WO2013051331A1 - アクチュエータ駆動用手動発電装置及びアクチュエータ駆動装置 - Google Patents

アクチュエータ駆動用手動発電装置及びアクチュエータ駆動装置 Download PDF

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長岡　浩
佳宜 石橋
和幸 長瀬
青木　哲郎
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パラマウントベッド株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1861—Rotary generators driven by animals or vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an actuator driving manual generator and an actuator driving device.
  • Patent Document 1 discloses a reciprocating gear meshing with a hand-held case, a generator, a speed increasing gear train composed of spur gears, and a clutch gear constituting the speed increasing gear train.
  • a manual power generator in which a rack gear for dynamic operation is housed and a current generated by a manual reciprocating operation is taken out through an output cord.
  • This manual power generator can be used as a flashlight or the like without a storage battery, and can be used for charging a power storage battery of a portable electrical product.
  • Patent Document 2 stores a speed increasing gear train composed of a generator and a spur gear in a hand-held case, and provides a storage unit and a supply terminal unit for a rechargeable secondary battery,
  • a manual power generator is described in which a crank handle is provided on the input side of the speed increasing gear train, and a power supply cable connector is connected to a supply terminal portion to supply power.
  • This manual power generator supplies power to a portable device in an emergency or the like.
  • Patent Document 3 stores a generator, a speed increasing gear train composed of spur gears, and an electric double layer capacitor in a hand-held case, as in Patent Documents 1 and 2 above.
  • a manual power generator having a structure in which a crank handle is provided on the input side of the speed increasing gear train is described. This manual power generator stores the power manually generated by the crank handle in a capacitor, and via an output terminal provided at the end of the lead wire, the power source of an electric device such as a radio, a flashlight, a radio, or a mobile phone It can be used as
  • the speed increasing mechanism which is an essential element, is mostly composed of a spur gear train, so that the size and weight are large.
  • the belt transmission mechanism is used as the speed increasing mechanism, the size and weight are further increased.
  • the size and weight are further increased.
  • the electric actuator used for the electric bed and other various devices constitutes a rotation / linear motion conversion mechanism using a male / female screw or the like from the electric motor through a speed reduction mechanism.
  • a speed reduction mechanism a worm gear mechanism is used. In such a case, the necessary reduction ratio can be realized in a single step, which greatly contributes to the reduction in size and weight.
  • the worm gear mechanism can be reversely driven by making the worm torsion angle larger than the friction angle
  • the worm gear mechanism is generally used only for the speed reduction mechanism, and the reverse drive is For example, it is used only for a music box speed-control mechanism.
  • the problem to be solved by the present invention is that the application of the conventional manual power generation device is limited to power supply to portable electric products and the like. Therefore, the present invention broadens the application. Is one of the purposes.
  • the problem to be solved by the present invention is that the conventional manual power generator has a large size and weight due to the speed increasing mechanism. Therefore, the present invention aims to reduce the size and weight of the speed increasing mechanism. Is one of the purposes.
  • a reversible DC motor and a speed increasing mechanism connected to the rotating shaft are stored in the body, and the speed increasing mechanism is provided outside the body.
  • a crank handle connected to the input shaft and a power supply cable connected to the power supply side of the DC motor are provided, and a connector that can be connected to the power supply side connector of the DC motor constituting the actuator is provided at the tip side of the power supply cable.
  • a manual power generator for driving an actuator is proposed.
  • the speed increasing mechanism proposes an actuator-driven manual power generator in which the crank handle side is a worm wheel and the DC motor side is a worm.
  • a manual power generator for driving an actuator is proposed.
  • the present invention proposes an actuator driving device composed of an actuator provided with a rotation-linear motion conversion mechanism from a DC motor via a speed reduction mechanism, and the above-described manual driving device for driving the actuator.
  • an actuator driving device in which the direct current motor and the speed reduction mechanism of the actuator and the direct current motor and the speed increase mechanism of the manual generator are the same in this configuration.
  • the power cable connector is connected to the power source side connector of the DC motor constituting the actuator, and then the instrument is held and the crank handle is driven to rotate.
  • the rotation of the crank handle is increased by a speed increasing mechanism to rotate the rotor of the DC generator to generate an electromotive force, and the generated DC power is supplied to the DC motor constituting the actuator via the feeding cable. Operate the actuator.
  • an actuator when used for a mechanism for displacement such as a lifting mechanism for a bed floor, the operation is only required to obtain a predetermined displacement, and a constant controlled operation such as a constant speed operation. Is not necessarily required, and the actuator can be operated satisfactorily using the manual power generator of the present invention.
  • the speed increasing mechanism constituting the manual power generator can be greatly reduced in size and weight by being constituted by a worm gear mechanism in which the crank handle side is a worm wheel and the DC motor side is a worm.
  • the worm can be configured as two or more threads, that is, a plurality of threads, and the effect of friction can be reduced by increasing the torsion angle.
  • the number of revolutions required as a power generator is at least 1500 rpm (25 Hz), for example, and the input revolutions possible with a manual device is considered to be close to the limit value of 120 rpm (2 Hz).
  • the speed increase ratio should be 12.5 or more.
  • a manual power generator that satisfies the above-described requirements in size and structure that can be easily operated by increasing the speed ratio and transmission efficiency by using two or more threads as the worm. Can be realized.
  • the direct current motor and the speed reduction mechanism of the actuator and the direct current motor and the speed increase mechanism of the manual power generator can be configured in the same manner, and thus the cost can be significantly reduced.
  • FIG. 1 is an explanatory view conceptually showing the configuration and operation of a manual power generator according to the present invention.
  • FIG. 2 is an external view of the main body of the manual power generator according to the present invention.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the manual power generator according to the present invention.
  • FIG. 4 is a front view showing a configuration of a DC motor and a speed increasing mechanism which are components of the manual power generator according to the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing a configuration of a DC motor and a speed increasing mechanism which are components of the manual power generator according to the present invention.
  • FIG. 6 is a left side view showing the configuration of the DC motor and the speed increasing mechanism, which are components of the manual power generator according to the present invention.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of use of the present invention.
  • reference numeral 1 generally indicates a manual power generator according to the present invention.
  • the manual power generator 1 includes a DC motor 2 capable of reversible operation and a speed increasing mechanism connected to the rotary shaft 3. 4 is stored in the container 5.
  • a crank handle 7 connected to the input shaft 6 of the speed increasing mechanism 4 and a power supply cable 8 connected to the power source side of the DC motor 2 are provided outside the body 5.
  • a power supply connector 12 that can be connected to the power supply side connector 11 of the DC motor 10 constituting the actuator 9 is provided.
  • Reference numeral 13 denotes a power receiving cable
  • 14 denotes a speed reduction mechanism that is a component of the actuator 9.
  • the container body 5 is configured to support each element in a retracted state by connecting a pair of shell bodies divided in the longitudinal direction with screws (not shown).
  • the speed increasing mechanism 4 uses the crank handle 7 side as a worm wheel 15 and projects the input shaft 6 against the worm wheel 15.
  • the dc motor 2 side is configured as a worm 16 that meshes with the worm wheel 15. Since the worm 16 is configured as a double thread and its torsion angle is larger than the friction angle, the worm gear mechanism can be reversibly operated. In such a worm gear mechanism, for example, a large speed increase ratio (reduction ratio) of 1/32 can be easily obtained.
  • a member denoted by reference numeral 17 indicated by a two-dot chain line in the figure indicates a support member for the input shaft 6, the worm wheel 15 and the worm 16.
  • the manual power generator 1 includes a body after connecting the power supply connector 12 of the power supply cable 8 to the power supply side connector 11 of the DC motor 10 constituting the actuator 9, as shown in FIG. 5 and the crank handle 7 is driven to rotate.
  • the rotation of the crank handle 7 is accelerated by the speed increasing mechanism 4 to rotate the rotor of the DC generator 2 to generate an electromotive force, and the generated DC power constitutes an actuator 9 through the power supply cable 8.
  • the actuator 9 is operated by being supplied to the DC motor 10.
  • FIG. 7 shows an example in which the actuator 9 is used for the raising / lowering mechanism of the floor portion 19 of the bed 18, and the operation in this case is only required to obtain a predetermined displacement, and is constant such as constant speed operation. Since the controlled operation is not necessarily required, the actuator 9 can be operated satisfactorily using the manual power generator 1 of the present invention, and a predetermined lifting operation can be performed.
  • Manual input 10 to 50 [N]
  • Manual input shaft speed 30 to 120 [rpm]
  • Reduction ratio speed increase ratio
  • Number of rotations of rotating shaft 465 to 1860 [rpm]
  • Power generation 10-30 [VA]
  • the speed increasing mechanism 4 constituting the manual power generator 1 is constituted by a worm gear mechanism in which the crank handle 7 side is a worm wheel 15 and the DC motor 2 side is a double threaded worm 16.
  • the size and weight can be greatly reduced. For this reason, it is possible to realize the manual power generator 1 that can store the components in the container 5 that can be held by hand and satisfy the above-described specifications. it can.
  • the manual power generator 1 has the same configuration as the DC motor 10 and the speed reduction mechanism 14 of the actuator 9 that drives the DC motor 2 and the speed increasing mechanism 4 constituting the manual power generator 1 according to the present invention. In this way, the cost can be significantly reduced.
  • the present invention has a special feature that the DC motor of the actuator used for various applications can be operated by a small and light manual power generator.
  • the manual power generator according to the present invention is highly usable, such as being used as a device for driving an actuator during normal times, or when the actuator becomes inoperable due to power failure or the like. It is.

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Abstract

【課題】用途が限られていた手動発電装置の用途を拡大すると共に、小型、軽量化を図る。 【解決手段】本発明の手動発電装置では、可逆動作可能な直流電動機２と、その回転軸３に接続された増速機構４とを器体５に格納すると共に、器体５の外側には、増速機構４の入力軸６に接続されたクランクハンドルと、直流電動機２の電源側に接続された給電ケーブル８とを設け、この給電ケーブル８の先端側には、アクチュエータを構成する直流電動機の電源側コネクタに接続可能なコネクタを設けている。増速機構４は、クランクハンドル７側をウォームホイール１５とし、直流電動機２側を複数条のねじのウォーム１６としたウォームギヤ機構で構成することにより、大きさと重量を大幅に低減している。

Description

アクチュエータ駆動用手動発電装置及びアクチュエータ駆動装置
　本発明は、アクチュエータ駆動用手動発電装置及びアクチュエータ駆動装置に関する。
　手動式発電装置は、従来から数多く提案されている。その一例を説明すると、まず特許文献１には、手持ち可能なケースに、発電機と、平歯車で構成された増速歯車列と、この増速歯車列を構成するクラッチギヤに歯合する往復動操作用ラックギヤを格納し、手動での往復動操作により発電した電流を出力コードを介して取り出すようにした手動発電装置が記載されている。この手動発電装置は、蓄電池無しで懐中電灯等として使用する他、携帯用電気製品の電源蓄電池の充電等に使用できる、というものである。
　次に、特許文献２には、手持ち可能なケースに、発電機と、平歯車で構成された増速歯車列を格納し、充電可能な二次電池の格納部と供給端子部を設けると共に、増速歯車列の入力側にクランクハンドルを設け、供給端子部に、給電ケーブルのコネクタを接続して給電する構成とした手動発電装置が記載されている。この手動発電装置は、緊急時等に携帯機器に電力供給を行う、というものである。
　次に、特許文献３には、先の特許文献１，２と同様に、手持ち可能なケースに、発電機と、平歯車で構成された増速歯車列と、電気二重層キャパシタを格納すると共に、増速歯車列の入力側にクランクハンドルを設けた構成の手動発電装置が記載されている。この手動発電装置は、クランクハンドルにより手動で発電した電力をキャパシタに蓄電し、リード線の端部に設けた出力端子を介して、ラジオ、懐中電器、無線機、携帯電話等の電気機器の電源として使用できるというものである。
　このように、従来の手動発電装置では、必須の要素である増速機構を、殆ど、平歯車の歯車列で構成しているため、大きさと重量が大となってしまっていた。この他、増速機構にベルト伝動機構を用いるものでは、更に大きさと重量が大となってしまう。
　特に、二次電池やキャパシタ等の蓄電素子を格納するようにした手動発電装置では、大きさや重量が更に大きくなってしまう。
　一方、電動ベッドやその他の各種機器に使用する電動アクチュエータは、電動機から減速機構を介して雌雄ねじ等による回転－直動変換機構を構成しているが、この減速機構として、ウォームギヤ機構を用いているものがあり、このようなものでは、必要な減速比を一段で実現することができるため、大きさと重量の低減に大きく寄与している。
　しかしながらウォームギヤ機構は、ウォームのねじり角を摩擦角よりも大きくすることにより逆駆動可能であることは知られているものの、従来、一般には、減速機構にのみ用いられることが多く、逆駆動は、例えばオルゴールの調速機構等に限定的に利用されている程度である。
実用新案登録第３０５３１３９号公報 特開平１１－２８８７４２号公報 実用新案登録第３１０３７８９号公報
　本発明が解決しようとする課題は、まず、従来の手動発電装置の用途が、携帯用電気製品等への給電に限られているということであり、従って、本発明では、その用途を広げることを目的の一つとしている。
　また本発明が解決しようとする課題は、従来の手動発電装置が、増速機構によって大きさと重量が大きいということであり、従って本発明では、この増速機構の小型化、軽量化を図ることを目的の一つとしている。
　上述した課題を解決するために本発明では、可逆動作可能な直流電動機と、その回転軸に接続された増速機構とを器体に格納すると共に、器体の外側には、増速機構の入力軸に接続されたクランクハンドルと、直流電動機の電源側に接続された給電ケーブルとを設け、この給電ケーブルの先端側には、アクチュエータを構成する直流電動機の電源側コネクタに接続可能なコネクタを設けたアクチュエータ駆動用手動発電装置を提案する。
　また本発明では、上記の構成において、増速機構は、クランクハンドル側をウォームホイールとし、直流電動機側をウォームとして構成したアクチュエータ駆動用手動発電装置を提案するもので、そして、このウォームを複数条のねじとして構成したアクチュエータ駆動用手動発電装置を提案する。
　また本発明では、直流電動機から減速機構を介して回転－直動変換機構を設けたアクチュエータと、上述したアクチュエータ駆動用手動発電装置とから構成されるアクチュエータ駆動装置を提案する。
　そして本発明では、この構成において、アクチュエータの直流電動機及び減速機構と、手動発電装置の直流電動機及び増速機構を同じ構成としたアクチュエータ駆動装置を提案する。
　本発明に係る手動発電装置は、給電ケーブルのコネクタをアクチュエータを構成する直流電動機の電源側コネクタに接続した後、器体を持ち、クランクハンドルを回転駆動する。
　クランクハンドルの回転は増速機構により増速されて直流発電機の回転子を回転させて起電力が生じ、こうして発生した直流電力は、給電ケーブルを介してアクチュエータを構成する直流電動機に供給されて、アクチュエータを動作させる。
　例えばアクチュエータをベッドの床部の昇降機構等の変位のための機構に利用している場合には、その動作は、所定の変位を得られれば良く、定速動作等の一定に制御された動作は必ずしも必要としないため、本発明の手動発電装置を用いてアクチュエータを良好に動作させることができる。
　本発明において、手動発電装置を構成する増速機構は、クランクハンドル側をウォームホイールとし、直流電動機側をウォームとしたウォームギヤ機構で構成することにより、大きさと重量を大幅に低減することができる。
　この際、ウォームは二条又はそれ以上の条のねじ、即ち、複数条のねじとして構成し、ねじり角を大きくして摩擦の影響を小さくすることができる。一般に、発電装置として必要な回転数は、例えば最低でも1500rpm（25Hz）以上であり、また手動装置で可能な入力回転数は、120rpm（2Hz）が限界値に近いと考えられ、この場合には、増速比は、12.5以上必要である。本発明では、ウォームを二条又はそれ以上の条のねじとすることにより、高い増速比と伝達効率の向上を図ることができ、簡易に操作できる大きさと構造において、前記要件を満たす手動発電装置を実現することができる。
　本発明において、アクチュエータの直流電動機及び減速機構と、手動発電装置の直流電動機及び増速機構は同じ構成とすることができ、こうすることによりコストの大幅な低減を図ることができる。
図１は本発明に係る手動発電装置の構成及び動作を概念的に示す説明図である。 図２は本発明に係る手動発電装置の本体の外観説明図である。 図３は本発明に係る手動発電装置の縦断説明図である。 図４は本発明に係る手動発電装置の構成要素である直流電動機と増速機構の構成を示す正面図である。 図５は本発明に係る手動発電装置の構成要素である直流電動機と増速機構の構成を示す平面図である。 図６は本発明に係る手動発電装置の構成要素である直流電動機と増速機構の構成を示す左側面図である。 図７は本発明の使用例を示す説明図である。
　次に、本発明に係る手動発電装置の実施の形態を添付の図１～図７を参照して説明する。
　これらの図において、符号１は本発明に係る手動発電装置を概括的に示すもので、この手動発電装置１は、可逆動作可能な直流電動機２と、その回転軸３に接続された増速機構４とを器体５に格納している。そして器体５の外側には、前記増速機構４の入力軸６に接続されたクランクハンドル７と、直流電動機２の電源側に接続された給電ケーブル８とを設け、この給電ケーブル８の先端側には、アクチュエータ９を構成する直流電動機１０の電源側コネクタ１１に接続可能な給電コネクタ１２を設けた構成である。符号１３は受電ケーブル、１４はアクチュエータ９の構成要素である減速機構である。尚、この実施の形態では、器体５は、縦断方向に分割した一対の殻体をねじ（図示省略）で結合して、各要素を格納状態に支持する構成である。
　ここで増速機構４を詳細に説明すると、この増速機構４は図３～図６に示しているように、クランクハンドル７側をウォームホイール１５として、このウォームホイール１５に入力軸６を突設しており、そして直流電動機２側を、ウォームホイール１５に歯合するウォーム１６として構成している。そしてこのウォーム１６は、二条ねじとして構成しており、そのねじり角は摩擦角よりも大きくしているため、このウォームギヤ機構は可逆動作可能である。そしてこのようなウォームギヤ機構においては、例えば、1/32という大きな増速比（減速比）を容易に得ることができる。尚、図中２点鎖線で示した符号１７の部材は入力軸６、ウォームホイール１５及びウォーム１６の支持部材を示すものである。
　以上の構成において、本発明に係る手動発電装置１は、図１に示すように、給電ケーブル８の給電コネクタ１２をアクチュエータ９を構成する直流電動機１０の電源側コネクタ１１に接続した後、器体５を持ち、クランクハンドル７を回転駆動する。
　クランクハンドル７の回転は増速機構４により増速されて直流発電機２の回転子を回転させて起電力を発生させ、こうして発生した直流電力は、給電ケーブル８を介してアクチュエータ９を構成する直流電動機１０に供給されて、アクチュエータ９を動作させる。
　例えば図７は、アクチュエータ９をベッド１８の床部１９の昇降機構に利用している例を示すもので、この場合の動作は、所定の変位を得られれば良く、定速動作等の一定に制御された動作は必ずしも必要としないため、本発明の手動発電装置１を用いてアクチュエータ９を良好に動作させ、所定の昇降動作を行うことができる。
　本発明の手動発電装置１の１実施例の仕様を説明すると、次の通りである。
　手動による入力　　　　：10～50［Ｎ］
　手動での入力軸の回転数：30～120［rpm］
　減速比（増速比）　　　：1/15.5
　回転軸の回転数　　　　：465～1860［rpm］
　発電力　　　　　　　　：10～30［VA］
　この実施の形態においては、手動発電装置１を構成する増速機構４は、クランクハンドル７側をウォームホイール１５とし、直流電動機２側を二条ねじのウォーム１６としたウォームギヤ機構で構成することにより、大きさと重量を大幅に低減することができ、このため、手で持てる大きさの器体５内に構成要素を格納して、上述した仕様を満たすことができる手動発電装置１を実現することができる。
　ここで、本発明において、手動発電装置１は、それを構成する直流電動機２及び増速機構４を、本発明の手動発電装置１によって駆動するアクチュエータ９の直流電動機１０及び減速機構１４と同じ構成とすることができ、こうすることによりコストの大幅な低減を図ることができる。
　本発明の以上の通りであり、各種の用途に用いられるアクチュエータの直流電動機を、小型、軽量の手動発電装置により動作させることができるという格別なる特徴を有するものである。
　従って、本発明の手動発電装置は、通常時にアクチュエータを駆動する装置として使用したり、停電等により通電ができずにアクチュエータが動作不能となった場合の使用等、非常に利用可能性が高いものである。
１　　　　　　　　　手動発電装置
２　　　　　　　　　直流電動機
３　　　　　　　　　回転軸
４　　　　　　　　　増速機構
５　　　　　　　　　器体
６　　　　　　　　　入力軸
７　　　　　　　　　クランクハンドル
８　　　　　　　　　給電ケーブル
９　　　　　　　　　アクチュエータ
１０　　　　　　　　直流電動機
１１　　　　　　　　電源側コネクタ
１２　　　　　　　　給電コネクタ
１３　　　　　　　　受電ケーブル
１４　　　　　　　　減速機構
１５　　　　　　　　ウォームホイール
１６　　　　　　　　ウォーム
１７　　　　　　　　支持部材
１８　　　　　　　　ベッド
１９　　　　　　　　床部

Claims (5)

  1. 可逆動作可能な直流電動機と、その回転軸に接続された増速機構とを器体に格納すると共に、器体の外側には、増速機構の入力軸に接続されたクランクハンドルと、直流電動機の電源側に接続された給電ケーブルとを設け、この給電ケーブルの先端側には、アクチュエータを構成する直流電動機の電源側コネクタに接続可能なコネクタを設けたことを特徴とするアクチュエータ駆動用手動発電装置。
  2. 増速機構は、クランクハンドル側をウォームホイールとし、直流電動機側をウォームとして構成したことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ駆動用手動発電装置。
  3. ウォームは複数条のねじとして構成したことを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ駆動用手動発電装置。
  4. 直流電動機から減速機構を介して回転－直動変換機構を設けたアクチュエータと、請求項１～３のいずれか１項に記載の手動発電装置とから構成されることを特徴とするアクチュエータ駆動装置。
  5. アクチュエータの直流電動機及び減速機構と、手動発電装置の直流電動機及び増速機構を同じ構成としたことを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ駆動装置。
PCT/JP2012/069594 2011-10-03 2012-08-01 アクチュエータ駆動用手動発電装置及びアクチュエータ駆動装置 WO2013051331A1 (ja)

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