JP2008298294A - 偏心揺動型減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動外歯車６５、従動外歯車６６による減速比を大きくすることで最終減速比、最終出力トルクを大幅に大きくする。
【解決手段】複数の対歯車群６７をそれぞれ構成する２個の従動外歯車６６の入力軸６２に対する軸方向位置を同一とし、異なる対歯車群６７を入力軸６２の軸方向にずらして配置したので、入力軸６２の同一軸方向位置においては、対歯車群６７を構成する２個の従動外歯車６６しか存在しない。この結果、これら従動外歯車６６を限界一杯まで大径化しても互いに干渉することはなく、駆動、従動外歯車６５、６６による減速比を容易に大きくすることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ピニオンを偏心回転させて減速を行う偏心揺動型減速機に関する。

本出願人は、２０００−２０２０３０において、複数のピニオンを同一形状のピニオンで構成することにより、製作費を安価に、かつ、組立作業も簡単とすることができる偏心揺動型減速機を提案した。

このものは、内周に内歯が形成された外側ケースと、外側ケース内に収納され、外周に前記内歯に噛み合い歯数が該内歯より若干少ない外歯を有するとともに、軸方向に並列配置された複数のピニオンと、周方向に等角度離れて配置されるとともに、中央部がピニオンに挿入され、回転することでピニオンを偏心回転させる４以上の偶数本のクランク軸と、前記外側ケースに挿入され、前記クランク軸の両端部を回転可能に支持するキャリアと、外側ケースに回転可能に支持され、前記内歯と同軸の駆動外歯車を有する入力軸と、各クランク軸に取付けられ、前記駆動外歯車を周囲から囲みながら該駆動外歯車に噛み合う従動外歯車とを備えたものである。

しかしながら、このようにクランク軸の本数を４本以上の偶数本とすると、駆動外歯車を小径化する一方で、従動外歯車を大径化することにより、偏心揺動型減速機の減速比を大きくしようとしたとき、従動外歯車があまり大径とならない時点で隣接する従動外歯車同士が互いに干渉するようになり、この結果、これら駆動、従動外歯車による減速比をあまり大きくすることができないという問題点があった。例えば、クランク軸が４本の場合には、駆動、従動外歯車による減速比は最大で２．１であった。

この発明は、駆動、従動外歯車による減速比を大きくすることで最終減速比、最終出力トルクを大幅に大きくすることができる偏心揺動型減速機を提供することを目的とする。

このような目的は、内周に内歯が形成された外側ケースと、外側ケース内に収納され、外周に前記内歯に噛み合い歯数が該内歯より若干少ない外歯を有するとともに、軸方向に並列配置された複数のピニオンと、周方向に等角度離れて配置されるとともに、中央部がピニオンに挿入され、回転することでピニオンを偏心回転させる４以上の偶数本のクランク軸と、前記外側ケースに挿入され、前記クランク軸の両端部を回転可能に支持するキャリアと、外側ケースに回転可能に支持され、前記内歯と同軸の駆動外歯車を有する入力軸と、各クランク軸に取付けられ、前記駆動外歯車を周囲から囲みながら該駆動外歯車に噛み合う従動外歯車とを備えた偏心揺動型減速機において、前記従動外歯車を周方向に１８０度離れた２個の従動外歯車からなる複数の対歯車群に区分し、かつ、各対歯車群を構成する２個の従動外歯車の入力軸に対する軸方向位置を同一とするとともに、異なる対歯車群を入力軸の軸方向にずらして配置することにより達成することができる。

この発明においては、前述のように従動外歯車を周方向に１８０度離れた２個の従動外歯車からなる複数の対歯車群に区分し、かつ、各対歯車群を構成する２個の従動外歯車の入力軸に対する軸方向位置を同一とするとともに、異なる対歯車群を入力軸の軸方向にずらして配置したので、入力軸の同一軸方向位置においては、対歯車群を構成する２個の従動外歯車しか存在せず、この結果、これら従動外歯車を限界一杯まで大径化しても、これら従動外歯車同士が干渉することはない。このため、駆動、従動外歯車による減速比を容易に大きくすることができ、これにより、偏心揺動型減速機における最終出力トルクを低減させることなく、最終減速比を大幅に大きくすることができる。

また、請求項２に記載のように構成すれば、下穴の底面とボルトの先端との間に形成される空間が柱部内ではなく基台部内に位置することになるため、柱部全体が中実構造となって強度が高くなり、高トルク出力が可能となる。
さらに、請求項３に記載のように構成すれば、外側ケースと入力軸との間に介装された軸受、シール部材を密閉空間に充填された潤滑油によって潤滑することができ、これにより、該軸受、シール部材を潤滑するための潤滑装置あるいは潤滑油の補給作業が不要となる。
また、請求項４に記載のように構成すれば、減速機温度の上昇によって密閉空間内の潤滑油が膨張しても、この膨張はエア溜まりにおけるエアの圧縮によって吸収されるため、潤滑油の漏洩が防止される。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、１１は中心軸が垂直方向（上下方向）に延びる略円筒状の円筒体であり、この円筒体１１は図示していない風力発電設備の固定フレームに取付けられている。１２は円筒体１１の中央部内周に設けられた内歯としての複数の内歯ピン１３であり、これらの内歯ピン１３は軸方向に延びるとともに、周方向に等角度離れて配置されている。

前記円筒体１１の上端には該円筒体１１の上端開口を閉止する段付き有底円筒状の上カバー１４が固定され、この上カバー１４の上面には後述する駆動モータを支持する略円筒状の延長部１４ａが形成されている。前述した円筒体１１、上カバー１４は全体として、内周に内歯（内歯ピン１３）が形成されるとともに、下端が開放した外側ケース１５を構成し、前記上カバー１４は該外側ケース１５の上側壁となる。

１７、１８は前記外側ケース１５内に収納された複数、ここでは２個のピニオンであり、これらピニオン１７、１８は軸方向（上下方向）に離れて並列配置されている。これらピニオン１７、１８は外周に内歯ピン１３の歯数より若干、ここでは１枚だけ歯数の少ない外歯１７ａ、１８ａをそれぞれ有している。そして、これら隣接するピニオン１７、１８は相互に１８０度だけ位相がずれた状態で円筒体１１の内歯ピン１３に噛み合っている。

２０は上端部、中央部が前記外側ケース１５内に挿入され、下端部が外側ケース１５から下方に突出したキャリアであり、このキャリア２０は上下方向（軸方向）に離れた一対の軸受２１を介して前記外側ケース１５に回転可能に支持されている。前記キャリア２０はピニオン１７、１８より下側（一側）に位置する基台部２２と、ピニオン１７、１８より上側（他側）に位置する円板状の端板部２３とを有する。また、前記キャリア２０は基台部２２に一体形成されるとともに、その上面（他側面）から端板部２３に向かって軸方向に延びる断面略三角形状の柱部２４を有し、これらの柱部２４は４本以上の偶数本、ここでは４本設けられるとともに、周方向に等角度離れて配置されている。

図１、２、３、４において、２５は各柱部２４の上面（他側面）から下方に向かって延びる下穴であり、これらの下穴２５はキャリア２０の柱部２４を貫通し、その底面（下端）が基台部２２内に位置している。このように柱部２４、基台部２２に形成された下穴２５には、端板部２３に挿入された複数本のボルト２６がそれぞれねじ込まれ、これにより、端板部２３と柱部２４とがボルト２６により共締めされて、端板部２３が柱部２４に締結される。

そして、これらのボルト２６の先端（下端）も下穴２５と同様に柱部２４の基端（下端）より基台部２２側に位置しており、この結果、下穴２５の底面とボルト２６の先端との間に形成される空間２８は基台部２２内に位置することになる。なお、２７は端板部２３と柱部２４の双方に挿入された位置決めピンである。

このように下穴２５の底面とボルト２６の先端との間に形成される空間２８を柱部２４内ではなく基台部２２内に位置させるようにすれば、柱部２４全体が中実構造となって強度が高くなり、高トルク出力が可能となる。ここで、前記ピニオン１７、１８には断面略三角形状で前記柱部２４と同数（４個）の遊嵌孔３０、３１がそれぞれ周方向に等角度離れて形成され、これらのピニオン１７、１８の遊嵌孔３０、３１には前記キャリア２０の柱部２４がそれぞれ遊嵌状態で軸方向に貫通している。そして、前述した基台部２２、端板部２３、柱部２４、ボルト２６は全体として、前記キャリア２０を構成する。

再び、図１、２において、前記ピニオン１７、１８には周方向に等角度離れた貫通孔３４、３５がそれぞれ形成され、これらの貫通孔３４、３５は柱部２４と同数個、ここでは４個だけ形成されている。そして、これら貫通孔３４、３５は隣接する２つの遊嵌孔３０、３１の周方向中間点上に配置されている。

３７は４以上の偶数本、ここでは、前記貫通孔３４、３５と同数本（４本）のクランク軸であり、これらのクランク軸３７は周方向に等角度離れて配置されるとともに、その下端部（一端部）がキャリア２０の基台部２２に、また、その上端部（他端部）がキャリア２０の端板部２３に軸受３８、３９を介してそれぞれ回転可能に支持されている。各クランク軸３７はその軸方向中央部にクランク軸３７の中心軸から等距離だけ偏心した２個の偏心部４０、４１を有し、これら偏心部４０、４１は周方向に１８０度だけ位相がずれている。また、これら偏心部４０、４１はピニオン１７、１８の貫通孔３４、３５内にころ軸受４２をそれぞれ介装した状態で挿入されている。

そして、これらクランク軸３７が中心軸回りに回転すると、偏心部４０、４１は貫通孔３４、３５内において偏心回転し、ピニオン１７、１８を１８０度だけ位相をずらした状態で偏心回転（公転）させる。このとき、内歯ピン１３の数と外歯１７ａ、１８ａの数とが若干異なっている（ここでは外歯１７ａ、１８ａの数が内歯ピン１３の数より１枚だけ少ない）ので、キャリア２０はピニオン１７、１８の偏心回転により低速で回転する。

図１、５において、４５は外側ケース１５の延長部１４ａの上端に固定された駆動モータであり、この駆動モータ４５の垂直に延びる出力軸４６の下端には前記上カバー１４の中央を貫通する中間軸４７が連結されている。そして、この中間軸４７と前記上カバー１４との間には軸受４８が介装され、これにより、前記中間軸４７は外側ケース１５に回転可能に支持される。そして、この中間軸４７の下端部には外歯からなる太陽歯車４９が形成されている。また、前記中間軸４７と外側ケース１５（上カバー１４）との間および外側ケース１５（円筒体１１）の下端とキャリア２０の基台部２２との間にはそれぞれシール部材としてのオイルシール５０、５１が介装され、この結果、外側ケース１５内には密閉空間５２が形成されるが、この密閉空間５２には潤滑油５３が充填されている。なお、１５ａは外側ケース１５に形成された潤滑油５３の注入口であり、この注入口１５ａは着脱可能なキャップ５４により閉止されている。

５５は中間軸４７の直下に該中間軸４７と同軸関係を保って配置された回転軸であり、この回転軸５５の下端部は前記キャリア２０の端板部２３に軸受５６を介して回転可能に支持されている。５７は回転軸５５の上端部に取付けられた円板状の連結体であり、この連結体５７には周方向に離れた複数のピン５８が固定されている。

５９は前記太陽歯車４９に対向する上カバー１４の内周に固定された内歯車であり、この内歯車５９と前記太陽歯車４９とにはピン５８に回転可能に支持された複数の遊星歯車６０が噛み合っている。この結果、出力軸４６の回転は、太陽歯車４９を有する中間軸４７、連結体５７、ピン５８、内歯車５９、遊星歯車６０からなる遊星減速機構６１により減速された後、回転軸５５に伝達される。前述した中間軸４７、回転軸５５は全体として入力軸６２を構成し、この入力軸６２の途中には前段減速機としての前記遊星減速機構６１が介装されている。

図１、２、６において、前記入力軸６２、詳しくは回転軸５５はその下端部に駆動外歯車６５を有し、この駆動外歯車６５の周囲には該駆動外歯車６５を周囲から囲みながら駆動外歯車６５に噛み合う複数（４個）の従動外歯車６６が配置されている。ここで、これら従動外歯車６６は各クランク軸３７の上端部に取付けられており、この結果、これら従動外歯車６６は周方向に等角度、ここでは９０度ずつ離れて配置されていることになる。

前記従動外歯車66は複数（２対）の対歯車群６７に区分され、各対歯車群６７は周方向に１８０度離れた２個の従動外歯車６６から構成されている。そして、各対歯車群６７を構成する２個の従動外歯車６６の入力軸６２に対する軸方向位置は同一である、即ち、駆動外歯車６５に対して同一軸方向位置で噛み合っているが、異なる対歯車群６７は入力軸６２の軸方向にずらして配置されている（異なる対歯車群６７に属する従動外歯車６６は駆動外歯車６５に対し軸方向に離れた位置で噛み合っている）。そして、これら２対の対歯車群６７は周方向に９０度だけ離れている。

前述した外側ケース１５、ピニオン１７、１８キャリア２０、クランク軸３７、入力軸６２、駆動外歯車６５、従動外歯車６６は全体として偏心揺動型減速機６９を構成し、この偏心揺動型減速機６９は入力軸６２が上側となるよう垂直に配置されている。

そして、前記偏心揺動型減速機６９の内部、例えばピニオン１７、１８軸受２１、クランク軸３７等は前述した潤滑油５３により潤滑されているが、この実施形態では、以下に説明するように、この潤滑油５３により前記軸受４８、オイルシール５０も潤滑し、これにより、該軸受４８、オイルシール５０を潤滑するための潤滑装置あるいは潤滑油の補給作業を不要としている。

即ち、前記入力軸６２が貫通している外側ケース１５の上側壁（上カバー１４）の一部を上方に膨出させることにより、該膨出部７１（密閉空間５２の上端部）を入力軸６２と上カバー１４との間の軸受４８、オイルシール５０より上方に位置させるとともに、密閉空間５２に充填されている潤滑油５３の油面５３ａを該膨出部７１まで上昇させ、即ち、前記軸受４８、オイルシール５０より上方に位置させ、これによって軸受４８、オイルシール５０を潤滑するようにしている。

また、この実施形態では、前記潤滑油５３の油面５３ａと外側ケース１５の上側壁（膨出部７１）との間にエアを注入してエア溜まり７２を形成している。この結果、偏心揺動型減速機６９が長時間連続運転して該偏心揺動型減速機６９の温度が上昇し、密閉空間５２内の潤滑油５３が膨張しても、この膨張はエア溜まり７２におけるエアの圧縮によって吸収され、これにより、偏心揺動型減速機６９からの潤滑油５３の漏洩を防止することができる。

７５はキャリア２０、詳しくは外側ケース１５の下端から下方に突出した基台部２２に固定された伝達歯車であり、この伝達歯車７５は風力発電設備の旋回軸に固定された外歯車に噛み合っている。そして、前記遊星減速機構６１、偏心揺動型減速機６９により減速された駆動モータ４５の回転は前記旋回軸に伝達され、旋回軸と共に羽根を有する発電機を風向きに応じて水平面内で旋回させて発電効率を向上させる。

次に、この発明の一実施形態の作用について説明する。
今、風向きが変化して風向計が回転し、この回転に応じた制御信号が制御手段から駆動モータ４５に出力されたとする。このとき、制御信号に応じた量だけ駆動モータ４５の出力軸４６が回転するが、この出力軸４６の回転は遊星減速機構６１により減速された後、回転軸５５に伝達され、該回転軸５５を回転させる。

次に、この回転軸５５の回転は、駆動外歯車６５、従動外歯車６６により減速された後、クランク軸３７に伝達されるが、これらのクランク軸３７に伝達された回転駆動力は前述のようにピニオン１７、１８を外側ケース１５内において偏心公転運動させる。これにより、入力軸６２の回転は大幅に減速されて伝達歯車７５から風力発電設備の旋回軸に伝達され、発電機を発電効率が最大となるよう水平面内で旋回させる。

ここで、前述のように従動外歯車６６を周方向に１８０度離れた２個の従動外歯車６６からなる複数の対歯車群６７に区分し、かつ、各対歯車群６７を構成する２個の従動外歯車６６の入力軸６２に対する軸方向位置を同一とするとともに、異なる対歯車群６７を入力軸６２の軸方向にずらして配置したので、入力軸６２の同一軸方向位置においては、各対歯車群６７を構成する２個の従動外歯車６６しか存在せず、この結果、これら従動外歯車６６を限界一杯まで大径化しても、これら従動外歯車６６同士が干渉することはない。このため、駆動外歯車６５、従動外歯車６６による減速比を容易に大きくすることができ、これにより、偏心揺動型減速機６９における最終出力トルクを低減させることなく、最終減速比を大幅に大きくすることができる。例えば、この実施形態のようにクランク軸３７が４本の場合には、駆動、従動外歯車６５、６６による減速比を５．３まで高めることができる。

なお、前述の実施形態においては、２対の対歯車群６７からなる合計４個の従動外歯車６６を設けるようにしたが、この発明においては、図７に示すように、３対の対歯車群６７からなる合計６個の従動外歯車６６を設けるようにしてもよい。この場合には、対歯車群６７は入力軸６２の軸方向に３段にずらされながら、周方向に６０度ずつ離れることになる。

また、前述の実施形態においては、外側ケース１５を固定側とするとともにキャリア２０を回転側とし、この回転側であるキャリア２０から低速回転を出力するようにしたが、この発明においては、キャリアを固定側とするとともに外側ケースを回転側とし、この回転側である外側ケースから低速回転を出力するようにしてもよい。

この発明は、ピニオンを偏心回転させて減速を行う偏心揺動型減速機の産業分野に適用できる。

この発明の一実施形態を示す正面断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 キャリアの柱部近傍の正面断面図である。 図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図１のＣ−Ｃ矢視断面図である。 図１のＤ−Ｄ矢視断面図である。 この発明の他の実施形態を示す図６と同様の断面図である。

符号の説明

１３ 内歯 １５ 外側ケース
１７、１８ ピニオン １７ａ、１８ａ 外歯
２０ キャリア ２１ 軸受
２２ 基台部 ２３ 端板部
２４ 柱部 ２５ 下穴
２６ ボルト ２８ 空間
３７ クランク軸 ４８ 軸受
５０ オイルシール ５１ オイルシール
５２ 密閉空間 ５３ 潤滑油
５３ａ 油面 ６２ 入力軸
６５ 駆動外歯車 ６６ 従動外歯車
６７ 対歯車群 ７２ エア溜まり

Claims (4)

1. 内周に内歯が形成された外側ケースと、外側ケース内に収納され、外周に前記内歯に噛み合い歯数が該内歯より若干少ない外歯を有するとともに、軸方向に並列配置された複数のピニオンと、周方向に等角度離れて配置されるとともに、中央部がピニオンに挿入され、回転することでピニオンを偏心回転させる４以上の偶数本のクランク軸と、前記外側ケースに挿入され、前記クランク軸の両端部を回転可能に支持するキャリアと、外側ケースに回転可能に支持され、前記内歯と同軸の駆動外歯車を有する入力軸と、各クランク軸に取付けられ、前記駆動外歯車を周囲から囲みながら該駆動外歯車に噛み合う従動外歯車とを備えた偏心揺動型減速機において、
   前記従動外歯車を周方向に１８０度離れた２個の従動外歯車からなる複数の対歯車群に区分し、かつ、各対歯車群を構成する２個の従動外歯車の入力軸に対する軸方向位置を同一とするとともに、異なる対歯車群を入力軸の軸方向にずらして配置したことを特徴とする偏心揺動型減速機。
2. 前記キャリアを、ピニオンの一側に位置する基台部と、ピニオンの他側に位置する端板部と、前記基台部に一体形成され、端板部に向かって延びるとともに、中央部が前記ピニオンを貫通する複数本の柱部と、前記柱部、基台部に形成された下穴にねじ込まれ、端板部を柱部に締結する複数本のボルトとから構成するとともに、前記ボルトの先端を柱部の基端より基台部側に位置させ、下穴の底面とボルトの先端との間に形成される空間を基台部内に位置させるようにした請求項１記載の偏心揺動型減速機。
3. 前記入力軸が上側となるよう偏心揺動型減速機を垂直に配置するとともに、外側ケースとキャリアとの間および外側ケースと入力軸との間に軸受、シール部材をそれぞれ介装することで、外側ケース内に潤滑油が充填された密閉空間を形成し、かつ、前記入力軸が貫通している外側ケースの上側壁の一部を外側ケースと入力軸との間に介装された軸受、シール部材より上方に位置させることにより、前記潤滑油の油面を外側ケースと入力軸との間に介装された軸受、シール部材より上方に位置させるようにした請求項１記載の偏心揺動型減速機。
4. 前記潤滑油の油面と外側ケースの上側壁との間に、潤滑油が膨張したとき、この膨張を吸収するエア溜まりを設けた請求項３記載の偏心揺動型減速機。

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