环面式无级变速器技术领域
本发明涉及利用液压加载器所产生的按压载荷抑制夹在输入盘和输出盘之间的
动力辊的打滑的环面式无级变速器。
背景技术
根据下述专利文献1公知这样的技术：通过使夹在输入盘和输出盘之间的动力辊
翻滚而使变速比无级地变化的环面式无级变速器的液压加载器具有第1油室及第1
活塞、和第2油室及第2活塞，通过对第1油室和第2油室供给相同的液压，由此沿
轴向按压输入盘，抑制动力辊的打滑。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4696537号公报
发明内容
发明要解决的课题
可是，在通过液压加载器沿轴向按压输入盘时，如果输入盘变形，则会发生变速
比的控制精度降低等各种问题，因此，希望在抑制动力辊的打滑的同时将输入盘的变
形控制在最小限度。特别是，在液压加载器具备局部地按压输入盘的背面的特定位置
的活塞、和均匀地按压输入盘的背面的广大区域的油室的情况下，如果没有适当地分
开使用这两个按压构件，则可能导致输入盘的变形量增加。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，在利用环面式无级变速器的液压
加载器产生的载荷抑制动力辊的打滑的同时，将由所述载荷引起的输入盘的变形控制
在最小限度。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，根据本发明，提出一种环面式无级变速器，其具有：旋转轴，
其与驱动源连接；输入盘，其以不能相对旋转的方式支承于所述旋转轴；输出盘，其
相对旋转自如地支承于所述旋转轴；动力辊，其翻滚自如地支承于凸耳，且被夹持在
所述输入盘和所述输出盘之间；以及液压加载器，其对所述输入盘向接近所述输出盘
的方向施力，所述液压加载器具有：第1缸体外壳，其固定于所述旋转轴；第1活塞，
其沿轴向滑动自如地嵌合于第1缸体外壳的内周面，且与突出设置在所述输入盘的背
面的第2缸体外壳的轴向端部抵接；第2活塞，其固定于所述旋转轴，且沿轴向滑动
自如地嵌合于所述第2缸体外壳的内周面；第1油室，其被限定在所述第1缸体外壳
的侧壁和所述第1活塞之间；第2油室，其被限定在所述输入盘的背面和所述第2
活塞之间；以及控制单元，其控制向所述第1油室和所述第2油室供给的液压，其第
1特征在于，所述控制单元基于所述输入盘和所述输出盘之间的变速比、以及从所述
驱动源向所述输入盘输入的输入扭矩中的至少一方，在第1控制状态和第2控制状态
之间进行切换，所述第1控制状态是仅对所述第2油室供给液压的状态，所述第2
控制状态是对所述第1油室和所述第2油室双方供给液压的状态。
另外，根据本发明，在所述第1特征的基础上，提出一种环面式无级变速器，其
第2特征在于，所述输入盘的外周面沿轴向滑动自如地花键式嵌合于所述第1缸体外
壳的内周面。
另外，根据本发明，在所述第1或第2特征的基础上，提出一种环面式无级变速
器，其第3特征在于，基于变速比和输入扭矩来切换所述第1控制状态和所述第2
控制状态，选择所述第1控制状态的输入扭矩在高变速比或低变速比时被设定得比在
中间变速比时大。
另外，根据本发明，在所述第1～第3中的任意一个特征的基础上，提出一种环
面式无级变速器，其第4特征在于，切换所述第1控制状态和所述第2控制状态的输
入扭矩的阈值在所述驱动源的输出扭矩急剧增加时向减小方向变更。
并且，实施方式的输入轴13对应于本发明的旋转轴，实施方式的发动机E对应
于本发明的驱动源，实施方式的电子控制单元U对应于本发明的控制单元。
发明的效果
根据本发明的第1特征，环面式无级变速器具有：旋转轴，其与驱动源连接；输
入盘，其以不能相对旋转的方式支承于旋转轴；输出盘，其相对旋转自如地支承于旋
转轴；动力辊，其翻滚自如地支承于凸耳，且被夹持在输入盘和输出盘之间；以及液
压加载器，其对输入盘向接近输出盘的方向施力，液压加载器具有：第1缸体外壳，
其固定于旋转轴；第1活塞，其沿轴向滑动自如地嵌合于第1缸体外壳的内周面，且
与突出设置在输入盘的背面的第2缸体外壳的轴向端部抵接；第2活塞，其固定于旋
转轴，且沿轴向滑动自如地嵌合于第2缸体外壳的内周面；第1油室，其被限定在第
1缸体外壳的侧壁和第1活塞之间；第2油室，其被限定在输入盘的背面和第2活塞
之间；以及控制单元，其控制向第1油室和第2油室供给的液压，因此，利用供给至
第1油室的液压驱动与第2缸体外壳抵接的第1活塞，沿轴向按压输入盘，并且，利
用供给至由第2活塞限定的第2油室的液压，沿轴向按压输入盘的背面，由此能够将
动力辊夹压在输入盘和输出盘之间，防止发生打滑。
由于第1活塞局部地按压输入盘的径向外端部(即第2缸体外壳)，因此，容易
导致输入盘变形，但是第2油室的液压均匀地按压输入盘的背面的整个区域，因此输
入盘的变形变小。由此，通过控制单元，基于输入盘和输出盘之间的变速比、以及从
驱动源向输入盘输入的输入扭矩中的至少一方，在仅对第2油室供给液压的第1控制
状态和对第1油室和第2油室双方供给液压的第2控制状态之间进行切换，因此，通
过第2油室的液压优先按压输入盘，在仅通过第2油室的液压还不够的情况下，通过
第1活塞辅助性地按压输入盘，由此，能够在抑制动力辊的打滑的同时将输入盘的变
形控制为最小限度，得到下述这样的效果：提高变速比控制的精度，提高动力传递效
率，防止输入盘和输出盘的环形曲面的微动磨损，防止第1活塞和第2活塞接触等。
另外，根据本发明的第2特征，输入盘的外周面沿轴向滑动自如地花键式嵌合于
第1缸体外壳的内周面，因此，不仅能够将输入盘以不能相对旋转且能够沿轴向滑动
的方式支承于旋转轴，而且，通过第1缸体外壳和输入盘的花键式嵌合，能够抑制下
述情况：输入盘的径向外端部因从动力辊受到的反力载荷而欲向轴向外侧扩展。
另外，根据本发明的第3特征，基于变速比和输入扭矩来切换第1控制状态和第
2控制状态，选择第1控制状态的输入扭矩在高变速比或低变速比时被设定得比在中
间变速比时大，因此，在液压加载器的按压载荷对动力辊的打滑抑制有效地起作用的
高变速比时或低变速比时，尽量使用第2油室和第2活塞并抑制第1油室和第1活塞
的使用，由此能够更有效地防止输入盘的变形。
另外，根据本发明的第4特征，切换第1控制状态和第2控制状态的输入扭矩的
阈值在驱动源的输出扭矩急剧增加时向减小方向变更，因此，在驱动源的输出扭矩由
于强制减档操作等而急剧增加时，提前切换为第2控制状态，并通过第1活塞按压在
输入盘的径向上设于外侧的第2缸体外壳，由此，能够防止输入盘的径向外端部以向
轴向外侧扩展的方式变形，并能够更加可靠地抑制动力辊的打滑。
附图说明
图1是环面式无级变速器的骨架图。(第1实施方式)
图2是图1的主要部分放大图。(第1实施方式)
图3是沿图2的3-3线的剖视图。(第1实施方式)
图4是液压加载器的必要产生载荷的说明图。(第1实施方式)
图5是示出液压加载器的加载压与变速比之间的关系的曲线图。(第1实施方式)
图6是根据变速比和输入扭矩检索液压加载器的控制区域的映射。(第1实施方
式)
图7是液压加载器的液压控制的流程图。(第1实施方式)
标号说明
13：输入轴(旋转轴)；
15：输入盘；
15a：第2缸体外壳；
16：输出盘；
17：凸耳；
19：动力辊；
20：花键式嵌合；
23：液压加载器；
24：第1缸体外壳；
24b：侧壁；
25：第1活塞；
26：第2活塞；
27：第1油室；
28：第2油室；
E：发动机(驱动源)；
U：电子控制单元(控制单元)。
具体实施方式
下面，基于图1～图7对本发明的实施方式进行说明。
第1实施方式
如图1～图3所示，机动车用的环面式无级变速器T具备经由减震器12而与发
动机E的曲轴11连接的输入轴13，在输入轴13上支承有实质上为相同结构的第1
无级变速机构14F和第2无级变速机构14R。第1无级变速机构14F具备：大致圆锥
状的输入盘15，其固定于输入轴13；大致圆锥状的输出盘16，其以相对旋转自如且
沿轴向滑动自如的方式支承于输入轴13；一对凸耳17、17，它们以夹着输入轴13
的方式配置；一对曲轴状的枢轴18、18，它们的一端以旋转自如的方式支承于凸耳
17；以及一对动力辊19、19，它们以旋转自如的方式支承于枢轴18、18的另一端，
并能够与输入盘15和输出盘16抵接。
输入盘15和输出盘16的对置面由环形曲面构成，当一对凸耳17、17沿着凸耳
轴21、21向彼此相反的方向移动时，一对动力辊19、19绕凸耳轴21、21翻滚，动
力辊19、19相对于输入盘15和输出盘16的抵接点变化。
第2无级变速机构14R以与所述第1无级变速机构14F实质上夹着驱动齿轮22
成面对称的方式配置，第1、第2无级变速机构14F、14R的输出盘16、16及驱动齿
轮22形成为一体。但是，第1无级变速机构14F的输入盘15固定安装于输入轴13，
与此相对，第2无级变速机构14R的输入盘15被支承为能够相对于输入轴13沿轴向
移动，并由液压加载器23沿轴向施力。
关于第1无级变速机构14F的输入盘15和第1、第2无级变速机构14F、14R的
输出盘16、16，由于它们的径向内侧部分在轴向上的壁厚大，因此在从动力辊19…
受到轴向载荷时比较难以变形，但是，关于第2无级变速机构14R的输入盘15，由
于其在轴向上的壁厚从径向内侧朝向径向外侧大致固定，因此在从动力辊19、19受
到轴向载荷时比较容易变形。
液压加载器23具备：第1缸体外壳24，其固定于输入轴13；第1活塞25，其
外周和内周分别滑动自如地支承于第1缸体外壳24的周壁24a的内周面和输入轴13
的外周面；第2缸体外壳15a，其从输入盘15沿轴向突出并与第1活塞25抵接；第
2活塞26，其外周面滑动自如地支承于第2缸体外壳15a的内周面，并且其内周面固
定于输入轴13；第1油室27，其被限定在第1缸体外壳24的侧壁24b和第1活塞
25之间；以及第2油室28，其被限定在输入盘15的背面和第2活塞26之间。
第2无级变速机构14R的输入盘15的外周部以不能相对旋转且能够沿轴向滑动
的方式花键式嵌合20于第1缸体外壳24的内周面，由此，输入盘15以能够相对于
输入轴13沿轴向滑动的状态与输入轴13一体地旋转。当通过液压加载器23朝向动
力辊19、19按压输入盘15时，通过第1缸体外壳24和输入盘15的花键式嵌合20
能够抑制下述情况：输入盘15的径向外端部由于从动力辊19、19受到的反力载荷而
欲向轴向外侧扩展。
当向第1油室27供给的液压相对于第1缸体外壳24向图中右方向驱动第1活塞
25时，第1活塞25按压第2缸体外壳15a的左端，由此向右对第2无级变速机构14R
的输入盘15施力，并且向第2油室28供给的液压相对于第2活塞26向右对第2无
级变速机构14R的输入盘15施力。其结果为，动力辊19、19被夹压在第2无级变速
机构14R的输入盘15和输出盘16之间，并且动力辊19、19被夹压在第1无级变速
机构14F的输入盘15和输出盘16之间，能够产生抑制输入盘15、15及输出盘16、
16与动力辊19…之间的打滑的夹压力。
此时，通过第1油室27的液压而动作的第1活塞25仅按压设在输入盘15的径
向外端侧的第2缸体外壳15a的左端部，与此相对，第2油室28的液压按压输入盘
15的整个背面。
第1无级变速机构14F(或第2无级变速机构14R)具备设于液压控制块31、32
上的一对液压致动器33、33。各液压致动器33由如下部分构成：活塞杆34，其一体
地形成于凸耳17的下部，并经由滚柱轴承30、30旋转自如且上下滑动自如地支承于
下部支承板29；缸体35，其形成于液压控制块31；活塞36，其一体地形成于活塞杆
34并滑动自如地嵌合于缸体35；增速用油室37，其被限定在活塞36的上下一侧；
减速用油室38，其被限定在活塞36的上下另一侧。
合计4根凸耳17…的上端经由各个球面连接器39…枢轴支承于上部支承板40
的四角，并且当2根凸耳17、17向上移动且另外2根凸耳17、17向下移动时，其动
作同步。
油泵41产生的液压在液压控制回路42中被调节，并被供给至液压致动器33…。
当对增速用油室37供给高压并对减速用油室38供给低压时，活塞36和活塞杆34
向上下方向中的一方移动，相反地，当对减速用油室38供给高压并对增速用油室37
供给低压时，活塞36和活塞杆34向上下方向中的另一方移动。
例如，当利用液压致动器33、33向彼此相反的方向驱动第1无级变速机构14F
的一对凸耳17、17时，动力辊19、19向图1的箭头a方向翻滚，与输入盘15接触
的接触点相对于输入轴13向半径方向外侧移动，同时与输出盘16接触的接触点相对
于输入轴13向半径方向内侧移动，因此输入盘15的旋转增速并传递至输出盘16，
环面式无级变速器T的变速比连续地减小。另一方面，当动力辊19、19向图1的箭
头b方向翻滚时，与输入盘15接触的接触点相对于输入轴13向半径方向内侧移动，
同时与输出盘16接触的接触点相对于输入轴13向半径方向外侧移动，因此输入盘
15的旋转减速并传递至输出盘16，环面式无级变速器T的变速比连续地增加。
第2无级变速机构14R的作用与上述第1无级变速机构14F的作用相同，第1、
第2无级变速机构14F、14R同步地进行变速作用。因此，从发动机E的曲轴11向输
入轴13输入的驱动力以环面式变速机构T的变速比范围内的任意的变速比无级地变
速，并从驱动齿轮22输出。
在液压控制回路42中调节后的液压也被供给至液压加载器23，用于动力辊19…
的打滑抑制控制。即，液压控制回路42具备第1线性电磁阀43和第2线性电磁阀
44，油泵41产生的液压在通过第1线性电磁阀43调节后被供给至液压加载器23的
第1油室27，并且，通过第2线性电磁阀44调节后被供给至液压加载器23的第2
油室28。
电子控制单元U基于环面式无级变速器T的变速比和输入扭矩来控制第1线性电
磁阀43和第2线性电磁阀44所输出的液压。环面式无级变速器T的变速比能够根据
可通过例如现有的传感器检测出的输入转速和输出转速计算出来，环面式无级变速器
T的输入扭矩能够通过与燃料喷射控制ECU之间的通信获得，因此无需追加特别的传
感器。
接下来，对具备上述结构的本发明的实施方式的作用进行说明。
图4是对能够在输入盘15(或输出盘16)与动力辊19之间传递的扭矩进行说明
的图，图4的(A)对应于变速比为低(或高)的状态，图4的(B)对应于变速比为
1的状态。
如果将输入盘15和动力辊19的抵接点P与输入轴13的轴线之间的距离设为R，
并将所述抵接点P的法线方向的载荷设为Fc，则能够在输入盘15与动力辊19之间
传递的扭矩以Fc×R×摩擦系数表示。在此，可以将摩擦系数当做固定值。
为了在避免输入盘15和输出盘16之间的打滑的同时得到必要传递扭矩，在图4
的(A)所示的变速比为低的状态下，与图4的(B)所示的变速比为1的状态相比，
所述距离R变得稍小，因此，需要使法线方向的载荷Fc稍大。可是，在变速比为低
的状态下，载荷Fc的方向相对于输入轴13的轴线所成的角度变大，为了得到该载荷
Fc，液压加载器23应该产生的轴向上的分量Fa大幅变小，因此在变速比为低的状态
下，即使减小液压加载器23所产生的轴向上的分量Fa，也能够得到必要的传递扭矩。
另一方面，在图4的(B)所示的变速比为1的状态下，与图4的(A)所示的变
速比为低的状态相比，所述距离R稍微变大，因此能够稍微减小法线方向上的载荷
Fc。可是，在变速比为1的状态下，载荷Fc的方向相对于输入轴13的轴线所成的角
度变小，为了得到该载荷Fc，液压加载器23应该产生的轴向上的分量Fa大幅变大，
因此在变速比为1的状态下，如果不增大液压加载器23所产生的轴向上的载荷Fa，
则无法得到必要的传递扭矩。
如上所述，在变速比为低的状态或变速比为高的状态下，与变速比为1的状态相
比，能够减小液压加载器23所产生的轴向载荷Fa。图5示出了环面式无级变速器T
的变速比与液压加载器23应该产生的轴向载荷Fa(加载压)之间的关系，可知：在
变速比为1.0～1.5的中间区域，加载压变大，在变速比比上述范围大的区域和比
上述范围小的区域，加载压变小。
另外，本实施方式的液压加载器23能够产生由第1油室27和第1活塞25实现
的加载压以及由第2油室28和第2活塞26实现的加载压，但是，由第1油室27和
第1活塞25实现的加载压是通过第1活塞25按压设在输入盘15的径向外端的第2
缸体外壳15a而产生的，因此，输入盘15在设有第2缸体外壳15a的径向外端集中
承受加载压，该加载压所引起的输入盘15的变形可能变大。
另一方面，关于由第2油室28和第2活塞26实现的加载压，由于第2油室28
的液压在径向的整个区域均匀地按压输入盘15的背面，因此，该加载压所引起的输
入盘15的变形被抑制得比较小。
因此，在本实施方式中，优先使用第2油室28和第2活塞26产生必要的加载压，
在通过该加载压还不够的情况下，使用第1油室27和第1活塞25产生与不足的量相
当的加载压，由此将输入盘15的变形控制在最小限度。
在图6的映射中，横轴是环面式无级变速器T的变速比，纵轴是环面式无级变速
器T的输入扭矩，阈值线S下侧的第1控制区域A是仅通过第2油室28和第2活塞
26产生加载压的区域，阈值线S上侧的第2控制区域B是在第2油室28和第2活塞
26的基础上通过第1油室27和第1活塞25产生加载压的区域。阈值线S在高变速
比侧和低变速比侧变高是因为：如前所述，在高变速比侧和低变速比侧，能够通过较
小的加载压抑制动力辊19的打滑，因此，即使输入扭矩变大，也能够仅通过第2油
室28和第2活塞26所产生的加载压来抑制打滑。
接下来，基于图7的流程图对第1油室27和第2油室28的液压控制进行说明。
首先，在步骤S1中，使电子控制单元U读入环面式无级变速器T的变速比和输
入扭矩。在接下来的步骤S2中，将变速比和输入扭矩应用于图6的映射中，如果该
变速比和输入扭矩处于第1控制区域A、即处于阈值线S的下侧，则在步骤S3中根
据变速比和输入扭矩计算出为了抑制动力辊19打滑所需要的第2油室28的第2液压。
然后，在步骤S4中，控制液压控制回路42的第2线性电磁阀44，输出第2液压。
此时，第1线性电磁阀43为全闭状态，不输出液压。
如果在所述步骤S2中变速比和输入扭矩处于第2控制区域B、即处于阈值线S
的上侧，则在步骤S5中使第2线性电磁阀44成为全开状态，输出上限液压，并且在
步骤S6中计算出为了抑制动力辊19的打滑所需要的第1油室27的第1液压。然后，
在步骤S7中，控制液压控制回路42的第1线性电磁阀43，输出第1液压，由此借
助第1油室和第2油室双方的液压抑制动力辊19的打滑。
如上所述，在控制液压加载器23的第1油室27和第2油室28的液压时，对难
以使输入盘15变形的第2油室28优先供给液压，在仅通过第2油室28的液压无法
抑制动力辊19的打滑的情况下，辅助性地对第1油室27供给液压，因此，能够在抑
制动力辊19的打滑的同时将输入盘15的变形控制为最小限度，得到下述这样的效果：
提高变速比控制的精度，提高动力传递效率，防止输入盘15和输出盘16的环形曲面
的微动磨损，防止第1活塞25和第2活塞26接触等。
在车辆的行驶过程中进行急剧踩下油门踏板的强制减档操作这样的情况下，存在
环面式无级变速器T的输入扭矩急剧增加而导致动力辊19打滑的担忧，然而如图6
所示，在进行强制减档操作的情况下，使阈值线S向下方移动。其结果是，第1油室
27的液压比通常时提前上升，第1活塞25比通常时提前按压输入盘15。
第1活塞25仅按压输入盘15的径向外端的第2缸体外壳15a，因此，第1活塞
25的按压载荷能够有效阻止输入盘15的径向外端以向轴向外侧扩展的方式变形，即
使输入扭矩由于强制减档操作而急剧增加，也能够可靠地阻止动力辊19的打滑。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明能够在不脱离其要点的范围内
进行各种设计变更。
例如，虽然实施方式的环面式无级变速器T为双腔室型，但也可以是单腔室型。
另外，在实施方式中，利用变速比和输入扭矩这两个参数判定第1控制区域A
和第2控制区域B，但也可以利用其中的任意一个参数进行判定。
另外，本发明的驱动源不限定于实施方式的发动机E，也可以是电动马达等任意
的驱动源。