JP2017194142A - 電動アクチュエータおよび学習方法 - Google Patents

Abstract

【構成】 電動アクチュエータ(１０)は、弁体(１３０)の変位により送水を制御する送水制御装置(１０４)の開閉制御を行う装置である。この電動アクチュエータの制御部は、弁体の全閉動作を行うとき、モータ電流値が予め設定した第１電流値以上(Ｓ２９でＹＥＳ)となり、かつ弁体の位置が予め設定された全閉区間内(Ｓ２１でＹＥＳ)であるときに、弁体が正常な全閉状態であると判定してモータを停止させる(Ｓ３１)。【効果】 弁体が全閉状態にあることを正確に判定できるので、弁体による止水を確実に行うことができる。【選択図】 図１０

Description

この発明は、電動アクチュエータに関し、特にたとえば、弁体の変位により送水を制御する送水制御装置の開閉制御を行う、電動アクチュエータに関する。またこの発明は、電動アクチュエータが実行する学習方法に関する。

従来のこの種の電動アクチュエータの一例が特許文献１に開示される。特許文献１には、既存の給水栓に装着されて、給水栓の開閉を自動的に行う給水栓自動開閉装置が開示されている。特許文献１の給水栓自動開閉装置は、モータの出力軸と給水栓の駆動軸とを連結してモータの駆動力を給水栓の駆動軸に伝達する駆動力伝達機構を備える。

特許文献１の技術において、給水栓の開閉を自動制御で行うときには、初回使用時だけ手動制御によってモータを操作し、この手動制御によって得たデータに基づいて、次の使用時から給水栓の開閉を自動制御する。具体的には、その給水栓が全開状態から時計回りに１０回転することによって全閉状態になるものである場合、手動制御でモータに通電して給水栓の駆動軸を１０回転させ、そのときに要した時間をメモリに記憶しておく。そして、以降の使用時において給水栓の全閉動作を行うときには、メモリに記憶した時間だけモータを駆動させる。すなわち、特許文献１の技術では、給水栓の弁体が所定の全閉位置に到達したことをモータの駆動時間によって判断するようにしている。

特開平８−７０７１６号公報

しかしながら、特許文献１の技術のように、モータの駆動時間（つまり弁体位置）だけで給水栓が全閉状態であるかどうかを判断すると、弁体の経年劣化などによって止水できる位置がずれた場合に、漏水してしまう恐れがある。

また、従来の電動アクチュエータには、動力部に生じているトルクを検出するトルク検出機構およびトルクスイッチを有するものがあり、検出したトルク値が所定値以上となったときに全閉状態と判断して、モータを停止する方法が公知である。しかしながら、トルク検出機構は一般的に高価であり、構造も複雑となる。また、トルク値だけで全閉状態であるかどうかを判断すると、ゴミ等が噛んでトルク値が上がった場合も全閉状態と判断され、止水されていないにも係わらずモータが停止されてしまう場合がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、電動アクチュエータおよび学習方法を提供することである。

この発明の他の目的は、弁体による止水を確実に行うことができる、電動アクチュエータおよび学習方法を提供することである。

第１の発明は、弁体の変位により送水を制御する送水制御装置の開閉制御を行う電動アクチュエータであって、本体ケース、本体ケース内に設けられるモータ、本体ケース内に設けられ、モータの駆動を制御する制御部、本体ケース内に設けられ、モータからの駆動力によって回転するギア、ギアと共に回転する回転軸、モータの駆動時に流れるモータ電流値を検出する電流値検出部、および弁体の位置を検出する位置検出部を備え、制御部は、弁体の全閉動作を行うとき、電流値検出部によって検出されたモータ電流値が予め設定した第１電流値以上となり、かつ、位置検出部によって検出された弁体の位置が予め設定された全閉区間内であるときに、弁体が正常な全閉状態であると判定して、モータを停止させる、電動アクチュエータである。

第１の発明では、電動アクチュエータは、本体ケース、モータ、制御部、ギアおよび回転軸などを含み、弁体の変位により送水を制御する送水制御装置に取り付けられて、送水制御装置の開閉制御を行う。また、電動アクチュエータは、モータの駆動時に流れるモータ電流値を検出する電流値検出部と、モータまたはギア等の動作に基づいて送水制御装置の弁体の位置を検出する位置検出部とを備える。この電動アクチュエータでは、全閉位置を基準とした前後の区間が全閉区間として予め設定される。そして、電動アクチュエータの制御部は、弁体の全閉動作を行うとき、モータ電流値が予め設定した第１電流値以上となり、かつ、弁体の位置が全閉区間内であるときに、弁体が正常な全閉状態であると判定して、モータを停止させる。

第１の発明によれば、弁体が全閉状態にあることを正確に判定できるので、弁体による止水を確実に行うことができる。

第２の発明は、第１の発明に従属し、制御部は、全閉動作を行うとき、位置検出部によって検出された弁体の位置が全閉区間の下限位置に到達しても、電流値検出部によって検出されたモータ電流値が第１電流値に達しない場合は、モータを停止し、エラー通知を実行する。

第２の発明によれば、弁体の止水ゴムが経年劣化する等して適切に止水できていない状態を自動的に検出して、ユーザに知らせることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明に従属し、制御部は、全閉動作を行うとき、位置検出部によって検出された弁体の位置が全閉区間内に入る前に、電流値検出部によって検出されたモータ電流値が予め設定した第２電流値以上になった場合は、モータを停止後、所定量だけ開動作を行い再度閉動作に戻る復帰動作を実行する。

第３の発明によれば、ゴミ詰り等を自動的に解消できる。ただし、復帰動作を１または数回実行しても異常が解消されない場合は、モータを停止してエラー通知を実行してもよい。これによって、ごみが詰まる等して適切に止水できていない状態を自動的に検出して、ユーザに知らせることができる。

第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明に従属し、送水制御装置は、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための給水装置または排水装置であって、本体ケースに取り付けられる太陽電池パネル、および本体ケース内に設けられ、太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備える。

第４の発明では、送水制御装置は、圃場への給水を制御する給水バルブ等の給水装置、または圃場からの排水を制御する落水口などの排水装置である。そして、電動アクチュエータは、本体ケースに取り付けられる太陽電池パネルと、太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備える。

第４の発明によれば、商用電源が確保し難い圃場においても、電動アクチュエータを適用可能となる。

第５の発明は、弁体の変位により送水を制御する送水制御装置の開閉制御を行う電動アクチュエータの制御部が実行する、弁体の全閉位置および全開位置の学習方法であって、（Ａ）モータを駆動させて弁体の閉動作を行い、閉動作中にモータ電流値が予め設定した第１設定値以上になったとき、モータを停止し、このときの弁体の位置を当該弁体の全閉位置として設定する全閉位置設定ステップと、（Ｂ）全閉位置設定ステップの後、モータを駆動させて弁体の開動作を行い、モータ電流値が予め設定した第２設定値になったとき、モータを停止し、このときの弁体の位置から所定量閉側の位置を当該弁体の全開位置として設定する全開位置設定ステップとを含む、学習方法である。

第５の発明によれば、モータの回転数または駆動時間と弁体の移動距離との関係が分かっていない場合であっても、電動アクチュエータ自身が自動でかつ正確に、弁体の全閉位置および全開位置を設定できる。また、弁体の全閉位置および全開位置を正確に設定できることから、弁体による止水を確実に行うことができる。

第６の発明は、第５の発明に従属し、（Ｃ）全閉位置設定ステップの後、全閉位置を基準とした所定量開側の位置と所定量閉側の位置との間の区間を全閉区間として設定する全閉区間設定ステップをさらに含む。

第６の発明によれば、全閉区間も電動アクチュエータ自身が自動でかつ正確に設定できる。

第１の発明によれば、弁体が全閉状態にあることを正確に判定できるので、弁体による止水を確実に行うことができる。

第５の発明によれば、弁体の全閉位置および全開位置を正確に設定できるので、弁体による止水を確実に行うことができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う後述の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この発明の一実施例である電動アクチュエータを圃場の給水装置に設置した様子を示す図解図である。 電動アクチュエータを設置した給水装置の内部構造を示す図解図である。 この発明の一実施例である電動アクチュエータの外観を示す図解図である。 図３の電動アクチュエータの内部構造を示す図解図である。 図４のメインギア周辺部分を拡大して示す部分拡大図である。 アダプタの一例を示す図解図である。 全閉位置および全閉区間の設定方法を説明するための図解図である。 全開位置の設定方法を説明するための図解図である。 電動アクチュエータの制御部が実行する学習処理を示すフロー図である。 電動アクチュエータの制御部が実行する全閉判定処理を示すフロー図である。 図３の電動アクチュエータを仕切弁に取り付けた様子を示す図解図である。

図１および図２を参照して、この発明の一実施例である電動アクチュエータ１０（以下、単に「アクチュエータ１０」と言う。）は、モータ３８、メインギア４０および回転軸５０などを備え、送水制御装置の開閉制御を行う。この実施例では、アクチュエータ１０は、圃場用給水システム１００（以下、単に「システム１００」と言う。）に用いられ、送水制御装置の一例である給水装置１０４に取り付けられる。

先ず、システム１００について説明する。図１に示すように、システム１００は、圃場１０２の水管理を遠隔操作または予め記憶されたプログラムに基づく自動制御などによって行うための圃場用設備であり、給水装置１０４が設置される水田などの圃場１０２に適用される。なお、圃場１０２は、畦畔によって複数の耕作区に区画されており、給水装置１０４は、各耕作区に対して設置される。

給水装置１０４は、耕作区（圃場１０２）への給水を制御するための装置であって、弁体（仕切体）の変位によって管路を開閉する。この実施例では、給水装置１０４として、一般的に広く普及しているＲ＆Ｒ方式（軸回転に伴い軸が上下動する方式）のアルファルファ形の給水バルブを用いている。

図１および図２を参照して簡単に説明すると、給水装置１０４は、円筒状の弁箱１２０を備える。弁箱１２０の上半部は、ドーム状のキャップ１２２によって覆われており、弁箱１２０の側壁上部には、複数の出水窓１２４が周方向に並ぶように形成される。また、弁箱１２０の上端部には、内周面に雌ねじが形成された軸受１２６が設けられ、この軸受１２６には、キャップ１２２を貫通するように、外周面に雄ねじが形成された弁軸１２８が螺合されている。この弁軸１２８の下端には、下面に止水ゴム１３０ａを有する円板状の弁体１３０が設けられる。また、弁箱１２０内の略中央部には、通水口１３２ａを有する弁座１３２が設けられる。そして、弁軸１２８に対して軸線回りの回転力が加えられると、送りねじ機構によって弁軸１２８および弁体１３０が上下動し、弁座１３２の通水口１３２ａが開閉される。

このような給水装置１０４は、たとえば給水桝１０８内に配置され、用水パイプライン１１０または用水路などから分岐する分岐管１１２の下流側端部に取り付けられる。そして、給水装置１０４には、後述するアダプタ６０を介してアクチュエータ１０が取り付けられ、このアクチュエータ１０によって給水装置１０４の弁体１３０が開閉制御される。

また、この実施例におけるシステム１００は、複数の耕作区を含むシステムとなっており、各耕作区に設置される給水装置１０４のそれぞれに取り付けられるアクチュエータ１０のうち、少なくとも１つのアクチュエータ１０が親機とされ、残りのアクチュエータ１０は子機とされる。親機となるアクチュエータ１０は、インターネット等のネットワークを介して、ユーザが所有するスマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡおよびＰＣのような遠隔操作端末と無線通信可能に接続される。一方、子機となるアクチュエータ１０は、特定小電力無線規格に従った無線通信方法によって、親機と直接、または他の子機を介して親機と無線通信可能に接続されており、親機を経由して、ユーザが所有する遠隔操作端末と無線通信可能に接続される。

なお、この無線通信においては、クラウドコンピューティングを利用するとよい。たとえば、各アクチュエータ１０で取得された情報（弁体の開閉度などの給水装置１０４の状態に関する情報、および圃場水位や気温などのセンサ情報など）をクラウドサーバに随時送信して記憶しておく。ユーザは、遠隔操作端末からクラウドサーバにアクセスすることで、各アクチュエータ１０で取得された情報を確認し、遠隔操作端末を用いて各アクチュエータ１０を遠隔操作することで、圃場１０２の水管理を行う。

ただし、システム１００は、必ずしも複数の耕作区に亘るシステムとする必要はなく、システム１００が適用される圃場１０２は、少なくとも１つの給水装置１０４が設置される圃場であればよい。

続いて、アクチュエータ１０の構成について具合的に説明する。ただし、以下に説明するアクチュエータ１０の具体的構成（構造）は、単なる一例であり、適宜変更可能であることを予め指摘しておく。

図３−図５に示すように、アクチュエータ１０は、硬質ポリ塩化ビニル等の合成樹脂によって形成される本体ケース２０を備える。この本体ケース２０は、円筒状の側壁２２と側壁２２の上端部を封止する天壁２４とを含む。側壁２２の下端部は、段差状に縮径されており、この縮径部分がアダプタ６０の上部開口に嵌入される嵌合部２６となる。本体ケース２０の高さ寸法は、たとえば３００ｍｍであり、本体ケース２０の外径は、たとえば２００ｍｍである。

本体ケース２０の天壁２４上面には、太陽電池パネル２８が取り付けられる。太陽電池パネル２８は、複数の太陽電池セルが強化ガラスおよび封止材などによって方形状にパッケージ化されたものであり、保持体３０によって支持される。保持体３０は、金属または樹脂などによって形成され、たとえば、太陽電池パネル２８の周囲を覆うように設けられる方形枠状のフレーム３０ａと、フレーム３０ａの下面に設けられて、所定角度で屈曲する支持板３０ｂとを備える。

本体ケース２０の内部には、制御盤３２、アンテナ３４、蓄電池３６、モータ３８、およびメインギア４０等が収容される。

制御盤３２には、図示は省略するが、ＣＰＵおよびメモリ等を含む制御部、他の機器と無線通信を行うための無線通信部、および主電源などのスイッチ等が配設される。制御部のＣＰＵは、アクチュエータ１０の全体制御を司り、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて、モータ３８等の駆動を制御する。無線通信部は、アンテナ３４を介して、上述のようにユーザが所有する遠隔操作端末および他のアクチュエータ１０等の外部機器と無線通信を行う。

蓄電池３６は、太陽電池パネル２８によって発電された電力を蓄電するものである。モータ３８は、蓄電池３６に蓄えられた電力、つまり太陽電池パネル２８によって発電された電力によって駆動される。このモータ３８の出力軸３８ａの先端部には、小ギア４２が設けられており、メインギア４０は、この小ギア４２と連結されることで、モータ３８からの駆動力を受けて軸線回りに回転する。

この実施例では、モータ３８としてエンコーダ付きのモータが用いられる。モータ３８のエンコーダは、出力軸３８ａの回転方向および回転数に応じたパルス信号を制御部のＣＰＵに出力する。制御部のＣＰＵは、エンコーダから入力されたパルス信号、つまり出力軸３８ａの回転方向および回転数に基づいて、給水装置１０４の弁体１３０の位置を算出する。すなわち、エンコーダは、弁体１３０の位置を検出する位置検出部として用いられる。ただし、位置検出部として機能するエンコーダは、必ずしもモータ３８に設けられる必要はなく、たとえば、エンコーダをメインギア４０に設けて、メインギア４０の回転方向および回転数に基づいて、弁体１３０の位置を算出することもできる。さらに、モータ３８には、モータ電流値を検出する電流センサ（カレントトランス）等の電流値検出部が設けられており、電流値検出部における検出データは、制御部のＣＰＵに入力される。

メインギア４０は、両ボス型のギアであり、上下方向に延びる円筒状の軸部（ボス部）４０ａと、外周面にギア歯が形成される円板状のギア部４０ｂとを有する。本体ケース２０の側壁２２の下端部には、本体ケース２０の底壁にもなる円板状の第１軸受４４が設けられており、また、第１軸受４４の上方には、複数の支持部４６によって支持される円板状の第２軸受４８が設けられている。そして、メインギア４０の軸部４０ａの両端部は、これら第１軸受４４および第２軸受４８によって回転可能に保持される。

メインギア４０の軸部４０ａには、略円柱状の回転軸５０が挿通される。つまり、回転軸５０は、メインギア４０の軸中心を貫通するように設けられる。この回転軸５０の下端部には、給水装置１０４の弁軸１２８の上端部などと回転不可に連結されるカップリング部５０ａが形成される。

また、メインギア４０の軸部４０ａの内周面には、軸方向に沿って延びるキー溝４０ｃが形成されると共に、回転軸５０の外周面には、キー溝４０ｃと嵌合される滑りキー５０ｂが軸方向に沿って延びるように形成される。このようなキー溝４０ｃおよび滑りキー５０ｂからなる滑りキー構造を有することによって、回転軸５０は、メインギア４０が回転すると共に回転し、かつメインギア４０の軸部４０ａに対して軸方向に摺動可能となる。

ただし、回転軸５０は回転しながら上下動する、つまり回転軸５０には捩りの力が作用するので、単に滑りキー構造を採用するだけでは、回転軸５０の回転バランスが悪くなって回転軸５０が適切に作動しなくなる恐れがある。

そこで、この実施例では、メインギア４０のギア部４０ｂの下面と第１軸受４４の上面との間に、第１スラストベアリング５２を設け、メインギア４０のギア部４０ｂの上面と第２軸受４８の下面との間に、第２スラストベアリング５４を設けるようにしている。スラストベアリング５２,５４としては、公知のスラスト玉軸受などを用いるとよい。

このようにスラストベアリング５２,５４を設けることによって、滑りキー構造を採用しながらも、回転軸５０がバランスよく回転しながら上下動できるようになり、作動時の回転トルク、つまりモータ３８に掛かる負荷を低減できる。これは特に、負荷が最大となる締め付け時（閉動作の最終）において効果を発揮する。したがって、モータ３８の小型化および省電力化（節電）が可能となる。また、回転トルクが低減されることから、メインギア４０、軸受４４,４８および回転軸５０の耐久性も向上する。

また、図示は省略するが、圃場１０２には、圃場水位を検出する超音波センサ等の水位センサ、気温を検出する温度センサ、気圧を検出する圧力センサ、土壌水分を検出する水分センサ等のセンサが適宜設けられる。各センサで検出された圃場水位や気温などのセンサ情報は、アクチュエータ１０の制御部に入力される。

さらに、図示は省略するが、本体ケース２０の外面または本体ケース２０の内部には、手動（電動手動）でモータ３８を駆動させるための操作パネルを設けるようにしてもよい。操作パネルには、上昇ボタン、下降ボタン、およびアクチュエータ１０の動作モード（遠隔モード、自動モード、手動モードまたは初期設定モード等）を切り替えるための選択ボタン等が設けられる。基本的には、アクチュエータ１０は、遠隔操作または自動制御されるものであるが、この操作パネルは、アクチュエータ１０の初期設定時やアクチュエータ１０に異常が発生した場合など、ユーザがアクチュエータ１０の近くにいるときに使用される。ただし、操作パネルを設ける代わりに、近距離用のリモートコントローラを用いて、アクチュエータ１０を手動制御することもできる。

次に、図６を参照して、給水装置１０４にアクチュエータ１０を取り付けるためのアダプタ６０の一例について説明する。図６に示すように、アダプタ６０は、円筒部６２と、円筒部６２の上端部から外方に突出する鍔状の第１接続部６４と、円筒部６２の下端部から内方に突出し、その中央部に通孔６６ａを有する円環板状の第２接続部６６とを含む。第１接続部６４には、周方向に並ぶ複数のボルト孔（図示せず）が形成される。また、第２接続部６６にも、周方向に並ぶ複数のボルト孔（図示せず）が形成される。この第２接続部６６のボルト孔は、周方向に長い長孔としてもよい。

図２に戻って、アダプタ６０を用いて給水装置１０４にアクチュエータ１０を取り付けるときには、アダプタ６０の円筒部６２に対して本体ケース２０の嵌合部２６が嵌め込まれると共に、アダプタ６０の第１接続部６４とアクチュエータ１０の本体ケース２０の底壁とがボルト止めされる。また、アダプタ６０の第２接続部６６と給水装置１０４のキャップ１２２および軸受１２６とがボルト止めされる。この際、第２接続部６６に形成されるボルト孔を周方向に長い長孔としておくことによって、アダプタ６０およびアクチュエータ１０は、給水装置１０４に対して周方向に角度調整可能となる。さらに、給水装置１０４の弁軸１２８の上端部は、アダプタ６０の第２接続部６６に形成される通孔６６ａから上方に突出されて、アクチュエータ１０の回転軸５０のカップリング部５０ａに対して回転不可に連結される。

このようにアクチュエータ１０が取り付けられた給水装置１０４では、たとえば、ユーザが遠隔操作端末を用いてアクチュエータ１０に対して全閉、全開または任意の開度などを示す操作指示（制御信号）を送信すると、アクチュエータ１０の制御部（ＣＰＵ）は、操作指示に応じてモータ３８を駆動させる。このモータ３８の駆動力は、メインギア４０に伝達されて、メインギア４０が回転すると共に、回転軸５０が回転する。これにより、回転軸５０に固定的に連結された弁軸１２８に対して、回転力が付与される。回転力が加えられた弁軸１２８は、自身と軸受１２６との送りねじ機構によって上下動され、弁体１３０が全開位置および全閉位置などに移動される。また、回転軸５０は、弁軸１２８の上下動に伴い、メインギア４０の軸部４０ａを貫通するように上下動する。これによって、上下方向に大きなスペースを要することなく、弁軸１２８の上下動が吸収される。

ここで、弁体１３０の全閉動作を行うとき、位置検出部（エンコーダ）による検出結果に基づいて弁体１３０の位置が全閉位置にあることを判断するだけでは、弁体１３０の止水ゴム１３０ａの経年劣化などによって止水できる位置がずれた場合に、漏水してしまう恐れがある。また、動力部に生じているトルクを検出するトルク検出機構を別途設け、トルク値だけで全閉状態にあることを判断すると、ゴミ等が噛んでトルク値が上がった場合も全閉状態と判断され、止水されていないにも係わらずモータが停止されてしまう場合がある。

そこで、この実施例では、止水ゴム１３０ａなどの弾性部材を有する弁体１３０においては、適切に止水できる状態に一定の範囲があることに鑑み、全閉位置を基準とした前後の区間を全閉区間として予め設定しておく。また、回転軸５０等に生じるトルクは、モータ３８に流れるモータ電流値（消費電力）に比例するので、トルク検出機構を別途設ける代わりに、モータ電流値を利用して発生トルクを推定する。そして、この実施例では、弁体１３０の全閉動作を行うときには、モータ電流値が予め設定した第１電流値以上となり、かつ、弁体１３０の位置が全閉区間内であるときに、弁体１３０が正常な全閉状態であると判定するようにしている。以下、具体的に説明する。

先ず、全閉区間を設定するに際して、アクチュエータ１０は、弁体１３０の全閉位置および全開位置を学習（設定）する学習動作を行う。これは、位置検出部（エンコーダ）からのパルス信号に基づいて弁体１３０の位置を算出するために、弁体１３０の全閉位置とエンコーダの信号とを対応付ける必要があるからである。また、給水装置１０４の種類（機種および大きさ等）などによって、全閉から全開までの動作ストローク或いは回転数が異なるため、弁体１３０の全開位置とエンコーダの信号とを対応付ける必要があるからである。この学習動作は、給水装置１０４にアクチュエータ１０を取り付けた後、初期設定または動作テストを行うときに実施される。

具体的には、先ず、図７に示すように、弁体１３０の全閉位置の学習動作を行う。全閉位置の学習動作では、弁体１３０の状態を全閉位置でない状態（たとえば、全閉位置の近くに弁体１３０を配置する状態）にしておき、そこからアクチュエータ１０のモータ３８を駆動させて弁体１３０の閉動作を開始する。ただし、最初は全閉位置にしておいて、少しだけ開動作を実行してから閉動作を開始するようにしてもよい。

そして、閉動作を実行している途中に、モータ電流値が所定の全閉トルクに対応する第１設定値となった時点でモータ３８を自動的に停止して、このときの弁体１３０の停止位置を全閉位置（開度０％）に設定する。つまり、この停止位置を基準（ゼロ点）として、弁体１３０の位置とエンコーダの信号とを対応付けてメモリ等に記憶する。以降、アクチュエータ１０の制御部は、この停止位置を基準とした位置検出部からのパルス信号（つまりモータ３８の出力軸３８ａの回転方向および回転数に関する情報）に基づいて、弁体１３０の位置を算出（把握）する。

また、全閉位置を設定すると、その後、全閉位置を基準とした所定量開側の位置と所定量閉側の位置を設定して、この間の区間を全閉区間としてメモリ等に記憶する。全閉区間は、弁体１３０の止水ゴム１３０ａが適切に止水できる範囲内で適宜設定され、たとえば、全閉位置の±０．５ｍｍの区間に設定される。

全閉位置の学習動作が終了すると、続いて、図８に示すように、全開位置の学習動作を実行する。全開位置の学習動作では、弁体１３０が全閉位置にある状態から、アクチュエータ１０のモータ３８を駆動させて弁体１３０の開動作を開始する。そして、開動作を実行している途中に、モータ電流値が予め設定した第２設定値となった時点でモータ３８を自動的に停止して、このときの弁体１３０の停止位置を全開位置（開度１００％）＋α％の位置とする。つまり、弁体１３０の上面が軸受１２６の下面に当接する等してモータ３８が回転できなくなる機械的な限界点を全開位置＋α％とし、その機械的な限界点から所定量閉側の位置を弁体１３０の全開位置としてメモリ等に記憶する。これによって、全開動作を実行するときには、機械的な限界点からα％の余裕を持って停止できるようになるので、アクチュエータ１０に余計な負荷が掛かることを防止でき、アクチュエータ１０の耐久性が向上される。

以上の学習動作によって、全閉位置、全閉区間および全開位置の設定が完了するが、その後、全閉位置まで弁体１３０を移動させることで、初期設定を完了させてもよい。

なお、全開位置の学習動作において、開動作の開始から極端に早く（つまり少ない回転数で）モータ電流値が第２設定値に達した場合には、ごみ詰り等の異常があると判断して、エラー通知を発するようにしてもよい。また、全閉位置に再度戻って、全開位置の学習動作をやり直すようにしてもよい。

このような方法で弁体１３０の全閉位置および全開位置を学習（設定）することによって、どのような給水装置１０４（送水制御装置）に対しても、つまりモータ３８の回転数または駆動時間等と弁体１３０の移動距離との関係が分かっていない場合であっても、アクチュエータ１０自身が自動でかつ正確に、弁体１３０の全閉位置および全開位置を設定できる。すなわち、従来では、現地で設置済みの送水制御装置に対してユーザがストロークの測定などを実施し、その数値をアクチュエータ１０に設定しなければならず、非常に手間が掛かりかつ不正確な設定となる恐れがあった。しかし、上述の学習方法によれば、人手による全閉位置および全開位置の設定は不要または簡易となり、かつ正確な設定が可能となる。また、弁体１３０の全閉位置および全開位置を正確に設定できるので、弁体１３０による止水を確実に行うことができるようになる。また、全閉区間もアクチュエータ１０自身が自動でかつ正確に設定できる。

以上のような全閉位置、全閉区間および全開位置の学習動作（設定）が完了すると、以降、アクチュエータ１０は、記憶した全閉位置、全閉区間および全開位置に基づいて、ユーザからの遠隔操作指示などに従ってモータ３８を駆動させ、弁体１３０を全閉位置などに移動させる。そして、弁体１３０の全閉動作を行うときには、上述のように、位置検出部（エンコーダ）による検出結果およびモータ電流値の双方を利用して、弁体１３０が正常な全閉状態であるか否かを判定する。

すなわち、この実施例では、弁体１３０の全閉動作を行うとき、電流値検出部によって検出されたモータ電流値が予め設定した第１電流値以上となり、かつ、位置検出部によって検出された弁体１３０の位置が予め設定された全閉区間内であるときに、弁体１３０が正常な全閉状態であると判定して、モータ３８を停止させる。これによって、弁体１３０が全閉状態にあることを正確に判定できる。

また、全閉動作を行うとき、位置検出部によって検出された弁体１３０の位置が全閉区間の下限位置（最も閉側の位置）に到達しても、電流値検出部によって検出されたモータ電流値が第１電流値に達しない場合は、止水ゴム１３０ａの経年劣化などの異常があると判定して、モータ３８を停止し、エラー通知を実行する。これによって、適切に止水できていない状態を自動的に検出して、ユーザに知らせることができる。

さらに、全閉動作を行うとき、位置検出部によって検出された弁体１３０の位置が全閉区間内に入る前に、電流値検出部によって検出されたモータ電流値が予め設定した第２電流値以上になった場合は、ごみ詰り等の異常があると判断して、モータ３８を停止後、所定量だけ開動作を行い再度閉動作に戻る復帰動作を実行する。これによって、ゴミ詰り等を自動的に解消できる。なお、復帰動作を１または数回実行しても、異常が解消されない場合は、エラー通知を実行するとよい。これによって、適切に止水できていない状態を自動的に検出して、ユーザに知らせることができる。

このように、弁体１３０の全閉位置を基準とした全閉区間を予め設定しておき、弁体１３０の全閉動作を行うときには、位置検出部による検出結果およびモータ電流値の双方を利用して、弁体１３０が全閉状態であるか否か判定することで、弁体１３０の全閉状態を正確に判定できる。

上述のようなアクチュエータ１０における動作は、制御部のＣＰＵが、メモリに記憶された制御プログラムを実行することによって実現される。つまり、以下の図９および図１０に示すフロー図は、制御部のＣＰＵのためのプログラムとして、ＣＰＵがアクセスできるメモリに記憶されている。

先ず、図９に示すフロー図を用いて、アクチュエータ１０における弁体１３０の全閉位置および全開位置の学習処理（学習方法）について説明する。

図９に示すように、アクチュエータ１０の制御部（ＣＰＵ）は、たとえば、本体ケース２０に設けられた操作パネルまたはリモートコントローラ等を用いたユーザの手動操作により、初期設定モードが選択された状態で下降ボタンが押されると、学習処理を開始する。

先ず、ステップＳ１では、弁体１３０の閉動作を実行する。すなわち、制御部は、モータ３８に制御信号を送信してモータ３８を駆動させ、弁体１３０を閉方向に移動させる。

次のステップＳ３では、モータ電流値は、第１設定値以上であるか否かを判断する。すなわち、制御部は、電流値検出部から入力される検出データに基づき、モータ電流値が第１設定値以上に達したかどうかを判断する。ステップＳ３で“Ｎ０”のときは、ステップＳ１に戻って、そのまま弁体１３０の閉動作を続ける。一方、ステップＳ３で“ＹＥＳ”のときは、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、モータ３８を停止して、そのときの弁体１３０の停止位置を全閉位置に設定する。すなわち、制御部は、モータ３８に制御信号を送信してモータ３８を停止させ、そのときの弁体１３０の停止位置を基準（ゼロ点）として、弁体１３０の位置とエンコーダの信号とを対応付けてメモリ等に記憶する。

続くステップＳ７では、全閉位置を基準として全閉区間を設定する。すなわち、制御部は、ステップＳ５で設定した全閉位置を基準とした所定量開側の位置と所定量閉側の位置との間の区間を全閉区間として設定して、メモリ等に記憶する。

続くステップＳ９では、弁体１３０の開動作を開始する。すなわち、制御部は、モータ３８に制御信号を送信してモータ３８をステップＳ１とは逆向きに駆動させ、弁体１３０を開方向に移動させる。

次のステップＳ１１では、モータ電流値は、第２設定値以上であるか否かを判断する。すなわち、制御部は、電流値検出部から入力される検出データに基づき、モータ電流値が第２設定値以上に達したかどうかを判断する。ステップＳ１１で“Ｎ０”のときは、ステップＳ９に戻って、そのまま弁体１３０の開動作を続ける。一方、ステップＳ１１で“ＹＥＳ”のときは、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、モータ３８を停止して、そのときの弁体１３０の停止位置の所定量閉側の位置を全開位置に設定する。すなわち、制御部は、弁体１３０の停止位置を全開位置＋α％の位置とし、そのα％閉側の位置を弁体１３０の全開位置としてメモリ等に記憶する。ステップＳ１３の処理が終了すると、この学習処理の全体処理を終了する。

続いて、図１０に示すフロー図を用いて、アクチュエータ１０における全閉判定方法について説明する。

図１０に示すように、アクチュエータ１０の制御部（ＣＰＵ）は、たとえば、ユーザから全閉動作指示を受信すると、モータ３８を駆動させて弁体１３０を閉方向に移動させると共に、この全閉判定処理を開始する。

先ず、ステップＳ２１では、弁体１３０の位置は全閉区間内であるか否かを判断する。すなわち、制御部は、位置検出部（エンコーダ）から入力されたパルス信号に基づいて弁体１３０の位置を算出し、その位置が全閉区間内であるかどうかを判断する。

ステップＳ２１で“Ｎ０”のときは、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、モータ電流値は、第２電流値以上であるか否かを判断する。すなわち、制御部は、電流値検出部から入力される検出データに基づき、モータ電流値が第２電流値以上に達したかどうかを判断する。ステップＳ２３で“Ｎ０”のときは、ステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ２３で“ＹＥＳ”のとき、つまり、弁体１３０の位置が全閉区間内に入る前に、モータ電流値が第２電流値以上になった場合は、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５では、異常が発生していると判定してモータ３８の駆動を停止し、ステップＳ２７で復帰動作を実行する。すなわち、制御部は、モータ３８を逆向きに駆動して弁体１３０を所定量だけ開側に移動させた後、再度モータ３８の回転をさらに逆にして弁体１３０を閉側に移動させる。ステップＳ２７の処理が終了すると、ステップＳ２１に戻る。ただし、ステップＳ２７の処理を実行した後に、再度ステップＳ２７に戻ってきた場合、つまりステップＳ２７の処理を実行しても異常が解消されない場合は、エラー通知を実行するとよい。

一方、ステップＳ２１で“ＹＥＳ”のときは、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、モータ電流値は、第１電流値以上であるか否かを判断する。すなわち、制御部は、電流値検出部から入力される検出データに基づき、モータ電流値が第１電流値以上に達したかどうかを判断する。ステップＳ２１で“ＹＥＳ”のとき、つまり弁体１３０の位置が全閉区間内であって、かつモータ電流値が第１電流値以上になった場合は、ステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、正常な全閉状態であると判定してモータ３８の駆動を停止し、そのままこの全閉判定処理の全体処理を終了する。

一方、ステップＳ２１で“ＮＯ”のときは、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、弁体１３０の位置が全閉区間の下限位置に到達したか否かを判断する。ステップＳ３３で“ＮＯ”のときは、ステップＳ２９に戻る。一方、ステップＳ３３で“ＹＥＳ”のとき、つまり弁体１３０の位置が全閉区間の下限位置に到達しても、モータ電流値が第１電流値に達しない場合は、ステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５では、異常が発生していると判定してモータ３８の駆動を停止し、ステップＳ３７でエラー通知を実行する。たとえば、制御部は、ユーザが所有する遠隔操作端末に対して、エラーが発生していることを示すメッセージを送信する。ステップＳ３７の処理が終了すると、この全閉判定処理の全体処理を終了する。

以上のように、この実施例によれば、弁体１３０の全閉位置を基準とした全閉区間を予め設定しておき、弁体１３０の全閉動作を行うときには、電流値検出部によって検出されたモータ電流値が予め設定した第１電流値以上となり、かつ、位置検出部によって検出された弁体１３０の位置が予め設定された全閉区間内であるときに、弁体１３０が正常な全閉状態であると判定するので、弁体１３０が全閉状態にあることを正確に判定できる。したがって、弁体１３０による止水を確実に行うことができる。

なお、上述の実施例では、アクチュエータ１０を取り付ける送水制御装置として、Ｒ＆Ｒ方式のアルファルファ形の給水バルブ（給水装置１０４）を例示しているが、これに限定されない。アクチュエータ１０は、玉形弁、仕切弁および水門などの各種の送水制御装置に取り付けることができる。

一例として、図１１には、内ねじ弁棒非上昇式の仕切弁１５０に対してアクチュエータ１０を取り付けた様子を示す。簡単に説明すると、図１１に示す仕切弁１５０は、本管部と立上部とからなる弁箱１５２を備える。この弁箱１５２内には、弁棒１５４の回転に伴い上下動することによって弁箱１５２の本管部を開閉する弁体１５６が設けられる。また、弁箱１５２の本管部と弁体１５６との当接部分には、本管部の周方向に沿って延びる止水ゴム１５８が設けられる。

このような仕切弁１５０にアクチュエータ１０を取り付けるためのアダプタ２００としては、上述のアダプタ６０と同様のもの、すなわち、円筒部２０２と、円筒部２０２の上端部から外方に突出する鍔状の第１接続部２０４と、円筒部２０２の下端部から内方に突出し、その中央部に通孔する円環板状の第２接続部２０６とを含むものが用いられる。そして、仕切弁１５０の弁棒１５４の上端部に対して、アクチュエータ１０の回転軸５０が回転不可に連結される。アクチュエータ１０の回転軸５０から弁棒１５４に対して回転力が加えられると、弁棒１５４と弁体１５６との送りねじ機構によって弁体１５６が上下動して、弁箱１５２の本管部が開閉される。

なお、図１１では、弁棒１５４が回転しても上下動しないタイプの仕切弁１５０を示しているが、仕切弁は、弁棒の回転に伴って弁棒自体も上下動するタイプ（弁棒上昇式）のものであってもよい。

また、アクチュエータ１０を取り付ける送水制御装置は、圃場１０２からの排水を制御するための排水装置であってもよく、アクチュエータ１０は、圃場用排水システムに用いることもできるし、圃場用給排水システムに用いることもできる。さらに、アクチュエータ１０は、圃場用以外の送水制御装置に取り付けることもできる。さらにまた、アクチュエータ１０は、送水制御装置に後付けで取り付けられるものに限定されず、予め送水制御装置に一体的に組み込まれたものであってもよい。したがって、図９に示す学習方法および図１０に示す全閉判定方法は、弁体の変位により送水を制御する送水制御装置の開閉制御を行うものであれば、各種の電動アクチュエータに適用可能である。

なお、上述の実施例では、メインギア４０の軸部４０ａの内周面にキー溝４０ｃを形成し、回転軸５０の外周面に滑りキー５０ｂを形成したが、この配置は逆であってもよい。つまり、メインギア４０の軸部４０ａの内周面に滑りキーを形成し、回転軸５０の外周面にキー溝を形成してもよい。

また、上述の実施例では、１つのキー溝（第１キー溝）４０ｃと滑りキー（第１滑りキー）５０ｂを形成するだけであったが、これと反対側の周方向位置に、もう１つのキー溝（第２キー溝）と滑りキー（第２滑りキー）を形成するようにしてもよい。すなわち、メインギア４０および回転軸５０は、軸を中心として対称位置に配置される２つの滑りキー構造を有していてもよい。このようにメインギア４０および回転軸５０が２つの滑りキー構造を有することで、製造コストは少し高くなるが、回転軸５０の回転バランスがよくなる。したがって、回転軸５０がより安定的に作動（回転しながら上下動）できるようになる。

さらに、上述の実施例では、小型化を図りつつ、様々な形式の送水制御装置に適用できるように、メインギア４０と共に回転しかつメインギア４０の軸部４０ａに対して軸方向に摺動可能な回転軸５０を、メインギア４０を貫通するように配置したが、これに限定されない。回転軸５０は、メインギア４０と共に回転可能であれば、必ずしもメインギア４０を貫通するように設けられる必要はない。また、回転軸５０が上下方向の動きを吸収する必要がない場合は、回転軸５０は、必ずしもメインギア４０の軸方向に摺動可能である必要はない。

さらにまた、上述の実施例では、メインギア４０のギア部４０ｂの下面と第１軸受４４の上面との間に、第１スラストベアリング５２を設け、メインギア４０のギア部４０ｂの上面と第２軸受４８の下面との間に、第２スラストベアリング５４を設けたが、これに限定されない。モータ３８の負荷が最大となるのは、締め付け時（閉動作の最終）であり、この締め付け時に有効的に作用するのは第１スラストベアリング５２である。したがって、第２スラストベアリング５４は必ずしも設けられる必要はない。第２スラストベアリング５４を設けない場合、たとえば、メインギア４０のギア部４０ｂの上面と第２軸受４８の下面との間には、滑り軸受を設けておくこともできる。ただし、第１スラストベアリング５２と共に第２スラストベアリング５４を設けた方が、回転軸５０がより安定的に作動（回転しながら上下動）できる。

また、上述の実施例では、商用電源が確保し難い圃場１０２においてもアクチュエータ１０を適用できるように、太陽電池パネル２８および蓄電池３６を備えるようにしたが、商用電源を使用できる環境に設置される場合には、必ずしも太陽電池パネル２８および蓄電池３６を備える必要はない。

さらに、上述の実施例では、本体ケース２０の天壁２４上面に、フレーム３０ａと支持板３０ｂとを備える保持体３０を介して、太陽電池パネル２８を取り付けるようにしたが、本体ケース２０に太陽電池パネル２８を取り付けるための保持体３０の形状ないし構成は適宜変更可能である。

なお、上で挙げた寸法などの具体的数値および具体的形状などは、いずれも単なる一例であり、製品の仕様などの必要に応じて適宜変更可能である。

１０ …電動アクチュエータ
２０ …本体ケース
２８ …太陽電池パネル
３２ …制御盤（制御部）
３４ …アンテナ
３６ …蓄電池
３８ …モータ
４０ …メインギア（ギア）
４４,４８ …軸受
５０ …回転軸
１００ …圃場用給水システム
１０２ …圃場
１０４ …給水装置（送水制御装置）

Claims (6)

1. 弁体の変位により送水を制御する送水制御装置の開閉制御を行う電動アクチュエータであって、
   本体ケース、
   前記本体ケース内に設けられるモータ、
   前記本体ケース内に設けられ、前記モータの駆動を制御する制御部、
   前記本体ケース内に設けられ、前記モータからの駆動力によって回転するギア、
   前記ギアと共に回転する回転軸、
   前記モータの駆動時に流れるモータ電流値を検出する電流値検出部、および
   前記弁体の位置を検出する位置検出部を備え、
   前記制御部は、前記弁体の全閉動作を行うとき、前記電流値検出部によって検出されたモータ電流値が予め設定した第１電流値以上となり、かつ、前記位置検出部によって検出された前記弁体の位置が予め設定された全閉区間内であるときに、前記弁体が正常な全閉状態であると判定して、前記モータを停止させる、電動アクチュエータ。
2. 前記制御部は、前記全閉動作を行うとき、前記位置検出部によって検出された前記弁体の位置が前記全閉区間の下限位置に到達しても、前記電流値検出部によって検出されたモータ電流値が前記第１電流値に達しない場合は、前記モータを停止し、エラー通知を実行する、請求項１記載の電動アクチュエータ。
3. 前記制御部は、前記全閉動作を行うとき、前記位置検出部によって検出された前記弁体の位置が前記全閉区間内に入る前に、前記電流値検出部によって検出されたモータ電流値が予め設定した第２電流値以上になった場合は、前記モータを停止後、所定量だけ開動作を行い再度閉動作に戻る復帰動作を実行する、請求項１または２記載の電動アクチュエータ。
4. 前記送水制御装置は、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための給水装置または排水装置であって、
   前記本体ケースに取り付けられる太陽電池パネル、および
   前記本体ケース内に設けられ、前記太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の電動アクチュエータ。
5. 弁体の変位により送水を制御する送水制御装置の開閉制御を行う電動アクチュエータの制御部が実行する、前記弁体の全閉位置および全開位置の学習方法であって、
   （Ａ）モータを駆動させて前記弁体の閉動作を行い、前記閉動作中にモータ電流値が予め設定した第１設定値以上になったとき、前記モータを停止し、このときの前記弁体の位置を当該弁体の全閉位置として設定する全閉位置設定ステップと、
   （Ｂ）前記全閉位置設定ステップの後、前記モータを駆動させて前記弁体の開動作を行い、モータ電流値が予め設定した第２設定値になったとき、前記モータを停止し、このときの前記弁体の位置から所定量閉側の位置を当該弁体の全開位置として設定する全開位置設定ステップとを含む、学習方法。
6. （Ｃ）前記全閉位置設定ステップの後、前記全閉位置を基準とした所定量開側の位置と所定量閉側の位置との間の区間を全閉区間として設定する全閉区間設定ステップをさらに含む、請求項５記載の学習方法。

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