JP2008249042A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 電装部品の容量を大きくすることなく、大口径バルブなどの高出力が要求されるバルブに適正に対応することのできる電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】 直流電源２２からの通電により前記電動モータ５を回転動作させる駆動回路２６を備え、バルブの全開状態または全閉状態に応じてＯＮ・ＯＦＦされるマイクロスイッチを介して通電されるリレー２７と、このリレー２７への通電により直流電源２２から電動モータ５への通電をＯＮにする常開接点２８とからなるリレー回路２９を、通電容量に応じて装着自在に設けた。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電動アクチュエータ装置に係り、特に、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転バルブなどに搭載され、バルブの弁体を電動により開閉動作させる電動アクチュエータに関する。

従来から、回転バルブなどを電動により回転制御する電動アクチュエータが多く用いられており、この電動アクチュエータは、電動モータを回転駆動させて歯車伝達機構を介してバルブの開閉軸を回転動作させることにより、バルブの開閉動作を行うようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

通常、バルブは、サイズの異なる複数種類のバルブを用いるものであるため、電動アクチュエータにおいては、各種サイズのバルブに見合うトルクを出力するため、バルブのサイズが大きくなるにつれて電動モータの容量や歯車伝達機構の減速比を大きく設定するようにしている。

この場合に、電装部分、特にスイッチや基板、電気・電子部品などは電動アクチュエータの出力トルクが減速比や電動モータの容量により変わったとしても共通化を図れるように設計されるのが一般的である。

そのため、所定範囲のサイズをカバーするシリーズ化された電動アクチュエータにおいては、その電装部品は最も容量の大きい電動モータに合わせて、電装部品もその容量で十分な耐久性が得られるように選定されている。
特開２００６−２９２１２４号公報

しかしながら、バルブのサイズ範囲を広くカバーする電装部品がユニット化された電動アクチュエータにおいては、大口径バルブ用の高出力の電動アクチュエータに合わせて電装部品を選定すると、本来そこまでの容量を必要としない低出力の電動アクチュエータにもその電装部品を使用することになってしまう。一般に、電装部品の容量を大きくした場合、部品自体も大型化する傾向にあり、電装部品の設置スペースが多く必要となり、装置の大型化を招くとともに、製造コストの増加を招いてしまうという問題を有している。
特に、電動モータが直流モータの場合、その性質からモータの電源を断つ際に大きな逆起電力が発生するため、開閉位置を検出するためのマイクロスイッチは、接点の開閉時に火花（アーク）が発生しないよう、高出力の電動アクチュエータに合わせて大容量とするのが一般的である。しかし、低容量のスイッチと高容量のスイッチとではスイッチの大きさおよびコストに大きな開きがあり、より多くの問題を招いてしまうこととなる。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、電装部品の容量を大きくすることなく、大口径バルブなどの高出力が要求されるバルブに適正に対応することのできる電動アクチュエータを提供するを目的とするものである。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、直流電源からの通電により前記電動モータを回転動作させる駆動回路を備え、前記直流電源からの通電により駆動される電動モータの回転力を歯車伝達機構を介して出力軸に出力することによりバルブの開閉動作を行う電動アクチュエータにおいて、前記バルブの全開状態または全閉状態に応じてＯＮ・ＯＦＦされるマイクロスイッチを介して通電されるリレーと、このリレーへの通電により前記直流電源から前記電動モータへの通電をＯＮにする常開接点とからなるリレー回路を、通電容量に応じて装着自在に設けたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記リレー回路は１つの回路基板により構成され、前記駆動回路と前記リレー回路とを電気的に接続することによりリレーが付加されたリレー付加回路が構成されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記バルブを手動で動作させる手動軸を備え、前記手動軸による手動動作時に前記駆動回路をＯＦＦにするインターロックスイッチを備えていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記リレーは、無極性型のリレーであることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記リレーは、有極性型のリレーであることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、リレーと常開接点とからなるリレー回路を通電容量に応じて装着自在に設けるようにしているので、電装部品は、大口径バルブ用のものより低い容量のもので構成し、電動モータの出力が大きく、全開位置検出スイッチおよび全閉位置検出スイッチの容量が電動モータの駆動電力に対応できない場合に、リレー回路を取り付け、このリレー回路により、電動モータへの通電のＯＮ・ＯＦＦを行うことができ、その結果、電装部品の容量を大きくすることなく、大口径バルブなどの高出力が要求されるバルブに適正に対応することが可能となり、装置の省スペース化を図ることができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。

請求項２に係る発明によれば、リレー回路を１つの回路基板により構成し、駆動回路とリレー回路とを電気的に接続することによりリレーが付与されたリレー付加回路を構成するようにしているので、容易にリレーの装着を行うことができ、迅速かつ容易に大容量の電動モータに対応することができる。

請求項３に係る発明によれば、手動軸による手動動作時に駆動回路をＯＦＦにするインターロックスイッチを備えているので、手動操作状態において安全に開閉動作を行うことができる。

請求項４に係る発明によれば、無極性型のリレーを用いてリレー回路を構成することにより、電動モータへの通電のＯＮ・ＯＦＦを行うことができ、電装部品の容量を大きくすることなく、大容量バルブに適正に対応することができる。

請求項５に係る発明によれば、有極性型のリレーを用いてリレー回路を構成することにより、電動モータへの通電のＯＮ・ＯＦＦを行うことができ、電装部品の容量を大きくすることなく、大容量バルブに適正に対応することができる。

以下、本発明に係る電動アクチュエータの実施形態を図面を参照して説明する。

図１から図４は本発明に係る電動アクチュエータの第１実施形態を示したものであり、図１から図３に示すように、本発明に係る電動アクチュエータ１は、図示しない回転バルブに装着される基台２と、この基台２の上方に所定の空間が確保されるように基台２の上面を被覆するカバー部材３とを備えている。基台２の上方には、地板４が基台２との間に所定間隙を有するように設置されており、地板４の上面には、電動モータ５が搭載されている。また、基台２には、図示しないバルブの弁体の回転軸に連結される出力軸６が配設されており、この基台２と地板４との間には、電動モータ５の回転駆動力を出力軸６に伝達するための図示しない歯車伝達機構が収容されている。

出力軸６の上端部には、カバー部材３の上面まで延設された制御軸７が連結されており、制御軸７の外周下方には、出力軸６および制御軸７の回転動作によりバルブの全開位置および全閉位置に対応する全開検知カム部材８および全閉検知カム部材９がそれぞれ２つずつ取付けられている。また、地板４の上面であって制御棒の近傍には、全開検知カム部材８および全閉検知カム部材９によりＯＮ・ＯＦＦ動作されるマイクロスイッチからなる全開位置検出スイッチ１０および全閉位置検出スイッチ１１がそれぞれ重ねて配置されている。

制御軸７の上端部には、上面が球面とされたバルブの開度インジケータ１２が取付けられており、カバー部材３には、開度インジケータ１２を視認するための視認窓１３が形成されている。

電動モータ５の近傍には、支持板１４が配設されており、支持板１４には、所定の駆動回路が組み込まれた駆動回路基板１５が取付けられている。この駆動回路基板１５には、図示しないバルブの開閉制御システムからの電力が供給されるように構成されている。また、この駆動回路を構成する全開位置検出スイッチ１０、全閉位置検出スイッチ１１などの電装部品は、大口径バルブ用のものより低い容量のもので構成されている。

また、制御軸７の近傍に形成された空間部分には、リレー回路基板１６が着脱自在に取付けられるように構成されている。このリレー回路基板１６は、電動モータ５の出力が大きく、全開位置検出スイッチ１０および全閉位置検出スイッチ１１の容量が電動モータ５の駆動電力に対応できない場合に、取付けられるものである。そして、駆動回路基板１５とリレー回路基板１６とは、図示しないケーブルを介して電気的に接続されるようになっており、この状態で、駆動回路にリレー回路が付加されたリレー付加回路が構成されるようになっている。

また、地板４には、手動軸１７がカバー部材３の上面を貫通しかつ上下方向に移動自在に配設されている。手動軸１７の上端部には、カバー部材３の外側に位置する手動ハンドル１８が取付けられており、手動軸１７の下端部には、前述の歯車伝達機構を動作させる図示しない連結機構が取付けられている。手動軸１７は、この手動軸１７を押し下げた状態で自由に回転可能とされて自動開閉状態とされており、手動軸１７を引き上げた状態で、連結機構を介して歯車伝達機構と連結され、手動ハンドル１８を回転操作することにより、出力軸６を手動で回転させることができるように構成されている。

手動軸１７の下方外周には、手動検知カム部１９が形成されており、支持板１４には、手動検知カム部１９により、自由回転時にはＯＮとされ、手動操作時にはＯＦＦとされるマイクロスイッチからなるインターロックスイッチ２０が取付けられている。

図５は、本実施形態の電動アクチュエータ１に適用されるリレー付加回路を示した回路図である。
図５に示すように、バルブを開閉動作させるための電動モータ５には、端子２１を介して直流電源２２の（＋）側および（−）側が接続されており、直流電源２２と電動モータ５との間には、バルブを開側または閉側に動作させるために開側または閉側に切り換える操作スイッチ２３が接続されている。

操作スイッチ２３と電動モータ５との間には、直流電源２２の（＋）側と（−）側とを接続する分岐回路２４が形成されており、分岐回路２４の中途部には、２つのダイオード２５，２５が互いに逆方向にかつ並列に接続されている。各ダイオード２５には、バルブの全開位置を検出するための全開位置検出スイッチ１０およびバルブの全閉位置を検出するための全閉位置検出スイッチ１１がそれぞれ直列に接続されており、これら直流電源２２、電動モータ５、操作スイッチ２３、ダイオード２５、全開位置検出スイッチ１０および全閉位置検出スイッチ１１により、駆動回路２６が構成されている。

また、全開位置検出スイッチ１０および全閉位置検出スイッチ１１と駆動回路２６の（−）側との間には、無極性型のリレー２７が接続されており、電動モータ５と直流電源２２との間であって各ダイオード２５との接続点より電動モータ５側には、リレー２７への通電により閉動作される常開接点２８がそれぞれ配設されている。そして、各常開接点２８およびリレー２７によりリレー回路２９が構成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、本実施形態においては、図５に示す全閉状態から全開状態にバルブを動作させる場合は、図６に示すように、操作スイッチ２３を開側に切り換える。これにより、直流電源２２からの電流が、図中矢印で示すように流れ、リレー２７がＯＮとなり、これに伴って各常開接点２８がＯＮとなり、電動モータ５に通電されて出力軸６が回転駆動され、バルブを開方向に回転動作させる。

そして、図７に示すように、全閉状態から開方向に動作すると、全閉位置検出スイッチ１１が閉じられるが、電流の流れはそのまま変わらず、全開状態に移行する。

図８に示すように、バルブが全開状態になると、全開位置検出スイッチ１０が全開検知カムにより動作されてＯＦＦとなる。これにより、リレーコイルへの給電が断たれ、リレー２７がＯＦＦとなり、常開接点２８が開状態に復帰し、電動モータ５が停止される。

また、全開状態から全閉状態にバルブを動作させる場合は、図９に示すように、操作スイッチ２３を閉側に切換える。これにより、直流電源２２からの電流が、図中矢印で示すように流れ、リレー２７がＯＮとなり、これに伴って各常開接点２８がＯＮとなり、電動モータ５に通電されて出力軸６が開動作のときと逆方向に回転駆動され、バルブを閉方向に回転動作させるものである。

したがって、本実施形態においては、全開位置検出スイッチ１０、全閉位置検出スイッチ１１などの電装部品は、大口径バルブ用のものより低い容量のもので構成し、電動モータ５の出力が大きく、全開位置検出スイッチ１０および全閉位置検出スイッチ１１の容量が電動モータ５の駆動電力に対応できない場合に、リレー回路２９を取り付け、このリレー回路２９により、電動モータ５への通電のＯＮ・ＯＦＦを行うようにしているので、電装部品の容量を大きくすることなく、大口径バルブなどの高出力が要求されるバルブに適正に対応することが可能となり、装置の省スペース化を図ることができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。

また、駆動回路基板１５に対してリレー回路基板１６をケーブルで接続するだけで、リレー付加回路を構成することができるので、容易にリレー２７の装着を行うことができ、迅速かつ容易に大容量の電動モータ５に対応することができる。

図１０および図１１は本発明に係る電動アクチュエータ１のリレー付加回路の第２実施形態を示す回路図である。

本実施形態においては、さらなる電装部品としてインターロックスイッチ２０を駆動回路２６に組み込んだものであり、リレー２７と直流電源２２との接続回路の中途部にインターロックスイッチ２０が組み込まれている。

また、電動モータ５と直流電源２２との間であって常開接点２８より電動モータ５側には、ダイオード２５の接続回路にダイオード２５を介してバイパスする回路が設けられている。
その他の構成は、第１実施形態と同様であるため同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、全閉状態から全開状態にバルブを動作させる場合は、操作スイッチ２３を開側に切り換えることにより、直流電流が流れてリレー２７がＯＮとなるとともに各常開接点２８がＯＮとなり、電動モータ５に通電されて出力軸６が回転駆動され、バルブを開方向に回転動作させる。

そして、バルブが全開状態になると、全開位置検出スイッチ１０が全開検知カムにより動作されてＯＦＦとなり、これにより、リレー２７がＯＦＦとなり、常開接点２８が開状態に復帰し、電動モータ５が停止されるものである。

そして、本実施形態においては、インターロックスイッチ２０が組み込まれているので、手動軸１７が押し下げた自動開閉状態では、インターロックスイッチ２０がＯＮとなっているので、この状態で、図１０に示すように動作が可能となる。

一方、手動軸１７を引き上げた手動操作状態では、手動検知カム部１９によりインターロックスイッチ２０がＯＦＦとされるので、図１１に示すように、リレー２７に通電されず、電動モータ５にも通電されないことになる。そのため、手動ハンドル１８を操作することにより安全に手動による開閉動作を行うことができる。

したがって、本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、リレー回路２９により電動モータ５への通電のＯＮ・ＯＦＦを行うようにしているので、インターロックスイッチ２０などの電装部品の容量を大きくすることなく、大口径バルブなどの高出力が要求されるバルブに適正に対応することが可能となり、装置の省スペース化を図ることができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。また、容易にリレー２７の装着を行うことができ、迅速かつ容易に大容量の電動モータ５に対応することができる。

しかも、本実施形態においては、駆動回路２６にインターロックスイッチ２０を組み込むようにしているので、手動操作状態において安全に開閉動作を行うことができる。

図１２から図１５は本発明に係る電動アクチュエータ１のリレー付加回路の第３実施形態を示したものである。

本実施形態においては、リレー２７として有極性型のリレー２７を用いるとともに、しかも、全開位置検出スイッチ１０および全閉位置検出スイッチ１１の極性を同一とした場合の例を示している。すなわち、本実施形態においては、全開位置検出スイッチ１０の接続回路が直流電源２２の一側に接続されるとともに、全閉位置検出スイッチ１１の接続回路が直流電源２２の他側に接続され、リレー２７と直流電源２２との間には、それぞれダイオード２５が接続されるようになっている。
その他の構成は、前記第１実施形態および第２実施形態と同様であるため同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態においては、図１２に示す全閉状態から全開状態にバルブを動作させる場合は、操作スイッチ２３を開側に切り換えることにより、直流電源２２からの電流が、図中矢印で示すように流れ、リレー２７がＯＮとなるとともに各常開接点２８がＯＮとなり、電動モータ５に通電されて出力軸６が回転駆動され、バルブを開方向に回転動作させる。

そして、図１３に示すように、全閉状態から開方向に動作すると、全閉位置検出スイッチ１１が閉じられるが、電流の流れはそのまま変わらず、全開状態に移行する。

そして、図１４に示すように、バルブが全開状態になると、全開位置検出スイッチ１０が全開検知カムにより動作されてＯＦＦとなる。これにより、リレーコイルへの給電が断たれ、リレー２７がＯＦＦとなり、常開接点２８が開状態に復帰し、電動モータ５が停止される。

また、全開状態から全閉状態にバルブを動作させる場合は、図１５に示すように、操作スイッチ２３を閉側に切換える。これにより、直流電源２２からの電流が、図中矢印で示すように流れ、リレー２７がＯＮとなり、これに伴って各常開接点２８がＯＮとなり、電動モータ５に通電されて出力軸６が開動作のときと逆方向に回転駆動され、バルブを閉方向に回転動作させるものである。

したがって、本実施形態においても、電装部品の容量を大きくすることなく、大口径バルブなどの高出力が要求されるバルブに適正に対応することが可能となり、装置の省スペース化および製造コストの低減を図ることができる。また、容易にリレー２７の装着を行うことができ、迅速かつ容易に大容量の電動モータ５に対応することができる。

なお、本実施形態においても、駆動回路２６にインターロックスイッチ２０を組み込むことは可能である。

また、図１６は前記第３実施形態の変形例を示したものであり、本実施形態においては、リレー２７として有極性型のリレー２７を用いるとともに、しかも、全開位置検出スイッチ１０および全閉位置検出スイッチ１１の極性を異ならせた場合の例を示している。
このように構成しても、同様に、電装部品の容量を大きくすることなく、大口径バルブなどの高出力が要求されるバルブに適正に対応することが可能となり、装置の省スペース化および製造コストの低減を図ることができるものである。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

本発明に係る電動アクチュエータの第１実施形態を示す正面断面図である。 本発明に係る電動アクチュエータの第１実施形態を示す右側面断面図である。 本発明に係る電動アクチュエータの第１実施形態を示す左側面断面図である。 本発明に係る電動アクチュエータの第１実施形態を示す平面断面図である。 本発明の電動アクチュエータの全閉状態を示す回路図である。 本発明の電動アクチュエータの全閉状態から全開状態に切り換えた状態を示す回路図である。 本発明の電動アクチュエータの中間開度状態を示す回路図である。 本発明の電動アクチュエータの全開状態を示す回路図である。 本発明の電動アクチュエータの全開状態から全閉状態に切り換えた状態を示す回路図である。 本発明の第２実施形態の全閉状態を示す回路図である。 本発明の第２実施形態を示すインターロックスイッチのＯＦＦ状態を示す回路図である。 本発明の第３実施形態の全閉状態から全開状態に切り換えた状態を示す回路図である。 本発明の第３実施形態の中間開度状態を示す回路図である。 本発明の第３実施形態の全開状態を示す回路図である。 本発明の第３実施形態の全開状態から全閉状態に切り換えた状態を示す回路図である。 本発明の第３実施形態の変形例を示す回路図である。

符号の説明

１ 電動アクチュエータ
２ 基台
３ カバー部材
５ 電動モータ
６ 出力軸
７ 制御軸
８ 全開検知カム部材
９ 全閉検知カム部材
１０ 全開位置検出スイッチ
１１ 全閉位置検出スイッチ
１５ 駆動回路基板
１６ リレー回路基板
１７ 手動軸
１８ 手動ハンドル
１９ 手動検知カム部
２０ インターロックスイッチ
２２ 直流電源
２３ 操作スイッチ
２５ ダイオード
２６ 駆動回路
２７ リレー
２８ 常開接点
２９ リレー回路

Claims (5)

1. 直流電源からの通電により前記電動モータを回転動作させる駆動回路を備え、前記直流電源からの通電により駆動される電動モータの回転力を歯車伝達機構を介して出力軸に出力することによりバルブの開閉動作を行う電動アクチュエータにおいて、
   前記バルブの全開状態または全閉状態に応じてＯＮ・ＯＦＦされるマイクロスイッチを介して通電されるリレーと、このリレーへの通電により前記直流電源から前記電動モータへの通電をＯＮにする常開接点とからなるリレー回路を、通電容量に応じて装着自在に設けたことを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記リレー回路は１つの回路基板により構成され、
   前記駆動回路と前記リレー回路とを電気的に接続することによりリレーが付加されたリレー付加回路が構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記バルブを手動で動作させる手動軸を備え、
   前記手動軸による手動動作時に前記駆動回路をＯＦＦにするインターロックスイッチを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記リレーは、無極性型のリレーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記リレーは、有極性型のリレーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動アクチュエータ。

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