JP2005016476A - 立軸ポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】羽根車6を支持するポンプ主軸5が鉛直方向に延びる立軸ポンプ1において、ポンプ主軸5が貫通する吐出ケーシング8の外壁に差動遊星歯車式無段変速機A−1を装着し、ポンプ主軸5を差動遊星歯車式無段変速機A−1を介して駆動機7により可変速駆動するように構成した。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、立軸ポンプに係り、特に差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、立軸ポンプを可変速駆動する場合には、立軸ポンプのポンプ主軸に連結された多極電動機を周波数変換器(インバータ)により可変速駆動して立軸ポンプの可変速運転を行っている。また、インバータを用いた電動機の代わりに、立軸ポンプのポンプ主軸に流体継手付減速機を連結し、この流体継手付減速機にディーゼルエンジンを連結することにより、立軸ポンプを可変速運転する例もある。さらに、立軸ポンプのポンプ主軸に減速機を連結し、この減速機にガスタービンエンジンを連結し、ガスタービンエンジンを可変速駆動することにより立軸ポンプを可変速運転する例もある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述したインバータ及び電動機を用いて立軸ポンプを可変速運転する場合、流体継手付減速機とディーゼルエンジンを用いて立軸ポンプを可変速運転する場合、及び減速機とガスタービンエンジンを用いて立軸ポンプを可変速運転する場合の何れの場合においても、設置面積が大きくなるという問題点があった。そして、インバータ及び多極電動機を用いて立軸ポンプを可変速運転する場合には、電動機は多極電動機になるため、駆動機全体が大きく且つ重量が重いという欠点がある。また、インバータ駆動盤が高圧盤となるため、設置面積が大きくなるという問題点がある。
【0004】
また、流体継手付減速機とディーゼルエンジンとを用いて立軸ポンプを可変速運転する場合には、設置面が二床式で構成されるため、設置面積が大きくなると共に、流体継手は定格回転速度より小さい部分回転速度において効率が悪いという問題点がある。
さらに、減速機とガスタービンエンジンを用いて立軸ポンプを可変速運転する場合にも、同様に、設置面が二床式となり、設置面積が大きくなるという問題点がある。
【0005】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、立軸ポンプを駆動する駆動装置の設置面積が小さくてすみ、設置場所に合わせて駆動機としての電動機を自由に配置することができ、機械効率が高く且つ高速運転にも適応しうる差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の立軸ポンプは、羽根車を支持するポンプ主軸が鉛直方向に延びる立軸ポンプにおいて、ポンプ主軸が貫通する吐出ケーシングの外壁に差動遊星歯車式無段変速機を装着し、前記ポンプ主軸を前記差動遊星歯車式無段変速機を介して駆動機により可変速駆動するように構成したことを特徴とするものである。
【0007】
また、本発明の立軸ポンプの他の態様は、羽根車を支持するポンプ主軸が鉛直方向に延びる立軸ポンプにおいて、ポンプ主軸が貫通する吐出ケーシングの外壁に差動遊星歯車式無段変速機を装着し、前記ポンプ主軸と前記差動遊星歯車式無段変速機の出力軸を同軸上に配置したことを特徴とするものである。
【0008】
本発明によれば、立軸ポンプを駆動する駆動装置の設置面積が小さくてすみ、設置場所に合わせて駆動機としての電動機の位置を変更することができる。また本発明によれば、差動遊星歯車式無段変速機を用いているため、機械効率が高く、高速運転に適している。また、変速用動力源として小容量可変速モータを使用しているので、変速が正確かつ滑らかに行われる。
【0009】
本発明の1態様によれば、前記ポンプ主軸と前記差動遊星歯車式無段変速機の出力軸とはカップリングを介して連結されていることを特徴とする。
本発明の1態様によれば、前記ポンプ主軸と前記差動遊星歯車式無段変速機の出力軸とは一体の軸から構成されていることを特徴とする。
【0010】
本発明の1態様によれば、前記差動遊星歯車式無段変速機は、サンギヤとリングギヤとの間の領域に、半径方向については1個、円周方向については1個あるいは2個以上のプラネタリギヤが配置されているシングルピニオン方式に構成されており、駆動源、変速用動力源、立軸ポンプの各々は入力側、出力側、変速側のいずれかに配置されており、変速用動力源が電動装置であることを特徴とする。
【0011】
本発明の1態様によれば、前記差動遊星歯車式無段変速機は、サンギヤとリングギヤとの間の領域にプラネタリギヤが配置され、駆動源、変速用動力源、立軸ポンプの各々は入力側、出力側、変速側のいずれかに配置されており、変速用動力源が電動装置であり、被駆動部材の減速時には前記変速用動力源への回転駆動用電力の供給を遮断し、変速用動力源に発電させるように構成されていることを特徴とする。
【0012】
本発明の好ましい態様によれば、前記差動遊星歯車式無段変速機は、変速用動力源で発電された電力を抵抗手段に供給するようにしてもよい。
本発明の好ましい態様によれば、前記差動遊星歯車式無段変速機は、変速用動力源で発電された電力を変速用動力源の電源へ電力回生するようにしてもよい。
本発明の好ましい態様によれば、前記差動遊星歯車式無段変速機は、変速用動力源で発電された電力を蓄電手段へ供給するようにしてもよい。
【0013】
本発明の好ましい態様によれば、前記差動遊星歯車式無段変速機における変速手段は、インバータモータ及びインバータを含んで構成されるようにしてもよい。
本発明の好ましい態様によれば、前記差動遊星歯車式無段変速機は、サンギヤとリングギヤとの間の領域に、半径方向については1個、円周方向については1個あるいは2個以上のプラネタリギヤが配置されているシングルピニオン方式に構成されており、変速用動力源は、電動機としてもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの実施形態を図1乃至図13を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの概略構成を示す断面図である。立軸ポンプ1は、設置床2に吊り下げて設置されている。立軸ポンプ1は、吸込口3及び吐出口4を有した略円筒状のケーシングCを備え、ポンプ主軸5に固定された羽根車6が回転することにより、吸込口3から吸い込んだ水等の液体を吐出口4から圧送するように構成されている。
立軸ポンプ1のポンプ主軸5には、差動遊星歯車式無段変速機A−1が連結されており、差動遊星歯車式無段変速機A−1の入力軸25は駆動機(大容量一定速モータ)7に連結されている。
【0015】
図2は、図1に示す差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す概略図である。図2に示すように、立軸ポンプ1の吐出ケーシング8は、設置床2に固定されている。設置床2にはベース9を介して駆動機(大容量一定速モータ)7が設置されている。そして、設置床2に固定された吐出ケーシング8の外壁には、差動遊星歯車式無段変速機A−1が装着されている。差動遊星歯車式無段変速機A−1の入力軸25は駆動機(大容量一定速モータ)7に連結されている。
【0016】
図3は本発明の差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す外観図である。図3に示すように、設置床2には吐出ケーシング8が固定されると共に駆動機(大容量一定速モータ)7がベース9を介して固定されている。差動遊星歯車式無段変速機A−1は、吐出ケーシング8の外壁に付設されている。そして、吐出ケーシング8には、仕切弁Vを介して吐出管10が接続されている。
【0017】
図4は本発明の差動遊星歯車式無段変速機の詳細を示す概略図である。図4において、全体を符号A−1で示す差動遊星歯車式無段変速機は、入力軸25(図示右側に配置)と出力軸26(図示下方に配置)とを有し、差動遊星無段変速機A−1の入力側、即ち変速機入力軸24の端部には、傘歯車h11及びh12と、入力軸25及び入力側軸継手31を介して大容量一定速モータである駆動機7が連結されている。差動遊星歯車式無段変速機A−1の出力側、即ち出力軸26の端部には、立軸ポンプ1が連結されている。
【0018】
前記差動遊星無段変速機A−1は、入力軸と出力軸が前記変速機入力軸24と前記出力軸26と共通であり変速用駆動軸23を有する差動遊星歯車G−1と、該変速用駆動軸23に継手32を介して接続された小容量可変速モータ35とによって構成されている。
前記差動遊星歯車G−1は、一端が前記変速機入力軸24を形成するリングギヤ36と前記出力軸26の他の一端に固着した出力ギヤ37と、前記変速用駆動軸23の他の一端に固着したサンギヤ38と、キャリヤ39と、キャリヤ39に軸支された複数のプラネタリギヤ40とから構成されている。
【0019】
前記キャリヤ39は、中空の回転軸Cjを有し、一方の(出力側)端部に該回転軸Cjと同心で前記出力ギヤ37と噛合う出力側ギヤ41を固着し、他の端部(入力側)に回転軸Cjの中心から等半径位置でかつ円周方向に均等で回転軸Cjに平行に配置された複数のプラネタリギヤ用支軸Pを備えている。
前記変速用駆動軸23は前記キャリヤ39の回転軸Cjの中空部に相対回転自在に挿通され、変速用駆動軸23の他の一端に固着したサンギヤ38は前記複数のプラネタリギヤ40と噛合うように構成されている。
【0020】
前記複数のプラネタリギヤ40は、前記キャリヤ39の複数のプラネタリギヤ用支軸Pの周りに回動自在に係合され、サンギヤ38と噛合うとともに、前記リングギヤ36の内歯部36aに内接して噛合っている。
すなわち、リングギヤ36とサンギヤ38の半径方向についてのみ考えれば、サンギヤ38とリングギヤ36は単一のプラネタリギヤ40によって回転が伝達される、いわゆるシングルピニオン方式であるために、機械効率が高く高速運転にも適している。
【0021】
ここで、上述した差動遊星歯車式無段変速機A−1の動作について説明する。
(1)始動時
立軸ポンプ1を始動する場合は、まず始めに駆動機7を駆動する。それと同時に小容量可変速モータ35を最低速度にセットした状態で起動する。したがって、駆動機7により駆動されるリングギヤ36と小容量可変速モータ35に直結されているサンギヤ38が共に回転する。すると、サンギヤ38の絶対回転速度にプラネタリギヤ40とサンギヤ38とのギヤ比を乗じた回転速度でプラネタリギヤ40は回転し始める(回転速度A)。一方、リングギヤ36の絶対回転速度にプラネタリギヤ40とリングギヤ36とのギヤ比を乗じた回転速度でプラネタリギヤ40は回転速度Aとは逆方向に回転しようとする(回転速度B)。ここで、キャリア39は上記回転速度Aと回転速度Bの差分を吸収するように、リングギヤ36とサンギヤ38のギヤ比をiとすると、回転速度ωc=1/(1+i)・ωs+i/(1+i)・ωrで回転し、立軸ポンプ1に連結されている出力軸26はギヤ41,37を介して回転を始める。
駆動機7が定常回転速度に達したとき、小容量可変速モータ35は最低速度になっているので、立軸ポンプ1は最低速度で運転される。
【0022】
(2)運転時
小容量可変速モータ35の回転速度を変化させると、小容量可変速モータ35に直結されているサンギヤ38の回転速度ωsが変化する。したがって、一定の回転速度で駆動機7により駆動されるリングギヤ36の回転速度ωrと前記サンギヤ38の回転速度ωsより立軸ポンプ1へ連結されているキャリア39は回転速度ωc=1/(1+i)・ωs+i/(1+i)・ωrの回転速度で表される回転速度で回転するので、立軸ポンプ1の回転速度は変化する。そのように構成されている図4に示す差動遊星歯車式無段変速機A−1によれば、シングルピニオン方式に構成されているために、機械効率が高く、高速運転にも適している。
【0023】
また、図4に示す差動遊星歯車式無段変速機A−1では、小容量可変速モータ35を駆動させる、例えば電流を加減することで、小容量可変速モータ35に直結するサンギヤ38の回転速度ωsが変わる。したがって、キャリヤ39側に軸支され、サンギヤ38とリングギヤ36に同時に噛合い、サンギヤ38の周りを公転するプラネタリギヤ40の公転速度、即ちキャリヤ39の回転速度ωcも変化可能となり、キャリヤ39に噛合う出力軸26の回転速度ωoの入力軸25の回転速度ωiに対する速度比率(変速比)も可変となる。
換言すれば、変速用動力源として小容量可変速モータ35を使用して、シングルピニオン式差動遊星歯車によって変速を行うので、変速が正確かつ滑らかに行われる。
【0024】
図5は本発明の第2実施形態を示すブロック図であり、前記の通り、差動遊星歯車式無段変速機A−1、中の差動遊星歯車G−1は、サンギヤとプラネタリギヤとリングギヤとの3つの回転要素を有しているが、その1つが入力軸Siとして駆動機7に連結されており、他の1つが変速軸Svとして小容量可変速モータ35に連結され、さらに別の1つが出力軸Soとして立軸ポンプ1に連結されている。
図5に示すように、本発明は種々の態様で実施できる。回転要素の選択や各増速又は減速ギヤのギヤ比は使用される変速比の程度によって定めればよい。
【0025】
図6は、図2に示す差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの変形例を示す概略図である。図6に示す遊星歯車式無段変速機A−2においては、サンギヤ38とリングギヤ36とがポンプ主軸5と同軸上に配置され、小容量可変速モータ35はポンプ主軸5と同軸上に配置されている。差動遊星歯車式無段変速機A−2が吐出ケーシング8に装着されていることは、図2と同様である。その他の構成は、図2に示す差動遊星歯車式無段変速機A−1と同様である。図6に示す差動遊星歯車式無段変速機A−2の配置構成によれば、軸端油ポンプ45が自由にレイアウト(配置)できる特徴がある。
【0026】
図7は、図6に示す差動遊星歯車式無段変速機A−2を備えた立軸ポンプの要部を示す外観図である。図7に示すように、差動遊星歯車式無段変速機A−2の小容量可変速モータ35はポンプ主軸5と同軸上に配置されている。駆動機(大容量一定速モータ)7、吐出ケーシング8、仕切弁V、及び吐出管10等の配置は図3に示す立軸ポンプと同様である。
【0027】
図1乃至図7に示す差動遊星歯車式無段変速機A−1,A−2を備えた立軸ポンプは、吐出管10とポンプ主軸5を挟んで反対方向の壁面までの距離が余裕がある場合に適している。これに対して以下の実施形態の立軸ポンプは、吐出管10とポンプ主軸5を挟んで反対方向の建屋壁面までの距離に余裕がない場合に適する。そのため、図8乃至図13に示す実施形態においては、吐出ケーシング8の外壁に差動遊星歯車式無段変速機A−3,A−4,A−5を装着し、これら差動遊星歯車式無段変速機A−3,A−4,A−5に駆動機(大容量一定速モータ)7を直接装着している。従って、設置床2には、駆動機(大容量一定速モータ)7は設置されることがなく、設置床2のスペースが小さくて済む。
【0028】
図8および図9に示す実施形態においては、駆動機(大容量一定速モータ)7を無段変速機A−3の上部に軸継手31を介して配置した構成となっており、小容量可変速モータ35は平行歯車g1,g2を介して無段変速機A−3の下部に配置した構成になっている。
【0029】
図10および図11に示す実施形態においては、図8および図9の構成と同様に、駆動機(大容量一定速モータ)7を無段変速機A−4の上部に配置しており、小容量可変速モータ35は傘歯車h21,h22を介して無段変速機の側方に配置されている。本構成の場合は、軸端油ポンプ45の配置がフレキシブルに構成可能となっている。
【0030】
図12および図13に示す実施形態においては、図8乃至図11の構成と同様に、駆動機(大容量一定速モータ)7は無段変速機A−5の上部に配置されている。また、小容量可変速モータ35も平行歯車g1,g2を介して駆動機(大容量一定速モータ)7と同様に無段変速機A−5の上部に配置されている。本構成の場合は、駆動機関係が全て変速機上部側に配置される構成となり、ポンプ主軸5から建屋壁面までの寸法に余裕がない場合のみならず、ポンプの吐出ケーシング8の側面に寸法の余裕がない場合にも極めて有効な配置といえる。
【0031】
本発明の差動遊星歯車式無段変速機A−1〜A−5は、サンギヤ38とリングギヤ36との間の領域にプラネタリギヤ40が配置され、駆動機(大容量一定速モータ)7、変速用動力源(小容量可変速モータ)35、立軸ポンプ1の各々は入力側、出力側、変速側のいずれかに配置されており、変速用動力源が電動装置であり、立軸ポンプ1の減速時には前記変速用動力源35への回転駆動用電力の供給を遮断し、変速用動力源35に発電させるように構成されている。このように構成されている本発明の差動遊星歯車式無段変速機によれば、減速時には、発電されるエネルギが有効利用されるとともに、省エネルギという時代の要請にマッチした装置が実現する。
【0032】
本発明の差動遊星歯車式無段変速機において、変速用動力源35で発電された電力を抵抗手段に供給するのが好ましい。このように構成されている本発明の差動遊星歯車式無段変速機によれば、例えば、係る抵抗手段を差動遊星歯車式無段変速機自身のブレーキとして用いることにより、装置の減速や停止を目的とした新たなブレーキシステムを組み込む必要がなく、また、ブレーキにエネルギを投入する必要もない。
【0033】
また本発明の差動遊星歯車式無段変速機において、変速用動力源35で発電された電力を変速用動力源35の電源へ電力回生することが好ましい。あるいは、本発明の差動遊星歯車式無段変速機において、変速用動力源35で発電された電力を蓄電手段へ供給することが好ましい。
上述したように構成されている本発明の差動遊星歯車式無段変速機によれば、装置が非加速状態の場合(減速時や一定速度に維持している場合)には、余剰のエネルギは回生電力あるいは蓄電として回収できるので、常に省エネルギ運転が可能となる。そして、余剰のエネルギを回生電力あるいは蓄電として回収している間は、変速用動力源35を差動遊星歯車式無段変速機自身のブレーキとして用いることができる。
【0034】
また本発明の差動遊星歯車式無段変速機の変速手段は、インバータモータ及びインバータを含んで構成されている。なお、インバータはインバータモータに内装されているタイプであってもよい。このように構成されている本発明の差動遊星歯車式無段変速機によれば、インバータモータ及びインバータによって小容量可変速モータ35を制御することにより、駆動機は安定した始動が可能となる。また、さらに低圧電源のインバータモータ及びインバータを用いることにより、装置全体の小型化、省スペース化を図ることができる。
【0035】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、立軸ポンプを駆動する駆動装置の設置面積が小さくてすみ、設置場所に合わせて電動機の位置を変更することができる。また本発明によれば、差動遊星歯車式無段変速機を用いているため、機械効率が高く、高速運転に適している。また、変速用動力源として小容量可変速モータを使用しているので、変速が正確かつ滑らかに行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの概略構成を示す断面図である。
【図2】図1に示す差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す概略図である。
【図3】本発明の差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す外観図である。
【図4】本発明の差動遊星歯車式無段変速機の詳細を示す概略図である。
【図5】本発明の第2実施形態における差動遊星歯車式無段変速機の構成全体を示すブロック図である。
【図6】図2に示す差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの変形例を示す概略図である。
【図7】図6に示す差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す外観図である。
【図8】他の実施形態における差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す概略図である。
【図9】他の実施形態における差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す外観図である。
【図10】他の実施形態における差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す概略図である。
【図11】他の実施形態における差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す外観図である。
【図12】他の実施形態における差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す概略図である。
【図13】他の実施形態における差動遊星歯車式無段変速機を備えた立軸ポンプの要部を示す外観図である。
【符号の説明】
1 立軸ポンプ
2 設置床
3 吸込口
4 吐出口
5 ポンプ主軸
6 羽根車
7 駆動機(大容量一定速モータ)
8 吐出ケーシング
9 ベース
10 吐出管
12 大容量一定速モータ
23 変速用駆動軸
24 変速機入力軸
25 入力軸
26 出力軸
31 入力側軸継手
32 継手
35 小容量可変速モータ
36 リングギヤ
36a 内歯部
37 出力ギヤ
38 サンギヤ
39 キャリヤ
40 プラネタリギヤ
41 出力側ギヤ
45 軸端油ポンプ
A−1,A−2,A−3,A−4,A−5 差動遊星歯車式無段変速機
G−1 差動遊星歯車
V 仕切弁
g1,g2 平行歯車
h11,h12,h21,h22 傘歯車
Claims (6)
- 羽根車を支持するポンプ主軸が鉛直方向に延びる立軸ポンプにおいて、
ポンプ主軸が貫通する吐出ケーシングの外壁に差動遊星歯車式無段変速機を装着し、前記ポンプ主軸を前記差動遊星歯車式無段変速機を介して駆動機により可変速駆動するように構成したことを特徴とする立軸ポンプ。 - 羽根車を支持するポンプ主軸が鉛直方向に延びる立軸ポンプにおいて、
ポンプ主軸が貫通する吐出ケーシングの外壁に差動遊星歯車式無段変速機を装着し、前記ポンプ主軸と前記差動遊星歯車式無段変速機の出力軸を同軸上に配置したことを特徴とする立軸ポンプ。 - 前記ポンプ主軸と前記差動遊星歯車式無段変速機の出力軸とはカップリングを介して連結されていることを特徴とする請求項1又は2記載の立軸ポンプ。
- 前記ポンプ主軸と前記差動遊星歯車式無段変速機の出力軸とは一体の軸から構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の立軸ポンプ。
- 前記差動遊星歯車式無段変速機は、サンギヤとリングギヤとの間の領域に、半径方向については1個、円周方向については1個あるいは2個以上のプラネタリギヤが配置されているシングルピニオン方式に構成されており、駆動源、変速用動力源、立軸ポンプの各々は入力側、出力側、変速側のいずれかに配置されており、変速用動力源が電動装置であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の立軸ポンプ。
- 前記差動遊星歯車式無段変速機は、サンギヤとリングギヤとの間の領域にプラネタリギヤが配置され、駆動源、変速用動力源、立軸ポンプの各々は入力側、出力側、変速側のいずれかに配置されており、変速用動力源が電動装置であり、被駆動部材の減速時には前記変速用動力源への回転駆動用電力の供給を遮断し、変速用動力源に発電させるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の立軸ポンプ。
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Cited By (5)
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