差动行星齿轮装置、及差动行星齿轮装置的起动装置和起动方法

专利名称：差动行星齿轮装置、及差动行星齿轮装置的起动装置和起动方法
技术领域：
本发明涉及差动行星齿轮装置、及差动行星齿轮装置的起动装置和起动方法。
背景技术：
近年来，在差动行星齿轮装置中，为了正确地控制变速比，作为变速用的旋转驱动源，要求使用例如变频调速电动机那样的电动机。
作为与这样的要求相对应的装置，具有例如图14所示这样的差动行星齿轮装置。
作为变速机构的基本要素，图14所示的差动行星齿轮装置具有太阳轮Sg，被固定在与驱动机50相连接的输入轴55的前端；多个第1行星齿轮(小齿轮)P1，其啮合在上述太阳轮Sg的半径方向外侧；多个第2行星齿轮(小齿轮)P2，其啮合在上述多个第1行星齿轮P1上；内齿轮Rg，具有与上述第2行星齿轮P2内接啮合的内齿；输出轴65，与该内齿轮Rg的端部相连接。
而且，作为基本要素，具备设有第1及第2支轴J1、J2的托架C，其具有中空轴Ca，在该中空轴Ca内相对旋转自如地穿插着上述输入轴55，上述第1及第2支轴J1、J2，与轴中心平行地竖直设在在中空轴Ca的一端与轴中心垂直的端面Cb上。
上述多个第1行星齿轮P1，被卡扣在上述第1支轴J1上且可绕该轴自由转动，与第1行星齿轮P1相啮合的上述多个第2行星齿轮P2被卡扣在上述第2支轴J2上且可绕该轴自由转动。
而且，在上述托架C的端面Cb的外边缘部，形成有齿轮Cc，该齿轮Cc与制动用齿轮70、80相啮合。而且该制动用齿轮70、80分别通过旋转轴75、85而被连接在制动装置B1、B3上。
这里，图14所示的上述差动行星齿轮装置，是双小齿轮方式。
但是，该双小齿轮方式的差动行星齿轮装置，具有构成部件多、结构复杂、且半径方向体积庞大等问题。此外，由于在半径方向上存在机构性不均衡，因而在高速转动上是不适合的。而且，由制动装置B1、B3来控制转速，就会有控制精度低下的问题。
但是，在使用大容量等速电动机等作为上述差动行星齿轮装置的驱动源时，存在下述情况，例如，在等速电动机的起动时等，必须使该驱动源的转速上升到额定转速附近(大约在额定转速±5％以内)。这种情况下，为了使驱动源(例如大容量等速电动机等)的转速上升到额定转速附近(大约在额定转速±5％以内)，就需要新的起动用驱动机构。
例如，在起动鼠笼式感应电动机的时候，最好不是会使起动电流变大的全电压(直接起动)，因此，就必须使用星形-三角形起动(Y/Δ)、限流起动(リアワトル)或自藕起动(コンドルフア)等的减压起动机。
如果设置新的起动用驱动机构，则会产生许多问题，如，导致设备费用、及其它成本的升高，而且结构方面也变得复杂。
而且，在起动用驱动机构上使用普通的等速电动机时，若作为起动用驱动机构的等速电动机的等速旋转速度，比上述额定转速附近(额定转速±5％左右)的转速低，则如果不使用什么方法来增速的话，很难使上述那样的驱动源的转速上升到额定转速附近。

发明内容
本发明目的在于，鉴于上述以往技术的问题，而提供一种差动行星齿轮装置，其可消除机构性的不均衡，而提高机械效率，并可适应高速运转，而且其目的还在于，提供一种差动行星齿轮装置的起动装置及起动方法，可减轻驱动源(例如，大容量等速电动机)起动时的载荷。
本发明的差动行星齿轮装置A、A-1、A-2的特征在于，在太阳轮1与内齿轮2之间的区域，在(太阳轮1与内齿轮2的半径方向)设置一个行星齿轮3，在(太阳轮1与内齿轮2的)圆周方向设置1个或2个以上的行星齿轮3，由此构成单小齿轮方式，驱动源(例如，大容量等速电动机4、内燃机等也可)、变速用动力源5、被驱动侧部件(例如，流体机械6、涡轮机械)各自被配置在输入侧I、输出侧O、变速侧T的任一处，而变速用动力源5是电动装置(小容量变速电动机)。
若为上述结构的本发明差动行星齿轮装置，由于是通过单一行星齿轮3在太阳轮与内齿轮之间进行传递的方式、即所谓的“单小齿轮方式”，因此其机械效率较高，适于高速运转。而且，由于使用小容量变速电动机作为变速用动力源，因此可正确平稳地进行变速。
而且，本发明的差动行星齿轮装置A-3、A-4、A-5的结构是，在太阳轮1与内齿轮2之间的区域，设置行星齿轮3，并使驱动源(例如，大容量等速电动机4、内燃机等也可)、变速用动力源5、被驱动侧部件(例如，流体机械6、涡轮机械)各自被配置在输入侧、输出侧、变速侧的任一处，而变速用动力源5是电动装置，在被驱动部件6减速时，切断向上述变速用动力源5的旋转驱动用电力E的供应，并使变速用动力源5发电。
若为上述结构的本发明差动行星齿轮装置，在减速时，可以有效利用发电所产生的能量，并且可实现与节能时代相匹配的装置。
而且，通过以各种形式来利用发电所产生的能量，就可将变速用动力源5，作为差动行星齿轮装置本身的制动器来使用。
在本发明的差动行星齿轮装置A-3中，最好将由变速用动力源5发电而产生出的电能供应给电阻机构10。
若为这样结构的本发明的差动行星齿轮装置，例如，通过将上述电阻机构(抵抗機構)作为差动行星齿轮装置本身的制动器来使用，就不必组装以装置的减速或停止为目的的新的制动系统，而且也不必向制动器投入能量。
而且，本发明的差动行星齿轮装置A-4中，最好将由变速用动力源5发电所产生的电力，对变速用动力源(5)的电源进行电力再生11。
或者，在本发明的差动行星齿轮装置A-5中，也可以将由变速用动力源5发电所产生的电力提供到蓄电动机构12。
若为上述结构的本发明的差动行星齿轮装置A-4、A-5，装置在非加速状态时(减速时或者保持等速时)，可将剩余能量进行回收作为再生电力或者蓄电，因此总是可节能运转。而且，在将剩余能量回收作为再生电力或蓄电的过程中，可将变速用动力源5作为差动行星齿轮装置本身的制动器来使用。
若为本发明的差动行星齿轮装置的起动装置，则在太阳轮1与内齿轮2之间设置1个或2个以上的行星齿轮3，使驱动源(例如，大容量等速电动机4)、变速用动力源5、被驱动侧部件(旋转机械6、涡轮机械)各自被配置在输入侧I、输出侧O、变速侧T的任一处，在由此构成的差动行星齿轮装置A-6、A-7、A-8中，驱动源4的结构为，在通过其它途径设置的起动机构，将转速提高到额定转速附近之后，投入动力，上述起动机构具有变速用动力源5、设于变速用动力源5的输出侧的增速机构13、从该增速机构13的输出侧到驱动源4的旋转传递系统，该旋转传递系统构成上述差动行星齿轮装置A-6、A-7、A-8的齿轮1、3、g2、g1以及旋转轴23、Cj、21。
另外，本发明的差动行星齿轮装置的启动装置最好是，在连接于上述内齿轮2的旋转轴(输出轴22)上，设有停止机构(制动器14/40)，该停止机构14/40，在由上述起动机构5、13、23、1、3、Cj、g2、g1、21/35、37、23、13、Cj、g2、g1、21使驱动源4的转速增加的过程中动作，以使内齿轮2处于固定状态。
而且，上述增速机构最好由机械式变速装置13构成。
若为具有上述结构的本发明的差动行星齿轮装置，通过从变速用动力源输入的转速，就可以达到所需的变速比，因此可以有效起到作为多级变速机或无级变速机的作用。此外，通过上述起动机构，可以使驱动源(4)的转速迅速上升到额定旋转速度附近。
而且，上述起动机构具有变速用动力源5、设于该变速用动力源5的输出侧的增速机构13、以及从该增速机构13的输出侧到驱动源4的旋转传递系统，该旋转传递系统构成上述差动行星齿轮装置A-6、A-7、A-8的齿轮1、3、g2、g1以及旋转轴23、Cj、21，因此不需要设置新的起动机构。因此，就可以防止在设置新的起动机构时所需的预算成本的增加、或者结构的复杂化。
而且，在本发明中，设置停止机构14的情况下，驱动源4增速到额定转速附近的过程中，通过停止机构14可将变速用动力源5的旋转力全部投入到驱动源4中，因此，驱动源4可以迅速地达到额定转速附近的速度。结果，就预先可防止由于旋转被驱动侧部件(旋转机械)而产生的负载。
而且，本发明的差动行星齿轮装置的上述增速机构，其结构包括变频调速电动机35以及变换器37。而且，也可以是将变换器内置在变频调速电动机内的形式。
若为这样构成的本发明的差动行星齿轮装置的起动装置，通过由变频调速电动机35以及变换器37来控制驱动源4的起动，驱动源4就可以稳定地起动。
而且，通过使用变频调速电动机35以及变换器37，还可以实现装置整体的小型化，并有望节省空间。
而且，本发明的差动行星齿轮装置的起动装置，是在太阳轮1与内齿轮2之间的区域，在半径方向设置一个行星齿轮3，在圆周方向设置1个或2个以上的行星齿轮3，由此构成单小齿轮方式，变速用动力源5最好是电动机(例如，变速电动机5)。
若为本发明，提供由下述构成的差动行星齿轮装置的起动方法，在太阳轮与内齿轮之间设置1个或2个以上的行星齿轮，使驱动源、变速用动力源、被驱动侧部件各自被配置在输入侧、输出侧、变速侧的何一处；若驱动源起动，则开动制动器而使内齿轮固定，从而起动变换器及变频调速电动机，使驱动源旋转而达到预定转速，接着，对驱动源投入电力，以其预定转速使驱动源起动，并使其正常运转。
所谓上述预定转速，最好是大约在驱动源的额定转速的±5％以内的程度。
由于是使用电动机(例如，变速电动机5)作为变速用动力源5，因此可以正确且平稳地进行变速。
而且，行星齿轮3是单小齿轮方式，因此差动行星齿轮组G的机械效率高，且适于高速运转。


图1是表示本发明第1实施方式差动行星齿轮装置整体结构的方框图。
图2是表示本发明第2实施方式差动行星齿轮装置整体结构的方框图。
图3是表示本发明第3实施方式差动行星齿轮装置整体结构的方框图。
图4是表示本发明第4实施方式差动行星齿轮装置整体结构的方框图。
图5是表示本发明第5实施方式差动行星齿轮装置整体结构的方框图。
图6是表示本发明其它实施例的整体结构的方框图。
图7是表示本发明又一实施例的整体结构的方框图。
图8是表示本发明再一实施例的整体结构的方框图。
图9是表示关于本发明变速用变速电动机的功能变更的控制的控制流程图。
图10是表示本发明第6实施方式差动行星齿轮装置整体结构的方框图。
图11是表示本发明第7实施方式差动行星齿轮装置整体结构的方框图。
图12是表示本发明第7实施方式差动行星齿轮装置的起动时的控制方法的控制流程图。
图13是表示本发明第8实施方式差动行星齿轮装置整体结构的方框图。
图14是表示以往技术的差动行星齿轮装置整体结构的方框图。
具体实施例方式
下面，参照

本发明的实施方式。
首先，参照图1，说明第1实施方式的差动行星齿轮装置。
图1中，整体以符号A表示的差动行星齿轮装置，其结构包括具有输入轴21和输出轴22的电动式差动行星无级变速机B；在输入侧I、即输入轴21的端部通过输入侧离合器31连接的大容量等速电动机的驱动机4；以及在输出侧O、即输出轴22的端部通过输出侧离合器32连接的、例如涡轮机那样的流体机械6。
上述电动式差动行星无级变速机B的结构包括差动行星齿轮组G，其输入轴和输出轴与上述输入轴21和输出轴22通用，且具有变速用驱动轴23；以及与该变速用驱动轴23相连接的变速用小容量变速电动机5。
上述差动行星齿轮组G的结构包括固定在上述输入轴21另一端的输入齿轮g1、固定在上述变速用驱动轴23另一端的太阳轮1、托架C、轴支撑在托架C上的多个行星齿轮3、在一端形成有上述输出轴22的内齿轮2。
上述托架C具有中空的旋转轴Cj，在一方(输入侧)的端部固定着与该旋转轴Cj同心、且与上述输入齿轮g1相啮合的输入侧齿轮g2，在另一端部(输出侧)具备与旋转轴Cj平行设置的多个行星齿轮用支轴P，其被设置在距旋转轴Cj的中心等半径的位置、且在圆周方向设置距离均等。
上述变速用驱动轴23的结构是，其被相对旋转自如地穿插在上述托架C的旋转轴Cj的中空部，固定在变速用驱动轴23另一端的太阳轮1与上述多个行星齿轮3相啮合。
上述多个行星齿轮3被卡扣在上述托架C的多个行星齿轮用支轴P上，且可绕该支轴P自由旋转，在与太阳轮1啮合的同时，内接啮合在上述内齿轮2的内齿部2a上。
也就是说，若只考虑在内齿轮2与太阳轮1的半径方向，则太阳轮1与内齿轮2通过单一的行星齿轮3来传递旋转，就是所谓的“单小齿轮方式”。
这里，说明第1实施方式差动行星齿轮装置的动作。
(1)起动时(a)同时起动变速用变速电动机与驱动机的方法。
在起动流体机械6时，首先开始对驱动机4进行驱动。与此同时，将变速用变速电动机5在设于最低速度的状态下起动。因此，通过驱动机4而被驱动的托架C、与直接连结在变速用变速电动机5上的太阳轮1一起旋转。这样，行星齿轮3，以托架C与太阳轮1的相对转速与行星齿轮3和太阳轮1的齿轮传动比相乘而得的转速，在托架C上旋转。而且，直接连结在流体机械6的内齿轮2，开始以行星齿轮3的绝对转速与内齿轮2和行星齿轮3的齿轮传动比相乘而得的转速进行转动。
驱动机4达到稳定转速时，变速用变速电动机5成为最低速度，因此流体机械6以最低速度旋转。
(b)固定变速用变速电动机的旋转轴的方法使内置在变速用变速电动机5中的制动器(图未示)动作，就可以固定变速用变速电动机5的旋转轴(太阳轮1)。接着，对驱动机进行驱动。这样，直接连结在变速用变速电动机5上的太阳轮1被固定，因此，行星齿轮3，以被驱动机4驱动的托架C的转速与行星齿轮3和太阳轮1的齿轮传动比相乘而得的速度，在托架C上旋转。而且，直接连结在流体机械6上的内齿轮2，开始以行星齿轮3的绝对转速与内齿轮2与行星齿轮3的齿轮传动比相乘所得到的转速，进行转动。
当驱动机4达到稳定转速之后，解除变速用变速电动机5的制动，则变速用变速电动机5以最低速度开始旋转。这样，行星齿轮3以托架C与太阳轮1的相对转速与行星齿轮3和太阳轮1的齿轮传动比相乘所得到的速度，在托架C上转动。而且，内齿轮2，以行星齿轮3的绝对转速与内齿轮2与行星齿轮3的齿轮传动比相乘所得到的速度，进行转动。也就是说流体机械6以最低速度运转。
(2)运转时若改变变速用变速电动机5的转速，直接连结在变速用变速电动机5上的太阳轮1的转速就变化。因此，以被驱动机4以等速驱动的托架C与太阳轮1的相对转速与行星齿轮3和太阳轮1的齿轮传动比相乘所得到的速度，来改变托架C上旋转的行星齿轮3的转速。结果，由于直接连结在流体机械6的内齿轮2，以行星齿轮3的绝对转速与内齿轮2与行星齿轮3的齿轮传动比相乘所得到的速度，进行旋转，因此，流体机械6的转速也改变。
若为这样构成的图1所示的第1实施方式，由于其结构为单小齿轮方式，因此其机械效率高，且适用于高速运转。
而且，图1所示的第1实施方式中，驱动变速用变速电动机5，例如通过增减电流，来改变直接连结在变速用电动机5上的太阳轮1的转速ωs。因此，就也可以改变轴支撑于托架C一侧、同时与太阳轮1和内齿轮2啮合的、绕太阳轮1公转的行星齿轮3的公转速度ωc。
结果，啮合于行星齿轮3上的内齿轮2，即输出轴22的转速ωo相对于输入轴21的转速ωi的比例(变速比)也发生变化。
换言之，由于使用变速电动机(变速用变速电动机)5作为变速用动力源，因此，变速可正确平稳的进行。
下面，参照图2，说明第2实施方式。
图2中，整体以符号A-1表示的差动行星齿轮装置，其结构包括具有输入轴25(配置于图示右侧)和输出轴26(配置于图示左侧)的电动式差动行星无级变速机B-1；在输入侧I、即输入轴25的端部通过输入侧离合器31连接的作为大容量等速电动机的驱动机4；以及在输出侧O、即输出轴26的端部通过输出侧离合器32连接的流体机械6。
上述电动式差动行星无级变速机B-1的结构包括差动行星齿轮组G-1，其输入轴和输出轴与上述输入轴25和输出轴26通用，且具有变速用驱动轴23；以及与该变速用驱动轴23相连接的变速用变速电动机(小容量变速电动机)5。
上述差动行星齿轮组G-1的结构包括一端形成有上述输入轴25的内齿轮2-1以及固定在上述输出轴26另一端的输入齿轮g11、固定在上述变速用驱动轴23另一端的太阳轮1-1、托架C-1、轴支撑在托架C-1上的多个行星齿轮3-1。
上述托架C-1具有中空的旋转轴Cj，在一方(输出侧)的端部固定着与该旋转轴Cj同心、且与上述输出齿轮g11相啮合的输出侧齿轮g21，在另一端部(输入侧)具备与旋转轴Cj平行设置的多个行星齿轮用支轴P，其被设置在距旋转轴Cj的中心等半径的位置、且在圆周方向设置距离均等。
上述变速用驱动轴23的结构是，其被相对旋转自如地穿插在上述托架C-1的旋转轴Cj的中空部，固定在变速用驱动轴23另一端的太阳轮1-1与上述多个行星齿轮3-1相啮合。
上述多个行星齿轮3-1被卡扣在上述托架C-1的多个行星齿轮用支轴P上，且可绕该支轴P自由旋转，在与太阳轮1-1啮合的同时，内接啮合在上述内齿轮2-1的内齿部2a上。
若为图2所示的第2实施方式，与图1所示的第1实施方式相同，行星齿轮3-1为单小齿轮方式，因此其机械效率高，并适于高速运转。
而且，图2所示的第2实施方式中，驱动变速用变速电动机5，例如通过增减电流，就可以改变直接连结在变速用变速电动机5上的太阳轮1-1的转速ωs。因此，就可以改变轴支撑于托架C-1一侧、同时与太阳轮1-1和内齿轮2-1啮合的、绕太阳轮1-1公转的行星齿轮3-1的公转速度，即，托架C-1的转速ωc也可变，还可以改变啮合于托架C-1的输出轴26的转速ωo的相对于输入轴25的转速ωi的比例(变速比)。
换言之，由于使用变速电动机5作为变速用动力源，通过单小齿轮方式的差动行星齿轮进行变速，因此，可进行正确平稳的变速。
下面，参照图3，说明第3实施方式。
图3中，整体以符号A-2表示的差动行星齿轮装置，相对于上述图1所示的第1实施方式来说，是在输出轴22的内齿轮2与输出侧离合器32之间的区域，增加了作为增速齿轮或减速齿轮的速度变换齿轮7。
图3所示的第3实施方式的作用效果，相对于图1所示的第1实施方式来说，可以在更宽范围的速度领域内进行变速。
图4是表示本发明第4实施方式的方框图，如上所述，虽然差动行星齿轮G具有太阳轮、行星齿轮、内齿轮三个旋转要素，但也可以将其中一个作为输入轴Si连接在驱动机4上，另一个作为变速轴Sv连接在变速用变速电动机(小容量变速电动机)5上，再一个作为输出轴So连接在流体机械6上。
图5是表示本发明第5实施方式的方框图，驱动机4通过增速或减速齿轮V1被连接在差动行星齿轮G的输入轴Si上，而且，变速用变速电动机(小容量变速电动机)5也通过增速或减速齿轮V2被连接在差动行星齿轮G的变速轴Sv上。而且，差动行星齿轮G的输出轴So通过增速或减速齿轮V3被连接在流体机械6上。
如图4及图5所示，本发明可以各种形式来实施。旋转要素的选择、及增速或减速齿轮的有无，可以根据所使用的变速比的程度来决定。
下面参照图6至图9，进而来说明其它实施方式。
图6至图9所示实施方式的结构为，在流体机械6减速时，切断向变速用变速电动机(小容量变速电动机)5的旋转驱动用电力的供应，不仅可以在变速用变速电动机5发电，并且可以作为制动器来动作。
参照图6，说明下述一例，在流体机械6减速时，切断向变速用变速电动机5的旋转驱动用电力的供应，并使变速用变速电动机5发电，使通过发电所得的电能，由制动电阻器10对其进行吸收。
在图6中，整体以符号A-3表示的差动行星齿轮装置，相对于上述图1所示的第1实施方式来说，是具有下述结构的装置，在输出轴22安装速度传感器S，将上述变速用变速电动机(小容量变速电动机)5与外部电力E相连结，并在电线Ld上设置变换控制机8，由电线Lf将该变换控制机8与制动电阻器10相连接，而且，还设有控制机构(控制盘)9，并将上述速度传感器S、该控制机构9和上述变换控制机8通过输入、输出信号线Li、Lo相连接。
这里，上述驱动机4为等速，因而上述变速用变速电动机5为了使上述输出侧O的流体机械6从停止状态增速到所需速度，或者保持流体机械6的转速，就要被投入外部电力E，由此，来动作以使得在差动行星齿轮组G的太阳轮1上施加用于变速的驱动力(旋转)。
另一方面，变速用变速电动机5也可以具有下述功能的方式来构成，即，作为发电机可相反地从变速用驱动轴23被施加旋转力(驱动力)。
因此，在上述流体机械6达到等速(所需驱动力)以后，使流体机械6减速的情况下，上述驱动机4的驱动力的剩余部分与流体机械的惯性力的合力，起到通过上述太阳轮1向变速用变速电动机5施加(返回)驱动力的作用。也就是说，如上所述，在使流体机械6减速时，即使切断向变速用变速电动机5投入的外部电力E，也在变速用变速电动机5进行发电。
从上述那样的变速用变速电动机5的功能考虑，上述控制机构9，从由上述速度传感器S得出的输出轴22的转速，来判断差动行星齿轮装置A-3是否为减速状态，从而在是减速状态时，向上述变换控制机8发送控制信号，以切断向变速用变速电动机5的外部电力E，从而使变速用变速电动机5发电所得的电力流向制动电阻器10一侧。这时，变速用变速电动机5作为制动器而工作。
下面，参照图9及图6，说明变速用变速电动机5以及电源电路的控制。
在步骤S1中，控制机构9通过输入信号线Li，读取来自速度传感器S的输出轴22的旋转速度信号，在步骤S2中，判断电动式差动行星无级变速机B-3是否为减速状态。
若电动式差动行星无级变速机B-3不是减速状态(步骤S2为“否”)，进入步骤S3，可直接将变速用变速电动机5(图9中以SM表示)用做电动机，并进入步骤4。电动式差动行星无级变速机B-3为减速状态(步骤S2中为“是”)，则进入步骤S5，通过变换控制机8切断向变速用变速电动机5的外部电力E的供应，并且，由变换控制机8切换到应将由变速用变速电动机发电所产生的电力输送到制动电阻器10的电路，并进入下一步骤S6。
在步骤S6中，使变速用变速电动机5具有作为发电动机的功能，并将发电产生的电力送到制动电阻器(制動抵抗器)10中，以将发电所产生的电力转变成制动产生的热。接着，进入下一步骤S4。
在S4中，判断控制机构8是否完成控制，若没有完成(步骤S4为“否”)，返回到步骤S1，如果完成(步骤S4为“是”)，则结束控制。
若为这样结构的图6及图9所示的实施例，例如，通过将上述制动电阻器用于差动行星齿轮装置本身作为制动器而使用，就可以不必安装以装置减速和停止为目的的新的制动系统，也没有必要对制动器投入能量。
图7所示的其它例，相对于图6及图9所示的实施方式来说，不同之处在于，在电动式差动行星无级变速机B-3为减速状态时，不将变速用变速电动机(小容量变速电动机)5发电所产生的电力投入到制动电阻器10中，而是投入到电力再生变换器11中。变换控制机8、电力再生变换器11与外部电力E通过电线Lb相连。而且，将由变速用变速电动机(小容量变速电动机)5发电所产生的电力提供到电力再生变换器11中，并向变速用变速电动机(小容量变速电动机)5电源进行电力再生。其它的、包括控制，都与图6及图9所示的实施方式大致相同。
图8所示的又一例，相对于图6及图9所示的实施方式来说，不同之处在于，在电动式差动行星无级变速机B-3为减速状态时，不将由变速用变速电动机(小容量变速电动机)5发电所产生的电力，投入到制动电阻器10中，而是投入到蓄电池12中。变换控制机8与蓄电池12通过电线Lf相连接。其他的包括控制，都与图6及图9所示的实施方式大体相同。
如上述那样构成的图7至图9所示的各个实施例中，在减速状态时，剩余的投入能量可以作为再生电力或蓄电进行回收，因此总是可节能运转。而且，在将剩余的投入能量作为再生电力或蓄电回收的过程中，变速用变速电动机5被做为制动部件而起作用。
而且，图6至图9所示的实施方式中，差动行星齿轮G，虽然最好是具备单小齿轮方式的结构，但也可以是具备双小齿轮方式的结构。
本发明的差动行星齿轮装置的作用效果，如下所述。
(a)由于行星齿轮是单小齿轮方式，因此机械效率高，且适于高速运转。
(b)由于将变速电动机用做变速用动力源，因此可正确且平稳地变速。
(c)由于其结构为切断向变速用动力源的旋转驱动用电力的供应，并使变速用动力源发电，因此不会对所投入的能量造成浪费，可实现符合节能时代要求的装置。
(d)通过使用电阻机构作为差动行星齿轮装置本身的制动，就不需要安装用于装置的减速或停止的新的制动系统，而且，也没有必要对制动器投入能量。
(e)电动式差动行星无级变速机的输出轴为减速状态时，由于可以将剩余的投入能量作为再生电力或蓄电进行回收，因此总是可以节能运转。
(f)以往，在进行变速运转时，就需要符合作为被动机的流体机械等的旋转机械负载动力的大容量的变频调速电动机或大容量的液力联轴节、液力变矩器等的液力变速机或者带式链条CTV等的机械变速机，而且，还需要其它变速动力源，但在本发明中，变速用动力源以小容量即可，因此，可缩小装置整体的体积，并减小装置面积。
下面，参照图10，说明第6实施方式。
在图10中，整体以符号A-6表示的差动行星齿轮装置，设有电动式差动行星无级变速机B-4，其具有输入轴21和输出轴22；大容量等速电动机的驱动机4，通过输入侧离合器31连接在输入侧(即输入轴21)I的端部；旋转机械6A，通过输出侧离合器32，连接在输出侧O(即输出轴22)的端部。作为上述旋转机械6A，使用例如涡轮机械那样的流体机械。
上述电动式差动行星无级变速机B-4具备差动行星齿轮组G，其输入轴和输出轴与上述输入轴21和输出轴22通用，且具有变速用驱动轴23；直接连结/增速切换齿轮13，其被连接在上述变速用驱动轴23上并可进行直接连结/增速的切换；与上述直接连结/增速切换齿轮13相连接的变速用小容量变速电动机5；以及设在上述输出轴22上的制动器14。
上述差动行星齿轮组G具有固定在上述输入轴21另一端的输入齿轮g1、形成在与上述变速用驱动轴23的上述直接连结/增速切换齿轮13相反一侧的端部的太阳轮1、托架C、轴支撑在托架C上的多个行星齿轮3、在一端形成有上述输出轴22的内齿轮2。
上述托架C具有中空的旋转轴Cj，在一方(输入侧I)的端部固定着与该旋转轴Cj同心、且与上述输入齿轮g1相啮合的输入侧齿轮g2，在另一端部(输出侧)具备与旋转轴Cj平行设置的多个行星齿轮用支轴P，其被设置在距旋转轴Cj的中心等半径的位置、且在圆周方向设置距离均等。
上述变速用驱动轴23的结构是，其被相对旋转自如地穿插在上述托架C的旋转轴Cj的中空部，形成在变速用驱动轴23另一端(输出侧O)的太阳轮1与上述多个行星齿轮3相啮合。
上述多个行星齿轮3被卡扣在上述托架C的多个行星齿轮用支轴P上，且可绕该支轴P自由旋转，在与太阳轮1啮合的同时，内接啮合在上述内齿轮2的内齿部2a上。而且，是以所谓的单小齿轮方式夹设在太阳轮1与内齿轮2之间的。
上述制动器14是以手动或自动的起动方式构成的，若使制动器14动作，就可以固定输出轴22、即内齿轮2。
另一方面，上述直接连结/增速切换齿轮13的结构为，将变速用变速电动机5的旋转，通过图未示的切换机构有选择地直接连结或增速传递到太阳轮1上。
在起动旋转机械时，若使上述制动器14动作，则上述直接连结/增速切换齿轮13可以几乎同时地切换到增速侧。通过制动器14的动作就可固定内齿轮2，因此与太阳轮1和内齿轮2相啮合的行星齿轮3，通过太阳轮的转动(通过变速用变速电动机5进行旋转)开始自转，同时开始绕太阳轮1的公转。行星齿轮3的公转，是上述托架C的旋转，因此，就可以使具有与托架C的输入侧齿轮g2啮合的输入齿轮g1的输入轴21旋转。
如上所述，输入轴21通过输入侧离合器31与驱动机4连接，因此，可进行速度调整的变速用变速电动机5的旋转，又通过直接连结/增速切换齿轮13在被增速的状态下，被传递到驱动机4上，由此驱动机4可以迅速地将转速上升到额定转速附近。
而且，内齿轮2被固定，旋转机械6A处于非工作状态(停止状态)，因此，变速用变速电动机5的所有旋转力都被有效地传递到驱动机4上。
换言之就是，在起动时，可以减轻必须也使旋转机械6A旋转的负载。
驱动机4的转速达到额定转速的额定转速的±5％范围之后，解除上述制动器14的工作，同时将直接连结/增速切换齿轮13切换到直接连结一侧。位于被驱动侧的旋转机械6A从停止状态慢慢变速将转速上升、直到通常的工作转速。
行星齿轮组G的变速是，通过调整变速用变速电动机5的速度(例如，增大投入到电动机的电流值)，来改变直接连结在变速用变速电动机5上的太阳轮1的转速ωs。因此，也可以改变行星齿轮3的公转速度ωc，该行星齿轮3被轴支撑在托架C一侧，并与太阳轮1和内齿轮2同时啮合，且绕太阳轮1公转。
结果，可以改变与行星齿轮3相啮合的内齿轮2、即输出轴22的转速ωo的、相对于输入轴21的转速ωi的比例(变速比)换言之就是，使用变速电动机5作为变速用动力源，通过单小齿轮方式的差动行星齿轮来进行变速，因此可进行正确且平稳地变速。
下面，参考图11及图12，说明本发明第7实施方式。
在图11中，整体以符号A-7表示的差动行星齿轮装置，相对于上述图10所示的第6实施方式来说，由变频调速电动机35和变换器37来代替变速用变速电动机5和直接连结/增速切换齿轮13，并在输入轴21上安装速度传感器S，以输入信号线Li连接到控制机构9(图11中以ELU表示)，该控制机构9与上述变换器37由输出信号线Lo连接。
使用图12，参考图11，来说明第7实施方式的差动行星齿轮装置A-7的起动时的控制。
在步骤S1中，控制机构9通过输入信号线Li读取来自速度传感器S的输入轴21的旋转速度信号，在步骤S2中，判断是否是驱动机4起动时。
若为驱动机4起动时(步骤S2为“是”)，进入步骤S3，使制动器14动作固定内齿轮2，然后进入步骤S4。若不是驱动机4起动时(步骤S2为“否”)，则进入步骤S6。
在步骤S4中，起动变换器37和变频调速电动机35。变频调速电动机35通过变速用驱动轴23使太阳轮1旋转。太阳轮1的旋转在使与太阳轮1相啮合的行星齿轮3自转的同时，使托架C公转。托架C的旋转(公转)可从托架C的输入侧齿轮g2通过输入齿轮g1、即输入轴21以及输入侧离合器31，使驱动机4旋转。驱动机4逐渐提高转速，由此达到相对于驱动机4的额定转速±5％的范围。
下面的步骤S5中，将电力投入驱动机4，在相对于驱动机4的额定转速±5％的范围内，起动驱动机4本身，由此可继续进行正常运转(步骤S6)。
在步骤S7中，判断是否控制机构9结束了控制，若没有结束(步骤S7为“否”)，则回到步骤S1，若为结束(步骤S7为“是”)，则结束控制。
如图11以及图12所示的第7实施方式所述，通过控制机构9、变频调速电动机35、以及变换器37，控制驱动机4的起动，由此，可稳定地起动驱动机4。
而且，通过使用变频调速电动机35以及变换器37，可使装置整体小型化以节省空间。
下面，参照图13，说明第8实施方式。
在图13中，整体以符号A-8本身的差动行星齿轮装置，相对于上述图10所示的第6实施方式来说，将安装在输出轴上的制动器14设置成带变速机构的制动装置40，该制动装置40具有增速齿轮及/或减速齿轮、和切换用的离合器。“变速/制动”的切换，是通过图未示的手动机构或者自动机构进行的。
通过将安装在输出轴上的制动器14，设置成具有增速齿轮及/或减速齿轮、和切换用离合器的带变速机构的制动装置40，与图10所示的第6实施方式相比，可以在更广的速度范围内变速。
图示的实施方式只不过是实例表示，并不限制本发明的技术范围。例如，驱动机4、变速用变速电动机5、旋转机械6A的配置关系，并不仅限于图10所示的第6实施方式的配置。作为一例，也可以将变速电动机5连接到输入轴一侧，将驱动机4连接在变速用驱动轴一侧，而将旋转机械6A原样配置在输出轴一侧。这里，驱动机构4、变速用变速电动机5、和旋转机械6A，可以被各自适当配置在差动行星齿轮装置的三个轴上，可以得到总共六种配置例。采用六种配置例中的哪一种配置，可以根据各种使用条件(使用的变速比等)来决定。
而且，图11及图12的第7实施方式所述的控制也可以适用于第6实施方式或者第8实施方式。
本发明的差动行星齿轮装置的起动装置以及起动方法的作用效果，如下所述。
(a)通过包含于起动机构的增速机构，可将驱动源的转速迅速地上升到额定转速附近。
(b)驱动源增加到稳定转速附近为止的过程中，通过停止机构，将所有的变速用动力源的旋转力投入到驱动源，因此在起动时，可减轻必须也旋转被驱动侧部件的负载。
(c)通过变频调速电动机以及变换器来控制驱动源的起动，由此可稳定地起动驱动源。
(d)通过使用变频调速电动机和变换器，就可以使装置整体小型化，以节省空间。
(e)由于使用电动机(例如，变速电动机)作为变速用动力源，因此可以正确平稳地进行变速。
(f)由于行星齿轮是单小齿轮方式，因此差动行星齿轮组的机械效率高，且适于高速运转。
产业上的可利用性本发明可适用于差动行星齿轮装置、以及差动行星齿轮装置的起动装置和起动方法。
权利要求
1.一种差动行星齿轮装置，其特征在于，以在太阳轮与内齿轮之间的区域，在半径方向设置有一个、在圆周方向设置有1个或2个以上的行星齿轮的单小齿轮方式构成，驱动源、变速用动力源、被驱动侧部件各自被配置在输入侧、输出侧、变速侧的任一处，而变速用动力源是电动装置。
2.一种差动行星齿轮装置，其特征在于，以如下方式构成，在太阳轮与内齿轮之间的区域设置有行星齿轮，并使驱动源、变速用动力源、被驱动侧部件各自被配置在输入侧、输出侧、变速侧的任一处，而变速用动力源是电动装置，在被驱动部件减速时，切断向上述变速用动力源的旋转驱动用电力的供应，并使变速用动力源发电。
3.如权利要求2所述的差动行星齿轮装置，其特征在于，将由变速用动力源发电出的电力供应给电阻机构。
4.如权利要求2所述的差动行星齿轮装置，其特征在于，将由变速用动力源发电出的电力，向变速用动力源的电源进行电力再生。
5.如权利要求2所述的差动行星齿轮装置，其特征在于，将由变速用动力源发电出的电力向蓄电机构供应。
6.一种差动行星齿轮装置的起动装置，在太阳轮与内齿轮之间设置1个或2个以上的行星齿轮，使驱动源、变速用动力源、被驱动侧部件各自被配置在输入侧、输出侧、变速侧的任一处，其特征在于，驱动源以下述方式构成，通过另外设置的起动机构而将转动提高到额定转速附近后，投入动力，上述起动机构具有变速用动力源、设于变速用动力源的输出侧的增速机构、从该增速机构的输出侧到驱动源的旋转传递系统，该旋转传递系统构成上述差动行星齿轮装置的齿轮以及旋转轴。
7.如权利要求6所述的差动行星齿轮装置的起动装置，其特征在于，以下述方式构成，在连接于上述内齿轮的旋转轴上设有停止机构，该停止机构在利用上述起动机构使驱动源转速增加的期间动作，以使内齿轮成为固定状态。
8.如权利要求6或7所述的差动行星齿轮装置的起动装置，其特征在于，上述增速机构由机械式变速装置构成。
9.如权利要求6或7所述的差动行星齿轮装置的起动装置，其特征在于，上述增速机构包括有变频调速电动机及变换器地被构成。
10.如权利要求6到9中任意一项所述的差动行星齿轮装置的起动装置，其特征在于，以在太阳轮与内齿轮之间的区域，在半径方向设置有一个、在圆周方向设置有1个或2个以上的行星齿轮的单小齿轮方式构成，变速用动力源是电动机。
11.一种差动行星齿轮装置的起动方法，该差动行星齿轮装置，在太阳轮与内齿轮之间设置1个或2个以上的行星齿轮，使驱动源、变速用动力源、被驱动侧部件各自被配置在输入侧、输出侧、变速侧的任一处，其特征在于，若驱动源起动，则使制动器动作而使内齿轮固定，并起动变换器及变频调速电动机，使驱动源旋转到预定转速，接着，对驱动源投入电力，从而以其预定转速使驱动源起动，并且使其正常运转。
全文摘要
本发明提供一种差动行星齿轮装置，其特征在于，其以在太阳轮(1)与内齿轮(2)之间的区域，在半径方向设置一个、在圆周方向设置1个或2个以上的行星齿轮(3)的单小齿轮方式构成，驱动源(4)、变速用动力源(5)、被驱动侧部件(6)各自被配置在输入侧(I)、输出侧(O)、变速侧(T)的任一处，而变速用动力源(5)是电动装置。
文档编号F16H48/10GK1639485SQ0380440
公开日2005年7月13日 申请日期2003年2月21日 优先权日2002年2月21日
发明者木村克己, 三轮俊夫, 高岛道雄, 宇佐美健, 杉山和彦 申请人:株式会社荏原制作所