JP6873566B2 - 遊星歯車変速機構 - Google Patents

Description

本発明は、入力軸の回転方向の変化により、その出力軸の変速比あるいは出力方向をコントロールする遊星歯車変速機構に関する。

特許文献１には、前進２段の変速比あるいは前進１段、後退１段の遊星歯車変速機構が開示されている。

特開平７−２８００４６号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、前進２段の変速比の場合では、後退することができず、車両用としては適用が困難であり、前進１段、後退１段の場合では、前進時における駆動源の効率の高い領域を使うことができないといった問題がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、少なくとも前進２段の変速比と後退段を有する遊星歯車変速機構を提供することを目的とする。

本発明の遊星歯車変速機構では、正逆転可能な駆動源と、該駆動源の駆動力を入力する入力軸と遊星歯車のサンギヤとを第1ワンウェイクラッチを介して連結し、前記サンギヤと該サンギヤの外方で噛合う複数のピニオンを回転自在に支持するキャリアを変速機ケースに固定し、前記複数のピニオンと該ピニオンの外方で噛合うリングギヤと、該リングギヤと一体的に形成される出力軸の内方で、第２ワンウェイクラッチを介して連結する伝動軸と、前記入力軸を前記サンギヤあるいは前記伝動軸に選択的に連結可能な前切替クラッチとを備え、前記駆動源の回転方向を変化させることで出力軸の変速比を変更し、前記切替クラッチの切替えにより、出力軸の回転方向を変更することを特徴とする。

よって、本発明の遊星歯車変速機構では、前進時における駆動源の効率の高い領域を使うことができ、後退段を備えるため、車両用としての適用も容易となる。

実施例１の遊星歯車変速機構の構成を示すスケルトン図である。 （ａ）は、図１のＡ―Ａ断面概略図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面概略図である。 実施例１の締結作動表である。 （ａ）は、実施例１の各変速段における遊星歯車要素の回転停止状態を示す速度線図であり、（ｂ）は、実施例１の発電モードにおける遊星歯車要素の回転停止状態を示す速度線図である。

［実施例１］
以下、本発明の実施例１の構成について、図１〜図２を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１の遊星歯車変速機構の構成を示すスケルトン図であり、図２の（ａ）は、図１のＡ―Ａ断面概略図であり、図２の（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面概略図である。
図１、図２により、遊星歯車変速機構の構成を説明する。

図１に示すように、正逆転可能な駆動源としての電動モータ１は、入力軸としての電動モータ出力軸２を備えている。
なお、電動モータ出力軸２の回転方向は、矢視Ｄからみて、時計回りの回転ｇを正回転、反時計回りの回転ｆを逆回転とする。
電動モータ出力軸２は、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１を介して、遊星歯車の一要素としてのサンギヤＳと連結するとともに、ドック歯１０ａ、１０ｂを備え、図示左右方向に移動可能なギヤセレクタ１０に軸方向移動可能で、回転方向は一体的に回転するように、スプライン結合されている。
また、サンギヤＳには、ドック歯１０ｂと噛合い可能な対向する位置にドック歯Ｓａが設けられている。このドック歯１０ｂとドック歯Ｓａにより、第1ドッグクラッチＤｏｇ１を構成する。
サンギヤＳは、変速機ケースに固定された遊星歯車の一要素としてのキャリアＣに回転自在に支持される複数のピニオンギヤＰに、内側から噛合っている。
また、複数のピニオンギヤＰの外側には遊星歯車の一要素としてのリングギヤＲが噛合っている。このリングギヤＲは、電動モータ出力軸２の軸方向（図示右方向）に一体的に階段状に形成された出力ギヤ１１ａを有する出力軸１１を有している。
この出力軸１１は、第２ワンウェイクラッチＯＷＣ２を介して、伝動軸９と連結している。
伝動軸９のギヤセレクタ１０側には、ドック歯１０ａと噛合い可能な対向する位置にドック歯９ａが形成されている。このドック歯９ａとドック歯１０ａにより、第２ドッグクラッチＤｏｇ２を構成する。
なお、ギヤセレクタ１０は、図示しない電動アクチュエータに連結するシフター４により、第1ドッグクラッチＤｏｇ１の締結位置と第２ドッグクラッチＤｏｇ２の締結位置と中立位置の３位置に移動可能となっている。
さらに、出力軸１１は、図示しない差動機構を内蔵するデフケース７のデフリングギヤ６と噛合い、左右の駆動輪に連結する駆動軸８ａ、８ｂに駆動力を伝達する。

図２（ａ）により、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１、図２（ｂ）により、第２ワンウェイクラッチＯＷＣ２の作動を説明する。

図２（ａ）に示すように、電動モータ出力軸２が反時計回りの逆回転（実線）を行うと、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１はロックし、サンギヤＳを同一回転方向に回転することになる。
なお、電動モータ出力軸２が時計回りの正回転（破線）を行うと、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１はフリーとなり、サンギヤＳへの回転伝達はできなくなる。
図２(ｂ)に示すように、伝動軸９が時計回りの正回転（破線）を行うと、第２ワンウェイクラッチＯＷＣ２はロックし、出力軸１１を同一回転方向に回転することになる。
なお、伝動軸９が反時計回りの逆回転（実線）を行うと、第２ワンウェイクラッチＯＷＣ２はフリーとなり、出力軸１１への回転伝達はできなくなる。

図３は、本発明の実施例１の締結作動表であり、図４の（ａ）は、各変速段における遊星歯車要素の回転停止状態を示す速度線図であり、図４の（ｂ）は、実施例１の発電モードにおける遊星歯車要素の回転停止状態を示す速度線図である。
図３，図４により、遊星歯車変速機構の作動を説明する。

（前進１速）
図３、図４（ａ）に示すように、前進１速時には、電動モータ１の電動モータ出力軸２は反時計回りの逆回転であり、第２ドッグクラッチＤｏｇ２が締結し、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１はロックしている状態である。
駆動力の流れとしては、入力軸としての電動モータ出力軸２は反時計回りの逆回転をし、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１はロックしている状態なので、サンギヤＳが同一の逆回転方向へ回転を行い、サンギヤＳと噛合っている固定されているキャリアＣに支持された複数のピニオンギヤＰは正回転に回転し、リングギヤＲすなわち出力軸１１を同一の正回転方向へ回転させる。
さらに、この出力軸１１の出力ギヤ１１ａと噛合っているデフリングギヤ６を反時計回りの逆回転方向に回転させて、駆動軸８ａ、８ｂを介して駆動輪に、前進方向の駆動力を伝達している。

（前進２速）
図３、図４（ａ）に示すように、前進２速時には、電動モータ１の電動モータ出力軸２は時計回りの正回転であり、第２ドッグクラッチＤｏｇ２が締結し、第２ワンウェイクラッチＯＷＣ２はロックしている状態である。
駆動力の流れとしては、入力軸としての電動モータ出力軸２は時計回りの正回転をし、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１はフリーの状態なので、サンギヤＳへの回転伝達は行われないので、電動モータ出力軸２とスプライン結合しているギヤセレクタ１０を同一の正回転方向に回転させる。ここで、締結している第２ドッグクラッチＤｏｇ２を介して、伝動軸９を同一の正回転方向に回転させる。
伝動軸９が正回転を行うため、第２ワンウェイクラッチＯＷＣ２はロックし、出力軸１１を同一の正回転方向へ回転させる。
さらに、この出力軸１１の出力ギヤ１１ａと噛合っているデフリングギヤ６を反時計回りの逆回転方向に回転させて、駆動軸８ａ、８ｂを介して駆動輪に、前進１速より小さい変速比で、前進方向の駆動力を伝達する。
このように、前進１速から前進２速への変速は、電動モータ１の電動モータ出力軸２の回転方向を変更するのみで、行うことができる。

（後退）
図３、図４（ａ）に示すように、後退時には、電動モータ１の電動モータ出力軸２は時計回りの正回転であり、第１ドッグクラッチＤｏｇ１が締結している状態である。
駆動力の流れとしては、入力軸としての電動モータ出力軸２は時計回りの正回転をし、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１はフリーの状態なので、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１を介してのサンギヤＳへの回転伝達は行われない。
そこで、電動モータ出力軸２とスプライン結合しているギヤセレクタ１０を同一の正回転方向に回転させる。さらに、締結している第１ドッグクラッチＤｏｇ１を介して、サンギヤＳを同一の正回転方向に回転させる。
サンギヤＳが正回転方向へ回転を行い、サンギヤＳと噛合っている固定されているキャリアＣに支持されている複数のピニオンギヤＰは逆回転に回転し、リングギヤＲすなわち出力軸１１を同一の逆回転方向へ回転させる。
さらに、この出力軸１１の出力ギヤ１１ａと噛合っているデフリングギヤ６を時計回りの正回転方向に回転させて、駆動軸８ａ、８ｂを介して駆動輪に、後退方向の駆動力を伝達する。
なお、前進方向と後退方向の切り替えは、車両停止状態で行うため、ドッグクラッチの切替えを行っても変速ショックへの影響は全くない。

（発電モード）
山道や街中での低速走行のような加減速の多い走行の場合には、前進コースト時に後退時と同様の締結にすることにより、回生が可能となり、電費をよくすることができる。
図３、図４（ｂ）に示すように、前進コースト時の発電モード時には、後退時と同様の締結とする。
逆駆動力の流れとしては、駆動輪より駆動される駆動軸８ａ、８ｂは車両前進方向である反時計回りの逆転方向に回転され、デフリングギヤ６を反時計回りの逆転方向に回転させる。
つぎに、デフリングギヤ６と出力ギヤ１１ａを介して噛合っている出力軸１１すなわち一体的に形成されたリングギヤＲを時計回りの正転方向へ回転させる。
さらに、複数のピニオンギヤＰを介して、サンギヤSを逆回転方向へ回転させ、さらに締結している第１ドッグクラッチＤｏｇ１を介して、ギヤセレクタ１０を逆回転方向へ回転させ、つぎに、スプライン結合している電動モータ出力軸２を逆回転方向へ回転させることにより、電動モータ１を発電機として作用させ、回生エネルギを電気として回収することができる。
なお、第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１はフリーの状態である。
また、前進ドライブ状態になると、前進時の締結状態に戻すことになる。

（前進１速の時の後退防止）
実施例１の遊星歯車変速機構には、登坂停止時の後退防止機能を備えている。
後退防止機能の作動を説明する。
締結状態は、前進１速の時と同一である。
まず、駆動輪が後退しようとすると、駆動軸８ａ、８ｂは時計回りの正回転方向へ回転しようとし、デフリングギヤ６を時計回りの正回転方向へ回転させようとし、まず、第1に出力軸１１の出力ギヤ１１ａを介してリングギヤＲを反時計回りの逆回転方向へ回転させようとして、複数のピニオンギヤＰに力がかかる系統と、第２に、出力軸１１が反時計回りの逆回転方向へ回転しようとすることで、第２ワンウェイクラッチＯＷＣ２がロックして、伝動軸９を反時計回りの逆回転方向へ回転させようとすることで、第２ドッグクラッチＤｏｇ２、ギヤセレクタ１０、電動モータ出力軸２、さらに第１ワンウェイクラッチＯＷＣ１がロックして、サンギヤＳを反時計回りの逆回転方向へ回転させようとして、複数のピニオンギヤＰに力がかかる系統が発生することにより、第1、第２の２系統の力により、固定されたキャリアＣに支持された複数のピニオンギヤＰはロックする。
このため、駆動輪すなわち、デフリングギヤ６が後退方向へ回転することを防止することができる。

次に、作用効果を説明する。
実施例１の遊星歯車変速機構にあっては、以下に列挙する作用効果を奏する。

（１）前進1速、２速および後退への変速が可能である。
よって、前進時における電動モータ２の効率の高い領域を使うことができ、後退段を備えるため、車両用としての適用も容易となる。

（２）前進時の変速は、切替クラッチの切替えを必要とせず、駆動モータ１の回転方向を変更するだけで、１−２変速を行うことができる。
よって、シフター４を駆動する電動アクチュエータを作動するためのエネルギ損失がなくなり、変速機構システムの作動効率が高くなる。

（３）１−２変速時に、リングギヤＲは同一方向回転であり、サンギヤＳはフリーになるため、遊星歯車の大きな回転イナーシャがかからない。
よって、変速速度が向上し、回転方向を変えるエネルギが小さくて済むため、電費をよくすることができる。

（４）電動モータ１の回転方向を変化させることで前進時の変速比を変更し、第２ドッグクラッチＤｏｇ２から、第１ドッグクラッチＤｏｇ１への切替えにより、後退変速段へ切り替えるようにした。
よって、前進時には複雑な制御を行う必要がなく、後退時のドッグクラッチ切換えのショックも停止時のため、ショックの心配もないので、小型かつ軽量な変速機構を構成できる。

（５）車両が前進コースト時には、第２ドッグクラッチＤｏｇ２から、第１ドッグクラッチＤｏｇ１への切替えにより、後退時と同様の締結に切り替えるようにした。
よって、回生エネルギを電気として回収することができ、電費をよくすることができる。

（６）前進１速の時に、登坂で停止時の後退には、遊星歯車をロックするようにした。
よって、遊星歯車変速機構は、登坂停止時の後退防止が可能となる。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
正逆転可能な駆動源として、実施例１では、電動モータにて説明したが、エアモータを使用してもよい。
また、実施例１では、切り替えクラッチとして、ドッグクラッチにて説明したが、湿式クラッチ等を用いてもよい。この場合、前進時の発電モードへのクラッチ切替えショックをより低減することができる。

１ 電動モータ（正逆転可能な駆動源）
２ 電動モータ軸
３ 変速機ケース
４ シフター
６ デフリングギヤ
７ デフケース
９ 伝動軸
９ａ ドッグ歯
１０ ギヤセレクタ
１０ａ ドッグ歯
１０ｂ ドッグ歯
１１ 出力軸
１１ａ 出力ギヤ
Ｄｏｇ１ 第１ドッグクラッチ（切替えクラッチ）
Ｄｏｇ２ 第２ドッグクラッチ（切替えクラッチ）
Ｃ キャリア
Ｐ ピニオンギヤ
Ｒ リングギヤ
Ｓ サンギヤ
Ｓａ ドッグ歯
ＯＷＣ１ 第１ワンウェイクラッチ
ＯＷＣ２ 第２ワンウェイクラッチ

Claims (3)

1. 正逆転可能な駆動源と、
   該駆動源の駆動力を入力する入力軸と遊星歯車のサンギヤとを第1ワンウェイクラッチを介して連結し、
   前記サンギヤと該サンギヤの外方で噛合う複数のピニオンを回転自在に支持するキャリアを変速機ケースに固定し、
   前記複数のピニオンと該ピニオンの外方で噛合うリングギヤと、
   該リングギヤと一体的に形成される出力軸の内方で、第２ワンウェイクラッチを介して連結する伝動軸と、
   前記入力軸を前記サンギヤあるいは前記伝動軸に選択的に連結可能な切替クラッチと
   を備え、
   前記駆動源の回転方向を変化させることで出力軸の変速比を変更し、前記切替クラッチの切替えにより、出力軸の回転方向を変更する、
   ことを特徴とする遊星歯車変速機構。
2. 請求項１に記載の遊星歯車変速機構において、
   前記駆動源は、電動モータである、
   ことを特徴とする遊星歯車変速機構。
3. 請求項１に記載の遊星歯車変速機構において、
   前記切替クラッチは、ドッグクラッチである、
   ことを特徴とする遊星歯車変速機構。

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