JPWO2016010146A1 - 可変電動機システム、及び電動装置 - Google Patents

Abstract

可変電動機システムは、電動装置（５０）と遊星歯車変速装置（１０）とを備える。遊星歯車変速装置（１０）の太陽歯車軸（１２）と遊星歯車キャリア軸（２７）と内歯車キャリア軸（３７）とのうち、一軸が出力軸（Ａｏ）を成し、他の一軸が定速入力軸（Ａｃ）を成し、残りの一軸が可変速入力軸（Ａｖ）を成す。電動装置（５０）は、軸線（Ａｒ）を中心として自転し、定速入力軸（Ａｃ）に接続されている定速ロータ（５２）を有する定速電動機（５１）と、軸線（Ａｒ）を中心として自転し、可変速入力軸（Ａｖ）に接続されている可変速ロータ（７２）を有する可変速電動機（７１）と、を備える。可変速ロータ（７２）には、軸線（Ａｒ）を中心として円筒状を成し、軸方向に貫通した軸挿通孔（７４）が形成され、定速ロータ（５２）は、軸挿通孔（７４）に挿通されている。

Description

本発明は、可変電動機システム、及び電動装置に関する。
本願は、２０１４年７月１８日に出願されたＰＣＴ／ＪＰ２０１４／０６９２５３、及び２０１５年２月２３日に出願されたＰＣＴ／ＪＰ２０１５／０５５０６４について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

可変電動機システムとしては、回転駆動力を発生する電動装置と、この電動装置で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える変速装置と、電動装置の回転駆動力によって駆動される駆動対象と、を備えているものがある。

以下の特許文献１には、上記のような可変電動機システムが開示されている。この可変電動機システムの変速装置は、遊星歯車変速装置である。この変速装置は、軸線を中心として自転する太陽歯車と、太陽歯車と係合して軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する複数の遊星歯車と、複数の遊星歯車を支持するアーム又はキャリアと、軸線を中心として環状に複数の歯が並んで遊星歯車と係合する内歯車と、を有している。アームには、軸線を中心として軸方向に延びるアーム軸が固定されている。このアーム軸は、駆動対象と接続される出力軸を成している。

この可変電動機システムの電動装置は、軸線を中心として太陽歯車を自転させる副電動機と、副電動機の回転駆動力を太陽歯車に伝達する伝達機構と、軸線を中心として内歯車を自転させる主電動機と、主電動機の回転駆動力を内歯車に伝達する伝達機構と、を有する。副電動機のロータ軸及び主電動機のロータ軸は、いずれも、変速装置の軸線に対して平行で且つ軸線から径方向に離れた位置に配置されている。各伝達機構は、いずれも、ベルト及びプーリーを有している。

この可変電動機システムでは、副電動機の回転数を変えることで、駆動対象に接続される出力軸の回転数を変えることができる。

特開昭５９−０７０４９７号公報

上記特許文献１に記載の可変電動機システムは、変速装置の軸線から径方向に離れた位置に二つの電動機が配置されることになるため、全体として大型化するという問題点がある。さらに、この可変電動機システムは、変速装置の軸線から径方向に離れた位置に二つの電動機を配置する関係上、二つの電動機毎に、ベルトやプーリー等を有する伝達機構を設ける必要があり、装置が複雑になり製造コストがかさむという問題点もある。

そこで、本発明は、小型化及び製造コストの低減を図ることができる可変電動機システム、及びその電動装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としての可変電動機システムは、
回転駆動力を発生する電動装置と、前記電動装置で発生した回転駆動力を変速させる変速装置と、前記電動装置の回転駆動力によって駆動される駆動対象と、を備え、前記変速装置は、軸線を中心として自転する太陽歯車と、前記太陽歯車に固定され、前記軸線を中心として、軸方向に延びる太陽歯車軸と、前記太陽歯車と係合し、前記軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する遊星歯車と、前記軸線を中心として環状に複数の歯は並び、前記遊星歯車と係合する内歯車と、前記軸線を中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸を有し、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、前記軸線を中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸を有し、前記内歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する内歯車キャリアと、を有し、前記太陽歯車軸と前記遊星歯車キャリア軸と前記内歯車キャリア軸とのうち、いずれか一つの軸が前記駆動対象のロータに接続される出力軸を成し、他の一つの軸が定速入力軸を成し、残りの一つの軸が可変速入力軸を成し、前記電動装置は、前記軸線を中心として自転し、前記変速装置の前記定速入力軸に直接又は間接的に接続されている定速ロータを有する定速電動機と、前記軸線を中心として自転し、前記変速装置の前記可変速入力軸に直接又は間接的に接続されている可変速ロータを有する可変速電動機と、を有し、前記可変速ロータと前記定速ロータとのうち、第一ロータには、前記軸線を中心として円筒状を成し、軸方向に貫通した軸挿通孔が形成され、第二ロータは、前記第一ロータの前記軸挿通孔に挿通され、前記駆動対象のロータは、前記軸線上に配置されている。

当該可変電動機システムでは、変速装置の軸線上に定速電動機の定速ロータ及び可変速電動機の可変速ロータを配置しているので、変速装置の軸線から径方向に離れた位置に定速ロータ及び可変速ロータを配置する場合よりも、全体として小型化を図ることができる。さらに、当該可変電動機システムでは、変速装置の軸線から径方向に離れた位置に定速ロータ及び可変速ロータを配置する場合のように、ベルトやプーリー等の伝達機構を設ける必要がないため、この観点からの装置の小型化、さらに部品点数の減少による製造コストの低減を図ることができる。また、当該可変電動機システムでは、前述のように、ベルトやプーリー等の伝達機構を設ける必要がないため、変速装置の軸線上に位置する軸に対してベルト等から曲げ荷重がかからず、振動の低減も図ることができる。

ここで、前記可変電動機システムにおいて、前記可変速ロータが第一ロータであり、前記定速ロータは、定速ロータ本体軸と前記軸挿通孔に挿通される定速ロータ延長軸とに分割され、前記定速ロータ本体軸と前記定速ロータ延長軸とを接続する定速用フレキシブルカップリング、を備えていてもよい。

また、前記可変速電動機は、前記可変速ロータの外周側に配置されている可変速ステータと、前記可変速ステータが内周側に固定されている可変速電動機ケーシングと、を有し、前記変速装置は、前記太陽歯車、前記太陽歯車軸、前記遊星歯車、前記内歯車、遊星歯車キャリア軸、前記遊星歯車キャリア、及び前記内歯車キャリアと、これらを覆う変速ケーシングと、を有し、前記可変速電動機ケーシングに対して前記変速ケーシングが固定されていてもよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記定速電動機は、前記定速ロータの外周側に配置されている定速ステータと、前記定速ステータが内周側に固定されている定速電動機ケーシングと、有し、前記定速電動機ケーシングを支持する電動装置支持部を有してもよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記可変速電動機ケーシングを支持する変速装置支持部を有してもよい。

当該可変電動機システムでは、支持部により、重量物である定速電動機及び可変速電動機の確実な固定が可能となる。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記変速ケーシングは前記可変速電動機ケーシングへ固定されていてよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記可変速電動機と前記変速装置とは、共通の架台に支持されていてよい。

当該可変電動機システムでは、架台によって、可変速電動機と変速装置とが一体化されることによって、例えば、可変電動機システムの据え付けの際に、可変速電動機と変速装置とを分離することなく一つのユニットとして搬送することができる。これにより、可変電動機システムの設置場所において、可変速電動機の出力軸と変速装置の入力軸とを軸合わせする作業を省略することができる。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記可変速ロータが第一ロータであり、前記定速ロータと前記定速入力軸とを接続する定速用フレキシブルカップリングと、前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続するギアカップリングと、を備えていてよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記可変速ロータが第一ロータであり、前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続するギアカップリングを備え、前記定速ロータと前記定速入力軸とは、前記定速ロータと前記定速入力軸とに形成されたフランジを介して接続されているか、又は一体化されてよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記ギアカップリングを構成する歯車には歯すじ修正が施されていてよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記可変速ロータが第一ロータであり、前記定速ロータと前記定速入力軸とを接続する定速用フレキシブルカップリングと、前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続するダンパーカップリングと、を備え、前記ダンパーカップリングは、前記可変速ロータに固定されたダンパーカップリング第一部と、前記可変速入力軸に固定されたダンパーカップリング第二部と、前記ダンパーカップリング第一部と前記ダンパーカップリング第二部の少なくとも一方に設けられた爪部と、前記爪部を覆うダンパーラバーと、前記ダンパーカップリング第一部と前記ダンパーカップリング第二部の少なくとも一方に設けられて前記ダンパーラバーに覆われた爪部が嵌合する爪収容孔と、を備えていてよい。

ここで、前記可変電動機システムにおいて、前記定速ロータと前記定速入力軸とを接続する定速用フレキシブルカップリングと、前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続する可変速用フレキシブルカップリングと、を備えていてもよい。

当該可変電動機システムでは、電動装置の定速ロータと変速装置の定速入力軸との間の偏芯、偏角及び振れを定速用フレキシブルカップリングにより許容することができる。さらに、当該可変電動機システムでは、電動装置の可変速ロータと変速装置の可変速入力軸との間の偏芯、偏角及び振れを可変速用フレキシブルカップリングにより許容することができる。このため、当該可変電動機システムでは、電動装置に対する変速装置の芯出し作業の手間を最小限に抑えることができると共に、電動装置から変速装置への軸振れの伝達、変速装置から電動装置への軸振れの伝達を抑制することができる。

また、前記定速用フレキシブルカップリング及び前記可変速用フレキシブルカップリングを備えている前記可変電動機システムにおいて、前記定速用フレキシブルカップリングと前記可変速用フレキシブルカップリングとのうち、前記第一ロータと接続されるフレキシブルカップリングが第一フレキシブルカップリングを成し、前記定速入力軸と前記可変速入力軸とのうち、前記第一ロータの回転で回転させられる入力軸が第一入力軸を成し、前記第一ロータの前記変速装置側の端部には、前記軸線を中心として環状を成し、前記第一フレキシブルカップリングと接続されるロータ側接続部が形成され、前記第一入力軸の前記電動装置側の端部には、前記軸線を中心として環状を成し、前記ロータ側接続部と軸方向で対向して、前記第一フレキシブルカップリングと接続される変速装置側接続部が形成されていてもよい。

当該可変電動機システムでは、第二ロータの外周側に配置される第一ロータのロータ側接続部と、第一ロータに第一フレキシブルカップリングを介して接続される第一入力軸の変速装置側接続部とが軸方向で対向する。このため、第一フレキシブルカップリングには、一般的な、言い換えると汎用のフレキシブルカップリングを採用することができる。

また、前記定速用フレキシブルカップリング及び前記可変速用フレキシブルカップリングを備えている、以上のいずれかの前記可変電動機システムにおいて、前記定速用フレキシブルカップリングと前記可変速用フレキシブルカップリングとのうち、前記第一ロータと接続されるフレキシブルカップリングが第一フレキシブルカップリングを成し、前記第二ロータと接続されるフレキシブルカップリングが第二フレキシブルカップリングを成し、前記第一フレキシブルカップリングは、前記軸線を基準にして、前記第二フレキシブルカップリングの外周側に配置され、前記第二フレキシブルカップリングの軸方向の長さ寸法は、前記第一フレキシブルカップリングの軸方向の長さ寸法以下であってもよい。

当該可変電動機システムでは、第二フレキシブルカップリングが第一フレキシブルカップリングの内周側に配置されているものの、第二フレキシブルカップリンの軸方向の長さ寸法が第一フレキシブルカップリングの軸方向の長さ寸法以下であるため、各フレキシブルカップリングの取り付け作業を容易に行うことができる。

また、以上のいずれかの可変電動機システムにおいて、前記定速電動機は、前記定速ロータの外周側に配置されている定速ステータと、前記定速ステータが内周側に固定されている定速電動機ケーシングと、を有し、前記可変速電動機は、前記可変速ロータの外周側に配置されている可変速ステータと、前記可変速ステータが内周側に固定されている可変速電動機ケーシングと、を有し、前記定速電動機ケーシングに対して前記可変速電動機ケーシングが固定されていてもよい。

当該可変電動機システムでは、定速電動機ケーシングに対して可変速電動機ケーシングが固定されている。このため、当該可変電動機システムでは、可変電動機システムの製造工場からの出荷前に、定速ロータに対して、可変速ロータを正確に位置決め（芯出し）を行うことができる。よって、当該可変電動機システムでは、設置現場において、定速ロータに対する可変速ロータの位置決め作業を省くことができる。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記定速電動機ケーシングを支持する電動装置支持部を有してもよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記可変速電動機ケーシングを支持する可変速電動機支持部を有してもよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記変速ケーシングを支持する変速装置支持部を有してもよい。

前記定速電動機ケーシングに対して前記可変速電動機ケーシングが固定されている前記可変電動機システムにおいて、前記第二ロータの前記変速装置と反対側の端部に取り付けられている冷却ファンを有し、前記定速電動機ケーシング内及び前記可変速電動機ケーシング内で前記冷却ファンの回転によりガス流れが発生するよう、前記定速電動機ケーシングと前記可変速電動機ケーシングとが互いに連通していてもよい。

当該可変電動機システムでは、第二ロータが回転すると、この第二ロータの端に設けられている冷却ファンも回転する。この冷却ファンの回転により、外部の空気が定速電動機ケーシングと可変速電動機ケーシングとのうちの一方のケーシング内に流入して、一方のケーシング内のロータやステータ等を冷却する。さらに、当該可変電動機システムでは、定速電動機ケーシングと可変速電動機ケーシングとが連通しているため、一方のケーシング内に流入した空気が他方のケーシング内にも流入して、他方のケーシング内のロータやステータ等を冷却する。よって、当該可変電動機システムでは、一つの冷却ファンで、二つの電動機を冷却することができ、この観点から、装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

また、以上のいずれかの可変電動機システムにおいて、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を変える周波数変換装置と、前記定速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第一スイッチと、前記可変速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第二スイッチと、前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を指示すると共に、前記第一スイッチ及び前記第二スイッチに対してオン、オフを指示する制御器と、を備えていてもよい。

当該可変電動機システムでは、定速電動機及び可変速電動機の駆動及び停止を制御できると共に、可変速電動機の回転数も制御できる。

前記制御器を備えている前記可変電動機システムにおいて、前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成し、前記制御器は、起動の指示を受け付けると、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最少周波数を指示し、前記可変速電動機が最少回転数で駆動し始めた後に、前記第一スイッチに対してオンを指示して、前記定速電動機を前記電力供給状態にしてもよい。

当該可変電動機システムでは、可変速電動機のみを最低回転数の回転させたときの出力軸の回転数は、定速電動機及び可変速電動機が共に回転しているいときの出力軸の回転数範囲に比べて小さな回転数になる。そこで、当該可変電動機システムでは、起動時に、可変速電動機のみを最低回転数で回転させることで出力軸を回転させ、電動装置の起動負荷トルクを小さくしている。

前記制御器を備えている前記可変電動機システムにおいて、前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成し、前記制御器は、起動の指示を受け付けると、前記第一スイッチに対してオンを支持して、前記定速電動機を前記電力供給状態にして、前記定速電動機が所定の回転数で駆動し始めた後に、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最少周波数を指示してもよい。

また、他の発明に係る一態様としての可変電動機システムは、
駆動対象に接続される出力軸と、定速回転させられる定速入力軸と、可変速回転させられる可変速入力軸と、を有し、前記可変速入力軸の回転数及び前記定速入力軸の回転数に応じて前記出力軸の回転数が定まる変速装置と、前記定速入力軸を回転駆動させる定速電動機と、前記可変速入力軸を回転駆動させる可変速電動機と、を有する電動装置と、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を変える周波数変換装置と、前記定速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第一スイッチと、前記可変速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第二スイッチと、前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を指示すると共に、前記第一スイッチ及び前記第二スイッチに対してオン、オフを指示する制御器と、を備え、前記変速装置は、軸線を中心として自転する太陽歯車と、前記太陽歯車に固定され、前記軸線を中心として、軸方向に延びる太陽歯車軸と、前記太陽歯車と係合し、前記軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する遊星歯車と、前記軸線を中心として環状に複数の歯は並び、前記遊星歯車と係合する内歯車と、前記軸線を中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸を有し、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、前記軸線を中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸を有し、前記内歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する内歯車キャリアと、を有し、前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、前記制御器は、起動の指示を受け付けると、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最少周波数を指示し、前記可変速電動機が最少回転数で駆動し始めた後に、前記第一スイッチに対してオンを指示して、前記定速電動機を前記電力供給状態にする。

当該可変電動機システムでは、定速電動機及び可変速電動機の駆動及び停止を制御できると共に、可変速電動機の回転数も制御できる。ところで、当該可変電動機システムでは、可変速電動機のみを最低回転数の回転させたときの出力軸の回転数は、定速電動機及び可変速電動機が共に回転しているいときの出力軸の回転数範囲に比べて小さな回転数になる。そこで、当該可変電動機システムでは、起動時に、可変速電動機のみを最低回転数で回転させることで出力軸を回転させ、電動装置の起動負荷トルクを小さくしている。

また、他の発明に係る一態様としての可変電動機システムは、
駆動対象に接続される出力軸と、定速回転させられる定速入力軸と、可変速回転させられる可変速入力軸と、を有し、前記可変速入力軸の回転数及び前記定速入力軸の回転数に応じて前記出力軸の回転数が定まる変速装置と、前記定速入力軸を回転駆動させる定速電動機と、前記可変速入力軸を回転駆動させる可変速電動機と、を有する電動装置と、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を変える周波数変換装置と、前記定速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第一スイッチと、前記可変速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第二スイッチと、前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を指示すると共に、前記第一スイッチ及び前記第二スイッチに対してオン、オフを指示する制御器と、を備え、前記変速装置は、軸線を中心として自転する太陽歯車と、前記太陽歯車に固定され、前記軸線を中心として、軸方向に延びる太陽歯車軸と、前記太陽歯車と係合し、前記軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する遊星歯車と、前記軸線を中心として環状に複数の歯は並び、前記遊星歯車と係合する内歯車と、前記軸線を中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸を有し、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、前記軸線を中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸を有し、前記内歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する内歯車キャリアと、を有し、前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、前記制御器は、起動の指示を受け付けると、前記第一スイッチに対してオンを支持して、前記定速電動機を前記電力供給状態にして、前記定速電動機が所定の回転数で駆動し始めた後に、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最少周波数を指示する。

当該可変電動機システムでは、より出力の大きな定速電動機を可変速電動機よりも先に起動することによって、可変速電動機を先に起動する場合と比較して、可変速電動機に与えられる負荷を軽減することができる。

前記制御器を備えている、いずれかの前記可変電動機システムにおいて、前記周波数変換装置は、前記可変速電動機に供給する電流の向きを変えることができる可逆周波数変換装置であり、前記制御器は、前記出力軸の回転数変更を受け付けると、前記出力軸の回転数変更後の回転数を実現するためには、前記可変速電動機に供給する電流の向きを変える必要があるか否かを判断する判断工程と、前記可変速電動機に供給する電流の向きを変える必要があると判断すると、前記第二スイッチに対してオフを指示して、前記可変速電動機を前記電力断状態にするスイッチオフ指示工程と、前記可変速電動機が前記電力断状態になった後、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電流の向きの変更を指示するスイッチオン・電流向き変更指示工程と、前記可変速電動機に供給する電流の向きが変更になったことにより前記可変速電動機が逆回転駆動し始めた後に、前記可変速電動機に供給する電力の周波数として、前記出力軸の回転数変更後の回転数を実現するために必要な周波数を指示する目標周波数指示工程と、を実行してもよい。

当該可変電動機システムでは、可変速電動機に供給する電流の向きを変えて、可変速電動機の回転の向きを変える場合、可変速電動機に供給する電力を一旦断ち、可変速電動機からの回転駆動力の発生を断つ。当該可変電動機システムでは、その後、可変速電動機に供給する電流の向きを変えて、可変速電動機に電力を供給し、可変速電動機を回転駆動させる。このため、当該可変電動機システムでは、可変速電動機に供給する電流の向きを変える場合、可変速電動機にかかる急激な負荷を低減することができる。

また、前記周波数変換装置が可逆周波数変換装置である前記可変電動機システムにおいて、前記変速装置は、前記可変速入力軸を回転不能に拘束するブレーキを有し、前記制御器は、前記スイッチオフ指示工程の実行で前記可変速電動機が前記電力断状態になった後、前記ブレーキに対して前記可変速入力軸の拘束を指示した後、前記可変速電動機を逆回転駆動させる前に、前記ブレーキに対して前記可変速入力軸の拘束解除を指示するブレーキ動作指示工程を実行してもよい。

当該可変電動機システムでは、可変速電動機に供給する電流の向きを変えて、可変速電動機の回転の向きを変える場合、可変速電動機に供給する電力を一旦断ち、可変速電動機からの回転駆動力の発生を断つ。当該可変電動機システムでは、その後、ブレーキにより可変速入力軸を回転不能に拘束し、可変速電動機を停止させる。当該可変電動機システムでは、その後、可変速電動機に供給する電流の向きを変えて、可変速電動機に電力を供給し、可変速電動機を回転駆動させる。このため、当該可変電動機システムでは、可変速電動機に供給する電流の向きを変える場合、可変速電動機にかかる急激な負荷をより低減することができる。

また、前記周波数変換装置が可逆周波数変換装置である、以上のいずれかの前記可変電動機システムにおいて、前記制御器は、前記判断工程で、前記可変速電動機に供給する電流の向きを変える必要があると判断すると、前記スイッチオフ指示工程の実行前に、前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機７１に供給する電力の周波数として予め定めた最少周波数を指示する第一最少周波数指示工程と、前記スイッチオフ指示工程の実行で、前記可変速電動機を前記電力断状態にした後であって、前記目標周波数指示工程を実行する前に、前記可変速電動機に供給する電力の周波数として前記最少周波数を指示する第二最少周波指示工程と、を実行してもよい。

当該可変電動機システムでは、可変速電動機に供給する電流の向きを変えて、可変速電動機の回転の向きを変える場合、可変速電動機を最少回転数にしてから、可変速電動機に供給する電力を一旦断ち、可変速電動機からの回転駆動力の発生を断つ。当該可変電動機システムでは、その後、可変速電動機に供給する電流の向きを変えて、可変速電動機に最少周波数の電力を供給して、可変速電動機を最少回転数で回転駆動させる。このため、当該可変電動機システムでは、可変速電動機に供給する電流の向きを変える場合、可変速電動機にかかる急激な負荷をより低減することができる。

以上のいずれかの前記可変電動機システムにおいて、前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成してもよい。

当該可変電動機システムでは、定速入力軸の回転数に対して出力軸の回転数を増速させることができる。

以上のいずれかの前記可変電動機システムにおいて、前記遊星歯車キャリアは、前記遊星歯車キャリア軸と、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持するキャリア本体と、前記遊星歯車キャリア軸の回転を前記キャリア本体に伝達する伝達部と、を有し前記伝達部は、前記遊星歯車キャリア軸の外周面に形成されたキャリア軸歯車と、前記キャリア本体の外周面に形成されたキャリア本体歯車と、前記キャリア軸歯車と係合して自転するアイドル歯車と、前記軸方向に延び、前記アイドル歯車と前記キャリア本体歯車とに係合する伝達軸歯車と、を備えていてよい。

当該可変電動機システムでは、遊星歯車キャリアの構成部品が小さくなるため、変速装置の組み立てを容易とすることができる。また、変速装置を構成する遊星歯車等の視認性が高まるため、メンテナンスを容易に行うことができる。

以上のいずれかの前記可変電動機システムにおいて、前記可変速電動機の極数は、前記定速電動機の極数よりも多くてもよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記太陽歯車軸と前記第二ロータとは水平な前記軸線方向に並んで配置されてよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記定速電動機、前記可変速電動機、前記変速装置、前記駆動対象の順に、直線状に配置されてよい。

また、前記可変電動機システムにおいて、前記駆動対象は圧縮機であってよい。

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としての電動装置は、
駆動対象のロータに接続される出力軸と、定速回転させられる定速入力軸と、可変速回転させられる可変速入力軸と、を有し、前記可変速入力軸の回転数及び前記定速入力軸の回転数に応じて前記出力軸の回転数が定まる変速装置に接続される電動装置において、前記定速入力軸を回転駆動させる定速電動機と、前記可変速入力軸を回転駆動させる可変速電動機と、を備え、前記定速電動機は、軸線を中心として自転し、前記変速装置の前記定速入力軸に直接又は間接的に接続される定速ロータと、前記定速ロータの外周側に配置されている定速ステータと、前記定速ステータが内周側に固定されている定速電動機ケーシングと、を有し、前記可変速電動機は、前記軸線を中心として自転し、前記変速装置の前記可変速入力軸に直接又は間接的に接続される可変速ロータと、前記可変速ロータの外周側に配置されている可変速ステータと、前記可変速ステータが内周側に固定されている可変速電動機ケーシングと、を有し、前記可変速ロータと前記定速ロータとのうち、第一ロータには、前記軸線を中心として円筒状を成し、軸方向に貫通した軸挿通孔が形成され、第二ロータは、前記第一ロータの前記軸挿通孔に挿通され、前記駆動対象のロータは、前記軸線上に配置され、前記定速電動機ケーシングに対して前記可変速電動機ケーシングが固定されている。

当該電動装置では、同一軸線上に定速電動機の定速ロータ及び可変速電動機の可変速ロータを配置しているので、軸線から径方向に離れた位置に定速ロータ及び可変速ロータを配置する場合よりも、全体として小型化を図ることができる。さらに、当該電動装置では、軸線から径方向に離れた位置に定速ロータ及び可変速ロータを配置する場合のように、ベルトやプーリー等の伝達機構を設ける必要がないため、この観点からの装置の小型化、さらに部品点数の減少による製造コストの低減を図ることができる。また、当該電動装置では、前述のように、ベルトやプーリー等の伝達機構を設ける必要がないため、軸線上に位置する軸に対してベルト等から曲げ荷重がかからず、振動の低減も図ることができる。

また、当該電動装置では、定速電動機ケーシングに対して可変速電動機ケーシングが固定されている。このため、当該電動装置では、電動装置の製造工場からの出荷前に、定速ロータに対して、可変速ロータを正確に位置決め（芯出し）を行うことができる。よって、当該電動装置では、設置現場において、定速ロータに対する可変速ロータの位置決め作業を省くことができる。

また、前記電動装置において、前記第二ロータの前記変速装置と反対側の端部に取り付けられている冷却ファンを有し、前記定速電動機ケーシング内及び前記可変速電動機ケーシング内で前記冷却ファンの回転によりガス流れが発生するよう、前記定速電動機ケーシングと前記可変速電動機ケーシングとが互いに連通していてもよい。

当該電動装置では、第二ロータが回転すると、この第二ロータの端に設けられている冷却ファンも回転する。この冷却ファンの回転により、外部の空気が定速電動機ケーシングと可変速電動機ケーシングとのうちの一方のケーシング内に流入して、一方のケーシング内のロータやステータ等を冷却する。さらに、当該電動装置では、定速電動機ケーシングと可変速電動機ケーシングとが連通しているため、一方のケーシング内に流入した空気が他方のケーシング内にも流入して、他方のケーシング内のロータやステータ等を冷却する。よって、当該電動装置では、一つの冷却ファンで、二つの電動機を冷却することができ、小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

本発明の一態様では、装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

本発明に係る第一実施形態における可変電動機システムの断面図である。 本発明に係る第一実施形態における変速装置の断面図である。 本発明に係る第一実施形態における電動装置の断面図である。 本発明に係る第一実施形態における変速装置の構成を示す模式図である。 本発明に係る第一実施形態における制御器の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る第二実施形態における可変電動機システムの断面図である。 本発明に係る第二実施形態における制御器の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る第三実施形態における可変電動機システムの断面図である。 本発明に係る第三実施形態における制御器の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る第四実施形態における可変電動機システムの概略構成図である。 本発明に係る第五実施形態における可変電動機システムの概略構成図である。 本発明に係る第六実施形態におけるギアカップリングの断面図である。 本発明に係る第六実施形態の変形例におけるギアカップリングの外側歯車の斜視図である。 本発明に係る第七実施形態におけるダンパーカップリングの断面図である。 本発明に係る第八実施形態の変速装置の構成を示す模式図である。

以下、本発明に係る可変電動機システムの各種実施形態、及び各種変形例について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
本発明に係る可変電動機システムの第一実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。

本実施形態の可変電動機システムは、図１に示すように、回転駆動力を発生する電動装置５０と、電動装置５０で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える変速装置１０と、を備えている。可変電動機システムは、例えば、圧縮機システム等の流体機械システムに適用することができる。また、可変電動機システムは、例えば、回転数５０００ｒｐｍから２００００ｒｐｍの高回転で使用される。そのため、例えば、僅かなアライメント誤差等の振動要因が存在すると、大きな振動に繋がる。
電動装置５０は、電動装置支持部５０Ｓによって架台９０（所定の構造物）に支持されている。変速装置１０は、変速装置支持部１０Ｓによって架台９０に支持されている。これら支持部により、重量物である電動装置５０及び変速装置１０の確実な固定が可能となる。
なお、架台９０は、電動装置５０用、変速装置１０用、及び圧縮機Ｃ用に分割されていてもよいし、又はいずれかの組み合わせで一体化されていてもよい。

変速装置１０は、遊星歯車変速装置である。この変速装置１０は、図２に示すように、水平方向に延在する軸線Ａｒを中心として自転する太陽歯車１１と、太陽歯車１１に固定されている太陽歯車軸１２と、太陽歯車１１と係合し、軸線Ａｒを中心として公転すると共に自身の中心線Ａｐを中心として自転する複数の遊星歯車１５と、軸線Ａｒを中心として環状に複数の歯は並び、複数の遊星歯車１５と係合する内歯車１７と、複数の遊星歯車１５を、軸線Ａｒを中心として公転可能に且つ遊星歯車１５自身の中心線Ａｐを中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリア２１と、内歯車１７を、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持する内歯車キャリア３１と、これらを覆う変速ケーシング４１と、を有する。

ここで、軸線Ａｒが延びている方向を軸方向とし、この軸方向の一方側を出力側、この出力側の反対側を入力側とする。また、以下では、この軸線Ａｒを中心とする径方向を単に径方向という。

太陽歯車軸１２は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成し、太陽歯車１１から軸方向の出力側に延びている。この太陽歯車軸１２の出力側端部には、フランジ１３が形成されている。このフランジ１３には、例えば、駆動対象としての圧縮機Ｃのロータが接続される。太陽歯車軸１２は、太陽歯車１１の出力側に配置されている太陽歯車軸受４２により、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持されている。太陽歯車軸受４２は、変速ケーシング４１に取り付けられている。

遊星歯車キャリア２１は、複数の遊星歯車１５毎に設けられている遊星歯車軸２２と、複数の遊星歯車軸２２相互の位置を固定するキャリア本体２３と、キャリア本体２３に固定され軸線Ａｒを中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸２７と、を有する。

遊星歯車軸２２は、遊星歯車１５の中心線Ａｐを軸方向に貫通し、遊星歯車１５をその中心線を中心として自転可能に支持する。キャリア本体２３は、複数の遊星歯車軸２２から径方向外側に延びる出力側アーム部２４と、軸線Ａｒを中心として円筒状を成し出力側アーム部２４の径方向外側端から入力側に延びる円筒部２５と、円筒部２５の出力側端から径方向内側に延びる入力側アーム部２６と、を有する。

遊星歯車キャリア軸２７としては、出力側アーム部２４から出力側に延びる出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏと、入力側アーム部２６から入力側に延びる入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉと、がある。各遊星歯車キャリア軸２７ｏ，２７ｉは、いずれも、軸線Ａｒを中心として円筒状を成す。出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏは、出力側アーム部２４よりも出力側に配置されている遊星歯車キャリア軸受４３により、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持されている。この遊星歯車キャリア軸受４３は、変速ケーシング４１に取り付けられている。出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏの内周側には、太陽歯車軸１２が挿通されている。入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉは、入力側アーム部２６よりも入力側に配置されている遊星歯車キャリア軸受４４により、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持されている。この遊星歯車キャリア軸受４４は、変速ケーシング４１に取り付けられている。入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの入力側端には、径方向外側に向かって広がる環状のフランジ２８が形成されている。

内歯車キャリア３１は、内歯車１７が固定されているキャリア本体３３と、キャリア本体３３に固定され軸線Ａｒを中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸３７と、を有する。

キャリア本体３３は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成し、内周側に内歯車１７が固定されている円筒部３５と、円筒部３５の入力側端から径方向内側に延びる入力側アーム部３６と、を有する。

内歯車キャリア軸３７は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成し、同じく軸線Ａｒを中心として円柱状を成す太陽歯車軸１２の入力側に配置されている。キャリア本体３３の入力側アーム部３６には、この内歯車キャリア軸３７に固定されている。内歯車キャリア軸３７の入力側端には、径方向外側に向かって広がる環状又は円板状のフランジ３８が形成されている。この内歯車キャリア軸３７の入力側の部分は、円筒状の入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの内周側に挿通されている。内歯車キャリア軸３７のフランジ３８と、入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉのフランジ２８とは、軸方向における位置がほぼ一致している。

電動装置５０は、図３に示すように、定速入力軸Ａｃとしての内歯車キャリア軸３７を回転駆動させる定速電動機５１と、可変速入力軸Ａｖとしての入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉを回転駆動させる可変速電動機７１と、これらを冷却するための冷却ファン９１と、この冷却ファン９１を覆うファンカバー９２と、を有する。

本実施形態において、定速電動機５１は、例えば、４極の誘導電動機である。また、可変速電動機７１は、極数が定速電動機５１よりも多い１２極の誘導電動機である。

定速電動機５１は、軸線Ａｒを中心として自転し、定速入力軸Ａｃである内歯車キャリア軸３７に接続される定速ロータ５２と、定速ロータ５２の外周側に配置されている定速ステータ６６と、定速ステータ６６が内周側に固定されている定速電動機ケーシング６１と、を有している。

定速ロータ５２は、定速ロータ軸５３と、定速ロータ軸５３の外周に固定されている導体５６と、を有する。また、定速ロータ軸５３は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成し、その外周に導体５６が固定されている定速ロータ本体軸５４と、軸線Ａｒを中心として円柱状を成し、定速ロータ本体軸５４の出力側に固定されている定速ロータ延長軸５５と、を有する。定速ロータ延長軸５５の軸方向の両端には、それぞれ、径方向外側に向かって広がる環状又は円板状のフランジ５５ｉ，５５ｏが形成されている。定速ロータ本体軸５４の出力側端には、径方向外側に向かって広がる環状又は円板状のフランジ５４ｏが形成されている。定速ロータ延長軸５５と定速ロータ本体軸５４とは、それぞれのフランジ５５ｉ，５５ｏ，５４ｏが互いにボルト等で接続されていることで、一体化している。定速ロータ本体軸５４の入力側端には、前述の冷却ファン９１が固定されている。

定速ステータ６６は、定速ロータ５２の導体５６の径方向外側に配置されている。この定速ステータ６６は、複数のコイルで形成されている。

定速電動機ケーシング６１は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成し、内周側に定速ステータ６６が固定されているケーシング本体６２と、円筒状のケーシング本体６２の軸方向の両端を塞ぐ蓋６３ｉ，６３ｏとを有している。各蓋６３ｉ，６３ｏには、定速ロータ本体軸５４を、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持する定速ロータ軸受６５ｉ，６５ｏが取り付けられている。また、各蓋６３ｉ，６３ｏには、定速ロータ軸受６５ｉ，６５ｏよりも径方向外側の位置で、軸方向に貫通する複数の開口６４が形成されている。

定速ロータ本体軸５４の入力側端は、定速電動機ケーシング６１の入力側の蓋６３ｉから、入力側に突出している。この定速ロータ本体軸５４の入力側端に、前述の冷却ファン９１が固定されている。このため、定速ロータ５２が回転すると、冷却ファン９１も定速ロータ５２と一体的に回転する。ファンカバー９２は、冷却ファン９１の外周側に配置されている円筒状のカバー本体９３と、カバー本体９３の入口側の開口に取り付けられ、複数の空気孔が形成されている空気流通板９４と、を有する。このファンカバー９２は、定速電動機ケーシング６１の入力側の蓋６３ｉに固定されている。

可変速電動機７１は、軸線Ａｒを中心として自転し、可変速入力軸Ａｖである入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉに接続される可変速ロータ７２と、可変速ロータ７２の外周側に配置されている可変速ステータ８６と、可変速ステータ８６が内周側に固定されている可変速電動機ケーシング８１と、を有している。

可変速ロータ７２は、可変速ロータ軸７３と、定速ロータ軸５３の外周に固定されている導体７６と、を有する。可変速ロータ軸７３は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成し、軸方向に貫通した軸挿通孔７４が形成されている。可変速ロータ軸７３の軸挿通孔７４には、定速ロータ延長軸５５が挿通されている。可変速ロータ軸７３の出力側端には、径方向外側に向かって広がる環状のフランジ７３ｏが形成されている。可変速ロータ軸７３のフランジ７３ｏと、定速ロータ延長軸５５の出力側端に形成されているフランジ５５ｏとは、軸方向における位置がほぼ一致している。

本実施形態では、軸挿通孔７４が形成されている可変速ロータ７２が第一ロータを成し、この軸挿通孔７４に挿通される定速ロータ５２が第二ロータを成す。

可変速ステータ８６は、可変速ロータ７２の導体５６，７６の径方向外側に配置されている。この可変速ステータ８６は、複数のコイルで形成されている。

可変速電動機ケーシング８１は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成し、内周側に可変速ステータ８６が固定されているケーシング本体８２と、円筒状のケーシング本体８２の出力側端を塞ぐ出力側蓋８３ｏと、可変速ステータ８６よりも入力側に配置され円筒状のケーシング本体８２の内周側に固定されている入口側蓋８３ｉと、を有している。各蓋８３ｉ，８３ｏには、可変速ロータ軸７３を、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持する可変速ロータ軸受８５ｉ，８５ｏが取り付けられている。また、各蓋８３ｉ，８３ｏには、可変速ロータ軸受８５ｉ，８５ｏよりも径方向外側の位置で、軸方向に貫通する複数の開口８４が形成されている。

以上のように、可変速電動機ケーシング８１の各蓋８３ｉ，８３ｏに形成されている複数の開口８４、及び、定速電動機ケーシング６１の各蓋６３ｉ，６３ｏに形成されている複数の開口６４により、可変速電動機ケーシング８１内の空間と定速電動機ケーシング６１内の空間とが連通している。

また、本実施形態の可変電動機システムにおいて、定速ロータ５２と、可変速ロータ７２と、太陽歯車軸１２とは同一の軸線上に配置されている。

本実施形態の可変電動機システムは、さらに、可変速入力軸Ａｖである入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉと可変速ロータ７２との間に配置され、両者を接続する可変速用フレキシブルカップリング９５と、定速入力軸Ａｃである内歯車キャリア軸３７と定速ロータ５２との間に配置され、両者を接続する定速用フレキシブルカップリング９７と、を備えている。

可変速用フレキシブルカップリング９５は、円筒状を成し、円筒の中心軸線Ａｒに対して少なくとも垂直な各方向に可撓性を有する円筒部９６と、円筒部９６の両側に設けられている環状のフランジ９５ｉ，９５ｏと、を有する。

定速用フレキシブルカップリング９７は、円筒状又は円柱状を成し、円筒又は円柱の中心軸線Ａｒに対して少なくとも垂直な各方向に可撓性を有する円筒部９８と、円筒部９８の両側に設けられている環状又は円板状のフランジ９７ｉ，９７ｏと、を有する。

可変速用フレキシブルカップリング９５は、定速用フレキシブルカップリング９７の外周側の配置されている。定速用フレキシブルカップリング９７の軸方向の長さ寸法と、可変速用フレキシブルカップリング９５の軸方向の長さ寸法とは、同じである。

可変速用フレキシブルカップリング９５の各フランジ９５ｉ，９５ｏの外径寸法と、遊星歯車キャリア２１のフランジ２８の外径寸法と、可変速ロータ７２のフランジ７３ｏの外径寸法とは、同じである。このため、以上の各フランジ２８，７３ｏ，９５ｉ，９５ｏは、軸方向で互いに対向している。よって、遊星歯車キャリア２１のフランジ２８と可変速ロータ７２のフランジ７３ｏとを一般的なフレキシブルカップリングで接続することができる。

可変速用フレキシブルカップリング９５の出力側フランジ９５ｏと、遊星歯車キャリア２１のフランジ２８とは、ボルト等で互いに接続されている。また、可変速用フレキシブルカップリング９５の入力側フランジ９５ｉと、可変速ロータ７２のフランジ７３ｏとは、ボルト等で互いに接続されている。

また、定速用フレキシブルカップリング９７の各フランジ９７ｉ，９７ｏの外径寸法と、内歯車キャリア３１のフランジ３８の外径寸法と、定速ロータ延長軸５５の出力側フランジ５５ｏの外径寸法とは、同じである。このため、以上の各フランジ３８，５５ｏ，９７ｉ，９７ｏも、軸方向で互いに対向している。よって、内歯車キャリア３１のフランジ３８と定速ロータ延長軸５５の出力側フランジ５５ｏとを一般的なフレキシブルカップリングで接続することができる。

定速用フレキシブルカップリング９７の出力側フランジ９７ｏと、内歯車キャリア３１のフランジ３８とは、ボルト等で互いに接続されている。また、定速用フレキシブルカップリング９７の入力側フランジ９７ｉと、定速ロータ延長軸５５の出力側フランジ５５ｏとは、ボルト等で互いに接続されている。

なお、以上では、可変速用フレキシブルカップリング９５の円筒部９６及び定速用フレキシブルカップリング９７の円筒部９８は、いずれも、円筒又は円柱の中心軸線Ａｒに対して少なくとも垂直な各方向に可撓性を有するものである。しかしながら、これらのカップリング９５，９７の円筒部９６，９８は、円筒又は円柱の中心軸線Ａｒに対して少なくとも垂直な各方向に、入力側に対して出力側が相対移動可能であれば、可撓性を有するものでなくてもよい。

また、本実施形態では、第一ロータである可変速ロータ７２に接続される可変速用フレキシブルカップリング９５が第一フレキシブルカップリングを成し、第二ロータである定速ロータ５２に接続される定速用フレキシブルカップリング９７が第二フレキシブルカップリングを成す。

さらに、本実施形態では、第一ロータである可変速ロータ７２に、第一フレキシブルカップリングである可変速用フレキシブルカップリング９５を介して接続される可変速入力軸Ａｖが第一入力軸を成す。また、本実施形態では、第二ロータである定速ロータ５２に、第二フレキシブルカップリングである定速用フレキシブルカップリング９７を介して接続される定速入力軸Ａｃが第二入力軸を成す。よって、第一ロータである可変速ロータ７２のフランジ７３ｏがロータ側接続部を成し、第一入力軸である可変速入力軸Ａｖのフランジ２８が変速装置側接続部を成す。
また、本実施形態では、定速ロータ軸５３（定速ロータ延長軸５５）を可変速ロータ軸７３の軸挿通孔７４に貫通させており、図１の左側より定速電動機５１、可変速電動機７１、変速装置、圧縮機Ｃの順に直線状に配置している。

本実施形態の可変電動機システムは、さらに、図１に示すように、可変速電動機７１に供給する電力の周波数を変える周波数変換装置１００と、定速電動機５１を電力供給状態と電力断状態とにする第一スイッチ１１１と、可変速電動機７１を電力供給状態と電力断状態とにする第二スイッチ１１２と、周波数変換装置１００、第一スイッチ１１１及び第二スイッチ１１２の動作を制御する制御器１２０と、を備えている。

第一スイッチ１１１は、電源線１１０と定速電動機５１とに電気的に接続されている。第二スイッチ１１２は、電源線１１０と周波数変換装置１００とに電気的に接続されている。この周波数変換装置１００は、可変速電動機７１と電気的に接続されている。

制御器１２０は、コンピュータで構成されている。この制御器１２０は、オペレータからの指示を直接受け付ける又は上位制御装置からの指示を受け付ける受付部１２１と、第一スイッチ１１１、第二スイッチ１１２及び周波数変換装置１００に指示を与えるインタフェース１２２と、受付部１２１で受け付けた指示等に応じて、第一スイッチ１１１、第二スイッチ１１２及び周波数変換装置１００に対する指示を作成する演算部１２３と、を有する。

第一スイッチ１１１は、制御器１２０からのオン指示でオンになり、制御器１２０からのオフ指示でオフになる。第一スイッチ１１１がオンになると、電源線１１０からの電力が定速電動機５１に供給され、定速電動機５１は電力供給状態になる。第一スイッチ１１１がオフになると、電源線１１０から定速電動機５１への電力供給が断たれ、定速電動機５１は電力断状態になる。

第二スイッチ１１２は、制御器１２０からのオン指示でオンになり、制御器１２０からのオフ指示でオフになる。第二スイッチ１１２がオンになると、電源線１１０からの電力が周波数変換装置１００を介して可変速電動機７１に供給され、可変速電動機７１は電力供給状態になる。第二スイッチ１１２がオフになると、電源線１１０から周波数変換装置１００及び可変速電動機７１への電力供給が断たれ、可変速電動機７１は電力断状態になる。

周波数変換装置１００は、制御器１２０から指示された周波数の電力を可変速電動機７１に供給する。可変速電動機７１の可変速ロータ７２は、この周波数に応じた回転数で回転する。このように、可変速ロータ７２の回転数が変化するため、可変速ロータ７２に接続されている変速装置１０の遊星歯車キャリア２１の回転数も変化する。この結果、変速装置１０の出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２の回転数も変化する。

ここで、変速装置１０の各歯車の歯数と、変速装置１０の各軸の回転数との関係について、図４を用いて説明する。

出力軸Ａｏとしての太陽歯車軸１２の回転数ωsを、定速入力軸Ａｃとしての内歯車キャリア軸３７の回転数ωiを、可変速入力軸Ａｖとしての入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの回転数をωhとする。また、太陽歯車１１の歯数Ｚsを、内歯車１７の歯数Ｚiをとする。

この場合、各歯車の歯数と、変速装置１０の各軸の回転数との関係は、以下の式（１）で表すことができる。
ωs／ωi ＝ ωh／ωi −（１−ωh／ωi ）×Ｚi／Ｚs ・・・・・（１）

仮に、定速電動機５１が前述したように４極の誘導電動機で、電源周波数が５０Ｈｚの場合、定速ロータ５２の回転数、定速入力軸Ａｃの回転数ωiは１５００ｒｐｍとなる。また、可変速電動機７１が前述したように１２極の誘導電動機で、電源周波数が５０Ｈｚの場合、可変速ロータ７２の最高回転数、可変速入力軸Ａｖの最高回転数ωhは５００ｒｐｍとなる。また、仮に、太陽歯車１１の歯数Ｚsと内歯車１７の歯数Ｚiと比Ｚi／Ｚsを８とする。

この場合、定速ロータ５２の回転の向きを正回転とし、可変速ロータ７２の回転の向きが定速ロータ５２の回転と逆向きの最高回転数（−５００ｒｐｍ）であると、出力軸Ａｏの回転数は、−１６５００ｒｐｍとなる。

また、定速ロータ５２の回転の向きを正回転とし、可変速ロータ７２の回転の向きが定速ロータ５２の回転と同じ向きの最高回転数（＋５００ｒｐｍ）であると、出力軸Ａｏの回転数は、−７５００ｒｐｍとなる。

定速ロータ５２の回転の向きを正回転とし、可変速ロータ７２の回転数が０ｒｐｍであると、出力軸Ａｏの回転数は、−１２０００ｒｐｍとなる。

定速ロータ５２の回転の向きを正回転とし、可変速ロータ７２の回転の向きが定速ロータ５２の回転と逆向きの最少回転数（−５０ｒｐｍ）であると、出力軸Ａｏの回転数は、−１２４５０ｒｐｍとなる。

定速ロータ５２の回転の向きを正回転とし、可変速ロータ７２の回転の向きが定速ロータ５２の回転と同じ向きの最少回転数（＋５０ｒｐｍ）であると、出力軸Ａｏの回転数は、−１１５５０ｒｐｍとなる。

このため、仮に、定速ロータ５２の回転数が＋１５００ｒｐｍで、周波数変換装置１００による周波数制御で、可変速ロータ７２の回転数を−５０〜−５００ｒｐｍの範囲で制御できる場合、言い換えると、可変速電動機７１に供給する電力の周波数を５〜５０Ｈｚの範囲で制御できる場合、出力軸Ａｏの回転数を−１２４５０〜−１６５００ｒｐｍの範囲に制御することができる。

次に、本実施形態の可変電動機システムの起動から停止までの動作について、図５に示すフローチャートに従って説明する。

制御器１２０は、外部から可変電動機システムの起動指示を受け付けると（Ｓ１０）、第二スイッチ１１２に対してオン指示を出力すると共に（Ｓ１１）、周波数変換装置１００へ最少周波数を指示する（Ｓ１２）。ここで、最少周波数とは、周波数変換装置１００が設定可能な最少の周波数、又はオペレータ等が予め設定した最少の周波数である。ここでは、例えば、電源周波数（５０Ｈｚ）の１／１０を最少周波数（５Ｈｚ）とする。

第二スイッチ１１２は、制御器１２０からオン指示を受けると、この第二スイッチ１１２はオンになり、電源線１１０からの電力が周波数変換装置１００に供給される。また、周波数変換装置１００は、制御器１２０から周波数の指示値として最少周波数を受け付けると、電源線１１０からの電力の周波数を最少周波数に変換して可変速電動機７１に供給する。この結果、可変速電動機７１は、最少周波数の電力が供給されている電力供給状態になる。本実施形態の可変速電動機７１は、電源周波数と同じ周波数（最高周波数：５０Ｈｚ）の電力を受け付けた場合、前述したように、その回転数が最高回転数の５００ｒｐｍとなる。このため、電源周波数の１／１０を最少周波数（５Ｈｚ）の電力を受け付けた場合、可変速電動機７１の回転数は、前述したように、最少回転数の５０ｒｐｍとなる。なお、ここでの可変速電動機７１の回転の向きは、定速電動機５１の回転の向きとは逆向きであるとする。このため、可変速電動機７１の回転数は、定速電動機５１の回転の向きを正回転とすると、−５０ｒｐｍとなる。

仮に、定速電動機５１が回転せず、定速電動機５１及びこれに接続されている定速入力軸Ａｃの回転数が０ｒｐｍの場合、変速装置１０の各歯車の歯数と、変速装置１０の各軸の回転数との関係は、以下の式（２）で表すことができる。
ωs／ωh＝Ｚi／Ｚs＋１ ・・・・・（２）

前述の場合と同様、太陽歯車１１の歯数Ｚsと内歯車１７の歯数Ｚiと比Ｚi／Ｚsを８とすると、可変速電動機７１及びこれに接続されている可変速入力軸Ａｖの回転数ωhが最少回転数の−５０ｒｐｍの場合、出力軸Ａｏの回転数ωsは、−４５０ｒｐｍとなる。

このように、定速電動機５１が回転していないときに、可変速電動機７１のみを最低回転数の回転させたときの出力軸Ａｏの回転数ωsは、定速電動機５１及び可変速電動機７１が共に回転しているいときの出力軸Ａｏωsの回転数範囲（−１２４５０〜−１６５００ｒｐｍ）に比べて遥に小さな回転数になる。

このため、本実施形態では、出力軸Ａｏに接続されている駆動対象が仮に圧縮機Ｃであり、そのＧＤ^２が大きい場合でも、電動装置５０の起動負荷トルクを小さくすることができる。

制御器１２０は、可変速電動機７１の可変速ロータ７２が回転し始め、出力軸Ａｏが回転し始めると、第一スイッチ１１１に対してオン指示を出力する（Ｓ１３）。

第一スイッチ１１１は、制御器１２０からオン指示を受けると、この第一スイッチ１１１はオンになり、電源線１１０からの電力が定速電動機５１に供給され、定速電動機５１は、電力供給状態になる。本実施形態の定速電動機５１は、電源線１１０からの電力を受け付けた場合、前述したように、その回転数が例えば１５００ｒｐｍとなる。

定速電動機５１及びこれに接続されている定速入力軸Ａｃの回転数が１５００ｒｐｍで、可変速電動機７１及びこれに接続されている可変速入力軸Ａｖの回転数が最少の５０ｒｐｍ（但し、定速入力軸Ａｃの回転の向きとは逆向き）の場合、出力軸Ａｏの回転数は、前述したように、例えば、制御可能な最少回転数である１２４５０ｒｐｍ（但し、定速入力軸Ａｃの回転の向きとは逆向き）になる。

制御器１２０は、その後、出力軸Ａｏの目標回転数の指示の受け付け（Ｓ１４）、又は停止指示の受け付け付け（Ｓ１６）を待ち、目標回転数の指示を受け付けると、受け付けた目標回転数に応じた周波数を周波数変換装置１００に指示する（Ｓ１５）。

周波数変換装置１００は、この指示を受け付けると、可変速電動機７１に、受け付けた目標回転数に応じた周波数の電力を供給する。可変速電動機７１及びこれに接続されている可変速入力軸Ａｖの回転数は、出力軸Ａｏの目標回転数に応じた回転数（−５０〜−５００ｒｐｍ）になり、結果として、出力軸Ａｏの回転数は目標回転数（−１２４５０〜−１６５００ｒｐｍ）になる。

制御器１２０は、受け付けた目標回転数に応じた周波数を周波数変換装置１００に指示した後（Ｓ１５）、再び、出力軸Ａｏの目標回転数の指示の受け付け（Ｓ１４）、又は停止指示の受け付け付け（Ｓ１６）を待ち状態になる。制御器１２０は、この状態で、停止指示を受け付けると、第一スイッチ１１１及び第二スイッチ１１２に対してオフ指示を出力する（Ｓ１７）。

第一スイッチ１１１及び第二スイッチ１１２は、制御器１２０からオフ指示を受けると、いずれもオフになる。このため、電源線１１０からの電力が定速電動機５１及び可変速電動機７１に供給されなくなり、定速電動機５１及び可変速電動機７１は、それぞれ電力断状態になる。この結果、出力軸Ａｏは、停止する。

以上のように、本実施形態では、電動装置５０の起動負荷トルクを小さくすることができる。

また、本実施形態では、変速装置１０の軸線Ａｒ上に定速電動機５１の定速ロータ５２及び可変速電動機７１の可変速ロータ７２を配置しているので、変速装置１０の軸線Ａｒから径方向に離れた位置に定速ロータ５２及び可変速ロータ７２を配置する場合よりも、全体として小型化を図ることができる。さらに、本実施形態では、変速装置１０の軸線Ａｒから径方向に離れた位置に定速ロータ５２及び可変速ロータ７２を配置する場合のように、ベルトやプーリー等の伝達機構を設ける必要がないため、この観点からの装置の小型化、さらに部品点数の減少による製造コストの低減を図ることができる。また、本実施形態では、変速装置１０の軸線Ａｒから径方向に離れた位置に定速ロータ５２及び可変速ロータ７２を配置する場合のように、ベルトやプーリー等の伝達機構を設ける必要がないため、変速装置１０の軸線Ａｒ上に位置する軸に対してベルト等から曲げ荷重がかからず、振動の低減も図ることができる。

本実施形態では、電動装置５０の定速ロータ５２と変速装置１０の定速入力軸Ａｃとを定速用フレキシブルカップリング９７で接続しているので、定速ロータ５２と定速入力軸Ａｃとの間の偏芯・偏角・振れを許容することができる。さらに、本実施形態では、電動装置５０の可変速ロータ７２と変速装置１０の可変速入力軸Ａｖとを可変速用フレキシブルカップリング９５で接続しているので、可変速ロータ７２と可変速入力軸Ａｖとの間の偏芯・偏角・振れを許容することができる。このため、本実施形態では、電動装置５０に対する変速装置１０の芯出し作業の手間を最小限に抑えることができると共に、電動装置５０から変速装置１０への軸振れの伝達、変速装置１０から電動装置５０への軸振れの伝達を抑制することができる。

また、本実施形態では、定速用フレキシブルカップリング（第二フレキシブルカップリング）９７が可変速用フレキシブルカップリング（第一フレキシブルカップリング）９５の内周側に配置されているものの、定速用フレキシブルカップリング（第二フレキシブルカップリング）９７の軸方向の長さ寸法が可変速用フレキシブルカップリング（第一フレキシブルカップリング）９５の軸方向の長さ寸法以下であるため、各フレキシブルカップリング９７，９５の取り付け作業を容易に行うことができる。

本実施形態では、定速電動機ケーシング６１に対して可変速電動機ケーシング８１が固定されている。このため、本実施形態では、可変電動機システムの製造工場からの出荷前に、定速ロータ５２に対して、可変速ロータ７２を正確に位置決め（芯出し）を行うことができる。よって、本実施形態では、設置現場において、定速ロータ５２に対する可変速ロータ７２の位置決め作業を省くことができる。

本実施形態では、定速ロータ５２が回転すると、この定速ロータ５２の端に設けられている冷却ファン９１も回転する。この冷却ファン９１の回転により、外部の空気が定速電動機ケーシング６１内に流入して、定速ロータ５２や定速ステータ６６等を冷却する。さらに、本実施形態では、定速電動機ケーシング６１と可変速電動機ケーシング８１とが連通しているため、定速電動機ケーシング６１内に流入した空気が可変速電動機ケーシング８１内にも流入して、可変速ロータ７２や可変速ステータ８６等を冷却する。よって、本実施形態では、一つの冷却ファン９１で、二つの電動機を冷却することができ、この観点から、装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

また、本実施形態では、定速ロータ５２と、可変速ロータ７２と、太陽歯車軸１２とが同一の軸線上に配置されていることによって、可変電動機システムの据え付けスペース（設置空間）を少なくすることができる。また、回転を伝達するための部品（かさ歯車など）が不要となり、部品点数の増加を抑制、製造コストの低減を図ることができる。
また、本実施形態では、軸挿通孔７４が形成された円筒状の軸である可変速ロータ軸７３に棒状の軸である定速ロータ軸５３（定速ロータ延長軸５５）が挿通されている。即ち、出力の大きな定速電動機５１の定速ロータ軸５３が定速電動機５１よりも出力の小さい可変速電動機７１の可変速ロータ軸７３に挿通されている。これにより、定速電動機５１としてより大きな出力（馬力）のあるものを採用することができる。
また、本実施形態では、定速電動機５１、可変速電動機７１、変速装置、圧縮機Ｃの順に直線状に配置していることにより、装置全体をよりコンパクトにすることができる。

「第二実施形態」
本発明に係る可変電動機システムの第二実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。

本実施形態の可変電動機システムは、図６に示すように、第一実施形態の駆動力付与装置と同様、電動装置５０、変速装置１０ａ、周波数変換装置１００ａ、第一スイッチ１１１、第二スイッチ１１２、及び制御器１２０ａと、を備えている。これらのうち、電動装置５０、第一スイッチ１１１、及び第二スイッチ１１２は、第一実施形態のものと同一である。

本実施形態の変速装置１０ａは、軸線Ａｒを中心とした遊星歯車キャリア２１の自転を拘束するブレーキ３９を備えている。遊星歯車キャリア２１は、キャリア本体２３から外周側に広がり環状を成すブレーキディスク２９を有する。ブレーキ３９は、変速ケーシング４１に取り付けられ、遊星歯車キャリア２１のブレーキディスク２９を挟み込んで、遊星歯車キャリア２１を回転不能に拘束する。

本実施形態の周波数変換装置１００ａは、可変速電動機７１に供給する電力の周波数を変えることができると共に、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変えることができる。即ち、可変速電動機７１を用いて発電することができる。よって、本実施形態の周波数変換装置１００ａは、可逆周波数変換装置であり、可変速電動機７１の可変速ロータ７２の回転の向きを変えることができる。

本実施形態の制御器１２０ａは、第一実施形態の制御器１２０と同様に、周波数変換装置１００ａ、第一スイッチ１１１及び第二スイッチ１１２の動作を制御する。さらに、本実施形態の制御器１２０ａは、周波数変換装置１００ａに対して、可変速電動機７１に供給する電流の向きの変更を指示する。また、本実施形態の制御器１２０ａは、変速装置１０ａのブレーキ３９による遊星歯車キャリア２１の回転拘束を指示すると共に、この拘束の解除を指示する。

第一実施形態では、定速ロータ５２の回転数が＋１５００ｒｐｍで、周波数変換装置１００による周波数制御で、可変速ロータ７２の回転数を−５０〜−５００ｒｐｍの範囲で制御して、出力軸Ａｏの回転数を−１２４５０〜−１６５００ｒｐｍの範囲に制御する。仮に、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変えることができれば、可変速ロータ７２の回転数を＋５０〜＋５００ｒｐｍにすることが可能になり、前述したように、出力軸Ａｏの回転数を−１１５５０〜−７５００ｒｐｍにすることができる。

このため、本実施形態では、周波数変換装置１００ａとして、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変えることができる可逆周波数変換装置を採用し、出力軸Ａｏの回転数の可変領域を広げている。

本実施形態の可変電動機システムの起動及び停止動作は、第一実施形態の可変電動機システムの動作と同じである。本実施形態の可変電動機システムは、変速装置１０ａの出力軸Ａｏが回転し始めた後、出力軸Ａｏの回転数を所望の回転数に変更する際の動作が第一実施形態の可変電動機システムの動作と異なる。

そこで、以下では、出力軸Ａｏの回転数を所望の回転数に変更する際の可変電動機システムの動作について、図７にフローチャートに従って説明する。

制御器１２０ａは、第一実施形態と同様に、第一スイッチ１１１に対してオン指示を出力し（Ｓ１３）、定速電動機５１が例えば１５００ｒｐｍで回転し始めてから、出力軸Ａｏの目標回転数の指示の受け付けると（Ｓ１４）、この目標回転数の実現のために可変速電動機７１に供給する電流の向きを変える必要があるか否かを判断する（Ｓ２０：判断工程）。

制御器１２０ａは、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変える必要があると判断すると、周波数変換装置１００ａに対して最少周波数を指示する（Ｓ２１：第一最少周波数指示工程）。

周波数変換装置１００ａは、制御器１２０ａから周波数の指示値として最少周波数を受け付けると、電源線１１０からの電力の周波数を最少周波数に変換して可変速電動機７１に供給する。この結果、可変速電動機７１は、最少周波数の電力が供給されている電力供給状態になる。このため、可変速電動機７１は、定速電動機５１の回転の向きと逆向きで回転している場合には最少回転数の−５０ｒｐｍになり、定速電動機５１の回転の向きと同じ向きで回転している場合には最少回転数の＋５０ｒｐｍとなる。この結果、変速装置１０ａの出力軸Ａｏの回転数は、可変速電動機７１が定速電動機５１の回転の向きと逆向きで回転している場合には−１２４５０ｒｐｍになり、可変速電動機７１が定速電動機５１の回転の向きと同じ向きで回転している場合には−１１５５０ｒｐｍとなる。

可変速電動機７１の回転数が最少回転数になると（−５０ｒｐｍ ｏｒ ＋５０ｒｐｍ）、制御器１２０ａは、第二スイッチ１１２に対してオフ指示を出力すると共に（Ｓ２２：スイッチオフ指示工程）、ブレーキ３９に対して遊星歯車キャリア２１（又は可変速入力軸Ａｖ）の回転拘束を指示する（Ｓ２３）。このため、可変速電動機７１は、電力断状態になると共に、この可変速電動機７１に接続されている遊星歯車キャリア２１（又は可変速入力軸Ａｖ）の軸線Ａｒを中心とした回転が停止する。

遊星歯車キャリア２１（又は可変速入力軸Ａｖ）の回転が停止すると、制御器１２０ａは、ブレーキ３９に対して遊星歯車キャリア２１（又は可変速入力軸Ａｖ）の回転拘束の解除を指示すると共に（Ｓ２４）、第二スイッチ１１２に対してオン指示を出力する（Ｓ２５）。さらに、制御器１２０ａは、周波数変換装置１００ａに対して、可変速電動機７１に供給する電流の向きの変更を指示すると共に（Ｓ２６）、最少周波数を指示する（Ｓ２７：第二最少周波数指示工程）。このため、可変速電動機７１は、供給される電流の向きが逆向きになった電力供給状態になり、その回転数が最少回転数になり、その回転の向きが逆向きになる。よって、可変速電動機７１は、先に定速電動機５１の回転の向きと逆向きで回転していた場合には、その回転の向きが定速電動機５１の回転の向きと同じになり、その回転数は最少回転数の＋５０ｒｐｍになる。この結果、変速装置１０ａの出力軸Ａｏの回転数は、−１１５５０ｒｐｍになる。また、可変速電動機７１は、先に定速電動機５１の回転の向きと同じ向きで回転していた場合には、その回転の向きが定速電動機５１の回転の向きと逆向きになり、その回転数は最少回転数の−５０ｒｐｍになる。この結果、変速装置１０ａの出力軸Ａｏの回転数は、−１２４５０ｒｐｍになる。なお、本実施形態において、前述のＳ２５及びＳ２６での処理工程がスイッチオン・電流向き変更指示工程を成す。また、本実施形態において、前述のＳ２３及びＳ２４での処理工程がブレーキ動作指示工程を成す。

可変速電動機７１の回転数が最少回転数になると、制御器１２０ａは、第一実施形態と同様に、ステップ１４（Ｓ１４）で受け付けた出力軸Ａｏの目標回転数に応じた周波数を周波数変換装置１００ａに指示する（Ｓ１５：目標周波数指示工程）。

また、制御器１２０ａは、ステップ２０（Ｓ２０）で電流の向きの変更が不要であると判断した場合も、ステップ１４（Ｓ１４）で受け付けた出力軸Ａｏの目標回転数に応じた周波数を周波数変換装置１００ａに指示する（Ｓ１５：目標周波数指示工程）。

周波数変換装置１００ａは、この指示を受け付けると、可変速電動機７１に、受け付けた目標回転数に応じた周波数の電力を供給する。可変速電動機７１及びこれに接続されている可変速入力軸Ａｖの回転数は、出力軸Ａｏの目標回転数に応じた回転数（＋５０〜＋５００ｒｐｍ ｏｒ −５０〜−５００ｒｐｍ）になり、結果として、出力軸Ａｏの回転数は目標回転数（−７５００〜−１１５５０ｒｐｍ ｏｒ−１２４５０〜−１６５００ｒｐｍ）になる。

以上のように、本実施形態では、前述したように、周波数変換装置１００ａとして、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変えることができる可逆周波数変換装置を採用しているので、出力軸Ａｏの回転数の可変領域を広げることができる。

また、本実施形態では、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変えて、可変速電動機７１の回転の向きを変える場合、回転数を現状の回転の向きでの最小回転数にした後、この可変速電動機７１及びこれに接続されている可変速入力軸Ａｖの回転を拘束する。そして、本実施形態では、可変速入力軸Ａｖの回転の拘束を解除した後、可変速電動機７１の回転の向きを先の回転の向きとは逆向きにし、その回転数を最少回転数にしてから、その回転数を出力軸Ａｏの目標回転数に応じた回転数にする。このため、本実施形態では、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変える場合、出力軸Ａｏの回転数、可変速電動機７１の回転数の急激な変化を抑えることができ、この場合の可変速電動機７１にかかる負荷を低減することができる。

なお、以上の実施形態では、変速装置１０ａにブレーキ３９を設け、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変える際に、このブレーキ３９で可変速電動機７１に接続されている可変速入力軸Ａｖの回転を一時的に拘束している。しかしながら、変速装置１０ａにブレーキ３９を設けず、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変える際に、可変速電動機７１に接続されている可変速入力軸Ａｖの回転を拘束しなくてもよい。但し、この場合、本実施形態の場合よりも、可変速電動機７１に供給する電流の向きを変える際に可変速電動機７１にかかる負荷が増加することになる。

「第三実施形態」
本発明に係る可変電動機システムの第三実施形態について、図８及び図９を用いて説明する。

本実施形態の可変電動機システムは、図８に示すように、電動装置５０を構成する定速電動機５１の定速電動機ケーシング６１と可変速電動機７１の可変速電動機ケーシング８１とが分離され、可変速電動機ケーシング８１と変速装置１０の変速ケーシング４１とが一体とされている。
電動装置５０は、電動装置支持部５０Ｓによって架台９０に固定されている。可変速電動機７１は、可変速電動機支持部７１Ｓによって架台９０に固定されている。変速装置１０は、変速装置支持部１０Ｓによって架台９０に固定されている。また、駆動対象としての圧縮機Ｃも図示しない支持部によって架台９０に固定されている。なお、本実施形態の可変速電動機ケーシング８１と変速ケーシング４１とは一体とされているため、支持部は、可変速電動機支持部７１Ｓと変速装置支持部１０Ｓの少なくとも一方が設けられていればよい。
なお、架台９０は、電動装置５０用、可変速電動機７１と変速装置１０用、及び圧縮機Ｃ用に分割されていてもよいし、又はいずれかの組み合わせで一体化されていてもよい。

可変速電動機ケーシング８１と、変速ケーシング４１とは、強固に接続されている。即ち、可変速電動機ケーシング８１の出力側蓋８３ｏと、変速ケーシング４１とは、例えば、ボルト又は溶接によって強固に接合されている。
定速ロータ軸５３を構成する定速ロータ本体軸５４と、可変速ロータ軸７３の軸挿通孔７４に挿通されている定速ロータ延長軸５５とは、定速用フレキシブルカップリング９７によって接続されている。即ち、本実施形態の定速ロータ軸５３は、定速ロータ本体軸５４と、定速ロータ延長軸５５と、定速用フレキシブルカップリング９７と、を有する。

定速ロータ延長軸５５と内歯車キャリア軸３７とは、定速ロータ延長軸５５のフランジ５５ｏと内歯車キャリア軸３７のフランジ３８を介して固定されている。又は、定速ロータ延長軸５５と、内歯車キャリア軸３７とは、フランジ３８を介さず一体化してもよい。
即ち、本実施形態の定速ロータ延長軸５５と内歯車キャリア軸３７とはフレキシブルカップリングによって接続されていない。また、可変速ロータ７２の可変速ロータ軸７３と、遊星歯車キャリア軸２７の入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉとは、フレキシブルカップリングによって接続されてなく、ボルト等による直接接続またはギアカップリング等を介して接続されている。なお、フランジ５５ｏ、フランジ３８を設けることなく、定速ロータ延長軸５５と内歯車キャリア軸３７とを一体化させてもよい。

次に、本実施形態の可変電動機システムの起動から停止までの動作について、図９に示すフローチャートに従って説明する。

制御器１２０は、外部から可変電動機システムの起動指示を受け付けると（Ｓ１０）、第一スイッチ１１１に対してオン指示を出力する（Ｓ１１ａ）。
ここで、制御器１２０は、ブレーキ３９に対して遊星歯車キャリア２１（又は可変速入力軸Ａｖ）の回転拘束を指示する（Ｓ２８）。
制御器１２０は、定速電動機５１の回転数が所定の回転数（例えば、１５００ｒｐｍ）に達した段階で、第二スイッチ１１２に対してオン指示を出力し（Ｓ１２ａ）、周波数変換装置１００へ最少周波数を指示する（Ｓ１３ａ）。次いで、ブレーキ３９による遊星歯車キャリア２１（又は可変速入力軸Ａｖ）の回転拘束を解除する指示を出力する（Ｓ２９）。

本実施形態では、定速電動機５１と可変速電動機７１とを分離させたことによって、標準的な（市販の）定速電動機を使用することが可能となる。これにより、更なる製造コストの低減を図ることができる。
また、可変速用フレキシブルカップリング９５を省略することができる。これにより、更なる製造コストの低減を図ることができる。

また、本実施形態では、より出力の大きな定速電動機５１を可変速電動機７１よりも先に起動することによって、可変速電動機７１を先に起動する場合と比較して、可変速電動機７１に与えられる負荷を軽減することができる。即ち、可変速電動機７１を先に起動する場合、定速電動機５１を起動した際の急激なトルク変動に可変速電動機７１が対応できず、想定された回転数より高回転になったり、低回転になったりする現象を回避することができる。
なお、定速電動機５１を可変速電動機７１よりも先に起動する方法は、第一実施形態の可変電動機システム、第二実施形態の可変電動機システムにも適用可能である。

「第四実施形態」
本発明に係る可変電動機システムの第四実施形態について、図１０を用いて説明する。

本実施形態の可変電動機システムは、図１０に示すように、電動装置５０を構成する定速電動機５１の定速電動機ケーシング６１と可変速電動機７１の可変速電動機ケーシング８１とが分離され、可変速電動機ケーシング８１と変速装置１０の変速ケーシング４１とが分離されている。
可変速電動機７１と変速装置１０は共通の第二架台９９上に配置されている。換言すれば、可変速電動機７１と変速装置１０とは、第二架台９９を介して一体化されている。第二架台９９は、架台９０によって支持されている。第三実施形態の可変電動機システムと同様に、定速ロータ本体軸５４と定速ロータ延長軸５５とは、定速用フレキシブルカップリング９７を介して接続されている。
また、第一実施形態の可変電動機システムと同様に、可変速ロータ軸７３と遊星歯車キャリア軸２７とは、可変速用フレキシブルカップリング９５を介して接続されている。また、定速ロータ延長軸５５と内歯車キャリア軸３７とは、第一、第二実施形態と同様、定速用フレキシブルカップリング９７を介して接続されている。

上記実施形態によれば、第二架台９９によって、可変速電動機７１と変速装置１０とが一体化されることによって、例えば、可変電動機システムの据え付けの際に、可変速電動機７１と変速装置１０とを分離することなく一つのユニットとして搬送することができる。これにより、可変電動機システムの設置場所において、可変速電動機７１の出力軸と変速装置１０の入力軸とを軸合わせする作業を省略することができる。

「第五実施形態」
本発明に係る可変電動機システムの第五実施形態について、図１１を用いて説明する。本実施形態では、上述した第四実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

本実施形態の可変電動機システムは、第四実施形態の可変電動機システムと比較して、定速ロータ延長軸５５と内歯車キャリア軸３７の接続方法が異なっている。
本実施形態の可変電動機システムは、第三実施形態の可変電動機システムと同様に、定速ロータ延長軸５５と内歯車キャリア軸３７とは、定速ロータ延長軸５５のフランジ５５ｏと内歯車キャリア軸３７のフランジ３８を介して固定されている。又は、定速ロータ延長軸５５と、内歯車キャリア軸３７とは、フランジ３８を介さず一体化してもよい。

「第六実施形態」
本発明に係る可変電動機システムの第六実施形態について、図１２を用いて説明する。本実施形態では、上述した第四、及び第五実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の可変電動機システムは、第四、及び第五実施形態の可変速ロータ軸７３と遊星歯車キャリア軸２７の接続に使用されているとは可変速用フレキシブルカップリング９５に替えて、図１２に示すようなギアカップリング９５Ａを使用している。
図１２に示すように、ギアカップリング９５Ａは、円筒形状の一対のカップリング本体１０１と、一対のカップリングケース１０２とを備えている。カップリング本体１０１の外周面には、外側歯車１０３が形成されている。外側歯車１０３は、カップリング本体１０１の外周面に周方向に延在している。
なお、カップリング本体１０１をなくし、外側歯車１０３を可変速ロータ軸７３及び遊星歯車キャリア軸２７の外周面に直接設けてもよい。

カップリングケース１０２は、円筒形状のカップリングケース本体１０５と、カップリングケース本体１０５の軸方向の端部から径方向に突出するフランジ部１０６とを有している。カップリングケース本体１０５の内周面には、カップリング本体１０１の外側歯車１０３と係合する内側歯車１０４が形成されている。

ギアカップリング９５Ａは、一方の軸（ここでは可変速ロータ軸７３）に取り付けられたカップリング本体１０１及びカップリングケース１０２と他方の軸（ここでは遊星歯車キャリア軸２７）に取り付けられたカップリング本体１０１及びカップリングケース１０２とを、一対のフランジ部１０６を介して接続する。一対のフランジ部１０６は、ボルト１１５等の締結部材によって締結される。また、軸とギアカップリング９５Ａのカップリング本体１０１とは、図示しないキーを介して固定されている。または、軸とギアカップリング９５Ａのカップリング本体１０１とは、しまり嵌め等により固定してもよい。
なお、カップリング本体１０１をなくし、外側歯車１０３を可変速ロータ軸７３及び遊星歯車キャリア軸２７の外周面に直接設けてもよい。

上記実施形態によれば、歯車構造によってトルクが伝達されるため、大きなトルクの伝達が可能となる。また、一方の軸と他方の軸との接続部における軸方向の寸法をより小さくすることができる。また、一方の軸と他方の軸との接続を容易に行うことができる。

次に、第六実施形態の変形例について説明する。
図１３に示すように、第六実施形態の変形例のギアカップリングの外側歯車１０３には、歯すじ修正が行われている。具体的には、外側歯車１０３には、クラウニングが施されている。即ち、外側歯車１０３は、歯幅方向Ｘ（ギアカップリング本体１０１の軸方向）の中央部の厚さＴ１が歯幅方向の両端部の厚さＴ２よりも厚くなるように形成されている。換言すれば、外側歯車１０３は、歯幅方向Ｘの中央部が両端部と比較して膨らんでいる。

上記変形例によれば、歯当たりが歯幅方向Ｘの中央部に集中するため、許容軸角誤差を大きくすることができる。これにより、可変電動機システムの組立時におけるアライメント誤差や、運転時における軸が熱伸びすることによる軸角誤差を許容することができる。
なお、上記変形例では、歯すじ修正としてクラウニングを用いたが、軸同士の軸角誤差を許容することができれば、これに限ることはなく、例えば、歯幅方向の両端部のみを加工するエンドレリーフの技術も採用することができる。

「第七実施形態」
本発明に係る可変電動機システムの第七実施形態について、図１４を用いて説明する。
本実施形態の可変電動機システムは、第四、及び第五実施形態の可変速ロータ軸７３と遊星歯車キャリア軸２７の接続に使用されている可変速用フレキシブルカップリング９５に替えて、図１４に示すようなダンパーカップリング９５Ｂを使用している。

図１４に示すように、ダンパーカップリング９５Ｂは、可変速ロータ軸７３に取り付けられるダンパーカップリング第一部１３１と、遊星歯車キャリア軸２７に取り付けられるダンパーカップリング第二部１３２と、ダンパーカップリング第一部１３１とダンパーカップリング第二部１３２との間に介在する複数のダンパーラバー１０７とを有している。

ダンパーカップリング第二部１３２は、円筒形状の第二円筒部１３３と、第二円筒部１３３の外周面から径方向外周側に突出する円板形状の第二突出部１３４と、第二突出部１３４の一方の面から突出する複数の爪部１３５と、を有している。爪部１３５は、円柱形状をなし、周方向に間隔をあけて複数設けられている。

ダンパーカップリング第一部１３１は、円筒形状の第一円筒部１３６と、第一円筒部１３６の外周面から径方向外周側に突出する第一突出部１３７と、を有している。第一突出部１３７には、複数の爪収容孔１３８が形成されている。
ダンパーラバー１０７は、ゴムによって形成された有底円筒状をなす緩衝部材である。ダンパーラバー１０７は、ダンパーカップリング第二部１３２の爪部１３５に取り付けられている。ダンパーラバー１０７は、爪部１３５の外周面及び先端面を覆うように取り付けられる。

爪収容孔１３８は、ダンパーラバー１０７が取り付けられた爪部１３５が嵌合する形状を有している。即ち、爪部１３５と爪収容孔１３８との間にダンパーラバー１０７が介在する。
なお、上記実施形態では、ダンパーカップリング第二部１３２に爪部１３５を形成するとともに、ダンパーカップリング第一部１３１に爪収容孔１３８を形成する構成としたが、これに限ることはない。例えば、ダンパーカップリング第一部１３１に爪部１３５を形成するとともに、ダンパーカップリング第二部１３２に爪収容孔１３８を形成してもよい。また、ダンパーカップリング第一部１３１とダンパーカップリング第二部１３２の両方に、爪部１３５と爪収容孔１３８を設ける構成としてもよい。
また、第五実施形態と同様に、定速ロータ延長軸５５と内歯車キャリア軸３７とは、定速ロータ延長軸５５のフランジ５５ｏと内歯車キャリア軸３７のフランジ３８を介して固定してもよい。又は、定速ロータ延長軸５５と、内歯車キャリア軸３７とは、フランジ３８を介さず一体化してもよい。

上記実施形態によれば、可変速電動機のトルクが瞬間的に変動する場合においても、トルクの変動量をダンパーラバーによって吸収することができる。これにより、可変速電動機及び変速装置の内部部品やカップリングにかかる負荷を低減することができる。また、軸同士の接続の際のミスアライメントや、熱変形によるアライメント誤差を吸収することができる。

「第八実施形態」
本発明に係る可変電動機システムの第八実施形態について、図１５を用いて説明する。
本実施形態の可変電動機システムの変速装置１０Ａは、遊星歯車キャリアの構造が異なっている。図１５に示すように、本実施形態の遊星歯車キャリア２１Ａは、遊星歯車キャリア軸２７Ａと、複数の遊星歯車１５毎に設けられている遊星歯車軸２２と、複数の遊星歯車軸２２相互の位置を固定するキャリア本体１１６と遊星歯車キャリア軸２７Ａの回転をキャリア本体１１６に伝達する伝達部１１７と、を有している。
即ち、本実施形態の遊星歯車キャリア２１Ａは、遊星歯車キャリア軸２７Ａと、キャリア本体１１６とが一体となっていない。

本実施形態の遊星歯車キャリア軸２７Ａの外周面には、キャリア軸歯車１１８が形成されている。また、本実施形態のキャリア本体１１６の外周面には、キャリア本体歯車１１９が形成されている。
伝達部１１７は、遊星歯車キャリア軸２７Ａの外周面に形成されたキャリア軸歯車１１８と、キャリア本体１１６の外周面に形成されたキャリア本体歯車１１９と、キャリア軸歯車１１８と係合して自転する一対のアイドル歯車１２５と、軸方向に延び、アイドル歯車１２５とキャリア本体歯車１１９とに係合する一対の伝達軸歯車１２６と、を備えている。

アイドル歯車１２５は、水平方向に延在するアイドル歯車軸１２７を中心として自転可能な歯車であり、キャリア軸歯車１１８と係合する位置に配置されている。本実施形態のアイドル歯車１２５は、キャリア軸歯車１１８の水平左右方向に配置されている。
伝達軸歯車１２６は、アイドル歯車１２５及びキャリア本体歯車１１９に係合する軸状の歯車である。本実施形態の伝達軸歯車１２６は、本体軸１２８と、本体軸１２８の両端に設けられて、アイドル歯車１２５に係合する第一伝達軸歯車１２９ａと、キャリア本体歯車１１９に係合する第二伝達軸歯車１２９ｂと、を備えている。伝達軸歯車１２６は、水平左方のアイドル歯車１２５の左方、及び水平右方のアイドル歯車１２５の右方に配置されている。

上記実施形態によれば、遊星歯車キャリアの構成部品が小さくなるため、変速装置１０Ａの組み立てを容易とすることができる。
また、第一実施形態から第七実施形態の遊星歯車キャリア２１と比較して、変速装置１０Ａを構成する遊星歯車１５等の視認性が高まるため、メンテナンスを容易に行うことができる。

「変形例」
以上で説明した可変電動機システムの各実施形態の変形例について説明する。

以上の各実施形態の可変電動機システムは、いずれも、駆動対象を圧縮機Ｃとし、この圧縮機Ｃを７５００ｒｐｍ以上の高速回転させるものである。以上の各実施形態の可変電動機システムは、このように駆動対象を高速回転させるため、変速装置１０，１０ａにより、定速電動機５１の回転数を増速させている。このため、以上の各実施形態の変速装置１０，１０ａでは、太陽歯車軸１２を出力軸Ａｏとし、内歯車キャリア軸３７を定速入力軸Ａｃとし、入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉを可変速入力軸Ａｖとしている。

しかしながら、本発明における回転駆動力変速装置の変速装置は、例えば、定速電動機５１の回転数を減速するためのものであってもよい。この場合、太陽歯車軸１２を定速入力軸Ａｃとし、遊星歯車キャリア軸２７を可変速入力軸Ａｖとし、内歯車キャリア軸３７を出力軸Ａｏとしてもよい。また、例えば、太陽歯車軸１２を以上の実施形態と同様に出力軸Ａｏとし、内歯車キャリア軸３７を可変速入力軸Ａｖとし、遊星歯車キャリア軸２７を定速入力軸Ａｃとしてもよい。以上のように、太陽歯車軸１２、遊星歯車キャリア軸２７、内歯車キャリア軸３７のうち、いずれか一の軸を出力軸Ａｏとし、他の軸を定速入力軸Ａｃとし、残りの軸を可変速入力軸Ａｖとするかは、入力に対して出力を増速させるか否か、出力の増減速の変化範囲等により、適宜設定される。

以上のように、太陽歯車軸１２、遊星歯車キャリア軸２７、内歯車キャリア軸３７のうち、いずれか一の軸を出力軸Ａｏとし、他の軸を定速入力軸Ａｃとし、残りの軸を可変速入力軸Ａｖにした場合でも、以上の実施形態と同様、定速入力軸Ａｃに接続される定速ロータ５２と、可変速入力軸Ａｖに接続される可変速ロータ７２とを同軸上に配置することにより、装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

また、以上の各実施形態では、圧縮機Ｃを高速回転させるために好適な定速電動機５１として、４極の誘導電動機を例示し、圧縮機Ｃの回転数を一定の範囲内で可変速させるために好適な可変速電動機７１として、１２極の誘導電動機を例示している。しかしながら、駆動対象を高速回転させる必要がない場合には、定速電動機５１や可変速電動機７１として他のタイプの電動機を用いてもよい。

また、以上の実施形態では、軸挿通孔７４が形成されている可変速ロータ７２が第一ロータを成し、この軸挿通孔７４に挿通される定速ロータ５２が第二ロータを成している。しかしながら、定速ロータに軸挿通孔が形成され、この軸挿通孔に可変速ロータが挿通される場合には、定速ロータが第一ロータを成し、可変速ロータが第二ロータを成すことになる。

また、以上の各実施形態では、可変速ロータ７２と可変速入力軸Ａｖとを接続する可変速用フレキシブルカップリング９５が第一フレキシブルカップリングを成し、定速ロータ５２と定速入力軸Ａｃとを接続する定速用フレキシブルカップリング９７が第二フレキシブルカップリングを成している。しかしながら、定速用フレキシブルカップリングが可変速用フレキシブルカップリングの外周側に配置される場合、定速用フレキシブルカップリングが第一フレキシブルカップリングを成し、可変速用フレキシブルカップリングが第二フレキシブルカップリングを成すことになる。

本発明の一態様では、装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

１０，１０ａ：変速装置（遊星歯車変速装置）、１０Ｓ、変速装置支持部、１１：太陽歯車、１２：太陽歯車軸、１５：遊星歯車、１７：内歯車、２１，２１Ａ：遊星歯車キャリア、２２：遊星歯車軸、２３：キャリア本体、２７，２７Ａ：遊星歯車キャリア軸、２７ｉ：入力側遊星歯車キャリア軸、２８：フランジ（変速装置側接続部）、２９：ブレーキディスク、３１：内歯車キャリア、３３：キャリア本体、３７：内歯車キャリア軸、３８：フランジ、３９：ブレーキ、４１：変速ケーシング、５０：電動装置、５０Ｓ：電動装置支持部、５１：定速電動機、５２：定速ロータ、５３：定速ロータ軸、５４：定速ロータ本体軸、５５：定速ロータ延長軸、５６：導体、６１：定速電動機ケーシング、６２：ケーシング本体、６３ｉ，６３ｏ：蓋、６４：開口、６６：定速ステータ、７１：可変速電動機、７１Ｓ：可変速電動機支持部、７２：可変速ロータ、７３：可変速ロータ軸、７３ｏ：フランジ（ロータ側接続部）７４：軸挿通孔、７６：導体、８１：可変速電動機ケーシング、８２：ケーシング本体、８３ｉ，８３ｏ：蓋、８４：開口、８６：可変速ステータ、９１：冷却ファン、９５Ａ：ギアカップリング、９５Ｂ：ダンパーカップリング、９９：第二架台（架台）、１００，１００ａ：周波数変換装置、１０２：カップリングケース、１０７：ダンパーラバー、１１１：第一スイッチ、１１２：第二スイッチ、１１６：キャリア本体、１１７：伝達部、１１８：キャリア軸歯車、１１９：キャリア本体歯車、１２０，１２０ａ：制御器、１２５：アイドル歯車、１２６：伝達軸歯車、１３１：ダンパーカップリング第一部、１３２：ダンパーカップリング第二部、１３５：爪部、１３８：爪収容孔、Ａｐ：中心線、Ａｒ：軸線、Ａｏ：出力軸、Ａｃ：定速入力軸、Ａｖ：可変速入力軸

また、前記周波数変換装置が可逆周波数変換装置である、以上のいずれかの前記可変電動機システムにおいて、前記制御器は、前記判断工程で、前記可変速電動機に供給する電流の向きを変える必要があると判断すると、前記スイッチオフ指示工程の実行前に、前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波数として予め定めた最少周波数を指示する第一最少周波数指示工程と、前記スイッチオフ指示工程の実行で、前記可変速電動機を前記電力断状態にした後であって、前記目標周波数指示工程を実行する前に、前記可変速電動機に供給する電力の周波数として前記最少周波数を指示する第二最少周波指示工程と、を実行してもよい。

出力軸Ａｏとしての太陽歯車軸１２の回転数をωs、定速入力軸Ａｃとしての内歯車キャリア軸３７の回転数をωi、可変速入力軸Ａｖとしての入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの回転数をωhとする。また、太陽歯車１１の歯数をＺs、内歯車１７の歯数をＺiとする。

このように、定速電動機５１が回転していないときに、可変速電動機７１のみを最低回転数の回転させたときの出力軸Ａｏの回転数ωsは、定速電動機５１及び可変速電動機７１が共に回転しているいときの出力軸Ａｏの回転数ωsの範囲（−１２４５０〜−１６５００ｒｐｍ）に比べて遥に小さな回転数になる。

「第六実施形態」
本発明に係る可変電動機システムの第六実施形態について、図１２を用いて説明する。本実施形態では、上述した第四、及び第五実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の可変電動機システムは、第四、及び第五実施形態の可変速ロータ軸７３と遊星歯車キャリア軸２７の接続に使用されている可変速用フレキシブルカップリング９５に替えて、図１２に示すようなギアカップリング９５Ａを使用している。
図１２に示すように、ギアカップリング９５Ａは、円筒形状の一対のカップリング本体１０１と、一対のカップリングケース１０２とを備えている。カップリング本体１０１の外周面には、外側歯車１０３が形成されている。外側歯車１０３は、カップリング本体１０１の外周面に周方向に延在している。
なお、カップリング本体１０１をなくし、外側歯車１０３を可変速ロータ軸７３及び遊星歯車キャリア軸２７の外周面に直接設けてもよい。

上記実施形態によれば、可変速電動機のトルクが瞬間的に変動する場合においても、トルクの変動をダンパーラバーによって吸収することができる。これにより、可変速電動機及び変速装置の内部部品やカップリングにかかる負荷を低減することができる。また、軸同士の接続の際のミスアライメントや、熱変形によるアライメント誤差を吸収することができる。

しかしながら、本発明における可変電動機システムの変速装置は、例えば、定速電動機５１の回転数を減速するためのものであってもよい。この場合、太陽歯車軸１２を定速入力軸Ａｃとし、遊星歯車キャリア軸２７を可変速入力軸Ａｖとし、内歯車キャリア軸３７を出力軸Ａｏとしてもよい。また、例えば、太陽歯車軸１２を以上の実施形態と同様に出力軸Ａｏとし、内歯車キャリア軸３７を可変速入力軸Ａｖとし、遊星歯車キャリア軸２７を定速入力軸Ａｃとしてもよい。以上のように、太陽歯車軸１２、遊星歯車キャリア軸２７、内歯車キャリア軸３７のうち、いずれか一の軸を出力軸Ａｏとし、他の軸を定速入力軸Ａｃとし、残りの軸を可変速入力軸Ａｖとするかは、入力に対して出力を増速させるか否か、出力の増減速の変化範囲等により、適宜設定される。

Claims (35)

1. 回転駆動力を発生する電動装置と、
   前記電動装置で発生した回転駆動力を変速させる変速装置と、
   前記電動装置の回転駆動力によって駆動される駆動対象と、
   を備え、
   前記変速装置は、
   軸線を中心として自転する太陽歯車と、
   前記太陽歯車に固定され、前記軸線を中心として、軸方向に延びる太陽歯車軸と、
   前記太陽歯車と係合し、前記軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する遊星歯車と、
   前記軸線を中心として環状に複数の歯は並び、前記遊星歯車と係合する内歯車と、
   前記軸線を中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸を有し、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、
   前記軸線を中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸を有し、前記内歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する内歯車キャリアと、
   を有し、
   前記太陽歯車軸と前記遊星歯車キャリア軸と前記内歯車キャリア軸とのうち、いずれか一つの軸が前記駆動対象のロータに接続される出力軸を成し、他の一つの軸が定速入力軸を成し、残りの一つの軸が可変速入力軸を成し、
   前記電動装置は、
   前記軸線を中心として自転し、前記変速装置の前記定速入力軸に直接又は間接的に接続されている定速ロータを有する定速電動機と、
   前記軸線を中心として自転し、前記変速装置の前記可変速入力軸に直接又は間接的に接続されている可変速ロータを有する可変速電動機と、
   を有し、
   前記可変速ロータと前記定速ロータとのうち、第一ロータには、前記軸線を中心として円筒状を成し、軸方向に貫通した軸挿通孔が形成され、第二ロータは、前記第一ロータの前記軸挿通孔に挿通され、
   前記駆動対象のロータは、前記軸線上に配置されている、
   可変電動機システム。
2. 請求項１に記載の可変電動機システムにおいて、
   前記可変速ロータが第一ロータであり、
   前記定速ロータは、定速ロータ本体軸と前記軸挿通孔に挿通される定速ロータ延長軸とに分割され、
   前記定速ロータ本体軸と前記定速ロータ延長軸とを接続する定速用フレキシブルカップリング、
   を備えている可変電動機システム。
3. 請求項１又は２に記載の可変電動機システムにおいて、
   前記可変速電動機は、前記可変速ロータの外周側に配置されている可変速ステータと、前記可変速ステータが内周側に固定されている可変速電動機ケーシングと、を有し、
   前記変速装置は、前記太陽歯車、前記太陽歯車軸、前記遊星歯車、
   前記内歯車、遊星歯車キャリア軸、前記遊星歯車キャリア、及び前記内歯車キャリアと、これらを覆う変速ケーシングと、を有し、
   前記可変速電動機ケーシングに対して前記変速ケーシングが固定されている、
   可変電動機システム。
4. 請求項３に記載の可変電動機システムにおいて、
   前記定速電動機は、前記定速ロータの外周側に配置されている定速ステータと、前記定速ステータが内周側に固定されている定速電動機ケーシングと、有し、
   前記定速電動機ケーシングを支持する電動装置支持部を有する、
   可変電動機システム。
5. 請求項４に記載の可変電動機システムにおいて、
   前記可変速電動機ケーシングを支持する可変速電動機支持部を有する、
   可変電動機システム。
6. 請求項４又は５に記載の可変電動機システムにおいて、
   前記変速ケーシングを支持する変速装置支持部を有する、
   可変電動機システム。
7. 請求項４又は５に記載の可変電動機システムにおいて、
   前記変速ケーシングは前記可変速電動機ケーシングへ固定されている、
   可変電動機システム。
8. 請求項１又は２に記載の可変電動機システムにおいて、
   前記可変速電動機と前記変速装置とは、共通の架台に支持されている、
   可変電動機システム。
9. 請求項８に記載の可変電動機システムにおいて、
   前記可変速ロータが第一ロータであり、
   前記定速ロータと前記定速入力軸とを接続する定速用フレキシブルカップリングと、
   前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続するギアカップリングと、
   を備えている可変電動機システム。
10. 請求項８に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記可変速ロータが第一ロータであり、
    前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続するギアカップリングを備え、
    前記定速ロータと前記定速入力軸とは、前記定速ロータと前記定速入力軸とに形成されたフランジを介して接続されているか、又は一体化されている可変電動機システム。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記ギアカップリングを構成する歯車には歯すじ修正が施されている、可変電動機システム。
12. 請求項８に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記可変速ロータが第一ロータであり、
    前記定速ロータと前記定速入力軸とを接続する定速用フレキシブルカップリングと、
    前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続するダンパーカップリングと、
    を備え、
    前記ダンパーカップリングは、
    前記可変速ロータに固定されたダンパーカップリング第一部と、
    前記可変速入力軸に固定されたダンパーカップリング第二部と、
    前記ダンパーカップリング第一部と前記ダンパーカップリング第二部の少なくとも一方に設けられた爪部と、前記爪部を覆うダンパーラバーと、
    前記ダンパーカップリング第一部と前記ダンパーカップリング第二部の少なくとも一方に設けられて前記ダンパーラバーに覆われた爪部が嵌合する爪収容孔と、を備えている可変電動機システム。
13. 請求項１に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記定速ロータと前記定速入力軸とを接続する定速用フレキシブルカップリングと、
    前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続する可変速用フレキシブルカップリングと、
    を備えている可変電動機システム。
14. 請求項１３に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記定速用フレキシブルカップリングと前記可変速用フレキシブルカップリングとのうち、前記第一ロータと接続されるフレキシブルカップリングが第一フレキシブルカップリングを成し、
    前記定速入力軸と前記可変速入力軸とのうち、前記第一ロータの回転で回転させられる入力軸が第一入力軸を成し、
    前記第一ロータの前記変速装置側の端部には、前記軸線を中心として環状を成し、前記第一フレキシブルカップリングと接続されるロータ側接続部が形成され、
    前記第一入力軸の前記電動装置側の端部には、前記軸線を中心として環状を成し、前記ロータ側接続部と軸方向で対向して、前記第一フレキシブルカップリングと接続される変速装置側接続部が形成されている、
    可変電動機システム。
15. 請求項１３又は１４に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記定速用フレキシブルカップリングと前記可変速用フレキシブルカップリングとのうち、前記第一ロータと接続されるフレキシブルカップリングが第一フレキシブルカップリングを成し、前記第二ロータと接続されるフレキシブルカップリングが第二フレキシブルカップリングを成し、
    前記第一フレキシブルカップリングは、前記軸線を基準にして、前記第二フレキシブルカップリングの外周側に配置され、
    前記第二フレキシブルカップリングの軸方向の長さ寸法は、前記第一フレキシブルカップリングの軸方向の長さ寸法以下である、
    可変電動機システム。
16. 請求項１、１３、１４、及び１５のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記定速電動機は、前記定速ロータの外周側に配置されている定速ステータと、前記定速ステータが内周側に固定されている定速電動機ケーシングと、を有し、
    前記可変速電動機は、前記可変速ロータの外周側に配置されている可変速ステータと、前記可変速ステータが内周側に固定されている可変速電動機ケーシングと、を有し、
    前記定速電動機ケーシングに対して前記可変速電動機ケーシングが固定されている、
    可変電動機システム。
17. 請求項１６に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記定速電動機ケーシングを支持する電動装置支持部を有する、
    可変電動機システム。
18. 請求項１６又は１７に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記可変速電動機ケーシングを支持する可変速電動機支持部を有する、
    可変電動機システム。
19. 請求項１６から１８のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記第二ロータの前記変速装置と反対側の端部に取り付けられている冷却ファンを有し、
    前記定速電動機ケーシング内及び前記可変速電動機ケーシング内で前記冷却ファンの回転によりガス流れが発生するよう、前記定速電動機ケーシングと前記可変速電動機ケーシングとが互いに連通している、
    可変電動機システム。
20. 請求項１から１９のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記可変速電動機に供給する電力の周波数を変える周波数変換装置と、
    前記定速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第一スイッチと、
    前記可変速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第二スイッチと、
    前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を指示すると共に、前記第一スイッチ及び前記第二スイッチに対してオン、オフを指示する制御器と、
    を備えている可変電動機システム。
21. 請求項２０に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成し、
    前記制御器は、起動の指示を受け付けると、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最少周波数を指示し、前記可変速電動機が最少回転数で駆動し始めた後に、前記第一スイッチに対してオンを指示して、前記定速電動機を前記電力供給状態にする、
    可変電動機システム。
22. 請求項２０に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成し、
    前記制御器は、起動の指示を受け付けると、前記第一スイッチに対してオンを指示して、前記定速電動機を前記電力供給状態にして、前記定速電動機が所定の回転数で駆動し始めた後に、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最少周波数を指示する、
    可変電動機システム。
23. 駆動対象に接続される出力軸と、定速回転させられる定速入力軸と、可変速回転させられる可変速入力軸と、を有し、前記可変速入力軸の回転数及び前記定速入力軸の回転数に応じて前記出力軸の回転数が定まる変速装置と、
    前記定速入力軸を回転駆動させる定速電動機と、前記可変速入力軸を回転駆動させる可変速電動機と、を有する電動装置と、
    前記可変速電動機に供給する電力の周波数を変える周波数変換装置と、
    前記定速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第一スイッチと、
    前記可変速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第二スイッチと、
    前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を指示すると共に、前記第一スイッチ及び前記第二スイッチに対してオン、オフを指示する制御器と、
    を備え、
    前記変速装置は、
    軸線を中心として自転する太陽歯車と、
    前記太陽歯車に固定され、前記軸線を中心として、軸方向に延びる太陽歯車軸と、
    前記太陽歯車と係合し、前記軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する遊星歯車と、
    前記軸線を中心として環状に複数の歯は並び、前記遊星歯車と係合する内歯車と、
    前記軸線を中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸を有し、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、
    前記軸線を中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸を有し、前記内歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する内歯車キャリアと、
    を有し、
    前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、
    前記制御器は、起動の指示を受け付けると、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最少周波数を指示し、前記可変速電動機が最少回転数で駆動し始めた後に、前記第一スイッチに対してオンを指示して、前記定速電動機を前記電力供給状態にする、
    可変電動機システム。
24. 駆動対象に接続される出力軸と、定速回転させられる定速入力軸と、可変速回転させられる可変速入力軸と、を有し、前記可変速入力軸の回転数及び前記定速入力軸の回転数に応じて前記出力軸の回転数が定まる変速装置と、
    前記定速入力軸を回転駆動させる定速電動機と、前記可変速入力軸を回転駆動させる可変速電動機と、を有する電動装置と、
    前記可変速電動機に供給する電力の周波数を変える周波数変換装置と、
    前記定速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第一スイッチと、
    前記可変速電動機を電力供給状態と電力断状態とにする第二スイッチと、
    前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を指示すると共に、前記第一スイッチ及び前記第二スイッチに対してオン、オフを指示する制御器と、
    を備え、
    前記変速装置は、
    軸線を中心として自転する太陽歯車と、
    前記太陽歯車に固定され、前記軸線を中心として、軸方向に延びる太陽歯車軸と、
    前記太陽歯車と係合し、前記軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する遊星歯車と、
    前記軸線を中心として環状に複数の歯は並び、前記遊星歯車と係合する内歯車と、
    前記軸線を中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸を有し、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、
    前記軸線を中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸を有し、前記内歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する内歯車キャリアと、
    を有し、
    前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、
    前記制御器は、起動の指示を受け付けると、前記第一スイッチに対してオンを支持して、前記定速電動機を前記電力供給状態にして、前記定速電動機が所定の回転数で駆動し始めた後に、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最少周波数を指示する、
    可変電動機システム。
25. 請求項２０から２４のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記周波数変換装置は、前記可変速電動機に供給する電流の向きを変えることができる可逆周波数変換装置であり、
    前記制御器は、
    前記出力軸の回転数変更を受け付けると、前記出力軸の回転数変更後の回転数を実現するためには、前記可変速電動機に供給する電流の向きを変える必要があるか否かを判断する判断工程と、
    前記可変速電動機に供給する電流の向きを変える必要があると判断すると、前記第二スイッチに対してオフを指示して、前記可変速電動機を前記電力断状態にするスイッチオフ指示工程と、
    前記可変速電動機が前記電力断状態になった後、前記第二スイッチに対してオンを指示して、前記可変速電動機を前記電力供給状態にすると共に、前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電流の向きの変更を指示するスイッチオン・電流向き変更指示工程と、
    前記可変速電動機に供給する電流の向きが変更になったことにより前記可変速電動機が逆回転駆動し始めた後に、前記可変速電動機に供給する電力の周波数として、前記出力軸の回転数変更後の回転数を実現するために必要な周波数を指示する目標周波数指示工程と、
    を実行する、
    可変電動機システム。
26. 請求項２５に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記変速装置は、前記可変速入力軸を回転不能に拘束するブレーキを有し、
    前記制御器は、
    前記スイッチオフ指示工程の実行で前記可変速電動機が前記電力断状態になった後、前記ブレーキに対して前記可変速入力軸の拘束を指示した後、前記可変速電動機を逆回転駆動させる前に、前記ブレーキに対して前記可変速入力軸の拘束解除を指示するブレーキ動作指示工程を実行する、
    可変電動機システム。
27. 請求項２５又は２６に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記制御器は、
    前記判断工程で、前記可変速電動機に供給する電流の向きを変える必要があると判断すると、前記スイッチオフ指示工程の実行前に、前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波数として予め定めた最少周波数を指示する第一最少周波数指示工程と、
    前記スイッチオフ指示工程の実行で、前記可変速電動機を前記電力断状態にした後であって、前記目標周波数指示工程を実行する前に、前記可変速電動機に供給する電力の周波数として前記最少周波数を指示する第二最少周波指示工程と、
    を実行する、
    可変電動機システム。
28. 請求項１から２０のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記太陽歯車軸が前記出力軸を成し、
    前記遊星歯車キャリア軸が前記可変速入力軸を成し、
    前記内歯車キャリア軸が前記定速入力軸を成す、
    可変電動機システム。
29. 請求項１から請求項２８のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記遊星歯車キャリアは、
    前記遊星歯車キャリア軸と、
    前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持するキャリア本体と、
    前記遊星歯車キャリア軸の回転を前記キャリア本体に伝達する伝達部と、を有し
    前記伝達部は、
    前記遊星歯車キャリア軸の外周面に形成されたキャリア軸歯車と、
    前記キャリア本体の外周面に形成されたキャリア本体歯車と、
    前記キャリア軸歯車と係合して自転するアイドル歯車と、
    前記軸方向に延び、前記アイドル歯車と前記キャリア本体歯車とに係合する伝達軸歯車と、
    を備える可変電動機システム。
30. 請求項１から２９のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記可変速電動機の極数は、前記定速電動機の極数よりも多い、
    可変電動機システム。
31. 請求項１から３０のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記太陽歯車軸と前記第二ロータとは水平な前記軸線方向に並んで配置されている、
    可変電動機システム。
32. 請求項１から３１のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記定速電動機、前記可変速電動機、前記変速装置、前記駆動対象の順に、直線状に配置されている、
    可変電動機システム。
33. 請求項１から３２のいずれか一項に記載の可変電動機システムにおいて、
    前記駆動対象は圧縮機である、
    可変電動機システム。
34. 駆動対象に接続される出力軸と、定速回転させられる定速入力軸と、可変速回転させられる可変速入力軸と、を有し、前記可変速入力軸の回転数及び前記定速入力軸の回転数に応じて前記出力軸の回転数が定まる変速装置に接続される電動装置において、
    前記定速入力軸を回転駆動させる定速電動機と、前記可変速入力軸を回転駆動させる可変速電動機と、を備え、
    前記定速電動機は、軸線を中心として自転し、前記変速装置の前記定速入力軸に直接又は間接的に接続される定速ロータと、前記定速ロータの外周側に配置されている定速ステータと、前記定速ステータが内周側に固定されている定速電動機ケーシングと、を有し、
    前記可変速電動機は、前記軸線を中心として自転し、前記変速装置の前記可変速入力軸に直接又は間接的に接続される可変速ロータと、前記可変速ロータの外周側に配置されている可変速ステータと、前記可変速ステータが内周側に固定されている可変速電動機ケーシングと、を有し、
    前記可変速ロータと前記定速ロータとのうち、第一ロータには、前記軸線を中心として円筒状を成し、軸方向に貫通した軸挿通孔が形成され、第二ロータは、前記第一ロータの前記軸挿通孔に挿通され、
    前記定速電動機ケーシングに対して前記可変速電動機ケーシングが固定されている、
    電動装置。
35. 請求項３４に記載の電動装置において、
    前記第二ロータの前記変速装置と反対側の端部に取り付けられている冷却ファンを有し、
    前記定速電動機ケーシング内及び前記可変速電動機ケーシング内で前記冷却ファンの回転によりガス流れが発生するよう、前記定速電動機ケーシングと前記可変速電動機ケーシングとが互いに連通している、
    電動装置。

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