JP5778844B1 - Variable speed device - Google Patents
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Abstract
【課題】最適設計を容易にし、従来以上に効率を高めることが可能な可変速装置を提供する。【解決手段】可変速装置1は、入力軸20および出力軸30が接続される遊星歯車機構40と、内歯車41、太陽歯車42および遊星歯車キャリア44のうちの入力軸20または出力軸30が接続されていないものの回転数を変化させる変速制御機構50と、を備え、変速制御機構50は、入力軸20とは別軸の制御用入力軸51および制御用出力軸52と、制御用入力軸51に入力軸20の回転動力の一部を伝達する入力側伝達機構53と、制御用出力軸52に制御用入力軸51の回転動力を伝達すると共に制御用出力軸52の回転数を変化させる変速機構54と、内歯車41、太陽歯車42および遊星歯車キャリア44のうちの入力軸20または出力軸30が接続されていないものに制御用出力軸52の回転動力を伝達する出力側伝達機構55と、を備えている。【選択図】図1A variable speed apparatus is provided that facilitates optimal design and can increase efficiency more than ever. A variable speed apparatus includes a planetary gear mechanism connected to an input shaft and an output shaft, and an input shaft or an output shaft of an internal gear, a sun gear, and a planetary gear carrier. A shift control mechanism 50 that changes the number of revolutions of the unconnected one, and the shift control mechanism 50 includes a control input shaft 51 and a control output shaft 52 that are different from the input shaft 20, and a control input shaft. An input-side transmission mechanism 53 that transmits a part of the rotational power of the input shaft 20 to 51 and a rotational power of the control input shaft 51 to the control output shaft 52 and a rotational speed of the control output shaft 52 are changed. An output-side transmission that transmits the rotational power of the control output shaft 52 to the transmission mechanism 54, the internal gear 41, the sun gear 42, and the planetary gear carrier 44 to which the input shaft 20 or the output shaft 30 is not connected. It is provided with a 55, a. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、原動機の回転動力を被動機に伝達すると共に被動機の回転数を変化させる可変速装置に関する。 The present invention relates to a variable speed device that transmits rotational power of a prime mover to a driven machine and changes the rotational speed of the driven machine.
従来、ポンプやブロワ等の流体機械の運転では、一般的に原動機であるモータの回転数をインバータ制御によって変化させることで、負荷変動に対応している。このインバータ制御は、流体機械の吐出側や吸込側のダンパ制御と比較して損失が少ないという利点を有している。その一方、インバータ制御を行う装置は、比較的高価でありながらも寿命が短く、さらに部品の供給が停止される場合があるため、比較的短期間で定期的に更新する必要があり、設備コストが高くなるという欠点を有している。 Conventionally, in the operation of a fluid machine such as a pump or a blower, load fluctuation is dealt with by changing the rotational speed of a motor, which is a prime mover, by inverter control. This inverter control has an advantage that there is less loss compared to damper control on the discharge side and suction side of the fluid machine. On the other hand, devices that perform inverter control are relatively expensive but have a short life span, and the supply of parts may be stopped. Has the disadvantage of becoming high.
インバータ制御にはこのような欠点があることから、近年では、モータを一定速度で回転させ、モータと流体機械の間に機械式の可変速装置を設ける手法に目が向けられている。可変速装置を機械的に構成することで、装置の寿命が伸びるだけでなく、部品の調達や製作が容易となるため、長期間にわたって使用することが可能となる。また、安価な汎用モータを使用することが可能となるため、設備コストを削減することができる。また、このような機械式の可変速装置として、遊星歯車機構と流体継手(トルクコンバータ)を組み合わせることで、特に低速運転時における機械的な損失を低減し、動力の伝達効率を高めるようにした可変速装置等も存在している(例えば、特許文献1参照)。 Inverter control has such drawbacks, and in recent years, attention has been directed to a method of rotating a motor at a constant speed and providing a mechanical variable speed device between the motor and the fluid machine. By mechanically configuring the variable speed device, not only the life of the device is extended, but also the procurement and production of parts are facilitated, so that it can be used for a long period of time. Moreover, since an inexpensive general-purpose motor can be used, the equipment cost can be reduced. In addition, as such a mechanical variable speed device, a planetary gear mechanism and a fluid coupling (torque converter) are combined to reduce mechanical loss especially during low-speed operation and increase power transmission efficiency. There are also variable speed devices and the like (for example, see Patent Document 1).
上記特許文献1に記載の可変速装置は、例えば第1図に示される例では、遊星歯車機構の内歯車に接続された入力軸の回転動力の一部を可動案内羽根を有する流体継手に分配し、この流体継手から出力される制御動力によって太陽歯車の回転数を変化させることにより、遊星歯車キャリアに接続された出力軸の回転数を変化させるように構成されている。このような構成とすることで、比較的損失の大きい流体継手に一部の動力のみを分配して間接的に使用することができるため、可動案内羽根を有する流体継手によって直接的に入力軸の回転数を変化させる場合と比較して、機械的な損失を大幅に低減することが可能となる。
For example, in the example shown in FIG. 1, the variable speed device described in
しかしながら、上記特許文献1に記載の可変速装置では、流体継手が直接入力軸の途中に接続されるようになっているため、流体継手の入力側の回転数がモータの回転数に固定されるようになっており、遊星歯車機構に出力する制御動力の大きさを流体継手のサイズ変更のみによって設定する必要があるという問題があった。
However, in the variable speed device described in
すなわち、流体継手は、流体を介して動力が伝達されることから、出力トルクが入力側の回転数の2乗および流体継手の大きさ(サイズ)の5乗に比例するという特性を有しており、流体継手から出力される制御動力は、モータの出力(トルク)に関わらずモータの回転数および流体継手の大きさのみによって決まることとなる。従って、上記特許文献1に記載の可変速装置の設計においては、予め流体継手のサイズを多数用意しておき、その中から使用条件に応じたサイズの流体継手を選定する必要があり、流体継手のバリエーションを充実させるのにコストを要するだけでなく、使用条件によっては最適設計が困難となる場合があった。
That is, since the fluid coupling transmits power through the fluid, the output torque has a characteristic that the output torque is proportional to the square of the rotational speed on the input side and the fifth power of the size (size) of the fluid coupling. Therefore, the control power output from the fluid coupling is determined only by the rotational speed of the motor and the size of the fluid coupling regardless of the output (torque) of the motor. Therefore, in the design of the variable speed device described in
また、可変速装置を一旦設置した後に使用条件を変更する際には、流体継手を異なるサイズのものに変更する必要があるだけでなく、流体継手のみの変更が困難な場合には可変速装置全体を更新しなければならないため、多大なコストを要するものとなっていた。さらに、流体継手と遊星歯車機構を同軸的に配置していることから各部の配置の自由度が低く、例えばモータの回転数が低い場合等、流体継手のサイズを大きくする必要がある場合には、可変速装置全体のサイズ、特に軸方向寸法が大きくなり、設置スペース内に収めることが困難となることもあった。 In addition, when changing the operating conditions after the variable speed device is once installed, it is not only necessary to change the fluid coupling to one of a different size, but if it is difficult to change only the fluid coupling, the variable speed device Since the whole has to be renewed, it is very expensive. Furthermore, since the fluid coupling and the planetary gear mechanism are coaxially arranged, the degree of freedom of arrangement of each part is low. For example, when the size of the fluid coupling needs to be increased, for example, when the rotational speed of the motor is low. In addition, the overall size of the variable speed device, particularly the axial dimension, becomes large, and it may be difficult to fit in the installation space.
本発明は、斯かる実情に鑑み、最適設計を容易にし、従来以上に効率を高めることが可能な可変速装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention seeks to provide a variable speed device that facilitates optimal design and can increase efficiency more than before.
(1)本発明は、外部から回転動力が入力される入力軸と、外部へ回転動力を出力する出力軸と、内歯車、太陽歯車および遊星歯車キャリアのうちのいずれか2つに前記入力軸および前記出力軸が接続される遊星歯車機構と、前記内歯車、前記太陽歯車および前記遊星歯車キャリアのうちの前記入力軸または前記出力軸が接続されていないものの回転数を変化させる変速制御機構と、を備え、前記変速制御機構は、前記入力軸とは別軸の制御用入力軸および制御用出力軸と、前記制御用入力軸に前記入力軸の回転動力の一部を伝達する入力側伝達機構と、前記制御用出力軸に前記制御用入力軸の回転動力を伝達すると共に前記制御用出力軸の回転数を変化させる変速機構と、前記内歯車、前記太陽歯車および前記遊星歯車キャリアのうちの前記入力軸または前記出力軸が接続されていないものに前記制御用出力軸の回転動力を伝達する出力側伝達機構と、を備え、前記入力側伝達機構は、前記制御用入力軸の回転数が前記入力軸の回転数よりも高くなるように構成され、前記変速機構は、ポンプ羽根車が前記制御用入力軸に接続され、タービン羽根車が前記制御用出力軸に接続される流体継手を備えることを特徴とする、可変速装置である。 (1) The present invention provides an input shaft to which rotational power is input from the outside, an output shaft that outputs rotational power to the outside, and the input shaft on any two of an internal gear, a sun gear, and a planetary gear carrier. A planetary gear mechanism to which the output shaft is connected, and a speed change control mechanism for changing the rotational speed of the internal gear, the sun gear, and the planetary gear carrier to which the input shaft or the output shaft is not connected; The shift control mechanism includes a control input shaft and a control output shaft that are different from the input shaft, and an input-side transmission that transmits a part of the rotational power of the input shaft to the control input shaft. A mechanism, a transmission mechanism for transmitting rotational power of the control input shaft to the control output shaft and changing the rotational speed of the control output shaft, and the internal gear, the sun gear, and the planetary gear carrier. Before And an output-side transmission mechanism for transmitting the rotational power of the control output shaft to which the input shaft or the output shaft is not connected, the input-side transmission mechanism, the rotation speed of said control input shaft is the The speed change mechanism includes a fluid coupling in which a pump impeller is connected to the control input shaft and a turbine impeller is connected to the control output shaft. This is a variable speed device.
(2)本発明はまた、前記変速機構は、前記遊星歯車機構に対して前記入力軸の軸方向にオフセットして配置されることを特徴とする、上記(1)に記載の可変速装置である。 ( 2 ) The variable speed device according to (1) , wherein the speed change mechanism is arranged to be offset in an axial direction of the input shaft with respect to the planetary gear mechanism. is there.
(3)本発明はまた、前記流体継手は、可動案内羽根を備えることを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の可変速装置である。 ( 3 ) The present invention is the variable speed device according to (1) or (2) , wherein the fluid coupling includes a movable guide vane.
(4)本発明はまた、前記変速機構は、滑り率を制御可能なクラッチを備え、前記制御用入力軸は、前記クラッチを介して前記流体継手の前記ポンプ羽根車に接続されることを特徴とする、上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の可変速装置。 ( 4 ) The present invention is also characterized in that the speed change mechanism includes a clutch capable of controlling a slip ratio, and the control input shaft is connected to the pump impeller of the fluid coupling via the clutch. The variable speed device according to any one of (1) to ( 3 ) above.
(5)本発明はまた、前記入力側伝達機構は、遊び歯車を有する歯車列から構成されることを特徴とする、上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の可変速装置である。
( 5 ) The present invention is the variable speed device according to any one of (1) to ( 4 ), wherein the input side transmission mechanism includes a gear train having idle gears. .
本発明に係る可変速装置によれば、最適設計を容易にし、従来以上に効率を高めることが可能という優れた効果を奏し得る。 According to the variable speed device of the present invention, it is possible to achieve an excellent effect of facilitating optimal design and increasing efficiency more than in the past.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、理解を容易にするために図示を省略または簡略化した部分があり、また、各部の寸法比は必ずしも正確なものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, there are parts that are omitted or simplified for easy understanding, and the dimensional ratios of the respective parts are not necessarily accurate.
図1は、本実施形態に係る可変速装置1の構成を示したスケルトン図である。同図に示されるように、可変速装置1は、ケーシング10と、ケーシング10に回転自在に支持された入力軸20および出力軸30と、入力軸20および出力軸30が接続された遊星歯車機構40と、遊星歯車機構40に出力軸30を変速するための制御動力を供給する変速制御機構50と、変速制御機構50の動作を制御する制御装置60と、を備えている。
FIG. 1 is a skeleton diagram showing a configuration of a
ケーシング10は、可変速装置1の各軸を回転自在に支持すると共に、各部を内部に収容してカバーするものである。ケーシング10にはまた、各部に潤滑油を供給する潤滑系統が設けられている(図示省略)。入力軸20は、外部の例えばモータ等の原動機(図示省略)から回転動力が入力されるものである。入力軸20の一端(図の左端)には外部の原動機が接続され、他端(図の右端)には遊星歯車機構40の内歯車が接続されている。
The
出力軸30は、外部の例えばポンプやブロワ等の被動機(図示省略)に回転動力を出力するためのものである。出力軸30の一端(図の左端)には、遊星歯車機構40の太陽歯車42が接続され、他端(図の右端)には外部の被動機が接続されている。従って、本実施形態の可変速装置1は、原動機の回転数よりも被動機の回転数が高い場合に使用されるものとなっている。
The
遊星歯車機構40は、入力軸20の回転動力を増速して出力軸30に伝達すると共に、入力軸20の一定の回転数に対して出力軸30の回転数を所定の範囲内で無段階に変化させるものである。遊星歯車機構40は、内歯車41、太陽歯車42および3つの遊星歯車43を備えている。また、遊星歯車機構40は、3つの遊星歯車43を回転自在に支持すると共に、内歯車41および太陽歯車42と同じ回転中心周りに回転可能な遊星歯車キャリア44を備えている。
The
上述のように、遊星歯車機構40の内歯車41には入力軸20が接続され、太陽歯車42には出力軸30が接続されている。そして、遊星歯車機構40の遊星歯車キャリア44には変速制御機構50が接続されている。すなわち、本実施形態の遊星歯車機構40は、変速制御機構50によって遊星歯車キャリア44の回転数を変化させることにより、出力軸30の回転数を無段階に変化させるようになっている。
As described above, the
変速制御機構50は、上述のように遊星歯車機構40の遊星歯車キャリア44の回転数を変化させるものである。図1に示されるように、変速制御機構50は、入力軸20および出力軸30と略平行に配置された制御用入力軸51および制御用出力軸52と、制御用入力軸51を入力軸20に接続する入力側伝達機構53と、制御用入力軸51と制御用出力軸52の間において両者に接続された変速機構54と、制御用出力軸52を遊星歯車機構40の遊星歯車キャリア44に接続する出力側伝達機構55と、を備えている。
The
制御用入力軸51は入力軸20からの回転動力を変速機構54へ入力するものであり、制御用出力軸52は変速機構54から回転動力を出力側伝達機構55へ出力するものである。詳細は後述するが、本実施形態では、制御用入力軸51および制御用出力軸52を入力軸20とは別軸として設けることによって、可変速装置1の各部の配置の自由度を高めると共に、可変速装置1の効率を高めることを可能としている。
The
入力側伝達機構53は、入力軸20の回転動力の一部を制御用入力軸51に伝達するものである。本実施形態の入力側伝達機構53は、入力軸20に設けられた駆動歯車53aと、制御用入力軸51に設けられた従動歯車53bと、駆動歯車53aおよび従動歯車53bの間に設けられた遊び歯車53cと、を備える歯車列から構成されている。また、本実施形態では、入力側伝達機構53を制御用入力軸51の回転数が入力軸20の回転数よりも高くなるように構成している。すなわち、本実施形態の入力側伝達機構53は、増速機となっている。詳細は後述するが、本実施形態では、入力側伝達機構53をこのように構成することで、可変速装置1の各部の配置の自由度を高めると共に、可変速装置1の効率を高めることを可能としている。
The input
変速機構54は、制御用入力軸51の回転動力を制御用出力軸52に伝達すると共に、制御用入力軸51の一定の回転数に対して制御用出力軸52の回転数を所定の範囲内で無段階に変化させるものである。本実施形態では、変速機構54を流体継手(トルクコンバータ)から構成している。変速機構54は、制御用入力軸51が接続されたポンプ羽根車54aと、制御用出力軸52が接続されたタービン羽根車54bと、を備えており、ポンプ羽根車54aの回転により引き起こした流動によってタービン羽根車54bを回転させることで、回転動力を伝達するように構成されている。
The
変速機構54はまた、タービン羽根車54bから流出した流体を再度ポンプ羽根車54aに向かわせる固定案内羽根54cおよび可動案内羽根54dを備えており、可動案内羽根54dの角度を変更することによってタービン羽根車54bの回転数、すなわち制御用出力軸52の回転数を無段階に調整可能に構成されている。なお、可動案内羽根54dの角度の変更は、制御装置60によって制御されるアクチュエータ61によって行われる。
The
出力側伝達機構55は、制御用出力軸52の回転動力を遊星歯車機構40の遊星歯車キャリア44に伝達するものである。本実施形態の出力側伝達機構55は、出力軸30の外周を覆うように配置された中空軸45を介して遊星歯車キャリア44に接続されており、制御用出力軸52に設けられた駆動歯車55aと、中空軸45に設けられた従動歯車55bと、を備える歯車列から構成されている。本実施形態では、出力側伝達機構55は、制御用出力軸52の回転数を所定の減速比で減速して遊星歯車キャリア44に伝達し、遊星歯車キャリア44を回転させる。この結果、遊星歯車キャリア44の回転数に応じて出力軸30の回転数が変化することとなり、変速が行われる。
The output
制御装置60は、CPU、ROMおよびRAM等を備えて構成され、変速制御機構50の制御を行うものである。制御装置60は、外部の制御装置(図示省略)からの指令、および回転数検出器62が検出した出力軸30の回転数に基づいてアクチュエータ61を制御し、可動案内羽根54dの角度を調整する。これにより、制御用入力軸51の回転数が一定でありながらも制御用出力軸52の回転数が変化するため、遊星歯車機構40の遊星歯車キャリア44の回転数も変化することとなる。そして、遊星歯車キャリア44の回転数の変化に伴って太陽歯車42の回転数が変化し、最終的に出力軸30の回転数が変化する、すなわち被動機が変速されることとなる。
The
上述の構成により本実施形態では、入力軸20に入力された回転動力の一部を、出力軸30の回転数を変化させるための制御用動力として変速制御機構50に分配し、変速機構54によって回転数を調整した上で制御動力を遊星歯車機構40に入力することで出力軸30の回転数を変化させるようにしている。そして、本実施形態では、変速制御機構50における変速機構54を入力軸20とは別軸に設けることで、可変速装置1の最適設計を容易にし、効率を高めることを可能としている。
With the above-described configuration, in the present embodiment, a part of the rotational power input to the
具体的には、入力側伝達機構53によって制御用入力軸51の回転数を高めることで、より小さいサイズの流体継手を変速機構54として使用することが可能となる。すなわち、流体継手の出力トルクが入力側の回転数の2乗および流体継手の大きさ(サイズ)の5乗に比例するところ、例えば入力側の制御用入力軸51の回転数を入力軸20の回転数の2倍とすることで、入力軸20に流体継手を直結する従来技術と比較して流体継手のサイズを最大24%程度小さくすることが可能である。従って、本実施形態では、従来の可変速装置よりもコンパクトな流体継手を使用することが可能であり、これにより、可変速装置1全体をコンパクトかつ効率的に構成することが可能となっている。また、特注サイズの流体継手を使用することなく、既存の流体継手を活用して大容量且つ高効率の可変速装置1を実現するといったことも可能となっている。
Specifically, by increasing the rotational speed of the
さらに本実施形態では、入力側伝達機構53の増速比の設定により制御用入力軸51の回転数を容易に調整することができるため、制御用出力軸52のトルクを適宜に調整し、適切な制御動力を遊星歯車機構40に入力すること可能となっている。これにより、可変速装置1の効率を高めるだけでなく、1つのサイズの流体継手を使用して幅広い使用条件に対応させることができる。すなわち、本実施形態では、流体継手の少ないサイズバリエーションによっても広範囲な使用条件に対応した最適設計を行うことが可能であり、可変速装置1の効率および汎用性を高めながらも、製造コストを削減することが可能となっている。
Furthermore, in this embodiment, since the rotational speed of the
特に本実施形態では、入力側伝達機構53に遊び歯車53cを設けることで、入力軸20と制御用入力軸51の軸間距離を変更することなく増速比を調整可能としているため、設計が容易であるだけでなく、可変速装置1の製造後や設置後に使用条件が変更されたような場合にも、新たな使用条件に応じて増速比を変更することで要求仕様を満たすと共に、高効率を維持することが可能となっている。
In particular, in this embodiment, by providing the
また、本実施形態では、変速機構54を入力軸20とは別軸に設けることで、比較的外径の大きくなりがちな流体継手からなる変速機構54の配置の自由度を高めるようにしている。すなわち、変速機構54は、入力軸20の上下左右いずれの位置にも配置することが可能であるため、可変速装置1の外形寸法を設置スペースに対応した寸法に設定することができる。また、上述のように本実施形態では、従来よりも小さいサイズの流体継手を変速機構54として使用することが可能であり、また、図1に示されるように、変速機構54を遊星歯車機構40に対して入力軸20の軸方向にオフセットさせることで、可変速装置1の幅方向寸法または高さ方向寸法を短縮し、可変速装置1をコンパクトに構成することができる。
Further, in the present embodiment, the
さらに、変速機構54を遊星歯車機構40に対して入力軸20の軸方向にオフセットさせないことにより、可変速装置1の軸方向寸法を短縮することが可能となる。図2は、変速機構54を遊星歯車機構40に対してオフセットさせない場合の一例を示したスケルトン図である。同図に示されるように、変速機構54を遊星歯車機構40に対してオフセットさせないことで、幅方向寸法または高さ方向寸法(図の上下方向寸法)は大きくなるものの、軸方向寸法(図の左右方向寸法)を短縮することができるため、原動機と被動機の間の距離が短いような場合にも、高効率の可変速装置1を設置することが可能となっている。また、制御用入力軸51の回転数を増加させることで、従来よりも小さいサイズの流体継手を変速機構54として使用することができるため、変速機構54をオフセットさせない場合においても、幅方向寸法または高さ方向寸法を抑えることが可能となっている。
Furthermore, by not offsetting the
次に、可変速装置1のその他の形態の例について説明する。
Next, examples of other forms of the
図3(a)〜(c)は、遊星歯車機構40へのその他の接続態様の例を示したスケルトン図である。上述の例では、入力軸20を内歯車41に接続し、出力軸30を太陽歯車42に接続し、変速制御機構50を遊星歯車キャリア44に接続した場合の例を示したが、遊星歯車機構40への接続態様はその他の態様であってもよい。例えば、図3(a)に示されるように、遊星歯車機構40への接続態様は、入力軸20を遊星歯車キャリア44に接続し、出力軸30を太陽歯車42に接続し、変速制御機構50を内歯車41に接続するものであってもよい。
FIGS. 3A to 3C are skeleton diagrams showing examples of other connection modes to the
また、遊星歯車機構40と出力側伝達機構55の位置を入れ替えることで、図3(b)に示されるように、入力軸20を太陽歯車42に接続し、出力軸30を内歯車41に接続し、変速制御機構50を遊星歯車キャリア44に接続するようにしてもよいし、図3(c)に示されるように、入力軸20を太陽歯車42に接続し、出力軸30を遊星歯車キャリア44に接続し、変速制御機構50を内歯車41に接続するようにしてもよい。なお、図3(a)および(b)に示す例では、変速制御機構50は、入力軸20の外周を覆うように配置された中空軸45を介して遊星歯車機構40に接続されることとなる。
Further, by switching the positions of the
遊星歯車機構40への接続態様は、特に限定されるものではなく、原動機と被動機の回転数の比に応じて適宜に設定すればよく、図1〜3に示す接続態様は、可変速装置1の各部の配置構成を大きく変更することなく実現可能となっている。また、いずれの接続態様においても、制御用入力軸51の回転数の調整で適切な制御動力を遊星歯車機構40に入力することができるため、高効率を達成することができる。
The connection mode to the
図4(a)および(b)は、入力軸20および出力軸30を遊星歯車機構40の中心軸に対してオフセットさせるように配置した場合の例を示したスケルトン図である。これらの例では、入力軸20は、入力側オフセット伝達機構70および入力側オフセット軸21を介して遊星歯車機構40に接続されている。また、出力軸30は、出力側オフセット伝達機構80および中空軸45を介して遊星歯車機構40に接続されている。
FIGS. 4A and 4B are skeleton diagrams showing an example in which the
入力側オフセット伝達機構70は、入力軸20に設けられた駆動歯車71と、入力側オフセット軸21に設けられた従動歯車72と、を備えて構成されており、入力側オフセット軸21の一端(図の右端)は、遊星歯車機構40の内歯車41または遊星歯車キャリア44に接続されている。また、出力側オフセット伝達機構80は、中空軸45に設けられた駆動歯車81と、出力軸30に設けられた従動歯車82と、を備えて構成されており、この中空軸45は、一端(図の左端)が遊星歯車キャリア44または内歯車41に接続されている。また、遊星歯車機構40の太陽歯車42には、中空軸45の内部を貫通する出力側オフセット軸46の一端(図の左端)が接続されており、変速制御機構50は、この出力側オフセット軸46を介して太陽歯車42に接続されている。
The input-side offset
このように、入力軸20および出力軸30を遊星歯車機構40の中心軸からオフセットさせることで、原動機および被動機の位置に合わせて入力軸20および出力軸30を配置することが可能となる。さらに、出力軸30を遊星歯車機構40の中心軸からオフセットさせることで、変速制御機構50を遊星歯車機構40の太陽歯車42に接続することが可能となるため、可変速装置1の汎用性をより高めることができる。
Thus, by offsetting the
なお、遊星歯車機構40へのその他の接続態様を採用した場合にも、入力軸20および出力軸30を遊星歯車機構40の中心軸からオフセット可能であることはいうまでもない。また、入力軸20および出力軸30のいずれか一方のみをオフセットさせるようにしてもよい。また、図4(a)および(b)に示す例では、入力側オフセット伝達機構70を入力側伝達機構53の一部として兼用するようにしているが、入力側オフセット伝達機構70を入力側伝達機構53とは別個に設けるようにしてもよい。
It goes without saying that the
図5は、変速機構54にクラッチ90を設けるようにした場合の一例を示したスケルトン図である。この例では、滑り率を制御可能なクラッチ90と、可動案内羽根を有さない流体継手91と、から構成している。クラッチ90は複数のクラッチ板90aを備えると共に、これらのクラッチ板90aを押圧して互いに接触させるクラッチピストン90bを備えている。また、流体継手91は、ポンプ羽根車91aと、タービン羽根車91bと、固定案内羽根91cと、を備えている。また、クラッチ90の入力側は制御用入力軸51に接続され、出力側は、中間軸90cを介して流体継手91のポンプ羽根車91aに接続されている。そして、流体継手91のタービン羽根車91bは、制御用出力軸52に接続されている。
FIG. 5 is a skeleton diagram showing an example when the clutch 90 is provided in the
この例では、制御装置60は、クラッチピストン90bの押圧力を制御することでクラッチ90の滑り率を制御し、これにより、制御用入力軸51の一定の回転数に対して中間軸90cの回転数を変化させる。流体継手91は、クラッチ90による回転数変化のショックを吸収して滑らかに回転数を変化させると共に、流体継手91の特性に基づくトルクの回転動力を制御用出力軸52に伝達する。このように、可変速装置1は、滑り率を制御可能なクラッチ90を変速機構54に備えるものであってもよく、この場合にも図1〜4に示した例と同等の機能を発揮することができる。なお、使用条件によっては、流体継手91を省略し、クラッチ90のみから変速機構54を構成するようにしてもよい。
In this example, the
図6は、変速制御機構50を複数設けるようにした場合の一例を示した図である。このように、変速制御機構50は複数設けられるものであってもよく、この場合、複数の変速制御機構50から同時に制御動力を遊星歯車機構40に入力するようにしてもよいし、一方をバックアップとして複数の変速制御機構50を交互に使用するようにしてもよい。また、複数の変速制御機構50を交互に使用する場合には、入力軸20への接続、被接続を切り替えるクラッチ等を設けるようにしてもよい。本実施形態では、変速制御機構50における変速機構54を入力軸20とは別軸に設けることで、各部の配置の自由度を高めているため、変速制御機構50が複数であっても容易且つ効率的に配置することが可能となっている。また、変速制御機構50を複数設けることで、可変速装置1の寿命を伸ばしたり、トラブルからの迅速な復帰を容易にしたりすることが可能となる。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which a plurality of
以上説明したように、本実施形態に係る可変速装置1は、外部から回転動力が入力される入力軸20と、外部へ回転動力を出力する出力軸30と、内歯車41、太陽歯車42および遊星歯車キャリア44のうちのいずれか2つに入力軸20および出力軸30が接続される遊星歯車機構40と、内歯車41、太陽歯車42および遊星歯車キャリア44のうちの入力軸20または出力軸30が接続されていないものの回転数を変化させる変速制御機構50と、を備え、変速制御機構50は、入力軸20とは別軸の制御用入力軸51および制御用出力軸52と、制御用入力軸51に入力軸20の回転動力の一部を伝達する入力側伝達機構53と、制御用出力軸52に制御用入力軸51の回転動力を伝達すると共に制御用出力軸52の回転数を変化させる変速機構54と、内歯車41、太陽歯車42および遊星歯車キャリア44のうちの入力軸20または出力軸30が接続されていないものに制御用出力軸52の回転動力を伝達する出力側伝達機構55と、を備えている。
As described above, the
このような構成とすることで、変速制御機構50に分配する回転動力の回転数を適宜に設定することが可能になると共に、可変速装置1の各部の配置の自由度が高まるため、使用条件に合わせた最適設計を行うことが容易となり、可変速装置1を従来以上に効率的に構成することができる。
With such a configuration, the rotational speed of the rotational power distributed to the speed
また、入力側伝達機構53は、制御用入力軸51の回転数が入力軸20の回転数よりも高くなるように構成されている。このようにすることで、変速制御機構50にサイズの小さい流体継手を適用することが可能になるため、可変速装置1を高効率且つコンパクトに構成することができる。
The input-
また、変速機構54は、遊星歯車機構40に対して入力軸20の軸方向にオフセットして配置されている。このようにすることで、変速機構54を遊星歯車機構40とは別軸に設けることによる高効率を実現しながらも、可変速装置1の幅方向寸法または高さ方向寸法を短縮することができる。
Further, the
また、変速機構54は、流体継手から構成される、または流体継手91を備えている。このようにすることで、ショックのない滑らかな変速が可能になると共に、流体継手の特性を活かして動力の伝達効率および変速効率を高めることができる。
The
また、変速機構54を構成する流体継手は、可動案内羽根54dを備えている。このようにすることで、流体継手のみから変速機構54を構成することが可能となるため、可変速装置1をよりコンパクトに構成することができる。
The fluid coupling constituting the
また、変速機構54は、滑り率を制御可能なクラッチ90を備えるものであってよい。このようにしても、可動案内羽根54dを備える場合と同等の機能を発揮することができる。
The
また、入力側伝達機構53は、遊び歯車53cを有する歯車列から構成されている。このようにすることで、入力軸20と制御用入力軸51の軸間距離に関わらず、制御用入力軸51の回転数を適切に設定することが可能となるため、高効率を維持しつつ可変速装置1の各部の配置の自由度を高めることができる。すなわち、最適設計を容易にすることができる。
Moreover, the input
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明に係る可変速装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、可変速装置1の各部の形状および配置構成は、上記実施形態において示したものに限定されず、その他の任意の形状および配置構成を採用することができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the variable speed apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course. For example, the shape and arrangement configuration of each part of the
また、制御用入力軸51および制御用出力軸52は、入力軸20と略平行に配置されるものに限定されず、例えば入力側伝達機構53および出力側伝達機構55に傘歯車を設ける等することで、制御用入力軸51および制御用出力軸52を入力軸20と略直交するように配置してもよい。
Further, the
また、入力側伝達機構53は、遊び歯車を備えないものであってもよく、出力側伝達機構55、入力側オフセット伝達機構70および出力側オフセット伝達機構80は、遊び歯車を備えるものであってもよい。また、入力側伝達機構53、出力側伝達機構55、入力側オフセット伝達機構70および出力側オフセット伝達機構80を構成する歯車の個数が、特に限定されないことはいうまでもない。さらに、入力側伝達機構53、出力側伝達機構55、入力側オフセット伝達機構70および出力側オフセット伝達機構80は、例えばチェーン伝達機構やベルト伝達機構等、歯車列以外の既知の伝達機構から構成されるものであってもよい。
Further, the input
また変速機構54は、可動案内羽根54dを有する流体継手または滑り率を制御可能なクラッチ90によって制御用出力軸52の回転数を変化させるものに限定されず、例えば遊星歯車機構や差動歯車機構等、その他の既知の機構によって制御用出力軸52の回転数を変化させるものであってもよい。また、クラッチ90と共に設けられる流体継手91に可動案内羽根を設けるようにしてもよい。
The
また、上記実施形態において示した作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本発明による作用および効果は、これらに限定されるものではない。 In addition, the functions and effects shown in the above embodiment are merely a list of the most preferable functions and effects resulting from the present invention, and the functions and effects of the present invention are not limited to these.
本発明に係る可変速装置は、各種産業機械や輸送機械等、変速を伴う動力の伝達が必要な様々な分野において利用することができる。 The variable speed device according to the present invention can be used in various fields such as various industrial machines and transportation machines that require transmission of power accompanied by a shift.
1 可変速装置
20 入力軸
30 出力軸
40 遊星歯車機構
41 内歯車
42 太陽歯車
44 遊星歯車キャリア
50 変速制御機構
51 制御用入力軸
52 制御用出力軸
53 入力側伝達機構
54 変速機構
54d 可動案内羽根
55出力側伝達機構
90 クラッチ
91 流体継手
DESCRIPTION OF
Claims (5)
外部へ回転動力を出力する出力軸と、
内歯車、太陽歯車および遊星歯車キャリアのうちのいずれか2つに前記入力軸および前記出力軸が接続される遊星歯車機構と、
前記内歯車、前記太陽歯車および前記遊星歯車キャリアのうちの前記入力軸または前記出力軸が接続されていないものの回転数を変化させる変速制御機構と、を備え、
前記変速制御機構は、
前記入力軸とは別軸の制御用入力軸および制御用出力軸と、
前記制御用入力軸に前記入力軸の回転動力の一部を伝達する入力側伝達機構と、
前記制御用出力軸に前記制御用入力軸の回転動力を伝達すると共に前記制御用出力軸の回転数を変化させる変速機構と、
前記内歯車、前記太陽歯車および前記遊星歯車キャリアのうちの前記入力軸または前記出力軸が接続されていないものに前記制御用出力軸の回転動力を伝達する出力側伝達機構と、を備え、
前記入力側伝達機構は、前記制御用入力軸の回転数が前記入力軸の回転数よりも高くなるように構成され、
前記変速機構は、ポンプ羽根車が前記制御用入力軸に接続され、タービン羽根車が前記制御用出力軸に接続される流体継手を備えることを特徴とする、
可変速装置。 An input shaft to which rotational power is input from the outside;
An output shaft that outputs rotational power to the outside;
A planetary gear mechanism in which the input shaft and the output shaft are connected to any two of an internal gear, a sun gear, and a planetary gear carrier;
A shift control mechanism that changes the rotational speed of the internal gear, the sun gear, and the planetary gear carrier to which the input shaft or the output shaft is not connected, and
The shift control mechanism includes:
An input shaft for control and an output shaft for control different from the input shaft;
An input side transmission mechanism for transmitting a part of the rotational power of the input shaft to the control input shaft;
A transmission mechanism for transmitting rotational power of the control input shaft to the control output shaft and changing the rotational speed of the control output shaft;
An output-side transmission mechanism that transmits rotational power of the control output shaft to the internal gear, the sun gear, and the planetary gear carrier to which the input shaft or the output shaft is not connected ,
The input side transmission mechanism is configured such that the rotational speed of the control input shaft is higher than the rotational speed of the input shaft,
The transmission mechanism includes a fluid coupling in which a pump impeller is connected to the control input shaft, and a turbine impeller is connected to the control output shaft .
Variable speed device.
請求項1に記載の可変速装置。 The speed change mechanism is arranged offset with respect to the planetary gear mechanism in the axial direction of the input shaft,
The variable speed apparatus according to claim 1 .
請求項1または2に記載の可変速装置。 The fluid coupling includes a movable guide vane,
The variable speed apparatus according to claim 1 or 2 .
前記制御用入力軸は、前記クラッチを介して前記流体継手の前記ポンプ羽根車に接続されることを特徴とする、
請求項1乃至3のいずれかに記載の可変速装置。 The speed change mechanism includes a clutch capable of controlling a slip ratio ,
The control input shaft is connected to the pump impeller of the fluid coupling through the clutch .
The variable speed apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
請求項1乃至4のいずれかに記載の可変速装置。 The input side transmission mechanism is composed of a gear train having idle gears,
The variable speed apparatus according to any one of claims 1 to 4 .
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