JPH0658173U - 可変ピッチプロペラの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 油圧機構を必要としない電動の可変ピッチプ
ロペラの駆動装置を得ること。 【構成】 回転主軸内に同心状に挿通された操作軸を前
記回転主軸に対して軸方向に相対移動させることによ
り、前記回転主軸の一端に取付けられると共に前記操作
軸の一端にリンク機構介して連結された可変ピッチ羽根
の取付角度を変化させる様にした可変ピッチプロペラの
駆動装置に於て、前記回転主軸と共に回転可能な永久磁
石から成る可動部が前記操作軸の他端に固着されると共
にその固定部がベ−スに固着される円筒状の同期形リニ
アモ−タを備えたことを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、水力機械等に適用される可変ピッチプロペラの回転主軸に対する羽 根の取付角度を変化させるための駆動装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、水車，ポンプ，ブロワ等に於ては、回転軸に対する羽根の取付角度を 任意に変化出来る可変ピッチプロペラを使用し、その羽根の取付角度を変化させ ることによって、その負荷の調整或いは効率の向上を計ることが出来る様にした ものがある。

【０００３】 例えば、回転主軸の一端に、複数の羽根を放射状に装着したランナボスが一体 的に連結されており、上記各羽根の支持軸が上記ランナボス内に於て軸線回りに 回動自在に軸支してある。一方、中空状に形成された回転主軸の一部には油圧シ リンダが形成され、その油圧シリンダ内に配設されたピストンに、中空の回転主 軸内に同心状に挿通された操作ロッドの一端が連結され他端がリンク機構を介し て前記各羽根の支持軸に連結されている。

【０００４】 そして、上記回転主軸の端部から配圧弁を介して圧油を上記油圧シリンダに供 給し、ピストンを任意の方向に移動させることによって、前記操作ロッドを軸線 方向に移動させ、その移動により羽根の各支持軸を軸線回りに回動させ、各羽根 の角度を変化させる様にしている。

【０００５】

【考案が解決しようとする問題点】

ところが、上記の様な装置に於ては、高価な油圧機構を必要とし、更に、回転 主軸の駆動回転中にも羽根の取付角度の調整を行える様にするためには、油圧シ リンダに対する圧油の給排を回転シ−ル機構等を介して行わなければならず、油 圧のシ−ル機構が複雑となるばかりでなく、シ−ル機構から漏油が発生すると、 河川を汚染する公害問題に発展する惧もある。特に、最近の小規模水力発電技術 に見られる様に、メンテナンスの問題及び設備コストの面から、動力源として圧 油を採用せず電動化が望まれている。 本考案は、上記の様な点に鑑み、油圧機構を必要としない電動の可変ピッチプ ロペラの駆動装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記目的を達成するため、回転主軸内に同心状に挿通された操作軸を 前記回転主軸に対して軸方向に相対移動させることにより、前記回転主軸の一端 に取付けられると共に前記操作軸の一端にリンク機構介して連結された可変ピッ チ羽根の取付角度を変化させる様にした可変ピッチプロペラの駆動装置に於て、 前記回転主軸と共に回転可能な永久磁石から成る可動部が前記操作軸の他端に固 着されると共にその固定部がベ−スに固着される円筒状の同期形リニアモ−タを 備えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】 操作軸の動力源として、その固定部がベ−スに固定され、その可 動部が操作軸の一端に固着された円筒状の同期形リニアモ−タを使用する様に構 成したから、油圧機構を必要としない電動の可変ピッチプロペラの駆動装置を得 ることが出来る。

【０００８】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案を説明する。図１は、本考案の主要部である円筒 状の同期形リニアモ−タ部の一実施例を示す断面図であり、図２は、図１のＡ部 の拡大図である。

【０００９】 図１に於いて、１は、その中心部を中空状に形成した回転主軸であり、本考案 を例えばカプラン水車に適用するものとすれば、図示はしないが、この回転主軸 （以下水車主軸と記す）の下端には、プロペラを構成する複数の羽根を放射状に 装着したランナボスが一体的に連結されており、これらの各羽根の支持軸が上記 ランナボス内に於て軸線回りに回動自在に軸支されている。２は操作軸であり、 中空の水車主軸１内に同心状に挿通され、その下端はリンク機構を介して前記各 羽根の支持軸に連結されている。

【００１０】 その全体を３で示す装置は、操作軸２の上端部に設けられた円筒状の同期形リ ニアモ−タであり、ベ−ス１０に固着された円筒状直動固定子４と、操作軸２の 上端に固着され、且上記の円筒状直動固定子４内に小間隙をもって挿入された直 動子８とから構成される。 直動固定子４は、下端が開口した円筒状の固定子枠５と、この固定子枠５内に 嵌合固着された電磁石６とから成る。電磁石６は、全体としては円筒状をなし、 図１に於けるＡ部の拡大図を図２に示す様に、磁性材の円筒部６ａの内側に、そ の先端部の断面が櫛歯状に形成された複数のリング状磁極６ｂを突出させ、各磁 極６ｂの基部には夫々励磁巻線６ｃが巻装されている。これらの各励磁巻線６ｃ は、図示しない制御装置により励磁制御され、詳細は後述するが、隣接する各磁 極６ｂは互いに逆極性を呈する様に、即ち Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−……−Ｎ−Ｓ 、 又はＳ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−……−Ｓ−Ｎ となる様に制御される。 直動子８は、全体としては円柱状をなし、操作軸２の上端部に固着されると共 に、上記直動固定子４内に磁極６ｂと小間隙をもって挿入されており、円柱部８ ａと、この円柱部８ａの外周面に嵌合固着されたリング状の磁石部８ｂとから成 る。磁石部８ｂは、その外周部をＳ極，内周部をＮ極に磁化したリング状永久磁 石８ｃと、その外周部をＮ極，内周部をＳ極に磁化したリング状永久磁石８ｄと を交互に複数段積み重ねて構成される。リング状永久磁石８ｃとリング状永久磁 石８ｄとは、その厚さは等しく、又、この厚さは電磁石６のリング状磁極６ｂの 図示上下方向ピッチと等しい値に選ばれる。

【００１１】 尚、上記実施例に於ては、直動固定子４は、固定子枠５内にリング状磁極６ｂ が内側に突出した円筒状電磁石６を嵌合固着して構成したが、電磁石６は必ずし も円筒状とすることなく、偶数個に分割して固定子枠５内に取付ける様にしても よい。以上、操作軸２の上端部に設けられ、直動機構として作動する円筒状の同 期形リニアモ−タ３の構成を説明したが、この円筒状同期形リニアモ−タ３は、 ニアモ−タを円柱状に構成したものである。

【００１２】 次に、上記構成の本考案の作動を図１を参照して説明する。 図１に、その頂部のみを示すカプラン水車の運転開始前に於ける可変ピッチプ ロペラの羽根の取付角度は、通常前回の運転停止時の角度（全開又は全閉）にあ り、この状態で先ず、同期形リニアモ−タ３の直動固定子４の電磁石６に図示し ない制御装置により励磁電流を与え、同期形リニアモ−タ３を前回の運転停止時 の状態に戻す。この励磁状態に於ては、図１に示す電磁石６の各磁極６ｂの極性 は、上方から下方に向けて Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−…… となる。従って、 直動子８の磁石部８ｂの各磁極と、直動固定子４の各磁極６ｂのうち前記直動子 ８の磁石部８ｂの各磁極に対向する各磁極とは互いに逆極性となるから、両者は 互いに強力に吸引し合い、上下方向に対しては、直動固定子４と直動子８とは実 質的に一体と見做すことが出来る様になる。しかし、直動固定子４は直動子８の 回転運動に対しては何等影響を与えることはない。

【００１３】 この状態の下で、カプラン水車に流水を導入すると、カプラン水車は起動し、 その可変ピッチプロペラ（水車主軸１）は回転を開始し、同時に操作軸２も回転 を開始して両者は等しい速度で回転する。従って、操作軸２の上端部の直動子８ も同様に回転する。水車が徐々に加速し、その速度が同期速度に達し、水車に駆 動される図示しない発電機を電力系統に同期併入した後負荷をとらせると、負荷 の大きさ，導入流水の落差等に応じて、水車の可変ピッチプロペラの羽根の最適 取付角度（開度）が決定される。ここで、再び、直動固定子４の電磁石６を制御 装置により励磁制御を繰返し、その各磁極６ｂの極性を逆極性に交互に変換する ことにより、直動子８に上又は下方向の力を連続的に与え、操作軸２を上又は下 方向に連続駆動し、水車の可変ピッチプロペラの羽根の取付角度を最適値に調整 する。

【００１４】 この際、電磁石６の各磁極６ｂの極性を逆極性に変換することにより、直動子 ８を上又は下方向に磁極６ｂの１ピッチ分だけ移動させることが出来るが、この 動作はパルスモ−タと同様であり、その際の移動方向は、周知の電磁石６の励磁 制御の仕方により決まるので、その詳細な説明は省略する。上記の記載から明ら かな様に、電磁石６の励磁制御により移動し得る操作軸２の最小駆動距離は、磁 極６ｂの１ピッチに相当する値となるが、磁極６ｂの１ピッチ分を、可変ピッチ プロペラの羽根の取付角度の調整に要求される操作軸２の最小移動距離程度の小 さな値に製作することは容易であるから、制御装置として完全な直線性は得られ ないが、この点に就いて実用上は全く問題にはならない。

【００１５】 尚、直動子８の上下駆動は、その静止，回転に無関係に可能であるから、可変 ピッチプロペラの羽根の取付角度の調整は、水車の起動，停止に関係なく行うこ とが出来る。又、水車は、流水を導入することにより回転を開始すると、プロペ ラの羽根に作用する水圧によりスラスト荷重を受けることになるが、電動直動機 構として作動する円筒状同期形リニアモ−タ３により、この荷重を支えることが 出来るので、円筒状同期形リニアモ−タ３は、スラスト荷重に対する磁気軸受と しての機能も有する。そこで、直動子８は、スラスト荷重を受けている時は回転 しているので、直動子８に軸流ファンを取付けることにより、円筒状同期形リニ アモ−タ３は、小型で大出力とすることも出来る。

【００１６】

【考案の効果】

以上、本考案に就いて詳細に説明したが、本考案によれば、可変ピッチプロペ ラの駆動機構から圧油による駆動機構を無くすることが出来るので、構造簡単で 安価にして経済性に優れ、分解組立も容易で保守性の良い可変ピッチプロペラの 駆動装置を得ることが出来る。又、同期形リニアモ−タは、スラスト荷重に対す る磁気軸受としての機能も有するので、そのための軸受が省略出来、更に、パル スモ−タと同様の動作をするから、制御装置から与えた励磁制御指令から直動子 の位置（操作軸の移動量）を電気的に検出することにより、可変ピッチプロペラ の羽根の取付角度（羽根の開度）を容易に外部に出力することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の主要部である円筒状同期形リニアモ−
タ部の一実施例を示す断面図。

【図２】図１のＡ部の拡大図。

【符号の説明】

１……回転主軸、 ２……操作軸、 ３……円筒状同期形リニアモ−タ、 ４……直動固定子、 ８……直動子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転主軸内に同心状に挿通された操作軸
   を前記回転主軸に対して軸方向に相対移動させることに
   より、前記回転主軸の一端に取付けられると共に前記操
   作軸の一端にリンク機構介して連結された可変ピッチ羽
   根の取付角度を変化させる様にした可変ピッチプロペラ
   の駆動装置に於て、前記回転主軸と共に回転可能な永久
   磁石から成る可動部が前記操作軸の他端に固着されると
   共にその固定部がベ−スに固着される円筒状の同期形リ
   ニアモ−タを備えたことを特徴とする可変ピッチプロペ
   ラの駆動装置。