JP2005214299A - 電動バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】電気二重層キャパシタを緊急用の充電電源として使用できるようにする。
【解決手段】複数のキャパシタセル４ａ〜４ｃからなる電気二重層キャパシタ４を直並列切り換え手段Ｒ３’〜Ｒ５’を介して充電の際に直流電源１と並列に接続し、充電の際に各セル４ａ〜４ｃへの電圧配分が不均一とならないようにする。一方、放電の際には、前記セル４ａ〜４ｃを直並列切り換え手段Ｒ３’〜Ｒ５’を介して直列にしてバルブ駆動用モータ７と接続することで、所定の電圧が得られるようにする。こうすることで、電気二重層キャパシタを緊急用の充電電源として使用できるようにする。
【選択図】図８

Description

この発明は、緊急時の駆動電源として電気二重層キャパシタを用いた電動バルブに関するものである。

電動バルブは、例えば停電で電力を失っても駆動可能なようにしておかなければならない。そのため、（例えば特許文献１）のように、モータが駆動するバルブの出力軸に緊急時の補助動力としてスプリングを設けたり、あるいはバックアップ用の充電電池（二次電池）を設けることが行われていた。

ところが、（例えば特許文献１）のようなスプリングを設ける方法では、スプリングをモータの駆動によりバルブの弁体を開放方向に回転させる際に同時に巻いて蓄圧状態に保持しておき、停電等の際にその保持力を解除してスプリングの復元力により逆方向に回転させるようにしている。そのため、モータには弁体を回転させる負荷とスプリングを巻く負荷が同時にかかることになる。したがって、大きなトルクを有する高価なモータが必要となり、しかも、全体の形状も大きくなる問題がある。

さらに、バルブを閉鎖する際には、必ずスプリングの復元力があるため、スプリングは、バルブの開閉動作の都度モータによって巻かれたり、巻き戻されたりと反復して使用されることになり、スプリングの寿命を短くする問題がある。

また、スプリングの伸長で一気にバルブを閉じる構造なので、バルブを閉じた際に機構にかかる衝撃が大きく、電動バルブの寿命が短くなるという欠点を有していた。

一方、バックアップ用の二次電池を設ける方法では、上記のようにスプリングを用いないので、トルクの大きなモータを用いたり、バルブを閉じる際に機構に負担をかけることは少ないが、二次電池は化学反応を伴うので、急速充電回路を用いても電池の充電に少なくとも数十分の時間がかかる。そのため、起動後数十分は対処できない問題がある。また、化学反応を伴う二次電池は、使用中に劣化していくため期間がくれば取り替えなければ緊急時に対処できないメンテナンス上の問題もある。

そのため、充電の問題とメンテナンスの問題を解決する一つの方法として、（例えば特許文献２）に二次電池に代えて電気二重層キャパシタを使用したものが考えられている。

また、電気二重層キャパシタは、二次電池のように化学反応を利用したものではなく、単に電解液と電極との間に形成される電気二重層に電荷を蓄えるものなので充電時間も短くて済み、しかも、ほとんどメンテナンスをしなくとも長期間繰り返し使用できる。
特公昭５３−０３４００５号公報 特開平１１−１０１３５９号公報

電動バルブは、常時はゆっくりと弁を開閉して流量の調節を行い、緊急時（停電時、地震発生時など）は速く弁を閉じなければならない。そのため、弁の駆動を行うバルブ駆動モータ（ＤＣモータ）に入力する直流電圧を常時は低く、緊急時は高くすることによってモータの回転速度を制御する必要がある。

また、電気二重層キャパシタを緊急時用電源とするためには、複数のキャパシタを直列に接続して電圧を高める方法があるが、高い電圧で充電するために常時のモータ駆動用電源とは別に直流電圧電源が必要となる。

また、直列に接続されたキャパシタ間には、キャパシタの特性により分担電圧のばらつきが生じるため、ばらつきを抑える対策も必要となる。

さらに、電気二重層キャパシタは、従来のバッテリーと比べると内部抵抗が低く、電
解コンデンサと比べると蓄電容量が大きいので、一旦短絡故障等が起きると、非常に大きな電流が継続して流れる。そのため、特に、電気二重層キャパシタを蓄電要素として使用する場合は、高速に故障電流を遮断し機器の破損を防がなければならない。

一方、バルブの小型化を図るためには、制御部はできるだけ小さくする必要があるが、そのためには直流電源の容量もできるだけ低く抑える必要がある。

また、比較的頻繁に電動バルブが動作する場合には、直流電源の容量に余裕があっても
電源の電力はモータ駆動用に使用が限定される時間が長くなり、電気二重層キャパシタの充電完了が遅れる問題がある。

以上この発明の課題は、電気二重層キャパシタを緊急用の電源として使用できるようにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明では、常時は直流電源に接続されたバルブ駆動用
モータと、該直流電源の停電を検出し停電信号を出す停電検出手段と、複数個の電気二重層キャパシタから成る電源装置と、該複数個の電気二重層キャパシタを常時は並列接続し、上記停電信号を受けて直列接続とする直並列接続切り換え手段と、上記直並列接続切り換え手段により並列接続された電気二重層キャパシタを充電する充電回路と、上記停電信号を受けて直流電源とバルブ駆動用モータとの接続を断ち上記直並列接続切り換え手段により直列接続された電気二重層キャパシタをバルブ駆動用モータに接続する電源切り換え手段とを有する構成を採用したのである。

このような構成を採用することにより、常時（通常）、すなわち、充電時はキャパシタを電源に並列に接続することにより、常時の低い電源電圧でも充電できるようにし、かつ、緊急時（放電時）にはキャパシタを直列接続に切り替えることにより、出力電圧を高くして前記バルブ駆動用モータを高速回転させる。

また、常時は直流電源に接続されたバルブ駆動用モータと、該直流電源の停電を検出し停電信号を出す停電検出手段と、複数個の並列接続された電気二重層キャパシタから成る電源装置と、該複数個の並列接続された電気二重層キャパシタの電圧を上記停電信号を受けて昇圧する昇圧回路と、上記並列接続された電気二重層キャパシタを充電する充電回路と、上記停電信号を受けて直流電源とバルブ駆動用モータとの接続を断ち上記昇圧回路の出力端を上記バルブ駆動用モータに接続する電源切り換え手段とを有する構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、停電時等の緊急時に昇圧回路でキャパシタの出力電圧を昇圧し、前記バルブ駆動用モータを高速回転させる。

また、常時は直流電源に降圧回路を介して接続されたバルブ駆動用モータと該直流電源の停電を検出し停電信号を出す停電検出手段と複数個の直列接続された電気二重層キャパシタから成る電源装置と、上記直列接続された電気二重層キャパシタを充電する充電回路と、上記停電信号を受けて直流電源とバルブ駆動用モータとの接続を断ち上記直列接続された電気二重層キャパシタを上記バルブ駆動用モータに接続する電源切り換手段とを有する構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、常時（通常）、バルブ駆動モータは、降圧回路で直流電源を降圧して駆動する。このとき、直列接続された複数個の電気二重層キャパシタは直流電源でもって充電する。一方、緊急時には、電源切り換え手段がバルブ駆動モータと直流電源（降圧回路を含む）との接続を断ち、バルブ駆動モータに電気二重層キャパシタを接続すると、前記モータに直流電源で充電された電気二重層キャパシタの（降圧回路を介さない）高い電圧が印加されるため、前記モータを高速に回転させることができる。

また、上記電気二重層キャパシタの充電回路と直列に、電気二重層キャパシタの故障時に充電電流を制限する充電電流制限回路を接続するという構成を採用すれば、回路を保護することができる。

また、上記充電回路の電源として上記直流電源を用いるとともに、上記バルブ駆動用モータの直流電源での駆動を検知して、上記電気二重層キャパシタを上記直流電源から切り離す充電回路切り離し手段を設けた構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、パルブ駆動用モータの駆動中は電気二重層キャパシタへの充電を止め、前記モータへの通電を行う。そして、前記モータの停止中に電気二重層キャパシタへの充電を行うことにより、前記モータと前記キャパシタのいずれか一方にしか給電を行わないようにして、直流電源の容量をできるだけ小さく抑えることができる。

さらに、上記充電回路の電源として上記直流電源を用いるとともに、上記直流電源に、
充電電流とモータ駆動電流の総和を制限する電源電流制限回路を設けた構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、電源電流制限回路の制限電流を電気二重層キャパシタの充電電流とバルブ駆動用モータの駆動電流の総和とすることで、前記電源が供給可能な電力をモータ駆動用と充電用に有効に振り分けることにより、比較的頻繁に電動バルブが動作した場合も速やかに電気二重層キャパシタの充電を可能とする。

この発明は、以上のように構成することによって、常時はバルブ駆動モータ（ＤＣモータ）に入力する直流電圧を低くし、ゆっくりと弁を開閉して流量の調節を行い、緊急時（停電時、地震発生時など）は直流電圧を高くして速く弁を閉じることを効果的に行うことができる。

また、直並列切り換え回路や昇圧回路や降圧回路を採用したことにより、同一の直流電源をモータ駆動用電源と電気二重層キャパシタの充電用電源に共用することができる。

また、充電時にキャパシタを並列にすることで、各キャパシタに等しい電圧で充電を行うことができる。

さらに、高速に充電電流を制限する充電電流制限回路を設けたことにより、短絡故障時にも故障電流を高速に限流し、回路を保護することができる。

また、モータが駆動するときは充電を停止することにより、電源回路の最大必要容量が抑えられ、直流電源の小型化を図ることができるので、バルブの小型化が達成される。

あるいは、電源電流制限回路の制限電流をバルブ用モータの駆動用の電流と電気二重層キャパシタの充電電流との総和としたことにより、電源が供給可能な電力をモータ駆動用と充電用に有効に振り分けることができるので、比較的頻繁に電動バルブが動作した場合も速やかに電気二重層キャパシタの充電が可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

以下に述べる形態は、図１に示すような弁Ａを開閉するバルブ駆動用モータ７を備えた電動バルブＢの駆動回路を示すものである。

図２に第１実施形態として請求項１に係る発明を実施するための最良の形態を示す。

この形態の駆動回路は、図２に示すように、直流電源１、停電検出手段５、充電回路６、電気二重層キャパシタ電源装置（以降、電気二重層キャパシタ）４、直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５、電源切り換え手段Ｒ−１、Ｄで構成されており、具体的には図３のような回路で示すことができる。

すなわち、直流電源１は、例えば、ＡＣ８５Ｖ〜ＡＣ２６５Ｖ（周波数４７〜４４０Ｈｚ）からＤＣ１１０〜３３０Ｖの電圧を出力するもので、ここではＡＣ−ＤＣコンバータを使用している。このようにＡＣ−ＤＣコンバータを用いることにより、電圧や周波数の異なる地域でも問題なく使えるようになる。

また、停電検出手段５には、ここではリレーＲを用いている。前記リレーＲは、直流電源１の出力に並列に接続し、直流電源１の停止で前記リレーＲがオフとなるようにしてある。このリレーＲの接点は直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５を構成するので詳しくは後述する。

充電回路６は、図３のように、例えば、一方のｎｐｎトランジスタＱ１のエミッタ端子を他方のｎｐｎトランジスタＱ２のベース端子に接続し、かつ、他方のトランジスタＱ２のコレクタ端子を一方のトランジスタＱ１のベース端子と接続して前記ベース端子とエミッタ端子に抵抗ＲｂとＲｅを設けたもので、Ｒｅを流れる電流は、Ｉｅ＝Ｖｂｅ／Ｒｅ（Ｖｂｅ：トランジスタＱ１のベースーエミッタ間電圧）となる。このような充電回路６は定電流回路として作用する。

すなわち、充電回路６は（電気二重層キャパシタ４の内部インピーダンスは比較的高いが）、後述するように直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５で並列に接続したことで、インピーダンスが低下しても電流の流れ過ぎを防いだり、電気二重層キャパシタ４が破損しても電流が流れ過ぎないようにして前記電源１が過負荷状態にならないようにできる。

電気二重層キャパシタ４は、有機溶剤を電解液に使用した２．５Ｖ程度の耐圧を有するセルを２個直列に接続した３個のユニット４ａ〜４ｃからなるもので、各ユニット４ａ〜４ｃには、直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５が接続されている。

直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５は、この形態では、前述の停電検出手段５のリレー接点（Ｃ接点Ｒ−１〜Ｒ−５）を使用したもので、図３のように、リレー接点のｃｏｍ端子を前記電気二重層キャパシタユニットの両側端子とそれぞれ接続し、また、リレー接点Ｒ−１〜Ｒ−３のＮＯ端子を充電回路６に接続するとともに、リレー接点Ｒ−１のＮＣ端子をスイッチ３（後述する）の一方のｃｏｍ端子と接続してバルブ駆動用のモータ７の一方に接続している。さらに、Ｃ接点Ｒ−４とＲ−５のＮＯ端子をスイッチ３の他方のｃｏｍ端子と接続し、バルブ駆動用のモータ７の他方とＧＮＤに接続している。そのため、直流電源１がオンとなり、前記リレーＲに電流が流れると、リレーＲの接点Ｒ−１〜Ｒ−５のｃｏｍ端子とＮＯ端子がオン状態（破線のように）になり、電気二重層キャパシタユニット４ａ〜４ｃは、前記直流電源１に対して並列に接続される。一方、前記直流電源１がオフになり、リレーＲもオフになると、リレーＲのＣ接点Ｒ−１〜Ｒ−５のｃｏｍ端子とＮＯ端子はオフとなり、ｃｏｍ端子とＮＣ端子はオン（実線のように）になるので、電気二重層キャパシタユニット４ａ〜４ｃは、バルブ駆動用モータ７と直列に接続されることになる。

電源切り換え手段Ｒ−１、Ｄは、図３では、リレー接点Ｒ−１とダイオードＤとで構成されている。すなわち、リレー接点Ｒ−１は、先にも述べたとおり、ＮＣ端子をスイッチ３を介してバルブ駆動用モータ７の一方と接続してある。また、ダイオードＤは、前記バルブ駆動用モータ７の一方と直流電源１間にアノードを直流電源１側にして設けられており、直流電源１への電気二重層キャパシタ４からの電流の逆流を防止する。

なお、符号２は、バルブを開閉するためのスイッチで、例えば図３のように２個のＣ接点を有するトランスファスイッチの一方のＮＣ端子と他方のＮＯ端子とを接続し、両スイッチを連動させることにより、バルブ駆動モータ７への出力を反転させられるようになっている。

また、符号３は、緊急遮断時にバルブを開放するか閉鎖するのかを設定するためのスイッチで、２個のＣ接点を有するトランスファスイッチからなっており、図３のように、スイッチ２と並列にバルブ駆動用モータ７に接続されている。

この形態は、上記のように構成されており、この電動バルブＢはＡＣを通電すると、直流電源１が作動してリレーＲに電流が流れる。すると、前記リレーＲの接点Ｒ−１〜Ｒ−５のｃｏｍ端子とＮＯ端子がオンとなり、直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５として作動して電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃは、それぞれ前記直流電源１に対して並列に接続される。その結果、前記各キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃには、直流電源１から同じ電圧が印加されることになり、例えば、前記キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃの一つのセルの耐電圧が他のユニット４ａ〜４ｃと違っても、どのキャパシタユニット４ａ〜４ｃにも同じ電圧が印加されることになるので（そのため充電回路６による定電流回路を設けてある）、電圧の偏りによる故障を起こさない。

また、このように並列に接続された各キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃは、充電回路６を介して充電されるが、充電にかかる時間は化学反応をともなう二次電池と比べて遙かに速い。

そのため、極めて短時間で使用可能となるので、緊急の際のバルブの開閉方向を設定するバルブ遮断設定スイッチ３の設定は、通電前にしておくのが好ましい。

このように、充電がすぐにできるので、例えば、始動直後に停電が起きて、直流電源１が停止しても、リレーＲが停電検出手段５として作動してオフになってリレーＲの接点Ｒ−１〜Ｒ−５のｃｏｍ端子とＮＣ端子がオンになり、電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃが並列から直列接続に切り換えられると、リレーＲは直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５として作動するため、前記接点Ｒ−１〜Ｒ−５によって直列に接続された電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃの高い電圧がスイッチ３を介してバルブ駆動用モータ７に印加される。そのため、バルブ駆動用モータ７を一気に作動させて緊急遮断を行うことができる。

なお、この形態では、直流電源１にＡＣ−ＤＣコンバータ電源を用いたがこれに限定されるものではなく、どのような電源でも使用可能である。

次に、第２実施形態として請求項２に係る発明を実施するための最良の形態を図４に示す。

この形態は、先の第１実施形態の直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５に代えて、電気二重層キャパシタ４と電源切り換え手段Ｒ−１、Ｄの間に昇圧回路９を設けたものである。

このとき、電気二重層キャパシタ４は、例えば、複数のキャパシタセルを並列に接続したものとすることにより、キャパシタセルの一部が破損した場合でも所要の電力を供給できるようにしてある。

また、昇圧回路９は、ここでは、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用している。このようにＤＣ−ＤＣコンバータを使うことで、前記キャパシタ４の電圧をバルブ駆動用モータ７を緊急時に作動させる電圧まで昇圧できるようにしている。

他の構成及び作用効果については、第１実施形態と同じなので、図面に同一符号を付して説明を省略する。

この形態は、上記のように構成されており、通常状態（停電などの異常が発生していない状態）では、直流電源１は、ダイオードＤを介してバルブ駆動用モータ７へ電力を供給し、同時に充電回路６を介して電気二重層キャパシタ４を充電する。

いま、停電などで直流電源１が停止すると、直流電源１の停止したことを停電検出手段５が検出し、電源切り換え手段Ｒ−１、Ｄを作動して昇圧回路９をバルブ駆動用モータ７に接続する。そのため、前記モータ７へ昇圧回路９を介して電気二重層キャパシタ４から昇圧された電力が供給される。その結果、バルブの緊急遮断を行うことができる。

次に、請求項３の発明に係る最良の形態を第３実施形態として述べる。

この形態は、図５に示すように、図１の第１実施形態の直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５に代えて降圧回路１０を設けたもので、降圧回路１０は、図５のものでは、充電回路６への分岐点と電源切り換え手段Ｒ−１、ＤのダイオードＤとの間に設けてある。

降圧回路１０は、例えば周知の降圧型のスイッチングレギュレータなどを使用すればよく、降圧した電圧で前記モータ７を通常動かせる（バルブの開閉が行える）電圧になるように設定してある。

そのため、直流電源１の出力電圧は、緊急時の電圧に合わせて高めに設定してある。さらに、電気二重層キャパシタ４もセルを積層（直列）して前記電圧を充電できるようにしてある。

このようにすることにより、緊急時に電気二重層キャパシタ４から緊急用の通常よりも高い電圧の電力を直接供給できる。

他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様なので、図面に同一符号を付して説明は省略する。

この形態は、上記のように構成されており、通常は直流電源１から出力される電圧を降圧回路１０で低下してバルブ駆動用モータ７に供給する。同時に充電回路６を介して供給する電圧で電気二重層キャパシタ４を緊急作動用の高めの電圧に充電する。

いま、例えば停電などで直流電源１が停止すると、降圧回路１０を介してのバルブ駆動用モータ７への電力の供給が停止する。すると同時に、停電検出手段５が直流電源１の停止したことを検出して電源切り換え手段Ｒ−１、Ｄを作動し、電気二重層キャパシタ４を前記バルブ駆動用モータ７に接続する。

そのため、電気二重層キャパシタ４に充電していた電力がバルブ駆動用モータ７へ供給される。このとき、電気二重層キャパシタ４は、緊急時用に高い電圧に充電されているので、バルブを緊急遮断できる。

次に、請求項４及び５の発明に係る最良の形態を第４実施形態として述べる。

この形態は、図６に示すように、第１実施形態のものに、充電回路切り離し手段８と充電電流制限回路１１を設けたものである。

充電回路切り離し手段８は、この形態では図６に示すように、スイッチ手段Ｒ６’とスイッチ手段Ｒ６’を作動するための駆動検出手段Ｒ６とで構成されている。

スイッチ手段Ｒ６’は、直流電源１と充電回路６間に設けられ、充電回路６の充電電流（電気二重層キャパシタ４への）を制御できるようになっている。

駆動検出手段Ｒ６は、バルブ駆動用モータ７に電流が流れているかを検出して、電流が流れている間はスイッチ手段Ｒ６’をオフにして、電流が流れなくなるとオンにするもので、例えばＣＴなどの電流センサやモータ７の回転を検出する回転センサなどを用いて構成することができる。

このような充電回路切り離し手段８を設けることにより、前記モータ７が動いている間は、スイッチ手段Ｒ６’がオフとなり、充電回路６は直流電源１から切り離される。一方、前記モータ７が停止している間はスイッチ手段Ｒ６’がオンとなって充電回路６を直流電源１と接続し、充電回路６を介して電気二重層キャパシタ４の充電を行う。このため、通常は直流電源１から前記モータ７あるいは充電回路６のいずれか一方にしか電流を流さないので、直流電源１の容量は、前記モータ７の容量に基づいて決めることができる。そのため、先の形態のように直流電源１の容量を電気二重層キャパシタ４と前記モータ７とを合わせた容量にしなくて良いので、直流電源１の小型化が図れる。

充電電流制限回路１１は、図６では充電回路６と電気二重層キャパシタ４との間に設けて、充電電流の最大値を規制するためのもので、例えば、トランジスタを使用して構成した垂下特性を有する電流制限回路などを用いることができる。このような回路を用いることにより、充電電流の最大値を適宜設定して短絡故障による電気二重層キャパシタ４の破損を防止できる。

他の構成については、第１実施形態と同様なので、同一符号を付して説明は省略する。

この形態は、上記のように構成されており、通常は、直流電源１からバルブ駆動用モータ７へ給電が行われると、その給電によって流れる電流あるいは前記モータ（前記モータ７によって回転するバルブも含む）７の回転を駆動検出手段Ｒ６が検出してスイッチ手段Ｒ６’をオフにする。そのため、直流電源１は、前記モータ７のみへ給電を行う。そして、前記モータ７の作動によってバルブが所定の状態に達して前記モータ７への通電が停止すると、そのことを駆動検出手段Ｒ６が検出してスイッチ手段Ｒ６’がオンになるので、直流電源１から充電回路６へ電流が流れて、電気二重層キャパシタ４への充電が開始される。その際、充電電流は、充電電流制限回路１１によって規制されるため、電気二重層キャパシタ４の短絡故障による破損を防止できる。

また、充電中にバルブ駆動モータ７を作動させると、その作動を駆動検出手段Ｒ６が検出してスイッチ手段Ｒ６’をオフとするので、直流電源１はバルブ駆動用モータ７と接続されることになる。

このように直流電源１は、バルブ駆動用モータ７あるいは充電回路（電気二重層キャパシタ４）６のいずれか一方にしか給電しないので電流容量の小さなものが使用できる。

また、電気二重層キャパシタ４への充電が完了すると、例えば、停電などで直流電源１が停止すると、停電検出手段５が停電を検出して直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５を作動し、かつ、電源切り換え手段Ｒ−１、Ｄを作動して電気二重層キャパシタ４をバルブ駆動用モータ７へ接続して緊急遮断を行うことができる。

次に、請求項６の発明に係る最良の形態を第５実施形態として述べる。

この形態は、図７に示すように、第１実施形態のものに、電源電流制限回路１２を設けたものである。

電源電流制限回路１２は、例えば、トランジスタなどを用いた垂下特性の電流制限回路を使用することができる。この電源電流制限回路１２は、直流電源１と充電回路６の分岐点の間に設けることにより、直流電源１から出力される電流の全てを制限しようとするものである。

そして、例えば、前記電源電流制限回路１２で制限される電流を（前記モータ７＋充電回路６）とすれば、前記モータ７が頻繁に起動した場合でも、充電が短時間で行え電源１を有効に利用できるというものである。

他の構成については、第１実施形態と同様なので、同一符号を付して説明は省略する。

この形態は、上記のように構成され、電源電流制限回路１２の出力電流は、バルブ駆動用モータ７と充電回路６へ振り分けられて電気二重層キャパシタ４を充電している。

そのため、例えば、停電などで直流電源１が停止すると、停電検出手段５が停電を検出して直並列切換手段Ｒ−１〜Ｒ−５を作動し、かつ、電源切り換え手段Ｒ−１、Ｄを作動して電気二重層キャパシタ４をバルブ駆動用モータ７へ接続して緊急遮断を行うことができる。

この実施例は、図８に示すように、リレーＲ１〜Ｒ５とスイッチ２、３を使って本願発明を実現した一つの具体例で、直流電源１、停電検出手段５、充電回路６、電気二重層キャパシタ４、直並列切換手段Ｒ３’〜Ｒ５’、電源切り換え手段Ｒ３’、Ｄを有するとともに、バルブの開放と閉鎖などの表示ランプＬｐ１〜Ｌｐ５、手動スイッチＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、リミットスイッチ機構（バルブの開放あるいは閉鎖位置で開閉用モータをストップさせる）ＬＳ１、ＬＳ２などの他、電気二重層キャパシタユニット４ａ〜４ｃの充電回路切り離し手段８を有するものである。

直流電源１は、先に述べたのと同じで、直流５Ｖの出力電圧で、電圧や周波数の異なる地域でも使用できるＡＣ−ＤＣコンバータ電源である。

停電検出手段５は、直流電源１の出力に並列に接続された３個のリレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５で構成されている。

充電回路６は、一方のｎｐｎトランジスタＱ１のエミッタ端子を他方Ｑ２のベース端子に接続し、抵抗ＲｂとＲｅを設けたもので、先に述べたとおり制限電流は、Ｉｅ＝Ｖｂｅ／Ｒｅとなる。

電源切り換え手段Ｒ３’、Ｄは、リレーＲ３のトランスファ接点Ｒ３’の一方とダイオードＤとで構成されている。

リレー接点Ｒ３’は、ＳＯ（後述）出力としてスイッチ２に接続されており、詳しくは後述する。ダイオードＤは直流電源１への電気二重層キャパシタ４からの電流の逆流を防止する。

スイッチ２は、ここでは、図８のようなトグルスイッチ（例えば、操作盤に設けられたリモートスイッチ）で、２個のリレーＲ１とＲ２のいずれかを作動させることにより、直流電源１からバルブ駆動用モータ７へ印加する電圧を反転させてバルブの開閉を行うようになっている。

そのため、図９のように、スイッチ２をリレーＲ１に接続すると、直流電源１→リレーの一方のＣ接点（Ｒ２’）のｃｏｍ端子→リレーＲ１→ＧＮＤと電流が流れてリレーＲ１が作動する。すると、リレーＲ１によって作動したリレーＲ１の一方のＣ接点（Ｒ１’）→ＳＷ２の一つのＣ接点→バルブ駆動用モータ７→ＳＷ２（後述のバルブ遮断設定スイッチ３を形成する）のもう一つのＣ接点→リレーＲ１の他方のＣ接点（Ｒ１’）→ＧＮＤと流れてバルブ駆動用モータ７を正転させる。

逆に、図１０のように、スイッチ２をリレーＲ２と接続すると、リレーＲ２が作動して、作動したリレーＲ２の一方のＣ接点（Ｒ２’）→ＳＷ２のもう一つのＣ接点→バルブ駆動用モータ７→ＳＷ２の一つのＣ接点→リレーＲ２の他方のＣ接点（Ｒ２’）→リレーＲ１の接点Ｒ１’の他方のＣ接点→ＧＮＤと流れてバルブ駆動用モータ７を逆転させるようになっている。

電気二重層キャパシタ４は、第１実施形態で述べたのと同じ有機溶剤を使用した２．５Ｖ程度の耐圧を有するセルを２個直列に接続した３個のユニット４ａ〜４ｃからなるもので、各ユニット４ａ〜４ｃは、直並列切換手段Ｒ３’〜Ｒ５’に接続されている。

直並列切換手段Ｒ３’〜Ｒ５’は、図８に示すように停電検出手段５を構成する３個のリレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５の２組のトランスファ接点Ｒ３’〜Ｒ５’で構成されている。

このリレーＲ３（一方のトランスファ接点）とリレーＲ４の接点Ｒ３’、Ｒ４’は、図８のように、Ｃ接点のｃｏｍ端子を前記電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃの一方の端子と接続してある。また、前記接点Ｒ３’とＲ４’のＮＯ端子は充電回路６を介して直流電源１に接続し、同時に接点Ｒ３’のＮＣ端子の一方を直列出力ＳＯとしてダイオードＤ１を介してスイッチ２に接続し、接点Ｒ４’の一方のＮＣ端子を接点Ｒ５’のＮＣ端子と接続してある。

また、接点Ｒ５’のｃｏｍ端子は前記電気二重層キャパシタ４のユニット４ｂ、４ｃの他方の端子と接続し、ＮＣ端子を先にも述べたとおり接点Ｒ４’の他方のＮＣ端子と接続し、同時にＲ５のＮＯ端子をダイオードを介してグランドに接続してある。このとき、前記電気二重層キャパシタ４のユニット４ａの他方の端子も、ダイオードを介してグランドに接続するようにしてある。

そのため、リレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５に電流が流れて、前記リレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５の接点Ｒ３’、Ｒ４’、Ｒ５’のｃｏｍ端子とＮＯ端子とが接続すると、電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃは電源１と並列に接続される。一方、リレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５への電流が停止すると、リレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５の接点Ｒ３’、Ｒ４’、Ｒ５’のｃｏｍ端子とＮＣ端子とが接続して、電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃは直列に接続されることになる。

スイッチ３は、図１１に示すように、４極のトランスファスイッチＳＷ２で形成されており、その内の２個のトランスファスイッチの一方ａのＮＯ端子と他方ｂのＮＣ端子を並列に接続して直並列切換手段Ｒ３’〜Ｒ５’の直列出力ＳＯと接続し、直並列切換手段Ｒ３’〜Ｒ５’の直列出力ＳＯの他方（電気二重層キャパシタ４のユニット４ａの他方の端子）と前記ａ、ｂのＣ接点の他方のＮＣ端子とＮＯ端子の並列接続とを接続することにより、トランスファスイッチＳＷ２の２個（ａとｂ）のＣ接点を切り換えると、電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃから流れる電流の向きを図１１と図１２のように変えることができるようになっている。

バルブ駆動用モータ７は、この実施例では、図１３のように前記モータ７と並列にブレーキ用ダイオードＤｂを設け、そのダイオードＤｂと直列にリミットスイッチＬＳ１、ＬＳ２を設けたもので、前記リミットスイッチＬＳ１、ＬＳ２が、バルブの閉鎖点あるいは開放点で作動すると、前記ダイオードＤｂが前記モータ７に逆接続され、逆接続されたモータ７自身の逆起電力でもってブレーキがかかるようにしてある。

ちなみに、図８ではダイオードＤｃを設けてバルブを閉鎖点と開放点の途中で止めた場合でもブレーキがかかるようにしてある。

表示ランプＬｐ１〜Ｌｐ５は、バルブの開閉状態を表示するＬｐ１〜Ｌｐ３と手動切替え表示ランプＬｐ４及びキャパシタ遮断・容量ランプＬｐ５とからなっている。

バルブの開閉状態を表示するＬｐ１〜Ｌｐ３は、図８に示すように、バルブの開放点及び閉鎖点を検出するためのリミットスイッチＬＳ３、ＬＳ４と直列に接続されている。また、手動切替え表示ランプＬｐ４は、前記モータ７と直列に設けたブレーキ用ダイオードＤｂの解放用のスイッチＳＷ１と連動するスイッチＳＷ１’と直列に設けられており、先のスイッチの状態を表示できるようにしている。キャパシタ遮断・容量ランプＬｐ５は、直並列切換手段Ｒ３’〜Ｒ５’の直列出力ＳＯと接続されており、直列出力が出力された際に点灯するようになっている。

スイッチＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５は手動操作用のもので、スイッチＳＷ１は、先に述べたブレーキ用ダイオードＤｂの接続用のスイッチであり、スイッチＳＷ１をオフにすれば、ブレーキ用ダイオードＤｂとの接続をリリースしてバルブ駆動用モータ７を簡単に動かせるようにするためのものである。

ＳＷ３とＳＷ４は、リレーＲ１及びリレーＲ２を強制的にオフとするためのものである。ＳＷ５は、電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃとバルブ駆動用モータ７との接続を遮断して、前記キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃからバルブ駆動用モータ７を解放し、例えば緊急時手動でバルブを動かせるようにするためのものである。

ちなみに、手動スイッチＳＷ３とＳＷ４は、バルブの弁の傍に設ければ、リレーＲ１とＲ２を作動できるので、メンテナンス等の際に使用できる。

駆動検出回路８は、この形態では、図８のように、バルブ駆動用モータ７と並列にリレーＲ６を設け、その並列に設けたリレーＲ６の接点Ｒ６’（ｃｏｍとＮＣ端子）を直流電源１と充電回路６の間に直列に設けて、前記接点Ｒ６’（ｃｏｍとＮＣ端子）がバルブ駆動用モータ７が駆動している際にオフとなるようにしたもので、前記モータ７の回転中は電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃへの充電をストップする。このようにすることにより、今までは、充電中に前記モータ７が回転することを考慮し、
「バルブ駆動用モータ７の作動電流」＋「電気二重層キャパシタユニット４ａ〜４
ｃの充電電流」＝「ＡＣ−ＤＣコンバータ電源１の最大電流」
となるようにしなければならなかったが、
「バルブ駆動用モータ７の作動電流」＝「ＡＣ−ＤＣコンバータ電源１の最大電流」
が可能となり、今までより容量の小さな電源を使用することにしたり、あるいは、今までと同じ電源容量（モータの作動電流を考慮したもの）ものを使用すれば、充電時間を短縮できる。

この形態は上記のように構成されており、この電動バルブでは、直流電源１が作動し、リレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５に電圧が印加されると、リレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５のｃｏｍ端子とＮＯ端子がオンとなり、電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃは、前記電源１に対して並列に接続される。このとき、スイッチ２を正転あるいは逆転のいずれかに設定すると、バルブが開放あるいは閉鎖点にある場合は、リミットスイッチＬＳ１、ＬＳ２のいずれかが作動してバルブ駆動用モータ７に通電されないので、そのときは、手動スイッチＳＷ１をオフにしてブレーキ用ダイオードＤｂを前記バルブ駆動用モータ７から切り離し、リミットスイッチＬＳ１、ＬＳ２が作動しないようにバルブを少し動かす。そして、手動スイッチＳＷ１をオンにすれば、スイッチ２で設定した位置へ作動する。このバルブ駆動用モータ７が作動中はリレーＲ６がオンとなるので、充電回路６への通電はオフとなり、電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃへの充電はキャンセルされる。また、設定位置へ達するとリミットスイッチＬＳ１、ＬＳ２が作動してバルブ駆動用モータ７への通電が切れるので、リレーＲ６もオフとなり、充電回路６を介して電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃへの充電が開始される。

このとき、直並列切換手段Ｒ３’Ｒ５’により、前記各キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃには、直流電源１から同じ電圧が印加されることになる。したがって、前記キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃの一つの耐電圧が他のユニットと違っていてもどのユニット４ａ〜４ｃにも同じ電圧が印加されることになり、電圧の偏りによる故障を起こさない。

このように並列に接続された前記各キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃは、充電回路６を介して充電されるが、充電にかかる時間は、前記開閉モータ７が作動していないので短縮できる。

したがって、前記キャパシタ４への充電は起動から短時間ですぐにできるので、例えば、起動直後に停電が起きて、直流電源１が停止しても、リレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５への印加電圧が消失し、リレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５のｃｏｍ端子とＮＣ端子がオンになり、リレーＲ３、Ｒ４、Ｒ５によって電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃは、図１１あるいは図１２のように、プラスに充電された端子とマイナスに充電された端子とが接続される。そのため、このように直列に接続された電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｃがバルブ駆動用モータ７に接続されることになり、前記駆動用モータ７を作動してバルブをバルブ遮断設定スイッチ３の設定通りに一気に動かすことができる。

なお、この実施例では、停電検出手段にリレー（実施形態では機械式しか述べなかったが半導体でも可）を用いたものを示したが、この方式に限定されるものではなく、例えば、周知の電圧検出手段を設けて停電を検出できるようにしてもよい。

この実施例は、直並列切換手段Ｒ３’Ｒ５’に代えて、図１４に示すように、昇圧回路９を用いたもので、ここでは昇圧回路９に図１４のように、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して、電源１に並列に接続された電気二重層キャパシタ４のユニット４ａ〜４ｄに接続している。

また、電圧検出手段１０を設けて、停電時に電圧が低下すると、昇圧回路９を作動させるためのトリガ信号を発生するようにしてある。

そのため、昇圧回路９は直流電源１が電圧を出力しなくなると充電された電気二重層キャパシタ４から昇圧した電圧をバルブ駆動用モータ７へ供給できるようになっている。

他の構成及び作用効果は、実施例１と同じなので、説明は省略する。

充電の際に、電気二重層キャパシタの破損し易いという原理上の問題を回路的に解決したので、電動バルブ以外の充電電源としても使用できる。

実施形態の一部切欠正面図 第１実施形態のブロック図 第１実施形態の回路ブロック図 第２実施形態のブロック図 第３実施形態のブロック図 第４実施形態のブロック図 第５実施形態のブロック図 実施例１のブロック図 実施例１の作用説明図 実施例１の作用説明図 実施例１の作用説明図 実施例１の要部ブロック図 実施例１の要部のブロック図 実施例２のブロック図

符号の説明

１ 直流電源
４ 電気二重層キャパシタ
４ａ〜４ｄ 電気二重層キャパシタユニット
５ 停電検出手段
６ 充電回路
７ バルブ駆動用モータ
８ 充電回路切り離し手段
１１ 充電電流制限回路
Ｒ１〜Ｒ６ リレー
Ｒ３’〜Ｒ５’ 直並列切り換え手段

Claims (6)

1. 常時は直流電源に接続されたバルブ駆動用モータと、該直流電源の停電を
   検出し停電信号を出す停電検出手段と、複数個の電気二重層キャパシタから成る電源装置と、該複数個の電気二重層キャパシタを常時は並列接続し、上記停電信号を受けて直列接続とする直並列接続切り換え手段と、上記直並列接続切り換え手段により並列接続された電気二重層キャパシタを充電する充電回路と、上記停電信号を受けて直流電源とバルブ駆動用モータとの接続を断ち上記直並列接続切り換え手段により直列接続された電気二重層キャパシタをバルブ駆動用モータに接続する電源切り換え手段とを有する電動バルブ。
2. 常時は直流電源に接続されたバルブ駆動用モータと、該直流電源の停電を
   検出し停電信号を出す停電検出手段と、複数個の並列接続された電気二重層キャパシタから成る電源装置と、該複数個の並列接続された電気二重層キャパシタの電圧を、上記停電信号を受けて昇圧する昇圧回路と、上記並列接続された電気二重層キャパシタを充電する充電回路と、上記停電信号を受けて直流電源とバルブ駆動用モータとの接続を断ち上記昇圧回路の出力端を上記バルブ駆動用モータに接続する電源切り換え手段とを有する電動バルブ。
3. 常時は直流電源に降圧回路を介して接続されたバルブ駆動用モータと、該直流電源の停電を検出し停電信号を出す停電検出手段と、複数個の直列接続された電気二重層キャパシタから成る電源装置と、上記直列接続された電気二重層キャパシタを充電する充電回路と、前記停電信号を受けて直流電源とバルブ駆動用モータとの接続を断ち上記直列接続された電気二重層キャパシタを上記バルブ駆動用モータに接続する電源切り換え手段とを有する電動バルブ。
4. 上記電気二重層キャパシタの充電回路と直列に電気二重層キャパシタの故障時に充電電流を制限する充電電流制限回路を接続したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動バルブ。
5. 上記充電回路の電源として上記直流電源を用いるとともに、上記バルブ駆動用モータの直流電源での駆動を検知して、上記電気二重層キャパシタを上記直流電源から切り離す充電回路切り離し手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電動バルブ。
6. 上記充電回路の電源として上記直流電源を用いるとともに、上記直流電源に、充電電流とモータ駆動電流の総和を制限する電源電流制限回路を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電動バルブ。

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