JP2000324870A - 調整弁用電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、回路構成が複雑で高価になると
いう課題を解決しようとするものである。 【解決手段】 この発明は、調整弁を流れる流体に関係
する物理量を検出する検出部１４と、スイッチ１２、ス
イッチ１９と、検出部１４の検出値と設定値とを比較す
るコンパレータ１６と、検出部１４の検出値が設定値よ
り小さい若しくは大きいときにスイッチ１２をオンさせ
る駆動手段２１と、前記設定値が検出部１４の検出値以
上若しくは検出値以下のときにスイッチ１９をオンさせ
る駆動手段２５とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は調整弁用電動アクチ
ュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、開閉弁を開閉させる開閉弁用電動
アクチュエータには、実開昭５６−１６０３６８号公
報、実開平６−７６７８１号公報に記載されているよう
に、モータにより開閉弁の弁体を回転させる際に、同時
にモータでスプリングを巻き上げてスプリングにエネル
ギーを蓄え、電磁クラッチや電磁ブレーキなどの拘束装
置でスプリングを拘束してこの状態のままに保持し、開
閉弁を全閉させるために電源を落とした時や停電時に電
磁クラッチや電磁ブレーキなどの拘束装置を解除してス
プリングに蓄えられていたエネルギーにより開閉弁を全
閉とするものがある。

【０００３】また、調整弁用電動アクチュエータには、
特開平９−１３７８７３号公報に記載されているよう
に、調整弁を駆動するモータと、このモータにより前記
調整弁を開方向に駆動する際に前記モータにより駆動さ
れてエネルギーを蓄え、このエネルギーにより前記調整
弁を閉方向に駆動する弾性体とを有する調整弁用電動ア
クチュエータにおいて、前記調整弁を流れる流体に関係
した流量、温度、圧力などの物理量を検出する検出部
と、この検出部の検出値と設定値とを比較する比較部
と、前記モータの駆動力を制御する駆動制御部と、前記
モータの制動力を制御する制動制御部と、前記比較部の
出力信号に応じて前記駆動制御部及び前記制動制御部の
切替を行うスイッチング制御部とを備えたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記開閉弁用電動アク
チュエータでは、モータによって巻き上げたスプリング
を保持するために電磁クラッチや電磁ブレーキなどの拘
束装置を用いるので、構造が複雑で高価であった。ま
た、弁の中間開度を保持することができないので、流体
に関係した流量、温度、圧力などを制御することができ
ない。

【０００５】上記調整弁用電動アクチュエータでは、弁
の中間開度を保持することはできるが、調整弁を流れる
流体に関係した流量、温度、圧力などの物理量を検出す
る検出部と、この検出部の検出値と設定値とを比較する
比較部と、モータの駆動力を制御する駆動制御部と、モ
ータの制動力を制御する制動制御部と、比較部の出力信
号に応じて駆動制御部及び制動制御部の切替を行うスイ
ッチング制御部とを備えるので、回路構成が複雑で高価
になる。

【０００６】本発明は、構成が簡単で安価に実現できる
調整弁用電動アクチュエータを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、調整弁を駆動するモータ
と、このモータにより前記調整弁を開方向に駆動する際
に駆動されてエネルギーを蓄え該エネルギーにより前記
調整弁を閉方向に駆動する弾性体とを有する調整弁用電
動アクチュエータにおいて、前記調整弁を流れる流体に
関係する物理量を検出する検出部と、前記モータと電源
との間に設けられた第１のスイッチと、前記モータの電
源端子間に前記検出部を介して接続され且つ前記電源に
抵抗を介して接続された第２のスイッチと、前記検出部
の検出値と設定値とを比較するコンパレータと、このコ
ンパレータの出力信号により前記検出部の検出値が前記
設定値より小さい若しくは大きいときに前記第１のスイ
ッチをオンさせて前記モータを前記調整弁の開方向に回
転させる第１の駆動手段と、前記コンパレータの出力信
号により前記設定値が前記検出部の検出値以上若しくは
検出値以下のときに前記第２のスイッチをオンさせて前
記モータを前記電源に前記抵抗を介して接続すると共に
前記モータの電源端子間に前記検出部を接続する第２の
駆動手段とを備えたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】図２は本発明の一実施例の概略を
示す。調整弁用電動アクチュエータ１は負荷である調整
弁２（図１参照）を開方向（閉方向としてもよい）に駆
動するモータであり、ケーシング３内に出力軸４、リタ
ーン用弾性体５、減速機構６、直流モータ７及び制御部
８が内蔵されている。出力軸４はケーシング３に正逆転
可能に支持されてケーシング３の底面から突出してお
り、直流モータ７の回転軸７ａは減速機構６を介して出
力軸４に連結されている。

【０００９】リターン用弾性体５は、出力軸４を調整弁
２の閉方向に駆動するものであり、例えばコイルスプリ
ングが用いられる。このリターン用スプリング５は出力
軸４の周囲に配置され、出力軸４にはリターン用スプリ
ング５の端部を固定するための板状の回転板９が固定さ
れている。この回転板９にはリターン用スプリング５の
一端部が固定され、リターン用スプリング５の他端部が
ケーシング３の下側内面に固定されている。したがっ
て、リターン用スプリング５は、直流モータ７により減
速機構６を介して出力軸４が回転駆動される際に巻き上
げられてエネルギーを蓄え、又はこの蓄えたエネルギー
により出力軸４を回転駆動する。

【００１０】図１は上記制御部８の構成を示す。制御部
８においては、正側電源端子１０がが直流電源の正側出
力端子に接続されて負側電源端子１１が直流電源の負側
出力端子に接続され、正側電源端子１０と直流モータ７
の正側電源端子との間にスイッチ１２とリミットスイッ
チ１３とが直列に接続される。このリミットスイッチ１
３は上記調整弁２の全開時に駆動されて開く調整弁全開
検出用リミットスイッチである。

【００１１】直流モータ７の負側電源端子は負側電源端
子１１に接続され、検出部１４は上記調整弁２を流れる
流体に関係した流量又は温度又は圧力などの物理量に応
じて（比例して）抵抗値が変化してその流体の温度又は
流量又は圧力などの物理量を検出する検出素子が用いら
れる。この検出素子１４は、一端が抵抗１５を介して正
側電源端子１０に接続されるとともにコンパレータ１６
の一方の入力端子に接続され、他端が負側電源端子１１
に接続される。

【００１２】設定部１７は調整弁２を流れる流体に関係
した流量又は温度又は圧力などの物理量を任意に設定す
る設定部であり、抵抗値を任意に設定することによりそ
の流体に関係した流量又は温度又は圧力などの物理量を
任意に設定する。設定部１７は、一端が抵抗１８を介し
て正側電源端子１０に接続されるとともにコンパレータ
１６の他方の入力端子に接続され、他端が負側電源端子
１１に接続される。また、スイッチ１９は、一端が抵抗
２０を介して検出素子１４及び抵抗１５の接続部に接続
され、他端がスイッチ１２及び直流モータ７の接続部に
接続される。さらに、整流素子としてのダイオード３０
及び可変抵抗３１の直列回路がスイッチ１９と並列に接
続される。なお、このダイオード３０及び可変抵抗３１
の直列回路は電流ｉ2がフォトトランジスタ１９の漏洩
電流程度に微小な電流であれば省略してもよい。

【００１３】スイッチ１２を駆動する駆動部２１の入力
側は正側電源端子１０に接続され、駆動部２１の出力側
はコンパレータ１６の出力端子に接続され、ダイオード
２２のカソードがコンパレータ１６の出力端子に接続さ
れる。ダイオード２２のアノードはｎｐｎ形トランジス
タ２３のベースに接続されるとともに抵抗２４を介して
正側電源端子１０に接続され、トランジスタ２３のエミ
ッタが負側電源端子１１に接続される。スイッチ１９を
駆動する駆動部２５の入力側は正側電源端子１０に接続
され、駆動部２５の出力側はトランジスタ２３のコレク
タに接続される。

【００１４】図３は本実施例の具体的回路構成を示す。
スイッチ１２は第１のフォトカプラのフォトトランジス
タからなるフォトセンサが用いられ、駆動部２１は第１
のフォトカプラの発光ダイオード２１ａと抵抗２１ｂの
直列回路からなる。スイッチ１９は第２のフォトカプラ
のフォトトランジスタからなるフォトセンサが用いら
れ、駆動部２５は第２のフォトカプラの発光ダイオード
２５ａと抵抗２５ｂの直列回路からなる。トランジスタ
２３のエミッタと負側電源端子１１との間にはダイオー
ド２６、２７が直列に挿入され、電源端子１０、１１に
はツェナーダイオード２８及び直流電源２９が並列に接
続される。

【００１５】コンパレータ１６は、ヒシテリシス特性を
有するものが用いられ、検出素子１４の検出値（電源端
子１０、１１間の電源電圧を抵抗１５と検出素子１４の
抵抗値とで分割した電圧）Ｖａが設定部１７の設定値
（電源端子１０、１１間の電源電圧を抵抗１８と設定部
１７の抵抗値とで分割した電圧）Ｖｂ以上になったとき
に出力信号が高レベル（以下Ｈという）に反転し、検出
素子１４の検出値Ｖａが設定部１７の設定値Ｖｂより低
い所定の電圧だけ小さい値以下になったときに出力信号
が低レベル（以下Ｌという）に反転する。

【００１６】また、リミットスイッチ１３は、ヒシテリ
シス特性を有するものが用いられ、調整弁２が全開にな
ったときにオフし、調整弁２が全開からそれより閉方向
に所定量移動したときにオンとなる。なお、このリミッ
トスイッチ１３のヒシテリシス特性は電子的手段で実現
してもよい。

【００１７】次に、この実施例の動作を説明する。設定
部１７は調整弁２を流れる流体に関係した流量又は温度
又は圧力などの物理量を任意に設定するための設定部で
あり、抵抗値が任意に設定される。検出素子１４は、調
整弁２を流れる流体に関係した流量又は温度又は圧力な
どの物理量に応じて（比例して）抵抗値が変化すること
により、調整弁２を流れる流体に関係した流量又は温度
又は圧力などの物理量を検出する。

【００１８】コンパレータ１６は検出素子１４の検出値
（電源端子１０、１１間の電源電圧を抵抗１５と検出素
子１４の抵抗値とで分割した電圧）Ｖａと設定部１７の
設定値（電源端子１０、１１間の電源電圧を抵抗１８と
設定部１７の抵抗値とで分割した電圧）Ｖｂとを比較
し、検出素子１４の検出値Ｖａが設定部１７の設定値Ｖ
ｂより大きくなければコンパレータ１６の出力信号がＬ
になる。

【００１９】コンパレータ１６の出力信号がＬになる
と、発光ダイオード２１ａが点灯し、この発光ダイオー
ド２１ａからの光によりフォトトランジスタ１２がオン
して直流電源からリミットスイッチ１３及びフォトトラ
ンジスタ１２を通して直流モータ７に電流ｉ₁が供給さ
れる。従って、直流モータ７は、減速機構６を介して出
力軸４を例えば正方向（調整弁２の開方向）に回転させ
る。

【００２０】出力軸４が正方向に回転すると、調整弁２
が開方向に駆動されるとともに、リターン用スプリング
５が巻き上げられてリターン用スプリング５にエネルギ
ーが蓄えられる。このとき、コンパレータ１６の出力信
号がＬになることにより、ダイオード２２のアノードが
Ｌになってトランジスタ２３がオフとなり、発光ダイオ
ード２５ａが消灯してフォトトランジスタ１９がオフす
る。

【００２１】設定部１７の設定値Ｖｂが十分に大きい
と、調整弁２が全開となってもコンパレータ１６の出力
信号はＬのままで電流ｉ₂が流れようとするが、調整弁
２の全開でリミットスイッチ１３がオフとなって直流モ
ータ７に過大回転方向の電流を供給しない。

【００２２】また、調整弁２が開方向途中で止まるよう
に設定部１７の設定値Ｖｂを設定しておくと、出力軸４
が開方向に回転していって検出素子１４の検出値Ｖａが
設定部１７の設定値Ｖｂ以上になれば、コンパレータ１
６の出力信号がＨになり、発光ダイオード２１ａが消灯
してフォトトランジスタ１２がオフになる。また、ダイ
オード２２のアノードがＨになってトランジスタ２３が
オンとなり、発光ダイオード２５ａが点灯してフォトト
ランジスタ１９が発光ダイオード２５ａからの光により
オンする。

【００２３】したがって、直流モータ７は、直流電源２
９から抵抗１５、２０、可変抵抗３１及びダイオード３
０を通して微小な駆動電流ｉ₂が供給されると同時に、
リターン用スプリング５から出力軸４、減速機構６を介
して加わる力により逆起電圧が発生して電流ｉ₃がフォ
トトランジスタ１９及び検出素子１４を通して流れる。
図４に示すように、直流電源２９の電圧をＥ₀、直流モ
ータ７に発生する逆起電圧をＥｓ、抵抗１５の抵抗値を
Ｓ、抵抗２０の抵抗値をＲ、検出素子１４の抵抗値を
Ｄ、直流モータ７の内部抵抗をＲｓとし、リミットスイ
ッチ１３及びフォトトランジスタ１２、１９、ダイオー
ド３０、可変抵抗３１の抵抗値を無視すれば、 Ｅ₀−ｉ₂（Ｓ＋Ｒ＋Ｒｓ）−Ｅｓ＝０ Ｅｓ−ｉ₃（Ｒｓ＋Ｒ＋Ｄ）＝０ となり、ｉ₂、ｉ₃は ｉ₂＝（Ｅ₀−Ｅｓ）／（Ｓ＋Ｒ＋Ｒｓ） ｉ₃＝Ｅｓ／（Ｒｓ＋Ｒ＋Ｄ） となる。ここで、検出素子１４の検出値Ｖａと設定部１
７の設定値Ｖｂとが等しいときにはｉ₂＝ｉ₃となるよう
に抵抗１５、２０の抵抗値Ｓ、Ｒが設定されている。し
たがって、検出素子１４の検出値Ｖａと設定部１７の設
定値Ｖｂとが等しくなったときには、ｉ₂＝ｉ₃となり、
直流モータ７の駆動電流ｉ₃による正方向回転力とリタ
ーン用スプリング５による逆方向回転力とがバランスし
て直流モータ７及び出力軸４が停止し、調整弁２の開度
がそのまま保持されて調整弁２を流れる流体に関係した
流量又は温度又は圧力などの物理量がそのまま保持され
る。

【００２４】ここに、リターン用スプリング５に蓄えら
れるエネルギーは調整弁２の開度により変化するが、検
出素子１４の検出値Ｖａも調整弁２の開度（調整弁２を
流れる流体に関係した流量又は温度又は圧力などの物理
量）により変化するから、検出素子１４の検出値Ｖａと
設定部１７の設定値Ｖｂとが等しくなったときには、常
にｉ₂≒ｉ₃となり、直流モータ７の駆動電流ｉ₃による
正方向回転力とリターン用スプリング５による逆方向回
転力とが略バランスして直流モータ７及び出力軸４が停
止し、調整弁２の開度がそのまま保持されて調整弁２を
流れる流体に関係した流量又は温度又は圧力などの物理
量がそのまま保持される。

【００２５】また、検出素子１４の検出値Ｖａが設定部
１７の設定値Ｖｂより大きくなったときには、ｉ₂＜ｉ₃
となり、直流モータ７の駆動電流ｉ₃による正方向回転
力よりもリターン用スプリング５による逆方向回転力が
大きくなって調整弁２がリターン用スプリング５により
出力軸４を介して閉方向に駆動される。上述の動作によ
り、調整弁２は検出素子１４の検出値Ｖａと設定部１７
の設定値Ｖｂとが等しくなるように開方向又は閉方向に
駆動され、調整弁２の開度が検出素子１４の検出値Ｖａ
と設定部１７の設定値Ｖｂとが等しくなるように調整さ
れる。

【００２６】このように、本実施例は、調整弁２を駆動
するモータ７と、このモータ７により前記調整弁２を開
方向に駆動する際に駆動されてエネルギーを蓄え該エネ
ルギーにより前記調整弁２を閉方向に駆動する弾性体と
してのリターン用スプリング５とを有する調整弁用電動
アクチュエータ１において、前記調整弁２を流れる流体
に関係する物理量を検出する検出部１４と、前記モータ
７と電源２９との間に設けられた第１のスイッチ１２
と、前記モータ７の電源端子間に前記検出部１４を介し
て接続され且つ前記電源２９に抵抗２０を介して接続さ
れた第２のスイッチ１９と、前記検出部１４の検出値と
設定値とを比較するコンパレータ１６と、このコンパレ
ータ１６の出力信号により前記検出部１４の検出値が前
記設定値より小さい（若しくは大きい）ときに前記第１
のスイッチ１２をオンさせて前記モータ７を前記調整弁
の開方向に回転させる第１の駆動手段としての駆動部２
１と、前記コンパレータ１６の出力信号により前記設定
値が前記検出部１４の検出値以上（若しくは検出値以
下）のときに前記第２のスイッチ１９をオンさせて前記
モータ７を前記電源２９に前記抵抗２０を介して接続す
ると共に前記モータ７の電源端子間に前記検出部１４を
接続する第２の駆動手段としての駆動部２５とを備えた
ので、構成が簡単で安価に実現できる。

【００２７】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、例えば冷媒の量を調整弁で調整して室温
を設定温度に制御するエアコン装置における上記調整弁
を開閉させる電動アクチュエータに適用することもでき
る。この場合、上記検出部は、上記室温に応じて抵抗値
が変化する温度検出素子が用いられ、この温度検出素子
は、上記調整弁を流れる流体に関係する物理量として、
上記調整弁を流れる冷媒の量で変化する室温を検出す
る。また、上記実施例において、スイッチ及びその駆動
手段はフォトカプラの代りに光を利用しない電子部品を
用いることも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上のように請求項１に係る発明によれ
ば、上記構成により、構成が簡単で安価に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における制御部の構成を示す
ブロック図である。

【図２】同実施例の概略を示す断面図である。

【図３】同実施例の具体的回路構成を示す回路図であ
る。

【図４】同実施例の一部の等価回路を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 調整弁用電動アクチュエータ ２ 調整弁 ５ リターン用スプリング ７ 直流モータ １２、１９ スイッチ １４ 検出部 １６ コンパレー ２０ 抵抗 ２１、２５ 駆動部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】調整弁を駆動するモータと、このモータに
   より前記調整弁を開方向に駆動する際に駆動されてエネ
   ルギーを蓄え該エネルギーにより前記調整弁を閉方向に
   駆動する弾性体とを有する調整弁用電動アクチュエータ
   において、前記調整弁を流れる流体に関係する物理量を
   検出する検出部と、前記モータと電源との間に設けられ
   た第１のスイッチと、前記モータの電源端子間に前記検
   出部を介して接続され且つ前記電源に抵抗を介して接続
   された第２のスイッチと、前記検出部の検出値と設定値
   とを比較するコンパレータと、このコンパレータの出力
   信号により前記検出部の検出値が前記設定値より小さい
   若しくは大きいときに前記第１のスイッチをオンさせて
   前記モータを前記調整弁の開方向に回転させる第１の駆
   動手段と、前記コンパレータの出力信号により前記設定
   値が前記検出部の検出値以上若しくは検出値以下のとき
   に前記第２のスイッチをオンさせて前記モータを前記電
   源に前記抵抗を介して接続すると共に前記モータの電源
   端子間に前記検出部を接続する第２の駆動手段とを備え
   たことを特徴とする調整弁用電動アクチュエータ。