(57)【要約】【課題】ギヤの切換を伴わない完全無断変速機能、安価な構造、小さな場積、良好な伝達効率を持つ油圧機械式変速装置を提供する。【解決手段】この油圧機械式変速装置は、駆動源と、駆動源に連結された遊星歯車減速機とを備え、前記遊星歯車減速機を、一方は油圧ポンプに、他方は出力軸に連結し、駆動源の出力を分割して出力できるようにし、前記油圧ポンプからの圧油を受けて前記出力軸を駆動する可変容量形油圧モータと、前記油圧ポンプからの圧油を受けて駆動力を駆動源に還元するとともに、押除け容積の容積変化により出力軸の回転速度を制御する還元用可変容量形油圧モータとを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧機械式変速装置において、
駆動源と、
駆動源に連結された遊星歯車減速機とを備え、
前記遊星歯車減速機を、一方は油圧ポンプに、他方は出力軸に連結し、
駆動源の出力を分割して出力できるようにし、
前記油圧ポンプからの圧油を受けて前記出力軸を駆動する可変容量形油圧モータと、
前記油圧ポンプからの圧油を受けて駆動力を駆動源に還元するとともに、押除け容積の容積変化により出力軸の回転速度を制御する還元用可変容量形油圧モータとを備えたことを特徴とする油圧機械式変速装置。
【請求項２】
還元用可変容量形油圧モータが押除け容積を変更したとき、油圧ポンプと還元用可変容量形油圧モータとの容積差の油量を吐出し可変容量形モータに供給可能としたことを特徴とする請求項１記載の油圧機械式変速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧機械式変速装置（ＨＭＴ）に係り、特に、低速域で大きい出力トルクを要する車両に適する油圧機械式変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧ポンプと油圧モータを組み合わせた油圧駆動装置を用いて速度を無段階に変える変速機は一般的に知られている。
また、油圧駆動装置と遊星歯車減速機を用いて速度を無段階に、また油圧機械式変速装置と多段変速機を用いて速度を段階に変える変速機は非特許文献１に提案されている。
非特許文献１で油圧駆動装置と遊星歯車減速機が用いられる場合に、入力トルクが分割され、一方は油圧駆動装置の油圧ポンプに入って油圧モータを駆動し、その油圧モータの出力がサンギヤに入力している。また、他方は遊星歯車減速機のプラネタリーギヤに入力され、リングギヤから所定のトルクが出力されている。このとき、リングギヤは、油圧モータの出力によるサンギヤの回転速度に応じて可変とされる。
【０００３】
また、油圧機械式変速装置と多段変速機が用いられる場合には、入力トルクが分割され、一方は油圧駆動装置の油圧ポンプに入って油圧モータを駆動し、その油圧モータの出力がプラネタリーギヤに入力している。また、他方が多段変速機を介して遊星歯車減速機のサンギヤに入力され、リングギヤから出力されている。
このとき、プラネタリーギヤに入力された回転速度により、リングギヤから所定の無段階の速度として出力されている。この変速機は、走行開始時は純油圧駆動装置としてゼロから所定速度まで変速し、所定速度からは油圧機械式変速装置で無段階に変速している。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｈｉｒｏｙｕｋｉ  Ｍｉｔｓｕｙａ、外４名、「ＳＡＥ  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＰＡＰＥＲ  ＳＥＲＩＥＳ  ９４１７２２」、ＳＡＥ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ、１９９４年、ｐ．３、ｐ．５
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式では無断変速といっても、ギヤによる切換を伴うため変速ショックが発生してしまう。又変速用ミッションが必要となりコストも高くなってしまう。
【０００６】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、油圧機械式変速装置に係り、特に、ギヤの切換を伴わない完全無断変速機能、安価な構造、小さな場積、良好な伝達効率を持つ油圧機械式変速装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するために、本発明に係る油圧機械式変速装置の発明では、駆動源と、駆動源に連結された遊星歯車減速機とを備え、前記遊星歯車減速機を、一方は油圧ポンプに、他方は出力軸に連結し、駆動源の出力を分割して出力できるようにし、前記油圧ポンプからの圧油を受けて前記出力軸を駆動する可変容量形油圧モータと、前記油圧ポンプからの圧油を受けて駆動力を駆動源に還元するとともに、押除け容積の容積変化により出力軸の回転速度を制御する還元用可変容量形油圧モータとを備えた構成としている。
この場合において、還元用可変容量形油圧モータが押除け容積を変更したとき、油圧ポンプと還元用可変容量形油圧モータの容積差の油量を吐出し可変容量形油圧モータに供給可能としている。
【０００８】
上記の油圧機械式変速装置によれば、駆動源の出力を遊星歯車減速機で２分割にして、一方を油圧ポンプに、他方を出力軸に出力して、それぞれを駆動している。
油圧機械式変速装置は、出力軸の回転速度を制御する還元用可変容量形油圧モータと、出力軸にトルクを出力する可変容量形油圧モータとを設け、その両油圧モータの押除け容積を順次減ずるとともに、押除け容積がゼロとして車速を無段階に変速している。
【０００９】
油圧ポンプは、還元用可変容量形油圧モータに圧油を供給するとともに、その押除け容積が最大押除け容積から減ずることにより余剰な圧油を生じるとともに、その余剰圧油を可変容量形油圧モータに送り、起動時に大きな駆動力を出力軸から出力させている。
また、還元用可変容量型油圧モータは駆動源にエネルギーを還元している。車速ゼロ（停止）時での油圧ポンプの押除け容積を最大に利用できるためメカニカル出力軸の出力が小さくならず、大きな駆動力を出力するとともに、還元用可変容量型油圧モータにて駆動源にエネルギーを還元でき、高い効率が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る油圧機械式変速装置の実施形態について図面を参照して説明する。
先ず、実施例の油圧機械式変速装置について、図１、図２および図３を用いて説明する。図１は油圧機械式変速装置の構成図、図２は、横軸に出力軸の回転速度である車速を、また縦軸に出力トルク、油圧ポンプと油圧モータの押除け容積を示す図、図３は、横軸に出力軸の回転速度である車速を、また縦軸に油圧ポンプと油圧モータの回転速度を示す図である。
【００１１】
図１において、油圧機械式変速装置１は、エンジン等の駆動源３が遊星歯車減速機５（以下、遊星減速機５という）のプラネタリーキャリア７ａを介してプラネタリーギヤ７に、また油圧ポンプ１１が第１サンギヤ９に、更に出力軸１３が歯車１５を介して第２サンギヤ１７に、それぞれ接続されている。これにより、駆動源３の出力トルクは、遊星減速機５で２分割にされて、一方が第１サンギヤ９から油圧ポンプ１１に、また、他方が第２サンギヤ１７から歯車１５を経て出力軸１３に出力されている。
出力軸１３には、遊星減速機５と詳細を後述する可変容量形油圧モータである第１油圧モータ２３との間に正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１が並列して設けられている。
【００１２】
正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１は、遊星減速機５が出力する駆動源３の出力トルクを第２サンギヤ１７に噛み合った歯車１５からのメカニカルラインで受けている。正転用クラッチ１９は、正転用減速機部１９ａと正転クラッチ部１９ｂとにより構成されており、正転時に正転クラッチ部１９ｂを接続して駆動源３の出力トルクを遊星減速機５から受けて正転トルクとして出力軸１３に伝達している。
逆転用クラッチ２１は、逆転用減速機部２１ａと逆転クラッチ部２１ｂとにより構成されており、逆転時に逆転クラッチ部２１ｂを接続して駆動源３の出力トルクを遊星減速機５から受けて逆転トルクとして出力軸１３に伝達している。
【００１３】
出力軸１３に配設された正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１の後方には詳細を後述する第１油圧モータ２３が配設され、第１油圧モータ２３の出力トルクは出力軸１３に出力されている。これにより、第１油圧モータ２３の出力トルクは、正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１を経ることなく、出力軸１３に出力される。
第１サンギヤ９に連結された油圧ポンプ１１には配管２５が接続され、配管２５には切換弁３３を介して第１油圧モータ２３が接続されている。第１油圧モータ２３には切換弁３３を介して配管２９が並列に接続され、配管２９は第１油圧モータ２３の油をタンク３１に戻している。
【００１４】
配管２５と戻り配管２９の途中で、油圧ポンプ１１と第１油圧モータ２３の間には切換弁３３が配設されている。切換弁３３は、正逆転用操作レバー３３Ａからの指令により切り換わり、第１油圧モータ２３の回転を正転あるいは逆転とさせている。
【００１５】
油圧ポンプ１１と切換弁３３との間の配管２５から分岐された分岐配管２５ａには還元用可変容量形油圧モータである第２油圧モータ３９が配設されている。第２油圧モータ３９の出力軸３９ａには還元用ギヤ４１が付設され、還元用ギヤ４１は駆動源３の動力軸３ａに付設されている駆動ギヤ４３と噛み合っている。還元用ギヤ４１は第２油圧モータ３９の出力を駆動ギヤ４３から駆動源３の動力軸３ａに還元している。
【００１６】
油圧ポンプ１１は、固定容量形油圧ポンプにより形成されている。この油圧ポンプ１１の押除け容積は、図２の点線（Ａ）で示すように、点Ｘｏから点Ｘｍの最大車速まで一定の押除け容積を保持している。
油圧ポンプ１１の吐出油量から、第２油圧モータ３９への流量を引いた油量を第１油圧モータ２３に圧油として供給して駆動している。
【００１７】
油圧ポンプ１１は、図３の点線（Ｂ）で示すように、車速の増加、即ち出力軸１３の回転速度の増加に伴って遊星減速機５により回転速度を順次減じている。
即ち、遊星減速機５は、第２サンギヤ１７の回転速度が増加することにより第１サンギヤ９の回転速度が減少することより、車速である第２サンギヤ１７の回転速度の増加に伴って第１サンギヤ９である油圧ポンプ１１の回転速度が順次減じている。
【００１８】
第１油圧モータ２３は、一方向可変容量形油圧モータにより形成されており、その斜板が最大傾転角の位置で出力軸１３に併設され、その出力トルクは出力軸１３に出力されて、遊星減速機５から正転用クラッチ１９あるいは逆転用クラッチ２１を経たメカニカルトルクに加算されている。
第１油圧モータ２３は、その第１斜板角制御機構５７が走行用操作レバー５１および出力軸１３に付設された速度センサ５３の信号を受けた制御装置５５から指令を受け、その斜板の傾転角を最大傾転から中立位置に傾動し、押除け容積を可変としている。
【００１９】
第１油圧モータ２３の押除け容積は、図２の一点鎖線（Ｃ）で示すように、点Ｘｏから所定車速の点Ｘａまでは第１斜板角制御機構５７により最大押除け容積を一定とし、所定車速の点Ｘａを超えてから最高車速の点Ｘｍまでは押除け容積を順次減じて、最高車速の点Ｘｍでゼロとしている。
第１油圧モータ２３は、図３の一点鎖線（Ｄ）で示すように、車速が点Ｘｏのゼロから最高車速の点Ｘｍまでは、出力軸１３に合わせて回転速度を順次増加させている。
【００２０】
第２油圧モータ３９は、一方向可変容量形油圧モータにより形成されており、中立では、その斜板が最大傾転角の位置で還元用ギヤ４１に付設されている。第２油圧モータ３９の吸込み流量は油圧ポンプ１１の吐出流量と一致させている。
【００２１】
第２油圧モータ３９は、第２斜板角制御機構６１が走行用操作レバー５１からの指令を受けて斜板を最大傾転角と中立位置との間で傾転している。
還元用可変容量形油圧モータである第２油圧モータ３９は、最大押除け容積からゼロ以前にあるとき油圧ポンプ１１の吐出油を受けて、その出力を還元用ギヤ４１、駆動ギヤ４３を介して駆動源３に還元している。
【００２２】
第２油圧モータ３９の押除け容積は、図２の太い点線（Ｊ）で示すように、点Ｘｏで第２斜板角制御機構６１により最大押除け容積とし、点Ｘｏを超えてから所定車速の点Ｘａまで押除け容積を順次減じて、所定車速の点Ｘａでゼロとし、点Ｘｏから点Ｘａ以前では油圧ポンプ１１の余剰した圧油が第１油圧モータ２３に吐出されている。
第２油圧モータ３９は、図３の太い点線（Ｋ）で示すように、車速が点Ｘｏのゼロから最大車速の点Ｘｍまでは回転速度を一定にしており、点Ｘａから最大車速の点Ｘｍでは、斜板を中立位置として空転している。
【００２３】
上記構成において作動について、図１から図３を用いて説明する。
先ず、走行用操作レバー５１が停止位置にある場合について説明する。第２油圧モータ３９は、走行用操作レバー５１が停止位置にあり操作がされていない状態では斜板が最大傾転角の位置にあり、その押除け容積が最大押除け容積になっている。また、第２油圧モータ３９は還元用ギヤ４１、駆動ギヤ４３を経て駆動源３に接続されているため駆動源３とともに回転している。
油圧ポンプ１１は、遊星減速機５の第１サンギヤ９により駆動されて吐出油を第２油圧モータ３９、第１油圧モータ２３に送出している。油圧ポンプ１１の吐出油は、第１油圧モータ２３の停止により係止され、全流量を第２油圧モータ３９に供給している。
【００２４】
同時に、走行用操作レバー５１の指令が正転用クラッチ１９と逆転用クラッチ２１に出力され、両クラッチ１９、２１が遮断されている。これにより、出力軸１３は、駆動源３の出力トルクを遊星減速機５、歯車１５のメカニカルラインを経て受けることがないため、出力軸１３が回転することなく、かつ出力トルクをゼロとしている。
【００２５】
次に、正逆転用操作レバー３３Ａが正転方向Ｆに操作され、走行用操作レバー５１が走行の位置に操作される場合、例えば、車両が前進する場合について説明する。
正逆転用操作レバー３３Ａは切換弁３３に指令を出力し、切換弁３３は正転位置に切り換わり、油圧ポンプ１１の圧油を第１油圧モータ２３の正転方向のポートに供給する。
第２油圧モータ３９は、走行用操作レバー５１の走行の操作を受けて斜板を最大押除け容積から中立位置へと傾転し、押除け容積が図２の（Ｊ）に沿って点Ｘｏの最大押除け容積から点Ｘａのゼロに向けて順次減少する。これにより、第２油圧モータ３９へと還元される油圧ポンプ１１の吐出油量を減少している。
同時に走行用操作レバー５１の走行の指令が正転用クラッチ１９およびモータ用クラッチ部３７ｂに出力され、正転用クラッチ１９およびモータ用クラッチ部３７ｂが接続される。
【００２６】
上記より、第２油圧モータ３９に供給する油圧ポンプ１１の吐出油は第２油圧モータ３９の押除け容積の減少した分だけ余剰して圧力を上昇させ、この圧油が第１油圧モータ２３に供給される。第１油圧モータ２３は圧油を受けてそれぞれトルクを出力し、そのモータ出力トルクＴｈを出力軸１３に出力している。また、遊星減速機５の第２サンギヤ１７は、駆動源３の出力トルクを歯車１５および正転用クラッチ１９を経て、図２の細い実線（Ｇ）で示すメカニカルトルクＴｍとして出力軸１３に出力している。
出力軸１３は、モータ出力トルクＴｈとメカニカルトルクＴｍとの加算した図２の太い実線（Ｈ）で示す合力トルクＴａ（Ｔａ＝Ｔｈ＋Ｔｍ）を出力する。
【００２７】
駆動開始時に出力軸１３が車両等の走行抵抗により回転しない場合を考える。遊星減速機５の第２サンギヤ１７は歯車１５により係止され、駆動源３の出力は第１サンギヤ９から油圧ポンプ１１に出力される。
また、出力軸１３の停止により、第１油圧モータ２３も停止しているため、油圧ポンプ１１の余剰の圧油は図示しないリリーフ弁より排出される。
【００２８】
これに伴って、第１油圧モータ２３の出力トルクは併設されている出力軸１３に出力される。
これにより、出力軸１３は、点Ｘｏで第１油圧モータ２３の出力トルクＴｈと、遊星減速機５の第２サンギヤ１７からのメカニカルトルクＴｍ（油圧ポンプ１１のトルクを反力として発生するトルクであり、本発明では、この点での油圧ポンプ容量は固定で有り、減少していないため所定のトルクを出力する。）との加算した合力トルクＴａｏを受けるため、大きな駆動力を出力する。
【００２９】
出力軸１３が回転を始めた場合を考える。走行操作レバー５１の指令により、第２油圧モータ３９の容量が減少し、油圧ポンプ１１との容量差の流量が出力される。それに伴って第２サンギヤ１７が歯車１５の回転を受けて回転を始め、第１サンギヤ９の回転速度を点線（Ｂ）に沿って順次低減する。これに伴って、油圧ポンプ１１の回転速度は最大車速の点Ｘｍまで順次低減していく。
第２油圧モータ３９は前記の太い点線（Ｊ）に示すごとく押除け容積が減少し、第２油圧モータ３９へと還元される油量が減少している。これにより、第１油圧モータ２３は回転速度を増加し、車速も増加している。
【００３０】
第２油圧モータ３９は、前記の油圧ポンプ１１の圧油を受けて出力トルクを発生し、その出力トルクが還元用ギヤ４１、駆動ギヤ４３を介して駆動源３に還元している。
この第２油圧モータ３９から駆動源３への還元は、点Ｘｏから点Ｘａまで行なわれる。これに伴って、油圧機械式変速装置１は、第２油圧モータ３９から駆動源３へのトルクの還元により小さな駆動源３の出力で、第２サンギヤよりメカニカルラインに大きな駆動力を出力している。
【００３１】
第１所定車速の点Ｘａに達すると、走行用操作レバー５１の走行の指令および出力軸１３に付設されている速度センサ５３により検出された車速を入力として、制御装置５５より第１油圧モータ２３の第１斜板角制御機構５７に斜板を傾動する指令が出力される。第１油圧モータ２３は第１斜板角制御機構５７により押除け容積を順次減じていき、その押除け容積の減じる量に反比例して回転速度を増している。
【００３２】
この第１油圧モータ２３の押除け容積の減少は、所定車速の点Ｘａを超えてから最高車速の点Ｘｍまでの間で行なわれる。
【００３３】
最高車速の点Ｘｍに達すると、走行用操作レバー５１の走行の指令および出力軸１３に付設されている速度センサ５３により検出された車速を入力として、制御装置５５より第１油圧モータ２３の第１斜板角制御機構５７に指令が出力される。第１斜板角制御機構５７は第１油圧モータ２３の押除け容積を減じてゼロにする。
これにより、油圧ポンプ１１の吐出油は第１油圧モータ２３、および第２油圧モータ３９で遮断されるため、油圧ポンプ１１の回転速度がゼロになって第１サンギヤ９を停止する。この第１サンギヤ９の停止により、遊星減速機５は駆動源３の全出力を第２サンギヤ１７から歯車１５、正転用クラッチ１９を経てメカニカルラインで伝達効率の良い全メカニカル出力として出力軸１３に出力する。
【００３４】
走行用操作レバー５１が走行の操作から停止の位置に戻される場合については、車速の増速とは逆の行程で行なわれる。詳細についての説明は省略する。
【００３５】
また、正逆転用操作レバー３３Ａが逆転方向Ｂに操作され、走行用操作レバー５１が走行の位置に操作される場合、例えば、車両が後進する場合については、正逆転用操作レバー３３Ａが正転方向Ｆに操作され、走行用操作レバー５１が走行の位置に操作される場合と同様なため詳細な説明は省略する。
【００３６】
なお、上記実施例において、油圧ポンプ１１は固定容量形を用いたが、一方向可変容量形でも良い。制御装置は、走行用操作レバー５１および速度センサ５３の信号を受けて斜板角制御機構に指令を出力したが、走行用操作レバー５１からの指令でも良い。
また、駆動源３、油圧ポンプ１１および出力軸１３は、前記実施例に囚われることなく、プラネタリーギヤ７、第１サンギヤ９および第２サンギヤ１７のいずれかに適宜選択して連結しても良い。
【００３７】
遊星減速機５はダブルサンプラネタリ式で示しているが通常の１段の遊星歯車式でも良い。
また、油圧ポンプ１１は、固定容量形油圧ポンプと切換弁を組み合わせて用いたが、二方向容量形油圧ポンプを用いても良い。駆動源は電動モータでも良い。また、操作レバーからの信号で油圧ポンプ、油圧モータを制御しても良い。
走行用操作レバー５１の走行側への操作量に応じて所定の車速を設定できるようにしても良い。また、走行用操作レバー５１はペダルとしても良い。
正逆転用操作レバー３３Ａ及び走行用操作レバー５１は、ＰＰＣ操作、電気レバー等を用いてポンプの斜板角制御機構を制御しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例である油圧機械式変速装置の構成図である。
【図２】本発明に係る実施例の車速と油圧ポンプの押除け容積、油圧モータの押除け容積およびトルクとの関係を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施例の車速と油圧ポンプおよび油圧モータの回転速度との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…油圧機械式変速装置、３…駆動源、５…遊星歯車減速機、７…プラネタリーギヤ、９…第１サンギヤ、１１…油圧ポンプ、１３…出力軸、１７…第２サンギヤ、１９…正転用クラッチ、２１…逆転用クラッチ、２３…第１油圧モータ（可変容量形油圧モータ）、３３…切換弁、３９…第２油圧モータ（還元用可変容量形油圧モータ）、４１…還元用ギヤ、４３…駆動ギヤ、５１…走行用操作レバー、５３…速度センサ、５７…第１斜板角制御機構。
【図１】
2004353690.tif 000003
【図２】
2004353690.tif 000004
【図３】
2004353690.tif 000005