(57)【要約】【課題】エンジン駆動式ヒートポンプシステムにおいて、ヒートポンプ回路での要求負荷が変動する場合でも、状況の変化によらずに極力高いエネルギー効率で運転することができるようにする。【解決手段】変速装置（２）は、エンジンに駆動連結された入力部材（３０）と、圧縮機に駆動連結された出力部材（４０）と、遊星歯車機構（ＰＧ）を含む変速機構（５０）と、切替機構（６０）とを備える。遊星歯車機構（ＰＧ）のキャリヤ（Ｃ）に入力部材（３０）が連結され、リングギヤ（Ｒ）に出力部材（４０）が連結され、サンギヤ（Ｓ）にサンギヤ連結部材（５４）が連結されている。切替機構（６０）が、サンギヤ連結部材（５４）を回転停止させる第一状態と、入力部材（３０）と出力部材（４０）とを一体回転させる第二状態とを切替自在に構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンによって駆動される圧縮機を有するヒートポンプ回路と、を備えるエンジン駆動式ヒートポンプシステムで用いられる変速装置であって、
前記エンジンの出力軸に駆動連結された入力部材と、前記圧縮機の駆動軸に駆動連結された出力部材と、変速機構と、切替機構と、を備え、
前記変速機構は、外歯のサンギヤと、前記サンギヤに噛み合う複数のピニオンを支持するキャリヤと、複数の前記ピニオンに噛み合う内歯のリングギヤと、を有する遊星歯車機構を含み、
前記キャリヤに前記入力部材が連結され、前記リングギヤに前記出力部材が連結され、前記サンギヤにサンギヤ連結部材が連結され、
前記切替機構が、前記サンギヤ連結部材を回転停止させる第一状態と、前記サンギヤ連結部材が回転可能な状態で前記入力部材と前記出力部材とを一体回転させる第二状態と、を切替自在に構成されているエンジン駆動式ヒートポンプシステム用変速装置。
【請求項２】
前記切替機構は、ピストンとシリンダとを有するクラッチ機構を含み、前記ピストン及び前記シリンダのうちの可動側部材を軸方向一方側に移動させることによって前記第一状態を実現し、前記可動側部材を軸方向他方側に移動させることによって前記第二状態を実現する請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプシステム用変速装置。
【請求項３】
前記ピストンが非回転部材に固定された固定側部材とされているとともに前記シリンダが前記可動側部材とされており、
前記シリンダの内部空間が、前記ピストンに対して軸方向の両側に位置する２つの圧力室に区画形成され、
前記切替機構が、所定圧の圧力流体を２つの前記圧力室のいずれか一方に選択的に導入する流路切換弁をさらに含む請求項２に記載のエンジン駆動式ヒートポンプシステム用変速装置。
【請求項４】
前記シリンダが、前記ピストンに対して相対回転が規制された状態で軸方向に移動可能となっており、
前記シリンダが前記軸方向一方側に移動した際に、第一摩擦プレートを介して前記サンギヤ連結部材と前記シリンダとが圧接されて前記第一状態となり、
前記シリンダが前記軸方向他方側に移動した際に、軸受を介して前記入力部材が前記軸方向他方側に押圧され、さらに、第二摩擦プレートを介して前記入力部材と前記出力部材とが圧接されて前記第二状態となる請求項３に記載のエンジン駆動式ヒートポンプシステム用変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン駆動式ヒートポンプシステムで用いられる変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンと、当該エンジンの軸動力を駆動力源とする圧縮機を有するヒートポンプ回路とを備えた、エンジン駆動式ヒートポンプシステムが利用されている。このようなエンジン駆動式ヒートポンプシステムの一例が、例えば特開２０１５−１０５９４号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１のエンジン駆動式ヒートポンプシステムでは、エンジン１の出力軸７がエンジン側プーリ４１に連結され、圧縮機３１の駆動軸が圧縮機側プーリ４３に連結され、両プーリ４１，４３に亘ってベルト４４が巻回されている。特許文献１のシステムは、このようなプーリを用いた動力伝達機構４０を介して、エンジン１に対して異軸配置された圧縮機３１を回転駆動し、ヒートポンプ回路３０を運転している。
【０００３】
かかるエンジン駆動式ヒートポンプシステムでは、ヒートポンプ回路で要求される熱負荷は状況に応じて変動し、それに伴い、要求負荷を賄うための必要冷媒循環量も変動する。通常、エンジン駆動式ヒートポンプシステムでは、ヒートポンプ回路における必要冷媒循環量を確保するのに必要な回転速度となるように、エンジンの回転速度が制御される。しかし、状況の変化に応じた必要冷媒循環量の変動に伴ってエンジンの回転速度を制御するだけでは、エネルギー効率の低い運転状態を余儀なくされる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１０５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンジン駆動式ヒートポンプシステムにおいて、ヒートポンプ回路での要求負荷が変動する場合でも、状況の変化によらずに極力高いエネルギー効率で運転することができるようにすることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる要望は、概略的には、エンジン駆動式ヒートポンプシステムにおいて、エンジンと圧縮機とを変速装置を介して駆動連結することによって実現される。
【０００７】
本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプシステム用変速装置は、
エンジンと、前記エンジンによって駆動される圧縮機を有するヒートポンプ回路と、を備えるエンジン駆動式ヒートポンプシステムで用いられる変速装置であって、
前記エンジンの出力軸に駆動連結された入力部材と、前記圧縮機の駆動軸に駆動連結された出力部材と、変速機構と、切替機構と、を備え、
前記変速機構は、外歯のサンギヤと、前記サンギヤに噛み合う複数のピニオンを支持するキャリヤと、複数の前記ピニオンに噛み合う内歯のリングギヤと、を有する遊星歯車機構を含み、
前記キャリヤに前記入力部材が連結され、前記リングギヤに前記出力部材が連結され、前記サンギヤにサンギヤ連結部材が連結され、
前記切替機構が、前記サンギヤ連結部材を回転停止させる第一状態と、前記サンギヤ連結部材が回転可能な状態で前記入力部材と前記出力部材とを一体回転させる第二状態と、を切替自在に構成されている。
【０００８】
この構成によれば、入力部材と出力部材とを同軸に配置可能な遊星歯車機構を利用して、変速装置をコンパクトに構成することができる。また、切替機構が第一状態と第二状態とを切り替えることで、遊星歯車機構が、入力部材の回転速度を変速して出力部材に伝達する状態と、入力部材の回転速度を同速で出力部材に伝達する状態とを適切に切り替えることができる。よって、例えばエンジンを高いエネルギー効率を実現可能な回転速度で運転しつつ、その回転速度を変速して圧縮機を駆動することができる。その際、圧縮機の回転速度が、例えばヒートポンプ回路での冷媒循環量を一定量確保できるような回転速度となる変速比を選択することで、要求負荷を満足させつつ、状況の変化によらずに極力高いエネルギー効率でエンジン駆動式ヒートポンプシステムを運転することができる。このように、本構成によれば、コンパクトな構造でシステムの大型化を招くことなく、エンジン駆動式ヒートポンプシステムにおいて高効率運転を達成することができる。
【０００９】
前記切替機構は、ピストンとシリンダとを有するクラッチ機構を含み、前記ピストン及び前記シリンダのうちの可動側部材を軸方向一方側に移動させることによって前記第一状態を実現し、前記可動側部材を軸方向他方側に移動させることによって前記第二状態を実現することが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、単一のクラッチ機構を用いて、当該クラッチ機構を構成するピストン及びシリンダのうちの可動側部材を軸方向に往復移動させるだけで、簡単に第一状態と第二状態とを切り替えることができる。例えば第一状態を実現するための第１のクラッチ機構（ブレーキ機構）と第二状態を実現するための第２のクラッチ機構とを個別に備える構成に比べて、切替機構も含めて、システム全体の小型化を図ることができる。
【００１１】
前記ピストンが非回転部材に固定された固定側部材とされているとともに、前記シリンダが前記可動側部材とされており、
前記シリンダの内部空間が、前記ピストンに対して軸方向の両側に位置する２つの圧力室に区画形成され、
前記切替機構が、所定圧の圧力流体を２つの前記圧力室のいずれか一方に選択的に導入する流路切換弁をさらに含むことが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、流路切換弁により、シリンダ内に区画形成される２つの圧力室のうち圧力流体が導入される方の圧力室を切り替えるだけで、可動側部材としてのシリンダを簡単に軸方向に往復移動させることができる。例えば電動モータ等のサーボ機構を用いて可動側部材を移動させる構成に比べて、切替機構の駆動機構も含めて、システム全体の小型化を図ることができる。
【００１３】
前記シリンダが、前記ピストンに対して相対回転が規制された状態で軸方向に移動可能となっており、
前記シリンダが前記軸方向一方側に移動した際に、第一摩擦プレートを介して前記サンギヤ連結部材と前記シリンダとが圧接されて前記第一状態となり、
前記シリンダが前記軸方向他方側に移動した際に、軸受を介して前記入力部材が前記軸方向他方側に押圧され、さらに、第二摩擦プレートを介して前記入力部材と前記出力部材とが圧接されて前記第二状態となることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、可動側部材としてのシリンダの軸方向に沿った往復移動に伴い、一連の動きの中で合理的に効率良く、第一状態と第二状態とを切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係るエンジン駆動式ヒートポンプシステムを示す模式図
【図２】変速装置の構造を示す断面図
【図３】図２における部分拡大図
【図４】変速装置のスケルトン図
【図５】変速機構の第一出力状態での速度線図
【図６】変速機構の第二出力状態での速度線図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
エンジン駆動式ヒートポンプシステムに用いられる変速装置の実施形態について、図面を参照して説明する。変速装置２が設けられるエンジン駆動式ヒートポンプシステム１（以下、単に「ヒートポンプシステム１」と言う。）は、エンジン１０と、このエンジン１０によって駆動される圧縮機７１を有するヒートポンプ回路７０とを備える。本実施形態の変速装置２は、ヒートポンプシステム１においてエンジン１０と圧縮機７１との間に設けられ、遊星歯車機構ＰＧを含む点によって特徴付けられる。
【００１７】
図１に示すように、エンジン１０には、燃焼室１１に供給される混合気Ｍが流通する吸気路１２と、燃焼室１１から排出される排ガスＥが通流する排気路１８とが接続されている。吸気路１２には燃料供給路１３が接続されており、この燃料供給路１３から例えば天然ガス系都市ガス等の燃料ガスＧが供給される。燃料ガスＧの供給量は、制御装置８０からの指令に基づき、燃料調整弁１４によって調整される。燃料供給路１３から供給される燃料ガスＧは、混合器１５にて、吸気路１２の端部から吸気される空気Ａと混合される。こうして生成される燃料ガスＧと空気Ａとの混合気Ｍが、吸気路１２を通って燃焼室１１に吸気される。なお、燃料調整弁１４が燃料ガスＧの供給量を調整することにより、燃料ガスＧと空気Ａとの混合比（空燃比）が調整される。吸気路１２には、燃焼室１１への混合気Ｍ（燃料ガスＧ）の吸気量を調整するスロットル弁１６も設けられている。
【００１８】
燃焼室１１に供給された混合気Ｍは、圧縮されるとともに圧縮状態で点火プラグ（図示せず）にて点火されて燃焼・膨張することにより、出力軸１７が回転駆動されて軸動力が出力される。そして、燃焼により発生した排ガスＥが、排気路１８を通って排気される。つまり、このエンジン１０は、通常の４サイクル式に構成されている。また、エンジン１０には、当該エンジン１０の回転速度（出力軸１７の回転速度）を検出する回転速度センサ１９が設けられている。
【００１９】
エンジン１０の出力軸１７から出力される軸動力は、動力伝達機構２０を介して圧縮機７１に伝達される。動力伝達機構２０は、エンジン１０の出力軸１７に接続された駆動側回転体２１と、圧縮機７１の駆動軸にクラッチ２４を介して連結された従動側回転体２２と、駆動側回転体２１と従動側回転体２２とを連動させる駆動伝達体２３を備えている。従動側回転体２２は、駆動伝達体２３を介して、駆動側回転体２１によって駆動される。本実施形態では、駆動側回転体２１及び従動側回転体２２はプーリであり、駆動伝達体２３は２つのプーリに亘って巻回されたベルトである。本実施形態では、駆動側回転体２１は、連結部材２６を介して回転体支持部材２５によって回転自在に支持されている（図２を参照）。駆動側回転体２１の具体的構造に関しては後述する。
【００２０】
ヒートポンプ回路７０は、圧縮機７１に加え、室外熱交換器７２と、膨張弁７３と、室内熱交換器７４とを備えている。また、ヒートポンプ回路７０は、圧縮機７１で圧縮された冷媒の送出先を室外熱交換器７２側と室内熱交換器７４側とに切り替える四方弁７５を備えている。なお、室内熱交換器７４及び膨張弁７３は、空調対象空間である室内に設置される室内ユニットに装備されている。エンジン１０、動力伝達機構２０、圧縮機７１、室外熱交換器７２、及び四方弁７５等は、空調対象空間外に設置される室外ユニットに装備されている。
【００２１】
ヒートポンプ回路７０は、四方弁７５によって冷媒の流通経路を切替可能に構成されており、冷媒の流通経路に応じて冷房運転モードと暖房運転モードとを切り替えて運転可能となっている。
【００２２】
例えば冷房運転モードにて運転する場合には、図１において四方弁７５の状態を実線で示す状態として、圧縮機７１の流入側に室内熱交換器７４を接続するとともに圧縮機７１の吐出側を室外熱交換器７２に接続する。この場合、圧縮機７１で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気が室外熱交換器７２に流入し、凝縮器として機能する室外熱交換器７２において、高温高圧の冷媒蒸気が外気との熱交換により放熱して凝縮する。凝縮した冷媒液は膨張弁７３を通過する際に低温低圧化してから室内熱交換器７４に流入し、蒸発器として機能する室内熱交換器７４において、低温低圧の冷媒液が室内空気との熱交換により吸熱して蒸発する。そして、その蒸発した冷媒蒸気が圧縮機７１に戻されるといった形態で、冷媒がヒートポンプ回路７０を循環する。こうして、冷房運転モードでは、室内熱交換器７４において冷媒液が吸熱して蒸発する際に発生する冷熱を利用して、空調対象空間の冷房が行われる。
【００２３】
一方、暖房運転モードにて運転する場合には、図１において四方弁７５の状態を破線で示す状態として、圧縮機７１の流入側に室外熱交換器７２を接続するとともに圧縮機７１の吐出側を室内熱交換器７４に接続する。この場合、圧縮機７１で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気が室内熱交換器７４に流入し、凝縮器として機能する室内熱交換器７４において、高温高圧の冷媒蒸気が室内空気との熱交換により放熱して凝縮する。凝縮した冷媒液は膨張弁７３を通過する際に低温低圧化してから室外熱交換器７２に流入し、蒸発器として機能する室外熱交換器７２において、低温低圧の冷媒液が外気との熱交換により吸熱して蒸発する。そして、その蒸発した冷媒蒸気が圧縮機７１に戻されるといった形態で、冷媒がヒートポンプ回路７０を循環する。こうして、暖房運転モードでは、室内熱交換器７４において冷媒蒸気が放熱して凝縮する際に発生する温熱を利用して、空調対象空間の暖房が行われる。
【００２４】
制御装置８０は、いわゆるスロットルバルブ出力制御を行うように構成されている。すなわち、制御装置８０は、ヒートポンプ回路７０における熱負荷（要求負荷）に応じたエンジン１０の目標回転速度を設定し、回転速度センサ１９で検出されるエンジン１０の実回転速度が目標回転速度となるように、スロットル弁１６の開度を調整する。なお、熱負荷は、例えば外気温や室内温度、冷媒の圧力、冷媒の流量等に基づいて算出される。エンジン１０の目標回転速度は、算出された熱負荷を賄うために必要な冷媒循環量に基づき、その必要冷媒循環量を確保するのに必要なエンジン１０の回転速度として設定される。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態では、エンジン１０の軸動力を圧縮機７１に伝達するための動力伝達機構２０に含まれる駆動側回転体２１は、内蔵型の変速機構５０を備えている。
【００２６】
駆動側回転体２１は、概略的には、入力部材３０と、出力部材４０と、変速機構５０と、切替機構６０とを備えている（図４も参照）。本実施形態では、変速機構５０を内蔵した駆動側回転体２１により、変速装置２が構成されている。
【００２７】
入力部材３０は、エンジン１０の出力軸１７に駆動連結された、駆動側回転体２１における入力側回転部材である。なお、「駆動連結」とは、駆動力を伝達可能な状態（例えば、一体的に回転する状態や、他の部材に連動して回転する状態等）に連結されていることを意味する。入力部材３０は、連動して回転するように連結された第一ドラム３１と第二ドラム３２とを含む。エンジン１０の出力軸１７が第一ドラム３１に連結されているとともに、その第一ドラム３１に、変速機構５０を構成するキャリヤケース５１と連結ピン３４とを介して第二ドラム３２が連結されている。第一ドラム３１と第二ドラム３２とは、連結ピン３４により、軸方向Ｌに沿って相対移動可能に連結されている。
【００２８】
第二ドラム３２は、内向きフランジ３２Ａと、外向きフランジ３２Ｂと、肉厚部３２Ｃとを有する。内向きフランジ３２Ａは、第二ドラム３２の、軸方向Ｌにおける第一ドラム３１とは反対側の端部に設けられている。内向きフランジ３２Ａは、第五軸受Ｂ５を介して、切替機構６０を構成する可動シリンダ６２に回転可能に支持されている。外向きフランジ３２Ｂには周方向の複数箇所で連結ピン３４が挿通されているとともに、各連結ピン３４に外装された状態で、外向きフランジ３２Ｂと各連結ピン３４との間にスプリング３５が介在されている。肉厚部３２Ｃは、出力部材４０を構成する第二カバー４２の内向きフランジ４２Ａに対して、間に第二摩擦プレート４４を配する状態で、軸方向Ｌに対向配置されている。
【００２９】
出力部材４０は、駆動伝達体２３（本例ではベルト）が巻回される出力部４１Ａ（被巻回部）をその外周面に有する、駆動側回転体２１における出力側回転部材である。出力部材４０は、駆動伝達体２３及び従動側回転体２２を介して圧縮機７１の駆動軸に駆動連結されている。出力部材４０は、入力部材３０と同軸に配置されている。出力部材４０は、入力部材３０の径方向外側に、当該入力部材３０と重なるように配置されている。出力部材４０は、一体回転するように連結された第一カバー４１と第二カバー４２とを含む。第一カバー４１は、第一軸受Ｂ１を介して、第一ドラム３１に対して相対回転可能に支持されている。第一軸受Ｂ１としては、例えばラジアル型のニードルベアリングを用いることができる。第二カバー４２は、軸方向Ｌにおける第一カバー４１とは反対側の端部に内向きフランジ４２Ａを有する。内向きフランジ４２Ａは、第二ドラム３２の肉厚部３２Ｃに対して、間に第二摩擦プレート４４を配する状態で、軸方向Ｌに対向配置されている。また、出力部材４０は、変速機構５０を構成するリングギヤ連結部材５７と一体回転するように連結されている。
【００３０】
変速機構５０は、実際に入力部材３０と出力部材４０との間の変速比を変更するための機構である。なお、本実施形態では、「変速比」は、入力回転速度（入力部材３０の回転速度）に対する出力回転速度（出力部材４０の回転速度）の比を表す概念として用いる。本実施形態では、変速機構５０は、入力部材３０に伝達されるエンジン１０の回転を変速して出力部材４０から出力する第一出力状態と、エンジン１０の回転を同速で出力する第二出力状態とを選択的に実現可能に構成されている。すなわち、本実施形態の変速機構５０は、変速比が互いに異なる２つの変速段を有するステップ式変速機構として構成されている。
【００３１】
変速機構５０は、入力部材３０及び出力部材４０と同軸に配置されている。変速機構５０は、入力部材３０の径方向外側に、入力部材３０及び出力部材４０と重なるように配置されている。このような変速機構５０は、遊星歯車機構ＰＧを含んで構成されている。本実施形態では、変速機構５０は、３要素の遊星歯車機構ＰＧを含んで構成されており、外歯のサンギヤＳと、サンギヤＳに噛み合う複数のピニオンＰを支持するキャリヤＣと、複数のピニオンＰに噛み合う内歯のリングギヤＲとを有する。また、本実施形態では、遊星歯車機構ＰＧは、シングルピニオン式に構成されている。
【００３２】
さらに具体的構造について言及すると、変速機構５０は、キャリヤケース５１と、シャフト部材５２と、サンギヤ連結部材５４と、リングギヤ連結部材５７とを備えている。キャリヤケース５１は、複数のピニオンＰを支持するキャリヤＣの実部材であり、入力部材３０を構成する第一ドラム３１と一体回転するように連結されている。また、キャリヤケース５１は、第一ドラム３１との連結部とは反対側の端部で、連結ピン３４を介して第二ドラム３２に連結されている。
【００３３】
シャフト部材５２は、キャリヤケース５１を貫通する状態で変速機構５０の軸心Ｘに沿って配置されている。シャフト部材５２は、キャリヤケース５１と一体回転するように連結されている。こうして、シャフト部材５２は、キャリヤケース５１を介して入力部材３０と一体回転する。シャフト部材５２は、軸方向Ｌにおけるエンジン１０とは反対側に向かって、駆動側回転体２１を回転可能に支持する非回転部材としての回転体支持部材２５に連結された連結部材２６付近まで延びている。そして、シャフト部材５２は、第二軸受Ｂ２及び第三軸受Ｂ３を介して、連結部材２６に固定された固定ピストン６１に対して回転可能に支持されている。第二軸受Ｂ２としては例えばスラスト型のボールベアリングを用いることができ、第三軸受Ｂ３としては例えばラジアル型のボールベアリングを用いることができる。
【００３４】
シャフト部材５２には、軸受フランジ５２Ａと皿バネ５２Ｂとが設けられている。軸受フランジ５２Ａは、シャフト部材５２に外嵌されているとともに軸方向Ｌの一方側（以下、「軸方向一方側Ｌ１」と表記する。）から第二軸受Ｂ２を軸方向Ｌに押さえる。皿バネ５２Ｂは、シャフト部材５２の軸端部にボルト固定されているとともに軸方向Ｌの他方側（以下、「軸方向他方側Ｌ２」と表記する。）から第三軸受Ｂ３を軸方向Ｌに押さえる。軸方向Ｌにおける第二軸受Ｂ２と第三軸受Ｂ３との間には、固定ピストン６１の内向き突起６１Ｃが径方向に突出する状態に配置されている。シャフト部材５２及びそれに連結されたキャリヤケース５１は、軸受フランジ５２Ａと皿バネ５２Ｂとによって互いに近接する向きに押圧された２つの軸受Ｂ２，Ｂ３によって内向き突起６１Ｃを挟持する状態で、軸方向Ｌに位置決めされている。
【００３５】
サンギヤ連結部材５４には、ピニオンＰに噛み合う外歯のサンギヤＳが形成されている。サンギヤ連結部材５４は、中心孔を有する筒状に形成されている。サンギヤ連結部材５４は、その中心孔に挿通されるシャフト部材５２の径方向外側に、当該シャフト部材５２と同軸に配置されている。サンギヤ連結部材５４は、第四軸受Ｂ４を介して、シャフト部材５２に対して相対回転可能に支持されている。第四軸受Ｂ４としては、例えばラジアル型のニードルベアリングを用いることができる。サンギヤ連結部材５４は、固定ピストン６１の円筒状部６１Ａよりも径方向外側まで延びるように延出する外向きフランジ５４Ａを有する。外向きフランジ５４Ａは、可動シリンダ６２の第一径方向延在部６２Ａ（図３を参照）に対して、間に第一摩擦プレート５５を配する状態で、軸方向Ｌに対向配置されている。
【００３６】
リングギヤ連結部材５７には、ピニオンＰに噛み合う内歯のリングギヤＲが形成されている。リングギヤ連結部材５７は、出力部材４０（第一カバー４１及び第二カバー４２）と一体回転するように連結されている。
【００３７】
こうして、本実施形態の遊星歯車機構ＰＧにおいては、キャリヤＣに入力部材３０が連結され、リングギヤＲに出力部材４０が連結され、サンギヤＳにサンギヤ連結部材５４が連結されている。
【００３８】
切替機構６０は、変速機構５０を介した動力伝達経路に作用して、当該変速機構５０による変速比を切り替えるための機構である。切替機構６０は、変速機構５０よりも軸方向他方側Ｌ２において、当該変速機構５０に対して軸方向Ｌに隣接して配置されている。本実施形態では切替機構６０は、固定側部材としての固定ピストン６１と、可動側部材としての可動シリンダ６２とを有するクラッチ機構ＣＬを含んで構成されている。クラッチ機構ＣＬは、入力部材３０の径方向外側に、入力部材３０及び出力部材４０と重なるように配置されている。
【００３９】
図２及び図３に示すように、固定ピストン６１は、連結部材２６を介して回転体支持部材２５に固定されている。固定ピストンは、回転体支持部材２５や連結部材２６と同じく、回転しない非回転部材となっている。固定ピストン６１は、円筒状部６１Ａと、区画体６１Ｂと、内向き突起６１Ｃとを有する。円筒状部６１Ａは、シャフト部材５２よりも大径で、且つ、第二ドラム３２よりも小径の円筒状に形成されている。円筒状部６１Ａは、間に第二軸受Ｂ２及び第三軸受Ｂ３が配置された状態で、シャフト部材５２の径方向外側に当該シャフト部材５２と同軸に配置されている。区画体６１Ｂは、円筒状部６１Ａから径方向外側に向かって延びるフランジ状に形成されている。この区画体６１Ｂは、可動シリンダ６２の内部空間に進入している。
【００４０】
可動シリンダ６２は、固定ピストン６１の径方向外側に当該固定ピストン６１と同軸に配置されている。可動シリンダ６２は、固定ピストン６１の外周面に摺接しながら軸方向Ｌに往復移動可能となっている。可動シリンダ６２は、第一径方向延在部６２Ａと、第二径方向延在部６２Ｂと、軸方向延在部６２Ｃとを有する。第一径方向延在部６２Ａは、径方向に延びる円環板状に形成されており、固定ピストン６１の区画体６１Ｂに対して軸方向一方側Ｌ１に配置されている。第二径方向延在部６２Ｂは、径方向に延びる円環板状に形成されており、区画体６１Ｂに対して軸方向他方側Ｌ２に配置されている。軸方向延在部６２Ｃは、軸方向Ｌに延びる円筒状に形成されており、区画体６１Ｂの径方向外側で第一径方向延在部６２Ａと第二径方向延在部６２Ｂとを連結している。
【００４１】
こうして、可動シリンダ６２の内部空間が、固定ピストン６１に対して軸方向Ｌの両側に位置する２つの圧力室（すなわち、第一圧力室Ｋ１及び第二圧力室Ｋ２）に区画形成されている。これら２つの圧力室Ｋ１，Ｋ２は、いずれも密封空間として形成されている。円筒状部６１Ａと第一径方向延在部６２Ａ及び第二径方向延在部６２Ｂのそれぞれとの間、並びに区画体６１Ｂと軸方向延在部６２Ｃとの間には、例えばＯリングやＸリング等のシール部材が配置されている。
【００４２】
第二径方向延在部６２Ｂは、その径方向内側の端部に、軸方向他方側Ｌ２に向かって突出する円筒状のボス部６２ｄを有する。このボス部６２ｄの外周面に支持される状態で、軸方向Ｌにおける第二径方向延在部６２Ｂと第二ドラム３２の内向きフランジ３２Ａとの間に第五軸受Ｂ５が配置されている。第五軸受Ｂ５としては、例えばスラスト型のボールベアリングを用いることができる。ボス部６２ｄと固定ピストン６１との係合部は、例えばスプライン係合部とすることができる。こうして、可動シリンダ６２が、固定ピストン６１に対して相対回転が規制された状態で軸方向Ｌに移動可能となっていることが好ましい。
【００４３】
図４に模式的に示すように、切替機構６０は、可動シリンダ６２の内部の第一圧力室Ｋ１及び第二圧力室Ｋ２に対して選択的に圧力流体を供給するための圧力流体供給機構６３を備えている。圧力流体供給機構６３は、コンプレッサ６４と、接続流路６５と、流路切換弁６６とを含む。コンプレッサ６４は、当該コンプレッサ６４に供給される空気を圧縮して所定圧に高めて出力する。接続流路６５は、コンプレッサ６４とクラッチ機構ＣＬ（具体的には２つの圧力室Ｋ１，Ｋ２）とを接続しており、コンプレッサ６４からの圧縮空気（圧力流体の一例）をクラッチ機構ＣＬに供給する。流路切換弁６６は、接続流路６５に設けられ、コンプレッサ６４からの圧縮空気を第一圧力室Ｋ１及び第二圧力室Ｋ２のいずれか一方に選択的に導入する。流路切換弁６６は、例えば三方弁で構成される。
【００４４】
圧縮空気が第一圧力室Ｋ１に導入されると、第一径方向延在部６２Ａが受圧面として機能し、可動シリンダ６２が軸方向一方側Ｌ１に移動する。すると、第一摩擦プレート５５を介して、サンギヤ連結部材５４と可動シリンダ６２とが互いに圧接される。可動シリンダ６２は、非回転部材としての固定ピストン６１に対して相対回転が規制されているので、結果的にサンギヤ連結部材５４の回転が停止される。このサンギヤ連結部材５４が回転停止した状態を、本実施形態では「第一状態」と言う。切替機構６０は、圧縮空気を第一圧力室Ｋ１に導入して、可動シリンダ６２を軸方向一方側Ｌ１に移動させることにより、サンギヤ連結部材５４を回転停止させて第一状態を実現する。なお、第一状態では、第二摩擦プレート４４を介した入力部材３０と出力部材４０との圧接が解除されて、入力部材３０と出力部材４０とは相対回転可能となる。
【００４５】
第一状態では、図５に示すように、サンギヤ連結部材５４及びサンギヤＳが回転停止された状態で、入力部材３０及びキャリヤＣに伝達されるエンジン１０の回転速度が、増速されてリングギヤＲ及び出力部材４０から出力される。その際、エンジン１０の回転速度は、（１＋λ）倍に増速されて出力部材４０から出力される。なお、「λ」は、遊星歯車機構ＰＧのギヤ比であり、具体的にはリングギヤＲの歯数に対するサンギヤＳの歯数の比である。こうして、変速機構５０は、切替機構６０によって実現される第一状態で、エンジン１０の回転を変速（本例では増速）して出力する第一出力状態となる。この第一出力状態は、本例では、２段変速式の変速機構５０が増速段を形成している状態である。
【００４６】
一方、圧縮空気が第二圧力室Ｋ２に導入されると、第二径方向延在部６２Ｂが受圧面として機能し、可動シリンダ６２が軸方向他方側Ｌ２に移動する。すると、第五軸受Ｂ５を介して入力部材３０が軸方向他方側Ｌ２に押圧される。このとき、入力部材３０を構成する第一ドラム３１は軸方向Ｌの位置を保ったまま、第二ドラム３２だけが、スプリング３５の付勢力に抗して軸方向他方側Ｌ２に移動する。これにより、第二摩擦プレート４４を介して、入力部材３０と出力部材４０とが互いに圧接され、両者が一体回転する状態となる。この入力部材３０と出力部材４０とが一体回転する状態を、本実施形態では「第二状態」と言う。切替機構６０は、圧縮空気を第二圧力室Ｋ２に導入して、可動シリンダ６２を軸方向他方側Ｌ２に移動させることにより、入力部材３０と出力部材４０とを一体回転させて第二状態を実現する。なお、第二状態では、第一摩擦プレート５５を介したサンギヤ連結部材５４と可動シリンダ６２との圧接が解除されて、サンギヤ連結部材５４及びサンギヤＳは回転可能な状態となる。
【００４７】
第二状態では、図６に示すように、サンギヤ連結部材５４及びサンギヤＳが回転可能な状態で、入力部材３０及びキャリヤＣに伝達されるエンジン１０の回転速度が、変速されることなく同速で、リングギヤＲ及び出力部材４０から出力される。こうして、変速機構５０は、切替機構６０によって実現される第二状態で、エンジン１０の回転を同速で出力する第二出力状態となる。この第二出力状態は、本例では、２段変速式の変速機構５０が直結段を形成している状態である。
【００４８】
このように、本実施形態の切替機構６０は第一状態と第二状態とを切替自在に構成されており、それに伴い、変速機構５０は第一出力状態と第二出力状態とに切替自在となっている。切替機構６０が第一状態を実現することで変速機構５０が第一出力状態（本例では増速段を形成する図５の状態）となり、切替機構６０が第二状態を実現することで変速機構５０が第二出力状態（本例では直結段を形成する図６の状態）となる。切替機構６０は、単一の可動シリンダ６２を軸方向Ｌに往復移動させるだけで、簡単に、変速機構５０の第一出力状態と第二出力状態とを切り替えることができるようになっている。
【００４９】
〔その他の実施形態〕
（１）上記の実施形態では、変速機構５０がシングルピニオン式の遊星歯車機構ＰＧを含む構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば変速機構５０がダブルピニオン式の遊星歯車機構ＰＧを含んで構成されても良い。この場合、各要素の連結関係が上記の実施形態と同じであれば、サンギヤ連結部材５４が回転停止される第一状態で、変速機構５０は、エンジン１０の回転を減速（変速の一例）して出力する第一出力状態となる。また、サンギヤＳが回転可能な状態で入力部材３０と出力部材４０とが一体回転する第二状態で、変速機構５０は、エンジン１０の回転を同速で出力する第二出力状態となる。つまり、変速機構５０は、減速段と直結段とを切替可能となる。
【００５０】
（２）上記の実施形態では、変速機構５０が３要素の遊星歯車機構ＰＧを含む構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、変速機構５０が４要素以上の遊星歯車機構ＰＧを含んで構成されても良い。例えば変速機構５０が、回転要素として第一サンギヤと第二サンギヤと共通キャリヤとリングギヤとを有するラビニヨ型の遊星歯車機構ＰＧを含んで構成されても良い。また、複数の遊星歯車機構ＰＧを組み合わせて変速機構５０が構成されても良い。これらの構成では、３段以上の多段変速が可能となる。
【００５１】
（３）上記の実施形態では、単一の切替機構６０で変速機構５０の第一出力状態と第二出力状態とを切替可能な構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えばサンギヤＳを選択的に固定するためのブレーキと、入力部材３０と出力部材４０とを一体回転させるためのクラッチとを、個別に備えても良い。この場合、サンギヤ固定用ブレーキの係合状態且つ入出力一体化クラッチの解放状態で変速機構５０の第一出力状態が実現され、サンギヤ固定用ブレーキの解放状態且つ入出力一体化クラッチの係合状態で変速機構５０の第二出力状態が実現される。
【００５２】
（４）上記の実施形態では、切替機構６０を構成するクラッチ機構ＣＬが、固定側部材としての固定ピストン６１と可動側部材としての可動シリンダ６２とを有する構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、クラッチ機構ＣＬが、固定シリンダと、その固定シリンダの内周面に摺接しながら軸方向Ｌに往復移動可能な可動ピストンとを有して構成されても良い。
【００５３】
（５）上記の実施形態では、切替機構６０が空圧駆動式のクラッチ機構ＣＬを含む構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えばクラッチ機構ＣＬが、油圧駆動式や電磁駆動式、或いはモータ駆動式等に構成されても良い。また、クラッチ機構ＣＬが、摩擦プレート４４，５５を介した摩擦係合式ではなく、例えばドグクラッチ等のような噛み合い式等に構成されても良い。
【００５４】
（６）上記の実施形態では、動力伝達機構２０を構成する駆動側回転体２１及び従動側回転体２２がプーリであるとともに、駆動伝達体２３がベルトである構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば駆動側回転体２１及び従動側回転体２２としてスプロケットを用いるとともに、駆動伝達体２３として２つのスプロケットに亘って巻回されたチェーンを用いても良い。
【００５５】
（７）上述した各実施形態（上記の実施形態及びその他の実施形態を含む；以下同様）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１        ヒートポンプシステム
２        変速装置
１０      エンジン
１１      燃焼室
１４      燃料調整弁
１６      スロットル弁
１７      出力軸
２１      駆動側回転体
２２      従動側回転体
３０      入力部材
４０      出力部材
４４      第二摩擦プレート
５０      変速機構
５４      サンギヤ連結部材
５５      第一摩擦プレート
６０      切替機構
６１      固定ピストン（固定側部材）
６２      可動シリンダ（可動側部材）
６６      流路切換弁
７０      ヒートポンプ回路
７１      圧縮機
８０      制御装置
Ｇ        燃料ガス
Ａ        空気
ＰＧ      遊星歯車機構
Ｓ        サンギヤ
Ｐ        ピニオン
Ｃ        キャリヤ
Ｒ        リングギヤ
ＣＬ      クラッチ機構
Ｂ５      第五軸受（軸受）
Ｋ１      第一圧力室（圧力室）
Ｋ２      第二圧力室（圧力室）
Ｌ        軸方向
Ｌ１      軸方向一方側
Ｌ２      軸方向他方側
【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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