JP2002202084A - 羽根車可変速ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプを速度可変に駆動する羽根車可変速ポ
ンプを、低コストで実現すること。 【解決手段】 一定の速度で回転する駆動軸１０の回転
を出力軸２０に伝達する遊星歯車機構４０と、遊星歯車
機構４０の太陽歯車４１を回転させる太陽歯車回転手段
６０と、太陽歯車４１の回転速度を調節することにより
出力軸２０の回転速度を制御する制御手段５１とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば揚水用など
のポンプの回転速度を変更する羽根車可変速ポンプに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、揚水用等に用いられるポンプは、
原動機から与えられる回転速度を減速する減速機を介し
て駆動されている。このような従来のポンプ駆動装置を
図５および図６に示す。このポンプの駆動装置は、原動
機Ｅの回転速度を制御装置１００によって電気的に制御
して減速機１０１を介しポンプＳに伝達する、図５に示
すような構成や、原動機Ｅと減速機１０２との間に変速
用流体継手１０３を配置し、この変速用流体継手１０３
の油量を流体継手用給油ポンプ１０４によって調節する
ことにより伝達トルクを変更してポンプＳに駆動力を伝
達する、図６に示すような機械的に制御する構成が用い
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原動機
Ｅの回転速度を電気的に制御するための制御装置１００
は大がかりで、設置コストがかかるだけでなく、多大な
運転コストが必要となる。また、変速用流体継手１０３
による機械的制御は、流体継手用給油ポンプ１０４が別
に必要となっている。さらに、変速用流体継手１０３は
可変速域で滑り損失が大きく、この滑りによって生じる
熱を冷却する装置も必要となり、コスト面で問題があっ
た。

【０００４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、ポンプを速度可変に駆動する変速装置を、
低コストで実現することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１にかかる発明は、一定の速度で回転する駆
動軸からポンプを駆動する出力軸へ回転速度を可変に伝
達する羽根車可変速ポンプであって、駆動軸の回転を出
力軸に伝達する遊星歯車機構と、この遊星歯車機構の太
陽歯車を回転させる太陽歯車回転手段と、この太陽歯車
回転手段による太陽歯車の回転速度を調節することによ
り出力軸の回転速度を制御する制御手段とを備えること
を特徴としている。この発明にかかる羽根車可変速ポン
プは、遊星歯車機構を介して駆動軸の回転を変速して出
力軸に伝達しつつ、この遊星歯車機構の太陽歯車の回転
を調節することにより、大がかりな装置を設けずに出力
軸の回転を効率よく制御することができる、羽根車可変
速ポンプを低コストで提供することができる。

【０００６】請求項２にかかる発明は、この請求項１の
羽根車可変速ポンプにおいて、駆動軸の回転を遊星歯車
機構に伝達する駆動伝達系を備え、太陽歯車回転手段
は、駆動源によって太陽歯車を回転させ、遊星歯車機構
のリング歯車には外歯が設けられ、駆動伝達系は該外歯
を回転させる歯車列であることを特徴としている。この
発明にかかる羽根車可変速ポンプは、駆動源によって太
陽歯車を回転させるため、この駆動源の速度を調節すれ
ば太陽歯車の回転速度を調節できるので、出力軸の回転
速度を容易に制御することができる。また、歯車列によ
ってリング歯車を回転させるので、確実に出力軸を回転
させることができる。

【０００７】請求項３にかかる発明は、請求項２の羽根
車可変速ポンプにおいて、駆動源は、駆動軸によって駆
動されるオイルポンプと、このオイルポンプによって駆
動する油圧モータとを有し、制御手段は、オイルポンプ
の送油量と油圧モータの回転速度の、少なくともひとつ
を調節することにより太陽歯車の回転速度を調節して出
力軸の回転速度を制御することを特徴としている。この
羽根車可変速ポンプは、駆動軸の回転を利用して太陽歯
車を回転させるため、別の装置を必要としないので、設
置コストおよび運転コストの削減が可能である。

【０００８】また、請求項４にかかる発明は、請求項２
の羽根車可変速ポンプにおいて、駆動源は電動モータを
有し、制御手段はこの電動モータの回転速度を調節する
ことにより太陽歯車の回転速度を調節して出力軸の回転
速度を制御することを特徴としている。この羽根車可変
速ポンプでは、太陽歯車を回転させるには大きな動力を
必要としないことから、電動モータによって太陽歯車を
回転させるので、保守が容易でコストのかからない羽根
車可変速ポンプを提供することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図を参照して説明する。図１は、本発明にかかる羽
根車可変速ポンプの実施形態を示す断面図であり、図４
はこの羽根車可変速ポンプを用いたポンプ駆動装置を示
す模式図である。この羽根車可変速ポンプは、原動機Ｅ
によって一定の速度で回転される駆動軸１０から、駆動
伝達系（歯車列）７０を介し遊星歯車機構４０で変速し
て、駆動軸１０と直交する出力軸２０を回転させ、この
出力軸２０に接続されたポンプＳを駆動する構成となっ
ている。

【００１０】駆動軸１０は、歯車列７０を介しリング歯
車４４を回転させる。すなわち、駆動軸１０に対して軸
が直交する遊星歯車機構４０に駆動軸１０の回転を伝達
するために、駆動軸１０の端部にはかさばの歯車１０ａ
が設けられ、駆動伝達軸１２にはかさばの歯車７１が設
けられている。さらに駆動伝達軸１２には、リング歯車
４４に設けられた外歯４４ｂと噛み合う平歯の歯車７２
が設けられている。この駆動軸１０の歯車１０ａと駆動
伝達軸１２の歯車７１が噛み合うことにより、駆動軸１
０の回転が駆動伝達軸１２に伝達され、歯車７２を介し
てリング歯車４４が回転される（図２（ａ））。

【００１１】さらに、駆動伝達軸１２はその端部に駆動
歯車１１が設けられている。この駆動歯車１１は、オイ
ルポンプ５２に設けられた歯車５２ａと噛み合うととも
に、給油ポンプ３０に設けられた歯車３０ａとも噛み合
っている。したがって、原動機Ｅによって駆動軸１０が
回転されると、リング歯車４４が回転するとともに、駆
動伝達軸１２が回転してオイルポンプ５２および給油ポ
ンプ３０が駆動する構成となっている。これらの歯車５
２ａ、３０ａ、１１の噛み合いを図２（ｂ）に示す。

【００１２】遊星歯車機構４０は、図２（ａ）に示すよ
うに、太陽歯車４１に遊星歯車４２が噛み合い、これら
の遊星歯車４２を支持する遊星枠４３は、図１に示すよ
うに出力軸２０の一端に接続して出力軸２０と一体に回
転するように設けられている。さらに遊星歯車４２はリ
ング歯車４４の内歯４４ａと噛み合っている。

【００１３】太陽歯車４１は中心軸６１の端部に設けら
れ、太陽歯車回転手段６０によって回転される。すなわ
ち、太陽歯車回転手段６０は、駆動軸１０の回転によっ
て駆動されるオイルポンプ（駆動源）５２と、このオイ
ルポンプ５２から高圧油を供給されて回転するピストン
式の油圧モータ（駆動源）５３と、油圧モータ５３の斜
板の角度調節等により回転速度および回転方向を調節す
る制御手段５１とを有し、油圧モータ５３によって中心
軸６１を回転する。つまり、制御手段５１によって中心
軸６１（太陽歯車４１）の回転速度および回転方向を調
節することができる。（なお遊星歯車機構４０と歯車列
７０は、歯車３０ａによって作動する給油ポンプ３０に
よって給油されて潤滑に動作する。）

【００１４】なお制御手段５１は手動で操作してもよい
が、出力軸２０に接続されて駆動するポンプＳの吐出水
量や吐出水圧を検出し、この検出信号によって一定の水
量あるいは水圧を供給するような自動制御も可能であ
る。

【００１５】このように構成された羽根車可変速ポンプ
は、次のように作動する。まず、原動機Ｅを駆動して駆
動軸１０が回転されると、歯車１０ａと歯車７１を介し
て駆動伝達軸１２が回転し、駆動歯車１１によって歯車
５２ａと歯車３０ａが回転される。歯車５２ａの回転に
よってオイルポンプ５２が駆動され、このオイルポンプ
５２によって油圧モータ５３が駆動される。この油圧モ
ータ５３の回転は、制御手段５１によって速度および方
向が調節されていて、この回転によって中心軸６１が回
転され、太陽歯車４１を任意の回転速度および回転方向
に回転させる。

【００１６】このようにして太陽歯車４１が回転される
一方、歯車７２によってリング歯車４４が回転される。
このリング歯車４４と噛み合う遊星歯車４２が太陽歯車
４１との噛み合いから自転しながら公転して遊星枠４３
を回転させ、出力軸２０が回転される。この出力軸２０
の回転速度は、遊星歯車機構４０を構成する各歯車の歯
数に応じて、駆動軸１０の回転速度から変速される。つ
まり、遊星枠４３の回転速度は太陽歯車４１とリング歯
車４４の回転速度の和あるいは差となるので、一定速度
で回転されるリング歯車４４に対し、制御手段５１によ
って太陽歯車４１の回転速度および回転方向を調節する
ことにより、遊星歯車４２の公転速度すなわち遊星枠４
３の回転速度を調節することができ、したがって出力軸
２０の回転速度を制御することができる。

【００１７】例えば、太陽歯車４１、リング歯車４４の
内歯４４ａの歯数をそれぞれＺＳ１、ＺＳ２（ＺＳ１＜
ＺＳ２）として、太陽歯車４１にｎＳ１の回転数を与え
たとする。リング歯車４４を回転させないとき、遊星枠
４３の回転数ｎＡ１は、 ｎＡ１＝ｎＳ１／（１＋（ＺＳ２／ＺＳ１）） となる。

【００１８】逆に、太陽歯車４１を回転させずリング歯
車４４にｎＳ２の回転数を与えた場合には、遊星枠４３
の回転数ｎＡ２は、 ｎＡ２＝ｎＳ２／（１＋（ＺＳ１／ＺＳ２）） となる。

【００１９】したがって、太陽歯車４１、リング歯車４
４の回転数がそれぞれｎＳ１、ｎＳ２のとき、遊星枠４
３の回転数ｎＡは、 ｎＡ＝ｎＳ１／（１＋（ＺＳ２／ＺＳ１））＋ｎＳ２／
（１＋（ＺＳ１／ＺＳ２）） となり、ｎＳ２、ＺＳ１、ＺＳ２は一定であるから、太
陽歯車４１の回転数ｎＳ１に応じて出力軸２０の回転数
（＝ｎＡ）が変化することになる。

【００２０】以上のように、一定速度で回転する駆動軸
１０によって駆動される油圧モータ５３の速度を調節す
るだけで、駆動軸１０から伝達される出力軸２０の回転
を変速できる。また、遊星歯車機構４０に給油する給油
ポンプ３０や油圧モータ５３を駆動するオイルポンプ５
２を、駆動軸１０の回転によって駆動することができ、
構造が単純であるので装置の保守が容易である。

【００２１】図３に本発明の別の実施形態を示す。これ
は、太陽歯車４１を回転させることができかつ回転速度
を調節できるモータとして、油圧モータ５３よりも保守
が容易な電動モータ５５を用いるものである。この実施
形態では、電動モータ５５を用いることにより、さらに
モータ駆動用電源５６を備える必要があるが、太陽歯車
４１を回転させるのに要する動力は小さいので、装置を
大型化せずに保守が容易な羽根車可変速ポンプを実現す
る。

【００２２】なお、上記実施形態において示した各構成
部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の
趣旨から逸脱しない範囲において、種々変更可能であ
る。上記実施形態では油圧モータ５３の回転速度を調節
することにより出力軸２０の回転速度を制御したが、オ
イルポンプ５２の油圧を調節してもよく、あるいは油圧
モータ５３の速度とオイルポンプ５２の容量をともに調
節してもよい。さらに、油圧モータ５３と中心軸６１と
の間に変速比が異なる歯車列を複数組備え、これらを切
り替えることにより太陽歯車４１の回転速度を調節する
ことも可能である。また、駆動軸１０の回転を伝達する
駆動伝達系は、歯車列７０を用いたものでなくてもよ
く、例えばベルトやチェーンなどでもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１にかかる
羽根車可変速ポンプでは、遊星歯車機構を介して駆動軸
の回転を減速して出力軸に伝達しつつ、この遊星歯車機
構の太陽歯車の回転を調節することにより、大がかりな
装置を設けずに出力軸の回転を効率よく制御することが
できる、羽根車可変速ポンプを低コストで提供すること
ができる。

【００２４】請求項２にかかる羽根車可変速ポンプで
は、駆動源によって太陽歯車を回転させるため、この駆
動源の速度を調節すれば太陽歯車の回転速度を調節でき
るので、出力軸の回転速度を容易に制御することができ
る。また、歯車列によってリング歯車を回転させるの
で、確実に出力軸を回転させることができる。

【００２５】請求項３に係る羽根車可変速ポンプでは、
駆動軸の回転を利用して太陽歯車を回転させるため、別
の装置を必要としないので、設置コストおよび運転コス
トの削減が可能である。

【００２６】請求項４にかかる羽根車可変速ポンプで
は、大きな動力を必要とせずに回転させることができる
太陽歯車を、電動モータによって回転させるので、保守
が容易でコストのかからない羽根車可変速ポンプを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる羽根車可変速ポンプの実施形
態を示す断面図である。

【図２】 本発明にかかる羽根車可変速ポンプの歯車の
噛み合いを示す模式図である。

【図３】 本発明にかかる羽根車可変速ポンプの別の実
施形態を示す断面図である。

【図４】 本発明にかかる羽根車可変速ポンプを用いた
ポンプ駆動装置の構成を示す模式図である。

【図５】 従来のポンプ駆動装置の構成を示す模式図で
ある。

【図６】 従来のポンプ駆動装置の構成を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１０ 駆動軸 １１ 駆動歯車 ２０ 出力軸 ３０ 給油ポンプ ４０ 遊星歯車機構 ４１ 太陽歯車 ４２ 遊星歯車 ４３ 遊星枠 ４４ リング歯車 ４４ａ 内歯 ４４ｂ 外歯 ５１ 制御手段 ５２ オイルポンプ（駆動源） ５３ 油圧モータ（駆動源） ３０ａ、７１、７２ 歯車 ５５ 電動モータ（駆動源） ５６ モータ駆動用電源 ６０ 太陽歯車回転手段 ６１ 中心軸 ７０ 駆動伝達系（歯車列） Ｅ 原動機 Ｓ ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H020 DA04 DA07 3H075 AA02 BB01 CC08 CC12 CC30 CC40 DA30 DB04 DB22 DB50 EE04 EE13 3J028 EA07 EB33 EB35 EB37 EB63 FB05 FB13 FC13 FC23 FC32 FC38 FC42 FC64 FD11 FD21 GA40

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の速度で回転する駆動軸からポンプ
   羽根車を駆動する出力軸の回転速度を可変に伝達する羽
   根車可変速ポンプであって、 前記駆動軸の回転を前記出力軸に伝達する遊星歯車機構
   と、該遊星歯車機構の太陽歯車を回転させる太陽歯車回
   転手段と、該太陽歯車回転手段による前記太陽歯車の回
   転速度を調節することにより遊星歯車に連結された前記
   出力軸の回転速度を可変速にする制御手段とを備えるこ
   とを特徴とする羽根車可変速ポンプ。
2. 【請求項２】 前記駆動軸の回転を前記遊星歯車機構に
   伝達する駆動伝達系を備え、前記太陽歯車回転手段は、
   駆動源によって前記太陽歯車を可変速に回転させ、 前記遊星歯車機構のリング歯車には外歯が設けられ、前
   記駆動伝達系は該外歯を回転させる歯車列であることを
   特徴とする請求項１記載の羽根車可変速ポンプ。
3. 【請求項３】 前記駆動源は、前記駆動軸によって駆動
   されるオイルポンプと、該オイルポンプによって駆動す
   る油圧モータとを有し、 前記制御手段は、前記オイルポンプの送油量と前記油圧
   モータの回転速度の、少なくともひとつを調節すること
   により前記太陽歯車の回転速度を調節して前記出力軸の
   回転速度を制御することを特徴とする請求項２記載の羽
   根車可変速ポンプ。
4. 【請求項４】 前記駆動源は電動モータを有し、前記制
   御手段は該電動モータの回転速度を調節することにより
   前記太陽歯車の回転速度を調節して前記出力軸の回転速
   度を制御することを特徴とする請求項２記載の羽根車可
   変速ポンプ。