JP4472350B2 - 差動遊星歯車装置の始動装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、差動遊星歯車装置の始動装置に関する。
【０００２】
近年、差動遊星歯車装置において、変速比を正確に制御するために変速用の回転駆動源として、例えば、インバータモータのような電動機を使用したいという要請がある。
このような要請に対応するものとして、例えば、図１４で示すような差動遊星歯車装置が存在する。
【０００３】
図１４に示す差動遊星歯車装置は、変速機構の基本要素として、駆動機５０に接続された入力軸５５の先端に固着されたサンギヤＳｇと、該サンギヤＳｇの半径方向外方で噛合う複数の第１のプラネタリギヤ（ピニオンギヤ）Ｐ１と、該復数の第１のプラネタリギヤＰ１に噛合う複数の第２のプラネタリギヤ（ピニオンギヤ）Ｐ２と、該第２のプラネタリギヤＰ２が内接して噛合う内歯を有するリングギヤＲｇと、該リングギヤＲｇの端部に接続された出力軸６５とによって構成されている。
さらに、基本要素として中空軸Ｃａを有し、該中空軸Ｃａ内を前記入力軸５５を相対回動自在に挿通させ、中空軸Ｃａの一端で軸中心に直交する端面Ｃｂに軸中心に平行に立設された第１及び第２の支軸Ｊ１，Ｊ２を有するキャリヤＣを備えている。
【０００４】
前記複数の第１のプラネタリギヤＰ１は、前記第１の支軸Ｊ１の周りに回動自在に係合され、第１のプラネタリギヤＰ１に噛合う前記複数の第２のプラネタリギヤＰ２は、前記第２の支軸Ｊ２の周りに回動自在に係合されている。
また、前記キャリヤＣの端面Ｃｂの外縁部には歯車Ｃｃが形成されており、この歯車Ｃｃは制動用歯車７０，８０と噛合っている。そして該制動用歯車７０，８０は、それぞれ回転軸７５，８５を介して制動装置Ｂ１，Ｂ３に接続されている。
ここで、図１４に示す上記差動遊星歯車装置は、ダブルピニオン方式である。
【０００５】
しかし、このダブルピニオン方式の差動遊星歯車装置は、構成部品が多く、構造が複雑となり、さらに半径方向について大型化してしまうという問題を有している。また、半径方向に機構的な不均衡があるため、高速回転には不向きである。さらに、制動装置Ｂ１，Ｂ３で回転速度を制御しているので、制御の精度が低いという問題を有している。
【０００６】
ところで、上述した差動遊星歯車装置の駆動源として大容量一定速モータ等を用いる際、例えば一定速モータの始動時等には、当該駆動源の回転速度を定格回転速度近傍（定格回転速度±５％以内程度）まで上昇させなければならない場合が存在する。そのような場合、駆動源（例えば大容量一定速モータ等）の回転速度を定格回転速度近傍（定格回転速度±５％以内程度）まで上昇させるために、新たな始動用駆動手段が必要となる。
例えば、かご形誘導電動機を始動する場合、全電圧（直入起動）は始動電流が大きくなるので好ましくなく、そのために、スターデルタ、リアワトル又はコンドルファ等の減電圧始動機が必要となる。
【０００７】
始動用駆動手段を新たに設けることは、設備費、その他のコスト高騰化を惹起し、また、機構面においても複雑化するという問題を発生させる。
さらに、始動用駆動手段に通常の一定速モータを使用した場合、始動用駆動手段である一定速モータの一定回転速度が上述した定格回転速度近傍（定格回転速度±５％程度）よりも低速であれば、何らかの手段により増速しなければ、上述したような駆動源の回転速度を定格回転速度近傍まで上昇することが困難となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、駆動源（例えば、大容量一定速モータ）における始動時の負荷を軽減するような差動遊星歯車装置の始動装置および始動方法を提供することを目的とする。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
差動遊星歯車装置（Ａ，Ａ−１，Ａ−２）は、サンギヤ（１）とリングギヤ（２）との間の領域に、（サンギヤ１とリングギヤ２の）半径方向については１個、（サンギヤ１とリングギヤ２の）円周方向については１個あるいは２個以上のプラネタリギヤ（３）が配置されているシングルピニオン方式に構成されており、駆動源（例えば、大容量一定速モータ４、内燃機関でも可）、変速用動力源（５）、被駆動側部材（例えば、流体機械６、ターボ機械）の各々は入力側（Ｉ）、出力側（Ｏ）、変速側（Ｔ）のいずれかに配置されており、変速用動力源（５）が電動装置（小容量可変速モータ）であることを特徴としている。
【００１０】
そのように構成されている差動遊星歯車装置によれば、単一のプラネタリギヤ（３）によりサンギヤとリングギヤとの間で回転が伝達される方式、所謂「シングルピニオン方式」であるために、機械効率が高く、高速運転に適している。また、変速用動力源として小容量可変速モータを使用しているので、変速が正確かつ滑らかに行われる。
【００１１】
また差動遊星歯車装置（Ａ−３，Ａ−４，Ａ−５）は、サンギヤ（１）とリングギヤ（２）との間の領域にプラネタリギヤ（３）が配置され、駆動源（例えば、大容量一定速モータ４、内燃機関でも可）、変速用動力源（５）、被駆動側部材（例えば、流体機械６、ターボ機械）の各々は入力側、出力側、変速側のいずれかに配置されており、変速用動力源が電動装置であり、被駆動部材（６）の減速時には前記変速用動力源（５）への回転駆動用電力（Ｅ）の供給を遮断し、変速用動力源（５）に発電させるように構成されている。
そのように構成されている差動遊星歯車装置によれば、減速時には、発電されるエネルギが有効利用されるとともに、省エネルギという時代の要請にマッチした装置が実現する。
また、発電されたエネルギを各種態様にて利用することにより、変速用動力源（５）を、差動遊星歯車装置自身のブレーキとして用いることができる。
【００１２】
差動遊星歯車装置（Ａ−３）において、変速用動力源（５）で発電された電力を抵抗手段（１０）に供給しているのが好ましい。
そのように構成されている差動遊星歯車装置によれば、例えば、係る抵抗手段を差動遊星歯車装置自身のブレーキとして用いることにより、装置の減速や停止を目的とした新たなブレーキシステムを組み込む必要がなく、また、ブレーキにエネルギを投入する必要もない。
【００１３】
また差動遊星歯車装置（Ａ−４）において、変速用動力源（５）で発電された電力を変速用動力源（５）の電源へ電力回生（１１）しているのが好ましい。
あるいは、差動遊星歯車装置（Ａ−５）において、変速用動力源（５）で発電された電力を蓄電手段（１２）へ供給しているのが好ましい。
【００１４】
上述したように構成されている差動遊星歯車装置（Ａ−４，Ａ−５）によれば、装置が非加速状態の場合（減速時や一定速度に維持している場合）には、余剰のエネルギは回生電力あるいは蓄電として回収できるので、常に省エネルギ運転が可能となる。そして、余剰のエネルギを回生電力あるいは蓄電として回収している間は、変速用動力源（５）を差動遊星歯車装置自身のブレーキとして用いることができる。
【００１５】
本発明の差動遊星歯車装置の始動装置によれば、サンギヤ（１）とリングギヤ（２）と１個あるいは２個以上のプラネタリギヤ（３）が配置され、駆動源（例えば、大容量一定速モータ４）、変速用動力源（５）、被駆動側部材（回転機械６、ターボ機械）の各々が入力側（Ｉ）、出力側（Ｏ）、変速側（Ｔ）のいずれかに配置されている差動遊星歯車装置（Ａ−６，Ａ−７，Ａ−８）において、駆動源（４）は別途設けられた始動手段により定格回転速度近傍まで回転速度を上昇してから動力が投入されるように構成されており、前記始動手段は、変速用動力源（５）と、変速用動力源（５）の出力側に設けられた増速手段（１３）と、該増速手段（１３）の出力側から駆動源（４）に至る回転伝達系とを有し、該回転伝達系は前記差動遊星歯車装置（Ａ−６，Ａ−７，Ａ−８）の歯車（１，３，ｇ２，ｇ１）及び回転軸（２３，Ｃｊ，２１）を構成している。
【００１６】
また本発明の差動遊星歯車装置の始動装置は、前記リングギヤ（２）に接続している回転軸（出力軸２２）には停止手段（ブレーキ１４／４０）が設けられており、該停止手段（１４／４０）は前記始動手段（５，１３，２３，１，３，Ｃｊ，ｇ２，ｇ１，２１／３５，３７，２３，１，３，Ｃｊ，ｇ２，ｇ１，２１）により駆動源（４）の回転速度を増加している間に作動してリングギヤ（２）を固定状態とするように構成されているのが好ましい。
そして前記増速手段は、機械式変速装置（１３）で構成されているのが好ましい。
【００１７】
係る構成を有する本発明の差動遊星歯車装置によれば、変速用動力源から入力される回転速度により、所望の変速比を達成することができるので、多段変速機としてあるいは無段変速機として、有効に作用する。それに加えて、前記始動手段により、駆動源（４）の回転速度を迅速に定格回転速度近傍まで上昇させることができる。
そして、前記始動手段は、変速用動力源（５）と、変速用動力源（５）の出力側に設けられた増速手段（１３）と、該増速手段（１３）の出力側から駆動源（４）に至る回転伝達系とを有し、該回転伝達系は前記差動遊星歯車装置（Ａ−６，Ａ−７，Ａ−８）の歯車（１，３，ｇ２，ｇ１）及び回転軸（２３，Ｃｊ，２１）を構成しており、新たに始動手段を設けるわけではない。したがって、新たに始動手段を設けた場合に予想されるコストの増加や、構造の複雑化を防止することができる。
【００１８】
さらに、本発明において停止手段（１４）を設けた場合には、駆動源（４）が定格回転近傍まで増速される間は停止手段（１４）によって変速用動力源（５）の回転力が全て駆動源（４）に投入されるため、駆動源（４）は迅速に定格回転速度近傍に達する。その結果、被駆動側部材（回転機械）を回転する負荷の発生を未然に防止することができる。
【００１９】
また本発明の差動遊星歯車装置の前記増速手段は、インバータモータ（３５）及びインバータ（３７）を含んで構成されている。なお、インバータはインバータモータに内装されているタイプであってもよい。
そのように構成されている本発明の差動遊星歯車装置の始動装置によれば、インバータモータ（３５）及びインバータ（３７）によって駆動源（４）の始動を制御することにより、駆動源（４）は安定した始動が可能となる。
また、インバータモータ（３５）及びインバータ（３７）を用いることにより、装置全体の小型化、省スペース化を図ることができる。
【００２０】
また本発明の差動遊星歯車装置の始動装置は、サンギヤ（１）とリングギヤ（２）との間の領域に、半径方向については１個、円周方向については１個あるいは２個以上のプラネタリギヤ（３）が配置されているシングルピニオン方式に構成されており、変速用動力源（５）は電動機（例えば、可変速電動モータ５）であることが好ましい。
【００２１】
さらに本発明によれば、サンギヤとリングギヤと１個あるいは２個以上のプラネタリギヤが配置され、駆動源、変速用動力源、被駆動側部材の各々が入力側、出力側、変速側のいずれかに配置されている差動遊星歯車装置の始動方法において、駆動源が始動すると、ブレーキを作動してリングギヤを固定し、インバータおよびインバータモータを起動して駆動源を所定回転速度まで回転させ、次いで駆動源に電力を投入してその所定回転速度で駆動源を起動させ、そして正常運転させるようになっている。
この所定回転速度とは駆動源の定格回転速度の±５％以内程度が好ましい。
【００２２】
変速用動力源（５）に電動機（例えば、可変速電動モータ５）を使用しているため、変速が正確かつ滑らかに行われる。
また、プラネタリギヤ（３）がシングルピニオン方式であるため、差動遊星歯車群（Ｇ）の機械効率が高く、高速運転に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明の第１実施形態における差動遊星歯車装置の構成全体を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明の第２実施形態における差動遊星歯車装置の構成全体を示すブロック図である。
【図３】図３は本発明の第３実施形態における差動遊星歯車装置の構成全体を示すブロック図である。
【図４】図４は本発明の第４実施形態における差動遊星歯車装置の構成全体を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明の第５実施形態における差動遊星歯車装置の構成全体を示すブロック図である。
【図６】図６は本発明の他の実施例の構成全体を示すブロック図である。
【図７】図７は本発明の別の実施例の構成全体を示すブロック図である。
【図８】図８は本発明のさらに別の実施例の構成全体を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明の変速用可変速モータの機能変更に関わる制御を示す制御フローチャートである。
【図１０】図１０は本発明の第６実施形態における差動遊星歯車装置の構成全体を示すブロック図である。
【図１１】図１１は本発明の第７実施形態における差動遊星歯車装置の構成全体を示すブロック図である。
【図１２】図１２は本発明の第７実施形態における差動遊星歯車装置の始動時の制御方法を示す制御フローチャートである。
【図１３】図１３は本発明の第８実施形態における差動遊星歯車装置の構成全体を示すブロック図である。
【図１４】図１４は従来技術の差動遊星歯車装置の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
まず、図１を参照して、第１実施形態における差動遊星歯車装置を説明する。
図１において、全体を符号Ａで示す差動遊星歯車装置は、入力軸２１と出力軸２２とを有する電動式差動遊星無段変速機Ｂと、入力側Ｉ、即ち入力軸２１の端部に入力側クラッチ３１を介して連結された大容量一定速モータの駆動機４と、出力側Ｏ、即ち出力軸２２の端部に出力側クラッチ３２を介して連結された、例えばターボ機械のような流体機械６とによって構成されている。
前記電動式差動遊星無段変速機Ｂは、入力軸と出力軸が前記入力軸２１と前記出力軸２２と共通であり変速用駆動軸２３を有する差動遊星歯車群Ｇと、該変速用駆動軸２３に接続された変速用小容量可変速モータ５とによって構成されている。
【００２５】
前記差動遊星歯車群Ｇは、前記入力軸２１の他の一端に固着した入力ギヤｇ１と、前記変速用駆動軸２３の他の一端に固着したサンギヤ１と、キャリヤＣと、キャリヤＣに軸支された複数のプラネタリギヤ３と、一端が前記出力軸２２を形成するリングギヤ２とから構成されている。
【００２６】
前記キャリヤＣは、中空の回転軸Ｃｊを有し、一方の（入力側）端部に該回転軸Ｃｊと同心で前記入力ギヤｇ１と噛合う入力側ギヤｇ２を固着し、他の端部（出力側）に回転軸Ｃｊの中心から等半径位置でかつ円周方向に均等で回転軸Ｃｊに平行に配置された複数のプラネタリギヤ用支軸Ｐを備えている。
【００２７】
前記変速用駆動軸２３は前記キャリヤＣの回転軸Ｃｊの中空部に相対回転自在に挿通され、変速用駆動軸２３の他の一端に固着したサンギヤ１は前記複数のプラネタリギヤ３と噛合うように構成されている。
前記複数のプラネタリギヤ３は、前記キャリヤＣの複数のプラネタリギヤ用支軸Ｐの周りに回動自在に係合され、サンギヤ１と噛合うとともに、前記リングギヤ２の内歯部２ａに内接して噛合っている。
【００２８】
すなわち、リングギヤ２とサンギヤ１の半径方向についてのみ考えれば、サンギヤ１とリングギヤ２は単一のプラネタリギヤ３によって回転が伝達される、所謂「シングルピニオン方式」となっている。
【００２９】
ここで、第１実施形態における差動遊星歯車装置の動作について説明する。
（１）始動時
（ａ）変速用可変速モータと駆動機とを同時に始動する方法
流体機械６を始動する場合は、まず始めに駆動機４を駆動する。それと同時に、変速用可変速モータ５を最低速度にセットした状態で起動する。従って、駆動機４により駆動されるキャリヤＣと変速用可変速モータ５に直結されているサンギヤ１が共に回転する。すると、キャリヤＣとサンギヤ１との相対回転速度に、プラネタリギヤ３とサンギヤ１とのギヤ比を乗じた回転速度で、プラネタリギヤ３はキャリヤＣ上で回転する。そして、プラネタリギヤ３の絶対回転速度にリングギヤ２とプラネタリギヤ３とのギヤ比を乗じた回転速度で、流体機械６へ直結されるリングギヤ２は回転を始める。
駆動機４が定常回転速度に達した時、変速用可変速モータ５は最低速度になっているので、流体機械６は最低速度で運転される。
【００３０】
（ｂ）変速用可変速モータの回転軸を固定する方法
変速用可変速モータ５に内蔵されたブレーキ（図示せず）を作動させ、変速用可変速モータ５の回転軸（サンギヤ１）を固定する。次に、駆動機４を駆動する。すると、変速用可変速モータ５に直結されているサンギヤ１は固定されているため、駆動機４により駆動されるキャリヤＣの回転速度に、プラネタリギヤ３とサンギヤ１とのギヤ比を乗じた速度で、プラネタリギヤ３はキャリヤＣ上で回転する。そして、プラネタリギヤ３の絶対回転速度にリングギヤ２とプラネタリギヤ３とのギヤ比を乗じた回転速度で、流体機械６へ直結されるリングギヤ２は回転を始める。
駆動機４が定常回転速度に達した後、変速用可変速モータ５のブレーキを解除し、変速用可変速モータ５を最低速度で運転を開始する。すると、キャリヤＣとサンギヤ１との相対回転速度にプラネタリギヤ３とサンギヤ１とのギヤ比を乗じた速度で、プラネタリギヤ３はキャリヤＣ上で回転する。そして、プラネタリギヤ３の絶対回転速度にリングギヤ２とプラネタリギヤ３とのギヤ比を乗じた速度で、リングギヤ２は回転する。すなわち、流体機械６は最低速度で運転される。
【００３１】
（２）運転時
変速用可変速モータ５の回転速度を変化させると、変速用可変速モータ５に直結されているサンギヤ１の回転速度が変化する。したがって、一定の回転速度で駆動機４により駆動されるキャリヤＣとサンギヤ１との相対回転速度に、プラネタリギヤ３とサンギヤ１とのギヤ比を乗じた速度で、キャリヤＣ上を回転するプラネタリギヤ３の回転速度が変化する。その結果、プラネタリギヤ３の絶対回転速度にリングギヤ２とプラネタリギヤ３とのギヤ比を乗じた速度で、流体機械６へ直結されるリングギヤ２は回転するので、流体機械６の回転速度が変化する。
そのように構成されている図１に示す第１実施形態によれば、シングルピニオン方式に構成されているために、機械効率が高く、高速運転に適している。
【００３２】
また、図１に示す第１実施形態では、変速用可変速モータ５を駆動させる、例えば電流を加減することで、変速用モータ５に直結するサンギヤ１の回転速度ωｓが変わる。したがって、キャリヤＣ側に軸支され、サンギヤ１とリングギヤ２に同時に噛合い、サンギヤ１の周りを公転するプラネタリギヤ３の公転速度ωｃも可変となる。
その結果、プラネタリギヤ３に噛合うリングギヤ２、即ち出力軸２２の回転速度ωｏの入力軸２１の回転速度ωｉに対する比率（変速比）も可変となる。
換言すれば、変速用動力源として可変速モータ（変速用可変速モータ）５を使用しているので、変速が正確かつ滑らかに行われる。
【００３３】
次に、図２を参照して、第２実施形態を説明する。
図２において、全体を符号Ａ−１で示す差動遊星歯車装置は、入力軸２５（図示右側に配置）と出力軸２６（図示左側に配置）とを有する電動式差動遊星無段変速機Ｂ−１と、入力側Ｉ、即ち入力軸２５の端部に入力側クラッチ３１を介して連結された大容量一定速モータである駆動機４と、出力側Ｏ、即ち出力軸２６の端部に出力側クラッチ３２を介して連結された流体機械６とによって構成されている。
【００３４】
前記電動式差動遊星無段変速機Ｂ−１は、入力軸と出力軸が前記入力軸２５と前記出力軸２６と共通であり変速用駆動軸２３を有する差動遊星歯車群Ｇ−１と、該変速用駆動軸２３に接続された変速用可変速モータ（小容量可変速モータ）５とによって構成されている。
【００３５】
前記差動遊星歯車群Ｇ−１は、一端が前記入力軸２５を形成するリングギヤ２−１と前記出力軸２６の他の一端に固着した出力ギヤｇ１１と、前記変速用駆動軸２３の他の一端に固着したサンギヤ１−１と、キャリヤＣ−１と、キャリヤＣ−１に軸支された複数のプラネタリギヤ３−１とから構成されている。
【００３６】
前記キャリヤＣ−１は、中空の回転軸Ｃｊを有し、一方の（出力側）端部に該回転軸Ｃｊと同心で前記出力ギヤｇ１１と噛合う出力側ギヤｇ２１を固着し、他の端部（入力側）に回転軸Ｃｊの中心から等半径位置でかつ円周方向に均等で回転軸Ｃｊに平行に配置された複数のプラネタリギヤ用支軸Ｐを備えている。
【００３７】
前記変速用駆動軸２３は前記キャリヤＣ−１の回転軸Ｃｊの中空部に相対回転自在に挿通され、変速用駆動軸２３の他の一端に固着したサンギヤ１−１は前記複数のプラネタリギヤ３−１と噛合うように構成されている。
前記複数のプラネタリギヤ３−１は、前記キャリヤＣ−１の複数のプラネタリギヤ用支軸Ｐの周りに回動自在に係合され、サンギヤ１−１と噛合うとともに、前記リングギヤ２−１の内歯部２ａに内接して噛合っている。
【００３８】
図２に示す第２実施形態によれば、図１に示す第１実施形態と同様、プラネタリギヤ３−１がシングルピニオン方式であるために、機械効率が高く高速運転に適している。
また、図２に示す第２実施形態では、変速用可変速モータ５を駆動させる、例えば電流を加減することで、変速用可変速モータ５に直結するサンギヤ１−１の回転速度ωｓが変わる。したがって、キャリヤＣ−１側に軸支され、サンギヤ１−１とリングギヤ２−１に同時に噛合い、サンギヤ１−１の周りを公転するプラネタリギヤ３−１の公転速度、即ちキャリヤＣ−１の回転速度ωｃも変化可能となり、キャリヤＣ−１に噛合う出力軸２６の回転速度ωｏの入力軸２５の回転速度ωｉに対する速度比率（変速比）も可変となる。
換言すれば、変速用動力源として可変速モータ５を使用して、シングルピニオン式差動遊星歯車によって変速を行うので、変速が正確かつ滑らかに行われる。
【００３９】
次に、図３を参照して、第３実施形態を説明する。
図３において、全体を符号Ａ−２で示す差動遊星歯車装置は、前述の図１に示した第１実施形態に対して、出力軸２２のリングギヤ２と出力側クラッチ３２の間の領域に、増速ギヤあるいは減速ギヤである速度変換ギヤ７を追加したものである。
図３に示す第３実施形態の作用効果としては、図１に示す第１実施形態に対して、さらに広範囲の速度域での変速を可能とする。
【００４０】
図４は本発明の第４実施形態を示すブロック図であり、前記の通り、差動遊星歯車Ｇはサンギヤとプラネタリギヤとリングギヤとの３つの回転要素を有しているが、その１つが入力軸Ｓｉとして駆動機４に連結されており、他の１つが変速軸Ｓｖとして変速用可変速モータ（小容量可変速モータ）５に連結され、さらに別の１つが出力軸Ｓｏとして流体機械６に連結されている。
【００４１】
図５は本発明の第５実施形態を示すブロック図であり、駆動機４は増速又は減速ギヤＶ１を介して差動遊星歯車Ｇの入力軸Ｓｉに連結され、そして変速用可変速モータ（小容量可変速モータ）５も増速又は減速ギヤＶ２を介して差動遊星歯車Ｇの変速軸Ｓｖに連結されている。さらに、差動遊星歯車Ｇの出力軸Ｓｏは増速又は減速ギヤＶ３を介して流体機械６に連結されている。
【００４２】
図４及び図５に示すように、本発明は種々の態様で実施できる。回転要素の選択や増速又は減速ギヤの有無は使用される変速比の程度によって定めればよい。
【００４３】
次に、図６乃至図９を参照して、さらにその他の実施形態を説明する。
図６乃至図９に示す実施形態では、流体機械６の減速時に、変速用可変速モータ（小容量可変速モータ）５への回転駆動用電力の供給を遮断し、変速用可変速モータ５に発電させるとともに、ブレーキとしても作動できるように構成されている。
図６を参照して、流体機械６の減速時に、変速用可変速モータ５への回転駆動用電力の供給を遮断し、変速用可変速モータ５に発電させ、発電によって得られる電力を制動抵抗器１０によって吸収させる例について説明する。
図６において、全体を符号Ａ−３で示す差動遊星歯車装置は、前述の図１に示す第１実施形態に対して、出力軸２２に速度センサＳを介装し、前記変速用可変速モータ（小容量可変速モータ）５と外部電力Ｅを結ぶ電力ラインＬｄにインバータ制御機８を設け、該インバータ制御機８と制動抵抗器１０とを電力ラインＬｆで結び、さらに制御手段（制御盤）９を設け、前記速度センサＳと該制御手段９と前記インバータ制御機８を入・出力信号ラインＬｉ，Ｌｏで接続した装置である。
【００４４】
ここで、前記駆動機４は一定速度であるため、前記変速用可変速モータ５は、前記出力側Ｏの流体機械６を停止状態から要求する速度まで加速させるため、又は、流体機械６の回転速度を維持するためには、外部電力Ｅが投入されることにより、差動遊星歯車群Ｇのサンギヤ１に変速のための駆動力（回転）を与えるように作動する。
【００４５】
一方、変速用可変速変モータ５は逆に変速用駆動軸２３から回転力（駆動力）を与えられると発電機として機能するようにも構成されている。
したがって、前記流体機械６が一定の速度（要求される駆動力）に達した後、流体機械６を減速させる場合には、前記駆動機４の駆動力の余剰分と流体機械の慣性力の合力は、前記サンギヤ１を介して変速用可変速モータ５に駆動力を与える（戻す）ように作用している。すなわち、上述のように流体機械６を減速させる場合は、変速用可変速モータ５に投入する外部電力Ｅを遮断しても、変速用可変速モータ５では発電を行うこととなる。
【００４６】
上述のような変速用可変速モータ５の機能を考慮して、前記制御手段９は、前記速度センサＳから得た出力軸２２の回転速度から差動遊星歯車装置Ａ−３が減速状態か否かを判断して、減速状態の場合に、変速用
可変速モータ５への外部電力Ｅを遮断して、変速用可変速モータ５が発電した電力を制動抵抗器１０側へ流すように前記インバータ制御機８に制御信号を発信するように構成されている。この際に、変速用可変速モータ５はブレーキとして作動する。
【００４７】
次に、図９及び図６を参照して、変速用可変速モータ５及び電源回路の制御に関して説明する。
ステップＳ１において、制御手段９は速度センサＳによる出力軸２２の回転速度信号を入力信号ラインＬｉを介して読込み、ステップＳ２において、電動式差動遊星無段変速機Ｂ−３が減速状態であるか否かを判断する。
【００４８】
電動式差動遊星無段変速機Ｂ−３が減速状態でなければ（ステップＳ２のＮＯ）、ステップＳ３に進み、変速用可変速モータ５（図９ではＳＭで表す）をそのままモータとして使用し、ステップＳ４に進む。電動式差動遊星無段変速機Ｂ−３が減速状態であれば（ステップＳ２のＹＥＳ）、ステップＳ５に進み、インバータ制御機８によって変速用可変速モータ５への外部電力Ｅの供給を遮断し、さらに、インバータ制御機８によって変速用可変速モータ５で発電される電力を制動抵抗器１０側に送るべく回路を切換え、次のステップＳ６に進む。
【００４９】
ステップＳ６では、変速用可変速モータ５を発電機として機能させ、発電された電力を制動抵抗器１０に送り、発電された電力を制動による熱に変換する。そして次のステップＳ４に進む。
【００５０】
ステップＳ４では、制御手段８は制御を終了するか否かを判断して、終了しないのであれば（ステップＳ４のＮＯ）、ステップＳ１に戻り、終了するのであれば（ステップＳ４のＹＥＳ）、制御を終了する。
そのように構成された図６及び図９の実施例によれば、例えば、係る制動抵抗器を差動遊星歯車装置自身のブレーキとして用いることにより、装置の減速や停止を目的とした新たなブレーキシステムを組み込む必要がなく、また、ブレーキにエネルギを投入する必要もない。
【００５１】
図７に示す他の例は、図６及び図９に示す実施形態に対して、電動式差動遊星無段変速機Ｂ−３が減速状態の場合に、変速用可変速モータ（小容量可変速モータ）５で発電された電力を制動抵抗器１０に投入する代わりに、電力回生コンバータ１１に投入することが異なっている。インバータ制御機８と電力回生コンバータ１１と外部電力Ｅとは電力ラインＬｂで結んでいる。そして、変速用可変速モータ（小容量可変速モータ）５で発電された電力を電力回生コンバータ１１に投入し、変速用可変速モータ（小容量可変速モータ）５の電源へ電力回生している。その他は、制御を含め、図６及び図９に示す実施形態と概略同様である。
【００５２】
図８に示すその他の例は、図６及び図９に示す実施形態に対して、電動式差動遊星無段変速機Ｂ−３が減速状態の場合に、変速用可変速モータ（小容量可変速モータ）５で発電された電力を制動抵抗器１０に投入する代わりに、蓄電池１２に投入することが異なっている。インバータ制御機８と蓄電池１２とは電力ラインＬｆで結んでいる。その他は、制御を含め、図６及び図９に示す実施形態と概略同様である。
【００５３】
上述のように構成された図７乃至図９に示す別の実施例においても、減速状態の場合には、余剰の投与エネルギは回生電力あるいは蓄電として回収できるので、常に省エネルギ運転が可能となる。そして、余剰の投与エネルギを回生電力や蓄電としてエネルギを回収している間は、変速用可変速モータ５はブレーキ部材として作用する。
【００５４】
また、図６乃至図９で示す実施形態では、差動遊星歯車Ｇは、シングルピニオン方式の構成を具備することが好ましいが、ダブルピニオン方式の構成を具備することも可能である。
【００５５】
本発明に係る作動遊星歯車装置の作用効果を、以下に記す。
（ａ）プラネタリギヤがシングルピニオン方式であるために、機械効率が高く、高速運転に適している。
（ｂ）変速用動力源として可変速モータを使用しているので、変速が正確かつ滑らかに行われる。
（ｃ）変速用動力源への回転駆動用電力の供給を遮断し、変速用動力源に発電させるように構成されているため、投入するエネルギに無駄がなく、省エネルギという時代の要請にマッチした装置が実現する。
（ｄ）抵抗手段を差動遊星歯車装置自身のブレーキとして用いることにより、装置の減速や停止を目的とした新たなブレーキシステムを組み込む必要がなく、また、ブレーキにエネルギを投入する必要もない。
（ｅ）電動式差動遊星無段変速機の出力軸が減速状態である場合には、余剰の投与エネルギは回生電力あるいは蓄電として回収できるので、常に省エネルギ運転が可能となる。
（ｆ）従来、可変速運転を行う場合、被動機である流体機械等の回転機械の負荷動力に見合った大容量のインバータモータや大容量の流体継手、トルクコンバータ等の流体変速機またはベルトチェーンＣＶＴ等の機械式変速機を必要とし、またその他の可変速動力源を必要としたが、本発明では変速用動力源が小容量ですむので、装置全体の体積が小型化でき、設置面積も小さくなる。
【００５６】
次に、図１０を参照して、第６実施形態を説明する。
図１０において、全体を符号Ａ−６で示す差動遊星歯車装置は、入力軸２１と出力軸２２とを有する電動式差動遊星無段変速機Ｂ−４と、入力側Ｉ（即ち入力軸２１）の端部に入力側クラッチ３１を介して連結された大容量一定速モータの駆動機４と、出力側Ｏ（即ち出力軸２２）の端部に出力側クラッチ３２を介して連結された回転機械６Ａ、とを有している。この回転機械６Ａとしては、例えばターボ機械のような流体機械が用いられる。
【００５７】
前記電動式差動遊星無段変速機Ｂ−４は、入力軸と出力軸が前記入力軸２１と前記出力軸２２と共通であり変速用駆動軸２３を有する差動遊星歯車群Ｇと、前記変速用駆動軸２３に接続された直結／増速の切換えが可能な直結／増速切換えギヤ１３と、該直結／増速切換えギヤ１３に接続された変速用小容量可変速モータ５と、前記出力軸２２に介装されたブレーキ１４とを有している。
【００５８】
前記差動遊星歯車群Ｇは、前記入力軸２１の他の一端に固着した入力ギヤｇ１と、前記変速用駆動軸２３の前記直結／増速切換えギヤ１３と反対側の端部に形成されたサンギヤ１と、キャリヤＣと、キャリヤＣに軸支された複数のプラネタリギヤ３と、一端が前記出力軸２２を形成するリングギヤ２とを有している。
【００５９】
前記キャリヤＣは、中空の回転軸Ｃｊを有し、一方の（入力側Ｉ）端部に該回転軸Ｃｊと同心で前記入力ギヤｇ１と噛合う入力側ギヤｇ２が形成され、他の端部（出力側）に回転軸Ｃｊの中心から等半径位置でかつ円周方向に均等で回転軸Ｃｊに平行に配置された複数のプラネタリギヤ用支軸Ｐを備えている。
【００６０】
前記変速用駆動軸２３は前記キャリヤＣの回転軸Ｃｊの中空部に相対回転自在に挿通され、変速用駆動軸２３の他の一端（出力側Ｏ）に形成されたサンギヤ１は前記複数のプラネタリギヤ３と噛合うように構成されている。
前記複数のプラネタリギヤ３は、前記キャリヤＣの複数のプラネタリギヤ用支軸Ｐの周りに回動自在に係合され、サンギヤ１と噛合うとともに、前記リングギヤ２の内歯部２ａに内接して噛合っている。そして、所謂シングルピニオン方式にて、サンギヤ１とリングギヤ２との間に介装されている。
【００６１】
前記ブレーキ１４は手動あるいは自動で作動するように構成されており、ブレーキ１４を作動させると出力軸２２、即ちリングギヤ２は固定される。
一方、前記直結／増速切換えギヤ１３は、変速用可変速モータ５の回転を図示しない切換え手段によってサンギヤ１に選択的に直結又は増速して伝達するように構成されている。
【００６２】
回転機械を始動するに際しては、前記ブレーキ１４を作動させると略同時に前記直結／増速切換えギヤ１３を増速側にシフトする。ブレーキ１４の作動によってリングギヤ２は固定されるため、サンギヤ１とリングギヤ２に噛合っているプラネタリギヤ３はサンギヤの回転（変速用可変速モータ５によって回転させられている）によって自転を始めるとともに、サンギヤ１の周りで公転を始める。プラネタリギヤ３の公転は、前記キャリヤＣが回転することであり、したがって、キャリヤＣの入力側ギヤｇ２と噛合う入力ギヤｇ１を有する入力軸２１を回転させる。
【００６３】
前述のように、入力軸２１は駆動機４に入力側クラッチ３１を介して接続されているので、速度調整可能な変速用可変速モータ５の回転がさらに直結／増速切換えギヤ１３によって増速された状態で駆動機４に伝達され、駆動機４は迅速に定格回転近傍まで回転速度を上昇させることができる。
また、リングギヤ２は固定され、回転機械６Ａは非稼動状態（停止状態）であるので、変速用可変速モータ５の回転力の全てが効果的に駆動機４に伝達される。
換言すれば、始動時に回転機械６Ａをも回転させなければならないという負荷を軽減できる。
【００６４】
駆動機４の回転速度が定格回転速度の±５％の範囲に達した後、前記ブレーキ１４の作動を解除するとともに、直結／増速切換えギヤ１３を直結側に切換える。被駆動側である回転機械６Ａは停止状態から変速しながら徐々に回転速度を上げ、通常の稼動回転速度に達する。
【００６５】
遊星歯車群Ｇにおける変速は、変速用可変速モータ５の速度を調整する（例えばモータに投入する電流値を上げる）ことで変速用可変速モータ５に直結するサンギヤ１の回転速度ωｓが変わる。したがって、キャリヤＣ側に軸支され、サンギヤ１とリングギヤ２に同時に噛合い、サンギヤ１の周りを公転するプラネタリギヤ３の公転速度ωｃも可変となる。
その結果、プラネタリギヤ３に噛合うリングギヤ２、即ち出力軸２２の回転速度ωｏの、入力軸２１の回転速度ωｉに対する比率（変速比）も可変となる。
換言すれば、変速用動力源として可変速モータ５を使用して、シングルピニオン式差動遊星歯車によって変速を行うので、変速が正確かつ滑らかに行われる。
【００６６】
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の第７実施形態を説明する。
図１１において、全体を符号Ａ−７で示す差動遊星歯車装置は、前述の図１０に示す第６実施形態に対して、変速用可変速モータ５と直結／増速切換えギヤ１３を、インバータモータ３５とインバータ３７に組み換え、入力軸２１に速度センサＳを介装し、入力信号ラインＬｉで制御手段９（図１１ではＥＬＵで表す）に接続し、該制御手段９と前記インバータ３７とを出力信号ラインＬｏで接続したものである。
【００６７】
図１２を用い、図１１をも参照して、第７実施形態の差動遊星歯車装置Ａ−７の始動時における制御を説明する。
ステップＳ１において、制御手段９は速度センサＳによる入力軸２１の回転速度信号を入力信号ラインＬｉを介して読込み、ステップＳ２において、駆動機４が始動時であるか否かを判断する。
駆動機４が始動時であれば（ステップＳ２のＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、ブレーキ１４を作動させリングギヤ２を固定し、ステップＳ４に進む。駆動機４が始動時でなければ（ステップＳ２のＮＯ）、ステップＳ６に進む。
【００６８】
ステップＳ４では、インバータ３７とインバータモータ３５を起動する。インバータモータ３５は変速用駆動軸２３を介してサンギヤ１を回転させる。サンギヤ１の回転はサンギヤ１と噛合うプラネタリギヤ３を自転させながらキャリヤＣを公転させる。キャリヤＣの回転（公転）はキャリヤＣの入力側ギヤｇ２から入力ギヤｇ１、即ち入力軸２１及び入力側クラッチ３１を介して駆動機４を回転させる。駆動機４は次第に回転速度を上げ、駆動機４の定格回転速度に対して±５％の範囲に達する。
【００６９】
次のステップＳ５では、駆動機４に電力を投入し、駆動機４の定格回転速度に対して±５％の範囲で駆動機４自身を起動させ、そのまま正常運転を続行させる（ステップＳ６）。
ステップＳ７では、制御手段９は制御を終了するか否かを判断して、終了しないのであれば（ステップＳ７のＮＯ）、ステップＳ１に戻り、終了するのであれば（ステップＳ７のＹＥＳ）、制御を終了する。
【００７０】
図１１及び図１２に示す第７実施形態のように、制御手段９、インバータモータ３５及びインバータ３７によって駆動機４の始動を制御することにより、駆動機４は安定した始動が可能となる。
また、インバータモータ３５及びインバータ３７を用いることにより、装置全体の小型化、省スペース化を図ることができる。
【００７１】
次に、図１３を参照して、第８実施形態を説明する。
図１３において、全体を符号Ａ−８で示す差動遊星歯車装置は、前述の図１０に示す第６実施形態に対して、出力軸に介装したブレーキ１４を、増速ギヤ及び／又は減速ギヤと、切換え用のクラッチとを有した変速機構付ブレーキ装置４０としたものである。「変速／制動」の切換えは、図示しない手動手段あるいは自動手段によって行われる。
【００７２】
出力軸に介装したブレーキ１４を、増速ギヤ及び／又は減速ギヤと、切換え用のクラッチとを有した変速機構付ブレーキ装置４０とすることにより、図１０に示す第６実施形態に比較して、さらに広範囲の速度域での変速を可能としている。
【００７３】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。例えば、駆動機４と、変速用可変速モータ５と、回転機械６Ａの配置の関係は、図１０に示す第６実施形態の配置に限定されるものではない。一例として、入力軸側に変速用モータ５を接続し、変速用駆動軸側に駆動機４を接続し、出力軸側には回転機械６Ａをそのまま配置することも可能である。ここで、駆動機４と、変速用可変速モータ５と、回転機械６Ａの各々は、差動遊星歯車装置の３つの軸に適宜配置可能であり、合計で６通りの配置例を構成し得る。６通り存在する配置例のいずれの配置を採用するかについては、各種使用条件（使用される変速比等）によって決定すれば良い。
また、図１１及び図１２の第７実施形態で示すような制御を、第６実施形態や第８実施形態で適用することが可能である。
【００７４】
本発明に係る作動遊星歯車装置の始動装置および始動方法の作用効果を、以下に列挙する。
（ａ）始動手段に含まれる増速手段により、駆動源の回転速度を迅速に定格回転速度近傍まで上昇させることができる。
（ｂ）駆動源が定格回転速度近傍まで増速される間は停止手段によって変速用動力源の回転力が全て駆動源に投入されるため、始動時に被駆動側部材をも回転させなければならないという負荷を軽減できる。
（ｃ）インバータモータ及びインバータによって駆動源の始動を制御することにより、駆動源は安定した始動が可能となる。
（ｄ）インバータモータ及びインバータを用いることにより、装置全体の小型化、省スペース化を図ることができる。
（ｅ）変速用動力源に電動機（例えば、可変速電動モータ）を使用しているため、変速が正確かつ滑らかに行われる。
（ｆ）プラネタリギヤがシングルピニオン方式であるために、差動遊星歯車群の機械効率が高く、高速運転に適している。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、差動遊星歯車装置の始動装置および始動方法に好適に利用可能である。

Claims (4)

1. サンギヤとリングギヤとの間の領域に、半径方向については１個、円周方向については１個あるいは２個以上のプラネタリギヤが配置されているシングルピニオン方式に構成されており、駆動源、変速用動力源、被駆動側部材の各々が入力側、出力側、変速側のいずれかに配置されている差動遊星歯車装置の始動装置において、前記駆動源は始動手段により定格回転速度近傍まで回転を上昇してから動力が投入されるように構成されており、前記始動手段は、前記変速用動力源と、前記変速用動力源の出力側に設けられた増速手段と、該増速手段の出力側から前記駆動源に至る回転伝達系とを有し、該回転伝達系は前記差動遊星歯車装置の歯車及び回転軸を構成し、前記変速用動力源は電動機であることを特徴とする差動遊星歯車装置の始動装置。
2. 前記リングギヤに接続している回転軸には停止手段が設けられており、該停止手段は前記始動手段により駆動源回転速度を増加している間に作動してリングギヤを固定状態とするように構成されていることを特徴とする請求項１記載の差動遊星歯車装置の始動装置。
3. 前記増速手段は、機械式変速装置で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の差動遊星歯車装置の始動装置。
4. 前記増速手段は、インバータモータ及びインバータを含んで構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の差動遊星歯車装置の始動装置。

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