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▶ フォールブルック インテレクチュアル プロパティー カンパニー エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6240130
(24)【登録日】2017年11月10日
(45)【発行日】2017年11月29日
(54)【発明の名称】連続可変変速機
(51)【国際特許分類】
F02B 67/06 20060101AFI20171120BHJP
F16H 15/52 20060101ALI20171120BHJP
【ＦＩ】
F02B67/06 H
F02B67/06 D
F02B67/06 E
F16H15/52 G
【請求項の数】7
【外国語出願】
【全頁数】40
(21)【出願番号】特願2015-179195(P2015-179195)
(22)【出願日】2015年9月11日
(62)【分割の表示】特願2013-199447(P2013-199447)の分割
【原出願日】2007年6月21日
(65)【公開番号】特開2016-35264(P2016-35264A)
(43)【公開日】2016年3月17日
【審査請求日】2015年10月13日
(31)【優先権主張番号】60/816,713
(32)【優先日】2006年6月26日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】512221120
【氏名又は名称】フォールブルック インテレクチュアル プロパティー カンパニー エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110000796
【氏名又は名称】特許業務法人三枝国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ポール ブラッド
(72)【発明者】
【氏名】ミラー ドナルド シー．
(72)【発明者】
【氏名】スミスソン ロバート エー．
(72)【発明者】
【氏名】カーター ジェレミー
(72)【発明者】
【氏名】レーア チャールズ ビー．
【審査官】
瀬戸 康平
(56)【参考文献】
【文献】
実公平０１−０３９８６５（ＪＰ，Ｙ２）
【文献】
特表２００４−５３０８４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開昭５６−０４７２３１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
特開２００５−００３０６３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０２Ｂ ６７／００
Ｆ１６Ｈ １５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータと、第１のトラクションリング及び第２のトラクションリングの間に挟まれる複数の球状遊星とを有する動力変調装置に一体化された自動車のオルタネータへ一定の動力を供給するための方法であって、
原動機によって生成された動力を表す信号をセンサから受け取り、
前記信号を前記オルタネータにとっての所望の入力速度と比較し、
第１の継手によって前記原動機に接続されかつ第２の継手によって前記オルタネータに接続された動力変調装置の速度比を調節するように構成されたモータに伝達し、
前記動力変調装置は、
それぞれ遊星軸を備える複数の球状遊星と、
前記複数の球状遊星と互いに接触するサンと、
前記複数の球状遊星に接触する第１のトラクションリング及び第２のトラクションリングと、を含み、
前記モータが前記複数の球状遊星に対して前記遊星軸の傾きの角度を変化させるように構成され、前記原動機から出力される前記動力の変化あるいは前記オルタネータにとっての所望の入力速度に対応して、前記複数の球状遊星の傾きの角度の変化が前記動力変調装置の速度比の変更を生じさせて、前記オルタネータに入力される所望の動力を供給し、さらに前記速度比の調節が実行される、方法。
原動機によって生成された動力を表す信号をセンサから受け取り、
前記信号を前記オルタネータにとっての所望の入力速度と比較し、
第１の継手によって前記原動機に接続されかつ第２の継手によって前記オルタネータに接続された動力変調装置の速度比を調節するように構成されたモータに伝達し、
前記動力変調装置は、
それぞれ遊星軸を備える複数の球状遊星と、
前記複数の球状遊星と互いに接触するサンと、
前記複数の球状遊星に接触する第１のトラクションリング及び第２のトラクションリングと、を含み、
前記モータが前記複数の球状遊星に対して前記遊星軸の傾きの角度を変化させるように構成され、前記原動機から出力される前記動力の変化あるいは前記オルタネータにとっての所望の入力速度に対応して、前記複数の球状遊星の傾きの角度の変化が前記動力変調装置の速度比の変更を生じさせて、前記オルタネータに入力される所望の動力を供給し、さらに前記速度比の調節が実行される、方法。
【請求項2】
前記速度比は、前記オルタネータの最小能力に基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記動力変調装置に、さらに、ファンが接続されている、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記モータと前記動力変調装置とがエンジンのクランクシャフトに軸方向に整列する、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記動力変調装置が、
前記サンに動作可能に接続された固定子と、
前記固定子の周囲に同軸にかつ同心に取り付けられた回転子と、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
前記サンに動作可能に接続された固定子と、
前記固定子の周囲に同軸にかつ同心に取り付けられた回転子と、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記動力変調装置が、発電機あるいは電気モータとして機能するように構成されている、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記動力変調装置が、一つのハウジングに入れられている、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
本出願は、２００６年６月２６日付の米国特許仮出願第６０／８１６，７１３号の利益を主張し、同出願の全体が本明細書に参照により組み込まれる。
【発明の背景】
【0002】
本発明の分野は、一般的には、機械式および／または電気機械式の動力変調装置および動力変調方法に関し、さらに詳しくは、連続的かつ／または無限に可変な遊星動力変調装
置、ならびに原動機から１つ以上の補機または被駆動装置への動力の流れなど、駆動系ま
たは駆動部における動力の流れを変調するための方法に関する。
【0003】
特定のシステムにおいては、単一の動力源が複数の装置を駆動する。動力源は、典型的には、動力源の性能が最適となる動作速度範囲が狭い。動力源を、その性能が最適となる
動作速度範囲で運転することが好ましい。被駆動装置も、典型的には、被駆動装置の性能
が最適となる動作速度範囲が狭い。被駆動装置もまた、その性能が最適となる動作速度範
囲で動作させることが好ましい。動力源から被駆動装置へと動力を伝えるために、通常は
、継手が使用される。直接の変調なしの継手が動力源を被駆動装置へと接続する場合、被
駆動装置は、動力源と同じ速度で動作する。しかしながら、多くの場合、被駆動装置の最
適な動作速度は、動力源の最適な動作速度と同じではない。したがって、動力源の速度と
被駆動装置の速度との間で変調を行うように構成された継手を、システムに取り入れるこ
とが好ましい。
【0004】
動力源と被駆動装置との間の継手を、動力源からの入力速度が、所与の継手の出力において減速または増速されるように選択することができる。しかしながら、広く実施されて
いるシステムにおいては、典型的な公知の駆動系の構成および／または継手機構が、動力
源からの入力速度と被駆動装置へと伝達される動力の速度の間に、最良でも一定の比を可
能にしているにすぎない。そのようなシステムの１つは、多数の自動車の用途において使
用されているいわゆるフロントエンド補機駆動（Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ａｃｃｅｓｓｏｒ
ｙ Ｄｒｉｖｅ：ＦＥＡＤ）システムである。典型的なＦＥＡＤシステムにおいては、原
動機（通常は、内燃機関）が、冷却ファン、ウォーターポンプ、オイルポンプ、パワース
テアリングポンプ、オルタネータ、などといった１つ以上の補機を動作させるための動力
を供給する。自動車の動作時に、補機類は、原動機の速度に対して固定の関係を有する速
度で動作することを強いられる。すなわち、例えばエンジンの速度がアイドル時の毎分８
００回転（８００ｒｐｍ）から巡航速度の２，５００ｒｐｍへと高められるとき、エンジ
ンによって駆動される各補機の速度は、エンジン速度の増加に比例して増加し、一部の補
機は、１，６００ｒｐｍ〜８，０００ｐｍの範囲のさまざまな速度で運転される可能性が
ある。このようなシステムの構成の結果として、所与の補機が、その最大効率の速度範囲
を外れて運転されることもしばしばである。結果として、運転時に廃棄されるエネルギー
、ならびに速度および／またはトルクの範囲に対処するための大きすぎる補機サイズから
、非効率が生じる。
【0005】
したがって、原動機と被駆動装置との間の動力の伝達を変調するための装置および方法に対するニーズが常に存在している。いくつかのシステムにおいては、電気モータおよび
／または内燃機関からさまざまな効率最適加速度で動作する１つ以上の被駆動装置への速
度および／またはトルクの伝達を調節することが、有益であると考えられる。いくつかの
現行の自動車の用途においては、既存のパッケージングの制約の範囲内でフロントエンド
補機駆動部を制御するための動力変調装置に対するニーズが存在している。後述される本
発明の動力変調装置および／または駆動系の実施の形態は、これらのニーズの１つ以上に
対処する。
【発明の概要】
【0006】
本明細書において図示および説明されるシステムおよび方法は、いくつかの特徴を有しているが、それらのうちのただ１つが単独で望ましい属性をもたらすわけではない。まず
は、以下の説明によって明らかにされるとおりの技術的範囲を限定することなく、本明細
書に開示される本発明の実施の形態のうちのいくつかについて、より目立つ特徴を簡単に
説明する。この説明を検討し、とくには「好ましい実施の形態の詳細な説明（Ｄｅｔａｉ
ｌｅｄ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ Ｅｍｂｏｄｉｍ
ｅｎｔｓ）」という名称の個所を検討することで、本システムおよび本方法の特徴がどの
ようにして公知のシステムおよび方法を超えるいくつかの利点をもたらすのかを、理解で
きるであろう。
【0007】
本発明の実施の形態の一態様は、図１５Ａ〜図２０に広く示されているような複合動力変調装置に関する。本発明の実施の形態の他の特徴は、図２Ａ〜図２Ｄ、図３、図４、図
１０、図１３、図１４に広く示されているとおりの動力変調装置を包含する。本発明の実
施の形態のさらに別の態様は、図１Ａ、図１Ｂ、あるいは図２１および図２２に広く示さ
れているような動力変調付きの駆動系に関する。さらに、本発明の実施の形態は、図１Ａ
〜図２７Ｂに広く示され、本明細書において説明されるような装置、アセンブリ、サブア
センブリ、構成部品、および／または方法に関する。
【0008】
一実施の形態において、本発明は、クランクシャフトを有する自動車のエンジンのためのフロントエンド補機駆動部（ＦＥＡＤ）に関する。ＦＥＡＤが、クランクシャフトに取
り付けられた動力変調装置を含むことができ、補機が、この動力変調装置へと動作的に接
続される。動力変調装置は、可変遊星トルク／速度調節器を有することができ、トルク／
速度調節器は、特定の用途においては、回転可能なハウジングを有している。
【0009】
別の実施の形態において、本発明は、原動機シャフトを有する車両のためのＦＥＡＤに関する。ＦＥＡＤは、原動機シャフトへと直接接続された動力変調装置を含むことができ
る。さらにＦＥＡＤは、この動力変調装置へと動作的に接続された補機を含むことができ
る。特定の実施の形態においては、動力変調装置が、傾けることができる遊星−レッグア
センブリを有している。補機は、例えばウォーターポンプ、冷却ファン、または空調コン
プレッサであってよい。動力伝達継手は、ベルトまたはチェーンなどといったエンドレス
部材であってよい。いくつかの用途においては、ＦＥＡＤが、動力変調装置を自動車の動
かない部材へと固定するためのブラケットを含んでいる。動力変調装置の比を制御するた
めの制御機構を、設けることができる。制御機構は、ステッピングモータを制御するため
の制御ハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。
【0010】
さらに別の進歩的な実施の形態においては、ＦＥＡＤが、複合装置と、この複合装置を原動機へと動作的に接続するように構成された動力伝達継手とを含んでいる。複合装置は
、始動モータ、発電機、および動力変調装置を、これら始動モータ、発電機、および動力
変調装置が１つの装置へと一体化されるような方法で含むことができる。複合装置は、電
機子および磁界を有することができ、電機子および磁界を、どちらも共通の軸を中心にし
て回転できるように配置することができる。さらにＦＥＡＤは、複合装置を補機へと動作
的に接続するように構成された第２の動力伝達継手を有することができる。補機は、例え
ばウォーターポンプ、空調コンプレッサ、および／または冷却ファンであってよい。いく
つかの実施の形態においては、複合装置が、回転可能なハウジングを有している。特定の
実施の形態においては、回転可能なハウジングを、複数の永久磁石へと組み合わせること
ができる。
【0011】
本発明のさらなる態様は、被駆動装置へと接続された動力変調装置へと接続された原動機を有している駆動系に関する。動力変調装置を、例えば遊星歯車セットを介して、原動
機へと接続することができる。被駆動装置は、コンプレッサ、バルブ、ポンプ、ファン、
オルタネータ、または発電機であってよい。この駆動系が、動力変調装置および／または
原動機へと接続された制御システムを含むことができる。
【0012】
本発明のさらにもう１つの態様は、複数の動力変調装置へと接続された原動機を有する駆動系を包含する。いくつかの実施の形態においては、この駆動系が、それぞれが１つの
動力変調装置に対応するように複数の動力変調装置へと接続された複数の被駆動装置を含
んでいる。原動機を、例えばベルトによって複数の動力変調装置へと接続することができ
る。
【0013】
いくつかの実施の形態において、本発明の別の態様は、バリエータアセンブリと、バリエータアセンブリの少なくとも一部を支持するように構成されたケージアセンブリと、当
該動力変調装置へのトルクを受け取るように構成された入力アセンブリと、当該動力変調
装置からトルクを伝達するように構成された出力アセンブリとを有し、入力および出力ア
センブリがバリエータアセンブリへと接続されている動力変調装置に関する。この動力変
調装置が、ケージアセンブリ、入力アセンブリ、および／またはバリエータアセンブリを
支持するように構成された中心軸を含むことができる。
【0014】
本発明のさらに別の態様は、サンへと接続されたサン軸を有する複合駆動装置に向けられている。いくつかの実施の形態においては、この複合駆動装置が、それぞれが遊星軸を
有している複数の遊星と、サンを遊星軸へと動作的に接続する制御装置とを含んでいる。
一実施の形態においては、複合駆動装置に、複数の遊星へと接続されたトラクションリン
グと、トラクションリングへと組み合わせられた１つ以上の磁石とが設けられる。複合駆
動装置は、前記１つ以上の磁石に電磁気的に接続された電機子と、電機子をサン軸へと接
続する動力伝達継手とを含むことができる。
【0015】
本発明の１つの態様は、サンに接する複数の球状遊星と、サンへと動作的に接続された電機子と、電機子の周囲に同軸かつ同心に取り付けられた電界と、複数の球状遊星に接す
る第１および第２のトラクションリングとを有する動力変調装置に関する。いくつかの実
施の形態においては、電機子および電界が、電機子および電界の両者が電機子と同軸な軸
を中心として回転できるように構成されている。一実施の形態においては、この動力変調
装置が、軸方向に動くことができるサン軸を含んでおり、サン軸が、サンを動かすことに
よって当該動力変調装置の伝達比の変速を促すように構成されている。この動力変調装置
に、動くことがない構造体へと取り付けられたシフトねじと、シフトねじへとねじ込まれ
るシフトナットとを設けることができ、シフトナットが、サン軸の軸方向の動きを生じさ
せるように構成される。
【0016】
本発明のまた別の態様は、動力変調装置の伝達比を変速するための装置に関する。この装置が、動くことがない構造体へと取り付けられたシフトねじへとねじ込まれるシフトナ
ットを含んでいる。シフトナットが、好ましくは、動力変調装置のサン軸に軸方向の動き
を生じさせるように構成されている。
【0017】
本発明のさらなる態様は、動力変調装置においてトルクを伝達するためのシャフトに関する。一実施の形態においては、シャフトが、当該シャフトの主軸に平行である第１およ
び第２の複数の溝を含んでおり、第１および第２の複数の溝は、当該シャフトの外表面に
形成されている。第２の複数の溝は、好ましくは、第１の複数の溝よりも当該シャフトの
末端近くに位置している。いくつかの実施の形態においては、シャフトに、動力変調装置
のサンを受け入れてこのサンと結合するためのサン座が設けられる。一実施の形態におい
ては、シャフトが、おおむね当該シャフト内に同心に形成されたシャフト穴を有している
。
【0018】
本発明の別の態様は、複数の傾けることができる球状遊星を有している動力変調装置へと接続された補機を有している駆動系に関する。一実施の形態においては、この駆動系が
、動力変調装置の伝達比を調節するために動力変調装置へと接続されたモータを含んでい
る。いくつかの実施の形態においては、この駆動系が、モータを制御するためのコントロ
ーラを有している。一実施の形態においては、この駆動系の動力変調装置が、モータによ
って動力変調装置の比を調節するときに軸方向に動くように構成されたサン軸を備えてい
る。
【0019】
これらの進歩的態様および他の進歩的態様が、以下の詳細な説明を検討し、添付の図面を眺めることで、当業者にとって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0020】
添付の図面は、本明細書に取り入れられて本明細書の一部を形成するが、本発明の実施の形態の固有の特徴を示している。
【図1A】動力変調装置（ＰＭＤ）を取り入れてなる駆動系の概略のブロック図である。
【図1B】ＰＭＤを取り入れてなるさらに別の駆動系の概略のブロック図である。
【図2A】ＰＭＤの一実施の形態の断面図である。
【図3】ＰＭＤの第２の実施の形態の断面図である。
【図7】ＰＭＤにおいて使用することができるカム・ローラ・ディスクである。
【図8】ＰＭＤにおいて使用することができるステータ板である。
【図9】ＰＭＤにおいて使用することができる掻き落としスペーサの斜視図である。
【図10】ＰＭＤにおいて使用することができるシフタアセンブリの断面図である。
【図11】ＰＭＤにおいて使用するための遊星−レッグアセンブリの斜視図である。
【図12】球式のＰＭＤにおいて使用することができるケージの斜視図である。
【図13】ＰＭＤの別の実施の形態の断面図である。
【図15A】ＰＭＤ、モータ、および発電機を含んでいる複合装置の概念図である。
【図28】本明細書に記載される動力変調装置において使用することができる制御システムのブロック図である。
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
【0021】
以下で、好ましい実施の形態を、添付の図面を参照して説明する。添付の図面においては、同じ参照番号は、全体を通じて、同じ構成要素を表す。本明細書に提示される説明に
おいて使用される用語は、本発明の特定の具体的実施の形態の詳細な説明に連動して使用
されているにすぎないため、それらは決して限定的または制限的に解釈されるべきもので
ない。さらに、本発明の実施の形態は、いくつかの新規な特徴を含むと考えられるが、そ
れらのうちのただ１つが単独で望ましい属性をもたらすわけではなく、あるいは本明細書
に記載の本発明を実施するために不可欠というわけでもない。
【0022】
本明細書において使用されるとき、用語「動作的に接続される（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「動作的に連結される（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｌｙ
ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「動作的にリンクされる（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｌｙ ｌｉｎ
ｋｅｄ）」、「動作可能に接続される（ｏｐｅｒａｂｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「
動作可能に連結される（ｏｐｅｒａｂｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」、および「動作可能にリ
ンクされる（ｏｐｅｒａｂｌｙ ｌｉｎｋｅｄ）」などは、一方の要素の動作によって第
２の要素に対応、追随、または同時の動作または作動が引き起こされる要素間の関係（機
械的、リンク、継手、など）を指す。本発明の実施の形態を説明するために上記用語が使
用されるとき、要素をリンクまたは連結する特定の構造または機構が、典型的には説明さ
れる。しかしながら、特に具体的に明記しない限り、上記用語のうちの１つが使用される
とき、それら用語は、実際のリンクまたは連結がさまざまな形態（特定の場合には、当業
者にとって自明であろう）をとってよいことを示している。説明の目的において、用語「
半径方向の（ｒａｄｉａｌ）」は、本明細書において使用されるとき、変速機または連続
可変装置の長手軸に対して垂直な方向または位置を指す。用語「軸方向の（ａｘｉａｌ）
」は、本明細書において使用されるとき、変速機または連続可変装置の主軸または長手軸
に平行な軸に沿った方向または位置を指す。
【0023】
本明細書において説明される本発明の動力変調装置またはトルク／速度調節器の実施の形態は、広くには、米国特許第６，２４１，６３６号、同第６，４１９，６０８号、同第
６，６８９，０１２号、および同第７，０１１，６００号、ならびに米国特許出願第１１
／２４３，４８４号（米国特許出願公開第２００６／００８４５４９Ａ１号）に開示され
ているものなど、連続可変変速機（ＣＶＴ）装置に関する。これらの特許および出願のそ
れぞれの全開示が、本明細書に参照により組み込まれる。以下で説明される本発明の特定
の実施の形態は、球状速度調節器を使用する球式の可変装置であって、典型的にはそれぞ
れの球状速度調節器の回転軸を傾けることができる球式の可変装置を取り入れている。速
度調節器は、動力調節器、ボール、プラネット、球歯車またはローラとしても知られてい
る。通常は、調節器は、ＣＶＴの長手軸に垂直な平面において半径方向に配列される。ト
ラクションリングが、動力調節器のアレイの各側に１つ配置され、動力調節器に接すると
ともに、一方または両方のトラクションリングが、トラクションリングから動力調節器を
介して他方のトラクションリングへとトルクを伝えるために、ローラへと挟み付けの接触
力を加える。第１のトラクションリングが、ローラへと入力回転速度で入力トルクを加え
る。ローラが自身の固有の軸を中心にして回転し、出力回転速度で第２のトラクションリ
ングへとトルクを伝える。出力回転速度に対する入力回転速度の比（「速度比」）は、第
１および第２のトラクションリングのそれぞれのローラの回転軸への接触点の半径の比の
関数である。ローラの軸をＣＶＴの軸に対して傾けることで、速度比が調節される。
【0024】
本明細書に開示されるトルク／速度調節装置の一態様は、原動機が種々の被駆動装置を駆動する駆動システムに関する。原動機は、例えば、電気モータおよび／または内燃機関
であってよい。本明細書における説明の目的において、補機類には、原動機を動力とする
ことができる任意の機械または装置が含まれる。例示の目的において、それらの機械また
は装置は、これらに限られるわけではないが、動力取り出し装置（Ｐｏｗｅｒ Ｔａｋｅ
ｏｆｆ Ｄｅｖｉｃｅ：ＰＴＯ）、ポンプ、コンプレッサ、発電機、補助電気モータ、な
どであってよい。さらに、補機類として、オルタネータ、ウォーターポンプ、パワーステ
アリングポンプ、燃料ポンプ、オイルポンプ、空調コンプレッサ、冷却ファン、スーパー
チャージャ、および自動車のエンジンを典型的に動力とする他の任意の装置を挙げること
ができる。すでに述べたように、通常は、原動機の速度が、速度または出力の要求が変化
するにつれて変化する一方で、補機類は、多くの場合、所与の実質的に一定な速度で最適
に機能する。本明細書に開示されるトルク／速度調節装置の実施の形態を、原動機によっ
て駆動される補機類へと届けられる動力の速度を制御するために使用することができる。
【0025】
例えば、いくつかの実施の形態においては、本明細書に開示される速度調節器を、自動車のエンジンのクランクシャフトに取り付けられたプーリによって駆動される自動車の補
機類の速度を制御するために使用することができる。通常は、補機類は、エンジンが低速
でアイドリングしているとき、およびエンジンが高速で動作しているときの両方で、適切
に機能しなければならない。補機類が、１つの速度において最適に動作する一方で、別の
速度において効率の低下を抱えることもしばしばである。エンジンが低速以外の速度で運
転している多くの場合に、補機類が余分な動力を消費し、車両の燃料経済性を低下させる
。さらに、補機類によって生じる動力の引き出しは、車両を走行させるためのエンジンの
能力を小さくし、場合によってはより大型のエンジンを必要にする。
【0026】
特定の状況において、本明細書に開示される本発明のトルク／速度調節装置の実施の形態を、エンジンが低速で動作しているときに補機類への速度を高め、エンジンが高速で動
作しているときに補機類への速度を下げるために使用することができる。したがって、補
機類を１つの実質的に好ましい速度で動作させることが可能になることで、補機類の設計
および動作を最適化することができ、補機類を、エンジン速度が低いときに充分な性能を
もたらすために必要以上に大きくする必要がない。また、エンジンが高速で動作している
ときに、トルク／速度調節装置が補機類への速度を減少させて、高いｒｐｍにおいて補機
類が耐えなければならない応力荷重を小さくできるため、補機類を小さくすることが可能
である。補機類が高速にさらされることがないため、期待される寿命を大幅に長くするこ
とができる。いくつかの場合には、補機類を低速または高速で動作させなくてもよいため
、より滑らかな車両の動作がもたらされる。さらに、補機類がより低い速度で動作するた
め、自動車を高速においてより静かに運転することができる。
【0027】
本明細書に開示されるトルク／速度調節装置は、補機類ならびに自動車のエンジンのサイズおよび重量の削減を促進でき、したがって車両の重量を小さくし、燃料経済性を高め
ることができる。さらに、いくつかの場合には、より小さな補機類およびより小さなエン
ジンを使用するという選択肢が、これらの部品および自動車のコストを低くする。より小
さな補機類およびより小さなエンジンは、パッケージングに柔軟性をもたらすことができ
、エンジン室のサイズを小さくすることを可能にする。また、本明細書に開示されるトル
ク／速度調節装置の実施の形態は、エンジンのあらゆる動作範囲において補機類を最も効
率的な速度で動作させることを可能にすることで、燃料経済性を高めることができる。最
後に、このトルク／速度調節装置は、低速以外のあらゆるエンジン速度において補機類が
余分な動力を消費することを防止することで、燃料経済性を向上させる。
【0028】
ここで、図１Ａに目を向けると、本明細書に記載の本発明の実施の形態による動力変調装置２（すなわち、ＰＭＤ２）を含む一般的な駆動系５０が示されている。駆動系５０は
、第１の継手６を介してＰＭＤ２へと接続された少なくとも１つの原動機４を含むことが
できる。通常は、ＰＭＤ２が、第２の継手８を介して被駆動装置８へと動力を届けるよう
に構成されている。いくつかの実施の形態においては、潤滑システム１２が、ＰＭＤ２へ
と接続され、あるいはＰＭＤ２に一体化されている。典型的には、駆動系５０は、ＰＭＤ
２および／または原動機４へと接続された制御システム１４を含むことができる。
【0029】
原動機４は、例えば、内燃機関、電気モータ、あるいは両者の組み合わせであってよい。特定の用途においては、原動機４が、人力で動かされる機械的なリンクであってよく、
他の実施の形態においては、原動機４は、補助動力付きの人力駆動装置であってよい。用
途に応じ、第１および第２の継手６、１０は、スプライン、キー、またはフランジ継手か
ら単一の遊星歯車セット、さらには並列または直列配置の複数の遊星歯車セットおよび他
の歯車を有するギアボックスまでの範囲にわたる任意の種類の継手であってよい。特定の
実施の形態においては、一方または両方の継手６、１０を使用しなくてもよく、その場合
には、ＰＭＤ２が、原動機４または被駆動装置８へと直接接続される。被駆動装置８は、
ＰＭＤ２および／または第２の継手１０からトルクの入力を受け取るように構成された任
意の機械または設備であってよい。被駆動装置８は、例えば、コンプレッサ、バルブ、ポ
ンプ、ファン、車両のオルタネータ、発電機、などであってよい。
【0030】
いくつかの実施の形態においては、潤滑システム１２は、ＰＭＤ２の種々の部品を被覆および／または冷却するように構成された潤滑剤である。他の実施の形態においては、潤
滑システムは、ＰＭＤ２における潤滑剤の案内を促進および推進するように構成された部
品を含んでいる。例えば、さらに詳しく後述されるとおり、一実施の形態においては、潤
滑システム１２が、ＰＭＤ２の内表面からＰＭＤ２の他の内部部品へと潤滑剤を案内する
スクレーパを含んでいる。さらに他の実施の形態においては、潤滑システム１２が、ＰＭ
Ｄ２の種々の内部部品へと適量の潤滑剤を届けるように構成されたポンプ制御の油圧回路
を含むことができる。駆動系５０の特定の実施の形態においては、制御システム１４が、
ＰＭＤ２、原動機４、および／または潤滑システム１２と連絡してこれらを制御する電気
式、機械式、または電気機械式の装置であってよい。例えば、一実施の形態においては、
制御システム１４は、モータを動作させるためのロジックを備えるモータコントローラを
有している電気機械式のシステムであってよく、モータが、ＰＭＤ２の状態変化（比の変
更など）を生じさせるべく、１つ以上の機械的な歯車、リンク、などを駆動する。
【0031】
駆動系５０の動作の際に、原動機４が、とりわけ原動機４に課される種々の負荷要件に応じた特定のトルクおよび速度レベルにて動力を生成して届ける。制御システム１４は、
ＰＭＤ２が原動機４からの動力を受け取って、所望の（あるいは、変調された）トルクお
よび速度レベルで動力を被駆動装置８へと届けるような方法で動作し、このトルクおよび
速度レベルは、原動機４の動作のトルクおよび速度レベルと同じである必要はない。いく
つかの用途においては、ＰＭＤ２を、原動機４から受け取る動力のトルクおよび速度レベ
ルが変動する場合でも、一定の速度で被駆動装置へと動力を届けるように制御することが
望ましい。
【0032】
次に、図１Ｂを参照すると、駆動系６０が示されている。いくつかの実施の形態においては、駆動系６０が、１つ以上の継手６Ａを介して１つ以上のＰＭＤ２Ａ、２Ｂ、および
２Ｃへと接続された原動機４を含むことができる。図示の実施の形態においては、ＰＭＤ
２Ａが、第２の継手１０Ａを介して被駆動装置８Ａへと接続される一方で、ＰＭＤ２Ｂが
、第２の継手１０Ｂを介して被駆動装置８Ｂへと接続されている。いくつかの実施の形態
においては、原動機４が、被駆動装置８Ｃおよび駆動／被駆動装置８Ｄへと接続された少
なくとも１つのＰＭＤ２Ｃを含むことができる複合装置１６へと、継手６Ａを介して接続
される。駆動系６０の一実施の形態においては、継手６Ａが、ベルトを駆動するプーリを
含んでおり、ベルトが、ＰＭＤ２Ａ、２Ｂ、および２Ｃのうちの１つ以上を駆動する。い
くつかの実施の形態においては、第２の継手１０Ａ、１０Ｂが、例えばチェーンを駆動す
るスプロケットまたはベルトを駆動するプーリであってよい。このチェーンおよびベルト
が、それぞれ、該当の被駆動装置８Ａ、８Ｂへと接続された対応するスプロケットまたは
プーリを駆動する。このように、駆動系６０の一実施の形態においては、動力変調装置を
、駆動系６０に存在する被駆動装置のそれぞれに専属させることができる。図示されてい
ないが、ＰＭＤ２Ａ、２Ｂ、２Ｃのそれぞれが、自身の固有の制御システム１４および／
または潤滑システム１２を有することができる。さらに別の実施の形態においては、複合
装置１６が、オルタネータおよび／または始動モータへと接続または一体化されたＰＭＤ
２Ｃであってよい。一実施の形態においては、例えば、複合装置が、ＰＭＤ２Ｃを車両の
冷却ファンおよび／またはウォーターポンプに一体化させている。駆動／被駆動装置につ
いて、ＰＭＤ２Ｃとの他の組み合わせまたは一体化が実現可能であり、かつ望ましいこと
が、当業者にとって明らかであろう。
【0033】
次に、図２Ａを参照すると、入力−対−出力の速度／トルク比を変化させることができる連続可変遊星トルク／速度調節装置１００（以下では、動力変調装置１００またはＰＭ
Ｄ１００と称する）の一実施の形態が示されている。いくつかの実施の形態においては、
ＰＭＤ１００が、ＰＭＤ１００の中心を貫いて第１の取り付けブラケット１０および第２
の取り付けブラケット１１を超えて延びている中心軸１０５を有している。説明の目的の
ために、中心軸１０５が、ＰＭＤ１００の長手軸を定め、これがＰＭＤ１００の他の部品
の位置および／または運動を説明するための基準点として機能する。本明細書において使
用されるとき、用語「軸方向の（ａｘｉａｌ）」、「軸方向に（ａｘｉａｌｌｙ）」、「
横方向の（ｌａｔｅｒａｌ）」、「横方向に（ｌａｔｅｒａｌｌｙ）」は、中心軸１０５
によって定められる長手軸に同軸または平行な位置または方向を指す。用語「半径方向の
（ｒａｄｉａｌ）」および「半径方向に（ｒａｄｉａｌｌｙ）」は、中心軸１０５によっ
て定められる長手軸から垂直に延びる位置または方向を指す。特定の実施の形態において
は、第１および／または第２の取り付けブラケット１１、１２が、取り外し可能に構成さ
れている。第１の端部ナット１０６および第２の端部ナット１０７が、それぞれ中心軸１
０５該当の端部に位置し、中心軸１０５を取り付けブラケット１１、１２へと取り付けて
いる。図示のＰＭＤ１００の実施の形態は、自動車のエンジンのクランクシャフトに取り
付けられて、例えばフロントエンド補機駆動システム（ＦＥＡＤ）の補機類の速度を制御
するために使用されるように構成されているが、ＰＭＤ１００は、トルク／速度調節装置
を利用する任意の設備または車両において実践可能である。中心軸１０５が、ケージアセ
ンブリ１８０、入力アセンブリ１５５、および出力アセンブリ１６５のために半径方向の
および横方向の支持を提供している。この実施の形態においては、中心軸１０５が、シフ
トロッド１１２を収容するように構成された穴１９９を含んでいる。後述されるように、
シフトロッド１１２が、ＰＭＤ１００の速度比の変化を実行する。
【0034】
ＰＭＤ１００は、バリエータ／アセンブリ１４０を含んでいる。バリエータアセンブリ１４０は、ＰＭＤ１００への入力速度のＰＭＤ１００からの出力速度に対する比を変化さ
せるように構成された任意の機構であってよい。一実施の形態においては、バリエータア
センブリ１４０が、第１のトラクションリング１１０、第２のトラクションリング１３４
、傾けることができる遊星−レッグアセンブリ１５０、およびサンアセンブリ１２５を含
んでいる。第１のトラクションリング１１０は、中心軸１０５を中心にして同軸かつ回転
可能に取り付けられたリングであってよい。第１のトラクションリング１１０の半径方向
外側の縁において、トラクションリング１１０は、斜めに延びて接触面１１１を終端とし
ている。いくつかの実施の形態においては、接触面１１１が、例えば第１のトラクション
リング１１０へと取り付けられたリングなど、別個の構造体であってよく、第１のトラク
ションリング１１０が、接触面１１１の支持を提供することができる。接触面１１１を、
第１のトラクションリング１１０へとねじ込みまたは圧入でき、あるいは任意の適切な固
定具または接着剤によって取り付けることができる。このように、いくつかの実施の形態
においては、トラクションリング１１０、１３４が、遊星１０１のアレイに接触するおお
むねリング状の部品である。いくつかの実施の形態においては、トラクションリング１１
０、１３４が、接触面１１１から半径方向外側へと延びる支持構造１１３を有しており、
支持構造１１３が、半径方向の剛性を高め、ＰＭＤ１００において軸方向の力を受ける部
品のコンプライアンスに抗し、軸方向の力の成分を半径方向外側へと動かすことができる
ようにする構造的な支持をもたらし、ＰＭＤ１００の軸方向の長さを短くしている。
【0035】
いくつかの実施の形態においては、ＰＭＤ１００は、中心軸１０５を中心にして回転可能なおおむね円筒形の筒であるケース１３８を含んでいる。ケース１３８は、ＰＭＤ１０
０の構成部品の大部分を収容する内側と、ＰＭＤ１００を使用する何らかの部品、設備、
または車両へと動作可能に接続されるように構成された外側とを有している。一実施の形
態においては、ケース１３８の外側が、自動車の補機類の駆動部として構成されている。
【0036】
図２Ｃを参照すると、ケース１３８は、いくつかの実施の形態において、ケース１３８の外周に放射状に配置された１つ以上の冷却フィン６６を備えている。冷却フィン６６は
、好ましくは、アルミニウム、銅、または鋼など、熱を速やかに散逸させることができる
材料から形成されるが、任意の適切な材料を使用することができる。いくつかの実施の形
態においては、冷却フィン６６およびケース１３８が、１部品として形成されるが、他の
実施の形態においては、冷却フィン６６が別個の部品であって、標準的な固定具、接着剤
、締まりばめ、キー、スプライン、溶接、または他の任意の適切な方法によってケース１
３８へと取り付けられる。いくつかの実施の形態においては、冷却フィン６６が、鋳造ま
たは鍛造アルミニウムからの筒として形成され、冷却フィン６６の筒状部の外径から半径
方向外側に延びている。とりわけ、冷却フィン６６を、ＰＭＤ１００の動作時に生じる熱
を放射するように構成でき、ＰＭＤ１００の周囲の空気の流れを促進するように構成でき
る。いくつかの実施の形態においては、冷却フィン６６が、中心軸１０５の軸に平行であ
る一方で、別の実施の形態においては、冷却フィン６６が、ケース１３８の外径を巡る１
つ以上のフランジ（図示せず）として構成される。さらに他の実施の形態においては、冷
却フィン６６が、ファンとして機能することができるらせん羽根（図示せず）である。
【0037】
図２Ｄを参照すると、いくつかの実施の形態においては、冷却ファン６８が、ケース１３８に取り入れられている。冷却ファン６８の羽根６９は、いくつかの実施の形態におい
ては、アルミニウム、銅、または鋼など、熱を速やかに散逸させることができる材料から
製作されるが、ガラス充填ナイロンあるいは他のプラスチックおよび複合材料など、他の
材料も使用可能である。冷却ファン６８は、いくつかの実施の形態においては、別個の部
品であって、標準的な固定具（冷却ファン６８の貫通孔７０に挿入され、ケース１３８の
対応する穴へとねじ込まれる）を使用してケース１３８へと剛に取り付けられる。他の実
施の形態においては、冷却ファン６８を、接着剤、キー、スプライン、締まりばめ、溶接
、または他の任意の適切な方法によって取り付けることができる。さらに別の実施の形態
においては、冷却ファン６８およびケース１３８が、１つの部品として形成される。冷却
ファン６８の羽根６９は、好ましくは、ＰＭＤ１００の動作時に生じる熱の迅速な放散を
もたらすとともに、エンジン室の全体の気流を促進するように構成される。いくつかの実
施の形態においては、冷却ファン６８が、ラジエタを通って空気を引き込むように構成さ
れる一方で、他の実施の形態においては、冷却ファン６８が、エンジン室を通過するよう
に空気を押す。
【0038】
図２Ａ、図２Ｂ、図１０、および図１１を参照すると、ＰＭＤ１００は、トルクを第１のトラクションリング１１０から第２のトラクションリング１３４へ伝達するため、およ
び入力速度−対−出力速度の比を変化させるための遊星−レッグアセンブリ１５０を含む
ことができる。いくつかの実施の形態においては、遊星−レッグアセンブリ１５０は、遊
星１０１、遊星軸１０２、およびレッグ１０３を含んでいる。遊星軸１０２は、遊星１０
１の中心を通って形成される穴を貫いて延びるおおむね円柱形の軸であってよい。いくつ
かの実施の形態においては、軸１０２は、遊星１０１を軸１０２上に整列させるニードル
またはラジアルベアリングを介して、遊星１０１の穴の表面と取り合っている。いくつか
の実施の形態においては、軸１０２が、レッグ１０３によって遊星１０１の回転の軸を動
かすことができるよう、遊星１０１の両側において穴の終端を超えて延びている。軸１０
２は、遊星１０１の端を超えて延びている部位において、レッグ１０３の半径方向外側の
端部と結合する。レッグ１０３は、遊星軸１０２を傾けるように構成された半径方向の延
長部である。
【0039】
軸１０２は、レッグ１０３の半径方向外側の端部に形成された穴を貫通している。レッグ１０３を、ｅリングなどのクリップリングによって軸１０２上に配置することができ、
あるいは軸１０２上へと圧入することができるが、軸１０２およびレッグ１０３の間に、
他の任意の種類の固定を利用することができる。また、遊星−レッグアセンブリ１５０は
、遊星軸１０２のそれぞれの端部に取り付けられる転がり部材であって、ＰＭＤ１００の
他の部品が軸１０２に整列するときに軸１０２の転がり接触をもたらすスキューローラ１
５１を含むことができる。いくつかの実施の形態においては、レッグ１０３が、半径方向
内側の端部にシフトカムホイール１５２を備えている。シフトカムホイール１５２は、レ
ッグ１０３の半径方向の位置の制御、したがって軸１０２の傾斜角の制御を容易にする。
さらに別の実施の形態においては、レッグ１０３が、ケージアセンブリ１８０またはステ
ータ板８００（図８を参照）におけるレッグ１０３の案内および支持を可能にするステー
タホイール１１０５（図１１を参照）に組み合わせられている。図１１に示されているよ
うに、ステータホイール１１０５は、レッグ１０３の長手軸に対して斜めであってよい。
いくつかの実施の形態においては、ステータホイール１１０５が、ステータホイール１１
０５の中心軸が遊星１０１の中心と交差するように構成される。
【0040】
さらに図２Ａ、図２Ｂ、図１０、および図１１を参照すると、種々の実施の形態において、遊星１０１と軸１０２との間の取り合いは、他の実施の形態において後述されるベア
リングのいずれかであってよい。しかしながら、別の実施の形態においては、遊星１０１
が軸１０２に固定され、遊星１０１と一緒に回転する。このような実施の形態においては
、ベアリング（図示せず）が、軸１０２上に作用する横力がレッグ１０３および／または
ケージアセンブリ１８０によって対処されるように、軸１０２とレッグ１０３との間に配
置される（さまざまな実施の形態において後述）。このような実施の形態においては、軸
１０２とレッグ１０３との間に配置されるベアリングが、ラジアルベアリング（球または
ニードル）、ジャーナルベアリング、または他の任意の種類のベアリング、あるいは適切
な機構または手段である。
【0041】
次に、図２Ａ、図３、図４、および図１０を参照して、サンアセンブリ１２５を説明する。いくつかの実施の形態において、サンアセンブリ１２５は、サン１２６、シフトカム
１２７、およびサンベアリング１２９を含む。サン１２６は、おおむね円筒形の筒である
。一実施の形態において、サン１２６は、おおむね一定の外径を有するが、他の実施の形
態においては、外径は一定ではない。シフトカム１２７は、サン１２６の一端または両端
に配置され、シフトカムホイール１５２と相互作用して、レッグ１０３を動かす。図示の
実施の形態においては、シフトカム１２７が凸状であるが、レグ１０３の所望の動きを生
み出す任意の形状であってよい。いくつかの実施の形態においては、シフトカム１２７が
、シフトカム１２７の軸方向の位置によってレッグ１０３の半径方向の位置を制御して、
軸１０２の傾きの角度を制御するように構成されている。
【0042】
いくつかの実施の形態においては、シフトカム１２７の半径方向の内径が、一方のシフトカム１２７を他方のシフトカム１２７へと取り付けるべく互いに向かって軸方向に延び
ている。図２Ａに示されるとおり、カムの延長部１２８が、中心軸１０５の周囲の円筒を
形成している。カム延長部１２８が、一方のカム１２７から他方のカム１２７へ延び、ク
リップリング、ナット、または他の何らかの適切な固定具によって所定の位置に保持され
ている。いくつかの実施の形態においては、シフトカム１２７の一方または両方が、カム
ディスクの延長部１２８へとねじ込まれ、それらが所定の位置に固定される。図示の実施
の形態においては、カム１２７の凸曲線が、サンアセンブリ１２５の軸方向の中心から軸
方向に離れるように極大まで延び、次いで半径方向外側へと延び、サンアセンブリ１２５
の軸方向の中心に向かって軸方向に内側へと戻る。カムのこの輪郭は、サンアセンブリ１
２５が軸方向の極端において移動する際に生じうるバインディングを低減させる。他のカ
ムの形状も、同様に使用することができる。
【0043】
図２Ａに示した実施の形態においては、シフトロッド１１２が、ＰＭＤ１００の伝達比の変化を生じさせる。一実施の形態においては、中心軸１０５の穴１９９の内側に同軸に
配置されたシフトロッド１１２が、ねじ山付きの端部１０９を中心軸１０５の片側から突
き出させて有している細長いロッドである。シフトロッド１１２の他端は、サンアセンブ
リ１２５へと延びており、シフトロッド１１２におおむね横方向に取り付けられたシフト
ピン１１４を含んでいる。シフトピン１１４が、シフトロッド１１２によってサンアセン
ブリ１２５の軸方向の位置を制御できるよう、サンアセンブリ１２５に係合している。送
りねじアセンブリ１１５が、中心軸１０５内のシフトロッド１１２の軸方向の位置を制御
する。いくつかの実施の形態においては、送りねじアセンブリ１１５が、シフトアクチュ
エータ１１７を含んでおり、シフトアクチュエータ１１７は、外径にシフト歯車１１８を
有することができ、内径の一部にシフトロッド１１２と係合するねじ山を有することがで
きる。いくつかの実施の形態においては青銅またはプラスチックなどの低摩擦材料で構成
されるシフトブシュ１１９が、中心軸１０５上に回転可能に配置される円板状の部品であ
る。シフトブシュ１１９を、任意の手段によって中心軸１０５上で軸方向について拘束で
き、図２Ａに示した実施の形態においては、シフトブシュ１１９が、端部ナット１０７に
よって所定の位置に保持されている。シフトアクチュエータ１１７は、平頭ねじなどとい
った標準的な固定具を使用してシフトブシュ１１９へと取り付けられる。シフト歯車１１
８が、駆動歯車２２（図２Ｂを参照）に係合し、いくつかの実施の形態にいては、駆動歯
車２２を、電気ステッピングモータなどのモータ２０によって動かすことができる。いく
つかの実施の形態においては、シフト歯車１１８が、標準的な平歯車であるが、他の実施
の形態においては、シフト歯車１１８が、はすば歯車などといった別の種類の歯車であっ
てよい。
【0044】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、入力アセンブリ１５５が、バリエータアセンブリ１４０へのトルクの伝達を可能にする。いくつかの実施の形態においては、入力アセンブリ
１５５が、例えばベルト（図示せず）からの直線運動を回転運動に変換する入力プーリ１
５６を含んでいる。いくつかの実施の形態においては、入力プーリ１５６が、原動機の軸
（自動車のエンジンのクランクシャフトまたはモータなど）へと動作可能に取り付けられ
たベルトからのトルクを受け取る。ここでは、プーリが使用されているが、ＰＭＤ１００
の他の実施の形態は、例えばチェーンから運動を受け取るスプロケットを使用してもよい
。入力プーリ１５６は、軸方向の力生成機構へとトルクを伝達する。図示の実施の形態に
おいては、軸方向の力生成機構は、トルクを第１のトラクションリング１１０へ伝達する
カムローダ１５４である。カムローダ１５４は、第１の負荷カムリング１５７、第２の負
荷カムリング１５８、および負荷カムリング１５７、１５８の間に配置された１式のカム
ローラ１５９を含んでいる。カムローダ１５４が、プーリ１５６からのトルクを第１のト
ラクションリング１１０へと伝達し、最終的に第１のトラクションリング１１０、遊星１
０１、サン１２６、および第２のトラクションリング１３４のための接触力になる軸方向
の力を生成する。軸方向の力は、カムローダ１５４へ印加されるトルクの大きさにおおむ
ね比例する。いくつかの実施の形態においては、入力プーリ１５６が、ケース１３８が回
転するがプーリ１５６はトルクを供給していないときに惰行機構として作用する一方向ク
ラッチ（図示せず）を介して、第１の負荷カムリング１５７へとトルクを加える。いくつ
かの実施の形態においては、第２の負荷カムリング１５８が、第１のトラクションリング
１１０と一体の一部品であってよい。
【0045】
さらに図２Ａを参照すると、第２のカムローダ５４を、遊星１０１へと加えられる軸方向の力を最適化するために使用することができる。一実施の形態においては、第２のカム
ローダ５４が、第２のトラクションリング１３４とケース１３８との間に配置され、負荷
カムリング５７、負荷カムリング５８、および負荷カムリング５７、５８の間に介装され
た１式のカムローラ５９を含んでいる。
【0046】
図２Ａ、図２Ｂに示されているように、端部キャップ１６０が、ＰＭＤ１００の内部の構成部品のケース１３８への収容を容易にしている。いくつかの実施の形態においては、
端部キャップ１６０が、ケース１３８の開放端へと取り付けられるおおむね平坦な円板で
あり、第１の負荷カムリング１５７、中心軸１０５、およびシフトロッド１１２を通すこ
とができるように中央を貫く穴を有している。いくつかの実施の形態においては、端部キ
ャップ１６０がケース１３８に取り付けられ、カムローダ１５４によって生成される軸方
向の力に対処するうえで役に立つ。端部キャップ１６０を、アルミニウム、チタニウム、
鋼、あるいは高強度の熱可塑性または熱硬化プラスチックなど、軸方向の力に応じること
のできる任意の材料で製造することができる。端部キャップ１６０は、固定具（図示せず
）によってケース１３８へと固定されるが、端部キャップ１６０をケース１３８へとねじ
込んでも、あるいは他の方法でケース１３８へと取り付けてもよい。
【0047】
一実施の形態においては、端部キャップ１６０のカムローダ１５４に対向する面に、プレローダ（図示せず）を収容する溝が半径を巡って形成される。プレローダは、トルクの
レベルがきわめて低いときに初期の拘束力をもたらすばねであってもよい。プレローダは
、ばねまたはＯリングのような弾性材料など、カムローダ１５４、したがってトラクショ
ンリング１３４へと初期の力を供給することができる任意の装置であってよい。プレロー
ダは、その寿命を通じて高いばね定数を有しかつ高レベルの弾性を維持することができる
点で、波状ばねであってもよい。
【0048】
いくつかの実施の形態においては、プレローダが、スラストワッシャ１６２およびスラストベアリング１６３によって端部キャップ１６０へと直接荷重される。図示の実施の形
態においては、スラストワッシャ１６２は、プレローダを収容する溝を覆ってスラストベ
アリング１６３のためのスラストレースを提供する典型的なリングワッシャである。スラ
ストベアリング１６３は、コンビネーション・スラスト・ラジアル・ベアリングに比べて
高レベルのスラスト容量を有し、構造的剛性を向上させるとともに、公差の要件およびコ
ストを低減させるニードル・スラスト・ベアリングであってよいが、他の任意の種類のス
ラストベアリングまたはコンビネーションベアリングを使用することも可能である。特定
の実施の形態においては、スラストベアリング１６３は、ボール・スラスト・ベアリング
である。カムローダ１５４によって生成される軸方向の力は、スラストベアリング１６３
およびスラストワッシャ１６２を介して端部キャップ１６０へと反作用される。端部キャ
ップ１６０が、ケース１３８へ取り付けられてＰＭＤ１００の構造を完成させる。
【0049】
さらに図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、特定の実施の形態においては、プーリ３６がケース１３８に組み合わせられている。プーリ３６は、サーペンタインベルトの輪郭を有
することができるが、他の実施の形態においては、プーリ３６を、タイミングベルト、Ｖ
ベルト、丸ベルト、または他の任意の種類のベルトを受け入れるように設計することがで
きる。プーリ３６を、ケース１３８へとキーで固定することができ、あるいはプーリ３６
を、ピン、ねじ、スプライン、溶接、圧入、または剛な接続をもたらす任意の方法を使用
して、取り付けることができる。いくつかの実施の形態においては、プーリ３６およびケ
ース１３８が１つの部品であるように、プーリ３６がケース１３８へと一体に形成される
。
【0050】
図２Ａおよび図２Ｂにおいて、１つ以上のカムディスクベアリング１７２が、第１の負荷カムリング１５７を中心軸１０５に対する半径方向の位置に保持する一方で、端部キャ
ップベアリング１７３が、第１の負荷カムリング１５７と端部キャップ１６０の内径との
間の半径方向の整列を維持する。カムディスクベアリング１７２および端部キャップベア
リング１７３は、ここではニードル・ローラ・ベアリングであるが、他の種類のラジアル
ベアリングも同様に使用可能である。ニードル・ローラ・ベアリングの使用は、より大き
な軸方向フロートを許容し、プーリ１５６によって生じるバインディングモーメントに対
応する。ＰＭＤ１００の他の実施の形態、あるいは本明細書に記載される任意の他の実施
の形態においては、カムディスクベアリング１７２および端部キャップベアリング１７３
の各々またはいずれかを、コンビネーション・ラジアル−スラスト・ベアリングの相補ペ
アで置き換えることも可能である。そのような実施の形態においては、ラジアル・スラス
ト・ベアリングが、半径方向の支持をもたらすだけでなく、スラストを吸収することもで
き、これが、スラストベアリング１６３を補助し、かつスラストベアリング１６３の負荷
を少なくとも部分的に軽減することができる。
【0051】
さらに図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、中心軸１０５の周囲に同軸に取り付けられて中心軸１０５とケース１３８の閉鎖端の内径との間に保持される支持部材である軸１４２
が、ケース１３８を中心軸１０５に対して半径方向に整列させて保持する。軸１４２は、
中心軸１０５に角度に関して整列させられた状態で固定される。ここでは、キー１４４が
、軸１４２を角度に関して整列した状態に固定しているが、この固定は、当業者にとって
公知の任意の手段によって行うことができる。軸１４２とケース１３８の内径との間に、
ラジアル・ハブ・ベアリング１４５が取り付けられ、ケース１３８の半径方向の位置およ
び軸方向の整列を維持する。ハブベアリング１４５は、封止用の軸キャップ１４３によっ
て所定の位置に保持される。軸キャップ１４３は、中心軸１０５の周囲に適合する中央穴
を有しており、ここでは固定具１４７によってケース１３８に取り付けられる円板である
。
【0052】
次に、図３、図４、および図１０に目を向け、ＰＭＤ１００の別の実施の形態であるＰＭＤ３００を説明する。ＰＭＤ３００は、とりわけトラクションリング３３４、ケージ３
８９、サンアセンブリ３２５、遊星−レッグアセンブリ３５０、およびトラクションリン
グ３１０を、他の構成部品とともに収容するケース３５１を含んでいる。トラクションリ
ング１１０、１３４に比べ、トラクションリング３１０、３３４の角度が小さくなってお
り、これが軸方向の力に耐えるトラクションリング３１０、３３４の能力を高め、ＰＭＤ
３００の全体としての半径方向の径を縮小する。ＰＭＤ３００は、別のシフト機構を備え
ており、そこでは、シフトロッド３１２が、サンアセンブリ３２５の軸方向の動きを生じ
させるように構成された送りねじ機構を含んでいる。この実施の形態においては、送りね
じ機構が、サンアセンブリ３２５の内側または付近のシフトロッド３１２の端部に形成さ
れた１式の送りねじ３１３を含んでいる。１つ以上のサン・アセンブリ・ピン３１４が、
カムディスク延長部３２８から送りねじ３１３へと半径方向に延びており、シフトロッド
３１２の回転につれて軸方向に移動する。
【0053】
図示の実施の形態においては、サン３２６の外径が一定ではなく、サン３２６の両端において外径が大きくなっている。この設計により、サン３２６に接するＰＭＤ内の潤滑剤
が、サン３２６の最大の直径へと遠心力によって引き出される。潤滑剤は、ひとたびサン
３２６の両端に達すると、ＰＭＤ３００の中心から半径方向に離れるように潤滑を必要と
する部品へと噴き付けられる。いくつかの実施の形態においては、この設計により、サン
３２６が、サン３２６を中心位置から軸方向に離れるように駆動しようとする力に抵抗で
きる。しかしながら、これは単に一例にすぎず、サン３２６の外径は、サン３２６へと加
わる力に対応するため、およびＰＭＤ３００のシフトを補助するために、設計者が望む任
意の方法で変更されてもよい。
【0054】
次に、図２Ａ、図２Ｂ、図５、および図６を参照すると、いくつかの実施の形態においては、取り付けブラケット１０、１１が、ＰＭＤ１００を自動車のフレーム（図示せず）
、エンジンブロック（図２１を参照）、あるいはフレームまたはエンジンブロックへと取
り付けられたブラケット（図示せず）などといった固定の物体へと接続するように構成さ
れている。一実施の形態においては、ブラケット１０、１１が、中心軸１０５のそれぞれ
の端部の付近に形成された平坦部２６に取り付けられている。端部ナット１０６、１０７
が、取り付けブラケット１０、１１をＰＭＤ１００へと締め付けるべく中心軸１０５のそ
れぞれの端部にねじ込まれる。いくつかの実施の形態においては、取り付けブラケット１
０、１１が鋼から製作されるが、他の実施の形態においては、チタニウム、アルミニウム
、または複合材料など、他の材料も使用することができる。一方または両方の取り付けブ
ラケット１０、１１を、着脱可能に構成することができる。取り付けブラケット１０が、
標準的な固定具を使用して取り付けブラケット１０をエンジンブロックまたはフレームな
どの固定の物体へと取り付けできるようにする穴１２を含むことができる。一実施の形態
においては、取り付けブラケット１１が着脱可能であり、エンジンブロックまたはフレー
ムなどの固定の物体への取り付けを可能にする穴１３を有している。いくつかの実施の形
態においては、取り付けブラケット１０、１１が、標準的な固定具を使用して互いに取り
付けられる。他の実施の形態においては、着脱式のブラケット１１は使用されず、取り付
けブラケット１０が、標準的な固定具を使用してＰＭＤ１００を固定の物体へと取り付け
ることを可能にするように穴１２が形成されているＵ字形の部品である。いくつかの実施
の形態においては、取り付けブラケット１１を、入力ベルト（図示せず）または出力ベル
ト（図示せず）の交換を容易にするために、標準的な固定具によって速やかに取り外すこ
とができる。他の実施の形態においては、取り付けブラケット１０および／または取り付
けブラケット１１が、取り付け相手の物体に対応するように、他の形状であってよい。特
定の実施の形態においては、取り付けブラケット１０、１１の一方または両方を、ケージ
アセンブリ１８０へと動作可能に接続し、ケージアセンブリ１８０の固定および回転防止
に役立てることができる。
【0055】
いくつかの実施の形態においては、ステッピングモータなどのモータ２０を、ＰＭＤ１００の速度比の変更および調節のために使用することができる。モータ２０が、モータブ
ラケット２４および標準的な固定具によって取り付けブラケット１０へと取り付けられ、
いくつかの実施の形態においては、モータブラケット２４が、取り付けブラケット１０、
１１と同じ材料で製作されている。駆動歯車２２が、モータ２０の軸へと接続されている
。駆動歯車２２は、シフト歯車１１８に噛合しており、シフト歯車１１８は、いくつかの
実施の形態においては、シフトロッド１１２におけるトルクを大きくし、速度を小さくす
るために、駆動歯車２２よりも大きい。シフトブシュ１１９が、シフトブシュ１１９の自
由な回転を可能にするすきまばめにて、中心軸１０５上に同心に取り付けられている。端
部ナット１０７が、シフトブシュ１１９がＰＭＤ１００の中心に向かって軸方向に移動す
ることがないようにしている。シフト歯車１１８は、シフトロッド１１２へとねじ込まれ
、標準的な固定具によってシフトブシュ１１９へと取り付けられている。
【0056】
動作時、モータ２０が駆動歯車２２を駆動し、駆動歯車２２がシフト歯車１１８を駆動し、シフト歯車１１８がシフトロッド１１２を回転させ、ＰＭＤ１００の速度比の変更を
生じさせる。いくつかの実施の形態においては、モータ２０が、自動車のエンジンの回転
数および／またはＰＭＤ１００の回転数を計数し、次いでＰＭＤ１００を変速すべくステ
ッピングモータ２０へと信号を送ることができる制御フィードバックループを備えるロジ
ック装置（図示せず）によって制御される。このロジック装置は、当該技術分野において
周知である。
【0057】
図７は、例えばＰＭＤ１００、ＰＭＤ３００、または他の球状遊星ＰＭＤにおいてにおいて使用することができるカムリング７００を示している。カムリング７００は、半径方
向の外側の縁に形成されたカム溝７１０を有している。カム溝７１０は、１式のカムロー
ラ（図示せず）を収容する。カムローラは、球（ベアリング球など）であってよいが、バ
リエータアセンブリ１４０、３４０へと加えられる軸方向の力をＰＭＤ１００、３００へ
と加えられるトルクに実質的に比例する量にて加減すべくカム溝７１０の形状との組み合
わせにおいてトルクをトルク成分および軸方向の力成分へと変換する他の任意の形状であ
ってもよい。他に、そのような形状として、円柱形のローラ、たる型ローラ、非対称ロー
ラ、または他の任意の形状が挙げられる。多くの実施の形態において、カムディスク溝７
１０に使用される材料は、好ましくは、カムディスク７００が経験することになる荷重に
おいて過剰または恒久的な変形に対抗するために充分に強い。大トルクの用途においては
、特別な硬化処理が必要な場合もある。いくつかの実施の形態においては、カムディスク
溝７１０が、４０ＨＲＣ以上へと硬化処理された炭素鋼で製造される。カムローダ（図１
のカムローダ１５４、または任意の他の種類のカムローダ、など）の動作の効率は、上記
の硬さ値によって左右され、典型的には、効率を高めるために硬さが増されるが、高度の
硬化は、カムの荷重部品を脆くする可能性があり、コストも高まる可能性がある。
【0058】
図７は、コンフォーマルカムの一実施の形態を示している。すなわち、カム溝７１０の形状が、カムローラの形状に実質的に一致する。溝７１０がローラに一致するため、溝７
１０がベアリングローラ・リテーナとして機能し、いくつかの状況においてカムローラの
収容および／または離間のためのケージ部材の使用を不要にする。図７に示した実施の形
態は、一方向の負荷カムリング７００であるが、負荷カムリング７００は、双方向の負荷
カムリングであってもよい（例えば、図２３〜２５の双方向の負荷カムリングを参照）。
いくつかの実施の形態においては、ベアリング・ローラ・リテーナを使用する必要がなく
なることで、ＰＭＤ１００、３００の設計が単純になる。さらに、コンフォーマルなカム
溝７１０は、ベアリングローラと溝７１０との間の接触応力の低減を可能にし、ベアリン
グローラのサイズの縮小および／または数の削減を可能にし、あるいは材料選択の柔軟性
を拡大できる。
【0059】
図８は、バリエータアセンブリ１４０のケージアセンブリ１８０のケージ１８９またはバリエータアセンブリ３４０のケージアセンブリ３８９の支持構造体を形成するために使
用されるケージディスクまたはステータ板８００を示している。いくつかの実施の形態に
おいては、ケージディスク８００が、変速時にレッグ１０３が半径方向内側および外側に
移動するときにレッグ１０３を案内及び支持するように形作られている。また、ケージデ
ィスク８００は、軸１０２の角度の整列ももたらす。いくつかの実施の形態においては、
それぞれの軸１０２のための２つのケージディスク８００の対応する溝が、バリエータア
センブリ１４０、３４０におけるシフト力を低減するために、角度方向にわずかにオフセ
ットされている。
【0060】
特定の実施の形態においては、レッグ１０３が、ステータ板８００のスロットによって案内される。レッグ１０３上のレッグローラ１１０７（図１１を参照）が、ステータ内の
円形の輪郭に追従する。レッグローラ１１０７は、通常は、シフト力または牽引接触回転
力によって加えられる並進力に対向する並進反作用点をもたらす。レッグ１０３およびそ
れぞれのレッグローラ１１０７は、ＰＭＤ１００、３００の比が変更されるときに平面運
動にて移動し、レッグ１０３が、遊星１０１の中心付近に中心を持つ円形の包絡線を描く
。レッグローラ１１０７は、レッグ１０３の中心からオフセットされているため、同様に
オフセットされた包絡線を描く。各ステータ板８００にレッグローラ１１０７の平面運動
に一致する矛盾のない輪郭を生成するために、各レッグ１０３におけるローラのオフセッ
トと同じ量だけ溝の中心からオフセットされた円形の切断が必要である。
【0061】
次に、図２Ａ、図９、および図１２を参照すると、潤滑向上潤滑スペーサ９００を実装するケージアセンブリ３８９の別の実施の形態が示されている、図示の実施の形態におい
ては、この場合にはケージ３８９（図４も参照）である遊星１０１のための支持構造体が
、ケージディスク１２２０を１つ以上の潤滑スペーサ９００を含む複数のスペーサ１２１
０へ取り付けることによって形成される。潤滑スペーサ９００は、ケース１３８、３５１
の表面から潤滑剤を掻き落として、潤滑剤をバリエータアセンブリ１４０、３４０の中央
の部材に向かって戻すように案内するためのスクレーパ９１０を有している。さらに、い
くつかの実施の形態の潤滑スペーサ９００は、潤滑剤の流れを潤滑剤を最も利用する領域
へと案内するうえで役に立つ通路９２０を有している。いくつかの実施の形態においては
、潤滑スペーサ９００における通路９２０の間の部分が、潤滑剤の流れを通路９２０へと
案内する隆起したくさび９２５を形成している。スクレーパ９１０は、スペーサ９００と
一体であってよく、あるいは別個であって、スクレーパ９１０の材料と異なる材料（これ
に限られるわけではないが、ケース１３８から潤滑剤の掻き落としを向上させるゴムなど
）で製作されていてもよい。スペーサ１２１０および潤滑スペーサ９００の両端は、ケー
ジディスク１２２０との結合のための表面を形成すべく垂直に延びるフランジ状のベース
１２４０を終端としている。図示の実施の形態のベース１２４０は、ケージディスク１２
４０に対向する面がおおむね平坦であるが、遊星１０１に対向する面は、レッグローラ１
５１が当接する上述の曲面を形成するために丸められている。また、ベース１２４０は、
レッグ１０３がその行程の全体において当接する溝も形成している。
【0062】
次に、図３、図９、および図１０を参照して、潤滑システムおよび潤滑方法の実施の形態を説明する。遊星１０１が回転するとき、潤滑剤は、遊星１０１の赤道へ向かって流れ
、次いでケース３５１に向かって噴き付けられる傾向にある。一部の潤滑剤は、最大の径
を有するケース３５１の内壁に落下しないが、このような潤滑剤も、遠心力によってケー
ス３５１の最大の内径に向かって流れる。スクレーパ９１０が、ケース３５１の内側に蓄
積される潤滑剤を除去するように垂直に配置される。潤滑剤は、重力によってＶ字形のく
さび９２５の各側を通路９２０へと降下する。スペーサ９００は、通路９２０の半径方向
内側の端部がカムディスク３２７およびサン１２６の付近で終わるように配置される。こ
のように、サン１２６およびカムディスク３２７が、ケース３５１内を循環する潤滑剤を
受け取る。一実施の形態においては、スクレーパ９１０が、ケース３５１から約１０００
分の３０インチだけ離れるように寸法付けられる。当然ながら、このすき間は、種々の用
途に応じて、より大きくても、より小さくてもよい。
【0063】
図３および図１０に示されているように、カムディスク３２７を、サン３２６に対向する面が傾けられ、通路９２０から落下する潤滑剤を受け取って、カム３２７とサン３２６
との間の空間に向かって潤滑剤を案内するように、構成することができる。潤滑剤は、サ
ン３２６へと流れた後に、サン３２６の最大径に向かって流れ、潤滑剤の一部が軸１０２
へと噴き付けられる。潤滑剤の一部は、通路９２０からサン３２６へと落下する。この潤
滑剤は、サン３２６ならびに遊星１０１とサン３２６との間の接触面を潤滑する。サン３
２６の各側が傾斜しているため、潤滑剤の一部が遠心力によってサン３２６の縁に向かっ
て流れ、潤滑剤が半径方向に噴き付けられる。
【0064】
図３を参照すると、いくつかの実施の形態においては、サン１２６、３２６から軸１０２に向かって噴き付けられた潤滑剤が、溝３４５へ落下し、溝３４５が、潤滑剤を受け取
って、遊星１０１の内側へと送る。潤滑剤の一部は、トラクションリング１１０、１３４
が遊星１０１に接している接触面１１１にも落下する。潤滑剤は、遊星１０１の片側を出
るとき、遠心力のもとで遊星１０１の赤道に向かって流れる。この潤滑剤の一部が、第１
のトラクションリング１１０および遊星１０１に接し、接触面１１１に接触し、次いで遊
星１０１の赤道に向かって流れる。潤滑剤の一部は、第２のトラクションリング１３４の
遊星１０１とは反対側を向いている面に沿って、半径方向に流れ出る。
【0065】
図１３、図１４、図２１、図２２を参照すると、一実施の形態において、ＰＭＤ１３００が、自動車のエンジン７９０のクランクシャフトへと直接接続されている。簡略化のた
めに、ＰＭＤ１００とＰＭＤ１３００との間の相違のみを説明する。中心軸１０５に類似
した中心軸１３０５が、今やシフト操作が、端部キャップ１６０の側からではなく、軸キ
ャップ１４３の側から行われるように変更されている。モータ２０、駆動歯車２２、モー
タブラケット２４、取り付けブラケット１０、および送りねじアセンブリ１１５を、今や
軸キャップ１４３の近傍に見ることができる。
【0066】
クランクシャフトマウント１３１４が、いくつかの実施の形態においてはフランジ１３１５を備えるおおむね円板状の部品であるが、エンジンのクランクシャフト（図示せず）
の対応する部位（図示せず）へと取り付けられるように構成されている。フランジ１３１
５は、いくつかの実施の形態においては、標準的な固定具を通過させてエンジンのクラン
クシャフトへと取り付けられた対応する部品のねじ穴へとねじ込むための穴を含んでいる
。いくつかの実施の形態においては、クランクシャフトマウント１３１４が、エンジンの
クランクシャフトへとキーで取り付けられる円筒形のカプラとして構成されている。図１
３の実施の形態においては、クランクシャフトマウント１３１４が、キー、スプライン、
固定具、しまりばめ、または他の任意の適切な方法によってドライバ１３７２に接続され
ている。ドライバ１３７２は、いくつかの実施の形態においては、硬化処理した鋼で製作
された円筒である。いくつかの実施の形態においては、２つのニードル・ローラ・ベアリ
ング１３７４、１３７６が、ＰＭＤ１３００の動作の際に生じる大きなトルク伝達荷重を
吸収するために、ドライバ１３７２の穴の内側かつ中心軸１３０５の外側に配置される。
ドライバ１３７２は、キー、スプライン、固定具、しまりばめ、または他の任意の適切な
方法によって第１の負荷カムリング１５７へと取り付けられ、第１の負荷カムリング１５
７へとトルクを伝達する。
【0067】
図１３および図１４を参照すると、ＰＭＤ１３００は、おおむねＰＭＤ１００と同じ方法および類似の構成部品にて変速を行うが、シフトアクチュエータ１１７を備える送りね
じアセンブリ１１５、シフト歯車１１８、シフトブシュ１１９、およびプーリ・スナップ
・リング１１６が、今や軸１４３の近傍に位置している。モータ２０、駆動歯車２２、モ
ータブラケット２４、および取り付けブラケット１０も、今や軸１４３の近傍にある。こ
の実施の形態においては、取り付けブラケット１０およびクランクシャフトマウント１３
１４の両者が協働して、ＰＭＤ１３００を支持する。
【0068】
図２１および図２２を参照すると、ＰＭＤ１３００が、自動車のエンジン７９０のクランクシャフトへと接続され、さらにオルタネータ７９２、パワーステアリングポンプ７９
４、およびアイドラプーリ７９６へと動作可能に接続されて示されている。エンドレスサ
ーペンタインベルト７９８が、プーリ３６に動作可能に接続されてプーリ３６によって駆
動され、オルタネータ７９２およびパワーステアリングポンプ７９４に動力をもたらして
いる。ウォーターポンプ、燃料ポンプ、オイルポンプ、空調コンプレッサ、冷却ファン、
スーパーチャージャ、ならびに自動車のエンジン７９０を動力とすることができる他の任
意の装置など、他の自動車の補機類（図示せず）も、サーペンタインベルト７９８によっ
て駆動することができる。特定の実施の形態においては、ＰＭＤ１３００が、速度／トル
ク減速機構を介してクランクシャフトへと接続される。例えば、ベルトで駆動されるプー
リまたはチェーンで駆動されるスプロケットをクランクシャフトへと接続し、それぞれベ
ルトまたはチェーンによってＰＭＤ１３００へと接続することができる。さらに別の実施
の形態においては、ＰＭＤ１３００を、エンジンの動作時に生じる振動力に対処すべく車
両のエンジンのクランクシャフトに典型的に接続される装置である高調波バランサを取り
入れるように構成でき、あるいはそのような高調波バランサと協働するように構成するこ
とができる。
【0069】
以下でさらに説明されるとおり、本明細書に示される動力変調器の特定の実施の形態のまた別の態様は、オルタネータおよび／または始動モータを動力変調装置（ＰＭＤ）に一
体化させてなる複合装置に関する。いくつかの実施の形態においては、ＰＭＤが、オルタ
ネータ／モータの電機子および固定子（または、界磁部品）の両者が回転するように、遊
星動力変調器として構成される。回転子および固定子が反対の方向に回転するため、大き
な速度差が生み出され、したがってきわめて高い出力密度のオルタネータおよび／または
始動モータが生み出される。本明細書において使用されるとき、「電機子」は、モータま
たは発電機などといった電気機械装置の２つの主たる構成要素のうちの一方である。説明
の目的のため、本明細書において、用語「界磁（ｆｉｅｌｄ）」は、界磁巻線または界磁
磁石など、電気機械装置の第２の主たる構成要素を指す。通常は、界磁は、電機子と相互
作用するための磁界を生成し、したがって界磁は、典型的には、永久磁石または導電コイ
ルによって形成された電磁石を含んでいる。電機子は、通常は、界磁ならびに運動、トル
ク（回転機械）、または力（直線機械）の方向の両者に対して垂直に向けられた導体また
は導電コイルである。電機子は、界磁と対照的に、通常は電流または起電力（通常は両方
）を運ぶように構成されている。電機子を、界磁を横切って電流を運ぶように構成でき、
（回転機械における）軸トルクまたは（直線機械における）力を生み出すことができる。
さらに、電機子を、起電力を生み出すように構成することができる。電機子において、起
電力は、電機子および界磁の相対運動によって生成される。機械がモータとして機能する
とき、この起電力が電機子電流に反対し、電機子が電力を機械的なトルクへと変換し、ト
ルクを、軸を介して負荷へと伝える。機械が発電機として機能するとき、電機子の起電力
が電機子電流を駆動することで、軸の機械的な力が電力へと変換される。
【0070】
図１５Ａに示されているとおり、一実施の形態においては、複合装置１５５０が、サン１５５４へと接続されたサン軸１５５２を含むことができる。一実施の形態においては、
制御装置１５５６が、サン１５５４および遊星軸１０２へと接続されている。一群の遊星
１０１が、サン１５５４に係合して、摩擦または弾性流体力学的相互作用あるいは両者に
よってトルクを伝達するように構成されている。ケージ３８９であってよく、さらには／
あるいはステータ板８００、１２２０と同様の適切な形状のステー板を含むことができる
ケージ１５５８を、遊星軸１０２および／または制御装置１５５６の構成部品を支持およ
び／または案内するために使用することができる。いくつかの実施の形態においては、ト
ラクションリング１５６０、１５６２が、摩擦または弾性流体力学的相互作用あるいは両
者によってトルクを伝達すべく、遊星１０１に接触して配置されている。
【0071】
一実施の形態においては、制御装置１５８６が、サン軸１５５２へと接続され、サン軸１５５２の軸方向の移動を生み出すように構成されている。特定の実施の形態においては
、制御装置１５５６および制御装置１５８６が、サン軸１５５２の軸方向の移動をサン１
５５４の軸方向の移動および遊星軸１０２の傾きに協調させるよう、動作可能に連結され
る。図１５Ａにおいては、サン軸１５５２が、サン軸１５５２とサン１５５４とが一緒に
軸方向に動かなければならないような方法で、サン１５５４へと接続されているが、他の
実施の形態においては、サン軸１５５２およびサン１５５４の軸方向の移動が分離される
。したがって、いくつかの実施の形態においては、制御装置１５５６が遊星軸１０２の傾
きおよび／またはサン１５５４の軸方向の移動を実行するが、サン軸１５５２は軸方向に
ついて固定されたままである。制御装置１５５６、１５８６は、遊星軸１０２の傾きなら
びに／あるいはサン軸１５５２および／またはサン１５５４の軸方向の移動を達成するよ
うに構成された任意の電気式、機械式、または電気機械式の装置、磁気または電磁気装置
、サーボモータ、あるいはサーボ機構であってよく、そのような軸方向の移動は、いくつ
かの場合においては、遊星軸１０２を傾けるのと同時であってよい。例えば、一実施の形
態においては、制御装置１５８６が、電気モータを動力としてサン軸１５５２を軸方向に
動かす送りねじ機構であってよい。サン軸１５５２と遊星軸１０２との間の機械的な結合
が、サン軸１５５２が軸方向に動かされるときに遊星軸１０２を傾ける。
【0072】
一実施の形態においては、複合装置１５５０が、複合装置１５５０の内部部品をとりわけ収容および／または保護するハウジングまたはケース１５６４を含むことができる。特
定の実施の形態においては、ハウジング１５６４が、端部カバーへと取り付けられるおお
むね円筒形の外殻を含んでおり、さらに別の実施の形態においては、ハウジング１５６４
が、中央穴を備える底部と、同様に中央穴を有するカバー板によって覆われる開口とを有
する円筒形の缶で構成される。一実施の形態においては、トラクションリング１５６２が
、ハウジング１５６４の少なくとも一部分と一体である。いくつかの実施の形態において
は、ハウジング１５６４の少なくとも一部分が、動力伝達継手１５６６へと接続され、さ
らに別の実施の形態においては、動力伝達継手１５６６が、トラクションリング１５６２
に直接接続され、あるいはハウジング１５６４およびトラクションリング１５６２と一体
に形成される。
【0073】
いくつかの実施の形態においては、複合装置１５５０が、トラクションリング１５６０、遊星１０１、サン１５５４、およびトラクションリング１５６２を横切ってのトルクの
伝達を促進する締め付け力をもたらすために、１つ以上の軸方向力生成器（ＡＦＧ）１５
６８を含んでいる。ＡＦＧ１５６８は、例えば１つ以上のカムローダ５４、１５４が軸方
向力生成器として機能する図２Ａおよび図１３に関して上述した形式であってよい。いく
つかの実施の形態においては、サン軸１５５２が、トルクを軸１５７０へと伝達し、ある
いは軸１５７０から伝達するように構成された動力伝達継手１５７０へと接続される。動
力伝達継手１５７２を、トルクをトラクションリング１５６０へと伝達するため、または
トラクションリング１５６０から伝達するために、動作可能に接続することができる。い
くつかの実施の形態においては、動力伝達継手１５７２が、ＡＦＧ１５６８を介してトラ
クションリング１５６０へと接続され、さらに別の実施の形態においては、動力伝達継手
１５７２およびＡＦＧ１５６８が、少なくとも部分的に互いに一体化される。動力伝達継
手１５６６、１５７０、１５７２は、動力（トルクおよび／または速度の特性を有してい
る動力）を伝達するように構成された任意の装置、造作、または部品であってよく、例え
ば、動力伝達継手１５６６、１５７０、１５７２は、プーリ、スプロケット、ワンウェイ
クラッチ、フリーホイール、コグ、レバー、クランク、スプライン、キー、締まりばめ、
溶接、磁界、などであってよく、これらを、動力を伝達すべく対応するプーリ、チェーン
、ベルト、などと協働するように適切に構成することができる。
【0074】
図１５Ａに示されているように、複合装置１５５０は、複合装置１５５０の他の構成部品と関連して動作するモータ／発電機ユニット１５７４を含むことができる。モータ／発
電機ユニット１５７４は、サン軸１５５２の周囲に同心に取り付けられた電機子１５７６
を含むことができる。電機子１５７６は、磁界発生器１５７８と協働して発電機または電
気モータの機能をもたらすように構成されている。磁界発生器１５７８は、一群の永久磁
石または電磁石サブアセンブリであってよい。いくつかの実施の形態においては、磁界発
生器１５７８が、ハウジング１５６４および／またはトラクションリング１５６２と一体
である。他の実施の形態においては、磁界発生器１５７８が、フランジ、スプライン、歯
車、などを介してトラクションリング１５６２および／またはハウジング１５６４へと接
続される。特定の実施の形態においては、サン軸１５５２が、溝付きスプライン、直線ス
プライン、ボールスプライン、ゼネラルスプライン、キー、などであってよい動力伝達継
手１５８０を介して、電機子１５７６へと接続される。
【0075】
一実施の形態においては、電機子１５７６が、電気インターフェイス１５８４へと接続された電気導体１５８２へと接続されている。図１５Ａの複合装置１５５０は、３相モー
タ／発電機の３つのリードを代表する３つの電気導体１５８２を示している。しかしなが
ら、他の実施の形態においては、モータ／発電機ユニット１５７４が、より多数または少
数の相を含んでもよい。電気インターフェイス１５８４は、電気導体１５８２から電気を
受け取り、あるいは電気導体１５８２へと電気を届けるように構成された任意の装置であ
ってよい。いくつかの実施の形態においては、電気インターフェイス１５８４が、回転す
る電気導体および／または電池を含んでいる。
【0076】
動作時、一構成においては、動力をＰＴＣ１５７０を介して複合装置１５５０へと入力することができる。例えば自動車のクランクシャフトなどの原動機がＰＴＣ１５７０を駆
動し、サン軸１５５２を時計方向に回転させる場合、サン１５５４が時計方向に駆動され
る。ケージ１５５８をグラウンドへと固定した状態で、遊星１０１が反時計方向に回転し
、結果として、トラクションリング１５６０、１５６２を反時計方向に駆動する。次いで
、トラクションリング１５６０、１５６２が、それぞれＰＴＣ１５７２、１５６６へと反
時計方向の回転にて動力を届けることができる。ＰＴＣ１５７２、１５６６を、例えばウ
ォーターポンプ、冷却ファン、空調システムのコンプレッサ、などといった自動車の補機
類を駆動するために使用することができる。同時に、モータ／発電機ユニット１５７４の
極性が、サン軸１５５２がＰＴＣ１５８０を介して電機子１５７６を駆動するときに電機
子１５７６および磁界生成器１５７８が相互作用して電気を生成するように設定され、電
気導体１５８２がこの電気を受け取り、電気インターフェイス１５８４へと届ける。
【0077】
他の動作状態においては、複合装置１５５０が、ＰＴＣ１５７２において直接またはベルトを介して、クランクシャフトから例えば反時計方向の動力を取り出す。次いで、機械
的な動力が、トラクションリング１５６０、遊星１０１、トラクションリング１５６２を
通り、反時計方向にてケース１５６４および／またはＰＴＣ１５６６を通って流れ出る。
機械的な動力は、トラクションリング１５６０、遊星１０１、サン１５５４、サン軸１５
５２を通り、時計方向にてＰＴＣ１５７０を通って流れ出ることもできる。いくつかの実
施の形態においては、ＰＴＣ１５７０を、サン軸１５５２のいずれかの端部に配置するこ
とができる。また、サン軸１５５２が電機子１５７６を時計方向に駆動すると同時に、ト
ラクションリング１５６２が磁界発生器１５７８を反時計方向に回転させるとき、機械的
な動力を、電力へと変換することができる。
【0078】
さらに別の動作状態においては、複合装置１５５０が、とりわけ自動車のエンジンなどの原動機を始動させるために使用することができるモータとして機能することができる。
電力が、電気インターフェイス１５８４を介して複合装置１５５０へと届けられる。電力
の源は、例えば電池であってよい。複合装置１５５０へと届けられた電力が、電機子１５
７６を励起し、電機子１５７６が磁界発生器１５７８と協働し、サン軸１５５２および電
機子１５７６を接続するＰＴＣ１５８０を介してサン軸１５５２を駆動する駆動トルクを
生み出す。モータ／発電機ユニット１５７４の極性が、サン軸１５５２の時計方向の回転
を生じさせるように選択される場合、サン軸１５５２は、サン１５５４を時計方向に駆動
する。その結果、遊星１０１が反時計方向に駆動され、遊星１０１が、トラクションリン
グ１５６０、１５６２を反時計方向に駆動する。次いで、動力を、ＰＴＣ１５６６、１５
７２から取り出すことができる。一実施の形態においては、ＰＴＣ１５６６が、いくつか
のプーリ、ベルト、スプロケット、チェーン、歯車、および／または１つ以上の補機を含
むことができるフロントエンド補機駆動システムへと動作可能に接続される。ＰＴＣ１５
７２を、原動機の始動を促進する方法でクランクシャフトへと直接的または間接的に接続
することができる。実施の形態に応じて、ＰＴＣ１５７０を、サン軸１５５２のいずれか
の端部に位置させることができ、使用しても、使用しないでおくこともでき、あるいはそ
もそも存在していなくてもよい。
【0079】
上述の動作状態以外にも、多数の動作状態が可能であることに注意すべきである。上述の動作状態は、あくまでも例として使用されているにすぎず、それらの説明は、他にも考
えられる動作状態を除外しようとするものではなく、決して複合装置１５５０において可
能な種々の動作状態を限定しようとするものではない。例えば、いくつかの実施の形態に
おいては、ケージ１５５８を、サン軸１５５２を中心にして回転するように構成すること
ができる。ケージ１５５８がそのように構成されるとき、複合装置１５５０は、無限に可
変のトルク／速度調節を有することができる。
【0080】
上述の動作状態のいずれについても、制御装置１５５６、１５８６を、動力の入力と動力の出力との間のトルク／速度比を遊星軸１０２の傾きによって調節するように構成する
ことができる。例えば、クランクシャフトからＰＴＣ１５７２へと、トルク／速度が時間
につれて変化する動力の入力が存在する場合に、複合装置１５５０を、ＰＴＣ１５６６に
おける動力の出力が一定の速度であるように制御することができ、そのような出力で、例
えば一群の補機を駆動することができる。
【0081】
次に、図１５Ｂ〜図２０を参照すると、モータ／発電機６０１を取り入れてなるＰＭＤ６００が示されている。モータ／発電機６０１が組み込まれたＰＭＤ６００は、図１５Ａ
に関して上述したような複合装置の一実施の形態であり、便宜上、次に説明される複合装
置およびＰＭＤ６００は、入れ換え可能に言及される。特定の構成において、ＰＭＤ６０
０は、時間的に交代で、エンジンの始動モータの機能および車両のオルタネータ（または
、発電機）の機能の両方を提供することができる。モータ／発電機６０１は、本明細書に
おいてＭ／Ｇ６０１とも称される。簡略化のために、ＰＭＤ１００とＰＭＤ６００との間
の相違のみを説明する。一実施の形態においては、Ｍ／Ｇ６０１が、３つの電機子相を備
える４極のモータである。Ｍ／Ｇ６０１は、反対方向に回転する電機子６８２および界磁
６９４を有することができる。電機子６８２が、動作可能にサン７１８へと取り付けられ
ている。遊星１０１が遊星の構成であるがため、サン７１８は、トラクションリング７５
０の回転方向と反対の方向に回転する。界磁６９４は、いくつかの実施の形態においては
トラクションリング１３４へと剛に取り付けられた回転磁性鋼円筒であってよいが、トラ
クションリング１３４と一体であってよく、あるいは別個に作成されてトラクションリン
グ１３４へと組み合わせられてもよい。いくつかの実施の形態においては、界磁６９４は
、界磁６９４の内径を巡って環状に配置されて界磁６９４の内径へと取り付けられる永久
磁石６８０を利用する。他の実施の形態においては、界磁６９４が、磁界を生成するため
の１つ以上の電磁石を使用する。いくつかの実施の形態においては、電機子６８２が、多
数の薄板６８６（電機子マウント６３０へと取り付けられる）の周囲に巻き付けられたコ
イル６８４を含んでいる。一実施の形態においては、電気子６８２が、１８個の歯をそれ
ぞれが有している２４枚のケイ素鋼板を有している。さらに、電機子マウント６３０は、
電機子６８２を界磁６９４および磁石６８０に対して位置させ、電機子６８２を自動車の
バッテリ（図示せず）などの電気の源へと接続する複数の配線（図示せず）を案内する。
電機子マウント６３０は、複数のスプラインベアリング６３６を介してサン軸６０２へと
動作可能に取り付けられる。サン軸６０２は、ＰＭＤ６００の中心に配置された長い円柱
形の軸であって、長手軸１１に一致し、サン７１８を動かしてＰＭＤ６００の変速を行う
ために軸方向に移動することが可能である。サン軸は、図２６Ａ〜図２６Ｃを参照してさ
らに後述される。
【0082】
ケーブル６７６が、Ｍ／Ｇ６０１の配線を収容しており、これらの配線が、電機子６８２から電機子マウント６３０を通って引き回され、サン軸６０２の内側のソケット６７４
を終端としている。一実施の形態においては、円筒形のソケット６７４が、電機子６８２
の３相からの３つのリードを受け入れ、これら３つのリードを回転導体６７２へと案内し
ている。円柱形の部品である回転導体６７２が、ソケット６７４に位置する回転端から導
体キャップ６６８に位置する固定端へと電気を伝える。一実施の形態においては、回転導
体６７２が、水銀などの液体金属を使用して電流をソケット６７４に位置する回転端から
導体キャップ６６８に位置する固定端へと伝える形式である。他の実施の形態においては
、スリップリングが使用されるが、他の任意の適切な方法も使用可能である。３つのリー
ド６７０は、導体キャップ６６８から延びて、モータコントローラ（図示せず）および／
または電気の源へとつながっている。特定の実施の形態においては、モータコントローラ
が、電気の源へとつながっている。
【0083】
次に、とくには図１５Ｂおよび図２０を参照すると、一実施の形態においては、サン７１８が、Ｍ／Ｇ６０１がモータとして動作しているとき、トラクションリング１３４より
もトラクションリング７５０により近く位置する。多数の自動車の用途においては、エン
ジンを回転させるために適切なトルクの増幅を達成するために、Ｍ／Ｇ６０１からエンジ
ンのクランクシャフトへと回転数の低減が存在することが好ましい。サン７１８がトラク
ションリング１３４に向かって移動するにつれ、サン７１８の速度に対するトラクション
リング１３４の速度が減少する一方で、トラクションリング７５０の速度は大きくなる。
Ｍ／Ｇ６０１が一定の速度で動作する場合、界磁６９４がトラクションリング１３４へと
接続され、電機子６８２およびサン７１８に対して一定の速度で回転するため、サン７１
８がトラクションリング１３４に向かって移動するにつれ、界磁６９４の速度が遅くなる
。正味の効果は、Ｍ／Ｇ６０１の速度に対してすべての比でのトラクションリング７５０
における速度の大幅な低減の存在である。
【0084】
ＰＭＤ６００をＭ／Ｇ６０１に組み合わせることで、軸、ケース、およびベアリングを共有することができる。ＰＭＤ６００のいくつかの用途においては、トラクションリング
１３４および界磁６９４が、磁性鋼から１つの一体の部品として製作されるため、磁石６
８０を囲む磁性鋼の追加の重量およびコストが不要になり、あるいは大幅に削減される。
【0085】
さらに別の実施の形態においては、電機子６８２の液体冷却をＰＭＤ６００と同じ流体を使用して行うことができる可能性がある。同じ液体を電機子６８２へと預けることによ
って、大幅に大きな動力をＭ／Ｇ６０１を介して伝えることができる。いくつかの実施の
形態においては、液冷式のモータが、ＰＭＤ６００に使用される同じ流体、ポンプ、ホー
ス、およびシールを利用することができる。特定の実施の形態においては、３つの別個の
装置（すなわち、始動モータ、オルタネータ、および動力変調装置）が１つの装置へと組
み合わせられるため、サイズおよび重量の削減が実現される。サイズおよび重量がより小
さくなることで、慣性が減少するとともに、ＰＭＤ６００およびＭ／Ｇ６０１を、元より
必要とされる空間よりも小さな空間に入れ込むことができる。他の実施の形態は、ＰＭＤ
６００およびＭ／Ｇ６０１を結合させ、必要とされるベアリングの数の削減および他の装
置およびプーリの省略からの効率向上をもたらす。
【0086】
さらに図１５Ｂおよび図２０を参照すると、一実施の形態において、界磁６９４が、横キャップ６１２および端部キャップ６５８へと接続されている。横キャップ６１２および
端部キャップ６５８を、標準的な固定具を使用して界磁６９４へと剛に固定することがで
きる。横キャップ６１２は、おおむね円板状の部品であってよく、潤滑剤、冷却液を収容
し、ＰＭＤ６００の構成部品を保護および収容するように機能する。いくつかの実施の形
態においては、横キャップ６１２および端部キャップ６５８が鋼で製作されるが、他の材
料も使用可能である。トラクションリングベアリング６０５が、実施の形態に応じて半径
方向の荷重および軸方向の荷重を支持することができるが、トラクションリング７５０の
延長部の外径の周囲かつ端部キャップ６５８の穴の内側に取り付けられている。トラクシ
ョンリングベアリング６０５は、トラクションリング７５０と端部キャップ６５８との間
の相対運動を可能にする。キャップベアリング６２６が、サン軸６０２の周囲かつ横キャ
ップ６１２の穴の内側に配置され、界磁６９４とサン軸６０２との間の相対運動を提供し
、半径方向の荷重を支持でき、いくつかの実施の形態においては軸方向の荷重を支持でき
る。横キャップ６１２の軸方向の移動を防止すべく機能するスラストベアリング６２４が
、横キャップ６１２とシフトねじ６２２との間に取り付けられている。いくつかの実施の
形態においては、スラストベアリング６２４が、半径方向の荷重ならびにスラスト荷重を
支持することができ、あるいは半径方向の荷重のみを支持することができる。シフトねじ
６２２は、通常は、ＰＭＤ６００によって伝達される最大トルクに耐えることができるフ
レームまたは車台などといった剛な運動しない構造体へと標準的な固定具によって取り付
けることができる固定の部品である。シフトナット６２１が、シフトねじ６２２へとねじ
込まれ、シフトナット６２１の回転によってサン軸６０２に軸方向の動きが生じ、ＰＭＤ
６００が変速される。シフトナット６２１は、通常は、ねじ山付きの中央穴を有して環状
に形作られた部品であり、大きなトルクを受けることがない。いくつかの実施の形態にお
いては、シフトナット６２１がアルミニウムで製作されるが、プラスチックおよび鋼など
といった他の材料も使用することができる。
【0087】
ここで、図２７Ａおよび図２７Ｂを追加で参照すると、一実施の形態においては、ＰＭＤ６００が、すでに説明したステッピングモータ２０および駆動歯車２２を使用して変速
される。シフト歯車７４８が、シフトリング６２０およびシフトナット６２１の外径へと
、キー、標準的な固定具、締まりばめ、接着剤、または他の任意の適切な方法を使用して
接続される。シフト歯車７４８の幅は、シフトリング６２０およびシフトナット６２１の
軸方向の移動を許容しつつ、依然として駆動歯車２２と係合するために充分である。遠心
シフタなど、他のシフト方法をモータ２０の代わりとすることも可能である。遠心シフタ
は、原動機の速度が増加するときに出力プーリ７２４およびサン軸プーリ７２２の速度を
遅くし、原動機の速度が低下するときに出力プーリ７２４およびサン軸プーリ７２２の速
度を高める１つ以上のおもりを使用する。
【0088】
シフトナット６２１は、中央穴を有する円板状のシフトリング６２０へと、標準的な固定具によって取り付けられる。一実施の形態においては、シフトリング６２０が、シフト
ナット６２１と同じ材料で製作されるが、他の材料も使用可能である。シフトナット６２
１およびシフトリング６２０は、シフトナット６２１およびシフトリング６２０がピンマ
ウント６５０に対して回転するときの摩擦を最小限にする２つのシフトベアリング６２５
Ａ、６２５Ｂを収容している。ピンマウント６５０は、円板状であって、シフトねじ６２
２に対するすき間をもたらす中央穴を備えている。ピンマウント６５０の軸は、長手軸１
１と同心であり、シフトナット６２１およびシフトリング６２０の沈め穴に整列している
。ピンマウント６５０は、中心から半径方向に延びる２つのねじ穴を１８０度の間隔で有
しているが、より少数または多数のねじ穴を使用してもよい。一実施の形態においてはピ
ンマウント６５０のねじ穴へとねじ込まれるが、押し込まれても、溶接されても、あるい
は他の任意の適切な方法を使用して挿入されてもよい２つのシフトピン６１６Ａ、６１６
Ｂが、ピンマウント６５０の穴へと延び、シフトねじ６２２のスロットを通過し、シフト
ねじ６２２の穴へと延びるねじ山付きのピンである。シフトピン６１６Ａ、６１６Ｂは、
サン軸６０２の外側かつシフトねじ６２２の穴の内側に配置された２つのピンベアリング
６５４Ａ、６５４Ｂに接触する。ピンベアリング６５４Ａ、６５４Ｂは、回転するサン軸
６０２とシフトピン６１６Ａ、６１６Ｂとの間の相対運動を提供するとともに、ＰＭＤ６
００の変速から生じるスラスト荷重を吸収する。
【0089】
さらに図１５Ｂおよび図２０を参照すると、ステータベアリング６１４が、サン軸６０２の周囲でステータ板７８０Ｂの穴に取り付けられ、サン軸６０２とステータ板７８０Ｂ
との間の軸方向の動きを可能にするとともに、半径方向の荷重に耐えることを可能にして
いる。サン軸６０２の片側（端部キャップ６５８に近い方）においては、シャフトベアリ
ング６１０が、サン軸６０２の外側かつステータブレース６０８の穴の内側に取り付けら
れている。いくつかの実施の形態においては、シャフトベアリング６１０が、ニードルロ
ーラまたは円柱ローラベアリングであり、ローラがサン軸６０２の硬化および研磨領域に
接触する。これにより、サン軸６０２を、最小限の摩擦にてシャフトベアリング６１０に
対して軸方向に動かすことができる。ステータブレース６０８は、通常は円筒形であり、
いくつかの実施の形態においては硬化鋼から製作されるが、任意の適切な材料が使用可能
である。ステータブレース６０８は、第１の端部において、標準的な固定具、溶接、また
はステータ板７８０Ａの穴への圧入によって、ステータ板７８０Ａへと剛に取り付けられ
ている。ステータブレース６０８は、第２の端部において、フレームまたは車台などとい
った固定の構造体へと剛に取り付けられている。ステータブレース６０８とトラクション
リング７５０との間に相対運動を提供するために、１つ以上のブレースベアリング６０４
Ａ、６０４Ｂが、ステータブレース６０８上かつトラクションリング７５０の穴の内側に
取り付けられている。さらにブレースベアリング６０４Ａ、６０４Ｂは、半径方向の荷重
を支持し、いくつかの実施の形態においては軸方向の荷重も支持する。
【0090】
次に、図１５Ｂ、図１６、および図１７を参照し、サン軸６０２と電機子６８２との間の動力伝達の１つの方法を説明する。いくつかの実施の形態においては、サン軸６０２が
、１つ以上のシャフト溝６３４を含んでおり、シャフト溝６３４は、軸１１に平行であっ
て、いくつかの実施の形態においてはスプラインベアリング６３６よりもわずかに大きい
半径を有しているおおむね長手方向の溝である。いくつかの実施の形態においては、スプ
ラインベアリング６３６が、電機子６８２とサン軸６０２との間でトルクを伝達するおお
むね球形の転がり部材である。スプラインベアリング６３６を、硬化鋼または他の適切な
材料から製作することができる。使用されるスプラインベアリング６３６の数およびサイ
ズは、伝達しなければならないトルクの大きさ、シャフト溝６３４の半径および長さ、な
らびにＰＭＤ６００のサイズに依存して決まる。
【0091】
一実施の形態においては、１つ以上のマウント溝６３２が、電機子マウント６３０の内径へと形成されている。マウント溝６３２は、いくつかの実施の形態においては、シャフ
ト溝６３４と同一であるが、他の実施の形態においては、より長くても、より短くてもよ
く、あるいは別の半径を使用してもよい。いくつかの実施の形態においては、スプライン
ベアリング６３６が、それぞれのスプラインベアリング６３６の中心がシャフト溝６３４
およびマウント溝６３２の両者の半径方向深さの間の中間に位置するように、配置されて
いる。スプラインベアリング６３６は、シャフト溝６３４の半径およびマウント溝６３２
の半径の両者に接して同じ量だけ転がるため、自動調心である。典型的には、２つ以上の
シャフト溝６３４およびマウント溝６３２が角度方向において等間隔で配置されるとき、
スプラインベアリング６３６は、電機子６８２をサン軸６０２に対して中心に位置させる
。いくつかの実施の形態においては、自動調心が生じることができるようにするため、お
よび組み立てを容易にするために、スプラインベアリング６３６に少量のすき間が設けら
れる。少量のすき間が設けられる場合、スプラインベアリング６３６は、ＰＭＤ６００が
変速されるときに初めて自身を適切な位置に配置させる。ＰＭＤ６００が変速されるとき
、スプラインベアリング６３６は、サン軸６０２の軸方向の移動距離の半分だけ、シャフ
ト溝６３４およびマウント溝６３２に沿って軸方向に転がる。結果として、特定の実施の
形態においては、シャフト溝６３４およびマウント溝６３２の長さは、好ましくは、スプ
ラインベアリング６３６の直径に各シャフト溝６３４のスプラインベアリング６３６の数
を掛けた長さの少なくとも約２倍である。いくつかの実施の形態においては、ステータベ
アリング６１４およびキャップベアリング６２６が、スプラインベアリング６３６の軸方
向の移動を制限するために使用される。
【0092】
次に、図１５Ｂ、図１６、図１７、および図２６を参照し、電機子６８２への電気配線の案内を説明する。いくつかの実施の形態においては、３つの電気配線が、サン軸６０２
のシャフト穴６３８へと案内され、すでに述べたように、回転導体６７２が、非回転の配
線を回転する配線へと変換する。ケーブル６７６に収容された配線が、サン軸６０２の中
心の中空の行き止まり穴であるケーブル筒６３９へと案内され、次いでシャフトスロット
６３５を通過する。シャフトスロット６３５は、サン軸６０２の一部分に沿って軸方向に
延び、サン軸６０２の外径からケーブル筒６３９までの通路を形成しているスロットであ
る。次いで、３つの電気配線（図示せず）は、ケーブル６７６を出て、電機子マウント６
３０の配線空洞６４８の内側の３つの固定子相のそれぞれへと分岐する。変速時にＰＭＤ
６００においてサン軸６０２が軸方向に移動するとき、サン軸６０２が、電機子６８２へ
と接続された配線を交互に延長および短縮させる。配線空洞６４８は、変速の際に必要と
なる電気配線の余分な長さのための空間を提供する。電気配線の案内を容易にするために
、電機子マウント６３０が、配線空洞６４８内の配線へのアクセスを提供する１つ以上の
組み立て穴６４６を含んでいる。さらに、電機子マウント６３０は、３つの電気配線のそ
れぞれについてそれぞれの固定子相への案内を容易にするために、電機子６３０の壁を貫
いて軸方向に形成された１つ以上の案内穴６４４を含むことができる。組み立て穴６４６
または案内穴６４４を、電気配線および電機子６８２からのリードへとアクセスするため
に使用することができ、配線およびリードを組み立て穴６４６または案内穴６４４を通っ
て引き出し、はんだで接続し、絶縁し、次いで再び配線空洞６４８へと戻すことができる
。いくつかの実施の形態においては、電機子マウント６３０の半径方向に延びる壁が、電
機子６８２を電機子マウント６３０へと固定するように構成された１つ以上の積層ねじ穴
６４２を含んでいる。
【0093】
次に、図１５Ｂ、図１８、および図１９を参照すると、電機子６８２および界磁６９４の一実施の形態が示されている。図１９に最もよく見られるように、いくつかの実施の形
態においては、電機子６８２が、多数の薄板６８６をまとめて積層して構成された鉄心と
、スロット６９０によってもたらされる空間においてそれぞれの歯６９２へと巻き付けら
れたいくつかの導電線コイル６８４とを含んでいる。他の実施の形態においては、無鉄心
の固定子が使用される。いくつかの実施の形態においては、１８個の溝６９０および１８
個の歯６９２が使用されるが、用途に応じて、より少数または多数を使用してもよい。い
くつかの実施の形態においては、それぞれの薄板６８６の積層穴６８８が、電機子６８２
を電機子マウント６３０へと固定するために使用される。一実施の形態においては、小ね
じなどといった標準的な固定具が、積層穴６８８を通って挿入され、電機子マウント６３
０のねじ穴６４２へとねじ込まれる。
【0094】
次に、図１５Ｂおよび図２０を参照すると、いくつかの実施の形態においては、４極のＭ／Ｇ６０１を生成するために４つの磁石６８０が使用されているが、他の実施の形態に
おいては、より少数または多数の磁石６８０を使用してもよい。磁石６８０は、永久磁石
式であってよく、硬質フェライトセラミック、サマリウムコバルト、およびネオジムホウ
素鉄などの任意の適切な材料から製作することができる。いくつかの実施の形態において
は、磁石６８０の外径が、界磁６９４の内径に一致し、磁石６８０の内径の半径が、界磁
６９４および電機子６８２と同心である。いくつかの実施の形態においては、磁石６８０
と電機子６８２との間の距離が、好ましくは、磁束を最大にし、したがってＭ／Ｇ６０１
によって生み出されるトルクまたはオルタネータ６０１によって生み出される電気を最大
にするために、可能な限り小さい。磁石６８０の半分は、極性がＳからＮへと半径方向に
延びるように磁化され、磁石６８０の残りの半分は、ＮからＳへと半径方向に延びる極性
を有している。磁石６８０は、交互の磁石６８０が同じ極性を有するように配置される。
【0095】
次に、図１５Ｂを参照すると、サン７１８が、ＰＭＤ１００のサン１２６に類似しているが、サン７１８が動力を伝達する点で相違している。サン７１８が、締まりばめ、溶接
、標準的な固定具、キー、または他の任意の適切な方法によって、サン軸６０２へと剛に
取り付けられている。サンベアリング７１７Ａ、７１７Ｂが、サン７１８と非回転のシフ
トカム７１３との間の相対運動を提供している。シフトカム７１３は、シフトカム７１３
と回転および軸方向の移動が可能なサン軸６０２との間の干渉を防止するために、シフト
カム７１３の内径とサン軸６０２との間にすき間が形成されている点を除き、ＰＭＤ１０
０のシフトカム１２７と同様である。
【0096】
次に、図１５Ｂ、図２０、図２７Ａ、および図２７Ｂを参照し、シフトねじ６２２および関連の部品を説明する。いくつかの実施の形態においては、支持ブラケット７４０が、
動作時にシフトねじ６２２の静止位置を維持するために、シフトねじ６２２へと剛に取り
付けられている。支持ブラケット７４０は、剛な非回転のフレーム、車台、または物体へ
と取り付けられる。シフトねじ６２２の内径によって定められるシフト穴６６０が、導体
キャップ６６８、回転導体６７２、および他の部品を覆って保護している。シフトスロッ
ト６６２（図２０を参照）が、リード６７０を閉じ込めて回転を防止するため、およびＰ
ＭＤ６００が変速されるときのリード６７０の軸方向の移動を可能にするために、軸方向
に延びている。シフトねじ６２２のねじ山６６６は、種々の変速速度ならびに打ち勝たな
ければならない変速力に対処するためのピッチおよびサイズであってよい。いくつかの実
施の形態においては、複数のねじ山６６６が、好ましくは、組み立ての容易さおよび緩い
公差を改善するために、サン軸６０２の軸方向の移動よりも大きな軸方向長さである。
【0097】
ピンマウント６５０が、すき間および規制のない動きをもたらすために、ねじ山６６６の直径よりもわずかに大きい穴を有している。ＰＭＤ６００の変速を行うために、シフト
ナット６２１が回転し、ピンマウント６５０の軸方向の移動を生じさせる。２つのシフト
ピン６１６Ａ、６１６Ｂが、ねじ山付きのピン穴６５６Ａ、６５６Ｂへとねじ込まれ、ピ
ンマウント６５０の穴を超えてシフト穴６６０へと延びている。シフトピン６１６Ａ、６
１６Ｂが、シフトピン６１６Ａ、６１６Ｂの各側に配置された２つのピンベアリング６５
４Ａ、６５４Ｂに接触し、サン軸６０２とシフトピン６１６Ａ、６１６Ｂとの間の相対移
動をもたらすとともに、軸方向の力を吸収する。ピンベアリング６５４Ａ、６５４Ｂを、
標準的な固定具によって所定の位置に保持することができ、一実施の形態においては、保
持リングが使用され、ピンベアリング６５４Ａ、６５４Ｂのシフトピン６１６Ａ、６１６
Ｂから離れる方を向いている側においてサン軸６０２の表面に形成された溝に挿入される
。
【0098】
図１５Ｂおよび図２０を参照すると、入力プーリ７２０が、例えばエンジンのクランクシャフトのプーリへと動作可能に取り付けられたベルト（図示せず）から入力される機械
的な動力を受け取るように構成されている。さらに別の実施の形態においては、入力プー
リ７２０が、チェーンによって駆動されるスプロケットであってよい。動力が、入力プー
リ７２０から、トラクションリング７５０、遊星１０１、第２のトラクションリング１３
４を通って流れ、出力プーリ７２４から出る。入力プーリ７２０および／または出力プー
リ７２４は、いくつかの実施の形態においては、Ｖベルトプーリ、サーペンタインベルト
プーリ、タイミングベルトプーリ、または他の任意の種類のプーリまたはスプロケットで
あってよい。出力プーリ７２４は、入力プーリ７２０と同じ方向に回転し、例えば自動車
において補機類および他の装置に動力をもたらすように構成することができる。
【0099】
特定の実施の形態においては、動力を、遊星１０１から、サン７１８、サン軸６０２を通り、サン軸プーリ７２２の外へと案内することも可能である。サン軸プーリ７２２が、
出力プーリ７２４よりも高い速度で出力プーリ７２４とは反対方向に回転し、自動車の補
機類および他の装置に動力をもたらすことができる。サン軸プーリ７２２は、いくつかの
実施の形態においては、マウント溝６３２と同じ形状であってよく、マウント溝６３２と
同じ機能を実行することができるプーリマウント溝７３２を有している。サン軸６０２が
、いくつかの実施の形態においては、シャフト溝６３４と同じ形状であってよく、シャフ
ト溝６３４と同じ機能を実行することができるプーリシャフト溝７３４を有している。い
くつかの実施の形態においてはスプラインベアリング６３６と同一であるプーリスプライ
ンベアリング７３６が、プーリマウント溝７３２およびプーリシャフト溝７３４によって
生成されるスロットへと挿入されている。
【0100】
図１５Ｂおよび図２０をさらに参照すると、フランジ７３８が、キー、スプライン、締まりばめ、標準的な固定具、または他の任意の適切な方法によって、ステータブレース６
０８へと剛に取り付けられている。いくつかの実施の形態においては、フランジナット７
３０が、ステータブレース６０８の第１の端部へとねじ込まれ、フランジ７３８を軸方向
に規制する。一実施の形態においては、フランジ７３８が、サン軸プーリ７２２の周囲を
巡るベルト（図示せず）のための開口をもたらすために、切り欠きを有している。サン軸
プーリ７２２の各側に配置されたプーリベアリング７２８Ａ、７２８Ｂが、ＰＭＤ６００
の変速の際にサン軸プーリ７２２を軸方向に拘束する。カバー板７２６が、フランジ７３
８へと取り付けられる。いくつかの実施の形態においては、標準的な固定具が、フランジ
７３８をカバー板７２６へと固定しており、フランジ７３８およびカバー板７２６の両者
を、ＰＭＤ６００の取り付けのために、フレーム、支持ブラケット、または他の固定の構
成部品へと固定することができる。
【0101】
入力プーリ７２０、サン軸プーリ７２２、または出力プーリ７２４の任意の１つを、エンジンのクランクシャフトのプーリへと取り付けられたベルトによって駆動することがで
きる。さらに、プーリ７２０、７２２、または７２４のいずれかを、自動車の補機類また
は装置に動力をもたらすように構成することができる。いくつかの実施の形態においては
、プーリ７２０、７２２、または７２４のうちのただ１つが補機類へと動力をもたらすた
めに使用され、したがって、エンジンのクランクシャフトへと動作可能に取り付けられた
１つのプーリ、および補機類に動力をもたらすただ１つのプーリが存在する。これらの実
施の形態においては、残りのプーリを取り除くことができ、あるいは残りのプーリが使用
されない。
【0102】
図１５Ｂ、図２０、図２３〜図２５を参照し、トラクションリング７５０の別の実施の形態を説明する。Ｍ／Ｇ６０１が主としてモータとして機能する用途においては、トルク
が、第２のトラクションリング１３４においてＰＭＤ６００へと入力され、動力が、遊星
１０１を通ってトラクションリング７５０へと移動する。このような逆駆動の状態におい
ては、カムローダ１５４が、好ましくは、トラクションリング７５０および／または第１
の負荷カムリング１５７上の浅いＶ字の斜面を使用する。浅いＶ字の斜面が、トルクがト
ラクションリング７５０を介して入力されるか、第２のトラクションリング１３４を介し
て入力されるかにかかわらず、最適な軸方向力の生成を可能にする。図２３〜図２５が、
接触面１１１の反対側においてトラクションリング７５０の表面へと浅いＶ字の斜面が形
成されている実施の形態を示している。特定の実施の形態においては、斜面の表面７５２
が、Ｖ字の中心７５４の各側について鏡像である。Ｖ字の中心７５４は、斜面において最
も低い点であり、斜面の表面７５２が、Ｖ字の中心７５４の各側で斜めに立ち上がってい
る。
【0103】
次に図２６Ａ〜図２６Ｃに目を向け、図１５Ｂを参照すると、サン軸６０２の一実施の形態が、プーリスプラインベアリング７３６およびプーリマウント溝７３２と協働してサ
ン軸６０２からサンシャフトプーリ７２２へと（あるいは、この反対に）トルクを伝達す
るように構成された１つ以上のプーリシャフト溝７３４を含んでいる。さらに、サン軸６
０２は、スプラインベアリング６３６およびマウント溝６３２と協働してサン軸６０２か
ら電機子マウント６３０へと（あるいは、この反対に）トルクを伝達するように構成され
た１つ以上のシャフト溝６３４を含むことができる。一実施の形態においては、サン軸６
０２は、サン７１８を支持し、サン軸６０２をサン７１８へと接続するように構成された
座６６９を含むことができる。座６６９は、例えばサン７１８上の対応する継手に係合す
るためのスプラインまたはキー接続（図示せず）を含むことができる。ケーブル６７６の
収容および案内ならびにソケット６７４の収容を容易にするために、サン軸６０２は、お
おむねサン軸６０２の内部にサン軸６０２と同心に形成されるシャフト穴６３８およびケ
ーブル筒６３９を含むことができる。図２６Ａ〜図２６Ｃに示されるように、サン軸６０
２は、いくつかの実施の形態においては、ＰＭＤ６００の他の構成部品との充分なすき間
をもたらしながら、ＰＭＤ６００の動作の際に生じるトルクに耐えて伝達を行うことがで
きるように構成された細長いネック部６６８を含んでいる。サン軸６０２を、ＰＭＤ６０
０のトルクおよび速度に耐えるように設計された任意の適切な材料で構成でき、いくつか
の実施の形態においては、サン軸６０２が硬化鋼で製作されるが、軟鋼、アルミニウム、
チタニウム、炭素繊維も使用可能である。
【0104】
次に、図２７Ａおよび図２７Ｂを参照すると、ＰＭＤ６００のための制御機構サブアセンブリ６７５が、シフトベアリング６２５Ａおよびピンベアリング６５４Ａを受け入れる
ように構成されたシフト歯車７４８を含むことができる。制御機構サブアセンブリ６７５
は、さらに、シフトベアリング６２５Ｂおよびピンベアリング６５４Ｂを受け入れるよう
に構成されたシフトリング６２０を有することができる。シフト歯車７４８およびシフト
リング６２０を、ピンマウント６５０をシフトベアリング６２５Ａ、６２５Ｂの間に配置
して備える囲いを形成するように、一体に固定することができる。ピンマウント６５０は
、例えばピンマウント６５０の半径方向のねじ穴６７７へとねじ込まれるように構成され
たシフトピン６１６Ａ、６１６Ｂを受け入れるように構成されている。すでに上述したよ
うに、シフトねじ６２２上のシフト歯車７４８の回転によって、ピン６１６Ａ、６１６Ｂ
が、サン軸６０２へと動作可能に接続されたピンベアリング６５４Ａ、６５４Ｂを軸方向
に動かすことによって、サン軸６０２の軸方向の動きを生じさせる。
【0105】
次に、図２８を参照すると、本明細書に記載の駆動系において使用することができる制御システム２８００が示されている。制御ハードウェアおよびソフトウェア２８０２が、
例えば、制御ハードウェアおよびソフトウェア２８０２のメモリに存在できる比例−微分
制御の仕組み２８０５から信号を受け取るためのマイクロステッパ・コントローラ・マイ
クロプロセッサ２８０３を含むことができる。所望の補機速度２８０６を、制御ハードウ
ェアおよびソフトウェア２８０２による使用のためにメモリに保存することができる。マ
イクロプロセッサ２８０３が、一実施の形態においては、原動機２８０４の速度を表わす
信号（例えば、内燃機関のクランクシャフトの速度センサからの信号）および実際の補機
速度２８０７を表わす信号（例えば、補機２８１０の速度センサからの信号）を受信する
。
【0106】
比例−微分制御２８０５が、制御の戦略を実施するように構成されている。制御ハードウェアおよびソフトウェア２８０２が、所望の補機速度２８０６と実際の補機速度２８０
７（フィードバックループによって得られる）との間の誤差２８０９を計算する。ハード
ウェアおよびソフトウェア２８０２が、誤差２８０９を比例定数および微分定数によって
拡大する。所望の補機速度２８０６と実際の補機速度２８０７との間に差が存在する場合
には、ステッピングモータドライバ２８１４が、ステッピングモータ２８１６にＰＭＤの
比２８０８の調節を行わせ、補機２８１０の速度を所望の補機速度２８０６により密に一
致させる。実際の補機速度２８０７が所望の補機速度２８０６に実質的に等しくなるとき
、誤差信号は存在しなくなり、ステッピングモータ２８１６を停止させることができる。
他の実施の形態においては、ステッピングモータ２８１６が、比２８０８を保持するため
に活動状態に保たれる。さらに別の実施の形態においては、ロック機構（図示せず）を使
用して、ステッピングモータ２８１６を停止させてもＰＭＤの比２８０８が変化しないよ
うにすることができる。一実施の形態においては、ステッピングモータ２８１６を、１２
Ｖまたは４２Ｖの電池またはシステムなどの電源によって駆動することができる。
【0107】
本明細書に記載の実施の形態は、とりわけ法的要件を満足させるために提示された例である。これらの例は、あくまでも使用が可能な実施の形態にすぎず、決して本発明を限定
しようとするものではない。すなわち、これらの例ではなく、以下の特許請求の範囲が、
本発明を定める。