JPH0754940A - 一方向回転入力の正逆回転出力用変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一方向しか回転しない主機関の出力軸を正
転、逆転できるようにする。 【構成】 一方向に回転する主機関に連結した入力軸１
に差動遊星歯車装置２を取り付ける。複数のプラネット
ギヤ４を束ねたキャリヤ６の中心に軸７を取り付け、こ
の中心軸７にベベルギヤ１０を取り付ける。リングギヤ
５の筒状部５ａの端部に継手用リングギヤ１１を取り付
ける。上記ベベルギヤ１０と継手用リングギヤ１１との
間に、ベベルギヤ１３とリングギヤ１４とからなるクラ
ッチギヤ１２を位置させる。クラッチギヤ１２を出力軸
１５に軸方向へスライド自在に取り付ける。クラッチギ
ヤ１２のリングギヤ１４をベベルギヤ１０に噛み合わす
と、入力軸１と出力軸１５が同じ方向へ回転し、クラッ
チギヤ１２のベベルギヤ１３を継手用リングギヤ１１に
噛み合わすと、出力軸１５が逆転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの如き一方
向にのみ回転する主機関により回転駆動させられる出力
軸を自在に正転、逆転に変換させるようにするために用
いる一方向回転入力の正逆回転出力用変換装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、舶用プロペラの主機関として
ガスタービンを用いる場合、ガスタービンは回転方向が
一方向であるため、本質的にプロペラ軸の逆転が不可能
である。そのため、ガスタービンを主機関に使用する場
合、前進、後進の推進力が得られるよう可変ピッチプロ
ペラを使用し、プロペラ翼のピッチ角をプラス角（前
進）からマイナス角（後進）にシフトすることによって
同一回転方向でも後進できるようにする手段が従来より
採用されている。

【０００３】すなわち、主機関がガスタービンの場合に
可変ピッチプロペラを採用しているのは、通常プロペラ
のように、逆回転すれば、それなりの性能で後進できる
場合でも、主機関が逆回転できないためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、可変ピッチ
プロペラを使用する場合は、通常プロペラに比べてプロ
ペラ単独効率やキャビテーション特性が悪く、しかも、
プロペラ翼のピッチ角を外部からの操作で変える必要性
から、複雑な軸系とプロペラ・ボス機構を持たざるを得
ないという問題がある。

【０００５】そこで、本発明は、ガスタービンを主機関
として、可変ピッチプロペラを使用することなくプロペ
ラ軸を正転、逆転できるようにして通常プロペラや二重
反転プロペラの駆動主機関として使用できるようにしよ
うとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、主機関の出力軸を差動遊星歯車装置の入
力軸に連結し、該差動遊星歯車装置の複数のプラネット
ギヤを束ねたプラネットギヤキャリヤとリングギヤを互
に逆回転させるようにして、上記プラネットギヤキャリ
ヤの中心軸の一端部にベベルギヤを取り付けると共に、
上記リングギヤの筒状部端部に継手用リングギヤを取り
付け、且つ上記ベベルギヤと継手用リングギヤとの間
に、該ベベルギヤに継・断できるリングギヤと継手用リ
ングギヤに継・断できるベベルギヤとを一体にしてなる
クラッチギヤを位置させて、出力軸に軸方向へスライド
自在に取り付け、更に、上記クラッチギヤを押し引きし
てプラネットギヤキャリヤ側のベベルギヤと継手用リン
グギヤに継・断させる押引き装置と、プラネットギヤの
回転速度を制御するディスクブレーキと、リングギヤの
回転速度を制御するディスクブレーキとを備えた構成と
する。

【０００７】

【作用】入力軸が右回転すると、差動遊星歯車装置のプ
ラネットギヤキャリヤは右回転し、リングギヤは左回転
するので、クラッチギヤをプラネットギヤキャリヤ側の
リングギヤに噛合させると、出力軸が右回転する。一
方、クラッチギヤをリングギヤ側のベベルギヤに噛合さ
せると、出力軸が左回転する。したがって、入力軸が一
方向にしか回転できないガスタービンの場合でも、出力
軸を正転、逆転できて、プロペラ軸を正転、逆転できる
ことになる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【０００９】図１は本発明の実施例を、又、図２はその
原理を示すもので、図示しない主機関としての舶用ガス
タービンに連結してある入力軸１に、太陽ギヤ３を一体
的に取り付けて同一方向に回転できるようにし、該太陽
ギヤ３の外側に複数個のプラネットギヤ４を噛合させて
配置し、更に該各プラネットギヤ４に内周面の歯を噛合
させてリングギヤ５を配置し、リングギヤ５が入力軸１
の回転方向とは逆方向へ回転するようにした差動遊星歯
車装置２を構成し、上記複数のプラネットギヤ４のキャ
リヤ６の中心に軸７を取り付けると共に、上記リングギ
ヤ５の筒状部５ａを中心軸７と同心状に軸心方向に長く
して、ケーシング８の内部に固定し、リングギヤ５の筒
状部内に固定した軸受９に、上記プラネットギヤキャリ
ヤ６の中心軸７を回転自在に支持させる。

【００１０】上記中心軸７の一端部となる先端にはベベ
ルギヤ１０を固定し、又、上記リングギヤ５の筒状部５
ａ端部に、継手用リングギヤ１１を、後述するクラッチ
ギヤ１２のベベルギヤ１３に対応させた形状として設
け、上記中心軸７の端部のベベルギヤ１０と上記継手用
リングギヤ１１との間に所要の空間部を形成して、上記
ベベルギヤ１０に噛合できるリングギヤ１４と上記継手
用リングギヤ１１に噛合できるベベルギヤ１３を一体構
造としてなるクラッチギヤ１２を空間部に位置させ、該
クラッチギヤ１２を、上記中心軸７及び入力軸１と同一
軸心線上に配置された出力軸１５の端部に、軸方向への
み移動できるようスプライン結合し、クラッチギヤ１２
のリングギヤ１４がプラネットギヤキャリヤ６側のベベ
ルギヤ１０に噛合したときプラネットギヤキャリヤ６か
らの動力が出力軸１５に伝えられて同じ方向へ回転でき
るようにすると共に、クラッチギヤ１２のベベルギヤ１
３が継手用リングギヤ１１に噛合したときリングギヤ５
からの動力が出力軸１５に伝えられて、出力軸１５が上
記とは逆方向に回転できるようにする。更に、上記クラ
ッチギヤ１２を該出力軸１５の軸方向へスライドさせ
て、プラネットギヤキャリヤ６側のベベルギヤ１０又は
リングギヤ５側の継手用リングギヤ１１に継・断させる
ための押引き装置として、ピストン１６を備えたＯ．
Ｄ．ボックス１７を上記出力軸１５の外側へ周方向に取
り付け、ピストン１６に一端を固定したピストンロッド
１８の他端を、上記クラッチギヤ１２のベベルギヤ１３
に固定し、ピストン１６の前進、後退でクラッチギヤ１
２とベベルギヤ１０又は継手用リングギヤ１１との継・
断が行われるようにする。

【００１１】又、ケーシング８の外側には、差動遊星歯
車装置２のプラネットギヤキャリヤ６の回転速度を制御
するディスクブレーキ１９と、差動遊星歯車装置２のリ
ングギヤ５の回転速度を制御するディスクブレーキ２０
を設け、上記ディスクブレーキ２０を開放してディスク
ブレーキ１９を作動させると、リングギヤ５が回転停止
してプラネットギヤキャリヤ６のみが回転し、このとき
クラッチギヤ１２とベベルギヤ１０を継ぐことにより出
力軸１５が正転することになり、又、ディスクブレーキ
２０を作動させてディスクブレーキ１９を開放すると、
リングギヤ５が回転し、プラネットギヤキャリヤ６は停
止し、このときクラッチギヤ１２と継手用リングギヤ１
１を継ぐことにより出力軸１５が逆転するようにする。

【００１２】なお、上記の回転方向変換操作に入る前
に、プロペラ軸２３側に介入されている適当なブレーキ
とクラッチ（図示せず）を働かせてプロペラ側の負荷に
影響されないようにする必要がある。

【００１３】上記出力軸１５には、小径歯車２１を設
け、出力軸１５と平行に配してあるプロペラ軸２３上の
大径歯車２２と上記小径歯車２１とを噛合させて、出力
軸１５からプロペラ軸２３へ動力が減速されて伝えら
れ、且つ出力軸１５の回転が反転されてプロペラ軸２３
へ伝えられるようにする。

【００１４】今、図２に示す如く、入力軸１の軸心を基
準として、太陽ギヤ３の半径をｒ−ｓ、プラネットギヤ
４の中心までの半径をｒ−ｐ、リングギヤ５の半径をｒ
−ｒとし、それぞれの回転数をＮs 、Ｎp 、Ｎr で示す
と、これら３種の回転数は、次の(1) 式の関係で示すこ
とができる。

【００１５】 Ｎs ＋ρＮr −（ρ＋１）Ｎp ＝０ (1) ここに、ρ＝ｒ−ｒ／ｒ−ｓ (2) 太陽ギヤ３の回転数をプラネットギヤ４の回転数と関連
付けて、 Ｎs ＝（２ρ＋１）Ｎp (3) のように設定すれば、(1) 式から Ｎp ＝−Ｎr (4) が得られる。

【００１６】すなわち、プラネットギヤ４の回転数Ｎp
を、入力軸１と一体の太陽ギヤ３の回転数を1/(2ρ＋
１）に減速した回転数に設定すれば、上記(4) 式に示す
ように複数個のプラネットギヤ４を束ねたプラネットギ
ヤキャリヤ６の中心に取り付けた中心軸７の回転数と、
リングギヤ５の筒状部５ａに一体にした継手用リングギ
ヤ１１の回転数は、同じ回転数で回転方向は互に逆方向
であることがわかる。

【００１７】したがって、出力軸１５にスプライン溝に
て軸方向にのみ移動できるように備えたクラッチギヤ１
２のリングギヤ１４を中心軸７上のベベルギヤ１０に噛
合させると、一方向に回転する入力軸１と同じ回転方向
に出力軸１５が入力回転数の1/(2ρ＋１) に減速されて
回転する。又、クラッチギヤ１２をスライドさせてベベ
ルギヤ１３を継手用リングギヤ１１に噛合させると、出
力軸１５は入力軸１の回転方向とは逆方向に回転し且つ
回転数は入力軸１の回転数の1/(2ρ＋１) に減速され
る。故に、主機関が一方向しか回転できないガスタービ
ンでも、出力軸１５を正転、逆転させることができるこ
とになる。

【００１８】次に、何らかの手段でリングギヤ５にブレ
ーキをかけて止めた状態でＮr ＝０のときは、プラネッ
トギヤ４の回転数は、(1) 式より Ｎp ＝Ｎs ／（ρ＋１） (5) となり、同様に、プラネットギヤ４を何らかの手段で止
めてＮp ＝０とすると、リングギヤ５は、 Ｎr ＝−Ｎs ／ρ (6) となり、太陽ギヤ３の１／ρに減速して逆回転する。

【００１９】以上の原理的動作の説明から、今、主機関
としてガスタービンを想定し、このガスタービンの出力
軸に連結された入力軸１が正転状態であるとすると、太
陽ギヤ３は正転し、太陽ギヤ３と噛み合うプラネットギ
ヤ４は逆転するが、複数個のプラネットギヤ４の軸を束
ねたプラネットギヤキャリヤ６は入力軸１と同じ方向に
正転する。一方、プラネットギヤ４と噛み合うリングギ
ヤ５は入力軸１と逆方向に回転する。

【００２０】図１の状態は、クラッチギヤ１２のリング
ギヤ１４をベベルギヤ１０に噛合させ、且つ前記したリ
ングギヤ５をディスクブレーキ２０で制動した場合の
(5) 式でプラネットギヤ４が回転する状態を示してい
る。図１の状態では入力軸１と同じ方向に出力軸１５が
回転する。次に、図１の状態から出力軸１５の周上に複
数個設置したピストン１６をＯ．Ｄ．ボックス１７を介
し動作させてピストンロッド１８とともにクラッチギヤ
１２を出力軸１５側へスライドさせて、クラッチギヤ１
２がベベルギヤ１０にも継手用リングギヤ１１にも接触
しない中立点まで引き寄せ、同時にプロペラ軸２３に設
けられた適当なブレーキとクラッチ（図示せず）を働か
せてプロペラ軸の回転影響を遮断し、次のステップで更
にピストンロッド１８を引き寄せてクラッチギヤ１２の
ベベルギヤ１３を継手用リングギヤ１１にディスクブレ
ーキ２０を操作して噛み合わせた後、ディスクブレーキ
２０を開放し、ディスクブレーキ１９を作動させてプラ
ネットギヤ４の回転を止めることにより、出力軸１５が
入力軸１とは逆方向に(6) 式で与えられる回転数で回転
する。

【００２１】図３は上述したディスクブレーキ１９、２
０のいずれか一方を開放し、他方を制動作動させること
と、クラッチギヤ１２のベベルギヤ１０又は継手用リン
グギヤ１１への継・断、プラネットギヤキャリヤ６又は
リングギヤ５の回転、停止、プロペラ軸２３の回転方向
を、時間の経過に伴いコントロールするシーケンスコン
トロールの例を示すもので、今、時間Ｔ＝０で、リング
ギヤ５のディスクブレーキ２０を開放してプラネットギ
ヤ４のディスクブレーキ１９が閉じ（図３（イ））、ク
ラッチギヤ１２のベベルギヤ１３が継手用リングギヤ１
１に噛み合っていて、クラッチギヤ１２とベベルギヤ１
０が切れているとき（図３（ロ））は、プラネットギヤ
キャリヤ６は図３（ハ）の如く回転停止し、リングギヤ
５は逆方向に回転して出力軸１５も逆転し、プロペラ軸
２３は減速ギヤ２２によって減速反転し図３（ニ）のよ
うに正転する。

【００２２】次に、時間Ｔの経過とともに図３（イ）の
如く、ディスクブレーキ２０はそのままでディスクブレ
ーキ１９を開放させるとき、クラッチギヤ１２をベベル
ギヤ１０側へ押すため、クラッチギヤ１２のリングギヤ
１４とベベルギヤ１０及びクラッチギヤ１２のベベルギ
ヤ１３と継手用リングギヤ１１の両方が切れる状態にな
る（図３（ロ））が、ディスクブレーキ１９の開でプラ
ネットギヤキャリヤ６が回転を始めてリングギヤ５と同
速度で互に逆回転する。しかし、出力軸１５には動力が
伝達されないので、プロペラ軸２３は停止する（図３
（ニ））。この状態でクラッチギヤ１２のベベルギヤ１
３と継手用リングギヤ１１が切れたままディスクブレー
キ２０を閉じ、クラッチギヤ１２のリングギヤ１４とベ
ベルギヤ１０を噛み合わすと、リングギヤ５は回転を停
止して入力軸１と同一方向へ回転しているプラネットギ
ヤキャリヤ６の回転がクラッチギヤ１２を経て出力軸１
５へ伝えられて、出力軸１５が正転し、プロペラ軸２３
が逆転する。

【００２３】以後、図３に示すシーケンスをコントロー
ルして上述の動作を繰り返させることにより入力軸１が
一方向回転でも出力軸１５を自在に正逆転させることが
できる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の一方向回転入
力の正逆回転出力用変換装置によれば、入力軸に差動遊
星歯車装置を取り付けて、複数のプラネットギヤを束ね
たプラネットギヤキャリヤとリングギヤが互に逆方向に
回転するようにし、上記プラネットギヤキャリヤの中心
に固定した中心軸の一端部にベベルギヤを取り付けると
共に、リングギヤの筒状部端部に継手用リングギヤを取
り付け、且つ上記ベベルギヤと継手用リングギヤとの間
にあって該ベベルギヤに継・断できるリングギヤと継手
用リングギヤに継・断できるベベルギヤとからなるクラ
ッチギヤを、出力軸に軸方向へスライド自在に取り付
け、該クラッチギヤをスライドさせる押引き装置を備
え、更に、プラネットギヤ側とリングギヤ側に各々ディ
スクブレーキを備えた構成としてあるので、ガスタービ
ンの如き一方向の回転しかできない主機関に連結された
入力軸の回転を、可変ピッチプロペラを用いることなく
正転、逆転させることができて、可変ピッチプロペラよ
り高い性能の通常プロペラや二重反転プロペラをガスタ
ービンで駆動することが可能となって、従来より一段と
高性能を期待できる舶用推進プラントが実現できる、と
いう優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す切断側面図である。

【図２】本発明の原理図である。

【図３】本発明におけるギヤの切り換えを行うシーケン
スコントロールの例を示すもので、（イ）はディスクブ
レーキの開閉、（ロ）はクラッチギヤの継・断、（ハ）
はプラネットギヤキャリヤとリングギヤの回転、停止、
（ニ）はプロペラ軸の正転、逆転を示す図である。

【符号の説明】

１ 入力軸 ２ 差動遊星歯車装置 ３ 太陽ギヤ ４ プラネットギヤ ５ リングギヤ ５ａ 筒状部 ６ プラネットギヤキャリヤ ７ 中心軸 １０ ベベルギヤ １１ 継手用リングギヤ １２ クラッチギヤ １３ クラッチギヤのベベルギヤ １４ クラッチギヤのリングギヤ １５ 出力軸 １６ ピストン（押引き装置） １９，２０ ディスクブレーキ ２３ プロペラ軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主機関の出力軸を差動遊星歯車装置の入
   力軸に連結し、該差動遊星歯車装置の複数のプラネット
   ギヤを束ねたプラネットギヤキャリヤとリングギヤを互
   に逆回転させるようにして、上記プラネットギヤキャリ
   ヤの中心軸の一端部にベベルギヤを取り付けると共に、
   上記リングギヤの筒状部端部に継手用リングギヤを取り
   付け、且つ上記ベベルギヤと継手用リングギヤとの間
   に、該ベベルギヤに継・断できるリングギヤと継手用リ
   ングギヤに継・断できるベベルギヤとを一体にしてなる
   クラッチギヤを位置させて、出力軸に軸方向へスライド
   自在に取り付け、更に、上記クラッチギヤを押し引きし
   てプラネットギヤキャリヤ側のベベルギヤと継手用リン
   グギヤに継・断させる押引き装置と、プラネットギヤの
   回転速度を制御するディスクブレーキと、リングギヤの
   回転速度を制御するディスクブレーキとを備えたことを
   特徴とする一方向回転入力の正逆回転出力用変換装置。