WO2017037934A1 - 可変速増速機の始動方法及び可変速増速機の始動制御装置 - Google Patents

可変速増速機の始動方法及び可変速増速機の始動制御装置 Download PDF

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三菱重工コンプレッサ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a starting method for a variable speed step-up gear and a start control device for the variable speed step-up gear.
  • an apparatus for driving a rotary machine such as a compressor
  • an apparatus including an electric device that generates a rotational driving force and a transmission that shifts the rotational driving force generated by the electric device and transmits the rotational driving force to the rotating machine is provided.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes a device using a constant speed motor and a variable speed motor for shifting as an electric device and using a planetary gear transmission as a transmission device in order to accurately control the gear ratio.
  • the rotational speed of the output shaft of the transmission connected to the rotating machine can be changed by changing the rotational speed of the variable speed electric motor.
  • variable speed step-up gear the torque of the constant speed motor and the torque of the variable speed motor are transmitted to the drive target via the transmission.
  • the load torque on the drive target side increases as the torque of the constant speed motor and the torque of the variable speed motor increase.
  • the present invention relates to a variable speed step-up gear including an electric device including a constant speed motor and a variable speed motor, and a planetary gear transmission that shifts the rotational driving force generated by the electric device and transmits the rotational driving force to the drive target. It is an object of the present invention to provide a variable speed step-up gear start method and a variable speed step-up gear start control device capable of reducing the load torque on the side.
  • a starting method for a variable speed step-up gear includes an electric device that generates a rotational driving force, and a transmission that shifts the rotational driving force generated by the electric device and transmits the rotational driving force to a drive target.
  • the transmission includes a sun gear that rotates about an axis, a sun gear shaft that is fixed to the sun gear and extends in the axial direction about the axis, and meshes with the sun gear, the axis
  • a planetary gear that revolves around the center line and rotates around its own center line, a plurality of teeth that are arranged annularly around the axis line, an internal gear that meshes with the planetary gear, and an axial direction that extends around the axis line
  • a planetary gear carrier having a planetary gear carrier shaft, and supporting the planetary gear so that it can revolve around the axis and can rotate around the centerline of the planetary gear itself;
  • An internal gear carrier shaft extending in the axial direction, and an internal gear carrier that supports the internal gear so as to be capable of rotating about the axis, and the electric device is the internal gear carrier of the transmission
  • a constant speed motor having a constant speed rotor for rotating the shaft in a first direction; a variable speed rotor connected to the
  • variable speed motor that functions as a generator in a generator mode that allows the planetary gear carrier shaft to rotate in a second direction opposite to the first direction.
  • variable speed step-up gear when the variable speed step-up gear is started, the variable speed motor is operated in the generator mode and the torque transmitted from the variable speed motor is reduced. It is possible to reduce the load torque on the drive target side when the number is reached. Thereby, the capacity
  • variable speed motor may be shifted to the generator mode when the constant speed motor is started.
  • variable speed motor may be shifted to the motor mode when the constant speed motor reaches a rated speed.
  • the torque transmitted from the variable speed motor can be surely reduced until the constant speed motor reaches the rated rotational speed.
  • the start control device for the variable speed step-up gear includes an electric device that generates the rotational driving force, and a speed change that transmits the rotational driving force generated by the electric device to the drive target.
  • the transmission includes a sun gear that rotates around an axis, a sun gear shaft that is fixed to the sun gear and extends in the axial direction around the axis, and meshes with the sun gear, A planetary gear that revolves around the axis and rotates around its own centerline, a plurality of teeth arranged in an annular shape around the axis, and an internal gear that meshes with the planetary gear, and an axial direction around the axis A planetary gear carrier having an extending planetary gear carrier shaft, and supporting the planetary gear so that it can revolve around the axis and rotate around the centerline of the planetary gear itself; An internal gear carrier shaft extending in the axial direction as a center, and an internal gear carrier that supports the internal gear so as to be capable of rotating about the axi
  • a variable speed motor that functions as a generator in a generator mode that rotates in a motor mode and that functions as a motor in a motor mode that rotates the planetary gear carrier shaft in a second direction opposite to the first direction.
  • a start control device for a variable speed step-up gear having a rotation speed control device for controlling the number of rotations of the variable speed motor; and a power supply state and a power cut-off state for the variable speed motor.
  • One switch, a second switch that puts the constant-speed motor into a power supply state and a power-off state, and instructs the rotational speed control device to rotate the variable speed gear and the rotational speed
  • a control unit that instructs the first switch and the second switch to turn on and off.
  • control unit When the control unit receives a start instruction, the control unit instructs the second switch to turn on and the constant speed The motor is set in the power supply state, the first switch is instructed to be turned on, the variable speed motor is set in the power supply state, and the variable speed motor is set in the generator mode with respect to the rotation speed control device. Instruct the migration.
  • the start control device for the variable speed step-up gear may include a low current start device for starting the constant speed motor at a low current.
  • the variable speed motor when starting the variable speed step-up gear, the variable speed motor is operated in the generator mode and the torque transmitted from the variable speed motor is reduced, so that the constant speed motor is brought to the rated speed. It is possible to reduce the load torque on the drive target side at the time of arrival. Thereby, the capacity
  • variable speed step-up gear having a variable speed step-up gear start control device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • the variable speed step-up gear 1 includes an electric device 50 that generates a rotational driving force, and a transmission device 10 that shifts the rotational driving force generated by the electric device 50 and transmits it to a drive target.
  • the variable speed increaser 1 can be applied to a fluid mechanical system such as a compressor system, for example.
  • the electric device 50 has a constant speed motor 51 that rotates and drives an internal gear carrier shaft 37 as a constant speed input shaft Ac at a constant speed, and an input side planetary gear carrier shaft 27i as a variable speed input shaft Av at an arbitrary rotational speed. And a variable speed electric motor 71 to be driven to rotate.
  • the variable speed gearbox 1 can change the rotation speed of the output shaft Ao of the transmission 10 connected to the drive target by changing the rotation speed of the variable speed motor 71.
  • the electric device 50 is supported on the gantry 90 by the electric device support portion 50S.
  • the transmission 10 is supported on the gantry 90 by the transmission support 10S. By these support portions, the electric device 50 and the transmission 10 which are heavy objects can be securely fixed.
  • the transmission 10 is a planetary gear transmission. As shown in FIG. 2, the transmission 10 is in mesh with the sun gear 11 that rotates about an axis Ar that extends in the horizontal direction, the sun gear shaft 12 that is fixed to the sun gear 11, and the sun gear 11. A plurality of planetary gears 15 revolving around the axis Ar and rotating around the centerline Ap, and an internal gear 17 in which a plurality of teeth are arranged annularly around the axis Ar and mesh with the planetary gears 15.
  • the planetary gear carrier 21 that supports a plurality of planetary gears 15 so as to revolve around the axis Ar and to rotate around the centerline Ap of the planetary gear 15 itself, and the internal gear 17 rotate around the axis Ar. It has an internal gear carrier 31 that supports it and a transmission casing 41 that covers them.
  • the direction in which the axis Ar extends is the axial direction
  • one side of the axial direction is the output side
  • the opposite side of the output side is the input side.
  • the radial direction around the axis Ar is simply referred to as the radial direction.
  • the sun gear shaft 12 has a cylindrical shape centered on the axis Ar, and extends from the sun gear 11 to the output side in the axial direction.
  • a flange 13 is formed at the output side end of the sun gear shaft 12.
  • a rotor of a compressor C as a driving target is connected to the flange 13.
  • the sun gear shaft 12 is supported by a sun gear bearing 42 disposed on the output side of the sun gear 11 so as to be rotatable about the axis Ar.
  • the sun gear bearing 42 is attached to the transmission casing 41.
  • the planetary gear carrier 21 includes a planetary gear shaft 22 provided for each of the plurality of planetary gears 15, a carrier body 23 that fixes the positions of the plurality of planetary gear shafts 22, and is fixed to the carrier body 23 and is centered on the axis Ar. And a planetary gear carrier shaft 27 extending in the axial direction.
  • the planetary gear shaft 22 penetrates the center line Ap of the planetary gear 15 in the axial direction, and supports the planetary gear 15 so as to be rotatable about the centerline.
  • the carrier body 23 has an output side arm portion 24 extending radially outward from the plurality of planetary gear shafts 22 and a cylindrical shape centering on the axis Ar and extending from the radially outer end of the output side arm portion 24 to the input side. Part 25 and an input side arm part 26 extending radially inward from the output side end of the cylindrical part 25.
  • the planetary gear carrier shaft 27 has an output side planetary gear carrier shaft 27o extending from the output side arm portion 24 to the output side, and an input side planetary gear carrier shaft 27i extending from the input side arm portion 26 to the input side. Both the output-side planetary gear carrier shaft 27o and the input-side planetary gear carrier shaft 27i have a cylindrical shape with the axis Ar as the center.
  • the output-side planetary gear carrier shaft 27o is supported by a planetary gear carrier bearing 43 disposed on the output side with respect to the output-side arm portion 24 so as to be rotatable about the axis Ar.
  • the planetary gear carrier bearing 43 is attached to the transmission casing 41.
  • the sun gear shaft 12 is inserted into the inner peripheral side of the output side planetary gear carrier shaft 27o.
  • the input-side planetary gear carrier shaft 27i is supported by a planetary gear carrier bearing 44 disposed on the input side with respect to the input-side arm portion 26 so as to be rotatable about the axis Ar.
  • the planetary gear carrier bearing 44 is attached to the transmission casing 41.
  • An annular flange 28 is formed on the input side end of the input side planetary gear carrier shaft 27i so as to expand outward in the radial direction.
  • the internal gear carrier 31 has a carrier main body 33 to which the internal gear 17 is fixed, and an internal gear carrier shaft 37 that is fixed to the carrier main body 33 and extends in the axial direction about the axis Ar.
  • the carrier body 33 has a cylindrical shape centered on the axis Ar, a cylindrical portion 35 in which the internal gear 17 is fixed on the inner peripheral side, and an input side arm portion that extends radially inward from the input side end of the cylindrical portion 35. 36.
  • the internal gear carrier shaft 37 has a cylindrical shape centered on the axis Ar, and is disposed on the input side of the sun gear shaft 12 that also has a cylindrical shape centered on the axis Ar.
  • the input side arm portion 36 of the carrier body 33 is fixed to the internal gear carrier shaft 37.
  • an annular or disk-shaped flange 38 is formed that extends outward in the radial direction.
  • the input side portion of the internal gear carrier shaft 37 is inserted into the inner peripheral side of the cylindrical input side planetary gear carrier shaft 27i.
  • the axial position of the flange 38 of the internal gear carrier shaft 37 and the flange 28 of the input side planetary gear carrier shaft 27i substantially coincide with each other.
  • the constant speed motor 51 rotates the internal gear carrier shaft 37 of the transmission 10 via the constant speed rotor extension shaft 55.
  • the variable speed motor 71 rotates the input planetary gear carrier shaft 27 i of the transmission 10.
  • the electric device 50 includes a cooling fan 91 for cooling the constant speed motor 51 and the variable speed motor 71, and a fan cover 92 that covers the cooling fan 91.
  • the constant speed motor 51 is, for example, a three-phase four-pole induction motor.
  • the variable speed motor 71 is a six-pole induction motor having more poles than the constant-speed motor 51.
  • the specifications of the constant speed motor 51 and the variable speed motor 71 are not limited to this, and the specifications can be changed as appropriate.
  • the constant speed motor 51 rotates around the axis line Ar, and is disposed on the outer peripheral side of the constant speed rotor 52 and the constant speed rotor 52 connected to the internal gear carrier shaft 37 that is the constant speed input shaft Ac of the transmission 10. And a constant speed motor casing 61 in which the constant speed stator 66 is fixed on the inner peripheral side.
  • the constant speed motor 51 rotates the constant speed rotor 52 in the first direction (positive direction) in the circumferential direction of the axis Ar. As the constant speed rotor 52 rotates in the first direction, the internal gear carrier shaft 37 and the internal gear carrier 31 rotate in the first direction.
  • the constant speed rotor 52 has a constant speed rotor shaft 53 and a conductor 56 fixed to the outer periphery of the constant speed rotor shaft 53.
  • the constant speed rotor shaft 53 has a cylindrical shape with the axis Ar as a center, and a constant speed rotor main body shaft 54 having a conductor 56 fixed to the outer periphery thereof, and has a cylindrical shape with the axis Ar as a center.
  • a constant-speed rotor extension shaft 55 fixed to the output side of the high-speed rotor main body shaft 54. At both ends in the axial direction of the constant speed rotor extension shaft 55, annular or disk-shaped flanges 55i and 55o are formed, respectively, spreading outward in the radial direction.
  • an annular or disk-shaped flange 54o is formed that extends outward in the radial direction.
  • the constant-speed rotor extension shaft 55 and the constant-speed rotor main body shaft 54 are integrated by connecting their flanges 55i, 55o, 54o with bolts or the like.
  • a cooling fan 91 is fixed to the input side end of the constant speed rotor body shaft 54.
  • the constant speed stator 66 is disposed on the radially outer side of the conductor 56 of the constant speed rotor 52.
  • the constant speed stator 66 is formed by a plurality of coils.
  • the constant-speed motor casing 61 has a cylindrical shape centered on the axis Ar, a casing main body 62 in which a constant-speed stator 66 is fixed on the inner peripheral side, and a lid that covers both ends of the cylindrical casing main body 62 in the axial direction. 63i, 63o.
  • Constant-speed rotor bearings 65i and 65o that support the constant-speed rotor main body shaft 54 so as to be rotatable about the axis Ar are attached to the respective lids 63i and 63o.
  • Each of the lids 63i, 63o is formed with a plurality of openings 64 penetrating in the axial direction at positions radially outside the constant speed rotor bearings 65i, 65o.
  • the input side end of the constant speed rotor body shaft 54 protrudes from the input side lid 63 i of the constant speed motor casing 61 to the input side.
  • the cooling fan 91 is fixed to the input side end of the constant speed rotor body shaft 54. For this reason, when the constant speed rotor 52 rotates, the cooling fan 91 also rotates integrally with the constant speed rotor 52.
  • the fan cover 92 includes a cylindrical cover main body 93 disposed on the outer peripheral side of the cooling fan 91, and an air circulation plate 94 attached to an opening on the inlet side of the cover main body 93 and formed with a plurality of air holes. Have.
  • the fan cover 92 is fixed to the input-side lid 63 i of the constant speed motor casing 61.
  • variable speed motor 71 rotates around the axis Ar, and is disposed on the outer peripheral side of the variable speed rotor 72 and the variable speed rotor 72 connected to the input side planetary gear carrier shaft 27i that is the variable speed input shaft Av.
  • a variable speed stator 86 and a variable speed motor casing 81 in which the variable speed stator 86 is fixed on the inner peripheral side are provided.
  • the variable speed motor 71 can drive the variable speed rotor 72 to rotate in a first direction in the circumferential direction of the axis Ar and a second direction opposite to the first direction. That is, the variable speed electric motor 71 can rotate forward and backward.
  • the variable speed motor 71 functions as a generator by rotating the variable speed rotor 72 in the first direction.
  • a state in which the variable speed motor 71 functions as a generator is referred to as a generator mode. That is, the variable speed rotor 72 of the variable speed motor 71 rotates in the first direction in the generator mode.
  • the variable speed motor 71 functions as an electric motor by rotating the variable speed rotor 72 in a second direction opposite to the first direction.
  • a state in which the variable speed motor 71 functions as a motor is referred to as a motor mode. That is, the variable speed rotor 72 of the variable speed motor 71 rotates in the second direction in the motor mode. As the variable speed rotor 72 rotates in the first direction, the planetary gear carrier shaft 27 and the planetary gear carrier 21 rotate in the first direction.
  • the variable speed motor 71 of this embodiment is a 6-pole phase induction motor, and the rotation speed cannot be controlled in the vicinity of 0 rpm.
  • a range of ⁇ 90 rpm to 90 rpm that is 10% or less of the rated rotational speed is an uncontrollable range in which the rotational speed is uncontrollable. That is, the minimum rotational speed of the variable speed electric motor 71 of this embodiment is 90 rpm.
  • the electric power supplied to the variable speed electric motor 71 at the minimum rotation speed of 90 rpm is 5 Hz which is 10% of the power supply frequency (50 Hz).
  • the variable speed rotor 72 has a variable speed rotor shaft 73 and a conductor 76 fixed to the outer periphery of the variable speed rotor shaft 73.
  • the variable speed rotor shaft 73 has a cylindrical shape centered on the axis Ar, and is formed with a shaft insertion hole 74 penetrating in the axial direction.
  • a constant speed rotor extension shaft 55 is inserted into the shaft insertion hole 74 of the variable speed rotor shaft 73.
  • An annular flange 73o is formed at the output side end of the variable speed rotor shaft 73 so as to expand outward in the radial direction.
  • the position of the flange 73o of the variable speed rotor shaft 73 and the flange 55o formed at the output side end of the constant speed rotor extension shaft 55 substantially coincide with each other in the axial direction.
  • variable speed stator 86 is disposed on the radially outer side of the conductors 56 and 76 of the variable speed rotor 72.
  • the variable speed stator 86 is formed of a plurality of coils.
  • the variable speed motor casing 81 has a cylindrical shape centered on the axis Ar, a casing main body 82 in which a variable speed stator 86 is fixed on the inner peripheral side, and an output side that closes an output side end of the cylindrical casing main body 82. It has a lid 83o and an inlet side lid 83i that is arranged on the input side of the variable speed stator 86 and is fixed to the inner peripheral side of the cylindrical casing body 82.
  • Variable speed rotor bearings 85i and 85o for supporting the variable speed rotor shaft 73 so as to be capable of rotating about the axis Ar are attached to the respective lids 83i and 83o.
  • Each of the lids 83i and 83o is formed with a plurality of openings 84 penetrating in the axial direction at positions radially outside the variable speed rotor bearings 85i and 85o.
  • variable speed increaser 1 of the present embodiment the constant speed rotor 52, the variable speed rotor 72, and the sun gear shaft 12 are arranged on the same axis.
  • variable speed gearbox 1 of the present embodiment is further arranged between the input side planetary gear carrier shaft 27i, which is the variable speed input shaft Av, and the variable speed rotor 72, and connects the variable speed flexible coupling.
  • 95 and a constant speed flexible coupling 97 which is disposed between the internal gear carrier shaft 37 which is the constant speed input shaft Ac and the constant speed rotor 52 and which connects the two.
  • the variable speed step-up gear 1 of the present embodiment includes a variable speed step-up gear starter control device 2 that controls the variable speed motor 71 particularly when starting the variable speed step-up gear.
  • the variable speed step-up gear start control device 2 includes a rotation speed control device 100 that controls the rotation speed of the variable speed motor 71, a first switch 111 that switches the variable speed motor 71 between a power supply state and a power cut-off state, A second switch 112 that puts the constant-speed motor 51 into a power supply state and a power-off state, a reduced-voltage starter 113 (low current starter) interposed between the second switch 112 and the constant-speed motor 51, and rotation A number control device 100, a first switch 111, a second switch 112, and a control unit 120 that controls the operation of the reduced voltage starter 113.
  • the control unit 120 is composed of a computer.
  • the control unit 120 directly receives an instruction from an operator or receives an instruction from the host control device, and instructs the first switch 111, the rotation speed control device 100, the second switch 112, and the reduced voltage starter 113.
  • the first switch 111 is electrically connected to the power line 110 and the rotation speed control device 100.
  • the rotation speed control device 100 is electrically connected to the variable speed motor 71.
  • the first switch 111 is turned on by an on instruction from the control unit 120 and turned off by an off instruction from the control unit 120.
  • the first switch 111 When the first switch 111 is turned on, power from the power line 110 is supplied to the variable speed motor 71 via the rotation speed control device 100, and the variable speed motor 71 enters a power supply state.
  • the first switch 111 When the first switch 111 is turned off, the power supply from the power line 110 to the variable speed motor 71 is cut off, and the variable speed motor 71 enters a power cut-off state.
  • the rotation speed control device 100 includes a frequency conversion unit 101 that changes the frequency of power supplied from the power line 110 and a rotation direction change unit 102 that changes the rotation direction of the variable speed motor 71.
  • the frequency conversion unit 101 supplies the variable speed electric motor 71 with electric power having a frequency instructed by the control unit 120.
  • the variable speed rotor 72 of the variable speed motor 71 rotates at a rotational speed corresponding to this frequency.
  • the rotation speed of the planetary gear carrier 21 of the transmission 10 connected to the variable speed rotor 72 also changes.
  • the rotational speed of the sun gear shaft 12 that is the output shaft Ao of the transmission 10 also changes.
  • the rotation direction changing unit 102 is a device that changes the rotation direction of the variable speed motor 71 by using a circuit that replaces a plurality of (three in the present embodiment) power lines connected to the variable speed motor 71. . That is, the rotation direction changing unit 102 can rotate the variable speed rotor 72 forward and backward.
  • the second switch 112 is electrically connected to the power line 110 and the reduced voltage starter 113.
  • the second switch 112 is turned on by an on instruction from the control unit 120 and turned off by an off instruction from the control unit 120.
  • the electric power from the power line 110 is supplied to the constant speed motor 51 via the reduced voltage starter 113, and the constant speed motor 51 enters a power supply state.
  • the second switch 112 is turned off, power supply from the power line 110 to the constant speed motor 51 is cut off, and the constant speed motor 51 enters a power cut-off state.
  • the reduced voltage starter 113 is interposed between the second switch 112 and the constant speed motor 51.
  • the reduced voltage starter 113 is a device for reducing the starting current of the constant speed motor 51.
  • the reduced voltage starter 113 of the present embodiment is a condorfa starter system having a single transformer 114 (starter compensator).
  • the autotransformer 114 is interposed between the power line 110 and the constant speed motor 51.
  • the reduced voltage starter 113 includes a connection wiring 115 that directly connects the power line 110 and the constant speed motor 51, and a third switch 124 provided in the connection wiring 115.
  • the control unit 120 turns off the third switch 124 of the reduced voltage starter 113 when starting the constant speed motor 51. Thereby, electric power is supplied to the constant speed motor 51 via the autotransformer 114, and the starting current of the constant speed motor 51 can be reduced.
  • the control unit 120 turns on the third switch 124 after the start-up is completed, that is, when the rotation speed of the constant speed motor 51 reaches the rated rotation speed.
  • the reduced voltage starter is not limited to the condorfa start method, and other start methods such as a reactor start method may be employed. Further, the variable speed step-up gear 1 of the present embodiment does not need to be provided with a reduced voltage starter, and may perform all voltages. Further, the current at the start may be reduced by using an electric motor having a low starting current. That is, it is only necessary that the starting current of the constant speed motor 51 can be reduced at the time of starting.
  • the rotational speed of the sun gear shaft 12 as the output shaft Ao is ⁇ s
  • the rotational speed of the internal gear carrier shaft 37 as the constant speed input shaft Ac is ⁇ i
  • the number of teeth of the sun gear 11 is Zs
  • the number of teeth of the internal gear 17 is Zi.
  • the rotational speed ⁇ i (rated rotational speed) of the constant speed rotor 52 is 1500 rpm.
  • the maximum speed ⁇ h (rated speed) of the variable speed rotor 72 is 900 rpm. Further, suppose that the number of teeth Zs of the sun gear 11, the number of teeth Zi of the internal gear 17, and the ratio Zi / Zs are four.
  • the direction of rotation of the constant speed rotor 52 (internal gear 17) is set to the normal direction (rotation in the first direction), and the direction of rotation of the variable speed rotor 72 (planetary gear carrier 21) is the rotation of the constant speed rotor 52.
  • the maximum rotational speed ( ⁇ 900 rpm) in the reverse direction (rotation in the second direction) is reached, the rotational speed ⁇ s of the sun gear shaft 12 that is the output shaft Ao is ⁇ 10500 rpm. This rotational speed ( ⁇ 10500 rpm) is the maximum rotational speed of the sun gear shaft 12.
  • the internal gear 17 corresponding to the constant speed input shaft Ac is rotated forward at +1500 rpm, and the planetary gear carrier 21 corresponding to the variable speed input shaft Av is rotated reversely at ⁇ 900 rpm.
  • the rotational speed ⁇ s of the output shaft Ao becomes the maximum rotational speed.
  • the rotational speed ⁇ s of the output shaft Ao decreases as the rotational speed of the variable speed input shaft Av approaches +900 rpm. That is, by operating the variable speed motor 71 in the generator mode, the rotational speed ⁇ s of the output shaft Ao can be lowered, and the load torque on the drive target side connected to the output shaft Ao can be reduced.
  • the direction of rotation of the constant speed rotor 52 is normal, and the direction of rotation of the variable speed rotor 72 is the minimum number of rotations (-90 rpm) opposite to the rotation of the constant speed rotor 52, the number of rotations of the sun gear shaft 12 Is -6450 rpm.
  • the rotation speed of the constant speed rotor 52 (rated rotation speed) is +1500 rpm and the frequency control by the frequency converter 101 controls the rotation speed of the variable speed rotor 72 in the motor mode in the range of ⁇ 300 to ⁇ 900 rpm
  • the frequency of the electric power supplied to the variable speed motor 71 is controlled in the range of 16.7 Hz to 50 Hz
  • the rotational speed of the sun gear shaft 12 that is the output shaft Ao is controlled in the range of -7500 to -10500 rpm.
  • This range is the variable speed range of the sun gear shaft 12, which is the output shaft Ao of the variable speed gearbox 1.
  • the variable speed gearbox 1 normally rotates the output shaft Ao within this variable speed range.
  • FIG. 6A is a graph showing the relationship between time and torque T2 after the start of the constant speed motor 51 (CM), and FIG. 6B is a graph showing the relationship between time and the rotational speed S2. is there.
  • the constant speed motor 51 is a three-phase four-pole induction motor.
  • the rotational speed S2 of the constant speed motor 51 gradually increases as shown in FIG. 6B. To do.
  • the time after the start and the rotational speed S2 are substantially proportional.
  • the torque T2 of the constant speed motor 51 increases while drawing a curve as shown by a dotted line in FIG. As shown by a dotted line in FIG. 6A, the torque T2 of the constant speed motor 51 is not proportional to the rotation speed S2 of the constant speed motor 51, and the rotation speed S2 is equal to the rated rotation speed (100%, 1500 rpm). As you approach, it rises rapidly. The torque T2 of the constant speed motor 51 may exceed the rated torque (100%) before the rotation speed S2 of the constant speed motor 51 reaches the rated rotation speed.
  • the torque T2 that has become larger than the rated torque decreases while the rotational speed S2 of the constant speed motor 51 reaches the rated rotational speed, and when the rotational speed S2 of the constant speed motor 51 reaches the rated rotational speed (time t2). Gradually return to rated torque. Specifically, the torque T2 of the constant speed motor 51 increases to, for example, 130% of the rated torque before the rotation speed S2 of the constant speed motor 51 reaches the rated rotation speed. When S2 reaches the rated rotational speed (time t2), for example, after decreasing to 50% of the rated torque, the torque gradually increases to the rated torque.
  • the torque T2 of the constant speed motor 51 may exceed the rated torque in the process of gradually increasing the rotational speed S2 after the start.
  • FIG. 6C is a graph showing the relationship between time t and torque T1 after starting the variable speed motor 71 (VM), and FIG. 6D shows time t after starting the variable speed motor 71. It is a graph which shows the relationship between and rotation speed S1.
  • FIG. 6E is a graph showing the relationship between the time t and the torque T3 of the sun gear shaft 12 to which the rotor of the compressor C is connected.
  • FIG. 6F is a graph showing the relationship between the time t and the sun gear shaft 12. It is a graph which shows the relationship with the rotation speed S3.
  • the control unit 120 In the starting method of the variable speed increaser 1, when the control unit 120 receives an instruction to start the variable speed increaser 1 from the outside (S10), the control unit 120 outputs an ON instruction to the first switch 111 (S11). .
  • the variable speed motor 71 rotates at substantially the minimum rotation speed in the motor mode.
  • the minimum rotation speed is the rotation speed when the frequency input to the variable speed motor 71 is the minimum frequency that can be set by the frequency converter 101 or the minimum frequency that is set in advance by an operator or the like.
  • the variable speed motor 71 When the first switch 111 is turned on, the power from the power line 110 is supplied to the frequency conversion unit 101. Further, when the frequency conversion unit 101 receives the minimum frequency as the frequency indication value from the control unit 120, the frequency conversion unit 101 converts the frequency of the power from the power supply line 110 into the minimum frequency and supplies it to the variable speed electric motor 71. As a result, the variable speed motor 71 is in a power supply state in which power of the minimum frequency is supplied.
  • the variable speed electric motor 71 of the present embodiment receives electric power having the same frequency as the power supply frequency (maximum frequency: 50 Hz), as described above, the rotational speed is 900 rpm, which is the maximum rotational speed. For this reason, when the power of the minimum frequency (5 Hz) is received as 1/10 of the power supply frequency, the rotational speed of the variable speed electric motor 71 is +90 rpm of the minimum rotational speed as described above.
  • control unit 120 outputs an ON instruction to the second switch 112 (S12, time t1). Further, the control unit 120 outputs an off instruction to the third switch 124 of the reduced voltage starter 113.
  • the second switch 112 When the second switch 112 is turned on, the electric power from the power supply line 110 is supplied to the constant speed motor 51 via the autotransformer 114, and the constant speed motor 51 is in a power supply state.
  • the constant speed motor 51 receives power from the power line 110, the rotational speed S2 of the constant speed motor 51 gradually increases as shown in FIG. 6B. Thereby, the rotation speed of the internal gear 17 of the transmission 10 in the first direction also increases.
  • the electric power from the power supply line 110 is supplied to the constant speed motor 51 via the autotransformer 114, whereby the starting current of the constant speed motor 51 is reduced. That is, when the third switch is turned off, the torque T2 of the constant speed motor 51 is reduced as shown by the solid line in FIG.
  • the control unit 120 shifts the variable speed motor 71 to the generator mode substantially simultaneously with the start of the constant speed motor 51 (S13, time t1). That is, the control unit 120 instructs the rotation direction changing unit 102 of the rotation speed control device 100 to set the rotation direction of the variable speed rotor 72 to the first direction (forward rotation).
  • variable speed motor 71 shifts to the generator mode
  • variable speed rotor 72 of the variable speed motor 71 rotates in the same direction (first direction) as the constant speed rotor 52 of the constant speed motor 51.
  • the control unit 120 instructs the variable speed electric motor 71 to have a maximum rotational speed (900 rpm) in the first direction.
  • the rotational speed S1 of the variable speed electric motor 71 changes from ⁇ 90 rpm to +900 rpm.
  • variable speed gearbox 1 When the variable speed gearbox 1 is started, the variable speed motor 71 rotates in the generator mode, so that the internal gear 17 and the planetary gear carrier 21 rotate in the same rotation direction.
  • the rotational speed of the planetary gear carrier 21 corresponding to the variable speed input shaft Av decreases as the rotational speed of the planetary gear carrier 21 approaches the maximum rotational speed of the positive rotation. Therefore, the variable speed motor 71 is in the generator mode.
  • the rotation speed of the sun gear shaft 12, which is the output shaft Ao can be reduced. Thereby, the load torque T3 of the sun gear shaft 12 is reduced.
  • the absolute value of the torque T1 of the variable speed electric motor 71 increases as the torque T2 of the constant speed electric motor 51 increases (FIG. 6A).
  • the rotation speed S3 of the sun gear shaft 12 increases in accordance with the rotation speed S2 of the constant speed motor 51.
  • the load torque T3 of the sun gear shaft 12 is suppressed to about 50% of the rated torque when the rotation speed S2 of the constant speed motor 51 reaches 100% (t2).
  • the rotational speed S3 of the sun gear shaft 12 is about 75% of the rated rotational speed when the rotational speed S2 of the constant speed motor 51 reaches 100% (t2). Can be suppressed.
  • the control unit 120 determines whether or not the rotation speed S2 of the constant speed motor 51 has reached the rated rotation speed (S14). When the rotation speed S2 of the constant speed motor 51 reaches the rated rotation speed, the control unit 120 instructs the variable speed motor 71 to return to the motor mode (S15, time t2).
  • variable speed electric motor 71 shifts to the electric motor mode, as shown in FIG. 6E, the torque T3 of the sun gear shaft 12, which is the output shaft Ao, increases to the rated torque. Further, as shown in FIG. 6 (f), the rotational speed S3 of the sun gear shaft 12 in the second direction increases to the rated rotational speed.
  • the variable speed increaser 1 can be controlled in the variable speed range ( ⁇ 7500 to ⁇ 10500 rpm). That is, by changing the rotation speed of the variable speed motor 71 using the rotation speed control device 100, the rotation speed of the output shaft of the transmission 10 connected to the drive target can be changed.
  • control unit 120 of the variable speed increaser 1 corrects the rotational speed when it is necessary to drive at a rotational speed in the uncontrollable range ( ⁇ 90 rpm to 90 rpm) of the variable speed electric motor 71.
  • the uncontrollable range speed control approximated by the minimum rotational speed in the direction (90 rpm) and the minimum rotational speed in the reverse direction ( ⁇ 90 rpm) can be executed.
  • the uncontrollable range speed control includes a forward minimum rotational speed instruction P1 (see FIG. 7) for issuing an instruction to drive the variable speed electric motor 71 at the minimum forward rotational speed (90 rpm), and the variable speed electric motor 71 in the reverse minimum.
  • the reverse minimum rotational speed instruction for issuing an instruction to drive at the rotational speed is repeatedly and alternately executed. By this control, the rotation speed of the variable speed electric motor 71 is approximated to a speed in the vicinity of 0 rpm.
  • FIG. 7 and 8 are graphs in which the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the frequency supplied to the variable speed motor 71 (ratio to 50 Hz, indicated by minus in the case of reverse rotation), and the rotation speed of the variable speed motor 71. is there.
  • the interface 122 instructs the rotation speed control device 100 to rotate the variable speed rotor 72 forward at a frequency of 5 Hz (10% of the power supply frequency) and a frequency of 5 Hz.
  • the command to reversely rotate the variable speed rotor 72 is repeatedly issued alternately.
  • a cycle T composed of the forward minimum rotational speed instruction P1 and the reverse minimum rotational speed instruction P2 continuous thereto is constant.
  • the time (pulse width) of the forward minimum rotational speed instruction P1 and the reverse minimum rotational speed instruction P2 in the period T is equal.
  • the rotation speed of the variable speed electric motor 71 fluctuates in a sine curve shape as shown by a one-dot chain line. That is, forward rotation and reverse rotation are repeated.
  • the average rotational speed can be set to 0 rpm. That is, the rotation speed of 0 rpm can be approximated while rotating the variable speed rotor 72.
  • the rotation speed of the variable speed motor 71 is in an uncontrollable range and is other than 0 rpm.
  • the rotation speed of the variable speed electric motor 71 derived by the calculation unit 123 is 60 rpm. Since 60 rpm is the uncontrollable range of the variable speed electric motor 71, the control unit 120 performs uncontrollable range speed control.
  • the control unit 120 varies the time of the forward minimum rotational speed instruction P1 and the reverse minimum rotational speed instruction P2 to approximate 60 rpm. Specifically, the time of the forward minimum rotational speed instruction P1 is lengthened and the time of the reverse minimum rotational speed instruction P2 is shortened so that the average value of the rotational speed of the variable speed electric motor 71 is 60 rpm.
  • the degree of freedom of the rotational speed can be further increased. That is, even when the rotational speed is set within the uncontrollable range of the variable speed motor 71, the rotational speed of the output shaft is set to a desired value by rotating the variable speed motor 71 so that the average rotational speed becomes the rotational speed. The number of rotations can be approximated.
  • the electric device 50 including the constant speed motor 51 and the variable speed motor 71, and the planetary gear transmission 10 that shifts the rotational driving force generated by the electric device 50 and transmits it to the drive target may be provided.
  • the load torque on the drive target side can be reduced by shifting the variable speed motor 71 to the generator mode and suppressing the rotation speed of the output shaft Ao.
  • the capacity of the constant speed motor 51 can be reduced.
  • the constant speed motor 51 can be started with a low current
  • the reduced voltage starter 113 or a motor with a low starting current can be used.
  • the drive target is driven even when the load on the drive target is high, such as when a compressor filled with gas is driven as the drive target. can do.
  • the constant speed rotor 52 of the constant speed motor 51 and the variable speed rotor 72 of the variable speed motor 71 are disposed on the axis Ar of the transmission 10, so that the radial direction from the axis Ar of the transmission 10 Compared with the case where the constant-speed rotor 52 and the variable-speed rotor 72 are arranged at positions apart from each other, the overall size can be reduced. Further, in the present embodiment, it is not necessary to provide a transmission mechanism such as a belt or a pulley as in the case where the constant speed rotor 52 and the variable speed rotor 72 are disposed at a position radially away from the axis Ar of the transmission 10.
  • variable speed motor casing 81 is fixed to the constant speed motor casing 61.
  • variable speed rotor 72 can be accurately positioned (centered) with respect to the constant speed rotor 52 before shipment from the manufacturing factory of the variable motor system. Therefore, in this embodiment, the positioning work of the variable speed rotor 72 with respect to the constant speed rotor 52 can be omitted at the installation site.
  • the cooling fan 91 provided at the end of the constant speed rotor 52 also rotates.
  • the constant speed motor casing 61 communicates with each other.
  • the transmission rotor 72 and the variable speed stator 86 are cooled. Therefore, in this embodiment, the two electric motors can be cooled by the single cooling fan 91. From this viewpoint, the apparatus can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced.
  • the constant speed rotor 52, the variable speed rotor 72, and the sun gear shaft 12 are arranged on the same axis, thereby reducing the installation space (installation space) of the variable motor system. be able to.
  • parts (such as bevel gears) for transmitting rotation are not necessary, and the increase in the number of parts can be suppressed and the manufacturing cost can be reduced.
  • a constant speed rotor shaft 53 (constant speed rotor extension shaft 55) that is a rod-shaped shaft is inserted into a variable speed rotor shaft 73 that is a cylindrical shaft in which a shaft insertion hole 74 is formed. .
  • the constant speed rotor shaft 53 of the constant speed motor 51 having a large output is inserted into the variable speed rotor shaft 73 of the variable speed motor 71 having a smaller output than the constant speed motor 51.
  • the thing with a bigger output can be employ
  • the constant speed rotor 52, the variable speed rotor 72, and the sun gear shaft 12 are arranged on the same axis, but the present invention is not limited to this.
  • the variable speed electric motor 71 may be arranged such that the axis of the variable speed rotor 72 is parallel to the axis of the constant speed rotor 52 and is at a different position.
  • a 4 pole induction motor is illustrated as the constant speed motor 51 suitable for rotating the compressor C at high speed.
  • a suitable variable speed motor 71 a 6-pole induction motor is illustrated.
  • other types of electric motors may be used as the constant speed electric motor 51 and the variable speed electric motor 71.
  • the shaft insertion hole 74 is formed in the variable speed rotor 72, and the constant speed rotor 52 is inserted in the shaft insertion hole 74.
  • the shaft insertion hole is formed in the constant speed rotor, and this shaft insertion hole.
  • a variable speed rotor may be inserted.
  • variable speed flexible coupling 95 that connects the variable speed rotor 72 and the variable speed input shaft Av forms the first flexible coupling
  • constant speed rotor 52 and the constant speed input shaft Ac are connected to each other.
  • a constant speed flexible coupling 97 to be connected forms a second flexible coupling.
  • the constant speed flexible coupling is disposed on the outer peripheral side of the variable speed flexible coupling
  • the constant speed flexible coupling forms the first flexible coupling and the variable speed flexible coupling is the second flexible.
  • a coupling will be made.
  • 1 variable speed gearbox
  • 2 variable speed gearbox start control device
  • 10 transmission (planetary gear transmission), 10S, transmission support
  • 11 sun gear
  • 12 sun gear shaft
  • 15 Planetary gear
  • 17 internal gear
  • 21 planetary gear carrier
  • 22 planetary gear shaft
  • 23 carrier body
  • 27 planetary gear carrier shaft
  • 27i input planetary gear carrier shaft
  • 28 flange
  • 31 internal gear Carrier: 33: Carrier body
  • 37 Internal gear carrier shaft
  • 38 Flange
  • 41 Shift casing
  • 50 Electric device
  • 50S Electric device support
  • 51 Constant speed motor
  • 52 Constant speed rotor
  • 53 Constant Speed rotor shaft
  • 54 Constant speed rotor body shaft
  • 55 Constant speed rotor extension shaft
  • 56 Conductor
  • 61 Constant speed motor casing
  • 62 Casing body
  • 63i, 63o Cover
  • 64 Opening
  • 66 Constant speed Theta
  • 71 variable speed motor
  • 71S variable speed motor support
  • 72 variable

Abstract

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駆動対象に伝える変速装置と、を備え、変速装置は遊星歯車変速装置であり、電動装置は、変速装置の内歯車キャリア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、変速装置の遊星歯車キャリア軸に接続されている可変速ロータを有し、遊星歯車キャリア軸を第一方向に回転させる発電機モードにて発電機として機能するとともに、遊星歯車キャリア軸を第一方向とは反対方向の第二方向に回転させる電動機モードにて電動機として機能する可変速電動機と、を有する可変速増速機の始動方法であって、定速電動機を起動し、定速ロータ及び内歯車の第一方向の回転数を漸次上昇させる定速電動機起動工程と、可変速電動機を発電機モードで運転して遊星歯車キャリアを第一方向に回転させる発電機モード運転工程と、を含む可変速増速機の始動方法。

Description

可変速増速機の始動方法及び可変速増速機の始動制御装置
　本発明は、可変速増速機の始動方法及び可変速増速機の始動制御装置に関する。
　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、この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、を備えているものがある。
　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
　上記可変速増速機においては、定速電動機のトルク及び可変速電動機のトルクが変速装置を介して駆動対象に伝達される。可変速増速機の始動時においては、定速電動機のトルク及び可変速電動機のトルクの上昇に伴って駆動対象側の負荷トルクが大きくなるが、始動時の負荷トルクが大きくなることによって、定速電動機の容量を大きくする必要があるという課題があった。即ち、始動時の負荷トルクに対応した定速電動機を選定する必要が生じるという課題があった。
　本発明は、定速電動機と可変速電動機とからなる電動装置と、電動装置で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える遊星歯車変速装置とを備える可変速増速機において、駆動対象側の負荷トルクを低減することができる可変速増速機の始動方法及び可変速増速機の始動制御装置を提供することを目的とする。
　本発明の第一の態様によれば、可変速増速機の始動方法は、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、前記電動装置は、前記変速装置の前記内歯車キャリア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遊星歯車キャリア軸に接続されている可変速ロータを有し、遊星歯車キャリア軸を前記第一方向に回転させる発電機モードにて発電機として機能するとともに、前記遊星歯車キャリア軸を前記第一方向とは反対方向の第二方向に回転させる電動機モードにて電動機として機能する可変速電動機と、を有する可変速増速機の始動方法であって、前記定速電動機を起動し、前記定速ロータ及び前記内歯車の前記第一方向の回転数を漸次上昇させる定速電動機起動工程と、前記可変速電動機を前記発電機モードで運転して前記遊星歯車キャリアを前記第一方向に回転させる発電機モード運転工程と、を含む。
　このような構成によれば、可変速増速機の始動時において、可変速電動機が発電機モードで運転されて可変速電動機から伝達されるトルクが低減されることによって、定速電動機が定格回転数に到達した時点での駆動対象側の負荷トルクを低減することができる。これにより、定速電動機の容量を小さくすることができる。
　上記可変速増速機の始動方法において、前記定速電動機の始動時に前記可変速電動機を前記発電機モードに移行させてよい。
　このような構成によれば、可変速増速機の始動における初期段階から駆動対象側の負荷トルクを抑えることができる。
　上記可変速増速機の始動方法において、前記定速電動機が定格回転数に達したときに前記可変速電動機を前記電動機モードに移行させてよい。
　このような構成によれば、定速電動機が定格回転数に達する時点まで、可変速電動機から伝達されるトルクを確実に低減させることができる。
　本発明の第二の態様によれば、可変速増速機の始動制御装置は、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、前記電動装置は、前記変速装置の前記内歯車キャリア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遊星歯車キャリア軸に接続されている可変速ロータを有し、前記遊星歯車キャリア軸を前記第一方向に回転させる発電機モードにて発電機として機能するとともに、前記遊星歯車キャリア軸を前記第一方向とは反対方向の第二方向に回転させる電動機モードにて電動機として機能する可変速電動機と、を有する可変速増速機の始動制御装置であって、前記可変速電動機の回転数を制御する回転数制御装置と、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一スイッチと、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二スイッチと、前記回転数制御装置に対して前記可変速増速機の回転方向及び回転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部と、を備え、前記制御部は、始動の指示を受け付けると、第二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、前記第一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、前記回転数制御装置に対して前記可変速電動機が発電機モードの移行を指示する。
　上記可変速増速機の始動制御装置において、前記定速電動機を低電流にて始動させる、低電流始動装置を備えていてよい。
　本発明によれば、可変速増速機の始動時において、可変速電動機が発電機モードで運転されて可変速電動機から伝達されるトルクが低減されることによって、定速電動機が定格回転数に到達した時点での駆動対象側の負荷トルクを低減することができる。これにより、定速電動機の容量を小さくすることができる。
本発明に係る実施形態の可変速増速機の断面図である。 本発明に係る実施形態の変速装置の断面図である。 本発明に係る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。 本発明に係る実施形態の制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る実施形態の定速電動機の回転数及びトルク、可変速電動機の回転数及びトルク、及び太陽歯車軸の回転数及びトルクを示すグラフである。 本発明に係る実施形態の可変速電動機の制御不能範囲速度制御における回転数指示値を示すグラフである。 本発明に係る実施形態の可変速電動機の制御不能範囲速度制御における回転数指示値を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態の可変速増速機の始動制御装置を有する可変速増速機について、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。
　電動装置５０は、定速入力軸Ａｃとしての内歯車キャリア軸３７を定速で回転駆動させる定速電動機５１と、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。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の回転数を変えることができる。
　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。
　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と噛み合い、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が並び、複数の遊星歯車１５と噛み合う内歯車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、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、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。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。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。
　図３に示すように、定速電動機５１は、定速ロータ延長軸５５を介して変速装置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及び可変速電動機７１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、３相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６極の誘導電動機である。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、軸線Ａｒを中心として自転し、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。
　定速電動機５１は、定速ロータ５２を軸線Ａｒの周方向の第一方向（正方向）に回転駆動させる。定速ロータ５２が第一方向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、第一方向に回転する。
　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、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。各々の蓋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、各々の蓋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。
　可変速電動機７１は、可変速ロータ７２を軸線Ａｒの周方向の第一方向及び第一方向とは反対方向の第二方向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を第一方向とは反対の第二方向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に回転する。
　可変速ロータ７２が第一方向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、第一方向に回転する。
　本実施形態の可変速電動機７１は、６極の相誘導電動機であり、回転数を０ｒｐｍ近傍に制御することはできない。本実施形態の可変速電動機７１は、例えば、定格回転数の１０％以下である－９０ｒｐｍから９０ｒｐｍの範囲が、回転数が制御不能である制御不能範囲である。即ち、本実施形態の可変速電動機７１の最小回転数は９０ｒｐｍである。最小回転数９０ｒｐｍにおいて可変速電動機７１に供給される電力は、電源周波数（５０Ｈｚ）の１０％の５Ｈｚである。
　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。
　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。また、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。
　以上のように、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とは同一の軸線上に配置されている。
　本実施形態の可変速増速機１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。
　本実施形態の可変速増速機１は、可変速増速機を始動する際に、特に可変速電動機７１の制御を行う可変速増速機の始動制御装置２を備えている。
　可変速増速機の始動制御装置２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一スイッチ１１１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二スイッチ１１２と、第二スイッチ１１２と定速電動機５１との間に介在する減電圧始動器１１３（低電流始動装置）と、回転数制御装置１００、第一スイッチ１１１、第二スイッチ１１２、及び減電圧始動器１１３の動作を制御する制御部１２０と、を備えている。
　制御部１２０は、コンピュータで構成されている。制御部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及び回転数制御装置１００、第二スイッチ１１２及び減電圧始動器１１３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及び回転数制御装置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、電源線１１０と回転数制御装置１００とに電気的に接続されている。回転数制御装置１００は、可変速電動機７１と電気的に接続されている。
　第一スイッチ１１１は、制御部１２０からのオン指示でオンになり、制御部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からの電力が回転数制御装置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。第一スイッチ１１１がオフになると、電源線１１０から可変速電動機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。
　回転数制御装置１００は、電源線１１０から供給される電力の周波数を変える周波数変換部１０１と、可変速電動機７１の回転方向を変更する回転方向変更部１０２と、を備えている。
　周波数変換部１０１は、制御部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。
　回転方向変更部１０２は、可変速電動機７１に接続されている複数（本実施形態の場合３本）の電源線を入れ替える回路を用いることによって、可変速電動機７１の回転方向を変更する装置である。即ち、回転方向変更部１０２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。
　第二スイッチ１１２は、電源線１１０と減電圧始動器１１３とに電気的に接続されている。
　第二スイッチ１１２は、制御部１２０からのオン指示でオンになり、制御部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からの電力が減電圧始動器１１３を介して定速電動機５１に供給され、定速電動機５１は電力供給状態になる。第二スイッチ１１２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。
　減電圧始動器１１３は、第二スイッチ１１２と定速電動機５１との間に介在している。減電圧始動器１１３は、定速電動機５１の始動電流の低減を図るための装置である。本実施形態の減電圧始動器１１３は、単巻変圧器１１４（始動補償器）を有しているコンドルファ始動方式である。
　単巻変圧器１１４は、電源線１１０と、定速電動機５１との間に介在している。減電圧始動器１１３は、電源線１１０と定速電動機５１とを直接的に接続する接続配線１１５と、接続配線１１５に設けられた第三スイッチ１２４を有している。
　制御部１２０は、定速電動機５１の始動時において、減電圧始動器１１３の第三スイッチ１２４をオフにする。これにより、定速電動機５１には単巻変圧器１１４を介して電力が供給され、定速電動機５１の始動電流を低減させることができる。制御部１２０は、始動完了後、即ち、定速電動機５１の回転数が定格回転数に達した段階で第三スイッチ１２４をオンにする。
　減電圧始動器としては、コンドルファ始動方式に限ることはなく、例えば、リアクトル始動方式などの他の始動方式の採用も可能である。
　また、本実施形態の可変速増速機１には、減電圧始動器を設ける必要はなく、全電圧を行ってもよい。
　また、低始動電流の電動機を用いて始動時の電流を低減してもよい。即ち、始動時において定速電動機５１の始動電流を低減することができればよい。
　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。即ち、可変速電動機７１を発電機モードで運転させることによって、出力軸Ａｏの回転数ωｓを低くし、出力軸Ａｏに接続される駆動対象側の負荷トルクを低減することができる。
　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、周波数変換部１０１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の範囲で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。
　ここで、本実施形態の定速電動機５１の特性について説明する。図６（ａ）は、定速電動機５１（ＣＭ）の始動後における、時間とトルクＴ２の関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、時間と回転数Ｓ２との関係を示すグラフである。
　定速電動機５１は、３相４極誘導電動機であり、定速電動機５１が始動して電力供給状態になると、図６（ｂ）に示すように、定速電動機５１の回転数Ｓ２が漸次上昇する。始動後の時間と回転数Ｓ２とは略比例している。
　定速電動機５１のトルクＴ２は、図６（ａ）に点線で示すようなカーブを描きながら大きくなる。図６（ａ）に点線で示すように、定速電動機５１のトルクＴ２は、定速電動機５１の回転数Ｓ２に比例しておらず、回転数Ｓ２が定格回転数（１００％，１５００ｒｐｍ）に近づくと急激に上昇する。
　定速電動機５１のトルクＴ２は、定速電動機５１の回転数Ｓ２が定格回転数に到達する前に定格トルク（１００％）を超える場合がある。定格トルクよりも大きくなったトルクＴ２は、定速電動機５１の回転数Ｓ２が定格回転数に達する間に小さくなり、定速電動機５１の回転数Ｓ２が定格回転数に達すると（時間ｔ２）、徐々に定格トルクに復帰する。
　具体的には、定速電動機５１のトルクＴ２は、定速電動機５１の回転数Ｓ２が定格回転数に到達する前に、例えば、定格トルクの１３０％まで上昇し、定速電動機５１の回転数Ｓ２が定格回転数に到達する時点（時間ｔ２）で、例えば、定格トルクの５０％まで下降した後、漸次定格トルクまで上昇する。
　即ち、定速電動機５１のトルクＴ２は、始動後に徐々に回転数Ｓ２を上昇させる過程で、定格トルクを超えてしまう場合がある。
　次に、本実施形態の可変速増速機１の始動方法について、図５に示すフローチャート、及び図６に示すグラフに従って説明する。
　図６（ｃ）は、可変速電動機７１（ＶＭ）の始動後における、時間ｔとトルクＴ１の関係を示すグラフであり、図６（ｄ）は、可変速電動機７１の始動後における、時間ｔと回転数Ｓ１との関係を示すグラフである。図６（ｅ）は、時間ｔと圧縮機Ｃのロータが接続される太陽歯車軸１２のトルクＴ３との関係を示すグラフであり、図６（ｆ）は、時間ｔと太陽歯車軸１２の回転数Ｓ３との関係を示すグラフである。
　可変速増速機１の始動方法おいて、制御部１２０は、外部から可変速増速機１の始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（Ｓ１１）。これにより、可変速電動機７１は電動機モードの略最小回転数で回転する。ここで、最小回転数とは、可変速電動機７１に入力される周波数が、周波数変換部１０１が設定可能な最小の周波数、又はオペレータ等が予め設定した最小の周波数のときの回転数である。
　第一スイッチ１１１がオンになると、電源線１１０からの電力が周波数変換部１０１に供給される。また、周波数変換部１０１は、制御部１２０から周波数の指示値として最小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小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、最小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９００ｒｐｍとなる。このため、電源周波数の１／１０を最小周波数（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、最小回転数の＋９０ｒｐｍとなる。
　次に、制御部１２０は、第二スイッチ１１２に対してオン指示を出力する（Ｓ１２、時間ｔ１）。また、制御部１２０は、減電圧始動器１１３の第三スイッチ１２４に対してオフ指示を出力する。
　第二スイッチ１１２がオンになると、電源線１１０からの電力が単巻変圧器１１４を介して定速電動機５１に供給され、定速電動機５１は電力供給状態になる。定速電動機５１が電源線１１０からの電力を受け付けると、図６（ｂ）に示すように、徐々に定速電動機５１の回転数Ｓ２が上昇する。これにより、変速装置１０の内歯車１７の第一方向の回転数も上昇する。また、電源線１１０からの電力が単巻変圧器１１４を介して定速電動機５１に供給されることによって、定速電動機５１の始動電流が低減される。即ち、第三スイッチがオフにされることにより、図６（ａ）に実線で示すように、定速電動機５１のトルクＴ２が低減される。
　制御部１２０は、定速電動機５１の始動と略同時に、可変速電動機７１を発電機モードに移行させる（Ｓ１３、時間ｔ１）。即ち、制御部１２０は、回転数制御装置１００の回転方向変更部１０２に、可変速ロータ７２の回転方向を第一方向（正回転）とする指示を出す。
　可変速電動機７１が発電機モードに移行することによって、可変速電動機７１の可変速ロータ７２は、定速電動機５１の定速ロータ５２と同じ方向（第一方向）に回転する。制御部１２０は、可変速電動機７１の回転数が第一方向の最大回転数（９００ｒｐｍ）となるように指示する。
　これにより、図６（ｄ）に示すように、可変速電動機７１の回転数Ｓ１は、－９０ｒｐｍから、＋９００ｒｐｍに変化する。
　可変速増速機１の始動時において、可変速電動機７１が発電機モードで回転することによって、内歯車１７と遊星歯車キャリア２１とが同じ回転方向に回転する。本実施形態の変速装置１０は、可変速入力軸Ａｖに対応する遊星歯車キャリア２１の回転数が正回転の最大回転数に近づくに従って回転数が小さくなるため、可変速電動機７１が発電機モードで回転することによって、出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２の回転数を低くすることができる。これにより、太陽歯車軸１２の負荷トルクＴ３が低減される。
　図６（ｃ）に示すように、可変速電動機７１のトルクＴ１の絶対値は、定速電動機５１のトルクＴ２（図６（ａ））の上昇に伴い、大きくなる。
　図６（ｆ）に示すように、太陽歯車軸１２の回転数Ｓ３は、定速電動機５１の回転数Ｓ２に応じて上昇する。
　図６（ｅ）に示すように、太陽歯車軸１２の負荷トルクＴ３は、定速電動機５１の回転数Ｓ２が１００％に達している時点（ｔ２）で、定格トルクの約５０％に抑えられる。また、図６（ｆ）に示すように、太陽歯車軸１２の回転数Ｓ３は、定速電動機５１の回転数Ｓ２が１００％に達している時点（ｔ２）で、定格回転数の約７５％に抑えられる。
　可変速増速機１の始動中、制御部１２０は、定速電動機５１の回転数Ｓ２が定格回転数に達したか否かを判断する（Ｓ１４）。定速電動機５１の回転数Ｓ２が定格回転数に達した場合、制御部１２０は、可変速電動機７１を電動機モードに戻すよう指示する（Ｓ１５、時間ｔ２）。
　可変速電動機７１が電動機モードに移行することによって、図６（ｅ）に示すように、出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２のトルクＴ３は、定格トルクまで上昇する。また、図６（ｆ）に示すように、太陽歯車軸１２の第二方向の回転数Ｓ３は定格回転数まで上昇する。
　そして、可変速増速機１は、可変速範囲（－７５００～－１０５００ｒｐｍ）で制御可能となる。即ち、回転数制御装置１００を用いて可変速電動機７１の回転数を変えることで、駆動対象に接続される変速装置１０の出力軸の回転数を変えることができる。
　また、本実施形態の可変速増速機１の制御部１２０は、可変速電動機７１の制御不能範囲（－９０ｒｐｍから９０ｒｐｍ）の回転数にて駆動する必要がある場合に、当該回転数を正方向の最小回転数（９０ｒｐｍ）と逆方向の最小回転数（－９０ｒｐｍ）で近似する制御不能範囲速度制御を実行することができる。
　例えば、制御部１２０の受付部１２１が、太陽歯車軸１２の回転数を－６０００ｒｐｍとする指示を受け付けると、演算部１２３は演算を実施し、太陽歯車軸１２の回転数を－６０００ｒｐｍとするための可変速電動機７１の回転数が０ｒｐｍであるという演算結果を導出する。
　制御不能範囲速度制御は、可変速電動機７１を正方向の最小回転数（９０ｒｐｍ）で駆動する指示を発する正方向最小回転数指示Ｐ１（図７参照）と、可変速電動機７１を逆方向の最小回転数で駆動する指示を発する逆方向最小回転数指示と、を繰返し交互に実行する制御である。この制御により、可変速電動機７１の回転数が０ｒｐｍ近傍の速度に近似される。
　図７、図８は、横軸を時間、縦軸を可変速電動機７１に供給される周波数（５０Ｈｚに対する割合、逆回転の場合マイナスで示す）、及び可変速電動機７１の回転数としたグラフである。
　図７に示すように、制御不能範囲速度制御を行うと、インタフェース１２２は回転数制御装置１００に、周波数５Ｈｚ（電源周波数の１０％）で可変速ロータ７２を正回転させる命令と、周波数５Ｈｚで可変速ロータ７２を逆回転させる命令と、を繰り返し交互に発する。正方向最小回転数指示Ｐ１とこれに連続する逆方向最小回転数指示Ｐ２とからなる周期Ｔは一定である。
　周期Ｔにおける、正方向最小回転数指示Ｐ１と、逆方向最小回転数指示Ｐ２の時間（パルス幅）は等しい。これにより、可変速電動機７１の回転数は、一点鎖線で示すように、サインカーブ状に変動する。即ち、正回転と逆回転を繰り返す。
　正方向最小回転数指示Ｐ１と、逆方向最小回転数指示Ｐ２の時間を等しくすることにより、回転数の平均を０ｒｐｍとすることができる。即ち、可変速ロータ７２を回転させながら、０ｒｐｍの回転数を近似することができる。
　次に、可変速電動機７１の回転数が制御不能範囲であって、０ｒｐｍ以外である場合の制御方法について説明する。
　指示される出力軸Ａｏの回転数が－５７００ｒｐｍである場合、演算部１２３によって導出される可変速電動機７１の回転数は６０ｒｐｍである。６０ｒｐｍは可変速電動機７１の制御不能範囲であるため制御部１２０は、制御不能範囲速度制御を実施する。
　図８に示すように、制御部１２０は、６０ｒｐｍを近似するために、正方向最小回転数指示Ｐ１と、逆方向最小回転数指示Ｐ２の時間を異ならせる。具体的には、可変速電動機７１の回転数の平均値が６０ｒｐｍとなるように、正方向最小回転数指示Ｐ１の時間を長くすると共に、逆方向最小回転数指示Ｐ２の時間を短くする。
　ここで、例えば、Ｐ１：Ｐ２＝５：５とすれば、回転数０ｒｐｍを近似することができ、Ｐ１：Ｐ２＝１００とすれば、回転数は９０ｒｐｍとなる。このように、正方向最小回転数指示Ｐ１と逆方向最小回転数指示Ｐ２の割合を可変とすることによって、制御不能範囲の回転数を近似することができる。正方向最小回転数指示Ｐ１の割合を多くすることによって、近似される可変速電動機７１の回転数（可変速電動機７１の平均回転数）は、９０ｒｐｍに近づき、逆方向最小回転数指示Ｐ２の割合を多くすることによって、近似される可変速電動機７１の回転数は、－９０ｒｐｍに近づく。
　制御不能範囲速度制御によって、可変速増速機１の出力軸Ａｏの回転数を制御するにあたって、より回転数の自由度を高めることができる。即ち、可変速電動機７１の制御不能範囲に回転数を設定する場合においても、平均回転数がその回転数となるように、可変速電動機７１を回転駆動させることによって、出力軸の回転数を所望の回転数に近似することができる。
　上記実施形態によれば、定速電動機５１と可変速電動機７１とからなる電動装置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遊星歯車変速装置１０とを備える可変速増速機１の始動時において、可変速電動機７１を発電機モードに移行させて、出力軸Ａｏの回転数を抑えることによって、駆動対象側の負荷トルクを低減することができる。
　これによって、定速電動機５１の容量の低減を図ることができる。また、定速電動機５１の低電流にて起動することが可能となるため、減電圧始動器１１３や、低始動電流の電動機の使用が可能となる。
　また、駆動対象側の負荷トルクが低減されることによって、例えば、内部にガスが充満している圧縮機を駆動対象として駆動する場合など、駆動対象の負荷が高い場合においても、駆動対象を駆動することができる。
　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。
　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。
　なお、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の軸線が定速ロータ５２の軸線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、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構成としてもよい。
　また、上記実施形態では、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。
　１：可変速増速機、２：可変速増速機の始動制御装置、１０：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：遊星歯車キャリア、２２：遊星歯車軸、２３：キャリア本体、２７：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、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、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、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、１００：回転数制御装置、１０１：周波数変換部、１０２：回転方向変更部、１１１：第一スイッチ、１１２：第二スイッチ、１１３：減電圧始動器（低電流始動装置）、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：制御部、Ａｐ：中心線、Ａｒ：軸線

Claims (5)

  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、
    　前記電動装置は、
    　前記変速装置の前記内歯車キャリア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遊星歯車キャリア軸に接続されている可変速ロータを有し、遊星歯車キャリア軸を前記第一方向に回転させる発電機モードにて発電機として機能するとともに、前記遊星歯車キャリア軸を前記第一方向とは反対方向の第二方向に回転させる電動機モードにて電動機として機能する可変速電動機と、
    　を有する可変速増速機の始動方法であって、
    　前記定速電動機を起動し、前記定速ロータ及び前記内歯車の前記第一方向の回転数を漸次上昇させる定速電動機起動工程と、
    　前記可変速電動機を前記発電機モードで運転して前記遊星歯車キャリアを前記第一方向に回転させる発電機モード運転工程と、を含む可変速増速機の始動方法。
  2. 　前記定速電動機の始動時に前記可変速電動機を前記発電機モードに移行させる請求項１に記載の可変速増速機の始動方法。
  3. 　前記定速電動機が定格回転数に達したときに前記可変速電動機を前記電動機モードに移行させる請求項１又は請求項２に記載の可変速増速機の始動方法。
  4. 　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、
    　前記電動装置は、
    　前記変速装置の前記内歯車キャリア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遊星歯車キャリア軸に接続されている可変速ロータを有し、前記遊星歯車キャリア軸を前記第一方向に回転させる発電機モードにて発電機として機能するとともに、前記遊星歯車キャリア軸を前記第一方向とは反対方向の第二方向に回転させる電動機モードにて電動機として機能する可変速電動機と、
    　を有する可変速増速機の始動制御装置であって、
    　前記可変速電動機の回転数を制御する回転数制御装置と、
    　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一スイッチと、
    　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二スイッチと、
    　前記回転数制御装置に対して前記可変速増速機の回転方向及び回転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部と、を備え、
    　前記制御部は、始動の指示を受け付けると、第二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、前記第一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、前記回転数制御装置に対して前記可変速電動機が発電機モードの移行を指示する可変速増速機の始動制御装置。
  5. 　前記定速電動機を低電流にて始動させる、低電流始動装置を備える請求項４に記載の可変速増速機の始動制御装置。
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