(57)【要約】  トルク伝達装置は、１つ以上の太陽歯車を中心に、かつ１つ以上のリング歯車内を遊星回転するように配設された複数の遊星を有する。各遊星は、差動歯車システムを形成するために、一緒に回転させるように接続されるが、異なる直径を有する複数の遊星歯車を備える、少なくとも１つの遊星歯車セットを含む。負荷分担を改善するために、各遊星歯車セットの複数の遊星歯車は、異なるねじれ角を有することができ、複数の遊星歯車セットは、互いに対して軸方向に移動可能である。代替的又は追加的に、遊星歯車は、半径方向の力に関して可撓性とすることができる。
2020533542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク伝達装置であって、
１つ以上の太陽歯車を中心に、かつ１つ以上のリング歯車内を遊星回転するように配設された複数の遊星であって、前記複数の遊星は、各々が、一緒に回転するように接続され、かつ異なるピッチ円直径を有する複数の遊星歯車を備えるそれぞれの第１の遊星歯車セットを含む、複数の遊星と、
各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設されている、前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の第１の出力歯車と、
各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設されている、前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の第１の基準歯車と、を備え、
Ａが、各第１の遊星歯車セットが異なる螺旋角を有し、各第１の遊星歯車セットが前記１つ以上の太陽歯車によって画定された軸に対して軸方向に移動可能である、前記複数の遊星歯車であり、
Ｂが、その数が少なくとも５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、又は２０個であり、かつ０．１０を超える降伏強度と剛性との比を有する第１の材料で形成される、前記複数の遊星であり、
Ｃが、各第１の遊星歯車セットが、ピニオン表面によって画定され、かつピニオン表面のねじり可撓性部分によって分離される、複数の遊星歯車であり、
Ｄが、その数が少なくとも５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、又は２０個であり、かつ前記１つ以上の太陽歯車のうちの１つ以上及び／又は前記１つ以上のリング歯車のうちの１つ以上が、０．１０を超える降伏強度と剛性との比を有する第１の材料で形成される、前記複数の遊星であり、
Ｅが、各々が、異なるピッチ円直径の各部上にいくつかの歯を有し、前記歯の数が、各遊星歯車上と異なるピッチ円直径の各部上と同じである、前記複数の遊星歯車であり、
Ｆが、前記１つ以上の太陽歯車又は前記１つ以上のリング歯車のそれぞれの第１の入力歯車を更に備え、前記第１の入力歯車が、各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設され、前記遊星歯車が、二重軸受上に装着され、この二重軸受が、前記軸受の予負荷を調整するために１つ以上のシムによって各々調整可能である、前記トルク伝達装置であり、
Ｇが、各遊星歯車セット、前記太陽歯車、及び前記リング歯車が、各々、円錐テーパ及びプロファイルシフトのうちの一方又は両方を有する、前記遊星歯車であるとき、
上記Ａ又はＢ又はＣ又はＤ又はＥ又はＦ又はＧのうちの１つ以上である、トルク伝達装置。
【請求項２】
各遊星が、前記第１の遊星歯車セットに対応する、かつそれに対して軸方向に対称的に配設された第２の遊星歯車を更に備え、前記第２の遊星歯車セットが、前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の対応する第２の出力歯車、及び前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の対応する第２の基準歯車と噛合するように配設される、請求項１に記載のトルク伝達装置。
【請求項３】
各遊星の前記第２の遊星歯車セットが、前記対応する第１の遊星歯車セットの歯車の歯プロファイルに対して軸方向に対称の歯車の歯プロファイルを有する、請求項２に記載のトルク伝達装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の出力歯車が、前記第１及び第２の出力歯車の相対的な軸方向位置決めを調整するためのシムを介して接続される、請求項２又は請求項３に記載のトルク伝達装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の基準歯車が、前記第１及び第２の基準歯車の相対的な軸方向位置決めを調整するためのシムを介して接続される、請求項２〜４のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項６】
前記第１の基準歯車及び第１の出力歯車が、軸受を介して接続され、前記軸受が、シムを介して前記第１の基準歯車及び前記第１の出力歯車のうちの少なくとも１つに接続される、請求項２〜５のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項７】
前記軸受が、異なる軸受レースに接続された複数のシムを介して、前記第１の基準歯車及び第１の出力歯車のうちの前記少なくとも１つに接続される、請求項６に記載のトルク伝達装置。
【請求項８】
前記第２の出力歯車が前記第１の出力歯車であるか、又は前記第２の基準歯車が前記第１の基準歯車であるか、又はその両方である、請求項２〜７のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項９】
前記第１の基準歯車及び第２の基準歯車がリング歯車であり、前記第１の基準歯車が、前記１つ以上の太陽歯車によって画定された中央孔を通って延在するハウジング部分を介して、前記第２の基準歯車に接続される、請求項２〜８のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１０】
前記ハウジング部分が、中央ボアを画定する、請求項９に記載のトルク伝達装置。
【請求項１１】
前記対応する第１の遊星歯車セットに対して各遊星の前記それぞれの第２の遊星歯車セットを離間するように配設された歯車セット離間ばねを更に備える、請求項２〜１０のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１２】
前記第２の遊星歯車セットが、ロッドによって、前記対応する第１の遊星歯車セットと整列され、この各ロッドが、それぞれの第２の遊星歯車セット及び前記対応する第１の遊星歯車セットを通って延在する、請求項２〜１１のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１３】
前記ロッドに対して前記第１の遊星歯車セット及び第２の遊星歯車セットを位置決めするように配設された、ロッド上の歯車セット位置決めばねを更に備える、請求項１２に記載のトルク伝達装置。
【請求項１４】
前記第１の出力歯車及び前記第１の基準歯車が、どちらも前記１つ以上の太陽歯車の太陽歯車であるか、又はどちらも前記１つ以上のリング歯車のリング歯車であり、また、各第１の遊星歯車セットの異なる遊星歯車に接続する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１５】
前記第１の遊星歯車セットの前記複数の前記遊星歯車の一方が平歯車であり、他方がはすば歯車である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１６】
前記第１の遊星歯車セットの前記複数の遊星歯車の一方がはすば歯車であり、他方が同じ巻き方で異なる大きさの螺旋角のはすば歯車である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１７】
前記第１の遊星歯車セットの前記複数の遊星歯車のうちの一方がはすば歯車であり、他方が逆の巻き方のはすば歯車である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１８】
各第１の遊星歯車セットが、前記１つ以上の太陽歯車によって画定された軸に対して軸方向に移動可能である、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１９】
前記第１の遊星歯車セットの前記複数の遊星歯車の一方がはすば歯車であり、他方が同じ巻き方で同じ大きさの螺旋角を有するはすば歯車である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項２０】
前記複数の遊星歯車の一方が平歯車であり、他方も平歯車である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項２１】
前記第１の遊星歯車セットの前記複数の遊星歯車が、同じ歯数を有し、前記複数の遊星歯車の対応する歯が、円周方向に整列される、請求項１５〜１７又は１９〜２０のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項２２】
前記第１の遊星歯車セットの前記複数の遊星歯車の前記歯が、対応する歯の間の連続歯プロファイルフィルによって接続される、請求項２１に記載のトルク伝達装置。
【請求項２３】
前記複数の遊星が、５個以上、６個以上、７個以上、８個以上、９個以上、１０個以上、１１個以上、１２個以上、１３個以上、１４個以上、１５個以上、１６個以上、１７個以上、１８個以上、１９個以上、又は２０個以上の遊星を備える、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項２４】
前記複数の遊星の前記遊星が中空である、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項２５】
前記複数の遊星の前記遊星は、それぞれが、それぞれの外側遊星直径の少なくとも１／２、２／３、４／５、９／１０又は１９／２０のそれぞれのボア直径を有するそれぞれの軸方向のボアを画定する、請求項２４に記載のトルク伝達装置。
【請求項２６】
前記複数の遊星の数が、少なくとも５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、又は２０個であり、かつ０．１０を超える降伏強度と剛性との比を有する第１の材料で形成される、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項２７】
前記複数の遊星の各遊星が、それぞれのピニオン表面を画定するそれぞれの外側ピニオン部分を備える、請求項２６に記載のトルク伝達装置。
【請求項２８】
各遊星の前記それぞれの外側ピニオン部分が、それぞれの中空チューブ上に装着され、前記それぞれの外側ピニオン部分が、前記第１の材料で形成されている、請求項２７に記載のトルク伝達装置。
【請求項２９】
前記それぞれの中空チューブが、前記第１の材料よりも剛性のある第２の材料で形成される、請求項２８に記載のトルク伝達装置。
【請求項３０】
前記第１の材料がプレーン又は繊維強化ポリマー樹脂であり、前記第２の材料が金属である、請求項２９に記載のトルク伝達装置。
【請求項３１】
前記複数の遊星の前記それぞれのピニオン表面は、各々が、前記出力歯車と噛合するように配設された出力歯車付表面と、前記基準歯車と噛合するように構成された基準歯車付表面と、を備え、前記出力歯車付表面及び前記基準歯車付表面が、前記それぞれの外側ピニオン部分のねじり可撓性ピニオン部分によって分離される、請求項２７〜３０のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項３２】
各ねじり可撓性ピニオン部分が、前記ピニオン表面の凹部分を画定する、請求項３１に記載のトルク伝達装置。
【請求項３３】
各ねじり可撓性ピニオン部分が、前記ピニオン表面の軸方向又は半径方向スロットを画定する、請求項３１又は請求項３２に記載のトルク伝達装置。
【請求項３４】
前記第１の材料が、１未満のねじりツイスト剛性と曲げ剛性との比を有する、請求項２６〜３３のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項３５】
各第１の遊星歯車セットの前記複数の遊星歯車が、ピニオン表面によって画定され、かつ、前記ピニオン表面のねじり可撓性部分によって分離される、請求項１〜２６のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項３６】
各ねじり可撓性ピニオン部分が、前記ピニオン表面の凹部分を画定する、請求項３５に記載のトルク伝達装置。
【請求項３７】
各ねじり可撓性ピニオン部分が、前記ピニオン表面の軸方向又は半径方向スロットを画定する、請求項３５又は請求項３６に記載のトルク伝達装置。
【請求項３８】
前記複数の遊星の各遊星が、前記それぞれのピニオン表面を画定するそれぞれの外側ピニオン部分を備え、前記それぞれの外側ピニオン部分が、それぞれの中空チューブ上に装着されている、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項３９】
前記それぞれの外側ピニオン部分が、第１の材料で形成され、前記それぞれの中空チューブが、第２の材料で形成され、前記第２の材料が、前記第１の材料よりも剛性である、請求項３８に記載のトルク伝達装置。
【請求項４０】
前記第１の材料がプレーン又は繊維強化ポリマー樹脂であり、前記第２の材料が金属である、請求項３９に記載のトルク伝達装置。
【請求項４１】
各遊星が、１未満のねじりツイスト剛性と曲げ剛性との比を有する、請求項３５〜４０のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項４２】
前記遊星歯車セットが、群で配設され、前記各群の遊星歯車が、他の歯車との噛合に関して同位相であり、異なる群の遊星歯車が、同位相でない、請求項１〜４１のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項４３】
前記各群の遊星歯車が、前記太陽歯車を中心に均等に分配される、請求項４２に記載のトルク伝達装置。
【請求項４４】
トラクション又は歯車接触で前記遊星と係合するように配設された自由回転太陽又はリング要素を更に備える、請求項１〜４３のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項４５】
前記自由回転太陽又はリング要素が、前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の歯車であり、前記自由回転太陽又はリング要素が、各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設されている、請求項４４に記載のトルク伝達装置。
【請求項４６】
前記自由回転太陽又はリング要素と接触するように配設されたブレーキを更に備える、請求項４４又は請求項４５に記載のトルク伝達装置。
【請求項４７】
前記自由回転太陽又はリング要素が、前記遊星に接触するための２つの軸方向に分離された接触部分を備え、前記接触部分が、前記接触部分の相対的軸方向位置に応じて前記遊星に予負荷を与えるように配向されている、請求項４４〜４６のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項４８】
前記接触部分が、前記遊星に予負荷を与えるように付勢される、請求項４７に記載のトルク伝達装置。
【請求項４９】
前記接触部分の前記軸方向分離を調整するための作動手段を更に備える、請求項４８に記載のトルク伝達装置。
【請求項５０】
前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車のそれぞれの第１の入力歯車を更に備え、前記第１の入力歯車が、各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設されている、請求項１〜４９のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項５１】
前記第１の入力歯車が、入力部材に接続され、前記第１の基準歯車が、ハウジング部材に接続され、前記入力部材が、１つ以上の中間部材を通して前記ハウジング部材に回転可能に接続され、前記入力部材が、軸受の第１のセットを通して前記１つ以上の中間部材のうちの１つの中間部材に回転可能に接続され、前記出力部材が、軸受の第２のセットを通して前記１つ以上の中間部材のうちの前記１つの中間部材又は別の中間部材に回転可能に接続される、請求項５０に記載のトルク伝達装置。
【請求項５２】
前記第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの２つが、リング歯車であり、前記第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの１つが、太陽歯車である、請求項５０又は請求項５１に記載のトルク伝達装置。
【請求項５３】
前記入力歯車が、太陽歯車である、請求項５２に記載のトルク伝達装置。
【請求項５４】
前記第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの２つが、太陽歯車であり、前記第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの１つが、リング歯車である、請求項５０又は請求項５１に記載のトルク伝達装置。
【請求項５５】
前記入力歯車が、リング歯車である、請求項５４に記載のトルク伝達装置。
【請求項５６】
前記第１の基準歯車に対して前記第１の入力歯車を駆動するように接続されたモータと組み合わせた、請求項５０〜５５のいずれか一項に記載のトルク伝達装置を備える、アクチュエータ。
【請求項５７】
前記第１の入力歯車が、モータの回転子である、請求項５６に記載のアクチュエータ。
【請求項５８】
前記モータに隣接し、かつハウジングを通して前記アクチュエータの外面に突出する、熱伝導構成要素を更に備える、請求項５６又は請求項５７に記載のアクチュエータ。
【請求項５９】
請求項１〜４９のいずれか一項に記載のトルク伝達装置を備え、かつ前記遊星ローラ上に装着された第１の電磁素子と、前記第１の電磁素子に作用して前記遊星ローラを駆動するように配設された第２の電磁素子と、を更に備える、電気装置。
【請求項６０】
前記第２の電磁素子が、前記第１の基準歯車に接続される、請求項５９に記載の電気装置。
【請求項６１】
前記第１の電磁素子が、永久磁石である、請求項５９又は請求項６０に記載の電気装置。
【請求項６２】
前記第２の電磁素子が、電磁石である、請求項５９〜６１のいずれか一項に記載の電気装置。
【請求項６３】
前記第２の電磁素子が、空気コイルである、請求項６２に記載の電気装置。
【請求項６４】
前記第２の電磁素子に隣接したバックアイアンを更に備える、請求項６２又は請求項６３に記載の電気装置。
【請求項６５】
電気装置であって、
内側自由回転太陽リングと、
前記内側自由回転太陽リングに転がり接触する遊星ローラと、
外側固定リングと、
外側出力リングと、を備え、
前記遊星ローラが、前記外側固定リングに対して前記外側出力リングを駆動するために、前記外側固定リングと歯車接触する第１の直径、及び前記外側出力リングと歯車接触する第２の直径を有し、
前記遊星ローラ上に装着された第１の電磁素子と、前記第１の電磁素子に作用して前記遊星ローラを駆動するように配設された第２の電磁素子と、を備える、電気装置。
【請求項６６】
前記第２の電磁素子が、前記外側固定リングに接続される、請求項６５に記載の電気装置。
【請求項６７】
前記内側自由回転太陽リングによって画定された中央孔を通して前記外側固定リングに接続された追加的な外側固定リングを更に備える、請求項６５又は請求項６６に記載の電気装置。
【請求項６８】
前記第１の電磁素子が、永久磁石である、請求項６５〜６７のいずれか一項に記載の電気装置。
【請求項６９】
前記第２の電磁素子が、電磁石である、請求項６５〜６８のいずれか一項に記載の電気装置。
【請求項７０】
前記第２の電磁素子が、空気コイルである、請求項６９に記載の電気装置。
【請求項７１】
前記第２の電磁素子に隣接したバックアイアンを更に備える、請求項６９又は請求項７０に記載の電気装置。
【請求項７２】
Ｆが存在し、前記二重軸受が、角度接触軸受であり、前記二重軸受及び前記複数の遊星歯車の独立した予負荷調整を可能にする、請求項１に記載のトルク伝達装置。
【請求項７３】
Ｆが存在し、前記二重軸受が、一対で提供される、請求項１に記載のトルク伝達装置。
【請求項７４】
Ｆが存在し、前記複数の遊星歯車が、バックラッシュ調整を可能にするために各々テーパ付き歯車である、請求項１に記載のトルク伝達装置。
【請求項７５】
前記バックラッシュが、前記１つ以上のシムによって調整される、請求項７４に記載のトルク伝達装置。
【請求項７６】
前記１つ以上のシムが、前記バックラッシュとは独立して、前記軸受の前記予負荷を調整するように構成された複数のシムである、請求項７５に記載のトルク伝達装置。
【請求項７７】
前記第１の入力歯車が、前記遊星によって支持される、請求項５０に記載のトルク伝達装置。
【請求項７８】
前記第１の入力歯車が、電気モータの回転子を備える、請求項７７に記載のトルク伝達装置。
【請求項７９】
前記第１の入力歯車が、太陽歯車である、請求項７７又は請求項７８に記載のトルク伝達装置。
【請求項８０】
Ｇが存在し、前記トルク伝達装置が、前記第１の出力歯車と第２の出力歯車との間の分離を調整するためのシムを備える、請求項１に記載のトルク伝達装置。
【請求項８１】
Ｇが存在し、前記トルク伝達装置が、前記第１の出力歯車と前記第１の基準歯車との間の分離を調整するためのシムを備える、請求項１に記載のトルク伝達装置。
【請求項８２】
Ｇが存在し、前記トルク伝達装置が、前記１つ以上の太陽歯車のうちの２つの太陽歯車の間の分離を調整するためのシムを備える、請求項１に記載のトルク伝達装置。
【請求項８３】
Ｇが存在し、前記トルク伝達装置が、前記第１の入力歯車と第２の入力歯車との間の分離を調整するためのシムを備える、請求項５０に記載のトルク伝達装置。
【請求項８４】
Ｇが存在し、前記円錐テーパ及びプロファイルシフトの両方が存在する、請求項１又は８０〜８３に記載のトルク伝達装置。
【請求項８５】
Ｇが存在し、前記プロファイルシフトが、テーパ付きプロファイルシフトを備える、請求項１又は８０〜８４に記載のトルク伝達装置。
【請求項８６】
Ｇが存在し、前記プロファイルシフトが、テーパ状の前記歯車の歯を備える、請求項１又は８０〜８５に記載のトルク伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は差動遊星歯車ボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
遊星歯車ボックス減速機は、全ての遊星（planet／遊星歯車）が等しく使用されることを確実にするために、全てのピニオン間で負荷平衡することを必要とする。負荷平衡は、しばしば、３つの遊星ギヤのみを使用し、三角測量によって太陽歯車自体を中心に置くことによって達成される。４つの遊星が使用される場合、及び全ての歯車が完全に同じサイズではない場合は、３つの歯車が、大部分の負荷を引き受け、第４の歯車が総負荷の２５％未満を担持する。加えられる歯車が多くなるにつれて、遊星をより少なく、特定の数の遊星にしなければならず、伝達することができる最大トルクに不利益をもたらす。その証拠として、産業界における大部分の遊星歯車セットは、１段当たり３つの遊星歯車だけしか有さず、１段当たり４つ又は５つの遊星を有するのは僅かな割合である。
【０００３】
差動遊星は、より小さい直径の遊星歯車によって非常に高い歯車比を可能にする。しかしながら、標準的な遊星による場合と同じ負荷分担の問題が存在し、３つを超える遊星の使用は不利益である。上で説明したように、これは、より小さい直径の遊星が同程度の負荷を伝達することができないからであり、３つ又は４つの遊星が大部分の負荷を受ける場合、残りの遊星は、比例的なトルク伝達に寄与せず、大部分のトルク伝達を行う遊星は、３つのより大きい直径の遊星のみを使用する場合と比較して小さ過ぎるので、利点を提供することができない場合がある。
【０００４】
より小さい直径の遊星は、それらが歯車ボックス内のより大きい中心貫通孔を可能にするので、非常に望ましい。より数の多い遊星について負荷分担が達成される場合は、より大きいトルク伝達が可能であることも示す。本明細書で開示されるような差動歯車ボックスの実施形態では、ＦＥＡ解析は、３つのより大きい遊星だけを使用した場合と比較して、１２〜１８個のより小さい遊星が好ましいトルク伝達を提供することを示している。
【０００５】
多数のより小さい遊星を使用することができるように、一貫した負荷分担を差動歯車ボックスの遊星間に提供する方法が必要である。最小の重量を有し、かつ厳しいエンベロープが必要とされる、高いトルクを出力する数多くの用途が存在する。装置の他の利点は、下の説明において明らかになるであろう。
【発明の概要】
【０００６】
１つ以上の太陽歯車を中心に、かつ１つ以上のリング歯車内を遊星回転するように配設された複数の遊星を有するトルク伝達装置を提供する。複数の遊星は、各々が、一緒に回転するように接続され、かつ異なる直径を有する複数の遊星歯車を備える、それぞれの第１の遊星歯車セットを含む。１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車のそれぞれの第１の出力歯車は、各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設され、１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車のそれぞれの第１の基準歯車は、各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設される。負荷分担は、以下のＡ又はＢ又はＣ又はＤのうちの１つ以上によって提供される。
【０００７】
Ａは、各第１の遊星歯車セットが異なる螺旋角を有し、各第１の遊星歯車セットは、例えば１つ以上の太陽歯車によって画定された軸に対して、ばねなどの弾性要素に対して、軸方向に移動可能である、複数の遊星歯車である。
【０００８】
Ｂは、その数が少なくとも５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、又は２０個であり、かつ０．１０を超える降伏強度と剛性との比を有する第１の材料で形成される、複数の遊星（planets／遊星歯車群）である。
【０００９】
Ｃは、各第１の遊星歯車セットが、ピニオン表面によって画定され、かつピニオン表面のねじり可撓性部分によって分離される、複数の遊星歯車である。
【００１０】
Ｄは、その数が少なくとも５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、又は２０個であり、かつ１つ以上の太陽歯車のうちの１つ以上及び／又は１つ以上のリング歯車のうちの１つ以上が、０．１０を超える降伏強度と剛性との比を有する第１の材料で形成される、複数の遊星（planets／遊星歯車群）である。
【００１１】
様々な実施形態では、以下の特徴のうちの任意の１つ以上が含まれ得る。
【００１２】
各遊星はまた、第１の遊星歯車セットに対応する、かつそれに対して軸方向に対称的に配設された第２の遊星歯車を更に有することもできる。第２の遊星歯車セットは、１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の対応する第２の出力歯車、及び１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の対応する第２の基準歯車と噛合するように配設されることができる。各遊星の第２の遊星歯車セットは、対応する第１の遊星歯車セットの歯車の歯プロファイルに対して軸方向に対称の歯車の歯プロファイルを有することができる。ここで、歯車の歯プロファイルは、歯車上の歯車の歯の３次元形状に関連する。第１及び第２の出力歯車は、第１及び第２の出力歯車の相対的な軸方向位置決めを調整するためのシムを介して接続することができる。第１及び第２の基準歯車は、第１及び第２の基準歯車の相対的な軸方向位置決めを調整するためのシムを介して接続することができる。下で説明するように第１の入力歯車が存在する場合、第２の遊星歯車セットと噛合するように配設された第２の入力歯車を存在させることもでき、第１の入力歯車及び第２の入力歯車は、第１及び第２の入力歯車の相対的な軸方向位置決めを調整するためのシムによって接続することができる。第１の基準歯車及び第１の出力歯車は、軸受を介して接続することができ、軸受は、シムを介して第１の基準歯車及び第１の出力歯車のうちの少なくとも１つに接続される。軸受は、異なる軸受レースに接続された複数のシムを介して、第１の基準歯車及び第１の出力歯車のうちの少なくとも１つに接続することができる。第２の出力歯車は、第１の出力歯車とすることができ、また、複数の歯車表面又は単一の連続する歯車表面を有することができる。第２の基準歯車は、第１の基準歯車とすることができ、また、複数の歯車表面又は単一の連続する歯車表面を有することができる。第１の基準歯車及び第２の基準歯車は、リング歯車とすることができ、第１の基準歯車は、１つ以上の太陽歯車によって画定された中央孔を通って延在するハウジング部分を介して、第２の基準歯車に接続することができる（本明細書で定義される同一性の概念として、剛性接続部がこれらの歯車を同じ歯車にする）。このハウジング部分は、中央ボアを画定することができる。対応する第１の遊星歯車セットに対して各遊星のそれぞれの第２の遊星歯車セットを離間するように配設された歯車セット離間ばねを存在させることができる。第２の遊星歯車セットは、ロッドによって、対応する第１の遊星歯車セットと整列させることができ、各ロッドは、それぞれの第２の遊星歯車セット及び対応する第１の遊星歯車セットを通って延在する。また、ロッドに対して第１の遊星歯車セット及び第２の遊星歯車セットを位置決めするように配設された、ロッド上の歯車セット位置決めばねを存在させることもできる。第１の出力歯車及び第１の基準歯車は、どちらも１つ以上の太陽歯車の太陽歯車とすることができ、又はどちらも１つ以上のリング歯車のリング歯車とすることができ、また、各第１の遊星歯車セットの異なる遊星歯車に接続することができる。
【００１３】
歯車の組み合わせのいくつかの事例は、以下のとおりである。第１の遊星歯車セットの複数の遊星歯車のうちの一方を平歯車とし、他方をはすば歯車とすることができる。第１の遊星歯車セットの複数の遊星歯車のうちの一方をはすば歯車とし、他方を同じ巻き方で異なる大きさの螺旋角のはすば歯車とすることができる。第１の遊星歯車セットの複数の遊星歯車のうちの一方をはすば歯車とし、他方を逆の巻き方のはすば歯車とすることができる。負荷分担技術Ａは、特に、上述の歯車の組み合わせの事例に適用することができ、技術Ａでは、各第１の遊星歯車セットは、１つ以上の太陽歯車によって画定された軸に対して軸方向に移動可能である。他の事例において、第１の遊星歯車セットの複数の遊星歯車のうちの一方をはすば歯車とし、他方を同じ巻き方で同じ大きさの螺旋角を有するはすば歯車とすることができ、又は複数の遊星歯車のうちの一方を平歯車とし、他方も平歯車とすることができる。製造を容易にするために、第１の遊星歯車セットの複数の遊星歯車は、同じ歯数を有することができ、複数の遊星歯車の対応する歯は、円周方向に整列させることができる。更に、第１の遊星歯車セットの複数の遊星歯車の歯は、対応する歯の間の連続歯プロファイルフィルによって接続することができる。負荷分担のためのＡ、Ｂ、又はＣの選択に関係なく、５個以上、６個以上、７個以上、８個以上、９個以上、１０個以上、１１個以上、１２個以上、１３個以上、１４個以上、１５個以上、１６個以上、１７個以上、１８個以上、１９個以上、又は２０個以上の遊星を存在させることができる。
【００１４】
複数の遊星の遊星は、中空とすることができる。複数の遊星の遊星は、各々が、それぞれの外側遊星直径の少なくとも１／２、２／３、４／５、９／１０、又は１９／２０のそれぞれのボア直径を有するそれぞれの軸方向のボアを画定することができる。
【００１５】
上で説明した任意のトルク伝達装置について、オプションＢを選択することができ、複数の遊星の数は、少なくとも５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、又は２０個であり、かつ０．１０を超える降伏強度と剛性との比を有する第１の材料で形成される。特に、オプションＢに関して、複数の遊星の各遊星は、それぞれのピニオン表面を画定するそれぞれの外側ピニオン部分を有することができる。各遊星のそれぞれの外側ピニオン部分は、それぞれの中空チューブ上に装着することができ、それぞれの外側ピニオン部分は、第１の材料で形成される。それぞれの中空チューブは、第１の材料よりも剛性がある第２の材料で形成することができる。第１の材料は、プレーン又は繊維強化ポリマー樹脂とすることができ、第２の材料は、金属である。複数の遊星のそれぞれのピニオン表面は、各々が、出力歯車と噛合するように配設された出力歯車付表面と、基準歯車と噛合するように配設された基準歯車付表面と、を有することができ、出力歯車付表面及び基準歯車付表面は、それぞれの外側ピニオン部分のねじり可撓性ピニオン部分によって分離される。各ねじり可撓性ピニオン部分は、ピニオン表面の凹部分を画定することができる。各ねじり可撓性ピニオン部分は、ピニオン表面の軸方向又は半径方向スロットを画定することができる。第１の材料は、１未満のねじりツイスト剛性と曲げ剛性との比を有することができる。
【００１６】
また、オプションＣは、オプションＢと組み合わせて選択することもできる。オプションＣによって、各第１の遊星歯車セットの複数の遊星歯車は、ピニオン表面によって画定することができ、また、ピニオン表面のねじり可撓性部分によって分離することができる。特に、オプションＣに関して、各ねじり可撓性ピニオン部分は、ピニオン表面の凹部分を画定することができる。各ねじり可撓性ピニオン部分は、ピニオン表面の軸方向又は半径方向スロットを画定することができる。複数の遊星の各遊星は、それぞれのピニオン表面を画定するそれぞれの外側ピニオン部分を有することができ、それぞれの外側ピニオン部分は、それぞれの中空チューブ上に装着される。それぞれの外側ピニオン部分は、第１の材料で形成することができ、それぞれの中空チューブは、第２の材料で形成され、第２の材料は、第１の材料よりも剛性である。第１の材料は、プレーン又は繊維強化ポリマー樹脂とすることができ、第２の材料は、金属とすることができる。各遊星は、１未満のねじりツイスト剛性と曲げ剛性との比を有することができる。
【００１７】
任意のトルク伝達装置に関して上で説明したように、遊星歯車セットは、群で配設することができ、各群の遊星歯車は、他の歯車との噛合に関して同位相であり、異なる群の遊星歯車は、同位相でなく、各群の遊星歯車は、太陽歯車（複数可）を中心に均等に分配することができる。遊星は、代替的に、不均等に離間することができる。随意に、各遊星の遊星歯車セットは、遊星が全体としてそのような群で配設されるように、互いに同位相とすることができる。
【００１８】
また、牽引又は歯車接触で遊星と係合するように配設された自由回転太陽又はリング要素を存在させることもできる。自由回転太陽又はリング要素は、１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の歯車とすることができ、自由回転太陽又はリング要素は、各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設される。また、自由回転太陽又はリング要素と接触するように配設されたブレーキを存在させることもできる。自由回転太陽又はリング要素はまた、遊星に接触するための２つの軸方向に分離された接触部分を有することもでき、接触部分は、接触部分の相対的軸方向位置に応じて遊星に予負荷を与えるように配向される。接触部分は、遊星に予負荷を与えるように付勢することができる。また、接触部分の軸方向分離を調整するための作動手段を存在させることもできる。
【００１９】
また、１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車のそれぞれの第１の入力歯車を存在させることもでき、第１の入力歯車は、各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設される。第１の入力歯車は、入力部材に接続することができ、第１の基準歯車は、ハウジング部材に接続することができ、入力部材は、１つ以上の中間部材を通してハウジング部材に回転可能に接続することができ、入力部材は、軸受の第１のセットを通して１つ以上の中間部材のうちの１つの中間部材に回転可能に接続することができ、出力部材は、軸受の第２のセットを通して１つ以上の中間部材のうちの１つの中間部材又は別の中間部材に回転可能に接続することができる。第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの２つは、リング歯車とすることができ、第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの１つは、太陽歯車とすることができる。そのような事例では、入力歯車は、減速装置のための太陽歯車とすることができる。第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの２つは、太陽歯車とすることができ、第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの１つは、リング歯車とすることができる。そのような事例では、入力歯車は、減速装置のためのリング歯車とすることができる。
【００２０】
また、上で説明した入力歯車を有するトルク伝達装置と、第１の基準歯車に対して入力歯車を駆動する接続されたモータと、を組み合わせた、アクチュエータも提供される。アクチュエータは、モータに隣接し、かつハウジングを通してアクチュエータの外面に突出する、熱伝導構成要素を有することができる。
【００２１】
また、上で説明したトルク伝達装置、遊星ローラ上に装着された第１の電磁素子、及び第１の電磁素子に作用して遊星ローラを駆動するように配設された第２の電磁素子を加えた、電気装置も提供する。第２の電磁素子は、第１の基準歯車に接続することができる。第１の電磁素子は、永久磁石とすることができる。第２の電磁素子は、電磁石とすることができる。第２の電磁素子は、軟磁性ポストを有することができ、又は空気コイルとすることができる。空気コイルである場合、又は非常に小さい軟磁性ポストを使用する場合、固定子は、多量のコギングを導入することなく軟磁性材料バックアイアンを使用することができる。したがって、バックアイアンは、第２の電磁素子に隣接させることができる。これは、より効率的な空気コイル設計を提供する。
【００２２】
また、上で説明した負荷分担スキームを伴わない電気装置も提供する。したがって、電気装置も提供され、この電気装置は、内側自由回転太陽リングと、内側自由回転太陽リングに転がり接触する遊星ローラと、外側固定リングと、外側出力リングと、を有し、遊星ローラが、外側固定リングに対して外側出力リングを駆動するために、外側固定リングと歯車接触する第１の直径、及び外側出力リングと歯車接触する第２の直径を有し、遊星ローラ上に装着された第１の電磁素子と、第１の電磁素子に作用して遊星ローラを駆動するように配設された第２の電磁素子と、を有する。第２の電磁素子は、外側固定リングに接続することができる。また、内側自由回転太陽リングによって画定された中央孔を通して外側固定リングに接続された、追加的な外側固定リングを存在させることもできる。第１の電磁素子は、永久磁石とすることができる。第２の電磁素子は、電磁石とすることができる。第２の電磁素子は、空気コイルとすることができる。第２の電磁素子に隣接してバックアイアンを存在させることができる。
【００２３】
装置のこれら及び他の態様は、特許請求の範囲に記載される。
【００２４】
以下、例として、図面を参照しながら実施形態を説明するが、同じ参照符号は、同じ要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】電気モータと、各々が異なる螺旋角を有する部分を有する遊星を使用する差動歯車ボックスと、を含む、例示的なアクチュエータの側面切欠図である。
【図２】図１のアクチュエータの拡大側面切欠図である。
【図３】図１のアクチュエータの側面切欠図である。
【図４】図１のアクチュエータの等角切欠図である。
【図５】図１のアクチュエータの正面図である。
【図６】図１のアクチュエータの側面図である。
【図７】図１のアクチュエータの背面図である。
【図８】図１のアクチュエータの等角図である。
【図９】図１のアクチュエータの分解図である。
【図１０】ハウジング又は入力コネクタを伴わない図１のアクチュエータの分解図である。
【図１１】図１のアクチュエータの歯車ボックスの分解図である。
【図１２】図１のアクチュエータのリング歯車の側面切欠図である。
【図１３】図１のアクチュエータのリング歯車の等角図である。
【図１４】図１のアクチュエータの歯車ボックスの遊星の分解図である。
【図１５】図１４の遊星の側断面図である。
【図１６】図１４の遊星の側面図である。
【図１７】圧縮応力を示す図１４の遊星の側面図である。
【図１８】名目上の遊星への力を示す、図１の典型的なアクチュエータの側面切欠図である。
【図１９】片側が小さい遊星への力を示す、図１の典型的なアクチュエータの側面切欠図である。
【図２０】両側が小さい遊星への力を示す、図１の典型的なアクチュエータの側面切欠図である。
【図２１】正面の出力及びハウジング部分を取り除いた、図１のアクチュエータの正面図である。
【図２２】正面の出力及びハウジング部分を取り除いた、図１のアクチュエータの等角図である。
【図２３】遊星の前端部ばねも取り除いた、図１のアクチュエータの等角図である。
【図２４】正面の出力及びハウジング部分を取り除き、更に遊星の位置決め変化を概略的に示す、図１のアクチュエータの正面図である。
【図２５】歯を整列させた、図１のアクチュエータの遊星の等角図である。
【図２６】歯をオフセットした、図１のアクチュエータの遊星の等角図である。
【図２７】典型的な歯車ボックスの等角切欠図である。
【図２８】図２７の歯車ボックスの正面図である。
【図２９】図２７の歯車ボックスの側面図である。
【図３０】図２７の歯車ボックスの背面図である。
【図３１】図２７の歯車ボックスの等角図である。
【図３２】固定リング歯車及びハウジングの複数部分を取り除いた、図２７の歯車ボックスの背面図である。
【図３３】図２７の歯車ボックスの分解図である。
【図３４】遊星歯車を含む、図２７の歯車ボックスの一部分の側面切欠図である。
【図３５】図２７の歯車ボックスの側面切欠図である。
【図３６】遊星を取り除いた、図２７の歯車ボックスの側面切欠図である。
【図３７】図２７の歯車ボックスの等角切欠図である。
【図３８】図２７の歯車ボックスの典型的な遊星の側面図である。
【図３９】一体型の射出成形プラスチックとして形成された、図２７の歯車ボックスの遊星の等角図である。
【図４０】図２７の歯車ボックスに好適な遊星の追加的な実施形態の等角図である。
【図４１】図２７の歯車ボックスに好適な遊星の追加的な実施形態の等角図である。
【図４２】図２７の歯車ボックスに好適な遊星の追加的な実施形態の等角図である。
【図４３】軸方向スロットを有し、チューブを有しない遊星の等角図である。
【図４４】図４３の遊星の切欠等角図である。
【図４５】軸方向スロット及び中央チューブを有する遊星の等角図である。
【図４６】図４５の遊星の切欠等角図である。
【図４７】遊星への軸方向力を示す、図２７の歯車ボックスの切欠図である。
【図４８】遊星への負荷経路を示す、図２７の歯車ボックスの遊星の等角切欠図である。
【図４９】外側歯車の変形を示す、歯車ボックスの概略図である。
【図５０】太陽歯車の変形を示す、歯車ボックスの概略図である。
【図５１】遊星歯車の変形を示す、歯車ボックスの概略図である。
【図５２】選択された材料の材料強度と剛性と密度との比を示す棒グラフである。
【図５３】選択された材料の材料強度と剛性との比を示す棒グラフである。
【図５４】別の典型的な歯車ボックスの切欠等角図である。
【図５５】図５４の歯車ボックスの等角図である。
【図５６】図５４の歯車ボックスの軸方向端面図である。
【図５７】図５４の歯車ボックスの例示的な遊星の等角図である。
【図５８】図５７の遊星の別の等角図である。
【図５９】図５７の遊星の軸方向端面図である。
【図６０】アクチュエータの別の例示的な実施形態の側面切欠図である。
【図６１】図６０のアクチュエータの等角切欠図である。
【図６２】モータ入力構成要素を伴わない図６０のアクチュエータの等角切欠図である。
【図６３】図６０のアクチュエータの上部モータ構成要素の頂部等角図である。
【図６４】図６０のアクチュエータの上部モータ構成要素の底部等角図である。
【図６５】空気流路を示す、図６０のアクチュエータの上部分の切欠等角図である。
【図６６】射出成形を容易にするために連続特徴を有する、図６０のアクチュエータの例示的な遊星の等角図である。
【図６７】図６０のアクチュエータの上半部の分解図である。
【図６８】図６０のアクチュエータの別の例示的な遊星の側断面図である。
【図６９】図６８の遊星と連動する、拡張可能な太陽リングの側断面図である。
【図７０】遊星と連動して安全ブレーキを提供する、調整可能な太陽リングの側断面図である。
【図７１】軸受として作用するのに好適な歯車ボックスの異なる構成の側断面図である。
【図７２】軸受として作用するのに好適な歯車ボックスの異なる構成の側断面図である。
【図７３】軸受として作用するのに好適な歯車ボックスの異なる構成の側断面図である。
【図７４】軸受として作用するのに好適な歯車ボックスの異なる構成の側断面図である。
【図７５】軸受として作用するのに好適な歯車ボックスの異なる構成の側断面図である。
【図７６】軸受として作用するのに好適な歯車ボックスの異なる構成の側断面図である。
【図７７】軸受として作用するのに好適な歯車ボックスの異なる構成の側断面図である。
【図７８】軸受として作用するのに好適な歯車ボックスの異なる構成の側断面図である。
【図７９】別の例示的な歯車ボックスの軸方向端面図である。
【図８０】歯車セットを示す、図７９の歯車ボックスの等角切欠図である。
【図８１】太陽歯車に接触し、位相が異なる、２つの遊星の側面図である。
【図８２】プロファイルシフトを有する歯車の歯の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書に記載される実施形態には、特許請求の範囲によって包含されるものから逸脱することなく、軽微な修正が行われ得る。
【００２７】
装置の実施形態は、下で説明するような１つ以上の戦略の使用を通して、負荷分担を可能にする。いくつかの実施形態の他の利点としては、バックラッシュを低減又は防止すること、並びに遊星キャリアを使用することなく遊星（planets／遊星歯車群）の適切な軸方向及び円周方向位置を維持すること、を挙げることができる。
【００２８】
１つの戦略は、異なる螺旋角を伴う異なる部分を有する遊星を使用することである。この戦略では、入力歯車、出力歯車、及び基準歯車が、それぞれ遊星に接触し得る。遊星に接触する異なる歯車は、集合的にｉ／ｏ歯車と称され得る。減速装置の場合、典型的には、遊星の一方に入力（例えば、太陽歯車）があり、他方に出力及び基準（例えば、リング歯車）がある。本文書では、「太陽歯車」は、遊星歯車と噛合する半径方向外面を有する任意の歯車を指し、「リング歯車」は、遊星歯車と噛合する半径方向内面を有する任意の歯車を指す。「太陽リング」は、リング形状の太陽歯車であり、この定義ではリング歯車でない。一方の側の入力歯車、出力歯車、又は基準歯車のうちの２つは、この戦略では、異なる螺旋角を有し、対応する螺旋角で遊星歯車と噛合する。これは、遊星歯車を軸方向にシフトすることを通して、負荷平衡を可能にする。全体的な軸方向整列を保つために、軸方向に対称の二組の歯車を提供することができ、二組の遊星歯車が、単一の遊星へと組み合わせられ、半部が軸方向ばねよって接続される。また、二組の軸方向内側リング歯車及び／又は太陽歯車も組み合わせられ得る。この戦略を使用する実施形態は、「軸方向ばね位置を有する差動螺旋角」という名称の下記の項で更に説明する。
【００２９】
別の戦略は、可撓性歯車を使用することである。歯車は、プラスチックなどの可撓性材料を使用して作製することができる。因習的に鋼よりも低いトルク対重量比を有すると予想されるプラスチックから、驚くべき利点が見出される。可撓性材料を使用する実施形態は、「プラスチック歯車」という名称の下記の項で更に説明する。
【００３０】
可撓性は、材料の選択だけでなく、歯車の形状にも依存する。
【００３１】
本文書には、本明細書に要約される戦略の更なる用途も説明する。「例示的な遊星駆動アクチュエータ」という名称の項は、減速歯車ボックスと組み合わせた電気モータを備えたアクチュエータの追加的な実施例を提供する。
【００３２】
また、記載される戦略の１つ以上の実施形態と組み合わせることができる追加的な特徴も開示する。
【００３３】
「遊星軸受」という名称の項は、どのように遊星歯車ボックスが、例えばモータのための、軸受としても機能し得るのかについて説明する。
【００３４】
「位相が異なる歯車」という名称の項は、異なる遊星が、ノイズ及び振動を低減するために、任意の所与の瞬間に２つ以上の歯の噛合位置でどのようにリング歯車と噛合し得るのかについて説明する。
【００３５】
［軸方向ばね位置を有する差動螺旋角］
一実施形態において、電気モータは、歯車ボックスエンクロージャ内に収容される。
【００３６】
図１〜図２４は、電気モータと、差動歯車ボックスと、を含む例示的な円筒アクチュエータを示し、差動ギヤボックスは、異なる螺旋角を伴う部分をそれぞれが有する遊星、及び好ましいが移動可能な軸方向位置にピニオン部分を付勢する弾性要素を使用する。これは、多数のより小さいピニオンを活用するための、ピニオン間の一貫した十分な負荷分担を可能にする。単純化した電気モータの固定子及び回転子をハウジングの内側に示す。内部電気モータは、２つの外側リング歯車１０、１０を、中央ボアを画定する環状ハウジング部分１２Ｃを通して接続されたハウジング部材１２Ａ、１２Ｂに取り付けることを可能にし、リング歯車１０、１０の互いに対する相対回転を保持する。ハウジング部材１２Ａ、１２Ｂ、及び１２Ｃは、ハウジング１２の部分を構成する。
【００３７】
例示的な実施形態の側断面図を図１に示す。図１〜図３は、この例示的な実施形態の切欠図を示し、図５〜図８は、アクチュエータの外側の図を示す。
【００３８】
モータは、この実施形態では、内側固定子２２及び外側回転子１３によって構成され、回転子は、積み重ねた軸受アセンブリ４６及び４８によって支持される。軸受アセンブリ４６は、ここに示され、下で更に説明するように、二組の軸受１７及び１９を連結するリング１８を備える。
【００３９】
外側回転子は、接続プレート１５を駆動し、これがスプライン嵌合を通して太陽歯車１４を駆動する。接続プレート１５を使用する代わりに、回転子１３を太陽歯車１４に一体化することも可能であることに留意されたい。これは、より小さい中央孔を伴っているが、より軸方向にコンパクトなアクチュエータを可能にする。
【００４０】
太陽歯車は、中央の直線平歯車の歯によって遊星２３を駆動する。この界面には、適切な噛合を確実にするためにオフセットされた歯を介して、少量のバックラッシュが導入される。示される実施形態では、１８個の遊星が存在する。
【００４１】
遊星は、多くの遊星歯車構成に見出されるようなキャリアを必要としない。代わりに、遊星は、外側螺旋歯で軸方向外側リング歯車１０と噛合する。遊星歯車の軸方向位置はまた、下で説明する負荷平衡機構によって、許容限度内でも提供される。軸方向外側リング歯車は、固定なので、遊星は、入力が回転するときに太陽入力の周りを周回する。次いで、遊星の中央平歯車の歯が中央リング歯車１１と噛合する。遊星の中央平歯のピッチ円直径は、遊星の螺旋歯のピッチ円直径とは異なり、中央リング歯車と軸方向外側リング歯車との間に差動出力を生じさせる。次いで、中央リング歯車１１からの出力は、スプライン嵌合によって接続チューブ１６に接続し、機構の他の部に締結するためのボルト群を含む。
【００４２】
また、図１には、下で更に記載するハウジング１２内にヒートシンク２０及び孔２１も示す。図２は、歯車及び接続プレート１５のみの拡大切欠図を示す。また、図２では、半部がチューブ６上に移動可能に装着された遊星２３の歯車付部分の２つの半部Ａ及びＢを接続する中央ばね７、及びチューブ６上に装着されたストッパ８に半部を接続する外側ばね９も視認可能である。遊星２３のこれらの部品の機能は、図１４〜図２０を参照して下で更に説明する。
【００４３】
図３は、明確にするためにモータ及び遊星を取り除いた、図１のアクチュエータを示す。図４は、図１のアクチュエータの等角切欠図を示す。
【００４４】
図５〜図８は、図１のアクチュエータの外観図を示す。図５は、図１のアクチュエータの正面図を示す。図６は、側面図を示す。軸方向外側リング歯車１０の１つに対応する外側部分が視認可能であるが、軸方向外側リング歯車１０は、この実施形態では、ハウジング１２に固定され、代替的に、どちらもハウジングで取り囲むことができる。図７は、背面図を示す。８は、正面等角図を示す。
【００４５】
図９〜図１１は、図１のアクチュエータの分解図を示す。アクチュエータは、例えばアクチュエータの第１の端部３８で、ハウジング１２を通して外部構造に接続することができ、また、例えばアクチュエータの第２の端部４０で、出力コネクタ１６を通して被駆動部材に接続することができる。この実施形態では、歯車ボックス４２及びモータ４４は、それぞれが、アクチュエータのそれぞれの環状部分を取り込む。
【００４６】
図１０は、ハウジング又は出力コネクタを伴わないアクチュエータを示す。軸受アセンブリ４６及び４８が示され、アクチュエータを組み立てるときに、回転子１３の両側を放熱板２０に接続する。
【００４７】
図１１は、歯車ボックスの分解図を示す。図から分かるように、軸方向内側太陽歯車１４は、この実施形態では、単一片として形成され、軸方向内側リング歯車１１は、単一片として形成される。
【００４８】
図１２は、側面切欠図であり、図１３は、図１のアクチュエータのリング歯車１０及び１１の等角図であり、これらの歯車の歯のパターンをより良好に示す。
【００４９】
図１４〜図１６は、図１のアクチュエータの遊星歯車２３の拡大図であり、負荷平衡機構を示す。
【００５０】
図１４は、遊星（planet／遊星歯車）２３の分解図であり、図１５は、側断面図であり、図１６は、側面図である。これらの図に示されるように、軸方向内側遊星歯車１及び軸方向外側遊星歯車２は、歯車セットＢを備える対称の軸方向内側歯車３／軸方向外側歯車４を有する一体型（歯車セットＡ）として作用するように製造される。歯車セットＡ及びＢはどちらも、中央チューブ又はロッド６によって同軸整列に保持される。「ロッド」という用語は、「チューブ」という用語を包含し得る。歯車セットＡ及びＢとロッド６との嵌合は、チューブ６上の歯車セットＡ、Ｂの軸方向及び回転移動が可能な程度である。歯車セットＡ、Ｂ間の中央ばね７、及びシャフト６の端部での歯車セットＡ、Ｂと保持リング８との間の外側ばね９は、チューブ６上の歯車セットＡ、Ｂの軸方向運動、更には他の対称セットＢに対する歯車セットＡの回転運動を可能にする。各セットＡ及びＢ上の内側及び外側歯車は、異なる螺旋角で作成される。（この実施例では、内側歯車１にはゼロの螺旋角を使用しているが、軸方向内側及び外側歯車が異なる角度を有する限りは、任意の螺旋角を使用することができる。異なる巻き方を伴う同じ大きさの螺旋角を有する歯車はまた、異なる螺旋角も提供する。この螺旋角の違いは、歯車セットの軸方向運動が、外側歯車リングへの外側歯車の歯の負荷の反対方向に、内側歯車リングへの内側歯車の歯の負荷をもたらすように、内側歯車及び外側歯車の異なる直径も補償しなければならない）。その結果、歯車セットＡの任意の軸方向運動は、歯車２の１つが、ハウジング１２に固定された基準リング歯車１０のはすば歯車の歯と噛合するときに、より大きいはすば歯車の角度に起因して、歯車セットＡ全体を回転させる。発明者らは、説明を簡潔にするために、この説明では、固定出力リング歯車１１を参照する。歯車セットＡの軸方向運動の間の歯車セットＡの回転は、歯車１の平歯車が軸方向内側（出力）リング歯車１１に接触してトルクを伝達するまで、軸方向内側平歯車１を、軸方向内側（出力）リング歯車１１の平歯車（図Ａ６）に対して回転させる。
【００５１】
本実施形態における遊星２３の構成要素に対する相対的な力及び運動を図１７〜図２０に例示する。中央ばね７は、力２４を及ぼすことができ、端部ばね９は、力２６及び２８を及ぼすことができる。随意に、図１７に示されるように、ばねは、外力の非存在下でこれらの全てのばね力が非ゼロであるように、圧縮応力を与えることができる。これは、全てのばねが、力が変化したときに圧縮状態を維持することを可能にすることができ、これは、示されるようにベルビル及び波形ワッシャを使用するばねに有用であり得る。他の設計の場合、これは、ばねを張力付与状態とし、その状態を維持するのに有用であり得る。
【００５２】
図１８〜図２０の矢印７８は、遊星の歯の動きの方向を示す。
【００５３】
歯車セットＡ（又はＢ）の軸方向運動は、対向するトルクによって生じ、このトルクは、動作中に基準リング歯車１０が抵抗トルクを受けたときにピニオンを通して伝達される（この動作は、トルクが、電気モータ回転子１３によって、太陽歯車フランジ１５を通して軸方向内側（入力）太陽歯車１４に印加されるトルクに関する）。この歯車セットＡに印加されるトルクは、外側はすば歯車２を通して外側螺旋リング歯車１０に伝達されるトルクをもたらす。他の実施形態では、他のリング又は太陽歯車は、はすば歯車と噛合し、それを通してトルクを伝達することができる。このはすば歯車噛合を通して印加されるトルクは、図１８に示されるように軸方向力３０を歯車セットＡにもたらす。この軸方向力は、ナットがねじ付きボルトに印加する軸方向力に類似する。この軸方向力３０は、ばねの１つ以上によって抵抗を受ける歯車セットＡの軸方向変位３２をもたらす。はすば歯車噛合２へのトルク伝達の結果として、軸方向ばね力（例えば、中央ばね７によって及ぼされる力２４）が、歯車セットＡが受ける軸方向力と等しいとき、歯車セットＡが平衡状態に到達し、軸方向運動が止まる。ばね７、９（例えば、本明細書に示されるように、ベルビルワッシャ及び波形ワッシャであり得る）のばね定数のため、遊星２３の各々上の各歯車セットＡ、Ｂは、それら自体の平衡状態を見出し、その状態で、軸方向位置及び結果として生じる相対回転は、全ての歯車セットＡが対称の歯車セットＢと一体型である場合よりも一貫した負荷を伝達する、遊星の歯車セット（複数の遊星２３の各々上のＡ及びＢ）をもたらす。これは、全てのピニオンの間で比較的一貫した負荷分担で、３つを超えるピニオンの使用を可能にする。対応する力及び変位を、図１８の歯車セットＢについても示す。図１８は、良好な接触を伴うデフォルト条件での力及び変位を示す。
【００５４】
図１９は、片側が小さい場合の力及び変位を示す。はすば歯車３は、小さく、かつ最初は、対応する歯車１０から軸方向力を受けない。歯車セットＡに対する力及び変位は、最初は、図１８に示されるものと同じである。歯車セットＡの変位は、中央ばね力２４を増加させ、運動３４において歯車セットＢを変位させる。これは、歯車４を対応する歯車１０と接触させて、負荷の一部を共有する。
【００５５】
図２０は、歯車セットＡ及びＢの両方が小さい場合の事例を示す。歯車が図１８の位置にある場合、はすば歯車２又は４のどちらも、対応する歯車１０から軸方向力を受けない。図１８の状況と比較して、中央ばね力２４は、他の軸方向力による抵抗が少なく、また、矢印３６によって示されるように、両方の歯車セットを外向きに変位させて、対応する歯車１０に接触し、負荷の一部を分担する。
【００５６】
この実施形態では、ある回転方向におけるはすば歯車及び対応する歯車へのトルクは、各ピニオンアセンブリ上のピニオン歯車セットＡ、Ｂの内向きの（互いに向かう）移動をもたらして、波形ばね７を圧縮し、これが、対応する外向きの力２４を及ぼす。トルクが逆転すると、各遊星２３上の歯車セットＡ、Ｂが反対の軸方向に移動して、端部ばね９を圧縮する。
【００５７】
歯車セットＡ及びＢの両方を含むことは、軸方向力のバランスを保つことを可能にし、よって、遊星歯車は、太陽歯車とリング歯車との整列を外れて軸方向にシフトしない。歯車システムはまた、軸方向力が、例えば遊星キャリアにロッド６を装着するなどの別の方式でバランスが保たれる限り、歯車セットＡ及びＢのうちの１つのみによって機能することもでき、よって、一方の端部ばね９は、遊星キャリアからの正味の軸方向力を遊星歯車に伝達して、歯車への軸方向力のバランスを保つことができる。対称の歯車セットＡ及びＢはまた、端から端まで遊星の負荷のバランスを保つことによって、遊星アセンブリのツイストも防止する。
【００５８】
図２１〜図２４は、正面の出力部分及びハウジング部分を取り除いた、図１のアクチュエータを示す。図２１は、正面図であり、図２２は、等角図である。図２３は、遊星の前端部ばねも取り除いた、等角図である。図２４は、負荷分担のための、遊星の位置決め変化５０を概略的に示す。全ての歯車が、本実施形態では直線で示される入力及び出力歯車と噛合するので、これらの相対的位置決め変化５０は、示されるよりも小さいが、小さい位置決め変化は、負荷の分担を補助する。
【００５９】
図２５〜図２６に示されるように、歯車１及び２の歯、並びに歯車３及び４の歯は、（図２５に示されるように）整列させるか、又は（図２６に示されるように）オフセットすることができる。下で更に説明するように、いくつかの製造手法の場合、歯を整列させた歯車セットを製造することがより容易であり得る。
【００６０】
二重軸受：大径用途のために軸受を選択する際の課題の１つは、最大定格の回転速度が、軸受許容度の非一貫性のためしばしば制限されることである。市販の軸受を使用するが、より高い回転速度を可能にするために、図１に示されるように、複数の軸受を同心円状に積み重ねることができる。次いで、各軸受は、大幅に低減された回転速度に遭遇する。
【００６１】
各軸受は、転がり接触を維持し、ｎ個の軸受が、それぞれ１／ｎの回転速度に遭遇する。
【００６２】
この前提は、その用途において印加される負荷に対する適切な軸方向拘束を有する２つ以上の同心の軸受から成る。図１に示される一実施形態は、一対の同心の軸受１７及び１９から成り、軸受間に支持リング１８を伴う。このリングは、軸受を負荷方向に保持しながら、軸受の各々に正確に嵌合することを可能にする。次いで、軸方向力を回転端部から、外側ベアリングを通して、保持リングを通して、内側軸受を通して、そして、内部シャフトに伝達することができる。
【００６３】
アルミニウムヒートシンク：歯車ボックスがアセンブリの両側に固定リング歯車を使用するという事実のため、モータは、装置の実施形態では、固定（基準）リング歯車１０を接続する構造１２内に含まれる。これは、この構造内で熱放散を伴うといった、潜在的な問題を有する。特定の用途では、周囲の構造は、熱伝導が不十分な材料で構築され得る。次いで、モータによって発生する熱は、エンクロージャから外への高耐熱性流路を有する。図１に示されるようにアルミニウム（又は他の高熱伝導性材料の）ヒートシンク２０を使用することによって、モータによって発生する熱を大きなシンクに収集させて、固定子が周期的かつ短い温度スパイクによって過熱しないことを確実にする。図１では、ヒートシンクは、エンクロージャの孔２１を通して外部支持構造に露出されており、構造内の別の熱伝導体との接触によって、又は対流冷却によって、熱をエンクロージャ材料に直接通過させることを必要とすることなく、熱エネルギーを効率的に消散させること可能にしている。
【００６４】
また、入力、出力、及び基準の他の配設も使用することができる。一般に、図に示される実施形態にあるように、大きい比の歯車減速機（トルク増幅）として作用する歯車システムの場合、出力及び基準は、どちらも、遊星の配置に対して半径方向内側又は半径方向外側でなければならず、入力は、逆に、出力又は基準が接続される歯車のどちらかに、又は原則として、更に別の歯車に接続されなければならない。大きい比の増速機（トルク減衰）として作用するシステムの場合、入力及び基準は、どちらも、遊星の配置に対して半径方向内側又は半径方向外側でなければならず、出力は、逆に、入力又は基準が接続される歯車のどちらかに、又は原則として、更に別の歯車に接続されなければならない。小さい比の増速機又は減速機として作用するシステムの場合、入力及び出力は、どちらも、遊星の配置に対して半径方向内側又は半径方向外側でなければならず、基準は、逆に、入力又は出力が接続される歯車のどちらかに、又は原則として、更に別の歯車に接続されなければならない。
【００６５】
遊星歯車が、半径方向内向き方向又は外向き方向のうちの一方において入力、出力、又は基準のうちの１つに接続されているが、半径方向内向き方向又は外向き方向の他方においてそれらのうちのいずれかに接続されている場合は、所望に応じて、浮動歯車を加えることができる。
【００６６】
一実施形態では、その内容が参照により全体として本明細書に組み込まれる米国特許第９７５５４６３号に開示されているものなどの、高トルクのＬｉｖｅＤｒｉｖｅ（商標）電気モータを使用することができる。
【００６７】
差動歯車ボックスは、典型的には、全出力トルクもまた高速で噛合しており、この摩擦に打ち勝つために必要とされる高い割合の仕事をもたらすので、より低効率である。しかし、ＬｉｖｅＤｒｉｖｅ（商標）のより低速でのより高いモータトルクによって、かなり低い部歯車比を使用することができ、したがって、効率が高められる。１８個の遊星及び適切な負荷分担を確実にするための機構によって、接触比は、従来の遊星歯車ボックスの接触比の６倍であり、したがって、トルク能力を大幅に増大させる。低い比は、入力回転子を所与の出力速度に対してより低速で稼働させることを可能にする。これは、低プロファイルの軸受の使用を可能にし、これは、上で説明したように半径方向に積み重ねたときに、より少ない総軸受重量をもたらす。低メンテナンス：可動部品が極めて少ない。メンテナンス活動の頻度及び全体的なダウンタイムが低減されることが予想される。
【００６８】
アクチュエータは、高いトルク用途に使用することができ、別様には、液圧アクチュエータを使用することができる。液圧に勝る利点としては、以下が挙げられる。信頼性が高い：１つの電力線に対する損傷が、複数のアクチュエータに影響を及ぼさない。電気作動による高いＭＴＢＦ。監視が容易である：アクチュエータのみを監視すればよい。制御性：低減速比のため、応答性及び精度が高い。電気作動により、より精巧な制御アルゴリズムが可能である。環境的に安全である：漏出又は危険な放出の可能性がない。
【００６９】
［プラスチック歯車］
遊星歯車ボックスにおけるプラスチック歯車の使用は、一般に、同じサイズ及びジオメトリの鋼製歯車ボックスよりも低いトルク、及び低いトルク対重量を提供することが予想される。１つの単純な実施例において、全ての歯車及びハウジングに対して高強度鋼を使用し、かつ３つの大きい遊星を使用する従来の鋼製遊星歯車ボックスは、炭素繊維強化ＰＥＥＫ（非常に強度のある射出成形可能プラスチック）から作製した同じ歯車ボックスの約３倍のトルク対重量を提供する。
【００７０】
本明細書に示されるように構成したときに、プラスチック歯車の使用は、高強度鋼から作製された同等の構造の歯車ボックスのトルク対重量に近い、又はそれを超える、驚くべき結果を提供する潜在性を有するものと考えられる。
【００７１】
図２７〜図３７は、この構造の非限定的な実施例を示す。図２７に示されるように、太陽歯車１１４によって駆動されたときに１５：１の差動比で、固定リング歯車１１０に対して出力リング歯車１１１を駆動するように、１２個の遊星１２３のアレイが構築される。明確にするため、歯車を表す座標系は、歯車ボックスの軸方向に対するものであり、更に図２７においてラベル付けされているように、中央歯車の歯は、歯車ボックスの軸中心により近く、外側歯車の歯は、歯車ボックスの軸中心からより離れていることに留意されたい。太陽歯車１１４は、歯１５４を有し、この歯は、（好ましくはより大きいピッチ円直径である）中央遊星歯車の歯１０１、又は（好ましくはより小さいピッチ円直径である）外側遊星歯車の歯１０２のいずれかと噛合するように設計することができる。。モータ回転子（図示せず）は、太陽歯車１１４のＩＤ上に位置決めすることができる。示される実施形態では、太陽歯車は、例証として、手動入力用に設計された、露出した溝付き部分１５６を有する。別の実施形態では、溝付き部分１５６が入力歯車（図示せず）と噛合することができるように、溝を歯車の歯と置き換えることができる。露出した歯車部分１５６において入力歯車が太陽歯車１１４よりも小さい場合、更なる歯車減速を得ることができる。本明細書では、限られた運動範囲で直接入力を提供することができ、又は代替的に、モータを取り囲むようにハウジング１１２を拡張することができ、これは、連続入力を可能にする。
【００７２】
太陽歯車１１４は、この実施形態では、軸受スリーブ１６０上の軸受１５８によってハウジング１１２から支持される。
【００７３】
中央遊星歯車の歯は、一実施形態では歯車ボックスの出力である中央リング歯車１１１と噛合する。遊星の外側歯車の歯１０２は、この例示的な実施形態では、ハウジング１１２を介して接地点に取り付けられた２つの外側リング歯車１１０と噛合する。玉軸受１１７は、固定リング１１０に対して回転するように出力リング１１１を支持することができる。軸受保持リング１５２は、この実施形態では、出力に取り付けられる。
【００７４】
太陽歯車１１４の回転は、遊星１２３を回転させ、そして、リング歯車１１０及び１１１のＩＤの周りを周回させる。内側遊星と内側リング歯車１１１との間、及び外側遊星歯車と外側リング歯車１１０との間の異なる比の結果として、この事例では、以下の歯車の歯数によって約１５：１に等しい差動減速が提供される：
【００７５】
【表１】
2020533542.tif 000003
【００７６】
図２８〜図３２は、図２７の歯車ボックスの更なる図を示す。図２８は、正面図であり、図２９は、側面図であり、図３０は、背面図である。図３０に示されるように、ハウジング１１２は、歯車ボックスを別の物体に装着することをより良好に可能にするために、ハウジング１１２の内側直径上に固定装着特徴／キー溝１６２を有することができる。図３１は、等角図である。図３２は、固定リング歯車、及び遊星歯車１２３を不明瞭にするハウジングの部分を取り除いた、背面図である。
【００７７】
図３３は、図２７の歯車ボックスの分解図である。図３３に示されるように、内側シム１６４は、ハウジング１１２に対する軸受スリーブの軸方向調整を可能にし、したがって、太陽歯車１１４の軸方向調整を可能にし、外側シム１６６は、２つの出力歯車１１１を互いから分離し、出力歯車１１１の軸方向調整を可能にする。そのような軸方向調整の使用を図５４〜図５６を参照して更に下で説明する。図３３はまた、出力歯車１１１の歯１７４及び固定歯車１１０の歯１７６も示す。
【００７８】
図３４は、遊星歯車１２３を含む図２７の歯車ボックスの一部分の側面切欠図を示す。図３５は、図２７の歯車ボックス全体の側面切欠図を示す。図３６は、遊星を取り除いた、側面切欠図を示す。これは、出力歯車の歯１７４の視認を可能にする。図３７は、等角切欠図を示す。
【００７９】
装置の実施形態では、各遊星歯車アセンブリ上の少なくとも１つの外側遊星歯車は、トルクを固定リング歯車から内側リング歯車の出力に伝達することができるように、内側遊星歯車に回転可能に固定しなければならない。各遊星上の内側遊星歯車は、平歯車又は図３８に示される２つの対称のはすば歯車などの単一の歯車とすることができる。可撓性ベースの実施形態では、内側遊星歯車歯１０１及び外側遊星歯車歯１０２が異なる螺旋角を有する必要がないことに留意されたい。図３９は、プラスチックで作製さたこの例示的な装置のためのプラスチック遊星歯車の好ましい構成を示し、外側遊星歯車の歯及び内側遊星歯車の歯は、一体型の射出成形プラスチックで作製される。連続歯プロファイルフィル１６８は、内側歯１０１を外側歯１０２に接続する。内側及び外側の螺旋角は、類似しているか、又は同じであり、これは、歯車を２部品金型から引き出すことを可能にする。金型の一方の半部が時計回りの螺旋歯の雌型を備え、金型の他方が反時計回りの螺旋歯の雌型を備える。
【００８０】
好ましい実施形態では、部品を金型から取り出すことを可能にするために、又は歯車の歯切り装置が、内側の歯又は外側の歯のいずれかに干渉することなく歯を形成することを可能にするために、内側遊星歯車及び外側遊星歯車の歯の数は、同じである。
【００８１】
この実施形態での負荷分担は、プラスチック歯車（及び場合によりプラスチックハウジング）によって、以下のように達成される：
【００８２】
この例示的な実施形態では鋼製歯車の使用を用いることができるが、鋼製歯車は、特に低コストのアクチュエータにおいて、非常に剛性があり、かつ製造許容度の変動を受けるので、問題を含む。その結果、歯車ボックスを鋼で作製した場合、１２個の遊星歯車のうちの３〜５個のみが、より高い割合のトルクを伝達すると予想される。
【００８３】
１個又は２個又は全ての遊星歯車及び／又はリング歯車及び／又は太陽歯車（及び、場合によりハウジング）にプラスチックを使用することによって、より可撓性のあるアセンブリが作成される。例えば、炭素繊維ＰＥＥＫは、３２００ｋｓｉ（２２ｇｐａ）の引張係数を有することができ、一方で、マルエージング鋼などの高強度鋼は、２７６００ｋｓｉ（１９０ｇｐａ）の引張係数を有する。マルエージング鋼は、炭素繊維ＰＥＥＫよりも強度がある。１段当たり３個の大きい遊星を有する従来の遊星歯車ボックスでは、これは、同じ設計の炭素繊維ＰＥＥＫ歯車ボックスと比較して、より大きいトルク対重量を鋼製歯車ボックスに与える。示される実施形態では、プラスチック遊星歯車を使用する。しかしながら、金属遊星と組み合わせたプラスチックリング歯車及び／又は太陽歯車を使用することも可能である。これは、性能及び摩耗寿命の利点を有し、金属部品の一貫性が高い場合に、例えば図４９及び図５０に示される形状の変化を介して、十分な負荷分担を更に提供する。
【００８４】
しかしながら、遊星の数が増加するにつれて、鋼製歯車ボックスの負荷分担は、その高い引張係数（高い剛性）によって、（製造許容度の僅かな変動の結果として）負荷分担の一貫性の低減をもたらす。対照的に、炭素繊維ＰＥＥＫ歯車ボックスは、構成要素の約１／６の剛性を有することができ、鋼製歯車をはるかに超えて歯が可撓することを可能にする。この可撓性は、従来の１段当たり３個のピニオンの遊星歯車ボックスでは、所与のサイズに対して６倍の可撓性をもたらし、また、同じトルク対重量に対しておよそ５倍の可撓性をもたらす。これは、不利益な効果の組み合わせとみなされ、また、所与のサイズ又は所与の重量により高いトルクが必要とされる歯車ボックスにおいて、設計者をプラスチック歯車の使用から遠ざけるように導く。
【００８５】
本明細書では、本明細書で開示されるものなどの多数の遊星を有する歯車ボックス設計による特定の範囲の剛性対強度のプラスチック歯車を組み合わせることによって、プラスチック歯車ボックスから、予想よりも高いトルク対重量及びトルク対サイズを提供する方法を提案する。
【００８６】
鋼又は他の金属の剛性は、通常は、高い剛性を有する歯車ボックスを作成する観点では利点とみなされるが、多数のピニオンを伴う本明細書に示される実施形態のような装置では、鋼製歯車の剛性は、負荷分担の一貫性を低減させ得るので、実際には、不利益であり得る。
【００８７】
特定のピニオン数において、鋼製歯車の高い剛性は、負荷分担に不利益になり、一方で、プラスチック歯車の可撓性は、この数のピニオンを超えて負荷分担の一貫性を高めることを可能にするので、プラスチックのより高い可撓性は、本装置の実施形態のトルク対重量にとって有益であると考えられる。この結果は、装置の実施形態のジオメトリが、鋼製歯車ではなくプラスチック歯車を使用して組み合わせたものであるとき、更には、限定されないが鋼製ピニオン及びプラスチックリング歯車及び太陽歯車などの、鋼及びプラスチックの組み合わせであるときに、トルク対重量などの特定の事項においてより良好な性能を提供する、ピニオン数の多い歯車ボックスジオメトリの範囲であると考えられる。
【００８８】
あるピニオン数を超え、かつ特定の強度対剛性比未満であれば（負荷分担には、より可撓性であることがより良好である）、負荷分担が増加するが、これは、プラスチック（又は内側ピニオン歯車と外側ピニオン歯車との間の機械的ねじれ可撓性部材（金属製歯車にも適用する））の可撓性によって生じるものであり、より弱い材料によってより高いトルクを達成することが可能になる。歯車の構造における製造許容度が緩和されるほど、ピニオンのねじり可撓性から、歯車のより大きい可変性及びより多くの利点が得られる。
【００８９】
その結果は、プラスチック歯車ボックスによって予想されるよりもはるかに良好なトルク対重量に関する性能、更には、場合により、合理的な製造許容度によって作製された同じ設計の鋼製歯車ボックスに類似する、又はより良好なトルク対重量と組み合わせて、歯車ボックスの全部又は一部を射出成形可能にすることによる、非常に低いコストの歯車ボックスの可能性である。
【００９０】
図４０に示されるように、図２７の実施形態の歯車ボックスで使用するのに好適なピニオンの別の実施形態は、全てが一体型であり、かつ（様々な効果によって他の材料が使用され得るが）プラスチックで作製した外側歯車及び内側歯車を有する。随意の円筒断面１７０は、内側歯車１０１と外側歯車１０２との間（及び、場合により、図４１に示される２つの内側歯車の間）に位置する。鋼又はアルミニウム又は（場合により、厚肉プラスチック又は薄肉金属などの）他の材料バー又はチューブ１０６は、曲げ剛性を提供し、トルク伝達中にピニオンが縦方向に曲がるのを低減する。プラスチック歯車は、プラスチック歯車がチューブ１０６上を自由に回転することができるように、チューブ又はバーのＯＤよりも僅かに大きいＩＤで作成される。プラスチック歯車は、ストッパ１０８、例えば本明細書に示されるリップによって、チューブ１０６を軸方向に境界することができる。チューブは、図４２に示されるように省略することもできる。内側歯車と外側歯車との間の随意の円筒区間は、ピニオンの内側歯車及び外側歯車への対向するトルク方向が、円筒区間の少量のねじれツイストをもたらすように、十分薄くなっている。このねじり剛性は、円筒区間の長さを長くすることによって、又はこれらの円筒区間の厚さを薄くすることによって、及び／又は円筒区間内にスロット１７２を生じさせることによって低下させることができる。例えばスロットは、例えば軸状又は螺旋状とすることができる。図４３及び図４４は、軸方向スロット１７２を有し、内側チューブを伴わない変形例を示し、図４５及び図４６は、軸方向スロット１７２及び内側チューブ１０６を有する変形例を示す。円筒区間のツイストは、ピニオンの内側歯車及び外側歯車が互いに対して僅かに回転することを可能にするので、円筒区間のねじり剛性を低下させることは、この設計において有益であると考えられる。その結果、製造上の非許容性をこの相対回転で補償することができ、よって、多数のピニオンを使用することができ、一方で、依然として高い負荷分担の一貫性を達成する。
【００９１】
本明細書ではプラスチック歯車を一実施例として使用するが、金属歯車は、より低い程度であるとしても、同じ構造によって利益が得られることに留意されたい。図４２〜図４４は、内側シリンダを伴わないピニオンを示す。これは、いくつかの構成では、十分な曲げ剛性及びねじれ可撓性を提供して、全てのピニオンの間に十分な負荷分担を提供することができる。
【００９２】
バックラッシュは、ロボティクスなどの多くの用途において、歯車ボックス減速機の性能及び精度に不利益である。
【００９３】
本明細書では、差動遊星歯車トレイン内の４つ以上のピニオンの間の負荷分担を均一にするための機構及び構造を開示する。本明細書ではまた、差動歯車トレインのバックラッシュを低減又は排除するための機構及び構造も開示する。
【００９４】
本装置の１つの目的は、アセンブリ内で遊星キャリアが歯車を軸方向に位置決めする必要性を排除することを通して、アセンブリを単純化し、かつそのコストを低減することである。これは、遊星歯車のいずれかの端部に対向するはすば歯車を使用することによって、装置の実施形態で達成される。図５４〜図５６に関連して下で開示するように、直線状の歯車を使用することもできる。これらの歯車はまた、歯車を金型から引き出すのをより容易にするといった利点を有するテーパを用いて設計される。はすば歯車は、スムーズな動作に有益であり、一方で、テーパは、低コスト製造のために、射出金型から簡単に取り外することを可能にする。
【００９５】
設計の対称構造は、中心平面の両側の対向するはすば歯車、及び／又は中心平面の両側のテーパ状の遊星と一緒に、遊星キャリアが遊星を軸方向に位置決めするように保つ必要性を排除する。遊星の軸に対して直角である遊星のツイストが仮想的に排除されるので、装置の実施形態の対称構成は、遊星キャリアの必要性を排除する。これは、図５１に示されるように、遊星を、重量を低減する中空にすることを可能にし、また、遊星を、半径方向の予負荷を与えた状態で半径方向に圧縮して、バックラッシュを取り除き、一方で、熱膨張中に結合するのを防止することを可能にする。
【００９６】
図４７は、遊星歯車の歯が湾曲矢印１７８によって示される方向に回転しているときの、図２７の歯車ボックス内の図３８の遊星歯車に対する軸方向力を示す。軸方向力の方向は、矢印１８０によって示す。図４８は、図４７に示される軸方向力につながる、遊星１２３への負荷経路を示す等角切欠図である。負荷経路の円周方向力を矢印１８２によって示す。図４８では、１つを除く全ての遊星及び保持リング及び軸受を省略している。
【００９７】
例えば、負荷分担は、図４９に概略的に示されるように外側歯車の変形によって、図５０に概略的に示されるように太陽リングの変形によって、又は図５１に概略的に示されるように遊星歯車の変形によって提供することができる。
【００９８】
上記の実施形態は、太陽入力歯車及び外側出力歯車及び基準リング歯車を示しているが、外側入力リング及び太陽出力歯車及び基準歯車は、別の可能な配設である。
【００９９】
選択した物質のいくつかの特性を下の表に示す。
【０１００】
【表２】
2020533542.tif 000004
【０１０１】
図５２及び図５３は、表２からのいくつかの材料の特性を視覚的形態で示す棒グラフである。
【０１０２】
図５２は、材料の強度と剛性と密度との比を示す。図５２は、この比を比較したときに、プラスチックと金属との明確な違い示す。この用途の場合、より低い剛性、及びより低い密度を伴って、より高い強度を有することがより良好である。図５３は、材料の強度と剛性との比を示す。
【０１０３】
一実施形態では、ピニオンは、好ましくは０．０１０を超える降伏強度と剛性との比を有し得る。
【０１０４】
一実施形態では、ピニオンは、１未満のねじれツイスト剛性と曲げ剛性との比を有し得る。
【０１０５】
図５４〜図５６は、差動歯車ボックスの別の実施例を示す。図２７の実施形態とは異なり、これは、直線歯切り歯車を有する。
【０１０６】
歯車ボックスは、複数の遊星歯車１２３と歯車付接触する１つ以上の太陽歯車１１４を備え、複数の遊星歯車が、それぞれ、異なるリング歯車１１０及び１１１と接触する。遊星は、異なるリング歯車と接触する異なる直径を有することができる。したがって、太陽歯車（複数可）１１４が入力である場合、歯車の減速は、遊星がリング歯車を差動的に運動させることによって得ることができる。１つ以上のリング歯車は、固定することができ、１つ以上は、出力とすることができる。また、入力トルクを提供する太陽歯車（複数可）と接触しない、遊星の一部に接触する１つ以上の追加的な浮動太陽歯車を存在させることもできる。
【０１０７】
この文書に示される他の実施例と同様に、異なる実施形態では、全てのこれらの入力歯車、出力歯車、固定歯車、及び随意の浮動歯車を異なって配設することができる。例えば、出力歯車及び固定太陽歯車及び入力リング歯車（複数可）及び随意の浮動リング歯車（複数可）を存在させることができる。入力歯車及び出力歯車は、任意の実施形態において、減速機から増速機へと変化させるように切り替えることができる。
【０１０８】
歯車は、軸方向に対称の配置で配設することができ、下で説明するように軸方向センタリングが提供され、遊星キャリアの必要性を回避する。
【０１０９】
図５４〜図５９に示される特定の実施形態の歯車は、内側遊星歯車の歯１０１及び外側遊星歯車の歯１０２の両方、並びにこれらの歯車の歯と噛合する全ての他の歯車の歯について、直線歯切り（平）歯車を使用する。また、混合材料において他の実施形態で開示されるように、はすば歯車を使用することもできる。
【０１１０】
図５９は、プロファイルシフトを加えた円錐テーパを示し、プロファイルシフトを有する歯車の歯５０８を図８２により具体的に示す。テーパは、歯車の円錐テーパ、並びに歯の幅にわたって変化するプロファイルシフトによる歯車の歯のインボリュートプロファイルのテーパを使用する。これは、歯車の歯を接触させて、円錐テーパに類似する方法で機能するが、適切な歯車の歯の接触及び共役運動を有するためのインボリュートプロファイルの能力を保持することを可能にする。プロファイルシフトは、インボリュートプロファイルを、歯の１つの軸方向の正方向に、及び軸方向の負方向にオフセットするように作用する。噛合歯車は、反対方向を除いて同じシフトを有する。プロファイルシフトは、しばしば、歯車において使用されるが、（部分的に製造上の懸念により）歯の全体にわたって一定である。これは、歯の接触における小さい誤差を補うのを補助することができ、又は歯車セットを最適化するのを補助することができる。この大きさは、典型的に非常に小さいが、普段使用しているものと同程度の大きさであり得る。歯幅にわたるプロファイルシフトは、名目上直線であるが、１つの歯の正のシフトが整合歯の負のシフトに整合するのであれば、場合により、歯幅にわたって非直線とすることができる。歯の深さにわたるこのプロファイルシフトの変化は、歯車の円錐テーパとは関係なく、軸方向に沿った歯自体のテーパとして説明することができる。プロファイルシフトは、歯車のいずれかに適用することができる。例えば、好適なプロファイルシフトは、例えば国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／０５５０８７号に示されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１１】
一方又は両方のテーパ効果は、任意の１つ以上の対称出力リングの半部の間、出力リングと固定リングとの間、又は対称太陽歯車の半部の間でシムと組み合わせて、軸受及び歯車の予負荷を調整して、バックラッシュを低減又は排除することを可能にする。
【０１１２】
図２７の実施形態の二重螺旋又は山歯歯車は、対称設計により正味の軸方向負荷を生じさせることなく、遊星を軸方向にセンタリングするための安定した力を提供し、更に、図５４の実施形態のような利点も提供する。この文書に示される実施形態では、太陽歯車及びリング歯車の遊星歯車及び対応する歯車は、テーパ状である。テーパはまた、この安定した力を提供して遊星をセンタリングし、はすば歯車は、軸方向センタリングに必要とされない。
【０１１３】
上で説明したように、異なる角度を有するはすば歯車（又は平歯車と対にしたはすば歯車）は、各遊星の歯車の軸方向分離の変化を可能にするばねと組み合わせて、負荷分担を提供するために使用することができる。これは、比較的非可撓性の歯車の間での負荷分担を可能にするのに特に有用である。示されるこの特定の実施形態では、平歯車のみを使用し、遊星は、単一片である。したがって、上記の負荷分担機構は、この実施形態では有効でない。平歯車である歯車、及び単一片で形成された遊星は、歯車減速機の動作に必要でないが、これらの特徴は、構造を単純化する。
【０１１４】
負荷分担は、この実施形態では、遊星歯車の可撓性によって提供することができる。遊星歯車は、中空で半径方向に屈曲させて（例えば、断面形状を円形から僅かに楕円に変化させて）、バックラッシュの低減又は排除を達成することができる。これは、比較的可撓性の材料を使用して歯車を作製することにより、及び薄肉の中空歯車により容易にすることができる。遊星キャリアがないことは、可撓性を支援する。その他の場合、遊星キャリア装置と関連する他のシャフト及び軸受は、半径方向の屈曲を妨げる。
【０１１５】
典型的な剛性歯車システムでは、結合を防止するために、噛合歯車の間に熱膨張のためのいくらかの隙間が必要とされるが、この空間は、バックラッシュを可能にする。遊星の可撓性は、この実施形態では、バックラッシュを可能にするための追加的な空間が必要でないことを意味する。遊星は、リング歯車を保持する要素の間にシムを使用して半径方向に予負荷を与えることができ、半径方向のテーパとの組み合わせは、バックラッシュを低減又は排除するように、組み立て中に調整する。中空歯車の半径方向の可撓性は、歯車を撓曲させるための熱拡張を可能にし、結合を生じさせることなく、例えば図５１に示されるように、歯車を楕円形状にする。
【０１１６】
シムは、例えば平坦なものとすることができ、また、下の図に示されるように、歯車ボックスの軸方向中央平面に沿ったシムと、軸受部品のいずれかの側の他のものと、を含むことができる。シムは、リング歯車を軸方向に位置決めし、これは、テーパ付き遊星が、テーパ付きリング歯車と係合して、バックラッシュを取り込むことを可能にする。
【０１１７】
シムは、軸方向中心平面又は互いに対する、要素のいずれかの相対的な軸方向位置を調整するために印加することができる。対称性を維持するために、一般には、中心平面にまたがって要素の軸方向位置を変化させることは望ましくない。しかしながら、そのような要素はまた、例えば入力太陽歯車のいずれかの軸方向側に浮動太陽歯車を有する実施形態（図示せず）では、他の要素にシムを入れるための基準として使用することができ、また、軸受によってそれに接続することができ、下で説明するシムＢ及びＣに類似するシムを使用して、入力太陽歯車及び軸方向中心平面に対する浮動太陽歯車の軸方向位置を調整することができる。
【０１１８】
図５４〜図５６に示される実施形態は、中央シム１８４によって分離された中央出力リング歯車と、下で説明する内側シム１８６及び外側シム１８８を伴う軸受によって出力リング歯車に接続された固定外側リング歯車と、を有する。中央シム１８４は、互いに対する、及び遊星に対する出力リング歯車の軸方向位置を調整する。内側シム１８６及び外側シム１８８は、出力リング歯車１１１に対する、及び中央シム１８４と組み合わせて、遊星に対する、固定リング歯車１１０の位置を調整する。また、図５４には、太陽歯車シム１８７も示す。太陽歯車シム１８７は、互いに対する２つの太陽歯車の半部（太陽歯車）の軸方向位置を調整する。これを使用して、バックラッシュを調整することもできる。太陽歯車シム１８７は、この実施形態について他の図に示されない。対応する要素は、中心平面の他方の側に対称的に配設され、一方の側だけを記載する。異なるシム調整は、異なる側で使用することができるが、典型的には、別の非対称性を修正することを除いて、これは行われない。
【０１１９】
この特定の実施形態では、太陽歯車１１４は、一体型で軸方向中央平面にまたがり、また、シムを有しない。代替的に、太陽歯車は、この実施形態の出力歯車１１１に類似し、２つの部品の間にシムを有する、２つの部品で作製することができる。
【０１２０】
示される実施形態は、例えばプラスチックから、射出成形によって形成することができる。はすば歯車はまた、より一貫した接触比を提供し、また潜在的に、ノイズ及び伝達誤差をより少なくするが、射出成形することが困難であり得る。歯車は、成形後に軸方向に、並びに半径方向に縮小し、正確な最終部品を得ることをより難しくする。したがって、平歯車は、構築をより容易にすることができ、また、正確な部品を得ることをより容易にすることができ、はすば歯車の利点を補償することができる。
【０１２１】
図５７〜図５９に示されるように、遊星は、それぞれが、固定歯車及び出力歯車を差動的に駆動するために、２つの異なるピッチ円直径を有する部分を含む。遊星が金型を離れるときに干渉を伴わない射出成形を可能にするために、例えば、金型が、遊星の軸方向中央平面で分離された２つの半部で形成される場合、示される実施形態では、図５９の遊星の端面図に最も明確に示されるように、２つの異なるピッチ円直径を有する部分は、同じ数の歯を有し、その部分の歯は、整列している。
【０１２２】
遊星はまた、機械加工によって形成すること、又は射出成形後に機械加工することもできる。また、同じ数の歯を有する２つの異なるピッチ円直径を有する部分、及び整列されている歯は、より簡単な機械加工を可能にする。
【０１２３】
一方で、固定リング歯車及び出力リング歯車は、この実施形態では、遊星歯車によって差動的に駆動されるように、異なる数の歯を有する。
【０１２４】
また、例えば鋼製の、金属歯車を使用することもできる。より高い剛性を補償するために、より薄い壁を使用して、半径方向の可撓性を可能にすることができる。
【０１２５】
図７９〜図８１を参照して下で説明するように、異なる遊星歯車を、歯車噛合に関して位相が異なるように配設することができる。複数組の歯車を存在させることができ、各組の歯車を同じ位相とするか、異なる組を異なる位相とするか、又は全ての歯車を異なる位相とすることができる。（又は、歯車は、全て同じ位相とすることができる）。例えば、本明細書に示されるように１２個の歯車を有する実施形態では、それぞれ６個の二組の歯車を存在させること、例えば第２の歯車ごとに一組にすることができ、又は１２個全ての歯車が任意の所与の瞬間に異なる噛合位相にあるようにすることができる。これは、歯車噛合による、又は異なる歯車が同じように整列される不完全性による力の変化を分散させ、よって、力の変化が同時に生じない。
【０１２６】
図５４〜図５６に示される実施形態では、二重軸受は、軸方向中心平面の各側上の固定リング歯車と出力リング歯車との間に含まれる。軸受は、それぞれが、各角度接触軸受であり、内側シム１８６及び外側シム１８８を使用して予負荷を与えることができる。内側シム１８６と外側シム１８８との間の幅の差を使用して、軸受に予負荷を与えることができ、内側シム１８６及び外側シム１８８の両方の幅を等しく増加又は低減させることを使用して、固定リング歯車と出力リング歯車との間の軸方向分離を決定することができる。この配置は、良好な安定性を有する。軸方向中心平面の各側上の複数組の軸受は、別個に予負荷を与えることができる。反対側上の一組は、軸方向中心平面に関して、内側シム１８６及び外側シム１８８に対称のシムを使用して、予負荷を与えることができる。
【０１２７】
一実施形態において、軸受は、プラスチックから作製することができる。これは、金属軸受と比較して、軸受の重量の低減を可能にする。
【０１２８】
この実施形態では、図５４は、等角切欠図を示し、図５５は、等角図を示す。図５６は、軸方向端面図を示す。
【０１２９】
図５７〜図５９は、図５４〜図５６である場合の差動遊星歯車ボックスの例示的な遊星を示す。図５７及び図５８は、等角図を示し、図５９は、軸方向端面図を示す。
【０１３０】
したがって、ピニオンのＩＤ上の駆動太陽入力と、ピニオンのＯＤ上の１つ以上の固定リング歯車と、ピニオンのＯＤ上の１つ以上の出力リング歯車と、を有し、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、２０個のピニオンを超えるピニオンの数を有し、ピニオン及び／又は内側リング歯車又は外側リング歯車を有し、０．１０を超える降伏強度と剛性との比を有し、プレーン又は繊維強化ポリマー樹脂で作製され、ピニオンが、１未満のねじりツイスト剛性と曲げ剛性の比を提供するように、内側歯車と外側歯車との間にねじれ可撓性断面を有する、差動歯車ボックスを提供する。ねじれ可撓性を増加させるために、軸方向スロット又は螺旋スロットを円筒区間に存在させることができる。固定リング歯車及び／又は出力リング歯車のための軸方向シムを入れること、又は他の固定位置決めグ手段によってバックラッシュ調整を可能にする、対称に対向するテーパ付きピニオンを存在させることができる。歯車は、直線状又は螺旋状とすることができる。ハウジング及び出力リング歯車に一体化された二組の対向する軸受レースを存在させることができる。
【０１３１】
［例示的な遊星駆動アクチュエータ］
図６０〜図６７に示される例示的なアクチュエータの実施形態は、２つの固定子を有する直接駆動モータに結合された一体型対称差動歯車ボックスを含む。図６０の四角い箱は、（軸中心の）出力歯車及び（出力歯車の上側及び下側の）固定歯車軸方向に対して軸方向に対応する歯車ボックスの複数部分を示す。例示的なアクチュエータの実施形態は、別体の回転磁石キャリアを必要とすることなく、回転子の目的にかなう永久磁石キャリアとしてのピニオンの使用を更に含む。構成要素は、封止ハウジング２１２内に封入することができ、参照番号２９０によって示される共通軸を中心に回転させることができ、かつ参照番号２９２によって示される軸方向中心平面について対称とすることができる。１つ以上の電磁固定子は、入力トルクを歯車ボックスに提供し、かつ装置の軸方向中心平面２９２から外方に位置させることができる。空気コイル（すなわち、軟磁性コアを伴わない電磁コイル）は、固定子内で使用することができ、また、ピニオン歯車の中へ挿入された永久磁石に作用するように整流される。ピニオン歯車は、図６１に示される浮動転がり接触太陽リング２９４によって、半径方向に予負荷を与えることができる。ピニオン歯車の歯は、螺旋状、テーパ状、又はインボリュートプロファイルを有するもの、のうちの１つ以上とすることができる、２つの対称な歯プロファイルを有する。装置の軸中心に位置し、内側ピニオン歯２０１と称されるピニオン歯は、装置の軸方向中心平面において出力歯車２１１の出力リング歯車の歯２７４と噛合する。装置の軸中心から外方に位置し、外側ピニオン歯２０２と称されるピニオン歯は、装置の軸中心から軸方向外方に位置する２つの固定入力リング歯車２１０の歯２７６と噛合する。固定リング歯車２１０は、装置の軸中心などを通して一緒に固定される。ピニオンと固定リング歯車との間、及びピニオンと出力リング歯車との間の異なる歯車の歯の比は、ピニオンの軌道周回速度に対して低減させた速度で、出力リングを回転させるものである。本明細書に示される非限定的で例示的な実施形態は、１０：１の比を有し、それに応じて、異なる用途に対して複数の比を提供するようにスケーリングすることができる。図６２は、モータ入力構成要素を伴わない装置を示す。
【０１３２】
本明細書に示される非限定的で例示的な実施形態は、太陽歯車入力を有しない８つの遊星歯車を備える。多数の遊星ピニオン歯車２２３は、装置からの大きいトルク容量を可能にする。負荷分担は、転がり接触自由回転太陽リング２９４と一緒に、ピニオン２２３に磁力を直接印加することによって達成され、これは、固定リング２１０及び出力リング２１１に対してピニオンに予負荷を与えて、一方で、各ピニオンが理想的な円周方向位置見出すことを可能にし、全てのピニオンは、電磁固定子を通してトルクが印加されるときに、適度に等しく負荷される。ピニオンは、装置の半径方向の中心に最も近い転がり接触太陽リング２９４を使用することによって、外側リング２１０及び２１１との歯車係合状態を保つ。２つの固定リング歯車２１０は、この実施形態では、アクチュエータの大きい中央貫通孔を通して固定リング歯車を接続する円筒部材２９６によって一体型であるかのように互いに取り付けられることに留意されたい。転がり接触太陽リング２９４とピニオン２２３との間のトラクションインターフェースの使用は、ピニオン２２３が、それぞれ、固定歯車リング及び出力歯車リングに対する個々の位置を見出すことを可能にする。これは、各ピニオンが、例えば、内側リングが歯車付である場合よりも、装置のトルク伝達によって生じる負荷をより均等に分担することを可能にすることができる。
【０１３３】
遊星歯車２２３の回転は、永久磁石３００に作用する、電磁導体コイル２９８によって生成される電磁力の影響によって達成され、永久磁石は、遊星を中心とする、限定されないが鋼又は鉄などの鉄系シリンダ３０２に対する誘引磁力によって、歯車の両方の軸方向端部を通してピニオン歯車２２３に固定される。非限定的な実施形態では、モータ固定子は、バックアイアン３０４と組み合わせた空気コイル２９８、及び磁石とバックアイアンとの間の空隙を使用し、バックアイアンは、適度に高いトルクを達成することができ、一方で、同時に、固定子内に鋼製ポストが存在しないことによる受動コギングの影響を排除する。異なるトルク効果のために、鋼製ポストも同様に使用することができる。代替的に、電磁石は、軟磁性ポスト（図示せず）を有することができる。空気コイルを使用する場合、又は異常に小さい軟磁性ポストを有する電磁石を使用する場合、固定子は、コギングを殆ど又は全く伴うことなく電磁コイルの効率をさせるために、軟磁性材料のバックアイアンを使用することができる。
【０１３４】
モータ固定子内の積層バックアイアン３０４は、積層体の交互層及び固定入力リング歯車２１０／ハウジングの開口部を通って延在する突出したアルミニウムフィン３０６で作製することができる。バックアイアン３０４は、螺旋状の鋼で作製され（上部モータの構成要素の上面図を示す図６３の同心リングによって表される）、かつ極区間のいかなる整列も必要としないので、製造が単純化される。同心巻線の（２層ごとなどの）周期的層は、鋼製とすることができ、また、空気コイルの間の光束経路としての役割を果たすことができるが、好ましくは、硬質の陽極酸化アルミニウム、又は限定されないがアルミニウムなどのいくつかの他の高熱伝導率材料である。
【０１３５】
この非限定的な構成では、アルミニウムは、コイルからアクチュエータの外側の熱抽出面への直接の熱経路を提供する。熱は、空気コイル２９８の銅導体からバックアイアン３０４に伝達され、空気がフィン３０６を通過するときに、ハウジングの開口部において放散される。図６５に最良に示されるように、蛇行パターンで形成された押出物３１２を有する空気フェンス構成要素３０８は、ハウジング内の開口部３１０と重なって、入力からの空気を、フィン３０６を過ぎて、装置の外へ案内する。矢印３１６は、空気フェンス３０８の空洞を通る気流を示す。
【０１３６】
図６４は、上部モータの構成要素の底面図を示す。図６４は、空気フェンス３０８によってアルミニウムフィン３０６の上側に画定された空洞の円周方向オフセットを示す。
【０１３７】
製造を単純にするために、遊星歯車は、プラスチックなどからの、射出成形可能なものとすることができる。遊星歯車の構成は、射出成形を容易にするために、図６６に示されるようにアンダーカットを伴わない遊星歯車の軸に沿った螺旋歯などの連続特徴を含むことができる。
【０１３８】
図６７は、図６０の歯車ボックスの上半部の分解図を示す。
【０１３９】
次いで、射出成形に必要とされるテーパは、遊星歯車の軸方向外側区間の最大歯先直径が、軸方向内側区間の最小歯先直径よりも小さくなければならないことが必要である。遊星歯車の好ましい実施形態は、軸方向内側歯車の歯の数の倍数又は同数のいずれかになるように、軸方向外側区間にいくつかの歯を含む。射出成形可能な遊星歯車を伴う一実施形態では、歯車付浮動内側リングを使用して、ピニオン歯車に予負荷を与え、ピニオン歯車が外側リングと係合した状態を保つことができる。歯車付浮動内側リングは、高い磁力下にあるピニオンから、ＥＭ力入力の位相の間にあるピニオンへとトルクを伝達するといった利点を有することができる。軸方向外側断面の歯の数が軸方向内側断面の歯の数の倍数であるとしても、歯車全体は、依然として、軸方向外側の歯と整列しない軸方向内側区間の歯の開始時に工程を変更することによって射出成形することができることに留意されたい。
【０１４０】
実施形態は、内側構成要素を塵及び微粒子から保護するために、モータの入力及び出力に沿って加えられたシールを含む。
【０１４１】
テーパ付き歯車は、射出金型又は粉末状の金属などの圧縮粉末プロセスなどの他のプロセスから、歯車付部品を取り出すことを可能にする。テーパは、各歯車の歯の前端面及び後端面に異なる螺旋角、及び／又は歯先及び歯元のテーパを有することができ、よって、結合することなく歯車を金型から解放する。テーパ付き歯設計の他の特性は、インボリュート形状を正しく動作させることを可能にする。
【０１４２】
転がり特徴（例えば円筒区間）を、ピニオン２２３の内側歯車と外側歯車との間に存在させることができる。これは、転がり太陽リング２９４によって提供される予負荷の中央力の位置を提供する。
【０１４３】
これはまた、プラスチックピニオンレース（転がり特徴）の太陽リング２９４の転がり接触が、鋼製コアの３０２いずれかの端部の磁石３００にではなく鋼製ピニオンコア３０２に圧縮負荷を伝達するように、十分に広く（軸方向に十分に長く）することを可能にする。鋼は、典型的なＰＭ磁石材料よりもはるかに良好な強度及び耐久性を有し、これは、耐用年数の長期化に寄与する。
【０１４４】
磁石３００は、好ましくは太陽リング２９４の予負荷によって応力を受けず、ＰＭ磁石は、プラスチックピニオン歯車の端部のＩＤに接触することなく、鋼製コアの軸方向端部に磁気的に吸引され、したがって、そこに取り付けられ得る。ＰＭの内側軸方向端部の円筒ボスは、鋼製コアの端部の円形孔部に嵌合して、ＰＭをセンタリングする。
【０１４５】
ＰＭ３００は、電磁固定子と相互作用するためのより大きい磁極を提供するために、ピニオン２２３の軸方向端部を越える、より大きいＯＤを有することができる。
【０１４６】
アセンブリシーケンスは、以下のとおりとすることができ、また、対称の分割出力リング２１０によって可能である。
【０１４７】
事前の工程としてピニオン２２３をリング歯車の中に配置する場合は、太陽リングの接触がピニオンに干渉し、太陽リングの組み立てを妨げる。同様に、最初に太陽リング及びピニオンを組み立てる場合は、出力リングがピニオンに干渉し、組み立てを妨げる。しかしながら、分割出力リング歯車２１０を使用することによって、最初にピニオン２２３及び太陽リング２９４又は太陽リングアセンブリを組み立てて、次いで、２つの出力リング歯車の半部２１１の各々を一緒に中心平面に向かって組み立てることが可能である。次いで、２つのテーパ付き固定歯車リング２１０を組み立てる。これは、組み立て中のあらゆる干渉を防止し、ゼロバックラッシュという最終結果を可能にする。
【０１４８】
出力リング歯車２１１アセンブリに対する固定リング２１０の軸方向位置を調整することができるのであれば、真のゼロバックラッシュの最終アセンブリを達成することに留意されたい。その解決策に関する問題は、固定リングと出力リングとの間の一体型軸受レース３１４の実装を非常に困難にすることである。代わりに、一実施形態は、下に示されるように拡張可能な太陽リング３１８を使用し、これは、ピニオン中心軸のある範囲の半径方向位置において歯車予負荷を提供することができる。図６８は、例えば図６９に示されるように拡張可能な太陽リング３１８と共に使用するのに好適な形状を有する遊星２２３を示す。遊星２３２は、磁石と遊星歯車の歯の一部分との間、及び磁石と鋼製コア３０２の半径方向に分離された部分との間に離間距離３２０を伴って配設された磁石３００を有することができる。線３２２は、内側２０１及び外側２０２の歯の歯角度を示す。
【０１４９】
中心平面での２つの出力リング歯車の半部の互いに対する相対的な軸方向位置を調整するために、アセンブリでは、交換可能な／調整可能なシム（図示せず）がこれらの半部の間に提供される。このシムは、組み立て中に挿入することができる交換可能なリング又はリング区間とすることができ、又はシムは、全ての構成要素の組み立て後であるが、２つの出力リングの半部がボルトで互いに締め付けることなどによって一緒に固定される前に、アクチュエータ中心軸の周りを回転することを介して調整することができるランプ又はスレッドを有する回転リングとすることができる。出力リング歯車２１０がバックラッシュを有するようにアセンブリを作成することによって、最大シム調整厚さであるときに、固定リング歯車２１０及び出力リング歯車２１１、並びにピニオン２２３及び拡張可能な太陽歯車３１８は、緩く配設することができるが、それらの最終位置の近くに組み立てることができる。この時点で、太陽リング３１８の予負荷が、バックラッシュを伴うことなく、外側ピニオン歯車２０２及び固定リング歯車２１０の歯を押し込み、係合させる。次いで、出力歯車リング２１１間の軸方向距離を短くすることで、内側歯車２０１及び出力リング２１１からバックラッシュを取り除く。単一のシムを（出力リング歯車の２つの半部のみの間に）積み重ねることを可能にして、固定歯車及び出力歯車の噛合時のバックラッシュを調整するためには、膨張太陽リング３１８の結果としてピニオンを外向きに移動させることができること、及びピニオン２２３の内側歯車２０１（及び出力歯車２１１）のテーパがより大きいテーパ角度であること、が必要である。このように、出力リング歯車２１１の軸方向調整は、外側の歯２０２と固定歯車２１０との間での外側歯車の噛合よりも、内側の歯２０１と出力歯車２１１との間での内側歯車の噛合に対してより大きい影響を及ぼす。その結果、端部の固定リング歯車２１０と、その端部の出力リング歯車２１１の半部との相対位置を変化させる必要はない。これは、バックラッシュの調整中にこの相対位置のいかなる変化も必要とされないので、軸受レース３１４を固定歯車及び出力歯車に鋳造又は機械加工することを可能にする。この調整戦略において考慮しければならない唯一のことは、２つの固定リング歯車２１０の互いに対する相対位置は、２つの出力リング歯車２１１を調整するときに、シムを入れる／同時に調整することが必要であることである。しかしながら、この調整は、接続部分２９６を介することを含む、２つの固定リング２１０を一緒に支持及び固定するハウジング２１２の対応性の結果であり得る。
【０１５０】
機械ばね（又は磁石リングの反発）によって２部品の太陽リングを軸方向にばね付勢することを介した、調整可能な太陽リング圧力は、熱膨張及び歯車表面の摩耗を補償し、一方で、バックラッシュを低減又は排除する。これは、太陽リングの直径及びピニオン接触レースの直径に関するより大きい許容範囲、並びに歯車レースの許容度を可能にする。
【０１５１】
軸方向に拡張可能な太陽リング３１８は、図６９に示されるように、ピニオンレースに対する太陽リングレースの予負荷力を調整する能力を提供する。これは、例えば、下に示すように、軸方向に拡張可能な太陽リングアセンブリの両方の軸方向端部の磁気コイル３２４を含む、いくつかの手段によって行うことができる。この実施例の電磁コイルは、アクチュエータハウジングに固定される。アクチュエータの出力トルクに比例するレベルまで電磁コイルに給電することによって、ピニオン及びリング歯車の予負荷を常に調整して、ゼロバックラッシュ歯車インターフェース及び可能な最も低い摩擦を確実にすることができる。
【０１５２】
図７０に示される一実施形態では、以下のように電源遮断安全ブレーキが歯車ボックスに一体化される。分離ばね３２６は、太陽リング３１８とピニオン接触面３２８との間に高レベルの摩擦を生じさせるのに十分な強さである。この摩擦はまた、歯車の噛合面間により高い摩擦ももたらし、超歯車ボックスの逆駆動を困難又は不可能にする。これは、電力を喪失したときにアクチュエータが回転するのを防止する、電源遮断ブレーキをもたらす。ブレーキを解除するには、電磁コイル３２４などの作動手段が、反対方向の力を及ぼす。次いで、不必要な摩擦を排除するためにばね力が十分に軽減されるが、任意の所与のトルク出力時にバックラッシュを生じさせるほどではないように、この力のレベルを調整することができる。明確にするため、太陽リングアセンブリに対するＥＭ力が大きくなるにつれて、ピニオンに対する予負荷の力が低くなる。アクチュエータへの電力を喪失するときに、ＥＭコイルは無給電状態になり、機械ばねが予負荷力を提供し、次いで、この予負荷力を、歯車ボックスの逆駆動を少なく、又は完全になくすように十分高くする。
【０１５３】
この遊星駆動アクチュエータの実施形態の特徴としては、以下を挙げることができる：固定リング歯車が、装置の軸中心を通すことなどによって、一緒に固定される；遊星歯車が、軸方向内側歯車の歯の数の倍数又は同数のいずれかになるように、軸方向外側区間にいくつかの歯を含む；空気が中心軸から外向きに流れるときに、蛇行する空気フェンスが、空気に冷却フィンの間を円周方向に通過させる；歯車なし太陽リングが、ピニオンに予負荷を与えるが、等しいトルクの伝達のためにピニオンを浮動させることを可能にする；太陽リングを、歯車付とすることができる；太陽リングが、更に、いくつかのピニオンが固定子に沿って引っ張られていないときに、ピニオン間でトルクを分配する；及びブレーキ装置（図示せず）を用いて（歯車の有無にかかわらず）太陽リングに制動力を印加することによって、太陽リングをブレーキ部材（図示せず）として使用することができる。太陽リングを使用する代替的なブレーキを図７０に示す。
【０１５４】
［遊星軸受］
回転子は、歯車ボックスに結合することができ、遊星歯車を軸受と太陽とのインターフェースとして使用することができる。遊星が軸受として作用することができるような歯車の構成を例証するために、歯車ボックスの６つの非限定的な構成（７１〜７８）を示す。これは、３つを超える任意の数の遊星について機能することができる。図７１〜図７８は、数多くの可能な歯車比の軸方向内側又は軸方向外側太陽インターフェースを伴う、対称の遊星歯車ボックスの構成を網羅する。この原理は、遊星歯車の対向する半径方向側（例えば、図７１〜図７８の遊星歯車の左側及び右側）に入力歯車及び固定歯車を有する、任意の遊星システムにおいて機能する。
【０１５５】
図７１〜図７８の各々は、それぞれの実施形態の２Ｄ断面図を示す。単純にするため、歯車の歯は示さない。各図は、入力歯車４０２、固定歯車４０４、及び出力歯車４０６と連動する遊星４００を示す。破線４０８は、入力歯車及び出力歯車が回転する中心軸を示す。
【０１５６】
図７１は、軸方向内側遊星歯車の歯と連動する太陽入力４０２、及び軸方向外側遊星歯車の歯と連動する外側固定歯車４０４を使用する実施形態を示す。
【０１５７】
図７２は、軸方向内側（又は外側）遊星歯車の歯と連動する入力リング歯車４０２、及び軸方向外側遊星歯車の歯と連動する固定太陽歯車４０４（及び外向きに湾曲して、入力リング歯車の周りをループする）、及び軸方向内側遊星歯車の歯と連動する出力太陽歯車４０６を示す。図７２は、図７１と同じであるが、半径方向内側にあるもの及び半径方向外側にあるものが逆である。
【０１５８】
図７３は、軸方向外側遊星歯車の歯と連動する太陽入力４０２、及び軸方向外側遊星歯車の歯と連動する外側固定４０４を示す。
【０１５９】
図７４は、図７３と同じであるが、半径方向内側にあるもの及び半径方向外側にあるものが逆である。
【０１６０】
図７５及び図７６は、可動部品によって取り囲まれた固定部分を有する。これは、連続運動に対しては機能しないが、制限された範囲又は運動ジョイントに対しては完全に許容可能である。すなわち、可動部品は、固定部品を接地することを可能にする外周の周りのスロット部を有する。これらはまた、軸方向内側遊星歯車が軸方向外側遊星歯車よりも大きい場合に、増速機にもなる。これはまた、逆転させて減速機に変化させることもできるが、それは、遊星歯車の製造／組み立てをより困難にし得る。
【０１６１】
図７５は、軸方向内側遊星歯車の歯と連動する外側入力歯車４０２、及び軸方向内側遊星歯車の歯と連動する固定太陽歯車４０４を示す。
【０１６２】
図７６は、軸方向内側遊星歯車の歯と連動する外側入力歯車４０２、及び軸方向外側遊星歯車の歯と連動する固定太陽歯車４０４を示す。
【０１６３】
図７７は、軸方向外側遊星歯車の歯と連動する外側入力歯車４０２、及び軸方向内側遊星歯車の歯と連動する固定太陽歯車４０４を示す。
【０１６４】
図７８は、軸方向外側遊星歯車の歯と連動する外側入力歯車４０２、及び軸方向外側遊星歯車の歯と連動する固定太陽歯車４０４を示す。
［位相が異なる歯車］
【０１６５】
差動歯車ボックスを使用するときの１つの潜在的な欠点は、３つ又は４つの遊星システムと比較したときの追加的な歯車の噛合である。遊星が全て同じ位相であるときに、歯車は、次の歯と同時に接触し、追加的な遊星によって、ノイズ及び振動の潜在性が増加する。遊星の位相を異なるように保つことによって、追加的な最初の歯の接触をより均等に分配することができ、位相が同じシステムの「コギング感覚」を大幅に低減する。例示的な一実施形態では、１４個の遊星が存在し、したがって、１４の最初の接触が存在する。単一位相のシステムでは、ある時点においてこれらの接触の全てが生じ、一方で、７つの位相のシステムでは、単一の時点において２つの接触のみが生じるが、接触は、７倍も頻繁に生じる。
【０１６６】
図７９及び図８０に示される一実施形態では、太陽１１４の周りに均等に位置決めされた１４個の遊星１２３が存在する。各遊星は、同じであり、７つの固有の遊星の位相が存在する。対向する遊星は、同じ位相である。歯車直径及び歯数を表３に提供する。
【０１６７】
【表３】
2020533542.tif 000005
【０１６８】
これは、２つの従来の遊星歯車セット、すなわち、内側歯車セット５００及び外側歯車セット５０２に分離することができ、それぞれが、太陽歯車と、遊星歯車と、リング歯車と、を有する。各歯車セットは、他の歯車セットと異なり得る一定のピッチ又はモジュールを有する。差動歯車セットは、外側歯車セットの太陽歯車を使用しないことに留意されたい。仮想太陽歯車は、システムに嵌合するが、システムのバランスのよい性質のため、必要とされない。
【０１６９】
【表４】
2020533542.tif 000006
【０１７０】
２つの歯車セットは、システム内で直径及び歯数に互換性があるように設計される。
−遊星の数
−遊星の半径方向及び接線方向位置
−遊星の位相
【０１７１】
個々に、歯車セットは、遊星歯車トレインに対する既知の規則に従い、太陽歯車及びリング歯車の歯の総数は、遊星の数で均等に割り切れる。これは、遊星が太陽の周りに均等に離間されることを確実にする。
【数１】
2020533542.tif 000007
【０１７２】
遊星の半径方向位置は、２つの歯車セットの相対スケールによって制御され、遊星歯車軸が同じ半径となることを確実にする。
【０１７３】
遊星の位相は、２つの歯車セットが同じ数の固有の位相を有することを確実にすることによって、互換性が保たれる。システムにおける固有の位相の数は、遊星の数を、太陽歯車の歯の数、リング歯車の歯の数、及び遊星の数の最大公約数で除算することによって計算される。
【数２】
2020533542.tif 000008
【０１７４】
位相は、類似する遊星位相が太陽の周りに均等に分配されるように構成される。上の実施例では、各固有の位相について２つの遊星が存在する。１つの位相の２つの遊星は、互いから１８０°に位置する。
【０１７５】
システムは、同じ数及び位置の固有の歯車位相によって動作することができる。位置のみに互換性がある場合、システムは、それぞれの歯車位置について指定される遊星の構成が存在する場合にのみ動作することができる。各遊星の構成は、同じ歯車を使用するが、内側歯車と外側歯車との間の回転整列は、各位相について固有である。
【０１７６】
一実施形態では、遊星歯車の歯の数は、等しくすることができ、又は一方の遊星の歯の数を、他方の遊星の歯の数の整数倍とすることができる。これは、いくつかの利点を提供する。
【０１７７】
第１に、遊星は、射出成形が挙げられるがこれに限定されない方法を使用して、単一片としてより容易に製造することができる。システム内の負荷分担機構をより良好に可能にするために、遊星を単一片として有することが有益である。例示的なシステムが依存する負荷分担機構の１つは、太陽リング及び外側リングの歯車の歯の接触を確実にするための、遊星の半径方向の圧縮である。圧縮を生じさせることを確実にするための方法の１つは、いくらかの追加的な半径方向の可撓性を可能にするように、大きな貫通孔を遊星に含むことである。遊星が複数の小片で構築されている場合、その小片を一緒に締結する方法は、非常に多くの材料を必要とし、したがって、かなり高い剛性をもたらす。
【０１７８】
第２に、本システムは、単一片として遊星と共に組み立てることができる。任意の遊星歯車セットでは、歯車の１つ以上を軸方向に挿入しなければならない。１つのプロセスでは、遊星は、太陽の周りに半径方向に配置することができ、外側リングは、遊星の周りに軸方向に挿入することができる。差動歯車ボックスの場合は、２つの遊星歯車セットが軸方向に結合され、遊星が単一片である場合は、組み立て方法に対する制限が存在する。遊星歯車の歯の数を抑制することによって、組み立てることができる、かなり多くの構成が存在する。この制限がなければ、外側遊星歯車の歯が歯車を内側歯車セットに軸方向に挿入するのを妨げるので、いくつかの構成は、組み立てることができない。これは、平歯車及び螺旋歯車の歯にも当てはまる。異なる構成のイメージ（太陽入力、リング入力、など）については、本明細書と共に出願された追加的な明細書を参照されたい。
【０１７９】
大部分の適正な歯車比について、２つの遊星の直径は、同程度でなければならない。より小さい遊星歯車の歯先が、より大きい歯車の歯元よりも大きい場合は、アンダーカットが存在し、これは、歯車を、内側歯車セットの位置へ軸方向に挿入することができないことを意味する。
【０１８０】
図８１では、示される２つの遊星の位相が異なることが明らかである。歯車中心軸と装置の中心軸との間を走るそれぞれの線５０４は、最も近い歯の異なる位置で歯車の歯５０６と交差し、左側の歯車では太陽の歯の中央近くにあり、右側の歯車では太陽の歯の片側にある。
【０１８１】
上で説明した原理を使用することによって、差動歯車ボックスに使用することができるいくつかの固有の解が存在する。これらの解のリストを下に示すが、特許請求の範囲に記載の範囲は、これらの固有の解に限定されない。異なる数の歯車の歯を伴う追加的な解が存在し、各解は、任意の直径に適するように幾何学的にスケーリングし、歯の数を一定に保つことができる。特定の構成は、本開示の原理に従って適用される既知の式の解によって決定することができる。
【０１８２】
【表５−１】
2020533542.tif 000009
【表５−２】
2020533542.tif 000010
【０１８３】
歯車ボックスのこれらのパラメータは、自分から円周を見るときに交互する（Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂ、Ａ．．．）２つのサイズの半径方向の外側遊星を使用し、一方で、半径方向の内側遊星の各々が同じサイズであることで機能すると考えられる（Ｐ＝遊星、Ｒ＝リング、ｉｎ＝内側、ｏｕｔ＝外側）。
【０１８４】
【表６−１】
2020533542.tif 000011
【表６−２】
2020533542.tif 000012
【表６−３】
2020533542.tif 000013
【表６−４】
2020533542.tif 000014
【０１８５】
歯車ボックスのこれらのパラメータは、半径方向内側遊星が全て同じサイズであり、必ずしも内側と同じではないが、半径方向外側遊星が全て同じサイズである場合に機能すると考えられる。
【０１８６】
【表７−１】
2020533542.tif 000015
【表７−２】
2020533542.tif 000016
【表７−３】
2020533542.tif 000017
【表７−４】
2020533542.tif 000018
【０１８７】
材料の選択によるか、剛性を低減する形状特徴によるか、又はこれらの両方によるかにかかわらず、遊星歯車は、内側及び外側歯車が歯車のあらゆる製造許容度に対応するために、かつ内側及び外側両方の歯車セットの適切な歯車の歯の接触を確実にするために十分ねじれ撓曲することができ、一方で、システム内で内側及び外側遊星歯車が軸方向に整列した状態を保ち、かつ歯車システムの意図した最大トルクに相関する大きさの局所トルクを伝達することを可能にするために十分なねじり剛性を保持するように、ねじり剛性を有しなければならない。加えて、遊星歯車の曲げ剛性は、遊星の曲げ偏向による歯車の歯の滑りを防止するのに十分でなければならない。
【０１８８】
特許請求の範囲において、「備える（comprising）」という語は、その包括的な意味において使用され、他の要素が存在することを排除しない。特許請求項の特徴の前の不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、１つを超える特徴が存在することを排除しない。本明細書に記載される個々の特徴のそれぞれは、１つ以上の実施形態において使用することができ、また、本明細書に記載されているということのみの理由で、特許請求の範囲によって定義されるように全ての実施形態にとって必須であるものと解釈されるべきではない。
【図１】
2020533542.tif 000019
【図２】
2020533542.tif 000020
【図３】
2020533542.tif 000021
【図４】
2020533542.tif 000022
【図５】
2020533542.tif 000023
【図６】
2020533542.tif 000024
【図７】
2020533542.tif 000025
【図８】
2020533542.tif 000026
【図９】
2020533542.tif 000027
【図１０】
2020533542.tif 000028
【図１１】
2020533542.tif 000029
【図１２】
2020533542.tif 000030
【図１３】
2020533542.tif 000031
【図１４】
2020533542.tif 000032
【図１５】
2020533542.tif 000033
【図１６】
2020533542.tif 000034
【図１７】
2020533542.tif 000035
【図１８】
2020533542.tif 000036
【図１９】
2020533542.tif 000037
【図２０】
2020533542.tif 000038
【図２１】
2020533542.tif 000039
【図２２】
2020533542.tif 000040
【図２３】
2020533542.tif 000041
【図２４】
2020533542.tif 000042
【図２５】
2020533542.tif 000043
【図２６】
2020533542.tif 000044
【図２７】
2020533542.tif 000045
【図２８】
2020533542.tif 000046
【図２９】
2020533542.tif 000047
【図３０】
2020533542.tif 000048
【図３１】
2020533542.tif 000049
【図３２】
2020533542.tif 000050
【図３３】
2020533542.tif 000051
【図３４】
2020533542.tif 000052
【図３５】
2020533542.tif 000053
【図３６】
2020533542.tif 000054
【図３７】
2020533542.tif 000055
【図３８】
2020533542.tif 000056
【図３９】
2020533542.tif 000057
【図４０】
2020533542.tif 000058
【図４１】
2020533542.tif 000059
【図４２】
2020533542.tif 000060
【図４３】
2020533542.tif 000061
【図４４】
2020533542.tif 000062
【図４５】
2020533542.tif 000063
【図４６】
2020533542.tif 000064
【図４７】
2020533542.tif 000065
【図４８】
2020533542.tif 000066
【図４９】
2020533542.tif 000067
【図５０】
2020533542.tif 000068
【図５１】
2020533542.tif 000069
【図５２】
2020533542.tif 000070
【図５３】
2020533542.tif 000071
【図５４】
2020533542.tif 000072
【図５５】
2020533542.tif 000073
【図５６】
2020533542.tif 000074
【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
2020533542.tif 000077
【図６０】
2020533542.tif 000078
【図６１】
2020533542.tif 000079
【図６２】
2020533542.tif 000080
【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
2020533542.tif 000083
【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
2020533542.tif 000087
【図７０】
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【図７１】
2020533542.tif 000089
【図７２】
2020533542.tif 000090
【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
2020533542.tif 000095
【図７８】
2020533542.tif 000096
【図７９】
2020533542.tif 000097
【図８０】
2020533542.tif 000098
【図８１】
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【図８２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月1日(2020.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク伝達装置であって、
１つ以上の太陽歯車を中心に、かつ１つ以上のリング歯車内を遊星回転するように配設された複数の遊星であって、前記複数の遊星は、各々が、一緒に回転するように接続され、かつ異なるピッチ円直径を有する複数の遊星歯車を備えるそれぞれの第１の遊星歯車セットを含む、複数の遊星と、
各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設されている、前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の第１の出力歯車と、
各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設されている、前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の第１の基準歯車と、を備え、
Ａが、各第１の遊星歯車セットが異なる螺旋角を有し、各第１の遊星歯車セットが前記１つ以上の太陽歯車によって画定された軸に対して軸方向に移動可能である、前記複数の遊星歯車であり、
Ｂが、その数が少なくとも５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、又は２０個であり、かつ０．１０を超える降伏強度と剛性との比を有する第１の材料で形成される、前記複数の遊星であり、
Ｃが、各第１の遊星歯車セットが、ピニオン表面によって画定され、かつピニオン表面のねじり可撓性部分によって分離される、複数の遊星歯車であり、
Ｄが、その数が少なくとも５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１９個、又は２０個であり、かつ前記１つ以上の太陽歯車のうちの１つ以上及び／又は前記１つ以上のリング歯車のうちの１つ以上が、０．１０を超える降伏強度と剛性との比を有する第１の材料で形成される、前記複数の遊星であり、
Ｅが、各々が、異なるピッチ円直径の各部上にいくつかの歯を有し、前記歯の数が、各遊星歯車上と異なるピッチ円直径の各部上と同じである、前記複数の遊星歯車であり、
Ｆが、前記１つ以上の太陽歯車又は前記１つ以上のリング歯車のそれぞれの第１の入力歯車を更に備え、前記第１の入力歯車が、各第１の遊星歯車セットのそれぞれの遊星歯車と噛合するように配設され、前記遊星歯車が、二重軸受上に装着され、この二重軸受が、前記軸受の予負荷を調整するために１つ以上のシムによって各々調整可能である、前記トルク伝達装置であり、
Ｇが、各遊星歯車セット、前記太陽歯車、及び前記リング歯車が、各々、円錐テーパ及びプロファイルシフトのうちの一方又は両方を有する、前記遊星歯車であるとき、
上記Ａ又はＢ又はＣ又はＤ又はＥ又はＦ又はＧのうちの１つ以上である、トルク伝達装置。
【請求項２】
各遊星が、前記第１の遊星歯車セットに対応する、かつそれに対して軸方向に対称的に配設された第２の遊星歯車を更に備え、前記第２の遊星歯車セットが、前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の対応する第２の出力歯車、及び前記１つ以上の太陽歯車又は１つ以上のリング歯車の対応する第２の基準歯車と噛合するように配設される、請求項１に記載のトルク伝達装置。
【請求項３】
各遊星の前記第２の遊星歯車セットが、前記対応する第１の遊星歯車セットの歯車の歯プロファイルに対して軸方向に対称の歯車の歯プロファイルを有する、請求項２に記載のトルク伝達装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の出力歯車が、前記第１及び第２の出力歯車の相対的な軸方向位置決めを調整するためのシムを介して接続される、請求項２又は請求項３に記載のトルク伝達装置。
【請求項５】
前記第１の基準歯車及び第１の出力歯車が、軸受を介して接続され、前記軸受が、シムを介して前記第１の基準歯車及び前記第１の出力歯車のうちの少なくとも１つに接続される、請求項２〜４のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項６】
前記第２の出力歯車が前記第１の出力歯車であるか、又は前記第２の基準歯車が前記第１の基準歯車であるか、又はその両方である、請求項２〜５のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項７】
前記第１の基準歯車及び第２の基準歯車がリング歯車であり、前記第１の基準歯車が、前記１つ以上の太陽歯車によって画定された中央孔を通って延在するハウジング部分を介して、前記第２の基準歯車に接続される、請求項２〜６のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項８】
前記対応する第１の遊星歯車セットに対して各遊星の前記それぞれの第２の遊星歯車セットを離間するように配設された歯車セット離間ばねを更に備える、請求項２〜７のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項９】
前記第２の遊星歯車セットが、ロッドによって、前記対応する第１の遊星歯車セットと整列され、この各ロッドが、それぞれの第２の遊星歯車セット及び前記対応する第１の遊星歯車セットを通って延在する、請求項２〜８のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１０】
前記第１の出力歯車及び前記第１の基準歯車が、どちらも前記１つ以上の太陽歯車の太陽歯車であるか、又はどちらも前記１つ以上のリング歯車のリング歯車であり、また、各第１の遊星歯車セットの異なる遊星歯車に接続する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１１】
各第１の遊星歯車セットの前記複数の遊星歯車が、ピニオン表面によって画定され、かつ、前記ピニオン表面のねじり可撓性部分によって分離される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１２】
トラクション又は歯車接触で前記遊星と係合するように配設された自由回転太陽又はリング要素を更に備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１３】
前記第１の入力歯車が、入力部材に接続され、前記第１の基準歯車が、ハウジング部材に接続され、前記入力部材が、１つ以上の中間部材を通して前記ハウジング部材に回転可能に接続され、前記入力部材が、軸受の第１のセットを通して前記１つ以上の中間部材のうちの１つの中間部材に回転可能に接続され、前記出力部材が、軸受の第２のセットを通して前記１つ以上の中間部材のうちの前記１つの中間部材又は別の中間部材に回転可能に接続される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１４】
前記第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの２つが、リング歯車であり、前記第１の入力歯車、第１の基準歯車、及び第１の出力歯車のうちの１つが、太陽歯車である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項１５】
前記入力歯車が、太陽歯車である、請求項１４に記載のトルク伝達装置。
【請求項１６】
前記第１の基準歯車に対して前記第１の入力歯車を駆動するように接続されたモータと組み合わせた、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のトルク伝達装置を備える、アクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のトルク伝達装置を備え、かつ前記遊星ローラ上に装着された第１の電磁素子と、前記第１の電磁素子に作用して前記遊星ローラを駆動するように配設された第２の電磁素子と、を更に備える、電気装置。
【請求項１８】
前記第２の電磁素子が、前記第１の基準歯車に接続される、請求項１７に記載の電気装置。
【請求項１９】
電気装置であって、
内側自由回転太陽リングと、
前記内側自由回転太陽リングに転がり接触する遊星ローラと、
外側固定リングと、
外側出力リングと、を備え、
前記遊星ローラが、前記外側固定リングに対して前記外側出力リングを駆動するために、前記外側固定リングと歯車接触する第１の直径、及び前記外側出力リングと歯車接触する第２の直径を有し、
前記遊星ローラ上に装着された第１の電磁素子と、前記第１の電磁素子に作用して前記遊星ローラを駆動するように配設された第２の電磁素子と、を備える、電気装置。
【請求項２０】
前記第２の電磁素子が、前記外側固定リングに接続される、請求項１９に記載の電気装置。
【請求項２１】
前記内側自由回転太陽リングによって画定された中央孔を通して前記外側固定リングに接続された追加的な外側固定リングを更に備える、請求項１９又は請求項２０に記載の電気装置。
【請求項２２】
前記第１の入力歯車が、前記遊星によって支持される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項２３】
前記第１の入力歯車が、電気モータの回転子を備える、請求項２２に記載のトルク伝達装置。
【請求項２４】
前記第１の入力歯車が、太陽歯車である、請求項２２又は請求項２３に記載のトルク伝達装置。
【国際調査報告】
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