JP2003049916A

JP2003049916A - 送風機

Info

Publication number: JP2003049916A
Application number: JP2001237464A
Authority: JP
Inventors: Shinji Miyata; 慎司宮田; Hiroyuki Ito; 裕之伊藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】【課題】羽根車を高速回転させる際にトロイダル型無
段変速機に入力するトルクを小さくする。【解決手段】電動機２の駆動軸８と羽根車６の回転軸
１４との間に、トロイダル型無段変速機４と遊星歯車機
構３０とを組み合わせた無段変速装置３２を、動力の伝
達方向に関して直列に組み込んでいる。この無段変速装
置３２は、電動機２の駆動軸８と入力軸１０とを結合す
るとともに、入力軸１０の回転に基づく動力を取り出す
ための出力軸３４を、前記入力軸１０と同心に配置して
いる。そして、これら入力軸１０と出力軸３４との間
に、トロイダル型無段変速機４及び遊星歯車機構３０を
同心に設けており、駆動力を遊星歯車機構３０で伝達
し、トロイダル型無段変速機４を遊星歯車機構３０の変
速比を変えるために利用することにより、トロイダル型
無段変速機４に加わるトルクの低減を図っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばトンネル
内で使用する送風機、或いは、工場内でダクト排出のた
めに使用する送風機に適用が可能である。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平2001-99089号公報で記載さ
れているように、空調設備の送風、排風を行う送風機に
は、以下の方式が知られている。（ａ）ベルトとプーリを用いてプーリ径の比を変えるこ
とで所定の風量を送風するベルト・プーリ駆動方式、
（ｂ）誘導電動機と羽根車を直接取り付け、電源周波数
と電源周波数の極数で決まる所定の回転数で羽根車を回
転させる直動方式、（ｃ）電源にインバータを使用して
可変速度で運転する方式、である。また、流体機械ハン
ドブック（大橋秀雄著、朝倉書店：２７８ページ）にも
記載されているように、非常に広い差動範囲が要求され
る送風機として、動翼可変ピッチ、静翼可変ピッチ、回
転数制御、台数制御がある。なお、回転数制御が、前述
した特開平2001-99089号公報において従来例として記載
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平2001-99089号公
報に記載されているように、（ａ）の方式の場合には、
部品点数が多くなるとともに、ベルト・プーリの変速機
単体の伝達効率が低いので、効率が低下しやすい。ま
た、（ｂ）の方式の場合には、電源周波数と極数で回転
数が決まってしまうとともに、複雑な制御盤が必要とな
るので、高価な装置となってしまうという課題がある。
また、（ｃ）の方式のように電源にイバータを使用して
可変速で運転すると、商用周波数を小さくして減速する
場合にインバータの効率が悪くなり、過大な電動機出力
が必要となる。また、流体機械ハンドブックに記載され
ている動翼可変ピッチ、静翼可変ピッチは、構造が複雑
であり、高価であり、台数制御方式の場合には、台数が
増える分だけ高価になる。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、羽根車を高速回転させる際にトロイダル型無段変速
機に入力するトルクを小さくし、このトロイダル型無段
変速機の構成部品の耐久性向上を図るとともに、トロイ
ダル型無段変速機の寸法を大きくすることなく大型の送
風機を設計することが可能となる送風機を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の送風機は、電動機と、この電動機に
より回転駆動される羽根車とを備えた送風機において、
前記羽根車と前記電動機との間にトロイダル型無段変速
機を配置した。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、電動機と、
この電動機により回転駆動される羽根車とを備えた送風
機において、前記羽根車と前記電動機との間に無段変速
装置を配置し、電動機の駆動軸と前記無段変速装置の入
力軸とを、前記無段変速装置の出力軸と前記羽根車の回
転軸とを、それぞれ回転自在に連結し、前記無段変速装
置は、入力ディスク及び出力ディスクを備えたトロイダ
ル型無段変速機と遊星歯車機構の組み合わせで構成さ
れ、前記遊星歯車機構は、太陽歯車とこの太陽歯車の周
囲に配置したリング歯車との間に設けられ、前記太陽歯
車と同心に且つ回転自在に支持したキャリアに回転自在
に支持された遊星歯車を、前記太陽歯車とリング歯車と
に噛合させてなるものであり、前記電動機の動力は、前
記トロイダル型無段変速機を介して伝達する第一の動力
伝達系と、前記トロイダル型無段変速機を介さないで動
力を伝達する第二の動力伝達系の２つ動力伝達系で伝達
され、この２つの動力伝達系を、前記太陽歯車と前記リ
ング歯車と前記キャリアとのうちの２個の部材に伝達自
在とするとともに、これら太陽歯車とリング歯車とキャ
リアとのうちの残りの１個の部材に前記出力軸を結合
し、前記第１、第二の動力伝達系を同時に使用して前記
電動機の動力を、前記羽根車に伝達するようにした。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る送風機の実施
形態を図面を参照して説明する。図１及び図２は、請求
項１に対応する第１実施形態の送風機を示している。本
実施形態の送風機は、図1に示すように、電動機２と、
トロイダル型無段変速機４と、羽根車６とを、動力の伝
達方向に関して互いに直列に配置している。図２に示す
ように、電動機２の駆動軸８とトロイダル型無段変速機
４の入力軸１０とが、互いに同軸に結合されている。こ
のトロイダル型無段変速機４の出力部である出力歯車１
２と羽根車６の回転軸１４も、伝達歯車１６を介して結
合されている。

【０００８】前記トロイダル型無段変速機４は、例えば
実開昭６２−７１４６５号公報、実願昭６３−６９２９
３号（実開平１一１７３５５２号）のマイクロフィル
ム、特開平１−１６９１６９号公報、同１一３１２２６
６号公報、同１０一１９６７５９号公報、同１１−６３
１４６号公報等、多数の文献に記載されて従来から広く
知られているものである。図示の例では、上記トロイダ
ル型無段変速機４として、それぞれ２個ずつの入力ディ
スク１８，１８と出力ディスク２０，２０とを、動力の
伝達方向に関して互いに並列に配置した、所謂ダブルキ
ャビティ型のものを使用している。各入力ディスク１
８，１８と各出力ディスク２０，２０との間には図示し
ないパワーローラが、それぞれ複数個ずつ挟持されてい
る。電動機２の駆動軸８が回転すると、ローディングカ
ム等の押圧装置２２の働きにより各入力ディスク１８，
１８が、それぞれ各出力ディスク２０，２０に押圧され
つつ回転する。そして、各入力ディスク１８，１８の回
転が、パワーローラを介して出力ディスク２０，２０に
伝達される。各出力ディスク２０，２０の回転は、出力
歯車１２から取り出されて、羽根車６を回転駆動する。

【０００９】上記構成の送風機は、電動機２を定速運転
した状態のまま、トロイダル型無段変速機４の変速比を
変えることにより羽根車６の運転速度を変化させ、その
羽根車６の送風量を調節できる。即ち、送風量は、羽根
車６の回転速度にほほ比例し、羽根車６の回転速度は出
力歯車１２の回転速度に比例するので、出力歯車１２の
回転速度を、トロイダル型無段変速機４の変速比を変え
ることで調節すれば、電動機２の駆動軸８の回転速度を
変えることなく、送風機の送風量を調節できる。例え
ば、パワーローラの周面を、入力ディスク１８、１８の
内径寄り部分と、出力ディスク２０、２０の外径寄り部
分とに当接させ、トロイダル型無段変速機４の変速比を
減速側にすれば、送風量を少なくできる。この状態で
は、このトロイダル型無段変速機４の入力軸１０を回転
駆動するために要するトルクが小さくて済み、電動機２
への通電量は少なくて済む。

【００１０】これに対して、パワーローラの周面を、入
力ディスク１８、１８の外径寄り部分と、出力ディスク
２０，２０の内径寄り部分とに当接させ、トロイダル型
無段変速機４の変速比を増速側にすれば、送風量を多く
できる。この状態では、このトロイダル型無段変速機４
の入力軸１０を回転駆動するために要するトルクが大き
くなり、電動機２への通電量は多くなる。

【００１１】このため、第１実施形態では、送風量と羽
根車６の運転に要するエネルギ、すなわち電動機２への
通電量とをほぼ比例させて、無駄なエネルギ消費をなく
すことができる。しかも、同時に運転する複数台の羽根
車や大型のインバータが不要であるため、設備費や設置
スペースが嵩むこともない。

【００１２】次に、図３は、請求項１に対応する本発明
の第２実施形態を示している。なお、図１及び図２に示
す構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明を省
略する。

【００１３】本実施形態では、電動機２の駆動軸８とト
ロイダル型無段変速機４の入力軸１０との間に遊星歯車
式の増速機２４が配置されている。本実施形態では、電
動機２から羽根車６に回転力を伝達する際に、トロイダ
ル型無段変速機４では、回転速度が遅くなる代わりに入
力トルクが低くなる。周知の様に、トロイダル型無段変
速機４は、高い速度の回転を伝達できる代わりに、過大
トルクが入力された場合の耐久性低下が著しくなる。こ
れに対して本実施形態の場合には、トロイダル型無段変
速機４を通過する動力のトルクを低くできるため、トロ
イダル型無段変速機４の耐久性向上を図れる。また、ト
ロイダル型無段変速機４の入力トルクが小さくなること
から、大きな送風機にも対応が可能となる。

【００１４】次に、図４は、請求項２に対応する本発明
の第３実施形態を示している。本実施形態では、電動機
２の駆動軸８と羽根車６の回転軸１４との間に、トロイ
ダル型無段変速機４と遊星歯車機構３０とを組み合わせ
た無段変速装置３２を、動力の伝達方向に関して直列に
組み込んでいる。この無段変速装置３２は、特開平１一
１６９１６９号公報、同１−３１２２６６号公報、同１
０一１９６７５９号公報、同１１一６３１４６号公報等
に記載されている様に、駆動力を遊星歯車機構３０で伝
達し、トロイダル型無段変速機４を遊星歯車機構３０の
変速比を変えるために利用することにより、トロイダル
型無段変速機４に加わるトルクの低減を図る、所謂動力
循環型のものである。この無段変速装置３２は、トロイ
ダル型無段変速機４を通過するトルクを小さくして、ト
ロイダル型無段変速機４の構成各部材の耐久性を向上さ
せる事ができる。

【００１５】本実施形態の無段変速装置３２は、電動機
２の駆動軸８と入力軸１０とを結合するとともに、入力
軸１０の回転に基づく動力を取り出すための出力軸３４
を、前記入力軸１０と同心に配置している。そして、こ
れら入力軸１０と出力軸３４との間に、トロイダル型無
段変速機４及び遊星歯車機構３０を同心に設けている。

【００１６】入力軸１０及び出力軸３４の側方に、第一
の動力伝達系３６を構成する第一の伝達軸３８と、第二
の動力伝達系４０を構成する第二の伝達軸４２とを、前
記両軸１０，３４と平行に設けている。このうちの第一
の動力伝達系３６は、入力軸１０に入力された動力を、
トロイダル型無段変速機４を介して伝達するもので、第
一の伝達軸３８の一端部（図４の左端部）に固定した歯
車４４をトロイダル型無段変速機４の出力歯車１２に噛
合させている。また、第一の伝達軸３８の他端部（図４
の右端部）は、歯車４６，４８，５０により、遊星歯車
機構３０を構成するキャリア５２に結合している。これ
により、入力軸１０の回転時に前記キャリア５２がトロ
イダル型無段変速機４を介して回転駆動される。また、
キャリア５２の回転速度は、入力軸１０の回転速度が一
定であっても、トロイダル型無段変速機４の変速比を変
えることにより調節自在である。

【００１７】これに対して、第二の動力伝達機構４０
は、入力軸１０に入力された動力を、トロイダル型無段
変速機４を介することなく伝達するもので、第二の伝達
軸４２の一端部（図４の左端部）に固定した歯車５４を
入力軸１０に固定した歯車５６に噛合させている。第二
の伝達軸４２の他端部（図４の右端部）は、歯車５８，
６０及び中心軸６２により、遊星歯車機構３０を構成す
るリング歯車６４に結合している。これにより、入力軸
１０の回転時に、リング歯車６４が入力軸１０の回転速
度に比例した回転速度で回転駆動される。

【００１８】上記遊星歯車機構３０を構成する太陽歯車
６６は、出力軸３４の入力側端部（図４の左端部）に固
定している。従って出力軸３４は、太陽歯車６６の回転
に伴って回転する。この太陽歯車６６の周囲にはリング
歯車６４を、太陽歯車６６と同心に、且つ回転自在に支
持している。そして、このリング歯車６４の内周面と太
陽歯車６６の外周面との間に、複数個（通常は３〜４
個）の遊星歯車組６８，６８を設けている。図示の例で
はこれら各遊星歯車組６８，６８は、それぞれ１対ずつ
の遊星歯車７０ａ，７０ｂを組み合わせて構成されてい
る。これら１対ずつの遊星歯車７０ａ，７０ｂは、互い
に噛合すると共に、外径側に配置した遊星歯車７０ａを
リング歯車６４に噛合させ、内径側に配置した遊星歯車
７０ｂを太陽歯車６６に噛合させている。この様に各遊
星歯車組６８，６８をそれぞれ１対ずつの遊星歯車７０
ａ，７０ｂにより構成するのは、リング歯車６４と太陽
歯車６６との回転方向を一致させるためである。従っ
て、他の構成部分との関係で、これらリング歯車６４と
太陽歯車６６との回転方向を一致させる必要がなけれ
ば、単一の遊星歯車をこれらリング歯車６４と太陽歯車
６６との両方に噛合させても良い。上述の様な遊星歯車
組６８，６８は、キャリア５２の片側面（図４の左側
面）に回転自在に支持している。また、このキャリア５
２は、出力軸３４の中間部の周囲に、この出力軸３４に
対する回転自在に支持している。

【００１９】上記構成の無段変速装置３２を組み込んだ
本実施形態は、入力軸１０を回転させると、入力軸１０
から出力軸３４には、第二の動力伝達系４０を構成する
第二の伝達軸４２及び歯車５６，５４，５８，６０が動
力を伝達する。

【００２０】すなわち、入力軸１０が回転すると、この
回転は第二の動力伝達系４０を介して中心軸６２に伝わ
り、中心軸６２に固定したリング歯車６４を回転させ
る。そして、このリング歯車６４の回転が複数の遊星歯
車組６８，６８を介して太陽歯車６６に伝わり、この太
陽歯車６６を固定した出力軸３４を回転させる。リング
歯車６４が入力側となった場合に遊星歯車機構３０は、
各遊星歯車組６８，６８が停止している（太陽歯車６６
の周囲で公転しない）と仮定すれば、リング歯車６４と
太陽歯車６６との歯数の比に応じた変速比で増速を行な
う。但し、各遊星歯車組６８，６８は太陽歯車６６の周
囲を公転し、無段変速装置３２全体としての変速比は、
これら各遊星歯車組６８，６８の公転速度に応じて変化
する。そこで、トロイダル型無段変速機４の変速比を変
えて、遊星歯車組６８，６８の公転速度を変えれば、無
段変速装置３２全体としての変速比を調節できる。

【００２１】すなわち、電動機２により羽根車６を回転
駆動する場合に、各遊星歯車組６８，６８は、リング歯
車６４と同方向に公転する。そして、これら遊星歯車組
６８，６８の公転速度が遅い程、太陽歯車６６を固定し
た出力軸３４の回転速度が遅くなる。例えば、公転速度
とリング歯車６４の回転速度（何れも角速度）が同じに
なれは、リング歯車６４と出力軸３４の回転速度が同じ
になる。これに対して、公転速度がリング歯車６４の回
転速度よりも遅ければ、リング歯車６４の回転速度より
も出力軸３４の回転速度が遅くなる。反対に、公転速度
がリング歯車６４の回転速度よりも遅ければ、リング歯
車６４の回転速度よりも出力軸３４の回転速度が遅くな
る。

【００２２】したがって、羽根車６を回転駆動する際に
は、トロイダル型無段変速機４の変速比を減速側に変化
させる程、無段変速装置３２全体の変速比は増速側に変
化する。この様な状態では、トロイダル型無段変速機４
に、入力ディスク１８，１８からではなく、出力ディス
ク２０，２０からトルクが加わる。即ち、電動機２から
入力軸１０に伝達されたトルクは、トロイダル型無段変
速機４に組み込んだ押圧装置２２が入力ディスク１８，
１８を押圧する以前に、第二の動力伝達系４０を介して
遊星歯車機構３０のリング歯車６４に伝達される。従っ
て、入力軸１０側から押圧装置２２を介して入力ディス
ク１８，１８に伝達されるトルクが殆どなくなる。

【００２３】一方、第二の動力伝達系４０を介して遊星
歯車機構３０のリング歯車６４に伝達されたトルクの一
部は、各遊星歯車組６８、６８から、キャリア５２及び
第一の動力伝達系３６を介して出力ディスク２０，２０
に伝わる。この様に出力ディスク２０，２０からトロイ
ダル型無段変速機４に加わるトルクは、無段変速装置３
２全体の変速比を増速側に変化させるべく、トロイダル
型無段変速機４の変速比を減速側に変化させる程小さく
なる。この結果、羽根車６を高速回転させる際に、トロ
イダル型無段変速機４に入力するトルクを小さくして、
このトロイダル型無段変速機４の構成部品の耐久性向上
を図れる。また、トロイダル型無段変速機４の寸法を大
きくすることなく、大型の送風機を設計することが可能
となる。図５及び図６は、第３実施形態の送風機におい
て送風量を変化させる場合の電動機２のトルク、電動機
２の回転数、伝達効率の関係を示している。なお、図５
においてトロイダル型無段変速機４の変速比が１よりも
大きい場合は減速状態であり、１より小さい場合は増速
状態である。

【００２４】図５に示すように、電動機２の回転数が一
定で、トロイダル型無段変速機（ＣＶＴ）４の変速機を
変化させ、遊星歯車機構３０を用いることで、図に示す
出力回転数が得られ、トロイダル型無段変速機４を減速
状態状態に変速すると、羽根車６は高速で回転する。羽
根車６の回転数と送風量は比例し、その回転数が増大す
ると送風量は大流量となる。

【００２５】そして、図６に示すように、送風量に正比
例して電動機トルクは変化するが、トロイダル型無段変
速機（ＣＶＴ）４に入力するトルクはどの送風量に対し
ても略一定にとなる。そして、電動機２から羽根車６に
至るまでの伝達効率、すなわち、トロイダル型無段変速
機４の伝達効率は９１％であり、最も送風量の多いとき
には９７％にも達することがわかる。

【００２６】次に、図７は、請求項２に対応する本発明
の第４実施形態を示している。本実施形態は、第一の動
力の伝達系１７の端部を、遊星歯車機構３０を構成する
りング歯車６４に結合するとともに、第二の動力伝達系
４０の端部を、遊星歯車機構３０を構成するキャリア５
２に結合している。また、キャリア５２に、シングルピ
ニオン型の遊星歯車７０，７０を、回転自在に支持して
いる。

【００２７】本実施形態も、トロイダル型無段変速機４
の変速比を変えることにより、無段変速装置３２全体と
しての変速比を変えることができる。また、トロイダル
型無段変速機４を通過するトルクを低減して、トロイダ
ル型無段変速機４の構成部品の耐久性向上を図れるとと
もに、トロイダル型無段変速機４の寸法を大きくするこ
となく、大型の送風機を設計することが可能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の送風機に
よれば、羽根車を高速回転させる際にトロイダル型無段
変速機に入力するトルクを小さくし、このトロイダル型
無段変速機の構成部品の耐久性向上を図れるとともに、
トロイダル型無段変速機の寸法を大きくすることなく、
大型の送風機を設計することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態の送風機を示す略断
面図である。

【図２】第１実施形態の送風機を示すスケルトン図であ
る。

【図３】本発明に係る第２実施形態の送風機を示すスケ
ルトン図である。

【図４】本発明に係る第３実施形態の送風機を示すスケ
ルトン図である。

【図５】第３実施形態の送風機における電動機の回転
数、トロイダル型無段変速機の出力回転数、変速比及び
羽根車の回転数の関係を示す図である。

【図６】第３実施形態の送風機における電動機のトル
ク、トロイダル型無段変速機の入力トルク、伝達トルク
及び羽根車の回転数の関係を示す図である。

【図７】本発明に係る第４実施形態の送風機を示すスケ
ルトン図である。

【符号の説明】

２電動機４トロイダル型無段変速機６羽根車８駆動軸１０入力軸１４回転軸１８入力ディスク２０出力ディスク３０遊星歯車機構３２無段変速装置３４出力軸３６第一の動力伝達系４０第二の動力伝達系５２キャリア６４リング歯車６６太陽歯車６８遊星歯車

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機と、この電動機により回転駆動さ
れる羽根車とを備えた送風機において、前記羽根車と前
記電動機との間にトロイダル型無段変速機を配置したこ
とを特徴とする送風機。
【請求項２】電動機と、この電動機により回転駆動さ
れる羽根車とを備えた送風機において、前記羽根車と前
記電動機との間に無段変速装置を配置し、電動機の駆動
軸と前記無段変速装置の入力軸とを、前記無段変速装置
の出力軸と前記羽根車の回転軸とを、それぞれ回転自在
に連結し、前記無段変速装置は、入力ディスク及び出力
ディスクを備えたトロイダル型無段変速機と遊星歯車機
構の組み合わせで構成され、前記遊星歯車機構は、太陽
歯車とこの太陽歯車の周囲に配置したリング歯車との間
に設けられ、前記太陽歯車と同心に且つ回転自在に支持
したキャリアに回転自在に支持された遊星歯車を、前記
太陽歯車とリング歯車とに噛合させてなるものであり、
前記電動機の動力は、前記トロイダル型無段変速機を介
して伝達する第一の動力伝達系と、前記トロイダル型無
段変速機を介さないで動力を伝達する第二の動力伝達系
の２つ動力伝達系で伝達され、この２つの動力伝達系
を、前記太陽歯車と前記リング歯車と前記キャリアとの
うちの２個の部材に伝達自在とするとともに、これら太
陽歯車とリング歯車とキャリアとのうちの残りの１個の
部材に前記出力軸を結合し、前記第１、第二の動力伝達
系を同時に使用して前記電動機の動力を、前記羽根車に
伝達するようにしたことを特徴とする送風機。