ダイレクトドライブ機構とは、原動機からの力またはトルクが、歯車列やベルトなどの中間カップリングを介さずに、エフェクタデバイス（車両の駆動輪など）に直接伝達される機構設計である。[1] [2] [3] [4]

歴史

19世紀後半から20世紀初頭にかけて、初期の機関車や自動車の中には、高速域でダイレクトドライブトランスミッションを採用したものもありました。[5] [6]産業用アームのダイレクトドライブ機構は、希土類磁性材料の使用により、1980年代に実現可能になりました。[1]最初のダイレクトドライブアームは、1981年にカーネギーメロン大学で製造されました。[7] 現在、最も一般的に使用されている磁石はネオジム磁石です。[8]

デザイン

ダイレクトドライブシステムは、スムーズなトルク伝達とほぼゼロのバックラッシュを特徴としています。[9] [10] [11]ダイレクトドライブシステムの 主な利点は、効率性の向上（ドライブトレイン部品からの電力損失の低減による）と、可動部品が少ないシンプルな設計です。また、幅広い速度域で高いトルクを発生できること、応答速度が速いこと、正確な位置決めが可能であること、慣性が低いことも大きな利点です。[12] [13]

主な欠点は、低回転数で高トルク出力を得るために特殊なタイプの電動モーターが必要になることが多いことです。多段変速機と比較すると、モーターは通常、システムの出力速度範囲が狭く、最適なパワーバンドで動作します（例えば、自動車の場合は道路速度）。

ダイレクトドライブ機構には、より精密な制御機構も必要です。減速機能を備えた高速モーターは比較的高い慣性を持ち、出力動作を滑らかにします。ほとんどのモーターは、コギングトルクと呼ばれる位置トルクリップルを示します。高速モーターでは、この影響は通常無視できます。これは、発生頻度が非常に高いため、システム性能に大きな影響を与えないからです。一方、ダイレクトドライブユニットでは、追加の慣性（フライホイールなど）を追加するか、システムがフィードバックを用いてこの影響を積極的に抑制しない限り、この現象の影響がより大きくなります。

アプリケーション

ダイレクトドライブ機構は、低速動作（蓄音機、望遠鏡マウント、ビデオゲームのレーシングホイール、ギアレス風力タービンなど）[14] [15] [16]から高速動作（ファン、コンピューターのハードドライブ、VCRヘッド、ミシン、CNCマシン、洗濯機など） まで幅広い用途に使用されています。

1919年のミルウォーキー・ロード級EP-2や2007年の東日本旅客鉄道E331など、一部の電気鉄道機関車はダイレクトドライブ機構を採用している。19世紀後半の車両の中には、ダイレクトドライブのホイールハブモーターを採用した車両もあった。2000年代初頭のコンセプトカーにも同様のものがいくつかあったが、現代の電気自動車のほとんどはインボードモーターを採用しており、駆動力は車軸を介して車輪に伝達される。[17] [18]

いくつかの自動車メーカーは、クリスチャン・フォン・ケーニグセグがケーニグセグ・レゲーラのために発明したような、独自のダイレクトドライブトランスミッションを開発することに成功しました。[19]

参照

参考文献

  1. ^ ab Asada, H., Kanade, T. (1983)ダイレクトドライブメカニカルアームの設計Journal of Vibration, Acoustics, Stress, and Reliability in Design , Volume 105, Issue 3, pp.312-316
  2. ^ 「自動車修理 - メンテナンス、トラブルシューティング、自動車修理の見積もり」。
  3. ^ 「ポルシェ タイカン EV の 2 速トランスミッションが重要な理由」
  4. ^ 「ダイレクトドライブモーターとは | 電動トルクマシン」。2018年11月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  5. ^ P. ランサム・ウォリス (2001) 『世界の鉄道機関車図鑑』63ページ
  6. ^ ロイ・V・ライト編（1938年）『アメリカにおける機関車事典』第10版、アメリカ鉄道協会機械部、p.973
  7. ^ バイチュン・チャン、マルコ・チェッカレッリ（編）『機械とメカニズムの歴史と遺産の探究』、p.292
  8. ^ 「強力な磁石とは何か？」The Magnetic Matters Blog . Adams Magnetic Products. 2012年10月5日. 2016年3月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年10月12日閲覧。
  9. ^ ブルーノ・シチリアーノ、ウサマ・カティブ編 (2008 年) Springer ロボット工学ハンドブック、p.80
  10. ^ Robotics Technology Abstracts, Volume 4, Cranfield Press, 1985, p.362, 引用:「ダイレクトドライブ。モーターの直接結合によりバックラッシュが完全に排除されます。」
  11. ^ 米国軍事契約審査委員会（1966年）契約審査委員会決定書、第66巻第1号、764ページ、コマース・クリアリング・ハウス発行
  12. ^ Uday Shanker Dixit、Manjuri Hazarika、J. Paulo Davim (2016)『機械工学小史』、第7章「メカトロニクスの歴史」、pp.160-161
  13. ^ KT Chau著『電気自動車の機械と駆動装置：設計、分析、応用』第8章「バーニア永久磁石モータ駆動装置」、227ページ
  14. ^ 「Fanatecがダイレクトドライブホイールの詳細を発表 - Inside Sim Racing」2017年6月4日。
  15. ^ Patel, Prachi. 「GEがギアレス風力タービンを採用」. Technology Review (MIT). 2012年1月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年4月7日閲覧。
  16. ^ Dvorak, Paul. 「ダイレクトドライブタービンはギアボックスを必要としない」. Windpower Engineering. 2017年2月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年4月7日閲覧。
  17. ^ “インホイールモーター”. 日産自動車. 2015年4月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年7月9日閲覧。
  18. ^ 「電気自動車の仕組みは？」代替燃料データセンター。米国エネルギー省。2016年9月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年7月9日閲覧。
  19. ^ 「ケーニグセグ、1,500馬力、トランスミッションレスのRegeraでハイパーハイブリッドの新種を開発」New Atlas . 2015年3月17日. 2016年8月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年5月3日閲覧。