(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転トルクを減速機構により減速して回転運動を直線運動に変換する推力変換機構に伝達し、この推力変換機構より得られる推力を利用して負荷を駆動する電動サーボ装置において、
前記減速機構の軸端に円板上の一部に切欠部を設けたロッキングプレートを取付け、
このロッキングプレートの外周に該ロッキングプレートの切欠部に対応する位置に該切欠部と係合する突起部を有するロッキングレバーを設けると共に、その一端部を支持部材に回動可能に取付け、
駆動源からの駆動力を直線運動として前記ロッキングレバーに伝達して前記ロッキングレバーを回動操作し、前記ロッキングレバーの突起部と前記ロッキングプレートの切欠部とを係合し又はその係合を解除するクッション機構を前記ロッキングレバーの他端部に連結する構成としたことを特徴とする電動サーボ装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動サーボ装置において、クッション機構は駆動源に直線運動可能に連結されたクッションケースと、このクッションケース内に進退移動可能に挿入され且つ端部にロッキングレバーが連結されたロッキングロッドと、前記クッションケース内に設けられ前記ロッキングロッドに常時押下げ方向の偏倚力を与えるスプリングとを備えたことを特徴とする電動サーボ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば水力発電所における水車のガイドベーンを操作する電動サーボ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば水力発電所においては、水車のガイドベーンの操作機構に比較的小形で制御性の良好な電動サーボ装置が多用されている。
ところで、この種従来の電動サーボ装置としては図６に示すような構成のものがある。即ち、図６に示すように電動機１の回転軸１ａにカップリング２及びカップリングキー２ａを介して第１の減速機軸３が連結されている。この第１の減速機軸３はその軸方向の適宜２箇所に設けられたベアリング軸受４ａ，４ｂにより回転自在に支承され、その間に第１のギア５が取付けられている。
【０００３】
また、両端部がベアリング軸受６ａ，６ｂにより回転自在に支承された第２の減速機軸７が第１の減速機軸３に隣接させて平行に配設されている。この第２の減速機軸７には第１のギア５に歯合して第１の減速機軸の回転が伝達される第２のギア８が取付けられている。
【０００４】
さらに、第２の減速機軸７には第３のギア９が取付けられ、この第３のギア９に歯合する第４のギア１０が取付けられたボールネジナット１１が配設され、このボールネジナット１１のネジ穴にボールネジ１２が螺挿されている。このボールネジ１２の先端にはロッドエンド１３が取付けられ、このロッドエンド１３にピン１４を介して図示しないガイドベーンの駆動機構に連結されている。
【０００５】
ここで、上記第１の減速機軸３、第２の減速機軸７及び第１のギア５、第２のギア８、第３のギア９、第４のギア１０は減速機構を構成し、またボールネジナット１１及びボールネジ１２は推力変換機構を構成している。
【０００６】
一方、第１の減速機軸３の端部にはロッキングプレート１５が取付けられ、このロッキングプレート１５をその両側から面圧接して第１の減速機軸３の回転を停止させる電磁ブレーキ１６をそれぞれ設けてロッキング装置を構成している。
【０００７】
このような構成の電動サーボ装置において、電動機１を正転又は逆転駆動するとその回転軸１ａの回転は第１の減速機軸３に伝達され、この第１の減速機軸３の回転は第１のギア５及び第２のギア８を介して第２の減速機軸７に伝達され、さらにこの第２の減速機軸７の回転は第３のギア９及び第４のギア１０を介してボールネジナット１１に伝達される。
【０００８】
この場合、第２の減速機軸７の回転は第１のギア５及び第２のギア８のギア比により定まる回転数に減速され、さらにボールネジナット１１の回転数は第３のギア９及び第４のギア１０のギア比により定まる回転数に減速される。因みに、電動機１の回転数とボールネジナット１１の回転数の比は、例えば１５：１になるように減速して伝達される。
【０００９】
従って、ボールネジナット１１が回転するとそのネジ穴に螺挿されたボールネジ１２が図示矢印方向に直進移動し、ボールネジ１２の端部に取付けられたロッドエンド１３にロッドピン１４を介して連結されたガイドベーンの駆動機構に直線運動に変換された推力として伝達されることになる。
【００１０】
このような電動サーボモータの伝達ルートにおいて、ロッキング装置を動作させて電動機１の回転軸１ａより第１の減速機軸３に伝達される回転を停止させるには、電磁ブレーキ１６のコイルを励磁したり、切ったりすることでブレーキシューをロッキングプレート１５の両側から面圧接し、ロッキングプレート１５の回転を停止させている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような電磁ブレーキ方式で電動サーボモータの自動ロッキングを行うと、電磁ブレーキのコイルに通電する電源の例えばスイッチを誤ってオフしたり、電源回路の断線により電源が喪失すると、次のような不具合があった。
（１）電磁ブレーキ１６の機能としてコイルの励磁によりロッキングプレート１５を停止させる方式のものにあっては、電磁ブレーキの電源が喪失するとロッキングプレート１５が解除されるため、電動機１の回転トルクが第１の減速機軸３、第２の減速機軸７及びボールネジナット１１を介してボールネジ１２に直線運動として伝達され、ガイドベーンの駆動機構に推力が作用してしまう。
【００１２】
また、水車の入口弁がない発電所において、ガイドベーンの駆動機構の点検等を行う場合、電磁ブレーキの電源が喪失していると第１の減速機軸３及び第２の減速機軸７がフリーな状態にあるため、ガイドベーンにかかる水圧によりガイドベーンが開方向に作用するとボールネジ１２が螺進移動し、水車が暴走してしまう恐れがある。
（２）電磁ブレーキ１６の機能としてコイルの消磁によりロッキングプレート１５を停止させる方式のものにあっては、電動機１を動作させているときは常時電磁ブレーキコイルを通電しているので、電磁ブレーキの電源が喪失するとロッキングプレート１５が停止してしまい、ガイドベーンの駆動機構の制御ができなくなる。
【００１３】
本発明は上記のような不具合を解消するためなされたもので、その目的はロッキング装置の駆動源が喪失しても電動機の回転を減速して推力変換機構に伝達する減速機構をロッキング機能の喪失前の状態に保持させて装置に対する信頼性を高めることのできる電動サーボ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により電動サーボ装置を構成するものである。
請求項１に対応する発明は、電動機の回転トルクを減速機構により減速して回転運動を直線運動に変換する推力変換機構に伝達し、この推力変換機構より得られる推力を利用して負荷を駆動する電動サーボ装置において、前記減速機構の軸端に円板上の一部に切欠部を設けたロッキングプレートを取付け、このロッキングプレートの外周に該ロッキングプレートの切欠部に対応する位置に該切欠部と係合する突起部を有するロッキングレバーを設けると共に、その一端部を支持部材に回動可能に取付け、駆動源からの駆動力を直線運動として前記ロッキングレバーに伝達して前記ロッキングレバーを回動操作し、前記ロッキングレバーの突起部と前記ロッキングプレートの切欠部とを係合し又はその係合を解除するクッション機構を前記ロッキングレバーの他端部に連結する。
【００１５】
請求項２に対応する発明は、上記クッション機構として駆動源に直線運動可能に連結されたクッションケースと、このクッションケース内に進退移動可能に挿入され且つ端部にロッキングレバーが連結されたロッキングロッドと、前記クッションケース内に設けられ前記ロッキングロッドに常時押下げ方向の偏倚力を与えるスプリングとを備えた構成とする。
【００１６】
【作用】
請求項１に対応する発明の電動サーボ装置にあっては、減速機構のロッキング時にクッション機構を動作させてロッキングレバーをロッキングプレート側に回動させ、ロッキングレバーの突起部をロッキングプレートの切欠部に係合させることにより、減速機構より推力変換機構に伝達される回転運動をロックすることが可能となるので、ロッキング時に駆動源の機能が喪失しても減速機構のロッキング状態を維持することができ、また通常運転時に駆動源の機能が喪失しても不用意に減速機構がロッキングされることもなくなる。
【００１７】
請求項２に対応する発明の電動サーボ装置にあっては、上記の作用効果に加えてロッキングレバーとロッキングプレートとが係合状態にないときクッション機構を駆動する駆動源が誤動作してクッション機構が後退するとロッキングレバーの突起部がロッキングプレートに当ってクッション機構の内部のスプリングが圧縮されているので、ロッキングプレートは一方向にのみ回転が可能となり、負荷に対する誤動作対策を図ることができる。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明による電動サーボ装置の構成例を示す平面図であり、図２は図１のロッキングプレートをＡ矢印方向から見たロッキング装置の構成図である。
【００１９】
なお、図１において、減速機構及び推力変換機構については図６と同様なので、同一部品には同一符号を付してその説明を省略する。
図１及び図２に示すように、第１の減速機軸３の端部に取付けられたロッキングプレート１５に切欠部１５ａが設けられ、このロッキングプレート１５に対応させてロッキングレバー１７を第１の減速機軸３と直交するように配設すると共に、その一端部が支持ピン１８により図示しない支持部材に回動自在に支持されている。このロッキングレバー１７は図示するロッキング位置に達するとロッキングプレート１５に設けられた切欠部１５ａに係合する突起部１７ａを有している。
【００２０】
一方、クッション機構１９はロッキングレバー１７を回動操作してロッキングプレート１５をロッキング又はロッキング解除するためのもので、クッションケース２０、このクッションケース２０内に上部ケース蓋２０ａを通して上下方向に移動可能に挿入されたクッションロッド２１及びクッションケース２０内に設けられ且つクッションロッド２１に常時押下げ方向の偏倚力を与えるスプリング２２を備えている。
【００２１】
このようなクッション機構１９のクッションロッド２１の端部には、クッションロッドエンド２３がネジ込まれ、このクッションロッドエンド２３にロッキングレバー１７の回動端が連結ピン２４により回動自在に連結される。また、クッション機構１９のクッションケース２０の下部には、ロッキング用電動サーボモータ２６の駆動軸２６ａが連結部材２５を介して連結ピン２７により連結される。このロッキング用電動サーボモータ２６は、直流電動機２８の回転が伝達されると、この回転を直線運動に変換して駆動軸２６ａを前進又は後退（上下方向）移動させるものである。
【００２２】
また、ロッキングレバー１７が回動してロッキング位置に達したことを検出するレバー位置検出スイッチ、例えば近接スイッチ２９が設けられる。
さらに、図１に示す推力変換機構において、ボールネジ１２が全閉位置まで前進したことを検出する全閉位置検出スイッチ３０が設けられる。
【００２３】
次に上記のように構成された電動サーボ装置の作用について図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
いま、水車のガイドベーンが電動サーボ装置により開閉制御されているときは、図３に示すようにロッキング装置のロッキングプレート１５が釈放されているので、電動サーボ装置はロッキング解除状態にある。
【００２４】
このような状態にあるとき水車のガイドベーンの保守点検等のため、電動サーボ装置をロッキング状態とするには、まず水車のガイドベーンを閉方向に操作し、全閉位置検出スイッチ３０によりガイドベーンの全閉が検出（ステップＳ１）されると直流電動機２８の動作によりロッキング用電動サーボモータ２６の駆動軸２６ａが後退（ステップＳ２）し、この駆動軸２６ａに連結されたクッション機構１９によりロッキングレバー１７が支持ピン１８を中心に図示反時計方向に回動する（ステップＳ３）。
【００２５】
やがて、ロッキングレバー１７の回動により近接スイッチ２９がオンすると（ステップＳ４）、ロッキングレバー１７の突起部１７ａがロッキングプレート１５の切欠部１５ａに係合（ステップＳ５）したものとして直流電動機２８を停止（ステップＳ６）させる。
【００２６】
また、ロッキングレバー１７の回動しても突起部１７ａがロッキングプレート１５の切欠部１５ａに係合しない場合、つまりロッキングプレート１５の切欠部１５ａがロッキングレバー１７の突起部１７ａとの係合位置にない場合には近接スイッチ２９はオンしない（ステップＳ４）ので、このときは電動機１に閉指令（ステップＳ７）を与えて回転軸１ａに連結された第１の減速機軸３を閉方向に回動することで，ロッキングプレート１５も同方向に回動し（ステップＳ８）、突起部１７ａがロッキングプレート１５の切欠部１５ａに係合する位置で近接スイッチ２９がオンとなり、その後は上記ステップＳ５及びステップＳ６と同様である。
【００２７】
図２はロッキング装置により電動サーボ装置がロッキングされた状態を示している。即ち、このときのロッキング用電動サーボモータ２６は後退した状態にあり、電動機１が開方向に回転しようとしてもロッキングプレート１５の切欠部１５ａがロッキングレバー１７の突起部１７ａと係合しているので、開方向へは回転しない。
【００２８】
よって、ガイドベーンの操作機構を駆動する電動サーボ装置が全閉位置で図２に示す状態（ロッキング状態）にあれば、電動サーボ装置は完全にロックされている。
【００２９】
従って、この状態でロッキング用電動サーボモータ２６を駆動する直流電動機２８の電源の喪失によりロッキング用サーボモータ２６が停止状態にあっても電動サーボ装置のロッキング状態は維持される。
【００３０】
一方、図２の状態からロッキングを解除するには直流電動機２８を駆動してロッキング用電動サーボモータ２６の駆動軸２６ａを前進（上方へ移動）させると、クッション機構１９を介してロッキングレバー１７が持上げられ、ロッキングレバー１７の突起部１７ａとロッキングプレート１５の切欠部１５ａとの係合が解かれ、図３に示すようにロッキングプレート１７は自由に回動可能となり、ロッキング解除となる。
【００３１】
この状態で直流電動機２８の電源が喪失したとしても、ロッキング用電動サーボモータ２６は動作しないので、駆動軸２６ａはその位置に保持され、再びロッキングがかかることはない。
【００３２】
また、万が一水車の運転時にロッキング用電動サーボモータが誤動作したときでも、ロッキングプレート１５が閉方向にのみ回転可能に設けられているので、水車を安全に停止させることができる。
【００３３】
図４はロッキング用電動サーボモータ２６が誤動作して後退した状態を示すものである。このような状態にあっては、ロッキングプレート１５とロッキングレバー１７は噛合っておらず、クッション機構１９の内部のスプリング２２が圧縮されているので、ロッキングプレート１５を閉方向のみ回転可能とすることにより、誤動作対策を図ることができ、自動ロッキング装置に対する信頼性の向上を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ロッキング装置の駆動源が喪失しても電動機の回転を減速して推力変換機構に伝達する減速機構をロッキング機能の喪失前の状態に保持させて装置に対する信頼性を高めることのできる電動サーボ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動サーボ装置の一実施例を示す平面図。
【図２】図１のロッキングプレートをＡ矢印方向から見たロッキング装置の構成図。
【図３】同実施例におけるロッキング装置のロッキング解除状態を示す構成図。
【図４】同実施例におけるロッキング装置の誤動作時の状態を示す構成図
【図５】同実施例の作用を説明するためのフローチャート。
【図６】従来の電動サーボ装置の構成例を示す平面図。
【符号の説明】
１……電動機、１ａ……回転軸、２……カップリング、３……第１の減速機軸、４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ……ベアリング軸受、５……第１のギア、７……第２の減速機軸、８……第２のギア、９……第３のギア、１０……第４のギア、１１……ボールネジナット、１２……ボールネジ、１３……ロッドエンド、１４……ピン、１５……ロッキングプレート、１５ａ……切欠部、１７……ロッキングレバー、１７ａ……突起部、１８……支持ピン、１９……クッション機構、２０……クッションケース、２１……クッションロッド、２２……スプリング、２３……クッションロッドエンド、２４……連結ピン、２５……連結部材、２６……ロッキング用電動サーボモータ、２６ａ……駆動軸、２７……連結ピン、２８……直流電動機、２９……レバー位置検出スイッチ、３０……全閉位置検出スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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