JP4008781B2

JP4008781B2 - 水車水量調整用電動サーボアクチュエータ

Info

Publication number: JP4008781B2
Application number: JP2002234471A
Authority: JP
Inventors: 聡新居; 武史長谷川; 博菅井; 秀昭今井
Original assignee: Hitachi Ltd; Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-08-12
Also published as: JP2004080862A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電水車用のガイドベーン駆動装置等に使用される水車水量調整用電動サーボアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動サーボアクチュエータとして、例えば、特許第２５０２０６６号公報に開示のものがあり、図４に示される如く、筒状のアクチュエータハウジング１と、アクチュエータハウジング１内に備えられたブラシレスの電動機２と、電動機２の駆動によって出退操作される推力変換機構３と、アクチュエータハウジング１を自在継手を介して支持する支持台としてのトラニオン４とを備えている。
【０００３】
前記電動機２は、アクチュエータハウジング１に固定されたステータ５およびステータ５内で回転自在に支持された永久磁石からなるロータ６とを備えている。
【０００４】
前記推力変換機構３は、ボールネジ部９ａを有するネジ軸体９と、ボールネジ部９ａに進退自在に螺合されたボールナットからなるナット体１０とを備え、前記ロータ６に固定されたヨーク７にナット体１０が固定されている。そして、電動機２の両側で、アクチュエータハウジング１にヨーク７がラジアルボール軸受１１およびスラストローラ軸受１２を介して回転自在に支持されている。
【０００５】
また、ネジ軸体９の一端部はアクチュエータハウジング１外に突出配置され、その先端に備えられた連結金具１４がリンク１５を介してゲートシャフトアーム１６に連結されている。
【０００６】
そして、電動機２の駆動によるロータ６の正逆回転操作により、ナット体１０が正逆回転操作されると、ナット体１０に螺合されているボールネジ部９ａが軸心方向に進退移動され、ここに、ネジ軸体９がその軸心方向に出退操作され、連結金具１４およびリンク１５を介してゲートシャフトアーム１６を回動操作し、ゲートシャフト１７を回動操作することにより、水車用ガイドベーンを開閉操作する構造とされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示の従来構造の電動サーボアクチュエータによれば、ネジ軸体９がアクチュエータハウジング１外に突出する位置と反対側の端部に、スラストローラ軸受１２が配置され、その近傍で、アクチュエータハウジング１をトラニオン４で支持する構造であり、水車側からの負荷推力を受ける連結金具１４からスラストローラ軸受１２およびトラニオン４との相互の距離が長い構造であった。
【０００８】
このように連結金具１４とスラストローラ軸受１２もしくはトラニオン４との距離が長い場合、即ち相互の支点間の距離が長い場合には、ネジ軸体９等に自重や負荷推力によって生じるたわみが大きくなり、たわみが大きいと電動サーボアクチュエータによって発生する推力を相手部材に真っ直ぐに伝達することができず、出力効率が悪いという問題があった。
【０００９】
そして、このようなたわみによる推力の出力効率の悪化を軽減するためには、支点間の構造部材を強化してたわみを抑制する必要があった。
【００１０】
しかしながら、支点間の構造部材の強化は電動サーボアクチュエータの重量増を招き、電動サーボアクチュエータの搬送や据え付け等における作業に時間がかかり、取扱いが不便であるという問題が生じた。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、たわみの軽減および軽量化を図った水車水量調整用電動サーボアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための技術的手段は、アクチュエータハウジング内に固定されたステータと、ステータ内で回転自在に支持されたロータとからなる電動機と、前記ロータに一体回転自在に取り付け固定されたナット体と、ナット体に進退自在に螺合されると共に、一端部がアクチュエータハウジング外に突出配置されたネジ軸体とからなる推力変換機構と、前記ネジ軸体に作用する負荷推力を受承するスラスト軸受とを備え、前記ロータの回転に伴う前記ナット体の回転により前記ネジ軸体がその軸心方向に出退操作される水車水量調整用電動サーボアクチュエータにおいて、前記アクチュエータハウジングの長手方向略中間部に前記スラスト軸受が備えられると共に、そのスラスト軸受で前記ナット体部分が回転自在に支持され、前記スラスト軸受の一方側で、前記ネジ軸体がアクチュエータハウジング外に突出配置され、スラスト軸受の他方側に位置したアクチュエータハウジング内に前記電動機が配置され、前記アクチュエータハウジングを支持する支持台の支点部が、スラスト軸受部分に回転自在に配置された点にある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１ないし図３に示される如く、水車水量調整用電動サーボアクチュエータ２０は、前述同様、いわゆる筒状のアクチュエータハウジング２１と、アクチュエータハウジング２１内に備えられたブラシレスの電動機２２と、電動機２２の駆動によって出退操作される推力変換機構２３と、アクチュエータハウジング２１を自在継手２４を介して支持する支持台２５とを備えている。
【００１４】
また、電動機２２は、アクチュエータハウジング２１内に固定されたステータ２６およびステータ２６内で回転自在に支持された永久磁石からなる円筒体状のロータ２７とを備えている。
【００１５】
前記推力変換機構２３は、ローラネジ部２９ａを有するネジ軸体２９と、ローラネジ部２９ａに進退自在に螺合されたロールナットからなるナット体３０とを備え、前記ロータ２７の軸心方向一側面側に取り付け固定されたナット支持筒部３１にナット体３０が取り付け固定されている。また、ロータ２７の軸心方向他側面側にも支持筒部３２が取り付け固定されており、ナット支持筒部３１の外周面および支持筒部３２の外周面が、それぞれスラスト軸受としてのスラストローラ軸受３４およびラジアルボール軸受３５を介して、アクチュエータハウジング２１に回転自在に支持されている。
【００１６】
この際、スラストローラ軸受３４はアクチュエータハウジング２１の長手方向略中間部に配置され、ラジアルボール軸受３５はアクチュエータハウジング２１の長手方向端部に配置されている。
【００１７】
また、ネジ軸体２９の一端部はアクチュエータハウジング２１外に突出配置され、その先端に装着された連結金具３７がリンク等を介してゲートシャフトアームに連結される構造とされている。
【００１８】
そして、ネジ軸体２９の前記一端部は、アクチュエータハウジング２１の一端部に適宜軸受３９等を介して軸心方向に移動自在に支持されている。
【００１９】
また、前記支持筒部３２を支持するアクチュエータハウジング２１の他端部には、ネジ軸体２９の出退量を制御する制御機構を備えたセンサボックス４０が装着されている。
【００２０】
そして、アクチュエータハウジング２１は、ナット体３０が回転自在に支持されるスラストローラ軸受３４部分で、自在継手２４を介して支持台２５に支持されている。
【００２１】
本実施形態における電動サーボアクチュエータ２０は以上のように構成されており、電動機２２の駆動によるロータ２７の正逆回転操作により、ナット体３０が正逆回転操作されると、ナット体３０に螺合されているローラネジ部２９ａが軸心方向に沿って進退移動され、ここに、ネジ軸体２９がその軸心方向に出退操作され、連結金具３７およびリンク等を介してゲートシャフトアームを回動操作し、ゲートシャフトを回動操作することにより、水車用ガイドベーンが開閉操作され、水車水量の調整が行われる。
【００２２】
そして、本実施形態によれば、アクチュエータハウジング２１の長手方向略中間部に備えられたスラストローラ軸受３４でナット体３０部分が回転自在に支持され、このスラストローラ軸受３４部分で、アクチュエータハウジング２１が自在継手２４を介して支持台２５に支持されるため、水車側に連結される連結金具３７と支持台２５との２点で自重と負荷推力とを受ける構造となる。
【００２３】
この際、電動機２２は、スラストローラ軸受３４に対して、ネジ軸体２９のアクチュエータハウジング２１外に突出配置された側と反対の側に位置して配置されているため、連結金具３７とスラストローラ軸受３４もしくは支持台２５との相互間距離、即ち支点間距離Ｌをより短く構成できる。
【００２４】
従って、支点間距離Ｌをより短く構成できるため、その間における自重によるたわみや負荷推力によるたわみが有効に軽減でき、また、スラストローラ軸受３４部分で、アクチュエータハウジング２１が自在継手２４を介して支持台２５に支持されるため、電動サーボアクチュエータ２０によって発生する推力を相手部材に略真っ直ぐに伝達することができ、出力効率が改善できる利点がある。
【００２５】
また、スラストローラ軸受３４に対して、連結金具３７側とは反対側に配置された電動機２２部分やセンサボックス４０部分は、ネジ軸体２９に作用する負荷推力を受承しないため、これらを支持するアクチュエータハウジング２１は必要最小限の強度を有していればよく、薄肉化が図れ、ここに、電動サーボアクチュエータ２０全体としての軽量化が図れる。そして、電動サーボアクチュエータ２０の軽量化により、電動サーボアクチュエータ２０の搬送や据え付け時等の取扱いが容易になるという利点がある。
【００２６】
なお、本実施形態においては、推力変換機構２３がローラネジ部２９ａを有するネジ軸体２９とロールナットからなるナット体３０とを備えた構造を示しているが、ボールネジ構造のネジ軸体２９とナット体３０とからなる構造であってもよく、実施形態の構造に限定されない。
【００２７】
また、スラスト軸受としてスラストローラ軸受３４を示してるが、スラストボール軸受であってもよく、実施形態の構造に限定されない。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の水車水量調整用電動サーボアクチュエータによれば、アクチュエータハウジングの長手方向略中間部にスラスト軸受が備えられると共に、そのスラスト軸受で推力変換機構のナット体部分が回転自在に支持され、スラスト軸受の一方側で、推力変換機構のネジ軸体がアクチュエータハウジング外に突出配置され、スラスト軸受の他方側に位置したアクチュエータハウジング内に電動機が配置され、アクチュエータハウジングを支持する支持台の支点部が、スラスト軸受部分に回転自在に配置されたものであり、水車側に連結される部分と、スラスト軸受もしくは支持台との相互間距離をより短く構成でき、支点間距離をより短く構成できるため、その間における自重によるたわみや負荷推力によるたわみが有効に軽減でき、電動サーボアクチュエータによって発生する推力を相手部材に略真っ直ぐに伝達することができ、出力効率が改善できるという利点がある。
【００２９】
また、電動機が配置された部分はネジ軸体に作用する負荷推力を受承しないため、これらを支持するアクチュエータハウジングは必要最小限の強度を有していればよく、薄肉化が図れ、ここに、電動サーボアクチュエータ全体としての軽量化が図れる。そして、電動サーボアクチュエータの軽量化により、電動サーボアクチュエータの搬送や据え付け時等の取扱いが容易になるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る水車水量調整用電動サーボアクチュエータの断面正面図である。
【図２】同平面図である。
【図３】図１における左側面図である。
【図４】従来例を示す断面正面図である。
【符号の説明】
２０電動サーボアクチュエータ
２１アクチュエータハウジング
２２電動機
２３推力変換機構
２４自在継手
２５支持台
２６ステータ
２７ロータ
２９ネジ軸体
２９ａローラネジ部
３０ナット体
３４スラストローラ軸受
３７連結金具

Claims

アクチュエータハウジング内に固定されたステータと、ステータ内で回転自在に支持されたロータとからなる電動機と、
前記ロータに一体回転自在に取り付け固定されたナット体と、ナット体に進退自在に螺合されると共に、一端部がアクチュエータハウジング外に突出配置されたネジ軸体とからなる推力変換機構と、
前記ネジ軸体に作用する負荷推力を受承するスラスト軸受とを備え、
前記ロータの回転に伴う前記ナット体の回転により前記ネジ軸体がその軸心方向に出退操作される水車水量調整用電動サーボアクチュエータにおいて、
前記アクチュエータハウジングの長手方向略中間部に前記スラスト軸受が備えられると共に、そのスラスト軸受で前記ナット体部分が回転自在に支持され、
前記スラスト軸受の一方側で、前記ネジ軸体がアクチュエータハウジング外に突出配置され、スラスト軸受の他方側に位置したアクチュエータハウジング内に前記電動機が配置され、
前記アクチュエータハウジングを支持する支持台の支点部が、スラスト軸受部分に回転自在に配置されたことを特徴とする水車水量調整用電動サーボアクチュエータ。