KR20220108822A - 변속 장치 - Google Patents

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KR20220108822A
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다쿠마 고이누마
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

변속 장치(21)는 입력축(22)과, 출력축(23)과, 유성 기어 기구(29)와, 제1 배리에이터(33)와, 제2 배리에이터(34)와, 컨트롤러(25)를 구비하고 있다. 유성 기어 기구(29)는 입력축(22)에 접속되는 캐리어(29A)와, 제1 배리에이터(33)에 접속되는 제1 선 기어(29B)와, 출력축(23)에 접속되는 제2 선 기어(29C)를 포함하여 구성되어 있다. 제2 배리에이터(34)는 제1 배리에이터(33)로부터 전달된 동력을 출력축(23)에, 또는 출력축(23)으로부터 전달된 동력을 제1 배리에이터(33)에 전달한다. 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)의 회전 속도를 변경함으로써, 입력축(22)의 회전 속도에 대한 출력축(23)의 회전 속도를 변경한다.

Description

변속 장치
본 개시는, 휠 로더, 유압 셔블 등의 차량에 탑재되는 변속 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 유성 기어 기구와 전동 모터를 조합한 유성식 무단 변속 기구에 의해 동력의 전달을 행하는 건설 기계가 기재되어 있다. 특허문헌 1의 건설 기계에 따르면, 유성식 무단 변속 기구를 사용함으로써, 엔진의 회전 속도의 급변을 저감시켜, 하역 작업기의 동작 속도가 급변하는 것을 억제하는 것이 가능하다.
일본 특허 공개 제2008-247269호 공보(일본 특허 제5095252호)
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술은, 유성식 무단 변속 기구의 증속의 변속 범위를 유효하게 사용할 수 없을 가능성이 있다.
본 발명의 일 실시 형태의 목적은, 유성식 무단 변속 기구의 증속의 변속 범위를 유효하게 사용할 수 있는 변속 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 무단 변속 장치는, 동력원에 연결되는 입력축과, 부하에 연결되는 출력축과, 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 마련된 유성 기구와, 상기 유성 기구에 접속된 제1 배리에이터와, 상기 제1 배리에이터와는 별도로 마련된 제2 배리에이터와, 상기 제1 배리에이터의 회전 속도를 변경하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 유성 기구는, 캐리어와, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 제1 선 부재와, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 제2 선 부재의 3개의 부재를 포함하여 구성되어 있고, 상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 하나인 제1 부재는, 상기 입력축에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고, 상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 상기 제1 부재와는 다른 제2 부재는, 상기 제1 배리에이터에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고, 상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재와는 다른 제3 부재는, 상기 출력축에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고, 상기 유성 기구의 상기 캐리어에는, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 공전하면서 상기 제1 선 부재와 상기 제2 선 부재와 회전하면서 동력 전달을 행하는 플래닛 부재 및 밸런스 부재가 지지되어 있고, 상기 유성 기구는, 상기 동력원으로부터 상기 유성 기구로 전달된 토크를 상기 제2 부재와 상기 제3 부재에 분배하고, 상기 유성 기구는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재와 상기 제3 부재 사이에서 2 자유도의 회전 운동을 하고, 상기 제2 배리에이터는, 상기 제1 배리에이터로부터 전달된 동력을 상기 부하 또는 상기 동력원에 전달하거나, 또는 상기 부하 또는 상기 동력원으로부터 전달된 동력을 상기 제1 배리에이터에 전달하고, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배리에이터의 회전 속도를 변경함으로써, 상기 입력축의 회전 속도에 대한 상기 출력축의 회전 속도를 변경한다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무단 변속 장치는, 동력원에 연결되는 입력축과, 부하에 연결되는 출력축과, 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 마련된 유성 기구와, 상기 유성 기구에 접속된 제1 배리에이터와, 상기 제1 배리에이터와는 별도로 마련된 제2 배리에이터와, 상기 제1 배리에이터의 회전 속도를 변경하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 유성 기구는, 캐리어와, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 선 부재와, 상기 선 부재보다 반경 방향 외측에 위치하여 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 링 부재의 3개의 부재를 포함하여 구성되어 있고, 상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 하나인 제1 부재는, 상기 입력축에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고, 상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 제1 부재와는 다른 제2 부재는, 상기 제1 배리에이터에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고, 상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재와는 다른 제3 부재는, 상기 출력축에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고, 상기 유성 기구의 캐리어에는, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 공전하면서 상기 선 부재와 상기 링 부재와 회전하면서 동력 전달을 행하는 플래닛 부재가 지지되어 있고, 상기 유성 기구는, 상기 동력원으로부터 상기 유성 기구로 전달된 토크를 상기 제2 부재와 상기 제3 부재에 분배하고, 상기 유성 기구는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재와 상기 제3 부재 사이에서 2 자유도의 회전 운동을 하고, 상기 제2 배리에이터는, 상기 제1 배리에이터로부터 전달된 동력을 상기 부하 또는 상기 동력원에 전달하거나, 또는 상기 부하 또는 상기 동력원으로부터 전달된 동력을 상기 제1 배리에이터에 전달하고, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 배리에이터의 회전 속도를 변경함으로써 상기 입력축의 회전 속도에 대한 상기 출력축의 회전 속도를 변경하고, 또한 상기 유성 기구를 통하여 상기 동력원으로부터 상기 부하로 동력을 전달하는 동력 전달 경로를 제1 동력 전달 경로로 한 경우에, 상기 제1 동력 전달 경로와 병행하여 마련되어 상기 유성 기구를 통하지 않고 기어끼리의 맞물림에 의해 상기 부하에 동력을 전달하는 제2 동력 전달 경로를 구비하고 있고, 상기 제2 동력 전달 경로는, 체결과 해방을 전환하는 제1 클러치를 구비하고 있고, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 클러치를 체결하여, 상기 제2 동력 전달 경로를 통하여 동력 전달을 행한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 유성 기구와 제1 배리에이터와 제2 배리에이터를 포함하여 구성되는 유성식 무단 변속 기구의 증속의 변속 범위를 유효하게 사용할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 변속 장치를 탑재한 휠 로더를 도시하는 좌측면도이다.
도 2는 도 1 중의 변속 장치를 도시하는 일부 파단의 측면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 변속 장치를 도시하는 구성도이다.
도 4는 도 3 중의 변속 장치를 유성 기구의 내부도 함께 도시하는 구성도이다.
도 5는 도 4 중의 (V)부의 확대도이다.
도 6은 도 4 중의 유성 기구를 동력원 측에서 본 설명도이다.
도 7은 도 4 중의 유성 기구(후술하는 표 4의 「No 1-A」)의 각 부재의 회전 속도의 관계를 나타내는 특성 선도이다.
도 8은 후술하는 표 4의 「No 1-C」의 유성 기구의 각 부재의 회전 속도의 관계를 나타내는 특성 선도이다.
도 9는 후술하는 표 4의 「No 1-B」의 유성 기구의 각 부재의 회전 속도의 관계를 나타내는 특성 선도이다.
도 10은 도 4 중의 (X)부의 확대도이다.
도 11은 휠 로더의 차속과 견인력의 이상적인 관계를 나타내는 구동력 선도이다.
도 12는 제1 실시 형태에 따른 휠 로더의 차속과 견인력의 관계를 나타내는 구동력 선도이다.
도 13은 제1 변형예(외부 로크업 없음의 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 14는 제2 변형예(내부 로크업을 브레이크에 의해 행하는 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 15는 제3 변형예(내부 로크업을 브레이크에 의해 행하고 또한 아이들러 부재 없음의 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 16은 외부 로크업 없음의 변속 장치가 탑재된 휠 로더의 차속과 견인력의 관계를 나타내는 구동력 선도이다.
도 17은 내부 로크업 없음의 변속 장치가 탑재된 휠 로더의 차속과 견인력의 관계를 나타내는 구동력 선도이다.
도 18은 제4 변형예(입력축이 제1 선 부재에 접속되고, 제1 배리에이터가 캐리어에 접속된 구성)를 도시하는 도 4와 마찬가지의 구성도이다.
도 19는 제5 변형예(입력축이 제1 선 부재에 접속되고, 제1 배리에이터가 제2 선 부재에 접속된 구성)를 도시하는 도 4와 마찬가지의 구성도이다.
도 20은 제6 변형예(제2 배리에이터가 출력축에 접속된 구성)를 도시하는 도 4와 마찬가지의 구성도이다.
도 21은 제2 실시 형태를 도시하는 도 4와 마찬가지의 구성도이다.
도 22는 도 21 중의 (XXII)부의 확대도이다.
도 23은 도 21 중의 유성 기구를 동력원 측에서 본 설명도이다.
도 24는 도 21 중의 유성 기구의 3개의 부재의 회전 속도의 관계를 나타내는 특성 선도이다.
도 25는 제7 변형예(입력축이 링 부재에 접속되고, 제1 배리에이터가 캐리어에 접속된 구성)를 도시하는 도 21과 마찬가지의 구성도이다.
도 26은 제8 변형예(입력축이 캐리어에 접속되고, 제1 배리에이터가 링 부재에 접속된 구성)를 도시하는 도 21과 마찬가지의 구성도이다.
도 27은 제9 변형예(입력축이 링 부재에 접속되고, 제1 배리에이터가 선 부재에 접속된 구성)를 도시하는 도 21과 마찬가지의 구성도이다.
도 28은 제10 변형예(입력축이 선 부재에 접속되고, 제1 배리에이터가 링 부재에 접속된 구성)를 도시하는 도 21과 마찬가지의 구성도이다.
도 29는 제11 변형예(입력축이 선 부재에 접속되고, 제1 배리에이터가 캐리어에 접속된 구성)를 도시하는 도 21과 마찬가지의 구성도이다.
도 30은 제12 변형예(제2 배리에이터가 입력축에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 31은 제13 변형예(제2 배리에이터가 아이들러 요소에 연결되는 제3 연결 부재에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 32는 제14 변형예(제2 배리에이터가 다단 변속 기구의 홀수 단 기어에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 33은 제15 변형예(제2 배리에이터가 다단 변속 기구의 전진 1속 기어에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 34는 제16 변형예(제2 배리에이터가 다단 변속 기구의 전진 3속 기어에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 35는 제17 변형예(제2 배리에이터가 다단 변속 기구의 전진 2속 기어에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 36은 제18 변형예(제2 배리에이터가 다단 변속 기구의 전진 4속 기어에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 37은 제19 변형예(제2 배리에이터가 다단 변속 기구의 후진 1속 기어에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 38은 제20 변형예(제2 배리에이터가 출력축에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
도 39는 제21 변형예(제2 배리에이터가 변속 장치의 출력축보다도 부하 측에 접속된 구성)를 도시하는 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
이하, 실시 형태에 따른 변속 장치(트랜스미션)를 휠 로더에 적용한 경우를 예로 들어, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 12는 제1 실시 형태를 도시하고 있다. 도 1에 있어서, 휠 로더(1)는 차량(작업 차량)의 대표예이다. 휠 로더(1)는 좌측, 우측의 전방 차륜(2)이 마련된 전방부 차체(3)와 좌측, 우측의 후방 차륜(4)이 마련된 후방부 차체(5)가 좌측, 우측 방향으로 굴곡 가능하게 연결된 아티큘레이트식의 작업 차량으로서 구성되어 있다. 즉, 전방부 차체(3) 및 후방부 차체(5)는 휠 로더(1)의 차체를 구성하고 있다. 전방부 차체(3)와 후방부 차체(5) 사이에는, 센터 힌지(6), 스티어링 실린더(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 전방부 차체(3)와 후방부 차체(5)는 스티어링 실린더를 신장·축소시킴으로써, 센터 힌지(6)를 중심으로 좌측, 우측 방향으로 굴곡한다. 이에 의해, 휠 로더(1)는 주행 시의 조타를 행할 수 있다.
휠 로더(1)의 전방부 차체(3)에는, 작업 장치라고도 불리는 하역 작업기(7)가 부앙의 동작을 가능하게 마련되어 있다. 하역 작업기(7)는 로더 버킷(7A)을 구비하고 있다. 한편, 휠 로더(1)의 후방부 차체(5)에는, 내부가 운전실로 된 캡(8), 엔진(9), 유압 펌프(10), 트랜스미션(동력 전달 장치)인 변속 장치(21) 등이 마련되어 있다. 엔진(9)은 휠 로더(1)의 동력원(원동기)이다. 동력원은, 내연 기관이 되는 엔진(9) 단체로 구성할 수 있는 것 외에, 예를 들어, 엔진과 전동 모터, 또는 전동 모터 단체에 의해 구성해도 된다. 유압 펌프(10)는 엔진(9)과 접속되어 있다. 유압 펌프(10)는 하역 작업기(7)를 동작시키기 위한 유압원이다. 후술하는 도 3 등에 도시하는 바와 같이, 유압 펌프(10)는 엔진(9)과 기어(10A, 10B)를 통해 접속되어 있다.
전방부 차체(3)의 하측에는, 좌측, 우측 방향으로 연장되는 프런트 액슬(12)이 마련되어 있다. 프런트 액슬(12)의 양단 측에는, 좌측, 우측의 전방 차륜(2)이 설치되어 있다. 한편, 후방부 차체(5)의 하측에는, 좌측, 우측 방향으로 연장되는 리어 액슬(13)이 마련되어 있다. 리어 액슬(13)의 양단 측에는, 좌측, 우측의 후방 차륜(4)이 설치되어 있다.
프런트 액슬(12)은, 전방 프로펠러 샤프트(14)를 통해 변속 장치(21)에 접속되어 있다. 리어 액슬(13)은 후방 프로펠러 샤프트(15)를 통해 변속 장치(21)에 접속되어 있다. 변속 장치(21)는 엔진(9)의 회전을 증속 및 감속하여 전방 프로펠러 샤프트(14) 및 후방 프로펠러 샤프트(15)에 전달한다. 즉, 엔진(9)으로부터의 동력은, 엔진(9)에 결합된 변속 장치(21)에 전달된다.
엔진(9)으로부터의 동력은, 변속 장치(21)에서 회전 수와 회전 방향이 조정된 후에, 변속 장치(21)의 전방, 후방의 출력축(23A, 23B)으로부터 전방 프로펠러 샤프트(14) 및 후방 프로펠러 샤프트(15)를 통해 프런트 액슬(12) 및 리어 액슬(13)에 전달된다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 변속 장치(21)는 엔진(9)과 접속되는 입력축(22)과, 전방 프로펠러 샤프트(14)에 접속되는 전방 측의 출력축(23A)과, 후방 프로펠러 샤프트(15)에 접속되는 후방 측의 출력축(23B)을 구비하고 있다. 변속 장치(21)는 변속 장치(21) 내의 동력 전달 경로를 전환함으로써, 입력축(22)과 출력축(23A, 23B) 사이에서 변속 및 정회전·역회전의 전환을 행한다.
다음으로, 휠 로더(1)의 동작에 대하여 설명한다. 휠 로더(1)는 덤프 적재 작업을 주체로 한 V 사이클이나 호퍼 등으로의 직접 투입하는 로드&캐리와 같은 동작 패턴을 반복한다. V 사이클은, 발진한 후에 토사 등을 굴삭하여, 덤프에 적재하는 동작 패턴이다. 로드&캐리는, 발진한 후에 토사 등을 굴삭하여, 운반(고부하 주행)하고, 덤프에 배토하여, 회송(저부하 주행)하는 동작 패턴이다. 휠 로더(1)는 발진, 굴삭, 운반, 적재, 회송 등의 다양한 작업 상태에 최적인 주행 속도와 구동력을 얻기 위해, 변속 장치(21)를 빈번히 전환할 필요가 있다.
굴삭 및 발진 시에 있어서, 변속 장치(21)는 높은 견인력이 요구된다. 이 때문에, 변속 장치(21)는 감속비를 상승시켜서 출력축(23A, 23B)의 출력 토크를 상승시킬 필요가 있다. 또한, 휠 로더(1)의 차속이 0km/h(출력축(23A, 23B)의 회전 속도가 0)여도, 동력원인 엔진(9)이 정지하지 않도록, 입력축(22)의 회전 속도를 소정 이상으로 유지할 필요가 있고, 변속 장치(21)의 변속비는 무한대가 되는 구조일 필요가 있다. 또한, 휠 로더(1)의 굴삭 시의 차속은, 예를 들어 0 내지 4km/h이다.
운반 시에 있어서, 변속 장치(21)는 연비 절약을 위해 높은 전달 효율로, 입력축(22)으로부터 출력축(23A, 23B)으로 동력 전달을 행할 필요가 있다. 운반 시의 차속은, 예를 들어 0 내지 13km/h이다. 한편, 덤프에 배토하는 경우, 휠 로더(1)는 운반하면서 하역 작업기(7)를 상승시킨다. 이 때문에, 하역 작업기(7)의 상승 속도가 갑자기 느려지면, 덤프에 하역 작업기(7)를 충돌시켜 버릴 가능성이 있다. 이 때문에, 덤프에 접근할 때는, 유압 펌프(10)의 토출 유량의 급격한 변화를 억제할 수 있는 것이 바람직하다. 그리고, 이를 위해서는, 엔진(9)의 회전 속도가 급변하지 않도록 변속 장치(21)를 제어할 필요가 있다. 덤프에 배토할 때, 덤프에 접근하기 위한 차속은, 예를 들어 0 내지 7km/h이다. 이 차속에서는, 엔진(9)의 급격한 회전 속도의 변동을 억제할 수 있는 것이 바람직하다.
일반 도로 또는 작업 현장 내를 적하가 없는 상태에서 주행하는 회송 시에 있어서, 변속 장치(21)는 연비 절약을 위해, 높은 전달 효율로 입력축(22)으로부터 출력축(23A, 23B)으로 동력 전달을 행할 필요가 있다. 회송 시의 차속은, 예를 들어 0 내지 40km/h이다. 회송 시에는, 하역 작업기(7)의 높은 조작성이 요구되지 않는다. 이 때문에, 엔진(9)의 회전 속도의 급변은 허용할 수 있다. 단, 연비 절약을 위해, 운반 시보다도 높은 전달 효율로 입력축(22)으로부터 출력축(23A, 23B)으로 동력 전달을 행할 필요가 있다.
도 11은 휠 로더(1)의 이상적인 구동력 선도를 도시하고 있다. 도 11 중에는, 전진 방향의 이상적인 구동력 선 Lf와, 후진 방향(후퇴 방향)의 이상적인 구동력 선 Lr을 나타내고 있다. 전진 시에는, 굴삭 시에 높은 견인력이 요구되고, 회송 시에 높은 차속(0 내지 40km/h)에서의 주행이 요구된다. 또한, 휠 로더(1)는 채석장 등에 마련된 다양한 구배의 오르막을 안정적으로 등판할 필요가 있다. 이 때문에, 예를 들어 시속 3km/h 이상이면, 차속에 관계없이 동등한 마력의 견인력인 것이 바람직하다.
도 11 중의 범위 A는, 굴삭을 하기 위해 높은 견인력이 요구되는 범위, 즉, 굴삭 시의 구동력 선의 범위 A를 나타내고 있다. 도 11 중의 범위 B는, 차속에 관계없이 동등한 마력의 견인력이 요구되는 범위, 즉, 전진 방향의 동등한 마력의 구동력 선의 범위 B를 나타내고 있다. 도 11 중, 범위 C는, 차속에 관계없이 동등한 마력의 견인력이 요구되는 범위, 즉, 후진 방향의 동등한 마력의 구동력 선의 범위 C를 나타내고 있다. 전진 방향의 동등한 마력의 구동력 선의 범위 B 및 후진 방향의 동등한 마력의 구동력 선의 범위 C는, 하기의 수 1 식이 성립된다.
[수 1]
Figure pct00001
또한, 휠 로더(1)는 후진 방향으로 굴삭하지 않는다. 이 때문에, 후진 방향의 이상적인 구동력 선 Lr의 최대 견인력은, 전진 시와 비교하여 낮게 되어 있다.
그런데, 휠 로더(1) 등의 작업 차량에 사용하는 변속 장치(21)는 무단 변속 기구에 의한 동력 전달과 로크업 기구에 의한 동력 전달의 전환이 가능한 것이 바람직하다. 이 경우, 변속 장치(21)는 무단 변속 기구의 증속의 변속 범위를 유효하게 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 이에 더하여, 무단 변속 기구에 의한 동력 전달로부터 로크업 기구에 의한 동력 전달로 전환할 때, 차량의 가감 속도의 변화를 적게 할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 배리에이터의 회전 속도의 상한값과 발생(흡수) 가능 토크의 상한값이 한정되어 있는 경우에, 유성 기구(유성 기어 기구)의 변속비(기어비)가 최적의 값이 되는 배열(기어 배열)을 제공할 수 있어, 무단 변속 기구의 전달 효율을 향상시킬 수 있는 것이 바람직하다.
그래서, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 변속 장치(21)는 유성식 무단 변속 기구(24)를 무단계 변속시키면서 동력을 전달하는 모드와, 유성식 무단 변속 기구(24)를 내부 로크업시켜서 동력을 전달하는 모드와, 유성 기어 기구(29)를 경유하지 않는 외부 로크업 기구(직결 기구(27))에 의해 동력을 전달하는 모드를 구비하고 있다. 내부 로크업에 의한 동력 전달은, 유성 기어 기구(29)의 3개의 회전 부재(예를 들어, 캐리어, 제1 선 기어, 제2 선 기어) 중의 제1 배리에이터(33)에 연결되는 회전 부재(예를 들어, 제1 선 기어)의 회전을 정지시킴으로써 행한다. 이에 의해, 유성식 무단 변속 기구(24)의 증속의 변속 범위를 유효하게 사용할 수 있다.
한편, 외부 로크업에 의한 동력 전달은, 유성식 무단 변속 기구(24)의 외부에 설치된 외부 로크업 기구(직결 기구(27))를 경유하여 행한다. 이 경우, 외부 로크업에 의한 동력 전달은, 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 동력 전달을 정지한 상태에서 행한다. 이 정지는, 유성 기어 기구(29)의 3개의 회전 부재(예를 들어, 캐리어, 제1 선 기어, 제2 선 기어) 중의 제1 배리에이터(33)에 연결되는 회전 부재(예를 들어, 제1 선 기어)를 해방시키는(또는 토크를 저감시키는) 것에 의해 행한다. 이에 의해, 내부 로크업보다 높은 전달 효율로 동력을 전달할 수 있음과 함께, 유성식 무단 변속 기구(24)의 증속의 변속 범위를 더욱 증속하여 동력 전달을 행할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 따르면, 도 4 내지 도 6에 도시하는 바와 같이, 유성 기어 기구(29)는 2개의 선 기어(29B, 29C)와, 이들 2개의 선 기어(29B, 29C)의 중심축 S(도 6)를 중심으로 하여 공전하면서 자전하는 플래닛 기어(29D) 및 밸런스 기어(29E)와, 플래닛 기어(29D) 및 밸런스 기어(29E)를 회전 가능하게 지지함과 함께 2개의 선 기어(29B, 29C)의 중심축 S를 중심으로 하여 자전하는 1개의 캐리어(29A)를 구비하고 있다. 이에 의해, 유성 기어 기구(29)는 기어비가 최적의 값이 되는 기어 배열로 할 수 있다. 즉, 이 배열의 유성 기어 기구(29)를 사용함으로써, 회전 속도의 상한값과 발생(흡수) 가능 토크의 상한값이 한정된 염가이며 소형의 제1 배리에이터(33)를 사용한 경우에도, 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 제1 실시 형태에 따른 변속 장치(21)에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 3에서는, 변속 장치(21)의 유성 기어 기구(29)를 박스로 나타내고 있음에 반하여, 도 4에서는, 유성 기어 기구(29)의 내부, 즉, 유성 기어 기구(29)의 구체적인 기어 배열에 대해서도 나타내고 있다. 또한, 도 3 및 도 4에서는, 도면이 복잡해지는 것을 피하기 위해, 변속 장치(21)의 출력축(23)을 프런트 액슬(12) 및 리어 액슬(13) 양쪽에 동력을 전달하는 공통의 출력축(23)(=출력축(23A, 23B)으로서 간략적으로 나타내고 있다. 즉, 도 3 및 도 4에서는, 예를 들어 센터 디퍼렌셜 기구 등을 통해 전방 측의 출력축(23A)과 후방 측의 출력축(23B)으로 동력을 분할하는 구성에 관해서는 생략하고 있다.
도 3 및 도 4는, 제1 실시 형태에 따른 변속 장치(21), 보다 구체적으로는, 내부 로크업과 외부 로크업 양쪽을 구비한 변속 장치(21)의 기구도이다. 변속 장치(21)는 입력 부재로서의 입력축(22)과, 출력 부재로서의 출력축(23)과, 무단 변속 기구(주변속 기구)로서의 유성식 무단 변속 기구(24)와, 컨트롤러(25)를 구비하고 있다. 또한, 보다 바람직하게는, 변속 장치(21)는 유단 변속 기구(부변속 기구)로서의 다단 변속 기구(26)와, 외부 로크업 기구로서의 직결 기구(27)를 구비하고 있다. 직결 기구(27)는 직결 기구(27)를 통하여 동력의 전달을 행할 때 접속되는 제1 클러치(27C)를 구비하고 있다. 또한, 변속 장치(21)는 유성식 무단 변속 기구(24)와 다단 변속 기구(26)와 직결 기구(27)를 기계적으로 결합하는 아이들러 요소(28)(아이들러 축(28A), 아이들러 기어(28B))를 구비하고 있다. 유성식 무단 변속 기구(24)는 제1 동력 전달 경로를 구성하고 있다. 직결 기구(27)는 제2 동력 전달 경로를 구성하고 있다.
변속 장치(21)의 입력축(22)에는, 엔진(9)이 있다. 입력축(22)에는, 유압 펌프(10)에 동력을 전달하기 위한 기어(10B)가 마련되어 있다. 또한, 입력축(22)에는, 직결 기구(27)의 인풋 기어(27A)가 마련되어 있다. 입력축(22)은 후술하는 제2 연결 부재(31)를 통해 유성식 무단 변속 기구(24)(보다 구체적으로는, 유성 기어 기구 29)와 접속되어 있다. 한편, 변속 장치(21)의 출력축(23)으로부터는, 동력이 출력된다. 변속 장치(21)의 출력축(23)은 후술하는 다단 변속 기구(26)의 출력축(53)을 겸하고 있다. 입력축(22)으로부터 입력된 동력은, 유성식 무단 변속 기구(24) 또는 직결 기구(27)를 경유하여, 아이들러 요소(28)에 전달된다. 아이들러 요소(28)에 전달된 동력은 다단 변속 기구(26)를 통하여 출력축(23)으로부터 출력된다.
또한, 유성식 무단 변속 기구(24)는 유성 기어 기구(29)(예를 들어, 제1 선 기어(29B))와 제1 배리에이터(33)를 접속하는 제1 연결 부재(30)를 정지시킴으로써, 내부 로크업의 상태를 형성된다. 이 내부 로크업의 상태는, 예를 들어, 제1 배리에이터(33)를 브레이크 조작시켜서 제1 연결 부재(30)를 정지시킴으로써 형성된다. 유성식 무단 변속 기구(24)가 내부 로크업되어 있는 상태에서는, 입력축(22)으로부터 입력된 동력은, 「유성 기어 기구(29)(예를 들어, 캐리어(29A))와 입력축(22)을 접속하는 제2 연결 부재(31)」, 「유성 기어 기구(29)」, 「유성 기어 기구(29)(예를 들어, 제2 선 기어(29C))와 아이들러 요소(28)를 접속하는 제3 연결 부재(32)」을 통하여, 아이들러 요소(28)에 전달된다. 이러한 내부 로크업에 대해서는, 후술한다.
제1 실시 형태에서는, 엔진(9)으로부터 입력축(22)으로 입력된 동력을 다단 변속 기구(26)에 전달하는 동력 전달 경로를, 다음 (A), (B), (C)의 3개의 경로 중에서 임의로 선택할 수 있다.
(A) 엔진(9)으로부터 입력축(22)으로 입력된 동력을, 유성식 무단 변속 기구(24)를 무단계 변속시킨 상태에서 다단 변속 기구(26)에 전달하는 무단계 변속 경로(유성식 무단 변속 기구(24)를 경유하는 제1 동력 전달 경로). 이때, 제1 클러치(27C)는 해방되어, 제2 클러치(36) 및 제3 클러치(37)는 접속(체결)된다.
(B) 엔진(9)으로부터 입력축(22)으로 입력된 동력을, 유성식 무단 변속 기구(24)를 내부 로크업시킨 상태에서 다단 변속 기구(26)에 전달하는 내부 로크업 경로(유성식 무단 변속 기구(24)를 경유하는 제1 동력 전달 경로). 이때, 제1 클러치(27C)는 해방되어, 제2 클러치(36)는 접속(체결)된다. 제3 클러치(37)는 필요에 따라 접속(체결)된다.
(C) 엔진(9)으로부터 입력축(22)으로 입력된 동력을, 직결 기구(27)를 경유하여 다단 변속 기구(26)에 전달하는 외부 로크업 경로(유성식 무단 변속 기구(24)를 경유하지 않고 직결 기구(27)를 경유하는 제2 동력 전달 경로). 이때, 제1 클러치(27C)는 접속(체결)되어, 제2 클러치(36)와 제3 클러치(37)는 필요에 따라 해방된다.
이에 의해, 유성식 무단 변속 기구(24)를 무단계 변속시키는 것이 적합할 때는, 유성식 무단 변속 기구(24)를 무단계 변속시켜서 동력 전달을 행할 수 있다. 유성식 무단 변속 기구(24)를 내부 로크업시키는 것이 적합할 때는, 유성식 무단 변속 기구(24)를 내부 로크업시켜서 동력 전달을 행할 수 있다. 직결 기구(27)를 경유하여 동력 전달을 행하는 것이 적합할 때는, 직결 기구(27)를 경유하여 동력 전달을 행할 수 있다.
유성식 무단 변속 기구(24)를 무단계 변속시켜서 동력의 전달을 행하는 것이 적합할 때는, 굴삭 중 및 운반 중이며, 또한 차속이 0 내지 7km/h인 범위이다. 이 이유는, 다음 (a) 내지 (c)와 같다.
(a) 차량의 발진 시 및 굴삭 시의 전달 효율이 높다.
(b) 변속비를 무한대로 하는 것이 가능하다. 즉, 엔진(9)이 회전하고 있는 경우에도, 출력축(23)의 회전을 정지하면서 출력축(23)에 토크를 전달하는 것이 가능하다. 이 때문에, 굴삭 작업에 적합하다.
(c) 엔진(9)이 발생한 동력 중 변속 장치(21)를 통하여 출력축(23)에 전달하는 토크를 제어 가능하다. 즉, 하역 작업기(7)를 움직이게 하는 유압 펌프(10)와 변속 장치(21) 사이에서, 동력의 분배가 가능하다.
유성식 무단 변속 기구(24)를 내부 로크업시켜서 동력의 전달을 행하는 것이 적합할 때는, 운반 중 및 회송 중이며, 또한 차속이 7 내지 9km/h인 범위이다. 이 이유는, 다음 (d) 내지 (e)와 같다.
(d) 차속이 높아지면, 유성식 무단 변속 기구(24)를 무단계 변속시키는 것보다도, 유성식 무단 변속 기구(24)를 내부 로크업시켜서 동력 전달을 행하는 편이, 전달 효율이 높다.
(e) 무단계 변속으로부터 내부 로크업으로는, 기구적으로 전환이 가능하다. 이 때문에, 무단계 변속으로부터 내부 로크업으로의 전환 시에, 엔진(9)의 급격한 회전 변동을 억제할 수 있다. 이에 의해, 유압 펌프(10)의 토출 유량의 급격한 변동을 억제할 수 있어, 하역 작업기(7)의 조작성을 향상시킬 수 있다. 이와 함께, 전환 시의 출력축(23)의 토크 변동을 작게 할 수 있어, 휠 로더(1)의 승차감을 향상시킬 수 있다.
직결 기구(27)를 경유하여 동력의 전달을 행하는 것이 적합할 때는, 운반 중이며, 또한 차속이 9 내지 13km/h인 범위이다. 또한, 회송 중이며, 또한 차속이 9 내지 40km/h인 범위이다. 이 이유는, 다음과 같다. 즉, 직결 기구(27)를 경유하여 동력의 전달을 행하는 외부 로크업은, 동력의 전달 효율이 가장 높다. 즉, 외부 로크업은, 한 쌍의 기어(27A, 27B)끼리의 맞물림으로 동력을 전달하기 때문에, 유성 기어 기구(29)를 통해 동력 전달을 행하는 내부 로크업과 비교하여 전달 효율이 높다. 또한, 차속이 9km/h 이하에서는, 회송의 도중 또는 운반의 도중에 갑자기 굴삭이 개시될 가능성이 있다. 한편, 직결 기구(27)(외부 로크업)로부터 유성식 무단 변속 기구(24)로 동력 전달 경로를 전환하는 경우, 이 전환에 시간을 필요로 할 가능성이 있다. 이 때문에, 차속이 9km/h 이하에서는, 직결 기구(27)를 사용하지 않는 것이 바람직하다.
하기의 표 1은 내부 로크업과 외부 로크업 양쪽을 구비한 변속 장치(21)의 동력 전달 경로의 조합을 나타내고 있다. 이 경우, 다단 변속 기구(26)는 전진 4단과 후진 1단의 변속단을 구비하고 있다. 이 때문에, 직결 기구(27)(외부 로크업 기구)를 경유하여 동력 전달을 행하는 경우, 다단 변속 기구(26)는 전진 1속, 전진 2속, 전진 3속, 전진 4속, 후진 1속의 변속단을 선택할 수 있다.
Figure pct00002
또한, 다단 변속 기구(26)의 속도단이, 전진 2속, 전진 3속, 전진 4속 중 어느 경우에도, 직결 기구(27)를 경유하지 않고 유성식 무단 변속 기구(24)를 경유하여 동력 전달을 행해도 된다. 이때의 유성식 무단 변속 기구(24)의 동작은, 무단계 변속 동작이어도 되고, 내부 로크업시킨 상태여도 된다. 그러나, 유성식 무단 변속 기구(24)를 무단계 변속 동작시키면, 내부 로크업 및 외부 로크업과 비교하여 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율이 낮아진다. 이에 의해, 변속 장치(21)의 전달 효율이 저하되기 때문에, 적합하게는 상기 표 1에 나타내는 동력 전달 경로의 조합을 선택하는 것이 바람직하다.
도 12는 내부 로크업과 외부 로크업 양쪽이 존재하는 변속 장치(21)의 구동력 선도를 도시하고 있다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 전진은, 전진 1속 무단계 변속 Lf1, 전진 1속 내부 로크업 Lf2, 전진 1속 외부 로크업 Lf3, 전진 2속 외부 로크업 Lf4, 전진 3속 외부 로크업 Lf5, 전진 4속 외부 로크업 Lf6의 6단계로 변속이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 전진 방향의 이상적인 구동력 선 Lf에 한없이 가깝게 할 수 있다.
한편, 후진은, 후진 1속 무단계 변속 Lr1, 후진 1속 내부 로크업 Lr2, 후진 1속 외부 로크업 Lr3의 3단계로 변속이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 후진 방향의 이상적인 구동력 선 Lr에 한없이 가깝게 할 수 있다. 이들에 의해, 굴삭 시에 높은 견인력을 얻을 수 있고, 회송 시에 높은 차속(0 내지 40km/h)을 얻을 수 있고, 또한 다양한 구배의 오르막을 안정적으로 등판할 수 있다.
또한, 넓은 변속비 폭을 실현하기 위해서는, 「유성식 무단 변속 기구(24)의 내부 로크업」과 「직결 기구(27)에 의한 외부 로크업」 양쪽을 구비한 구성이 바람직하다. 그러나, 「유성식 무단 변속 기구(24)의 증속의 변속 범위를 유효하게 사용하면서, 무단계 변속으로부터 로크업 상태로의 동력 전달의 전환 시에 차량의 가감 속도의 변화를 억제하는 것」을 달성하기 위해서는, 내부 로크업과 외부 로크업 중 어느 한쪽만을 구비한 구성이어도 된다.
도 13은 로크업을 실현하는 수단으로서, 유성식 무단 변속 기구(24)의 내부 로크업만을 구비한 제1 변형예에 따른 변속 장치(21A)를 나타내고 있다. 이 제1 변형예에 따른 변속 장치(21A)는 유성식 무단 변속 기구(24)의 내부 로크업 동작이 가능하지만, 외부 로크업 기구(직결 기구(27))를 구비하고 있지 않다. 하기의 표 2는 내부 로크업만을 구비한 변속 장치(21A)의 동력 전달 경로의 조합을 나타내고 있다.
Figure pct00003
제1 변형예에서는, 직결 기구(27)(외부 로크업)에 의한 변속단이 1개 적어진다. 이 때문에, 내부 로크업과 외부 로크업 양쪽이 존재하는 변속 장치(21)와 동등한 변속비를 얻기 위해, 제1 변형예에서는, 다단 변속 기구(26A)는 전진 5단과 후진 2단의 변속단을 구비하고 있다. 또한, 제1 변형예에서는, 후술하는 바와 같이 내부 로크업을 실현하기 위한 블록 기구(40)를 구비하고 있다. 또한, 도 14는 제2 변형예에 따른 변속 장치(21B)를 나타내고 있다. 제2 변형예에 따른 변속 장치(21B)도, 제1 변형예와 같이 외부 로크업 기구를 생략하고 있다. 또한, 제2 변형예에서는, 후술하는 바와 같이 내부 로크업을 실현하기 위한 브레이크 기구(41)를 구비하고 있다. 또한, 도 15는 제3 변형예에 따른 변속 장치(21C)를 나타내고 있다. 제3 변형예에 따른 변속 장치(21C)는 외부 로크업 기구를 생략하고, 또한 브레이크 기구(41)를 구비하고 있는 것에 더하여, 아이들러 요소(28)를 생략하고 있다. 즉, 직결 기구(27)(외부 로크업)를 생략하는 구성의 경우에는, 아이들러 요소(28)도 생략할 수 있다.
도 16은 유성식 무단 변속 기구(24)(내부 로크업)를 구비하고 있지만 직결 기구(27)(외부 로크업)를 구비하고 있지 않은 변속 장치(21A, 21B, 21C)(도 13, 도 14, 도 15)의 구동력 선도를 도시하고 있다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 전진은, 전진 1속 무단계 변속 Lf1, 전진 1속 내부 로크업 Lf2, 전진 2속 내부 로크업 Lf3, 전진 3속 내부 로크업 Lf4, 전진 4속 내부 로크업 Lf5, 전진 5속 내부 로크업 Lf6의 6단계로 변속이 가능하게 되어 있다. 한편, 후진은, 후진 1속 무단계 변속 Lr1, 후진 1속 내부 로크업 Lr2, 후진 2속 내부 로크업 Lr3의 3단계로 변속이 가능하게 되어 있다.
이에 반해, 외부 로크업만을 구비한 구성은, 예를 들어, 제1 실시 형태의 변속 장치(21)(도 3, 도 4)에서 내부 로크업 동작을 행하지 않는 것에 의해 실현할 수 있다. 하기의 표 3은 외부 로크업(직결 기구(27))을 구비하고 있지만 내부 로크업 동작을 행하지 않는 변속 장치(21)의 동력 전달 경로의 조합을 나타내고 있다.
Figure pct00004
도 17은 내부 로크업 동작을 행하지 않는 변속 장치(21)의 구동력 선도를 도시하고 있다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 전진은, 전진 1속 무단계 변속 Lf1, 전진 1속 외부 로크업 Lf2, 전진 2속 외부 로크업 Lf3, 전진 3속 외부 로크업 Lf4, 전진 4속 외부 로크업 Lf5의 5단계로 변속이 가능하게 되어 있다. 한편, 후진은, 후진 1속 무단계 변속 Lr1, 후진 1속 외부 로크업 Lr2의 2단계로 변속이 가능하게 되어 있다.
다음으로, 유성식 무단 변속 기구(24)에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 유성식 무단 변속 기구(24)는 유성 기어 기구(29)와, 제1 배리에이터(33)와, 제2 배리에이터(34)와, 전달 요소(35)와, 제2 클러치(36)와, 제3 클러치(37)를 구비하고 있다. 유성 기어 기구(29)는 제1 연결 부재(30)를 통해 제1 출력측(제1 배리에이터(33) 측)에 접속되어 있다. 유성 기어 기구(29)는 제2 연결 부재(31)를 통해 입력측(엔진(9) 측)에 접속되어 있다. 유성 기어 기구(29)는 제3 연결 부재(32)를 통해 제2 출력측(아이들러 요소(28) 측)에 접속되어 있다.
제1 배리에이터(33) 및 제2 배리에이터(34)는 전동 모터·제너레이터(전동 모터, 전동 제너레이터) 또는 유압 펌프·모터(유압 펌프, 유압 모터) 등에 의해 구성되어 있다. 제1 배리에이터(33) 및 제2 배리에이터(34)는 제1 배리에이터(33)의 회전 속도와 제2 배리에이터(34)의 회전 속도가 상이한 경우에, 무단계로 변속을 행하면서 양자 간에 동력 전달을 행하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 이 때문에, 제1 배리에이터(33)와 제2 배리에이터(34) 사이에는, 양자 간에 동력을 전달하기 위한 전달 요소(35)가 마련되어 있다. 전달 요소(35)는, 예를 들어, 전기 배선 또는 유압 배관에 의해 구성되어 있다. 전달 요소(35)의 도중에는, 동력 저장원(38)이 설치되어 있어도 된다. 동력 저장원(38)은, 예를 들어, 유압 어큐뮬레이터 또는 축전지에 의해 구성할 수 있다. 또한, 제1 배리에이터(33)와 제2 배리에이터(34)와 전달 요소(35)의 기능은, 변속비 무한대 변속기(IVT)에 의해 구성해도 된다.
유성 기어 기구(29)와 제1 배리에이터(33) 사이, 즉, 제1 연결 부재(30)와 제1 배리에이터(33) 사이에는, 제2 클러치(36)가 마련되어 있다. 제2 클러치(36)는, 예를 들어, 마찰 접합에 의한 클러치(마찰판), 도그 클러치 또는 싱크로메시 구비 도그 클러치에 의해 구성되어 있다. 제2 클러치(36)는 제1 연결 부재(30)와 제1 배리에이터(33) 사이에서 양자의 기계적인 결합(접속)과 해방을 행한다. 즉, 제2 클러치(36)는 유성 기어 기구(29)와 제1 배리에이터(33) 사이에서, 이들 유성 기어 기구(29)와 제1 배리에이터(33) 사이의 동력의 전달과 해방을 전환한다.
컨트롤러(25)는, 예를 들어, 연산 회로(CPU), 메모리 등을 구비한 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성되어 있다. 컨트롤러(25)는 제1 클러치(27C)의 체결과 해방, 제2 클러치(36)의 체결과 해방, 제3 클러치(37)의 체결과 해방을 제어한다. 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)의 회전 속도를 제어한다. 컨트롤러(25)는 필요에 따라 제2 배리에이터(34)의 회전 속도를 제어한다. 컨트롤러(25)는 필요에 따라 전달 요소(35), 동력 저장원(38)을 제어한다. 컨트롤러(25)는 필요에 따라, 후술하는 블록 기구(40)(도 13), 브레이크 기구(41)(도 14, 도 15)를 제어한다. 또한, 컨트롤러(25)는 후술하는 다단 변속 기구(26)의 클러치(58, 59, 60, 66, 67, 68, 69)의 체결과 해방을 제어한다.
여기서, 컨트롤러(25)는 제2 클러치(36)의 체결과 해방을 제어한다. 예를 들어, 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 동력 전달이 불필요할 때는, 컨트롤러(25)는 제2 클러치(36)를 해방하는 신호를 출력하여, 제2 클러치(36)를 해방한다. 이에 의해, 제1 배리에이터(33)의 회전을 정지(또는 저하)시킬 수 있어, 제1 배리에이터(33)의 회전에 의한 동력 손실을 저감시킬 수 있다.
제2 배리에이터(34)는 제3 클러치(37)를 통해 아이들러 요소(28)와 접속되어 있다. 제3 클러치(37)는 제2 배리에이터(34)와 아이들러 요소(28) 사이에서, 이들 제2 배리에이터(34)와 아이들러 요소(28) 사이의 동력의 전달과 해방을 전환한다. 즉, 제3 클러치(37)는 제2 배리에이터(34)와 아이들러 요소(28) 사이에 마련되어 있다. 아이들러 요소(28)는 아이들러 축(28A)과, 아이들러 축(28A)에 마련된 아이들러 기어(28B)를 구비하고 있다. 아이들러 축(28A)은 제1 클러치(27C)를 통해 직결 기구(27)의 로크업 기어(27B)(보다 구체적으로는, 로크업 기어(27B)의 회전축(27B1))에 접속된다.
또한, 아이들러 축(28A)은 변속기(39) 및 제3 클러치(37)를 통해 제2 배리에이터(34)에 접속된다. 아이들러 기어(28B)는 제3 연결 부재(32)와 맞물려 있고, 제3 연결 부재(32)를 통해 유성 기어 기구(29)와 접속되어 있다. 제2 배리에이터(34)와 아이들러 요소(28) 사이에는, 제2 배리에이터(34)와 아이들러 요소(28) 사이에서 변속을 행하는 변속기(39)가 마련되어 있다. 이 변속기(39)는 생략해도 된다. 이 경우에는, 아이들러 요소(28)의 아이들러 축(28A)과 제2 배리에이터(34)의 회전축 사이에 제3 클러치(37)를 마련하여, 제3 클러치(37)에 의해 아이들러 축(28A)과 제2 배리에이터(34)의 회전축의 접속(체결)과 해방을 행할 수 있다.
제3 클러치(37)는, 예를 들어, 마찰 접합에 의한 클러치(마찰판), 도그 클러치 또는 싱크로메시 구비 도그 클러치에 의해 구성되어 있다. 제3 클러치(37)는 제2 배리에이터(34)와 아이들러 요소(28) 사이에서 양자의 기계적인 결합(접속)과 해방을 행한다. 컨트롤러(25)는 제3 클러치(37)의 체결과 해방을 제어한다. 예를 들어, 제2 배리에이터(34)에 의한 동력 전달이 불필요할 때는, 컨트롤러(25)는 제3 클러치(37)를 해방하는 신호를 출력하여, 제3 클러치(37)를 해방한다. 이에 의해, 제2 배리에이터(34)의 회전을 정지(또는 저하)시킬 수 있어, 제2 배리에이터(34)의 회전에 의한 동력 손실을 저감시킬 수 있다. 단, 이러한 조건 하에서, 반드시 제3 클러치(37)를 해방하지는 않아도 된다.
또한, 제2 배리에이터(34)에 의한 동력 전달이 불필요할 때, 및 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 동력 전달이 불필요할 때는, 예를 들어 다음 (f) 내지 (i)와 같다. 단, 이들 (f) 내지 (i)의 조건 하에서 반드시 제2 클러치(36) 또는 제3 클러치(37)를 해방하지는 않아도 된다.
(f) 입력축(22)으로부터 입력된 동력이, 직결 기구(27)를 통해 아이들러 요소(28)에 전달될 때.
(g) 제1 연결 부재(30)의 회전이 제1 배리에이터(33) 이외의 다른 수단(예를 들어 브레이크 기구 41)에 의해 고정됨으로써, 유성식 무단 변속 기구(24)가 내부 로크업 상태로 되어 있을 때.
(h) 차량이 정지하고 있을 때.
(i) 차량이 활주(관성 주행)하고 있을 때.
엔진(9)으로부터 제2 연결 부재(31)로 전달된 동력은, 유성 기어 기구(29)에 의해, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)와 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)에 분배된다. 제1 연결 부재(30)에 분배된 동력은, 제2 클러치(36), 제1 배리에이터(33), 전달 요소(35), 제2 배리에이터(34), 제3 클러치(37), 변속기(39)를 통해, 아이들러 요소(28)에 전달된다. 제3 연결 부재(32)에 분배된 동력은, 아이들러 요소(28)에 전달된다. 제1 연결 부재(30)와 제3 연결 부재(32)의 토크의 분배 비율은, 항상 일정하며, 유성 기어 기구(29)의 형식과 기어의 맞물림 반경에 의존한다.
단, 제1 연결 부재(30)와 제3 연결 부재(32)의 토크의 분배 비율은, 일정해진다. 이 때문에, 항상 제1 배리에이터(33)로부터 제2 배리에이터(34)로 동력이 전달되는 것이 아니라, 제2 배리에이터(34)로부터 제1 배리에이터(33)로 동력 전달되는 경우가 있다. 제3 연결 부재(32)로부터 아이들러 요소(28)로 전달되는 동력은, 제1 연결 부재(30)로부터 제1 배리에이터(33) 및 제2 배리에이터(34)를 경유하는 동력보다 손실이 작다. 이 때문에, 배리에이터(33, 34)와 유성 기어 기구(29)를 조합한 유성식 무단 변속 기구(24)는 배리에이터만으로 동력 전달을 행하는 무단계 변속 장치에 비하여 동력 전달 효율이 높다.
다음으로, 유성 기어 기구(29)에 대하여 설명한다. 도 3에서는, 유성 기어 기구(29)를 사각형(블록)으로 나타내고 있다. 여기서, 유성 기어 기구(29)는 동력원인 엔진(9)에 연결되는 제1 부재와, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제2 부재와, 출력축(23) 측이 되는 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 부재의 3개의 부재(회전 부재)를 갖고 있다. 여기서, 제1 실시 형태에서는, 유성 기어 기구(29)는 캐리어와 2개의 선 기어(제1 선 기어, 제2 선 기어)에 의해 구성되어 있다. 하기의 표 4는 유성 기어 기구(29)의 구성 요소(캐리어, 제1 선 기어, 제2 선 기어)의 조합을 나타내고 있다. 표 4 중의 「No 1-A」는, 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시키면서 유성 기어 기구(29)를 소형이며 경량으로 구성하는 면에서 가장 적합하다.
Figure pct00005
도 4 내지 도 6에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태(즉, 표 4의 No 1-A)에서는, 유성 기어 기구(29)는 제1 부재에 대응하는 캐리어(29A)와, 제2 부재에 대응하는 제1 선 기어(29B)와, 제3 부재에 대응하는 제2 선 기어(29C)와, 플래닛 기어(29D)와, 밸런스 기어(29E)를 구비하고 있다. 또한, 제1 선 기어(29B), 제2 선 기어(29C), 플래닛 기어(29D) 및 밸런스 기어(29E)는 기어(기어)의 맞물림에 의한 동력 전달이 아니어도 되고, 예를 들어, 롤러(외주면)의 마찰에 의한 동력 전달이어도 된다.
엔진(9)은 제2 연결 부재(31)를 통해 캐리어(29A)에 결합되어 있다. 제1 선 기어(29B)는 제1 연결 부재(30)를 통해 제1 배리에이터(33)에 접속되어 있다. 제2 선 기어(29C)는 제3 연결 부재(32)를 통해 아이들러 요소(28)(아이들러 기어(28B))에 접속되어 있다. 제1 선 기어(29B)는 플래닛 기어(29D)와 맞물려 있다. 제2 선 기어(29C)는 밸런스 기어(29E)와 맞물려 있다. 밸런스 기어(29E)는 플래닛 기어(29D)와 맞물려 있다.
플래닛 기어(29D)의 자전축 Sp(도 6) 및 밸런스 기어(29E)의 자전축 Sb(도 6)는 캐리어(29A)에 지지되어 있다. 이 때문에, 플래닛 기어(29D) 및 밸런스 기어(29E)는 유성 기어 기구(29)의 중심축 S(도 6)를 중심으로 공전하면서 자전한다. 플래닛 기어(29D)는, 제1 선 기어(29B)와 맞물리는 기어부(29D1)와, 밸런스 기어(29E)와 맞물리는 기어부(29D2)를 구비하고 있다. 유성 기어 기구(29)의 성립의 제약 조건은, 제1 선 기어(29B)의 중심축 S와 플래닛 기어(29D)의 자전축 Sp 간의 거리와, 제2 선 기어(29C)의 중심축 S와 플래닛 기어(29D)의 자전축 Sp 간의 거리가 일치하는 것이다. 이 때문에, 제1 선 기어(29B), 플래닛 기어(29D), 제1 선 기어(29B)와 맞물리는 기어부(29D1), 제2 선 기어(29C), 밸런스 기어(29E), 및 밸런스 기어(29E)와 맞물리는 기어부(29D2)의 각각의 잇수, 기어의 모듈, 기어의 전위, 밸런스 기어(29E)의 자전 중심 위치를 조정하여, 상기 거리를 일치시킬 필요가 있다. 즉, 상기 거리를 일치시킬 수 있으면 되고, 예를 들어, 제1 선 기어(29B)와 제2 선 기어(29C)의 잇수의 차를 작게 하는 것, 또는 동일한 잇수로 하는 것이 가능하다. 이 때문에, 유성 기어 기구(29)의 감속비를 자유롭게 설정할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 따르면, 밸런스 기어(29E)는 제2 선 기어(29C)와 플래닛 기어(29D) 사이에 마련되어 있지만, 제1 선 기어(29B)와 플래닛 기어(29D) 사이에 마련해도 된다. 단, 「제2 선 기어(29C)와 플래닛 기어(29D) 사이」와 「제1 선 기어(29B)와 플래닛 기어(29D) 사이」 양쪽에 밸런스 기어(29E)를 마련하는 경우, 또는 양쪽에 밸런스 기어(29E)를 마련하지 않는 경우에도, 동력 전달을 행하는 것이 가능하다. 단, 적합하게는, 어느 한쪽에 밸런스 기어를 마련한다.
다음으로, 캐리어(29A)와 2개의 선 기어(29B, 29C)에 의해 구성되는 유성 기어 기구(29)의 동작을 설명한다. 이하는, 표 4의 「No 1-A」, 「No 1-B」, 「No 1-C」의 모든 조건에서 성립된다.
먼저, 유성 기어 기구(29)의 3개의 부재(캐리어(29A)와 2개의 선 기어(29B, 29C)의 토크의 분배에 대하여 설명한다. 도 6은 유성 기어 기구(29)를 동력원 측에서 본 단면도이다. 캐리어(29A), 제1 선 기어(29B) 및 제2 선 기어(29C)는 동심으로 배치되어 있다. 즉, 캐리어(29A), 제1 선 기어(29B) 및 제2 선 기어(29C)의 중심축 S(회전 중심축)는 일치하고 있다. 제1 선 기어(29B)는 플래닛 기어(29D)의 기어부(29D1)와 맞물린다. 제2 선 기어(29C)는 밸런스 기어(29E)와 맞물린다. 밸런스 기어(29E)는 플래닛 기어(29D)의 기어부(29D2)와 맞물린다. 밸런스 기어(29E)와 플래닛 기어(29D)는, 각각의 기어의 맞물림이 성립되도록, 캐리어(29A)에 의해 자전 방향으로 자유롭게 회전하고, 또한 중심축 S에 대하여 공전 방향으로 구속되어 있다. 이 때문에, 플래닛 기어(29D)는, 플래닛 기어(29D)의 중심축인 자전축 Sp를 중심으로 자전하고, 또한 캐리어(29A)의 중심축 S를 중심으로 공전한다. 이 때문에, 플래닛 기어(29D)의 중심축(자전축 Sp)의 궤적 Cp는, 캐리어(29A)의 중심축 S를 중심으로 한 원이 된다. 밸런스 기어(29E)는 밸런스 기어(29E)의 중심축인 자전축 Sb를 중심으로 자전하고, 또한 캐리어(29A)의 중심축 S를 중심으로 공전한다. 이 때문에, 밸런스 기어(29E)의 중심축(자전축 Sb)의 궤적 Cb는, 캐리어(29A)의 중심축 S를 중심으로 한 원이 된다.
제1 선 기어(29B)의 맞물림 반경 rs1은, 제1 선 기어(29B)와 플래닛 기어(29D)가 맞물릴 때의 제1 선 기어(29B) 측의 맞물림 반경이다. 플래닛 기어(29D)의 기어부(29D1)의 맞물림 반경 rp1은, 제1 선 기어(29B)와 플래닛 기어(29D)가 맞물릴 때의 기어부(29D1) 측의 맞물림 반경이다. 제2 선 기어(29C)의 맞물림 반경 rs2는, 제2 선 기어(29C)와 밸런스 기어(29E)가 맞물릴 때의 제2 선 기어(29C) 측의 맞물림 반경이다. 플래닛 기어(29D)의 기어부(29D2)의 맞물림 반경 rp2는, 밸런스 기어(29E)와 플래닛 기어(29D)가 맞물릴 때 플래닛 기어(29D) 측의 맞물림 반경이다.
제1 실시 형태(표 4의 No 1-A)에서는, 캐리어(29A)는 엔진(9)에 연결되는 부재, 즉, 제2 연결 부재(31)에 접속되어 있기 때문에, 캐리어(29A)의 토크 Tc는, 엔진(9)이 발생시킬 수 있는 토크이다. 제1 선 기어(29B)는 제1 배리에이터(33)에 연결되는 부재, 즉, 제1 연결 부재(30)에 접속되어 있기 때문에, 제1 선 기어(29B)의 토크 Ts1은, 제1 배리에이터(33)가 발생시킬 수 있는 토크이다. 제2 선 기어(29C)는 아이들러 요소(28)에 연결되는 부재, 즉, 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있기 때문에, 제2 선 기어(29C)의 토크 Ts2는, 아이들러 기어(28B)로부터 받는 토크 반력이다.
도 18에 도시하는 제4 변형예(즉, 표 4의 No 1-B)의 변속 장치(21D)에서는, 제1 선 기어(29B)는 엔진(9)에 연결되는 부재, 즉, 제2 연결 부재(31)에 접속되어 있기 때문에, 제1 선 기어(29B)의 토크 Ts1은, 엔진(9)이 발생시킬 수 있는 토크이다. 캐리어(29A)는 제1 배리에이터(33)에 연결되는 부재, 즉, 제1 연결 부재(30)에 접속되어 있기 때문에, 캐리어(29A)의 토크 Tc는, 제1 배리에이터(33)가 발생시킬 수 있는 토크이다. 제2 선 기어(29C)는 아이들러 요소(28)에 연결되는 부재, 즉, 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있기 때문에, 제2 선 기어(29C)의 토크 Ts2는, 아이들러 기어(28B)로부터 받는 토크 반력이다.
도 19에 도시하는 제5 변형예(즉, 표 4의 No 1-C)의 변속 장치(21E)에서는, 제1 선 기어(29B)는 엔진(9)에 연결되는 부재, 즉, 제2 연결 부재(31)에 접속되어 있기 때문에, 제1 선 기어(29B)의 토크 Ts1은, 엔진(9)이 발생시킬 수 있는 토크이다. 제2 선 기어(29C)는 제1 배리에이터(33)에 연결되는 부재, 즉, 제1 연결 부재(30)에 접속되어 있기 때문에, 제2 선 기어(29C)의 토크 Ts2는, 제1 배리에이터(33)가 발생시킬 수 있는 토크이다. 캐리어(29A)는 아이들러 요소(28)에 연결되는 부재, 즉, 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있기 때문에, 캐리어(29A)의 토크 Tc는, 아이들러 기어(28B)로부터 받는 토크 반력이다.
다음으로, 제1 선 기어(29B)의 토크 Ts1, 제2 선 기어(29C)의 토크 Ts2 및 캐리어(29A)의 토크 Tc의 관계성을 설명한다. 먼저, 제1 선 기어(29B)와 제2 선 기어(29C)는 플래닛 기어(29D)와 밸런스 기어(29E)를 통해 맞물려 있다. 또한, 밸런스 기어(29E)와 플래닛 기어(29D)는, 캐리어(29A)에 의해 자전 방향으로 자유롭게 회전하고, 또한 캐리어(29A)의 중심축 S에 대하여 공전 방향으로 구속되어 있다. 이들로부터, 작용 반작용의 관계를 구하면, 하기의 수 2 식, 수 3 식, 수 4 식이 성립된다.
[수 2]
Figure pct00006
[수 3]
Figure pct00007
[수 4]
Figure pct00008
이들 식으로부터, 제1 선 기어(29B)의 토크 Ts1, 제2 선 기어(29C)의 토크 Ts2 및 캐리어(29A)의 토크 Tc는, 기어부(29D2)의 맞물림 반경 rp2, 제2 선 기어(29C)의 맞물림 반경 rs2, 기어부(29D1)의 맞물림 반경 rp1 및 제1 선 기어(29B)의 맞물림 반경 rs1로부터 계산할 수 있다. 기어부(29D2)의 맞물림 반경 rp2, 제2 선 기어(29C)의 맞물림 반경 rs2, 기어부(29D1)의 맞물림 반경 rp1, 제1 선 기어(29B)의 맞물림 반경 rs1은, 각각의 기어의 맞물림 반경으로 결정되기 때문에, 유성식 무단 변속 기구(24)가 동력 전달하고 있는 동안에 변경할 수 없다. 이 때문에, 제1 선 기어(29B)의 토크 Ts1, 제2 선 기어(29C)의 토크 Ts2 및 캐리어(29A)의 토크 Tc의 비율은, 유성식 무단 변속 기구(24)가 동력 전달하고 있는 동안에는 불변이다.
컨트롤러(25)는, 이 법칙에 기초하여, 제1 배리에이터(33)를 제어하는 신호를 출력하여, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)(예를 들어, 제1 선 기어(29B))의 토크를 제어한다. 즉, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)를 제어함으로써 제1 연결 부재(30)(예를 들어, 제1 선 기어(29B))의 토크를 제어한다. 이에 의해, 컨트롤러(25)는 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)(예를 들어, 캐리어(29A))의 토크와 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)(예를 들어, 제2 선 기어(29C))의 토크를 간접적으로 제어한다. 이 결과, 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)(예를 들어, 캐리어(29A))와 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)(예를 들어, 제2 선 기어(29C)) 사이에서, 전달 토크를 제어할 수 있다.
다음으로, 제1 선 기어(29B)의 자전 속도, 제2 선 기어(29C)의 자전 속도 및 캐리어(29A)의 자전 속도의 관계성을 설명한다. 먼저, 제1 선 기어(29B)와 제2 선 기어(29C)는 플래닛 기어(29D)와 밸런스 기어(29E)를 통해 맞물려 있다. 또한, 밸런스 기어(29E)와 플래닛 기어(29D)는, 캐리어(29A)에 의해 자전 방향으로 자유롭게 회전하고, 또한 캐리어(29A)의 중심축 S에 대하여 공전 방향으로 구속되어 있다. 이들로부터, 회전 속도의 관계를 구하면, 하기의 수 5 식이 성립된다. 또한, 수 5 식 중의 「Ka」는, 수 6 식과 같다. 또한, 캐리어(29A)의 자전 속도를 「Vc」로 하고, 제1 선 기어(29B)의 자전 속도를 「Vs1」로 하고, 제2 선 기어(29C)의 자전 속도를 「Vs2」로 한다.
[수 5]
Figure pct00009
[수 6]
Figure pct00010
도 7은 유성 기어 기구(29)의 회전 속도의 관계를 나타내고 있다. 도 7 중의 속도 관계 선 Y1은, 수 5 식을 선도로 나타내고 있다. 캐리어(29A)의 자전 속도가 일정하다고 가정한다. 이 경우, 제2 선 기어(29C)의 자전 속도를 높게 하면, 제1 선 기어(29B)의 자전 속도가 낮아진다. 반대로, 제2 선 기어(29C)의 자전 속도를 낮게 하면, 제1 선 기어(29B)의 자전 속도가 높아진다. 컨트롤러(25)는, 이 법칙에 기초하여, 제1 배리에이터(33)를 제어하는 신호를 출력하여, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)(예를 들어, 제1 선 기어(29B))의 회전 속도를 제어한다. 즉, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)를 제어함으로써 제1 연결 부재(30)(예를 들어, 제1 선 기어(29B))의 회전 속도를 제어한다. 이에 의해, 컨트롤러(25)는 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)(예를 들어, 캐리어(29A))의 회전 속도와 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)(예를 들어, 제2 선 기어(29C))의 회전 속도를 간접적으로 제어한다. 이 결과, 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)(예를 들어, 캐리어(29A))와 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)(예를 들어, 제2 선 기어(29C)) 사이에서, 변속비를 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 유성 기어 기구(29)는 제1 선 기어(29B)의 중심축 S와 플래닛 기어(29D)의 자전축 Sp 간의 거리와, 제2 선 기어(29C)의 중심축 S와 플래닛 기어(29D)의 자전축 Sp 간의 거리를 일치시킬 필요가 있다. 즉, 이들 거리를 일치시킬 수 있으면 되고, 예를 들어, 제1 선 기어(29B)의 맞물림 반경 rs1과 기어부(29D1)의 맞물림 반경 rp1과 제2 선 기어(29C)의 맞물림 반경 rs2와 기어부(29D2)의 맞물림 반경 rp2를 자유롭게 설정할 수 있다. 따라서, 유성 기어 기구(29)는 토크 Tc, Ts1, Ts2의 관계식(수 2 식, 수 3 식, 수 4 식) 및 자전 속도 Vs1, Vs2, Vc의 관계식(수 5 식, 수 6 식)으로부터, 제1 배리에이터(33)가 흡수할 수 있는 토크와 허용 가능한 최고 회전 속도에 따라, 제1 선 기어(29B)의 맞물림 반경 rs1과 기어부(29D1)의 맞물림 반경 rp1과 제2 선 기어(29C)의 맞물림 반경 rs2와 기어부(29D2)의 맞물림 반경 rp2를 조정한다. 이에 의해, 수 6 식의 Ka의 값을 이상적인 값으로 설정하여, 도 7에 나타내는 속도 관계 선 Y1의 기울기를 이상적인 값으로 함으로써, 제1 배리에이터(33)가 흡수할 수 있는 토크와 허용 가능한 최고 회전 속도 양쪽에, 유성 기어 기구(29)의 토크와 회전 속도를 맞추는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 소형이며 염가의 제1 배리에이터(33)를 사용할 수 있고, 또한 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 배리에이터(33)의 크기 및 가격은, 제1 배리에이터(33)가 흡수할 수 있는 토크의 크기와 비례한다. 이 때문에, 제1 배리에이터(33)의 흡수 토크는, 작은 편이 바람직하다. 제1 실시 형태(즉, 표 4의 No 1-A)에서 구체예를 들어 설명한다. 먼저, 수 6 식의 Ka의 값은, 작게 하는 것이 바람직하다. 또한, 유성 기어 기구(29)와 아이들러 요소(28) 사이의 동력 전달 효율을 검토한다. 이 경우, 제1 연결 부재(30), 제1 배리에이터(33), 전달 요소(35), 제2 배리에이터(34), 변속기(39) 및 제3 클러치(37)를 경유하는 동력 전달 경로의 전달 효율은, 70 내지 80％ 정도이다. 한편, 제3 연결 부재(32)를 경유하는 동력 전달 경로의 전달 효율은, 99％ 정도이다. 이 때문에, 제1 배리에이터(33)에 분배되는 토크는 작은 편이, 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 수 6 식의 Ka의 값을 작게 하는 것은 유성식 무단 변속 기구(24)에 있어서 바람직하다.
한편, 도 7에 나타내는 속도 관계 선 Y1로부터, Ka의 값을 작게 하면, 「제2 선 기어의 회전 속도/캐리어 회전 속도(종축)」가 작을 때의 「제1 선 기어의 회전 속도/캐리어의 회전 속도(횡축)」가 커진다. 제2 선 기어(29C)는 아이들러 요소(28), 다단 변속 기구(26)를 통해 출력축(23)에 연결되어 있으므로, 「제2 선 기어의 회전 속도/캐리어 회전 속도」가 작을 때는, 동력원(엔진(9))이 회전하고 있고 차속이 저속인 상태이다. 즉, 캐리어(29A)의 회전 속도(동력원의 회전 속도)가 일정한 하에서, Ka를 작게 하면, 차량이 저속일 때의 제1 배리에이터(33)의 회전 속도가 상승해 버린다. 일례로서, 구체적인 예를 들면, 「제2 선 기어의 회전 속도/캐리어 회전 속도」가 0일 때, 제2 선 기어(29C)는 0회전이다. 제2 선 기어(29C)는 아이들러 요소(28), 다단 변속 기구(26)를 통해 출력축(23)에 연결되어 있기 때문에, 제2 선 기어(29C)가 0min-1인 경우, 차속은 0km/h이다. 즉, 유성식 무단 변속 기구(24)의 변속비는 무한대이다. 제1 선 기어(29B)의 회전 속도의 제한은, 6000min-1 정도이고, 동력원(엔진(9))을 디젤 엔진으로 하면, 캐리어(29A)의 회전 속도의 제한은, 2000min-1 정도이기 때문에, 「제1 선 기어의 회전 속도/캐리어의 회전 속도」는, 3.0이 된다. 수 5 식에, 「제2 선 기어의 회전 속도/캐리어 회전 속도=0」, 「제1 선 기어의 회전 속도/캐리어의 회전 속도=3」을 대입하면, Ka=0.5가 된다. 즉, Ka=0.5 전후가 하한값이 된다. 이상과 같이, Ka의 값은, 제1 배리에이터(33)의 허용 가능한 최고 회전 속도를 초과하지 않는 범위에서 작게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 캐리어와 2개의 선 기어로 구성되는 유성 기어 기구(29)는 제1 선 기어(29B)의 맞물림 반경 rs1과 기어부(29D1)의 맞물림 반경 rp1과 제2 선 기어(29C)의 맞물림 반경 rs2와 기어부(29D2)의 맞물림 반경 rp2를 자유롭게 설정할 수 있다는 점에서, Ka의 값을 자유롭게 결정할 수 있다. 이 때문에, 제1 배리에이터(33)의 허용 가능한 최고 회전 속도까지 운전할 수 있다. 이에 의해, 소형이며 염가의 제1 배리에이터(33)를 사용할 수 있고, 또한 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 80 내지 93％까지 향상시킬 수 있다.
이에 반해, 도 19에 도시하는 제5 변형예(즉, 표 4의 No 1-C)에 대하여 설명을 한다. 제5 변형예에서는, 제1 배리에이터(33)는 제2 선 기어(29C)에 접속되어 있기 때문에, 제1 배리에이터(33) 측에 분배되는 토크는 Ts2가 된다. 수 3 식으로부터, Ts2는, rs2 및 rp1이 작은 편이, rs1 및 rp2가 큰 편이, 작아진다. 전술한 바와 같이, 제1 배리에이터(33) 측에 분배되는 토크는, 전달 효율과 배리에이터의 가격 면에서 작은 편이 바람직하므로, rs2 및 rp1은 작게, rs1 및 rp2는 크게 하면 된다. 이 경우, Ka는, 수 6 식에 의해 커진다. 즉, Ka가 클수록, 제1 배리에이터(33)의 필요한 토크는 작아진다고 할 수 있다. 수 5 식을 변형하여, 하기의 수 7 식을 도출할 수 있다. 수 7 식의 선도를 도 8에 나타낸다.
[수 7]
Figure pct00011
일례로서 구체예를 들면, 캐리어(29A)는 아이들러 요소(28), 다단 변속 기구(26)를 통해 출력축(23)과 연결되어 있으므로, Vc가 0min-1인 경우에, 차속은 0km/h가 된다. 이 경우, 「Vc/Vs1」은, 0이 된다. 여기서, 동력원이 되는 엔진(9)이 디젤 엔진인 경우, 엔진(9)의 최고 회전 속도는, 2000min-1 정도이기 때문에, Vs1은, 2000min-1이 된다. 또한, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)의 허용 회전 속도(Vs2)는 -6000min-1 내지 6000min-1 정도이다. 이에 의해, 「Vs2/Vs1」은, -3 내지 3의 범위를 취할 수 있다. 수 7 식에, 「Vc/Vs1=0」, 「Vs2/Vs1=-3」을 대입하여, Ka를 구하면, Ka=3이 된다. 즉, 이 경우의 Ka의 상한값은 3 전후가 된다. 이 때문에 Ka의 값은, 제1 배리에이터(33)의 허용 가능한 최고 회전 속도를 초과하지 않는 범위에서 크게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상술한 바와 같이 Ka의 값을 자유롭게 결정할 수 있기 때문에, 제1 배리에이터(33)의 허용 가능한 최고 회전 속도까지 운전할 수 있다. 이에 의해, 소형이며 염가의 제1 배리에이터(33)를 사용할 수 있고, 또한 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 80 내지 93％까지 향상시킬 수 있다.
이에 반해, 도 18에 도시하는 제4 변형예(즉, 표 4의 No 1-B)에 대하여 설명을 한다. 제4 변형예에서는, 제1 배리에이터(33)는 캐리어(29A)에 접속되어 있기 때문에, 제1 배리에이터(33) 측에 분배되는 토크는 Tc가 된다. 수 4 식으로부터, Ts1(동력원이 되는 엔진(9)으로부터의 토크)이 일정 값인 하에서, Tc를 작게 하기 위해서는, Ts2를 작게 하면 된다. 수 3 식으로부터, Ts2는, rs2 및 rp1이 작은 편이, rs1 및 rp2가 큰 편이, 작아진다. 전술한 바와 같이, 제1 배리에이터(33) 측에 분배되는 토크는, 전달 효율과 배리에이터의 가격 면에서 작은 편이 바람직하므로, rs2 및 rp1은 작게, rs1 및 rp2는 크게 하면 된다. 이 경우, Ka는, 수 6 식에 의해 커진다. 즉, Ka가 클수록, 제1 배리에이터(33)의 필요한 토크는 작아진다고 할 수 있다. 수 5 식을 변형하여, 하기의 수 8 식을 도출할 수 있다. 수 8 식의 선도를 도 9에 나타낸다.
[수 8]
Figure pct00012
일례로서 구체예를 들면, 제2 선 기어(29C)는 아이들러 요소(28), 다단 변속 기구(26)를 통해 출력축(23)과 연결되어 있으므로, Vs2가 고회전으로 회전하는 경우에 차속은 보다 높은 차속으로 주행한다. 유성식 무단 변속 기구(24)의 변속 범위는, 넓은 편이 좋으므로, 「Vs2/Vs1」의 최댓값은 큰 편이 바람직하다. 그러나, 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)의 허용 회전 속도(Vs2)는 8000min-1 정도이다. 또한, 동력원이 되는 엔진(9)이 디젤 엔진인 경우, 엔진(9)의 최고 회전 속도는, 2000min-1 정도이기 때문에, Vs1은, 2000min-1이 된다. 이 때문에, 「Vs2/Vs1」의 상한값은, 4.0 정도가 된다. 또한, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)의 허용 회전 속도(Vs2)는 -6000min-1 내지 6000min-1 정도이다. 이에 의해, 「Vc/Vs1」은, -3 내지 3의 범위를 취할 수 있다. 수 8 식에, 「Vs/Vs1=4.0」, 「Vs2/Vs1=3」을 대입하여, Ka를 구하면, Ka=0.5가 된다. 즉, Ka는, 0.5 정도가 상한값이 된다. 그리고, 상술한 바와 같이 Ka의 값을 자유롭게 결정할 수 있기 때문에, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)의 허용 가능한 최고 회전 속도까지 운전할 수 있다. 이에 의해, 제1 배리에이터(33)의 전달 토크가 작아져, 소형이며 염가의 제1 배리에이터(33)를 사용할 수 있다.
다음으로, 유성식 무단 변속 기구(24)의 내부 로크업 동작에 대하여 설명한다. 유성식 무단 변속 기구(24)는 동력 전달 효율이 80 내지 93％이고, 무단계 변속기로서는 전달 효율이 높다. 이에 반해, 예를 들어, 한 쌍의 기어끼리의 맞물림에 의한 기어 변속기의 동력 전달 효율은, 99％ 정도이다. 이 때문에, 유성식 무단 변속 기구(24)는 한 쌍의 기어끼리의 맞물림에 의한 변속기보다도 동력 전달 효율이 낮다. 이 이유를, 도 3을 참조하면서 설명한다.
즉, 유성 기어 기구(29)와 아이들러 요소(28)(아이들러 기어(28B)) 사이의 동력 전달 효율을 생각한다. 여기서, 제1 연결 부재(30), 제1 배리에이터(33), 전달 요소(35), 제2 배리에이터(34), 변속기(39) 및 제3 클러치(37)를 경유하는 동력 전달 경로의 전달 효율은, 70 내지 80％ 정도이다. 이에 반해, 제3 연결 부재(32)를 경유하는 동력 전달 경로의 전달 효율은, 99％ 정도이다. 이 때문에, 전달 효율을 높이기 위해서는, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)의 회전을 정지시켜, 제1 배리에이터(33)와 제2 배리에이터(34) 사이에서 동력 전달을 행하지 않도록 하면 된다. 이에 의해, 엔진(9)으로부터 제2 연결 부재(31)를 통하여 유성 기어 기구(29)에 공급된 동력은, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)에 분배되지 않고, 아이들러 요소(28)(아이들러 기어(28B))에 연결되는 제3 연결 부재(32)에 모두 전달된다.
제3 연결 부재(32)와 아이들러 기어(28B)는 기어끼리의 맞물림으로 동력이 전달되기 때문에, 엔진(9)으로부터 제2 연결 부재(31)를 통하여 유성 기어 기구(29)에 공급된 동력은, 높은 효율로 아이들러 기어(28B)에 전달할 수 있다. 이에 의해, 유성식 무단 변속 기구(24)의 동력 전달 효율이 97％ 정도까지 향상되어, 변속 장치(21)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 이 결과, 휠 로더(1)를 연비 절약으로 할 수 있다.
유성식 무단 변속 기구(24)가 내부 로크업 동작하고 있는 경우, 유성식 무단 변속 기구(24)는 고정 변속비가 된다. 여기서 내부 로크업 변속비를 In으로 하면, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 9 식으로 나타낼 수 있다. 또한, 제3 연결 부재(32)의 회전 속도를 「V32」로 하고, 제2 연결 부재(31)의 회전 속도를 「V31」로 하고, 제1 연결 부재(30)의 회전 속도를 「V30」으로 한다.
[수 9]
Figure pct00013
내부 로크업 동작 시에 있어서도, 전술한 수 5 식은 성립된다. 이 때문에, 수 5 식에 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)의 회전 속도를 0으로 하여 대입함으로써, 내부 로크업 변속비 In을 계산할 수 있다. 예를 들어, 제1 실시 형태(표 4의 No 1-A)에서는, 수 5 식에, 제1 연결 부재(30)에 접속된 제1 선 기어(29B)의 자전 속도 Vs1을 0으로 하여 대입한다. 즉, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 10 식이 된다.
[수 10]
Figure pct00014
따라서,
Figure pct00015
도 18에 도시하는 제4 변형예(표 4의 No 1-B)에서는, 수 8 식에, 제1 연결 부재(30)에 접속된 캐리어(29A)의 자전 속도 Vc를 0으로 하여 대입한다. 즉, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 11 식이 된다.
[수 11]
Figure pct00016
따라서,
Figure pct00017
도 19에 도시하는 제5 변형예(표 4의 No 1-C)에서는, 수 7 식에, 제1 연결 부재(30)에 접속된 제2 선 기어(29C)의 자전 속도 Vs2를 0으로 하여 대입한다. 즉, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 12 식이 된다.
[수 12]
Figure pct00018
따라서,
Figure pct00019
이와 같이, 내부 로크업 변속비 In은, 유성 기어 기구(29)의 기어 조합과, Ka에 의존한다. 유성식 무단 변속 기구(24)를 내부 로크업의 상태로 하기 위해서는, 유성 기어 기구(29)에 연결되는 3개의 연결 부재(30, 31, 32) 중 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)의 회전을 정지시키면 된다. 제1 배리에이터(33) 및 제2 배리에이터(34)가 유압 펌프·모터인 경우, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)의 유압 펌프·모터의 용적을 소정 이상(적합하게는 최대 용적에 10％ 이상)으로 유지하고, 제2 배리에이터(34)의 유압 펌프·모터의 용적을 0으로 제어한다.
또한, 제1 연결 부재(30)의 회전을 정지시키기 위해, 예를 들어, 도 13에 도시하는 제1 변형예와 같이, 제1 배리에이터(33)와 제2 배리에이터(34) 사이에서 동력 전달을 행하는 전달 요소(35)에 블록 기구(40)를 마련하는 구성을 채용해도 된다. 블록 기구(40)는, 컨트롤러(25)에 의해 제어됨으로써, 제1 배리에이터(33)와 제2 배리에이터(34) 사이의 동력 전달을 차단한다.
예를 들어, 전달 요소(35)의 동력 전달이 유압에 의해 행해지는 경우, 블록 기구(40)는 유압 밸브에 의해 구성할 수 있다. 컨트롤러(25)는 블록 기구(40)에 신호를 보내어, 제1 배리에이터(33)와 제2 배리에이터(34) 사이의 기름의 흐름을 차단한다. 또한, 제1 배리에이터(33)와 제2 배리에이터(34) 사이의 동력 전달이 전력으로 행해지는 경우, 블록 기구(40)는 인버터·컨버터에 의해 구성할 수 있다. 이 경우, 인버터·컨버터는, 전력선 간에 의사적인 저항을 부여하여, 전력선 간의 전압을 상승시킨다. 또한, 블록 기구(40)로서는, 마그넷 콘택터에 의해 전력의 흐름을 차단하는 구성, 저항기로 전력선 간에 저항을 부여하는 구성을 채용해도 된다. 어느 경우에도, 컨트롤러(25)는 블록 기구(40)에 동력의 전달과 차단의 신호를 보내어, 블록 기구(40)를 제어한다.
또한, 내부 로크업 상태는, 제1 배리에이터(33)의 회전축을 비회전부에 고정하여, 제1 배리에이터(33)의 회전을 멈추는 것에 의해 실현해도 된다. 예를 들어, 도 14에 도시하는 제2 변형예 및 도 15에 도시하는 제3 변형예와 같이, 제1 연결 부재(30)를 비회전부(예를 들어, 변속 장치(21)의 케이스)에 브레이크 기구(41)로 고정함으로써, 내부 로크업 상태를 실현해도 된다. 브레이크 기구(41)는 마찰 결합 또는 기계적인 맞물림 결합에 의해, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)를 비회전부에 고정하는 구성을 채용할 수 있다. 특히, 제1 배리에이터(33)가 발전기인 경우에는, 내부 로크업의 동작 시라도 제1 배리에이터(33)(발전기)에 전류를 흐르게 할 필요가 있다. 이 때문에, 동력 손출의 관점에서는, 제1 연결 부재(30)를 비회전부에 브레이크 기구(41)로 고정하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 배리에이터(33)가 발전기인 경우에는, 동력 손출의 관점에서, 제1 연결 부재(30)를 비회전부에 브레이크 기구(41)로 고정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 내부 로크업 시의 유성식 무단 변속 기구(24)의 동력 전달을 향상시킬 수 있어, 휠 로더(1)를 연비 절약으로 할 수 있다.
또한, 도 13 내지 도 15에 도시하는 제1 내지 제3 변형예 변속 장치(21A, 21B, 21C)는 유성식 무단 변속 기구(24)의 내부 로크업 동작을 행할 수 있지만, 외부 로크업 기구(직결 기구(27))를 구비하고 있지 않다. 이러한 변속 장치(21A, 21B, 21C)의 경우, 발진 시 및 굴삭 시에는, 유성식 무단 변속 기구(24)를 무단계 변속시켜서 동력 전달을 행하고, 운반 시 및 회송 시에는, 유성식 무단 변속 기구(24)를 내부 로크업시켜서 동력 전달을 행한다. 이에 의해, 무단계 변속이 필요한 발진 시 및 굴삭 시(차속 0 내지 7km/h)에는 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 무단계 변동으로 동력 전달 효율을 높일 수 있다. 한편, 무단계 변속이 필요없는 운반 시 및 회송 시(차속 7km/h 이상)에는 유성식 무단 변속 기구(24)를 내부 로크업 동작시켜, 무단계 변속보다도 더욱 전달 효율을 높일 수 있다. 이에 의해, 휠 로더(1)를 연비 절약으로 할 수 있다.
다음으로, 외부 로크업 기구인 직결 기구(27)에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 직결 기구(27)는 엔진(9)으로부터 공급된 동력을, 유성식 무단 변속 기구(24)를 통하지 않고 기어끼리의 맞물림에 의해 아이들러 기어(28B)에 전달한다. 직결 기구(27)의 동력 전달 효율은, 99％ 정도이기 때문에, 변속 장치(21)의 전달 효율이 향상되어, 휠 로더(1)를 연비 절약으로 할 수 있다. 직결 기구(27)는 입력축(22)에 마련된 인풋 기어(27A)와, 인풋 기어(27A)와 맞물리는 로크업 기어(27B)와, 제1 클러치(27C)를 구비하고 있다. 로크업 기어(27B)가 마련된 회전축(27B1)은 제1 클러치(27C)를 통해 아이들러 요소(28)의 아이들러 축(28A)과 접속된다. 제1 클러치(27C)는, 예를 들어, 마찰 접합에 의한 클러치(마찰판), 도그 클러치 또는 싱크로메시 구비 도그 클러치에 의해 구성되어 있다. 제1 클러치(27C)는 로크업 기어(27B)와 아이들러 기어(28B) 사이의 기계적인 결합(접속)과 해방을 행하는 것이다. 제2 클러치(36)를 해방하고, 제1 클러치(27C)를 결합함으로써, 입력축(22)으로부터 입력된 동력은, 인풋 기어(27A), 로크업 기어(27B), 제1 클러치(27C)를 경유하여, 아이들러 기어(28B)에 전달된다. 이에 의해, 엔진(9)으로부터 공급된 동력은, 유성식 무단 변속 기구(24)를 경유하지 않고, 외부 로크업 기구인 직결 기구(27)를 경유하여 아이들러 기어(28B)에 전달할 수 있다.
유성식 무단 변속 기구(24)는 도 7에 나타내는 속도 관계 선 Y1의 유성 기어 기구(29)의 특성에 의해, 동력원(엔진(9))에 연결되는 제2 연결 부재(31)에 대하여 아이들러 기어(28B)에 연결되는 제3 연결 부재(32)를 증속할 수 있다. 유성식 무단 변속 기구(24)의 증속 범위를 유효하게 사용하기 위해, 직결 기구(27)를 경유하는 동력 전달은, 증속하는 편이 바람직하다. 여기서, 유성 기어 기구(29)에 연결되는 3개의 연결 부재(30, 31, 32) 중, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)와 아이들러 기어(28B)에 연결되는 제3 연결 부재(32)의 회전 속도가 동일할 때, 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)와 아이들러 기어(28B)에 연결되는 제3 연결 부재(32)의 회전 속도가 동일해진다.
이때의 아이들러 기어(28B)의 회전 속도는, 다음 수 13 식이 된다. 또한, 아이들러 기어(28B)의 회전 속도를 「V28B」로 하고, 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)의 회전 속도를 「V31」로 하고, 아이들러 기어(28B)에 연결되는 제3 연결 부재(32)의 잇수를 「N32」로 하고, 아이들러 기어(28B)의 잇수를 「N28B」로 한다.
[수 13]
Figure pct00020
여기서, 동기 회전 속도비 Id를 다음 수 14 식과 같이 정의한다. 또한, 제3 연결 부재(32)의 잇수를 「N32」로 하고, 아이들러 기어(28B)의 잇수를 「N28B」로 한다.
[수 14]
Figure pct00021
또한, 외부 로크업 회전 속도비 Ir을 다음 수 15 식과 같이 정의한다. 또한, 인풋 기어(27A)의 잇수를 「N27A」로 하고, 로크업 기어(27B)의 잇수를 「N27B」로 한다.
[수 15]
Figure pct00022
이 경우, 외부 로크업 회전 속도비 Ir을, 동기 회전 속도비 Id보다 크게 함으로써, 유성식 무단 변속 기구(24)의 증속 범위를 유효하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 외부 로크업을 구비하지만 내부 로크업 동작을 행하지 않는 변속 장치(21)의 경우에는, 다음과 같이 동력 전달을 행한다. 즉, 무단계 변속이 필요한 발진 시 및 굴삭 시(차속 0 내지 7km/h)에는 유성식 무단 변속 기구(24)를 경유하여 동력 전달을 행한다. 무단계 변속이 필요없는 운반 시 및 회송 시(차속 7km/h 이상)에는 외부 로크업 기구(직결 기구(27))를 경유하여 동력 전달을 행한다.
한편, 외부 로크업 기구(직결 기구(27))를 구비하고, 또한 내부 로크업 동작을 행하는 변속 장치(21)의 경우에는, 외부 로크업 회전 속도비 Ir을 내부 로크업 변속비 In 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들어, 다음과 같이 동력 전달을 행한다. 무단계 변속이 필요한 발진 시 및 굴삭 시(차속 0 내지 7km/h)에는 유성식 무단 변속 기구(24)를 경유하여 무단 변속을 시키면서 동력 전달을 행한다. 무단계 변속이 필요없는 운반 시 및 회송 시(차속 7km/h 이상)에는 유성식 무단 변속 기구(24)를 경유하여 내부 로크업을 동작시키면서 동력 전달을 행한다. 무단계 변속이 필요없는 운반 시 및 회송 시(차속 10km/h 이상)에는 외부 로크업 기구(직결 기구(27))를 경유하여 동력 전달을 행한다. 이에 의해, 변속 장치(21)는 굴삭, 발진, 운반, 회송의 모든 동작 시에, 가장 동력 전달 효율이 높은 동력 전달 경로를 선택할 수 있다. 이 결과, 휠 로더(1)를 연비 절약으로 할 수 있다.
다음으로, 다단 변속 기구(26)에 대하여 설명한다. 다단 변속 기구(26)는 기어의 맞물림, 클러치의 전환, 및 브레이크의 전환에 의해 변속하는 변속 기구이다. 다단 변속 기구(26)는, 예를 들어, 유성 변속기, 카운터샤프트형 변속기, 매뉴얼 트랜스미션, 오토메이티드 매뉴얼 트랜스미션, 듀얼 클러치 트랜스미션 등에 상당한다. 제1 실시 형태에서는, 다단 변속 기구(26)는 전진 4단 변속, 후진 1단 변속의 듀얼 클러치 트랜스미션에 의해 구성되어 있다. 이에 반해, 도 13에 도시하는 제1 변형예, 도 14에 도시하는 제2 변형예, 도 15에 도시하는 제3 변형예에서는, 다단 변속 기구(26A)는 전진 5단 변속, 후진 2단 변속의 듀얼 클러치 트랜스미션에 의해 구성되어 있다. 또한, 다단 변속 기구(26, 26A)는, 이들 구성에 한정되지는 않고, 예를 들어 전진은 1단 변속으로부터 16단 변속까지 상정할 수 있고, 후진은 1단 변속으로부터 8단 변속까지 상정할 수 있다.
듀얼 클러치 트랜스미션인 다단 변속 기구(26)에 대하여, 도 10을 참조하면서 설명한다. 다단 변속 기구(26)는 홀수 축(51)과, 짝수 축(52)과, 출력축(53)과, 카운터 기어(54)를 구비하고 있다. 다단 변속 기구(26)의 출력축(53)은 변속 장치(21)의 출력축(23)에도 대응한다. 홀수 축(51)은 홀수 단 기어(55)와, 전진 1속 기어(56)와, 전진 3속 기어(57)와, 제1 출력 클러치로서의 제4 클러치(58)와, 제6 클러치(59)와, 제8 클러치(60)와, 홀수 단 샤프트(61)를 포함하여 구성되어 있다. 짝수 축(52)은 짝수 단 기어(62)와, 전진 2속 기어(63)와, 전진 4속 기어(64)와, 후진 1속 기어(65)와, 제2 출력 클러치로서의 제5 클러치(66)와, 제7 클러치(67)와, 제10 클러치(68)와, 제9 클러치(69)와, 짝수 단 샤프트(70)를 포함하여 구성되어 있다.
카운터 기어(54)는 출력축(53)의 회전 방향을 역회전시키기 위한 기어이다. 출력축(53)은 전진 1속 출력 기어(71)와, 전진 2속 출력 기어(72)와, 전진 3속 출력 기어(73)와, 전진 4속 출력 기어(74)와, 후진 1속 출력 기어(75)를 포함하여 구성되어 있다. 짝수 단 기어(62) 및 홀수 단 기어(55)는 아이들러 기어(28B)와 상시 맞물려 있어, 아이들러 기어(28B)와 함께 회전한다. 또한, 전진 1속 기어(56)와 전진 1속 출력 기어(71), 전진 2속 기어(63)와 전진 2속 출력 기어(72), 전진 3속 기어(57)와 전진 3속 출력 기어(73), 전진 4속 기어(64)와 전진 4속 출력 기어(74)는 각각 상시 맞물려 있다. 또한, 후진 1속 기어(65)와 카운터 기어(54)와 후진 1속 출력 기어(75)도 상시 맞물려 있다. 제4 클러치(58)는 홀수 단 기어(55)와 홀수 단 샤프트(61)의 결합(체결)과 해방을 행한다. 제4 클러치(58)에 의해, 홀수 단 기어(55)와 홀수 단 샤프트(61)가 결합됨으로써, 아이들러 기어(28B)와 홀수 단 샤프트(61) 사이에서 동력 전달이 가능하게 된다. 제5 클러치(66)는 짝수 단 기어(62)와 짝수 단 샤프트(70)의 결합(체결)과 해방을 행한다. 제5 클러치(66)에 의해, 짝수 단 기어(62)와 짝수 단 샤프트(70)가 결합됨으로써, 아이들러 기어(28B)와 짝수 단 샤프트(70) 사이에서 동력 전달이 가능하게 된다.
제6 클러치(59)는 전진 1속 기어(56)와 홀수 단 샤프트(61)의 결합(체결)과 해방을 행한다. 제6 클러치(59)에 의해, 전진 1속 기어(56)와 홀수 단 샤프트(61)가 결합됨으로써, 출력축(53)과 홀수 단 샤프트(61) 사이에서 동력 전달이 가능하게 된다. 제8 클러치(60)에 의해, 전진 3속 기어(57)와 홀수 단 샤프트(61)가 결합됨으로써, 출력축(53)과 홀수 단 샤프트(61) 사이에서 동력 전달이 가능하게 된다. 제7 클러치(67)에 의해, 전진 2속 기어(63)와 짝수 단 샤프트(70)가 결합됨으로써, 출력축(53)과 짝수 단 샤프트(70) 사이에서 동력 전달이 가능하게 된다. 제10 클러치(68)에 의해, 전진 4속 기어(64)와 짝수 단 샤프트(70)가 결합됨으로써, 출력축(53)과 짝수 단 샤프트(70) 사이에서 동력 전달이 가능하게 된다. 제9 클러치(69)에 의해, 후진 1속 기어(65)와 짝수 단 샤프트(70)가 결합됨으로써, 출력축(53)과 짝수 단 샤프트(70) 사이에서 동력 전달이 가능하게 된다. 또한, 제6 클러치(59), 제7 클러치(67), 제8 클러치(60), 제9 클러치(69), 제10 클러치(68)는 도그 클러치 또는 싱크로메시 구비 도그 클러치에 의해 구성되어 있다.
다음으로, 다단 변속 기구(26)의 동작을 설명한다. 아이들러 기어(28B)에 입력된 동력을 전진 1속으로 출력축(53)에 전달하기 위해서는, 제4 클러치(58)를 결합하고, 제5 클러치(66)를 해방하고, 제6 클러치(59)를 결합하고, 제8 클러치(60)를 해방한다. 이 상태에서, 제7 클러치(67)와 제10 클러치(68)와 제9 클러치(69) 중 어느 2개 이상의 클러치를 해방한다. 전진 1속은, 후술하는 표 5의 No 1 내지 No 4에 상당한다.
전진 2속으로 출력축(53)에 동력 전달하기 위해서는, 제5 클러치(66) 및 제7 클러치(67)를 결합하고, 제4 클러치(58), 제10 클러치(68) 및 제9 클러치(69)를 해방한다. 이 상태에서, 제6 클러치(59)와 제8 클러치(60) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 해방한다. 전진 2속은, 후술하는 표 5의 No 9 내지 No 11에 상당한다.
전진 3속으로 출력축(53)에 동력 전달하기 위해서는, 제4 클러치(58) 및 제8 클러치(60)를 결합하고, 제5 클러치(66) 및 제6 클러치(59)를 해방한다. 이 상태에서, 제7 클러치(67)와 제10 클러치(68)와 제9 클러치(69) 중 어느 2개 이상을 해방한다. 전진 3속은, 후술하는 표 5의 No 5 내지 No 8에 상당한다.
전진 4속으로 출력축(53)에 동력 전달하기 위해서는, 제5 클러치(66) 및 제10 클러치(68)를 결합하고, 제4 클러치(58), 제7 클러치(67) 및 제9 클러치(69)를 해방한다. 이 상태에서, 제6 클러치(59)와 제8 클러치(60) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 해방한다. 전진 4속은, 후술하는 표 5의 No 12 내지 No 14에 상당한다.
후진 1속으로 출력축(53)에 동력 전달하기 위해서는, 제5 클러치(66) 및 제9 클러치(69)를 결합하고, 제4 클러치(58), 제7 클러치(67) 및 제10 클러치(68)를 해방한다. 이 상태에서, 제6 클러치(59)와 제8 클러치(60) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 해방한다. 후진 1속은, 후술하는 표 5의 No 15 내지 No 17에 상당한다.
아이들러 기어(28B)로부터 홀수 축(51)을 통하여 출력축(53)에 동력을 전달하고 있을 때는, 제7 클러치(67), 제10 클러치(68) 및 제9 클러치(69)의 결합과 해방의 전환을 행할 수 있다. 이에 의해, 전진 2속 기어(63), 전진 4속 기어(64) 또는 후진 1속 기어(65) 중 어느 것을, 짝수 단 샤프트(70)에 미리 결합해 둘 수 있다. 마찬가지로, 아이들러 기어(28B)로부터 짝수 축(52)을 통하여 출력축(53)에 동력을 전달하고 있을 때는, 제6 클러치(59) 및 제8 클러치(60)의 결합과 해방의 전환을 행할 수 있다. 이에 의해, 전진 1속 기어(56) 또는 전진 3속 기어(57) 중 어느 것을, 홀수 단 샤프트(61)와 미리 결합해 둘 수 있다.
아이들러 기어(28B)로부터 출력축(53)으로의 동력 전달은, 제4 클러치(58)를 결합하여 제5 클러치(66)를 해방되어 있는 상태로부터 제4 클러치(58)를 해방하여 제5 클러치(66)를 결합함으로써, 홀수 단 샤프트(61) 경유로부터 짝수 단 샤프트(70) 경유로 전환할 수 있다. 마찬가지로, 아이들러 기어(28B)로부터 출력축(53)으로의 동력 전달은, 제4 클러치(58)를 해방하여 제5 클러치(66)를 결합하고 있는 상태로부터 제4 클러치(58)를 결합하여 제5 클러치(66)를 해방함으로써, 짝수 단 샤프트(70) 경유로부터 홀수 단 샤프트(61) 경유로 전환할 수 있다.
단, 제4 클러치(58)와 제5 클러치(66)의 결합의 전환은, 반드시 교호로 행할 필요는 없다. 예를 들어, 하기의 표 5 중에 나타내는, No 1 내지 4로부터 No 5 내지 8로의 전환, No 5 내지 8로부터 No 1 내지 4로의 전환이 있다. 이 경우, 제4 클러치(58)를 해방한 후에, 제6 클러치(59)와 제8 클러치(60)를 결합 또는 해방한다. 그 후, 해방되어 있는 제4 클러치(58)를 결합시킨다. 또한, No 9 내지 11로부터 No 12 내지 14로의 전환, No 12 내지 14로부터 No 9 내지 11로의 전환, No 9 내지 11로부터 No 15 내지 17로의 전환, No 15 내지 17로부터 No 9 내지 11로의 전환, No 12 내지 14로부터 No 15 내지 17로의 전환, No 15 내지 17로부터 No 12 내지 14로의 전환이 있다. 이 경우, 제5 클러치(66)를 해방한 후에, 제7 클러치(67)와 제10 클러치(68)와 제9 클러치(69)를 결합 또는 해방한다. 그 후, 해방되어 있는 제5 클러치(66)를 결합시킨다.
Figure pct00023
또한, 휠 로더(1)가 자갈 등의 덤프 적재 작업을 주체로 한 V 사이클을 행하는 경우, 차량을 전진시켜서 자갈 등의 굴삭을 행하고, 그 후, 차량을 후퇴시켜서 덤프를 향하여 이동한다. 이때, 제1 실시 형태(즉, 표 4의 No 1-A)에서의 구체예를 설명한다. 유성식 무단 변속 기구(24)는 도 7에 나타내는 유성 기어 기구(29)의 속도 관계 선 Y1의 관계로부터 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)의 회전 속도를 제어함으로써, 아이들러 기어(28B)에 연결되는 제3 연결 부재(32)의 회전 방향을 반전시킬 수 있다. 그러나, 제1 선 기어(29B)의 회전 방향에 대하여 제2 선 기어(29C)의 회전 방향을 역회전시키려고 한 경우(즉, 도 7의 우측 하단의 방향으로 제어하는 경우), 제1 선 기어(29B)의 회전 속도가 높아진다. 마찬가지로, 제2 선 기어(29C)의 회전 방향에 대하여 제1 선 기어(29B)의 회전 방향을 역회전시키려고 한 경우(도 7의 좌측 상단의 방향으로 제어하는 경우), 제2 선 기어(29C)의 회전 속도가 높아진다.
이러한 경우, 제1 연결 부재(30)에 접속되는 제1 배리에이터(33)는 최고 회전 속도의 제한이 보다 높은 것을 채용하지 않으면 안 되게 된다. 이 때문에, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)를 고속으로 회전시켜, 아이들러 기어(28B)에 연결되는 제3 연결 부재(32)의 회전 방향을 정회전으로부터 역회전시키는 것은, 최고 회전 속도가 높은 고가의 제1 배리에이터(33)를 채용하게 된다. 이에 의해, 유성식 무단 변속 기구(24)의 원가가 증대할 가능성이 있다. 이 때문에, 휠 로더(1)가 후진할 때는, 다단 변속 기구(26)를 사용하여, 출력축(53)(출력축(23))의 회전 방향을 전진 방향으로부터 후진 방향으로 역회전을 시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 역회전 시에 접속되는 제1 배리에이터(33)의 회전 속도를 저하시키는 것이 가능하게 되어, 염가의 제1 배리에이터(33)를 사용할 수 있다. 또한, 제1 실시 형태(즉, 표 4의 No 1-A)를 예로 들었지만, 제4 변형예(즉, 표 4의 No 1-B), 제5 변형예(즉, 표 4의 No 1-C)의 경우에는, 마찬가지로, 다단 변속 기구(26)를 사용하여, 출력축(53)의 회전 방향을 전환함으로써, 전진 방향과 후진 방향을 전환하는 편이, 역회전 시에 접속되는 제1 배리에이터(33)의 회전 속도를 저하시키는 것이 가능하게 되어, 염가의 제1 배리에이터(33)를 사용할 수 있다.
이상과 같이, 제1 실시 형태에 따르면, 변속 장치(21)는 동력원(엔진(9))에 연결되는 입력축(22)(입력 부재)과, 부하(프런트 액슬(12), 리어 액슬(13))에 연결되는 출력축(23)(출력 부재)과, 입력축(22)과 출력축(23) 사이에 마련된 유성 기어 기구(29)(유성 기구)와, 유성 기어 기구(29)에 접속된 제1 배리에이터(33)와, 제1 배리에이터(33)와는 별도로 마련된 제2 배리에이터(34)와, 제1 배리에이터(33)의 회전 속도를 변경하는 컨트롤러(25)를 구비하고 있다. 그리고, 유성 기어 기구(29)는 캐리어(29A)와, 캐리어(29A)의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 제1 선 기어(29B)(제1 선 부재)와, 캐리어(29A)의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 제2 선 기어(29C)(제2 선 부재)의 3개의 부재(회전 부재)를 포함하여 구성되어 있다.
이 경우, 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 3개의 부재 중 하나인 제1 부재가 되는 캐리어(29A)는 입력축(22)에 제2 연결 부재(31)(다른 부재)를 통해 접속되어 있다. 캐리어(29A)와는 다른 제2 부재가 되는 제1 선 기어(29B)는 제1 배리에이터(33)에 제1 연결 부재(30), 제2 클러치(36)(모두 다른 부재)를 통해 접속되어 있다. 캐리어(29A) 및 제1 선 기어(29B)와는 다른 제3 부재가 되는 제2 선 기어(29C)는 출력축(23)에 제3 연결 부재(32), 아이들러 요소(28), 다단 변속 기구(26)(모두 다른 부재)를 통해 접속되어 있다. 또한, 캐리어(29A)(제1 부재)는 입력축(22)에 직접 접속해도 된다. 제1 선 기어(29B)(제2 부재)는 제1 배리에이터(33)에 직접 접속해도 된다. 제2 선 기어(29C)(제3 부재)는 출력축(23)에 직접 접속해도 된다.
여기서, 캐리어(29A)에는, 캐리어(29A)의 회전 중심축 S를 중심으로 공전하면서 제1 선 기어(29B)와 제2 선 기어(29C)와 회전하면서 동력 전달을 행하는 플래닛 기어(29D)(플래닛 부재) 및 카운터 기어가 되는 밸런스 기어(29E)(밸런스 부재)가 지지되어 있다. 그리고, 유성 기어 기구(29)는 엔진(9)으로부터 유성 기어 기구(29)의 캐리어(29A)(제1 부재)로 전달된 토크를 제1 선 기어(29B)(제2 부재)와 제2 선 기어(29C)(제3 부재)에 분배한다. 유성 기어 기구(29)는 캐리어(29A)와 제1 선 기어(29B)와 제2 선 기어(29C) 사이에서 2 자유도의 회전 운동을 한다. 제2 배리에이터(34)는 제1 배리에이터(33)로부터 전달된 동력을 부하(출력축(23)) 또는 동력원(입력축(22))에 전달하거나, 또는 부하(출력축(23)) 또는 동력원(입력축(22))으로부터 전달된 동력을 제1 배리에이터(33)에 전달한다. 그리고, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)의 회전 속도를 변경함으로써, 입력축(22)의 회전 속도에 대한 출력축(23)의 회전 속도를 변경한다.
즉, 제1 실시 형태의 변속 장치(21)는 유성 기어 기구(29)에 의해 무단계로 변속을 행하고, 동력원(입력축(22))으로부터의 동력을 부하(출력축(23))에, 또는 부하(출력축(23))로부터의 동력을 동력원(입력축(22))에 전달한다. 이 경우, 변속 장치(21)는 입력축(22)과 출력축(23) 사이에 마련된 유성 기어 기구(29)와, 유성 기어 기구(29)에 접속된 제1 배리에이터(33)와, 제1 배리에이터(33)로부터 전달된 동력을 부하 또는 동력원에 전달하는 제2 배리에이터(34)를 구비하고 있다. 그리고, 유성 기어 기구(29)는 입력축(22)에 접속됨과 함께 플래닛 기어(29D) 및 밸런스 기어(29E)가 지지된 캐리어(29A)와, 제1 배리에이터(33)에 접속된 제1 선 기어(29B)와, 아이들러 요소(28) 및 다단 변속 기구(26)를 통해 출력축(23)에 접속된 제2 선 기어(29C)를 구비하고 있다. 또한, 변속 장치(21)는 내부 로크업과 외부 로크업(직결 기구(27)) 중 적어도 한쪽의 로크업을 구비하고 있다. 그리고, 변속 장치(21)는 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 동력 전달과 로크업에 의한 동력 전달의 전환을 행할 수 있다.
이 때문에, 전달 효율이 높은 변속 장치(21)를 제공할 수 있어, 작업 차량인 휠 로더(1)의 동력 손실을 저감시킬 수 있다. 이 경우, 유성 기어 기구(29)와 제1 배리에이터(33)와 제2 배리에이터(34)를 포함하여 구성되는 유성식 무단 변속 기구(24)의 증속의 변속 범위를 유효하게 사용할 수 있다. 이에 더하여, 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 동력 전달로부터 로크업에 의한 동력 전달로 전환할 때, 차량의 가감 속도의 변화를 적게 할 수 있다. 또한, 제1 배리에이터(33)의 회전 속도의 상한값과 발생(흡수) 가능 토크의 상한값이 한정되어 있는 경우에, 유성 기어 기구(29)의 기어비가 최적의 값이 되는 기어 배열을 제공할 수 있어, 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 회전 속도의 상한값과 발생(흡수) 가능 토크의 상한값이 한정되어 있는 염가이며 소형의 제1 배리에이터(33)를 사용하는 경우에도, 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 실시 형태에서는, 하역 작업기(7)를 동작시키지 않거나, 또는 하역 작업기(7)의 높은 조작성이 요구되고 있지 않은 조건에서는, 로크업 기구에 의한 동력 전달을 행한다. 이 때문에, 이 경우에는, 전달 효율이 높은 기어끼리의 맞물림에 의해 동력 전달(내부 로크업, 외부 로크업)을 행할 수 있다. 한편, 하역 작업기(7)를 동작시키고 있거나, 또는 하역 작업기(7)의 높은 조작성이 요구되고 있는 조건에서는, 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 동력 전달을 행한다. 이 때문에, 유성식 무단 변속 기구(24)를 동작시켜, 무단계 변속을 행할 수 있다. 또한, 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 동력 전달은, 기어끼리의 맞물림만으로 행해지는 동력 전달(내부 로크업, 외부 로크업)보다도 전달 효율이 낮아질 가능성이 있다. 그러나, 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 무단계 변속은, 토크 컨버터에 의한 무단계 변속보다도 전달 효율을 높게 할 수 있다. 이에 의해, 1개의 엔진(9)의 동력을 「차량을 주행시키기 위한 변속 장치(21)」와 「하역 작업기(7)를 움직이게 하기 위한 유압 펌프(10)」에 분배할 때, 변속 장치(21)의 변속에 의한 엔진(9)의 회전 속도의 변화를 완만하게 할 수 있다. 이 때문에, 하역 작업기(7)의 동작 속도가 급변하는 것을 억제할 수 있어, 하역 작업기(7)의 조작성을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 1개의 엔진(9)의 동력을 변속 장치(21)와 유압 펌프(10)에 분배했을 때, 분배에 의한 동력 손실을 저감시킬 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 컨트롤러(25)는 유성 기어 기구(29)의 제1 선 기어(29B)(제2 부재)의 회전을 정지하여, 내부 로크업의 상태를 실현한다. 즉, 컨트롤러(25)는 제1 선 기어(29B)의 회전을 정지하여, 캐리어(29A)와 제1 선 기어(29B)와 제2 선 기어(29C) 사이에서 2 자유도의 회전 운동을 하는 상태로부터, 1 자유도의 회전 운동을 하는 상태로 변화시킨다. 이에 의해, 변속 장치(21)는 유성 기어 기구(29)가 1 자유도의 상태에서, 동력원으로부터 유성 기어 기구(29)로 전달된 동력을 부하에 전달한다. 이때, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)에 회전 속도를 0으로 하는 지령을 출력한다. 또는, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)에 접속되는 부재의 회전을 기계적인 결합에 의해 정지시키는 지령을 출력한다. 또는, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)로부터 제2 배리에이터(34)로 보내는 동력을 차단하는 지령을 출력한다. 이에 의해, 컨트롤러(25)는 제1 선 기어(29B)의 회전을 정지한다. 어느 경우에도, 유성 기어 기구(29)의 제1 선 기어(29B)의 회전을 정지함으로써, 내부 로크업을 실현할 수 있어, 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 변속 장치(21)는 제1 동력 전달 경로(유성식 무단 변속 기구(24))와 제2 동력 전달 경로(직결 기구(27))의 2개의 동력 전달 경로를 구비하고 있다. 즉, 유성 기어 기구(29)를 통하여 동력원으로부터 부하(출력축(23))로 동력을 전달하는 동력 전달 경로를 제1 동력 전달 경로로 한다. 이 경우에, 변속 장치(21)에는, 제1 동력 전달 경로와 병행하여 제2 동력 전달 경로가 마련되어 있다. 제2 동력 전달 경로는, 유성 기어 기구(29)를 통하지 않고 기어끼리의 맞물림에 의해 부하(출력축(23))에 동력을 전달하는 직결 기구(27)(외부 로크업 기구)이다. 제2 동력 전달 경로(직결 기구(27))는 체결과 해방을 전환하는 제1 클러치(27C)를 구비하고 있다. 컨트롤러(25)는 제1 클러치(27C)를 체결하여, 제2 동력 전달 경로(직결 기구(27))를 통하여 동력 전달을 행한다. 이에 의해, 예를 들어 내부 로크업만을 행하는 구성과 비교하여, 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 캐리어(29A)(제1 부재)의 회전 속도와 제2 선 기어(29C)(제3 부재)의 회전 속도가 동일할 때의 속도비를 동기 회전 속도비로 하고 있다. 또한, 제1 클러치(27C)를 체결함으로써 제2 동력 전달 경로(직결 기구(27))를 경유하여 동력 전달이 행해질 때의 제2 선 기어(29C)(제3 부재)의 회전 속도를 동력원의 회전 속도로 나눈 값을 로크업 회전 속도비로 하고 있다. 이 경우에, 로크업 회전 속도비는, 동기 회전 속도비보다도 크다. 이 때문에, 외부 로크업 기구인 제2 동력 전달 경로를 통하여 동력을 전달할 때, 증속할 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 제1 선 기어(29B)(제2 부재)와 제1 배리에이터(33) 사이에는, 제1 선 기어(29B)(제2 부재)와 제1 배리에이터(33) 사이의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제2 클러치(36)가 마련되어 있다. 그리고, 컨트롤러(25)는 작업 차량(휠 로더(1))이 정지하고 있을 때, 제2 클러치(36)를 해방함으로써, 제1 선 기어(29B)(제2 부재)와 제1 배리에이터(33) 사이의 동력 전달을 단절한다. 이에 의해, 휠 로더(1)의 차속이 0일 때, 제1 배리에이터(33)로의 동력 전달을 저지할 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 컨트롤러(25)는 제1 선 기어(29B)(제2 부재)를 정지시키기 위해, 제2 클러치(36)를 체결한다. 이 때문에, 내부 로크업 시, 제1 선 기어(29B)(제2 부재)의 회전을 정지할 수 있다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 제2 배리에이터(34)와 부하 또는 동력원 사이에는, 제2 배리에이터(34)와 부하 또는 동력원 사이의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제3 클러치(37)가 마련되어 있다. 그리고, 컨트롤러(25)는 제1 선 기어(29B)(제2 부재)가 정지하고 있을 때, 제3 클러치(37)를 해방한다. 이 때문에, 내부 로크업 시, 제2 배리에이터(34)로의 동력 전달을 저지할 수 있다. 또한, 내부 로크업 시에는, 제2 클러치(36)는 체결해야 하지만, 제3 클러치(37)는 해방, 체결 중 어느 쪽이라도 된다.
제1 실시 형태에 따르면, 컨트롤러(25)는 제1 클러치(27C)가 체결되어 있을 때, 제2 클러치(36)를 해방한다. 이 때문에, 외부 로크업 시, 제1 배리에이터(33)로의 동력 전달을 저지할 수 있다. 또한, 컨트롤러(25)는 제1 클러치(27C)가 체결되어 있을 때, 제3 클러치(37)를 해방한다. 이 때문에, 외부 로크업 시, 제2 배리에이터(34)로의 동력 전달을 저지할 수 있다. 또한, 외부 로크업 시에는, 제2 클러치(36)와 제3 클러치(37)는 해방, 체결 중 어느 쪽이라도 된다.
제1 실시 형태에 따르면, 변속 장치(21)는 제2 선 기어(29C)(제3 부재)와 출력축(23)(출력 부재) 사이에 다단 변속 기구(26)가 마련되어 있다. 다단 변속 기구(26)는 제1 출력 전달 경로(홀수 축(51))와 제2 출력 전달 경로(짝수 축(52))를 구비하고 있다. 이 경우, 제1 출력 전달 경로(홀수 축(51))는 제2 선 기어(29C)(제3 부재)와 출력축(23)(출력 부재) 사이에서, 기어 맞물림 횟수가 홀수 회이다. 제2 출력 전달 경로(짝수 축(52))는 제2 선 기어(29C)(제3 부재)와 출력축(23)(출력 부재) 사이에서, 기어 맞물림 횟수가 홀수 회와 짝수 회 양쪽이 있다. 구체적으로는, 제2 출력 전달 경로(짝수 축(52)) 중, 아이들러 기어(28B)로부터 짝수 단 기어(62), 제5 클러치(66), 제9 클러치(69), 카운터 기어(54), 후진 1속 기어(75)를 경유하여 출력축(53)에 전달하는 경로가, 짝수 회의 기어 맞물림 횟수이다. 다른 경로에 의한 제2 선 기어(29C)(제3 부재)와 출력축(23)(출력 부재)의 기어 맞물림 횟수는 홀수 회가 된다. 그리고, 제1 출력 전달 경로(홀수 축(51))는 제1 출력 전달 경로의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제1 출력 클러치(제4 클러치(58), 제6 클러치(59), 제8 클러치(60))를 구비하고 있다. 제2 출력 전달 경로(짝수 축(52))는 제2 출력 전달 경로의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제2 출력 클러치(제5 클러치(66), 제7 클러치(67), 제10 클러치(68), 제9 클러치(69))를 구비하고 있다. 컨트롤러(25)는 제1 출력 클러치(예를 들어, 제4 클러치(58), 제6 클러치(59))가 체결됨과 함께 제2 출력 클러치(예를 들어, 제5 클러치(66))가 해방된 정회전 모드(예를 들어, 1속 모드)와, 제1 출력 클러치(예를 들어, 제4 클러치(58))가 해방됨과 함께 제2 출력 클러치(예를 들어, 제5 클러치(66), 제9 클러치(69))가 체결된 역회전 모드(후진 모드)를 전환함으로써, 휠 로더(1)(차량)의 진행 방향을 반전시킨다. 이 때문에, 변속 장치(21)는 부하(출력축(23))의 회전 방향을 반전시킬 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 변속 장치(21)에는, 부변속 기구인 다단 변속 기구(26)가 마련되어 있다. 그리고, 제2 배리에이터(34)는 유성 기어 기구(29)와 다단 변속 기구(26) 사이에 마련된 아이들러 요소(구체적으로는, 회전 요소가 되는 아이들러 기어(28B))에 접속되어 있다. 또한, 도 20에 도시하는 제6 변형예와 같이, 제2 배리에이터(34)는 출력축(23)(출력 부재)에 접속해도 된다. 즉, 후술하는 도 30 내지 도 39에 도시하는 바와 같이, 제2 배리에이터(34)는 입력축(22)(입력 부재)과 구동원(엔진(9)) 사이에 마련된 회전 요소, 다단 변속 기구(26)를 구성하는 회전 요소, 다단 변속 기구(26)와 출력축(23)(출력 부재) 사이에 마련된 회전 요소, 출력축(23)(출력 부재), 또는 출력축(23)과 부하 사이에 마련된 회전 요소에 접속하는 구성으로 해도 된다.
다음으로, 도 21 내지 도 24는 제2 실시 형태를 도시하고 있다. 제2 실시 형태의 특징은, 유성 기어 기구를 캐리어와 선 기어와 링 기어에 의해 구성한 것에 있다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
제1 실시 형태에서는, 유성식 무단 변속 기구(24)의 유성 기어 기구(29)를 캐리어와 2개의 선 기어에 의해 구성한 경우를 예로 들어 설명하였다. 이에 반해, 제2 실시 형태에서는, 유성식 무단 변속 기구(24)의 유성 기어 기구(81)를 캐리어(81A)와, 선 기어(81B)와, 링 기어(81C)에 의해 구성하고 있다. 하기의 표 6은 유성 기어 기구(81)의 구성 요소(캐리어, 선 기어, 링 기어)의 조합을 나타내고 있다. 어느 경우에도, 동력 전달이 가능하다. 표 6 중의 「No 2-A」는, 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시킬 수 있어, 제1 배리에이터(33)의 최대 흡수 토크를 작게 할 수 있고, 또한 유성식 무단 변속 기구(24) 전체를 소형이며 경량으로 구성할 수 있는 면에서 가장 적합하다.
Figure pct00024
도 21 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태에서는, 유성 기어 기구(81)는 제1 부재에 대응하는 캐리어(81A)와, 제2 부재에 대응하는 선 기어(81B)와, 제3 부재에 대응하는 링 기어(81C)와, 플래닛 기어(81D)를 구비하고 있다. 또한, 선 기어(81B), 링 기어(81C), 플래닛 기어(81D)는, 기어(기어)의 맞물림에 의한 동력 전달이 아니어도 되고, 예를 들어, 롤러(외주면)의 마찰에 의한 동력 전달이어도 된다.
엔진(9)은 제2 연결 부재(31)를 통해 캐리어(81A)에 결합되어 있다. 선 기어(81B)는 제1 연결 부재(30)를 통해 제1 배리에이터(33)에 접속되어 있다. 링 기어(81C)는 제3 연결 부재(32)를 통해 아이들러 요소(28)(아이들러 기어(28B))에 접속되어 있다. 선 기어(81B)는 플래닛 기어(81D)와 맞물려 있다. 또한, 플래닛 기어(81D)는, 링 기어(81C)와 맞물려 있다. 플래닛 기어(81D)의 자전축 Sp(도 23)는 캐리어(81A)에 지지되어 있다. 이 때문에, 플래닛 기어(81D)는, 유성 기어 기구(81)의 중심축 S(도 23)를 중심으로 공전하면서 자전한다.
다음으로, 캐리어(81A)와 선 기어(81B)와 링 기어(81C)에 의해 구성되는 유성 기어 기구(81)의 동작을 설명한다. 이하는, 표 6의 「No 2-A」, 「No 2-B」, 「No 2-C」, 「No 2-D」, 「No 2-F」의 모든 조건에서 성립된다.
먼저, 유성 기어 기구(81)의 3개의 부재(캐리어(81A), 선 기어(81B), 링 기어(81C))의 토크의 분배에 대하여 설명한다. 도 23은 유성 기어 기구(81)를 동력원 측에서 본 단면도이다. 캐리어(81A), 선 기어(81B) 및 링 기어(81C)는 동심으로 배치되어 있다. 즉, 캐리어(81A), 선 기어(81B) 및 링 기어(81C)의 중심축 S(회전 중심축)는 일치하고 있다. 플래닛 기어(81D)는, 선 기어(81B)의 외주와 링 기어(81C)의 내주에 접하도록 배치되어 있다. 플래닛 기어(81D)는, 선 기어(81B) 및 링 기어(81C)와 맞물린다. 캐리어(81A), 선 기어(81B) 및 링 기어(81C)는 각각의 기어의 맞물림이 성립되도록, 중심축 S를 중심으로 자전 가능하게, 또한 다른 방향으로 움직일 수 없도록, 유성식 무단 변속 기구(24)의 케이싱에 의해 지지되어 있다. 플래닛 기어(81D)는, 플래닛 기어(81D)의 중심축인 자전축 Sp를 중심으로 자전 가능하게, 또한 다른 방향으로 움직일 수 없도록, 캐리어(81A)에 의해 지지되어 있다. 플래닛 기어(81D)는, 캐리어(81A)의 중심축 S를 중심으로 공전하면서 플래닛 기어(81D)의 중심축 Sp를 중심으로 자전한다.
유성 기어 기구(81)의 제약 조건은, 도 23에 도시하는 바와 같이, 선 기어(81B)와 링 기어(81C)와 플래닛 기어(81D)가 맞물릴 필요가 있다는 것이다. 또한, 기어의 강도를 확보하기 위해서는, 플래닛 기어(81D)의 직경을 크게 할 필요가 있다. 즉, 유성 기어 기구(81)의 제약 조건은, 선 기어(81B)의 맞물림 반경 rs는, 링 기어(81C)의 맞물림 반경 rr보다 대폭으로 작아지는 것이다.
표 6의 「No 2-A」의 구성은, 캐리어(81A)가 엔진(9)(동력원)에 연결되는 제2 연결 부재(31)에 접속되어 있다. 이 때문에, 캐리어(81A)의 토크 Tc는, 엔진(9)이 발생시킬 수 있는 토크이다. 선 기어(81B)는 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)에 접속되어 있다. 이 때문에, 선 기어(81B)의 토크 Ts는, 제1 배리에이터(33)가 발생시킬 수 있는 토크이다. 링 기어(81C)는 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있다. 이 때문에, 링 기어(81C)의 토크 Tr은, 아이들러 기어(28B)로부터 받는 토크 반력이다.
표 6의 「No 2-B」의 구성은, 링 기어(81C)가 제2 연결 부재(31)에 접속되어 있다. 이 때문에, 링 기어(81C)의 토크 Tr은, 엔진(9)이 발생시킬 수 있는 토크이다. 캐리어(81A)는 제1 연결 부재(30)에 접속되어 있다. 이 때문에, 캐리어(81A)의 토크 Tc는, 제1 배리에이터(33)가 발생시킬 수 있는 토크이다. 선 기어(81B)는 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있다. 이 때문에, 선 기어(81B)의 토크 Ts는, 아이들러 기어(28B)로부터 받는 토크 반력이다.
표 6의 「No 2-C」의 구성은, 캐리어(81A)가 제2 연결 부재(31)에 접속되어 있고, 링 기어(81C)가 제1 연결 부재(30)에 접속되어 있고, 선 기어(81B)가 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있다. 표 6의 「No 2-D」의 구성은, 링 기어(81C)가 제2 연결 부재(31)에 접속되어 있고, 선 기어(81B)가 제1 연결 부재(30)에 접속되어 있고, 캐리어(81A)가 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있다. 표 6의 「No 2-E」의 구성은, 선 기어(81B)가 제2 연결 부재(31)에 접속되어 있고, 링 기어(81C)가 제1 연결 부재(30)에 접속되어 있고, 캐리어(81A)가 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있다. 표 6의 「No 2-F」의 구성은, 선 기어(81B)가 제2 연결 부재(31)에 접속되어 있고, 캐리어(81A)가 제1 연결 부재(30)에 접속되어 있고, 링 기어(81C)가 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있다.
다음으로, 선 기어(81B)의 토크 Ts, 링 기어(81C)의 토크 Tr 및 캐리어(81A)의 토크 Tc의 관계성을 설명한다. 선 기어(81B)와 링 기어(81C)는 플래닛 기어(81D)를 통해 맞물려 있다. 이 때문에, 선 기어(81B)와 플래닛 기어(81D)의 맞물림 접선력과, 플래닛 기어(81D)와 링 기어(81C)의 맞물림 접선력은 동등하다. 즉, 하기의 수 16 식 및 수 17 식이 얻어진다.
[수 16]
Figure pct00025
[수 17]
Figure pct00026
작용 반작용의 관계에 의해, 하기의 수 18 식이 얻어진다.
[수 18]
Figure pct00027
이들 수 16 식, 수 17 식, 수 18 식으로부터, 선 기어(81B)의 토크 Ts, 링 기어(81C)의 토크 Tr 및 캐리어(81A)의 토크 Tc는, 링 기어(81C)의 맞물림 반경 rr 및 선 기어(81B)의 맞물림 반경 rs로부터 계산할 수 있다. 링 기어(81C)의 맞물림 반경 rr 및 선 기어(81B)의 맞물림 반경 rs는, 각각의 기어의 맞물림 반경으로 결정되기 때문에, 유성식 무단 변속 기구(24)가 동력 전달하고 있는 동안에 변경할 수 없다. 이 때문에, 선 기어(81B)의 토크 Ts, 링 기어(81C)의 토크 Tr 및 캐리어(81A)의 토크 Tc의 비율은, 유성식 무단 변속 기구(24)가 동력 전달하고 있는 동안에는 불변이다.
컨트롤러(25)는, 이 법칙에 기초하여, 제1 배리에이터(33)를 제어하는 신호를 출력하여, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)(예를 들어, 선 기어(81B))의 토크를 제어한다. 즉, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)를 제어함으로써 제1 연결 부재(30)(예를 들어, 선 기어(81B))의 토크를 제어한다. 이에 의해, 컨트롤러(25)는 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)(예를 들어, 캐리어(81A))의 토크와 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)(예를 들어, 링 기어(81C))의 토크를 간접적으로 제어한다. 이 결과, 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)(예를 들어, 캐리어(81A))와 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)(예를 들어, 링 기어(81C)) 사이에서, 전달 토크를 제어할 수 있다.
다음으로, 선 기어(81B)의 자전 속도, 링 기어(81C)의 자전 속도 및 캐리어(81A)의 자전 속도의 관계성을 설명한다. 먼저, 선 기어(81B)와 링 기어(81C)는 플래닛 기어(81D)를 통해 맞물려 있다. 선 기어(81B)와 링 기어(81C)는 중심축 S를 중심으로 자전한다. 플래닛 기어(81D)는, 캐리어(81A)에 의해 자전 방향으로 자유롭게 회전하고, 또한 캐리어(29A)의 중심축 S에 대하여 공전 방향으로 구속되어 있다. 이들로부터, 회전 속도의 관계를 구하면, 하기의 수 19 식이 성립된다. 또한, 수 19 식 중의 「Kb」는, 수 20 식과 같다. 또한, 캐리어(81A)의 자전 속도를 「Vc」로 하고, 선 기어(81B)의 자전 속도를 「Vs」로 하고, 링 기어(81C)의 자전 속도를 「Vr」로 한다.
[수 19]
Figure pct00028
[수 20]
Figure pct00029
도 24는 유성 기어 기구(81)의 회전 속도의 관계를 나타내고 있다. 도 24 중의 속도 관계 선 Y2는, 수 19 식을 선도로 나타내고 있다. 캐리어(81A)의 자전 속도가 일정하다고 가정한다. 이 경우, 링 기어(81C)의 자전 속도를 높게 하면, 선 기어(81B)의 자전 속도가 낮아진다. 반대로, 링 기어(81C)의 자전 속도를 낮게 하면, 선 기어(81B)의 자전 속도가 높아진다. 컨트롤러(25)는, 이 법칙에 기초하여, 제1 배리에이터(33)를 제어하는 신호를 출력하여, 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)(예를 들어, 선 기어(81B))의 회전 속도를 제어한다. 즉, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)를 제어함으로써 제1 연결 부재(30)(예를 들어, 선 기어(81B))의 회전 속도를 제어한다. 이에 의해, 컨트롤러(25)는 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)(예를 들어, 캐리어(81A))의 회전 속도와 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)(예를 들어, 링 기어(81C))의 회전 속도를 간접적으로 제어한다. 이 결과, 엔진(9)에 연결되는 제2 연결 부재(31)(예를 들어, 캐리어(81A))와 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)(예를 들어, 링 기어(81C)) 사이에서, 변속비를 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 유성 기어 기구(81)는 선 기어(81B)와 링 기어(81C)와 플래닛 기어(81D)가 맞물릴 필요가 있다. 또한, 기어의 강도를 확보하기 위해, 플래닛 기어(81D)의 직경을 크게 할 필요가 있다. 그러나, 플래닛 기어(81D)의 직경을 크게 하면, 유성 기어 기구(81)가 대형화한다. 즉, 유성 기어 기구(81)의 구조적 제약은, 유성 기어 기구(81)를 소형으로 설계하려고 하면, 선 기어(81B)의 맞물림 반경 rs는 링 기어(81C)의 맞물림 반경 rr보다 대폭으로 작아지는 것이다. 이 때문에, 유성 기어 기구(81)는 Kb의 값을 0.3보다도 크게 하는 것이 어려워, 이상적인 Kb의 값보다도 너무 작아질 가능성이 있다.
이 구조적 제약으로부터, 유성 기어 기구(81)는 토크 Tc, Ts, Tr의 관계식(수 16 식, 수 17 식, 수 18 식) 및 자전 속도 Vs, Vr, Vc의 관계식(수 19 식, 수 20 식)으로부터, 제1 배리에이터(33)가 흡수할 수 있는 토크와 허용 가능한 최고 회전 속도에 따라, 선 기어(81B)의 맞물림 반경 rs와 링 기어(81C)의 맞물림 반경 rr을 조정한다. 이에 의해, 수 20 식의 Kb의 값을 이상적인 값으로 설정하여, 도 24에 나타내는 속도 관계 선 Y2의 기울기를 이상적인 값으로 함으로써, 제1 배리에이터(33)가 흡수할 수 있는 토크와 허용 가능한 최고 회전 속도 양쪽을 저감시킬 수 있도록 한다. 그러나, 이렇게 하면, Kb의 값이 너무 작아져서, 양립하는 것이 어렵다. 즉, 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태와 비교하여, 제1 배리에이터(33)가 흡수할 수 있는 토크와 허용 가능한 최고 회전 속도 양쪽이 최적화된 유성 기어 기구(81)의 배열을 제공하는 점에서 불리해질 가능성이 있다. 즉, 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태와 비교하여, 제1 배리에이터(33)가 고가가 되는 경향이 있고, 또한 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율이 저하될 가능성이 있다.
또한, 제1 배리에이터(33)의 크기 및 가격은, 흡수할 수 있는 토크의 크기에 비례한다. 이 때문에, 제1 배리에이터(33)의 흡수 토크는, 작은 편이 바람직하다. 제2 실시 형태(즉, 표 6의 No 2-A)에서 구체예를 들어 설명한다. 먼저, 수 20 식의 Kb의 값은, 작게 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 배리에이터(33)에 분배되는 토크는 작은 편이, 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 수 20 식의 Kb의 값을 작게 하는 것은 유성식 무단 변속 기구(24)에 있어서 바람직하다.
한편, 도 24에 나타내는 속도 관계 선 Y2로부터, Kb의 값을 작게 하면, 제1 배리에이터(33)의 회전 속도가 상승해 버린다. 이 때문에, Kb의 값은, 제1 배리에이터(33)의 허용 가능한 최고 회전 속도를 초과하지 않는 범위에서 작게 하는 것이 바람직하다. 선 기어와 링 기어와 캐리어로 구성되는 유성 기어 기구(81)는 유성 기어 기구(81)를 소형으로 설계하려고 하면, 선 기어(81B)의 맞물림 반경 rs는, 링 기어(81C)의 맞물림 반경 rr보다 대폭으로 작아지는 구조적 제약을 갖고 있다. 이 때문에, 유성 기어 기구(81)를 소형으로 설계하려고 하면, Kb의 값이 너무 작아진다. 이 결과, 제1 배리에이터(33)의 회전 속도가 높아져서, 제1 배리에이터(33)의 허용 가능한 최고 회전 속도를 초과할 가능성이 있다. 이 때문에, 고회전으로 운전 가능한 유성 기어 기구(81)가 필요하게 된다. 즉, 제1 배리에이터(33)는 고회전에 대응할 수 있는 고가의 것이 되고, 유성 기어 기구(81)는 대형의 것이 되며, 또한 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율이 저하될 가능성이 있다.
다음으로, 제1 실시 형태의 유성 기어 기구(29)와 제2 실시 형태의 유성 기어 기구(81)를 비교한다. 즉, 이들 2개의 유성 기어 기구(29, 81)는 각각 특징이 있고, 일률적으로 어느 쪽이 우수하다고는 단언할 수 없다. 즉, 제1 배리에이터(33)가 흡수할 수 있는 토크와 제1 배리에이터(33)의 허용 가능한 최고 회전 속도를 자유롭게 설정할 수 있는 경우에는, 구조적으로 간이한 유성 기어 기구(81)를 채용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 유성 기어 기구(81)의 선 기어(81B)의 맞물림 반경 rs와 링 기어(81C)의 맞물림 반경 rr의 구조적 제약(Kb의 값)에 맞추어, 제1 배리에이터(33)를 설계함으로써, 소형이며 염가의 제1 배리에이터(33)를 사용할 수 있다. 이 결과, 유성 기어 기구(81)를 간이하게 할 수 있고, 또한 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 제1 배리에이터(33)가 흡수할 수 있는 토크와 허용 가능한 최고 회전 속도를 자유롭게 설정할 수 없는 경우에는, 제1 실시 형태의 유성 기어 기구(29)를 채용하는 것이 바람직하다. 이 경우, Ka의 값을 이상적인 값으로 설정하여, 도 7에 나타내는 속도 관계 선 Y1의 기울기를 이상적인 값으로 함으로써, 제1 배리에이터(33)가 흡수할 수 있는 토크와 허용 가능한 최고 회전 속도를 모두 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 소형이며 염가의 제1 배리에이터(33)를 사용할 수 있고, 또한 유성식 무단 변속 기구(24)의 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 제2 실시 형태에 따른 유성식 무단 변속 기구(24)의 내부 로크업 변속비 In에 대하여 설명한다. 내부 로크업 동작 시에는, 전술한 수 19 식에 제1 배리에이터(33)에 연결되는 제1 연결 부재(30)의 회전 속도를 0으로 하여 대입함으로써, 내부 로크업 변속비 In을 계산할 수 있다. 예를 들어, 제2 실시 형태(표 6의 No 2-A)에서는, 수 19 식에, 제1 연결 부재(30)와 접속된 선 기어(81B)의 자전 속도 Vs를 0으로 하여 대입한다. 즉, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 21 식이 된다.
[수 21]
Figure pct00030
따라서,
Figure pct00031
도 25에 도시하는 제7 변형예(표 6의 No 2-B)에서는, 수 19 식을 변형함과 함께, 제1 연결 부재(30)에 접속된 캐리어(81A)의 자전 속도 Vc를 0으로 하여 대입한다. 즉, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 22 식이 된다.
[수 22]
Figure pct00032
따라서,
Figure pct00033
도 26에 도시하는 제8 변형예(표 6의 No 2-C)에서는, 수 19 식에, 제1 연결 부재(30)에 접속된 링 기어(81C)의 자전 속도 Vr을 0으로 하여 대입한다. 즉, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 23 식이 된다.
[수 23]
Figure pct00034
따라서,
Figure pct00035
도 27에 도시하는 제9 변형예(표 6의 No 2-D)에서는, 수 19 식에, 제1 연결 부재(30)에 접속된 선 기어(81B)의 자전 속도 Vs를 0으로 하여 대입한다. 즉, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 24 식이 된다.
[수 24]
Figure pct00036
따라서,
Figure pct00037
도 28에 도시하는 제10 변형예(표 6의 No 2-E)에서는, 수 19 식에, 제1 연결 부재(30)에 접속된 링 기어(81C)의 자전 속도 Vr을 0으로 하여 대입한다. 즉, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 25 식이 된다.
[수 25]
Figure pct00038
따라서,
Figure pct00039
도 29에 도시하는 제11 변형예(표 6의 No 2-F)에서는, 수 19 식을 변형하여, 제1 연결 부재(30)에 접속된 캐리어(81A)의 자전 속도 Vc를 0으로 하여 대입한다. 즉, 내부 로크업 변속비 In은, 다음 수 26 식이 된다.
[수 26]
Figure pct00040
따라서,
Figure pct00041
이와 같이, 제2 실시 형태에 따른 유성식 무단 변속 기구(24)의 내부 로크업 변속비 In은, 유성 기어 기구(81)의 기어 조합과, Kb에 의존한다.
이상과 같이, 제2 실시 형태에 따르면, 변속 장치(21)는 입력축(22)(입력 부재)과, 출력축(23)(출력 부재)과, 유성 기어 기구(81)(유성 기구)와, 제1 배리에이터(33)와, 제2 배리에이터(34)와, 컨트롤러(25)를 구비하고 있다. 그리고, 유성 기어 기구(81)는 캐리어(81A)와, 캐리어(81A)의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 선 기어(81B)(선 부재)와, 선 기어(81B)보다도 직경 방향 외측에 위치하여 캐리어(81A)의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 링 기어(81C)(링 부재)의 3개의 부재(회전 부재)를 포함하여 구성되어 있다.
이 경우, 예를 들어, 도 21 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 3개의 부재 중 하나인 제1 부재가 되는 캐리어(81A)는 입력축(22)에 제2 연결 부재(31)(다른 부재)를 통해 접속되어 있다. 캐리어(81A)와는 다른 제2 부재가 되는 선 기어(81B)는 제1 배리에이터(33)에 제1 연결 부재(30), 제2 클러치(36)(모두 다른 부재)를 통해 접속되어 있다. 캐리어(81A) 및 선 기어(81B)와는 다른 제3 부재가 되는 링 기어(81C)는 출력축(23)에 제3 연결 부재(32), 아이들러 요소(28), 다단 변속 기구(26)(모두 다른 부재)를 통해 접속되어 있다. 또한, 캐리어(81A)(제1 부재)는 입력축(22)에 직접 접속해도 된다. 선 기어(81B)(제2 부재)는 제1 배리에이터(33)에 직접 접속해도 된다. 링 기어(81C)(제3 부재)는 출력축(23)에 직접 접속해도 된다.
여기서, 캐리어(81A)에는, 캐리어(81A)의 회전 중심축 S를 중심으로 공전하면서 선 기어(81B)와 링 기어(81C)와 회전하면서 동력 전달을 행하는 플래닛 기어(81D)(플래닛 부재)가 지지되어 있다. 그리고, 유성 기어 기구(81)는 엔진(9)으로부터 유성 기어 기구(81)의 캐리어(81A)(제1 부재)로 전달된 토크를 선 기어(81B)(제2 부재)와 링 기어(81C)(제3 부재)에 분배한다. 유성 기어 기구(81)는 캐리어(81A)와 선 기어(81B)와 링 기어(81C) 사이에서 2 자유도의 회전 운동을 한다. 제2 배리에이터(34)는 제1 배리에이터(33)로부터 전달된 동력을 부하(출력축(23)) 또는 동력원(입력축(22))에 전달하거나, 또는 부하(출력축(23)) 또는 동력원(입력축(22))으로부터 전달된 동력을 제1 배리에이터(33)에 전달한다. 그리고, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)의 회전 속도를 변경함으로써, 입력축(22)의 회전 속도에 대한 출력축(23)의 회전 속도를 변경한다.
즉, 제2 실시 형태의 변속 장치(21)는 유성 기어 기구(81)에 의해 무단계로 변속을 행하고, 동력원(입력축(22))으로부터의 동력을 부하(출력축(23))에, 또는 부하(출력축(23))로부터의 동력을 동력원(입력축(22))에 전달한다. 이 경우, 변속 장치(21)는 입력축(22)과 출력축(23) 사이에 마련된 유성 기어 기구(81)와, 유성 기어 기구(81)에 접속된 제1 배리에이터(33)와, 제1 배리에이터(33)로부터 전달된 동력을 부하 또는 동력원에 전달하는 제2 배리에이터(34)를 구비하고 있다. 그리고, 유성 기어 기구(81)는 입력축(22)에 접속됨과 함께 플래닛 기어(81D)가 지지된 캐리어(29A)와, 제1 배리에이터(33)에 접속된 선 기어(81B)와, 아이들러 요소(28) 및 다단 변속 기구(26)를 통해 출력축(23)에 접속된 링 기어(81C)를 구비하고 있다. 또한, 변속 장치(21)는 내부 로크업과 외부 로크업(직결 기구(27)) 중 적어도 한쪽의 로크업을 구비하고 있다. 그리고, 변속 장치(21)는 유성식 무단 변속 기구(24)에 의한 동력 전달과 로크업에 의한 동력 전달의 전환을 행할 수 있다. 이 때문에, 제2 실시 형태도 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용·효과를 발휘할 수 있다.
제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 변속 장치(21)는 제1 동력 전달 경로(유성식 무단 변속 기구(24))와 제2 동력 전달 경로(직결 기구(27))의 2개의 동력 전달 경로를 구비하고 있다. 이에 의해, 예를 들어 내부 로크업만을 행하는 구성과 비교하여, 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 컨트롤러(25)는 유성 기어 기구(81)의 선 기어(81B)(제2 부재)의 회전을 정지하여, 내부 로크업의 상태를 실현한다. 이 경우, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)에 회전 속도를 0으로 하는 지령을 출력한다. 또는, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)에 접속되는 부재의 회전을 기계적인 결합에 의해 정지시키는 지령을 출력한다. 또는, 컨트롤러(25)는 제1 배리에이터(33)로부터 제2 배리에이터(34)로 보내는 동력을 차단하는 지령을 출력한다. 이에 의해, 컨트롤러(25)는 선 기어(81B)의 회전을 정지한다. 어느 경우에도, 유성 기어 기구(81)의 선 기어(81B)의 회전을 정지함으로써, 내부 로크업을 실현할 수 있어, 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 로크업 회전 속도비는, 동기 회전 속도비보다도 크다. 이 때문에, 외부 로크업 기구인 제2 동력 전달 경로(직결 기구(27))를 통하여 동력을 전달할 때, 증속할 수 있다.
제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 컨트롤러(25)는 차량이 정지하고 있을 때, 제2 클러치(36)를 해방한다. 이 때문에, 차속이 0일 때, 제1 배리에이터로의 동력 전달을 저지할 수 있다.
제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 컨트롤러(25)는 선 기어(81B)(제2 부재)를 정지시키기 위해, 제2 클러치(36)를 체결한다. 그리고, 제3 클러치(37)를 해방한다. 이 때문에, 내부 로크업 시, 제2 배리에이터(34)로의 동력 전달을 저지할 수 있다.
제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 컨트롤러(25)는 제1 클러치(27C)가 체결되어 있을 때, 제2 클러치(36)와 제3 클러치(37) 중 적어도 한쪽의 클러치를 해방한다. 이 때문에, 외부 로크업 시, 제1 배리에이터(33)와 제2 배리에이터(34) 중 적어도 한쪽의 배리에이터로의 동력 전달을 저지할 수 있다.
제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 변속 장치(21)는 링 기어(81C)(제3 부재)와 출력축(23)(출력 부재) 사이에, 부변속 기구가 되는 다단 변속 기구(26)가 마련되어 있다. 이 때문에, 변속 장치(21)는 부하(출력축(23))의 회전 방향을 반전시킬 수 있다.
제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제2 배리에이터(34)는 유성 기어 기구(81)와 다단 변속 기구(26) 사이에 마련된 아이들러 요소(28)(구체적으로는, 회전 요소가 되는 아이들러 기어(28B))에 접속되어 있다. 또한, 도 30 내지 도 39에 도시하는 바와 같이, 제2 배리에이터(34)는 입력축(22)(입력 부재)과 구동원(엔진(9)) 사이에 마련된 회전 요소, 다단 변속 기구(26)를 구성하는 회전 요소, 다단 변속 기구(26)와 출력축(23)(출력 부재) 사이에 마련된 회전 요소, 출력축(23)(출력 부재), 또는 출력축(23)과 부하 사이에 마련된 회전 요소에 접속하는 구성으로 해도 된다.
즉, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 제2 배리에이터(34)를 유성 기어 기구(29)보다도 출력축(23)(출력 부재) 측에 접속하는 구성, 즉, 제2 배리에이터(34)를 유성 기어 기구(29)와 출력축(23) 사이에 접속하는 구성으로 하고 있다. 이에 반해, 도 30은, 제12 변형예를 도시하고 있다. 제12 변형예에서는, 제2 배리에이터(34)는 입력축(22)에 마련된 직결 기구(27)의 인풋 기어(27A)에 접속되어 있다. 즉, 제2 배리에이터(34)는 유성 기어 기구(29)와 입력축(22)(입력 부재) 사이에 있다. 이와 같이, 제2 배리에이터(34)는 유성 기어 기구(29)보다도 엔진(9) 측(구동원 측)에 접속하는 구성으로 해도 된다. 또한, 도시는 생략하지만, 제2 배리에이터(34)를 직결 기구(27)의 로크업 기어(27B)에 접속해도 된다.
도 31은 제13 변형예를 도시하고 있다. 제13 변형예에서는, 제2 배리에이터(34)는 아이들러 요소(28)에 연결되는 제3 연결 부재(32)에 접속되어 있다. 도 32는 제14 변형예를 도시하고 있다. 제14 변형예에서는, 제2 배리에이터(34)는 다단 변속 기구(26)의 홀수 단 기어(55)에 접속되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 제2 배리에이터(34)를 다단 변속 기구(26)의 짝수 단 기어(62)에 접속해도 된다. 도 33은 제15 변형예를 도시하고 있다. 제15 변형예에서는, 제2 배리에이터(34)는 다단 변속 기구(26)의 전진 1속 기어(56)에 접속되어 있다. 도 34는 제16 변형예를 도시하고 있고, 제2 배리에이터(34)는 다단 변속 기구(26)의 전진 3속 기어(57)에 접속되어 있다. 도 35는 제17 변형예를 도시하고 있고, 제2 배리에이터(34)는 다단 변속 기구(26)의 전진 2속 기어(63)에 접속되어 있다. 도 36은 제18 변형예를 도시하고 있고, 제2 배리에이터(34)는 다단 변속 기구(26)의 전진 4속 기어(64)에 접속되어 있다. 도 37은 제19 변형예를 도시하고 있고, 제2 배리에이터(34)는 다단 변속 기구(26)의 후진 1속 기어(65)에 접속되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 제2 배리에이터(34)를 다단 변속 기구(26)의 카운터 기어(54)에 접속해도 된다.
도 38은 제20 변형예를 도시하고 있고, 제2 배리에이터(34)는 다단 변속 기구(26)의 출력축(53)(변속 장치(21)의 출력축(23))에 접속되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 제2 배리에이터(34)를 다단 변속 기구(26)에 1속 출력 기어(71), 2속 출력 기어(72), 3속 출력 기어(73), 4속 출력 기어(74) 또는 후진 1속 출력 기어(75)에 접속해도 된다. 도 39는 제21 변형예를 도시하고 있고, 제2 배리에이터(34)는 변속 장치(21)의 출력축(23)보다도 부하 측(프런트 액슬(12) 측, 리어 액슬(13) 측)에 접속되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 제2 배리에이터(34)를 프런트 액슬(12), 리어 액슬(13), 전방 프로펠러 샤프트(14) 또는 후방 프로펠러 샤프트(15)에 접속해도 된다. 이들의 변형예, 예를 들어 도 33 내지 도 39에 도시하는 제15 내지 제21 변형예에 따르면, 제2 배리에이터(34)를 아이들러 기어(28B)보다도 출력축(53) 측에 접속함으로써, 아이들러 요소(28)(아이들러 기어(28B)) 및 다단 변속 기구(26)를 소형으로 할 수 있다. 이에 의해, 변속 장치(21)를 염가로 제조할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 다단 변속 기구(26)를 구비한 변속 장치(21)를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지는 않고, 변속 장치(21)는 다단 변속 기구(26)를 생략해도 된다. 이 경우, 예를 들어, 제3 연결 부재(32)에 출력축(23)의 출력 기어를 나사 결합함으로써, 유성식 무단 변속 기구(24)의 유성 기어 기구(29)와 출력축(23)(출력 부재)을 접속할 수 있다. 또한, 이 경우에, 제2 배리에이터(34)는 유성 기어 기구(29)보다도 출력축(23) 측(출력 부재 측)에 접속해도 되고, 유성 기어 기구(29)보다도 입력축(22) 측(입력 부재 측)에 접속해도 된다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 외부 로크업 기구로서의 직결 기구(27)를 구비한 변속 장치(21)를 예로 들어 설명했지만, 직결 기구(27)를 생략해도 된다. 이러한 점들은, 제2 실시 형태 및 각 변형예에 대해서도 마찬가지이다.
제1 실시 형태에서는, 변속 장치(21)를 휠 로더(1)에 탑재한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지는 않고, 변속 장치(21)는, 예를 들어, 유압 셔블, 유압 크레인, 덤프 트럭, 포크리프트 등의 휠 로더 이외의 작업 차량(건설 기계)에 탑재해도 된다. 또한, 작업 차량에 한정되지는 않고, 자동차, 철도 차량 등의 각종 차량, 또는 각종 산업 기계, 일반 기계에 내장되는 변속 장치로서, 널리 적용할 수 있다. 이 점은, 제2 실시 형태 및 각 변형예에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 각 실시 형태 및 각 변형예는 예시이고, 다른 실시 형태 및 변형예에서 나타낸 구성이 부분적인 치환 또는 조합이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
1: 휠 로더(작업 차량)
21, 21A, 21B, 21C, 21D, 21E: 변속 장치
22: 입력축(입력 부재)
23, 23A, 23B: 출력축(출력 부재)
24: 유성식 무단 변속 기구(제1 동력 전달 경로)
25: 컨트롤러
26: 다단 변속 기구(부변속 기구, 제1 출력 전달 경로, 제2 출력 전달 경로)
27: 직결 기구(외부 로크업 기구, 제2 동력 전달 경로)
27C: 제1 클러치
28: 아이들러 요소
29: 유성 기어 기구(유성 기구)
29A: 캐리어(제1 부재, 제2 부재, 제3 부재)
29B: 제1 선 기어(제1 선 부재, 제1 부재, 제2 부재, 제3 부재)
29C: 제2 선 기어(제2 선 부재, 제1 부재, 제2 부재, 제3 부재)
33: 제1 배리에이터
34: 제2 배리에이터
36: 제2 클러치
51: 홀수 축(제1 출력 전달 경로)
52: 짝수 축(제2 출력 전달 경로)
58: 제4 클러치(제1 출력 클러치)
66: 제5 클러치(제2 출력 클러치)
69: 제9 클러치(제2 출력 클러치)
81: 유성 기어 기구(유성 기구)
81A: 캐리어(제1 부재, 제2 부재, 제3 부재)
81B: 선 기어(선 부재, 제1 부재, 제2 부재, 제3 부재)
81C: 링 기어(링 부재, 제1 부재, 제2 부재, 제3 부재)

Claims (9)

  1. 동력원에 연결되는 입력축과, 부하에 연결되는 출력축과, 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 마련된 유성 기구와, 상기 유성 기구에 접속된 제1 배리에이터와, 상기 제1 배리에이터와는 별도로 마련된 제2 배리에이터와, 상기 제1 배리에이터의 회전 속도를 변경하는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 유성 기구는, 캐리어와, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 제1 선 부재와, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 제2 선 부재의 3개의 부재를 포함하여 구성되어 있고,
    상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 하나인 제1 부재는, 상기 입력축에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고,
    상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 상기 제1 부재와는 다른 제2 부재는, 상기 제1 배리에이터에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고,
    상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재와는 다른 제3 부재는, 상기 출력축에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고,
    상기 유성 기구의 상기 캐리어에는, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 공전하면서 상기 제1 선 부재와 상기 제2 선 부재와 회전하면서 동력 전달을 행하는 플래닛 부재 및 밸런스 부재가 지지되어 있고,
    상기 유성 기구는, 상기 동력원으로부터 상기 유성 기구로 전달된 토크를 상기 제2 부재와 상기 제3 부재에 분배하고,
    상기 유성 기구는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재와 상기 제3 부재 사이에서 2 자유도의 회전 운동을 하고,
    상기 제2 배리에이터는, 상기 제1 배리에이터로부터 전달된 동력을 상기 부하 또는 상기 동력원에 전달하거나, 또는 상기 부하 또는 상기 동력원으로부터 전달된 동력을 상기 제1 배리에이터에 전달하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 배리에이터의 회전 속도를 변경함으로써, 상기 입력축의 회전 속도에 대한 상기 출력축의 회전 속도를 변경하는 것을 특징으로 하는 변속 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 유성 기구의 상기 제2 부재의 회전을 정지하여, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재와 상기 제3 부재 사이에서 2 자유도의 회전 운동을 하는 상태로부터 1 자유도의 회전 운동을 하는 상태로 변화시키고, 상기 1 자유도의 상태에서 상기 동력원으로부터 상기 유성 기구로 전달된 동력을 상기 부하에 전달하는 것을 특징으로 하는 변속 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유성 기구를 통하여 상기 동력원으로부터 상기 부하로 동력을 전달하는 동력 전달 경로를 제1 동력 전달 경로로 했을 경우에, 상기 제1 동력 전달 경로와 병행하여 마련되어 상기 유성 기구를 통하지 않고 기어끼리의 맞물림에 의해 상기 부하에 동력을 전달하는 제2 동력 전달 경로를 구비하고 있고,
    상기 제2 동력 전달 경로는, 체결과 해방을 전환하는 제1 클러치를 구비하고 있고,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 클러치를 체결하여, 상기 제2 동력 전달 경로를 통하여 동력 전달을 행하는 것을 특징으로 하는 변속 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부재와 상기 제1 배리에이터 사이에는, 상기 제2 부재와 상기 제1 배리에이터 사이의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제2 클러치가 마련되어 있고,
    상기 컨트롤러는, 차량이 정지하고 있을 때, 상기 제2 클러치를 해방함으로써 상기 제2 부재와 상기 제1 배리에이터 사이의 동력 전달을 단절하는 것을 특징으로 하는 변속 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 부재와 상기 출력축 사이에는, 이들 사이에서 기어의 맞물림 횟수가 홀수 회인 제1 출력 전달 경로와, 0회 또는 짝수 회인 제2 출력 전달 경로가 마련되어 있고,
    상기 제1 출력 전달 경로는, 상기 제1 출력 전달 경로의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제1 출력 클러치를 구비하고 있고,
    상기 제2 출력 전달 경로는, 상기 제2 출력 전달 경로의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제2 출력 클러치를 구비하고 있고,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 출력 클러치가 체결됨과 함께 상기 제2 출력 클러치가 해방된 정회전 모드와, 상기 제1 출력 클러치가 해방됨과 함께 상기 제2 출력 클러치가 체결된 역회전 모드를 전환함으로써, 차량의 진행 방향을 반전시키는 것을 특징으로 하는 변속 장치.
  6. 동력원에 연결되는 입력축과, 부하에 연결되는 출력축과, 상기 입력축과 상기 출력축 사이에 마련된 유성 기구와, 상기 유성 기구에 접속된 제1 배리에이터와, 상기 제1 배리에이터와는 별도로 마련된 제2 배리에이터와, 상기 제1 배리에이터의 회전 속도를 변경하는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 유성 기구는, 캐리어와, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 선 부재와, 상기 선 부재보다도 직경 방향 외측에 위치하여 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 하여 자전하는 링 부재의 3개의 부재를 포함하여 구성되어 있고,
    상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 하나인 제1 부재는, 상기 입력축에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고,
    상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 상기 제1 부재와는 다른 제2 부재는, 상기 제1 배리에이터에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고,
    상기 유성 기구의 상기 3개의 부재 중 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재와는 다른 제3 부재는, 상기 출력축에 직접 또는 다른 부재를 통해 접속되어 있고,
    상기 유성 기구의 상기 캐리어에는, 상기 캐리어의 회전 중심축을 중심으로 공전하면서 상기 선 부재와 상기 링 부재와 회전하면서 동력 전달을 행하는 플래닛 부재가 지지되어 있고,
    상기 유성 기구는, 상기 동력원으로부터 상기 유성 기구로 전달된 토크를 상기 제2 부재와 상기 제3 부재에 분배하고,
    상기 유성 기구는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재와 상기 제3 부재 사이에서 2 자유도의 회전 운동을 하고,
    상기 제2 배리에이터는, 상기 제1 배리에이터로부터 전달된 동력을 상기 부하 또는 상기 동력원에 전달하거나, 또는 상기 부하 또는 상기 동력원으로부터 전달된 동력을 상기 제1 배리에이터에 전달하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 배리에이터의 회전 속도를 변경함으로써, 상기 입력축의 회전 속도에 대한 상기 출력축의 회전 속도를 변경하고,
    또한,
    상기 유성 기구를 통하여 상기 동력원으로부터 상기 부하로 동력을 전달하는 동력 전달 경로를 제1 동력 전달 경로로 했을 경우에, 상기 제1 동력 전달 경로와 병행하여 마련되어 상기 유성 기구를 통하지 않고 기어끼리의 맞물림에 의해 상기 부하에 동력을 전달하는 제2 동력 전달 경로를 구비하고 있고,
    상기 제2 동력 전달 경로는, 체결과 해방을 전환하는 제1 클러치를 구비하고 있고,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 클러치를 체결하여, 상기 제2 동력 전달 경로를 통하여 동력 전달을 행하는 것을 특징으로 하는 변속 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 유성 기구의 상기 제2 부재의 회전을 정지하여, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재와 상기 제3 부재 사이에서 2 자유도의 회전 운동을 하는 상태로부터 1 자유도의 회전 운동을 하는 상태로 변화시키고, 상기 1 자유도의 상태에서 상기 동력원으로부터 상기 유성 기구로 전달된 동력을 상기 부하에 전달하는 것을 특징으로 하는 변속 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 부재와 상기 제1 배리에이터 사이에는, 상기 제2 부재와 상기 제1 배리에이터 사이의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제2 클러치가 마련되어 있고,
    상기 컨트롤러는, 차량이 정지하고 있을 때, 상기 제2 클러치를 해방하는 것을 특징으로 하는 변속 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제3 부재와 상기 출력축 사이에는, 이들 사이에서 기어의 맞물림 횟수가 홀수 회인 제1 출력 전달 경로와, 0회 또는 짝수 회인 제2 출력 전달 경로가 마련되어 있고,
    상기 제1 출력 전달 경로는, 상기 제1 출력 전달 경로의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제1 출력 클러치를 구비하고 있고,
    상기 제2 출력 전달 경로는, 상기 제2 출력 전달 경로의 동력의 전달과 해방을 전환하는 제2 출력 클러치를 구비하고 있고,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 출력 클러치가 체결됨과 함께 상기 제2 출력 클러치가 해방된 정회전 모드와, 상기 제1 출력 클러치가 해방됨과 함께 상기 제2 출력 클러치가 체결된 역회전 모드를 전환함으로써, 차량의 진행 방향을 반전시키는 것을 특징으로 하는 변속 장치.
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