ハイブリッドサーボシステム
【課題】負荷を駆動する主電動サーボモータの長寿命化を実現できること。
【解決手段】一端２３Ａが負荷２５に連結された作動ロッド２３を備え、この作動ロッドをその軸方向に駆動する主電動サーボモータ１１と、作動ロッド２３の他端２３Ｂに設置された主ピストン３６を備える主油圧シリンダ部１２と、この主油圧シリンダ部に接続され、副ピストン４２を備える副油圧シリンダ部１３と、この副油圧シリンダ部に内蔵され、副ピストン４２を駆動する直動型電動サーボモータからなる副電動サーボモータ１４とを有し、副電動サーボモータ１４の作動による副油圧シリンダ部１３からの油圧によって、主油圧シリンダ部１２を介し主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３が動作可能に構成されたものである。
【解決手段】一端２３Ａが負荷２５に連結された作動ロッド２３を備え、この作動ロッドをその軸方向に駆動する主電動サーボモータ１１と、作動ロッド２３の他端２３Ｂに設置された主ピストン３６を備える主油圧シリンダ部１２と、この主油圧シリンダ部に接続され、副ピストン４２を備える副油圧シリンダ部１３と、この副油圧シリンダ部に内蔵され、副ピストン４２を駆動する直動型電動サーボモータからなる副電動サーボモータ１４とを有し、副電動サーボモータ１４の作動による副油圧シリンダ部１３からの油圧によって、主油圧シリンダ部１２を介し主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３が動作可能に構成されたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水車の水流調整機構などの負荷を複数種類の電動サーボモータを用いて動作させるハイブリッドサーボシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所において、水車の水流調整機構（例えばガイドベーンなど）を動作させる電動サーボモータは、電動機の回転運動を動力変換機構により直線運動に変換して作動ロッドをその軸方向に駆動し、この作動ロッドに連結された上記水流調整機構を動作させるものが一般的である（第１の電動サーボモータ）。
【０００３】
また、特許文献１には、水車の水流調整機構に連結された作動ロッドの外周に移動子が設置され、この移動子の周囲に配置された固定子（モータコイル）からの電磁力によって上記作動ロッドを直線運動させる直動型の第２の電動サーボモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような水車の水流調整機構を動作させる電動サーボモータでは、起動時と停止時以外の時には、作動ロッドを所定位置に保持する運用が一般的である。このため、従来の第１及び第２の電動サーボモータでは、作動ロッドを所定位置に微調整して保持するために複雑な制御が必要になる。また、このときには、第１及び第２の電動サーボモータが常に通電されており、特に第１の電動サーボモータでは電動機や動力変換機構に荷重が作用しているため、第１及び第２の電動サーボモータの寿命が短くなってしまう。
【０００６】
また、第１及び第２の電動サーボモータでは、作動ロッドを所定位置に保持した状態で水圧脈動等の高周波数変動が作用すると、この高周波数変動が動力変換機構などの機器に悪影響を及ぼしたり、この悪影響を回避するために、上記高周波数変動に対処するための特別な制御が必要になる。
【０００７】
更に、上述のような第１及び第２の電動サーボモータにあっては、起動時に最大電流が必要になる。特に第１の電動サーボモータでは、この最大電流が電動機に供給されることで電動機が劣化しやすく、この点からも電動機、ひいては電動サーボモータの寿命が低下してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、負荷を駆動する主電動サーボモータの長寿命化を実現できるハイブリッドサーボシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、一端が負荷に連結された作動ロッドを備え、この作動ロッドをその軸方向に駆動する主電動サーボモータと、前記作動ロッドの他端に設置された主ピストンを備える主シリンダ部と、この主シリンダ部に接続され、副ピストンを備える副シリンダ部と、この副シリンダ部に内蔵され、前記副ピストンを駆動する直動型電動サーボモータからなる副電動サーボモータとを有し、前記副電動サーボモータの作動による前記副シリンダ部からの圧力によって、前記主シリンダ部を介し前記主電動サーボモータの前記作動ロッドが動作可能に構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、副電動サーボモータの作動による副シリンダ部からの圧力によって、主電動サーボモータの作動ロッドを動作させることができるので、主電動サーボモータが作動ロッドを所定位置に保持した後には、この主電動サーボモータへの通電を停止してこの主電動サーボモータを休止させることができる。従って、負荷を駆動する主電動サーボモータを連続して運転する場合に比べ、その長寿命化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るハイブリッドサーボシステムの第１実施の形態を示す系統図。
【図２】図１の主電動サーボモータを示す断面図。
【図３】図１の主電動サーボモータの他の例を示す断面図。
【図４】図１のハイブリッドサーボシステムにおける作用の一例を示すフローチャート。
【図５】本発明に係るハイブリッドサーボシステムの第２の実施の形態を示す系統図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。
【００１３】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図４）
図１は、本発明に係るハイブリッドサーボシステムの第１の実施の形態を示す系統図である。このハイブリッドサーボシステム１０は、主電動サーボモータ１１と、主シリンダ部としての主油圧シリンダ部１２と、副シリンダ部としての副油圧シリンダ部１３と、直動型電動サーボモータからなる副電動サーボモータ１４と、主油圧シリンダ部１２と副油圧シリンダ部１３とを接続する第１配管１５、第２配管１６及び第３配管１７と、第１配管１５、第２配管１６をそれぞれ閉止（遮蔽）する遮蔽手段としての第１閉止弁１８、第２閉止弁１９と、第１配管１５及び第２配管１６に接続される圧力付与手段としてのアキュムレータ２０及び回収手段としての回収タンク２１と、主電動サーボモータ１１及び副電動サーボモータ１４等を制御する制御装置２２と、を有して構成される。
【００１４】
主電動サーボモータ１１は、一端２３Ａが負荷２５に連結された作動ロッド２３を備え、この作動ロッド２３をその軸方向に駆動させるものであり、例えば図２に示すように電動機２６及び動力変換機構２７を有して構成される。ここで、前記負荷２５は図示しないが、本実施の形態では水車の水流調整機構であり、具体的には、反動形水車やクロスフロー水車のガイドベーンや、衝撃形水車のノズルパイプ内のニードルなどである。
【００１５】
図２に示す主電動サーボモータ１１では、電動機２６は回転運動し、動力変換機構２７は、電動機２６の回転運動を直線運動に変換して作動ロッド２３へ伝達するものであり、第１ギア２８Ａと、第２ギア２８Ｂと、第３ギア２８Ｃと、第４ギア２８Ｄを備えたナット２９と、作動ロッド２３の外周に形成されたボールねじ３０とを有してなる。これらの第１ギア２８Ａ、第２ギア２８Ｂ、第３ギア２８Ｃ、第４ギア２８Ｄ、ナット２９及びボールねじ３０はケーシング３１内に収容され、このケーシング３１の外側に電動機２６が設置され、作動ロッド２３の一端２３Ａ側がケーシング３１外へ突出する。
【００１６】
第２ギア２８Ｂは第１ギア２８Ａに噛み合い、この第１ギア２８Ａよりも大径に形成されて電動機２６の回転運動を減速する。第３ギア２８Ｃは、第２ギア２８Ｂと回転一体に設けられると共に、第４ギア２８Ｄに噛み合う。この第４ギア２８Ｄは、第３ギア２８Ｃよりも大径に形成されて、電動機２６の回転運動を更に減速してナット２９を回転させる。このナット２９がボールねじ３０に螺合され、このナット２９の回転により作動ロッド２３が軸方向に移動する。
【００１７】
また、上記主電動サーボモータ１１は、図３に示す直動型電動サーボモータであってもよい。つまり、この直動型電動サーボモータである主電動サーボモータ１１は、ケーシング３２と、このケーシング３２を貫通する作動ロッド２３と、この作動ロッド２３の外周に設けられた磁石製の移動子３３と、この移動子３３の周囲に対応してケーシング３２に設置されたコイルからなる固定子３４とを有して構成される。この主電動サーボモータ１１では、固定子３４からの電磁力の変化によって、移動子３３を介し作動ロッド２３が軸方向に移動する。尚、図２及び図３に示す符号３５は手動ハンドルであり、作動ロッド２３を手動操作により直線移動させるものである。
【００１８】
前記主油圧シリンダ部１２は、図１〜図３に示すように、作動ロッド２３の他端２３Ｂに設置された主ピストン３６がシリンダ３７内に収容され、作動ロッド２３が軸方向に往復移動可能に設けられたものである。シリンダ３７は、ケーシング３１、３２に一体にまたは一体的に設けられる。この主油圧シリンダ部１２のシリンダ３７内には作動油が充填されると共に、このシリンダ３７内は主ピストン３６によってＡ室３８ＡとＢ室３８Ｂとに区画される。
【００１９】
この主油圧シリンダ部１２は、本来的には、主電動サーボモータ１１により負荷２５を急激に動作させるとき（例えばガイドベーンを急速に閉鎖させるとき）に、主ピストン３６がシリンダ３７に衝突する事態を油圧の作用で干渉させて回避するダッシュポットとして機能する。本実施の形態では、主油圧シリンダ部１２は上記ダッシュポット機能に加え、後述の如く、主電動サーボモータ１１の休止時に油圧の作用で作動ロッド２３を軸方向に移動（微小移動）させて、この作動ロッド２３を所定位置に保持する機能を果たす。
【００２０】
前記副油圧シリンダ部１３は、図１に示すように、シリンダ４０と、このシリンダ４０の内部でシリンダ４０の軸方向に延在して配置されたロッド４１と、このロッド４１に貫通され、シリンダ４０の軸方向に移動可能に設けられた副ピストン４２とを有して構成され、シリンダ４０内に作動油が充填される。
【００２１】
この副油圧シリンダ部１３は、前記第１配管１５、前記第２配管１６及び前記第３配管１７を用いて、主油圧シリンダ部１２に接続される。つまり、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８Ａは、第１配管１５を用い、この第１配管１５の第１ポート１５Ａによって副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０に接続される。また、主油圧シリンダ部１２のＢ室３８Ｂは、第２配管１６を用い、この第２配管１６の第２ポート１６Ａによって副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０に接続される。更に、主油圧シリンダ部１２のＢ室３８Ｂは、第２配管１６から第１ポート１５Ａの反対側に分岐された第３配管１７を用い、その第３ポート１７Ａによって副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０に接続される。これにより、副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０内の作動部が第１配管１５を経て主油圧シリンダ部１２のＡ室３８Ａに流出入し、また副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０内の作動油が第２配管１６及び第３配管１７を経て主油圧シリンダ部１２のＢ室３８Ｂに流出入する。
【００２２】
ここで、第１ポート１５Ａと第３ポート１７Ａは略同一径に形成されるが、第２ポート１６Ａは第３ポート１７Ａよりも小径に形成される。これにより、第２ポート１６Ａがオリフィスとして機能し、第２ポート１６Ａ内を流れる作動油の流れが遅くなる。また、主油圧シリンダ部１２と副油圧シリンダ部１３は、第１配管１５、第２配管１６及び第３配管１７により閉じたループに構成されて、このループを流れる作動油の漏洩が防止されている。
【００２３】
副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２にモータコイル４３が巻き付けられ、副油圧シリンダ部１３のロッド４１が磁石にて形成されることで、これらのモータコイル４３及び磁石製のロッド４１により、直動型サーボモータである前記副電動サーボモータ１４が、副油圧シリンダ部１３に内蔵されて構成される。モータコイル４３に発生する電磁力により、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２がロッド４１に対して軸方向に往復移動可能に設けられ、この副ピストン４２の移動に伴って生じる副油圧シリンダ部１３の油圧が主油圧シリンダ部１２へ作用し、これにより主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３が動作可能に構成される。
【００２４】
主電動サーボモータ１１が作動ロッド２３により負荷２５、特に水車の水流調整機構（ガイドベーンなど）を動作させる場合、所定位置まで動作させた後にその位置を保持させる必要がある。本実施の形態では、主電動サーボモータ１１が上記負荷２５（水車の水流調整機構）を所定位置に保持した後には、主電動サーボモータ１１への通電を停止してこの主電動サーボモータ１１を休止させ、主電動サーボモータ１１の電動機２６及び動力変換機構２７を負荷２５から切り離す。そして、この間に前述の如く、副電動サーボモータ１４を作動させて、副油圧シリンダ部１３に油圧を発生させ、この油圧により主油圧シリンダ部１２を介して主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を移動（微小移動）させ、この作動ロッド２３により上記負荷２５（水車の水流調整機構）の位置を微調整する。
【００２５】
ところで、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２は、主電動サーボモータ１１の作動時には、副電動サーボモータ１４によって、シリンダ４０内で第１ポート１５Ａ、第２ポート１６Ａ及び第３ポート１７Ａを互いに連通させる待機位置（つまり、シリンダ４０内において第３ポート１７Ａよりも外側の図１に示す１点鎖線表示位置）に位置付けられる。これにより、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡとＢ室３８Ｂ内の作動油が、第１配管１５、第２配管１６及び第３配管１７並びに副油圧シリンダ部１３を経てスムーズに流出入可能となり、主電動サーボモータ１１の動作が円滑に実施される。
【００２６】
また、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２は、主電動サーボモータ１１の休止時で、且つ副電動サーボモータ１４の作動により副油圧シリンダ部１３の油圧によって主油圧シリンダ部１２を介し主電動サーボモータ１１の作動部２３を動作させるときには、副電動サーボモータ１４によって第１ポート１５Ａと第３ポート１７Ａとの間で往復移動される。これにより、副油圧シリンダ部１３にて発生した油圧を、第１配管１５を経て主油圧シリンダ部１２のＡ室３８Ａへ、または第２配管１６及び第３配管１７（特に第３配管１７）を経て主油圧シリンダ部１２のＢ室３８Ｂへ作用することが可能になる。
【００２７】
更に、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２は、主電動サーボモータ１１の休止時で、且つ副電動サーボモータ１４により主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させないときには、副電動サーボモータ１４によって第２ポート１６Ａと第３ポート１７Ａとの間（図１の２点鎖線表示位置）に位置付けられる。これにより、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡまたはＢ室３８Ｂからの作動油が第２ポート１６Ａを流れるときの抵抗と、副ピストン４２の微小移動とによって、主電動サーボモータ１１の休止時に作動ロッド２３に作用する水圧脈動等の高周波数変動を吸収することが可能になる。
【００２８】
前記第１閉止弁１８、第２閉止弁１９は第１配管１５、第２配管１６において主油圧シリンダ部１２付近にそれぞれ配設される。これらの第１閉止弁１８及び第２閉止弁１９は、主電動サーボモータ１１及び副電動サーボモータ１４の非作動時に共に閉止動作されて、主油圧シリンダ部１２と副油圧シリンダ部１３との接続を遮断する。これにより、主油圧シリンダ部１２では、Ａ室３８ＡとＢ室３８Ｂとが互いに独立になり、Ａ室３８ＡとＢ室３８Ｂとの間で副油圧シリンダ部１３等を介した作動油の流出入が阻止される。この結果、休止状態にある主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３の位置が固定されることになる。
【００２９】
また、一般に、主電動サーボモータ１１は起動時に最大電流を必要とする。この主電動サーボモータ１１へ流れる起動時の電流を低下させるために、副電動サーボモータ１４は、主電動サーボモータ１１の起動前に、この主電動サーボモータ１１の起動動作をアシストする油圧を副油圧シリンダ部１３から主油圧シリンダ部１２へ作用させるべく、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２を動作させる。例えば、主電動サーボモータ１１の起動時に作動ロッド２３を突出動作させる場合には、主電動サーボモータ１１の起動前に、副電動サーボモータ１４は、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２を第１ポート１５Ａ側へ移動させて、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８Ａへ油圧を作用させ、主電動サーボモータ１１起動時における作動ロッド２３の突出動作をアシストする。
【００３０】
前記アキュムレータ２０は、弁４４を介して第１配管１５に接続され、弁４５を介して第２配管１６に接続される。また、前記回収タンク２１は、弁４６を介して第１配管１５に接続され、弁４７を介して第２配管１６に接続される。
【００３１】
アキュムレータ２０は、主電動サーボモータ１１の起動前に、弁４４、４５、４６及び４７の開動作と共に作動して、主電動サーボモータ１１の起動動作をアシストする油圧を、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡまたはＢ室３８Ｂへ作動油を供給することで付与する。回収タンク２１は、アキュムレータ２０からの作動油の供給に伴い主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡまたはＢ室３８Ｂから作動油を回収する。このアキュムレータ２０からの作動油の供給は、主電動サーボモータ１１の起動前に副電動サーボモータ１４が副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２を動作させることで、副油圧シリンダ部１３から主油圧シリンダ部１２へ作用するアシスト油圧が不足する場合になされる。
【００３２】
前記制御装置２２は、主電動サーボモータ１１、副電動サーボモータ１４、第１閉止弁１８、第２閉止弁１９、弁４４、４５、４６及び４７に電気的に接続されて、これらの機器を制御する。この制御の一例を図４に示す。
【００３３】
制御装置２２は、主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を駆動すべくサーボストローク変動指令を出力するが（Ｓ１）、まずこのサーボストローク変動指令値が第１閾値ｎよりも小さいか否かを判断する（Ｓ２）。制御装置２２は、ステップＳ２において、サーボストローク変動指令値が第１閾値ｎ以上である場合に主電動サーボモータ１１を作動させて、この主電動サーボモータ１１により作動ロッド２３を駆動し（Ｓ３）、負荷２５（例えば水車の水流調整機構）を動作させる。
【００３４】
ステップ２の判断で、サーボストローク変動指令値が第１閾値ｎよりも小さい場合、つまりほとんどは主電動サーボモータ１１が負荷２５（例えば水車の水流調整機構）を所定位置に移動させてその位置に保持させる場合には、制御装置２２は、このサーボストローク変動指令値が第２閾値ｎｍ（ｎｍ＜ｎ）よりも小さいか否かを判断する（Ｓ４）。
【００３５】
ステップ４において、サーボストローク変動指令値が第２閾値ｎｍ以上で且つ第１閾値ｎよりも小さい場合には、制御装置２２は副電動サーボモータ１４を作動させ、副油圧シリンダ部１３により発生する油圧によって、主油圧シリンダ部１２を介し作動ロッド２３を駆動し（Ｓ５）、負荷２５（例えば水車の水流調整機構）の位置を微調整する。このとき、制御装置２２は、主電動サーボモータ１１への通電を停止してこの主電動サーボモータ１１を休止させ、主電動サーボモータ１１の電動機２６及び動力変換機構２７（図２）を負荷２５から切り離す。
【００３６】
ステップ４の判断で、サーボストローク変動指令値が第２閾値ｎｍよりも小さい場合には、制御装置２２は、副電動サーボモータ１４によりその副ピストン４２を第２ポート１６Ａと第３ポート１７Ａとの間に移動させて保持し、主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３に作用する水圧脈動等の高周波数変動を、作動油が第２ポート１６Ａを流れるときの抵抗と、副ピストン４２の微小移動とにより吸収し減衰させる（Ｓ６）。
【００３７】
以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
【００３８】
（１）副電動サーボモータ１４の作動による副油圧シリンダ部１３からの油圧によって、主油圧シリンダ部１２を介し主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させることができるので、主電動サーボモータ１１が作動ロッド２３を所定位置に保持した後には、この主電動サーボモータ１１への通電を停止してこの主電動サーボモータ１１を休止させることができ、更に主電動サーボモータ１１の電動機２６及び動力変換機構２７を負荷２５（例えば水車の水流調整機構）から切り離すことができる。従って、負荷を駆動する主電動サーボモータ１１を連続して運転する場合に比べ、主電動サーボモータ１１が休止されること、及び主電動サーボモータ１１の電動機２６及び動力変換機構２７に負荷２５からの荷重が作用しないことで、主電動サーボモータ１１の長寿命化を実現できる。
【００３９】
（２）主電動サーボモータ１１が作動ロッド２３を所定位置に保持した後には、副電動サーボモータ１４の作動による副油圧シリンダ部１３からの油圧によって、主油圧シリンダ部１２を介し主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させる。このことから、副油圧シリンダ部１３からの油圧により作動ロッド２３を微小移動させて、負荷２５（特に水車の水流調整機構）を容易に微調整することができる。
【００４０】
（３）主電動サーボモータ１１により作動ロッド２３を所定位置に保持した後で、副電動サーボモータ１４の副ピストン４２を第２ポート１６Ａと第３ポート１７Ａとの間に位置付ける場合には、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡまたはＢ室３８Ｂからの作動油が第２ポート１６Ａを流れるときの抵抗等によって、主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３に作用する水圧脈動等の高周波数変動を減衰させることができる。
【００４１】
（４）主電動サーボモータ１１の起動前に、この主電動サーボモータ１１の起動動作をアシストする油圧を副油圧シリンダ部１３から主油圧シリンダ部１２へ作用させるべく、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２を動作させることから、主電動サーボモータ１１の起動時に必要な、主電動サーボモータ１１へ供給される起動電流を低下させることができ、併せて主電動サーボモータ１１の起動をスムーズに実施できる。
【００４２】
［Ｂ］第２の実施の形態（図５）
図５は、本発明に係るハイブリッドサーボシステムの第２の実施の形態を示す系統図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４３】
本実施の形態のハイブリッドサーボシステム５０が前記実施の形態のハイブリッドサーボシステム１０と異なる点は、副油圧シリンダ部５１及び副電動サーボモータ５２の構成である。
【００４４】
つまり、まず副油圧シリンダ部５１は、シリンダ４０内に配設されたロッド５３の一端に副ピストン５４が固定され、他端にロッド支持部５５が固定されて構成される。主電動サーボモータ１１の作動時における副ピストン５４の待機位置は、シリンダ４０内において第３ポート１７Ａよりも外側の図５に示す１点鎖線表示位置であり、第１ポート１５Ａ、第２ポート１６Ａ及び第３ポート１７Ａがシリンダ４０内で互いに連通する位置である。
【００４５】
次に副電動サーボモータ５２は、シリンダ４０内に配置されてロッド５３が貫通するモータコイル５６と、磁石製の前記ロッド５３とを有して構成され、モータコイル５６に生ずる電磁力によってロッド５３が副油圧シリンダ部５１の軸方向に移動することで、副ピストン５４をシリンダ４０の軸方向に往復移動させる。従って、この副電動サーボモータ５２も、前記副電動サーボモータ１４と同様に直動型電動サーボモータであり、副油圧シリンダ部５１に内蔵される。
【００４６】
副油圧シリンダ部５１の副ピストン５４は、主電動サーボモータ１１の作動時には副電動サーボモータ５２により前記待機位置に位置付けられる。また、副油圧シリンダ部５１の副ピストン５４は、主電動サーボモータ１１の休止時で、且つ副油圧シリンダ部５１が発生する油圧により主油圧シリンダ部１２を介して主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させるときには、副電動サーボモータ５２により第ポート１５Ａと第３ポート１７Ａとの間で往復移動される。更に、副油圧シリンダ部５１の副ピストン５４は、主電動サーボモータ１１の休止時で、且つ副油圧シリンダ部５１が発生する油圧により主油圧シリンダ部１２を介して主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させないときには、副電動サーボモータ５２により第２ポート１６Ａと第３ポート１７Ａとの間（図５の２点鎖線表示位置）に位置付けられる。従って、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（４）と同様の効果を奏する。
【００４７】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４８】
例えば、上記両実施の形態において、主電動サーボモータ１１と副電動サーボモータ１４、５２との作動の切替をサーボストローク変動指令値に基づいて実施する場合を述べたが、主電動サーボモータ１１の駆動電流が所定の閾値以下となったときに、主電動サーボモータ１１の作動から副電動サーボモータ１４の作動へと切り替えるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０ ハイブリッドサーボシステム
１１ 主電動サーボモータ
１２ 主油圧シリンダ部（主シリンダ部）
１３ 副油圧シリンダ部（副シリンダ部）
１４ 副電動サーボモータ
１５ 第１配管
１６ 第２配管
１７ 第３配管
１５Ａ 第１ポート
１６Ａ 第２ポート
１７Ａ 第３ポート
１８ 第１閉止弁
１９ 第２閉止弁
２０ アキュムレータ（圧力付与手段）
２３ 作動ロッド
２３Ａ 一端
２３Ｂ 他端
２５ 負荷
２６ 電動機
２７ 動力変換機構
３６ 主ピストン
３８Ａ Ａ室
３８Ｂ Ｂ室
４２ 副ピストン
５０ ハイブリッドサーボシステム
５１ 副油圧シリンダ部（副シリンダ部）
５２ 副電動サーボモータ
５４ 副ピストン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水車の水流調整機構などの負荷を複数種類の電動サーボモータを用いて動作させるハイブリッドサーボシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所において、水車の水流調整機構（例えばガイドベーンなど）を動作させる電動サーボモータは、電動機の回転運動を動力変換機構により直線運動に変換して作動ロッドをその軸方向に駆動し、この作動ロッドに連結された上記水流調整機構を動作させるものが一般的である（第１の電動サーボモータ）。
【０００３】
また、特許文献１には、水車の水流調整機構に連結された作動ロッドの外周に移動子が設置され、この移動子の周囲に配置された固定子（モータコイル）からの電磁力によって上記作動ロッドを直線運動させる直動型の第２の電動サーボモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような水車の水流調整機構を動作させる電動サーボモータでは、起動時と停止時以外の時には、作動ロッドを所定位置に保持する運用が一般的である。このため、従来の第１及び第２の電動サーボモータでは、作動ロッドを所定位置に微調整して保持するために複雑な制御が必要になる。また、このときには、第１及び第２の電動サーボモータが常に通電されており、特に第１の電動サーボモータでは電動機や動力変換機構に荷重が作用しているため、第１及び第２の電動サーボモータの寿命が短くなってしまう。
【０００６】
また、第１及び第２の電動サーボモータでは、作動ロッドを所定位置に保持した状態で水圧脈動等の高周波数変動が作用すると、この高周波数変動が動力変換機構などの機器に悪影響を及ぼしたり、この悪影響を回避するために、上記高周波数変動に対処するための特別な制御が必要になる。
【０００７】
更に、上述のような第１及び第２の電動サーボモータにあっては、起動時に最大電流が必要になる。特に第１の電動サーボモータでは、この最大電流が電動機に供給されることで電動機が劣化しやすく、この点からも電動機、ひいては電動サーボモータの寿命が低下してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、負荷を駆動する主電動サーボモータの長寿命化を実現できるハイブリッドサーボシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、一端が負荷に連結された作動ロッドを備え、この作動ロッドをその軸方向に駆動する主電動サーボモータと、前記作動ロッドの他端に設置された主ピストンを備える主シリンダ部と、この主シリンダ部に接続され、副ピストンを備える副シリンダ部と、この副シリンダ部に内蔵され、前記副ピストンを駆動する直動型電動サーボモータからなる副電動サーボモータとを有し、前記副電動サーボモータの作動による前記副シリンダ部からの圧力によって、前記主シリンダ部を介し前記主電動サーボモータの前記作動ロッドが動作可能に構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、副電動サーボモータの作動による副シリンダ部からの圧力によって、主電動サーボモータの作動ロッドを動作させることができるので、主電動サーボモータが作動ロッドを所定位置に保持した後には、この主電動サーボモータへの通電を停止してこの主電動サーボモータを休止させることができる。従って、負荷を駆動する主電動サーボモータを連続して運転する場合に比べ、その長寿命化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るハイブリッドサーボシステムの第１実施の形態を示す系統図。
【図２】図１の主電動サーボモータを示す断面図。
【図３】図１の主電動サーボモータの他の例を示す断面図。
【図４】図１のハイブリッドサーボシステムにおける作用の一例を示すフローチャート。
【図５】本発明に係るハイブリッドサーボシステムの第２の実施の形態を示す系統図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。
【００１３】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図４）
図１は、本発明に係るハイブリッドサーボシステムの第１の実施の形態を示す系統図である。このハイブリッドサーボシステム１０は、主電動サーボモータ１１と、主シリンダ部としての主油圧シリンダ部１２と、副シリンダ部としての副油圧シリンダ部１３と、直動型電動サーボモータからなる副電動サーボモータ１４と、主油圧シリンダ部１２と副油圧シリンダ部１３とを接続する第１配管１５、第２配管１６及び第３配管１７と、第１配管１５、第２配管１６をそれぞれ閉止（遮蔽）する遮蔽手段としての第１閉止弁１８、第２閉止弁１９と、第１配管１５及び第２配管１６に接続される圧力付与手段としてのアキュムレータ２０及び回収手段としての回収タンク２１と、主電動サーボモータ１１及び副電動サーボモータ１４等を制御する制御装置２２と、を有して構成される。
【００１４】
主電動サーボモータ１１は、一端２３Ａが負荷２５に連結された作動ロッド２３を備え、この作動ロッド２３をその軸方向に駆動させるものであり、例えば図２に示すように電動機２６及び動力変換機構２７を有して構成される。ここで、前記負荷２５は図示しないが、本実施の形態では水車の水流調整機構であり、具体的には、反動形水車やクロスフロー水車のガイドベーンや、衝撃形水車のノズルパイプ内のニードルなどである。
【００１５】
図２に示す主電動サーボモータ１１では、電動機２６は回転運動し、動力変換機構２７は、電動機２６の回転運動を直線運動に変換して作動ロッド２３へ伝達するものであり、第１ギア２８Ａと、第２ギア２８Ｂと、第３ギア２８Ｃと、第４ギア２８Ｄを備えたナット２９と、作動ロッド２３の外周に形成されたボールねじ３０とを有してなる。これらの第１ギア２８Ａ、第２ギア２８Ｂ、第３ギア２８Ｃ、第４ギア２８Ｄ、ナット２９及びボールねじ３０はケーシング３１内に収容され、このケーシング３１の外側に電動機２６が設置され、作動ロッド２３の一端２３Ａ側がケーシング３１外へ突出する。
【００１６】
第２ギア２８Ｂは第１ギア２８Ａに噛み合い、この第１ギア２８Ａよりも大径に形成されて電動機２６の回転運動を減速する。第３ギア２８Ｃは、第２ギア２８Ｂと回転一体に設けられると共に、第４ギア２８Ｄに噛み合う。この第４ギア２８Ｄは、第３ギア２８Ｃよりも大径に形成されて、電動機２６の回転運動を更に減速してナット２９を回転させる。このナット２９がボールねじ３０に螺合され、このナット２９の回転により作動ロッド２３が軸方向に移動する。
【００１７】
また、上記主電動サーボモータ１１は、図３に示す直動型電動サーボモータであってもよい。つまり、この直動型電動サーボモータである主電動サーボモータ１１は、ケーシング３２と、このケーシング３２を貫通する作動ロッド２３と、この作動ロッド２３の外周に設けられた磁石製の移動子３３と、この移動子３３の周囲に対応してケーシング３２に設置されたコイルからなる固定子３４とを有して構成される。この主電動サーボモータ１１では、固定子３４からの電磁力の変化によって、移動子３３を介し作動ロッド２３が軸方向に移動する。尚、図２及び図３に示す符号３５は手動ハンドルであり、作動ロッド２３を手動操作により直線移動させるものである。
【００１８】
前記主油圧シリンダ部１２は、図１〜図３に示すように、作動ロッド２３の他端２３Ｂに設置された主ピストン３６がシリンダ３７内に収容され、作動ロッド２３が軸方向に往復移動可能に設けられたものである。シリンダ３７は、ケーシング３１、３２に一体にまたは一体的に設けられる。この主油圧シリンダ部１２のシリンダ３７内には作動油が充填されると共に、このシリンダ３７内は主ピストン３６によってＡ室３８ＡとＢ室３８Ｂとに区画される。
【００１９】
この主油圧シリンダ部１２は、本来的には、主電動サーボモータ１１により負荷２５を急激に動作させるとき（例えばガイドベーンを急速に閉鎖させるとき）に、主ピストン３６がシリンダ３７に衝突する事態を油圧の作用で干渉させて回避するダッシュポットとして機能する。本実施の形態では、主油圧シリンダ部１２は上記ダッシュポット機能に加え、後述の如く、主電動サーボモータ１１の休止時に油圧の作用で作動ロッド２３を軸方向に移動（微小移動）させて、この作動ロッド２３を所定位置に保持する機能を果たす。
【００２０】
前記副油圧シリンダ部１３は、図１に示すように、シリンダ４０と、このシリンダ４０の内部でシリンダ４０の軸方向に延在して配置されたロッド４１と、このロッド４１に貫通され、シリンダ４０の軸方向に移動可能に設けられた副ピストン４２とを有して構成され、シリンダ４０内に作動油が充填される。
【００２１】
この副油圧シリンダ部１３は、前記第１配管１５、前記第２配管１６及び前記第３配管１７を用いて、主油圧シリンダ部１２に接続される。つまり、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８Ａは、第１配管１５を用い、この第１配管１５の第１ポート１５Ａによって副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０に接続される。また、主油圧シリンダ部１２のＢ室３８Ｂは、第２配管１６を用い、この第２配管１６の第２ポート１６Ａによって副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０に接続される。更に、主油圧シリンダ部１２のＢ室３８Ｂは、第２配管１６から第１ポート１５Ａの反対側に分岐された第３配管１７を用い、その第３ポート１７Ａによって副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０に接続される。これにより、副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０内の作動部が第１配管１５を経て主油圧シリンダ部１２のＡ室３８Ａに流出入し、また副油圧シリンダ部１３のシリンダ４０内の作動油が第２配管１６及び第３配管１７を経て主油圧シリンダ部１２のＢ室３８Ｂに流出入する。
【００２２】
ここで、第１ポート１５Ａと第３ポート１７Ａは略同一径に形成されるが、第２ポート１６Ａは第３ポート１７Ａよりも小径に形成される。これにより、第２ポート１６Ａがオリフィスとして機能し、第２ポート１６Ａ内を流れる作動油の流れが遅くなる。また、主油圧シリンダ部１２と副油圧シリンダ部１３は、第１配管１５、第２配管１６及び第３配管１７により閉じたループに構成されて、このループを流れる作動油の漏洩が防止されている。
【００２３】
副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２にモータコイル４３が巻き付けられ、副油圧シリンダ部１３のロッド４１が磁石にて形成されることで、これらのモータコイル４３及び磁石製のロッド４１により、直動型サーボモータである前記副電動サーボモータ１４が、副油圧シリンダ部１３に内蔵されて構成される。モータコイル４３に発生する電磁力により、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２がロッド４１に対して軸方向に往復移動可能に設けられ、この副ピストン４２の移動に伴って生じる副油圧シリンダ部１３の油圧が主油圧シリンダ部１２へ作用し、これにより主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３が動作可能に構成される。
【００２４】
主電動サーボモータ１１が作動ロッド２３により負荷２５、特に水車の水流調整機構（ガイドベーンなど）を動作させる場合、所定位置まで動作させた後にその位置を保持させる必要がある。本実施の形態では、主電動サーボモータ１１が上記負荷２５（水車の水流調整機構）を所定位置に保持した後には、主電動サーボモータ１１への通電を停止してこの主電動サーボモータ１１を休止させ、主電動サーボモータ１１の電動機２６及び動力変換機構２７を負荷２５から切り離す。そして、この間に前述の如く、副電動サーボモータ１４を作動させて、副油圧シリンダ部１３に油圧を発生させ、この油圧により主油圧シリンダ部１２を介して主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を移動（微小移動）させ、この作動ロッド２３により上記負荷２５（水車の水流調整機構）の位置を微調整する。
【００２５】
ところで、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２は、主電動サーボモータ１１の作動時には、副電動サーボモータ１４によって、シリンダ４０内で第１ポート１５Ａ、第２ポート１６Ａ及び第３ポート１７Ａを互いに連通させる待機位置（つまり、シリンダ４０内において第３ポート１７Ａよりも外側の図１に示す１点鎖線表示位置）に位置付けられる。これにより、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡとＢ室３８Ｂ内の作動油が、第１配管１５、第２配管１６及び第３配管１７並びに副油圧シリンダ部１３を経てスムーズに流出入可能となり、主電動サーボモータ１１の動作が円滑に実施される。
【００２６】
また、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２は、主電動サーボモータ１１の休止時で、且つ副電動サーボモータ１４の作動により副油圧シリンダ部１３の油圧によって主油圧シリンダ部１２を介し主電動サーボモータ１１の作動部２３を動作させるときには、副電動サーボモータ１４によって第１ポート１５Ａと第３ポート１７Ａとの間で往復移動される。これにより、副油圧シリンダ部１３にて発生した油圧を、第１配管１５を経て主油圧シリンダ部１２のＡ室３８Ａへ、または第２配管１６及び第３配管１７（特に第３配管１７）を経て主油圧シリンダ部１２のＢ室３８Ｂへ作用することが可能になる。
【００２７】
更に、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２は、主電動サーボモータ１１の休止時で、且つ副電動サーボモータ１４により主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させないときには、副電動サーボモータ１４によって第２ポート１６Ａと第３ポート１７Ａとの間（図１の２点鎖線表示位置）に位置付けられる。これにより、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡまたはＢ室３８Ｂからの作動油が第２ポート１６Ａを流れるときの抵抗と、副ピストン４２の微小移動とによって、主電動サーボモータ１１の休止時に作動ロッド２３に作用する水圧脈動等の高周波数変動を吸収することが可能になる。
【００２８】
前記第１閉止弁１８、第２閉止弁１９は第１配管１５、第２配管１６において主油圧シリンダ部１２付近にそれぞれ配設される。これらの第１閉止弁１８及び第２閉止弁１９は、主電動サーボモータ１１及び副電動サーボモータ１４の非作動時に共に閉止動作されて、主油圧シリンダ部１２と副油圧シリンダ部１３との接続を遮断する。これにより、主油圧シリンダ部１２では、Ａ室３８ＡとＢ室３８Ｂとが互いに独立になり、Ａ室３８ＡとＢ室３８Ｂとの間で副油圧シリンダ部１３等を介した作動油の流出入が阻止される。この結果、休止状態にある主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３の位置が固定されることになる。
【００２９】
また、一般に、主電動サーボモータ１１は起動時に最大電流を必要とする。この主電動サーボモータ１１へ流れる起動時の電流を低下させるために、副電動サーボモータ１４は、主電動サーボモータ１１の起動前に、この主電動サーボモータ１１の起動動作をアシストする油圧を副油圧シリンダ部１３から主油圧シリンダ部１２へ作用させるべく、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２を動作させる。例えば、主電動サーボモータ１１の起動時に作動ロッド２３を突出動作させる場合には、主電動サーボモータ１１の起動前に、副電動サーボモータ１４は、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２を第１ポート１５Ａ側へ移動させて、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８Ａへ油圧を作用させ、主電動サーボモータ１１起動時における作動ロッド２３の突出動作をアシストする。
【００３０】
前記アキュムレータ２０は、弁４４を介して第１配管１５に接続され、弁４５を介して第２配管１６に接続される。また、前記回収タンク２１は、弁４６を介して第１配管１５に接続され、弁４７を介して第２配管１６に接続される。
【００３１】
アキュムレータ２０は、主電動サーボモータ１１の起動前に、弁４４、４５、４６及び４７の開動作と共に作動して、主電動サーボモータ１１の起動動作をアシストする油圧を、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡまたはＢ室３８Ｂへ作動油を供給することで付与する。回収タンク２１は、アキュムレータ２０からの作動油の供給に伴い主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡまたはＢ室３８Ｂから作動油を回収する。このアキュムレータ２０からの作動油の供給は、主電動サーボモータ１１の起動前に副電動サーボモータ１４が副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２を動作させることで、副油圧シリンダ部１３から主油圧シリンダ部１２へ作用するアシスト油圧が不足する場合になされる。
【００３２】
前記制御装置２２は、主電動サーボモータ１１、副電動サーボモータ１４、第１閉止弁１８、第２閉止弁１９、弁４４、４５、４６及び４７に電気的に接続されて、これらの機器を制御する。この制御の一例を図４に示す。
【００３３】
制御装置２２は、主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を駆動すべくサーボストローク変動指令を出力するが（Ｓ１）、まずこのサーボストローク変動指令値が第１閾値ｎよりも小さいか否かを判断する（Ｓ２）。制御装置２２は、ステップＳ２において、サーボストローク変動指令値が第１閾値ｎ以上である場合に主電動サーボモータ１１を作動させて、この主電動サーボモータ１１により作動ロッド２３を駆動し（Ｓ３）、負荷２５（例えば水車の水流調整機構）を動作させる。
【００３４】
ステップ２の判断で、サーボストローク変動指令値が第１閾値ｎよりも小さい場合、つまりほとんどは主電動サーボモータ１１が負荷２５（例えば水車の水流調整機構）を所定位置に移動させてその位置に保持させる場合には、制御装置２２は、このサーボストローク変動指令値が第２閾値ｎｍ（ｎｍ＜ｎ）よりも小さいか否かを判断する（Ｓ４）。
【００３５】
ステップ４において、サーボストローク変動指令値が第２閾値ｎｍ以上で且つ第１閾値ｎよりも小さい場合には、制御装置２２は副電動サーボモータ１４を作動させ、副油圧シリンダ部１３により発生する油圧によって、主油圧シリンダ部１２を介し作動ロッド２３を駆動し（Ｓ５）、負荷２５（例えば水車の水流調整機構）の位置を微調整する。このとき、制御装置２２は、主電動サーボモータ１１への通電を停止してこの主電動サーボモータ１１を休止させ、主電動サーボモータ１１の電動機２６及び動力変換機構２７（図２）を負荷２５から切り離す。
【００３６】
ステップ４の判断で、サーボストローク変動指令値が第２閾値ｎｍよりも小さい場合には、制御装置２２は、副電動サーボモータ１４によりその副ピストン４２を第２ポート１６Ａと第３ポート１７Ａとの間に移動させて保持し、主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３に作用する水圧脈動等の高周波数変動を、作動油が第２ポート１６Ａを流れるときの抵抗と、副ピストン４２の微小移動とにより吸収し減衰させる（Ｓ６）。
【００３７】
以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
【００３８】
（１）副電動サーボモータ１４の作動による副油圧シリンダ部１３からの油圧によって、主油圧シリンダ部１２を介し主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させることができるので、主電動サーボモータ１１が作動ロッド２３を所定位置に保持した後には、この主電動サーボモータ１１への通電を停止してこの主電動サーボモータ１１を休止させることができ、更に主電動サーボモータ１１の電動機２６及び動力変換機構２７を負荷２５（例えば水車の水流調整機構）から切り離すことができる。従って、負荷を駆動する主電動サーボモータ１１を連続して運転する場合に比べ、主電動サーボモータ１１が休止されること、及び主電動サーボモータ１１の電動機２６及び動力変換機構２７に負荷２５からの荷重が作用しないことで、主電動サーボモータ１１の長寿命化を実現できる。
【００３９】
（２）主電動サーボモータ１１が作動ロッド２３を所定位置に保持した後には、副電動サーボモータ１４の作動による副油圧シリンダ部１３からの油圧によって、主油圧シリンダ部１２を介し主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させる。このことから、副油圧シリンダ部１３からの油圧により作動ロッド２３を微小移動させて、負荷２５（特に水車の水流調整機構）を容易に微調整することができる。
【００４０】
（３）主電動サーボモータ１１により作動ロッド２３を所定位置に保持した後で、副電動サーボモータ１４の副ピストン４２を第２ポート１６Ａと第３ポート１７Ａとの間に位置付ける場合には、主油圧シリンダ部１２のＡ室３８ＡまたはＢ室３８Ｂからの作動油が第２ポート１６Ａを流れるときの抵抗等によって、主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３に作用する水圧脈動等の高周波数変動を減衰させることができる。
【００４１】
（４）主電動サーボモータ１１の起動前に、この主電動サーボモータ１１の起動動作をアシストする油圧を副油圧シリンダ部１３から主油圧シリンダ部１２へ作用させるべく、副油圧シリンダ部１３の副ピストン４２を動作させることから、主電動サーボモータ１１の起動時に必要な、主電動サーボモータ１１へ供給される起動電流を低下させることができ、併せて主電動サーボモータ１１の起動をスムーズに実施できる。
【００４２】
［Ｂ］第２の実施の形態（図５）
図５は、本発明に係るハイブリッドサーボシステムの第２の実施の形態を示す系統図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４３】
本実施の形態のハイブリッドサーボシステム５０が前記実施の形態のハイブリッドサーボシステム１０と異なる点は、副油圧シリンダ部５１及び副電動サーボモータ５２の構成である。
【００４４】
つまり、まず副油圧シリンダ部５１は、シリンダ４０内に配設されたロッド５３の一端に副ピストン５４が固定され、他端にロッド支持部５５が固定されて構成される。主電動サーボモータ１１の作動時における副ピストン５４の待機位置は、シリンダ４０内において第３ポート１７Ａよりも外側の図５に示す１点鎖線表示位置であり、第１ポート１５Ａ、第２ポート１６Ａ及び第３ポート１７Ａがシリンダ４０内で互いに連通する位置である。
【００４５】
次に副電動サーボモータ５２は、シリンダ４０内に配置されてロッド５３が貫通するモータコイル５６と、磁石製の前記ロッド５３とを有して構成され、モータコイル５６に生ずる電磁力によってロッド５３が副油圧シリンダ部５１の軸方向に移動することで、副ピストン５４をシリンダ４０の軸方向に往復移動させる。従って、この副電動サーボモータ５２も、前記副電動サーボモータ１４と同様に直動型電動サーボモータであり、副油圧シリンダ部５１に内蔵される。
【００４６】
副油圧シリンダ部５１の副ピストン５４は、主電動サーボモータ１１の作動時には副電動サーボモータ５２により前記待機位置に位置付けられる。また、副油圧シリンダ部５１の副ピストン５４は、主電動サーボモータ１１の休止時で、且つ副油圧シリンダ部５１が発生する油圧により主油圧シリンダ部１２を介して主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させるときには、副電動サーボモータ５２により第ポート１５Ａと第３ポート１７Ａとの間で往復移動される。更に、副油圧シリンダ部５１の副ピストン５４は、主電動サーボモータ１１の休止時で、且つ副油圧シリンダ部５１が発生する油圧により主油圧シリンダ部１２を介して主電動サーボモータ１１の作動ロッド２３を動作させないときには、副電動サーボモータ５２により第２ポート１６Ａと第３ポート１７Ａとの間（図５の２点鎖線表示位置）に位置付けられる。従って、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（４）と同様の効果を奏する。
【００４７】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４８】
例えば、上記両実施の形態において、主電動サーボモータ１１と副電動サーボモータ１４、５２との作動の切替をサーボストローク変動指令値に基づいて実施する場合を述べたが、主電動サーボモータ１１の駆動電流が所定の閾値以下となったときに、主電動サーボモータ１１の作動から副電動サーボモータ１４の作動へと切り替えるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０ ハイブリッドサーボシステム
１１ 主電動サーボモータ
１２ 主油圧シリンダ部（主シリンダ部）
１３ 副油圧シリンダ部（副シリンダ部）
１４ 副電動サーボモータ
１５ 第１配管
１６ 第２配管
１７ 第３配管
１５Ａ 第１ポート
１６Ａ 第２ポート
１７Ａ 第３ポート
１８ 第１閉止弁
１９ 第２閉止弁
２０ アキュムレータ（圧力付与手段）
２３ 作動ロッド
２３Ａ 一端
２３Ｂ 他端
２５ 負荷
２６ 電動機
２７ 動力変換機構
３６ 主ピストン
３８Ａ Ａ室
３８Ｂ Ｂ室
４２ 副ピストン
５０ ハイブリッドサーボシステム
５１ 副油圧シリンダ部（副シリンダ部）
５２ 副電動サーボモータ
５４ 副ピストン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が負荷に連結された作動ロッドを備え、この作動ロッドをその軸方向に駆動する主電動サーボモータと、
前記作動ロッドの他端に設置された主ピストンを備える主シリンダ部と、
この主シリンダ部に接続され、副ピストンを備える副シリンダ部と、
この副シリンダ部に内蔵され、前記副ピストンを駆動する直動型電動サーボモータからなる副電動サーボモータとを有し、
前記副電動サーボモータの作動による前記副シリンダ部からの圧力によって、前記主シリンダ部を介し前記主電動サーボモータの前記作動ロッドが動作可能に構成されたことを特徴とするハイブリッドサーボシステム。
【請求項２】
前記主シリンダ部は、主ピストンによりＡ室とＢ室とに区画され、前記Ａ室は、第１配管を用いその第１ポートによって副シリンダ部に接続され、前記Ｂ室は、第２配管を用いその第２ポートによって、更に前記第２配管から前記第１ポートの反対側に分岐された第３配管を用いその第３ポートによって、それぞれ前記副シリンダ部に接続され、前記第２ポートが前記第３ポートよりも小径に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項３】
前記副シリンダ部の副ピストンは、主電動サーボモータの作動時には、副電動サーボモータによって、前記副シリンダ部内で第１ポート、第２ポート及び第３ポートを互いに連通させる待機位置に位置づけられるよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項４】
前記副シリンダ部の副ピストンは、主電動サーボモータの休止時で、且つ副電動サーボモータにより主電動サーボモータの作動ロッドを動作させる時には、前記副電動サーボモータにより第１ポートと第３ポートとの間で往復移動されるよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項５】
前記副シリンダ部の副ピストンは、主電動サーボモータの休止時で、且つ副電動サーボモータにより主電動サーボモータの作動ロッドを動作させない時には、前記副電動サーボモータによって第２ポートと第３ポートとの間に位置づけられるよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項６】
前記主電動サーボモータは、回転運動する電動機と、この電動機の回転運動を直線運動に変換して作動ロッドへ伝達する動力変換機構部と、を有する電動サーボモータであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項７】
前記副電動サーボモータは、主電動サーボモータの起動前に、この主電動サーボモータの起動動作をアシストする圧力を副シリンダ部から主シリンダ部へ作用させるべく、前記副シリンダ部の副ピストンを動作させるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項８】
前記主シリンダ部には、主電動サーボモータの起動前に、この主電動サーボモータの起動動作をアシストする圧力が圧力付与手段から付与可能に構成されたことを特徴とする請求項７に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項９】
前記主シリンダ部と副シリンダ部との接続は、主電動サーボモータ及び副電動サーボモータの非動作時には遮断手段により遮断可能に構成され、前記主シリンダ部は、主ピストンにより区画される各室が独立するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項１０】
前記負荷が、水車の水流調整機構であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項１】
一端が負荷に連結された作動ロッドを備え、この作動ロッドをその軸方向に駆動する主電動サーボモータと、
前記作動ロッドの他端に設置された主ピストンを備える主シリンダ部と、
この主シリンダ部に接続され、副ピストンを備える副シリンダ部と、
この副シリンダ部に内蔵され、前記副ピストンを駆動する直動型電動サーボモータからなる副電動サーボモータとを有し、
前記副電動サーボモータの作動による前記副シリンダ部からの圧力によって、前記主シリンダ部を介し前記主電動サーボモータの前記作動ロッドが動作可能に構成されたことを特徴とするハイブリッドサーボシステム。
【請求項２】
前記主シリンダ部は、主ピストンによりＡ室とＢ室とに区画され、前記Ａ室は、第１配管を用いその第１ポートによって副シリンダ部に接続され、前記Ｂ室は、第２配管を用いその第２ポートによって、更に前記第２配管から前記第１ポートの反対側に分岐された第３配管を用いその第３ポートによって、それぞれ前記副シリンダ部に接続され、前記第２ポートが前記第３ポートよりも小径に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項３】
前記副シリンダ部の副ピストンは、主電動サーボモータの作動時には、副電動サーボモータによって、前記副シリンダ部内で第１ポート、第２ポート及び第３ポートを互いに連通させる待機位置に位置づけられるよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項４】
前記副シリンダ部の副ピストンは、主電動サーボモータの休止時で、且つ副電動サーボモータにより主電動サーボモータの作動ロッドを動作させる時には、前記副電動サーボモータにより第１ポートと第３ポートとの間で往復移動されるよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項５】
前記副シリンダ部の副ピストンは、主電動サーボモータの休止時で、且つ副電動サーボモータにより主電動サーボモータの作動ロッドを動作させない時には、前記副電動サーボモータによって第２ポートと第３ポートとの間に位置づけられるよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項６】
前記主電動サーボモータは、回転運動する電動機と、この電動機の回転運動を直線運動に変換して作動ロッドへ伝達する動力変換機構部と、を有する電動サーボモータであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項７】
前記副電動サーボモータは、主電動サーボモータの起動前に、この主電動サーボモータの起動動作をアシストする圧力を副シリンダ部から主シリンダ部へ作用させるべく、前記副シリンダ部の副ピストンを動作させるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項８】
前記主シリンダ部には、主電動サーボモータの起動前に、この主電動サーボモータの起動動作をアシストする圧力が圧力付与手段から付与可能に構成されたことを特徴とする請求項７に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項９】
前記主シリンダ部と副シリンダ部との接続は、主電動サーボモータ及び副電動サーボモータの非動作時には遮断手段により遮断可能に構成され、前記主シリンダ部は、主ピストンにより区画される各室が独立するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項１０】
前記負荷が、水車の水流調整機構であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１６９２９６（Ｐ２０１１−１６９２９６Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３６３１６（Ｐ２０１０−３６３１６）
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]