JP5588883B2 - インペラー／プロペラのブレードのピッチを変更するための装置及び該装置を備えたファン - Google Patents

Description

第１の態様によれば、本発明はインペラー／プロペラのブレードのピッチを変更するための装置に関する。
第２の態様によれば、本発明は、第１の態様による装置を備えたファンに関する。

第１の態様によれば、インペラー／プロペラのブレードのピッチを変更するための装置が開示されている。該装置は、互いに対して移動可能とされた第１部分及び第２部分を有した少なくとも一つのリニアアクチュエータを備えている。ここで、該少なくとも一つのアクチュエータはナット・アンド・スクリュー装置である。また該装置は、前記第１部分と剛に接続されて、非回転機械的要素に取り付けられた第１ベアリングを備えている。第２のベアリングが前記第２部分に取り付けられ、前記第１ベアリングと該第２ベアリングとは軸方向に相対的に移動可能とされている。この相対軸方向移動は前記少なくとも一つのリニアアクチュエータの駆動によって生ずる。前記第１ベアリングは、前記ロータシャフトの支持構造と前記非回転機械的要素との間に取り付けられており、前記支持構造と前記少なくとも一つのリニアアクチュエータとの相対回転が可能となっている。前記第２ベアリングは、第２部分と、前記支持構造に回転点を持ったレバー手段との間に取り付けられている。該レバー手段は前記ブレードに固定可能であり、該ブレードの相対的ピッチ変更を可能にしている。前記少なくとも一つのリニアアクチュエータが操作されると、前記第２部分が軸方向に移動し、該レバー手段に角度変化を与え、これによりブレードのピッチが変わる。また、前記少なくとも一つのリニアアクチュエータが操作されると、前記非回転要素に作用する力が発生するが、この力はロータシャフトには影響を及ぼさない。

本発明の優位性は、前記少なくとも一つのリニアアクチュエータが非回転機械的要素に取り付けられているために、該リニアアクチュエータが回転しないということに基づいている。これにより、モータ、コンポーネント、及び、技術的環境との媒体又は信号の交換を必要とするサブシステムを含む該少なくとも一つのリニアアクチュエータが回転することなく、このため、該リニアアクチュエータの駆動に必要な複雑な装置を持つといった問題を回避できる。すなわち、例えば電源、加圧作動油、あるいは空気圧といったものを回転部へ供給せずに済む。別の優位点は、バランスの問題を低減する効果である。回転しているリニアアクチュエータには、回転部に偏向慣性 (deviation inertia) の問題が生ずる可能性がある。従って、回転部を最少とすることで、回転する質量がより小さくなる観点からも、よりバランスのとれた回転システムを実現できる。

別の利点は、前記少なくとも一つのアクチュエータが操作された際に、ロータシャフトに軸方向の力が生じないことである。その力は、非回転要素に付与されるからである。このことは例えばロータシャフトを支持するベアリング装置の設計に影響する。一実施形態において、該非回転機械的要素は、例えばロッドまたはビームを介して、壁、屋根、地面、あるいは該装置の近傍にあるその他の部位といった該装置の周囲静止物に固定される。一実施形態において、非回転機械的要素は、ロータシャフトの中心を貫く穴の中を通して延在し、かつ該非回転要素は、前記ロータシャフトの別の側の静止要素に固定される。

一実施形態では、該装置は、前記レバー手段を揺動可能に支持する前記支持構造内に、第３ベアリングを備えている。一実施形態においては、この位置に複数のベアリングを備えている。この構成では、ブレードを正規位置に動かす制御の安定性が向上する。また、該第３ベアリングによって、ブレードピッチ変更の際のエネルギー消費を低減できる。

一実施形態では、前記ロータシャフト及び支持構造は一体的に構成されている。

一実施例では、前記第１ベアリング及び前記第２ベアリングは半径方向荷重及び軸方向荷重に対処する。半径方向荷重は、少なくとも該装置自身の部分重量に対応したものとなろう。但し、装置によっては、更に大きな半径方向荷重に対処することを求めらる場合もある。この少なくとも一つのアクチュエータを操作を操作すると、前記レバー手段が揺動し、前記第１ベアリング及び第２ベアリングに軸方向荷重がかかる。当業者は、荷重が明らかになった時点で、半径方向荷重及び軸方向荷重の組合せ荷重に対処するために適切ななベアリングを選択することができる。本発明の技術的範囲には、第１ベアリング及び第２ベアリングとして単一のものを用いる代わりに、等価のベアリング装置を用いることも含まれる。例えば、前記第１ベアリングに替えて、半径方向荷重を担うことのできる一のベアリング及び軸方向荷重を担持可能な別のベアリングを用いてもよい。また、前記第２ベアリングに替えて、半径方向荷重を担うことのできる一のベアリング及び軸方向荷重を担持可能な別のベアリングを用いてもよい。

一実施形態において、ベアリング装置は、傾き荷重及び曲げ荷重を担うことも意図されたものとなっている。

一実施形態において、該装置は、前記第２部分と前記第２ベアリングとの間にガイド手段を備えている。一実施形態においてこのガイド手段は、前記非回転要素に対し軸方向にスライド可能とされている。一実施形態において、このガイド手段は、前記非回転機械的要素の少なくとも一部を囲む形状を有している。これらの実施形態において、前記ガイド手段を軸方向に移動させるのに、一つ又は複数のリニアアクチュエータを用いることができる。一実施形態において、ガイド手段の内面と非回転要素との間に摩擦低減手段が設けられている。

一実施形態では、リニアベアリングは前記ガイド手段の一部である。

一実施形態では、前記非回転機械的要素は前記第１部分と一体となった一部分である。従って、第１ベアリングは前記第１部分に固定されている。

いくつかの実施形態では、リニアアクチュエータは、液圧式、空気圧式、又は電気機械式のリニアアクチュエータである。

実施形態では、ネジ、ローラネジ、又はボールネジである。

一実施形態では、前記少なくとも一つのリニアアクチュエータは複数のものである。この構成では、進化したリニアアクチュエータに替えて、二つあるいはそれ以上のよりシンプルなリニアアクチュエータを用いることできるようになる。また、二つ以上のリニアアクチュエータを備えることによって、例え一のリニアアクチュエータが作動しなくなったとしても装置は尚作動可能となるため、強固な構成となり得る。

一実施形態では、複数のリニアアクチュエータは、前記非回転機械的要素の外周面を囲んで等角度間隔で位置している。

ある実施形態では、複数のリニアアクチュエータは、前記ロータシャフトの外周面を囲んで不等角度間隔で位置している。

リニアアクチュエータが電気機械的リニアアクチュエータである一実施形態において、該装置は、前記駆動ネジに取り付けられかつモータに取付可能なギアを備えている。この実施形態では、スペース的理由から前記モータを該装置の軸方向に対して例えば９０°で配置することができる利点がある。

一実施形態では、前記レバーアームは、前記ブレードから軸方向に離れて位置した追加のブレードを操作する手段をさらに備えている。ファンにおいて、流れ方向に離間した２組のブレードを有することは珍しいことではない。これにより、第１のブレード配置の一のブレード及び第２のブレード配置の第２のブレードのピッチを変更することが、少なくとも一つのリニアアクチュエータを用いて可能となる。

本発明の第２の態様ではファンである。このファンはハブを有したロータを備えている。ハブには複数のブレードが回転可能に配設されている。このファンは、上述した第１の態様による装置を備えている。第１の態様の特徴はこの第２の態様の特徴部に適用可能である。

本発明の第１の実施形態を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態を示す概略図である。 本発明の第３の実施形態を示す概略図である。

図１は、インペラー／プロペラのブレードのピッチを変更するための装置の一実施形態を示している。本実施形態による該装置は少なくとも一つのリニアアクチュエータを備えている。図１に示す実施形態では２つのリニアアクチュエータを有している。各リニアアクチュエータは、互いに移動可能な第１部分及び第２部分を有している。この実施形態では、これらリニアアクチュエータはナット・アンド・スクリュー (nut and screw) 装置である。第１ベアリングが、前記第１部分と剛に接続されて非回転機械的要素に取り付けられており、かつ第２ベアリングが前記第２部分に取り付けられている。これにより前記第１ベアリングと前記第２ベアリングとは軸方向に相対移動可能となっている。この相対軸方向移動は前記少なくとも一つのリニアアクチュエータの駆動によって可能とされている。前記第１ベアリングは、前記ロータシャフトの支持構造と前記非回転機械的要素との間に取り付けられており、前記支持構造と前記少なくとも一つのリニアアクチュエータとの相対回転が可能となっている。前記第２ベアリングは第２部分と、前記支持構造に回転点を持ったレバー手段との間に取り付けられている。該レバー手段は前記ブレードに固定可能であり、該ブレードのピッチを相対的に変更可能にしている。前記少なくとも一つのリニアアクチュエータが操作されると、前記第２部分が軸方向に移動し（図１に矢印Aで図示）、該レバー手段に角度変化を与え（図１に矢印Ｂで図示）、これによりブレードのピッチが変わる。また、前記少なくとも一つのリニアアクチュエータが操作されると、前記非回転要素に作用する力が発生するが、ロータシャフトはこの力の影響を受けない構成とされている。

前記第１ベアリング及び第２ベアリングは半径方向及び軸方向の組合せ荷重を受け持つことができる。

一実施形態において、前記第２ベアリングに固定されたガイド手段が存在する。該ガイド手段は、前記第２ベアリングの動きのガイドを意図したものである。一実施形態において、前記第２部分は前記ガイド手段に固定されている。他の実施形態では、第２部分は第２ベアリングに固定されている。

一実施形態において該装置は、前記支持構造内に、揺動可能に前記レバー手段を支持する第３ベアリングを備えている。

一実施形態において、前記ロータシャフト及び前記支持構造は一体的に構成されている。

一実施形態においては、前記非回転機械的要素は、前記第１部分の一部である。

一実施形態において、前記リニアアクチュエータは、液圧式、空気圧式、又は電気機械式のリニアアクチュエータである。

一実施形態において、前記リニアアクチュエータは、ネジ、ローラネジ、又はボールネジである。

一実施形態においては、前記リニアアクチュエータは複数のものであり、これらリニアアクチュエータは、前記非回転機械的要素の外周面を囲んで等角度間隔で位置している。

一実施形態において、前記レバーアームは更なる手段、すなわち特別なエクストラアームを備えている。このエクストラアームは、追加のブレードと係合して該追加のブレードを操作するように延びている。該エクストラアームと、ブレードから軸方向に離れて設けられた追加のブレードとの間にはジョイントを設けることが可能である。

図２は、インペラー／プロペラのブレーのピッチを変更するための装置の一実施形態を示している。該装置は、互いに対して移動可能とされた第１部分及び第２部分を有した少なくとも一つのリニアアクチュエータを備えている。第１ベアリングが前記第１部分に、かつ第２ベアリングが前記第２部分に取り付けられ、第１ベアリング及び第２ベアリングの相対軸方向移動が可能とされている。この相対軸方向移動は前記少なくとも一つのリニアアクチュエータによってなされる。前記第１ベアリングは、前記ロータシャフトの支持構造と前記第１部分との間に取り付けられ、支持構造と前記少なくとも一つのリニアアクチュエータとが相対回転可能となっている。第２ベアリングは前記第２部分と、前記支持構造に回転点を有するレバー手段との間に取り付けられている。該レバー手段は、前記ブレードの相対的な揺動回転が可能となるように該ブレードに固定することができる。前記少なくとも一つのリニアアクチュエータが操作されると、前記第２部分は軸方向に移動し（図１で矢印Ａで示す）、レバー手段が揺動し（図１において矢印Ｂで示す）、ブレードのピッチが変わる。

一実施形態において該装置は、前記支持構造内に、揺動可能に前記レバー手段を支持する第３ベアリングを備えている。

一実施形態において、前記ロータシャフト及び前記支持構造は一体的に構成されている。

一実施形態において、前記第１ベアリング及び第２ベアリングは、半径方向及び軸方向の組合せ荷重を担うものとされている。

一実施形態において、前記リニアアクチュエータは、液圧式、空気圧式、又は電気機械式のリニアアクチュエータである。

一実施形態において、前記リニアアクチュエータは、ネジ、ローラネジ、又はボールネジである。この実施形態では、該リニアアクチュエータを１つのみ備えた構成である。

一実施形態において、前記レバーアームは、前記ブレードから軸方向に離れて位置した追加のブレードを操作する手段をさらに備えている。

図３は該装置の一実施例を示す。該装置は、互いに対して移動可能とされた第１部分及び第２部分を有した少なくとも一つのリニアアクチュエータを備えている。第１ベアリングが、前記第１部分との剛に接続されて、非回転機械的要素に取り付けられている。第２ベアリングが前記第２部分に取り付けられ、第１ベアリング及び第２ベアリングの相対軸方向移動が可能とされている。この相対軸方向移動は前記少なくとも一つのリニアアクチュエータによってなされる。前記第１ベアリングは、前記ロータシャフトの支持構造と前記非回転機械的要素との間に取り付けられ、支持構造と前記少なくとも一つのリニアアクチュエータとが相対回転可能となっている。

第２ベアリングは前記第２部分と、前記支持構造に回転点を有するレバー手段との間に取り付けられている。該レバー手段は、前記ブレードの相対的揺動回転が可能となるように該ブレードに固定することができる。前記少なくとも一つのリニアアクチュエータを操作すると、前記第２部分は軸方向に移動し（図１で矢印Ａで示す）、レバー手段が揺動し（図１において矢印Ｂで示す）、ブレードのピッチが変わる。一実施形態において該装置は、前記支持構造内に、揺動可能に前記レバー手段を支持する第３ベアリングを備えている。

一実施形態において、前記ロータシャフト及び前記支持構造は一体的に構成されている。

一実施形態において、前記第１ベアリング及び第２ベアリングは、半径方向及び軸方向の組合せ荷重を担うものとされている。

一実施形態において、該装置は、前記第２部分と前記第２ベアリングとの間にガイド手段を備えている。このガイド手段は、前記非回転要素に対し軸方向にスライド可能とされている。一実施形態において、このガイド手段は、前記非回転機械的要素の少なくとも一部を囲む形状を有している。

一実施形態において、前記リニアアクチュエータは、液圧式、空気圧、又は電気機械式のリニアアクチュエータである

一実施形態において、前記リニアアクチュエータは、ネジ、ローラネジ、又はボールネジである。

一実施形態において、リニアアクチュエータは複数のものであり、これら複数のリニアアクチュエータが、前記非回転機械的要素の外周面を囲んで等角配置されている。

一実施形態において、前記レバーアームは、前記ブレードから軸方向に離れて位置した追加のブレードを操作するための手段を備えている。

本発明の第２の態様は、複数のブレード／翼が回転できるように構成されたハブを有したロータを備えたファンであって、かつ該ファンが、上述した実施形態の何れかによる装置を備えたファンである。

Claims (14)

1. 互いに対して移動可能とされた第１部分及び第２部分を有した少なくとも一つのリニアアクチュエータを備えたインペラー／プロペラのブレードのピッチを変更するための装置であって、
   前記リニアアクチュエータはナット・アンド・スクリュー装置であり、
   第１ベアリングが、前記第１部分と剛に接続されて非回転機械的要素に取り付けられており、かつ第２ベアリングが前記第２部分に取り付けられており、該第１ベアリングと第２ベアリングとは相対軸方向移動が可能であり、該相対軸方向移動は前記少なくとも一つのリニアアクチュエータによって駆動され、
   前記第１ベアリングは、前記インペラー／プロペラのロータシャフトの支持構造と前記非回転機械的要素との間に取り付けられ、前記支持構造と前記少なくとも一つのリニアアクチュエータとの相対回転が可能とされており、
   前記第２ベアリングは、前記第２部分と、前記支持構造に回転点を有したレバー手段との間に取り付けられており、
   前記レバー手段は前記ブレードに固定可能であり、前記ブレードの相対的なピッチ変更が可能とされており、
   前記少なくとも一つのリニアアクチュエータが操作された際に、前記第２部分が軸方向に移動し、前記レバー手段の角度が変化することによりブレードのピッチが変化し、かつ、
   前記第１ベアリング及び前記第２ベアリングは半径方向及び軸方向の組合せ荷重に耐えられるものであり、これにより、前記少なくとも一つのリニアアクチュエータが操作された際に、前記ロータシャフトへの影響が及ばないように前記非回転機械的要素に作用する力が発生される
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１記載の装置において、前記レバー手段を揺動可能に支持するために前記支持構造内に第３ベアリングを備えてなる装置。
3. 請求項１記載の装置において、前記ロータシャフトと前記支持構造とは一体に構成されてなる装置。
4. 請求項１記載の装置において、前記第２部分と前記第２ベアリングとの間にガイド手段を備えてなる装置。
5. 請求項４記載の装置において、前記ガイド手段は前記非回転機械的要素に対し軸方向にスライド可能とされていることを特徴とする装置。
6. 請求項４記載の装置において、前記ガイド手段は、前記非回転機械的要素の少なくとも一部を囲む形状を有してなる装置。
7. 請求項１記載の装置において、前記非回転機械的要素は前記第１部分と一体とされた一部分であることを特徴とする装置。
8. 請求項１記載の装置において、前記リニアアクチュエータは、液圧式、空気圧、又は電気機械式のリニアアクチュエータである装置。
9. 請求項１記載の装置において、前記リニアアクチュエータは、ネジ、ローラネジ、又はボールネジである装置。
10. 請求項１記載の装置において、複数のリニアアクチュエータを備えてなる装置。
11. 請求項１０記載の装置において、複数のリニアアクチュエータが、前記非回転機械的要素の外周面を囲んで等角配置されてなる装置。
12. 請求項１０記載の装置において、複数のリニアアクチュエータが、前記ロータシャフトの外周面を囲んで非等角に配置されてなる装置。
13. 請求項１記載の装置において、前記レバー手段が、前記ブレードから軸方向に離れて位置した追加のブレードを操作する手段を備えてなる装置。
14. 複数のブレード／翼が回転できるように構成されたハブを有したロータを備え、かつ、請求項１ないし１３の何れか一項記載の装置を備えてなるファン。

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