WO2017145367A1

WO2017145367A1 - 可変速増速機

Info

Publication number: WO2017145367A1
Application number: PCT/JP2016/055859
Authority: WO
Inventors: 義行岡本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: US10677324B2; US20190048978A1

Abstract

変速装置（１０）の定速入力軸（Ａｃ）を第一方向に回転させる定速ロータ（５２）を有する定速電動機（５１）と、変速装置（１０）の可変速入力軸（Ａｖ）に接続され、軸線を中心として円筒状をなし、軸方向に貫通した軸挿通孔（７４）に定速入力軸（Ａｃ）が挿通されている可変速ロータ（７２）を有し、可変速ロータ（７２）を第一方向とは反対方向の第二方向に最高回転数で回転させることで、出力軸（Ａｏ）を最高回転数で回転させる可変速電動機（７１）とを有し、可変速電動機（７１）と交流電源とを、可変速電動機（７１）が第二方向に回転するように接続する交流電源線（１１０）と、交流電源線（１１０）上に設けられて可変速電動機（７１）の回転数を制御する回転数制御装置（１００）と、交流電源線（１１０）上に設けられた第一スイッチ（ＳＷ１）と、交流電源線（１１０）上であって、第一スイッチ（ＳＷ１）及び回転数制御装置（１００）と、可変速電動機（７１）との間に接続された制動回路（２）とを備える可変速増速機を提供する。

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。可変速電動機の回転数は、インバータを用いて交流電源の周波数を変えることによって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、インバータが故障した場合、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、インバータが故障した場合においても可変速電動機の過回転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定速入力軸を第一方向に回転させる定速ロータを有する定速電動機と、前記変速装置の前記可変速入力軸に接続され、前記軸線を中心として円筒状をなし、軸方向に貫通した軸挿通孔に前記定速入力軸が挿通されている可変速ロータを有し、前記可変速ロータを前記第一方向とは反対方向の第二方向に最高回転数で回転させることで、前記出力軸を最高回転数で回転させる可変速電動機と、を有し、前記可変速電動機と交流電源とを、前記可変速電動機が前記第二方向に回転するように接続する交流電源線と、前記交流電源線上に設けられ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、前記交流電源線上に設けられた第一スイッチと、前記交流電源線上であって、前記第一スイッチ及び前記回転数制御装置と、前記可変速電動機との間に接続されて前記可変速電動機を制動する制動回路と、を備える。

　このような構成によれば、回転数制御装置の故障時において、制動回路を用いて可変速電動機を制動することによって、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、前記制動回路は、前記可変速電動機の端子に直流電流を印加する直流制動回路であってよい。

　このような構成によれば、汎用の非常用電源などを用いて容易に制動回路を構築することができる。

　本発明によれば、回転数制御装置の故障時において、制動回路を用いて可変速電動機を制動することによって、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可変速増速機の制動回路の系統図である。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。

　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。

　本実施形態の可変速増速機１は、電動装置５０を構成する可変速電動機７１の回転数制御装置１００（インバータ）が故障した際に、可変速電動機７１を制動する制動回路２（図５参照）を備えている。

　変速装置１０は、遊星歯車変速装置である。この変速装置１０は、図２に示すように、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、４極の三相誘導電動機である。また、可変速電動機７１は、極数が定速電動機５１よりも多い６極の三相誘導電動機である。なお、定速電動機５１及び可変速電動機７１の仕様はこれに限ることはなく、適宜仕様を変更することができる。

　定速電動機５１は、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４参照、正方向）に回転駆動させる。定速ロータ５２が第一方向Ｒ１に回転することによって、内歯車キャリア軸３７及び内歯車キャリア３１は、第一方向Ｒ１に回転する。

　定速ロータ５２は、軸線Ａｒを中心として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。各々の蓋６３ｉ，６３ｏには、定速ロータ軸受６５ｉよりも径方向外側の位置で、軸方向に貫通する複数の開口６４が形成されている。

　定速ロータ軸５３の入力側端は、定速電動機ケーシング６１の入力側の蓋６３ｉから、入力側に突出している。定速ロータ軸５３の入力側端に、冷却ファン９１が固定されている。
　定速ロータ５２が回転すると、冷却ファン９１も定速ロータ５２と一体的に回転する。ファンカバー９２は、冷却ファン９１の外周側に配置されている円筒状のカバー本体９３と、カバー本体９３の入口側の開口に取り付けられ、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４参照）に回転駆動させることができる。即ち、可変速電動機７１は、正回転及び逆回転が可能である。
　可変速電動機７１は、可変速ロータ７２を第一方向Ｒ１に回転させることによって発電機として機能する。可変速電動機７１が発電機として機能する状態を発電機モードと呼ぶ。即ち、可変速電動機７１の可変速ロータ７２は、発電機モードにおいて第一方向Ｒ１に回転する。
　可変速電動機７１は、可変速ロータ７２を第一方向Ｒ１とは反対の第二方向Ｒ２に回転させることによって電動機として機能する。可変速電動機７１が電動機として機能する状態を電動機モードと呼ぶ。即ち、可変速電動機７１の可変速ロータ７２は、電動機モードにおいて第二方向Ｒ２に回転する。
　可変速ロータ７２が第一方向Ｒ１に回転することによって、遊星歯車キャリア軸２７及び遊星歯車キャリア２１は、第一方向Ｒ１に回転する。

　可変速ロータ７２は、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。各々の蓋８３ｉ，８３ｏには、可変速ロータ軸受８５ｉ，８５ｏよりも径方向外側の位置で、軸方向に貫通する複数の開口８４が形成されている。

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

　また、本実施形態の可変速増速機１において、定速ロータ５２と、可変速ロータ７２と、太陽歯車軸１２とは同一の軸線上に配置されている。

　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ＳＷ１と、定速電動機５１を電力供給状態と電力断状態とにする定速電動機スイッチ１１２と、回転数制御装置１００、第一スイッチＳＷ１及び定速電動機スイッチ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ＳＷ１及び回転数制御装置１００、定速電動機スイッチ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ＳＷ１、定速電動機スイッチ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ＳＷ１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。定速電動機スイッチ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ＳＷ１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ＳＷ１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ＳＷ１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。

　定速電動機スイッチ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。定速電動機スイッチ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。定速電動機スイッチ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の制動回路２について説明する。制動回路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が故障した際に、可変速電動機７１の過回転を防止する回路である。
　図５は、本実施形態の可変速増速機１の制動回路２を説明する系統図である。図５に示すように、本実施形態の可変速増速機１は、交流電源である第一交流電源ＡＣ１と可変速電動機７１とを接続する交流電源線１１０と、交流電源の周波数を変換する回転数制御装置１００と、制動回路２と、を備えている。交流電源線１１０には、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ＳＷ１が設けられている。
　上述したように、可変速電動機７１は三相誘導電動機である。可変速電動機７１は、Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子の３つの端子を備えている。

　制動回路２は、直流電源ＤＣと、直流電源ＤＣと交流電源線１１０とを接続する２本の直流電源線１２５と、を備えている直流制動回路である。直流電源ＤＣは、非常用電源、バッテリーなどを採用することができる。
　直流電源線１２５の一方は、３本の交流電源線１１０のうちいずれか一本と接続されている。直流電源線１２５の他方は、３本の交流電源線１１０のうち直流電源線１２５の一方とは接続されていないいずれか一本と接続されている。直流電源線１２５は、回転数制御装置１００と可変速電動機７１との間にて交流電源線１１０と接続されている。
　即ち、本実施形態の制動回路２は、可変速電動機７１の３つの端子のうちいずれか２つの端子に直流電流を印加することができる。

　次に、本実施形態の可変速増速機１の緊急停止方法（制御方法）について説明する。
　図６に示すように、本実施形態の可変速増速機１の緊急停止方法は、回転数制御装置１００の故障を検知する故障検知工程Ｓ１１と、回転数制御装置１００の故障を検知した場合に電源線１１０を切る電源断工程Ｓ１２と、定速電動機スイッチＳＷ２を閉じて可変速電動機７１に直流制動を与える制動工程Ｓ１３と、を有している。

　可変速増速機１の通常運転時においては、第一スイッチＳＷ１が接続状態であり、可変速電動機７１には電力が供給されている。可変速増速機１の通常運転時においては、定速電動機スイッチＳＷ２は切断状態であり、直流電源ＤＣと交流電源線１１０とは接続されない。

　故障検知工程Ｓ１１において、可変速増速機１の制御装置（図示せず）が回転数制御装置１００の故障を検知すると、制御装置は、電源断工程Ｓ１２として第一スイッチＳＷ１を開状態にして可変速電動機７１に供給される電力を断つ。
　制動工程Ｓ１３では、制御装置は、定速電動機スイッチＳＷ２を接続状態にして、可変速電動機７１に直流電圧が供給される。これにより、可変速電動機７１に直流制動が与えられる。

　上記実施形態によれば、回転数制御装置１００の故障時において、制動回路２を用いて可変速電動機７１を制動することによって、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、制動回路２として直流制動回路を用いることによって、汎用の非常用電源などを用いて容易に制動回路を構築することができる。

　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に棒状の軸である内歯車キャリア軸３７が挿通されている。即ち、出力の大きな定速入力軸Ａｃ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、圧縮機Ｃを高速回転させるために好適な定速電動機５１として、４極の三相誘導電動機を例示し、圧縮機Ｃの回転数を一定の範囲内で可変速させるために好適な可変速電動機７１として、６極の三相誘導電動機を例示している。しかしながら、駆動対象を高速回転させる必要がない場合には、定速電動機５１や可変速電動機７１として他のタイプの電動機を用いてもよい。

　１　可変速増速機
　２　制動回路
　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
　２７ｉ　入力側遊星歯車キャリア軸
　２７ｏ　出力側遊星歯車キャリア軸
　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
　７４　軸挿通孔
　７６　導体
　８１　可変速電動機ケーシング
　８６　可変速ステータ
　１００　回転数制御装置
　１０１　周波数変換部
　１０２　回転方向変更部
　１１０　交流電源線
　１１２　定速電動機スイッチ
　１２０　制御部
　１２１　受付部
　１２２　インタフェース
　１２３　演算部
　１２５　直流電源線
　Ａｃ　定速入力軸
　Ａｏ　出力軸
　Ａｒ　軸線
　Ａｖ　可変速入力軸
　Ｃ　圧縮機
　Ｒ１　第一方向
　Ｒ２　第二方向
　ＳＷ１　第一スイッチ

Claims

　回転駆動力を発生する電動装置と、
　前記電動装置で発生した回転駆動力を変速させて駆動対象に伝える変速装置と、
　を備え、
　前記変速装置は、
　軸線を中心として自転する太陽歯車と、
　前記太陽歯車に固定され、前記軸線を中心として、軸方向に延びる太陽歯車軸と、
　前記太陽歯車と噛み合い、前記軸線を中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転する遊星歯車と、
　前記軸線を中心として環状に複数の歯が並び、前記遊星歯車と噛み合う内歯車と、
　前記軸線を中心として軸方向に延びる遊星歯車キャリア軸を有し、前記遊星歯車を、前記軸線を中心として公転可能に且つ前記遊星歯車自身の中心線を中心として自転可能に支持する遊星歯車キャリアと、
　前記軸線を中心として軸方向に延びる内歯車キャリア軸を有し、前記内歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する内歯車キャリアと、
　を有し、
　前記太陽歯車軸が前記駆動対象に接続される出力軸を成し、前記内歯車キャリア軸が定速入力軸を成し、前記遊星歯車キャリア軸が可変速入力軸を成し、
　前記電動装置は、
　前記変速装置の前記定速入力軸を第一方向に回転させる定速ロータを有する定速電動機と、
　前記変速装置の前記可変速入力軸に接続され、前記軸線を中心として円筒状をなし、軸方向に貫通した軸挿通孔に前記定速入力軸が挿通されている可変速ロータを有し、前記可変速ロータを前記第一方向とは反対方向の第二方向に最高回転数で回転させることで、前記出力軸を最高回転数で回転させる可変速電動機と、
　を有し、
　前記可変速電動機と交流電源とを、前記可変速電動機が前記第二方向に回転するように接続する交流電源線と、
　前記交流電源線上に設けられ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、
　前記交流電源線上に設けられた第一スイッチと、
　前記交流電源線上であって、前記第一スイッチ及び前記回転数制御装置と、前記可変速電動機との間に接続されて前記可変速電動機を制動する制動回路と、
　を備える可変速増速機。
　前記制動回路は、前記可変速電動機の端子に直流電流を印加する直流制動回路である請求項１に記載の可変速増速機。