JP4433530B2

JP4433530B2 - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP4433530B2
Application number: JP33316199A
Authority: JP
Inventors: 睦男西本; 知之久保宮
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP2001153191A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等に搭載する動力伝達装置、更に詳しくは遊星歯車機構を備えた動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遊星歯車機構は、サンギヤと、該サンギヤと同心に配設されたリングギヤと、該リングギヤとサンギヤとに噛み合うプラネタリギヤ、および該プラネタリギヤを支持するプラネタリキャリア等の回転要素からなっている。このような遊星歯車機構は、サンギヤとリングギヤおよびプラネタリキャリアの何れか一つを固定し、残りの一方を入力側に他方を出力側にそれぞれ伝動連結することにより、入力側に伝達された動力を遊星歯車機構を介して出力側に伝達することができる。このような遊星歯車機構を備えた動力伝達装置において、遊星歯車機構を構成するサンギヤとリングギヤおよびプラネタリキャリアの何れか一つを固定する手段として、従来はブレーキバンドまたは多板ディスクブレーキが一般に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
而して、ブレーキバンドおよび多板ディスクブレーキは回転力を摩擦力によって制動するため、磨耗が発生し耐久性の面で問題がある。
【０００４】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、遊星歯車機構を構成する回転要素の一つに非接触で制動力を与えることができ、かつ、車両の発進等を可能とした多段の変速装置として利用することのできる車両用動力伝達装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、車両に搭載された原動機の動力によって駆動せしめられる入力軸と、該入力軸と同一軸上に配設された出力軸と、該入力軸と該出力軸との間に配設された複数個の遊星歯車機構とを具備する車両用動力伝達装置において、
該複数個の遊星歯車機構をそれぞれ構成する回転要素の一つに連結された磁性材からなる制動ドラムと、該各制動ドラムの外周側に回転が規制され軸方向に移動可能に配設された磁石手段と、該磁石手段を軸方向に作動せしめ、該各制動ドラムの外周面とそれぞれ対向する制動位置と該各制動ドラムの外周面と対向しない制動解除位置に位置付ける磁石作動手段とを具備することを特徴とする車両用動力伝達装置が提供される。
【０００７】
上記複数個の遊星歯車機構の一つは、回転方向を逆転する機構を具備している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された動力伝達装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【０００９】
図１には、本発明の基礎となる動力伝達装置を増速装置に適用した概略構成図が示されている。
図１に示す増速装置は、原動機の動力によって駆動せしめられる入力軸２と、該入力軸２と同一軸上に配設された出力軸３と、該入力軸２と出力軸３との間に配設された遊星歯車機構４とを具備している。遊星歯車機構４は、サンギヤ４１とリングギヤ４２とプラネタリギヤ４３およびプラネタリキャリア４４の各回転要素を備えている。サンギヤ４１は出力軸３に取り付けられている。リングギヤ４２はサンギヤ４１と同心に配設され、入力軸２に回転可能に支持されている。プラネタリギヤ４３はプラネタリキャリア４４に回転自在に支持され上記サンギヤ４１とリングギヤ４２に噛み合って配設されている。プラネタリギヤ４３を回転自在に支持するプラネタリキャリア４４は入力軸２に取り付けられている。このように構成された遊星歯車機構４は、リングギヤ４２を固定ないし制動力を与えることにより入力軸２の回転を増速して出力軸３に伝達することができ、また、リングギヤ４２の固定ないし制動を解除することにより入力軸２から出力軸３への動力伝達を遮断するようになっている。
【００１０】
図１に示す実施形態においては、上記リングギヤ４２に制動力を与えるための回転要素制動手段５を具備している。回転要素制動手段５は、図示の実施形態においてはリングギヤ４２に連結された制動ドラム６と、該制動ドラム６の外周側に配設された磁石手段７、および該磁石手段７を軸方向に作動せしめる磁石作動手段８とからなっている。制動ドラム６は磁性材によって構成されている。磁石手段７は、図２に示すように磁石支持環７１と、該磁石支持環７１の内周面に環状に配設された第１の永久磁石７２と、該第１の各永久磁石７２と軸方向にそれぞれ隣接して環状に配設された第２の永久磁石７３とからなっている。磁石支持環７１は、磁性材によって形成されており、その外周面には軸方向に複数個の案内溝７１１が設けられている。この磁石支持環７１は、案内溝７１１を装置ハウジング１０に軸方向に設けられた複数個の案内レール１１に嵌合することにより、回転は規制されるが軸方向には摺動可能に構成される。第１の永久磁石７２は、図示の実施形態においては図２および図３に示すように磁石支持環７１の内面に接合する外面と制動ドラム６と対向する内面とが磁極となっており、内面がＮ極に外面がＳ極に構成されている。また、第２の永久磁石７３は、内面がＳ極に外面がＮ極に構成されている。なお、第１の永久磁石７２および第２の永久磁石７３は、複数個（２〜６個）に分割して環状に配設してもよく、また、環状に一体的に形成してもよい。このように構成された磁石手段７は、磁石作動手段８によって軸方向に作動せしめられる。磁石作動手段８は、図示の実施形態においてはエアシリンダ８１からなっており、磁石手段７を図１において実線で示す制動ドラム６の外周面と対向する制動位置と、２点鎖線で示す制動ドラム６の外周面と対向しない解除位置に位置付ける。
【００１１】
以上のように構成された磁石手段７が図１において実線で示す制動ドラム６の外周面と対向する固定位置に位置付けられると、図３に示すように永久磁石７２、７３と磁石支持環７１および制動ドラム６を通る磁気回路７４が形成される。この結果、リングギヤ４２に連結された制動ドラム６が回転していれば磁石手段７と制動ドラム６とに相対速度差が生じ、この相対速度差によって制動ドラム６の内周面に渦電流が生じ、制動ドラム６即ちリングギヤ４２は制動トルクを受ける。この結果、入力軸の回転トルクはプラネタリキャリア４４に伝達され、プラネタリギヤ４３がリングギヤ４２に沿って自転しつつ公転するため、プラネタリギヤ４３と噛み合っているサンギヤ４１を介して出力軸３が増速される。なお、制動ドラム６即ちリングギヤ４２は、渦電流に基づく制動トルクを受けて回転速度が低下するが、この回転速度が小さくなると上記渦電流に基づく制動トルクが発生しなくなるため停止することはない。このため、リングギヤ４２はトルク伝達時においても低い所定の回転速度付近で回転している。一方、磁石手段７が図１において２点鎖線で示す制動解除位置に位置付けられると、磁石手段７の磁力が制動ドラム６に作用しないため、リングギヤ４２は回転可能であるため、入力軸２から出力軸３への動力伝達は遮断される。このように、図１乃至図３に示す実施形態においては、上記リングギヤ４２を制動するための回転要素制動手段５は動力伝達装置における機械的な接触のないクラッチとして機能する。
【００１２】
次に、磁石手段７の他の実施形態について図４および図５を参照して説明する。
図４および図５に示す磁石手段７は、磁石支持環７１の内周面に複数個の第１の永久磁石７２と複数個の第２の永久磁石７３を周方向に交互に配設したものである。第１の永久磁石７２は、磁石支持環７１の内面に接合する外面と制動ドラム６と対向する内面とが磁極となっており、内面がＮ極に外面がＳ極に構成されている。また、第２の永久磁石７３は、内面がＳ極に外面がＮ極に構成されている。このように構成された磁石手段７が制動ドラム６の外周面と対向する固定位置に位置付けられると、図５に示すように互いに周方向に隣接する永久磁石７２、７３と磁石支持環７１および制動ドラム６を通る磁気回路７４が形成される。この結果、制動ドラム６が回転していれば磁石手段７と制動ドラム６とに相対速度差が生じ、この相対速度差によって制動ドラム６の内周面に渦電流が生じ、制動ドラム６に制動トルクが発生する。図４および図５に示す磁石手段７は、第１の永久磁石７２と第２の永久磁石７３を周方向に交互に配設した構成であるため、幅方向寸法を小さくすることができる。
【００１３】
次に、本発明の基礎となる動力伝達装置を減速装置に適用した例を、図６を参照して説明する。
なお、図６に示す実施形態は、遊星歯車機構４のサンギヤ４１が入力軸２に取り付けられ、プラネタリギヤ４３が出力軸３に取り付けられている以外は、上述した図１乃至図３に示す実施形態と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
図６に示す実施形態は、回転要素制動手段５の磁石手段７を図において実線で示す制動ドラム６の外周面と対向する制動位置に位置付け、制動ドラム６即ちリングギヤ４２に制動力を作用することにより、入力軸２の回転を増速して出力軸３に伝達することができる。また、磁石手段７を図において２点鎖線で示す制動解除位置に位置付けると、磁石手段７の磁力が制動ドラム６に作用しないため、リングギヤ４２は回転可能となるため、入力軸２から出力軸３への動力伝達は遮断される。このように、図に示す実施形態においても上記リングギヤ４２を固定するための回転要素固定手段５は動力伝達装置における機械的な接触のないクラッチとして機能する。
【００１４】
次に、本発明の車両用動力伝達装置における変速装置の実施形態の一例を、図７を参照して説明する。
なお、図７に示す実施形態においては、上記各実施形態における各部材と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
図７に示す実施形態においては、入力軸２と出力軸３との間に第１の遊星歯車機構４ａと第２の遊星歯車機構４ｂと第３の遊星歯車機構４ｃと第４の遊星歯車機構４ｄおよび第５の遊星歯車機構４ｅが配設されている。第１の遊星歯車機構４ａは、上述した遊星歯車機構４と同様にサンギヤ４１ａとリングギヤ４２ａとプラネタリギヤ４３ａおよびプラネタリキャリア４４ａの各回転要素を備えている。サンギヤ４１ａは入力軸２に取り付けられ、プラネタリギヤ４３ａを回転自在に支持するプラネタリキャリア４４ａが出力軸３に取り付けられている。なお、プラネタリキャリア４４ａは、図示の実施形態においては歯幅が大きく構成されている。また、リングギヤ４２ａには第１の制動ドラム６ａが連結されている。
【００１５】
第２の遊星歯車機構４ｂは、サンギヤ４１ｂが入力軸２に取り付けられ、プラネタリギヤ４３ａを回転自在に支持するプラネタリキャリア４４ｂが上記第１の遊星歯車機構４ａのリングギヤ４２ａと連結されている。リングギヤ４２ｂには第２の制動ドラム６ｂが連結されている。
【００１６】
第３の遊星歯車機構４ｃは、サンギヤ４１ｃが入力軸２に回転自在に配設され、リングギヤ４２ｃが上記第２の遊星歯車機構４ｂのリングギヤ４２ｂと連結され、プラネタリギヤ４３ｃを回転自在に支持するプラネタリキャリア４４ｃが入力軸２に取付けられている。リングギヤ４２ｃには第３の制動ドラム６ｃが連結されている。
【００１７】
第４の遊星歯車機構４ｄは、サンギヤ４１ｄが上記第３の遊星歯車機構４ｃのサンギヤ４１ｃと連結され入力軸２に回転自在に配設されており、リングギヤ４２ｄが入力軸２に取付けられ、プラネタリギヤ４３ｄを回転自在に支持するプラネタリキャリア４４ｄには第４の制動ドラム６ｄが連結されている。
【００１８】
第５の遊星歯車機構４ｅは、リングギヤ４２ｅと噛み合うプラネタリギヤ４３ｅが上記第１の遊星歯車機構４ａのプラネタリギヤ４３ａと噛み合うように構成されており、プラネタリギヤ４３ａを回転自在に支持するプラネタリキャリア４４ｅが入力軸２に取付けられている。リングギヤ４２ｅには第５の制動ドラム６ｅが連結されている。なお、第５の制動ドラム６ｅと上記第１の制動ドラム６ａとの間には所定の間隔が設けられている。
【００１９】
図７に示す実施形態における動力伝達装置としての変速装置は、上記制動ドラム６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄおよび６ｅ、即ちリングギヤ４２ａ、リングギヤ４２ｂ、サンギヤ４１ｃ、プラネタリキャリア４４ｄおよびリングギヤ４２ｅに選択的に制動力を作用せしめるための回転要素制動手段５を具備している。回転要素制動手段５は、磁石手段７および該磁石手段７を軸方向に作動せしめる磁石作動手段８とからなっている。磁石作動手段８は、磁石手段７を第１の制動ドラム６ａと第５の制動ドラム６ｅとの間に位置する中立位置（Ｎ）（いずれの制動の外周面と対向しない制動解除位置）と、第１の制動ドラム６ａの外周面と対向する１速位置(I) と、第２の制動ドラム６ｂの外周面と対向する２速位置(II)と、第３の制動ドラム６ｃの外周面と対向する３速位置(III) と、第４の制動ドラム６ｄの外周面と対向する４速位置(IV)および上記中立位置（Ｎ）の図において右側の後進位置（Ｒ）に選択的に位置付ける。
【００２０】
図７に示す変速装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
磁石手段７が図７に示すように中立位置（Ｎ）に位置付けられている場合には、第１の遊星歯車機構４ａのリングギヤ４２ａと第２の遊星歯車機構４ｂのリングギヤ４２ｂと第３の遊星歯車機構４ｃのサンギヤ４１ｃと第４の遊星歯車機構４ｄのプラネタリキャリア４４ｄおよび第５の遊星歯車機構４ｅのリングギヤ４２ｅがいずれも固定されないので、入力軸２から出力軸３への動力伝達は遮断される。
【００２１】
変速装置を１速で作動する場合、磁石手段７を１速位置(I) に位置付けると、制動ドラム６ａ即ち第１の遊星歯車機構４ａのリングギヤ４２ａに制動力が作用する。この結果、入力軸２に伝達された回転トルクは第１の遊星歯車機構４ａのサンギヤ４１ａからプラネタリギヤ４３ａに伝達され、該プラネタリギヤ４３ａがリングギヤ４２ａに沿って自転しつつ公転し、この公転がプラネタリキャリア４４ａを介して出力軸３に伝達される。この場合、入力軸２の回転速度は減速されて出力軸３に伝達される。なお、図示の実施形態における１速は、サンギヤ４１ａとリングギヤ４２ａのギヤ比（λ１）（サンギヤ４１ａの歯数とリングギヤ４２ａの歯数との比）が１：２の場合には、速度比（φ１）は、φ１＝λ１／（１＋λ１）で、０．３３３となり、トルク比は約３倍となる。
【００２２】
変速装置を２速で作動する場合、磁石手段７を２速位置(II)に位置付けると、制動ドラム６ｂ即ち第２の遊星歯車機構４ｂのリングギヤ４２ｂに制動力が作用する。リングギヤ４２ｂに制動力が作用すると、入力軸２に伝達された回転トルクは第２の遊星歯車機構４ｂのサンギヤ４１ｂからプラネタリギヤ４３ｂに伝達され、該プラネタリギヤ４３ｂがリングギヤ４２ｂに沿って自転しつつ公転する。この結果、リングギヤ４２ｂに伝達された動力は、プラネタリキャリア４４ｂ、第１の遊星歯車機構４ａのリングギヤ４２ａ、プラネタリギヤ４３ａ、プラネタリキャリア４４ａを介して出力軸３に伝達される。この場合、入力軸２の回転速度は上述した１速の場合より増速されて出力軸３に伝達される。なお、図示の実施形態における２速は、サンギヤ４１ｂとリングギヤ４２ｂのギヤ比（λ２）
（サンギヤ４１ｂの歯数とリングギヤ４２ｂの歯数との比）が１：２の場合には、速度比（φ２）は、φ２＝λ２／（１＋λ１）・（１＋λ２）で、０．５５６
となり、トルク比は約１．８倍となる。
【００２３】
変速装置を３速で作動する場合、磁石手段７を３速位置(III) に位置付けると、制動ドラム６ｃ即ち第３の遊星歯車機構４ｃのサンギヤ４１ｃに制動力が作用する。サンギヤ４１ｃに制動力が作用すると、入力軸２に伝達された回転トルクは第３の遊星歯車機構４ｃのプラネタリキャリア４４ｃからプラネタリギヤ４３ｃに伝達され、プラネタリギヤ４３ｃがサンギヤ４１ｃに沿って自転しつつ公転する。この結果、プラネタリギヤ４３ｃに伝達された動力は、リングギヤ４２ｃ、該リングギヤ４２ｃと連結された第２の遊星歯車機構４ｂのリングギヤ４２ｂ、プラネタリギヤ４３ｂ、プラネタリキャリア４４ｂ、上記第１の遊星歯車機構４ａのリングギヤ４２ａ、プラネタリギヤ４３ａ、プラネタリキャリア４４ａを介して出力軸３に伝達される。この場合、入力軸２の回転速度は増速されて出力軸３に伝達される。なお、図示の実施形態における３速は、サンギヤ４１ｃと
リングギヤ４２ｃのギヤ比（λ３）（サンギヤ４１ｃの歯数とリングギヤ４２ｃの歯数との比）が１：２の場合には、速度比（φ３）は、φ３＝｛１／（１＋λ１）・（１＋λ２）｝×（１＋λ１＋λ２＋λ３）で、１．１１１となり、トルク比は約０．９倍となる。
【００２４】
変速装置を４速で作動する場合、磁石手段７を４速位置(IV)に位置付けると、制動ドラム６ｄ即ち第４の遊星歯車機構４ｄのプラネタリキャリア４４ｄに制動力が作用する。プラネタリキャリア４４ｄに制動力が作用すると入力軸２に伝達された回転トルクはリングギヤ４２ｄに伝達され、プラネタリギヤ４３ｄを自転させ、サンギヤ４１ｄを回転せしめる。この結果、サンギヤ４１ｄに伝達された動力は、該サンギヤ４１ｄと連結された第３の遊星歯車機構４ｃのサンギヤ４３ｃ、プラネタリギヤ４３ｃ、リングギヤ４２ｃ、該リングギヤ４２ｃと連結された第２の遊星歯車機構４ｂのリングギヤ４２ｂ、プラネタリギヤ４２ｂ、プラネタリキャリア４４ｂ、上記第１の遊星歯車機構４ａのリングギヤ４２ａ、プラネタリギヤ４３ａ、プラネタリキャリア４４ａを介して出力軸３に伝達される。この場合、入力軸２の回転速度は上述した３速の場合より更に増速されて出力軸３に伝達される。なお、図示の実施形態における４速は、サンギヤ４１ｃとリングギヤ４２ｄのギヤ比（λ4）（サンギヤ４１ｃの歯数とリングギヤ４２ｄの歯数との比）が１：２の場合には、速度比（φ4）は、φ4＝｛１／（１＋λ1）・（１＋λ2）｝×｛（λ3／λ4）＋（λ3＋λ2＋λ1＋１）｝で、１．５５６となり、トルク比は約０．６４倍となる。
【００２５】
次に、変速装置を後進で作動する場合、磁石手段７を後進位置（Ｒ）に位置付けると、制動ドラム６ｅ即ち第５の遊星歯車機構４ｅのリングギヤ４２ｅに制動力が作用する。リングギヤ４２ｅに制動力が作用すると、入力軸２に伝達された回転トルクは第１の遊星歯車機構４ａのサンギヤ４１ａからプラネタリギヤ４３ａに伝達され、該プラネタリギヤ４３ａが駆動される。プラネタリギヤ４３ａが駆動されると、第５の遊星歯車機構４ｅのプラネタリギヤ４３ｅがリングギヤ４２ｅに沿って自転しつつ公転する。このプラネタリギヤ４３ｅは第１の遊星歯車機構４ａのプラネタリギヤ４３ａによって駆動されるため、回転方向が逆転される。この結果プラネタリギヤ４３ｅに伝達された動力は、プラネタリキャリア４４ｅを介して出力軸３を後進方向に駆動する。なお、図示の実施形態における後進は、サンギヤ４１ａとリングギヤ４２ｅのギヤ比（λ5）（サンギヤ４１ａの歯数とリングギヤ４２ｅの歯数との比）が０．３：１の場合には、速度比（φ5）は、φ5＝−（λ5／（１−λ5）で、−０．４２９となり、トルク比は約２．３倍となる。
【００２６】
以上のように、図７に示す、本発明の車両用動力伝達装置における変速装置では、磁石手段７を１速位置(I) 、２速位置(II)、３速位置(III) 、４速位置(IV)および後進位置（Ｒ）に選択的に位置付けることにより、それぞれ所定の変速比の出力を得ることができる。上記各リングギヤ、サンギヤ、プラネタリキャリアに制動力を与える回転要素固定手段５は渦電流による制動機構であるため、機械的な接触部がなく耐久性を向上することができる。また、渦電流による制動機構は制動ドラムと磁石手段との間に滑りが発生することで制動力が作用し、遊星歯車機構を機能せしめるとができるので、図７に示す変速装置の入力軸２を車両の原動機である内燃機関に直接連結しても車両を停止状態から発進駆動することができる。即ち、本発明に従って構成された車両用動力伝達装置では、車両を発進するために用いられている摩擦クラッチやトルクコンバータ等の流体継手を除去することが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明による車両用動力伝達装置は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【００２８】
即ち、本発明の基礎をなす動力伝達装置によれば、入力軸と出力軸との間に配設された遊星歯車機構を構成する回転要素の一つに磁性材からなる制動ドラムを連結し、該制動ドラムの外周側に回転が規制され軸方向に移動可能に磁石手段を配設したので、磁石手段を制動ドラムの外周面と対向する制動位置に位置付けることにより、磁石手段と制動ドラムとの相対速度差によって制動ドラムの内周面に渦電流を生じさせ、制動ドラム即ち回転要素の一つに制動力を与えることができる。この結果、機械的な接触をすることなく遊星歯車機構を機能させ動力伝達を行うことができるので、磨耗が無く耐久性に優れた動力伝達装置を得ることができる。
そして、本発明においては、遊星歯車機構を複数個配設して変速装置を構成し、これを車両に搭載しているので、入力軸を原動機に直接連結しても車両を発進駆動させることができ、車両を発進するために用いられている摩擦クラッチやトルクコンバータ等の流体継手を除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎となる動力伝達装置を増速装置に適用した概略構成図。
【図２】図１に示す動力伝達装置を構成する磁石手段の一実施形態を示す要部斜視図。
【図３】図１に示す動力伝達装置を構成する回転要素制動手段の一実施形態を示す拡大断面図。
【図４】動力伝達装置を構成する磁石手段の他の実施形態を示す要部斜視図。
【図５】動力伝達装置を構成する回転要素制動手段の他の実施形態を示す拡大断面図。
【図６】本発明の基礎となる動力伝達装置を減速装置に適用した概略構成図。
【図７】本発明に従って構成された車両用動力伝達装置の変速装置を示す概略構成図。

Claims

車両に搭載された原動機の動力によって駆動せしめられる入力軸と、該入力軸と同一軸上に配設された出力軸と、該入力軸と該出力軸との間に配設された複数個の遊星歯車機構とを具備する車両用動力伝達装置において、
該複数個の遊星歯車機構をそれぞれ構成する回転要素の一つに連結された磁性材からなる制動ドラムと、該各制動ドラムの外周側に回転が規制され軸方向に移動可能に配設された磁石手段と、該磁石手段を軸方向に作動せしめ、該各制動ドラムの外周面とそれぞれ対向する制動位置と該各制動ドラムの外周面と対向しない制動解除位置に位置付ける磁石作動手段とを具備することを特徴とする車両用動力伝達装置。
該複数個の遊星歯車機構の一つは回転方向を逆転する機構を具備している、請求項１記載の車両用動力伝達装置。