JP3726200B2 - 水門開閉装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水門開閉装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水門開閉装置において、通常は主電動機で水門を開閉している。そして、主電動機が故障した場合には、補助電動機（または小型エンジン）に切り替えて水門を開閉するようにしている。また、洪水などの緊急時においては水門を開いて、早急に放水しなければならないので、このような緊急時に備えて、水門の開閉装置には水門を開閉するための主電動機の他に緊急安全面の観点から、もしも主電動機が故障した場合のことを考慮して、補助電動機に切り替えて水門を開けるようにしている。そして、この主電動機または補助電動機による水門の開閉は、遠隔操作によって行うようにしている。
【０００３】
従来の水門開閉装置を図８および図９に示して説明する。ここに示す水門開閉装置はラック１に図示省略の水門を吊り下げて、ラック１を上下させることにより水門を開閉するようにしている。そして、ラック１の上下動は通常主電動機２の遠隔操作によって行う。また、主電動機２が故障したような場合には、手動によって切換装置３を補助電動機４（または予備エンジン）に切り換えて、補助電動機４を遠隔操作しラック１を上下動させるようにしている。５は補助電動機４の回転を伝達するためのＶベルトである。また、主電動機２および補助電動機４の両方が故障した場合には、手動ハンドル６にてラック１を上下動させ、水門を開閉するようにしている。
【０００４】
また、図10に示すように、切換装置３をなくした水門開閉装置がすでに実施されている。図において、出力軸14と軸39が軸心を一致させた状態でケーシング22に軸支されている。そして、出力軸14にはその軸心に対して直角に、差動歯車軸15が固定されており、この差動歯車軸15には差動歯車16が軸支されている。また、出力軸14には差動歯車16に噛み合うように中間歯車29が軸支されており、この中間歯車29には平歯車９が固定されている。一方軸39の先端には差動歯車16に噛み合うように、歯車40が固定されていると共に、平歯車10が固定されている。また、出力軸14と平行であってその両側に、二本の平行な入力軸13a と13b がケーシング22に軸支されている。この入力軸13a と13b にはそれぞれ、平歯車７と12が固定されている。８は平歯車７と９の間に設けられた中間歯車、11は平歯車10と12の間に設けられた中間歯車である。なお、図示省略されているが、入力軸13ａには主電動機が連結されており、入力軸13ｂには補助電動機が連結されている。そして、この従来例にあっては、あくまでも主電動機が故障した時の予備として補助電動機が設けられているので、この二つの電動機は同じ電動機が使用されている。
【０００５】
そして、平歯車７と12、中間歯車８と11、平歯車９と10は同一直径であり、歯車７、８、９の歯車比と歯車10、11、12の歯車比は同一になっている。したがって、図示省略の主電動機から入力軸13ａに入力されて、平歯車７、中間歯車８、平歯車９、中間歯車29、差動歯車16、差動歯車軸15を介して出力軸14に出力される回転数および回転トルクと、図示省略の補助電動機から入力軸13ｂに入力されて、平歯車12、中間歯車11、平歯車10、歯車40、差動歯車16、差動歯車軸15を介して出力軸14に出力される回転数および回転トルクは同じになっている。そして、入力軸13ａに連結されている主電動機が故障した場合には、入力軸13ｂに連結されている補助電動機に電気的に切り換えて駆動し、同じ歯車比で出力軸14を回転し、主電動機での開閉と同じ条件で水門を開閉するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記図８および図９に示した従来の水門開閉装置において、主電動機と補助電動機の切換は、切換装置を手動によって行っていたので次のような改良すべき問題がある。すなわち、遠隔操作によって主電動機を操作している時に、主電動機が故障して動かなくなった場合には、水門の現場まで行って切換装置を手動切換しなければ、補助電動機を遠隔操作することができない。この切り換え操作は通常の水門の開閉作業ではそれほど問題ではないのであるが、例えば洪水などの緊急事態においては、早急に水門を開いて放水をしなければならないので、主電動機が故障であることを確認した後に、水門の現場まで作業員が行って切換装置を切り換え、操作室まで戻って補助電動機を遠隔操作するまでに相当の時間がかかり、緊急事態に対応するのが遅くなるという問題がある。
【０００７】
また、主電動機と補助電動機の切換装置以降の減速機や歯車機構は共用であるので、水門の開閉に要する動力は主電動機も補助電動機も同じである。したがって、主電動機が故障して補助電動機を駆動するためには、主電動機を駆動するのと同じ動力源が必要になる。そこで、停電の可能性が高い洪水時において停電したような場合に、大型の発電機が必要になる。しかしながら、頻度の少ない停電時に備えて大型の発電機を常備しておくのは経済的に好ましくないことから、その都度大型の発電機を手配しなければならず、緊急事態に対応するのが遅くなるという問題がある。
【０００８】
次に、図10に示した従来例にあっては、上記手動式の切換装置に起因する問題はないのであるが、これ以外に更に改良すべき問題がある。すなわち、通常の水門の開閉操作において、貯水量の確保調整や水門から下流域への影響などの理由から、水門の開閉を早くしたり遅くしたりして、放水量を微調整しなげればならない。
【０００９】
そこで、図10に示した従来例にあっては、入力軸13ａおよび13ｂから差動歯車16を介して出力軸14に出力する歯車機構の歯車比は同じであるので、次のような改良すべき問題がある。すなわち、差動歯車機構の原理から、出力軸14の回転速度を最も早くするには、入力軸13ａと13ｂの両方を回転し、差動歯車16を平歯車９および10と同じ回転方向で、かつ、同じ回転速度で公転させ、出力軸14を平歯車９および10の回転速度と同じ回転速度で回転させる。
【００１０】
また、逆に出力軸14の回転速度を遅くするためには、例えば一方の入力軸13ａの回転を停止し、入力軸13ｂを回転する。これにより、差動歯車機構の原理から差動歯車16は平歯車10の回転数の半分の回転速度で公転し、出力軸14は平歯車10の回転数の半分の回転数で回転させられることになる。また、入力軸13ａと13ｂを互いに逆回転した場合には、歯車比が同じであることから、差動歯車16は公転せず、したがって出力軸14は回転しない。このように、図10に示した従来例にあっては、出力軸14の回転数の調整が平歯車９および10の回転数と同じ回転数か、または、その半分の回転数の二種類しか行えず、その中間の回転数にすることができないことから、水門の開閉速度の微調整をすることができないという問題がある。
【００１１】
また、ラックの上下動を利用して水門を押し下げたり引き上げたりするラック式の水門において、水門には大きな水圧が働いていることから、水門開閉の初動時から、急激に水門を開閉した場合にラックに大きな座屈荷重や引っ張り荷重がかかることになる。したがって、水門開閉の初動時にはできるだけ緩やかに開閉を行い、その後に水門の開閉の速度を速くすることが望まれる。
【００１２】
しかしながら、上記図10に示した従来例にあっては、出力軸14の最低回転数は平歯車９または10の回転数の半分以下にすることはできないので、水門開閉の初動時から水門は、平歯車９または10の半分の回転数の速度で開閉されることになり、ラックに大きな座屈荷重や引っ張り荷重が働くことになる。したがって、ラックを強固なものにしなければならず、水門開閉装置が高価なものになるという問題がある。
【００１３】
また、上記中間における回転数の調整を行うためには、主電動機または補助電動機のどちらかを、ボールチェンジ電動機かあるいはインバ−タを使用して、電動機自体の回転速度が変えられるようにしなければならない。しかしながら、ボールチェンジ電動機の場合には特殊な電動機になるので、高価な電動機を使用しなければならず、また、インバ−タを使用した場合には複雑な電気回路が必要になって高価なものとなると共に、故障の原因にもなり好ましくない。
【００１４】
また、この図10に示した従来例も図８に示した従来例と同様に、主電動機と補助電動機の歯車機構は同じであるので、水門の開閉に要する動力は主電動機も補助電動機も同じである。したがって、主電動機が故障して補助電動機を駆動するためには、主電動機を駆動するのと同じ動力源が必要になる。そこで、停電の可能性が高い洪水時において停電したような場合に、大型の発電機が必要になる。しかしながら、頻度の少ない停電時に備えて大型の発電機を常備しておくのは経済的に好ましくないことから、その都度大型の発電機を手配しなければならず、緊急事態に対応するのが遅くなるという問題がある。
【００１５】
本発明はボールチェンジ電動機やインバ−タを使用することなく、安価で、かつ、故障を少なくして水門の開閉速度の微調整を可能にし、更に主電動機と補助電動機との間の切換装置をなくすと共に、補助電動機の駆動動力を小さくして、緊急時への対応を円滑に行えるようにした水門開閉装置を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係る請求項１の記載から把握される手段は、水門を開閉するための主電動機と補助電動機を備えた水門開閉装置において、主軸に直交するように差動歯車軸を固定し、該差動歯車軸に差動歯車を軸支し、該差動歯車に噛み合うように補助電動機回転伝達歯車を前記主軸に軸支し、主電動機の軸に固定した主入力歯車を前記差動歯車に噛み合わせると共に、補助電動機の軸に固定した補助入力歯車を前記補助電動機回転伝達歯車に噛み合わせ、前記補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにし、前記主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けたことを特徴とする。
【００１７】
次に、請求項２の記載から把握される手段は、水門を開閉するための主電動機と補助電動機を備えた水門開閉装置において、前記主電動機の軸に内歯を形成したリング歯車を固定し、該主電動機の軸に軸心を一致させて設けた主軸に出力歯車を軸支し、該出力歯車の側面に遊星歯車軸を立設して、この遊星歯車軸に前記リング歯車の内歯に噛み合う遊星歯車を軸支し、該遊星歯車に噛み合うように太陽歯車を主軸に固定し、前記出力歯車を挟んで前記太陽歯車とは反対側に補助電動機回転伝達歯車を主軸に固定し、該補助電動機回転伝達歯車に噛み合うように補助電動機の軸に補助入力歯車を設け、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにし、前記主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けたことを特徴とする。
【００１８】
次に、請求項３の記載から把握される手段は、補助電動機を直流電動機にしたことを特徴とする。
【００１９】
次に、上記各請求項の記載から把握される本発明によって、課題がどのように解決されるかについて説明する。先ず、請求項１の記載から把握される本発明において、主軸に直交するように固定した差動歯車軸に差動歯車を軸支し、この差動歯車に噛み合うように補助電動機回転伝達歯車を前記主軸に軸支し、主電動機の軸に固定した主入力歯車を前記差動歯車に噛み合わせると共に、補助電動機の軸に固定した補助入力歯車を前記補助電動機回転伝達歯車に噛み合わせ、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにしたので、主電動機の回転力を主入力歯車、差動歯車を介して主軸に出力することができると共に、補助電動機の回転力を補助入力歯車、補助電動機回転伝達歯車、差動歯車を介して主軸に出力し、主電動機の回転を減速することなくそのまま主軸に出力する回転伝達機構と、補助電動機の回転を減速して主軸に出力する減速回転伝達機構の二種類の回転伝達機構にすることができる。
【００２０】
このように二種類の回転伝達機構を形成し、かつ、主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けることにより、主電動機をブレーキ機構で停止し補助電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、補助動機をブレーキ機構で停止し主電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、主電動機と補助電動機の両方を同一回転方向に回転し主軸に出力する機構および主電動機と補助電動機を互いに逆回転して主軸に出力する四種類の出力をすることができる。
【００２１】
次に、請求項２の記載から把握される本発明にあっては、主電動機の軸に内歯を形成したリング歯車を固定し、主電動機の軸に軸心を一致させて設けた主軸に出力歯車を軸支し、この出力歯車の側面に遊星歯車軸を立設して、この遊星歯車軸に前記リング歯車の内歯に噛み合う遊星歯車を軸支し、この遊星歯車に噛み合うように太陽歯車を主軸に固定し、前記出力歯車を挟んで前記太陽歯車とは反対側に補助電動機回転伝達歯車を主軸に固定し、この補助電動機回転伝達歯車に噛み合うように補助電動機の軸に補助入力歯車を設け、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速することにより、主電動機の回転力によって与えられるリング歯車の条件と、補助電動機の回転力を補助入力歯車と補助電動機回転伝達歯車との間で減速することにより与えられる太陽歯車の条件により、遊星歯車を公転および自転させるための条件として、リング歯車と太陽歯車を同一回転方向に回転させる場合と、互いに逆方向に回転させる場合の二種類にすることができる。
【００２２】
このように、遊星歯車を自転および公転させるための条件を二種類にし、かつ、主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けることにより、主電動機をブレーキ機構で停止し補助電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、補助動機をブレーキ機構で停止し主電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、主電動機と補助電動機の両方を同一回転方向に回転し主軸に出力する機構および主電動機と補助電動機を互いに逆回転して主軸に出力する四種類の出力をすることができる。
【００２３】
次に、請求項３の記載から把握される本発明にあっては、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速し、補助電動機の駆動力を小さくすると共に、補助電動機を直流電動機にすることにより、携帯用発電機またはソーラ発電機を使用することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
請求項１の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１に示すように、水門を開閉するための主電動機２と補助電動機４を備えた水門開閉装置であって、主軸14に直交するように差動歯車軸15を固定し、この差動歯車軸15に差動歯車16を軸支する。そして、この差動歯車16に噛み合うように補助電動機回転伝達歯車17を主軸14に軸支し、主電動機２の軸19に固定した主入力歯車18を差動歯車16に噛み合わせると共に、補助電動機４の軸21に固定した補助入力歯車20を補助電動機回転伝達歯車17に噛み合わせる。また、補助電動機回転伝達歯車17の直径を補助入力歯車20の直径よりも大きくして減速する。そして、主電動機２と補助電動機４にブレーキ機構を設ける。
【００２５】
次に、請求項２の記載から把握される本発明の実施の形態は、図４に示すように、水門を開閉するための主電動機２と補助電動機４を備えた水門開閉装置であって、主電動機２の軸19に内歯を形成したリング歯車41をキー33にて固定し、主電動機２の軸19に軸心を一致させて設けた主軸14に出力歯車34を軸支し、この出力歯車34の側面に遊星歯車軸44を立設して、この遊星歯車軸44に前記リング歯車41の内歯に噛み合う遊星歯車42を軸支する。そして、この遊星歯車42に噛み合うように太陽歯車43を主軸14にキー46にて固定し、前記出力歯車34を挟んで前記太陽歯車43とは反対側に補助電動機回転伝達歯車17を主軸14にキー45にて固定し、この補助電動機回転伝達歯車17に噛み合うように補助電動機４の軸に補助入力歯車20を設ける。そして、補助電動機回転伝達歯車17の直径を補助入力歯車20の直径よりも大きくして減速する。また、図には現れていないが、主電動機２と補助電動機４にブレーキ機構が設けられている。
【００２６】
次に、請求項３の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１および図４に示した補助電動機４を直流電動機にする。
【００２７】
【実施例】
以下本発明の一実施例について説明する。図１に示す第一実施例おいて、２は水門を開閉するための主電動機、４は補助電動機である。主軸14は主電動機２の軸19の軸心と一致するように設けられている。このように、主軸14と軸19の軸心が一致するように、主軸14を設けることにより、図２に示すように主軸14の一端を軸19に固定した主出力歯車18に設けたベアリング23を介して軸支し、他端をケーシング22に形成した軸受24に設けたベアリング25にて軸支することができ、構造を簡単にして主軸14を両端支持することができる。
【００２８】
また、図１および図２において、主軸14にはボス26がキー27にて固定され、このボス26には主軸14に直交するように差動歯車軸15が固定されている。そして、この差動歯車軸15には差動歯車16がベアリング28を介して軸支されている。図２において、主軸14にはベアリング31を介して中間歯車29が軸支されておりこの中間歯車29は差動歯車16に噛み合っている。また、中間歯車29には補助電動機回転伝達歯車17がボルト30にて取りつけられており、この補助電動機回転伝達歯車17は、補助電動機４の軸21に固定されている予備出力歯車20に噛み合っている。この予備出力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間の直径比（歯車比）は、本実施例においては１対４になっており、補助電動機４の駆動力を小さくすると共に、減速するようにしている。
【００２９】
また、補助電動機回転伝達歯車17を傘歯車にして主軸14に中間歯車29を介して軸支し、補助電動機４の軸心を主軸14の軸心に対して直角に配設し、補助電動機回転伝達歯車17に補助電動機４の軸に固定した補助入力歯車20を噛み合わせることにより、補助電動機回転伝達歯車17の直径を構造上任意に大きくすることができ、補助電動機回転伝達歯車17と補助入力歯車20との間の上記歯車比（減速比）を任意に決めることができる。
【００３０】
また、中間歯車29を介して補助電動機回転伝達歯車17が実質的に差動歯車16に噛み合うようにしているので、差動歯車16の噛み合い（差動歯車16のピッチ円直径）とは無関係に、補助電動機回転伝達歯車17の直径を決めることができ、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間の減速比を任意決定して、補助電動機の駆動力を小さくすることができるようになっている。
【００３１】
図２において、主電動機２の軸19には主入力歯車18がキー33にて固定されており、この主入力歯車18はベアリング32にてケーシング22に軸支されている。そして、この主入力歯車18は差動歯車16に噛み合っている。主軸14の端部には出力歯車34がキー35にて固定されている。図３は図２のＡ線において一部縦断面した図であり、出力歯車34には中間歯車36が噛み合っていて、出力軸37に回転力を出力するようにしている。図には現れていないが、主電動機２と補助電動機４を制動するための遠隔操作可能なブレーキ機構が設けられている。また、補助電動機４を直流電動機にしてもよい。
【００３２】
図６および図７は図８および図９に示したラック方式の水門開閉装置に本実施例を適用したものである。図から明らかな通り、図８における補助電動機４を支持するための架台38が不要になり、水門開閉装置をコンパクトにすることができる。
【００３３】
以上のように構成した本実施例の作用について、次に説明する。先ず、主電動機２と補助電動機４の両方を回転し、差動歯車16を同一方向に回転する第一の出力形態について説明する。この第一の出力形態において、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速されているので、中間歯車29によって差動歯車16が公転される回転数と、主入力歯車18によって差動歯車16が公転される回転数との間に差があり、差動歯車機構の原理によって、主軸14の回転数は中間歯車29の回転数と主入力歯車18の回転数の合計回転数の半分の回転数になり、水門の開閉速度を最も速くすることができる。
【００３４】
次に、主電動機２と補助電動機４の両方を回転し、差動歯車16を互いに逆の方向に回転する第二の出力形態について説明する。この第二の出力形態において、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速されているので、中間歯車29によって差動歯車16が公転される回転数と、主入力歯車18によって差動歯車16が公転される回転数との間に差があり（この差がない状態で互いに逆回転した場合には、差動歯車16が自転するだけで公転しない）差動歯車機構の原理によって、主軸14の回転数は主入力歯車18の回転数から、中間歯車29の回転数を差し引いた回転数の半分の回転数になり、水門の開閉速度を最も遅くすることができる。
【００３５】
次に、ブレーキ機構を遠隔操作して、補助電動機４を停止させ主電動機２のみを駆動する第三の出力形態について説明する。この第三の出力形態においては、主入力歯車18によって差動歯車16は自転させられながら公転するので、主軸14の回転数は主入力歯車18の回転数の半分の回転数になり、上記第一の出力形態と第二の出力形態の中間の速度で、水門を開閉することができる。
【００３６】
次に、ブレーキ機構を遠隔操作して、主電動機２を停止させ補助電動機４のみを駆動する第四の出力形態について説明する。この第四の出力形態においては、中間歯車29によって差動歯車16は自転させられながら公転するので、主軸14の回転数は中間歯車29の回転数の半分の回転数になり、上記第二の出力形態と第三の出力形態の中間の速度で、水門を開閉することができる。
【００３７】
そして、水門開閉の初動において、第二の出力形態を行うように主電動機３と補助電動機４を駆動することにより、最も遅い速度で水門を開閉し、次に水門を開いている過程または閉めている過程に応じて、主電動機２または補助電動機４を停止する第三または第四の出力形態を選択し、次に第一の出力形態により水門を最も速い速度で開閉することができ、ラック１（図９参照）に働く座屈荷重または引っ張り荷重を少なくして、水門を開閉することができる。また、この水門の開閉途中において、水門の開閉の微調整をする場合には、その状況に応じて第二〜第四の出力形態を選択して行うことができる。
【００３８】
このように、遠隔操作によって主電動機２と補助電動機４を自由に切り換えることができるので、主電動機２が故障した場合においても、その切り換えを遠隔操作によって行い、第四の出力形態により水門を開閉することができる。また、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速させることにより、補助電動機４の駆動力を小さくすることができ、そして更に補助電動機４を直流電動機にすることにより、携帯用発電機やソーラ電源の使用が可能になる。また、補助電動機４を水門の押し下げ操作専用電動機として使用するようにしてもよい。この場合は補助電動機４の容量を水門を押し下げるのに必要な容量とし、押し下げ操作時には補助電動機４に切り換え、過大な座屈荷重がラック１に作用しないようにして、水門を押し下げ操作することができる。
【００３９】
次に、図４および図５を用いて他の実施例について説明する。図において、ケーシング22に取りつけられた主電動機２の軸19には、内歯を形成したリング歯車41がキー33にて固定されている。そして、このリング歯車41はベアリング50によってケーシング22に軸支されている。また、主電動機２の軸19に軸心を一致させて主軸14が設けられており、この主軸14の一端はベアリング47にてケーシング22に軸支され、他端はリング歯車41に設けられたベアリング50にて、リング歯車41に軸支されている。この実施例も第一実施例と同様に、主軸14と軸19の軸心が一致するように、主軸14を設けることにより、主軸14をベアリング47と50にて軸支することができ、構造を簡単にして主軸14を両端支持することができる。
【００４０】
また、この主軸14には出力歯車34がベアリング48を介して軸支されており、この出力歯車34の側面には遊星歯車軸44が立設されている。そして、この遊星歯車軸44にはリング歯車41の内歯に噛み合う遊星歯車42が軸支されている。また、この遊星歯車42に噛み合うように太陽歯車43が主軸14にキー46にて固定されている。更に、主軸14には出力歯車34を挟んで太陽歯車43とは反対側の位置に、補助電動機回転伝達歯車17がキー45を介して固定されている。この補助電動機回転伝達歯車17に噛み合うように、補助電動機４の軸には補助入力歯車20が設けられている。そして、補助電動機回転伝達歯車17の直径を補助入力歯車20の直径よりも大きくして減速するようにしている。本実施例も第一実施例と同様に、予備出力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間の直径比（歯車比）は、１対４になっており、補助電動機４の駆動力を小さくすると共に、減速するようにしている。また、遊星歯車の機構上主電動機２側を補助電動機４側では速度比が異なり（補助電動機４側の方が減速比大）、補助電動機４側は更に減速するようにしている。
【００４１】
また、補助電動機回転伝達歯車17を傘歯車にして主軸14に軸支し、補助電動機４の軸心を主軸14の軸心に対して直角に配設し、補助電動機回転伝達歯車17に補助電動機４の軸に固定した補助入力歯車20を噛み合わせることにより、補助電動機回転伝達歯車17の直径を構造上任意に大きくすることができ、補助電動機回転伝達歯車17と補助入力歯車20との間の上記歯車比（減速比）を任意に決めることができる。また、図には現れていないが、主電動機２と補助電動機４にブレーキ機構が設けられている。そして、補助電動機４を直流電動機にしてもよい。また、遊星歯車機構を使用した本実施例では、図２に示した第一実施例の中間歯車29を省略することができ、構造を簡単にしている。
【００４２】
図５は図４のＢ−Ｂ線における一部縦断面図であり、出力軸14がケーシング22に取り付けた軸受ブロック51に装着されているベアリング52と、ケーシング22に設けたベアリング53に両端支持されており、出力歯車34に噛み合う中間歯車36をこの出力軸14に固定して、出力歯車34から出力軸14に出力するようにしている。図６および図７は第一実施例と同様に、この第二実施例を使用した水門開閉装置の全体を示す図である。
【００４３】
以上のように構成した第二実施例の作用について説明する。先ず、主電動機２と補助電動機４の両方を回転し、リング歯車41と太陽歯車43とを同一方向に回転する第一の出力形態について説明する。この第一の出力形態において、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速されているので、太陽歯車43の回転数と、リング歯車41の回転数との間において、太陽歯車43の回転数の方が少なくなっており、遊星歯車機構の原理によって、遊星歯車42が自転しながら太陽歯車43の回りを公転し、遊星歯車軸44を介して出力歯車34を回転させる。この時の出力歯車34の回転数は最大になり、水門の開閉速度を最も速くすることができる。
【００４４】
次に、主電動機２と補助電動機４の両方を回転し、リング歯車41と太陽歯車43を互いに逆の方向に回転する第二の出力形態について説明する。この第二の出力形態において、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速されているので、補助電動機回転伝達歯車17によって回転される太陽歯車43の回転数と、リング歯車41の回転数との間に差があり（この差がない状態で互いに逆回転した場合には、遊星歯車42が自転するだけで公転しない）遊星歯車機構の原理によって、遊星歯車42の公転回転数（出力歯車34の回転数）は最低の回転数になり、水門の開閉速度を最も遅くすることができる。
【００４５】
次に、ブレーキ機構を遠隔操作して、補助電動機４を停止させ主電動機２のみを駆動する第三の出力形態について説明する。この第三の出力形態においては、リング歯車41によって遊星歯車42は自転させられながら公転するので、出力歯車34の回転数は上記第一の出力形態と第二の出力形態の中間の回転速度になり、その回転速度で水門を開閉することができる。
【００４６】
次に、ブレーキ機構を遠隔操作して、主電動機２を停止させ補助電動機４のみを駆動する第四の出力形態について説明する。この第四の出力形態においては、補助電動機回転伝達歯車17によって減速された回転速度で回転される太陽歯車43によって遊星歯車42は自転させられながら公転するので、出力歯車34の回転数は上記第二の出力形態と第三の出力形態の中間の回転速度になり、その回転速度で水門を開閉することができる。
【００４７】
そして、水門開閉の初動において、第二の出力形態を行うように主電動機３と補助電動機４を駆動することにより、最も遅い速度で水門を開閉し、次に水門を開いている過程または閉めている過程に応じて、主電動機２または補助電動機４を停止する第三または第四の出力形態を選択し、次に第一の出力形態により水門を最も速い速度で開閉することができ、ラック１（図９参照）に働く座屈荷重または引っ張り荷重を少なくして、水門を開閉することができる。また、この水門の開閉途中において、水門の開閉の微調整をする場合には、その状況に応じて第二〜第四の出力形態を選択して行うことができる。
【００４８】
このように、遠隔操作によって主電動機２と補助電動機４を自由に切り換えることができるので、主電動機２が故障した場合においても、その切り換えを遠隔操作によって行い、第四の出力形態により水門を開閉することができる。また、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速させることにより、補助電動機４の駆動力を小さくすることができ、そして更に補助電動機４を直流電動機にすることにより、携帯用発電機やソーラ電源の使用が可能になる。また、補助電動機４を水門の押し下げ操作専用電動機として使用するようにしてもよい。この場合は補助電動機４の容量を水門を押し下げるのに必要な容量とし、押し下げ操作時には補助電動機４に切り換え、過大な座屈荷重がラック１に作用しないようにして、水門を押し下げ操作することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の記載に基づいて、発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、主軸に直交するように固定した差動歯車軸に軸支されている差動歯車に噛み合うように補助電動機回転伝達歯車を主軸に軸支し、主電動機の軸に固定した主入力歯車を差動歯車に噛み合わせると共に、補助電動機の軸に固定した補助入力歯車を補助電動機回転伝達歯車に噛み合わせ、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにし、主電動機の回転を減速しないでそのまま主軸に出力する回転伝達機構と、補助電動機の回転を減速して主軸に出力する減速回転伝達機構の二種類の回転伝達機構を構成し、更に、主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けて、主電動機をブレーキ機構で停止し補助電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、補助電動機をブレーキ機構で停止し主電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、主電動機と補助電動機の両方を同一回転方向に回転し主軸に出力する機構および主電動機と補助電動機を互いに逆回転して主軸に出力する四種類の出力をすることができるようにしたので、ボールチェンジ電動機やインバ−タを使用することなく、安価で、かつ、故障を少なくして水門の開閉速度の微調整を可能にすると共に、ラックに働く座屈荷重や引っ張り荷重を小さくして安価にし、更に主電動機と補助電動機との間の切換装置をなくし、洪水などの緊急事態に対応させることができる。また、補助電動機を押し下げ操作専用として、電動機容量を更に小さくすることにより、ラックに働く座屈荷重を小さくでき、更に安価なラック式水門開閉装置とすることができる。
【００５０】
次に、請求項２の記載に基づいて発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、主電動機の軸にリング歯車を固定し、主軸に軸支した出力歯車の側面に遊星歯車軸を立設して、リング歯車の内歯に噛み合う遊星歯車を軸支し、この遊星歯車に噛み合うように太陽歯車を主軸に固定すると共に、出力歯車を挟んで太陽歯車とは反対側に補助電動機回転伝達歯車を固定し、この補助電動機回転伝達歯車に噛み合うように補助電動機の軸に補助入力歯車を設け、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速することにより、主電動機の回転力によって与えられるリング歯車の回転条件と、補助電動機の回転力を補助入力歯車と補助電動機回転伝達歯車との間で減速することにより与えられる太陽歯車の回転条件により、遊星歯車を公転および自転させるための条件として、リング歯車と太陽歯車を同一回転方向に回転させる場合と、互いに逆方向に回転させる場合の二種類にし、かつ、主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設け、主電動機をブレーキ機構で停止し補助電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、補助動機をブレーキ機構で停止し主電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、主電動機と補助電動機の両方を同一回転方向に回転し主軸に出力する機構および主電動機と補助電動機を互いに逆回転して主軸に出力する四種類の出力をすることができるので、ボールチェンジ電動機やインバ−タを使用することなく、安価で、かつ、故障を少なくして水門の開閉速度の微調整を可能にすると共に、ラックに働く座屈荷重や引っ張り荷重を小さくして安価にし、更に主電動機と補助電動機との間の切換装置をなくし、洪水などの緊急事態に対応させることができる。また、補助電動機を押し下げ操作専用として、電動機容量を更に小さくすることにより、ラックに働く座屈荷重を小さくでき、更に安価なラック式水門開閉装置とすることができる。
【００５１】
次に、請求項３の記載に基づいて発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速し、補助電動機の駆動力を小さくして直流の電動機にし、ソーラ電源の使用や携帯用発電機の使用あるいは小型バッテリの使用が可能にしたので、停電時などの緊急時への対応が確実に行えると共に、大型の発電機の常設を不要にして、安価な水門開閉装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を一部横断面して示した平面図である。
【図２】図１における要部を示した平面図である。
【図３】図２のＡ線における部分縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を一部横断面して示した平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線において一部縦断面して示した図である。
【図６】図１および図４に示した実施例をラック式水門開閉装置に適用した平面図である。
【図７】図６の正面図である。
【図８】従来のラック式水門開閉装置の正面図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】他の従来例の横断面図である。
【符号の説明】
２ 主電動機
４ 補助電動機
14 出力軸
15 差動歯車軸
16 差動歯車
17 補助電動機回転伝達歯車
18 主入力歯車
20 補助入力歯車
29 中間歯車
34 出力歯車
36 中間歯車
37 出力軸
41 リング歯車
42 遊星歯車
43 太陽歯車
44 遊星歯車軸
【産業上の利用分野】
本発明は、水門開閉装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水門開閉装置において、通常は主電動機で水門を開閉している。そして、主電動機が故障した場合には、補助電動機（または小型エンジン）に切り替えて水門を開閉するようにしている。また、洪水などの緊急時においては水門を開いて、早急に放水しなければならないので、このような緊急時に備えて、水門の開閉装置には水門を開閉するための主電動機の他に緊急安全面の観点から、もしも主電動機が故障した場合のことを考慮して、補助電動機に切り替えて水門を開けるようにしている。そして、この主電動機または補助電動機による水門の開閉は、遠隔操作によって行うようにしている。
【０００３】
従来の水門開閉装置を図８および図９に示して説明する。ここに示す水門開閉装置はラック１に図示省略の水門を吊り下げて、ラック１を上下させることにより水門を開閉するようにしている。そして、ラック１の上下動は通常主電動機２の遠隔操作によって行う。また、主電動機２が故障したような場合には、手動によって切換装置３を補助電動機４（または予備エンジン）に切り換えて、補助電動機４を遠隔操作しラック１を上下動させるようにしている。５は補助電動機４の回転を伝達するためのＶベルトである。また、主電動機２および補助電動機４の両方が故障した場合には、手動ハンドル６にてラック１を上下動させ、水門を開閉するようにしている。
【０００４】
また、図10に示すように、切換装置３をなくした水門開閉装置がすでに実施されている。図において、出力軸14と軸39が軸心を一致させた状態でケーシング22に軸支されている。そして、出力軸14にはその軸心に対して直角に、差動歯車軸15が固定されており、この差動歯車軸15には差動歯車16が軸支されている。また、出力軸14には差動歯車16に噛み合うように中間歯車29が軸支されており、この中間歯車29には平歯車９が固定されている。一方軸39の先端には差動歯車16に噛み合うように、歯車40が固定されていると共に、平歯車10が固定されている。また、出力軸14と平行であってその両側に、二本の平行な入力軸13a と13b がケーシング22に軸支されている。この入力軸13a と13b にはそれぞれ、平歯車７と12が固定されている。８は平歯車７と９の間に設けられた中間歯車、11は平歯車10と12の間に設けられた中間歯車である。なお、図示省略されているが、入力軸13ａには主電動機が連結されており、入力軸13ｂには補助電動機が連結されている。そして、この従来例にあっては、あくまでも主電動機が故障した時の予備として補助電動機が設けられているので、この二つの電動機は同じ電動機が使用されている。
【０００５】
そして、平歯車７と12、中間歯車８と11、平歯車９と10は同一直径であり、歯車７、８、９の歯車比と歯車10、11、12の歯車比は同一になっている。したがって、図示省略の主電動機から入力軸13ａに入力されて、平歯車７、中間歯車８、平歯車９、中間歯車29、差動歯車16、差動歯車軸15を介して出力軸14に出力される回転数および回転トルクと、図示省略の補助電動機から入力軸13ｂに入力されて、平歯車12、中間歯車11、平歯車10、歯車40、差動歯車16、差動歯車軸15を介して出力軸14に出力される回転数および回転トルクは同じになっている。そして、入力軸13ａに連結されている主電動機が故障した場合には、入力軸13ｂに連結されている補助電動機に電気的に切り換えて駆動し、同じ歯車比で出力軸14を回転し、主電動機での開閉と同じ条件で水門を開閉するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記図８および図９に示した従来の水門開閉装置において、主電動機と補助電動機の切換は、切換装置を手動によって行っていたので次のような改良すべき問題がある。すなわち、遠隔操作によって主電動機を操作している時に、主電動機が故障して動かなくなった場合には、水門の現場まで行って切換装置を手動切換しなければ、補助電動機を遠隔操作することができない。この切り換え操作は通常の水門の開閉作業ではそれほど問題ではないのであるが、例えば洪水などの緊急事態においては、早急に水門を開いて放水をしなければならないので、主電動機が故障であることを確認した後に、水門の現場まで作業員が行って切換装置を切り換え、操作室まで戻って補助電動機を遠隔操作するまでに相当の時間がかかり、緊急事態に対応するのが遅くなるという問題がある。
【０００７】
また、主電動機と補助電動機の切換装置以降の減速機や歯車機構は共用であるので、水門の開閉に要する動力は主電動機も補助電動機も同じである。したがって、主電動機が故障して補助電動機を駆動するためには、主電動機を駆動するのと同じ動力源が必要になる。そこで、停電の可能性が高い洪水時において停電したような場合に、大型の発電機が必要になる。しかしながら、頻度の少ない停電時に備えて大型の発電機を常備しておくのは経済的に好ましくないことから、その都度大型の発電機を手配しなければならず、緊急事態に対応するのが遅くなるという問題がある。
【０００８】
次に、図10に示した従来例にあっては、上記手動式の切換装置に起因する問題はないのであるが、これ以外に更に改良すべき問題がある。すなわち、通常の水門の開閉操作において、貯水量の確保調整や水門から下流域への影響などの理由から、水門の開閉を早くしたり遅くしたりして、放水量を微調整しなげればならない。
【０００９】
そこで、図10に示した従来例にあっては、入力軸13ａおよび13ｂから差動歯車16を介して出力軸14に出力する歯車機構の歯車比は同じであるので、次のような改良すべき問題がある。すなわち、差動歯車機構の原理から、出力軸14の回転速度を最も早くするには、入力軸13ａと13ｂの両方を回転し、差動歯車16を平歯車９および10と同じ回転方向で、かつ、同じ回転速度で公転させ、出力軸14を平歯車９および10の回転速度と同じ回転速度で回転させる。
【００１０】
また、逆に出力軸14の回転速度を遅くするためには、例えば一方の入力軸13ａの回転を停止し、入力軸13ｂを回転する。これにより、差動歯車機構の原理から差動歯車16は平歯車10の回転数の半分の回転速度で公転し、出力軸14は平歯車10の回転数の半分の回転数で回転させられることになる。また、入力軸13ａと13ｂを互いに逆回転した場合には、歯車比が同じであることから、差動歯車16は公転せず、したがって出力軸14は回転しない。このように、図10に示した従来例にあっては、出力軸14の回転数の調整が平歯車９および10の回転数と同じ回転数か、または、その半分の回転数の二種類しか行えず、その中間の回転数にすることができないことから、水門の開閉速度の微調整をすることができないという問題がある。
【００１１】
また、ラックの上下動を利用して水門を押し下げたり引き上げたりするラック式の水門において、水門には大きな水圧が働いていることから、水門開閉の初動時から、急激に水門を開閉した場合にラックに大きな座屈荷重や引っ張り荷重がかかることになる。したがって、水門開閉の初動時にはできるだけ緩やかに開閉を行い、その後に水門の開閉の速度を速くすることが望まれる。
【００１２】
しかしながら、上記図10に示した従来例にあっては、出力軸14の最低回転数は平歯車９または10の回転数の半分以下にすることはできないので、水門開閉の初動時から水門は、平歯車９または10の半分の回転数の速度で開閉されることになり、ラックに大きな座屈荷重や引っ張り荷重が働くことになる。したがって、ラックを強固なものにしなければならず、水門開閉装置が高価なものになるという問題がある。
【００１３】
また、上記中間における回転数の調整を行うためには、主電動機または補助電動機のどちらかを、ボールチェンジ電動機かあるいはインバ−タを使用して、電動機自体の回転速度が変えられるようにしなければならない。しかしながら、ボールチェンジ電動機の場合には特殊な電動機になるので、高価な電動機を使用しなければならず、また、インバ−タを使用した場合には複雑な電気回路が必要になって高価なものとなると共に、故障の原因にもなり好ましくない。
【００１４】
また、この図10に示した従来例も図８に示した従来例と同様に、主電動機と補助電動機の歯車機構は同じであるので、水門の開閉に要する動力は主電動機も補助電動機も同じである。したがって、主電動機が故障して補助電動機を駆動するためには、主電動機を駆動するのと同じ動力源が必要になる。そこで、停電の可能性が高い洪水時において停電したような場合に、大型の発電機が必要になる。しかしながら、頻度の少ない停電時に備えて大型の発電機を常備しておくのは経済的に好ましくないことから、その都度大型の発電機を手配しなければならず、緊急事態に対応するのが遅くなるという問題がある。
【００１５】
本発明はボールチェンジ電動機やインバ−タを使用することなく、安価で、かつ、故障を少なくして水門の開閉速度の微調整を可能にし、更に主電動機と補助電動機との間の切換装置をなくすと共に、補助電動機の駆動動力を小さくして、緊急時への対応を円滑に行えるようにした水門開閉装置を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係る請求項１の記載から把握される手段は、水門を開閉するための主電動機と補助電動機を備えた水門開閉装置において、主軸に直交するように差動歯車軸を固定し、該差動歯車軸に差動歯車を軸支し、該差動歯車に噛み合うように補助電動機回転伝達歯車を前記主軸に軸支し、主電動機の軸に固定した主入力歯車を前記差動歯車に噛み合わせると共に、補助電動機の軸に固定した補助入力歯車を前記補助電動機回転伝達歯車に噛み合わせ、前記補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにし、前記主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けたことを特徴とする。
【００１７】
次に、請求項２の記載から把握される手段は、水門を開閉するための主電動機と補助電動機を備えた水門開閉装置において、前記主電動機の軸に内歯を形成したリング歯車を固定し、該主電動機の軸に軸心を一致させて設けた主軸に出力歯車を軸支し、該出力歯車の側面に遊星歯車軸を立設して、この遊星歯車軸に前記リング歯車の内歯に噛み合う遊星歯車を軸支し、該遊星歯車に噛み合うように太陽歯車を主軸に固定し、前記出力歯車を挟んで前記太陽歯車とは反対側に補助電動機回転伝達歯車を主軸に固定し、該補助電動機回転伝達歯車に噛み合うように補助電動機の軸に補助入力歯車を設け、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにし、前記主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けたことを特徴とする。
【００１８】
次に、請求項３の記載から把握される手段は、補助電動機を直流電動機にしたことを特徴とする。
【００１９】
次に、上記各請求項の記載から把握される本発明によって、課題がどのように解決されるかについて説明する。先ず、請求項１の記載から把握される本発明において、主軸に直交するように固定した差動歯車軸に差動歯車を軸支し、この差動歯車に噛み合うように補助電動機回転伝達歯車を前記主軸に軸支し、主電動機の軸に固定した主入力歯車を前記差動歯車に噛み合わせると共に、補助電動機の軸に固定した補助入力歯車を前記補助電動機回転伝達歯車に噛み合わせ、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにしたので、主電動機の回転力を主入力歯車、差動歯車を介して主軸に出力することができると共に、補助電動機の回転力を補助入力歯車、補助電動機回転伝達歯車、差動歯車を介して主軸に出力し、主電動機の回転を減速することなくそのまま主軸に出力する回転伝達機構と、補助電動機の回転を減速して主軸に出力する減速回転伝達機構の二種類の回転伝達機構にすることができる。
【００２０】
このように二種類の回転伝達機構を形成し、かつ、主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けることにより、主電動機をブレーキ機構で停止し補助電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、補助動機をブレーキ機構で停止し主電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、主電動機と補助電動機の両方を同一回転方向に回転し主軸に出力する機構および主電動機と補助電動機を互いに逆回転して主軸に出力する四種類の出力をすることができる。
【００２１】
次に、請求項２の記載から把握される本発明にあっては、主電動機の軸に内歯を形成したリング歯車を固定し、主電動機の軸に軸心を一致させて設けた主軸に出力歯車を軸支し、この出力歯車の側面に遊星歯車軸を立設して、この遊星歯車軸に前記リング歯車の内歯に噛み合う遊星歯車を軸支し、この遊星歯車に噛み合うように太陽歯車を主軸に固定し、前記出力歯車を挟んで前記太陽歯車とは反対側に補助電動機回転伝達歯車を主軸に固定し、この補助電動機回転伝達歯車に噛み合うように補助電動機の軸に補助入力歯車を設け、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速することにより、主電動機の回転力によって与えられるリング歯車の条件と、補助電動機の回転力を補助入力歯車と補助電動機回転伝達歯車との間で減速することにより与えられる太陽歯車の条件により、遊星歯車を公転および自転させるための条件として、リング歯車と太陽歯車を同一回転方向に回転させる場合と、互いに逆方向に回転させる場合の二種類にすることができる。
【００２２】
このように、遊星歯車を自転および公転させるための条件を二種類にし、かつ、主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けることにより、主電動機をブレーキ機構で停止し補助電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、補助動機をブレーキ機構で停止し主電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、主電動機と補助電動機の両方を同一回転方向に回転し主軸に出力する機構および主電動機と補助電動機を互いに逆回転して主軸に出力する四種類の出力をすることができる。
【００２３】
次に、請求項３の記載から把握される本発明にあっては、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速し、補助電動機の駆動力を小さくすると共に、補助電動機を直流電動機にすることにより、携帯用発電機またはソーラ発電機を使用することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
請求項１の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１に示すように、水門を開閉するための主電動機２と補助電動機４を備えた水門開閉装置であって、主軸14に直交するように差動歯車軸15を固定し、この差動歯車軸15に差動歯車16を軸支する。そして、この差動歯車16に噛み合うように補助電動機回転伝達歯車17を主軸14に軸支し、主電動機２の軸19に固定した主入力歯車18を差動歯車16に噛み合わせると共に、補助電動機４の軸21に固定した補助入力歯車20を補助電動機回転伝達歯車17に噛み合わせる。また、補助電動機回転伝達歯車17の直径を補助入力歯車20の直径よりも大きくして減速する。そして、主電動機２と補助電動機４にブレーキ機構を設ける。
【００２５】
次に、請求項２の記載から把握される本発明の実施の形態は、図４に示すように、水門を開閉するための主電動機２と補助電動機４を備えた水門開閉装置であって、主電動機２の軸19に内歯を形成したリング歯車41をキー33にて固定し、主電動機２の軸19に軸心を一致させて設けた主軸14に出力歯車34を軸支し、この出力歯車34の側面に遊星歯車軸44を立設して、この遊星歯車軸44に前記リング歯車41の内歯に噛み合う遊星歯車42を軸支する。そして、この遊星歯車42に噛み合うように太陽歯車43を主軸14にキー46にて固定し、前記出力歯車34を挟んで前記太陽歯車43とは反対側に補助電動機回転伝達歯車17を主軸14にキー45にて固定し、この補助電動機回転伝達歯車17に噛み合うように補助電動機４の軸に補助入力歯車20を設ける。そして、補助電動機回転伝達歯車17の直径を補助入力歯車20の直径よりも大きくして減速する。また、図には現れていないが、主電動機２と補助電動機４にブレーキ機構が設けられている。
【００２６】
次に、請求項３の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１および図４に示した補助電動機４を直流電動機にする。
【００２７】
【実施例】
以下本発明の一実施例について説明する。図１に示す第一実施例おいて、２は水門を開閉するための主電動機、４は補助電動機である。主軸14は主電動機２の軸19の軸心と一致するように設けられている。このように、主軸14と軸19の軸心が一致するように、主軸14を設けることにより、図２に示すように主軸14の一端を軸19に固定した主出力歯車18に設けたベアリング23を介して軸支し、他端をケーシング22に形成した軸受24に設けたベアリング25にて軸支することができ、構造を簡単にして主軸14を両端支持することができる。
【００２８】
また、図１および図２において、主軸14にはボス26がキー27にて固定され、このボス26には主軸14に直交するように差動歯車軸15が固定されている。そして、この差動歯車軸15には差動歯車16がベアリング28を介して軸支されている。図２において、主軸14にはベアリング31を介して中間歯車29が軸支されておりこの中間歯車29は差動歯車16に噛み合っている。また、中間歯車29には補助電動機回転伝達歯車17がボルト30にて取りつけられており、この補助電動機回転伝達歯車17は、補助電動機４の軸21に固定されている予備出力歯車20に噛み合っている。この予備出力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間の直径比（歯車比）は、本実施例においては１対４になっており、補助電動機４の駆動力を小さくすると共に、減速するようにしている。
【００２９】
また、補助電動機回転伝達歯車17を傘歯車にして主軸14に中間歯車29を介して軸支し、補助電動機４の軸心を主軸14の軸心に対して直角に配設し、補助電動機回転伝達歯車17に補助電動機４の軸に固定した補助入力歯車20を噛み合わせることにより、補助電動機回転伝達歯車17の直径を構造上任意に大きくすることができ、補助電動機回転伝達歯車17と補助入力歯車20との間の上記歯車比（減速比）を任意に決めることができる。
【００３０】
また、中間歯車29を介して補助電動機回転伝達歯車17が実質的に差動歯車16に噛み合うようにしているので、差動歯車16の噛み合い（差動歯車16のピッチ円直径）とは無関係に、補助電動機回転伝達歯車17の直径を決めることができ、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間の減速比を任意決定して、補助電動機の駆動力を小さくすることができるようになっている。
【００３１】
図２において、主電動機２の軸19には主入力歯車18がキー33にて固定されており、この主入力歯車18はベアリング32にてケーシング22に軸支されている。そして、この主入力歯車18は差動歯車16に噛み合っている。主軸14の端部には出力歯車34がキー35にて固定されている。図３は図２のＡ線において一部縦断面した図であり、出力歯車34には中間歯車36が噛み合っていて、出力軸37に回転力を出力するようにしている。図には現れていないが、主電動機２と補助電動機４を制動するための遠隔操作可能なブレーキ機構が設けられている。また、補助電動機４を直流電動機にしてもよい。
【００３２】
図６および図７は図８および図９に示したラック方式の水門開閉装置に本実施例を適用したものである。図から明らかな通り、図８における補助電動機４を支持するための架台38が不要になり、水門開閉装置をコンパクトにすることができる。
【００３３】
以上のように構成した本実施例の作用について、次に説明する。先ず、主電動機２と補助電動機４の両方を回転し、差動歯車16を同一方向に回転する第一の出力形態について説明する。この第一の出力形態において、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速されているので、中間歯車29によって差動歯車16が公転される回転数と、主入力歯車18によって差動歯車16が公転される回転数との間に差があり、差動歯車機構の原理によって、主軸14の回転数は中間歯車29の回転数と主入力歯車18の回転数の合計回転数の半分の回転数になり、水門の開閉速度を最も速くすることができる。
【００３４】
次に、主電動機２と補助電動機４の両方を回転し、差動歯車16を互いに逆の方向に回転する第二の出力形態について説明する。この第二の出力形態において、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速されているので、中間歯車29によって差動歯車16が公転される回転数と、主入力歯車18によって差動歯車16が公転される回転数との間に差があり（この差がない状態で互いに逆回転した場合には、差動歯車16が自転するだけで公転しない）差動歯車機構の原理によって、主軸14の回転数は主入力歯車18の回転数から、中間歯車29の回転数を差し引いた回転数の半分の回転数になり、水門の開閉速度を最も遅くすることができる。
【００３５】
次に、ブレーキ機構を遠隔操作して、補助電動機４を停止させ主電動機２のみを駆動する第三の出力形態について説明する。この第三の出力形態においては、主入力歯車18によって差動歯車16は自転させられながら公転するので、主軸14の回転数は主入力歯車18の回転数の半分の回転数になり、上記第一の出力形態と第二の出力形態の中間の速度で、水門を開閉することができる。
【００３６】
次に、ブレーキ機構を遠隔操作して、主電動機２を停止させ補助電動機４のみを駆動する第四の出力形態について説明する。この第四の出力形態においては、中間歯車29によって差動歯車16は自転させられながら公転するので、主軸14の回転数は中間歯車29の回転数の半分の回転数になり、上記第二の出力形態と第三の出力形態の中間の速度で、水門を開閉することができる。
【００３７】
そして、水門開閉の初動において、第二の出力形態を行うように主電動機３と補助電動機４を駆動することにより、最も遅い速度で水門を開閉し、次に水門を開いている過程または閉めている過程に応じて、主電動機２または補助電動機４を停止する第三または第四の出力形態を選択し、次に第一の出力形態により水門を最も速い速度で開閉することができ、ラック１（図９参照）に働く座屈荷重または引っ張り荷重を少なくして、水門を開閉することができる。また、この水門の開閉途中において、水門の開閉の微調整をする場合には、その状況に応じて第二〜第四の出力形態を選択して行うことができる。
【００３８】
このように、遠隔操作によって主電動機２と補助電動機４を自由に切り換えることができるので、主電動機２が故障した場合においても、その切り換えを遠隔操作によって行い、第四の出力形態により水門を開閉することができる。また、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速させることにより、補助電動機４の駆動力を小さくすることができ、そして更に補助電動機４を直流電動機にすることにより、携帯用発電機やソーラ電源の使用が可能になる。また、補助電動機４を水門の押し下げ操作専用電動機として使用するようにしてもよい。この場合は補助電動機４の容量を水門を押し下げるのに必要な容量とし、押し下げ操作時には補助電動機４に切り換え、過大な座屈荷重がラック１に作用しないようにして、水門を押し下げ操作することができる。
【００３９】
次に、図４および図５を用いて他の実施例について説明する。図において、ケーシング22に取りつけられた主電動機２の軸19には、内歯を形成したリング歯車41がキー33にて固定されている。そして、このリング歯車41はベアリング50によってケーシング22に軸支されている。また、主電動機２の軸19に軸心を一致させて主軸14が設けられており、この主軸14の一端はベアリング47にてケーシング22に軸支され、他端はリング歯車41に設けられたベアリング50にて、リング歯車41に軸支されている。この実施例も第一実施例と同様に、主軸14と軸19の軸心が一致するように、主軸14を設けることにより、主軸14をベアリング47と50にて軸支することができ、構造を簡単にして主軸14を両端支持することができる。
【００４０】
また、この主軸14には出力歯車34がベアリング48を介して軸支されており、この出力歯車34の側面には遊星歯車軸44が立設されている。そして、この遊星歯車軸44にはリング歯車41の内歯に噛み合う遊星歯車42が軸支されている。また、この遊星歯車42に噛み合うように太陽歯車43が主軸14にキー46にて固定されている。更に、主軸14には出力歯車34を挟んで太陽歯車43とは反対側の位置に、補助電動機回転伝達歯車17がキー45を介して固定されている。この補助電動機回転伝達歯車17に噛み合うように、補助電動機４の軸には補助入力歯車20が設けられている。そして、補助電動機回転伝達歯車17の直径を補助入力歯車20の直径よりも大きくして減速するようにしている。本実施例も第一実施例と同様に、予備出力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間の直径比（歯車比）は、１対４になっており、補助電動機４の駆動力を小さくすると共に、減速するようにしている。また、遊星歯車の機構上主電動機２側を補助電動機４側では速度比が異なり（補助電動機４側の方が減速比大）、補助電動機４側は更に減速するようにしている。
【００４１】
また、補助電動機回転伝達歯車17を傘歯車にして主軸14に軸支し、補助電動機４の軸心を主軸14の軸心に対して直角に配設し、補助電動機回転伝達歯車17に補助電動機４の軸に固定した補助入力歯車20を噛み合わせることにより、補助電動機回転伝達歯車17の直径を構造上任意に大きくすることができ、補助電動機回転伝達歯車17と補助入力歯車20との間の上記歯車比（減速比）を任意に決めることができる。また、図には現れていないが、主電動機２と補助電動機４にブレーキ機構が設けられている。そして、補助電動機４を直流電動機にしてもよい。また、遊星歯車機構を使用した本実施例では、図２に示した第一実施例の中間歯車29を省略することができ、構造を簡単にしている。
【００４２】
図５は図４のＢ−Ｂ線における一部縦断面図であり、出力軸14がケーシング22に取り付けた軸受ブロック51に装着されているベアリング52と、ケーシング22に設けたベアリング53に両端支持されており、出力歯車34に噛み合う中間歯車36をこの出力軸14に固定して、出力歯車34から出力軸14に出力するようにしている。図６および図７は第一実施例と同様に、この第二実施例を使用した水門開閉装置の全体を示す図である。
【００４３】
以上のように構成した第二実施例の作用について説明する。先ず、主電動機２と補助電動機４の両方を回転し、リング歯車41と太陽歯車43とを同一方向に回転する第一の出力形態について説明する。この第一の出力形態において、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速されているので、太陽歯車43の回転数と、リング歯車41の回転数との間において、太陽歯車43の回転数の方が少なくなっており、遊星歯車機構の原理によって、遊星歯車42が自転しながら太陽歯車43の回りを公転し、遊星歯車軸44を介して出力歯車34を回転させる。この時の出力歯車34の回転数は最大になり、水門の開閉速度を最も速くすることができる。
【００４４】
次に、主電動機２と補助電動機４の両方を回転し、リング歯車41と太陽歯車43を互いに逆の方向に回転する第二の出力形態について説明する。この第二の出力形態において、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速されているので、補助電動機回転伝達歯車17によって回転される太陽歯車43の回転数と、リング歯車41の回転数との間に差があり（この差がない状態で互いに逆回転した場合には、遊星歯車42が自転するだけで公転しない）遊星歯車機構の原理によって、遊星歯車42の公転回転数（出力歯車34の回転数）は最低の回転数になり、水門の開閉速度を最も遅くすることができる。
【００４５】
次に、ブレーキ機構を遠隔操作して、補助電動機４を停止させ主電動機２のみを駆動する第三の出力形態について説明する。この第三の出力形態においては、リング歯車41によって遊星歯車42は自転させられながら公転するので、出力歯車34の回転数は上記第一の出力形態と第二の出力形態の中間の回転速度になり、その回転速度で水門を開閉することができる。
【００４６】
次に、ブレーキ機構を遠隔操作して、主電動機２を停止させ補助電動機４のみを駆動する第四の出力形態について説明する。この第四の出力形態においては、補助電動機回転伝達歯車17によって減速された回転速度で回転される太陽歯車43によって遊星歯車42は自転させられながら公転するので、出力歯車34の回転数は上記第二の出力形態と第三の出力形態の中間の回転速度になり、その回転速度で水門を開閉することができる。
【００４７】
そして、水門開閉の初動において、第二の出力形態を行うように主電動機３と補助電動機４を駆動することにより、最も遅い速度で水門を開閉し、次に水門を開いている過程または閉めている過程に応じて、主電動機２または補助電動機４を停止する第三または第四の出力形態を選択し、次に第一の出力形態により水門を最も速い速度で開閉することができ、ラック１（図９参照）に働く座屈荷重または引っ張り荷重を少なくして、水門を開閉することができる。また、この水門の開閉途中において、水門の開閉の微調整をする場合には、その状況に応じて第二〜第四の出力形態を選択して行うことができる。
【００４８】
このように、遠隔操作によって主電動機２と補助電動機４を自由に切り換えることができるので、主電動機２が故障した場合においても、その切り換えを遠隔操作によって行い、第四の出力形態により水門を開閉することができる。また、補助入力歯車20と補助電動機回転伝達歯車17との間で減速させることにより、補助電動機４の駆動力を小さくすることができ、そして更に補助電動機４を直流電動機にすることにより、携帯用発電機やソーラ電源の使用が可能になる。また、補助電動機４を水門の押し下げ操作専用電動機として使用するようにしてもよい。この場合は補助電動機４の容量を水門を押し下げるのに必要な容量とし、押し下げ操作時には補助電動機４に切り換え、過大な座屈荷重がラック１に作用しないようにして、水門を押し下げ操作することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の記載に基づいて、発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、主軸に直交するように固定した差動歯車軸に軸支されている差動歯車に噛み合うように補助電動機回転伝達歯車を主軸に軸支し、主電動機の軸に固定した主入力歯車を差動歯車に噛み合わせると共に、補助電動機の軸に固定した補助入力歯車を補助電動機回転伝達歯車に噛み合わせ、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにし、主電動機の回転を減速しないでそのまま主軸に出力する回転伝達機構と、補助電動機の回転を減速して主軸に出力する減速回転伝達機構の二種類の回転伝達機構を構成し、更に、主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けて、主電動機をブレーキ機構で停止し補助電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、補助電動機をブレーキ機構で停止し主電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、主電動機と補助電動機の両方を同一回転方向に回転し主軸に出力する機構および主電動機と補助電動機を互いに逆回転して主軸に出力する四種類の出力をすることができるようにしたので、ボールチェンジ電動機やインバ−タを使用することなく、安価で、かつ、故障を少なくして水門の開閉速度の微調整を可能にすると共に、ラックに働く座屈荷重や引っ張り荷重を小さくして安価にし、更に主電動機と補助電動機との間の切換装置をなくし、洪水などの緊急事態に対応させることができる。また、補助電動機を押し下げ操作専用として、電動機容量を更に小さくすることにより、ラックに働く座屈荷重を小さくでき、更に安価なラック式水門開閉装置とすることができる。
【００５０】
次に、請求項２の記載に基づいて発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、主電動機の軸にリング歯車を固定し、主軸に軸支した出力歯車の側面に遊星歯車軸を立設して、リング歯車の内歯に噛み合う遊星歯車を軸支し、この遊星歯車に噛み合うように太陽歯車を主軸に固定すると共に、出力歯車を挟んで太陽歯車とは反対側に補助電動機回転伝達歯車を固定し、この補助電動機回転伝達歯車に噛み合うように補助電動機の軸に補助入力歯車を設け、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速することにより、主電動機の回転力によって与えられるリング歯車の回転条件と、補助電動機の回転力を補助入力歯車と補助電動機回転伝達歯車との間で減速することにより与えられる太陽歯車の回転条件により、遊星歯車を公転および自転させるための条件として、リング歯車と太陽歯車を同一回転方向に回転させる場合と、互いに逆方向に回転させる場合の二種類にし、かつ、主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設け、主電動機をブレーキ機構で停止し補助電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、補助動機をブレーキ機構で停止し主電動機のみを回転して主軸に出力する出力機構、主電動機と補助電動機の両方を同一回転方向に回転し主軸に出力する機構および主電動機と補助電動機を互いに逆回転して主軸に出力する四種類の出力をすることができるので、ボールチェンジ電動機やインバ−タを使用することなく、安価で、かつ、故障を少なくして水門の開閉速度の微調整を可能にすると共に、ラックに働く座屈荷重や引っ張り荷重を小さくして安価にし、更に主電動機と補助電動機との間の切換装置をなくし、洪水などの緊急事態に対応させることができる。また、補助電動機を押し下げ操作専用として、電動機容量を更に小さくすることにより、ラックに働く座屈荷重を小さくでき、更に安価なラック式水門開閉装置とすることができる。
【００５１】
次に、請求項３の記載に基づいて発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速し、補助電動機の駆動力を小さくして直流の電動機にし、ソーラ電源の使用や携帯用発電機の使用あるいは小型バッテリの使用が可能にしたので、停電時などの緊急時への対応が確実に行えると共に、大型の発電機の常設を不要にして、安価な水門開閉装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を一部横断面して示した平面図である。
【図２】図１における要部を示した平面図である。
【図３】図２のＡ線における部分縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を一部横断面して示した平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線において一部縦断面して示した図である。
【図６】図１および図４に示した実施例をラック式水門開閉装置に適用した平面図である。
【図７】図６の正面図である。
【図８】従来のラック式水門開閉装置の正面図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】他の従来例の横断面図である。
【符号の説明】
２ 主電動機
４ 補助電動機
14 出力軸
15 差動歯車軸
16 差動歯車
17 補助電動機回転伝達歯車
18 主入力歯車
20 補助入力歯車
29 中間歯車
34 出力歯車
36 中間歯車
37 出力軸
41 リング歯車
42 遊星歯車
43 太陽歯車
44 遊星歯車軸
Claims (3)
- 水門を開閉するための主電動機と補助電動機を備えたラック式水門開閉装置において、主軸に直交するように差動歯車軸を固定し、該差動歯車軸に差動歯車を軸支し、該差動歯車に噛み合うように補助電動機回転伝達歯車を前記主軸に軸支し、主電動機の軸に固定した主入力歯車を前記差動歯車に噛み合わせると共に、補助電動機の軸に固定した補助入力歯車を前記補助電動機回転伝達歯車に噛み合わせ、前記補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにし、前記主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けたことを特徴とする水門開閉装置。
- 水門を開閉するための主電動機と補助電動機を備えた水門開閉装置において、前記主電動機の軸に内歯を形成したリング歯車を固定し、該主電動機の軸に軸心を一致させて設けた主軸に出力歯車を軸支し、該出力歯車の側面に遊星歯車軸を立設して、この遊星歯車軸に前記リング歯車の内歯に噛み合う遊星歯車を軸支し、該遊星歯車に噛み合うように太陽歯車を主軸に固定し、前記出力歯車を挟んで前記太陽歯車とは反対側に補助電動機回転伝達歯車を主軸に固定し、該補助電動機回転伝達歯車に噛み合うように補助電動機の軸に補助入力歯車を設け、補助電動機回転伝達歯車の直径を補助入力歯車の直径よりも大きくして減速するようにし、前記主電動機と補助電動機にブレーキ機構を設けたことを特徴とする水門開閉装置。
- 補助電動機を直流電動機にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の水門開閉装置。
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