JPS6298064A - 油圧式変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、送風機、圧縮機、ポンプ等、ターボ機械の回
転速度制御に用いて好適な油圧式変速装置に関し、特に
動力特性が回転速度の３乗に比例するものの回転速度制
御に用いて好適な油圧式変速装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、異なる原理による種々の変速機が実在してい
るが、動力特性が回転速度の３乗に比例するものの回転
速度制御用として、例えば第３〜５図に示すようなもの
が考えられる。この第３〜５図に示す油圧式変速装置は
、油圧式回転機械（差動ポンプ）２０により、入力軸３
０と出力軸３１との回転速度差を流体の吐出に変換し、
更にこのスリップにより生じた流体エネルギーをＰ；９
．械的に入力軸側に接続された動力回生用油圧モータ３
５に入力し、これらスリップによ１）発生したエネルギ
ーを回生できるようにしたものであるが、更に詳細に説
明すると、この油圧式変速装置には、まず、ｔＩＳ３．
４図に示すごとく、定容量型のポンプ主たはモータとし
てのｆ５１の油圧式回転機械２０が設けられている。こ
の第１の油圧式回転機械２０は固定ケーシング２１内に
軸受を介して回転自在に支承された回転ケーシング２２
をそなえており、この回転ケーシング２２には出力軸３
１が固着されている。

そして、この回転ケーシング２２内は、典型的な固定斜
板型アキシャルピストンポンプと同一である。すなわち
回転ケーシング２２内には、多数のシリングを有するシ
リングバレル２４が設けられており、このシリングバレ
ル２４のシリング内に挿入されたピストン２３は、一端
に揺動可能な球面接手を有している。そして、この球面
接手にはスリンババンド２５が接続されている力で、こ
のスリッパパッド２５は、油圧およびリテーナ２６を介
したばね２７の付勢力で、斜板上のスラストプレート２
８に圧着されている。

一方シリングバレル２４の他端は、同様にばね力および
油圧力により、回転ケーシング２２側に固定されたバル
ブプレート２９に圧接されている。

このバルブプレート２っけ、三日月状の吸入ボートおよ
び吐出ボートを有しており、斜板とシリングバレル２４
との相対運転によりピストン２３の往復運動が生じたと
きに、前進（吐出）モードおよび後退（吸入）モードに
あるピストン部に吐出ボートおよび吸入ボートが対向す
るようになっている。すなわちシリングバレル２４とバ
ルブプレート２９との相対回転により適宜吸入および吐
出が切り替わるのである。なお、このバルブプレート２
９による吸入、吐出切替作用は公知である。

また、シリングバレル２４は駆動軸としての回転入力軸
（主軸）３０に連結されている。

これにより駆動軸としての入力軸３０と出力軸３１を固
着された回転ケーシング２２とがそれぞれ独立に回転し
うるように設けられていることになる。

また、第１の油圧式回転機械２０における作動油の吸入
排出を行なう密封ｍ構付き給排油用回転弁３２が設けら
れている。すなわちこの回転弁３２は、回転ケーシング
２２の出力軸側線径部外周に亘って複数本形成された環
状溝３２ａ、３２ｂと、固定ケーシング２１の上記環状
＠３２ａ、３２ｂに対向する位置に開口する給徘ポー）
３２ｃ＋３２ｄとから成る。これにより固定ケーシング
２１内で回転ケーシング２２が回転しても、回転ケーシ
ング２２内のシリングバレル２４のシリング部との間で
・作動油の給徘が可能となる。

このようにして、この第１の油圧式回転機械２０は、出
力軸３１付き回転ケーシング２２も駆動軸３０付きシリ
ングバレル２４も共に回転しこれらの差回転速度に応じ
て作動する差動式回転機械として６１成される。

また、第３図に示すごとく、回転弁３２および配管３３
．３４を介して第１の油圧式回転機械２０に接続された
回生用モータまたはポンプとしての第２の油圧式回転機
械３５が設けられている。この第２の油圧式回転機械３
５は従来公知の定容量型のものと枯遺はほぼ同じであり
、第３図中の符号３はケーシング、４はシリングバレル
５のシリング部に嵌挿されたピストン、８は斜板部、１
２は吸入ボートおよび吐出ボートを有するバルブプレー
トを示しているが、その他の部品（スリンパバッド、リ
テーナ、ばね等）については第３図では図示を省略され
ている。

さらに、シリングバレル５には回転軸３６が連結されて
おり、この回転軸３６は駆動軸３０と歯車機構３７を介
して機械的に連結されている。

なお、第２の油圧式回転機械３５としては、従来公知の
可変容量型のものを用いてもよく、この場合は後述のご
とく変速比を適宜自由に変えることができる。このため
固定変速比以外の用途には、可変容量型のものを用いる
のが好ましいといえる。

第５図にその油圧回路図を示す。すなわち固定ケーシン
グ２１中の差動ポンプとして働く第１の油圧式回転機械
２０と駆動軸３０に接続された動力回生用モータとして
の第２の油圧式回転Ｐｐｉｉ戒３５とは配管で接続され
、例えば出力軸回転速度ｎｏ＜駆動軸回転速度ｎＱの減
速時に、回生モータとして働く第２の油圧式回転ｍ械３
５の回転方向と駆動軸回転方向とは同一となる方向に配
管されている。

なお、増速時は逆となる。

ここで、動力回生モータとしての第２の油圧式回１ｌＩ
ｉｌ：機械３５は前述のとおり、可変容量型が適してお
り、この容量を変化させて、出力軸回転速度ｎｏを種々
制御することができる。

また、ｍ５図中、ＲＶは安全弁を示すが、この安全弁Ｒ
Ｖは最大トルクを規制するもので、別に油圧最大値を規
制する機能があれば、省略可能である。

さらに、ブースト油供給系も典型的な公知の方式で行な
うが、差動ポンプとして作用する第１の油圧式回転機械
２０が自吸性能が高（・か、タンク側が加圧されている
場合は、もちろん省略することができる。

なお、第４図中の符号３８はリテーナボールを示してお
り、第５図中の符号ＲＶＧはブースト圧設定用リリーフ
弁、ＣＶはブースト供給用逆止弁、ＧＰはブーストポン
プを示している。

上述の構成により、駆動軸（入力軸）３０を図示しない
駆動機により駆動すると、＠動軸３０側の入力を変速し
て出力軸３１側へ出力することができる。

次に上記構造のものによって変速を実現できる理由につ
いて説明する。

今、駆動軸回転速度をｎＤｙ出力軸回転速度をｎｏｔ差
動ポンプとして働く第１の油圧式回転機械２０の１回転
当たりの容量をＶｐｒ回生モータとして働＜ｆｊＳ２の
油圧式回転機械３５の１回転当たりの容量をＶＭとする
と、次のような関係が成立する。

まず、差動ポンプとして働く第１の油圧式回転８！械２
０の有効回転速度１１ｐはｎｐ＝ｎＤｎｏで表わされ、
同Ｐｔ５１の油圧式回転機械２０の吐出流量ＱｐはＱｐ
＝Ｖｐ−ｎｐ′１：４Ｆ１２わされ、回生モータとシテ
働く第２の油圧式回転機械３５に吸入される油量ＱＭは
ＱＭ＝ＫＶＭ・ｎｏで表わされる。

そして、ＱｐとＱＭとは等しいから、 Ｖ　ｐＱｒ：　Ｖ　ｐ（ｎＤ−ｎｏ）＝　Ｋ　Ｖ　Ｍ　
・ｎｏとなる。これを出力軸回転速度ｎｏについて解く
と、 ｎｏ＝（１−Ｋ　ＶＭ／　Ｖｐ）　・ｎ□となり、これ
からも明らかなように出力軸回転速度ｎｏはＶＭ／Ｖｌ
）比の関係で与えられる。

なお、Ｋは、歯車機構３７における歯車３７Ａの歯数を
Ｚｌｌ歯車３７Ｂの歯数を７２とすれば、Ｚ、／Ｚ２で
定ａされる歯数比である。

このようにして変速が可能となるのである。

ここで、もし回生モータとしての第２の油圧式回転機械
３５の容ｆｆｉＶＭを変化させると、出力軸回転速度ｎ
ｏを任意に制御することが可能であり、また回生モータ
としての第２の油圧式回転機械３５の容量を逆転（この
場合は斜板角度を逆方向にする）させると、ｎｏ　＞　
ｎｏすなわち増速を行なうことら可能である。これは回
生モータとしての第２の油圧式回転８！械３５に可変容
量型のものを使用すれば、任意の速度に制御できること
を示してνする。

もちろん、第２の油圧式回転機械３５として定容量型の
ものを用いても一定の変速比ではあるが、変速できるこ
とは前述のとおりである。

ここで、諸効率を無視すると、動力は次のような伝達が
行なわれていることになる。

（１）駆動軸３０と出力軸３１との回転速度の差（スリ
ップ分）ｎｒは油圧ポンプを駆動して流体のエネルギー
に変換される。

この場合当然差動ポンプの駆動側および出力側の各紬ト
ルクは同じである。

（２）このスリップにより生じた流体エネルギーはＵ！
、動軸側に接続されｔこ回生用油圧モータ３５により駆
動軸３０へフィードバックされるが、トルクの方向は駆
動方向と同一方向のため、この分真の駆動力は減少する
。すなわちポンプ／モータの損失を無視すれば無損失で
変速を行なうことが可能となるのである。

このように、油機構造の簡単な定容量型油圧ポンプ（又
はモータ）２０のケーシング２２を軸受にて支持し、固
定のケーシング２１に対し回転可能な構造とし駆動軸側
およびケーシング２２を独立に回転可能とし、回転中の
ポンプ又はモータ２０に固定ケーシング２１側より油の
供給ないし吐出を行なわせるための給排油用回転弁３２
を設け、更に駆動軸側にも油圧モータ又はポンプ３５を
接続し、上記の差動ポンプ又はモータ２０と油路を上記
給排油用回転弁３２を介して接続し、動力回生（減速時
）又は動力の加算を行なわせるようにしているので、犬
のような効果が期待できる。

（１）定格駆動速度で使用する率の高い駆動装置に対し
ては、効率が向上する。その理由は油圧動力への変換度
合が少ないためである。

（２）定格点速度を中心に変速幅が小さい場合は、油磯
が小形となり価格が低下する。

（３）また、マイナスのスリップ、すなわち増速ら可能
である。この場合ポンプ／モータの関係が逆転する。

〔発明が解決しよるとする問題点〕

このように、第３〜５図に示す油圧式変速装置では、伝
達効率の良い変速が可能であるが、一方において回生動
力を重要視しない用途の場合、回生動力機構を要する分
、コスト高を招くという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、回生動力機構や関連の歯車機ｖ１′！？を省略できる
ようにして、コストの低廉化をはかった、油圧式変速装
置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明の油圧式変速装置は、定容量型のポン
プまたはモータとしての油圧式回転機械と、この油圧式
回転機械における作動油の吸入排出を行なう回転弁とを
そなえ、上記油圧式回転機械における入力軸と出力軸を
固着されたケーシングとがそれぞれ独立に回転しうるよ
うに設けられて、上記出力軸の回転速度を制御すべく、
上記油圧式回転機械に、その作動油流量を制御する流量
制御弁が、上記回転弁を介して接続されていることを特
徴としている。

〔作　用〕

上述の本発明の油圧式変速装置では、油圧式回転機械に
おける入力軸が駆動されると、この油圧式回転機械がポ
ンプまたはモータとして作動するが、このときこの油圧
式回転機械に接続された流量制御弁によって作動油流量
が制御される。これにより油圧式回転機械の出力軸回転
速度を制御することができる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の実施例について説明すると、
第１図は本発明の第１実施例としての油圧式変速装置の
全体構成を示す模式図であり、第２図は本発明の第２実
施例としての油圧式変速装置の全体構成を示す模式図で
あり、第１，２図中、第３〜５図と同じ符号はほぼ同様
の部分を示している。

まず、第１図に示す第１実施例について説明する。この
第１実施例の場合も、入力軸３０と出力軸３１を固着さ
れたケーシング２２とがそれぞれ独立に回転しうる定容
量型の差動式のポンプまたはモータとしての油圧式回転
機械２０が設けられるとともに、この油圧式回転機械２
０における作動油の吸入排出を行なう給排油用回転弁３
２が設けられている。なお、これらの構造は第１図にお
いては概略的に描かれているが、実際は第４図に示した
ものと同じ構造であり、従ってこれらの油圧式回転Ｗｊ
、械２０や回転弁３２の構造や作用については、既に第
３，４図を用いて説明したとおりであるので、その説明
は省略する。

ところで、第１図に示すごとく、この油圧式回転べ械２
０には、回転弁３２を介して配管３９゜４０が接続され
ているが、配Ｔ！３９には、電動機５２によって駆動さ
れる吸入補給用ポンプ（補給ポンプ）５１が介装される
とともに、配管４０には、圧力補償流量制御弁５０およ
び油冷却器（クーラ）５３が介装されている。

なお、配管３９．４０の他端部は、油タンク（リザーバ
）５４に接続されているが、油冷却器５３は圧力補償流
量制御弁５０よりも油タンク５４側に配設されている。

また、ここで使ルされている圧力補償流量制御、ｆＦ５
０は、弁通過流量を検出する計量用オリフィス５０１を
有し、このオリフィス５０１での差圧で回路中の絞り弁
５０２を駆動することにより、この弁５０への流入側圧
力とは無関係に計量用オリフィス５０１で設定した流量
がながれるように主紋り光５０２が自動制御されるよう
になっている。その結果この流量制御弁５０の設定によ
り変速機に作用する負荷と無関係に、スリップ量を自由
に制御することが可能となる。

このように圧力補償流量制御弁５０を作動油回路中に挿
入することで、スリップ回転数を制御可能にすることが
でき、ひいては出力軸３１の回転速度を制御することが
できる。また同時に回生工ネルギー相当分は制御弁５０
により熱に変換されるが、これは油冷却器５３にて十分
に冷却される。

次に、第２図に示すｆ５２実施例では、変速磯出力紬３
１に回転速度を検出する速度センサー５６を配置し、こ
の速度センサー５６からの出力と回転速度指令設定器５
８からの入力指令値とを、差動増幅器（アンプ）５７で
比較し、この差値を増幅してその信号を励磁コイル５９
へ供給することにより、直接電気−油圧式サーボバルブ
５５を駆動するようになっており、これにより速度フィ
ードバック方式で出力軸３１の回転速度を制御すること
ができる。

したがってこの第２図に示す方式によれば、前述の第１
実施例と同様、スリップ分のエネルギー回生を必要とし
ない用途では低コストで構造簡単な変速機を実現可能に
することができるほか、次のような効果ないし利点が得
られる。すなわち、ＰｔＳｉ図に示す方式では変速機内
部より生じる漏洩量が制御誤差となるのに対し、この第
２図に示す方式では、これらの誤差が補償されるため、
より高い精度の回転速度制御が可能となるのである。

ここで、速度センサー５６としては、電気方式のものや
機械方式のものを使用することが可能である。すなわち
電気方式のものとしては、タコゼネレータやパルスゼネ
レータなどが考えられ、機械方式のものとしては、遠心
力とバネとを組合わせたものや油圧ポンプを使ったもの
などが考えられる。

また、この場合もサーボバルブ５５を通過する流体は絞
り損となり、流体排流が発熱するが、これは油冷却５５
３で冷却される。

なお、前述の各実施例において、差動ポンプ２０の吸入
側に補給ポンプ５１を使用するのは、差動ポンプ２０の
自吸能力を補助するためで、自吸を力を有する場合は省
略することが可能である。

また、本装置においては、油圧式の回転８！械の代わり
に、その他の作動液体で作動する回転機械を用いてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の油圧式変速装置によれば
、定容ユ型のポンプまたはモータとしての油圧式回転機
械と、この油圧式回転機械における作動油の吸入排出を
行なう回転弁とをそなえ、上記油圧式回転機械における
入力軸と出力軸を固着されたケーシングとがそれぞれ独
立に回転しうるように設けられて、上記出力軸の回転速
度を制御すべく、上記油圧式回転機械に、その作動油流
量を制御する流量制御弁が、上記回転弁を介して接続さ
れるという簡素な構成で、回生動力へ構や関連の歯車Ｒ
ｆ＋η等を省略しても、効率面で有利な変速￥Ｃ置を実
現することができ、これによりコストの低廉化におおい
に寄与しうる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のｆ５１実施例としての油圧式変速装置
の全体構成を示す模式図であり、ヴＳ２図は本発明の第
２実施例としての油圧式変速装置の全体構成を示す模式
図であり、第３〜５図は従来の油圧式変速装置を示すも
ので、第３図はその全体構成を示す断面図、！ｌＩ′Ｓ
４図はその第１の油圧式回転機械を示す断面図、第５図
はその油圧回路図である。 ２０・・油圧式回転機械、２１・・固定ケーシング、２
２・・回転ケーシング、２３・・ピストン、２４・・シ
リングバレノ呟　２９・・バルブプレート、３０・・駆
動軸としての回転入力軸、３１・・出力軸、３２・・給
排油ｍ回ｖ、弁、３２ａ、３２ｂ・・環状溝、３２ｃ、
３２ｃｌ・・給徘ボート、３９゜４０・・配管、５０・
・圧力補償流量制御弁、５１・・補給ポンプ、５２・・
電動機、５３・・油冷却器、５４・・油タンク、５５・
・サーボバルブ、５６・・速度センサー、５７・・差動
増幅器、５８・・回転速度指令設定器、５９・・励磁コ
イル、５０１・・オリフィス、５０２・・絞り弁。 復代理人　弁理士　飯　沼　義　彦 第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 定容量型のポンプまたはモータとしての油圧式回転機械
   と、この油圧式回転機械における作動油の吸入排出を行
   なう回転弁とをそなえ、上記油圧式回転機械における入
   力軸と出力軸を固着されたケーシングとがそれぞれ独立
   に回転しうるように設けられて、上記出力軸の回転速度
   を制御すべく、上記油圧式回転機械に、その作動油流量
   を制御する流量制御弁が、上記回転弁を介して接続され
   ていることを特徴とする、油圧式変速装置。