(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーを受けて回転する外側駆動ギヤと、該外側駆動ギヤの回転力を回転体に伝える内側主軸ギヤとを備え、上記外側駆動ギヤと内側主軸ギヤとの間に複数の中間伝達ギヤを咬合可能に配設し、外側駆動ギヤの回転力を上記各中間伝達ギヤと内側主軸ギヤとで増速して、上記回転体を該増速された回転出力で回転させる増速機であって、上記各ギヤは、径の異なるリング状に成形されて、各ギヤの対向する内・外周面に咬合面と非咬合面とを有し、各ギヤごとで対向する咬合面に波形状を呈する歯部を連続して形成し、該対向する各波形状の歯部の面接触による咬合状態を得て、外側駆動ギヤの回転力を各波形状の歯部を介して内側主軸ギヤに伝達すると共に、各ギヤの上記対向する非咬合面間にガイドローラーを介設して、該ガイドローラーの押圧方向において対向する波形状の歯部同士を咬合させ、且つ、各ギヤの非咬合面間に介設されるガイドローラーは、内・外の各段ごとで、介設位置が交互に逆向きとなっていることを特徴とする増速機。
【請求項２】
各ギヤの対向する咬合面間に波形状の歯部と相似する滑り止めリングを組み込んだことを特徴とする請求項１記載の増速機。
【請求項３】
各ギヤの咬合面と非咬合面の境にギヤのブレ防止手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の増速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、風力発電・水力発電、電気自動車、送風機などにおいて、回転力を増速するために使用される増速機に関し、詳しくは、独特の波形状を呈するギヤを用いた増速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の削減などにより地球環境を改善することを目的として、自然エネルギーを利用した風力発電や水力発電が注目されている。
【０００３】
そして、風力発電は、風の運動エネルギーを利用してブレードを回転させて、発電機を回転駆動させるものであるが、通常は、多軸歯車式や遊星歯車式の増速機を用いて回転を増速している。又、水力発電は、水の運動エネルギーを利用して水車を回転させて、発電機を回転駆動させるものであるが、やはり、同様な増速機を用いて回転を増速している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、風力発電の出力を増力するためには、ブレードの回転速度を高速にする必要があるが、これを都心や住宅街などで行なうと、増速機部分で大きな機械音が発生するので、騒音問題が発生する恐れがあり、又、水力発電でも、多くの電力を発電させるためには、河川の水量や勢いが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、斯かる従来の実情に鑑み開発されたもので、請求項１記載の発明は、エネルギーを受けて回転する外側駆動ギヤと、該外側駆動ギヤの回転力を回転体に伝える内側主軸ギヤとを備え、上記外側駆動ギヤと内側主軸ギヤとの間に複数の中間伝達ギヤを咬合可能に配設し、外側駆動ギヤの回転力を上記各中間伝達ギヤと内側主軸ギヤとで増速して、上記回転体を該増速された回転出力で回転させる増速機であって、上記各ギヤは、径の異なるリング状に成形されて、各ギヤの対向する内・外周面に咬合面と非咬合面とを有し、各ギヤごとで対向する咬合面に波形状を呈する歯部を連続して形成し、該対向する各波形状の歯部の面接触による咬合状態を得て、外側駆動ギヤの回転力を各波形状の歯部を介して内側主軸ギヤに伝達すると共に、各ギヤの上記対向する非咬合面間にガイドローラーを介設して、該ガイドローラーの押圧方向において対向する波形状の歯部同士を咬合させ、且つ、各ギヤの非咬合面間に介設されるガイドローラーは、内・外の各段ごとで、介設位置が交互に逆向きとなっていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１を前提として、各ギヤの対向する咬合面間に波形状の歯部と相似する滑り止めリングを組み込んだことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１乃至請求項２を前提として、各ギヤの咬合面と非咬合面の境にギヤのブレ防止手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
依って、請求項１記載の発明にあっては、外側の駆動ギヤから中間の伝達ギヤを経て内側の主軸ギヤへ回転力を伝える過程で、各ギヤの対向する波形状の歯部が面接触状態をもって咬合して回転力を伝達するので、従来のものと比べると、接触面積が多く且つ伝達面も数箇所と多くなって、回転力を分散して伝えることが可能となる。この為、例え、最初の外側駆動ギヤが受ける回転力が少なくとも、その回転力が内部に配されて徐々に径が小さくなっていく各中間伝達ギヤと内側主軸ギヤに伝達されて増速するので、発電機などの回転体をこの増速された回転出力で回転させられる。
【００１０】
又、各ギヤは回転しながら、面から面へと接触することとなるので、騒音や振動を効果的に抑えることができる。更に、ガイドローラーは内・外の各段ごとで介設位置が交互に逆向きとなっているので、力を伝える箇所を集中させずに分散させて、力を増速し安定した回転を保障できる。
【００１１】
請求項２記載の発明にあっては、各ギヤの対向する咬合面間に滑り止めリングを組み込んだので、軽い力で高速回転して、騒音問題を確実に防止することが可能となる。
【００１２】
請求項３記載の発明にあっては、各ギヤの咬合面と非咬合面の境にブレ防止手段を設けたので、回転して回転数を増した時に、各ギヤのブレや振動を抑えて、安定した回転が保障できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る増速機の原理を示す概略図である。
【図２】同増速機を断面して示す概略図である。
【図３】各ギヤの波形状の歯部とガイドローラーの関係を示す説明図である。
【図４】外側駆動ギヤと第一中間伝達ギヤと第一ガイドローラーの関係を説明する要部説明図である。
【図５】増速機が使用される発電機を示す要部断面図である。
【図６】同発電機を別の方向から示す要部断面図である。
【図７】（Ａ）は内側主軸ギヤの停止時における永久磁石とコイル巻線の関係を示す要部断面図、（Ｂ）は内側主軸ギヤの起動時における永久磁石とコイル巻線の関係を示す要部断面図である。
【図８】外側駆動ギヤと第一中間伝達ギヤの咬合状態を説明する要部拡大説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、エネルギーを受けて回転する外側駆動ギヤと、該外側駆動ギヤの回転力を回転体に伝える内側主軸ギヤとを備え、上記外側駆動ギヤと内側主軸ギヤとの間に複数の中間伝達ギヤを咬合可能に配設し、外側駆動ギヤの回転力を上記各中間伝達ギヤと内側主軸ギヤとで増速して、上記回転体を該増速された回転出力で回転させる増速機を前提として、上記各ギヤは、径の異なるリング状に成形されて、各ギヤの対向する内・外周面に咬合面と非咬合面とを有し、各ギヤごとで対向する咬合面に波形状を呈する歯部を連続して形成し、該対向する各波形状の歯部の面接触による咬合状態を得て、外側駆動ギヤの回転力を各波形状の歯部を介して内側主軸ギヤに伝達すると共に、各ギヤの上記対向する非咬合面間にガイドローラーを介設して、該ガイドローラーの押圧方向において対向する波形状の歯部同士を咬合させることにより、低速回転で高出力を得んとするものである。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明を図示する好適な実施例に基づいて詳述すれば、該実施例に係る増速機は、風力や水力の発電機用として開発されたもので、図１・図２に示す如く、風や水の運動エネルギーを受けて回転する１枚の外側駆動ギヤ１と、後述する発電機２２側に連結されて増速された回転出力で発電機２２を回転させる１枚の内側主軸ギヤ２と、該外側駆動ギヤ１と内側主軸ギヤ２との間に咬合可能に配設される２枚の中間伝達ギヤ３Ａ・３Ｂとを備え、各ギヤ１・３Ａ・３Ｂ・２は、外側から内側に向かって、径が順に小径（７０％）となるリング状を呈している。尚、具体的には図示しないが、外側駆動ギヤ１の外周には、風力の場合は複数のブレードを、水力の場合は水車を直接又は外枠などを介して一体的に取り付けるものとする。
【００１７】
そして、上記の各ギヤに関しては、図３・図４に示す如く、外側駆動ギヤ１に対しては、その内周面のみに咬合面４ａと非咬合面４ｂとを平行に連続して画成して、前者の咬合面４ａに緩やかな曲線を呈する波形状の歯部５を連続して形成し、後者の非咬合面４ｂに後述する第一ガイドローラー１３の案内溝６を連続して形成する構成となっている。
【００１８】
又、２枚の各中間伝達ギヤ３Ａ・３Ｂ中、第一中間伝達ギヤ３Ａに対しては、図示する如く、その内・外周面に咬合面７ａ・８ａと非咬合面７ｂ・８ｂとを平行に連続して画成して、内・外の各咬合面７ａ・８ａに上記の波形状の歯部９ａ・９ｂを連続して形成し、内・外の各非咬合面７ｂ・８ｂに後述する第一ガイドローラー１３と第二ガイドローラー１４の案内溝１０ａ・１０ｂを連続して形成し、第二中間伝達ギヤ３Ｂに対しては、具体的には図示しないが、第一中間伝達ギヤ３Ａと同様に、その内・外周面に咬合面と非咬合面とを平行に連続して画成して、内・外の各咬合面に上記の波形状の歯部１１ａ・１１ｂを連続して形成し、内・外の各非咬合面に後述する第二ガイドローラー１４と第三ガイドローラー１５の案内溝を連続して形成する構成となっている。
【００１９】
最後の内側主軸ギヤ２に対しては、その外周面のみに同様な咬合面（図示せず）と非咬合面（図示せず）とを平行に連続して画成して、咬合面に上記の波形状の歯部１２を連続して形成し、非咬合面に後述する第三ガイドローラー１５の案内溝（図示せず）を連続して形成する構成となっている。尚、図４の（ａ）・（ｂ）・（ｃ）・（ｄ）は、図３の（ａ）・（ｂ）・（ｃ）・（ｄ）の対応する箇所を断面したものである。
【００２０】
従って、外側駆動ギヤ１の内周咬合面４ａに形成された歯部５と第一中間伝達ギヤ３Ａの外周咬合面７ａに形成された歯部９ａとが咬合し、該第一中間伝達ギヤ３Ａの内周咬合面８ａに形成された歯部９ｂと第二中間伝達ギヤ３Ｂの外周咬合面に形成された歯部１１ａとが咬合し、該第二中間伝達ギヤ３Ｂの内周咬合面に形成された歯部１１ｂと内側主軸ギヤ２の外周咬合面に形成された歯部１２とが咬合して、回転力を増速することとなる。
【００２１】
しかし、これら各ギヤ１・３Ａ・３Ｂ・２は、既述した如く、径が７０％と順に小径となって、その全周において歯部同士が全体で咬合することができないので、本実施例にあっては、上記した外側駆動ギヤ１の内周非咬合面４ｂに形成された案内溝６と第一中間伝達ギヤ３Ａの外周非咬合面７ｂに形成された案内溝１０ａ間に第一ガイドローラー１３を回転可能に介設し、該第一中間伝達ギヤ３Ａの内周非咬合面８ｂに形成された案内溝１０ｂと第二中間伝達ギヤ３Ｂの外周非咬合面に形成された案内溝間に第二ガイドローラー１４を回転可能に介設し、該第二中間伝達ギヤ３Ｂの内周非咬合面に形成された案内溝と内側主軸ギヤ２の外周非咬合面に形成された案内溝間に第三ガイドローラー１５を回転可能に介設して、各ガイドローラー１３・１４・１５の押圧方向において対向する波形状の歯部５・９ａ、９ｂ・１１ａ、１１ｂ・１２同士をその一部において咬合させる構成となっている。
【００２２】
尚、各段のガイドローラー１３・１４・１５は、ギヤ１・３Ａ・３Ｂ・２同士の間隔に応じてその径が決定されることとなるが、約１２０°の開いた角度の中に３個づつ連結腕１６を介して連結され、且つ、夫々のガイドローラー１３・１４・１５全体は共通の保持金具１７を介して一体的に固定され、内・外の各段ごとで、その介設位置が交互に逆向きとなっている。従って、径の異なる各ギヤ１・３Ａ・３Ｂ・２同士がスムーズに安定した回転が可能となる。
【００２３】
即ち、外側駆動ギヤ１の力を第一中間伝達ギヤ３Ａへ、該第一中間伝達ギヤ３Ａから第二中間伝達ギヤ３Ｂへと回転力を伝達する際に、ガイドローラーの反対側の歯部同士が咬合して力を伝達するため、ガイドローラーを一方向に集中させて取り付けた場合のように、力を伝える位置が（咬合位置）が片側に集中することがない。従って、全体の重心を中央にもって来るために、夫々のガイドローラー１３・１４・１５を交互に介設した訳である。
【００２４】
更に、本実施例にあっては、上記した各ギヤ１・３Ａ・３Ｂ・２の対向する咬合面間に波形状の歯部５・９ａ・９ｂ・１１ａ・１１ｂ・１２と相似する形状のラバーから成る滑り止めリング１８を組み込んで、騒音問題を防止する構成を併せて採用している（図８参照）。
【００２５】
これに加えて、図４に示す如く、各ギヤ１・３Ａ・３Ｂ・２の咬合面と非咬合面の境に凹凸嵌合方式のズレ防止手段１９ａ・１９ｂを形成して、回転して回転数を増した時に、各ギヤ１・３Ａ・３Ｂ・２のブレや振動を効果的に抑えて、安定した回転が保障できる構成をも併せて採用している。尚、ブレ防止手段１９ａ・１９ｂに関しては、外側駆動ギヤ１と第一中間伝達ギヤ３Ａのみしか図示してないが、第二中間伝達ギヤ３Ｂや内側主軸ギヤ２にも同様に設けるものとする。
【００２６】
又、図２において、２０は内側主軸ギヤ２の軸受ケースで、該内側主軸ギヤ２の主軸連結シャフト２１と一緒に回転するものであり、２２は後述する発電機、２３は固定支持金具２４に固定される保護枠、２５は発電機２２を構成する発電コイル支持金具で、ステンレスパイプ２６に固定されるものであり、上記固定支持金具２４はこの回転しないステンレスパイプ２６に取り付けられている。又、２７は化粧板で、該化粧板２７は上記した保持金具１７で抑えられている。
【００２７】
上記した発電機２２は、図５・図６に示す如く、内側主軸ギヤ２の主軸連結シャフト２１と一緒に回転する軸受ケース２０の外周面に複数の永久磁石２８を一定の間隔をおいて固定すると共に、上記発電コイル支持金具２５の内面に該各永久磁石２８と互いに向き合う複数のコイル巻線２９を固定する一方、各永久磁石２８を変形可能な板バネ３０を介して上記軸受ケース２０側に固定して、内側主軸ギヤ２の回転が停止している時は、各永久磁石２８が板バネ３０の力で軸受ケース２０側に引き寄せられて対応するコイル巻線２９との距離を拡げ、内側主軸ギヤ２が回転している時は、各永久磁石２８が板バネ３０の変形でコイル巻線２９側へ移動して対応するコイル巻線２９との距離を狭めるように構成されている。
【００２８】
従って、この発電機２２の下で、内側主軸ギヤ２の回転が停止している時には、図７Ａに示す如く、上記した板バネ３０の直線形状から得られる弾力で、各永久磁石２８は、軸受ケース２０側に引き寄せられて、対応するコイル巻線２９との間隔Ｘを拡げるので、これにより、対応するコイル巻線２９との磁力圏内が解除されて、電力を発生しない。
【００２９】
逆に、内側主軸ギヤ２が回転して回転数が上がると、今度は、図７Ｂに示す如く、各永久磁石２８に遠心力が働いて、当該各永久磁石２８が外側に引っ張られるので、これに伴い、板バネ３０が略台形形状に弾性変形して、各永久磁石２８を対応するコイル巻線２９側に自動的に移動させ、対応するコイル巻線２９との距離Ｙを狭めて、両者２８・２９を磁力圏内に入り込ませるので、これにより、電力を安定して発生させられる。
【００３０】
依って、上記した増速機を使用して斯かる発電機を稼働させる場合には、風力でブレードが回転するか水力で水車が回転すると、外側駆動ギヤ１が一緒に同方向に回転することとなるが、この外側駆動ギヤ１の回転は、第一ガイドローラー１３の押圧作用を得て、その内周咬合面４ａに形成された波形状の歯部５と第一中間伝達ギヤ３Ａの外周咬合面７ａに形成された波形状の歯部９ａとがその一部において咬合して回転力を伝達することとなる。この場合には、図８に示す如く、ガイドローラー１３の押圧方向において歯部５・９ａ同士が面接触状態をもって咬合を開始してから、数箇所での面接触状態をもって歯部５・９ａ同士の咬合が続き、その後、歯部５・９ａ同士の咬合が解かれることとなる。
【００３１】
次いで、今度は、第一中間伝達ギヤ３Ａの内部において、第一中間伝達ギヤ３Ａの歯部９ｂと第二中間伝達ギヤ３Ｂの歯部１１ａとが咬合し、最後に、この第二中間伝達ギヤ３Ｂの歯部１１ｂと内側主軸ギヤ２の歯部１２とが咬合することとなるので、これにより、外側から内側へと回転力が伝達されて、回転スピードが増速されて行く。
【００３２】
又、この外側から内側へ回転力が伝わる際には、径の大きなギヤ１から小さなギヤ３Ａ・３Ｂ・２と伝わりながら回転スピートが増していくので、中間伝達ギヤの数を増すと、夫々のギヤ比率が違うため、回転スピードが一層増速される。
【００３３】
しかも、各ギヤ１・３Ａ・３Ｂ・２の歯部５・９ａ・９ｂ・１１ａ・１１ｂ・１２は、緩やかな曲線の波形形状を呈しているので、各接触面積が多く且つ伝達面が数箇所と多くなるので、回転力を分散して伝えることができる。この為、外側駆動ギヤ１の回転力が少なくても、第一中間伝達ギヤ３Ａ・第二中間伝達ギヤ３Ｂを経て内側主軸ギヤ２に増速して伝えることが可能となる。又、回転しながら、外側から内側へと接触する際には、面から面に徐々に接触するため、騒音や振動を効果的に抑えることができる。特に、この場合には、上記した滑り止めリング１８が組み込まれているため、大きな効果を発揮する。
【００３４】
尚、上記実施例の下で、増速比を調べたところ、ブレードの回転数が３００ｒｐｍの時軸受ケース２０の回転数は６２４ｒｐｍ、ブレードの回転数が５００ｒｐｍの時軸受ケース２０の回転数は１０４０ｒｐｍであり、いずれも、約２．０８倍の増速比が得られた。
【００３５】
従って、本実施例に係る増速機は、一般的なギヤに比べて接触面積が多いため、低速回転で高出力が発揮できるので、ブレードを小さくして、ビルの屋上や住宅街・商店街・駐車場などの色々な場所に設置しても、騒音・振動問題は生じないし、水力発電で使用する場合も、小さな川でも一定の流れがあれば、多くの電力を発電させることが可能となる。
【００３６】
尚、上記した実施例は、発電機２２に使用される増速機を示したものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の精神に反しない限り、回転力を増速する必要があるものであれば、その他の電気自動車や送風機などにも使用することは十分に可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る増速機は、独特の波形状を呈するギヤを用いるだけで、低速回転で高出力を発揮できるので、これを回転力を増速する必要がある風力発電・水力発電、電気自動車、送風機などに応用すれば、頗る好都合なものとなる。
【符号の説明】
【００３８】
１      外側駆動ギヤ
２      内側伝達ギヤ
３Ａ    第一中間伝達ギヤ
３Ｂ    第二中間伝達ギヤ
４ａ    外側駆動ギヤの内周咬合面
４ｂ    外側駆動ギヤの内周非咬合面
５      外側駆動ギヤの内周歯部
６      外側駆動ギヤの内周案内溝
７ａ    第一中間伝達ギヤの外周咬合面
７ｂ    第一中間伝達ギヤの外周非咬合面
８ａ    第一中間伝達ギヤの内周咬合面
８ｂ    第一中間伝達ギヤの内周非咬合面
９ａ    第一中間伝達ギヤの外周歯部
９ｂ    第一中間伝達ギヤの内周歯部
１０ａ  第一中間伝達ギャの外周案内溝
１０ｂ  第一中間伝達ギヤの内周案内溝
１１ａ  第二中間伝達ギヤの外周歯部
１１ｂ  第二中間伝達ギヤの内周歯部
１２    内側主軸ギヤの外周歯部
１３    第一ガイドローラー
１４    第二ガイドローラー
１５    第三ガイドローラー
１６    連結腕
１７    保持金具
１８    滑り止めリング
１９ａ  ブレ防止手段
１９ｂ  ブレ防止手段
２０    内側主軸ギヤの軸受ケース
２１    主軸連結シャフト
２２    発電機
２３    保護枠
２４    固定支持金具
２５    発電コイル支持金具
２６    連結主軸
２７    保護板
２８    永久磁石
２９    コイル巻線
３０    板バネ
Ｘ      停止時の永久磁石とコイル巻線との距離
Ｙ      起動時の永久磁石とコイル巻線との距離
【図１】
0005167318.tif 000002
【図２】
0005167318.tif 000003
【図３】
0005167318.tif 000004
【図４】
0005167318.tif 000005
【図５】
0005167318.tif 000006
【図６】
0005167318.tif 000007
【図７】
0005167318.tif 000008
【図８】
0005167318.tif 000009