遊星歯車機構

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遊星歯車機構

遊星歯車機構（ゆうせいはぐるまきこう、英語：planetary gear mechanism）とは、太陽歯車（sun gear）を中心として、複数の遊星歯車（planetary gear）が自転しつつ公転する構造を持った減速（増速）機構である。以下の特徴を持つ。

一つのユニットは、太陽歯車(sun gear)、遊星歯車(planetary gear)、遊星歯車の公転運動を拾う遊星キャリヤ(planetary carrier)、内歯車(outer gear)の四点の部品から構成される（下図参照）。

太陽歯車の回転、遊星歯車の公転（キャリヤの回転）、外輪歯車の回転の三つの要素の内、一つを固定、一つを入力、一つを出力に接続する。それぞれどれを入出力・固定に割り当てるかによって、一つのユニットで複数の減速比や回転方向の切替が可能である。

[編集] 遊星歯車機構の分類

遊星歯車機構は、駆動軸（入力軸）、従動軸（出力軸）、固定軸の3本の基本軸からなる。

内歯車をC、太陽歯車をA、遊星キャリヤをSとする。

太陽歯車（外歯車、内歯車を含む）の軸をK、キャリヤ軸をH、遊星歯車軸をVで表すと、次のように分類される。

2K-H型 - 外歯車A、内歯車C、キャリヤSの軸が基本軸となっており、2個の太陽歯車軸と1個のキャリヤ軸が基本軸となっている。
3K型 - 外歯車A、内歯車C、内歯車Eの軸が基本軸、キャリヤSは、遊星歯車の軸受を取り付けているため基本軸ではない。
K-H-V型（ハイポサイクロイド減速機） - キャリヤS、遊星歯車B、内歯車Cの軸が基本軸である。
複合遊星歯車機構（2個以上の2K-H型） - 2個以上の2K-H型のそれぞれの3本の基本軸のうち2本の基本軸同士を結合し、残りの基本軸の1本を固定し、他の1軸を駆動軸または従動軸とする機構。

遊星歯車機構の各要素の自転と公転

2K-H型遊星歯車機構(I型)において、太陽歯車、遊星歯車、内歯車の角速度および歯数をそれぞれ $\omega_a,\omega_b,\omega_c;~z_a,z_b,z_c$ とし、遊星キャリヤの角速度を $ω x$ とすると、作表法などにより一般に次の式が成り立つ。

$\omega_b = \omega_x-(\omega_a-\omega_x)\frac{z_a}{z_b}$
$\omega_c = \omega_x-(\omega_a-\omega_x)\frac{z_a}{z_c}$

これらの式から遊星歯車機構の速比（出力/入力）は次のようになる。

遊星歯車機構の変速比
区分	太陽歯車 $z a$	内歯車 $z c$	遊星キャリヤ	速比
減速	入力	固定	出力	$\frac{z_a}{z_a+z_c}$
減速	固定	入力	出力	$\frac{z_c}{z_a+z_c}$
増速	固定	出力	入力	$\frac{z_a+z_c}{z_c}$
増速	出力	固定	入力	$\frac{z_a+z_c}{z_a}$
逆転	入力	出力	固定	$-\frac{z_a}{z_c}$
逆転	出力	入力	固定	$-\frac{z_c}{z_a}$

自転車の内装型変速機

自動車: 複数のユニットを組み合わせたものが、乗用車のトルクコンバータ式のオートマチックトランスミッションの補助変速装置として一般的に用いられている。また、トヨタ・プリウスでは、太陽歯車を発電機に、遊星キャリヤをエンジンに、外輪歯車を車輪（モーター）に接続することで、エンジンの駆動力を車輪（モーター）と発電機に分配するのに用いられている。
自転車: 後輪のハブ内部に組みこまれる内装型変速機に用いられている。
増減速機: シールド掘削機やガントリークレーン等多くの産業機械の駆動に遊星歯車機構を利用した遊星減速機が使われている。また、風力発電用風車では、発電用増速機として遊星歯車機構のギヤボックスが使用されている。