(57)【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歯車キャリア軸を有し、前記歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する歯車キャリアと、
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二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ている可変速ロータを有し、前記可変速ロータを前記第二方向とは反対方向の第一方向に最大回転数で回転させることで、前記出力軸を最大回転数で回転させる可変速電動機と、を有し、
前記出力軸の回転数ωｓを計測する出力軸回転数センサと、
前記可変速電動機の回転数ωｈを計測する可変速電動機回転数センサと、
前記定速電動機の回転数ωｉを計測する定速電動機回転数センサと、のうち少なくとも２つの回転数センサと、
前記回転数センサの計測値から、前記出力軸の回転数ωｓ及び前記可変速電動機の回転数ωｈを算出する制御装置と、を備え、
前記出力軸の回転数ωｓと前記定速電動機の回転数ωｉの比ωｓ／ωｉをＵ、
前記遊星歯車キャリアの回転数ωｃと前記可変速電動機の回転数ωｈの比ωｃ／ωｈをＰとすると、
前記制御装置は、ωｓ＜０である場合に、
前記可変速電動機の回転数の指令値ωｈ’を、ωｈ’＝ωｈ−ωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）となるように算出し、前記指令値ωｈ’にて前記可変速電動機を制御する可変速増速機。
【請求項２】
前記制御装置は、ωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）＜ωｈである場合に、
前記可変速電動機の回転数の指令値ωｈ’を、ωｈ’＝ωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）となるように算出し、前記指令値ωｈ’にて前記可変速電動機を制御する請求項１に記載の可変速増速機。
【請求項３】
前記可変速ロータは、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請求項１又は請求項２に記載の可変速増速機。
【請求項４】
前記歯車は、内歯車であって、
前記歯車キャリア軸は、内歯車キャリア軸である請求項１から３のいずれか一項に記載の可変速増速機。
【請求項５】
前記歯車は、外歯車であって、
前記歯車キャリア軸は、外歯車キャリア軸であって、
前記遊星歯車は、前記外歯車に噛み合う一次歯車と、前記太陽歯車に噛み合う二次歯車と、を含み、
前記遊星歯車キャリアは、前記一次歯車と前記二次歯車とを同軸に支持している請求項１から３のいずれか一項に記載の可変速増速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【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、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遊星歯車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】
例えば、上記可変速増速機を用いて、例えば、圧縮機を駆動する場合、遊星歯車変速装置の出力軸については、逆回転することは好ましくない。しかしながら、例えば、出力軸の回転を停止させる際においては、出力軸が逆回転する可能性がある。【０００５】
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、遊星歯車変速装置の出力軸が逆回転す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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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歯車キャリア軸を有し、前記歯車を、前記軸線を中心として自転可能に支持する歯車キャリアと、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二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ている可変速ロータを有し、前記可変速ロータを前記第二方向とは反対方向の第一方向に最大回転数で回転させることで、前記出力軸を最大回転数で回転させる可変速電動機と、を有し、前記出力軸の回転数ωｓを計測する出力軸回転数センサと、前記可変速電動機の回転数ωｈを計測する可変速電動機回転数センサと、前記定速電動機の回転数ωｉを計測する定速電動機回転数センサと、のうち少なくとも２つの回転数センサと、前記回転数センサの計測値から、前記出力軸の回転数ωｓ及び前記可変速電動機の回転数ωｈを算出する制御装置と、を備え、前記出力軸の回転数ωｓと前記定速電動機の回転数ωｉの比ωｓ／ωｉをＵ、前記遊星歯車キャリアの回転数ωｃと前記可変速電動機の回転数ωｈの比ωｃ／ωｈをＰとすると、前記制御装置は、ωｓ＜０である場合に、前記可変速電動機の回転数の指令値ωｈ’を、ωｈ’＝ωｈ−ωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）となるように算出し、前記指令値ωｈ’にて前記可変速電動機を制御する。【０００７】
このような構成によれば、出力軸が逆回転するのを防止することができる。【０００８】
上記可変速増速機において、前記制御装置は、ωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）＜ωｈである場合に、前記可変速電動機の回転数の指令値ωｈ’を、ωｈ’＝ωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）となるように算出し、前記指令値ωｈ’にて前記可変速電動機を制御してよい。【０００９】
このような構成によれば、定速電動機が逆回転するのを防止することができる。【００１０】
上記可変速増速機において、前記可変速ロータは、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よい。【００１１】
上記可変速増速機において、前記歯車は、内歯車であって、前記歯車キャリア軸は、内歯車キャリア軸であってもよい。【００１２】
上記可変速増速機において、前記歯車は、外歯車であって、前記歯車キャリア軸は、外歯車キャリア軸であって、前記遊星歯車は、前記外歯車に噛み合う一次歯車と、前記太陽歯車に噛み合う二次歯車と、を含み、前記遊星歯車キャリアは、前記一次歯車と前記二次歯車とを同軸に支持していてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、可変速増速機の出力軸が逆回転するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る第一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】本発明に係る実施形態の制御部の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る第二実施形態の変速装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
《第一実施形態》
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の駆動対象は圧縮機Ｃである。
【００１６】
変速装置１０は、遊星歯車変速装置である。
電動装置５０は、定速で回転する定速ロータ５２を有する定速電動機５１と、任意の回転数で回転する可変速ロータ７２を有する可変速電動機７１とを有している。定速ロータ５２と可変速ロータ７２は、それぞれ変速装置１０と接続されている。
【００１７】
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、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（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（歯車キャリア）３１と、これらを覆う変速ケーシング４１と、を有している。
【００１９】
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。本実施形態の可変速増速機１は、軸方向の入力側に電動装置５０が配置され、電動装置５０の出力側に変速装置１０が配置されている。圧縮機Ｃは、可変速増速機１の出力側に配置されている。
【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遊星歯車キャリア本体２３と、軸線Ａｒを中心として軸方向に延びる出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏと、を有している。出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏは、遊星歯車キャリア本体２３の径方向内側に固定されている。
【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。遊星歯車キャリア本体２３は、複数の遊星歯車軸２２から径方向外側に延在している。
【００２３】
出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏは、遊星歯車キャリア本体２３から出力側に延在している。出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏは、軸線Ａｒを中心として円筒状を成している。
出力側遊星歯車キャリア軸２７ｏは、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。
【００２４】
変速装置１０は、可変速電動機７１の可変速ロータ７２に接続される入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉと、入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの回転を遊星歯車キャリア２１に伝達する伝達軸２５とを、有している。
入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉは、軸線Ａｒを中心として円筒状を成している。入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉは、変速装置１０の入力側に配置されており、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の内周側には、変速装置１０の内歯車キャリア３１を駆動する内歯車キャリア軸３７が挿通されている。
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。入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの出力側端には、径方向外側に向かって延びる入力側アーム部２６が形成されている。
【００２５】
伝達軸２５は、軸線Ａｔを中心として自転可能に支持されている。伝達軸２５は、軸受（図示せず）を介して変速ケーシング４１に取り付けられている。伝達軸２５の両端には、入力側伝達歯車２９ｉと出力側伝達歯車２９ｏが固定されている。
入力側伝達歯車２９ｉは、入力側アーム部２６の外周に形成されている歯車と噛み合っている。出力側伝達歯車２９ｏは、遊星歯車キャリア本体２３の外周に形成されている歯車と噛み合っている。これにより、入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの回転は、伝達軸２５を介して遊星歯車キャリア２１に伝達される。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、を有している。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
図４に示すように、定速電動機５１は、定速電動機５１に電力を供給することによって定速ロータ５２（内歯車１７）を軸線Ａｒの周方向の第二方向Ｒ２に回転させるように設定されている。定速ロータ５２が第二方向Ｒ２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、第二方向Ｒ２に回転する。
【００４４】
変速装置１０の出力軸Ａｏは、定速電動機５１の定速ロータ５２が第二方向Ｒ２に最大回転数で回転することにより、第二方向Ｒ２とは逆方向の第一方向Ｒ１に回転するように設定されている。即ち、定速電動機５１の正回転は第二方向Ｒ２であり、変速装置１０の出力軸Ａｏの正回転は、第一方向Ｒ１である。圧縮機Ｃは、出力軸Ａｏが正回転することにより、正常に作動する。
なお、以下の説明においては、第一方向Ｒ１の回転方向をプラスの回転方向とし、第二方向Ｒ２の回転方向をマイナスの回転方向とする。例えば、定速電動機５１の最大回転数は、−１８００ｒｐｍである。
【００４５】
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及び第二方向Ｒ２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を第二方向Ｒ２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二方向Ｒ２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一方向Ｒ１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２１は、第一方向Ｒ１に回転する。
【００４６】
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可変速電動機スイッチ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定速電動機スイッチ１１２と、回転数制御装置１００、可変速電動機スイッチ１１１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。
【００４７】
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、可変速電動機スイッチ１１１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、可変速電動機スイッチ１１１、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、を有している。
【００４８】
可変速電動機スイッチ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。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。
【００４９】
可変速電動機スイッチ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。可変速電動機スイッチ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。可変速電動機スイッチ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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
本実施形態の可変速増速機１は、出力軸Ａｏの回転数を計測する出力軸回転数センサ１３１を備えている。また、本実施形態の可変速増速機１は、定速電動機５１（定速ロータ５２）の回転数を計測する定速電動機回転数センサ１３２を備えている。また、本実施形態の可変速増速機１は、可変速電動機７１（可変速ロータ７２）の回転数を計測する可変速電動機回転数センサ１３３を備えている。これら回転数センサによって測定された回転数は、制御部１２０に送信される。
【００５３】
本実施形態の可変速増速機１の制御部１２０は、回転数センサによって測定された測定値に基づいて、出力軸Ａｏ及び出力軸Ａｏに接続される圧縮機Ｃの回転軸が逆回転（第二方向Ｒ２の回転）するのを防止する機能、定速ロータ５２が逆回転（第一方向Ｒ１の回転）するのを防止する機能を有している。
【００５４】
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。
【００５５】
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（定速電動機５１）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（可変速電動機７１）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。
また、出力軸Ａｏの回転数ωｓと定速電動機５１の回転数ωｉの比ωｓ／ωｉをＵとする。出力軸Ａｏの回転数ωｓと定速電動機５１の回転数ωｉの比Ｕは、内歯車１７の歯数Ｚｉと太陽歯車１１の歯数Ｚｓの比Ｚｉ／Ｚｓと同じである。
また、遊星歯車キャリア２１の回転数ωｃと可変速電動機７１の回転数ωｈの比ωｃ／ωｈをＰとする。
【００５６】
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＝Ｐ×ωｈ／ωｉ−（１−Ｐ×ωｈ／ωｉ ）×Ｕ  ・・・（１）
【００５７】
仮に、定速電動機５１が４極の誘導電動機で、電源周波数が６０Ｈｚ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１８００ｒｐｍとなる。また、可変速電動機７１が８極の誘導電動機で、電源周波数が６０Ｈｚ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、出力軸Ａｏの回転数ωｓと定速電動機５１の回転数ωｉの比Ｕ（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。
また、遊星歯車キャリア２１の回転数ωｃと可変速電動機７１の回転数ωｈの比Ｐを０．３とする。
【００５８】
この場合、定速ロータ５２（内歯車１７）の回転の向きを第二方向Ｒ２の回転（−１８００ｒｐｍ）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（第一方向Ｒ１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、１１７００ｒｐｍとなる。この回転数（１１７００ｒｐｍ）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−１８００ｒｐｍで回転させ、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。
【００５９】
仮に、定速ロータ５２の回転数（定格回転数）が−１８００ｒｐｍ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〜６０Ｈｚ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８７００〜１１７００ｒｐｍ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。
【００６０】
しかしながら、特に、可変速増速機１の出力軸Ａｏの回転を停止させる際、即ち、定速電動機５１の回転数ωｉや、可変速電動機７１の回転数ωｈを低くする際は、出力軸Ａｏが逆回転（第二方向Ｒ２の回転）したり、定速電動機５１が逆回転（第一方向Ｒ１の回転）したりする可能性がある。
上述したように、本実施形態の制御部１２０は、この逆回転を防止する機能を有している。
【００６１】
次に、本実施形態の可変速増速機１の制御方法について説明する。
ここで、定速電動機５１、及び出力軸Ａｏの回転方向を正方向にするための条件について説明する。可変速増速機１の制御部１２０は、この条件を参照する。
まず、出力軸Ａｏの回転数ωｓの回転方向を第一方向Ｒ１とする必要があることから、以下の式（２）で表される条件を定める。
ωｓ≧０  ・・・（２）
【００６２】
また、定速電動機５１の回転数ωｉの回転方向が第一方向Ｒ１の反対方向の第二方向Ｒ２であることから、以下の式（３）で表される条件を定める。
ωｉ≦０  ・・・（３）
即ち、本実施形態の可変速増速機１においては、常に、式（２）、式（３）が満たされる必要がある。
【００６３】
また、上述したように、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＝Ｐ×ωｈ／ωｉ−（１−Ｐ×ωｈ／ωｉ ）×Ｕ  ・・・（１）
式（１）をωｓについて解くと、
ωｓ＝Ｐ×（Ｕ＋１）ωｈ−Ｕ×ωｉ  ・・・（４）
となる。さらに、式（４）をωｉについて解くと、
Ｕ×ωｉ＝Ｐ×（Ｕ＋１）ωｈ−ωｓ
ωｉ＝Ｐ×ωｈ×（Ｕ＋１）／Ｕ−ωｓ／Ｕ  ・・・（５）
となる。
【００６４】
式（４）と、出力軸Ａｏに関する条件である式（２）とから、以下の式（６）が導き出される。
（１＋Ｕ）×Ｐ×ωｈ−Ｕ×ωｉ≧０  ・・・（６）
この式（６）を満足するための可変速電動機７１の回転数の指令値をωｈ’とすると、指令値ωｈ’は、以下の式（７）を満たす必要があることがわかる。
【００６５】
【数１】
0006590174.tif 000002
【００６６】
式（７）に式（５）代入してωｉを消去すると、以下の式（８）が導き出される。
【００６７】
【数２】
0006590174.tif 000003
【００６８】
同様に、式（３）、及び式（５）より、定速電動機５１の回転数ωｉを正回転に保つための可変速電動機７１の回転数の指令値をωｈ’とすると、指令値ωｈ’は、以下の式（９）を満たす必要があることがわかる。
【００６９】
【数３】
0006590174.tif 000004
【００７０】
式（８）及び式（９）より、出力軸Ａｏ及び定速電動機５１の回転数を正回転に保つための可変速電動機７１の回転数の指令値をωｈ’は、以下の式（１０）を満たす必要があることがわかる。
【００７１】
【数４】
0006590174.tif 000005
【００７２】
次に、本実施形態の可変速増速機１の制御方法について説明する。
本実施形態の可変速増速機１の制御方法は、出力軸Ａｏの回転数ωｓ、及び可変速電動機７１の回転数ωｈを監視する回転数監視工程Ｓ１と、出力軸Ａｏの回転数ωｓがωｓ＜０を満たすか否かを判定する第一判定工程Ｓ２と、第一判定工程Ｓ２の条件を満たす場合に、可変速電動機７１の回転数の指令値ωｈ’を設定する第一可変速電動機制御工程Ｓ３と、出力軸Ａｏの回転数ωｓ、及び可変速電動機７１の回転数ωｈがωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）＜ωｈを満たすか否かを判定する第二判定工程Ｓ４と、第二判定工程Ｓ４の条件を満たす場合に、可変速電動機７１の回転数の指令値ωｈ’を設定する第二可変速電動機制御工程Ｓ５と、を有している。
【００７３】
回転数監視工程Ｓ１では、制御部１２０は、出力軸Ａｏの回転数ωｓ、及び可変速電動機７１の回転数ωｈを監視する。
第一判定工程Ｓ２では、制御部１２０は、出力軸Ａｏの回転数ωｓがωｓ＜０を満たすか否かを判定する。即ち、出力軸Ａｏが逆回転していないかを判定する。出力軸Ａｏが逆回転している場合は、第一可変速電動機制御工程Ｓ３に移行する。
【００７４】
第一可変速電動機制御工程Ｓ３では、制御部１２０は、可変速電動機７１の回転数の指令値ωｈ’をωｈ’＝ωｈ−ωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）に設定し、この指令値ωｈ’で可変速電動機７１を回転させる。これにより、出力軸Ａｏの回転数が修正されて、出力軸Ａｏが逆回転しなくなる。
【００７５】
第二判定工程Ｓ４では、制御部１２０は、出力軸Ａｏの回転数ωｓ、及び可変速電動機７１の回転数ωｈがωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）＜ωｈを満たすか否かを判定する。ωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）＜ωｈを満たす場合は、第二可変速電動機制御工程Ｓ５に移行する。
【００７６】
第二可変速電動機制御工程Ｓ５では、制御部１２０は、ωｈ’＝ωｓ／Ｐ／（１＋Ｕ）に設定し、この指令値ωｈ’で可変速電動機７１を回転させる。これにより、出力軸Ａｏの回転数が修正されて、定速電動機５１の定速ロータ５２が逆回転しなくなる。
【００７７】
上記実施形態によれば、出力軸Ａｏの回転数ωｓ、及び可変速電動機７１の回転数ωｈを監視して、可変速電動機７１の回転数を制御することによって、出力軸Ａｏが逆回転するのを防止することができる。また、定速電動機５１が逆回転するのを防止することができる。
【００７８】
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。
【００７９】
なお、上記実施形態では、制御部１２０は、出力軸回転数センサ１３１によって計測された出力軸Ａｏの回転数ωｓ、及び可変速電動機回転数センサ１３３によって計測された可変速電動機７１の回転数ωｈを用いて制御を行ったがこれに限ることはない。
例えば、出力軸Ａｏの回転数ωｓを測定することなく、可変速電動機７１の回転数ωｈ、及び定速電動機５１の回転数ωｉの測定値を用いて、出力軸Ａｏの回転数ωｓを算出してもよい。
可変速電動機７１の回転数ωｈ、及び定速電動機５１の回転数ωｉを用いて出力軸Ａｏの回転数ωｓを算出する場合は、式（４）を用いることができる。
【００８０】
また、上記実施形態では、可変速ロータ軸７３が円筒状に形成されて、可変速ロータ軸７３の軸挿通孔７４に内歯車キャリア軸３７が挿通される構成としたがこれに限ることはなく、例えば、可変速電動機７１の可変速ロータ７２の中心軸を軸線Ａｒに対してオフセットさせてもよい。
【００８１】
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。
【００８２】
《第二実施形態》
次に、図６を参照して第二実施形態の変速装置１０Ａについて説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の変速装置１０Ａの内部構造が第一実施形態と相違する。
【００８３】
第二実施形態の変速装置１０Ａでは、第一実施形態で内歯車であった歯車が、外歯車となっている。したがって、第一実施形態で内歯キャリア軸であった歯車キャリア軸が、外歯車キャリア軸となっている。
【００８４】
具体的には、第二実施形態の変速装置１０Ａは、図６に示すように、太陽歯車１１と、太陽歯車軸１２と、遊星歯車１５Ａと、外歯車（歯車）１７Ａと、遊星歯車キャリア２１Ａと、外歯車キャリア（歯車キャリア）３１Ａと、これらを覆う変速ケーシング４１と、を有している。
【００８５】
第二実施形態の遊星歯車１５Ａは、複数の第一遊星歯車（一次歯車）１５１Ａと、複数の第二遊星歯車（二次歯車）１５２Ａとを有している。
【００８６】
第一遊星歯車１５１Ａは、外歯車１７Ａと噛み合っている。第一遊星歯車１５１Ａは、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。
【００８７】
第二遊星歯車１５２Ａは、太陽歯車１１と噛み合っている。第二遊星歯車１５２Ａは、軸線Ａｒを中心として公転すると共に、第一遊星歯車１５１Ａと同じ自身の中心線Ａｐを中心として自転する。第二遊星歯車１５２Ａは、第一遊星歯車１５１Ａよりも軸方向の出力側に配置されている。第二遊星歯車１５２Ａは、その一つが第一遊星歯車１５１Ａの一つと一体に回転可能とされている。即ち、一つの第二遊星歯車１５２Ａに対して一つの第一遊星歯車１５１Ａが対になるように配置されている。
【００８８】
第二実施形態の遊星歯車キャリア２１Ａは、遊星歯車軸２２Ａと、遊星歯車キャリア本体２３Ａと、遊星歯車キャリア軸２７Ａと、を有する。
【００８９】
遊星歯車軸２２Ａは、遊星歯車１５Ａ毎に設けられている。遊星歯車軸２２Ａは、中心線Ａｐを中心として互いに接続された第一遊星歯車１５１Ａ及び第二遊星歯車１５２Ａを自転可能としている。遊星歯車軸２２Ａは、一つの第一遊星歯車１５１Ａに対して一つの第二遊星歯車１５２Ａを接続している。具体的には、遊星歯車軸２２Ａの軸方向の入力側に第一遊星歯車１５１Ａが接続され、遊星歯車軸２２Ａの軸方向の出力側に第二遊星歯車１５２Ａが接続されている。遊星歯車軸２２Ａは、第一遊星歯車１５１Ａ及び第二遊星歯車１５２Ａを軸方向に貫通している。したがって、遊星歯車軸２２Ａの軸方向の入力側の端部は、第一遊星歯車１５１Ａよりも軸方向の入力側に位置している。また、遊星歯車軸２２Ａの軸方向の出力側の端部は、第二遊星歯車１５２Ａよりも軸方向の出力側に位置している。
【００９０】
遊星歯車キャリア本体２３Ａは、複数の遊星歯車軸２２Ａの相互の位置を固定している。遊星歯車キャリア本体２３Ａは、遊星歯車出力側アーム部２４Ａと、遊星歯車入力側アーム部２６Ａと、を有する。
【００９１】
遊星歯車出力側アーム部２４Ａは、複数の遊星歯車軸２２Ａの軸方向の出力側の端部を回転可能に支持している。遊星歯車入力側アーム部２６Ａは、複数の遊星歯車軸２２Ａの軸方向の入力側の端部を回転可能に支持している。このように、遊星歯車キャリア本体２３Ａを介して遊星歯車軸２２Ａを支持することで、遊星歯車キャリア２１Ａは、第一遊星歯車１５１Ａと第二遊星歯車１５２Ａとを同軸に支持している。
【００９２】
遊星歯車キャリア軸２７Ａは、遊星歯車キャリア本体２３Ａを固定している。遊星歯車キャリア軸２７Ａは、軸線Ａｒを中心として軸方向に延びている。遊星歯車キャリア軸２７Ａは、遊星歯車出力側アーム部２４Ａから出力側に延びる出力側遊星歯車キャリア軸２７Ａｏと、遊星歯車入力側アーム部２６Ａから入力側に延びる入力側遊星歯車キャリア軸２７Ａｉと、を有する。出力側遊星歯車キャリア軸２７Ａｏと入力側遊星歯車キャリア軸２７Ａｉとは、いずれも、軸線Ａｒを中心として円筒に形成されている。
【００９３】
出力側遊星歯車キャリア軸２７Ａｏは、遊星歯車キャリア軸受４３により、変速ケーシング４１に対して軸線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、遊星歯車出力側アーム部２４Ａよりも出力側に配置されている出力側遊星歯車キャリア軸２７Ａｏの内周側には、太陽歯車軸１２が挿通されている。
【００９４】
入力側遊星歯車キャリア軸２７Ａｉは、遊星歯車キャリア軸受４４により、変速ケーシング４１に対して軸線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、遊星歯車入力側アーム部２６Ａよりも入力側に配置されている。入力側遊星歯車キャリア軸２７Ａｉの内周側には、後述する外歯車キャリア軸３７Ａが挿通されている。
【００９５】
外歯車キャリア３１Ａは、外歯車１７Ａを、軸線Ａｒを中心として自転可能に支持している。外歯車キャリア３１Ａは、外歯車１７Ａに接続された外歯車キャリア軸３７Ａを有する。
【００９６】
外歯車キャリア軸３７Ａは、軸線Ａｒを中心として外歯車１７Ａに固定されて軸方向に延びている。外歯車キャリア軸３７Ａは、軸線Ａｒを中心とする円柱状に形成されている。外歯車キャリア軸３７Ａは、外歯車１７Ａから軸方向の入力側に延びている。外歯車キャリア軸３７Ａの入力側の部分は、円筒状の入力側遊星歯車キャリア軸２７Ａｉの内周側に挿通されている。
【００９７】
上記のような変速装置１０Ａを備える可変速増速機１であっても、第一実施形態と同様に、可変速電動機７１の回転数を制御することによって、出力軸Ａｏが逆回転するのを防止することができる。また、定速電動機５１が逆回転するのを防止することができる。
【００９８】
なお、遊星歯車１５、１５Ａと噛み合う歯車は、第一実施形態のような内歯車１７や第二実施形態のような外歯車１７Ａのいずれであっても良いだけでなく、その個数も本実施形態のような構成に限定されるものではない。したがって、例えば、遊星歯車１５と噛み合う歯車は、第一実施形態のような内歯車１７が二つ以上設けられた構成であってもよい。また、遊星歯車１５Ａと噛み合う歯車は、第二実施形態のような外歯車１７Ａが一つのみ又は三つ以上設けられた構成であってもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１  可変速増速機
１０  変速装置
１１  太陽歯車
１２  太陽歯車軸
１５、１５Ａ  遊星歯車
１７  内歯車（歯車）
２１、２１Ａ  遊星歯車キャリア
２２、２２Ａ  遊星歯車軸
２３、２３Ａ  遊星歯車キャリア本体
２７、２７Ａ  遊星歯車キャリア軸
２７ｉ、２７Ａｉ  入力側遊星歯車キャリア軸
２７ｏ、２７Ａｏ  出力側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
４２  太陽歯車軸受
４３、４４  遊星歯車キャリア軸受
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  電源線
１１１  可変速電動機スイッチ
１１２  定速電動機スイッチ
１２０  制御部（制御装置）
１２１  受付部
１２２  インタフェース
１２３  演算部
Ａｃ  定速入力軸
Ａｏ  出力軸
Ａｒ  軸線
Ａｖ  可変速入力軸
Ｃ  圧縮機
Ｒ１  第一方向
Ｒ２  第二方向
１７Ａ  外歯車（歯車）
３１Ａ  外歯車キャリア
３７Ａ  外歯車キャリア軸
１５１Ａ  第一遊星歯車（一次歯車）
１５２Ａ  第二遊星歯車（二次歯車）
【図１】
0006590174.tif 000006
【図２】
0006590174.tif 000007
【図３】
0006590174.tif 000008
【図４】
0006590174.tif 000009
【図５】
0006590174.tif 000010
【図６】
0006590174.tif 000011