(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、
を有し、
前記駆動対象のロータは、前記軸線上に配置され、
前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続するかみ合いクラッチを備え、
前記かみ合いクラッチは、
前記可変速ロータ側に設けられた第一クラッチ係合子と、
前記可変速入力軸側に設けられた第二クラッチ係合子と、
前記第一クラッチ係合子と前記第二クラッチ係合子の一方を軸方向に沿って移動させる移動装置と、を有し、
前記移動装置は、電磁力を用いて前記可変速ロータを吸引して前記第一クラッチ係合子と前記第二クラッチ係合子とを離間させる電磁石をさらに有する可変速増速機。
【請求項２】
前記第一クラッチ係合子は、複数の第一クラッチ爪を有し、
前記第二クラッチ係合子は、前記複数の第一クラッチ爪と係合する複数の第二クラッチ爪を有し、
各々の前記第二クラッチ爪は、軸線を含む面に沿う第二伝達面を有し、
各々の前記第一クラッチ爪は、前記第二伝達面と面接触する第一伝達面を有し、前記可変速増速機の運転時において、前記第一伝達面から前記第二伝達面に動力を伝達するように形成されている請求項１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。【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、装置の緊急停止の際に可変速電動機を安全に変速装置から切り離す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、を有し、前記駆動対象のロータは、前記軸線上に配置され、前記可変速ロータと前記可変速入力軸とを接続するかみ合いクラッチを備え、前記かみ合いクラッチは、前記可変速ロータ側に設けられた第一クラッチ係合子と、前記可変速入力軸側に設けられた第二クラッチ係合子と、前記第一クラッチ係合子と前記第二クラッチ係合子の一方を軸方向に沿って移動させる移動装置と、を有する。【０００７】  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かみ合いクラッチを切断することによって、可変速電動機が定格回転数よりも速い回転数で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、前記第一クラッチ係合子は、複数の第一クラッチ爪を有し、前記第二クラッチ係合子は、前記複数の第一クラッチ爪と係合する複数の第二クラッチ爪を有し、各々の前記第二クラッチ爪は、軸線を含む面に沿う第二伝達面を有し、各々の前記第一クラッチ爪は、前記第二伝達面と面接触する第一伝達面を有し、前記可変速増速機の運転時において、前記第一伝達面から前記第二伝達面に動力を伝達するように形成されてよい。【０００９】  このような構成によれば、周方向に作用する可変速電動機のトルクから、第一クラッチ爪と第二クラッチ爪とが外れる軸方向に作用する成分が生じないため、第一クラッチ係合子と第二クラッチ係合子とが外れることがない。【００１０】  上記可変速増速機において、前記移動装置は、電磁力を用いて前記可変速ロータを吸引して前記第一クラッチ係合子と前記第二クラッチ係合子とを離間させる電磁石を有してよい。【００１１】  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のみ電磁石に通電することでかみ合いクラッチを切断することができる。【００１２】  上記可変速増速機において、前記第一クラ���チ係合子は、複数の第一クラッチ爪を有し、前記第二クラッチ係合子は、前記複数の第一クラッチ爪と係合する複数の第二クラッチ爪を有し、各々の前記第二クラッチ爪は、軸線を含む面に対して傾斜する面に沿う第二伝達面を有し、各々の前記第一クラッチ爪は、前記第二伝達面と面接触する第一伝達面を有し、前記可変速増速機の運転時において、前記第一伝達面から前記第二伝達面に動力を伝達するように形成され、前記移動装置は、電磁力を用いて前記可変速ロータを吸引して前記第一クラッチ係合子と前記第二クラッチ係合子とを係合させてよい。
【発明の効果】
【００１３】  本発明によれば、可変速増速機を緊急停止する際にかみ合いクラッチを切断することによって、可変速電動機が定格回転数よりも速い回転数で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かみ合いクラッチの斜視図である。
【図５】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６】本発明に係る第二の実施形態の可変速増速機の断面図である。
【図７】本発明に係る第二の実施形態のかみ合いクラッチの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】〔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。
【００１６】  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。
【００１７】  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。
【００１８】  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。
【００１９】  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。
【００２０】  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。
【００２１】  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。
【００２２】  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。
【００２３】  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。
【００２４】  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。
【００２５】  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。
【００２６】  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。
【００２７】  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。
【００２８】  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。
【００２９】  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。
【００３０】  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。
【００３１】  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。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。
【００３２】  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。
【００３３】  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。
【００３４】  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。
【００３５】  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。
【００３６】  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。
【００３７】  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、かつ、軸方向に移動自在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。
【００３８】  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。
【００３９】  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。
【００４０】  本実施形態の可変速増速機１は、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、両者を接続するかみ合いクラッチ９５を備えている。かみ合いクラッチ９５は、互いにかみ合う一対の爪を有し、一対の爪をかみ合わせたり外したりすることによって、回転を断続するクラッチである。
【００４１】  図３に示すように、かみ合いクラッチ９５は、可変速ロータ７２の端部に設けられた第一クラッチ係合子９６と、入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの端部に設けられた第二クラッチ係合子９７と、かみ合いクラッチ９５を切断する移動装置５４と、を有している。
【００４２】  図４に示すように、かみ合いクラッチ９５は、可変速ロータ軸７３に形成されている軸挿通孔７４と同様に、貫通孔１２９を有している。  第一クラッチ係合子９６は、周方向に等間隔に形成された複数の第一クラッチ爪９８を有している。第二クラッチ係合子９７は、周方向に等間隔に形成され、複数の第一クラッチ爪９８と係合する複数の第二クラッチ爪９９を有している。第一クラッチ爪９８と第二クラッチ爪９９とは互いに噛み合う。
【００４３】  第一クラッチ爪９８及び第二クラッチ爪９９は、三角形状をなす爪である。第一クラッチ爪９８は、第一伝達面１３０と、第一伝達面１３０の先端と周方向に隣り合う第一伝達面１３０の基端とを接続する第一斜面１３１とを有している。第一伝達面１３０は、周方向に直交する面であり、軸線Ａｒを含む面に沿う面である。  第二クラッチ爪９９は、第一伝達面１３０と面接触する第二伝達面１３２と、第二伝達面１３２の先端と、周方向に隣り合う第二伝達面１３２の基端とを接続する第二斜面１３３とを有している。第二伝達面１３２は、周方向に直交する面であり、軸線Ａｒを含む面に沿う面である。
【００４４】  上述したように、電動機モードの可変速電動機７１は、可変速ロータ７２を第二方向Ｒ２に回転させる。電動機モードの可変速電動機７１の可変速ロータ７２のトルクの向きは、第二方向Ｒ２と同じである。  また、発電機モードの可変速電動機７１は、可変速ロータ７２を第一方向に回転させる。電動機モードの可変速電動機７１の可変速ロータ７２のトルクの向きは、第二方向Ｒ２と同じである。即ち、可変速電動機７１が電動機モードであっても発電機モードであっても、可変速増速機の運転時において可変速ロータ７２のトルクの向きは一定である。
【００４５】  第一クラッチ爪９８及び第二クラッチ爪９９は、可変速増速機１の運転時において、第一伝達面１３０から第二伝達面１３２に動力を伝達するように形成されている。即ち、本実施形態の第一伝達面１３０は、第二方向Ｒ２の前方側を向く面である。  上述したように、可変速増速機１の運転時において可変速ロータ７２のトルクの向きは一定であるため、第一伝達面１３０から第二伝達面１３２に常に動力が伝達されている。  また、第一伝達面１３０及び第二伝達面１３２が軸線Ａｒを含む面であることによって、可変速ロータ７２のトルクによって第一クラッチ爪９８と第二クラッチ爪９９とが外れることはない。第一伝達面１３０と第二伝達面１３２とが、トルクの向き（第二方向Ｒ２）と直交するように形成されていることによって、第一伝達面１３０から第二伝達面１３２に動力が伝達される際に、第一クラッチ係合子９６と第二クラッチ係合子９７とが外れる方向に力が働くことがない。
【００４６】  図３に示すように、移動装置５４は、可変速電動機ケーシング８１に固定されているスラスト軸受５５及び電磁石５７を備えている。  スラスト軸受５５及び電磁石５７は、可変速ロータ７２の入力側端部の入力側に配置されている。スラスト軸受５５は、定速ロータ軸５３の外周側に設けられた環状の軸受である。可変速ロータ軸受８５ｉ，８５ｏによって軸方向に移動可能に支持されている可変速ロータ７２が、入力側に移動するとスラスト軸受５５に当接する。  スラスト軸受５５と可変速ロータ７２の入力側端部との間には、所定の隙間Ｇ１が形成されている。  本実施形態の可変速ロータ７２の可変速ロータ軸７３は、磁性体である。即ち、可変速ロータ７２は、電磁石５７の電磁力によって吸引される。
【００４７】  電磁石５７は、定速ロータ軸５３の外周側に設けられ、図示しない電源と接続されている。電磁石５７が通電されることによって、磁力が発生し、可変速ロータ７２が吸引される。  スラスト軸受５５の出力側の支持面５５ａは、電磁石５７よりも出力側に配置されている。即ち、電磁石５７の吸引力によって可変速ロータ７２が入力側に移動した場合においても可変速ロータ７２が電磁石５７に接触することはない。
【００４８】  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。
【００４９】  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。
【００５０】  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。
【００５１】  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。
【００５２】  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。
【００５３】  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。
【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５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。
【００５６】  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）
【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。
【００５８】  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。
【００５９】  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。
【００６０】  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。
【００６１】  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。
【００６２】  この際、制御装置は、かみ合いクラッチ９５の移動装置５４を用いて、かみ合いクラッチ９５を切断する。即ち、かみ合いクラッチ９５を構成する第一クラッチ係合子９６と第二クラッチ係合子９７とを離間させる。具体的には、制御装置は、移動装置５４の電磁石５７を通電させることによって、磁力を発生させる。電磁石５７の吸引力により可変速ロータ７２が入力側に移動し、かみ合いクラッチ９５が切断される。
【００６３】  上記実施形態によれば、可変速増速機１を緊急停止する際にかみ合いクラッチ９５を切断することによって、可変速電動機７１が定格回転数よりも速い回転数で回転するのを防止することができる。
【００６４】  また、周方向に作用する可変速電動機１のトルクから、第一クラッチ爪９８と第二クラッチ爪９９とが外れる軸方向に作用する成分が生じないため、第一クラッチ係合子９６と第二クラッチ係合子９７とが外れることがない。
【００６５】  また、移動装置５４は、電磁力を用いて可変速ロータ７２を吸引して第一クラッチ係合子９６と第二クラッチ係合子９７とを離間させる電磁石５７を有している。これにより、可変速増速機１を緊急停止する際にのみ電磁石５７に通電することでかみ合いクラッチ９５を切断することができる。
【００６６】〔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について図面を参照して詳細に説明する。なお、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。
【００６７】  図６に示すように、本実施形態のかみ合いクラッチ９５Ｂは、可変速ロータ７２の端部に設けられた第一クラッチ係合子９６Ｂと、入力側遊星歯車キャリア軸２７ｉの端部に設けられた第二クラッチ係合子９７Ｂと、かみ合いクラッチ９５を切断する移動装置５４Ｂと、を有している。
【００６８】  第一クラッチ係合子９６Ｂは、周方向に等間隔に形成された複数の第一クラッチ爪９８Ｂを有している。第二クラッチ係合子９７Ｂは、周方向に等間隔に形成された複数の第二クラッチ爪９９Ｂを有している。第一クラッチ爪９８Ｂと第二クラッチ爪９９Ｂとは互いに噛み合う。
【００６９】  第一クラッチ爪９８Ｂは、第一伝達面１３０Ｂと、第一伝達面１３０Ｂの先端と周方向に隣り合う第一伝達面１３０Ｂの基端とを接続する第一斜面１３１Ｂとを有している。第一伝達面１３０Ｂは、軸線Ａｒを含む面に対して傾斜する面であり、軸線Ａｒを含む面に沿う面である。  第一伝達面１３０Ｂと第一斜面１３１Ｂとは、周方向に対称となるように形成されている。換言すれば、第一伝達面１３０Ｂと第一斜面１３１Ｂの周方向の長さは略同一である。  第二クラッチ爪９９Ｂは、第一伝達面１３０Ｂと面接触する第二伝達面１３２Ｂと、第二伝達面１３２Ｂの先端と、周方向に隣り合う第二伝達面１３２Ｂの基端とを接続する第二斜面１３３Ｂとを有している。第二伝達面１３２Ｂ及び第二斜面１３３Ｂは、第一伝達面１３０Ｂと第一斜面１３１Ｂと面接触するように形成されている。
【００７０】  図６に示すように、移動装置５４Ｂは、可変速電動機ケーシング８１に固定されているスラスト軸受５５Ｂ及び電磁石５７Ｂを備えている。また、本実施形態の可変速ロータ軸７３の入力側端部にはフランジ７３Ｆが形成されている。フランジは７３Ｆは、可変速ロータ軸７３の入力側端部から径方向外側に突出する円板状の部材である。
【００７１】  スラスト軸受５５Ｂは、可変速ロータ軸７３のフランジ７３Ｆの入力側に配置されている。可変速ロータ７２が入力側に移動すると、フランジ７３Ｆがスラスト軸受５５Ｂに当接する。  電磁石５７Ｂは、フランジ７３Ｆの出力側に配置されている。可変速ロータ軸７３は、電磁石５７Ｂの電磁力によって出力側に吸引されて移動する。
【００７２】  本実施形態の可変速増速機１の制御装置は、通常の運転時においては、電磁石５７Ｂを通電させることによって可変速ロータ７２を出力側に吸引する。これにより、かみ合いクラッチ９５Ｂが噛み合う。  制御装置は、緊急停止方法の際は、電磁石５７Ｂの通電を断つ。即ち、電磁石５７Ｂをオフにする。  ここで、本実施形態のかみ合いクラッチ９５Ｂのクラッチ爪９８，９９を構成する面は、いずれも軸線Ａｒを含む面に対して傾斜しているため、電磁石５７Ｂによる吸引がなくなると、第一クラッチ係合子９６Ｂと第二クラッチ係合子９７Ｂとは、勝手に外れる。即ち、かみ合いクラッチ９５Ｂが切断される。
【００７３】  なお、上記各実施形態では、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。
【符号の説明】
【００７４】  １  可変速増速機  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  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  ２７ｏ  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  ５０  電動装置  ５１  定速電動機  ５２  定速ロータ  ５３  定速ロータ軸  ５４  移動装置  ５５，５５Ｂ  スラスト軸受  ５６  導体  ５７，５７Ｂ  電磁石  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  ９５，９５Ｂ  かみ合いクラッチ  ９６，９６Ｂ  第一クラッチ係合子  ９７，９７Ｂ  第二クラッチ係合子  ９８，９８Ｂ  第一クラッチ爪  ９９，９９Ｂ  第二クラッチ爪  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  １２０  制御部  １２１  受付部  １２２  インタフェース  １２３  演算部  １３０，１３０Ｂ  第一伝達面  １３１，１３１Ｂ  第一斜面  １３２，１３２Ｂ  第二伝達面  １３３，１３３Ｂ  第一斜面  Ａｃ  定速入力軸  Ａｏ  出力軸  Ａｒ  軸線  Ａｖ  可変速入力軸  Ｃ  圧縮機
【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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