JP2019033552A - 充電制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】１つの電源系統に複数の電動アクチュエータが接続されている場合に、電源系統に必要な電流容量と各電動アクチュエータの総計の充電時間を最適化する。
【解決手段】電動アクチュエータ１００は、蓄電部に蓄えられている電気エネルギーによって停電時にモータを強制的に駆動しバルブを所定の開度位置までリターン動作させる。電動アクチュエータ１００は、ホスト装置１０３から充電開始コマンドを受信したときに蓄電部の充電を開始する。ホスト装置１０３は、予め規定された充電の優先度に応じて電動アクチュエータ１００をグループ分けし、優先度が高い順にグループ毎に電動アクチュエータ１００に対して充電開始コマンドを送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄電部に蓄えられている電気エネルギーによって停電時にモータを強制的に駆動しバルブを所定の開度位置までリターン動作させる電動アクチュエータに係り、特に複数の電動アクチュエータの蓄電部の充電を制御する充電制御システムに関するものである。
現在、停電時においてバルブを強制的に全閉方向へ動作させるためにスプリングを利用したスプリングリターン型のアクチュエータがある。スプリングリターン型のアクチュエータは、（I）バルブを駆動する負荷トルクに加えてスプリングを巻き上げるためのトルクを必要とし、大きなトルクを発生するモータが必要となり消費電力が大きくなる、（II）停電時の目標位置は全閉位置のみであり全開あるいは任意の位置に設定できない、（III）停電時の動作を制御するためのクラッチやブレーキなどの機構を必要とする、等の問題点を有している。
これらの問題点を解決できる手段として、電気２重層コンデンサなどの蓄電部に蓄えられている電気エネルギーによって停電時にモータを強制的に駆動しバルブを所定の開度位置までリターン動作させる電動アクチュエータが提案されている（特許文献１参照）。
このような電動アクチュエータによれば、モータの回転力を利用してスプリングを巻き上げる必要がなくなる。しかしながら、図２４に示すように、１つの電源系統３０１に複数の電動アクチュエータ３００−１〜３００−Ｎが接続されている場合、充電時間を短縮するために、電源投入時に各電動アクチュエータ３００−１〜３００−Ｎの蓄電部を一斉に充電しようとすると、図２５に示すように各電動アクチュエータ３００−１〜３００−Ｎに比較的大きな充電電流が流れることになり、配電盤３０２に大きな電流容量のブレーカーが必要になる、という問題点があった。
また、電源投入後に各電動アクチュエータ３００−１〜３００−Ｎの蓄電部を順番に充電しようとすると、充電時間が比較的長いため、図２６から明らかなように全ての電動アクチュエータ３００−１〜３００−Ｎの蓄電部を充電し終えるまでに長い充電時間が必要になる、という問題点があった。
特許第５７９３４００号明細書
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、１つの電源系統に複数の電動アクチュエータが接続されている場合に、電源系統に必要な電流容量と各電動アクチュエータの総計の充電時間とを最適化することを目的とする。
本発明の電動アクチュエータは、同一の電源系統に接続された複数の電動アクチュエータと、前記複数の電動アクチュエータの充電を制御するホスト装置とを備え、各電動アクチュエータは、前記電源系統から電源が供給される通電時に開度目標値に応じてバルブの開度を制御するように構成された開度制御部と、電気エネルギーを蓄えるように構成された蓄電部と、前記通電時に前記蓄電部を充電するように構成された充電部と、前記電源が遮断された停電時に前記蓄電部に蓄積されているエネルギーを用いて前記バルブを所望の開度位置まで動作させるように構成されたリターン制御部と、前記ホスト装置から充電開始コマンドを受信したときに前記充電部による前記蓄電部の充電を開始させるように構成された充電制御部とを備え、前記ホスト装置は、予め規定された充電の優先度に応じて前記複数の電動アクチュエータをグループ分けするように構成された分類部と、前記優先度が高い順にグループ毎に前記電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信するように構成された充電開始コマンド送信部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の充電制御システムの１構成例において、前記ホスト装置の充電開始コマンド送信部は、前記充電開始コマンドを送信した時点から所定の充電時間が経過したときに、次に優先度が高いグループの電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信することを特徴とするものである。
また、本発明の充電制御システムの１構成例において、各電動アクチュエータは、それぞれ前記蓄電部の充電が完了したときに前記ホスト装置に対して充電完了レスポンスを送信するように構成された充電完了レスポンス送信部をさらに備え、前記ホスト装置は、前記電動アクチュエータからの充電完了レスポンスを受信するように構成された充電完了レスポンス受信部をさらに備え、前記ホスト装置の充電開始コマンド送信部は、前記充電開始コマンドの送信先の全ての電動アクチュエータから前記充電完了レスポンスを受信したときに、次に優先度が高いグループの電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信することを特徴とするものである。
また、本発明の充電制御システムの１構成例において、前記分類部は、前記電源系統から充電中の電動アクチュエータへ流れる総計の電流が、許容される最大電流容量値以下で、かつ前記優先度が高い電動アクチュエータほど先に充電されるように、前記複数の電動アクチュエータをグループ分けすることを特徴とするものである。
また、本発明の充電制御システムの１構成例において、前記分類部は、前記複数の電動アクチュエータの充電に要する総計の時間が、許容される最大充電時間以下で、かつ前記優先度が高い電動アクチュエータほど先に充電されるように、前記複数の電動アクチュエータをグループ分けすることを特徴とするものである。
また、本発明の充電制御システムは、同一の電源系統に接続された複数の電動アクチュエータと、前記複数の電動アクチュエータの充電を制御するホスト装置とを備え、各電動アクチュエータは、前記電源系統から電源が供給される通電時に開度目標値に応じてバルブの開度を制御するように構成された開度制御部と、電気エネルギーを蓄えるように構成された蓄電部と、前記通電時に前記蓄電部を充電するように構成された充電部と、前記電源が遮断された停電時に前記蓄電部に蓄積されているエネルギーを用いて前記バルブを所望の開度位置まで動作させるように構成されたリターン制御部と、前記ホスト装置から充電開始コマンドを受信したときに前記充電部による前記蓄電部の充電を開始させるように構成された充電制御部と、前記蓄電部の充電が完了したときに前記ホスト装置に対して充電完了レスポンスを送信するように構成された充電完了レスポンス送信部とを備え、前記ホスト装置は、許容される最大電流容量値または許容される最大充電時間に基づいて、一度に充電を行う前記電動アクチュエータの最大数を算出する充電台数算出部と、予め規定された充電の優先度が最も高い方から順に前記最大数の前記電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信するように構成された充電開始コマンド送信部とを備え、前記充電開始コマンド送信部は、前記充電完了レスポンスを受信したときに、充電が完了していない前記電動アクチュエータのうち、前記優先度が高い方から順に、前記充電完了レスポンスの送信元の電動アクチュエータと同数の電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信することを特徴とするものである。
また、本発明の充電制御システムの１構成例において、前記充電台数算出部は、前記電源系統から充電中の電動アクチュエータへ流れる総計の電流が、前記最大電流容量値以下になるように前記最大数を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の充電制御システムの１構成例において、前記充電台数算出部は、前記複数の電動アクチュエータの充電に要する総計の時間が、前記最大充電時間以下になるように前記最大数を算出することを特徴とするものである。
本発明によれば、ホスト装置が、同一の電源系統に接続されている複数の電動アクチュエータを分類して、グループ毎に充電開始コマンドを送信し、グループ毎に電動アクチュエータの蓄電部の充電を実行させるようにしたので、電源系統および配電盤に必要な電流容量と各電動アクチュエータの総計の充電時間とを最適化することができる。また、本発明では、各電動アクチュエータの充電の優先度に応じたグループ分けをすることにより、優先度順に電動アクチュエータの蓄電部を充電することができる。
また、本発明では、電動アクチュエータ自身が蓄電部の充電が完了したかどうかを判断し、充電が完了したと判断した時点で充電完了レスポンスをホスト装置に対して送信する。ホスト装置は、充電開始コマンドの送信先の全ての電動アクチュエータから充電完了レスポンスを受信した時点で次のグループの電動アクチュエータに充電開始コマンドを送信する。これにより、本発明では、各電動アクチュエータの総計の充電時間を短縮することができる。
また、本発明では、一度に充電を行う電動アクチュエータの台数が常に最大数以下になるように管理しながら、各電動アクチュエータに個別に充電開始コマンドを送信するので、電源系統および配電盤に必要な電流容量と各電動アクチュエータの総計の充電時間とを最適化することができる。また、本実施例では、各電動アクチュエータの充電の優先度に応じて充電開始コマンドを送信するので、優先度順に電動アクチュエータの蓄電部を充電することができる。また、ホスト装置は、充電開始コマンドの電動アクチュエータから充電完了レスポンスを受信した時点で各電動アクチュエータに充電開始コマンドを送信するので、さらなる充電時間の短縮をすることができる。
図１は、本発明の第１の実施例に係る充電制御システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１の実施例に係る電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の第１の実施例に係る電動アクチュエータの制御部の構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の第１の実施例に係るホスト装置の構成を示すブロック図である。 図５は、本発明の第１の実施例に係るホスト装置の動作を説明するフローチャートである。 図６は、本発明の第１の実施例に係る電動アクチュエータの電源投入時の動作を説明するフローチャートである。 図７は、本発明の第１の実施例に係る電動アクチュエータが１つの電源系統に複数接続されている場合に電源系統に充電電流が流れる様子を説明する図である。 図８は、定電流充電方法を説明する図である。 図９は、ＲＣ直列回路による充電方法を説明する図である。 図１０は、グループ毎に電動アクチュエータの蓄電部の充電を行うときの最大充電時間を説明する図である。 図１１は、本発明の第１の実施例に係る制御部の容量演算部の動作を説明するフローチャートである。 図１２は、本発明の第１の実施例に係る電動アクチュエータの通常時の動作を説明するフローチャートである。 図１３は、本発明の第１の実施例に係る電動アクチュエータの停電時の動作を説明するフローチャートである。 図１４は、本発明の第２の実施例に係る電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。 図１５は、本発明の第３の実施例に係る充電制御システムの構成を示すブロック図である。 図１６は、本発明の第３の実施例に係る電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。 図１７は、本発明の第３の実施例に係る電動アクチュエータの制御部の構成を示すブロック図である。 図１８は、本発明の第３の実施例に係るホスト装置の構成を示すブロック図である。 図１９は、本発明の第３の実施例に係るホスト装置の動作を説明するフローチャートである。 図２０は、本発明の第３の実施例に係る電動アクチュエータの動作を説明するフローチャートである。 図２１は、本発明の第４の実施例に係る充電制御システムの構成を示すブロック図である。 図２２は、本発明の第４の実施例に係るホスト装置の構成を示すブロック図である。 図２３は、本発明の第４の実施例に係るホスト装置の動作を説明するフローチャートである。 図２４は、１つの電源系統に複数の電動アクチュエータが接続されているシステムの構成を示す図である。 図２５は、複数の電動アクチュエータの蓄電部を同時に充電する場合に電源系統に充電電流が一斉に流れる様子を説明する図である。 図２６は、複数の電動アクチュエータの蓄電部を順番に充電する場合に電源系統に充電電流が順番に流れる様子を説明する図である。
［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る充電制御システムの構成を示すブロック図である。充電制御システムは、１つの電源系統１０１に接続された複数の電動アクチュエータ１００と、これら電動アクチュエータ１００の充電を制御するホスト装置１０３とから構成される。
図２は電動アクチュエータ１００の構成を示すブロック図である。電動アクチュエータ１００は、ボール弁やバタフライ弁等のバルブ２００に取り付けられ、電動調節弁として一体化される。また、電動アクチュエータ１００は、図示しないコントローラとの間で、情報の授受を行う。
電動アクチュエータ１００は、外部電源（図１の配電盤１０２）から供給される電源電圧からメイン電源電圧を生成するメイン電源部１と、電気エネルギーを蓄える電気２重層コンデンサからなる蓄電部２と、外部から電源が供給される通電時に蓄電部２を充電する充電部３と、蓄電部２の電圧を昇圧する昇圧部４と、外部からの電源の遮断を検出する停電検出部５と、メイン電源部１からのメイン電源電圧と昇圧部４からの昇圧電源電圧のうちどちらかを選択して出力するメイン電源切替部６と、コントローラからの開度目標信号を処理して制御部８へ開度目標値を出力する開度目標処理部７と、電動アクチュエータ全体を制御する制御部８と、制御系電源電圧を生成する制御電源部９と、駆動電圧に応じて動作するモータ１０と、制御部８からの制御信号に応じてモータ１０へ駆動電圧を出力するモータ駆動部１１と、モータ１０の出力を減速させてバルブ２００を操作する減速機１２と、バルブ２００の開度を測定する位置センサ１３と、ホスト装置１０３と通信するための通信部１４とを備えている。モータ１０とモータ駆動部１１と減速機１２とは、駆動部１５を構成している。
図３は制御部８の構成を示すブロック図である。制御部８は、ホスト装置１０３から充電開始コマンドを受信したときに充電部３による蓄電部２の充電を開始させる充電制御部８０と、外部から電源が供給される通電時に開度目標値に応じてバルブ２００の開度を制御する開度制御部８１と、停電時に昇圧部４に対して昇圧イネーブル信号を出力する昇圧制御部８２と、停電時に蓄電部２に蓄積されているエネルギーを用いてバルブ２００を所望の開度位置まで動作させるリターン制御部８３と、情報記憶のための記憶部８４と、蓄電部２の容量を演算する容量演算部８５と、蓄電部２に蓄積されているエネルギーの値を演算する充電エネルギー演算部８６と、電源の投入時に開度目標値が示す位置から所望の開度位置までバルブ２００を動作させるのに必要なエネルギーの値を演算する必要エネルギー演算部８７とから構成される。
図４はホスト装置１０３の構成を示すブロック図である。ホスト装置１０３は、予め規定された充電の優先度に応じて複数の電動アクチュエータ１００をグループ分けする分類部１０３０と、優先度が高い順にグループ毎に電動アクチュエータ１００に対して充電開始コマンドを送信する充電開始コマンド送信部１０３１と、情報記憶のための記憶部１０３２と、情報設定のための設定部１０３３とから構成される。
以下、本実施例の充電制御システムの動作を説明する。図５はホスト装置１０３の動作を説明するフローチャート、図６は電源投入時の電動アクチュエータ１００の動作を説明するフローチャートである。
ホスト装置１０３は、電源が投入されると、後述する動作のためのプログラムを記憶部１０３２から読み出すと共に、動作に必要なパラメータを読み出す初期設定処理を行う（図５ステップＳ１００）。
記憶部１０３２に予め設定されているパラメータとしては、対象となる複数の電動アクチュエータ１００（同一の電源系統１０１に接続されている複数の電動アクチュエータ１００）の識別情報、電源系統１０１の許容される最大電流容量値ＬＭＩ、電流値ＣＩ、許容される電源系統最大充電時間ＬＭＣＴ、電動アクチュエータ１００の蓄電部２の充電に要する標準的な時間を表す標準充電時間ＣＴ（一般的には蓄電部２の充電に要する最長の時間）、識別情報が登録されている各電動アクチュエータ１００の充電の優先度情報などがある。優先度は、例えば電動アクチュエータ１００が設置される施設側の要求により決定される。これらのパラメータは、設定部１０３３を用いて設定することができる。
一方、電動アクチュエータ１００のメイン電源部１は、外部電源（図１の配電盤１０２）から電源電圧が供給されると、この電源電圧から所定のメイン電源電圧を生成する。なお、外部電源から供給される電源電圧は交流でも直流でもよい。外部電源から供給される電源電圧が交流の場合には、メイン電源部１の内部で整流・平滑し、さらに降圧して所望のメイン電源電圧を生成すればよい。電動アクチュエータ１００の停電検出部５は、メイン電源部１からメイン電源電圧が供給されているため、停電検出信号は出力しない。電動アクチュエータ１００のメイン電源切替部６は、停電検出部５からの停電検出信号の入力がないため、メイン電源部１からのメイン電源電圧を選択して出力する。これにより、メイン電源電圧がメイン電源切替部６を介して制御電源部９とモータ駆動部１１とに供給される。電動アクチュエータ１００の制御電源部９は、メイン電源電圧から所定の制御系電源電圧を生成する。制御電源部９から制御系電源電圧が供給されることにより、電動アクチュエータ１００の制御部８が起動する。
制御部８は、後述する動作のためのプログラムを記憶部８４から読み出す初期設定処理を行う（図６ステップＳ２００）。そして、制御部８は、ホスト装置１０３からの充電開始コマンドを待つ（図６ステップＳ２０１）。
本実施例では、図１に示したように１つの電源系統１０１に複数の電動アクチュエータ１００が接続されている場合に、電流容量と充電時間を最適化するために、各電動アクチュエータ１００を複数のグループに分類して、グループ毎に電動アクチュエータ１００の蓄電部２の充電を行う。例えば図７の例では、台数Ｎの電動アクチュエータ１００−１〜１００−Ｎを分類して、グループ＃１，＃２，・・・，＃ｎ毎に充電を行う例を示している。
ホスト装置１０３の分類部１０３０は、記憶部１０３２に識別情報が登録されている複数の電動アクチュエータ１００のグループ分けに際して、１つのグループに含まれる電動アクチュエータ１００の最大数ＧＣＮを算出する（図５ステップＳ１０１）。電源系統１０１の電流容量値を重視する場合、分類部１０３０は、電源系統１０１の許容される最大電流容量値ＬＭＩ（Ａ）と電動アクチュエータ１００の蓄電部２を充電する際に電源系統１０１から電動アクチュエータ１００に流れる電流の値ＣＩ（Ａ）とに基づいて、１つのグループに含まれる電動アクチュエータ１００の最大数ＧＣＮを次式のように計算する。
ＧＣＮ＝ＬＭＩ／ＣＩ ・・・（１）
なお、正確には式（１）の計算結果の小数点以下を切り捨てた整数値が、求める最大数ＧＣＮである。ここで、電動アクチュエータ１００の充電部３による蓄電部２の充電方法には、定電流充電方法と、充電部３の抵抗と蓄電部２の電気２重層コンデンサとからなるＲＣ直列回路により蓄電部２を充電する方法（充電電流が時間と共に変化する方法）とがある。
定電流充電方法の場合には、図８（Ａ）に示すように同一のグループに属するＧＣＮ個の電動アクチュエータ１００−ＧＣ１〜１００−ＧＣＮのそれぞれに電源系統１０１から一定の電流ＣＩが流れるので、総計としてＬＭＩの電流が流れる（図８（Ｂ））。言い換えると、電源系統１０１からＧＣＮ個の電動アクチュエータ１００−ＧＣ１〜１００−ＧＣＮへ流れる総計の電流がＬＭＩ以下になるように、ＧＣＮを決定すればよい。
ＲＣ直列回路による充電方法の場合には、図９（Ａ）に示すように同一のグループに属するＧＣＮ個の電動アクチュエータ１００−ＧＣ１〜１００−ＧＣＮのそれぞれに最大でＣＩの電流が流れる。したがって、電源系統１０１からＧＣＮ個の電動アクチュエータ１００−ＧＣ１〜１００−ＧＣＮへ流れる総計の電流の最大値がＬＭＩ以下になるように、ＧＣＮを決定すればよい。
一方、電源系統最大充電時間ＬＭＣＴを重視する場合、分類部１０３０は、許容される電源系統最大充電時間ＬＭＣＴと標準充電時間ＣＴとに基づいて、１つのグループに含まれる電動アクチュエータ１００の最大数ＧＣＮを次式のように算出する（ステップＳ１０１）。
ＧＣＮ＝ＬＭＣＴ／ＣＴ ・・・（２）
すなわち、記憶部１０３２に識別情報が登録されている複数の電動アクチュエータ１００の蓄電部２の充電に要する総計の時間がＬＭＣＴ以下になるように、最大数ＧＣＮを決定すればよい。なお、式（１）の場合と同様に、式（２）の計算結果の小数点以下を切り捨てた整数値が、求める最大数ＧＣＮである。
分類部１０３０は、式（１）あるいは式（２）のいずれかにより最大数ＧＣＮを算出する。式（１）、式（２）のいずれを用いるかの指示情報は、予め記憶部１０３２に設定されている。
続いて、分類部１０３０は、記憶部１０３２に識別情報が登録されている電動アクチュエータ１００の台数Ｎと式（１）あるいは式（２）で算出したＧＣＮとに基づいてグループ数ＧＮを次式のように算出する（図５ステップＳ１０２）。
ＧＮ＝Ｎ／ＧＣＮ ・・・（３）
なお、正確には式（３）の計算結果の小数点以下を切り上げた整数値が、求めるグループ数ＧＮである。式（１）を用いて最大数ＧＣＮを算出した場合、台数Ｎの電動アクチュエータ１００の蓄電部２の充電に要する電源系統最大充電時間ＬＭＣＴは次式のようになる。
ＬＭＣＴ＝ＧＮ×ＣＴ ・・・（４）
式（４）は、図１０に示すようにグループ＃１〜＃ＧＮ毎に電動アクチュエータ１００の蓄電部２の充電を行うときの総計の充電時間がＬＭＣＴであることを示している。
一方、式（２）を用いて最大数ＧＣＮを算出した場合、電源系統１０１の最大電流容量値ＬＭＩ（Ａ）は次式のようになる。
ＬＭＩ＝ＧＣＮ×ＣＩ ・・・（５）
最後に、分類部１０３０は、記憶部１０３２に識別情報が登録されている電動アクチュエータ１００を複数のグループに分類する（図５ステップＳ１０３）。
式（１）を用いて最大数ＧＣＮを算出した場合、分類部１０３０は、電源系統１０１から充電中の電動アクチュエータ１００へ流れる総計の電流が、許容される最大電流容量値ＬＭＩ以下（１つのグループに含まれる電動アクチュエータ１００の台数が式（１）で計算されたＧＣＮ以下）で、かつ優先度が高い電動アクチュエータ１００ほど先に充電されるように、記憶部１０３２に識別情報が登録されている電動アクチュエータ１００の各々をグループ＃１〜＃ＧＮのいずれかに分類する。
また、式（２）を用いて最大数ＧＣＮを算出した場合、分類部１０３０は、各電動アクチュエータ１００の充電に要する総計の時間が、許容される電源系統最大充電時間ＬＭＣＴ以下（１つのグループに含まれる電動アクチュエータ１００の台数が式（２）で計算されたＧＣＮ以下）で、かつ優先度が高い電動アクチュエータ１００ほど先に充電されるように、記憶部１０３２に識別情報が登録されている電動アクチュエータ１００の各々をグループ＃１〜＃ＧＮのいずれかに分類する。
分類部１０３０による分類終了後、ホスト装置１０３の充電開始コマンド送信部１０３１は、充電の順番が最も早い（優先度が最も高い）グループ＃１に属する電動アクチュエータ１００に対して充電開始コマンドを送信し（図５ステップＳ１０４）、標準充電時間ＣＴが経過するまで待つ（図５ステップＳ１０５）。
電動アクチュエータ１００の充電制御部８０は、通信部１４を介してホスト装置１０３からの充電開始コマンドを受信すると（図６ステップＳ２０１においてＹＥＳ）、充電部３へ充電イネーブル信号を出力する（図６ステップＳ２０２）。この充電イネーブル信号の出力に応じて、充電部３は、メイン電源部１からのメイン電源電圧を入力とし、蓄電部２へ充電電流を出力して蓄電部２の充電を開始する。また、制御部８が起動すると、制御部８の開度制御部８１は、開度目標処理部７からバルブ２００の開度目標値θref（°）を取得する。開度目標処理部７は、メイン電源部１からメイン電源電圧の供給を受けて動作し、図示しないコントローラから開度目標信号を受信して、この開度目標信号が示す開度目標値θref（°）を制御部８へ出力する。
次に、制御部８の容量演算部８５は、蓄電部２の容量を演算する（図６ステップＳ２０３）。本実施例では、蓄電部２として電気２重層コンデンサを用いているので、蓄電部２の容量値は、電気２重層コンデンサの静電容量値ＣＣ（Ｆ）である。容量演算部８５の動作を図１１を用いて説明する。
まず、容量演算部８５は、充電開始から時間Ｔ１（ｓ）経過後の蓄電部２の蓄電電圧（電気２重層コンデンサの端子間電圧）ＣＶ１（Ｖ）を測定する（図１１ステップＳ３００）。続いて、容量演算部８５は、充電開始から時間Ｔ２（ｓ）経過後の蓄電部２の蓄電電圧ＣＶ２（Ｖ）を測定する（図１１ステップＳ３０１）。Ｔ２＞Ｔ１であることは言うまでもない。
そして、容量演算部８５は、測定した蓄電電圧ＣＶ１，ＣＶ２（Ｖ）を基に蓄電部２の容量値（電気２重層コンデンサの静電容量値）ＣＣ（Ｆ）を演算する。ここで、容量演算部８５は、充電部３による蓄電部２の充電方法が定電流充電方法の場合（図１１ステップＳ３０２においてＹＥＳ）、以下の式（６）により容量値ＣＣ（Ｆ）を演算する（図１１ステップＳ３０３）。
Figure 2019033552
容量演算部８５は、定電流Ｉにより蓄電部２を充電する方法（定電流充電方法）の場合（ステップＳ３０２においてＹＥＳ）、式（６）により容量値ＣＣ（Ｆ）を演算する（図１１ステップＳ３０３）。また、容量演算部８５は、充電部３の抵抗と蓄電部２の電気２重層コンデンサとからなるＲＣ直列回路により蓄電部２を充電する方法（充電電流が時間と共に変化する方法）の場合（ステップＳ３０２においてＮＯ）、以下の式（７）により容量値ＣＣ（Ｆ）を演算する（図１１ステップＳ３０４）。
Figure 2019033552
式（７）においてＲ（Ω）は充電部３の抵抗の抵抗値、Ｅは充電部３がＲＣ直列回路に印加する充電電源電圧値である。式（７）のｆ（ＣＣ）は、０＜ＣＣ＜ＣＣｍａｘに必ず、解をもつので、二分法やニュートン法などの数値解析で解を求めることにより、容量値ＣＣ（Ｆ）を演算することができる（ＣＣｍａｘ（Ｆ）は初期静電容量範囲の最大値）。以上で、容量演算部８５の処理が終了する。
次に、制御部８の充電エネルギー演算部８６は、蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）を演算する。具体的には、充電エネルギー演算部８６は、蓄電部２の蓄電電圧ＣＶ（Ｖ）を測定する（図６ステップＳ２０４）。そして、充電エネルギー演算部８６は、容量演算部８５によって演算された蓄電部２の容量値ＣＣ（Ｆ）と測定した蓄電電圧ＣＶ（Ｖ）とを基に式（８）によりエネルギーＣＰ（Ｊ）を演算する（図６ステップＳ２０５）。
Figure 2019033552
制御部８の必要エネルギー演算部８７は、現在の開度目標位置から所望の開度位置（本実施例では全閉位置）までバルブ２００をリターン動作させるのに必要なエネルギーである開度目標充電エネルギーＣＰｒｅｆ（Ｊ）を式（９）により演算する（図６ステップＳ２０６）。
Figure 2019033552
式（９）において、ＭＴ（Ｎ．ｍ）はバルブ２００の既知の弁軸の負荷トルク値、Ｎ（ｒｐｍ）は減速機１２によって駆動されるバルブ２００の弁軸の既知の回転数、ＣＴＰ（Ｗ）は制御部８が消費する既知の電力値（停電時に動作するリターン制御部８６と昇圧制御部８５の消費電力値）、θopen（°）はバルブ２００の全開開度値、Ｔopen（ｓ）はバルブ２００が全閉位置から全開位置まで達するのに必要な既知の時間である全開動作時間値、ηmc（％）は減速機１２の既知の機械効率、ηmt（％）はモータ１０の既知の効率、ηps（％）は昇圧部４の既知の効率である。トルクＭＴ（Ｎ．ｍ）と回転数Ｎ（ｒｐｍ）と全開動作時間Ｔopen（ｓ）と減速機１２の機械効率ηmc（％）とモータ１０の効率ηmt（％）とは、駆動部１６の性能を表している。
制御部８の充電制御部８０は、ＣＰ＜ＣＰｒｅｆ、すなわち蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が開度目標充電エネルギーＣＰｒｅｆ（Ｊ）に達していない場合（図６ステップＳ２０７においてＮＯ）、バルブ２００のリターン動作に必要な充電が不十分と判断して、充電イネーブル信号の出力を継続し、充電部３による蓄電部２の充電を継続させる（図６ステップＳ２０８）。
こうして、蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が開度目標充電エネルギーＣＰｒｅｆ（Ｊ）に達するまでステップＳ２０４〜Ｓ２０８の処理が繰り返し実行される。
制御部８の開度制御部８１は、ＣＰ≧ＣＰｒｅｆ、すなわち蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が開度目標充電エネルギーＣＰｒｅｆ（Ｊ）以上になると（ステップＳ２０７においてＹＥＳ）、開度目標値θrefと位置センサ１３によって測定されたバルブ２００の開度の実測値（実開度）とを比較し、開度目標値θrefと実開度とが一致するように、モータ駆動部１１へモータ制御信号を出力する。モータ駆動部１１は、モータ制御信号に応じてモータ１０へ駆動電圧を出力する。これにより、モータ１０が駆動され、このモータ１０の駆動力が減速機１２を介してバルブ２００の弁軸に伝わり、この弁軸に軸着された弁体を操作することによりバルブ２００の開度が調整される。こうして、バルブ２００の開度をθref（°）にする（図６ステップＳ２０９）。位置センサ１３は、減速機１２を介してバルブ２００の弁軸の変位量を検出し、バルブ開度の実測値（実開度）を制御部８へ送る。
次に、制御部８の充電制御部８０は、ＣＰ＜ＣＰｈｉｇｈ、すなわち蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が所定の充電エネルギー上限値ＣＰｈｉｇｈ（Ｊ）に達していない場合（図６ステップＳ２１０においてＮＯ）、ステップＳ２０４に戻る。
こうして、蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が充電エネルギー上限値ＣＰｈｉｇｈ（Ｊ）に達するまでステップＳ２０４〜Ｓ２１０の処理が繰り返し実行される。
充電エネルギー上限値ＣＰｈｉｇｈ（Ｊ）は、全開位置から所望の開度位置（本実施例では全閉位置）までバルブ２００をリターン動作させるのに必要なエネルギーである全開リターン充電電力に、蓄電部２の自己放電するエネルギーの分を加えた値である。実用上は全開リターン充電電力の数十％増しの値に設定すればよい。
充電制御部８０は、ＣＰ≧ＣＰｈｉｇｈ、すなわち蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が充電エネルギー上限値ＣＰｈｉｇｈ（Ｊ）以上になると（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、充電イネーブル信号の出力を停止し、充電部３による蓄電部２の充電を停止させる（図６ステップＳ２１１）。
以上で、電源投入時の制御部８の動作が終了し、以降は通常動作に移行する。
図１２は通常時の電動アクチュエータ１００の動作を説明するフローチャートである。バルブ２００の開度をθref（°）にする処理（図１２ステップＳ４００）は、ステップＳ２０９で説明したとおりである。なお、コントローラは、必要に応じて開度目標値θref（°）を適宜変更することは言うまでもない。
次に、制御部８の充電エネルギー演算部８６は、蓄電部２の蓄電電圧ＣＶ（Ｖ）を測定する（図１２ステップＳ４０１）。そして、充電エネルギー演算部８６は、ステップＳ２０５において容量演算部８５によって演算された蓄電部２の容量値ＣＣ（Ｆ）とステップＳ４０１で測定した蓄電電圧ＣＶ（Ｖ）とを基に式（８）により、蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）を演算する（図１２ステップＳ４０２）。
制御部８の充電制御部８０は、ＣＰ≦ＣＰｌｏｗ、すなわち蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が所定の充電エネルギー下限値ＣＰｌｏｗ（Ｊ）以下の場合（図１２ステップＳ４０３においてＹＥＳ）、充電部３へ充電イネーブル信号を出力し、充電部３による蓄電部２の充電を開始させる（図１２ステップＳ４０４）。
こうして、蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が充電エネルギー下限値ＣＰｌｏｗ（Ｊ）を上回るまでステップＳ４００〜Ｓ４０４の処理が繰り返し実行される。
充電エネルギー下限値ＣＰｌｏｗ（Ｊ）は、全開位置から所望の開度位置（本実施例では全閉位置）までバルブ２００をリターン動作させるのに必要なエネルギーである全開リターン充電電力である。
充電制御部８０は、ＣＰ＞ＣＰｌｏｗ、すなわち蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が充電エネルギー下限値ＣＰｌｏｗ（Ｊ）を上回ると（ステップＳ４０３においてＮＯ）、エネルギーＣＰ（Ｊ）が所定の充電エネルギー上限値ＣＰｈｉｇｈ（Ｊ）以上かどうかを判定する（図１２ステップＳ４０５）。
充電制御部８０は、ＣＰ＜ＣＰｈｉｇｈ、すなわち蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が充電エネルギー上限値ＣＰｈｉｇｈ（Ｊ）に達していない場合（ステップＳ４０５においてＮＯ）、充電イネーブル信号の出力を継続し、充電部３による蓄電部２の充電を継続させる（図１２ステップＳ４０６）。
こうして、蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が充電エネルギー上限値ＣＰｈｉｇｈ（Ｊ）に達するまでステップＳ４００〜Ｓ４０６の処理が繰り返し実行される。
充電制御部８０は、ＣＰ≧ＣＰｈｉｇｈ、すなわち蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が充電エネルギー上限値ＣＰｈｉｇｈ（Ｊ）以上になると（ステップＳ４０５においてＹＥＳ）、充電イネーブル信号の出力を停止し、充電部３による蓄電部２の充電を停止させ（図１２ステップＳ４０７）、ステップＳ４００に戻る。以上の図１２の処理が電源が遮断されるまで継続される。
一方、ホスト装置１０３の充電開始コマンド送信部１０３１は、充電開始コマンドを送信した時点から標準充電時間ＣＴが経過したかを判定する（図５ステップＳ１０５）。
ここでは、充電の順番が２番目のグループ＃２の充電を終えていないので（図５ステップＳ１０６においてＮＯ）、充電開始コマンド送信部１０３１は、次のグループ＃２を充電開始コマンドの送信先として選択して（図５ステップＳ１０７）、ステップＳ１０４に戻り、充電の順番が２番目のグループ＃２に属する電動アクチュエータ１００に対して充電開始コマンドを送信する。
こうして、全てのグループ＃１〜＃ＧＮについて電動アクチュエータ１００の蓄電部２の充電を終えるまで、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７の処理を繰り返し実行し、各グループ＃１〜＃ＧＮに対して順番に充電開始コマンドを送信する。全てのグループ＃１〜＃ＧＮについて充電を終えた時点でホスト装置１０３は処理を終了する。
次に、停電時の電動アクチュエータ１００の動作を図１３を参照して説明する。何らかの理由により外部電源（図１の配電盤１０２）からメイン電源部１への電源電圧供給が停止すると（図１３ステップＳ５００においてＹＥＳ）、メイン電源部１がメイン電源電圧を生成できなくなるため、停電検出部５は停電検出信号を出力する（図１３ステップＳ５０１）。
制御部８の昇圧制御部８２は、停電検出部５から停電検出信号が出力されると、直ちに昇圧部４に対して昇圧イネーブル信号を出力する（図１３ステップＳ５０２）。
この昇圧イネーブル信号の出力に応じて、昇圧部４は、蓄電部２の蓄電電圧（電気２重層コンデンサの端子間電圧）をメイン電源電圧と同等の値まで昇圧する（図１３ステップＳ５０３）。
メイン電源切替部６は、停電検出部５から停電検出信号が出力されると、昇圧部４からの昇圧電源電圧を選択して出力する（図１３ステップＳ５０４）。これにより、昇圧電源電圧がメイン電源切替部６を介して制御電源部９とモータ駆動部１１とに供給される。制御電源部９は、昇圧電源電圧を降圧して所定の制御系電源電圧を生成する。
次に、制御部８のリターン制御部８３は、所望の開度位置（本実施例では全閉位置）と位置センサ１３によって測定されたバルブ２００の実開度とが一致するように、モータ駆動部１１へモータ制御信号を出力する。モータ駆動部１１は、モータ制御信号に応じてモータ１０へ駆動電圧を出力する。これにより、モータ１０が駆動され、バルブ２００の開度が調整される。こうして、バルブ２００を所望の開度位置までリターン動作させることができる（図１３ステップＳ５０５）。
以上のように本実施例では、ホスト装置１０３が、１つの電源系統１０１に接続されている複数の電動アクチュエータ１００を分類して、グループ毎に充電開始コマンドを送信し、グループ毎に電動アクチュエータ１００の蓄電部２の充電を実行させるようにしたので、電源系統１０１および配電盤１０２に必要な電流容量と各電動アクチュエータ１００の総計の充電時間とを最適化することができる。また、本実施例では、各電動アクチュエータ１００の充電の優先度に応じたグループ分けをすることにより、優先度順に電動アクチュエータ１００の蓄電部２を充電することができる。
また、本実施例では、スプリングリターン型のアクチュエータと比較して、（I）スプリングを巻き上げるためのトルクを必要としない、（II）停電時のバルブの目標位置を全閉、全開あるいは任意の位置に設定することができる、（III）停電時の動作を制御するためのクラッチやブレーキなどの機構を必要としない、という利点がある。
本実施例により、電源系統１０１および配電盤１０２の電流容量を抑えることができるので、スプリングリターン型のアクチュエータを、種々の利点をもつ本実施例の電動アクチュエータに置き換えが可能であり、運用時の消費電力削減およびリターン時の制御に必要な機構の削減などにより環境負荷低減に貢献できる。さらに、スプリングリターン型のアクチュエータを採用している一般産業機器まで本実施例を拡大して適用できる。
［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例は、第１の実施例と異なる電動アクチュエータの構成を説明するものである。本実施例においても、充電制御システム全体の構成は第１の実施例と同じである。図１４は本実施例に係る電動アクチュエータ１００ａの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。
電動アクチュエータ１００ａは、メイン電源部１ａと、蓄電部２と、充電部３ａと、昇圧部４と、停電検出部５ａと、メイン電源切替部６と、開度目標処理部７と、制御部８と、制御電源部９と、モータ１０と、モータ駆動部１１と、減速機１２と、位置センサ１３と、通信部１４と、外部電源（図１の配電盤１０２）から供給される電源電圧を整流する整流部１６と、整流部１６によって整流された直流電圧を平滑化する平滑部１７とを備えている。
第１の実施例は、外部電源から供給される電源電圧が例えばＡＣ８５Ｖ〜ＡＣ２６４Ｖという高電圧の場合に対応する例である。これに対して、本実施例は、外部電源から供給される電源電圧が例えばＡＣ２４Ｖという低電圧に対応する例である。
整流部１６は、外部電源からの交流電源電圧を整流する。平滑部１７は、整流部１６によって整流された脈流の直流電圧を平滑化する。
本実施例のメイン電源部１ａは、第１の実施例のメイン電源部１と同様にメイン電源電圧を生成するが、平滑部１７から出力される直流電源電圧を入力とする点が異なる。
充電部３ａは、第１の実施例の充電部３と同様に制御部８からの充電イネーブル信号に応じて蓄電部２の充電を行うが、平滑部１７から出力される直流電源電圧を入力とする点が異なる。
停電検出部５ａは、第１の実施例の停電検出部５と同様に電源の遮断を検出するが、平滑部１７から出力される直流電源電圧を入力とする点が異なる。
その他の構成は第１の実施例で説明したとおりである。
こうして、低電圧の外部電源に接続される電動アクチュエータにおいても第１の実施例と同様の効果を得ることができる。上記の例では、外部電源から供給される電源電圧が交流の場合で説明しているが、外部電源から供給される電源電圧が直流でもよいことは言うまでもない。
［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図１５は本発明の第３の実施例に係る充電制御システムの構成を示すブロック図である。本実施例の充電制御システムは、１つの電源系統１０１に接続された複数の電動アクチュエータ１００ｂと、これら電動アクチュエータ１００ｂの充電を制御するホスト装置１０３ｂとから構成される。
図１６は本実施例の電動アクチュエータ１００ｂの構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。電動アクチュエータ１００ｂは、メイン電源部１と、蓄電部２と、充電部３と、昇圧部４と、停電検出部５と、メイン電源切替部６と、開度目標処理部７と、制御部８ｂと、制御電源部９と、モータ１０と、モータ駆動部１１と、減速機１２と、位置センサ１３と、通信部１４とを備えている。
図１７は本実施例の電動アクチュエータ１００ｂの制御部８ｂの構成を示すブロック図であり、図３と同一の構成には同一の符号を付してある。制御部８ｂは、充電制御部８０ｂと、開度制御部８１と、昇圧制御部８２と、リターン制御部８３と、記憶部８４と、容量演算部８５と、充電エネルギー演算部８６と、必要エネルギー演算部８７と、蓄電部２の充電が完了したときにホスト装置１０３ｂに対して充電完了レスポンスを送信する充電完了レスポンス送信部８８とから構成される。
図１８は本実施例のホスト装置１０３ｂの構成を示すブロック図であり、図４と同一の構成には同一の符号を付してある。ホスト装置１０３ｂは、分類部１０３０と、充電開始コマンドの送信先の全ての電動アクチュエータ１００ｂから充電完了レスポンスを受信したときに、次に優先度が高いグループの電動アクチュエータ１００ｂに対して充電開始コマンドを送信する充電開始コマンド送信部１０３１ｂと、記憶部１０３２と、設定部１０３３と、電動アクチュエータ１００ｂからの充電完了レスポンスを受信する充電完了レスポンス受信部１０３４とから構成される。
以下、本実施例の充電制御システムの動作を説明する。図１９はホスト装置１０３ｂの動作を説明するフローチャート、図２０は電動アクチュエータ１００ｂの動作を説明するフローチャートである。
図１９のステップＳ６００〜Ｓ６０３のホスト装置１０３ｂの動作は、図５のステップＳ１００〜Ｓ１０３で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
分類部１０３０による分類終了後、ホスト装置１０３ｂの充電開始コマンド送信部１０３１ｂは、充電の順番が最も早い（優先度が最も高い）グループ＃１に属する電動アクチュエータ１００ｂに対して充電開始コマンドを送信し（図１９ステップＳ６０４）、当該グループ＃１に属する全ての電動アクチュエータ１００ｂから充電完了レスポンスを受信するまで待つ（図１９ステップＳ６０５）。
図２０のステップＳ７００〜Ｓ７１１の電動アクチュエータ１００ｂの動作は、図６のステップＳ２００〜Ｓ２１１で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
制御部８ｂの充電完了レスポンス送信部８８は、充電イネーブル信号の出力が停止し、蓄電部２の充電が完了すると、充電開始コマンドの送信元のホスト装置１０３ｂに対して充電完了レスポンスを送信する（図２０ステップＳ７１２）。
電動アクチュエータ１００ｂの通常時および停電時の動作は、図１２、図１３で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
上記で説明したとおり、ホスト装置１０３ｂの充電開始コマンド送信部１０３１ｂは、充電開始コマンドの送信後、この充電開始コマンドの送信先の全ての電動アクチュエータ１００ｂから充電完了レスポンスを受信するまで待機している（ステップＳ６０５）。
充電開始コマンド送信部１０３１ｂは、ホスト装置１０３ｂの充電完了レスポンス受信部１０３４が、充電開始コマンドの送信先の全ての電動アクチュエータ１００ｂから充電完了レスポンスを受信すると（ステップＳ６０５においてＹＥＳ）、全てのグループ＃１〜＃ＧＮについて電動アクチュエータ１００ｂの蓄電部２の充電を終えたかどうかを判定する（図１９ステップＳ６０６）。
ここでは、充電の順番が２番目のグループ＃２の充電を終えていないので、充電開始コマンド送信部１０３１ｂは、次のグループ＃２を充電開始コマンドの送信先として選択して（図１９ステップＳ６０７）、ステップＳ６０４に戻り、充電の順番が２番目のグループ＃２に属する電動アクチュエータ１００ｂに対して充電開始コマンドを送信する。
こうして、全てのグループ＃１〜＃ＧＮについて電動アクチュエータ１００ｂの蓄電部２の充電を終えるまで、ステップＳ６０４〜Ｓ６０７の処理を繰り返し実行し、各グループ＃１〜＃ＧＮに対して順番に充電開始コマンドを送信する。全てのグループ＃１〜＃ＧＮについて充電を終えた時点でホスト装置１０３ｂは処理を終了する。
以上のように本実施例では、第１、第２の実施例と同様にホスト装置１０３ｂが、１つの電源系統１０１に接続されている複数の電動アクチュエータ１００ｂを分類して、グループ毎に充電開始コマンドを送信する。第１、第２の実施例では、充電開始コマンドを送信したときから標準充電時間ＣＴが経過した時点で次のグループの電動アクチュエータに充電開始コマンドを送信する。余裕を持たせるために標準充電時間ＣＴは長めに設定されている。しかしながら、蓄電部２を構成する電気２重層コンデンサは経年変化により容量が低下するので、実際の充電時間が徐々に短くなる傾向にある。
そこで、本実施例では、電動アクチュエータ１００ｂ自身が蓄電部２の充電が完了したかどうかを判断し、充電が完了したと判断した時点で充電完了レスポンスをホスト装置１０３ｂに対して送信する。ホスト装置１０３ｂは、充電開始コマンドの送信先の全ての電動アクチュエータ１００ｂから充電完了レスポンスを受信した時点で次のグループの電動アクチュエータに充電開始コマンドを送信する。このように、本実施例では、ホスト装置１０３ｂが定時間の待機をしないことにより、第１の実施例と比較して各電動アクチュエータ１００ｂの総計の充電時間を短縮することができる。
［第４の実施例］
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図２１は本発明の第４の実施例に係る充電制御システムの構成を示すブロック図である。本実施例の充電制御システムは、複数の電動アクチュエータ１００ｂと、これら電動アクチュエータ１００ｂの充電を制御するホスト装置１０３ｃとから構成される。電動アクチュエータ１００ｂの構成は第３の実施例で説明したとおりである。
図２２は本実施例のホスト装置１０３ｃの構成を示すブロック図であり、図４、図１８と同一の構成には同一の符号を付してある。ホスト装置１０３ｃは、充電開始コマンド送信部１０３１ｃと、記憶部１０３２と、設定部１０３３と、充電完了レスポンス受信部１０３４と、許容される最大電流容量値または許容される最大充電時間に基づいて、一度に充電を行う電動アクチュエータ１００ｂの最大数を算出する充電台数算出部１０３５とから構成される。
以下、本実施例の充電制御システムの動作を説明する。図２３はホスト装置１０３ｃの動作を説明するフローチャートである。
図２３のステップＳ８００のホスト装置１０３ｃの動作は、図５のステップＳ１００で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
次に、ホスト装置１０３ｃの充電台数算出部１０３５は、一度に充電を行う電動アクチュエータ１００ｂの最大数ＳＮを算出する（図２３ステップＳ８０２）。この最大数ＳＮは、第１〜第３の実施例の最大数ＧＣＮと同じ方法で求めることができ、式（１）あるいは式（２）のいずれかで得られたＧＣＮを最大数ＳＮとすることができる。
最大数ＳＮの算出後、ホスト装置１０３ｃの充電開始コマンド送信部１０３１ｃは、充電の順番が最も早い（優先度が最も高い）順に台数ＳＮの電動アクチュエータ１００ｂに対して充電開始コマンドを送信し（図２３ステップＳ８０２）、充電開始コマンドを送信した電動アクチュエータ１００ｂから充電完了レスポンスを受信するまで待つ（図２３ステップＳ８０３）。
電動アクチュエータ１００ｂの動作は第３の実施例で説明したとおりである。ホスト装置１０３ｃの充電開始コマンド送信部１０３１ｃは、ホスト装置１０３ｃの充電完了レスポンス受信部１０３４が、充電開始コマンドの送信先の電動アクチュエータ１００ｂのうち少なくとも１つから充電完了レスポンスを受信すると（ステップＳ８０３においてＹＥＳ）、全ての電動アクチュエータ１００ｂの蓄電部２の充電を終えたかどうかを判定する（図２３ステップＳ８０４）。
充電開始コマンド送信部１０３１ｃは、蓄電部２の充電が完了していない（充電開始コマンドを送信していない）電動アクチュエータ１００ｂが存在した場合、充電している台数が、常時、ＳＮの台数になるよう充電の順番が最も早い（優先度が最も高い）電動アクチュエータ１００ｂに対して充電開始コマンドを送信し（図２３ステップＳ８０５）、充電している電動アクチュエータ１００ｂから充電完了レスポンスを受信するまで待つ（ステップＳ８０３）。
こうして、全ての電動アクチュエータ１００ｂの蓄電部２の充電を終えるまで、ステップＳ８０３〜Ｓ８０５の処理を繰り返し実行し、全ての電動アクチュエータ１００ｂについて充電を終えた時点でホスト装置１０３ｃは処理を終了する。
以上のように本実施例では、一度に充電を行う電動アクチュエータ１００ｂの台数が常に最大数ＳＮ以下になるように管理しながら、各電動アクチュエータ１００ｂに個別に充電開始コマンドを送信するので、電源系統１０１および配電盤１０２に必要な電流容量と各電動アクチュエータ１００ｂの総計の充電時間とを最適化することができる。また、本実施例では、各電動アクチュエータ１００ｂの充電の優先度に応じて充電開始コマンドを送信するので、優先度順に電動アクチュエータ１００ｂの蓄電部２を充電することができる。
また、本実施例では、少なくとも１つの電動アクチュエータ１００ｂから充電完了レスポンスを受信した時点で次の電動アクチュエータ１００ｂに充電開始コマンドを送信するので、第３の実施例よりさらに各電動アクチュエータ１００ｂの総計の充電時間を短縮することができる。
なお、第３、第４の実施例では、電動アクチュエータ１００ｂの構成として第１の実施例に準じた構成を用いたが、第２の実施例に準じた構成を用いてもよい。この場合には、図１４の制御部８の代わりに制御部８ｂを用いるようにすればよい。
第１〜第４の実施例では、各電動アクチュエータ１００，１００ａ，１００ｂにおいて制御部８，８ｂに容量演算部８５と充電エネルギー演算部８６とを設け、蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）が充電エネルギー上限値ＣＰｈｉｇｈ（Ｊ）以上になったと判断した時点で、充電制御部８０が充電を停止させるようにしているが、充電開始から標準充電時間ＣＴが経過した時点で充電を停止させるようにしてもよく、第１〜第４の実施例に限るものではない。
また、第１〜第４の実施例では、蓄電部２における蓄電素子として電気２重層コンデンサを用いているが、これに限るものではなく、例えばリチウムイオンキャパシタなどの、蓄電できる素子であれば適用可能である。
また、第１〜第４の実施例では、充電部３による蓄電部２の充電方法として、定電流充電方法とＲＣ直列回路による充電方法とを説明したが、ＣＩとＣＴが算出できる方法であれば、これら以外の充電方法であってもよい。
また、第１〜第４の実施例では、開度目標値を開度目標処理部７で処理しているが、ホスト装置１０３，１０３ｂ，１０３ｃから送信された開度目標コマンドを通信部１４で処理して開度目標値を得るようにしてもよい。
第１〜第４の実施例のホスト装置１０３，１０３ｂ，１０３ｃと制御部８，８ｂの各々は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。各装置のＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第４の実施例で説明した処理を実行する。
本発明は、電動アクチュエータの蓄電部を充電する技術に適用することができる。
１，１ａ…メイン電源部、２…蓄電部、３，３ａ…充電部、４…昇圧部、５，５ａ…停電検出部、６…メイン電源切替部、７…開度目標処理部、８，８ｂ…制御部、９…制御電源部、１０…モータ、１１…モータ駆動部、１２…減速機、１３…位置センサ、１４…通信部、１５…駆動部、１６…整流部、１７…平滑部、８０，８０ｂ…充電制御部、８１…開度制御部、８２…昇圧制御部、８３…リターン制御部、８４…記憶部、８５…容量演算部、８６…充電エネルギー演算部、８７…必要エネルギー演算部、８８…充電完了レスポンス送信部、１００，１００ａ，１００ｂ…電動アクチュエータ、２００…バルブ、１０１…電源系統、１０２…配電盤、１０３，１０３ｂ，１０３ｃ…ホスト装置、１０３０…分類部、１０３１，１０３１ｂ，１０３１ｃ…充電開始コマンド送信部、１０３２…記憶部、１０３３…設定部、１０３４…充電完了レスポンス受信部、１０３５…充電台数算出部。
本発明の充電制御システムは、同一の電源系統に接続された複数の電動アクチュエータと、前記複数の電動アクチュエータの充電を制御するホスト装置とを備え、各電動アクチュエータは、前記電源系統から電源が供給される通電時に開度目標値に応じてバルブの開度を制御するように構成された開度制御部と、電気エネルギーを蓄えるように構成された蓄電部と、前記通電時に前記蓄電部を充電するように構成された充電部と、前記電源が遮断された停電時に前記蓄電部に蓄積されているエネルギーを用いて前記バルブを所望の開度位置まで動作させるように構成されたリターン制御部と、前記ホスト装置から充電開始コマンドを受信したときに前記充電部による前記蓄電部の充電を開始させるように構成された充電制御部とを備え、前記ホスト装置は、予め規定された充電の優先度に応じて前記複数の電動アクチュエータをグループ分けするように構成された分類部と、前記優先度が高い順にグループ毎に前記電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信するように構成された充電開始コマンド送信部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明では、一度に充電を行う電動アクチュエータの台数が常に最大数以下になるように管理しながら、各電動アクチュエータに個別に充電開始コマンドを送信するので、電源系統および配電盤に必要な電流容量と各電動アクチュエータの総計の充電時間とを最適化することができる。また、本実施例では、各電動アクチュエータの充電の優先度に応じて充電開始コマンドを送信するので、優先度順に電動アクチュエータの蓄電部を充電することができる。また、ホスト装置は、充電開始コマンドの送信先の電動アクチュエータから充電完了レスポンスを受信した時点で各電動アクチュエータに充電開始コマンドを送信するので、さらなる充電時間の短縮をすることができる。
式（９）において、ＭＴ（Ｎ．ｍ）はバルブ２００の既知の弁軸の負荷トルク値、Ｎ（ｒｐｍ）は減速機１２によって駆動されるバルブ２００の弁軸の既知の回転数、ＣＴＰ（Ｗ）は制御部８が消費する既知の電力値（停電時に動作するリターン制御部８３と昇圧制御部８２の消費電力値）、θopen（°）はバルブ２００の全開開度値、Ｔopen（ｓ）はバルブ２００が全閉位置から全開位置まで達するのに必要な既知の時間である全開動作時間値、ηmc（％）は減速機１２の既知の機械効率、ηmt（％）はモータ１０の既知の効率、ηps（％）は昇圧部４の既知の効率である。トルクＭＴ（Ｎ．ｍ）と回転数Ｎ（ｒｐｍ）と全開動作時間Ｔopen（ｓ）と減速機１２の機械効率ηmc（％）とモータ１０の効率ηmt（％）とは、駆動部１６の性能を表している。
次に、制御部８の充電エネルギー演算部８６は、蓄電部２の蓄電電圧ＣＶ（Ｖ）を測定する（図１２ステップＳ４０１）。そして、充電エネルギー演算部８６は、ステップＳ２０３において容量演算部８５によって演算された蓄電部２の容量値ＣＣ（Ｆ）とステップＳ４０１で測定した蓄電電圧ＣＶ（Ｖ）とを基に式（８）により、蓄電部２に蓄積されているエネルギーＣＰ（Ｊ）を演算する（図１２ステップＳ４０２）。
次に、ホスト装置１０３ｃの充電台数算出部１０３５は、一度に充電を行う電動アクチュエータ１００ｂの最大数ＳＮを算出する（図２３ステップＳ８０１）。この最大数ＳＮは、第１〜第３の実施例の最大数ＧＣＮと同じ方法で求めることができ、式（１）あるいは式（２）のいずれかで得られたＧＣＮを最大数ＳＮとすることができる。

Claims (8)

  1. 同一の電源系統に接続された複数の電動アクチュエータと、
    前記複数の電動アクチュエータの充電を制御するホスト装置とを備え、
    各電動アクチュエータは、
    前記電源系統から電源が供給される通電時に開度目標値に応じてバルブの開度を制御するように構成された開度制御部と、
    電気エネルギーを蓄えるように構成された蓄電部と、
    前記通電時に前記蓄電部を充電するように構成された充電部と、
    前記電源が遮断された停電時に前記蓄電部に蓄積されているエネルギーを用いて前記バルブを所望の開度位置まで動作させるように構成されたリターン制御部と、
    前記ホスト装置から充電開始コマンドを受信したときに前記充電部による前記蓄電部の充電を開始させるように構成された充電制御部とを備え、
    前記ホスト装置は、
    予め規定された充電の優先度に応じて前記複数の電動アクチュエータをグループ分けするように構成された分類部と、
    前記優先度が高い順にグループ毎に前記電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信するように構成された充電開始コマンド送信部とを備えることを特徴とする充電制御システム。
  2. 請求項１記載の充電制御システムにおいて、
    前記ホスト装置の充電開始コマンド送信部は、前記充電開始コマンドを送信した時点から所定の充電時間が経過したときに、次に優先度が高いグループの電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信することを特徴とする充電制御システム。
  3. 請求項１記載の充電制御システムにおいて、
    各電動アクチュエータは、それぞれ前記蓄電部の充電が完了したときに前記ホスト装置に対して充電完了レスポンスを送信するように構成された充電完了レスポンス送信部をさらに備え、
    前記ホスト装置は、
    前記電動アクチュエータからの充電完了レスポンスを受信するように構成された充電完了レスポンス受信部をさらに備え、
    前記ホスト装置の充電開始コマンド送信部は、前記充電開始コマンドの送信先の全ての電動アクチュエータから前記充電完了レスポンスを受信したときに、次に優先度が高いグループの電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信することを特徴とする充電制御システム。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の充電制御システムにおいて、
    前記分類部は、前記電源系統から充電中の電動アクチュエータへ流れる総計の電流が、許容される最大電流容量値以下で、かつ前記優先度が高い電動アクチュエータほど先に充電されるように、前記複数の電動アクチュエータをグループ分けすることを特徴とする充電制御システム。
  5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の充電制御システムにおいて、
    前記分類部は、前記複数の電動アクチュエータの充電に要する総計の時間が、許容される最大充電時間以下で、かつ前記優先度が高い電動アクチュエータほど先に充電されるように、前記複数の電動アクチュエータをグループ分けすることを特徴とする充電制御システム。
  6. 同一の電源系統に接続された複数の電動アクチュエータと、
    前記複数の電動アクチュエータの充電を制御するホスト装置とを備え、
    各電動アクチュエータは、
    前記電源系統から電源が供給される通電時に開度目標値に応じてバルブの開度を制御するように構成された開度制御部と、
    電気エネルギーを蓄えるように構成された蓄電部と、
    前記通電時に前記蓄電部を充電するように構成された充電部と、
    前記電源が遮断された停電時に前記蓄電部に蓄積されているエネルギーを用いて前記バルブを所望の開度位置まで動作させるように構成されたリターン制御部と、
    前記ホスト装置から充電開始コマンドを受信したときに前記充電部による前記蓄電部の充電を開始させるように構成された充電制御部と、
    前記蓄電部の充電が完了したときに前記ホスト装置に対して充電完了レスポンスを送信するように構成された充電完了レスポンス送信部とを備え、
    前記ホスト装置は、
    許容される最大電流容量値または許容される最大充電時間に基づいて、一度に充電を行う前記電動アクチュエータの最大数を算出する充電台数算出部と、
    予め規定された充電の優先度が最も高い方から順に前記最大数の前記電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信するように構成された充電開始コマンド送信部とを備え、
    前記充電開始コマンド送信部は、前記充電完了レスポンスを受信したときに、充電が完了していない前記電動アクチュエータのうち、前記優先度が高い方から順に、前記充電完了レスポンスの送信元の電動アクチュエータと同数の電動アクチュエータに対して前記充電開始コマンドを送信することを特徴とする充電制御システム。
  7. 請求項６記載の充電制御システムにおいて、
    前記充電台数算出部は、前記電源系統から充電中の電動アクチュエータへ流れる総計の電流が、前記最大電流容量値以下になるように前記最大数を算出することを特徴とする充電制御システム。
  8. 請求項６記載の充電制御システムにおいて、
    前記充電台数算出部は、前記複数の電動アクチュエータの充電に要する総計の時間が、前記最大充電時間以下になるように前記最大数を算出することを特徴とする充電制御システム。
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