JPH04344145A - 可変速ギヤドモータ及びその系列 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるインバータ駆
動により回転速度が制御可能なインバータモータと、歯
車減速機とを組合わせた可変速ギヤドモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】歯車減速機と電動機（モータ）とを一体
としたいわゆるギヤドモータは、産業用及び一般用のあ
らゆる機械装置を最適回転速度及びトルクで駆動するた
めの動力伝達用基礎ユニットとして広く活用されている
。

【０００３】図４は従来周知のギヤドモータ１０の構造
を例示する展開断面図である。図において符号２０がモ
ータ、３０が歯車減速機をそれぞれ示している。このギ
ヤドモータ１０の出力トルクを大きくするのは、同じモ
ータ２０に対しては歯車減速機３０の減速比ｉ　を大き
くすることによって達成される。

【０００４】そのため、図４に示されるように、一般に
ギヤドモータにおいては、２段、あるいは３段の歯車列
を収容できるようになっている。

【０００５】又、これと共に、この２段、あるいは３段
の歯車列をよりコンパクトに収納するために、１段目の
ピニオン２１をモータ軸１１に直接歯切りしたり、ある
いは圧入したりする方法が採られている。

【０００６】更に、出力軸の軸受のメタルの改良によっ
て、よりコンパクト化する試みもなされている。

【０００７】２段型の歯車列の場合、例えば日本歯車工
業会の規格ＪＩＧＭＡ２１２−０１によれば、図６に示
されるように減速比６．３〜５０が得られ、３段型の歯
車列によれば、３１．５〜３１５が得られるとされてい
る。

【０００８】一方、８以下の減速比の歯車列は、同ＪＩ
ＧＭＡ２１１−０１の減速比に従って、１段型として稀
に製作されることがあった。

【０００９】ところで、１９８０年代より、電子技術の
進歩により、可変周波数のインバータ駆動の３相交流か
ご型モータによる可変速ドライブが実用化されている。 又、これと歯車減速機とを組合わせることにより、モー
タの出力を低速大トルクで速度可変とした可変速ギヤド
モータも実用化されている。

【００１０】インバータ駆動においては、商用電源周波
数（５０Ｈｚ　、又は６０Ｈｚ　）の１／Ｎ〜１／１の
周波数（例えば５０Ｈｚ　地域でＮ＝１０のときにおい
ては５Ｈｚ〜５０Ｈｚ　）で駆動することにより１：Ｎ
の変速領域を確保することができる。

【００１１】このような事情から、インバータ駆動のモ
ータにあっては、その可変減速比Ｎ以下の減速比の歯車
減速機を組合わせることは一般にはなく、現実にも減速
比１０の下には減速比５という商品が例外的に存在する
だけだった。

【００１２】これは主に次のような理由に依っていたた
めと考えられる。

【００１３】（１）インバータモータにおいては、ほぼ
１〜１０の任意の減速比が該インバータモータ単体で達
成でき、従ってこれ以上の減速比が要求される場合に真
にインバータモータと歯車減速機とを組合わせる意義が
生じる。

【００１４】（２）減速比８以下（特に６．３未満）の
歯車減速機は、従来ならば、もし作るとすれば１段型で
あることから、モータ軸と出力軸の距離が歯車の心間距
離と等しくなるため、可変速ギヤドモータの心高が高過
ぎる（あるいは低過ぎる）構造となり、全体としてコン
パクト化できない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような発想によって減速比の設定された可変速ギヤド
モータは、現在の所定のニーズに対しては必ずしも十分
対応したものとはなっていなかった。

【００１６】即ち、例えばポンプの駆動、又は高速コン
ベアの駆動等の用途においては、２００ｒｐｍ　〜９０
０ｒｐｍ　の比較的高速の回転領域が通常の制御回転領
域として使用されるが、この回転領域において、上記従
来公知の可変速ギヤドモータは、インバータモータの出
力を十分に活用し得る経済的なものとはなっていなかっ
たのである。

【００１７】この第１の理由としては、可変速ギヤドモ
ータの出力軸（カップリング）は出力トルクとラジアル
荷重とに基づいて設計されるため、出力トルクの大きな
「高減速」に合わせる必要があり、その結果非常に大径
となるため、必然的に大きなカップリング等を採用する
必要があり、従って「不経済」なものとなっていたこと
が掲げられる。

【００１８】第２の理由としては、次のような点が掲げ
られる。

【００１９】図７は、従来公知の可変速ギヤドモータの
出力軸回転速度と出力トルクとの関係を示す図である。 なお、出力トルクはモータ定格トルクを１００％とした
値で示している。図７において、■はインバータモータ
の出力トルク範囲、■は減速比ｉ　＝５との組合わせに
よる出力トルク範囲、■は減速比ｉ＝１０との組合わせ
による出力トルク範囲を、それぞれ減速機の効率を９０
％と仮定して示している。

【００２０】一方、図８は、従来公知の可変速ギヤドモ
ータの出力軸回転速度と許容入力容量との関係を示す図
である。許容入力容量は、モータの定格（ｋｗ）を１０
０％とした値で示している。図８において、■はインバ
ータモータ単体の許容入力容量、■、■は、それぞれ減
速比　ｉ＝５、ｉ　＝１０との組合わせによる許容入力
範囲を示している。

【００２１】図８に見るように、従来公知の可変速ギヤ
ドモータの許容入力容量は、比較的高速の回転領域（図
８においては３６０ｒｐｍ　以上の領域）においては、
モータの定格に対して非常に低く、当該インバータモー
タの能力を十分発揮できないため、用途によってはより
大きなインバータモータ（単体）とインバータとを必要
とし、「不経済」なものとなっていた。

【００２２】なお、このような事情に鑑み、この回転速
度領域においては、例えば特開昭６０−２６８４９にお
いて、潤滑油のトラクションと差動遊星機構とを組合わ
せた摩擦無段変速機のようないわゆる機械式変速機を用
いる別の駆動方法も開示されている。

【００２３】図７の■、図８の■にその出力トルクと許
容入力容量特性を示す。

【００２４】この機械式変速機を用いたものにおいては
、汎用のかご型モータと組合わせることにより、定馬力
特性と定トルク特性との中間的な特性を得ることができ
る。このため、低速回転領域において大トルクを発生す
ることができるため、可変速ギヤドモータよりも一面で
有利な特性を有するが、変速機の変速操作自体を機械的
に行う必要があるため、この操作を変速機から離れたと
ころから行うには、変速機のための制御装置を別途必要
とし、１個所において多数の変速機を集中的に制御する
必要があるポンプ、あるいは高速コンベアを用いたシス
テムにはあまり適したものではなかった。

【００２５】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
なされたものであって、可変ギヤドモータの活用におい
て、より軽量化、コンパクト化、及びより低コスト化を
図り、もって上記課題を解決せんとしたものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、具体的には、
インバータ駆動により回転速度が制御可能なインバータ
モータと、歯車減速機とを組合わせた可変速ギヤドモー
タにおいて、前記歯車減速機を２段型で構成し、且つ、
その減速比ｉ　を、前記インバータモータによって定ト
ルク特性が確保可能な最高減速比をＮとしたときに、ｉ
　≦Ｎが成立する範囲に抑えたことにより、上記課題を
解決したものである。

【００２７】なお、前記Ｎは、１０以下とするのが好ま
しい。

【００２８】又、本発明は、可変速ギヤドモータの系列
において、これを上述したような構成の可変速ギヤドモ
ータの一群によって形成し、更に、前記減速比ｉ　に関
し、その公比Ｒを、Ｒ＝１．２〜１．５に設定すること
により、上記課題を解決したものである。

【００２９】なお、前記減速比ｉ　は２、３、４、５、
６、８に設定されているのが望ましい。

【００３０】

【作用】本発明においては、歯車減速機の減速比ｉ　を
、従来では意味がないと考えられていた範囲、即ちイン
バータモータによって定トルク特性が確保可能な最高減
速比Ｎ（一般的に１０以上）よりも小さな範囲に敢えて
抑えて設定し、しかも、この小さな減速比の歯車減速機
を１段型ではなく２段型で構成した。

【００３１】その結果、ポンプ、あるいは高速コンベア
の通常の制御回転領域において、これに相応しい減速比
を容易に選択することができると共に、当該歯車減速機
が２段型で構成してあることから、モータ軸と出力軸と
を同心に近づけて全体のコンパクト化を図ることができ
るようになった。

【００３２】又、出力軸径を「高減速比」でないことか
ら必要以上に太くする必要がなくなり、その結果カップ
リング等を、小型化、軽量化、低コスト化することがで
きるようになった。

【００３３】又、本発明においては、このような可変速
ギヤドモータ（即ちその減速比ｉ　がインバータモータ
の最高減速比Ｎよりも小さな可変速ギヤドモータ）の一
群によって形成され、且つ、これらの減速比ｉ　の公比
Ｒが１．２〜１．５に設定された可変速ギヤドモータの
系列を提供したため、後述するように、どの出力軸回転
速度領域であっても、可変速ギヤドモータの許容入力容
量は、インバータモータの定格に対して６７％以上とな
るように選択できるようになり、非常に経済的な使用が
できるようになった。

【００３４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００３５】図１は、本発明に係る可変速ギヤドモータ
の実施例を示す断面図である。

【００３６】この可変速ギヤドモータ５０は、インバー
タ駆動によって回転速度が制御可能なインバータモータ
６０と、歯車減速機７０とを組合わせたものである。

【００３７】イバータモータ６０は周知の構成により、
減速比１〜１０（Ｎ＝１０）の間で定トルク特性が確保
されている。

【００３８】歯車減速機７０は、モータ軸６１に圧入さ
れた第１ピニオン７１、及びこの第１ピニオン７１と噛
合する第１ギヤ７２によって第１段の減速が為され、更
にこの第１ギヤ７２の軸に取付けられた第２ピニオン７
３、及びこの第２ピニオン７３と噛合する第２ギヤ７４
によって第２段の減速が為されるように構成されている
。モータ軸６１の回転はこの２段型の歯車列によって２
段階に減速され出力軸７５に至る。

【００３９】図２は、上記可変速ギヤドモータ５０の出
力軸７５の回転速度と出力トルクとの関係を減速比ｉ　
をパラメータとして示した線図である。

【００４０】図３は、上記可変速ギヤドモータ５０の出
力軸７５の回転速度と許容入力容量との関係を減速比ｉ
　をパラメータとして示した線図である。

【００４１】本発明においては、所定の歯車箱の中にで
きるだけ大きな減速比の減速機を収納することにより大
トルクを得るという従来の常識を抜本的に見直し、歯車
減速機７０に予め用意する減速比（系列）の最大減速比
を、インバータ駆動における変速領域である１：１０よ
りも小さな１：８に抑え、しかも、このような小さな減
速比でありながら歯車減速機７０の歯車列を敢えて２段
型とし、インバータモータ６０のモータ軸６１と可変速
ギヤドモータの出力軸７５とを同心に近づけて全体をコ
ンパクト化した。

【００４２】又、歯車減速機７０の減速比ｉ　として、
８以下に２、３、４、５、６を予め用意した。これらの
減速比ｉ　は、その系列の公比Ｒがそれぞれ２−３の間
が１．５０、３−４の間が１．３３、４−５の間が１．
２５、５−６の間が１．２０、そして６−８の間が１．
３３であり、いずれも１．２〜１．５の範囲に納まって
いる。

【００４３】又、可変速ギヤドモータ６０の出力軸７５
の径は、最大減速比ｉ＝８における出力トルクに相応し
い軸径とされ、カップリングの軽量、コンパクト化が図
られている。

【００４４】上記実施例による図２の特性と従来公知例
による前記図７の特性との比較、及び上記実施例による
図３の特性と従来公知例による前記図８の特性との比較
から、上記実施例の以下のような利点を挙げることがで
きる。

【００４５】即ち、従来は、インバータモータの場合、
これ自体によってその最大減速比Ｎまでの任意の減速比
を得ることができるため、当該インバータモータと低減
速比の歯車減速機を組合わせるという発想が基本的にな
く、インバータモータに歯車減速機を直結させる場合に
は、「大減速比」を得るという発想が一般的であった。 その結果、前述したように減速比１０の下には例外的に
減速比５のものがあるだけであり、従って、インバータ
モータによる最高出力回転速度が例えば１８００ｒｐｍ
　であった場合には、３６０ｒｐｍ　以上の領域に関し
ては、（歯車減速機の組合わされていない）単体のイン
バータモータを選択せざるを得なかった。

【００４６】ところが、図８から明らかなように３６０
ｒｐｍ　におけるインバータモータ単体の許容入力容量
は、当該インバータモータの定格に対して約２０％程度
にしかならず、この領域は当該インバータモータの能力
を十分に発揮できる領域とはなっていない。従って、用
途によってはより大型のインバータモータ（単体）を選
択せざるを得なかった。

【００４７】これに対し、本実施例においては、歯車減
速機７０の最大減速比がインバータモータによって定ト
ルク特性が確保可能な最高減速比Ｎ（この実施例ではＮ
＝１０）よりも小さな８に抑えられ、且つ、公比Ｒが１
．２〜１．５に収められたｉ＝２、３、４、５、６、８
の系列が用意されているため、インバータモータ６０の
同期回転速度の１／Ｎから１／２の回転領域において当
該インバータモータの定格に対して６７％以上の許容入
力容量を必ず確保できるように可変速ギヤドモータを選
択することができる。

【００４８】この結果、使用するインバータモータ６０
の能力を十分に活用することができるため、従来より１
ランク、あるいは２ランク小さなインバータモータであ
っても、従来と同様の使用目的を実現することができる
。

【００４９】又、この低減速比を、本実施例では、敢え
て２段型で実現したため、インバータモータ６０のモー
タ軸６１と可変速ギヤドモータ５０の出力軸７５とをよ
り同心に近くすることができるようになり、一層のコン
パクト化が図れるようになっているものである。

【００５０】なお、上記実施例においては、系列の公比
Ｒの最大値が１．５とされていたため、インバータモー
タ６０の出力トルクの６７％以上が確保でるようににな
っていたが、公比Ｒをより細かくとれば、この「６７％
以上」は更に大きく確保することができるのは明らかで
ある。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可変速ギヤドモータの活用において、より軽量化、小型
化、及び低コスト化が図れるようになるという優れた効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例に係る可変速ギヤドモ
ータの一部破断の概略正面図である。

【図２】図２は、上記可変速ギヤドモータの出力軸回転
速度と出力トルクとの関係を、減速比をパラメータとし
て示した線図である。

【図３】図３は、上記可変速ギヤドモータの出力軸回転
速度と許容入力容量との関係を、減速比をパラメータと
して示した線図である。

【図４】図４は、従来公知のギヤドモータの構造を例示
した展開断面図である。

【図５】図５は、日本歯車工業会の規格ＪＩＧＭＡ２１
１−０１に規定された１段型の減速比の系列を示したグ
ラフである。

【図６】図６は、同じくＪＩＧＭＡ２１２−０１に規定
された２段型及び３段型の減速比の系列を示したグラフ
である。

【図７】図７は、従来の可変速ギヤドモータの出力軸回
転速度と出力トルクとの関係を減速比をパラメータとし
て示した図２相当の線図である。

【図８】図８は、従来の可変速ギヤドモータの出力軸回
転速度と許容入力容量との関係を減速比をパラメータと
して示した図３相当の線図である。

【符号の説明】

５０…可変速ギヤドモータ、 ６０…インバータモータ、 ６１…モータ軸、 ７０…歯車減速機、 ７１…第１ピニオン、 ７２…第１ギヤ、 ７３…第２ピニオン、 ７４…第２ギヤ、 ７５…出力軸。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インバータ駆動により回転速度が制御可能
   なインバータモータと、歯車減速機とを組合わせた可変
   速ギヤドモータにおいて、前記歯車減速機を２段型で構
   成し、且つ、その減速比ｉ　を、前記インバータモータ
   によって定トルク特性が確保可能な最高減速比をＮとし
   たときに、ｉ　≦Ｎが成立する範囲に抑えたことを特徴
   とする可変速ギヤドモータ。
2. 【請求項２】請求項１において、前記Ｎを１０以下とし
   たことを特徴とする可変速ギヤドモータ。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の可変速ギヤドモー
   タの一群によって形成され、且つ、前記減速比ｉ　に関
   し、その公比Ｒが、Ｒ＝１．２〜１．５に設定されたこ
   とを特徴とする可変速ギヤドモータ系列。
4. 【請求項４】請求項３において、前記減速比ｉ　が２、
   ３、４、５、６、８に設定されている可変速ギヤドモー
   タ系列。