WO2020195327A1 - トランスミッション及び作業車両 - Google Patents

Abstract

第１遊星歯車機構の第１キャリアは、入力軸に連結される。第２遊星歯車機構の第２サンギアは、第１キャリアに連結される。第２遊星歯車機構の第２リングギアは、第１遊星歯車機構の第１リングギアに連結される。第１可変装置は、入力軸に対する出力軸の速度比を無段変速させる。第１可変装置は、第１リングギア及び第２リングギアに接続される。

Description

トランスミッション及び作業車両

　本開示は、トランスミッション及び作業車両に関する。

　ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）などの無段変速可能なトランスミッションが、従来、知られている。例えば、特許文献１のトランスミッションは、第１遊星歯車機構と、第２遊星歯車機構と、第１ポンプ／モータと、第２ポンプ／モータとを備えている。

　トランスミッションの入力軸は、ＦＲ切換機構を介して、第１遊星歯車機構のサンギアに接続されている。第１遊星歯車機構のリングギアは、クラッチを介して、第２遊星歯車機構のキャリアに接続されている。第２遊星歯車機構のリングギアは、出力軸に接続されている。第１ポンプ／モータは、第１遊星歯車機構のキャリアに接続されている。第２ポンプ／モータは、第１遊星歯車機構のリングギアに接続されている。

特開２００６－３２９２４４号

　特許文献１のトランスミッションでは、第１遊星歯車機構のリングギアはクラッチに接続されている。リングギアは他のギアと比べて外径が大きい。そのため、クラッチが大型化することで、トランスミッションが大型化してしまう。また、第１遊星歯車機構のリングギアと第２遊星歯車機構のリングギアとは、それぞれ外歯式の出力ギアを有している。そのため、トランスミッションがさらに大型化してしまう。

　本開示の目的は、可変装置によって無段変速可能なトランスミッションを小型化することにある。

　一態様に係るトランスミッションは、入力軸と、出力軸と、第１遊星歯車機構と、第２遊星歯車機構と、第１可変装置とを備える。第１遊星歯車機構は、第１キャリアと、第１プラネタリギアと、第１サンギアと、第１リングギアとを含む。第１キャリアは、入力軸に連結される。第１プラネタリギアは、第１キャリアに連結される。第１サンギアは、第１プラネタリギアに接続される。第１リングギアは、第１プラネタリギアに接続される。

　第２遊星歯車機構は、第２サンギアと、第２プラネタリギアと、第２リングギアとを含む。第２サンギアは、第１キャリアに連結される。第２プラネタリギアは、第２サンギアに接続される。第２リングギアは、第２プラネタリギアに接続される。第２リングギアは、第１リングギアに連結される。第１可変装置は、入力軸に対する出力軸の速度比を無段変速させる。第１可変装置は、第１リングギア及び第２リングギアに接続される。

　他の態様に係る作業車両は、上述したトランスミッションを備える。

　本開示に係るトランスミッションでは、第２リングギアは、第１リングギアに連結される。そのため、第１リングギアに連結される大型のクラッチが不要である。また、第１リングギアと第２リングギアとの両方に外歯式のギアを設ける必要が無い。そのため、トランスミッションを小型化することができる。

実施形態に係る作業車両の側面図である。 実施形態に係るトランスミッションのスケルトン図である。 トランスミッションの作動特性図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る作業車両１の側面図である。図１に示すように、作業車両１は、車体２と作業機３とを備えている。

　車体２は、前車体２ａと後車体２ｂとを含む。後車体２ｂは、前車体２ａに対して左右に旋回可能に接続されている。前車体２ａと後車体２ｂとには、油圧シリンダ１５が連結されている。油圧シリンダ１５が伸縮することで、前車体２ａが、後車体２ｂに対して、左右に旋回する。

　作業機３は、掘削等の作業に用いられる。作業機３は、前車体２ａに取り付けられている。作業機３は、ブーム１１と、バケット１２と、油圧シリンダ１３，１４とを含む。油圧シリンダ１３，１４が伸縮することによって、ブーム１１及びバケット１２が動作する。

　作業車両１は、エンジン２１と、トランスミッション２３と、走行装置２４とを備えている。エンジン２１は、例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関である。トランスミッション２３は、エンジン２１に接続される。トランスミッション２３は、変速比を無段階に変更可能である。

　走行装置２４は、作業車両１を走行させる。走行装置２４は、前輪２５と後輪２６とを含む。前輪２５は、前車体２ａに設けられる。後輪２６は、後車体２ｂに設けられる。前輪２５と後輪２６とは、図示しないアクスルを介して、トランスミッション２３に接続されている。

　作業車両１は、図示しない油圧ポンプを備える。油圧ポンプは、エンジン２１に接続される。油圧ポンプは、エンジン２１によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプから吐出された作動油は、上述した油圧シリンダ１３－１５に供給される。

　作業車両１は、コントローラ２７を含む。コントローラ２７は、例えばプロセッサとメモリとを含む。コントローラ２７は、エンジン２１及びトランスミッション２３を制御する。

　図２は、トランスミッション２３の構成を示すスケルトン図である。図２に示すように、トランスミッション２３は、入力軸３１と、出力軸３２と、第１遊星歯車機構３３と、第２遊星歯車機構３４と、第３遊星歯車機構３５と、第１可変装置３６と、第２可変装置３７とを含む。入力軸３１は、エンジン２１に接続されている。出力軸３２は、走行装置２４に接続されている。第１遊星歯車機構３３と、第２遊星歯車機構３４と、第３遊星歯車機構３５とは、同軸に配置されている。入力軸３１と出力軸３２とは、第１遊星歯車機構３３と第２遊星歯車機構３４と第３遊星歯車機構３５との中心軸Ｃ１から偏心して配置されている。

　第１遊星歯車機構３３は、第１キャリア４１と、複数の第１プラネタリギア４２と、第１サンギア４３と、第１リングギア４４とを含む。第１キャリア４１は、入力軸３１に接続されている。入力軸３１には、入力ギア４５が連結されている。第１キャリア４１は、外歯式のギア４６を含む。第１キャリア４１のギア４６は、入力ギア４５と噛み合っている。第１プラネタリギア４２は、第１キャリア４１に連結されている。第１プラネタリギア４２は、第１キャリア４１と共に、中心軸Ｃ１回りに回転可能である。第１サンギア４３は、第１プラネタリギア４２と噛み合っており、第１プラネタリギア４２に接続されている。第１リングギア４４は、第１プラネタリギア４２と噛み合っており、第１プラネタリギア４２に接続されている。

　第２遊星歯車機構３４は、第２サンギア５１と、複数の第２プラネタリギア５２と、第２キャリア５３と、第２リングギア５４とを含む。第２サンギア５１は、第１キャリア４１に連結されている。第２サンギア５１は、第１キャリア４１と共に、中心軸Ｃ１回りに回転可能である。第２プラネタリギア５２は、第２サンギア５１と噛み合っており、第２サンギア５１に接続されている。第２キャリア５３は、第２プラネタリギア５２に連結されている。第２キャリア５３は、第２プラネタリギア５２と共に中心軸Ｃ１回りに回転可能である。第２リングギア５４は、第２プラネタリギア５２と噛み合っており、第２プラネタリギア５２に接続されている。

　第２リングギア５４は、第１リングギア４４に連結されている。第１リングギア４４と第２リングギア５４とは一体的に形成されている。詳細には、トランスミッション２３は、リング部材４７を含む。リング部材４７は、一体化された第１リングギア４４と第２リングギア５４とを含む一部品である。リング部材４７の外周面は、外歯式のギア４８を含む。リング部材４７のギア４８は、第１可変装置３６に接続されている。

　第１可変装置３６は、油圧式のポンプ／モータである。第１可変装置３６の容量は、コントローラ２７によって制御される。コントローラ２７は、第１可変装置３６の回転速度を制御する。それにより、第１可変装置３６は、入力軸３１に対する出力軸３２の速度比を無段変速させる。第１可変装置３６の回転軸には、ギア４９が連結されている。第１可変装置３６のギア４９は、リング部材４７のギア４８と噛み合っている。

　第３遊星歯車機構３５は、第３キャリア６１と、複数の第３プラネタリギア６２と、第３サンギア６３と、第３リングギア６４を含む。第３キャリア６１は、第２キャリア５３に連結されている。第３キャリア６１は、第２キャリア５３と共に中心軸Ｃ１回りに回転可能である。第３キャリア６１は、第２キャリア５３と一体であってもよい。或いは、第３キャリア６１は、第２キャリア５３と別体であってもよい。第３プラネタリギア６２は、第３キャリア６１に連結されている。第３プラネタリギア６２は、第３キャリア６１と共に、中心軸Ｃ１回りに回転可能である。

　第３サンギア６３は、第３プラネタリギア６２と噛み合っており、第３プラネタリギア６２に接続されている。第３リングギア６４は、第３プラネタリギア６２と噛み合っており、第３プラネタリギア６２に接続されている。第３リングギア６４は、回転不能である。第３リングギア６４は、例えばトランスミッション２３のハウジングに固定されている。第３遊星歯車機構３５は、第２遊星歯車機構３４からの回転を増速して出力する。

　第２可変装置３７は、油圧式のポンプ／モータである。第２可変装置３７は、第１可変装置３６と図示しない油圧回路によって接続されている。第１可変装置３６がポンプとして機能して作動油を吐出するときには、第２可変装置３７は、モータとして機能して第１可変装置３６からの作動油によって駆動される。逆に、第２可変装置３７がポンプとして機能して作動油を吐出するときには、第１可変装置３６は、モータとして機能して第２可変装置３７からの作動油によって駆動される。

　第２可変装置３７の容量は、コントローラ２７によって制御される。コントローラ２７は、第２可変装置３７の回転速度を制御する。それにより、第２可変装置３７は、速度比を無段変速させる。第２可変装置３７は、第２遊星歯車機構３４と同軸に配置されている。中心軸Ｃ１の延びる方向において、第２遊星歯車機構３４と第３遊星歯車機構３５とは、第２可変装置３７と第１遊星歯車機構３３との間に配置されている。

　第２可変装置３７の回転軸には、シャフト５５が連結されている。シャフト５５は、第１サンギア４３に連結されている。シャフト５５は、第１サンギア４３と第２可変装置３７とを直接的に連結している。シャフト５５は、第１～第３遊星歯車機構３４－３５と同軸に配置されている。シャフト５５は、第２サンギア５１の開口と、第３サンギア６３の開口とを通っている。

　トランスミッション２３は、低速ギア６５と、高速ギア６６と、中速ギア６７と、低速クラッチ７１と、高速クラッチ７２と、中速クラッチ７３とを含む。低速ギア６５と、高速ギア６６と、中速ギア６７とは、第１～第３遊星歯車機構３４－３５と同軸に配置されている。低速ギア６５は、シャフト５５に連結されている。低速ギア６５は、シャフト５５と共に、中心軸Ｃ１回りに回転可能である。低速ギア６５は、低速クラッチ７１を介して、出力軸３２に接続されている。

　高速ギア６６は、高速クラッチ７２を介して、シャフト５５に接続されている。高速クラッチ７２が係合状態で、高速ギア６６は、シャフト５５と共に回転可能である。高速ギア６６は、出力軸３２に接続されている。中速ギア６７は、第３サンギア６３に連結されている。中速ギア６７は、第３サンギア６３と一体的に形成されている。ただし、中速ギア６７は、第３サンギア６３と別体であってもよい。中速ギア６７は、第３サンギア６３と共に中心軸Ｃ１回りに回転可能である。

　低速ギア６５と、高速ギア６６と、中速ギア６７とは、中心軸Ｃ１の延びる方向において、第３遊星歯車機構３５と第２可変装置３７との間に配置されている。低速クラッチ７１と、高速クラッチ７２と、中速クラッチ７３とは、中心軸Ｃ１の延びる方向において、第３遊星歯車機構３５と第２可変装置３７との間に配置されている。低速クラッチ７１と、高速クラッチ７２と、中速クラッチ７３とは、例えば油圧式のクラッチである。低速クラッチ７１と、高速クラッチ７２と、中速クラッチ７３とは、コントローラ２７によって制御される。

　低速クラッチ７１は、出力軸３２とシャフト５５との連結と解放とを切り換える。低速クラッチ７１が係合状態で、シャフト５５の回転が、低速ギア６５を介して、出力軸３２に伝達される。高速クラッチ７２は、出力軸３２とシャフト５５との連結と解放とを切り換える。高速クラッチ７２が係合状態で、シャフト５５の回転が、出力軸３２に伝達される。中速クラッチ７３は、出力軸３２と第３サンギア６３との連結と解放とを切り換える。中速クラッチ７３が係合状態で、第３サンギア６３の回転が、中速ギア６７を介して、出力軸３２に伝達される。

　なお、図２では、クラッチ７１－７３と出力軸３２との間の構成の一部が省略されている。クラッチ７１－７３と出力軸３２との間に、他のクラッチ、或いはギアが配置されてもよい。例えば、クラッチ７１－７３と出力軸３２との間に、前進ギアと後進ギアとが配置されてもよい。

　図３は、トランスミッション２３の作動特性図である。図３Ａは、車速に対する第１、第２可変装置３６，３７の回転速度を示す。図３Ａにおいて、破線は、第１可変装置３６の回転速度を示す。実線は、第２可変装置３７の回転速度を示す。図３Ｂは、車速に対する第１、第２可変装置３６，３７の容量を示す。図３Ｂにおいて、破線は、第１可変装置３６の容量を示す。実線は、第２可変装置３７の容量を示す。

　図３Ｃは、車速域ごとのクラッチ７１－７３の状態を示す。車速域は、低速域と中速域と高速域とを含む。低速域は、車速が０以上Ｖ１未満の範囲である。中速域は、車速がＶ１以上Ｖ２未満の範囲である。高速域は、車速がＶ２以上Ｖ３未満の範囲である。図３Ｃにおいて、「ＯＮ」は、クラッチ７１－７３が係合状態であることを示す。「ＯＦＦ」は、クラッチ７１－７３が解放状態であることを示す。

　図３Ｄは、車速に対するクラッチ７１－７３の相対速度を示す。図３Ｄにおいて、「Ｌｏｗ」は低速クラッチ７１の相対速度を示す。「Ｍｉｄ」は中速クラッチ７３の相対速度を示す。「Ｈｉｇｈ」は高速クラッチ７２の相対速度を示す。

　コントローラ２７は、車速に応じて、第１、第２可変装置３６，３７の容量と、クラッチ７１－７３の状態とを制御する。図３Ｄに示すように、車速が０であるときには、低速クラッチ７１の相対速度は０である。図３Ｃに示すように、コントローラ２７は、車速が０で、低速クラッチ７１を係合状態とする。また、コントローラ２７は、中速クラッチ７３及び高速クラッチ７２を解放状態とする。それにより、エンジン２１から入力軸３１に入力された駆動力は、第１キャリア４１、第１プラネタリギア４２、第１サンギア４３、シャフト５５、及び低速ギア６５を介して、出力軸３２に伝達される。

　コントローラ２７は、車速が低速域内であるときには、低速クラッチ７１を係合状態に維持する。図３Ｂに示すように、コントローラ２７は、車速に応じて、第１、第２可変装置３６，３７の容量を制御する。それにより、図３Ａに示すように、車速が低速域内であるときには、車速の増大に応じて、第１可変装置３６の回転速度は低下し、第２可変装置３７の回転速度は増大する。

　図３Ｄに示すように、車速がＶ１では、中速クラッチ７３の相対速度は０である。図３Ｃに示すように、コントローラ２７は、車速がＶ１に達すると、中速クラッチ７３を係合状態とする。また、コントローラ２７は、低速クラッチ７１及び高速クラッチ７２を解放状態とする。それにより、エンジン２１から入力軸３１に入力された駆動力は、第１キャリア４１、第２サンギア５１、第２キャリア５３、第３キャリア６１、第３プラネタリギア６２、第３サンギア６３、及び中速ギア６７を介して、出力軸３２に伝達される。

　コントローラ２７は、車速が中速域内であるときには、中速クラッチ７３を係合状態に維持する。図３Ｂに示すように、コントローラ２７は、車速に応じて、第１、第２可変装置３６，３７の容量を制御する。それにより、図３Ａに示すように、車速が中速域内であるときには、車速の増大に応じて、第１可変装置３６の回転速度は増大し、第２可変装置３７の回転速度は低下する。

　図３Ｄに示すように、車速がＶ２であるときには、高速クラッチ７２の相対速度は０である。図３Ｃに示すように、コントローラ２７は、車速がＶ２で、高速クラッチ７２を係合状態とする。また、コントローラ２７は、低速クラッチ７１及び中速クラッチ７３を解放状態とする。それにより、エンジン２１から入力軸３１に入力された駆動力は、第１キャリア４１、第１プラネタリギア４２、第１サンギア４３、シャフト５５、及び高速ギア６６を介して、出力軸３２に伝達される。

　コントローラ２７は、車速が高速域内であるときには、高速クラッチ７２を係合状態に維持する。図３Ｂに示すように、コントローラ２７は、車速に応じて、第１、第２可変装置３６，３７の容量を制御する。それにより、図３Ａに示すように、車速が高速域内であるときには、車速の増大に応じて、第１可変装置３６の回転速度は低下し、第２可変装置３７の回転速度は増大する。

　以上説明した本実施形態に係るトランスミッション２３では、第２リングギア５４は、第１リングギア４４に連結される。そのため、第１リングギア４４、又は第２リングギア５４に連結される大型のクラッチが不要である。また、第１リングギア４４及び第２リングギア５４に設けられる外歯式のギアを減らすことができる。それにより、トランスミッション２３を小型化することができる。

　図３Ａに示すように、第１、第２可変装置３６，３７の回転方向は、全速度範囲で同じである。そのため、第１、第２可変装置３６，３７としてシンプルな構造のポンプを採用することができる。それにより、トランスミッション２３を小型化することができる。

　入力軸３１は、第１遊星歯車機構３３の第１キャリア４１に連結されている。第１遊星歯車機構３３の第１リングギア４４は、外歯式のギア４８を介して第１可変装置３６と接続されている。また、第１遊星歯車機構３３の第１サンギア４３は、第２可変装置３７に直接的に連結されている。それにより、第１、第２可変装置３６，３７の使用回転域に適したトランスミッション２３の入力分割のための機構を簡易且つコンパクトに構成することができる。

　第２遊星歯車機構３４の第２キャリア５３は、第３遊星歯車機構３５の第３キャリア６１に連結されている。第３遊星歯車機構３５の第３サンギア６３は、中速ギア６７に一体化されている。また、第３遊星歯車機構３５は、第１遊星歯車機構３３及び第２遊星歯車機構３４と同軸に配置される。それにより、トランスミッション２３を小型化することができる。

　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。作業車両１は、ホイールローダに限らず、ブルドーザ、或いは油圧ショベルなどの他の車両であってもよい。

　トランスミッション２３の構成は変更されてもよい。例えば、第１遊星歯車機構３３の回転要素と第２遊星歯車機構３４の回転要素との接続関係が変更されてもよい。第２遊星歯車機構３４の回転要素と第３遊星歯車機構３５の回転要素との接続関係が変更されてもよい。第２リングギア５４は、第１リングギア４４と別体であってもよい。

　第１可変装置３６、及び／又は、第２可変装置３７の配置が変更されてもよい。第１可変装置３６、及び／又は、第２可変装置３７は、油圧式のポンプ／モータに限らず、電気式のジェネレータ／モータなどの他の装置であってもよい。

　低速クラッチ７１、及び／又は、中速クラッチ７３、及び／又は、高速クラッチ７２の配置が変更されてもよい。低速クラッチ７１と中速クラッチ７３と高速クラッチ７２との一部が省略されてもよい。

　本開示によれば、可変装置によって無段変速可能なトランスミッションを小型化することができる。

３１　　入力軸
３２　　出力軸
３３　　第１遊星歯車機構
３４　　第２遊星歯車機構
３５　　第３遊星歯車機構
３６　　第１可変装置
３７　　第２可変装置
４１　　第１キャリア
４２　　第１プラネタリギア
４３　　第１サンギア
４７　　リング部材
５１　　第２サンギア
５２　　第２プラネタリギア
５３　　第２キャリア
５４　　第２リングギア
５５　　シャフト
６１　　第３キャリア
６２　　第３プラネタリギア
６３　　第３サンギア
７１　　低速クラッチ
７２　　高速クラッチ
７３　　中速クラッチ
 

Claims (12)

1. 　入力軸と、
   　出力軸と、
   　前記入力軸に連結された第１キャリアと、前記第１キャリアに連結された第１プラネタリギアと、前記第１プラネタリギアに接続された第１サンギアと、前記第１プラネタリギアに接続された第１リングギアとを含む第１遊星歯車機構と、
   　前記第１キャリアに連結された第２サンギアと、前記第２サンギアに接続された第２プラネタリギアと、前記第２プラネタリギアに接続され前記第１リングギアに連結された第２リングギアとを含む第２遊星歯車機構と、
   　前記第１リングギア及び前記第２リングギアに接続され、前記入力軸に対する前記出力軸の速度比を無段変速させる第１可変装置と、
   を備えるトランスミッション。
2. 　前記速度比を無段変速させる第２可変装置と、
   　前記第１サンギアと前記第２可変装置とを直接的に連結するシャフトと、
   をさらに備える、
   請求項１に記載のトランスミッション。
3. 　前記第２可変装置は、前記第２遊星歯車機構と同軸に配置される、
   請求項２に記載のトランスミッション。
4. 　前記出力軸に接続された高速ギアと、
   　前記高速ギアと前記シャフトとの連結と解放とを切り換える高速クラッチと、
   をさらに備える、
   請求項２又は３に記載のトランスミッション。
5. 　前記シャフトに連結された低速ギアと、
   　前記出力軸と前記低速ギアとの連結と解放とを切り換える低速クラッチと、
   をさらに備える、
   請求項２から４のいずれかに記載のトランスミッション。
6. 　前記第２遊星歯車機構は、前記第２プラネタリギアに連結された第２キャリアをさらに含み、
   　前記第２キャリアに連結された第３キャリアと、前記第３キャリアに連結された第３プラネタリギアと、前記第３プラネタリギアに接続された第３サンギアとを含む第３遊星歯車機構をさらに備える、
   請求項１から５のいずれかに記載のトランスミッション。
7. 　前記第３遊星歯車機構は、前記第１遊星歯車機構、及び、前記第２遊星歯車機構と同軸に配置される、
   請求項６に記載のトランスミッション。
8. 　前記第３サンギアに連結された外歯式のギアをさらに備える、
   請求項６又は７に記載のトランスミッション。
9. 　前記出力軸と前記第３サンギアとの連結と解放とを切り換える中速クラッチをさらに備える、
   請求項６から８のいずれかに記載のトランスミッション。
10. 　前記第１リングギアと前記第２リングギアとは一体的に形成されている、
    請求項１から９のいずれかに記載のトランスミッション。
11. 　前記第１リングギアと前記第２リングギアとを含むリング部材をさらに備え、
    　前記リング部材の外周面は、前記第１可変装置に接続される外歯式のギアを含む、
    請求項１から１０のいずれかに記載のトランスミッション。
12. 　請求項１から１１のいずれかに記載のトランスミッションを備える作業車両。

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