JP4853924B2 - 負荷感応変速機 - Google Patents

Description

本発明は、負荷感応変速機に関する。

従来、負荷のトルク、速度を計測して、それに応じて変速機を切り替える自動変速機は知られている。本発明者らは、自動変速機として、２つの動力伝達経路を負荷変動に応じてクラッチで切り替えることにより、２段階の自動変速を行う負荷感応型変速機をすでに提案している。（特許文献１、２参照）。この負荷感応型変速機の特徴は、補助動力や電子回路等の付属機器が不要なことで、小型軽量かつシンプルな構成の自動変速機を実現可能とすることである。

図９（ａ）は、本発明者がすでに提案した従来の負荷感応変速機の概念図を示し、図９（ｂ）はこの従来の負荷感応型変速機の構成の模式図を示す。

この従来の負荷感応型変速機は、図９（ａ）に示すように、動力源よりの入力は、出力の負荷に応じて切換動作が行われるクラッチにより、直接又は減速機を介して出力される構成である。このような構成によって、高速低トルク負荷時には入力は、直接出力され、低速高トルク負荷時には入力は、減速機を介して出力される。

この従来の負荷感応型変速機１２１は、図９（ｂ）に示すように、入力軸１２２、減速機１２３、直結軸１２４、磁気クラッチ１２５、クラッチ切換機構１３９、出力軸１２６とから構成される。

減速機１２３は、内歯車１２７と、内歯車１２７に噛み合いキャリア１２８に回転可能に取り付けられた遊星歯車１２９と、入力軸１２２に同心的に固定され遊星歯車１２９に噛み合う太陽歯車１３０と、キャリア１２８に同心的に固定された減速機出力軸１３１とから構成される。直結軸１２４は、入力軸１２２の延長線上にあり、入力軸１２２と一体の軸でもよいし、入力軸１２２に同心的に固定された軸でもよい。

磁気クラッチ１２５は、減速機１２３の出力軸１３１に同心的に固定され内周にヨーク１３３を有する減速機側伝達環１３４と、直結軸１２４に同心的に固定され外周にヨーク１３５を有する直結軸側伝達板１３６と、周囲に磁気環１３７を有し出力軸１２６に同心の中間円板１３８とから成る。

また、変速機は負荷トルクに応じて前記の磁気クラッチ機構を切換えるために、図１０に示すクラッチ切換機構１３９を内蔵する。このクラッチ切換機構は前述の中間円板１３８および変速機の出力軸１２６に同心的に固定した出力円板１４０から構成される。両円板１３８、１４０は、軸回りの相対回転が可能で、さらに中間円板は軸方向にもスライド可能である。

両円板１３８、１４０は、磁気的なバネ要素等により結合し、あるは両者間に例えば引っ張りバネ等のスプリングを設け、両者間に所定トルク以上の力がかかると相対位置が移動し、そのトルクが低下すると元に戻すように両者を結合する。

中間円板１３８には永久磁石Ｍ１を、出力円板１４０には中間円板移動用磁石ＭＯＡ 、ＭＯＡ’ と、この中間円板移動用磁石の両側において中間円板に戻し力を与える磁気バネ用磁石ＭＯＢ、ＭＯＢ’をそれぞれ配置する。

最初に負荷トルクが小さい場合は、各磁石は図１０（ａ）、（ｂ）に示す位置関係にあり、中間円板１３８に配置した磁石Ｍ１及び出力円板１４０に配置した磁石ＭＯＡ、ＭＯＡ’の同極同士が対向して反発する。このため中間円板１３８を出力円板１４０から引き離す方向にスラストが発生し、中間円板１３８は軸方向にスライドする。

この場合、直結軸側伝達板１３６のヨーク１３５と中間円板１３８の磁気環１３７が対向して両者が磁気的に結合する。その結果、直結軸１２４側の出力が出力軸１２６から出力される。

このとき、中間円板の磁石Ｍ１のＳ極は、磁気バネ用磁石ＭＯＢのＳ極に対向し、磁石Ｍ１のＮ極は磁気バネ用磁石ＭＯＢ’のＮ 極に対向するため、前記のような中間円板移動用磁石ＭＯＡ、ＭＯＡ’と反発している状態においては、磁石Ｍ１が両側から受ける反発力による磁気的バネ作用によって所定位置が保持される。

なお、前記のように、両者間を実際に引っ張りバネ等のスプリングによって連結し、所定位置に保持するように構成しても良い。

図９（ｂ）は高速低トルク負荷時の動力伝達状態にあり、直結軸側伝達板１３６のヨーク１３５と中間円板１３８の磁気環１３７が対向する位置にあり、直結軸１２４側の出力が出力軸１２６から出力される。

次に負荷トルクが増大すると、中間円板１３８と出力円板１４０を結合する前記のようなバネ要素において捩れ力が生じ、その力が前記磁気バネやスプリングの保持力を越えると、両円板が相対回転する。

その結果、磁石の位置関係が図１０（ａ）、（ｂ）に示す状態から図１０（ｃ）、（ｄ）に示す状態のように変化し、磁石Ｍ１が図示の例においては中間円板移動用磁石ＭＯＡ側に移動し、両磁石の異極同士が対向するため、相互に吸引し、中間円板１３８に作用するスラスト方向が反転する。

この場合、中間円板１３８は図１０（ａ）、（ｂ）と逆方向にスライドし、減速機側伝達板１３４のヨーク１３３と中間円板１３８の磁気環１３７が対向して両者が磁気的に結合する。その結果、減速機１２３の出力が出力軸１２６から出力される。

またこの時、図１０（ｃ）、（ｄ）に示すように、磁石Ｍ１ 、磁気バネ用磁石ＭＯＢの同極が接近して反発し、円板の前記のような相対回転に対して復元モーメントを発生する磁気的なバネ要素として働く。このため負荷トルクが減少するとクラッチ切換機構１３９は図１０（ａ）、（ｂ）の状態に復帰する。この復元力は、このような磁気バネのほか、前記のようなスプリングによって与えることができる。

このような負荷感応型変速機を動力源と負荷の間に組込むことにより、運転条件によって変動する負荷を常に効率良く駆動することができる。このことを動力源および負荷の速度・トルクを平面上にプロットして、模式的に表す。

図１１は、電動モータのような比較的高速・低トルクの動力源により、負荷を駆動する状況を表す。ここでは負荷が高速低トルク負荷（○で図示、例えば荷役機械が空荷で位置合わせ、平坦地での車両走行等）、および低速高トルク負荷（●で図示、例えば荷物を持上げる、坂道を上る等）の２通りに変化する状況を考える。

まず、図９及び図１０に示すような負荷感応変速機を使用せずに高速低トルク負荷を駆動する場合には、図１１（ａ）のように、動力源が出力しうる速度・トルク（□で図示）および負荷駆動に必要な速度・トルクがそれぞれ整合するため、効率良く負荷を駆動することができる。

ところが負荷が低速高トルク負荷に変化すると、負荷駆動に必要なトルクは動力源が出力しうるトルクを上回ってしまう。その一方で動力源は高速で回転しうるにもかかわらず、負荷駆動にとってそれは過剰であるという無駄が生じる。すなわち動力源および負荷の速度・トルクが整合しないため、駆動効率が極めて低くなってしまう（例えば坂道をトップギアで上ろうとする状況）。

これに対して、図９及び図１０に示すような負荷感応変速機を使用して、図１１（ｂ）のように、高速低トルク負荷時には動力源と負荷を直結（図９（ａ）上側の経路）する一方、低速高トルク負荷時には変速機で減速を行う駆動（図９（ａ）下側の経路）を考える。この場合、まず高速低トルク負荷に対しては前述の変速機を使用しない駆動と同様に、動力源および負荷の速度・トルクが整合して効率良く駆動することができる。

次に、負荷が低速高トルク負荷に変化すると、変速機がそれに応じて減速比Ｒに切換わる。その結果、動力源の速度は１／Ｒ倍、トルクはＲ倍に変換される（■で図示）。これは低速高トルク負荷に関しても動力源および負荷の速度・トルクが整合することを意味する。すなわち変速機を使用することにより、高速低トルク負荷および低速高トルク負荷の双方においてそれぞれ効率良く負荷を駆動することが可能となり、必要最小限の動力源を用いて各種作業を短時間に達成することができる。
特許３５８４３９６号公報 特開２００４−３４７０２７号公報

上記従来の負荷感応変速機は、２つの動力伝達経路を、低負荷時には入力を出力に直結し、高負荷時には減速機を介して入力を出力に接続する構成である。このような構成の変速機は、電動モータのように比較的高速・低トルクの動力源により負荷を駆動する場合には有効である。

しかしながら、低速・高トルクの動力源（例．人力）に対しては、
（１）低負荷時には、入力を出力に直結するため、低負荷にもかかわらず、低速かつ必要以上の高トルクで駆動し、
（２）高負荷時には、減速機を介して入力を出力に接続し、減速機により駆動速度がさらに低下してしまう、
という効率の悪い駆動になってしまう。

この点を、図１２を参照して説明する。まず高速低トルク負荷(図１２中○)に動力源を直結(図１２中□)した場合には、負荷駆動に対して動力源が出力しうる速度では不足する一方、トルクは過剰となるため両者は整合しない(平坦地をローギアで走行するような状況)。また負荷が低速高トルク負荷(図中●)に変化して、それに応じて変速機が減速した場合(図中■)も同様に、速度は不足する一方でトルクは過剰という不整合状態が継続し、動力源の能力を有効に利用することができない。

本発明は、上記従来の負荷感応変速機の問題を解決することを目的とするものであり、多様な動力源(電動モータのような高速低トルク動力、あるいは人力のような低速高トルク動力)および負荷に対応して、動力源の能力を最大限に利用しうる高効率駆動システムを実現するものである。

本発明は上記課題を解決するために、動力部からの出力を伝達する入力軸（２）と、増速機（３）と、磁気クラッチ（５）と、負荷側出力軸（６）と、を備えた負荷感応変速機であって、前記増速機（３）の出力軸（１１）に同心的に固定され、外周囲にヨーク（１３）を有する増速機側伝達板（１４）と、前記入力軸（２）に直結する直結軸（４）に固定され、内周囲にヨーク（１５）を有する直結軸側伝達環（１６）と、周縁に磁気環（１７）を有し、前記負荷側出力軸（６）と同心の中間円板（１８）とからなる磁気クラッチ（５）と、前記中間円板（１８）及び前記負荷側出力軸（６）に同心的に固定した出力円板（２０）からなり、両者に設けた磁石間の反発と吸引を、回転方向の相対位置の変化により切り換えることにより、前記中間円板（１８）を軸線方向に移動させるクラッチ切換機構（１９）とを設け、前記クラッチ切換機構（１９）が、負荷トルクの変化に伴う前記中間円板（１８）及び前記出力円板（２０）の回転方向の相対位置の変化に応答して前記中間円板（１８）を移動させ、負荷が高速低トルクのときは、前記中間円板（１８）の磁気環（１７）を前記増速機側伝達板（１４）のヨーク（１３）に対向させることにより、前記増速機（３）の出力軸（１１）を前記中間円板（１８）を介して前記負荷側出力軸（６）に出力させ、かつ、負荷が低速高トルクのときは、前記中間円板（１８）の磁気環（１７）を前記直結軸側伝達環（１６）のヨーク（１５）と対向させることにより、前記入力軸（２）を前記負荷側出力軸（６）に直接出力するようにしたことを特徴とする負荷感応変速機を提供する。

本発明は上記課題を解決するために、動力部からの出力を伝達する入力軸（２２）と、減速機（２５）と、増速機（２３）と、磁気クラッチ（２７）と、負荷側出力軸（２８）と、を備えた負荷感応変速機であって、前記増速機（２３）の出力軸（３９）に同心的に固定され、外周囲にヨーク（４０）を有する増速機側伝達板（４１）と、前記減速機（２５）の出力伝達機構（２６）における被伝達歯車（３８）の出力軸（４２）に同心的に固定され、内周にヨーク（４３）を有する減速機側伝達環（４４）と、周縁に磁気環（４５）を有し、前記増速機（２３）の出力軸（３９）と同心の中間円板（４６）とからなる磁気クラッチ（２７）と、前記中間円板（４６）及び前記負荷側出力軸（２８）に同心的に固定した出力円板（４８）からなり、両者に設けた磁石間の反発と吸引を、回転方向の相対位置の変化により切り換えることにより、前記中間円板（４６）を軸線方向に移動させるクラッチ切換機構（４７）とを設け、前記クラッチ切換機構（４７）が、負荷トルクの変化に伴う前記中間円板（４６）及び前記出力円板（４８）の回転方向の相対位置の変化に応答して前記中間円板（４６）を移動させ、負荷が高速低トルクのときは、前記中間円板（４６）の磁気環（４５）を前記増速機側伝達板（４１）のヨーク（４０）に対向させることにより、前記増速機（２３）の出力軸（３９）を前記中間円板（４６）を介して前記負荷側出力軸（２８）に出力させ、かつ負荷が低速高トルクのときは、前記中間円板（４６）の磁気環（４５）を前記減速機側伝達環（４４）のヨーク（４３）と対向させることにより、前記減速機（２５）の出力軸（３６）を前記負荷側出力軸（２８）に出力するようにしたことを特徴とする負荷感応変速機を提供する。

本発明は上記課題を解決するために、動力部からの出力を伝達する入力軸（５２）と、高減速を行う第１の減速機（５４）と、低減速を行う第２の減速機（５５）と、磁気クラッチ（５７）と、負荷側出力軸（５８）と、を備えた負荷感応変速機であって、第１の減速機出力伝達機構（５６）の被伝達歯車（６８）の出力軸（７７）に同心的に固定され、内周にヨーク（７８）を有する第１の減速機側伝達環（７９）と、第２の減速機（５５）の出力軸（７４）に同心的に固定され、外周にヨーク（７５）を有する第２の減速機側伝達環（７６）と、周縁に磁気環（８０）を有し、前記出力軸（５８）と同心の中間円板（８１）とからなる磁気クラッチ（５７）と、前記中間円板（８１）及び前記負荷側出力軸（５８）に同心的に固定した出力円板（８３）からなり、両者に設けた磁石間の反発と吸引を、回転方向の相対位置の変化により切り換えることにより、前記中間円板（８１）を軸線方向に移動させるクラッチ切換機構（８２）とを設け、前記クラッチ切換機構（８２）が、負荷トルクの変化に伴う前記中間円板（８１）及び前記出力円板（８３）の回転方向の相対位置の変化に応答して、前記中間円板（８１）を移動させ、負荷が高速低トルクのときは、前記中間円板（８１）の磁気環（８０）を前記第２の減速機側伝達環（７６）のヨーク（７５）に対向させることにより、前記第２の減速機（５５）の出力軸（７４）を前記中間円板（８１）を介して前記負荷側出力軸（５８）に出力させ、かつ負荷が低速高トルクのときは、前記中間円板（８１）の磁気環（８０）を第１の減速機側伝達環（７９）のヨーク（７８）と対向させることにより、前記第１の減速機（５４）の出力軸（６６）を前記負荷側出力軸（５８）に出力するようにしたことを特徴とする負荷感応変速機を提供する。

動力部からの出力を伝達する入力軸（９２）と、低増速を行う第１の増速機（９３）と、高増速を行う第２の増速機（９４）と、磁気クラッチ（９５）と、負荷側出力軸（１１６）と、を備えた負荷感応変速機であって、前記第１の増速機（９３）の出力軸（１０７）に固定され、内周囲にヨーク（１１０）を有する第１の増速機側伝達環（１１１）と、前記第２の増速機（９４）の出力軸（１０１）に固定され、外周にヨーク（１０８）を有する第２の増速機側伝達板（１０９）と、周囲に磁気環（１１２）を有し、前記負荷側出力軸（１１６）と同心の中間円板（１１３）とからなる磁気クラッチ（９５）と、前記中間円板（１１３）及び前記負荷側出力軸（１１６）に同心的に固定した出力円板（１１５）からなり、両者に設けた磁石間の反発と吸引を、回転方向の相対位置の変化により切り換えることにより、前記中間円板（１１３）を軸線方向に移動させるクラッチ切換機構（１１４）とを設け、前記クラッチ切換機構（１１４）が、負荷トルクの変化に伴う前記中間円板（１１３）及び前記出力円板（１１５）の回転方向の相対位置の変化に応答して、前記中間円板（１１３）を移動させ、負荷が高速低トルクのときは、前記中間円板（１１３）の磁気環（１１２）を、前記第２の増速機側伝達環（１０９）のヨーク（１０８）に対向させることにより、前記第２の増速機（９４）の出力軸（１０１）を前記中間円板（１１３）を介して前記負荷側出力軸（１１６）に出力させ、かつ負荷が低速高トルクのときは、前記中間円板（１１３）の磁気環（１１２）を、前記第１の増速機側伝達環（１１１）のヨーク（１１０）と対向させることにより、前記第１の増速機（９３）の出力軸（１０７）を前記中間円板（１１３）を介して前記負荷側出力軸（１１６）に出力させるようにしたことを特徴とする負荷感応変速機を提供する。

本発明に係る負荷感応変速機によれば、次のような効果が生じる。
（１）本発明に係る負荷感応変速機は、負荷が変動しても動力源の運転条件(速度・トルク)が極力最適条件に近くなるように伝達比を変更することにより、駆動システム全体の効率を向上することができる。

（２）動力伝達の組み合わせを、直結と減速ではなく、請求項１〜４に示す組み合わせとすれば、それぞれの請求項に係る発明については、多様な動力源(電動モータのような高速低トルク動力、あるいは人力のような低速高トルク動力)および負荷に対応して、動力源の能力を最大限に利用しうる高効率駆動システムが構成可能となる。

本発明に係る負荷感応変速機を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。

図１は、本発明に係る負荷感応変速機の実施例１を説明する概念図である。この実施例１は、図１（ｂ）に示すように、負荷が低速高トルクの場合には、図１（ａ）に示すように、動力部からの出力を伝達する入力軸からの入力（回転入力）を、直接、負荷側に出力（回転出力）として伝達する。

そして、図１（ｂ）に示すように、負荷が高速低トルクの場合には、図１（ａ）に示すように、動力部からの出力を伝達する入力軸からの入力を、増速機を介して負荷側に出力として伝達する。

この実施例１の負荷感応変速機１の具体的な構成は、図２に示すように、動力部（図示せず）からの出力を伝達する入力軸２と、増速機３と、直結軸４と、磁気クラッチ５と、クラッチ切換機構１９と、出力軸６とを備えて構成される。

図２において、増速機３は、内歯車７と、内歯車７に噛み合い入力軸２に同心的に固定されたキャリア８に回転可能に取り付けられた遊星歯車９と、遊星歯車９に噛み合う太陽歯車１０と、太陽歯車１０の軸心に固定された増速機の出力軸１１とから構成される。直結軸４は、遊星歯車９の支持軸１２に固定され環状部材から成る。

磁気クラッチ５は、増速機３の出力軸１１に同心的に固定され外周囲にヨーク１３を有する増速機側伝達板１４と、直結軸４に固定され内周囲にヨーク１５を有する直結軸側伝達環１６と、周縁に磁気環１７を有し出力軸６と同心の中間円板１８とから成る。

また、変速機は負荷トルクに応じて前記の磁気クラッチ機構を切換えるために、クラッチ切換機構１９を内蔵する。クラッチ切換機構１９は、前述の中間円板１８および変速機の出力軸６に同心的に固定した出力円板２０から構成され、その詳細な機構及び動作は、図９（ｂ）及び図１０（ａ）〜（ｄ）に示す負荷感応型変速機におけるクラッチ切換機構１３９の構成及び動作と同様であるので、ここではその説明は省略する。

図２は高速低トルク負荷の状態にあり、増速機３を介して出力が伝達される状態を示しており、この状態では、磁気クラッチ５では、増速機側伝達板１４のヨーク１３と中間円板１８の磁気環１７が対向するように、増速機側伝達板１４と中間円板１８の軸方向の位置がクラッチ切換機構１９により付勢され位置決めされている。この結果、増速機３側の出力が出力軸６から出力される。

負荷が低速高トルク負荷の状態となると、クラッチ切換機構１９が発生するスラストの方向が逆転するため、直結軸側伝達環１６のヨーク１５と中間円板１８の磁気環１７が対向する位置に切り替わる。この結果、直結軸４側の出力が出力軸６から出力される。

図３は、本発明に係る負荷感応変速機の実施例２を説明する概念図である。この実施例２は、図３（ｂ）に示すように、負荷が低速高トルクの場合には、図３（ａ）に示すように、動力部からの入力（回転入力）を、減速機を介して、負荷側に出力として伝達する。

そして、図３（ｂ）に示すように、負荷が高速低トルクの場合には、図３（ａ）に示すように、動力部からの入力を、増速機を介して負荷側に出力として伝達する。

この実施例２の負荷感応変速機２１の具体的な構成は、図４に示すように、動力部（図示せず）からの出力を伝達する入力軸２２と、増速機２３と、減速機入力伝達機構２４と、減速機２５と、減速機出力伝達機構２６と、磁気クラッチ２７と、クラッチ切換機構４７と、出力軸２８とを備えて構成される。

増速機２３は、実施例１と同じ構成である。減速機入力伝達機構２４は、入力軸２２に同心的に固定された伝達歯車２９及び被伝達歯車３０とから成る。減速機２５は、内歯車３１と、被伝達歯車３０とともに回転する太陽歯車３２と、内歯車３１と太陽歯車３２との間に噛み合うように配置された遊星歯車３３と、遊星歯車３３の支持軸３４を固定する減速機出力板３５と、減速機出力軸３６とから成る。

減速機出力伝達機構２６は、減速機出力軸３６に同心的に固定された伝達歯車３７及び被伝達歯車３８とから成る。

磁気クラッチ２７は、増速機２３の出力軸３９に同心的に固定され外周にヨーク４０を有する増速機側伝達板４１と、被伝達歯車３８の出力軸４２に同心的に固定され内周にヨーク４３を有する減速機側伝達環４４と、周縁に磁気環４５を有し出力軸２８と同心の中間円板４６とから成る。

また、変速機は負荷トルクに応じて前記の磁気クラッチ機構を切換えるために、クラッチ切換機構４７を内蔵する。クラッチ切換機構４７は、前述の中間円板４６および変速機の出力軸２８に同心的に固定した出力円板４８から構成され、その詳細な機構及び動作は、図９（ｂ）及び図１０（ａ）〜（ｄ）に示す負荷感応型変速機におけるクラッチ切換機構１３９の構成及び動作と同様であるので、ここではその説明は省略する。

図４は高速低トルク負荷の状態にあり、増速機２３を介して出力が伝達される状態を示しており、この状態では、磁気クラッチ２７では、増速機側伝達板４１のヨーク４０と中間円板４６の磁気環４５が対向するように、増速機側伝達板４１と中間円板４６の軸方向の位置がクラッチ切換機構４７により付勢され位置決めされている。この結果、増速機２３側の出力が出力軸２８から出力される。

負荷が低速高トルクの負荷の状態となると、クラッチ切換機構４７が発生するスラストの方向が逆転するため、減速機側伝達環４４のヨーク４３と中間円板４６の磁気環４５が対向する位置に切り替わる。この結果、減速機２５側の出力が出力軸２８から出力される。

図５は、本発明に係る負荷感応変速機の実施例３を説明する概念図である。この実施例３は、図５（ｂ）に示すように、負荷が低速高トルクの場合には、図５（ａ）に示すように、動力部から入力（回転入力）を、高減速を行う第１の減速機を介して、負荷側に出力（回転出力）として伝達する。

そして、図５（ｂ）に示すように、負荷が高速低トルクの場合には、図５（ａ）に示すように、動力部からの入力を、低減速を行う第２の減速機を介して負荷側に出力として伝達する。

この実施例３の負荷感応変速機５１の具体的な構成は、図６に示すが、実施例２の負荷感応変速機２１の増速機２３に替えて減速機を設けたものに相当する。負荷感応変速機５１は、動力部（図示せず）からの出力を伝達する入力軸５２と、第１の減速機入力伝達機構５３と、第１の減速機５４（高減速を行う減速機）と、第２の減速機５５（低減速を行う減速機）と、第１の減速機出力伝達機構５６と、磁気クラッチ５７と、クラッチ切換機構８２と、出力軸５８とを備えて構成される。

第１の減速機入力伝達機構５３は、入力軸５２に固定された伝達歯車５９及び被伝達歯車６０とから成る。第１の減速機５４は、実施例２の減速機２５と同じ構成であり、内歯車６１と、被伝達歯車６０とともに回転する太陽歯車６２と、内歯車６１と太陽歯車６２との間に噛み合うように配置された遊星歯車６３と、遊星歯車６３の支持軸６４を固定する第１の減速機出力板６５と、第１の減速機出力板６５に同心的に固定された第１の減速機出力軸６６とから成る。

第１の減速機出力伝達機構５６は、第１の減速機出力軸６６に同心的に固定された伝達歯車６７及び被伝達歯車６８とから成る。

第２の減速機５５は、内歯車６９と、入力軸５２に同心的に固定された太陽歯車７０と、内歯車６９と太陽歯車７０との間に噛み合うように配置された遊星歯車７１と、遊星歯車７１の支持軸７２を固定する第２の減速機出力板７３と、第２の減速機出力軸７４とから成る

磁気クラッチ５７は、第２の減速機５５の出力軸７４に同心的に固定され外周にヨーク７５を有する第２の減速機側伝達板７６と、被伝達歯車６８の出力軸７７に同心的に固定され内周にヨーク７８を有する第１の減速機側伝達環７９と、周囲に磁気環８０を有し出力軸５８と同心の中間円板８１とから成る。

また、変速機は負荷トルクに応じて前記の磁気クラッチ機構を切換えるために、クラッチ切換機構８２を内蔵する。クラッチ切換機構８２は、前述の中間円板８１および変速機の出力軸５８に同心的に固定した出力円板８３から構成され、その詳細な機構及び動作は、図９（ｂ）及び図１０（ａ）〜（ｄ）に示す負荷感応型変速機におけるクラッチ切換機構１３９の構成及び動作と同様であるので、ここではその説明は省略する。

図６は高速低トルク負荷の状態にあり、第２の減速機５５を介して出力が伝達される状態を示しており、この状態では、磁気クラッチ５７では、第２の減速機側伝達板７６のヨーク７５と中間円板８１の磁気環８０が対向するように、第２の減速機側伝達板７６と中間円板８１の軸方向の位置がクラッチ切換機構８２により付勢され位置決めされている。この結果、第２の減速機５５側の出力が出力軸５８から出力される。

負荷が低速高トルクの負荷の状態となると、クラッチ切換機構８２が発生するスラストの方向が逆転するため、第１の減速機側伝達環７９のヨーク７８と中間円板８１の磁気環８０が対向する位置に切り替わる。この結果、第１の減速機５４側の出力が出力軸５８から出力される。

図７は、本発明に係る負荷感応変速機の実施例４を説明する概念図である。この実施例４は、図７（ｂ）に示すように、負荷が低速高トルクの場合には、図７（ａ）に示すように、動力部からの入力（回転入力）を、第１の増速機（低増速）を介して、負荷側に出力として伝達する。

そして、図７（ｂ）に示すように、負荷が高速低トルクの場合には、図７（ａ）に示すように、動力部からの出力を伝達する入力軸からの入力を、第２の増速機（高増速）を介して負荷側に出力として伝達する。

この実施例４の負荷感応変速機９１の具体的な構成は、図８に示すように、動力部（図示せず）からの出力を伝達する入力軸９２と、第１の増速機９３と、第２の増速機９４と、磁気クラッチ９５と、クラッチ切換機構１１４と、出力軸１１６とを備えて構成される。

図８において、第２の増速機９４は、実施例１の増速機と同じ構成であり、内歯車９７と、内歯車９７に噛み合い入力軸９２に同心的に固定されたキャリア９８に回転可能に取り付けられた遊星歯車９９と、遊星歯車９９に噛み合う太陽歯車１００と、太陽歯車１００に同心的に固定された第２の増速機出力軸１０１とから構成される。第２の増速機の遊星歯車９９の支持軸１０２に、第１の増速機の支持軸１０３が固定されて設けられている。

第１の増速機９３は、実施例２の増速機２３と同様の構成であり、内歯車１０４と、内歯車１０４に噛み合い支持軸１０３に回転可能に取り付けられた遊星歯車１０５と、遊星歯車１０５に噛み合う太陽歯車１０６と、太陽歯車１０６に同心的に固定された第１の増速機出力軸１０７とから構成される。

磁気クラッチ９５は、第２の増速機出力軸１０１に固定され外周にヨーク１０８を有する第２の増速機側伝達板１０９と、第１の増速機出力軸１０７に固定され内周にヨーク１１０を有する第１の増速機側伝達環１１１と、周囲に磁気環１１２を有し出力軸１１６と同心の中間円板１１３とから成る。

また、変速機は負荷トルクに応じて前記の磁気クラッチ機構を切換えるために、クラッチ切換機構１１４を内蔵する。クラッチ切換機構１１４は、前述の中間円板１１３および変速機の出力軸１１６に同心的に固定した出力円板１１５から構成され、その詳細な機構及び動作は、図９（ｂ）及び図１０（ａ）〜（ｄ）に示す負荷感応型変速機におけるクラッチ切換機構１３９の構成及び動作と同様であるので、ここではその説明は省略する。

図８は高速低トルク負荷の状態にあり、第２の増速機９４を介して出力が伝達される状態を示しており、この状態では、磁気クラッチ９５では、第２の増速機側伝達板１０９のヨーク１０８と中間円板１１３の磁気環１１２が対向するように、第２の増速機側伝達板１０９と中間円板１１３の軸方向の位置がクラッチ切換機構１１４により付勢され位置決めされている。この結果、第２の増速機９４側の出力が出力軸１１６から出力される。

負荷が低速高トルクの負荷の状態となると、クラッチ切換機構１１４が発生するスラストの方向が逆転するため、第１の増速機側伝達環１１１のヨーク１１０と中間円板１１３の磁気環１１２が対向する位置に切り替わる。この結果、第１の増速機９３側の出力が出力軸１１６から出力される。

以上、本発明に係る負荷感応変速機を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。

本発明の実施例１を説明する概念図である。 本発明の実施例１の構成を説明する図である。 本発明の実施例２を説明する概念図である。 本発明の実施例２の構成を説明する図である。 本発明の実施例３を説明する概念図である。 本発明の実施例３の構成を説明する図である。 本発明の実施例４を説明する概念図である。 本発明の実施例４の構成を説明する図である。 従来の技術を説明する図である。 従来の技術を説明する図である。 従来の技術を説明する図である。 本発明の課題を説明する図である。

符号の説明

１、２１、５１、９１ 負荷感応変速機
２、２２、５２、９２ 入力軸
３、２３ 増速機
４ 直結軸
５、２７、５７、９５ 磁気クラッチ
６、２８、５８、１１６ 出力軸
７、３１、６１、６９、９７、１０４ 内歯車
８、９８ キャリア
９、３３、６３、７１、９９、１０５ 遊星歯車
１０、３２、６２、７０、１００、１０６ 太陽歯車
１１、３９ 増速機の出力軸
１３、４０ 増速機側伝達板のヨーク
１４、４１ 増速機側伝達板
１５ 直結軸側伝達環のヨーク
１６ 直結軸側伝達環
１７、４５、８０、１１２ 出力円板の磁気環
１８、４６、８１、１１３ 中間円板
１９、４７、８２、１１４ クラッチ切換機構
２０、４８、８３、１１５ 出力円板
２４ 減速機入力伝達機構
２５ 減速機
２６ 減速機出力伝達機構
２９、３７、５９、６７ 伝達歯車
３０、３８、６０、６８ 被伝達歯車
１２、３４、６４、７２、１０２、１０３ 支持軸
３５ 減速機出力板
３６ 減速機出力軸
４２、７７ 被伝達歯車の出力軸
４３ 減速機側伝達環のヨーク
４４ 減速機側伝達環
５３ 第１の減速機入力伝達機構
５４ 第１の減速機（高減速を行う減速機）
５５ 第２の減速機（低減速を行う減速機）
５６ 第１の減速機出力伝達機構
６５ 第１の減速機出力板
６６ 第１の減速機出力軸
７３ 第２の減速機出力板
７４ 第２の減速機出力軸
７５ 第２の減速機側伝達板のヨーク
７６ 第２の減速機側伝達板
７８ 第１の減速機側伝達環のヨーク
７９ 第１の減速機側伝達環
９３ 第１の増速機
９４ 第２の増速機
１０１ 第２の増速機出力軸
１０７ 第１の増速機出力軸
１０８ 第２の増速機側伝達板のヨーク
１０９ 第２の増速機側伝達板
１１０ 第１の増速機側伝達環のヨーク
１１１ 第１の増速機側伝達環
（従来例）
１２１ 負荷感応型変速機
１２２ 入力軸
１２３ 減速機
１２４ 直結軸
１２５ 磁気クラッチ
１２６ 出力軸
１２７ 内歯車
１２８ キャリア
１２９ 遊星歯車
１３０ 太陽歯車
１３１ 減速機出力軸
１３３ 減速機側伝達板のヨーク
１３４ 減速機側伝達板
１３５ 直結軸側伝達板のヨーク
１３７ 出力円板の磁気環
１３８ 中間円板
１３９ クラッチ切換機構
１４０ 出力円板

Claims (4)

1. 動力部からの出力を伝達する入力軸（２）と、増速機（３）と、磁気クラッチ（５）と、負荷側出力軸（６）と、を備えた負荷感応変速機であって、
   前記増速機（３）の出力軸（１１）に同心的に固定され、外周囲にヨーク（１３）を有する増速機側伝達板（１４）と、前記入力軸（２）に直結する直結軸（４）に固定され、内周囲にヨーク（１５）を有する直結軸側伝達環（１６）と、周縁に磁気環（１７）を有し、前記負荷側出力軸（６）と同心の中間円板（１８）とからなる磁気クラッチ（５）と、
   前記中間円板（１８）及び前記負荷側出力軸（６）に同心的に固定した出力円板（２０）からなり、両者に設けた磁石間の反発と吸引を、回転方向の相対位置の変化により切り換えることにより、前記中間円板（１８）を軸線方向に移動させるクラッチ切換機構（１９）とを設け、
   前記クラッチ切換機構（１９）が、負荷トルクの変化に伴う前記中間円板（１８）及び前記出力円板（２０）の回転方向の相対位置の変化に応答して前記中間円板（１８）を移動させ、負荷が高速低トルクのときは、前記中間円板（１８）の磁気環（１７）を前記増速機側伝達板（１４）のヨーク（１３）に対向させることにより、前記増速機（３）の出力軸（１１）を前記中間円板（１８）を介して前記負荷側出力軸（６）に出力させ、かつ、負荷が低速高トルクのときは、前記中間円板（１８）の磁気環（１７）を前記直結軸側伝達環（１６）のヨーク（１５）と対向させることにより、前記入力軸（２）を前記負荷側出力軸（６）に直接出力するようにしたことを特徴とする負荷感応変速機。
2. 動力部からの出力を伝達する入力軸（２２）と、減速機（２５）と、増速機（２３）と、磁気クラッチ（２７）と、負荷側出力軸（２８）と、を備えた負荷感応変速機であって、
   前記増速機（２３）の出力軸（３９）に同心的に固定され、外周囲にヨーク（４０）を有する増速機側伝達板（４１）と、前記減速機（２５）の出力伝達機構（２６）における被伝達歯車（３８）の出力軸（４２）に同心的に固定され、内周にヨーク（４３）を有する減速機側伝達環（４４）と、周縁に磁気環（４５）を有し、前記増速機（２３）の出力軸（３９）と同心の中間円板（４６）とからなる磁気クラッチ（２７）と、
   前記中間円板（４６）及び前記負荷側出力軸（２８）に同心的に固定した出力円板（４８）からなり、両者に設けた磁石間の反発と吸引を、回転方向の相対位置の変化により切り換えることにより、前記中間円板（４６）を軸線方向に移動させるクラッチ切換機構（４７）とを設け、
   前記クラッチ切換機構（４７）が、負荷トルクの変化に伴う前記中間円板（４６）及び前記出力円板（４８）の回転方向の相対位置の変化に応答して前記中間円板（４６）を移動させ、負荷が高速低トルクのときは、前記中間円板（４６）の磁気環（４５）を前記増速機側伝達板（４１）のヨーク（４０）に対向させることにより、前記増速機（２３）の出力軸（３９）を前記中間円板（４６）を介して前記負荷側出力軸（２８）に出力させ、かつ負荷が低速高トルクのときは、前記中間円板（４６）の磁気環（４５）を前記減速機側伝達環（４４）のヨーク（４３）と対向させることにより、前記減速機（２５）の出力軸（３６）を前記負荷側出力軸（２８）に出力するようにしたことを特徴とする負荷感応変速機。
3. 動力部からの出力を伝達する入力軸（５２）と、高減速を行う第１の減速機（５４）と、低減速を行う第２の減速機（５５）と、磁気クラッチ（５７）と、負荷側出力軸（５８）と、を備えた負荷感応変速機であって、
   第１の減速機出力伝達機構（５６）の被伝達歯車（６８）の出力軸（７７）に同心的に固定され、内周にヨーク（７８）を有する第１の減速機側伝達環（７９）と、第２の減速機（５５）の出力軸（７４）に同心的に固定され、外周にヨーク（７５）を有する第２の減速機側伝達環（７６）と、周縁に磁気環（８０）を有し、前記出力軸（５８）と同心の中間円板（８１）とからなる磁気クラッチ（５７）と、
   前記中間円板（８１）及び前記負荷側出力軸（５８）に同心的に固定した出力円板（８３）からなり、両者に設けた磁石間の反発と吸引を、回転方向の相対位置の変化により切り換えることにより、前記中間円板（８１）を軸線方向に移動させるクラッチ切換機構（８２）とを設け、
   前記クラッチ切換機構（８２）が、負荷トルクの変化に伴う前記中間円板（８１）及び前記出力円板（８３）の回転方向の相対位置の変化に応答して、前記中間円板（８１）を移動させ、負荷が高速低トルクのときは、前記中間円板（８１）の磁気環（８０）を前記第２の減速機側伝達環（７６）のヨーク（７５）に対向させることにより、前記第２の減速機（５５）の出力軸（７４）を前記中間円板（８１）を介して前記負荷側出力軸（５８）に出力させ、かつ負荷が低速高トルクのときは、前記中間円板（８１）の磁気環（８０）を第１の減速機側伝達環（７９）のヨーク（７８）と対向させることにより、前記第１の減速機（５４）の出力軸（６６）を前記負荷側出力軸（５８）に出力するようにしたことを特徴とする負荷感応変速機。
4. 動力部からの出力を伝達する入力軸（９２）と、低増速を行う第１の増速機（９３）と、高増速を行う第２の増速機（９４）と、磁気クラッチ（９５）と、負荷側出力軸（１１６）と、を備えた負荷感応変速機であって、
   前記第１の増速機（９３）の出力軸（１０７）に固定され、内周囲にヨーク（１１０）を有する第１の増速機側伝達環（１１１）と、前記第２の増速機（９４）の出力軸（１０１）に固定され、外周にヨーク（１０８）を有する第２の増速機側伝達板（１０９）と、周囲に磁気環（１１２）を有し、前記負荷側出力軸（１１６）と同心の中間円板（１１３）とからなる磁気クラッチ（９５）と、
   前記中間円板（１１３）及び前記負荷側出力軸（１１６）に同心的に固定した出力円板（１１５）からなり、両者に設けた磁石間の反発と吸引を、回転方向の相対位置の変化により切り換えることにより、前記中間円板（１１３）を軸線方向に移動させるクラッチ切換機構（１１４）とを設け、
   前記クラッチ切換機構（１１４）が、負荷トルクの変化に伴う前記中間円板（１１３）及び前記出力円板（１１５）の回転方向の相対位置の変化に応答して、前記中間円板（１１３）を移動させ、負荷が高速低トルクのときは、前記中間円板（１１３）の磁気環（１１２）を、前記第２の増速機側伝達環（１０９）のヨーク（１０８）に対向させることにより、前記第２の増速機（９４）の出力軸（１０１）を前記中間円板（１１３）を介して前記負荷側出力軸（１１６）に出力させ、かつ負荷が低速高トルクのときは、前記中間円板（１１３）の磁気環（１１２）を、前記第１の増速機側伝達環（１１１）のヨーク（１１０）と対向させることにより、前記第１の増速機（９３）の出力軸（１０７）を前記中間円板（１１３）を介して前記負荷側出力軸（１１６）に出力させるようにしたことを特徴とする負荷感応変速機。

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