JP6654135B2 - バリエータ - Google Patents

Description

本発明は、バリエータに関する。

本明細書において、バリエータは、２つの回転可能要素を相互接続するトランスミッション構成要素であり、回転時に、２つの要素は、最小バリエータ比と最大バリエータ比との間で実質的に無段の様態で変えることができる比（「バリエータ比」と呼ばれる）によって互いに関係づけられる回転速度を有する。本発明は、様々なタイプの、特にトラクションローリングタイプのバリエータで具体化されてもよい。こうしたバリエータは、ボールベアリング・リング型バリエータ（Ｋｏｐｐバリエータなど）、ハーフトロイダルバリエータ、「Ｍｉｌｎｅｒ」バリエータ、及びトロイダルバリエータを含む場合がある。

フルトロイダルバリエータ
トロイダルバリエータとして知られている様々なバリエータは、２つの主要カテゴリ、すなわち、バリエータの入力作動面と出力作動面との間に存在するトロイダル（又はハーフトロイダル）キャビティによってそのように称される、「ハーフトロイダル」バリエータと、「フルトロイダル」バリエータに分類される。フルトロイダルバリエータでは、各回転可能要素がバリエータ内のそれぞれのレースを駆動し、レースが共通の軸（「バリエータ軸」）を中心として回転する。各レースは、バリエータ軸に平行な方向に互いに対向するように配置される作動面を有する。弓形断面の環状凹部が、各作動面内にバリエータ軸と同軸に形成される。凹部は、それらが共通の仮想円上に存在するように配置され、その平面はバリエータ軸と交差し、その中心は、レースに平行な、レース間の等間隔に離間された平面（「中心平面」）内にある。仮想円をバリエータ軸の周りに広げることによって、作動面がトーラスの境界の反対領域を占める、仮想的なトーラスが説明される。したがって、レースの作動面間のスペースは、「トロイダルキャビティ」と呼ばれる。バリエータ軸に関する仮想円の中心の半径は、「トロイダル半径」と称され、仮想円の半径は、「トロイドの小半径」と称される。

通常、いくつかの転動要素がトロイダルキャビティ内に提供される。各転動要素は、それぞれのキャリッジ内に支えられる。転動要素は、キャリッジに対してそれぞれの転動要素軸（ローラの平面に垂直）を中心として自由に回転する。バリエータ軸を中心としたレースのうちの１つ（「入力レース」と呼ばれる）の回転が、これと接触している各転動要素を回転させる。これは次に、出力レースを入力レースの回転方向とは反対方向に回転させる。同様に、バリエータ軸を中心とした入力レースへのトルクの適用が、出力レースに反対方向のトルクを適用する。こうした回転中に、転動要素が、それぞれの作動面上に描かれるそれぞれの円形接触軌跡を中心として入力レース及び出力レースとの接触を生じることになる。これらの２つの軌跡がバリエータ軸に関して同じ半径である場合、出力レースと入力レースは同じ回転速度を有することになる。しかしながら、入力レース上の軌跡の半径（「入力半径」）が出力レース上の軌跡の半径（「出力半径」）と等しくない場合、出力レースの速度は、入力レースの速度よりも高く又は低くなるであろう。一般に、バリエータ比（この説明では入力速度で割った出力速度として定義される）は、出力半径で割った入力半径に等しくなるであろう。各キャリッジは、入力半径及び出力半径が変化し得るようにチルトされてもよい。

前述のバリエータは、（たとえいくつかが平行に存在する場合であっても）レース間のパワー経路内にはたった１つの転動要素が存在することから、「シングルローラ」バリエータと称されてもよく、通常各キャリッジは、したがって、ただ１つの転動要素を含む。代替的な「ツインローラ」バリエータの場合、転動要素は、対をなして配置され、通常各キャリッジは２つの転動要素を含む。各転動要素は、２つのレースのうちの１つのそれぞれの作動面との接触を生じるレース接触転動面（後述）と、対の他方の転動要素のローラ駆動転動面との接触を生じるローラ駆動転動面を有する。レース接触転動面は一部球形であり、ローラ駆動転動面は円錐台形である。バリエータ軸を中心としたレースのうちの１つ（この説明では「入力レース」と呼ばれる）の回転が、これと接触している各転動要素を回転させる。これは次に、対の他方の転動要素を回転させ、これが出力レースを入力レースと同じ方向に回転させる。同様に、バリエータ軸を中心とした入力レースへのトルクの適用が、出力レースに同じ方向のトルクを適用する。

各キャリッジは、入力半径及び出力半径を変えるべく動かすことができるように構成され、この移動は「チルト」と呼ばれる。少なくともバリエータが平衡状態で動作しているときに、入力半径と出力半径はトロイダル半径を中心として対称に配置される。

本明細書は、作動面と転動面との間の「接触」を言及する。しかしながら、これは説明の便宜のために採用された単純化されたものである。トロイダルバリエータのほとんどの実施形態は、トラクション駆動を用いて動作する。つまり、作動面と転動要素は、トラクション流体に少なくとも部分的に浸漬される又は被覆される。これは、その圧力が閾値を超えるときに迅速に増加する粘度を有するという特性を有する。レースが回転する際に、トラクション流体が、転動要素と作動面との間に形成されるニップの中に引き込まれて転動面と作動面との間にトラクション流体の薄層を生じ、ゆえに、事実上は、それらの間に直接の接触はない。全体を通して用いられる場合の「接触」という用語は、トラクション流体を通じた接触、並びに文脈が必要とする場合には直接接触を含むように理解されるべきである。

満足のいくトラクション駆動を達成するために、端部荷重がかけられ、これはレースをバリエータ軸に沿って互いに向けて付勢する。端部荷重は、作動面と転動面との間の境界で適切なトラクションを生じるのに十分であるが、バリエータの効率及び耐久性を妥協しないのに十分なだけ低い荷重を提供するという要件のバランスをとるように最適化される。多くの実施形態では、レースは、端部荷重に応答してバリエータ軸に沿って僅かな移動を生じることができる。

前述のシングルローラ及びツインローラフルトロイダルバリエータの一般的構成の範囲内で、キャリッジの制御、設置、及び移動の自由度、レースの数及び構成、転動要素の数及び構成などに関する非常に多くのバリエーションが可能である。

レースを定義するための「入力」及び「出力」という用語の使用は、これらの構成要素に関係する機能的又は構造的制限としてとられるべきではなく、それらは単なるラベルである。バリエータは、動作において完全に対称であってもよい。これらは通常、特定の文脈での簡潔かつ理解できる説明を提供するように選択されることになる。例えば、車両のトランスミッションの場合、入力は通常は原動機に接続されることになり、出力は通常はバリエータを通して流れるパワーの正常な方向を示すために最終駆動システムに接続されることになる。しかしながら、車両がオーバーラン状態にあるときには、実際には、エンジンブレーキによりパワーがバリエータの出力から入力に流れることになることが理解されるであろう。

本明細書の残りの部分において、「バリエータ」という用語は、文脈が他の意味を示さない限り、上述のようにシングルローラフルトロイダルバリエータを指すことになるが、本発明の実施形態はこうしたバリエータに限定されないことが理解されるであろう。

バリエータ制御
バリエータを制御するのに用いられる主要な２つのストラテジ、すなわち、トルク制御及び比制御が存在する。

トルク制御は、バリエータの性質から生じる特徴に依拠することから、多速度トランスミッションにおいて直接相当するものは存在しない。トルク制御は、図１〜図３に関係するＷＯ−Ａ−２０１０／０７０３４１の部分を含む多くの公報で説明されており、ここでは本発明の理解を可能にするのに必要とされる場合に簡潔にのみ説明する。

トルク制御は、いくつかの設計特徴を有するバリエータに依拠する。
・各キャリッジは、中心平面に対して小さい角度だけ傾斜される反力軸を中心として回転する自由を有する。
・各キャリッジは、アクチュエータによってかかる力に抗して反力軸に沿って軸方向に動くことができる。
これらの要件のうちの第１の要件は、トルク制御下にある間、チルト角がアクチュエータによって直接制御されないことを意味することに留意されたい。

各レースは、各転動要素に作動面の接線方向に作用する力をかける。したがって、対応する転動要素の転動軸を反力軸に沿って静止した状態に維持するために、等しい反対の接線力が各アクチュエータによって提供されなければならない。アクチュエータによってかかる力が変化する場合、キャリッジに作用する力のバランスが崩れ、ゆえに転動軸が動くことになる。バリエータの幾何学的形状は、反力軸に沿った移動時にキャリッジを回転させる反力軸を中心としてカップルが生成するように（ここでは説明されない考慮事項を用いて）構成される。これは、キャリッジに作用する力の不均衡を減らすような様態で、チルト角、従ってバリエータ比を変化させる。キャリッジは、したがって、力がバランスのとれた状態に戻る新しいチルト角の方に動くことになる。したがって、アクチュエータによってかかる力が、バリエータにわたって発生することになるトルクを決める。トルク制御型バリエータでは、ローラ及びキャリッジの変位が速度比の変化に対応し、バリエータにわたって存在する瞬時比に適応するべくチルトする。

比制御は、複数の離散的な離間された比を有するトランスミッションの制御と最も近い類似性をもつ。比制御構成では、ローラ及びキャリッジの変位は、ローラキャリッジが受ける反力に応答しない手段によって制御される。キャリッジは、目標比を達成するのに必要とされる角度に転動軸を直接チルトするような様態で動かされる。

本発明の目的
原動機から装置に駆動力を伝達するのにトランスミッションシステム内でバリエータが用いられる多くの場合に、装置が実際に駆動される必要がない動作条件が存在する。例えば、装置がスーパーチャージャであり、かつ、原動機が内燃機関（ＩＣＥ）であれば、エンジン動作条件がスーパーチャージャのブーストを必要としない場合に、駆動される必要はない。こうした条件下で、バリエータ及び装置を駆動するのに必要とされるエネルギーは、有用な結果を達成せず、従って損失を表し、これはシステムの総電力消費を増加させることがある。車両を駆動するのに用いられるＩＣＥでは、これは、それ自体が燃料消費の増加として現れる。

したがって、駆動手段（例えば、ＩＣＥなどの原動機）から被駆動装置を接続解除できるようにすることが望ましい。

従来のトランスミッションシステムは、普通は、被駆動装置がその駆動が必要とされないときに接続解除され得る、ニュートラル状態を特徴とする。ニュートラル状態は、クラッチを用いて達成されてもよく、これは通常、摩擦型（例えば、湿式多板クラッチ）又はポジティブに駆動されるタイプ（例えば、ドッグクラッチ）である場合がある。クラッチは、普通は、トランスミッションを作動するのに必要とされるものとは別の専用のアクチュエータを必要とする。クラッチをトランスミッションに組み込むことができる場合であっても、これは、普通は、クラッチのないシステムと比較して複雑さを増すことになる。

本発明の目的は、トランスミッションシステム内に、被駆動装置が、別個のクラッチ組立体又は関連するアクチュエータ構成要素を提供する必要なく、その駆動手段から作動上接続解除されるニュートラル状態に入るようにするための手段を提供することである。

この目的のために、第１の態様から、本発明は、バリエータ軸を中心として回転するように配置される第１のレース及び第２のレースと、レース間のキャビティ内に配置される少なくとも１つの転動要素とを備えるバリエータであって、
駆動構成において、駆動力がレース間で転動要素を通して伝達されるように、レース間に転動要素をクランプするべく荷重がかけられ、
ニュートラル構成において、転動要素及びレースが、レースが互いに独立して動くことができるように構成される、
バリエータを提供する。

バリエータを通して伝達されるトルクの変動に応答してトラクション駆動バリエータ内の端部荷重が変化することが知られているが、一般に、最小限のスリップでバリエータを通した駆動力を持続するのに十分な端部荷重が維持されるとみなされる。本発明は、それらのスリップモードでバリエータ接触を動作させることによってクラッチの機能をバリエータ自体に組み込む。バリエータ接触パワー及び温度が容認可能な限度内に保たれるならば、こうしたスリップ及び動力分配を損傷なしに生じることができる。

本発明の典型的な実施形態では、駆動構成において、駆動力がトラクション流体を媒介してレース間で転動要素を通して伝達される。最も典型的には、キャビティ内に複数の転動要素が配置される。

本発明の実施形態では、バリエータは、端部荷重を減少させることによってニュートラル構成に入ってもよく、これは次に、レースと転動要素との間の接触トラクション（剪断）力をゼロに向けて減少させる。その後の端部荷重の再適用が剪断力を発生させ、ゆえにバリエータが駆動構成に戻る。

こうした実施形態では、端部荷重は、油圧作動によって制御されてもよく、この場合、バリエータを通して伝達されるべきトルクに従って端部荷重制御システムにかかる油圧が変えられる、又はニュートラル構成に入るように減らされる。

代替的に、端部荷重は、機械的システムによって部分的に又は全体的にかけられてもよい。この後者の構成は、関連する油圧装置がないことに起因して、往々にして、小型の低コストのバリエータに関する最も費用効果の高い実装である。適切な機械的システムは、通常、一方のレース又は両方のレースへのリンクを通じてトルクを伝達し、伝達されるトルクに直接関係づけられる軸方向端部荷重クランプ力をローラにかける、カム構成を含む。リンクは通常、カムの周方向ランプ上に存在する低摩擦転動要素を含み、ゆえに、トルク及び軸方向端部荷重は、ランプ角の「タンジェント」×転動要素の半径によって数学的に関係づけられる。
軸方向端部荷重〜トルク／（ｔａｎ（ランプ角）^＊半径）

カムに予め荷重をかけ、カムを通して伝達されるトルクが存在しないときであってもバリエータに最小限の端部荷重を提供するように、カムと直列のばねが含まれていてもよい。代替的に又は加えて、ばねは、カムによって発生する軸方向荷重に荷重を付加するようにカムと平行に配置されてもよい。こうした実施形態では、ばねは通常、リンクへの入力と被駆動レースとの間、すなわち、駆動部材とレースとの間に配置される。

機械的端部荷重クランプシステムは、必要に応じてその付勢及び消勢を行うように操作されてもよい。これらの２つの事象は、互いに別に考えられてもよい。

本発明は、トロイダル、特にフルトロイダルバリエータへの特定の、しかし排他的ではない用途を有する。こうしたバリエータは、転動要素が、転動要素の平面内のキャビティの幅が慣習的に転動要素の直径（＋トラクション流体の任意の層の厚さ）に等しいキャビティ内にあるという幾何学的形状を有する。転動要素がバリエータ比の変化と共にチルトする際に、転動要素をクランプするレースは、したがって、軸方向に大きな距離を動かない。したがって、チルトする転動要素の軌跡は、トロイダル区域に存在する円を描く。

本発明の実施形態では、入力レース及び／又は出力レースは、その中で転動要素がレース又は各レースとの接触を生じない、接続解除領域を含むように形状設定及び寸法設定されてもよく、接続解除領域は、転動要素とレースとの接触が生じる領域に隣接する。したがって、転動要素が接続解除領域に動かされるときに、バリエータがニュートラル構成に入る。

好ましくは、接続解除領域はバリエータ動作範囲の低比端にあり、被駆動装置はバリエータの出力に結合される。したがって、被駆動装置は、バリエータが高比から低比に移行される際に、駆動手段に対して減速されてもよく、その後、被駆動装置は、バリエータがニュートラル構成に入る際に駆動手段から接続解除されてもよい。被駆動装置は、その最低速度で駆動され、原動機は、バリエータの駆動構成とニュートラル構成との間の遷移中に被駆動装置を上回る最大の機械的利点（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｄｖａｎｔａｇｅ）を有する。こうした実施形態は、荷重をモーションに設定することができる起動（ｌａｕｎｃｈ）構成として作用することができる。さらに、こうした実施形態は、その駆動が有用な目的を果たさないときに原動機上のドラッグを減らすために被駆動装置を接続解除するように動作してもよい。

トロイダルバリエータの場合、接続解除領域は、内側接触部（すなわち、レースの「ハブ」）の領域でのトロイドの小半径をこれに隣接する同じレースの領域に比べて増加させることによって形成されてもよい。代替的に、接続解除領域は、外側接触部（すなわちレースの外周の付近）の領域のトロイドの小半径をこれに隣接する同じレースの領域に比べて増加させることによって形成されてもよい。本発明の実施形態は、レースがバリエータ軸の方向に互いに向けて動くことができる度合いを制限するように動作するストップ手段を含んでもよく、ストップ手段は、転動要素ではなく端部荷重を支えるのに効果的である。これは、転動要素が接続解除領域へ動くときに、かかる端部荷重が転動要素によってではなく確実にストップ手段によって生じるようにする。したがって、転動要素をクランプする荷重が、駆動力がバリエータを通してもはや伝達されない程度にまで減少し、したがって、バリエータはニュートラル構成にある。

通常、チルト角は直接変えられないが、代わりに、レースと転動要素との間に作用する力の変化に応答して変化する。これはしばしば、転動要素がレースによって操舵（チルト）されることから、転動要素操舵効果と呼ばれる。しかしながら、バリエータがニュートラル構成にあるとき、レースと転動要素との間で反作用する垂直接触力は小さい又は存在しないので、チルト角が変えられる普通の機構を利用することはできない。したがって、バリエータをニュートラル構成から駆動構成に変化させることを可能にするために、通常、再係合手段が提供されなければならない。通常、再係合手段は、チルト角を変化させるべく転動要素を直接動かすことによって動作する。駆動構成に入るために、転動要素は、転動要素がレースの間に収まるようにレースを端部荷重に抗して互いに離れる方に動かさなければならない。したがって、転動要素は、転動要素を制御するのに低力アクチュエータを使用できるようにする十分な機械的利点を伴ってレースに作用することができることが好ましい。レースは、転動要素がレースに及ぼすことができる力又は機械的利点を増加させるように形状設定された部分を含んでもよい。こうした形状設定された部分は、１つまたは複数のレースの作動面に形成されたランプを含んでもよい。

本発明の実施形態は、前述のように比制御を用いて制御されてもよい。本発明の好ましい比制御型の実施形態では、レースが入力面及び出力面を有し、入力面と出力面との間にトロイダルキャビティが画定され、それぞれの接触領域で入力面と出力面との間に転動要素が配置され、それらと駆動係合し、転動要素は、転動軸を中心として回転するようにキャリッジ組立体上に設置され、転動要素は、チルト軸を中心として自由にピボットし、チルト軸は、転動軸に垂直に転動要素を通り、かつ、ローラの中心で転動軸と交差し、レースの回転速度の比であるバリエータ比の変化がチルト角の変化と共に生じ、転動要素は、ピッチ軸を中心としてピボット運動することができ、ピッチ軸は接触領域を通り、ピッチ軸を中心としたピボット運動がピッチ角を変化させて、転動要素をそのチルト軸を中心としてピボットするように付勢し、これにより、バリエータ比の変化を与える。バリエータを制御するためのこの構成は、「ピッチ操舵」と呼ばれる。

こうした実施形態では、ピッチ操舵制御は、バリエータがニュートラル構成に入るようにローラを接続解除領域の方にチルトさせるのに用いられてもよい。

ニュートラル構成にある間に、ピッチ軸の変化自体は、バリエータが駆動構成に入るようにローラを係合される領域に戻るように操舵しない。代替的に、したがって、キャリッジのピッチ軸の変化が、キャリッジ（例えば、ローブ）の接触部又はキャリッジに取り付けられた接触部とバリエータのケーシングに対して固定された（又は実質的に固定された）形状設定部分との接触を生じさせることができ、こうした接触が、キャリッジをそのチルト角が直接変化するように付勢し、これにより、キャリッジに関連するローラがレースと作動的に駆動接触し、これにより、バリエータの駆動構成を再確立する。

形状設定部分は、キャリッジを駆動構成の方に付勢するのに必要な力をキャリッジに及ぼすことができるように、バリエータの反力部材、バリエータの主軸、又は他の構成要素に固定（又は実質的に固定）されてもよい。

接触部（例えばローブ）は、ピッチ入力がキャリッジを駆動構成の方に付勢するときにローラを駆動構成の方に付勢する（又はレースと転動要素との間に接触があった場合にそうすることになる）キャリッジの側部上にある。

キャスタ軸が存在する場合、接触部は、ピッチ入力がキャリッジを駆動構成の方に動かすように作用するときに形状設定部分がキャリッジ上に歳差運動するカップルを及ぼす（又はレースと転動要素との間に接触があった場合にそうすることになる）ようにキャスタ軸からオフセットされる。

ピッチ操舵型バリエータが、ピッチ及び比角度がカムのプロファイルによって関係づけられる、カム操舵構成を有する場合に、又は、平行移動、ピッチ、及び比角度がカムのプロファイルによって関係づけられる、トルク制御型バリエータの場合に、キャリッジがそれを中心として余儀なく歳差運動する等価な（又は仮想の）操舵軸が存在する。この場合、接触部は、ピッチ入力がキャリッジを駆動構成の方に動かすように作用するときに形状設定部分がキャリッジ上に歳差運動するカップルを及ぼす（又はレースと転動要素との間に接触があった場合にそうすることになる）ように等価な操舵軸からオフセットされる。

キャリッジが制御部材によってピッチ設定されるときに、キャリッジの第１の部分は、バリエータ軸から半径方向に離れる方に動き、第２の部分は、バリエータ軸に半径方向に近づく方に動く。接触部は、第１のキャリッジ部分又は第２のキャリッジ部分上にあってもよく、キャスタ軸又は等価な操舵軸からオフセットされる。

接触部及び／又は固定された形状設定部分は、バリエータ軸に関して転動要素の半径方向にあってもよい。接触部及び／又は固定された形状設定部分は、バリエータ軸に関して転動要素の半径方向内側（バリエータ軸の方）又は半径方向外側にあってもよい。

接触部は、キャリッジが制御部材によってピッチ設定される際に平行移動するポイントで形状設定部分がキャリッジとの接触を生じるように、ピッチ軸から半径方向にあってもよい。

両方のキャリッジがバリエータ軸を含む平面の一方の側部で作動され、キャビティ内に２つのキャリッジが存在する実施形態では、好ましくは、接触部及び／又は形状設定部分は、バリエータ軸に関して第１のキャリッジの半径方向外側にあり、かつ、第２のキャリッジの半径方向内側にある。

いくつかの実施形態では、駆動構成は、バリエータの少なくとも１つのレースが回転している間に再確立されてもよい。代替的に、転動要素が、バリエータが動いてない又は駆動されていない間に、駆動モードを再確立することができる位置に動かされてもよい。

本発明を具体化するバリエータは、単一のトロイダルキャビティを含んでもよい。代替的に、これは、関連する転動要素及び他の構成要素を有する２つ以上のキャビティを含んでもよい。複数のキャビティを含む実施形態では、各キャビティは、それぞれニュートラル構成に入ることができるように実質的に同一であってもよい。代替的に、キャビティのうちの１つだけ又はすべてではないキャビティがニュートラル構成に入ることができてもよい。

第２の態様から、本発明は、原動機と、原動機の出力に接続される１つのレースを有する本発明の第１の態様に係るバリエータと、バリエータの他のレースに接続される被駆動装置とを含む駆動システムを提供する。

代替的な実施形態は、代替的に又は加えて、バリエータが駆動構成からニュートラル構成に入る直前にバリエータによって被駆動装置が最大比で駆動されるように動作してもよい。こうした構成は、被駆動装置の過速度を防ぐのに用いることができる。

駆動システムの典型的な実装では、原動機は内燃機関であり、被駆動装置は、自動車内の補機などの補機である。本発明の実施形態の特定の用途は、空気を内燃機関の入口に送達するように構成されるスーパーチャージャを含む。スーパーチャージャは、ドライバーのアクションが高いエンジン出力パワーを要求するときにだけ高い空気送達及び高いブースト圧力を生じることが必要とされる。高い空気流はスーパーチャージャから特定の時点にだけ必要とされるので、増加した空気流が必要とされないときに損失を減らすために、スーパーチャージャから駆動手段を選択的に接続解除することが有益な場合がある。こうした駆動システムは、内燃機関の速度が閾値を超えるときに常にバリエータが駆動構成にあるように動作するように構成されてもよい。有利なことに、これは、閾値エンジン速度を上回ると確実に被駆動装置がバリエータ接触を用いて係合されないようにし、この閾値はバリエータの機能的制限に対応しており、それを上回ると、被駆動装置の起動が、レース又は転動要素の表面の損傷を引き起こすようなスリップを生じる場合がある。

スーパーチャージャは、動的圧縮機（遠心圧縮機など）及び容積式圧縮機を含むがこれらに限定されない、いくつかの異なるタイプの圧縮機を含んでもよい。駆動システムは、スーパーチャージャへの駆動入力速度を増加させるように動作する速度増加ステージをさらに含んでもよい。速度増加ステージは、エピサイクリック、特に、トラクションエピサイクリックを含んでもよい。

代替的に、本発明の実施形態は、（他の装置の中でも）、オイルポンプ、ウォーターポンプ、発電機又はオルタネータ、若しくは空調の圧縮機を駆動するのに用いられてもよい。

特定の実施形態では、バリエータは、単一のキャビティを有するトラクション駆動バリエータを含んでもよく、これは通常、入力レースと出力レースとの速度の差に適応しながら端部荷重を受けるスラストベアリングを必要とする。この実施形態では、バリエータでの損失は、接触損失とスラストベアリングから生じる損失との両方を含む。

さらなる用途では、本発明の実施形態は、有用な仕事をするための後で回収されるエネルギーを蓄えるのに用いられるはずみ車の駆動システム内で用いられてもよい。例えば、はずみ車は、車両の減速から回収される運動エネルギーを蓄えてもよい（所謂「運動エネルギー回収システム」又は「ＫＥＲＳ」）。はずみ車駆動システムは、断続的にのみ（例えば、制動時又は加速時）、すなわち走行時、又はこうした要件が存在しない静止時にエネルギーを交換するのに必要とされる。したがって、はずみ車とのエネルギー交換が必要とされないときにはずみ車から駆動手段を接続解除することが有益であり、これにより、はずみ車のトランスミッションでの損失が減る。

第３の態様から、本発明は、バリエータ軸を中心として回転するように配置される第１のレース及び第２のレースと、レース間のキャビティ内に配置される少なくとも１つの転動要素とを備える、本発明の第１の態様を随意的に具体化するバリエータを作動させる方法であって、駆動構成において、駆動力がレースと各転動要素との間で伝達され、ニュートラル構成において、各転動要素とレースが、レースが互いに独立して動くことができるように構成され、ニュートラル構成が、各転動要素をレースのうちの少なくとも１つと接触しなくなる位置に動かすことによって得られる、方法を提供する。

第４の態様から、本発明は、バリエータ軸を中心として回転するように配置される第１のレース及び第２のレースと、レース間のキャビティ内に配置される少なくとも１つの転動要素とを備える、本発明の第１の態様を随意的に具体化するバリエータを作動させる方法であって、駆動構成において、駆動力がレースと各転動要素との間で伝達され、ニュートラル構成において、各転動要素とレースが、レースが互いに独立して動くことができるように構成され、駆動構成が、各転動要素を両方のレースとの接触を生じる位置に動かすことによって得られる、方法を提供する。

本発明の第１の態様の随意的な好ましい特徴は、本発明の第２の態様及び第３の態様に適用されてもよい。

本発明の実施形態を、ここで添付図を参照しながら単なる例として詳細に説明する。

本発明の実施形態であるバリエータの一部を示す図である。 バリエータを通して駆動力を再係合するための手段を実装するバリエータの詳細を示す図である。 上記図面のバリエータの構成要素であるレースを通る断面の図である。 本発明の実施形態の構成要素であるレースの代替的な構成をそれに接触する転動要素と共に示す図である。 図４ａのＡの拡大詳細図である。 本発明の実施形態の構成要素であるレースの代替的な構成をそれに接触する転動要素と共に示す図である。 図５ａのＢの拡大詳細図である。 本発明の実施形態の構成要素であるレースの代替的な構成をそれに接触する転動要素と共に示す図である。 図６ａのＣの拡大詳細図である。 本発明の実施形態の構成要素であるレースの代替的な構成をそれに接触する転動要素と共に示す図である。 図７ａのＤの拡大詳細図である。 本発明のさらに代替的な実施形態を示す図である。 接続解除領域に近づく係合（駆動）構成にある図８のバリエータを示す図である。 ニュートラル構成にある図９のバリエータを示す図である。 再係合をするように作動される図１０のバリエータを示す図である。 接続解除領域から離れる方に動くように作動される図１１のバリエータを示す図である。 本発明を具体化するバリエータを組み込んでいる駆動システムを含む内燃機関上のスーパーチャージャの実装を図式的に示す図である。 本発明を具体化するバリエータを通る断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係る自己付勢軸方向荷重付与装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る代替的な自己付勢軸方向荷重付与装置を通る断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係る軸方向荷重付与機構の一部を組み込むバリエータレースの代替的な実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る軸方向荷重付与機構の一部を組み込むバリエータレースの代替的な実施形態を示す図である。

図面を参照すると、本発明を具体化するバリエータは、バリエータの入力要素及び出力要素として役立つ第１のレース及び第２のレースを含む。図１４では２つのレースが示されているが、すべての他の図面では１つだけのレース１０が示されている。各レースは、概してディスクとして形状設定され、共通のバリエータ軸Ａ−Ａを中心として回転するように設置される。トラクション流体の媒介により１つのレースから別のレースに駆動力を伝達するためにレース１０間に２つの転動要素１２が配置される。各転動要素１２は、それぞれのキャリッジ１４上に回転するように支えられ、各キャリッジは、転動要素１２のチルト角を変えるために自由に動く。レース１０の回転速度の比、すなわち、バリエータ比は、転動要素１２のチルト角によって決まる。レース１０を互いに向けて付勢するべく端部荷重がかけられ、これにより、トラクション流体を通じてレースとローラとの間で駆動力を伝達するのに十分な力で転動要素をクランプする。

端部荷重は、当業者には周知の多くの構成のうちの１つを用いてかけることができる。これらは、単一の油圧端部荷重ピストン、又は例えばＧＢ−Ａ−２４３８４１２又はＷＯ−Ａ−２０１１ ０５１７０２で開示されるような代替的な構成を含んでもよいがこれらに限定されない。

この実施形態では、チルト角、したがって、バリエータ比は、ＧＢ−Ａ−２４９９７０４及び本発明の出願人の他の出願で開示されるように「ピッチ操舵」の機構を用いて制御される。各キャリヤ１４は、アクチュエータ５によって軸方向に駆動することができるアクチュエーティングシャフト１６上で支えられ、これにより、転動要素１２にピッチ軸を中心としてピボット運動をさせ、ピッチ軸は、図２及び図８に示すようにレースとローラの接触領域１３を通る。こうしたピボット運動は、小さな作動力を必要とし、したがって、この制御構成は、アクチュエータ５のサイズ及びコストが低いという利点を与える。ローラのピッチングが、各接触領域１３において局所的線速度のレース及び転動要素間に角度（「操舵角」と称される）を生じさせる。図８を参照すると、転動要素１２は、トロイドの中心平面（前述の平面内に存在する軸は、軸Ｚ−Ｚによって示される）に対して角度「α」だけ傾斜されるキャスタ軸Ｙ−Ｙを中心として余儀なく歳差運動する。転動要素は、キャスタ軸Ｙ−Ｙを中心として歳差運動する際に、角度変化の２つのモード、すなわち、（ｉ）接触領域１３の位置をバリエータ軸Ａ−Ａに対して動かす、したがって、バリエータ比を変化させるチルト、及び（ｉｉ）アクチュエータ５による最初の入力の結果として生じた操舵角を打ち消すピッチングモーション、を経験する。転動要素１２は、したがって、アクチュエータ５による入力に応答して歳差運動し、操舵角が打ち消されるまで比角度が変化し、転動要素１２への各ピボット入力は、したがって、結果的に、転動要素１２の対応する比角度、及び特定のバリエータ比をもたらす。シャフト１６の第１の方向の移動は、バリエータ比を増加させる傾向があり、一方、この反対方向（英字「Ｃ」によって示される方向）の移動は、バリエータ比を減少させる傾向がある。しかしながら、本発明の動作原理は、ＷＯ−Ａ−２０１１ ０６７６０２又はＷＯ−Ａ−２００７ ０６５９００で開示された構成を含むがこれらに限定されない、構成要素及び制御機構の代替的な構成を用いるバリエータに適用できることを理解されたい。

上記で説明した範囲で、バリエータの構成は公知であり、最新技術に含まれるバリエータの構造の詳細は詳しく説明しない。

従来のバリエータと比較して、この実施形態の少なくとも１つのレース１０は、図３、図４ａ、及び図４ｂを参照してここで説明する修正された形状を有する。

従来のように、レース１０は、バリエータ軸Ａ−Ａと同軸の作動面内に存在する作動領域２０を有する作動面を有する。この実施形態では、接続解除領域２２を形成するバリエータ軸Ａ−Ａから半径方向外側に作動面が広がっている。接続解除領域２２は、バリエータ軸Ａ−Ａと同軸の作動面内に存在し、接続解除領域２２の小半径は、作動領域２０の小半径よりも大きい。作動領域２０と接続解除領域は、作動領域２０と接続解除領域２２との間の滑らかな遷移を提供するランプ２４によって相互接続される。制限壁２６が、接続解除領域２２の辺縁から突き出てこれを取り囲む。

転動要素１２が、それらがトラクション流体を媒介して作動領域２０との接触を生じるようにチルト角に動かされるときに、バリエータは、従来のトロイダルバリエータと実質的に同一の様態で動作する。これは駆動構成と呼ばれる。転動要素１２が、それらが接続解除領域２２に隣接するようにチルト角に動かされる場合、駆動力が転動要素１２とレース１０との間で伝達されず、これにより、レース１０が互いに独立して回転することができる。これは、ニュートラル構成と呼ばれる。

ニュートラル構成において、端部荷重が、レースをバリエータ軸Ａ−Ａに沿って互いに向けて制限位置に動かす。制限位置では、転動要素１２は接続解除領域２２と強制的な接触を生じない。これは、（ｉ）駆動力がレース１０から転動要素１２に伝達されない、（ｉｉ）転動要素はレースによって所望のチルト角に「操舵」されることは不可能であり、これにより、転動要素のチルト角の制御は不要となるという２つの結果を有する。転動要素１２のチルトは、それらがランプ２４及び制限壁２６の存在によって確実に接続解除領域に隣接することになる範囲内に維持される。

図５ａ及び図５ｂは、前述の実施形態の修正を示す。作動領域２０と接続解除領域２２がランプによって相互接続されるのではなく、それらの間に、作動面を画定するトーラスの小半径の緩やかな増加を伴う滑らかな遷移が存在する。こうした実施形態では、転動要素が接続解除領域２２と作動領域２０との間で動く際に、クランプ荷重が緩やかに増加する。これは、ニュートラル構成から駆動構成に変化する際にバリエータを通過することができるトルクが緩やかに増加するという効果を有し、これは、例えば、駆動力が伝達されるシステムの慣性体の起動中にバリエータが受ける荷重の量を制御するのに用いることができる。

図６ａ及び図６ｂに示される代替的な構成では、レース１０から接続解除領域が省略されており、その結果、従来のバリエータのものとよく似ている。こうした実施形態では、ニュートラル構成は、転動要素１２をレースの半径方向外側の縁を越える位置に動かすことによって達成される。これは、転動要素とレースとの間の摩擦に起因するドラッグ損失がニュートラル構成において最小にされ、レースの直径が他の実施形態よりも潜在的に小さいという利点を与える。

図７ａ及び図７ｂは、図６ａ及び図６ｂの構成への修正を示す。この実施形態では、レース１０は周辺リップ３６ａを有する。リップ３６ａは、レース１０上に周辺ランプを提供する。ニュートラル構成において、転動要素１２は、レース１０から実質的に自由であり、これにより、ニュートラル構成における上記実施形態の有利な低いドラッグを提供する。ランプの存在は、図４ａ及び図４ｂの構成のようにバリエータを通した駆動力の再確立の比率（ｒａｔｅ）が制御されることを可能にする。

バリエータがニュートラル構成にあるときのどのような作動できるローラ操舵機構の欠如も、バリエータが駆動構成を再開できるようにする機構の必要性を生じる。

以下の説明は、図２及び図９〜図１２を参照してなされる。この実施形態では、再係合機構は、各キャリヤ１４から突き出るそれぞれのローブ３０と、バリエータの内部構成要素に対して固定される対応するピン３２とを備える。バリエータの係合解除及びその後の再係合の手順をここで図９〜図１２を参照して説明する。図９は、ローラキャリヤの上側部分の方向Ｃの移動によってピッチ設定されている転動要素１２を示し、この移動はアクチュエータ５（図示せず）によって提供される。これは、接触領域を通る軸を中心としてローラをピッチ設定させ、これにより、それらが新しい歳差運動角に操舵され、この歳差運動角は、増加したチルト角及び新しいより低いバリエータ比に対応する。閾値の転動要素１２チルト角で、転動要素は、作動領域との接触を失い、レース（図示せず）のうちの一方の接続解除領域に隣接することになり、したがって、バリエータがニュートラル構成に入ることになる。ローブ３０は、ニュートラル構成においてピン３２に接して休止する。

バリエータ比を増加させる傾向がある方向のシャフト１６の移動が、図１１に示すように、ローブ３０をピン３２としっかりと接触させる。これは、ローブ３０を通じてキャリヤ１４にトルクをかけて、キャリヤ１４のチルト角の直接変化をもたらし、転動要素１２を接続解除領域２２から作動領域２０の方に動かす。転動要素１２がランプ２４にわたって動く際に、レース１０がバリエータ軸Ａ−Ａに沿って離れる方に付勢され、これが端部荷重を再確立し、レース間に転動要素１２をクランプし、これにより、バリエータを通した駆動力を再確立する。

図１２に示す方向‘Ｃのシャフトのさらなる移動が、転動要素１２をより高比に操舵し、その際に、ローブ３０がピン３０から離れる方に動く。転動要素１２は、レース１０によって操舵され、バリエータは駆動構成にある。

バリエータが１：１以外の比に設定されるとき、転動要素１２は、他のレースよりも小さい半径で１つのレース１０との接触を生じる。より小さい半径で接触するレース１０は、「内側接触ディスク」と呼ばれることになり、他のレースは、「外側接触ディスク」と呼ばれることになる。

本発明の実施形態は、バリエータがニュートラル状態にあるときに、転動要素１２が内側接触ディスクにあたるように、転動要素１２と内側接触ディスクとの間の接触が維持されるように構成されてもよい。これを達成するために、転動要素１２を適切なレース１０に押しあてるのにバイアス手段４１が提供される。これは、転動要素１２自体又は転動要素キャリヤ４３を軸方向ガイド４７に沿ってレースの方に付勢することによって達成されてもよい。内側接触部は、入力レース又は出力レース上にあってもよいが、好ましくはシステム内の入力レース上（したがってバリエータ比の低端）にあり、入力は駆動源に接続され、出力は、スーパーチャージャ圧縮機などの被駆動負荷に接続される。バイアス手段は、ばねを含んでもよい。軸方向制限ストップ部４５は、ニュートラル構成においてレースが互いに向けて動くときに端部荷重を受ける。

いくつかの実施形態では、バリエータでの駆動力の接続解除及び再接続は、転動要素がディスクと再係合されているときに非自己付勢機械的端部荷重手段が付勢される場合に最も予想どおりに働くことができる。これにより、端部荷重は、バリエータにわたって現れるトルクの関数としてではなくローラのチルトの関数として直接適用される。したがって、端部荷重は、好ましくは、転動要素とレースとの再係合中にチルト自体の制御を通じて制御される（好ましいチルトを制御する手段は、ローブ３０のアクションによるものである）。重要な「起動」段階が完了すると、すなわち、転動要素１２がレース１０と駆動係合するときに、従来のバリエータでのそれらの使用から公知のボールアンドランプ又は任意の他のシステムなどの自己付勢端部荷重システムが作動状態に入ってもよい。これは通常、増加したトルクが発生して、次に端部荷重自己付勢機構が非自己付勢機構よりも高い端部荷重を生じるように比を操作することによって（ローラのチルト角を要求する転動要素への入力を操作することによって）行われる。したがって、自己付勢機構は、２つの端部荷重機構が互いに直列に配置される場合に非自己付勢機構を支配する。好ましくは、非自己付勢手段は、ベルビルばねなどのばねを含み、自己付勢手段は、前述のように転動要素を備えるカムを含む。好ましくは、カム及びばねは、起動段階中にばねが端部荷重を支配及び決定し、駆動構成にあるときにカムが端部荷重を支配及び決定するように直列に配置される。より好ましくは、端部荷重バイアス手段は、入力上のカム、出力上のカム、及びばねを、その３つのすべてが互いに直列であるような状態で備える。こうした配置では、ばねが、起動段階中に（低又はゼロトルク状態の下で）作動可能であってもよく、カム（そのうちの１つは、比の一端の方への端部荷重を支配及び決定する傾向があり、一方、他は、比の反対端の方への端部荷重を支配及び決定する傾向がある）は、油圧端部荷重システムに類似するように作製されてもよく、バリエータの動作エンベロープにわたってほぼ一定のトラクション係数を与える。これは一般に良好な効率及び耐久性を提供する。

本発明の実施形態の典型的な用途は、スーパーチャージャに可変比駆動を提供することにあり、この場合、トロイダルバリエータが、内燃機関のクランク軸に結合され、かつ、空気をエンジンの吸込みマニホルドの中に強制する圧縮機（ねじポンプ、ローブポンプ、又はインペラなど）にも結合される。燃料消費の減少は、増圧機能が必要とされないときに、バリエータをニュートラル構成に入れることによって、クランク軸から可変駆動システム（バリエータ入力ディスクを除く）を接続解除することで達成されてもよい。可変比駆動の制御システムは、バリエータの動作範囲を、最小駆動バリエータ比を超えてニュートラル構成へ広げることによって、ニュートラル構成を達成することができる。

図１３を参照すると、乗用車などの車両の駆動システムは、普通はガソリン又はディーゼル燃料によって、しかし代替的には液化石油ガス、エタノール、又は種々の他の可燃性の燃料によって燃料供給される内燃機関７０を備える。クランク軸の一端での出力から通常導出される、エンジン７０からの主駆動力が、通常、摩擦クラッチ又はトルクコンバータなどの継手７４を通じて可変速車両トランスミッション７２の入力に接続される。可変速トランスミッション７２は、最小比と最大比との間で連続可変であってもよく、又は複数の離散的な比を有してもよく、ドライバーによって手動で又は自動的に制御されてもよい。トランスミッション７２が連続可変である実施形態では、これは、その出力がその入力の速度に関係なく静止している「ギヤードニュートラル」比を有してもよい。こうした実施形態では、継手７４は省略されてもよい。トランスミッション７２の出力は、最終駆動システムの入力に接続され、これは次に、駆動力を車両のロードホイールに伝達する。最終駆動システムは、車両の２つのホイール（２つのフロントホイール又は２つのリヤホイール）を駆動してもよく、又は、車両のすべてのホイールを駆動してもよく、通常はトランスファーボックスを通じて駆動力を分ける。

上記は、本発明を具体化することができる様々な駆動システムの典型的な構成だけを説明している。可変速トランスミッション又は最終駆動の異なる構成を用いる他の構成が可能であり、駆動システムは、内燃機関が原動機である広い範囲の用途での駆動に組み込まれてもよい。

内燃機関７０は、過給構成を有する誘導システムを有する。過給構成は、スーパーチャージャ圧縮機８０を備える。スーパーチャージャ圧縮機８０は、ほぼ周囲大気圧で吸気口を通じて空気を引き込み、空気をスーパーチャージャ８０のドライブシャフト８４の回転速度に依存する圧力差だけ吸気口での圧力よりも高い圧力でエンジン７０の吸気マニホルド８２に送達する。スーパーチャージャ８０を通過する空気は、普通は、エアフィルタ及びエアフローメータも通過し、火花点火エンジンの場合にはスロットル本体も通過する。これらの構成要素のいずれか又はすべては、スーパーチャージャ８０の下流又は上流のいずれかに配置することができる。

スーパーチャージャのドライブシャフト８４は、可変速駆動ユニット９０の出力シャフトからのエンジン７０のクランク軸から駆動される。駆動ユニット９０は、エンジン７０のクランク軸によって駆動される入力シャフトを有する。この実施形態では、駆動ユニット９０の入力シャフトは、駆動ベルト９６を通じてクランク軸滑車９４に接続される滑車９２を支え、クランク軸滑車９４はエンジン７０のクランク軸の一端で支えられる。駆動ベルト９６はまた、オルタネータ、空調ポンプ、パワーステアリングポンプなどの他の補機を駆動してもよい。

駆動ユニット９０の目的は、スーパーチャージャ圧縮機８０のドライブシャフト８４が、確実に車両駆動システムの最適な任意の所与の動作条件に最も近い速度で回るようにすることである。エンジン７０のクランク軸からスーパーチャージャ８０のドライブシャフト８４に駆動力が受け渡される際に、駆動速度が変化する３つの主要なステージが存在する。第１に、クランク軸からの駆動力が駆動ユニット９０の入力シャフトを速度比Ｒ_１で駆動することになり、第２に、駆動ユニット９０内に固定比ステージＲ_２が存在し、第３に、駆動ユニット内に可変比ステージＲ_Ｖが存在し、これにより、スーパーチャージャ８０のドライブシャフト８４の瞬時速度ω_ｓが、クランク軸の速度ω_ｃから、ω_ｓ＝ω_ｃＲ_１Ｒ_２Ｒ_Ｖによって計算される。Ｒ_１Ｒ_２が駆動システムの設計の一部として計算される定数であるので、駆動システムの制御は、Ｒ_Ｖの瞬時最適値の計算に関係し、可変比ステージを値Ｒ_Ｖの比で動作させる。

特に、しかし排他的にではなく、遠心スーパーチャージャと共に用いられる実施形態では、駆動ユニットの可変比ステージＲ_Ｖは、前述のような本発明を具体化する比制御型フルトロイダルバリエータを含み、固定比ステージＲ_２は、トラクションエピサイクリック駆動を含む。したがって、駆動ユニット９０の入力シャフトは、バリエータへの入力を駆動し、バリエータは、エピサイクリックへの入力を駆動する出力を有し、エピサイクリックは、スーパーチャージャ圧縮機８０のドライブシャフト８４に接続される出力を有する。

本発明を具体化するバリエータを組み込んでいるトランスミッションシステムの機能は、クランク軸への慣性トルク外乱を制限し、かつ、バリエータにおけるスリップも制御又は制限し、これにより、ニュートラル構成から駆動構成への遷移中のバリエータの接触における発熱及び摩耗を低減する制御ストラテジの使用を通じてさらに強化することができる。これらのストラテジは、クランク軸でのトルク外乱を減らし、これにより、ドライバビリティを改善し、バリエータ寿命を増加させる。こうした制御ストラテジは、それを上回るとスーパーチャージャが係合された状態に保たれることになる、閾値エンジン速度の仕様を含む。高いエンジン速度で、スリップするバリエータ接触に対する再係合の影響が、耐久性又はドライバビリティを低下させる場合がある。しかしながら、車両動作の大部分はより低いエンジン速度である場合があり、これは、車両の平均燃費に最も大きい影響を及ぼす。スーパーチャージャを係合解除し、これにより、閾値エンジン速度を下回るバリエータにおける寄生損失を減らすことができることは、したがって、実世界の燃費を改善するのに特に有用である。したがって、スーパーチャージャのブーストはすべてのエンジン速度で利用可能であるが、通常の駆動条件下の燃費が向上する場合がある。

非自己付勢端部荷重手段、自己付勢端部荷重手段、及びローラバイアス手段を有する本発明に係るバリエータの実施形態が図１４に示される。引張りばね（Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｐｒｉｎｇ）４１が、転動要素キャリヤ４３を、転動要素が内側接触部に軽くあたる（すなわち低比で入力ディスクに接する）ように付勢する。シミュレーション技術を用いて、再係合中の外側接触部（低比での出力レース接触部）のスリップが、入力接触部がスリップした場合よりも結果的により低い予測接触温度をもたらすことが見出されている。したがって、バリエータがニュートラル構成にあるときに転動要素を入力レース上の内側接触部の方に付勢することが有利である。自己付勢端部荷重機構３４は、入力レース１０の後部上の周方向ランプと、入力部材４０上の周方向ランプ３９と、これらのランプ間の、レース１０及び入力部材４０の周りに周方向に配置される一組のボールベアリング３６とを含む。入力部材４０は、ボールベアリング３６を通じてレース１０にトルクを伝達し、そこからトルクは、転動要素１２を通じて出力レース１０に伝達される。入力部材４０は、入力レース１０に対して回転してもよく、発生する端部荷重は、このボール及びランプカム機構によって伝達されるトルクの関数であり、通常、これに比例する。端部荷重は、一般に、ケーシングに嵌められているスラストベアリング６及び７によってバリエータの各端で反作用される。円盤ばね４４が、入力部材４０上に寄り掛かり、ボールアンドランプ機構３４によって発生する端部荷重が円盤ばね４４の予荷重力よりも低いときに予荷重力で転動要素１２をレース１０間にクランプする。ボールアンドランプ機構３４によって発生する端部荷重が円盤ばね４４の予荷重力を上回るときに、円盤ばねが打ち負かされ、入力部材４０が後方に押され、端部荷重は、ボールアンドランプ機構３４を通して伝達されるトルクによって決まる。

バリエータがニュートラル構成に入るときに、レース１０が互いにより近づくように動く傾向がある。予荷重円盤ばね４４が入力部材４０にあたり、入力部材４０がボールアンドランプ機構３４にあたり、したがって、入力レース１０をスペーサ４２に押しあて、これが次に制限ストップ部４５にあたり、これが円盤ばねの予荷重をバリエータのメインシャフト４８にかける。したがって、入力レース１０がメインシャフト４８上に保持され、端部荷重は転動要素１２に伝達されない。出力レース１０は、クリップ又はスナップ−リング（符号なし）によってメインシャフト上に保持される。転動要素１２が駆動領域２０（前述）へ動かされるときに、入力レース１０が、入力レース１０の背面とスペーサ４２との間の軸方向のギャップが開くようにスペーサ４２から離れる方に動かされ、ローラ１２が接続解除領域２２から駆動領域２０に遷移する際にローラのチルトの度合いに従って円盤ばね４４が軸方向に圧縮される。ボールアンドランプ機構３４にわたって十分なトルクが発生するときに、この機構は、円盤ばね４４によって提供される予荷重を上回る端部荷重を発生させ、ばね４４が打ち負かされ、十分に圧縮されることになり、このときボールアンドランプ機構３４が端部荷重を決める。

図１５は、ボールアンドランプ３４と類似したカム機構の半透明図を示す。入力部材４０は周方向ランプ３９を備え、その内部でボールベアリング３６が動く。公知のように、Ｖ字形状設定部分（周方向の断面において）が、機構３４によって伝達される正のトルク又は負のトルクに起因する端部荷重の発生を可能にする。図１６は、同様のボールアンドランプの実施形態の断面図を示す。レース１１０と入力部材１４０は、それらの間にボールベアリング１３６を捕捉しており、この機構によって伝達されるトルクに比例する端部荷重で転動要素（図示せず）をクランプする。これは、カム上のＶ字形状設定部分を特徴とする双方向のトルク伝達に適合されるボールアンドランプの別の例である。図１７ａ及び図１７ｂは、作動面２１１を有するレース２１０、及びレース２１０の後部に一体に形成された周方向ランプ２３８を示す。カムは、一方向のトルク伝達にのみ適合され、したがって、各カムの形状設定部分は、周方向の断面においてＶとしてではなく単一のランプとして現れる。こうした実施形態は、有利なことに、より大きい角回転を可能にし（ランプの一部が反対方向のトルク伝達のために保有される必要がないので）、したがって、必要であればより低い軸方向バリエータ剛性に適応されてもよい。レース上により少ない特徴が存在するので製造コストも低減される場合がある。この実施形態は、遠心又は軸方向圧縮機を含む可変速スーパーチャージャ（前述）などの単一方向のトルクの伝達だけを必要とする用途に特に適する。

Claims (59)

1. バリエータ軸を中心として回転するように配置される第１のレース及び第２のレースと、前記第１及び第２のレース間のキャビティ内に配置される少なくとも１つの転動要素とを備えるバリエータであって、
   ａ．駆動構成において、駆動力が前記第１及び第２のレースと前記少なくとも１つの転動要素との間で伝達され、
   ｂ．ニュートラル構成において、前記少なくとも１つの転動要素を前記第１及び第２のレースのうちの少なくとも１つと接触しなくなる位置に動かすことによって、前記第１及び第２のレースが互いに独立して動くことができるように、前記少なくとも１つの転動要素及び／又は前記第１及び第２のレースが構成され、
   前記第１及び第２のレースのうちの１つのレースが、前記少なくとも１つの転動要素のチルトに応答して、前記第１及び第２のレースのうちの一方又は両方のレース上に軸方向の力を及ぼすように形状設定された部分を含む、
   バリエータ。
2. 前記駆動構成において、駆動力がトラクション流体を媒介して前記第１および第２のレース間で前記少なくとも１つの転動要素を通して伝達される、請求項１に記載のバリエータ。
3. 端部荷重を減少させて、前記第１および第２のレースと前記少なくとも１つの転動要素との間の接触トラクション力をゼロに向けて減少させることによって前記バリエータを前記ニュートラル構成に入れるように動作可能な端部荷重適用手段を含む、請求項１又は請求項２に記載のバリエータ。
4. 端部荷重のその後の再適用が、前記バリエータが前記駆動構成に戻るように前記接触トラクション力を発生させる、請求項３に記載のバリエータ。
5. 端部荷重が油圧作動によって制御され、前記端部荷重適用手段にかかる油圧が、前記バリエータを通して伝達されるべきトルクに従って変えられ、又は前記バリエータを前記ニュートラル構成に入れるように減少させられる、請求項３に記載のバリエータ。
6. 前記端部荷重適用手段が機械的システムを含む、請求項３に記載のバリエータ。
7. 前記端部荷重適用手段が弾性的に変形可能な手段を含む、請求項６に記載のバリエータ。
8. 前記弾性的に変形可能な手段が円盤ばねである、請求項７に記載のバリエータ。
9. 前記端部荷重適用手段が、前記バリエータによって伝達されるトルクに関係づけられる端部荷重を前記少なくとも１つの転動要素にかけるように構成される一方のレース又は両方のレースへのリンクを含む、請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のバリエータ。
10. 前記リンクがカムを含む、請求項９に記載のバリエータ。
11. 前記リンクが、前記カムの周方向ランプ上に存在する低摩擦転動要素を含む、請求項１０に記載のバリエータ。
12. フルトロイダルバリエータである、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載のバリエータ。
13. 前記第１のレース及び第２のレースのうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つの転動要素が前記第１及び第２のレースのうちの一方又は両方のレースとの接触を生じない接続解除領域を含むように、形状設定及び寸法設定される、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載のバリエータ。
14. 前記接続解除領域が、前記バリエータが低比で動作しているときに前記少なくとも１つの転動要素と前記第１及び第２のレースのうちの一方又は両方のレースとの間に接触が生じる領域に隣接する、請求項１３に記載のバリエータ。
15. 前記接続解除領域に隣接するキャビティの領域に比べて前記接続解除領域においてより大きい小半径を備えるように形成されるトロイダルキャビティを有する、請求項１３又は請求項１４に記載のバリエータ。
16. 前記ニュートラル構成において、前記少なくとも１つの転動要素のレース接触面が前記第１及び第２のレースのうちの１つのレースの辺縁に隣接する、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載のバリエータ。
17. 前記第１及び第２のレース間の距離が可変である、請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載のバリエータ。
18. 前記第１及び第２のレースが互いに向けて動くことができる範囲を制限するように動作するストップ手段を含み、前記ストップ手段が前記少なくとも１つの転動要素の代わりに端部荷重を支えるのに効果的である、請求項１７に記載のバリエータ。
19. 前記バリエータを前記ニュートラル構成から前記駆動構成に変化させるように動作可能な再係合手段を含む、請求項１〜請求項１８のいずれか一項に記載のバリエータ。
20. 前記再係合手段が、前記少なくとも１つの転動要素のチルト角を変化させるべく前記少なくとも１つの転動要素を直接動かすことによって動作する、請求項１９に記載のバリエータ。
21. 前記再係合手段が、前記バリエータの少なくとも１つのレースが回転している間に動作する、請求項１９又は請求項２０に記載のバリエータ。
22. 前記再係合手段が、前記バリエータのいずれのレースも回転していない間又は駆動されていない間に動作しない、請求項１９又は請求項２０に記載のバリエータ。
23. 前記形状設定部分が、前記少なくとも１つの転動要素が前記第１及び第２のレース上に及ぼすことができる前記力又はバリエータ比を増加させる、請求項１〜請求項２２のいずれか一項に記載のバリエータ。
24. 前記形状設定部分が、前記第１及び第２のレースのうちの１つのレースの作動面に形成されたランプを含む、請求項２３に記載のバリエータ。
25. 前記ニュートラル構成にある間、前記少なくとも１つの転動要素と１つだけのレースとの間の接続が維持される、請求項１〜請求項２４のいずれか一項に記載のバリエータ。
26. 前記１つだけのレースとの接続が半径方向内側の位置にあり、前記少なくとも１つの転動要素が半径方向外側の位置で接続解除される、請求項２５に記載のバリエータ。
27. 前記半径方向内側の位置が前記バリエータの入力レース上にある、請求項２６に記載のバリエータ。
28. 前記端部荷重適用手段が、前記バリエータが前記ニュートラル構成にある間又は前記ニュートラル構成から前記駆動構成への遷移中に、前記少なくとも１つの転動要素のチルト角の関数として前記バリエータに端部荷重をかけるように動作可能である、請求項３に記載のバリエータ。
29. 比制御型である、請求項１〜請求項２８のいずれか一項に記載のバリエータ。
30. 前記少なくとも１つの転動要素がキャリッジ組立体上に設置され、前記キャリッジ組立体が前記バリエータ軸に沿って平行移動することができ、前記ニュートラル構成において、前記キャリッジ組立体の前記平行移動の変化が、前記キャリッジ組立体の一部又は前記キャリッジ組立体に取り付けられた一部と前記バリエータのケーシングに対して固定された形状設定部分との接触を生じさせることができ、こうした接触が、前記キャリッジ組立体を前記少なくとも１つの転動要素のチルト角が変化するように付勢し、これにより、前記キャリッジ組立体に関連する前記少なくとも１つの転動要素が前記第１及び第２のレースと作動的に駆動接触する、請求項１〜請求項２９のいずれか一項に記載のバリエータ。
31. 前記形状設定部分がガイド又はカムである、請求項３０に記載のバリエータ。
32. 前記ガイド又はカムが、前記バリエータ軸に関して前記キャリッジ組立体から半径方向に離間されている、請求項３１に記載のバリエータ。
33. 前記第１及び第２のレースが、前記バリエータ軸を中心として回転するように同軸方向に設置される、それぞれ作動面を有する入力レース及び出力レース、並びに前記作動面間に画定されるトロイダルキャビティを備え、
    少なくとも１つの転動要素が、それぞれの接触領域で前記作動面間にそれらと駆動係合する状態で配置され、前記少なくとも１つの転動要素が、作動面との第１の転がり接触部、第２の転がり接触部を有し、転動軸を中心として回転するようにキャリッジ組立体上に設置され、前記少なくとも１つの接触部が、前記バリエータの比に従って可変である前記バリエータ軸に関して半径方向にあり、
    前記少なくとも１つの転動要素が、前記少なくとも１つの転動要素のピッチ角を変化させるピボット運動をするように設置され、前記ピッチ角は、前記それぞれの接触領域を通るピッチ軸を中心とし、
    前記バリエータが、前記ピボット運動をするように前記少なくとも１つの転動要素を作動して、前記ピッチ角を変化させ、前記キャリッジ組立体を前記少なくとも１つの転動要素のチルト軸を中心としてピボットするように付勢し、これにより、バリエータ比の変化を提供するように動作可能な制御部材をさらに備える、請求項１〜請求項２９のいずれか一項に記載のバリエータ。
34. 各キャリッジ組立体が、１つだけの転動要素と、それぞれの作動面との第１の転動要素接触部及び第２の転動要素接触部を備える、請求項３３に記載のバリエータ。
35. 各キャリッジ組立体が、一対の転動要素を備え、各対が、前記第１及び第２のレース間にそれらと駆動係合する状態で配置される、請求項３３に記載のバリエータ。
36. 前記転動要素が、比の範囲内の１つのバリエータ比のときに転動要素と作動面との間の各接触部での接触スピンが最小にされ、ゼロに近づくように相互に傾斜される、請求項３５に記載のバリエータ。
37. 前記ニュートラル構成において、転動要素の前記ピッチ軸の変化が、前記キャリッジ組立体の接触部又は前記キャリッジ組立体に取り付けられた接触部と前記バリエータのケーシングに対して固定された形状設定部分との接触を生じさせることができ、こうした接触が、前記キャリッジ組立体をそのチルト軸を中心としてピボットするように付勢し、これにより、前記キャリッジ組立体に関連する転動要素が前記第１及び第２のレースと作動的に駆動接触する、請求項３３〜請求項３６のいずれか一項に記載のバリエータ。
38. 前記接触部が、キャスタ又は操舵軸の一方の側部に配置される、請求項３７に記載のバリエータ。
39. 前記接触部が、前記バリエータ軸に関して前記キャリッジ組立体から半径方向に離間されている、請求項３７又は請求項３８に記載のバリエータ。
40. 前記固定された形状設定部分がピンである、請求項３７〜請求項３９のいずれか一項に記載のバリエータ。
41. 前記固定された形状設定部分が、前記バリエータ軸に関して前記キャリッジ組立体の半径方向に離間されている、請求項３７〜請求項４０のいずれか一項に記載のバリエータ。
42. 前記バリエータが、４よりも大きい、５よりも大きい、６よりも大きい、又は７よりも大きい範囲の比を有する、請求項１〜請求項４１のいずれか一項に記載のバリエータ。
43. ２つのレース間にそれぞれ画定される複数のキャビティを有し、前記各キャビティ内に複数の転動要素が存在する、請求項１〜請求項４２のいずれか一項に記載のバリエータ。
44. 原動機と、前記原動機の出力に接続される１つのレースを有する請求項１〜請求項４３のいずれか一項に記載のバリエータと、前記バリエータの他のレースに接続される被駆動装置とを含む、駆動システム。
45. 前記被駆動装置が、前記バリエータが前記駆動構成から前記ニュートラル構成に入る直前に最小比で前記バリエータによって駆動される、請求項４４に記載の駆動システム。
46. 前記被駆動装置が、前記バリエータが前記駆動構成から前記ニュートラル構成に入る直前に最大比で前記バリエータによって駆動される、請求項４４に記載の駆動システム。
47. 前記被駆動装置の駆動が必要でないときに前記バリエータを前記ニュートラル状態に入れるように動作可能である、請求項４４〜請求項４６のいずれか一項に記載の駆動システム。
48. 前記被駆動装置が、前記被駆動装置が駆動される速度に依存する荷重を出力する、請求項４７に記載の駆動システム。
49. 前記原動機が内燃機関であり、前記被駆動装置が補機である、請求項４４〜請求項４８のいずれか一項に記載の駆動システム。
50. 前記被駆動装置が、空気を前記内燃機関の入口に送達するように構成されるスーパーチャージャを含む、請求項４９に記載の駆動システム。
51. 前記スーパーチャージャが、遠心圧縮機及び容積式圧縮機のうちの１つを含む、請求項５０に記載の駆動システム。
52. 前記被駆動装置がはずみ車を含む、請求項４４〜請求項５０のいずれか一項に記載の駆動システム。
53. 車両の減速中に動いている車両からはずみ車に運動エネルギーを伝達し、車両の加速中に前記はずみ車から前記車両に運動エネルギーを伝達するように動作可能である、請求項５２に記載の駆動システム。
54. 前記原動機の速度が閾値を超過するときに前記バリエータが前記駆動構成にあるように動作するように構成される、請求項４４〜請求項５３のいずれか一項に記載の駆動システム。
55. 前記被駆動装置への駆動入力速度を増加させるように動作する速度増加ステージをさらに含む、請求項４４〜請求項５４のいずれか一項に記載の駆動システム。
56. 前記速度増加ステージがエピサイクリックを含む、請求項５５に記載の駆動システム。
57. バリエータ軸を中心として回転するように配置される第１のレース及び第２のレースと、前記第１及び第２のレース間のキャビティ内に配置される少なくとも１つの転動要素とを備えるバリエータを作動させる方法であって、前記第１及び第２のレースのうちの１つのレースが、前記少なくとも１つの転動要素のチルトに応答して、前記第１及び第２のレースのうちの一方又は両方のレース上に軸方向の力を及ぼすように形状設定された部分を含み、駆動構成において、駆動力が前記第１及び第２のレースと前記少なくとも１つの転動要素との間で伝達され、ニュートラル構成において、前記少なくとも１つの転動要素と前記第１及び第２のレースが、前記第１及び第２のレースが互いに独立して動くことができるように構成され、前記ニュートラル構成が、前記少なくとも１つの転動要素を前記第１及び第２のレースのうちの少なくとも１つと接触しなくなる位置に動かすことによって得られる、方法。
58. バリエータ軸を中心として回転するように配置される第１のレース及び第２のレースと、前記第１及び第２のレース間のキャビティ内に配置される少なくとも１つの転動要素とを備えるバリエータを作動させる方法であって、前記第１及び第２のレースのうちの１つのレースが、前記少なくとも１つの転動要素のチルトに応答して、前記第１及び第２のレースのうちの一方又は両方のレース上に軸方向の力を及ぼすように形状設定された部分を含み、駆動構成において、駆動力が前記第１及び第２のレースと前記少なくとも１つの転動要素との間で伝達され、ニュートラル構成において、前記少なくとも１つの転動要素と前記第１及び第２のレースが、前記第１及び第２のレースが互いに独立して動くことができるように構成され、前記駆動構成が、前記少なくとも１つの転動要素を前記第１及び第２の両方の前記レースとの接触を生じる位置に動かすことによって得られる、方法。
59. 前記少なくとも１つの転動要素を前記第１及び第２の両方の前記レースとの接触を生じる位置に動かすことが、前記少なくとも１つの転動要素をピッチ軸を中心として動かすことによって達成され、ローラキャリヤに取り付けられた接触点がバリエータケーシングに対して固定された形状設定部分との接触を生じる、請求項５８に記載のバリエータを作動させる方法。

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