CN102195338A - 停电时电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供停电时电源模块，使同样结构的电动执行器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。在停电时电源模块(300)中设置有停电检测电路(16)、停电时电源部(17)、电机电源切换电路(18)、停电时控制信号生成电路(19)、控制信号切换电路(20)，在没有检测出向电动执行器(100)供电的交流电源AC停电时，电机电源切换电路(18)和控制信号切换电路(20)将交流电源AC和设定开度(θsp)送至电动执行器(100)，在检测出向电动执行器(100)供电的交流电源AC停电时，电机电源切换电路(18)和控制信号切换电路(20)将停电时电源EC和停电时开度(θSH)送至电动执行器(100)。

Description

停电时电源模块

技术领域

本发明涉及与通过调整阀、风门(damper)等控制对象的开度来进行流量控制的电动执行器连接而使用的停电时电源模块。

背景技术

一直以来，在空调设备中，以设置于其冷温水配管中的阀、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，为了进行该控制对象的开度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，已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具有紧急截断功能的电动执行器。

现在，作为具有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)。

对这样的两类具有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，或者另外购入具有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

本发明为了解决该课题而提出，其目的在于提供一种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的停电时电源模块。

为了达成这样的目的，本发明提供一种停电时电源模块，其能够经由线缆可装卸地连接电动执行器，该电动执行器包括：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；驱动输出生成单元，其接受该控制单元生成的控制输出，并生成向交流电机输出的驱动输出；以及交流电源的输入部，其为该驱动输出生成单元生成的驱动输出的能源，该停电时电源模块包括：交流电源中继单元，其对向电动执行器供电的交流电源进行中继；停电检测单元，其检测向电动执行器供电的交流电源的停电；停电时电源单元，其为代替交流电源的停电时的能源；设定开度中继单元，其对向电动执行器发送的设定开度进行中继；停电时开度输出单元，其将控制对象在停电时应该保持的规定开度作为停电时开度进行输出；电源选择供给单元，其以交流电源中继单元进行中继的交流电源和来自停电时电源单元的停电时电源作为输入，在停电检测单元没有检测出交流电源停电时，选择交流电源中继单元中继的交流电源作为向电动执行器输入的交流电源，在停电检测单元检测出交流电源停电时，选择来自停电时电源单元的停电时电源作为向电动执行器输入的交流电源；以及设定开度选择发送单元，其在停电检测单元没有检测出交流电源停电时，选择设定开度中继单元中继的设定开度作为向电动执行器输入的设定开度，在停电检测单元检测出交流电源停电时，选择停电时开度输出单元输出的停电时开度作为向电动执行器输入的设定开度。

在没有将本发明的停电时电源模块连接于电动执行器时，该电动执行器接受来自输入部的交流电源和设定开度进行动作，进行使控制对象的实际开度与设定开度一致的控制。由此，该电动执行器作为通常的电动执行器工作。

在将本发明的停电时电源模块连接于电动执行器时，在停电时电源模块内检测向电动执行器供电的交流电源的停电的有无，在没有检测出停电的情况下，交流电源中继单元进行中继的交流电源和设定开度中继单元中继的设定开度向电动执行器供给，在检测出停电的情况下，来自停电时电源单元的停电时电源和来自停电时开度输出单元的停电时开度向电动执行器供给。

由此，在没有发生停电的情况下，电动执行器接受来自停电时电源模块的交流电源和设定开度的供给进行动作，进行使控制对象的实际开度与设定开度一致的控制。在发生停电的情况下，电动执行器接受来自停电时电源模块的停电时电源和停电时开度的供给进行动作，进行使控制对象的实际开度与停电时开度(例如全闭)一致的控制。由此，该电动执行器作为具有紧急截断功能的电动执行器而发挥作用。

根据本发明的停电时电源模块，在没有连接于电动执行器时，该电动执行器作为通常的电动执行器工作，在连接于电动执行器时，该电动执行器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是表示连接本发明的停电时电源模块之前的电动执行器的主要部分的框图；

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本发明的停电时电源模块的一实施方式(实施方式1)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是表示将实施方式1中停电时电源部的DC/AC电源变换部由D级放大器和电源滤波器构成的例子(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......供电及信号线；11......线缆；12......供电线；13......信号线；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......DC/AC电源变换部；17-41......D级放大器；17-42......电源滤波器；18......电机电源切换电路；19......停电时控制信号生成电路；20......控制信号切换电路；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停电时电源模块的实施方式。

(电动执行器)

图1是表示连接本发明的停电时电源模块之前的电动执行器的主要部分的框图。在该图中，100是电动执行器，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；以及检测输出轴7到达规定旋转角度位置的限位开关9。

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的表示输出轴7到达规定的旋转角度位置的信号作为规定旋转角度位置到达信号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，并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输出的驱动输出M1。

图2表示该电动执行器100的外观图。在该图中，10是将交流电源AC和设定开度θsp引入电动执行器100的内部的供电及信号线。

在该电动执行器100中，电机驱动电路4生成的驱动输出M1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以及信号线13之间经由线缆11连接停电时电源模块300。

即，从电动执行器100卸下供电及信号线10，将供电线12和信号线13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11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是本发明的停电时电源模块的一个实施方式(实施方式1)，包括端子台15、停电检测电路16、停电时电源部17、电机电源切换电路18、停电时控制信号生成电路19以及控制信号切换电路20。

在将该停电时电源模块300连接于电动执行器100时，在停电时电源模块300中，使供电线12和信号线13与端子台15连接，将通过该端子台15中继的交流电源AC向电机电源切换电路18输送，并将通过该端子台15中继的设定开度θsp向控制信号切换电路20发送。

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，并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DC/AC电源变换部17-4，其利用积蓄于电容器17-3的电荷生成交流电源，作为停电时电源EC输出。其中，作为DC/AC电源变换部17-4，使用逆变器。

对电机电源切换电路18而言，输入从端子台15送来的交流电源AC和从停电时电源部17送来的停电时电源EC，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，选择从端子台15送来的交流电源AC作为向电动执行器100供给的交流电源，在停电检测电路16检测出交流电源AC停电的情况下，选择从停电时电源部17送来的停电时电源EC作为向电动执行器100供给的交流电源。该选择后的来自电机电源切换电路18的交流电源，向电动执行器100的端子台1输送。

停电时控制信号生成电路19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检测出交流电源AC停电时，将阀200在停电时应该保持的规定开度作为停电时开度θSH(停电时控制信号)输出。

控制信号切换电路20以从端子台15送来的设定开度θsp、从停电时控制信号生成电路19送来的停电时开度θSH作为输入，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停电时，选择从端子台15送来的设定开度θsp作为向电动执行器100输入的设定开度，在停电检测电路16检测出交流电源AC停电时，将从停电时控制信号生成电路19送来的停电时开度θSH选择为向电动执行器100输入的设定开度。该选择后的来自控制信号切换电路20的设定开度，作为设定开度信号(控制信号)S1向电动执行器100的端子台1发送。

此时，连接停电时电源模块300和电动执行器100的线缆11包括：从电机电源切换电路18选择性送来的交流电源AC和停电时电源EC的中继线；以及从控制信号切换电路20选择性送来的设定开度θsp和停电时开度θSH的中继线。

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，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的电机电源切换电路18，在向电动执行器100供电的交流电源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，将从端子台15送来的交流电源AC选择为向电动执行器100供给的交流电源。该选择的来自电机电源切换电路18的交流电源AC向电动执行器100的端子台1输送。

此外，停电时电源模块300中的控制信号切换电路20，在向电动执行器100供电的交流电源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，将从端子台15送来的设定开度θsp选择为向电动执行器100输入的设定开度。该选择的来自控制信号切换电路20的设定开度θsp向电动执行器100的端子台1发送。

由此，在向电动执行器100供电的交流电源AC没有发生停电的情况下，在电动执行器100中，以交流电源AC作为能源，生成来自电机驱动电路4的驱动输出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18，在向电动执行器100供电的交流电源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，将来自停电时电源部17的停电时电源EC选择为向电动执行器100供给的交流电源。该选择的来自电机电源切换电路18的停电时电源EC向电动执行器100的端子台1输送。

此外，停电时电源模块300中的控制信号切换电路20，在向电动执行器100供电的交流电源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，将来自停电时控制信号生成电路19的停电时开度θSH选择为向电动执行器100输入的设定开度。该选择的来自控制信号切换电路20的停电时开度θSH向电动执行器100的端子台1发送。

由此，在交流电源AC发生停电的情况下，在电动执行器100中，以停电时电源EC作为能源，生成来自电机驱动电路4的驱动输出M1，进行使阀200的实际开度θpv与停电时开度θSH一致的控制。

另外，在该例子中，在停电时检测电路15检测出交流电源AC停电时，停电时控制信号生成电路19输出停电时开度θSH，但是也可以总是向控制信号切换电路20赋予停电时开度θSH而不受停电检测的有无的限制。

(停电恢复的情况)

在停电时电源模块300中，在交流电源AC发生停电的情况下，使用停电时电源部17生成的停电时电源EC，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18、停电时控制信号生成电路19和控制信号切换电路20。

电机电源切换电路18当被停电检测电路16通知交流电源AC的停电的恢复时，将从端子台15送来的交流电源AC选择为向电动执行器100供给的交流电源。该选择的来自电机电源切换电路18的交流电源AC向电动执行器100的端子台1输送。

此外，控制信号切换电路20当被停电检测电路16通知交流电源AC的停电的恢复时，将从端子台15送来的设定开度θsp选择为向电动执行器100输入的设定开度。该选择的来自控制信号切换电路20的设定开度θsp向电动执行器100的端子台1发送。

由此，在交流电源AC的停电恢复时，与停电前同样地，在电动执行器100中，以交流电源AC为能源，生成来自电机驱动电路4的驱动输出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和设定开度的输入部，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。此外，在停电时电源模块300中，端子台15相当于本发明的交流电源中继单元和设定开度中继单元，停电检测电路16相当于停电检测单元，停电时电源部17相当于停电时电源单元，电机电源切换电路18相当于电源选择供给单元，停电时控制信号生成电路18相当于停电时开度输出单元，控制信号切换电路20相当于设定开度选择发送单元。

如以上所说明的那样，根据本实施方式的停电时电源模块300，在没有与电动执行器100连接时，使电动执行器100作为通常的电动执行器工作，在与电动执行器100连接时，使电动执行器100作为具有紧急截断功能的电动执行器工作。

此时，需要线缆11以及供电线12、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，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)

另外，在上述实施方式1中，在停电时电源部17中使用逆变器作为DC/AC电源变换部17-4，但是作为实施方式2，如图6所示，也可以由D级放大器(DC→AC)17-41和电源滤波器17-42构成DC/AC电源变换部17-4，也可以由AC功率放大器构成。

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

本发明的停电时电源模块，作为与通过调整阀、风门等控制对象的开度进行流量控制的电动执行器连接的停电时电源模块，能够在空调设备等各种领域使用。

Claims (3)

1.一种停电时电源模块，经由线缆可装卸地连接电动执行器，该电动执行器包括：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；驱动输出生成单元，其接受该控制单元生成的控制输出，并生成向所述交流电机输出的驱动输出；以及交流电源的输入部，其为该驱动输出生成单元生成的驱动输出的能源，该停电时电源模块的特征在于，包括：

交流电源中继单元，其对向所述电动执行器供电的交流电源进行中继；

停电检测单元，其检测向所述电动执行器供电的交流电源的停电；

停电时电源单元，其为代替所述交流电源的停电时的能源；

设定开度中继单元，其对向所述电动执行器发送的设定开度进行中继；

停电时开度输出单元，其将所述控制对象在停电时应该保持的规定开度作为停电时开度进行输出；

电源选择供给单元，其以所述交流电源中继单元进行中继的交流电源和来自所述停电时电源单元的停电时电源作为输入，在所述停电检测单元没有检测出所述交流电源停电时，选择所述交流电源中继单元中继的交流电源作为向所述电动执行器输入的交流电源，在所述停电检测单元检测出所述交流电源停电时，选择来自所述停电时电源单元的停电时电源作为向所述电动执行器输入的交流电源；以及

设定开度选择发送单元，其在所述停电检测单元没有检测出所述交流电源停电时，选择所述设定开度中继单元中继的设定开度作为向所述电动执行器输入的设定开度，在所述停电检测单元检测出所述交流电源停电时，选择所述停电时开度输出单元输出的停电时开度作为向所述电动执行器输入的设定开度。

2.如权利要求1所述的停电时电源模块，其特征在于：

所述停电时电源单元将对直流电源进行交流化后的停电时电源向所述电源选择供给单元输出。

3.如权利要求1所述的停电时电源模块，其特征在于：

所述停电时电源单元包括：

AC/DC电源变换单元，其以所述交流电源中继单元进行中继的交流电源作为分支输入，并将该分支输入变换为直流电源；

蓄电单元，其积蓄从利用所述AC/DC电源变换单元进行变换后的直流电源得到的电荷；以及

DC/AC电源变换单元，其利用积蓄于所述蓄电单元的电荷生成交流化的电源，并作为停电时电源向所述电源选择供给单元输出。

Images