JP2019065864A - 歯車伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を小型化し、かつ、大きな入出力比を設定することができるとともに、製造に掛かるコストを低減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、第１サンギヤＳ１に入力されたトルクを増大もしくは減少させて第１センターギヤＣ１から出力する第１ギヤ機構８と、第１サンギヤＳ１と一体となって回転する第２サンギヤＳ２と、第２サンギヤＳ２に噛み合っている第３ピニオンギヤＰ６と、第１センターギヤＣ１と一体となって回転する第２センターギヤＣ２と、第３ピニオンギヤＰ６と第２センターギヤＣ２とに噛み合っている第４ピニオンギヤＳＰ２と、第３ピニオンギヤＰ６と第４ピニオンギヤＳＰ２とを自転可能に保持して回転するキャリヤ１０とを有する第２ギヤ機構１４とを備え、第１サンギヤＳ１にトルクが入力され、キャリヤ１０からトルクを出力するように構成されている。【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つの遊星歯車機構を組み合わせて構成されている。第１遊星歯車機構は３つの回転要素として第１サンギヤと、第１サンギヤに対して同心円状に配置された第１リングギヤと、第１サンギヤおよび第１リングギヤに噛み合っている第１ピニオンギヤを回転可能に支持する第１キャリヤとを有している。同様に、第２遊星歯車機構は３つの回転要素として第２サンギヤと、第２サンギヤに対して同心円状に配置された第２リングギヤと、第２サンギヤおよび第２リングギヤに噛み合っている第２ピニオンギヤを回転可能に支持する第２キャリヤとを有している。第１サンギヤと第２サンギヤとは一体となって回転するように連結されており、かつ、入力軸に連結されている。第１リングギヤと第２リングギヤとは、共通の円環枠の内周面に形成されており、したがって一体となって回転する。そして、固定部である静止フレームに第２キャリヤが連結され、出力軸に第１キャリヤが連結されている。

特開２００８−２７５１１２号公報

複数のギヤ対を備え、前記複数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、装置を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、第１リングギヤおよび第２リングギヤを有しているため、各リングギヤによって装置の外径が制約されてしまう。また、前記リングギヤによって当該リングギヤの内側に配置されるサンギヤやピニオンギヤなどの外径が制約されるため、前記サンギヤや前記ピニオンギヤなど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、そのために、入出力比の選択あるいは設定の幅が制約されてしまう。さらに、上述したリングギヤは円環枠の内周面に形成されている。このような構成では、円環枠の内部空間を使用して歯車の切削加工を行うため、外歯歯車であるサンギヤやピニオンギヤを製造する場合と比較して、スペース上の制約があって内歯を加工しにくく、加工コストが増大する可能性がある。その結果、装置の全体として製造コストが増大する可能性がある。

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、装置を小型化し、かつ、大きな入出力比を設定することができるとともに、製造に掛かるコストを低減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、入力されるトルクを増大しもしくは減少させて出力する歯車伝動装置において、外歯歯車である第１サンギヤと、所定の固定部に自転可能に連結されかつ前記第１サンギヤに噛み合っている外歯歯車である第１ピニオンギヤと、前記所定の固定部に自転可能に連結されかつ前記第１ピニオンギヤに噛み合っている外歯歯車である第２ピニオンギヤと、前記第２ピニオンギヤに噛み合っていてかつ前記第１サンギヤと同軸上に配置された外歯歯車である第１センターギヤとを有する第１ギヤ機構と、前記第１サンギヤと一体となって回転する外歯歯車である第２サンギヤと、前記第２サンギヤに噛み合っている外歯歯車である第３ピニオンギヤと、前記第１センターギヤと一体となって回転する外歯歯車である第２センターギヤと、前記第３ピニオンギヤと前記第２センターギヤとに噛み合っている外歯歯車である第４ピニオンギヤと、前記第３ピニオンギヤと前記第４ピニオンギヤとを自転可能に保持して回転するキャリヤとを有する第２ギヤ機構とを備え、前記第１サンギヤに前記トルクが入力され、前記キャリヤ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ものである。

この発明によれば、第１ギヤ機構の第１サンギヤにトルクが入力されて第１サンギヤが回転すると、第１サンギヤからトルクを受けて第１ピニオンギヤが第１サンギヤとは逆方向に自転する。第１ピニオンギヤからトルクを受けて第２ピニオンギヤが第１ピニオンギヤとは逆方向に、つまり、第１サンギヤと同じ方向に自転する。また、第２ピニオンギヤからトルクを受けて第１センターギヤが回転する。前記第１センターギヤは、第２ピニオンギヤとは逆方向に、つまり、第１サンギヤとは逆方向に回転する。第２ギヤ機構の第２センターギヤは上記の第１センターギヤと一体となって回転するから、第２センターギヤには、第１サンギヤに入力されたトルクを第１ギヤ機構で設定される入出力比に応じて増減したトルクが現れる。その第２センターギヤからトルクを受けて第４ピニオンギヤが第２センターギヤとは逆方向に、つまり、第１サンギヤと同じ方向に自転する。第２ギヤ機構の第２サンギヤは第１サンギヤと一体となって回転する。第３ピニオンギヤは第４ピニオンギヤと第２サンギヤとに噛み合っているため、第４ピニオンギヤおよび第２サンギヤの回転方向とは逆方向に自転する。すなわち、第２サンギヤに入力されたトルクに対する反力を第４ピニオンギヤが受け持つことになり、第４ピニオンギヤと第３ピニオンギヤとは第２サンギヤの周囲を公転する。それに伴って、第４ピニオンギヤおよび第３ピニオンギヤを保持しているキャリヤが回転する。つまり、第１ギヤ機構は第２ギヤ機構で設定される入出力比を増減するように機能する。そのため、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、この発明に係る歯車伝動装置では、内歯歯車であるリングギヤを用いていないため、リングギヤによる外径の制約がなくなり、歯車伝動装置を従来になく小型化することができ、また、装置の全体として製造に掛かるコストを低減することができる。

この発明の第１実施形態に係る歯車伝動装置を模式的に示す図である。 この発明の第２実施形態に係る歯車伝動装置を模式的に示す図である。

（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態に係る歯車伝動装置を模式的に示す図である。ここに示す歯車伝動装置１は入力されたトルクを増大して出力する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、入力軸２に第１アクチュエータ３が連結されている。第１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、誘導モータなどによって構成されており、第１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。また、入力軸２にサンギヤ軸４が連結されている。サンギヤ軸４は外歯歯車である第１サンギヤＳ１の回転軸であって、サンギヤ軸４に、当該サンギヤ軸４と一体となって回転するように第１サンギヤＳ１が設けられている。

第１サンギヤＳ１の外周側に、外歯歯車である第１ピニオンギヤＰ１が配置されている。第１ピニオンギヤＰ１は入力軸２と平行に配置された第１ピニオン軸５に回転可能に取り付けられており、第１ピニオン軸５は固定部であるケース６に取り付けられている。第１ピニオンギヤＰ１は、第１サンギヤＳ１より小径のギヤであって第１サンギヤＳ１に噛み合っている。第１ピニオンギヤＰ１に、外歯歯車である第２ピニオンギヤＰ２が噛み合っている。

第２ピニオンギヤＰ２と第１ピニオンギヤＰ１とは、歯車伝動装置１の円周方向に並んで配置されている。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、歯車伝動装置１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５と平行に配置された第２ピニオン軸７に回転可能に支持されている。第２ピニオン軸７はケース６に取り付けられている。

また、第２ピニオンギヤＰ２と一体となって回転する外歯歯車である第３ピニオンギヤＰ３が第２ピニオン軸７に回転可能に支持されている。第３ピニオンギヤＰ３は第２サンギヤＳ１より大径に形成されている。それら第２ピニオンギヤＰ２と第３ピニオンギヤＰ３とによって第１ステップドピニオンギヤＳＰ１が構成されている。第３ピニオンギヤＰ３に外歯歯車である第１センターギヤＣ１が噛み合っている。第１センターギヤＣ１は、第１サンギヤＳ１より大径のギヤであって、かつ、サンギヤ軸４に対して回転可能に支持されている。つまり第１センターギヤＣ１は、第１サンギヤＳ１と同軸上に配置されている。上述した第１サンギヤＳ１と、第１ピニオンギヤＰ１と、第１ステップドピニオンギヤＳＰ１と、第１センターギヤＣ１とによって第１ギヤ機構８が構成されている。なお、上述した第１ステップドピニオンギヤＳＰ１が、この発明の実施形態における第２ピニオンギヤに相当している。

さらに、第１センターギヤＣ１と一体となって回転する外歯歯車である第２センターギヤＣ２がサンギヤ軸４に回転可能に支持されている。第２センターギヤＣ２は第１センターギヤＣ１とほぼ同じ外径に形成されており、第２センターギヤＣ２に外歯歯車である第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、第３ピニオンギヤＰ３とほぼ同じ外径に形成されていて、サンギヤ軸４と平行に配置された第３ピニオン軸９に回転可能に支持されている。第３ピニオン軸９は、図１に示す例では、サンギヤ軸４の回転中心軸線方向で第１ギヤ機構８を挟んで第１アクチュエータ３とは反対側であって、サンギヤ軸４と同一軸線上に配置されたキャリヤ１０に取り付けられている。

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た外歯歯車である第５ピニオンギヤＰ５が、第３ピニオン軸９に回転可能に支持されている。その第５ピニオンギヤＰ５は第４ピニオンギヤＰ４より小径であって、第２ピニオンギヤＰ２とほぼ同じ外径に形成されている。それら第４ピニオンギヤＰ４と第５ピニオンギヤＰ５とによって第２ステップドピニオンギヤＳＰ２が構成されている。なお、上述した第２ステップドピニオンギヤＳＰ２が、この発明の実施形態における第４ピニオンギヤに相当している。

第５ピニオンギヤＰ５に、この発明の実施形態における第３ピニオンギヤに相当する外歯歯車である第６ピニオンギヤＰ６が噛み合っている。第６ピニオンギヤＰ６は、第１ピニオンギヤＰ１とほぼ同じ外径に形成されていて、サンギヤ軸４と平行に配置された第４ピニオン軸１１に回転可能に支持されている。第４ピニオン軸１１はキャリヤ１０に取り付けられている。また、第５ピニオンギヤＰ５と第６ピニオンギヤＰ６とは、歯車伝動装置１の円周方向に並んで配置されている。ここで、「並んで」とは、第５ピニオンギヤＰ５と第６ピニオンギヤＰ６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、歯車伝動装置１の半径方向で第６ピニオンギヤＰ６の外側に第５ピニオンギヤＰ５を記載してある。

また、第６ピニオンギヤＰ６に外歯歯車である第２サンギヤＳ２が噛み合っている。第２サンギヤＳ２はサンギヤ軸４と一体となって回転するようにサンギヤ軸４に設けられている。そして、上記のキャリヤ１０に、歯車伝動装置１の出力軸１２が連結されている。出力軸１２はケース６に回転可能に支持されており、当該出力軸１２に車両の駆動輪などの出力部材１３が連結されている。上述した第２センターギヤＣ２と、第２ステップドピニオンギヤＳＰ２と、第６ピニオンギヤＰ６と、第２サンギヤＳ２とによって第２ギヤ機構１４が構成されている。

次に、図１に示す構成の歯車伝動装置１の作用について説明する。第１アクチュエータ３で発生させたトルクによって第１サンギヤＳ１が回転する。第１サンギヤＳ１からトルクを受けて第１ピニオンギヤＰ１が第１サンギヤＳ１の回転方向に対して逆方向に回転する。第１ピニオンギヤＰ１からトルクを受けて第２ピニオンギヤＰ２が第１ピニオンギヤＰ１の回転方向に対して逆方向に回転する。また、第２ピニオンギヤＰ２と一体となって第３ピニオンギヤＰ３が回転する。つまり、第１サンギヤＳ１と同じ方向に第１ステップドピニオンギヤＳＰ１が回転する。第３ピニオンギヤＰ３からトルクを受けて第１センターギヤＣ１が第１ステップドピニオンギヤＳＰ１の回転方向に対して逆方向に、つまり、第１サンギヤＳ１の回転方向に対して逆方向に回転する。

上記構成の第１ギヤ機構８では、第１サンギヤＳ１と第１ピニオンギヤＰ１とのギヤ比と、第１ピニオンギヤＰ１と第２ピニオンギヤＰ２とのギヤ比と、第３ピニオンギヤＰ３と第１センターギヤＣ１とのギヤ比とに応じた入出力比（減速比）が設定される。その減速比に応じて第１アクチュエータ３のトルクが増大されて第１センターギヤＣ１に現れる。そのため、第１センターギヤＣ１の回転数は第１サンギヤＳ１の回転数に対して低回転数となる。

上述した第１センターギヤＣ１と一体となって第２センターギヤＣ２が回転する。第２センターギヤＣ２からトルクを受けて第４ピニオンギヤＰ４が第２センターギヤＣ２の回転方向に対して逆方向に回転する。第４ピニオンギヤＰ４と一体となって第５ピニオンギヤＰ５が回転する。つまり、第１サンギヤＳ１の回転方向と同じ方向に第２ステップドピニオンギヤＳＰ２が自転する。なお、第２ステップドピニオンギヤＳＰ２の回転数は、第１サンギヤＳ１の回転数に対して低回転数となる。

第２ギヤ機構１４の第２サンギヤＳ２は上記の第１サンギヤＳ１と一体となって回転する。第６ピニオンギヤＰ６は上記の第５ピニオンギヤＰ５と第２サンギヤＳ２とに噛み合っているため、それら第５ピニオンギヤＰ５および第２サンギヤＳ２の回転方向に対して逆方向に回転する。また、上記構成では、第２サンギヤＳ２に入力されたトルクに対する反力を第２ステップドピニオンギヤＳＰ２が受け持つことになる。すなわち、第２サンギヤＳ２の周囲を第２ステップドピニオンギヤＳＰ２と第６ピニオンギヤＰ６とが公転し、第２サンギヤＳ２に入力されたトルクは、第２ギヤ機構１４での減速比に応じて増大され、キャリヤ１０から出力される。上述したキャリヤ１０の回転に伴って出力軸１２が回転し、当該出力軸１２に連結された出力部材１３が回転する。

したがって、この発明の第１実施形態に係る歯車伝動装置１によれば、第１サンギヤＳ１に入力されたトルクは、第１ギヤ機構８での減速比に応じて増大されて第１センターギヤＣ１から出力される。また、第１センターギヤＣ１と、当該第１センターギヤＣ１と一体となって回転する第２センターギヤＣ２とは、第１サンギヤＳ１の回転方向とは逆方向に回転する。そのため、第２センターギヤＣ２は、第２ギヤ機構１４の第２サンギヤＳ２に入力されるトルクに対する反力を受け持つように機能する。つまり、第１ギヤ機構８は第２ギヤ機構１４で設定される減速比を増大するように機能する。その結果、歯車伝動装置１の全体として大きい減速比を設定することができる。また、この発明に係る歯車伝動装置１では、内歯歯車であるリングギヤを用いないため、リングギヤによる外径の制約がなくなり、歯車伝動装置１を従来になく小型化することができ、また、装置の全体として製造に掛かるコストを低減することができる。さらに、上記のようにして大きい減速比を設定することができるため、最高出力や外径などが小さいアクチュエータを、第１アクチュエータ３として採用することができる。また、出力部材１３の回転数を低減し、あるいは出力部材１３の回転を止める場合においては、第１アクチュエータ３で発生させる制動トルクを低減することができる。そして、第１アクチュエータ３によってエネルギ回生を行う場合には、出力部材１３の回転数は増大されて第１アクチュエータ３に伝達されるため、エネルギの回生効率を向上することができる。

（第２実施形態）
図２は、この発明の第２実施形態に係る歯車伝動装置を模式的に示す図である。図２に示す歯車伝動装置１は、第１実施形態と同様に、入力されたトルクを増大して出力する減速装置として構成されている。サンギヤ軸４はケース６に固定されていて、そのサンギヤ軸４に第１サンギヤＳ１と第２サンギヤＳ２とが回転可能に取り付けられている。また、２つの第２ピニオン軸７のそれぞれに、第１ステップドピニオンギヤＳＰ１が一体となって回転するように設けられている。図２に示す例では、２つの第２ピニオン軸７のうちの一方の第２ピニオン軸７ａに入力軸２を介して第１アクチュエータ３が連結されている。また、他方の第２ピニオン軸７ｂに第２アクチュエータ１５が連結されている。他の構成は、図１に示す構成と同様であるため、図１に示す構成と同様の部分には、図１と同様の符号を付してその説明を省略する。

次に、図２に示す構成の歯車伝動装置１の第１ギヤ機構８の作用について説明する。なお、第２ギヤ機構１４の作用については、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。第１アクチュエータ３および第２アクチュエータ１５で発生させたトルクによって第１ステップドピニオンギヤＳＰ１が回転する。すなわち、第２ピニオンギヤＰ２からトルクを受けて第１ピニオンギヤＰ１が第２ピニオンギヤＰ２とは逆方向に回転する。第１ピニオンギヤＰ１からトルクを受けて第１サンギヤＳ１が第１ピニオンギヤＰ１とは逆方向に、つまり、第１ステップドピニオンギヤＳＰ１と同じ方向に回転する。また、第３ピニオンギヤＰ３からトルクを受けて第１センターギヤＣ１が第３ピニオンギヤＰ２とは逆方向に、つまり、第１サンギヤＳ１とは逆方向に回転する。図２に示す構成では、各アクチュエータ３，１５で発生させたトルクは、第３ピニオンギヤＰ３と第１センターギヤＣ１とのギヤ比、つまり第１ギヤ機構８での減速比に応じて増大されて第１センターギヤＣ１から出力され、第１センターギヤＣ１の回転数は第１サンギヤＳ１の回転数に対して低回転数となる。また、各アクチュエータ３，１５で発生させたトルクは第１ステップドピニオンギヤＳＰ１および第１ピニオンギヤＰ１を介して第１サンギヤＳ１に伝達される。

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３，１５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３，１５で発生させたトルクを第１ギヤ機構８での減速比に応じて増大して第２ギヤ機構１４に伝達する。そのため、それぞれのアクチュエータ３，１５で発生させるトルクを小さくすることができる。また、出力部材１３の回転数を低減し、あるいは出力部材１３の回転を止める場合においては、それぞれのアクチュエータ３，１５で発生させる制動トルクを低減することができる。そのため、アクチュエータ３，１５を、第１実施形態と比較して、更に小型化することができ、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。

さらに、各アクチュエータ３，１５で発生させたトルクは、上述したように、第１ギヤ機構８での減速比に応じて増大されて第１センターギヤＣ１に出力される。その第１センターギヤＣ１と、当該第１センターギヤＣ１と一体となって回転する第２センターギヤＣ２とは、第１サンギヤＳ１の回転方向とは逆方向に回転する。第２センターギヤＣ２は、第２ギヤ機構１４の第２サンギヤＳ２に入力されるトルクに対する反力を受け持つように機能する。つまり、第２実施形態であっても、第１ギヤ機構８は第２ギヤ機構１４で設定される減速比を増大するように機能する。その結果、歯車伝動装置１の全体として大きい減速比を設定することができ、上述した第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

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、図１に示す歯車伝動装置１においては、キャリヤ１０に入力軸２を連結し、第１サンギヤＳ１に出力軸１２を連結する。また、図２に示す歯車伝動装置１においては、キャリヤ１０に入力軸２を連結し、２つの第２ピニオン軸７のうちの少なくとも一方に出力軸１２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に示した歯車伝動装置１において、２つのアクチュエータ３，１５のうち、いずれか一方のアクチュエータ１５（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…第１アクチュエータ、 ６…ケース（固定部）、 １０…キャリヤ、 Ｓ１…第１サンギヤ、 Ｓ２…第２サンギヤ、 Ｐ１…第１ピニオンギヤ、 Ｐ６…第６ピニオンギヤ（第３ピニオンギヤ）、 ＳＰ１…第１ステップドピニオンギヤ（第２ピニオンギヤ）、 ＳＰ２…第２ステップドピニオンギヤ（第４ピニオンギヤ）。

Claims (1)

1. 入力されるトルクを増大しもしくは減少させて出力する歯車伝動装置において、
   外歯歯車である第１サンギヤと、所定の固定部に自転可能に連結されかつ前記第１サンギヤに噛み合っている外歯歯車である第１ピニオンギヤと、前記所定の固定部に自転可能に連結されかつ前記第１ピニオンギヤに噛み合っている外歯歯車である第２ピニオンギヤと、前記第２ピニオンギヤに噛み合っていてかつ前記第１サンギヤと同軸上に配置された外歯歯車である第１センターギヤとを有する第１ギヤ機構と、
   前記第１サンギヤと一体となって回転する外歯歯車である第２サンギヤと、前記第２サンギヤに噛み合っている外歯歯車である第３ピニオンギヤと、前記第１センターギヤと一体となって回転する外歯歯車である第２センターギヤと、前記第３ピニオンギヤと前記第２センターギヤとに噛み合っている外歯歯車である第４ピニオンギヤと、前記第３ピニオンギヤと前記第４ピニオンギヤとを自転可能に保持して回転するキャリヤとを有する第２ギヤ機構とを備え、
   前記第１サンギヤに前記トルクが入力され、前記キャリヤ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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