JPH0326291B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電動機を駆動源として負荷を駆動す
る装置における２段の自動変速装置に関するもの
である。

負荷が１時的に大きくなる負荷の場合、例え
ば、自動車の前窓のワイパ装置の駆動電動機にお
いて、降雪時の停車中に、前窓に付着した雪を除
去するには、大きい出力の電動機が必要となる。
かかる状態の起る機会は少ないが、これを行なう
に充分な大きい出力の電動機の採用が避けられな
い実情にある。従つて降雨時の正常運転時には、
ワイパの駆動トルクは１キログラムセンチメート
ルですむが、ワイパに異常な負荷がかかつた場合
にも作動を保証する為に、１般に100倍の出力ト
ルクの電動機が実用されている現状にある。

以上の場合にも、必要に応じて、出力トルクを
減速歯車により、大きくすることができれば、比
較的小さい出力の電動機ですむので有効である。
又小型の電動車の場合に、本発明装置を２速のト
ルクコンバータ（自動変速機）として利用するこ
とができる。即ち車輪にトルク検出装置を設け、
上り板等で、所要トルクが増大したときに、トル
ク検出装置より得られる電気信号により、より大
きい変速比に、自動的に転化して、上り坂を昇る
ことができるものである。

電動機により負荷を駆動する場合に、遇発的な
負荷の増大に対応する為に、大きい出力の電動機
を採用せざるを得ない場合が多い。従つて正常な
運転中には、出力が余裕がありすぎるので、大き
さ、価格、効率の点を考えると、極めて経済性の
ない手段となるものである。

本発明装置は、上述した不都合、矛盾を除去す
る具体的手段を供与できることに特徴を有するも
のである。

次に第１図以下につき、本発明装置の詳細を説
明する。

第１図は、本発明装置の動作原理を説明する為
のものである。第１図において、電動機（図示せ
ず）の出力軸７ａには、２個の歯車１０及び１１
が固定されている。被駆動側である本体に設けた
支軸９ａには、大小の径の歯車９，９ｂが１体に
構成されて、回動自在に支持されている。又歯車
９と１０は噛合している。

本体に設けた軸承（第２図に記号２ａ，３とし
て示されているもの）には、回転軸１が回動自在
に支持され、回転軸１には、１方向クラツチの内
輪となる回転輪１ａ及び歯車１ｂ（点線で示す）
が固定されている。

記号２で示すものは、上述した１方向クラツチ
の外輪となるもので、内輪１ａと外輪２との間に
は、スチールボール（スチールローラの場合もあ
る）４ａ，４ｂ，４ｃが介在され、外輪２に固定
された斜面３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ当接する
ように構成されている。以上の構成の１方向クラ
ツチなので、内輪１ａが反時計方向に回転する
と、スチールボールと斜面により、内、外輪１
ａ，２が鎖錠して、外輪２を同方向に駆動し、内
輪１ａが時計方向に回転すると、遊転するのみと
なる。スチールボール５、外輪８に固定した斜面
６、内輪２（前述した１方向クラツチにおいては
外輪の役目をしたものである）は、更に１個の１
方向クラツチを構成している。スチールボール
５、斜面６に相当する部材は、更に２組が設けら
れ、120度の開角で、内輪２と外輪８との間に介
在されているものであるが、省略して図示してい
ない。

内輪１ａ、外輪２よりなる１方向クラツチを第
１の１方向クラツチ、内輪２、外輪８よりなる１
方向クラツチを第２の１方向クラツチと呼称す
る。

歯車１ｂと歯車１１は噛合している。外輪８に
は、外輪に歯車８ａが設けられ、歯車８ａと歯車
９ｂは噛合している。出力軸７ａが矢印時計方向
（正転方向とする）に回転すると、歯車１ｂ、内
輪１ａは反時計方向に回転するので、外輪２も同
方向に回転する。外輪２の出力軸（第２図で記号
１２として示したもの）により、負荷も同方向に
駆動される。このときに、歯車９，９ｂは反時計
方向に、又外輪８は時計方向に回転するが、スチ
ールボール５、斜面６による鎖錠は行なわれるこ
となく、外輪８は遊転するのみとなる。電動機を
逆転して、出力軸７ａを反時計方向（逆転方向と
なる）に回転すると、歯車１ｂ、内輪１ａは時計
方向に回転するので、第１の１方向クラツチは鎖
錠することなく、内輪１ａは遊転する。又歯車
９，９ｂは時計方向に、従つて外輪８は反時計方
向に駆動されるので、第２の１方向クラツチによ
り、内輪２（外輪２と考えてもよい）も同方向に
回転し、連設する負荷を同方向に駆動する。

上述した説明より理解されるように、出力軸７
ａの正転、逆転のいづれによつても負荷は同方向
に駆動される。しかしトルク伝達系は、２系統と
なるので、変速比が異なる。本実施例では、歯車
９，９ｂを介するトルク伝達系の方が減速比が大
きいので、大きいトルクで負荷を駆動できるもの
である。

第２図に示すものは、第１図の機構を矢印Ａ方
向から見た図面である。但し実用性を考慮して、
第１、第２の１方向クラツチを変形してある。第
１図と同一記号のものは、同一部材なので、その
説明を省略する。

第２図において、電動機７の回転軸７ａには、
点線で示す歯車１０，１１が固定されている。

本体に設けた軸承２ａ，３には、回転軸１が回
動自在に支持され、回転軸１には、１体に構成さ
れた内輪１ａ、歯車１ｂが固定されている。外輪
２と内輪１ａは、第１の１方向クラツチを構成し
ている。外輪２は回転軸１に遊嵌し、その右側は
円筒となり、負荷を駆動する為の出力軸１２を構
成している。出力軸１２より、周知のトルク伝達
機構により、負荷例えば電動車の車輪が駆動され
る。

外輪２を内輪とし、外輪８とにより、第２の１
方向クラツチが構成されている。

点線９で示すものは、第１図で同一記号の歯車
９で、歯車９ｂは、外輪８の歯車８ａと噛合して
いる。歯車９ｂは省略して図示していない。

歯車１１と１ｂ及び歯車１０と９は、それぞれ
噛合している。

以上の構成なので、動作は第１図において説明
したものと全く同様で、電動機７の正逆転によ
り、異なる減速比で出力軸１２は駆動されるもの
である。

本発明装置は、電動機７の正逆転を信号とし
て、負荷の駆動を異なる減速比の歯車群により駆
動できるので、機構が簡素化され、小型、軽量、
廉価に、又故障なく減速比の異ならしめて、負荷
の駆動を行なうことのできる効果を有するもので
ある。特に自動変速を行なう場合には有効な技術
手段を供与できる特徴がある。

次に第６図ａについて、直流電動機７の正逆転
回路について説明する。

第６図ａにおいて、記号１３ａ，１３ｂは電源
端子である。連動して作動する切換スイツチ１４
ａ，１４ｂは、手動摘子（図示せず）により、作
動子が左側（図示の位置で、電動機７が正転す
る。）、中立の位置（電動機７の通電が断たれる位
置）及び右側の位置（電動機７が逆転する）に３
つの位置に切換えられるように構成されている。
電動機７は直流電動機で、第２図の同一記号のも
のである。自動車の前窓のワイパの駆動電動機の
場合を例として説明する。

手動摘子により、作動子を図示の位置とする
と、電動機７は正転するので、第１図で説明した
ように、負荷となるワイパ装置は通常の運転とな
り、窓は清掃される。

停止中に雪が付着して、ワイパが作動しないと
きには、手動摘子により、切換スイツチ１４ａ，
１４ｂの作動子を右側に切換えると、電動機７は
逆転する。従つて第２図の出力軸１２のトルクが
増大して、ワイパの駆動力を増加して雪が排除さ
れる。排除が終了したときに、切換スイツチ１４
ａ，１４ｂを復帰すると、正常なワイパ装置の運
転に復帰せしめることができる。

以上の説明のように、１時的な負荷の増大に対
応する為に電動機７の定格出力を大きくする必要
がなく、駆動源となる電動機の小型化に有効な手
段を供与できる効果がある。

電動機７がブラシレス電動機（半導体電動機）
の場合の正逆転の手段は、周知の手段を利用す
る。

又切換スイツチ１４ａ，１４ｂの代りに、周知
のトランジスタブリツジ回路を利用することもで
きる。

第１，２図の実施例において、歯車１０，９及
び歯車１ａ，１１のトルク伝達系を、それぞれプ
ーリによるベルト伝達系としても同じ効果があ
る。

第６図ａの装置は、次のような場合に適用して
有効な手段となる。

寒冷地において、電動機により駆動される機器
を始動させるときに、潤滑の為の油の粘度が大き
くなつて、負荷が増大し、従つて始動が困難とな
り、又電動機の焼損事故を引起すことがある。か
かる場合にも負荷が大きいときに電動機を逆転し
て、本発明装置を適用することにより、上述した
欠点が除去されるものである。

前述した２例においても、負荷トルクの検出を
行ない、この検出出力により、電気スイツチ１４
ａ，１４ｂを作動せしめる装置を付加することは
有効な技術手段となるものである。又負荷トルク
の検出装置１３を負荷例えば小型の電動車の車輪
の駆動トルクの検出装置とすると、次の動作が自
動的にできる。上り坂で、若しくは発進時に所要
トルクが増大すると、トルク検出装置１３より検
出出力が得られ、この出力により、電気スイツチ
１４ａ，１４ｂを切換えて、出力トルクを増大
し、所要トルクが減少すると、検出出力が消滅し
て、電気スイツチ１４ａ，１４ｂが復帰するよう
に構成することができる。かかる手段により、自
動変速装置を得ることができるものである。

第６図ｂに示すものは、駆動源として誘導電動
機を利用した場合の例である。

第６図ｂにおいて、記号１６は誘導電動機の回
転子で、界磁コイル１７ａ，１７ｂには、交流電
源１４より交流が供電されている。コンデンサ１
８は、界磁コイル１７ａ，１７ｂの通電電流の位
相差を作る為のものである。

２組の電気接点を含む記号１９で示す装置は、
励磁コイルの通電により作動されるリレーの電気
接点である。励磁コイルが通電されないときに
は、誘導電動機１６，１７ａ，１７ｂ（以降は記
号１６のみで示す）は正転し、通電されると電気
接点１９は切換えられて逆転するように構成され
ている。

誘導電動機１６は、第２図の電動機７に相当す
るものである。記号１３で示す装置の出力によ
り、リレーが作動し、電気スイツチ１９が作動す
るので、第６図ａの場合と全く同様な作用、効果
がある。

以上のように、初期の短時間の大きい負荷の為
に、大きい出力の電動機を使用する必要がなく、
又正常運転時に最も効率の良好な電動機を選択で
きるので、有効な手段を供与できる特徴がある。
同じ目的を達する為の他の実施例が第３図、第４
図に示されている。次にその詳細を説明する。

入力回転軸７ａは、第２図と同様に電動機７に
より駆動されている。

第４図ａは、周知の遊星歯車装置を示すもの
で、回転軸７ａにより、サンギヤ２３が駆動さ
れ、キヤリア２０に設けた支軸２２ａ，２２ｂ，
２２ｃには、歯車２１ａ，２１ｂ，２１ｃが支持
されている。リングギヤ２７ａとサンギヤ２３に
は、プラネタリギヤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが噛
合している。点線Ｂで示す断面が第３図に示され
ているものである。同一記号のものは同一部材で
示してある。

第３図において、キヤリア２０は、回転軸７ａ
に遊嵌し、又本体に固定して支持されている。回
転軸７ａには、サンギヤ２３が固定され、又同時
に回転輪２４も固定されている。回転輪２５は、
回転軸７ａ及び回転輪２４と遊嵌している。回転
輪２５の右側には、回転軸７ａの右側の延長線上
に同軸の出力軸２５ａが１体に作られ、出力軸２
５ａの出力により負荷（図示せず）が駆動される
ようになつている。スチールボール２６ａを介し
て、回転輪２４と２５は１方向クラツチを構成し
ている。この詳細が第４図ｂに同一記号で示され
ている。即ちスチールボール２６ａ，２６ｂ，２
６ｃとその接する斜面により、内輪となる回転輪
２４と外輪となる回転輪２５は、１方向クラツチ
となり、内輪２４の反時計方向の回転のときのみ
に、外輪２５は駆動されるものである。

第３図に戻り、リングギヤ２７ａを設けた回転
輪２７は、回転輪２５の外側に遊嵌して、回動自
在に支持されている。この詳細を第４図ｂととも
に次に説明する。

第４図ｂにおいて、スチールボール２８ａ，２
８ｂ，２８ｃは、外輪となる回転輪２７の斜面に
接しているので、外輪となる回転輪２７が反時計
方向の回転を行なうときのみに、内輪２５を同方
向に駆動する。

以上の説明より判るように、回転輪２４，２５
及び回転輪２５，２７は、それぞれ第１、第２の
１方向クラツチを構成しているものである。回転
輪７ａが、反時計方向（正転とする）に回転する
と、回転輪２５は同方向に駆動されるので、出力
軸２５ａも同方向に回転される。このときに、入
力回転軸７ａと１対１の回転比となる。又このと
きに、ａ図のプラネタリギヤ２１ａ，２１ｂ，２
１ｃにより、回転輪２７は、時計方向に駆動され
る。しかし回転輪２７と２５は滑動している。

次に回転軸７ａを時計方向に逆転すると、回転
輪２５に対するトルク伝達は断たれる。しかしプ
ラネタリギヤ２１ａ，２１ｂ，２１ｃにより、回
転輪２７は反時計方向に駆動されるので、第２の
１方向クラツチを介して、回転輪２５即ち出力回
転軸２５ａは同方向に駆動される。この場合に
は、サンギヤ２３、プラネタリギヤ２１ａ，２１
ｂ，２１ｃ、リングギヤ２７ａの径の比により自
由な減速比で、出力回転軸を駆動することができ
る。

又この場合に、回転輪２４の時計方向の回転速
度に対して回転輪２５は、反対方向の回転速度と
なるので、両者間は滑動するのみとなる。

以上の説明より判るように、前実施例と全く同
じ効果がある。本実施例の特徴は、入力と出力の
軸は同一直線上にあることである。

次に第５図について説明する。第５図に示す装
置は、負荷３０が設定値を越えて大きいときに
は、電動機を逆転し、設定値より小さくなると電
動機を正転せしめる装置である。

本体に設けた支軸３１ａには、レバー３１が回
動自在に、又同時に歯車３２も回動自在に支持さ
れている。負荷３０は、歯車３２により所要のト
ルク伝達系を介して駆動されているものである。

レバー３１に設けた支軸３３ａには、歯車３３
が支持され、歯車３２及び３４と噛合している。

歯車３４に固定した回転軸３４ａは第２図の回
転軸１２若しくは第３図の回転軸２５ａと同期回
転するように設けられている。従つて、第２，３
図の装置はレバー３１に固定されている。例えば
歯車３４は、第１図の回転軸１２に固定されてい
るものである。第３図の装置の場合には、回転軸
２５ａに歯車３４は固定されている。歯車３４の
回転方向は、反時計方向となつている。負荷３０
が正常な負荷のときには、負荷３０の反作用によ
り、レバー３１は時計方向のトルクを受けている
が、スプリング３５が、レバー３１に反時計方向
のトルクを供与し、レバー３１は、本体に設けた
抑止部材３６ａによりその回転が抑止されている
ので、レバー３１は、図示の位置で停止して保持
され、従つて負荷３０は駆動されている。

負荷３０の大きさが増大して、設定された値を
越えると、スプリング３５の弾撥力に抗して、レ
バー３１は時計方向に回転せしめられて、抑止部
材３６ｂに当接して停止する。従つて、レバー３
１に押圧されて、電気スイツチ３７が閉じられ、
その出力により単安定回路３７ａが付勢され、オ
ア回路３７ｂを介して所定の時間の間だけ、リレ
ーの励磁コイル１９ａを通電する。従つて第６図
ｂの電気接点１９は切換えられ、従つて電動機
（第６図の電動機１６）は逆転するので、前述し
たように、歯車３４の出力トルクが増大して、増
大した負荷トルクに対応する出力となり負荷３０
を駆動することができる。上述した過程におい
て、電動機１６は、逆転に入る前に１度停止する
ことになる。従つてレバー３１は反時計方向のト
ルクを受けて復帰するが、前述したように単安定
回路３７ａの出力により、電動機１６の逆転指令
の状態は変更されることなく、従つて電動機１６
は逆転し、レバー３１は再び時計方向に回転し
て、電気スイツチ３７を再び閉じるので、単安定
回路３７ａの出力が所定時間後に断たれても、電
気スイツチ３７の出力により、オア回路３７ｂを
介して引続いて励磁コイル１９ａの通電が行なわ
れて、電動機１６は逆転し、増大した負荷トルク
に対応して負荷３０を駆動することができる。

負荷トルクが減少して、正常な値となると、レ
バー３１は復帰するので、電動機１６は正転に復
帰して、負荷３０が駆動される。

以上の説明のように、第５図の装置は、過負荷
の検出装置となり、負荷が増大すると、電動機１
６が逆転して、増大した負荷を駆動し、正常な値
となると、電動機１６は正転に復帰して負荷を駆
動することができる特徴を有するものである。従
つて第５図の装置は、負荷トルクの検出装置１３
（第６図ｂ図示）となるものである。

第６図ａの負荷トルク検出装置の場合には、リ
レーを利用していないので、電気スイツチ１４
ａ，１４ｂの作動子が、レバー３１に押圧された
とき、レバー３１が１時的に避退しても、電気ス
イツチ１４ａ，１４ｂの作動子が直ちに復帰しな
いように、作動子にオイルダンパを付設しておく
必要がある。即ち電動機７の正逆転電気スイツチ
１４ａ，１４ｂには遅動装置が必要となるもので
ある。電気スイツチ１４ａ，１４ｂが、前述した
ように、トランジスタブリツジ回路のときには、
電子的な遅延回路が使用されるものである。

第５図の装置と同じ目的を達する為には、遊星
歯車装置を利用し、歯車３４をサンギヤ、歯車３
２をリングギヤとし、プラネタリギヤのキヤリア
にスプリング３５及び抑止部材３６ａ，３６ｂを
付設して、第５図と同じ目的の装置を構成するこ
ともできる。

第５図の単安定回路３７ａの代りに、他の周知
の遅延回路を利用することもできる。

以上の説明のように、本発明装置によれば、冒
頭において述べた目的が達成されて効果著しきも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明装置の説明図、第
３図は、同じく他の実施例の説明図、第４図は、
第３図の装置の１部の説明図、第５図は、負荷ト
ルクの検出装置の説明図、第６図は、本発明装置
の制御回路図をそれぞれ示す。 ２ａ，３…軸承、１，７ａ…回転軸、４ａ，４
ｂ，４ｃ，５…スチールボール、３ａ，３ｂ，３
ｃ，６…斜面、１ａ…内輪、２…内外兼外輪、８
…外輪、１０，１１，９，９ｂ，８ａ，１ｂ…歯
車、７…電動機、９ａ…支軸、１２…出力軸、１
３ａ，１３ｂ…電源端子、１４ａ，１４ｂ，１９
…正逆転切換電気スイツチ、１３…負荷のトルク
検出装置、１６…誘導電動機の回転子、１７ａ，
１７ｂ…２相の界磁コイル、１８…コンデンサ、
１４…交流電源、２５ａ…出力軸、２０…キヤリ
ア、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…プラネタリギヤ、
２２ａ…支軸、２３…サンギヤ、２４…内輪、２
５…内輪兼外輪、２７…外輪、２７ａ…リングギ
ヤ、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２６ａ，２６ｂ，
２６ｃ…スチールボール、３４，３３，３２…歯
車、３１…レバー、３１ａ，３３ａ，３４ａ…支
軸、３６ａ，３６ｂ…抑止部材、３５…スプリン
グ、３７…電気スイツチ、３７ａ…単安定回路、
１９ａ…励磁コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動源となる電動機と、 該電動機を正転、または、逆転させる電気回路
   と、該電動機により駆動される第１および第２の
   回転輪と、 被駆動側である本体に対して回動自在に支持さ
   れる出力回転軸１２，２５ａと、 該出力回転軸１２，２５ａにより駆動される負
   荷と、 該出力回転軸１２，２５ａを第１の一方向クラ
   ツチを介して、所定方向にのみ駆動する第３の回
   転輪と、 該出力回転軸１２，２５ａを第２の一方向クラ
   ツチを介して、該所定方向にのみ駆動する第４の
   回転輪と、 該電動機が正転したときに、該第１の回転輪に
   よつて該第３の回転輪を該所定方向に第１の減速
   機構を介して駆動し、該第２および第４の回転輪
   の回転力は該出力回転軸１２，２５ａに伝達しな
   い機構と、 該電動機が逆転したときに該第２の回転輪によ
   り、該第１の減速機構より大きい減速比の第２の
   減速機構を介して、該第４の回転輪を該所定方向
   に駆動し、該第１および第３の回転輪の回転力は
   該出力回転軸１２，２５ａに伝達しない機構と、 該負荷のトルクが設定値を越えて増大し、ある
   いは、減少したときに、該負荷のトルクを検出し
   て検出信号を発生する装置と、 該負荷のトルクが設定値を越えて増大したとき
   は、該検出信号により該電気回路を付勢して該電
   動機を逆転して、該第２の一方向クラツチを介し
   て該出力回転軸１２，２５ａを駆動し、該負荷の
   トルクが設定値を越えて減少したときには、該検
   出信号により該電気回路を付勢して、該電動機を
   正転させ、該第１の一方向クラツチを介して該出
   力回転軸１２，２５ａを駆動する装置と、 から成ることを特徴とするトルク検出装置を備え
   た変速機構。