JP3786390B2

JP3786390B2 - 複数の油圧モータの駆動装置

Info

Publication number: JP3786390B2
Application number: JP05420198A
Authority: JP
Inventors: 貞夫布谷; 盛太林; 利幸赤坂
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH11230307A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の可変容量型油圧モータの駆動装置に係わり、特に、複数の可変容量型油圧モータで共通の出力軸を駆動する駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の油圧モータの駆動力が共通の駆動軸に作用し、車輪等を駆動する複数の油圧モータを用いた駆動装置は知られている。この駆動装置の第１例（図示せず）として、１個又は複数の油圧ポンプにより駆動される複数の可変容量型の油圧モータの出力軸が機械式変速装置に連結され、この機械式変速装置に設けられた共通の出力軸から出力を取り出すように構成されているものがある。また、第２例としては、特開平６−１９３５４７号公報で例示されているように、１個の油圧ポンプで複数の油圧モータを駆動し、複数の油圧モータを機械式変速装置に連結して共通の出力軸を駆動するとともに、複数の油圧モータと機械式変速装置との間に断続装置を設けて任意に断続を行うものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成において、第１例では、出力軸を複数の油圧モータにより駆動し低回転時に高トルクを発生させているために、高速時に低トルクとなっても高回転を発生させるために大容量の油圧ポンプが必要となり、高回転させるため無駄なエネルギーが必要となるとともに、広い場積が必要となり車体が大きくなるという問題がある。また、大容量の油圧ポンプを用いるため高価になるという問題がある。第２例では、複数の油圧モータからの出力トルクを任意の機械式変速装置を選択することにより、任意の回転数および出力トルクは得られるが、選択された油圧モータ以外の油圧モータも駆動しているため、前記と同様に、無駄なエネルギーが必要となるとともに、広い場積が必要となり、また、高価になるという問題がある。
また、第１例、第２例とも油圧モータのケーシング内には常に油が溜まっており、高回転時に攪拌抵抗が大きくなって出力が低下し、効率低下をもたらす。また、高回転で油を攪拌するため、油が高温となり冷却装置が必要になり、広い場積が必要となり、また、高価になるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、複数の可変容量型油圧モータの駆動装置に係わり、特に、小さな容量の油圧ポンプを用いて出力軸に、低回転時には高トルクを発生させるとともに、低トルク時には高回転を発生させることができ、また、油圧モータのケーシング内の油を減らして攪拌抵抗を低減し、効率の良い複数の可変容量型油圧モータの駆動装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
上記の目的を達成するために、本発明に係る複数の油圧モータの駆動装置の発明においては、油圧ポンプから操作弁を経た圧油で駆動される複数の可変容量型油圧モータで共通の出力軸を駆動する駆動装置において、少なくとも第１油圧モータの出力トルクは一定の変速比の機械式第１変速装置を介して出力軸に連結し、他の油圧モータの出力トルクはそれぞれクラッチを有する複数の変速比の機械式変速装置を介して出力軸に連結するとともに、前記各クラッチの断続を制御する手段を有し、第１クラッチは出力軸が所定の回転数以下のときに接続して他の油圧モータの出力トルクを第１減速比にて出力軸に伝達し、第２クラッチは出力軸が所定の回転数を越えたときに接続して他の油圧モータの出力トルクを第２減速比にて出力軸(30)に伝達し、第１油圧モータ(10)のケースドレンと他の油圧モータ(20)の吸入回路とを接続するケースドレン回路(8)を有する構成としている。上記構成により、出力軸の回転数が所定値以下、すなわち、所定の車速以下で走行に大きなトルクが必要とするときには、第１油圧モータのトルクに他の油圧モータのトルクが加わるので大きなトルクを発生する。そして、出力軸の回転数すなわち車速が所定の値を越え、走行に大きなトルクを必要としない場合には減速比の異なる第２クラッチが接続して高速回転を行うようになる。また、第２クラッチは接続して他の油圧モータは出力軸により駆動され、油圧ポンプとしての働きをし、第１油圧モータのケーシング内の油をケースドレン回路を介して吸入する。したがって、出力軸の回転数が所定値以下では、複数の油圧モータのトルクを用いるため、起動および加速を容易にする。そして、出力軸の回転数が所定の値を越えると、出力軸の駆動に使用される油圧モータは第１油圧モータのみとなり、発生トルクは低いが高い回転数で回転する。また、油圧ポンプの容量が小さくても高トルク、高回転が得られる。また、第１油圧モータのケーシング内の油は減少し、攪拌抵抗が低下して効率が向上する。また、高回転で油を攪拌することがなくなり、油温が安定するため冷却装置が不要となり、場積が狭く安価になる。
【０００７】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下に、本発明に係る複数の可変容量型油圧モータの駆動装置の実施例について、図１〜図３を参照して詳述する。
【０００８】
図１は複数の可変容量型油圧モータの駆動装置の構成と回路を示す回路図である。駆動源１により駆動される油圧ポンプ２の吐出回路３上には、車両等の前進あるいは後進を切り換えを行う走行操作弁４が介装されている。
この走行操作弁４は、前進位置Ｆ、中立位置Ｎ、後進位置Ｒを有する３位置切換弁で、図示しない操作装置をオペレータが操作することにより切り換えられる。
走行操作弁４は、第１モータ回路５を経て可変容量型の第１油圧モータ１０に接続している。また、走行操作弁４の下流では第１モータ回路５が分岐されて第２モータ回路６を形成している。この第２モータ回路６は電磁式切換弁７に接続され、電磁式切換弁７は、第３モータ回路６Ａにより可変容量型の第２油圧モータ２０に接続している。電磁式切換弁７は、Ａ位置、Ｂ位置、Ｃ位置の３位置６ポートを有しており、その２ポートは、第２モータ回路６により走行操作弁４に接続されている。また、他の２ポートは、第３モータ回路６Ａにより可変容量型の第２油圧モータ２０に接続している。残りの２ポートの内、一つのポートは、第１油圧モータ１０に接続されて、ケースドレン回路８を形成している。また、残りの２ポートの内、他の一つのポートは、タンク９に接続されている。電磁式切換弁７は、後述する制御装置５４に接続され、制御装置５４からの指令が無い場合のＢ位置にあって走行操作弁４からの油を可変容量型の第２油圧モータ２０に給排している。また、電磁式切換弁７は、制御装置５４からの指令が有る場合にはＡ位置およびＣ位置に切り換わり、走行操作弁４からの第２モータ回路６と可変容量型の第２油圧モータ２０への回路を遮断するとともに、可変容量型の第２油圧モータ２０の第３モータ回路６Ａと第１油圧モータ１０のケースドレン回路８、および、第３モータ回路６Ａとタンク９と、を接続している。したがって、Ａ位置では、第１油圧モータ１０が前進回転時にケースドレン回路８と第２油圧モータ２０の吸い込み側とを接続し、第２モータ回路６は閉じている。Ｂ位置では第２モータ回路６と第２油圧モータ２０とを接続し、ケースドレン回路８は閉じている。Ｃ位置では第１油圧モータ１０が後進回転時に第１油圧モータ１０のケースドレン回路８と第２油圧モータ２０の吸い込み側とを接続し、第２モータ回路６は閉じている。これにより、制御装置５４からの指令が有る場合には電磁式切換弁７がＡ位置およびＣ位置に切り換わり、第１油圧モータ１０のケーシング内の油は第２油圧モータ２０に吸い込まれる。
【０００９】
第１油圧モータ１０の第１油圧モータ出力軸１１には第１歯車１２が固設され、出力軸３０に固設されている第２歯車３１と噛合しており、第１変速装置４０を構成している。第１変速装置４０は、一定の減速比を有している。
第２油圧モータ２０の第２油圧モータ出力軸２１には、第３歯車２２が第１クラッチ２３を介して取着されるとともに、第４歯車２４が第２クラッチ２５を介して取着されている。第３歯車２２は出力軸３０に固設された第２歯車３１と噛合して第２変速装置４１を構成し、第４歯車２４は出力軸３０に固設された第５歯車３２と噛合して第３変速装置４２を構成している。第２変速装置４１は所定の第１減速比を、また、第３変速装置４２は所定の第２減速比を、それぞれ有している。また、第１油圧モータ１０の吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）と第２油圧モータ２０の吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）との容積比、および、第１変速装置４０と第２変速装置４１との変速比の関係は、出力軸３０の出力軸回転数が同じになるようにしている。この実施例では、第１油圧モータ１０の吐出容積は第２油圧モータ２０の吐出容積よりも小さくし、かつ、第１変速装置４０の変速比は、第２変速装置４１の変速比よりも大きくしている。
クラッチ操作用油圧ポンプ５０の吐出回路上には、電磁式の第１クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５１が配設され、第１クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５１は第１クラッチ２３に接続している。同様に、クラッチ操作用油圧ポンプ５０の吐出回路上には、電磁式の第２クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５２が配設され、第２クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５２は第２クラッチ２５に接続している。第１，第２クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５１，５２はＤ位置（ＯＮ）およびＥ位置（ＯＦＦ）を有する。
出力軸３０には回転数検出器５３が配設され、制御装置５４に接続している。また、制御装置５４は、電磁式切換弁７、第１クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５１および第２クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５２と接続しており、回転数検出器５３からの信号を入力し、所定の制御信号を電磁式切換弁７および第１，第２クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５１，５２に出力するようになっている。このとき、制御装置５４から電磁式切換弁７への信号は、オペレータが図示しない操作装置を操作する信号と、回転数検出器５３からの信号とを制御装置５４が受けて、回転速度が所定値（Ｓ）を越えた場合に、Ａ位置あるいはＣ位置のいずれかに切り換わる信号が出力される。
なお、上記において、電磁式切換弁７は、前進用のＡ位置、中立用のＢ位置、および後進用のＣ位置の３位置を構成しているように説明したが、前進用のＡ位置および中立用のＢ位置でも良い。
【００１０】
次に作動について説明する。
車両を停止状態から前進させる場合には、オペレータは走行操作弁４を中立位置Ｎから前進位置Ｆに切り換える。電磁式切換弁７は、出力軸３０の回転速度が低いので制御装置５４からの制御信号を受けないため、Ｂ位置にある。したがって、油圧ポンプ２の圧油は、吐出回路３から一方は第１モータ回路５を経て第１油圧モータ１０に供給され、第１油圧モータ出力軸１１は前進方向に回転し、第１変速装置４０を介して出力軸３０を前進駆動する。
また、このとき、他方は第２モータ回路６から電磁式切換弁７を介して第２油圧モータ２０に供給され、第２油圧モータ出力軸２１は前進方向に回転する。また、このとき、制御装置５４は、出力軸３０の回転数が所定の回転数以下の場合には、回転数検出器５３からの信号を受け第１クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５１および第２クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５２に制御信号を出力し、第１クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５１をＤ位置、第２クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５２をＥ位置にする。したがって、第１クラッチ２３は接続ＯＮし、第２クラッチ２５は遮断ＯＦＦとなって第２変速装置４１を介して出力軸３０を前進駆動する。すなわち、車両が所定の走行速度以下のときには出力軸３０には第１油圧モータ１０と第２油圧モータ２０との駆動力が加わるため回転数は低いがトルクは大きくなる。
【００１１】
オペレータが図示しないアクセルペタル等を操作して速度を増し、出力軸３０の回転数が所定の回転数を越えると、回転数検出器５３は検出信号を制御装置５４に出力し、制御装置５４は第１クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５１および第２クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５２に制御信号を出力する。これにより、第１クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５１はＥ位置、第２クラッチＯＮ−ＯＦＦ弁５２はＤ位置に切り換わり、第１クラッチ２３は遮断ＯＦＦ、第２クラッチ２５は接続ＯＮとなる。同時に、制御装置５４からの制御信号により電磁式切換弁７はＡ位置に切り換わり、第２ポンプ回路５は閉じ、第１油圧モータ１０のケースドレン回路８と第２油圧モータ２０とは接続する。そのため、第１油圧モータ１０のみが油圧ポンプ２により駆動されることとなり、油圧ポンプ２の容量が小さくても高回転が得られる。一方、第２油圧モータ２０は第３変速装置４２を介して出力軸３０により駆動されることとなり、油圧ポンプとして作用する。即ち第２油圧モータ２０は第１油圧モータ１０のケースドレン回路８からケーシング内の油を吸い上げる。そのため、第１油圧モータ１０の攪拌抵抗が低減し高回転時の効率は向上する。
【００１２】
図２は各油圧モータの回転数と車速との関係を示すグラフである。縦軸は油圧モータの回転数を示し、横軸は車速（または出力軸回転数）を示す。
直線ａは第１油圧モータ１０を示し、回転数と車速との関係は常に一定である。直線ｂは、車速が所定の値Ｓ以下では、第２油圧モータ２０の第１クラッチ２３は接続ＯＮ、第２クラッチ２５は遮断ＯＦＦの状態を示し、車速が所定の値Ｓを越えると第１クラッチ２３は遮断ＯＦＦ、第２クラッチ２５は接続ＯＮとなり直線ｃの状態となる。すなわち車速Ｓを越えると前述のように第２油圧モータ２０は油圧ポンプとして作用するようになるが、図に示すように変速比を変えて油圧モータ２０の回転数を低くして消費馬力を少なくしている。
なお、上図は、第１油圧モータ１０と第２油圧モータ２０との吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）を異なるように設定するとともに、出力軸３０の出力軸回転数が同じになるように、第１変速装置４０と第２変速装置４１の変速比を設定したが、第１油圧モータ１０と第２油圧モータ２０との吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）を同じに設定するとともに、第１変速装置４０と第２変速装置４１の変速比を同じに設定し、出力軸３０の出力軸回転数が同じになるようにして、直線ａと直線ｂを同一上にのるように設定しても良い。このとき、第３変速装置４２の変速比は、第２変速装置４１の変速比と異なるように設定し、前記と同様に、油圧モータ２０の回転数を低くして消費馬力を少なくすると良い。
【００１３】
図３は、平地での出力軸トルクと車速との関係を示すグラフである。縦軸は出力軸３０のトルクであり、横軸は車速を示す。
直線ｄは第１油圧モータ１０のトルクの変化を示しており、低速時にはトルクは大きく、車速が上昇するにしたがってトルクは低下する。直線ｅは第２油圧モータ２０のトルクの変化を示しており、前述のように車速が所定の速度Ｓ以下の場合には第１油圧モータ１０のトルクに加えられて出力軸３０のトルクは大きくなる。車速が所定の速度Ｓを越えると電磁式切換弁７は切り換わり、第２油圧モータ２０の第２モータ回路６は閉じられるため出力軸３０のトルクは第１油圧モータ１０のトルクのみとなる。すなわち、始動時および低速時の高トルクを必要とする場合には、第１油圧モータ１０および第２油圧モータ２０により大きなトルクを発生し、高速になって高トルクが不要になると、第１油圧モータ１０のみとなってトルクは低下し、第１油圧モータ１０のみを駆動するため高回転となり、油圧ポンプ２の容量が小さくても高トルク、高回転が得られる。
【００１４】
車両を後進させる場合にはオペレータは走行操作弁４を後進位置に切り換える。車速が所定の速度Ｓ以下では、制御装置５４は電磁式切換弁７をＢ位置、第１クラッチ２３を接続ＯＮ、第２クラッチ２５を遮断ＯＦＦにする。車速が所定の速度Ｓを越えると第１クラッチ２３を遮断ＯＦＦにし、第２クラッチ２５を接続ＯＮにすると同時に電磁式切換弁７をＣ位置にする。作用は前述の前進時と同一なので説明は省略する。
【００１５】
なお、上記実施例では、油圧モータ２０は、ポンプ機能として、第１油圧モータ１０のケースドレン回路８からケーシング内の油を吸い上げることを説明したが、ケースドレン回路８に電磁弁および調圧弁を挿入して、必要時に電磁弁を切り換えて、車両の制動に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複数の可変容量型油圧モータの駆動装置の回路図である。
【図２】本発明の駆動装置の油圧モータの回転数と車速との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の駆動装置の出力軸のトルクと車速との関係を示すグラフである。

Claims

油圧ポンプ(2)から操作弁を経た圧油で駆動される複数の可変容量型油圧モータで共通の出力軸を駆動する駆動装置において、少なくとも第１油圧モータ(10)の出力トルクは一定の変速比の機械式第１変速装置(40)を介して出力軸(30)に連結し、他の油圧モータ(20)の出力トルクはそれぞれクラッチ(23,25)を有する複数の変速比の機械式変速装置(41,42)を介して出力軸(30)に連結するとともに、前記各クラッチ(23,25)の断続を制御する手段を有し、第１クラッチ(23)は出力軸(30)が所定の回転数以下(S)のときに接続して他の油圧モータ(20)の出力トルクを第１減速比にて出力軸(30)に伝達し、第２クラッチ(25)は出力軸(30)が所定の回転数(S)を越えたときに接続して他の油圧モータ(20)の出力トルクを第２減速比にて出力軸(30)に伝達し、第１油圧モータ(10)のケースドレンと他の油圧モータ(20)の吸入回路とを接続するケースドレン回路(8)を有することを特徴とする複数の油圧モータの駆動装置。