WO2017145350A1 - 可変速増速機 - Google Patents

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WO2017145350A1
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variable
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impeller
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義行 岡本
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三菱重工コンプレッサ株式会社
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    • H02P5/753—Differential gearing

Definitions

  • the present invention relates to a variable speed step-up gear provided with an electric device composed of a constant-speed electric motor and a variable-speed electric motor, and a planetary gear transmission that changes the rotational driving force generated by the electric device and transmits it to an object to be driven.
  • 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.
  • the rotation speed of the constant speed motor and the rotating machine to be driven naturally drop due to the power being cut off.
  • the rotation speed of the variable speed motor may be determined by the rotation speed of the constant speed motor or the inertia of the rotating machine.
  • 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 a rotational driving force generated by the electric device and transmits the rotational driving force to a drive target.
  • An object of the present invention is to provide a variable speed step-up gear capable of preventing the number of rotations of the variable speed motor from becoming excessive during an emergency stop.
  • a variable speed step-up gear includes: an electric device that generates 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, meshes with the sun gear, and revolves about the axis.
  • a planetary gear rotating around its own center line, a plurality of teeth arranged in an annular shape around the axis, and meshing with the planetary gear, and a planetary gear carrier shaft extending in the axial direction around the axis
  • a planetary gear carrier that supports the planetary gear so that it can revolve around the axis and that can rotate around the centerline of the planetary gear itself, and an axial direction around the axis
  • an internal gear carrier that supports the internal gear so that it can rotate about the axis, and the sun gear shaft forms an output shaft connected to the drive target.
  • the internal gear carrier shaft forms a constant speed input shaft
  • the planetary gear carrier shaft forms a variable speed input shaft
  • the electric device is connected to the variable speed input shaft of the transmission, and the axis line
  • a variable speed motor having a variable speed rotor formed with a shaft insertion hole penetrating in the axial direction, and connected to the constant speed input shaft of the transmission, to the shaft insertion hole
  • a constant-speed electric motor having a constant-speed rotor that is inserted; and an impeller that is attached to the variable-speed rotor and causes windage loss when the variable-speed rotor rotates.
  • the impeller becomes a resistance against the rotation of the variable speed rotor when the variable speed step-up gear is emergency stopped. Thereby, it is possible to prevent the variable speed electric motor from over-rotating.
  • variable speed motor may have a variable speed motor casing that rotatably supports the variable speed rotor, and the impeller may be disposed inside the variable speed motor casing.
  • the inside of the variable speed motor can be cooled using the impeller during the operation of the variable speed increaser.
  • variable speed step-up gear may include a gas supply device that introduces gas into the internal space of the variable speed motor casing.
  • variable speed motor when the variable speed motor is stopped urgently, by introducing gas into the internal space of the variable speed motor casing and increasing the pressure in the internal space, the windage loss due to the impeller can be increased. it can.
  • the variable speed step-up gear includes a blower that is provided at the same position as the conductor of the variable speed motor in the axial direction, and the generated wind is directed along the radial direction of the variable speed rotor.
  • the vehicle includes a first impeller provided on one side of the conductor in the axial direction and a second impeller provided on the other side of the conductor, the first impeller and the second impeller. May be formed such that the direction of the generated wind is opposite in the axial direction.
  • the impeller when the variable speed step-up gear is stopped urgently, the impeller becomes a resistance against the rotation of the variable speed rotor. Thereby, it is possible to prevent the variable speed electric motor from over-rotating.
  • 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 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, and the opposite side of the output side is the input side.
  • the radial direction centered on 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 having a cylindrical shape with the axis line Ar as the center is disposed on the input side of the sun gear shaft 12 having a cylindrical shape with the axis line Ar as the center.
  • the input side arm portion 36 of the carrier body 33 is fixed to the internal gear carrier shaft 37.
  • 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 electric device 50 includes a constant speed motor 51 that rotationally drives the internal gear carrier shaft 37 at a constant speed, and a variable speed motor 71 that rotationally drives the input-side planetary gear carrier shaft 27i at an arbitrary rotational speed.
  • the internal gear carrier shaft 37 is a constant speed input shaft Ac that rotates at a constant speed by the driving force of the constant speed motor 51.
  • the input-side planetary gear carrier shaft 27 i is a variable speed input shaft Av that rotates at an arbitrary rotation speed by the driving force of the variable speed motor 71.
  • 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 constant speed motor 51 rotates the internal gear carrier shaft 37 of the transmission 10.
  • 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 electric motor 51 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 (internal gear 17) in a first direction R1 in the circumferential direction of the axis Ar (see FIG. 5, positive direction).
  • the constant speed rotor 52 rotates in the first direction R1
  • the internal gear carrier shaft 37 and the internal gear carrier 31 rotate in the first direction R1.
  • the constant-speed rotor 52 has a constant-speed rotor shaft 53 that forms a columnar shape about the axis Ar, and a conductor 56 that is fixed to the outer periphery of the constant-speed rotor shaft 53.
  • a cooling fan 91 is fixed to the input side end of the constant speed rotor shaft 53.
  • 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 shaft 53 so as to be capable of rotating about the axis Ar are attached to the respective lids 63i and 63o.
  • the input-side lid 63i is formed with a plurality of openings 64 penetrating in the axial direction at positions radially outside the constant speed rotor bearing 65i.
  • the input side end of the constant speed rotor shaft 53 protrudes from the input side lid 63 i of the constant speed motor casing 61 to the input side.
  • a cooling fan 91 is fixed to the input side end of the constant speed rotor shaft 53. 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 rotationally drives the variable speed rotor 72 (planetary gear carrier 21) in the first direction R1 in the circumferential direction of the axis Ar and the second direction R2 opposite to the first direction R1 (see FIG. 5). be able to. 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 R1.
  • 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 R1 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 R2 opposite to the first direction R1.
  • 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 R2 in the motor mode.
  • the planetary gear carrier shaft 27 and the planetary gear carrier 21 rotate in the first direction R1.
  • 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 centering on the axis line Ar, and has a shaft insertion hole 74 penetrating in the axial direction.
  • An internal gear carrier shaft 37 that is a constant speed input shaft Ac is inserted through 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 variable speed stator 86 is disposed on the radially outer side of the conductor 76 of the variable speed rotor 72.
  • the variable speed stator 86 is formed of a plurality of coils.
  • the variable speed stator 86 is formed with a plurality of cooling holes 95 penetrating in the radial direction.
  • 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.
  • the variable speed motor casing 81 has an airtight structure with a casing body 82 and lids 83i and 83o.
  • 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.
  • the variable speed electric motor 71 of the present embodiment includes an electric cooling fan 87 (blower) that mainly cools the conductor 76 and the variable speed stator 86.
  • the electric cooling fan 87 is attached to the inner peripheral surface of the casing body 82 of the variable speed electric motor 71.
  • the position of the electric cooling fan 87 in the axial direction Ar is the same as the center position of the conductor 76 and the variable speed stator 86.
  • the electric cooling fan 87 has an impeller 88 that is rotated by electric power supplied from the power line 110.
  • the rotation center shaft 89 of the impeller 88 of the electric cooling fan 87 is oriented so as to intersect the axis line Ar. That is, the direction of the wind generated by the electric cooling fan 87 is along the radial direction. Since the plurality of cooling holes 95 are formed in the variable speed stator 86, the wind generated by the electric cooling fan 87 can cool not only the variable speed stator 86 but also the conductor 76.
  • the electric cooling fan 87 can switch the direction of the wind between the direction toward the radially inner side and the direction toward the radially outer side by changing the rotation direction of the impeller 88.
  • a first impeller 97 and a second impeller 98 are attached to the variable speed rotor shaft 73 of the variable speed electric motor 71 of the present embodiment.
  • the first impeller 97 and the second impeller 98 are axial fans having a plurality of blades.
  • the plurality of blades are attached to the outer peripheral surface of the variable speed rotor shaft 73 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the first impeller 97 is disposed between the input-side variable speed rotor bearing 85 i and the conductor 76 in the axial direction.
  • the second impeller 98 is disposed between the output-side variable speed rotor bearing 85o and the conductor 76 in the axial direction.
  • the first impeller 97 and the second impeller 98 are formed such that the wind direction in the axial direction is reversed.
  • the direction of the wind generated by the first impeller 97 and the direction of the wind generated by the second impeller 98 are opposite in the axial direction.
  • the first impeller 97 and the second impeller 98 of the present embodiment are formed so that the direction of the generated wind is directed toward the conductor 76 when the variable speed rotor 72 rotates in the second direction R2. That is, when the variable speed rotor 72 rotates in the electric motor mode, the wind generated by the first impeller 97 flows toward the output side, and the wind generated by the second impeller 98 flows toward the input side.
  • a first rectifying plate 99A extending in the circumferential direction is disposed between the first impeller 97 and the conductor 76 in the axial direction.
  • the main surface of the first rectifying plate 99A is a circular plate that is orthogonal to the axis Ar and in which the variable speed rotor 72 is inserted in the center.
  • a predetermined gap extending in the circumferential direction is formed between the outer peripheral end of the first rectifying plate 99 ⁇ / b> A and the inner peripheral surface of the casing main body 82.
  • a predetermined gap extending in the circumferential direction is formed between the first current plate 99 ⁇ / b> A and the variable speed rotor shaft 73.
  • the first current plate 99A is fixed to the casing body 82 by a plurality of stays (not shown).
  • a second rectifying plate 99B having the same shape as the first rectifying plate 99A is disposed between the second impeller 98 and the conductor 76 in the axial direction.
  • the variable speed gearbox 1 of the present embodiment includes a gas supply device 9 that supplies a gas such as air to the internal space of the variable speed motor casing 81.
  • the gas supply device 9 has the ability to increase the air pressure in the internal space of the variable speed motor casing 81.
  • the gas supplied by the gas supply device 9 is introduced into the internal space of the variable speed electric motor casing 81 through the gas supply hole 9A.
  • a predetermined air purge unit may be used as the gas supply device 9.
  • the variable speed gearbox 1 of the present embodiment includes a rotation speed control device 100 that controls the rotation speed of the variable speed motor 71, a first switch 111 that sets the variable speed motor 71 between a power supply state and a power cut-off state, A second switch 112 that switches the constant-speed motor 51 between a power supply state and a power cut-off state; and a control unit 120 that controls operations of the rotation speed control device 100, the first switch 111, and the second switch 112. .
  • the control unit 120 is composed of a computer.
  • the control unit 120 receives an instruction from an operator directly or receives an instruction from a host control device, an interface 122 that gives an instruction to the first switch 111, the rotation speed control device 100, and the second switch 112, and an acceptance And a calculation unit 123 that generates instructions for the first switch 111, the second switch 112, and the rotation speed control device 100 in accordance with the instructions received by the unit 121.
  • 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 second switch 112 is electrically connected to the power line 110 and the constant speed motor 51.
  • 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 rotation speed control device 100 and the variable speed motor 71 is cut off, and the variable speed motor 71 enters a power cut-off state.
  • 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 second switch 112 When the second switch 112 is turned on, power from the power line 110 is supplied to the constant speed motor 51, and the constant speed motor 51 is in a power supply state.
  • the second switch 112 When 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 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 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.
  • 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.
  • the internal gear 17 is rotated in the first direction R ⁇ b> 1 by the constant speed motor 51.
  • the planetary gear carrier 21 is rotated in the first direction R1 or the second direction R2 by the variable speed electric motor 71.
  • the rotational direction of the sun gear shaft 12 that is the output shaft Ao and the direction of the torque are the second direction R2 due to the relationship of the variable speed range of the variable speed input shaft Av.
  • the control device (not shown) of the variable speed increaser 1 has a function of controlling the rotation direction of the electric cooling fan 87 in accordance with the rotation direction of the variable speed rotor 72.
  • the control device controls the electric cooling fan 87 so that the direction of the wind generated by the electric cooling fan 87 is directed radially outward.
  • the wind generated by the first impeller 97 and the second impeller 98 is directed from the respective impellers 97 and 98 to the conductor 76, so that the wind as shown in FIG. Flows.
  • first impeller 97, the second impeller 98, and the electric cooling fan 87 form a circulation flow C1.
  • the electric cooling fan 87 enhances the circulation flow C1 and reduces windage loss caused by the rotation of the first impeller 97 and the second impeller 98.
  • the control device controls the electric cooling fan 87 so that the direction of the wind generated by the electric cooling fan 87 is directed radially inward.
  • a wind flows as shown in FIG. That is, the first impeller 97, the second impeller 98, and the electric cooling fan 87 form a circulation flow C2.
  • the electric cooling fan 87 enhances the circulation flow C2 and reduces windage loss due to the rotation of the first impeller 97 and the second impeller 98.
  • the emergency stop of the variable speed increaser 1 is an emergency stop of the constant speed motor 51 and the variable speed motor 71 due to a failure of the rotational speed control device 100 (inverter), or an emergency stop of the constant speed motor 51 and the variable speed motor 71 due to a power failure. Including outage.
  • the control device (not shown) of the variable speed increaser 1 of the present invention has a function of determining whether or not the variable speed increaser 1 is to be urgently stopped. For example, when the control device detects a failure of the rotation speed control device 100, the control device performs an emergency stop of the variable speed increaser 1.
  • the control device turns off the first switch 111 and the second switch 112. Thereby, the rotation speed of the constant speed motor 51 is gradually reduced.
  • the rotational speed of the output shaft Ao decreases due to the gas load inside the compressor C.
  • torque T1 in the first direction R1 is generated in the sun gear 11 connected to the output shaft Ao (see FIG. 5).
  • a torque T2 in the first direction R1 is generated in the variable speed rotor 72 via the planetary gear 15 and the planetary gear carrier 21. That is, the torque T2 that rotates the variable speed rotor 72 in the second direction R2 is generated by the torque T1 generated by the compressor C due to the emergency stop of the electric device 50.
  • the control device supplies air to the internal space of the variable speed motor casing 81 using the gas supply device 9 when the first switch 111 and the second switch 112 are turned off.
  • the first impeller 97 and the second impeller 98 are provided in the variable speed rotor 72, so that the first impeller 97 and the second impeller 97 can be used at the time of emergency stop of the variable speed step-up gear 1.
  • the double impeller 98 provides resistance to the rotation of the variable speed rotor 72. That is, it is possible to prevent the variable speed electric motor 71 from over-rotating due to the windage loss of the first impeller 97 and the second impeller 98.
  • variable speed can be changed using the impellers 97 and 98 during the operation of the variable speed increaser 1.
  • the inside of the electric motor 71 can be cooled.
  • variable speed gearbox 1 when the variable speed gearbox 1 is urgently stopped, the air loss caused by the impellers 97 and 98 is increased by introducing gas into the internal space of the variable speed motor casing 81 to increase the pressure in the internal space. Can do.
  • the impeller 97 by operating the electric cooling fan 87 so as to reduce the windage loss caused by the impellers 97 and 98 during the operation of the variable speed increaser 1, the impeller 97, during the operation of the variable speed increaser 1, is operated. The windage loss due to 98 can be reduced.
  • variable speed step-up gear 1 according to a modification of the present embodiment will be described.
  • the first impeller 97 and the second impeller 98 of the variable speed step-up gear 1 of the modification have a function of changing the angle of the blade.
  • the angle of the blade can be changed using, for example, the power of the spare battery.
  • the control device changes the angle of the blade so that the windage becomes larger when the variable speed gear 1 is in an emergency stop.
  • the resistance by the first impeller 97 and the second impeller 98 can be further increased when the variable speed gear 1 is in an emergency stop.
  • the impellers 97 and 98 are disposed in the internal space of the variable speed motor casing 81.
  • the impellers 97 and 98 may be disposed outside the variable speed motor casing 81. .

Abstract

電動装置と、変速装置と、を備え、変速装置は、太陽歯車と、太陽歯車と噛み合う遊星歯車と、遊星歯車と噛み合う内歯車と、遊星歯車を公転可能に且つ自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、内歯車を自転可能に支持する内歯車キャリアと、を有し、太陽歯車軸が駆動対象に接続される出力軸を成し、内歯車キャリア軸が定速入力軸を成し、遊星歯車キャリア軸が可変速入力軸を成し、電動装置は、変速装置の可変速入力軸に接続され、軸線を中心として円筒状を成し、軸方向に貫通した軸挿通孔が形成されている可変速ロータを有する可変速電動機と、変速装置の定速入力軸に接続され、軸挿通孔に挿通されている定速ロータを有する定速電動機と、可変速ロータに取り付けられ、可変速ロータが回転することにより風損を生じる羽根車と、を有する可変速増速機。

Description

可変速増速機
　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
　上記装置において、装置を緊急停止させようとする場合、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、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、装置の緊急停止の際に可変速電動機の回転数が過剰となるのを防止することができる可変速増速機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成し、軸方向に貫通した軸挿通孔が形成されている可変速ロータを有する可変速電動機と、前記変速装置の前記定速入力軸に接続され、前記軸挿通孔に挿通されている定速ロータを有する定速電動機と、前記可変速ロータに取り付けられ、前記可変速ロータが回転することにより風損を生じる羽根車と、を有する。
　このような構成によれば、可変速増速機を緊急停止する際に、羽根車が可変速ロータの回転に対する抵抗となる。これにより、可変速電動機が過回転するのを防止することができる。
　上記可変速増速機において、前記可変速電動機は前記可変速ロータを回転自在に支持する可変速電動機ケーシングを有し、前記羽根車は、前記可変速電動機ケーシングの内部に配置されてよい。
　このような構成によれば、可変速増速機の運転中において、羽根車を用いて可変速電動機の内部を冷却することができる。
　上記可変速増速機において、前記可変速電動機ケーシングの内部空間に気体を導入する気体供給装置を備えてよい。
　このような構成によれば、可変速電動機を緊急停止する際に可変速電動機ケーシングの内部空間に気体を導入して内部空間の圧力を上昇させることによって、羽根車による風損を大きくすることができる。
　上記可変速増速機において、軸方向において前記可変速電動機の導体と同じ位置に設けられ、生成される風が前記可変速ロータの径方向に沿うように方向付けられた送風機を備え、前記羽根車は、軸方向において前記導体の一方側に設けられた第一羽根車と、前記導体の他方側に設けられた第二羽根車と、を備え、前記第一羽根車と前記第二羽根車とは、生成される風の方向が軸方向において逆となるように形成されてよい。
　このような構成によれば、可変速増速機の運転中に、羽根車による風損を低減するように送風機を稼働させることによって、可変速増速機の運転中における羽根車による風損を小さくすることができる。
　本発明によれば、可変速増速機を緊急停止する際に、羽根車が可変速ロータの回転に対する抵抗となる。これにより、可変速電動機が過回転するのを防止することができる。
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変速装置を軸方向の入力側から見た図であり、変速装置を構成する歯車の回転方向を説明する概略図である。 本発明に係る実施形態の可変速増速機の運転時における風の流れを説明する概略図である。 本発明に係る実施形態の可変速増速機の運転時における風の流れを説明する概略図である。
　以下、本発明の実施形態の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。
　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。
　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、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。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。
　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。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、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。
　図３に示すように、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、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（内歯車１７）を軸線Ａｒの周方向の第一方向Ｒ１（図５参照、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。入力側の蓋６３ｉ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、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（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５参照）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、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。可変速ステータ８６には、径方向に貫通する複数の冷却孔９５が形成されている。
　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。
　可変速電動機ケーシング８１は、ケーシング本体８２と蓋８３ｉ，８３ｏによって気密構造である。
　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電動機７１は、主に導体７６及び可変速ステータ８６を冷却する電動冷却ファン８７（送風機）を備えている。電動冷却ファン８７は、可変速電動機７１のケーシング本体８２の内周面に取り付けられている。電動冷却ファン８７の軸方向Ａｒにおける位置は、導体７６及び可変速ステータ８６の中心位置と同じである。
　電動冷却ファン８７は、電源線１１０から供給される電力によって回転する羽根車８８を有している。電動冷却ファン８７の羽根車８８の回転中心軸８９は、軸線Ａｒと交差するように方向付けられている。即ち、電動冷却ファン８７によって生成される風の向きは、径方向に沿う。
　可変速ステータ８６に複数の冷却孔９５が形成されていることによって、電動冷却ファン８７によって生成される風は、可変速ステータ８６のみならず導体７６を冷却することができる。
　電動冷却ファン８７は、羽根車８８の回転方向を変えることによって、風の向きを径方向内側に向かう方向と、径方向外側に向かう方向とに切り替えることができる。
　本実施形態の可変速電動機７１の可変速ロータ軸７３には、第一羽根車９７及び第二羽根車９８が取り付けられている。第一羽根車９７及び第二羽根車９８は、複数のブレードを有する軸流ファンである。複数のブレードは、可変速ロータ軸７３の外周面に周方向に等間隔で取り付けられている。
　可変速ロータ７２が回転すると、第一羽根車９７及び第二羽根車９８も可変速ロータ７２と一体的に回転する。
　第一羽根車９７は、軸方向において、入力側の可変速ロータ軸受８５ｉと導体７６との間に配置されている。第二羽根車９８は、軸方向において、出力側の可変速ロータ軸受８５ｏと導体７６との間に配置されている。
　第一羽根車９７と第二羽根車９８とは、軸方向における風の方向が逆となるように形成されている。可変速ロータ７２を一方向に回転させたとき、第一羽根車９７によって生成される風の向きと第二羽根車９８によって生成される風の向きとは、軸方向において逆になる。
　本実施形態の第一羽根車９７と第二羽根車９８は、可変速ロータ７２が第二方向Ｒ２に回転した場合に、生成される風の向きが導体７６に向かうように形成されている。即ち、可変速ロータ７２が電動機モードで回転すると、第一羽根車９７によって生成された風は出力側に向かって流れ、第二羽根車９８によって生成された風は入力側に向かって流れる。
　軸方向における第一羽根車９７と導体７６との間には、周方向に延在する第一整流板９９Ａが配置されている。第一整流板９９Ａの主面は軸線Ａｒに直交し、中央部に可変速ロータ７２が挿通される円形の板である。
　第一整流板９９Ａの外周端とケーシング本体８２の内周面との間には周方向に延在する所定の隙間が形成されている。第一整流板９９Ａと可変速ロータ軸７３との間には周方向に延在する所定の隙間が形成されている。第一整流板９９Ａは、図示しない複数のステーによってケーシング本体８２に固定されている。
　軸方向における第二羽根車９８と導体７６との間には、第一整流板９９Ａと同様の形状の第二整流板９９Ｂが配置されている。
　本実施形態の可変速増速機１は、可変速電動機ケーシング８１の内部空間に空気等の気体を供給する気体供給装置９を備えている。気体供給装置９は、可変速電動機ケーシング８１の内部空間の空気圧を上げる能力を有している。気体供給装置９によって供給される気体は、気体供給孔９Ａを介して可変速電動機ケーシング８１の内部空間に導入される。
　気体供給装置９としては、所定のエアパージユニットを用いてよい。
　本実施形態の可変速増速機１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、回転数制御装置１００、第一スイッチ１１１及び第二スイッチ１１２の動作を制御する制御部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。第二スイッチ１１２は、電源線１１０と定速電動機５１とに電気的に接続されている。
　第一スイッチ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から回転数制御装置１００及び可変速電動機７１への電力供給が断たれ、可変速電動機７１は電力断状態になる。
　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。
　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。
　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。
　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。
　次に、本実施形態の可変速増速機１の変速装置１０における歯車の回転方向とトルクの詳細について説明する。図５に示すように、可変速増速機１の運転時においては、定速電動機５１によって内歯車１７は第一方向Ｒ１に回転する。可変速電動機７１によって、遊星歯車キャリア２１は、第一方向Ｒ１又は第二方向Ｒ２に回転する。
　本実施形態の可変速増速機１においては、可変速入力軸Ａｖの可変速範囲の関係から、出力軸Ａｏである太陽歯車軸１２の回転方向とトルクの向きは第二方向Ｒ２である。
　本発明の可変速増速機１の制御装置（図示せず）は、可変速ロータ７２の回転方向に応じて電動冷却ファン８７の回転方向を制御する機能を有している。制御装置は、電動機モードの可変速ロータ７２が第二方向Ｒ２に回転している場合は、電動冷却ファン８７によって生成される風の向きが径方向外側に向かうように電動冷却ファン８７を制御する。
　また、上述したように、電動機モードにおいては、第一羽根車９７及び第二羽根車９８によって生成される風はそれぞれの羽根車９７，９８から導体７６に向かうため、図６に示すように風が流れる。即ち、第一羽根車９７、第二羽根車９８、及び電動冷却ファン８７によって循環流Ｃ１が形成される。電動冷却ファン８７は、この循環流Ｃ１を強めるとともに、第一羽根車９７及び第二羽根車９８が回転することによる風損を低減する。
　制御装置は、可変速ロータ７２が第一方向Ｒ１に回転している場合は、電動冷却ファン８７によって生成される風の向きが径方向内側に向かうように電動冷却ファン８７を制御する。これにより、図７に示すように風が流れる。即ち、第一羽根車９７、第二羽根車９８、及び電動冷却ファン８７によって循環流Ｃ２が形成される。電動冷却ファン８７は、この循環流Ｃ２を強めるとともに、第一羽根車９７及び第二羽根車９８が回転することによる風損を低減する。
　次に、本実施形態の可変速増速機１の緊急停止方法について説明する。可変速増速機１の緊急停止とは、回転数制御装置１００（インバータ）の故障による定速電動機５１及び可変速電動機７１の緊急停止、停電時よる定速電動機５１及び可変速電動機７１の緊急停止を含む。
　本発明の可変速増速機１の制御装置（図示せず）は、可変速増速機１を緊急停止させるか否かを判断する機能を有している。制御装置は、例えば、回転数制御装置１００の故障を検知した場合に、可変速増速機１の緊急停止を行う。
　この際、制御装置は、第一スイッチ１１１及び第二スイッチ１１２をオフにする。これにより、定速電動機５１の回転数は、徐々に低下する。出力軸Ａｏの回転数は、圧縮機Ｃの内部のガスの負荷により低下する。
　次いで、出力軸Ａｏに接続された太陽歯車１１には、第一方向Ｒ１のトルクＴ１が発生する（図５参照）。
　これにより、遊星歯車１５及び遊星歯車キャリア２１を介して可変速ロータ７２には、第一方向Ｒ１のトルクＴ２が発生する。即ち、電動装置５０の緊急停止に伴い圧縮機Ｃによって発生したトルクＴ１によって、可変速ロータ７２を第二方向Ｒ２に回転させるトルクＴ２が発生する。
　制御装置は、第一スイッチ１１１及び第二スイッチ１１２をオフに伴い、気体供給装置９を用いて可変速電動機ケーシング８１の内部空間に空気を供給する。
　上記実施形態によれば、可変速ロータ７２に第一羽根車９７及び第二羽根車９８が設けられていることによって、可変速増速機１の緊急停止時において、第一羽根車９７及び第二羽根車９８が可変速ロータ７２の回転に対する抵抗となる。即ち、第一羽根車９７及び第二羽根車９８の風損により、可変速電動機７１が過回転するのを防止することができる。
　また、第一羽根車９７及び第二羽根車９８が可変速電動機ケーシング８１の内部に設けられていることによって、可変速増速機１の運転中において、羽根車９７，９８を用いて可変速電動機７１の内部を冷却することができる。
　また、可変速増速機１を緊急停止する際に可変速電動機ケーシング８１の内部空間に気体を導入して内部空間の圧力を上昇させることによって、羽根車９７，９８による風損を大きくすることができる。
　また、可変速増速機１の運転中に、羽根車９７，９８による風損を低減するように電動冷却ファン８７を稼働させることによって、可変速増速機１の運転中における羽根車９７，９８による風損を小さくすることができる。
　次に、本実施形態の変形例の可変速増速機１について説明する。
　変形例の可変速増速機１の第一羽根車９７及び第二羽根車９８は、ブレードの角度を変更する機能を有している。ブレードの角度は、例えば、予備バッテリーの電力を用いて変更させることができる。
　制御装置は、可変速増速機１の緊急停止時において、ブレードの角度をより風損が大きくなるように変更する。
　この変形例によれば、可変速増速機１の緊急停止時において、第一羽根車９７及び第二羽根車９８による抵抗をより大きくすることができる。
　以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、上記実施形態においては、羽根車９７，９８を可変速電動機ケーシング８１の内部空間に配置したが、内部空間が限られている場合は、可変速電動機ケーシング８１の外部に配置してもよい。
　１　可変速増速機
　９　気体供給装置
　１０　変速装置
　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
　２７　遊星歯車キャリア軸
　３１　内歯車キャリア
　３７　内歯車キャリア軸
　４１　変速ケーシング
　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
　６１　定速電動機ケーシング
　６６　定速ステータ
　７１　可変速電動機
　７２　可変速ロータ
　７３　可変速ロータ軸
　７６　導体
　８１　可変速電動機ケーシング
　８２　ケーシング本体
　８６　可変速ステータ
　８７　電動冷却ファン（送風機）
　８８　羽根車
　８９　回転中心軸
　９１　冷却ファン
　９５　冷却孔
　９７　第一羽根車
　９８　第二羽根車
　９９Ａ　第一整流板
　９９Ｂ　第二整流板
　１００　回転数制御装置
　１１０　電源線
　１２０　制御部
　Ａｃ　定速入力軸
　Ａｏ　出力軸
　Ａｒ　軸線
　Ａｖ　可変速入力軸
　Ｃ　圧縮機

Claims (4)

  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成し、軸方向に貫通した軸挿通孔が形成されている可変速ロータを有する可変速電動機と、
    　前記変速装置の前記定速入力軸に接続され、前記軸挿通孔に挿通されている定速ロータを有する定速電動機と、
    　前記可変速ロータに取り付けられ、前記可変速ロータが回転することにより風損を生じる羽根車と、を有する可変速増速機。
  2. 　前記可変速電動機は前記可変速ロータを回転自在に支持する可変速電動機ケーシングを有し、
    　前記羽根車は、前記可変速電動機ケーシングの内部に配置されている請求項１に記載の可変速増速機。
  3. 　前記可変速電動機ケーシングの内部空間に気体を導入する気体供給装置を備える請求項２に記載の可変速増速機。
  4. 　軸方向において前記可変速電動機の導体と同じ位置に設けられ、生成される風が前記可変速ロータの径方向に沿うように方向付けられた送風機を備え、
    　前記羽根車は、軸方向において前記導体の一方側に設けられた第一羽根車と、前記導体の他方側に設けられた第二羽根車と、を備え、
    　前記第一羽根車と前記第二羽根車とは、生成される風の方向が軸方向において逆となるように形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の可変速増速機。
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