本发明涉及可广泛应用于工业机械、车辆等各种工业领域的无级变速装置。 作为使用流体泵/马达的无级变速装置，一般采用所谓的液压传动装置（HST）。然而，这种装置虽然在无级变速性方面具有优越性，但是效率不一定高，速度范围也不能满足要求。因此，开发了流体机械式的无级变速装置（HMT）。在这种流体机械式无级变速装置中，同时采用了这样的HST和差动齿轮机构，动力的传递由HHST和差动齿轮机构共同分担，这样就能同时发挥上述HST的无级变速性和齿轮传动的高效率性。〔参考文献：油压工学（石原智男编，朝仓书房）、活塞泵马达的理论与实践（石原贞男，コロナ社）〕。也就是说，在这种无级变速装置的构成中具有差动机构，它带有第1、第2、第3输入输出端，并形成从第1输入输出端与第2输入输出端之间通过的低速机械式传动系统和从第1输入输出端与第3输入输出端之间通过的高速机械式传动系统，在此差动机构的第2输入输出端上连接着一方流体泵/马达的输入输出轴，同时在上述第3输入输出端上连接着另一方流体泵/马达的输入输出轴，流体传动机构通过这两个泵/马达构成可变速流体式传动系统，还具有使上述低速机械式传动系统的传动端与设在输入端或输出端的共同转动部分相连通或脱离的低速离合器、使上述高速机械式传动系统的传动端与上述共同转动部分相连通或脱离的高速离合器。相反地转换上述两个离合器，就能选择低速方式或高速方式中的任何一种。
然而，在这种无级变速装置中，一般在由输出转速/输入转速所表示的速度比小于上述两传动端地速度变得相同时的中间设定速度比的运转区域内，选择仅与上述低速离合器相连接的低速方式;当上述速度比增大并达到上述中间速度比时，连通高速离合器，同时使低速离合器脱离，从而转入高速方式运转。于是，在从高速方式向低速方式转换时，会产生相反的动作。
然而，在这种装置中，要停止使用效率低于机械式传动系统的流体式传动系统的机会极少，因此要进一步提高整个无级变速装置的效率是困难的。于是，对于这种装置来讲，由于在流体式传动系统回路之间经常会出现差压，所以也难以提高构成这种流体式传动系统的流体泵/马达及其附属机构的寿命。
本发明的目的在于解决上述问题。
本发明为了达到这种目的采用以下结构。在无级变速装置中，具有在输入输出端之间并列形成低速机械式传统系统和高速机械式传动系统的差动机构，在上述各机械式传动系统中分别连接着成对的流体泵/马达的各输入输出轴，流体传动机构通过这两个流体泵/马达构成变速流体式传动系统，还具有使上述低速机械式传动系统的传动端与设在输入端或输出端的共同转动部分相连通或脱离的低速离合器，使上述高速机械式传动系统的传动端与上述共同转动部分相连通或脱离的高速离合器。
在由输出转速/输入转速所表示的速度比小于上述低速离合器与高速离合器的转速差变为零时的中间设定速度比的运转区域内，选择仅与上述低速离合器相连接的低速方式;而在上述速度比大于上述中间设定速度比的运转区域内，则可选择仅与上述高速离合器相连接的高速方式。本发明的无级变速装置的特征是设置有能控制上述流体泵/马达的排出容积的控制机构。
当上述速度比接近上述中间设定速度比而达到一定值以上，或者上述低速离合器与高速离合器的转速差接近一定值以下时，控制上述流体泵/马达的排出容积，使上述两个离合器同步，从而转入这两个离合器共同连通的中间同步方式中。在此中间同步方式中，控制着上述流体泵/马达的排出容积，以使上述流体式传动系统回路之间的差压大致变为零。
在低速方式或高速方式的运转过程中，当速度比接近于中间设定速度比而达到一定值以上或者上述低速离合器与高速离合器的转速差接近一定值以下时，在使动力源的实际转速接近于目标转速的方向上，使变速比逐步变化的无级变速控制被中断，控制着流体泵/马达的排出容积，以使两个离合器同步。这两个离合器被强制地转入共同连通的中间同步方式中。于是，在此中间同步方式中，高低两回路之间的差压被控制到大致为零。因此，流体泵/马达内的泄漏损耗及随压力变化的转矩损耗减少，即这种流体式传动系统中的能量损耗显著减少，实际上，使得仅通过机械式传动系统来传递动力的方法变成可能。因此，在中间同步方式运行时，无级变速装置的传动效率可提高，同时，上述两个流体泵/马达几乎完全从负载中解脱出来。
下面参照附图来说明本发明的一实施例。如附图所示，本发明所涉及的无级变速装置具有差动机构4，它带有第1、第2、第3输入输出端1、2、3，并列形成从该第1输入输出端1与第2输入输出端2之间通过的低速机械式传动系统a和从第1输入输出端1与第3输入输出端3之间通过的高速机械式传动系统b，通过齿轮5、6使一方流体泵/马达7的输入输出轴7a与此差动机构4的第2输入输出端2连通，同时通过齿轮9、11使另一方流体泵/马达8的输入输出轴8a与上述第3输入输出端3相连通，流体传动机构12通过这两个泵/马达7、8构成可变速流体式传动系统A、B，还具有使上述低速机械式传动系统a的传动端与作为共同转动部分的中心凸起部分13相连通或者脱离的低速离合器14、使上述高速机械式传动系统b的传动端与上述中心凸起部分13相连通或脱离的高速离合器15。通过齿轮16、17使中心凸起部分13与输出轴（输出端）18相连通。
差动机构4为行星齿轮机构。它是在圆周方向上等距离设置的多个行星齿轮21的内侧安装上恒星齿轮22，同时，使内啮合齿轮23与行星齿轮21的外侧啮合。这样，把作为上述各行星齿轮21轴承的齿轮止动器24的中心当作上述第1输入输出端1，在此输入输出端处，安装着与动力源19相连接的输入轴（输入端）25。并且，把上述恒星齿轮22的支承轴22a的前端作为上述第2输入输出端2，把上述齿轮5固定在此输入输出端2上。并且，把上述内啮合齿轮23的凸起部分23a的前端作为上述第3输入输出端3，把上述齿轮9安装在此输入输出端3上。于是，上述低速机械式传动系统a由上述行星齿轮21、恒星齿轮22、齿轮5、齿轮6、下述的前进用离合器26、齿轮28以及齿轮29组成。最后的齿轮29的凸起部分29a起着该机械式传动系统a的传动端的作用。另一方面，上述高速机械式传动系统b由上述行星齿轮21和内啮合齿轮23组成。上述内啮合齿轮23的凸起部分23a起着该机械式传动系统b的传动端的作用。
此外，上述流体传动机械12是通过与一般HST相同的液压回路31将可变容量型流体泵/马达7和可变容量型流体泵/马达8串接起来组成的。通过齿轮6，5将上述流体泵/马达7的输入输出轴7a连接在上述恒星齿轮22的支承轴22a上。同时，通过齿轮11、9将上述流体泵/马达8的输入输出轴8a连接在上述内啮合齿轮23上。32为连接在上述液压回路31上的增压泵。而且，在上述差动机构4的第2输入输出端2与上述一方流体泵/马达7之间，安装着输出方向转换机构33。输出方向转换机构33的构成如下所述。通过前进用离合器26将齿轮6连接在一方流体泵/马达7的输入输出轴7a上，同时，在上述齿轮6与固定部件34之间安置有单向超越离合器35。例如，单向超越离合器35使得由固定部件34支撑着的棘爪37与棘轮36相啮合。在前进时，使齿轮6的转动不受限制;而在后退时，防止齿轮6在另一方向上的转动，从而可限制差动机构4的第2输出端2转动。
并且，上述各离合器14、15、26可以使湿式或干式多片离合器，并可使用所谓的同步配合式动力断续机构。然而，通过传动机构可以对这些离合器14、15、26进行断续操作。
而且，通过作为控制机构的计算机51，可以控制这些传动机构41、42、43和用以改变上述液压泵/马达7、8的排出容积的传动机构44、45。
计算机51由具有中央运算处理装置52、各种存储器53、接口54的一般微型计算机系统构成。然而，检测输出转速用的转速传感器55的输出信号P、检测输入转速用的转速传感器56的输出信号q，在选择低速方式时形成高压的液压回路31的回路部分31a上的压力传感器57的输出信号r、在选择高速方式时形成高压的回路部分31b上的压力传感器58的输出信号S、以及与控制动力源19输出转矩用的轮轴操作量相对应的信号t分别被输入上述接口54中。并且，从这个接口54可输出使低速离合器14的传动机构41动作的信号U、使高速离合器15的传动机构42动作的信号V、使前进用离合器26的传动机构43动作的信号W以及使调节液压泵/马达7、8的排出容积的传动机构44、45动作的信号x、y。
而且，为了实施本发明，在该计算机51的存储器53中存储图3中简要标明的程序。
下面说明车辆前进时（前进离合器26处于接通状态）无级变速装置的动作情况。在由输出转速/输入转速所表示的速度比小于中间设定速度比em的运转区域内，选择仅与低速离合器14相连接的低速方式（参照图3的步骤101）。具体来讲，上述速度比是根据转速传感器55所检测出的输出转速和转速传感器56所检测出的输入转速，而逐次运算获得的。中间设定速度比em与上述低速机械式传动系统a的传动端和高速机械式传动系统b的传动端的速度变得相等时的速度比相对应。在此低速方式中，输入端与输出端是通过上述差动机构4的第1输入输出端1和第2输入输出端2之间的低速机械式传动系统a相互连接的。一部分输入动力通过此机械式传动系统a直接传递到输出轴18上，此时，上述一方流体泵/马达7作为马达发挥作用，而前述另一方流体泵/马达8则作为泵而发挥作用。即上述差动机构4的第3输入输出端3的转矩通过上述两个泵/马达7、8之间所形成的流体式传动系统A，传递到上述输出轴18上。然而，在此低速方式运行时，如图2所示，使上述另一泵/马达8的排出容积增大，此排出容积变得最大后，逐渐减少上述流体泵/马达7的排出容积，从而能增大与上述输入轴25的转动相对应的上述输出轴18的转速。并且，上述流体泵/马达7、8的排出容积的控制是通过将动作指令信号输出到传动机构44、45上，以使对应于轮轴操作量的目标转速与转速传感器56所检测到的原动机19的实际转速变得相等来实现的。而上述的目标转速对应于各轮轴操作量所确定的最佳能耗时的原动机19的转速，通过预先实验等确定之后，以图表方式存储在存储器53中。于是，各种运转状态下的目标转速都可以根据逐次输入的轮轴操作量所对应的信号t来选定。
在此低速方式运行时，当低速离合器14与高速离合器15之间的转速差小于一定值β时（图3步骤103），将转入中间同步方式，即当转入中间同步方式运行时，控制流体泵/马达7的排出容积，以使低速离合器14与高速离合器15同步，然后，不仅低速离合器14，而且高速离合器15也接通（图3步骤201），进行同步运转，使速度比变为中间设定速度比em。其后，立即控制上述流体泵/马达7的排出容积，使流体传动系统A、B的回路之间的差压，即上述两回路部分31a、31b之间的差压为零（图3步骤202）。于是，该控制使传动机构44动作（参看图2的P点），从而使得流体传动机构12的两回路部分31a、31b上的压力传感器57、58的检测值相同。
而且，在此中间同步方式运行时，由转速传感器56检测出的原动机19的实际转速与由轮轴操作量所确定的目标转速相比较，当其超过一定量α时（图3步骤204），低速离合器14脱离，转入高速方式运行（图3步骤304）。而当其实际转速比目标转速超出一定值α时，包含着两种状态，一种状态是操作者使轮轴操作量减少，因此，目标转速显著低于实际转速;另一种状态是尽管操作者使轮轴操作量大致保持一定，但为了减小输出端的负载，实际转速仍然上升。在这种情况下，由于可行的办法是增加对原动机本身的负载，所以结束中间同步方式的同步状态，而转入高速方式。此时，再使一个流体泵/马达7的排出容积增加一定数量，使得从低速机械式传动系统a向中心凸起部分13的传动转矩为零，然后使低速离合器14脱离。
另外，在此中间同步方式运行时，由转速传感器56检测出的原动机19的实际转速由轮轴操作量所确定的目标转速相比，低于一定值α（图3步骤203）时，使高速离合器15脱离，恢复低速方式运转（图3步骤104）。并且，实际转速低于目标转速一定值α时，包含着两种状态，一种状态是操作者尽管增加轮轴操作量，但原动机19的转速也不会上升到与此对应的数值;另一种状态是操作者使轮轴操作量大致保持一定，但为了增加输出端的负载，实际的转速将会下降。在这种情况下，由于必须减轻原动机19的负载，所以要解除中间同步方式的同步状态，而转入低速方式。于是，在此转换时，仅稍微减少一方流体泵/马达7的排出容积，由高速机械式传动系统b向中心凸起部分13的传动转矩变为零之后，使高速离合器15脱离。
当转入上述高速方式运行时，在上述差动机构4的第1输入输出端1与第3输入输出端3之间形成机械式传动系统b，输入的一部分动力通过此机械式传动系统b直接传递到输出轴18上。此时，上述的一方流体泵/马达7将作为泵发挥作用;而上述另一方流体泵/马达8将作为马达发挥作用。即上述差动机构4的第2输入输出端2的转矩将通过上述一方流体泵/马达7与上述另一方泵/马达8之间所形成的流体传动系统B，传递到上述输出轴18上。于是，在此高速方式运行时，如图2所示，使上述一方流体泵/马达7的排出容积逐渐增加，当此排出容积达到最大之后，由于另一方流体泵/马达8的排出容积逐渐减少，所以与上述输入轴25的转速对应的上述输出轴18的转速增大。于是，此时流体泵/马达7、8的排出容积的控制也是通过将动作指令信号输出到传动机构44、45上来实现的，以便使对应于轮轴操作量的目标转速与转速传感器56检测出的原动机19实际转速变得相等（图3步骤301）。
在此高速方式运行时，当低速离合器14与高速离合器15之间的转速差小于一定值β时（图3步骤303），按照与上述相同的步骤，转入中间同步方式。
然后，在此方式的情况下，当低速离合器14与高速离合器15之间的转速差小于一定值时，上述的一般无级变速控制被中断，被强制地转入低速离合器14与高速离合器15共同接通状态的中间同步方式。而且，一旦中间同步方式被设定，只要动力源19的实际转速与目标转速之差不超过一定值，就不会向高速方式或低速方式转换。因此，即使在中间设定速度比em的附近，较长时间地使用，也能防止低速离合器14和高速离合器15的频繁转换。因此，自然能够使上述离合器14、15和使此离合器14、15发生动作的传动机构41、42等的寿命延长。
而且，在中间同步方式运行时，控制着流体泵/马达7的排出容积，使回路部分31a与回路部分31b之间的差压大致为零，从而使流体式传动系统A、B的动力传动比率为零，仅通过机械式传动系统a、b就可传递动力。近年来，构成流体传动系统A、B的流体泵/马达7、8的效率有所提高，由于比机械式传动要差，所以若能确保使流体式传动系统A、B的动力传动比率为零的运行区域，则可提高系统效率。即如上所述，若控制能使回路之间的差压大致为零，则流体泵/马达7、8内部的泄漏损耗将显著减少，并且与压力相关的转矩损耗也会变少。因此，流体式传动系统A、B中的能量损耗减少，无级变速装置的传动效率会显著提高。于是，动力源19的实际转速即使与上述目标转速有一些差异，但就整体系统而言，可以提高效率，并能节省燃料。此外，若在运转中能使流体式传动系统回路之间的差压大致为零的机会增加，则也可提高流体泵/马达7、8及其附属机构的耐久性。
图4示出加速或减速时本实施例的方式转换情况。与图5所示的从前的方式转换情况相比，具有明显的差别。
而且，差动机构不仅限于上述的行星齿轮式差动机构。
并且，流体传动机构的组成也不仅限于上述的实施例，例如也也可以采用一方流体泵/马达为固定容量型等各种变形结构。
在上述实施例中，说明了在输入端设有差动机构的输入分配方式的情况。本发明对输出分配方式的结构也同样适用。
如上所述，由于本发明在低速方式和高速方式的转换区域附近，被强制地转入中间同步方式运行，使流体式传动系统回路之间的差压大致为零，所以能够有效地增加使流体式传动系统实际停止工作而仅通过机械式传动系统进行动力传递的机会，能够显著地提高整个装置的效率。于是，若采用这种装置，在中间同步方式运行时，由于流体泵/马达变成了无负载状态，所以也能获得提高该流体泵/马达及其附属机构的耐久性的效果。
附图简单说明如下。
图1～图4示出本发明的一个实施例，图1为系统说明图，图2为流体泵/马达控制情况的说明图，图3为简要表示控制内容的流程图，图4为方式转换情况的说明图。图5为表示以前方式转换情况的与图4相当的说明图。
4：差动机构，
7：一方流体泵/马达，
8;另一方流体泵/马达，
12：流体传动机构，
13：共同转动部分（中央凸起部分），
14：低速离合器，
15：高速离合器，
5
1：控制机构（计算机），
a、b：机械式传动系统，
A、B：流体式传动系统。