JP6517502B2

JP6517502B2 - 二段変速機

Info

Publication number: JP6517502B2
Application number: JP2014243894A
Authority: JP
Inventors: 研吾小林; 年昭的場; 寿夫越野
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: JP2016109146A

Description

本発明は、例えば、電気自動車に搭載されて、モータから入力する回転力を高速モード及び低速モードの二段階に切り換えて出力する二段変速機に関するものである。

従来、上記したような二段変速機としては、例えば、特許文献１に記載されたものがあり、この二段変速機は、モータに連結される入力軸と、出力軸と、入力軸及び出力軸の双方に連結する遊星歯車機構を備えている。

この遊星歯車機構は、入力軸に固定される太陽歯車と、この太陽歯車の周囲に配置される環状歯車と、太陽歯車及び環状歯車の双方に噛み合う遊星歯車と、この遊星歯車を回転自在に支持することで入力軸に付与されたモータからの回転出力を落として出力するキャリアを具備している。

また、この二段変速機では、遊星歯車機構の環状歯車を固定状態としたうえで、この環状歯車に対して回転するキャリア及び入力軸のいずれかを選択して出力軸に接続するクラッチ機構を備えている。

このクラッチ機構は、環状歯車に対して回転するキャリアに形成されて入力軸に嵌装する筒部と、このキャリアの筒部の内側で入力軸に回転自在で且つ軸方向に移動可能に嵌装されると共に、端部が出力軸に軸方向に移動可能で且つ回転不能に嵌合されたスリーブと、スリーブの入力軸に嵌装する部分に保持されたトルク伝達用ボールと、キャリアの筒部及び入力軸に互いに軸方向にずらせてそれぞれ形成されて、スリーブのトルク伝達用ボールと係合して各々の回転をスリーブに伝達する係合部と、スリーブに保持されたトルク伝達用ボールがキャリアの係合部と係合する位置と入力軸の係合部と係合する位置との間で該スリーブを移動させる駆動部を具備している。

この二段変速機において、クラッチ機構の駆動部によりスリーブを軸方向に移動させて、このスリーブに保持されたトルク伝達用ボールを入力軸の係合部に係合させることで、入力軸に付与されたモータからの回転出力をそのまま出力軸に伝達し、一方、クラッチ機構の駆動部によりスリーブを軸方向に移動させて、このスリーブに保持されたトルク伝達用ボールを環状歯車に対して回転するキャリアの係合部に係合させることで、遊星歯車機構を作動させて、モータからの回転出力を低速にして出力軸に伝達するようになっている。

このように、この二段変速機では、減速されていない高速回転出力と、減速された低速回転出力とを一つのクラッチ機構によって選択的に切り換えて出力軸に出力するようにしているので、重量の嵩む摩擦クラッチを複数組必要としない分だけ、小型軽量化が図られることとなる。

特開2011-220484号公報

ところが、上記した従来の二段変速機において、減速されていない高速回転出力及び減速された低速回転出力のいずれかを選択して出力軸に伝達するのに、重量の嵩む摩擦クラッチを使用していないので、その分だけ小型軽量化を実現することができるものの、クラッチ機構の構造として、スリーブに保持されたトルク伝達用ボールがキャリアの係合部と係合する位置と入力軸の係合部と係合する位置との間でスリーブを軸方向に移動させる構造を採用しているので、クラッチ機構の構造が簡略であるとは言い難いという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、小型軽量化に加えて構造の簡略化をも実現することが可能である二段変速機を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、入力軸と、出力軸と、前記入力軸と同軸回転する太陽歯車と、この太陽歯車を囲んで配置される環状歯車と、前記太陽歯車及び環状歯車の双方に噛み合う遊星歯車と、前記出力軸に固定されて前記遊星歯車を回転自在に支持することで前記入力軸に付与される回転出力を落として出力するキャリアを具備した遊星歯車機構を備え、前記遊星歯車機構の環状歯車を固定状態とし、前記入力軸に付与される回転出力を前記遊星歯車機構で落として前記出力軸に出力する低速モードと、前記入力軸に付与される回転出力を前記遊星歯車機構の前記キャリアを介して前記出力軸にそのまま出力する高速モードとを切り換えるクラッチ機構を設け、前記クラッチ機構は、前記入力軸に軸方向に移動可能で且つ回転不能に嵌合されたスライド筒と、前記入力軸に嵌合された前記スライド筒における該スライド筒の円周方向の複数箇所に形成された内向き凸部と、前記遊星歯車機構の前記遊星歯車を回転自在に支持する前記キャリアに配置されて、前記スライド筒の前記内向き凸部と互いに係合することで前記入力軸の回転が該キャリアにそのまま伝達されるキャリア側係合部と、前記低速モードにおける前記スライド筒の前記内向き凸部が前記キャリアの前記キャリア側係合部から離れた位置、及び、前記高速モードにおける前記スライド筒の前記内向き凸部が前記キャリアの前記キャリア側係合部と係合する位置の間で該スライド筒を移動させる駆動部を具備した構成としている。

また、本発明の第２の態様において、前記キャリアの前記キャリア側係合部は、前記キャリアに固定されて前記遊星歯車機構の前記遊星歯車を回転自在に支持する歯車軸の先端部である構成としている。

本発明の請求項１に係る二段変速機では、クラッチ機構によって高速モードを選択すると、入力軸に付与された回転出力が高速のまま遊星歯車機構のキャリアを介して出力軸に伝達され、一方、クラッチ機構によって低速モードに切り換えると、入力軸に付与される回転出力が遊星歯車機構で落とされて出力軸に伝達されることとなる。

このように、減速されていない高速回転出力と、減速された低速回転出力とを一つのクラッチ機構によって選択的に切り換えて出力軸に出力するようにしているので、重量の嵩む摩擦クラッチを複数組必要としない分だけ、小型軽量化が図られることとなる。

特に、高速モードでは、入力軸に付与された回転出力を遊星歯車機構のキャリアを介してそのまま出力軸に伝達するようにしているので、構造の簡略化も図られることとなる。

加えて、遊星歯車機構の環状歯車を固定状態としている、すなわち、遊星歯車機構を構成する歯車群のうちの環状歯車を固定状態としているので、環状歯車が回転しない分だけ、高速回転出力時における慣性負荷を小さく抑え得ることとなる。

また、本発明の請求項１に係る二段変速機において、クラッチ機構の駆動部によりスライド筒を軸方向に移動させ、スライド筒の内向き凸部をキャリアのキャリア側係合部に係合させて高速モードにすると、入力軸に付与された回転出力がそのまま出力軸に伝達される。

一方、クラッチ機構の駆動部によりスライド筒を軸方向に移動させ、スライド筒の内向き凸部をキャリアのキャリア側係合部から離間させて低速モードに切り換えると、遊星歯車機構で減速された回転出力が出力軸に伝達される。

つまり、入力軸に付与される回転出力を減速せずに出力軸に伝達する高速モードと、入力軸に付与される回転出力を減速して出力軸に伝達する低速モードとを切り換える際には、重量の嵩む摩擦クラッチを使用しないでクラッチ機構のスライド筒を軸方向に移動させるだけなので、その分だけ、より一層の小型軽量化及び構造の簡略化が図られることとなる。

さらに、本発明の請求項２に係る二段変速機において、キャリアのキャリア側係合部として、キャリアに固定された歯車軸の先端部を用いるので、キャリア側係合部を別に設ける場合と比べて、さらなる構造の簡略化が図られることとなる。

本発明に係る二段変速機では、小型軽量化に加えて構造の簡略化をも実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例による二段変速機の遊星歯車機構の歯車レイアウト説明図である。図１に示した二段変速機の低速モードにおける図１のＡ−Ａ線位置での断面説明図（ａ）及び図２（ａ）のＢ−Ｂ線位置での断面説明図（ｂ）である。図１に示した二段変速機の高速モードにおける図１のＡ−Ａ線位置での断面説明図（ａ）及び図３（ａ）のＣ−Ｃ線位置での断面説明図（ｂ）である。

以下、本発明に係る二段変速機を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は、本発明に係る二段変速機の一実施例を示している。

図１〜図３に示すように、この二段変速機１は、入力軸２と、出力軸３と、遊星歯車機構１０を具備しており、入力軸２には図示しないモータの回転出力軸が連結され、出力軸３には図示しない例えば駆動車輪が接続される。

遊星歯車機構１０は、入力軸２と同軸で回転する太陽歯車１１と、この太陽歯車１１を囲んで配置される環状歯車１２と、太陽歯車１１及び環状歯車１２の双方に噛み合う複数個の遊星歯車１３と、出力軸３に固定されたキャリア１４を具備しており、環状歯車１２は、図示しない例えばケースに固定されている。キャリア１４には、遊星歯車１３を回転自在に支持する歯車軸１５の基端部１５ａが貫通状態で固定されており、遊星歯車機構１０は、入力軸２に付与されるモータからの回転出力を減速して出力するようになっている。

また、この二段変速機１は、入力軸２に付与される回転出力を遊星歯車機構１０で落として出力軸３に出力する低速モードと、入力軸２に付与される回転出力を遊星歯車機構１０のキャリア１４を介して出力軸３にそのまま出力する高速モードとを切り換えるクラッチ機構２０を備えている。

このクラッチ機構２０は、入力軸２に嵌合されたスライド筒２１を具備している。このスライド筒２１及び入力軸２には、互いに嵌め込んだ状態で係合する軸方向のスプライン２１ａ，２ａがそれぞれ形成されており、スライド筒２１は入力軸２に対して軸方向に移動可能で且つ回転不能に連結されている。

この場合、クラッチ機構２０のスライド筒２１には、内向き凸部２１ｂが円周方向の３箇所に形成されており、一方、遊星歯車機構１０のキャリア１４には、スライド筒２１の内向き凸部２１ｂと互いに係合することで入力軸２の回転がこのキャリア１４にそのまま伝達されるキャリア側係合部が円周方向の３箇所に配置されており、この実施例では、キャリア１４に固定されて遊星歯車１３を回転自在に支持する３本の歯車軸１５の各先端部１５ｂがキャリア側係合部として機能するようになっている。

また、このクラッチ機構２０は、低速モードにおけるスライド筒２１の内向き凸部２１ｂが歯車軸１５の先端部１５ｂから離れる位置と、高速モードにおけるスライド筒２１の内向き凸部２１ｂが歯車軸１５の先端部１５ｂと係合する位置との間で該スライド筒２１を移動させる直動アクチュエータ（駆動部）２２を具備している。

この直動アクチュエータ２２の押し引きロッド２２ａの先端には、スライド筒２１の外周面に形成された環状凸部２１ｃと相互に摺動自在に嵌合する凹状ブロック２２ｃが配置されており、直動アクチュエータ２２の押し引きロッド２２ａを押し引き動作させることで、スライド筒２１を入力軸２の軸方向に移動させるようになっている。

なお、図２及び図３における符号２４は移動規制板であり、スライド筒２１が図示しないモータ側に移動し過ぎるのを規制している。また、図２における符号１６は必要に応じて装着される補強プレートであり、キャリア１４に固定された３本の歯車軸１５の各先端部１５ｂの位置ずれを回避する。

上記した二段変速機１を、例えば、電気自動車に搭載する場合、クラッチ機構２０の直動アクチュエータ２２にロッド押出し動作を行わせて、スライド筒２１を図２（ａ）左方向に移動させ、このスライド筒２１の内向き凸部２１ｂを歯車軸１５の先端部１５ｂに係合させて高速モードにすると、図３に示すように、入力軸２に付与された図外のモータからの回転出力がキャリア１４を介してそのまま出力軸３に伝達されることとなる。つまり、高速回転出力による電気自動車の走行が可能となる。

一方、この高速モードにおいて、クラッチ機構２０の直動アクチュエータ２２にロッド引き込み動作を行わせて、スライド筒２１を図３（ａ）右方向に移動させ、このスライド筒２１の内向き凸部２１ｂを歯車軸１５の先端部１５ｂから離間させて低速モードにすると、図２に示すように、遊星歯車機構１０で減速されたモータからの回転出力が出力軸３に伝達されることとなる。つまり、低速回転出力による電気自動車の走行が可能となる。

このように、上記した二段変速機１では、減速されていない高速回転出力と、減速された低速回転出力とを一つのクラッチ機構２０によって選択的に切り換えて出力軸３に出力するようにしているので、重量の嵩む摩擦クラッチを複数組必要としない分だけ、小型軽量化が図られることとなる。

特に、高速モードでは、入力軸２に付与された回転出力を遊星歯車機構１０のキャリア１４を介して出力軸３にそのまま伝達するようにしているので、構造の簡略化も図られることとなる。

また、遊星歯車機構１０の環状歯車１２を図示しない例えばケースに固定している、すなわち、遊星歯車機構１０を構成する歯車群のうちの環状歯車１２を固定状態としているので、環状歯車１２が回転しない分だけ、高速回転出力時における慣性負荷を小さく抑え得ることとなる。

さらに、上記した二段変速機１において、入力軸２に付与される回転出力を減速しないで出力軸３に伝達する高速モードと、入力軸２に付与される回転出力を減速して出力軸３に伝達する低速モードとを切り換える際には、重量の嵩む摩擦クラッチを使用せずにクラッチ機構２０のスライド筒２１を軸方向に移動させるだけなので、その分だけ、より一層の小型軽量化及び構造の簡略化が図られることとなる。

さらに、上記した二段変速機１において、キャリア１４のキャリア側係合部として、キャリア１４に固定された歯車軸１５の先端部１５ｂを用いているので、キャリア側係合部を歯車軸１５の先端部１５ｂとは別に設ける場合と比べて、さらなる構造の簡略化が図られることとなる。

上記した実施例では、本発明に係る二段変速機を電気自動車に搭載した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、本発明に係る二段変速機を工作機械の変速機として採用してもよい。

本発明に係る二段変速機の構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、キャリア側係合部を補強プレート１６に一体又は別体で配置するようにしてもよい。

１二段変速機
２入力軸
３出力軸
１０遊星歯車機構
１１太陽歯車
１２環状歯車
１３遊星歯車
１４キャリア
１５歯車軸
１５ｂ歯車軸の先端部（キャリア側係合部）
２０クラッチ機構
２１スライド筒
２１ｂ内向き凸部
２２直動アクチュエータ（駆動部）

Claims

入力軸と、
出力軸と、
前記入力軸と同軸回転する太陽歯車と、この太陽歯車を囲んで配置される環状歯車と、前記太陽歯車及び環状歯車の双方に噛み合う遊星歯車と、前記出力軸に固定されて前記遊星歯車を回転自在に支持することで前記入力軸に付与される回転出力を落として出力するキャリアを具備した遊星歯車機構を備え、
前記遊星歯車機構の環状歯車を固定状態とし、
前記入力軸に付与される回転出力を前記遊星歯車機構で落として前記出力軸に出力する低速モードと、前記入力軸に付与される回転出力を前記遊星歯車機構の前記キャリアを介して前記出力軸にそのまま出力する高速モードとを切り換えるクラッチ機構を設け、
前記クラッチ機構は、
前記入力軸に軸方向に移動可能で且つ回転不能に嵌合されたスライド筒と、
前記入力軸に嵌合された前記スライド筒における該スライド筒の円周方向の複数箇所に形成された内向き凸部と、
前記遊星歯車機構の前記遊星歯車を回転自在に支持する前記キャリアに配置されて、前記スライド筒の前記内向き凸部と互いに係合することで前記入力軸の回転が該キャリアにそのまま伝達されるキャリア側係合部と、
前記低速モードにおける前記スライド筒の前記内向き凸部が前記キャリアの前記キャリア側係合部から離れた位置、及び、前記高速モードにおける前記スライド筒の前記内向き凸部が前記キャリアの前記キャリア側係合部と係合する位置の間で該スライド筒を移動させる駆動部を具備した
ことを特徴とする二段変速機。
前記キャリアの前記キャリア側係合部は、前記キャリアに固定されて前記遊星歯車機構の前記遊星歯車を回転自在に支持する歯車軸の先端部である請求項１に記載の二段変速機。