JPH0641785B2 - 回転数可変の機械を駆動するための複式伝動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転数可変の機械を駆動するための複式伝動
装置に関するもので、特に、請求の範囲第１項に記載の
(a)〜(c)の各特徴を備えるものである。

この種の複式伝動装置には、オーストリア共和国特許第
275988号明細書に添付の第２図または第４図により公知
のものがある。

これは、回転機械における高い回転数を、一定範囲内
で、低い回転数へ変更して駆動するのに役立つものであ
る。

複式伝動装置の重要な構成部は、３個の歯車からなる差
動歯車機構であり、その中の第１の歯車は、制動可能な
オーバラップシャフト、および流体トルクコンバータの
タービン羽根車に連結されている。

なお、駆動される機械とは、原則的に、流体装置、例え
ば遠心圧縮機や遠心ポンプ、特にボイラ用給水ポンプの
ことを云う。

上記オーストリア国特許明細書の第２図を参照して説明
すると、伝動は、低回転数範囲内で、流体継手、および
作動歯車機構における第１および第２両歯車を経て行わ
れる。

この運転状態では、オーバラップシャフトは、一定の制
動を受けており、また流体トルクコンバータは、油を抜
いて非作動状態にある。機械の回転数は、流体継手の充
填度の変化により可変である。

流体継手とともに、ブリッジカプリングを設けておけ
ば、機械を、低回転数範囲の上限で駆動することができ
る。

回転機械を高い回転数（従って、高回転数範囲内にあ
る）で駆動するには、流体トルクコンバータを、油充填
により、動作状態に切換え、かつ、オーバラップシャフ
トのブレーキをゆるめる。

これにより、動力の一部は分岐され、流体トルクコンバ
ータおよび差動歯車機構の第３歯車を経て、駆動シャフ
トに伝達される。これが、いわゆる「オーバラップ分岐
伝動」である。

この動作状態においても、流体トルクコンバータとし
て、可調節コンバータ、好ましくは、可調節案内羽根を
有するコンバータを備えていれば、駆動回転数の変更が
可能である。

オーバラップ分岐伝動では、流体トルクコンバータ（液
体継手ではなく）を備えていなければならない。その理
由は、高回転範囲への切換えに当たって、流体トルクコ
ンバータだけが、オーバラップシャフトの高トルクを、
適度な範囲内の経費と設備費で、伝達しうるからであ
る。

前記オーストリア国特許明細書の第４図により公知にな
っているものは、流体継手を備えておらず、固定式のオ
ーバラップシャフトによって運転され、回転数は不変で
ある。この回転数より高い範囲でのみ、可調節の流体ト
ルクコンバータにより、回転数の変更が可能である。

あらゆる場合に（本発明の伝動装置の場合を含めて）、
駆動装置の回転数が、十分に、または完全に一定である
ことが、前提条件である。

この公知の伝動装置では、可調節トルクコンバータのポ
ンプ羽根車は、複数個の歯車と位置をずらしたシャフト
を経て、中間軸に連結されている。

同様にして、可調節トルクコンバータのタービン羽根車
は、位置をずらしたシャフトおよび歯車を経て、差動歯
車機構と連結されている。

しかし、この構造では、歯車の大きさに起因して、複式
伝動装置に振動を発生させる恐れがある。

さらに、多数の軸受と装置を囲うための比較的大きいハ
ウジングが必要であるので、伝動装置全体に要する費用
が、非常に高価となり、かつ軸受の消耗が激しい。

本発明の目的は、従来のものと比較して、より小型で、
振動および消耗が少なく、かつ製造費が安価であるよう
に改良された複式伝動装置を提供することである。

この目的は、本発明によれば、次のようにして解決され
る。

即ち、請求の範囲第１項に記載してあるように、複式伝
動装置のすべての構造部、即ち、シャフト類（場合によ
っては、流体継手）、差動歯車機構、および流体トルク
コンバータを、互いに共軸に配置することである。

これにより、従来の装置から、位置をずらしたシャフ
ト、並びにこれに付属する歯車類や軸受類を省くことが
できる。

最も簡単な構造、即ち、最大出力回転数を、入力回転数
とほぼ等しいか、あるいはごく僅かに大きくした場合に
は、差動歯車機構以外には、余分の歯車が不要となる。

しかし、過去のいくつかの例において、総変速比を、よ
り高くしたい場合がある。従って、トルクコンバータと
差動歯車機構との間に、減速歯車装置を配置しなければ
ならない。

この場合、減速歯車装置として、遊星静止型歯車が用い
られ、かつ伝動装置の他の構造部については、同様に共
通軸をもって配置することが可能である（請求の範囲第
２項）。

伝動装置のすべての構造部を、１個の共通軸をもって配
置することは、西ドイツ国特許公開公報第1,500,520号
により公知である。

しかし、この西ドイツ国特許公開公報に記載されている
複式伝動装置は、本発明のものとは異なり、高回転数の
範囲においては、伝達するべき動力のすべてを、追加の
液圧伝動ユニット（継手またはトルクコンバータ）を経
て伝動しなければならない。低回転数の範囲内では、こ
のユニットを、油を抜いて非作動状態にする必要があ
る。従って、この追加のユニットには、高い費用がかか
ることになる。

これに対し、本発明による複式伝動装置は、追加のユニ
ット（流体トルクコンバータ）は、高回転数範囲におい
て伝達するべき総動力のごく一部に対してのみ配慮すれ
ば良く、大部分の動力は、従来と同様に伝達される。

それ故、比較的小型のトルクコンバータで足り、その伝
動効率の低下も、極めて僅かですむ。

さて、差動歯車機構に、従来型のように、遊星伝動型歯
車機構を適用するとする。

この場合、この遊星歯車機構の太陽歯車、遊星歯車キャ
リアおよび内歯歯車を、必要に応じて、残りの伝動構造
部と、様々に連結することが可能である、 オーバラップシャフトを制動するためのブレーキとし
て、従来の伝動装置では、惰行型または機械式ブレーキ
が適用されている。しかし、本発明の別の特徴として、
液体抵抗式ブレーキを適用することができる（請求の範
囲第３項）。

この場合、ブレーキの「入切」は、油の充填および排出
によって行われる。さらに、この液体式抵抗式ブレーキ
の充填度を変えることにより（請求の範囲第４項）、オ
ーバラップシャフトの回転数を種々に調節することがで
きる。

公知のように、ブレーキの代わりに、フリーホイール装
置を利用すると、オーバラップシャフトの逆回転は下可
能となる。

機械式ブレーキを適用する場合には、このようなオーバ
ラップシャフトの逆回転は可能であるが、この場合、機
械ブレーキの摩耗が問題になるに違いない。

これに対して、液体抵抗式ブレーキでは、オーバラップ
シャフトを摩耗なしに、比較的低い回転数で、長期にわ
たり逆回転させることが可能であり、これにより、下記
のような多くの利点が得られる。

(1)複式伝動装置が、流体継手を有しない場合（これ
は、オーストリア共和国特許第275988号明細書中の第４
図の公知例に相当）、低回転数範囲においては、前述し
たように、ブレーキの油充填度によって、従動回転数の
変更が可能である。

(2)オーバラップ分岐伝動において、即ち、トルクコン
バータと差動歯車機構との間に、歯車装置、好ましく
は、遊星静止型歯車機構を配置する場合、従来型の装置
の欠点である「低回転数範囲において、即ちトルクコン
バータを「切」にすると、遊星静止型歯車機構の歯車が
静止する」と云う欠点が除かれる。この静止が起った場
合、遊星静止型歯車機構における歯車および軸受けに、
負荷が、長期にわたってかかると、いわゆる「静止マー
ク」が形成される。

(3)流体継手を備える場合、即ち、低回転数範囲で流体
継手を介して伝動する場合、そのスリップを低い値に調
節することができ、これにより、流体継手の長期運転に
よる損失が低減される。特に、この流体継手を、最高充
填度で作動させることができる。これにより、液媒の循
環が外部回路によって妨げられ、そこで発生する損失の
回避が可能となる。

(4)ブリッジカプリングとともに、流体継手を有する場
合、ブリッジカプリングが閉じると同時に、ブレーキの
油の一部を排出することができる。かくして、従動回転
数の急上昇と、これに伴うトルク衝撃が避けられる。

請求の範囲第３項の特徴を備えることによって、請求の
範囲第１項に記載の全体的な特徴を有しない複式伝動装
置の適用が可能となる。

次に、具体的に説明する。

(1)オーストリア共和国特許第275988号明細書により公
知の伝動装置の場合、フリーホイール装置または機械ブ
レーキを、液体抵抗式ブレーキによって代用しうる。

(2)オーバラップシャフトを駆動するため、流体トルク
コンバータの代わりに、回転数可変で、他の装置構造部
に対して共軸に配置された小型モータ（好ましくは、電
動機）を備えていると、オーバラップシャフトを、液体
抵抗式ブレーキにより制動することができる。従って、
高回転数のみならず、低回転数範囲においても、従動回
転数の変更が可能である。

(3)例えば、主駆動エンジンとして、極数変換形電動機
と、さらに液体抵抗式ブレーキを有する差動歯車機構１
個のみを具備することが考えられる。この場合、電動機
の回転数と回転数間にある回転数範囲内において、駆動
回転数もまた、液体抵抗式ブレーキによって変更可能で
ある。

さらに、差動歯車機構の歯車を制動するために、液体抵
抗式ブレーキを適用することが、西ドイツ国特許公開公
報第3144902号によって既に公知である。

しかし、この発明では、切換え歯車装置の軸を、静止状
態から回転状態に変えるのに、液体抵抗式ブレーキを利
用することに重点を置いており、それ以後、液体抵抗式
ブレーキのロータは、機械ブレーキによって停止させら
れる。

本発明の好ましい実施態様に関しては、請求の範囲の各
従属項において限定してある。次に、それらについて、
図面を参照しながら説明する。

第１図乃至第５図には、本発明による複式伝動装置の種
々の改変態様を、簡略に示してある。

すべての図において、機能的に同じ構造部材について
は、同じ符号を付与してある。符号を次に列記する。

(10)入力シャフト。

(11)流体継手。

(12)中間シャフト。

(13)差動歯車機構（遊星回動型歯車機構）。

(14)出力シャフト (15)流体トルクコンバータ（好ましくは、可調節コンバ
ータとする）。

(16)オーバラップシャフト。

(17)ブレーキ（第１図乃至第３図では液体抵抗式ブレー
キ、第４図および第５図では機械式ブレーキ）。

第１図乃至第３図では、流体継手(11)と直列をなすブリ
ッジカプリング(18)を備えている。

第２図および第３図では、流体トルクコンバータ(15)と
差動歯車機構(13)との間に、遊星静止型歯車機構(19)が
配置されている。

伝動装置のハウジングは、すべての図において符号(20)
で示してある。

次に列挙する各構造部は、すべての実施例に具備されて
いるが、一部については、第１図にしか示されていな
い。

(21)流体継手(11)の１次羽根車で、入力シャフト(10)に
より回転させられる。

(22)流体継手(11)の２次羽根車で、中間シャフト(12)と
ともに回転する。

(23)入力シャフト(10)とともに回転する継手カバー。

(24)流体継手(11)の導油管。

(25)流体トルクコンバータ(15)のポンプ羽根車（第１図
乃至第３図では、中間シャフト(12)により、第４図で
は、入力シャフト(10)により、第５図では、出力シャフ
ト(14)により回転させられる）。

(26)流体トルクコンバータ(15)のタービン羽根車で、オ
ーバラップシャフト(16)とともに回転する。

(27)流体トルクコンバータ(15)の旋回自在な案内羽根車
(27a)用の調節装置。

(28)差動歯車機構(13)の太陽歯車。

(29)差動歯車機構(13)の遊星歯車（複数個）。

(30)差動歯車機構(13)の遊星歯車キャリア（複数個）。

(31)差動歯車機構(13)の内歯歯車。

流体トルクコンバータ(15)の求心並流型案内羽根(27a)
には、公知のようにして旋回自在とした、覆い殻を設け
てあることが好ましい。

両羽根車、即ちポンプ羽根車(25)とタービン羽根車(26)
は、遠心方向に作用する。

第１図においては、タービン羽根車(26)は、オーバラッ
プシャフト(16)を介して、直接に差動歯車機構(13)と結
合されている。つまり、オーバラップシャフト(16)に
は、加速歯車装置も減速歯車装置も存在しない。

この場合、差動歯車機構(13)の３つの歯車類(28)(30)(3
1)は、それぞれ、他の構造体と結合されている。即ち、
太陽歯車(28)はオーバラップシャフト(16)と、遊星歯車
キャリア(30)は出力シャフト(14)と、また、内歯歯車(3
1)は中間シャフト(12)と結合されている。

これに対し、第２図では、流体トルクコンバータ(15)と
差動歯車機構(13)との間に、遊星静止型歯車機構(19)が
配置されている。

従って、差動歯車機構(13)の太陽歯車(28)は出力シャフ
ト(14)と、遊星歯車キャリヤ(30)は中間シャフト(12)
と、そして内歯歯車(31)は遊星静止型歯車機構(19)の内
歯歯車(32)と結合されている。その遊星歯車(33)は、ハ
ウジングに固定された遊星歯車キャリヤ(34)上で回転す
る。また、この太陽歯車(35)は、オーバラップシャフト
(16)に結合されている。

第２図では、遊星静止型歯車機構(19)は、内歯歯車(32)
とも、また太陽歯車(35)とも噛合する簡単な遊星歯車(3
3)を備えている。他方、第３図では、次の構成部材を備
えている。

遊星静止型歯車機構(19)は、直径の異なる２つの歯車を
有する二重遊星(33′)を備えている。その小さな歯車
は、内歯車(32)と噛合い、大きい歯車部は、太陽歯車(3
5)と噛合っている。

この装置は、太陽歯車(35)と内歯歯車(32)との間におい
て、より大きい減速を得るのに役立つものである。この
ことは、第３図においては、第２図の場合と異なり、差
動歯車機構(13)の内歯歯車(31)は、中間シャフト(12)と
結合され、遊星静止型歯車機構(19)の内歯歯車(32)と結
合されている点から有利である。第１図乃至第３図に示
した実施例の特徴は、請求の範囲第５、第６および第７
の諸項に記載してある。

請求の範囲第５項に記載の装置について、次に述べるよ
うにすることができる。即ち、流体継手(11)を省略し
て、ブリッジカプリング(18)をなくし、中間シャフト(1
2)を同時に入力シャフトとする。

正常な長期運転の場合、油抜き状態の流体トルクコンバ
ータ(15)、および動作状態のブレーキ(17)とによって、
動力は、流体継手(11)またはブリッジカプリング(18)を
経て伝達される。オーバラップシャフト(16)は、この場
合、一層低い回転数で逆方向に回転する。

流体継手(11)を経て（従って、ブリッジカプリング(18)
は休止状態）作動させる場合、好ましくは、低回転数範
囲の高域部において、流体抵抗式ブレーキ(17)の充填度
を変化することにより、オーバラップシャフト(16)の負
回転数を調節して、流体継手(11)が、できるだけ短かい
スリップで、従って、ほとんど損失なしに動作するよう
にする。即ち、流体継手(11)は、最大充填度をもって働
く。

この場合、導油管(24)は輸送量ゼロに調節され、油の循
環における損失が、十分に、または完全に避けられる。

出力シャフト(14)が、高回転数範囲に入る高い回転数で
回転される場合には、流体トルクコンバータ(15)を充填
して動作状態とし、かつブレーキ(17)を空にして休止状
態とする。

この場合、ブリッジカプリング(18)を動作させ、流体ト
ルクコンバータ(15)のポンプ羽根車(25)を、入力シャフ
ト(10)の回転数で回転させることが好ましい。

いずれの場合にも、２つの平行をなす動力伝送路が存在
する。すなわち、流体トルクコンバータ(15)は、総出力
の一部を差動歯車機構(13)へ伝達し、他方、残りの過半
の動力は、上記の正常な動力伝送路を通って伝達され
る。

第１図乃至第３図の装置から、ブリッジカプリング(18)
を省略した場合には、流体トルクコンバータ(15)のポン
プ羽根車(25)を、中間シャフト(12)にではなく、入力シ
ャフト(10)とともに回転する継手カバー(23)に連結する
ことが望ましい。

第１図乃至第３図では、必要に応じ、ブリッジカプリン
グ(18)を含めて、流体継手(11)の全体を省略することが
できる。

例えば、遠心圧縮機の駆動に適用する際、その回転数
は、高回転数範囲内でのみ変化するが、それ以下では、
一定に保持される。

場合によっては、本発明による複式伝動装置を、比較的
ゆっくりと回転する駆動エンジンに適用することがあ
る。

この場合、第４図および第５図に従い、入力シャフト(1
0)を上部配置歯車装置(41)を介して位置をずらして配置
した駆動シャフト(40)と連結可能である。

上部配置歯車装置(41)は、入力シャフト(10)に設けたピ
ニオン(42)、および駆動シャフト(40)に設けた大径歯車
(43)とからなっている。この場合、入力シャフト(10)の
軸受け(44)は、ピニオン(42)の両側に配置されている。

第４図に示す伝動装置の他の構造部については、請求の
範囲第９項に記載してある。

第５図において、出力シャフト(14)は、出力歯車装置(4
5)を介して、位置をずらして配置した駆動シャフト(49)
と連結可能である。

出力歯車装置(45)の両歯車は、符号(46)と(47)で、また
出力シャフト(14)の軸受は、符号(48)で示してある。

第５図は、上部に配置された歯車装置(41)、並びに出力
歯車装置(45)を備える実施例を示している。この装置の
構造部の配置については、請求の範囲第11項に記載して
ある。

必要に応じ、第５図の装置において、上部の歯車装置(4
1)を省略すること、並びに、第１図乃至第３図における
と同様にして、流体継手(11)を、外部に配置された共軸
の入力シャフト(10)を介して、直接に駆動することが可
能である。

なお、差動歯車機構(13)における歯車類、すなわち太陽
歯車(28)、遊星歯車(29)、遊星歯車キャリヤ(30)、内歯
歯車(31)の中のいずれを、入力側である入力シャフトも
しくは中間シャフト、出力側である出力シャフト、ある
いは制動側であるオーバラップシャフトに連結するか
は、任意に選択しうる事項である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭36−20302（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭36−15459（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭36−15554（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭45−18889（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転数可変の機械を駆動するための複式伝
   動装置であって、 (a)入力シャフト(10)を、差動歯車機構(13)における第
   １の歯車群(31)(30)のいずれかと、中間シャフト(12)を
   介して、直接に、または流体継手(11)を介して連結し、 (b)差動歯車機構(13)における第２の歯車群(30)(28)の
   いずれかを出力シャフト(14)と連結し、 (c)差動歯車機構(13)における第３の歯車群(28)(31)(3
   0)のいずれかを、オーバラップシャフト(16)を介して、
   ブレーキ(17)と、充填排出調節の可能な流体トルクコン
   バータ(15)のタービン羽根車(26)と連結し、 (Ca)これにより、出力シャフト(14)の回転が、ブレーキ
   (17)が動作状態で、かつ流体トルクコンバータ(15)が排
   出状態では、低回転数範囲内で行なわれ、 (Cb)ブレーキ(17)が非動作状態で、かつ流体トルクコン
   バータ(15)が充填状態では、高回転数範囲内で行われる
   ようにし、かつ (d)すべてのシャフト(10)(12)(14)(16)、差動歯車機構
   (13)、および流体トルクコンバータ(15)が、互いに共軸
   に配置されていることを特徴とする複式伝動装置。
2. 【請求項２】流体トルクコンバータ(15)と、差動歯車機
   構(13)の第１の歯車群(31)(30)との間に、一定の加速ま
   たは減速効果を有する遊星静止型歯車機構(19)を、他の
   構造部と共軸に配置したことを特徴とする請求の範囲第
   １項に記載の複式伝動装置。
3. 【請求項３】オーバラップシャフト(16)を制動させるべ
   く働くブレーキ(17)が、液体抵抗式ブレーキからなり、
   かつオーバラップシャフト(16)と共軸に配置されている
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の複式伝動装
   置。
4. 【請求項４】液体抵抗式ブレーキが、充填度を種々に調
   節するための制御装置を備えていることを特徴とする請
   求の範囲第３項に記載の複式伝動装置。
5. 【請求項５】流体継手(11)を備え、かつ構成要素であ
   る、 (a)入力シャフト、 (b)流体継手(11)、 (c)流体トルクコンバータ(15)、 (d)ブレーキ(17)、 (e)差動歯車機構(13)、および (f)出力シャフトが、 上記の順序に配置され、かつオーバラップシャフト(16)
   が、中空をなすとともに、中間シャフト(12)へ被せられ
   ていることを特徴とする請求の範囲第１項、第３項また
   は第４項に記載の複式伝動装置。
6. 【請求項６】ブレーキ(17)と差動歯車機構(13)との間
   に、遊星静止型歯車機構(19)を設けたことを特徴とする
   請求の範囲第２項または第５項に記載の複式伝動装置。
7. 【請求項７】流体継手(11)、およびこれと直列をなす機
   械的ブリッジカプリング(18)を備え、かつ流体トルクコ
   ンバータ(15)のポンプ羽根車(25)を、中間シャフト(12)
   に連結してあることを特徴とする請求の範囲第１項乃至
   第６項のいずれかに記載の複式伝動装置。
8. 【請求項８】駆動シャフトにより、上部に配置された歯
   車装置(41)を介して、入力シャフト(10)を駆動するよう
   にし、かつ上部に配置された歯車装置(41)のピニオン(4
   2)と、このピニオン(42)の両側を支承する入力シャフト
   (10)の軸受(44)とが、流体継手(11)と差動歯車機構(13)
   または流体トルクコンバータ(15)との間に配置されてい
   ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の複式伝動
   装置。
9. 【請求項９】(a)中空シャフトとして構成された入力シ
   ャフト(10)、および同様に中空シャフトとして構成され
   ている中間シャフト(12)が、オーバラップシャフト(16)
   を覆い、 (b)各装置の構造部、即ち、 (ba)ブレーキ(17)、 (bb)流体トルクコンバータ(15)のタービン羽根車(26)、 (bc)流体トルクコンバータ(15)のポンプ羽根車(25)、 (bd)上部に配置された歯車装置(41)のピニオン(42)、 (be)流体継手(11)、 (bf)差動歯車機構(13)、および (bg)出力シャフト(14) を、上記の順序に配列し、かつ (c)流体トルクコンバータ(15)のポンプ羽根車(25)を、
   入力シャフト(10)と連結したことを特徴とする請求の範
   囲第８項に記載の複式伝動装置。
10. 【請求項１０】(a)出力シャフト(14)を、オーバラップ
    シャフト(16)を覆う中空シャフトとして構成し、その中
    間部位に、出力歯車装置(45)の歯車(46)を支持し、 (b)上記歯車(46)を、その両側に配置された出力シャフ
    ト(14)の軸受(48)とともに、差動歯車機構(13)と流体ト
    ルクコンバータ(15)との間に配置し、さらに、伝動装置
    の外端に、ブレーキ(17)を配置し、 (c)流体トルクコンバータ(15)のポンプ羽根車(25)を、
    出力シャフト(14)と連結したことを特徴とする請求の範
    囲第１項に記載の複式伝動装置。
11. 【請求項１１】(a)中空シャフトとして構成された入力
    シャフト(10)が、中間シャフト(12)を覆い、 (b)各構造部、即ち (ba)流体継手(11)、 (bb)上部に配置された歯車装置(41)のピニオン(42)、 (bc)差動歯車機構(13)、 (bd)出力歯車装置(45)の歯車(46)、 (be)流体トルクコンバータ(15)のポンプ羽根車(25)、 (bf)流体トルクコンバータ(15)のタービン羽根車(26)、
    および (bg)ブレーキ(17)が、 上記の順序に配置されていることを特徴とする請求の範
    囲第８項または第10項に記載の複式伝動装置。