JP2018194120A - 歯車伝動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置を大型化することなく、大きな入出力比を設定することができるとともに、入出力比の選択あるいは設定の自由度を向上することのできる歯車伝動装置を提供する。
【解決手段】歯車伝動装置１において、固定部９に固定された第１サンギヤＳ１と、第１軸２，１２に連結された第２サンギヤＳ２と、第１サンギヤＳ１に噛み合っている第１ピニオンギヤＰ１と、第１ピニオンギヤＰ１に噛み合っている第２ピニオンギヤＰ２と、第２ピニオンギヤＰ２と一体となって回転する第３ピニオンギヤＰ３と、第３ピニオンギヤＰ３に噛み合っている第４ピニオンギヤＰ４と、第４ピニオンギヤＰ４と一体となって回転し更に第２サンギヤＳ２に噛み合っている第５ピニオンギヤＰ５と、各ピニオンギヤＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を自転可能に保持して回転しかつ第２軸１２，２に連結されているキャリヤ４とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、遊星歯車機構を用いて動力を伝達する歯車伝動装置に関するものである。
この種の装置の一例が特許文献１に記載されている。その装置は、２つのステップドピニオンギヤと、ステップドピニオンギヤを自転および公転可能に支持するキャリヤとを備えている。そのキャリヤにモータが連結されている。各ステップドピニオンギヤは、キャリヤにおける同一円周上に等間隔に配置されており、歯の大きさや歯数が異なる固定側遊星歯車と当該固定側遊星歯車より小径の出力側遊星歯車とを有している。また、キャリヤの回転中心軸線と同軸上に、所定の固定部に固定された固定歯車と、出力軸に連結された出力歯車とが配置されている。固定歯車は固定側遊星歯車より大径のギヤであって、その固定歯車に固定側遊星歯車が噛み合っている。出力歯車は出力側遊星歯車より大径のギヤであって、その出力歯車に出力側遊星歯車が噛み合っている。そして、モータのトルクによってキャリヤが回転すると、固定側遊星歯車は固定歯車に噛み合いながら自転および公転する。出力側遊星歯車は出力歯車に噛み合いながら自転および公転し、出力歯車を回転させる。その結果、モータのトルクはギヤ比に応じて増幅されて出力軸から出力される。
特開２０１０−６００９５号公報
ところで、複数のギヤ対を形成し、それらのギヤ対でのギヤ比に応じた減速比あるいは増速比などの入出力比を設定するように構成された装置では、小型化しかつ大きな入出力比を設定するためには各種の制約がある。例えば、特許文献１に記載された装置では、装置の小型化を考慮すると、各歯車の外径が制約されるため、各歯車の歯の大きさや歯数、選択可能な歯数の組み合わせなどが制約され、また、入出力比の選択あるいは設定の幅が制約されてしまう。
この発明は上記のような技術的課題に着目してなされたものであり、装置を大型化することなく、大きな入出力比を設定することができるとともに、入出力比の選択あるいは設定の自由度を向上することのできる歯車伝動装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、トルクが入力されまたは出力する第１軸と、トルクを出力しまたは入力される第２軸との間で、トルクを増幅しもしくは減少させて伝達する歯車伝動装置において、所定の固定部に固定された第１サンギヤと、前記第１サンギヤと同一軸線上に配置されかつ前記第１軸にトルク伝達可能に連結された第２サンギヤと、前記第１サンギヤに噛み合っている第１ピニオンギヤと、前記第１ピニオンギヤに噛み合っている第２ピニオンギヤと、前記第２ピニオンギヤと同一軸線上に配置されかつ前記第２ピニオンギヤと一体となって回転する第３ピニオンギヤと、前記第３ピニオンギヤに噛み合っている第４ピニオンギヤと、前記第４ピニオンギヤと同一軸線上に配置されかつ前記第４ピニオンギヤと一体となって回転しさらに前記第２サンギヤに噛み合っている第５ピニオンギヤと、前記第１ピニオンギヤと前記第２ピニオンギヤと前記第３ピニオンギヤと前記第４ピニオンギヤと前記第５ピニオンギヤとを自転可能に保持して回転しかつ前記第２軸にトルク伝達可能に連結されているキャリヤとを備えていることを特徴とするものである。
この発明では、前記キャリヤに形成された外歯ギヤと、前記外歯ギヤに噛み合っているドライブギヤとを更に備え、前記ドライブギヤに前記第２軸が連結されていてよい。
この発明では、前記第２軸に前記トルクが入力され、前記第１軸から前記トルクを出力するように構成されていてよい。
この発明によれば、例えば第２軸にトルクが入力されると、そのトルクを受けてキャリヤが回転する。それに伴って第１サンギヤの周囲を第１ピニオンギヤが回転し、第１ピニオンギヤからトルクを受けて第２ピニオンギヤが回転する。また、第２ピニオンギヤと一体となって第３ピニオンギヤが回転する。第３ピニオンギヤからトルクを受けて第４ピニオンギヤが回転する。また、第４ピニオンギヤと一体となって第５ピニオンギヤが回転し、第１軸からトルクが出力される。すなわち、この発明に係る歯車伝動装置では、入力回転数は少なくとも３段階に亘って減速される。そのため、小型化のために各ギヤの外径が可及的に小さく設定されることにより、各ギヤでの歯数が制限されて互いに噛み合うギヤ同士の歯数の差が小さいとしても、全体として大きい入出力比を設定することができる。また、入出力比の設定に使用するギヤの数つまりパラメータの数が従来に比較して多くすることができるので、入出力比を設定する自由度を向上することができるとともに、入出力比の設定幅を拡大することができる。そして、歯車伝動装置を従来になく小型化することができる。
この発明の実施形態に係る歯車伝動装置の一例を模式的に示す図である。 この発明の実施形態に係る歯車伝動装置の他の例を模式的に示す図である。
図１は、この発明の実施形態に係る歯車伝動装置の一例を模式的に示す図である。ここに示す歯車伝動装置１は減速装置として構成されている。歯車伝動装置１は、トルクが入力される入力軸２を備え、その入力軸２にアクチュエータ３が連結されている。アクチュエータ３は、例えば、永久磁石式の同期モータ、あるいは、誘導モータなどであってよく、アクチュエータ３で発生させたトルクが入力軸２に伝達されるように構成されている。複数のピニオンギヤを回転可能に支持するキャリヤ４が、入力軸２にトルク伝達可能に連結されている。また、キャリヤ４は入力軸２と同一軸線上に配置されている。なお、上述した入力軸２が、この発明の実施形態における第２軸に相当する。
キャリヤ４の構成について更に説明すると、キャリヤ４は、図１に示す例では、入力軸２に連結された第１キャリヤプレート５と、第１キャリヤプレート５の外周部から軸線方向に延びる円筒部６と、円筒部６を挟んで第１キャリヤプレート５とは反対側に連結されかつリング状に形成された第２キャリヤプレート７とを備えている。円筒部６は小径部６Ａと、当該小径部６Ａよりも外径の大きい大径部６Ｂと、軸線方向で小径部６Ａと大径部６Ｂとの間に配置されていて小径部６Ａと大径部６Ｂとを連結する連結部６Ｃとを有している。つまり、円筒部６の断面は図１に示すように階段状を成している。小径部６Ａは第１キャリヤプレート５側に位置しており、軸線方向で第１キャリヤプレート５側の小径部６Ａの開口部に第１キャリヤプレート５の外周部が連結され、これとは反対側の開口部に連結部６Ｃの内周部が連結されている。連結部６Ｃの外周部には、軸線方向で第１キャリヤプレート５側の大径部６Ｂの開口部が連結されている。軸線方向で第２キャリヤプレート７側の大径部６Ｂの開口部に第２キャリヤプレート７の外周部が連結されている。
上記構成のキャリヤ４に外歯歯車である５つのピニオンギヤＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５が回転可能に支持されている。各ピニオンギヤＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５のうち、第１ピニオンギヤＰ１は第１ピニオン軸８に回転可能に取り付けられている。第１ピニオン軸８は第２キャリヤプレート７に設けられており、第１ピニオン軸８の軸線とキャリヤ４の軸線とは共に平行になっている。上述した第１ピニオンギヤＰ１は、当該第１ピニオンギヤＰ１より大径であってかつ外歯歯車である第１サンギヤＳ１に噛み合っている。また、第１ピニオンギヤＰ１は第２ピニオンギヤＰ２に噛み合っている。第１サンギヤＳ１は入力軸２と同軸上に配置されていて、その第１サンギヤＳ１の外周側に第１ピニオンギヤＰ１が配置されている。また、第１サンギヤＳ１はキャリヤ４を覆うケース９などの固定部に固定されている。
第２ピニオンギヤＰ２は、キャリヤ４の円周方向に第１ピニオンギヤＰ１と並んで配置されていて、第１ピニオンギヤＰ１に噛み合っている。ここで、「並んで」とは、第１ピニオンギヤＰ１と第２ピニオンギヤＰ２とのそれぞれの少なくとも一部が円周方向で重なり合っている状態を意味している。なお、図１では、作図の都合上、キャリヤ４の半径方向で第１ピニオンギヤＰ１の外側に第２ピニオンギヤＰ２を記載してある。
第２ピニオンギヤＰ２は第１ピニオン軸８と平行に配置された第２ピニオン軸１０に回転可能に支持されている。第２ピニオン軸１０の一端部は第２キャリヤプレート７に取り付けられ、他端部は連結部６Ｃに取り付けられている。
第３ピニオンギヤＰ３は第２ピニオンギヤＰ２と一体となって回転するように構成されている。そのため、第３ピニオンギヤＰ３は、第２ピニオンギヤＰ２と同様に、第２ピニオン軸１０に回転可能に支持されている。その第３ピニオンギヤＰ３に第４ピニオンギヤＰ４が噛み合っている。
第４ピニオンギヤＰ４はキャリヤ４の円周方向に第３ピニオンギヤＰ３と並んで配置されている。ここで、「並んで」とは、第３ピニオンギヤＰ３と第４ピニオンギヤＰ４とのそれぞれの少なくとも一部が円周方向で重なり合っている状態を意味している。なお、図１では、作図の都合上、キャリヤ４の半径方向で第４ピニオンギヤＰ４の外側に第３ピニオンギヤＰ３を記載してある。その第４ピニオンギヤＰ４は上述した各軸２，８，１０と平行に配置され、かつ、第１キャリヤプレート５に設けられた第３ピニオン軸１１に回転可能に支持されている。
第５ピニオンギヤＰ５は第４ピニオンギヤＰ４と一体となって回転するように構成されている。そのため、第５ピニオンギヤＰ５は、第４ピニオンギヤＰ４と同様に、第３ピニオン軸１１に回転可能に支持されている。また、第５ピニオンギヤＰ５は、入力軸２と同軸上に配置されていて、第５ピニオンギヤＰ５より大径であってかつ外歯歯車である第２サンギヤＳ２の外周側に配置されかつ第２サンギヤＳ２に噛み合っている。第２サンギヤＳ２には歯車伝動装置１の出力軸１２が連結されている。したがって、上述した入力軸２とキャリヤ４と各サンギヤＳ１，Ｓ２と出力軸１２とは同一の軸線上に配置されている。出力軸１２には車両の駆動輪などの出力部材１３が連結されている。なお、上述した出力軸１２が、この発明の実施形態における第１軸に相当する。
次に、上記構成の歯車伝動装置１の作用について説明する。アクチュエータ３のトルクによってキャリヤ４が回転すると、各サンギヤＳ１，Ｓ２の周囲を各ピニオンギヤＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５が回転する。第１ピニオンギヤＰ１は第１サンギヤＳ１に噛み合いながら、第１サンギヤＳ１の周囲を自転および公転する。その第１ピニオンギヤＰ１の回転に伴って第２ピニオンギヤＰ２が回転する。第２ピニオンギヤＰ２と第３ピニオンギヤＰ３とは一体となって回転するため、第２ピニオンギヤＰ２の回転数と第３ピニオンギヤＰ３の回転数とは同じになる。第３ピニオンギヤＰ３の回転に伴って第４ピニオンギヤＰ４が回転する。第４ピニオンギヤＰ４と第５ピニオンギヤＰ５とは一体となって回転するため、第４ピニオンギヤＰ４の回転数と第５ピニオンギヤＰ５の回転数とは同じになる。第５ピニオンギヤＰ５の回転に伴って第２サンギヤＳ２が回転する。第２サンギヤＳ２の回転に伴って出力軸１２が回転する。
また、上述した各サンギヤＳ１，Ｓ２、および、各ピニオンギヤＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の歯数の例を挙げて、上記構成の歯車伝動装置１の減速比について具体的に説明する。下記式は、歯車伝動装置１の出力軸１２の回転数ＮＯＵＴを算出する式である。
NOUT＝NIN×(1-(ZS1/ZP2)×(ZP3/ZP4)×(ZP5/ZS2))
上記のＮＩＮは入力軸２の回転数であり、ＺＳ１は第１サンギヤＳ１の歯数であり、ＺＰ２は第２ピニオンギヤの歯数であり、ＺＰ３は第３ピニオンギヤＰ３の歯数であり、ＺＰ４は第４ピニオンギヤＰ４の歯数であり、ＺＰ５は第５ピニオンギヤＰ５の歯数であり、ＺＳ２は第２サンギヤＳ２の歯数である。
上記の式に、ＮＩＮ＝１、ＺＳ１＝３０、ＺＰ２＝２９、ＺＰ３＝３０、ＺＰ４＝３１、ＺＰ５＝３０、ＺＳ２＝３０をそれぞれ代入して出力軸１２の回転数ＮＯＵＴを計算すると、
ＮＯＵＴ＝−０．００１１１２
となる。すなわち、アクチュエータ３を駆動して入力軸２およびキャリヤ４を１回転させると、出力軸１２は入力軸２とは反対方向に０．００１１１２回転する。つまり、入力トルクは増幅されて出力される。なお、減速比γはＮＯＵＴの逆数であって、−８９９となる。
したがって、この発明の実施形態に係る歯車伝動装置１によれば、上記の式に示すように、入力回転数を少なくとも３段階に亘って減速する。そのため、各ギヤＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｓ１，Ｓ２を小型化し、それに伴って、ギヤ対を形成しているギヤ同士の歯数の差が小さいとしても、入力回転数と出力回転数との比を大きくすることができる。その結果、歯車伝動装置１を小型化しかつ大きい入出力比を設定することができる。また、内歯歯車であるリングギヤを用いないので、その分、構成を簡素化しまた部材コストを低減することができる。更に、この発明の実施形態に係る歯車伝動装置１では、３つのギヤ対つまり合計６つのギヤに基づいて入出力比が設定される。前述した特許文献１に記載された装置と比較すると、特許文献１に記載された装置では、４つのギヤに基づいて入出力比が設定される。したがって、特許文献１に記載された装置と比較していわゆるパラメータが増える分、入出力比の設定の自由度が高くなるとともに、その設定幅を拡大することができる。
図２は、この発明の実施形態に係る歯車伝動装置の他の例を模式的に示す図である。ここに示す例は、２つの入力軸を、キャリヤ４の軸線方向で出力軸１２と同じ側に設けた例である。すなわち、キャリヤ４における小径部６Ａの外周面に外歯ギヤ１４が形成されており、その外歯ギヤ１４に、外歯ギヤ１４より小径のギヤである少なくとも２つのドライブギヤ１５が噛み合っている。各ドライブギヤ１５にアクチュエータ３がそれぞれ連結されている。したがって、図２に示す構成の歯車伝動装置１によれば、２つのアクチュエータ３によってトルクを発生させるとともに、それらのアクチュエータ３で発生させたトルクをドライブギヤ１５と外歯ギヤ１４とのギヤ比に応じて増幅してキャリヤ４に伝達する。そのため、１つのアクチュエータ３で発生させるトルクを小さくすることができる。それに伴って、アクチュエータ３を小型化することができるので、ひいては歯車伝動装置１を更に小型化することができる。また、入出力比を更に大きくすることができる。
なお、この発明は上述した各実施形態に限定されないのであって、この発明に係る歯車伝動装置１を増速機構として用いることも可能である。すなわち、上述した歯車伝動装置１において、キャリヤ４に出力軸１２を連結し、第２サンギヤＳ２に入力軸２を連結する。こうすることにより、入力軸２の回転数に対して出力軸１２の回転数が増速される増速機構を構成することができる。また、図２で示した歯車伝動装置１において、２つのアクチュエータ３のうち、いずれか一方のアクチュエータ３は、例えば、ブレーキ機構や発電機、あるいは、発電機能のあるモータなどであってよく、いわゆるブレーキ力を発生するように構成されていてよい。こうすることにより、駆動用のアクチュエータと制動用のアクチュエータとを備えた歯車伝動装置とすることができる。
１…歯車伝動装置、 ２…入力軸、 ３…アクチュエータ、 ４…キャリヤ、 ９…ケース（固定部）、 １２…出力軸、 Ｓ１…第１サンギヤ、 Ｓ２…第２サンギヤ、 Ｐ１…第１ピニオンギヤ、 Ｐ２…第２ピニオンギヤ、 Ｐ３…第３ピニオンギヤ、 Ｐ４…第４ピニオンギヤ、 Ｐ５…第５ピニオンギヤ。

Claims (3)

  1. トルクが入力されまたは出力する第１軸と、トルクを出力しまたは入力される第２軸との間で、トルクを増幅しもしくは減少させて伝達する歯車伝動装置において、
    所定の固定部に固定された第１サンギヤと、
    前記第１サンギヤと同一軸線上に配置されかつ前記第１軸にトルク伝達可能に連結された第２サンギヤと、
    前記第１サンギヤに噛み合っている第１ピニオンギヤと、
    前記第１ピニオンギヤに噛み合っている第２ピニオンギヤと、
    前記第２ピニオンギヤと同一軸線上に配置されかつ前記第２ピニオンギヤと一体となって回転する第３ピニオンギヤと、
    前記第３ピニオンギヤに噛み合っている第４ピニオンギヤと、
    前記第４ピニオンギヤと同一軸線上に配置されかつ前記第４ピニオンギヤと一体となって回転しさらに前記第２サンギヤに噛み合っている第５ピニオンギヤと、
    前記第１ピニオンギヤと前記第２ピニオンギヤと前記第３ピニオンギヤと前記第４ピニオンギヤと前記第５ピニオンギヤとを自転可能に保持して回転しかつ前記第２軸にトルク伝達可能に連結されているキャリヤと
    を備えていることを特徴とする歯車伝動装置。
  2. 請求項１に記載の歯車伝動装置において、
    前記キャリヤに形成された外歯ギヤと、
    前記外歯ギヤに噛み合っているドライブギヤとを更に備え、
    前記ドライブギヤに前記第２軸が連結されている
    ことを特徴とする歯車伝動装置。
  3. 請求項１または２に記載の歯車伝動装置において、
    前記第２軸に前記トルクが入力され、
    前記第１軸から前記トルクを出力するように構成されている
    ことを特徴とする歯車伝動装置。
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