JPH03501289A - 無段可変駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 無段可変駆動装置 本発明は、駆動モータと、第１人力軸、第２人力軸および駆動軸を有する差動歯 車と、ウオームおよびウオームギヤを存するウオーム駆動機構と、ならびに可変 駆動部とがらなり、そして駆動モータは第１人力軸に連結され、ウオームギヤは 第２人力軸に連結され、ウオームは可変速度部材の出力軸に連結されている、連 続可変駆動装置に関する。

このような駆動装置は、***公開特許公報第ＤＥ−ＯＳ２４．１５，８５９号に よって知られている。この先行駆動装置においては、モータが、アンギュラレデ ューシングギヤを介して半径方向ベベルギヤを有するケージを駆動する。ベベル ギヤはリングギヤに噛合する。前記リングギヤの１つは駆動軸に連結されている 。サーボモータが、レデューシングウオーム駆動機構を介して別のリングギヤを 駆動する。ウオーム駆動機構は、静かに安定して自己−ロックされるように設計 されている。駆動モータの定速時には、駆動軸の速度は、サーボモータの速度を 変更することにより比較的低い動力消費で制御されることができる。しかしなが ら、サーボモータの動力消費は速度に強く依存し、かつ速度制御は、停止に至る まで或いは回転方向の逆転さえも、アンギュラギヤの大きな減速によってのみ可 能である。したがって、駆動軸の最高速度は駆動モータの速度よりかなり低速と なる。

この先行駆動装置は、例えばキャブズタンエンジン或いはクレーンのように、す なわち駆動トルクが常に同一方向に作用する装置に好適に適用される。

本発明の基本的な課題は、序文に記述したような種類の駆動装置を、その駆動軸 が両回転方向へ共に駆動されかつ減速され得るようにさらに改良することにある 。

この課題は、次のような駆動装置、すなわち、第３の入力軸と第４の入力軸を有 する第２の差動歯車を備え、第２および第４の入力軸は、この第２および第４の 入力軸の合計速度が第１および第３の入力軸の定速時には一定となるように駆動 され、そして、第１駆動軸は第２駆動軸に非回動的に結合されて、２つの差動歯 車の中の１つは第１駆動軸上に１つの回転方向へ駆動トルクを伝達し、他の差動 歯車は、第１および第３の入力軸に対する一定方向の回転ならびに一定方向の入 力トルクの際には回転反対方向へ［駆動トルクを伝達するコ駆動装置によって達 成される。

本発明の実施例を添付図面を参照しながら次に説明する。

ここで、第１図は第１実施例を略図的に示し、そして第２−４図は別の３実施例 を示す。

第１図に係る駆動装置は、駆動モータ１と、各々２つの入力軸３．４．３’　、 ４’および１つの出力軸５，５′を有する２つの差動歯車２および２′と、ウオ ーム７．７′およびそれぞれの軸４，４′に連結されたウオームギヤ８，８′を 有するウオーム駆動機構６．６′と、ならびに制御装置９゜９′によって制御さ れるサーボモータ１０．１０’　とから構成される。２つの差動歯車２．２′は 遊星的に駆動されるが、軸３，３′上に取付けられたサンギヤ１５．１５’　と 、前記軸４．４′に連結された同軸リングギヤ１６．１６’　と、ならびに周面 上に配置された遊星ギヤ１７とを有する。遊星ギヤはそれらの中の１つのみが図 示されているが、これらはそれぞれのサンギヤ１５．１５’およびそれぞれの歯 付きリング１６．１６’　と噛合する。遊星ギヤ１７．１７’　は１つのピニオ ンケージ１８．１８’上に回転可能に各々取付けられる。前記ピニオンケージ１ ８．１８’　はそれぞれの軸５゜５′に固定的に連結される。前記軸３．３′は 各々１つのギヤ６５．６５’を担持する。前記２つのギヤ６５．６５’　は同数 の歯を有し、そして前記駆動モータ１の駆動軸６８上に取付けられたギヤ６７と 噛合する。したがって、前記入力軸３．３′は前記モータ１によって同方向へか つ同速で駆動される。

ウオーム７．７′はそれぞれのサーボモータ１０．１０’の前記出力軸１９．１ ９’上に取付けられる。前記ウオーム７．７′の歯はおよそ５°および９°間の 、好適にはおよそ７°のピッチを有する。前記駆動モータ１は回転指示計として のインパルス送信機２５を有し、そして各サーボモータ１０．１０’　は回転指 示計として別のインパルス送信機２６゜２６′を有する。それぞれのインパルス 送信機２６．２６’の出力２７．２７’　は、これに組合わされる制御装置！！ ９゜９′に連結される。前記インパルス送信機２５の出力２８は、可変外乱とし て各直列抵抗２９．２９’　を介して各々電位差計３０．３０’　に連結され、 そして前記電位差計の他端部は接地される。前記電位差計３０．３０’の接続タ ップ３１．３１’　は公称値としてそれぞれの制御ユニット９゜９′に連結され る。図示される実施例では、前記タップ３１゜３１′は、手動で作動される部材 ３２．３２’　によって設定することができる。前記部材３２．３２’　は、ロ ーラ３６を介して通常の操作ロッド３５に連結される。前記ローラ３６は、前記 操作ロッド３５に対して回動および固定されることができる。これにより、前記 タップ３１．３１’　は相互の間で僅かにシフトされることができる。前記２つ の電位差計３０．３０’　は反対方向に接続され、これにより前記操作ロッド３ ５を移動すると、一方のサーボモータ１０はより高速で、他方のサーボモータ１ ０’　はより低速で回転される。前記インパルス送信機２５を介して可変外乱を 印加することに加えて或いはその代りに、前記駆動軸５に連結される別のインパ ルス送信機３４の信号３３を前記制御ユニット９．９′にさらに送信することが できる。所望の制御方式においては前記インパルス送信機３４は、前記駆動軸５ の速度或いは回転角を測定することができる。

前記駆動軸５は、−組のギヤ６６．６６’　を介して前記駆動軸５′に非回動的 に連結される。前記２つのギヤ６６゜６６′は同数の歯を有し、前記回転軸５． ５′を反対方向へ回転する。

作動中は、前記モータ１は実質的に一定な、しかしながら制御されない速度で回 転する。前記軸４が回転しない限りは、前記駆動軸５は、前記歯付きリング１６ の前記サンギヤ１５と遊星ギヤ１７の直径によって定まる逓−減比で駆動される 。

駆動トルクは、前記軸３の回転方向とは反対方向に、前記軸４に従って前記ウオ ームギヤ８にトルクを伝達する。もし前記ウオーム７が、前記軸４がこれに作用 するトルクの方向に回転するような方向に回転している場合には、前記駆動軸５ の速度は減少される。何となれば、前記ウオーム駆動機構６は略自己−ロックで あり、駆動方向においては極めて低いトルクのみが前記ウオーム７に伝達される だけであるからである。前記サーボモータ１０は主としてブレーキとして作用す る。前記制御ユニット９は、前記ウオーム７の速度を前記サーボモータ１０を介 して前記部材３２上に設定されている公称値に調節する。もし前記紬５上の駆動 トルクが増大されると、前記モータ１によって発生されるべきトルクもまた直ち に増大する。何となれば、前記モータ１は制御されておらず、この結果前記軸３ の速度もまた減少されるからである。この変化は前記インパルス送信機２５によ り検出され、そして前記電位差計３０および前記タップ３１を介して前記制御ユ ニット９に送信され、これにより前記ウオーム７もまた低速度で回転される。こ の可変外乱の適用は、前記駆動軸５の速度が駆動トルクの値に関係されないよう に設計される。前記サーボモータ１０が、前記サンギヤ１５および前記歯付きリ ング１６が同じ周速度をもつような高速度で回転される際には、前記軸５は回転 しない。もし前記歯付きリング１６がより速い速度で回転すると、前記軸５は反 対方向へ回転する。ギヤ比は、前記軸５の停止が前記サーボモータ１０の最大速 度の半分で達せられるように設計される。従って、前記軸５は両回転方向におい て同じ最大速度を有する。

騒動トルクが前記軸５上にその回転の反対方向へ作用する際には、力の流れは、 前記−組のギヤ６７．６５’　、前記第２差動歯車２′および前記ギヤ対６６． ６６’　を介して前記駆動軸５に達する。前記２つの差動歯車２．２′および前 記２つのウオーム駆動機構６，６′は同一の設計である。前記制御ユニット９． ９′および前記タップ３１．３１’　を有する前記電位差計３０．３０’　は、 前記２つのサーボモータ１０．１０’の速度の合計が変化の全領域において一定 となるように連結される。これを達成するために、前記２つの電位差計３０．３ ０’は、前記２つのタップ３１．３１’上の信号の合計が一定を保持されるよう に横方向反対向きに連結される。この公称値の合計は、前記ローラ３６を前記操 作ロッド３５に対して調節することにより最終的に調節されることができる。

上述した駆動装置は、前記駆動軸５０両回転方向における速度の連続した変化を 、前記駆動軸５に作用する駆動ならびに減速の両トルクによって許容する。前記 駆動装置は、例えば、カウンタウェイトを有するエレベータやロボットに対して 、あるいは車輌用の駆動装置として好適である。殊にエレベータに使用する場合 に、前記駆動モータ１および前記サーボモータ１０．１０’の少くも１つを停止 モータとして設計すると有利である。このような停止モータは、動力の供給が遮 断された時にモータの軸を閉止するブレーキを宵する。遮断に際しては、前記駆 動軸５の速度が最初に零に減少されると共に前記駆動モータ１が遮断され、そし て前記制御ユニット９．９’が軸６８の速度の減少に同期して前記サーボモータ １０．１０’の速度を減速し、これにより前記軸５が静止される。逆に、始動に 際しては、前記サーボモータ１０゜１０′を有する前記制御ユニット９．９’が 最初に作動され、その後前記モータ１が始動され、可変外乱の適用によって、前 記サーボモータ９．９′は前記軸３を同期して加速する。

前記駆動軸５の広い速度範囲を達成するために、前記ウオーム７．７′の直径は 前記ウオームギヤ８，８′の直径に対して少くとも半分に、好適には少くとも同 じに設定される。これにより、ウオーム駆動機構としては異常に小さい減速が達 成される。従って、前記サーボモータ１０．１０’の与えられた最大速度に対し て前記軸４，４′の高速を達成することが可能となる。上述した駆動装置は、極 めて起動的である。

何となれば、前記軸５の速度を変化するためには、前記軸４．４’、前記ウオー ム駆動機構６．６′および前記サーボモータ１０．１０’の速度を変化するだけ で足りるが、前記のものの重量慣性モーメントは比較的小さいからである。高− 機能のサーボモータにかかわらず、加速ならびに減速容量は、もしフライホイー ル４０を前記軸６８上に取付けるとさらに改善することができる。

上述した駆動装置においては、前記モータ軸６８上のトルクは、速度に関係なく 、前記駆動軸５上のトルクに比例する。

したがって、駆動トルクは、前記モータ１の動力消費を測定することにより直接 計測することができる。このことは、クレーンおよびエレベータ或いはロボット において過負荷を防止するためにことに有用である。効率もまた前記駆動軸５の 速度の減少と共に減少する。これは、前記駆動軸５が停止すると零に達する。こ れは高−機能サーボモータにおいても同様に発生する。これらにかかわらず、過 剰の動力は電気ユニットによって使用されて加熱をもたらすことなく送信機液体 の温度を上昇する。したがって、浪費された熱は、簡単、確実でっ安価な方法で 、すなわち油冷却器で除去することができる。これに反して、電気動力システム からの熱の除去はかなりの問題、そして就中、高−機能サーボモータによる連続 可変駆動機の場合には安全性欠陥も同様に発生する。

前記２つのサーボモータ１０．１０’の正確な同期に関する要求を緩和するため に、フライホイール機構４１．４１’を、第１図に破線で示すように前記２つの 入力軸３．３′に取付けることができる。この代案として、前記２つの入力軸３ ．３′を分離された駆動モータｌａ、ｌｂによってそれぞれに駆動することもで きるが、この場合には前記ギヤ６５゜６５′および６７は除去される。前記２つ のモータｌａ。

１ｂは常に同一方向へ回転され、そしてそれらの１つのみが、前記駆動軸５上に 作用するトルクの方向に従って負荷される。

前記サーボモータ１０は、電気的、機械的、空気的もしくは液体的な制御ブレー キで置換することもできる。

第２図に係る実施例においては、同一部分には同一参照符号が付されているので 、前記ギヤ機構２．２′および前記ウオーム駆動機構６．６′についての詳細な 説明は必要としない。制御可能な速度を有する前記部材１０．１０’　は、ここ では摩擦ギヤとして設計され、２つの平行な回転ディスク５０．５１．５０’、 ５１’　−これは相互に半径方向へオフセットする−と、ならびに摩擦ホイール ５２．５２’　とから構成される。前記摩擦ホイール５２．５２’　は前記２つ のディスク５０．ｓｌ：ｓｏ’、５１’上を回転し、そしてロッド５３，５３’ 上に回転可能に取付けられる。前記ロッド５３．５３’　は、前記ディスク５０ ．５１．５０’、５１’の前記２つの軸５４．５５；５４’、５５’　に直角方 向に配置される。これらは、通常のリフト機構５６手段を介してその軸線に沿っ て移動可能である。前記リフト要素５６は２−腕レバー５６ａ上に作用し、この レバーの自由端部に前記２つのロッド５３．５３’が関節連結される。前記摩擦 ギヤ１０ａ、１０ａ’　は、入力軸３の一定速度においては、前記リフト要素５ ６のリフト動作に関係なく前記２つの軸５５゜５５′の速度の合計が一定となる ように設計されている。調節のために、前記ロッド５３′の長さは調節部材手段 によって設定されることができ、この手段は第２図においてはターンバックル６ ３として記号的に示されている。

前記ディスク５０．５０’　は前記入力軸３．３′に各ギヤ５７．５７’　およ び歯付きベルト５８．５８’を介して連結される。前記ディスク５１は、前記ウ オーム７．７′の前記軸１９．１９’に２つのベベルギヤ５９．６０；５９’　 。

６０′を介して連結される。前記摩擦ギヤ１０ａ、ｌＱａ’の伝達比は、前記ロ ッド５３，５３’　を移動することにより連続的に変動することができる。最も 簡単には、前記ロッド５３．５３’　は手動で調節され、そしてこの場合前記リ フト要素５６は、例えば、前記レバー５６ａに関節結合されるねじ付きロッドに 係合するナツトを備えたクランクから構成される。図示の場合には、前記リフト 要素５６は、前述のものとは異なり、制御ユニット６１で駆動される電気的、液 圧的もしくは空気圧的作動のアクチュエータから構成されている。

前記制御ユニット６１は公称値人力６２を有する。また一方、実際の値３３が、 前記駆動軸５０角度および／もしくは角速度を測定する送信機３４から送信され る。

ベベルギヤ７０．７０’が前記２つの入力軸３．３′上に各々取付けられる。前 記２つのベベルギヤ７０．７０’　は別の通常のベベルギヤ７１に噛合する。こ の設計によって、前記２つの入力軸３．３′は同速度でしかしながら反対方向へ 回転する。前記駆動モータ１は、第２図に破線で示すように、ベベルギヤ７１に 連結することもできる。

別の連続可変ギヤ機構、例えば可変−速度駆動装置も、前記摩擦ギヤ５０．５１ ，５２．５０’　、５１’　、５２’の代わりに同様に好適である。

作動中は、第２図に係る実施例は第１図に示すそれと類似して作動する。この場 合にも、連続可変駆動装置１０ａ。

１０８′には極めて低い動力しか伝達されないので、これらは容易かつ安価に生 産される。前記モータ１はこの実施例の場合には、内燃機関或いは蒸気もしくは ガスタービンであってもよい。第２図に係る実施例においても、第１図に示す実 施例と同様に、フライホイール機構を前記２つの入力軸３゜３′に各々設けると 有用である。

第３図に係る実施例は第１図に示すそれと類似し、そして同一部分はまた同一参 照符号で示されている。第３図に係る実施例は、第１図に示すそれに対して、た だ１つだけのウオーム駆動機構６とただ１つだけのサーボモータ６［原文のまま ・・・信託発行（Ｔｒ、Ｅｄ、）］とが設けられ、そして前記２つの入力軸４． ４′は第３０差動歯車８０を介して互いに連結されている点において異なる。前 記差動歯車８０は、ピニオンケージ８４上に回転可能に取付けられるサンギヤ８ １、歯付きリング８２および遊里ギヤ８３を有する遊星駆動機構として同様に設 計される。前記サンギヤ８１は、前記軸４に中間ギヤ８６を介して連結されるギ ヤ８７と噛合する同軸ギヤ８５に連結される。前記歯付きリング８２は、前記軸 ４′上に取付けられるギヤ８９と別の中間ギヤ８６を介して噛合するギヤ８８を 担持する。前記ピニオンケージ８４は前記モータ軸６８に固定的に連結される。

前記差動歯車８０とギヤ組８５．８７ならびに８８．８９のギヤ比は、前記モー タ軸６８の一定速度時に前記２つの入力軸４．４′の速度の合計が一定となよう に選定される。この場合にも、フライホイール機構４１．４１’を前記両入力軸 ３．３′に同様に設けることができる。前記ギヤ６６．６６’　は互いに直接的 に、或いは偶数個の中間ギヤ９０．９０’を介して噛合することができる。

トルクは、第２図に係る実施例においても同様に、前記駆動軸５上に作用する駆 動トルクの方向に従って、前記モータ軸から前記差動歯車２もしくは前記差動歯 車２′の何れかを経由して伝達される。前記ウオーム駆動機構６は何れの場合に も同一方向において負荷され、そして前記サーボモータ１０は何れの場合にも同 じ回転方向の時にブレーキとして作用する。前記２つの入力軸４．４′の正確な 同期が、負荷される差動歯車８０によって達成される。さらに、制御が簡単化さ れる。

第４図に係る実施例は第２図に係る実施例に対応するが、異なる所は、可変速度 を有する前記第２の部材１０ａ′が除去されそして付加的な差動歯車７５で置き 換えられていることである。前記差動歯車７５は、例えば自動車の後輪作動歯車 と同様に設計することができる。前記差動歯車７５の入力軸７６が、前記ベベル ギヤ７１に非回動的に連結される。一方の出力軸７７が前記ベベルギヤ５９に固 定的に連結されそして他方の出力軸７７′が前記ベベルギヤ５９′に連結される 。前記２つのウオーム７．７′および従って前記２つの入力軸４．４′の速度の 合計は、本実施例においても同様に、前記駆動軸１の一定速度時には一定である 。

第４図に係る実施例は、第３図に係る実施例よりさらに、付加的な差動歯車を通 しては極めて小さいトルクしか伝達されないので、したがってこの付加的な差動 歯車を容易かつ低価格で作成し得るという利点を有する。これに対して、第３図 に係る実施例は、第２のウオーム駆動機構６′　も除去サレるという利点を有す る。

国際調査報告 国際調査報告 Ｃ）ｌε９００１６４

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．駆動モータ（１）と、第１、第２の入力軸（３，４）および第１の駆動軸（ ５）を有する第１の差動歯車（２）と、第１のウォーム（７）および第１のウォ ームギヤ（８）を有する第１のウォーム駆動機構（６）と、ならびに可変速度を 有する第１の部材（１０）とからなり、駆動モータ（１）は第１の入力軸（３） に連結され、第１のウォームギヤは第２の入力軸（４）に連結され、そして第１ のウォーム（７）は可変速度を有する部材（１０）の出力軸（１９）に連結され ている連続可変駆動装置において、駆動装置は第３、第４の入力軸（３′．４′ ）および第２の出力軸（５′）を有する第２の差動歯車（２′）を備え、第２、 第４の入力軸（４，４′）は、第１、第３の入力軸（３，３′）の一定速度時に は第２、第４の入力軸（４，４′）の速度の合計が一定となるように駆動され、 第１の駆動軸（５）は第２の駆動軸（５′）に対して非回動的に結合され、２つ の差動歯車（２．２′）の１つは第１の駆動軸（５）に作用する駆動トルクを１ つの回転方向へ伝達し、そして他の差動歯車（２．２′）は、第１、第３の入力 軸（３，３′）に対する一定方向の回転および一定方向の入力トルクの際にはト ルクを回転反対方向へ伝達することを特徴とする連続可変駆動装置。
2. ２．第１の入力軸（３）を第３の入力軸（３′）に非回動的に結合することを特 徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. ３．さらに、第２のウォーム（７′）とおよび第４の入力軸（４′）に非回動的 に連結された第２のウォームギヤ（８′）とからなる第２のウォーム駆動機構（ ６′）を有することを特徴とする請求項１または２記載の駆動装置。
4. ４．第２のウォーム（７′）は制御速度を有する第２の部材（１０′）の出力軸 （１９′）に連結され、そして制御速度を有する２つの部材（１０，１０′）は それらの出力軸（１９，１９′）の速度の合計が、第１の入力軸の一定速度時に は一定となるよう制御されることを特徴とする請求項３記載の駆動装置。
5. ５．出力軸（１９，１９′）の速度の合計は調節可能であることを特徴とする請 求項４記載の駆動装置。
6. ６．駆動モータ（１）は第３の差動歯車（８０）の駆動軸に連結され、差動歯車 の１つの駆動部材（８５）は第２の入力軸（４）に非回動的に連結されそして同 じく他の駆動部材（８８）は第４の入力軸（４′）に非回動的に連結されること を特徴とする請求項２記載の駆動装置。
7. ７．駆動モータ（１）は第３の差動歯車（７５）の駆動軸（７６）に連結され、 差動歯車の１つの駆動部材（７７）は第１のウォーム（７）に連結されそして同 じく他の駆動部材（７７′）は第２のウォーム（７′）に連結されることを特徴 とする請求項３記載の駆動装置。
8. ８．制御速度を有する部材（１０）はサーボモータであることを特徴とする請求 項１乃至７の何れかに記載の駆動装置。
9. ９．駆動モータ（１）およびサーボモータ（１０）は停止モータとして設計され ることを特徴とする請求項８記載の駆動装置。
10. １０．フライホイールが入力軸（３）に結合されることを特徴とする請求項１乃 至９の何れかに記載の駆動装置。