JP2017501359A - 伝動歯車係合システム - Google Patents

Abstract

本発明は、本解決法を様々な技術分野、特にロボット工学または遠隔制御される模型に適用することができる伝動歯車係合システム、特に遊星歯車に関する。本伝動歯車係合システムは、ハウジング（２）内に、前面に鋸歯状の爪（３）を有し、かつ内歯および／または外歯を有する歯車（１）と、歯車（１）の爪（３）に一致する爪（４）を有し、かつ歯車（１）に対向する同軸のリング（５）とを有する。リング（５）は、接続装置（９）により、２つの対称的なカム（６）に両側で接続され、カム（６）は、駆動爪（７）に接続される。リング（５）は歯車（１）と共に、ハウジング（２）内に配置されるが、カム（６）、駆動爪（７）、バネ（１１）およびアクチュエータ（８）は、ハウジング（２）の外側に配置され、接続装置（９）およびバネ取付要素（１０）はハウジング（２）の壁を貫通する。駆動爪（７）は、アクチュエータ（８）に接続されると同時に、少なくとも３つのバネ（１０）のバネ取付要素（１１）は、リング（５）上に半径方向に配置され、バネ（１１）の他端は、ハウジング（２）に固定される。【選択図】なし

Description

本発明は、本解決法を様々な技術分野、特にロボット工学または遠隔制御される模型に適用することができる伝動歯車係合システム、特に遊星歯車に関する。

伝動歯車係合システムは、可変比の変速機からなる装置を用いる制御システムに適用される。

電気モーターおよび固定比の単段もしくは多段変速機からなる歯車モーターによって駆動される装置が当該技術分野で知られている。多くの装置は、可変比の変速機からなる装置を用いた制御を必要とする。しかし、装置が高速で移動し、かつ同時に牽引システムに課されるかなりの負荷の下で動作しなければならない状況で固定比の単段もしくは多段変速機が適用された機構では、歯車がこれらの要求の一方または両方にとって最適に選択されることにより駆動機構への過負荷が生じるという状況が引き起こされる。以下は、移動ロボットのこれらの極端かつ矛盾した要求の例である。
１）僅かな傾斜に沿った車両の牽引または重い荷を積んだ移動ロボットによるかなりの傾斜の丘陵を上がる運転
２）かなりの速度での作業位置への接近

さらに、ポーランド特許出願第３８５９３５Ａ１号は、特に歯車の外歯の噛み合わせを表す凸状の回転形状を有するセンター歯を開示している。上記歯は、平坦かつ対称的な回転体と円形の歯底面から創り出される幾何学形状を有し、かつその歯形は、インボリュート、サイクロイド、円弧または他の形状に対応する。上記発明の主題は、特に立方形状または切頭楔形形状の歯車の内歯または外歯と切欠形状との噛み合わせを表す両側に凹状の形状を有するセンター歯でもあり、これは、標準化された形状およびそれと協働するストランドの寸法から生じる、凸状のセンター歯と内歯を有するストランドリング歯車との噛み合い特性から生じる。歯車リムへのセンター歯の実装方法は、センター歯が取付部を有し、歯車をなし、かつ互いに接続されたリムの２つの部分が歯に固定的に結合するというものである。

別のポーランド特許出願第３０４２８０Ａ１号は、クラッチ解除の一定のトルク値を有するクラッチディスク構造を開示している。動作ディスクの表面に一列のセンターが作製される。後続のセンターの幅が時計回りの方向に向かって増加するように、センターはディスクの外径に沿って配置され、第２の群からのセンターは、ディスクの内径に沿って配置され、それらの幅は反時計回りの方向に向かって増加する。

ポーランド特許出願１３９８４０号は、シャフト上に着座され、かつセンターを備えた能動歯車とセンターのための座部を備えた受動歯車とを有するシャフトからなる、オートバイのギヤボックスに適用される噛み合いクラッチを開示している。上記クラッチは、クラッチに係合するのに必要なバックラッシの大きさから生じる角度で歯車対称軸に向かって傾斜した２対の平行面で制限された切頭円錐体の形状の側面を有するリング形状の少なくとも２つのセンターを有する能動歯車を特徴とすることができるが、受動歯車は、矩形の前断面および円形の軸方向断面を有する座部を有する。

別のポーランド特許出願第１３８７６０号は、滑ることなく自動的に同期して係合される電磁センターすなわち歯形クラッチを開示している。このクラッチは、クラッチの両移動部に固定された常磁性体の２つのリングを有するが、数個の永久磁石がリングの一方に取り付けられ、他方には磁石の多重度である量で軟鋼製挿入物が備えられ、クラッチの固定部にはコイルが備えられている。上記クラッチは、シャフト上に固定して取り付けられ、かつシャフトと共に回転する円筒状スリーブを特徴とすることができ、円筒状クラッチ部は、スプラインを用いてその周りに取り付けられ、異なる歯径のリムおよび前面に作製された楔部と共にキー内を軸方向に移動する。１つの回転部上に配置される楔部の前面は、歯の前面を超えて突出し、固定された円筒状の常磁性体リングは、クラッチ部の周りのスプライン上に固定され、分割面において円周方向にシャフトに平行して固定された永久磁石を有するスリーブにネジで取り付けられ、もう一方のシャフトには、それと共に回転するクラッチの固定された能動円筒部が備えられ、それは環状チャンバを有し、その中には電磁式コイルが固定して配置され、かつ円筒部上の転がり軸受によって支持されるリング上に取り付けられ、その周りおよびコイルの周りには、永久磁石の総多重度である量で円周方向にシャフトに平行して取り付けられた軟鋼挿入物と共に、それと共に回転する常磁性リングが存在し、分割面から円筒状の能動部上には、歯、歯と協働する楔状リムおよび移動クラッチ部の楔部が存在する。反対側には、分割面において移動クラッチ部内のシャフト側から環状チャンバが存在し、その中には油圧ヘッドの係止リングが２つのスラスト玉軸受上に取り付けられている。

遊星歯車を備えた当該技術分野に係るギヤボックスは、ギヤボックス入力のうちの１つがある段階で停止し、かつ残りの段階で解放されることを特徴とすることができる。大部分の解決法では、これは摩擦ブレーキを用いて達成される。概して、摩擦要素に対する摩擦の増加は、主に油圧システムを用いた圧力手段によって行われる。そのようなシステムは、ある程度までしか小型化することができない。さらに、摩擦システムは、比較的高い圧力を特徴とすることができ、それは言及した特許出願では、重大な実装問題（高い相対電力、寸法、加圧システム重量）をもたらし得る。

本発明の目的は、移動ロボットまたは遠隔制御される模型などの小さな構造に実装するために、圧力を低下させ、かつ本システムの大きさを小さくすることにある。

本伝動歯車係合システムは、ハウジング内の軸受に取り付けられる、内歯および／または外歯を有する歯車を有する。歯車は、前面に鋸歯状の爪を有し、歯車の爪に一致する爪を有する同軸の対向するリングを用いて停止される。

リングは、２つの対称的なカムに両側で接続され、カムは、駆動装置（駆動爪）に接続される。リングは、接続装置を用いて各カムに接続される。接続装置は、リング内に固定して取り付けられるか、リングの一要素をなしている。リングは歯車と共に、ハウジング内に配置され、カム、駆動装置／駆動爪、バネおよびアクチュエータは、ハウジングの外側に配置される。接続装置および固定要素は、ハウジングの壁を貫通する。

駆動装置／駆動爪は、アクチュエータに接続される。カムは、駆動装置／駆動爪によって引っ張られ、駆動装置／駆動爪は、アクチュエータによって引っ張られる。電磁石またはモーターまたはリニアシリンダがアクチュエータである。

強度および動作上の理由からクラッチ／ブレーキの正常動作のために必要な歯車に対するリングの等圧力を確保するために、少なくとも３つ、好ましくは４つのバネ取付要素がリング上に半径方向に配置されるが、バネの他端はハウジングに固定される。

リングは、ハウジング内の軸受に取り付けられたカムによって移動する接続装置の移動により、ハウジング内を軸方向に移動する。

カムシステムは、その構造により、駆動装置／駆動爪の移動の変化と共に力を低下させる。

車両のように別のさらなるクラッチが存在しない場合、駆動中に歯車と（圧力）プレートとの噛み合いが生じてはならず、そのような場合、禁忌は存在しない。

本発明に係る伝動歯車係合システムを適用することにより、移動ロボットまたは遠隔制御される模型などの小さな構造に実装するために、圧力を低下させ、かつ本システムの大きさを小さくする。本装置は、特に移動ロボットの移動性を増加させ、必要とされる動作モード（苛酷な条件下、すなわち重量８０ｋｇ、最大速度８ｋｍ／時間、推定される動作時間１０年、可変回転数で１日８時間）に応じて歯車を変えるための選択肢を提供するという事実から恩恵を受ける。

本発明に係るシステムが図面に示されている。図面中、図１は本システム（ハウジングなし）の不等角投影図であり、図２は本システムの分解不等角投影図であり、図３は軸方向断面図である。

本装置は、特に差動法（左と右のキャタピラー間の滑りの差）を用いて制御されるロボットやアッカーマンシステムに取り付けて使用することができる。

本実施形態に係るシステムは、アクチュエータによって駆動される可変比の伝動歯車係合システムからなる２つのモーター歯車に適用される。上記アクチュエータは、平行かつ互いに対向して配置される。

本実施形態に示されている伝動歯車係合システムは、軸受に取り付けられる、内歯を有する歯車（１）を備える。前面に４つの半径方向に鋸歯状の爪（３）を有する歯車（１）は、歯車（１）の爪（３）に一致する爪（４）を有する同軸の対向するリング（５）を用いて停止／維持される。外側から手動で、あるいは自動的に解放される２つのクラッチ／中心ブレーキを使用して、歯車（１）を停止させる。内歯により停止および解放されるリングを有する２つの歯車は、伝動歯車係合システムの動作の本質である。リング（５）は、ハウジング（２）内の軸受に支持され、解放されると自由に回転することができる。リング（５）は、２つの対称的なカム（６）に両側で接続され、カム（６）は、駆動爪（７）に接続される。上記リングは、リング内に固定して取り付けられた接続装置を用いて各カムに接続される。上記リングは歯車と共に、ハウジング（図３に示す）内に配置され、カム（６）、駆動爪（７）、バネ（１１）およびアクチュエータ（８）は、ハウジング（２）の外側に配置される。接続装置（９）および固定要素は、ハウジング（２）の壁を貫通する。

駆動中心部は、シャフト（１３）およびバネ座金（１４）の形態の接続装置を用いてアクチュエータに接続される。カム（６）は、駆動爪（７）によって引っ張られ、駆動爪（７）は、アクチュエータ（８）によって引っ張られる。この場合、電磁石がアクチュエータである。

強度および動作上の理由からブレーキの正常動作のために必要な歯車に対するリングの等圧力を確保するために、４つのバネ取付具（１０）がリング上に半径方向に配置されるが、バネの他端はハウジング（２）に固定される。

リング（５）は、ハウジング（２）内の軸受（１５）に取り付けられたカム（６）によって移動する接続装置（９）の移動により、ハウジング内を軸方向に移動する。シャフト（１２）の形態の軸受要素が使用される。

車両のように別のさらなるクラッチが存在しない場合、駆動中に歯車（１）と（圧力）プレート（１６）との噛み合いが生じてはならず、そのような場合、禁忌は存在しない。

言い換えると、本実施形態では、バネ（１１）の動作にも関わらずリング（５）が戻らない場合にも本システムを実行することができる。

爪（３、４）の同時解放により、伝動を止める。モーターが過熱された場合および安全システムにより動作中にそれを解除する必要性が生じた場合の安全ブレーキとして、この特徴を使用することができる。

本発明に係る伝動歯車係合システムを適用することにより、移動ロボットなどの小さな構造に実装するために、本システムの大きさを小さくする。本発明に係る装置は、必要とされる動作モードに応じて歯車を変えるための選択肢により特に移動ロボットの移動性を増加させるという事実から恩恵を受ける。上記ロボットは、第一歯車が係合した状態で、５０ｋｇのさらなる負荷（標準を超える）および３５°の傾斜で地形障害物を克服し、第二歯車において、７ｋｍ／ｈ（極端な事例−矛盾）の速度に到達した。負荷を変えながら異なる気象条件で、２週間の労働時間にわたって１日６時間試験を行った。この試験では予測した以上の欠陥や症状または摩耗は全く認められなかった。この情報を計算および設計の検証プロセスと合わせると、モーター歯車、特に変速システムは、推測された１０年間は動作可能であることが分かる。

Claims (5)

1. ハウジング（２）内に軸受と、内歯および／または外歯を有し、かつ前面に鋸歯状の爪（３）を有する歯車（１）と、前記歯車（１）の前記爪（３）に一致する爪（４）を有し、かつ前記歯車（１）に対向する同軸のリング（５）とを有し、前記リング（５）は両側で、接続装置（９）により２つの対称的なカム（６）に接続され、前記カム（６）は、爪／駆動爪（７）に接続され、さらに、前記リング（５）は前記歯車（１）と共に、前記ハウジング（２）内に配置されるが、前記カム（６）、前記駆動爪（７）、バネ（１１）およびアクチュエータ（８）は、前記ハウジング（２）の外側に配置され、前記接続装置（９）および取付要素（１０）は、前記ハウジング（２）の壁を貫通し、さらに、前記駆動爪（７）は、前記アクチュエータ（８）に接続されると同時に、少なくとも３つのバネ（１１）の取付バネ要素（１０）は、前記リング（５）上に半径方向に取り付けられ、前記バネ（１１）の他端は前記ハウジング（２）に固定されることを特徴とする、爪を備えたクラッチ要素を有する歯車係合システム。
2. 電磁石またはモーターまたはリニアシリンダが前記アクチュエータ（８）であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. ４つのバネ要素（１０）が前記リング（５）上に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
4. 前記カム（６）が前記ハウジング（２）内の前記軸受要素（１２）に支持されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
5. 前記接続装置（９）が、前記リング（５）内に固定して取り付けられるか、前記リング（５）の一要素をなしていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

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