JP5155773B2 - 歯車伝動装置とそれを利用する太陽光発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車伝動装置と、その歯車伝動装置を利用する太陽光発電装置に関する。

特許文献１に、偏心揺動型の歯車伝動装置が開示されている。その歯車伝動装置は、内歯歯車と、内歯歯車に噛合っているとともに偏心回転する外歯歯車を備えている。外歯歯車は、キャリアに偏心回転可能に支持されている。キャリアは、内歯歯車の軸線と同軸で内歯歯車に回転可能に支持されている。キャリアには、その軸線に平行に、クランクシャフトが回転可能に支持されている。クランクシャフトには偏心体が固定されており、その偏心体が外歯歯車に係合している。モータがクランクシャフトを回転させると、外歯歯車が偏心回転する。内歯歯車の歯数と外歯歯車の歯数が相違するので、外歯歯車が偏心回転すると、外歯歯車とともにキャリアが内歯歯車に対して相対的に回転する。

特許文献１の歯車伝動装置はさらに、クランクシャフトの一端に固定されている第１歯車（特許文献１では「歯車２１」と称している）と、第１歯車に噛合っている中継歯車（特許文献１では「入力歯車１７」と称している）と、中継歯車に噛合っている第２歯車（特許文献１では「歯車１１ｂ」と称している）を備えている。第２歯車は、モータの出力軸に固定されている。モータのトルクは、第２歯車、中継歯車、及び第１歯車を介してクランクシャフトへ伝達される。

特開２００２−１０６６５０号公報

特許文献１の歯車伝動装置では、中継歯車の軸線方向の片側にモータが配置されており、反対側にクランクシャフトが配置されている。すなわち、中継歯車の軸線方向のそれぞれの側に、キャリアとモータがそれぞれ配置されている。そのため、歯車伝動装置とモータを含む装置の全長が長くなってしまう。
本明細書は、歯車伝動装置とモータを合わせた装置の全長を短くする技術を開示する。

本明細書が開示する歯車伝動装置は、クランクシャフトの一端に固定されている第１歯車と、内歯と外歯が形成されておりその内歯が第１歯車に噛合っているリング歯車と、リング歯車の外歯に噛合っている中継歯車と、モータの出力軸の一端に固定されており中継歯車に噛合っている第２歯車を備えている。そして、モータとクランクシャフトが、中継歯車に対して軸線方向の同じ側に位置していることを特徴とする。この歯車伝動装置は、モータがクランクシャフトから軸線方向にオフセットしておらず、モータがクランクシャフトと軸線方向でオーバーラップしている。そのため、この歯車伝動装置は、モータと歯車伝動装置を合わせた装置の全長を短くすることができる。

本明細書に開示する歯車伝動装置は、内歯歯車とその内歯歯車に噛合っている外歯歯車を備えており、内歯歯車と外歯歯車のいずれか一方が他方に対して偏心回転する。より詳細には、キャリアが、内歯歯車と外歯歯車の他方（偏心回転しない歯車）に同軸で回転可能に支持されている。そして、クランクシャフトが、キャリアに回転可能に支持されている。モータは、キャリアと軸線方向でオーバーラップしている。上記した第１歯車は、軸線方向に沿ってキャリアの外側で、クランクシャフトに固定されている。そのクランクシャフトが、内歯歯車と外歯歯車の一方を偏心回転させる。モータのトルクは、第２歯車、中継歯車、及び第１歯車を介してクランクシャフトに伝達される。クランクシャフトが回転すると、外歯歯車と内歯歯車の歯数差によってキャリアが回転する。このような歯車伝動装置は、偏心揺動型の歯車伝動装置と呼ばれる。
なお、歯車伝動装置が複数のクランクシャフトを有する場合、少なくとも１つのクランクシャフトに第１歯車が固定されていればよい。

上記したように、クランクシャフトが、内歯歯車あるいは外歯歯車を偏心回転させる。外歯歯車が偏心回転する場合、外歯歯車に対して相対回転する内歯歯車の軸線が、「歯車伝動装置の軸線」に相当する。内歯歯車が偏心回転する場合、外歯歯車の軸線が「歯車伝動装置の軸線」に相当する。いずれの場合も、キャリアの軸線は「歯車伝動装置の軸線」に一致する。

中継歯車を支持しているシャフトが、中継歯車に対して、モータとは反対側で片持ち支持されていることが好ましい。そのシャフトをモータとキャリアの間に配置する必要がない。従って、モータとキャリアの半径方向のオフセット距離を短くすることができる。モータと歯車伝動装置を合わせた装置の外径がコンパクトになる。

歯車伝動装置とモータを合わせた装置の全長が短いという特徴は、歯車伝動装置の軸線方向の両側に被駆動部材が取り付けられる場合に特に有効である。例えば、歯車伝動装置をその軸線方向の両側にパネルを取り付ける太陽光発電装置に適用する場合、一対のパネル間の距離が短ければ歯車伝動装置に加わる曲げモーメントを小さくすることができる。
本明細書が開示する技術は、歯車伝動装置の軸線方向の両端に一対のパネルが取り付けられている太陽光発電装置に具現化することも好適である。そのような太陽光発電装置は、一対のパネル間の距離を短くできるので、歯車伝動装置に加わる曲げモーメントを小さくすることができるとともに、太陽光発電装置のサイズを小型化することができる。

本明細書に開示する歯車伝動装置は、モータを接続したときに、歯車伝動装置とモータを合わせた装置の全長を短くすることができる。

実施例で説明する歯車伝動装置の特徴を列記する。
（特徴１）外歯歯車が、偏心回転するとともに内歯歯車に対して回転する。クランクシャフトには偏心体が固定されており、その偏心体が、外歯歯車に係合している。クランクシャフトが回転すると、偏心体が偏心回転し、外歯歯車が偏心回転する。
（特徴２）モータの軸線が、歯車伝動装置の軸線と平行である。

図１と図２に、歯車伝動装置１０を使用した太陽光発電装置１００を示す。図１は太陽光発電装置１００の側面図を示し、図２は太陽光発電装置１００の背面図を示す。図３に、図１のIII−III線に沿った断面図を示す。なお、図２では、パネル１０２の中間部分の図示を省略している。
まず、太陽光発電装置１００について説明する。太陽光発電装置１００は、支柱１１２と一対のパネル１０２を備えている。一対のパネル１０２は、支柱１１２の両側に配置されており、支持部材１０６によって、シャフト１１０に固定されている。一対のシャフト１１０は、歯車伝動装置１０の軸線１０８方向の両側で、歯車伝動装置１０の出力部材に取り付けられている。歯車伝動装置１０は、一対のパネル１０２を、軸線１０８の周りに回転させる。支柱１１２と歯車伝動装置１０の間に、旋回用歯車伝動装置１１が配置されている。歯車伝動装置１０は、連結部材１１１を介して、旋回用歯車伝動装置１１の出力部材に取り付けられている。旋回用歯車伝動装置１１は、歯車伝動装置１０と一対のパネル１０２を、軸線１１４の周りに回転させる。軸線１０８は、歯車伝動装置１０の軸線を表しており、軸線１１４は、旋回用歯車伝動装置１１の軸線を表している。軸線１０８と軸線１１４は交差している。本実施例の太陽光発電装置１００では、軸線１０８と軸線１１４は直交している。
一対のパネル１０２は、支柱１１２に対して、軸線１０８と軸線１１４の２軸の周りに回転する。そのため、この太陽光発電装置１００は、パネル１０２の表面１０４を、太陽の動きに合わせて、常に太陽の方向に向けることができる。パネル１０２の表面１０４には、多数の太陽電池（図示省略）が配置されている。

図２の符号１２は、歯車伝動装置１０を駆動するモータを示す。モータ１２は、歯車伝動装置１０から軸線１１４方向にオフセットした位置に配置されている。別言すると、モータ１２は、歯車伝動装置１０と軸線１０８方向でオーバーラップしている。すなわち、モータ１２は、歯車伝動装置１０から軸線１０８方向にオフセットした位置に配置されていない。仮に、モータ１２が歯車伝動装置１０から軸線１０８方向にオフセットした位置に配置されていると、一対のパネル１０２の間に、歯車伝動装置１０の長さにモータ１２の長さを加えた距離を確保する必要がある。一対のパネル１０２の間の距離が長くなると、パネル１０２の重量によって歯車伝動装置１０に大きな曲げモーメントが作用する。本実施例の太陽光発電装置１００は、一対のパネル１０２間の距離を短くすることができるので、歯車伝動装置１０に作用する曲げモーメントを小さくすることができる。また、太陽光発電装置１００は、一対のパネル間の距離を短くすることによって、そのサイズを小さくすることができる。

次に、歯車伝動装置１０について説明する。図３は、図１のIII−III線に沿った断面を示している。図３では、支柱１１２の図示を省略している。歯車伝動装置１０は、連結部材１１１を介して、旋回用歯車伝動装置１１の出力部材２１に取り付けられている。旋回用歯車伝動装置１１のケース２３は、支柱１１２に固定されている。なお、旋回用歯車伝動装置１１は、出力部材２１を回転させることができるものであれば、どのようなタイプの歯車伝動装置を用いてもよい。本実施例では、旋回用歯車伝動装置１１の基本的な構造は、歯車伝動装置１０と同じである。そのため、旋回用歯車伝動装置１１の詳細な説明は省略する。
歯車伝動装置１０は、外歯歯車１８と内歯歯車２を備えている。外歯歯車１８は、内歯歯車２と噛合っており、後述するクランクシャフト１４の回転に伴って偏心回転する。なお、内歯歯車２は、歯車伝動装置１０のケースの内周面の一部に形成されている。
外歯歯車１８の歯数と内歯歯車２の歯数は異なっている。そのため、外歯歯車１８が偏心回転すると、外歯歯車１８と内歯歯車２の歯数差に応じて、外歯歯車１８が内歯歯車２に対して回転する。外歯歯車１８は、キャリア６に偏心回転可能に支持されている。また、キャリア６は、一対のアンギュラ玉軸受８によって、内歯歯車２に回転可能に支持されている。外歯歯車１８が偏心回転すると、キャリア６が内歯歯車２に対して回転する。
キャリア６の両端に一対のシャフト１１０が固定されている。クランクシャフト１４が回転すると、キャリア６とともにシャフト１１０が回転する。前述したように、それぞれのシャフト１１０にパネル１０２が固定されている。キャリア６を、歯車伝動装置１０の出力部材と表現することもできる。

クランクシャフト１４が、一対の円錐ころ軸受１３によって、キャリア６に支持されている。クランクシャフト１４には、偏心体１６が固定されている。偏心体１６は外歯歯車１８に係合している。そのため、クランクシャフト１４が回転すると、偏心体１６が偏心回転し、外歯歯車１８が偏心回転する。クランクシャフト１４の一端に、入力歯車（第１歯車）２６が固定されている。なお、歯車伝動装置１０は、３本のクランクシャフト１４を有している。３本のクランクシャフト１４の関係については後述する。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図を示している。図４に示すように、入力歯車２６は、リング歯車３０の内歯に噛合っている。リング歯車３０の外歯に、中継歯車３６が噛合っている。中継歯車３６に、モータ１２の出力軸４２（図３を参照）に固定されているモータ歯車（第２歯車）４０が噛合っている。別言すると、中継歯車３６が、リング歯車３０とモータ歯車４０の間に配置されており、リング歯車３０の外歯とモータ歯車４０に噛合っている。なお、入力歯車２６とリング歯車３０と中継歯車３６とモータ歯車４０は夫々平歯車であり、図４では、歯の一部の図示を省略している。

図３に示すように、モータ１２とキャリア６は、中継歯車３６に対して、軸線１０８方向の片側に配置されている。別言すると、モータ１２とクランクシャフト１４が、中継歯車３６に対して、軸線１０８方向の同じ側に位置している。また、モータ１２の出力軸４２とクランクシャフト１４が、中継歯車３６に対して、軸線１０８方向の片側で延びていると表現することもできる。そのため、歯車伝動装置１０の径方向（軸線１０８に直交する方向）の外側に、モータ１２が位置する。モータ歯車４０の軸線４０Ｃは、歯車伝動装置１０の軸線１０８と平行である。すなわち、モータ１２は、歯車伝動装置１０の軸線１０８に平行に配置されている。なお、中継歯車３６の軸線３６Ｃも、歯車伝動装置の軸線１０８と平行である。

中継歯車３６をリング歯車３０とモータ歯車４０の間に配置することにより、リング歯車３０又はモータ歯車４０の外径が増大することを抑制することができる。リング歯車３０又はモータ歯車４０の外径が増大すると、歯車伝動装置１０の径方向（軸線１０８に直交する方向）において、連結部材１１１のサイズが増大する。特に、リング歯車３０の外径を増大させると、歯車伝動装置１０と旋回用歯車伝動装置１１の距離を増大させる必要がある。この場合、旋回用歯車伝動装置１１に大きなモーメント荷重が作用する。
なお、リング歯車３０とモータ１２の出力軸４２の距離を短くすれば、中継歯車を省略することができる。しかしながら、その場合、モータ１２とクランクシャフト１４を、リング歯車３０に対して、軸線１０８方向の同じ側に配置することができない。すなわち、モータ１２を、歯車伝動装置１０から軸線１０８方向にオフセットした位置に配置する必要がある。一対のパネル１０２（図２を参照）の間に、歯車伝動装置１０の長さにモータ１２の長さを加えた距離を確保する必要がある。

キャリア６が中継歯車３６に対して軸線１０８方向の一方の側に位置し、モータ１２が中継歯車３６に対して軸線１０８方向の他方の側に位置すると、モータ１２を歯車伝動装置１０取り付けたモータ付歯車伝動装置の軸線１０８方向の全長が長くなる。歯車伝動装置１０の径方向の外側にモータ１２を配置することによって、モータ付歯車伝動装置の軸線１０８方向の全長を短くすることができる。

歯車伝動装置１０の他の特徴を説明する。
中継歯車３６は、深溝玉軸受３４を介してシャフト３２の一端に支持されている。シャフト３２はシャフト台３５に圧入されており、シャフト台３５はモータ１２の反対側で連結部材１１１に固定されている。すなわち、中継歯車３６は、片持ち支持されている。歯車伝動装置１０は、シャフト３２やシャフト３２を支持する軸受を配置するためのスペースを、モータ１２とキャリア６の間に確保する必要がない。モータ付歯車伝送装置の軸線１０８に直交する方向のサイズをコンパクトにすることができる。なお、シャフト台３５は、連結部材１１１に着脱可能である。中継歯車３６をモータ１２の反対側からモータ歯車４０とリング歯車３０に噛合わせることができるので、組立作業が容易になる。

図３に示すように、リング歯車３０は、キャリア６と連結部材１１１の間に配置されており、キャリア６と連結部材１１１の双方に接している。そのため、歯車伝動装置１０は、軸受を用いることなく、リング歯車３０が軸線１０８に沿って移動することを防止することができる。
また、図４に示すように、歯車伝動装置１０は３本のクランクシャフト１４を備えており、夫々のクランクシャフト１４に入力歯車２６が固定されている。そして、入力歯車２６の全てが、リング歯車３０に噛合っている。歯車伝動装置１０は、３つの入力歯車２６によって、軸受を要することなく、リング歯車３０が径方向に移動することを防止することができる。歯車伝動装置１０は、軸受を用いることなく、リング歯車３０を所定位置に回転可能に支持することができる。

内歯歯車２とキャリア６の間にオイルシール４が配置されており、シャフト１１０と連結部材１１１の間にオイルシール２８が配置されている。オイルシール４、２８は、歯車伝動装置１０内のオイルが外部に漏れることを防止している。

上記実施例では、歯車伝動装置１０とモータ１２を、それらの軸線（軸線１０８と軸線４０Ｃ）が平行になるように配置している。歯車伝動装置１０とモータ１２を、歯車伝動装置１０の軸線とモータ１２の軸線が交差するように配置してもよい。その場合でも、モータ１２とキャリア６（あるいはクランクシャフト１４）が中継歯車３６に対して軸線１０８の片側に位置されていればよい。そのような構成を実現するためには、例えば、シャフト３２とモータ１２の出力軸４２の夫々に傘歯歯車を固定し、双方の傘歯歯車同士を噛合せればよい。

上記実施例では、図４に示すように、リング歯車３０の中心１０８と、中継歯車３６の中心３６Ｃと、モータ歯車４０の中心４０Ｃが同一直線５０上に並んでいる。しかしながら、歯車３０、３６及び４０の位置関係は適宜選択できる。モータ歯車４０とリング歯車３０の位置を決定した後、双方の歯車４０、３０に噛合うように、中継歯車３６を配置すればよい。

上記実施例では、クランクシャフト１４の回転によって外歯歯車１８が偏心回転する歯車伝動装置１０について説明した。本明細書に開示する技術は、クランクシャフトの回転によって内歯歯車が偏心回転する歯車伝動装置に適用することもできる。その場合、内歯歯車の中心が歯車伝動装置の軸線から径方向にオフセットしており、外歯歯車の中心が歯車伝動装置の軸線に一致する。また、クランクシャフトに、クランクシャフトと同軸に回転する平歯車を固定する。そして、リング歯車の内歯をクランクシャフトに固定している平歯車に噛合わせる。クランクシャフトが回転すると、内歯歯車が偏心回転し、外歯歯車が歯車伝動装置の軸線と同軸に回転する。

上記実施例では、歯車伝動装置１０を、太陽光発電装置１００のパネル１０２を回転する駆動装置として使用する例を説明した。歯車伝動装置１０を使用して、他の部品を回転させることもできる。
また、上記実施例では、パネル１０２の表面１０４に複数の太陽電池を備え、パネル１０２が、その表面１０４が太陽に面するように回転する太陽光発電装置１００について説明した。歯車伝動装置１０は、他のタイプの太陽光発電装置にも好適に使用することができる。他のタイプの太陽光発電装置の一例として、パネルの表面に反射鏡を取り付け、その反射鏡で太陽光を一箇所に集めて発電するタイプの発電装置が挙げられる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

太陽光発電装置の側面図を示す。 太陽光発電装置の背面図を示す。 図１のIII−III線に沿った断面図を示す。 図３のIV−IV線に沿った断面図を示す。

符号の説明

２：内歯歯車
６：キャリア
１０：歯車伝動装置
１４：クランクシャフト
１８：外歯歯車
２６：第１歯車（入力歯車）
３０：リング歯車
３６：中継歯車
４０：第２歯車（モータ歯車）
１００：太陽光発電装置
１０２：パネル

Claims (4)

1. 内歯歯車とその内歯歯車に噛合っている外歯歯車のいずれか一方が他方に対して偏心回転する偏心揺動型の歯車伝動装置であって、
   歯車伝動装置の軸線に沿って配置されており、内歯歯車と外歯歯車の前記一方を偏心回転させるクランクシャフトと、
   クランクシャフトの一端に固定されている第１歯車と、
   内歯と外歯が形成されているとともに、その内歯が第１歯車に噛合っているリング歯車と、
   リング歯車の外歯に噛み合っている中継歯車と、
   モータの出力軸の一端に固定されており、中継歯車に噛み合っている第２歯車と、
   を備えており、
   前記モータとクランクシャフトが、中継歯車に対して軸線方向の同じ側に位置していることを特徴とする歯車伝動装置。
2. 中継歯車を支持しているシャフトが、中継歯車に対して、前記モータとは反対側で片持ち支持されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車伝動装置。
3. 内歯歯車と外歯歯車の他方に同軸に支持されているとともに、クランクシャフトを支持しているキャリアを備えており、
   第１歯車は、軸線方向に沿ってキャリアの外側に位置しており、
   キャリアとモータが、中継歯車に対して軸線方向の同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車伝動装置。
4. 請求項１から３のいずれかの歯車伝動装置と、
   その歯車伝動装置の軸線方向の両端に取り付けられている一対のパネルを備えていることを特徴とする太陽光発電装置。

Images