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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung
zum Ausgeben der Ausgangsrotation eines Motors über eine Reduktionsvorrichtung
und bezieht sich insbesondere auf eine automatische Drehmoment-Umschaltvorrichtung,
die mit hoher Geschwindigkeit rotiert, wenn das erforderliche Drehmoment
klein ist, und automatisch auf eine Rotation mit geringer Geschwindigkeit
umschaltet, die ein großes
Ausgangsdrehmoment hat, wenn das erforderliche Drehmoment groß ist.
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Stand der Technik
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In
Antriebsvorrichtungen, die mit einem Motor und einer Reduktionsvorrichtung
versehen sind, wird die schnelle Ausgangsrotation des Motors über die
Reduktionsvorrichtung als eine Rotation mit hohem Drehmoment und
niedriger Geschwindigkeit ausgegeben. Die Geschwindigkeit der Ausgangsrotation
nimmt proportional zum Reduktionsverhältnis ab. Die Hochgeschwindigkeitsrotation
des Motors direkt auszugeben, wenn das erforderliche Drehmoment
klein ist, und Rotation mit großem
Drehmoment über
die Reduktionsvorrichtung auszugeben, wenn das erforderliche Drehmoment
groß ist,
kann vorzugsweise auch vom vorgesehenen Gebrauch abhängen.
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Herkömmlicherweise
wird ein elektromagnetischer oder anderer Kupplungsmechanismus beigefügt, wenn
eine Antriebseinrichtung für
solche Anwendungen benutzt wird, und die Ausgangsrotation des Motors
wird zwischen direktem Ausgeben an die Lastseite und Ausgeben an
die Reduktionsvorrichtung umgeschaltet.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische Drehmoment-Umschaltvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die einen kleinen kompakten Aufbau hat und die in der
Lage ist, reversibel von einem Zustand, in dem Hochgeschwindigkeitsrotation
direkt ausgegeben wird, in einen Zustand um zu schalten, in dem
in Übereinstimmung
mit dem gewünschten
Drehmoment Rotation mit hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit über einer
Reduktionsvorrichtung ausgegeben wird.
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Um
das obige und andere Ziele zu erreichen, ist eine Vorrichtung zum
automatischen Drehmomentumschalten gemäß der vorliegenden Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Reduktionsvorrichtung, eine
Ein-Wege-Kupplung; einen Drehmomentbegrenzer und ein Vorrichtungsgehäuse aufweist,
wobei die Reduktionsvorrichtung ein festes Teil, ein Rotationseingangsteil
und ein Rotationsausgangsteil hat, und wobei das feste Teil durch
die Ein-Wege-Kupplung an dem Vorrichtungsgehäuse befestigt ist und das Rotationseingangsteil
und das feste Teil durch den Drehmomentbegrenzer miteinander verbunden
sind, sodass sie nur ganzheitlich rotieren, wenn ein Drehmoment,
das auf das feste Teil wirkt, kleiner oder gleich einem vorgegebenen
Wert ist.
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Das
Rotationseingangsteil der automatischen Drehzahl-Schaltvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in der Richtung, die von der Ein-Wege-Kupplung erlaubt
wird, rotiert. Das Rotationseingangsteil und das feste Teil der
Reduktionsvorrichtung sind über
den Drehmomentbegrenzer miteinander verbunden. Das Rotationseingangsteil und
das feste Teil rotieren ganzheitlich und die Reduzierungsfunktion
der Reduktionsvorrichtung wird nicht ausgeführt, bis ein Drehmoment, das
größer oder
gleich einem vorgegebenen Wert ist, von der Seite des Rotationsausgangsteiles
der Reduktionsvorrichtung auf die Seite des festen Teiles wirkt.
Mit anderen Worten: Das Rotationseingangsteil, das feste Teil und
das Rotationsausgangsteil der Reduktionsvorrichtung rotieren als
integrierte Einheit und die Hochgeschwindigkeitsrotation des Rotationseingangsteiles
wird direkt an die Lastseite ausgegeben.
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Wenn
ein lastseitiges Drehmoment, das den vorgegebenen Wert übersteigt,
von der Seite des Rotationsausgangsteiles auf die Seite des festen
Teiles wirkt, kommt der Drehmomentbegrenzer in Funktion und das
feste Teil und das Rotationseingangsteil werden getrennt. Das feste
Teil ist über
die Ein-Wege-Kupplung mit dem Vorrichtungsgehäuse verbunden und eine Rotation
in der Richtung, in der das Drehmoment wirkt, wird verhindert. Das
feste Teil ist an dem Vorrichtungsgehäuse befestigt und daher rotiert
nur das Rotationseingangsteil, wenn ein Drehmoment angelegt wird,
das den vorgegebenen Wert übersteigt.
Als ein Ergebnis kommt die Reduktionsvorrichtung in Funktion, die
Rotationsgeschwindigkeit des Rotationseingangsteiles wird verringert
und Rotation mit hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit
wird von dem Rotationsausgangsteil an die Lastseite ausgegeben.
Wenn das Drehmoment, das von der Lastseite auf das feste Teil wirkt, kleiner
oder gleich dem vorgegebenen Wert wird, wird die Geschwindigkeitsverringerungsfunktion
der Reduktionsvorrichtung beendet und es wird wieder Hochgeschwindigkeitsrotation
von dem Rotationsausgangsteil an die Lastseite ausgegeben.
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Vorzugsweise
wird ein Anpassungsmechanismus zum Anpassen bzw. Einstellen einer
Reibungseingriffskraft zwischen dem Rotationseingangsteil und dem
festen Teil über
den Drehmomentbegrenzer benutzt, so dass der Drehmomentwert, bei dem
umgeschaltet wird, angepasst werden kann.
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Die
automatische Drehmoment-Umschaltvorrichtung der vorliegenden Erfindung
ist im Allgemeinen eingerichtet, einen Motor aufzuweisen, um eine
Rotationskraft an das Rotationseingangsteil zu übertragen.
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Eine
Vielfalt von Reduktionsvorrichtungen kann benutzt werden. Wenn z.
B. ein Planetengetriebemechanismus benutzt wird, ist das Rotationseingangsteil
ein Sonnenzahnrad; das feste Teil ist ein Innenzahnrad bzw. innen
verzahntes Zahnrad oder ein Planetenträger zum Lagern der Planetenzahnräder; und
ein Rotationsausgangsteil der Reduktionsvorrichtung ist der Planetenträger oder
das Innenzahnrad
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Wenn
ein Wellgetriebemechanismus als Reduktionsvorrichtung verwendet
wird, ist das Rotationseingangsteil ein Wellgenerator, das feste
Teil ist ein flexibles Außenzahnrad
bzw. außen
verzahntes Zahnrad oder ein festes Innenzahnrad bzw. innen verzahntes
Zahnrad, und ein Rotationsausgangsteil der Reduktionsvorrichtung
ist das feste Innenzahnrad oder das flexible Außenzahnrad.
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Eine
automatische Drehmoment-Schaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
in der ein Wellgetriebemechanismus als Reduktionsvorrichtung benutzt
wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das feste Innenzahnrad das
Rotationsausgangsteil ist; das flexible Außenzahnrad das feste Teil ist;
eine Rotationseingangswelle sich von dem Wellgenerator in einem
koaxialen Zustand erstreckt; ein Röhrenteil, das ein Ende hat,
das fest in einem koaxialen Zustand mit dem flexiblen äußeren Zahnrad
verbunden ist, koaxial in einem Zustand angeordnet ist, in dem die
Rotationseingangswelle umschlossen ist; das Röhrenteil drehbar von einem
Bereich des Vorrichtungsgehäuses
unterstützt
wird, welches das Röhrenelement
umschließt
und mit dem Vorrichtungsgehäuse über eine
Ein-Wege-Kupplung verbunden ist; eine ringförmige Endoberfläche am anderen
Ende des Röhrenteils über den
Reibungseingriffs-Drehmomentbegrenzer mit der Rotationseingangswelle
verbunden ist; und die Rotationseingangswelle eine Ausgangswelle
des Motors ist oder mit der Ausgangswelle fest in einem koaxialen
Zustand verbunden ist.
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Der
Drehmomentbegrenzer kann in diesen Beispielen eine Reibungsplatte,
die an der ringförmigen
Endoberfläche
des Röhrenelementes
befestigt ist; eine gleitende Drehplatte, die einstückig mit
der Rotationseingangswelle rotiert und koaxial mit dieser in einem
Zustand verbunden ist, der ein Gleiten in axialer Richtung davon
erlaubt; und ein drängendes Teil
aufweisen, um die gleitende Rotationsplatte gegen die Reibungsplatte
zu drücken.
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Wenn
eine Kompressionsspiralfeder als drängendes Teil benutzt wird,
kann der Anpassungsmechanismus eine Einstellschraube sein, um eine Kompressionsausmaß der Kompressionsspiralfeder einzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden eine Ein-Wege-Kupplung und ein Drehmomentbegrenzer
in einer Reduktionsvorrichtung integriert und erlauben dadurch die
Implementierung einer automatischen Drehzahlschaltvorrichtung, die
einen kleinen, kompakten Aufbau hat und in der Lage ist, automatisch
und reversibel in Übereinstimmung
mit dem erforderlichen Drehmoment von einer Hoch drehzahlrotationsausgabe
zu einer Rotationsausgabe mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl
umzuschalten.
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Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
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1 ist
eine Längsschnittansicht,
die eine automatische Drehmoment-Umschaltvorrichtung zeigt, auf
welche die vorliegende Erfindung angewandt worden ist; und
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2A und 2B sind
Darstellungen, um den Betrieb der automatischen Drehmoment-Umschaltvorrichtung
nach 1 zu beschreiben.
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Ausführungsbeispiel
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Ein
Beispiel für
eine automatische Drehmoment-Umschaltvorrichtung, auf welche die
vorliegende Erfindung angewandt wird, wird im Folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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1 ist
eine Längsquerschnittansicht,
die die automatische Drehzahl-Umschaltvorrichtung des vorliegenden
Beispieles zeigt. Eine automatische Drehmoment-Umschaltvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden
Beispiel hat ein röhrenförmiges Vorrichtungsgehäuse 2.
Ein Motor 3 ist koaxial an dem hinteren Ende des Vorrichtungsgehäuses 2 befestigt. Eine
Motorwelle (Rotationseingangswelle) 4 ragt von der Mitte
der vorderen Oberfläche
des Motors 3 hervor. Die Motorwelle 4 erstreckt
sich koaxial in das Vorrichtungsgehäuse 2, und die Spitze
der Motorwelle erreicht eine Position nahe dem vorderen Ende des
Vorrichtungsgehäuses 2.
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Ein
Ausgangsflansch 6 wird rotierbar durch ein Lager 5 an
dem vorderen Ende des Vorrichtungsgehäuses 2 gelagert. Der
Spitzenabschnitt der Motorwelle 4 wird rotierbar durch
ein Lager 7 in einem konkaven Abschnitt, der in dem mittleren
Teil der inneren Endoberfläche
des Ausgangsflansches 6 ausgebildet ist, gelagert. Ein
(nicht gezeigtes) Lastseitenteil ist mit der äußeren Endoberfläche des
Ausgangsflansches 6 verbunden. Eine Wellgetriebe-Reduktionseinrichtung 8,
eine Ein-Wege-Kupplung 9 und
ein Drehmomentbegrenzer 10 sind koaxial innerhalb des Vorrich tungsgehäuses 2 in
der genannten Reihenfolge vom vorderen Ende zum hinteren Ende angeordnet.
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Die
Wellgetriebereduktionseinrichtung 8 ist ein sogenannter "Tassentyp" und ist mit einem
festen Hohlzahnrad 11, einem tassenförmigen flexiblen Außenzahnrad 12,
das koaxial innerhalb des festen Innenzahnrades angeordnet ist,
und einem Wellgenerator 13 versehen, der ellipsoide Umrisse
hat und in das flexible äußere Zahnrad
eingepasst ist. Das feste Innenzahnrad 11 ist integral
mit dem Ausgangsflansch 6 ausgebildet. Das tassenförmige flexible Zahnrad 12 ist
mit einem röhrenförmigen Rumpfteil 12a,
das in der Lage ist, sich in radialer Richtung zu biegen, einer
ringförmigen
Membran 12b, die am hinteren Ende des Rumpfteiles ausgebildet
ist, einer Verdickung 12c, die durchgehend mit einem inneren Umfangsrand
der ringförmigen
Membran 12b ist, und einer äußeren Verzahnung 12d versehen,
die auf der äußeren Umfangsoberfläche des
vorderen Endbereichs des röhrenförmigen Rumpfabschnittes 12a ausgebildet
ist. Ein Zentralloch, durch das die Motorwelle 4 verläuft und
sich erstreckt, ist in der Verdickung 12c ausgebildet.
Der Wellgenerator 13 ist mit einer röhrenförmigen Nabe 13a versehen,
die koaxial an einer Stelle auf der distalen Endseite der Motorwelle 4 befestigt
ist, einem festen Zapfen 13b, der ellipsoide Umfänge hat
und koaxial an der äußeren Umfangsoberfläche der
Nabe 13a befestigt ist, und einem Wellenlager 13c,
das zwischen dem festen Zapfen 13b und inneren Oberflächen von
Bereichen angebracht ist, wo externe Zähne auf dem flexiblen äußeren Zahnrad 12 ausgeformt
sind. Das Wellenlager 13c ist mit einem inneren Ring und
einem äußeren Ring
versehen, die in der Lage sind, sich in radialer Richtung zu biegen.
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Ein
röhrenförmiges Teil 21,
das die Motorwelle 4 koaxial umfasst, ist im hinteren Teil
der Wellgetriebereduktionsvorrichtung 8 angebracht. Das
vordere Ende des röhrenförmigen Teiles 21 ist
durch eine Vielzahl von Befestigungsbolzen 22 koaxial mit der
Verdickung 12c des flexiblen Außenzahnrades 12 verbunden
und an dieser befestigt und rotiert ganzheitlich mit dem flexiblen
Außenzahnrad 12.
Das vordere und das hintere Ende des röhrenförmigen Teiles 21 werden
von einem Lagerpaar 23, 24 in dem Vorrichtungsgehäuse 2 gehalten.
Das röhrenförmige Teil
ist durch die Ein-Wege-Kupplung 9, die zwischen den Lagern 23, 24 eingefügt ist,
mit dem Vorrichtungsgehäuse 2 verbunden.
Das röhrenförmige Teil 21 kann
daher nur in eine Richtung frei rotieren und kann nicht in die entgegengesetzte
Rich tung rotieren. Mit anderen Worten, das flexible Außenzahnrad 12, das
fest mit dem röhrenförmigen Teil 21 verbunden ist,
kann auch nur in eine Richtung rotiren und kann nicht in die entgegengesetzte
Richtung rotieren. Eine Vielzahl von wohlbekannten Anordnungen kann
für die
Ein-Wege-Kupplung 9 benutzt werden.
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Der
Drehmomentbegrenzer 10 ist am hinteren Ende des röhrenförmigen Teiles 21 angeordnet. Der
Drehmomentbegrenzer 10 ist mit einer Reibungsplatte 31,
die an der hinteren Endoberfläche des
röhrenförmigen Teiles 21 befestigt
ist und einem Elektromagnet 32 ausgestattet, der am hinteren Ende
der Reibungsplatte angeordnet ist. Der Elektromagnet 32 ist
mit einer gleitenden Rotationsplatte 33, die aus einem
magnetischen Körper
besteht, der am hinteren Ende der Reibungsplatte 31 angeordnet
ist, einer Kompressionsspiralfeder 34, um die gleitende Rotationsplatte 33 gegen
die Reibungsplatte 31 zu drücken, und einem Elektromagnetteil 35 versehen, das
in der Lage ist, die gleitende Rotationsplatte 33 elektromagnetisch
gegen die Kraft der Feder zum hinteren Ende anzuziehen. Die gleitende
Rotationsplatte 33 ist mit der Motorwelle 4 verbunden,
um so ganzheitlich mit ihr zu rotieren, und ist in der Lage, in der
Richtung der zentralen Achse 4a der Motorwelle zu gleiten.
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Der
Elektromagnet 32 ist normalerweise in einem entmagnetisierten
Zustand. Die gleitende Rotationsplatte 33 wird in diesem
Zustand von der Kraft der Kompressionsspiralfeder 34 gegen
die Reibungsplatte 31 gedrückt und die Motorwelle 4 und das
röhrenförmige Teil 21 werden
durch die Reibungsverbindungskraft zwischen ihnen aneinander befestigt
und rotieren ganzheitlich. Wenn ein Drehmoment, das stärker als
die Reibungsverbindungskraft zwischen der Motorwelle und dem röhrenförmigen Teil
ist, angelegt wird, wird die Verbindung zwischen der Motorwelle 4 und
dem röhrenförmigen Teil 21 gelöst und nur
die Motorwelle 4 rotiert. Wenn der Elektromagnet 32 magnetisiert
wird, wird die gleitende Rotationsplatte 33 gegen die Kraft
der Kompressionsspiralfeder 34 in Richtung des Endes angezogen und
von der Reibungsplatte 31 getrennt. Im Ergebnis ist das
röhrenförmige Teil 21 vollständig von
der Motorwelle 4 getrennt.
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Die
Kompressionsspiralfeder 34 wird in einem komprimierten
Zustand zwischen der gleitenden Rotationsplatte 33 und
einer röhrenförmigen Federaufnahme 34,
die auf einem Bereich der äußeren Umfangsoberfläche der
Motorwelle 4 am hinte ren Ende der gleitenden Rotationsplatte
positioniert ist, montiert. Die röhrenförmige Federaufnahme 36 ist
in der Lage, in Richtung der zentralen Achse 4a zu gleiten
und das hintere Ende der röhrenförmigen Federaufnahme 34 wird über ein
Lager 37 von einer Hülse bzw.
Feder 38 gehalten, um die Reibungskraft einzustellen. Die
Feder 38 zum Einstellen der Reibungskraft ist mit einem
röhrenförmigen Abschnitt 38b,
der mit einem Innengewinde 36a versehen ist, das mit einem
Außengewinde 2a in
Eingriff ist ist, das auf dem Vorrichtungsgehäuse 2 ausgebildet
ist; und einem Trägerarmabschnitt 38c versehen,
der sich von dem röhrenförmigen Abschnitt 38b zur
Mitte erstreckt. Der innere Endabschnitt des Trägerarmabschnittes 38c stützt über das
Lager 37 das hintere Ende der röhrenförmigen Federaufnahme 38 ab.
Wenn die Feder 38 zum Einstellen der Reibungskraft gedreht
wird, bewegt sich die Feder 38 zum Einstellen der Reibungskraft
in Richtung der zentralen Achse 4a und auch die röhrenförmige Federaufnahme 36,
die mit der Feder verbunden ist, bewegt sich in die gleiche Richtung. Im
Ergebnis kann das Kompressionsausmaß der Kompressionsspiralfeder 34 eingestellt
werden, und die Reibungsverbindungskraft, die erzeugt wird, kann gemäß der Kraft
der Feder eingestellt werden.
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2 ist ein erläuterndes Diagramm, das den
Betrieb der automatischen Drehmoment-Schaltvorrichtung 1 zeigt,
die diesen Aufbau hat. Zuerst wird der Motor 3 in einem
unbelasteten Zustand angetrieben und die Motorwelle 4 wird
dazu gebracht, mit hoher Geschwindigkeit in der Richtung zu rotieren,
die von der Ein-Wege-Kupplung 9 zugelassen wird.
Der Wellgenerator 30 der Wellgetriebereduktionsvorrichtung 8 ist
am distalen Endabschnitt der Motorwelle befestigt. Die Motorwelle 4 ist über den Drehmomentbegrenzer 10 und
das röhrenförmige Teil 21 fest
mit dem flexiblen Außenzahnrad 12 der Wellgetriebereduktionsvorrichtung 8 verbunden.
Der Wellgenerator 30, der als Rotationseingangsteil der Wellgetriebereduktionsvorrichtung 8 wirkt,
und das flexible Außenzahnrad 12,
das als das feste Teil wirkt, rotieren daher ganzheitlich mit der
Motorwelle 4, wie in 2A gezeigt.
Die Geschwindigkeitsverringerungsfunktion wird daher nicht ausgeführt, die
Rotation der Motorwelle 4 wird direkt über das feste Innenzahnrad 11,
das als das Rotationsausgangsteil wirkt, ausgegeben und der Ausgangsflansch 6 rotiert
mit derselben hohen Geschwindigkeit wie die Motorwelle 4.
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Als
nächstes
vergrößert sich
ein Lastdrehmoment, das von der Lastseite aus wirkt. Sobald ein Drehmoment
A (die Summe aus dem Eingangsdrehmoment aufgrund des Lastdrehmomentes
und des Eingangsdrehmomentes aufgrund der internen Reibung), das
auf die Ein-Wege-Kupplung 9 wirkt, ein Reibungsdrehmoment
B, das von der Reibungsverbindungskraft davon bewirkt wird, übersteigt,
wird auf eine Rotationsausgabe umgeschaltet, die eine verringerte
Geschwindigkeit und ein großes
Drehmoment hat, wie in 2B gezeigt.
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In
diesem Zustand wird die Verbindung zwischen der Motorwelle 6 und
dem röhrenförmigen Element 21 gelöst und nur
die Motorwelle 4 rotiert. Das röhrenförmige Teil 21, das
fest mit dem flexiblen, außen
gezahnten Zahnrad 12 verbunden ist, wird durch die Ein-Wege-Kupplung 9 auf
der befestigten Seite mit dem Vorrichtungsgehäuse 2 verbunden. Das
röhrenförmige Teil 21 ist
daher nicht in der Lage, in einer Richtung b zu rotieren, die entgegengesetzt
zu der Rotationsrichtung a der Motorwelle 4 ist, und wird
daher in einem fixierten Zustand gehalten. Das flexible Außenzahnrad 12,
das fest mit dem röhrenförmigen Teil 21 verbunden
ist, wird auch in einem fixierten Zustand gehalten. Im Ergebnis
wird die Geschwindigkeitsreduzierungsfunktion der Wellgetriebereduktionsvorrichtung 8 ausgeführt und
Rotation, die eine reduzierte Geschwindigkeit und ein großes Drehmoment
hat, wird von dem festen Innenzahnrad 11 (dem Ausgabeflansch 6),
das als das Rotationsausgangsteil wirkt, ausgegeben.
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Die
Ausgabe der automatischen Drehmoment-Schaltvorrichtung 1 hat
dementsprechend ein kleines Drehmoment, das die gleiche Rotation
wie der Motor hat, bis das Drehmoment, das von der Lastseite aus
wirkt, einen vorgegebenen Wert erreicht. Sobald das Drehmoment den
vorgegebenen Wert übersteigt,
wird die Ausgangsrotationsgeschwindigkeit des Motors automatisch
verringert und es wird auf die Rotationsausgabe umgeschaltet, die eine
reduzierte Geschwindigkeit und ein großes Drehmoment hat. Der Drehmomentwert,
bei dem von einer Ausgabe mit niedrigem Drehmoment zu einer Ausgabe
mit hohem Drehmoment umgeschaltet wird, kann durch Drehen der Feder 38 angepasst
werden, um die Reibungskraft einzustellen und die Reibungskraft
des Drehmomentbegrenzers einzustellen.
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Die
Reduktionsvorrichtung kann auch eine andere Ausführungsform als eine Wellgetriebereduktionsvorrichtung
haben. Z. B. kann eine Planetengetriebereduktionsvorrichtung oder
ein anderer Typ von Reduktionsvorrichtung benutzt werden. Ein von
Coulomb-Reibung abhängiger
Mechanismus, ein von elektromagnetischer Kraft abhängiger Mechanismus, ein
reibungsabhängiger
Mechanismus, der Zahnräder
benutzt, oder eine Vielzahl von anderen Mechanismen können als
Reibungsverbindungsmechanismus des Drehmomentbegrenzers benutzt
werden.