DE112016006978B4

DE112016006978B4 - Beschleuniger variabler Geschwindigkeit mit zwei Motoren und Überlagerungsgetriebe

Info

Publication number: DE112016006978B4
Application number: DE112016006978.2T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Okamoto; Masahiro Nakashima
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2036-06-16
Also published as: US11025180B2; JP6627184B2; DE112016006978T5; WO2017216897A1; US20190181779A1; JPWO2017216897A1

Abstract

Beschleuniger mit variabler Geschwindigkeit (1), aufweisend:eine elektrische Antriebseinrichtung (50), die eine Drehantriebskraft erzeugt; undeine Getriebeeinrichtung (10), die die Geschwindigkeit der von der elektrischen Antriebseinrichtung (50) erzeugten Drehantriebskraft ändert und die geänderte Drehantriebskraft auf ein Antriebsziel überträgt,wobei die Getriebeeinrichtung (10) aufweist:ein Sonnenrad (11), das sich um eine Achse (Ar) dreht,eine Sonnenradwelle (12), die an dem Sonnenrad (11) befestigt ist und sich in einer axialen Richtung um die Achse erstreckt,ein Planetenrad (15), das mit dem Sonnenrad eingreift, die Achse (Ar) umläuft, und sich um seine eigene Mittelachse (Ap) dreht,ein Innenzahnrad (17), das eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die ringförmig um die Achse (Ar) ausgerichtet sind und mit dem Planetenrad (15) eingreift,eine eingangsseitige Planetenradträgerwelle (27i), die sich in der axialen Richtung um die Achse (Ar) erstreckt,einen Planetenradträger (21), der einen Trägerhauptkörper (23), der Positionen von einer Vielzahl von Planetenrädern (15) befestigt, und einen Übertragungsabschnitt (26), der eine Drehung der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle (27i) auf den Trägerhauptkörper (23) überträgt, aufweist und der das Planetenrad (15) so lagert, dass es die Achse (Ar) umläuft und selbst um die Mittelachse des Planetenrads (Ap) drehbar ist, undeinen Innenzahnradträger (31), der eine Innenzahnradträgerwelle (37) aufweist, die sich in der axialen Richtung um die Achse (Ar) erstreckt und das Innenzahnrad (17) so lagert, dass es um die Achse (Ar) drehbar ist, wobeidie Sonnenradwelle (12) eine Abtriebswelle (Ao) bildet, die mit dem Antriebsziel verbunden ist, die Innenzahnradträgerwelle (37) eine konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle (Ac) bildet, und die eingangsseitige Planetenradträgerwelle (27i) eine variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle (Av) bildet,die elektrische Antriebseinrichtung (50) einen variable-Geschwindigkeit-Motor (71) mit einem variable-Geschwindigkeit-Rotor (72), der mit der variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle (Av) der Getriebeeinrichtung (10) verbunden ist, und einen konstante-Geschwindigkeit-Motor (51) mit einem konstante-Geschwindigkeit-Rotor (52), der mit der konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle (Ac) der Getriebeeinrichtung (10) verbunden ist, aufweist,der variable-Geschwindigkeit-Rotor (72) und die eingangsseitige Planetenradträgerwelle (27i) in einer zylindrischen Form ausgebildet sind, die an der Achse (Ar) zentriert ist und eine Welleneinführungsbohrung (74) aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie in der axialen Richtung dort hindurch verläuft,der konstante-Geschwindigkeit-Rotor (52) durch die Welleneinführungsbohrung (74) eingeführt ist, undder Übertragungsabschnitt (26) eine Übertragungswelle (26a), ein eingangsseitiges Übertragungsrad (29i) und ein abtriebsseitiges Übertragungsrad (29o) aufweist, wobei das eingangsseitige Übertragungsrad (29i) und das abtriebsseitige Übertragungsrad (29o) an der Übertragungswelle (26a) befestigt sind,das abtriebsseitige Übertragungsrad (29o) die Drehung der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle (27i), die auf das eingangsseitige Übertragungsrad (29i) übertragen wird, auf den Trägerhauptkörper (23) überträgt,der Beschleuniger mit variabler Geschwindigkeit (10) ferner einen Drehratensensor (131), der so gestaltet ist, dass er eine Drehrate der Übertragungswelle (26a) misst, und eine Steuereinrichtung (120) aufweist, die so gestaltet ist, dass sie eine Vektorsteuerung des variable-Geschwindigkeit-Motors (71) basierend auf der von dem Drehratensensor (131) gemessenen Drehrate durchführt,wobei die Steuereinrichtung (120) so gestaltet ist, dass sie die Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Rotors (72) aus der Drehrate der Übertragungswelle (26a) basierend auf einem Drehratenverhältnis der Übertragungswelle (26a) und des variable-Geschwindigkeit-Rotors (72) berechnet.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleuniger mit variabler Geschwindigkeit bzw. variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger, der eine elektrische Antriebseinrichtung mit einem konstante-Geschwindigkeit-Motor und einem variable-Geschwindigkeit-Motor aufweist, sowie eine Planetenradgetriebeeinrichtung zum Ändern der Geschwindigkeit einer von der elektrischen Antriebseinrichtung erzeugten Drehantriebskraft und zum anschließenden Übertragen der Drehantriebskraft mit geänderter Geschwindigkeit auf ein Antriebsziel.
[Stand der Technik]
Als Vorrichtung zum Antreiben einer Rotationsmaschine, wie beispielsweise einen Kompressor, gibt es eine Vorrichtung mit einer elektrischen Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer Drehantriebskraft und einer Getriebeeinrichtung zum Ändern der Geschwindigkeit einer Drehantriebskraft, die von der elektrischen Antriebseinrichtung erzeugt wird und zum anschließenden Übertragen der Drehantriebskraft mit geänderter Geschwindigkeit auf die Rotationsmaschine.
JP 4 472 350 B2 offenbart, dass ein konstante-Geschwindigkeit-Motor und ein variable-Geschwindigkeit-Motor zur Drehrateänderung als elektrische Antriebseinrichtung verwendet werden und eine Planetenradgetriebeeinrichtung als Getriebeeinrichtung zur genauen Steuerung einer Übersetzung verwendet werden. In dieser Vorrichtung ist es möglich, eine Drehrate einer Abtriebswelle der mit der Rotationsmaschine verbundenen Planetenradgetriebeeinrichtung durch Ändern einer Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Motors zu ändern.
Ferner gibt es als variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger einen mit einer Struktur, in der eine Planetenradträgerwelle, die einen Planetenradträger einer Planetenradgetriebeeinrichtung bildet, eine Hohlwelle ist und eine Innenzahnradträgerwelle, die einen Innenzahnradträger bildet, durch einen Hohlabschnitt der Planetenradträgerwelle eingeführt ist.
In diesem variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger ist der konstante-Geschwindigkeit-Rotor des konstante-Geschwindigkeit-Motors mit der Innenzahnradträgerwelle verbunden, und der konstante-Geschwindigkeit-Rotor des variable-Geschwindigkeit-Motors, der als Hohlwelle ausgebildet ist, ist mit der Planetenradträgerwelle verbunden.
Die Druckschriften DE 10 2014 225 738 A1 und DE 10 2014 210 870 A1 sind weiterer Stand der Technik.
[Darstellung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Als Steuerverfahren eines variable-Geschwindigkeit-Motors, der einen variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger bildet, ist eine sensorgestützte Vektorsteuerung bekannt, bei der die Vektorsteuerung unter Verwendung eines Drehratensensors zum Messen einer Drehrate eines variable-Geschwindigkeit-Motors durchgeführt wird.
Die Vektorsteuerung mit einem Sensor ist ein Verfahren des Erfassens der Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Motors mit dem an dem variable-Geschwindigkeit-Motor installierten Drehratensensor und des genauen Berechnens einer Größe einer Last von einem Strom, der durch den variable-Geschwindigkeit-Motor fließt, durch Vektorrechnung. Dementsprechend ist es möglich, die Situation der Größe der Last oder der Drehrate genau zu bestimmen und eine Zieldrehrate oder ein Zieldrehmoment zu erzeugen.
Als Struktur zum Erfassen der Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Motors ist beispielsweise eine Struktur denkbar, in der eine Scheibe mit einer Vielzahl von an der äußeren Umfangsfläche der Hohlwelle ausgebildeten Schlitzen vorgesehen ist und die Drehrate unter Verwendung eines lichtemittierenden Elements und eines lichtempfangenden Elements erfasst wird. Bei dieser Struktur besteht jedoch das Problem, dass die Struktur kompliziert wird etc..
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleuniger mit variabler Geschwindigkeit bzw. variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger, der eine elektrische Antriebseinrichtung aufweisend einen konstante-Geschwindigkeit-Motor mit einem konstante-Geschwindigkeit-Rotor und einen variable-Geschwindigkeit-Motor mit einem variable-Geschwindigkeit-Rotor und eine Planetenradgetriebeeinrichtung zum Ändern der Geschwindigkeit einer von der elektrischen Antriebseinrichtung erzeugten Drehantriebskraft und zum anschließenden Übertragen der Drehantriebskraft mit geänderter Geschwindigkeit auf ein Antriebsziel umfasst und in dem der konstante-Geschwindigkeit-Rotor durch einen Hohlabschnitt des konstante-Geschwindigkeit-Rotors, der eine Hohlwelle ist, eingeführt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger vorzusehen, der in der Lage ist, eine Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Motors leichter zu erfassen.
[Lösung des Problems]
Die vorliegende Erfindung ist definiert durch den Beschleuniger mit variabler Geschwindigkeit gemäß Anspruch 1.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger vorgesehen, der eine elektrische Antriebseinrichtung, die eine Drehantriebskraft erzeugt, und eine Getriebeeinrichtung aufweist, die die Geschwindigkeit der von der elektrischen Antriebseinrichtung erzeugten Drehantriebskraft ändert und die geänderte Drehantriebskraft auf ein Antriebsziel überträgt, wobei die Getriebeeinrichtung aufweist: ein Sonnenrad, das sich um eine Achse dreht, eine Sonnenradwelle, die an dem Sonnenrad befestigt ist und sich in einer axialen Richtung um die Achse erstreckt, ein Planetenrad, das mit dem Sonnenrad eingreift, die Achse umläuft, und sich um seine eigene Mittelachse dreht, ein Innenzahnrad, das eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die ringförmig um die Achse ausgerichtet sind und mit dem Planetenrad eingreift, einen Planetenradträger, der eine Planetenradträgerwelle, die sich in der axialen Richtung um die Achse erstreckt, einen Trägerhauptkörper, der Positionen von einer Vielzahl von Planetenrädern befestigt, und ein Übertragungsrad, das eine Drehung der Planetenradträgerwelle auf den Trägerhauptkörper überträgt, aufweist und der das Planetenrad so lagert, dass es die Achse umläuft und selbst um eine Mittelachse des Planetenrads drehbar ist, und einen Innenzahnradträger, der eine Innenzahnradträgerwelle aufweist, die sich in der axialen Richtung um die Achse erstreckt und das Innenzahnrad so lagert, dass es um die Achse drehbar ist, wobei die Sonnenradwelle eine Abtriebswelle bildet, die mit dem Antriebsziel verbunden ist, die Innenzahnradträgerwelle eine konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle bildet, und die Planetenradträgerwelle eine variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle bildet, wobei die elektrische Antriebseinrichtung einen variable-Geschwindigkeit-Motor mit einem variable-Geschwindigkeit-Rotor, der mit einer variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle der Getriebeeinrichtung verbunden ist, und einen konstante-Geschwindigkeit-Motor mit einem konstante-Geschwindigkeit-Rotor, der mit einer konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle der Getriebeeinrichtung verbunden ist, aufweist, wobei der variable-Geschwindigkeit-Rotor und die Planetenradträgerwelle in einer zylindrischen Form ausgebildet sind, die an der Achse zentriert ist und eine Welleneinführungsbohrung aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie in der axialen Richtung dort hindurch verläuft, wobei der konstante-Geschwindigkeit-Rotor durch die Welleneinführungsbohrung eingeführt ist, und der variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger ferner einen Drehratensensor, der eine Drehrate des Übertragungsrads misst, und eine Steuereinrichtung aufweist, die eine Vektorsteuerung des variable-Geschwindigkeit-Motors basierend auf der von dem Drehratensensor gemessenen Drehrate durchführt.
Gemäß einer solchen Konfiguration kann der Drehratensensor aufgrund der Konfiguration, bei der die Drehrate des Übertragungsrads und nicht die Drehrate des zylindrischen variable-Geschwindigkeit-Rotors und der Planetenradträgerwelle unter Verwendung des Drehratensensors gemessen wird, einfacher installiert werden.
In dem variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger kann die Steuereinrichtung die Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Rotors aus der Drehrate des Übertragungsrads basierend auf einem Drehratenverhältnis des Übertragungsrads und des variable-Geschwindigkeit-Rotors berechnen.
Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Rotors zu berechnen, auch wenn die Drehrate des Übertragungsrads und nicht die Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Rotors gemessen wird.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Drehratensensor aufgrund einer solchen Konfiguration, bei eine Drehrate des Übertragungsrads und nicht die Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Rotors und der Planetenradträgerwelle, die eine zylindrische Form haben, unter Verwendung des Drehratensensors gemessen wird, einfacher installiert werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines variable-Geschwindigkeit-Beschleunigers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht einer Getriebeeinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht einer elektrischen Antriebseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der Getriebeeinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Im Folgenden wird ein variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger 1 der Ausführungsform eine elektrische Antriebseinrichtung 50, die eine Drehantriebskraft erzeugt, und eine Getriebeeinrichtung 10, die die Geschwindigkeit einer von der elektrischen Antriebseinrichtung 50 erzeugten Drehantriebskraft ändert und dann die Drehantriebskraft mit geänderter Geschwindigkeit auf ein Antriebsziel überträgt. Der variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger 1 kann beispielsweise auf ein strömungsmechanisches System, wie beispielsweise ein Verdichtersystem, angewendet werden.
Das Antriebsziel des variable-Geschwindigkeit-Beschleunigers bzw. Beschleunigers mit variabler Geschwindigkeit 1 von der Ausführungsform ist ein Verdichter C.
Die Getriebeeinrichtung 10 ist eine Planetenradgetriebeeinrichtung.
Die elektrische Antriebseinrichtung 50 umfasst einen konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 mit einem konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52, der sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht, und einen variable-Geschwindigkeit-Motor 71 mit einem variable-Geschwindigkeit-Rotor 72, der sich mit einer beliebigen Drehrate dreht. Sowohl der konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52 als auch der variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 sind mit der Getriebeeinrichtung 10 verbunden.
Die elektrische Antriebseinrichtung 50 ist an einem Rahmen 90 durch einen Trägerabschnitt 50S der elektrischen Antriebseinrichtung gelagert. Die Getriebeeinrichtung 10 ist an dem Rahmen 90 durch einen Trägerabschnitt 10S der Getriebeeinrichtung gelagert. Die elektrische Antriebseinrichtung 50 und die Getriebeeinrichtung 10, die schwere Gegenstände sind, können durch diese Lagerabschnitte sicher befestigt werden.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Getriebeeinrichtung 10 ein Sonnenrad 11, das sich um eine Achse Ar dreht, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, eine am Sonnenrad 11 befestigte Sonnenradwelle 12, eine Vielzahl von Planetenrädern 15, die mit dem Sonnenrad 11 in Eingriff stehen, die Achse Ar umlaufen und um sich ihre eigenen Mittelachsen Ap drehen, ein Innenzahnrad 17, in dem eine Vielzahl von Zähnen ringförmig um die Achse Ar angeordnet sind und das mit der Vielzahl von Planetenrädern 15 in Eingriff steht, einen Planetenradträger 21, der die Vielzahl von Planetenrädern 15 lagert, um es der Vielzahl von Planetenrädern 15 zu ermöglichen, die Achse Ar zu umlaufen und sich um ihre eigenen Mittelachsen Ap zu drehen, einen Innenzahnradträger 31, der das Innenzahnrad 17 lagert, um es dem Innenzahnrad 17 zu ermöglichen, sich um die Achse Ar zu drehen, und ein Getriebegehäuse 41, das diese Elemente abdeckt.
Im Folgenden wird eine Richtung, in der sich die Achse Ar erstreckt, als eine axiale Richtung definiert, eine Seite in der axialen Richtung wird als eine Abtriebsseite definiert und eine der Abtriebsseite gegenüberliegende Seite wird als eine Eingangsseite definiert. Ferner wird eine radiale Richtung um die Achse Ar einfach als radiale Richtung bezeichnet. In dem variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger 1 der Ausführungsform ist die elektrische Antriebseinrichtung 50 auf der Eingangsseite in der axialen Richtung angeordnet und die Getriebeeinrichtung 10 ist auf der Abtriebsseite der elektrischen Antriebseinrichtung 50 angeordnet. Der Verdichter C ist auf der Abtriebsseite des variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger 1 angeordnet.
Die Sonnenradwelle 12 hat eine kreisförmige Säulenform, die an der Achse Ar zentriert ist und sich von dem Sonnenrad 11 zu der Abtriebsseite in der axialen Richtung erstreckt. An einem abtriebsseitigen Ende der Sonnenradwelle 12 ist ein Flansch 13 ausgebildet. Beispielsweise ist ein Rotor des Verdichters C, der als Antriebsziel dient, mit dem Flansch 13 verbunden. Die Sonnenradwelle 12 ist durch ein Sonnenradlager 42, das an der Abtriebsseite des Sonnenrades 11 angeordnet ist, so gelagert, dass sie um die Achse Ar drehbar ist. Das Sonnenradlager 42 ist an dem Getriebegehäuse 41 befestigt.
Der Planetenradträger 21 umfasst eine für jedes der Vielzahl von Planetenrädern 15 vorgesehene Planetenradwelle 22, einen Trägerhauptkörper 23, der die relativen Positionen der Vielzahl von Planetenradwellen 22 fixiert, und eine abtriebsseitige Planetenradträgerwelle 27o, die sich in der axialen Richtung zentriert an der Achse Ar erstreckt. Die abtriebsseitige Planetenradträgerwelle 27o ist an einer Innenseite des Trägerhauptkörpers 23 in der radialen Richtung befestigt.
Die Planetenradwelle 22 durchläuft die Mittelachsen Ap der Planetenräder 15 in der axialen Richtung und lagert die Planetenräder 15, um es den Planetenrädern 15 zu ermöglichen, sich um eine Mittelachse davon zu drehen. Der Trägerhauptkörper 23 erstreckt sich in radialer Richtung von der Vielzahl der Planetenradwellen 22 nach außen.
Die abtriebsseitige Planetenradträgerwelle 27o erstreckt sich von dem Trägerhauptkörper 23 zu der Abtriebsseite. Die abtriebsseitige Planetenradträgerwelle 27o ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und an der Achse Ar zentriert.
Die abtriebsseitige Planetenradträgerwelle 27o ist um die Achse Ar drehbar durch ein Planetenradträgerlager 43 gelagert. Das Planetenradträgerlager 43 ist an dem Getriebegehäuse 41 befestigt. Die Sonnenradwelle 12 ist durch die innere Umfangsseite der abtriebsseitigen Planetenradträgerwelle 27o eingeführt.
Der Planetenradträger 21 umfasst eine eingangsseitige Planetenradträgerwelle 27i, die mit dem variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 verbunden ist, und einen ersten Übertragungsabschnitt 25 und einen zweiten Übertragungsabschnitt 26, die die Drehung der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle 27i auf den Trägerhauptkörper 23 übertragen.
Die eingangsseitige Planetenradträgerwelle 27i ist eine Hohlwelle, die in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, die an der Achse Ar zentriert ist. Die eingangsseitige Planetenradträgerwelle 27i ist auf der Eingangsseite der Getriebeeinrichtung 10 angeordnet und ist durch das Planetenradträgerlager 44 gelagert, so dass sie um die Achse Ar drehbar ist. Das Planetenradträgerlager 44 ist an dem Getriebegehäuse 41 befestigt. Durch die innere Umfangsseite der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle 27i ist eine Innenzahnradträgerwelle 37 zum Antreiben des Innenzahnradträgers 31 der Getriebeeinrichtung 10 eingesetzt.
An dem eingangsseitigen Ende der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle 27i ist ein ringförmiger Flansch 28 ausgebildet, der sich in der radialen Richtung nach außen erstreckt.
An dem abtriebsseitigen Ende der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle 27i ist ein Trägerwellenrad 27g ausgebildet, das mit einem ersten Übertragungsrad 25g des ersten Übertragungsabschnitts 25 in Eingriff steht.
Der erste Übertragungsabschnitt 25 umfasst eine erste Übertragungswelle 25a, die so gelagert ist, dass sie um eine Achse At1 drehbar ist, und ein erstes Übertragungsrad 25g, das an der ersten Übertragungswelle 25a befestigt ist. Die erste Übertragungswelle 25a ist über ein Lager an dem Getriebegehäuse 41 befestigt (nicht dargestellt).
Der zweite Übertragungsabschnitt 26 umfasst eine zweite Übertragungswelle 26a, die so gelagert ist, dass sie um eine Achse At2 drehbar ist, und ein eingangsseitiges Übertragungsrad 29i und ein abtriebsseitiges Übertragungsrad 29o, die an der zweiten Übertragungswelle 26a befestigt sind.
Die zweite Übertragungswelle 26a ist über ein Lager an dem Getriebegehäuse 41 befestigt (nicht dargestellt). Das eingangsseitige Übertragungsrad 29i und das abtriebsseitige Übertragungsrad 29o sind an beiden Enden der zweiten Übertragungswelle 26a befestigt.
Das eingangsseitige Übertragungsrad 29i steht mit dem ersten Übertragungsrad 25g in Eingriff. Das abtriebsseitige Übertragungsrad 29o steht mit einem Zahnrad 23g in Eingriff, das an dem äußeren Umfang des Trägerhauptkörpers 23 ausgebildet ist. Dementsprechend wird die Drehung der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle 27i über den ersten Übertragungsabschnitt 25 und den zweiten Übertragungsabschnitt 26 auf den Trägerhauptkörper 23 übertragen.
Der Innenzahnradträger 31 umfasst einen Trägerhauptkörper 33, an dem das Innenzahnrad 17 befestigt ist, und die Innenzahnradträgerwelle 37, die an dem Trägerhauptkörper 33 befestigt ist und sich in axialer Richtung zentriert auf der Achse Ar erstreckt.
Der Trägerhauptkörper 33 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 35, der eine zylindrische Form aufweist, die an der Achse Ar zentriert ist und an dessen innerer Umfangsseite das Innenzahnrad 17 befestigt ist, und einen eingangsseitigen Armabschnitt 36, der sich von dem eingangsseitigen Ende des zylindrischen Abschnitts 35 in der radialen Richtung nach innen erstreckt.
Die Innenzahnradträgerwelle 37, die eine Säulenform um die Achse Ar aufweist, ist auf der Eingangsseite der Sonnenradwelle 12 angeordnet, die eine Säulenform um die Achse Ar aufweist. Der eingangsseitige Armabschnitt 36 des Trägerhauptkörpers 33 ist an der Innenzahnradträgerwelle 37 befestigt. Die Innenzahnradträgerwelle 37 ist durch die innere Umfangsseite der zylindrischen eingangsseitigen Planetenradträgerwelle 27i eingeführt.
Wie in 3 dargestellt, treibt der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 die Innenzahnradträgerwelle 37 der Getriebeeinrichtung 10 drehend an. Der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 treibt die eingangsseitige Planetenradträgerwelle 27i der Getriebeeinrichtung 10 drehend an. Die elektrische Antriebseinrichtung 50 weist einen Kühlventilator 91, der den konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 kühlt, und eine Lüfterabdeckung 92 auf, die den Kühlventilator 91 abdeckt.
Die Innenzahnradträgerwelle 37 ist eine konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle Ac, die sich mit konstanter Geschwindigkeit unter einer Antriebskraft des konstante-Geschwindigkeit-Motors 51 dreht. Die eingangsseitige Planetenradträgerwelle 27i ist eine variable-Geschwindigkeits-Eingangswelle Av mit, die sich unter einer Antriebskraft des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 mit einer beliebigen Drehrate dreht.
Der variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger 1 kann die Drehrate einer Abtriebswelle Ao der mit dem Antriebsziel verbundenen Getriebeeinrichtung 10 durch Ändern der Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 ändern.
In der Ausführungsform ist der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 beispielsweise ein vierpoliger Dreiphasen-Induktionsmotor. Ferner ist der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 ein sechspoliger Dreiphasen-Induktionsmotor, der mehr Pole als der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 aufweist. Die Spezifikationen des konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 und des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 sind nicht auf diese beschränkt und können entsprechend geändert werden.
Der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 umfasst einen konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52, der um die Achse Ar dreht, und mit der Innenzahnradträgerwelle 37 verbunden ist, die die konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle Ac der Getriebeeinrichtung 10 ist, einen konstante-Geschwindigkeit-Stator 66, der auf der äußeren Umfangsseite des konstante-Geschwindigkeit-Rotors 52 angeordnet ist, und ein konstante-Geschwindigkeit-Motorgehäuse 61, in dem der konstante-Geschwindigkeit-Stator 66 an der inneren Umfangsseite davon befestigt ist.
Der konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52 umfasst eine konstante-Geschwindigkeit-Rotorwelle 53, die eine Säulenform um die Achse Ar aufweist, und einen leitenden Körper 56, der an dem äußeren Umfang der konstante-Geschwindigkeit-Rotorwelle 53 befestigt ist. Der Kühlventilator 91 ist an dem eingangsseitigen Ende der konstante-Geschwindigkeit-Rotorwelle 53 befestigt.
Der konstante-Geschwindigkeit-Stator 66 ist radial auswärts von dem leitenden Körper 56 des konstante-Geschwindigkeit-Rotors 52 angeordnet. Dieser konstante-Geschwindigkeit-Stator 66 ist aus einer Vielzahl von Spulen gebildet.
Das konstante-Geschwindigkeit-Motorgehäuse 61 umfasst einen Gehäusehauptkörper 62, der eine zylindrische Form aufweist, die auf der Achse Ar zentriert ist und in dem der konstante-Geschwindigkeit-Stator 66 an der inneren Umfangsseite davon befestigt ist, und Abdeckungen 63i und 63o, die beide axialen Enden des zylindrischen Gehäusehauptkörpers 62 schließen. Konstante-Geschwindigkeit-Rotorlager 65i und 65o sind an den jeweiligen Abdeckungen 63i und 63o befestigt, um die konstante-Geschwindigkeit-Rotorwelle 53 um die Achse Ar drehbar zu lagern. Eine Vielzahl von Öffnungen 64, die axial durch die jeweiligen Abdeckungen 63i und 63o an Positionen radial auswärts von dem konstante-Geschwindigkeit-Rotorlager 65i verläuft, ist in den jeweiligen Abdeckungen 63i und 63o ausgebildet.
Das eingangsseitige Ende der konstante-Geschwindigkeit-Rotorwelle 53 steht zu der Eingangsseite hin von der eingangsseitigen Abdeckung 63i des konstante-Geschwindigkeit-Motorgehäuses 61 hervor. Der Kühlventilator 91 ist an dem eingangsseitigen Ende der konstante-Geschwindigkeit-Rotorwelle 53 befestigt.
Wenn sich der konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52 dreht, dreht sich auch der Kühlventilator 91 integral mit dem konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52. Die Lüfterabdeckung 92 umfasst einen zylindrischen Abdeckungshauptkörper 93, der auf der äußeren Umfangsseite des Kühlventilators 91 angeordnet ist, und eine Luftzirkulationsplatte 94, die an einer Öffnung des Abdeckungshauptkörpers 93 auf der Einlassseite befestigt ist und eine Vielzahl von darin ausgebildeten Luftlöchern aufweist. Die Lüfterabdeckung 92 ist auf der Eingangsseite an der Abdeckung 63i des konstante-Geschwindigkeit-Motorgehäuses 61 befestigt.
Der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 umfasst einen variable-Geschwindigkeit-Rotor 72, der sich um die Achse Ar dreht und mit der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle 27i verbunden ist, die die variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle Av ist, einen variable-Geschwindigkeit-Stator 86, der auf der äußeren Umfangsseite des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 angeordnet ist, und ein variable-Geschwindigkeit-Motorgehäuse 81, in dem der variable-Geschwindigkeit-Stator 86 an der inneren Umfangsseite davon befestigt ist.
Der variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 weist eine variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle 73 und einen leitenden Körper 76 auf, der an dem äußeren Umfang der variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle 73 befestigt ist. Die variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle 73 ist eine Hohlwelle, die eine zylindrische Form um die Achse Ar aufweist und eine Welleneinführungsbohrung 74 aufweist, die in der axialen Richtung durch die variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle 73 verläuft. Die Innenzahnradträgerwelle 37 ist durch die Welleneinführungsbohrung 74 der variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle 73 als die konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle Ac eingeführt. An dem abtriebsseitigen Ende der variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle 73 ist ein ringförmiger Flansch 73o ausgebildet, der sich radial nach außen erstreckt.
Der variable-Geschwindigkeit-Stator 86 ist radial nach außen von dem leitenden Körper 76 des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 angeordnet. Der variable-Geschwindigkeit-Stator 86 ist aus einer Vielzahl von Spulen gebildet.
Das variable-Geschwindigkeit-Motorgehäuse 81 umfasst einen Gehäusehauptkörper 82, der eine zylindrischen Form um die Achse Ar aufweist, an dessen innerer Umfangsseite der variable-Geschwindigkeit-Stator 86 befestigt ist, eine abtriebsseitige Abdeckung 83o, die das abtriebsseitige Ende des zylindrischen Gehäusehauptkörpers 82 schließt, und eine eingangsseitige Abdeckung 83i, die auf der Eingangsseite des Stators mit variabler Geschwindigkeit 86 angeordnet ist und an der inneren Umfangsseite des zylindrischen Gehäusehauptkörpers 82 befestigt ist. Variable-Geschwindigkeit-Rotorlager 85i und 85o, die die variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle 73 drehbar um die Achse Ar lagern, sind an den jeweiligen Abdeckungen 83i und 83o befestigt. In den jeweiligen Abdeckungen 83i und 83o ist an den Positionen radial auswärts von den variable-Geschwindigkeit-Rotorlagern 85i und 85o eine Vielzahl von Öffnungen 84 ausgebildet, die durch die jeweiligen Abdeckungen 83i und 83o in der axialen Richtung verläuft.
Ein Raum in dem variable-Geschwindigkeit-Motorgehäuse 81 und ein Raum in dem konstante-Geschwindigkeit-Motorgehäuse 61 kommunizieren miteinander durch die Vielzahl von Öffnungen 84, die in den jeweiligen Abdeckungen 83i und 83o des variable-Geschwindigkeit-Motorgehäuses 81 ausgebildet ist, und die Vielzahl von Öffnungen 64, die in den jeweiligen Abdeckungen 63i und 63o des konstante-Geschwindigkeit-Motorgehäuses 61 ausgebildet ist.
Ferner sind im variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger 1 der Ausführungsform der konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52, der variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 und die Sonnenradwelle 12 auf der gleichen Achse angeordnet.
Wie in 4 dargestellt, ist der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 so eingestellt, dass er den konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52 (Innenzahnrad 17) in der zweiten Richtung R2 in der Umfangsrichtung der Achse Ar dreht, indem er dem konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 elektrische Leistung zuführt. Da sich der konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52 in der zweiten Richtung R2 dreht, drehen sich die Innenzahnradträgerwelle 37 und der Innenzahnradträger 31 in der zweiten Richtung R2.
Die Abtriebswelle Ao der Getriebeeinrichtung 10 ist so eingestellt, dass sie sich in der ersten Richtung R1 entgegen der zweiten Richtung R2 durch den konstante-Geschwindigkeit-Rotor 52 des konstante-Geschwindigkeit-Motors 51 dreht, der sich mit der maximalen Drehrate in der zweiten Richtung R2 dreht. Das heißt, die Vorwärtsdrehung des konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 ist die zweite Richtung R2 und die Vorwärtsdrehung der Abtriebswelle Ao der Getriebeeinrichtung 10 ist die erste Richtung R1. Der Verdichter C arbeitet normal, wenn sich die Abtriebswelle Ao vorwärts dreht.
In der folgenden Beschreibung wird die Drehrichtung der ersten Richtung R1 als positive Drehrichtung und die Drehrichtung der zweiten Richtung R2 als negative Drehrichtung bezeichnet. Beispielsweise beträgt die maximale Drehrate des Motors 51 mit konstanter Geschwindigkeit -1800 U/min.
Der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 treibt den variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 (Planetenradträger 21) in der ersten Richtung R1 und der zweiten Richtung R2, die die Umfangsrichtungen der Achse Ar sind, drehend an. Das heißt, der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 kann vorwärts und rückwärts drehen.
Der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 dient als Generator, indem er den variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 in der zweiten Richtung R2 dreht. Ein Zustand, in dem der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 als Generator dient, wird als Generator-Modus bezeichnet. Das heißt, der variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 dreht sich in dem Generator-Modus in der zweiten Richtung R2.
Der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 dient als Elektromotor, indem er den variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 in der ersten Richtung R1 dreht. Ein Zustand, in dem der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 als ein Elektromotor dient, wird als Elektromotor-Modus bezeichnet. Das heißt, der variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 dreht sich in dem Elektromotor-Modus in der ersten Richtung R1.
Wenn sich der variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 in der ersten Richtung R1 dreht, dreht sich der Planetenradträger 21 in der ersten Richtung R1.
Der variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger 1 der Ausführungsform umfasst einen Drehratensensor 131, der die Drehrate der zweiten Übertragungswelle 26a (zweites Übertragungsrad 26g) misst. Die von dem Drehratensensor 131 gemessene Drehrate wird an die Steuerung 120 übertragen. Die Steuerung 120 berechnet die Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 (variable-Geschwindigkeit-Rotor 72) unter Verwendung der von dem Drehratensensor gemessenen Drehrate.
Der Drehratensensor 131 umfasst eine Erfassungswelle 132, die mit der zweiten Übertragungswelle 26a verbindbar ist.
Die Erfassungswelle 132 des Drehratensensors 131 ist mit dem Ende der zweiten Übertragungswelle 26a verbunden, so dass die zweite Übertragungswelle 26a und die Erfassungswelle 132 auf der gleichen Geraden liegen. Der Drehratensensor 131 ist an dem Getriebegehäuse 41 befestigt.
Die Steuerung 120 berechnet eine Drehrate ωh des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 unter Verwendung eines Drehratenverhältnisses uh/ut einer Drehrate ωh des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 zu einer Drehrate ωt der zweiten Übertragungswelle 26a. Das Drehratenverhältnisse uh/ut wird aus der Anzahl der Zähne des ersten Übertragungsrads 25g und des zweiten Übertragungsrads 26g bestimmt.
Der variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger 1 der Ausführungsform umfasst eine Drehratensteuerung 100, die die Drehrate des konstante-Geschwindigkeit-Motors 71 steuert, einen variable-Geschwindigkeit-Motorschalter 111, der den variable-Geschwindigkeit-Motor 71 in einen Stromversorgungszustand und einen Stromabschaltzustand versetzt, einen konstante-Geschwindigkeit-Motorschalter 112, der den konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 in den Stromversorgungszustand und den Stromabschaltzustand versetzt, und die Steuerung 120, die den Betrieb der Drehratensteuerung 100, des variable-Geschwindigkeit-Motorschalters 111 und des konstante-Geschwindigkeit-Motorschalters 112 steuert.
Die Steuerung 120 besteht aus einem Computer. Die Steuerung 120 umfasst einen Empfangsabschnitt 121, der direkt eine Anweisung von einem Bediener empfängt oder eine Anweisung von einer Host-Steuereinrichtung empfängt, eine Schnittstelle 122, die dem variable-Geschwindigkeit-Motorschalter 111, der Drehratensteuerung 100 und dem konstante-Geschwindigkeit-Motorschalter 112 Anweisungen bereitstellen, und einen Berechnungsabschnitt 123, der eine Anweisung für den variable-Geschwindigkeit-Motorschalter 111, den konstante-Geschwindigkeit-Motorschalter 112, und die Drehratensteuerung 100 gemäß den vom Empfangsabschnitt 121 oder dergleichen empfangenen Anweisungen erzeugt
Der variable-Geschwindigkeit-Motorschalter 111 ist elektrisch mit einer Stromquellenleitung 110 und der Drehratensteuerung 100 verbunden. Die Drehratensteuerung 100 ist elektrisch mit dem variable-Geschwindigkeit-Motor 71 verbunden. Der konstante-Geschwindigkeit-Motorschalter 112 ist elektrisch mit der Stromquellenleitung 110 und dem konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 verbunden.
Der variable-Geschwindigkeit-Motorschalter 111 wird durch eine EIN-Anweisung der Steuerung 120 eingeschaltet und durch eine AUS-Anweisung der Steuerung 120 ausgeschaltet. Wenn der variable-Geschwindigkeit-Motorschalter 111 eingeschaltet ist, wird dem variable-Geschwindigkeit-Motor 71 über die Drehratensteuerung 100 elektrische Leistung von der Stromquellenleitung 110 zugeführt, und der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 befindet sich in dem Stromversorgungszustand. Wenn der variable-Geschwindigkeit-Motorschalter 111 ausgeschaltet ist, wird die Stromversorgung von der Stromquellenleitung 110 zu der Drehratensteuerung 100 und zu dem variable-Geschwindigkeit-Motor 71 unterbrochen und der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 befindet sich im Stromabschaltzustand.
Der konstante-Geschwindigkeit-Motorschalter 112 wird durch eine EIN-Anweisung der Steuerung 120 eingeschaltet und durch eine AUS-Anweisung der Steuerung 120 ausgeschaltet. Wenn der konstante-Geschwindigkeit-Motorschalter 112 eingeschaltet wird, wird dem konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 die elektrische Leistung von der Stromquellenleitung 110 zugeführt, und der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 befindet sich in dem Stromversorgungszustand. Wenn der konstante-Geschwindigkeit-Motorschalter 112 ausgeschaltet ist, wird die Stromversorgung von der Stromquellenleitung 110 zu dem konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 unterbrochen, und der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 befindet sich in dem Stromabschaltzustand.
Der Berechnungsabschnitt 123 berechnet eine Frequenz, die dem variable-Geschwindigkeit-Motor 71 unter Verwendung von sensorgestützter Vektorsteuerung zugeführt wird. Insbesondere wird eine Regelung unter Verwendung der Drehrate ωh des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 durchgeführt, die unter Verwendung der Drehrate ωt der zweiten Übertragungswelle 26a (zweites Übertragungsrad 26g) berechnet wird, welche von dem Drehratensensor 131 erfasst wird. Hier ist die Vektorsteuerung ein Verfahren zum Zerlegen eines durch den Elektromotor fließenden Stroms in eine Stromkomponente zum Erzeugen eines Drehmoments und eine Stromkomponente zum Erzeugen eines magnetischen Flusses und unabhängigen Steuern der jeweiligen Stromkomponenten.
Die Drehratensteuerung 100 umfasst einen Frequenzumwandlungsabschnitt 101, der eine Frequenz der von der Stromquellenleitung 110 zugeführten elektrischen Leistung ändert, und einen Drehrichtungsschaltabschnitt 102, der eine Drehrichtung des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 ändert.
Der Frequenzumwandlungsabschnitt 101 versorgt den variable-Geschwindigkeit-Motor 71 mit der elektrischen Leistung mit einer von der Steuerung 120 angewiesenen Frequenz. Der variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 dreht sich mit einer dieser Frequenz entsprechenden Drehrate. Da sich die Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 auf diese Weise ändert, ändert sich auch die Drehrate des Planetenradträgers 21 der mit dem variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 verbundenen Getriebeeinrichtung 10. Demzufolge ändert sich auch die Drehrate der Sonnenradwelle 12, die die Abtriebswelle Ao der Getriebeeinrichtung 10 ist.
Der Drehrichtungsschaltabschnitt 102 ist eine Einrichtung, die die Drehrichtung des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 unter Verwendung einer Schaltung zum Schalten einer Vielzahl von (drei im Falle der Ausführungsform) Stromquellenleitungen ändert, die mit dem variable-Geschwindigkeit-Motor 71 verbunden sind. Das heißt, der Drehrichtungsschaltabschnitt 102 kann den variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 vorwärts und rückwärts drehen.
Hier wird der Zusammenhang zwischen der Anzahl der Zähne jedes Zahnrads der Getriebeeinrichtung 10 und der Drehrate jeder Welle der Getriebeeinrichtung 10 mit Bezug auf 4 beschrieben.
Die Drehrate der Sonnenradwelle 12 als Abtriebswelle Ao wird durch ωs angezeigt, die Drehrate der Innenzahnradträgerwelle 37 (konstante-Geschwindigkeit-Motor 51), welche die konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle Ac ist, wird durch ωi angezeigt, und die Drehrate der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle 27i (variable-Geschwindigkeit-Motor 71), welche die variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle Av ist, wird durch ωh angezeigt. Ferner wird die Anzahl der Zähne des Sonnenrades 11 durch Zs angezeigt und die Anzahl der Zähne des Innenzahnrades 17 wird durch Zi angezeigt.
Ferner wird ein Verhältnis ωs/ωi der Drehrate ωs der Abtriebswelle Ao zu der Drehrate ωi des konstante-Geschwindigkeit-Motors 51 durch U angezeigt. Das Verhältnis U der Drehrate ωs der Abtriebswelle Ao zu der Drehrate ωi des konstante-Geschwindigkeit-Motors 51 ist gleich einem Verhältnis Zi/Zs der Anzahl der Zähne Zi des Innenzahnrades 17 zu der Anzahl der Zähne Zs des Sonnenrades 11.
Ferner wird ein Verhältnis ωc/ωh der Drehrate ωc des Planetenradträgers 21 zu der Drehrate ωh des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 durch P angezeigt.
Das Verhältnis zwischen der Anzahl der Zähne jedes Getriebes und der Drehrate jeder Welle in der Getriebeeinrichtung 10 kann durch die folgende Formel (1) ausgedrückt werden: $ω s / ω i = P \times ω h / ω i - (1 - P \times ω h / ω i) \times U$
Wenn der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 ein vierpoliger Induktionsmotor ist und die Frequenz der Stromquelle 60 Hz beträgt, beträgt die Drehrate ωi (Nenndrehzahl) des konstante-Geschwindigkeit-Motors 52 (konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle Ac) 1800 U/min. Wenn ferner der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 ein achtpoliger Induktionsmotor ist und die Frequenz der Stromquelle 60 Hz beträgt, beträgt die maximale Drehrate ωh (Nenndrehzahl) des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 (variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle Av) 900 U/min.
Ferner ist das Verhältnis U der Drehrate ωs der Abtriebswelle Ao zu der Drehrate ωi des konstante-Geschwindigkeit-Motors 51 (Verhältnis Zi/Zs der Anzahl der Zähne Zs des Sonnenrades 11 zu der Anzahl der Zähne Zi des Innenzahnrades 17) auf 4 eingestellt.
Ferner ist das Verhältnis P der Drehrate ωc des Planetenradträgers 21 zu der Drehrate ωh des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 auf 0,3 eingestellt.
Wenn in diesem Fall die Drehrichtung des konstante-Geschwindigkeit-Rotors 52 (Innenzahnrad 17) die Drehung (-1.800 U/min) in der zweiten Richtung R2 ist und die Drehrichtung des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 (Planetenradträger 21) die maximale Drehrate (900 U/min) in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehung des konstante-Geschwindigkeit-Rotors 52 (Drehung in der ersten Richtung R1) aufweist, beträgt die Drehrate ωs der Sonnenradwelle 12, welche die Abtriebswelle Ao ist, 8550 U/min. Diese Drehrate (8550 U/min) ist die maximale Drehrate der Sonnenradwelle 12.
Das heißt, in der Getriebeeinrichtung 10 der Ausführungsform wird die Drehrate ωs der Abtriebswelle Ao zu der maximalen Drehrate, wenn sich das Innenzahnrad 17, das der konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle Ac entspricht, mit -1.800 U/min dreht und sich der Planetenradträger 21, der der variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle entspricht, mit 900 U/min dreht.
Unter der Annahme, dass ein variabler Geschwindigkeitsbereich der variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle Av -900 U/min bis +900 U/min beträgt, sinkt die Drehrate ωs der Abtriebswelle Ao wenn sich die Drehrate der variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle Av -900 U/min annähert.
Da gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform die Drehrate ωh des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 unter Verwendung des Drehratensensors 131 berechnet werden kann, ist es möglich, den variable-Geschwindigkeit-Motor 71 unter Verwendung der sensorgestützten Vektorsteuerung zu steuern. Daher ist es möglich, eine Situation einer Größe einer Last und eine Drehrate genau zu bestimmen und eine Soll-Drehrate oder Drehmoment zu erzeugen.
Ferner ist der Drehratensensor 131 mit der zweiten Übertragungswelle 26a und nicht mit dem variable-Geschwindigkeit-Rotor 72 verbunden, der eine Hohlwelle oder die eingangsseitige Planetenradträgerwelle 27i ist. Mit anderen Worten ist der Drehratensensor 131 so gestaltet, dass er die Drehrate des zweiten Übertragungsrads 26g und nicht die Drehrate des zylindrischen variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 und der Planetenradträgerwelle 27i misst. Dadurch kann der Drehratensensor 131 einfacher installiert werden. Insbesondere ist es möglich, die Drehrate des konstante-Geschwindigkeit-Motors 71 kostengünstig mit einem üblichen Drehratensensor zu erfassen.
Ferner berechnet die Steuerung 120 der Ausführungsform die Drehrate ωh des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 von der Drehrate ωt des zweiten Übertragungsrads 26g auf der Grundlage des Drehratenverhältnisses zwischen dem zweiten Übertragungsrad 26g und dem variable-Geschwindigkeit-Rotor 72. Daher kann die Drehrate ωh des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 selbst dann berechnet werden, wenn die Drehrate ωt des zweiten Übertragungsrads 26g und nicht die Drehrate ωh des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 gemessen wird.
Ferner ist in der Ausführungsform die Innenzahnradträgerwelle 37, die eine stabförmige Welle ist, durch die variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle 73 eingeführt, die eine zylindrische Welle ist, die mit der Welleneinführungsbohrung 74 ausgebildet ist. Das heißt, die konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle Ac mit großem Abtrieb ist durch die variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle 73 des variable-Geschwindigkeit-Motors 71 eingeführt, der einen kleineren Abtrieb als der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 aufweist. Dementsprechend kann als der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 einer mit einem größeren Abtrieb bzw. Leistung (PS) eingesetzt werden.
Ferner kann in der Ausführungsform die gesamte Einrichtung kompakter gestaltet werden, indem der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51, der variable-Geschwindigkeit-Motor 71, die Getriebeeinrichtung und der Verdichter C linear in dieser Reihenfolge angeordnet werden.
In der Ausführungsform ist der Drehratensensor 131 mit dem abtriebsseitigen Ende der zweiten Übertragungswelle 26a verbunden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der Drehratensensor 131 kann mit dem eingangsseitigen Ende der zweiten Übertragungswelle 26a verbunden sein.
Ferner kann der Drehratensensor 131 mit der ersten Übertragungswelle 25a verbunden sein. Das heißt, der Drehratensensor 131 kann mit einer Drehwelle verbunden sein, die sich so dreht, dass es ein vorbestimmtes Verhältnis der Drehrate davon zu der des variable-Geschwindigkeit-Rotors 72 gibt.
Ferner sind in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein vierpoliger Dreiphasen-Induktionsmotor als ein konstante-Geschwindigkeit-Motor 51, der zum Drehen des Verdichters C bei hoher Drehrate geeignet ist, veranschaulicht, und ein sechspoliger Dreiphasen-Induktionsmotor ist als ein variable-Geschwindigkeit-Motor 71, der zum Variieren der Drehrate des Verdichters C innerhalb eines bestimmten Bereichs geeignet ist, veranschaulicht. Wenn es jedoch nicht erforderlich ist, das Antriebsziel mit hoher Geschwindigkeit zu drehen, können andere Arten von Elektromotoren als der konstante-Geschwindigkeit-Motor 51 und als der variable-Geschwindigkeit-Motor 71 verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Variable-Geschwindigkeit-Beschleuniger
10: Getriebeeinrichtung
11: Sonnenrad
12: Sonnenradwelle
15: Planetenrad
17: Innenzahnrad
21: Planetenradträger
22: Planetenradwelle
25: Erster Übertragungsabschnitt
25a: Erste Übertragungswelle
25g: Erstes Übertragungsrad
26: Zweiter Übertragungsabschnitt
26a: Zweite Übertragungswelle
26g: Zweites Übertragungsrad
27: Planetenradträgerwelle
27i: Eingangsseitige Planetenradträgerwelle
27o: Abtriebsseitige Planetenradträgerwelle
31: Innenzahnradträger
37: Innenzahnradträgerwelle
41: Getriebegehäuse
42: Sonnenradlager
50: Elektrische Antriebseinrichtung
51: Konstante-Geschwindigkeit-Motor
52: Konstante-Geschwindigkeit-Rotor
53: Konstante-Geschwindigkeit-Rotorwelle
56: Leitender Körper
61: Konstante-Geschwindigkeit-Motorgehäuse
66: Konstante-Geschwindigkeit-Stator
71: Variable-Geschwindigkeit-Motor
72: Variable-Geschwindigkeit-Rotor
73: Variable-Geschwindigkeit-Rotorwelle
74: Welleneinführungsbohrung
76: Leitender Körper
81: Variable-Geschwindigkeit-Motorgehäuse
86: Variable-Geschwindigkeit-Stator
100: Drehratensteuerung
101: Frequenzumwandlungsabschnitt
102: Drehrichtungsschaltabschnitt
110: Stromquellenleitung
111: Variable-Geschwindigkeit-Motorschalter
112: Konstante-Geschwindigkeit-Motorschalter
120: Steuerung (Steuereinrichtung)
121: Empfangsabschnitt
122: Schnittstelle
123: Berechnungsabschnitt
131: Drehratensensor
Ac: Konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle
Ao: Abtriebswelle
Ar: Achse
Av: Variable-Geschwindigkeit-Antriebswelle
C: Kompressor
R1: Erste Richtung
R2: Zweite Richtung

Claims

Beschleuniger mit variabler Geschwindigkeit (1), aufweisend: eine elektrische Antriebseinrichtung (50), die eine Drehantriebskraft erzeugt; und eine Getriebeeinrichtung (10), die die Geschwindigkeit der von der elektrischen Antriebseinrichtung (50) erzeugten Drehantriebskraft ändert und die geänderte Drehantriebskraft auf ein Antriebsziel überträgt, wobei die Getriebeeinrichtung (10) aufweist: ein Sonnenrad (11), das sich um eine Achse (Ar) dreht, eine Sonnenradwelle (12), die an dem Sonnenrad (11) befestigt ist und sich in einer axialen Richtung um die Achse erstreckt, ein Planetenrad (15), das mit dem Sonnenrad eingreift, die Achse (Ar) umläuft, und sich um seine eigene Mittelachse (Ap) dreht, ein Innenzahnrad (17), das eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die ringförmig um die Achse (Ar) ausgerichtet sind und mit dem Planetenrad (15) eingreift, eine eingangsseitige Planetenradträgerwelle (27i), die sich in der axialen Richtung um die Achse (Ar) erstreckt, einen Planetenradträger (21), der einen Trägerhauptkörper (23), der Positionen von einer Vielzahl von Planetenrädern (15) befestigt, und einen Übertragungsabschnitt (26), der eine Drehung der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle (27i) auf den Trägerhauptkörper (23) überträgt, aufweist und der das Planetenrad (15) so lagert, dass es die Achse (Ar) umläuft und selbst um die Mittelachse des Planetenrads (Ap) drehbar ist, und einen Innenzahnradträger (31), der eine Innenzahnradträgerwelle (37) aufweist, die sich in der axialen Richtung um die Achse (Ar) erstreckt und das Innenzahnrad (17) so lagert, dass es um die Achse (Ar) drehbar ist, wobei die Sonnenradwelle (12) eine Abtriebswelle (Ao) bildet, die mit dem Antriebsziel verbunden ist, die Innenzahnradträgerwelle (37) eine konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle (Ac) bildet, und die eingangsseitige Planetenradträgerwelle (27i) eine variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle (Av) bildet, die elektrische Antriebseinrichtung (50) einen variable-Geschwindigkeit-Motor (71) mit einem variable-Geschwindigkeit-Rotor (72), der mit der variable-Geschwindigkeit-Eingangswelle (Av) der Getriebeeinrichtung (10) verbunden ist, und einen konstante-Geschwindigkeit-Motor (51) mit einem konstante-Geschwindigkeit-Rotor (52), der mit der konstante-Geschwindigkeit-Eingangswelle (Ac) der Getriebeeinrichtung (10) verbunden ist, aufweist, der variable-Geschwindigkeit-Rotor (72) und die eingangsseitige Planetenradträgerwelle (27i) in einer zylindrischen Form ausgebildet sind, die an der Achse (Ar) zentriert ist und eine Welleneinführungsbohrung (74) aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie in der axialen Richtung dort hindurch verläuft, der konstante-Geschwindigkeit-Rotor (52) durch die Welleneinführungsbohrung (74) eingeführt ist, und der Übertragungsabschnitt (26) eine Übertragungswelle (26a), ein eingangsseitiges Übertragungsrad (29i) und ein abtriebsseitiges Übertragungsrad (29o) aufweist, wobei das eingangsseitige Übertragungsrad (29i) und das abtriebsseitige Übertragungsrad (29o) an der Übertragungswelle (26a) befestigt sind, das abtriebsseitige Übertragungsrad (29o) die Drehung der eingangsseitigen Planetenradträgerwelle (27i), die auf das eingangsseitige Übertragungsrad (29i) übertragen wird, auf den Trägerhauptkörper (23) überträgt, der Beschleuniger mit variabler Geschwindigkeit (10) ferner einen Drehratensensor (131), der so gestaltet ist, dass er eine Drehrate der Übertragungswelle (26a) misst, und eine Steuereinrichtung (120) aufweist, die so gestaltet ist, dass sie eine Vektorsteuerung des variable-Geschwindigkeit-Motors (71) basierend auf der von dem Drehratensensor (131) gemessenen Drehrate durchführt, wobei die Steuereinrichtung (120) so gestaltet ist, dass sie die Drehrate des variable-Geschwindigkeit-Rotors (72) aus der Drehrate der Übertragungswelle (26a) basierend auf einem Drehratenverhältnis der Übertragungswelle (26a) und des variable-Geschwindigkeit-Rotors (72) berechnet.