CN111902664B - 阀开闭用电动致动器及阀开闭用电动致动器的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供担保可靠性高的失效安全功能的阀开闭用电动致动器及其驱动方法。所述阀开闭用电动致动器具备：电动机(1)；可动板(8)，与阀芯连接；变换机构(3)，将电动机(1)的旋转运动变换为直线运动；第1施力构件(11)，对可动板(8)向第1方向施力；第2施力构件(12)，对变换机构(3)向第2方向施力，阀芯通过变换机构(3)的一部分进行直线运动而使可动板(8)向第2方向移动而打开，通过第1施力构件(11)对可动板(8)向第1方向施力而关闭，在阀芯关闭的状态下，变换机构(3)相对于可动板(8)相对位移。

Description

阀开闭用电动致动器及阀开闭用电动致动器的驱动方法

技术领域

本发明涉及阀开闭用电动致动器及阀开闭用电动致动器的驱动方法。

背景技术

面向发电厂的流体阀开闭用致动器具有以突发性的停电、故障检知、紧急性的控制输入等为触发而将正在供给的流体立即切断从而用于保持安全的阀芯的急闭(或急开)(Failsafe shutdown/open)功能。例如，在专利文献1中，公开了能够以强力的按压力将阀芯紧急切断的具有可靠性高的失效安全功能的流体阀驱动机构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-106999号公报

发明内容

发明所要解决的课题

这样的流体阀驱动机构近年来存在从液压式向电动式转变的动向。在液压式中，直动部件是主要的，通过作为驱动介质的工作油的流量调整而起到制动效果，因此没有因阀芯的急闭而向构成构件施加显著的冲击的担心。另一方面，在电动式中，由于使用将马达产生的旋转动力变换为直线运动的机构，所以在急闭时马达不产生动力时，将马达的转子、轴等的旋转惯性换算为直动质量后的等效质量比较大。存在会因这样的等效质量而在阀芯的急闭时产生显著的冲击载荷这一问题。

另外，作为电动式的机构的特征，具备滚珠丝杠机构(或滚柱丝杠机构等)、滚珠轴承等滚动机械要素，为了这些机械要素的润滑而使用润滑脂。润滑脂根据周围温度、磨合运转的有无而其粘性大幅改变。尤其是在低温环境下长期间没有运转的情况下，润滑脂的粘度显著变大。通过该粘性的阻力，在流体阀驱动机构的驱动时会产生大的阻力，会使通常的动作的响应性恶化。而且，存在会使基于上述的失效安全功能的阀芯的急闭的速度过度变小这一问题。

本发明的目的为了解决上述的问题而完成，提供担保可靠性高的失效安全功能的阀开闭用电动致动器。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的阀开闭用电动致动器的特征在于，具备：电动机；可动板，与阀芯连接；变换机构，将电动机的旋转运动变换为直线运动；第1施力构件，对可动板向第1方向施力；及第2施力构件，对变换机构向第2方向施力，阀芯通过变换机构的一部分进行直线运动而使可动板向第2方向移动而打开，通过第1施力构件对可动板向第1方向施力而关闭，在阀芯关闭的状态下，变换机构能够相对于可动板相对位移。

发明效果

根据本发明，能够提供担保可靠性高的失效安全功能的阀开闭用电动致动器。

附图说明

图1是本发明的实施例1的阀开闭用电动致动器100的剖视图。

图2是本发明的实施例1的阀开闭用电动致动器100的变换机构3的放大剖视图。

图3的(A)～(C)是示出本发明的实施例1的阀开闭用电动致动器100的动作的示意图。

图4是示出本发明的实施例1的阀开闭用电动致动器100的施力构件的特性的图。

图5的(A)～(C)是示出本发明的实施例2的阀开闭用电动致动器200的动作的示意图。

图6的(A)～(C)是示出本发明的实施例3的阀开闭用电动致动器300的动作的示意图。

图7的(A)～(C)是示出本发明的实施例4的阀开闭用电动致动器400的动作的示意图。

图8A是示出本发明的阀开闭用电动致动器100的磨合运转的剖视图。

图8B是示出本发明的阀开闭用电动致动器100的磨合运转的剖视图。

图9是示出本发明的阀开闭用电动致动器100的磨合运转模式的图。

具体实施方式

(实施例1)

以下，基于附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。图1是本发明的实施例1的阀开闭用电动致动器100的剖视图。图2是示出本发明的实施例1的阀开闭用电动致动器100的变换机构3的详情的剖视图。

本发明的实施例1的阀开闭用电动致动器100具备电动机1、将电动机1的旋转运动变换为直线运动的变换机构3、与阀芯连接的可动板8、对可动板8施力的第1施力构件11及对变换机构3始终施力的第2施力构件12等。

在阀开闭用电动致动器100的铅垂上部设置有电动机1。电动机1主要由伺服马达和输出取出用的轴2A构成，通过供给电源而伺服马达产生旋转驱动力。输出取出用的轴2A由滚珠轴承2B支承，在轴2A上连接有将电动机1的旋转运动变换为直线运动的变换机构3，变换机构3将旋转驱动力变换为直线驱动力Fm。

将电动机1的旋转运动变换为直线运动的变换机构3由滚珠丝杠机构或滚柱丝杠机构等构成。如图2所示，本发明的实施例1具有滚珠丝杠机构，滚珠丝杠机构由螺纹部4、多个滚珠5、螺母部6及套筒7构成。并且，滚珠5与润滑脂一起填充于螺纹部4具有的槽4a与螺母部6具有的槽6a之间。电动机1的轴2A通过公知的紧固单元而紧固于螺纹部4，电动机1的旋转运动直接或经由变速机构而向螺纹部4传递。该旋转运动经由多个滚珠5而向套筒7传递，并且被变换为将套筒7在上下方向上驱动的直线运动。

套筒7呈圆筒形的形状，在圆筒形的长度方向的一端部具有与后述的可动板8的被卡合构件9卡合的卡合部7a，在另一端部具有供后述的第2施力构件12卡合的凸缘部7b。在圆筒形的内部嵌入设置有供滚珠5卡合的槽6a的螺母部6。此外，通过套筒7的卡合部7a与可动板8的被卡合构件9卡合，后述的可动板8的旋转阻止部8b与阀开闭用电动致动器100的壳体10卡合，套筒7不旋转而在上下方向上被驱动。而且，套筒7的截面形状不限定于圆形，也可以是多边形等任意的形状。

可动板8配置于与电动机1相对的一侧，在可动板8的大致中央形成有用于连接阀芯的连接部8a。可动板8呈大致圆盘形状，在大致圆盘形状的周缘部具有至少1个旋转阻止部8b。旋转阻止部8b相对于阀开闭用电动致动器100的壳体10成为凸轮从动件的关系，即，容许可动板8的上下方向的移动，限制旋转方向的移动。另外，可动板8的可动域8L作为旋转阻止部8b能够相对于壳体10上下移动的范围而规定，即，该可动域8L相当于阀芯的可动范围。此外，可动板8的形状不限定于大致圆盘形状，也可以是具有任意的形状的盘形状。在该情况下，作为容许上下方向的移动的构件，能够采用轴承机构、限制旋转方向的移动的旋转阻止机构等。

可动板8进一步在连接阀芯的一侧的相反侧具备与套筒7的卡合部7a卡合的被卡合构件9。在被卡合构件9的电动机1侧形成有供卡合部7a卡合的爪部9a，在相反侧形成有规定卡合部7a的上下方向的可动域7L的止动部9b。而且，在爪部9a与止动部9b之间形成有滑动部9d，套筒7的卡合部7a与该滑动部9d滑动接触。并且，该滑动部9d容许套筒7的上下方向的移动，限制旋转方向的移动。此外，该滑动部9d也可以是槽形状。另外，在被卡合构件9形成有从可动板8向电动机1的方向延伸且第2施力构件12与其顶部抵接的抵接部9c。

阀开闭用电动致动器100的壳体10由电动机侧固定板10A、阀芯侧固定板10B及主体部10C构成。电动机侧固定板10A和阀芯侧固定板10B固定于大致筒形状的主体部10C的两端部侧，在主体部10C的内部空间收容有阀开闭用电动致动器100的构成构件。此外，虽然在实施例1中设为了筒形状，但主体部10C的形状不限定于圆筒形状，也可以是具有任意的截面形状的形状，适用于具有同样的功能的全部形状。在电动机侧固定板10A与可动板8之间配置有第1施力构件11，可动板8由第1施力构件11向阀芯关闭的方向即第1方向施力。另外，在变换机构3的套筒7的凸缘部7b与被卡合构件9的抵接部9c之间配置有第2施力构件12，套筒7由第2施力构件12向阀芯打开的方向即第2方向施力。此外，以使套筒7与第2施力构件12始终抵接的方式，第2施力构件12以预先由安置载荷F02压缩的状态配置。

接着，参照示出实施例1的阀开闭用电动致动器100的动作的图3(A)～(C)来对阀芯的开闭动作进行说明。图3(A)示出阀芯关闭的通常的闭阀状态，图3(B)示出阀芯的开阀状态。阀芯由第1施力构件11的安置力F01向第1方向施力，处于闭阀。要想从该状态起使阀芯开阀，首先驱动电动机1，电动机1的旋转驱动力由变换机构3变换为直线驱动力Fm。通过直线驱动力Fm，作为构成变换机构3的一部分的套筒7向上方向进行位移x的直线运动。通过套筒7向电动机1侧移动，卡合于被卡合构件9的爪部9a的卡合部7a将被卡合构件9向电动机1侧提起。通过被卡合构件9被提起，可动板8向第2方向移动位移x，连接于可动板8的阀芯开阀。通过利用电动机1的伺服机构使阀芯向期望的位置移动，能够固定阀芯。

另一方面，要想通过通常的方法使阀芯闭阀，通过控制电动机1而将套筒7向第1方向驱动，通过第1施力构件11的作用力F1(x)而可动板8向第1方向移动，并且阀芯向第1方向移动而闭阀。在这样将阀芯闭阀的情况下，进行仅依靠第1施力构件11的作用力F1(x)的所谓的被动的闭阀驱动。另外，在本发明中，为了进一步响应想使阀芯快速闭阀这一需求，通过将由变换机构3变换后的电动机1的直线驱动力Fm经由第2施力构件12而向可动板8传递，能够加速阀芯的闭阀动作。即，在这样将阀芯闭阀的情况下，能够除了第1施力构件11的作用力F1(x)之外还将电动机1的直线驱动力Fm向可动板8施加，能够进行所谓的主动的闭阀驱动。

接着，对丧失了电动机1的电源时、电源发生了故障时或通过基于异常检知的自动或手动触发而将阀芯急速闭阀的紧急切断时的动作进行说明。如上所述，在通常的闭阀动作中，通过控制电动机1而使阀芯闭阀。另一方面，例如在电动机1丧失了电源时等紧急时，需要将阀芯尽快关闭。在本发明中，在丧失了电源的电动机1中，通过其伺服机构的停止，可动板8通过第1施力构件11而向第1方向急速移动，阀芯能够急速闭阀，因此实现了可靠性高的失效安全功能。然而，在这样的急速的阀芯的闭阀动作中，会产生由包括电动机1的旋转惯性引起的显著大的冲击载荷，可能会导致包括电动机1、变换机构3、阀芯的构成构件破损或蓄积不希望的水平的疲劳。

在本发明的实施例1的阀开闭用电动致动器100中，在紧急时阀芯急速向第1方向移动而落座时，变换机构3能够沿着可动板8的大致中央部的轴线而相对于可动板8在上下方向上相对位移。图3(C)示出了在阀芯急速闭阀时变换机构3相对位移的状态。在图3(A)、图3(C)中，阀芯均处于闭阀，但如图3(C)所示，套筒7向离开电动机1的方向以位移-x1位移。以下说明产生该套筒7的相对的位移的机制。首先，如上所述，例如在电动机1丧失了电源时，若可动板8向第1方向急速移动，则卡合于爪部9a的套筒7也会根据此而位移。如图1所示，该套筒7的位移经由多个滚珠5而被变换为使螺纹部4旋转的旋转力，伴随于螺纹部4的旋转而轴2A旋转。通过轴2A的旋转而电动机1旋转，产生伴随着大的旋转惯性的旋转，但通过该旋转惯性，这次在阀芯落座后套筒7相对于可动板8相对位移。即，套筒7的相对的位移-x1通过大的旋转惯性(旋转运动)被变换为直线运动而产生。该套筒7的相对的位移-x1将第2施力构件12向第1方向压缩，在第2施力构件12产生作用力F2(x1)。该产生的作用力F2(x1)作为相当于将大的旋转惯性换算为直动质量后的等效质量的力而经由被卡合构件9向可动板8作用。然而，通过套筒7的相对的位移的机制，由旋转惯性引起的显著大的冲击载荷被缓和，因此能够防止包括电动机1、变换机构3、阀芯的构成构件的破损或不希望的水平的疲劳蓄积。另外，在将电动机1的直线驱动力Fm向可动板8施加的主动的闭阀驱动中电动机1的控制过冲的情况下，能够通过套筒7相对位移而防止构成构件的破损或不希望的水平的疲劳蓄积。

接着，使用示出第1施力构件11和第2施力构件12的特性的图4来对向可动板8作用的力进行说明。图4示出了套筒7的位移与作用力的关系，横轴表示套筒7的位移x，纵轴表示第1施力构件11及第2施力构件12的作用力。

首先，对阀芯的通常的开阀动作中的向可动板8作用的力进行说明。在图4中，在阀芯闭阀的状态即套筒7的位移x为0时，在可动板8(阀芯)作用有第1施力构件11的安置力F01的力。并且，在套筒7位移、被卡合构件9被提起且套筒7的位移x从0成为100％即阀芯的开度成为100％之前向可动板8作用的力成为以下这样。在阀芯的开度成为100％之前，在可动板8上作用基于套筒7的位移x的第1施力构件11的作用力F1(x)和与作用力F1(x)相反方向的电动机1的直线驱动力Fm。并且，通过控制电动机1，可动板8在期望的位置处静止。此外，由于阀芯从阀座离开，所以在阀芯上不作用作用力。

接着，对阀芯的通常的闭阀动作中的向可动板8作用的力进行说明。要想从套筒7的位移处于0～100％的任意的位置的状态即阀芯以某开度开阀的状态起使阀芯封闭，驱动电动机1，使套筒7向下方移动。伴随于套筒7的位移x，第1施力构件11的作用力F1(x)减小，向可动板8作用的力也减小。此外，在加速阀芯的闭阀方向的动作的主动的闭阀驱动中，通过提高电动机1的旋转驱动力，能够加速阀芯的闭阀方向的动作。并且，该旋转驱动力由变换机构3变换为直线驱动力Fm，提高后的直线驱动力Fm经由套筒7和第2施力构件12而向可动板8传递。

接着，对阀芯的紧急时的闭动作中的向可动板8作用的力进行说明。在从套筒7的位移处于0～100％的任意的位置的状态即阀芯以某开度开阀的状态起阀芯急速封闭的情况下，作用有第1施力构件11的作用力F1(x)的可动板8向第1方向急速移动，使阀芯急速封闭。然而，套筒7也因可动板8的移动而向下方(第1方向)位移，套筒7的位移经由多个滚珠5而被变换为使螺纹部4旋转的旋转力，伴随于螺纹部4的旋转而电动机1的轴2A旋转。如图3(C)所示，尽管阀芯处于封闭，套筒7也通过包括电动机1的旋转惯性而越过位移0的位置并相对于可动板8相对地以位移-x位移(向第1方向位移)。通过该套筒7的位移-x，第2施力构件12被压缩，第2施力构件12的作用力F2(x)与第1施力构件11的安置力F01的力叠加而向可动板8(阀芯)作用。

本发明的实施例1的阀开闭用电动致动器100如上所述，在阀芯封闭的状态下，套筒7能够越过位移0的位置而相对于可动板8相对位移。通过套筒7相对位移而第2施力构件12被压缩，由包括电动机1的旋转惯性引起的冲击载荷被缓和，得到防止由阀芯的急速封闭引起的包括电动机1、变换机构3、阀芯的构成构件的破损的效果。在假设未具备由套筒7的相对位移和第2施力构件12实现的冲击载荷的缓和机构的情况下，会在阀芯上作用非常大的冲击载荷，可能会导致构成构件破损或蓄积不希望的水平的疲劳。然而，根据本发明的实施例1，能够提供担保兼具高的耐久性和可靠性的失效安全功能的阀开闭用电动致动器100。

在实施例1中，例如作为第1施力构件11而使用螺旋弹簧，作为第2施力构件12而使用盘簧，但本发明不限定于此，能够使用环簧、截锥涡卷弹簧等所有能够蓄积弹性能的弹簧要素。并且，通过这些弹簧要素也能够得到同样的效果。

另外，如图4所示，第2施力构件12的弹簧刚性比第1施力构件11的弹簧刚性大。该大的弹簧刚性以在阀芯的通常的开闭动作中施加第2施力构件12大致完全不收缩的大的安置载荷且抑制由失效安全时的冲击载荷引起的收缩量的方式设定。通过设定这样大的弹簧刚性，第2施力构件12的挠曲、回弹被防止。

(实施例2)

接着，参照图5(A)～(C)来对本发明的实施例2的阀开闭用电动致动器200进行说明。在图中，关于与在实施例1中说明的构件相同的构件，使用同一标号来记载，省略它们的详细说明。

图5(A)示出阀芯关闭的通常的闭阀状态，图5(B)示出阀芯的开阀状态。实施例2的阀开闭用电动致动器200除了实施例1的结构之外还具备固定于阀芯侧固定板20B的支承构件24和配置于第2施力构件22的预定的位置的卡定构件25。支承构件24设置有至少1个，但在实施例2中设置有2个支承构件24，分别贯通可动板28而固定于阀芯侧固定板20B。在此，第2施力构件22由卡定构件25分为2个部分，但将比卡定构件25靠电动机1侧的第2施力构件22的部分的作用力设为F2A，将比卡定构件25靠阀芯侧的第2施力构件22的部分的作用力设为F2B。并且，在图5(A)所示的阀芯关闭的状态下，支承构件24和卡定构件25以具有稍微的间隙Δx的方式配置。另外，如图5(B)所示，在阀芯打开的状态下，支承构件24和卡定构件25完全分离。由此，阀芯的闭阀→开阀→通常的闭阀的动作与实施例1相同。

接着，对丧失了电动机1的电源时、电源发生了故障时或通过基于异常检知的自动或手动触发而将阀芯急速闭阀的紧急切断时的动作进行说明。与实施例1同样，在通常的闭阀动作中，通过控制电动机1而使阀芯闭阀。另一方面，例如在电动机1丧失了电源时等紧急时，需要将阀芯尽早封闭。在实施例2中，与实施例1同样，可动板28通过第1施力构件21而向第1方向急速移动，阀芯能够急速闭阀，因此实现了可靠性高的失效安全功能。并且，在图5(A)、图5(C)中，阀芯均处于闭阀，但如图5(C)所示，套筒27向离开电动机1的方向以位移-x2位移。产生该套筒27的相对的位移的机制与实施例1是同样的，因此省略其说明。

在本发明的实施例2的阀开闭用电动致动器200中，在紧急时这样的阀芯急速向第1方向移动而落座时，与实施例1同样，变换机构23(套筒27)能够相对于可动板28相对位移。在实施例2中，设置有以具有稍微的间隙Δx的方式配置的支承构件24和卡定构件25，首先对套筒27以相当于稍微的间隙Δx的位移相对位移且卡定构件25与支承构件24抵接时的作用进行说明。直到抵接为止的套筒27的相对的位移将第2施力构件22向第1方向压缩，如图5(C)所示，在第2施力构件22的阀芯侧的部分产生作用力F2B(Δx)。该产生的作用力F2B(Δx)作为相当于将大的旋转惯性换算为直动质量后的等效质量的一部分的力而向可动板28作用。通过该套筒27的相对位移的机制和支承构件24及卡定构件25的结构，由旋转惯性引起的显著大的冲击载荷的一部分被缓和并向阀芯作用。接着，对卡定构件25与支承构件24抵接后的套筒27的相对位移对冲击载荷的缓和进行说明。图5(C)示出了在阀芯急速闭阀时变换机构23相对位移并且卡定构件25与支承构件24抵接的状态。即使卡定构件25与支承构件24抵接，套筒27也向离开电动机1的方向以位移-x2位移，比卡定构件25靠电动机1侧的第2施力构件22的部分被向第1方向压缩。并且，在比卡定构件25靠电动机1侧的第2施力构件22的部分产生作用力F2A(x2-Δx)。该产生的作用力F2A(x2-Δx)作为相当于将大的旋转惯性换算为直动质量后的等效质量的剩余部分的力而经由卡定构件25向支承构件24作用，由支承构件24向壳体20散发。在实施例2中，由于成为了将冲击载荷不仅向第2施力构件22散发也经由支承构件24而向构成壳体20的阀芯侧固定板20B散发的结构，所以阀芯的负荷被缓和。即，直到卡定构件25与支承构件24抵接为止，冲击载荷的一部分被缓和并以大致作用力F2B(Δx)向阀芯作用。并且，在卡定构件25与支承构件24抵接后，冲击载荷的剩余部分F2A(x2-Δx)-F2B(Δx)经由支承构件24而向阀芯侧固定板20B散发。通过套筒27的相对位移的机制和支承构件24及卡定构件25，能够缓和由旋转惯性引起的显著大的冲击载荷，防止包括电动机1、变换机构23、阀芯的构成构件的破损或不希望的水平的疲劳蓄积。

到此为止，说明了卡定构件25配置于第2施力构件22的预定的位置的方式，但第2施力构件22也可以是夹住卡定构件25而构成上下分体的施力构件的方式。将第2施力构件22中的比卡定构件25靠阀芯侧的施力构件设为下侧施力构件22B，将比卡定构件25靠电动机1侧的施力构件设为上侧施力构件22A。为了在冲击载荷作用时容许些许的安装误差(数mm左右)并且支承构件24可靠地与卡定构件25抵接而将由包括电动机1的旋转惯性引起的冲击载荷散发，下侧施力构件22B是不可或缺的。在假设不具备下侧施力构件22B的情况下，需要非常微细的行程单位(数百分之一毫米～数十分之一毫米左右)下的安装调整，并不现实。这是因为，哪怕支承构件24的位置稍微过低，卡定构件25和支承构件24就不会抵接，无法将冲击载荷的一部分散发。另一方面，哪怕支承构件24的位置稍微过高，就会在阀芯的闭阀位置下成为将阀芯提高的状态，不再起到阀芯的封闭功能。

以下列举在由卡定构件25实现的第2施力构件22的下侧施力构件22B和上侧施力构件22A的设定中留意的点。首先，可举出下侧施力构件22B的弹簧刚性设定为能够发挥用于使支承构件24的安装位置的调整容易的数mm单位的挠曲的程度的弹簧刚性即可这一点。接着，可举出上侧施力构件22A是发挥由包括电动机1的旋转惯性引起的冲击载荷的缓冲效果的部分且上侧施力构件22A的弹簧刚性以满足以何种程度缓和冲击载荷和以何种程度容许相对位移这一要求的方式设定这一点。由上侧施力构件22A缓和后的冲击载荷在支承构件24与卡定构件25抵接后经由支承构件24而向壳体20散发。

此外，在作为第2施力构件22的下侧施力构件22B和上侧施力构件22A而将相同形状的盘簧串联层叠的情况下，如图5(A)所示，卡定构件25的位置位于比第2施力构件22的整体的长度的大致一半靠下侧处。另外，支承构件24是以贯通可动板28的方式设置有至少1个的止动构件。并且，卡定构件25是与支承构件24卡定的垫圈构件，但本发明不限定于此，只要是能够支承、卡定的机构就能够得到同样的效果。另外，固定支承构件24的也可以不是阀芯侧固定板20B而是其他固定构件。

在本发明的实施例2的阀开闭用电动致动器200中，通过第2施力构件22缓和冲击载荷且支承构件24将缓和后的冲击载荷向壳体20散发，能够防止阀芯的损伤或不希望的水平的疲劳蓄积。并且，在阀开闭用电动致动器200的上部构造的耐久性比阀芯大的情况下，能够特意增大比卡定构件25靠上侧的上侧施力构件22A的刚性(＝降低缓冲性能)，减少套筒27的相对位移。不过，若上侧施力构件22A的刚性过大，则原本的缓冲效果会失去，因此需要取得平衡。

本发明的实施例2的阀开闭用电动致动器200如上所述，在阀芯封闭的状态下，套筒27能够越过位移0的位置而相对于可动板28相对位移。通过套筒27相对位移且第2施力构件22被压缩，由包括电动机1的旋转惯性引起的冲击载荷被第2施力构件22更缓和。而且，由于缓和后的冲击载荷由支承构件24向壳体20传递，所以能够得到防止包括电动机1、变换机构23、阀芯的构成构件的破损或不希望的水平的疲劳蓄积的效果。因此，根据本发明的实施例2，能够提供担保兼具高的耐久性和可靠性的失效安全功能的阀开闭用电动致动器200。

(实施例3)

接着，参照图6(A)～(C)来对本发明的实施例3的阀开闭用电动致动器300进行说明。在图中，关于与在实施例1中说明的构件相同的构件，使用同一标号来记载，省略它们的详细说明。

图6(A)示出阀芯关闭的通常的闭阀状态，图6(B)示出阀芯的开阀状态。实施例3的阀开闭用电动致动器300除了实施例1的结构之外还具备将一方固定于套筒37的电动机1侧的端部37c且将另一方固定于可动板38的固定部38c的阻尼要素36。阻尼要素36设置于套筒37与可动板38之间，因此在图6(A)所示的阀芯关闭的状态及图6(B)所示的阀芯打开的状态下，阻尼要素36的衰减功能不作用。由此，阀芯的闭阀→开阀→通常的闭阀的动作与实施例1相同。

接着，对丧失了电动机1的电源时、电源发生了故障时或通过基于异常检知的自动或手动触发而将阀芯急速闭阀的紧急切断时的动作进行说明。与实施例1同样，在通常的动作中，通过控制电动机1而使阀芯闭阀。另一方面，例如在电动机1丧失了电源时等紧急时，需要将阀芯尽早封闭。在实施例3中，与实施例1同样，可动板38通过第1施力构件31而向第1方向急速移动，阀芯能够急速闭阀，因此实现了可靠性高的失效安全功能。并且，在图6(A)、图6(C)中，阀芯均处于闭阀，但如图6(C)所示，套筒37向离开电动机1的方向以位移-x3位移。产生该套筒37的相对的位移的机制与实施例1是同样的，因此省略其说明。

在本发明的实施例3的阀开闭用电动致动器300中，在紧急时这样的阀芯急速向第1方向移动而落座时，与实施例1同样，变换机构33(套筒37)能够相对于可动板38相对位移。然而，通过变换机构33相对位移，第2施力构件32有时会因自身的弹性而反复回弹。图6(C)示出了在阀芯急速闭阀时变换机构33相对位移并且阻尼要素36发挥衰减力的状态。与实施例1同样，该套筒37的相对的位移-x3将第2施力构件32向第1方向压缩，在第2施力构件32产生作用力F2(x3)。该产生的作用力F2(x3)作为相当于将大的旋转惯性换算为直动质量后的等效质量的力而向可动板38作用。然而，通过套筒37的相对位移的机制，能够缓和由旋转惯性引起的显著大的冲击载荷，防止包括电动机1、变换机构33、阀芯的这些构成构件的破损或不希望的水平的疲劳蓄积。而且，阻尼要素36的衰减力能够抑制第2施力构件32的回弹，能够更早实现通常的闭阀状态。

在实施例3中，阻尼要素36例如使用油阻尼器，但本发明不限定于此，只要能够得到衰减效果就能够得到同样的效果。

本发明的实施例3的阀开闭用电动致动器300除了上述的实施例1的效果之外，还能够得到“阻尼要素36的衰减力能够抑制第2施力构件32的回弹，能够更早实现通常的闭阀状态”这一优异的效果。因此，根据本发明的实施例3，能够提供担保兼具高的耐久性和可靠性的失效安全功能的阀开闭用电动致动器300。此外，作为第2施力构件32，也可以使用具有将圆锥面的内圈和外圈交替堆叠而构成的环簧，在使用环簧的情况下，环簧自身同时也起到作为抑制环簧的回弹的阻尼要素的作用，发挥同样的效果。另外，也可以不具备阻尼要素36而仅具备环簧，还可以具备环簧和阻尼要素36双方。

(实施例4)

接着，参照图7(A)～(C)来对本发明的实施例4的阀开闭用电动致动器400进行说明。在图中，关于与在实施例1中说明的构件相同的构件，使用同一标号而记载，省略它们的详细的说明。

图7(A)示出阀芯关闭的通常的闭阀状态，图7(B)示出阀芯的开阀状态。实施例4的阀开闭用电动致动器400除了实施例1的结构之外还具备实施例2的结构即支承构件44和卡定构件45且具备实施例3的结构即阻尼要素46。支承构件44和卡定构件45的结构是在实施例2中说明那样，因此省略其说明。另外，阻尼要素46的结构是在实施例3中说明那样，因此省略其说明。在此，第2施力构件42由卡定构件45分为2个部分，将比卡定构件45靠电动机1侧的第2施力构件42的部分的作用力设为F2A，将比卡定构件45靠阀芯侧的第2施力构件42的部分的作用力设为F2B。并且，在图7(A)所示的阀芯关闭的状态下，支承构件44和卡定构件45以具有稍微的间隙Δx的方式配置。另外，如图7(B)所示，在阀芯打开的状态下，支承构件44和卡定构件45完全分离。另外，在图7(A)、图7(B)的状态下，阻尼要素46不发挥功能。由此，阀芯的闭阀→开阀→通常的闭阀的动作与实施例1相同。

接着，对丧失了电动机1的电源时、电源发生了故障时或通过基于异常检知的自动或手动触发而将阀芯急速闭阀的紧急切断时的动作进行说明。与实施例1同样，在通常的闭阀动作中，通过控制电动机1而使阀芯闭阀。另一方面，例如在电动机1丧失了电源时等紧急时，需要将阀芯尽早封闭。在实施例4中，与实施例1同样，可动板48通过第1施力构件41而向第1方向急速移动，阀芯能够急速闭阀，因此实现了可靠性高的失效安全功能。并且，在图7(A)、图7(C)中，阀芯均处于闭阀，但如图7(C)所示，套筒47向离开电动机1的方向以位移-x4位移。产生该套筒47的相对的位移的机制与实施例1是同样的，因此省略其说明。

在本发明的实施例4的阀开闭用电动致动器400中，在紧急时这样的阀芯急速向第1方向移动而落座时，与实施例1同样，变换机构43(套筒47)能够相对于可动板48相对位移。在实施例4中，设置有以具有间隙Δx的方式配置的支承构件44和卡定构件45，首先对套筒47以相当于稍微的间隙Δx的位移相对位移且卡定构件45与支承构件44抵接时的作用进行说明。直到抵接为止的套筒47的相对的位移将第2施力构件42向第1方向压缩，如图7(C)所示，在第2施力构件42阀芯侧的部分产生作用力F2B(Δx)。该产生的作用力F2B(Δx)作为相当于将大的旋转惯性换算为直动质量后的等效质量的一部分的力而向可动板48作用。通过该套筒47的相对位移的机制和支承构件44及卡定构件45的结构，由旋转惯性引起的显著大的冲击载荷的一部分被缓和并向阀芯作用。接着，对卡定构件45与支承构件44抵接后的套筒47的相对的位移对冲击载荷的缓和进行说明。图7(C)示出了在阀芯急速闭阀时变换机构43相对位移并且卡定构件45与支承构件44抵接而且阻尼要素46发挥衰减力的状态。即使卡定构件45与支承构件44抵接，套筒47也向离开电动机1的方向以位移-x4位移，比卡定构件45靠电动机1侧的第2施力构件42的部分被向第1方向压缩。并且，在比卡定构件45靠电动机1侧的第2施力构件42的部分产生作用力F2A(x4-Δx)。该产生的作用力F2A(x4-Δx)作为相当于将大的旋转惯性换算为直动质量后的等效质量的剩余部分的力而经由卡定构件45向支承构件44作用，由支承构件44向壳体40散发。在实施例4中，由于成为了将冲击载荷不仅向第2施力构件42散发也经由支承构件44而向构成壳体40的阀芯侧固定板40B散发的结构，所以阀芯的负荷被缓和。即，直到卡定构件45与支承构件44抵接为止，冲击载荷的一部分被缓和并以大致作用力F2B(Δx)向阀芯作用。并且，在卡定构件45与支承构件44抵接后，冲击载荷的剩余部分被缓和且F2A(x4-Δx)-F2B(Δx)经由支承构件44而向阀芯侧固定板40B散发。通过套筒47的相对位移的机制和支承构件44及卡定构件45，由旋转惯性引起的显著大的冲击载荷缓和，能够防止包括电动机1、变换机构43、阀芯的构成构件的破损或不希望的水平的疲劳蓄积。而且，阻尼要素46的衰减力能够抑制第2施力构件42的回弹，能够更早实现通常的闭阀状态。

本发明的实施例4的阀开闭用电动致动器400具备上述的实施例2和实施例3双方的效果。因此，根据本发明的实施例4，能够提供担保兼具高的耐久性和可靠性的失效安全功能的阀开闭用电动致动器400。

(应用例)

接着，对将本发明的阀开闭用电动致动器100的变换机构3的相对位移应用于磨合运转的应用例进行说明。图8A、图8B是示出基于变换机构3的相对位移的磨合运转的剖视图。

尤其在寒冷地等中将长时间停止工作的阀开闭用电动致动器100起动(冷态起动)时，由于润滑用的润滑脂是低温，并且，由于润滑脂内的构成增稠剂的微观的网眼构造，润滑脂有时成为高粘度。该高粘度存在会使阀开闭用电动致动器100的驱动时的动作、基于失效安全功能的阀闭时的动作大幅延迟这一问题。要想防止这样的动作延迟，也可考虑通过将润滑脂润滑的构件利用加热器等追加的加温装置而积极地加热，但可能产生追加性的成本、空间等问题。于是，作为无需进行加温装置的追加或者即使将加温装置低输出化也能够实现充分的冷态起动的手段，通过变换机构3的套筒7的相对位移的范围中的往复驱动而以不对阀芯的闭阀状态造成影响的方式进行磨合运转是有用的。

为了进行该往复驱动，活用变换机构3的套筒7能够相对于可动板8相对位移这一点，在阀芯封闭(保持着阀闭力)的状态下，通过电动机1的驱动转矩而有意地使套筒7在相对移动的可动域7L中往复运动。尤其是，如图8B所示，有意地使套筒7向下移动，之后，在相对位移的绝对值始终比零大的范围内反复往复运动。通过套筒7的往复运动，使包括润滑脂的滚珠丝杠机构或滚柱丝杠机构及滚珠轴承2B等运动，能够进行搅拌润滑用的润滑脂而提高流动性的磨合运转。

接着，参照图9对进行磨合运转的磨合运转模式进行说明。图9是示出磨合运转模式的电动机1的周期运转坐标图。横轴表示时间，纵轴表示套筒7的位移x。在套筒7的位移x为正的范围中，套筒7进行使阀芯开闭的动作，在位移x为负的范围中，套筒7进行相对位移。磨合运转首先在阀芯的闭阀状态下反复进行动作(1)通过电动机1而向闭阀方向施加直线驱动力Fm、动作(2)缓和电动机1的直线驱动力Fm的动作。动作(1)即是驱动电动机1且通过直线驱动力Fm而对抗第2施力构件12的作用力F2x使套筒7向闭阀方向(下方向)位移的动作。并且，动作(2)是缓和电动机1的直线驱动力Fm且通过第2施力构件12的作用力F2x而使套筒7向与闭阀相反的方向(上方向)位移的动作。通过周期性地驱动电动机1，反复进行该动作(1)、(2)，提高变换机构3及滚珠轴承2B等的内部的润滑脂的流动性。

磨合运转模式通过根据阀开闭用电动致动器100的使用条件、使用的地域等条件而驱动阀开闭用电动致动器100的驱动方法来执行。通过进行该磨合运转，能够得到冷态起动后的通常的动作的响应时间及失效安全动作时间大幅短缩这一优异的效果。作为结果，能够提供担保可靠性高的失效安全功能的阀开闭用电动致动器100。另外，磨合运转当然也能够向实施例2～4的阀开闭用电动致动器应用。

另外，在各实施例中例示的阀开闭用电动致动器以在紧急时进行封闭阀芯的动作为前提而记载，但本发明不限定于此，请留意，也能够适用于在紧急时进行开放阀芯的动作的用途。在紧急时将阀芯紧急开放的情况下，通过阀开闭用电动致动器，能够防止由阀芯的开放限位置下的碰撞等引起的阀芯或其他构成构件的损伤·破损于未然，或者减轻疲劳蓄积。并且，能够起到与各实施例同样的效果。

此外，在说明书中的说明中，通过上下左右等表述来指定方向而记载了发明，但这是用于基于对说明书添附的附图的记载进行说明的为了方便的记载，请留意，并不规定配置本发明的装置的方向。

本申请主张基于2018年9月11日申请的日本国专利申请第2018-170077号的优先权，引用其内容并作为本申请的一部分。

标号说明

1 电动机

3、23、33、43 变换机构

4 螺纹部(滚珠丝杠机构)

5 滚珠(滚珠丝杠机构)

6 螺母部(滚珠丝杠机构)

7、27、37、47 套筒

7a 卡合部

8、28、38、48 可动板

9 被卡合构件

9d 滑动部

10、20、40 壳体

10A 电动机侧固定板(壳体)

10B、20B、40B 阀芯侧固定板(壳体)

10C 主体部(壳体)

11、21、31、41 第1施力构件(螺旋弹簧)

12、22、32、42 第2施力构件(盘簧)

24、44 支承构件(止动构件)

25、45 卡定构件(垫圈构件)

36、46 阻尼要素

100、200 阀开闭用电动致动器

300、400 阀开闭用电动致动器

Fm 直线驱动力

Δx 间隙

Claims (18)

1.一种阀开闭用电动致动器，其特征在于，具备：

电动机；

可动板，与阀芯连接；

变换机构，将所述电动机的旋转运动变换为直线运动；

第1施力构件，对所述可动板向第1方向施力；及

第2施力构件，对所述变换机构向第2方向施力，

所述阀芯通过所述变换机构的一部分进行所述直线运动而使所述可动板向所述第2方向移动而打开，通过所述第1施力构件对所述可动板向所述第1方向施力而关闭，

在所述阀芯关闭的状态下，所述变换机构能够相对于所述可动板相对位移，

还具备固定于壳体的支承构件和配置于所述第2施力构件的预定的位置的卡定构件，在所述阀芯关闭的状态下，所述支承构件和所述卡定构件以隔开稍微的间隙的方式配置，若所述第2施力构件被压缩，则所述支承构件与所述卡定构件抵接。

2.一种阀开闭用电动致动器，其特征在于，具备：

电动机；

可动板，与阀芯连接；

变换机构，将所述电动机的旋转运动变换为直线运动，与所述电动机分体构成并与所述电动机的轴连接；

第1施力构件，对所述可动板向第1方向施力；及

第2施力构件，对所述变换机构向第2方向施力，

所述可动板具备具有滑动部的被卡合构件，

所述变换机构具备卡合部，所述卡合部与所述滑动部滑动接触并且与所述被卡合构件卡合，

所述第2施力构件配置于所述变换机构与所述被卡合构件之间，

所述阀芯通过所述变换机构的一部分进行所述直线运动而使所述可动板向所述第2方向移动而打开，通过所述第1施力构件对所述可动板向所述第1方向施力而关闭，

在所述阀芯关闭的状态下，所述变换机构能够相对于所述可动板相对位移，

还具备固定于壳体的支承构件和配置于所述第2施力构件的预定的位置的卡定构件，在所述阀芯关闭的状态下，所述支承构件和所述卡定构件以隔开稍微的间隙的方式配置，若所述第2施力构件被压缩，则所述支承构件与所述卡定构件抵接。

3.根据权利要求2所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述变换机构在所述电动机停止且所述阀芯关闭之后，相对于所述可动板相对位移。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述变换机构由滚珠丝杠机构或滚柱丝杠机构和套筒构成。

5.根据权利要求4所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述可动板具备具有滑动部的被卡合构件，

所述套筒具备卡合部，所述卡合部与所述滑动部滑动接触并且与所述被卡合构件卡合，通过所述卡合部被向所述第2方向驱动，所述可动板移动，所述阀芯打开。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述电动机的旋转驱动力由所述变换机构变换为直线驱动力，所述直线驱动力经由所述第2施力构件而向所述可动板传递，将所述阀芯的闭阀动作加速。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述变换机构沿着所述可动板的大致中央部的轴线而相对于所述可动板的运动相对位移。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述第2施力构件的弹簧刚性比所述第1施力构件的弹簧刚性大。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述第1施力构件是螺旋弹簧，所述第2施力构件是盘簧，所述第2施力构件配置于所述变换机构与所述可动板之间。

10.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述第1方向是所述阀芯关闭的方向，所述第2方向是所述阀芯打开的方向。

11.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

在所述阀芯打开的状态下，在丧失了所述电动机的电源、电源发生了故障时或通过基于异常检知的自动或手动触发，使所述阀芯急速向所述第1方向移动并且所述阀芯落座，通过所述变换机构相对于所述可动板相对位移而所述第2施力构件被压缩，由包括所述电动机的旋转惯性引起的冲击载荷被缓和。

12.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述支承构件是以贯通所述可动板的方式设置有至少1个的止动构件，所述卡定构件是与所述支承构件抵接的垫圈构件。

13.根据权利要求11所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

通过所述支承构件与所述卡定构件抵接，将未被完全缓和的所述冲击载荷经由所述支承构件和所述卡定构件而向所述壳体散发，从而缓和所述阀芯的负荷。

14.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述第2施力构件是环簧，抑制所述第2施力构件的回弹。

15.根据权利要求1～3中任一项所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

具备阻尼要素，所述阻尼要素抑制所述第2施力构件的回弹。

16.根据权利要求15所述的阀开闭用电动致动器，其特征在于，

所述阻尼要素连接于所述变换机构和所述可动板，在所述变换机构相对于所述可动板相对位移时，抑制所述第2施力构件的回弹。

17.一种阀开闭用电动致动器的驱动方法，

使用权利要求1～16中任一项所述的阀开闭用电动致动器，在所述阀芯关闭的状态下，通过周期性地驱动所述电动机而使所述变换机构相对于所述可动板相对位移，进行所述变换机构的磨合运转。

18.根据权利要求17所述的阀开闭用电动致动器的驱动方法，其特征在于，

还具备进行所述磨合运转的磨合运转模式。

Images