▶ 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】
(24)【登録日】2022-09-06
(45)【発行日】2022-09-14
(54)【発明の名称】連続可変変速機、システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
F16H 15/28 20060101AFI20220907BHJP
【ＦＩ】
F16H15/28
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2018548923
(86)(22)【出願日】2017-03-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-04-18
(86)【国際出願番号】 US2017022979
(87)【国際公開番号】W WO2017161278
(87)【国際公開日】2017-09-21
【審査請求日】2020-02-21
(31)【優先権主張番号】62/310,559
(32)【優先日】2016-03-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】100124039
【弁理士】
【氏名又は名称】立花 顕治
(74)【代理人】
【識別番号】100179213
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 未知子
(74)【代理人】
【識別番号】100170542
【弁理士】
【氏名又は名称】桝田 剛
(72)【発明者】
【氏名】ニコルズ ジョン エム．
(72)【発明者】
【氏名】スウィート ブライアン ベンジャミン
(72)【発明者】
【氏名】ポール ブラッド ピー．
(72)【発明者】
【氏名】トマシー フェルナンド エー．
(72)【発明者】
【氏名】エリオット ウィリアム ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】ガルビン デイヴィッド
(72)【発明者】
【氏名】ダーウェ ダニエル ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】ジャクソン デイヴィッド ブライアン
(72)【発明者】
【氏名】コンテロ ウェイン リロイ
【審査官】増岡 亘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２２７６９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－７５１４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２２７６９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｈ １５／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の傾斜可能な遊星組立品を有する連続可変変速機用のステータであって、各傾斜可能な遊星組立品は遊星および遊星軸を含み、前記遊星軸を傾斜することにより、前記連続可変変速機の伝達比を変え、複数のオフセットガイドスロットを含み、各オフセットガイドスロットは、遊星軸の端部を受領するように構成され、各オフセットガイドスロットは、
前記遊星軸の前記端部に接触するための第１および第２の表面であって、前記第１および第２の表面は、前記遊星軸の端部の直径に基づく第１の幅によって分離される、第１および第２の表面と、
先端面又は後端面の一方に形成される突出と、を含み、
前記突出は半径方向外方の開口に第２の幅を形成し、前記第２の幅は前記第１の幅より小さい、ステータ。
【請求項2】
前記突出は湾曲面を有する、請求項１に記載のステータ。
【請求項3】
前記第１の表面、前記第２の表面、および前記突出は連続表面を形成する、請求項２に記載のステータ。
【請求項4】
前記突出は前記遊星軸の端部の半径と等しい湾曲の半径を有する、請求項３に記載のステータ。
【請求項5】
複数の傾斜可能な遊星組立品を有する連続可変変速機用のステータ組立品であって、各傾斜可能な遊星組立品は遊星および遊星軸を含み、前記遊星軸を傾斜することにより、前記連続可変変速機の伝達比を変え、複数のオフセットガイドスロットを含む第１のステータ、および、複数の半径方向ガイドスロットを含む第２のステータを含み、
前記第１のステータの各オフセットガイドスロットは、遊星軸の第１の端部を受領するように構成され、各オフセットガイドスロットは、
前記遊星軸の前記第１の端部と接触するための第１および第２の表面であって、前記第１および第２の表面は、半径方向開口を形成するために、前記遊星軸の前記第１の端部の直径に基づく第１の幅によって分離される、第１および第２の表面と、
前記遊星軸の前記第１の端部の移動を制限するための前記第１および第２の表面の半径方向内方に配置された第３の表面とを含み、
各オフセットガイドスロットは、半径方向外方の開口に第２の幅を形成し、前記第２の幅は前記第１の幅より小さく、
前記第２のステータの各半径方向ガイドスロットは、遊星軸の第２の端部を受領するように構成され、各半径方向ガイドスロットは、
前記遊星軸の前記第２の端部と接触するための第１および第２の表面であって、前記第１および第２の表面は、前記第１の幅によって分離される、第１および第２の表面と、
前記遊星軸の前記第２の端部の移動を制限するための前記第１および第２の表面の半径方向内方に配置された第３の表面とを含み、
前記第１のステータの直径は前記第２のステータの直径より大きい、ステータ組立品。
【請求項6】
前記半径方向ガイドスロットは、半径方向外方の開口に第２の幅を有して形成され、前記半径方向外方の開口における前記第２の幅は前記第１の幅より小さい、請求項５に記載のステータ組立品。
【請求項7】
前記半径方向外方の開口における前記第２の幅は前記遊星軸の前記直径より小さい、請求項６に記載のステータ組立品。
【請求項8】
前記第２のステータ内の各半径方向ガイドスロットの内径は、前記第１のステータ内の各オフセットガイドスロットの内径よりも半径方向内方に延在する、請求項５に記載のステータ組立品。
【請求項9】
複数の遊星と前記第１のステータとの間に介設されたタイミングプレートをさらに含み、前記タイミングプレートは、第１のタイミングスロット表面および第２のタイミングスロット表面によって形成された複数のタイミングスロットを有する、請求項５に記載のステータ組立品。
【請求項10】
前記第１のステータは前記タイミングプレートの外径より大きい外径を有する、請求項９に記載のステータ組立品。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は２０１６年３月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／３１０，５５９号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は２０１６年３月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／３１０，５５９号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
本開示の分野
本明細書に開示された実施形態は、概して連続可変変速機に関し、より詳細には連続可変変速機（ＣＶＴ）のための方法、組立品、および構成要素に関する。
本明細書に開示された実施形態は、概して連続可変変速機に関し、より詳細には連続可変変速機（ＣＶＴ）のための方法、組立品、および構成要素に関する。
【0003】
関連技術の説明
連続可変変速機は、人々が有限設備の代わりに伝達比の連続範囲を有することの利点および長所を理解しているので、より人気が高くなっている。入力速度対出力速度の連続可変比を達成するために周知の方法がある。典型的には、ＣＶＴにおいて出力速度対入力速度の速度比を調節するための機構はバリエータとして公知であり、制御システムは所望の速度比が作動中に達成できるようにバリエータを管理する。ベルト式ＣＶＴでは、バリエータはベルトによって結合された２つの調節可能なプーリからなる。ベルト式ＣＶＴにとっての欠点は、駆動軸および被駆動軸の２つの軸の必要性であり、２つの軸は互いにずれており、同軸ではない。シングルキャビティ式トロイダルＣＶＴでは、バリエータは、通常シャフトを中心に回転する２つの部分的にトロイダル式の変速機ディスクと、シャフトに垂直のそれぞれの軸線上で回転し、入力変速機ディスクと出力変速機ディスクとの間にクランプされる、２つ以上のディスク形状の動力ローラとを有する。トロイダル式ＣＶＴの一般的な問題点は、頑強で動的な軸方向力発生システムを必要とする力のばらつきである。追加費用およびシステムの複雑性に加えて、これらの軸方向力発生システムはＣＶＴに追加の寄生損失を加える。
連続可変変速機は、人々が有限設備の代わりに伝達比の連続範囲を有することの利点および長所を理解しているので、より人気が高くなっている。入力速度対出力速度の連続可変比を達成するために周知の方法がある。典型的には、ＣＶＴにおいて出力速度対入力速度の速度比を調節するための機構はバリエータとして公知であり、制御システムは所望の速度比が作動中に達成できるようにバリエータを管理する。ベルト式ＣＶＴでは、バリエータはベルトによって結合された２つの調節可能なプーリからなる。ベルト式ＣＶＴにとっての欠点は、駆動軸および被駆動軸の２つの軸の必要性であり、２つの軸は互いにずれており、同軸ではない。シングルキャビティ式トロイダルＣＶＴでは、バリエータは、通常シャフトを中心に回転する２つの部分的にトロイダル式の変速機ディスクと、シャフトに垂直のそれぞれの軸線上で回転し、入力変速機ディスクと出力変速機ディスクとの間にクランプされる、２つ以上のディスク形状の動力ローラとを有する。トロイダル式ＣＶＴの一般的な問題点は、頑強で動的な軸方向力発生システムを必要とする力のばらつきである。追加費用およびシステムの複雑性に加えて、これらの軸方向力発生システムはＣＶＴに追加の寄生損失を加える。
【0004】
本明細書に開示されたバリエータの実施形態は、（動力もしくは速度調整器、ボール、球形ギア、またはローラとしても公知である）遊星を利用するボール式バリエータであり、遊星は、それぞれが作動中に出力速度対入力速度の所望の比率を達成するために調節するように適合された、傾斜可能な回転軸を画定する軸を有する。遊星は、ＣＶＴの長手軸に垂直な平面において長手軸を中心に角度的に分布される。遊星は一方の側で入力ディスクから動力を受領し、他方の側で出力ディスクに動力を伝達し、ディスクの一方または両方は動力の伝達を増加させるためにクランプ接触力を印加する。入力ディスクは、入力トルクおよび入力回転速度で（入力）動力を遊星に印加する。遊星がそれら自体の軸を中心に回転する際に、遊星は出力トルクおよび出力回転速度で（出力）動力を出力ディスクに伝達する。出力速度対入力速度比は、遊星の軸に対する入力ディスクおよび出力ディスクの接触点の半径の関数である。バリエータの軸に対して遊星の軸を傾斜させることにより、速度比が調節される。遊星は、入力ディスクもしくは出力ディスクとの直接接触を介して、または動力を伝達できるあらゆる型の流体との接触を介して動力を受領し、または伝達してもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
性能および作動制御を改善するバリエータおよび制御システムへの継続的な要望がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書に記載されたシステムおよび方法はいくつかの特徴を有するが、そのうちの１つのみがその望ましい属性を担うことはない。続く特許請求の範囲によって表される範囲を限定することなく、そのより顕著な特徴について次に簡単に考察する。この考察を考慮した後に、本システムおよび方法の特徴が従来のシステムおよび方法に優るいくつかの長所をどのように提供するかが理解されよう。
【0007】
１つの広い観点では、実施形態は、概して連続可変変速機内のボール遊星式バリエータを対象とすることがある。ボール遊星式連続可変変速機は、太陽組立品を中心に太陽組立品と接触して角度的に配置された複数の遊星を含んでもよい。複数の遊星は、第１の牽引リングと第２の牽引リングとの間に介設される。各遊星は、傾斜可能な回転軸を画定する軸を有する。ＣＶＴは、第１の複数のガイドスロットを有する第１のディスクおよび第２の複数のガイドスロットを有する第２のディスクを含んでもよく、各ガイドスロットは複数の軸の１つの第１の端部または第２の端部を制御するように構成される。
【0008】
別の広い観点では、実施形態は、概してボール遊星式連続可変変速機を組み立てるための方法を対象としてもよい。
【0009】
別の広い観点では、実施形態は、概してボール遊星式連続可変変速機を制御するためのシステムを対象としてもよい。
【0010】
別の広い観点では、実施形態は、概してボール遊星式連続可変変速機を制御するための方法を対象としてもよい。
【0011】
別の広い観点では、実施形態は、概してボール遊星式連続可変変速機を含む駆動トレインを備える車両を対象としてもよい。車両動力要件がバリエータの最小の大きさを決定することがあるが、車両の寸法が連続可変変速機の大きさまたは重量を限定することがある。加えて車両はＣＶＴの所望の作動範囲から恩恵を受けることができる。
【0012】
別の広い観点では、実施形態は、概してボール遊星式連続可変変速機を含む駆動トレインを備える自転車を対象としてもよい。乗り手は最軽量で最大作動範囲が可能なＣＶＴを望むことがある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に添付図面を参照して実施形態について説明するが、同様の数字は全体を通して同様の要素を指す。本明細書で以下に使用される専門用語は、ある特定の実施形態の詳しい説明と関連して使用されているという理由のみで、いかなる限定的または制限的に解釈されるべきではない。さらに実施形態はいくつかの新規の特徴を含むことができ、そのうちの１つのみがその望ましい属性を担うことはなく、または本明細書に記載されたシステムおよび方法を実践するために不可欠ではない。
【0015】
本明細書で使用される場合、用語「動作的に接続される」、「動作的に結合される」、「動作的に連結される」、「動作可能に接続される」、「動作可能に結合される」、「動作可能に連結される」、「接触する」などの用語は、１つの要素の動作が第２の要素の対応する、追従する、もしくは同時に動作もしくは作動をもたらす、要素間の関係（機械的、リンク機構、結合、その他）を指す。実施形態を説明するために上記用語を使用する際、要素を連結もしくは結合する特定の構造または機構が説明されてもよいことに留意されたい。しかしそうではないと具体的に述べない限り、上記用語の１つが使用されるときは、その用語は、実際のリンク機構、結合または接触が様々な形を取ってもよいことを示唆する。
【0016】
説明のために、用語「半径方向」は、本明細書では変速機もしくはバリエータの長手軸に対して垂直な方向または位置を示唆するために使用される。「半径方向内方」は、中心点に比較的近い位置を指すのに対して、「半径方向外方」は、中心点から比較的離れた位置を指す。本明細書で使用される場合、用語「軸方向」は、変速機もしくはバリエータの主軸または長手軸に平行な軸に沿った方向あるいは位置を指す。明瞭性および簡潔性のために、場合によって同様に符号が付された同様の構成要素（例えば要素１Ａおよび要素１Ｂ）は、単一の符号（例えば要素１）で集合的に指す。
【0017】
本明細書における言及「牽引」は、動力伝達の基本モードまたは占有モードが「摩擦」を通る適用を排除しないことに留意されたい。ここでは牽引駆動と摩擦駆動との間の分類上の差異を定めようとすることなく、概してこれらは動力伝達の異なる形態と理解されてもよい。牽引駆動は、通常２つの要素間に捕捉された薄い流体層内の剪断力による２つの要素間の動力伝達に関与する。これらの適用に使用される流体は、通常従来の鉱油より大きい牽引係数を見せる。牽引係数（μ）は最大に利用可能な牽引力を表し、これは接触する構成要素の境界面に利用可能であるはずであり、最大に利用可能な駆動トルクの測定値である。典型的には、摩擦駆動は概して２つの要素間の摩擦力により２つの要素間の動力を伝達することに関する。本開示のために、本明細書に記載されたＣＶＴは牽引および摩擦適用の両方で動作してもよいことを理解するべきである。例えばＣＶＴが自転車の適用のために使用される実施形態では、ＣＶＴは、動作中に存在するトルクおよび速度条件に依存して、摩擦駆動として動作できるときもあれば、牽引駆動で動作できるときもある。
【0018】
本明細書に開示された実施形態は、球状遊星を使用するバリエータおよび／またはＣＶＴの制御に関し、各遊星は、動作中に入力速度対出力速度の所望の比率に達成するように調節できる、傾斜可能な回転軸（本明細書では場合によっては「遊星回転軸」と呼ばれる）を有する。一部の実施形態では、上記回転軸の調節は、遊星上に不均衡な力の組を誘発する第１の平面における遊星軸の偏角または変位に関与し、不均衡な力の組は次いで遊星およびそれらのそれぞれの軸を新しい傾斜位置（またはガンマ角）に進める傾向があり、そこで力は次いで均衡がとられ、それによって第２の平面における遊星回転軸の角度調節を達成し、それによってバリエータの速度比を調節する。第１の平面における偏角、回転または変位は、本明細書では「スキュー」または「スキュー角」と呼ばれる。制御システムは、バリエータ内のある特定の接触する構成要素の間に力を発生させるためにスキュー角の使用を調整し、バリエータは第２の平面における遊星回転軸を均衡のとれた状態に傾斜させ、そこで遊星および軸上の力は新しい傾斜角で均衡を保つ。遊星回転軸の傾斜はバリエータの速度比を調節する。バリエータの所望の速度比を達成するためのスキュー制御システム（本明細書では場合によっては「スキューベース制御システム」と呼ばれる）およびスキュー角作動装置の実施形態について考察する。
【0019】
本明細書に開示された実施形態は、ボール遊星式ＣＶＴの長所および特徴を組み込むことがある。図１、２Ａおよび２Ｂは、長手軸１３を画定する主軸１２を中心に配置された複数の遊星１１を有する、ボール遊星式連続可変変速機（ＣＶＴ）１０の一実施形態を示す。各遊星１１は、遊星回転軸１６を画定するそれ自体の遊星軸１５を中心に回転する。太陽組立品１８は各遊星１１の半径方向内方に、各遊星１１と接触して配置される。図１および２Ａ～２Ｂについて、動力が右から左に流れると仮定すると、ＣＶＴ１０は、遊星に動力を伝達するための牽引リング２６、および太陽１８への、また太陽１８からの伝達を含む、遊星１１から動力を伝達するための牽引リング２８をさらに含む。ＣＶＴ１０は、軸方向力発生器５、６、ならびに示されていないセンサ、潤滑成分、牽引流体、追加の歯車ギアセット、その他をさらに含んでもよい。一部の実施形態では、各遊星軸１５は、入力ステータ３２内のステータスロット３１の側面３７、３８（図３参照）と回転接触するための軸キャップ４４、およびタイミングプレート３６の側面４５、４６と回転接触するためのタイミングプレート・ローラ４３（図４Ａおよび４Ｂ参照）を有する。
【0020】
遊星軸１５（ひいては回転軸１６）の制御は、入力ステータ３２、出力ステータ３４、および受動的役割ではタイミングプレート３６を使用して達成されてもよい。概して遊星１１は、入力ステータ３２と出力ステータ３４との間に介設され、タイミングプレート３６は入力ステータ３２（図１、２Ａおよび２Ｂに示されている）または出力ステータ３４（示されていない）に接近して位置付けられる。遊星軸１５は、第１の端部１５Ａが入力ステータ３２内のステータスロット３１内に配置され、第２の端部１５Ｂが出力ステータ３４内のステータスロット３３内に配置されるように位置付けられる。入力ステータ３２または出力ステータ３４の一方が互いに対してある特定のベータ角だけ回転すると、遊星軸１５と長手軸１３との間にスキュー角がもたらされる。このようにしてＣＶＴ１０がフルアンダードライブ（ＦＵＤ）とフルオーバードライブ（ＦＯＤ）との間の範囲内で調節されると、スロット３１および３３は偏角され、遊星軸１５の端部１５Ａおよび１５Ｂはスロット３１、３３に沿って移動する。換言すると、入力ステータ３２および出力ステータ３４は、遊星軸１５のすべての端部を動的に傾斜させて長手軸１３と非平行になり、入力リング２６、出力リング２８および太陽組立品１８から遊星１１の上に作用する力は、遊星軸１５を傾斜角（ガンマ角）に傾斜させ、または進める傾向があり、そこで遊星１１の上に作用する力は、入力ステータ３２と出力ステータ３４との間の選択されたスキュー角（ベータ角）に対して均衡が保たれる。タイミングプレート３６は、他のＣＶＴにおける「アイリスプレート」がしてもよいので遊星軸１５の傾斜角を決定せず、またＣＶＴ１０のシフトに動的に関与しない。むしろタイミングプレート３６は、ＣＶＴ１０がある特定の条件にあるとき、例えば逆に動作中に軸１５が互いから離れ過ぎてずれないように限定された機能を果たす。
【0021】
ＣＶＴがその範囲の中間（図１に示されているように）付近で動作しているとき、伝達比の調節は迅速であり労力をほとんど必要としない。しかし図２Ａおよび２Ｂは、アンダードライブおよびオーバードライブの概念を例示するＣＶＴの断面図を示す。ＣＶＴ１０がアンダードライブにあるとき、遊星軸１５は、入力速度（入力牽引リング２６で観察される）が出力速度（出力牽引リング２８で観察される）より大きく、入力トルクは出力トルクより比例して小さいように傾斜している。ＣＶＴ１０がオーバードライブにあるとき、遊星軸１５は、入力速度（入力牽引リング２６で観察される）が出力速度（出力牽引リング２８で観察される）より小さく、入力トルクは出力トルクより大きいように反対方向に傾斜している。ＣＶＴの設計の関心事項は、性能の低下および結合によってもたらされる損傷であり、これはＣＶＴがＦＵＤもしくはＦＯＤにあり、またはその付近にあり、変速機が所望の速度未満で回転しているときに起きることがある。
【0022】
図３は、ＣＶＴが順方向に（ＦＵＤまたはＦＯＤなどの）極端な傾斜角で動作しているときの関心領域を例示するステータの側面図である。理解しやすくするために、ステータ３２のみが示されている。しかし本明細書に記載された関心事項はステータ３２またはステータ３４のどちらにも適用できる。ＣＶＴ１０の入力ステータ３２が反時計回りに回転しているときに、遊星軸１５は入力ステータ３２内のスロット３１の縁部３７と接触してもよい。ステータ３２が時計回りに回転しているときに、遊星軸１５はステータ３２内のスロット３１の縁部３８と接触してもよい。公差、製造時の変形、摩耗または他の要因に起因して、すべての軸１５が同じそれぞれの表面と接触しなくてもよいことに留意されたい。図３に示されたステータ３２を使用する場合、６個のスロット３１が存在してもよい。軸は６個の表面３７の内の５個と接触してもよく、６番目の軸が表面３８と接触してもよい。
【0023】
遊星軸１５がＣＶＴ１０の長手軸と平行である、または（ほぼ）平行の範囲内にあるとき、軸の調節は変速機のあらゆる回転速度またはトルクと無関係に行われてもよい。しかし遊星軸１５が変速機の全範囲の終端に傾斜する場合、軸端１５Ａまたは１５Ｂはステータスロット３１から逸脱または部分的に逸脱することがある。遊星軸端１５Ａまたは１５Ｂがステータスロット３１または３３から逸脱または部分的に逸脱する場合、結合が起きる可能性があり、かつ／または遊星軸１５、スロット３１の表面３７もしくは３８、領域５５、あるいはステータスロット３１もしくは３３またはステータ３２もしくは３４のいずれか他の部分に損傷が起きることがある。１つのシナリオでは、自転車がＦＯＤで動作しており、乗り手が動力を加えていないとき（例えば丘を下っている、強い追い風で移動している、惰走している、その他のときなど）、遊星軸１５は、遊星軸１５の逸脱が領域５７に近い可能性があるような角度に傾斜していることがある。
【0024】
図４Ａおよび４Ｂは、ＣＶＴ１０内で遊星軸１５がどのようにスロット３３からの逸脱の危険を冒し得るかを例示する、ＦＯＤにおけるＣＶＴ１０の一実施形態の斜視図を示す。
【0025】
結合挙動は、タイミングプレート・スロットの設計によって組み合わされることがある。例えばＣＶＴの速度、遊星軸１５の傾斜角、およびタイミングプレート３６の設計に依存して、タイミングプレート３６は速度比の調節を支援することがある。しかしある特定の動作条件下では、タイミングプレート３６は調節を妨げる可能性があるので、領域５５は摩耗および疲労の増加を経験することがあり、これにより破砕または故障を招く可能性がある。例えばシステムがＦＯＤにある（すなわち遊星軸１５が極端な角度に傾斜している）間に迅速な調節が引き起こされた場合、タイミングプレート・ローラ４３はタイミングプレート・スロット４２の開口の上の比較的大きい半径に非常に接近することがあり、同時に軸キャップ４４はステータスロット３３の対向する面３９または４０に当接する。タイミングプレート・ローラ４３の上に作用する垂直抗力の方向は、命令された際に傾斜角（ガンマ角）を低減する代わりに増加に向かってＣＶＴ１０に付勢する。さらに軸キャップ４４はステータスロット３３の底部に接触し、ゼロスキュー条件を達成しようとするために軸１５を軸方向に移動させることがある。この軸方向運動は、タイミングプレート・ローラ４３がステータスロット３１付近でステータ３２の外縁部に縁部荷重を開始できる条件を設ける。調節比の速度および利用可能な調節力の量に依存して、軸キャップ４４はステータスロット３３の外径付近で表面３８または３９の上に力を掛けることがある。その力は摩擦を増加させることがあり、それによって温度が上がり、または振動を発生し、それらはスロット縁部３７、３８、３９もしくは４０を損傷する可能性を有する。入力ドライバにトルクを印加することによりＣＶＴ１０を解放することがある。しかし損傷したスロット縁部は、他の構成要素に対して遊星軸１５の１端１５Ａまたは１５Ｂを捕捉する可能性を高める。入力ドライバ上への突然の荷重は、損傷をさらに引き起こし、キャリアを破壊し、またはキャリア、遊星軸１５または何らかの他の構成要素に何らかの他の損傷をもたらす可能性がある。
【0026】
以前の手法の欠点を克服するために、またこのようなＣＶＴ１０の性能を概ね向上させるために、本明細書に開示された実施形態は、結合を防ぐために制御システムと連動して機械的構成および幾何形状（そのそれぞれが個々に結合を防ぐことができる）を利用する。具体的には、本明細書に開示された実施形態は、軸１５がステータスロット３１、３３から逸脱、または部分的に逸脱しないように、または構成要素を損傷しないための配置および構成を含む。
【0027】
入力ステータ３２および出力ステータ３４は、概してＦＯＤおよびＦＵＤに関連した極端な角度で等しいトルクおよび応力を経験しない。したがってＦＵＤまたはＦＯＤで遊星軸１５を収容するための入力ステータ３２の設計は、ＦＵＤまたはＦＯＤで遊星軸１５を収容するための出力ステータ３４の設計とは異なってもよい。
【0028】
一部の実施形態では、入力ステータ３２は、スロット３１が軸１５をステータスロット３１から逸脱させる危険性のない完全な範囲を提供するためにより長くてもよいように、出力ステータ３４より大きい直径を有するように形成されてもよい。図５に示されたように、ＣＶＴ１０は、出力ステータ３４の外径より大きい外径を備えた入力ステータ３２を有して形成されてもよい。一部の実施形態では、入力ステータ３２は、出力ステータ３４内のスロット３３に対して半径方向内方に（すなわちより深く）窪むスロット３１を備えて形成されてもよい。大きくされたステータスロット３１を備えたステータ３２を形成することにより、軸端１５Ａはステータスロット３１を逸脱する可能性が確実になくなる。本明細書に開示された実施形態は、より大きい直径を有するステータ３２を使用することにより、より大きいＣＶＴと同じ大きさ、重量または慣性の利点を実現することがある。本明細書に開示された実施形態は、選択されたより大きい部品の様々な幾何形状を通して、より大きいＣＶＴの動力容量および範囲を達成することがあることに留意されたい。さらに本明細書に開示された実施形態は、使用者がＣＶＴを手動で制御できるだけでなく、ＣＶＴが結合する恐れなしに、ＣＶＴの自動的な調節を提供できる。
【0029】
図６Ａ～６Ｂ、７Ａ～７Ｂ、および８Ａ～８Ｂは、様々なＣＶＴの構成に対する設計を例示する、異なる半径方向寸法のステータスロット３１を有する入力ステータ３２の実施形態を示す。図６Ｂに示されたように、入力ステータ３２は、第１の半径に半径方向内方に半径方向に窪むスロット３１を有してもよい。図７Ｂおよび８Ｂに示されたように、入力ステータ３２はより大きい外径を有してもよく、ステータスロット３１がステータスロット３３より半径方向内方にさらに延在するように、第１の半径より小さい第２の半径に半径方向内方に窪むステータスロット３１を有してもよい。図７Ａ～７Ｂまたは８Ａ～８Ｂに示されたステータ３２は、図６Ａ～６Ｂに示されたステータ３２を正確に一定に縮尺した版ではないことに留意されたい。例えば中心ボア５２の直径、中心ボア５２に対する開口５１の配置および大きさ、カットアウト５３までの半径方向距離、または他の構成は、入力ステータ３２の外径に関わらず変更しなくてもよい。他の実施形態では、中心ボア５２、中心ボア５２に対する開口５１の配置および大きさ、およびカットアウト５３までの半径方向距離は変更しなくてもよいが、リブ、ショルダ、カットアウト、フィレットまたは同様のものなどの他の構造は、変更する可能性のある応力を収容するために変更してもよい。
【0030】
スロット３１または３３が閉端スロットとして形成される場合、軸端１５Ａまたは１５Ｂは逸脱する可能性はないが、ＣＶＴ１０の作動範囲は低減されることがある。一部の実施形態では、ステータスロット３１または３３の輪郭は、所望の範囲の速度比を達成するために軸端の半径方向の移動が可能であるが、軸端がステータスロット３１または３３を逸脱するのを防ぐ解放端として構成されてもよい。図９Ａおよび９Ｂに示されたように、ステータスロット３１または３３は、最大範囲の速度比が可能な解放端スロットとして形成されてもよく、外側部６２は軸端の逸脱を抑止するために内側部６１より狭い。内側部６１は、所望の動作範囲にわたって軸端１５Ａまたは１５Ｂ（存在する場合は軸キャップ４４を含む）の自由な移動が可能であるために、第１の幅Ｗ1を備えて形成されてもよい。外側部６２は第１の幅Ｗ1より小さい第２の幅Ｗ2を備えて形成されてもよい。一部の実施形態では、第２の幅Ｗ2は軸端１５Ａまたは１５Ｂの直径より小さい。一部の実施形態では、第２の幅Ｗ2は軸キャップ４４の直径より小さい。一部の実施形態では、図９Ａおよび９Ｂに示されたように、スロット３１は第２の幅Ｗ2を形成するために前縁部３７上に突出６３を含む。突出は、遊星軸１５の最大移動（ひいてはＣＶＴ１０の最大動作範囲）を可能にするために、遊星軸１５または軸キャップ４４の半径と実質的に同じ半径の湾曲を有する、半径方向内方表面を備えて形成されてもよい。他の実施形態では、ステータスロット３１は、後縁部（図示せず）の上に突出６３を、または２つの突出６３の組合せを各縁部の上に１つずつ備えて形成されてもよい。さらに図９Ａおよび９Ｂは、第１の幅Ｗ1と第２の幅Ｗ2との間に円滑または連続した移行部を有する突出６３を示す。第１の幅Ｗ1と第２の幅Ｗ2との間のあらゆる移行部は、湾曲し、傾斜し、または段状であってもよい。
【0031】
図１０は出力ステータ３４の側面図を示す。一部の実施形態では、出力ステータ３４は、より大きい組立公差を有する組立品内に使用されてもよい。出力ステータ３４は、組立品に追加の公差を提供するために非対称の縁部を備えて形成されてもよい。例えば図１０は、１つ、複数またはすべてのステータスロット３３の半径方向外方端の近くに非接線縁部６６を有する、出力ステータ３４の一実施形態を示す。非接線縁部６６は、縁部６６が実質的に半径に等しくないように傾斜し、または湾曲していてもよい。非接線縁部６６は鋳造工程中に形成されてもよく、または切断もしくは別法として出力ステータ３４から材料を取り除くことによって形成されてもよい。非接線縁部６６が形成される角度は、これに限定されないが、遊星軸１５（軸キャップ４４もしくはタイミングプレート・ローラ４３の有無を含む）の寸法、ステータスロット３１の寸法、およびタイミングプレート３６の寸法を含む、いくつかの要因に基づく。一部の実施形態では、非接線縁部６６は、スロット３３の中心線においてステータ３４の外周の接線に対して３度を超す角度で形成されてもよい。一部の実施形態では、ステータスロット３１および３３内に軸端１５Ａまたは１５Ｂを備えたＣＶＴ１０内に遊星軸１５を位置付ける隙間を提供するために、６度を超す角度が必要であることがある。
【0032】
タイミングプレートは、ＣＶＴの性能を理想的に向上させるが、ある特定の環境では性能を妨げ、またはＣＶＴに結合もしくは損傷さえもたらす可能性がある、別の構成要素である。タイミングプレート３６は、ステータスロット３１、３３が軸１５のための主要ガイドであるので、ＣＶＴ１０のシフトに動的役割を果たさないが、タイミングプレート３６は、傾斜角におけるエラーを制限するために使用されてもよく、あらゆる単一の遊星軸１５は残りの遊星軸１５の中間傾斜角に関連してもよい。タイミングプレート３６は、トルクがＣＶＴ１０を通して後方に駆動されるときに特に有益であり、それによってタイミングプレート３６は、軸１５のずれの変形に起因して結合状態が起きるのを防ぐ。タイミングプレート３６は、半径方向ガイドスロット４５を備えた回転自在なディスクであってもよく、ステータディスク３２と３４との間、またはステータディスク３２および３４の外側に軸方向に置かれてもよい。タイミングプレート３６は、ステータディスク３２、３４のいずれかに直接結合して、またはステータディスク３２もしくは３４に関しても接地される要素（図示せず）を介して接地されてもよい。一部の実施形態（図示せず）では、タイミングプレート３６は、ステータディスク３２または３４に反時限設定されてもよく、タイミングプレート３６は、ステータディスク３２、３４に対してタイミングプレート３６を結合するギア機構により、ステータディスク３２または３４に隣接する。各遊星軸１５はタイミングプレート３６のスロット４５を通って延在し、ステータガイドスロット３１、３３を係合する。タイミングプレート・スロット４５の公差は、ステータガイドスロット３１、３３が遊星軸１５に対する主要整合特徴であることを可能にする。
【0033】
図１１Ａはタイミングプレート３６の一実施形態の側面図を示し、図１１Ｂはタイミングプレート３６の拡大部分側面図を示す。タイミングプレート３６は、遊星軸１５を制御するためにステータスロット３１、３３と協働するように構成されたタイミングプレート・スロット４５を有する。しかし軸端１５Ａまたは１５Ｂがステータスロット３１または３３の半径方向外方端に接近しているとき、タイミングプレート・スロット４５によって加えられた力がステータスロット３１または３３から外れた軸１５に付勢し得る可能性がある。一部の実施形態では、タイミングプレート・スロット４５は半径が低減された角部４８を備えて形成される。スロット４５の角部半径を低減することにより、遊星軸１５が巻き上がって角部４８を超えないことを確保することができ、すなわち遊星軸１５はスロット４５から逸脱せず、それにより軸キャップ４４がステータスロット３１または３３に端部荷重するのを防ぐことができる。
【0034】
遊星速度ゼロでは、ガンマ角で変更を誘発するためにスキュー力を発生する可能性はない。ベータ角（すなわちステータディスク３２、３４の一方の他方に対する相対角位置）が変わると、遊星軸１５は、タイミングプレート・ローラ４３がタイミングプレート・スロット４５に接触するまで斜めに進み、遊星軸１５の上に剪断行為を生成する。摩擦力が十分に高い場合、遊星軸１５は、剪断面（すなわち表面３７、３８または４１）に沿って摺動することができず、ＣＶＴ１０が結合する。タイミングプレート・スロット４５は磨かれ、または別法として摩擦を低減するために表面仕上げを有してもよい。タイミングプレート・スロット４５における摩擦を低減することにより、結合の可能性が低減する。一部の実施形態では、スロット４５は、機械加工され、磨かれ、または別法としてステータスロット３１もしくは３３の表面仕上げより小さい表面仕上げを有するように形成されてもよい。例えばタイミングプレート３６は、２ナノメートル未満、１．５ナノメートル未満、または１．２ナノメートル未満の表面仕上げを有する、タイミングプレート・スロット４５を備えて形成されてもよい。
【0035】
ＣＶＴ設計に加えて、遊星１１の回転速度は結合に影響を及ぼすことがある。例えば時としてスキュー制御システム内に存在する摩擦力、ステータまたはタイミングプレートの幾何形状、ステータまたはタイミングプレートと接触する軸端の間の摩擦力などは、ゼロ速度またはほぼゼロ速度で結合を引き起こす可能性がある。また本明細書に開示された実施形態は調節速度を制御してもよく、これによりそのような結合を除去することができる。
【0036】
非対称のスキューシステムにおいて、牽引力、軸端上の力およびリング回転のいずれか、またはそれらの組合せは、ガンマ調節速度を生成する。システムが入力トルクまたは回転なしに傾斜する場合、遊星軸はガンマ調節なしに傾斜する。調節システムは、一旦タイミングローラが摩擦力およびガンマ調節力の欠如に起因してタイミングプレートに接触すると、結合する可能性がある。また同じ理由でトルクがほとんど印加されない、またはまったく印加されないときも、結合が遅い速度で起きる可能性がある。ガンマ角が変わることができる速度は、遊星速度およびリング２６、２８上のトルクに直接関連する。ガンマ角がベータ角から遅れるほど、結合の可能性が増加する。一部の実施形態では、タイミングローラのタイミングプレートとの接触を最小にするために、ベータ調節速度がガンマ調節速度に厳密に一致する必要がある。
【0037】
位置制御装置は、ＣＶＴを所望のベータ角に調節するように実施してもよい。制御装置は特定のベータ角を達成するためにドライバにトルクを印加してもよい。印加されたトルクはモータ停動トルクに限定されてもよい。ベータ停止部はベータ角を限定するために加えられてもよい。一部の実施形態では、ベータ停止部はベータ角を－５度～＋６度の角度に限定するために実施されてもよい。実施形態は、ファームウェア、または記憶装置、処理装置および比率調整速度を制御するための器具のセットを含む何らかの他の有形媒体を含んでもよい。図１２は、比率調整速度を制御するための一方法を例示する流れ図を示す。
【0038】
ステップ１２０５および１２０８では、ＣＶＴ１０に関する入力および出力速度はセンサから決定される。
【0039】
ステップ１２１０では、最大比率調整速度が決定される。最大比率調整速度の決定は、理論上の最大比率調整速度を算出するために様々なセンサからの入力信号を使用して、アルゴリズムによって達成されてもよく、経験的試験およびその後予測された最大比率調整速度を表に保存したもの、またはいくつかの組合せによって達成されてもよい。
【0040】
ステップ１２１２では、所望の比率調整速度は、制御装置から信号を受信することなどによって決定される。一部の実施形態では、使用者はハンドグリップを曲げ、または別法として所望の比率調整速度を手動で課そうとしてもよい。センサが、ハンドグリップの角度偏位に基づいて所望の比率調整速度を決定してもよい。
【0041】
ステップ１２１４では、所望の比率調整速度は最大比率調整速度と比較される。最大調整速度は記憶装置に記憶されてもよく、または継続して算出されてもよい。
【0042】
ステップ１２１６では、所望の比率調整速度が最大比率調整速度を超える場合、比率調整速度は現在の比率調整速度に保持される。別法としてステップ１２１８では、所望の比率調整速度が最大比率調整速度を超える場合、比率調整速度は最大比率調整速度とほぼ等しく調節される。
【0043】
ステップ１２２０では、所望の比率調整速度が最大比率調整より小さい場合、比率調整速度は所望の比率調整速度に調節される。
【0044】
図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄは、最大比率調整速度を決定するための様々な解決策を示す。図１３Ａに示されたように、最大比率調整速度は異なる比率で動作する所与のＣＶＴに対して算出されてもよい。算出された最大比率調整速度は実質的に直線であってもよく、または増加または減少する比率調整速度などの曲線であってもよい。比率と比率調整速度との間に直線関係が存在する場合、比率調整速度の算出が好ましいことがある。比率と比率調整速度との間に非直線関係が存在する場合、比率調整速度を決定するためにルックアップテーブルが好ましいことがある。調整速度の決定は、ＣＶＴの伝達比に基づいて決定されてもよい。図１３Ｂに示されたように、比率調整速度は伝達比に対応する。さらに図１３Ｂに示されたように、最大比率調整速度は一連の範囲として表されてもよい。第１の範囲（ＦＵＤから１：１付近まで）では、最大比率調整速度は第１の速度１３１０であってもよい。第２の範囲（範囲のアンダードライブ側の１：１付近から範囲のオーバードライブ側の１：１付近まで）では、最大比率調整速度は第２の速度１３２０であってもよい。第３の範囲（１：１付近からＦＯＤまで）では、最大比率調整速度は第３の速度１３３０であってもよい。さらに一部の状況または構成では、結合条件の存在は変速機の回転方向に依存してもよい。最大調整速度は同様に他の要因に基づいて決定されてもよい。図１３Ｃおよび１３Ｄに示されたように、複数のデータ構造が複数の荷重に対して決定されてもよい。図１３Ｃは、異なる荷重下で最大調整速度を決定するための複数のデータ構造を示す。この工程は、ＣＶＴまたは荷重に基づく直線関係が存在する動作に適することがある。図１３Ｄは、複数の曲線を記憶する単一のデータ構造を示す。図１３Ｄでは、ＣＶＴがより高い荷重を有する場合、ＣＶＴは第１の方向に（例えばＦＵＤからＦＯＤに進む）より低い最大調整速度１３５０をもたらすことがあるが、第２の方向に（例えばＦＯＤからＦＵＤに進む）より高い最大調整速度１３５４をもたらすことがあることに留意されたい。別法として、実施形態は、アップシフトおよびダウンシフトの両方に対してハイブリッドの調節速度１３５２を選択してもよい。したがって移送された荷重の量に依存して、異なる表または他のデータ構造が最大比率調整速度を決定するために参照されてもよい。
【0045】
本明細書に開示された実施形態は、動作モードに依存して１つまたは複数の制御戦略を実施してもよい。例えば自転車に関与する適用では、乗り手が自転車のペダルを踏んでいるときに第１のモードの動作、乗り手が自転車のペダルを踏んでいないときに第２のモードの動作が存在してもよく、または目標伝達比を決定する制御装置などにより、伝達比が自動的に制御されるときに第１のモードの動作が存在してもよく、使用者が変速機の手動制御を望むときに第２のモードの動作が存在してもよい。図１４は、乗り手がペダルを踏んでいるときにＣＶＴを調節するためのシステムおよび方法を例示する流れ図を示す。
【0046】
ブロック１４１０、１４１２、１４１４、１４１６、１４１８、１４２０、１４２２、１４２４、１４２８、１４３０および１４３６は、乗り手がペダルを踏んでおり、伝達比の調節が制御装置により自動的に連続して制御されるときの、変速機の動作に有益な制御ループにおけるシステムまたはステップの一部を表すことがある。
【0047】
ステップ１４１０では、実施形態は自転車が動いているかどうかを決定してもよい。車輪速センサは、自転車の前輪または後輪のいずれかに対して位置付けられてもよい。一部の実施形態では、機械、電気または磁気（電磁気などの一部の変形を含む）センサは、車輪速（本明細書ではωｗまたはＷｗと呼ばれる）を提供してもよい。一実施形態では、ホール効果センサが車輪速を決定するために使用されてもよい。センサは制御装置に通信可能に結合されてもよい。一部の実施形態では、センサは車輪速を決定するためにあらゆる信号を処理してもよい。他の実施形態では、センサはあらゆる信号を制御装置に提供してもよく、制御装置は車輪速を決定するためにあらゆる信号を処理してもよい。
【0048】
ステップ１４１２では、ケイデンスが必要とされることがある。車輪ケイデンスの要求は、制御装置に通信可能に結合されたグラフィカル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）内にケイデンスを入力することなどにより、使用者が特定のケイデンスまたはケイデンスの範囲を要求するものであってもよい。
【0049】
ステップ１４１４では、ペダル速度またはケイデンス（本明細書ではωｐまたはＷｐと呼ばれる）が算出されてもよい。車輪ケイデンスを算出することは、車輪速（車輪速センサから受信した、車輪速および車輪半径に基づいて決定された、その他）を使用する制御装置、およびリアギアに対するフロントギアの比率に関与してもよい。一部の実施形態では、比率はフロントギア上の歯の数および後輪上の歯の数、フロントリングの直径、ならびにリアコグの直径、または同種のものに基づいて決定されてもよい。一部の実施形態では、ケイデンス（ωｐ）は以下の方程式に基づいて決定されてもよい。
ωｐ＝ωｃ*Ｔｆ／Ｔｒ
ωｐ＝ωｃ*Ｔｆ／Ｔｒ
【0050】
上式でωｐはケイデンスであり、ωｃ（またはＷｃ）はリアコグの回転速度である。Ｔｆはフロントリング（また一般にフロントクランクとも呼ばれる）上の歯の数であり、Ｔｒはリアリング（また一般にリアコグとも呼ばれる）上の歯の数である。ステップ１４１６では、算出された車輪ケイデンス値はローパスフィルタ（ＬＰＦ）などのフィルタを通過してもよい。
【0051】
ステップ１４１８では、要求されたケイデンスの値および実際のケイデンスを比較することができる。一部の実施形態では、加算機能がエラー値を算出するために使用されてもよい。
【0052】
エラー値がゼロでない場合、システムが引き続きＣＶＴを調節しようとする可能性がある。これにより、モータの温度が上昇する、またはモータによりバッテリ電源の消費が増加するなどの問題をもたらす可能性がある。実施形態は、信号を補正しシステム性能を向上する追加機能または機能性を含んでもよい。ステップ１４２０では、不感帯が決定されてもよい。制御装置は、自転車速度、要求されたケイデンス、車輪速、モータ定格、モータ・デューティサイクル、バッテリから引き込まれた電流、バッテリ／モータから入力した動力、または何らかの他の要因に基づいて不感帯を決定してもよい。ステップ１４２２では、不感帯によって画定された値の範囲内のあらゆる値のケイデンスが０に変わる。ステップ１４２０および１４２２は、ＣＶＴを調節する必要があり得る頻度を低減することができ、これによりシステムの寿命を増し、バッテリの範囲を向上し、モータ、その他などの構成要素の寿命を増すことができる。ステップ１４２０および１４２２の一部は制御装置によって行われてもよい。
【0053】
ステップ１４２４では、モータドライバは要求されたケイデンスを達成するために作動されてもよい。モータドライバはピストン、カム、またはＣＶＴの伝達比を調節するための何らかの他の機構に結合されてもよい。一部の実施形態では、モータドライバは、傾斜角または傾斜角を調節できるスキュー角を調節するように構成されてもよい。モータドライバは、デューティサイクルによりモータを作動するように構成されてもよい。ステップ１４２８では、モータドライバに結合されたモータは、ＣＶＴの伝達比を調節してもよい。モータドライバは、時間周期の０～１００％の速度で信号を提供してもよい。一部の実施形態では、回転エンコーダ位置はモータによって調節されてもよい。
【0054】
実施形態は制御システムを作動させるべきときを決定してもよい。ステップ１４１０では、車輪速（ωｗ）が決定されてもよい。制御装置は、自転車が閾値を超えて作動しているかどうかを決定してもよい。例えば毎分２０回転（ＲＰＭ）の閾値が記憶装置に記憶されてもよい。動き検出機能が現在の車輪速（ωｗ）の値を受信し、傍受し、または別法として獲得し、その値を２０ＲＰＭと比較してもよい。現在の車輪速が閾値以上である場合、信号（例えばフラッグ）はモータドライバに送信されてもよく、モータドライバはモータを作動させることができる。現在の車輪速が閾値未満である場合、モータドライバはモータを作動させることが許可されない。ステップ１４３６では、制御装置はモータドライバがモータを駆動することを許可するべきかどうかを決定する。自転車が閾値を超えると決定された場合、実施形態は第２の制御ループを採用してもよい。ステップ１４３０では、現在の回転エンコーダ位置が決定される。回転エンコーダ位置は、ベータ角（すなわちＣＶＴ内の２つのステータディスクの間の相対回転）を決定するために使用されてもよい。ベータ角により、ボール遊星式ＣＶＴ内の複数の軸がスキュー角を有することがある。スキュー角により、ＣＶＴが傾斜またはガンマ角を有する。
【0055】
上記のステップは、乗り手がペダルを踏んでいるときに自転車内のＣＶＴを制御するために有益であることがある。しかし乗り手が惰走している、または別法としてペダルを踏んでいないときがある。これはＣＶＴが望ましくない伝達比である危険性があるシナリオを生み出す可能性がある。例えば使用者は高い伝達比（フルオーバードライブすなわち「ＦＯＤ」とも呼ばれる）で乗り、次いでペダルを踏むことを止め、停止するために惰走することがある。使用者がペダルを踏み始めるときに、ＣＶＴは依然としてＦＯＤにある可能性があり、自転車を加速するために乗り手によって印加されたトルクは所望の閾値を超す。したがって本明細書に開示された実施形態は、乗り手がペダルを踏んでいないことを検出した際に、伝達比を調節することができる制御スキームを行うので、使用者が再度ペダルを踏み始めるときにＣＶＴが適切な伝達比になる。別法として、使用者がＣＶＴを手動で制御したいと望んでもよいシナリオが存在してもよい。図１５は、惰走している、または乗り手が最小（ゼロを含む）入力動力を提供している、もしくは手動で伝達比を制御している他の動作中に、ＣＶＴの伝達比を制御するためのシステムおよび方法を例示する概略図を示す。
【0056】
ブロック１５０２、１５０６、１５０７、１５１３、１５１８、１５２０、１５２２、１５２４、１５２８、１５３０および１５３６は、手動制御により変速機を作動するために有益な制御ループにおけるシステムまたはステップの一部を表すことがある。
【0057】
ステップ１５０２では、要求された比率が制御装置によって受信されてもよい。要求された比率は、ハンドルを回す、ＧＵＩを使用して値を入力する、ボタンまたは他の入力機構を押すことなどにより使用者によって入力されてもよい。
【0058】
ステップ１５０６では、制御装置は、要求された比率についての情報を受信し、要求し、または別法として獲得してもよい。一部の実施形態では、インタフェースは、情報を受信し、その情報から使用者が手動で変速機を調節したいと望んでいることを決定するように構成されてもよい。
【0059】
ステップ１５０７では、制御装置は、要求された比率に関する情報を受信する。この情報を使用して、制御装置は、伝達比の概算を提供してもよい。位置と伝達比との間の関係が非線形であるシステムでは、制御装置は、ルックアップテーブルまたは伝達比の概算を提供するために記憶装置に記憶された他のデータ構造を参照してもよい。
【0060】
ステップ１５１０では、実施形態は、自転車が動いていることを決定してもよい。車輪速センサは、自転車の前輪または後輪のいずれかに対して位置付けられてもよい。一部の実施形態では、機械、電気または磁気（電磁気などのいくつかの変形を含む）センサは車輪速（ωｗ）を提供してもよい。一実施形態では、ホール効果センサが車輪速を決定するために使用されてもよい。センサは制御装置と通信可能に結合されてもよい。一部の実施形態では、センサは車輪速を決定するためにあらゆる信号を処理してもよい。他の実施形態では、センサは制御装置にあらゆる信号を提供してもよく、制御装置は車輪速を決定するためにあらゆる信号を処理してもよい。
【0061】
ステップ１５１１では、制御装置は車輪速（ωｗ）に基づいて速度制限を決定してもよい。車輪速（ωｗ）から計算された制限は、回転エンコーダまたは他のアクチュエータ要素の位置に対する制限として使用されてもよい。
【0062】
ステップ１５１３では、制御装置は位置参照値および速度制限値を受信してもよく、最大伝達比調節速度を提供してもよい。一部の実施形態では、速度制限値は、ステップ１５１１に関して記載されたような速度制限機能を通過する値に限定されてもよい。
【0063】
ステップ１５１８では、要求されたケイデンスの値および実際のケイデンスを比較することができる。一部の実施形態では、加算機能がエラー値を算出するために使用されてもよい。エラー値がゼロでない場合、システムが引き続きＣＶＴを調節しようとする可能性がある。これは、とりわけモータの温度が上昇する、またはモータによりバッテリ電源の消費が増加するなどの問題をもたらす可能性がある。実施形態は、信号を補正しシステム性能を向上する追加機能または機能性を含んでもよい。ステップ１５２０では、不感帯が決定されてもよい。制御装置は、自転車速度、要求されたケイデンス、車輪速、モータ定格、モータ・デューティサイクル、バッテリから引き込まれた電流、バッテリ／モータから入力した動力、または何らかの他の要因に基づいて不感帯を決定してもよい。ステップ１５２２では、不感帯によって画定された値の範囲内のあらゆる値のケイデンスが０に変わる。ステップ１５２０および１５２２は、ＣＶＴを調節する必要があり得る頻度を低減することができ、これによりシステムの寿命を増し、バッテリの範囲を向上し、モータ、配線、バッテリ、その他などの構成要素の寿命を増すことができる。ステップ１５２０および１５２２の一部は制御装置によって行われてもよい。
【0064】
ステップ１５２４では、モータドライバは要求されたケイデンスを達成するために作動されてもよい。モータドライバはピストン、カム、またはＣＶＴの伝達比を調節するための何らかの他の機構に結合されてもよい。一部の実施形態では、モータドライバは、傾斜角または傾斜角を調節できるスキュー角を調節するように構成されてもよい。モータドライバは、デューティサイクルによりモータを作動するように構成されてもよい。ステップ１５２８では、モータドライバに結合されたモータは、ＣＶＴの伝達比を調節してもよい。モータドライバは、時間周期の０～１００％の速度で信号を提供してもよい。一部の実施形態では、回転エンコーダ位置はモータによって調節されてもよい。
【0065】
ステップ１５３０では、現在の回転エンコーダ位置が決定される。回転エンコーダ位置は、ベータ角（すなわちＣＶＴ内の２つのステータディスクの間の相対回転）を決定するために使用されてもよい。ベータ角により、ボール遊星式ＣＶＴ内の複数の軸がスキュー角を有することがある。スキュー角により、ＣＶＴが傾斜を有する。実施形態は、いつ制御システムを作動するべきかを決定してもよい。ステップ１５１０では、車輪速（ωｗ）が決定されてもよい。ステップ１５３２では、制御装置は、自転車が閾値を超えて作動しているかどうかを決定してもよい。例えば毎分２０回転（ＲＰＭ）の閾値が記憶装置に記憶されてもよい。動き検出機能が現在の車輪速（ωｗ）の値を受信し、傍受し、または別法として獲得し、その値を２０ＲＰＭと比較してもよい。現在の車輪速が閾値以上である場合、信号（例えばフラッグ）はモータドライバに送信されてもよく、モータドライバはモータを作動させることができる。現在の車輪速が閾値未満である場合、モータドライバはモータを作動させることが許可されない。ステップ１５３６では、制御装置はモータドライバがモータを駆動することを許可するべきかどうかを決定する。
【0066】
ブロック１５０４、１５０５、１５０６、１５０７、１５１３、１５１８、１５２０、１５２２、１５２４、１５２８、１５３０および１５３６は、手動制御により変速機を作動するために有益な制御工程におけるシステムまたはステップの一部を表すことがある。
【0067】
ステップ１５０４では、制御装置は、要求された比率の表示を要求し、受信し、または別法として獲得してもよい。ステップ１５０５では、制御装置は、車輪速（ωｗ）およびＴｆ／Ｔｒの比率に基づいて伝達比を計算してもよい。
【0068】
ステップ１５０６では、制御装置は、要求された比率についての情報を受信し、要求しまたは別法として獲得してもよい。一部の実施形態では、インタフェースは、情報を受信し、その情報から使用者が惰走をしていることを決定するように構成されてもよい。
【0069】
ステップ１５０７では、制御装置は、要求された比率に関する情報を受信する。この情報を使用して、制御装置は、伝達比の概算を提供してもよい。位置と伝達比との間の関係が非線形であるシステムでは、制御装置は、ルックアップテーブルまたは伝達比の概算を提供するために記憶装置に記憶された他のデータ構造を参照してもよい。
【0070】
ステップ１５１０では、実施形態は、自転車が動いていることを決定してもよい。車輪速センサは、自転車の前輪または後輪のいずれかに対して位置付けられてもよい。一部の実施形態では、機械、電気または磁気（電磁気などのいくつかの変形を含む）センサは車輪速（ωｗ）を提供してもよい。一実施形態では、ホール効果センサが車輪速を決定するために使用されてもよい。センサは制御装置と通信可能に結合されてもよい。一部の実施形態では、センサは車輪速を決定するためにあらゆる信号を処理してもよい。他の実施形態では、センサは制御装置にあらゆる信号を提供してもよく、制御装置は車輪速を決定するためにあらゆる信号を処理してもよい。
【0071】
ステップ１５１１では、制御装置は車輪速（ωｗ）に基づいて速度制限を決定してもよい。車輪速（ωｗ）から計算された制限は、回転エンコーダまたは他のアクチュエータ要素の位置に対する制限として使用されてもよい。
【0072】
ステップ１５１３では、制御装置は位置参照値および速度制限値を受信してもよく、最大伝達比調節速度を提供してもよい。一部の実施形態では、速度制限値は、ステップ１５１１に関して記載されたような速度制限機能を通過する値に限定されてもよい。
【0073】
ステップ１５１８では、要求されたケイデンスの値および実際のケイデンスを比較することができる。一部の実施形態では、加算機能がエラー値を算出するために使用されてもよい。エラー値がゼロでない場合、システムが引き続きＣＶＴを調節しようとする可能性がある。これは、とりわけモータの温度が上昇する、またはモータによりバッテリ電源の消費が増加するなどの問題をもたらす可能性がある。実施形態は、信号を補正しシステム性能を向上する追加機能または機能性を含んでもよい。ステップ１５２０では、不感帯が決定されてもよい。制御装置は、自転車速度、要求されたケイデンス、車輪速、モータ定格、モータ・デューティサイクル、バッテリから引き込まれた電流、バッテリ／モータから入力した動力、または何らかの他の要因に基づいて不感帯を決定してもよい。ステップ１５２２では、不感帯によって画定された値の範囲内のあらゆる値のケイデンスが０に変わる。ステップ１５２０および１５２２は、ＣＶＴを調節する必要があり得る頻度を低減することができ、これによりシステムの寿命を増し、バッテリの範囲を向上し、モータ、その他などの構成要素の寿命を増すことができる。ステップ１５２０および１５２２の一部は制御装置によって行われてもよい。
【0074】
ステップ１５２４では、モータドライバは要求されたケイデンスを達成するために作動されてもよい。モータドライバはピストン、カム、またはＣＶＴの伝達比を調節するための何らかの他の機構に結合されてもよい。一部の実施形態では、モータドライバは、傾斜角または傾斜角を調節できるスキュー角を調節するように構成されてもよい。モータドライバは、デューティサイクルによりモータを作動するように構成されてもよい。ステップ１５２８では、モータドライバに結合されたモータは、ＣＶＴの伝達比を調節してもよい。モータドライバは、時間周期の０～１００％の速度で信号を提供してもよい。一部の実施形態では、回転エンコーダ位置はモータによって調節されてもよい。
【0075】
ステップ１５３０では、現在の回転エンコーダ位置が決定される。回転エンコーダ位置は、ベータ角（すなわちＣＶＴ内の２つのディスクの間の相対回転）を決定するために使用されてもよい。ベータ角により、ボール遊星式ＣＶＴ内の複数の軸がスキュー角を有することがある。スキュー角により、ＣＶＴの比率をシフトする傾斜角を有するＣＶＴをもたらす。実施形態は、いつ制御システムを作動するべきかを決定してもよい。ステップ１５１０では、車輪速（ωｗ）が決定されてもよい。ステップ１５３２では、制御装置は、自転車が上記の閾値で作動しているかどうかを決定してもよい。例えば毎分２０回転（ＲＰＭ）の閾値が記憶装置に記憶されてもよい。動き検出機能が現在の車輪速（ωｗ）の値を受信し、傍受し、または別法として獲得し、その値を２０ＲＰＭと比較してもよい。現在の車輪速が閾値以上である場合、信号（例えばフラッグ）はモータドライバに送信されてもよく、モータドライバはモータを作動させることができる。現在の車輪速が閾値未満である場合、モータドライバはモータを作動させることが許可されない。ステップ１５３６では、制御装置はモータドライバがモータを駆動することを許可するべきかどうかを決定する。
【0076】
本開示に記載された実施形態により、ＣＶＴ製造業者が、より小さい大きさ、重量、および慣性を有する一方で、依然として従来の手法以上の動力容量を提供し、ＣＶＴもしくは構成要素の結合または損傷に関連した危険性がない、ＣＶＴを構築し、組み立て、制御することができる。本明細書に記載された特徴は、必要に応じて実施されてもよいことに留意されたい。換言すると、一部の実施形態は、調節速度を制御するためにアルゴリズムのみを、結合を避けるために修正されたタイミングプレートのみを、修正された入力ステータのみを、または修正された出力ステータのみを使用して作動してもよいが、他の実施形態は、制御アルゴリズム、修正されたタイミングプレート、修正された入力ステータ、および修正された出力ステータの任意の２つ以上の組合せを使用してもよい。
【0077】
上記はある特定の構成要素または部分組立品に対する寸法が提供されていることに留意されたい。述べられた寸法または寸法の範囲は、ある特定の実施形態についてさらに説明するために提供されている。しかし本明細書に記載された本発明の範囲は、特許請求の範囲の文言のみによって決定されるべきであり、したがって、いずれかの請求項が指定された寸法、またはその範囲、請求項の特徴を規定しない限り、言及した寸法のいずれも本発明の実施形態に対する限定とみなされるべきではない。
【0078】
前述の説明は本発明のある特定の実施形態を詳述している。しかし前述が本文においていかに詳細に見えようとも、本発明は多くの方法で実行することができることが理解されよう。同様に上述のように、本発明のある特定の特徴または態様を説明するときに、特定の専門用語の使用は、当該専門用語が関連する本発明の特徴または態様の任意の具体的な特性を含むことに限定されるように、当該専門用語が本明細書で再定義されていることを示唆すると取るべきではないことに留意されたい。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14】
【図15】