JP2011220484A - 二段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量化を実現することができると共に、高速回転出力時における慣性負荷を小さくすることが可能である二段変速機を提供する。
【解決手段】モータ５の回転出力軸５ａに連結される入力軸１３と、出力軸１４と、入力軸１３に固定される太陽歯車２１と、太陽歯車２１を囲んで配置される環状歯車２２と、太陽歯車２１及び環状歯車２２の双方に噛み合う遊星歯車２３と、遊星歯車２３を回転自在に支持することで入力軸１３に付与されたモータ５からの回転出力を落として出力するキャリア２４を具備した遊星歯車機構２０を備え、遊星歯車機構２０の環状歯車２２を固定状態とし、環状歯車２２に対して回転するキャリア２４及び入力軸１３のいずれかを選択して出力軸１４に接続するクラッチ機構３０を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電気自動車に搭載されて、モータから入力する回転力を高速及び低速の二段階に切り換えて出力する二段変速機に関するものである。

従来、上記したような二段変速機としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。

この二段変速機は、モータに連結される入力軸と、駆動輪側に連結される出力軸と、入力軸及び出力軸の双方に連結する遊星歯車機構を備えている。
この遊星歯車機構は、入力軸に常時連結される太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に配置される環状歯車と、出力軸に常時連結されるキャリアと、このキャリアに回転自在に保持されて太陽歯車及び環状歯車の双方に噛み合う遊星歯車を具備している。

また、この二段変速機は、入力軸と遊星歯車機構の環状歯車とを締結解放する変速クラッチと、入力軸と一体で回転する摩擦要素と、変速クラッチによる入力軸と環状歯車との締結状態において摩擦要素の回転方向と同一方向への環状歯車の回転を許容し且つ変速クラッチによる入力軸と環状歯車との解放状態において摩擦要素の回転方向と逆方向への環状歯車の回転を阻止する２方向クラッチを備えている。

つまり、この二段変速機において、変速クラッチにより入力軸と環状歯車とを解放すると共に、摩擦要素及び２方向クラッチによって環状歯車の回転を阻止することで、遊星歯車機構を作動させて、入力軸の回転を低速にして出力軸に伝達し、一方、変速クラッチにより入力軸と環状歯車とを締結すると共に、摩擦要素及び２方向クラッチによって環状歯車の回転を許容することで、環状歯車と太陽歯車とを同一の回転数で回転させて、入力軸の回転を高速のまま出力軸に伝達するようになっている。

特開2005-30430号公報

ところが、上記した従来の二段変速機において、２方向クラッチに加えて、変速クラッチ及び摩擦要素といった重量の嵩む摩擦クラッチを２組必要としているので、小型軽量化が困難であるという問題を有していた。
また、入力軸の回転をそのまま出力軸に伝達する高速回転出力時には、遊星歯車機構を構成する歯車群全体が、特に、回転が許容された環状歯車が入出力軸と一緒に回転することから、慣性負荷が大きくなってしまうという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、小型軽量化を実現することができると共に、高速回転出力時における慣性負荷を小さくすることが可能である二段変速機を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、駆動源の回転出力軸に連結される入力軸と、出力軸と、前記入力軸に固定される太陽歯車と、この太陽歯車を囲んで配置される環状歯車と、前記太陽歯車及び環状歯車の双方に噛み合う遊星歯車と、この遊星歯車を回転自在に支持することで前記入力軸に付与された前記駆動源からの回転出力を落として出力するキャリアを具備した遊星歯車機構を備えた二段変速機において、前記遊星歯車機構の環状歯車を固定状態とし、この環状歯車に対して回転するキャリア及び前記入力軸のいずれかを選択して前記出力軸に接続するクラッチ機構を設けた構成としたことを特徴としており、この構成の二段変速機を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係る二段変速機において、前記クラッチ機構は、前記環状歯車に対して回転するキャリアに形成されて前記入力軸に嵌装する筒部と、このキャリアの筒部の内側で前記入力軸に回転自在で且つ軸方向に移動可能に嵌装されると共に、端部が前記出力軸に軸方向に移動可能で且つ回転不能に嵌合されたスリーブと、前記スリーブの入力軸に嵌装する部分に保持されたトルク伝達用ボールと、前記キャリアの筒部及び入力軸に互いに軸方向にずらせてそれぞれ形成されて、前記スリーブのトルク伝達用ボールと係合して各々の回転を前記スリーブに伝達する係合部と、前記スリーブに保持されたトルク伝達用ボールが前記キャリアの係合部と係合する位置と前記入力軸の係合部と係合する位置との間で該スリーブを移動させる駆動部を具備している構成としている。

本発明の請求項１に係る二段変速機では、クラッチ機構によって入力軸を出力軸に接続すると、入力軸に付与された駆動源からの回転出力が高速のまま出力軸に伝達され、一方、環状歯車に対して回転するキャリアをクラッチ機構によって出力軸に接続すると、駆動源からの回転出力が減速されて出力軸に伝達されることとなる。

このように、減速されていない高速回転出力と、減速された低速回転出力とを一つのクラッチ機構によって選択的に切り換えて出力軸に出力するようにしているので、重量の嵩む摩擦クラッチを複数組必要としない分だけ、小型軽量化が図られることとなる。
加えて、遊星歯車機構の環状歯車を固定状態としている、すなわち、遊星歯車機構を構成する歯車群のうちの環状歯車を固定状態としているので、環状歯車が回転しない分だけ、高速回転出力時における慣性負荷を小さく抑え得ることとなる。

また、本発明の請求項２に係る二段変速機において、クラッチ機構の駆動部によりスリーブを軸方向に移動させて、このスリーブに保持されたトルク伝達用ボールを入力軸の係合部に係合させると、入力軸に付与された駆動源からの回転出力がそのまま出力軸に伝達される。
一方、クラッチ機構の駆動部によりスリーブを軸方向に移動させて、このスリーブに保持されたトルク伝達用ボールを環状歯車に対して回転するキャリアの係合部に係合させると、減速された駆動源からの回転出力が出力軸に伝達される。

つまり、減速されていない高速回転出力及び減速された低速回転出力のいずれかを選択して出力軸に伝達するのに、重量の嵩む摩擦クラッチを使用していないので、その分だけ、より一層の小型軽量化が図られることとなる。

本発明の請求項１に係る二段変速機では、上記した構成としているので、小型軽量化を実現することができると共に、高速回転出力時における慣性負荷を小さく抑えることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
本発明の請求項２に係る二段変速機では、上記した構成としているので、より一層の小型軽量化を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例による二段変速機を搭載した電気自動車の側面説明図（ａ）及び平面説明図（ｂ）である。 図１に示した二段変速機の低速回転出力状態における断面説明図（ａ）及び遊星歯車機構をモータ側から見た歯車レイアウト説明図（ｂ）である。 図１における二段変速機の低速回転出力状態及び高速回転出力状態の各半割断面を上下に配置して合わせて示す断面説明図（ａ），図３（ａ）のＡ−Ａ線位置における断面説明図（ｂ）及び図３（ａ）のＢ−Ｂ線位置における断面説明図（ｃ）である。 図３（ａ）のＣ−Ｃ線位置における断面説明図である。

以下、本発明に係る二段変速機を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、本発明に係る二段変速機の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る二段変速機を電気自動車に搭載した場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、この電気自動車１は、車体２と、この車体２の前後左右の合計４箇所にそれぞれ軸受３を介して支持される車輪４と、車体２の左右にそれぞれ配置された駆動源としてのモータ５，５と、車体２の前部に位置する車輪４（駆動車輪４Ｆ）及びモータ５の間に配置された二段変速機１０，１０を備えている。

この二段変速機１０は、図２にも示すように、車体２に固定されるケース１１と、このケース１１の平板部１１ａと対向して車体２に固定される平板状を成すカバー１２と、このカバー１２に固定したモータ５の回転出力軸５ａに連結される入力軸１３と、駆動車輪４Ｆに対して傘歯車６，７を介して接続される出力軸１４と、ケース１１及びカバー１２間に配置される遊星歯車機構２０を具備している。

この遊星歯車機構２０は、入力軸１３に固定される太陽歯車２１と、この太陽歯車２１を囲んで配置される環状歯車２２と、太陽歯車２１及び環状歯車２２の双方に噛み合う複数個の遊星歯車２３と、キャリア２４を具備している。環状歯車２２は、ケース１１及びカバー１２の双方に固定されている。キャリア２４は、ピン２５を介して遊星歯車２３を回転自在に支持しており、入力軸１３に付与されたモータ５からの回転出力を落として出力する。

また、この二段変速機１０は、ケース１１及びカバー１２の双方に固定される環状歯車２２に対して回転するキャリア２４と、回転出力軸５ａに連結される入力軸１３とのうちのいずれかを選択して出力軸１４に接続するクラッチ機構３０を備えている。

このクラッチ機構３０は、キャリア２４に形成されて入力軸１３に嵌装する筒部３１と、この筒部３１の内側において入力軸１３に嵌装されたスリーブ３２を具備しており、キャリア２４の筒部３１とケース１１の円筒部１１ｂとの間には、キャリア２４を円滑に回転させるための軸受８が配置されている。

スリーブ３２は、キャリア２４の筒部３１及び入力軸１３の双方に接するボール３３を複数個保持しており、このスリーブ３２は、筒部３１及び入力軸１３の双方に対して円滑に回転しそして軸方向に移動可能となっている。このスリーブ３２の筒部３１から突出する端部及び出力軸１４には、互いに嵌め込んだ状態で係合する軸方向のスプライン３２ａ，１４ａがそれぞれ形成されており、スリーブ３２は出力軸１４に対して軸方向に移動可能で且つ回転不能に連結されている。

また、このクラッチ機構３０は、スリーブ３２の入力軸１３に嵌装する部分に保持されたトルク伝達用ボール３４と、キャリア２４の筒部３１及び入力軸１３にそれぞれ軸方向にずらせて形成された係合部３１ａ，１３ａを具備している。トルク伝達用ボール３４及び係合部３１ａ，１３ａは、図３にも示すように、周方向に９０度の間隔をおいて配置されて、これらの係合部３１ａ，１３ａは、いずれもスリーブ３２のトルク伝達用ボール３４と係合してキャリア２４及び入力軸１３の回転をスリーブ３２に伝達する、すなわち、キャリア２４及び入力軸１３の回転を出力軸１４に伝達する。

さらに、このクラッチ機構３０は、スリーブ３２に保持されたトルク伝達用ボール３４がキャリア２４の筒部３１の係合部３１ａと係合する位置と、入力軸１３の係合部１３ａと係合する位置との間で、このスリーブ３２を移動させる駆動部４０を具備している。

この駆動部４０は、ケース１１の円筒部１１ｂに固定される直動アクチュエータ４１と、この直動アクチュエータ４１の押し引きロッド４１ａの先端に配置された連結ピン４２と、図４に示すように、車体２側にブラケット４３を介して固定された支持ピン４４と、中間部が支持ピン４４に回動自在に支持されたアーム４５を具備している。連結ピン４２及び支持ピン４４は、いずれも出力軸１４と直交する方向に沿って設けられ、支持ピン４４及びアーム４５は、いずれも押し引きロッド４１ａの両側に配置されている。

この場合、一対のアーム４５，４５の各一端部には、長孔４５ａ，４５ａがそれぞれ形成されており、各他端部間には、駆動バー４６が掛け渡されている。一対のアーム４５，４５の各長孔４５ａ，４５ａに押し引きロッド４１ａの連結ピン４２を挿通させると共に、駆動バー４６をスリーブ３２の端部に形成された環状溝３２ｂに係合させることで、直動アクチュエータ４１の押し引きロッド４１ａの往復直動動作を一対のアーム４５，４５を介してスリーブ３２に伝達するようになっている。

上記した二段変速機１０を搭載した電気自動車１を走行させるに際して、図３（ａ）の下半分及び図３（ｃ）に示すように、クラッチ機構３０の駆動部４０における直動アクチュエータ４１を動作させることで、アーム４５の回動動作を介してスリーブ３２を軸方向に移動させて、このスリーブ３２に保持されたトルク伝達用ボール３４を入力軸１３の係合部１３ａに係合させると、図３（ａ）の細線矢印に示すように、入力軸１３に付与されたモータ５からの回転出力がそのまま出力軸１４に伝達されることとなる。つまり、高速回転出力による電気自動車１の走行が可能となる。

一方、図３（ａ）の上半分及び図３（ｂ）に示すように、クラッチ機構３０の駆動部４０における直動アクチュエータ４１を動作させることで、アーム４５の回動動作を介してスリーブ３２を軸方向に移動させて、このスリーブ３２に保持されたトルク伝達用ボール３４を環状歯車２２に対して回転するキャリア２４の係合部３１ａに係合させると、図３（ａ）の太線矢印に示すように、減速されたモータ５からの回転出力が出力軸１４に伝達されることとなる。つまり、低速回転出力による電気自動車１の走行が可能となる。

このように、上記した二段変速機１０では、減速されていない高速回転出力と、減速された低速回転出力とを一つのクラッチ機構３０によって選択的に切り換えて出力軸１４に出力するようにしているので、重量の嵩む摩擦クラッチを複数組必要としない分だけ、小型軽量化が図られることとなる。

また、遊星歯車機構２０の環状歯車２２をケース１１及びカバー１２の間に固定している、すなわち、遊星歯車機構２０を構成する歯車群のうちの環状歯車２２を固定状態としているので、環状歯車２２が回転しない分だけ、高速回転出力時における慣性負荷を小さく抑え得ることとなる。

さらに、上記した二段変速機１０において、減速されていない高速回転出力及び減速された低速回転出力のいずれかを選択して出力軸１４に伝達するのに、重量の嵩む摩擦クラッチを使用していないので、その分だけ、より一層の小型軽量化が図られることとなる。

上記した実施例では、本発明に係る二段変速機を電気自動車に搭載した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、本発明に係る二段変速機を工作機械の変速機として採用してもよい。

５ モータ（駆動源）
５ａ 回転出力軸
１０ 二段変速機
１３ 入力軸
１３ａ 係合部
１４ 出力軸
２０ 遊星歯車機構
２１ 太陽歯車
２２ 環状歯車
２３ 遊星歯車
２４ キャリア
３０ クラッチ機構
３１ キャリアの筒部
３１ａ 係合部
３２ スリーブ
３４ トルク伝達用ボール
４０ 駆動部

Claims (2)

1. 駆動源の回転出力軸に連結される入力軸と、
   出力軸と、
   前記入力軸に固定される太陽歯車と、この太陽歯車を囲んで配置される環状歯車と、前記太陽歯車及び環状歯車の双方に噛み合う遊星歯車と、この遊星歯車を回転自在に支持することで前記入力軸に付与された前記駆動源からの回転出力を落として出力するキャリアを具備した遊星歯車機構を備えた二段変速機において、
   前記遊星歯車機構の環状歯車を固定状態とし、
   この環状歯車に対して回転するキャリア及び前記入力軸のいずれかを選択して前記出力軸に接続するクラッチ機構を設けた
   ことを特徴とする二段変速機。
2. 前記クラッチ機構は、前記環状歯車に対して回転するキャリアに形成されて前記入力軸に嵌装する筒部と、このキャリアの筒部の内側で前記入力軸に回転自在で且つ軸方向に移動可能に嵌装されると共に、端部が前記出力軸に軸方向に移動可能で且つ回転不能に嵌合されたスリーブと、前記スリーブの入力軸に嵌装する部分に保持されたトルク伝達用ボールと、前記キャリアの筒部及び入力軸に互いに軸方向にずらせてそれぞれ形成されて、前記スリーブのトルク伝達用ボールと係合して各々の回転を前記スリーブに伝達する係合部と、前記スリーブに保持されたトルク伝達用ボールが前記キャリアの係合部と係合する位置と前記入力軸の係合部と係合する位置との間で該スリーブを移動させる駆動部を具備している請求項１に記載の二段変速機。

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