JP2014149038A - 変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正転及び逆転のいずれにおいても同様に変速を行うことができ、部品点数が少なく、コンパクトで構造も簡素となる変速装置を提供する。
【解決手段】
入力手段１２と偏心ガイド板１３との回転数の差に応じて内外歯車１５を回転させながら偏心ガイド部２９に沿って周回させる変速装置１０において、歯車連結機構は、入力手段１２に設けられた円板部２１及び外歯２２と、内外歯車１５の一側に、第１の円筒ガイド部３０に軸心を合わせて設けられた第２の円筒ガイド部３１と、入力手段１２に回転自在に嵌着され、入力手段１２の外歯２２と同一形状であり内外歯車１５の内歯３３と噛合する外歯３８を有する外歯車１８と、外歯２２及び外歯３８と噛合する内歯４０、及び第２の円筒ガイド部３１にガイドされる環状ガイド部３９を有し、円板部２１と内外歯車１５とに挟まれて配設され、内外歯車１５と共に周回する内歯車１９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力手段と出力手段とにそれぞれ内歯と外歯とを介して歯車連結する内外歯車を、入力手段回りに周回させることで出力手段の回転を制御する変速装置に関する。

変速装置は、入力手段（入力軸）と車軸等の出力手段（出力軸）との間に、単数又は複数の歯車等を介入させ、入力された力の回転数等を調整、操作し、トルクや回転数を変化させる装置である。変速装置は、例えば自動車等に使用され、入力手段からの変速比を無段階的に連続変化させて伝達することができる無段階変速装置も数多く開発されている。

このような変速装置の一つとして、入力手段と出力手段とにそれぞれ内歯と外歯とを介して歯車連結する内外歯車を用い、この内外歯車を入力手段回りに周回させることで出力手段の回転を制御する変速装置が、本出願の発明者により開発されている（特許文献１参照）。この変速装置によれば、内外歯車の周回速度を調整するだけで出力手段の回転を変速できるので、変速装置を構成する部品点数が少なくなって、変速装置の構造の簡素化及びコンパクト化が可能になる。

特開２００９−１２７７７６号公報

ここで、特許文献１記載の変速装置においては、出力手段がロックされた場合の逆回転を防止するため、一方向クラッチを介して入力手段を支持した構造としている。従って、この変速装置は変速機能が正転でのみ良好に機能し、逆転の場合に同様に変速機能を発揮させることができない。また、一方向クラッチを備えるため、変速装置を構成する部品点数の削減やコンパクト化にも限度がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、正転及び逆転のいずれにおいても同様に変速を行うことができ、部品点数が少なく、コンパクトで構造も簡素となる変速装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る変速装置は、
第１の駆動手段と、
回転自在に支持され、前記第１の駆動手段に接続される入力手段と、
前記入力手段に軸心を合わせて回転自在に支持され、前記軸心とは異なる偏心位置を軸心とする環状の偏心ガイド部を一側に有する偏心ガイド板と、
前記偏心ガイド板を回転させる第２の駆動手段と、
前記偏心ガイド板に対向して形成され、前記偏心ガイド部にガイドされる第１の円筒ガイド部、並びに該第１の円筒ガイド部の中心位置を軸心として設けられる外歯及び内歯を有する内外歯車と、
軸心が前記入力手段と同一で、かつ前記内外歯車の外歯と噛合する内歯を有する出力手段と
を備え、
前記内外歯車の内歯は、前記入力手段に歯車連結機構を介して連結され、前記入力手段と前記偏心ガイド板との回転数の差に応じて前記内外歯車を回転させながら前記偏心ガイド部に沿って周回させる変速装置において、
前記歯車連結機構は、
前記入力手段を構成し同軸に設けられた円板部及び外歯と、
前記内外歯車の一側に、前記第１の円筒ガイド部に軸心を合わせて設けられた第２の円筒ガイド部と、
前記入力手段に回転自在に嵌着され、前記入力手段の外歯と同一形状であり前記内外歯車の内歯と噛合する外歯を有する外歯車と、
前記入力手段の外歯及び前記外歯車の外歯と噛合する内歯、及び前記第２の円筒ガイド部にガイドされる環状ガイド部を有し、前記円板部と前記内外歯車とに挟まれて配設され、該内外歯車の周回と共に周回する内歯車と
を備える。
なお、内歯又は外歯とは、一つ一つの歯ではなく、円周上に内向き又は外向きに配設された複数の歯により構成される歯車構造をさす。

本発明に係る変速装置においては、入力手段と偏心ガイド板との回転数の差が生じた際に、各歯車等が作用し、内外歯車が入力手段の回りを偏心ガイド部に沿って周回するよう構成されている。そこで、この内外歯車の周回速度を制御する、すなわち入力手段又は偏心ガイド板の回転数を制御することのみで出力手段の回転を変速できる。特に、本発明に係る変速装置によれば、歯車連結機構が前述のように歯車等から構成されているため、正転及び逆転のいずれにおいても同様に変速を行うことができ、さらには、部品点数が少なく、コンパクトで構造も簡素とすることもできる。

本発明に係る変速装置において、前記第1の駆動手段は前記出力手段の回転数制御に用いられることが好ましい。このようにすることで、例えば第２の駆動手段の回転数を一定とし、効率的に出力手段の回転数を制御することができる。

本発明に係る変速装置において、前記入力手段は、正逆転可能に軸受で支持されていることが好ましい。このように、入力手段の支持に一方向クラッチ等を用いず、正逆転可能に軸受を用いることで、正逆いずれの回転においても変速機能が良好に作用し、更なる部品点数の削減やコンパクト化を図ることができる。

本発明に係る変速装置において、前記第１及び第２の駆動手段はそれぞれモータであり、前記第２の駆動手段は動力伝達手段を介して前記偏心ガイド板を回転させることが好ましい。また、本発明に係る変速装置において、電気自動車用であることが好ましい。本発明に係る変速装置は、上述のように２つの駆動手段の少なくとも一方の回転数の制御により、出力手段の変速を効率的に行うことができ、また、正逆いずれの回転にも対応することができるため、駆動手段としてモータを用いた場合、このモータの動力を効率的に活用することができる。従って、本発明に係る変速装置は、例えば電気自動車用等として好適に用いることができる。

本発明に係る変速装置によれば、正転及び逆転のいずれにおいても同様に変速を行うことができ、部品点数が少なく、コンパクトで構造も簡素とすることもできる。

本発明の一実施の形態に係る変速装置の模式的側断面図である。 同変速装置の模式的一部切欠き正面図である。

続いて、添付した図面を参照しながら本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１及び図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る変速装置１０は、第１の駆動手段の一例である出力回転数制御用モータ１１、入力手段１２、偏心ガイド板１３、第２の駆動手段の一例である入力モータ１４、内外歯車１５、出力手段１６、ケーシング１７、外歯車１８及び内歯車１９を主に備えている。入力手段１２、偏心ガイド板１３、内外歯車１５、出力手段１６の一部、外歯車１８及び内歯車１９は、略扁平円柱状のケーシング１７内に収容されている。なお、出力手段１６の一部は、ケーシング１７の天面側（一方の円状の面側であり、図１における左側。以下、「出力側」、「一側」ともいう）から突出しており、出力回転数制御用モータ１１及び入力モータ１４は、ケーシング１７の底面側（他方の円状の面側であり、図１における右側。以下、「入力側」、「他側」ともいう。）外部に配設されている。

なお、図２において、右上約三分の一の切欠き部分は、偏心ガイド板１３を外した状態のケーシング１７内部を正面視したときの模式図（入力側から見た模式図）であり、下約三分の一の切り欠き部分はさらに内外歯車１５を外した状態のケーシング１７内部を正面視したときの模式図である。

出力回転数制御用モータ１１は、ケーシング１７の底面（円状の面）外側の略中央に配設されている。出力回転数制御用モータ１１は、電気エネルギーを回転エネルギーに変換する構造を有する公知のモータである。出力回転数制御用モータ１１は、回転数及び回転方向（正転及び逆転）が制御可能に構成されている。

入力手段１２は、出力回転数制御用モータ１１に接続された状態で回転可能に支持されており、出力回転数制御用モータ１１により回転する。入力手段１２は、この軸心Ｘ（以下、「回転中心Ｘ」とも言う。）がケーシング１７の軸心Ｘと同一となるよう、ケーシング１７内に配設されている。入力手段１２は、主軸部２０、円板部２１及び外歯２２を備え、金属材料によりこれらが一体に形成されている。主軸部２０は、入力側（他側）が出力回転数制御用モータ１１に直結する円柱形状を有する。円板部２１は、主軸部２０の出力側（一側）に、主軸部２０に垂直かつ同軸に形成される。外歯２２は、円板部２１の出力回転数制御用モータ１１側（入力側）面上に、主軸部２０及び円板部２１と同軸に形成される。すなわち、円板部２１の入力側面上に外歯２２を有する外歯車が同軸で積層された構造となっている。外歯２２（外歯２２を有する外歯車）の径は、円板部２１より小さくかつ主軸部２０より大きい。

入力手段１２の一端部（出力側端部；円板部２１）は、すべり軸受３６（バビットメタル等）を介して出力手段１６に支持されている。また、入力手段１２の他端部（入力側端部；主軸部２０の入力側端部）は、ころ軸受２３を介してケーシング１７に支持されている。このように入力手段１２は正逆転可能に支持されている。

偏心ガイド板１３は、中心に孔２４が形成された略円状の金属板である。偏心ガイド板１３は、入力手段１２に軸心を合わせて回転自在に支持されている。具体的には、偏心ガイド板１３は、ケーシング１７内において、入力手段１２の円板部２１に対して出力回転数制御用モータ１１側に同軸に配設される。この際、偏心ガイド板１３の中心の孔２４を入力手段１２の主軸部２０が貫通している。偏心ガイド板１３は、中心側がころ軸受２５を介してケーシング１７に支持され、外縁側がころ軸受２６を介して出力手段１６に支持されている。

偏心ガイド板１３の入力側の面には、偏心ガイド板１３自体と同軸の外歯２７が形成されている。この外歯２７は、後述するように動力伝達手段の一例である外歯車２８と噛合している。偏心ガイド板１３の出力側の面には、偏心ガイド板１３自体の回転中心とは異なる偏心位置Ｙ（以下、単に「位置Ｙ」、「軸心Ｙ」とも言う。）を軸心とする環状かつ凹状の偏心ガイド部２９が形成されている。

入力モータ１４は、ケーシング１７の底面（円状の面）外側の外縁部分に配設されている。入力モータ１４も出力回転数制御用モータ１１と同様、電気エネルギーを回転エネルギーに変換する構造を有する公知のモータである。入力モータ１４は、少なくとも回転方向（正転及び逆転）が制御可能に構成されている。入力モータ１４は、外歯車２８と連結しており、入力モータ１４の回転により外歯車２８を介して偏心ガイド板１３を正逆転いずれにも回転させることができる。

内外歯車１５は、金属材料からなり、偏心ガイド板１３の出力側（偏心ガイド部２９側）に配設されている。内外歯車１５は、入力側面（偏心ガイド板１３に対向する面）に形成され、偏心ガイド板１３の偏心ガイド部２９にガイドされる第１の円筒ガイド部３０を有する。第１の円筒ガイド部３０と偏心ガイド部２９とは同一径であり、第１の円筒ガイド部３０が偏心ガイド部２９に摺動可能に嵌めこまれている。第１の円筒ガイド部３０の軸心は偏心ガイド部２９の偏心位置Ｙとなる。また、内外歯車１５は、出力側面（一側）に形成され、第１の円筒ガイド部３０と同一位置Ｙを軸心とし、かつ同径の第２の円筒ガイド部３１を有する。内外歯車１５は、外歯３２及び内歯３３を有する。この外歯３２及び内歯３３の軸心は、第１の円筒ガイド部３０及び第２の円筒ガイド部３１の軸心Ｙと同一である。

出力手段１６は、ケーシング１７の天面側から突出する主軸部３４と、主軸部３４の入力側の一端と同軸で連結し、ケーシング１７内に配設される円筒部３５とを備える。出力手段１６、すなわち主軸部３４及び円筒部３５は、入力手段１２と同軸（回転中心Ｘ）である。主軸部３４と円筒部３５とは、金属材料により一体的に形成されている。円筒部３５内に、入力手段１２の大部分、偏心ガイド板１３、内外歯車１５、外歯車１８及び内歯車１９が収容されている。出力手段１６（主軸部３４）は、ころ軸受４１を介してケーシング１７に支持されている。

円筒部３５内側の内外歯車１５に対向する位置には、内歯３７が形成されている。この内歯３７は、回転中心が入力手段１２と同一（回転中心Ｘ）である。また、内歯３７（内歯３７により構成される歯車構造）は、内外歯車１５の外歯３２（内外歯車１５自体）よりも大径であり、この外歯３２と噛合している。

外歯車１８は、金属製歯車であり、入力手段１２の主軸部２０に回転自在に嵌着されている。外歯車１８は、入力手段１２の外歯２２と同一形状（サイズが同一であることも含む）の外歯３８を有する。外歯車１８は、入力手段１２の外歯２２に重ね合わされた状態となっている。外歯車１８の外歯３８の一部（入力側の一部）が内外歯車１５の内歯３３と噛合している。また、後述するように、外歯車１８の外歯３８の他部（出力側の一部）は、さらに内歯車１９の内歯４０と噛合している。

内歯車１９は、金属製歯車であり、入力手段１２の円板部２１と内外歯車１５とに挟まれて配設されている。内歯車１９の入力側（内外歯車１５側）面には、内外歯車１５の第２の円筒ガイド部３１にガイドされる溝状の環状ガイド部３９が形成されている。環状ガイド部３９は、第２の円筒ガイド部３１に対応した形状となっている。内外歯車１５の第２の円筒ガイド部３１は、内歯車１９の環状ガイド部３９に摺動可能に嵌めこまれている。すなわち、内歯車１９の環状ガイド部３９も、内外歯車１５の第２の円筒ガイド部３１と同一の軸心Ｙを有し、径も同一である。内歯車１９は、重ね合わされている入力手段１２の外歯２２及び外歯車１８の外歯３８（これらは同一径）よりも大径であり、これら（入力手段１２の外歯２２及び外歯車１８の外歯３８）と噛合する内歯４０を有している。後に詳述するように、内歯車１９は、内外歯車１５の周回と共に周回する。

ここで、内歯車１９の厚さは、入力手段１２の外歯２２の厚さより大きく、かつ入力手段１２の外歯２２と外歯車１８の外歯３８との合計の厚さより小さくなっている。このため、内歯車１９の内歯４０は入力手段１２の外歯２２及び外歯車１８の外歯３８と噛合し、外歯車１８の外歯３８は、内歯車１９の内歯４０と共に内外歯車１５の内歯３３と噛合することができる。

この変速装置１０においては、入力手段１２の円板部２１及び外歯２２、内外歯車１５の第２の円筒ガイド部３１、外歯車１８及び内歯車１９が、内外歯車１５の内歯３３と入力手段１２（主軸部２０）とを連結（歯車連結）させる歯車連結機構となっている。また、この変速装置１０においては、この歯車連結機構により、入力手段１２と偏心ガイド板１３との回転数の差に応じて、内外歯車１５が回転しながら偏心ガイド部２９に沿って周回する。この説明も含め、以下に変速装置１０の作用について説明する。

まず、出力回転数制御用モータ１１を駆動停止した状態について説明する。このとき、入力モータ１４を一方向に回転駆動させると、入力モータ１４に連結している外歯車２８が回転し、この外歯車２８と噛み合っている外歯２７を有する偏心ガイド板１３が、入力手段１２の軸心Ｘを中心として回転する。内外歯車１５の第１の円筒ガイド部３０は、偏心ガイド板１３の偏心ガイド部２９にガイドされている。従って、偏心ガイド板１３の回転に伴い、内外歯車１５は偏心ガイド部２９と共に入力手段１２周りを自転（回転）しながら周回する。この際、内外歯車１５の内歯３３に噛み合う外歯３８を有する外歯車１８には、内外歯車１５から偏心ガイド板１３の回転とは逆回転（逆方向）の力が付加される。

ここで、内歯車１９に着目すると、内歯車１９は内外歯車１５と入力手段１２の円板部２１とに挟まれて配設され、この内歯車１９の環状ガイド部３９は内外歯車１５の第２の円筒ガイド部３１に摺動可能に嵌めこまれている。従って、内歯車１９は、内外歯車１５の周回と共に周回する。一方、円板部２１は、出力手段１６の円筒部３５にすべり軸受３６を介して回転可能に配置されている。ここで、仮に内歯車１９の周回と共に同じ速度で円板部２１が回転したとすると、円板部２１と共に外歯２２も回転するため、内歯車１９においては周回のみが生じ、自転（外歯２２と内歯車１９の内歯４０との噛合による内歯車１９自体の回転）は生じない。しかし、外歯２２と、逆回転の付加がかかっている外歯車１８の外歯３８とが、共に内歯車１９の内歯４０と噛合しているため、外歯２２及び円板部２１は内歯車１９の周回に併せて回転することはない。このため、回転していない外歯２２と内歯４０との噛合により、内歯車１９においては周回に伴いその向きに自転が生じる。このように、出力回転数制御用モータ１１を駆動させていない場合、内歯車１９は自転（正転）しながら周回するため、この内歯車１９の内歯４０と噛合する外歯３８を有する外歯車１８は、逆回転の付加がされているにもかかわらず、逆回転が生じない状態となっている。

このように上記構成を有する歯車連結機構により外歯車１８は逆回転しないため、内外歯車１５は、偏心位置Ｙを中心に自転（周回の向きとは逆向きに回転）しながら出力手段１６（円筒部３５）の内歯３７に沿って周回することができ、円筒部３５（出力手段１６）を偏心ガイド板１３と同方向に減速回転させる。このとき、すなわち出力回転数制御用モータ１１を駆動させない状態が、最大の減速比を与える。換言すれば、このとき、偏心ガイド板１３又は入力モータ１４の回転に対して、内外歯車１５の周回速度、ひいては出力手段１６の回転速度が最小となる。

次に、出力回転数制御用モータ１１を、入力手段１２が偏心ガイド板１３と同方向に回転する向きに駆動させた状態について説明する。入力モータ１４は、上記の場合と同様に回転駆動させる。このとき、内歯車１９の内歯４０による噛合により、外歯車１８も入力手段１２と一体的に回転する。このように外歯車１８が偏心ガイド板１３と同方向に回転するため、外歯車１８が固定されている場合に比べ、この外歯車１８の外歯３８と噛み合っている内外歯車１５の回転速度（周回速度）は上昇する。すなわち、出力回転数制御用モータ１１を偏心ガイド板１３と同方向に回転駆動させることにより減速比を下げる（出力手段１６の回転速度を上げる）ことができる。この変速は、出力回転数制御用モータ１１の回転数を無段階に変化させることで、無段階で行うことができる。なお、出力回転数制御用モータ１１の回転数を偏心ガイド板１３の回転数と同じにした場合、偏心ガイド板１３の回転数がそのまま出力手段１６の回転数となり、減速しない状態となる。

この変速装置１０の歯車連結機構は、このように複数の歯車の連結により構成されている。従って、入力モータ１４（及び出力回転数制御用モータ１１）の回転を逆にした場合も同様に作用する。

このように変速装置１０によれば、例えば入力モータ１４（偏心ガイド板１３）の回転数を一定とした場合、出力回転数制御用モータ１１（入力手段１２）の回転数の制御により、出力手段１６の回転数を無段階に制御（変速）することができる。特に、変速装置１０によれば、上述のように正転及び逆転のいずれにおいても同様に無段階変速を行うことができ、さらには、部品点数が少なく、コンパクトで構造も簡素となっている。また、変速装置１０は、このような構造を有することで、正逆転変換における歯車の噛合もずれにくく、各歯車のバックラッシュを減らすことができる。変速装置１０は、電気自動車の変速装置等として好適に用いることができる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、入力手段に直結するモータ（変速装置１０における出力回転数制御用モータ１１）の回転数を一定にし、偏心ガイド板を回転させるモータ（変速装置１０における入力モータ１４）を出力手段の回転数の制御に用いることもできる。各歯車等は、金属製以外の例えばエンジニアリングプラスチックス製等とすることもできる。また、駆動手段としては、エンジンなどのモータ以外の動力を用いてもよい。

本発明に係る変速装置は、電気自動車を始めとした自動車、オートバイ、電気車両、エレベーター、産業機械、ロボット等に好適に用いることができる。

１０：変速装置、１１：出力回転数制御用モータ、１２：入力手段、１３：偏心ガイド板、１４：入力モータ、１５：内外歯車、１６：出力手段、１７：ケーシング、１８：外歯車、１９：内歯車、２０：主軸部、２１：円板部、２２：外歯、２３：ころ軸受、２４：孔、２５：ころ軸受、２６：ころ軸受、２７：外歯、２８：外歯車、２９：偏心ガイド部、３０：第１の円筒ガイド部、３１：第２の円筒ガイド部、３２：外歯、３３：内歯、３４：主軸部、３５：円筒部、３６：すべり軸受、３７：内歯、３８：外歯、３９：環状ガイド部、４０：内歯、４１：ころ軸受

Claims (5)

1. 第１の駆動手段と、
   回転自在に支持され、前記第１の駆動手段に接続される入力手段と、
   前記入力手段に軸心を合わせて回転自在に支持され、前記軸心とは異なる偏心位置を軸心とする環状の偏心ガイド部を一側に有する偏心ガイド板と、
   前記偏心ガイド板を回転させる第２の駆動手段と、
   前記偏心ガイド板に対向して形成され、前記偏心ガイド部にガイドされる第１の円筒ガイド部、並びに該第１の円筒ガイド部の中心位置を軸心として設けられる外歯及び内歯を有する内外歯車と、
   軸心が前記入力手段と同一で、かつ前記内外歯車の外歯と噛合する内歯を有する出力手段と
   を備え、
   前記内外歯車の内歯は、前記入力手段に歯車連結機構を介して連結され、前記入力手段と前記偏心ガイド板との回転数の差に応じて前記内外歯車を回転させながら前記偏心ガイド部に沿って周回させる変速装置において、
   前記歯車連結機構は、
   前記入力手段を構成し同軸に設けられた円板部及び外歯と、
   前記内外歯車の一側に、前記第１の円筒ガイド部に軸心を合わせて設けられた第２の円筒ガイド部と、
   前記入力手段に回転自在に嵌着され、前記入力手段の外歯と同一形状であり前記内外歯車の内歯と噛合する外歯を有する外歯車と、
   前記入力手段の外歯及び前記外歯車の外歯と噛合する内歯、及び前記第２の円筒ガイド部にガイドされる環状ガイド部を有し、前記円板部と前記内外歯車とに挟まれて配設され、該内外歯車の周回と共に周回する内歯車と
   を備えることを特徴とする変速装置。
2. 請求項１記載の変速装置において、前記第1の駆動手段は前記出力手段の回転数制御に用いられることを特徴とする変速装置。
3. 請求項１又は２記載の変速装置において、前記入力手段は、正逆転可能に軸受で支持されていることを特徴とする変速装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の変速装置において、前記第１及び第２の駆動手段はそれぞれモータであり、
   前記第２の駆動手段は動力伝達手段を介して前記偏心ガイド板を回転させることを特徴とする変速装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の変速装置において、電気自動車用であることを特徴とする変速装置。
   

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