JP3332406B2 - 可動翼水力機械のランナベーン操作装置 - Google Patents

可動翼水力機械のランナベーン操作装置

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JP3332406B2 JP07450292A JP7450292A JP3332406B2 JP 3332406 B2 JP3332406 B2 JP 3332406B2 JP 07450292 A JP07450292 A JP 07450292A JP 7450292 A JP7450292 A JP 7450292A JP 3332406 B2 JP3332406 B2 JP 3332406B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、可動翼を有する水車や
ポンプ等の水力機械におけるランナベーン操作装置に係
り、特に小さな駆動装置で大きな操作力が得られる可動
翼水力機械のランナベーン操作装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、可動翼を有する水車やポンプ等
の水力機械においては、回転中にランナベーンの角度を
変化させる必要があるため、ランナボス内にリンク機構
を組込み、このリンク機構を、操作ロッドを介してサー
ボモータ等の駆動装置に接続している。そして、この駆
動装置の往復動が、ランナベーンリンク機構によりラン
ナベーンの回転動に変換され、ランナベーンの角度が変
化するようになっている。
【0003】ところで、この種のランナベーン操作装置
においては、サーボモータ等の駆動装置が操作ロッドに
直結しているため、ランナベーンが流水から受ける水圧
力による水力アンバランスモーメントや回転トルク等の
荷重が、リンク機構を介し直接駆動装置に伝達されるこ
とになる。したがって、この力に打ち勝ってランナベー
ンを操作するためには、必然的に駆動装置の容量を大き
くせざるを得ない。そこで従来は、例えば実開昭58−
98475号公報に示されているように、駆動装置とし
て大容量に適した油圧式サーボモータを用いている。
【0004】図6は、従来のこの種のランナベーン操作
装置を示すもので、図中符号1は中空状をなす回転軸で
あり、この回転軸の先端には、ランナ2を構成するラン
ナボス3、コーン4およびランナベーン5が取付けられ
ており、前記ランナボス3内には、ランナベーン5の角
度を変化させるためリンク機構6が組込まれている。
【0005】一方、前記回転軸1内には、図6に示すよ
うに、操作ロッド7が上下動可能に配置されており、こ
の操作ロッド7の下端部は、前記リンク機構6に連結さ
れ、また操作ロッド7の上端部は、油圧式サーボモータ
8のピストン9に連結されている。そして、油圧式サー
ボモータ8を起動してピストン9を上下動させることに
より、この操作力が操作ロッド7を介してリンク機構6
に伝達され、このリンク機構6で回転動に変換された
後、ランナベーン5に伝えられるようになっている。前
記従来の可動翼力機械のランナベーン操作装置において
は、駆動装置として油圧式サーボモータ8を用いている
ため、駆動源となる油圧を発生させるための圧油タンク
等の周辺機器を要し、しかもその保守点検を頻繁に実施
しなければならず、作業が容易でないとともに、漏油等
の油の流出により河川が汚染されるおそれがある等の問
題がある。
【0006】そこで近年では、例えば特開昭60−79
174号公報に示されているように、駆動装置として、
油圧式サーボモータに替えて電動式サーボモータを用い
る試みがなされている。図7は、従来のこの種の駆動装
置の一例を示すもので、図中、符号11は、可変ピッチ
機構12とともに回転軸13に取付けられた羽根であ
り、この羽根11f、操作ロッド14によって可変ピッ
チ機構12を駆動することにより、そのピッチが変化す
るようになっている。前記回転軸13には、図7に示す
ように軸受15を介しベースBに回転自在に支持した中
空軸16、17が直列に接続されており、一方、前記操
作ロッド14には、中空軸16内に軸受18を介しスラ
イド自在に支持した連結ロッド19が連結されている。
【0007】この連結ロッド19の基端部には、図7に
示すように、送りナット20が固設されており、この送
りナット20には、駆動軸21の先端に設けた雄ねじ部
22が螺装されている。前記駆動軸21は、図7に示す
ように、軸受23を介し回転自在に中空軸17内に支持
されており、その基端部は、ステータ25とともに電動
式サーボモータ24を構成するロータ26に連結されて
いる。そして、電動式サーボモータ24からの回転力
は、雄ねじ部22と送りナット20とにより往復動に変
換された後、操作ロッド14を介して可変ピッチ機構1
2に伝達され、羽根11のピッチが変化するようになっ
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】電動式サーボモータ2
4を用いた従来の駆動装置においては、油圧式に比較し
て周辺機器が少なく、保守・点検も容易であるという利
点を有するが、駆動力が小さいため、カプラン水車に代
表されるような可動翼水力機械に適用した場合には、ラ
ンナベーンの回動力に打ち勝って操作するだけの操作力
を得ることが非常に困難となり、油圧式と同程度の出力
を出すためには、構造が非常に大きくなり、実用的でな
い。そこで本発明の目的は、小出力の駆動装置を用いて
も、大きな操作力を容易に得ることができる可動翼水力
機械のランナベーン操作装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、サーボモータ等の駆動装置により、ラン
ナベーンリンク機構を介してランナベーンを開閉する可
動翼水力機械のランナベーン操作装置において、前記駆
動装置にランナベーンリンク機構との間に、駆動装置か
らの操作力を増幅する機械的な倍力機構を設けるように
したことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明に係る可動翼水力機械のランナベーン操
作装置においては、駆動装置とランナベーンリンク機構
との間に、倍力機構が配されている。このため、駆動装
置からの操作力は、この倍力機構で増幅されてランナベ
ーンリンク機構に伝達されることになり、小出力の駆動
装置を用いても、大きな操作力を得ることが可能とな
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の位置実施例を図面を参照して
説明する。
【0012】図3は、本発明に係る可動翼水力機械のラ
ンナベーン操作装置の一例を示すもので、図中、符号3
1は、中空状をなす回転軸であり、この回転軸31の先
端には、ランナ32を構成するランナボス33、ランナ
コーン34およびランナベーン35が取付けられてお
り、前記ランナボス33の内部にはランナベーン35の
角度を変化させるためのリンク機構36が組込まれてい
る。そして、前記ランナ32は、ランナベーン35に導
かれる水力により回転駆動され、前記回転軸31の中間
部に取付けられた発電機ロータ37を回転させて発電を
行なうようになっている。
【0013】一方、前記回転軸31の内部には、図3に
示すように、操作ロッド38およびロッド39が軸方向
にスライド可能に配置されており、これら両ロッド3
8、39は、後述する機械的な倍力機構40を介して相
互に接続されているとともに、操作ロッド38の下端部
は、前記リンク機構36に接続され、またロッド39の
上端部は、電動式サーボモータ等で構成される駆動装置
41に接続されている。前記回転軸31は、図1および
図2に示すように、前記操作ロッド38がブッシュ42
を介し収容される下部回転軸31aと、前記ロッド39
がブッシュ43を介し収容される上部回転軸31bとか
ら構成されており、下部回転軸31aの上端部には、上
端開放の脚出部44が形成され、また上部回転軸31b
の下端部には、前記膨出部44の上端開口部を閉止する
蓋部45が形成されている。そして、膨出部44と蓋部
45とは、ボルト46およびワッシャ47を介し締結固
定されるとともに、その内部には、前記倍力機構40が
組付けられている。
【0014】この倍力機構40は、図1および図2に示
すように、ロッド39の下端部にナット48およびワッ
シャ49を介し廻り止め状態で固定されフランジ50を
備えており、このフランジ50の下面には、2本のリン
ク51の上端部が、径方向に対向する位置にピン52を
介して枢着され、これら各リンク51の下端部は、2本
のレバー53の内端部に、ピン54を介しそれぞれ枢着
されている。前記各レバー53の外端部は、図1および
図2に示すように、前記膨出部44の内面に径方向に対
向して形成した2個の突起部55に、ピン56を介して
それぞれ枢着されており、これら各レバー53の中間部
には、2本のリンク57の各上端部が、ピン58を介し
てそれぞれ枢着されている。
【0015】一方、前記操作ロッド38の上端部には、
図1および図2に示すように、フランジ59がナット6
0およびワッシャ61を介し廻り止め状態で固定されて
おり、このフランジ59の上面には、前記各リンク57
の下端部がピン62を介してそれぞれ枢着されている。
以上の構成を有する倍力機構40は、後に詳述するよう
に、ロッド39からの操作力F1 をピン54、56間の
距離L1 とピン56、58間の距離L2 との比に見合っ
た倍増率で拡大した後、操作力F2 として操作ロッド3
8に伝達するようになっている。また、この倍力機構4
0の回動部、例えば各ピン52、54、56、58、6
2回りには、無給油軸受等のブシュ(図示せず)が装着
されて潤滑不要な構造となっている。
【0016】次に本実施例の作用について説明する。駆
動装置41を駆動してロッド39を上下動させると、図
2に示すように、ロッド39下端のフランジ50が寸法
1 だけ上下動する。この動きは、2本のリンク51を
介し各レバー53に伝達され、両レバー53が上下に揺
動する。両レバー53が上下に揺動すると、この上下動
は、両リンク57を介しフランジ59に伝達され、フラ
ンジ59および操作ロッド38が寸法l2 だけ上下動す
る。操作ロッド38が上下動すると、この動きは、図3
に示すリンク機構36に伝えられ、リンク機構36で回
動力に変換された後、ランナベーン35に伝達される。
【0017】ところで、ロッド39側のフランジ50に
連結されたリンク51と、操作ロッド38側のフランジ
59に連結されたリンク57とは、図1に示すように、
それぞれレバー53に連結されているが、ピン56から
の距離L1 、L2 が相互に異なっており、しかもL1
2 となっている。したがって、L2 に対するL1 の比
をα、ロッド39の操作力をF1 、操作ロッド38の操
作力をF2 とすれば、次式が成立する。 L1 /L2 =α …(1) F2 =α×F1 …(2) すなわち、操作ロッド38の操作力は、ロッド39の操
作力F1 に対しα倍されたことになる。そして、操作ロ
ッド38の操作力F2 は、L2 に対するL1 の比αが大
きくなるほど、ロッド39の操作力F1 に対し大きな増
幅度となる。例えばα=2とすれば、ロッド39の操作
力F1 、すなわち駆動装置41の操作力は、従来の1/
2で済む。したがって、駆動装置41として電動式サー
ボモータを用いることが可能となるとともに、油圧式サ
ーボモータを用いた場合には、そのシリンダ口径が1/
(1/2)でよいことになる。また、ロッド39の直径
も従来の1/(1/2)でよいことになる。
【0018】このように、倍力機構40を設けることに
より、操作力は、増幅することができるが、一方、スト
ロークは次式のように縮小される。
【0019】
【数1】 すなわち、操作ロッド38を従来と同量上下動させるた
めには、ロッド39を従来のα倍上下動させなければな
らない。しかしながら、駆動装置全体から見れば、回転
軸31の全長の内でストローク分は吸収できるため、回
転軸31が長くなることはなく、特に問題はない。な
お、前記実施例においては、倍力機構40を、左右対称
構造とし、操作力の偏荷重や回転時のアンバランス力を
避けるようにした場合について説明したが、例えばレバ
ー53等を、周方向に等間隔で3個以上設けられるよう
にしても同様の効果が得られる。また、前記実施例にお
いては、倍力機構40を、発電機ロータ37よりも下方
位置に接地する場合について説明したが、図4に示すよ
うに、発電機ロータ37よりも上方位置に設置するよう
にしてもよく、また、図5に示すように、発電機ロータ
37内に組付けるようにしてもよい。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、駆動装置
とランナベーンリンク機構との間に、倍力機構を設ける
ようにしているので、小出力の駆動装置を用いても、大
きな操作力を容易に得ることができ、ランナベーン操作
装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る可動翼水力機械のラン
ナベーン操作装置を示す要部詳細図。
【図2】倍力機構の作動状態を示す図1相当図。
【図3】図1のランナベーン操作装置の全体構成図。
【図4】倍力機構の設置位置を異にするランナベーン操
作装置の全体構成図。
【図5】倍力機構の設置位置を異にする他のランナベー
ン操作装置の全体構成図。
【図6】従来のランナベーン操作装置を示す全体構成
図。
【図7】駆動装置として電動式サーボモータを用いる従
来装置を示す構成図。
【符号の説明】
31 回転軸 32 ランナ 33 ランナボス 34 ランナコーン 35 ランナベーン 36 リンク機構 37 発電機ロータ 38 操作ロッド 39 ロッド 40 倍力機構 41 駆動装置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−135988(JP,A) 特開 昭60−164672(JP,A) 特開 昭60−153479(JP,A) 特開 昭63−310302(JP,A) 実開 平3−108869(JP,U) 実開 昭61−147373(JP,U) 実開 昭60−82586(JP,U) 特公 昭3−1366(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F03B 3/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転軸に、ランナベーンリンク機構と、こ
    のランナベーンリンク機構に連結されたランナベーンと
    が設けられ、駆動装置により、前記ランナベーンリンク
    機構を介して前記ランナベーンを開閉する可動翼水力機
    械のランナベーン操作装置において、 前記駆動装置と前記ランナベーンリンク機構との間に、
    駆動装置からの操作力を増幅する機械的な倍力機構を介
    設し、この倍力装置は前記回転軸に設けられていること
    を特徴とする可動翼水力機械のランナベーン操作装置。
  2. 【請求項2】前記回転軸は中空に形成され、前記駆動装
    置から前記倍力装置へ操作力を伝達するロッドと前記倍
    力装置とは、中空な前記回転軸の内部に配設されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の可動翼水力機械のラ
    ンナベーン操作装置。
JP07450292A 1992-03-30 1992-03-30 可動翼水力機械のランナベーン操作装置 Expired - Fee Related JP3332406B2 (ja)

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