JP2008151240A - 電動制御弁及び電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】弁内の異物噛み込みに対応する駆動制御回路をタイマとリレーによる簡易な構成で実現した電動制御弁及び電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】弁体の駆動規制により生じる過負荷を検出するマイクロスイッチ５と、弁本体の全閉状態を検出する全閉検出器２と、弁体の駆動方向を切り替えてから所定時間を計時するタイマ３と、弁体を駆動制御するにあたり、マイクロスイッチ５により過負荷が検出された際、全閉検出器２により全閉状態が検出されなかった場合、電動モータ１による弁体の駆動方向を切り替え、タイマ３により所定時間が計時されると元の駆動方向に復帰させるリレー４とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、流体制御を行う弁の弁開度を調節する電動制御弁及び電動アクチュエータに関するものである。

従来の電動制御弁による弁開度調整において、弁開度を絞る動作をする際に流体内に混入していた異物を弁内の流体通過部分で噛み込むと、ある開度より閉方向には弁開度を調節できなかったり、弁内の駆動部の動作が阻害されて駆動力が電動アクチュエータに過大な負荷として加わる場合がある。このような負荷が、電動アクチュエータ内の許容限界を超えると、内部構成が損傷する可能性がある。

このような不具合を解消する技術として、例えば特許文献１に開示されるものがある。特許文献１では、弁開度を絞る動作をする際に、全閉が検出されず、かつ異物噛み込みが検出されると、弁開度を開く方向に動作させ、所定時間後に弁開度を絞る動作に復帰させる制御が行われる。これにより、弁を一旦開動作させることで、弁内に噛み込んだ異物を自動的に排除することができる。

図３は、特許文献１に開示される従来の電動弁の駆動制御回路を示す図である。図３に示すように、特許文献１による駆動制御回路は、電動弁１０１を開閉操作する電動モータである駆動装置１００を、全閉検出器１０２、トルク検出スイッチ１０３、論理回路１０４、論理回路１０５、論理回路１０６、タイマＴ１、タイマＴ２、タイマＴ３からなる回路で制御する。

全閉検出器１０２は、電動弁１０１の全閉を検出する。トルク検出スイッチ１０３は、駆動装置１００の過トルクを検出するもので、例えばトルクリミットスイッチを用いる。なお、トルクリミットスイッチによる検出原理としては、電動弁１０１に連結される出力軸にかかる過大負荷をウォーム軸の変位により検出する。

次に動作について説明する。
電動弁１０１の弁開度を絞る動作時に弁内の流体通過部分で異物を噛み込むと、トルク検出スイッチ１０３が、この異物噛み込みによる負荷トルクを検出し、ハイレベルの信号を論理回路１０４に出力する。このとき、全閉検出器１０２が、電動弁１０１の全閉を検出しなかった場合、その旨を示す信号を論理回路１０４，１０５に出力する。

ここでは、全閉が検出できなかった場合、ローレベルの信号が、全閉検出器１０２から論理回路１０４の反転端子に出力されるものとする。これにより、論理回路１０４のアンド条件が成立してその出力はハイレベルとなる。

論理回路１０４からハイレベルの信号を入力すると、タイマＴ１は、所定時間（異物噛み込みを確認できる時間）の経過後、ハイレベルの信号をタイマＴ２及び論理回路１０６に出力する。タイマＴ２は、タイマＴ１の出力がハイレベルになると所定時間（流体が異物を押し流すに必要な時間）の間、ローレベルの信号を論理回路１０５，１０６に出力する。

このため、論理回路１０５には、タイマＴ２からのローレベルの信号と、反転端子に全閉検出器１０２からのローレベルの信号とが入力して、ローレベルの信号をタイマＴ３に出力する。タイマＴ３は、自己に設定された所定時間（異物噛みこみを確認できる時間）の間、ローレベルの信号を論理回路１０６の反転端子及び駆動装置１００に出力する。

論理回路１０６には、タイマＴ１からのハイレベルの信号が入力し、反転端子にタイマＴ２からのローレベルの信号が入力し、もう一つの反転端子にタイマＴ３からのローレベルの信号が入力されることで、アンド条件が成立してハイレベルの信号（電動弁１０１への開指令信号が活性化）となり、駆動装置１００が電動弁１０１の弁開度を開く方向に動作する。これにより、電動弁１０１内に噛み込まれた異物が、電動弁１０１内の流体の圧力により自動的に排除される。

この後、タイマＴ２は、所定時間（流体が異物を押し流すに必要な時間）が経過すると、その出力をハイレベルの信号に切り替える。これにより、論理回路１０６におけるアンド条件が成立しなくなり、論理回路１０５におけるアンド条件が成立して論理回路１０５及びタイマＴ３の出力が共にハイレベルとなる。タイマＴ３からのハイレベルの信号は、駆動装置１００に閉指令信号として供給され、駆動装置１００は電動弁１０１を閉動作させる。

特開平５−１０６７５４号

特許文献１に開示される従来の駆動制御回路は、弁内の異物噛み込みに対する対策として有効であるが、回路構成として３個のタイマ回路と３個の論理回路が必要であり、部品点数が多く複雑な回路となる上、コスト高であるという課題があった。

また、特許文献１では、トルク検出スイッチとして、ウォーム歯車に過負荷がかかるとモータ軸方向にシフトすることでトルクリミットスイッチをオンさせる機構を開示している。しかしながら、このようにウォーム歯車を利用する機構では、伝達効率が悪く、回転速度が制限されるため、利用範囲が狭いという不具合もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、弁内の異物噛み込みに対応する駆動制御回路をタイマとリレーによる簡易な構成で実現した電動制御弁及び電動アクチュエータを得ることを目的とする。

この発明に係る電動制御弁は、弁体の駆動規制により生じる過負荷を検出する過負荷検出手段と、弁本体の全閉状態を検出する全閉検出器と、電動アクチュエータが弁体の駆動方向を切り替えてから所定時間を計時するタイマと、電動アクチュエータが弁体を駆動制御するにあたり、過負荷検出手段により過負荷が検出された際、全閉検出器により全閉状態が検出されなかった場合、電動アクチュエータによる弁体の駆動方向を切り替え、タイマにより所定時間が計時されると元の駆動方向に復帰させるリレーとを備えるものである。

この発明に係る電動アクチュエータは、弁体の駆動規制により生じる過負荷を検出する過負荷検出手段と、弁本体の全閉状態を検出する全閉検出器と、弁体の駆動方向を切り替えてから所定時間を計時するタイマと、弁体を駆動制御するにあたり、過負荷検出手段により過負荷が検出された際、全閉検出器により全閉状態が検出されなかった場合、電動モータによる弁体の駆動方向を切り替え、タイマにより所定時間が計時されると元の駆動方向に復帰させるリレーとを備えるものである。

この発明によれば、弁体の駆動規制により生じる過負荷を検出する過負荷検出手段と、弁本体の全閉状態を検出する全閉検出器と、弁体の駆動方向を切り替えてから所定時間を計時するタイマと、弁体を駆動制御するにあたり、過負荷検出手段により過負荷が検出された際、全閉検出器により全閉状態が検出されなかった場合、電動モータによる弁体の駆動方向を切り替え、タイマにより所定時間が計時されると元の駆動方向に復帰させるリレーとを備えるので、弁内の異物噛み込みに対して、タイマとリレーによる簡易な構成の駆動制御回路で対応することができ、複数のタイマ及び複数の論理回路を用いて回路構成する場合と比較して部品点数の増加が抑えられ、安価に構成することができるという効果がある。

実施の形態１．
実施の形態１による電動制御弁は、不図示の弁を開閉操作する電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの出力軸に弁軸が連結された弁本体とを備え、電動アクチュエータに内蔵された電動モータの駆動トルクで出力軸を回転制御することにより、弁軸を介して駆動力が伝達されて弁本体内の弁体が流体通過部を開閉し流体の制御が行われる。

また、実施の形態１による電動制御弁では、例えば弁体の全開状態から全閉状態までの駆動に必要な通電時間に基づいて弁開度に応じた通電時間が予め設定されており、この通電時間に比例して電動アクチュエータに内蔵された電動モータ１を動作させることにより弁開度を調節する（フローティングタイプ）。

図１は、この発明の実施の形態１による電動制御弁の駆動制御回路を示す図である。実施の形態１による電動制御弁では、不図示の電動アクチュエータに内蔵された電動モータ１を、全閉検出器２、タイマ３、リレー４、マイクロスイッチ（過負荷検出手段）５，６、端子７ａ〜７ｃからなる回路構成で駆動制御する。ここで、電動モータ１としては、コンデンサで駆動電流の位相をずらして回転軸を正逆方向に回転させるシンクロナスモータを用いる。このシンクロナスモータは、安価で、単純な駆動回路により駆動制御が可能である。

電動モータ１の回転数は、開閉各方向で若干異なる場合がある。特に、電動モータ１としてシンクロナスモータを用いる場合、駆動制御により予め設定された通電時間に応じた開度と実際の弁開度との間でずれが発生することがある。そこで、一定期間（例えば、１日ごと）にリセット動作を行う。

リセット動作としては、例えば全閉方向への動作時間を若干長めに通電して全閉位置を認識し、全開状態から全閉状態までの駆動に要するストローク時間（通電時間）に基づいて弁の中間開度に応じた通電時間を算出し、弁開度と通電時間との関係を補正する。

全閉検出器２は、電動アクチュエータにより弁開度を制御する弁本体の全閉を検出する構成である。例えば、弁体の全閉状態における位置でマイクロスイッチをオンまたはオフに切り替わる機構が考えられるが、光学式、磁気式、機械式の既存の技術を用いて全閉を検出できるものであればよい。図１では、全閉検出器２が、弁体が全閉位置になったことを検出することにより、端子Ｃ（コモン）の接続先が端子ＮＣ（ノーマルクローズ）から端子ＮＯ（ノーマルオープン）に切り替わる。

タイマ３は、一定時間（流体が異物を押し流すに必要な時間）が設定されており、全閉検出器２を介して通電されると前記一定時間が経過するまでリレー４への通電を行う。リレー４は、タイマ３から通電されると内部の電磁コイルの磁力によりＮＯ側を接続し、ＮＣ側を開状態とする。

過負荷検出手段となるマイクロスイッチ５は、弁の閉方向の動作において発生した中間開度での過負荷を検出する。例えば、閉方向の駆動位置にマイクロスイッチを配置し、閉方向の動作において過負荷が発生すると当該マイクロスイッチを機械的に押下する機構が考えられるが、光学式、磁気式、機械式の既存の技術を用いて閉方向の動作において発生した過負荷の検出に応じて電気的に動作できるものであればよい。

図１の例では、弁の閉方向の動作において負荷トルクが検出されなければ、端子Ｃと端子ＮＣが接続され、過負荷の検出によりマイクロスイッチ５が押下されると、端子Ｃの接続先が端子ＮＯに切り替わる。

マイクロスイッチ６は、弁の開方向の動作において発生した中間開度での負荷トルクを検出するためのものである。具体的には、開方向の動作において全開位置になったときに当該マイクロスイッチを機械的にオンまたはオフに切り替える機構であるが、光学式、磁気式、機械式の既存の技術を用いて弁体が全開位置になったときに電気的に動作できる構成に置換してもよい。

図１の例では、弁の開方向の動作において弁体が全開位置になったことが検出されなければ、端子Ｃと端子ＮＣが接続される一方、弁体が全開位置になったことの検出によりマイクロスイッチ６が押下されると、端子Ｃの接続先が端子ＮＯに切り替わる。

次に動作について説明する。
（１）閉方向の動作
弁開度を閉方向に動作させる場合、端子７ｃと端子７ａに通電する。端子７ｃは電源のコモン端子であり、そのまま電動モータ１に通電され、端子７ａ側では、端子Ｃと端子ＮＣが接続された状態のマイクロスイッチ５及びＮＣが接続されたリレー４を介して電動モータ１に通電される。これにより、電動モータ１の回転軸が、閉方向に対応する向きに回転し、不図示の出力軸及び弁軸が回転して弁本体内の弁体が流体通過部を閉める方向に移動する。

（２）開方向の動作
弁開度を開方向に動作させる場合、端子７ｃと端子７ｂに通電する。端子７ｃは電源のコモン端子であり、そのまま電動モータ１に通電され、端子７ｂ側では、端子Ｃと端子ＮＣが接続された状態のマイクロスイッチ６を介して電動モータ１に通電される。これにより、電動モータ１の回転軸が、開方向に対応する向きに回転し、不図示の出力軸及び弁軸が回転して弁本体内の弁体が流体通過部を開ける方向に移動する。

（３）閉方向動作において異物を噛み込んだ場合
閉方向の動作において、流体に混入した異物を弁体と流体通過部との間に噛み込むと、弁体の移動が規制され、これに伴って弁軸及び出力軸の回転が規制されて負荷が増加し、過負荷となる。マイクロスイッチ５は、この過負荷を検出すると、端子Ｃの接続先を端子ＮＯに切り替える。このとき、全閉検出器２は、異物噛み込みにより弁体の移動が阻害されて全閉を検出していない。つまり、全閉検出器２では、端子Ｃが端子ＮＣに接続している。

異物噛み込みにより上述のような接続関係になると、タイマ３は、全閉検出器２を介して通電されとリレー４側に接続して、一定時間（流体が異物を押し流すに必要な時間）が経過するまで、リレー４への通電が行なわれる。リレー４では、タイマ３を介して通電されると内部の電磁コイルの磁力によりＮＯ側を接続し、ＮＣ側を開状態とする。これにより、端子７ａを介した電動モータ１までの通電経路が開方向に切り替わり、電動モータ１の回転軸が、開方向に対応する向きに回転して弁本体内の弁体が流体通過部を開ける方向に移動する。

タイマ３は、一定時間（流体が異物を押し流すに必要な時間）が経過すると、リレー４側との接続を遮断する。リレー４は、タイマ３を介して通電されなくなると、ＮＣ側を接続してＮＯ側を開状態とする。また、マイクロスイッチ５では、開方向への動作により過負荷が検出されなくなり（オフ状態）、端子Ｃの接続先が端子ＮＣに切り替わる。これにより、電動モータ１の回転軸が閉方向に対応する向きに回転して弁開度を絞る動作に復帰する。このように、弁本体内で異物が噛み込まれたことを過負荷の発生で検出し、異物を開放する程度まで一旦逆動作することで流体力により異物が外れる。

上述したように、本発明では、特許文献１に開示される発明と異なり、全閉検出器２、タイマ３、リレー４、マイクロスイッチ５，６からなる簡易な回路で弁内の異物噛み込みに対応することができる。

図２は、駆動回路の他の構成例を示す図であり、図１の構成と同一若しくはこれに相当する構成要素については同一符号を付して重複説明を省略する。図２の構成では、図１に示すマイクロスイッチ６の代わりに、全開検出器８が、端子７ｂから電動モータ１までの経路に設けられる。全開検出器８は、電動アクチュエータにより弁開度を制御する弁本体の全開を検出する構成であり、光学式、磁気式、機械式の既存の技術を用いて全開を検出できるものであればよい。図２では、全開検出器８が、弁体が全開位置になったことを検出することにより、端子Ｃの接続先が端子ＮＣから端子ＮＯに切り替わる。

次に動作について説明する。
（１）閉方向の動作
弁開度を閉方向に動作させる場合、端子７ｃと端子７ａに通電する。端子７ｃは電源のコモン端子であり、そのまま電動モータ１に通電され、端子７ａ側では、端子Ｃと端子ＮＣが接続された状態のマイクロスイッチ５、全閉を検出しておらず端子Ｃと端子ＮＣが接続する全閉検出器２、及びＮＣが接続されたリレー４を介して電動モータ１に通電される。これにより、電動モータ１の回転軸が、閉方向に対応する向きに回転し、不図示の出力軸及び弁軸が回転して弁本体内の弁体が流体通過部を閉める方向に移動する。

（２）開方向の動作
弁開度を開方向に動作させる場合、端子７ｃと端子７ｂに通電する。端子７ｃは電源のコモン端子であり、そのまま電動モータ１に通電され、端子７ｂ側では、端子Ｃと端子ＮＣが接続された状態の全開検出器８を介して電動モータ１に通電される。これにより、電動モータ１の回転軸が、開方向に対応する向きに回転し、不図示の出力軸及び弁軸が回転して弁本体内の弁体が流体通過部を開ける方向に移動する。

（３）異物を噛み込んだ場合
閉方向の動作において、流体に混入した異物を弁体と流体通過部との間に噛み込むと、弁体の移動が規制され、これに伴って弁軸及び出力軸の回転が規制されて負荷が増加し、過負荷となる。マイクロスイッチ５は、この負荷トルクを検出すると、端子Ｃの接続先を端子ＮＯに切り替える。このとき、全閉検出器２は、異物噛み込みにより弁体の移動が阻害されて全閉を検出しておらず、端子Ｃが端子ＮＣに接続している。

異物噛み込みにより上述のような接続関係になると、タイマ３は、全閉検出器２を介して通電され、リレー４側に接続して、一定時間（流体が異物を押し流すに必要な時間）が経過するまで、リレー４への通電が行なわれる。リレー４では、タイマ３を介して通電されると内部の電磁コイルの磁力によりＮＯ側を接続しＮＣ側を開状態とする。このとき、全開検出器８は、全開を検出しておらず端子Ｃと端子ＮＣが接続している。これにより、端子７ａを介した電動モータ１までの通電経路が開方向に切り替わり、電動モータ１の回転軸が、開方向に対応する向きに回転して弁本体内の弁体が流体通過部を開ける方向に移動する。

タイマ３は、一定時間（流体が異物を押し流すに必要な時間）が経過すると、リレー４側との接続を遮断する。リレー４は、タイマ３を介して通電されなくなると、ＮＣ側を接続してＮＯ側を開状態とする。また、マイクロスイッチ５では、開方向への動作により過負荷が検出されなくなり（オフ状態）、端子Ｃの接続先が端子ＮＣに切り替わる。これにより、電動モータ１の回転軸が閉方向に対応する向きに回転して弁開度を絞る動作に復帰する。

図２に示す構成であっても、全閉検出器２、全開検出器８、タイマ３、リレー４、マイクロスイッチ５からなる簡易な回路で弁内の異物噛み込みに対応することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、弁体の駆動規制により生じる過負荷を検出するマイクロスイッチ５と、弁本体の全閉状態を検出する全閉検出器２と、弁体の駆動方向を切り替えてから所定時間を計時するタイマ３と、弁体を駆動制御するにあたり、マイクロスイッチ５により過負荷が検出された際、全閉検出器２により全閉状態が検出されなかった場合、電動モータ１による弁体の駆動方向を切り替え、タイマ３により所定時間が計時されると元の駆動方向に復帰させるリレー４とを備えるので、弁内の異物噛み込みに対して、タイマとリレーによる簡易な構成の駆動制御回路で対応することができ、複数のタイマ及び複数の論理回路を用いて回路構成する場合と比較して部品点数の増加が抑えられ、安価に構成することができる。

この発明の実施の形態１による駆動制御回路を示す図である。 駆動回路の他の構成例を示す図である。 従来の電動弁の駆動制御回路を示す図である。

符号の説明

１ 電動モータ
２ 全閉検出器
３ タイマ
４ リレー
５ マイクロスイッチ（過トルク検出手段）
６ マイクロスイッチ
７ａ〜７ｃ 端子
８ 全開検出器
１００ 駆動装置
１０１ 電動弁
１０２ 全閉検出器
１０３ トルク検出スイッチ
１０４〜１０６ 論理回路

Claims (2)

1. 弁体の駆動により弁開度が制御される弁本体と、前記弁体を駆動制御して前記弁本体の弁開度を調節する電動アクチュエータとを備えた電動制御弁において、
   前記弁体の駆動規制により生じる過負荷を検出する過負荷検出手段と、
   前記弁本体の全閉状態を検出する全閉検出器と、
   前記電動アクチュエータが前記弁体の駆動方向を切り替えてから所定時間を計時するタイマと、
   前記電動アクチュエータが前記弁体を駆動制御するにあたり、前記過負荷検出手段により過負荷が検出された際、前記全閉検出器により全閉状態が検出されなかった場合、前記電動アクチュエータによる前記弁体の駆動方向を切り替え、前記タイマにより前記所定時間が計時されると元の駆動方向に復帰させるリレーとを備えたことを特徴とする電動制御弁。
2. 弁体の駆動により弁開度が制御される弁本体に対し、電動モータの駆動トルクによって前記弁体を駆動させて弁開度を調節する電動アクチュエータにおいて、
   前記弁体の駆動規制により生じる過負荷を検出する過負荷検出手段と、
   前記弁本体の全閉状態を検出する全閉検出器と、
   前記弁体の駆動方向を切り替えてから所定時間を計時するタイマと、
   前記弁体を駆動制御するにあたり、前記過負荷検出手段により過負荷が検出された際、前記全閉検出器により全閉状態が検出されなかった場合、前記電動モータによる前記弁体の駆動方向を切り替え、前記タイマにより前記所定時間が計時されると元の駆動方向に復帰させるリレーとを備えたことを特徴とする電動アクチュエータ。

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