JP2019078296A - 電動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】停電時のリターン動作の結果を外部に通知することができるバッテリーリターン型の電動アクチュエータを提供する。【解決手段】電動アクチュエータ100は、電気エネルギーを蓄える蓄電部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、アクチュエータ全体を制御する制御部8とを備える。制御部8は、通電時に開度目標値に応じてバルブ200の開度を制御し、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を所定の開度位置までリターン動作させる。また、制御部8は、リターン動作が完了した場合、または停電から一定の許容時間の経過後にバルブ200が所定の開度位置に達していないエラーが発生した場合に、開度位置信号を外部に出力する。【選択図】 図2
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バッテリーリターン型の電動アクチュエータ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電動アクチュエータがある。しかし、スプリングリターン型の電動アクチュエータは、スプリングの付勢力が通常時のモータ駆動に対して抵抗として働くので、その抵抗に打ち勝つためにトルクの大きなモータを使用しなくてはならず、電動アクチュエータの大型化・重量化・コストアップをもたらすという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バッテリーリターン型の電動アクチュエータが提案されている(特許文献1参照)。
バッテリーリターン型の電動アクチュエータでは、通電時に行われる蓄電部への充電が不十分な場合、あるいは減速機などの機構部品が故障した場合、停電時にバルブを所定の開度位置までリターン動作させることができない。しかしながら、停電後に通信またはアナログ出力などの方法により外部に通知する機能をアクチュエータが備えていないのでリターン動作の異常は、外部の環境条件から推定するしかなかった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、停電時のリターン動作の結果を外部に通知することができるバッテリーリターン型の電動アクチュエータを提供することを目的とする。
本発明の電動アクチュエータは、制御信号に応じてバルブを駆動するように構成された駆動部と、外部から電源が供給される通電時に開度目標値と前記バルブの開度とが一致するように前記制御信号を出力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電気エネルギーを用いて前記バルブを所定の開度位置までリターン動作させるように構成されたリターン制御部と、前記蓄電部に蓄積されている電気エネルギーを用いて前記停電時に動作し、前記リターン動作が完了した場合、または停電から一定の許容時間の経過後に前記バルブが前記所定の開度位置に達していないエラーが発生した場合に、前記バルブの開度を示す開度位置信号を外部に出力するように構成された動作結果通知部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電動アクチュエータの1構成例は、外部と通信するための通信部をさらに備え、前記動作結果通知部は、前記開度位置信号を前記通信部を介して外部に送信することを特徴とするものである。
また、本発明の電動アクチュエータの1構成例は、外部と通信するための通信部と、送信待機時間を予め記憶する記憶部とをさらに備え、前記動作結果通知部は、前記リターン動作が完了した場合、または前記エラーが発生した場合に、停電の時点から前記送信待機時間が経過した後に前記開度位置信号を前記通信部を介して外部に送信し、前記送信待機時間は、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場合に、これらの電動アクチュエータの各々について異なる値になるように予め設定されていることを特徴とするものである。
また、本発明の電動アクチュエータの1構成例は、外部と通信するための通信部と、送信待機時間を予め記憶する記憶部とをさらに備え、前記動作結果通知部は、前記リターン動作が完了した場合、または前記エラーが発生した場合に、停電の時点から前記送信待機時間が経過した後に前記開度位置信号を前記通信部を介して外部に送信し、前記送信待機時間は、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場合に、これらの電動アクチュエータの各々について異なる値になるように予め設定されていることを特徴とするものである。
また、本発明の電動アクチュエータの1構成例は、前記通電時の前記開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するように構成された第1の出力部と、前記停電時の前記開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するように構成された第2の出力部とをさらに備え、前記動作結果通知部は、前記通電時に前記開度位置信号を前記第1の出力部を介して外部に出力し、前記停電時に前記リターン動作が完了した場合、または前記エラーが発生した場合に、前記開度位置信号を前記第2の出力部を介して外部に出力することを特徴とするものである。
また、本発明の電動アクチュエータの1構成例は、前記通電時または前記停電時に前記開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するように構成された第1の出力部と、停電検出信号をON/OFFの電圧または電流の形式で出力するように構成された第2の出力部とをさらに備え、前記動作結果通知部は、前記通電時に前記開度位置信号を前記第1の出力部を介して外部に出力し、前記停電時に停電検出信号を前記第2の出力部を介して外部に出力すると共に、前記リターン動作が完了した場合、または前記エラーが発生した場合に、前記開度位置信号を前記第1の出力部を介して外部に出力することを特徴とするものである。
また、本発明の電動アクチュエータの1構成例は、前記通電時または前記停電時に前記開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するように構成された第1の出力部と、停電検出信号をON/OFFの電圧または電流の形式で出力するように構成された第2の出力部とをさらに備え、前記動作結果通知部は、前記通電時に前記開度位置信号を前記第1の出力部を介して外部に出力し、前記停電時に停電検出信号を前記第2の出力部を介して外部に出力すると共に、前記リターン動作が完了した場合、または前記エラーが発生した場合に、前記開度位置信号を前記第1の出力部を介して外部に出力することを特徴とするものである。
また、本発明の電動アクチュエータの1構成例は、前記通電時に外部から電源供給を受けて第1の電源電圧を生成するように構成された第1の電源部と、前記蓄電部の蓄電電圧を昇圧した第2の電源電圧を生成するように構成された昇圧部と、前記通電時に前記第1の電源電圧を選択して出力し、前記停電時に前記第2の電源電圧を選択して出力するように構成された電源切替部と、この電源切替部の出力電圧から、前記開度制御部と前記リターン制御部と前記動作結果通知部とに供給する第3の電源電圧を生成するように構成された第2の電源部とをさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電動アクチュエータの1構成例は、前記通電時に外部から電源供給を受けて第1の電源電圧を生成するように構成された第1の電源部と、前記蓄電部の蓄電電圧を昇圧した第2の電源電圧を生成するように構成された昇圧部と、前記通電時に前記第1の電源電圧を選択して出力し、前記停電時に前記第2の電源電圧を選択して出力するように構成された電源切替部と、前記蓄電部の蓄電電圧から、前記開度制御部と前記リターン制御部と前記動作結果通知部とに供給する第3の電源電圧を生成するように構成された第2の電源部とをさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電動アクチュエータの1構成例は、前記通電時に外部から電源供給を受けて第1の電源電圧を生成するように構成された第1の電源部と、前記蓄電部の蓄電電圧を昇圧した第2の電源電圧を生成するように構成された昇圧部と、前記通電時に前記第1の電源電圧を選択して出力し、前記停電時に前記第2の電源電圧を選択して出力するように構成された電源切替部と、前記蓄電部の蓄電電圧から、前記開度制御部と前記リターン制御部と前記動作結果通知部とに供給する第3の電源電圧を生成するように構成された第2の電源部とをさらに備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、蓄電部に蓄積されている電気エネルギーを用いて停電時に動作し、リターン動作が完了した場合またはエラーが発生した場合に、開度位置信号を外部に出力する動作結果通知部を設けることにより、リターン動作の結果を外部に通知することができ、電動アクチュエータのメンテナンス性の向上に貢献することができる。
また、本発明では、停電時にリターン動作が完了した場合またはエラーが発生した場合に、電動アクチュエータ毎に異なる送信待機時間だけ待機した後に各電動アクチュエータが開度位置信号を外部に送信するので、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でも、各電動アクチュエータの同時送信による開度位置信号の衝突を回避することができる。
また、本発明では、停電時にリターン動作が完了した場合またはエラーが発生した場合に、開度位置信号を専用の第2の出力部を介して外部に出力するので、外部のホスト装置は、この第2の出力部から出力される信号を監視することで、リターン動作の結果を確認することができる。
また、本発明では、停電時にリターン動作が完了した場合またはエラーが発生した場合に、開度位置信号と共に停電検出信号を外部に出力するので、外部のホスト装置は、停電検出信号と共に出力される開度位置信号を監視することで、リターン動作の結果を確認することができる。
[第1の実施例]
以下、本発明の第1の実施例について図面を参照して説明する。図1は本実施例に係る監視システムの構成を示すブロック図である。監視システムは、電源系統101に接続された電動アクチュエータ100と、電動アクチュエータ100から送信される開度位置信号により電動アクチュエータ100のリターン動作の結果を監視するホスト装置103とから構成される。電動アクチュエータ100とホスト装置103との間は、ネットワーク104を介して接続されている。
以下、本発明の第1の実施例について図面を参照して説明する。図1は本実施例に係る監視システムの構成を示すブロック図である。監視システムは、電源系統101に接続された電動アクチュエータ100と、電動アクチュエータ100から送信される開度位置信号により電動アクチュエータ100のリターン動作の結果を監視するホスト装置103とから構成される。電動アクチュエータ100とホスト装置103との間は、ネットワーク104を介して接続されている。
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、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、メイン電源切替部6から電源電圧の供給を受けて動作し、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、充電部3による蓄電部2の充電を制御する充電制御部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を所定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定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、蓄電部2に蓄積された電気エネルギーを用いて停電時に動作し、リターン動作が完了した場合、または停電から一定の許容時間の経過後にバルブ200が所定の開度位置に達していないエラーが発生した場合に、バルブ200の開度を示す開度位置信号を外部に出力する動作結果通知部88とから構成される。本実施例の記憶部84は、制御部8の動作のためのプログラムと共に、動作に必要なパラメータとして、後述する許容時間を予め記憶している。
以下、本実施例の監視システムの動作を説明する。図4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。
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。制御系電源電圧は、制御部8と位置センサ13と通信部14とに供給される。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。
起動した制御部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4ステップS100)。
起動した制御部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4ステップS100)。
制御部8の充電制御部80は、充電部3へ充電イネーブル信号を出力する(図4ステップS101)。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4ステップS102)。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5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5ステップS200)。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5ステップS201)。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、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。容量演算部85は、定電流Iにより蓄電部2を充電する定電流充電方法の場合(図5ステップS202においてYES)、以下の式(1)により容量値CC(F)を演算する(図5ステップS203)。
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S202においてNO)、以下の式(2)により容量値CC(F)を演算する(図5ステップS204)。
式(2)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(2)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。本実施例では、電気2重層コンデンサの容量値CC(F)を演算することにより、電気2重層コンデンサの劣化を予知でき電動アクチュエータのメンテナンス性の向上に貢献することができる。
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4ステップS103)。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(3)によりエネルギーCP(J)を演算する(図4ステップS104)。
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定の開度位置(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(4)により演算する(図4ステップS105)。
式(4)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と動作結果通知部88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15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4ステップS106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4ステップS107)。
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S103〜S107の処理が繰り返し実行される。
こうして、蓄電部2に蓄積されているエネルギーCP(J)が開度目標充電エネルギーCPref(J)に達するまでステップS103〜S107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S106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4ステップS108)。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4ステップS109においてNO)、ステップS103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S103〜S109の処理が繰り返し実行される。
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S103〜S109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、全開位置から所定の開度位置(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S109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4ステップS110)。
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。
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6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6ステップS300)は、ステップS108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6ステップS301)。そして、充電エネルギー演算部86は、ステップS102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S301で測定した蓄電電圧CV(V)とを基に式(3)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6ステップS302)。
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6ステップS303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6ステップS304)。
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S300〜S304の処理が繰り返し実行される。
こうして、蓄電部2に蓄積されているエネルギーCP(J)が充電エネルギー下限値CPlow(J)を上回るまでステップS300〜S304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、全開位置から所定の開度位置(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S303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6ステップS305)。
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S305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6ステップS306)。
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S300〜S306の処理が繰り返し実行される。
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S300〜S306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S305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6ステップS307)、ステップS300に戻る。以上の図6の処理が電源が遮断されるまで継続される。
次に、停電時の電動アクチュエータ100の動作を図7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7ステップS400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7ステップS401)。
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7ステップS402)。
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7ステップS403)。
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7ステップS403)。
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7ステップS404)。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、所定の開度位置(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を所定の開度位置までリターン動作させることができる(図7ステップS405)。
続いて、制御部8の動作結果通知部88は、停電検出部5から停電検出信号が出力された後に、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度が所定の開度(本実施例では全閉)に達したときに(図7ステップS406においてYES)、リターン動作が完了したものと判断する。そして、動作結果通知部88は、正常フラグをホスト装置103に送信し(図7ステップS407)、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号を通信部14を介してホスト装置103に送信する(図7ステップS408)。
また、動作結果通知部88は、停電検出信号が出力された時点から一定の許容時間が経過したときに位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度が所定の開度(本実施例では全閉)に達していない場合(図7ステップS409においてYES)、リターン動作にエラーが発生したものと判断する。そして、動作結果通知部88は、エラーフラグをホスト装置103に送信し(図7ステップS410)、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号をホスト装置103に送信する(図7ステップS411)。
なお、位置センサ13には制御系電源電圧が供給されるので、停電後においても位置センサ13が動作することは可能である。
許容時間は、駆動部15がバルブ200をリターン動作させるのに必要な時間よりも長く、かつ蓄電部2に蓄積された電力で電動アクチュエータ100が動作可能な時間よりも短い時間に設定される。
許容時間は、駆動部15がバルブ200をリターン動作させるのに必要な時間よりも長く、かつ蓄電部2に蓄積された電力で電動アクチュエータ100が動作可能な時間よりも短い時間に設定される。
以上のように、本実施例では、停電時に蓄電部2に蓄積されている電気エネルギーを用いて制御部8を動作させ、リターン動作が完了した場合またはエラーが発生した場合に、開度位置信号をホスト装置103に送信するので、リターン動作の結果を外部に通知することができる。
[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。図8は本実施例に係る監視システム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。監視システムは、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100aと、これら電動アクチュエータ100aのリターン動作の結果を監視するホスト装置103とから構成される。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図8は本実施例に係る監視システム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。監視システムは、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100aと、これら電動アクチュエータ100aのリターン動作の結果を監視するホスト装置103とから構成される。
図9は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100a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8a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10は制御部8a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8aは、充電制御部80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84a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、動作結果通知部88aとから構成される。本実施例の記憶部84aは、制御部8aの動作のためのプログラムと共に、動作に必要なパラメータとして、第1の実施例で説明した許容時間と、開度位置信号の送信待機時間とを予め記憶している。送信待機時間は、1つの電源系統101に複数の電動アクチュエータ100aが接続されている場合に、これらの電動アクチュエータ100aの各々について異なる値になるように予め設定されている。
通電時の電動アクチュエータ100aの動作は、図4〜図6で説明した第1の実施例の動作と同じである。
図11は停電時の電動アクチュエータ100aの動作を説明するフローチャートである。停電時の停電検出部5と昇圧制御部82と昇圧部4とメイン電源切替部6とリターン制御部83の動作(図11ステップS500〜S505)は、図7のステップS400〜S405で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
図11は停電時の電動アクチュエータ100aの動作を説明するフローチャートである。停電時の停電検出部5と昇圧制御部82と昇圧部4とメイン電源切替部6とリターン制御部83の動作(図11ステップS500〜S505)は、図7のステップS400〜S405で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
次に、制御部8aの動作結果通知部88aは、停電検出部5から停電検出信号が出力された後に、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度が所定の開度(本実施例では全閉)に達したときに(図11ステップS506においてYES)、リターン動作が完了したものと判断する。
第1の実施例では、リターン動作が完了すると直ちに開度位置信号を送信する。これに対して、本実施例の動作結果通知部88aは、停電検出信号が出力された時点から上記の送信待機時間が経過したときに(図11ステップS507においてYES)、正常フラグをホスト装置103に送信し(図11ステップS508)、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号を通信部14を介してホスト装置103に送信する(図11ステップS509)。
また、動作結果通知部88aは、停電検出信号が出力された時点から一定の許容時間が経過したときに位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度が所定の開度(本実施例では全閉)に達していない場合(図11ステップS510においてYES)、リターン動作にエラーが発生したものと判断する。この場合、動作結果通知部88aは、停電検出信号が出力された時点から送信待機時間が経過したときに(図11ステップS511においてYES)、エラーフラグをホスト装置103に送信し(図11ステップS512)、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号をホスト装置103に送信する(図11ステップS513)。
他の構成は第1の実施例で説明したとおりである。なお、上記の許容時間は、各電動アクチュエータ100aに共通の値である。送信待機時間は、許容時間よりも長く、かつ各電動アクチュエータ100aの蓄電部2にそれぞれ蓄積された電力で各電動アクチュエータ100aが動作可能な時間よりも短くなるように電動アクチュエータ100a毎に設定される。具体的には、送信待機時間Ttwは、次式のように設定すればよい(図12)。
Ttw=Tr+Ta+(N−1)Tw ・・・(5)
Ttw=Tr+Ta+(N−1)Tw ・・・(5)
Trはスプリングユニット7がバルブ200をリターン動作させるのに必要なリターン時間、Taは許容時間、Twは待機時間(通信処理時間に対して充分に余裕のある時間)、Nは電動アクチュエータ100a毎に異なる待機番号である(N=1,2,3,・・・・)。
以上のように、本実施例では、停電時にリターン動作が完了した場合またはエラーが発生した場合に、電動アクチュエータ100a毎に異なる送信待機時間だけ待機した後に各電動アクチュエータ100aが開度位置信号をホスト装置103に送信するので、1つの電源系統101に複数の電動アクチュエータ100aが接続されている場合でも、各電動アクチュエータ100aの同時送信による開度位置信号の衝突を回避することができる。
[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。第1、第2の実施例では、ネットワーク104を介した通信により開度位置信号をホスト装置103に送信していた。これに対して、本実施例は開度位置信号を電圧出力または電流出力の形式でアナログ出力する例である。図13は本実施例に係る監視システムの構成を示すブロック図であり、図1、図8と同一の構成には同一の符号を付してある。監視システムは、電源系統101に接続された電動アクチュエータ100bと、電動アクチュエータ100bから電圧または電流の形式で出力される開度位置信号により電動アクチュエータ100bのリターン動作の結果を監視するホスト装置103bとから構成される。
次に、本発明の第3の実施例について説明する。第1、第2の実施例では、ネットワーク104を介した通信により開度位置信号をホスト装置103に送信していた。これに対して、本実施例は開度位置信号を電圧出力または電流出力の形式でアナログ出力する例である。図13は本実施例に係る監視システムの構成を示すブロック図であり、図1、図8と同一の構成には同一の符号を付してある。監視システムは、電源系統101に接続された電動アクチュエータ100bと、電動アクチュエータ100bから電圧または電流の形式で出力される開度位置信号により電動アクチュエータ100bのリターン動作の結果を監視するホスト装置103bとから構成される。
図14は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、図9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、制御電源部6から制御系電源電圧の供給を受けて動作し、通電時の開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するアナログ出力部16(第1の出力部)と、制御電源部6から制御系電源電圧の供給を受けて動作し、停電時の開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するアナログ出力部17(第2の出力部)とを備えている。アナログ出力部16の信号出力端子とアナログ出力部17の信号出力端子とは別々に設けられる。
図15は制御部8bの構成を示すブロック図であり、図3、図10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80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84b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、動作結果通知部88bとから構成される。本実施例の記憶部84bは、制御部8bの動作のためのプログラムと共に、動作に必要なパラメータとして、第1の実施例で説明した許容時間を予め記憶している。
図16は電源投入時の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。制御部8bは、外部電源(図13の配電盤102)から電源電圧が供給されることにより起動し、後述する動作のためのプログラムを記憶部84bから読み出す初期設定処理を行う(図16ステップS600)。
制御部8bの充電制御部80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と開度制御部81の動作(図16ステップS601〜S608)は、図4のステップS101〜S108で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
制御部8bの動作結果通知部88bは、通電時に位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号をアナログ出力部16を介してホスト装置103bに出力する(図16ステップS609)。このとき、アナログ出力部16は、開度位置信号を4−20mAの電流出力形式で出力してもよいし、1−5Vまたは0−5Vの電圧出力形式で出力してもよい。
次に、制御部8bの充電制御部80は、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(図16ステップS610においてNO)、ステップS603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S603〜S610の処理が繰り返し実行される。
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S603〜S610の処理が繰り返し実行される。
充電制御部80は、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S610においてYES)、充電部3による蓄電部2の充電を停止させる(図16ステップS611)。
以上で、電源投入時の制御部8bの動作が終了し、以降は通常動作に移行する。
以上で、電源投入時の制御部8bの動作が終了し、以降は通常動作に移行する。
図17は通常時の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。制御部8bの開度制御部81の動作(図17ステップS700)は、図4のステップS108で説明した動作と同じであり、動作結果通知部88bの動作(図17ステップS701)は、図16のステップS609で説明した動作と同じである。
また、制御部8bの充電エネルギー演算部86と充電制御部80の動作(図17ステップS702〜S708)は、図6のステップS301〜S307で説明した動作と同じである。以上の図17の処理が電源が遮断されるまで継続される。
次に、停電時の電動アクチュエータ100bの動作を図18を参照して説明する。停電時の停電検出部5と昇圧制御部82と昇圧部4とメイン電源切替部6とリターン制御部83の動作(図18ステップS800〜S805)は、図7のステップS400〜S405で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
制御部8bの動作結果通知部88bは、停電検出部5から停電検出信号が出力された後に、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度が所定の開度(本実施例では全閉)に達したときに(図18ステップS806においてYES)、リターン動作が完了したものと判断する。そして、動作結果通知部88bは、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号をアナログ出力部17を介してホスト装置103bに出力する(図18ステップS807)。
また、動作結果通知部88bは、停電検出信号が出力された時点から一定の許容時間が経過したときに位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度が所定の開度(本実施例では全閉)に達していない場合(図18ステップS808においてYES)、リターン動作にエラーが発生したものと判断し、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号をアナログ出力部17を介してホスト装置103bに出力する(図18ステップS809)。
他の構成は第1の実施例で説明したとおりである。なお、アナログ出力部17は、アナログ出力部16と同様に、開度位置信号を4−20mAの電流出力形式で出力してもよいし、1−5Vまたは0−5Vの電圧出力形式で出力してもよい。ただし、停電時の電動アクチュエータ100bは蓄電部2に蓄積された電力で動作するため、電流の出力値が小さい方が望ましい。したがって、停電時の開度位置信号を電圧出力形式で出力することが望ましい。
図19〜図22を用いて本実施例の信号の出力例を説明する。図19(A)は通電時のアナログ出力部17の信号出力端子の電位を示している。図19(B)は停電時にリターン動作が正常に終了した場合にアナログ出力部17から出力される電圧出力形式の開度位置信号を示している。図19(C)は停電時にエラーが発生した場合にアナログ出力部17から出力される電圧出力形式の開度位置信号を示している。エラーが発生した場合には、アナログ出力部17は、アンダーレンジの出力と、停電時の現在のバルブ200の開度位置を示す電圧の出力とを交互に繰り返す。外部のホスト装置は、アンダーレンジの出力によりエラーが発生したことを認識できる。
図20(A)は通電時にアナログ出力部17の信号出力端子の別の電位の例を示している。図20(B)は停電時にリターン動作が正常に終了した場合にアナログ出力部17から出力される電圧出力形式の開度位置信号の別の例を示している。図20(C)は停電時にエラーが発生した場合にアナログ出力部17から出力される電圧出力形式の開度位置信号を示している。エラーが発生した場合には、アナログ出力部17は、オーバーレンジの出力と、停電時の現在のバルブ200の開度位置を示す電圧の出力とを交互に繰り返す。外部のホスト装置は、オーバーレンジの出力によりエラーが発生したことを認識できる。消費電力のことを考え、図19と図20のアクセス方法を比較すると、図19の方が望ましい。
図21(A)の例は停電時にリターン動作が正常に終了した場合のアナログ出力部16の信号出力端子の電位の例を示し、図21(B)の例は停電時にエラーが発生した場合のアナログ出力部16の信号出力端子の電位の例を示している。上記のとおり、停電時の開度位置信号はアナログ出力部17から出力される。アナログ出力部16は、停電時にリターン動作が正常に終了した場合、アンダーレンジの電圧を出力する(図21(A))。これにより、外部のホスト装置は、リターン動作が正常に終了したことを認識できる。また、アナログ出力部16は、エラーが発生した場合、オーバーレンジの出力とアンダーレンジの出力を交互に繰り返す。これにより、外部のホスト装置は、エラーが発生したことを認識できる。
図22(A)の例は停電時にリターン動作が正常に終了した場合のアナログ出力部16の信号出力端子の別の電位の例を示し、図22(B)の例は停電時にエラーが発生した場合のアナログ出力部16の信号出力端子の別の電位の例を示している。上記のとおり、停電時の開度位置信号はアナログ出力部17から出力される。アナログ出力部16は、停電時にリターン動作が正常に終了した場合、オーバーレンジの電圧を出力する(図22(A))。また、アナログ出力部16は、エラーが発生した場合、オーバーレンジの出力とアンダーレンジの出力を交互に繰り返す。
以上のように、本実施例では、リターン動作の完了時またはエラー発生時に開度位置信号を専用の信号出力端子からホスト装置103bに出力する。ホスト装置103bは、この信号出力端子に出力される信号を監視することで、リターン動作の結果を確認することができる。
[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。本実施例は開度位置信号を電圧出力または電流出力の形式でアナログ出力する別の例である。図23は本実施例に係る監視システムの構成を示すブロック図であり、図1、図8、図13と同一の構成には同一の符号を付してある。監視システムは、電源系統101に接続された電動アクチュエータ100cと、電動アクチュエータ100cからON/OFFの電圧または電流の形式で、デジタル出力またはアナログ出力で出力される停電検出信号と開度位置信号により電動アクチュエータ100cのリターン動作の結果を監視するホスト装置103cとから構成される。
次に、本発明の第4の実施例について説明する。本実施例は開度位置信号を電圧出力または電流出力の形式でアナログ出力する別の例である。図23は本実施例に係る監視システムの構成を示すブロック図であり、図1、図8、図13と同一の構成には同一の符号を付してある。監視システムは、電源系統101に接続された電動アクチュエータ100cと、電動アクチュエータ100cからON/OFFの電圧または電流の形式で、デジタル出力またはアナログ出力で出力される停電検出信号と開度位置信号により電動アクチュエータ100cのリターン動作の結果を監視するホスト装置103cとから構成される。
図24は電動アクチュエータ100cの構成を示すブロック図であり、図2、図9、図14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100c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8c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、制御電源部6から制御系電源電圧の供給を受けて動作し、通電時および停電時の開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するアナログ出力部18(第1の出力部)と、制御電源部6から制御系電源電圧の供給を受けて動作し、停電検出信号をON/OFFの電圧または電流の形式で、デジタル出力またはアナログ出力で出力するデジタル/アナログ出力部19(第2の出力部)とを備えている。
図25は制御部8cの構成を示すブロック図であり、図3、図10、図15と同一の構成には同一の符号を付してある。制御部8cは、充電制御部80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84c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、動作結果通知部88cとから構成される。本実施例の記憶部84cは、制御部8cの動作のためのプログラムと共に、動作に必要なパラメータとして、第1の実施例で説明した許容時間を予め記憶している。
電源投入時の電動アクチュエータ100cの動作は第3の実施例と同様なので、図16のフローチャートを用いて説明する。
制御部8cは、外部電源(図23の配電盤102)から電源電圧が供給されることにより起動し、後述する動作のためのプログラムを記憶部84cから読み出す初期設定処理を行う(図16ステップS600)。
制御部8cは、外部電源(図23の配電盤102)から電源電圧が供給されることにより起動し、後述する動作のためのプログラムを記憶部84cから読み出す初期設定処理を行う(図16ステップS600)。
制御部8cの充電制御部80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と開度制御部81の動作(図16ステップS601〜S608)は、図4のステップS101〜S108で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
制御部8cの動作結果通知部88cは、通電時に位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号をアナログ出力部18を介してホスト装置103cに出力する(図16ステップS609)。図16のステップS610,S611の処理は第3の実施例で説明したとおりである。
通常時の電動アクチュエータ100cの動作は第3の実施例と同様なので、図17のフローチャートを用いて説明する。制御部8cの開度制御部81の動作(図17ステップS700)は、図4のステップS108で説明した動作と同じであり、動作結果通知部88cの動作(図17ステップS701)は、上記で説明した動作と同じである。
また、制御部8cの充電エネルギー演算部86と充電制御部80の動作(図17ステップS702〜S708)は、図6のステップS301〜S307で説明した動作と同じである。以上の図17の処理が電源が遮断されるまで継続される。
なお、本実施例のアナログ出力部18は、通電時だけでなく停電時においても開度位置信号を出力するものなので、停電時の蓄電部2の消耗を抑えるため、開度位置信号を1−5Vまたは0−5Vの電圧出力形式で出力することが望ましい。
次に、停電時の電動アクチュエータ100bの動作を図26を参照して説明する。停電時の停電検出部5と昇圧制御部82と昇圧部4とメイン電源切替部6とリターン制御部83の動作(図26ステップS900〜S905)は、図7のステップS400〜S405で説明した動作と同じなので、説明は省略する。
制御部8cの動作結果通知部88cは、停電検出部5から停電検出信号が出力された後に、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度が所定の開度(本実施例では全閉)に達したときに(図26ステップS906においてYES)、リターン動作が完了したものと判断する。そして、動作結果通知部88cは、停電検出信号をデジタル/アナログ出力部19を介してホスト装置103cに出力すると共に(図26ステップS907)、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号をアナログ出力部18を介してホスト装置103cに出力する(図26ステップS908)。
また、動作結果通知部88cは、停電検出部5から停電検出信号が出力された時点から一定の許容時間が経過したときに位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度が所定の開度(本実施例では全閉)に達していない場合(図26ステップS909においてYES)、リターン動作にエラーが発生したものと判断する。この場合、動作結果通知部88cは、停電検出信号をデジタル/アナログ出力部19を介してホスト装置103cに出力すると共に(図26ステップS910)、位置センサ13によって測定されたバルブ200の開度を示す開度位置信号をアナログ出力部18を介してホスト装置103cに出力する(図26ステップS911)。
デジタル/アナログ出力部19は、停電検出信号をアナログ信号として4−20mAの電流出力形式で出力してもよいし、1−5Vまたは0−5Vの電圧出力形式で出力してもよい。また、ON/OFFの電圧または電流の形式で、デジタル出力で出力してもよい。ただし、停電時の蓄電部2の消耗を抑えるため、停電検出信号を電圧出力形式のデジタル出力で出力することが望ましい。
図27、図28を用いて本実施例の停電検出信号の出力例を説明する。図27(A)は通電時のデジタル/アナログ出力部19の信号出力端子の電位を示している。図27(B)は停電時にリターン動作が正常に終了した場合にデジタル/アナログ出力部19から出力される停電検出信号を示している。図27(C)は停電時にエラーが発生した場合にデジタル/アナログ出力部19から出力される停電検出信号を示している。エラーが発生した場合には、デジタル/アナログ出力部19は、ON(high)の出力とOFF(low)の出力とを交互に繰り返す。これにより、外部のホスト装置は、エラーが発生したことを認識できる。
図28(A)は通電時のデジタル/アナログ出力部19の信号出力端子の別の電位の例を示している。図28(B)は停電時にリターン動作が正常に終了した場合にデジタル/アナログ出力部19から出力される停電検出信号の別の例を示している。図28(C)は停電時にエラーが発生した場合にデジタル/アナログ出力部19から出力される停電検出信号の別の例を示している。エラーが発生した場合には、デジタル/アナログ出力部19は、ON(high)の出力とOFF(low)の出力とを交互に繰り返す。消費電力のことを考え、図27と図28のアクセス方法を比較すると、図27の方が望ましい。
以上のように、本実施例では、リターン動作の完了時またはエラー発生時に開度位置信号と共に停電検出信号をホスト装置103cに出力する。ホスト装置103cは、停電検出信号と共に出力される開度位置信号を監視することで、リターン動作の結果を確認することができる。
[第5の実施例]
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図29は本実施例の電動アクチュエータ100dの構成を示すブロック図であり、図2、図9、図14、図24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100d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8と、制御電源部9d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。
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図29は本実施例の電動アクチュエータ100dの構成を示すブロック図であり、図2、図9、図14、図24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100d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8と、制御電源部9d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。
第1〜第4の実施例の制御電源部9はメイン電源切替部6の出力から制御系電源電圧を生成するが、制御系電源電圧はメイン電源電圧よりも低い電圧なので、メイン電源切替部6の出力を制御電源部9に入力しなくてもよい。
本実施例の制御電源部9dは、蓄電部2の蓄電電圧から制御系電源電圧を生成して制御部8に供給するものである。他の構成は第1の実施例で説明したとおりである。
本実施例の制御電源部9dは、蓄電部2の蓄電電圧から制御系電源電圧を生成して制御部8に供給するものである。他の構成は第1の実施例で説明したとおりである。
なお、本実施例では、制御電源部9dを第1の実施例に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、第2〜第4の実施例において制御電源部9の代わりに制御電源部9dを用いてもよいことは言うまでもない。
[第6の実施例]
次に、本発明の第6の実施例について説明する。図30は本実施例の電動アクチュエータ100eの構成を示すブロック図であり、図2、図9、図14、図24、図29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100eは、メイン電源部1eと、蓄電部2と、充電部3eと、昇圧部4と、停電検出部5e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20と、整流部20によって整流された直流電圧を平滑化する平滑部21とを備えている。
次に、本発明の第6の実施例について説明する。図30は本実施例の電動アクチュエータ100eの構成を示すブロック図であり、図2、図9、図14、図24、図29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100eは、メイン電源部1eと、蓄電部2と、充電部3eと、昇圧部4と、停電検出部5e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20と、整流部20によって整流された直流電圧を平滑化する平滑部21とを備えている。
第1〜第4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20は、外部電源からの交流電源電圧を整流する。平滑部21は、整流部20によって整流された脈流の直流電圧を平滑化する。
整流部20は、外部電源からの交流電源電圧を整流する。平滑部21は、整流部20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1e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21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3e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21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3e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21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5e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21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。
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。
また、本実施例では、メイン電源部1eと充電部3eと停電検出部5eと整流部20と平滑部21とを第1の実施例に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、第2〜第4の実施例においてメイン電源部1と充電部3と停電検出部5の代わりにメイン電源部1eと充電部3eと停電検出部5eとを用い、整流部20と平滑部21とを追加するようにしてもよい。
[第7の実施例]
次に、本発明の第7の実施例について説明する。図31は本実施例の電動アクチュエータ100fの構成を示すブロック図であり、図2、図9、図14、図24、図29、図30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100fは、メイン電源部1eと、蓄電部2と、充電部3eと、昇圧部4と、停電検出部5e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9d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、整流部20と、平滑部21とを備えている。
次に、本発明の第7の実施例について説明する。図31は本実施例の電動アクチュエータ100fの構成を示すブロック図であり、図2、図9、図14、図24、図29、図30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100fは、メイン電源部1eと、蓄電部2と、充電部3eと、昇圧部4と、停電検出部5e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9d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、整流部20と、平滑部21とを備えている。
本実施例は、第6の実施例において制御電源部9の代わりに、第5の実施例で説明した制御電源部9dを用いたものである。他の構成は第6の実施例で説明したとおりである。
なお、本実施例では、メイン電源部1eと充電部3eと停電検出部5eと制御電源部9dと整流部20と平滑部21とを第1の実施例に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、第2〜第4の実施例においてメイン電源部1と充電部3と停電検出部5と制御電源部9の代わりにメイン電源部1eと充電部3eと停電検出部5eと制御電源部9dとを用い、整流部20と平滑部21とを追加するようにしてもよい。
第1〜第7の実施例では、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7の実施例に限るものではない。
また、第1〜第7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7の実施例では、充電部3,3e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、これら以外の充電方法であってもよい。
また、第1〜第7の実施例では、充電部3,3e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、これら以外の充電方法であってもよい。
また、第1〜第7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。
また、第1〜第7の実施例では、停電時にバルブ200を全閉位置までリターン動作させる例について説明しているが、停電時にバルブ200を全開位置あるいは途中開度位置までリターン動作させるようにしてもよい。
また、第1〜第7の実施例では、停電時にバルブ200を全閉位置までリターン動作させる例について説明しているが、停電時にバルブ200を全開位置あるいは途中開度位置までリターン動作させるようにしてもよい。
第1〜第7の実施例のホスト装置103,103b,103cと制御部8,8a〜8c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7の実施例で説明した処理を実行する。
本発明は、バッテリーリターン型の電動アクチュエータに適用することができる。
1,1e…メイン電源部、2…蓄電部、3,3e…充電部、4…昇圧部、5,5e…停電検出部、6…メイン電源切替部、7…開度目標処理部、8,8a〜8c…制御部、9,9d…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、16〜18…アナログ出力部、19…デジタル/アナログ出力部、20…整流部、21…平滑部、80…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、84,84a〜84c…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、88,88a〜88c…動作結果通知部、100,100a〜100f…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、104…ネットワーク。
Claims (7)
- 制御信号に応じてバルブを駆動するように構成された駆動部と、
外部から電源が供給される通電時に開度目標値と前記バルブの開度とが一致するように前記制御信号を出力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電気エネルギーを用いて前記バルブを所定の開度位置までリターン動作させるように構成されたリターン制御部と、
前記蓄電部に蓄積されている電気エネルギーを用いて前記停電時に動作し、前記リターン動作が完了した場合、または停電から一定の許容時間の経過後に前記バルブが前記所定の開度位置に達していないエラーが発生した場合に、前記バルブの開度を示す開度位置信号を外部に出力するように構成された動作結果通知部とを備えることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1記載の電動アクチュエータにおいて、
外部と通信するための通信部をさらに備え、
前記動作結果通知部は、前記開度位置信号を前記通信部を介して外部に送信することを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1記載の電動アクチュエータにおいて、
外部と通信するための通信部と、
送信待機時間を予め記憶する記憶部とをさらに備え、
前記動作結果通知部は、前記リターン動作が完了した場合、または前記エラーが発生した場合に、停電の時点から前記送信待機時間が経過した後に前記開度位置信号を前記通信部を介して外部に送信し、
前記送信待機時間は、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場合に、これらの電動アクチュエータの各々について異なる値になるように予め設定されていることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1記載の電動アクチュエータにおいて、
前記通電時の前記開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するように構成された第1の出力部と、
前記停電時の前記開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するように構成された第2の出力部とをさらに備え、
前記動作結果通知部は、前記通電時に前記開度位置信号を前記第1の出力部を介して外部に出力し、前記停電時に前記リターン動作が完了した場合、または前記エラーが発生した場合に、前記開度位置信号を前記第2の出力部を介して外部に出力することを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1記載の電動アクチュエータにおいて、
前記通電時または前記停電時に前記開度位置信号を電圧または電流の形式で出力するように構成された第1の出力部と、
停電検出信号をON/OFFの電圧または電流の形式で出力するように構成された第2の出力部とをさらに備え、
前記動作結果通知部は、前記通電時に前記開度位置信号を前記第1の出力部を介して外部に出力し、前記停電時に停電検出信号を前記第2の出力部を介して外部に出力すると共に、前記リターン動作が完了した場合、または前記エラーが発生した場合に、前記開度位置信号を前記第1の出力部を介して外部に出力することを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記通電時に外部から電源供給を受けて第1の電源電圧を生成するように構成された第1の電源部と、
前記蓄電部の蓄電電圧を昇圧した第2の電源電圧を生成するように構成された昇圧部と、
前記通電時に前記第1の電源電圧を選択して出力し、前記停電時に前記第2の電源電圧を選択して出力するように構成された電源切替部と、
この電源切替部の出力電圧から、前記開度制御部と前記リターン制御部と前記動作結果通知部とに供給する第3の電源電圧を生成するように構成された第2の電源部とをさらに備えることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記通電時に外部から電源供給を受けて第1の電源電圧を生成するように構成された第1の電源部と、
前記蓄電部の蓄電電圧を昇圧した第2の電源電圧を生成するように構成された昇圧部と、
前記通電時に前記第1の電源電圧を選択して出力し、前記停電時に前記第2の電源電圧を選択して出力するように構成された電源切替部と、
前記蓄電部の蓄電電圧から、前記開度制御部と前記リターン制御部と前記動作結果通知部とに供給する第3の電源電圧を生成するように構成された第2の電源部とをさらに備えることを特徴とする電動アクチュエータ。
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JP2021076530A (ja) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 愛三工業株式会社 | バルブ装置及びバルブ装置を搭載するシステム |
-
2017
- 2017-10-20 JP JP2017203845A patent/JP2019078296A/ja active Pending
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