オルタネータ（ＡＬＴ）、ウォータポンプ（ＷＰ）、及びパワーステアリングポンプ（ＰＳ）を含むが限定されない被駆動補機に接続される出力プーリ１０１を経て様々な補機プーリを駆動する。他の補機、すなわちエアーコンディショナ（ＡＣ）コンプレッサは変速機１０００に直接接続されて示され、それにより詳細な説明の中に説明される変速機の出力シャフトに接続される。他の配列において、ＡＣコンプレッサは変速機に直接取り付けられる必要がなく、他の補機と同様にしてベルトＢ２と係合し、エンジン上の他の位置に配されうる。
【００１８】
ここに公開される駆動装置の配列は、補機の回転速度がクランクシャフトの回転速度と独立して変速機により変更されうるように、クランクシャフトを被駆動補機から切り離す。この方法において補機を切り離すことは、補機及びエンジンの効率を上げる役目を果たす。
【００１９】
ベルトテンショナＴは、変速機出力から補機へのトルク伝達を促進するため、ベルトＢ２に張力を掛けるために用いられる。また、テンショナＴは、公知の非対称減衰を含む、減衰を備える。
【００２０】
ここに説明される変速機機構は、極端に小さく、そして高効率である。設計は、潤滑又は変速機の制御のための加圧油圧回路に対するいかなる要求をも打ち消す。
【００２１】
[無限可変比変速機の説明]
図２において、変速機の断面図、及びその二重出力の特徴が示される。変速機１０００は、連続可変変速機（ＣＶＴ）として一般に知られる形式の装置を備える。変速機は、放射状のインナ及びアウタレースと回転接合するプラネタリ部材を備える。それぞれのレースは、軸方向に離間した２つの部品あるいは部位を備える。エンジン回転速度に反応する制御手段は、アウタレースの２つの部品における軸方向離間距離を、そしてこれによりレースと回転接合するプラネタリボール部材の放射方向位置を選択的に変更するために用いられる。プラネタリ部材の放射方向位置における変化は、出力比を、そしてそれゆえに変速機出力シャフトの回転速度を変更する。
【００２２】
変速機の入力メンバに加えられるトルクに敏感に反応する手段は、インナレースの２つの部品の距離における補正変化量、及び変速比率を決定するように動作する。トルク反応手段は、プラネタリメンバとレースとの間でやりとりされ、それらの間の境界面（Ｎ）に対して直角である力を変化させる。変速機は、公開する全体が参照によりここに編入される、ミルナーに付与された米国特許第６，４６１，２６８号明細書においてより完全に説明される。
【００２３】
時々、変速装置として、又は無限可変変速機としても参照される、図２に示される変速機は、ハウジング５を備え、その中にはプラネットケージ１４が回転自在に取り付けられる。プラネットケージ１４は部位１４ａ及び１４ｂを備える。入力シャフト１１を備える入力駆動部材は、ベアリング１２及びベアリング１３上のプラネットケージ１４の中に同軸的に取り付けられる。ベアリング１３は、ボールベアリング及びニードルベアリングを含むが限定されない、公知のいかなる適したベアリングをも備えうる。スナップリング８６は、プラネットケージ部位１４ｂにベアリング１２を保持する。圧入リング１２ａはプラネットケージ部位１４ａにベアリング１２を保持する。プラネットケージ１４は、ベアリング４６、４７上でハウジング５の中に回転自在に取り付けられる。ベアリング（４６、４７）は、ボールベアリング又はニードルベアリングのような公知のいかなる適合品をも備えうる。スナップリング８５は、プラネットケージ部位１４ｂにベアリング４６を保持する。
【００２４】
プラネットケージ部位１４ａ、１４ｂはシャフト１６により互いに接合される。シャフト１６は一端が部位１４ａに圧入されるスタッドを備える。他端は部位１４ｂと協力的に係合して同様に圧入される。
【００２５】
シール（７６、７８）は変速機内にトラクションフルードを封じ込めて、変速機の中に異物が侵入することを防ぐ。
【００２６】
部位１４ａの軸方向円筒延長部位２２は、変速機における２つの同軸出力駆動部材又はシャフトを構成する。他の出力シャフト１０２は部位１４ｂの軸方向延長部位である。出力シャフト２２及び１０２は、それぞれプラネットケージ１４に機械的に接続されるため、同じ速度で回転することがわかる。
【００２７】
プラネットケージ１４は、それによりトルクが入力シャフト１１から出力シャフト及びプーリ１０１へ伝えられる手段である。これを達成するため、プラネットケージ１４は、インナレース（２３ａ、２３ｂ）とアウタレース（２６ａ、２６ｂ）との間の入力シャフト１１の軸に関して対称に配される、４つのプラネットフォロワ部材１５をさらに備える。それぞれのプラネタリフォロワ部材１５は、プラネットフォロワシャフト１６上のプラネットケージ１４により回転的に支持される。それぞれの部材１５は、ニードルベアリング６０、あるいはいかなる他の適した公知のベアリングにより、それぞれのシャフト１６上に回転的に支持される。それぞれのフォロワ１５はそれぞれのプラネタリ部材２５の動作に反応してそれぞれのシャフト１６に沿って軸方向に動く。図３参照。
【００２８】
フォロワ部材１５は、それぞれの主軸上で同軸的に取り付けられた２つの円錐台形状により近似される凹弓形状の側面を備える。図７参照。それぞれのフォロワ部材の円錐形状は、フォロワ部材を球状プラネタリ部材２５と係合させる有利な手段を提供する。すなわち、弓状凹形状はフォロワ１５の表面とプラネタリメンバ２５の表面との間に二点接触を提供し、これにより実質的に係合力を低減し、そしてこれにより一点係合と比較して高い負荷の下で耐久性を向上する。
【００２９】
次に、回転アセンブリを参照すると、入力シャフト１１は、２つのインナレース部品２３ａ及び２３ｂを備える放射状インナレースを備える。部品２３ａはシャフト１１に不可欠な部品として形成され、すなわちシャフト１１に圧入される別個の部品から成る。部品２３ａ及び２３ｂは、プラネタリ部材２５がその上で回転する、弓状表面２７ａ及び２７ｂをそれぞれ備える。
【００３０】
部品２３ｂは調節可能な部材であり、ボール螺子係合を備える螺旋状相互係合手段により、シャフト１１に沿って軸方向に移動可能である。図３参照。ボール螺子は、螺子段、すなわち螺旋状溝３７及び３８を、その中に協働して配される回転要素すなわちボール３９と共に備える。図１０参照。螺子状溝３７及び３８及びボール３９は公知の螺子係合、例えば部品２３ｂ及び入力シャフト１１上の”エイジャックス（ａｊａｘ）”又は”アクメ（ａｃｍｅ）”によって代わりに置換されうる。
【００３１】
溝３７、３８のらせん形状における長所により、ある方向への入力シャフト１１及び部品２３ｂの相対的な回転は、部品２３ｂを部品２３ａに向けて軸方向へ変位するようにする。反対方向への部品２３ｂと入力シャフト１１との間の相対的な回転があるインナレースにおける、２つの部品２３ａ、２３ｂの軸方向離間が生じる。
【００３２】
部品２３ｂは、螺旋状相互係合手段バイアス部材４０によりプラネタリ部材２５と連続的に軽接触して保持される。バイアス部材４０はねじりばねから成り、部材４１でシャフト１１上のストッパと係合する端部と、部品２３ｂと係合する他端とを有する。ばね４０は、部品２３ｂがシャフト１１上に、そして軸方向に沿って連続的に付勢され、これによりプラネタリ部材２５と部品２３ｂが連続的な係合をするように、連続的な加圧の下にある。
【００３３】
アウタレース２６は軸方向に分離可能なレース部品２６ａ、２６ｂから成る。アウタレース２６は、軸方向に延びる円筒部位４２を有する部品２６ａを備え、その中で第２の放射状アウタレース部位２６ｂは回転的に係合される。部品２６ａ及び２６ｂは、螺旋状相互係合手段、つまりレース部品の軸方向距離を選択的に変更するための手段を備える連係動作により回転的に接続される。すなわち、円筒形部材４２のインナ表面は螺旋状溝４３を有する。放射状アウタレース部位２６ｂは調節部材であり、その円筒状の外面に螺旋状溝４４を有する。回転係合を有する回転要素、すなわちボール４８は、アウタレース部品２６ｂが部位４２に対して回転するようにする溝４３と溝４４との間に配設される。溝４３、溝４４、及びボール４８はボールネジを共に形成する。溝４３、４４は、比率変更ウォームギアが過度に移動することなく、両端の間で時宜を得た比率変更を行うに充分な粗いピッチを有するが、図９参照、その一方で接触状態が容易にレースを離すことを強いるほど粗くはない。溝４３、４４及び４８は”エイジャックス（ａｊａｘ）”又は”アクメ（ａｃｍｅ）”螺子を含む、螺合と置き換えられ得る。完全な比率変更をもたらすため、部品２６ａに関するアウタレース部品２６ｂの角運動又は回転は約１５０°である。
【００３４】
プラネタリ部材２５はレース部材の回転軌道に沿って回転する。インナレース部品２３ａ、２３ｂ、及びアウタレース部品２６ａ、２６ｂの回転軌道は、それぞれ２７ａ、２７ｂ及び２８ａ、２８ｂとして識別され、断面図において、その半径がそれぞれ球形のプラネタリ部材２５の半径（ＲＳ）よりもわずかに大きい、部分円弓状面を備える。
【００３５】
それぞれのプラネタリ部材２５と軌道２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂとの間の半径における違いは、それぞれの部材２５とそれぞれの軌道との間の理論上点係合となる。表面２７ａ及び２７ｂの曲率半径は、望ましい比率変化の割合を与えるように選択され、部材２５はそのような比率変化の間、放射状に動く。
【００３６】
部材２５及び表面２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂとの間の接触面は、回転接触する２つの要素との間の流体において発生する力から生じるスピンロスと呼ばれるものを避けるため、大きすぎるべきではない。部品２３ａと２３ｂとの間に設けられるものは、部材２５及びインナ若しくはアウタレース間で循環するトラクションフルードのための戻り流路を提供するギャラリ７０である。
【００３７】
アクチュエータ及びウォームドライブが動作する間、２つのアウタレース部品２６ａ、２６ｂの軸方向への接近は、プラネタリ部材２５に圧力を加え、そしてこれにより入力シャフト１１の方向へ放射方向内側にこれらが動くようにし、これにより、２つのインナレース部品２３ａ、２３ｂが離れるように付勢することによって、プラネタリ部材の放射方向位置を調節する。これは、変速機の出力比を変更する。ねじりばね４０はレース部品２３ｂが部材２５と連続的に係合することを確実にする。もちろん、アウタレース部品２６ａ及び２６ｂもまた離れるように動き、これによりプラネタリ部材を入力シャフト１１から放射方向に離れて動くようにし、これにより、部品２３ａ及び２３ｂをトルク反応手段の動作を通じて互いに軸方向に動くようにする。
【００３８】
レース部品２６ａは、比率変更のために軸Ｘ−Ｘに平行な軸方向へ動く間、ハウジング５内の刻み目の中で回転する。軸Ｘ−Ｘは、入力シャフト１１、インナ及びアウタレース２３、２６、出力シャフト２２、１０２を含む変速機の回転の共通軸であり、同様に球状プラネタリ部材２５の軌道の中心である。レース部材２６ｂは、ハウジング５に対する部品２６ｂの回転を妨げるような方法であるが、部品２６ａが回転するとき部品２６ａに接離するよう部品２６ｂが軸方向に動作するという方法で、ハウジング５と係合する。
【００３９】
変速機は、トルク反応機構の動作に基づき、固有のワンウェイクラッチ動作を有する。慣性トルク成分が摩擦及び負荷トルクを克服するに充分である高減速比の間、通常出力は変速機の中で駆動装置となる。これは、インナレース２３ｂのクランプ力が減らされることを引き起こし、オーバーラン状況となる。
【００４０】
ハウジング５は、断面においてやや長方形の形状から成る。スタッド７１はハウジング側面７２及びハウジング側面７３をハウジング５とナット７４を用いて接続する。図８参照。ハウジング５の外表面から延びる冷却フィン（ＣＦ）は変速機及びトラクションフルードを冷やすために用いられる。
【００４１】
ハウジング５は変速機のためのトラクションフルードを受け、そして貯める リザーバー７５を備える。トラクションフルードシステムは加圧されず、その代わりに周囲の圧力状況で動作する。ケージ１４はリザーバー７５に含まれるトラクションフルード内に部分的に浸水して回転する。トラクションフルードは動作の間、変速機が回転する部位に掻き揚げられる。トラクションフルードはプラネタリ部材又はボール及びレース表面との間における必須の摩擦係数を提供する。フルードは、プラネタリ部材の周囲を流れ、そしてギャップ７７を通じてアウタレース及びギャップ７０を通じてインナレースから排出される。トラクションフルードは変速機を冷却する。
【００４２】
トラクションフルードはＳａｎｔｏｔｒａｃ（米国登録商標） ５０、又はＳａｎｔｏｔｒａｃ（米国登録商標） ２５００を含む、この仕事に適した公知のいかなるものをも備えうる。フルードは、中から高油膜強度が望まれる場所で用いられる、低粘度合成炭化水素ベースのトラクションフルードである。フルードは、ミズーリ州 ６３３０１ セントチャールズ、 ガバナー ドライブ ８のフィンデット コーポレーション（Ｆｉｎｄｅｔｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できる。
【００４３】
ハウジング５はエンジンに取り付けるための手段を備える。図１１参照。
【００４４】
この説明は自動車向けの定速補機駆動システムを含むが、本発明による変速機は、駆動及び被駆動器具との間に設けられる変速機を必要とするいかなる適用品にも用いられ得る。これらの場合においては、駆動装置はベルト及びプーリによって同様に変速機の入力シャフト１１に直接接続される。本発明による変速機は、例えば、そして限定するものではなく、変速機のような車両又はモータサイクルの動力伝達装置の適用品、同様にスラリーポンプ、ウォータポンプ、エアー及びガスコンプレッサ、ＨＶＡＣ、空調機器、バルク材輸送ポンプ等において用いられ得る。それぞれの場合において、機器は電気モータあるいは内燃エンジンといった一次駆動装置によって駆動される。変速機は、モータ又はエンジンと被駆動機器又は動力伝達装置との間に設けられる。変速機の連続可変の特徴は、被駆動機器の速度を無限及び正確に速度調節する。本発明による変速機は、歯車形式の変速機と比較して、駆動システムの要求に対して速度比の最大限幅広い範囲を提案するという有利な点を提供する。さらに、変速機の二重出力の特徴は、機器の２つの部品が単駆動装置を用いるときの単変速機により駆動されるようにする。ベルトが変速機出力で駆動されるならば、被駆動機器の複数の部品が異なる回転速度で駆動されうる。
【００４５】
[動作の詳細]
動作において、入力シャフト１１はプーリ１００と係合するベルトＢ１によって駆動される。入力シャフト１１の回転は、インナレース２３を回転させ、そしてインナレース２３と共に表面２７ａ及び２７ｂ上に、回転接触によって、アウタレース２６の曲面２８ａ及び２８ｂ上で回転するプラネタリ部材２５を運ばせる。プラネタリ部材２５は、放射状インナ及び放射状アウタレース２３、２６の曲面２７ａ、２７ｂ及び２８ａ、２８ｂとの接触によりそれぞれ拘束される。インナレース部品２３ａはシャフト１１に関して適切な位置に固定されるため、球状部材２５の全ての放射方向及び軸方向の動作は、部品２３ａに関しそして部品２３ａによって決定される。それゆえに、それぞれの部材２５の中心によって辿られる小道は、表面２７ａの弓形状と一致する曲線を描く。
【００４６】
この機構は、固定されたレース部品２３ａに関して可動インナレース部品２３ｂの回転及び軸方向動作を補正するトルク反応手段として動作する。トルク反応手段は、放射状インナレース２３とプラネタリ部材２５との間の駆動力の伝達により及ぼされる力に反応するために動く、バイアス部材４０と、螺旋状相互係合手段３７、３８、３９とを備える。トルク反応手段は、インナレース２３という部品の離間における補正された変化の決定、そしてこれによる機器の変速比の決定、及びプラネタリ部材２５とレースとの間に取り交わされ、それらの間の境界面に対して垂直である力の変化に対して反応する。
【００４７】
言い換えると、トルク反応螺旋状相互嵌合手段は、直接円周方向力、及び円周方向成分を有する軸力に反応する。軸力の円周方向成分は、螺旋状相互嵌合が反応する直接円周方向力からの符号に対して、実質的に等しく、そして逆である。これは、変速機の変速比を維持あるいは変化させるために、アウタレースにおける２つの軸方向に離間した部品の軸方向離間距離を選択的に変化させる制御手段に加えられるため必要な力を最小化する。
【００４８】
それぞれのプラネタリ部材２５は、フォロワ部材１５と回転的に係合する。部材２５のプラネタリ動作はフォロワ部材１５に伝えられ、そしてシャフト１６を介して、出力シャフト２２及び１０２へ順に接続されるプラネットケージ１４に伝えられる。部材２５は、変速機の変速比変化の間、シャフト１１に対して放射方向と軸方向の両方向に動作するため、それぞれのフォロワ部材１５は、それぞれの部材２５との適切な接触がそれぞれの動作に関する全ての範囲で維持されるように、軸Ｘ−Ｘに対して平行方向へベアリング６０上でわずかに軸方向動作が可能である。
【００４９】
変速機の比率変化は、放射状アウタレース部品２６ａ、２６ｂの相対的な接近または離間における変化によってもたらされる。これは、ウォームドライブ９０によるアウタレース部品２６ａの特定の方向、又は他の方向への回転によって引き起こされる。アウタレース部品２６ａの回転は、インナレース２３に向けて内側にプラネタリ部材２５を放射方向に付勢する、プラネタリ部材２５に加えられる、より大きい又はより小さい力の原因となる。２つのアウタレース部品２６ａ、２６ｂが接近すると、プラネタリ部材２５に及ぼされる力は増加する。インナレース２３ａ、２３ｂに加えられる放射方向内側への力は、溝３７、３８内のボール３９の動作を通じてシャフト１１に関しレース部品２３ｂの相対的な回転により引き起こされる離間をするようにそれらを付勢する。
【００５０】
レース部品２３ｂは、有限の円弧上に渡る相対的な動作がプラネタリ部材２５により加えられる圧力を補正調節するために行われるときの一時的な変化だけでなく、レース部品２３ａと同じ回転速度で回転する。より適切には、駆動装置における意図された方向へのシャフト１１の回転は、レース部品２３ｂ及びドライブシャフト１１による螺旋状相互係合に働く力が、レース部品２３ｂとプラネタリ部材２５との間の反力と一致するまで、レースとプラネタリ部材２５との間の回転接触におけるいかなる遊びも取り除かれるように、引きずられることによって抵抗されたとき、レース部品２３ｂが軸方向に部品２３ａへ接近するようにする。この点では、レース部品２３ａに関するレース部品２３ｂのさらなる軸方向変位は取り入れられない。
【００５１】
変速比は、レース部品２６ａ及び、次にプラネタリ部材２５の放射状位置により決定される。インナレース螺子３７、３８及びボール３９の機能は、特定の範囲内にある点に接触するプラネタリ部材２５の接線方向（けん引）力（ｎ／ｆ）に対して垂直な比を維持するためのものである。比は、効率、トルク容量及びユニットの寿命を低下させうる、必要とされるよりも著しく大きな垂直抗力（Ｎ）が加えられるほど大きくないが、過度のスリップが起きない（部分的な潤滑において少なくともｎ／ｆ＝１０及び完全流体潤滑に対して２倍まで）ことを保証するほど十分大きくなければならない。
【００５２】
球状プラネタリ部材２５の形状は、この役目に十分に適しているが、それは、そのようなプラネタリ部材が、図２の平面（ｙ方向）におけるレースによって加えられた４つの周辺接触放射状”絞り出し”力、及び図の平面に対して垂直（ｚ方向）である部材中心を介する駆動力の働きの下で平衡状態にあって、ここに示すように、ｙ／ｚが接触点が位置する周辺のどこであろうと同じ値を有するためである。これは、インナ及びアウタレースｙ／ｚ値が変速機のいかなる比率設定に対しても等しいことを意味する。インナレース２３ｂ上で動作するねじりばね４０は、トルクがゼロから増加するように働くトルク反応機構に対して十分な接触圧が常にあることを保証するために十分な予負荷を与える。
【００５３】
端部７２及び７３を有するハウジング５は、その全体に、入力及び出力シャフト及びウォームドライブを除く可変変速ユニットを含み、全体のパッケージを非常にコンパクトにする。一方、本発明は例えば定速補機駆動装置のための変速機に非常に適している。補機ベルト駆動システムにおいて用いるため、変速機１０００からの出力は、出力シャフト２２にマルチプルリブドプーリを備える。他の出力シャフト１０２は、シャフト２２と反対へ同軸的に延びる。シャフト１０２は、エアーコンディショナコンプレッサといった補機に直接接続される。図１１参照。変速機の組合せ、すなわち設置ブラケット及び取り付けられた補機は、車両のエンジンの１つのユニットとして設置可能な完全なアセンブリから成る。もちろん、エアーコンディショナコンプレッサ（Ａ／Ｃ）は例示としてのみ提案され、パワーステアリングポンプ、オルタネータ、フューエルポンプ、オイルポンプ、ウォータポンプ、同様の他の補機に限定することなく含む、いかなる他の補機もが同様にして変速機に取り付けられ得る。
【００５４】
入力及び出力部材は反転されたそれら固有の機能を有し、すなわち、入力はシャフト２２を通じて受け入れられ、出力はシャフト１１を介して送り出されることが記される。これは、入力トルクよりも出力トルクが増えることになる。他方、変速機は回転トルクの伝達方向のどちらにも動作しうる。
【００５５】
図３に示すレース形状において、部材２５とインナレースウェイ２３との間における回転接触半径（Ｒ１）は相対的に大きく、部材２５とアウタレースウェイ２６との間における接触半径（Ｒ３）は相対的に小さい。この形状において、入力シャフト１１と出力シャフト２２、１０２との間の変速比は約１．０である。本明細書のいずれかに説明されるように、回転接触半径は部品２６ａ及び２６ｂの相対位置によって制御される。部品２６ｂの軸方向位置はウォームドライブ９０によって制御される。図９参照。部品２６ａのウォームドライブ９０の動作は、時計方向又は反時計方向のどちらにもシャフト１１に対して部分的に回転する部品２６ａにより、部品２６ｂを軸方向に動かす。
【００５６】
図４を参照すると、図３に示されるものから反対方向へウォームドライブ９０が動作することにより、レース部品２６ｂは、部材２５が放射方向内側に向けて動くことを強制されるように部品２６ａが回転するとき、部品２６ａに向けて軸方向へ動く。部材２５の動作は、部品２３ｂに支持されるねじりばね４０の動作によって引き起こされる、インナレース部品２３ｂの軸方向への接近によって保証される。この構成では、部材２５とインナレース２３との間の回転接触半径（Ｒ２）は相対的に小さく、そして部材２５とアウタレース２６との間の接触半径（Ｒ４）は相対的に大きい。この構成では、入力シャフト１１と出力シャフト２２、１０２との間の変速比は約０．３である。
【００５７】
インナレース２３ａは動かないため、部材２５は面２７ａ上で回転し、これにより面２７ａの輪郭に沿う。部材２５それぞれの中心は、比が図３から図４へ変えられるとき一斉に放射方向内側及び軸方向へ移動しながら、ほぼ方向Ｄ２へ動く。
【００５８】
入力／出力シャフトはまた、入力１００及び出力１０１プーリの相対的な直径を条件とし、これにより本発明によるシステムに可変容易性という他の特性を加える。例えば、出力プーリ１０１の直径は補機プーリそれぞれの直径と協働するために組み合わされる。本システムにおいてそれぞれのプーリの直径を適切に選択することは、望ましい回転速度が、対応するエンジンクランクシャフトの回転速度に対して補機ごとに認識されるようにする。異なるプーリ比は、変速機の無限に変化しうる特性によって拡張される。
【００５９】
図５はシャフト及びレースの断面斜視図である。インナレース２３及びアウタレース２６が示される。インナレース部品２３ｂは、ボール螺子（３７、３８、３９）上の入力シャフト１１に関して回転することにより方向±Ｄへ動く。アウタレース部品２６ｂは、ボール螺子４３、４４、４８上で方向Ｒへアウタレース部品２６ａが回転するという長所により、同様に方向±Ｄへ動く。図１０参照。流体ギャラリ７７は、ケージ及びレース空間を出てリザーバー７５に戻るための、循環するトラクションフルードのための小道を提供する。変速機の回転軸は、Ｘ−Ｘにより記される。
【００６０】
図６はケージの部分断面図である。ケージ１４はケージ部位１４ａ及びケージ部位１４ｂを備える。フォロワブラケット８０はケージ１４に関して対称に設けられる。それぞれのシャフト１６はブラケット８０に接続され、そしてそれによりケージ１４に接続される。穴８１に設けられるドエルピン８４は、ケージ部位１４ａ及び１４ｂと適切に並べられるために用いられる。プラネタリ部材２５はそれぞれのスペース８３内で回転する。スペース８３は、フォロワブラケット８０の間でケージ１４に関して対称に設けられる。スナップリング８６は穴９６の部位１４ｂと係合する。出力シャフト２２及び１０２はケージ部位１４ａ及び１４ｂからそれぞれ延びる。
【００６１】
図７はフォロワアセンブリの断面図である。フォロワ１５は、次々に接合される２つの円錐台形によって近似される断面を有する弓形形状を備える。これは、部材２５と係合する、半径Ａ１及びＡ２を有する実質的な凹断面形状となる。半径Ａ１は半径Ａ２以上である。この形状はそれぞれのボール２５及びフォロワ１５との２点接触を与えるため、有利である。これは、トルク伝達装置において改良された効率と精度を提供する。また、それは回転摩擦損失を著しく増加させることなく、１点から２点へ負荷を減少させる。比が変化するにつれてそれぞれの部材２５について行くために、フォロワ１５はシャフト１６に沿ってニードルベアリング６０上で方向Ｍへわずかに軸方向に動くことが出来る。ニードルベアリング６０はシャフト１６上の肩部６１、６２との間に収容される。ベアリング６０を収容するための肩部６１、６２は同様に公知であるスナップリングを備える。フォロワ１５はシャフト１６上で軸方向に動かされる。
【００６２】
図８はハウジングとアウタレースの詳細である。ハウジング５はセクション７２、７３を備える。アウタレース部品２６ｂはダエル２６ｃと共に示される。ダエル２６ｃはハウジングセクション７２の穴と係合する。レース部品２６ｂは、アウタレース２６ａがウォームドライブ９０により回転されるとき、ダエル２６ｃ上で（軸Ｘ−Ｘに関する）軸方向に自由に動作可能である。ダエル２６ｃは部品２６ａが回転するとき、アウタレース部品２６ｂが回転することを防ぐ。
【００６３】
スタッド７１及びナット７４はハウジングセクション７２及び７３を共に保持する。冷却フィンＣＦはハウジング５の外表面に取り付けられ、変速機からの熱を発散させる。
【００６４】
図９はレース駆動装置の詳細である。ウォームドライブ９０は公知の方法、例えばスタッド、ボルト、又は螺子を用いてハウジング５に取り付けられる。ウォームドライブ９０はＤＣステッパモータ９６を備える。一例として、また限定するものでなく、適したステッパモータは、ＬＩＮエンジニアリング（ＬＩＮ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、モデル番号４２１８Ｌ−０１である。ステップモータはｗｗｗ．ｌｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ｃｏｍ／ｏｕｒｐｒｏｄｕｃｔｓ／４２１８．ｈｔｍにおいて参照されうる。公知の他のステッパモータが同様に用いられ得る。ステッパモータコントローラ９７は同様に公知であり、ＬＩＮエンジニアリング又は他の適した供給者から入手されうる。
【００６５】
スプロケット９１はモータ９６の出力シャフトに接続される。一例として、スプロケット９１は３０の歯と２８．６５ｍｍの有効径とを備える。協働するスプロケット９２はウォームドライブピニオン９４に取り付けられる。一例として、スプロケット９２は１５の歯と１４．３２ｍｍの有効径を有する。一方、限定するものでない例示において、駆動比は２：１である。歯付きベルトＢ３はスプロケット９１及び９２との間に掛け回され、１３５ｍｍの全ピッチ長に渡って４５の歯と３ｍｍのピッチを備える。
【００６６】
ウォームギア９３はドライブピニオン９４へ機械加工される。協働するウォームギアトラック９５はアウタレース品２６ａに機械加工される。典型的なウォームギアセットは、ｗｗｗ．ｗｍｂｅｒｇ．ｃｏｍにおけるＷ．Ｍ．ベルグ（Ｗ．Ｍ．Ｂｅｒｇ）の在庫番号ＷＣＳ−７Ｓから入手可能である。例えば、ウォーム９３は１２．０ｍｍの有効径、３．１４１５９ｍｍのリード、４．７５°のリード角、及び１４．５°の圧力角を有する一条螺子からなる。ウォームギア９５の有効径は８８ｍｍで、８８の歯を備える。このように、測定基準は１．０である。ねじれ角は４．７５°であり、圧力角は１４．５°、円ピッチは３．１４１５９ｍｍである。ウォームギアセットの中心間距離は５０．００ｍｍ（（８８＋１２）の１／２）であり、比は８８：１である。
【００６７】
摩擦成分は、ピニオン９４とハウジング５のベアリングとの間に造られる。すなわちピニオン９４は、ハウジング５内にスラストワッシャ９９を備える摩擦部材と軸方向に係合する。図２参照。スラストワッシャ９９は、ピニオン９４との係合面上において摩擦係数を有する。ワッシャ９９とピニオン９４との間の係合により生成される摩擦力は、動作の間、ピニオンの回転を妨げるが、より適切には、例えばエンジン回転速度が安定状態であってそれにより変速機動作状況が安定状態である間に、ウォーム、そしてそれによりアウタレースが動かないようにされ、そしてそれによりレース部品の軸方向変位が制限されることが望まれるときには、摩擦力がピニオンの回転を防ぐ。そのような安定状態において、モータ９６は動作が停止される。スラストワッシャ９９にたいする摩擦に対抗する面はアルミニウムハウジング５である。
【００６８】
スラストワッシャ９９は鋼鉄からなる。鋼鉄インサート上にはコーティング、又はオーバーモールドされた摩擦面を備える。
【００６９】
グリース又は軽油が非コーティング鋼鉄スラストワッシャに用いられ得る。この場合、鋼鉄のみからなるワッシャの摩擦係数は約０．９から１．１である。鋼鉄の摩擦係数以下に摩擦係数を減らすことが必要である場合、以下の熱可塑性物質が用いられる（一例として、及び限定するものではない）：アーレン ＡＥ ４２００（Ａｒｌｅｎ ＡＥ ４２００）（三井石油化学工業（Ｍｉｔｓｕｉ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ））、ルブリコンプ（Ｌｕｂｒｉｃｏｍｐ） １８９（ＬＮＰ エンジニアード プラスチックス（ＬＮＰ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）。熱可塑性物質の摩擦係数は、約０．０６から１．０である。オイル又はグリースは熱可塑性プラスチックと共に用いられない。
【００７０】
鋼鉄の摩擦係数以上に摩擦係数を増やすことが必要である場合、以下の熱可塑性物質が用いられる（一例として、及び限定するものではない）：ルブリロイ（Ｌｕｂｒｉｌｏｙ） ＲＬ （ＬＮＰ エンジニアード プラスチックス（ＬＮＰ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＴＥＰ ６４２（トムソン インダストリーズ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）。これらの物質を用いた摩擦係数は、約０．１４から１．２０である。オイル又はグリースはこれらの熱可塑性プラスチックと共に用いられない。
【００７１】
上述の熱可塑性プラスチックのいずれかが鋼鉄ワッシャインサート上にモールドされ、又は鋼鉄インサートなしで用いられ得る。
【００７２】
説明された機械的及び摩擦的構成は、モータ９６が動作していないときに、ウォームドライブの自動ロックに帰着する。モータ９６により提供されるトルクは、ワッシャ９９とピニオン９４との間の摩擦力、及び部材２５の径方向の力に打ち勝ち、これによりアウタレース部品２６ａの回転を起こすに十分である必要のみがある。一旦アウタレースが望ましい位置に動かされ、それゆえに変速機の出力比は動かされ、モータ９６は動作を停止される。ウォームドライブの摩擦特性は、その後、自動ロックピニオンの動作によりアウタレース２６ａのさらなる回転（及び軸方向動作）を防止する。
【００７３】
図１０は変速機の断面図である。図２及び図９を参照すると、インナボール螺子は協働する螺子溝３７及び３８を、その中に協同的に設けられるボール３９と共に備える。例えば、限定する意図でなく、ボール螺子は１８ｍｍの有効径、９．５７ｍｍのリード、及び２．６５ｍｍのボール直径を備える。らせん角度は９．６１°である。ボール螺子は３つの始点を備える。始点あたりのボールの数は、１１１ボールの全数に対して３７である。複数のボールに渡る軸方向長さは２１．５ｍｍである。
【００７４】
この明細書のいずれかに説明されるように、アウタレース部品２６ｂは、ボール螺子４３、４４、４８上で方向Ｒへアウタレース部品２６ａの中で回転することにより方向Ｄへ動く。図５参照。ボール螺子は、１０７ｍｍの有効径、１６．０１ｍｍのリード、及び３．００ｍｍのボール直径を有する。らせん角度は２．７３°であり、４つの始点を有する。始点あたりのボール数は１５である。ボール螺子のボールの総数は６０である。複数のボールに渡る軸方向長さは８．４ｍｍである。
【００７５】
ピニオン９４はハウジング５内に係合される。モータ９６は、スタッド、ボルト、又はスクリューといった公知の方法によりハウジング５に直接取り付けられる。トラクションフルードによる跳ね掛け潤滑はプラネットケージ１４の回転により双方のボール螺子に提供される。
【００７６】
図１１は二連実施形態の断面図である。この例示の配列において、エアーコンディショナコンプレッサＡＣは変速機１０００に直接連結される。ＡＣの入力クラッチは出力シャフト１０２に直接接続される。図１２参照。公知の、つまり例えば、ボルト、スタッド、又はピンといったファスナ２００は、変速機１０００のハウジング５にＡＣを結合するために用いられる。ファスナ２０１はＡＣをエンジンブロックへ取り付ける。ファスナ２０１はスタッド、ボルト、又は螺子、又は他の公知の適したファスナからなる。
【００７７】
本実施形態において図１０に示されるダストカバー１０３は、ＡＣ入力クラッチがシャフト１０２へ直接接続されるようにするために、変速機から取り外される。
【００７８】
ダストカバー１００１は、異物からベルトＢ３を保護する。
【００７９】
図１２は二連実施形態の断面図である。変速機１０００の大部分は、ケージ部位１４ｂ及びシャフト１０２を除き、この図から削除される。ケージ部位１４ｂのシャフト１０２はエアーコンディショナコンプレッサ入力クラッチＡＣＣに直接接続されて示される。エアーコンディショナコンプレッサは出力シャフト１０２と同じ回転速度で動作する。しかしながら、エアーコンディショナコンプレッサは被駆動補機と同じ回転速度で動作する必要はない。ＡＣコンプレッサの回転速度は、クランクシャフトプーリＡ及び変速機入力プーリ１００の直径と変速比との作用である。したがって、図示されるように直接接続されるコンプレッサの回転速度は、入力プーリ１００の直径によりある程度決定される。他方、図１に示す他の補機は、それぞれの補機プーリの直径に従って、エアーコンディショナコンプレッサ回転速度とは異なる又は同じである望ましい補機回転速度をその直径が与えるように選択された、出力プーリ１０１により駆動される。したがって、二連補機配列は２つの独立した補機回転速度を与える。ある回転速度は、出力シャフト１０２の補機回転速度であり、もう一つの回転速度は、プーリ１０１と様々な独立補機プーリの直径との間におけるプーリ比の作用である。これは、システムの最適化に広い可変性を提供する。
【００８０】
図１３は本制御システムにおけるブロック図である。制御機器及びソフトウェアはステッパモータ制御マイクロプロセサ９８（Ａ）と、マイクロプロセサメモリに内在するソフトウェアとを備える。マイクロプロセサメモリに内在するソフトウェアは、比例作動（ＰＤ）制御スキーム（Ｂ）を備える。また、ソフトウェアにより用いられるためにメモリ内に蓄えられるものは、望ましい補機回転速度（Ｃ）である。マイクロプロセサ９８はクランクシャフト回転速度センサ及び補機回転速度センサからの信号を受信する。
【００８１】
比例作動制御は効果的かつ単純な制御計画を実行する。ソフトウェアは、望ましい補機回転速度（Ｃ）と正確な補機回転速度（フィードバックループにより得られる）との間の誤差を算出する。それは、望ましい補機回転速度と正確な補機回転速度との間における算出された誤差を得、比例定数及び差動定数を用いてそれを測る。望ましい補機回転速度と正確な補機回転速度との間の誤差があるならば、誤差信号が生成されてステッパモータドライバ９７に送信され、補機回転速度が望ましい回転速度とより密接につり合うようにステッパモータ９６が変速比を調節する。正確な補機回転速度が望ましい補機回転速度と等しくなるとき、誤差信号は存在せず、ステッパモータは動作を停止する。いずれかに説明されたように、自動ロックウォームギア駆動装置及びアウタレースは、ステッパモータが動作を停止する間、変速機が比を変えることを防ぐ。ステッパモータは１２Ｖ又は４２Ｖシステム（Ｄ）により駆動される。
【００８２】
システムの性能の詳細
車両シミュレーションソフトウェア、例えばガンマ・テクノロジーズ（Ｇａｍｍａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）からのＧＴ−Ｄｒｉｖｅ（使用商標）を用いると、本発明によるＣＳＡＤシステムの利点を定めることか可能である。以下の典型的な考察は、２．０Ｌエンジン及び５速マニュアル変速機を有するフォード フォーカス（Ｆｏｒｄ Ｆｏｃｕｓ（使用商標））の性能をシミュレーションすることに関係する。
【００８３】
変速機効率のマップは以下の通りである。
効率は％であり、回転速度はＲＰＭであり、トルクはＮ／ｍである。
【００８４】
本発明によるシステムを用いた車両の著しく改善された加速性能が図１４に示される。図１４は２つの例となる補機回転速度との間における車両の加速度性能の差を示す。曲線（Ｂ）は、先行技術による非対称ベルト駆動システム（ＡＢＤＳ）を用いた先行技術のエンジン性能を示す。先行技術によるシステムにおいて、補機は１本のベルトによりクランクシャフトに直接接続されるため、補機駆動装置回転速度はエンジンクランクシャフトの回転速度に直接比例する。比較例によると、変速機出力プーリ１０１が本発明によるシステムを用いて約８８５ＲＰＭ（曲線（Ａ））の定回転速度で動作するとき、０から９６．６ｋｍ／ｈ（６０ＭＰＨ）までの加速時間において約４．０秒の改善が認められる。８８５ＲＰＭは、オルタネータがその定格電流の約７０％を発電する、エンジンのアイドル回転速度である。補機が２０００ＲＰＭ（曲線（Ｃ））の定回転速度、すなわちオルタネータが定格の約１００％を発電する最低回転速度で動作するとき、０から９６．６ｋｍ／ｈまでの経過時間の改善は約４．０秒よりもちょうどわずかに少ない。いずれの場合（Ａ又はＣ）においても、一定の回転速度で又はエンジンクランクシャフトの回転速度よりも低い速度で補機を駆動することは、補機を駆動するために用いられる駆動軸にさらなるトルクを与えることにより、著しく車両の性能を改善する。
【００８５】
図１５は、変速機がギアをシフトするときエンジン回転速度は連続的に変化するが、補機の回転速度は本発明によるＣＳＡＤシステムを用いて実質的に一定に保たれることを示したグラフである。すなわち、シャフト２２及び１０２の回転速度は、基本的に２つのエンジン動作状況、すなわちアイドリングを超える回転速度、及びアイドリングでのエンジン回転速度を備えるエンジン動作状況に対して、クランクシャフトの動作回転速度の範囲に渡って実質的に一定である。パワーステアリングポンプ（ＰＳ）、エアーコンディショナ（ＡＣ）コンプレッサ、オルタネータ（ＡＬＴ）及びウォータポンプ（ＷＰ）全ては、オルタネータの回転速度が他の補機の回転速度より相対的に高いにもかかわらず、２つの動作状況のそれぞれにおいて実質的に一定の回転速度で動作する。図１５において示される回転速度は、駆動装置の相対的な動作特性の例示としてのみ提供され、システムの補機回転速度を限定するものとして提供されない。
【００８６】
本発明のシステムを先行技術と対比すると、図１６は、クランクシャフトに接続される固定比補機駆動装置を有する先行技術によるシステムにおける回転速度のふるまいを示す。補機の回転速度（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）は、補機駆動装置がベルトによりクランクシャフトへ直接接続されるため、クランクシャフトの回転速度（Ａ）に直接比例する。この先行技術の動作形態は、それぞれの補機はクランクシャフトにより引き起こされる広い速度範囲に渡って申し分なく動作することが可能でなければならないため、効率が悪い。
【００８７】
図１７は、補機駆動装置における一定の回転速度のふるまいを維持するための、変速機における典型的なギア比変化を示す。
【００８８】
典型的な燃費の改善は他の補機回転速度に対して示される。
【００８９】
”％”値は、ＡＣ（エアーコンディショナ）及びＡｌｔ（オルタネータ）が動作している時間の割合を示す。例えば、ＡＣ１００％及びＡｌｔ１００％である１４００ＲＰＭにおける市街地サイクルに対し、ＭＰＧにおける％の増加は約１１％であることがわかる。高速サイクルに対しても同様に％の増加は約１１％である。
【００９０】
図示される分析は、以下の効果を伴い、５．３Ｌ ＳＵＶエンジンにおいて成し遂げられる。
【００９１】
下の表１は、２．０リッターエンジンに対して図１８に示される欧州ドライブサイクルに関する燃料節約において予想される改善を示す。表１は、約９０％と推定される変速機のトルク伝達効率を考慮する。しかしながら、変速機の効率は、補機の回転速度が約２０００ＲＰＭに制御されるのであれば、推定される燃料節約量を実現するために、約８５％より高ければ十分である。オルタネータは最大効率を実現するため、約５０００ＲＰＭ＋で連続的に動作する。システムは、補機の回転速度が約８５０ＲＰＭに設定されるのであれば、低変速機効率（＜８５％）を許容することが出来る。本発明のシステムにおける先行技術に対する改善は、表２に示される。
【００９２】
【表１】
【００９３】
【表２】
【００９４】
さらに、高速道路で体験されるような一定速度のドライブの下で、著しい燃料削減がまた同様に実現される。これは、本発明のＣＳＡＤ変速機の効率が約８５％に想定される、図３に示される。もちろん、効率が変化するとき、一定速度での燃料削減がなされる。
【００９５】
【表３】
【００９６】
補機は実質的に一定速度で駆動されるため、エアーコンディショナコンプレッサ及びオルタネータといった補機は、エンジンクランクシャフト回転速度の全体の範囲に渡って良好な性能を有するように設計されるよりも、選択された一定回転速度で最も効果的であるように設計される。さらに、流体パワーステアリングユニットの寄生損失は、低回転速度で動かされることによって、先行技術より優れて本発明のシステムにおいて最小化される。
【００９７】
ここに本発明の複数の実施形態が説明されたが、記載された発明の範囲と精神から逸脱することなく、変形が各部の構造と関係に施されることは、当業者にとって自明である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】定速補機駆動システムの概略図である。
【図２】変速機の断面図である。
【図３】最大駆動比を示すレースの部分断面図である。
【図４】最大駆動比を示すレースの部分断面図である。
【図５】レースの部分断面図である。
【図６】ケージの部分断面図である。
【図７】フォロワアセンブリの断面図である。
【図８】ハウジング及びアウタレースの詳細図である。
【図９】アウタレース駆動装置の詳細図である。
【図１０】変速機の断面図である。
【図１１】二連実施形態の斜視図である。
【図１２】二連実施形態の部分斜視図である。
【図１３】制御システムのブロック図である。
【図１４】改善された車両の性能を示したグラフである。
【図１５】クランクシャフト速度と比較した補機速度を示したグラフである。
【図１６】比例駆動する公知技術のシステムにおけるクランクシャフト速度と比較した補機速度を示したグラフである。
【図１７】変速機の速度比を示したグラフである。
【図１８】典型的な欧州ドライブサイクルを示したグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は変速機、及び定速補機駆動装置に関し、同様に、そしてより適切には、インナ及びアウタレースと回転接触する複数のプラネタリ部材と、略定速でエンジン補機を駆動するためのベルト駆動定速補機駆動装置とを有する、回転速度比無限可変プラネタリボール変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンは、エンジン及び車両の動作に用いられる特定の補機を一般的に備える。そのような補機は、パワーステアリングポンプ、エアーコンディショナコンプレッサ、オルタネータ、オイルポンプ、燃料ポンプ等を含む。これらの補機は一般的にサーペンタインベルトにより駆動される。サーペンタインベルトは、エンジンクランクシャフトと同様にそれぞれの補機上のプーリと係合する。エンジンクランクシャフトは補機を駆動するためのトルクを供給する。
【０００３】
ベルトがクランクシャフトによって駆動されると、車両の加減速中におけるエンジン回転速度の変化に必然的にさらされる。言い換えると、補機の動作回転速度はエンジンの回転速度と直接つり合う。エンジン回転速度、特にアイドルよりも速いエンジン回転速度における変化は、それぞれの補機が全てのエンジン回転速度の範囲に渡って申し分なく動作するように設計されるため、補機の不十分な動作となる。これは、効率が回転速度の範囲の多くにおいて最適以下であることを必然的に意味する。それゆえ補機が定速、すなわち最適な速度で駆動されうるように、クランクシャフトから切り離されることが望ましい。
【０００４】
従来技術を代表するものは、可変径プーリに取り付けられた固定径プーリは補機に接続された他のベルトを駆動するために用いられる、可変径プーリを駆動する平ベルトを有する可変速度補機駆動装置を公開するクーンに付与された米国特許第４，９６９，８５７号明細書（１９９０年）である。
【０００５】
同様に従来技術を代表するものは、エンジン駆動キャリア入力装置と増速プラネタリギアセットとを組み合わせた車両補機駆動アセンブリを開示するマッキントッシュに付与された米国特許第４，３０５，４８８号明細書（１９８１年）である。
【０００６】
クーンは、適切に動作するために一斉に動作しなければならないＣＶＴプーリでは多くの構成部品を必要とするという問題に対して著しく複雑な返答を示す。さらに、クーンは補機駆動装置において支配的な駆動装置である、マルチプルリブドベルトと共に動作しない。
【０００７】
単純プラネタリボール連続可変変速機は、耐久性を上げるためと同様、補機駆動システムの起こりうる故障状態を減らすことが望ましい。
【０００８】
従来技術を代表するものは、１つのレースにおける２つの部品の軸方向距離を選択的に変化させるための制御手段を有する軸方向に離間した２つの部品をそれぞれ備える放射状インナ及びアウタレースと転がり接続するプラネタリ部材を有する形式の連続可変変速機を開示するミルナーに付与された米国特許第６，４６１，２６８Ｂ１号明細書（２００２年）である。
【０００９】
必要なものは、自動ロック駆動装置を有する回転速度比無限可変プラネタリボール変速機を用いて略定速でベルト駆動補機を駆動する定速補機駆動装置である。本願発明はこの要求に合致する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明における第１の特徴は、自動ロック駆動装置を有する回転速度比無限可変プラネタリボール変速機を用いて略定速でベルト駆動補機を駆動する、定速補機駆動装置を提供することである。
【００１１】
本願発明における他の特徴は、本発明に関する以下の記述および添付された図面により指摘され、あるいは明らかにされる。
【００１２】
本願発明は、可動インナ及びアウタレースと回転接触するプラネタリ部材と、変速を用いる定回転速度補機起動システムとを備える回転速度比無限可変プラネタリボール変速機からなる。変速機は約０．３及び１．０という比の間で無限に可変である。変速機入力シャフトは、駆動ベルトにより、車両のエンジンクランクシャフトのような原動力に接続される。変速機は、入力シャフトと同軸である少なくとも一つの出力シャフトを備える。出力プーリは出力シャフトに取り付けられる。ベルトは出力プーリ及び様々なエンジン補機との間に係合される。変速機出力シャフトにおける第２の端部は変速機に取り付けられたエンジン補機に直接接続され得る。プロセサはクランクシャフトの回転速度を分析し、それにより、クランクシャフトの回転速度に係わらず一定の出力回転速度を維持するため、ウォームドライブに接続されたステッパモータを用いて変速比を調節する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本願発明によるシステムは、駆動される補機の寄生的なエネルギーロスを著しく減少する定速補機駆動装置（ＣＳＡＤ）を備える。本システムは、車両の出力トルク及び燃費の改善を含む、車両の性能とドライバビリティを著しく改善する。
【００１４】
本システムは、エンジン、及びクランクシャフトの回転速度が連続的に変化するときに略一定の速度でエンジン補機が動作するようにするベルト駆動エンジン補機システムに用いられる無限可変比プラネタリ部材変速機を備える。車両の要求の全てに合致する最低限の回転速度、すなわちオルタネータが必要とされる電流を引き渡し、エアーコンディショナが要求される冷気を届ける最低限の回転速度で補機ベルト駆動装置を維持することにより、本システムはエンジンに加えられる補機トルク負荷を著しく減少させる。これは、車両の推進に利用されるより多くの出力トルクを作り出し、あるいは、定速に車両を維持するに必要なスロットル開度（パワー）を減少させる。最適な状態は、それぞれの補機プーリの直径における相違を考慮すると、最低補機駆動回転速度がクランクシャフト回転速度よりも低いときであると認識される。本発明によるＣＳＡＤシステムの利点を説明するために、車両の加速度及び燃料消費量が性能の指標となる要素として記述される。
【００１５】
定速補機駆動システムの一般的な配置は図１に示される。ドライバプーリ（Ａ）は、内燃（ＩＣ）エンジンのクランクシャフトのような原動力に接続される。ＩＣエンジンの例は、本発明によるシステムが駆動装置の回転速度に関して被駆動部材の回転速度を調節あるいは変化させるに望ましい多くの状況において用いられうるため、限定として提供されるものではない。
【００１６】
被駆動プーリ（Ｂ）は、ここに説明される典型である無限可変変速機１０００の入力プーリ１００である。第１の無端ベルトＢ１はプーリ（Ａ）と（Ｂ）との間に係合し、それにより二点駆動配列で駆動プーリを被駆動プーリに直接接続する。被駆動プーリ（Ｂ）の回転速度は、駆動プーリ（Ａ）の回転速度の変化に応じて変化する。ベルトＢ１は、マルチプルリブド、Ｖ−ベルト、及び歯形を含む、公知のいかなるベルト形式をも備えうる。
【００１７】
変速機１０００は、第２の無端ベルト（Ｂ２）によって、オルタネータ（ＡＬＴ）、ウォータポンプ（ＷＰ）、及びパワーステアリングポンプ（ＰＳ）を含むが限定されない被駆動補機に接続される出力プーリ１０１を経て様々な補機プーリを駆動する。他の補機、すなわちエアーコンディショナ（ＡＣ）コンプレッサは変速機１０００に直接接続されて示され、それにより詳細な説明の中に説明される変速機の出力シャフトに接続される。他の配列において、ＡＣコンプレッサは変速機に直接取り付けられる必要がなく、他の補機と同様にしてベルトＢ２と係合し、エンジン上の他の位置に配されうる。
【００１８】
ここに公開される駆動装置の配列は、補機の回転速度がクランクシャフトの回転速度と独立して変速機により変更されうるように、クランクシャフトを被駆動補機から切り離す。この方法において補機を切り離すことは、補機及びエンジンの効率を上げる役目を果たす。
【００１９】
ベルトテンショナＴは、変速機出力から補機へのトルク伝達を促進するため、ベルトＢ２に張力を掛けるために用いられる。また、テンショナＴは、公知の非対称減衰を含む、減衰を備える。
【００２０】
ここに説明される変速機機構は、極端に小さく、そして高効率である。設計は、潤滑又は変速機の制御のための加圧油圧回路に対するいかなる要求をも打ち消す。
【００２１】
[無限可変比変速機の説明]
図２において、変速機の断面図、及びその二重出力の特徴が示される。変速機１０００は、連続可変変速機（ＣＶＴ）として一般に知られる形式の装置を備える。変速機は、放射状のインナ及びアウタレースと回転接合するプラネタリ部材を備える。それぞれのレースは、軸方向に離間した２つの部品あるいは部位を備える。エンジン回転速度に反応する制御手段は、アウタレースの２つの部品における軸方向離間距離を、そしてこれによりレースと回転接合するプラネタリボール部材の放射方向位置を選択的に変更するために用いられる。プラネタリ部材の放射方向位置における変化は、出力比を、そしてそれゆえに変速機出力シャフトの回転速度を変更する。
【００２２】
変速機の入力メンバに加えられるトルクに敏感に反応する手段は、インナレースの２つの部品の距離における補正変化量、及び変速比率を決定するように動作する。トルク反応手段は、プラネタリメンバとレースとの間でやりとりされ、それらの間の境界面（Ｎ）に対して直角である力を変化させる。変速機は、公開する全体が参照によりここに編入される、ミルナーに付与された米国特許第６，４６１，２６８号明細書においてより完全に説明される。
【００２３】
時々、変速装置として、又は無限可変変速機としても参照される、図２に示される変速機は、ハウジング５を備え、その中にはプラネットケージ１４が回転自在に取り付けられる。プラネットケージ１４は部位１４ａ及び１４ｂを備える。入力シャフト１１を備える入力駆動部材は、ベアリング１２及びベアリング１３上のプラネットケージ１４の中に同軸的に取り付けられる。ベアリング１３は、ボールベアリング及びニードルベアリングを含むが限定されない、公知のいかなる適したベアリングをも備えうる。スナップリング８６は、プラネットケージ部位１４ｂにベアリング１２を保持する。圧入リング１２ａはプラネットケージ部位１４ａにベアリング１２を保持する。プラネットケージ１４は、ベアリング４６、４７上でハウジング５の中に回転自在に取り付けられる。ベアリング（４６、４７）は、ボールベアリング又はニードルベアリングのような公知のいかなる適合品をも備えうる。スナップリング８５は、プラネットケージ部位１４ｂにベアリング４６を保持する。
【００２４】
プラネットケージ部位１４ａ、１４ｂはシャフト１６により互いに接合される。シャフト１６は一端が部位１４ａに圧入されるスタッドを備える。他端は部位１４ｂと協力的に係合して同様に圧入される。
【００２５】
シール（７６、７８）は変速機内にトラクションフルードを封じ込めて、変速機の中に異物が侵入することを防ぐ。
【００２６】
部位１４ａの軸方向円筒延長部位２２は、変速機における２つの同軸出力駆動部材又はシャフトを構成する。他の出力シャフト１０２は部位１４ｂの軸方向延長部位である。出力シャフト２２及び１０２は、それぞれプラネットケージ１４に機械的に接続されるため、同じ速度で回転することがわかる。
【００２７】
プラネットケージ１４は、それによりトルクが入力シャフト１１から出力シャフト及びプーリ１０１へ伝えられる手段である。これを達成するため、プラネットケージ１４は、インナレース（２３ａ、２３ｂ）とアウタレース（２６ａ、２６ｂ）との間の入力シャフト１１の軸に関して対称に配される、４つのプラネットフォロワ部材１５をさらに備える。それぞれのプラネタリフォロワ部材１５は、プラネットフォロワシャフト１６上のプラネットケージ１４により回転的に支持される。それぞれの部材１５は、ニードルベアリング６０、あるいはいかなる他の適した公知のベアリングにより、それぞれのシャフト１６上に回転的に支持される。それぞれのフォロワ１５はそれぞれのプラネタリ部材２５の動作に反応してそれぞれのシャフト１６に沿って軸方向に動く。図３参照。
【００２８】
フォロワ部材１５は、それぞれの主軸上で同軸的に取り付けられた２つの円錐台形状により近似される凹弓形状の側面を備える。図７参照。それぞれのフォロワ部材の円錐形状は、フォロワ部材を球状プラネタリ部材２５と係合させる有利な手段を提供する。すなわち、弓状凹形状はフォロワ１５の表面とプラネタリメンバ２５の表面との間に二点接触を提供し、これにより実質的に係合力を低減し、そしてこれにより一点係合と比較して高い負荷の下で耐久性を向上する。
【００２９】
次に、回転アセンブリを参照すると、入力シャフト１１は、２つのインナレース部品２３ａ及び２３ｂを備える放射状インナレースを備える。部品２３ａはシャフト１１に不可欠な部品として形成され、すなわちシャフト１１に圧入される別個の部品から成る。部品２３ａ及び２３ｂは、プラネタリ部材２５がその上で回転する、弓状表面２７ａ及び２７ｂをそれぞれ備える。
【００３０】
部品２３ｂは調節可能な部材であり、ボール螺子係合を備える螺旋状相互係合手段により、シャフト１１に沿って軸方向に移動可能である。図３参照。ボール螺子は、螺子段、すなわち螺旋状溝３７及び３８を、その中に協働して配される回転要素すなわちボール３９と共に備える。図１０参照。螺子状溝３７及び３８及びボール３９は公知の螺子係合、例えば部品２３ｂ及び入力シャフト１１上の”エイジャックス（ａｊａｘ）”又は”アクメ（ａｃｍｅ）”によって代わりに置換されうる。
【００３１】
溝３７、３８のらせん形状における長所により、ある方向への入力シャフト１１及び部品２３ｂの相対的な回転は、部品２３ｂを部品２３ａに向けて軸方向へ変位するようにする。反対方向への部品２３ｂと入力シャフト１１との間の相対的な回転があるインナレースにおける、２つの部品２３ａ、２３ｂの軸方向離間が生じる。
【００３２】
部品２３ｂは、螺旋状相互係合手段バイアス部材４０によりプラネタリ部材２５と連続的に軽接触して保持される。バイアス部材４０はねじりばねから成り、部材４１でシャフト１１上のストッパと係合する端部と、部品２３ｂと係合する他端とを有する。ばね４０は、部品２３ｂがシャフト１１上に、そして軸方向に沿って連続的に付勢され、これによりプラネタリ部材２５と部品２３ｂが連続的な係合をするように、連続的な加圧の下にある。
【００３３】
アウタレース２６は軸方向に分離可能なレース部品２６ａ、２６ｂから成る。アウタレース２６は、軸方向に延びる円筒部位４２を有する部品２６ａを備え、その中で第２の放射状アウタレース部位２６ｂは回転的に係合される。部品２６ａ及び２６ｂは、螺旋状相互係合手段、つまりレース部品の軸方向距離を選択的に変更するための手段を備える連係動作により回転的に接続される。すなわち、円筒形部材４２のインナ表面は螺旋状溝４３を有する。放射状アウタレース部位２６ｂは調節部材であり、その円筒状の外面に螺旋状溝４４を有する。回転係合を有する回転要素、すなわちボール４８は、アウタレース部品２６ｂが部位４２に対して回転するようにする溝４３と溝４４との間に配設される。溝４３、溝４４、及びボール４８はボールネジを共に形成する。溝４３、４４は、比率変更ウォームギアが過度に移動することなく、両端の間で時宜を得た比率変更を行うに充分な粗いピッチを有するが、図９参照、その一方で接触状態が容易にレースを離すことを強いるほど粗くはない。溝４３、４４及び４８は”エイジャックス（ａｊａｘ）”又は”アクメ（ａｃｍｅ）”螺子を含む、螺合と置き換えられ得る。完全な比率変更をもたらすため、部品２６ａに関するアウタレース部品２６ｂの角運動又は回転は約１５０°である。
【００３４】
プラネタリ部材２５はレース部材の回転軌道に沿って回転する。インナレース部品２３ａ、２３ｂ、及びアウタレース部品２６ａ、２６ｂの回転軌道は、それぞれ２７ａ、２７ｂ及び２８ａ、２８ｂとして識別され、断面図において、その半径がそれぞれ球形のプラネタリ部材２５の半径（ＲＳ）よりもわずかに大きい、部分円弓状面を備える。
【００３５】
それぞれのプラネタリ部材２５と軌道２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂとの間の半径における違いは、それぞれの部材２５とそれぞれの軌道との間の理論上点係合となる。表面２７ａ及び２７ｂの曲率半径は、望ましい比率変化の割合を与えるように選択され、部材２５はそのような比率変化の間、放射状に動く。
【００３６】
部材２５及び表面２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂとの間の接触面は、回転接触する２つの要素との間の流体において発生する力から生じるスピンロスと呼ばれるものを避けるため、大きすぎるべきではない。部品２３ａと２３ｂとの間に設けられるものは、部材２５及びインナ若しくはアウタレース間で循環するトラクションフルードのための戻り流路を提供するギャラリ７０である。
【００３７】
アクチュエータ及びウォームドライブが動作する間、２つのアウタレース部品２６ａ、２６ｂの軸方向への接近は、プラネタリ部材２５に圧力を加え、そしてこれにより入力シャフト１１の方向へ放射方向内側にこれらが動くようにし、これにより、２つのインナレース部品２３ａ、２３ｂが離れるように付勢することによって、プラネタリ部材の放射方向位置を調節する。これは、変速機の出力比を変更する。ねじりばね４０はレース部品２３ｂが部材２５と連続的に係合することを確実にする。もちろん、アウタレース部品２６ａ及び２６ｂもまた離れるように動き、これによりプラネタリ部材を入力シャフト１１から放射方向に離れて動くようにし、これにより、部品２３ａ及び２３ｂをトルク反応手段の動作を通じて互いに軸方向に動くようにする。
【００３８】
レース部品２６ａは、比率変更のために軸Ｘ−Ｘに平行な軸方向へ動く間、ハウジング５内の刻み目の中で回転する。軸Ｘ−Ｘは、入力シャフト１１、インナ及びアウタレース２３、２６、出力シャフト２２、１０２を含む変速機の回転の共通軸であり、同様に球状プラネタリ部材２５の軌道の中心である。レース部材２６ｂは、ハウジング５に対する部品２６ｂの回転を妨げるような方法であるが、部品２６ａが回転するとき部品２６ａに接離するよう部品２６ｂが軸方向に動作するという方法で、ハウジング５と係合する。
【００３９】
変速機は、トルク反応機構の動作に基づき、固有のワンウェイクラッチ動作を有する。慣性トルク成分が摩擦及び負荷トルクを克服するに充分である高減速比の間、通常出力は変速機の中で駆動装置となる。これは、インナレース２３ｂのクランプ力が減らされることを引き起こし、オーバーラン状況となる。
【００４０】
ハウジング５は、断面においてやや長方形の形状から成る。スタッド７１はハウジング側面７２及びハウジング側面７３をハウジング５とナット７４を用いて接続する。図８参照。ハウジング５の外表面から延びる冷却フィン（ＣＦ）は変速機及びトラクションフルードを冷やすために用いられる。
【００４１】
ハウジング５は変速機のためのトラクションフルードを受け、そして貯める リザーバー７５を備える。トラクションフルードシステムは加圧されず、その代わりに周囲の圧力状況で動作する。ケージ１４はリザーバー７５に含まれるトラクションフルード内に部分的に浸水して回転する。トラクションフルードは動作の間、変速機が回転する部位に掻き揚げられる。トラクションフルードはプラネタリ部材又はボール及びレース表面との間における必須の摩擦係数を提供する。フルードは、プラネタリ部材の周囲を流れ、そしてギャップ７７を通じてアウタレース及びギャップ７０を通じてインナレースから排出される。トラクションフルードは変速機を冷却する。
【００４２】
トラクションフルードはＳａｎｔｏｔｒａｃ（米国登録商標） ５０、又はＳａｎｔｏｔｒａｃ（米国登録商標） ２５００を含む、この仕事に適した公知のいかなるものをも備えうる。フルードは、中から高油膜強度が望まれる場所で用いられる、低粘度合成炭化水素ベースのトラクションフルードである。フルードは、ミズーリ州 ６３３０１ セントチャールズ、 ガバナー ドライブ ８のフィンデット コーポレーション（Ｆｉｎｄｅｔｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できる。
【００４３】
ハウジング５はエンジンに取り付けるための手段を備える。図１１参照。
【００４４】
この説明は自動車向けの定速補機駆動システムを含むが、本発明による変速機は、駆動及び被駆動器具との間に設けられる変速機を必要とするいかなる適用品にも用いられ得る。これらの場合においては、駆動装置はベルト及びプーリによって同様に変速機の入力シャフト１１に直接接続される。本発明による変速機は、例えば、そして限定するものではなく、変速機のような車両又はモータサイクルの動力伝達装置の適用品、同様にスラリーポンプ、ウォータポンプ、エアー及びガスコンプレッサ、ＨＶＡＣ、空調機器、バルク材輸送ポンプ等において用いられ得る。それぞれの場合において、機器は電気モータあるいは内燃エンジンといった一次駆動装置によって駆動される。変速機は、モータ又はエンジンと被駆動機器又は動力伝達装置との間に設けられる。変速機の連続可変の特徴は、被駆動機器の速度を無限及び正確に速度調節する。本発明による変速機は、歯車形式の変速機と比較して、駆動システムの要求に対して速度比の最大限幅広い範囲を提案するという有利な点を提供する。さらに、変速機の二重出力の特徴は、機器の２つの部品が単駆動装置を用いるときの単変速機により駆動されるようにする。ベルトが変速機出力で駆動されるならば、被駆動機器の複数の部品が異なる回転速度で駆動されうる。
【００４５】
[動作の詳細]
動作において、入力シャフト１１はプーリ１００と係合するベルトＢ１によって駆動される。入力シャフト１１の回転は、インナレース２３を回転させ、そしてインナレース２３と共に表面２７ａ及び２７ｂ上に、回転接触によって、アウタレース２６の曲面２８ａ及び２８ｂ上で回転するプラネタリ部材２５を運ばせる。プラネタリ部材２５は、放射状インナ及び放射状アウタレース２３、２６の曲面２７ａ、２７ｂ及び２８ａ、２８ｂとの接触によりそれぞれ拘束される。インナレース部品２３ａはシャフト１１に関して適切な位置に固定されるため、球状部材２５の全ての放射方向及び軸方向の動作は、部品２３ａに関しそして部品２３ａによって決定される。それゆえに、それぞれの部材２５の中心によって辿られる小道は、表面２７ａの弓形状と一致する曲線を描く。
【００４６】
この機構は、固定されたレース部品２３ａに関して可動インナレース部品２３ｂの回転及び軸方向動作を補正するトルク反応手段として動作する。トルク反応手段は、放射状インナレース２３とプラネタリ部材２５との間の駆動力の伝達により及ぼされる力に反応するために動く、バイアス部材４０と、螺旋状相互係合手段３７、３８、３９とを備える。トルク反応手段は、インナレース２３という部品の離間における補正された変化の決定、そしてこれによる機器の変速比の決定、及びプラネタリ部材２５とレースとの間に取り交わされ、それらの間の境界面に対して垂直である力の変化に対して反応する。
【００４７】
言い換えると、トルク反応螺旋状相互嵌合手段は、直接円周方向力、及び円周方向成分を有する軸力に反応する。軸力の円周方向成分は、螺旋状相互嵌合が反応する直接円周方向力からの符号に対して、実質的に等しく、そして逆である。これは、変速機の変速比を維持あるいは変化させるために、アウタレースにおける２つの軸方向に離間した部品の軸方向離間距離を選択的に変化させる制御手段に加えられるため必要な力を最小化する。
【００４８】
それぞれのプラネタリ部材２５は、フォロワ部材１５と回転的に係合する。部材２５のプラネタリ動作はフォロワ部材１５に伝えられ、そしてシャフト１６を介して、出力シャフト２２及び１０２へ順に接続されるプラネットケージ１４に伝えられる。部材２５は、変速機の変速比変化の間、シャフト１１に対して放射方向と軸方向の両方向に動作するため、それぞれのフォロワ部材１５は、それぞれの部材２５との適切な接触がそれぞれの動作に関する全ての範囲で維持されるように、軸Ｘ−Ｘに対して平行方向へベアリング６０上でわずかに軸方向動作が可能である。
【００４９】
変速機の比率変化は、放射状アウタレース部品２６ａ、２６ｂの相対的な接近または離間における変化によってもたらされる。これは、ウォームドライブ９０によるアウタレース部品２６ａの特定の方向、又は他の方向への回転によって引き起こされる。アウタレース部品２６ａの回転は、インナレース２３に向けて内側にプラネタリ部材２５を放射方向に付勢する、プラネタリ部材２５に加えられる、より大きい又はより小さい力の原因となる。２つのアウタレース部品２６ａ、２６ｂが接近すると、プラネタリ部材２５に及ぼされる力は増加する。インナレース２３ａ、２３ｂに加えられる放射方向内側への力は、溝３７、３８内のボール３９の動作を通じてシャフト１１に関しレース部品２３ｂの相対的な回転により引き起こされる離間をするようにそれらを付勢する。
【００５０】
レース部品２３ｂは、有限の円弧上に渡る相対的な動作がプラネタリ部材２５により加えられる圧力を補正調節するために行われるときの一時的な変化だけでなく、レース部品２３ａと同じ回転速度で回転する。より適切には、駆動装置における意図された方向へのシャフト１１の回転は、レース部品２３ｂ及びドライブシャフト１１による螺旋状相互係合に働く力が、レース部品２３ｂとプラネタリ部材２５との間の反力と一致するまで、レースとプラネタリ部材２５との間の回転接触におけるいかなる遊びも取り除かれるように、引きずられることによって抵抗されたとき、レース部品２３ｂが軸方向に部品２３ａへ接近するようにする。この点では、レース部品２３ａに関するレース部品２３ｂのさらなる軸方向変位は取り入れられない。
【００５１】
変速比は、レース部品２６ａ及び、次にプラネタリ部材２５の放射状位置により決定される。インナレース螺子３７、３８及びボール３９の機能は、特定の範囲内にある点に接触するプラネタリ部材２５の接線方向（けん引）力（ｎ／ｆ）に対して垂直な比を維持するためのものである。比は、効率、トルク容量及びユニットの寿命を低下させうる、必要とされるよりも著しく大きな垂直抗力（Ｎ）が加えられるほど大きくないが、過度のスリップが起きない（部分的な潤滑において少なくともｎ／ｆ＝１０及び完全流体潤滑に対して２倍まで）ことを保証するほど十分大きくなければならない。
【００５２】
球状プラネタリ部材２５の形状は、この役目に十分に適しているが、それは、そのようなプラネタリ部材が、図２の平面（ｙ方向）におけるレースによって加えられた４つの周辺接触放射状”絞り出し”力、及び図の平面に対して垂直（ｚ方向）である部材中心を介する駆動力の働きの下で平衡状態にあって、ここに示すように、ｙ／ｚが接触点が位置する周辺のどこであろうと同じ値を有するためである。これは、インナ及びアウタレースｙ／ｚ値が変速機のいかなる比率設定に対しても等しいことを意味する。インナレース２３ｂ上で動作するねじりばね４０は、トルクがゼロから増加するように働くトルク反応機構に対して十分な接触圧が常にあることを保証するために十分な予負荷を与える。
【００５３】
端部７２及び７３を有するハウジング５は、その全体に、入力及び出力シャフト及びウォームドライブを除く可変変速ユニットを含み、全体のパッケージを非常にコンパクトにする。一方、本発明は例えば定速補機駆動装置のための変速機に非常に適している。補機ベルト駆動システムにおいて用いるため、変速機１０００からの出力は、出力シャフト２２にマルチプルリブドプーリを備える。他の出力シャフト１０２は、シャフト２２と反対へ同軸的に延びる。シャフト１０２は、エアーコンディショナコンプレッサといった補機に直接接続される。図１１参照。変速機の組合せ、すなわち設置ブラケット及び取り付けられた補機は、車両のエンジンの１つのユニットとして設置可能な完全なアセンブリから成る。もちろん、エアーコンディショナコンプレッサ（Ａ／Ｃ）は例示としてのみ提案され、パワーステアリングポンプ、オルタネータ、フューエルポンプ、オイルポンプ、ウォータポンプ、同様の他の補機に限定することなく含む、いかなる他の補機もが同様にして変速機に取り付けられ得る。
【００５４】
入力及び出力部材は反転されたそれら固有の機能を有し、すなわち、入力はシャフト２２を通じて受け入れられ、出力はシャフト１１を介して送り出されることが記される。これは、入力トルクよりも出力トルクが増えることになる。他方、変速機は回転トルクの伝達方向のどちらにも動作しうる。
【００５５】
図３に示すレース形状において、部材２５とインナレースウェイ２３との間における回転接触半径（Ｒ１）は相対的に大きく、部材２５とアウタレースウェイ２６との間における接触半径（Ｒ３）は相対的に小さい。この形状において、入力シャフト１１と出力シャフト２２、１０２との間の変速比は約１．０である。本明細書のいずれかに説明されるように、回転接触半径は部品２６ａ及び２６ｂの相対位置によって制御される。部品２６ｂの軸方向位置はウォームドライブ９０によって制御される。図９参照。部品２６ａのウォームドライブ９０の動作は、時計方向又は反時計方向のどちらにもシャフト１１に対して部分的に回転する部品２６ａにより、部品２６ｂを軸方向に動かす。
【００５６】
図４を参照すると、図３に示されるものから反対方向へウォームドライブ９０が動作することにより、レース部品２６ｂは、部材２５が放射方向内側に向けて動くことを強制されるように部品２６ａが回転するとき、部品２６ａに向けて軸方向へ動く。部材２５の動作は、部品２３ｂに支持されるねじりばね４０の動作によって引き起こされる、インナレース部品２３ｂの軸方向への接近によって保証される。この構成では、部材２５とインナレース２３との間の回転接触半径（Ｒ２）は相対的に小さく、そして部材２５とアウタレース２６との間の接触半径（Ｒ４）は相対的に大きい。この構成では、入力シャフト１１と出力シャフト２２、１０２との間の変速比は約０．３である。
【００５７】
インナレース２３ａは動かないため、部材２５は面２７ａ上で回転し、これにより面２７ａの輪郭に沿う。部材２５それぞれの中心は、比が図３から図４へ変えられるとき一斉に放射方向内側及び軸方向へ移動しながら、ほぼ方向Ｄ２へ動く。
【００５８】
入力／出力シャフトはまた、入力１００及び出力１０１プーリの相対的な直径を条件とし、これにより本発明によるシステムに可変容易性という他の特性を加える。例えば、出力プーリ１０１の直径は補機プーリそれぞれの直径と協働するために組み合わされる。本システムにおいてそれぞれのプーリの直径を適切に選択することは、望ましい回転速度が、対応するエンジンクランクシャフトの回転速度に対して補機ごとに認識されるようにする。異なるプーリ比は、変速機の無限に変化しうる特性によって拡張される。
【００５９】
図５はシャフト及びレースの断面斜視図である。インナレース２３及びアウタレース２６が示される。インナレース部品２３ｂは、ボール螺子（３７、３８、３９）上の入力シャフト１１に関して回転することにより方向±Ｄへ動く。アウタレース部品２６ｂは、ボール螺子４３、４４、４８上で方向Ｒへアウタレース部品２６ａが回転するという長所により、同様に方向±Ｄへ動く。図１０参照。流体ギャラリ７７は、ケージ及びレース空間を出てリザーバー７５に戻るための、循環するトラクションフルードのための小道を提供する。変速機の回転軸は、Ｘ−Ｘにより記される。
【００６０】
図６はケージの部分断面図である。ケージ１４はケージ部位１４ａ及びケージ部位１４ｂを備える。フォロワブラケット８０はケージ１４に関して対称に設けられる。それぞれのシャフト１６はブラケット８０に接続され、そしてそれによりケージ１４に接続される。穴８１に設けられるドエルピン８４は、ケージ部位１４ａ及び１４ｂと適切に並べられるために用いられる。プラネタリ部材２５はそれぞれのスペース８３内で回転する。スペース８３は、フォロワブラケット８０の間でケージ１４に関して対称に設けられる。スナップリング８６は穴９６の部位１４ｂと係合する。出力シャフト２２及び１０２はケージ部位１４ａ及び１４ｂからそれぞれ延びる。
【００６１】
図７はフォロワアセンブリの断面図である。フォロワ１５は、次々に接合される２つの円錐台形によって近似される断面を有する弓形形状を備える。これは、部材２５と係合する、半径Ａ１及びＡ２を有する実質的な凹断面形状となる。半径Ａ１は半径Ａ２以上である。この形状はそれぞれのボール２５及びフォロワ１５との２点接触を与えるため、有利である。これは、トルク伝達装置において改良された効率と精度を提供する。また、それは回転摩擦損失を著しく増加させることなく、１点から２点へ負荷を減少させる。比が変化するにつれてそれぞれの部材２５について行くために、フォロワ１５はシャフト１６に沿ってニードルベアリング６０上で方向Ｍへわずかに軸方向に動くことが出来る。ニードルベアリング６０はシャフト１６上の肩部６１、６２との間に収容される。ベアリング６０を収容するための肩部６１、６２は同様に公知であるスナップリングを備える。フォロワ１５はシャフト１６上で軸方向に動かされる。
【００６２】
図８はハウジングとアウタレースの詳細である。ハウジング５はセクション７２、７３を備える。アウタレース部品２６ｂはダエル２６ｃと共に示される。ダエル２６ｃはハウジングセクション７２の穴と係合する。レース部品２６ｂは、アウタレース２６ａがウォームドライブ９０により回転されるとき、ダエル２６ｃ上で（軸Ｘ−Ｘに関する）軸方向に自由に動作可能である。ダエル２６ｃは部品２６ａが回転するとき、アウタレース部品２６ｂが回転することを防ぐ。
【００６３】
スタッド７１及びナット７４はハウジングセクション７２及び７３を共に保持する。冷却フィンＣＦはハウジング５の外表面に取り付けられ、変速機からの熱を発散させる。
【００６４】
図９はレース駆動装置の詳細である。ウォームドライブ９０は公知の方法、例えばスタッド、ボルト、又は螺子を用いてハウジング５に取り付けられる。ウォームドライブ９０はＤＣステッパモータ９６を備える。一例として、また限定するものでなく、適したステッパモータは、ＬＩＮエンジニアリング（ＬＩＮ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、モデル番号４２１８Ｌ−０１である。ステップモータはｗｗｗ．ｌｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ｃｏｍ／ｏｕｒｐｒｏｄｕｃｔｓ／４２１８．ｈｔｍにおいて参照されうる。公知の他のステッパモータが同様に用いられ得る。ステッパモータコントローラ９７は同様に公知であり、ＬＩＮエンジニアリング又は他の適した供給者から入手されうる。
【００６５】
スプロケット９１はモータ９６の出力シャフトに接続される。一例として、スプロケット９１は３０の歯と２８．６５ｍｍの有効径とを備える。協働するスプロケット９２はウォームドライブピニオン９４に取り付けられる。一例として、スプロケット９２は１５の歯と１４．３２ｍｍの有効径を有する。一方、限定するものでない例示において、駆動比は２：１である。歯付きベルトＢ３はスプロケット９１及び９２との間に掛け回され、１３５ｍｍの全ピッチ長に渡って４５の歯と３ｍｍのピッチを備える。
【００６６】
ウォームギア９３はドライブピニオン９４へ機械加工される。協働するウォームギアトラック９５はアウタレース品２６ａに機械加工される。典型的なウォームギアセットは、ｗｗｗ．ｗｍｂｅｒｇ．ｃｏｍにおけるＷ．Ｍ．ベルグ（Ｗ．Ｍ．Ｂｅｒｇ）の在庫番号ＷＣＳ−７Ｓから入手可能である。例えば、ウォーム９３は１２．０ｍｍの有効径、３．１４１５９ｍｍのリード、４．７５°のリード角、及び１４．５°の圧力角を有する一条螺子からなる。ウォームギア９５の有効径は８８ｍｍで、８８の歯を備える。このように、測定基準は１．０である。ねじれ角は４．７５°であり、圧力角は１４．５°、円ピッチは３．１４１５９ｍｍである。ウォームギアセットの中心間距離は５０．００ｍｍ（（８８＋１２）の１／２）であり、比は８８：１である。
【００６７】
摩擦成分は、ピニオン９４とハウジング５のベアリングとの間に造られる。すなわちピニオン９４は、ハウジング５内にスラストワッシャ９９を備える摩擦部材と軸方向に係合する。図２参照。スラストワッシャ９９は、ピニオン９４との係合面上において摩擦係数を有する。ワッシャ９９とピニオン９４との間の係合により生成される摩擦力は、動作の間、ピニオンの回転を妨げるが、より適切には、例えばエンジン回転速度が安定状態であってそれにより変速機動作状況が安定状態である間に、ウォーム、そしてそれによりアウタレースが動かないようにされ、そしてそれによりレース部品の軸方向変位が制限されることが望まれるときには、摩擦力がピニオンの回転を防ぐ。そのような安定状態において、モータ９６は動作が停止される。スラストワッシャ９９にたいする摩擦に対抗する面はアルミニウムハウジング５である。
【００６８】
スラストワッシャ９９は鋼鉄からなる。鋼鉄インサート上にはコーティング、又はオーバーモールドされた摩擦面を備える。
【００６９】
グリース又は軽油が非コーティング鋼鉄スラストワッシャに用いられ得る。この場合、鋼鉄のみからなるワッシャの摩擦係数は約０．９から１．１である。鋼鉄の摩擦係数以下に摩擦係数を減らすことが必要である場合、以下の熱可塑性物質が用いられる（一例として、及び限定するものではない）：アーレン ＡＥ ４２００（Ａｒｌｅｎ ＡＥ ４２００）（三井石油化学工業（Ｍｉｔｓｕｉ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ））、ルブリコンプ（Ｌｕｂｒｉｃｏｍｐ） １８９（ＬＮＰ エンジニアード プラスチックス（ＬＮＰ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）。熱可塑性物質の摩擦係数は、約０．０６から１．０である。オイル又はグリースは熱可塑性プラスチックと共に用いられない。
【００７０】
鋼鉄の摩擦係数以上に摩擦係数を増やすことが必要である場合、以下の熱可塑性物質が用いられる（一例として、及び限定するものではない）：ルブリロイ（Ｌｕｂｒｉｌｏｙ） ＲＬ （ＬＮＰ エンジニアード プラスチックス（ＬＮＰ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＴＥＰ ６４２（トムソン インダストリーズ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）。これらの物質を用いた摩擦係数は、約０．１４から１．２０である。オイル又はグリースはこれらの熱可塑性プラスチックと共に用いられない。
【００７１】
上述の熱可塑性プラスチックのいずれかが鋼鉄ワッシャインサート上にモールドされ、又は鋼鉄インサートなしで用いられ得る。
【００７２】
説明された機械的及び摩擦的構成は、モータ９６が動作していないときに、ウォームドライブの自動ロックに帰着する。モータ９６により提供されるトルクは、ワッシャ９９とピニオン９４との間の摩擦力、及び部材２５の径方向の力に打ち勝ち、これによりアウタレース部品２６ａの回転を起こすに十分である必要のみがある。一旦アウタレースが望ましい位置に動かされ、それゆえに変速機の出力比は動かされ、モータ９６は動作を停止される。ウォームドライブの摩擦特性は、その後、自動ロックピニオンの動作によりアウタレース２６ａのさらなる回転（及び軸方向動作）を防止する。
【００７３】
図１０は変速機の断面図である。図２及び図９を参照すると、インナボール螺子は協働する螺子溝３７及び３８を、その中に協同的に設けられるボール３９と共に備える。例えば、限定する意図でなく、ボール螺子は１８ｍｍの有効径、９．５７ｍｍのリード、及び２．６５ｍｍのボール直径を備える。らせん角度は９．６１°である。ボール螺子は３つの始点を備える。始点あたりのボールの数は、１１１ボールの全数に対して３７である。複数のボールに渡る軸方向長さは２１．５ｍｍである。
【００７４】
この明細書のいずれかに説明されるように、アウタレース部品２６ｂは、ボール螺子４３、４４、４８上で方向Ｒへアウタレース部品２６ａの中で回転することにより方向Ｄへ動く。図５参照。ボール螺子は、１０７ｍｍの有効径、１６．０１ｍｍのリード、及び３．００ｍｍのボール直径を有する。らせん角度は２．７３°であり、４つの始点を有する。始点あたりのボール数は１５である。ボール螺子のボールの総数は６０である。複数のボールに渡る軸方向長さは８．４ｍｍである。
【００７５】
ピニオン９４はハウジング５内に係合される。モータ９６は、スタッド、ボルト、又はスクリューといった公知の方法によりハウジング５に直接取り付けられる。トラクションフルードによる跳ね掛け潤滑はプラネットケージ１４の回転により双方のボール螺子に提供される。
【００７６】
図１１は二連実施形態の断面図である。この例示の配列において、エアーコンディショナコンプレッサＡＣは変速機１０００に直接連結される。ＡＣの入力クラッチは出力シャフト１０２に直接接続される。図１２参照。公知の、つまり例えば、ボルト、スタッド、又はピンといったファスナ２００は、変速機１０００のハウジング５にＡＣを結合するために用いられる。ファスナ２０１はＡＣをエンジンブロックへ取り付ける。ファスナ２０１はスタッド、ボルト、又は螺子、又は他の公知の適したファスナからなる。
【００７７】
本実施形態において図１０に示されるダストカバー１０３は、ＡＣ入力クラッチがシャフト１０２へ直接接続されるようにするために、変速機から取り外される。
【００７８】
ダストカバー１００１は、異物からベルトＢ３を保護する。
【００７９】
図１２は二連実施形態の断面図である。変速機１０００の大部分は、ケージ部位１４ｂ及びシャフト１０２を除き、この図から削除される。ケージ部位１４ｂのシャフト１０２はエアーコンディショナコンプレッサ入力クラッチＡＣＣに直接接続されて示される。エアーコンディショナコンプレッサは出力シャフト１０２と同じ回転速度で動作する。しかしながら、エアーコンディショナコンプレッサは被駆動補機と同じ回転速度で動作する必要はない。ＡＣコンプレッサの回転速度は、クランクシャフトプーリＡ及び変速機入力プーリ１００の直径と変速比との作用である。したがって、図示されるように直接接続されるコンプレッサの回転速度は、入力プーリ１００の直径によりある程度決定される。他方、図１に示す他の補機は、それぞれの補機プーリの直径に従って、エアーコンディショナコンプレッサ回転速度とは異なる又は同じである望ましい補機回転速度をその直径が与えるように選択された、出力プーリ１０１により駆動される。したがって、二連補機配列は２つの独立した補機回転速度を与える。ある回転速度は、出力シャフト１０２の補機回転速度であり、もう一つの回転速度は、プーリ１０１と様々な独立補機プーリの直径との間におけるプーリ比の作用である。これは、システムの最適化に広い可変性を提供する。
【００８０】
図１３は本制御システムにおけるブロック図である。制御機器及びソフトウェアはステッパモータ制御マイクロプロセサ９８（Ａ）と、マイクロプロセサメモリに内在するソフトウェアとを備える。マイクロプロセサメモリに内在するソフトウェアは、比例作動（ＰＤ）制御スキーム（Ｂ）を備える。また、ソフトウェアにより用いられるためにメモリ内に蓄えられるものは、望ましい補機回転速度（Ｃ）である。マイクロプロセサ９８はクランクシャフト回転速度センサ及び補機回転速度センサからの信号を受信する。
【００８１】
比例作動制御は効果的かつ単純な制御計画を実行する。ソフトウェアは、望ましい補機回転速度（Ｃ）と正確な補機回転速度（フィードバックループにより得られる）との間の誤差を算出する。それは、望ましい補機回転速度と正確な補機回転速度との間における算出された誤差を得、比例定数及び差動定数を用いてそれを測る。望ましい補機回転速度と正確な補機回転速度との間の誤差があるならば、誤差信号が生成されてステッパモータドライバ９７に送信され、補機回転速度が望ましい回転速度とより密接につり合うようにステッパモータ９６が変速比を調節する。正確な補機回転速度が望ましい補機回転速度と等しくなるとき、誤差信号は存在せず、ステッパモータは動作を停止する。いずれかに説明されたように、自動ロックウォームギア駆動装置及びアウタレースは、ステッパモータが動作を停止する間、変速機が比を変えることを防ぐ。ステッパモータは１２Ｖ又は４２Ｖシステム（Ｄ）により駆動される。
【００８２】
システムの性能の詳細
車両シミュレーションソフトウェア、例えばガンマ・テクノロジーズ（Ｇａｍｍａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．）からのＧＴ−Ｄｒｉｖｅ（使用商標）を用いると、本発明によるＣＳＡＤシステムの利点を定めることか可能である。以下の典型的な考察は、２．０Ｌエンジン及び５速マニュアル変速機を有するフォード フォーカス（Ｆｏｒｄ Ｆｏｃｕｓ（使用商標））の性能をシミュレーションすることに関係する。
【００８３】
変速機効率のマップは以下の通りである。
効率は％であり、回転速度はＲＰＭであり、トルクはＮ／ｍである。
【００８４】
本発明によるシステムを用いた車両の著しく改善された加速性能が図１４に示される。図１４は２つの例となる補機回転速度との間における車両の加速度性能の差を示す。曲線（Ｂ）は、先行技術による非対称ベルト駆動システム（ＡＢＤＳ）を用いた先行技術のエンジン性能を示す。先行技術によるシステムにおいて、補機は１本のベルトによりクランクシャフトに直接接続されるため、補機駆動装置回転速度はエンジンクランクシャフトの回転速度に直接比例する。比較例によると、変速機出力プーリ１０１が本発明によるシステムを用いて約８８５ＲＰＭ（曲線（Ａ））の定回転速度で動作するとき、０から９６．６ｋｍ／ｈ（６０ＭＰＨ）までの加速時間において約４．０秒の改善が認められる。８８５ＲＰＭは、オルタネータがその定格電流の約７０％を発電する、エンジンのアイドル回転速度である。補機が２０００ＲＰＭ（曲線（Ｃ））の定回転速度、すなわちオルタネータが定格の約１００％を発電する最低回転速度で動作するとき、０から９６．６ｋｍ／ｈまでの経過時間の改善は約４．０秒よりもちょうどわずかに少ない。いずれの場合（Ａ又はＣ）においても、一定の回転速度で又はエンジンクランクシャフトの回転速度よりも低い速度で補機を駆動することは、補機を駆動するために用いられる駆動軸にさらなるトルクを与えることにより、著しく車両の性能を改善する。
【００８５】
図１５は、変速機がギアをシフトするときエンジン回転速度は連続的に変化するが、補機の回転速度は本発明によるＣＳＡＤシステムを用いて実質的に一定に保たれることを示したグラフである。すなわち、シャフト２２及び１０２の回転速度は、基本的に２つのエンジン動作状況、すなわちアイドリングを超える回転速度、及びアイドリングでのエンジン回転速度を備えるエンジン動作状況に対して、クランクシャフトの動作回転速度の範囲に渡って実質的に一定である。パワーステアリングポンプ（ＰＳ）、エアーコンディショナ（ＡＣ）コンプレッサ、オルタネータ（ＡＬＴ）及びウォータポンプ（ＷＰ）全ては、オルタネータの回転速度が他の補機の回転速度より相対的に高いにもかかわらず、２つの動作状況のそれぞれにおいて実質的に一定の回転速度で動作する。図１５において示される回転速度は、駆動装置の相対的な動作特性の例示としてのみ提供され、システムの補機回転速度を限定するものとして提供されない。
【００８６】
本発明のシステムを先行技術と対比すると、図１６は、クランクシャフトに接続される固定比補機駆動装置を有する先行技術によるシステムにおける回転速度のふるまいを示す。補機の回転速度（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）は、補機駆動装置がベルトによりクランクシャフトへ直接接続されるため、クランクシャフトの回転速度（Ａ）に直接比例する。この先行技術の動作形態は、それぞれの補機はクランクシャフトにより引き起こされる広い速度範囲に渡って申し分なく動作することが可能でなければならないため、効率が悪い。
【００８７】
図１７は、補機駆動装置における一定の回転速度のふるまいを維持するための、変速機における典型的なギア比変化を示す。
【００８８】
典型的な燃費の改善は他の補機回転速度に対して示される。
【００８９】
”％”値は、ＡＣ（エアーコンディショナ）及びＡｌｔ（オルタネータ）が動作している時間の割合を示す。例えば、ＡＣ１００％及びＡｌｔ１００％である１４００ＲＰＭにおける市街地サイクルに対し、ＭＰＧにおける％の増加は約１１％であることがわかる。高速サイクルに対しても同様に％の増加は約１１％である。
【００９０】
図示される分析は、以下の効果を伴い、５．３Ｌ ＳＵＶエンジンにおいて成し遂げられる。
【００９１】
下の表１は、２．０リッターエンジンに対して図１８に示される欧州ドライブサイクルに関する燃料節約において予想される改善を示す。表１は、約９０％と推定される変速機のトルク伝達効率を考慮する。しかしながら、変速機の効率は、補機の回転速度が約２０００ＲＰＭに制御されるのであれば、推定される燃料節約量を実現するために、約８５％より高ければ十分である。オルタネータは最大効率を実現するため、約５０００ＲＰＭ＋で連続的に動作する。システムは、補機の回転速度が約８５０ＲＰＭに設定されるのであれば、低変速機効率（＜８５％）を許容することが出来る。本発明のシステムにおける先行技術に対する改善は、表２に示される。
【００９２】
【表１】
【００９３】
【表２】
【００９４】
さらに、高速道路で体験されるような一定速度のドライブの下で、著しい燃料削減がまた同様に実現される。これは、本発明のＣＳＡＤ変速機の効率が約８５％に想定される、図３に示される。もちろん、効率が変化するとき、一定速度での燃料削減がなされる。
【００９５】
【表３】
【００９６】
補機は実質的に一定速度で駆動されるため、エアーコンディショナコンプレッサ及びオルタネータといった補機は、エンジンクランクシャフト回転速度の全体の範囲に渡って良好な性能を有するように設計されるよりも、選択された一定回転速度で最も効果的であるように設計される。さらに、流体パワーステアリングユニットの寄生損失は、低回転速度で動かされることによって、先行技術より優れて本発明のシステムにおいて最小化される。
【００９７】
ここに本発明の複数の実施形態が説明されたが、記載された発明の範囲と精神から逸脱することなく、変形が各部の構造と関係に施されることは、当業者にとって自明である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】定速補機駆動システムの概略図である。
【図２】変速機の断面図である。
【図３】最大駆動比を示すレースの部分断面図である。
【図４】最大駆動比を示すレースの部分断面図である。
【図５】レースの部分断面図である。
【図６】ケージの部分断面図である。
【図７】フォロワアセンブリの断面図である。
【図８】ハウジング及びアウタレースの詳細図である。
【図９】アウタレース駆動装置の詳細図である。
【図１０】変速機の断面図である。
【図１１】二連実施形態の斜視図である。
【図１２】二連実施形態の部分斜視図である。
【図１３】制御システムのブロック図である。
【図１４】改善された車両の性能を示したグラフである。
【図１５】クランクシャフト速度と比較した補機速度を示したグラフである。
【図１６】比例駆動する公知技術のシステムにおけるクランクシャフト速度と比較した補機速度を示したグラフである。
【図１７】変速機の速度比を示したグラフである。
【図１８】典型的な欧州ドライブサイクルを示したグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力及び出力駆動部材と、
放射状インナ及びアウタレースと、
前記放射状インナ及びアウタレースと回転接触するプラネタリ部材と、
前記インナレース及び前記アウタレースは、互いに回転し相対的に軸方向へ動作可能であるように接続される軸方向に離間する２つの部品をそれぞれ備え、
複数の前記レースのうちの一つにおける前記軸方向に離間する２つの部品の軸方向離間距離を、及びこれによりそれと共に回転接触する前記プラネタリ部材の放射方向位置を選択的に変化させ、調節部材及び、前記調節部材の相対的な回転動作が前記調節部材の相対的な軸方向変位となるように前記調節部材に相互接合する螺旋状相互係合手段を備える手段と、
変速機の２つの駆動力伝達部材の間に掛けられるトルクに反応し、他のレースの部品の離間距離における補正値を、そしてこれにより変速機の変速比を決定するため、及び複数の前記レースとプラネタリ部材との間の境界面に対して垂直な前記レースとプラネタリ部材との間で交換される力を変化させるために動作するトルク反応手段とを備える変速機と、
前記調節部材と係合するウォームギア及び前記ウォームギアと係合する摩擦部材を備える自動ロック駆動装置と係合する駆動モータと、
前記自動ロック駆動装置は、前記駆動モータに電力が与えられていないときに前記調節部材の回転動作を防止し、
駆動装置及び前記入力駆動部材に直接接続する第１の無端部材と、
前記出力駆動部材の第１の端部に接続される第１の補機と、
前記出力駆動部材と係合する第２の無端部材により駆動される第２の補機とを備える定回転速度補機駆動システム。
【請求項２】
前記他のレースは放射状インナレースであり、
前記放射状インナレースの一部は第２の螺旋状相互係合手段によりシャフト上に運ばれ、
前記放射状インナレースの前記２つの部品における相対的な離間距離を決定するための前記トルク反応手段は、バイアス部材と、前記放射状インナレース及び前記プラネタリ部材との間の駆動力の伝達により掛けられる力に反応するように動作する前記第２の螺旋状相互係合手段とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の螺旋状相互係合手段は、直接円周方向力及び円周方向成分を有する軸力に反応し、前記軸力の円周方向成分は、前記変速機の変速比を維持又は変更する前記インナレースの前記２つの軸方向に離間した部品の軸方向離間距離を選択的に変更するため、前記制御手段に加えられる必要な力を最小にする、前記第２の螺旋状相互嵌合手段によって反応される前記直接円周方向力からの符号に対して、実質的に等しく、そして逆である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の螺旋状相互係合手段は、回転要素により相互係合される螺子段を備える請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記プラネタリ部材は略球状であり、プラネタリ動作する前記プラネタリ部材と前記入力駆動部材及び出力駆動部材のうちの一つとの間における力の伝達は、フォロワ部材を経てもたらされ、それぞれのフォロワ部材は凹形状からなる請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記トルク反応手段は、前記２つの軸方向に離間する、前記他のレースの相対的に動作可能である部品を含み、前記部品のうちの少なくとも一つは、中心位置から２つの指向性の方向へそれ自身が軸方向に動作可能であり、そして限定停止手段により軸方向に係合可能であり、限定停止手段により、トルク伝達の２つの対向するベクトル方向のそれぞれにおいて、前記変速機の前記入力駆動手段から前記出力駆動手段へ回転駆動を伝達する限定停止手段により、軸方向に係合可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記トルク反応手段における前記相対的に動作可能であるレース部品は、螺合により前記入力駆動部材と相互に結合され、前記動作可能であるレース部品における互いの前記螺合は同じ方向からなり、レース部材の軸方向移動が制限されるとき、それにより回転駆動が伝えられる請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記螺旋状相互係合手段は回転要素により相互係合する螺子段を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記出力手段は二重同軸出力部材を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記駆動モータはステッパモータからなる請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
駆動部材からプラネタリボール変速機入力に第１の無端部材を用いてトルクを伝達するステップと、
前記プラネタリボール変速機入力をプラネタリボール変速機出力と同軸に並べる手段と、
第２の無端部材により前記プラネタリボール変速機出力から被駆動補機へトルクを伝達するステップと、
駆動部材の回転速度に従って前記プラネタリボール変速機の回転速度比を選択し、これにより駆動部材の回転速度範囲に渡って略最高に効率的な点において略一定の回転速度で前記被駆動補機を動かすステップと、
駆動部材回転速度が一定のとき、前記プラネタリボール変速機の回転速度比を摩擦固定するステップを備えるベルト駆動補機システムの動作方法。
【請求項１２】
被駆動部材をプラネタリボール変速機第２出力に直接接続するステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
テンショナで前記第２の無端部材に張力を掛けるステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の無端部材の振動を弱めるステップを備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
張力部材で前記第１の無端駆動部材に張力を掛けるステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の無端駆動部材の振動を弱めるステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
被駆動補機のオーバーラン状態に対してワンウェイクラッチ動作するステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
望ましい補機回転速度と正確な補機回転速度との間の誤差を算出するステップと、
実質的な誤差信号が生成されなくなるまで変速比を調節するステップとを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
入力及び出力駆動部材と、
放射状インナ及びアウタレースと、
前記放射状インナ及びアウタレースと回転接触するプラネタリ部材と、
前記インナレース及び前記アウタレースは、互いに回転し相対的に軸方向へ動作可能であるように接続される２つの軸方向に離間する部材をそれぞれ備え、
調節部材と前記調節部材の相対的な回転動作が前記調節部材の相対的な軸方向変位となるように前記調節部材を相互接合する螺旋状相互係合部材とを備え、複数の前記レースのうちの一つにおける前記軸方向に離間する２つの部品の軸方向離間距離を、そしてこれによりそれと共に回転接触する前記プラネタリ部材の放射方向位置を選択的に変化させる手段と、
前記調節部材と係合する駆動モータ及びウォームギアと、前記ウォームギアと係合して摩擦係数を有するスラストワッシャとを備え、前記駆動モータが電力を与えられていないときに前記調節部材の相対的な回転動作を防止する前記自動ロック駆動装置と、
２つの駆動力伝達部材との間に掛けられるトルクに反応し、前記放射状インナレースと前記プラネタリ部材との間における前記駆動力伝達により及ぼされる力に反応して動作するバイアス部材及び第２の螺旋状相互係合部材を備え、他のレースの部品の離間距離における補正値を、そしてこれにより変速機の変速比を決定するため、及び複数の前記レースとプラネタリ部材との間の境界面に対して垂直な前記レースとプラネタリ部材との間で交換される力を変化させるために動作するトルク反応手段を備える変速機。
【請求項２０】
前記プラネタリ部材は略球状であり、プラネタリ動作する前記プラネタリ部材と前記入力駆動部材及び出力駆動部材のうちの一つとの間における力の伝達は、フォロワ部材を経てもたらされ、それぞれのフォロワ部材は略弓状凹形状からなる請求項１９に記載の変速機。
【請求項２１】
前記出力手段は二重同軸出力部材を備える請求項１９に記載の変速機。
【請求項１】
入力及び出力駆動部材と、
放射状インナ及びアウタレースと、
前記放射状インナ及びアウタレースと回転接触するプラネタリ部材と、
前記インナレース及び前記アウタレースは、互いに回転し相対的に軸方向へ動作可能であるように接続される軸方向に離間する２つの部品をそれぞれ備え、
複数の前記レースのうちの一つにおける前記軸方向に離間する２つの部品の軸方向離間距離を、及びこれによりそれと共に回転接触する前記プラネタリ部材の放射方向位置を選択的に変化させ、調節部材及び、前記調節部材の相対的な回転動作が前記調節部材の相対的な軸方向変位となるように前記調節部材に相互接合する螺旋状相互係合手段を備える手段と、
変速機の２つの駆動力伝達部材の間に掛けられるトルクに反応し、他のレースの部品の離間距離における補正値を、そしてこれにより変速機の変速比を決定するため、及び複数の前記レースとプラネタリ部材との間の境界面に対して垂直な前記レースとプラネタリ部材との間で交換される力を変化させるために動作するトルク反応手段とを備える変速機と、
前記調節部材と係合するウォームギア及び前記ウォームギアと係合する摩擦部材を備える自動ロック駆動装置と係合する駆動モータと、
前記自動ロック駆動装置は、前記駆動モータに電力が与えられていないときに前記調節部材の回転動作を防止し、
駆動装置及び前記入力駆動部材に直接接続する第１の無端部材と、
前記出力駆動部材の第１の端部に接続される第１の補機と、
前記出力駆動部材と係合する第２の無端部材により駆動される第２の補機とを備える定回転速度補機駆動システム。
【請求項２】
前記他のレースは放射状インナレースであり、
前記放射状インナレースの一部は第２の螺旋状相互係合手段によりシャフト上に運ばれ、
前記放射状インナレースの前記２つの部品における相対的な離間距離を決定するための前記トルク反応手段は、バイアス部材と、前記放射状インナレース及び前記プラネタリ部材との間の駆動力の伝達により掛けられる力に反応するように動作する前記第２の螺旋状相互係合手段とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の螺旋状相互係合手段は、直接円周方向力及び円周方向成分を有する軸力に反応し、前記軸力の円周方向成分は、前記変速機の変速比を維持又は変更する前記インナレースの前記２つの軸方向に離間した部品の軸方向離間距離を選択的に変更するため、前記制御手段に加えられる必要な力を最小にする、前記第２の螺旋状相互嵌合手段によって反応される前記直接円周方向力からの符号に対して、実質的に等しく、そして逆である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の螺旋状相互係合手段は、回転要素により相互係合される螺子段を備える請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記プラネタリ部材は略球状であり、プラネタリ動作する前記プラネタリ部材と前記入力駆動部材及び出力駆動部材のうちの一つとの間における力の伝達は、フォロワ部材を経てもたらされ、それぞれのフォロワ部材は凹形状からなる請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記トルク反応手段は、前記２つの軸方向に離間する、前記他のレースの相対的に動作可能である部品を含み、前記部品のうちの少なくとも一つは、中心位置から２つの指向性の方向へそれ自身が軸方向に動作可能であり、そして限定停止手段により軸方向に係合可能であり、限定停止手段により、トルク伝達の２つの対向するベクトル方向のそれぞれにおいて、前記変速機の前記入力駆動手段から前記出力駆動手段へ回転駆動を伝達する限定停止手段により、軸方向に係合可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記トルク反応手段における前記相対的に動作可能であるレース部品は、螺合により前記入力駆動部材と相互に結合され、前記動作可能であるレース部品における互いの前記螺合は同じ方向からなり、レース部材の軸方向移動が制限されるとき、それにより回転駆動が伝えられる請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記螺旋状相互係合手段は回転要素により相互係合する螺子段を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記出力手段は二重同軸出力部材を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記駆動モータはステッパモータからなる請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
駆動部材からプラネタリボール変速機入力に第１の無端部材を用いてトルクを伝達するステップと、
前記プラネタリボール変速機入力をプラネタリボール変速機出力と同軸に並べる手段と、
第２の無端部材により前記プラネタリボール変速機出力から被駆動補機へトルクを伝達するステップと、
駆動部材の回転速度に従って前記プラネタリボール変速機の回転速度比を選択し、これにより駆動部材の回転速度範囲に渡って略最高に効率的な点において略一定の回転速度で前記被駆動補機を動かすステップと、
駆動部材回転速度が一定のとき、前記プラネタリボール変速機の回転速度比を摩擦固定するステップを備えるベルト駆動補機システムの動作方法。
【請求項１２】
被駆動部材をプラネタリボール変速機第２出力に直接接続するステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
テンショナで前記第２の無端部材に張力を掛けるステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の無端部材の振動を弱めるステップを備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
張力部材で前記第１の無端駆動部材に張力を掛けるステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の無端駆動部材の振動を弱めるステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
被駆動補機のオーバーラン状態に対してワンウェイクラッチ動作するステップを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
望ましい補機回転速度と正確な補機回転速度との間の誤差を算出するステップと、
実質的な誤差信号が生成されなくなるまで変速比を調節するステップとを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
入力及び出力駆動部材と、
放射状インナ及びアウタレースと、
前記放射状インナ及びアウタレースと回転接触するプラネタリ部材と、
前記インナレース及び前記アウタレースは、互いに回転し相対的に軸方向へ動作可能であるように接続される２つの軸方向に離間する部材をそれぞれ備え、
調節部材と前記調節部材の相対的な回転動作が前記調節部材の相対的な軸方向変位となるように前記調節部材を相互接合する螺旋状相互係合部材とを備え、複数の前記レースのうちの一つにおける前記軸方向に離間する２つの部品の軸方向離間距離を、そしてこれによりそれと共に回転接触する前記プラネタリ部材の放射方向位置を選択的に変化させる手段と、
前記調節部材と係合する駆動モータ及びウォームギアと、前記ウォームギアと係合して摩擦係数を有するスラストワッシャとを備え、前記駆動モータが電力を与えられていないときに前記調節部材の相対的な回転動作を防止する前記自動ロック駆動装置と、
２つの駆動力伝達部材との間に掛けられるトルクに反応し、前記放射状インナレースと前記プラネタリ部材との間における前記駆動力伝達により及ぼされる力に反応して動作するバイアス部材及び第２の螺旋状相互係合部材を備え、他のレースの部品の離間距離における補正値を、そしてこれにより変速機の変速比を決定するため、及び複数の前記レースとプラネタリ部材との間の境界面に対して垂直な前記レースとプラネタリ部材との間で交換される力を変化させるために動作するトルク反応手段を備える変速機。
【請求項２０】
前記プラネタリ部材は略球状であり、プラネタリ動作する前記プラネタリ部材と前記入力駆動部材及び出力駆動部材のうちの一つとの間における力の伝達は、フォロワ部材を経てもたらされ、それぞれのフォロワ部材は略弓状凹形状からなる請求項１９に記載の変速機。
【請求項２１】
前記出力手段は二重同軸出力部材を備える請求項１９に記載の変速機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公表番号】特表２００７−５２３３０４（Ｐ２００７−５２３３０４Ａ）
【公表日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５４０７７（Ｐ２００６−５５４０７７）
【出願日】平成１６年８月２日（２００４．８．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２４８０９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８３３０５
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【出願人】（５０４００５０９１）ザ ゲイツ コーポレイション (103)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２日（２００４．８．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２４８０９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８３３０５
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【出願人】（５０４００５０９１）ザ ゲイツ コーポレイション (103)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]