JP2021518514A - 電気駆動装置 - Google Patents

Abstract

電気駆動装置１０は、モータ１２と、モータ１２からツールにトルクを伝達させるためのトランスミッション１４とを含んでいる。トランスミッション１４は、モータの回転式シャフト１８によって駆動される複数の遊星ローラ３２，３４，３６と、ツールに接続可能とされると共に遊星ローラによって駆動される出力リング５２とを含んでいる。トランスミッションは、モータのハウジング２０に固定されているローラケース２２であって、遊星ローラがローラケースに対して回転するように取り付けられている平行な遊星シャフト３８，４０，４２を支持しているローラケース２２と、ローラケースに係合する内輪５６と出力リングの内周に係合する外輪５８とを有する軸受５４とをさらに含んでいる。

Description

本発明は、電気駆動装置に関する。電気駆動装置は、例えば真空掃除機のような表面処理具のブラシバーを回転させるために利用される。電気駆動装置は、また、車両、自律装置、又は家電製品の構成部品を駆動させるために利用される。

掃除機ヘッドは、電気モータ又はタービンを備えている駆動装置によって駆動される表面撹拌器、例えば回転式ブラシバーを含んでいる。駆動装置は、掃除機ヘッド全体の大きさが低減されるように、ブラシバーの内部に収容されている。

一般に、ブラシバーのための電気駆動装置は、モータと、モータからブラシバーにトルクを伝達させるためのトランスミッションとを備えている。トランスミッションは、噛み合い歯を具備する一連の歯車を有している遊星歯車ボックスを備えている。

本発明は、回転式シャフトを有しているモータと、トランスミッションと、を備えている電気駆動装置において、
トランスミッションが、
回転式シャフトによって駆動される複数の遊星ローラであって、少なくとも１つの比較的大きい直径を有する遊星ローラと複数の比較的小さい直径を有する遊星ローラとから成る、複数の遊星ローラと、
遊星ローラによって駆動される出力リングであって、比較的小さい直径を有する遊星ローラのうち一の遊星ローラが、負荷が作用している状態で、回転式シャフトと出力リングとによって形成された収束している楔状間隙の内部に移動可能とされる、出力リングと、
モータのハウジングに固定されているローラケースであって、遊星ローラがローラケースに対して回転するように取り付けられている平行な遊星シャフトを支持しているローラケースと、
ローラケースに係合する内輪と、出力リングの内周に係合する外輪とを有している軸受と、
を備えていることを特徴とする電気駆動装置を提供する。

本発明は、モータの回転式シャフトとトランスミッションの出力リングとの間の環状空間に配置された遊星ローラを具備する咬合歯車を有している、従来技術に基づく遊星歯車変速機を置き換えるものである。遊星ローラは、回転式シャフトの回転に伴って回転式シャフトの外周と遊星ローラの外周との間で発生する摩擦力を介して、及び、遊星ローラの回転に伴って遊星ローラの外周と出力リングの内周との間で発生する摩擦力を介して、回転式シャフトから出力リングにトルクを伝達させる。好ましくは、潤滑剤すなわちトラクショングリースは、トルクが薄層の潤滑剤を通じて回転式シャフトから遊星ローラに及び遊星ローラから出力リングに伝達されるように、トラクションの内部に配置されている。

咬合歯が形成されていないことに起因して、トランスミッションの利用の際に発生する騒音が、従来技術に基づく遊星歯車変速機の利用の際に発生する騒音と比較して、著しく低い。咬合歯の代わりに遊星ローラを利用することによって、所定の空間範囲内において、より広範に亘る変速比を実現することができる。従って、より広範に亘るトランスミッションの出力トルク及び出力回転速度を実現することができる。

遊星ローラは、少なくとも１つの比較的大きい直径を有する遊星ローラと、複数の比較的小さい直径を有する遊星ローラとを備えている。従って、出力リングの回転軸線は、モータの回転式シャフトの回転軸線からオフセットされている。負荷の作用下において、比較的小さい直径を有する遊星ローラのうち一の遊星ローラは、回転式シャフト及び出力リングそれぞれに対する接線によって定義される収束している楔状間隙の内部に向かって、横方向に移動可能とされる。このような（移動可能な）遊星ローラは、好ましくは遊星ローラが実質的に負荷が作用していない状態で配置されている位置に対して、楔状間隙に向かって付勢される。付勢力は、好ましくはローラケースと移動可能な遊星ローラが取り付けられた遊星シャフトとの間に配置されている弾性要素によって作用される。

楔角は、十分な大きさの接触力を提供することとトランスミッションの許容可能な疲労寿命を提供することとのバランスをとって選定される。楔角は、トランスミッションに負荷が作用しない場合には、好ましくは１２°より小さく、好ましい実施例では３°〜６°とされる。負荷がトランスミッションに作用する場合に、移動可能な遊星ローラが、回転式シャフトと出力リングとの間で定義される楔状間隙の内部に向かって移動する。ローラケース及びモータハウジングに対する外輪のラジアル方向位置が、ローラケースと外側シャフトとの間に配置された軸受によって固定されている場合に、楔状間隙の内部に向かう移動可能な遊星ローラの移動は、モータハウジングに対する回転式シャフトの横方向移動によって吸収される。このことは、回転式シャフトを当該回転式シャフトの、トランスミッションから離隔している後端部のみで若しくは当該後端部に向かって支持することによって、又は、回転式シャフトの前端部に向かって比較的緩い、若しくは浮動の滑り軸受を提供することによって実現される。

横方向に移動可能な遊星シャフトを有する遊星ローラを具備する、このようなトランスミッションを利用することによって、トランスミッションの組み立てを容易にすることができる。出力リングを遊星ローラの周りに配置させるために、負荷が、出力リングが遊星ローラの周辺の位置に向かって移動されるように、他の遊星ローラに対する移動可能な遊星ローラの位置を調整するために作用される。

好ましくは、カバープレートは、遊星ローラをローラケースに対して回転するように支持するための軸受を収容している。好ましくは、ベースプレートは、電気駆動装置の空間範囲を低減させるために、モータのハウジングに固定されている。

上述のように、電気駆動装置は、ラジアル方向及びアキシアル方向の両方において出力リングをモータハウジングに対して支持している軸受を備えている。トランス密書の内部における移動可能な遊星ローラの移動を吸収するために、モータハウジングに対する出力リングの位置を固定し、その代わりに回転式シャフトがモータハウジングに対して移動することを許容することによって、出力リングに接続されているツールのアキシアル方向位置及びラジアル方向位置が同様に固定される。このことは、ツールの固定されたラジアル方向位置及びアキシアル方向位置を維持することが、例えば表面処理具のブラシバーのようなツールの性能に対して有益である点において、特に有用である。さらに、ツールの利用の際に当該ルールに対する横方向衝撃が、軸受を通じて、電気駆動装置の比較的損傷し易い構成部品、例えば遊星ローラやモータの回転式シャフトにではなく、モータハウジングに伝達される。

軸受は、ローラケースに係合する内輪と、出力リングの内周に係合する外輪とを有している。好ましくは、ローラケースの外周は、周方向面及び少なくとも１つのアキシアル方向面を有する環状のケース溝を備えており、軸受の内輪は、ケース溝の周方向面及びアキシアル方向面に係合している。出力リングの内周は、好ましくは、周方向面及び少なくとも１つのアキシアル方向面を有する環状の出力リング溝を備えており、軸受の外輪が、出力リング溝の周方向面及びアキシアル方向面に係合している。従って、軸受は、トランスミッションの内部を外部からの塵埃から隔離するための、且つ、トランスミッションからの潤滑剤の漏出を阻止するためのシールを提供する。

電気駆動装置のギア比は、好ましくは２：１〜１０：１の範囲とされる。一の実施例では、モータの回転式シャフトの最大回転速度は約２５，０００ｒｐｍとされ、出力リングの最大回転速度は３，０００ｒｐｍ〜３，５００ｒｐｍの範囲とされる。当該出力速度は、かーべっとの繊維を撹拌するために利用されるブラシバーを駆動するのに適切である。他の実施例では、モータの回転式シャフトの最大回転速度は約８，０００ｒｐｍとされ、出力リングの最大回転速度は８００ｒｐｍ〜１，２００ｒｐｍの範囲とされる。当該出力速度は、硬質な床面から塵埃を撹拌するのに適合したブラシバーを駆動するのに適切である。

本発明は、ケースと、ブラシバーと、ケースに対するブラシバーの回転を駆動するための上述の電気駆動装置とを備えている、真空掃除機のための掃除機ヘッドであって、ブラシバーが、トランスミッションの出力リングに接続されている、掃除機ヘッドを提供する。

また、電気駆動装置は、車両、自律装置、及び家電製品の構成部品を駆動するために利用される。

本発明の好ましい特徴について、例示的な添付図面を参照しつつ説明する。

電気駆動装置の斜視図である。 電気駆動装置の分解図である。 電気駆動装置の、断面を部分的に露呈する斜視図である。 電気駆動装置の側面断面図である。 スピンドルを取り外した状態における、電気駆動装置の正面図である。 電気駆動装置の正面図である。 利用時における電気駆動装置の一の遊星ローラの横方向移動を示す概略図である。

図１は、電気駆動装置１０を表わす。電気駆動装置１０は、モータ１２と、モータ１２に接続されていると共にモータ１２によって駆動されるトランスミッション１４とを備えている。トランスミッション１４は、モータ１２から、トランスミッション１４に接続されているスピンドル１６に、トルクを伝達させる。図２〜図６を参照すると、モータ１２は、モータ１２のハウジング２０から延在している回転式シャフト１８を有している。トランスミッション１４は、モータ１２のハウジング２０に接続されているケーシング２２を備えている。ケーシング２２は、ネジ２６によってハウジング２０に固定されているベースプレート２８と、ネジ３０によってベースプレート２４に接続されているカバープレート２８とを備えている。回転式シャフト１８は、回転式シャフト１８がケーシング２２から離隔配置されるように、ベースプレート２４を通じてケーシング２２の内部に突出している。

トランスミッション１４は、回転式シャフト１８によって駆動される遊星ローラ３２，３４，３６をさらに備えている。遊星ローラ３２，３４，３６は、遊星シャフト３８，４０，４２が回転式シャフト１８に対して平行に位置合わせされるように、カバープレート２８によって支持されている遊星シャフト３８，４０，４２に取り付けられている。遊星ローラ３２，３４，３６それぞれが、遊星ローラ３２，３４，３６がケーシング２２に対して自在に回転可能とされるように、一組の軸受４４，４６，４８の間に支持されている。回転式シャフト１８と遊星ローラ３２，３４，３６との間においてトルクを伝達させるために、並びに、トランスミッション１４の可動部分同士の間における摩擦及び摩耗を低減させるために、好ましくは、例えば油やグリースのような潤滑剤が設けられている。

遊星ローラ３２，３４，３６は、比較的大きい直径を有している第１のローラ３２と、比較的小さい直径を有している第２のローラ３４とを備えている。第１のローラ３２及び第２のローラ３４それぞれは、回転式シャフト１８の回転軸線Ｘに対して所定の位置に固定されている軸線を中心として回転する。遊星ローラ３２，３４，３６は、第２のローラ３４と同一の直径を有している第３のローラ３６をさらに備えている。第３のローラ３６は、回転式シャフト１８とトランスミッション１４の出力リング５２との間に形成されている環状空間５０の内部において、第１のローラ３２及び第２のローラ３４に対して横方向に移動可能とされる。第３のローラ３６は、モータ１２によって負荷がトランスミッション１４に作用していない場合に第３のローラ３６が位置する、図６においてＡで示される第１の位置に向かって付勢される。第３のローラ３６は、ケーシング２４と遊星シャフト４２との間に配置されている、好ましくはバネの形態とされる弾性要素５３によって、第１の位置Ａに向かって付勢される。負荷が作用している場合には、第３のローラ３６は、第１の位置Ａから、回転式シャフト１８及び出力リング５２に対する接線によって定義される収束している楔状間隙Ｇの内部に配置されている第２の位置Ｂに至るまで、横方向に移動する。当該実施例では、楔状間隙Ｇの角度γは、トランスミッション１４に負荷が作用していない場合に４．５°とされる。

出力リング５２は、遊星ローラ３２，３４，３６によって駆動される。トルクを遊星ローラ３２，３４，３６と出力リング５２との間で伝達させるために、好ましくは潤滑剤が設けられている。遊星ローラ３２，３４，３６の直径が異なるので、出力リング５２は回転式シャフト１８に対して偏心しており、出力リング５２の回転軸線Ｙは回転式シャフト１８の回転軸線Ｘに対して平行とされるが、回転式シャフト１８の回転軸線Ｘから離隔している。

出力リング５２は、軸受５４によって、ラジアル方向及びアキシアル方向の両方において支持されている。当該実施例では、軸受５４は、転がり軸受であって、ケーシング２２に対する所定の固定位置に保持されている内輪５６と、外輪５８と、内輪５６に対して外輪５８を回転させるための一連の転がり要素６０とを有している。潤滑剤は、軸受５４の可動部分同士の間における摩擦及び摩耗を低減させるために設けられている。内輪５６は、ケーシング２２の外周に形成されている環状溝６２に収容されている。環状溝６２は、ケーシング２２を中心として延在している周方向面と、環状溝６２のアキシアル方向端に設けられており、互いに対して反対側に位置しているアキシアル方向面とを有している。内輪５６は、環状溝６２の周方向面及びアキシアル方向面に係合している。外輪５８は、出力リング５２に係合し、出力リング５２と共に回転する。外輪５８は、出力リング５２の内周に形成されている環状溝６４に収容されている。環状溝６４は、好ましくはケーシング２２のベースプレート２４に近接している出力リング５２の端部に配置されている。環状溝６４は、出力リング５２の内周の周りに延在している周方向面と、出力リング５２の端部の遠位に位置している環状溝６４の端に配置された肩部とを有している。外輪５８は、環状溝６４の周方向面及び肩部に係合している。軸受５４が出力リング５２の端部に位置することによって、軸受５４は、塵埃及び他の破片がトランスミッション１４に侵入することを防止するための、且つ、潤滑剤がトランスミッション１４から漏出することを防止するためのシールを形成することができる。

スピンドル１６は、ネジ６６によって出力リング５２に接続されている。スピンドル１６は、出力リング５２の回転軸線Ｙを中心として回転する。スピンドル１６は、電気駆動装置１０によって駆動されるツール（図示しない）に接続可能とされる。一のこのようなツールは、例えば真空掃除機のような表面処理具の掃除機ヘッドのブラシバーとされる。

当該実施例では、モータ１２は、最大２５，０００ｒｐｍの速度で回転式シャフト１８を回転させるように配置されており、電気駆動装置１０のギア比は７．５：１とされる。回転式シャフト１８が回転するに従って、回転式シャフト１８は、第１の位置Ａから第２の位置Ｂに横方向に、すなわち回転式シャフト１８と第３のローラ３６が堅固に支えられている出力リング５２とのそれぞれに対する接線によって定義される楔状間隙Ｇに向かって移動する第３のローラ４６に対して、接線方向力を作用させる。回転式シャフト１８と遊星ローラ３２，３４，３６との接触点に作用する力は、遊星ローラ３２，３４，３６と出力リング５２との接触点に作用する力が大きくなるに従って大きくなるので、利用の際にスピンドル１６に接続されているツールの回転を維持するのに十分なトルクを出力リング５２に、ひいてはスピンドル１６に伝達させることができる。トランスミッション１４のこのようなギア比によって、出力リング５２ひいてはスピンドル１６の最大回転速度が、３，０００ｒｐｍ〜３，５００ｒｐｍの範囲となる。

モータ１２のハウジング２０に対する出力リング５２の位置が固定されている場合には、第３のローラ３６の横方向移動が、出力リング５２に対する回転式シャフト１８の（露呈した）前方端部の横方向移動に吸収される。このことは、ハウジング２０に対する回転式シャフト１８の前方セクションの比較的緩い支持のみによって、例えば回転式シャフト１８の前方セクションとハウジング２０との間における比較的緩い滑り軸受の利用によって実現される。これにより、回転式シャフト１８はハウジング２０に対して回動可能となる。

総括すると、電気駆動装置１０は、モータ１２と、モータ１２からツールにトルクを伝達させるためのトランスミッション１４とを含んでいる。トランスミッション１４は、モータ１２の回転式シャフト１８によって駆動される複数の遊星ローラ３２，３４，３６と、ツールに接続可能とされると共に遊星ローラ３２，３４，３６によって駆動される出力リング５２とを含んでいる。トランスミッション１４は、モータ１２のハウジング２０に固定されているローラケース２２であって、遊星ローラ３２，３４，３６がローラケース２２に対して回転するように取り付けられている平行な遊星シャフト３８，４０，４２を支持しているローラケース２２と、ローラケース２２に係合する内輪５６と出力リング５２の内周に係合する外輪５８とを有している軸受５４とさらに含んでいる。

１０ 電気駆動装置
１２ モータ
１４ トランスミッション
１６ スピンドル
１８ 回転式シャフト
２０ ハウジング
２２ ケーシング
２４ ベースプレート
２６ ネジ
２８ カバープレート
３０ ネジ
３２ 遊星ローラ（第１のローラ）
３４ 遊星ローラ（第２のローラ）
３６ 遊星ローラ（第３のローラ）
３８ 遊星シャフト
４０ 遊星シャフト
４２ 遊星シャフト
４４ 軸受
４６ 軸受
４８ 軸受
５０ 環状空間
５２ （トランスミッション１４の）出力リング
５４ 軸受
５６ 内輪
５８ 外輪
６０ 転がり要素
６２ 環状溝
６４ 環状溝
６６ ネジ
Ａ 第１の位置
Ｂ 第２の位置
Ｃ 第３の位置
Ｘ （回転式シャフト１８の）回転軸線

Claims (5)

1. 回転式シャフトを有しているモータと、トランスミッションと、を備えている電気駆動装置において、
   前記トランスミッションが、
   前記回転式シャフトによって駆動される複数の遊星ローラであって、少なくとも１つの比較的大きい直径を有する遊星ローラと複数の比較的小さい直径を有する遊星ローラとから成る、複数の前記遊星ローラと、
   前記遊星ローラによって駆動される出力リングであって、前記比較的小さい直径を有する遊星ローラのうち一の遊星ローラが、負荷が作用している状態で、前記回転式シャフトと前記出力リングとによって形成された収束している楔状間隙の内部に移動可能とされる、前記出力リングと、
   前記モータのハウジングに固定されているローラケースであって、前記遊星ローラが前記ローラケースに対して回転するように取り付けられている平行な遊星シャフトを支持している前記ローラケースと、
   前記ローラケースに係合する内輪と、前記出力リングの内周に係合する外輪とを有している軸受と、
   を備えていることを特徴とする電気駆動装置。
2. 前記比較的小さい直径を有する遊星ローラのうち一の遊星ローラが、前記楔状間隙に向かって付勢されることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動装置。
3. 前記ローラケースの外周が、周方向面及び少なくとも１つのアキシアル方向面を具備する環状のケース溝を備えており、
   前記軸受の前記内輪が、前記ケース溝の前記周方向面及び前記アキシアル方向面に係合することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気駆動装置。
4. 前記出力リングの内周が、周方向面及び少なくとも１つのアキシアル方向面を具備する環状の出力リング溝を備えており、
   前記軸受の外輪が、前記出力リング溝の前記周方向面及び前記アキシアル方向面に係合することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気駆動装置。
5. 真空掃除機のための掃除機ヘッドにおいて、
   前記掃除機ヘッドが、ケースと、ブラシバーと、前記ケースに対する前記ブラシバーの回転を駆動するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気駆動装置とを備えており、
   前記ブラシバーが、前記トランスミッションの前記出力リングに接続されていることを特徴とする掃除機ヘッド。

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