JPS61135400A - 原動機駆動動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 原動機より負荷を駆動するのに、歯車装置を用いないで
、電磁的な機械の結合で減速しつゝ動力伝達する試みが
特許出願公告昭和５３年第６２号などに示されている。

然し、負荷の回転速度が低い時、電磁継手と結合する回
転電気機械の寸法が非常に大きくなり不経済であるだけ
ではなく、効率を低下せしめることになる。これを改善
するために電磁継手と回転電気機械の間に歯車装置を結
合せしめ特許出願公開昭５６−２９５００号が出現した
。それによると、相対的に回転する二つの相対向する回
転子を持つた電磁継手の回転子の一つを、固定子付き回
転電気機械の回転子との間で歯車装置を経て結合すると
共に、負荷にも機械的に結合し、更にこの電磁継手の他
方の回転子を原動機で駆動回転せしめるように配列し、
且つ上記回転電気機械と上記電磁継手の両電機子巻線間
を電気接続している。

今船舶の推進を例に考える。エネルギーの節約のため、
船舶推進機関の主力はデイーゼル機関が主力となつたが
、デイーゼル機関には４００ｒｐｍ程度の４サイクル機
関と１００ｒｐｍ程度の２サイクル機関が現在の大容量
デイーゼル機関の２種類とされる。このようなデイーゼ
ル機関により駆動される船舶のプロペラの回転速度は上
記デイーゼル機関の回転速度を半減させ、４００ｒｐｍ
に対し２００ｒｐｍ程度、１００ｒｐｍに対し５０ｒｐ
ｍ程度に低下せしめるのが最近の傾向である。

本発明はこのような原動機により負荷を駆動せしめる動
力伝達装置に関するものである。特に原動機の回転方向
を変えずに負荷の回転方向、上例ではプロペラの回転方
向を変えることが出来る装置についての発明である。今
これを本発明の具体的電気接続図例の第１図によつて説
明する。第１図で原動機４によつて電磁継手１の一方の
回転子２をｎ０ｒｐｍなる回転速度で駆動すると、他方
の回転子３はｎ２で回転し、ｎ０−ｎ２なる速度ｎ１に
より電磁継手１は発電電力をスリツプリング６の外へ出
し、その電力を回転電気機械７が受ける。

回転子３の電機子巻線に電流が流れ、回転子２の界磁極
との間で電磁継手の作用が成り立ち、原動機４の回転速
度ｎ０の中のｎ２分だけ直接、負荷１１の方へ軸１４を
通し、電磁継手１の負荷側回転子３からトルクが伝達さ
れ、ｎ１分が電磁継手１より回転電気機械７へ電力供給
される。今回転電気機械７を同期電動機とすれば次のよ
うな関係が成立つ。

ｎ１＝ｎ０−ｎ２　　　　　　　　（１）１２０ｆ＝ｐ
１ｎ１　　　　　　　（２）ｎ２×ｒ＝ｎ３　　　　　
　　　　（３）ｎ３ｐ２＝１２０ｆ　　　　　　　（４
）もし、回転電気機械７が誘導電動機であると、（４）
式は次のようになる。

ｎ３ｐ２＝１２０ｆ（１−ｓ）　　（５）滑りをＳとし
て（５）式が成立し（１）（２）（３）式と連立させる
。たゞし、これらの式でｆは電気接続線１５における交
流電力の周波数、ｐ１とｐ２はそれぞれ電磁継手１及び
回転電気機械７の極数、ｎ３は回転電気機械７の回転速
度、ｒは歯車装置８の減速比である。（３）式を（５）
式に代入して（２）式と比較すると。

ｎ１＝ｎ２ｒｐ２／｛ｐ１（１−ｓ）｝上式を（１）式
と比較して ｎ０＝ｎ２［｛ｒｐ２／ｐ１（１−ｓ）｝＋１］電気接
続線１５で電磁継手１と回転電気機械７の両電機子巻線
間を逆相順に接続すると、これは最も簡単な場合である
が、原動機４の回転方向と負荷１１の回転方向が互いに
逆方向となり、前記の（１）式はｎ０＋ｎ２＝ｎ１とな
つて、（６）式は、ｎ０＝ｎ２［｛ｒｐ２／ｐ１（１−
ｓ）｝−１］となる。たゞし、このような状况を得るに
は後述するように、ある条件が必要である。

原動機４の回転速度を１００ｒｐｍ、負荷１１の回転速
度をほゞ５０ｒｐｍとするには、（６）式においてｒ＝
８、ｐ１＝３２、ｐ２＝４とすれば成り立つ。すなわち
、低速原動機４から低速負荷１１へ動力伝達する場合、
電磁継手１だけが多極機であり、回転電気機械７を少極
機として造りやすく、安価高効率機となしうる。

このように従来公知の特許出願公開公報昭５６−２９５
００号の方式は良好な動力伝逹装置を造りうるが、原動
機４の回転速度ｎ０と負荷１１の回転速度ｎ２との比が
２対１の近くの時、（６）式でｒ×ｐ２／ｐ１の値を１
に近くしなければならない。

つまり電磁継手１の負荷側回転子から出るトルクと、回
転電気機械７の出力軸から歯車装置８を経て負荷１１へ
出てゆくトルクとがほゞ等しい。このような状况は負荷
１１の回転方向が原動機４の回転方向と同一の場合には
好ましいけれども、負荷１１の回転方向を原動機のそれ
と逆向きにするときには好ましくない。その時には前式
のｎ０＝ｎ２［｛ｒｐ２／ｐ１（１−ｓ）｝−１］から
判るように、ｒ×ｐ２／ｐ１の値を３以上にならなけれ
ば好ましくない。つまりｎ０／ｎ２の値が２より大きく
なければ、船のプロペラのような場合、その出力が機関
の定格出力を超えることになる。然し、前進時にｒ×ｐ
２／ｐ１の値を１又はその近くの値とし、逆転時ｒ×ｐ
２／ｐ１の値を３の近傍或いはそれ以上とすることは電
磁継手１か回転電気機械７を極数変換し、而も電機子巻
線を二重にし、複雑な極数変換を必要とすることになる
。特に電磁継手１を極数変換することはスリツプリング
を倍増する結果、構造を非常に複雑化することになる。

要はこのような装置において原動機４の回転方向を変え
ずに負荷１１の回転方向を簡単に変えることが重要で、
而も負荷１１の回転が正常の時に、出来る限り効率高く
運転されることが好ましい。

本発明は原動機４より負荷１１を駆動するような動力伝
達装置を造るに際し、原動機４の回転方向と負荷１１の
回転方向が同一方向に駆動回転せしめられる時には効率
良く回転せしめられ、而も原動機４の回転方向と負荷１
１の回転方向を互いに逆転可能ならしめる配列を出来る
限り簡単な装置により実施することを目的とする。

このような目的を達成せしめるため、本発明ではその具
体的な電気接続図例の第１図に示すように、相対的に回
転する二つの相対向する回転子２と３を有し、少なくと
もその一方の回転子２と３何れかの回転子（図では３）
に電機子巻線を設け、一方の回転子に対し他方の回転子
を相対的に回転せしめた電磁継手１の回転子の一つ３を
、固定子を持つた回転電気機械７の回転子との間で歯車
装置８を経て結合すると共に、負荷１１にも機械的に結
合し、更にこの電磁継手１の他方の回転子２を原動機４
で駆動回転せしめるように配列し、これによつて上記原
動機４から上記電磁継手１を経て負荷１１を駆動せしめ
るようにし、而も上記回転電気機械７と上記電磁継手１
の両電機子巻線間を電気接続して上記回転電気機械７が
電磁継手１より受けた電力により負荷１１を駆動するよ
うにした配列において、上記回転電気機械７を電動機と
し、上記電動機７と電磁継手１の間の電気接続について
、電動機７が正回転する場合より逆回転する場合への転
換が可能なるようにな接続とし、一方、上記電動機７の
電機子巻線をスターデルターの切りかえを可能ならしめ
る接続とし、上記正回転接続時にデルター接続、また逆
回転接続時にスター接続ならしめる配列とするのである
。

今このような配列において、やゝ詳細に説明を加えると
、次のようになる。歯車装置８は電磁継手１の一方の回
転子３と結合する大歯車９と、電動機７と結合する小歯
車１０のかみ合いによつて造られる。電磁継手１の一方
の回転子２に設けられる界磁巻線に励磁電流を供給する
ためにスリツプリング５が設けられ、又他方の回転子３
に設けられる電機子巻線から電力をとり出すためにスリ
ツプリング６が設けられる。第１図の電動機７は篭形誘
導電動機であつても、制動巻線を持つ同期電動機であつ
ても良い。要は電磁継手１のスリツプリング６から電気
接続電線１５を経て接続される切りかえ開閉装置１２に
よつて電動機７の電機子巻線の接続を次のように切りか
えるのである。すなわち電機子巻線接続を第４図のよう
にデルター接続とスター接続が可能であるようにし、電
動機７の正回転時にＴ１，Ｔ２，Ｔ３の三端子が開閉装
置１２によりスリツプリング６と接続され、デルター接
続とし、電動機７が原動機４の回転方向と逆方向に回転
されるときには第４図の端子Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６がスリツ
プリング６と接続され、端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が短絡接
続されて電機子巻線がスター接続となるように配列され
る。このような切りかえの接続は開閉装置１２の中で適
当に正相逆相間の接続切りかえなど公知の方式でおこな
われる。そのため開閉装置１２と電動機７の間の電気接
続線１３は接続電線数が若干多くなる。

第２図では電動機７の入力回路に周波数変換装置１６を
接続し、電動機７への供給交流電力の周波数を制御する
場合を示す。第３図では電動機７を巻線形誘導電動機と
し、その電機子固定子巻線及び回転子巻線何れも前記の
ように原動機４の回転方向と電動機７の回転方向とが同
一の場合に第４図の端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が外部端子と
して接続され、電動機７が原動機４の回転方向と逆方向
に回転されるときには第４図の巻線端子Ｔ４，Ｔ５，Ｔ
６が外部端子として接続され、端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が
短絡され、固定子巻線、回転子巻線何れもスター接続と
なる。このようなデルター接続とスター接続の間の切り
かえは開閉装置１２でおこない、また回転子のスリツプ
リング１７から出た回路に接続された二次回路切り換え
装置１８で実施する。第３図では巻線形誘導電動機７の
二次回路に周波数変換装置２２が接続される。この周波
数変換装置２２は電動機７が原動機４と同一回転方向で
回転するときには順変換装置２０と逆変換装置２１並び
にリアクトル１９とより成る。制御装置２３と２４はそ
れぞれ順変換装置２０と逆変換装置２１の制御素子付き
整流器の制御回路を制御する装置である。この場合、順
変換装置２０は勿論自然転流で制御され、その動作は確
実であるが、逆変換装置２１も他励式であり、動作は確
実であり且つ構成は簡略である。このようにして電動機
７の回転方向が原動機４の回転方向と同一の場合には電
力の流れは巻線形誘導電動機７の二次回路から周波数変
換装置２２を経てスリツプリング６へ返却される。これ
に対し、電動機７の回転方向が原動機４の回転方向と反
対方向に回転せしめられる場合、周波数変換装置２２は
順変換装置２１と逆変換装置２０の組み合わせとなる。

すなわち巻線形誘導電動機７の二次巻線へ周波数変換装
置２２から電力が供給される。この場合、巻線形誘導電
動機７はその滑りＳが１よりも大きい範囲で制御される
ことになる。すなわち電磁継手１から電動機７へ供給す
る励磁電流によつて電動機７の一次巻線で造られる回転
磁界の回転方向は正転時と同じ方向で良いから、そのた
めの切りかえの必要はない。

このような第３図の方式を簡略化するために、第６図の
ような接続とすることも可能である。すなわち、巻線形
誘導電動機７の二次回路に設けられた接続切り替え装置
２５にある接続端子２７を周波数変換装置２２の入力端
子２８に接続し、巻線形誘導電動機７の一次回路、すな
わち電磁継手１の出力回路にある接続端子２６に周波数
変換装置２２の出力端子２９を接続することにより、電
動機７の回転方向が原動機４のそれと同一の場合に制御
する。また電動機７の回転方向が原動機４の回転方向と
逆にならすためには、周波数変換装置２２の入力端子２
８及び出力端子２９をそれぞれ接続端子２６及び２７に
接続して制御する。このようにすれば周波数変換装置２
２の順変換装置２０はダイオードで組み立てゝ簡略化し
うる。

第７図は本発明の系として示されたものであるが、電動
機７は巻線形誘導電動機であり、電動機７の正転時には
二次回路に設けた回転子巻線間を短絡する接点３０を働
らかせて同期回転で運転させることができる。電動機７
の回転方向を逆転させるときに、接続端子２６と２７を
接続し、一次回路に接続されるべき抵抗３２を接点３１
で接続しうるようにする。この場合、回転子へ供給され
る励磁電流により造られる回転子内の回転磁界の回転方
向と逆向きに回転することになる。

以上のような本発明の装置ではどのような作動がなされ
るかを考える。負荷１１の回転方向が原動機４の回転方
向と同一の場合、電磁継手１の回転子３の出力軸からと
るトルクは電動機７の歯車装置８を通して出すトルクと
ほゞ等しいと考えられる。第５図は横軸に回転速度ｎを
、縦軸に出しうるトルクでを示す。ａなる特性は電磁継
手の出しうるトルクを示すが、それと同時に電動機７の
歯車装置８を通して出すトルクであるとする。負荷１１
のトルクは電磁継手１と電動機７の歯車装置８を通して
分担される。このように分けられた負荷のトルクがＨＦ
Ｏのように電磁継手１にかゝり、歯車装置８を通して電
動機７にかゝる。Ｏ点は回転速度が零の点であり、Ｏ点
より右が正転、左が逆転領域を示す。例えば第３図に示
される巻線形誘導電動機７の場合、これを逆転させ、そ
の滑りＳが１よりも大きい領域で運転させることを考え
る。第４図で示される前記のＴ４，Ｔ５，Ｔ６なる端子
を外部接続とし、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を短絡させ、二重星
形接続とすれば、その回転速度はｂなる特性で示すよう
に同期（Ｓ＝２の点）回転速度に対応した点で、特性ａ
の同期回転速度の１／２となると共に出しうるトルクは
ａ特性の場合の約２倍になる。

もし負荷１１の回転速度がＯＧになつた時、電動機７を
逆転させたとすると、その出しうるトルクはＯＧ＝ＯＡ
のＡ点におけるＡＢと考えられる。

電磁継手１の負荷側回転子３にかゝるトルクはその場合
、ＦＧの２倍となる。すなわち負荷１１の必要トルクが
全部電磁継手１の回転子３にかゝるからである。従つて
この場合、電磁継手１の出しうるトルクＤＦから上記負
荷１１の必要トルクＦＧの２倍を引いたもの、ＤＦ−２
ＦＧとくらべてＡＢはかなり大きくなるので、簡単に電
動機７を正転より逆転に転換しうると云うことになる。

第３図以外の場合も同様に考えられる。第５図において
特性ｄは周波数変換装置２２を制御して、得られる特性
である。このようにすれば、電動機７の逆転時のトルク
をＡＢよりも更に大きくＡＣとなしうる。

第７図の場合には一次巻線の定格電圧と二次巻線の定格
電圧の相異があることから、逆転時にはトルクを大きく
しうることが利用される。二次巻線の定格電圧が一次巻
線のそれより低いとすれば逆転時には短時間ではあつて
も大電流を流しうるのでトルクを大きくしうると考えら
れる。

以上、本発明の作用効果をまとめると、次のようになる
。

（１）原動機４より負荷１１を駆動し、例えば負荷１１
の正転時の回転速度を原動機のそれの半分程度或いはそ
れ以下の速度に減じるような場合、負荷への動力伝達効
率を高めながら、且つ装置全体を経済的になるように配
列でき、而も負荷の回転方向を原動機４の回転方向と逆
の方向へ向ける過渡状態において確実円滑に負荷の回転
方向を反転せしめうる。

（２）原動機４の回転速度を変化せずとも、負荷の回転
速度を前進正転方向の場合でも逆転方向の場合でも円滑
に制御しうることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は何れも本発明の具体的な電気接続図例
であり、第３図、第６図、第７図は本発明の具体的な部
分接続図例である。第４図は本発明の装置中に用いられ
る電動機の電機子巻線の接続切りかえを説明するための
図である。第５図は本発明装置の特性図例を示す。 また図中、主要な部分をあらわす符号は次のようである
。 １：電磁継手、　２，３：電磁継手回転子、４：原動機
、　５，６：スリツプリング、　７：電動機、　８：歯
車装置、　９：歯車装置８を構成する大歯車、　１０：
歯車装置８を構成するピニオン、　１１：負荷、　１２
：接続切りかえ開閉装置、　１３：電気接続線、　１４
：負荷１１を回転駆動せしめる軸、　１５：電気接続線
、１６：周波数変換装置、　１７：スリツプリング、　
１８：二次回路切りかえ装置、　１９：リアクトル、　
２０：順変換装置、　２１：逆変換装置、　２２：周波
数変換装置、　２３，２４：制御装置、　２５：接続切
りかえ装置、　２６：接続端子、　２７：接続端子、　
２８：入力端子、２９：出力端子、　３０：短絡用接点
、　３１：接点、　３２：抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相対的に回転する二つの相対向する回転子を有し、少な
   くともその一方の回転子に電機子巻線を設けた電磁継手
   の回転子の一つを、固定子を持った回転電気機械の回転
   子との間で歯車装置を経て結合すると共に、負荷にも機
   械的に結合し、更にこの電磁継手の他方の回転子を原動
   機で駆動回転せしめるように配列し、これによって上記
   原動機から上記電磁継手を経て負荷を駆動せしめるよう
   にし、而も上記回転電気機械と上記電磁継手の両電機子
   巻線間を電機接続して、上記回転電気機械が電磁継手よ
   り受けた電力により負荷を駆動するようにした配列にお
   いて、上記電気機械を電動機とし、上記電磁継手と上記
   電動機の間の電気接続について、電動機が正回転する場
   合より逆回転する場合への転換が可能なるようにな接続
   とし、一方、上記電動機の電機子巻線をスターデルター
   の切りかえを可能ならしめる接続とし、上記正回転接続
   時にデルター接続、また逆回転接続時にスター接続なら
   しめる配列とした原動機駆動動力伝達装置