(57)【要約】【課題】ジェネレータ／モータとして、最大トルクのより小さな小型のものを用いることのできる電気−機械式変速装置およびそれを備える建設車両を提供する。【解決手段】入力軸４と、出力軸１６と、これら入力軸４と出力軸１６との間に介挿される遊星歯車機構５，６を有する機械伝動部と、３個のジェネレータ／モータ２１Ａ，２５Ａ，３１Ａを有する電気伝動部とを備える変速装置において、第１ジェネレータ／モータ２１Ａの回転軸と第２ジェネレータ／モータ２５Ａの回転軸を機械伝動部に連結し、第３ジェネレータ／モータ３１Ａの回転軸を第１ジェネレータ／モータ２１Ａの回転軸および／または第２ジェネレータ／モータ２５Ａの回転軸に連結するクラッチ３４，３５，３６を設ける構成とする。【選択図】図１１
2011033192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と、出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に介挿される少なくとも１つの遊星歯車機構を有する機械伝動部および電気伝動部とを備え、前記電気伝動部がインバータにより駆動制御される複数のジェネレータ／モータを有する変速装置であって、
前記複数のジェネレータ／モータが、第１ジェネレータ／モータと第２ジェネレータ／モータと第３ジェネレータ／モータとよりなり、
前記第１ジェネレータ／モータの回転軸と前記第２ジェネレータ／モータの回転軸とを、それぞれ前記機械伝動部に連結し、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第１連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第２連結機構を有し、
前記第１連結機構および前記第２連結機構の切換え操作により、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸および前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に同時に連結する状態を切換えることができるように構成されている
ことを特徴とする変速装置。
【請求項２】
入力軸と、出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に介挿される少なくとも１つの遊星歯車機構を有する機械伝動部および電気伝動部とを備え、前記電気伝動部がインバータにより駆動制御される複数のジェネレータ／モータを有する変速装置であって、
前記機械伝動部が、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを備え、
前記複数のジェネレータ／モータが、第１ジェネレータ／モータと第２ジェネレータ／モータと第３ジェネレータ／モータとよりなり、
前記入力軸を前記第１遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第１ジェネレータ／モータの回転軸を前記第１遊星歯車機構の第２要素に連結し、
前記第２ジェネレータ／モータの回転軸を前記第２遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記出力軸を前記第１遊星歯車機構の第３要素および前記第２遊星歯車機構の第３要素に連結するとともに、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を固定端および／または前記第１遊星歯車機構の第２要素に連結する第１連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第２連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第３連結機構を有し、
前記第２連結機構および前記第３連結機構の切換え操作により、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸および前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に同時に連結する状態を切換えることができるように構成されている
ことを特徴とする変速装置。
【請求項３】
入力軸と、出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に介挿される少なくとも１つの遊星歯車機構を有する機械伝動部および電気伝動部とを備え、前記電気伝動部がインバータにより駆動制御される複数のジェネレータ／モータを有する変速装置であって、
前記機械伝動部が、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とそれらの間に配される第３遊星歯車機構を備え、
前記複数のジェネレータ／モータが、第１ジェネレータ／モータと第２ジェネレータ／モータと第３ジェネレータ／モータとよりなり、
前記入力軸を前記第１遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第１ジェネレータ／モータの回転軸を前記第３遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第２ジェネレータ／モータの回転軸を前記第２遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記出力軸を前記第１遊星歯車機構の第３要素および前記第２遊星歯車機構の第３要素に連結し、
前記第１遊星歯車機構の第２要素を前記第３遊星歯車機構の第３要素に連結し、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を前記第３遊星歯車機構の第２要素に連結するとともに、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を固定端および／または前記第３遊星歯車機構の第１要素に連結する第１連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第２連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第３連結機構を有し、
前記第２連結機構および前記第３連結機構の切換え操作により、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸および前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に同時に連結する状態を切換えることができるように構成されている
ことを特徴とする変速装置。
【請求項４】
入力軸と、出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に介挿される少なくとも１つの遊星歯車機構を有する機械伝動部および電気伝動部とを備え、前記電気伝動部がインバータにより駆動制御される複数のジェネレータ／モータを有する変速装置であって、
前記機械伝動部が、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とそれらの間に配される第３遊星歯車機構を備え、
前記複数のジェネレータ／モータが、第１ジェネレータ／モータと第２ジェネレータ／モータとよりなり、
前記入力軸を前記第１遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第１ジェネレータ／モータの回転軸を前記第３遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第２ジェネレータ／モータの回転軸を前記第２遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記出力軸を前記第１遊星歯車機構の第３要素および前記第２遊星歯車機構の第３要素に連結し、
前記第１遊星歯車機構の第２要素を前記第３遊星歯車機構の第３要素に連結し、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を前記第３遊星歯車機構の第２要素に連結するとともに、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を固定端および／または前記第３遊星歯車機構の第１要素に連結する連結機構を有する
ことを特徴とする変速装置。
【請求項５】
前記第１ジェネレータ／モータの回転速度が０となる低速側ダイレクト点と、前記第２ジェネレータ／モータの回転速度が０となる高速側ダイレクト点との速度比を３〜４に設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の変速装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の変速装置を備える建設車両であって、
前記第１ジェネレータ／モータの回転速度が０となる低速側ダイレクト点と、前記第２ジェネレータ／モータの回転速度が０となる高速側ダイレクト点との速度比を３〜４に設定するとともに、前記低速側ダイレクト点を作業時車速に設定し、前記高速側ダイレクト点を最高車速に設定することを特徴とする建設車両。
【請求項７】
前記作業時車速は、ホイールローダのＶシェイプローディング時の車速であることを特徴とする請求項６に記載の建設車両。
【請求項８】
前記作業時車速は、ブルドーザのドージング作業時の車速であることを特徴とする請求項６に記載の建設車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジェネレータ／モータと遊星歯車機構とを組み合わせてなる電気−機械式変速装置およびその変速装置を備える建設車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧式の変速装置として、エンジンからの入力パワーの全部を油圧に変換して伝達する純油圧式の変速装置（ハイドロスタティックトランスミッション；ＨＳＴ）と、入力パワーの一部を油圧に伝達するとともに、残部を機械的に伝達する油圧−機械式（動力分割式）の変速装置（ハイドロメカニカルトランスミッション；ＨＭＴ）が知られている。このうち、後者の変速装置（ＨＭＴ）は、機械的動力の一部を油圧動力に変換すれば良く、機械的動力の伝達効率が高いことから、前者の変速装置（ＨＳＴ）に比べて高効率を達成することができるという利点を有しており、ブルドーザ、ホイールローダといった負荷変動の激しい車両に対して理想的な変速機と言われて一部車両で採用されている。
【０００３】
前記油圧−機械式変速装置（ＨＭＴ）の代表的なものとして、その無段変速特性を遊星歯車機構により達成するようにしたものがある。すなわち、遊星歯車機構のサンギア、プラネタリギアを備えたキャリアおよびリングギアの三要素のうちの第１要素を入力軸に、第２要素を出力軸にそれぞれ連結するとともに、第３要素を油圧ポンプもしくは油圧モータに連結し、この油圧ポンプもしくは油圧モータの回転速度を変化させて出力軸の回転速度を変化させるように構成されたものである。
【０００４】
このＨＭＴは、前記遊星歯車機構に連結したポンプ／モータと油圧回路により流体的に接続される他のポンプ／モータを、変速装置の入力軸と回転比一定で連結する出力分割型のものと、前記遊星歯車機構に連結した油圧ポンプもしくは油圧モータと油圧回路により流体的に接続される他の油圧ポンプもしくは油圧モータを、変速装置の出力軸と回転比一定で連結する入力分割型のものの２形式がある。
【０００５】
なお、ＨＭＴに類似する技術としてＥＭＴ（電気−機械式変速装置）がある。このＥＭＴは、ＨＭＴにおけるポンプ／モータのかわりにジェネレータ／モータを用い、機械的動力の一部を電気動力に変換して伝達するものである。このＥＭＴに関する先行技術としては、特許文献１に開示されたものがある。この文献に開示された変速装置は、２つの遊星歯車機構と２つの電動機をもつ電気−機械式変速装置であって、低速側で入力分割モードをつくり、高速側で複合分割（出力分割）モードをつくるためにクラッチにて切換えるように構成されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，４７８，７０５号明細書
【０００７】
ところで、ＨＭＴに用いられるポンプ／モータは、大きなトルクを発生させるためには容量を大きくする必要があるが、この大容量のポンプ／モータの容量を絞って高回転で用いる場合に、漏れによる損失が大きくなってしまい、変速装置全体の効率が低下してしまう。また、ＥＭＴに使用されるジェネレータ／モータは、逆に低速大トルクが得意でなく、低速で大トルクを発揮するものはサイズが非常に大型で高価なものとなってしまう。したがって、ポンプ／モータにおいてもジェネレータ／モータにおいても、最大トルクの小さな小型のものを用いることが望ましい。
【０００８】
前記特許文献１に開示された変速装置においては、入力分割モード（ｉｎｐｕｔ−ｓｐｌｉｔ  ｍｏｄｅ）と複合分割モード（ｃｏｍｐｏｕｎｄ−ｓｐｌｉｔ  ｍｏｄｅ）のうち、より大きな最大トルクが求められる方に合わせてジェネレータ／モータ（特許文献１において符号２８で示される。）の大きさを決定する必要がある。すなわち、特許文献１に開示された変速装置では、入力分割モードか複合分割モードのいずれかの状態では、ジェネレータ／モータは、最大トルク付近の領域では用いられず、その性能を発揮することなく使用されることとなる。
【０００９】
仮に、入力分割モードと複合分割モードのいずれの状態においても、ジェネレータ／モータが最大トルクを発生（または吸収）できるような構成とすることができれば、換言すると、ジェネレータ／モータ接続部の減速比を入力分割モードと複合分割モードの両方で最適なものとすることができれば、ジェネレータ／モータを小型化することができる。また、ジェネレータ／モータに代えてポンプ／モータを用いるＨＭＴにおいても、同様にポンプ／モータを小型化して効率を高めることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたもので、ジェネレータ／モータとして、最大トルクのより小さな小型のものを用いることのできる電気−機械式変速装置およびそれを備える建設車両を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、第１発明による変速装置は、
入力軸と、出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に介挿される少なくとも１つの遊星歯車機構を有する機械伝動部および電気伝動部とを備え、前記電気伝動部がインバータにより駆動制御される複数のジェネレータ／モータを有する変速装置であって、
前記複数のジェネレータ／モータが、第１ジェネレータ／モータと第２ジェネレータ／モータと第３ジェネレータ／モータとよりなり、
前記第１ジェネレータ／モータの回転軸と前記第２ジェネレータ／モータの回転軸とを、それぞれ前記機械伝動部に連結し、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第１連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第２連結機構を有し、
前記第１連結機構および前記第２連結機構の切換え操作により、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸および前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に同時に連結する状態を切換えることができるように構成されている
ことを特徴とするものである。
【００１２】
また、第２発明による変速装置は、
入力軸と、出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に介挿される少なくとも１つの遊星歯車機構を有する機械伝動部および電気伝動部とを備え、前記電気伝動部がインバータにより駆動制御される複数のジェネレータ／モータを有する変速装置であって、
前記機械伝動部が、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを備え、
前記複数のジェネレータ／モータが、第１ジェネレータ／モータと第２ジェネレータ／モータと第３ジェネレータ／モータとよりなり、
前記入力軸を前記第１遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第１ジェネレータ／モータの回転軸を前記第１遊星歯車機構の第２要素に連結し、
前記第２ジェネレータ／モータの回転軸を前記第２遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記出力軸を前記第１遊星歯車機構の第３要素および前記第２遊星歯車機構の第３要素に連結するとともに、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を固定端および／または前記第１遊星歯車機構の第２要素に連結する第１連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第２連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第３連結機構を有し、
前記第２連結機構および前記第３連結機構の切換え操作により、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸および前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に同時に連結する状態を切換えることができるように構成されている
ことを特徴とするものである。
【００１３】
また、第３発明による変速装置は、
入力軸と、出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に介挿される少なくとも１つの遊星歯車機構を有する機械伝動部および電気伝動部とを備え、前記電気伝動部がインバータにより駆動制御される複数のジェネレータ／モータを有する変速装置であって、
前記機械伝動部が、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とそれらの間に配される第３遊星歯車機構を備え、
前記複数のジェネレータ／モータが、第１ジェネレータ／モータと第２ジェネレータ／モータと第３ジェネレータ／モータとよりなり、
前記入力軸を前記第１遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第１ジェネレータ／モータの回転軸を前記第３遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第２ジェネレータ／モータの回転軸を前記第２遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記出力軸を前記第１遊星歯車機構の第３要素および前記第２遊星歯車機構の第３要素に連結し、
前記第１遊星歯車機構の第２要素を前記第３遊星歯車機構の第３要素に連結し、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を前記第３遊星歯車機構の第２要素に連結するとともに、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を固定端および／または前記第３遊星歯車機構の第１要素に連結する第１連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第２連結機構と、
前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結する第３連結機構を有し、
前記第２連結機構および前記第３連結機構の切換え操作により、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に連結し、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸には連結しない状態と、前記第３ジェネレータ／モータの回転軸を、前記第１ジェネレータ／モータの回転軸および前記第２ジェネレータ／モータの回転軸に同時に連結する状態を切換えることができるように構成されている
ことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、第４発明による変速装置は、
入力軸と、出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に介挿される少なくとも１つの遊星歯車機構を有する機械伝動部および電気伝動部とを備え、前記電気伝動部がインバータにより駆動制御される複数のジェネレータ／モータを有する変速装置であって、
前記機械伝動部が、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とそれらの間に配される第３遊星歯車機構を備え、
前記複数のジェネレータ／モータが、第１ジェネレータ／モータと第２ジェネレータ／モータとよりなり、
前記入力軸を前記第１遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第１ジェネレータ／モータの回転軸を前記第３遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記第２ジェネレータ／モータの回転軸を前記第２遊星歯車機構の第１要素に連結し、
前記出力軸を前記第１遊星歯車機構の第３要素および前記第２遊星歯車機構の第３要素に連結し、
前記第１遊星歯車機構の第２要素を前記第３遊星歯車機構の第３要素に連結し、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を前記第３遊星歯車機構の第２要素に連結するとともに、
前記第２遊星歯車機構の第２要素を固定端および／または前記第３遊星歯車機構の第１要素に連結する連結機構を有する
ことを特徴とするものである。
【００１５】
前記第１発明〜第４発明のいずれかにおいて、前記第１ジェネレータ／モータの回転速度が０となる低速側ダイレクト点と、前記第２ジェネレータ／モータの回転速度が０となる高速側ダイレクト点との速度比を３〜４に設定するのが好ましい（第５発明）。
【００１６】
第６発明による建設車両は、
前記第１発明〜第４発明のいずれかの変速装置を備える建設車両であって、
前記第１ジェネレータ／モータの回転速度が０となる低速側ダイレクト点と、前記第２ジェネレータ／モータの回転速度が０となる高速側ダイレクト点との速度比を３〜４に設定するとともに、前記低速側ダイレクト点を作業時車速に設定し、前記高速側ダイレクト点を最高車速に設定することを特徴とするものである。
【００１７】
ここで、前記作業時車速は、ホイールローダのＶシェイプローディング時の車速とするか（第７発明）、あるいはブルドーザのドージング作業時の車速とする（第８発明）のが好適である。
【発明の効果】
【００１８】
第１発明〜第４発明の各発明によれば、第３ジェネレータ／モータの回転軸が、第１ジェネレータ／モータの回転軸および／または第２ジェネレータ／モータの回転軸に付け替えて使用され、第３ジェネレータ／モータは常に他のいずれかのジェネレータ／モータの作用を補う働きをする。したがって、各ジェネレータ／モータとして従来と比べ最大トルクが小さな小型のものを用いることができ、容量を絞って高回転で用いる場合でも効率を高めることができる。また、第３ジェネレータ／モータの回転軸の連結先である、第１ジェネレータ／モータの回転軸もしくは第２ジェネレータ／モータの回転軸の両方に連結されるので、入力軸に入力される動力をすべて機械伝動部のみを通じて出力軸に伝達するダイレクト点を形成することができる。
【００１９】
第３発明または第４発明によれば、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構との間に、減速比調整用の第３遊星歯車機構が配されているので、第１ジェネレータ／モータの減速比を入力分割モードと複合分割モードの両方で最適なものとすることができる。したがって、第１ジェネレータ／モータとして最大トルクのより小さな小型のものを用いることができ、容量を絞って高回転で用いる場合でも効率を高めることができる。
【００２０】
ところで、ブルドーザやホイールローダといった建設車両においては、作業時の車速に対して移動時の車速が概ね３倍から４倍となるような使われ方をされることが多い。例えば、ブルドーザでは、ドージング作業が３ｋｍ／ｈ程度に対して最高速度が１１ｋｍ／ｈ程度であり、ホイールローダでは、Ｖシェイプローディング時には１０ｋｍ／ｈ程度で作業するのに対し最高速度が３５ｋｍ／ｈ程度である。このため、第５発明、第６発明のように、前記第１発明〜第４発明の変速装置を、これら建設車両に適用して、低速側ダイレクト点を作業時車速に、高速側ダイレクト点を最高車速に設定すれば、言い換えれば低速側ダイレクト点と高速側ダイレクト点との速度比を３〜４に設定すれば、これら各ダイレクト点は変速装置の伝達効率が最も良い点であるので、非常に効率が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る変速装置の概略構成図
【図２】第１の実施形態に係る変速装置の作動特性図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る変速装置の概略構成図
【図４】第２の実施形態に係る変速装置の作動特性図
【図５】本発明の第３の実施形態に係る変速装置の概略構成図
【図６】第３の実施形態に係る変速装置の作動特性図
【図７】本発明の第４の実施形態に係る変速装置の概略構成図
【図８】第４の実施形態に係る変速装置の作動特性図
【図９】本発明の第５の実施形態に係る変速装置の概略構成図
【図１０】第５の実施形態に係る変速装置の作動特性図
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る変速装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明による変速装置およびそれを備える建設車両の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１には、本発明の第１の実施形態に係る変速装置の概略構成図が示されている。本実施形態は、ブルドーザ等の土木作業機械に適用された例に関するものである。
【００２４】
本実施形態の変速装置１は、エンジン２からの動力が前後進切換え機構３を介して入力される入力軸４と、この入力軸４と同軸上に配される第１遊星歯車機構５および第２遊星歯車機構６とを備えている。第１遊星歯車機構５は、前記入力軸４に固定されるサンギア７と、このサンギア７の外周に噛合される複数のプラネタリギア８と、これらプラネタリギア８を軸支するキャリア９と、プラネタリギア８群の外周に噛合されるリングギア１０とを備え、前記キャリア９が中間出力軸１１に固定されるように構成されている。一方、前記第２遊星歯車機構６は、サンギア１２と、このサンギア１２の外周に噛合される複数のプラネタリギア１３と、これらプラネタリギア１３を軸支するキャリア１４と、プラネタリギア１３群の外周に噛合されるリングギア１０とを備え、前記キャリア１４がそのスリーブ部１４ａを介して前記中間出力軸１１に回転自在に支承されるとともに、前記サンギア１２が前記スリーブ部１４ａの外周に回転自在に支承されるように構成されている。
【００２５】
前記第１遊星歯車機構５と第２遊星歯車機構６とはそれぞれのリングギア１０，１０が連結されることにより相互に連係している。そして、このリングギア１０が出力軸１６に固定された出力ギア１７に噛合されている。
【００２６】
前記第２遊星歯車機構６の終端側には連結機構としての第１クラッチ３２および第２クラッチ３３が配されている。第１クラッチ３２は、中間出力軸１１とキャリア１４のスリーブ部１４ａとを接断する機能を有し、第２クラッチ３３は、スリーブ部１４ａと固定端１９とを接断する機能を有する。
【００２７】
前記中間出力軸１１の終端部には第１ギア２０が一体結合され、この第１ギア２０に、第１ポンプ／モータ２１の出力軸２２に固定された第２ギア２３が噛合されている。また、前記第２遊星歯車機構６のサンギア１２には第３ギア２４が一体結合され、この第３ギア２４に、第２ポンプ／モータ２５の出力軸２６に固定された第４ギア２７が噛合されている。
【００２８】
また、前記中間出力軸１１に平行に第１軸３７、第２軸３８および第３軸（第３ポンプ／モータ３１の出力軸）３９がそれぞれ配されている。さらに、中間出力軸１１の終端部に結合される第１ギア２０が、第１軸３７に第３クラッチ３４を介して連結される第５ギア４０に噛合され、中間出力軸１１の終端部に配される第６ギア４１が第２軸３８に第４クラッチ３５を介して連結される第７ギア４２に噛合され、第１軸３７の第８ギア４３が第２軸３８の第９ギア４４に噛合され、第２軸３８に第５クラッチ３６を介して連結される第１０ギア４５がサンギア１２に一体結合される第３ギア２４に噛合され、第９ギア４４が第３ポンプ／モータ３１の出力軸（第３軸）３９に固定された第１１ギア４６に噛合されている。ここで、第１ポンプ／モータ２１と第２ポンプ／モータ２５とは油圧配管２８を介して流体的に接続されており、この油圧配管２８に対して第３ポンプ／モータ３１が油圧配管４７を介して流体的に接続されている。
【００２９】
前記第１ポンプ／モータ２１、第２ポンプ／モータ２５および第３ポンプ／モータ３１はいずれも可変容量型油圧ポンプ／モータである。第１ポンプ／モータ２１にはコントローラ（制御手段）６１からの指令信号に応じてその第１ポンプ／モータ２１の容量を調節する第１ポンプ／モータ容量調節装置６２が付設され、第２ポンプ／モータ２５にはコントローラ６１からの指令信号に応じてその第２ポンプ／モータ２５の容量を調節する第２ポンプ／モータ容量調節装置６３が付設され、第３ポンプ／モータ３１にはコントローラ６１からの指令信号に応じてその第３ポンプ／モータ３１の容量を調節する第３ポンプ／モータ容量調節装置６４が付設されている。また、前記第１クラッチ３２、第２クラッチ３３、第３クラッチ３４、第４クラッチ３５および第５クラッチ３６はいずれも油圧作動式クラッチである。第１クラッチ３２にはコントローラ６１からの指令信号に応じてその第１クラッチ３２のクラッチ圧を調節する第１クラッチ圧調節弁６５が付設され、第２クラッチ３３にはコントローラ６１からの指令信号に応じてその第２クラッチ３３のクラッチ圧を調節する第２クラッチ圧調節弁６６が付設され、第３クラッチ３４にはコントローラ６１からの指令信号に応じてその第３クラッチ３４のクラッチ圧を調節する第３クラッチ圧調節弁６７が付設され、第４クラッチ３５にはコントローラ６１からの指令信号に応じてその第４クラッチ３５のクラッチ圧を調節する第４クラッチ圧調節弁６８が付設され、第５クラッチ３６にはコントローラ６１からの指令信号に応じてその第５クラッチ３６のクラッチ圧を調節する第５クラッチ圧調節弁６９が付設されている。ここで、前記コントローラ６１は、所定プログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）と、このプログラム、更には各種テーブルを記憶する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、このプログラムを実行するに必要なワーキングメモリとしての書込み可能メモリ（ＲＡＭ）と、入力インターフェイスおよび出力インターフェイスとを備えて構成されている。
【００３０】
本実施形態の変速装置１において、初期状態として、第１クラッチ３２をＯＦＦ、第２クラッチ３３をＯＮ、第３クラッチ３４をＯＦＦ、第４クラッチ３５をＯＦＦ、第５クラッチ３６をＯＮにした状態を考え、この状態からエンジン回転数を一定にして車両を前進方向に加速する場合について、図２に示される作動特性図を参照しつつ説明する。
【００３１】
前記初期状態から加速していく際、各ポンプ／モータ２１，２５，３１の回転数および容量は図２の領域Ａに示されるように変化する。このとき、エンジン２からの動力は第１遊星歯車機構５のサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８からリングギア１０に出力される。一方、前記サンギア７に入力された動力はキャリア９から中間出力軸１１に伝達され、第１ギア２０および第２ギア２３を介してポンプの働きをする第１ポンプ／モータ２１に出力される。そして、この第１ポンプ／モータ２１に出力された動力は油圧配管２８を介してモータの働きをする第２ポンプ／モータ２５に、油圧配管４７を介してモータの働きをする第３ポンプ／モータ３１にそれぞれ伝達される。さらに、第２ポンプ／モータ２５の回転動力は、その出力軸２６から第４ギア２７、第３ギア２４、サンギア１２、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される一方、前記第３ポンプ／モータ３１の回転動力は、その出力軸３９から第１１ギア４６、第９ギア４４、第２軸３８、第１０ギア４５、第３ギア２４、サンギア１２、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される。こうして、第１遊星歯車機構５および第２遊星歯車機構６からの動力が合わさって出力軸１６の回転動力となる。このように領域Ａにおいては、第３ポンプ／モータ３１の回転軸が第２ポンプ／モータ２５の回転軸に連結されてその第２ポンプ／モータ２５のモータ作用を応援する役目をする。
【００３２】
この後、第３ポンプ／モータ３１の吐出容量が徐々に減じて０となる車速Ｖ１において、第４クラッチ３５をＯＮに切換えるとともに、第５クラッチ３６をＯＦＦに切換えて図２の領域Ｂに入る。これにより、前記中間出力軸１１に伝達された動力は、第１ポンプ／モータ２１に出力されるほか、第６ギア４１から第７ギア４２、第２軸３８、第９ギア４４および第１１ギア４６を介して第３ポンプ／モータ３１に出力されることになる。このとき、第３ポンプ／モータ３１の回転軸は第１ポンプ／モータ２１の回転軸に連結されてポンプ作用をし、その第１ポンプ／モータ２１を応援する役目をする。こうして、車速Ｖ２において第１ポンプ／モータ２１および第３ポンプ／モータ３１の回転数が０になるとともに、第２ポンプ／モータ２５の容量が０になる。このとき、エンジン２からの動力はすべて機械伝動部のみを通じて伝達されるダイレクト点（低速側ダイレクト点）となる。なお、図２に示される領域Ａおよび領域Ｂにおいて変速装置１は入力分割型の変速装置として機能する。
【００３３】
次に、この車速Ｖ２から更に前進方向に加速する際には、第１クラッチ３２をＯＮ、第２クラッチ３３をＯＦＦにそれぞれ切換えるとともに、第５クラッチ３６をＯＦＦにしたまま、第３クラッチ３４をＯＮ、第４クラッチ３５をＯＦＦにそれぞれ切換える（図２の領域Ｃ）と、エンジン２からの動力は第１遊星歯車機構５のサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８からリングギア１０に出力される。一方、前記サンギア７に入力された動力はキャリア９から中間出力軸１１に伝達され、キャリア１４、サンギア１２、第３ギア２４および第４ギア２７を介してポンプの働きをする第２ポンプ／モータ２５に出力される。そして、この第２ポンプ／モータ２５に出力された動力は油圧配管２８を介してモータの働きをする第１ポンプ／モータ２１、油圧配管４７を介してモータの働きをする第３ポンプ／モータ３１にそれぞれ伝達される。さらに、第１ポンプ／モータ２１の回転動力は、その出力軸２２から第２ギア２３、第１ギア２０、キャリア１４、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される一方、前記第３ポンプ／モータ３１の回転動力は、その出力軸３９から第１１ギア４６、第９ギア４４、第８ギア４３、第１軸３７、第５ギア４０、第１ギア２０、キャリア１４、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される。こうして、第１遊星歯車機構５および第２遊星歯車機構６からの動力が合わさって出力軸１６の回転動力となる。このように領域Ｃにおいては、第３ポンプ／モータ３１の回転軸が引き続き第１ポンプ／モータ２１の回転軸に連結されてその第１ポンプ／モータ２１のモータ作用を応援する役目をする。なお、領域Ｂから領域Ｃに移った際に第１ポンプ／モータ２１の回転方向は逆転する。
【００３４】
この後、第３ポンプ／モータ３１の吐出容量が徐々に減じて０となる車速Ｖ３において、第３クラッチ３４をＯＦＦに切換えるとともに、第５クラッチ３６をＯＮに切換えて図２の領域Ｄに入る。これにより、前記中間出力軸１１に伝達された動力は、第２ポンプ／モータ２５に出力されるほか、キャリア１４から第１０ギア４５、第２軸３８、第９ギア４４および第１１ギア４６を介して第３ポンプ／モータ３１に出力されることになる。このとき、第３ポンプ／モータ３１の回転軸は第２ポンプ／モータ２５の回転軸に連結されてポンプ作用をし、その第２ポンプ／モータ２５を応援する役目をする。こうして、車速Ｖ４において第２ポンプ／モータ２５および第３ポンプ／モータ３１の回転数が０になるとともに、第１ポンプ／モータ２１の容量が０になる。このとき、エンジン２からの動力はすべて機械伝動部のみを通じて伝達されるダイレクト点（高速側ダイレクト点）となる。なお、図２に示される領域Ｃおよび領域Ｄにおいて変速装置３０は複合分割型の変速装置として機能する。
【００３５】
このように本実施形態の変速装置１によれば、第３ポンプ／モータ３１の回転軸が、図２の領域Ａにおいては第２ポンプ／モータ２５の回転軸に連結されてモータ作用を行い、領域Ｂにおいては、第１ポンプ／モータ２１の回転軸に連結されてポンプ作用を行い、領域Ｃにおいては、第１ポンプ／モータ２１の回転軸に連結されてモータ作用を行い、領域Ｄにおいては、第２ポンプ／モータ２５の回転軸に連結されてポンプ作用を行うように切換えられる。このように第３ポンプ／モータ３１の回転軸を第１ポンプ／モータ２１の回転軸と第２ポンプ／モータ２５の回転軸とに付け替えて使用することで、第３ポンプ／モータ３１は常に他のいずれかのポンプ／モータ２１，２５の作用を補う働きをする。したがって、各ポンプ／モータ２１，２５，３１として従来と比べ最大トルクが小さな小型のものを用いることができ、容量を絞って高回転で用いる場合でも効率を高めることができる。
【００３６】
また、本実施形態の変速装置１によれば、第１遊星歯車機構５と第２遊星歯車機構６よりなる複合遊星歯車機構を採用し、かつクラッチにより入力分割型と複合分割型とを切換えて変速がなされるので、低速側と高速側の両方にダイレクト点（油圧での伝達パワーが０になる領域）を持たせることができる。ここで、ブルドーザやホイールローダといった建設車両においては、作業時の車速に対して移動時の車速が概ね３倍から４倍となるような使われ方をされることが多い。例えば、ブルドーザでは、ドージング作業が３ｋｍ／ｈ程度に対して最高速度が１１ｋｍ／ｈ程度であり、ホイールローダでは、Ｖシェイプローディング時には１０ｋｍ／ｈ程度で作業するのに対し最高速度が３５ｋｍ／ｈ程度である。このため、本実施形態の変速装置１を、これら建設車両に適用して、低速側ダイレクト点を作業時車速に、高速側ダイレクト点を最高車速に設定すれば、これら各ダイレクト点は変速装置の伝達効率が最も良い点であるので、非常に効率が良くなる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、入力分割型と複合分割型とを切換える際に、第２ポンプ／モータ２５の容量は０となり、この第２ポンプ／モータ２５にトルクがかかっていない状態となるので、この切換えを容易に行うことができる。
【００３８】
ところで、車速Ｖ１，Ｖ３において第３ポンプ／モータ３１の回転軸の連結先を切り換える際、車速Ｖ１では第４クラッチ３５と第５クラッチ３６とを同時にＯＮする状態を設け、また車速Ｖ３では第３クラッチ３４と第５クラッチ３６とを同時にＯＮする状態を設けることで、この車速Ｖ１，Ｖ３は動力をすべて機械伝動部のみを通じて伝達するダイレクト点となる。この場合、前述の低速側ダイレクト点（モード切換点）、高速側ダイレクト点と合わせて、合計４つのダイレクト点を設けることができる。
【００３９】
本実施形態において、前記各クラッチ３２〜３６としては、ドグクラッチのほか、シンクロメッシュ機構または多板クラッチ機構等を採用することができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図３には、本発明の第２の実施形態に係る変速装置の概略構成図が示されている。また、図４には、第２の実施形態に係る変速装置の作動特性図が示されている。なお、本実施形態において、前記第１の実施形態と共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。
【００４１】
本実施形態の変速装置５０においては、第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２との間に、減速比調整用の第３遊星歯車機構５３を配置したものである。
【００４２】
前記第１遊星歯車機構５１は、入力軸４に固定されるサンギア７と、このサンギア７の外周に噛合される複数のプラネタリギア８と、これらプラネタリギア８を軸支するキャリア５４とを備え、このキャリア５４が第３遊星歯車機構５３のリングギア５５に固定されるように構成されている。また、前記第３遊星歯車機構５３は、サンギア５６と、このサンギア５６の外周に噛合される複数のプラネタリギア５７と、このプラネタリギア５７を軸支するキャリア５８と、プラネタリギア５７群の外周に噛合される前記リングギア５５を備え、前記キャリア５８が第２遊星歯車機構５２のキャリア１４に固定されるとともに、サンギア５６が中間出力軸１１に固定されるように構成されている。
【００４３】
また、中間出力軸１１とキャリア１４のスリーブ部１４ａとを接断する第１クラッチ３２およびスリーブ部１４ａと固定端１９とを接断する第２クラッチ３３が設けられるとともに、前記中間出力軸１１に平行に第１軸３７、第２軸３８および第３軸（第３ポンプ／モータ３１の出力軸）３９がそれぞれ配されている。また、中間出力軸１１の終端部に結合される第１ギア２０が、第１軸３７に第３クラッチ３４を介して結合される第５ギア４０に噛合され、第１軸３７の第８ギア４３が第２軸３８の第９ギア４４に噛合され、第２軸３８に第４クラッチ３６Ａを介して結合される第１０ギア４５が第２遊星歯車機構５２のサンギア１２に一体結合される第３ギア２４に噛合され、第９ギア４４が第３ポンプ／モータ３１の出力軸（第３軸）３９に固定された第１１ギア４６に噛合されている。
【００４４】
本実施形態の変速装置５０において、第１クラッチ３２をＯＦＦ、第２クラッチ３３をＯＮ、第３クラッチ３４をＯＦＦ、第４クラッチ３６ＡをＯＮにした状態で、エンジン回転数を一定にして車両を前進方向に加速する（図４の領域Ａ）と、エンジン２からの動力は第１遊星歯車機構５１のサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８からリングギア１０に出力される。一方、前記サンギア７に入力された動力はキャリア５４から第３遊星歯車機構５３のリングギア５５、プラネタリギア５７およびサンギア５６を経て増速されて中間出力軸１１に伝達され、第１ギア２０および第２ギア２３を介してポンプの働きをする第１ポンプ／モータ２１に出力される。そして、この第１ポンプ／モータ２１に出力された動力は油圧配管２８を介してモータの働きをする第２ポンプ／モータ２５に、油圧配管４７を介してモータの働きをする第３ポンプ／モータ３１にそれぞれ伝達される。さらに、第２ポンプ／モータ２５の回転動力は、その出力軸２６から第４ギア２７、第３ギア２４、サンギア１２、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される一方、前記第３ポンプ／モータ３１の回転動力は、その出力軸３９から第１１ギア４６、第９ギア４４、第２軸３８、第１０ギア４５、第３ギア２４、サンギア１２、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される。こうして、第１遊星歯車機構５１および第２遊星歯車機構５２からの動力が合わさって出力軸１６の回転動力となる。このように領域Ａにおいては、第３ポンプ／モータ３１の回転軸が第２ポンプ／モータ２５の回転軸に連結されてその第２ポンプ／モータ２５のモータ作用を応援する役目をする。
【００４５】
この後、第３ポンプ／モータ３１の吐出容量が徐々に減じて０となる車速Ｖ１において、第３クラッチ３４をＯＮに切換えるとともに、第４クラッチ３６ＡをＯＦＦに切換えて図４の領域Ｂに入る。これにより、前記中間出力軸１１に伝達された動力は、第１ポンプ／モータ２１に出力されるほか、第５ギア４０から第１軸３７、第８ギア４３、第９ギア４４および第１１ギア４６を介して第３ポンプ／モータ３１に出力されることになる。このとき、第３ポンプ／モータ３１の回転軸は第１ポンプ／モータ２１の回転軸に連結されてポンプ作用をし、その第１ポンプ／モータ２１を応援する役目をする。こうして、車速Ｖ２において第１ポンプ／モータ２１および第３ポンプ／モータ３１の回転数が０になるとともに、第２ポンプ／モータ２５の容量が０になる。このとき、エンジン２からの動力はすべて機械伝動部のみを通じて伝達されるダイレクト点（低速側ダイレクト点）となる。なお、図４に示される領域Ａおよび領域Ｂにおいて変速装置５０は入力分割型の変速装置として機能する。
【００４６】
次に、この車速Ｖ２から更に前進方向に加速する際には、第１クラッチ３２をＯＮ、第２クラッチ３３をＯＦＦにそれぞれ切換える（図４の領域Ｃ）と、エンジン２からの動力は第１遊星歯車機構５１のサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８からリングギア１０に出力される。一方、前記サンギア７に入力された動力はキャリア５４から第３遊星歯車機構５３のリングギア５５、プラネタリギア５７およびサンギア５６を経て増速されて中間出力軸１１に伝達され、キャリア１４、サンギア１２、第３ギア２４および第４ギア２７を介してポンプの働きをする第２ポンプ／モータ２５に出力される。そして、この第２ポンプ／モータ２５に出力された動力は油圧配管２８を介してモータの働きをする第１ポンプ／モータ２１、油圧配管４７を介してモータの働きをする第３ポンプ／モータ３１にそれぞれ伝達される。さらに、第１ポンプ／モータ２１の回転動力は、その出力軸２２から第２ギア２３、第１ギア２０、キャリア１４、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される一方、前記第３ポンプ／モータ３１の回転動力は、その出力軸３９から第１１ギア４６、第９ギア４４、第８ギア４３、第１軸３７、第５ギア４０、第１ギア２０、キャリア１４、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される。こうして、第１遊星歯車機構５１および第２遊星歯車機構５２からの動力が合わさって出力軸１６の回転動力となる。このように領域Ｃにおいては、第３ポンプ／モータ３１の回転軸が引き続き第１ポンプ／モータ２１の回転軸に連結されてその第１ポンプ／モータ２１のモータ作用を応援する役目をする。なお、領域Ｂから領域Ｃに移った際に第１ポンプ／モータ２１の回転方向は変化しない。
【００４７】
この後、第３ポンプ／モータ３１の吐出容量が徐々に減じて０となる車速Ｖ３において、第３クラッチ３４をＯＦＦに切換えるとともに、第４クラッチ３６ＡをＯＮに切換えて図４の領域Ｄに入る。これにより、前記中間出力軸１１に伝達された動力は、第２ポンプ／モータ２５に出力されるほか、キャリア１４から第１０ギア４５、第２軸３８、第９ギア４４および第１１ギア４６を介して第３ポンプ／モータ３１に出力されることになる。このとき、第３ポンプ／モータ３１の回転軸は第２ポンプ／モータ２５の回転軸に連結されてポンプ作用をし、その第２ポンプ／モータ２５を応援する役目をする。こうして、車速Ｖ４において第２ポンプ／モータ２５および第３ポンプ／モータ３１の回転数が０になるとともに、第１ポンプ／モータ２１の容量が０になる。このとき、エンジン２からの動力はすべて機械伝動部のみを通じて伝達されるダイレクト点（高速側ダイレクト点）となる。なお、図４に示される領域Ｃおよび領域Ｄにおいて変速装置３０は複合分割型の変速装置として機能する。
【００４８】
このように本実施形態の変速装置５０によれば、前記第１の実施形態と同様、第３ポンプ／モータ３１の回転軸が第１ポンプ／モータ２１の回転軸と第２ポンプ／モータ２５の回転軸とに付け替えて使用されることで、各ポンプ／モータ２１，２５，３１として従来と比べ最大トルクが小さな小型のものを用いることができ、容量を絞って高回転で用いる場合でも効率を高めることができる。
【００４９】
また、本実施形態の変速装置５０によれば、第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２との間に、減速比調整用の第３遊星歯車機構５３が配されているので、第１ポンプ／モータの減速比を入力分割モードと複合分割モードの両方で最適なものとすることができる。したがって、第１ポンプ／モータとして最大トルクのより小さな小型のものを用いることができ、容量を絞って高回転で用いる場合でも効率を高めることができる。
【００５０】
さらに、本実施形態においては、第１ポンプ／モータ２１として一方向回転型のポンプ／モータを用いることができるので、装置構成の簡素化を図ることができる。
【００５１】
本実施形態では、車速Ｖ１，Ｖ３において第３ポンプ／モータ３１の回転軸の連結先を切換える際、第３クラッチ３４と第４クラッチ３６Ａとを同時にＯＮする状態を設けることで、この車速Ｖ１，Ｖ３は動力をすべて機械伝動部のみを通じて伝達するダイレクト点となる。この場合、前述の低速側ダイレクト点（モード切換点）、高速側ダイレクト点と合わせて、合計４つのダイレクト点を設けることができる。
【００５２】
（第３の実施形態）
前記第１の実施形態では、２つの遊星歯車機構を用いるとともに、３つのポンプ／モータのうち１つのポンプ／モータを切換えて使用するものとした。また、前記第２の実施形態では、３つの遊星歯車機構を用いるとともに、３つのポンプ／モータのうち１つのポンプ／モータを切換えて使用するものとした。ここで、３つのポンプ／モータを用いるとともに、そのうち１つのポンプ／モータを切換えて使用する考え方は、従来の単列遊星機構を有するＨＭＴに対しても適用することができる。
【００５３】
図５に示されているのは、入力分割型の単列遊星歯車機構を有する変速装置に３ポンプ／モータ構成を適用した本発明の第３の実施形態に係る変速装置の概略構成図である。また、図６には、第３の実施形態に係る変速装置の作動特性図が示されている。本実施形態においても、先の実施形態と共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。
【００５４】
本実施形態の変速装置６０においては、エンジン２からの動力が入力される入力軸４に遊星歯車機構５Ａのサンギア７が固定され、このサンギア７の外周に複数のプラネタリギア８が噛合されるとともに、これらプラネタリギア８がキャリア９に軸支され、このキャリア９が中間出力軸１１に固定され、プラネタリギア８群の外周にリングギア１０が噛合されている。前記中間出力軸１１の終端部には第１ギア２０が一体結合され、この第１ギア２０に、第１ポンプ／モータ２１の出力軸２２に固定された第２ギア２３が噛合されている。また、前記リングギア１０の外周に第３ギア２４が一体結合され、この第３ギア２４に第２ポンプ／モータ２５の出力軸２６に固定された第４ギア２７が噛合されている。
【００５５】
また、中間出力軸１１に平行に第１軸３７、第２軸３８および第３軸３９が配され、中間出力軸１１の第１ギア２０が、第１軸３７に第１クラッチ３４Ａを介して結合される第５ギア４０に噛合され、第１軸３７の第６ギア４３Ａが第２軸３８の第７ギア４４Ａに噛合され、第２軸３８に第２クラッチ３６Ｂを介して結合される第８ギア４５Ａが前記第３ギア２４に噛合され、第７ギア４４Ａが第３ポンプ／モータ３１の出力軸（第３軸）３９に固定された第９ギア４６Ａに噛合されている。さらに、前記中間出力軸１１に固定される第１０ギア４１Ａが出力軸１６に固定された出力ギア１７に噛合されている。
【００５６】
本実施形態の変速装置６０は次のように作動する。まず、第１クラッチ３４ＡをＯＮ、第２クラッチ３６ＢをＯＦＦにした状態で、エンジン回転数を一定にして車両を前進方向に加速する（図６の領域Ａ）と、エンジン２からの動力は遊星歯車機構５Ａのサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８およびキャリア９から中間出力軸１１に伝達され、第１０ギア４１Ａ、出力ギア１７を介して出力軸１６に伝達される。一方、前記中間出力軸１１に伝達された動力は、第１ギア２０および第２ギア２３を介してポンプの働きをする第１ポンプ／モータ２１に出力される。また、前記中間出力軸１１に伝達された動力は、第１ギア２０から第５ギア４０、第１軸３７、第６ギア４３Ａ、第７ギア４４Ａおよび第９ギア４６Ａを介してポンプの働きをする第３ポンプ／モータ３１にも出力される。そして、これら第１ポンプ／モータ２１および第３ポンプ／モータ３１に出力された動力はそれぞれ油圧配管２８，４７を介してモータの働きをする第２ポンプ／モータ２５に伝達され、その出力軸２６から第４ギア２７、リンギギア１０、第３ギア２４、プラネタリギア８およびキャリア９を介して中間出力軸１１に出力される。こうして、遊星歯車機構５Ａからの機械パワーと第２ポンプ／モータ２５からの油圧パワーとが合わさって出力軸１６の回転動力となる。
【００５７】
この後、第３ポンプ／モータ３１の吐出容量が徐々に減じて０となる車速Ｖ１において、第１クラッチ３４ＡをＯＦＦ、第２クラッチ３６ＢをＯＮにすると、図６の領域Ｂに入り、第３ポンプ／モータ３１がポンプからモータに切り替わる。すなわち、エンジン２からの動力は遊星歯車機構５Ａのサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８およびキャリア９から中間出力軸１１に伝達され、第１０ギア４１Ａ、出力ギア１７を介して出力軸１６に伝達される。一方、前記中間出力軸１１に伝達された動力は、第１ギア２０および第２ギア２３を介してポンプの働きをする第１ポンプ／モータ２１に出力される。そして、この第１ポンプ／モータ２１に出力された動力はそれぞれ油圧配管４７，２８を介してモータの働きをする第２ポンプ／モータ２５および第３ポンプ／モータ３１に伝達される。さらに、第２ポンプ／モータ２５の動力は、その出力軸２６から第４ギア２７、第３ギア２４、リンギギア１０、プラネタリギア８およびキャリア９を介して中間出力軸１１に出力され、第３ポンプ／モータ３１の動力は、その出力軸３９から第９ギア４６Ａ、第７ギア４４Ａ、第２軸３８、第８ギア４５Ａを経て、第３ギア２４、リンギギア１０、プラネタリギア８およびキャリア９から中間出力軸１１に出力される。こうして、遊星歯車機構５Ａからの機械パワーと第２ポンプ／モータ２５および第３ポンプ／モータ３１からの油圧パワーとが合わさって出力軸１６の回転動力となる。
【００５８】
このように本実施形態によれば、第３ポンプ／モータ３１の回転軸を第１ポンプ／モータ２１の回転軸と第２ポンプ／モータ２５の回転軸とに付け替えて使用するように構成されているので、各ポンプ／モータとして従来と比べ最大トルクが小さな小型のものを用いることができ、容量を絞って高回転で用いる場合でも効率を高めることができる。
【００５９】
（第４の実施形態）
図７には、出力分割型の単列遊星歯車機構を有する変速装置に３ポンプ／モータ構成を適用した本発明の第４の実施形態に係る変速装置の概略構成図が示されている。また、図８には、第４の実施形態に係る変速装置の作動特性図が示されている。本実施形態においても、先の実施形態と共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。
【００６０】
本実施形態の変速装置７０においては、エンジン２からの動力が入力される入力軸４に第１ギア２０が固定され、この第１ギア２０に噛合される第２ギア２３が第１ポンプ／モータ２１の出力軸２２に固定されている。また、前記入力軸４には遊星歯車機構５Ａのサンギア７が固定され、このサンギア７の外周に複数のプラネタリギア８が噛合されるとともに、これらプラネタリギア８がキャリア９に軸支され、このキャリア９が中間出力軸１１に固定され、プラネタリギア８群の外周にリングギア１０が噛合されている。このリングギア１０の外周には第３ギア２４が一体結合され、この第３ギア２４に第２ポンプ／モータ２５の出力軸２６に固定された第４ギア２７が噛合されている。
【００６１】
また、入力軸４に平行に第１軸３７および第２軸（第３ポンプ／モータ３１の出力軸）３９Ａが配され、入力軸４の第１ギア２０が、第１軸３７に第１クラッチ３４Ｂを介して結合される第５ギア４０Ａに噛合され、第１軸３７の第６ギア４３Ｂが第２軸３９Ａの第７ギア４４Ｂに噛合され、第１軸３７に第２クラッチ３６Ｃを介して結合される第８ギア４５Ｂが前記第３ギア２４に噛合されている。さらに、前記中間出力軸１１の終端部に固定される第９ギア４１Ｂが出力軸１６に固定された出力ギア１７に噛合されている。
【００６２】
本実施形態の変速装置７０は次のように作動する。まず、第１クラッチ３４ＢをＯＦＦ、第２クラッチ３６ＣをＯＮにした状態で、エンジン回転数を一定にして車両を前進方向に加速する（図８の領域Ａ）と、エンジン２からの動力は入力軸４から遊星歯車機構５Ａのサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８およびキャリア９から中間出力軸１１に伝達され、第９ギア４１Ｂ、出力ギア１７を介して出力軸１６に伝達される。一方、前記入力軸１１の動力は、第１ギア２０および第２ギア２３を介してポンプの働きをする第１ポンプ／モータ２１に出力される。そして、この第１ポンプ／モータ２１に出力された動力は油圧配管２８を介してモータの働きをする第２ポンプ／モータ２５に伝達されるとともに、油圧配管４７を介してモータの働きをする第３ポンプ／モータ３１に伝達される。さらに、第２ポンプ／モータ２５の回転動力は、その出力軸２６から第４ギア２７、第３ギア２４、プラネタリギア８およびキャリア９を介して中間出力軸１１に出力される一方、前記第３ポンプ／モータ３１の回転動力は、その出力軸３９Ａから第７ギア４４Ｂ、第６ギア４３Ｂ、第１軸３７、第８ギア４５Ｂ、第３ギア２４、プラネタリギア８およびキャリア９を介して中間出力軸１１に出力される。こうして、遊星歯車機構５Ａからの機械パワーと第２ポンプ／モータ２５および第３ポンプ／モータ３１からの油圧パワーとが合わさって出力軸１６の回転動力となる。
【００６３】
この後、第３ポンプ／モータ３１の吐出容量が徐々に減じて０となる車速Ｖ１において、第１クラッチ３４ＢをＯＮ、第２クラッチ３６ＣをＯＦＦにすると、図８の領域Ｂに入り、第３ポンプ／モータ３１がモータからポンプに切り替わる。すなわち、エンジン２からの動力は入力軸４から遊星歯車機構５Ａのサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８およびキャリア９から中間出力軸１１に伝達され、第１０ギア４１Ａ、出力ギア１７を介して出力軸１６に伝達される。一方、前記入力軸４の動力は、第１ギア２０および第２ギア２３を介してポンプの働きをする第１ポンプ／モータ２１に出力される一方、第１ギア２０、第５ギア４０Ａ、第１軸３７、第６ギア４３Ｂ、第７ギア４４Ｂを介して第３ポンプ／モータ３１に出力される。そして、これら第１ポンプ／モータ２１および第３ポンプ／モータ３１に出力された動力はそれぞれ油圧配管２８，４７を介してモータの働きをする第２ポンプ／モータ２５に伝達される。さらに、第２ポンプ／モータ２５の動力は、その出力軸２６から第４ギア２７、第３ギア２４、プラネタリギア８およびキャリア９を介して中間出力軸１１に出力される。こうして、遊星歯車機構５Ａからの機械パワーと第２ポンプ／モータ２５からの油圧パワーとが合わさって出力軸１６の回転動力となる。
【００６４】
本実施形態においても、前記第３の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６５】
（第５の実施形態）
図９には、本発明の第５の実施形態に係る変速装置の概略構成図が、図１０には、第５の実施形態に係る変速装置の作動特性図がそれぞれ示されている。本実施形態においても、先の実施形態と共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。
【００６６】
本実施形態の変速装置８０は、前記第２の実施形態の変速装置５０の変形例に関わるもので、第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２との間に減速比調整用の第３遊星歯車機構５３を配置した点は第２の実施形態と同様である。
【００６７】
本実施形態の変速装置８０において、第１クラッチ３２をＯＦＦ、第２クラッチ３３をＯＮにした状態で、エンジン回転数を一定にして車両を前進方向に加速する（図１０の領域Ａ）と、エンジン２からの動力は第１遊星歯車機構５１のサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８からリングギア１０に出力される。一方、前記サンギア７に入力された動力はキャリア５４から第３遊星歯車機構５３のリングギア５５、プラネタリギア５７およびサンギア５６を経て増速されて中間出力軸１１に伝達され、第１ギア２０および第２ギア２３を介してポンプの働きをする第１ポンプ／モータ２１に出力される。そして、この第１ポンプ／モータ２１に出力された動力は油圧配管２８を介してモータの働きをする第２ポンプ／モータ２５に伝達される。さらに、第２ポンプ／モータ２５の回転動力は、その出力軸２６から第４ギア２７、第３ギア２４、サンギア１２、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される。こうして、第１遊星歯車機構５１および第２遊星歯車機構５２からの動力が合わさって出力軸１６の回転動力となる。
【００６８】
この後、車速Ｖ１において、第１ポンプ／モータ２１の回転数が０になるとともに、第２ポンプ／モータ２５の吐出容量が０になる。このとき、エンジン２からの動力はすべて機械伝動部のみを通じて伝達されるダイレクト点（低速側ダイレクト点）となる。なお、領域Ａにおいて変速装置８０は入力分割型の変速装置として機能する。
【００６９】
次いで、車速Ｖ１において第１クラッチ３２をＯＮに切換えるとともに、第２クラッチ３３をＯＦＦに切換えると、図１０の領域Ｂに入る。この領域Ｂでは、エンジン２からの動力は第１遊星歯車機構５１のサンギア７に入力され、この動力はプラネタリギア８からリングギア１０に出力される。一方、前記サンギア７に入力された動力はキャリア５４から第３遊星歯車機構５３のリングギア５５、プラネタリギア５７およびサンギア５６を経て増速されて中間出力軸１１に伝達され、キャリア１４、サンギア１２、第３ギア２４および第４ギア２７を介してポンプの働きをする第２ポンプ／モータ２５に出力される。そして、この第２ポンプ／モータ２５に出力された動力は油圧配管２８を介してモータの働きをする第１ポンプ／モータ２１に伝達される。さらに、第１ポンプ／モータ２１の回転動力は、その出力軸２２から第２ギア２３、第１ギア２０、キャリア１４、プラネタリギア１３を介してリングギア１０に出力される。こうして、第１遊星歯車機構５１および第２遊星歯車機構５２からの動力が合わさって出力軸１６の回転動力となる。
【００７０】
この後、車速Ｖ２において、第２ポンプ／モータ２５の回転数が０になるとともに、第１ポンプ／モータ２１の容量が０になる。このとき、エンジン２からの動力はすべて機械伝動部のみを通じて伝達されるダイレクト点（高速側ダイレクト点）が生ずる。なお、領域Ｂにおいて変速装置８０は複合分割型の変速装置として機能する。
【００７１】
本実施形態の変速装置８０によれば、第１の実施形態のものに比べて減速比調整用の第３遊星歯車機構５３が配されているので、第１ポンプ／モータの減速比を入力分割モードと複合分割モードの両方で最適なものとすることができる。したがって、第１ポンプ／モータとして最大トルクのより小さな小型のものを用いることができ、容量を絞って高回転で用いる場合でも効率を高めることができる。また、本実施形態においては、第１ポンプ／モータ２１として一方向回転型のポンプ／モータを用いることができ、装置構成の簡素化を図ることができるという利点もある。
【００７２】
前記各実施形態において、各ポンプ／モータを複数（少なくとも２個）のポンプ／モータを組み合わせて構成し、小容量での運転時には１個のポンプ／モータのみを運転させるようにすることができる。この場合、複数のポンプ／モータのうち１個のポンプ／モータについて接続、切り離しを選択できるようにし、低速時にはそのポンプ／モータを接続して大きな容量を得るようにするのが好ましい。また、この接続・切り離し可能なポンプ／モータを遊星歯車機構に接続される際の減速比を他のポンプ／モータの減速比と変えるようにすることもできる。このようにすれば、各ポンプ／モータがカバーする速度範囲を変えることができるので、ポンプ／モータの容量をより小さくすることができる。
【００７３】
（第６の実施形態）
図１１には、本発明の第６の実施形態に係る変速装置の概略構成図が示されている。
【００７４】
本実施形態は、前記第１の実施形態におけるポンプ／モータ２１，２５，３１をジェネレータ／モータ２１Ａ，２５Ａ，３１Ａに置き換えた電気−機械式変速装置９０の例である。この場合、各ジェネレータ／モータ２１Ａ，２５Ａ，３１Ａはバッテリー９１に接続されたコントローラ６１Ａによってその駆動制御が行われる。ここで、コントローラ６１Ａには、インバータ回路が組み込まれている。なお、ジェネレータとモータ間に電気エネルギーを蓄える蓄電装置を介挿させることが好ましい。本実施形態によれば、前記第１の実施形態と同様、各ジェネレータ／モータとして従来と比べ最大トルクが小さな小型のものを用いることができ
【００７５】
なお、前記第２〜第５の実施形態に係る変速装置においても、そのポンプ／モータをジェネレータ／モータに置き換えて電気−機械式変速装置とすることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１，５０，６０，７０，８０，９０    変速装置
２            エンジン
４            入力軸
５，５１      第１遊星歯車機構
６，５２      第２遊星歯車機構
７，１２      サンギア
８，１３      プラネタリギア
９，１４      キャリア
１０          リングギア
１１          中間出力軸
１６          出力軸
１９          固定端
２１          第１ポンプ／モータ
２１Ａ，２５Ａ，３１Ａ  ジェネレータ／モータ
２５          第２ポンプ／モータ
３１          第３ポンプ／モータ
３２，３４Ａ，３４Ｂ  第１クラッチ（連結機構）
３３，３６Ｂ，３６Ｃ  第２クラッチ（連結機構）
３４          第３クラッチ（連結機構）
３５，３６Ａ  第４クラッチ（連結機構）
３６          第５クラッチ（連結機構）
５３          第３遊星歯車機構
６１          コントローラ(制御手段)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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