JP2020154528A

JP2020154528A - Electric actuator and twist angle calculation method

Info

Publication number: JP2020154528A
Application number: JP2019051029A
Authority: JP
Inventors: 浩昭成田; Hiroaki Narita
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-09-24

Abstract

To provide an electric actuator capable of easily calculating a twist angle of a valve body.SOLUTION: An electric actuator 10 is provided, comprising an output shaft 16 for turning a valve body 22, a motor 13 for turning the output shaft via a power transmission unit 14, and a control circuit 19 configured to control opening of the valve body by controlling driving of the motor. The control circuit includes a computation processing unit 19B configured to calculate a twist angle of the valve body based on output shaft torque on the output shaft at a given measurement time.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電動アクチュエータに関し、特に、電動アクチュエータで制御する弁体のねじれ角を計算するためのねじれ角計算技術に関する。 The present invention relates to an electric actuator, and more particularly to a twist angle calculation technique for calculating a twist angle of a valve body controlled by the 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は、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。例えば、電動アクチュエータの適用例の１つである流量制御弁は、空調システム等の設備で用いられて、配管を流れる冷温水の流量を制御する電動バルブであり、主に弁本体とアクチュエータとから構成されている。 An electric actuator that electrically controls the opening and closing of an operating end such as a valve or a damper adjusts the opening degree of the operating end by rotating an output shaft with a motor via a power transmission unit. For example, the flow rate control valve, which is one of the application examples of the electric actuator, is an electric valve used in equipment such as an air conditioning system to control the flow rate of cold / hot water flowing through a pipe, and is mainly composed of a valve body and an actuator. It is configured.

弁本体は、流体が流れる流路が内部に形成された金属管からなり、流路の途中には流体の流量を制御するための弁体が回動自在に取り付けられている。アクチュエータは、この弁体の実際の弁開度を検出し、得られた弁開度に基づいて弁体を回動制御することにより、流量制御を行うものとなっている（例えば、特許文献１など参照）。 The valve body is made of a metal pipe having a flow path through which the fluid flows, and a valve body for controlling the flow rate of the fluid is rotatably attached in the middle of the flow path. The actuator detects the actual valve opening degree of the valve body and controls the rotation of the valve body based on the obtained valve opening degree to control the flow rate (for example, Patent Document 1). Etc.).

特開２０１５−１９４１６６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-194166 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と電動アクチュエータから制御する操作端の弁体とは、電動アクチュエータ側の出力軸、弁体側の弁軸、および出力軸と弁軸とを連結するための継手からなる、一連の連結軸を介して連結されている。この連結軸の軸長はある程度の長さを持つため、弁体に対して負荷がかかっている場合には連結軸がねじれて、連結軸の両端間で回動角度の差、すなわちねじれ角が生じる。このような弁体のねじれ角は、連結軸のうち電動アクチュエータ側の上端で検出した出力側開度と、連結軸のうち弁体側の下端に連結されている弁体の弁側開度との間で開度誤差となって現れることになる。このため、出力側開度に基づき流量制御を行った場合、流量誤差が生じる原因となる。 Normally, the electric actuator and the valve body at the operation end controlled by the electric actuator are a series of connections including an output shaft on the electric actuator side, a valve shaft on the valve body side, and a joint for connecting the output shaft and the valve shaft. It is connected via a shaft. Since the shaft length of this connecting shaft has a certain length, the connecting shaft is twisted when a load is applied to the valve body, and the difference in rotation angle between both ends of the connecting shaft, that is, the twist angle is generated. Occurs. The twist angle of such a valve body is the output side opening detected at the upper end of the connecting shaft on the electric actuator side and the valve side opening of the valve body connected to the lower end of the connecting shaft on the valve body side. It will appear as an opening error between them. Therefore, when the flow rate is controlled based on the opening degree on the output side, a flow rate error may occur.

連結軸を構成する出力軸、継手、弁軸や弁体は、耐食性を有する材料からなり、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、実際に発生するねじれ角は無視できる程度の微細な量であり、一般的な流量制御の場合には誤差の範囲内に収まる程度である。
一方、電動アクチュエータや操作端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。 The output shafts, joints, valve shafts and valve bodies that make up the connecting shaft are made of corrosion-resistant materials and are considered to have sufficient durability over a long period of time. Therefore, the twist angle that actually occurs is a minute amount that can be ignored, and in the case of general flow control, it is within the range of error.
On the other hand, a warranty period is set for the electric actuator and the operation end, and it is necessary to replace it with a new one 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、出力軸、継手、弁軸や弁体が劣化して変形、故障、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。このような場合、ねじれ角が無視できない程度まで大きくなり、高精度な流量制御を行う場合には、流量誤差となって現れることになる。また、弁体が劣化してねじれ角が大きくなると、電動アクチュエータから弁体を精度よく開閉制御できなくなったり、弁体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ったりする可能性がある。このため、弁体の劣化状態を把握しておくことが重要となる。 If it is used for a long period of time beyond the warranty period, the output shaft, joint, valve shaft and valve body may deteriorate and the initial performance may not be obtained due to deformation, failure, aging, etc. In such a case, the twist angle becomes so large that it cannot be ignored, and when high-precision flow control is performed, a flow error will appear. In addition, if the valve body deteriorates and the twist angle becomes large, the valve body cannot be accurately controlled to open and close from the electric actuator, or the valve body cannot be reliably returned to a predetermined rotation position such as a fully closed position or a fully open position. there's a possibility that. Therefore, it is important to understand the deteriorated state of the valve body.

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で制御する弁体のねじれ角を容易に計算できるねじれ角計算技術を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a twist angle calculation technique capable of easily calculating a twist angle of a valve body controlled by 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を備え、前記制御回路は、所定の計測タイミングにおける前記出力軸の出力軸トルクに基づいて、前記弁体のねじれ角を計算する計算処理部を有している。 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. A control circuit for controlling the opening degree of the valve body by controlling the valve body is provided, and the control circuit calculates the twist angle of the valve body based on the output shaft torque of the output shaft at a predetermined measurement timing. It has a processing unit.

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ている。 Further, one configuration example of the electric actuator according to the present invention further includes a torque sensor that detects the output shaft torque of the output shaft between the power transmission unit and the valve body among the output shafts. ..

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、前記計算処理部が、前記計測タイミングに前記トルクセンサで検出された出力軸トルクに基づいて、前記計測タイミングに前記弁体で生じた弁体トルクを計算し、得られた前記弁体トルクに基づいて前記ねじれ角を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, the calculation processing unit uses the output shaft torque detected by the torque sensor at the measurement timing, and the valve generated at the valve body at the measurement timing. The body torque is calculated, and the twist angle is calculated based on the obtained valve body torque.

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、前記計算処理部が、前記出力軸トルクを前記弁体トルクとして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, the calculation processing unit calculates the output shaft torque as the valve body torque.

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、前記計算処理部が、前記電動アクチュエータと前記弁体とを連結する一連の連結軸のうち前記トルクセンサから前記弁体までの軸長をＬとし、前記弁体トルクをＴｖとし、前記弁体の横弾性係数および断面二次極モーメントをＧおよびＩｐとした場合、前記ねじれ角Δθｎ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, the calculation processing unit determines the shaft length from the torque sensor to the valve body in a series of connecting shafts connecting the electric actuator and the valve body. When L is set, the valve body torque is Tv, and the lateral elastic coefficient and the moment of inertia of area of the valve body are G and Ip, the twist angle Δθn 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、前記制御回路は、前記計算処理部で計算した前記ねじれ角に基づいて、前記出力側角度センサで検出した前記出力側開度を補正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 an output side opening degree, and the control circuit is calculated by the calculation processing unit. Based on the twist angle, the output side opening degree detected by the output side angle sensor is corrected.

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と、前記弁体の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサとをさらに備え、前記制御回路は、前記出力側開度と前記弁側開度との差分からなる開度偏差と、前記計算処理部で計算した前記ねじれ角との開度誤差を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, an output side angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft as the output side opening and a valve body rotation angle that detects the valve side opening. Further provided with a valve-side angle sensor, the control circuit has an opening degree deviation formed by a difference between the output-side opening degree and the valve-side opening degree and an opening degree between the twist angle calculated by the calculation processing unit. It is designed to calculate the error.

また、本発明にかかるねじれ角計算方法は、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を備える電動アクチュエータで用いられるねじれ角計算方法であって、前記制御回路が、所定の計測タイミングにおける前記出力軸の出力軸トルクを取得する第１のステップと、前記出力軸トルクに基づいて、前記弁体の劣化指標として、前記弁体のねじれ角を計算する第２のステップとを備えている。 Further, the twist angle calculation method according to the present invention includes an output shaft for rotating a valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission unit, and the valve by driving and controlling the motor. A twist angle calculation method used in an electric actuator including a control circuit for controlling the opening degree of a body, wherein the control circuit obtains an output shaft torque of the output shaft at a predetermined measurement timing. A second step of calculating the twist angle of the valve body is provided as a deterioration index of the valve body based on the output shaft torque.

本発明によれば、弁体や連結軸の劣化指標として、弁体のねじれ角を容易に計算できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、弁体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、ねじれ角の経時変化を、計算処理部や上位装置でモニタすることにより、弁体や連結軸の劣化時期すなわち交換時期を予測でき、操作端の予知保全に極めて有用である。 According to the present invention, since the twist angle of the valve body can be easily calculated as a deterioration index of the valve body and the connecting shaft, the deterioration state of the valve body can be easily grasped according to the deviation width from the initial design value. be able to. 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 twist angle with the calculation processing unit or the host device, the deterioration time, that is, the replacement time of the valve body and the connecting shaft can be predicted, which is extremely useful for predictive maintenance of the operation end.

図１は、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. 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、出力側センサ出力値と出力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 output side sensor output value and the output side opening degree. 図５は、ねじれ角計算処理を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing the twist angle calculation process. 図６は、ねじれ角計算処理動作を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a twist angle calculation processing operation. 図７は、劣化指標処理を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing deterioration index processing. 図８は、開度誤差処理を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the opening degree error processing.

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［本実施の形態］
まず、図１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について説明する。図１は、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.
[Implementation]
First, the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric actuator.

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、出力軸１６、出力側角度センサ１７Ａ、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 electric actuator 10 has a setting circuit 11, a motor drive circuit 12, a motor 13, a power transmission unit 14, an output shaft 16, an output side angle sensor 17A, a torque sensor 17T, a storage circuit 18, and a control circuit 19 as main configurations. Is 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 includes 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. ing.
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.

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 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 the valve body via the joint 30 and the valve shaft 26. It is connected with 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.

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と弁体２２との間の出力軸１６に取り付けられており、動力伝達部１４と弁体２２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 valve body 22 in the output shaft 16, and is located between the power transmission unit 14 and the valve body 22. 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、折り返しパターンで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の端部のそれぞれ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ており、出力軸１６の出力軸トルクＴｏに応じて出力軸１６が歪むと、その歪んだ分だけベース４１も伸縮するため、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 consists of a gauge 42 made of a resistor R such as a metal foil patterned with a folded pattern on a base 41 made of a thin electric insulator such as resin, and an end of the resistor R. It consists of two leads 43 electrically connected to each of the portions.
The torque sensor 17T composed of the strain gauge 40 is adhered to the surface of the output shaft 16 with an adhesive. When the output shaft 16 is distorted according to the output shaft torque To of the output shaft 16, the base 41 is also distorted by the amount of the distortion. As a result, the resistance value of the resistor R of the gauge 42 changes because it expands and contracts.

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。 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.

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。 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の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と計算処理部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 cooperating with the CPU and a program. There is.
The control circuit 19 includes an opening degree control unit 19A and a calculation 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、任意の制御開度に出力軸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 a 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. It has a function of adjusting the valve opening degree of the valve body 22 to control the current flow rate value Q and a function of rotating the output shaft 16 to an arbitrary control opening degree.

計算処理部１９Ｂは、所定の計測タイミングにおける出力軸１６の出力軸トルクＴｏに基づいて、弁体２２の劣化指標として、弁体２２のねじれ角Δθｎを計算する機能と、得られたねじれ角Δθｎと予め設定されている正常範囲Ｅとに基づいて、弁体２２の劣化状態を判定する機能とを有している。 The calculation processing unit 19B has a function of calculating the twist angle Δθn of the valve body 22 as a deterioration index of the valve body 22 based on the output shaft torque To of the output shaft 16 at a predetermined measurement timing, and the obtained twist angle Δθn. It has a function of determining the deteriorated state of the valve body 22 based on the preset normal range E.

本発明において、電動アクチュエータ１０側の出力軸１６、弁体２２側の弁軸２６、および出力軸１６と弁軸２６とを連結するための継手３０からなる、一連の連結構造を連結軸という。また、連結軸のうち電動アクチュエータ１０側の上端で検出される出力側開度θａと、連結軸のうち弁体２２側の下端で検出される弁側開度θｖとの差異は、弁体２２のねじれ角Δθｎと同等となる。 In the present invention, a series of connecting structures including an output shaft 16 on the electric actuator 10 side, a valve shaft 26 on the valve body 22 side, and a joint 30 for connecting the output shaft 16 and the valve shaft 26 is referred to as a connecting shaft. Further, the difference between the output side opening θa detected at the upper end of the connecting shaft on the electric actuator 10 side and the valve side opening θv detected at the lower end of the connecting shaft on the valve body 22 side is the valve body 22. It becomes equivalent to the twist angle Δθn of.

以下では、計測タイミングにおける制御開度がθｘであり、その時の出力側開度がθａであるものとする。計測タイミングについては、予め設定した一定周期に同期したタイミングや、電動アクチュエータ１０や操作端の延べ使用期間が予め離散的に設定した期間長に到達したタイミングなど、時間に基づき特定してもよい。このほか、出力軸１６が所定の開度まで回動されたタイミングなど、出力軸１６の開度に基づき特定してもよい。また、計測タイミングにおいて、出力軸１６は回動中であってもよく、一時停止して一定開度に保持されている状態であってもよい。 In the following, it is assumed that the control opening degree at the measurement timing is θx and the output side opening degree at that time is θa. The measurement timing may be specified based on time, such as a timing synchronized with a preset fixed cycle or a timing when the total usage period of the electric actuator 10 or the operation end reaches a period length set discretely in advance. In addition, it may be specified based on the opening degree of the output shaft 16 such as the timing when the output shaft 16 is rotated to a predetermined opening degree. Further, at the measurement timing, the output shaft 16 may be rotating, or may be in a state of being temporarily stopped and held at a constant opening degree.

また、計算処理部１９Ｂは、計測タイミングにトルクセンサ１７Ｔにより検出された、動力伝達部１４と弁体２２との間の出力軸１６の出力軸トルクＴｏに基づいて、計測タイミングに弁体２２で生じた弁体トルクＴｖを計算する機能と、得られた弁体トルクＴｖに基づいてねじれ角Δθｎを計算する機能と、出力軸トルクＴｏそのものを弁体トルクＴｖとして計算する機能とを有している。 Further, the calculation processing unit 19B uses the valve body 22 at the measurement timing based on the output shaft torque To of the output shaft 16 between the power transmission unit 14 and the valve body 22 detected by the torque sensor 17T at the measurement timing. It has a function to calculate the generated valve body torque Tv, a function to calculate the twist angle Δθn based on the obtained valve body torque Tv, and a function to calculate the output shaft torque To itself as the valve body torque Tv. There is.

具体的には、計算処理部１９Ｂは、電動アクチュエータ１０と弁体２２とを連結する一連の連結軸のうちトルクセンサ１７Ｔから弁体２２までの軸長をＬとし、弁体トルクをＴｖとし、弁体２２の横弾性係数および断面二次極モーメントをＧおよびＩｐとした場合、ねじれ角Δθｎを後述する式（５）で計算する機能を有している。 Specifically, the calculation processing unit 19B sets the shaft length from the torque sensor 17T to the valve body 22 to L and the valve body torque to Tv in a series of connecting shafts connecting the electric actuator 10 and the valve body 22. When the lateral elastic coefficient and the moment of inertia of area of the valve body 22 are G and Ip, the valve body 22 has a function of calculating the torsion angle Δθn by the equation (5) described later.

また、計算処理部１９Ｂは、計算して得られたねじれ角Δθｎに基づいて、出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａを補正し、補正後出力側開度θ’ａを計算する機能を有している。 Further, the calculation processing unit 19B corrects the output side opening degree θa detected by the output side angle sensor 17A based on the calculated twist angle Δθn, and calculates the corrected output side opening degree θ'a. It has a function.

また、計算処理部１９Ｂは、弁本体２０の外側である本体上面２４または本体底面２５に、弁体２２付近の弁軸２６の回動角度を検出する弁側角度センサが取り付けられている場合、弁側角度センサから弁側開度θｖを取得し、出力側開度θａと弁側開度θｖとの差分である開度偏差Δθａｖを計算する機能と、得られた開度偏差Δθａｖと補正後出力側開度θ’ａとの開度誤差Δθｅを計算する機能と、開度誤差Δθｅと予め設定されている正常範囲ｅとに基づいて、弁側角度センサの劣化状態を判定する機能とを有している。 Further, when the calculation processing unit 19B has a valve side angle sensor for detecting the rotation angle of the valve shaft 26 near the valve body 22 attached to the main body upper surface 24 or the main body bottom surface 25 outside the valve body 20. A function to acquire the valve side opening θv from the valve side angle sensor and calculate the opening deviation Δθav which is the difference between the output side opening θa and the valve side opening θv, and the obtained opening deviation Δθav after correction. A function to calculate the opening error Δθe with the output side opening θ'a and a function to determine the deterioration state of the valve side angle sensor based on the opening error Δθe and the preset normal range e. Have.

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、出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａ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 output side opening degree θa detected by the output side angle sensor 17A. 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、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。 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 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.

図４は、出力側センサ出力値と出力側開度との関係を示すグラフである。出力側角度センサ１７Ａ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、出力軸１６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出力側センサ出力値Ｓａ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、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。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the output side sensor output value and the output side opening degree. The circular differential transformer type angle sensor and the magnetic resistance type angle sensor used as the output side angle sensor 17A are symmetrical in the fully closed direction and the fully open direction with the intermediate position angle of the output shaft 16, that is, 50% opening as the center. It has a structure to output the output side sensor output value Sa. Therefore, as shown in FIG. 4, the relationship between the output side sensor output value Sa and the output side opening degree θa is linearly proportional, and the voltage value indicating fully closed and fully open is the voltage value indicating 50% opening degree = The voltage values −Sb and Sb are separated by the same voltage width Sb with 0v as the center.

まず、開度制御部１９Ａは、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）。 First, the opening degree control unit 19A acquires the output side sensor output value Sa from the output side angle sensor 17A (step S100), and based on the preset output side output reference value Sb, the opening degree current value from Sa. θ (output side opening degree θa) = 50 × (1 + Sa / Sb) [%] is calculated (step S101).

なお、弁体２２のねじれ角Δθｎを考慮して流量制御する場合、制御回路１９の内部メモリ（図示せず）または記憶回路１８から、後述するねじれ角計算処理で得られた出力側開度θａにおける補正後出力側開度θ’ａを取得して、開度現在値θとして用いればよい。この際、出力側開度θａにおける補正後出力側開度θ’ａが保存されていない場合、例えば出力側開度θａに近しい他の開度における、保存されている補正後出力側開度を補間処理することにより、出力側開度θａにおける補正後出力側開度θ’ａを計算してもよい。 When the flow rate is controlled in consideration of the twist angle Δθn of the valve body 22, the output side opening degree θa obtained by the twist angle calculation process described later from the internal memory (not shown) or the storage circuit 18 of the control circuit 19 The corrected output side opening degree θ'a may be acquired and used as the opening degree current value θ. At this time, when the corrected output side opening θ'a at the output side opening θa is not saved, for example, the stored corrected output side opening at another opening close to the output side opening θa is stored. The corrected output side opening degree θ'a at the output side opening degree θa may be calculated by performing the interpolation processing.

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、出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａを用いた流量制御動作について説明したが、弁本体２０の外側である本体上面２４または本体底面２５に、弁体２２付近の弁軸２６の回動角度を検出する弁側角度センサが取り付けられている場合、弁側開度θｖに代えて弁側角度センサで検出した弁側開度θｖ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 output side opening degree θa detected by the output side angle sensor 17A has been described with reference to FIG. 3, but the main body upper surface 24 or the main body bottom surface 25 outside the valve main body 20 has been described. When a valve-side angle sensor that detects the rotation angle of the valve shaft 26 near the valve body 22 is attached, the valve-side opening θv detected by the valve-side angle sensor is used instead of the valve-side opening θv. A flow control operation may be performed.

具体的には、図３のステップＳ１００−Ｓ１０１において、弁側角度センサ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）。なお、制御回路１９内の記憶部（図示せず）には、弁側角度センサ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。 Specifically, in steps S100-S101 of FIG. 3, the valve side sensor output value Sv is acquired from the valve side angle sensor (step S100), and from Sv based on the preset valve side output reference value Ss. The current opening value θ (valve side opening θv) = 50 × (1 + Sv / Ss) [%] is calculated (step S101). In the storage unit (not shown) in the control circuit 19, the valve side output reference value Ss, which is a reference for the correspondence between the valve side sensor output value Sv of the valve side angle sensor and the valve opening degree of the valve body 22. Is set in advance.

弁側出力基準値Ｓｓは、出力側出力基準値Ｓｂに代えて用いられるものである。弁側角度センサとして、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、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Ｓｖだけ離れた電圧値−Ｓｖ，Ｓｖとなる。 The valve side output reference value Ss is used in place of the output side output reference value Sb. When a circular differential transformer type angle sensor or a magnetic resistance type angle sensor is used as the valve side angle sensor, the relationship between the valve side sensor output value Sv and the valve side opening θv is linearly proportional, as in FIG. 4 described above. At the same time, the voltage values indicating fully closed and fully opened are voltage values −Sv, Sv separated by the same voltage width Sv around the voltage value = 0v indicating a 50% opening degree.

この際、弁側角度センサに取り付けられた温度センサで検出された検出温度Ｔｘに基づいて、弁側角度センサの開度現在値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。
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。 At this time, the current opening value θ (valve side opening θv) of the valve side angle sensor is temperature-corrected based on the detected temperature Tx detected by the temperature sensor attached to the valve side angle sensor. Note that the temperature correction of the current opening value θ is not essential in this embodiment, and the temperature correction can be omitted when the sensor output of the valve side angle sensor is not affected by the ambient temperature.
The other steps in FIG. 3 are the same as those described above, and the description thereof will be omitted here.

［ねじれ角計算処理動作］
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のねじれ角計算処理動作について説明する。図５は、ねじれ角計算処理を示すフローチャートである。図６は、ねじれ角計算処理動作を示す説明図である。
制御回路１９は、弁体２２のねじれ角Δθｎを計算する際、図５のねじれ角計算処理を実行する。 [Twist angle calculation processing operation]
Next, the twist angle calculation 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 twist angle calculation process. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a twist angle calculation processing operation.
The control circuit 19 executes the twist angle calculation process of FIG. 5 when calculating the twist angle Δθn of the valve body 22.

まず、計算処理部１９Ｂは、計測タイミングが到来するまで待機する（ステップＳ１５０：ＮＯ）。計測タイミングが到来した場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、計算処理部１９Ｂは、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θａを取得するとともに（ステップＳ１５１）、計測タイミングにトルクセンサ１７Ｔで検出されたトルクセンサ出力値Ｖｏに基づいて、出力側開度θａにおける出力軸トルクＴｏを取得する（ステップＳ１５２）。 First, the calculation processing unit 19B waits until the measurement timing arrives (step S150: NO). When the measurement timing has arrived (step S150: YES), the calculation processing unit 19B acquires the output side opening degree θa obtained from the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A (step S151), and measures the measurement. Based on the torque sensor output value Vo detected by the torque sensor 17T at the timing, the output shaft torque To at the output side opening degree θa is acquired (step S152).

この際、計測タイミングにおいて、出力軸１６は回動中であってもよく、あるいは、任意の一定開度で保持されている状態であってもよい。したがって、ねじれ角計算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、計測タイミングに出力軸１６が回動されている場合、ねじれ角計算処理動作で出力軸１６を一時的に保持する必要はない。なお、計測タイミングにおいて、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θｖを取得し、以下のねじれ角計算処理において、出力側開度θａの代わりに弁側開度θｖを用いてもよい。 At this time, at the measurement timing, the output shaft 16 may be rotating, or may be held at an arbitrary constant opening degree. Therefore, when the output shaft 16 is rotated at the measurement timing due to an operation executed in parallel with the twist angle calculation processing operation, for example, a flow rate control operation, the output shaft 16 is temporarily moved by the twist angle calculation processing operation. No need to hold. At the measurement timing, the valve side opening θv obtained from the valve side sensor output value Sv of the valve side angle sensor 17V is acquired, and in the following twist angle calculation process, the valve side is opened instead of the output side opening θa. The degree θv may be used.

続いて、計算処理部１９Ｂは、得られた出力側開度θａと出力軸トルクＴｏとに基づいて、弁体２２にかかる弁体トルクＴｖを計算し（ステップＳ１５３）、得られた弁体トルクＴｖに基づいて、出力側開度θａにおける弁体２２のねじれ角Δθｎを計算し（ステップＳ１５４）、得られたねじれ角Δθｎを制御回路１９の内部メモリ（図示せず）または記憶回路１８に保存する（ステップＳ１５５）。
また、計算処理部１９Ｂは、得られたねじれ角Δθｎに基づいて、出力側開度θａを補正した補正後出力側開度θ’ａを計算し（ステップＳ１５６）、得られた補正後出力側開度θ’ａを上記内部メモリまたは記憶回路１８に保存し（ステップＳ１５７）、一連のねじれ角計算処理を終了する。 Subsequently, the calculation processing unit 19B calculates the valve body torque Tv applied to the valve body 22 based on the obtained output side opening degree θa and the output shaft torque To (step S153), and obtains the valve body torque. Based on Tv, the twist angle Δθn of the valve body 22 at the output side opening θa is calculated (step S154), and the obtained twist angle Δθn is stored in the internal memory (not shown) of the control circuit 19 or the storage circuit 18. (Step S155).
Further, the calculation processing unit 19B calculates the corrected output side opening θ'a after correcting the output side opening θa based on the obtained twist angle Δθn (step S156), and the obtained corrected output side. The opening degree θ'a is stored in the internal memory or the storage circuit 18 (step S157), and a series of twist angle calculation processes is completed.

通常、出力軸１６が回動している場合、あるいは、出力軸１６を任意の一定開度で保持した場合、モータ１３、動力伝達部１４、および弁体２２に発生するそれぞれのトルクは、互いにつり合った状態にあり、これらトルクの総和はゼロとなる。図６に示すように、例えば、任意の出力側開度θａにおけるモータ１３のモータトルクをＴｍとし、動力伝達部１４における動力伝達トルクをＴｄとし、弁体２２の弁体トルクをＴｖとした場合、任意の制御開度θｘ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 constant opening degree, the torques generated in the motor 13, the power transmission unit 14, and the valve body 22 are mutually different. It is in a balanced state, and the sum of these torques is zero. As shown in FIG. 6, for example, when the motor torque of the motor 13 at an arbitrary output side opening θa is Tm, the power transmission torque of the power transmission unit 14 is Td, and the valve body torque of the valve body 22 is Tv. , The balance of these torques at an arbitrary control opening degree θx is expressed by the following equation (1).

一方、動力伝達部１４と弁体２２との間の出力軸１６の出力軸トルクＴｏは、トルクのつり合いで見れば、次の式（２）に示すように、モータ１３のモータトルクＴｍと動力伝達部１４の動力伝達トルクＴｄとの和に等しい。 On the other hand, the output shaft torque To of the output shaft 16 between the power transmission unit 14 and the valve body 22 is the motor torque Tm of the motor 13 and the power, as shown in the following equation (2), in terms of torque balance. It is equal to the sum of the power transmission torque Td of the transmission unit 14.

したがって、これら式（１）と式（２）に基づけば、弁体トルクＴｖは、次の式（３）に示すようになる。このため、出力軸トルクＴｏを検出すれば、弁体トルクＴｖが得られることになる。 Therefore, based on these equations (1) and (2), the valve body torque Tv is shown in the following equation (3). Therefore, if the output shaft torque To is detected, the valve body torque Tv can be obtained.

また、弁体２２に対して負荷がかかっている場合、出力軸１６、継手３０、弁軸２６からなる一連の連結軸に対してねじれ角Δθｎが生じる。連結軸のうち動力伝達部１４から弁体２２までの軸長をＬとし、弁体トルクをＴｖとし、弁体２２の横弾性係数および断面二次極モーメントをＧおよびＩｐとした場合、ねじれ角Δθｎは次の式（４）で表される。 Further, when a load is applied to the valve body 22, a twist angle Δθn is generated with respect to a series of connecting shafts including the output shaft 16, the joint 30, and the valve shaft 26. When the shaft length from the power transmission unit 14 to the valve body 22 of the connecting shaft is L, the valve body torque is Tv, and the lateral elastic modulus and the moment of inertia of area of the valve body 22 are G and Ip, the torsion angle is Δθn is expressed by the following equation (4).

この際、連結軸のうち弁体２２の上端までのねじれ角Δθｎを求める場合、軸長Ｌとして動力伝達部１４から弁体２２上端までの長さＬ１を用いればよい。また、連結軸のうち弁体２２の下端までのねじれ角Δθｎを求める場合、軸長Ｌとして動力伝達部１４から弁体２２下端までの長さＬ２を用いればよい。
このようにして得られたねじれ角Δθｎは、出力側開度θａと弁側開度θｖとの偏差と見なせるため、次の式（５）に示すように、出力側開度θａにねじれ角Δθｎを加算することにより、弁側開度θｖに相当する補正後出力側開度θ’ａを得ることができる。 At this time, when the twist angle Δθn to the upper end of the valve body 22 of the connecting shaft is obtained, the length L1 from the power transmission unit 14 to the upper end of the valve body 22 may be used as the shaft length L. Further, when the twist angle Δθn to the lower end of the valve body 22 of the connecting shaft is obtained, the length L2 from the power transmission unit 14 to the lower end of the valve body 22 may be used as the shaft length L.
Since the twist angle Δθn obtained in this way can be regarded as a deviation between the output side opening θa and the valve side opening θv, the twist angle Δθn is equal to the output side opening θa as shown in the following equation (5). By adding, the corrected output side opening degree θ'a corresponding to the valve side opening degree θv can be obtained.

［劣化指標処理動作］
次に、図７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７は、劣化指標処理を示すフローチャートである。
保証期間を超えて長期にわたり使用した場合、連結軸を構成する出力軸１６、継手３０、弁軸２６や弁体２２が劣化して変形、故障、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。このような場合、ねじれ角Δθｎが無視できない程度まで大きくなるため、ねじれ角Δθｎは、弁体２２や連結軸に関する劣化状態の判定に用いる劣化指標となる。
制御回路１９は、弁体２２や連結軸の劣化状態を判定する際、図５のねじれ角計算処理を実行後、図７の劣化指標処理を実行する。 [Deterioration index processing operation]
Next, with reference to FIG. 7, the deterioration index processing operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing deterioration index processing.
If it is used for a long period of time beyond the warranty period, the output shaft 16, joint 30, valve shaft 26 and valve body 22 that make up the connecting shaft will deteriorate and the initial performance will not be obtained due to deformation, failure, aging, etc. There may be cases. In such a case, the twist angle Δθn becomes so large that it cannot be ignored, so that the twist angle Δθn is a deterioration index used for determining the deterioration state of the valve body 22 and the connecting shaft.
When determining the deterioration state of the valve body 22 and the connecting shaft, the control circuit 19 executes the deterioration index processing of FIG. 7 after executing the twist angle calculation processing of FIG.

まず、計算処理部１９Ｂは、制御回路１９の内部メモリまたは記憶回路１８からねじれ角Δθｎを取得して（ステップＳ１６０）、得られたねじれ角Δθｎと予め設定されているねじれ角Δθｎの正常範囲Ｅとを比較し（ステップＳ１６１）、ねじれ角Δθｎが正常範囲Ｅ内である場合には（ステップＳ１６１：ＹＥＳ）、弁体２２や連結軸の劣化状態は正常であると判定し（ステップＳ１６２）、一連の劣化指標処理を終了する。正常範囲Ｅについては、弁体２２や連結軸の設計時に算出した、ねじれ角Δθｎの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。 First, the calculation processing unit 19B acquires the twist angle Δθn from the internal memory or the storage circuit 18 of the control circuit 19 (step S160), and the obtained twist angle Δθn and the preset normal range E of the twist angle Δθn E. When the twist angle Δθn is within the normal range E (step S161: YES), it is determined that the deterioration state of the valve body 22 and the connecting shaft is normal (step S162). A series of deterioration index processing is completed. The normal range E may be determined based on the initial value of the twist angle Δθn and the allowable range calculated at the time of designing the valve body 22 and the connecting shaft.

一方、ねじれ角Δθｎが正常範囲Ｅ外である場合には（ステップＳ１６１：ＮＯ）、弁体２２や連結軸の劣化状態は異常であると判定し（ステップＳ１６３）、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、計算処理部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 twist angle Δθn is outside the normal range E (step S161: NO), it is determined that the deterioration state of the valve body 22 and the connecting shaft is abnormal (step S163), and a series of deterioration index processing is completed. To do. Regarding the obtained deterioration state determination result, the calculation 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、計算処理部１９Ｂが、ねじれ角Δθｎ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、計算処理部１９Ｂが、計算したねじれ角Δθｎ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ねじれ角Δθｎの推定値Δθ’ｎを推定し、推定値Δθ’ｎ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、連結軸を構成する出力軸１６、継手３０、弁軸２６や弁体２２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 calculation processing unit 19B may periodically calculate the change with time of the twist angle Δθn and sequentially notify the host device by data communication. Further, the calculation processing unit 19B sequentially stores the calculated twist angle Δθn in the storage circuit 18 as time series data, and based on the approximate function generated from this time series data, the estimated value Δθ n of the future twist angle Δθn'. n may be estimated, and the time when the estimated value Δθ'n deviates from the normal range E may be predicted as a precaution. Thereby, the deterioration time, that is, the replacement time of the output shaft 16, the joint 30, the valve shaft 26 and the valve body 22 constituting the connecting shaft can be predicted.

［開度誤差処理動作］
次に、図８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の開度誤差処理動作について説明する。図８は、開度誤差処理を示すフローチャートである。
弁本体２０の外側である本体上面２４または本体底面２５に、弁体２２付近の弁軸２６の回動角度を検出する弁側角度センサが取り付けられている場合、弁体２２の弁側開度θｖを弁側角度センサで直接検出することができ、流量制御の開度現在値θとして用いれば高い精度で流量制御を行うことができる。 [Opening error processing operation]
Next, with reference to FIG. 8, the opening error processing operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the opening degree error processing.
When a valve side angle sensor that detects the rotation angle of the valve shaft 26 near the valve body 22 is attached to the upper surface 24 of the main body or the bottom surface 25 of the main body, which is the outside of the valve body 20, the valve side opening degree of the valve body 22 θv can be directly detected by the valve side angle sensor, and if it is used as the current opening value θ of the flow rate control, the flow rate control can be performed with high accuracy.

一般に、弁側角度センサは、弁本体２０の外側である本体上面２４または本体底面２５に取り付けられるため、周囲環境や弁本体２０の流路２１を流れる流体の影響を受けやすい。このような影響により弁側角度センサに異常が発生した場合、出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａと弁側開度θｖとの開度偏差Δθａｖが、通常の範囲のねじれ角Δθｎを超えることになる。図８の開度誤差処理は、開度偏差Δθａｖとねじれ角Δθｎとの差分である開度誤差Δθｅに基づいて、弁側角度センサの劣化状態を判定するようにしたものである。 Generally, since the valve side angle sensor is attached to the main body upper surface 24 or the main body bottom surface 25 which is the outside of the valve main body 20, it is easily affected by the surrounding environment and the fluid flowing through the flow path 21 of the valve main body 20. When an abnormality occurs in the valve side angle sensor due to such an influence, the opening deviation Δθav between the output side opening θa and the valve side opening θv detected by the output side angle sensor 17A has a twist angle Δθn in the normal range. Will exceed. In the opening error processing of FIG. 8, the deterioration state of the valve side angle sensor is determined based on the opening error Δθe, which is the difference between the opening deviation Δθav and the twist angle Δθn.

制御回路１９は、弁側角度センサの劣化状態を判定する際、図５のねじれ角計算処理を実行後、図８の開度誤差処理を実行する。
まず、計算処理部１９Ｂは、出力側角度センサ１７Ａから出力側開度θａを取得するとともに（ステップＳ１７０）、弁側角度センサから弁側開度θｖを取得し（ステップＳ１７１）、次の式（６）に基づいて、出力側開度θａと弁側開度θｖとの開度偏差Δθａｖを計算する（ステップＳ１７２）。 When determining the deterioration state of the valve side angle sensor, the control circuit 19 executes the twist angle calculation process of FIG. 5 and then the opening error process of FIG.
First, the calculation processing unit 19B acquires the output side opening degree θa from the output side angle sensor 17A (step S170) and obtains the valve side opening degree θv from the valve side angle sensor (step S171), and obtains the following equation (step S171). Based on 6), the opening deviation Δθav between the output side opening θa and the valve side opening θv is calculated (step S172).

次に、計算処理部１９Ｂは、制御回路１９の内部メモリまたは記憶回路１８からねじれ角Δθｎを取得して（ステップＳ１７３）、次の式（７）に基づいて、開度偏差Δθａｖと得られたねじれ角Δθｎとの開度誤差Δθｅを計算する（ステップＳ１７４）。 Next, the calculation processing unit 19B acquires the twist angle Δθn from the internal memory or the storage circuit 18 of the control circuit 19 (step S173), and obtains the opening degree deviation Δθav based on the following equation (7). The opening error Δθe with the twist angle Δθn is calculated (step S174).

続いて、計算処理部１９Ｂは、開度誤差Δθｅを予め設定されている開度誤差Δθｅの正常範囲ｅと比較し（ステップＳ１７５）、開度誤差Δθｅが正常範囲ｅ内である場合には（ステップＳ１７５：ＹＥＳ）、弁側角度センサの劣化状態は正常であると判定し（ステップＳ１７６）、一連の開度誤差処理を終了する。正常範囲Ｅについては、弁体２２や連結軸の設計時に算出した、ねじれ角Δθｎの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。 Subsequently, the calculation processing unit 19B compares the opening error Δθe with the preset normal range e of the opening error Δθe (step S175), and when the opening error Δθe is within the normal range e (step S175). Step S175: YES), it is determined that the deterioration state of the valve side angle sensor is normal (step S176), and a series of opening error processing is completed. The normal range E may be determined based on the initial value of the twist angle Δθn and the allowable range calculated at the time of designing the valve body 22 and the connecting shaft.

一方、開度誤差Δθｅが正常範囲ｅ外である場合には（ステップＳ１７５：ＮＯ）、弁側角度センサの劣化状態は異常であると判定し（ステップＳ１７７）、一連の開度誤差処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、計算処理部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 opening error Δθe is outside the normal range e (step S175: NO), it is determined that the deterioration state of the valve side angle sensor is abnormal (step S177), and a series of opening error processing is completed. To do. Regarding the obtained deterioration state determination result, the calculation 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、計算処理部１９Ｂが、開度誤差Δθｅ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、計算処理部１９Ｂが、計算した開度誤差Δθｅ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開度誤差Δθｅの推定値Δθ’ｅを推定し、推定値Δθ’ｅ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、連結軸を構成する出力軸１６、継手３０、弁軸２６や弁体２２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 calculation processing unit 19B may periodically calculate the change with time of the opening error Δθe and sequentially notify the higher-level device by data communication. Further, the calculation processing unit 19B sequentially stores the calculated opening error Δθe in the storage circuit 18 as time-series data, and estimates the future opening error Δθe based on the approximation function generated from the time-series data. Δθ'e may be estimated, and the time when the estimated value Δθ'e deviates from the normal range e may be predicted as a precaution. Thereby, the deterioration time, that is, the replacement time of the output shaft 16, the joint 30, the valve shaft 26 and the valve body 22 constituting the connecting shaft can be predicted.

［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、計算処理部１９Ｂが、所定の計測タイミングにおける出力軸１６の出力軸トルクＴｏに基づいて、弁体２２のねじれ角Δθｎを計算するようにしたものである。 [Effect of this embodiment]
As described above, in the present embodiment, the calculation processing unit 19B calculates the twist angle Δθn of the valve body 22 based on the output shaft torque To of the output shaft 16 at a predetermined measurement timing.

電動アクチュエータで制御する操作端を、保証期間を超えて長期にわたり使用した場合、弁体２２が劣化して変形、故障、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。このような場合、電動アクチュエータ１０から弁体２２を精度よく開閉制御できなくなったり、弁体２２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ったりする可能性がある。このため、弁体２２の劣化状態を把握しておくことが重要となる。 If the operating end controlled by the electric actuator is used for a long period of time beyond the warranty period, the valve body 22 may deteriorate and the initial performance may not be obtained due to deformation, failure, aging, or the like. In such a case, the valve body 22 may not be accurately controlled to open and close from the electric actuator 10, or the valve body 22 may not be reliably returned to a predetermined rotation position such as a fully closed position or a fully open position. Therefore, it is important to know the deteriorated state of the valve body 22.

本実施の形態によれば、弁体２２や連結軸の劣化指標として、弁体２２のねじれ角Δθｎを容易に計算できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、弁体２２や連結軸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、ねじれ角Δθｎの経時変化を、計算処理部１９Ｂや上位装置でモニタすることにより、弁体２２や連結軸の劣化時期すなわち交換時期を予測でき、操作端の予知保全に極めて有用である。 According to the present embodiment, the twist angle Δθn of the valve body 22 can be easily calculated as a deterioration index of the valve body 22 and the connecting shaft, so that the valve body 22 and the connecting shaft can be connected according to the deviation width from the initial design value. The deteriorated state of the shaft 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 twist angle Δθn with the calculation processing unit 19B or the host device, the deterioration time, that is, the replacement time of the valve body 22 and the connecting shaft can be predicted, which is extremely useful for predictive maintenance of the operation end.

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と弁体２２との間の出力軸１６の出力軸トルクＴｏを検出するトルクセンサ１７Ｔをさらに備え、計算処理部１９Ｂで、計測タイミングにトルクセンサ１７Ｔで検出された出力軸トルクＴｏに基づいて、計測タイミングに弁体２２で生じた弁体トルクＴｖを計算し、得られた弁体トルクＴｖに基づいてねじれ角Δθｎを計算するようにしてもよい。この際、出力軸トルクＴｏそのものを弁体トルクＴｖとして計算するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, of the output shaft 16, a torque sensor 17T for detecting the output shaft torque To of the output shaft 16 between the power transmission unit 14 and the valve body 22 is further provided, and the calculation processing unit 19B is used. Based on the output shaft torque To detected by the torque sensor 17T at the measurement timing, the valve body torque Tv generated at the valve body 22 is calculated at the measurement timing, and the twist angle Δθn is calculated based on the obtained valve body torque Tv. You may try to do it. At this time, the output shaft torque To itself may be calculated as the valve body torque Tv.

具体的には、計算処理部１９Ｂで、電動アクチュエータ１０と弁体２２とを連結する一連の連結軸のうちトルクセンサ１７Ｔから弁体２２までの軸長をＬとし、弁体トルクをＴｖとし、弁体２２の横弾性係数および断面二次極モーメントをＧおよびＩｐとした場合、ねじれ角Δθｎを前述した式（５）で計算するようにしてもよい。 Specifically, in the calculation processing unit 19B, the shaft length from the torque sensor 17T to the valve body 22 is set to L, and the valve body torque is set to Tv in a series of connecting shafts connecting the electric actuator 10 and the valve body 22. When the lateral elastic coefficient and the moment of inertia of area of the valve body 22 are G and Ip, the twist angle Δθn may be calculated by the above-mentioned equation (5).

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を加えるだけでねじれ角Δθｎを容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの大幅な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 twist angle Δθn can be easily calculated simply by 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 a significant increase in circuit scale or product cost. It becomes possible to increase. 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、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、電動アクチュエータ１０の小型化や初期投資の抑制、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 torque sensor 17T can be retrofitted to the outside of the existing electric actuator 10, which can contribute to miniaturization of the electric actuator 10, suppression of initial investment, and improvement of predictive maintenance.

また、ねじれ角計算処理動作の所要時間は、トルクセンサ１７Ｔで出力軸トルクＴｏ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ねじれ角計算処理動作を行うことができる。したがって、ねじれ角計算処理動作を定期的に実行することにより、弁体２２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, the time required for the twist angle calculation processing operation is extremely short, that is, the output shaft torque To is detected by the torque sensor 17T. Therefore, depending on the application, the twist angle calculation processing operation may be performed even during normal operation. It can be performed. Therefore, by periodically executing the twist angle calculation processing operation, the change in the deteriorated state of the valve body 22 can be detected quickly, and a prompt response can be taken.

また、本実施の形態において、出力軸１６の回動角度を出力側開度θａとして検出する出力側角度センサ１７Ａをさらに備え、制御回路１９の開度制御部１９Ａが、計算処理部１９Ｂで計算したねじれ角Δθｎに基づいて、出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａを補正するようにしてもよい。
これにより、補正した出力側開度θａとして弁体２２付近で検出した弁側開度θｖとほぼ同じ開度が得られるため、補正した出力側開度θａすなわち補正後出力側開度θ’ａを、流量制御における開度現在値θとして用いることができる。具体的には、前述した図３のステップ１０１において、ねじれ角Δθｎを計算し、出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａをねじれ角Δθｎで補正し、得られた補正後出力側開度θ’ａを開度現在値θとして用いればよい。このため、出力側開度θａを開度現在値θとして用いる場合と比較して、弁側角度センサを必要とすることなく、極めて高い精度で流量制御を行うことが可能となる。 Further, in the present embodiment, the output side angle sensor 17A for detecting the rotation angle of the output shaft 16 as the output side opening degree θa is further provided, and the opening degree control unit 19A of the control circuit 19 is calculated by the calculation processing unit 19B. The output side opening degree θa detected by the output side angle sensor 17A may be corrected based on the twist angle Δθn.
As a result, the corrected output side opening θa is approximately the same as the valve side opening θv detected near the valve body 22, so that the corrected output side opening θa, that is, the corrected output side opening θ'a Can be used as the current opening value θ in the flow rate control. Specifically, in step 101 of FIG. 3 described above, the twist angle Δθn is calculated, the output side opening degree θa detected by the output side angle sensor 17A is corrected by the twist angle Δθn, and the obtained corrected output side opening is performed. The degree θ'a may be used as the current opening value θ. Therefore, as compared with the case where the output side opening degree θa is used as the opening degree current value θ, it is possible to perform the flow rate control with extremely high accuracy without requiring a valve side angle sensor.

また、本実施の形態において、出力軸１６の回動角度を出力側開度θａとして検出する出力側角度センサ１７Ａと、弁体２２の回動角度を弁側開度θｖとして検出する弁側角度センサとをさらに備え、制御回路１９の計算処理部１９Ｂが、出力側開度θａと弁側開度θｖとの差分からなる開度偏差Δθａｖと、計算したねじれ角Δθｎとの開度誤差Δθｅを計算するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the output side angle sensor 17A that detects the rotation angle of the output shaft 16 as the output side opening θa and the valve side angle that detects the rotation angle of the valve body 22 as the valve side opening θv. A sensor is further provided, and the calculation processing unit 19B of the control circuit 19 calculates an opening deviation Δθav consisting of a difference between the output side opening θa and the valve side opening θv and an opening error Δθe between the calculated twist angle Δθn. You may want to calculate.

これにより、弁側角度センサの劣化指標として、開度誤差Δθｅを容易に計算できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、弁側角度センサ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。
また、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、開度誤差Δθｅの経時変化を、計算処理部１９Ｂや上位装置でモニタすることにより、弁側角度センサの劣化時期すなわち交換時期を予測でき、操作端の予知保全に極めて有用である。 As a result, the opening error Δθe can be easily calculated as a deterioration index of the valve side angle sensor, so that the deterioration state of the valve side angle sensor 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.
In addition, it is 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 opening error Δθe with the calculation processing unit 19B or the host device, the deterioration time, that is, the replacement time of the valve side angle sensor can be predicted, which is extremely useful for predictive maintenance of the operation end.

［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、１７Ｔ…トルクセンサ、１８…記憶回路、１９…制御回路、１９Ａ…開度制御部、１９Ｂ…計算処理部、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、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、θｘ…制御開度、θａ…出力側開度、θｖ…弁側開度、Ｔｍ…モータトルク、Ｔｄ…動力伝達トルク、Ｔｓ…スプリングトルク、Ｔｖ…弁体トルク、Ｔｏ…出力軸トルク、Δθｎ…ねじれ角、Ｌ…軸長、Ｇ…横弾性係数、Ｉｐ…断面二次極モーメント、θ’ａ…補正後出力側開度、Δθａｖ…開度偏差、Δθｅ…開度誤差。 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, 17T ... Torque Sensor, 18 ... storage circuit, 19 ... control circuit, 19A ... opening control unit, 19B ... calculation processing unit, 20 ... valve body, 21 ... flow path, 22 ... valve body, 23 ... inner wall, 24 ... body top surface, 25 ... bottom of main body, 26 ... valve shaft, 30 ... joint, 31 ... yoke, 40 ... strain gauge, 41 ... base, 42 ... gauge, 43 ... lead, 45 ... Wheatstone bridge circuit, R ... resistor, S1, S2 ... Pressure 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, θx ... control opening degree, θa ... output side opening degree, θv ... valve side Opening, Tm ... Motor torque, Td ... Power transmission torque, Ts ... Spring torque, Tv ... Valve body torque, To ... Output shaft torque, Δθn ... Twist angle, L ... Shaft length, G ... Lateral elastic coefficient, Ip ... Cross section Secondary pole moment, θ'a ... Corrected output side opening, Δθav ... Opening deviation, Δθe ... Opening error.

Claims

The output shaft for rotating the valve body and
A motor that rotates the output shaft via a power transmission unit,
A control circuit for controlling the opening degree of the valve body by driving and controlling the motor is provided.
The control circuit
An electric actuator characterized by having a calculation processing unit that calculates a twist angle of the valve body based on the output shaft torque of the output shaft at a predetermined measurement timing.

In the electric actuator according to claim 1,
An electric actuator further comprising a torque sensor for detecting the output shaft torque of the output shaft between the power transmission unit and the valve body among the output shafts.

In the electric actuator according to claim 2,
The calculation processing unit calculates the valve body torque generated in the valve body at the measurement timing based on the output shaft torque detected by the torque sensor at the measurement timing, and is based on the obtained valve body torque. An electric actuator characterized in that the twist angle is calculated.

In the electric actuator according to claim 3,
The calculation processing unit is an electric actuator characterized in that the output shaft torque is calculated as the valve body torque.

In the electric actuator according to claim 4,
The calculation processing unit has a shaft length from the torque sensor to the valve body of a series of connecting shafts connecting the electric actuator and the valve body as L, the valve body torque as Tv, and the valve body. An electric actuator characterized in that the twist angle Δθn is calculated by the following equation, where G and Ip are the lateral elastic coefficient and the secondary pole moment of the cross section.

In the electric actuator according to any one of claims 1 to 5.
An output side angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft as the output side opening is further provided.
The control circuit is an electric actuator that corrects the output side opening degree detected by the output side angle sensor based on the twist angle calculated by the calculation processing unit.

In the electric actuator according to any one of claims 1 to 5.
An output side angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft as the output side opening, and
A valve side angle sensor that detects the rotation angle of the valve body as the valve side opening is further provided.
The control circuit is electrically driven, characterized in that it calculates an opening error between the opening deviation formed by the difference between the output side opening and the valve side opening and the twist angle calculated by the calculation processing unit. Actuator.

It includes an output shaft for rotating the valve body, a motor that rotates the output shaft via a power transmission unit, and a control circuit that controls the opening degree of the valve body by driving and controlling the motor. This is a twist angle calculation method used in electric actuators.
The control circuit
The first step of acquiring the output shaft torque of the output shaft at a predetermined measurement timing, and
A twist angle calculation method comprising a second step of calculating a twist angle of the valve body as a deterioration index of the valve body based on the output shaft torque.