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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reibantriebsvorrichtung und ein omnidirektionales Fahrzeug, welches dieselbe als Antriebseinheit verwendet, und insbesondere ein Traktionsrad, das zur Verwendung in der Reibantriebsvorrichtung geeignet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Es gibt Bedarf nach Fahrzeugen, die sowohl in der Längsrichtung als auch in der Querrichtung fahren können. Solche Fahrzeuge können für Fahrzeuge oder Roboter verwendbar sein, die in einem begrenzten Raum hoch manövrierfähig sein sollen. Das Hauptrad für omnidirektionale Fahrzeuge besteht normalerweise aus einem Omnirad, das sowohl längs als auch quer fahren kann. Das in
WO2008132779A1 (
US2010096905A1 ) offenbarte Hauptrad umfasst ein steifes ringförmiges Element und eine Mehrzahl von freien Rollen, die auf dem ringförmigen Element über ein Hülsenelement drehbar aufgesetzt sind, so wie viele Perlen eines Rosenkranzes. Jedes Hülsenelement muss eine bogenförmige Bohrung haben, die so konfiguriert ist, dass sie auf das ringförmige Element aufsetzbar ist, und eine wahr zylindrische Außenoberfläche, so dass die freie Rolle in der Lage sein kann, sich im Wesentlichen ohne jede Reibung oder Spiel zu drehen. Die
JP 38202398 offenbart unterschiedliche Beispiele von Omnirädern.
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Ein solches Omnirad, insbesondere jenes, das in
WO200813277A19A1 (
US2010096905A1 ) offenbart ist, kann vorteilhaft für eine Reibantriebsvorrichtung und ein omnidirektionales Fahrzeug, das mit einer solchen Reibantriebsvorrichtung ausgestattet ist, benutzt werden. Das in dieser früheren Patentschrift offenbarte omnidirektionale Fahrzeug umfasst ein Paar von Antriebsanordnungen, die einzeln durch Elektromotoren aktiviert werden, sowie ein Hauptrad, das zwischen den Antriebsanordnungen gehalten wird und von den Antriebsanordnungen durch Reibung angetrieben wird. Siehe zum Beispiel. Jede Antriebsanordnung umfasst eine Antriebsscheibe, die koaxial der Antriebsscheibe der anderen Antriebsanordnung gegenüber liegt und an einem Rahmen drehbar gelagert ist, und eine Mehrzahl von Antriebsrollen, die schräg entlang dem Umfang der Antriebsscheibe mit gleichmäßigem Intervall angeordnet sind, so dass sie einzeln drehbar sind. Das Hauptrad umfasst ein ringförmiges Element, das eine Mehrzahl von angetriebenen Rollen (freien Rollen) trägt, die entlang der Umfangslänge des ringförmigen Elements so angeordnet sind, dass sie um die jeweiligen Tangentiallinien des ringförmigen Elements herum drehbar sind. Die angetriebenen Rollen sind zwischen den zwei Gruppen der Antriebsrollen angeordnet, welche von den zwei jeweiligen Antriebsscheiben drehbar getragen werden. Wenn die Antriebsscheiben von den Elektromotoren gedreht werden, werden die angetriebenen Rollen die Antriebsrollen durch Reibung angetrieben. Wenn die angetriebenen Rollen durch die Antriebsrolle um die Tangentialrichtungen des ringförmigen Elements herum gedreht werden (oder um die jeweiligen Mittellinien der angetriebenen Rollen), wird das Fahrzeug in Querrichtung angetrieben. Wenn das Hauptrad um seine Mittelachslinie herum gedreht wird, wird das Fahrzeug in Längsrichtung angetrieben. Die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs kann nach Wunsch gewählt werden, indem die Differenz zwischen den Drehzahlen der zwei Antriebsscheiben geeignet einstellt wird.
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Gemäß diesem früheren Vorschlag stellt es sich heraus, dass erheblicher Aufwand und Kosten erforderlich sind, um das Hauptrad (Traktionsrad) dieser Art zu konstruieren. Insbesondere muss jedes Hülsenelement an dem ringförmigen Element gesichert werden, während eine wahre zylindrische Außenoberfläche vorgesehen wird. Auch erfordert das ringförmige Element relativ hohe Kosten für die Herstellung.
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Ferner könnte die herkömmliche Anordnung nicht in der Lage sein, eine optimale Leistungsfähigkeit zu erbringen. Wenn das ringförmige Element sehr steif ist, tritt nur die unterste freie Rolle mit der Straßenoberfläche in Eingriff, so dass die maximale Quertraktion begrenzt ist. Wenn das ringförmige Element elastisch ist, lässt sich bewirken, dass zwei oder mehr der freien Rollen mit der Straßenoberfläche gleichzeitig in Eingriff treten. Wenn jedoch das ringförmige Element nicht steif genug ist, könnten die angrenzenden freien Rollen axial zueinander ausgerichtet werden (parallel zur Straßenoberfläche), und dies verhindert einen günstigen Eingriff zwischen de Antriebsrollen und den freien Rollen. Auch wenn die Steifigkeit des ringförmigen Elements zu gering ist, könnten die benachbarten freien Rollen miteinander in Eingriff treten oder könnten einander stören, so dass die Leistungsfähigkeit des Hauptrads ernsthaft beeinträchtigt werden könnte.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Im Hinblick auf diese Probleme vom Stand der Technik ist es eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reibantriebsvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, eine hohe seitliche Traktion zu erzeugen.
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Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Reibantriebsvorrichtung anzugeben, die den Reibwiderstand minimieren kann.
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Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Reibantriebsvorrichtung anzugeben, die wirtschaftlich herzustellen ist.
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Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Traktionsrad anzugeben, dass zur Verwendung in der Reibantriebsvorrichtung geeignet ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können diese und andere Ziele durch das Vorsehen einer Reibantriebsvorrichtung erreicht werden, umfassend: einen Rahmen; ein Paar von Antriebsscheiben, die in einer im Wesentlichen koaxialen Beziehung an dem Rahmen einer gegenüberliegend drehbar gelagert sind; eine Antriebsquelle, um die Antriebsscheiben einzeln drehend zu betätigen; ein Traktionsrad, das zwischen den Antriebsscheiben angeordnet ist, wobei das Traktionsrad eine Mehrzahl von Gelenkelementen enthält, die im Tandem zu einer Schleife schwenkbar verbunden sind, sowie eine freie Rolle, die an jedem Gelenkelement drehbar gelagert ist, so dass sie um eine Achslinie herum drehbar ist, die sich entlang der Schleife erstreckt; eine Mehrzahl von Antriebsrollen, die entlang einem Umfangsteil jeder Antriebsscheibe mit im Wesentlichen regelmäßigen Winkelintervall drehbar gelagert sind und mit den freien Rollen mit schrägen Winkel in Eingriff stehen.
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Die Gelenkelemente erlauben somit, dass die freien Rollen in einer Schleife gehalten werden, ohne ein steifes ringförmiges Element zu benötigen. In anderen Worten, die Gelenkelemente dienen sowohl als steifes ringförmiges Element als auch als die Hülsenelemente des zuvor vorgeschlagenen Traktionsrads. Daher kann die Anzahl der Bauteile reduziert werden und wird die Produktivität erhöht, werden die Herstellungskosten reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst jedes Gelenkelement ein zylindrisches Element, und die entsprechende freie Rolle ist um das zylindrische Element herum vorgesehen, so dass sie um die axiale Mittellinie des zylindrischen Elements herum drehbar ist.
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Insbesondere wenn gegenüberliegende Endflächen jedes benachbarten Gelenkelementpaars mit Stützflächen versehen sind, die eine Gelenkwinkelgrenze zwischen benachbarten Gelenkelementen definieren, kann die Gelenkbewegungsgrenze zwischen den benachbarten Gelenkelementen nach Wunsch ausgewählt werden. Daher kann zu einem beliebig gegebenen Zeitpunkt eine gewünschte Anzahl von freien Rollen mit der Straßenoberfläche oder irgendeinem anderen Antriebsobjekt in Eingriff gebracht werden. Ferner kann verhindert werden, dass die benachbarten freien Rollen einander stören, so dass verhindert werden kann, dass der Reibwiderstand des Traktionsrads unmäßig zunimmt.
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Die vorliegende Erfindung sieht auch ein omnidirektionales Fahrzeug vor, das die oben diskutierte Reibantriebsvorrichtung enthält, unter Verwendung des Traktionsrads als Bodenkontakt-Vortriebsrad.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nun wird die vorliegende Erfindung im Folgenden in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 ist eine Perspektivansicht eines omnidirektionalen Fahrzeugs in der Form eines inverspendelartigen Fahrzeugs, das die vorliegende Erfindung verkörpert, bereit zum Transport mit eingefahrener Sitzanordnung und Fußrasten;
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2 ist eine Ansicht ähnlich 1, die das Fahrzeug betriebsbereit zeigt, wobei die Sitzanordnung ausgefahren ist, damit ein Fahrzeugbenutzer darauf sitzt, und die Fußrasten ausgefahren sind, damit die Füße des Fahrzeugbenutzers darauf ruhen;
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3 ist eine geschnittene Vorderansicht einer Reibantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, eingebaut in das in den 1 und 2 gezeigte Fahrzeug;
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4 ist eine vergrößerte geschnittene Vorderansicht der Reibantriebsvorrichtung;
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5 ist eine Perspektivansicht der Reibantriebsvorrichtung;
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6 ist eine fragmentarische Schnittansicht eines unteren Teils des Traktionsrads bei minimalen Gelenkwinkeln; und
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7 ist eine Ansicht ähnlich 6 bei maximalen Gelenkwinkeln;
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8 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines der Gelenkelemente bei Betrachtung aus einer Richtung; und
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9 ist eine vergrößerte Perspektivansicht des Gelenkelements bei Betrachtung von der entgegengesetzten Richtung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
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Das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Bezug auf eine Längsmittelebene großenteils symmetrisch, und verschiedene Komponenten werden in Paaren verwendet, eines an der rechten Seite und das andere an der linken Seite. Diese Komponenten sind mit Nummern mit einem Suffix L oder R bezeichnet, wobei L angibt, dass sich die Komponente an der linken Seite befindet, und R angibt, dass sich die Komponente an der rechten Seite befindet. Daher braucht im Folgenden nur eines solcher Paare beschrieben werden, durch Bezeichnen der Komponente mit einer Nummer ohne Suffix, anstatt der Wiederholung der gleichen Beschreibung in Bezug auf das andere des Paars. Diese Nummern werden in der folgenden Beschreibung auch ohne das Suffix verwendet, um diese Komponenten gemeinsam zu bezeichnen.
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Eine Reibantriebsvorrichtung und ein inverspendelartiges Fahrzeug, das die vorliegende Erfindung verkörpert, werden im Folgenden in Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben. In der vorliegenden Beschreibung sind die verschiedenen Richtungen so definiert, wie sie in den beigefügten Zeichnungen angegeben sind, unter Verwendung der Vorwärtsfahrrichtung des Fahrzeugs als Referenz.
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In Bezug auf die 1 und 2 umfasst das inverspendelartige Fahrzeug, das die vorliegende Erfindung verkörpert, einen oberen Rahmen 20 und einen unteren Rahmen 10, die miteinander verbunden sind.
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Der untere Rahmen 10 trägt eine Antriebseinheit 40 nach Art eines angetriebenen Einrads. Die Antriebseinheit 40 ist so konfiguriert, dass sie das Fahrzeug (einschließlich des unteren Rahmens 10 und des oberen Rahmens 20) in aufrechter Haltung unter Inverspendelregelung hält, unter Verwendung eines Gyrosensors und eines Lastsensors, und erlaubt, dass das Fahrzeug in einer beliebigen zweidimensionalen Richtung fährt, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Ein Paar von Fußrasten 14 sind jederseits des unteren Rahmens 10 vorgesehen und sind jeweils daran durch eine Schwenkwelle schwenkbar gelagert, die sich am Unterende davon in Längsrichtung erstreckt. Jede Fußraste 14 ist so konfiguriert, dass sie bewegbar ist zwischen einer ausgefahrenen Stellung, wo sich die Fußraste 14 seitlich aus einer Fußrastenaufnahmevertiefung 16 erstreckt, die an der entsprechenden Seite des unteren Rahmens 10 ausgebildet ist (wie in 2 gezeigt), und einer ausgefahrenen Stellung, wo die Fußraste 14 hoch gekippt ist und in der Fußrastenaufnahmevertiefung 16 aufgenommen ist (wie in 1 gezeigt).
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Der obere Rahmen 20 ist ringförmig und definiert eine kreisförmige Mittelöffnung oder einen Sattelaufnahmeraum 24, der sich seitlich durch den oberen Rahmen 20 erstreckt. Ein Paar von Sattelarmen 22 sind an ihrem Basisende durch ein Trägerelement schwenkbar gelagert, das an einem Teil des oberen Rahmens 20 gesichert ist, der die obere Wand der Mittelöffnung definiert, und erstrecken sich seitlich zu jeder Seite des oberen Rahmens 20, wie in 2 gezeigt. Das freie Ende jedes Sattelarms 22 trägt ein Sattelelement 30. Die Sattelelemente 30 bestehen jeweils aus einem scheibenförmigen Element, dass sich in seinem ausgefalteten Zustand angenähert horizontal erstreckt, und sie sind so konfiguriert, dass sie gemeinsam das Gesäß eines Fahrzeugbenutzers tragen.
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Jeder Sattelarm 22 ist derart gekrümmt, dass die konvexe Seite davon, im in 2 gezeigten ausgefahrenen Zustand, nach unten weist. Wenn die Sattelarme 22 um ihre Basisenden nach unten verschwenkt sind, werden die Sattelarme 22 in dem Sattelaufnahmeraum 24 aufgenommen, und die Sattelelemente 30 verschließen den Sattelaufnahmeraum 24 von jeder Seite, wie in 1 gezeigt. Im in 1 dargestellten eingefahrenen Zustand definieren die Sattelelemente 30, insbesondere deren Polsterflächen, ein gemeinsam mit der Außenoberfläche des oberen Rahmens 20 glattes Außenprofil des oberen Rahmens 20.
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Ein einfahrbarer Griff 26 ist im Oberende des oberen Rahmens 20 vorgesehen. Wenn die Sattelelemente 30 ausgefahren sind, wird der Griff 26 in einer entsprechenden Aufnahme des oberen Rahmens 20 aufgenommen, so dass der Griff 26 ein Teil des glatten Außenprofils des oberen Rahmens 20 definiert. Wenn die Sattelelemente 30 im Sattelaufnahmeraum 24 verstaut sind, wird das Oberende des oberen Rahmens 20 für den Benutzer zugänglich, ohne dass er durch die Sattelelemente 30 behindert wird, und der Griff 26 kann aus der Vertiefung herausgehoben werden. Der Griff 26 kann dann für den Transport des Fahrzeugs oder zum Stützen des Fahrzeugs in aufrechter Stellung verwendet werden.
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In Bezug auf die 3 und 4 enthält der untere Rahmen 10 ein Paar von Seitenwänden 12 mit seitlichem Abstand voneinander, und eine Antriebseinheit 40 ist zwischen den zwei Seitenwänden 22 angeordnet.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt, umfasst die Antriebseinheit 40 ein Paar von symmetrisch gegenüberliegenden Antriebsanordnungen. Jede Antriebsanordnung umfasst ein sich seitlich erstreckendes zylindrisches Lagerelement 42, dessen axiales Außenende an der Innenoberfläche der entsprechenden Seitenwand 12 mittels Gewindebolzen 44 fest angebracht ist. Die zwei Lagerelemente 42L und 42R sind mit einer gemeinsamen axialen Mittellinie A versehen.
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Das Lagerelement 22 ist mit einem hohlen koaxialen zylindrischen Element 421 versehen, um das herum eine ringförmige Antriebsscheibe 48 über ein Kreuzrollenlager 46 drehbar gelagert ist. Das Kreuzrollenlager 46 ist so konfiguriert, dass es sowohl eine radiale Last als auch eine axiale (Schub)-Last aufnimmt, und wird durch ein Befestigungsring 50, der auf den zylindrischen Abschnitt 421 des Lagerelements 42 angeschraubt ist, und einen Befestigungsring 52, der in einen zylindrischen Mittelabschnitt 481 der Antriebsscheibe 48 geschraubt ist, in Bezug auf das Lagerelement 42 und die Antriebsscheibe 48 axial unbeweglich gehalten.
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Jede Antriebsscheibe 48 enthält, zusätzlich zu dem zylindrischen Mittelabschnitt 481, einen großen ringförmigen Abschnitt 482, der sich in der axialen Richtung vom Außenumfang des zylindrischen Mittelabschnitts 481 nach außen erstreckt. Eine Mehrzahl von Antriebsrollen 56 sind entlang dem Umfang des ringförmigen Abschnitts 482 mit regelmäßigem Intervall angeordnet und sind hierdurch über jeweilige Rollenwellen 54 drehbar gelagert. Jede Antriebsrolle 56 kann aus relativ steifem Material hergestellt sein, wie etwa Metall und Kunststoffmaterialien. Die Antriebsrollen 57 sind über den Umfang entlang dem entsprechenden großen ringförmigen Abschnitt 482 mit gleichmäßigem Intervall angeordnet und sind jeweils um ihre axiale Mittellinie herum drehbar. Die Antriebsscheibe 48 hat die Funktion, die Antriebsrollen 56 in einer vorbestimmten Orientierung zu stützen, und kann eine Scheiben-, Kegelstumpf- oder jede andere Form haben.
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Die Rollenwellen
54L der linken Antriebsscheibe
48L sind zu den Rollenwellen
45R der rechten Antriebsscheiben
48L symmetrisch angeordnet und sind in einer gekippten Beziehung zu der axialen Mittellinie. Insbesondere sind die Antriebsrollen
56 an den jeweiligen Rollenwellen
54 drehbar so gelagert, dass die Drehebenen der Antriebsrollen
56 jeweils weder parallel noch senkrecht zur axialen Mittellinie A der Antriebsscheibe
48 angeordnet sind. Die Positionsbeziehung der Antriebsrollen
56 auf der Antriebsscheibe
48 kann ähnlich der Getriebeverzahnung eines Schraubkegelzahnrads mit vorbestimmten Kegelwinkel sein. Zur detaillierteren Beschreibung des Grundprinzips der Antriebseinheit, siehe
WO 2008132779A (
US2010096905A1 ).
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Jede Antriebsscheibe 48 ist mit einer zylindrischen Verlängerung 483 versehen, die sich zu jener der anderen erstreckt, wobei die zwei zylindrischen Verlängerungen 483L und 483R über ein Kreuzrollenlager 48 relativ drehbar miteinander verbunden sind. Das Kreuzrollenlager ist in der Lage, sowohl radiale als auch axiale (Schub)-Lasten aufzunehmen, und ist mit einer Innenlaufbahn versehen, die auf der Außenumfangsoberfläche einer solchen zylindrischen Verlängerung 483L sitzt, und einer Außenlaufbahn, die auf der Innenumfangsoberfläche der anderen zylindrischen Verlängerung 483R sitzt. Die Innenlaufbahn des Kreuzrollenlagers 58 ist durch einen Befestigungsring 62 axial fixiert, der auf die Außenumfangsoberfläche der zylindrischen Verlängerung 483L geschraubt ist, und die Außenlaufbahn des Kreuzrollenlagers 58 ist durch einen Befestigungsring 60 axial fixiert, der auf die Außenumfangsoberfläche der anderen zylindrischen Verlängerung 483R geschraubt ist.
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Das Kreuzrollenlager 58 bildet ein wesentliches Teil des Verbindungsmechanismus, der die rechten und linken Antriebsscheiben 48R, 48L relativ drehbar verbindet, und begrenzt die relativen radialen und axialen Bewegungen zwischen den rechten und linken Antriebsscheiben 48R und 48L, indem sie wie oben diskutiert zusammengebaut sind. In anderen Worten, das Kreuzrollenlager 58 verbindet die rechten und linken Antriebsscheiben 48R und 48L, so dass sie koaxiale Beziehung relativ zueinander drehbar sind, und verhindert eine axiale Bewegung zwischen diesen.
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Somit wird die Koaxialität zwischen den rechten und linken Antriebsscheiben 48R und 48L sichergestellt, und der axiale Abstand zwischen den rechten und linken Antriebsscheiben 48R und 48L wird auf einen vorbestimmten Wert fixiert gehalten.
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Ein Elektromotor 64 ist koaxial in einem Raum 484 angeordnet, der in dem zylindrischen Abschnitt 481 jeder Antriebsscheibe 48 definiert ist. Jeder Elektromotor 64 ist mit einem Außengehäuse 66 versehen, das mit Statorwicklungen (in den Zeichnungen nicht gezeigt) ausgestattet ist, und ist an dem Lagerelement 42 mittels Gewindebolzen 68 fest gesichert, sowie einer Rotorwelle 70, die sich einwärts oder zu dem anderen Elektromotor 64 in koaxialer Beziehung zur axialen Mittellinie A erstreckt.
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Die rechten und linken Elektromotoren 64R und 64L enthalten Teile, welche, bei Betrachtung entlang der Achsrichtung, mit den Antriebsrollen 56R und 56L überlappen. In anderen Worten, in einer Projektionsebene, die sich parallel zur axialen Mittellinie erstreckt, enthalten die rechten und linken Elektromotoren 64R und 64L Teile, die mit den Antriebsrollen 56R und 56L überlappen.
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Mit dem freien Ende jeder Rotorwelle 70 ist ein Wellenkern 74 einer Wellengetriebe (wave gear)-Vorrichtung 72 eines an sich bekannten Typs verbunden. Der Wellenkern 74 dient als das Eingangselement der Wellengetriebevorrichtung 72 und hat eine hohe Steifigkeit und ein eliptisches Profil. Die Wellengetriebevorrichtung 72 enthält, zusätzlich zu dem Wellenkern 74, ein Wellenlager 76, das auf der Außenumfangsoberfläche des Wellenkerns 74 sitzt, ein flexibles Außenverzahnungselement 78, das aus einer geflanschten zylindrischen dünnen Schale besteht, die mit der Außenumfangsoberfläche des Wellenlagers 76 in Reibeingriff steht, und eine Außenverzahnung aufweist, die auf einer Außenumfangsfläche ausgebildet ist, sowie ein Innenverzahnungselement 80 mit einer Innenverzahnung auf der Innenumfangsoberfläche davon zum Eingriff mit der Außenverzahnung des Außenverzahnungselements 78. Das Innenverzahnungselement 80 dient als Ausgangselement der Wellengetriebevorrichtung 72 und ist an der Antriebsscheibe 48 mittels Gewindebolzen fest gesichert.
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Die Wellengetriebevorrichtung 72 überträgt die Drehausgabe jedes Elektromotors 64 auf die entsprechende Antriebsscheibe 48 mit hohem Untersetzungsverhältnis.
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Der Wellenkern 74, das Wellenlager 76 und das Innenverzahnungselement 80 sind im Innenraum der zylindrischen Verlängerung 483 aufgenommen, die sich koaxial einwärts von der Antriebsscheibe 48 erstreckt. Der Elektromotor 64 ist im Innenraum des zylindrischen Mittelabschnitts 481 der Antriebsscheibe aufgenommen. Diese Merkmale tragen zur Minimierung der axialen Abmessung der Antriebseinheit 40 bei.
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Die rechten und linken Antriebsscheiben 48R und 48L nehmen ein Traktionsrad 100 über Antriebsrollen 26 und zwei Querseiten zwischen sich auf, so dass das Traktionsrad 100 koaxial oder im Wesentlichen koaxial zur axialen Mittellinie A gelagert wird. In anderen Worten, das Traktionsrad 100 wird durch zwei Sätze von Antriebsrollen 56 drehbar gelagert, ohne dass eine Mittelwelle vorhanden ist, wobei jeder Satz aus Antriebsrollen 56 besteht, die ringartig angeordnet sind, so dass es um die axiale Mittellinie A oder angenähert um die axiale Mittellinie A herum drehbar ist.
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Die Details des Traktionsrads 100 der dargestellten Ausführung werden im Folgenden in Bezug auf 3 und die 5 bis 9 beschrieben. Das Traktionsrad 100 umfasst eine Mehrzahl von Gelenkelementen 102, die im Wesentlichen konzentrisch um eine Radmittellinie B ringförmig oder polygonalförmig angeordnet sind, wie in 5 gezeigt. Jedes Gelenkelement 102 ist tandemartig mit jedem der benachbarten Gelenkelemente 102 über einen Schwenkzapfen 104 verbunden, dessen Schwenkachslinie 10 parallel zur Radmittellinie B ist.
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Jedes Gelenkelement 102 ist aus hartem Metall oder Kunststoffmaterial hergestellt und enthält einen zylindrischen Abschnitt 102A, einen im Durchmesser großen Abschnitt 102C, der am axialen Ende des zylindrischen Abschnitts 102A ausgebildet ist, ein Paar von axialen Vorsprüngen 102D, die von diametral gegenüberliegenden Abschnitten am Außenumfangsteil des axialen Endes des im Durchmesser großen Abschnitts 102C vorstehen, sowie ein Paar von flachen Oberflächen 102F, die an dem seitlichen Teil des anderen axialen Endabschnitts 102E ausgebildet sind, so dass sie den axialen Vorsprüngen 102D entsprechen und sich zueinander parallel erstrecken. Der andere axiale Endabschnitt 102E ist mit einem Außenumfang versehen, der im Wesentlichen eine axiale Verlängerung der Außenumfangsoberfläche des zylindrischen Abschnitts 102A definiert, außer für die flachen Oberflächen 102F, die von der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 102A mit gleicher Tiefe vertieft sind. Die Außenumfangsfläche der axialen Vorsprünge 102D ist auch als im Wesentlichen kontinuierliche Verlängerung der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 102A ausgebildet.
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Die flachen Oberflächen 102F und die axialen Vorsprünge 102D sind mit radialen Durchgangslöchern 102H und 102G ausgebildet. Die flachen Oberflächen 102F und die axialen Vorsprünge 102D sind so konfiguriert und dimensioniert, dass dann, wenn zwei der Gelenkelemente 102 koaxial entlang der Achsrichtung im Tandem aufeinander zu gebracht werden, die flachen Oberflächen 102F eng in dem Raum aufgenommen sind, der zwischen den axialen Vorsprüngen 102D definiert ist, und die Durchgangslöcher 102H und 102G miteinander fluchten. Auf diese Weise sind eine Anzahl von Gelenkelementen 102 verbunden, bis eine Schleife oder ein voller Kreis der Gelenkelemente 102 gebildet wird. Hierdurch werden die Gelenkelemente 102 zu einer Ring- oder polygonalen Form vorbestimmten Durchmessers verbunden.
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Die Schwenkwelle 104 besteht im Wesentlichen aus einem lösbaren Typ, unter Verwendung von Elastizität oder Gewindeeingriff, und kann aus jeder an sich bekannten Schwenkzapfenstruktur ausgewählt werden. Die Schwenkwelle 104 definiert somit eine Schwenkachse für die Gelenkbewegung der zwei benachbarten Gelenkelemente 102.
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Das axiale Ende des anderen axialen Endabschnitts 102E ist durch ein Paar von schrägen Endoberflächen 102J und 102K dachförmig ausgebildet, welche als Anschlagflächen dienen, durch Abstützung der Endoberfläche 102L des im Durchmesser großen Abschnitts 102C, um die Grenze der Gelenkbewegung der zwei benachbarten Gelenkelemente 102 zu definieren. In der dargestellten Ausführung hat eine der schrägen Endoberflächen 102K einen größeren Abschrägungswinkel in Bezug auf die axiale Linie als die andere schräge Endoberfläche 102J, so dass das Gelenkelement 102 um einen größeren Winkel einwärts als auswärts kippen kann.
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Wie in 6 gezeigt, kann der minimale Öffnungswinkel θmin zwischen den benachbarten Gelenkelementen 12 durch Eingriff der weniger schrägen Endoberfläche 102J mit der Endoberfläche 102L erreicht werden. Wie in 7 gezeigt, kann der maximale Öffnungswinkel θmax zwischen den benachbarten Gelenkelementen 102 durch Eingriff der stärker abgeschrägten Endoberfläche 102K mit der Endoberfläche 102L erreicht werden. Somit kann sich jedes benachbarte Paar von Gelenkelementen 102 relativ zueinander um einen beliebigen Winkel im Bereich zwischen den maximalen und minimalen Öffnungswinkeln θmax und θmin biegen.
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Eine freie Rolle 106 ist um jedes Gelenkelement 102 vorgesehen. Die freie Rolle 106 enthält eine Metallhülse 106A, die um den zylindrischen Abschnitt 102A des Gelenkelements 102 über ein Paar von Kugellagern 108 drehbar gelagert ist, die mit axialem Abstand voneinander angeordnet sind, sowie eine Gummiauflage 106B, die auf die Außenumfangsoberfläche der Metallhülse 106A vulkanisiert ist. Diese freie Rolle 106 hat im Wesentlichen die gleiche axiale Länge wie der zylindrische Abschnitt 102A des Gelenkelements 102. Die Innenlaufbahnen der Kugellager 108 sind durch ein Ringelement mit Abstand voneinander angeordnet, und sie werden gemeinsam durch einen C-Ring 110, der in eine um den anderen axialen Endabschnitt 102 herum ausgebildete Umfangsnut 102M eingesetzt ist, gegen axiale Bewegung gesichert. Die Innenumfangsoberfläche des Hülsenelements 102 ist in ihrem axialen Mittelteil mit einer Umfangsrippe versehen, um den axialen Abstand zwischen den Außenlaufbahnen der Kugellager 108 einzuhalten.
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Das Gelenkelement 102 trägt somit über die Kugellager 108 die freie Rolle 106 um die axiale Mittellinie ihres Hülsenelements 102. In anderen Worten, die freien Rollen 106 sind um ihre kreisförmige Querschnittsmittellinie D (oder Tangentiallinie davon) herum, welche durch eine Aggregation der axialen Mittellinien der Gelenkelemente 102 angegeben wird, einzeln drehbar.
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Die Gelenkelemente
102 dienen somit gemeinsam als ringförmiges Element, das die freien Rollen
106 wie Perlen eines Rosenkranzes drehbar trägt. Im Gegensatz zu dem Hauptrad des inverspendelartigen Fahrzeugs, das in
WO2008132779A (
US2010096905A1 ) offenbart ist, das ein steifes ringförmiges Element zum Tragen der freien Rollen des Hauptrads verwendet, kann das Traktionsrad
100 der vorliegenden Erfindung sowohl einfach als auch mit geringen Kosten hergestellt werden. Insbesondere weil es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, jede Rolle auf einem bogenförmigen ringförmigen Element zu tragen, können die Bauteile jeder freien Rolle vereinfacht werden und kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden.
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In der dargestellten Ausführung ist der minimale Öffnungswinkel θmin als ein Winkel gewählt, der bewirkt, dass die benachbarten freien Rollen 106 mit der Bodenoberfläche (oder einem zu aktivierenden Objekt) in Eingriff treten, ohne dass sie ziemlich parallel zueinander werden, erlaubt aber, dass eine Mehrzahl von freien Rollen 106 gleichzeitig mit der Bodenoberfläche in Eingriff treten, wie in 6 gezeigt. Der maximale Öffnungswinkel θmax ist als ein Winkel ausgewählt, der Störungen zwischen benachbarten freien Rollen 106 verhindert, wie in 7 gezeigt (insbesondere am oberen Teil in 7). Auch kann der maximale Öffnungswinkel θmax als ein Winkel ausgewählt werden, der erlaubt, dass eine gewünschte Anzahl von (zum Beispiel 3) freien Rollen 106 zu einem gegebenen Moment mit der Straßenoberfläche in Eingriff gelangen.
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Da, wie in den 3 und 5 gezeigt, die Antriebsrollen 56L und 56R an die Außenumfangsoberflächen der Gummirollenabschnitte 106B der freien Rollen 106, die den Außenumfangsteil des Traktionsrads 100 definieren, von zwei Querseiten her angreifen, wird nicht nur das Traktionsrad 100 in einer angenähert ringförmigen Form gehalten, wobei die axiale Mittellinie B des Traktionsrads 100 im Wesentlichen koaxial zur axialen Mittellinie A der Antriebsscheiben 48 angeordnet ist, sondern es wird auch die Antriebskraft der Antriebsscheiben 48 durch Reibung über die Antriebsrollen 56 auf die freien Rollen 106 übertragen.
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Die Rollenwellen
54L der linken Antriebsscheibe
48L sind symmetrisch zu den Rollenwellen
54R der rechten Antriebsscheiben
48R angeordnet, und sind zu der entsprechenden axialen Mittellinie A schräg angeordnet. Insbesondere werden die Antriebsrollen
56 durch jeweilige Rollenwellen
54 drehbar gelagert, so dass die Drehebenen der Antriebsrollen
56 weder parallel noch senkrecht zur axialen Mittellinie (Drehmitte) A der Antriebsscheibe
48 angeordnet sind. Die Positionsbeziehung der Antriebsrollen
56 an der Antriebsscheibe
56 kann der Verzahnung eines Schraubkegelzahnrads mit vorbestimmten Kegelwinkel ähnlich sein. Für eine detaillierte Beschreibung des Grundprinzips der Antriebseinheit
100, siehe
WO 2008132779A (
US2010096905A1 ).
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In der dargestellten Ausführung wird der Modus der Drehung des Traktionsrads 100 und der Drehung der freien Rollen 106 durch den Drehmodus der zwei Antriebsscheiben 48L und 48R bestimmt. Wenn die zwei Antriebsscheiben 48L und 48R gleiche Geschwindigkeit in der gleichen Richtung gedreht werden, dreht sich das Traktionsrad 100 über den Umfang oder um die axiale Mittellinie A herum, während sich die freien Rollen 106 nicht um die jeweiligen Achslinien herum drehen, so dass das Fahrzeug entweder in der vorwärtigen oder rückwärtigen Richtung fährt, in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Antriebsscheiben 481 und 48R.
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Wenn die zwei Antriebsscheiben 48L und 48R mit der gleichen Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden, bleibt das Traktionsrad stehen, während sich die freien Rollen 106 um die jeweiligen Achslinien herum drehen, so dass das Fahrzeug seitlich fährt, in Abhängigkeit von den Drehrichtungen der Antriebsscheiben 48L und 48R.
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Wenn sich die zwei Antriebsscheiben 48L und 48R mit voneinander unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, dreht sich das Traktionsrad 100 um die axiale Mittellinie A mit einer Geschwindigkeit, die dem Mittelwert der Drehzahlen der zwei Antriebsscheiben 48L und 48R entspricht, und die Antriebsrollen 92 drehen sich um ihre jeweiligen Achslinien mit einer Geschwindigkeit, die der Differenz zwischen den Drehzahlen der zwei Antriebsscheiben 48L und 48R entspricht.
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Durch Ansteuerung der Elektromotoren 641 und 64R, und hierdurch geeignete Auswahl der Drehzahlen der zwei Antriebsscheiben 481 und 48R, lässt sich daher das Fahrzeug in jeder gewünschten Richtung fahren, die als Zusammensetzung einer Längsbewegung und einer Querbewegung gegeben ist.
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Da wegen der Abstützung zwischen der schrägen Oberfläche 102J und der gegenüberliegenden Endoberfläche 102L, wie in 6 gezeigt, verhindert wird, dass der Aufwärtsknickwinkel zwischen den benachbarten Gelenkelementen 102 und der Bodenkontaktfläche den minimalen Winkel θmin überschreitet, wird verhindert, dass die freien Rollen 106, die gleichzeitig mit der Straßenoberfläche in Eingriff treten, durch Aufreihen oder parallel zur Bodenoberfläche angeordnet werden. Insbesondere wird in der dargestellten Ausführung der minimale Winkel θmin so ausgewählt, dass drei der freien Rollen 106 gleichzeitig mit der Straßenoberfläche in Eingriff treten, ohne dass diese freien Rollen 106 parallel zur Straßenoberfläche angeordnet werden. In anderen Worten, die drei freien Rollen 106, die mit der Straßenoberfläche gleichzeitig in Eingriff treten, werden entlang einer bogenförmigen Linie angeordnet. Hierdurch kann die Querbewegung des Traktionsrads 100 durch die Drehung der freien Rollen 106 in Eingriff mit der Straßenoberfläche stabil mit einer adäquaten Traktionskraft erreicht werden.
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Da ferner, wegen der Abstützung zwischen der schrägen Oberfläche 102K und der gegenüberliegenden Endoberfläche 106, wie in 6 gezeigt, der Knickwinkel zwischen den benachbarten Gelenkelementen 102 den maximalen Winkel θmax nicht überschreitet, wird verhindert, dass sich die benachbarten freien Rollen 106 miteinander stören.
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Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf eine bevorzugte Ausführung davon beschrieben worden ist, versteht es sich für einen Fachkundigen, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist. Zum Beispiel könnte die Wellengetriebevorrichtung 72 der dargestellten Ausführung durch eine Planetengetriebevorrichtung oder irgendeine andere Drehzahluntersetzungsvorrichtung versetzt werden, welche kompakt ist und in der Lage ist, ein hohes Untersetzungsverhältnis zu erreichen.
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Die Inhalte der ursprünglichen japanischen Patentanmeldung, der Priorität der Pariser Übereinkunft für die vorliegende Anmeldung beansprucht wird, sowie der Inhalt von etwaigen herkömmlichen Druckschriften, die in dieser Anmeldung erwähnt sind, werden in diese Anmeldung unter Bezugnahme aufgenommen.
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Eine Reibantriebsvorrichtung umfasst ein Paar von Antriebsscheiben (48), die an einem Rahmen einer gegenüberliegend in koaxialer Beziehung drehbar gelagert sind; eine Antriebsquelle (64) zur einzelnen Drehbetätigung der Antriebsscheiben; ein Traktionsrad (100), das zwischen den Antriebsscheiben angeordnet ist; wobei das Traktionsrad eine Mehrzahl von Gelenkelementen (102) enthält, die im Tandem zu einer Schleife schwenkbar verbunden sind; sowie eine freie Rolle (106), die an jedem Gelenkelement drehbar gelagert ist, so dass sie um eine Achslinie herum drehbar ist, die sich entlang der Schleife erstreckt; eine Mehrzahl von Antriebsrollen (56), die entlang einem Umfangsteil jeder Antriebsscheibe mit regelmäßigem Winkelintervall schwenkbar gelagert sind und mit schrägen Winkeln den freien Rollen in Eingriff treten. Die Gelenkelemente erlauben somit, dass die freien Rollen in einer Schleife gehalten werden, ohne ein steifes ringförmiges Element zu benötigen. Daher kann die Anzahl der Bauteile reduziert werden und wird die Produktivität erhöht, während die Herstellungskosten reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008132779 A1 [0002, 0003]
- US 2010096905 A1 [0002, 0003, 0037, 0055, 0058]
- JP 38202398 [0002]
- WO 2008132779 A [0037, 0055, 0058]
