(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転主軸と同心状に配設された出力軸とを相対的に回転させることにより、前記回転主軸に取付けられた可変ピッチ羽根の取付角度を変化させるようにした可変ピッチプロペラの駆動装置において、前記回転主軸と同心状に配設された出力軸とを相対的に回転可能とする同期装置と、この同期装置の同期出力軸により回転駆動される減速装置と、から構成される作動機構を、前記回転主軸の頂部に装着され、その内部に潤滑油が充填されるケ−ス内に収納すると共に、このケ−スの内周面に、前記同期装置と減速装置とを隔て、且つその周囲に前記同期装置部と減速装置部とを連通する複数の孔を有する隔壁を突設させたことを特徴とする可変ピッチプロペラの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水力機械等におけ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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水車やポンプ或いはブロワ等においては、回転主軸に対する羽根の取付角度を任意に変更でき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、その負荷或いは運転効率の調整を行うことができるようにしたものがある。
【０００３】
すなわち、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してあり、上記各羽根の支持軸が上記ランナボス内において軸線周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中間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的に挿通された操作ロッドの一端が連結され、その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、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内に供給し、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、その移動によって羽根の各支持軸を軸線周りに回動させ、各羽根の取付角度を変化させるようにしてある。
【０００５】
ところが、このような装置にあっては、回転主軸の駆動回転中においても羽根の取付角度の調整を行う必要があり、そのため、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、圧油のシ−ル機構が複雑となる等の問題がある。特に、水車等のような空気よりも粘性抵抗が大きい流体を扱うものでは、羽根に対する抵抗が大きな反力となって油圧シリンダ側に負荷となるため、相当に高圧な圧油を作動させなければならず、シ−ル部での油漏れ、焼付き等の事故が発生する可能性もある。また、漏油が河川に流出し、環境汚染の問題も発生する。
【０００６】
一方、油圧シリンダの代わりに駆動電動機を使用し、この駆動電動機の出力軸を前記操作ロッドに螺合させて、この操作ロッドを往復動させるようにしたものも提案されている。しかし、このような場合、駆動電動機の回転軸と回転主軸との間に相対回転差を発生させることにより操作ロッドを駆動するとともに、通常の運転中においては、この駆動電動機の回転軸と回転主軸とを一体回転させ、羽根の取付角度が変わらないようにする必要があるが、従来のものでは必ずしもその動作が確実に行われない等の問題がある。
【０００７】
更に、上記と同様に、油圧シリンダの代わりに駆動電動機を使用し、この駆動電動機の出力軸と回転主軸との間に同期装置を設け、この同期装置により回転主軸との相対的回転速度の違いを利用して、各羽根の取付角度を変化させる操作ロッドを駆動する方式（先に本出願人が出願した特願平３−２５１３３９号）も提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、駆動電動機の利用による駆動電動機の出力軸と回転主軸との相対回転速度の違いを利用する同期装置は、回転主軸と駆動電動機出力軸との同期または回転偏差を司るのが主要な機能であり、それ自体では大きな倍力機能を有しないため、同期装置の出力軸の回転を、何等かのトルク増幅装置を介してトルクを倍増させて操作ロッドに伝達させる必要がある。
【０００９】
また、カプラン水車等では、一般に羽根の取付角度を調整する回数は、１時間に数回程度であるが、同期装置は水車の運転中は常に、静止側との相対回転速度を維持する必要があるために歯車部の回転が継続され、歯車部や軸受部から摩擦熱が発生するので、同期装置内部での潤滑は、極めて大きな問題である。
【００１０】
さらに、同期装置では、歯車部や軸受部の相対回転のために、歯車の接触による磨耗によって微細な鉄粉が発生するので、この鉄粉の処理も歯車の寿命を保つ上で重要な課題となる。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、同期装置内で発生する鉄粉を速やかに排出し、同期装置内における滞留を少なくし、歯車部で発生する摩擦熱の冷却効果を高めることができ、且つ同期装置の出力軸のトルクを倍増させて操作ロッドに伝達させることにより駆動電動機の容量を少なくした作動機構を備えた可変ピッチプロペラの駆動装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、回転主軸と同心状に配設された出力軸とを相対的に回転させることにより、前記回転主軸に取付けられた可変ピッチ羽根の取付角度を変化させるようにした可変ピッチプロペラの駆動装置において、前記回転主軸と同心状に配設された出力軸とを相対的に回転可能とする同期装置と、この同期装置の同期出力軸により回転駆動される減速装置と、から構成される作動機構を、前記回転主軸の頂部に装着され、その内部に潤滑油が充填されるケ−ス内に収納すると共に、このケ−スの内周面に、前記同期装置と減速装置とを隔て且つその周囲に前記同期装置部と減速装置部とを連通する複数の孔を有する隔壁を突設させたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
同期装置内で発生する鉄粉は、同期装置部と減速装置部とを隔てる隔壁に設けられた複数の孔より速やかに減速装置部内に落下し、同期装置内における滞留は少なくなり、同期装置の歯車部で発生する摩擦熱は、同期装置部と減速装置部とが一体のケ−ス内に収納され、これら両装置が共通の大量の潤滑油により冷却されるので冷却効果は高められる。また、同期装置の出力軸と操作ロッドとの間にトルクを倍増させる減速装置を介装したので、操作電動機の容量を少なくすることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
【００１５】
図２は、本発明の作動機構を適用した可変ピッチプロペラ水車の概略構成を示す図であって、水車の回転部分のみを示し、静止部は省略してある。下端にランナボス１ａを一体的に装着した回転主軸１が、軸受２によって回転自在に支持されている。上記ランナボス１ａには、放射方向に複数の羽根３が取付けられており、それらの各羽根の支持軸３ａはランナボス１ａ内で軸支され、支持軸３ａを回転させることによって、羽根３の取付け角度を変化させることができるようにしてある。
【００１６】
一方、回転主軸１は中空状に形成され、この回転主軸１内に操作ロッド４が軸線方向にのみ移動可能に同心状に配設され、その操作ロッド４の下端に固着されたア−ム４ａが、リンク及びレバ−機構５を介して前記羽根３の各支持軸３ａに連結されている。したがって、上記操作ロッド４を軸線方向に往復移動させることによって、リンク及びレバ−機構５を介して各羽根３の取付角度を変化させることができる。
【００１７】
上記回転主軸１の頂端部には、本発明に係る可変ピッチプロペラ駆動装置の要部である作動機構６（ケ−ス１５内に収納）が固着されており、その作動機構６への入力軸７がカップリング８及び中間軸９を介して駆動電動機１０に連結されている。また、上記作動機構６の他端にある出力軸３８は、推力軸受１４により大きな推力を支えるようになっており、その下端に形成されたねじ部３８ａが前記操作ロッド４の頂部４ｂに螺合されている。
【００１８】
したがって、駆動電動機１０を動作させ作動機構６を駆動し、回転主軸１と出力軸３８との間に相対的な回転を発生させると、操作ロッド４は軸線方向に移動し、リンク及びレバ−機構５を介して各羽根３の取付角度が変化される。また、駆動電動機１０を静止状態におくと、回転主軸１と出力軸３８とが一体回転するので、操作ロッド４の軸線方向の移動はなく、各羽根３の取付角度は変化せず所定値に維持される。
【００１９】
次に、本発明の可変ピッチプロペラ駆動装置の要部である上記作動機構６について図１を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は上記作動機構６の一実施例を示す縦断面図である。図１において、作動機構６は、ケ−ス１５内において、図示上方に配置される同期装置６ａと、その下方に配置され、後述する上記同期装置６ａの同期出力軸１１により駆動される減速装置６ｂと、から構成されている。これら両装置６ａと６ｂとは、両装置６ａと６ｂとをその内部に一体的に収納するケ−ス１５の内周面の略々中間に突設され、上記同期出力軸１１と一体に形成されたア−ム１２の下端が貫通し、この貫通部を軸支する軸受２５ａを支持する隔壁２５によつて隔てられている。そして、この隔壁２５には、後述の同期装置６ａを構成する各種の歯車等の作動により発生した磨耗粉等を、遠心力によりケ−ス１５の内周面近傍に集塵して、下方（減速装置部６ｂ内）へ速やかに沈殿させるための複数の孔２５ｂが開口されている。
【００２１】
上記のケ−ス１５は、前述のように（図２参照）、前記回転主軸１の頂部に一体的に装着され、ケ−ス１５の頂壁には固定軸１６が貫装され、軸受１６ａによりケ−ス１５が固定軸１６の周りに回転可能としている。なお、上記固定軸１６は、図２に示すように、ア−ム１７及びストッパ１８によって回転運動が拘束されている。
【００２２】
以下、先ず上記の同期装置部６ａについて説明する。
【００２３】
上記固定軸１６には前記入力軸７が同心的に貫装され、入力軸７は、固定軸１６と入力軸７との間に設けられている軸受１９及び入力軸７の頂端に設けられた軸支持２０により回動自在に支持されている。入力軸７の下部には、第１の太陽歯車２１が一体的に形成されており、この太陽歯車２１には太陽歯車２１を中心として自転しながら公転する複数個の遊星歯車２２が噛合されている。この遊星歯車２２は出力軸１１と一体に形成されたア−ム１２に設けられた支持軸２３に対して回転自在に装着されており、第１の太陽歯車２１の周囲を自転しながら公転し、その公転によって出力軸１１の回転を行う。
【００２４】
上記遊星歯車２２の外周には内歯歯車２４が配設されており、その内歯歯車２４の第１の歯車２４ａが上記遊星歯車２２に噛合されている。また、上記同期出力軸１１は入力軸７と同一軸線上に配設され、ケ−ス１５の内周面の略々中間に突設した前述の隔壁２５に支持された軸受２５ａによって、そのケ−ス１５に対して相対的な回転を行なうことができるように軸支されている。
【００２５】
一方、ケ−ス１５内に挿入された軸受１６ａによってケ−ス１５を軸支している固定軸１６の下端には、前記第１の太陽歯車２１と同径の第２の太陽歯車２６が一体的に形成されており、この太陽歯車２６の外周には、この太陽歯車２６を中心として自転しながら公転する複数個の前記遊星歯車２２と同径の複数個の遊星歯車２７が噛合されており、この遊星歯車２７には、その外周に配設された内歯歯車２４の第２の歯車２４ｂが噛合されている。また、上記遊星歯車２７は、ケ−ス１５の内壁に固定されたア−ム２８から突設された軸２９に回転自在に装着されている。
【００２６】
さらに、ケ−ス１５と固定軸１６との間、及び固定軸１６と入力軸７との間には、それぞれパッキング３０ａ、３０ｂが設けられ、上記ケ−ス１５内には潤滑油３０が充填されている。
【００２７】
また、上記固定軸１６には、潤滑油３０内に浸漬する位置に、軸受１９及び１６ａに潤滑油３０を供給するための分解可能な給油ディスク４１が装着されている。この給油ティスク４１は、図示しないが、その中心で２分割されており、固定軸１６の左右からボルトによって分解、取付可能の構造になっている。
【００２８】
上記給油ディスク４１には、放射方向に延びる潤滑油供給孔４２が穿設されており、その先端部には、後述する潤滑油の旋回流に対向する方向に開口する潤滑油吸入口４３が形成され、また、上記潤滑油供給孔４３の基端部は、固定軸１６に穿設された連通孔４４、および固定軸１６と入力軸７との環状間隙４５とを経て軸受１９部に連通され、さらに、連通路４６を介して軸受１６ａ部に連通されている。
【００２９】
そして、回転主軸１が回転するとケ−ス１５も回転し、ケ−ス１５内に充填されている潤滑油３０はその粘性によってケ−ス１５と同一方向に旋回する。この潤滑油３０の旋回により、固定軸１６に装着されている給油ディスク４１の潤滑油吸入口４３から、潤滑油３１が潤滑油供給孔４２内に流入し、連通孔４４および環状間隙４５を通って軸受１９部に流入し、さらに流入した潤滑油の一部は連通路４６を通って軸受１６ａ部に供給され、軸受１９および１６ａの潤滑および冷却が行なわれる。このようにして、軸受１９および１６ａを潤滑および冷却した潤滑油は下方へ滴下し、回転主軸１の回転動作中、同様のサイクルが繰り返される。
【００３０】
以上が同期装置６ａの構成であり、次に隔壁２５の下部に配設される減速装置６ｂの構成を説明する。
【００３１】
上記同期出力軸１１は、前述のように軸受２５ａにより軸支されるとともに、隔壁２５を貫通して図示下方に延長され、その下端には第１の減速用太陽歯車３１が一体的に形成され、頂端に設けられた軸支持部１１ａにより回動自在に支持されている。
【００３２】
上記第１の減速用太陽歯車３１には、この減速用太陽歯車３１を中心として自転しながら公転する複数個の減速用遊星歯車３２が噛合されている。これらの減速用遊星歯車３２は、その頂端に設けられた軸支持部３３ａにより回動自在に支持された第２の減速用太陽歯車３３と一体に形成されたア−ム３４に設けられた支持軸３５に対して回転自在に装着されており、第１の減速用太陽歯車３１の周囲を自転しながら公転し、その公転によって第２の減速用太陽歯車３３の回転を行う。なお、減速用遊星歯車３２は、ケ−ス１５の内周面に突出して設けられた第１の内歯歯車３６に噛合されている。
【００３３】
上記第２の減速用太陽歯車３３には、この減速用太陽歯車３３を中心として自転しながら公転する複数個の減速用遊星歯車３７が噛合されている。これらの減速用遊星歯車３７は、出力軸３８と一体に形成されたア−ム３９に設けられた支持軸３９ａに対して回転自在に装着されており、第２の減速用太陽歯車３３の周囲を自転しながら公転し、その公転によって出力軸３８の回転を行う。なお、減速用遊星歯車３７は、ケ−ス１５の内周面に突出して設けられた第２の内歯歯車４０に噛合されている。
【００３４】
なお、この第２の内歯歯車４０および上記の第１の内歯歯車３６の周囲には、ケ−ス１５の上部に配設された同期装置６ａの作動により発生し、既述の隔壁２５に設けられた孔２５ａを通過して落下してきた磨耗粉等を下方へ速やかに沈殿させるための孔１５ｃ、１５ｂが複数個開口されており、磨耗粉等がケ−ス１５の底部１５ａに溜まるように構成されている。
【００３５】
ケ−ス１５の底壁中央部には、出力軸３８の支持枠３８ａが設けられ、出力軸３８は、この支持枠３８ａおよびケ−ス１５の底壁を貫通するとともに、軸受３８ｂ、３８ｃによって上記ケ−ス１５に回転自在に軸支されている。なお、３８ｄはパッキングであり、上記第２の減速用太陽歯車３３および出力軸３８が、同期出力軸１１と同一軸線上に配設されていることは勿論である。
【００３６】
なお、図２により既述のように、上記出力軸３８には、その下端部にねじ部３８ａが形成され、操作ロッド４の頂部４ｂに螺合されている。
【００３７】
以上の説明から明らかなように、本実施例における減速装置６ｂは、第１の減速用太陽歯車３１に噛合し、この第１の減速用太陽歯車３１を中心として自転しながら公転する複数個の減速用遊星歯車３２から成る第１の減速歯車機構と、この第１の減速歯車機構と同一の構成を有し、且つこの第１の減速歯車機構に縦続接続される、第２の減速用太陽歯車３３に噛合し、この第２の減速用太陽歯車３３を中心として自転しながら公転する複数個の減速用遊星歯車３７から成る第２の減速歯車機構との２段の減速歯車機構から構成されているが、縦続接続する減速歯車機構の段数は、２段に限定されないことは言うまでもない。
【００３８】
次に、以上説明の構成を有する作動機構６の作動を説明する。
【００３９】
ケ−ス１５内の上下に配設された同期装置６ａと減速装置６ｂとにおいて、回転主軸１（ケ−ス１５）の回転中に、駆動電動機１０が非駆動状態に在り、入力軸７の回転が停止している場合には（固定軸１６は勿論回転しないから）、遊星歯車２２および２７は、それぞれ、第１および第２の太陽歯車２１、２６の周りを自転しながら公転し、遊星歯車２２の公転によって同期出力軸１１が回転させられる。したがって、上記同期出力軸１１はケ−ス１５（回転主軸１）と同一回転を行う。
【００４０】
上記ケ−ス１５および同期出力軸１１（第１の減速用太陽歯車３１）の回転により、減速用遊星歯車３２は第１の減速用太陽歯車３１の周りを自転しながら公転し、減速用遊星歯車３２の回転は第１の内歯歯車３６に伝達される。しかるに上記したように本実施例の場合、第１の減速用太陽歯車３１とケ−ス１５（第１の内歯歯車３６）との間の相対速度はゼロであり、従って、減速用遊星歯車３２と第１の内歯歯車３６（ケ−ス１５）との間の相対回転速度もゼロとなるから、ケ−ス１５と第２の減速用太陽歯車３３との間の相対回転速度もゼロとなる。
【００４１】
前述のように、減速装置６ｂは同一構成の２段の減速歯車機構を縦続接続したものであるから、全く同様にして、ケ−ス１５と出力軸３８との間の相対回転速度もゼロとなる。したがって、出力軸３８はケ−ス１５（回転主軸１）と同一回転を行い、操作ロッド４は軸線方向に移動することがなく、羽根３の取付角度が変更されることはない。
【００４２】
そこで、駆動電動機１０を駆動して同期装置６ａの入力軸７を回転させると、第１の太陽歯車２１が回転し、この回転により遊星歯車２２が公転を開始し、回転主軸１と同期出力軸１１（減速装置６ｂの第１の減速用太陽歯車３１）との間に相対的な回転が発生する。
【００４３】
上記の相対的な回転速度は、減速装置６ｂ内に縦続接続した２段の減速歯車機構により２段に減速されて出力軸３８に伝達され、操作ロッド４を軸線方向に移動し、羽根３の取付角度が変更される。
【００４４】
なお、出力軸３８から得られるトルクは、同期出力軸１１から得られるトルクに対し、略々減速装置６ｂによる減速比に比例した大きな値となる。従って、駆動電動機１０の容量を大きくすることなく大容量の可変ピッチプロペラ水車等の駆動装置として適用することができる。
【００４５】
一方、同期装置６ａを構成する複数の遊星歯車は、羽根の取付角度を変更しない通常の運転時においても、固定状態にある太陽歯車の周囲を自転しながら公転するが、この際に発生する摩擦摺動による熱は、同期装置６ａを収納するケ−ス１５内に充填された潤滑油３０により潤滑および冷却が行われる。
【００４６】
なお、減速装置６ｂにおいては、羽根３の取付角度を変化させる時以外には、歯車間における相対速度の変化は無いから、歯車部での発熱は生じない。したがって、ケ−ス１５内に充填した潤滑油は、同期装置６ａのみを収納した場合に比べて温度上昇は低く抑えられる。
【００４７】
また、同期装置６ａを構成する複数の遊星歯車部にて発生する摺動摩擦粉は、同期装置６ａと減速装置６ｂとの隔壁２５に設けた複数の孔２５ｂおよび第１、第２の内歯歯車３６、４０にそれぞれ設けられた複数の孔１５ｂ、１５ｃを通過して減速装置６ｂの底部１５ａに溜まる。減速装置６ｂ内では、上記のように、羽根３の取付角度を変化させる時以外には歯車間における相対速度の変化は無いから、潤滑油が歯車の回転によって攪拌されることは無い。さらに、減速装置６ｂの最終段の太陽歯車および遊星歯車は減速されているので、羽根３の取付角度を変化させる時においても、ケ−ス１５との相対回転速度は極めて小さく、その底部１５ａに溜まった摺動摩擦粉等が、歯車の回転によって上方へ巻き上げられることはない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、可変ピッチ羽根の取付角度を変化させる作動機構を同期装置部と減速装置部とから構成し、これら両装置部を潤滑油が充填されたケ−ス内に収納し、このケ−スの内周面に、同期装置部と減速装置部とを隔てる隔壁を突設し、この隔壁に複数の孔を設けて上記両装置部を連通するようにしたから、同期装置部において、運転中には微量ではあるが常時発生する磨耗粉を同期装置部から速やかに排出し、減速装置部のケ−ス下部に沈殿させることができ、発生した磨耗粉が同期装置の周囲に滞留することは少なく、磨耗粉により同期装置自身の歯車や軸受に損傷を与えることを防ぐことができる。なお、ケ−ス下部に沈殿した磨耗粉は、減速装置が動作した場合でも、歯車間の相対速度が小さいので、潤滑油中に巻き上げられる惧れは少ない。
【００４９】
また、同期装置部と減速装置部とは、同一のケ−ス内において、大量の潤滑油により潤滑と冷却とが行われるため、潤滑油の温度上昇は、同期装置単体の場合に比較して低く抑えられ、摩擦部の冷却効果が大きい。
【００５０】
さらに、同期装置部と減速装置部とを別個に設ける場合に比較し、軸シ−ル部が少なくなり、保守は容易となり、装置のコンパクト化が計れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る作動機構の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の作動機構を適用した可変ピッチプロペラ水車の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１  回転主軸
３  羽根
４  操作ロッド
６  作動機構
６ａ  同期装置
６ｂ  減速装置
７  入力軸
１０  操作電動機
１１  同期出力軸
１５  ケ−ス
１５ａ  ケ−スの底部
１５ｂ  第１の内歯歯車の孔
１５ｃ  第２の内歯歯車の孔
１６  固定軸
２１  第１の太陽歯車
２２  遊星歯車
２５  隔壁
２５ｂ  隔壁の孔
２６  第２の太陽歯車
２７  遊星歯車
３０  潤滑油
３１  第１の減速用太陽歯車
３２  減速用遊星歯車
３３  第２の減速用太陽歯車
３６  第１の内歯歯車
３７  減速用遊星歯車
３８  出力軸
４０  第２の内歯歯車
【図１】
0003599760.tif 000002
【図２】
0003599760.tif 000003