JPH0361756A - 変動動力定速化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ、産業上の利用分野 本発明はトラック若しくは船舶の自走推進用ディーゼル
・エンジン等の走行中の速度が変動する動力源を定速回
転数の動力用として取り出したり、或は風力又は波力等
の如く速度の変動が複雑且つ広範囲の動力源から実用可
能な定速回転の動力源を得るための変動動力定速化装置
に関するものである。

０、従来の技術 トラック若しくは船舶の推進用ヂーゼルエンジン等より
動力を取り出して実用に供する場合、走行中にはエンジ
ンの回転数がかなり激しく変動するので、トラック若し
くは船舶の停止中、即ち、エンジンとしてはアイドル回
転をしている状態で必要に応じて若干の増速又は減速装
置を介して種々の設備に利用する方式が一般的であって
、走行中の変動動力を利用することは通常行なわれてい
ない。

しかし、ミキサー車又はノ」；型発電機を搭載したトラ
ック等に於て、可変ベーン式の特殊油圧ポンプを使用す
ることによって人力軸の回転数が変動するにも拘らず、
吐出油量は油圧モーターが負荷に応じて一１定回転とな
るような伝動方式があるが、油圧ポンプ内部に於ける可
変角度式ベーンの動作の追従速度の問題があり、又、油
圧システムの中でも特にポンプ内部に於ける送油量の増
減と方向変換の急速な追従性には油の粘性抵抗が極めて
大きな影響を与えるために設計には相当な寸法的余裕が
なければならない。

通常の油圧装置でさえ機械効率は７５〜８０％の処がこ
のような急速変動動力の場合には６０〜７０％位の効率
となる。この機械的損失は全てシステム油の温度上昇と
なり、又、かなりの容量の油冷却装置とシステム油貯溜
タンクを必要とするので船舶、車上等のスペースと重量
の制限を重要視する設備には適しなかった。

特に車の場合、動力取出し軸のＰＴＯにはトルクの制限
があって、本体の推進用動力エンジン馬力に対して適当
なバランスを保たせであるので、同一の制限トルク内に
於て機械効率の低下する装置の場合、トラック上の設備
としては致命的なハンディである。

自家用車の油圧式ノークラッチ装置の場合には効率低下
による燃量増が３０〜３５％位あってもその他のメリッ
トがある故実用されているが、トラックの車上設備を利
用して業務を行なう場合には採算面で不適格となる。従
って、更に効率の良い伝動設備が待望されていた。

尚、油圧方式以外にベルトシフト式無段変速機又は電気
的なコンバーター、インバータ一方式が理論的には考え
得るが、前者はベルトシフトに十数秒を必要とし、且つ
自己本体のＣＤ”が比較的大きいため、人力動力の多頻
度急激な変動には機械的に耐え切れない。又、後者の電
気的な場合にはダイオード、サイリスタの他にトランス
等を必要とし、エンジンの速度変動による交流発電機の
大幅な周波数及び電圧変動を一定範囲内に抑え込むため
の電気的エネルギーの損失を生ずる故、これらの損失も
熱を発生するので、その対策の設備を必要とし、スペー
スと重量を大幅に割かねばならないだけでなく、ダイオ
ード、サイリスタ等を作動させるための自動制御装置自
体が大幅な周波数並びに電圧の変動に耐え得る部品を新
規設計し製作しなければ市販品では人手不可能な現状で
あり、仮に、それが可能になったとしても電気的効率は
６０〜６５％となる見込みである。

１１、発明が解決しようとする課題 本発明はトラック若しくは船舶の自走推進用ヂーゼルエ
ンジン等より走行中の速度変動に拘らずに定速回転の動
力を取出したり、或いは風力又は波力の如く速度の変動
が複゛雑且広範囲の動力源から実用可能な定速回転の動
力を取出すことができるようにして、機械的、電気的効
率が高く、且つ入力動力の変動に対する追従速度が極め
て速い変動動力定速化装置を得ようとするものである。

：、課題を解決するための手段 本発明は上記の如き観点に鐵みてなされたものであって
、回転する駆動源と、該駆動源の回転数が最低回転数の
時でも必要なる馬力を伝達し、且つ最終的に出力軸の必
要とする回転数を得る為め一定増速比を有する増速装置
と、増速出力軸が駆動源の回転上昇に伴ない、増速比に
比例した高速回転となろうとするのを増速と逆比例的に
且つ連続的に減速をあたえる事により出力軸を飽くまで
必要なる定速回転に抑制するための自動変速装置を設置
する。

父上記と逆に駆動源の回転数が低下する際は該自動変速
装置は当然、出力軸の回転数を上昇せしめる方向へ自動
的に働くべき事は言うまでもない。

電気的附加機構として本考案では上下に激しく変動する
駆動側回転軸及び定速回転の出力回転軸の双方に夫々一
対の近接スイッチ等のセンサーを取付けて変動回転のパ
ルスを高速でキャッチし二組以上数組のデジタル回転計
の上限、下限に夫々プリセットされた回転数の範囲内に
おいて、自動変速装置の回転上げ下げ用の油圧又は空圧
用電磁弁或いはわベルトシフト用モーター及び此れと関
連して脱着する電磁クラッチに０．０２〜０．０５秒単
位の高速で操作指令を送る。

斯くて与えられたる指令により変速機の回転比を変化せ
しめる動作例えばベルト、シフト式変速機であればベル
トのシフトの為にプーリー間隔を変化せしめ且つ、電磁
クラッチの着脱を０．５〜１．０秒単位の速度で行なわ
しめる事によって初期の目的である出力軸回転を一定速
度となる様に調節する事の出来る変動動力定速化装置を
提供せんとするものである。

ホ９作用 次に本発明の作用について説明する。

先ず最初に本発明の概論を述べることとする。

ここでは−例としてトラックを対象にした場合について
説明する。

自走用エンジンのケーシング内部より別途のギア装置に
より取出したＰＴＯ軸を通して動力を使用するが、−船
釣にＰＴＯはエンジンのクランク軸回転数に対して０．
６〜０．６８位の割りで減速されているので、この減速
分をも含めてこれから述べる変速装置に対し最も適当な
回転数となるような増速比の増速装置を配置する。

今使用する変速装置を遊星歯車式変速装置、とすると、
通常市販される遊星歯車式減速装置の駆動軸と出力軸を
逆に使用して増速機として働かしめ、且つ大径内歯車を
回転可能なるように改造しこれに外部附加機構により特
定の指令に基ずく回転動作を与えられた場合該遊星歯車
式増速機は外部機構の作用に伴われて自動変速機として
の機能をする事が出来る即ち駆動軸がアイドル回転のと
きは大径内歯車を停止させておき、トラックが進行を始
めエンジンが加速するに従って、大径内歯車をエンジン
の回転数上下に伴う然るべき回転数で、エンジンと同方
向に回転せしめる時は、増変速機の出力軸は常に一定の
回転数となり　付図−１、付図−２においてＮｏ・・・
・駆動軸（ＰＴＯ）回転数 Ｎ、・・・・同　上　　アイドル　回転数Ｎｃ・・・・
大径内歯車゛　　　　回転数とすると遊星歯車の理論よ
り Ｎｃ＝（ｋＮｏ−Ｎ、’）／（ｋ−ｒ　　＞ｋ　＝・増
速率・・・遊星歯車式増速機の増速率＝（Ｚ、＋Ｚ、）
／　　Ｚ。

上式を変化すると 出力回転数　＝　太陽歯車軸回転数 ＝　　Ｎ。

＝　　ｋＮｏ　　（ｋ　　ｌ　　）　Ｎｃ今負荷軸（出
力軸　）の目標回転数は２極の市販発電機として Ｎａ＝３２０Ｏｒｐｍ：　Ｎｏ　ｍ’ａｘ　＝１９１０
ｒｐｍとすると ｋ　　＝　　Ｎ、／Ｎｔ＝　　３２００１５８０付図−
３に見る如く駆動軸の増速により出力軸の過分なる増速
分を遊星歯車機構の大径内歯車の回転により相殺減速さ
れる為出力軸は常に Ｎ、”　　ｋＮｔ ＝　　５．５１７ｘ　　５８０ ＝　　３２００　　ｒｐｍ を保つ事が出来、遊星歯車機構は合理的に且つ動力の損
失が殆ど無く所期の目的を果たす事が出来る。

此れより動作説明の詳細に入るに際しては、理解を簡明
ならしむる為に数式には実際の数字を入れて説明したい
。

さて、付図−３の点線に示す如く遊星歯車機構も変速機
も何れも無き場合の出力軸回転数はＮ、＝　　ｋ−Ｎｏ
　　　　となる。

又、遊星歯車機構があっても変速機の無い場合は付図−
４に示す如＜　　Ｎｃはプーリーの増速比に比例して（
本例では増速比　ｒ＝１．７７　　）に比例して増速す
るので、スタート時の第二速をＮ　ｏ　”　１　、０７
８を起点とし、其の時Ｎｃ＝６２６ 全速時は Ｎ、＝１，９１０である故 Ｎｃ＝１，１０９となる。

この場合、出力軸回転数は Ｎａ”５　５２８となるので ／ 出力軸の予定回転数を少なくとも Ｎ、＝３，２００＋２．５％ ＝３，２８３　　にしなければならぬ。

此の時　　Ｎ、＝　　１，６０６ 即ち　　Ｎｃを　１，１０９　　より　１，６０６にす
る為、ベルト・シフト式変速機により変速する必要があ
る。

此れと逆に車速の急減速の場合を考えると（ａ）　　ア
イドル回転になった時 大径内歯車ケースが固定される為 必然的に Ｎｅ＝　Ｏ Ｎ、＝　　３，２００　　となる。

（ｂ）　　第二速に減速の時は回転数低下が早い故ベル
ト・シフトの時間に無関係 に　Ｎｏが第二速の１，０７８の時 Ｎｃ＝　　６２６　　になる様セットして置けば Ｎ、＝　　３，１２０　（３，２００ −２，５％　）となる。

又、遊星歯車式増速機の駆動トルクは即ちベルト・シフ
ト式変速機の負荷トルクであって Ｔ、＝　　Ｔｏｍａｘ／（ｋ−ｉ　　）４トン車の場合 ］’ｏ　ｍａｘ　＝　　１８　　ｋ　ｇ　／　ｍ　　で
あるからＴｃ　＝４ｋｇ−ｍ　　　となり 遊星歯車機構を考慮に入れないベルト・シフト式変速機
のみの変速機容量に比して１／３〜１７４位と極めて小
容量で済む。

ベルト・シフト式変速機の場合 先に記述の通り変速の受は持ち速度範囲が大幅に短縮さ
れて １．１０９〜１．６０６　（回転差　４９７　）直接ベ
ルト式変速機（遊星歯車の無い場合　）の５８０〜１，
９１０（回転差　１，３３０）に比して約１／３と大幅
に短縮される。

其の上申型である為と両々相まって変速所要時間は１秒
　以内に可能であり通常のトラック加速は下り坂でも　
１．５秒位　平坦又は上り坂では　２．０〜３．０秒　
掛かるので時間内に充分変速完了出来る。

以上の如く遊星歯車機構と、ベルト・シフト式変速機と
の組み合わせ方にかかる新規の考案によって多頻度且つ
急激に回転数の変動する変動動力を定速度の動力として
実用に供する事の出来る為には上記の如き機械的機構と
併せて電気的操作系統の高速且つ適確なる作動があって
始めて可能となるものであって次に　　付図−５，付図
−６により其の説明をする。

駆動軸回転数Ｎ　ｏ　、大径内歯車ケース回転数Ｎｃ。

及び出力軸回転数Ｎ、を取り出す為にそれぞれの回転軸
に近接スイッチを各−個ずつ取り付け、１２ボルト直流
の電源によって作動せしめれば、各々近接スイッチより
出るパルスはそれぞれに対応するデジタル回転計又は二
段プリセット付きデジタル回転計によって回転数として
取り出される。

二個のデジタル回転計により送られる回転数Ｎ０Ｎｃは
プログラマブル・コントローラー内にて高速にて演算、
対比が成される。

Ｎｃ＝（ｋＮｏ−Ｎ、　　）／（ｋ−１＞において、 ｋＮｏ／（ｋ−１）及び　Ｎ、／に一１今−例として　
　ｋ＝５．５１７゜ Ｎ、の目標値　＝　　３　１２０〜３，２８３／ とすれば に／に−１＝　　１．　２２ Ｎ、／に−１＝　　６９１〜７２７　となるプログラマ
ブル・コントローラー内にてＮｃは（１，２２ｘＮｏ　
　６９１　　）若しくは（１，２２ＸＮ、−７２７）と
対比されＮｃ＜１．２２ｘＮｏ　　６９１の場合は減速
のＮｃ＞１．２２ｘＮｏ　　７２７の場合は増速の信号
が出されて、変速機モーターを増減速（右回り又は左回
り）方向へ回転する。近接スイッチ、デジタル回転計よ
りの信号送受は２／１００〜５／１００秒単位の高速で
ありプログラマブル・コントローラー内の演算、対比は
４０／ｌｏｏ〜５０／１００秒の単位であって、演算の
所要時間を少しでも短縮する為には、ＰＴＯ軸に小プー
リーを設置して回転数を　Ｎｏ””　　Ｎｏｘｌ、２２
　　として取り出せばＮｏ’と（６９１又は７２７　）
との対比時間のみで済む。

出力軸付きの近接スイッチより二段プリセットデジタル
回転計を介して取り出されたる回転数　Ｎ、は上記変速
ベルト用の増減速信号と並行して送られるものであるが
、出力軸回転数のプリセット値を出来得べくんば −２，０％　＜　　Ｎ、　　＜　　＋２．０％　の範囲
に収めて、回転数整定の精度をあげるとともにプログラ
マブル・コントローラーによる回転数調整設備の予備と
する目的である。

上記と別途に二段プリセット付きデジタル回転計を設置
して　ＰＴＯ軸からの信号を受はアイドル回転時　Ｎ　
ｏ　”　　Ｎ　ＸクラッチＡ　　切りラッチＢ　　人 第二速スタート時Ｎ０・・・・クラッチＡ　　人クラッ
チＢ　　切 となる如く励磁をおこなう。

この場合二段プリセット付きデジタル回転計の出力側に
タイマーを設置した理由は実際に設備取り付は後に負荷
の慣性力、運転手の個人差等を見てクラッチの早期結合
による変速機又は遊星歯車に対する衝撃を予防する目的
である。

電磁クラッチの励磁から結合に至る所要時間は大体０、
２〜０．５秒であるが更に０．　１〜１．０秒のタイマ
ーにて調整するものとする。

尚変速機の増減速用モーターの代わりに小型油圧シリン
ダーを使用する事も出来る。

へ、実施例 付図−１に見る如くエンジン（１）より減速歯車を介し
て取り出したる　ＰＴＯ軸　は業務用トラックとして周
知のものであるが、此のＰＴＯ軸（２）と出力軸（１６
）とはフランジを以って同一軸上に連結されるが、其の
間に若干の増速比を付したる一対のプーリー及びベルト
（３）及び（３°）によりベルトシフト式変速機（１１
）を駆動しつるように配置する。

尚、ＰＴＯ軸（２）の延長線上光のプーリー（３）と同
軸上に遊星歯車式増速機（１０）を並設し此の遊星歯車
式増速機は　付図−２参照の如く３個の遊星歯車を１組
として連結したるリンクの中心を一軸として人力軸に連
結し、太陽歯車軸を出力軸として（１６）に連結する事
により、増速機として使用する。尚大径内歯車はケース
と共に外部より一対のプーリー（４）及（４′）により
駆動回転せしめられる様、ケ、−ス周辺を大径フランジ
としてプーリー（４）に固定される。

ベルト・シフト式変速機の構造は周知のものであるが変
速機軸Ａ（５）と変速機軸Ｂ（６）上に夫々対向して併
設されたる一対のプーリーは各々の軸上を横方向に摺動
可能であってモーター（１２）の回転方向により増速側
又は減速側となる。駆動側プーリーの間隔を狭くすれば
従動側プーリーの間隔が拡がる為ベルトの掛かる半径が
変化して変速比が変わるものであるがベルトの材質は特
に強靭且つ耐摩耗性に優れたものを使用し又、変速用の
モーターは可能なる限り高速度で回転せしめ、ベルトの
シフト時間を短縮しなければならない。

駆動側の変速機軸Ａ（５）上にプーリー（３′）と密着
し得る様に電磁クラッチ（７）を並設して励磁電流によ
ってクラッチが結合の時は変速機軸Ａ（５）とプーリー
（３′）は固定され励磁電流を止める事によって、クラ
ッチのアーマチュアＩ１１とローター側は外れる。　　
アーマチュア側は変速機軸Ａ（５）に固定されている故
にローター側はプーリー（３′）並びに（３）に従って
変速機軸Ａ（５）の周りを空回りする。

又一方変速機軸Ｂ（６）の延長線上の軸にプーリー（４
′）を設置し此れと対向するプーリー及びベルト（４）
を介して遊星歯車機構の大径内歯車ケースを駆動し得る
様に配置する。

此のプーリー（４′）は変速機軸Ｂ（６）に固定されて
いるが電磁クララッチ（８）のアーマチュアＩＩＪも同
軸に固定されている故電磁クラッチ（８）の電流が切れ
ている間はプーリー（４）（４’）及び電磁クラッチ（
８）のアーマチュア側と変速機軸Ｂ（６）は一体になっ
て回転し、変速機軸（６）の回転を遊星歯車機構（ｌＯ
）の大径内歯車ケースに伝えるが先に述べた如く電磁ク
ラッチ（７）の電流が切れた時は電磁クラッチ（８）が
励磁されて結合する故電磁クラッチ（８）のローター側
のフランジに取り付けられている固定フランジ（９）に
よって変速機も両軸（５）（６）も共に停止する。従っ
て遊星歯車機構の大径内歯車ケースの回転も停止する。

以上の如き電磁クラッチ（７）（８）のＯＮ、ＯＦＦ動
作は二段プリセット付デジタル回転計の下限にアイドル
回転数（本例では５８０ｒｐｍ）を、上限には第二速ス
タート時の回転数（本例では１，０７８ｒｐｍ　　）を
プリセットしておき、ＰＴＯ軸上に取り付けられたる近
接スイッチによりその時のＰＴＯ軸の回転数がデジタル
回転計に送られＮｏが下限に達した時にクラッチ（７）
はＯＦＦとなり、クラッチ（８）はＯＮとなって変速機
軸Ａ（５）Ｂ（６）共に固定されて遊星歯車機構の大径
内歯車ケースは停止する。

此の時　付図−３に見る如く出力軸回転数　Ｎ。

は予定の定回転数（本例では３，２００）となる。叉ト
ラックが発進を始めＰＴＯ軸が上限プリセット値（本例
では１，０７８）を超えた時に直ちに電磁クラッチ（８
）はＯＦＦとなって固定から開放され電磁クラッチ（７
）はＯＮとなり変速機軸Ａ（５）及びＢ（６）が回転を
始める。此の時よりプログラマブル・コントローラーの
内部演算及び対比が始まり遊星歯車機構の大径内歯ケー
スの回転数Ｎｃが ｋＮｏ／　（ｋ　　ｌ　　）とＮ、／（ｋ−１）との回
転数差（先に述べた一例で言えば・・・１．２２Ｎｏ　
　７２７＜Ｎｃ＜１．２２Ｎｏ　　６９１の範囲内にな
る如くベルト・シフト式変速機の変速比が自動的に変化
して遊星歯車機構の太陽歯車軸の回転数即出力軸の回転
数を決定するので　付図−３付図−４に見る如＜３，１
２０＜Ｎ、＜３，２８３の範囲内に保つ事が出来る。

又逆に走行中急に減速し例えば第二速（ＰＴＯ）回転数
＝１，０７８になった時は　付図−４の如（遊星歯車機
構の大径内歯車ケースの回転数は５　１０ｅｒｐｍ迄減
速し、出力軸の回転数は３、’　　１２Ｏｒｐｍに低下
して整定する。

又、車が急停車となりアイドル回転数となった時（ＰＴ
Ｏ回転数＝５８０　　）には遊星歯車機構大径内歯車ケ
ース・は停止するので出力軸回転数は３．２００ｒｐｍ
となる。

此の様にして車速の変化１．停止等に伴ない動力軸の回
転数が上下に激しく変動しても遊星歯車式増速機と、ベ
ルト・シフト式変速機の高速且つ円滑なる調和的動作に
より常に出力軸（本例では発電機　）の回転数変動率を
少なくとも　　士　２．５　％以内に調整する事の出来
るｒ変動動力定速化装置Ｊを実用に供し得る。　又、電
力は殆ど無視できる程であり機械効率は約９０％確保で
きろ事となった。

尚、付図−７の如く遊星歯車式増速機を省略してベルト
・シフト式変速機のみにより変速を行なわんとする場合
は変速の速度範囲が大きくなり、且つ変速機自体も大型
のものが必要となる故、ベルト・シフトの所要時間が長
くなる。此れを強いて解決する為には変速を少なくとも
４段階以上に分割し、各段階毎の予定回転数に対して二
段プリセット付き、デジタル回転計を夫々設置して、各
段階ごとの指令信号を変速機に送る方式とし、尚且動力
軸の変速に対して変速機のベルト・シフトが間に合わな
い場合の為に一時瞬間的に電磁クラッチを切りベルト・
シフトの完了を待ってから再び電磁クラッチを入れる様
な操作の安全措置が必要である。

ト、　本発明による効果 本発明は以上の説明により明らかなように、走行中には
エンジンの回転数がかなり激しく変動するトラックもし
くは船舶の自走推進用ディーゼル・エンジン等より走行
中の速度変動に拘らず定速回転の動力を取り出したり、
或は波力の如く速度の変動が複雑且つ広範囲の動力源か
ら実用可能な定速回転の動力を取り出す事が出来るもの
であるから、機械的、電気的効率が高く、且つ入力動力
の変動に対する追従速度が極めて早いから安定性、信頼
性、経済性等に格段優れた「変動動力定速化装置Ｊであ
る。

【図面の簡単な説明】

付図−１は本発明一実施例の要部の構成を示す全体配置
図。 付図−２は遊星歯車機構の要部を示す説明図付図−３は
遊星歯車式増速機及びベルト・シフト式変速機の作用を
説明する 関数グラフ 付図−４は大径内歯車ケースの回転数とベルト・シフト
式変速機の変速関係 を示す線グラフ。　及び−例による 回転数実数表。 付図−５は操作用電気部品の配置及び操作系統図。 付図−６は同上　の回路図。 付図−７は本発明の第二実施例として遊星歯車機構を省
略した場合の要部の 構成を示す全体配置図。 Ｎｃ 回 転 数 Ｎ　発電機＠転数 手続補正書（自発） ２　４１１ 平成１年縁月参各日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多頻度且つ急激に回転数の変動する回転軸を動力源とし
   、此れに従来既知の自動変速機と遊星歯車式増速機を併
   設して変速機の変速性能の上に遊星歯車機構の特性を付
   加し此等をデジタル回転計等の電子機能で連結し高速操
   作する事によつて動力軸の回転数上昇の際は即時に出力
   軸回転数を下げ、動力軸の回転数減少の際は即時に出力
   軸回転数を上昇せしめる働きをする事によつて、常に一
   定回転数の出力を取り出す事を特徴とする変動動力定速
   化装置。