(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を前記回転主軸に対して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可変ピッチプロペラ駆動装置であって、
前記回転主軸の頂部に一体的に装着されたケースと、
このケースの頂部からケース内部に貫挿され、下部に固定太陽歯車が形成された中空な固定軸と、
この固定軸に同心的に貫挿された入力軸と、
この入力軸に接続された電動機と、
前記固定太陽歯車と同一軸線上に配設され前記入力軸の下部に形成された第１の太陽歯車と、
この第１の太陽歯車と噛合しつつ支持軸の回りに自転しながら前記第１の太陽歯車の外周を公転する第１の遊星歯車と、
前記固定太陽歯車に噛合し、前記支持軸の回りで前記第１の遊星歯車と同軸に自転しながら前記固定太陽歯車の外周を公転する第２の遊星歯車と、
この第２の遊星歯車と噛合しつつ前記回転主軸と一体的に回転する、前記ケースの内面に固着された第１の内歯歯車と、
前記第１の遊星歯車に噛合しつつ前記第１の太陽歯車と同心状に回転する、前記出力軸に連結された第２の内歯歯車と、
を具備することを特徴とする可変ピッチプロペラ駆動装置。
【請求項２】
前記支持軸は、前記第１の太陽歯車と前記固定太陽歯車との間において軸受を介して前記入力軸に軸支されたスペーサに装着されていることを特徴とする請求項１に記載した可変ピッチプロペラ駆動装置。
【請求項３】
前記支持軸は、前記第２の遊星歯車および前記第１の遊星歯車がそれらの間に位置するように配設された一対のリングに、その両端部がそれぞれ装着されていることを特徴とする請求項１または２に記載した可変ピッチプロペラ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、その羽根の取付角を変化させることによってその負荷の調節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回りに回動させ、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、このような装置においては、回転主軸の駆動回転中にも羽根の取付角度の調整を行うことができるようにするため、油圧シリンダに対する油圧の給排を回転シール機構等を介して行わなければならず、油圧のシー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するため、相当な高圧の油圧を作動させなければならず、シール部での油洩れ焼付き等の事故が発生する可能性もある。
【０００６】
そこで、油圧シリンダの代わりに電動機を使用し、この電動機の出力軸を前記操作ロッドに螺合させて、そ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。
【０００７】
図４は、可変ピッチプロペラ水車の概略機構を示す図であって、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、その各羽根の支持軸３ａがランナボス１ａ内で軸支され、支持軸３ａを回動させることによって羽根３の取付角度を変化させることができるようにしてある。
【０００８】
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ーム４ａが、リンク及びレバー機構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、リンク及びレバー機構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。
【０００９】
上記回転主軸１の頂端部には、可変ピッチプロペラ駆動装置の作動機構６が装着されており、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１１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１１ａが前記操作ロッド４の頂部４ｂに螺合されている。
【００１０】
したがって、回転主軸１と出力軸１１との間に相対的な回転を発生させると、操作ロッド４が軸線方向に移動し、リンク及びレバー機構５を介して各羽根３の取付け角度が変化される。また、回転主軸１と出力軸１１とを一体回転させると、出力軸１１と操作ロッド４が一体的に回転するので、操作ロッド４の軸線方向の移動がなく、各羽根３の取付角度は所定値に維持される。
【００１１】
図５は、上記作動機構６部を示す図であって、その作動機構６のケース１５が前記回転主軸１の頂部に一体的に装着されている。そのケース１５の頂壁には固定軸１６が貫挿され、軸受１６ａにより相対的回転可能に装着されており、その固定軸１６は図４に示すようにアーム１７及びストッパー１８によってその回転運転が拘束されている。
【００１２】
上記固定軸１６には前記入力軸７が同心的に貫挿され、固定軸１６と入力軸７との間に設けられている軸受１９及び後述するアームに設けられた軸支部２０により回動自在に支持されている。そして、この入力軸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、この第１の太陽歯車２１には第１の太陽歯車２１を中心として公転する複数個の第１の遊星歯車２２が噛合されている。
【００１３】
第１の遊星歯車２２は、出力軸１１と一体に形成されたアーム１１ａ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、出力軸１１の回転を行なう。さらに、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、上記出力軸１１は入力軸７と同一軸線上に配設され、ケース１５の底壁を貫通するとともに、軸受２５ａ，２５ｂによってそのケース１５に回転自在に軸受されている。
【００１４】
一方、ケース１５内に挿入され軸受１６ａによってケース１５に軸支された固定軸１６の下端には、固定の太陽歯車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を中心として公転する複数個の第２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に噛合されている。
【００１５】
また、上記遊星歯車２７は、ケース１５の内壁に固定されたアーム２８から突設された軸２９に回転自在に装着されている。さらにケース１５と固定軸１６及び出力軸１１間、及び固定軸１６と入力軸７間にはそれぞれパッキング３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設けられ、上記ケース１５内には潤滑油が充填されている。
【００１６】
しかして、回転主軸１が或る速度で回転しており、電動機１０が停止され第１の太陽歯車２１が停止している場合には、太陽歯車２６が固定軸１６の回転拘束により固定状態であるので、第２の遊星歯車２７がケース１５及びアーム２８を介して回転主軸１から駆動され、公転軌跡上を公転し、その回転力によって第２の歯車２４ｂを介して内歯歯車２４が回転主軸１と同一方向に回転駆動される。したがって、上記内歯歯車２４の第１の歯車２４ａを介して第１の遊星歯車２２が公転させられ、その第１の遊星歯車２２の公転によりアーム１１ａを介して出力軸１１が回転させられる。
【００１７】
そこで、上記各歯車の変速比を所定値に設定することによって、出力軸１１を回転主軸１と一体の如く同調回転させることができ、操作ロッド４が軸線方向に移動されることがなく、羽根３の取付角度は所定値に維持される。
【００１８】
一方、入力軸７を所定の回転速度で操作すると、出力軸１１と回転主軸１との間に速度差が生じ、操作ロッド４が上下させられ、羽根の取付角度が変更される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の如き装置においては、潤滑油が充填されているケース１５内に、２つの歯車２４ａ，２４ｂを有する大きな内歯歯車２４が配設され、回転主軸１に対応して回動するので慣性モーメントが大きく、遊星歯車に加わる慣性力も大きく、また上記大きな内歯車によって潤滑油の流れが阻害され寿命に悪影響を及ぼす等の問題があり、さらに、上下の歯車２４ａ，２４ｂが一体であるので、上下一体で芯を合わせて両歯歯車の加工を行う必要があり、内歯歯車の加工が困難である等の問題がある。
【００２０】
本発明はこのような点に鑑み、油圧シリンダを使用する必要がなく、確実に羽根の取付角度を調節できるばかりでなく、作動機構部の構成を比較的簡単にし、長寿命化を図るとともに加工組立をも簡単とした可変ピッチプロペラ駆動装置を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
回転主軸と同心状に配設された出力軸を前記回転主軸に対して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可変ピッチプロペラ駆動装置であって、
前記回転主軸の頂部に一体的に装着されたケースと、
このケースの頂部からケース内部に貫挿され、下部に固定太陽歯車が形成された中空な固定軸と、
この固定軸に同心的に貫挿された入力軸と、
この入力軸に接続された電動機と、
前記固定太陽歯車と同一軸線上に配設され前記入力軸の下部に形成された第１の太陽歯車と、
この第１の太陽歯車と噛合しつつ支持軸の回りに自転しながら前記第１の太陽歯車の外周を公転する第１の遊星歯車と、
前記固定太陽歯車に噛合し、前記支持軸の回りで前記第１の遊星歯車と同軸に自転しながら前記固定太陽歯車の外周を公転する第２の遊星歯車と、
この第２の遊星歯車と噛合しつつ前記回転主軸と一体的に回転する、前記ケースの内面に固着された第１の内歯歯車と、
前記第１の遊星歯車に噛合しつつ前記第１の太陽歯車と同心状に回転する、前記出力軸に連結された第２の内歯歯車と、
を具備することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお図中図５と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１において、回転主軸１の頂部に一体的に装着されているケース１５には、その頂壁に固定軸１６が貫挿され、軸受１６ａによって上記ケース１５が固定軸１６に対して回転可能としてある。
【００２４】
上記固定軸１６には電動機によって回動駆動される入力軸７が同心的に貫挿され、軸受１９及び軸支部２０により回動自在に支持されている。そして、上記入力軸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、この第１の太陽歯車２１にはその第１の太陽歯車２１を中心として公転する複数個の第１の遊星歯車２２が嵌合されている。
【００２５】
一方、前記固定軸１６の下端には、固定太陽歯車２６が一体的に形成されており、この固定太陽歯車２６の外周には、固定太陽歯車２６に噛合して自転するとともに固定太陽歯車２６を中心として公転する複数の第２の遊星歯車２７が配設されている。また、前記ケース１５の内面側には、固定太陽歯車２６と同心状に配設された第１の内歯歯車３１が固着されており、この内歯歯車３１に上記複数の第２の遊星歯車２７が噛合されている。
【００２６】
また、前記複数の第１の遊星歯車２２には、第１の太陽歯車２１と同心状に配設された第２の内歯歯車３２が噛合されており、この第２の内歯歯車３２が、入力軸７と同一軸線上に配設されケース１５の底壁を貫通する出力軸１１に連結されている。
【００２７】
ところで、上記入力軸７には、第１の太陽歯車２１と固定太陽歯車２６の間においてスペーサ３３が軸受３４を介して軸支され、そのスペーサ３３の外周部の上下両面側にそれぞれ軸受３５ａ，３５ｂを介して前記第２の遊星歯車２７及び第１の遊星歯車２２が配設されている。上記第２の遊星歯車２７の上方及び第１の遊星歯車２２の下方には、それぞれ入力軸７と同心状のリング３６，３７が配設されており、リング３６、スペーサ３３、及びリング３７に貫挿装着された支持軸３８に第２の遊星歯車２７及び第１の遊星歯車２２が回動可能に軸支されている。
【００２８】
そこで、第１の太陽歯車２１と固定太陽歯車２６の歯数をそれぞれＺ１，Ｚ１′、第２の内歯歯車３２と第１の内歯歯車３１の歯数をＺ２，Ｚ２′とし、２組の歯車の歯数比をＺ１／Ｚ２＝Ｚ１′／Ｚ２′＝１／Ｒのように等しくする。
【００２９】
しかして、回転主軸１がω0 の速度で回転している場合には、固定太陽歯車２６が固定状態であるので、第２の遊星歯車２７が、回転主軸１とともに回転する第１の内歯歯車３１によって駆動され、自転しながら公転軌跡４０上をω1 の速度で公転する（図２）。
【００３０】
一方、上記第２の遊星歯車２７が公転すると、第１の太陽歯車２１が停止している場合にはその回転力によって支軸３８を介して第１の遊星歯車２２が第１の太陽歯車２１のまわりに自転しながらω1 ′の速度で公転させられ、その第１の遊星歯車２２の公転によって第２の内歯歯車３２及び出力軸１１がω0 ′の速度で回転させられる（図３）。
【００３１】
ところで、回転主軸１の回転速度即ち第１の内歯歯車３１の回転速度ω0 と第２の遊星歯車２７の公転速度ω1 との間には次の関係がある。
ω0 ＝（１＋Ｚ１′／Ｚ２′）ω1
また、出力軸１１すなわち第２の内歯歯車３２の回転速度ω0 ′と第１の遊星歯車の公転速度ω1 の間にも次の関係がある。
ω0 ′＝（１＋Ｚ１／Ｚ２）ω1
一方、歯数には前述のようにＺ１／Ｚ２＝Ｚ１′／Ｚ２′＝１／Ｒとしてあるので、ω0 ＝ω0 ′となり、出力軸１１は回転主軸１と一体の如く同調回転することになる。そのため、操作ロッド４と出力軸１１とが一体的に回転して操作ロッド４が軸線方向に移動されることがなく、羽根３の取付角度は所定値に維持される。
【００３２】
このように、電動機の停止によって入力軸を停止しているときは羽根３の取付角度が変ることはないが、入力軸７を±ωの速度で操作すると、出力軸１１と回転主軸１すなわち操作ロッド４との間に速度差を生ずる。したがって、この速度差によって操作ロッド４が上下させられ、羽根３の取付角度が変更される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は羽根の取付角変更のために油圧シリンダを使用しないので高圧用のシール機構が不要であり、シール機構の焼付、油漏れ等の事故を防止することができ、同調速度は遊星歯車機構の歯数で決まるので、正確で経年変化を受けない等のメリットがある。しかも、本発明においては、第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車と噛合する内歯歯車がそれぞれ別体であるのでその加工が容易であり、第１の内歯歯車がケースに固着され、潤滑油内で回動する内歯歯車が第２の内歯歯車の１個だけであるので、慣性モーメントを小さくでき遊星歯車に加わる慣性力を小さくできるとともに、潤滑油の流れが阻害されることがない。さらに、第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車がともにフリーであるため、太陽歯車列に多少のがたがあっても許容され、かじり等を生ずる可能性も少ない等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変ピッチプロペラ駆動装置の作動機構部の縦断面図。
【図２】本発明装置の作動説明図。
【図３】本発明装置の作動説明図。
【図４】可変ピッチプロペラ駆動装置の概略構成を示す全体図。
【図５】従来の可変ピッチプロペラ駆動装置の作動機構部の縦断面図。
【符号の説明】
１  回転主軸
１ａ  ランナボス
３  羽根
４  操作ロッド
７  入力軸
１１  出力軸
１５  ケース
２１  第１の太陽歯車
２２  第１の遊星歯車
２６  固定太陽歯車
２７  第２の遊星歯車
３１  第１の内歯歯車
３２  第２の内歯歯車
３３  スペーサ
３８  支持軸
【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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