(57)【要約】【課題】電力システムを備えた機械及び方法を提供する。【解決手段】機械及び電力システムには、システムの共鳴振動に関連する共振速度を含む速度範囲を有するジェネレータが含まれる。駆動継手が、ジェネレータと、ジェネレータを回転させるよう構成され、かつさらに機関からジェネレータにトルクを伝達するよう構成された機関との間に置かれ、駆動継手は、ジェネレータがその共振速度で回転した場合に、第１の要素と第２の要素との間の相対スリップを可能にするよう構成される。機械運転方法は、機関と共にジェネレータを回転させることと、ジェネレータを共振速度で回転させることにより機関及びジェネレータの少なくとも一方の共鳴振動を生成することとを含む。本方法は、機関とジェネレータとの間に置かれた駆動継手内の相対回転スリップを可能にすることにより、ジェネレータと機関との間で共鳴振動を伝達することを抑制することをさらに含む。【選択図】図２
2008196698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械のための電力システムであって、
前記機械のための電力を生成するよう構成されたジェネレータであって、前記システムの共鳴振動に関連する共振速度を含む速度範囲を有するジェネレータと、
前記ジェネレータを回転させるよう構成された機関と、
前記機関と共に回転するよう固定された第１の要素と、前記ジェネレータと共に回転するよう固定された第２の要素とを有する駆動継手であって、前記第１の及び第２の要素が、前記機関から前記ジェネレータにトルクを伝達するために回転可能に共に結合するよう構成され、前記駆動継手が、前記ジェネレータが前記共振速度で回転した場合に、前記第１の要素と第２の要素との間の相対スリップを可能にするようにさらに構成された駆動継手と
を備えた電力システム。
【請求項２】
前記機関がトルク出力範囲を有し、前記駆動継手が、前記トルク出力範囲より高いトルクに対応するクラッチ容量を有するクラッチを備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ジェネレータの速度範囲が、前記電力システムの作業範囲と前記作業範囲より低い第２の範囲とを含み、前記共振速度が前記第２の範囲内にある請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記クラッチが、前記第１の要素と第２の要素との間でトルクを伝達するよう構成された摩擦盤と、前記第１の及び第２の要素の一方に対して前記摩擦盤を偏倚させる偏倚装置とをさらに備え、前記偏倚装置が少なくともある程度前記クラッチ容量を定義し、かつ前記摩擦盤が共鳴振動に応じて前記第１の及び第２の要素の一方に対してスリップすることができるように前記偏倚装置が構成され、
前記クラッチが、ピストンとリアクションプレートとを備えた受動クラッチを有し、前記リアクションプレートが、前記機関及び前記ジェネレータの一方に回転可能に結合され、
前記偏倚装置が、バネ力を有しかつ前記バネ力を介して前記ピストンと前記リアクションプレートとの間で前記摩擦盤を挟むよう構成された皿ばねを備えた、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記ジェネレータと前記機関との間に振動ねじり順応性を提供するよう構成されたバネ継手をさらに備えた請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
機械であって、
フレームと、
前記フレームに取り付けられた機関と、
前記機械のための電力を生成するよう構成され、かつ前記機関に結合されたジェネレータであって、前記機関及び前記ジェネレータの少なくとも一方の共鳴振動に関連する共振速度を含む速度範囲を有するジェネレータと、
前記機関と前記ジェネレータとの間でトルクを伝達するよう構成された駆動継手であって、前記ジェネレータが前記共振速度で回転した場合に、前記機関と前記ジェネレータとの間の非振動相対回転を可能にするようにさらに構成された駆動継手と
を備えた機械。
【請求項７】
前記ジェネレータと、前記機関と、前記駆動継手とを含む、前記機械のための推進システム、および前記機械を推進するよう構成された、前記ジェネレータに結合された電気を動力とする地面係合要素を備え、
前記機関が出力シャフトを含み、前記ジェネレータが、前記出力シャフトと同軸の入力シャフトを含み、前記駆動継手が、クラッチであって前記入力シャフト及び出力シャフトのそれぞれに結合され、かつ前記機関及び前記ジェネレータの少なくとも一方の共鳴振動に応じて前記入力シャフトと出力シャフトとの間の非振動相対回転を可能にするためにスリップするよう構成されたクラッチをさらに備えた請求項６に記載の機械。
【請求項８】
前記地面係合要素を有する第１のトラックと第２のトラックとを備えた、電気駆動履帯式トラクタを含み、
前記駆動継手が、前記出力シャフトと前記入力シャフトとの間の振動ねじり順応性を可能にするよう構成されたバネ継手と、前記出力シャフトと前記入力シャフトとの間でトルクを伝達するよう構成された摩擦盤とをさらに備え、前記摩擦盤がさらに、前記入力シャフト及び前記出力シャフトのうちの一方と共に回転するように固定され、かつ前記非振動相対回転を可能にするために前記入力シャフト及び前記出力シャフトのうちの他方に対してスリップするよう構成された請求項７に記載の機械。
【請求項９】
機械システムの機関と共に機械システムのジェネレータを回転させるステップであって、ジェネレータが、機械システムの共鳴振動に関連する共振速度を含む速度範囲を有するステップと、
ジェネレータを共振速度で回転させることにより、機械システムの共鳴振動を生成するステップと、
ジェネレータが共振速度で回転した場合に機関とジェネレータとの間に置かれた駆動継手内の相対回転スリップを可能にすることを含む、ジェネレータと機関との間で共鳴振動を伝達することを抑制するステップと
を含む、機械システムを運転する方法。
【請求項１０】
回転させるステップが、機関出力トルク範囲内のトルクを介してジェネレータを回転させることを含み、方法が、少なくともある程度機関出力トルク範囲に基づく容量を有するクラッチを介して機関出力トルク範囲内のトルクを介してジェネレータが回転した場合に、駆動継手内の相対回転スリップを防止するステップをさらに含み、
相対回転スリップを可能にするステップが、クラッチを介して相対回転スリップを可能にするステップをさらに含み、
共鳴振動を生成するステップが、ジェネレータ速度範囲の下半分内でありかつ機関アイドル速度未満の機関回転速度に対応するジェネレータ速度で共鳴振動を生成することをさらに含む請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電力生成システムを備えた機械及びこれに関連する運転方法、より詳しくは、システム内の駆動継手（ｄｒｉｖｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）が機関とジェネレータとの間の共鳴振動の伝達を抑制するよう構成された電力システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長年に渡って、内燃機関のような燃焼機関と電力を作るためのジェネレータとの組み合わせは知られている。しかし、比較的最近になって、他の機械システムの推進及び運転のための電力を提供するために、電気を動力とする移動機械に、機関によって駆動されるジェネレータが使用されるようになってきた。このような方法においては、電力需要の変化を受け入れるための機関出力の比較的急速なランプアップ及びランプダウンを必要とせずに、機関出力範囲全体に渡って、比較的より安定した滑らかな運転及び移行が達成されることがある。言い換えれば、いくつかの又はすべての機械システムに、搭載された機関及びジェネレータシステムによって提供される電力を供給することにより、燃焼特性及び全体的な機関運転がより予測可能となり、変更がそれ程急速でなくなり得る。これにより、機関回転速度の広範囲かつ急速な振れ、及びシステムに対する電力需要の変化に関連する負荷が回避され得る。機関運転がより予測可能となり、機関出力の変化がより緩やかになったため、機関が機械推進システムや油圧機械などに直接電力を供給する伝統的な設計と比べて、エミッション及び燃料効率のような他の要因に対する優れた制御が実証されている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１５５２０２Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の開発により、特にエミッション及び効率について法的規則が比較的高い基準を規定している環境において、一定の機械に向上が見られたが、多様な新しい課題が生じてきた。たとえば、一定の機械において、特に建設機械や鉱業機械などのような重作業機において、機械を動かすのに十分な動力を提供するために、比較的大きいジェネレータ出力がしばしば必要となる。殆どのジェネレータは、その大きさが利用可能なジェネレータ出力に直接関係する構成部材を利用している。したがって、このような機械のための電力システムは、しばしば、比較的大きいロータと他の構成部材とを備えたジェネレータを用いており、これは、ジェネレータ内部の慣性を必ず増加させるものである。高いジェネレータ慣性により、機関とジェネレータとの間の振動及び慣性反射による、取付け及び他のハードウェアに関連する課題が生じ得る。
【０００５】
機関が直接ジェネレータを駆動する多くの機械システムにおいては、システム運転に関連する振動及び慣性が、機関とジェネレータとの間で伝達され得る。これは、ジェネレータ慣性が機関慣性にかなり近い場合に特に問題となり得る。場合によっては、システム内の共鳴振動により、最小限のエネルギ消費及び荒い運転で、またある場合には有害な構成部材で、システム内にかなりのトルクスパイクが生じ得る。いくつかのシステム設計において、共鳴振動が発生する傾向がある速度範囲で加速する又は減速するときのトルクスパイクに耐えるのに十分な頑強性を有する場合には、これらのシステムは、重量及び費用が高くなるという、他の欠点を有し得る。
【０００６】
機関を備えた、高い慣性の電力生成装置を運転することに関連する課題が、以前より認識されている。タニグチによる（特許文献１）には、オルタネータが機関によって駆動されるシステムが記載されている。オルタネータ及び機関は、一方向クラッチにより駆動ベルトを介して結合されており、このクラッチは、機関トルクをオルタネータに伝達し、また振動相対回転（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ  ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｒｏｔａｔｉｏｎ）を可能にすることにより、オルタネータから機関へのトルク伝達を遮断する。これもタニグチにより記載されている他の方法は、ねじり順応性（ｔｏｒｓｉｏｎａｌ  ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）をこのようなオルタネータ／機関システムに導入するためのねじりばね又は他の手段の使用に頼っている。しかし、これらの公知の方法のいずれも、上述した共鳴振動の問題に対処するための好適な手段を取り扱っておらず、又提供もしていない。
【０００７】
本発明は、上記に記載した問題又は短所の１つ以上に向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様においては、本発明は、機械のための電力を生成するよう構成されたジェネレータを備えた機械のための電力システムを提供する。ジェネレータは、システムの共鳴振動に関連する共振速度を含む速度範囲を有する。パワーシステムは、ジェネレータを回転させるよう構成された機関と、機関と共に回転するよう固定された第１の要素とジェネレータと共に回転するよう固定された第２の要素とを有する駆動継手とをさらに含む。第１の及び第２の要素は、機関からジェネレータにトルクを伝達するために回転可能に共に結合するよう構成され、駆動継手は、ジェネレータが共振速度で回転した場合に、第１の要素と第２の要素との間の相対スリップを可能にするようさらに構成される。
【０００９】
別の態様においては、本発明は、フレームと、フレームに取り付けられた機関と、機械のための電力を生成するよう構成されかつ機関に結合されたジェネレータとを備えた、機械を提供する。ジェネレータは、機関及びジェネレータの少なくとも一方の共鳴振動に関連する共振速度を含む速度範囲を有する。機械は、機関とジェネレータとの間でトルクを伝達するよう構成された駆動継手をさらに含み、駆動継手は、ジェネレータが共振速度で回転した場合に、機関とジェネレータとの間の非振動相対回転を可能にするようさらに構成される。
【００１０】
さらに別の態様においては、本発明は、機械システムの機関と共に機械システムのジェネレータを回転させるステップを含む機械システムを運転する方法を提供し、ジェネレータは、機械システムの共鳴振動に関連する共振速度を含む速度範囲を有する。方法は、ジェネレータを共振速度で回転させることにより機械システムの共鳴振動を生成するステップと、ジェネレータが共振速度で回転した場合に機関とジェネレータとの間に置かれた駆動継手内の相対回転スリップを可能にすることを含む、ジェネレータから機関に共鳴振動を伝達することを抑制するステップとをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、一実施形態による機械１０が示されている。機械１０は、一般に、電力システム１１が取り付けられたフレーム１２を備えた移動式電気駆動装置を含む。電力システム１１は、機械１０に電力を提供するよう構成されたジェネレータ１８を回転させるよう構成された機関１６を含むことがある。機械１０は、機械１０を推進するための、トラック１４のような、１組の地面係合要素をさらに含むことがあり、この１つのみが図１に示されている。機械１０はまた、一般に、特に機械構成部材のひずみ及び運転の滑らかさに関して、これまでの方法と比べて利点を有する形態及び運転を有する、機関１６とジェネレータ１８との間でトルクを伝達するよう構成された駆動継手２０を含む。以下、これについてさらに記述する。
【００１２】
ジェネレータ１８に結合され、かつトラック１４を駆動するよう構成された、少なくとも１つの電動モータ１５がさらに設けられることがある。モータ１５は、トラック１４、駆動継手２０、及びパワーシステム１１と共に、機械１０のための推進システムを備える。建設、鉱業、林業、道路建設などにおいて一般に使用される種類の履帯式の機械の場合の機械１０が示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。したがって、移動式であれ固定式であれ、多様な機械が本発明の範囲内に包含されることを認識されたい。しかし、比較的大きい電力要件を有し、かつ同様に大きい機関によって駆動される比較的大きいジェネレータを使用する、一定の電気駆動装置が、本明細書に記載する教示を実施することにより特に利点を有すると考えられる。
【００１３】
上記に言及したように、駆動継手２０は、機関１６とジェネレータ１８との間でトルクを伝達するよう構成される。このため、駆動継手２０は、機関フライホイール２２を含むか又はこれに結合され、この機関フライホイール２２は、機関出力シャフト２３によって駆動される。フライホイール２２の回転が、駆動継手２０を介してジェネレータ入力シャフト２４を回転させ、この駆動継手が、従来の方法でジェネレータ１８を回転させ、電力を生成する。図１に示されている実施形態においては、出力シャフト２３及び入力シャフト２４が、同軸の形態で例示されているが、出力シャフト２３及び入力シャフト２４が非同軸状に配置された実施形態においては、平行軸ギア、駆動チェーン、ベルトなどが使用されることもある。その上、以下の記述より明らかとなる理由により、他の電力生成装置とは異なる、従来のジェネレータを使用するシステムが、（好ましくは本発明によって対処される）問題を最も有しがちである。しかし、用語「ジェネレータ」は、オルタネータなどを除外するなど、厳密に限定されるべきものではない。
【００１４】
ジェネレータ１８は、ジェネレータ／機関システムの共鳴振動に関連する共振速度を含む速度範囲を含むことがある。一実施形態においては、共振速度で、たとえば約３００〜４００ＲＰＭでジェネレータ１８を回転させることにより、機関１６及びジェネレータ１８の少なくとも一方から、駆動継手２０に伝達されるねじり共鳴振動が生じることがある。駆動継手２０は、入力シャフト２４と出力シャフト２３との間の共鳴振動を伝達することを抑制する、したがってパワーシステム１１の他の構成部材間のこのような共鳴振動を伝達することを抑制する手段を提供する。特に機関１６とジェネレータ１８との間の慣性反射／相互作用から生じる高いトルクスパイクを回避するために、本明細書に上述したように共鳴振動を伝達することを抑制することが考えられる。これは、ジェネレータ１８の速度範囲の一定の部分の（そうでない場合には可能でない）より滑らかな移行を提供する。その上、共鳴振動は、エネルギ及びひずみ成分を浪費する傾向があるだけでなく、場合によっては、共振速度を含む速度範囲で加速する又は減速することが実際に困難又は不可能となり得る。一実施形態においては、共振速度は、ジェネレータ１８の低い方の速度範囲内、たとえば、機械１０の始動の間にかつ通常の機械運転に十分な電力を作るのに十分なジェネレータ速度に到達する前に通過する速度範囲の一部分内にある。言い換えれば、ジェネレータ１８は、低いアイドルより下の機関回転速度に対応する始動範囲と、低いアイドルを超える機関回転速度に対応する作業範囲との両方を含む、速度範囲を有することがある。
【００１５】
当業者は、ジェネレータ１８の共振速度が、一般に、ジェネレータ内部の慣性に、かつパワーシステム１１の他の質量弾性特性に関連することを理解されるであろう。建設機械などを駆動するのに十分な電力を出力することが可能な比較的大型のジェネレータは、比較的より高い内部慣性を有する傾向がある。したがって、このようなジェネレータは、小型のジェネレータより比較的遅い速度で回転する場合の、（このジェネレータがその一部である）パワーシステムの第１の高調波振動数に関連する傾向がある。構成部材の剛性及び他の機械特性の変化が、質量弾性システムに合わせられるので、ジェネレータ共振速度の大きさに影響することがあるが、本発明は、機械システムを再設計することに頼らずに、高調波振動に対処する簡単明瞭な手段を提供すると考えられる。この場合に共振速度を個々に調整する場合、機械１０が実際に作業を遂行している状況ではなく始動状態の間に、付随する問題に対処できるよう、共振速度又は速度範囲を比較的低く設定することが好ましいであろう。
【００１６】
ジェネレータ１８が共振速度で（又は共振速度範囲内で）運転される場合にジェネレータ１８と機関１６との間の共鳴振動を伝達することを抑制することが、駆動継手２０を介した出力シャフト２３と入力シャフト２４との間の非振動相対回転を可能にすることにより達成されることがある。このため、駆動継手２０は、共鳴振動によって誘発されたトルクを伝達するのではなく、この構成部材間の相対スリップを可能にするよう構成されることがある。特に、駆動継手２０は、機関１６と共に回転するよう固定された第１の要素３０と、ジェネレータ１８と共に回転するよう固定された、摩擦要素２８に結合された入力シャフト２４から構成される第２の要素とを含むことがある。ジェネレータ１８が共振速度で回転した場合には、摩擦要素２８が、要素３０に対して、たとえば共鳴振動によって誘発されたトルクに応じてスリップすることがある。摩擦要素２８に係合するよう要素３０を偏倚するよう構成された、たとえばバネ力を有する、偏倚装置２６が設けられることがある。他のバージョンにおいては、摩擦要素２８が、摩擦要素２８に加えて、他の機械構成部材に対してスリップすることがあることを理解されたい。また、バネではなく、流体アクチュエータ又は他のいくつかの装置が、係合するよう個々の要素を偏倚するのに使用されることもある。さらに、図１は単なる概略図であり、たとえば要素が他の要素に対して偏倚しているなどの、構成部材の特定の配置が、図１に例示されているものとは異なることがあることを理解されたい。このことは、以下の記述よりさらに明らかとなろう。
【００１７】
上記の構成部材、要素３０、偏倚装置２６、及び摩擦要素２８は、少なくともある程度偏倚装置２６によって定義されるクラッチ容量を有する受動クラッチ（ｐａｓｓｉｖｅ  ｃｌｕｔｃｈ）１９の一部であり得る。十分なトルク又は十分なトルクの差が駆動継手２０に働いた場合には、摩擦要素２８を要素３０に係合する摩擦力が打ち負かされて、それらは互いに対してスリップして、駆動継手２０を通じてトルクを伝達することを抑制する。機関１６は、出力トルク範囲を有し、偏倚装置２６は、機関１６の出力トルク範囲より高いクラッチ１９のクラッチ容量を定義するバネ力を有することがある。このことにより、駆動継手２０が、機関１６がその出力トルク範囲内で運転される場合の相対回転スリップを防止することができるが、機関１６、ジェネレータ１８、又は他の構成部材の定格より大きいトルクを伝達することを抑制する。たとえば流体アクチュエータを備えた、能動クラッチ（ａｃｔｉｖｅ  ｃｌｕｔｃｈ）などが使用される他の実施形態においては、比較的より正確な制御が利用可能となり、したがって、たとえば共鳴振動が検出された場合又はその可能性があると考えられる場合には、個々の構成部材間の相対スリップを可能にするよう、クラッチ圧力が減少することがある。本明細書において使用される場合、「スリップ」とは、バネ継手などによって可能となるような相対回転とは異なる、非振動相対回転である。本発明による能動クラッチシステムにおいては、必ずしも共鳴振動に応じてスリップが発生する必要はないが、ジェネレータ１８が、共鳴振動が可能である又は可能性がある速度範囲内に入っていると判断されるときに可能となり得る。
【００１８】
ここで、図２及び図３に移ると、一定の内部構成部材を示す、またジェネレータ１８の一部分及びそのロータ１７の一部分を例示する、駆動継手２０の一例示的実施形態が例示されている。駆動継手２０は、複数のギア５０ａと５０ｂとを含む、その中にギヤトレーン５０を備えたハウジング２１を含むことがある。ハウジング２１は、ジェネレータ１８に結合され、フライホイール２２の周りに延在することがあり、したがってギヤトレーン５０、フライホイール２２、及び他の様々な構成部材が、密閉環境内に収容される。特に、ハウジング２１は、オイルミスト環境から構成された、構成部材が置かれた内部空間６０を画定することがある。機械１０のような機械は、ほこりっぽい又は湿気の多い環境内で動作し得る。また場合によっては、一定のパワートレーン構成部材が浸水することがある。よって、ハウジング２１内のクラッチ１９及び他の構成部材のための油冷却システムは、実際的な実施方法を提供することがあるが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の実施形態において、空気冷却又は他のいくつかの冷却方法が使用されることもある。
【００１９】
特に図３を参照すると、ギヤトレーン油供給路６８が、ギア５０ａ内に置かれ、空間６０内に及び冷却及び潤滑のための様々な他の構成部材に油を吹き飛ばすよう構成された複数の分散路７０に接続することがある。ギャップ７４が、リアクションプレート３０の一方の側から他方の側に油又はオイルミストが通過できるよう、本明細書に記述されているハウジング２１及びリアクションプレート３０によって画定されることがある。別の組の油分散路７２が、フライホイール２２を油又はオイルミストが通過できるよう、フライホイール２２内に位置決めされることがある。さらに別の組の油路７６が、リアクションプレート３０自体に設けられることがある。その後の冷却及び再分散のためにハウジング２１から油を排出するよう、図２に示されている掃気箇所３３が設けられることがある。
【００２０】
また図４を参照すると、駆動継手２０の一定の構成部材を示す分解組立図が示されている。リアクションプレート３０が、複数のボルト４０を介してフライホイール２２に結合されることがある。ハブアダプタ３８に装着され、かつ入力シャフト２４、摩擦盤２８、ピストン３２、及び偏倚装置２６に取り付けるよう構成された、バネ又はねじり継手３４がすべて、ボルト締めリアクションプレート３０を介してフライホイール２２に結合されることがある。ピストン３２は、フライホイール２２とのスプライン係合を有することがあり、すべての個々の構成部材が機械１０内で組み立てられている場合には、ハブアダプタ３８も入力シャフト２４とのスプライン係合を有することがある。バネ継手３４として例示されている設計は単なる例示であり、この代わりに多様な他の形態も使用されることを理解されたい。さらに他の実施形態においては、設計からバネ継手が除外されることがある。
【００２１】
偏倚装置２６が、ピストン３２にバネ力を働かせるよう圧縮される皿バネから構成され、これにより、ピストン３２とリアクションプレート３０との間に摩擦盤２８が挟まれることがある。他のバネのタイプも使用されることがある。偏倚装置２６は、クラッチ１９の容量を定義するバネ力を有することがあり、このクラッチ容量は、機関１６の出力トルクに基づく。これについても本明細書に記述している。摩擦盤２８は、ボルト又はスプラインのような任意の好適な手段によりバネ継手３４に取り付けられる、またこれと共に回転するよう固定されることがある。バネ継手３４は、複数のバネ３５を含むことがあり、ジェネレータ１８と機関１６との間の振動ねじり順応性を可能にするよう構成される。ここに記述されている実施形態においては、ピストン３２及びリアクションプレート３０は、フライホイール２２と共に回転するよう固定され、ハブアダプタ３８、バネ継手３４、及び摩擦盤２８は、ジェネレータ入力シャフト２４と共に回転するよう固定される。たとえばシステム１１の共鳴振動による十分なトルクが、入力シャフト２４によりハブアダプタ３８に働いた場合には、摩擦盤３８がスリップし、これにより、最終的に、機関１６とジェネレータ１８との間の非振動相対回転が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
上記に論じたように、システム１１の第１の高調波周波数は、ジェネレータ速度範囲の低い方、たとえば下半分内にある、ジェネレータ速度に関連することがあるが、本発明はこれに限定されるものではない。したがって、多くの実施形態においては、ジェネレータ１８は、始動の間にまたシャットダウンの間に共振速度を通過し得る。さらに、共振速度についてのこの記述を、正確なジェネレータＲＰＭのみが共鳴振動に関連することを示唆していると解釈してはならないことを理解されたい。共鳴振動は、ジェネレータ１８が速度範囲内で運転されるときにいつでも増大し始めることがある。スリップ又は他の非振動相対回転の特定のタイミングは、実際のジェネレータ速度ではなく、システム内のねじり振動から生じるトルクに依存することがある。したがって、場合によっては、より長いジェネレータ１８が、共振速度で運転され、より大きい高調波振動となることがある。したがって、駆動継手２０がスリップするかどうか及びそのときは、特定のジェネレータ速度だけでなく、如何に急速にジェネレータ速度が増加するか又は減少するに依存し得る。駆動継手２０全体に十分なトルク差が起きた場合には、摩擦盤２８がスリップし、駆動継手２０を通じてトルクを伝達することを抑制し得る。受動クラッチ１９ではなく、能動クラッチが使用される実施形態においては、たとえばクラッチ圧力を減少させることにより、駆動継手２０内のスリップが可能となることがある。
【００２３】
図５に移ると、代表的な始動中の、ラインＧによるジェネレータ速度及びラインＥによる機関回転速度を例示するグラフが示されている。時間ｔ０に、機関１６はジェネレータ１８を駆動し始める。ジェネレータ速度は、一般に、機関回転速度と共に速やかに増加する。最終的に、ジェネレータ１８は、たとえばおよそ時間ｔ１に、システムの共鳴振動に関連する速度範囲に入り始め得る。本明細書に上述したように、共鳴振動は、システム内のトルクを誘発し、機関１６によって出力されたトルクに追加される又はトルクに対向する、又は交互に両方を行うことがある。スリップするよう構成された駆動継手２０の構成部材に対するトルクの差が、クラッチ１９の容量に耐え得る閾値に達すると、スリップが発生し得る。システム内のスリップは、ジェネレータ１８と機関１６との間の共鳴振動を伝達することを抑制する、したがって、潜在的に有害であり、不愉快であり、無駄な、或いは望ましくないトルク及び逆トルクを機関１６に伝達することを抑制する傾向がある。
【００２４】
図５のグラフは単なる例示であり、ジェネレータ及び機関回転速度の変動がやや誇張されていることを理解されたい。場合によっては、速度追跡が、実際に、駆動継手２０のスリップ及び／又は再係合が発生する、即座に識別できる時点を示さないことがある。速度の代わりに、トルクが監視される場合、駆動継手２０を有さないシステムに関連するトルクスパイクが、共鳴振動が発生している時間帯中に特に鋭くなる傾向がある。駆動継手２０を使用すると、このようなトルクスパイクは、一般に、その先端が丸くなり、駆動継手２０内のスリップに対応する時間にその大きさが小さくなる。
【００２５】
スリップが発生しているときに、機関１６は引き続きジェネレータ１８を駆動し、平均ジェネレータ速度Ｇは、共鳴振動から発生する速度変動にもかかわらず、引き続きする増加することを理解されよう。最終的に、およそ時間ｔ２に、ジェネレータ速度Ｇは、共鳴振動が発生する傾向がある範囲を超えて増加し、最終的に、およそ時間ｔ３に機関１６の低いアイドル速度に対応する、やや定常状態へと増加する。
【００２６】
多くの公知のシステムにおいて、それらの運転速度範囲内で共鳴振動を起こす又は誘発する傾向のない、又はこの傾向がある場合にも、他のシステム構成部材と不必要に相互作用しない、ジェネレータが使用されている。他の場合には、剛性、マスプロパティ、及びねじり継手が、特定のシステムのための通常の速度範囲外に置くために高調波振動が発生する速度を上げる又は下げるよう合わせられることがある。このような手法の短所は、新しい機械動力学の問題が生じる恐れがあることである。本発明は、システム構成部材を再設計する必要のない、共鳴振動に付随する問題に対処する、簡単明瞭な手段を提供する。言い換えれば、共鳴振動を回避する必要に対して、構成部材の剛性、マスプロパティなどを個々に調整することが不必要となる。本明細書に上述したように、駆動継手を使用することにより、ジェネレータ共鳴振動を制御することは別として、バネ継手３４を使用して全質量弾性システムを合わせることができる。さらに、本発明は、油冷却方法に厳密に限定されるものではなく、一定の空気冷却継手より比較的低い偏角限度を有する傾向があるので、油冷却継手に特に適応可能であり、システムが少なくとも一部分浸水する適用形態において望ましいものである。
【００２７】
本記述は単なる例示目的であり、いかなる形であれ本発明の範囲を狭めるよう解釈してはならない。したがって、当業者は、本発明の完全かつ適正な範囲から逸脱することなく、現在開示されている実施形態に対する様々な修正形態が作られることを理解されるであろう。たとえば、本発明は、主に受動クラッチの使用に焦点を当てているが、スリップを可能にするようクラッチ圧力が変えられ得る能動クラッチのような他の手段も考えられる。さらに、一定のシステムにおいては、スリップについて検討するのではなく、非振動相対回転を可能にする、たとえば駆動継手を交互に係合し解除する、いくつかの他の手段が用いられることがある。添付図面及び特許請求の範囲を精査することにより、他の態様、特徴、及び利点も明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態による電力システムを備えた機械を示す概略側面図である。
【図２】一実施形態による駆動継手の一部分を、多くの断面で示す断面側面図である。
【図３】図２と同様の駆動継手の一部分を、これもまた多くの断面で示す異なる断面側面図である。
【図４】図２及び図３に示されている駆動継手の一部分を示す分解組立図である。
【図５】一実施形態による、機械／パワーシステムの始動中のジェネレータ速度に対する機関回転速度を例示するグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  機械
１１  電力システム
１２  フレーム
１４  地面係合要素
１５  電動モータ
１６  機関
１７  ロータ
１８  ジェネレータ
１９  クラッチ
２０  駆動継手
２１  ハウジング
２２  フライホイール
２３  機関出力シャフト
２４  ジェネレータ入力シャフト
２６  偏倚装置
２８  摩擦要素
３０  リアクションプレート
３２  ピストン
３３  掃気箇所
３４  バネ継手
３５  バネ
３８  ハブアダプタ
４０  ボルト
５０  ギアトレーン
５０ａ  ギア
５０ｂ  ギア
６０  ハウジング内部空間
６８  油入口
７０  油路
７２  油路
７４  油路
７６  排出孔
【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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