JPH03530Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利分野） 本考案は、可動翼の角度を調整する翼角操作軸
の軸方向位置を精度良く制御できるようにした可
動翼流体機械に関するものである。

（従来の技術） 従来の可動翼流体機械の一例の縦断面図を第６
図に示す。第６図において、回転軸１を中空と
し、この回転軸１内に軸方向に移動可能に翼角操
作軸２が挿入されている。そして、回転軸１の先
端部に羽根車ボス３が固定され、この羽根車ボス
３に放射状に可動翼４，４…が配設されている。
さらに、これらの可動翼４，４…の取付軸５，５
…に設けたアーム６，６…が、翼角操作軸２の先
端に設けられたクロスヘツド７とリンク８，８…
で適宜に連結され、翼角操作軸２の軸方向移動に
より可動翼４，４…の角度が調整されるよう構成
されている。

また、回転軸１の他端部（第６図で上端部）に
サーボシリンダ９が設けられ、このサーボシリン
ダ９内に翼角操作軸２に連結されるサーボピスト
ン１０が収納されている。サーボシリンダ９は、
電動機台１１に載置固定される図示しない電動機
の軸と継手１２で連結されている。そして、回転
軸１の外周に基礎１３に固定された給油環１４が
嵌合され、この給油環１４に設けられた２つの圧
油導孔１５，１６の一方が回転軸１とサーボシリ
ンダ９を通る孔１７を介してサーボシリンダ９内
をサーボピストン１０で２分した一方の室（第６
図で上方室）に連通され、他方が回転軸１を通る
孔１８を介してサーボシリンダ９内の他方の室
（第６図で下方室）に連通されている。そして、
圧油導孔１５，１６が、四方切換弁１９を介して
圧油源２０に連通されている。

さらに、連結杆２１がサーボシリンダ９の上部
壁を軸方向に移動可能であるとともに封密的に貫
通され、その一端がサーボピストン１０に固着さ
れ、他端が回転軸１の外側で軸方向に移動可能な
環状の追従輪２２に固着されている。そして、軸
２３に揺動自在に設けられたレバー２４の揺動端
が追従輪２２に係合されている。この軸２３には
図示しない出力信号発生器が設けられ、軸２３の
回転角に応じた出力信号が出力される。そして、
この出力信号と翼角設定器２５で設定出力される
設定信号とが比較増幅器２６で比較され、この比
較増幅器２６の比較出力信号により出力信号と設
定信号が一致するように四方切換弁１９が切り換
え制御される。

かかる構成において、電動機を回転駆動させる
と、継手１２を介して回転軸１が回転し、羽根車
ボス３に配設された可動翼４，４…が回転軸１を
軸として回転して揚力を生じさせる。

ここで、出力信号発生器から出力される出力信
号と翼角設定器２５で設定出力される設定信号と
が一致していれば、比較増幅器２６は比較出力信
号を発生せず、四方切換弁１９は閉塞状態のまま
でサーボシリンダ９内に連通する圧油導孔１５，
１６のいずれにも圧油が導入されずにサーボピス
トン１０は軸方向に移動しない。そして、翼角操
作軸２は回転軸１とともに回転し、可動翼４，４
…の角度は変化しない。

ところで、出力信号発生器から出力される出力
信号と翼角設定器２５から出力される設定信号と
が一致しないならば、比較増幅器２６は四方切換
弁１９を切り換えてサーボシリンダ９内に連通す
る圧油導孔１５，１６のいずれか一方に圧油を導
入するとともに他方から排油させ、サーボピスト
ン１０が軸方向に移動される。このサーボピスト
ン１０の移動にともないレバー２４が揺動し、軸
２３に設けられた出力信号発生器からの出力信号
が変化して設定信号に一致すると、比較増幅器２
２６からの比較出力信号が消滅して四方切換弁１
９が再び閉塞状態に切り換えられてサーボピスト
ン１０の軸方向移動が停止する。この結果、サー
ボピストン１０に連結される翼角操作軸２は翼角
設定器２５で設定された設定信号に応じたサーボ
制御がなされる。そして、翼角操作軸２の軸方向
移動により、クロスヘツド７とリンク８，８…お
よびアーム６，６…を介して取付軸５，５…が回
転され、可動翼４，４…の角度の調整がなされ
る。

（考案が解決しようとする問題点） ところで、上記した従来の可動翼流体機械にあ
つては、サーボピストン１０の位置を連結杆２１
を介して追従輪２２に伝達しているが、この追従
輪２２は回転軸１とともに回転されており、追従
輪２２が回転軸１の軸心に直角な平面上で回転さ
れていなければ、レバー２４の揺動端が振れて軸
２３の回転角が一定しない。このため、出力信号
発生器から翼角操作軸２の軸方向位置に正確に対
応した出力信号が出力されず、正確なサーボ制御
が難しい。このため、追従輪２２を回転軸１の軸
芯に直角な平面上に精度良く組み立てなければな
らず、熟練した作業者が多く作業時間を必要とす
るという問題点がある。また、運転状態の切り換
えによる流体力的加振力や地震による加振力によ
り、回転軸１が芯振れを生じた際にも、レバー２
４の揺動端が振れて出力信号発生器からの出力信
号が変化し易いという問題点がある。

なお、追従輪２２に相当する金属製円板の軸方
向の位置を、１つの磁気近接センサーにより検出
する技術が特開昭60−90987号公報に開示されて
いるが、上記従来例と同様に、金属製円板を回転
軸の軸芯と直交する平面上に確実に組み立てなけ
ればならず、組み立て作業が難しいという問題点
がある。

本考案の目的は、上記した従来の可動翼流体機
械の問題点を解決すべくなされたもので、翼角操
作軸の軸方向の位置を検出する機構が容易に組み
立てられ、しかも翼角操作軸の軸方向位置を精度
良く制御できるようにした可動翼流体機械を提供
することにある。

（問題を解決するための手段） かかる目的を達成するために、本考案の可動翼
流体機械は、軸方向に移動可能に翼角操作軸を回
転軸内に設け、この翼角操作軸の移動によつて前
記回転軸の先端部に設けた可動翼の角度を調整す
る可動翼流体機械において、前記回転軸の外側に
前記翼角操作軸と連動して軸方向に移動する環状
連動部材を配設し、この環状連動部材の軸方向移
動により出力信号が変化する複数の非接触形位置
検出器を同芯円上を均等分割する位置に配設し、
前記複数の非接触形位置検出器の出力信号を演算
器に与えて前記出力信号の加算値に応じた演算出
力信号を発生さ、この演算出力信号をローバスフ
イルタに与え、このローバスフイルタの出力信号
と翼角設定器から出力される設定信号とにより前
記翼角操作軸を移動制御するように構成されてい
る。

（作用） 翼角操作軸と連動して軸方向に移動する環状連
動部材を配設し、この環状連動部材の軸方向移動
により出力信号が変化する複数の非接触形位置検
出器を同芯円上を均等分割する位置に配設し、こ
れらの出力信号の加算値に応じた演算出力信号を
演算器から出力させるようにしたので、環状連動
部材の軸芯が回転軸の軸芯と一致せずに横振れ等
を生じても、複数の非接触形位置検出器からの出
力信号の加算値はほぼ一定であり、演算器から翼
角操作軸の軸方向位置に応じて安定した演算出力
信号が得られる。さらに、演算出力信号がローバ
スフイルタに与えられて脈動成分が大幅に除去ま
たは抑圧され、この脈動成分の含まれない信号と
翼角設定器から出力される設定信号とにより翼角
操作軸を移動制御するようにしたので、演算出力
信号に含まれる脈動成分に影響を受けることなし
に精度良く翼角操作軸が移動制御される。

（実施例） 以下、本考案の実施例を第１図ないし第５図を
参照して説明する。第１図は、本考案の可動翼流
体機械の翼角操作軸の軸方向の位置を検出する機
構を示す要部縦断面図であり、第２図は、１図の
演算器から出力された演算出力信号を示す図であ
り、第３図は、積分器から平滑化されて出力され
た信号を示す図であり、第４図は、第２図の演算
出力信号をそのまま比較増幅器に与えた場合のサ
ーボシリンダ内の圧油の圧力変動を示す図であ
り、第５図は、第３図の積分器から出力された信
号を比較増幅器に与えた場合のサーボシリンダ内
の圧油の圧力変動を示す図である。第１図におい
て、第６図と同一部材には同一符号を付して重複
する説明を省略する。

第１図において、複数の連結杆２１，２１がサ
ーボシリンダ９の上部壁を軸方向に移動可能であ
るとともに封密的でしかも回転軸１の軸芯対称の
位置に貫通され、それぞれの一端がサーボピスト
ン１０に固着され、それぞれの他端が回転軸１の
外側で軸方向に移動可能であるとともに外周が下
拡がりのテーパー状の強磁性体金属の筒体からな
る環状連動部材３０に固着されている。さらに、
この環状連動部材３０に臨んで２個の非接触形位
置検出器としての磁気近接センサー３１，３１が
回転軸１の軸芯対称の位置に配設されている。こ
れらの磁気近接センサー３１，３１から出力され
る出力信号は演算器３２により加算値または平均
値が算出されて演算出力信号として出力される。
そして、この演算出力信号がローバスフイルタと
しての積分器３３に与えられ、この積分器で平滑
化されて出力された信号と翼角設定器２５から出
力される設定信号が比較増幅器２６で比較され、
比較増幅器２６から出力される比較出力信号によ
り四方切換弁１９の制御がなされる。

かかる構成において、翼角操作軸２の軸方向の
位置に連動し環状連動部材３０の軸方向の位置が
変化し、環状連動部材３０の外周のテーパーによ
り磁気近接センサー３１，３１との距離が変化し
て出力信号が変化する。なお、磁気近接センサー
３１，３１は、環状連動部材３０を感応片とする
うず電流効果によりインダクタンスが変化する高
周波コイルを備え、このインダクタンスの変化に
より出力電圧が変化するものである。

ここで、環状連動部材３０の軸芯が回転軸１の
軸芯とずれまたは傾いて組み立てられているとす
ると、軸芯が一致した場合に比べて交互に２個の
磁気近接センサー３１，３１の一方の出力信号が
小さくなり他方の出力信号が大きくなる。しかし
ながら、２個の磁気近接センサー３１，３１が対
称の位置に配設されるので、一方の出力信号が小
さくなつた分だけ他方の出力信号が大きくなり、
演算器３２から出力される加算値または平均値で
ある演算出力信号はほぼ一定となる。

ところで、回転軸１の回転に伴ない、磁気近接
センサー３１，３１の支持部材または環状連動部
材３０が振動を生ずると、演算器３２から出力さ
れる演算出力信号に、第２図のごとく、例えば
3.5Hz60ｍＶの脈動成分が含まれる。そして、こ
の脈動成分が含まれる演算出力信号がそのまま比
較増幅器２６に与えられたならば、比較出力信号
は脈動成分に応じて四方切換弁１９を切り換え制
御し、サーボシリンダ９内に導入される圧油は、
第４図のごとく、例えば7.1Kg／m²の脈動の圧力
変化が生じる。この結果、サーボピストン１０の
位置が不安定で精度良くサーボ制御がなされな
い。

そこで、演算出力信号を積分器３３に与えて脈
動成分を、第３図のごとく、大幅に抑圧または除
去して平滑化された信号を積分器３３から出力さ
せる。この積分器３３から出力される信号は、翼
角操作軸２の軸方向の位置に正確に対応してお
り、これを比較増幅器２６に与えることで、四方
切換弁１９の切り換え制御が安定する。そして、
サーボシリンダ９内に導入される圧油は、第５図
のごとく、圧力変動が例えば1.6Kg／m²と少なく
安定したものとなる。この結果、サーボピストン
１０の位置が安定し、精度良く翼角操作軸２の軸
方向の位置のサーボ制御がなされる。

なお、上記実施例における積分器３３の時定数
は、0.5〜20秒で調整可能とし、磁気近接センサ
ー３１，３１支持部材の振動に応じて適宜に調整
すれば良い。また、上記実施例では、非接触形位
置検出器として磁気近接センサー３１，３１を用
いたものを説明したが、ホール素子や光センサー
を用いたものであつても良い。そして、非接触形
位置検出器は、２固以上を同芯円上に均等分割す
る位置に配設し、これらの出力信号の加算値また
は平均値を演算器３２で演算出力信号として出力
させれば良い。さらに、ローバスフイルタは、積
分器３３に限られず、演算出力信号に含まれる脈
動成分を除去または抑圧できれば良い。そしてさ
らに、本考案の可動翼流体機械は、ポンプのみな
らず水車や風車等にも応用することができ、しか
も翼角操作軸２が機械的に軸方向にデジタル制御
で移動されるものであつても良い。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案の可動翼流体機械
によれば、環状連動部材の軸芯が回転軸の軸芯か
らずれていても、演算器から翼角操作軸の軸方向
位置に正確に対応した演算出力信号が得られ、し
かも非接触形位置検出器の支持部材の振動等によ
り演算出力信号に含まれる脈動成分がローパスフ
イルタにより除去または抑圧されるので、翼角操
作軸の軸方向位置を安定で精度良く制御すること
ができる。そして、環状連動部材の組み立て誤差
の許容範囲が広く、組み立ておよび保守管理が容
易である。さらに、回転軸の芯振れ等に対して
も、翼角操作軸の軸方向位置を精度良く制御でき
るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の可動翼流体機械の翼角操作
軸の軸方向の位置を検出する機構を示す要部縦断
面図であり、第２図は、第１図の演算器から出力
された演算出力信号を示す図であり、第３図は、
積分器から平滑化されて出力された信号を示す図
であり、第４図は、第２図の演算出力信号をその
まま比較増幅器に与えた場合のサーボシリンダ内
の圧油の圧力変動を示す図であり、第５図は、第
３図の積分器から出力された信号を比較増幅器に
与えた場合のサーボシリンダ内の圧油の圧力変動
を示す図であり、第６図は、従来の可動翼流体機
械の縦断面図である。 １：回転軸、２：翼角操作軸、４：可動翼、
９：サーボシリンダ、１０：サーボピストン、１
９：四方切換弁、２０：圧油源、２５：翼角設定
器、２６：比較増幅器、３１：磁気近接センサ
ー、３２：演算器、３３：積分器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 軸方向に移動可能に翼角操作軸を回転軸内に
   設け、この翼角操作軸の移動によつて前記回転
   軸の先端部に設けた可動翼の角度を調整する可
   動翼流体機械において、前記回転軸の外側に前
   記翼角操作軸と連動して軸方向に移動する環状
   連動部材を配設し、この環状連動部材の軸方向
   移動により出力信号が変化する複数の非接触形
   位置検出器を同芯円上を均等分割する位置に配
   設し、前記複数の非接触形位置検出器の出力信
   号を演算器に与えて前記出力信号の加算値に応
   じた演算出力信号を発生させ、この演算出力信
   号をローパスフイルタに与え、このローパスフ
   イルタの出力信号と翼角設定器から出力される
   設定信号とにより前記翼角操作軸を移動制御す
   るように構成しことを特徴とする可動翼流体機
   械。 (2) 前記ローパスフイルタが積分器であり、この
   積分器で平滑化されて出力された信号と、前記
   翼角設定器から出力される設定信号とを、比較
   増幅器で比較し、この比較増幅器の比較出力信
   号で四方切換弁を切り換え制御し、前記翼角操
   作軸を軸方向に移動させるサーボシリンダ内に
   導入される圧油を前記四方切換弁で制御して、
   前記翼角操作軸をサーボ制御するように構成し
   たことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の可動翼流体機械。