JP3076581B2 - 無段可変駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、駆動モータと、第１入力軸、第２入力軸お
よび駆動軸を有する差動歯車と、ウオームおよびウオー
ムギヤを有するウオーム駆動機構と、ならびに可変駆動
部とからなり、そして駆動モータは第１入力軸に連結さ
れ、ウオームギヤは第２入力軸に連結され、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、西独公開特許公報第DE−OS2
4,15,859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２つの平歯車に噛合する。前記平歯車の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平歯車を駆動す
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、例えばキャプスタンエンジン或
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、次のようにな駆動装置、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およひ第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
には回転方向へ［駆動トルクを伝達する］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′に連結された歯付きリング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18,18′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19,19′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26,2
6′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35を移動する
と、一方のサーボモータ10はより低速で、他方のサーボ
モータ10′はより高速で回転される。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、一組のギヤ66,66′を介して前記駆
動軸５′に連続的に連結される。前記２つのギヤ66,6
6′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。もし前記軸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。前記モータ１は制御されていないことから、
前記軸３の速度もまた減少する。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。この外乱可変フィールドフォワードシステムは、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。

駆動トルクが前記軸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、前記一組のギヤ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30,30′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５の両回転方向にお
ける速度の無段制御を、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可能にする。前記駆動装
置は、例えばカウンタウエ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有する。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が制止される。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が始動される。外乱可変フィールドフォワード
システムによって前記サーホモータは前記軸３と同期し
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、極めて高い動作性を有するが、これは、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、これらのものの重量慣
性モーメントが比較的小さいからである。高性能サーボ
モータと違って、加速ならびに減速容量は、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殊に有用である。
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
高性能サード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、確実かつ安
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、就中、高性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1a,1b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1a,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、相互に半径方向
へオフセットする２つの平行な回転ディスク50,51;5
0′,51′と摩擦ホイール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50,51;5
0′,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は二腕レバー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56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63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57,5
7′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,10a′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
ナッ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は公称値入力62を有する。また一方、実際の
値33が、前記駆動軸５の角度および／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、前記駆動摩擦ギヤ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10
a,10a′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
して同一部分または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
モータとが設けられ、そして前記２つの入力軸4,4′は
第３の差動歯車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81、歯付きリング82お
よび遊星ギヤ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るように
選定される。この場合にも、フライホイール機構41,4
1′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10
a′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
車の後輪差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、前記ベベルキギヤ71に非回受
初的に連結される。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′も除去されるという利点を有する。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−6447（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−153844（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−216145（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−177447（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−9186（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭33−3215（ＪＰ，Ｙ１) 仏国特許出願公開2467332（ＦＲ，Ａ １) 英国特許607989（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 3/44 - 3/78 F16H 37/08

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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のウオーム（７）および第１のウオ
   ームギヤ（８）を有する第１のウオーム駆動機構（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のウオームギヤは第２の入力軸（４）に連結さ
   れ、そして第１のウオーム（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′）に対して連動的に結合され、２つの差動歯車
   （2,2′）の１つは第１の駆動軸（５）に使用する駆動
   トルクを１つの回転方向へ伝達し、他の差動歯車（2,
   2′）は、第１および第３の入力軸（3,3′）に対して同
   一方向の回転および同一方向の入力トルクがかかる際、
   逆の回転方向にトルクを伝達することを特徴とする連続
   可変駆動装置。
2. 【請求項２】第１の入力軸（３）を第３の入力軸
   （３′）に連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. 【請求項３】さらに、第２のウオーム（７′）と第４の
   入力軸（４′）に連動的に連結された第２のウオームギ
   ヤ（８′）とからなる第２のウオーム駆動機構（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. 【請求項４】第２のウオーム（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、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. 【請求項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. 【請求項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）に連動的に連結され、さらに他の
   駆動部材（88）は第４の入力軸（４′）に連動的に連結
   されることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
7. 【請求項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のウオーム（７）に連結され、さらに他の
   駆動部材（77′）は第２のウオーム（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. 【請求項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. 【請求項９】駆動モータ（１）およびサーボモータ（1
   0）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. 【請求項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。