JP2020506342A - トランスミッション、トランスミッションを備えた駆動手段、および駆動手段を操作するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、作動機械を可変回転速度で駆動するための、機械の駆動アセンブリのためのトランスミッションに関し、第１駆動ユニット（１８）が連結されることが可能な第１遊星ギアセット（３）と、作動機械（１０）が連結されることが可能な第２遊星ギアセット（５）と、を備え、第１遊星ギアセット（３）および第２遊星ギアセット（５）は、各々が遊星ギア（３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂ）を備え、これらの遊星ギアは、遊星キャリア（４）内に搭載された、少なくとも２つの共通の遊星シャフト（１１ａ、１１ｂ）に配置されており、遊星キャリア（４）は、トランスミッションハウジング（９）内に回転可能に搭載されて、第２駆動ユニット（１０）によって駆動可能である。遊星キャリア（４）にかかるトルクは、ブレーキ（２０）またはロック機構もしくはクラッチを介して、前記トランスミッションハウジング（９）に直接支持されることが可能である。

Description

本発明は、可変的に調節可能な回転速度を有する機構を駆動するための、機構の駆動手段のためのトランスミッションに関する。本発明はさらに、トランスミッションを備えた駆動手段、および可変的に調節可能な回転速度を伴って駆動される機構、ならびにその駆動手段を操作するための方法に関する。

慣例から、例えばコンプレッサまたはポンプなどの機械は、可変的に調整可能な回転速度で運転されなければならない用途が知られている。慣例によれば、機械が可変回転速度のタービンまたは内燃機関でない場合、周波数変換器を備えた電気モータが、駆動ユニットとして採用されるか、または機械的変調ブランチを備えたトランスミッションが、この目的のために採用され、それと共に、必要とされた範囲内において可変の変速比が、適用されることが可能である。慣例から知られた、可変的に調節可能な回転速度を伴った機構を駆動するための可能性は、複雑且つ高価である。

特許文献１から、請求項１の前段による、可変的に調節可能な回転速度を伴って機構を駆動するための、機構の駆動手段のためのトランスミッションが知られている。

独国特許出願公開第１０ ２０１５ ００６ ０８４号明細書

ここから始まって、本発明は、新しいタイプのトランスミッション、そのようなトランスミッションを備えた駆動手段、およびそのような駆動手段を操作するための方法を創出する目的に基づいており、それらの補助により、駆動手段の動力損失は減少され、効率を増大することが可能である。

この目的は、請求項１によるトランスミッションを通じて解決される。本発明によれば、遊星キャリアにかかるトルクは、ブレーキまたはロックデバイスもしくは連結器を介して、トランスミッションハウジングに支持されることが可能である。ブレーキまたはロックデバイスもしくは連結器は、優先的に第２駆動ユニットに割り当てられ、第２駆動ユニットと相互作用する。変調モータとして設計された第２駆動ユニットは、これによりブレーキを掛けられるか、またはロックされることが可能である。そのとき、変調モータはもはやエネルギを供給されることを必要とせず、結果的に出力損失は減少されることが可能であり、効率が増大する。さらに、操作の柔軟性が増大することが可能である。

有利なさらなる発展によれば、遊星キャリアが、ブレーキまたはロックデバイスもしくは連結器を介して耐トルク的にハウジングに連結されることが可能な方式において、遊星キャリアにかかるトルクは、ブレーキまたはロックデバイスもしくは連結器を介して優先的にトランスミッションハウジングに直接支持されることが可能である。これにより、動力損失は特に有利に減少され、効率は特に有利に増大されることが可能である。さらに、これにより、操作の柔軟性が特に有利に増大し得る。

優先的に、ブレーキまたはロックデバイスもしくは連結器は、第２駆動ユニットに連結されたトランスミッションのシャフトに配置されている。トランスミッションのこのデザインは、動力損失の減少ならびに効率および操作の柔軟性の増大に関して特に有利である。

本発明による駆動手段は、請求項６に定義されている。請求項６による駆動手段の操作方法は、請求項７に定義されている。

本発明の好適なさらなる発展は、従属請求項および以下の記載から得られる。本発明の例示的な実施形態は、図を用いてより詳細に説明されているが、これに制限されるものではない。

本発明による第１トランスミッションまたは対応した駆動手段のブロック装置の図である。 本発明による第２トランスミッションまたは対応した駆動手段のブロック装置の図である。 本発明による第３トランスミッションまたは対応した駆動手段のブロック装置の図である。 本発明によるさらなるトランスミッションまたは対応した駆動手段のブロック装置の図である。

本発明は、可変的に調節可能な回転速度を有する機構を駆動するための、機構の駆動手段のためのトランスミッションに関する。本発明はさらに、可変的に調節可能な回転速度を伴って駆動される機構の駆動手段、およびそのような駆動手段を操作するための方法に関する。

図１は、可変的に調節可能な回転速度を伴って機構を駆動するための、機構のトランスミッションまたは駆動手段の好適な例示的実施形態を示している。

図１のトランスミッションは第１遊星ギアセット３を備え、トランスミッションのシャフト１は、第１遊星ギアセット３に直接連結されている。第１駆動ユニット１８は、特にこのシャフト１のシャフトフランジ１ａを介して、第１遊星ギアセット３に連結されたシャフト１に直接連結されることが可能である。

第１駆動ユニット１８は、いわゆる主駆動部である。主駆動部は、優先的に一定の回転速度において操作されることが可能である。

さらに、図１のトランスミッション１は、第２遊星ギアセット５を備えている。第２遊星ギアセット５は、トランスミッション１のさらなるシャフト７に直接連結され、可変的に調節可能な回転速度を伴って駆動される機構１９はこのシャフト７に、特にシャフト７のシャフトフランジ７ａに直接連結されることが可能である。

第１遊星ギアセット３および第２遊星ギアセット５は、各々が個々の遊星ギア３ａ、３ｂ、および５ａ、５ｂを備え、これらの遊星ギアは、少なくとも２つの共通遊星シャフト１１ａ、１１ｂ上に配置されている。したがって、２つの遊星シャフト１１ａ、１１ｂが図１に示されており、遊星ギアセット３、５の遊星ギア３ａ、５ａは遊星シャフト１１ａ上に配置され、遊星ギアセット３、５の遊星ギア３ｂ、５ｂは遊星シャフト１１ｂ上に配置されている。遊星シャフト１１ａ、１１ｂ上に配置された遊星ギアを備えた、２つよりも多いそのような遊星シャフト１１ａ、１１ｂ、例えば対応した遊星ギアを備えた３つまたは４つの遊星シャフトが、存在することが可能であることが指摘される。

遊星シャフト１１ａ、１１ｂは、遊星キャリア４内に回転可能に搭載されている。遊星キャリア４はハウジングに固定されるようには接続されておらず、遊星キャリア４は、トランスミッションハウジング９内にむしろ回転可能に搭載されており、図１は転がり軸受８ａ、８ｂを示しており、これらの軸受を介して、遊星キャリア４は、遊星ハウジング９内に回転可能に搭載されている。

第２駆動ユニット１０は、いわゆる調節駆動部である。

図１の例示的実施形態において、第１駆動ユニット１８は、シャフトフランジ１ａを介してトランスミッションのシャフト１に直接作用し、シャフトを介して第１遊星ギアセット３の太陽ギア２に直接連結されることが可能であり、この第１駆動ユニット１８は、太陽ギア２を介して、遊星シャフト１１ａ、１１ｂ上に配置された、第１遊星ギアセット３の遊星ギア３ａ、３ｂを駆動する。

このため、遊星シャフト１１ａ、１１ｂ、ひいては第２遊星ギアセット５の遊星ギア５ａ、５ｂも駆動され、第２遊星ギアセット５は、第２遊星ギアセット５の遊星ギア５ａ、５ｂを介して駆動される太陽ギア６を備えている。第２遊星ギアセット５のこの太陽ギア６は、シャフト７に連結され、シャフト７を介して機構１９に連結されており、機構１９は可変的に調節可能な回転速度を伴って駆動される。

図１において、第１遊星ギアセット３の遊星ギア３ａ、３ｂは、第１遊星ギアセット３の太陽ギア２と噛み合っており、第２遊星ギアセット５の遊星ギア５ａ、５ｂは、第２遊星ギアセット５の太陽ギア６と噛み合っている。図１に示されたトランスミッションが採用された駆動手段において、第１駆動ユニット１８は、それに応じてシャフト１に作用し、第２駆動ユニット１０は、遊星キャリア４に作用し、および可変的に調節可能な回転速度を伴って駆動される機構１９は、シャフト７に作用する。

いわゆる主駆動部である第１駆動ユニット１８は、シャフト１に作用し、優先的に一定の回転速度を伴って駆動される駆動ユニットである。

第２駆動ユニット１０は、いわゆる調節駆動部であり、遊星キャリア４に作用して、優先的に可変の回転速度を伴って駆動される駆動ユニットである。

したがって、機構１９を駆動するための部分は、フランジ１ａ、ひいてはシャフト１に作用する第１駆動ユニット１８によって提供されており、それは優先的に一定の回転速度を伴って操作される。機構１９の回転速度に依存して、残りの部分は駆動ユニット１０によって提供されている。ここで、両方向の回転が提供され、出力の一部は正回転、すなわちモータとして作用し、および逆回転、すなわち発電機として作用することが可能である。

図１において、この第１駆動ユニット１８は第１遊星ギアセット３の太陽ギア２を介して遊星ギア３ａ、３ｂを、ひいては回転不可能に遊星ギア３ａ、３ｂが連結されたシャフト１１ａ、１１ｂを駆動する。同様に、第２遊星ギアセット５の遊星ギア５ａ、５ｂは、遊星シャフト１１ａ、１１ｂに回転不可能に連結されており、これらの遊星シャフトは、順に第２遊星ギアセット５の太陽ギア６を駆動し、これは、第１駆動ユニット１８によって提供された駆動力の一部を、可変の回転速度を伴って駆動される機構１９へと最終的に提供するためである。

すでに説明したように、遊星シャフト１１ａ、１１ｂは、遊星キャリア４に搭載されている。遊星キャリア４は、転がり軸受８ａ、８ｂを介してトランスミッションハウジング９内に回転可能に搭載されており、したがって駆動可能である。

遊星キャリア４の駆動は第２駆動ユニット１０を介して達成され、その回転速度または駆動動力は、シャフト１に作用する第１駆動ユニット１８の回転速度または駆動動力に重ね合わされる。すでに説明したように、シャフト１に作用する第１駆動ユニット１８は、固定されたまたは一定の回転速度を伴って優先的に駆動され、一方で、遊星キャリア４に作用する第２駆動ユニット１０は、可変の回転速度を伴って優先的に駆動される。

両方の駆動ユニット１０、１８は、優先的に電気モータである。

図１の例示的な実施形態においては、第２駆動ユニット１０は、遊星キャリア４に直接取り付けられた中空シャフトモータとして実施されている。

トランスミッションのステージは、第２駆動ユニット１０と遊星キャリア４との間にも連結されている。

一部の駆動動力は、優先的に一定の回転速度を伴って操作され且つ電気モータとして設計された第１駆動ユニット１８によって、フランジ１ａの手段内に導入される。駆動側の太陽ギア２を用いて、少なくとも２つ、優先的に３つまたは４つの遊星シャフトが、それらのピニオンを介して駆動される。遊星シャフト１１ａ、１１ｂは、遊星キャリア４内に搭載されている。遊星ギア５ａ、５ｂは、コンプレッサまたはポンプとして設計された機構１９を駆動する、共通の出力側太陽ギア６に出力を組み合わせる。遊星キャリア４は所定の位置に固定されているのではなく、軸受８ａ、８ｂと共にトランスミッションハウジング９内に搭載されて、回転可能とされている。優先的に可変の回転速度を伴って操作されることが可能な、電気モータとして設計された第２駆動ユニット１０によりこの遊星キャリア４を駆動することによって、さらなる回転速度が第１駆動ユニット１８の第１駆動回転速度に重ね合わされ、これにより調節可能な出力回転速度が達成される。図１において、中空シャフトモータとしての第２駆動ユニット１０は、遊星キャリア４に直接取り付けられている。駆動は、トランスミッションのステージを介しても達成されることが可能である。

本発明によれば、ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器が設けられ、これを介して、遊星キャリア４にかかるトルクは、トランスミッションハウジング９に支持されることが可能である。ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器を用いて、遊星キャリア４にかかるトルクは、トランスミッションハウジング９に直接支持されることが可能である。したがって、ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器は、キャリア４とトランスミッションハウジング９との間に連結されている。遊星キャリア４は、ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器を介して、耐トルク形式でハウジング９に連結されることが可能である。ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器は、第２駆動ユニット１０に割り当てられ、第２駆動ユニット１０と相互作用する。

特に、駆動手段の駆動が第１駆動ユニット１８を介して排他的に達成された場合、遊星キャリア４にかかるトルクは、ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器を介してトランスミッションハウジング９に支持される。そのとき、第２駆動ユニット１０は、優先的にトルクなしで連結されている。ここで、第２駆動ユニット１０は優先的に連結解除され、したがって無電流である。

したがって、遊星キャリア４は、ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器の補助と共に耐トルク形式でハウジング９に連結されることが可能である。ここで、第２駆動ユニット１０は、無電流に切り替えられることが可能である。そのとき、駆動は出力側へ、ひいては変速機によって予め定められた機構１９へと、固定の変速比と共に第２駆動ユニット１０を介して排他的に達成される。

図１において、ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器は、第２駆動ユニット１０に連結されたトランスミッションのシャフトに、図１においてはハウジング９内に回転可能に搭載された遊星キャリア４に優先的に配置されている。したがって、動力損失を減少させる一方で特に効果的な操作が可能となり、その際に、ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器が起動されるとすぐに、第２駆動ユニット１０が遮断されることが可能となる。

ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器を用いて、安全性の獲得が、第２駆動ユニット１０が故障した場合においても、追加的に提供される。

連結器として、例えば爪連結器のような機械式連結器、または例えば保持ピンを用いた機械式ロックデバイスが採用されることが可能であり、その結果として、設計の労力が減少され得る。しかしながら、ブレーキとは対照的に、そのような連結器は、駆動手段の静止状態においてのみ切り替えられることが可能である。

第２駆動ユニット１０は、二方向回転において優先的に操作される。第２駆動ユニット１０が一方向の回転のみにおいて操作された場合、戻り回転防止デバイスまたはそのようなものがブレーキとして採用されることが可能であり、これにより第２駆動ユニット１０が遮断された場合、トルクは自動的に戻り回転防止デバイスを介して自動的に支持される。

図２は、図１のトランスミッションまたは駆動手段の改良を示しており、この形態において、第２駆動ユニット１０は、かさ歯車ステージ１２を介してトランスミッション１の遊星キャリア４に連結されており、かさ歯車ステージ１２は、かさ歯車１４およびベベルピニオンシャフト１３を備えている。遊星キャリア４とハウジング９との間に連結されたブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器に加えて、少なくとも１つのさらなるブレーキ２１ａ、２１ｂまたはロックデバイスもしくは連結器が図２において設けられており、これらは第２駆動ユニット１０の駆動シャフト、もしくは第２駆動ユニット１０が駆動するトランスミッションのシャフトに割り当てられている。これにより、操作の安全性は、特に冗長性の提供により増大され得る。

図３は、トランスミッションまたは駆動手段のさらなる改良を示しており、この形態において、第２駆動ユニット１０は、遊星キャリアを駆動するために、平歯車１７およびピニオンシャフト１６を備えた平歯車ステージ１５を介して、トランスミッションの遊星キャリア４に連結されている。少なくとも１つのさらなるブレーキ２１ａ、２１ｂまたはロックデバイスもしくは連結器が、遊星キャリア４とハウジング９との間に連結されたブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器に加えて、図３において設けられており、これらは第２駆動ユニット１０の駆動シャフトもしくは第２駆動ユニット１０が駆動するトランスミッションのシャフトに割り当てられている。これにより、操作の安全性は、特に冗長性の提供により増大され得る。

すでに説明したように、遊星キャリア４の回転速度は、第２駆動ユニット１０を介して可変的に調節可能であり、その結果、ある範囲において可変的に調節可能な出力側の回転速度は、換言すると第２駆動ユニット１０の回転速度または駆動動力への、第１駆動ユニット１８によりシャフト１に提供された回転速度もしくは駆動動力の、回転速度もしくは駆動動力の重ね合わせによって、機構１９の駆動のためにシャフト７において達成される。

本発明によるトランスミッションのさらなる変形は、図４に示されており、図４の例示的な実施形態は、図１の例示的な実施形態とは異なっており、第１駆動ユニット１８によってシャフト１に提供される駆動動力は、太陽ギアを介してではなくむしろ第１遊星ギアセット３の内側ギア２ａを介して、第１遊星ギアセット３の遊星ギア３ａ、３ｂを駆動する。残りのすべての詳細に関しては、図４の例示的な実施形態は、図１の例示的な実施形態に対応している。図示されていないが、図２および図３の例示的な実施形態と一致して、図４の例示的な実施形態においても、かさ歯車ステージ１２または平歯車ステージ１５の形式のトランスミッションステージは、第２駆動ユニット１０と遊星キャリア４との間に連結されることが可能である。この実施形態においては、以前の例示的な実施形態と比較して、シャフト１およびシャフト７の回転速度の、より高い変速比が形成されることを可能にしている。

本発明によるトランスミッションは、モジュール式トランスミッションとして実施される。示されたトランスミッションは、各々が２つの遊星ギアセット３、５を備えた差動ギアであり、可変的に調節可能な回転速度を伴って機構１９を駆動するために、トランスミッションは、２つの駆動ユニット１８、１０と機構１９との間に連結されている。一方の駆動ユニットは一定の回転速度を伴って駆動され、他方の駆動ユニットは優先的に可変的な回転速度を伴って駆動される。好適ではないが、両方の駆動ユニットを可変的に調節可能な回転速度を伴って実施することも可能である。示された例示的な実施形態においては、第１駆動ユニット１８は、太陽ギア２または内側ギア２ａのいずれかを介して、第１遊星ギアステージ３の遊星ギア３ａ、３ｂを駆動する。いずれの場合でも、第２駆動ユニット１０は、ハウジング９内に回転可能に搭載された遊星キャリア４を駆動する。出力は、機構１９に向かってトランスミッションの第２遊星ギアセット５を介して達成される。ブレーキ２０またはロックデバイスもしくは連結器を用いて、遊星キャリア４にかかるトルクは、トランスミッションハウジング９に支持されることが可能である。

１ ・・・シャフト
１ａ ・・・シャフトフランジ
２ ・・・太陽ギア
２ａ ・・・内側ギア
３ ・・・遊星ギアセット
３ａ ・・・遊星ギア
３ｂ ・・・遊星ギア
４ ・・・遊星キャリア
５ ・・・遊星ギアセット
５ａ ・・・遊星ギア
５ｂ ・・・遊星ギア
６ ・・・太陽ギア
７ ・・・シャフト
７ａ ・・・シャフトフランジ
８ａ ・・・軸受
８ｂ ・・・軸受
９ ・・・トランスミッションハウジング
１０ ・・・駆動ユニット
１１ａ ・・・遊星シャフト
１１ｂ ・・・遊星シャフト
１２ ・・・かさ歯車ステージ
１３ ・・・ベベルピニオンシャフト
１４ ・・・かさ歯車
１５ ・・・平歯車ステージ
１６ ・・・ピニオンシャフト
１７ ・・・平歯車
１８ ・・・駆動ユニット
１９ ・・・機構
２０ ・・・ブレーキ
２１ａ ・・・ブレーキ
２１ｂ ・・・ブレーキ

Claims (10)

1. 可変的に調節可能な回転速度を伴って機構を駆動するための、機構の駆動手段のためのトランスミッションであって、
   第１駆動ユニット（１８）が連結されることが可能な第１遊星ギアセット（３）を備え、
   前記機構（１９）が連結されることが可能な第２遊星ギアセット（５）を備え、
   前記第１遊星ギアセット（３）および前記第２遊星ギアセット（５）は、各々が遊星ギア（３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂ）を備え、該遊星ギアは、遊星キャリア（４）内に搭載された、少なくとも２つの共通の遊星シャフト（１１ａ、１１ｂ）に配置されており、
   前記遊星キャリア（４）は、トランスミッションハウジング（９）内に回転可能に搭載されて、第２駆動ユニット（１０）によって駆動可能であり、
   少なくとも１つのブレーキ（２０）またはロックデバイスもしくは連結器を介して、前記遊星キャリア（４）にかかるトルクは、前記トランスミッションハウジング（９）に直接支持されることが可能であり、したがって前記遊星キャリア（４）と前記トランスミッションハウジング（９）との間で切り替えられるトランスミッション。
2. 前記ブレーキ（２０）またはロックデバイスもしくは連結器のそれぞれを介して、前記遊星キャリア（４）にかかるトルクは、前記トランスミッションハウジング（９）に直接支持され得る、請求項１に記載のトランスミッション。
3. 前記遊星キャリア（４）は、前記ブレーキ（２０）またはロックデバイスもしくは連結器を介して耐トルクの形式で、前記トランスミッションハウジング（９）に連結されることが可能である、請求項１または２に記載のトランスミッション。
4. 前記ブレーキ（２０）は、前記駆動ユニットの故障の際に、前記トルクを支持することが達成されるように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のトランスミッション。
5. 前記ブレーキ（２０）は、自動的に切り替わる戻り防止デバイスまたは同期連結器として実施されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のトランスミッション。
6. 前記第２駆動ユニット（１０）は、前記遊星キャリア（４）に直接取り付けられた中空シャフトモータとして実施されており、前記ブレーキ（２０）またはロックデバイスもしくは連結器のそれぞれは、前記トランスミッションのシャフトに、したがって前記第２駆動ユニット（１０）に連結された前記遊星キャリア（４）に配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のトランスミッション。
7. 前記第２駆動ユニット（１０）は、かさ歯車ステージ（１２）または平歯車ステージ（１５）を介して前記遊星キャリア（４）に取り付けられており、前記第２駆動ユニット（１０）の駆動シャフトおよび／または前記トランスミッションのシャフトは、前記第２駆動ユニット（１０）連結され、さらなるブレーキ（２１ａ、２１ｂ）またはロックデバイスもしくは連結器が割り当てられ、前記さらなるブレーキまたはロックデバイスもしくは連結器を介して、トルクが支持されることが可能である、請求項１から５のいずれか一項に記載のトランスミッション。
8. 可変的に調節可能な回転速度を伴って駆動される機構の駆動手段であって、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のトランスミッションを備え、
   前記トランスミッションの第１遊星ギアセット（３）に連結された第１駆動ユニット（１８）を備え、
   前記トランスミッションの第２遊星ギアセット（５）に連結された機構（１９）を備え、
   前記トランスミッションの遊星キャリア（４）に連結された第２駆動ユニット（１０）を備え、前記第２駆動ユニットの回転速度は、前記第１駆動ユニット（１８）の回転速度によって決まる回転速度に重ね合わせられることが可能であり、
   前記第１駆動ユニット（１８）および／または前記第２駆動ユニット（１０）は、可変的に調節可能な回転速度を伴って駆動されることが可能である、駆動手段。
9. 請求項８に記載の駆動手段を操作する方法であって、
   前記駆動手段の駆動が、前記第１駆動ユニット（１８）を介して排他的に達成された場合、前記遊星キャリア（４）にかかるトルクは、前記ブレーキ（２０）またはロックデバイスもしくは連結器を介して前記トランスミッションハウジング（９）に支持される、方法。
10. 前記ブレーキ（２０）またはロックデバイスもしくは連結器を介して、前記遊星キャリア（４）にかかるトルクが、前記トランスミッションハウジング（９）に支持された場合、前記第２駆動ユニット（１０）はトルクなしに切り替えられる、請求項９に記載の方法。

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