JPWO2017195321A1 - 可変速増速機 - Google Patents

Abstract

可変速増速機（１）は、電動装置（５０）と変速装置（１０）とを備える。変速装置（１０）は、内歯車キャリア軸（３７）が定速入力軸（Ａｃ）を成し、遊星歯車キャリア軸（２７）が可変速入力軸（Ａｖ）を成している。電動装置（５０）は、定速入力軸（Ａｃ）を回転させる定速ロータ（５２）を有する定速電動機（５１）と、可変速入力軸（Ａｃ）に接続される可変速ロータ（７２）を有する可変速電動機（７１）と、を有する。可変速増速機（１）は、可変速電動機（７１）の異常状態を検出して、可変速入力軸（Ａｃ）または可変速ロータ（７２）の少なくとも一方の回転を停止させるとともに、定速ロータ（５２）の回転を継続させる制動機構（２００）をさらに備える。

Description

本発明は、可変速増速機に関する。

圧縮機等の回転機械を駆動する装置としては、回転駆動力を発生する電動装置と、電動装置で発生した回転駆動力を変速させて回転機械に伝える変速装置と、を備えている可変速増速機がある。

特許文献１には、変速比を正確に制御するために、電動装置として定速電動機と変速用の可変速電動機とを用い、変速装置として遊星歯車変速装置を用いたものが記載されている。この装置では、可変速電動機の回転数を変えることで、回転機械に接続される変速装置の出力軸の回転数を変えることができる。

日本国特許第４４７２３５０号公報

上記装置において、何らかの異常が生じた場合に、電源が断たれることによって定速電動機及び駆動対象である回転機械は自然に回転数が落ちる。一方、可変速電動機は、定速電動機の回転数や回転機械の慣性によって回転数が決まってしまう場合がある。これにより、可変速電動機の可変速ロータの回転数が定格回転数よりも大きくなってしまうという課題がある。

本発明は、可変速ロータの回転数が定格回転数よりも大きくなってしまうことを抑えることが可能な可変速増速機を提供する。

本発明の第一の態様に係る可変速増速機は、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て駆動対象に伝える変速装置と、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、前記太陽歯車と噛み合い、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が並び、前記遊星歯車と噛み合う内歯車と、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駆動対象に接続される出力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が定速入力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が可変速入力軸を成し、前記電動装置は、前記変速装置の前記定速入力軸を第一方向に回転させる定速ロータを有する定速電動機と、前記変速装置の前記可変速入力軸に接続され、前記軸線を中心として円筒状をなし、軸方向に貫通した軸挿通孔に前記定速入力軸が挿通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、前記可変速電動機の異常状態を検出して、前記可変速入力軸または前記可変速ロータの少なくとも一方の回転を停止させるとともに、前記定速ロータの回転を継続させる制動機構をさらに備える。

このような構成によれば、可変速電動機の異常状態に応じて、可変速入力軸または可変速ロータを停止させることができる。これにより、定速電動機の運転状況によらずに、可変速電動機のみを停止させることができる。

本発明の第二の態様に係る可変速増速機では、第一の態様において、前記制動機構は、前記可変速電動機の状態を検出する検出部と、前記可変速入力軸または前記可変速ロータの少なくとも一方の回転を停止させるブレーキ部と、前記検出部の検出結果が異常状態であるとみなせる場合に、前記可変速入力軸または前記可変速ロータの少なくとも一方の回転を停止させる指示を前記ブレーキ部に送るブレーキ制御部とを有していてもよい。

このような構成によれば、ブレーキ部によって定速ロータの回転を阻害することなく、可変速入力軸または可変速ロータの回転を停止することができる。これにより、定速電動機の運転状況に影響を与えることなく、可変速入力軸または可変速ロータの過回転を抑えることができる。

本発明の第三の態様に係る可変速増速機では、第二の態様において、前記検出部は、前記可変速ロータの回転数を検出し、前記ブレーキ制御部は、前記検出部が検出した前記回転数が基準値を超えた場合に前記異常状態であるとみなし、前記ブレーキ部に指示を送ってもよい。

このような構成によれば、可変速ロータの回転に異常が生じていないかを監視することができる。そのため、回転数に異常が生じるような可変速ロータの過回転をより効果的に抑えることができる。

本発明の第四の態様に係る可変速増速機では、第二または第三のいずれか一つの態様において、前記検出部は、前記可変速ロータを支持する軸受の温度を検出し、前記ブレーキ制御部は、前記検出部が検出した前記温度が基準値を超えた場合に前記異常状態であるとみなし、前記ブレーキ部に指示を送ってもよい。

このような構成によれば、軸受の温度が高くなりすぎていないかを監視することができる。そのため、軸受の温度が上昇するような異常が可変速ロータに生じた場合に、過回転をより効果的に抑えることができる。

本発明の第五の態様に係る可変速増速機では、第二から第四のいずれか一つの態様において、前記検出部は、前記可変速ロータの振動数を検出し、前記ブレーキ制御部は、前記検出部が検出した前記振動数が基準値を超えた場合に前記異常状態であるとみなし、前記ブレーキ部に指示を送ってもよい。

このような構成によれば、可変速ロータが大きく振動していないかを監視することができる。そのため、可変速ロータが大きく振動するような異常が可変速ロータに生じた場合に、過回転をより効果的に抑えることができる。

本発明の第六の態様に係る可変速増速機では、第二から第五のいずれか一つの態様において、前記検出部は、前記可変速ロータの回転数を制御する回転数制御装置の状態を検出し、前記ブレーキ制御部は、前記検出部が検出した回転数制御装置の状態が、前記回転数制御装置が故障しているとみなせる場合に前記異常状態であるとみなし、前記ブレーキ部に指示を送ってもよい。

このような構成によれば、回転数制御装置に故障等の異常が生じているか否かを監視することができる。そのため、回転数制御装置に故障することで可変速ロータに異常に生じた場合に、過回転をより効果的に抑えることができる。

本発明によれば、可変速ロータの回転数が定格回転数よりも大きくなってしまうことを抑えることができる。

本発明に係る第一実施形態の可変速増速機の断面図である。 本発明に係る第一実施形態の変速装置の断面図である。 本発明に係る第一実施形態の電動装置の断面図である。 本発明に係る実施形態の変速装置の構成を示す模式図である。 本発明に係る第二実施形態の変速装置及び電動装置の一部の断面図である。 本発明に係る第三実施形態の電動装置の断面図である。 本発明に係る第四実施形態の可変速増速機の断面図である。

《第一実施形態》
以下、本発明の実施形態の可変速増速機１について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の可変速増速機１は、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。可変速増速機１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。可変速増速機１は、駆動対象として、圧縮機Ｃに接続されている。電動装置５０は、電動装置支持部５０Ｓによって架台９０に支持されている。変速装置１０は、変速装置指示部１０Ｓによって架台９０に支持されている。

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、太陽歯車１１と、複数の遊星歯車１５と、内歯車１７と、遊星歯車キャリア２１と、内歯車キャリア３１と、変速ケーシング４１と、を有する。

太陽歯車１１は、水平方向に延在する軸線Ａｒを中心として自転する。変速ケーシング４１は、太陽歯車１１、複数の遊星歯車１５、内歯車１７、遊星歯車キャリア２１、及び内歯車キャリア３１を覆っている。

以下、軸線Ａｒが延びている方向を軸方向とし、軸方向の一方側を出力側、出力側の反対側を入力側とする。また、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、太陽歯車１１に固定されている。太陽歯車軸１２は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成している。太陽歯車軸１２は、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、接続フランジ１３が形成されている。この接続フランジ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、径方向外側に向かって広がる環状のケーシングフランジ４５の出力側に取り付けられている。ケーシングフランジ４５は、変速ケーシング４１に着脱可能とされている。

遊星歯車１５は、太陽歯車１１と噛み合っている。遊星歯車１５は、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。

内歯車１７は、複数の遊星歯車１５と噛み合っている。内歯車１７は、軸線Ａｒを中心として環状に複数の歯が並んでいる。

遊星歯車キャリア２１は、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している。遊星歯車キャリア２１は、遊星歯車軸２２と、遊星歯車キャリア本体２３と、遊星歯車キャリア軸２７と、を有する。

遊星歯車軸２２は、複数の遊星歯車１５毎に設けられている。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Ａｐを中心として自転可能に支持する。

遊星歯車キャリア本体２３は、複数の遊星歯車軸２２の相互の位置を固定している。遊星歯車キャリア本体２３は、遊星歯車出力側アーム部２４と、遊星歯車円筒部２５と、遊星歯車入力側アーム部２６と、を有する。

遊星歯車出力側アーム部２４は、複数の遊星歯車軸２２から径方向外側に延びている。遊星歯車円筒部２５は、遊星歯車出力側アーム部２４の径方向外側端から入力側に軸方向に延びている。遊星歯車円筒部２５は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成すように間隔を空けて複数配置されている。遊星歯車円筒部２５は、遊星歯車出力側アーム部２４に対して着脱自在とされている。遊星歯車入力側アーム部２６は、遊星歯車円筒部２５の出力側端から径方向内側に延びている。

遊星歯車キャリア軸２７は、遊星歯車キャリア本体２３に固定されている。遊星歯車キャリア軸２７は、軸線Ａｒを中心として軸方向に延びている。遊星歯車キャリア軸２７は、遊星歯車出力側アーム部２４から出力側に延びる出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏと、遊星歯車入力側アーム部２６から入力側に延びる入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉと、を有する。出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏと入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉとは、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、遊星歯車出力側アーム部２４よりも出力側に配置されている第一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。第一遊星歯車キャリア軸受４３は、太陽歯車軸受４２とは軸方向の反対側からケーシングフランジ４５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、遊星歯車入力側アーム部２６よりも入力側に配置されている第二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。第二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遊星歯車フランジ２８が形成されている。

内歯車キャリア３１は、内歯車１７を、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持している。内歯車キャリア３１は、内歯車１７が固定されている内歯車キャリア本体３３と、内歯車キャリア本体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。

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

軸線Ａｒを中心として円柱状を成す内歯車キャリア軸３７は、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。内歯車キャリア本体３３の内歯車入力側アーム部３６は、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。

電動装置５０は、図３に示すように、内歯車キャリア軸３７を定速で回転駆動させる定速電動機５１と、入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉを任意の回転数で回転駆動させる可変速電動機７１とを有している。

内歯車キャリア軸３７は、定速電動機５１の駆動力によって定速で回転する定速入力軸Ａｃである。入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉは、可変速電動機７１の駆動力によって任意の回転数で回転する可変速入力軸Ａｖである。

可変速増速機１は、可変速電動機７１の回転数を変えることによって、駆動対象に接続される変速装置１０の出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２の回転数を変えることができる。

定速電動機５１は、変速装置１０の内歯車キャリア軸３７を回転駆動させる。可変速電動機７１は、変速装置１０の入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉを回転駆動させる。電動装置５０は、定速電動機５１を冷却するための冷却ファン９１と、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極の三相誘導電動機である。また、可変速電動機７１は、極数が定速電動機５１よりも多い６極の三相誘導電動機である。なお、定速電動機５１及び可変速電動機７１の仕様はこれに限ることはなく、適宜仕様を変更することができる。

定速電動機５１は、定速ロータ５２と、定速ステータ６６と、定速電動機ケーシング６１と、を有している。定速電動機５１は、定速ロータ５２（内歯車１７）を軸線Ａｒの周方向の第一方向Ｒ１（図４参照、正方向）に回転駆動させる。定速ロータ５２が第一方向Ｒ１に回転することによって、内歯車キャリア軸３７及び内歯車キャリア３１は、第一方向Ｒ１に回転する。

定速ロータ５２は、軸線Ａｒを中心として自転する。定速ロータ５２は、変速装置１０の定速入力軸Ａｃである内歯車キャリア軸３７に接続されている。定速ロータ５２は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成す定速ロータ軸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。定速ロータ軸５３の入力側端には、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の外周側に配置されている。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、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は、定速ケーシング本体６２と、蓋６３ｉ，６３ｏとを有している。定速ケーシング本体６２は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成している。定速ケーシング本体６２は、内周側に定速ステータ６６が固定されている。蓋６３ｉ，６３ｏは、円筒状の定速ケーシング本体６２の軸方向の両端を塞いでいる。各々の蓋６３ｉ，６３ｏには、定速ロータ軸５３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。各々の蓋６３ｉ，６３ｏには、定速ロータ軸受６５ｉ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。

定速ロータ軸５３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。定速ロータ軸５３の入力側端に、冷却ファン９１が固定されている。

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６４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。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、可変速ロータ７２と、可変速ステータ８６と、可変速電動機ケーシング８１と、を有している。可変速電動機７１は、可変速ロータ７２（遊星歯車キャリア２１）を軸線Ａｒの周方向の第一方向Ｒ１及び第一方向Ｒ１とは反対方向の第二方向Ｒ２（図４参照）に回転駆動させることができる。即ち、可変速電動機７１は、正回転及び逆回転が可能である。

可変速電動機７１は、可変速ロータ７２を第一方向Ｒ１に回転させることによって発電機として機能する。可変速電動機７１が発電機として機能する状態を発電機モードと呼ぶ。即ち、可変速電動機７１の可変速ロータ７２は、発電機モードにおいて第一方向Ｒ１に回転する。

可変速電動機７１は、可変速ロータ７２を第一方向Ｒ１とは反対の第二方向Ｒ２に回転させることによって電動機として機能する。可変速電動機７１が電動機として機能する状態を電動機モードと呼ぶ。即ち、可変速電動機７１の可変速ロータ７２は、電動機モードにおいて第二方向Ｒ２に回転する。

可変速ロータ７２が第一方向Ｒ１に回転することによって、遊星歯車キャリア軸２７及び遊星歯車キャリア２１は、第一方向Ｒ１に回転する。

可変速ロータ７２は、軸線Ａｒを中心として自転する。可変速ロータ７２は、可変速入力軸Ａｖである入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉに接続されている。可変速ロータ７２は、可変速ロータ軸７３と、可変速ロータ軸７３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を有している。可変速ロータ軸７３の軸挿通孔７４には、定速入力軸Ａｃである内歯車キャリア軸３７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可変速フランジ７３ｏが形成されている。

可変速ステータ８６は、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は、可変速ロータ７２の導体７６の径方向外側に配置されている。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、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は、可変速ケーシング本体８２と、出力側蓋８３ｏと、入口側蓋８３ｉと、を有している。可変速ケーシング本体８２は、軸線Ａｒを中心として円筒状を成している。可変速ケーシング本体８２は。内周側に可変速ステータ８６が固定されている。出力側蓋８３ｏは、円筒状の可変速ケーシング本体８２の出力側端を塞いでいる。入口側蓋８３ｉは、可変速ステータ８６よりも入力側に配置され円筒状の可変速ケーシング本体８２の内周側に固定されている。各々の蓋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。各々の蓋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。

可変速電動機ケーシング８１の各々の蓋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、本実施形態の可変速増速機１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Ａｒ上に配置されている。

本実施形態の可変速増速機１は、図１に示すように、回転数制御装置１００と、制動機構２００と、主制御装置１２０と、をさらに備えている。

回転数制御装置１００は、可変速電動機７１の回転数を制御する。回転数制御装置１００は、供給される電力の周波数を変えて可変速電動機７１の回転方向を変更させるインバータである。回転数制御装置１００は、主制御装置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に、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の回転数も変化する。回転数制御装置１００は、可変速電動機７１の回転方向も変更させる。即ち、回転数制御装置１００は、可変速ロータ７２を正回転、及び逆回転させることができる。

制動機構２００は、可変速電動機７１の異常状態を検出して、可変速入力軸Ａｖまたは可変速ロータ７２の少なくとも一方の回転を停止させるとともに、定速ロータ５２の回転を継続させる。即ち、制動機構２００は、定速ロータ５２の回転を阻害することなく、可変速入力軸Ａｖまたは可変速ロータ７２の少なくとも一方を停止させる。本実施形態の制動機構２００は、異常状態が生じた際に、可変速入力軸Ａｖまたは可変速ロータ７２の少なくとも一方に制動をかけるとともに、同時に可変速電動機７１の運転を停止させる。本実施形態の制動機構２００は、検出部２１０と、ブレーキ部２２０と、ブレーキ制御部２３０とを有する。

検出部２１０は、可変速電動機７１の異常状態を検出する。本実施形態の検出部２１０は、図３に示すように、可変速ロータ７２に設けられている。検出部２１０は、可変速ロータ７２の回転数を検出する。検出部２１０は、検出結果である回転数の関する検出情報をブレーキ制御部２３０に送る。

ブレーキ部２２０は、可変速入力軸Ａｖまたは可変速ロータ７２の少なくとも一方の回転を停止させる。本実施形態のブレーキ部２２０は、可変速入力軸Ａｖの回転を停止させる。ブレーキ部２２０は、図２に示すように、遊星歯車キャリア本体２３に設けられている。具体的には、ブレーキ部２２０は、変速ケーシング４１の内部で遊星歯車円筒部２５に設けられている。ブレーキ部２２０は、遊星歯車キャリア本体２３の自転を拘束することで、遊星歯車入力側アーム部２６に固定された入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの自転を拘束する。これにより、ブレーキ部２２０は、可変速入力軸Ａｖである遊星歯車キャリア軸２７の回転を停止させる。ブレーキ部２２０は、例えば、遊星歯車円筒部２５に設けられたフランジを挟み込んで固定するブレーキディスクである。

ブレーキ制御部２３０は、図１に示すように、検出部２１０の検出結果に基づいて、可変速入力軸Ａｖまたは可変速ロータ７２の少なくとも一方の回転を停止させる指示をブレーキ部２２０に送る。本実施形態のブレーキ制御部２３０は、検出結果が予め定めた基準を満たした場合に異常状態であるとみなし、可変速ロータ７２の自転を停止させる指示をブレーキ部２２０に送る。ブレーキ制御部２３０は、異常状態であるとみなした場合に、回転数制御装置１００に対して可変速電動機７１への電力の供給を停止させる指示を送る。ブレーキ制御部２３０は、検出部２１０が検出した回転数が基準値を超えた場合に異常状態であるとみなし、ブレーキ部２２０に指示を送る。ブレーキ制御部２３０は、後述する主制御装置１２０の一部として構成されている。

主制御装置１２０は、回転数制御装置１００や制動機構２００の動作を制御する。主制御装置１２０は、コンピュータで構成されている。本実施形態の主制御装置１２０は、回転数制御装置１００の動作を制御するともに、制動機構２００の一部としてブレーキ部２２０の動作を制御する。主制御装置１２０は、第一受付部１２１と、第二受付部１２２と、演算部１２３と、インタフェース１２４と、を有する。

第一受付部１２１は、オペレータからの指示を直接受け付けるまたは上位制御装置からの指示を受け付ける。第一受付部１２１は、入力された指示情報を演算部１２３に送る。

第二受付部１２２は、検出部２１０から検出情報が入力される。第二受付部１２２は、入力された検出情報を演算部１２３に送る。

演算部１２３は、第一受付部１２１で受け付けた指示情報に応じて回転数制御装置１００に対して周波数を変更する指示を作成する。演算部１２３は、第二受付部１２２に入力された検出情報が予め定めた基準値を超えているか否かを判定し、ブレーキ部２２０に対する指示を作成する。ここで、基準値とは、可変速電動機７１の異常状態が生じているとみなせる値である。第一実施形態の基準値としては、可変速ロータ７２の定格回転数よりも大きな値であり、過回転しているとみなせる回転数に対応する値である。

演算部１２３は、検出情報が予め定めた基準値を超えている場合には、ブレーキ部２２０に対して遊星歯車キャリア本体２３の自転を拘束するような指示を作成する。演算部１２３は、作成した指示情報をインタフェース１２４に出力する。

インタフェース１２４は、演算部１２３から入力される指示情報に基づいて、回転数制御装置１００やブレーキ部２２０に指示を与える。したがって、本実施形態のブレーキ制御部２３０は、主制御装置１２０の第二受付部１２２と、演算部１２３と、インタフェース１２４とによって構成されている。

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（定速入力軸Ａｃ）の回転数ωｉ（定格回転数）は１５００ｒｐｍとなる。また、可変速電動機７１が６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（可変速入力軸Ａｖ）の最高回転数ωｈ（定格回転数）は９００ｒｐｍ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４とする。

この場合、定速ロータ５２（内歯車１７）の回転の向きを正回転（第一方向Ｒ１の回転）とし、可変速ロータ７２（遊星歯車キャリア２１）の回転の向きが定速ロータ５２の回転と逆向き（第二方向Ｒ２の回転）の最高回転数（−９００ｒｐｍ）であると、出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２の回転数ωｓは、−１０５００ｒｐｍとなる。この回転数（−１０５００ｒｐｍ）は、太陽歯車軸１２の最高回転数である。

即ち、本実施形態の変速装置１０においては、定速入力軸Ａｃに対応する内歯車１７を＋１５００ｒｐｍで正回転させ、可変速入力軸Ａｖに対応する遊星歯車キャリア２１を−９００ｒｐｍで逆回転させることによって、出力軸Ａｏの回転数ωｓが最高回転数となる。

可変速入力軸Ａｖの可変速範囲が−９００ｒｐｍから＋９００ｒｐｍであるとすると、可変速入力軸Ａｖの回転数が＋９００ｒｐｍに近づくに従って、出力軸Ａｏの回転数ωｓは低くなる。

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小回転数（−９０ｒｐｍ）であると、太陽歯車軸１２の回転数は、−６４５０ｒｐｍとなる。

仮に、定速ロータ５２の回転数（定格回転数）が＋１５００ｒｐｍで、回転数制御装置１００による周波数制御で、電動機モードの可変速ロータ７２の回転数を−３００〜−９００ｒｐｍの範囲で制御する場合、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１６．７Ｈｚ〜５０Ｈｚの範囲で制御する場合、出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２の回転数を−７５００〜−１０５００ｒｐｍの範囲に制御することができる。この範囲は、可変速増速機１の出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２の可変速範囲であり、可変速増速機１は、通常この可変速範囲で出力軸Ａｏを回転させる。

上記のような可変速増速機１によれば、検出部２１０の検出結果が基準値を超えた場合には、演算部１２３からの指示がインタフェース１２４を介してブレーキ部２２０に送られる。加えて、このような場合には、インタフェース１２４を介して回転数制御装置１００に可変速電動機７１への電力の供給を停止させる指示が送られる。その結果、可変速電動機７１が緊急停止されるとともに、ブレーキ部２２０によって遊星歯車円筒部２５の回転を停止させることができる。遊星歯車円筒部２５の回転を停止させることで、遊星歯車キャリア本体２３の自転が拘束され、遊星歯車入力側アーム部２６に固定された入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの自転が拘束される。そのため、可変速電動機７１の異常状態に応じて、可変速入力軸Ａｖ及び可変速ロータ７２を停止させることができる。これにより、定速電動機５１の運転状況によらずに、可変速電動機７１のみを停止させることができる。その結果、可変速ロータ７２の回転数が定格回転数よりも大きくなってしまうことを抑えることができる。

また、ブレーキ部２２０によって遊星歯車円筒部２５の回転のみを停止させることで、定速ロータ５２が接続された内歯車キャリア軸３７の回転を阻害することなく、可変速ロータ７２の接続された入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの回転を停止することができる。これにより、定速電動機５１の運転状況に影響を与えることなく、可変速ロータ７２の過回転を抑えることができる。

また、検出部２１０によって可変速ロータ７２の回転数を検出し、検出結果が基準値を超えているか否かを演算部１２３で判定している。これにより、可変速ロータ７２の回転に異常が生じていないかを監視することができる。そのため、回転数に異常が生じるような可変速ロータ７２の過回転をより効果的に抑えることができる。

《第二実施形態》
次に、図５を参照して第二実施形態の可変速増速機１Ａについて説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の可変速増速機１Ａは、検出部２１０Ａ及びブレーキ部２２０Ａの構成について第一実施形態と相違する。

即ち、第二実施形態の可変速増速機１Ａでは、図５に示すように、制動機構２００Ａの構成が第一実施形態と一部異なっている。第二実施形態の制動機構２００Ａは、可変速電動機７１の異常状態を検出して、可変速入力軸Ａｖの回転を停止させるとともに、定速ロータ５２の回転を継続させる。即ち、制動機構２００Ａは、定速ロータ５２の回転を阻害することなく、可変速入力軸Ａｖのみを停止させる。第二実施形態の制動機構２００Ａは、検出部２１０Ａと、ブレーキ部２２０Ａと、ブレーキ制御部２３０Ａとを有する。

第二実施形態の検出部２１０Ａは、可変速ロータ軸受８５ｏを監視可能な位置に設けられている。検出部２１０Ａは、可変速ロータ軸受８５ｏの温度を検出する。検出部２１０Ａは、検出結果である可変速ロータ軸受８５ｏの温度の関する検出情報をブレーキ制御部２３０Ａに送る。

第二実施形態のブレーキ部２２０Ａは、可変速入力軸Ａｖの回転を停止させる。ブレーキ部２２０Ａは、外部から視認可能な位置で遊星歯車円筒部２５の出力側の端部に設けられている。ブレーキ部２２０Ａは、遊星歯車円筒部２５を介して遊星歯車キャリア本体２３の回転を停止させる。ブレーキ部２２０Ａは、遊星歯車キャリア本体２３の自転を拘束することで、遊星歯車入力側アーム部２６に固定された入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの自転を拘束する。これにより、ブレーキ部２２０Ａは、可変速入力軸Ａｖである遊星歯車キャリア軸２７の回転を間接的に停止させる。

ブレーキ制御部２３０Ａは、主制御装置１２０の一部として構成されている。ブレーキ制御部２３０Ａは、判定に用いる基準値が第一実施形態と異なっている。第二実施形態のブレーキ制御部２３０Ａの基準値としては、可変速ロータ７２が定格回転で回転する際に可変速ロータ軸受８５ｏで許容可能な温度よりも大きな値であり、過回転によって可変速ロータ軸受８５ｏが加熱されているとみなせる温度に対応する値である。

第二実施形態の可変速増速機１Ａによれば、検出部２１０Ａによって可変速ロータ７２を支持する可変速ロータ軸受８５ｏの温度を検出し、検出結果が基準値を超えているか否かを演算部１２３で判定している。これにより、可変速ロータ軸受８５ｏの温度が高くなりすぎていないかを監視することができる。そのため、可変速ロータ軸受８５ｏの温度が上昇するような異常が可変速ロータ７２に生じた場合に、過回転をより効果的に抑えることができる。

《第三実施形態》
次に、図６を参照して第三実施形態の可変速増速機１Ｂについて説明する。
第三実施形態においては第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の可変速増速機１Ｂは、検出部２１０Ｂ及びブレーキ部２２０Ｂの構成について第一実施形態及び第二実施形態と相違する。

即ち、第三実施形態の可変速増速機１Ｂでは、図６に示すように、制動機構２００Ｂの構成が第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。第三実施形態の制動機構２００Ｂは、可変速電動機７１の異常状態を検出して、可変速ロータ７２の回転を直接停止させるとともに、定速ロータ５２の回転を継続させる。即ち、制動機構２００Ｂは、定速ロータ５２の回転を阻害することなく、可変速ロータ７２のみを停止させる。第三実施形態の制動機構２００Ｂは、検出部２１０Ｂと、ブレーキ部２２０Ｂと、ブレーキ制御部２３０Ｂとを有する。

第三実施形態の検出部２１０Ｂは、可変速ロータ７２に設けられている。検出部２１０Ｂは、可変速ロータ７２の振動数を検出する。検出部２１０Ｂは、検出結果である可変速ロータ７２の振動数の関する検出情報をブレーキ制御部２３０Ｂに送る。

第三実施形態のブレーキ部２２０Ｂは、可変速ロータ７２の回転を停止させる。ブレーキ部２２０Ｂは、可変速電動機７１の内部で可変速ロータ７２の軸方向の入力側の端部に設けられている。ブレーキ部２２０Ｂは、可変速ロータ７２自体の回転を直接停止させる。

ブレーキ制御部２３０Ｂは、主制御装置１２０の一部として構成されている。ブレーキ制御部２３０Ｂは、判定に用いる基準値が第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。第三実施形態のブレーキ制御部２３０Ｂの基準値としては、可変速ロータ７２が定格回転で回転する際に許容可能な振動数よりも大きな値であり、過回転によって可変速ロータ軸受８５ｏが大きく振動しているとみなせる振動数に対応する値である。

第三実施形態の可変速増速機１Ｂによれば、検出部２１０Ｂによって可変速ロータ７２の振動数を検出し、検出結果が基準値を超えているか否かを演算部１２３で判定している。これにより、可変速ロータ７２が大きく振動していないかを監視することができる。そのため、可変速ロータ７２が大きく振動するような異常が可変速ロータ７２に生じた場合に、過回転をより効果的に抑えることができる。

《第四実施形態》
次に、図７を参照して第四実施形態の可変速増速機１Ｃについて説明する。
第四実施形態においては第一実施形態から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第四実施形態の可変速増速機１Ｃは、検出部２１０Ｃの構成について第一実施形態と相違する。

即ち、第四実施形態の可変速増速機１Ｃでは、図７に示すように、制動機構２００Ｃの構成が第一実施形態から第三実施形態と異なっている。第四実施形態の制動機構２００Ｃは、可変速電動機７１の異常状態を間接的に検出して、可変速入力軸Ａｖの回転を停止させるとともに、定速ロータ５２の回転を継続させる。即ち、制動機構２００Ｃは、定速ロータ５２の回転を阻害することなく、可変速入力軸Ａｖのみを停止させる。第四実施形態の制動機構２００Ｃは、検出部２１０Ｃと、ブレーキ部２２０Ｃと、ブレーキ制御部２３０Ｃとを有する。

第四実施形態の検出部２１０Ｃは、回転数制御装置１００に設けられている。検出部２１０Ｃは、回転数制御装置１００の状態を検出する。即ち、検出部２１０Ｃは、回転数制御装置１００の状態を検出することで、回転数制御装置１００の状態の変化に伴う可変速ロータ７２を状態の変化を間接的に監視している。検出部２１０Ｃは、検出結果である回転数制御装置１００の状態の関する検出情報をブレーキ制御部２３０Ｃに送る。

第四実施形態のブレーキ部２２０Ｃは、可変速入力軸Ａｖの回転を停止させる。ブレーキ部２２０Ｃは、第一実施形態と同様の構成である。ブレーキ制御部２３０Ｃは、主制御装置１２０の一部として構成されている。ブレーキ制御部２３０Ｃは、判定に用いる基準値が第一実施形態から第三実施形態と異なっている。第四実施形態のブレーキ制御部２３０Ｃの基準値としては、回転数制御装置１００が故障しているとみなせる値である。

第四実施形態の可変速増速機１Ｃによれば、検出部２１０Ｃによって回転数制御装置１００の状態を検出し、検出結果が基準値を超えているか否かを演算部１２３で判定している。これにより、回転数制御装置１００に故障等の異常が生じているか否かを監視することができる。そのため、回転数制御装置１００に故障することで可変速ロータ７２に異常に生じた場合に、過回転をより効果的に抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、上記実施形態では、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極の三相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、６極の三相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、上記実施形態では、可変速ロータ７２に軸挿通孔７４が形成され、軸挿通孔７４に定速ロータ５２が挿通されるが、定速ロータ５２に軸挿通孔７４が形成され、この軸挿通孔７４に可変速ロータ７２が挿通される構成としてもよい。

また、上記実施形態では、定速ロータ５２と、可変速ロータ７２と、太陽歯車軸１２とを同一の軸線Ａｒ上に配置しているがこれに限ることはない。例えば、可変速電動機７１を、可変速ロータ７２の軸線Ａｒが定速ロータ５２の軸線Ａｒと平行であって異なる位置となるように配置してもよい。

また、本実施形態のブレーキ部２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃは、可変速入力軸Ａｖである内歯車キャリア軸３７の回転及び可変速ロータ７２のいずれか一方を停止させたがこのような構成に限定されるものではない。例えば、ブレーキ部２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃは、可変速入力軸Ａｖ及び可変速ロータ７２の両方を直接停止させる構造であってもよい。

また、本実施形態のブレーキ制御部２３０，２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃは、主制御装置１２０の一部として構成されたが、このような構成に限定されるものではない。ブレーキ制御部２３０，２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃは、例えば、検出部２１０Ｃと一体に構成されていてもよい。

また、検出部２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃが検出する可変速電動機７１の状態とは、上述した実施形態に限定されるものではなく、可変速電動機７１の異常状態を検出する際に利用可能な情報であればよい。例えば、検出部は、可変速増速機１への電力の供給状態を検出してもよい。この場合、ブレーキ制御部は、停電が生じて可変速増速機１への電力の供給が停止した場合に、可変速電動機７１が異常状態であるとみなしてブレーキ部に指示を送ればよい。

上記した可変速増速機によれば、可変速ロータ７２の回転数が定格回転数よりも大きくなってしまうことを抑えることができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 可変速増速機
１０ 変速装置
Ａｒ 軸線
１１ 太陽歯車
１２ 太陽歯車軸
Ａｏ 出力軸
１３ 接続フランジ
Ａｐ 中心線
１５ 遊星歯車
１７ 内歯車
２１ 遊星歯車キャリア
２２ 遊星歯車軸
２３ 遊星歯車キャリア本体
２４ 遊星歯車出力側アーム部
２５ 遊星歯車円筒部
２６ 遊星歯車入力側アーム部
２７ 遊星歯車キャリア軸
２７ｏ 出力側遊星歯車キャリア軸
２７ｉ 入力側遊星歯車キャリア軸
Ａｖ 可変速入力軸
２８ 遊星歯車フランジ
３１ 内歯車キャリア
３３ 内歯車キャリア本体
３５ 内歯車円筒部
３６ 内歯車入力側アーム部
３７ 内歯車キャリア軸
Ａｃ 定速入力軸
４１ 変速ケーシング
４２ 太陽歯車軸受
４３ 第一遊星歯車キャリア軸受
４４ 第二遊星歯車キャリア軸受
４５ ケーシングフランジ
５０ 電動装置
５１ 定速電動機
５２ 定速ロータ
５３ 定速ロータ軸
５６ 導体
６６ 定速ステータ
６１ 定速電動機ケーシング
６２ 定速ケーシング本体
６３ｉ，６３ｏ 蓋
６４ 開口
６５ｉ，６５ｏ 定速ロータ軸受
７１ 可変速電動機
７２ 可変速ロータ
７３ 可変速ロータ軸
７４ 軸挿通孔
７３ｏ 可変速フランジ
７６ 導体
８６ 可変速ステータ
８１ 可変速電動機ケーシング
８２ 可変速ケーシング本体
８３ｏ 出力側蓋
８３ｉ 入口側蓋
８４ 開口
８５ｉ，８５ｏ 可変速ロータ軸受
９１ 冷却ファン
９２ ファンカバー
９３ カバー本体
９４ 空気流通板
１００ 回転数制御装置
１０Ｓ 変速装置指示部
５０Ｓ 電動装置支持部
９０ 架台
Ｃ 圧縮機
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ 制動機構
２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ 検出部
２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ ブレーキ部
２３０，２３０，２３０Ｂ，２３０Ｃ ブレーキ制御部
１２０ 主制御装置
１２１ 第一受付部
１２２ 第二受付部
１２３ 演算部
１２４ インタフェース

Claims (6)

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て駆動対象に伝える変速装置と、
   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、
   前記太陽歯車と噛み合い、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が並び、前記遊星歯車と噛み合う内歯車と、
   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駆動対象に接続される出力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が定速入力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が可変速入力軸を成し、
   前記電動装置は、
   前記変速装置の前記定速入力軸を第一方向に回転させる定速ロータを有する定速電動機と、
   前記変速装置の前記可変速入力軸に接続され、前記軸線を中心として円筒状をなし、軸方向に貫通した軸挿通孔に前記定速入力軸が挿通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、
   前記可変速電動機の異常状態を検出して、前記可変速入力軸または前記可変速ロータの少なくとも一方の回転を停止させると共に、前記定速ロータの回転を継続させる制動機構をさらに備える可変速増速機。
2. 前記制動機構は、
   前記可変速電動機の状態を検出する検出部と、
   前記可変速入力軸または前記可変速ロータの少なくとも一方の回転を停止させるブレーキ部と、
   前記検出部の検出結果が異常状態であるとみなせる場合に、前記可変速入力軸または前記可変速ロータの少なくとも一方の回転を停止させる指示を前記ブレーキ部に送るブレーキ制御部とを有する請求項１に記載の可変速増速機。
3. 前記検出部は、前記可変速ロータの回転数を検出し、
   前記ブレーキ制御部は、前記検出部が検出した前記回転数が基準値を超えた場合に前記異常状態であるとみなし、前記ブレーキ部に指示を送る請求項２に記載の可変速増速機。
4. 前記検出部は、前記可変速ロータを支持する軸受の温度を検出し、
   前記ブレーキ制御部は、前記検出部が検出した前記温度が基準値を超えた場合に前記異常状態であるとみなし、前記ブレーキ部に指示を送る請求項２または請求項３に記載の可変速増速機。
5. 前記検出部は、前記可変速ロータの振動数を検出し、
   前記ブレーキ制御部は、前記検出部が検出した前記振動数が基準値を超えた場合に前記異常状態であるとみなし、前記ブレーキ部に指示を送る請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の可変速増速機。
6. 前記検出部は、前記可変速ロータの回転数を制御する回転数制御装置の状態を検出し、
   前記ブレーキ制御部は、前記検出部が検出した回転数制御装置の状態が、前記回転数制御装置が故障しているとみなせる場合に前記異常状態であるとみなし、前記ブレーキ部に指示を送る請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の可変速増速機。

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