JP2005121124A - ソーラーパネルを駆動するための減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな減速比を確保することができると共に、コンパクトであり、かつ特別なクラッチ機構あるいはブレーキ機構を組み込むことなくセルフロック機能を保有することのできるソーラーパネル駆動用の減速装置を得る。
【解決手段】ソーラーパネル駆動用の減速装置Ｇを、僅少の歯数差の外歯歯車２０および内歯歯車２２を有する内接噛合遊星歯車機構の第１減速部１０、ウォーム歯車機構の第２減速部３０、及び平行軸歯車機構の第３減速部５０の３段で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソーラーパネルを駆動するための減速装置に関する。

近年、いわゆるクリーンエネルギシステムの一種として、太陽エネルギを収集して発電したり、蓄熱エネルギを利用したりするソーラーシステムが注目されている。

太陽の位置は地球から見て時刻、あるいは季節によって変化するため、効率的なエネルギ収集を行うためには、受光素子を並べたソーラーパネルの軸線（太陽エネルギの収集方向）を適宜に動かしてやらなければならない。又、設置ベースや周囲の建物等との関係を考慮して動かさなければならないこともある。

ソーラーパネルを駆動するための減速装置として、特許文献１（ＵＳＰ４、５７４、６５９号公報）において開示された装置が知られている。

この減速装置は、内接噛合遊星歯車機構の第１減速部及び平行軸歯車機構の第２減速部を備え、平行軸歯車機構の出力によりチェーンを介してソーラーパネルを駆動する構成とされている。内接噛合遊星歯車機構には、より具体的には内歯歯車と、該内歯歯車と僅少の歯数差の外歯歯車とを備え、歯数差に起因して発生する外歯歯車の自転成分を出力として取り出すようにし構成した内接噛合遊星歯車機構が採用されている。また、平行軸歯車機構には、ヘリカルピニオンとヘリカルギヤからなる構造が採用されている。

ＵＳＰ４、５７４、６５９号公報

しかしながら、上記公報に開示されているソーラーパネル駆動用の減速装置にあっては、チェーン機構を含めて合計３段の減速部を有してはいたものの、なお得られる減速比が十分でないという問題があった。

更には、上記減速機構のみでは、強固なセルフロック機能が得られないため、通常の天候時においては特に問題がないものの、風が特に強いとき等においては、ソーラーパネル側からの風の圧力により減速装置が逆回転し、結果としてソーラーパネルの設置角度が動いてしまうという問題もあり、これを確実に避けるためには別途何らかのクラッチ機構あるいはブレーキ機構を組み込む必要があった。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、充分大きな減速比を確保することができると共に、コンパクトであり、かつ特別なクラッチ機構あるいはブレーキ機構を組み込むことなくセルフロック機能を保有することのできるソーラーパネル駆動用の減速装置を提供することをその課題としている。

本発明は、太陽エネルギを収集するためのソーラーパネルを駆動するための減速装置において、僅少の歯数差の外歯歯車および内歯歯車を有する内接噛合遊星歯車機構の減速部、ウォーム歯車機構の減速部、及び平行軸歯車機構の減速部の３段の減速部を備えたことにより、上記課題を解決したものである。

内接噛合遊星歯車機構の減速部及びウォーム歯車機構の減速部は、これ自体でかなり高い減速比を実現できる。本発明においては、減速装置をこれらの減速部を含む３段の減速部によって構成するようにしたため、例えば、１０、０００〜６０、０００程度（より具体的には１５、０００〜５０、０００程度）の高い減速比を容易に実現することができる。

また、ウォーム歯車機構の減速部が組み込まれているため、減速装置自体に強力なセルフロック機能を持たせることができる。そのため、特別なクラッチ機構やブレーキ機構を組み込むことなく、強風下においてもソーラーパネルを確実に固定・保持することができる。

更には、チェーン機構等が存在しないため、減速装置全体を小型化でき、特に、ソーラーパネルを複数枚並べて設置する際においても、減速装置が邪魔にならないため、複数のソーラーパネルユニットをより小さな空間により高い密度で配置することができる。

ソーラーパネル駆動用の減速装置として、大きな減速比を確保することができると共に、コンパクト化でき、かつ特別なクラッチ機構あるいはブレーキ機構を組み込むことなくセルフロック機能を保有させることができる。

以下図面に基づいて、本発明に係るソーラーパネル駆動用の減速装置の実施形態の例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る減速装置をモータと組み合わせたソーラーパネルの駆動装置を示す一部破断の正面図、図２は図１の矢示II−II線に沿う断面図、図３はモータ及び内接噛合遊星歯車機構の減速部付近の構成を示す一部破断の断面図である。

この駆動装置Ｄは、モータＭと、内接噛合遊星歯車機構の第１減速部１０と、ウォーム歯車機構の第２減速部３０と、平行軸歯車機構の第３減速部５０とから主に構成される。

モータＭは、汎用の誘導電動モータで、ボルト２を介して内接噛合遊星歯車機構の第１減速部１０のケーシング１２と連結されている。

内接噛合遊星歯車機構の第１減速部１０は、図３に示されるように、モータ軸と一体化された（モータ軸兼用の）第１入力軸１４、該第１入力軸１４と一体的に回転する偏心体１６と、該偏心体１６の外周に軸受１８を介して組み込まれた外歯歯車２０と、該外歯歯車２０と内接噛合し、ケーシング１２に固定された内歯歯車２２と、外歯歯車２０に形成された内ピン孔２４と遊嵌する内ピン２６と、該内ピン２６を支持すると共に、内ピン２６から外歯歯車２０の自転成分を受け取る第１出力軸２８とから主に構成されている。

外歯歯車２０と内歯歯車２２は、僅少の歯数差を有している。すなわち、内歯歯車２２の歯数は、外歯歯車２０の歯数よりも１個〜数個だけ多く設定されている。この実施形態では外歯歯車２０の歯数は５９、内歯歯車２２の歯数は６０であり、歯数差は１に設定されている。

外歯歯車２０に形成された前記内ピン孔２４の内径は、内ピン２６の外径よりも偏心体１６の偏心量に相当する分だけ大きく設定されており、外歯歯車２０の揺動成分を吸収しながら、自転成分のみを第１出力軸２８側に取り出すことができるようになっている。

第１減速部１０の減速比は、この実施形態では５９となる。一般的には減速比２０〜１００程度が第１減速部によって実現可能である。

この内接噛合遊星歯車機構の第１減速部１０は、単独のケーシング１２内に収容されている。ケーシング１２には、フランジ部１２Ａが形成されている。このフランジ部１２Ａには、貫通孔１２Ｂが形成されており、前記ボルト２が挿通される。ケーシング１２は、このボルト２を介して後述する第２減速部３０及び第３減速部５０を収容しているケーシング６０に連結される。

図１に戻って、ウォーム歯車機構の第２減速部３０は、第１減速部１０の第１出力軸２８と図示せぬカップリングを介して連結された第２入力軸３２を備える。第２入力軸３２にはウォームピニオン３４が歯切り形成されている。ウォームピニオン３４は第２減速部３０の第２出力軸３６に組み込まれたウォームギヤ３８と噛合している。ウォームピニオン３４とウォームギヤ３８との噛合により、回転方向が直角に変更されるため、第２入力軸３２と第２出力軸３６は平面視で（図１の上から見た状態で）互いに直交している。第２減速部３０の減速比は、この実施形態では６０に設定されている。一般的には減速比５０〜１００程度の減速が第２減速部３０によって実現可能である。

第３減速部５０は、第２減速部３０の第２出力軸３６と図示せぬキーを介して一体化された第３入力軸５２と、該第３入力軸５２に歯切り形成されたヘリカルピニオン５４と、該ヘリカルピニオン５４と噛合し、第３減速部５０の第３出力軸５６に組み込まれたヘリカルギヤ５８を備える。第３出力軸５６は、第３減速部５０の出力軸であると共に駆動装置Ｄ、あるいは減速装置Ｇの最終出力軸でもある。この第３出力軸５６はケーシング６０の両側から突出されており、いわゆる両軸タイプの減速装置を構成している。すなわち、ケーシング６０の両サイドの図示せぬソーラーパネルを、この第３出力軸５６によって直接同時に駆動する構成とされている。第３減速部５０の減速比は、この実施形態では４．２４に設定されている。一般的には減速比３〜６程度が第３減速部５０によって実現可能である。

第２減速部３０と第３減速部５０は共通の（一個の）ケーシング６０内に収容されており、内接噛合遊星歯車機構の第１減速部１０と分離可能である（図４参照）。

次にこの駆動装置Ｄの作用を説明する。

モータＭが回転するとモータ軸兼用の第１減速部１０の第１入力軸１４が回転し、該第１入力軸１４と一体化された偏心体１６が回転する。この偏心体１６の回転により、軸受１８を介して外歯歯車２０が揺動される。ところが、内歯歯車２２は、ケーシング１２に固定されているため、外歯歯車２０は第１入力軸１４の周りで内歯歯車２２に内接噛合しながら揺動回転することになる。外歯歯車２０の歯数は内歯歯車２２の歯数より１だけ少ないため、第１入力軸１４（偏心体１６）が１回転する毎に、外歯歯車２０の位相は内歯歯車２２に対して１歯分だけずれる。これは、第１入力軸１４の１回転が外歯歯車２０のこのずれに相当する分の回転に減速されたことを意味する。外歯歯車２０の揺動回転は、内ピン孔２４及び内ピン２６との遊嵌によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみが内ピン２６を介して第１出力軸２８へと伝達される。

以上の作用により、結局、第１減速部１０において（歯数差）／（外歯歯車の歯数）＝１／５９の減速が実現される。

第１出力軸２８の回転は、図示せぬカップリングを介して第２減速部３０の第２入力軸３２へと伝達され、該第２入力軸３２に形成されたウォームピニオン３４が同一速度で回転する。なお、カップリング以外に、第２入力軸３２を中空にして第１出力軸２８を挿入することにより第１出力軸２８の回転を第２入力軸３２に伝達するようにしてもよい。このウォームピニオン３４の回転により、ウォームギヤ３８が減速比６０に相当する速度、すなわち第２入力軸３２の１／６０の速度で回転する。

ウォームギヤ３８の回転は、図示せぬキーを介して第３減速部５０の第３入力軸５２に伝達され、該第３入力軸５２に形成されたヘリカルピニオン５４が該ウォームギヤ３８と同一の回転速度で回転する。ヘリカルピニオン５４の回転は、該ヘリカルピニオン５４と噛合しているヘリカルギヤ５８に伝達され、第３出力軸５６（すなわち駆動装置Ｄの出力軸）が回転し、第３減速部５０における減速比４．２４の減速が実現される。この第３出力軸５６の回転によりケーシング６０の両サイドのソーラーパネルが直接同時に駆動される。

この実施形態においては、第１減速部１０において減速比５９の減速、第２減速部３０において減速比６０の減速、さらに第３減速部５０において減速比４．２４の減速が実現されるため、この３段の減速部１０、３０、５０によって総減速比１５、００９．６の減速が実現される。

すなわち、この駆動装置Ｄは、チェーン等を使用しておらず、かつ個々の減速部で実現される減速比が高いため、コンパクトでありながら極めて高い総減速比を実現することができ、必要に応じて、３段の減速部１０、３０、５０によって達成される減速比を１０、０００〜６０、０００程度に設定することも容易である。そのため、ソーラーパネルを駆動するための減速装置として必要な減速比領域を余裕を持って確保することができる。

また、上記実施形態においては、内接噛合遊星歯車機構の第１変速部１０を収容しているケーシング１２が、ウォーム歯車機構の第２変速部３０及び平行軸歯車機構の第３減速５０を収容しているケーシング６０と別体で（分離可能に）構成されているため、図４に示されるように、モータＭ及び第１減速部の１０の部分を簡単に交換することができ、この部分の設計変更が容易である。ソーラーパネルの駆動は、設置場所の地理的な環境、設置の基礎となる据付体側の環境（据付角度や方向）、あるいは１日の使用時間或いは使用時間帯等の関係により、例えば減速比を個々の環境に最適に調整した上で納品・据付しなければならないことが少なくない。この場合に、ウォーム歯車機構、あるいは平行軸歯車機構によって減速比の調整を行うのは、（一見容易のようであるが）その構造上心間距離や軸径をも併せて変更しなければならないことが多く、（例えば心間距離が変わった場合には軸を支持しているケーシング側の変更も必要となるため）大きな改変を伴うことが多い。最終出力軸の軸心位置が異なってきた場合にはソーラーパネルとの連結部分の変更も必要となる。

その点、内接噛合遊星歯車機構における減速比の変更は、外歯歯車と内歯歯車の歯数の変更で対応できることが多いため、装置全体の設計変更を比較的小規模に抑えることができる。この実施形態では、内接噛合遊星歯車機構の第１減速部１０が、前記ウォーム歯車機構の第２減速部３０と平行軸歯車機構の第３減速部５０を収容したケーシング６０とは別のケーシング１２内に収容されているため、内接噛合遊星歯車機構の第３減速部１０のみを設計変更し易い。

さらに、この実施形態におけるソーラーパネルを駆動するための減速装置Ｇは、その一部にウォーム歯車機構（第２減速部３０）が備えられているため、いわゆる「セルフロック機能」を備える。そのため、逆転防止のための特別なブレーキ機構やクラッチ機構等を有していないにも拘わらず、強風下においても風圧によってソーラーパネルが動かされてしまうのを防止することができる。

なお、上記実施形態においては、３種の減速部が、モータ（駆動源）側から順に、内接噛合遊星歯車機構の第１減速部１０、ウォーム歯車機構の第２減速部３０、平行軸歯車機構の第３減速部５０、の順序で組み込まれているが、本発明においては、減速機構の組みつけ順については特にこの順に限定されない。

ただし、この実施形態のように、最終減速部を平行軸歯車機構とし、且つ中間段をウォーム歯車機構とした場合には、該中間段のウォーム歯車機構と干渉することなく低コストで該平行軸歯車機構の出力軸をケーシングの両サイドから突出させる設計が容易となるため、簡単に「両軸タイプ」の駆動装置とすることができる。これにより当該減速装置Ｇの両サイドに配置されたソーラーパネルを同時に駆動可能とする構成を低コストで実現できる。

両軸タイプとする場合、内接噛合遊星歯車機構の減速部、ウォーム歯車機構の減速部、平行軸歯車機構の減速部、の順序が最適である。

また、この順での組み込みは、内接噛合遊星歯車機構の減速部が初段に位置していることから、上記実施形態のように（先端に複雑なピニオン加工等を施すことなく）モータ軸に減速装置の入力軸の機能を兼用させることができ、部品点数の低減及び組付け工数の低減を図ることもできる。

但し、低騒音、低振動を重視する場合には、ウォーム歯車機構の減速部、内接噛合遊星歯車機構の減速部、平行軸歯車機構の減速部、の順序に組み込むのが好ましい。この順での組み込みは、低騒音、低振動の特性を有するウォーム歯車機構が初段（すなわち高速段側）に位置することから装置全体の振動・騒音を非常に効果的に低減させることができる。

本発明は、ソーラーパネルの駆動装置に適用可能である。

本発明の実施形態に係る減速装置をモータと組み合わせたソーラーパネルの駆動装置を示す一部破断の正面図 図１の矢示II−II線に沿う断面図 モータ及び内接噛合遊星歯車機構の減速部付近の構成を示す一部破断の断面図 ケーシングが分離可能であることを説明するための一部破断の正面図

符号の説明

Ｄ…駆動装置
Ｍ…モータ
Ｇ…減速装置
１０…第１減速部
１２…第１減速部のケーシング
１４…入力軸
１６…偏心体
２０…外歯歯車
２２…内歯歯車
２４…内ピン孔
２６…内ピン
２８…出力軸
３０…第２減速部
３２…第２入力軸
３４…ウォームピニオン
３６…第２出力軸
３８…ウォームギヤ
５０…第３減速部
５２…第３入力軸
５４…ヘリカルピニオン
５６…第３出力軸
５８…ヘリカルギヤ
６０…ケーシング

Claims (6)

1. 太陽エネルギを収集するためのソーラーパネルを駆動するための減速装置において、僅少の歯数差の外歯歯車および内歯歯車を有する内接噛合遊星歯車機構の減速部、ウォーム歯車機構の減速部、及び平行軸歯車機構の減速部の３段の減速部を備えた
   ことを特徴とするソーラーパネルを駆動するための減速装置。
2. 請求項１において、
   前記３段の減速部によって達成される減速比が１０、０００−６０、０００に設定されていることを特徴とするソーラーパネルを駆動するための減速装置。
3. 請求項１または２において、
   前記３段の減速部が、駆動源側から順に、内接噛合遊星歯車機構の減速部、ウォーム歯車機構の減速部、平行軸歯車機構の減速部、の順序で組み込まれている
   ことを特徴とするソーラーパネルを駆動するための減速装置。
4. 請求項１または２において、
   前記３段の減速部が、駆動源側から順に、ウォーム歯車機構の減速部、内接噛合遊星歯車機構の減速部、平行軸歯車機構の減速部、の順序で組み込まれている
   ことを特徴とするソーラーパネルを駆動するための減速装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   最終の減速部の出力軸が前記ケーシングの両サイドから突出され、当該減速装置の両サイドに配置されたソーラーパネルを同時に駆動可能とした
   ことを特徴とするソーラーパネルを駆動するための減速装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記内接噛合遊星歯車機構の減速部が、前記ウォーム歯車機構の減速部と平行軸歯車機構の減速部を収容したケーシングとは別のケーシング内に収容されている
   ことを特徴とするソーラーパネルを駆動するための減速装置。

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