(57)【要約】【課題】複雑な構造を有することなく、電気−機械変換器の故障時にも連続運転可能な調速機を提供することを課題とする。【解決手段】２系統の電気−機械変換器２を並列に備えて並行に運転する。そして、２つの電気−機械変換器２の一方を選択する油圧切換弁９を備えて、選択した電気−機械変換器２が出力する機械的な動作を油圧増幅器４に入力する。故障検出器８が電気−機械変換器２の故障を検出したときには、故障検出器８からの制御信号によって、油圧切換弁９は、故障が検出されない電気−機械変換器２を選択するように切り換わる。【選択図】図１
2009019549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調速制御目標を電気信号で出力する制御手段と、
前記電気信号を機械的な動作に変換して出力する電気−機械変換器と、
前記電気−機械変換器の出力を入力し、メインバルブの動作に変換して出力する油圧増幅器と、
前記電気−機械変換器の故障を検出する故障検出手段と、を含んで構成され、
前記電気−機械変換器は、少なくとも２つが並列に備わるとともに、
前記電気−機械変換器と前記油圧増幅器の間には、前記電気−機械変換器の中から１つを選択して、選択した前記電気−機械変換器の出力を前記油圧増幅器に入力する切換手段が備わることを特徴とする水力発電用調速機。
【請求項２】
前記故障検出手段は、
前記電気−機械変換器の動作量を検出する動作量検出器を備え、
前記動作量検出器が検出する前記電気−機械変換器の動作量に基づいて、前記電気−機械変換器の故障を判定することを特徴とする請求項１に記載の水力発電用調速機。
【請求項３】
前記故障検出手段は、
前記電気信号から前記電気−機械変換器の動作量を算出する関数発生器と、
前記関数発生器が算出する前記電気−機械変換器の動作量と、前記動作量検出器が検出する前記電気−機械変換器の動作量の偏差を算出する偏差演算器と、
前記偏差の絶対値を算出する絶対値演算器と、をさらに備え、
前記絶対値演算器が算出する前記偏差の絶対値が所定値以上の場合に、前記電気−機械変換器が故障したと判定することを特徴とする請求項２に記載の水力発電用調速機。
【請求項４】
前記故障検出手段は、
前記メインバルブの動作量を検出する動作量検出器を備え、
前記動作量検出器が検出する前記メインバルブの動作量に基づいて、前記電気−機械変換器の故障を判定することを特徴とする請求項１に記載の水力発電用調速機。
【請求項５】
前記故障検出手段は、
前記電気信号から前記メインバルブの動作量を算出する関数発生器と、
前記関数発生器が算出する前記メインバルブの動作量と、前記動作量検出器が検出する前記メインバルブの動作量の偏差を算出する偏差演算器と、
前記偏差の絶対値を算出する絶対値演算器と、をさらに備え、
前記絶対値演算器が算出する前記偏差の絶対値が所定値以上の場合に、前記電気−機械変換器が故障したと判定することを特徴とする請求項４に記載の水力発電用調速機。
【請求項６】
前記切換手段は、前記故障検出手段からの制御信号によって、前記電気−機械変換器の中から１つを選択する機能を有し、
前記故障検出手段は、前記切換手段が選択している前記電気−機械変換器の故障を検出した場合に、故障が検出されていない前記電気−機械変換器の１つを選択するように、前記切換手段に制御信号を送信することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の水力発電用調速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水力発電用調速機に係わり、特に水車案内羽根の動きを油圧で制御するように形成されている水力発電用調速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所において、従来採用されている水車の調速機には、制御装置が出力する電気信号を電気−機械変換器で機械的な動作に変換して制御弁を動作するものが備わる。制御弁は調速機を動作する制御用油（以下、圧油と称する）を、油圧増幅器に供給するか否かを切換え、油圧増幅器に圧油が供給された場合は、圧油の流量が油圧増幅器で増幅されて、調速機が駆動される。
【０００３】
このような調速機において、制御装置は２つの制御装置を備えた二重化が実施され、一方の制御装置が故障しても他方に切り換えることで連続運転を可能にして信頼性を向上しているが、電気−機械変換器が故障した場合については、継続運転の手段がなく、水車の連続運転は不可能となる。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１には、２つの電気−機械変換器を並列に運転し、一方の電気−機械変換器が故障した場合には、故障した電気−機械変換器を遮断することで、水車を連続運転させる技術が開示されている。
【０００５】
図７は、従来の調速機を示す図である。図７に示すように、調速機２００は、全体を制御する制御装置１が出力する電気信号を、電気−機械変換器２ａ、２ｂで機械的な動作に変換する。そして、その機械的な動作で制御弁３０ａ、３０ｂのパイロットバルブ３を駆動（上下動）する。制御弁３０ａ、３０ｂはパイロットバルブ３の位置によって、油圧増幅器４への圧油の供給をＯＮ／ＯＦＦする機能を有し、油圧増幅器４に圧油が供給されると、油圧増幅器４に備わるメインバルブ４２が動作する。そして、メインバルブ４２の動作によって案内羽根サーボモータ５に供給される圧油がピストン５ｅを駆動する構成である。なお、圧油は圧油タンク６から供給される。
【０００６】
そして、調速機２００においては、２台の電気−機械変換器２ａ、２ｂと制御弁３０ａ、３０ｂが並列に備わっている。２台の電気−機械変換器２ａ、２ｂは並行に運転され、制御弁３０ａ、３０ｂの両方から油圧増幅器４に圧油を供給して案内羽根サーボモータ５のピストン５ｅを駆動する。
さらに、調速機２００には、電気−機械変換器２ａ、２ｂの故障を検出するための故障検出器８が備わっている。故障検出器８は、動作量検出器７ａ、７ｂが検出するパイロットバルブ３の動作量に基づいて、電気−機械変換器２ａ、２ｂの故障を検出する機能を有する。そして、故障検出器８が電気−機械変換器２ａもしくは２ｂのどちらか一方の故障を検出した場合には、故障検出器８は故障した電気−機械変換器２が接続される遮断弁９０に制御信号を出力して遮断弁９０を動作し、故障した電気−機械変換器２が制御する制御弁３０が油圧増幅器４に供給する圧油を遮断する。
【０００７】
図７において、例えば電気−機械変換器２ｂの故障を故障検出器８が検出した場合は、故障検出器８は遮断弁９０ｂに制御信号を出力して、制御弁３０ｂから油圧増幅器４に供給される圧油を遮断する。このようにして、故障した制御弁３０ｂが出力する圧油が、油圧増幅器４に供給されることを防止できる。しかしながら、制御弁３０ｂから油圧増幅器４に供給される圧油が遮断されると、油圧増幅器４に供給される圧油の量が半減するため、制御弁３０ａから油圧増幅器４に供給する圧油の量を２倍に増やす必要がある。
【０００８】
そこで、調速機２００には、正常動作する電気−機械変換器２の数に対応して、制御弁３０から油圧増幅器４に供給する圧油の量を調節するための調節手段１９を備える。
調節手段１９は、正常に動作している電気−機械変換器２の数に対応して制御弁３０の動作量を設定することで、油圧増幅器４に供給する圧油の量を調節する。すなわち、制御弁３０ａまたは制御弁３０ｂから油圧増幅器４に供給する圧油の量を例えば２倍にするためには、調節手段１９は、制御弁３０ａまたは制御弁３０ｂの動作量を２倍に設定するように、電気−機械変換器２に信号を入力する。そのため、従来例においては、調節手段１９は内部に複数の増幅器を備え、正常に動作している電気−機械変換器２の数に対応して増幅器を切り換えて、出力する信号のゲインを変更している。
【特許文献１】特開２０００−１８１４５号公報（段落００３８〜００３９、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術は、設置される電気−機械変換器の台数に応じた数の遮断弁が必要になることから、調速機の構造が複雑になり、改善の余地がある。また、遮断弁が故障した制御弁を遮断してから、正常な制御弁が好適な量の圧油を油圧増幅器に供給するまで時間差が生じ、この間は調速機が正しく制御されない状態になる点についても改善の余地がある。
【００１０】
そこで、本発明は、複雑な構造を有することなく、電気−機械変換器の故障時にも連続運転可能な調速機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明は、切換手段によって、複数の電気−機械変換器が出力する機械的な動作の１つを選択して運転することを特徴とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、複雑な構造を有することなく、電気−機械変換器の故障時にも連続運転可能な調速機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、適宜図を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる本実施形態における調速機の構成を示す図である。図１に示すように、調速機１００は、全体を制御する制御装置（制御手段）１が出力する電気信号を、電気−機械変換器２で機械的な動作に変換する。そして、その機械的な動作で制御弁３０のパイロットバルブ３を駆動（上下動）する。制御弁３０はパイロットバルブ３の位置によって、油圧増幅器４への圧油の供給をＯＮ／ＯＦＦする機能を有し、油圧増幅器４に圧油が供給されると、油圧増幅器４に備わるメインバルブ４２が動作する。そして、メインバルブ４２の動作によって案内羽根サーボモータ５に供給される圧油がピストン５ｅを駆動する構成である。
調速機１００には、２台の電気−機械変換器２ａ、２ｂと制御弁３０ａ、３０ｂが並列に備わっていて、並行に運転されている。そして、電気−機械変換器２ａ、２ｂと油圧増幅器４との間には油圧切換弁（切換手段）９が備わり、油圧切換弁９の切り換えによって、制御弁３０ａもしくは制御弁３０ｂのどちらか一方から油圧増幅器４に圧油を供給する。油圧増幅器４は入力された圧油によってメインバルブ４２が動作し、その動作によって出力される圧油を案内羽根サーボモータ５に供給して、ピストン５ｅを駆動する。また、制御弁３０ａおよび制御弁３０ｂには、それぞれ動作量検出器（故障検出手段）７ａ、７ｂが備わる。
【００１４】
制御装置１は、例えば図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などを備えるコンピュータおよびプログラム、周辺回路などを含んで構成され、ＲＯＭに記憶されるプログラムによって駆動される。制御装置１は、電気−機械変換器２に、制御信号を電気信号として入力して、電気−機械変換器２を制御することで、制御弁３０のパイロットバルブ３の上下動を制御する。
制御装置１には、パイロットバルブ３の位置を検出する動作量検出器７を介して、パイロットバルブ３の位置がフィードバックされ、制御装置１は、フィードバック制御によってパイロットバルブ３の位置を精度良く制御することができる。
【００１５】
なお、制御装置１には、動作量検出器７ａから、制御弁３０ａのパイロットバルブ３の動作量Ｓ７ａがフィードバック信号として入力され、動作量検出器７ｂから、制御弁３０ｂのパイロットバルブ３の動作量Ｓ７ｂがフィードバック信号として入力される。制御装置１は、動作量検出器７ａから入力される動作量Ｓ７ａに基づいて制御弁３０ａをフィードバック制御し、動作量検出器７ｂから入力される動作量Ｓ７ｂに基づいて制御弁３０ｂをフィードバック制御する。
また、制御装置１には故障検出器（故障検出手段）８が備わる。故障検出器８の詳細は後記する。
【００１６】
さらに、制御装置１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えるコンピュータを２系統有する構成であってもよい。そして、一方のコンピュータが故障した場合に、他方のコンピュータに切り換えて駆動する構成であってもよい。このように、２系統のコンピュータを備えることで、制御装置１の信頼性が向上する。
【００１７】
電気−機械変換器２は、制御装置１から入力される電気信号によって、例えば図示しないアクチュエータを駆動する機能を有する。図示しないアクチュエータを上下方向に設置し、制御弁３０のパイロットバルブ３を接続することで、電気−機械変換器２はパイロットバルブ３を上下動することができる。すなわち、電気−機械変換器２は、制御装置１から入力される電気信号をパイロットバルブ３の上下動という機械的な動作に変換する装置である。そして、電気−機械変換器２の動作量は、パイロットバルブ３の動作量として表される。
【００１８】
制御弁３０は、筒状のパイロットバルブスリーブ３ｂと、パイロットバルブスリーブ３ｂの内側を摺動するパイロットバルブ３とを含んで構成される。図２の（ａ）は、制御弁の構成を示す断面図であって、パイロットバルブが中立位置にあることを示す図、（ｂ）は、パイロットバルブが上動したことを示す図、（ｃ）はパイロットバルブが下動したことを示す図である。図２の（ａ）に示すように、制御弁３０は、パイロットバルブスリーブ３ｂの中空部にパイロットバルブ３が組み込まれて形成される。
パイロットバルブスリーブ３ｂの側面には、１つの制御口３ａが開口していて、配管を介して油圧切換弁９と接続され、さらに配管を介して油圧増幅器４と接続される。
また、パイロットバルブスリーブ３ｂの側面において、制御口３ａより下方には、１つの入力口３ｃが開口していて、配管を介して圧油タンク６と接続される。
さらに、パイロットバルブスリーブ３ｂの側面において、制御口３ａより上方には、１つの排出口３ｅが開口していて、配管を介して排出タンク３ｅ１と接続される。
【００１９】
パイロットバルブ３は、軸状の部材である軸部３１に、３つの弁体部３２が備わる構造を有する。弁体部３２は、外形がパイロットバルブスリーブ３ｂの内径と略等しい円柱状をなし、パイロットバルブ３の中空部を摺動する。ここで、３つの弁体部３２は軸部３１に上下方向に固定され、最上部に固定される弁体部を３２ａ、最下部に固定される弁体部を３２ｃ、弁体部３２ａと弁体部３２ｃの中間に固定される弁体部を３２ｂとする。
【００２０】
そして、図２の（ａ）に示すように、パイロットバルブ３が中立位置にあるときには、弁体部３２ｂが制御口３ａの内側にあって、制御口３ａを閉鎖する。そして、弁体部３２ｃは、入力口３ｃの下方に位置する。このことによって、入力口３ｃから入力される圧油は、制御口３ａを閉鎖する弁体部３２ｂとその下方に備わる弁体部３２ｃとの間に滞留する。
【００２１】
また、図２の（ｂ）に示すように、パイロットバルブ３が上動したときには、弁体部３２ｂは制御口３ａと排出口３ｅの中間部に移動して、制御口３ａが開放される。また、弁体部３２ｃは、入力口３ｃの下方にあり、入力口３ｃは開放される。このことから、入力口３ｃと制御口３ａとが連通し、入力口３ｃに入力される圧油タンク６の圧油は、制御口３ａおよび油圧切換弁９を介して、油圧増幅器４に入力される。すなわち、パイロットバルブ３が上動したとき、３つの弁体部３２ａ、３２ｂ、３２ｃは一体に上動する。そして、弁体部３２ｂは制御口３ａと排出口３ｅとの中間部に位置し、弁体部３２ｃは入力口３ｃより下方に位置する。このような位置関係を実現するように、弁体部３２ｂと弁体部３２ｃは軸部３１に固定される。
【００２２】
一方、図２の（ｃ）に示すように、パイロットバルブ３が下動したときには、弁体部３２ｂは制御口３ａと入力口３ｃの中間部に移動して、制御口３ａは開放されるとともに、入力口３ｃと制御口３ａは遮断される。また、弁体部３２ａは、排出口３ｅの上方にあり、排出口３ｅは開放される。このことから、排出口３ｅと制御口３ａとが連通し、油圧増幅器４から圧油が油圧切換弁９を介して制御口３ａに入力され、排出口３ｅを介して排出タンク３ｅ１に排出される。すなわち、パイロットバルブ３が下動したとき、３つの弁体部３２ａ、３２ｂ、３２ｃは一体に下動する。そして、弁体部３２ｂは制御口３ａと入力口３ｃとの中間部に位置し、弁体部３２ａは排出口３ｅより上方に位置する。このような位置関係を実現するように、弁体部３２ｂと弁体部３２ａは軸部３１に固定される。
【００２３】
パイロットバルブスリーブ３ｂの上端部には、図２の（ａ）に示すように、フランジ部３ｂ１が広がって備わっている。そして、フランジ部３ｂ１には、圧縮ばね３ｄが備わり、パイロットバルブスリーブ３ｂを上方に押し上げようとする付勢力を与える。
一方、パイロットバルブスリーブ３ｂは、フランジ部３ｂ１の上方に配置される押さえレバー４ａによって下方に押さえられる。そして、パイロットバルブスリーブ３ｂは、上下動するように構成されるとともに、圧縮ばね３ｄと押さえレバー４ａとによって保持される。パイロットバルブスリーブ３ｂの動きと圧油の流れの関係は、後記する。
【００２４】
以上のように、電気−機械変換器２（図１参照）は、制御装置１（図１参照）から入力される電気信号を、制御弁３０のパイロットバルブ３の動作（機械的な動作）に変換して出力する。制御弁３０は、パイロットバルブ３の動作を圧油の流れに変換して、油圧増幅器４に入力する。
【００２５】
図１に戻って、動作量検出器７ａは、制御弁３０ａのパイロットバルブ３の動作量Ｓ７ａを検出して、制御装置１に、例えば電気信号として入力する装置である。動作量検出器７ａは特に限定するものではなく、例えば、マグネットが内蔵され、磁気を利用して検出ポイントの位置を検出するストロークセンサなどを利用できる。そして、検出した位置を例えば電気信号で制御装置１に入力すればよい。制御装置１は、入力された検出位置からパイロットバルブ３の動作量を算出することができる。
なお、図１に示す動作量検出器７ｂは動作量検出器７ａと同等のものであればよい。
【００２６】
油圧増幅器４は、制御弁３０が出力する機械的な動作を増幅する装置である。図３の（ａ）は、油圧増幅器の構成を示す断面図、（ｂ）は、メインバルブが上動したことを示す図、（ｃ）は、メインバルブが下動したことを示す図である。図３の（ａ）に示すように、油圧増幅器４はメインバルブスリーブ４ｂと、メインバルブ４２と、を含んで構成される。メインバルブスリーブ４ｂは、略円筒状の中空の部材であって、上部と下部とでその直径が異なっていて、上部の直径の小さな部分で油圧入力部４０、下部の直径の大きな部分で油圧出力部４１を形成する。油圧入力部４０と油圧出力部４１は、隔壁で分離されて形成される。そして、油圧入力部４０および油圧出力部４１の内部を一体に摺動するように、メインバルブ４２が備わる。
【００２７】
油圧入力部４０の上部には、入力口４０ａが開口していて、配管を介して圧油タンク６と接続され、圧油タンク６から圧油が入力される。入力口４０ａの下方には、第１制御口４０ｂが開口し、第１制御口４０ｂの下方には、第２制御口４０ｃが開口している。第１制御口４０ｂおよび第２制御口４０ｃは、配管を介して油圧切換弁９と接続される。
このように、本実施形態においては、油圧増幅器４の油圧入力部４０に、第１制御口４０ｂおよび第２制御口４０ｃを設け、２つの弁体部４４ａおよび４４ｂを油圧入力部４０に備えたことを特徴とし、この構成によって、後記するように２台の制御弁３０ａ、３０ｂを切り換えて使用することができる。
【００２８】
また、油圧出力部４１の上方には、第１排出口４１ａが開口し、その下方には、入力口４１ｂが開口する。第１排出口４１ａは、配管を介して排出タンク４ｃと接続され、圧油を排出タンク４ｃに排出する。また、入力口４１ｂは、圧油タンク６と配管を介して接続され、圧油タンク６から圧油が入力される。
なお、排出タンク４ｃは、制御弁３０（図１参照）に接続される排出タンク３ｅ１（図１参照）と同じであってもよい。
【００２９】
さらに、油圧出力部４１には、第１排出口４１ａより下方で、かつ入力口４１ｂより上方に、第３制御口４１ｃが開口し、入力口４１ｂより下方に第４制御口４１ｄが開口する。第３制御口４１ｃおよび第４制御口４１ｄは、配管を介して案内羽根サーボモータ５と接続される。
そして、メインバルブスリーブ４ｂの底面には、第２排出口４１ｅが開口し、配管を介して排出タンク４ｃと接続され、圧油を排出タンク４ｃに排出する。
【００３０】
メインバルブ４２は、軸状の部材である軸部４３に、４つの弁体部４４が備わる構造を有する。４つの弁体部４４は、軸部４３に上下方向に備わり、最上部に備わる弁体部を４４ａ、その下方に備わる弁体部を４４ｂ、その下方に備わる弁体部を４４ｃ、最下部に備わる弁体部を４４ｄとする。
弁体部４４ａ、４４ｂは油圧入力部４０の内径と略同等の直径を有し、油圧入力部４０の内部を摺動する。また、弁体部４４ｃ、４４ｄは油圧出力部４１の内径と略同等の直径を有し、油圧出力部４１の内部を摺動する構成とする。
【００３１】
また、図３の（ａ）に示すように、軸部４３は、弁体部４４ａの上方および、弁体部４４ｃと４４ｄの間は太さが太く、その他は細くなっている。
【００３２】
このように構成される油圧増幅器４において、図３の（ｂ）に示すように、メインバルブ４２が上動すると、４つの弁体部４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄは一体に上動する。そして、弁体部４４ｃは第１排出口４１ａと第３制御口４１ｃの間に位置して、第１排出口４１ａと第３制御口４１ｃとの間を遮断するとともに、第３制御口４１ｃを開放する。このとき、弁体部４４ｄは、入力口４１ｂと第４制御口４１ｄとの中間部に位置する。このように弁体部４４ｃ、４４ｄが配置されることで、図３の（ｂ）に示すように、入力口４１ｂと第３制御口４１ｃとが連通して、入力口４１ｂに圧油タンク６から入力される圧油が第３制御口４１ｃから出力される。
一方、第４制御口４１ｄと第２排出口４１ｅとが連通して、第４制御口４１ｄに入力される圧油が第２排出口４１ｅを介して、排出タンク４ｃに排出される。
【００３３】
また、図３の（ｃ）に示すように、メインバルブ４２が下動すると、４つの弁体部４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄは一体に下動する。そして、弁体部４４ｃは第３制御口４１ｃと入力口４１ｂとの中間部に位置するとともに、弁体部４４ｄは底面に接地して、第２排出口４１ｅを閉鎖する。このように弁体部４４ｃ、４４ｄが配置されることで、図３の（ｃ）に示すように、入力口４１ｂと第４制御口４１ｄとが連通して、入力口４１ｂに圧油タンク６から入力される圧油が第４制御口４１ｄから出力される。
一方、第３制御口４１ｃと第１排出口４１ａとが連通して、第３制御口４１ｃに入力される圧油が第１排出口４１ａを介して、排出タンク４ｃに排出される。
【００３４】
すなわち、油圧増幅器４においては、メインバルブ４２の上下動に対応して前記の機能を実現するように、第１排出口４１ａ、入力口４１ｂ、第３制御口４１ｃ、第４制御口４１ｄおよび第２排出口４１ｅと、弁体部４４ｃ、４４ｄの位置関係を設定すればよい。
【００３５】
以上のように、油圧増幅器４は、油圧入力部４０に入力された圧油の流れをメインバルブ４２の動作に変換して出力する。前記のように、圧油の流れは、制御弁３０（図１参照）のパイロットバルブ３（図１参照）の動作が変換されたものであることから、電気−機械変換器２（図１参照）が出力する機械的な動作が変換されたものである。したがって、油圧増幅器４は、電気−機械変換器２が出力する機械的な動作をメインバルブ４２の動作に変換して出力する装置になる。
【００３６】
再び図１に戻って、案内羽根サーボモータ５は、ピストン５ｅを動作させることで、図示しない水車の案内羽根の開度を調整する装置である。ピストン５ｅは、ピストン室５ｄの内部を摺動するように備えられ、ピストン室５ｄの両端には、ピストン室５ｄの内径と略等しいピストンヘッド５ｅ１を挟むように第１圧油口５ｂと第２圧油口５ｃが開口している。そして、第１圧油口５ｂから入力される圧油と第２圧油口５ｃから入力される圧油からピストンヘッド５ｅ１に作用する圧力差によって、ピストン５ｅを動作する構成である。
【００３７】
なお、図示はしないが、ピストン５ｅには、案内羽根が接続されてピストン５ｅと同期して動作し、図示しない水車への流水量を調節する構成である。
【００３８】
圧油タンク６は、調速機１００を制御するための圧油を貯留するタンクであって、図示しない加圧手段によって内部が加圧され、所定の圧力で圧油を排出する機能を有する。ここで、以下の説明のため、圧油タンク６内部の圧力をＰとし、Ｐは大気圧より大きいとする。そして、調速機１００の内部を流通する圧油は圧力Ｐを有することになる。
【００３９】
油圧切換弁９は、制御装置１からの制御信号によって、２台の制御弁３０ａおよび３０ｂがそれぞれ出力する圧油のどちらか一方を選択し、油圧増幅器４に供給する機能を有する。油圧切換弁９は、制御弁３０ａが出力する圧油を入力する第１入力口９ａと、制御弁３０ｂが出力する圧油を入力する第２入力口９ｂと、排出タンク９ｃ１に接続される排出口９ｃとを有する。排出口９ｃは排出タンク９ｃ１と接続され、排出口９ｃから排出される圧油は、排出タンク９ｃ１に貯留される。さらに油圧増幅器４の第１制御口４０ｂと接続する第１切換口９ｄおよび、油圧増幅器４の第２制御口４０ｃと接続する第２切換口９ｅとを有する。
なお、排出タンク９ｃ１は、制御弁３０（図１参照）に接続される排出タンク３ｅ１（図１参照）と同じであってもよい。
【００４０】
油圧切換弁９には、制御装置１からの制御信号で動作する弁体９ｆが備わり、弁体９ｆの動作によって、制御弁３０ａもしくは制御弁３０ｂのどちらか一方を油圧増幅器４と接続する。すなわち、油圧切換弁９は、制御弁３０ａと油圧増幅器４とを接続する第１の切換状態と、制御弁３０ｂと油圧増幅器４とを接続する第２の切換状態を有する。また、弁体９ｆは、油圧増幅器４が、制御弁３０ａおよび制御弁３０ｂのどちらとも接続されない第３の切換状態を有してもよい。図４の（ａ）は、油圧切換弁の第１の切換状態を示す図、（ｂ）は、油圧切換弁の第２の切換状態を示す図、（ｃ）は、油圧切換弁の第３の切換状態を示す図である。
【００４１】
図４の（ａ）に示すように、第１の切換状態においては、制御弁３０ａの制御口３ａが接続される第１入力口９ａと、油圧増幅器４の第１制御口４０ｂが接続される第１切換口９ｄとが連通するように、弁体９ｆが動作する。このように、第１入力口９ａと第１切換口９ｄとが連通することで、制御弁３０ａと油圧増幅器４とが接続され、制御弁３０ａの制御口３ａから出力される圧油が油圧増幅器４の第１制御口４０ｂに入力される。また、第２切換口９ｅは、排出口９ｃと連通し、油圧増幅器４の第２制御口４０ｃから出力される圧油は、排出口９ｃを介して排出タンク９ｃ１に排出される。さらに、第２入力口９ｂは閉鎖される。
【００４２】
また、図４の（ｂ）に示すように、第２の切換状態においては、制御弁３０ｂの制御口３ａが接続される第２入力口９ｂと、油圧増幅器４の第２制御口４０ｃが接続される第２切換口９ｅとが連通するように、弁体９ｆが動作する。このように、第２入力口９ｂと第２切換口９ｅとが連通することで、制御弁３０ｂと油圧増幅器４とが接続され、制御弁３０ｂの制御口３ａから出力される圧油が油圧増幅器４の第２制御口４０ｃに入力される。また、第１切換口９ｄは、排出口９ｃと連通し、油圧増幅器４の第１制御口４０ｂから出力される圧油は、排出口９ｃを介して排出タンク９ｃ１に排出される。さらに、第１入力口９ａは閉鎖される。
【００４３】
なお、図４の（ｃ）に示すように、油圧切換弁９は、制御弁３０ａと制御弁３０ｂのどちらも油圧増幅器４と接続されない、第３の切換状態を有していてもよい。第３の切換状態においては、第１入力口９ａおよび第２入力口９ｂは閉鎖され、制御弁３０ａおよび制御弁３０ｂが出力する圧油は、いずれも油圧増幅器４に到達しない。一方、第１切換口９ｄおよび第２切換口９ｅは、排出口９ｃと連通し、油圧増幅器４の第１制御口４０ｂおよび第２制御口４０ｃから出力される圧油は、排出口９ｃを介して排出タンク９ｃ１に排出される。
【００４４】
油圧切換弁９は、制御装置１（図１参照）からの制御信号によって弁体９ｆが動作する構成とすることで、制御装置１からの制御信号で、油圧増幅器４に接続される制御弁３０を選択できる。なお、油圧切換弁９としては、例えば汎用の切換弁を使用することができる。
【００４５】
図１に示すように構成される調速機１００において、制御装置１は、電気−機械変換器２に制御信号を出力して、パイロットバルブ３の位置を制御することで、図示しない水車の回転速度を制御する。なお、本実施形態においては、図１に示す制御弁３０ａを主制御弁として常時使用する。そして、制御弁３０ｂは、例えば制御弁３０ａが故障したときに使用される予備制御弁とする。
そして、制御弁３０ａを常時使用することから、油圧切換弁９は、図４の（ａ）に示すように、第１の切換状態に設定する。
【００４６】
図示しない水車の回転速度を上げる場合、制御装置１（図１参照）は電気−機械変換器２ａ（図１参照）に制御信号を出力し、図２の（ｂ）に示すようにパイロットバルブ３を上動し、入力口３ｃと制御弁３０ａ（図１参照）の制御口３ａを連通する。このとき、電気−機械変換器２ｂは、電気−機械変換器２ａと並行に運転されることから、制御装置１は、電気−機械変換器２ａに出力する制御信号と同等の制御信号を、電気−機械変換器２ｂに対しても出力する。
制御弁３０ａの入力口３ｃには、圧油タンク６から圧油が入力されることから、圧油は制御口３ａから出力され、油圧切換弁９を介して油圧増幅器４に到達する。そして、油圧増幅器４に到達した圧油は、図３の（ａ）に示す、第１制御口４０ｂから油圧入力部４０の内部に入り、弁体部４４ａと弁体部４４ｂの間の領域を充填する。前記のように、圧油には圧力Ｐが加わっているため、弁体部４４ａの下側には、圧力Ｐが作用することになる。
【００４７】
一方、図３の（ａ）に示すように、入力口４０ａには、圧油タンク６が接続されるため、弁体部４４ａの上側にも圧力Ｐが作用する。しかしながら、図３の（ａ）に示すように、弁体部４４ａの上側は軸部４３が太いため、弁体部４４ａに圧力Ｐが作用する面積が、弁体部４４ａの下側の領域から弁体部４４ａに圧力Ｐが作用する面積よりも小さくなる。したがって、弁体部４４ａの下側から作用する力が弁体部４４ａの上側から作用する力より大きくなり、弁体部４４ａは上動し、弁体部４４ａが固定されるメインバルブ４２が上動する。
【００４８】
このとき、第２制御口４０ｃは、図４の（ａ）に示すように、油圧切換弁９を介して、排出タンク９ｃ１と接続されていることから、図３の（ａ）に示す弁体部４４ｂの下側の領域には、排出タンク９ｃ１から圧油が供給される。ここで、排出タンク９ｃ１の内部圧を略大気圧と同等とすると、弁体部４４ｂの下側の領域は大気圧と同等の圧力となる。
【００４９】
そして、図３の（ｂ）に示すように、メインバルブ４２が上動すると、入力口４１ｂと第３制御口４１ｃとが連通し、入力口４１ｂに圧油タンク６から入力される圧油が第３制御口４１ｃを介して、図１に示すように第２圧油口５ｃを経て案内羽根サーボモータ５の内部に入力される。一方、図３の（ｂ）に示すように、第４制御口４１ｄは、第２排出口４１ｅと連通する。図１に示すように、第４制御口４１ｄは案内羽根サーボモータ５の第１圧油口５ｂと接続され、第２排出口４１ｅは、排出タンク４ｃに接続されることから、第１圧油口５ｂと排出タンク４ｃとが接続されることになる。
【００５０】
ここで、図１に示す第２圧油口５ｃから圧油が案内羽根サーボモータ５に入力されると、ピストンヘッド５ｅ１の図中左側の領域に、圧力Ｐの圧油が充填され、ピストンヘッド５ｅ１を図中右側に移動させる力として作用する。一方、第１圧油口５ｂは、排出タンク４ｃと接続されているが、排出タンク４ｃの内部圧を略大気圧としておけば、圧油の圧力Ｐは、大気圧より大きいことから、ピストンヘッド５ｅ１は図中右動する。すなわち、ピストン５ｅが右動する。そして、ピストン５ｅに接続される図示しない案内羽根が駆動され、図示しない水車への流水量を増量することで、図示しない水車の回転速度を上げることができる。
【００５１】
また、図１に示すように、メインバルブ４２の上方には、押さえレバー４ａが固定されているため、メインバルブ４２の上動に伴って、押さえレバー４ａも上動する。押さえレバー４ａはその先端部で、パイロットバルブスリーブ３ｂのフランジ部３ｂ１を上方から押さえていることから、押さえレバー４ａが上動すると、パイロットバルブスリーブ３ｂは、圧縮ばね３ｄの付勢力によって上動する。そして、図２の（ａ）に示すように、弁体部３２ｂが制御口３ａを閉鎖する位置になると、油圧増幅器４の第１制御口４０ｂ（図３の（ａ）参照）への圧油の供給が停止され、メインバルブ４２が停止する。そして、案内羽根サーボモータ５（図１参照）のピストン５ｅの右動も停止し、図示しない水車の回転速度が保たれる。
【００５２】
図示しない水車の回転速度を下げる場合、制御装置１（図１参照）は、電気−機械変換器２ａに制御信号を出力し、図２の（ｃ）に示すようにパイロットバルブ３を下動し、制御弁３０ａ（図１参照）の制御口３ａと排出口３ｅを連通する。図４の（ａ）に示すように、制御弁３０ａの制御口３ａは、油圧切換弁９を介して油圧増幅器４の第１制御口４０ｂと接続されていることから、油圧増幅器４の弁体部４４ａと弁体部４４ｂ（図３の（ａ）参照）の間の領域が制御弁３０ａの排出口３ｅを介して排出タンク３ｅ１（図１参照）と接続される。
図３の（ａ）に示すように、油圧増幅器４の入力口４０ａには、圧力タンク６から圧力Ｐを有する圧油が入力されることから、弁体部４４ａの上側に圧力Ｐが作用する。一方、前記のように弁体部４４ａと弁体部４４ｂの間の領域は、排出タンク３ｅ１と接続されることから、排出タンク３ｅ１の内部圧を略大気圧としておけば、弁体部４４ａの下側には大気圧が作用することになる。圧油の圧力Ｐは、大気圧より大きいことから、弁体部４４ａは下動し、弁体部４４ａが固定されるメインバルブ４２が下動する。
【００５３】
そして、図３の（ｃ）に示すように、メインバルブ４２が下動すると、入力口４１ｂと第４制御口４１ｄとが連通し、入力口４１ｂに圧油タンク６から入力される圧油が第４制御口４１ｄを介して、図１に示すように第１圧油口５ｂを経て案内羽根サーボモータ５の内部に入力される。一方、図３の（ｃ）に示すように、第３制御口４１ｃは、第１排出口４１ａと連通する。図１に示すように、第３制御口４１ｃは案内羽根サーボモータ５の第２圧油口５ｃと接続され、第１排出口４１ａは、排出タンク４ｃに接続されることから、第２圧油口５ｃと排出タンク４ｃとが接続されることになる。
【００５４】
ここで、第１圧油口５ｂから圧油が案内羽根サーボモータ５に入力されると、図１に示すようにピストンヘッド５ｅ１の図中右側の領域に、圧力Ｐの圧油が充填され、ピストンヘッド５ｅ１を図中左側に移動させる力として作用する。一方、第２圧油口５ｃは、排出タンク４ｃと接続されているが、排出タンク４ｃの内部圧は、前記のように略大気圧であり、圧油の圧力Ｐは、大気圧より大きいことから、ピストンヘッド５ｅ１は図中左動する。すなわち、ピストン５ｅが左動する。そして、ピストン５ｅに接続される図示しない案内羽根が駆動され、図示しない水車への流水量を増量することで、図示しない水車の回転速度を下げることができる。
【００５５】
また、図１に示すように、メインバルブ４２の上方には、押さえレバー４ａが固定されているため、メインバルブ４２の下動に伴って、押さえレバー４ａも下動する。そして、押さえレバー４ａの下動に伴ってパイロットバルブスリーブ３ｂが下動する。パイロットバルブスリーブ３ｂが下動して、図２の（ａ）に示すように、弁体部３２ｂが制御口３ａを閉鎖する位置になると、第１制御口４０ｂ（図３の（ａ）参照）への圧油の供給が停止され、メインバルブ４２が停止する。そして、案内羽根サーボモータ５のピストン５ｅ（図１参照）の左動も停止し、図示しない水車の回転速度が保たれる。
【００５６】
なお、前記は、図１に示す案内羽根サーボモータ５のピストン５ｅが、図中右動すると図示しない水車の回転速度が上がり、ピストン５ｅが図中左動すると図示しない水車の回転速度が下がるとしたが、この方向は限定するものではない。
【００５７】
また、図１に示す油圧切換弁９が第１の切換状態にある場合について説明したが、油圧切換弁９が第２の切換状態にある場合についても、制御弁３０ｂから供給される圧油によって、第１の切換状態にある場合と同様に動作する。
【００５８】
以上のように、図示しない水車の回転速度を制御する調速機１００（図１参照）にあっては、２台の電気−機械変換器２（図１参照）と２台の制御弁３０（図１参照）をそれぞれ並列に配置して、どちらか一方が故障した場合に、他方でその機能を補うように構成して、信頼性を高めることができる。
【００５９】
そして、電気−機械変換器２の故障を検出するため、調速機１００の制御装置１（図１参照）は、故障検出器８を備える。図５は故障検出器のブロック図である。なお、図５には上下２系統のブロック図が示されているが、機能は等しいため、制御弁３０ａ（図１参照）に対応する系統（図５の上側）について説明する。図５に示すように、故障検出器８には、関数発生器８０ａが備わり、制御装置１の図示しないＣＰＵが算出した電気−機械変換器２ａの制御量Ｃ２ａが電気信号として入力される。関数発生器８０ａは、制御量Ｃ２ａを制御弁３０ａのパイロットバルブ３（図１参照）の動作量に変換する機能を有し、入力された制御量Ｃ２ａを制御弁３０ａのパイロットバルブ３の動作量に変換して偏差演算器８１ａに入力する。
一方、故障検出器８の偏差演算器８１ａには、動作量検出器７ａが出力する制御弁３０ａのパイロットバルブ３の動作量Ｓ７ａが入力され、偏差演算器８１ａは、関数発生器８０ａから入力された動作量と、動作量検出器７ａから入力された動作量Ｓ７ａの偏差を算出し、絶対値演算器８２ａに入力する。
【００６０】
絶対値演算器８２ａは、比較器８３ａでの演算量を減らして負荷を軽減するため、入力された偏差の絶対値を算出して、比較器８３ａに入力する。これは、本実施形態においては、制御弁３０ａ（図１参照）の故障は、制御量Ｃ２ａに対するパイロットバルブ３（図２参照）の動作量Ｓ７ａのずれのみを考慮すればよく、パイロットバルブ３が上動側にずれたか、下動側にずれたかは、考慮しなくてよいからである。
【００６１】
比較器８３ａは、偏差値の絶対値が、比較器８３ａに予め設定されている所定値以上になったときに、制御弁３０ａ（図１参照）が故障したと判定する。そして、制御弁３０ａが油圧増幅器４（図１参照）と接続されているときには、信号発生器８４から制御信号を出力して、油圧切換弁９（図１参照）を切換え、制御弁３０ｂ（図１参照）と油圧増幅器４とを接続する。
なお、制御弁３０ｂが油圧増幅器４と接続されているときに、故障検出器８が制御弁３０ｂの故障を検出した場合は、信号発生器８４から制御信号を出力して、油圧切換弁９（図１参照）を切換え、制御弁３０ａと油圧増幅器４とを接続する。
【００６２】
以上のように、故障検出器８は、油圧増幅器４（図１参照）と接続されている制御弁３０（図１参照）を動作する電気−機械変換器２（図１参照）の故障を検出した場合は、油圧切換弁９（図１参照）に制御信号を送信する。そして、油圧切換弁９は故障検出器８からの制御信号によって、故障が検出されていない電気−機械変換器２を選択し、選択した電気−機械変換器２が動作する制御弁３０と油圧増幅器４とを接続する機能を有する。
なお、故障検出器８を構成する各要素の機能を、制御装置１を駆動するプログラムに組み込むことで、故障検出器８を実現することができる。
【００６３】
本実施形態においては、図１に示すように、２台が並列に配置される制御弁３０の一方（例えば、制御弁３０ａ）を常時使用する主制御弁とし、他方の制御弁３０（例えば、制御弁３０ｂ）は、主制御弁が故障したときに、その機能をカバーするための予備制御弁とする。しかしながら、制御装置１は、予備制御弁である制御弁３０ｂを駆動する電気−機械変換器２ｂに対しても、主制御弁である制御弁３０ａを駆動する電気−機械変換器２ａと同等の制御を実行する。すなわち、制御弁３０ａのパイロットバルブ３と、制御弁３０ｂのパイロットバルブ３とは、常に同等の位置にある。そして、油圧切換弁９の切換によって、油圧増幅器４と接続される制御弁３０を選択している。
【００６４】
このように、制御弁３０ａと制御弁３０ｂとを同等に制御することによって、例えば主制御弁である制御弁３０ａが故障した場合であっても、制御装置１の故障検出器８は油圧切換弁９を切り換えるだけで、補助制御弁３０ｂを油圧増幅器４に接続することができ、調速機１００を連続運転することができる。そして、電気−機械変換器２ａ、２ｂは、制御装置１によって常に同等に制御され、制御弁３０ａ、３０ｂのパイロットバルブ３は常に同じ位置にあることから、制御弁３０ａ、３０ｂの出力は同じである。したがって、油圧切換弁９を切り換えた直後に油圧増幅器４に供給される圧油の流量は、正しく制御された量であって、調速機１００は常に正しく制御された状態になる。
また、１つの油圧切換弁９を備えるだけでよく、調速機１００の構成を簡略化できる。
【００６５】
以上、本発明の一実施の形態を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行うことが可能である。
図６は、本発明の変形例を示す図である。なお、図１に示す調速機１００と同じ構成部材には同じ符号を付して、説明は省略する。図１に示す調速機１００の変形例として、図６に示すように、制御弁３０のパイロットバルブ３の動作量を検出する動作量検出器７（７ａ、７ｂ）の代わりに、メインバルブ４２の動作量を検出する動作量検出器７を備える形態が考えられる。この場合、制御装置１は、動作量検出器７が検出するメインバルブ４２の動作に基づいて、電気−機械変換器２ａ、２ｂをフィードバック制御すればよい。また、故障検出器８は、メインバルブ４２の動作量に基づいて、油圧増幅器４に接続されている制御弁３０を駆動する電気−機械変換器２の故障を判定する。そして、関数発生器８０ａ、８０ｂ（図５参照）は、制御量Ｃ２ａ、Ｃ２ｂをメインバルブ４２の動作量に変換する機能を有することとすればよい。このような構成とすることで、動作量検出器７の数を１つに減らすことができ、調速機１００の構造の簡略化を図れるとともに、製造コストを下げることができる。
【００６６】
また、例えば３系統の切換機能を有する油圧切換弁９（図１参照）を使用し、油圧増幅器４の油圧入力部４０（図２参照）に、３つの制御口を備えることで、３台の制御弁３０（図１参照）を並列に配置することができ、より信頼性を高めることも可能である。さらに、３系統以上の切換機能を有する油圧切換弁９を使用し、油圧入力部４０の制御口を増やすことで、３台以上の制御弁３０を並列に配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態における調速機の構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、切換弁の構成を示す断面図であって、パイロットバルブが中立位置にあることを示す図、（ｂ）は、パイロットバルブが上動したことを示す図、（ｃ）はパイロットバルブが下動したことを示す図である。
【図３】（ａ）は、油圧増幅器４の構成を示す断面図、（ｂ）は、メインバルブが上動したことを示す図、（ｃ）は、メインバルブが下動したことを示す図である。
【図４】（ａ）は、油圧切換弁の第１の切換状態を示す図、（ｂ）は、油圧切換弁の第２の切換状態を示す図、（ｃ）は、油圧切換弁の第３の切換状態を示す図である。
【図５】故障検出器のブロック図である。
【図６】本発明の変形例を示す図である。
【図７】従来の調速機を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１      制御装置（制御手段）
２（２ａ、２ｂ）  電気−機械変換器
４      油圧増幅器
５      案内羽根サーボモータ
６      圧油タンク
７（７ａ、７ｂ）  動作量検出器（故障検出手段）
８      故障検出器（故障検出手段）
９      油圧切換弁（切換手段）
３０（３０ａ、３０ｂ）  制御弁
４２    メインバルブ
８０ａ、８０ｂ  関数発生器
８１ａ、８１ｂ  偏差演算器
８２ａ、８２ｂ  絶対値演算器
１００  調速機
【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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