行星輪變速器中的單向離合器也是換檔執行元件，其結構與液力變矩器中的單向離合器相同，目前用得較多的有滾柱斜槽式和楔塊式。

單向離合器依靠單向鎖止原理，起到固定或連接幾個行星排中某些基本元件的作用，使行星輪變速器組成不同傳動比（檔位），可保證換檔平順無沖擊，同時也可簡化液力控制系統。

滾柱斜槽式單向離合器由外圍、滾柱、彈簧和內圈組成，滾柱數量通常為 6 ～ 8 個。在工作過程中，若單向離合器外圈試圖相對于內圈沿順時針方向轉動，滾柱便在開口槽中向小端移動，楔入內外圈之間，將兩者鎖住，與此同時，還可在兩者之間傳遞轉矩。

離合器由外圈、楔塊、保持架和內圈組成。當外圈相對于內圈沿逆時針方向轉動時，楔塊被推動發生傾斜，在內外圈之間讓出一定空間，因而不會鎖止離合器。楔塊式單向離合器在任何時候都允許其外圈相對于內圈沿逆時針方向旋轉，或允許其內圈相對于外圈沿順時針方向旋轉。

反之，當外圈試圖相對于內圈沿順時針方向轉動時，楔塊因幾何形狀的原因將卡在內外圈之間無法活動，從而將兩者鎖死在一起。為保證楔塊能可靠地楔在內外圈之間，這種單向離合器中裝有保持彈簧，使楔塊按能鎖住內外圈的方向始終保持一點傾斜。