JP2007071357A - Electric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温水、冷水、水蒸気等の流体の流量を制御する電動弁やダンパ等に用いられる電動アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an electric actuator used for an electric valve, a damper, or the like that controls the flow rate of fluid such as hot water, cold water, and water vapor.
各種流体の流量を制御するバルブやダンパの開度調整を行う電動式のアクチュエータは、制御部からの駆動信号によって駆動する駆動モータと、この駆動モータの回転を減速し制御対象であるバルブやダンパ等の回転軸に伝達する減速歯車機構と、前記回転軸の現在の動作角(または動作範囲)を検出し外部に出力する動作角検出機構を備えている(例えば、特許文献1参照)。 Electric actuators that control the opening of valves and dampers that control the flow rates of various fluids include a drive motor that is driven by a drive signal from a control unit, and a valve or damper that is controlled by reducing the rotation of the drive motor. And a reduction gear mechanism that transmits to a rotation shaft, and an operation angle detection mechanism that detects the current operation angle (or operation range) of the rotation shaft and outputs it to the outside (see, for example, Patent Document 1).
前記特許文献1に記載された電動アクチュエータは、太陽歯車と遊星歯車を有する遊星歯車ユニットを多段に積層して設けた遊星歯車機構によって減速歯車機構を構成し、この減速歯車機構をケーシング内に収納し、さらにこのケーシングをアクチュエータ用カバー内に組込み、駆動モータの回転を減速歯車機構によって減速して弁のシャフト(回転軸)に伝達するように構成している。弁のシャフトは、遊星歯車機構の最終段のギアベースに連結されており、このシャフトの回転を伝達歯車を介してさらにロッドに伝達し、このロッドの回転をカムとリミットスイッチとからなる動作角検出機構によって検出することにより、前記シャフトの動作角を間接的に検出し、動作角検出機構の検知信号によって前記駆動モータを駆動制御するようにしている。
The electric actuator described in
しかしながら、上記した特許文献1に記載されている電動アクチュエータは、ロッドの動作角をシャフトの動作角として間接的に検出するようにしているので、ロッド、伝達歯車等の多くの部品を必要とし、構造が複雑化するばかりか、アクチュエータ自体が大型、重量化するという問題があった。また、部品点数が多くなればそれだけ個々の部品の公差が積算されて誤差が大きくなりカムとリミットスイッチによって定まる停止位置精度の誤差が大きくなるため、開度表示板による動作角の表示誤差となり、信頼性が低いという問題があった。
However, since the electric actuator described in
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、部品点数を削減し簡素化を可能にするとともに、回転軸の動作角度を直接検出することにより検出誤差が小さく信頼性を向上させるようにした電動アクチュエータを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems. The object of the present invention is to reduce the number of parts and enable simplification and to detect by directly detecting the operating angle of the rotating shaft. It is an object of the present invention to provide an electric actuator with small errors and improved reliability.
上記目的を達成するために第1の発明は、ハウジング内に配設された駆動モータと、この駆動モータの回転を減速し回転軸に伝達する減速歯車機構と、前記回転軸と前記減速歯車機構とを連結し前記回転軸と一体に回動する連結部材と、この連結部材の回動により前記回転軸の動作角を検知する動作角検出機構とを備え、前記動作角検出機構を前記減速歯車機構を収納するケースに設けたものである。 In order to achieve the above object, a first invention includes a drive motor disposed in a housing, a reduction gear mechanism that reduces the rotation of the drive motor and transmits the rotation to the rotation shaft, the rotation shaft, and the reduction gear mechanism. A connecting member that rotates together with the rotating shaft, and an operating angle detecting mechanism that detects an operating angle of the rotating shaft by the rotation of the connecting member, the operating angle detecting mechanism being the reduction gear. It is provided in a case that houses the mechanism.
第2の発明は、前記動作角検出機構が、前記連結部材の最大回動位置において、第1の出力を生じ、それ以外の回動位置では第2の出力を生じる最大回動位置検知手段と、
前記連結部材の最小回動位置において、第1の出力を生じ、それ以外の回動位置では第2の出力を生じる最小回動位置検知手段と、前記連結部材が最大回動位置まで回動したときにこの連結部材によって押圧力を受け、この押圧力を前記最大回動位置検知手段に伝えるとともに、前記連結部材が最小回動位置まで回動したときにこの連結部材によって押圧力を受け、この押圧力を前記最小回動位置検知手段に伝える揺動自在なレバー部材とで構成されるものである。
According to a second aspect of the present invention, the operating angle detection mechanism generates a first output at the maximum rotation position of the connecting member and generates a second output at the other rotation positions. ,
The minimum rotation position detecting means for generating the first output at the minimum rotation position of the connecting member and generating the second output at the other rotation positions, and the connection member rotated to the maximum rotation position. Sometimes, the connecting member receives a pressing force, transmits the pressing force to the maximum rotation position detecting means, and receives the pressing force by the connecting member when the connecting member rotates to the minimum rotation position. It is composed of a swingable lever member that transmits a pressing force to the minimum rotation position detecting means.
第3の発明は、前記最大回動位置検知手段と前記最小回動位置検知手段が、前記レバー部材を挟んで対向するように配設された2つのリミットスイッチで構成されているものである。 According to a third aspect of the present invention, the maximum rotation position detection means and the minimum rotation position detection means are constituted by two limit switches disposed so as to face each other with the lever member interposed therebetween.
第1の発明によれば、回転軸に直接連結した連結部材の回動をケースに設けた動作角検出機構によって検知するようにしているので、回転軸と動作角検出機構との途中に介在する部品がなく、部品点数を削減でき、また検出誤差が小さく信頼性を向上させることができる。 According to the first aspect of the invention, the rotation of the connecting member directly connected to the rotating shaft is detected by the operating angle detecting mechanism provided in the case, so that it intervenes between the rotating shaft and the operating angle detecting mechanism. There are no parts, the number of parts can be reduced, detection errors are small, and reliability can be improved.
第2の発明によれば、連結部材の回動を最大回動位置検出手段に伝える部材と最小回動位置検出手段に伝える部材を共通のレバー部材で兼用できる。 According to the second invention, the member that transmits the rotation of the connecting member to the maximum rotation position detecting means and the member that transmits the minimum rotation position detecting means can be shared by the common lever member.
第3の発明によれば、互いに対向する2つのリミットスイッチと揺動自在なレバー部材とで動作角検出機構を構成することができる。 According to the third aspect of the invention, the operating angle detection mechanism can be configured by the two limit switches facing each other and the swingable lever member.
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態を示す断面図、図2は同アクチュエータの主要構成部品の分解斜視図、図3(a)〜(c)はジョイントの平面図、正面図および底面図、図4(a)〜(c)はケースの正面図、平面図および右側面図、図5(a)、(b)は弁開度が0%時のリミットスイッチのON、OFF状態を示す平面図および正面図、図6(a)、(b)は弁開度が50%時のリミットスイッチのON、OFF状態を示す平面図および正面図、図7(a)、(b)は弁開度が100%時のリミットスイッチのON、OFF状態を示す平面図および正面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an electric actuator according to the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of main components of the actuator, FIGS. 3A to 3C are plan views of a joint, and a front view. 4A to 4C are a front view of the case, a plan view and a right side view, and FIGS. 5A and 5B are ON and OFF of the limit switch when the valve opening degree is 0%. FIGS. 6A and 6B are a plan view and a front view showing the ON / OFF state of the limit switch when the valve opening degree is 50%, and FIGS. 7A and 7B. ) Are a plan view and a front view showing the ON / OFF state of the limit switch when the valve opening degree is 100%.
図1において、1は制御対象であるボールバルブ、2はボールバルブ1を駆動制御し弁開度を調整する電動アクチュエータである。
In FIG. 1, 1 is a ball valve to be controlled, and 2 is an electric actuator that drives and controls the
前記ボールバルブ1は従来周知の2方ボールバルブで、弁本体4の上部に一体に突設した円筒部4Aを貫通する回転軸3を備え、その外端が前記電動アクチュエータ2に連結され、内端にはボールバルブ1内を流れる流体の流量を制御するボールプラグ(図示せず)が設けられている。ボールプラグの全動作角は90°、全閉角は−45°、全開角は+45°である。
The
図1〜図4において、前記電動アクチュエータ2は、前記円筒部4A上に着脱可能に固定されるハウジング5と、このハウジング5内に収納された駆動モータ11、減速歯車機構12、前記回転軸3の動作角を検出する動作角検出機構13等を備えている。
1 to 4, the
前記ハウジング5は、上下に分割して形成され一体的に結合された上ケース5Aおよび下ケース5Bとからなり、この下ケース5Bにヨーク14が下方から嵌め込まれて固定されている。ヨーク14は、前記円筒部4Aの上端に一体に設けたフランジ部4B上に位置決めされて設置され、係合エレメント15によって着脱可能に固定されている。ヨーク14の底面には、複数個の位置決めピン16が一体に突設されており、これらの位置決めピン16をフランジ部4Bの上面に形成した凹部17に嵌合することにより、ヨーク14をフランジ部4Bに対して位置決めすることができる。
The
前記係合エレメント15は、前記ヨーク14の内部に嵌め込み固定されており、フランジ部4B側に設けた係合部(図示せず)に係合する係合部と、係合エレメント15をフランジ部4Bに対して係止する操作ノブ18とを備えている。操作ノブ18は、ヨーク14の下部に形成した開口部20から外部に突出しており、この操作ノブ18を操作してフランジ部4と係合エレメント15の係合状態を解除すると、ヨーク14をフランジ部4Bから取り外せるようになっている。
The
前記駆動モータ11は、前記上ケース5A内に設けた水平な取付板21上に出力軸22を下向きにして配設されている。駆動モータ11の出力軸22は、取付板21に設けた小孔23を貫通して取付板21の下方に突出しており、この出力軸22の回転がピニオン24を介して前記減速歯車機構12に伝達されるように構成されている。ピニオン24は、出力軸22に固定されている。
The
前記減速歯車機構12は、2段に積層された第1、第2の遊星歯車ユニットU1,U2によって構成されており、ケース30に収納されている。
The
前記第1の遊星歯車機構U1は、前記ピニオン24に噛合するギア33と、このギア33の下面に一体に設けられたギア34と、このギア34に噛合するギア35と、このギア35の下面側に一体に設けられた太陽歯車36と、この太陽歯車36に噛合する4個の遊星歯車37と、これらの遊星歯車37が回転自在に軸着された太陽歯車38等で構成されている。ギア33,34は一体に形成され、前記取付板21の下面に回転自在に取付けられている。前記ギア35、36は同じく一体に形成され、ピン42を介して前記太陽歯車38の円盤部38A上に前記遊星歯車37とともに配設されている。
The first planetary gear mechanism U1 includes a
同様に、前記第2の遊星歯車機構U2は、前記太陽歯車38に噛合する4個の遊星歯車39と、これらの遊星歯車39が回転自在に軸着されたキャリア40と、前記ケース30内に形成され前記遊星歯車39が噛合する内歯42(図3(b))等で構成されている。キャリア40と前記回転軸3との間にはジョイント(連結部材)45が配設されている。
Similarly, the second planetary gear mechanism U2 includes four
前記ジョイント45は、前記回転軸3と前記減速歯車機構12を連結することにより、減速歯車機構12によって減速された駆動モータ11の回転を回転軸3に伝達するための部材で、前記回転軸3の上端に設けた角柱部3aに回転を防止されて嵌合されており、内部には前記キャリア40の内歯46に噛合するギア47(図4(a))が形成されている。また、ジョイント45には、前記回転軸3の動作角の調整時に前記ジョイント45を回動させるときに用いられる操作ハンドル50と、前記動作角検出機構13のレバー部材54を傾動させる2つの操作部51,52が設けられている。操作部51,52は、ジョイント45の円筒部45Aに設けた段差部で構成されている。操作部51と操作部52は、円筒部45Aの周方向に略95°離間して設けられている。
The
前記動作角検出機構13は、前記レバー部材54と、このレバー部材54の傾動によってON、OFFされる回動位置検出手段としての2つのリミットスイッチ60,61とで構成されている。レバー部材54は、図4(a)においてケース30の左右方向(矢印A,B方向)に傾動自在に立設されており、前記ジョイント45の操作部51、52のいずれもが当接しない状態では略垂直に起立しており、前記リミットスイッチ60,61のいずれに対しても非接触な状態を維持している。このようなレバー部材54としては、下端寄りを支軸によって回動自在に軸支し、この支軸より下方に重りを取付けることにより自動復帰型のレバーが用いられる。
The operating
前記リミットスイッチ60,61は、同じく前記ケース30上に前記レバー部材54を挟んでその傾動方向に近接して対向するように配設されている。また、2つのリミットスイッチ60,61のうち図5(a)において右側に位置するリミットスイッチ61は、前記ジョイント45の図5に示す最小回動位置(弁の弁開度が0%となるときの回動位置)において、前記レバー部材54によってONされることにより、第1の出力を生じ、それ以外の回動位置では第2の出力を生じる最小回動位置検知手段を構成している。このとき、左側に位置するリミットスイッチ62はOFFの状態を保持している。
The limit switches 60 and 61 are similarly disposed on the
左側に位置する前記リミットスイッチ62は、前記ジョイント45の図7に示す最大回動位置(弁開度が100%となるときの回動位置)において、前記レバー部材54によってONされることにより、第1の出力を生じ、それ以外の回動位置では第2の出力を生じる最大回動位置検知手段を構成している。このとき、右側のリミットスイッチ61はOFFの状態を保持している。なお、弁開度が全閉、全開以外の中間開度においては、レバー部材54がジョイント45の操作部51,52のいずれによっても傾動されないため、リミットスイッチ60,61はいずれもOFFの状態を保持している。
The limit switch 62 located on the left side is turned on by the
次に、このような構造からなる電動アクチュエータ2の動作について説明する。
制御部からの駆動信号によって駆動モータ11を駆動すると、その出力軸22の回転は減速歯車機構12によって減速され、ジョイント45を介してボール弁1の回転軸3に伝達される。すなわち、駆動モータ11の駆動するとその出力軸22の回転は、ピニオン24を介してギア33,34に伝達される。また、ギア34の回転はギア35を介して太陽歯車36に伝達され、これによって遊星歯車37を回転させる。遊星歯車37が回転すると、太陽歯車38が遊星歯車37の回転に伴って回転し前記太陽歯車36の回転を減速する。さらに太陽歯車38の回転は、遊星歯車39に伝達されると減速され、この遊星歯車39の回転に伴いキャリア40が回転する。さらに、キャリア40の回転は、ギア46,47を介してジョイント45に伝達されるため、ジョイント45と回転軸3は一体に回動する。
Next, the operation of the
When the
前記回転軸3が回動すると、動作角検出機構13は回転軸3の動作角を検出する。すなわち、ボール弁1の弁開度が50%の状態(回転軸3の動作角=0°)のとき、レバー部材54は図6(b)に示すように略垂直に起立してリミットスイッチ60とリミットスイッチ61の中間に位置している。また、ジョイント45の2つの操作部51,52の中間に位置している。このため、この状態において、リミットスイッチ60,61は共にレバー部材54と接触しておらず、OFFの状態を維持している。
When the
弁開度50%の状態より回転軸3が閉方向に回動するとジョイント45も回転軸3と一体に回動する。そして、回転軸3が所定角度(−45°)回動すると、ジョイント45の一方の操作部51がレバー部材54の下端部に当接してこれを押圧し、レバー部材54を図5(b)に示すように右側に傾動させる。このため、レバー部材54はリミットスイッチ60の可動接点を押圧してリミットスイッチ60をONさせ、その出力信号が制御部に送られる。制御部では、リミットスイッチ60からの出力信号を受信すると駆動モータ11の駆動を停止させる。これにより、ボール弁1は全閉状態となる。
When the
一方、弁開度50%の状態より回転軸3が開方向に所定角度(45°)回動するとジョイント45の操作部52が図7(b)に示すようにレバー部材54を押圧して左側に傾動させる。このため、レバー部材54はリミットスイッチ61の可動接点を押圧してリミットスイッチ61をONさせ、その出力信号が制御部に送られる。制御部では、リミットスイッチ61からの出力信号を受け取ると駆動モータ11の駆動を停止させる。これにより、ボール弁1は全開状態となる。
On the other hand, when the
このように本発明においては、ボール弁1の回転軸3に取付けたジョイント45の回動をケース30に設けた2つのリミットスイッチ60,61によって検知するように構成したので、上記した特許文献1に記載されている駆動アクチュエータに比べて構造が簡単で回転軸から動作角検出機構13までの途中に介在される部品を削減でき、動作角検出機構13の検出精度および信頼性を向上させることができる。
As described above, in the present invention, the rotation of the joint 45 attached to the
また、本発明においては、ジョイント45の回動を2つのリミットスイッチ60,61に伝達する部材を1本のレバー部材54で兼用し、ケース30を減速歯車機構12の収納と、動作角検出機構13の取付けに兼用しているので、この点からも部品点数を削減する
In the present invention, the member that transmits the rotation of the joint 45 to the two
なお、上記した実施の形態においては、駆動モータ11とは別個に減速歯車機構12を設けたが、これに限らず減速歯車機構を一体に備えたギアドモータを用いてもよい。
In the above-described embodiment, the
本発明に係る電動アクチュエータはボール弁に適用した例を示したが、これに限らず各種の弁やダンパに適用することができ、また例えば燃焼装置やダクトの排気口を開閉するダンパなどにも用いることができる。 Although the electric actuator according to the present invention is applied to a ball valve, the present invention is not limited to this, and can be applied to various valves and dampers. For example, a damper for opening and closing an exhaust port of a combustion device or a duct is also applicable. Can be used.
1…ボール弁、2…電動アクチュエータ、3…回転軸、5…ハウジング、11…駆動モータ、12…減速歯車機構、13…動作角検出機構、30…ケース、45…ジョイント(連結部材)、54…レバー部材、60,61…リミットスイッチ、U1,U2…遊星歯車ユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記動作角検出機構を前記減速歯車機構を収納するケースに設けたことを特徴とする電動アクチュエータ。 A drive motor disposed in the housing, a reduction gear mechanism that reduces the rotation of the drive motor and transmits the rotation to the rotation shaft, and connects the rotation shaft and the reduction gear mechanism to rotate integrally with the rotation shaft. A connecting member, and an operating angle detecting mechanism that detects an operating angle of the rotating shaft by rotating the connecting member,
An electric actuator characterized in that the operating angle detection mechanism is provided in a case that houses the reduction gear mechanism.
前記連結部材の最小回動位置において、第1の出力を生じ、それ以外の回動位置では第2の出力を生じる最小回動位置検知手段と、
前記連結部材が最大回動位置まで回動したときにこの連結部材によって押圧力を受け、この押圧力を前記最大回動位置検知手段に伝えるとともに、前記連結部材が最小回動位置まで回動したときにこの連結部材によって押圧力を受け、この押圧力を前記最小回動位置検知手段に伝える揺動自在なレバー部材とで構成したことを特徴とする請求項1記載の電動アクチュエータ。 The operating angle detection mechanism generates a first output at a maximum rotation position of the connecting member, and a maximum rotation position detection unit that generates a second output at other rotation positions;
Minimum rotation position detecting means for generating a first output at the minimum rotation position of the connecting member and generating a second output at other rotation positions;
When the connecting member is rotated to the maximum rotation position, the connecting member receives a pressing force, transmits the pressing force to the maximum rotation position detecting means, and the connecting member rotates to the minimum rotation position. 2. The electric actuator according to claim 1, further comprising a swingable lever member that sometimes receives a pressing force by the connecting member and transmits the pressing force to the minimum rotation position detecting means.
3. The electric actuator according to claim 2, wherein the maximum rotation position detection means and the minimum rotation position detection means are constituted by two limit switches facing each other with the lever member interposed therebetween.
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