JPS6298065A - 油圧式変速装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、送風機、圧縮機、ポンプ等、ターボ機成の回
転速度制御に用いて好適な油圧式変速装置に関し、特に
！！ｈ′ｔ１特性がＨ転凍庁の３乗に比例するものや変
速幅が比較的狭い舶用発電機の制御に用いて好適な油圧
式変速装置に関する。

〔従来の技術〕

従来上り、異なる原理による種々の変速機が実在してい
るが、動力特性が回転速度の３乗に比例するものの回転
速度制御用として、例えば＠４〜６図に示すようなもの
が考えられる。この第４〜６図に示す油圧式変速装置は
、油圧式回転機械（差動ポンプ）２０により、入力軸３
０と出力軸３１との回転速度差を流体の吐出に変換し、
更にこのスリップにより生じた流体エネルギーをｆｉ械
的に入力軸側に接続された動力回生用油圧モータ３５に
入力し、これらスリップにより発生したエネルギーを回
生できるようにしたものであるが、更に詳細に説明する
と、この油圧式変速装置には、まず、第４．５図に示す
ごとく、定容量型のポンプまたはモータとしてのｆｊＳ
ｌの油圧式回転機械２０が設けられている。このｔＪＳ
ｌの油圧式回転機械２０は固定ケーシング２１内に軸受
を介して回転自在に支承された回転ケーシング２２をそ
なえており、この回転ケーシング２２には出力軸３１が
固着されている。

そして、この回転ケーシング２２内は、典型的な固定斜
板型アキシャルピストンポンプと同一である。すなわち
回転ケーシング２２内には、多数のシリングを有するシ
リングバレル２４が設けられており、このシリングバレ
ル２４のシリング内に挿入されたピストン２３は、一端
に揺動可能な球面接手を有している。そして、この球面
接手にはスリッパパッド２５が接続されているが、この
スリッパパッド２５は、油圧およびリテーナ２６を介し
たばね２７の付勢力で、斜板上のスラストプレート２８
に圧着されている。

一方シリングバレル２４の他端は、同様にばね力および
油圧力により、回転ケーシング２２側に固定されたバル
ブプレート２つに圧接されている。

このバルブプレート２９は、三日月状の吸入ボートおよ
ゾ吐出ボートを有しており、斜板とシリングバレル２４
との相対運転によりピストン２３の往復運動が生じたと
きに、前進（吐出）モードおよび後退（吸入）モードに
あるピストン部に吐出ボートおよび吸入ボートが対向す
るようになっている。すなわちシリングバレル２４とバ
ルブプレート２９との相対回転により適宜吸入および吐
出が切り替わるのである。なお、このバルブプレート２
９による吸入、吐出切替作泪は公知である。

また、シリングバレル２４は駆動軸としての回転入力軸
（主軸）３０に連結されている。

これにより駆動軸としての入力軸３０と出力軸３１を固
着された回転ケーシング２２とがそれぞれ独立に回転し
うるように設けられていることになる。

また、第１の油圧式回転機械２０における作動油の吸入
排出を行なう密封機構付き給排油用回転弁３２が設けら
れている。すなわちこの回転弁３２は、回転ケーシング
２２の出力軸側線径部外周に亘って複数本形成された環
状溝３２ａ、３２ｂと、固定ケーシング２１の上記環状
溝３２ａ、３２ｂに対向する位置に開口する給徘ボー）
　３２ｃ、３２ｄとから成る。これにより固定ケーシン
グ２１内で回転ケーシング２２が回転しても、回転ケー
シング２２内のシリングバレル２４のシリング部との間
で作動油の給徘が可能となる。

このようにして、この第１の油圧式回転機械２０は、出
力軸３１付き回転ケーシング２２も駆動軸３０付きシリ
ングバレル２４も共に回転しこれらの差回転速度に応じ
て作動する差動式回転機械として構成される。

また、第４図に示すごとく、回転弁３２おより配？ｉ’
　３３　、３４　ヲ介Ｌ　テｐｔＳｌノ油圧式回転機械
２０に接続されｒこ回生用モータまたはポンプとしての
第２の油圧式回転機械３５が設けられている。この第２
の油圧式回転機械３５は従来公知の定容量型のものと構
造はほぼ同じであり、ｆ：ｌＳ４図中の符号３はケーシ
ング、４はシリングバレル５のシリング部に嵌挿された
ピストン、８は斜板部、１２は吸入ボートおよび吐出ボ
ートを有するバルブプレーＦを示しているが、その他の
部品（スリッパパッド、リテーナ、ばね等）については
第４図では図示を省略されている。

さらに、シリングバレル５には回転軸３６が連結されて
おり、この回転軸３６は駆動軸３０と歯車機構３７を介
して機械的に連結されている。

なお、第２の油圧式回転機械３５としては、従来公知の
可変容量型のもの（第２図参照）を用いでもよく、この
場合は後述のごとく変速比を適宜自由に変えることがで
きる。このため固定変速比以外の用途には、可変容量型
のものを用いるのが好ましいといえる。

第６図にその油圧回路図を示す。すなわち固定ケーシン
グ２１中の差動ポンプとして働（箔１の油圧式回転機械
２０と駆動軸３０に接続された動力回生用モータとして
の第２の油圧式回転機械３５とは配管で接続され、例え
ば出力軸回転速度ｎｏ＜駆動軸回転速度ｎＤの減速時に
、回生モータとして働く第２の油圧式回転機械３５の回
転方向と駆動軸回転方向とは同一となる方向に配管され
ている。

なお、増速時は逆となる。

ここで、動力回生モータとしての！ｌｌ′Ｓ２の油圧式
回転機械３５は前述のとおり、可変容量型が適しており
、この容量を変化させて、出力軸回転速度口０を種々制
御することができる。

また、第６図中、ＲＶは安全弁を示すが、この安全弁Ｒ
Ｖは最大トルクを規制するもので、別に油圧最大値を規
制する機能があれば、省略可能である。

さらに、ブースト油供給系も典型的な公知の方式で行な
うが、差動ポンプとして作用する第１の油圧式回転機械
２０が自吸性能が高いか、タンク側が加圧されている場
合は、もちろん省略することができる。

なお、Ｐｌｆ１５図中の符号３８はリテーナボールを示
しており、Ｐｔ５６図中の符号ＲＶＧはブースト圧設定
ｆｆｌ＋７リー７弁、ＣＶはブースト供給用逆止弁、Ｇ
Ｐはブーストポンプを示している。

上述の構成により、駆動軸（入力軸）３０を図示しない
駆動機により駆動すると、駆動軸３０側の入力を変速し
て出力軸３１側へ出力することができる。

次に上記構造のものによって変速を実現できる理由につ
いて説明する。

今、駆動軸回転速度をｎＤｗ出力軸回転速度をｎｏ。

差動ポンプとして働く第１の油圧式回転機械２０の１回
転当たりの容量を■ρ１回生モータとして働く第２の油
圧式回転機械３５の１回転当たりの容量をｖ目とすると
、次のような関係が成立する。

まず、差動ポンプとして働く第１の油圧式回転機械２０
の有効回転速度ｎｐはｎｐ＝ｎ□　　ｎｏで表わされ、
同第１の油圧式回転機械２０の吐出流量ＱｐはＱｐ＝Ｖ
ｐ・ｎｐで表わされ、回生モータとして働く第２の油圧
式回転８！械３５に吸入される油ＮＱＭはＱＭ＝ＫＶＭ
・ｎＯで表わされる。

そして、ＱｐとＱＭとは等しいから、 Ｖ　ｐｎｐ＝　Ｖ　ｐ（ｎＤ−ｎｏ）＝　Ｋ　Ｖ　Ｍ　
・ｎＯとなる。これを出力軸回転速度ｎｏについて解く
と、 ｎｏ”　（Ｉ　　Ｋ　Ｖ　ｒ１／　Ｖ　ｐ）　・ｎＯと
なり、これからも明らかなように出力軸回転速度ｎｏは
ＶＭ／Ｖｌ）比の関係で与えられる。

なお、Ｋは、歯車機構３７における歯車３７Ａの歯数を
Ｚ　Ｉ　？歯車３７Ｂの歯数を２２とすれば、Ｚ、／Ｚ
２で定義される歯数比である。

このようにして変速が可能となるのである。

ここで、もし回生モータとしての第２の油圧式回転機械
３５の容量Ｖ、を変化させると、出力軸回転速度＋１０
を任意に制御することが可能であり、また回生モータと
しての第２の油圧式回転機械３５の容量を逆転（この場
合は斜板角度を逆方向にする）させると、ｎｏ＞ｎ（＋
すなわち増速を行なうことも可能である。これは回生モ
ータとしての第２の油圧式回転は械３５に可変容量型の
ものを使用すれば、任意の速度に制御できることを示し
ている。

もちろん、第２の油圧式回転機械３５として定容量型の
ものを用いても一定の変速比ではあるが、変速できるこ
とは前述のとおりである。

ここで、開動率を無視すると、動力は次のような伝達が
行なわれでいることになる。

（１）駆動軸３０と出力軸３１との回転速度の差（スリ
ップ分）ｎｒは油圧ポンプを駆動して流体のエネルギー
に変換される。

この場合当然差動ポンプの駆動側および出力画の各輸ト
ルクは同じである３ （２）このスリップにより生じた流体エネルギーは駆動
軸側に接続された回生用油圧モータ３５により駆動軸３
０へフィードバックされるが、トルクの方向は駆動方向
と同一方向のため、この分真の駆動力は減少する。すな
わちポンプ／モータの損失を無視すれば無損失で変速を
行なうことが可能となるのである。

このように、油！構造の簡単な定容量型油圧ポンプ（又
はモータ）２０のケーシング２２を軸受にて支持し、固
定のケーシング２１に対し回転可能な構造とし駆動軸側
およびケーシング２２を独立に回転可能とし、回転中の
ポンプ又はモータ２０に固定ケーシング２１側より油の
供給ないし吐出を行なわせるための給排油用回転弁３２
を設け、更に駆動軸側にも油圧モータ又はポンプ３５を
接続し、上記の差動ポンプ又はモータ２０と油路を上記
給排油用回転弁３２を介して接続し、動力回生（減速時
）又は動力の加算を行なわせるようにしているので、次
のような効果が期待できる。

（１）定格駆動速度で使用する率の高い駆動装置に対し
ては、効率が向上する。その理由は油圧動力への変換度
合が少ないためである。

（２）定格点速度を中心に変速幅が小さい場合は、油磯
が小形となり価格が低下する。

（３）また、マイナスのスリップ、すなわち増速も可能
である。この場合ポンプ／モータの関係が逆転する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、第４〜６図に示す油圧式変速装置では、伝
達効率の良い変速が可能であるが、一方において差動ポ
ンプ（第１の油圧式回転機械）２０と回生用モータ（！
＠２の油圧式回転機械）３５とを機械的に接続している
ので、回生モータ３５を差動ポンプ２０の側面に配置せ
ざるを得す、これによりスペースの制約が厳しい用途に
対しては、配置上の問題がある。

本発明は、このような問題７αを解決しようとするもの
で、第１の油圧式回転機械とＰｔ５２の油圧式回転機械
との配置上の自由度を高くできるようにした、油圧式変
速装置を提供することを目的とする。

〔間厘点を解決するための手段〕

このため、本発明の油圧式変速装置は、定容量型のポン
プまたはモータとしての第１の油圧式回転機械と、この
第１の油圧式回転機械における作動油の吸入排出を行な
う回転弁と、同回転弁を介して上記ｍｉの油圧式回転機
械に接続された容量型のモータまたはポンプとしての第
２の油圧式回転機械とをそなえ、上記ｍｌの油圧式回転
機械における入力軸と出力軸を固着されたケーシングと
がそれぞれ独立に回転しうるように設けられて、上記第
２の油圧式回転機械の回転軸に発電機または電動機とし
ての電気式回転機械が接続されていることを特徴として
いる。

〔作　用〕

上述の本発明の油圧式変速装置では、第１の油圧式回転
機械における駆動軸としての回転軸が駆動されると、第
１の油圧式回転機械がポンプまたはモータとして作動し
、これにより＠２の油圧式回転機械がモータまたはポン
プとして作動し、その結果この第２の油圧式回転機械の
回転軸に接続されている電気式回転機械が発電機または
電動機として作動する。これにより出力軸回転速度を駆
動軸回転速度に対し減速させたり増速させたりすること
ができる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の一実施例としての油圧式変速
装置について説明すると、第１図はその全体構成を示す
模式図、第２図はその第２の油圧式回転機械を示す断面
図、ｆ５３図はその作用を説明するためのグラフであり
、ｐｔＳｉ〜３図中、第４〜６図と同じ符号はほぼ同様
の部分を示している。

まず、この実施例の場合も、入力軸３０と出力軸３１を
固着されたケーシング２２とがそれぞれ独立に回転しう
る定容量型の差動式のポンプまたはモータとしての第１
の油圧式回転機械２０が設けられるとともに、この油圧
式回転機械２０における作動油の吸入排出を行なう給排
油用回転弁３２が設けられている。なお、これらの構造
は第１図においては概略的に描かれているが、実際は第
５図に示したものと同じ構造であり、従ってこれらの第
１の油圧式回転機械２０や回転弁３２の（１η造や作用
については、既に第４．５図を用いて説明したとおりで
あるので、その説明は省略する。

また、回転弁３２および配Ｗ３３，３４を介して第１の
油圧式回転機械２０に接続された回生用モータまたはポ
ンプとしての第２の油圧式回転機械３５が設けられてい
る。このｐｔＳ２の油圧式回転機械３５は従来公知の可
変容量型のものと構造はほぼ同じである。すなわち、こ
のｆｆ１２の油圧式回転機械３５は、第１，２図に示す
ごとく、そのケーシング３内に複数のピストン４を嵌挿
されたシリングバレル５を内蔵していて、このシリング
バレル５は主軸（回転軸）３６に装着されている。また
、各ピストン４は一端に揺動可能な球面接手を有し、そ
してこの球面接手には、スリッパパッド７が接続される
が、このスリッパバッド７は、油圧およびリテーナ１０
を介して伝えられるばね１１の付勢力によって、可変角
度斜板８上のスラスドブレート上に圧着されている。

なお、第１．２図中の符号１２は三日月状の吸入ボート
および吐出ボートを有するバルブプレート、１３はリテ
ーナボールを示している。

ところで、第１図に示すごとく、第２の油圧式回転機↑
戒３５の回転軸３６には、発電機または電動機として機
能しうる電気式回転機械としての誘導電動機３９の回転
軸４０１．：接続されている。また、誘導電動８１３９
の三相入出力線は系統Ａ（例えば舶用あるいはその他一
般用電力系統の母線）に接続されている。

上述の構成により、第１の油圧式回転機械２０の出力軸
３１が回転入力軸３０に対し減速して動力を伝達する場
合は、第１の油圧式回転機械２０が差動ポンプとして作
動するとともに、第２の油圧式回転８！械３５が回生モ
ータとして作動する。

これにより電気式回転８！ｆ戒３９はスリップ動力分を
回生すべく発電機として動作し、同期回転速度ｎｓ［＝
（１２０４／ｐ）（ｒｐＩ＋１）：ｐｉ！ｉ導電動（蔑
３９の極数、ｆは交流周波数］より若干高い回転速度で
回転するが、この場合誘導電動機のため回生モータ３５
のトルクが電動機の規定されているトルクを超えない限
り、この回転速度は系統への交流周波数と同期しており
、過回転を起こすおそれはなく、これによす機械的に接
続した場合と同様に扱うことができる。

また、第１の油圧式回転機械２０の出力軸３１が回転入
力軸３０に対し増速しで動力を伝達する場合は、第１の
油圧式回転機械２０が差動モータとして作動するととも
に、第２の油圧式回転機械３５がポンプとして作動する
。この場合誘導電動１１１３９は増速分動力を供給すべ
く通常の電＠磯として動作する。すなわち、回生モータ
３５をポンプとして動作させる場合は、差動ポンプ２０
が逆のスリップ状態となって、出力軸回転速度を入力軸
より増速することが機械的接続の場合と同様に可能とな
るのである。もちろんこの場合、回生モータ３５に接続
された誘導７Ｉｌ動ｆｉ３９は発電機としてではなく通
常の電動機として動作することは前述のとおりである。

なお、増速、減速の制御は回生モータ３５の斜板角を制
御して行なう。

ここで、誘導電動機３９が発電機として動作する場合と
、電動機として動作する場合の同期回転速度よりのずれ
とトルクとの関係を示すと、第３図のようになる。

このようにして、エネルギーの回生あるいは補給が、誘
導電動８！３９経由となり、この電力変換効率分だけ全
効率は悪化するが、回生動力機器は電気的に結合されで
いるため、配置上の自由度を大きくすることが可能とな
る。

なお、電気式回転機械としては、誘導機の代わりに、同
期電動機（同期（蔑）を用いてもよく、更に誘導機や同
期機のような交流機の代わりに、直流機な用いてもよい
。

また、本装置においては、油圧式の回転機械の代わりに
、その他の作動液体で作動する回転機械を用いてもよい
。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の油圧式変速装置によれば
、定容量型のポンプまたはモータとしての第１の油圧式
器＠８１械と、この第１の油圧式回転機械における作動
油の吸入排出を行なう回転かと、同回転弁を介して上記
第１の油圧式回転機械に接続された容量型のモータまた
はポンプとしての第２の油圧式回転機械とをそなえ、上
記第１の油圧式回転機（戒における入力軸と出力軸を固
着されたケーシングとがそれぞれ独立に回転しうるよう
に設けられて、上記第２の油圧式回転機械の回転軸に発
？ｊｌ磯または電動機としての電気式回転機械が接続さ
れているというＴ２Ｉｌｌ素な構成で、エネルギーの回
生や補給を発電機または電動機としての電気式回転機械
を通じて行なうことができるので、第１および第２の油
圧式回転機械相互の配置上の自由度を大きくすることが
でき、スペース上の制約の厳しい用途にも十分適用でき
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の一実施例としての油圧式変速装置
を示すもので、第１図はその全体補機を示す模式図、第
２図はその第２の油圧式回転（凌ｆ戒を示す新面図、ｆ
ｊＳ３図はその作用を説明するだめのグラフであり、第
４〜６図は従来の油圧式変速装置を示すもので、第４図
はその全体構成を示す断面図、ｆ５５図はその第１の油
圧式回転機械を示す断面図、第６図はその油圧回路図で
ある。 ３・・ケーシング、４・・ピストン、５・・シリングバ
レル、７・・スリッパバッド、８・・可変角度斜板、１
１・・ばね、１２・・パルププレート、１３・・リテー
ナボール、２０・・第１の油圧式回転機械、２１・・固
定ケーシング、２２・・回転ケーシング、２３・・ピス
トン、２４・・シリングバレル、２９・・バルブブレー
）、３０・・駆動軸としての回転入力軸、３１・・出力
軸、３２・・給排油用回転弁、３２ａ、３２ｂ・・環状
溝、３２ｃ、３２ｄ・・給排ポート、３３，３４−−配
管、３５・・鳴２の油圧式回転べ械、３６・・回転軸、
３９・・電気式回転機械としての誘導電ｇＪ磯、４０・
・回転軸、Ａ・・系統。 復代理人　弁理士　飯　沼　義　４ 第６図 Ｖ 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 定容量型のポンプまたはモータとしての第１の油圧式回
   転機械と、この第１の油圧式回転機械における作動油の
   吸入排出を行なう回転弁と、同回転弁を介して上記第１
   の油圧式回転機械に接続された容量型のモータまたはポ
   ンプとしての第２の油圧式回転機械とをそなえ、上記第
   １の油圧式回転機械における入力軸と出力軸を固着され
   たケーシングとがそれぞれ独立に回転しうるように設け
   られて、上記第２の油圧式回転機械の回転軸に発電機ま
   たは電動機としての電気式回転機械が接続されているこ
   とを特徴とする、油圧式変速装置。