JP2008169863A - モータ安全弁の位置補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ安全弁１では弁体４の開弁をステッピングモータ２によって行っている。ステッピングモータ２は脱調する場合があり、脱調がある程度より大きくなると補正してずれを解消する必要が生じる。その場合には、可動基部３を原点を超えて引き上げ、ストッパ１２に当接させて強制的に脱調させているが、その脱調時に電流が大きくなり、特に電源として電池を用いている場合には、電池の寿命が短くなる。
【解決手段】補正のために脱調させる際にステッピングモータ２に入力するパルス信号の周波数を、通常の作動時に入力するパルス信号の周波数より高くすることにより、消費電力を低減するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステッピングモータによって弁体を移動させて弁口を開閉するモータ安全弁の位置補正方法に関する。

従来のこの種のモータ安全弁は、上部にステッピングモータを備えており、そのステッピングモータの回転軸に可動部が螺合しており、ステッピングモータの回転軸が正回転すると可動部が下降し、逆回転すると上昇するように構成されている。

また、可動部には電磁石が取り付けられており、弁体に連結されているアーマチュアを電磁石で吸着した状態で可動部と共に弁体を引き上げて開弁するように構成されている。したがって、弁体の上下位置はステッピングモータの回転角によって一義的に決定されることになる。

ところが、例えば長時間弁体を上下移動させていると、ステッピングモータに脱調が生じ、ステッピングモータに入力するパルス信号に対応する弁体の位置と実際の弁体の位置とがずれてくる場合が生じる。

このような場合には、可動部が移動範囲を超えて上昇しないように設けられたストッパに可動部を当接させ、その当接した状態で更に上昇する方向のパルス信号を入力することによりステッピングモータを強制的に脱調させている。そして、このように脱調させることによりストッパに当接している位置を原点として位置補正し、その原点位置から新たに可動部を移動させて通常の動作を行うようにしている。
特開２００６−３２２４９２号公報（図１）

上述のように、ステッピングモータでは作動位置の累積的誤差を補正するため、可動部をストッパに当接させた状態で強制的に脱調させる必要がある。一方、脱調時には通常の作動時より多くの電流がステッピングモータの駆動コイルに流れ、この補正のための脱調は比較的長時間にわたるので脱調中に多量の電力が消費されるという不具合が生じる。

このように多量の電力が消費されることは省エネの観点から望ましくないが、特に駆動用電源として電池を用いている場合には、電池寿命を短縮させる要因となる。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、位置補正のための脱調時に消費される電力を可及的に少なくするモータ安全弁の制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明によるモータ安全弁の位置補正方法は、ステッピングモータを備え、このステッピングモータによって往復移動されて弁口を開閉する弁体と、弁体と共に移動する移動部の開弁側への移動が移動範囲を越えないように制限するストッパとを有し、移動部がストッパに当接した状態で脱調させることにより移動部の位置補正を行うモータ安全弁の位置補正方法において、上記脱調時にステッピングモータに入力されるパルス信号の周波数を、弁体の開閉時にステッピングモータに入力される周波数より高く設定したことを特徴とする。

ステッピングモータの回転速度は、入力するパルス信号の周波数に比例するが、トルクが逆比例して減少するため、消費電力が減少する。そのため、位置補正のために脱調させる際に入力するパルス信号の周波数を上げれば、通常の周波数で脱調させる場合と比較して消費電力を小さくすることができる。

なお、パルス信号の周波数を上げすぎるとトルクが小さくなりすぎて、可動部をストッパに当接する位置まで移動させることができなくなる。

そこで、ステッピングモータに供給される電流値をモニターし、電流値が上昇したことにより上記移動部がストッパに当接したことを検出して、ステッピングモータに入力されるパルス信号の周波数を上記高く設定した周波数に切り替えるようにすれば、位置補正中にステッピングモータに入力するパルス信号の周波数を、トルクを考慮することなく高くして、更に消費電力を低減することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明は、ステッピングモータで駆動される可動部の位置補正のための脱調時に、ステッピングモータで消費される電力を従来の方法より少なくすることができるので、特に駆動電源として電池を用いる装置では電池の寿命を延ばすことができる。

図１を参照して、１は本発明が適用されるモータ安全弁である。このモータ安全弁１は、本実施の形態ではガステーブルのガス供給管１０１に取り付けられている。ガス供給管１０１には、モータ安全弁１の下流に火力調節弁１０２が取り付けられており、ガスバーナ１０３へ供給されるガス量を増減制御して火力調節を行うように構成されている。なお、１０４はガスバーナ１０３の近傍に設置された熱電対であり、ガスバーナ１０３が点火された状態で、炎によって加熱されて熱起電力を出力するものである。したがって、この熱電対１０４が出力する熱起電力をモニターすれば、ガスバーナ１０３が点火中であるかを検知することができる。また、点火時における炎の大きさを熱起電力の立ち上がり速度から判別することも可能である。

モータ安全弁１の上部にはステッピングモータ２が取り付けられている。このステッピングモータ２は駆動用のパルス信号が入力されると、パルス数に応じた角度駆動するものであり、入力するパルス信号の位相を制御することにより正逆両方向に回転させることができる。なお、パルス信号の周波数を上げると回転速度は増加するが、逆比例的にトルクは減少する特性を有している。

このステッピングモータ２の駆動軸２１には表面にネジが形成されており、可動基部３がこの駆動軸２１に螺合している。可動基部３は回り止めされており、駆動軸２１が正回転すると可動基部３は下降し、駆動軸２１が逆回転すると可動基部３が上昇するように構成されている。

可動基部３の上方には位置補正用のストッパ１２が設けられており、このストッパ１２に可動基部３が当接した位置から所定のパルス数下がった位置が可動基部３の原点位置として設定されている。したがって、通常の制御中は可動基部３を原点位置までしか上昇させないので、ストッパ１２に可動基部３が当接することはない。

可動基部３の下面には電磁石３１が取り付けられている。そして、弁口１１を開閉する弁体４に対して弁軸４２を介して連結されているアーマチュア４１が、この電磁石３１に対向するように取り付けられている。

弁体４はバネ４３の付勢力により閉弁しているが、ステッピングモータ２を作動させて可動基部３と共に電磁石３１を下降させてアーマチュア４１に当接させる。そして電磁石３１を励磁させアーマチュア４１を吸着させた状態で電磁石を引き上げると、弁体４は上昇し、弁口１１が開放される。

弁口１１が開放されると、ガスはモータ安全弁１を通って火力調節弁１０２に流れ、この火力調節弁１０２の開度に応じた流量のガスがガスバーナ１０３に供給される。そして、図示しない点火プラグにより火花放電が発生し、ガスバーナ１０３から噴出したガスに点火が行われる。点火が成功したか否かは上述のように熱電対１０４が出力する熱起電力を基に判断する。

これら一連の制御は、図２に示すコントローラ５によって行われる。コントローラ５内にはマイコンが内蔵されており、予め設定されているプログラムにしたがってモータ安全弁１などの作動を制御する。このコントローラ５の電源は乾電池５１であり、上記モータ安全弁１のステッピングモータ２や電磁石３１の励磁コイルにはこの乾電池５１から電力供給される。なお、５２は点火スイッチや火力調節スイッチが設けられた操作パネルである。

上記構成で、操作パネル５２の点火スイッチが押し操作されると、コントローラ５は点火プラグを作動させると同時にモータ安全弁１を開弁し、更に火力調節弁１０２の開度を中火に相当する開度に設定する。すると、ガスバーナ１０３からガスが噴出するので、点火プラグにより点火が行われる。この一連の点火操作のあと所定時間経過するまでに熱電対１０４が熱起電力を出力すると、点火が成功したものと判断して点火プラグの作動を停止し、その後の火力調節操作に移行する。なお、点火が失敗した場合には、再度上述の点火操作を繰り返す。

ところで、点火回数や点火時間の積算値、あるいはステッピングモータ２に入力されたパルス数の累計値が所定値を超えると、モータ安全弁１のステッピングモータ２にある程度の脱調が生じ、駆動軸２１の移動がずれる場合が生じる。そこで、このように脱調の影響が出たと思われる場合には定期的に駆動軸２１の位相を補正する。

具体的には、可動基部３を原点を超えて引き上げ、ストッパ１２に当接させた状態で強制的にステッピングモータ２を脱調させる。ところで、通常の作動時に、例えば２００Ｈｚのパルス信号をステッピングモータ２に入力している場合には、この補正時の脱調時には４００Ｈｚのパルス信号をステッピングモータ２に入力することとした。すなわち、可動基部３が中間のいずれかの位置にある状態から４００Ｈｚのパルス信号で引き上げ、ストッパ１２に当接させて脱調を行う。そして補正が完了すると、２００Ｈｚのパルス信号で原点位置に復帰させ、通常の操作を継続するようにした。

このように、通常の操作時の周波数より高い周波数のパルス信号で脱調させることにより、脱調中に消費される電力を低減することができる。但し、４００Ｈｚより更に高い周波数ではトルクが減少しすぎて、可動基部３をストッパ１２に当接する位置まで引き上げることができなくなるおそれがある。

その場合にはコントローラ５でステッピングモータ２への電流値をモニターしておき、４００Ｈｚのパルス信号でストッパ１２に当接するまで可動基部３を引き上げる。すると、図３に示すように、引き上げ中の電流値Ａ１が、ストッパ１２に当接したことによって上昇する。電流値がＡ２になるとコントローラ５は可動基部３がストッパ１２に当接したと判断して、周波数を４００Ｈｚから６００Ｈｚに切り替える。すると、４００Ｈｚのままで脱調させた場合の電流値Ａ４より小さな電流値Ａ３までしかステッピングモータ２に流れない。なお、６００Ｈｚではトルクが小さすぎて可動基部３を上昇させることはできないが、ストッパ１２に当接した状態で６００Ｈｚに切り替えられるので、トルク不足の問題は生じない。

ところで、上述の位置補正は点火回数や点火時間の積算値等が所定値を超えた場合に定期的に行ったが、不定期に補正を行ってもよい。例えば、図４に示すように、点火開始から所定時間ｔ１経過した時点での熱起電力の電圧が、本来はＶ１であるところ、基準値ＶＳを下回るＶ２であった場合、すなわち、点火時に熱電対１０４から出力される熱起電力の立ち上がりが緩やかである場合には、モータ安全弁１の開度が不十分である可能性がある。

この原因として、弁体４が弁口１１の周縁に固着していた場合など、弁体４を引き上げる際に脱調が生じ、大きなずれが生じる場合等が考えられる。なお、弁体４が強固に固着し、全く開弁できない場合には破線で示すように熱起電力が変化しないので、点火失敗と判断することができるが、脱調途中で弁体４が弁口１１の周縁から剥がれた場合には、開度が小さくなり、少量のガスが火力調節弁１０２へと流れる。

すると、火力調節弁１０２の開度が中火に相当する開度であっても、モータ安全弁１でガスが絞られ、弱火程度のガス量で点火が行われるおそれが生じる。その場合には、熱電対１０４を加熱する炎が小さいので、熱起電力の電圧上昇速度が小さくなる。

また、モータ安全弁１の開度が小さい場合には、コントローラ５が火力調節弁１０２に強火指示をしているにもかかわらず、実際には強火にならない。その場合には使用者は操作パネル５２を介して強火指示をすると予想される。したがって、コントローラ５が強火指示を出しているにもかかわらず、操作パネル５２で強火にする操作が行われた場合には、モータ安全弁１の開度が十分ではないとして、上述の同様に直ちに可動基部３を上方に引き上げてストッパ１２に当接させて脱調を行い、補正を行うこととした。

なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもかまわない。

本発明の一実施の形態の構成を示す図 コントローラへの接続状態を示す図 脱調時の電流値変化を示す図 熱起電力の立ち上がり状態を示す図

符号の説明

１ モータ安全弁
２ ステッピングモータ
３ 可動基部
４ 弁体
５ コントローラ
１２ ストッパ
２１ 駆動軸
３１ 電磁石
４１ アーマチュア
５１ 乾電池
５２ 操作パネル
１０１ ガス供給管
１０２ 火力調節弁
１０３ ガスバーナ
１０４ 熱電対

Claims (2)

1. ステッピングモータを備え、このステッピングモータによって往復移動されて弁口を開閉する弁体と、弁体と共に移動する移動部の開弁側への移動が移動範囲を越えないように制限するストッパとを有し、移動部がストッパに当接した状態で脱調させることにより移動部の位置補正を行うモータ安全弁の位置補正方法において、上記脱調時にステッピングモータに入力されるパルス信号の周波数を、弁体の開閉時にステッピングモータに入力される周波数より高く設定したことを特徴とするモータ安全弁の位置補正方法。
2. ステッピングモータに供給される電流値をモニターし、電流値が上昇したことにより上記移動部がストッパに当接したことを検出して、ステッピングモータに入力されるパルス信号の周波数を上記高く設定した周波数に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のモータ安全弁の位置補正方法。

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