(57)【要約】  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、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、可変速ロータ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、可変速ロータ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、可変速電動機を電動機モードの略最小回転数で起動する可変速電動機起動工程と、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、可変速電動機の電流値が所定の電流値に達したときに、可変速電動機を発電機モードに移行させる発電機モード移行工程と、定速電動機の電流値が所定の電流値より低くなったときに、可変速電動機を電動機モードに移行させる電動機モード移行工程と、を備える可変速増速機の始動方法。
2017038119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、前記可変速ロータ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、
前記可変速電動機を前記電動機モードの略最小回転数で起動する可変速電動機起動工程と、
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、
前記可変速電動機の電流値が所定の電流値に達したときに、前記可変速電動機を発電機モードに移行させる発電機モード移行工程と、
前記定速電動機の電流値が所定の電流値より低くなったときに、前記可変速電動機を電動機モードに移行させる電動機モード移行工程と、を備える可変速増速機の始動方法。
【請求項２】
前記発電機モード移行工程において、前記可変速電動機の電流値が定格電流に達したときに前記可変速電動機を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。
【請求項３】
前記電動機モード移行工程において、前記定速電動機の回転数が定格回転数に達したときに前記可変速電動機を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。
【請求項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、前記可変速ロータ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、
前記可変速電動機に供給する電力の周波数を変える周波数変換装置と、
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、
前記可変速電動機の電流値を測定する第一電流値測定装置と、
前記定速電動機の電流値を測定する第二電流値測定装置と、
前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波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、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、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最小周波数を指示し、前記可変速電動機が前記電動機モードの最小回転数で駆動し始めた後に、前記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、
前記可変速電動機の電流値が所定の電流値に達したときに、前記可変速電動機を前記発電機モードに移行させ、
前記定速電動機の電流値が所定の電流値より低くなったときに、前記可変速電動機を前記電動機モードに移行させる可変速増速機の始動制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記可変速電動機を前記発電機モードに移行させる際、前記可変速電動機の滑り、及び制御遅れを加味して周波数を算出する請求項４に記載の可変速増速機の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
本願は、２０１５年９月４日に出願されたＰＣＴ／ＪＰ２０１５／０７５１８１について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許第４４７２３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記装置は、定速電動機の駆動力を用いて遊星歯車変速装置の内歯車を第一方向に回転駆動させるとともに、可変速電動機を用いて遊星歯車変速装置の遊星歯車キャリアを第一方向とは反対の第二方向に回転駆動させることによって、出力軸となる太陽歯車軸を増速させる可変速増速機とすることができる。【０００５】
このような構成の可変速増速機において、定速電動機として、例えば、３相誘導電動機を用いた場合、可変速増速機の始動時にて定速電動機が定格回転数に到達する直前に、定速電動機のトルクが定格トルクを超えることがある。
定速電動機のトルクは、内歯車、遊星歯車、及び遊星歯車キャリアを介して接続されている可変速電動機のロータに伝達されるため、この現象に対応するためには、可変速電動機の容量を大きくする必要がある。【０００６】
しかしながら、定速電動機のトルクが定格トルクを超える現象に対応した、容量の大きい可変速電動機及び容量の大きいインバータを採用することによって、装置のコストが上昇するという課題があった。【０００７】
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、よりコストの低減を図ることの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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様によれば、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、前記可変速ロータ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、前記可変速電動機を前記電動機モードの略最小回転数で起動する可変速電動機起動工程と、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、前記可変速電動機の電流値が所定の電流値に達したときに、前記可変速電動機を発電機モードに移行させる発電機モード移行工程と、前記定速電動機の電流値が所定の電流値より低くなったときに、前記可変速電動機を電動機モードに移行させる電動機モード移行工程と、を備える。【０００９】
このような構成によれば、定速電動機のトルクが定格トルクを超える際に、可変速電動機の可変速ロータの回転方向を制御することによって、可変速電動機のトルクが定格トルクを超えることを防止することができる。これによって、可変速電動機の容量を大きくする必要がなくなり、可変速増速機の製造コストの低減を図ることができる。【００１０】
前記発電機モード移行工程において、前記可変速電動機の電流値が定格電流に達したときに前記可変速電動機を発電機モードに移行させてよい。【００１１】
前記電動機モード移行工程において、前記定速電動機の回転数が定格回転数に達したときに前記可変速電動機を電動機モードに移行させてよい。【００１２】
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、前記可変速ロータ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、前記可変速電動機に供給する電力の周波数を変える周波数変換装置と、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、前記可変速電動機の電流値を測定する第一電流値測定装置と、前記定速電動機の電流値を測定する第二電流値測定装置と、前記周波数変換装置に対して、前記可変速電動機に供給する電力の周波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、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、前記周波数変換装置に対して、予め定められた最小周波数を指示し、前記可変速電動機が前記電動機モードの最小回転数で駆動し始めた後に、前記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、前記可変速電動機の電流値が所定の電流値に達したときに、前記可変速電動機を前記発電機モードに移行させ、前記定速電動機の電流値が所定の電流値より低くなったときに、前記可変速電動機を前記電動機モードに移行させる。【００１３】
上記可変速増速機の始動制御装置において、前記制御部は、前記可変速電動機を前記発電機モードに移行させる際、前記可変速電動機の滑り、及び制御遅れを加味して周波数を算出してよい。
【発明の効果】
【００１４】
このような構成によれば、定速電動機のトルクが定格トルクを超える際に、可変速電動機の可変速ロータの回転方向を制御することによって、可変速電動機のトルクが定格トルクを超えることを防止することができる。これによって、可変速電動機の容量を大きくする必要がなくなり、可変速増速機の製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る第一の実施形態の可変速増速機の断面図である。
【図２】本発明に係る第一の実施形態の変速装置の断面図である。
【図３】本発明に係る第一の実施形態の電動装置の断面図である。
【図４】本発明に係る第一の実施形態の変速装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明に係る第一の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。
【図６】本発明に係る第一の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を示すグラフである。
【図７】本発明に係る第一の実施形態の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。
【図８】本発明に係る第一の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。
【図９】本発明に係る第一の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。
【図１０】本発明に係る第二の実施形態の可変速電動機の回転数を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る第二の実施形態の可変速電動機の制御方法の詳細を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔第一の実施形態〕
以下、本発明の第一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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、可変速電動機７１の電流値を測定する第一電流値測定装置１１３と、定速電動機５１の電流値を測定する第二電流値測定装置１１４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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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）
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
定速電動機５１のトルクＴ２は、図６（ａ）に示すようなカーブを描きながら大きくなる。図６（ａ）に示すように、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（時間ｔ２）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、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ｔ３）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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、時間と回転数Ｓ１との関係を示すグラフである。図６（ｅ）は、時間と圧縮機Ｃのロータが接続される太陽歯車軸１２の回転数Ｓ３との関係を示すグラフである。
【００６０】
（可変速電動機起動工程）
まず、可変速電動機７１を電動機モードの略最小回転数で起動する可変速電動機起動工程について説明する。
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と共に（Ｓ１１）、可変速電動機７１を電動機モードの略最小回転数で回転させる（Ｓ１２）。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、回転数制御装置１００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。
【００６１】
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。
【００６２】
また、制御部１２０は、可変速電動機７１が電動機モードで始動するように回転方向変更部１０２に指示を出力する。即ち、可変速電動機７１の回転の向きは、定速電動機５１の回転の向き（第一方向）とは逆向き（第二方向）となる。このため、可変速電動機７１の回転数は、定速電動機５１の回転の向きを正回転とすると、−９０ｒｐｍとなる。
図７に示すように、可変速電動機７１が電動機モードで回転することにより、遊星歯車１５を支持する遊星歯車キャリア２１は、第二方向Ｒ２に回転する。これに伴い、遊星歯車１５は、軸線Ａｒを中心として公転すると共に自身の中心線を中心として自転し、太陽歯車１１が回転し始める。
【００６３】
（定速電動機起動工程）
次に、定速電動機５１を起動し、定速ロータ５２及び内歯車１７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について説明する。
制御部１２０は、可変速電動機７１の可変速ロータ７２が回転し始め、出力軸である太陽歯車軸１２が回転し始めると、第二スイッチ１１２に対してオン指示を出力する（Ｓ１３、時間ｔ１）。
【００６４】
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。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の回転数も上昇する。
図７に示すように、定速電動機５１の回転により内歯車１７が第一方向Ｒ１に回転する。即ち、内歯車１７と遊星歯車キャリア２１とは逆方向に回転する。
【００６５】
一方、内歯車１７と噛み合う遊星歯車１５、及び遊星歯車１５を支持する遊星歯車キャリア２１を介して定速電動機５１のトルクが可変速電動機７１の可変速ロータ７２に伝達されることによって、可変速電動機７１のトルクＴ１は、図６（ｃ）に示すように変動する。
即ち、第一方向Ｒ１に回転する内歯車１７に対して第二方向Ｒ２に回転する遊星歯車キャリア２１が、定速電動機５１のトルクに対して耐えることによって、可変速電動機７１にトルクが発生する。
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（ｅ）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。
【００６６】
（発電機モード移行工程）
次に、電動機モードの可変速電動機７１を発電機モードに移行させる発電機モード移行工程について説明する。
制御部１２０は、第一電流値測定装置１１３によって測定された電流値に基づいて、可変速電動機７１の電流値が、可変速電動機７１の定格トルク（−１００％、図６（ｃ））に対応する最大電流値に達したか否かを判断する（Ｓ１４）。可変速電動機７１の電流値が最大電流値に達した場合、可変速電動機７１を発電機モードにする（Ｓ１５、時間ｔ２）。
【００６７】
ここで、可変速電動機７１のトルクＴ１と可変速電動機７１の電流値とは比例関係にあるため、制御部１２０は、可変速電動機７１の電流値を参照することによって、可変速電動機７１のトルクＴ２が定格トルクに達したか否かを判断することができる。制御部１２０は予め最大トルクに対応する電流値（最大電流値）を記憶しており、可変速電動機７１が最大電流値か否かを判断する。
【００６８】
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に徐々に変化する。
【００６９】
可変速電動機７１を発電機モードに移行させることによって、可変速電動機７１のトルクＴ１が定格トルクを超えることが抑制される。この仕組みについて説明する。
可変速電動機７１を発電機モードに移行させることによって、可変速ロータ７２と接続された遊星歯車キャリア２１が、内歯車１７とが同じ方向（第一方向）に回転する。これにより、図６（ｃ）に示すように、歯車を介して定速電動機５１から可変速電動機７１に伝達されるトルクが逃がされる（時間ｔ２）。即ち、遊星歯車キャリア２１が、定速電動機５１のトルクに対して耐えることによって、可変速電動機７１に発生するトルクが相殺される。これにより、可変速電動機７１のトルクＴ１は、定格トルクを超えることなく、定格トルクを維持する。図６（ｅ）に示すように、出力軸である太陽歯車軸１２の回転数Ｓは、一旦減少する。
【００７０】
（電動機モード移行工程）
次に、発電機モードの可変速電動機７１を電動機モードに移行させる電動機モード移行工程について説明する。
制御部１２０は、定速電動機５１の回転数が定格回転数に達したか否かを判断する（Ｓ１６）。定速電動機５１の回転数が定格回転数に達した場合、可変速電動機７１を電動機モードに戻す（Ｓ１７、時間ｔ３）。
【００７１】
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、定速電動機５１の回転数Ｓ２が定格回転数（１００％）に達している場合、定速電動機５１のトルクＴ２は、定格トルクを十分に下回っているため、可変速電動機７１を電動機モードにしても、定速電動機５１のトルクＴ２により可変速電動機７１のトルクＴ１が定格トルクを超えることはない。
【００７２】
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、出力軸である太陽歯車軸１２の第二方向の回転数Ｓ３は再び上昇に転じる（時間ｔ３）。
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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８参照）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。
【００７５】
図８、図９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８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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
図９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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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、定速電動機５１のトルクが定格トルクを超える際に、可変速電動機７１のロータの回転方向を制御することによって、可変速電動機７１のトルクが定格トルクを超えることを防止することができる。これによって、可変速電動機７１の容量を大きくする必要がなくなり、可変速増速機１の製造コストの低減を図ることができる。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
〔第二の実施形態〕
以下、本発明の第二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。本実施形態では、上述した第一の実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
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Ｓ１を測定する回転数測定装置１２４（図１参照）を備えている。
【００８８】
本実施形態の始動制御装置２の回転数制御装置１００は、電動機モードの可変速電動機７１を発電機モードに移行させる発電機モード移行工程において、制御部１２０の演算部１２３が、可変速電動機７１の滑り、及び制御部１２０の制御遅れを加味した指示を演算することを特徴としている。
【００８９】
第一の実施形態の始動制御装置２では、発電機モード移行工程において制御部１２０は、所定の時間で徐々に可変速電動機７１の回転数Ｓ１を変化させる制御を行っていた。
図１０は、本実施形態の始動制御装置２による可変速電動機７１の回転数Ｓ１、及び可変速電動機７１を回転させるために発生させる回転磁界の回転数Ｓｍのグラフである。
図１０において、横軸は時間ｔ、縦軸は演算部１２３によって演算された電力の周波数ｆｒ（以下、指令周波数ｆｒと呼ぶ。）によって生じる回転磁界の回転数Ｓｍ（同期速度）、及び可変速電動機７１の回転数Ｓ１（実際の回転数。以下、実回転数Ｓ１と呼ぶ。）である。
【００９０】
回転磁界の回転数Ｓｍと実回転数Ｓ１との差は滑り速度ΔＳである。換言すれば、回転磁界の回転数Ｓｍと実回転数Ｓ１とは一致せず、両者の間には滑りによる差が生じる。滑り速度ΔＳは、機械的な滑りや慣性に起因する。
演算部１２３は、段階的に指令周波数ｆｒを変化させる指示を演算する。この段階的な電力の周波数の変化は、制御部１２０の演算サイクルに起因する。この指示がインタフェース１２２を介して周波数変換部１０１に送られる。これにより、可変速電動機７１の回転磁界の回転数Ｓｍが段階的に変化するとともに、実回転数Ｓ１が段階的に変化する。
【００９１】
変速装置１０を介して駆動対象であるの圧縮機Ｃのロータと接続されている可変速電動機７１の場合、実回転数Ｓ１と回転磁界の回転数Ｓｍとは、以下の数式（２）で示す関係となる。
Ｓ１  ＞  Ｓｍ  ・・・（２）
【００９２】
図１１に示すように、電動機モード（マイナス側）においては、実回転数Ｓ１の絶対値は回転磁界の回転数Ｓｍの絶対値よりも小さい。
発電機モード（プラス側）においては、実回転数Ｓ１の絶対値は回転磁界の回転数Ｓｍの絶対値よりも大きい。
いずれの場合においても、実回転数Ｓ１と回転磁界の回転数Ｓｍとの差はΔＳである。
【００９３】
ここで、発電機モードにおいては、圧縮機Ｃの回転エネルギーが作用することによって、実回転数Ｓ１が回転磁界の回転数Ｓｍと滑り速度ΔＳとの和よりも大きくなることがある。
発明者らは、発電機モード移行工程における制御を行う場合、制御部１２０の演算サイクルの間隔が長く（コンピュータのクロック周波数が低く）、実回転数Ｓ１の変化に回転磁界の回転数Ｓｍが追従できない場合、実回転数Ｓ１の変化量が回転磁界の回転数Ｓｍの変化量よりも大きくなってしまい、適切に可変速電動機７１の回転数の制御を行うことができなくなることを見出した。
【００９４】
本実施形態の演算部１２３は、以下の、式（３）を用いて可変速電動機７１に供給される電力の周波数ｆｒを演算する。
ｆｒ＝ｆ０＋Δｆｓ＋Δｆｃ  ・・・（３）
ｆ０は、変化させる前の電力の周波数（初期周波数）である。
Δｆｓは、滑り速度Δｓに対応する電力の周波数（滑り周波数）である。Δｆｓは、回転磁界の回転数Ｓｍと実回転数Ｓ１との差から算出してもよいし、可変速電動機７１の仕様に基づいた既定値を用いてもよい。
Δｆｃは、制御遅れを考慮した指令周波数ｆｒの補正値である。Δｆｃは、可変速増速機１、及び圧縮機Ｃの装置構成に応じて、シミュレーションなどにより設定することができる。
【００９５】
即ち、本実施形態の演算部１２３によって演算される指令周波数ｆｒは、制御部１２０の制御遅れを考慮した周波数である。ここで、ｆ０＋Δｆｓは、回転数測定装置１２４によって測定された実回転数Ｓ１や、可変速電動機７１の出力電流から算出してもよい。
【００９６】
図１１に示すように、第一の段階Ｆ１では、初期周波数ｆ０の電力が供給されることにより、回転磁界の回転数はＳｍ０であり、実回転数はＳ１０である。
第二の段階Ｆ２では、周波数ｆｒを式（３）を用いて算出する。即ち、滑り速度ΔＳ及び制御遅れを考慮して指令周波数ｆｒを算出する。これにより、回転磁界の回転数はＳｍ１となり、実回転数はＳ１１となる。即ち、回転磁界の回転数Ｓｍは、滑り速度ΔＳ及び制御遅れを考慮した回転数ΔＳｃを加えた回転数Ｓｍ１に変化する。
以下、目標とする回転数に達するまで、制御部１２０の演算サイクルにて周波数ｆｒを計算する。
【００９７】
上記実施形態によれば、制御遅れを考慮して指令周波数ｆｒを算出することによって、適切に可変速電動機７１の回転数を制御することができる。即ち、制御遅れによって可変速ロータ７２が過回転することを防止することができる。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【符号の説明】
【０１０２】
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：周波数変換装置、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：第一電流値測定装置、１１４：第二電流値測定装置、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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