JPH0122474B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可動翼を備えた流体機械の翼角制御装
置に関するものである。

翼角制御装置は流体機械の可動翼を取付ける回
転軸中に可動翼駆動のための翼角制御用操作軸を
軸方向移動可能に備えるが、翼角制御用操作軸に
作用する翼角操作力を該回転軸に依つて支持する
ものと回転軸以外の静止物体にて支持するものと
がある。翼角操作力を静止物体にて支持して可動
翼を動作するものは回転軸と前記静止物体との相
互間にこの作用力が働くことになり、この為回転
軸を支持する推力軸受にこの作用力が追加される
為、より大容量の推力軸受にせねばならないとい
う欠点がある。これに対して回転軸にて翼角操作
力を支持するものは回転軸上に翼角制御用操作軸
を作動する手段を備える為、回転軸を支持する推
力軸受に翼角操作力が加わらない。

従来回転軸上で翼角制御用操作軸を作動させる
手段としては一般に回転軸上に回転軸と同芯に油
圧シリンダを設けて油圧シリンダのピストンと翼
角制御用操作軸を連結した如き構成がとられてい
た。しかし、このような油圧駆動装置の場合には
油圧供給装置、翼角制御の為のフイードバツク機
構などを備える必要があり装置は大型複雑化し、
かつ油圧シールの問題があり、翼角一定として運
転中においても油圧を加えておかねばならず運転
経費も少なしとしないものであつた。

それゆえに比較的小型の流体機械の翼角制御に
は機械的駆動装置が用いられることが多い。しか
しながら従来の機械的駆動装置は例えば特公昭58
−6078号公報に記載されている発明のようにすべ
て翼角制御用操作軸の推力を回転軸以外の静止物
体で支持するものである為、回転軸を支持する推
力軸受が大型化するという欠点があつた。

本発明は可動翼を備えた流体機械の翼角制御装
置において上記の欠点を除去する為に翼角制御用
操作軸を直接駆動する油圧手段を用いず、かつ翼
角制御用操作軸の推力を回転軸上で支持する構造
の機械的作動手段を提供することを目的としたも
のである。

本発明は中空の回転軸中を翼角制御用操作軸が
貫通し、該操作軸を軸方向に移動させることによ
り翼角度を制御する可動翼を備えた流体機械の翼
角制御装置において、回転軸に回転可能に軸方向
移動しないように外嵌され、回転軸と同芯のねじ
部を持ち、ケーシングに軸方向移動自在にかつケ
ーシングに対して相対回転しないように支持され
たスラストリングと、前記スラストリングのねじ
部に係合するねじを備え軸受を介して滑りリング
に対して回転自在で軸方向に連結された駒と、該
駒を前記スラストリングの回りに回動附勢させる
操作駆動手段と、翼角制御用操作軸に剛に連結さ
れた軸方向移動自在かつ回転軸に対して回転不可
能な滑りリングとからなる可動翼を備えた流体機
械の翼角制御装置である。

以下、本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。第１図は縦断面図である。実施例はポンプと
してのべるが水車の場合も同様である。

可動翼を備えた流体機械の中空の回転軸（以下
主軸と称す）１の内部には翼角制御用操作軸２が
軸方向移動自在に挿通している。この翼角制御用
操作軸２には図示されないが図下方にて可動翼に
連結された直接の操作部材が係合される。翼角制
御用操作軸２は円板形のクロスヘツド４に嵌入
し、かつ翼角制御用操作軸２にねじ込まれた軸ナ
ツト５に依り固定されている。クロスヘツド４に
は軸方向の孔に複数の連結棒６が嵌入し、連結棒
６にねじ込まれたナツト７により固定されてい
る。連結棒６はカツプリング3lを軸方向移動自在
に貫通し、主軸１上に軸方向にのみ移動可能に滑
入した滑りリング８に接続されている。滑りリン
グ８は駒１０に対して軸方向移動しないように、
かつ相対回転自在に軸受９を介して駒１０に連結
されている。

駒１０の外周には回転子１１が駒１０と一体に
回転するべくキー１２を介して固定され、ケーシ
ング１５内周にキー１４により回り止めされて固
定された固定子１３と電動機を構成する。

該電動機は駒１０をスラストリング１６の回り
に回動附勢される操作駆動手段である。駒１０の
内周には主軸１と同芯のめねじ１０ｓが切られて
いる。めねじ１０ｓは主軸１にねじ込まれた軸ナ
ツト１８、主軸１の段部に当接したデイスタンス
ピース１９に挟持されて主軸１に固定され、且つ
スラストリング１６の肩と軸受押え３３にりスラ
ストリング１６に固定された軸受１７を介し、主
軸１に相対回転可能に外嵌されたスラストリング
１６の外周に切られたおねじ１６ｓと係合してい
る。スラストリング１６はキー２１を介しベース
１５ａに固定したペデスタル２０に滑入し回転を
阻止されている。このキー２１、ペデスタル２０
による回転阻止機構はスラストリング１６を軸方
向に支持しない。このため、翼角操作力は主軸１
にて支持される。

なお、スラストリング１６の廻り止めにキー２
１のかわりにピンやスプライン等を用いてもよい
し、磁石を用いることもできる。第２図は水平断
面図で示すスラストリング１６の廻り止めに磁石
を用いた他の実施例でスラストリング１６上に一
対の永久磁石２５を固着し、ベデスタル２０に該
永久磁石と対向する永久磁石と極性の異なる電磁
石を設け、コイル２６に電流を流すことによつて
スラストリング１６の廻り止めを行なうものであ
る。

駒１０の下端に固定された主軸１と同芯の円板
２４にはケーシング１５の内面軸方向に設けた案
内により上下動可能に支持されるシフタ４３が係
合し、シフタ４３に固定した垂直方向の指針４４
はケーシング１５の底を移動可能に密封挿通して
ケーシング１５に固定した例えば非接触型変位
計、ポテンシヨメータ等の位置検出器２７に指斜
４４の位置が検出され、それにより、シフタ４
３、円板２４を介して駒１０の位置が判明し、駒
１０は軸受９を介して滑りリング８、連結棒６、
クロスヘツド４、翼角制御用操作軸２と共に同時
に変位するから、翼角の現在値が判明するように
なつている。位置検出器２７の信号SFは制御器
２８に送られ、制御器２８では所望翼角の設定値
Ｓとの差Ｓ−SFが０になるように固定子１３を
附勢して回転子１１の回転を制御するようになつ
ている。

カツプリング３ｌはキー２３を介して主軸１に
嵌入され、主軸１にねじ込まれた軸ナツト２２に
より軸方向に締めつけられて主軸１に固定されて
おり、キー２３を介して主動力の伝達を行なつて
いる。カツプリング３ｌには対をなすカツプリン
グ３ｕが固定され、カツプリング３ｕに固定され
た動力伝達軸３０により動力は主軸１に伝達され
る。

ケーシング１５の上部にはケーシングカバー２
９、軸封部材３１が共締めして固定され、軸封部
材３１の上部円筒部分はカツプリング３ｕに固定
された円筒形軸封部材３２に隙間少く挿入されて
いる。ケーシングカバー２９の内周側の円筒部分
は駒１０の上部外周に接近している。駒１０の上
端には軸受９の軸受押え３８と漏斗３４が共締め
されている。デイスタンスピース１９とデイスタ
ンスピース１９の下部円筒部に入り込んだベース
１５ａに固定された円筒形の軸封部材３５とで主
軸１は軸封されている。

ケーシング１５とケーシング１５に固定された
ベース１５ａにより油槽が形成されており、油ポ
ンプ３６により吸込まれた該油槽の油は油冷却器
３７を介して冷却して漏斗３４、軸受９、軸受１
７からペデスタル２０中に入りペデスタル２０の
半径方向の溝２０ａから油槽に戻る。

軸受９より落下した油はスラストリングと駒の
ねじ対偶１０ｓ，１６ｓの潤滑も行うようになつ
ている。

可動翼を有する流体機械の運転中は常に主軸１
やカツプリング３ｕ，３ｌ、動力伝達軸３０など
の主動力伝達系と共に翼角制御用操作軸２、軸ナ
ツト５、クロスヘツド４、連結棒６、ナツト７、
滑りリング８、デイスタンスピース１９及び軸ナ
ツト１８等が一体に回転する。翼角度を一定に保
持しておく場合には駒１０に固定された回転子１
１とケーシング１５に固定された固定子１３によ
り構成される電動機に回転力を発生させない様制
御するかもしくは通電しない。回転子１１及び駒
１０は回転しないので駒１０は移動せず連結され
ている滑りリング８は軸方向に不動であり、連結
棒６、クロスヘツド４を介して翼角制御用操作軸
２は軸方向に移動しない。つまり翼角度は一定に
保たれる。翼角制御を行なう場合には前記電動機
に回転力を発生させることにより回転子１１は回
転し、駒１０は回転する。駒１０の内周に切られ
ためねじ１０ｓとスラストリング１６の外周に切
られたおねじ１６ｓとのねじ対偶により駒１０自
身を軸方向に移動させる。駒１０の運動は軸受９
を介して回転を解放し軸方向運動のみを滑りリン
グ８に伝達する。滑りリング８、連結棒６、クロ
スヘツド４、翼角制御用操作軸２は一体に軸方向
に運動するため翼角制御用操作軸２の軸方向移動
を得、翼角度が変化する。翼角度を上記と逆に変
化させる場合には上記と逆方向に電動機の回転子
１１を回転させる様制御すればよい。

駒１０の軸方向の変位は位置検出器２７により
知ることができ翼角度が判明し、既述のようにし
て設定翼角Ｓに翼角度は設定される。

この様な装置に用いられる回転子１１、固定子
１３からなる電動機は例えばステツピングモー
タ、低周波多極モータ、サイリスタモータ等に構
成するのが適当であり、パルスモータに構成し数
値制御をすれば好適である。

第３図、第４図は本発明の他の実施例を示す縦
断面図である。これらの実施例は駒１０をスラス
トリング１６の回りに回動附勢させる操作駆動手
段の部分が前実施例と異なる。

第３図の実施例では駒１０の外周には平歯車３
９が切られており、平歯車３９にはケーシング１
５内に固定せられ主軸１と平行な出力軸を配した
油圧モータ４１の軸端に固定された平歯車４２が
かみ合つている。平歯車３９と平歯車４２は常時
かみ合いを保つために少くとも何れかが駒１０の
移動量だけ他の歯車よりも歯幅を大きくしてあ
る。

油圧モータ４１を回転すると平歯車４２が回転
し、平歯車３９に回転を伝え、駒１０は回転す
る。従つて油圧モータ４１を正逆転することによ
り翼角の制御を行うことができる。この実施例に
おいては駒１０の軸方向の移動が許されれば駒１
０の外周には平歯車３９でなくはすば歯車でもよ
く、これとかみ合うはすば歯車駆動としてもよ
い。この場合ははすば歯車対の一方の歯車の軸方
向移動に伴う回転変位分が駒１０の回動に対して
加減算されるものとなる。駒１０の外周の歯車に
かみ合う歯車は駒１０の軸方向移動を許し得れば
よいから、ウオーム、ねじ歯車、ラツク等であつ
てもよい。ラツクの場合はラツクを流体圧サーボ
シリンダにより駆動する。尚駒１０を流体圧作動
の駆動源にて作動することは従来例の油圧作動の
可動翼を備えた流体機械の翼角制御装置が油圧シ
リンダの推力を直接翼角制御用操作軸２に加えて
いるのとは異なり、駒１０の駆動源であり、油圧
モータはその一例である。

第４図の実施例を示す断面図である。この実施
例は駒外周の平歯車に噛み合う伝動装置が第３図
の実施例と異なる。

駒１０の外周の平歯車３９には主軸１と平行な
翼角操作力入力軸４５に固定された平歯車４２が
かみ合つている。翼角操作力入力軸４５はケーシ
ング１５に設けた軸受４６，４７で回転自在に支
承されており、この入力軸４５の上端にはかさ歯
車４８が固定されている。翼角操作用の原動機５
０に一端が連結され、ケーシング１５に軸受５
１，５２を介して支持された操作駆動軸５３の他
端には小かさ歯車４９が固定されており、この小
かさ歯車４９はかさ歯車４８にかみ合つている。

原動機５０を付勢すると小かさ歯車４９が回転
し、かさ歯車４８、平歯車４２が回転し、平歯車
３９に回転を伝え、駒１０が回転し、前述の実施
例と同様に翼角度を変更することができる。

この実施例においては、平歯車３９は平歯車４
２とかみ合いながら軸方向に移動するから、常時
かみ合いを保つため平歯車３９の歯幅は軸方向移
動量を考慮した長さとなつているが、逆に平歯車
４２の歯幅を広くして平歯車３９の幅を強度必要
な幅としてもよく、あるいは第６図に示すように
翼角操作力入力軸４５と平歯車４２をスプライン
結合して、平歯車３９，４２を同幅とし、平歯車
４２の両側につば４２ａを固定してつば４２ａで
平歯車３９を挟んで平歯車３９の移動に伴つて平
歯車４２をスプライン軸上をすべるようにしても
よい。また、平歯車４２のすべり機構としてスプ
ラインの代りにすべりキー、ボールスプラインな
どを用いてもよい。

本発明の可動翼を備えた流体機械の翼用制御装
置は中空の回転軸中を翼角制御用操作軸が貫通
し、該操作軸を軸方向に移動させることにより翼
角度を制御する可動翼を備えた流体機械の翼角制
御装置において、回転軸に回転可能に軸方向移動
しないように外嵌され、回転軸と同芯のねじ部を
持ち、ケーシングに軸方向移動自在にかつケーシ
ングに対して相対回転しないように支持されたス
ラストリングと、前記スラストリングのねじ部に
係合するねじを備え軸受を介して滑りリングに対
して回転自在で軸方向に連結された駒と、該駒を
前記スラストリングの回りに回動附勢させる操作
駆動手段と、翼角制御用操作軸に剛に連結された
軸方向移動自在かつ回転軸に対して回転不可能な
滑りリングとで構成したから、回転軸の推力軸受
には翼用操作力が作用せず、該推力軸受を小型化
できる。また、既設の固定翼ポンプを可動翼化す
る場合、スラスト軸受の変更が不要なのでポンプ
駆動の主モータを変更することなしに可動翼化を
達成できる。駒の回転軸に対する相対回転をねじ
対偶を用いて軸方向運動に変換しているので、翼
が受ける流体力により翼角制御用操作軸が推力を
受けてもねじの摩擦により駒は回転しない。つま
り翼角制御動作以外は翼角を一定に保つ為に動力
を必要としない。ねじ部材は回転せず駒の正逆転
の絶対的な回転に従つて翼角が立つたりねたりす
る方向に変化するので駒の操作附勢手段を制御す
るのが簡単であり、翼角を一定にしておく場合に
は駒の操作附勢手段は停止しておくことが出来る
から翼角操作動力費の節約となる。

駒の操作駆動手段を該駒外周に固定した回転子
と該回転子と空隙をおいて固設した固定子とから
なる電動機とした場合、駒の駆動にはラジアル荷
重が働かず駒の駆動力が少なく運動が円滑であ
る。

駒の操作駆動手段を該駒外周に設けた歯車とか
み合う歯車を正逆方向の運動可能な駆動源により
駆動するようにした場合は該駆動源を電動機、油
圧モータ、流体圧モータ、流体圧サーボシリンダ
等によることができて構成の自由度が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は
第１図の一部の他の実施例を示す水平断面図、第
３図は本発明の他の実施例の縦断面図、第４図は
本発明の更に他の実施例の縦断面図、第５図は第
４図のＡ−Ａ断面図、第６図は第４図の一部の他
の実施例を示す縦断面図である。 １……主軸、２……翼角制御用操作軸、３ｌ，
３ｕ……カツプリング、４……クロスヘツド、５
……軸ナツト、６……連結棒、７……ナツト、８
……滑りリング、９……軸受、１０……駒、１０
ｓ……めねじ、１１……回転子、１２……キー、
１３……固定子、１５……ケーシング、１５ａ…
…ベース、１６……スラストリング、１６ｓ……
おねじ、１７……軸受、１８……軸ナツト、１９
……デイスタンスピース、２０……ペデスタル、
２０ａ……溝、２１……キー、２２……軸ナツ
ト、２３……キー、２４……円板、２５……永久
磁石、２６……コイル、２７……位置検出器、２
８……制御器、２９……カバー、３０……動力伝
達軸、３１，３２……軸封部材、３３，３８……
軸受押え、３４……漏斗、３５……軸封部材、３
６……油ポンプ、３７……油冷却器、３９……平
歯車、４１……油圧モータ、４２……平歯車、４
２ａ……つば、４３……シフタ、４４……指針、
４５……翼角操作力入力軸、４６，４７……軸
受、４８……かさ歯車、４９……小かさ歯車、５
０……原動機、５１，５２……軸受、５３……操
作駆動軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空の回転軸中を翼角制御用操作軸が貫通
   し、該操作軸を軸方向に移動させることにより翼
   角度を制御する可動翼を備えた流体機械の翼角制
   御装置において、回転軸に回転可能に軸方向移動
   しないように外嵌され、回転軸と同芯のねじ部を
   持ち、ケーシングに軸方向移動自在にかつケーシ
   ングに対して相対回転しないように支持されたス
   ラストリングと、前記スラストリングのねじ部に
   係合するねじを備え軸受を介して滑りリングに対
   して回転自在で軸方向に連結された駒と、該駒を
   前記スラストリングの回りに回動附勢させる操作
   駆動手段と、翼角制御用操作軸に剛に連結された
   軸方向移動自在かつ回転軸に対して回転不可能な
   滑りリングとからなる可動翼を備えた流体機械の
   翼角制御装置。 ２ 駒の操作駆動手段が、該駒外周に固定した回
   転子と該回転子と空隙をおいて固設した固定子と
   からなる電動機である特許請求の範囲第１項記載
   の可動翼を備えた流体機械の翼角制御装置。 ３ 駒の操作駆動手段が、該駒外周に設けられた
   歯車と、該歯車と噛み合い駆動源に連結された歯
   車伝動装置とからなる特許請求の範囲第１項記載
   の可動翼を備えた流体機械の翼角制御装置。