WO2018016021A1

WO2018016021A1 - 可変速増速機

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Publication number: WO2018016021A1
Application number: PCT/JP2016/071248
Authority: WO
Inventors: 寛之宮田; 小林　雅博; 毛利　靖; 義行岡本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2019-01-20
Also published as: JPWO2018016097A1; DE112016006959T5; US10738858B2; JP6635622B2; US20190186600A1; DE112016006959B4; JPWO2018016021A1; JP6566433B2; US20200318714A1; WO2018016097A1

Abstract

回転駆動力を発生する電動装置と、電動装置で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える遊星歯車変速装置と、を備え、太陽歯車軸が駆動対象に接続される出力軸を成し、内歯車キャリア軸が定速入力軸を成し、遊星歯車キャリア軸が可変速入力軸を成し、電動装置は、変速装置の定速入力軸を回転させる定速ロータを有する定速電動機と、変速装置の可変速入力軸に接続されている可変速ロータを有する可変速電動機と、を有し、内歯車キャリアは、内歯車に接続された円筒部と内歯車キャリア軸とを接続するクラッチ機構を備え、クラッチ機構は、円筒部と内歯車キャリア軸との一方に軸方向に移動可能に接続されている移動部と、移動部を軸方向に駆動する駆動部と、円筒部と内歯車キャリア軸との他方に固定されている固定部と、移動部が軸方向に移動することにより、移動部と固定部とを係合させる係合部と、を有する可変速増速機。

Description

可変速増速機

　本発明は、定速電動機と可変速電動機とからなる電動装置と、電動装置で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える遊星歯車変速装置とを備える可変速増速機に関する。

　圧縮機等の回転機械を駆動する装置としては、回転駆動力を発生する電動装置と、電動装置で発生した回転駆動力を変速させて回転機械に伝える変速装置と、を備えているものがある。
　特許文献１には、変速比を正確に制御するために、電動装置として定速電動機と変速用の可変速電動機とを用い、変速装置として遊星歯車変速装置を用いたものが記載されている。この装置では、可変速電動機の回転数を変えることで、回転機械に接続される遊星歯車変速装置の出力軸の回転数を変えることができる。

日本国特許第４４７２３５０号公報

　上記可変速増速機において、例えば、過電圧、過電流などが原因で電動機への電力供給が遮断されることがある。このような場合は、定速電動機及び可変速電動機の両方を停止させる。この際、変速装置を介して定速電動機と接続されている可変速電動機や駆動対象である圧縮機は、定速電動機の回転数や圧縮機の慣性によって過回転する可能性がある。

　本発明は、定速電動機と可変速電動機とからなる電動装置と、電動装置で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える遊星歯車変速装置とを備える可変速増速機において、可変速電動機や駆動対象の過回転を防止することができる可変速増速機を提供することを目的とする。

　本発明の第一の態様によれば、可変速増速機は、回転駆動力を発生する電動装置と、前記電動装置で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える変速装置と、を備え、前記変速装置は、軸線を中心として自転する太陽歯車と、前記太陽歯車に固定され、前記軸線を中心として、軸方向に延びる太陽歯車軸と、前記太陽歯車と噛み合い、前記軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する遊星歯車と、前記軸線を中心として環状に複数の歯が並び、前記遊星歯車と噛み合う内歯車と、前記軸線を中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸を有し、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、前記軸線を中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸を有し、前記内歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する内歯車キャリアと、を有し、前記太陽歯車軸が前記駆動対象に接続される出力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が定速入力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が可変速入力軸を成し、前記電動装置は、前記変速装置の前記定速入力軸を回転させる定速ロータを有する定速電動機と、前記変速装置の前記可変速入力軸に接続されている可変速ロータを有する可変速電動機と、を有し、前記内歯車キャリアは、前記内歯車に接続された円筒部と前記内歯車キャリア軸とを接続するクラッチ機構を備え、前記クラッチ機構は、前記円筒部と前記内歯車キャリア軸との一方に軸方向に移動可能に接続されている移動部と、前記移動部を軸方向に駆動する駆動部と、前記円筒部と前記内歯車キャリア軸との他方に固定されている固定部と、前記移動部が軸方向に移動することにより、前記移動部と前記固定部とを係合させる係合部と、を有する。

　このような構成によれば、可変速増速機において、例えば、過電圧、過電流などが原因で電動機への電力供給が遮断される場合に、変速装置に伝達される定速電動機の駆動力を切断することができる。これにより、定速ロータの回転が伝達することにより、可変速電動機や駆動対象が過回転するのを防止することができる。

　上記可変速増速機において、前記駆動部は、前記円筒部と前記内歯車キャリア軸との他方に前記移動部に対し軸方向に対向するように固定され、前記移動部との間に油供給空間を形成するディスクと、前記油供給空間に油を供給する油供給部と、前記油供給空間から油を排出する油排出部と、を有してよい。

　このような構成によれば、油圧により移動部を移動させる構成とすることによって、軸受に供給する油を用いて移動部を移動させることができる。また、油供給空間から油を排出することによって、係合部による係合を解除することができる。

　上記可変速増速機において、前記油供給部は、前記固定部と前記ディスクの少なくとも一方に形成されている油供給路と、前記油供給路に供給された油を前記油供給空間に供給するノズルと、を有してよい。

　上記可変速増速機において、前記油供給空間は、前記移動部と前記ディスクとの間に形成されている第一油供給空間と、前記第一油供給空間と連通し、前記定速ロータの内部に形成された第二油供給空間と、を有し、前記油供給部は、前記第二油供給空間に油を供給してよい。

　このような構成によれば、油にかかる遠心力により、圧力が高くなる第一油供給空間ではなく、より圧力が低い第二油供給空間に油が供給される。これにより、容易に油供給空間に油を供給することができる。

　上記可変速増速機において、前記可変速ロータは、前記軸線を中心として円筒状をなし、軸方向に貫通した軸挿通孔に前記定速入力軸が挿通されてよい。

　本発明によれば、可変速増速機において、例えば、過電圧、過電流などが原因で電動機への電力供給が遮断される場合に、変速装置に伝達される定速電動機の駆動力を切断することができる。これにより、定速ロータの回転が伝達することにより、可変速電動機や駆動対象が過回転するのを防止することができる。

本発明に係る第一実施形態の可変速増速機の断面図である。本発明に係る第一実施形態の変速装置の断面図である。本発明に係る第一実施形態の電動装置の断面図である。本発明に係る第一実施形態の内歯車キャリアの断面図である。本発明に係る第一実施形態のクラッチ機構の断面図である。本発明に係る第一実施形態のハースカップリングの平面図である。本発明に係る第一実施形態のハースカップリングの断面図である。本発明に係る第一実施形態の変速装置の構成を示す模式図である。本発明に係る第一実施形態のクラッチ機構の断面図であって、ハースカップリングの係合が外れた状態を示す図である。本発明に係る第二実施形態のクラッチ機構の断面図である。本発明に係る第三実施形態のクラッチ機構の断面図である。本発明に係る第四実施形態の内歯車キャリアの断面図である。本発明に係る第四実施形態のクラッチ機構の断面図である。

［第一実施形態］
　以下、本発明の第一実施形態の可変速増速機について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１に示すように、本実施形態の可変速増速機１は、回転駆動力を発生する電動装置５０と、電動装置５０で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える変速装置１０と、を備えている。可変速増速機１は、例えば、圧縮機システム等の流体機械システムに適用することができる。
　本実施形態の可変速増速機１の駆動対象は圧縮機Ｃである。

　変速装置１０は、遊星歯車変速装置である。
　電動装置５０は、定速で回転する定速ロータ５２を有する定速電動機５１と、任意の回転数で回転する可変速ロータ７２を有する可変速電動機７１とを有している。定速ロータ５２と可変速ロータ７２は、それぞれ変速装置１０と接続されている。

　電動装置５０は、電動装置支持部５０Ｓによって架台９０に支持されている。変速装置１０は、変速装置支持部１０Ｓによって架台９０に支持されている。これら支持部により、重量物である電動装置５０及び変速装置１０の確実な固定が可能となる。

　変速装置１０は、図２に示すように、水平方向に延在する軸線Ａｒを中心として自転する太陽歯車１１と、太陽歯車１１に固定されている太陽歯車軸１２と、太陽歯車１１と噛み合い、軸線Ａｒを中心として公転すると共に自身の中心線Ａｐを中心として自転する複数の遊星歯車１５と、軸線Ａｒを中心として環状に複数の歯が並び、複数の遊星歯車１５と噛み合う内歯車１７と、複数の遊星歯車１５を、軸線Ａｒを中心として公転可能に且つ遊星歯車１５自身の中心線Ａｐを中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリア２１と、内歯車１７を軸線Ａｒを中心として自転可能に支持する内歯車キャリア３１と、これらを覆う変速ケーシング４１と、を有している。

　以下、軸線Ａｒが延びている方向を軸方向とし、軸方向の一方側を出力側、出力側の反対側を入力側とする。また、軸線Ａｒを中心とする径方向を単に径方向という。本実施形態の可変速増速機１は、軸線方向の入力側に電動装置５０が配置され、電動装置５０の出力側に変速装置１０が配置されている。圧縮機Ｃは、可変速増速機１の出力側に配置されている。

　太陽歯車軸１２は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成し、太陽歯車１１から軸方向の出力側に延びている。この太陽歯車軸１２の出力側端部には、フランジ１３が形成されている。このフランジ１３には、例えば、駆動対象としての圧縮機Ｃのロータが接続される。太陽歯車軸１２は、太陽歯車１１の出力側に配置されている太陽歯車軸受４２により、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持されている。太陽歯車軸受４２は、変速ケーシング４１に取り付けられている。

　遊星歯車キャリア２１は、複数の遊星歯車１５毎に設けられている遊星歯車軸２２と、複数の遊星歯車軸２２相互の位置を固定するキャリア本体２３と、軸線Ａｒを中心として軸方向に延びる出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏと、を有している。出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏは、キャリア本体２３の径方向内側に固定されている。

　遊星歯車軸２２は、遊星歯車１５の中心線Ａｐを軸方向に貫通し、遊星歯車１５をその中心線を中心として自転可能に支持する。キャリア本体２３は、複数の遊星歯車軸２２から径方向外側に延在している。

　出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏは、キャリア本体２３から出力側に延在している。出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏは、軸線Ａｒを中心として円筒状を成している。
　出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏは、遊星歯車キャリア軸受４３により、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持されている。遊星歯車キャリア軸受４３は、変速ケーシング４１に取り付けられている。出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏの内周側には、太陽歯車軸１２が挿通されている。

　変速装置１０は、可変速電動機７１の可変速ロータ７２に接続される入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉと、入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの回転を遊星歯車キャリア２１に伝達する伝達軸２５とを、有している。
　入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉは、軸線Ａｒを中心として円筒状を成している。入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉは、変速装置１０の入力側に配置されており、遊星歯車キャリア軸受４４により、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持されている。遊星歯車キャリア軸受４４は、変速ケーシング４１に取り付けられている。入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの内周側には、変速装置１０の内歯車キャリア３１を駆動する内歯車キャリア軸３７が挿通されている。
　入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの入力側端には、径方向外側に向かって広がる環状のフランジ２８が形成されている。入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの出力側端には、径方向外側に向かって延びる入力側アーム部２６が形成されている。

　伝達軸２５は、軸線Ａｔを中心として自転可能に支持されている。伝達軸２５は、軸受（図示せず）を介して変速ケーシング４１に取り付けられている。伝達軸２５の両端には、入力側伝達歯車２９ｉと出力側伝達歯車２９ｏが固定されている。
　入力側伝達歯車２９ｉは、入力側アーム部２６の外周に形成されている歯車と噛み合っている。出力側伝達歯車２９ｏは、キャリア本体２３の外周に形成されている歯車と噛み合っている。これにより、入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの回転は、伝達軸２５を介して遊星歯車キャリア２１に伝達される。

　内歯車キャリア３１は、内歯車１７が固定されているキャリア本体３３と、キャリア本体３３に固定され軸線Ａｒを中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸３７と、を有している。

　キャリア本体３３は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成し、内周側に内歯車１７が固定されている円筒部３５と、円筒部３５の入力側端と内歯車キャリア軸３７の出力側端とを接続するクラッチ機構２と、を有している。
　クラッチ機構２は、内歯車キャリア軸３７（定速ロータ５２）の回転を円筒部３５に伝達したり、遮断したりする機構である。

　軸線Ａｒを中心として円柱状を成す内歯車キャリア軸３７は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成す太陽歯車軸１２（図２参照）の入力側に配置されている。内歯車キャリア軸３７は、円筒状の入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉ（図２参照）の内周側に挿通されている。
　内歯車キャリア軸３７の出力側は、内歯車キャリア軸受７７によって支持されている。内歯車キャリア軸受７７は、ラジアル荷重を受けるラジアル軸受と、スラスト荷重を受けるスラスト軸受とを一体化した複合型軸受である。
　内歯車キャリア軸３７には、内歯車キャリア軸受７７を軸線方向から支持するスラストカラー３７ａを有している。スラストカラー３７ａは内歯車キャリア軸３７の外周面から径方向外側に突出している。

　クラッチ機構２は、円筒部３５に軸方向に移動可能に接続されている移動部３６と、移動部３６を軸方向に駆動する駆動部３８と、内歯車キャリア軸３７（定速ロータ５２）に固定されている固定部３９と、移動部３６が軸方向に移動することにより、移動部３６と固定部３９とを係合させるハースカップリング４０（係合部）と、を有している。

　駆動部３８は、移動部３６の入力側に移動部３６に対し軸方向に対向するように配置され、移動部３６との間に第一油供給空間Ｓ１を形成する第一ディスク部４５（ディスク）と、第一ディスク部４５及び移動部３６と協働して第一油供給空間Ｓ１を形成する固定シール部４９と、第一油供給空間Ｓ１に作動油を供給する油供給部５７と、を有している。固定シール部４９は、円筒形状をなし、変速ケーシング４１（図２参照）に固定されている。

　固定シール部４９と第一ディスク４５の内部には、径方向に延在する油供給路７８が形成されている。油供給路７８の径方向外側の端部は、固定シール部４９に開口されている。油供給路７８の径方向内側の端部は、第一油供給空間Ｓ１に油を導入するためのノズル７９と接続されている。

　油供給部５７は、変速ケーシング４１の内部または外部に設けられており、配管５７ａ及び油供給路７８を介して作動油を第一油供給空間Ｓ１に供給する。第一油供給空間Ｓ１に作動油が供給されることによって、作動油の油圧により、移動部３６の第二ディスク部４６が入力側から押圧される。第二ディスク部４６が入力側から押圧されることによって、移動部３６が出力側に移動する。
　油供給部５７は、内歯車キャリア軸３７を支持する軸受に油を供給する油供給装置であってよい。

　図５に示すように、ハースカップリング４０は、移動部３６に固定されている第一ハースカップリング４０ａと、固定部３９に固定されている第二ハースカップリング４０ｂと、から構成されている。
　移動部３６が出力側に移動することにより、第一ハースカップリング４０ａと第二ハースカップリング４０ｂとが係合する。第一ハースカップリング４０ａと第二ハースカップリング４０ｂとが係合することによって、内歯車キャリア軸３７の回転が固定部３９及び移動部３６を介して円筒部３５に伝達される。
　第一ハースカップリング４０ａと第二ハースカップリング４０ｂとが係合していない状態では、内歯車キャリア軸３７の回転は円筒部３５に伝達されない。即ち、移動部３６が入力側に配置されてハースカップリング４０が係合していない状態では、定速ロータ５２の駆動力は変速装置１０に伝達されない。

　図６、及び図７に示すように、第一ハースカップリング４０ａ、及び第二ハースカップリング４０ｂは、穴あき円板状の部材である。第一ハースカップリング４０ａ、及び第二ハースカップリング４０ｂの一面には、断面形状が角形（台形状、矩形波状）の爪４０ｃが形成されている。各々の爪４０ｃは、放射状に延在している。複数の爪４０ｃは、周方向に等間隔に形成されている。
　第一ハースカップリング４０ａ、及び第二ハースカップリング４０ｂがこのような形状であることによって、例えば、断面形状が三角形の爪と比較して、より強い駆動力の伝達が可能となる。

　固定部３９は、中心部に貫通孔が形成された円板状の第三ディスク部４７と、第三ディスク部４７の径方向内側に設けられた円筒形状のボス部５８と、を有している。第三ディスク部４７の入力側を向く面には、第二ハースカップリング４０ｂが固定されている。
　ボス部５８の内周面は、内歯車キャリア軸３７の外周面に固定されている。固定部３９は、第三ディスク部４７の主面が軸線Ａｒと直交するように、内歯車キャリア軸３７の出力側端に固定されている。

　移動部３６は、中心部に貫通孔が形成された円板状の第二ディスク部４６と、第二ディスク部４６の径方向外側に配置された第四ディスク部４８と、第二ディスク部４６の径方向外側の端部と、第四ディスク部４８の径方向内側の端部とを接続する接続部５９と、有している。
　第二ディスク部４６は、固定部３９の第三ディスク部４７の入力側に、第二ディスク部４６の主面と第三ディスク部４７の主面とが互いに平行となるように配置されている。
　第二ディスク部４６の内周面と、ボス部５８の外周面との間には、シール部材６０ａが設けられている。シール部材６０ａは、作動油が第一油供給空間Ｓ１から流出するのを制限する機能を有する、例えば、グランドパッキンである。

　第二ディスク部４６の出力側を向く面には、第一ハースカップリング４０ａが固定されている。第二ディスク部４６の外周面と固定シール部４９の内周面との間にはシール部材６０ｂが設けられている。
　接続部５９は、第二ディスク部４６の径方向外側の端部から出力側に突出している。第四ディスク部４８の外周面は、円筒部３５の内周面に軸方向に移動可能に接続されている。
　第四ディスク部４８と円筒部３５とは、周方向に相対移動不能に接続されている。具体的には、第四ディスク部４８の外周面には、軸線Ａｒと平行な直線歯である第一平歯車４８ａが形成され、円筒部３５の内周面には、第四ディスク部４８の第一平歯車４８ａと噛み合う第二平歯車３５ａが形成されている。第四ディスク部４８（移動部３６）は、第二平歯車３５ａ上を第一平歯車４８ａが移動することによって、軸方向に移動する。

　移動部３６は、付勢機構６７によって入力側に付勢されている。付勢機構６７は、円筒部３５の入力側の端部に固定されている複数のばね固定部材６８と、複数の引張コイルばね６９とを有している。バネ固定部材６８は、周方向に間隔を開けて複数固定されている。
　バネ固定部材６８は、円筒部３５の内周面から径方向内側に突出している。バネ固定部材６８は、第四ディスク部４８の入力側に配置されている。引張コイルばね６９は、ばね固定部材６８と、第四ディスク部４８とを接続している。引張コイルばね６９によって移動部３６は、入力側に付勢される。

　第一ディスク部４５は、移動部３６の第二ディスク部４６の入力側に、第一ディスク部４５の主面と第二ディスク部４６の主面とが互いに平行となるように配置されている。第一ディスク部４５の外周面は、固定シール部４９の内周面に固定されている。
　第一ディスク部４５の内周面と内歯車キャリア軸３７の外周面との間にはシール部材６０ｃが設けられている。

　第一油供給空間Ｓ１は、第一ディスク部４５と第二ディスク部４６と固定シール部４９によって形成される密閉空間である。移動部３６が軸方向に移動することにより、第一油供給空間Ｓ１の容積は増加したり減少したりする。即ち、移動部３６が、入力側に移動することにより、第一油供給空間Ｓ１の容積は増加し、移動部３６が、出力側に移動することにより、第一油供給空間Ｓ１の容積は減少する。

　図４に示すように、固定シール部４９の下端には、第一油供給空間Ｓ１内の作動油を排出するための油排出機構７０（油排出部）が設けられている。油排出機構７０は、制御装置３によって制御可能な弁を有している。

　図３に示すように、定速電動機５１は、変速装置１０の内歯車キャリア軸３７を回転駆動させる。可変速電動機７１は、変速装置１０の入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉを回転駆動させる。電動装置５０は、定速電動機５１を冷却するための冷却ファン９１と、冷却ファン９１を覆うファンカバー９２と、を有する。

　内歯車キャリア軸３７は、定速電動機５１の駆動力によって定速で回転する定速入力軸Ａｃである。入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉは、可変速電動機７１の駆動力によって任意の回転数で回転する可変速入力軸Ａｖである。
　可変速増速機１は、可変速電動機７１の回転数を変えることによって、駆動対象に接続される変速装置１０の出力軸Ａｏの回転数を変えることができる。

　本実施形態において、定速電動機５１は、例えば、４極の三相誘導電動機である。また、可変速電動機７１は、極数が定速電動機５１よりも多い８極の三相誘導電動機である。なお、定速電動機５１及び可変速電動機７１の仕様はこれに限ることはなく、適宜仕様を変更することができる。

　定速電動機５１は、軸線Ａｒを中心として自転し、変速装置１０の定速入力軸Ａｃである内歯車キャリア軸３７に接続される定速ロータ５２と、定速ロータ５２の外周側に配置されている定速ステータ６６と、定速ステータ６６が内周側に固定されている定速電動機ケーシング６１と、を有している。

　定速ロータ５２は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成す定速ロータ軸５３と、定速ロータ軸５３の外周に固定されている導体５６と、を有する。定速ロータ軸５３の入力側端には、冷却ファン９１が固定されている。

　定速ステータ６６は、定速ロータ５２の導体５６の径方向外側に配置されている。この定速ステータ６６は、複数のコイルで形成されている。

　定速電動機ケーシング６１は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成し、内周側に定速ステータ６６が固定されているケーシング本体６２と、円筒状のケーシング本体６２の軸方向の両端を塞ぐ蓋６３ｉ，６３ｏとを有している。各々の蓋６３ｉ，６３ｏには、定速ロータ軸５３を、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持する定速ロータ軸受６５ｉ，６５ｏが取り付けられている。各々の蓋６３ｉ，６３ｏには、定速ロータ軸受６５ｉよりも径方向外側の位置で、軸方向に貫通する複数の開口６４が形成されている。

　定速ロータ軸５３の入力側端は、定速電動機ケーシング６１の入力側の蓋６３ｉから、入力側に突出している。定速ロータ軸５３の入力側端に、冷却ファン９１が固定されている。
　定速ロータ５２が回転すると、冷却ファン９１も定速ロータ５２と一体的に回転する。ファンカバー９２は、冷却ファン９１の外周側に配置されている円筒状のカバー本体９３と、カバー本体９３の入口側の開口に取り付けられ、複数の空気孔が形成されている空気流通板９４と、を有する。ファンカバー９２は、定速電動機ケーシング６１の入力側の蓋６３ｉに固定されている。

　可変速電動機７１は、軸線Ａｒを中心として自転し、可変速入力軸Ａｖである入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉに接続される可変速ロータ７２と、可変速ロータ７２の外周側に配置されている可変速ステータ８６と、可変速ステータ８６が内周側に固定されている可変速電動機ケーシング８１と、を有している。

　可変速ロータ７２は、可変速ロータ軸７３と、可変速ロータ軸７３の外周に固定されている導体７６と、を有している。可変速ロータ軸７３は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成し、軸方向に貫通した軸挿通孔７４を有している。可変速ロータ軸７３の軸挿通孔７４には、定速入力軸Ａｃである内歯車キャリア軸３７が挿通されている。可変速ロータ軸７３の出力側端には、径方向外側に向かって広がる環状のフランジ７３ｏが形成されている。

　可変速ステータ８６は、可変速ロータ７２の導体７６の径方向外側に配置されている。可変速ステータ８６は、複数のコイルで形成されている。

　可変速電動機ケーシング８１は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成し、内周側に可変速ステータ８６が固定されているケーシング本体８２と、円筒状のケーシング本体８２の出力側端を塞ぐ出力側蓋８３ｏと、可変速ステータ８６よりも入力側に配置され円筒状のケーシング本体８２の内周側に固定されている入口側蓋８３ｉと、を有している。各々の蓋８３ｉ，８３ｏには、可変速ロータ軸７３を、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持する可変速ロータ軸受８５ｉ，８５ｏが取り付けられている。各々の蓋８３ｉ，８３ｏには、可変速ロータ軸受８５ｉ，８５ｏよりも径方向外側の位置で、軸方向に貫通する複数の開口８４が形成されている。

　可変速電動機ケーシング８１の各々の蓋８３ｉ，８３ｏに形成されている複数の開口８４、及び、定速電動機ケーシング６１の各蓋６３ｉ，６３ｏに形成されている複数の開口６４により、可変速電動機ケーシング８１内の空間と定速電動機ケーシング６１内の空間とが連通している。

　本実施形態の可変速増速機１は、可変速入力軸Ａｖである入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉと可変速ロータ７２との間に配置され、両者を接続する可変速用フレキシブルカップリング９５を備えている。
　また、本実施形態の可変速増速機１において、定速ロータ５２と、可変速ロータ７２と、太陽歯車軸１２とは同一の軸線上に配置されている。

　図８に示すように、定速電動機５１は、定速電動機５１に電力を供給することによって定速ロータ５２（内歯車１７）を軸線Ａｒの周方向の第二方向Ｒ２に回転させるように設定されている。定速ロータ５２が第二方向Ｒ２に回転することによって、内歯車キャリア軸３７及び内歯車キャリア３１は、第二方向Ｒ２に回転する。

　変速装置１０の出力軸Ａｏは、定速電動機５１の定速ロータ５２が第二方向Ｒ２に最大回転数で回転することにより、第二方向Ｒ２とは逆方向の第一方向Ｒ１に回転するように設定されている。即ち、定速電動機５１の正回転は第二方向Ｒ２であり、変速装置１０の出力軸Ａｏの正回転は、第一方向Ｒ１である。圧縮機Ｃは、出力軸Ａｏが正回転することにより、正常に作動する。
　なお、以下の説明においては、第一方向Ｒ１の回転方向をプラスの回転方向とし、第二方向Ｒ２の回転方向をマイナスの回転方向とする。例えば、定速電動機５１の最大回転数は、－１８００ｒｐｍである。

　可変速電動機７１は、可変速ロータ７２（遊星歯車キャリア２１）を軸線Ａｒの周方向の第一方向Ｒ１及び第二方向Ｒ２に回転駆動させることができる。即ち、可変速電動機７１は、正回転及び逆回転が可能である。
　可変速電動機７１は、可変速ロータ７２を外部の力で回転させることによって発電機として機能する。可変速電動機７１が発電機として機能する状態を発電機モードと呼ぶ。
　可変速電動機７１は、電力が供給されることによって電動機として機能する。可変速電動機７１が電動機として機能する状態を電動機モードと呼ぶ。
　可変速ロータ７２が第一方向Ｒ１に回転することによって、遊星歯車キャリア２１は、第一方向Ｒ１に回転する。

　本実施形態の可変速増速機１は、可変速電動機７１の回転数を制御する回転数制御装置１００と、可変速電動機７１を電力供給状態と電力断状態とにする可変速電動機スイッチ１１１と、定速電動機５１を電力供給状態と電力断状態とにする定速電動機スイッチ１１２と、回転数制御装置１００、可変速電動機スイッチ１１１及び定速電動機スイッチ１１２の動作を制御する制御部１２０と、を備えている。

　制御部１２０は、コンピュータで構成されている。制御部１２０は、オペレータからの指示を直接受け付ける又は上位制御装置からの指示を受け付ける受付部１２１と、可変速電動機スイッチ１１１及び回転数制御装置１００、定速電動機スイッチ１１２に指示を与えるインタフェース１２２と、受付部１２１で受け付けた指示等に応じて、可変速電動機スイッチ１１１、定速電動機スイッチ１１２及び回転数制御装置１００に対する指示を作成する演算部１２３と、を有している。

　可変速電動機スイッチ１１１は、電源線１１０と回転数制御装置１００とに電気的に接続されている。回転数制御装置１００は、可変速電動機７１と電気的に接続されている。定速電動機スイッチ１１２は、電源線１１０と定速電動機５１とに電気的に接続されている。

　可変速電動機スイッチ１１１は、制御部１２０からのオン指示でオンになり、制御部１２０からのオフ指示でオフになる。可変速電動機スイッチ１１１がオンになると、電源線１１０からの電力が回転数制御装置１００を介して可変速電動機７１に供給され、可変速電動機７１は電力供給状態になる。可変速電動機スイッチ１１１がオフになると、電源線１１０から回転数制御装置１００及び可変速電動機７１への電力供給が断たれ、可変速電動機７１は電力断状態になる。

　定速電動機スイッチ１１２は、制御部１２０からのオン指示でオンになり、制御部１２０からのオフ指示でオフになる。定速電動機スイッチ１１２がオンになると、電源線１１０からの電力が定速電動機５１に供給され、定速電動機５１は電力供給状態になる。定速電動機スイッチ１１２がオフになると、電源線１１０から定速電動機５１への電力供給が断たれ、定速電動機５１は電力断状態になる。

　回転数制御装置１００は、電源線１１０から供給される電力の周波数を変える周波数変換部１０１と、可変速電動機７１の回転方向を変更する回転方向変更部１０２と、を備えている。
　周波数変換部１０１は、制御部１２０から指示された周波数の電力を可変速電動機７１に供給する。可変速電動機７１の可変速ロータ７２は、この周波数に応じた回転数で回転する。このように、可変速ロータ７２の回転数が変化するため、可変速ロータ７２に接続されている変速装置１０の遊星歯車キャリア２１の回転数も変化する。この結果、変速装置１０の出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２の回転数も変化する。
　回転方向変更部１０２は、可変速電動機７１に接続されている複数（本実施形態の場合３本）の電源線を入れ替える回路を用いることによって、可変速電動機７１の回転方向を変更する装置である。即ち、回転方向変更部１０２は、可変速ロータ７２を正回転、及び逆回転させることができる。

　ここで、変速装置１０の各歯車の歯数と、変速装置１０の各軸の回転数との関係について、図８を用いて説明する。

　出力軸Ａｏとしての太陽歯車軸１２の回転数をωｓ、定速入力軸Ａｃとしての内歯車キャリア軸３７（定速電動機５１）の回転数をωｉ、可変速入力軸Ａｖとしての入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉ（可変速電動機７１）の回転数をωｈとする。また、太陽歯車１１の歯数をＺｓ、内歯車１７の歯数をＺｉとする。
　また、出力軸Ａｏの回転数ωｓと定速電動機５１の回転数ωｉの比ωｓ／ωｉをＵとする。出力軸Ａｏの回転数ωｓと定速電動機５１の回転数ωｉの比Ｕは、内歯車１７の歯数Ｚｉと太陽歯車１１の歯数Ｚｓの比Ｚｉ／Ｚｓと同じである。
　また、遊星歯車キャリア２１の回転数ωｃと可変速電動機７１の回転数ωｈの比ωｃ／ωｈをＰとする。

　各歯車の歯数と、変速装置１０の各軸の回転数との関係は、以下の式（１）で表すことができる。
　ωｓ／ωｉ＝Ｐ×ωｈ／ωｉ－（１－Ｐ×ωｈ／ωｉ）×Ｕ　・・・（１）

　仮に、定速電動機５１が４極の誘導電動機で、電源周波数が６０Ｈｚの場合、定速ロータ５２（定速入力軸Ａｃ）の回転数ωｉ（定格回転数）は－１８００ｒｐｍとなる。また、可変速電動機７１が８極の誘導電動機で、電源周波数が６０Ｈｚの場合、可変速ロータ７２（可変速入力軸Ａｖ）の最高回転数ωｈ（定格回転数）は９００ｒｐｍとなる。
　また、仮に、出力軸Ａｏの回転数ωｓと定速電動機５１の回転数ωｉの比Ｕ（太陽歯車１１の歯数Ｚｓと内歯車１７の歯数Ｚｉと比Ｚｉ／Ｚｓ）を４とする。
　また、遊星歯車キャリア２１の回転数ωｃと可変速電動機７１の回転数ωｈの比Ｐを０．３とする。

　この場合、定速ロータ５２（内歯車１７）の回転の向きを第二方向Ｒ２の回転（－１８００ｒｐｍ）とし、可変速ロータ７２（遊星歯車キャリア２１）の回転の向きが定速ロータ５２の回転と逆向き（第一方向Ｒ１の回転）の最高回転数（９００ｒｐｍ）であると、出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２の回転数ωｓは、１１７００ｒｐｍとなる。この回転数（１１７００ｒｐｍ）は、太陽歯車軸１２の最高回転数である。
　即ち、本実施形態の変速装置１０においては、定速入力軸Ａｃに対応する内歯車１７を－１８００ｒｐｍで回転させ、可変速入力軸Ａｖに対応する遊星歯車キャリア２１を９００ｒｐｍで回転させることによって、出力軸Ａｏの回転数ωｓが最高回転数となる。
　可変速入力軸Ａｖの可変速範囲が－９００ｒｐｍから＋９００ｒｐｍであるとすると、可変速入力軸Ａｖの回転数が－９００ｒｐｍに近づくに従って、出力軸Ａｏの回転数ωｓは低くなる。

　次に、本実施形態の可変速増速機１の動作について説明する。
　本実施形態の可変速増速機１は、クラッチ機構２を用いて、定速電動機５１の駆動力を変速装置１０に伝達させないようにすることができる。
　図５に示すように、通常運転の際は、クラッチ機構２によって定速電動機５１（図１参照）の駆動力は、変速装置１０に伝達される。通常運転の際は、油供給部５７（図４参照）から第一油供給空間Ｓ１に作動油が供給されて移動部３６が出力側に移動している。移動部３６が出力側に移動することによって、ハースカップリング４０を構成する第一ハースカップリング４０ａと第二ハースカップリング４０ｂとが係合する。これにより、定速電動機５１の駆動力は、定速ロータ５２（図１参照）、内歯車キャリア軸３７、固定部３９、及び移動部３６を介して円筒部３５に伝達される。

　図９に示すように、クラッチ機構２を用いて、定速電動機５１の駆動力を変速装置１０に伝達させないようにする場合は、制御装置３は、油排出機構７０（図４参照）を制御して第一油供給空間Ｓ１内の作動油を排出する。これにより、移動部３６が入力側に移動する。移動部３６が入力側に移動することによって、第一ハースカップリング４０ａと第二ハースカップリング４０ｂとが離間して、定速ロータ５２側の駆動力が円筒部３５に伝達されなくなる。

　上記実施形態によれば、可変速増速機１において、例えば、過電圧、過電流などが原因で電動機への電力供給が遮断される場合に、変速装置１０に伝達される定速電動機５１の駆動力を切断することができる。
　これにより、定速ロータ５２の回転が伝達することにより、可変速電動機７１や駆動対象である圧縮機Ｃが過回転するのを防止することができる。

　また、油圧により移動部３６を移動させる構成とすることによって、軸受に供給する油を用いて移動部３６を移動させることができる。また、第一油供給空間Ｓ１から油を排出することによって、ハースカップリング４０による係合を解除することができる。

　また、本実施形態では、軸挿通孔７４が形成された円筒状の軸である可変速ロータ軸７３に棒状の軸である内歯車キャリア軸３７が挿通されている。即ち、出力の大きな定速入力軸Ａｃが定速電動機５１よりも出力の小さい可変速電動機７１の可変速ロータ軸７３に挿通されている。これにより、定速電動機５１としてより大きな出力（馬力）のあるものを採用することができる。
　また、本実施形態では、定速電動機５１、可変速電動機７１、変速装置、圧縮機Ｃの順に直線状に配置していることにより、装置全体をよりコンパクトにすることができる。

［第二実施形態］
　以下、本発明の第二実施形態の可変速増速機について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
　本実施形態の可変速増速機の第一ディスク部４５は、移動部３６と同様に、軸方向に移動可能である。

　第一ディスク部４５は、図示しないレールを介して変速ケーシング４１（図２参照）に接続されている。第一ディスク部は、レールに沿って軸方向に移動する。

　内歯車キャリア軸３７には、スラストカラー３７ｂが形成されており、第一ディスク部４５の入力側を向く面４５ａは、スラスト軸受８７を介してスラストカラー３７ｂに支持されている。

　油供給路７８の径方向内側の開口（ノズル）は第一ディスク部４５の内周面に設けられている。第一ディスク部４５の外周面と固定シール部４９の内周面との間には、シール部材６０ｄが設けられている。

　上記実施形態によれば、第一ディスク部４５を軸方向に移動可能な部品とすることによって、第一油供給空間Ｓ１にかかる油圧力をスラスト軸受８７及びスラストカラー３７ｂにて受けることができる。これにより、固定部３９が受ける力とスラストカラー３７ｂが受ける力とが打ち消し合うことで、内歯車キャリア軸３７にかかる力をキャンセルすることができる。

［第三実施形態］
　以下、本発明の第三実施形態の可変速増速機について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
　図１１に示すように、本実施形態の第一ディスク部４５の内周面は、内歯車キャリア軸３７の外周面に固定されている。即ち、本実施形態の第一ディスク部４５は、内歯車キャリア軸３７とともに回転する。

　第一ディスク部４５の外周面と固定シール部４９の内周面との間にはシール部材６０ｅが設けられている。
　本実施形態の油供給路７８Ｃは、固定シール部４９のみに形成されている。
　第一油供給空間Ｓ１の内部には、給油ノズル８８が設けられている。給油ノズル８８は、固定シール部４９と同様に、静止部材である。
　給油ノズル８８は円筒状をなしており、径方向に延在している。給油ノズル８８の径方向外側の端部は、固定シール部４９の内周面に形成されている油供給路７８Ｃの開口と接続されている。給油ノズル８８は、内歯車キャリア軸３７の外周面の近傍まで延在している。

　上記実施形態によれば、給油ノズル８８を用いて、油にかかる遠心力により圧力が高くなる径方向外側ではなく、より圧力が低い径方向内側から油を供給することができる。

［第四実施形態］
　以下、本発明の第四実施形態の可変速増速機について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第三実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
　図１２に示すように、本実施形態の内歯車キャリア軸３７の内部には、第二油供給空間Ｓ２が形成されている。第二油供給空間Ｓ２は、内歯車キャリア軸３７の出力側端部に形成されている密閉空間である。第一油供給空間Ｓ１と第二油供給空間Ｓ２とは、連通路Ｓ３によって連通されている。

　油供給部５７は、変速ケーシング４１の内部または外部に設けられており、配管５７ａを介して作動油を第二油供給空間Ｓ２に供給する。油供給部５７より、第二油供給空間Ｓ２に作動油が供給されることによって、連通路Ｓ３を介して第一油供給空間Ｓ１に径方向内側から作動油が供給される。第一油供給空間Ｓ１に作動油が供給されることによって、作動油の油圧により、移動部３６の第二ディスク部４６が入力側から押圧される。第二ディスク部４６が入力側から押圧されることによって、移動部３６が出力側に移動する。
　油供給部５７は、内歯車キャリア軸３７を支持する軸受に油を供給する油供給装置であってよい。

　図１３に示すように、通常運転の際は、クラッチ機構２によって定速電動機５１（図１参照）の駆動力は、変速装置１０に伝達される。通常運転の際は、油供給部５７（図４参照）から第二油供給空間Ｓ２及び連通路Ｓ３を介して第一油供給空間Ｓ１に作動油が供給されて移動部３６が出力側に移動している。

　上記実施形態によれば、油にかかる遠心力により圧力が高くなる第一油供給空間Ｓ１ではなく、より圧力が低い第二油供給空間Ｓ２から油を供給する構成としたことによって、容易に油供給空間Ｓ１，Ｓ２に油を供給することができる。

　なお、上記実施形態では、移動部３６を、円筒部３５に軸方向に移動可能に接続する構成としているがこれに限ることはなく、移動部３６を、内歯車キャリア軸３７に軸方向に移動可能に接続する構成としてもよい。この場合、固定部３９は、円筒部３５に固定される。

　また、上記実施形態では、圧縮機Ｃを高速回転させるために好適な定速電動機５１として、４極の三相誘導電動機を例示し、圧縮機Ｃの回転数を一定の範囲内で可変速させるために好適な可変速電動機７１として、８極の三相誘導電動機を例示している。しかしながら、駆動対象を高速回転させる必要がない場合には、定速電動機５１や可変速電動機７１として他のタイプの電動機を用いてもよい。

　１　可変速増速機
　２　クラッチ機構
　１０　変速装置
　１０Ｓ　変速装置支持部
　１１　太陽歯車
　１２　太陽歯車軸
　１５　遊星歯車
　１７　内歯車
　２１　遊星歯車キャリア
　２２　遊星歯車軸
　２５　伝達軸
　２７　遊星歯車キャリア軸
　２７ｉ　入力側遊星歯車キャリア軸
　２７ｏ　出力側遊星歯車キャリア軸
　２８　フランジ
　３１　内歯車キャリア
　３３　キャリア本体
　３５　円筒部
　３５ａ　第二平歯車
　３６　移動部
　３７　内歯車キャリア軸
　３８　駆動部
　３９　固定部
　４０　ハースカップリング（係合部）
　４０ａ　第一ハースカップリング
　４０ｂ　第二ハースカップリング
　４０ｃ　爪（ハースカップリング）
　４１　変速ケーシング
　４２　太陽歯車軸受
　４５　第一ディスク部
　４６　第二ディスク部
　４７　第三ディスク部
　４８　第四ディスク部
　４８ａ　第一平歯車
　４９　固定シール部
　５０　電動装置
　５０Ｓ　電動装置支持部
　５１　定速電動機
　５２　定速ロータ
　５３　定速ロータ軸
　５６　導体
　５７　油供給部
　５７ａ　配管
　５８　ボス部
　５９　接続部
　６０ａ　シール部材
　６０ｂ　シール部材（第二ディスク部）
　６０ｃ　シール部材（第一ディスク部）
　６０ｄ　シール部材（第一ディスク部）
　６０ｅ　シール部材（第一ディスク部）
　６１　定速電動機ケーシング
　６４　開口（定速電動機ケーシング）
　６６　定速ステータ
　６７　付勢機構
　６８　ばね固定部材
　６９　引張コイルばね
　７０　油排出機構（油排出部）
　７１　可変速電動機
　７２　可変速ロータ
　７３　可変速ロータ軸
　７４　軸挿通孔
　７６　導体
　７７　内歯車キャリア軸受
　７８，７８Ｃ　油供給路
　７９　ノズル
　８１　可変速電動機ケーシング
　８４　開口（可変速電動機ケーシング）
　８６　可変速ステータ
　８７　スラスト軸受
　８８　給油ノズル
　９０　架台
　９１　冷却ファン
　１００　回転数制御装置
　１０１　周波数変換部
　１０２　回転方向変更部
　１１０　電源線
　１１１　可変速電動機スイッチ
　１１２　定速電動機スイッチ
　１２０　制御部（制御装置）
　１２１　受付部
　１２２　インタフェース
　１２３　演算部
　Ａｃ　定速入力軸
　Ａｏ　出力軸
　Ａｐ　中心線（遊星歯車軸）
　Ａｒ　軸線
　Ａｖ　可変速入力軸
　Ｃ　圧縮機
　Ｒ１　第一方向
　Ｒ２　第二方向
　Ｓ１　第一油供給空間
　Ｓ２　第二油供給空間
　Ｓ３　連通路

Claims

　回転駆動力を発生する電動装置と、
　前記電動装置で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える変速装置と、
　を備え、
　前記変速装置は、
　軸線を中心として自転する太陽歯車と、
　前記太陽歯車に固定され、前記軸線を中心として、軸方向に延びる太陽歯車軸と、
　前記太陽歯車と噛み合い、前記軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する遊星歯車と、
　前記軸線を中心として環状に複数の歯が並び、前記遊星歯車と噛み合う内歯車と、
　前記軸線を中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸を有し、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、
　前記軸線を中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸を有し、前記内歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する内歯車キャリアと、
　を有し、
　前記太陽歯車軸が前記駆動対象に接続される出力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が定速入力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が可変速入力軸を成し、
　前記電動装置は、
　前記変速装置の前記定速入力軸を回転させる定速ロータを有する定速電動機と、
　前記変速装置の前記可変速入力軸に接続されている可変速ロータを有する可変速電動機と、を有し、
　前記内歯車キャリアは、前記内歯車に接続された円筒部と前記内歯車キャリア軸とを接続するクラッチ機構を備え、
　前記クラッチ機構は、前記円筒部と前記内歯車キャリア軸との一方に軸方向に移動可能に接続されている移動部と、
　前記移動部を軸方向に駆動する駆動部と、
　前記円筒部と前記内歯車キャリア軸との他方に固定されている固定部と、
　前記移動部が軸方向に移動することにより、前記移動部と前記固定部とを係合させる係合部と、を有する可変速増速機。
　前記駆動部は、
　前記円筒部と前記内歯車キャリア軸との他方に前記移動部に対し軸方向に対向するように固定され、前記移動部との間に油供給空間を形成するディスクと、
　前記油供給空間に油を供給する油供給部と、
　前記油供給空間から油を排出する油排出部と、を有する請求項１に記載の可変速増速機。
　前記油供給部は、前記固定部と前記ディスクの少なくとも一方に形成されている油供給路と、前記油供給路に供給された油を前記油供給空間に供給するノズルと、を有する請求項２に記載の可変速増速機。
　前記油供給空間は、前記移動部と前記ディスクとの間に形成されている第一油供給空間と、
　前記第一油供給空間と連通し、前記定速ロータの内部に形成された第二油供給空間と、を有し、
　前記油供給部は、前記第二油供給空間に油を供給する請求項２に記載の可変速増速機。
　前記可変速ロータは、前記軸線を中心として円筒状をなし、軸方向に貫通した軸挿通孔に前記定速入力軸が挿通されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の可変速増速機。