CN102192355B

CN102192355B - 电动执行器

Info

Publication number: CN102192355B
Application number: CN 201010599966
Authority: CN
Inventors: 猿渡亮; 成田浩昭
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: JP2011188574A; JP5432775B2; CN102192355A; KR20110101035A; KR101150670B1

Abstract

本发明提供电动执行器，使同样结构的电动执行器除既能作为通常的电动执行器使用还能作为具有紧急截断功能的电动执行器使用。在电动执行器(100)中设置有中继连接器(10)，在连接有停电时电源模块(300)的情况下，将电机驱动电路(4)生成的第一驱动电力(M1)向停电时电源模块(300)中继。停电时电源模块(300)设置有电机电源切换电路(19)，在交流电流AC未停电时选择从电动执行器送来的第一驱动输出(M1)(由交流电源AC生成的驱动输出)，在交流电源AC停电时选择电机驱动电路(18)生成的第二驱动输出(M2)(由停电时电源EC生成的驱动输出)，通过中继连接器(10)送至电动执行器的AC电机(5)。

Description

电动执行器

技术领域

本发明涉及通过调整阀、风门(damper)等控制对象的开度来进行流量控制的电动执行器。

背景技术

一直以来，在空调设备中，以设置于其冷温水配管的阀、对通过管道内而供给空调区域的调节空气的风量进行加减控制的风门等作为控制对象，为了对该控制对象的开度进行调整而使用电动执行器。

这种通常的电动执行器，作为动作电源而供给交流电源，因此在电动执行器的内部具有交流电机作为驱动电机，根据来自空调用控制器的控制指令，进行使控制对象的实际开度与设定开度一致的控制动作。在这样的以交流电源进行动作的电动执行器中，如果供给的交流电源发生停电，则被控制开度的控制对象保持停电前的动作开度，而不能够进行适当的开度控制。

于是，存在下述类型的电动执行器的提案：在供给电动执行器的交流电源停电时，强制进行规定开度(例如全闭)的动作，在交流电源再次回到通电状态之前，维持该规定开度。以下，称该类型的电动执行器为带紧急截断功能的电动执行器。

现在，作为带紧急截断功能的电动执行器具体提出有两种类型的方案，一类是弹簧复位型，另一类被称为二次电源驱动型。

(弹簧复位型电动执行器)

弹簧复位型电动执行器，搭载有复位弹簧，其对电动执行器的驱动轴施加维持全闭状态的力，在供给交流电源的情况下，使驱动电机抵抗该复位弹簧所施加的力而驱动，以调整控制对象的开度，在发生停电的情况下，利用复位弹簧所施加的力强制性地使控制对象的开度成为规定开度(例如参照专利文献1)。

(二次电源驱动型电动执行器)

另一方面，二次电源驱动型电动执行器，使电动执行器的驱动电源为直流电机，并且另外搭载有由二次电池、双电层电容器等构成的二次电源(直流电源)，在被供给交流电源时，将该交流电源变换为直流，驱动直流电机以调整控制对象的开度，在发生停电的情况下，以二次电源作为动作电源，利用二次电源(直流电源)驱动直流电机，强制性地使控制对象的开度成为规定开度(例如参照专利文献2)。

对这样的两类带紧急截断功能的电动执行器进行比较，弹簧复位型电动执行器中，复位弹簧所施加的力作为对于通常时期的电机驱动的阻力进行动作，因此为了抵抗该阻力，作为驱动电机必须使用转矩大的电机，存在导致电动执行器的大型化、重量大、成本增加的问题。

与此相对，二次电源驱动型电动执行器不具有弹簧复位型电动执行器的问题，而且，近年来作为二次电源的二次电池、双电层电容器的容量也得到改善，变得越为有利。

专利文献1：日本特开2002-174269号公报

专利文献2：日本特开2008-89109号公报

但是，在现有的电动执行器中，具有紧急截断功能的电动执行器和不具有紧急截断功能的电动执行器(通常的电动执行器)的构造大为不同，因此，制造商需要制造两种电动执行器。

此外，使用通常的电动执行器的用户之后希望该电动执行器具有紧急截断功能时，不得不大幅改造已有的电动执行器，或者另外购入带紧急截断功能的电动执行器以替换已有的电动执行器，耗费成本以及改造、替换的工时。

例如，在将通常的电动执行器改造为二次电源驱动型的电动执行器时，因为通常的电动执行器的驱动电机使用交流电机，所以需要进行该交流电机向直流电机的替换、控制基板的变更、具有紧急截断功能的模块的添加。此外，替换下来的部件需要报废。这样，在将通常的电动执行器改造为二次电源驱动型的电动执行器时，改造所需的成本和工时过大。

发明内容

本发明正是为了解决该课题而提出，其目的在于提供一种为相同结构，并且作为通常的电动执行器和具有紧急截断功能的电动执行器均能够使用的电动执行器。

为了达成这样的目的，本发明提供一种电动执行器，其包括：交流电机；实际开度检测单元，其检测由该交流电机驱动的控制对象的实际开度；控制单元，其生成使由该实际开度检测单元检测出的实际开度与设定开度一致的控制输出；第一驱动输出生成单元，其接受该控制单元生成的控制输出，并生成第一驱动输出作为向交流电机输出的驱动输出；交流电源的输入部，其为该第一驱动输出生成单元生成的第一驱动输出的能源，该电动执行器能够经由线缆可装卸地连接停电时电源模块，该停电时电源模块具有生成使上述控制对象达到规定开度的驱动输出来作为第二驱动输出的功能，和检测向上述输入部供电的交流电源停电的功能，在该电动执行器中设置有中继单元，在该电动执行器上没有连接停电时电源模块时，该中继单元将第一驱动输出向交流电机中继，在连接有停电时电源模块时，该中继单元将第一驱动输出向停电时电源模块中继，并且在该停电时电源模块中以在交流电源非停电时选择的第一驱动输出和交流电源停电时选择的第二驱动输出作为驱动输出，将该选择的驱动输出向交流电机中继。

在本发明的电动执行器中，在没有连接停电时电源模块时，在电动执行器内生成的第一驱动输出向交流电机中继，进行使控制对象的实际开度与设定开度一致的控制。由此，在没有连接停电时电源模块时，本发明的电动执行器作为通常的电动执行器工作。

在本发明的电动执行器中，在连接有停电时电源模块时，在电动执行器内生成的第一驱动输出被送向停电时电源模块。此时，停电时电源模块，在交流电源没有发生停电时，将第一驱动输出(在电动执行器内生成的驱动输出)选择为驱动输出，在交流电源发生停电时，将第二驱动输出(在停电时电源模块内生成的驱动输出)选择为驱动输出。该选择的驱动输出向电动执行器的交流电机中继。

通过该中继，本发明的电动执行器，在送来第一驱动输出时(交流电源非停电时)，进行使控制对象的实际开度与设定开度一致的控制。在送来第二驱动输出时(交流电源停电时)，进行使控制对象的实际开度达到规定开度(例如全闭)的控制。由此，在连接有停电时电源模块时，本发明的电动执行器作为具有紧急截断功能的电动执行器工作。

根据本发明的电动执行器，在没有连接停电时电源模块时作为通常的电动执行器工作，在连接有停电时电源模块时作为具有紧急截断功能的电动执行器工作，通过是否连接停电时电源模块，能够将相同结构的电动执行器作为通常的电动执行器和具有紧急截断功能的电动执行器使用。

附图说明

图1是表示本发明的电动执行器的一个实施方式(实施方式1)的主要部分的框图；

图2是该电动执行器的外观图；

图3是表示在该电动执行器上连接有停电时电源模块的状态的图；

图4是在该电动执行器上连接有停电时电源模块时的主要部分的框图；

图5是表示停电时电源模块的内部的构造的图；以及

图6是表示从电动执行器向停电时电源模块发送实际开度检测信号的例子(实施方式2)的图。

附图符号说明

1......端子台；2......电源电路；3......控制基板；4......电机驱动电路；5......交流电机(AC电机)；6......齿轮系；7......输出轴；8......电位计；9......限位开关；10、11......中继连接器；10A、11A......公侧连接器；10B、10B’、11B、11B’......母侧连接器、L1、L2、L3......连接器通路；J......跳线；12......供电线；13......信号线；14......线缆；15......端子台；16......停电检测电路；17......停电时电源部；17-1......AC/DC电源变换部；17-2......充电电路；17-3......电容器(双电层电容器、锂离子电容器)；17-4......直流电源电压调整部；18......电机驱动电路；19......电机电源切换电路；20......限位位置判定电路；100......电动执行器；200......阀；300......停电时电源模块。

具体实施方式

以下基于附图详细说明本发明的电动执行器的实施方式。

(实施方式1)

(作为通常的电动执行器使用的情况)

图1是表示本发明的电动执行器的一个实施方式(实施方式1)的主要部分的框图。在该图中，100是本发明的电动执行器，200是利用该电动执行器100控制开度的阀(控制对象)。

电动执行器100包括：端子台1；电源电路2；控制基板3；电机驱动电路4；交流电机(AC电机)5；传递AC电机5的驱动力的齿轮系6；作为该齿轮系6的输出端，调整阀200的开度的输出轴7；将该输出轴7的旋转角度位置作为阀200的实际开度θpv检测出来的电位计8；将输出轴7达到规定旋转角度位置作为阀200达到规定开度(在该例中为阀达到全闭位置)检测出来的限位开关9；中继连接器10和11。

在该电动执行器100中，对端子台1输入作为来自外部的动作电源的交流电源AC，该交流电源AC在电源电路2中为所需的内部电源，并且施加于控制基板3。此外，对端子台1输入作为来自空调用控制器(未图示)的控制指令的设定开度θsp，该输入的设定开度θsp作为设定开度信号S1发送至控制基板3。此外，来自电位计8的阀200的实际开度θpv作为实际开度检测信号S2被施加于控制基板3，来自限位开关9的表示阀200达到规定开度的信号作为规定开度达到信号S3被施加于控制基板3。

控制基板3接收来自空调用控制器的设定开度信号S1和来自电位计8的实际开度检测信号S2，生成使阀200的实际开度θpv与设定开度θsp一致的控制输出S4，将该生成的控制输出S4发送至电机驱动电路4。电机驱动电路4接收来自控制基板3的控制输出S4，生成向AC电机5的驱动输出M1(第一驱动输出)。

中继连接器10设置在电机驱动电路4与AC电机5之间，将来自电机驱动电路4的第一驱动输出M1向AC电机5中继。在该例中，中继连接器10为公侧连接器10A和母侧连接器10B的分割构造，在母侧连接器10B中以跳线J连接其连接器通路L1、L2之间，由此将来自电机驱动电路4的第一驱动输出M1通过中继连接器10发送至AC电机5。

中继连接器11为公侧连接器11A和母侧连接器11B的分割构造，通过仅使母侧连接器11B与公侧连接器11A耦合，使来自限位开关9的规定开度达到信号S3在该连接器通路L3中成为终端。

图2表示该电动执行器100的外观图。在该图中，12是将交流电源AC引入电动执行器100的内部的供电线，13是将设定开度θsp引入电动执行器100的内部的信号线。

在该电动执行器100中，电机驱动电路4生成的第一驱动输出M1通过中继连接器10(连接器通路L1、L2)向AC电机5发送，由此进行使阀200的实际开度θpv与设定开度θsp一致的控制。由此，该电动执行器100作为通常的电动执行器起作用。

(作为具有紧急截断功能的电动执行器使用的情况)

在将该电动执行器100作为具有紧急截断功能的电动执行器使用时，如图3所示，在电动执行器100与供电线12之间经由线缆14连接停电时电源模块300。

即，从电动执行器100卸下供电线12，将该供电线12与停电时电源模块300的输入侧连接，并且在停电时电源模块300的输出侧与电动执行器100的输入侧之间以线缆14连接。

图4表示在电动执行器100上连接有停电时电源模块300的情况下的主要部分的框图。停电时电源模块300包括端子台15、停电检测电路16、停电时电源部17、电机驱动电路18、电机电源切换电路19。

在将该停电时电源模块300连接于电动执行器100时，在电动执行器100中，卸下中继连接器10的母侧连接器10B(图1)，使从停电时电源模块300的电机电源切换电路19导出的母侧连接器10B’与公侧连接器10A耦合。

此外，卸下中继连接器11的母侧连接器11B(图1)，使从停电时电源模块300的电机驱动电路18导出的母侧连接器11B’与公侧连接器11A耦合。

此外，在停电时电源模块300中，使供电线12与端子台15连接，将通过该端子台15中继的交流电源AC通过停电时电源模块300的内部发送至电动执行器100的端子台1。

此时，连接停电时电源模块300和电动执行器100的线缆14包括：来自电机电源切换电路19的母侧连接器10B’的导出线；来自电机驱动电路18的母侧连接器11B’的导出线；由端子台15中继的交流电源AC的中继线。

另外，在该例中，在向电动执行器100连接停电时电源模块300时，卸下母侧连接器10B和母侧连接器11B，但是也可以利用母侧连接器10B、母侧连接器11B得到同样的连线。

在停电时电源模块300中，停电检测电路16监视由端子台15中继的交流电源AC，输出通知在输向电动执行器100的交流电源AC是否发生停电的停电检测有无信号S5。

停电时电源部17包括：AC/DC电源变换部17-1，其将端子台15中继的交流电源AC作为分支输入，将该分支输入变换为直流电源；充电电路17-2，接受由AC/DC电源变换部17-1变换后的直流电源并动作；电容器(双电层电容器、锂离子电容器)17-3，其被该充电电路17-2充电；以及直流电源电压调整部17-4，其生成利用积蓄于电容器17-3的电荷进行电压调整(升压、降压、保持原样)的直流电源，并作为停电时电源EC输出。

电机驱动电路18以从停电时电源部17输出的停电时电源EC作为能源，基于通过电动执行器100中的中继连接器11(连接器通路L3)送来的规定开度达到信号S3，生成向AC电机5输出的驱动输出M2(第二驱动输出)。此时，电机驱动电路18将来自停电时电源部17的停电时电源(电压调整后的直流电源)EC作为交流化的输出，生成第二驱动输出M2直至确认产生规定开度达到信号S3。

对电机电源切换电路19而言，输入通过中继连接器10(连接器通路L1)送来的电动执行器100内的电机驱动电路4生成的第一驱动输出M1、停电时电源模块300内的电机驱动电路18生成的第二驱动输出M2，并基于来自停电检测电路16的停电检测有无信号S5，在停电检测电路16没有检测出交流电源AC停电的情况下，选择第一驱动输出M1作为向AC电机5输出的驱动输出，在停电检测电路16检测出交流电源AC停电的情况下，选择第二驱动输出M2作为向AC电机5输出的驱动输出。该选择后的来自电机电源切换电路19的驱动输出，通过中继连接器10(连接器通路L2)向电动执行器100内的AC电机5发送。

图5表示停电时电源模块300的内部的构造。图5(b)是打开停电时电源模块300的盖观察内部的图，图5(a)是从A方向观察图5(b)的端子台15侧的图，图5(c)是从B方向观察图5(b)中的电容器17-3侧的图。在停电时电源模块300的内部，为了确保大容量的停电时电源EC，设置有多个电容器(双电层电容器、锂离子电容器)17-3。

(没有发生停电的情况)

停电时电源模块300中的电机电源切换电路19，在向电动执行器100的交流电源AC没有发生停电的情况下，基于来自停电检测电路16的停电检测有无信号S5，将从电动执行器100通过中继连接器10(连接器通路L1)送来的驱动输出M1(电机驱动电路4生成的第一驱动输出M1)选择为向AC电机5的驱动输出。

该选择的来自电机电源切换电路19的第一驱动输出M1通过中继连接器10(连接器通路L2)，向电动执行器100内的AC电机5发送。由此，在向电动执行器100的交流电源AC没有发生停电的情况下，利用以交流电源AC作为能源生成的第一驱动输出M1，进行使阀200的实际开度θpv与设定开度θsp一致的控制。

(发生停电的情况)

停电时电源模块300中的电机电源切换电路19，在向电动执行器100的交流电源AC发生停电的情况下，基于来自停电检测电路16的停电检测有无信号S5，将在停电时电源模块300内生成的驱动输出M2(电机驱动电路18生成的第二驱动输出M2)选择为向AC电机5的驱动输出。

该选择的来自电机电源切换电路19的第二驱动输出M2通过中继连接器10(连接器通路L2)，向电动执行器100内的AC电机5发送。由此，在向电动执行器100的交流电源AC发生停电的情况下，利用将停电时电源EC作为能源的第二驱动输出M2，进行将阀200的实际开度θpv达到规定开度(该例中为全闭状态)的控制。此时，当阀200的实际开度θpv达到规定开度，规定开度达到信号S3向电机驱动电路18输入时，电机驱动电路18停止第二驱动输出M2的输出。

(停电恢复的情况)

停电时电源模块300，在交流电源AC发生停电的情况下，继续进行停电检测电路16对交流电源AC的监视。当交流电源AC的停电恢复时，停电检测电路16将该信息利用停电检测有无信号S5通知给电机电源切换电路19。

电机电源切换电路19当被停电检测电路16通知交流电源AC的停电的恢复时，将从电动执行器100通过中继连接器10(连接器通路L1)送来的驱动输出M1(电机驱动电路4生成的第一驱动输出M1)选择为向AC电机5的驱动输出。

该选择的来自电机电源切换电路19的第一驱动输出M1通过中继连接器10(连接器通路L2)，向电动执行器100内的AC电机5发送。由此，当交流电源AC的停电恢复时，与停电前同样地，利用以交流电源AC作为能源生成的第一驱动输出M1，进行使阀200的实际开度θpv与设定开度θsp一致的控制。

这样，当停电时电源模块300与电动执行器100连接时，一直以来作为通常的电动执行器工作的电动执行器100开始作为具有紧急截断功能的电动执行器工作。

在该电动执行器100中，端子台1相当于本发明的交流电源的输入部，控制基板3相当于控制单元，电机驱动电路4相当于第一驱动输出生成单元，AC电机5相当于交流电机，电位计8相当于实际开度检测单元，中继连接器10相当于中继单元。

如以上所说明的那样，本实施方式的电动执行器100，在没有连接停电时电源模块300时，作为通常的电动执行器工作，在连接停电时电源模块300时，作为具有紧急截断功能的电动执行器工作。

此时，需要供电线12和线缆13的连接操作，但是不需要电动执行器100的改造，通过是否连接停电时电源模块300，能够将相同结构的电动执行器100作为通常的电动执行器和具有紧急截断功能的电动执行器使用。

由此，制造商不需要制造两种电动执行器。此外，在工作场所，能够简单地进行从通常的电动执行器向具有紧急截断功能的电动执行器的变更。

此外，在该例子中，电动执行器100为二次电源驱动型，因此与弹簧复位型相比，没有复位弹簧所施加的力，相应地不需要驱动电机的高电容化、齿轮的高强度化。此外，不需要对已有配线的布局进行变更，能够直接使用供电线12、信号线13。此外，停电时电源模块300能够设置于任意的位置，因此即使是狭窄的场所也能够将电动执行器100变更为具有紧急截断功能的电动执行器。

(实施方式2)

在实施方式1中，在将停电时电源模块300连接于电动执行器100时，从电动执行器100向停电时电源模块300发送规定开度达到信号S3，但是也可以代替规定开度达到信号S3而发送实际开度检测信号S2。图6中，作为实施方式2，表示从电动执行器100向停电时电源模块300发送实际开度检测信号S2的情况的例子。

在该实施方式2中，从电动执行器100通过中继连接器11(连接器通路L3)向停电时电源模块300发送实际开度检测信号S2。并且，在停电时电源模块300中设置限位位置判定电路20，基于从电动执行器100作为实际开度检测信号S2送来的实际开度θpv，判断阀200是否达到规定开度(在该例中为全闭状态)，将其判断结果代替规定开度达到信号S3，作为限位位置判定信号S6向电机驱动电路18发送。由此能够任意确定停电时的设定开度。

另外，在上述例子中，使中继连接器10为公侧连接器10A和母侧连接器10B的分割构造，在母侧连接器10B中在其连接器通路L1、L2之间以跳线J进行连接，但是也可以经由连接器直接连接电机驱动电路4和AC电机5，在连接停电时电源模块300时，卸下连接电机驱动电路4和AC电机5之间的连接器，在该连接器间连接另外准备的配线部件等，而实现图4所示的连线。此时，包括连接电机驱动电路4和AC电机5之间的连接器和连接在该连接器间的配线部件的单元相当于本发明的中继单元。

此外，在上述例子中，使用电容器(双电层电容器、锂离子电容器)构成停电时电源模块300内的停电时电源部17，但是也可以使用锂电池等二次电池，也可以利用一次电池。这样，作为生成停电时电源EC的单元，能够利用一次电源、二次电池、双电层电容器等各种器件，能够适当选择并利用。

产业上的可利用性

本发明的电动执行器，作为通过调整阀、风门等控制对象的开度进行流量控制的电动执行器，能够在空调设备等各种领域使用。

Claims

1.一种电动执行器，其包括：交流电机；实际开度检测单元，其检测由该交流电机驱动的控制对象的实际开度；控制单元，其生成使由该实际开度检测单元检测出的实际开度与设定开度一致的控制输出；第一驱动输出生成单元，其接受该控制单元生成的控制输出，并生成第一驱动输出来作为向所述交流电机输出的驱动输出；交流电源的输入部，其为该第一驱动输出生成单元生成第一驱动输出而提供能源，该电动执行器能够经由线缆可装卸地连接停电时电源模块，该停电时电源模块具有生成使所述控制对象达到规定开度的驱动输出来作为第二驱动输出的功能，和检测向所述输入部供电的

交流电源停电的功能，所述电动执行器的特征在于，

具备中继单元，在该电动执行器上没有连接所述停电时电源模块时，该中继单元将所述第一驱动输出向所述交流电机中继，在连接有所述停电时电源模块时，该中继单元将所述第一驱动输出向所述停电时电源模块中继，并且在该停电时电源模块中以在所述交流电源非停电时选择的第一驱动输出和所述交流电源停电时选择的第二驱动输出作为驱动输出，将该选择的驱动输出向所述交流电机中继。