JP2020153409A - Electric actuator and deterioration index calculation method - Google Patents

Electric actuator and deterioration index calculation method Download PDF

Info

Publication number
JP2020153409A
JP2020153409A JP2019051038A JP2019051038A JP2020153409A JP 2020153409 A JP2020153409 A JP 2020153409A JP 2019051038 A JP2019051038 A JP 2019051038A JP 2019051038 A JP2019051038 A JP 2019051038A JP 2020153409 A JP2020153409 A JP 2020153409A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output shaft
torque
output
deviation
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019051038A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7256041B2 (en
Inventor
浩昭 成田
Hiroaki Narita
浩昭 成田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Azbil Corp filed Critical Azbil Corp
Priority to JP2019051038A priority Critical patent/JP7256041B2/en
Publication of JP2020153409A publication Critical patent/JP2020153409A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7256041B2 publication Critical patent/JP7256041B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

To easily calculate a deterioration index indicating a deterioration state of a return spring of an electric actuator.SOLUTION: An opening control part 19A drives and controls a motor 13 to rotate an output shaft 16. A deterioration index processing part 19B calculates, as a deterioration index of a return spring 15, a spring constant k of the return spring 15 on the basis of an output side opening deviation Δθa indicating an opening deviation of the output shaft 16 between a first and second control openings θ1, θ2, and an output shaft torque deviation ΔToa of an output shaft torque of the output shaft 16 between the first and second control openings θ1, θ2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スプリングリターン形の電動アクチュエータに関し、特に、電動アクチュエータのリターンスプリングに関する劣化状態の判定に用いる劣化指標を計算するための劣化指標計算技術に関する。 The present invention relates to a spring return type electric actuator, and more particularly to a deterioration index calculation technique for calculating a deterioration index used for determining a deterioration state of a return spring of an electric actuator.

バルブやダンパーなどの操作端を電動で開閉制御する電動アクチュエータの1つとして、出力軸に取り付けたリターンスプリングの復帰力で電源供給遮断時に出力軸を所定の回動位置まで戻す、いわゆるスプリングリターン形の電動アクチュエータがある(例えば、特許文献1など参照)。 As one of the electric actuators that electrically controls the opening and closing of operating ends of valves and dampers, the output shaft is returned to a predetermined rotation position when the power supply is cut off by the return force of the return spring attached to the output shaft, so-called spring return type. There is an electric actuator (see, for example, Patent Document 1).

この電動アクチュエータは、通電時、動力伝達部を介してモータで出力軸を回動させて操作端の開度を調整すると同時にリターンスプリングを巻き上げ、モータのディテントトルクで回動位置を保持している。これにより、その後に外部からの電源供給が遮断された場合、モータの電動クラッチへの電源供給が停止されてクラッチ断となって、モータのディテントトルクが非常に小さくなるため、リターンスプリングの復帰力により全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで、出力軸が強制的に戻されることになる。 When energized, this electric actuator rotates the output shaft with a motor via a power transmission unit to adjust the opening of the operation end, and at the same time winds up the return spring and holds the rotation position by the detent torque of the motor. .. As a result, if the power supply from the outside is cut off after that, the power supply to the electric clutch of the motor is stopped and the clutch is disengaged, and the detent torque of the motor becomes very small, so that the return force of the return spring As a result, the output shaft is forcibly returned to a predetermined rotation position such as a fully closed position or a fully open position.

特開平10−164878号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-164878 特開2015−125038号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-12038 特開2015−114188号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-114188

通常、電動アクチュエータで用いられるリターンスプリングは、一般的なコイルバネからなり、長期間にわたり十分な耐久性を持つと考えられる。このため、リターンスプリングの劣化状態を検出する必要性は低く、従来より電動アクチュエータの劣化判定機能として具体化されていない。
一方、電動アクチュエータなどのフィールド機器には保証期間が設定されていて、保証期間の満了に応じて新たなものに交換する必要がある。しかし、実際には保証期間を超えて長期間にわたり使用される場合もある。
Usually, the return spring used in the electric actuator is made of a general coil spring and is considered to have sufficient durability for a long period of time. Therefore, it is less necessary to detect the deterioration state of the return spring, and it has not been embodied as a deterioration determination function of the electric actuator.
On the other hand, field devices such as electric actuators have a warranty period, and it is necessary to replace them with new ones when the warranty period expires. However, in reality, it may be used for a long period of time beyond the warranty period.

このような保証期間を超えて長期にわたり使用した場合、電動アクチュエータのリターンスプリングが劣化して故障や経年変化などにより設計当初のスプリングトルクが得られない場合も考えられる。このような場合、電源供給遮断時、リターンスプリングの復帰力により、出力軸を全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで確実に戻せなくなる可能性がある。このため、リターンスプリングの劣化状態を把握しておくことが重要となる。 If the electric actuator is used for a long period of time beyond the warranty period, the return spring of the electric actuator may deteriorate and the spring torque at the initial design may not be obtained due to a failure or aging. In such a case, when the power supply is cut off, the return force of the return spring may make it impossible to reliably return the output shaft to a predetermined rotation position such as a fully closed position or a fully open position. Therefore, it is important to know the deterioration state of the return spring.

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、電動アクチュエータのリターンスプリングの劣化状態を示す劣化指標を容易に計算できる劣化指標計算技術を提供することを目的としている。 The present invention is for solving such a problem, and an object of the present invention is to provide a deterioration index calculation technique capable of easily calculating a deterioration index indicating a deterioration state of a return spring of an electric actuator.

このような目的を達成するために、本発明にかかる電動アクチュエータは、弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、前記制御回路は、前記モータを駆動制御して、互いに異なる第1および第2の制御開度へ向けて前記出力軸を回動する開度制御部と、前記第1および第2の制御開度の間における前記出力軸の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記第1および第2の制御開度の間で前記出力軸の出力軸トルクの出力軸トルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングの劣化指標として、前記リターンスプリングのばね定数を計算する劣化指標処理部とを有している。 In order to achieve such an object, the electric actuator according to the present invention drives an output shaft for rotating a valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission unit, and the motor. It is provided with a control circuit that controls the opening degree of the valve body by control, and a return spring that is attached to the output shaft and returns the output shaft to a predetermined opening position by its own return force when the power is cut off. The control circuit includes an opening degree control unit that drives and controls the motor to rotate the output shaft toward different first and second control opening degrees, and the first and second control opening degrees. Based on the output side opening deviation indicating the opening deviation of the output shaft between, and the output shaft torque deviation of the output shaft torque of the output shaft between the first and second control openings. As a deterioration index of the return spring, it has a deterioration index processing unit for calculating the spring constant of the return spring.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力軸のうち、前記動力伝達部と前記リターンスプリングとの間の前記出力軸の出力軸トルクを検出するトルクセンサをさらに備え、前記劣化指標処理部は、前記出力側開度偏差と、前記第1および第2の制御開度で前記トルクセンサにより検出された前記出力軸トルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングのばね定数を計算するようにしたものである。 Further, one configuration example of the electric actuator according to the present invention further includes a torque sensor for detecting the output shaft torque of the output shaft between the power transmission unit and the return spring among the output shafts. The deterioration index processing unit calculates the spring constant of the return spring based on the output side opening deviation and the output shaft torque deviation detected by the torque sensor at the first and second control openings. It is something that I tried to do.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力側開度偏差をΔθaとし、前記出力軸トルク偏差をΔToaとした場合、前記ばね定数kを後述の式で計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, when the deterioration index processing unit sets the output side opening deviation to Δθa and the output shaft torque deviation to ΔToa, the spring constant k will be described later. It is calculated by an equation.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力軸のうち、前記リターンスプリングと前記弁体との間の前記出力軸の出力軸トルクを検出するトルクセンサをさらに備え、前記劣化指標処理部は、前記出力側開度偏差と、前記第1および第2の制御開度で前記トルクセンサにより検出された前記出力軸トルク偏差と、前記第1および第2の制御開度で前記モータに生じたモータトルクのモータトルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングのばね定数を計算するようにしたものである。 Further, one configuration example of the electric actuator according to the present invention further includes a torque sensor for detecting the output shaft torque of the output shaft between the return spring and the valve body among the output shafts, and the deterioration The index processing unit has the output side opening deviation, the output shaft torque deviation detected by the torque sensor at the first and second control openings, and the first and second control openings. The spring constant of the return spring is calculated based on the motor torque deviation of the motor torque generated in the motor.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記第1および第2の制御開度で前記モータに流れたモータ電流から計算されたモータトルクの差分に基づいて前記モータトルク偏差を計算するようにしたものである。 Further, one configuration example of the electric actuator according to the present invention is based on the difference in motor torque calculated by the deterioration index processing unit from the motor current flowing through the motor at the first and second control openings. The motor torque deviation is calculated.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力側開度偏差をΔθaとし、前記出力軸トルク偏差をΔTobとし、前記モータトルク偏差をΔTmとした場合、前記ばね定数kを後述の式で計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, when the deterioration index processing unit sets the output side opening deviation to Δθa, the output shaft torque deviation to ΔTob, and the motor torque deviation to ΔTm. , The spring constant k is calculated by the formula described later.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサをさらに備え、前記劣化指標処理部は、前記第1および第2の制御開度で前記出力側角度センサにより検出された出力側開度の差分に基づいて、前記出力側開度偏差を計算するようにしたものである。 Further, one configuration example of the electric actuator according to the present invention further includes an output side angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft as the output side opening degree, and the deterioration index processing unit is the first and first. The output side opening deviation is calculated based on the difference in the output side opening detected by the output side angle sensor at the control opening of 2.

また、本発明にかかる劣化指標計算方法は、弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して、互いに異なる第1および第2の制御開度へ向けて前記出力軸を回動する開度制御ステップと、前記制御回路の劣化指標処理部が、前記第1および第2の制御開度の間における前記出力軸の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記第1および第2の制御開度の間で前記出力軸の出力軸トルクの出力軸トルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングの劣化指標として、前記リターンスプリングのばね定数を計算する劣化指標処理ステップとを備えている。 Further, the deterioration index calculation method according to the present invention includes an output shaft for rotating the valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission unit, and the valve by driving and controlling the motor. Deterioration index used in an electric actuator equipped with a control circuit for controlling the opening degree of the body and a return spring attached to the output shaft and returning the output shaft to a predetermined opening position by its own return force when the power is cut off. In the calculation method, the opening control unit of the control circuit drives and controls the motor to rotate the output shaft toward the first and second control openings different from each other. The deterioration index processing unit of the control circuit determines the output side opening deviation indicating the opening deviation of the output shaft between the first and second control openings, and the first and second control openings. A deterioration index processing step for calculating the spring constant of the return spring is provided as a deterioration index of the return spring based on the output shaft torque deviation of the output shaft torque of the output shaft.

本発明によれば、リターンスプリングの劣化指標として、リターンスプリングのばね定数を容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、リターンスプリングの劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、ばね定数の経時変化を、劣化指標処理部や上位装置でモニタすることにより、リターンスプリングの劣化時期すなわち交換時期を予測でき、電動アクチュエータの予知保全に極めて有用である。 According to the present invention, since the spring constant of the return spring can be easily grasped as a deterioration index of the return spring, the deterioration state of the return spring can be easily grasped according to the deviation width from the initial design value. .. Therefore, when the deviation width becomes large and the deterioration progresses, it is possible to take appropriate measures before the failure occurs, and it is possible to realize extremely effective predictive maintenance. This makes it possible to provide a certain level of reliability even when long-term use exceeding the warranty period is assumed. Further, by monitoring the change with time of the spring constant with the deterioration index processing unit or the host device, the deterioration time of the return spring, that is, the replacement time can be predicted, which is extremely useful for predictive maintenance of the electric actuator.

図1は、第1の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric actuator according to the first embodiment. 図2は、トルクセンサ(歪みゲージ)を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a torque sensor (strain gauge). 図3は、流量制御処理を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the flow rate control process. 図4は、弁側センサ出力値と弁側開度との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the valve side sensor output value and the valve side opening degree. 図5は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing the deterioration index processing according to the first embodiment. 図6は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a deterioration index processing operation according to the first embodiment. 図7は、第2の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the electric actuator according to the second embodiment. 図8は、第2の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the deterioration index processing according to the second embodiment. 図9は、第2の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a deterioration index processing operation according to the second embodiment.

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる電動アクチュエータ10について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the electric actuator 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric actuator according to the first embodiment.

この電動アクチュエータ10は、例えば、空調システム等の設備において、配管を流れる冷温水の流量を制御する流量制御バルブや、空気の風量を調整する風量調整ダンパーなどの弁体を電動制御する装置である。以下では、図1に示すように、流量制御バルブの弁本体20に電動アクチュエータ10を取り付けた場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、風量調整ダンパーなど、電動制御可能な弁体を有する他の機器に取り付けた場合にも、同様にして適用可能である。 The electric actuator 10 is a device for electrically controlling a valve body such as a flow rate control valve for controlling the flow rate of cold / hot water flowing through a pipe and an air volume adjusting damper for adjusting the air volume in equipment such as an air conditioning system. .. In the following, as shown in FIG. 1, a case where the electric actuator 10 is attached to the valve body 20 of the flow rate control valve will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and electric control such as an air volume adjusting damper is possible. It can be applied in the same manner when attached to another device having a valve body.

[弁本体]
弁本体20は、流体が流れる流路21が内部に形成された金属管からなり、流路21の途中には流体の流量を制御するための弁体22が回動自在に取り付けられている。弁体22には、弁本体20の外部へ一端が導出された弁軸26が結合されており、この弁軸26の回動操作により弁体22が回動し、流路21の断面積、すなわち弁開度が変化して、流体の流量が制御される。
[Valve body]
The valve body 20 is made of a metal pipe in which a flow path 21 through which a fluid flows is formed, and a valve body 22 for controlling the flow rate of the fluid is rotatably attached in the middle of the flow path 21. A valve shaft 26 whose one end is led out to the outside of the valve body 20 is coupled to the valve body 22, and the valve body 22 is rotated by the rotation operation of the valve shaft 26, and the cross-sectional area of the flow path 21 is increased. That is, the valve opening changes and the flow rate of the fluid is controlled.

流路21の内壁23のうち、弁体22の一次側(流体上流側)には圧力センサS1が配置されており、弁体22の二次側(流体下流側)には圧力センサS2が配置されている。これら圧力センサS1,S2は、それぞれ流路21の一次側圧力P1および二次側圧力P2を検出し、得られた検出結果を示す圧力検出信号を電動アクチュエータ10へ出力する。これら一次側圧力P1および二次側圧力P2と、弁開度に相当する出力側開度θaからなる開度現在値θとに基づいて流路21を流れる流体の流量が計測される。 Of the inner wall 23 of the flow path 21, the pressure sensor S1 is arranged on the primary side (fluid upstream side) of the valve body 22, and the pressure sensor S2 is arranged on the secondary side (fluid downstream side) of the valve body 22. Has been done. These pressure sensors S1 and S2 detect the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 of the flow path 21, respectively, and output a pressure detection signal indicating the obtained detection result to the electric actuator 10. The flow rate of the fluid flowing through the flow path 21 is measured based on the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 and the current opening value θ composed of the output side opening degree θa corresponding to the valve opening degree.

[電動アクチュエータ]
電動アクチュエータ10は、ヨーク31を介して弁本体20の本体上面24に取り付けられており、継手30を介して弁軸26と接続されている出力軸16を回動制御することにより、弁体22の弁開度を制御して、流体の流量制御を行う機能を有している。
電動アクチュエータ10には、主な構成として、設定回路11、モータ駆動回路12、モータ13、動力伝達部14、リターンスプリング15、出力軸16、出力側角度センサ17A、弁側角度センサ17V、トルクセンサ17T、記憶回路18、および制御回路19が設けられている。
[Electric actuator]
The electric actuator 10 is attached to the upper surface 24 of the valve body 20 via the yoke 31, and the valve body 22 is rotated and controlled by rotating the output shaft 16 connected to the valve shaft 26 via the joint 30. It has a function of controlling the flow rate of the fluid by controlling the valve opening of the valve.
The main configuration of the electric actuator 10 is a setting circuit 11, a motor drive circuit 12, a motor 13, a power transmission unit 14, a return spring 15, an output shaft 16, an output side angle sensor 17A, a valve side angle sensor 17V, and a torque sensor. A 17T, a storage circuit 18, and a control circuit 19 are provided.

設定回路11は、上位装置(図示せず)から受信した流量目標信号などの設定信号に含まれる、流量目標値Qrefなどの設定値を取得し、制御回路19へ出力する機能を有している。
モータ駆動回路12は、制御回路19から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ13を駆動する機能を有している。
The setting circuit 11 has a function of acquiring a set value such as a flow rate target value Quref included in a setting signal such as a flow rate target signal received from a host device (not shown) and outputting it to the control circuit 19. ..
The motor drive circuit 12 has a function of driving the motor 13 based on the motor control signal output from the control circuit 19.

モータ13は、DCモータ、ACモータ、ステッピングモータなどの制御用モータからなり、モータ駆動回路12からの駆動信号により、指定された方向へ指定された角度分だけシャフト13Aを回転させる機能と、外部からの電動アクチュエータ10に対する電源供給の有無に応じてディテントトルクの発生有無を切り替えるためのクラッチ機能とを有している。
動力伝達部14は、歯数の異なる複数の歯車が噛合されたギヤボックスなどの動力伝達機構からなり、モータ13のシャフト13Aの回転速度を減速して出力軸16を回動させる機能を有している。
The motor 13 is composed of a control motor such as a DC motor, an AC motor, and a stepping motor, and has a function of rotating the shaft 13A in a designated direction by a designated angle by a drive signal from the motor drive circuit 12, and an external function. It has a clutch function for switching whether or not detent torque is generated depending on whether or not power is supplied to the electric motor 10 from.
The power transmission unit 14 includes a power transmission mechanism such as a gear box in which a plurality of gears having different numbers of teeth are meshed with each other, and has a function of reducing the rotation speed of the shaft 13A of the motor 13 to rotate the output shaft 16. ing.

これにより、制御回路19から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ駆動回路12から駆動信号がモータ13に出力される。また、この駆動信号に応じてモータ13のシャフト13Aが回転し、その回転出力が動力伝達部14で減速されて出力軸16を回動させ、継手30および弁軸26を介して弁体22が所定の回動角度すなわち弁開度まで回動することになる。 As a result, the drive signal is output from the motor drive circuit 12 to the motor 13 based on the motor control signal output from the control circuit 19. Further, the shaft 13A of the motor 13 rotates in response to this drive signal, the rotational output thereof is decelerated by the power transmission unit 14 to rotate the output shaft 16, and the valve body 22 passes through the joint 30 and the valve shaft 26. It will rotate to a predetermined rotation angle, that is, the valve opening degree.

リターンスプリング15は、一般的なコイルバネからなり、出力軸16に取り付けられて、電源遮断時に動力伝達部14でモータ13のシャフト13Aから解放された出力軸16を、自己の復帰力で所定の開度位置まで戻すスプリングである。
出力軸16は、電動アクチュエータ10から弁本体20の弁体22を回動するための軸であり、一端が動力伝達部14に連結され、他端がリターンスプリング15、継手30および弁軸26を介して弁体22と連結されている。
The return spring 15 is composed of a general coil spring, and is attached to the output shaft 16 to open the output shaft 16 released from the shaft 13A of the motor 13 by the power transmission unit 14 when the power is cut off by a predetermined return force. It is a spring that returns to the degree position.
The output shaft 16 is a shaft for rotating the valve body 22 of the valve body 20 from the electric actuator 10, one end is connected to the power transmission unit 14, and the other end is a return spring 15, a joint 30, and a valve shaft 26. It is connected to the valve body 22 via the valve body 22.

出力側角度センサ17Aは、動力伝達部14または出力軸16に取り付けられて、出力軸16の回動角度を検出し、回動角度に応じた出力側センサ出力値Saを制御回路19へ出力する角度センサである。
以下では、出力側角度センサ17Aとして、例えば円形差動トランス型角度センサ(特許文献2)や磁気抵抗型角度センサ(特許文献3)を用いた場合を例として説明する。本発明は、これら特許文献2および特許文献3に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、出力側角度センサ17Aは、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを出力側角度センサ17Aとして用いてもよい。
The output side angle sensor 17A is attached to the power transmission unit 14 or the output shaft 16 to detect the rotation angle of the output shaft 16 and output the output side sensor output value Sa according to the rotation angle to the control circuit 19. It is an angle sensor.
Hereinafter, a case where, for example, a circular differential transformer type angle sensor (Patent Document 2) or a magnetic resistance type angle sensor (Patent Document 3) is used as the output side angle sensor 17A will be described as an example. The present invention shall include all the contents described in Patent Document 2 and Patent Document 3. The output-side angle sensor 17A is not limited to this, and a sensor capable of measuring the rotation angle, such as a potentiometer, an incremental encoder, or an absolute encoder, may be used as the output-side angle sensor 17A.

弁側角度センサ17Vは、弁本体20の外側である本体上面24に取り付けられて、弁体22付近の弁軸26の回動角度を検出し、回動角度に応じた弁側センサ出力値Svを電動アクチュエータ10へ出力する角度センサである。弁側角度センサ17Vは、断熱材を介して弁本体20に取り付けられており、流体温度の影響が抑制されている。
また、弁側角度センサ17Vには温度センサS3が取り付けられており、温度センサS3で検出された検出温度Txに基づいて、弁側角度センサ17Vの弁側開度θvが開度現在値θに温度補正される。なお、弁側開度θvの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ17Vのセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。
The valve side angle sensor 17V is attached to the upper surface 24 of the main body, which is the outside of the valve body 20, detects the rotation angle of the valve shaft 26 near the valve body 22, and the valve side sensor output value Sv according to the rotation angle. Is an angle sensor that outputs to the electric actuator 10. The valve side angle sensor 17V is attached to the valve body 20 via a heat insulating material, and the influence of the fluid temperature is suppressed.
Further, a temperature sensor S3 is attached to the valve side angle sensor 17V, and the valve side opening θv of the valve side angle sensor 17V becomes the current opening value θ based on the detected temperature Tx detected by the temperature sensor S3. The temperature is corrected. Note that the temperature correction of the valve side opening θv is not essential in this embodiment, and the temperature correction can be omitted when the sensor output of the valve side angle sensor 17V is not affected by the ambient temperature.

以下では、弁側角度センサ17Vとして、例えば円形差動トランス型角度センサ(特許文献2)や磁気抵抗型角度センサ(特許文献3)を用いた場合を例として説明する。本発明は、これら特許文献2および特許文献3に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、弁側角度センサ17Vは、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを弁側角度センサ17Vとして用いてもよい。 Hereinafter, a case where, for example, a circular differential transformer type angle sensor (Patent Document 2) or a magnetoresistive type angle sensor (Patent Document 3) is used as the valve side angle sensor 17V will be described as an example. The present invention shall include all the contents described in Patent Document 2 and Patent Document 3. The valve side angle sensor 17V is not limited to this, and a sensor capable of measuring the rotation angle such as a potentiometer, an incremental encoder, and an absolute encoder may be used as the valve side angle sensor 17V.

また、図1において破線で示すように、弁側角度センサ17Vの取付位置は、本体上面24に代えて弁本体20の本体底面25であってもよい。
弁体22を弁本体20内の流路21に回動自在に取り付ける際、内壁23の上側部と下側部とで弁軸26を係止している。このため、弁軸26の下端を本体底面25から弁本体20の外部へ導出することが可能であり、弁本体20の外側へ導出した弁軸26の下端の回動角度を弁側角度センサ17Vで検出すればよい。
Further, as shown by the broken line in FIG. 1, the mounting position of the valve side angle sensor 17V may be the main body bottom surface 25 of the valve body 20 instead of the main body top surface 24.
When the valve body 22 is rotatably attached to the flow path 21 in the valve body 20, the valve shaft 26 is locked between the upper portion and the lower portion of the inner wall 23. Therefore, the lower end of the valve shaft 26 can be led out from the bottom surface 25 of the main body to the outside of the valve main body 20, and the rotation angle of the lower end of the valve shaft 26 led out to the outside of the valve main body 20 is measured by the valve side angle sensor 17V. It can be detected with.

トルクセンサ17Tは、出力軸16に取り付けられて、出力軸16の出力軸トルクを検出し、その出力軸トルクに応じたトルクセンサ出力値Voを電動アクチュエータ10へ出力するセンサである。本実施の形態では、トルクセンサ17Tが、出力軸16のうち、動力伝達部14とリターンスプリング15との間の出力軸16に取り付けられており、動力伝達部14とリターンスプリング15との間の出力軸16の出力軸トルクToを検出する場合を例として説明する。 The torque sensor 17T is a sensor attached to the output shaft 16 that detects the output shaft torque of the output shaft 16 and outputs the torque sensor output value Vo corresponding to the output shaft torque to the electric actuator 10. In the present embodiment, the torque sensor 17T is attached to the output shaft 16 between the power transmission unit 14 and the return spring 15 in the output shaft 16, and is between the power transmission unit 14 and the return spring 15. A case where the output shaft torque To of the output shaft 16 is detected will be described as an example.

トルクセンサ17Tの具体例の1つとして歪みゲージがある。図2は、トルクセンサ(歪みゲージ)を示す説明図である。図2に示すように、歪みゲージ40は、樹脂などの薄い電気絶縁物からなるベース41に、折り返してパターン形成された金属箔などの抵抗体Rからなるゲージ42と、抵抗体Rの端部に電気的に接続された2本のリード43とからなる。
歪みゲージ40からなるトルクセンサ17Tは、出力軸16の表面に接着剤で接着され、出力軸16の出力軸トルクToに応じて出力軸16が歪んでベース41も伸縮し、結果としてゲージ42の抵抗体Rの抵抗値が変化する。
A strain gauge is one of the specific examples of the torque sensor 17T. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a torque sensor (strain gauge). As shown in FIG. 2, the strain gauge 40 includes a gauge 42 made of a resistor R such as a metal foil folded back and patterned on a base 41 made of a thin electric insulator such as resin, and an end portion of the resistor R. It consists of two leads 43 electrically connected to the.
The torque sensor 17T composed of the strain gauge 40 is adhered to the surface of the output shaft 16 with an adhesive, the output shaft 16 is distorted according to the output shaft torque To of the output shaft 16, and the base 41 also expands and contracts. As a result, the gauge 42 The resistance value of the resistor R changes.

抵抗値の変化率と歪み量は比例関係にあるため、抵抗体Rの抵抗値を検出すれば歪み量を計算でき、これにより出力軸トルクToを検出できる。抵抗体Rの抵抗値は、一般的なホイートストーンブリッジ回路45を用いて電圧に変換でき、これを制御回路19で検出すればよい。ホイートストーンブリッジ回路45は、制御回路19内に設けてもよく、制御回路19とトルクセンサ17Tとの間に設けてもよい。一定の入力電圧Vinをホイートストーンブリッジ回路45に入力しておけば、抵抗体Rの抵抗値の変化に応じて出力電圧すなわちトルクセンサ出力値Voが変化する。
なお、トルクセンサ17Tについては、歪みゲージ40を用いた方式に限定されるものではない。例えば、トルク検出部位の両側に設けた歯車やシリンダーの位相差(ねじれ)の大きさに基づいてトルクを検出する方式など、他の方式に基づく公知のトルクセンサを用いてもよい。
Since the rate of change of the resistance value and the amount of strain are in a proportional relationship, the amount of strain can be calculated by detecting the resistance value of the resistor R, and thus the output shaft torque To can be detected. The resistance value of the resistor R can be converted into a voltage by using a general Wheatstone bridge circuit 45, and this may be detected by the control circuit 19. The Wheatstone bridge circuit 45 may be provided in the control circuit 19 or may be provided between the control circuit 19 and the torque sensor 17T. If a constant input voltage Vin is input to the Wheatstone bridge circuit 45, the output voltage, that is, the torque sensor output value Vo changes according to the change in the resistance value of the resistor R.
The torque sensor 17T is not limited to the method using the strain gauge 40. For example, a known torque sensor based on another method such as a method of detecting torque based on the magnitude of the phase difference (twist) of gears and cylinders provided on both sides of the torque detection portion may be used.

記憶回路18は、不揮発性の半導体メモリからなり、流量現在値Qの計算に用いる弁体22に固有の流量係数Cvを特定するための特性テーブルなど、流量制御や劣化指標計算に用いる各種の処理データを記憶する機能を有している。この特性テーブルには、流路21の一次側圧力P1および二次側圧力P2の差圧ΔP=P1−P2と弁体22の開度現在値θとの組み合わせごとに、弁体22に固有の流量係数Cvが予め登録されている。これら特性テーブルの各データは、形状や材質などの弁体22の特徴に基づいて別途計算されたものである。 The storage circuit 18 is composed of a non-volatile semiconductor memory, and various processes used for flow rate control and deterioration index calculation such as a characteristic table for specifying a flow rate coefficient Cv peculiar to the valve body 22 used for calculating the current flow rate Q. It has a function to store data. In this characteristic table, each combination of the differential pressure ΔP = P1-P2 of the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 of the flow path 21 and the current opening value θ of the valve body 22 is unique to the valve body 22. The flow coefficient Cv is registered in advance. Each data in these characteristic tables is separately calculated based on the characteristics of the valve body 22 such as shape and material.

制御回路19は、CPUとその周辺回路を有し、CPUとプログラムとを協働させることにより、流量制御や劣化指標計算のため処理を実行する各種の処理部を実現する機能を有している。
制御回路19は、主な処理部として、開度制御部19Aと劣化指標処理部19Bとを備えている。
The control circuit 19 has a CPU and its peripheral circuits, and has a function of realizing various processing units that execute processing for flow rate control and deterioration index calculation by coordinating the CPU and a program. ..
The control circuit 19 includes an opening degree control unit 19A and a deterioration index processing unit 19B as main processing units.

開度制御部19Aは、圧力センサS1,S2から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力P1および二次側圧力P2と開度現在値θとに基づいて、流路21を流れる流体の流量現在値Qを計算する機能と、この流量現在値Qと流量目標値Qrefとの流量偏差ΔQに基づいて、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力してモータ13を駆動制御することにより、弁体22の弁開度を調整して流量現在値Qを制御する機能と、劣化指標計算時、任意の制御開度から異なる任意の制御開度へ向けて、出力軸16を回動する機能とを有している。 The opening degree control unit 19A is a flow rate of the fluid flowing through the flow path 21 based on the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 and the opening degree current value θ indicated by the pressure detection signals output from the pressure sensors S1 and S2. By outputting a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 and driving and controlling the motor 13 based on the function of calculating the current value Q and the flow rate deviation ΔQ between the current flow rate Q and the flow rate target value Qref. , The function of adjusting the valve opening degree of the valve body 22 to control the current flow rate value Q, and when calculating the deterioration index, the output shaft 16 is rotated from an arbitrary control opening degree to a different arbitrary control opening degree. It has a function.

以下では、劣化指標計算時に出力軸16の回動を開始し、その後、互いに異なる計測タイミングt1,t2の到来時点に検出した、それぞれの出力側開度θa1,θa2に基づいて、リターンスプリング15のばね定数kを計算する場合を例として説明する。なお、計測タイミングt1,t2における第1および第2の制御開度がθ1,θ2であり、その時の出力側開度がθa1,θa2であるものとする。 In the following, the return spring 15 of the return spring 15 starts to rotate when the deterioration index is calculated, and then based on the respective output side openings θa1 and θa2 detected at the arrival points of the measurement timings t1 and t2 which are different from each other. The case of calculating the spring constant k will be described as an example. It is assumed that the first and second control openings at the measurement timings t1 and t2 are θ1 and θ2, and the output side openings at that time are θa1 and θa2.

計測タイミングt1,t2については、出力軸16を所定の開度まで回動した時点や、回動開始から所定の時間だけ経過した時点など、任意のタイミングを用いればよく、制御開度θ1,θ2や出力側開度θa1,θa2を、特定の値とする必要はない。また、計測タイミングt1,t2における出力軸16は、回動中であってもよく、回動を一時停止して保持されている状態であってもよい。 As the measurement timings t1 and t2, any timing may be used, such as when the output shaft 16 is rotated to a predetermined opening or when a predetermined time has elapsed from the start of rotation, and the control opening θ1 and θ2 may be used. And the output side openings θa1 and θa2 need not be set to specific values. Further, the output shaft 16 at the measurement timings t1 and t2 may be in a rotating state, or may be in a state in which the rotation is temporarily stopped and held.

劣化指標処理部19Bは、第1および第2の制御開度θ1,θ2の間における出力軸16の開度偏差を示す出力側開度偏差Δθaと、第1および第2の制御開度θ1,θ2の間で出力軸16の出力軸トルクToaの出力軸トルク偏差ΔToaとに基づいて、リターンスプリング15の劣化指標として、リターンスプリング15のばね定数kを計算する機能と、得られたばね定数kと予め設定されている正常範囲Eとに基づいて、リターンスプリング15の劣化状態を判定する機能とを有している。 The deterioration index processing unit 19B has an output side opening deviation Δθa indicating an opening deviation of the output shaft 16 between the first and second control opening θ1 and θ2, and the first and second control opening θ1 and θ1. A function to calculate the spring constant k of the return spring 15 as a deterioration index of the return spring 15 based on the output shaft torque deviation ΔToa of the output shaft torque Toa of the output shaft 16 between θ2, and the obtained spring constant k. It has a function of determining a deteriorated state of the return spring 15 based on a preset normal range E.

具体的には、劣化指標処理部19Bは、出力側開度偏差Δθaと、第1および第2の制御開度θ1,θ2でトルクセンサ17Tにより検出された、動力伝達部14とリターンスプリング15との間の出力軸16の第1および第2の出力軸トルクToa1,Toa2の差分からなる出力軸トルク偏差ΔToaとに基づいて、リターンスプリング15のばね定数kを計算する機能を有している。
より具体的には、劣化指標処理部19Bは、第1および第2の制御開度θ1,θ2における第1および第2の出力軸トルクをToa1,Toa2とし、出力側開度偏差をΔθaとした場合、ばね定数kを後述の式(4)で計算する機能とを備えている。
Specifically, the deterioration index processing unit 19B includes the output side opening deviation Δθa, the power transmission unit 14 and the return spring 15 detected by the torque sensors 17T at the first and second control openings θ1 and θ2. It has a function of calculating the spring constant k of the return spring 15 based on the output shaft torque deviation ΔToa including the difference between the first and second output shaft torques Toa1 and Toa2 of the output shaft 16 between the two.
More specifically, the deterioration index processing unit 19B sets the first and second output shaft torques of the first and second control openings θ1 and θ2 to Toa1 and Toa2, and sets the output side opening deviation to Δθa. In this case, it has a function of calculating the spring constant k by the equation (4) described later.

本発明において、制御開度は、開度制御部19Aが開度制御に用いる目標値であり、出力側開度は、出力側角度センサ17Aで検出された出力軸16の回動角度を示す検出値であるものとする。なお、開度は全閉状態と全開状態との間を百分率で表した値であり、回動角度は開度を角度で表した値であるが、両者は一意に対応するものであり、本発明において、制御開度、出力側開度、あるいは弁側開度を、単に回動角度という場合もある。 In the present invention, the control opening degree is a target value used by the opening degree control unit 19A for opening degree control, and the output side opening degree is a detection indicating the rotation angle of the output shaft 16 detected by the output side angle sensor 17A. It shall be a value. The opening degree is a value expressed as a percentage between the fully closed state and the fully opened state, and the rotation angle is a value expressing the opening degree as an angle, but both are uniquely corresponding to each other. In the present invention, the control opening degree, the output side opening degree, or the valve side opening degree may be simply referred to as a rotation angle.

[流量制御動作]
次に、図3を参照して、弁側角度センサ17Vで検出した弁側開度θvを用いた、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ10の流量制御動作について説明する。図3は、流量制御処理を示すフローチャートである。
制御回路19は、流路21を流れる流体の流量を制御する場合、図3の流量制御処理を実行する。
[Flow control operation]
Next, with reference to FIG. 3, the flow rate control operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described using the valve side opening degree θv detected by the valve side angle sensor 17V. FIG. 3 is a flowchart showing the flow rate control process.
When the control circuit 19 controls the flow rate of the fluid flowing through the flow path 21, the control circuit 19 executes the flow rate control process of FIG.

図3の流量制御処理の開始時において、設定回路11には、予め流量目標値Qrefが設定されているものとする。また、記憶回路18には、弁体22に関する特性テーブルが予め登録されているものとする。
また、制御回路19内の記憶部(図示せず)には、弁側角度センサ17Vの弁側センサ出力値Svと弁体22の弁開度との対応関係の基準となる弁側出力基準値Ssが予め設定されているものとする。
At the start of the flow rate control process of FIG. 3, it is assumed that the flow rate target value Qref is set in advance in the setting circuit 11. Further, it is assumed that the characteristic table relating to the valve body 22 is registered in advance in the storage circuit 18.
Further, in the storage unit (not shown) in the control circuit 19, the valve side output reference value which is a reference of the correspondence between the valve side sensor output value Sv of the valve side angle sensor 17V and the valve opening degree of the valve body 22. It is assumed that Ss is set in advance.

図4は、弁側センサ出力値と弁側開度との関係を示すグラフである。弁側角度センサ17Vとして用いられる、円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサは、弁軸26の中間位置角度すなわち50%開度を中心として、全閉方向および全開方向に対称となる弁側センサ出力値Svを出力する構造を有している。したがって、図4に示すように、弁側センサ出力値Svと弁側開度θvとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、50%開度を示す電圧値=0vを中心として、等しい電圧幅Ssだけ離れた電圧値−Ss,Ssとなる。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the valve side sensor output value and the valve side opening degree. The circular differential transformer type angle sensor and the magnetic resistance type angle sensor used as the valve side angle sensor 17V are symmetrical in the fully closed direction and the fully open direction with the intermediate position angle of the valve shaft 26, that is, the 50% opening as the center. It has a structure that outputs the valve side sensor output value Sv. Therefore, as shown in FIG. 4, the relationship between the valve side sensor output value Sv and the valve side opening degree θv is linearly proportional, and the voltage value indicating fully closed and fully open is the voltage value = 0v indicating 50% opening degree. The voltage values −Ss, Ss are separated by the same voltage width Ss from the center.

まず、開度制御部19Aは、弁側角度センサ17Vから弁側センサ出力値Svを取得し(ステップS100)、予め設定されている弁側出力基準値Ssに基づいて、Svから開度現在値θ(弁側開度θv)=50×(1+Sv/Ss)[%]を計算する(ステップS101)。 First, the opening degree control unit 19A acquires the valve side sensor output value Sv from the valve side angle sensor 17V (step S100), and based on the preset valve side output reference value Ss, the opening degree current value from Sv. θ (valve side opening degree θv) = 50 × (1 + Sv / Ss) [%] is calculated (step S101).

この際、弁側角度センサ17Vに取り付けられた温度センサS3で検出された検出温度Txに基づいて、弁側角度センサ17Vの開度現在値θ(弁側開度θv)が温度補正される。なお、開度現在値θの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ17Vのセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。 At this time, the current opening value θ (valve side opening θv) of the valve side angle sensor 17V is temperature-corrected based on the detected temperature Tx detected by the temperature sensor S3 attached to the valve side angle sensor 17V. The temperature correction of the current opening value θ is not essential in the present embodiment, and the temperature correction can be omitted when the sensor output of the valve side angle sensor 17V is not affected by the ambient temperature.

次に、開度制御部19Aは、圧力センサS1,S2から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力P1および二次側圧力P2を取得し(ステップS102)、これらP1,P2の差圧ΔP=P1−P2を計算する(ステップS103)。
続いて、開度制御部19Aは、差圧ΔPと開度現在値θに対応する流量係数Cvを記憶回路18の特性テーブルから取得し(ステップS104)、流量係数Cvと差圧ΔPに基づいて、流路21を流れる流体の流量現在値Qを計算する(ステップS105)。この際、流路21の口径などによって定まる定数をAとした場合、流量現在値Qは、Q=A・Cv・(ΔP)1/2で求められる。
Next, the opening degree control unit 19A acquires the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 indicated by the pressure detection signals output from the pressure sensors S1 and S2 (step S102), and the differential pressure ΔP of these P1 and P2. = P1-P2 is calculated (step S103).
Subsequently, the opening degree control unit 19A acquires the flow rate coefficient Cv corresponding to the differential pressure ΔP and the current opening value θ from the characteristic table of the storage circuit 18 (step S104), and based on the flow rate coefficient Cv and the differential pressure ΔP. , Calculate the current flow rate Q of the fluid flowing through the flow path 21 (step S105). At this time, assuming that the constant determined by the diameter of the flow path 21 or the like is A, the current flow rate value Q is obtained by Q = A · Cv · (ΔP) 1/2 .

この後、開度制御部19Aは、QとQrefの流量偏差ΔQ=Q−Qrefを計算し(ステップS106)、ΔQとゼロとを比較する(ステップS107)。
ここで、ΔQがゼロと等しくΔQ=0である場合(ステップS107:ΔQ=0)、開度制御部19Aは、弁開度を変更することはないが、流量目標値Qrefが変更にならなくても、管路の状態により流量現在値Qが変化するため、ステップS100に戻る。
After that, the opening degree control unit 19A calculates the flow rate deviation ΔQ = Q−Qref of Q and Qref (step S106), and compares ΔQ and zero (step S107).
Here, when ΔQ is equal to zero and ΔQ = 0 (step S107: ΔQ = 0), the opening control unit 19A does not change the valve opening, but the flow rate target value Qref does not change. However, since the current flow rate value Q changes depending on the state of the pipeline, the process returns to step S100.

一方、ΔQがゼロより小さくΔQ<0である場合(ステップS107:ΔQ<0)、開度制御部19Aは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力することにより、モータ13をΔQに相当する弁開度分だけ開方向に駆動し(ステップS108)、ステップS100に戻る。
また、ΔQがゼロより大きくΔQ>0である場合(ステップS107:ΔQ>0)、開度制御部19Aは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力することにより、モータ13をΔQに相当する弁開度分だけ閉方向に駆動し(ステップS109)、ステップS100に戻る。
On the other hand, when ΔQ is smaller than zero and ΔQ <0 (step S107: ΔQ <0), the opening control unit 19A outputs a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 to convert the motor 13 to ΔQ. It is driven in the opening direction by the corresponding valve opening degree (step S108), and returns to step S100.
When ΔQ is larger than zero and ΔQ> 0 (step S107: ΔQ> 0), the opening degree control unit 19A outputs a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 to convert the motor 13 to ΔQ. It is driven in the closing direction by the corresponding valve opening degree (step S109), and returns to step S100.

以上では、図3を参照して、弁側角度センサ17Vで検出した弁側開度θvを用いた流量制御動作について説明したが、弁側開度θvに代えて出力側角度センサ17Aで検出した出力側開度θaを用いて、流量制御動作を実行してもよい。 In the above, the flow rate control operation using the valve side opening θv detected by the valve side angle sensor 17V has been described with reference to FIG. 3, but it was detected by the output side angle sensor 17A instead of the valve side opening θv. The flow rate control operation may be executed by using the output side opening degree θa.

具体的には、図3のステップS100−S101において、出力側角度センサ17Aから出力側センサ出力値Saを取得し(ステップS100)、予め設定されている出力側出力基準値Sbに基づいて、Saから開度現在値θ(出力側開度θa)=50×(1+Sa/Sb)[%]を計算する(ステップS101)。なお、制御回路19内の記憶部(図示せず)には、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saと弁体22の弁開度との対応関係の基準となる出力側出力基準値Sbが予め設定されているものとする。 Specifically, in steps S100-S101 of FIG. 3, the output side sensor output value Sa is acquired from the output side angle sensor 17A (step S100), and Sa is based on the preset output side output reference value Sb. From, the current opening value θ (output side opening θa) = 50 × (1 + Sa / Sb) [%] is calculated (step S101). In the storage unit (not shown) in the control circuit 19, the output side output reference value that serves as a reference for the correspondence between the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A and the valve opening degree of the valve body 22. It is assumed that Sb is set in advance.

出力側出力基準値Sbは、弁側出力基準値Ssに代えて用いられるものである。出力側角度センサ17Aとして、円形差動トランス型角度センサや磁気抵抗型角度センサを用いた場合、前述した図4と同様に、出力側センサ出力値Saと出力側開度θaとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、50%開度を示す電圧値=0vを中心として、等しい電圧幅Sbだけ離れた電圧値−Sb,Sbとなる。
図3におけるこのほかのステップについては、前述と同様であり、ここでの説明は省略する。
The output side output reference value Sb is used in place of the valve side output reference value Ss. When a circular differential transformer type angle sensor or a magnetic resistance type angle sensor is used as the output side angle sensor 17A, the relationship between the output side sensor output value Sa and the output side opening degree θa is linear, as in FIG. 4 described above. The voltage values indicating full closure and full opening are proportional and voltage values −Sb, Sb separated by the same voltage width Sb with the voltage value = 0v indicating 50% opening as the center.
The other steps in FIG. 3 are the same as those described above, and the description thereof will be omitted here.

[劣化指標処理動作]
次に、図5および図6を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ10の劣化指標処理動作について説明する。図5は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。図6は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
制御回路19は、動力伝達部14の劣化指標を計算する際、図5の劣化指標処理を実行する。
[Deterioration index processing operation]
Next, the deterioration index processing operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a flowchart showing the deterioration index processing according to the first embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a deterioration index processing operation according to the first embodiment.
The control circuit 19 executes the deterioration index processing of FIG. 5 when calculating the deterioration index of the power transmission unit 14.

まず、劣化指標処理部19Bは、計測タイミングt1が到来した時点で、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saから得られた出力側開度θa1を取得するとともに(ステップS150)、計測タイミングt1が到来した時点にトルクセンサ17Tから出力されたトルクセンサ出力値Voに基づいて、出力側開度θa1における出力軸トルクToa1を取得する(ステップS151)。 First, the deterioration index processing unit 19B acquires the output side opening degree θa1 obtained from the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A when the measurement timing t1 arrives (step S150), and the measurement timing. Based on the torque sensor output value Vo output from the torque sensor 17T when t1 arrives, the output shaft torque Toa1 at the output side opening degree θa1 is acquired (step S151).

その後、劣化指標処理部19Bは、計測タイミングt2が到来した時点で、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saから得られた出力側開度θa2を取得するとともに(ステップS152)、計測タイミングt2が到来した時点にトルクセンサ17Tから出力されたトルクセンサ出力値Voに基づいて、出力側開度θa2における出力軸トルクToa2を取得する(ステップS153)。 After that, when the measurement timing t2 arrives, the deterioration index processing unit 19B acquires the output side opening degree θa2 obtained from the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A (step S152), and the measurement timing. Based on the torque sensor output value Vo output from the torque sensor 17T when t2 arrives, the output shaft torque Toa2 at the output side opening degree θa2 is acquired (step S153).

この際、出力側開度θa1,θa2は互いに異なる値を示すものとし、劣化指標処理動作を構成する1つのステップとして、例えばステップ151からステップ152までの間に、出力軸16を予め設定されている開度だけ回動してもよい。また、劣化指標処理動作と並行して実行している動作、例えば流量制御動作により、計測タイミングt1,t2の間に出力軸16が回動されていれば、劣化指標処理動作で出力軸16を回動する必要はない。なお、計測タイミングt1,t2において、弁側角度センサ17Vの弁側センサ出力値Svから得られた弁側開度θv1,θv2を取得し、以下の劣化指標の計算処理において、出力側開度θa1,θa2の代わりに弁側開度θv1,θv2を用いてもよい。 At this time, the output side openings θa1 and θa2 are assumed to show different values, and the output shaft 16 is preset as one step constituting the deterioration index processing operation, for example, between steps 151 and 152. You may rotate by the opening degree. Further, if the output shaft 16 is rotated between the measurement timings t1 and t2 due to an operation executed in parallel with the deterioration index processing operation, for example, a flow rate control operation, the output shaft 16 is moved in the deterioration index processing operation. There is no need to rotate. At the measurement timings t1 and t2, the valve side opening degree θv1 and θv2 obtained from the valve side sensor output value Sv of the valve side angle sensor 17V are acquired, and in the calculation process of the deterioration index below, the output side opening degree θa1 , Θa2 may be replaced with valve side openings θv1 and θv2.

続いて、劣化指標処理部19Bは、出力側開度θa1と出力側開度θa2との差分に基づいて、出力側開度偏差Δθa(=θa2−θa1)を計算するとともに(ステップS154)、出力軸トルクToa1と出力軸トルクToa2との差分に基づいて、出力軸トルク偏差ΔToa(=Toa2−Toa1)を計算し(ステップS155)、出力軸トルク偏差ΔToaを出力側開度偏差Δθaで除算することにより、リターンスプリング15のばね定数kを計算する(ステップS156)。 Subsequently, the deterioration index processing unit 19B calculates the output side opening deviation Δθa (= θa2-θa1) based on the difference between the output side opening θa1 and the output side opening θa2 (step S154), and outputs the output. The output shaft torque deviation ΔToa (= Toa2-Toa1) is calculated based on the difference between the shaft torque Toa1 and the output shaft torque Toa2 (step S155), and the output shaft torque deviation ΔToa is divided by the output side opening deviation Δθa. To calculate the spring constant k of the return spring 15 (step S156).

通常、出力軸16が回動している場合、あるいは、出力軸16を任意の開度で保持した場合、出力軸16、リターンスプリング15、および弁体22のそれぞれのトルクは、互いにつり合った状態にある。図6に示すように、例えば、任意の出力側開度θa1,θa2における、動力伝達部14とリターンスプリング15との間の出力軸16の出力軸トルクをToa1,Toa2とし、リターンスプリング15のスプリングトルクをTs1,Ts2とし、弁体22の弁体トルクをTvとした場合、任意の出力側開度θa1,θa2におけるこれらトルクのつり合いは、次の式(1)で表される。 Normally, when the output shaft 16 is rotating, or when the output shaft 16 is held at an arbitrary opening degree, the torques of the output shaft 16, the return spring 15, and the valve body 22 are balanced with each other. It is in a state. As shown in FIG. 6, for example, the output shaft torque of the output shaft 16 between the power transmission unit 14 and the return spring 15 at arbitrary output side openings θa1 and θa2 is set to Toa1 and Toa2, and the spring of the return spring 15 is set. When the torque is Ts1 and Ts2 and the valve body torque of the valve body 22 is Tv, the balance of these torques at arbitrary output side openings θa1 and θa2 is expressed by the following equation (1).

Figure 2020153409
Figure 2020153409

したがって、出力側開度θa1,θa2間におけるスプリングトルクTs1,Ts2のスプリングトルク偏差ΔTs(=Ts2−Ts1)は、次の式(2)に示すように、出力軸トルクToa1,Toa2の差分、すなわち出力軸トルク偏差ΔToa=Toa2−Toa1で表される。 Therefore, the spring torque deviation ΔTs (= Ts2-Ts1) of the spring torques Ts1 and Ts2 between the output side openings θa1 and θa2 is the difference between the output shaft torques Toa1 and Toa2, that is, as shown in the following equation (2). The output shaft torque deviation is represented by ΔToa = Toa2-Toa1.

Figure 2020153409
Figure 2020153409

一方、リターンスプリング15のばね定数をkとした場合、出力側開度θa1,θa2におけるスプリングトルクTs1,Ts2は、次の式(3)で表される。 On the other hand, when the spring constant of the return spring 15 is k, the spring torques Ts1 and Ts2 at the output side openings θa1 and θa2 are represented by the following equation (3).

Figure 2020153409
Figure 2020153409

したがって、これら式(2)および式(3)に基づいて、ばね定数kは、次の式(4)で表される。これにより、ばね定数kは、出力側開度偏差Δθaと出力軸トルク偏差ΔToaとから計算でき、具体的には、出力軸トルク偏差ΔToaを出力側開度偏差Δθaで除算した値の絶対値で求められることが分かる。 Therefore, based on these equations (2) and (3), the spring constant k is expressed by the following equation (4). As a result, the spring constant k can be calculated from the output side opening deviation Δθa and the output shaft torque deviation ΔToa. Specifically, the spring constant k is an absolute value obtained by dividing the output shaft torque deviation ΔToa by the output side opening deviation Δθa. It turns out that it is required.

Figure 2020153409
Figure 2020153409

この後、劣化指標処理部19Bは、得られたばね定数kと予め設定されているばね定数kの正常範囲Eとを比較し(ステップS157)、ばね定数kが正常範囲E内である場合には(ステップS157:YES)、リターンスプリング15の劣化状態は正常であると判定し(ステップS158)、一連の劣化指標処理を終了する。正常範囲Eについては、動力伝達部14の設計時に算出した、ばね定数kの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。 After that, the deterioration index processing unit 19B compares the obtained spring constant k with the preset normal range E of the spring constant k (step S157), and if the spring constant k is within the normal range E, (Step S157: YES), it is determined that the deterioration state of the return spring 15 is normal (step S158), and a series of deterioration index processing is completed. The normal range E may be determined based on the initial value of the spring constant k and the allowable range calculated at the time of designing the power transmission unit 14.

一方、ばね定数kが正常範囲E外である場合には(ステップS157:NO)、リターンスプリング15の劣化状態は異常であると判定し(ステップS159)、一連の劣化指標処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、劣化指標処理部19BがLCDやLEDを用いた表示部(図示せず)でアラーム表示してもよく、データ通信により上位装置へ通知してもよい。 On the other hand, when the spring constant k is outside the normal range E (step S157: NO), it is determined that the deterioration state of the return spring 15 is abnormal (step S159), and a series of deterioration index processing is completed. Regarding the obtained deterioration state determination result, the deterioration index processing unit 19B may display an alarm on a display unit (not shown) using an LCD or LED, or may notify a higher-level device by data communication.

この際、劣化指標処理部19Bが、ばね定数kの経時変化を定期的に計算し、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。さらには、劣化指標処理部19Bが、計算したばね定数kを記憶回路18に時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来のばね定数kの推定値k’を推定し、推定値k’が正常範囲Eから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、リターンスプリング15の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。 At this time, the deterioration index processing unit 19B may periodically calculate the change with time of the spring constant k and sequentially notify the host device by data communication. Further, the deterioration index processing unit 19B sequentially stores the calculated spring constant k in the storage circuit 18 as time-series data, and the estimated value k of the future spring constant k based on the approximate function generated from the time-series data. 'Is estimated, and the time when the estimated value k'departs from the normal range E may be predicted as a precaution. Thereby, the deterioration time of the return spring 15, that is, the replacement time can be predicted.

[第1の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、開度制御部19Aが、モータ13を駆動制御して出力軸16を回動し、劣化指標処理部19Bが、第1および第2の制御開度θ1,θ2の間における出力軸16の開度偏差を示す出力側開度偏差Δθaと、第1および第2の制御開度θ1,θ2の間で出力軸16の出力軸トルクToaの出力軸トルク偏差ΔToaとに基づいて、リターンスプリング15の劣化指標として、リターンスプリング15のばね定数kを計算するようにしたものである。
[Effect of the first embodiment]
As described above, in the present embodiment, the opening degree control unit 19A drives and controls the motor 13 to rotate the output shaft 16, and the deterioration index processing unit 19B performs the first and second control opening degree θ1, The output side opening deviation Δθa indicating the opening deviation of the output shaft 16 between θ2 and the output shaft torque deviation ΔToa of the output shaft torque Toa of the output shaft 16 between the first and second control opening θ1 and θ2. Based on the above, the spring constant k of the return spring 15 is calculated as a deterioration index of the return spring 15.

電動アクチュエータ10が、保証期間を超えて長期にわたり使用された場合、リターンスプリング15が劣化して故障や経年変化などにより設計当初の性能が得られない場合も考えられる。設計当初の性能が得られない場合、電源供給給遮時、リターンスプリング15の復帰力により出力軸16を、全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで強制的に戻せなくなる可能性がある。このため、リターンスプリング15の劣化状態を把握しておくことが重要となる。 If the electric actuator 10 is used for a long period of time beyond the warranty period, the return spring 15 may deteriorate and the initial performance may not be obtained due to a failure or aging. If the initial performance of the design cannot be obtained, the output shaft 16 may not be forcibly returned to a predetermined rotation position such as a fully closed position or a fully open position due to the returning force of the return spring 15 when the power supply is interrupted. is there. Therefore, it is important to know the deteriorated state of the return spring 15.

本実施の形態によれば、リターンスプリング15の劣化指標として、リターンスプリング15のばね定数kを容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、リターンスプリング15の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、ばね定数kの経時変化を、劣化指標処理部19Bや上位装置でモニタすることにより、リターンスプリング15の劣化時期すなわち交換時期を予測でき、電動アクチュエータ10の予知保全に極めて有用である。 According to the present embodiment, since the spring constant k of the return spring 15 can be easily grasped as a deterioration index of the return spring 15, the deterioration state of the return spring 15 can be easily determined according to the deviation width from the initial design value. Can be grasped. Therefore, when the deviation width becomes large and the deterioration progresses, it is possible to take appropriate measures before the failure occurs, and it is possible to realize extremely effective predictive maintenance. This makes it possible to provide a certain level of reliability even when long-term use exceeding the warranty period is assumed. Further, by monitoring the change with time of the spring constant k with the deterioration index processing unit 19B or the host device, the deterioration time, that is, the replacement time of the return spring 15 can be predicted, which is extremely useful for predictive maintenance of the electric actuator 10.

また、本実施の形態において、出力軸16のうち、動力伝達部14とリターンスプリング15との間の出力軸16の出力軸トルクToaを検出するトルクセンサ17Tをさらに備え、劣化指標処理部19Bが、第1および第2の制御開度θ1,θ2でトルクセンサ17Tにより検出された、第1および第2の出力軸トルクToa1,Toa2の差分に基づいて、出力軸トルク偏差ΔToaを計算するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, among the output shafts 16, a torque sensor 17T for detecting the output shaft torque Toa of the output shaft 16 between the power transmission unit 14 and the return spring 15 is further provided, and the deterioration index processing unit 19B is provided. , The output shaft torque deviation ΔToa is calculated based on the difference between the first and second output shaft torques Toa1 and Toa2 detected by the torque sensor 17T at the first and second control openings θ1 and θ2. You may.

これにより、電動アクチュエータ10の既存構成にトルクセンサ17Tを加えるだけで劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータ10の信頼性を高めることが可能となる。また、トルクセンサ17Tを電動アクチュエータ10の内部に実装でき、トルクセンサ17Tの劣化を低減できるとともに、電動アクチュエータ10と弁本体20との全体の小型化や、トルクセンサ17Tと制御回路19との間の配線を短縮できるため、耐ノイズ性の向上に貢献できる。 As a result, the deterioration index can be easily calculated by simply adding the torque sensor 17T to the existing configuration of the electric actuator 10, and the reliability of the electric actuator 10 can be improved without requiring an increase in circuit scale or product cost. It will be possible. Further, the torque sensor 17T can be mounted inside the electric actuator 10, deterioration of the torque sensor 17T can be reduced, the overall size of the electric actuator 10 and the valve body 20 can be reduced, and the space between the torque sensor 17T and the control circuit 19 can be reduced. Since the wiring can be shortened, it can contribute to the improvement of noise resistance.

また、本実施の形態では、トルクセンサ17Tを電動アクチュエータ10の内部に実装する例について説明したが、リターンスプリング15が電動アクチュエータ10の外部に実装されている場合は、トルクセンサ17Tを電動アクチュエータ10の外部に実装してもよい。これにより、電動アクチュエータ10の小型化、既設の電動アクチュエータ10の外部に後付でトルクセンサ17Tを実装でき、初期投資の抑制、および予知保全の向上に貢献できる。 Further, in the present embodiment, an example in which the torque sensor 17T is mounted inside the electric actuator 10 has been described. However, when the return spring 15 is mounted outside the electric actuator 10, the torque sensor 17T is mounted on the electric actuator 10. It may be implemented outside of. As a result, the torque sensor 17T can be retrofitted to the outside of the existing electric actuator 10 by downsizing the electric actuator 10, which can contribute to the suppression of initial investment and the improvement of predictive maintenance.

また、劣化指標計算時には、弁体22の開度が一時的に変化するものの、その所要時間は、出力側角度センサ17Aで開度を検出する、さらにはトルクセンサ17Tで出力軸トルクToa1,Toa2を検出するという、極めて短い時間で済むため、アプリケーションによっては、通常の運転動作中であっても劣化指標計算を行うことができる。したがって、劣化指標処理動作を定期的に実行することにより、リターンスプリング15の劣化状態の変化をいち早く検出でき、迅速な対応をとることが可能となる。 Further, although the opening degree of the valve body 22 changes temporarily at the time of calculating the deterioration index, the required time is detected by the output side angle sensor 17A, and further, the output shaft torques Toa1 and Toa2 are detected by the torque sensor 17T. Since it takes an extremely short time to detect the deterioration index, it is possible to calculate the deterioration index even during normal operation depending on the application. Therefore, by periodically executing the deterioration index processing operation, the change in the deterioration state of the return spring 15 can be detected quickly, and a prompt response can be taken.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部19Bが、第1および第2の制御開度θ1,θ2における第1および第2の出力軸トルクをToa1,Toa2とし、出力側開度偏差をΔθaとした場合、ばね定数kを、前述した式(4)で計算するようにしてもよい。また、出力軸16の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサ17Aをさらに備え、劣化指標処理部19Bが、第1および第2の制御開度θ1,θ2で出力側角度センサ17Aにより検出された出力側開度θa1,θa2の差分に基づいて、出力側開度偏差Δθaを計算するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the deterioration index processing unit 19B sets the first and second output shaft torques of the first and second control openings θ1 and θ2 to Toa1 and Toa2, and sets the output side opening deviation to Δθa. In the case of, the spring constant k may be calculated by the above-mentioned equation (4). Further, an output side angle sensor 17A that detects the rotation angle of the output shaft 16 as an output side opening is further provided, and the deterioration index processing unit 19B sets the output side angle sensor at the first and second control openings θ1 and θ2. The output side opening deviation Δθa may be calculated based on the difference between the output side opening θa1 and θa2 detected by 17A.

これにより、トルクセンサ17Tで出力軸トルクToa1,Toa2を検出するという簡単な動作と、出力軸トルクToa1,Toa2と第1および第2の出力側開度θa1,θa2とを用いた、減算および除算という極めて簡素な計算処理だけで、ばね定数kを計算することが可能となる。 As a result, the simple operation of detecting the output shaft torques Toa1 and Toa2 with the torque sensor 17T and the subtraction and division using the output shaft torques Toa1 and Toa2 and the first and second output side opening θa1 and θa2. It is possible to calculate the spring constant k only by the extremely simple calculation process.

[第2の実施の形態]
次に、図7を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる電動アクチュエータ10について説明する。図7は、第2の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態では、トルクセンサ17Tを、電動アクチュエータ10の内部の出力軸16のうち、動力伝達部14とリターンスプリング15との間の出力軸16に取り付けた場合を例として説明したがこれに限定されるものではない。本実施の形態では、電動アクチュエータ10の内部の出力軸16のうち、リターンスプリング15と弁体22、より具体的には継手30との間の出力軸16に取り付けた場合を例として説明する。
[Second Embodiment]
Next, the electric actuator 10 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the electric actuator according to the second embodiment.
In the first embodiment, the case where the torque sensor 17T is attached to the output shaft 16 between the power transmission unit 14 and the return spring 15 among the output shafts 16 inside the electric actuator 10 has been described as an example. It is not limited to this. In the present embodiment, the case where the output shaft 16 inside the electric actuator 10 is attached to the output shaft 16 between the return spring 15 and the valve body 22, more specifically, the joint 30, will be described as an example.

本実施の形態において、トルクセンサ17Tは、出力軸16のうち、リターンスプリング15と弁体22との間の出力軸16の出力軸トルクTobを検出する機能を有している。
また、劣化指標処理部19Bは、出力側開度偏差Δθaと、第1および第2の制御開度θ1,θ2でトルクセンサ17Tにより検出された、リターンスプリング15と弁体22との間の出力軸16の出力軸トルクTob1,Tob2の出力軸トルク偏差ΔTobと、第1および第2の制御開度θ1,θ2でモータ13に生じたモータトルクTm1,Tm2のモータトルク偏差ΔTmとに基づいて、リターンスプリング15のばね定数kを計算する機能を有している。
In the present embodiment, the torque sensor 17T has a function of detecting the output shaft torque Tob of the output shaft 16 between the return spring 15 and the valve body 22 in the output shaft 16.
Further, the deterioration index processing unit 19B has an output side opening deviation Δθa and an output between the return spring 15 and the valve body 22 detected by the torque sensor 17T at the first and second control openings θ1 and θ2. Based on the output shaft torque deviation ΔTob of the output shaft torques Tob1 and Tob2 of the shaft 16 and the motor torque deviation ΔTm of the motor torques Tm1 and Tm2 generated in the motor 13 at the first and second control openings θ1 and θ2. It has a function of calculating the spring constant k of the return spring 15.

具体的には、第1および第2の制御開度θ1,θ2でモータ13に流れたモータ電流から計算されたモータトルクTm1,Tm2の差分Tm2−Tm1に基づいてモータトルク偏差ΔTmを計算する機能と、第1および第2の制御開度θ1,θ2における第1および第2の出力軸トルクをTob1,Tob2とし、第1および第2の制御開度θ1,θ2における第1および第2のモータトルクをTm1,Tm2とし、出力側開度偏差をΔθaとした場合、ばね定数kを後述する式(7)で計算する機能を有している。 Specifically, a function of calculating the motor torque deviation ΔTm based on the difference Tm2-Tm1 of the motor torques Tm1 and Tm2 calculated from the motor current flowing through the motor 13 at the first and second control openings θ1 and θ2. The first and second output shaft torques at the first and second control openings θ1 and θ2 are set to Tob1 and Tob2, and the first and second motors at the first and second control openings θ1 and θ2. When the torque is Tm1 and Tm2 and the output side opening deviation is Δθa, it has a function of calculating the spring constant k by the equation (7) described later.

なお、以下では、モータ電流に基づきモータトルクTmを計算する場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、他の手法でモータトルクTmを特定してもよい。また、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ10のその他の構成、および流量制御動作については、第1の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。 In the following, a case where the motor torque Tm is calculated based on the motor current will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and the motor torque Tm may be specified by another method. Further, the other configuration of the electric actuator 10 and the flow rate control operation according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted here.

[劣化指標処理動作]
次に、図8および図9を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ10の劣化指標処理動作について説明する。図8は、第2の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。図9は、第2の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
制御回路19は、動力伝達部14の劣化指標を計算する際、図8の劣化指標処理を実行する。
[Deterioration index processing operation]
Next, the deterioration index processing operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a flowchart showing the deterioration index processing according to the second embodiment. FIG. 9 is an explanatory diagram showing a deterioration index processing operation according to the second embodiment.
The control circuit 19 executes the deterioration index processing of FIG. 8 when calculating the deterioration index of the power transmission unit 14.

まず、劣化指標処理部19Bは、計測タイミングt1が到来した時点で、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saから得られた出力側開度θa1を取得するとともに(ステップS200)、計測タイミングt1が到来した時点にモータ13に流れた電流に基づいて、出力側開度θa1におけるモータトルクTm1を計算し(ステップS201)、計測タイミングt1が到来した時点にトルクセンサ17Tから出力されたトルクセンサ出力値Voに基づいて、出力側開度θa1における出力軸トルクTob1を取得する(ステップS202)。 First, the deterioration index processing unit 19B acquires the output side opening degree θa1 obtained from the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A when the measurement timing t1 arrives (step S200), and the measurement timing. The motor torque Tm1 at the output side opening θa1 is calculated based on the current flowing through the motor 13 when t1 arrives (step S201), and the torque sensor output from the torque sensor 17T when the measurement timing t1 arrives. Based on the output value Vo, the output shaft torque Tob1 at the output side opening degree θa1 is acquired (step S202).

その後、劣化指標処理部19Bは、計測タイミングt2が到来した時点で、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saから得られた出力側開度θa2を取得するとともに(ステップS203)、計測タイミングt2が到来した時点にモータ13に流れた電流に基づいて、出力側開度θa2におけるモータトルクTm2を計算し(ステップS204)、計測タイミングt2が到来した時点にトルクセンサ17Tから出力されたトルクセンサ出力値Voに基づいて、出力側開度θa2における出力軸トルクTob2を取得する(ステップS205)。 After that, when the measurement timing t2 arrives, the deterioration index processing unit 19B acquires the output side opening degree θa2 obtained from the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A (step S203), and the measurement timing. The motor torque Tm2 at the output side opening θa2 is calculated based on the current flowing through the motor 13 when t2 arrives (step S204), and the torque sensor output from the torque sensor 17T when the measurement timing t2 arrives. Based on the output value Vo, the output shaft torque Tob2 at the output side opening degree θa2 is acquired (step S205).

この際、出力側開度θa1,θa2は互いに異なる値を示すものとし、劣化指標処理動作を構成する1つのステップとして、例えばステップ151からステップ152までの間に、出力軸16を予め設定されている開度だけ回動してもよい。また、劣化指標処理動作と並行して実行している動作、例えば流量制御動作により、計測タイミングt1,t2の間に出力軸16が回動されていれば、劣化指標処理動作で出力軸16を回動する必要はない。なお、計測タイミングt1,t2において、弁側角度センサ17Vの弁側センサ出力値Svから得られた弁側開度θv1,θv2を取得し、以下の劣化指標の計算処理において、出力側開度θa1,θa2の代わりに弁側開度θv1,θv2を用いてもよい。 At this time, the output side openings θa1 and θa2 are assumed to show different values, and the output shaft 16 is preset as one step constituting the deterioration index processing operation, for example, between steps 151 and 152. You may rotate by the opening degree. Further, if the output shaft 16 is rotated between the measurement timings t1 and t2 due to an operation executed in parallel with the deterioration index processing operation, for example, a flow rate control operation, the output shaft 16 is moved in the deterioration index processing operation. There is no need to rotate. At the measurement timings t1 and t2, the valve side opening degree θv1 and θv2 obtained from the valve side sensor output value Sv of the valve side angle sensor 17V are acquired, and in the calculation process of the deterioration index below, the output side opening degree θa1 , Θa2 may be replaced with valve side openings θv1 and θv2.

続いて、劣化指標処理部19Bは、出力側開度θa1と出力側開度θa2との差分に基づいて、出力側開度偏差Δθa(=θa2−θa1)を計算するとともに(ステップS206)、モータトルクTm1とモータトルクTm2との差分に基づいて、モータトルク偏差ΔTm(=Tm2−Tm1)を計算する(ステップS207)。
また、劣化指標処理部19Bは、出力軸トルクTob1と出力軸トルクTob2との差分に基づいて、出力軸トルク偏差ΔTob(=Tob2−Tob1)を計算し(ステップS208)、出力軸トルク偏差ΔTobからモータトルク偏差ΔTmを減算した値を出力側開度偏差Δθaで除算することにより、リターンスプリング15のばね定数kを計算する(ステップS209)。
Subsequently, the deterioration index processing unit 19B calculates the output side opening deviation Δθa (= θa2-θa1) based on the difference between the output side opening θa1 and the output side opening θa2 (step S206), and the motor. The motor torque deviation ΔTm (= Tm2-Tm1) is calculated based on the difference between the torque Tm1 and the motor torque Tm2 (step S207).
Further, the deterioration index processing unit 19B calculates the output shaft torque deviation ΔTob (= Tob2-Tob1) based on the difference between the output shaft torque Tob1 and the output shaft torque Tob2 (step S208), and starts from the output shaft torque deviation ΔTob. The spring constant k of the return spring 15 is calculated by dividing the value obtained by subtracting the motor torque deviation ΔTm by the output side opening deviation Δθa (step S209).

通常、出力軸16が回動している場合、あるいは、出力軸16を任意の開度で保持した場合、出力軸16、モータ13、リターンスプリング15、および弁体22のそれぞれのトルクは、互いにつり合った状態にある。図9に示すように、例えば、任意の出力側開度θa1,θa2における、リターンスプリング15と弁体22との間の出力軸16の出力軸トルクをTob1,Tob2とし、モータ13のモータトルクをTm1,Tm2とし、動力伝達部14の動力伝達トルクをTdとし、リターンスプリング15のスプリングトルクをTs1,Ts2とした場合、任意の制御開度θにおけるこれらトルクのつり合いは、次の式(5)で表される。 Normally, when the output shaft 16 is rotating, or when the output shaft 16 is held at an arbitrary opening degree, the torques of the output shaft 16, the motor 13, the return spring 15, and the valve body 22 are different from each other. It is in a balanced state. As shown in FIG. 9, for example, the output shaft torque of the output shaft 16 between the return spring 15 and the valve body 22 at arbitrary output side openings θa1 and θa2 is set to Tob1 and Tob2, and the motor torque of the motor 13 is set to Tob1 and Tob2. When Tm1 and Tm2, the power transmission torque of the power transmission unit 14 is Td, and the spring torque of the return spring 15 is Ts1 and Ts2, the balance of these torques at an arbitrary control opening degree θ is calculated by the following equation (5). It is represented by.

Figure 2020153409
Figure 2020153409

したがって、出力側開度θa1,θa2間におけるスプリングトルクTs1,Ts2のスプリングトルク偏差ΔTs(=Ts2−Ts1)は、次の式(6)に示すように、モータトルクTm1,Tm2の差分と、出力軸トルクTob1,Tob2の差分、すなわち、モータトルク偏差ΔTmと、出力軸トルク偏差ΔTobとで表される。 Therefore, the spring torque deviation ΔTs (= Ts2-Ts1) of the spring torques Ts1 and Ts2 between the output side openings θa1 and θa2 is the difference between the motor torques Tm1 and Tm2 and the output as shown in the following equation (6). It is represented by the difference between the shaft torques Tob1 and Tob2, that is, the motor torque deviation ΔTm and the output shaft torque deviation ΔTob.

Figure 2020153409
Figure 2020153409

一方、リターンスプリング15のばね定数をkとした場合、出力側開度θa1,θa2におけるスプリングトルクTs1,Ts2は、前述した式(3)で表される。
したがって、これら式(6)および式(3)に基づいて、ばね定数kは、次の式(7)で表される。これにより、ばね定数kは、出力側開度偏差Δθaと出力軸トルク偏差ΔTobとモータトルク偏差ΔTmとから計算でき、具体的には、出力軸トルク偏差ΔTobとモータトルク偏差ΔTmとの差分を出力側開度偏差Δθaで除算した値の絶対値で求められることが分かる。
On the other hand, when the spring constant of the return spring 15 is k, the spring torques Ts1 and Ts2 at the output side openings θa1 and θa2 are represented by the above-mentioned equation (3).
Therefore, based on these equations (6) and (3), the spring constant k is expressed by the following equation (7). As a result, the spring constant k can be calculated from the output side opening deviation Δθa, the output shaft torque deviation ΔTob, and the motor torque deviation ΔTm. Specifically, the difference between the output shaft torque deviation ΔTob and the motor torque deviation ΔTm is output. It can be seen that it is obtained by the absolute value of the value divided by the side opening deviation Δθa.

Figure 2020153409
Figure 2020153409

この後、劣化指標処理部19Bは、得られたばね定数kと予め設定されているばね定数kの正常範囲Eとを比較し(ステップS210)、ばね定数kが正常範囲E内である場合には(ステップS210:YES)、リターンスプリング15の劣化状態は正常であると判定し(ステップS211)、一連の劣化指標処理を終了する。正常範囲Eについては、動力伝達部14の設計時に算出した、ばね定数kの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。 After that, the deterioration index processing unit 19B compares the obtained spring constant k with the preset normal range E of the spring constant k (step S210), and if the spring constant k is within the normal range E, (Step S210: YES), it is determined that the deterioration state of the return spring 15 is normal (step S211), and a series of deterioration index processing is completed. The normal range E may be determined based on the initial value of the spring constant k and the allowable range calculated at the time of designing the power transmission unit 14.

一方、ばね定数kが正常範囲E外である場合には(ステップS210:NO)、リターンスプリング15の劣化状態は異常であると判定し(ステップS212)、一連の劣化指標処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、劣化指標処理部19BがLCDやLEDを用いた表示部(図示せず)でアラーム表示してもよく、データ通信により上位装置へ通知してもよい。 On the other hand, when the spring constant k is outside the normal range E (step S210: NO), it is determined that the deterioration state of the return spring 15 is abnormal (step S212), and a series of deterioration index processing is completed. Regarding the obtained deterioration state determination result, the deterioration index processing unit 19B may display an alarm on a display unit (not shown) using an LCD or LED, or may notify a higher-level device by data communication.

この際、劣化指標処理部19Bが、ばね定数kの経時変化を定期的に計算し、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。さらには、劣化指標処理部19Bが、計算したばね定数kを記憶回路18に時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来のばね定数kの推定値k’を推定し、推定値k’が正常範囲Eから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、リターンスプリング15の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。 At this time, the deterioration index processing unit 19B may periodically calculate the change with time of the spring constant k and sequentially notify the host device by data communication. Further, the deterioration index processing unit 19B sequentially stores the calculated spring constant k in the storage circuit 18 as time-series data, and the estimated value k of the future spring constant k based on the approximate function generated from the time-series data. 'Is estimated, and the time when the estimated value k'departs from the normal range E may be predicted as a precaution. Thereby, the deterioration time of the return spring 15, that is, the replacement time can be predicted.

[第2の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、出力軸16のうち、リターンスプリング15と弁体22との間の出力軸16の出力軸トルクTobを検出するトルクセンサ17Tを備え、劣化指標処理部19Bが、出力側開度偏差Δθaと、第1および第2の制御開度θ1,θ2でトルクセンサ17Tにより検出された、リターンスプリング15と弁体22との間の出力軸16の出力軸トルクTob1,Tob2の出力軸トルク偏差ΔTobと、第1および第2の制御開度θ1,θ2でモータ13に生じたモータトルクTm1,Tm2のモータトルク偏差ΔTmとに基づいて、リターンスプリング15のばね定数kを計算するようにしたものである。
[Effect of the second embodiment]
As described above, in the present embodiment, among the output shafts 16, the torque sensor 17T for detecting the output shaft torque Tob of the output shaft 16 between the return spring 15 and the valve body 22 is provided, and the deterioration index processing unit 19B is provided. , The output side opening deviation Δθa and the output shaft torque Tob1 of the output shaft 16 between the return spring 15 and the valve body 22 detected by the torque sensor 17T at the first and second control openings θ1 and θ2. The spring constant k of the return spring 15 is determined based on the output shaft torque deviation ΔTob of Tob2 and the motor torque deviation ΔTm of the motor torques Tm1 and Tm2 generated in the motor 13 at the first and second control openings θ1 and θ2. It is designed to be calculated.

これにより、第1の実施の形態と同様に、リターンスプリング15の劣化指標として、リターンスプリング15のばね定数kを容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、リターンスプリング15の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、ばね定数kの経時変化を、劣化指標処理部19Bや上位装置でモニタすることにより、リターンスプリング15の劣化時期すなわち交換時期を予測でき、電動アクチュエータ10の予知保全に極めて有用である。 As a result, as in the first embodiment, the spring constant k of the return spring 15 can be easily grasped as a deterioration index of the return spring 15, so that the return spring 15 can be easily grasped according to the deviation width from the initial design value. The deterioration state of the spring can be easily grasped. Therefore, when the deviation width becomes large and the deterioration progresses, it is possible to take appropriate measures before the failure occurs, and it is possible to realize extremely effective predictive maintenance. This makes it possible to provide a certain level of reliability even when long-term use exceeding the warranty period is assumed. Further, by monitoring the change with time of the spring constant k with the deterioration index processing unit 19B or the host device, the deterioration time, that is, the replacement time of the return spring 15 can be predicted, which is extremely useful for predictive maintenance of the electric actuator 10.

また、電動アクチュエータ10の既存構成にトルクセンサ17Tを加えるだけで、劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータ10の信頼性を高めることが可能となる。また、トルクセンサ17Tを電動アクチュエータ10の内部に実装でき、トルクセンサ17Tの劣化を低減できるとともに、電動アクチュエータ10と弁本体20との全体の小型化や、トルクセンサ17Tと制御回路19との間の配線を短縮できるため、耐ノイズ性の向上に貢献できる。 Further, the deterioration index can be easily calculated by simply adding the torque sensor 17T to the existing configuration of the electric actuator 10, and the reliability of the electric actuator 10 can be improved without requiring an increase in circuit scale or product cost. It will be possible. Further, the torque sensor 17T can be mounted inside the electric actuator 10, deterioration of the torque sensor 17T can be reduced, the overall size of the electric actuator 10 and the valve body 20 can be reduced, and the space between the torque sensor 17T and the control circuit 19 can be reduced. Since the wiring can be shortened, it can contribute to the improvement of noise resistance.

また、本実施の形態では、トルクセンサ17Tを電動アクチュエータ10の内部に実装する例について説明したが、トルクセンサ17Tを電動アクチュエータ10の外部に実装してもよい。これにより、電動アクチュエータ10の小型化、既存の電動アクチュエータ10の内部構成を変更することなく、さらには、トルクセンサ17Tを内蔵するために電動アクチュエータ10を大型化することなく、リターンスプリング15のばね定数kを得ることができる。また、既設の電動アクチュエータ10の外部に後付でトルクセンサ17Tを実装でき、初期投資の抑制、および予知保全の向上に貢献できる。 Further, in the present embodiment, the example in which the torque sensor 17T is mounted inside the electric actuator 10 has been described, but the torque sensor 17T may be mounted outside the electric actuator 10. As a result, the spring of the return spring 15 does not need to be downsized, the internal configuration of the existing electric actuator 10 is not changed, and the electric actuator 10 is not enlarged to incorporate the torque sensor 17T. A constant k can be obtained. Further, the torque sensor 17T can be mounted on the outside of the existing electric actuator 10 as a retrofit, which can contribute to the suppression of initial investment and the improvement of predictive maintenance.

また、劣化指標計算時には、弁体22の開度が一時的に変化するものの、その所要時間は、出力側角度センサ17Aで開度を検出する、さらにはトルクセンサ17Tで出力軸トルクTob1,Tob2を検出するという、極めて短い時間で済むため、アプリケーションによっては、通常の運転動作中であっても劣化指標計算を行うことができる。したがって、劣化指標処理動作を定期的に実行することにより、リターンスプリング15の劣化状態の変化をいち早く検出でき、迅速な対応をとることが可能となる。 Further, although the opening degree of the valve body 22 changes temporarily at the time of calculating the deterioration index, the required time is detected by the output side angle sensor 17A, and further, the output shaft torques Tob1 and Tob2 are detected by the torque sensor 17T. Since it takes an extremely short time to detect the deterioration index, it is possible to calculate the deterioration index even during normal operation depending on the application. Therefore, by periodically executing the deterioration index processing operation, the change in the deterioration state of the return spring 15 can be detected quickly, and a prompt response can be taken.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部19Bが、第1および第2の制御開度θ1,θ2における第1および第2の出力軸トルクをTob1,Tob2とし、第1および第2の制御開度θ1,θ2における第1および第2のモータトルクをTm1,Tm2とし、出力側開度偏差をΔθaとした場合、ばね定数kを前述した式(7)で計算するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the deterioration index processing unit 19B sets the first and second output shaft torques of the first and second control openings θ1 and θ2 to Tob1 and Tob2, and sets the first and second control. When the first and second motor torques at the openings θ1 and θ2 are Tm1 and Tm2 and the output side opening deviation is Δθa, the spring constant k may be calculated by the above equation (7).

これにより、トルクセンサ17Tで出力軸トルクTob1,Tob2を検出するという簡単な動作と、出力軸トルクTob1,Tob2と、第1および第2の出力側開度θa1,θa2と、第1および第2のモータトルクをTm1,Tm2とを用いた、減算および除算という極めて簡素な計算処理だけで、ばね定数kを計算することが可能となる。 As a result, the simple operation of detecting the output shaft torques Tob1 and Tob2 with the torque sensor 17T, the output shaft torques Tob1 and Tob2, the first and second output side opening θa1 and θa2, and the first and second It is possible to calculate the spring constant k only by a very simple calculation process of subtraction and division using the motor torques of Tm1 and Tm2.

[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[Extension of Embodiment]
Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the structure and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, each embodiment can be implemented in any combination within a consistent range.

10…電動アクチュエータ、11…設定回路、12…モータ駆動回路、13…モータ、13A…シャフト、14…動力伝達部、15…リターンスプリング、16…出力軸、17A…出力側角度センサ、17V…弁側角度センサ、17T…トルクセンサ、18…記憶回路、19…制御回路、19A…開度制御部、19B…劣化指標処理部、20…弁本体、21…流路、22…弁体、23…内壁、24…本体上面、25…本体底面、26…弁軸、30…継手、31…ヨーク、40…歪みゲージ、41…ベース、42…ゲージ、43…リード、45…ホイートストーンブリッジ回路、R…抵抗体、S1,S2…圧力センサ、S3…温度センサ、Qref…流量目標値、Q…流量現在値、ΔQ…流量偏差、Sa…出力側センサ出力値、Sb…出力側出力基準値、Sv…弁側センサ出力値、Ss…弁側出力基準値、Tx…検出温度、P1…一次側圧力、P2…二次側圧力、ΔP…差圧、Vo…トルクセンサ出力値、θ1,θ2…制御開度、θa,θa1,θa2…出力側開度、Δθa…出力側開度偏差、θv…弁側開度、Tm1,Tm2…モータトルク、ΔTm…モータトルク偏差、Td…動力伝達トルク、Ts1,Ts2…スプリングトルク、ΔTs…スプリングトルク偏差、Tv…弁体トルク、To,Toa,Toa1,Toa2,Tob,Tob1,Tob2…出力軸トルク、ΔToa,ΔTob…出力軸トルク偏差。 10 ... Electric actuator, 11 ... Setting circuit, 12 ... Motor drive circuit, 13 ... Motor, 13A ... Shaft, 14 ... Power transmission unit, 15 ... Return spring, 16 ... Output shaft, 17A ... Output side angle sensor, 17V ... Valve Side angle sensor, 17T ... torque sensor, 18 ... storage circuit, 19 ... control circuit, 19A ... opening control unit, 19B ... deterioration index processing unit, 20 ... valve body, 21 ... flow path, 22 ... valve body, 23 ... Inner wall, 24 ... top surface of body, 25 ... bottom surface of body, 26 ... valve shaft, 30 ... joint, 31 ... yoke, 40 ... strain gauge, 41 ... base, 42 ... gauge, 43 ... lead, 45 ... whitstone bridge circuit, R ... Resistor, S1, S2 ... Pressure sensor, S3 ... Temperature sensor, Qref ... Flow target value, Q ... Flow current value, ΔQ ... Flow deviation, Sa ... Output side sensor output value, Sb ... Output side output reference value, Sv ... Valve side sensor output value, Ss ... Valve side output reference value, Tx ... Detection temperature, P1 ... Primary side pressure, P2 ... Secondary side pressure, ΔP ... Differential pressure, Vo ... Torque sensor output value, θ1, θ2 ... Control opening, θa, θa1, θa2 ... Output side opening, Δθa ... Output side opening deviation, θv ... Valve side opening, Tm1, Tm2 ... Motor torque, ΔTm ... Motor torque deviation, Td ... Power transmission torque, Ts1 , Ts2 ... Spring torque, ΔTs ... Spring torque deviation, Tv ... Valve body torque, To, Toa, Toa1, Toa2, Tob, Tob1, Tob2 ... Output shaft torque, ΔToa, ΔTob ... Output shaft torque deviation.

Claims (8)

弁体を回動するための出力軸と、
動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、
前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、
前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、
前記制御回路は、
前記モータを駆動制御して、互いに異なる第1および第2の制御開度へ向けて前記出力軸を回動する開度制御部と、
前記第1および第2の制御開度の間における前記出力軸の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記第1および第2の制御開度の間で前記出力軸の出力軸トルクの出力軸トルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングの劣化指標として、前記リターンスプリングのばね定数を計算する劣化指標処理部とを有する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
The output shaft for rotating the valve body and
A motor that rotates the output shaft via a power transmission unit,
A control circuit that controls the opening degree of the valve body by driving and controlling the motor, and
It is equipped with a return spring that is attached to the output shaft and returns the output shaft to a predetermined opening position by its own return force when the power is cut off.
The control circuit
An opening control unit that drives and controls the motor to rotate the output shaft toward different first and second control openings.
The output side opening deviation indicating the opening deviation of the output shaft between the first and second control openings and the output shaft torque of the output shaft between the first and second control openings. An electric actuator characterized by having a deterioration index processing unit for calculating a spring constant of the return spring as a deterioration index of the return spring based on an output shaft torque deviation.
請求項1に記載の電動アクチュエータであって、
前記出力軸のうち、前記動力伝達部と前記リターンスプリングとの間の前記出力軸の出力軸トルクを検出するトルクセンサをさらに備え、
前記劣化指標処理部は、前記出力側開度偏差と、前記第1および第2の制御開度で前記トルクセンサにより検出された前記出力軸トルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングのばね定数を計算する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 1.
Among the output shafts, a torque sensor for detecting the output shaft torque of the output shaft between the power transmission unit and the return spring is further provided.
The deterioration index processing unit determines the spring constant of the return spring based on the output side opening deviation and the output shaft torque deviation detected by the torque sensor at the first and second control openings. An electric actuator characterized by calculation.
請求項2に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記出力側開度偏差をΔθaとし、前記出力軸トルク偏差をΔToaとした場合、前記ばね定数kを次の式で計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
Figure 2020153409
The electric actuator according to claim 2.
The deterioration index processing unit is an electric actuator characterized in that, when the output side opening deviation is Δθa and the output shaft torque deviation is ΔToa, the spring constant k is calculated by the following equation.
Figure 2020153409
請求項1に記載の電動アクチュエータであって、
前記出力軸のうち、前記リターンスプリングと前記弁体との間の前記出力軸の出力軸トルクを検出するトルクセンサをさらに備え、
前記劣化指標処理部は、前記出力側開度偏差と、前記第1および第2の制御開度で前記トルクセンサにより検出された前記出力軸トルク偏差と、前記第1および第2の制御開度で前記モータに生じたモータトルクのモータトルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングのばね定数を計算する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 1.
Among the output shafts, a torque sensor for detecting the output shaft torque of the output shaft between the return spring and the valve body is further provided.
The deterioration index processing unit includes the output side opening deviation, the output shaft torque deviation detected by the torque sensor at the first and second control openings, and the first and second control openings. An electric actuator characterized in that the spring constant of the return spring is calculated based on the motor torque deviation of the motor torque generated in the motor.
請求項4に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記第1および第2の制御開度で前記モータに流れたモータ電流から計算されたモータトルクの差分に基づいて前記モータトルク偏差を計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
In the electric actuator according to claim 4,
The deterioration index processing unit calculates the motor torque deviation based on the difference in motor torque calculated from the motor current flowing through the motor at the first and second control openings. ..
請求項4または請求項5に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記出力側開度偏差をΔθaとし、前記出力軸トルク偏差をΔTobとし、前記モータトルク偏差をΔTmとした場合、前記ばね定数kを次の式で計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
Figure 2020153409
The electric actuator according to claim 4 or 5.
When the output side opening deviation is Δθa, the output shaft torque deviation is ΔTob, and the motor torque deviation is ΔTm, the deterioration index processing unit calculates the spring constant k by the following equation. Electric actuator.
Figure 2020153409
請求項1〜請求項6のいずれかに記載の電動アクチュエータであって、
前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサをさらに備え、
前記劣化指標処理部は、前記第1および第2の制御開度で前記出力側角度センサにより検出された出力側開度の差分に基づいて、前記出力側開度偏差を計算する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to any one of claims 1 to 6.
An output side angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft as the output side opening is further provided.
The deterioration index processing unit is characterized in that the output side opening deviation is calculated based on the difference between the output side opening detected by the output side angle sensor at the first and second control openings. Electric actuator.
弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、
前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、
前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して、互いに異なる第1および第2の制御開度へ向けて前記出力軸を回動する開度制御ステップと、
前記制御回路の劣化指標処理部が、前記第1および第2の制御開度の間における前記出力軸の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記第1および第2の制御開度の間で前記出力軸の出力軸トルクの出力軸トルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングの劣化指標として、前記リターンスプリングのばね定数を計算する劣化指標処理ステップと
を備えることを特徴とする電動アクチュエータ。
An output shaft for rotating the valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission unit, and a motor.
A control circuit that controls the opening degree of the valve body by driving and controlling the motor, and a return spring that is attached to the output shaft and returns the output shaft to a predetermined opening position by its own return force when the power is cut off. It is a deterioration index calculation method used in an electric actuator equipped with
An opening control step in which an opening control unit of the control circuit drives and controls the motor to rotate the output shaft toward first and second control openings different from each other.
The deterioration index processing unit of the control circuit determines the output side opening deviation indicating the opening deviation of the output shaft between the first and second control opening and the first and second control opening. An electric actuator characterized in that a deterioration index processing step for calculating the spring constant of the return spring is provided as a deterioration index of the return spring based on the output shaft torque deviation of the output shaft torque of the output shaft. ..
JP2019051038A 2019-03-19 2019-03-19 Electric actuator and deterioration index calculation method Active JP7256041B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019051038A JP7256041B2 (en) 2019-03-19 2019-03-19 Electric actuator and deterioration index calculation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019051038A JP7256041B2 (en) 2019-03-19 2019-03-19 Electric actuator and deterioration index calculation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020153409A true JP2020153409A (en) 2020-09-24
JP7256041B2 JP7256041B2 (en) 2023-04-11

Family

ID=72558332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019051038A Active JP7256041B2 (en) 2019-03-19 2019-03-19 Electric actuator and deterioration index calculation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7256041B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07174596A (en) * 1994-12-22 1995-07-14 Tomoe Gijutsu Kenkyusho:Kk Butterfly valve provided with flow-rate measuring function, and method for measurement of flow rate in butterfly valve
JP2008138769A (en) * 2006-12-01 2008-06-19 Yamatake Corp Spring return type electric flow rate regulating device
JP2008138770A (en) * 2006-12-01 2008-06-19 Yamatake Corp Spring return type electric flow rate regulating device
JP2011513832A (en) * 2008-02-29 2011-04-28 フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー Diagnostic method for detecting faults in control valve components
JP2011085161A (en) * 2009-10-13 2011-04-28 Okano Valve Mfg Co Method, device and program for diagnosing soundness of motor-operated valve device
US20190024592A1 (en) * 2016-01-05 2019-01-24 Scania Cv Ab Spring return throttle actuator, method of control thereof and throttle assembly

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07174596A (en) * 1994-12-22 1995-07-14 Tomoe Gijutsu Kenkyusho:Kk Butterfly valve provided with flow-rate measuring function, and method for measurement of flow rate in butterfly valve
JP2008138769A (en) * 2006-12-01 2008-06-19 Yamatake Corp Spring return type electric flow rate regulating device
JP2008138770A (en) * 2006-12-01 2008-06-19 Yamatake Corp Spring return type electric flow rate regulating device
JP2011513832A (en) * 2008-02-29 2011-04-28 フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー Diagnostic method for detecting faults in control valve components
JP2011085161A (en) * 2009-10-13 2011-04-28 Okano Valve Mfg Co Method, device and program for diagnosing soundness of motor-operated valve device
US20190024592A1 (en) * 2016-01-05 2019-01-24 Scania Cv Ab Spring return throttle actuator, method of control thereof and throttle assembly

Also Published As

Publication number Publication date
JP7256041B2 (en) 2023-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2971883B1 (en) Advanced valve actuator with true flow feedback
JP5367720B2 (en) Mass flow control diagnostics
KR102295540B1 (en) Solenoid valve actuator with predictable self-correcting torque controller
CN105339713B (en) A flow control valve servo mechanism based on a step motor and control method thereof
WO2006060185A1 (en) Process fluid flow device with variable orifice
JP6581833B2 (en) Actuator failure detection device, control device and method
US20200248828A1 (en) Actuator and method of operating the actuator
JP2019002508A (en) Flow control valve and valve opening detection method
JP2020153409A (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP7248464B2 (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP2020153408A (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP2020153407A (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP7197385B2 (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP2020153410A (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP7202909B2 (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP7256018B2 (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP2020153405A (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP2020154531A (en) Electric actuator and twist angle calculation method
JP2020154528A (en) Electric actuator and twist angle calculation method
JP2020118282A (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
JP2020118281A (en) Electric actuator and deterioration index calculation method
RU2659806C1 (en) Electric drive control device
JP2019019830A (en) Flow control valve and load torque calculation method
JP2019028815A (en) Flow rate control valve and aperture current value correction method
JP2019215023A (en) Flow control valve and transmission torque calculation method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211223

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230202

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230307

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230330

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7256041

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150