(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動サーボモータの回転子の回転に応じて回転するネジとナットとにより軸方向に移動する移動手段と、移動手段の移動に応じて回動するガイドリングと、ガイドリングの回動によりリンク機構を操作して開閉する案内羽根とを備え、電動サーボモータの入力電流を制御して案内羽根を開閉して水力発電所の流量を制御する制御回路を設けたものにおいて、
上記制御回路にネジとナットとの螺合状態が異常時に回転子を逆方向に回転して元の位置に戻す螺合是正回路を設け、
上記螺合是正回路は上記電動サーボモータに入力する速度信号と上記回転子の速度検出器から信号との偏差を入力とする倍出力回路を有し、上記倍出力回路からの倍出力信号の符号が入力信号の符号と逆になるようにした倍出力信号を上記電動サーボモータの制御回路に出力することを特徴とする水力発電所の案内羽根開閉装置。
【請求項２】
上記螺合是正回路は、上記電動サーボモータに入力する速度信号と上記回転子の速度検出器から信号との偏差を得る加合点と、加合点の出力信号が電動サーボモータの正回転か逆回転かを判定する方向判定器と、方向判定器からの回転指示方向を反転させる符号反転器と、符号反転器から出力信号を倍出力信号として出力する倍出力回路とを備えることを特徴とする請求項１記載の水力発電所の案内羽根開閉装置。
【請求項３】
加合点の出力信号が瞬時信号かそれより長い異常螺合信号の時のみ動作して方向判定器と符号反転器との間の接点を閉じるタイマーを設けることを特徴とする請求項２記載の水力発電所の案内羽根開閉装置。
【請求項４】
倍出力回路として不完全微分要素を使用することを特徴とする請求項１又は２記載の水力発電所の案内羽根開閉装置。
【請求項５】
上記制御回路に電動サーボモータの正転，逆転の回転速度を絶対値出力器に出力し、この出力を積分器で加算してネジ溝とネジ棒との実走行距離とし記憶部Ｃ１に格納した比較器で寿命距離と実走行距離を比較し、寿命距離を超えた場合に表示部で表示することを特徴とする請求項１記載の水力発電所の案内羽根開閉装置。
【請求項６】
電動サーボモータの回転子の回転に応じて回転するネジとナットとにより軸方向に移動する移動手段と、移動手段の移動に応じて回動するガイドリングと、ガイドリングの回動によりリンク機構を操作して開閉する案内羽根とを備え、電動サーボモータの入力電流を制御して案内羽根を開閉して水力発電所の流量を制御する制御回路を設けたものにおいて、加合点の速度信号が異常信号の時には、速度信号に逆の符号を附した逆速度信号と、ネジ棒が移動が無いときに動作をするスイッチ，光電管等の検出手段からの動作信号との
ＡＮＤ条件が成立した時に、電動サーボモータの固定子コイル，回転子コイルに逆電流を流して回転を逆転させることを特徴とする水力発電所の案内羽根開閉装置。
【請求項７】
電動サーボモータの回転子の回転に応じて回転するネジとナットとにより軸方向に移動する移動手段と、移動手段の移動に応じて回動するガイドリングと、ガイドリングの回動によりリンク機構を操作して開閉する案内羽根とを備え、電動サーボモータの入力電流を制御して案内羽根を開閉して水力発電所の流量を制御する制御回路を設けたものにおいて、上記制御回路に電動サーボモータの電機子電流，トルク値，応答時間，速度等の性能特性が正常時より異なる異常性能特性とネジ棒が移動する時には動作しない検出手段からの動作信号とのＡＮＤ条件が成立した時に、電動サーボモータの固定子コイル，回転子コイルに逆電流を流して回転を逆転させることを特徴とする水力発電所の案内羽根開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は水力発電所の案内羽根開閉装置に係り、特に電動サーボモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動サーボモータを使用してリン機構を操作して、案内羽根を開閉する技術として特開平２−３０９８５号公報が提案されている。水力発電所の案内羽根開閉装置は、電動サーボモータの回転子を回転すると、回転子の回転に応じて移動する案内手段を設け、案内手段の軸方向の移動に応じてガイドリングを回動し、ガイドリングの回動によりリン機構を操作して、案内羽根を開閉し、水力発電所の流量を制御している。そして、案内手段は回転子のシャフトにネジ溝を刻み込み、シャフトのネジ溝をナットネジ溝に螺合した状態で、回転子及びシャフトを回転して、ナットを軸方向に移動し、ナットに連結したガイドリングを回動している。
【０００３】
しかしながら、図５に示す外力を受け、極低速で一方向にボールナット７が回転すると、ボール９Ａが転がらずに滑ってしまうことが多い。このボール９Ａのすべりが発生すると、潤滑油の油膜が切れ、機械接触となり、図６の様なボールナット７とネジ溝８との螺合が異常状態となり、機械的ロック現象が発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
機械的ロック現象が発生すると、電動サーボモータが焼損したり破損したりする。又電動サーボモータが故障した場合、水力発電所の案内羽根を閉鎖しようとしても、水力発電所の案内羽根を閉鎖させることができなくなるので、水車発電機を停止できずに水力発電所に重大事故を発生させる恐れがある。
【０００５】
本発明の目的は、機械的ロック現象による電動サーボモータの破損を防止し、且つ案内羽根の開閉を確実に制御できる著しく信頼性を向上した水力発電所の案内羽根開閉装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の水力発電所の案内羽根開閉装置は、電動サーボモータの回転子の回転に応じて回転するネジとナットとにより軸方向に移動する移動手段と、移動手段の移動に応じて回動するガイドリングと、ガイドリングの回動によりリンク機構を操作して開閉する案内羽根とを備え、電動サーボモータの入力電流を制御して案内羽根を開閉して水力発電所の流量を制御する制御回路を設けたものにおいて、上記制御回路にネジとナットとの螺合状態が異常時には回転子の回転を逆方向に回転して元の位置に戻す螺合是正回路を設けることにある。
【０００７】
【作用】
この結果、ネジとナットとが異常螺合状態になると、電動サーボモータの回転子を異常螺合状態から元の正常螺合状態まで逆回転して、機械的ロックを解除して、上記目的を達成することにある。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例である水力発電所の案内羽根開閉装置を図１ないし図６を用いて説明する。
【０００９】
図３は電動サーボモータ１の詳細構造を示し、図４ないし図６には回転子内にネジ棒が螺合している状態を示すものである。
【００１０】
図３の電動サーボモータ１の構成はフレーム２を支持台２Ａに固定し、フレーム内周側に固定子コイル３を取り付け、固定子コイル内に挿入された回転子４はフレーム２に取り付けられた軸受５に回転自在に支持されている。回転子４は外周側と内周側には永久磁石６とネジ溝７とを設けている。回転子内周側ネジ溝７（ボールナット）には先端にネジ部８を有すうネジ棒９が螺合している。ボール９Ａはネジ溝７とネジ部８との間に介在しているが、省略しても良い。この実施例では回転子４を回転してネジ棒９を軸方向に移動したが、回転子４のシャフトにネジ溝を刻んで、これに螺合するナットを軸方向に移動しても良い。又電動機は普通の回転子の整流器にブラシを接触させて、ブラシから直流電流を回転子に流す直流電動機を使用してもよい。
【００１１】
従って、固定子コイル３に直流電流を入力すると、固定子コイル３と永久磁石６との電磁相互作用により回転子４が正回転又は逆回転をすることにより、ネジ棒９が軸方向の左右方向つまり矢印方向Ｘに移動して、図２のガイドリング１０を回動すると、リンク機構１１を介して案内羽根１２を開閉する。いずれにしろ、ネジ棒９の移動速度は回転子４又は固定子コイル３への入力電流の大小により、案内羽根１２の開閉を制御する。この制御は図２の制御回路１４により行う。又図６のようにボール９Ａを介してネジ溝７とネジ部８との螺合が悪い異常時には図２の螺合是正回路１５により是正して正常な螺合状態に戻す。
【００１２】
即ち、電動サーボモータ１の速度信号１６は、電動サーボモータ１の制御回路１４へ取込まれると同時に、螺合是正回路１５へも取込まれる。制御回路１４及び螺合是正回路１５の一実施例の詳細を図１により説明である。
【００１３】
制御回路１４は、速度指令を入力信号とした電動サーボモータ１の速度制御ループの一例であり、電動サーボモータ１の電機子電流及び回転速度信号から構成された速度信号
１６と回転子４の速度検出器３０を介し帰還された速度帰還信号との偏差が速度利得２１を通し増幅される。速度検出器３０は運転中の速度と予め電動サーボモータ１に入力する速度つまり速度信号１６とに応じた速度検出値が出力されて、第１加合点２０Ａで速度検出値と速度信号１６とが同じ値であれば正常とし、異なれば異常値とする。第２加合点
２０Ｂを通過した速度信号１６と速度帰還信号との速度偏差信号は加合点２３にて固定子コイル３の電流帰還利得２９を介し帰還された電流帰還信号との偏差が演算される。
【００１４】
即ち、速度偏差が電流偏差に変換されたものである。電流偏差は電流利得２４を介し電動サーボモータ１の固定子コイル３に供給され、トルク利得２７を介して電動サーボモータ１の出力トルクあるいは加速トルクとして作用する。ここで、回転子４が回転すれば回転速度に比例した逆起電圧が固定子コイル３に発生し、逆起電圧利得３１を介し固定子コイル３への電流入力部に帰還される。更に、電動サーボモータ１の出力トルクあるいは加速トルクは、外力と突き合わせられその偏差が電動サーボモータ１の動作としてネジ棒９を矢印方向Ｘに移動する移動量を制御して出力される。
【００１５】
この様な電動サーボモータ１で速度検出器３０からの信号と速度信号１６とが第１加合点２０Ａで異常値として出力されると、螺合是正回路１５で次のように是正する。
【００１６】
第１加合点２０Ａでは速度検出値３０と速度信号１６とが同じ値であれば正常とし、異なれば異常値とする。例えば速度検出値３０の値が−１０に対して、速度信号１６が＋20として第１加合点２０Ａに入力されると、第１加合点２０Ａで＋１０が出力される。ここで、＋１０は回転子４が１０回転余分に正回転したことを意味し、ネジ棒９が右側に１０だけ移動しない場合つまり図６のようにネジ溝７とネジ部８との螺合が悪い異常状態を云う。又−の時には上述とは逆に回転子４は逆回転し、ネジ棒９が左側に移動する場合であり、−１０はネジ棒９が左側に１０だけ移動しない場合である。
【００１７】
＋１０異常信号が偏差比較器３７及び方向判定器４０に入力されると、偏差比較器３７を介してタイマー３８に入力される。タイマー３８は異常信号とノイズ信号とを判別する働きをする。即ち、ノイズ信号は一瞬か或いは数秒間で消去するので、タイマー３８でカウントを開始して、数秒間経過しても入力信号が入力し続けると、異常信号と判断してタイマー３８は接点４２を閉じる。尚、ノイズ信号が入りにくいように磁気遮蔽手段を施してあれば、タイマーを使用しなくても良い。
【００１８】
これと同時に方向判定器４０は異常信号がプラス方向か、マイナス方向かを判断するが、この実施例ではプラス方向と判断した信号が接点４２を介して符号反転器４３に入力される。符号反転器４３は入力信号の方向と逆方向の信号に変換する。この実施例ではプラス方向の入力信号をマイナス方向の出力信号に変換して、不完全微分要素４７に入力する。ここで、定数設定器４１は電動サーボモータが正常なときは常に０になるように出力して、符号反転器４３が動作しないように接点４２を開放する働きをしているが、必ずしも必要としないので、除去してもよい。
【００１９】
符号反転器４３の出力は、不完全微分要素４７に入力される。不完全微分要素４７の構成は積分器４４，出力利得４５，加合点４６から構成されている。不完全微分要素４７は符号反転器４３の出力が図７（Ａ）に示すように０．０  から  −１０．０  にＡが変化した場合、これに相当する不完全微分要素４７の出力特性は同図（Ｂ）を示す。不完全微分要素４７の出力は符号反転器４３の出力が０．０から−１０．０  に変化した変化値Ａを出力利得４５で通常数倍に設定される設定値ｋ分倍増されて出力（Ａ×ｋ）される。その後１／ＴＳ（Ｓはラプラス演算子）で表される積分器４４の特性、つまり時定数Ｔ時間後に出力が消滅する。要は符号反転器４３の出力値を倍出力値にする倍出力回路例えば増幅回路であれば、不完全微分要素４７でなくてもよい。
【００２０】
更に倍出力回路４５の働きについて判り易く云えば、変化値Ａを不完全微分要素４７で倍にした値（Ａ×ｋ）例えば（１０×２）＝２０にして、これに符号反転器４３の符号−２０をつけて第２加合点２０Ｂに入力をする。
【００２１】
第２加合点２０Ｂには第１加合点２０Ａからの速度信号１６の＋１０と、不完全微分要素４７からの−２０とが入力され、＋１０−２０＝−１０が出力される。このため、回転子４が＋１０だけ正回転した状態にあり、この正回転を−１０つまり逆回転して、回転子４の回転位置を元の回転位置に戻せば図６の螺合異常状態は図５の螺合正常状態に戻る。
【００２２】
この結果、電動サーボモータ１の機械的ロック現象を防止できるようになり、電動サーボモータの焼損等の異常が防止できるようになった。又制御回路１４により電動サーボモータ１を駆動して、案内羽根１２を開閉するのが、確実に制御できるようになったので、案内羽根１２を開閉する制御回路１４の信頼性が著しく向上をした。
【００２３】
上述の倍出力回路４５のプラス方向又はマイナス方向の出力信号に速度信号と逆の符号を附して出力すれば、方向判定器４０を省略できる。このことは、速度信号が異常信号の時には、速度信号に逆の符号を附した逆速度信号と、例えばネジ棒９が移動する時には動作しないで、移動が無いときに動作をするスイッチ，光電管等の検出手段からの動作信号とのＡＮＤ条件が成立した時に、電動サーボモータの固定子コイル，回転子コイルに逆電流を流して回転を逆転するようにしても良い。
【００２４】
更に、電動サーボモータの電機子電流，トルク値，応答時間，速度等の性能特性が正常時より異常に高くなる電機子電流（トルク値は小さくなる），（応答時間は長くなる），（速度は出力されない）等の異常性能特性とネジ棒９が移動する時には動作しないで、移動が無いときに動作をするスイッチ，光電管等の検出手段からの動作信号とのＡＮＤ条件が成立した時に、電動サーボモータの固定子コイル，回転子コイルに逆電流を流して回転を逆転するようにしても良い。
【００２５】
又、図８に電動サーボモータの走行距離を監視する一例を示す。電動サーボモータの回転子の回転速度を検出し、正転，逆転の回転速度を絶対値として出力絶対値出力器５０に出力し、この出力を積分器５１で加算する。積分器５１で加算は電動サーボモータが水力発電所にセットされてから現在までネジ溝７とネジ棒９との実走行距離の合計であり、これは記憶部Ｃ１に格納されている。記憶部  Ｃ２には実験によりネジ溝７とネジ棒９の寿命距離が格納されている。
【００２６】
そこで、比較器５２で寿命距離と実走行距離を比較し、寿命距離を超えた場合に表示部５３で警報又は光を照射する等により表示し、ネジ溝７とネジ棒９の余寿命を把握できると共に、的確に老朽部品を交換できるので、最適な保守ができると同時に電動サーボモータの異常現象を未然に防止することができる。
【００２７】
【発明の効果】
このように、本発明の水力発電所の案内羽根開閉装置によれば、機械的ロック現象による電動サーボモータの破損を防止し、且つ案内羽根の開閉を確実に制御できるので、著しく信頼性を向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２の水力発電所の案内羽根開閉装置を示した使用した制御回路図である。
【図２】本発明の実施例として示した案内羽根開閉装置の制御ブロック図である。
【図３】図１及び図２に使用した電動サーボモータの側断面図である
【図４】図３の電動サーボモータに使用したネジ棒と回転子の螺合状態を示す構成図である。
【図５】図３の電動サーボモータに使用したネジ棒と回転子の螺合正常状態を示す構成図である。
【図６】図３の電動サーボモータに使用したネジ棒と回転子の螺合異常状態を示す構成図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は図１の制御回路を使用した不完全微分要素と符号反転器の出力特性を示す特性図である。
【図８】本発明の他の実施例として示した電動サーボモータの走行距離監視の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１…電動サーボモータ、３…固定子コイル、４…回転子、７…回転子ネジ溝、９…ネジ棒、１０…ガイドリング、１１…リンク機構、１２…案内羽根、１４
…制御回路、１５…螺合是正回路。
【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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【図７】
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【図８】
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