JP2013511007A - 内部負荷装置を有する電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

内部負荷装置を有する電動アクチュエータ（１０２）が本明細書に説明される。本明細書に説明された内部負荷装置を有する例示的電動アクチュエータは、駆動装置（１４４）および駆動装置に作動可能に結合された駆動軸（１４８）を受け入れるために空洞を画定する筐体（１３６、１３８）を含む。駆動装置が第１の回転方向に回転することによって、駆動軸が第１の直線方向に移動し、駆動装置が第２の回転方向に回転することによって、駆動軸が第１の直線方向に対向する第２の直線方向に移動する。付勢要素（１８６）は、駆動軸（１４８）がストローク位置の端部に到達すると、電動アクチュエータ（１０２）への電力が除去されるときに、負荷を駆動軸に提供するために、駆動装置（１４４）の少なくとも一部が、付勢要素を撓ませるために付勢要素に向かって軸方向に移動するように、駆動装置に作動可能に結合される。
【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、一般に電動アクチュエータに関し、より具体的には、内部負荷装置を有する電動アクチュエータに関する。

制御弁（例えば、スライディングステム弁）は、プロセス流体の流れを制御するためにプロセス制御装置に一般的に使用される。制御弁は、一般的に制御弁の作動を自動化するアクチュエータ（例えば、電動アクチュエータ、油圧アクチュエータなど）を含む。ゲート弁、グローブ弁、ダイヤフラム弁、ピンチ弁、およびアングル弁などのスライディングステム弁は、一般的に開位置と閉位置との間で流体流れ制御部材（例えば、弁体）を駆動する弁茎（例えば、スライディングステム）を有する。

電動アクチュエータは、駆動装置（例えば、１つまたは複数の歯車）を介して流れ制御部材に作動可能に結合されたモータを利用することが多い。作動中、電力がモータに供給されると、電動アクチュエータは、弁を通って流れる流体を調節するために、閉位置と開位置との間で流れ制御部材を移動させる。弁が閉じられると、流れ制御部材は、一般的に弁の注入口と排出口との間の流体の流れを防止するために、流れ経路内に配置された環状シールまたは円周シール（例えば、弁座）を密封的に係合するように構成される。

弁が閉位置にあり、電力がモータに提供されると、モータは、一般的に流体流れ制御部材が弁の弁座と密封的に係合することを確実にするために、十分な着座負荷を流体流れ制御部材に提供する。電力がモータから除去されると、駆動装置（例えば、ウォーム歯車）は、弁座に対して流体流れ制御部材の位置を維持し、流体流れ制御部材が逆方向または反対方向（例えば、弁座から離れる）に実質的に移動することを防止する場合がある。しかし、駆動装置は、流体流れ制御部材が弁座と密封的に係合することを確実にするために、適切なまたは十分な着座負荷を流体流れ制御部材に提供できないかもしれない。結果として、流体は、弁の入口と出口との間の弁を通って漏れるかもしれない。

一例では、電動アクチュエータは、駆動装置および駆動装置に作動可能に結合された駆動軸を受け入れる空洞を画定する筐体を含む。駆動装置が第１の回転方向に回転することによって、駆動軸が第１の直線方向に移動し、駆動装置が第２の回転方向に回転することによって、駆動軸が第１の直線方向に対向する第２の直線方向に移動する。電動アクチュエータへの電力が除去されたときに、負荷を駆動軸に提供するために、駆動軸がストローク位置の端部に到達すると、駆動装置の少なくとも一部が付勢要素を撓ませるために付勢要素に向かって軸方向に移動するように、付勢要素は駆動装置に作動可能に結合される。

別の例では、電動アクチュエータとともに使用するための負荷装置は、電動アクチュエータの駆動装置に作動可能に結合された駆動歯車を含む。駆動歯車は、第１の方向および第２の方向に回転し、またその駆動歯車は、第１の直線位置と第２の直線位置との間を移動する。駆動軸は、駆動歯車が第１の方向に回転すると、駆動歯車によって駆動軸が第１の直線方向に移動し、駆動歯車が第２の方向に回転すると、駆動歯車によって駆動軸が第２の直線方向に移動するように、駆動軸は駆動歯車に作動可能に結合される。駆動歯車が第１の方向に回転し、駆動軸が第１の直線方向のストローク位置の端部に到達すると、駆動歯車が駆動軸を中心に第１の方向に回転し続け、付勢要素を撓ませるために、駆動軸に対して軸方向に第１の直線位置から第２の直線位置に移動するように、付勢要素は、駆動歯車と座面との間に配置される。

さらに別の例では、電動アクチュエータとともに使用するための負荷装置は、駆動装置の回転運動を駆動軸の直線運動に変換する手段を含む。また、負荷装置は、流れ制御部材が流体弁の弁座と密封的に係合し、モータへの電力が除去されると、着座負荷を駆動軸に結合された流体弁の流体流れ制御部材に提供する手段も含む。負荷装置は、駆動軸に対して軸方向への回転運動を変換する手段の少なくとも一部を、着座負荷を提供する手段に向かって移動させることになる、撓ませる手段をさらに含む。

本明細書に説明された例示的制御弁組立体を開位置で示した図である。 図１Ａの例示的アクチュエータの拡大した部分を示す図である。 図１Ａの例示的制御弁組立体だが、閉位置で示され、付勢要素がここではまだ撓まされていない図である。 図１および図２の例示的制御弁組立体を、閉位置で示し、付勢要素がここでは撓まされている図である。 図３Ａの例示的アクチュエータの拡大した部分を示す図である。 第１の位置および第２の位置でそれぞれ示された、本明細書に説明された別の例示的アクチュエータの拡大した部分を示す図である。 第１の位置および第２の位置でそれぞれ示された、本明細書に説明された別の例示的アクチュエータの拡大した部分を示す図である。 図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａ、および図３Ｂの例示的アクチュエータとともに実施される別の例示的制御弁組立体を示す図である。 図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａ、および図３Ｂの例示的アクチュエータとともに実施される別の例示的制御弁組立体を示す図である。 図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａ、および図３Ｂの例示的アクチュエータとともに実施される別の例示的制御弁組立体を示す図である。

概して、本明細書に説明された例示的な電動アクチュエータは、アクチュエータの駆動モータへの電力が除去されたときに、着座負荷を流体弁に提供する。本明細書に説明された例示的電動アクチュエータは、電力を消費することなく着座負荷を提供する。より具体的には、例示的電動アクチュエータは、流体流れ制御部材が弁座と密封的に係合し、電動アクチュエータ（例えば、電動モータ）が電力を受け入れていないとき、着座負荷を弁の流体流れ制御部材に提供するために、アクチュエータの筐体またはケーシング内に配置された付勢要素を含んでもよい。例えば、付勢要素は、流体流れ制御部材が弁座（例えば、閉位置）と密封的に係合され、電力供給源が電力を電動アクチュエータのモータに提供できないとき、着座負荷を電動アクチュエータに作動可能に結合された流体流れ制御部材（例えば、弁体）に提供する力を加える１つまたは複数のばねとして実装されてもよい。

一方、一部の公知の電動アクチュエータは、電動アクチュエータがフェールセーフ状態にあるとき、十分な着座負荷を提供する付勢要素、クラッチおよびブレーキ装置の複雑な組合せを使用する。換言すると、公知の電動アクチュエータは、弁の流れ制御部材を、例えば、電力障害中、閉位置に移動させる付勢要素を含んでもよい。したがって、流体弁が、電力障害が発生したときに開位置にある場合、付勢要素は、流体流れ制御部材を閉位置に移動させる。しかし、これらの公知のアクチュエータは、複雑な組立体を含むことが多い。さらに、フェールセーフ装置を有するこれらの公知の作動システムの一部は、一般的にフェールセーフ装置の作動を可能にする、クラッチを切断可能な歯車箱を含む。換言すると、駆動組立体は、一般的に、例えば、フェールセーフ装置の作動を可能にする歯車伝導部から作動可能に分離されなければならない。しかし、クラッチを切断可能な歯車箱は、比較的高価であり、操作が困難であり、弁およびアクチュエータ組立体の外形寸法が増大し、アクチュエータ内に複雑な組立体を含む。さらに、このようなフェールセーフ装置は、一部の用途には必要とされないおよび／または所望されないことがあり、それによって制御弁組立体のコストを不必要に増加させる。

図１Ａは、本明細書に説明された例示的な制御弁組立体１００を示す。制御弁組立体１００は、弁帽１０６を介して流体弁１０４に作動可能に結合された電動アクチュエータ１０２を含む。流体弁１０４は、入口１１２と出口１１４との間の流体流れ通路１１０を画定する弁本体１０８を含む。流体流れ制御部材１１６（例えば、弁体）は、流体流れ通路１１０内に配置され、入口１１２と出口１１４との間の弁口領域または開口１２２を通って流れる流体を制御するために、弁座１２０と密封的に係合する座面１１８を含む。弁茎１２４は、流体流れ制御部材１１６に第１の端部１２６で結合され（例えば、螺合可能に結合され）、電動アクチュエータ１０２に第２の端部１２８で作動可能に結合される。弁帽１０６は、弁本体１０８に結合され、弁茎１２４を摺動可能に受け入れるために穴部１３０を含む。弁帽１０６は、弁茎１２４を通過するプロセス流体の漏れを防止するため、および／または有害な流体もしくは汚染流体の排出に対して環境を保護するために、流体弁１０４を通って流れるプロセス流体の圧力に対向するためにシールを提供する、弁パッキン組立体１３２を収容する。

アクチュエータ１０２は、締結具１４０を介して第２のケーシング１３８に結合された第１のケーシング１３６を有する筐体１３４を含む。筐体１３４の第１のケーシング１３６および第２のケーシング１３８は、駆動装置１４４を受け入れるために空洞１４２を画定する。この例では、駆動装置１４４は、伝送部１５０を介して出力軸すなわち駆動軸１４８に作動可能に結合されたモータ１４６を含む。伝送部１５０は、モータ１４６の回転運動を駆動軸１４８の直線運動に変換する。

伝送部１５０は、モータ１４６によって生成されるトルクを増幅するように構成されてもよく、増幅されたトルクを駆動軸１４８に伝送してもよい。駆動軸１４８に伝送された増幅されたトルクによって、流れ制御部材１１６をより大きな力で弁座１２０に係合することが可能になり、したがって、流れ制御部材１１６が弁座１２０と密封的に係合され、電力がモータ１４６に提供されると、弁本体１０８を通る流体流れを防止するために、弁座１２０とより緊密な密封的係合を提供する。また、比較的小さいサイズのモータ１４６を使用して、流れ制御部材１１６をモータ１４６によって生成されたトルクを増幅するように構成された伝送部で駆動してもよい。例えば、伝送部１５０によって提供されたトルクの増幅量は、歯車のサイズ（例えば、歯車の歯の直径、歯の数など）に基づいて変化させることができる。さらに他の例では、モータ１４６は、駆動軸１４８に直接結合されてもよい。こうした直接駆動の構造では、モータ１４６は、例えば、伝送部１５０のようないかなる他の仲介する機構またはデバイスなしに、駆動軸１４８を直接駆動する。

示されたように、伝送部１５０は、筐体１３４の空洞１４２内に配置された歯車伝送部すなわち歯車箱１５２を含む。モータ１４６は、電動アクチュエータ１０２の空洞１４２内に配置され、例えば、締結具および／または任意の他の適切な締結機構（複数可）を介して歯車箱１５２に（例えば、歯車箱１５２の筐体に）結合される。しかし、他の例では、モータ１４６は、締結具または任意の他の適切な締結機構（複数可）を介してアクチュエータ１０２の筐体１３４に結合されてもよい。一部の例では、モータ１４６は、筐体１３４の内面１５４または筐体１３４の外面１５６に結合されてもよい。モータ１４６は、例えば、交流（ＡＣ）モータ、直流（ＤＣ）モータ、可変周波数モータ、ステッピング・モータ、サーボ・モータ、または任意の適切なモータもしくは駆動部材などの任意のモータであってもよい。また、歯車箱１５２は、モータ１４６の回転運動を駆動軸１４８の直線運動に変換するために、複数の歯車（例えば、平歯車）、遊星歯車装置、または任意の他の適切な歯車もしくは伝送部を含んでもよい。以下により詳細に説明したように、伝送部１５０の少なくとも１つの歯車は、第１の位置と第２の位置との間で軸１５７に沿って軸方向に平行移動または移動する。

示された例では、伝送部１５０は、中間歯車１５８および駆動歯車１６０を含む。中間歯車１５８は、モータ１４６の出力軸１６２と駆動歯車１６０を作動可能に結合する。示されたように、駆動歯車１６０は、歯車係合部１６４および窪んだ開口１６８を有する第２の部分１６６（例えば、歯車係合部１６４と一体形成された）を含む。歯車係合部１６４は、中間歯車１５８の歯車の歯と噛合、または係合するための歯車の歯を含む。また、駆動歯車１６０は、駆動軸１４８を螺合可能に受け入れるために螺刻された孔または開口１７０を含む。

示されたように、駆動軸１４８は、ねじである。より具体的には、駆動軸１４８は、孔または開口１７４および外側に螺刻された部分１７６を有する円筒形状の本体１７２を備える。駆動軸１４８の開口１７４は弁茎１２４の第２の端部１２８を受け入れる。フランジ付きナット１７８は、弁茎１２４の肩部１８２とフランジ付きナット１７８との間の駆動軸１４８を捕捉または保持するために、弁軸１２４の螺刻された端部１８０に螺合可能に結合する。駆動軸１４８の外側に螺刻された部分１７６は、駆動歯車１６０の螺刻された孔１７０に螺合する。示されていないが、他の例では、駆動軸１４８は、モータ１４６の回転運動を弁茎１２４の直線運動に変換するための歯車装置、ボールねじ装置、送りねじ装置、および／または任意の他の適切な伝送装置であってもよい。

負荷装置または負荷組立体１８４は、流れ制御部材１１６が閉位置にあり、アクチュエータ１０２への電力が除去されたときに、着座負荷を流れ制御部材１１６に提供するために、歯車箱１５２内（例えば、歯車箱１５２の筐体内）に配置される。負荷装置１８４は、駆動歯車１６０の第２の部分１６６と歯車箱１５２のばね座、すなわちばね面１８８との間に配置された付勢要素１８６を含む。また、負荷装置１８４は、駆動歯車１６０と付勢要素１８６との間に配置されたスラスト軸受１９０を含んでもよい。スラスト軸受１９０は、付勢要素１８６が撓まされると、付勢要素１８６によって加えられた負荷を駆動歯車１６０に伝送し、駆動歯車１６０の窪んだ開口１６８によって受け入れられてもよい。この例では、付勢要素１８６は、ベルビルばねの重なりを含む。負荷装置１８４は、ベルビルばねの重なりの高さを調節するために、付勢要素１８６と歯車箱１５２の表面１８８との間に配置されたスペーサ１９２を含んでもよい。概して、ベルビルばねは、ベルビルばね上に付与された移動距離すなわち撓みに対して高い負荷を提供する。したがって、結果として、例示的負荷装置１８４は、比較的小さい占有面積を有するように構成されてもよく、それによって制御弁組立体１００の全体の外形または占有面積を低減させる。他の例では、付勢要素１８６は、コイルばね、ばね座金、波形ばね、ばねベローズ、および／または任意の他の適切な付勢要素（複数可）であってもよい。さらに他の例では、付勢要素は、歯車箱１５２の一部（例えば、歯車箱１５２の筐体）、筐体１３４の一部および／またはアクチュエータ１０２の任意の他の適切な表面と一体形成されてもよい。例えば、歯車箱１５２の少なくとも一部１５３（例えば、駆動歯車１６０に隣接する）は、撓まされると、付勢力を提供するゴム材料または任意の他の適切な材料などの可撓性がある材料で作成されてもよい。このような構成では、付勢要素１８６は必要とされない。

図１Ａでは、流体弁１０４は、開位置１９４で示されており、負荷装置１８４の付勢要素１８６は、第１の状態すなわち実質的に撓まされていない状態１９６にある。図２は、閉位置２００にある流体弁を示すが、負荷装置１８４の付勢要素１８６が実質的に撓まされていない状態２０２を表す。図３Ａは、閉位置３００にある流体弁１０４を示し、着座負荷３０４を流れ制御部材１１６に提供するために、実質的に撓まされた状態３０２にある付勢要素１８６を表す。図１Ｂおよび図３Ｂは、それぞれ実質的に撓まされていない状態１９４、および実質的に撓まされた状態３０２にある付勢要素１８６を表す負荷装置１８４の拡大された部分を示す。

図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、作動時、電動アクチュエータ１０２が、図１Ａの開位置１９４と図３Ａの閉位置３００との間で流れ制御部材１１６を移動させるように作動される。モータ１４６は、流体弁１０４を図１Ａに示されたように開位置１９４に向かって移動させるために、出力軸１６２を軸１９７を中心に第１の方向１９９（例えば、時計回りの方向）に駆動または回転させ、流体弁１０４を図２および図３Ａに示されたように閉位置２００および３００に向かって移動させるために、出力軸１６２を軸１９７を中心に第１の方向１９９に対向する第２の方向２０４（例えば、反時計方向）に駆動または回転させる。

流体弁１０４を開位置１９４に向かって移動させるために、電力がモータ１４６に提供されて、出力軸１６２を第１の方向１９９（図１Ａ）に回転させる。伝送部１５０によって、駆動歯車１６０が軸１５７を中心に第１の方向１９８（例えば、時計回りの方向）に回転する。駆動歯車１６０が第１の方向１９８に回転することによって、駆動軸１４８が軸１５７に沿って流体弁１０４から離れる方向に直線運動で移動する。より具体的には、出力軸１６２が第１の方向１９９に回転するにしたがい、中間歯車１５８は駆動歯車１６０を回転させる。次いで、中間歯車１５８および／または付勢要素１８６が軸１５７に対して駆動歯車１６０の軸位置を維持または保持する助けとなるので、駆動歯車１６０は、駆動軸１４８の螺刻された部分１７６を中心に回転し、駆動軸１４８を軸１５７に沿った方向に直線的に移動させる。さらに、示されていないが、ブッシング１９５は、駆動歯車１６０が回転するのにともなって駆動軸１４８が回転またはスピンすることを防止するために、駆動軸１４８を係合する少なくとも１つの平面（図示せず）を有する歯車箱１５２（例えば、圧入を介して歯車箱１５２の筐体内に配置される）に結合され、それによって駆動軸１４８を、駆動歯車１６０が螺刻された部分１７６を中心に回転するのにともなって螺刻された部分１７６を介して直線移動させる。弁茎１２４はフランジ付きナット１７８を介して駆動軸１４８に固定結合されているので、駆動軸１４８によって、弁茎１２４を、ひいては流れ制御部材１１６を弁座１２０から離して、入口１１２と出口１１４との間の流体流れ経路１１０を通る流体流れを可能にするまたは増加させる。図１Ｂに最も明確に示されたように、流体弁１０４が開位置１９４内にあるとき、付勢要素１８６は実質的に撓まされていない状態１９６にある。

図２に示されたように流体弁１０４を閉位置２００に向かって移動させるために、電力がモータ１４６に供給されることによって、出力軸１６２が軸１９７を中心に第２の方向２０４（例えば、反時計方向）に回転する。出力軸１６２が第２の方向２０４に回転することによって、駆動軸１４８が軸１５７に沿って弁本体１０８に向かった方向に直線移動する。より具体的には、出力軸１６２が第２の方向２０４に回転するのにともない、中間歯車１５８は駆動歯車１６０を軸１５７および駆動軸１４８の螺刻された部分１７６を中心に第２の方向２０６に回転させ、駆動軸１４８を軸１５７に沿った方向に流体弁１０４に向かって直線移動させる。駆動歯車１６０が軸１５７を中心に第２の方向２０６に回転することによって、駆動軸１４８が、ひいては流れ制御部材１１６が弁座１２０に向かって移動して、入口１１２と出口１１４との間の流体流れ経路１１０を通る流体流れを防止、または制限する。付勢要素１８６は、駆動軸１４８が流体弁１０４に向かって移動するときは、実質的に撓まされていない状態２０２にある。さらに、付勢要素１８６は実質的に撓まされていない状態２０２にあるが、付勢要素１８６によって提供された付勢力（例えば、予応力）は、中間歯車１５８および軸１５７に対して駆動歯車１６０の軸方向位置を維持する助けとなる。

流体弁１０４が閉位置２００にあるとき、流体流れ制御部材１１６の座面１１８は、弁１０２を通る流体流れを防止するために弁座１２０を密封的に係合する。流体流れ制御部材１１６が弁座１２０と係合すると、駆動軸２０２は、駆動軸１２４は弁茎１２４に固定して結合されているので、さらに弁座１２０に向かって移動することが防止される。しかし、モータ１４６が、駆動歯車１６０を中間歯車１５８を介して駆動し続けることによって、駆動歯車１６０が駆動軸１４８の螺刻された部分１７６を中心に回転する一方で、駆動軸１４８は、軸１５７に対して実質的に軸方向に固定されている。換言すると、駆動軸１４８は、流れ制御部材１１６が弁座１２０と密封的に係合するとき、ストローク位置の端部にある。結果として、流れ制御部材１１６が弁座１２０と密封的に係合されると、駆動軸１４８が弁座１２０に向かって移動（例えば、直線運動および／または回転運動）することを防止されるので、駆動歯車１６０は、筐体１３４の上部ケーシング１３６に向かって直線方向に軸方向に移動または平行移動する。しかし、他の例では、ストローク位置の端部または移動距離の端部は、駆動軸１４８の表面２０８が筐体１３４の一部すなわち表面２１０、弁帽１０６、または任意の他の表面を係合するとき、ストローク位置の端部または移動の端部が生じてもよい。

弁が閉位置２００内にあるときに、駆動歯車１６０が駆動軸１４８を中心に第２の方向２０６に回転するのにともなって、駆動歯車１６０は、軸１５７に沿って軸方向に中間歯車１５８に対して上部ケーシング１３６に向かって移動する、また推移する。しかし、駆動歯車１６０の係合部１６４は、中間歯車１５８から係脱しない。換言すると、係合部１６４の歯車の歯は、駆動歯車１６０が軸１５７に沿って軸方向に平行移動するときは、中間歯車１５８の歯車の歯と係合したままである。

図３Ｂに最も明確に示されるように、駆動歯車１６０が、中間歯車１５８に対して上部ケーシング１３６に向かって直線方向に推移することによって、付勢要素１８６が実質的に撓まされた状態３０２に撓まされまたは圧縮される。撓まされた状態３０２では、付勢要素１８６は、駆動歯車１４８に対して力を加える、または提供する。この力は、スラスト軸受１９０を介して流れ制御部材１１６に伝達される。具体的には、スラスト軸受１９０は、付勢要素１８６によって加えられた力を流れ制御部材１１６に伝送し、駆動歯車１６０が軸１５７を中心として自由に回転できるようになる。したがって、流体弁１０４が閉位置２００にあり、モータ１４６が駆動歯車１６０を軸１５７を中心として第２の方向２０６に回転し続けると、付勢要素１８６を撓ませるまたは圧縮するように、駆動歯車１６０は、軸１５７に沿って軸方向に図２に示された位置２００から図３Ａに示された位置３００に移動する。

図２に示されたように閉位置２００にあるときは、モータ１４６は、電力がモータ１４６に提供されると、着座負荷を流体流れ制御部材１１６に提供する。しかし、電力がモータ１４６から除去されると、流れ制御部材１１６は、例えば、流体弁１０４が図２に示された閉位置２００にあるときに、弁座１２０を密封的に係合するために適切なまたは十分な着座負荷が不足することがある。モータ１４６および／もしくは伝送部１５０の逆駆動抵抗はその位置を維持するか、または駆動軸１４８の、ひいては流れ制御部材１１６の直線運動を防止するが、モータ１４６および／または伝送部１５０の逆駆動抵抗は、電力がモータ１４６から除去された場合、着座負荷を流れ制御部材１１６に適切に維持または提供できないかもしれない。流れ制御部材１１６が弁座１２０と密封的に係合されると、適切な、または十分な着座負荷が開口１２２を通る流体の漏れを防止する。換言すると、流体弁１０４の通路１１０を通る流体の流れを実質的に防止するために、適切な、または十分な着座負荷は、弁座１２０を密封的に係合した状態で流体流れ制御部材１１６を維持する。このような着座負荷がないと、流体は、流体流れ制御部材１１６のシール面１１８が弁座１２０に係合しているときでさえも、開口１２２を通過して漏れるかもしれない。

負荷装置１８４が図３Ａおよび図３Ｂに示された位置３０２にあるとき、負荷装置１８４は、電力がモータ１４６から除去された場合、流体流れ制御部材１１６が弁座１２０と密封的に係合した状態を維持または保持するために、機械的な着座負荷３０４を提供する一方で、流れ制御部材１１６は弁座１２０と密封的に係合される。例えば、緊急事態の間、電力障害中、または電動アクチュエータ１０２（例えば、モータ１４６）への電力供給が除去または停止された場合、流出（例えば、化学物質流出）を防止するために、流体弁１０４を閉位置３００に維持または保持することが必要かもしれない。そうでない場合は、適切なまたは十分な着座負荷を流体流れ制御部材１１６に、例えば停電中に提供することができないことによって、流体流れが入口１１２と出口１１４との間の流体弁１０４の開口１２２を通過するかもしれない。例えば、入口１１２における加圧された流体の圧力は、流体流れ制御部材１１６に（例えば、図２の弁帽１０６方向に向かう方向に）対して力を提供することによって、流体流れ制御部材１１６のシール面１１８が弁座１２０から離れるように移動し、モータ１４６への電力が除去されると、流体が出口１１４に向かって流れる、または漏れることが可能になるかもしれない。

したがって、例示的負荷装置１８４は、流体弁１０４が閉位置３００にあり、電力が電動アクチュエータ１０２から除去されると、通路１１０を通って流れる流体を防止するために、着座負荷３０４を流体流れ制御部材１１６に提供する。具体的には、負荷装置１８４は、着座負荷３０４を不特定な期間提供する。さらに、負荷装置１８４は、着座負荷（例えば、着座負荷３０４）を電力消費なしに（すなわち、実質的にゼロの電力消費で）提供する。したがって、一部の例では、流体弁１０４が閉位置３００にあるときは、モータ１４６への電力はエネルギーを節約するために除去され、それによって電動アクチュエータ１０２の性能および／または効率が向上する。

さらに、負荷装置１８４は、電動アクチュエータ１０２への電力が除去されると、着座負荷を提供するためにクラッチ機構、付勢要素の複雑な組合せおよび／またはブレーキ装置を必要としないので、例示的電動アクチュエータ１０２は、製造費用を削減し、制御弁組立体１００の維持管理を簡単にする。

例示的な負荷装置１８４は、図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａおよび図３Ｂに示された構成に限定されない。一部の例では、駆動歯車１６０および／または付勢要素１８６は、着座負荷を図３Ａに示された例で提供された着座負荷３０４の方向に対向する方向に提供するように構成されてもよい。負荷装置１８４および／または駆動歯車１６０は、流体制御部材および弁座を図１に示された流体弁と反対の構成で有する流体弁（例えば、押して開く流体弁）とともに使用されてもよい。例えば、駆動歯車１６０および／または負荷装置１８４の配向は、付勢要素１８６が歯車箱１５２の表面３０６と駆動歯車１６０との間に配置されるように示された配向と逆または反対であってもよい。駆動歯車１６０は、流れ制御部材が押して開く弁の弁座を密封的に係合し、モータ１４６が駆動歯車１６０を回転し続けると、付勢要素１８６を加圧するように、軸１５７に沿って軸方向に弁本体１０８に向かって平行移動するように構成されてもよい。他の例では、下部ケーシング１３８の表面３０６および／もしくは一部は、可撓性の材料（例えば、ゴム材料）で作成されてもよく、または可撓性の材料は、駆動歯車１６０によって撓まされ、もしくは拡大されると、付勢力を提供するように表面３０６および／または下部ケーシング１３８から突出してもよい。この手法では、付勢要素１８６は必要とされない。

図４Ａおよび４Ｂは、本明細書に説明された負荷装置４０２を有する別の例示的な電動アクチュエータ４００の拡大した部分を示す。この例では、駆動装置４０４は、モータ４０６、伝送部４０８、および負荷装置４０２を含む。伝送部４０８は、モータ４０６の出力軸４１２に結合された第１の歯車４１０を含み、中間歯車４１４を係合する。中間歯車４１４は、第１の歯車４１０を、ひいてはモータ４０６を駆動歯車４１６に結合させる。駆動歯車４１６は、駆動軸４２０の螺刻された部分４１８を螺合可能に受け入れる螺刻された孔（図示せず）を含む。負荷装置４０２は、ばね座すなわち表面４２４と駆動歯車４１６との間に配置されたばねとして示された付勢要素４２２を含む。スラスト軸受４２６は、付勢要素４２２と駆動歯車４１６との間に配置され、駆動歯車４１６は軸４２８を中心に自由に回転できる。さらに、スラスト軸受４２６は、付勢要素４２２が図４Ｂに示されたように撓まされると、付勢要素４２２によって提供されたばね力を駆動軸４２０に伝達する。

作動時、駆動歯車４１６が駆動軸４２０の螺刻された部分４１８を中心に回転することによって、駆動軸４２０は軸４２８に沿って直線運動で移動する。駆動歯車４１６が第１の方向４３０に回転することによって、駆動軸４２０が第１の直線方向４３２に移動し、駆動歯車４１６の回転が第２の方向４３４に回転することによって、駆動軸４２０が第２の直線方向４３６に移動する。駆動軸４２０がストロークの端部（例えば、移動点の端部）に到達すると、駆動歯車４１６は、駆動軸４２０を軸４２８に沿って第１の方向４３２に直線的に移動させることがもはやできない。しかし、駆動歯車４１６は、第１の方向４３０に駆動軸４２０の螺刻された部分４１８を中心に回転し続けてもよい。結果として、駆動軸４１８がストロークの端部に到達し、駆動歯車４１６が駆動軸４２０を中心に第１の方向４３０に回転し続けると、駆動歯車４１６は、図４Ｂに示されたように付勢要素４２２を加圧するように、中間歯車４１４に対して軸４２８に沿って軸方向に移動する、または推移する。したがって、軸４２８を中心に回転できることに加えて、駆動歯車４１６はまた、駆動軸４２０がストロークの端部に到達し、モータ４０６が駆動歯車４１６を第１の方向４３０に軸４２８を中心に駆動または回転し続けると、軸４２８に沿って軸方向に平行移動することができる。

図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａおよび図３Ｂの例示的な電動アクチュエータ１０２は、他の流体弁または任意の他のデバイスとともに使用することができる。例えば、図５Ａ〜図５Ｃは、回転弁５０２に結合された、図１Ａ、図１Ｂ、図２、図３Ａおよび図３Ｂの例示的電動アクチュエータ１０２を有する例示的制御弁組立体５００を示す。回転弁５０２は、入口５１０と出口５１２との間の流体流れ経路５０８内に挿入された円盤すなわち流体制御部材５０６を有する弁本体５０４を含む。流体制御部材５０６は、弁軸５１４を介して弁本体５０４に対して回転可能に結合される。弁軸５１４の一部５１６（例えば、スプライン端部）は、回転弁５０２から延在してレバー５１８によって受け入れられる。次いで、レバー５１８は、電動アクチュエータ１０２の駆動軸１４８と流体制御部材５０６を作動可能に結合させる。ロッド端部軸受５２０は、弁茎１２４の第１の端部１２６（図１Ａ）に結合され（例えば、螺合可能に結合され）、レバー５１８のレバーアーム５２２と締結具５２４を介して結合されて、レバー５１８と駆動軸１４８を作動可能に結合する。レバー５１８は、駆動軸１４８の直線変位を弁軸５１４の回転変位に変換する。

作動時、モータ１４６が駆動歯車１６０を第１の方向５２６（例えば、時計回りの方向）に軸５２８を中心に回転させると、駆動歯車１６０は、駆動軸１４８を第１の直線方向５３０に移動させるために、駆動軸１４８の螺刻された部分１７６を中心に回転する。駆動軸１４８が第１の直線方向５３０に移動すると、駆動軸１４８によってレバー５１８が第１の方向５３２に軸５３４を中心に回転する。弁軸５１４が第１の方向５３２に軸５３４を中心に回転することによって、流れ制御部材５０６がシール面５３６から離れるように（例えば、開位置）回転して、入口５１０と出口５１２との間で弁本体５０４を通る流体流れが可能になる。

モータ１４６が駆動歯車１６０を第２の方向５３８に軸５２８を中心に回転させると、駆動歯車１６０は、駆動軸１４８を第２の直線方向５４０に移動させるために、駆動軸１４８の螺刻された部分１７６を中心に回転する。駆動軸１４８が第２の直線方向５４０に移動すると、駆動軸１４８によって、レバー５１４が第２の方向５４２に軸５３４を中心に回転する。弁軸５１４が第２の方向５４２に軸５３４を中心に回転することによって、流れ制御部材５０６がシール面５３６（例えば、閉位置）に向かって回転して、流体が入口５１０と出口５１２との間で弁本体５０４を通って流れることを防止または制限する。閉位置にあるとき、モータ１４６は、駆動歯車１６０を第２の方向５３８に回転させ続ける。しかし、駆動軸１４８は、流れ制御部材５０６がシール面５３６を密封的に係合すると、ストローク位置の端部に到達する。結果として、駆動歯車１６０は第２の方向５３８に駆動軸１４８（すなわち、固定駆動軸１４８）に対して回転し続け、中間歯車１５８に対して軸５２８に沿って付勢要素１８６に向かって軸方向に移動して、負荷装置１８４の付勢要素１８６を加圧するまたは撓ませる。

伝送部１５０の逆駆動抵抗および／またはモータ１４６は、モータ１４６への電力が除去されると、レバー５１８が軸５３４を中心に第１の方向５３２に回転するのを防止するが、伝送部１５０の逆駆動抵抗および／またはモータ１４６は、回転弁５０２が閉位置にあるとき、径路５０８を通る流体の漏れを防止するために、適切なまたは十分な着座負荷を提供できないかもしれない。例えば、不十分な着座負荷が流れ制御部材５０６に提供された場合、注入口５１０における流体の圧力によって、流れ制御部材５０６とシール面５３６との間の流体漏れを生じるかもしれない。しかし、付勢要素１８６が撓まされた状態または加圧された状態のとき、電力がモータ１４６から除去され、流れ制御部材５０６がシール面５３６と密封的に係合された場合、流体流れ制御部材５０６をシール面５３６と密封的に係合した状態で維持または保持するために、付勢要素１８６は、適切なまたは十分な機械的な着座負荷を提供する力を加える。換言すると、例えば付勢要素１８６は、撓まされ、または加圧されるとき、流体流れ制御部材５０６がシール面５３６を密封的に係合し、モータ１４６への電力が除去された場合、入口５１０において比較的高圧力の流体が流れ制御部材５０６とシール面５３６との間で、および径路５０８を通じて漏れることを実質的に制限または防止する力を提供する。

ある特定の例示的装置が本明細書に説明されてきたが、本発明の網羅する範囲はそれに限定されない。反対に、本発明は、添付された特許請求の範囲の範囲内に、文字通りに、または均等論のもとで適正に含まれるすべての装置および製造物品を網羅する。

Claims (22)

1. 内部負荷装置を有する電動アクチュエータであって、
   駆動装置及び該駆動装置に作動可能に結合された駆動軸であって、前記駆動装置が第１の回転方向に回転することによって、前記駆動軸が第１の直線方向に移動し、前記駆動装置が第２の回転方向に回転することによって、前記駆動軸が前記第１の直線方向に対向する第２の直線方向に移動する、駆動装置および駆動軸と、
   前記駆動装置に作動可能に結合された付勢要素であって、前記電動アクチュエータへの電力が除去されたときに、負荷を前記駆動軸に提供するために、前記駆動軸がストローク位置の端部に到達すると、前記駆動装置の少なくとも一部は、前記付勢要素を撓ませるように前記付勢要素に向かって軸方向に移動させる、付勢要素と、を備える電動アクチュエータ。
2. 前記駆動軸は、前記駆動装置に第１の端部で作動可能に結合され、流体弁の流れ制御部材に第２の端部で作動可能に結合される、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記駆動軸は、前記流体流れ制御部材が前記流体弁の弁座と密封的に係合すると、前記ストローク位置の端部に到達する、請求項２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記駆動装置は、モータの出力軸と駆動歯車との間に配置された中間歯車を介して前記駆動歯車に作動可能に結合された前記モータを備える、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記駆動歯車は、前記駆動軸の螺刻された部分を螺合可能に受け入れるために螺刻された孔を含む、請求項４に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記駆動歯車は、前記駆動装置が前記中間歯車を前記第１の回転方向に回転させ、前記駆動軸が前記ストローク位置の端部にあるとき、前記中間歯車に対して軸方向に移動する、請求項５に記載の電動アクチュエータ。
7. スラスト軸受は、前記駆動歯車と前記付勢要素との間に配置される、請求項４に記載の電動アクチュエータ。
8. 前記付勢要素は、ばねを備える、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
9. 前記付勢要素は、前記駆動装置の筐体内に配置される、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
10. 前記付勢要素は、前記駆動装置の筐体と一体形成される、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
11. 前記筐体の少なくとも一部は、前記駆動装置によって係合されたときに、力を提供するために可撓性の材料で作成される、請求項１０に記載の電動アクチュエータ。
12. 電動アクチュエータとともに使用するための負荷装置であって、
    前記電動アクチュエータの駆動装置に作動可能に係合された駆動歯車であって、前記駆動歯車は、第１の方向および第２の直線方向に回転するためのものであり、また前記駆動歯車は、第１の直線位置と第２の直線位置との間を移動するためのものである、駆動歯車と、
    前記駆動歯車と作動可能に係合された駆動軸であって、前記駆動歯車が前記第１の方向に回転すると、前記駆動歯車が第１の直線方向に移動させ、前記駆動歯車が前記第２の方向に回転すると、前記駆動歯車が第２の直線方向に移動させる、駆動軸と、
    前記駆動歯車が前記第１の方向に回転し、前記駆動軸が前記第１の直線方向でのストローク位置の端部に到達すると、前記駆動歯車が前記駆動軸を中心に前記第１の方向に回転し続け、前記駆動軸に対して軸方向に前記第１の直線位置から前記第２の直線位置に移動して、撓ませるように、前記駆動歯車と座面との間に配置される付勢要素と、を備える負荷装置。
13. 撓まされたとき、前記付勢要素は、前記電動アクチュエータへの電力が除去されると、着座負荷を流体弁の弁座と密封的に係合された流体流れ制御部材に適用する、請求項１２に記載の負荷装置。
14. 前記駆動装置は、モータ、および前記モータと前記駆動歯車を作動可能に係合させる中間歯車を備える、請求項１２に記載の負荷装置。
15. 前記駆動歯車は、本体の第１の端部における係合部、前記本体の第２の端部における窪んだ開口、および前記本体の縦軸に沿った螺刻された孔を有する前記本体を備える、請求項１２に記載の負荷装置。
16. 前記付勢要素と前記駆動歯車との間に配置されたスラスト軸受をさらに備え、前記スラスト軸受は、前記駆動歯車の前記窪んだ部分内に少なくとも一部が配置される、請求項１５に記載の負荷装置。
17. 前記駆動軸は、弁茎を摺動可能に受け入れるための孔、および前記駆動歯車に螺合可能に結合された外ねじを螺刻された部分を有する本体を備える、請求項１２に記載の負荷装置。
18. 前記付勢要素は、ばねを備える、請求項１２に記載の負荷装置。
19. 電動アクチュエータとともに使用するための負荷装置であって、
    駆動装置の回転運動を駆動軸の直線運動に変換する手段と、
    流体流れ制御部材が流体弁の弁座と密封的に係合され、モータへの電力が除去されると、着座負荷を前記駆動軸に結合された前記流体弁の前記流体流れ制御部材に提供する手段と、
    着座負荷を提供する前記手段を撓ませる手段であって、撓ませる前記手段は、回転運動を前記駆動軸に対して軸方向に着座負荷を提供する前記手段に向かって変換する前記手段の少なくとも一部を移動させることである、撓ませる手段と、を備える負荷装置。
20. 回転移動を変換する前記手段は、中間歯車および駆動歯車を備え、前記駆動歯車が第１の回転方向に回転することによって、前記駆動軸が第１の直線方向に移動し、前記駆動歯車が第２の回転方向に回転することによって、前記駆動軸が第２の直線方向に移動する、請求項１９に記載の負荷装置。
21. 着座負荷を提供する前記手段は、ばね座と前記駆動歯車との間に配置された付勢要素を備える、請求項２０に記載の負荷装置。
22. 前記撓ませる手段は、前記駆動軸がストローク位置の端部に到達することによって、前記駆動歯車が前記中間歯車に対して前記付勢要素に向かって直線的に移動し、前記駆動軸が前記付勢要素を撓ませると、前記駆動歯車を前記第１の回転方向に回転させることである、請求項２１に記載の負荷装置。

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