JPH11172659A - 半手動・半電動水門開閉機の駆動方法とその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電動機と手動力の合成力を動力として負荷を双
方で分担することにより手動力を軽減させる。 【構成】ハンドル４を駆動するとハンドル軸１６が回転
駆動され、ボス２７のセレーション２９、被駆動ギヤ３
０のセレーション３１を介して被駆動ギヤ３０を駆動す
る。この駆動により歯車３３、歯車３４を駆動し、変速
機箱６の入力軸３５を駆動する。トルク計測機構５０の
トーションバー２３のねじり変形により、ハンドル４の
トルクをトルクセンサ５９で検出して、設定値以上であ
れば、モータ１１により補助動力を付加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半手動・半電動水
門開閉機の駆動方法及びその制御装置に関する。更に詳
しくは、水門を上下動させて開閉するための手動ハンド
ル式開閉機において、手動ハンドルで水門を上下動させ
るときに手動ハンドルの回転力を電動でアシストして運
転操作を軽くした半手動・半電動水門開閉機の駆動方法
及びその制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排水樋門樋管及び農業用水路等に水門を
上下駆動するための手動でハンドルを回転駆動する手動
式水門開閉機が比較的多く用いられている。これらの小
型水門の管理は、公共企業体、又は水利組合等から民間
に委託されていることが多く、この水門管理者の後継者
不足等による高齢化に伴い定期的に管理運転することは
重労働である。すなわち、この手動ハンドル式水門開閉
機において、例え小型設備であっても全閉状態から全開
状態まで一人の力で一気に操作することは困難であっ
た。特に、緊急時に対応するには迅速に水門の開閉操作
を行う必要があるときにはより問題となる。

【０００３】この手動の水門開閉機を電動にすることも
考えられるが、従来の電動水門開閉機は運転者の負荷を
減らすという意味では優れたものであるが、比較的設備
が大型になり、かつその機構も複雑でコストも高い。す
なわち、水門開閉機本体設備の他に操作盤、電源の引き
込み装置等の設備が必要であり、コストも高い。

【０００４】更に、電動式を採用しようとしても商用電
源の受電が難しい場所では採用できない。一方、現在比
較的大型の水門に使用されている電動式水門開閉機は、
前記理由で設備が大型でかつ複雑なものであるのでこれ
も可能な限り小型化できることが望ましい。

【０００５】他方、自転車のペダルの回転数や踏力を検
出し、踏力とこの検出された踏力に応じた力を発生させ
るモーターの補助動力とを加え、人の力とモーターの力
が一つに合わさり普通の自転車の半分程度の労力で走る
動力付き自転車が知られている。また、自動車において
も、ハンドルの操縦操作に要する操作力の一部ないし全
部を動力によって行うパワーステアリングが知られてい
る。ハンドル角（又は力）を入力量として操作すると油
圧サーボ機構のアシストによりハンドルの操作を軽くす
るものが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成
する。

【０００７】本発明の目的は、手動式水門開閉機におい
て、電動機と手動力の合成力を動力として負荷を双方で
分担することにより手動力を軽減させることができる半
手動・半電動水門開閉機を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、電動式水門開閉機に
おいて、電動機と手動力の合成力を動力として負荷を双
方で分担することにより、電動機の小型化及び設備の簡
略化を可能とした半手動・半電動水門開閉機を提供する
ことにある。

【０００９】本発明の更に他の目的は、商用電源からの
受電が難しい場所での半電動式の半手動・半電動水門開
閉機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、次の手段を採る。

【００１１】第１の本発明の半手動・半電動水門開閉機
の駆動方法は、水門を手動ハンドルにより上下駆動する
ための半手動・半電動水門開閉機において、前記水門を
上駆動するときの前記手動ハンドルのトルクを計測し、
前記トルクが予め設定された設定トルクとを比較し、前
記トルクが前記設定トルクを上回ったとき前記水門の駆
動系に組み込まれたモータを起動して前記手動ハンドル
の駆動トルクを補助するための補助動力を加えるもので
ある。

【００１２】第１の本発明の半手動・半電動水門開閉機
の駆動方法において、前記補助動力の出力を、検出され
たトルクの大きさに応じて一定比率にすると良い。又
は、前記補助動力の出力を、検出トルクの値にかかわら
ず一定の大きさの出力に設定しても良い。更に、前記補
助動力の出力を、前記モータが有している能力を上回る
出力値が演算されたときは、前記モータを停止させる制
御が良い。

【００１３】第２の本発明の半手動・半電動水門開閉機
は、水門を手動ハンドルにより上下駆動するための半手
動・半電動水門開閉機において、前記水門を上下駆動す
る水門開閉機と手動により駆動される手動ハンドルとの
間の動力伝達系に介在され、前記手動ハンドルにより駆
動されるトルクを計測するトルク計測手段と、前記動力
伝達系を介して前記水門開閉機を駆動するためのモータ
と、前記トルク計測手段により計測された計測トルクと
予め設定された設定トルクとを比較し、前記計測トルク
が前記設定トルクを上回ったとき前記モータを起動して
前記手動ハンドルの駆動トルクを補助することを制御す
る補助制御手段とからなる。

【００１４】第２の本発明の半手動・半電動水門開閉機
において、前記手動ハンドルの正転、逆転、及び速度を
計測するためにエンコーダを用いると良い。前記補助制
御手段は、前記モータの能力を越える出力値が演算され
たときは、前記モータを停止させるものであると良い。
また、前記モータの動力源に太陽電池又は風力発電等を
用いると商用電源がないところでも設置できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態１を説
明する。図１は、本発明のアシスト水門開閉機を手動ラ
ック式水門開閉機に適用したときの発明の実施の形態１
を示す平面図である。図２は図１の正面図である。架台
１上には、開閉機本体２が設置されている。開閉機本体
２には、ラック棒３が上下動自在に配置されている。ラ
ック棒３の下端には水門の上端が連結されている。

【００１６】ラック棒３は、ピニオン（図示せず）に噛
み合っており、ピニオンはハンドル４により変速機箱６
内の歯車減速機構等を介して駆動され、この駆動により
水門を上下動する。変速機箱６内にはねじブレーキ機
構、セルフロック機構等を内蔵している。これらの機構
は公知であり、かつ本発明の要旨ではないので説明を省
略する。また、ピニオンの回転は伝導軸５に伝えられ補
機（図示せず）を同時に駆動する。

【００１７】変速機箱６には、アシスト機構箱１０が一
体に固定されている。アシスト機構箱１０内には、ハン
ドル４から入力された回転を変速機箱６の入力軸に伝達
し、かつハンドル４の回転トルクが一定以上になると、
モータ１１を起動させて手動によるトルクにアシスト力
がアシスト駆動機構１５により追加される。図３は、ア
シスト駆動機構１５の展開図である。

【００１８】ハンドル４には、ハンドル軸１６が直結さ
れている。ハンドル軸１６の両端は、アシスト機構箱１
０に回転自在に軸受１７で支持されている。ハンドル軸
１６の中央部は、両端部より直径が大きい中間部１８が
形成されている。中間部１８の一端には、エンコーダ１
９の円盤２０が固定されている。円盤２０には、円周方
向に９０度の位相差を生じるようにスリットが並べてあ
る。

【００１９】このスリットは、円盤２０の外周に配置さ
れたフォトトランジスタ２１で検出される。エンコーダ
１９は、ハンドル軸１６の回転に伴い互いに９０度位相
が異なる２相のパルス列を出力するものであり、２相の
位相関係から回転方向は判別できる。エンコーダ１９
は、公知のものであり詳細な説明は省略する。エンコー
ダ１９は、ハンドル軸１６の回転速度と、正転、逆転の
方向を判別し検出するものである。

【００２０】中間部１８の他端には、直径方向に貫通し
て断面形状が概略長方形のトーションバー孔２２が形成
されている。トーションバー孔２２には、一種のネジリ
バネであるトーションバー２３が挿入されている。トー
ションバー２３は、固定部２４、バー本体２５、腕部２
６とからなる。固定部２４は、トーションバー孔２２の
直径方向に形成されハンドル軸１６にしまりをもって挿
入固定されている。固定部２４の直径は、中間部１８と
ほぼ同じ直径である。

【００２１】バー本体２５は、丸棒状の形をしたもので
あり、ねじりモーメントを受けてねじれ角を発生するも
のである。腕部２６は、トーションバー孔２２に挿入さ
れた状態では遊びをもつような寸法で形成されている。
腕部２６の両端は、ボス２７にキー固定するためのもの
である。一方、トーションバー２６の外周には、ボス２
７が挿入されて配置される。ボス２７の内孔の周面に
は、トーションバー２３の腕部２６を挿入するためのキ
ー溝２８が１８０度の角度を置いてその軸線方向に形成
されている。

【００２２】したがって、ハンドル軸１６の回転はトー
ションバー２３を介してボス２７に伝達される。すなわ
ち、ハンドル軸１６の回転トルクは、トーションバー２
３の固定部２４、バー本体２５、及び腕部２６に伝達さ
れてボス２７を駆動する。このとき、ねじりモーメント
により、バー本体２５がねじられ、モーメントの大きさ
によりねじれ角を発生することになる。なお、トーショ
ンバー２３の原理は公知であり、詳細な構造、機能の説
明はここでは詳記しない。

【００２３】ボス２７の外周には、セレーション２９が
形成されている。セレーション２９は、被駆動ギヤ３０
に形成されたセレーション３１に噛み合っている。被駆
動ギヤ３０には、ハスバ傘歯車３２及び平歯車３３が一
体に形成されている。平歯車３３の出力は、変速機箱６
の入力軸３５に固定されている平歯車３４に噛み合って
いる。

【００２４】平歯車３３と平歯車３４とは同一のピッチ
径と歯数であるので、補助（アシストともいう。）動力
がない状態のときは従来と同様の回転トルクで水門を上
下駆動できる。一方、ハスバ傘歯車３２は、ピニオン傘
歯車４０に噛み合っている。ピニオン傘歯車４０は、軸
４１の一端に固定されている。軸４１の他端には、歯車
４２がキー固定されている。歯車４２は、歯車４３と噛
み合っている。歯車４３の軸４４には歯車４５が固定さ
れている。

【００２５】歯車４５は、歯車４７と噛み合っている。
歯車４７は、ＤＣであるモータ１１の出力軸４８と連結
されている。結局、歯車４７、歯車４５、歯車４３、歯
車４２、及びピニンオン傘歯車４０は、減速歯車機構を
構成することになる。

【００２６】［トルク計測機構５０］トルク計測機構５
０は、ハンドル軸１６を駆動するときのトルクを検出す
るためのトルクセンサ機構である。原理はハンドル４を
回転すると回転モーメントでねじれ角をトーションバー
２３で発生させ、このねじれ角をカム作用でハンドル軸
１６の軸線方向の直線動作に変換し、トルクセンサ５９
で電圧として取り出すものである。ボス２７の側面に
は、カム溝５１が形成されている。カム溝５１は、ボス
２７の軸線方向でかつ周方向に傾斜して形成されてい
る。

【００２７】カム溝５１には、リフタスライダ５２の凸
部５３が形成されている。リフタスライダ５２は筒状の
ものであり、ハンドル軸１６の中間部１８の外周にその
軸線方向にのみ移動自在になるようにスプライン（図示
せず）が形成されている。リフタスライダ５２の外周に
は、軸受（図示せず）を介して環状のリフタプレート５
４が配置されている。リフタプレート５４は、本体ケー
スに固定された軸５５を中心に揺動自在に設けられてい
る。

【００２８】リフタプレート５４は、コイルスプリング
５６により軸線方向に押圧されている。コイルスプリン
グ５６の押圧の方向は、リフタスライダ５２をボス２７
に押圧する方向である。ハンドル軸１６にトルクが負荷
されると、トーションバー２７のねじりにより、ねじり
モーメントの大きさに比例してボス２７とリフタスライ
ダ５２との間に相対回転が発生する。この両者の相対回
転により、リフタスライダ５２が軸線方向に移動し、こ
の移動がリフタプレート５４の軸５５を中心とした揺動
移動になり、この移動をトルクセンサ５９がトルクとし
て検出する。

【００２９】上記構造において、ハンドル４を回転させ
ると、ハンドル軸１６が回転駆動される。この回転によ
り、ハンドル軸１６の回転トルクは、トーションバー２
３の固定部２４、バー本体２５、及び腕部２６に伝達さ
れてボス２７を駆動する。このとき、ねじりモーメント
により、バー本体２５がねじられ、モーメントの大きさ
によりねじれ角を発生することになる。

【００３０】この駆動によりボス２７のセレーション２
９、被駆動ギヤ３０のセレーション３１を介して被駆動
ギヤ３０を駆動する。この駆動により歯車３３、歯車３
４を駆動し、変速機箱６の入力軸３５を駆動する。

【００３１】［モータ駆動制御回路６０］図４は、ハン
ドルの回転をアシストするためのモータを駆動するモー
タ駆動制御回路６０を示す図である。マイクロコンピュ
ータ及びインターフェイス６１は、ワンボードマイコン
と呼ばれているものであり、プリント基板上に中央演算
処理装置、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェイス等のチッ
プが実装されたものである（以下、「主制御回路６１」
という。）。この詳細な構造、機能は公知であり、その
説明は省略する。

【００３２】三角波発生回路６２は、周波数１５ないし
２０ＫＨZの三角波を発生させるためのものである。発
生された三角波は、コンパレータ６３に入力される。他
方コンパレータ６３には主制御回路６１から電圧である
デューティ出力信号６４が出力される。コンパレータ６
３は、電圧の大きさ、すなわちデューティ比に応じて出
力信号をＡＮＤゲート６５に出力する。

【００３３】ＡＮＤゲート６５には、主制御回路６１か
らの出力と、主制御回路６１からのモータ１１を駆動す
るためのアシスト信号６６が出力されるとＦＥＴ（電界
効果トランジスタ）ドライバ６７に出力する。この出力
をＦＥＴ６８のゲートとソース間に逆バイアス電圧とし
て印加すれば、ドレイン電流が制御される。

【００３４】アシスト信号６６が出力されると、バッテ
リー６９からモータ１１にドレイン電流が流れモータ１
１を回転駆動させる。一方、オペアンプで構成されるＡ
／Ｄ変換器７０は、モータ１１に流れる電流検出のため
のものである。ドレイン電流は、電流検出用の抵抗７１
の端子ａ，ｂ間の電圧で検出される。この端子ａ，ｂの
出力電圧はＡ／Ｄ変換器７０に接続されており、この電
圧は増幅されてモータ電流として主制御回路６１に入力
され、ディジタル変換されてその大きさが検出される。

【００３５】トルクセンサ５９の出力はＡ／Ｄ変換器７
２によりＡ／Ｄ変換されて主制御回路６１に入力され
る。エンコーダ１９の出力信号は、カウンター回路７５
でエンコーダ１９の出力パルス信号をカウントし記憶す
る。主制御回路６１は、この記憶されたデータを読取
り、回転速度及び正逆方向を判別する。

【００３６】［発明の実施の形態１の動作］次に以上の
ような構造において、前記実施の形態１の動作を説明す
る。図５は、モータ制御回路の主制御回路の動作を示す
フロー図である。ハンドル４を回転駆動すると、ハンド
ル軸１６が回転される。このハンドル軸１６の回転は、
エンコーダ１９からパルスを発生し、この信号により主
制御装置６１は正転か逆転かを判断し、正転すなわち水
門のゲートを上昇させる運転動作であれば次のステップ
を実行する（Ｓ1）。

【００３７】この正転動作が一時的な動作、例えば正転
と逆転とを一瞬間違って回したとき等のとき直ちにアシ
スト動作を開始しないようにするため、例えば１秒程度
の間正転動作が続いているか、否かを判断する（Ｓ
2）。なお、この設定は時間ではなく、ハンドル４の回
転角度で設定しても良い。設定時間以上であれば、トル
クセンサ５９による検出トルクをＡ／Ｄ変換器７２を介
して読み込む（Ｓ3）。

【００３８】読み込まれたトルクと予めメモリに設定さ
れた荷重とを比較し、現在回転中ののハンドル４のトル
クが設定トルク、本例では３Kgf以上であるか否かを判
断する（Ｓ4）。設定トルク以下であれば、アシストの
必要はないので最初のステップに戻る。設定されたトル
ク以上であれば、デューティ比を求める（Ｓ5）。次
に、この計算されたデューティ比がモータ１１の最大出
力より大きいか否かを判断する（Ｓ6）。最大出力を上
回るアシストを要求するということは、水門に異物が噛
んでいる等の異常な状態と推定されるのでモータ１１を
停止させる（Ｓ7）。

【００３９】モータ１１がアシストを停止すると、オペ
レータはハンドル４の駆動に異常な重さを感じ、水門に
異常があるか否かの判断を目視等で行うことができる。
モータ１１の最大出力以上でなければ、モータ１１を起
動すべくアシスト信号６６を出力し、モータ１１はデュ
ーティ比の大きさに応じてアシストを開始する（Ｓ
8）。以下、ハンドル４を正転駆動する間、前記ステッ
プを循環して実行する。

【００４０】ハンドル４による機構的な動作は前記した
通り、ハンドル４の回転により、ハンドル軸１６の回転
トルクは、トーションバー２３の固定部２４、バー本体
２５、及び腕部２６に伝達されてボス２７を駆動する。
このとき、ねじりモーメントにより、バー本体２５がね
じられ、モーメントの大きさによりねじれ角を発生する
ことになる。

【００４１】この駆動によりボス２７のセレーション２
９、被駆動ギヤ３０のセレーション３１を介して被駆動
ギヤ３０を駆動する。この駆動により歯車３３、歯車３
４を駆動し、変速機箱６の入力軸３５を駆動する。図６
は、前記した制御によりハンドル４からの手動トルク、
モータ１１の出力トルク、及び両者の合成トルクの関係
を示す表である。図７は、前記した制御によりハンドル
４からの手動トルク、モータ１１の出力トルク、及び両
者の合成トルクの関係を示す他の例を示す表である。モ
ータ１１の出力を一定にしたものである。このために、
水門の負荷の大小がハンドル４で直接的に感じることが
できるので、異物などの噛み込みを発見し易い。

【００４２】［トルク計測機構の実施の形態２］前記し
たトルク計測機構５０は、トーションバー２３を用いた
ものであった。図８、図９に示すものは、前記トルク計
測機構５０の他の実施の形態を示すものであり、図８は
断面図、図９は正面図である。ハンドル軸１６の外周位
置に遊星歯車機構８０を配置したものである。ハンドル
軸１６の外周の大径部８１の外周にはセレーション８２
が形成されている。大径部８１のセレーション８２は、
腕８３の内周孔の内周面に形成されたセレーション８４
に噛み合っている。

【００４３】したがって、ハンドル軸１６の回転は、大
径部８１のセレーション８２を介して腕８３のセレーシ
ョン８４を介して腕８３に伝達される。ハンドル軸１６
の外周には、腕８３には４個の遊星歯車８５が遊星歯車
軸８６に回転自在に配置されている。遊星歯車８５は、
それらの中心位置に配置された太陽歯車８７と噛み合っ
ている。太陽歯車８７は、ハンドル軸１６に回転自在に
設けられている。

【００４４】４個の遊星歯車８５は、内歯車９０に噛み
合っている。内歯車９０とハスバ傘歯車９４が形成され
ている。更に、ハスバ傘歯車９２と歯車９４が一体に形
成されている。歯車９４は、図３に示す歯車３４に噛み
合っている。ハスバ傘歯車９２は、ピニオン歯車９３と
噛み合っている。ピニオン歯車９３は、モータ９５の出
力軸に連結されている。

【００４５】支持部材９６は、太陽歯車８７の側面に固
定されている。したがって、支持部材９６は、太陽歯車
８７と一体に回転する。支持部材９６には、ドッグ９７
が一体に固定されている。ドッグ９７の一端には、ボル
トから作られたストッパ９８が接触している。ストッパ
９８は、本体のボディ９９にねじ込んで固定されてい
る。

【００４６】一方、ドッグ９７の他端は、トルク検出揺
動部材１０２の一端に接している。トルク検出揺動部材
１０２は、トルク検出器１００のための入力軸１０１に
連結されている。トルク検出器１００は、入力軸１０１
の揺動角度により、トルクの大きさを電圧の高さで検出
できるものである。一方、トルク検出揺動部材１０２の
他端には、コイルバネ１０５の一端が接触しこのバネ圧
で押圧されている。コイルバネ１０５の他端は、ボディ
９９に固定されているので、コイルバネ１０５は、トル
ク検出揺動部材１０２、及びドッグ９７をストッパ９８
に常時押しつけていることになる。

【００４７】ハンドル軸１６を手で回転駆動すると、そ
の大径部８１のセレーション８２を介して腕８３のセレ
ーション８４を介して腕８３に伝達される。腕８３が回
転されると、遊星歯車８５全体が太陽歯車８７の回りを
回転する。この遊星歯車８５の回転が内歯車９０に伝達
されて歯車９４に伝達される。

【００４８】このとき、歯車９４の負荷により、太陽歯
車８７が力を受けて、これと一体の支持部材９６が図９
に示すａ方向に回転する。支持部材９６の回転により、
トルク検出揺動部材１０２を介してトルク検出器１００
の入力軸１０１を揺動させると共に、コイルスプリング
１０５を圧縮する。このハンドル軸１６の回転トルクと
コイルスプリング１０５とのバランスした位置まで、ト
ルク検出器１００の入力軸１０１が揺動される。トルク
検出器１００の入力軸１０１の揺動により、ハンドル軸
１６のトルクの大きさを計測できる。

【００４９】［発明の実施の形態２］図１０は、発明の
実施の形態２を示すものであり、全体のシステムを示す
構成図である。前記実施の形態１では、ハンドル軸１６
からの手動の入力は直接的にアシスト駆動機構１５に入
力している。図１０に示すものは、水門を開くときはア
シスト駆動機構１５を介して開閉機を駆動するが、閉じ
るときはアシスト駆動機構１５を通すことなく駆動する
ものである。

【００５０】ハンドル軸１６には、駆動歯車１１０が固
定されている。この駆動歯車１１０と可動歯車１１１が
噛み合っている。可動歯車１１１は前記したアシスト駆
動機構１５に連結されている軸１１５に設けられてい
る。可動歯車１１１は、軸１１５にネジ固定されている
ので、回転駆動されると軸１１５の軸線方向に移動す
る。可動歯車１１１の両端で軸１１５には、開クラッチ
１１２及び閉クラッチ１１３が配置されている。可動歯
車１１１と閉クラッチ１１３との間には歯車１１４が軸
１１５に回転自在に配置されている。

【００５１】ハンドル４を開方向に回すと、可動歯車１
１１が開クラッチ１１２の方向に移動しハンドル軸１６
の回転はアシスト駆動機構１５に入力される。ハンドル
４を閉方向に回すと、可動歯車１１１が閉クラッチ１１
３の方向に移動しハンドル軸１６の回転は歯車１１４を
回転駆動する。歯車１１４の回転は、歯車１１６に伝え
られ、変速機箱６の入力軸３５を駆動する。本発明の実
施の形態２では、水門の開方向にのみアシスト駆動機構
１５を作動させる。

【００５２】［発明の実施の形態３］図１１は、発明の
実施の形態３を示すものであり、全体のシステムを示す
構成図である。前記発明の実施の形態２では、クラッチ
機構を介してハンドル軸１６の回転を水門開閉機に入力
している。図１１に示すシステムは、水門を上下動させ
るときは一方向クラッチである一方のラチェット機構を
空転させて水門開閉機を駆動する。ハンドル軸１６に
は、第１スプロケット１２０が設けてあり、第１スプロ
ケット１２０はハンドル軸１６の一方向の回転のみを伝
達するための一方向クラッチ１２１を介してのみ駆動さ
れる。

【００５３】他方、水門開閉機へ回転を入力する入力軸
１３３には、第２スプロケット１３４が固定されてい
る。図１２に示すように、第１スプロケット１２０と第
２スプロケット１３４間には、第１スプロケット１２０
から第２スプロケット１３４に回転を伝達するためにチ
ェーン１３５が掛け渡してある。したがって、水門を下
降させるときのハンドル４の回転は、ハンドル軸１６、
一方向クラッチ１２１、第１スプロケット１２０、チェ
ーン１３５、及び第２スプロケット１３４、及び入力軸
１３３に伝達され水門を下降させる。

【００５４】ハンドル軸１６の先端には、一方向クラッ
チ１５２を介して第３スプロケット１４９が連結されて
いる。また、入力軸１３３には、第４スプロケット１４
７が固定されている。第４スプロケット１４９には、モ
ータ１５０の出力軸が連結されている。第３スプロケッ
ト１４９と第４スプロケット１４７の間には、チェーン
１４８が掛け渡してある。

【００５５】したがって、水門を上昇させるときのハン
ドル４の回転は、ハンドル軸１６、一方向クラッチ１５
２、第３スプロケット１４９、チェーン１４８、及び第
４スプロケット１４７、及び入力軸１３３に伝達され水
門を上昇させる。モータ１５０を起動すると、第４スプ
ロケット１４９、チェーン１４８、及び第４スプロケッ
ト１４７を介して入力軸１３３を駆動しハンドル軸１６
の回転をアシストする。

【００５６】図１２に示すトルク検出機構１４０は、こ
のチェーン１３５の撓み量、すなわちチェーン１３５の
張力はトルクに比例するので、この撓み量を電圧として
検出するための検出器である。チェーン１３５にスプロ
ケット１４１が噛み合って回転するように、上下軸１４
２に設けられている。

【００５７】上下軸１４２は、本体に固定された軸受１
４３に上下動自在に設けられている。上下軸１４２の外
周にはスプリング１４４が配置され、スプリング１４４
はスプロケット１４１をチェーン１３５に押圧するため
のものである。上下軸１４２の上端はトルク検出器１４
５の入力軸に連結されている。トルク検出器１４５は、
上下軸１４２の移動量、すなわちチェーン１３５の撓み
量を電圧の大きさに変換するものである。この原理につ
いては周知であるので説明を省略する。

【００５８】トルク検出器１４５で検出されたトルク
は、モータ駆動制御回路１５１に入力され、この大きさ
により前記原理にしたがってモータ１５０に指令してハ
ンドル軸１６の回転をアシストする。この発明の実施の
形態３は、比較的構造が簡単にすむという特徴がある。

【００５９】［発明の実施の形態４］図１３は、発明の
実施の形態４を示すものであり、全体のシステムを示す
構成図である。前記発明の実施の形態３では、一方向ク
ラッチ１２１を介して水門開閉機の入力軸１３３を駆動
するものであった。図１３に示すものは、この一方向ク
ラッチを取り除いたものである。ハンドル軸１６には、
第１スプロケット１６１が設けてあり、ハンドル軸１６
の回転により回転駆動される。

【００６０】他方、水門開閉機へ回転を入力する入力軸
１６３には、第２スプロケット１６２が固定されてい
る。第１スプロケット１６１から第２スプロケット１６
２には、回転を伝達するためのチェーン１３５が掛け渡
してあり回転を伝達する。第１スプロケット１６１から
第２スプロケット１６２に回転を伝達するトルクの大き
さは、チェーン１３５の撓みと相関関係があるのでこの
チェーン１３５の撓みを検出するとハンドル軸１６が駆
動するときのトルクが前記発明の実施の形態３と同様に
検出できる。

【００６１】入力軸１６３には、第４スプロケット１６
４が固定されている。他方、モータ１６７の出力軸には
第３スプロケット１６６が連結されている。第３スプロ
ケット１６６と第４スプロケット１６４の間には、チェ
ーン１６５が掛け渡してある。したがって、モータ１６
７を起動すると、第３スプロケット１６６、チェーン１
６５、及び第４スプロケット１６４を介して入力軸１６
３を駆動する。

【００６２】トルク検出器１４５で検出されたトルク
は、アシスト駆動制御装置１６８に入力され、この大き
さにより前記原理にしたがってモータ１６７に指令して
ハンドル軸１６の回転をアシストする。水門を下げると
きにも同様の伝達系で入力軸１６３を駆動して行う。こ
の発明の実施の形態４は、比較的構造が簡単にすむとい
う特徴がある。

【００６３】［他の発明の実施の形態］前記実施の形態
１では、水門を下降させるときにモータ１１、９５のロ
ーターの慣性によりハンドル操作が重くなる。これを防
ぐためには、モータ１１、９５の出力系に電磁クラッチ
（図示せず）を設けて逆転時にはローターが回転しない
ようにすると良い。当然ながらハンドル操作が軽くなる
と早く回転させることができ操作時間が短縮可能とな
る。前記実施例では、モータ１１、９５の電源について
は言及していないが、比較的小型の直流モータを用いた
ものであるから、太陽電池、風力発電機等を用いると商
用電源のない場所にも使用できる。

【００６４】図１４、図１５に示す例は、太陽電池を電
源として用いたときの配置例を示す図である。図１４に
示すものは、水門の架台１上に支持台１７１を設けて、
この支持台１７１上に太陽電池パネル１７０を配置した
例である。蓄電池、前記したモータ制御回路６０、１５
１、１６８等の制御装置は、架台１上に配置した制御器
箱１７２に収納したものである。

【００６５】

【発明の効果】以上詳記しましたように、本発明は手動
式水門開閉機において、電動機と手動力の合成力を動力
として負荷を双方で分担することにより手動力を軽減さ
せることができるので、高齢者でも操作が可能になっ
た。また、従来電動機式の水門開閉機においても電動機
の小型化及び設備の簡略化が可能になった。更に、商用
電源からの受電が難しい場所でも電動式と機能上あまり
違わない水門開閉機を設置できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のアシスト水門開閉機を手動ラ
ック式水門開閉機に適用したときの発明の実施の形態１
を示す平面図である。

【図２】図２は、図１の正面図である。

【図３】図３は、アシスト駆動機構の展開図である。

【図４】図４は、ハンドルの回転をアシストするための
モータ駆動制御回路を示す図である。

【図５】図５は、モータ制御回路の主制御回路の動作を
示すフロー図である。

【図６】図６は、ハンドルからの手動トルク、モータの
出力トルク、及び両者の合成トルクの関係を示す表であ
る。

【図７】図７は、ハンドルからの手動トルク、モータの
出力トルク、及び両者の合成トルクの関係を示す他の例
を示す表である。

【図８】図８は、トルク計測機構の他の実施の形態を示
すものであり、その断面図である。

【図９】図９は、図８の正面図である。

【図１０】図１０は、発明の実施の形態２を示すもので
あり、全体のシステムを示す構成図である。

【図１１】図１１は、発明の実施の形態３を示すもので
あり、全体のシステムを示す構成図である。

【図１２】図１２は、トルク検出機構を示す正面図であ
る。

【図１３】図１３は、発明の実施の形態４を示すもので
あり、全体のシステムを示す構成図である。

【図１４】図１４は、太陽電池を電源として用いたとき
の配置例を示す図である。

【図１５】図１５は、太陽電池を電源として用いたとき
の他の配置例を示す図である。

【符号の説明】

１…架台 ２…開閉機本体 ３…ラック棒 ４…ハンドル １０…アシスト機構箱 １１…モータ １５…アシスト駆動機構 １６…ハンドル軸 １９…エンコーダ ２３…トーションバー ２５…バー本体 ２６…腕部 ５０…トルク計測機構 ５９…トルクセンサ ６０，１５１，１６８…モータ駆動制御回路 ６１…主制御回路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水門を手動ハンドルにより上下駆動するた
   めの半手動・半電動水門開閉機において、 前記水門を上下駆動するときの前記手動ハンドルのトル
   クを計測し、 前記トルクが予め設定された設定トルクとを比較し、前
   記トルクが前記設定トルクを上回ったとき前記水門の駆
   動系に組み込まれたモータを起動して前記手動ハンドル
   の駆動トルクを補助するための補助動力を加えることを
   特徴とする半手動・半電動水門開閉機の駆動方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の半手動・半電動水門開閉
   機の駆動方法において、 前記補助動力が、前記トルクの大きさに応じて一定比率
   であることを特徴とする半手動・半電動水門開閉機の駆
   動方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の半手動・半電動水門開閉
   機の駆動方法において、 前記補助動力が、一定の大きさであることを特徴とする
   半手動・半電動水門開閉機の駆動方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載の半手動・半電動水門開閉
   機の駆動方法において、 前記補助動力が、前記モータの出力を上回るとき前記モ
   ータを停止させることを特徴とする半手動・半電動水門
   開閉機の駆動方法。
5. 【請求項５】水門を手動ハンドルにより上下駆動するた
   めの半手動・半電動水門開閉機において、 前記水門を上下駆動する水門開閉機と手動により駆動さ
   れる手動ハンドルとの間の動力伝達系に介在され、前記
   手動ハンドルにより駆動されるトルクを計測するトルク
   計測手段と、 前記動力伝達系を介して前記水門開閉機を駆動するため
   のモータと、 前記トルク計測手段により計測された計測トルクと予め
   設定された設定トルクとを比較し、前記計測トルクが前
   記設定トルクを上回ったとき前記モータを起動して前記
   手動ハンドルの駆動トルクを補助することを制御するた
   めの補助制御手段とからなることを特徴とする半手動・
   半電動水門開閉機。
6. 【請求項６】請求項５に記載の半手動・半電動水門開閉
   機において、 前記手動ハンドルの正転、逆転、及び速度を計測するた
   めのエンコーダとからなることを特徴とする半手動・半
   電動水門開閉機の制御装置。
7. 【請求項７】請求項５に記載の半手動・半電動水門開閉
   機において、 前記補助制御手段は、前記モータの出力が前記モータの
   負荷を越えたとき停止させるものであることを特徴とす
   る半手動・半電動水門開閉機。
8. 【請求項８】請求項５に記載の半手動・半電動水門開閉
   機において、 前記モータの動力が太陽電池であることをことを特徴と
   する半手動・半電動水門開閉機。