KR101970395B1

KR101970395B1 - 증속기

Info

Publication number: KR101970395B1
Application number: KR1020170035897A
Authority: KR
Inventors: 료스케 후쿠야마; 가호 다케우치
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2019-04-18
Also published as: DE102017106760B4; JP6583101B2; US20170284518A1; JP2017180783A; US10260604B2; DE102017106760A1; KR20170113170A

Abstract

(과제) 증속비를 임의로 설정하는 것.
(해결 수단) 증속기는, 환상의 링부 (29) 와, 고속측 샤프트 (12) 와, 링부 (29) 의 내측에 형성됨과 함께 링부 (29) 및 고속측 샤프트 (12) 의 쌍방에 맞닿은 3 개의 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 를 구비한다. 그리고, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는, 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향에 있어서 고속측 샤프트 (12) 와의 맞닿음 지점이 서로 겹치지 않도록 배치되어 있다.

Description

증속기 {SPEED INCREASER}

본 발명은 증속기에 관한 것이다.

저속측 샤프트의 회전에 수반하여 회전하는 환상의 링부와, 링부의 내측에 배치된 고속측 샤프트와, 링부의 내측에 형성됨과 함께 링부 및 고속측 샤프트의 쌍방에 맞닿은 3 개의 롤러를 구비한 증속기가 알려져 있다 (예를 들어 특허문헌 1 참조). 이러한 종류의 증속기에서는, 오일이 공급되고 있는 상황에서 저속측 샤프트가 회전함으로써 회전 전의 롤러와 링부의 맞닿음 지점 및 롤러와 고속측 샤프트의 맞닿음 지점에서 오일막이 형성되고, 당해 오일막을 통하여 저속측 샤프트로부터 고속측 샤프트로 동력이 전달됨으로써 고속측 샤프트가 저속측 샤프트보다 고속으로 회전한다.

일본 공개특허공보 2004-308757호

상기 증속기의 증속비는 링부의 내경과 고속측 샤프트의 외경의 비에 의해 나타낼 수 있다. 이 때문에, 증속기에 있어서 높은 증속비를 얻으려고 하면, 예를 들어 링부의 내경을 일정하게 한 경우에는 고속측 샤프트의 직경을 작게 하고, 저속측 샤프트로부터 고속측 샤프트로 동력을 전달할 수 있도록 링부의 내측에 있는 복수의 롤러의 직경을 설정하면 된다.

그런데, 증속기는, 링부의 내측에 배치 형성한 롤러로 고속측 샤프트를 지지하는 구성이기 때문에, 2 개의 롤러에 의해 2 점 지지하는 것보다는 3 개의 롤러에 의해 3 점 지지하는 편이 고속측 샤프트를 안정적으로 지지할 수 있다. 그러나, 3 개의 롤러를 사용한 증속기의 증속비를 높이는 경우에는 롤러 직경 증가에 수반하는 롤러끼리의 간섭을 고려할 필요가 생기기 때문에, 롤러끼리의 간섭이 일어나지 않는 범위에서만 고속측 샤프트의 직경을 작게 할 수 있어, 증속비를 충분히 높일 수 없다.

본 발명은, 이와 같은 종래의 기술에 존재하는 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 3 개의 롤러를 사용한 증속기에 있어서 증속비를 임의로 설정하는 것을 가능하게 한 증속기를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하는 증속기는, 저속측 샤프트의 회전에 수반하여 회전하는 환상의 링부와, 상기 링부의 내측에 배치된 고속측 샤프트와, 상기 링부의 내측에 형성됨과 함께 상기 링부 및 상기 고속측 샤프트의 쌍방에 맞닿은 3 개의 롤러를 구비한 증속기에 있어서, 상기 3 개의 롤러는 각각의 회전축선이 상기 고속측 샤프트의 둘레 방향으로 서로 간격을 두도록 배치되어 있음과 함께 상기 고속측 샤프트의 회전축선 방향으로 각각 어긋나게 배치되어 있고, 상기 3 개의 롤러는 상기 고속측 샤프트의 회전축선 방향에 있어서 상기 고속측 샤프트와의 맞닿음 지점의 적어도 일부가 서로 겹치지 않도록 배치되어 있는 것을 요지로 한다.

이 구성에 의하면, 3 개의 롤러가, 고속측 샤프트의 회전축선 방향에 있어서 고속측 샤프트와의 맞닿음 지점의 적어도 일부가 서로 겹치지 않도록 배치되어 있음으로써, 롤러끼리의 간섭이 발생하지 않는다. 이 때문에, 높은 증속비를 얻고자 하여 예를 들어 고속측 샤프트의 직경을 작게 한 결과, 각 롤러의 직경이 길어져도 롤러끼리가 간섭하지 않는다. 따라서, 증속비를 임의로 설정할 수 있다.

상기 증속기에 있어서, 상기 고속측 샤프트의 회전축선은 상기 저속측 샤프트의 회전축선 및 상기 링부의 회전축선에 대해 편심 (偏心) 되어 있고, 상기 3 개의 롤러는 적어도 1 개의 롤러가 고정 롤러이며, 적어도 1 개의 롤러가 상기 링부의 회전에 수반하여 가동 (可動) 하는 가동 롤러이고, 상기 가동 롤러는, 상기 저속측 샤프트가 회전하여 상기 링부가 회전하는 것에 수반하여, 상기 링부 및 상기 고속측 샤프트로부터 받는 힘이 증대하는 방향으로 이동하도록 배치되도록 해도 된다.

이 구성에 의하면, 3 개의 롤러가, 고속측 샤프트의 회전축선 방향에 있어서 고속측 샤프트와의 맞닿음 지점의 적어도 일부가 서로 겹치지 않도록 배치되어 있음으로써, 롤러끼리의 간섭이 발생하지 않는다. 이 때문에, 가동 범위의 설정에 제약이 가해지지 않아, 가동 범위를 임의로 설정할 수 있다.

본 발명에 의하면, 증속비를 임의로 설정할 수 있다.

도 1 은, 제 1 실시형태의 증속기 및 원심 압축기의 개요를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 도 1 의 2-2 선 단면도이다.
도 3 은, 고속측 샤프트에 대한 3 개의 롤러의 배치를 나타내는 단면도이다.
도 4 는, 제 2 실시형태의 증속기를 나타내는 단면도이다.

(제 1 실시형태)

이하, 본 발명을 구체화한 증속기의 제 1 실시형태를 도 1 ∼ 도 3 에 따라 설명한다. 또한, 본 실시형태의 증속기는 원심 압축기에 사용된다. 그리고, 본 실시형태의 원심 압축기는 연료 전지가 탑재된 연료 전지차 (FCV) 에 탑재되어, 연료 전지에 공기를 보내는 데에 사용된다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 원심 압축기 (10) 는, 저속측 샤프트 (11) 와, 고속측 샤프트 (12) 와, 저속측 샤프트 (11) 를 회전시키는 전동 모터 (13) 와, 저속측 샤프트 (11) 의 회전을 증속시켜 고속측 샤프트 (12) 에 전달하는 증속기 (14) 와, 고속측 샤프트 (12) 의 회전에 의해 유체 (본 실시형태에서는 공기) 를 압축하는 압축부 (15) 를 구비하고 있다. 저속측 샤프트 (11) 및 고속측 샤프트 (12) 는, 예를 들어 금속으로 구성되어 있고, 상세하게는 철 또는 철의 합금으로 구성되어 있다.

원심 압축기 (10) 는, 당해 원심 압축기 (10) 의 외곽을 구성하는 것으로서, 저속측 샤프트 (11), 고속측 샤프트 (12), 전동 모터 (13), 증속기 (14) 및 압축부 (15) 가 수용된 하우징 (20) 을 구비하고 있다. 하우징 (20) 은, 예를 들어 전체적으로 대략 통상 (상세하게는 원통상) 으로 되어 있다. 하우징 (20) 은, 전동 모터 (13) 가 수용된 모터 하우징 (21) 과, 증속기 (14) 가 수용된 증속기 하우징 (22) 과, 압축부 (15) 가 수용된 컴프레서 하우징 (23) 을 구비하고 있다. 모터 하우징 (21), 증속기 하우징 (22) 및 컴프레서 하우징 (23) 은 하우징 (20) 의 축선 방향으로 배열되어 있다. 또, 하우징 (20) 은, 증속기 하우징 (22) 과 컴프레서 하우징 (23) 사이에 형성된 플레이트 (24) 를 구비하고 있다. 그리고, 하우징 (20) 은, 증속기 하우징 (22) 을 한가운데로 하여 당해 증속기 하우징 (22) 의 일방의 단부측에 모터 하우징 (21) 이 위치하고 있음과 함께 타방의 단부측에 플레이트 (24) 를 개재하여 컴프레서 하우징 (23) 이 위치하고 있다.

모터 하우징 (21) 에는 저속측 샤프트 (11) 가 수용되어 있다. 저속측 샤프트 (11) 는, 그 회전축선 방향과 하우징 (20) 의 축선 방향이 일치하는 상태로, 또한 회전 가능한 상태로 지지되어 있다. 저속측 샤프트 (11) 의 일부는, 증속기 하우징 (22) 을 관통하는 관통공 (22a) 에 삽입 통과됨으로써 증속기 하우징 (22) 내에 배치되어 있다. 또, 증속기 하우징 (22) 의 관통공 (22a) 의 내면과 저속측 샤프트 (11) 사이에는, 증속기 하우징 (22) 내에 존재하는 오일 (O) 이 모터 하우징 (21) 내로 흐르는 것을 규제하는 시일 부재 (25) 가 형성되어 있다. 오일 (O) 은, 증속기 하우징 (22) 에 형성되어 있는 유입구 (22b) 를 통해서 증속기 하우징 (22) 내에 유입되고, 증속기 하우징 (22) 내를 순환한 후에 증속기 하우징 (22) 에 형성되어 있는 도시되지 않은 배출구로부터 배출된다.

모터 하우징 (21) 에 수용된 전동 모터 (13) 는, 저속측 샤프트 (11) 에 고정된 로터와, 로터의 외측에 배치되는 것으로서 모터 하우징 (21) 의 내면에 고정된 스테이터를 구비하고 있다. 저속측 샤프트 (11) 는, 스테이터의 코일에 전류가 흐름으로써 로터와 일체적으로 회전한다.

증속기 하우징 (22) 에는, 증속기 (14) 의 일부를 구성하는 고속측 샤프트 (12) 가 수용되어 있다. 고속측 샤프트 (12) 는, 그 회전축선 방향과 하우징 (20) 의 축선 방향이 일치하는 상태로 지지되어 있다. 이 실시형태에 있어서 고속측 샤프트 (12) 는, 저속측 샤프트 (11) 와 동일한 회전축선 상에 배치되어 있다. 고속측 샤프트 (12) 의 일부는, 플레이트 (24) 를 관통하는 플레이트 관통공 (24a) 에 삽입 통과됨으로써 컴프레서 하우징 (23) 내에 배치되어 있다. 또, 플레이트 (24) 의 플레이트 관통공 (24a) 의 내면과 고속측 샤프트 (12) 사이에는, 증속기 하우징 (22) 내에 존재하는 오일 (O) 이 컴프레서 하우징 (23) 내로 흐르는 것을 규제하는 시일 부재 (26) 가 형성되어 있다.

컴프레서 하우징 (23) 에 수용된 압축부 (15) 는 흡입한 유체를 압축하고, 그 압축 후의 유체를 토출한다. 실시형태의 원심 압축기 (10) 의 압축부 (15) 는 임펠러와 디퓨저 통로와 토출실을 구비하고 있다. 임펠러는, 고속측 샤프트 (12) 와 일체 회전하도록 당해 고속측 샤프트 (12) 에 부착되어 있다. 그리고, 압축부 (15) 에서는, 고속측 샤프트 (12) 와 함께 임펠러가 회전함으로써 흡입한 유체를 압축하고, 당해 임펠러에 의해 압축된 유체가 디퓨저 통로를 지남으로써 더욱 압축되어 토출실로 흐르고, 당해 토출실로부터 토출된다.

다음으로, 증속기 (14) 에 대해 설명한다.

본 실시형태의 증속기 (14) 는, 이른바 트랙션 드라이브식 (마찰 롤러식) 이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 증속기 (14) 는, 저속측 샤프트 (11) 에 연결된 링 부재 (27) 를 구비하고 있다. 링 부재 (27) 는, 저속측 샤프트 (11) 에 연결된 원판상의 베이스부 (28) 와, 당해 베이스부 (28) 의 가장자리부로부터 플레이트 (24) 를 향하여 기립한 환상의 링부 (29) 를 구비하고 있다. 링부 (29) 의 내경은, 저속측 샤프트 (11) 에 있어서 베이스부 (28) 와 연결되는 부분의 직경보다 길게 설정되어 있다.

본 실시형태에 있어서 링 부재 (27) 는, 베이스부 (28) 의 회전축선 (링 부재 (27) 의 회전축선) 과 저속측 샤프트 (11) 의 회전축선 (11L) 이 일치하도록 저속측 샤프트 (11) 에 연결되어 있다. 또한, 링부 (29) 의 회전축선 (29L) 도 저속측 샤프트 (11) 의 회전축선 (11L) 과 일치하고 있다. 링 부재 (27) 는 저속측 샤프트 (11) 의 회전에 수반하여 회전한다. 또, 고속측 샤프트 (12) 의 일부는 링부 (29) 의 내측에 배치되어 있다. 도면 중에 나타내는 부호 「12L」은 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 증속기 (14) 는, 링부 (29) 의 내측에 형성됨과 함께 링부 (29) 및 고속측 샤프트 (12) 의 쌍방에 맞닿은 3 개의 롤러로서 제 1 롤러 (30), 제 2 롤러 (31), 및 제 3 롤러 (32) 를 구비하고 있다. 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는 모두 원주상이며, 그 회전축선 방향 (축선 방향) 과 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향은 일치하고 있다. 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는 각각의 회전축선 (30L, 31L, 32L) 이 고속측 샤프트 (12) 의 둘레 방향으로 서로 간격을 두도록 배치되어 있다. 본 실시형태의 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는 각각의 회전축선 (30L, 31L, 32L) 이 고속측 샤프트 (12) 의 둘레 방향으로 120 도씩 사이를 두도록 배치되어 있다.

이 실시형태의 증속기 (14) 에 있어서 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는 동일 형상이다. 요컨대, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 직경 (회전축선 방향과 교차하는 방향의 길이) 은 동일함과 함께, 롤러의 폭 (회전축선 방향의 길이) 도 동일하다. 그리고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 직경은 고속측 샤프트 (12) 의 직경보다 길게 설정되어 있다. 또, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 직경은 링부 (29) 의 내측에 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 가 배치 가능하게 되도록 설정되어 있다. 또한, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는 예를 들어 금속으로 구성되어 있고, 상세하게는 고속측 샤프트 (12) 와 동일 금속, 예를 들어 철 또는 철의 합금으로 구성되어 있다.

도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 증속기 (14) 는, 플레이트 (24) 와 협동하여 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 를 회전 가능하게 지지하는 지지 부재 (35) 를 구비하고 있다. 지지 부재 (35) 는 링부 (29) 보다 한결 작게 형성되어 있고, 링부 (29) 의 내측에 배치되어 있다. 그리고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 지지 부재 (35) 는, 링부 (29) 의 내주면 (29a) 과 이웃하는 2 개의 롤러의 외주면에 의해 구획된 3 개의 공간을 메우도록 형성되어 있는 제 1 지지부 (35a), 제 2 지지부 (35b), 및 제 3 지지부 (35c) 를 구비하고 있다.

제 1 ∼ 제 3 지지부 (35a ∼ 35c) 각각은, 링부 (29) 의 내주면 (29a) 및 이웃하는 롤러의 각 외주면에 대해 일정한 간극을 형성한 상태에서, 링부 (29) 의 내주면 (29a) 과 이웃하는 롤러의 외주면에 의해 구획된 공간을 메우고 있다. 예를 들어, 제 1 지지부 (35a) 는, 링부 (29) 의 내주면 (29a), 제 1 롤러 (30) 의 외주면 (30a), 및 제 2 롤러 (31) 의 외주면 (31a) 에 대해 일정한 간극을 형성한 상태에서, 링부 (29) 의 내주면 (29a) 과 제 1 롤러 (30) 의 외주면 (30a) 과 제 2 롤러 (31) 의 외주면 (31a) 에 의해 구획된 공간을 메우고 있다. 또, 제 1 ∼ 제 3 지지부 (35a ∼ 35c) 각각에는, 고정구로서의 볼트 (36) 가 나사 결합 가능한 나사공 (37) 이 형성되어 있다. 이로써, 지지 부재 (35) 는, 제 1 ∼ 제 3 지지부 (35a ∼ 35c) 의 나사공 (37) 과 플레이트 (24) 에 걸치도록 볼트 (36) 가 나사 결합됨으로써 플레이트 (24) 에 고정되어 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 롤러 (30) 에 있어서의 당해 제 1 롤러 (30) 의 회전축선 방향의 양 단면에는, 그 양 단면으로부터 돌출된 돌기 (40, 41) 가 형성되어 있다. 돌기 (40, 41) 는, 상기 양 단면의 중앙에 형성된 원주상이다. 그리고, 제 1 롤러 (30) 는, 각 돌기 (40, 41) 에 부착된 롤러 베어링 (42, 43) 에 의해, 플레이트 (24) 및 지지 부재 (35) 에 대해 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 제 2 롤러 (31) 및 제 3 롤러 (32) 에 대해서도, 제 1 롤러 (30) 와 마찬가지로, 양 단면의 돌기 (40, 41) 에 부착된 롤러 베어링 (42, 43) 에 의해, 플레이트 (24) 및 지지 부재 (35) 에 대해 회전 가능하게 지지되어 있다.

제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 와 링 부재 (27) 와 고속측 샤프트 (12) 는, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 와 고속측 샤프트 (12) 및 링부 (29) 가 서로 가압되어 있는 상태로 유닛화되어 있다. 그리고, 고속측 샤프트 (12) 는, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 로 이루어지는 3 개의 롤러에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 경우, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 각 외주면 (30a ∼ 32a) 과 링부 (29) 의 내주면 (29a) 의 맞닿음 지점인 링측 맞닿음 지점 (Pa1 ∼ Pa3), 및 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 각 외주면 (30a ∼ 32a) 과 고속측 샤프트 (12) 의 외주면 (12a) 의 맞닿음 지점인 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb1 ∼ Pb3) 에는 가압 하중이 부여되어 있다. 또한, 링측 맞닿음 지점 (Pa1 ∼ Pa3), 및 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb1 ∼ Pb3) 은 모두 회전축선 방향으로 연장되어 있다.

도 3 은, 증속기 (14) 를 측면에서 보고 있고, 지지 부재 (35) 등의 일부 구성은 생략하였다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 이 실시형태에 있어서 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는, 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향으로 각각 어긋나게 배치되어 있다. 본 실시형태의 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는, 롤러의 폭과 후술하는 고속측 샤프트 (12) 의 플랜지 (45) 의 두께 (플랜지 (45) 에 있어서의 회전축선 방향의 길이) 만큼의 간격씩 간격을 두고 나란히 배치되어 있다. 여기서 말하는 롤러의 폭은 롤러의 돌기 (40, 41) 를 제외한 회전축선 방향의 길이이다. 그리고, 이 실시형태의 증속기 (14) 에 있어서 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb1 ∼ Pb3) 에서는, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 가 고속측 샤프트 (12) 와 롤러의 폭분에 걸쳐 맞닿는다. 이 때문에, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는, 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향에 있어서 고속측 샤프트 (12) 와의 맞닿음 지점인 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb1 ∼ Pb3) 이 겹치지 않도록 어긋나게 배치되어 있게 된다. 바꾸어 말하면, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb1 ∼ Pb3) 은, 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향에 있어서 상이한 위치에 배치되어 있다. 또한, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 고속측 샤프트 (12) 와의 맞닿음 지점은, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 외주면 (30a ∼ 32a) 의 형상에 의존한다.

상기와 같이 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 를 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향으로 어긋나게 한 경우에는, 예를 들어 링부 (29) 의 내경을 동일 직경으로 한 가정에 있어서, 고속측 샤프트 (12) 의 직경을 짧게 하고, 그것에 수반하여 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 직경을 길게 하였다고 해도, 각 롤러끼리가 간섭하지 않는다. 또한, 도 2 에 나타내는 바와 같이 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는, 정면에서 보았을 때, 회전축선 방향으로 이웃하는 롤러끼리의 일부분이 겹쳐 있는 듯이 시인될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 정면에서 보았을 때에 롤러끼리의 일부분이 겹쳐 있어도, 도 3 에 나타내는 바와 같이 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 를 측면에서 보았을 때, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향에 있어서 겹쳐 있지 않다.

또한, 도 1 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 고속측 샤프트 (12) 의 외주면 (12a) 에는, 당해 외주면 (12a) 으로부터 고속측 샤프트 (12) 의 직경 방향 외측으로 돌출된 복수의 플랜지 (45) 가 형성되어 있다. 플랜지 (45) 는, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 를 각각 사이에 두도록 회전축선 방향으로 이간하여 대향 배치되어 있다. 이로써, 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향에 있어서의 고속측 샤프트 (12) 와 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 위치 어긋남이 억제되어 있다.

상기와 같이 구성한 본 실시형태의 증속기 (14) 에 의하면, 링측 맞닿음 지점 (Pa1 ∼ Pa3), 및 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb1 ∼ Pb3) 각각에 오일 (O) 이 충분히 공급되고 있는 상황에 있어서, 저속측 샤프트 (11) 가 회전함으로써 링 부재 (27) 가 회전하면, 링측 맞닿음 지점 (Pa1 ∼ Pa3) 에서 고화된 오일막 (탄성 유체 윤활막 (EHL)) 이 형성된다. 상세하게는, 링부 (29) 의 내주면 (29a) 과 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 각 외주면 (30a ∼ 32a) 사이에 고화된 오일막이 형성된다. 바꾸어 말하면, 링부 (29) 의 내주면 (29a) 과 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 각 외주면 (30a ∼ 32a) 은 고화된 오일막을 통하여 접한다. 이 때문에, 링 부재 (27) 의 회전력이 링부 (29) 의 내주면 (29a) 과 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 각 외주면 (30a ∼ 32a) 사이에 형성된 고화된 오일막을 통하여 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 에 전달되고, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 가 동일 회전 방향으로 회전한다.

마찬가지로, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 가 회전하면, 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb1 ∼ Pb3) 에도 고화된 오일막이 형성된다. 상세하게는, 고속측 샤프트 (12) 의 외주면 (12a) 과 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 각 외주면 (30a ∼ 32a) 사이에 고화된 오일막이 형성된다. 바꾸어 말하면, 고속측 샤프트 (12) 의 외주면 (12a) 과 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 각 외주면 (30a ∼ 32a) 은 고화된 오일막을 통하여 접한다. 그리고, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 회전력이, 고속측 샤프트 (12) 의 외주면 (12a) 과 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 각 외주면 (30a ∼ 32a) 사이에 형성된 고화된 오일막을 통하여 고속측 샤프트 (12) 에 전달되고, 그 결과, 고속측 샤프트 (12) 가 회전하게 된다. 이 경우, 링부 (29) 는, 저속측 샤프트 (11) 와 동일 속도로 회전하고, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는 저속측 샤프트 (11) 보다 고속으로 회전한다. 또한, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 보다 직경이 짧은 고속측 샤프트 (12) 는, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 보다 고속으로 회전한다. 이상으로부터, 증속기 (14) 에 의해 고속측 샤프트 (12) 가 저속측 샤프트 (11) 보다 고속으로 회전한다.

이하, 제 1 실시형태의 증속기 (14) 의 작용 효과를 설명한다.

(1) 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 가 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향에 있어서 어긋나게 배치되어 있음으로써, 롤러끼리의 간섭이 발생하지 않는다. 이 때문에, 높은 증속비를 얻고자 하여 예를 들어 고속측 샤프트 (12) 의 직경을 짧게 하는 것에 수반하여 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 직경을 길게 해도, 롤러끼리가 간섭하지 않는다. 따라서, 롤러끼리의 간섭을 고려할 필요가 없기 때문에, 3 개의 롤러를 사용한 증속기 (14) 에 있어서 증속비를 임의로 설정할 수 있다.

(2) 그리고, 이 실시형태의 증속기 (14) 에 의하면, 증속기 (14) 의 체격이나 고속측 샤프트 (12) 의 강도 등의 구조적 요인을 고려하지 않는다고 하면, 증속비의 설정에 제한이 없고, 임의로 설정할 수 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 본 발명을 구체화한 증속기의 제 2 실시형태를 도 4 에 따라 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시형태에 있어서 이미 설명한 실시형태와 동일 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이거나 하여, 그 중복되는 설명을 생략 또는 간략하게 한다.

이 실시형태의 증속기 (14) 는, 쐐기 작용을 이용하여 링부, 롤러, 및 출력 축 (고속측 샤프트 (12)) 의 맞닿음 지점에 가압 하중을 발생시키고, 입력축 (저속측 샤프트 (11)) 으로부터 출력축에 토크를 전달하는 구성이다.

이 실시형태의 증속기 (14) 는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 저속측 샤프트 (11) 의 회전축선 (11L) 과 링부 (29) 의 회전축선 (29L) 이 일치하고 있다. 한편, 이 실시형태의 증속기 (14) 에 있어서 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 (12L) 은, 저속측 샤프트 (11) 의 회전축선 (11L) 및 링부 (29) 의 회전축선 (29L) 에 대해 편심되어 있다. 요컨대, 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 (12L) 은, 저속측 샤프트 (11) 의 회전축선 (11L) 및 링부 (29) 의 회전축선 (29L) 각각과 일치하고 있지 않고, 소정량 어긋나 있다.

또, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 증속기 (14) 는, 링부 (29) 의 내측에 형성됨과 함께 링부 (29) 및 고속측 샤프트 (12) 의 쌍방에 맞닿은 제 1 롤러 (30), 제 2 롤러 (31), 및 제 3 롤러 (32) 의 3 개의 롤러를 구비하고 있다. 이 실시형태에 있어서 3 개의 롤러 중, 제 1 롤러 (30) 와 제 3 롤러 (32) 의 2 개의 롤러를 고정 롤러로 하고, 제 2 롤러 (31) 의 1 개의 롤러를 가동 롤러로 하고 있다.

또, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 직경은 고속측 샤프트 (12) 의 직경보다 길고, 링부 (29) 내에 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 가 배치 가능하게 되도록 설정되어 있다. 그리고, 이 실시형태의 증속기 (14) 는, 전술한 바와 같이 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 (12L) 이 편심되어 있는 점에서, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 배치 위치에 있어서의 링부 (29) 의 내주면 (29a) 과 고속측 샤프트 (12) 의 외주면 (12a) 의 거리에 따라 제 1 ∼ 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 직경이 설정되어 있다. 여기서 말하는 거리는, 링부 (29) 와 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 링측 맞닿음 지점 (Pa1 ∼ Pa3), 및 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 와 고속측 샤프트 (12) 의 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb1 ∼ Pb3) 각각을 형성할 수 있는 거리이다. 이 실시형태에서는, 제 1 롤러 (30) 의 직경이 다른 제 2 롤러 (31) 및 제 3 롤러 (32) 보다 길고, 제 2 롤러 (31) 와 제 3 롤러 (32) 의 직경이 동일하다.

고정 롤러인 제 1, 제 3 롤러 (30, 32) 는, 각 돌기 (40, 41) 에 부착된 롤러 베어링 (42, 43) 에 의해, 플레이트 (24) 및 지지 부재 (35) 에 대해 회전 가능하게, 또한 고속측 샤프트 (12) 및 링부 (29) 에 대해 제 1, 제 3 롤러 (30, 32) 가 이동하지 않도록 지지되어 있다. 한편, 가동 롤러인 제 2 롤러 (31) 는, 각 돌기 (40, 41) 에 부착된 롤러 베어링 (42, 43) 에 의해, 플레이트 (24) 및 지지 부재 (35) 에 대해 회전 가능하게, 또한 고속측 샤프트 (12) 및 링부 (29) 에 대해 제 2 롤러 (31) 가 링부 (29) 의 둘레 방향으로 가동 가능한 상태로 지지되어 있다. 또한, 제 2 롤러 (31) 의 가동 범위는 규정되어 있다. 이 때문에, 제 2 롤러 (31) 는, 가동 범위를 초과하여 가동하지 않도록 지지 부재 (35) 에 지지되어 있다.

또, 이 실시형태에 있어서 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향으로 각각 어긋나게 배치되어 있다. 이 때문에, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는, 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향에 있어서 고속측 샤프트 (12) 와의 맞닿음 지점인 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb1 ∼ Pb3) 이 겹치지 않도록 어긋나게 배치되어 있게 된다.

이 실시형태의 증속기 (14) 는, 고속측 샤프트 (12) 와 링부 (29) 가 편심되어 있음으로써, 가동 롤러인 제 2 롤러 (31) 에 있어서의 링측 맞닿음 지점 (Pa2) 을 접점으로 하는 접선 (L1) 과, 제 2 롤러 (31) 에 있어서의 샤프트측 맞닿음 지점 (Pb2) 을 접점으로 하는 접선 (L2) 은 교차한다. 양 접선 (L1, L2) 이 이루는 각은 쐐기 형상이 된다.

제 2 롤러 (31) 는, 양 접선 (L1, L2) 의 교점을 향하는 방향 (쐐기에 파고드는 방향) 과 양 접선 (L1, L2) 의 교점으로부터 멀어지는 방향 (쐐기로부터 멀어지는 방향) 으로 가동한다. 그리고, 제 2 롤러 (31) 는, 전동 모터 (13) 가 정회전하여 링부 (29) 가 회전한 경우에, 양 접선 (L1, L2) 의 교점을 향하는 방향으로의 힘이 작용함으로써 당해 방향으로 제 2 롤러 (31) 가 가동한다. 이와 같이 제 2 롤러 (31) 가 가동하면, 쐐기 작용에 의해, 제 2 롤러 (31) 는, 링부 (29) 및 고속측 샤프트 (12) 로부터 받는 힘이 증대한다. 그 결과, 저속측 샤프트 (11) 로부터 고속측 샤프트 (12) 로의 동력의 전달량이 커진다.

이하, 제 2 실시형태의 증속기 (14) 의 작용 효과를 설명한다.

(3) 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 가 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 방향에 있어서 어긋나게 배치되어 있음으로써, 롤러끼리의 간섭이 발생하지 않는다. 이로써, 가동 롤러인 제 2 롤러 (31) 의 가동 범위에는 다른 롤러가 존재할 수 없다. 이 때문에, 가동 범위의 설정에 제약이 가해지지 않아, 가동 범위를 임의로 설정할 수 있다. 그 결과, 쐐기력을 임의로 증가시킬 수 있고, 쐐기 작용의 효과도 커진다. 또한, 3 개의 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 에 의해 고속측 샤프트 (12) 를 지지하고 있기 때문에, 고속측 샤프트 (12) 를 안정적으로 유지하면서 쐐기 작용의 효과를 크게 할 수 있다.

(4) 쐐기 작용을 발생시키는 증속기 (14) 에서는, 가동 롤러가 다른 롤러와 간섭하지 않도록 각 롤러를 형성할 필요가 있다. 상세하게는, 가동 롤러와 이웃하는 롤러 사이에는 가동 범위를 고려하여 간섭하지 않을 정도의 클리어런스가 필요하고, 그 클리어런스는 모든 롤러를 고정 롤러로 하였을 때보다 넓어진다. 그 결과, 가동 롤러의 직경을 짧게 하지 않으면 안되고, 당해 가동 롤러와 출력축 (고속측 샤프트 (12)) 을 맞닿게 하기 위해서는 출력축의 직경이 길어진다. 요컨대, 출력축의 직경이 길어지면 증속비는 낮아진다. 그러나, 이 실시형태의 증속기 (14) 는, 상기 (3) 에서 서술한 바와 같이, 가동 롤러와 다른 롤러의 간섭을 고려할 필요가 없기 때문에, 가동 롤러의 직경은 간섭을 방지할 목적에 있어서 짧게 할 필요가 없다. 따라서, 이 실시형태의 증속기 (14) 에서는, 제 1 실시형태의 증속기 (14) 와 마찬가지로, 전술한 작용 효과 (1), (2) 를 얻을 수 있다.

또한, 각 실시형태는 이하와 같이 변경해도 된다.

○ 제 1 실시형태에 있어서, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는 고속측 샤프트 (12) 의 둘레 방향으로 소정의 간격 (실시형태에서는 120 도) 씩 간격을 두도록 배치되어 있지만, 고속측 샤프트 (12) 를 안정적으로 유지할 수 있으면 둘레 방향으로 소정의 간격씩 떨어져 있을 필요는 없다. 요컨대, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는, 맞닿음 지점의 면적이나 위치에 따라 고속측 샤프트 (12) 를 안정적으로 유지할 수 있도록 서로의 둘레 방향의 간격을 적절히 설정하면 된다.

○ 제 1 실시형태에 있어서, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 직경을 상이하게 해도 된다. 상세하게는, 모든 롤러의 직경이 상이해도 되고, 일부 롤러의 직경이 상이해도 된다. 이 경우, 고속측 샤프트 (12) 의 회전축선 (12L) 과 링부 (29) 의 회전축선 (29L) (저속측 샤프트 (11) 의 회전축선 (11L)) 은 동일 축선 상에 배치되지 않는다. 또한, 이 별례에 있어서의 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 고정 롤러이다.

○ 제 2 실시형태에 있어서, 3 개의 롤러 중 1 개를 고정 롤러로 하고, 다른 2 개를 가동 롤러로 해도 된다.

○ 각 실시형태의 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 는 각 외주면 (30a ∼ 32a) 에 있어서의 고속측 샤프트 (12) 와의 맞닿음 부분의 전체면이 다른 맞닿음 부분과 겹치지 않도록 배치되어 있지만, 롤러끼리가 간섭하지 않으면 맞닿음 부분의 일부가 겹치도록 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 증속기 (14) 의 회전축선 방향을 짧게 할 수 있어, 소형화할 수 있다.

○ 각 실시형태에 있어서, 제 1 ∼ 제 3 롤러 (30 ∼ 32) 의 롤러의 폭을 상이하게 해도 된다. 상세하게는, 모든 롤러의 폭이 상이해도 되고, 일부 롤러의 폭이 상이해도 된다.

○ 각 실시형태에 있어서 압축부 (15) 의 구체적인 구성은 임펠러를 갖는 구성에 한정되지 않고 임의이며, 예를 들어 베인식이나 스크롤식 등이어도 된다.

○ 각 실시형태에 있어서 증속기 (14) 의 탑재 대상은 원심 압축기 (10) 에 한정되지 않고 임의이다. 또, 증속기 (14) 는 차량 이외에 탑재되어 있어도 된다.

○ 각 실시형태에 있어서 원심 압축기 (10) 의 적용 대상 및 압축 대상의 유체는 임의이다. 예를 들어, 원심 압축기 (10) 는 공조 장치에 사용되고 있어도 되고, 압축 대상의 유체는 냉매여도 된다. 또, 원심 압축기 (10) 의 탑재 대상은 차량에 한정되지 않고 임의이다.

다음으로, 상기 실시형태 및 별례로부터 파악할 수 있는 기술적 사상을 이하에 추가 기재한다.

(가) 저속측 샤프트를 회전시키는 전동 모터와, 고속측 샤프트에 접합됨과 함께 고속측 샤프트의 회전 운동을 이용하여 유체를 압축하는 압축부와, 저속측 샤프트로부터 고속측 샤프트에 동력을 전달하는 증속기를 구비한 전동 압축기로서, 증속기는, 저속측 샤프트의 회전에 수반하여 회전하는 환상의 링부와, 링부의 내측에 배치된 고속측 샤프트와, 링부의 내측에 형성됨과 함께 링부 및 고속측 샤프트의 쌍방에 맞닿은 3 개의 롤러를 구비하고, 3 개의 롤러는 각각의 회전축선이 고속측 샤프트의 둘레 방향으로 서로 간격을 두도록 배치되어 있음과 함께 고속측 샤프트의 회전축선 방향으로 각각 어긋나게 배치되어 있고, 3 개의 롤러는 고속측 샤프트의 회전축선 방향에 있어서 고속측 샤프트와의 맞닿음 지점의 적어도 일부가 서로 겹치지 않도록 배치되어 있다.

10 : 원심 압축기
11 : 저속측 샤프트
11L : 회전축선
12 : 고속측 샤프트
12L : 회전축선
13 : 전동 모터
14 : 증속기
15 : 압축부
29 : 링부
29L : 회전축선
30 : 제 1 롤러
30L : 회전축선
31 : 제 2 롤러
31L : 회전축선
32 : 제 3 롤러
32L : 회전축선
Pa1 ∼ Pa3 : 링측 맞닿음 지점
Pb1 ∼ Pb3 : 샤프트측 맞닿음 지점

Claims

저속측 샤프트의 회전에 수반하여 회전하는 환상의 링부와,
상기 링부의 내측에 배치된 고속측 샤프트와,
상기 링부의 내측에 형성됨과 함께 상기 링부 및 상기 고속측 샤프트의 쌍방에 맞닿은 3 개의 롤러를 구비한 증속기에 있어서,
상기 3 개의 롤러는 각각의 회전축선이 상기 고속측 샤프트의 둘레 방향으로 서로 간격을 두도록 배치되어 있음과 함께 상기 고속측 샤프트의 회전축선 방향으로 각각 어긋나게 배치되어 있고,
상기 3 개의 롤러는 상기 고속측 샤프트의 회전축선 방향에 있어서 상기 고속측 샤프트와의 맞닿음 지점의 전부가 서로 겹치지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 증속기.
제 1 항에 있어서,
상기 고속측 샤프트의 회전축선은 상기 저속측 샤프트의 회전축선 및 상기 링부의 회전축선에 대해 편심되어 있고,
상기 3 개의 롤러는 적어도 1 개의 롤러가 고정 롤러이며, 적어도 1 개의 롤러가 상기 링부의 회전에 수반하여 가동하는 가동 롤러이고,
상기 가동 롤러는, 상기 저속측 샤프트가 회전하여 상기 링부가 회전하는 것에 수반하여, 상기 링부 및 상기 고속측 샤프트로부터 받는 힘이 증대하는 방향으로 이동하도록 배치되는 증속기.
저속측 샤프트를 회전시키는 전동 모터와,
고속측 샤프트에 접합됨과 함께 상기 고속측 샤프트의 회전 운동을 이용하여 유체를 압축하는 압축부와,
상기 저속측 샤프트로부터 상기 고속측 샤프트에 동력을 전달하는 증속기를 구비한 전동 압축기로서,
상기 증속기는 제 1 항에 따른 증속기인 것을 특징으로 하는 전동 압축기.