JP2631635B2

JP2631635B2 - 電動式調節弁駆動用リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP2631635B2
Application number: JP1878795A
Authority: JP
Inventors: 猛斎藤; 忠男露木; 淳一土井
Original assignee: NIPPON BEEREE KK
Current assignee: NIPPON BEEREE KK
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: CN1094576C; JPH08193668A; CN1145482A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は事業用ボイラ等における
高圧流体の流量、圧力等を高精度に調整するに好適な調
節弁駆動用リニアアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、遊星歯車減速装置を用いた弁駆動
用リニアアクチュエータとして、特開平2ー35284 号公報
に記載の如くの「弁作動装置」が提案されている。この
従来技術は、手動操作入力軸と電動操作入力軸それぞれ
と遊星歯車装置との間に不可逆回転性（自動締まり）を
有するウォーム歯車装置を備えることを必須とする弁作
動装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】事業用ボイラ等におけ
る高圧流体の流量、圧力等を高精度に調整するに好適な
調節弁は通常、弁体位置をリニアに調節し流体制御面積
を増減するグローブ弁又はアングル弁が用いられてい
る。また、当然のことながら調節弁であるので、弁軸に
は常時、流体の圧力変動に伴うアンバランス力が作用し
ており、弁体のポジションがこの流体の圧力変動に伴う
アンバランス力の影響を受けずに常に入力信号に正確に
追随するように、アクチュエータ側ではこのアンバラン
ス力に対抗する反力を常時確保しておく必要がある。更
に、事業用ボイラ等のエネルギー効率を高めるため、ア
クチュエータ駆動源に要するエネルギーはできるだけ低
減する必要がある。また、ボイラの起動、停止時間を短
縮するため、調節弁のアクチュエータは急速動作機能等
非常に高い応答性を備えることを要求される。

【０００４】然しながら、前記従来技術にあってはモー
タが流体の圧力変動に伴うアンバランス力に対抗するト
ルクを常時発生できないので、これを、モータ軸の手前
で遮断すべく、電動操作入力軸と遊星歯車装置との間に
前述の如くの自動締まりを有するウォーム歯車装置を備
えることを必須としているのである。

【０００５】従って、ウォーム歯車装置の例えば0.3
の如くの非常に低い機械伝達効率がアクチュエータ全体
の機械損失を大きく損ない、プラントのエネルギー効率
を悪化させる方向となる。更に、同ウォーム歯車装置
の不可逆回転性（自動締まり）の成立条件が、tan ρ＝
μ／cos α_n の時λ≦ρで定義されるためウォ−ムの進
み角が制限を受け（例えば、通常のウォーム歯車装置で
はα_n は20度、μは動作時や振動下では動摩擦係数が静
摩擦係数の略1/2 （約0.07）であるので、ρ＝4.26度従
ってλ≦4.26度となる）、結果として弁駆動装置の減速
比が必要以上に大きくなる。このため、アクチュエータ
の応答性が非常に悪く、ボイラの起動、停止時間を短縮
するための急速動作に対応不可能となる。ここで、ρは
ウォーム歯車の摩擦角、μは摩擦係数、α_n は歯直角圧
力角、また、λは進み角である。

【０００６】更に、前記従来技術にあっては、調節弁の
メンテナンス時等に頻繁に使用する手動ハンドル操作時
において、遊星歯車が通常の１段減速のみで構成されて
いるため、ウォーム歯車装置の自動締まり条件も相まっ
て、ハンドル総回転数が非常に多くなり、操作性が非常
に悪い。

【０００７】本発明の第１の目的は、調節弁において、
流体の圧力変動に伴うアンバランス力に抗する反力をア
クチュエータ側で常時確保して弁体のポジションを常に
入力信号に正確に追随させ、流体の流量、圧力等を高精
度に調整可能としながら、アクチュエータ駆動源に要す
るエネルギーをできるだけ低減し、かつアクチュエータ
に急速動作機能等の高い応答性を確保することを目的と
する。

【０００８】また、本発明の第２の目的は、電動操作時
の減速比が１段の遊星歯車では不足する場合、別途長大
な歯車列を設けることなく、かつ手動ハンドル操作時の
必要回転数が比較的少なく操作性の良いコンパクトなア
クチュエータを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、電動モータにより駆動される電動式調節弁駆動用リ
ニアアクチュエータにおいて、ベクトル制御方式により
速度制御される交流インダクション電動モータと、上記
電動モータ軸に連結された太陽歯車と、太陽歯車回りを
旋回可能な遊星歯車と、遊星歯車と外側で噛み合う内歯
歯車とからなる遊星歯車装置と、上記遊星歯車装置の内
歯歯車をウォーム歯車装置を用いて手動回転可能とする
手動操作装置と、前記遊星歯車装置の出力トルクをスラ
ストに変換して弁棒に伝えるスラストコンバータとを有
してなるようにしたものである。

【００１０】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の本発明において更に、前記遊星歯車装置が複数段の
遊星歯車列からなり、前段の遊星歯車キャリアを後段の
太陽歯車に連結するように各段の遊星歯車列を連結する
とともに、それら各段の遊星歯車を共通の内歯歯車に噛
合いさせてなるようにしたものである。

【００１１】請求項３に記載の本発明は、請求項１又は
２に記載の本発明において更に、前記スラルトコンバー
タが、前記遊星歯車装置の出力トルクをスラスト軸に伝
えるボールねじと、スラスト軸の回り止めキーとからな
るようにしたものである。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の本発明によれば下記〜の
作用がある。電動操作時は、手動操作側のウォーム歯車装置により
遊星歯車装置の内歯歯車がロックされるため、モータ軸
と直結された太陽歯車は遊星歯車を公転させこの結果、
減速されたトルクがスラストコンバータによりスラスト
に変換されて弁棒に伝えられる。

【００１３】このとき、流体の圧力変動に伴うアンバラ
ンス力は、モータがベクトル制御方式により速度制御さ
れているため、常にモータの実回転数が（モータバラン
ス停止時を含む）弁体の現在位置と指令信号との偏差に
見合った速度指令と一致するよう、モータトルクが制御
される。即ち、モータトルクが常に流体のアンバランス
力と釣り合うため、モータ軸と遊星歯車装置との間にウ
ォ−ム歯車装置の如くを介装することなく、弁体のポジ
ションを常に入力信号に正確に追随させ、流体の流量、
圧力等を高精度に調整できる。

【００１４】モータ軸と遊星歯車装置との間に例えば
0.3 の如く機械伝達効率の非常に悪いウォーム歯車装置
を介装する必要がないのでアクチュエータ全体の機械損
失が非常に低く、従って、プラントのエネルギー効率を
高めることが可能となる。

【００１５】モータ軸と遊星歯車装置との間にウォー
ム歯車装置を介装する必要がないので、不可逆回転性の
成立条件によるウォーム歯車の進み角の制限も受けるこ
とがないため、アクチュエータの減速比を必要以上に大
きくする必要もなく、従って、ボイラの起動、停止時間
を短縮するための急速動作機能等非常に高い応答性の要
求に対し、十分対応が可能となる。

【００１６】請求項２に記載の本発明によれば下記の
作用がある。手動操作時は通常モータ側の電源がオフされているた
めモータ内の電磁ブレーキが無励磁となり、モータ軸を
拘束する。従ってハンドル操作により、ウォーム歯車装
置を介し内歯歯車を回転すると、先ず前段の遊星歯車に
てソーラー型（太陽歯車が固定で、内歯歯車を駆動する
場合の遊星歯車減速機構を言う）として減速し、後段の
太陽歯車をプラネタリー型（内歯歯車が固定で、太陽歯
車を駆動する通常の遊星歯車減速機構を言う）としてト
ルクを伝達すると同時に、後段の遊星歯車をソーラー型
にて駆動する。即ち、後段の遊星歯車装置においては、
プラネタリー型＋ソーラー型にて駆動されるので、後段
の遊星歯車キャリアの回転数は１段のみの場合に比べ、
むしろ増速されることになる。

【００１７】この複数段遊星歯車列の挙動は、あたかも
エスカレータの上を歩いて登る如くの格好となり、より
少ないハンドル回転数にて弁体ポジションを変化させら
れるため、ハンドル操作が大幅に楽になる。即ち、ハン
ドル操作時の必要回転数が比較的少なく操作性の良いコ
ンパクトなアクチュエータを構成できる。

【００１８】請求項３に記載の本発明によれば下記の
作用がある。スラストコンバータがボールねじと回り止めキーとか
らなるものとすることにより、アクチュエータの機械伝
達効率を更に向上させることができる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明が適用された調節弁の一例を示
す模式図、図２は図１のアクチュエータの構成を示す模
式図、図３は図１の弁棒連結構造を示す模式図、図４は
電動モータのベクトル制御ブロック図、図５はスラスト
検出系統ブロック図である。

【００２０】調節弁１００は、図１に示すように、入口
流路１及び出口流路２並びに弁室３を備えるケーシング
４と、ケーシング４の弁室３に形成される弁座５と、ケ
ーシング４に移動可能に支持されて弁体６を備える弁棒
７とを有している。

【００２１】更に、調節弁１００のアクチュエータ１０
１は、アクチュエータハウジング１０１Ａに、駆動装置
としてのＡＣサーボモータ（交流インダクション電動モ
ータ）８を有している。モータ８は、遊星歯車装置９、
平歯車減速装置１０、スラストコンバータ１１を介して
弁棒７に連結され、弁体６が弁座５に対して接離するよ
うに弁棒７を駆動し、弁開度を調節する。尚、上記遊星
歯車装置９には、手動操作装置１２が連結されている。

【００２２】遊星歯車装置９は、第１段（前段）と第２
段（後段）の全２段の遊星歯車列１３、１４から構成さ
れている。第１段の遊星歯車列１３は、モータ軸８Ａに
連結された太陽歯車１３Ａと、太陽歯車１３Ａ回りを旋
回可能な遊星歯車１３Ｂと、遊星歯車１３Ｂと外側で噛
み合う内歯歯車１３Ｃとからなる。第２段の遊星歯車列
１４は、第１段の遊星歯車キャリア１３Ｄが連結される
太陽歯車１４Ａと、太陽歯車１４Ａ回りを旋回可能な遊
星歯車１４Ｂと、遊星歯車１４Ｂと外側で噛み合う上記
第１段の遊星歯車列１３と共通の内歯歯車１３Ｃとから
なる。そして、第２段の遊星歯車キャリア１４Ｄには出
力軸１４Ｅが連結されている。

【００２３】尚、内歯歯車１３Ｃは、アクチュエータハ
ウジング１０１Ａにボール軸受１５を介して回転可能に
支持されるとともに、手動操作装置１２を構成するウォ
ーム歯車装置１６のウォームホイール１６Ａが固着され
ている。手動操作装置１２は、ウォーム歯車装置１６の
ウォーム１６Ｂをアクチュエータハウジング１０１Ａに
支持し、このウォーム１６Ｂに手動操作ハンドル１６Ｃ
を連結してある。これにより、内歯歯車１３Ｃは、アク
チュエータ１０１の電動操作時にはウォーム歯車装置１
６によりロックされ、アクチュエータ１０１の手動操作
時にはウォーム歯車装置１６により回転せしめられる。

【００２４】平歯車減速装置１０は、小歯車１７Ａと大
歯車１７Ｂとの噛み合いから構成され、小歯車１７Ａは
遊星歯車装置９の前記出力軸１４Ｅに固着されている。
大歯車１７Ｂは、コロ軸受１８を介してアクチュエータ
ハウジング１０１Ａに支持されている。

【００２５】スラストコンバータ１１は、遊星歯車装置
９の出力トルクをスラストに変換して弁棒７に伝える。
スラストコンバータ１１は、互いに螺合するボールねじ
（ボールナット）１９Ａとスラスト軸１９Ｂとを有す
る。ボールねじ１９Ａは上述の平歯車減速装置１０の大
歯車１７Ｂに固着され、大歯車１７Ｂと一体に回転して
遊星歯車装置９の出力トルクをスラスト軸１９Ｂに伝え
る。スラスト軸１９Ｂは、ローラー付回り止めキー１９
Ｃを直径方向に貫通され、この回り止めキー１９Ｃをア
クチュエータハウジング１０１Ａに設けたキー溝１９Ｄ
に係合されて直線動するようになっている。そして、ス
ラスト軸１９Ｂの下端部には弁棒７が連結される。

【００２６】尚、弁棒７は、スラストコンバータ１１の
スラスト軸１９Ｂが結合される上弁棒２３、弁体６を備
える下弁棒２４、上弁棒２３の下端部に固定されるアダ
プタ２５、下弁棒２４の上端部に固定されてアダプタ２
５と軸方向に結合するカップリング２６の各部に分割さ
れている。

【００２７】また、調節弁１００は、下弁棒２４の軸方
向移動量をリンケージを介し伝達され電気信号に変換せ
しめる差動トランス方式等からなる開度発信器２７をヨ
ーク２７Ａに備え、弁開度を検出可能としている。

【００２８】また、調節弁１００は、エンコーダ２８を
モータ８に備え、モータ８の回転量を検出可能としてい
る。

【００２９】また、調節弁１００は、弁棒７に作用する
スラスト力を検出するスラスト力検出器２９を備えてい
る。スラスト力検出器２９は、アダプタ２５に設けた図
３に示す小径部２５Ａにホイートストンブリッジ状に貼
り付けられる歪ゲージ３０にて構成される。図５に示さ
れるように、歪ゲージ３０には電源回路３０Ａが接続さ
れ、歪ゲージ３０の出力は増幅器３０Ｂを経て後述する
スラスト力判断器３６に転送される。図３において、３
１は防水コネクタである。

【００３０】尚、調節弁１００は、アダプタ２５とカッ
プリング２６とを弁棒７の伸長方向に図３に示す係合部
３２Ａ、３２Ｂにて係合可能とする状態下で、両者の間
に皿ばね（緩衝装置）３２を介装している。

【００３１】また、調節弁１００は、電磁ブレーキ（制
動装置）３３をモータ８に備え、モータ８の停止制御時
における空転を制動可能としている。

【００３２】更に、調節弁１００は、図４に示すよう
に、制御装置３４を備えるとともに、該制御装置３４に
付帯するトルク判断器３５、スラスト力判断器３６を備
えている。

【００３３】制御装置３４は、指令弁開度Ｋ₀ と開度発
信器２７から転送される現在弁開度Ｋを増幅器３７を介
して速度指令演算回路３８に伝達し、速度指令演算回路
３８にて、両開度の偏差Ｋ_e に応じた開速度指令ＯＶ₀
もしくは閉速度指令ＣＶ₀ を演算する。速度指令演算回
路３８にて演算された開閉速度指令ＯＶ₀ 、ＣＶ₀ はイ
ンターフェイス３９を介してＡＣサーボアンプ４０に伝
達される。

【００３４】他方、制御装置３４は、エンコーダ２８の
出力信号をＡＣサーボアンプ４０の速度演算回路４１に
伝達し、実際のモータ回転速度Ｖを演算する。

【００３５】ＡＣサーボアンプ４０は、上記開閉速度指
令ＯＶ₀ 、ＣＶ₀ と実際のモータ回転速度Ｖから速度偏
差Ｖ_e を求め、トルク指令演算回路４２にて上記偏差Ｖ
_e に応じたトルク指令Ｉｔ（電流値）を演算する。上記
トルク指令Ｉｔはベクトル演算回路４３に伝達され、ベ
クトル演算回路４３はモータ８が上記指令トルクＩｔを
出力するようにモータ８の１次電流Ｉ₁ （Ｕ相、Ｖ相、
Ｗ相の各電流指令Ｉ_u、Ｉ_V 、Ｉ_W ）をベクトル制御方
式にて演算する。然して、ＡＣサーボアンプ４０は、上
記１次電流指令Ｉ₁ と電流検出器４４から転送される現
在１次電流Ｉとの電流偏差Ｉ_e を求め、給電制御回路４
５にて上記電流偏差Ｉ_e に応じた電圧指令信号Ｅ_u 、Ｅ
_V 、Ｅ_W を３相交流の各相に対応するパワートランジス
タ４６に供給し、これによりモータ８を駆動制御可能と
する。

【００３６】ベクトル演算回路４３においてはトルク指
令演算回路４２にて演算されたトルク指令Ｉｔと、速度
演算回路４１により演算されたモータ回転角速度ω_m 及
びＡＣサーボアンプ４０の外部から初期設定値として与
えられる励磁電流指令Ｉ₀ を受けて下記(1) 〜(4) 式の
演算を行ない、これらの演算結果により更に下記(5-1)
、(5-2）、（5-3)式の演算を行ない演算結果である各
相の１次電流指令Ｉ_u 、Ｉ_V 、Ｉ_W を出力する。

【数１】尚、τは使用するモータのモータ定数である。

【数２】

【００３７】即ち、ベクトル演算回路４３においてはト
ルクＩｔを指令して(1) 〜(4) 式から１次電流の大きさ
Ｉ₁ 、１次電流の位相角φ、すべり周波数ω_s を演算す
るとともに実回転速度に応じた各周波数ω_m を検出し、
ω_s 、ω_m 、φ、Ｉ₁ を用いて(5-1) 〜(5-3) 式から３
相の１次電流指令Ｉ_u 、Ｉ_V 、Ｉ_W を演算するものであ
る。

【００３８】また、調節弁１００にあっては、最大許容
トルクＴ_max がインターフェイス５２を介してベクトル
演算回路４３に転送され、これによりモータ８の最大出
力トルクを規制し、安全かつ確実な起動、運転を行なう
こととしている。

【００３９】また、調節弁１００にあっては、前述のト
ルク判断器３５に弁締切トルク、弁運転トルク等を記憶
させている。トルク判断器３５は、ＡＣサーボアンプ４
０にて演算されるモータ８の出力トルクを上記記憶デー
タと比較し、弁締切時、もしくは弁中間開度における異
常トルク発生時にそれぞれモータ８を停止させる停止信
号ＳＶを給電制御回路４５に伝達する

【００４０】また、調節弁１００にあっては、前述のス
ラスト力判断器３６により、弁締切状態下におけるスラ
スト力検出器２９の検出結果が弁棒スラスト力の変化を
示す時、停止制御状態にあるモータ８を再起動し、流体
の温度変化により弁棒７に作用する過負荷或いは低負荷
に対抗する最適トルクにてモータ８を駆動制御する。こ
のとき、スラスト力判断器３６はインターフェイス３
９、給電制御回路４５のそれぞれに再起動信号ＲＶを伝
達する。尚、弁締切状態におけるモータ８の空転を電磁
ブレーキ３３が制動しているから、スラスト力判断器３
６はモータ８の再起動時に電磁ブレーキ３３を無制動状
態に切換設定する。尚、スラスト力判断器３６は常時ス
ラスト力検出器２９の検出結果を監視し、これによりＡ
Ｃサーボアンプ４０の制御回路故障時のバックアップ機
能をも果たし、調節弁１００の信頼性、安全性を向上可
能とする。

【００４１】また、調節弁１００は、手動／自動運転切
換スイッチ４８を手動側に切換える状態下で、開操作ボ
タン４９、閉操作ボタン５０に加える操作により手動開
閉できる。尚、手動運転時の開閉速度は任意に設定でき
る。

【００４２】また、調節弁１００は、緊急操作ボタン５
１に加える操作により、自動運転、手動運転のいずれの
状態下でも、予め設定した開／閉方向に駆動できる。緊
急運転時の開閉速度は任意に設定できる。

【００４３】ところで、上記調節弁１００にあっては、
交流電源（３相 200V ）６１が開閉器６２、整流器６
３、モータ１８を駆動するためのパワートランジスタ４
６を備えたインバータ整流回路部６４を介して、モータ
１８に接続されている。

【００４４】従って、調節弁１００のベクトル制御動作
は以下の如くなされる。指令弁開度Ｋ₀ と現在弁開度Ｋとに偏差がある時、速
度指令演算回路３８にて両開度の偏差Ｋ_e 及び該偏差Ｋ
_e に応じた開閉速度指令ＯＶ₀ 、ＣＶ₀ が演算され、Ａ
Ｃサーボアンプ４０のトルク指令演算回路４２にて開閉
速度指令ＯＶ₀、ＣＶ₀ と実際の開閉速度Ｖとの偏差Ｖ_e
に応じたトルク指令Ｉｔが演算され、更にＡＣサーボ
アンプ４０のベクトル演算回路４３にて上記トルク指令
Ｉｔを出力するに必要なモータ８の１次電流Ｉ₁ が演算
された後、給電制御回路４５にて上記１次電流Ｉ₁ が給
電されるようにモータ８が駆動制御される。これによ
り、モータ８は指令弁開度Ｋ₀ と現在弁開度Ｋとの偏差
が零となるまで弁棒７を駆動せしめられる。

【００４５】調節弁１００が中間開度にある状態下
で、指令弁開度Ｋ₀ と現在弁開度Ｋとの偏差が零となる
場合には、モータ８は弁棒７に作用するスラスト力に対
抗する出力トルクを与えられてその開度を保持する。

【００４６】指令弁開度Ｋ₀ が全閉（締切）信号とな
る場合には、上記にて指令弁開度Ｋ₀ と現在弁開度Ｋ
との偏差Ｋ_e が零になるまでモータ８を駆動制御し、弁
締切時におけるＡＣサーボアンプ４０の演算トルクが予
め定めた締切トルクに一致したことをトルク判断器３５
にて判断した後、モータ８を停止制御し、かつ電磁ブレ
ーキ３３にてモータ８の空転を制動する。

【００４７】尚、トルク判断器３５は弁中間開度での
適正運転トルクをも記憶しており、ＡＣサーボアンプ４
０の演算トルクが上記記憶データと異なる時に異常トル
ク発生を検知してモータ８を停止制御し、かつ電磁ブレ
ーキ３３にてモータ８の空転を制動する。

【００４８】また、調節弁１００の締切状態下で、弁
棒７は弁室内の流体の温度変化により熱収縮又は熱膨張
するから、スラスト力判断器３６はスラスト力検出器２
９の検出結果により弁棒スラスト力の変化を監視し、
(a) 弁棒スラスト力が低下したらモータ８を再起動する
とともに電磁ブレーキ３３を無制動として調節弁１００
を締込み、(b) 弁棒スラスト力が増加したらモータ８を
再起動するとともに電磁ブレーキ３３を無制動として調
節弁１００の締込みを緩和し、結果として常に適正なス
ラスト力を弁棒７に付与せしめる。

【００４９】以下、調節弁１００の電動操作と手動ハン
ドル操作について説明する。（電動操作）電動操作時には、手動操作装置１２のウォ
ーム歯車装置１６により、遊星歯車装置９の内歯歯車１
３Ｃがロックされるため、モータ軸８Ａと直結された第
１段の遊星歯車列１３の太陽歯車１３Ａは遊星歯車１３
Ｂを公転させこの結果、減速されたトルクは第１段の遊
星歯車キャリア１３Ｄにより第２段の遊星歯車列１４の
太陽歯車１４Ａに導かれる。そして、太陽歯車１４Ａに
導かれたモータトルクは、第２段の遊星歯車列１４によ
り更に減速された後、第２段の遊星歯車キャリア１４Ｄ
に連結されている出力軸１４Ｅから、平歯車減速装置１
０を介して、スラストコンバータ１１のボールねじ１９
Ａに伝えられる。ボールねじ１９Ａは回り止めキー１９
Ｃ、キー溝１９Ｄにより回転を拘束されているので、こ
のボールねじ１９Ａに伝達されたトルクは、ここでスラ
ストに変換され、弁棒７を上下方向に駆動する。

【００５０】（手動操作）手動操作時には、モータ８側
の電源がＯＦＦされているためモータ８内の電磁ブレー
キ３３が無励磁となり、モータ軸８Ａを拘束する。従っ
て、手動操作ハンドル１６Ｃにより、ウォーム歯車装置
１６を介し内歯歯車１３Ｃを回転すると、先ず第１段の
遊星歯車列１３にてソーラー型（太陽歯車１３Ａが固定
で、内歯歯車１３Ｃを駆動する場合の遊星歯車減速機構
を言う）として減速し、第２段の太陽歯車列１４をプラ
ネタリー型（内歯歯車１３Ｃが固定で太陽歯車１４Ａを
駆動する通常の遊星歯車減速機構を言う）としてトルク
を伝達すると同時に、第２段の遊星歯車列１４をソーラ
ー型にて駆動する。即ち、第２段の遊星歯車列１４にお
いては、プラネタリー型＋ソーラー型にて駆動されるの
で第２段の遊星歯車キャリア１４Ｄの回転数は１段のみ
の場合に比べむしろ増速される。従って、手動操作ハン
ドル１６Ｃの必要回転数を比較的少なくしながら、弁棒
７を上下方向に駆動できる。

【００５１】以下、本実施例の作用について説明する。電動操作時は、手動操作側のウォーム歯車装置１６に
より遊星歯車装置９の内歯歯車１３Ｃがロックされるた
め、モータ軸８Ａと直結された第１段の遊星歯車列１３
の太陽歯車１３Ａは遊星歯車１３Ｂを公転させこの結
果、減速されたトルクは第１段の遊星歯車キャリア１３
Ｄから第２段の遊星歯車列１４に導かれて更に減速され
た後、平歯車減速装置１０を介し、スラストコンバータ
１１によりスラストに変換されて弁棒７に伝えられる。

【００５２】このとき、流体の圧力変動に伴うアンバラ
ンス力は、モータ８がベクトル制御方式により速度制御
されているため、常にモータ８の実回転数が（モータバ
ランス停止時の含む）弁体６の現在位置と指令信号との
偏差に見合った速度指令と一致するよう、モータトルク
が制御される。即ち、モータトルクが常に流体のアンバ
ランス力と釣り合うため、モータ軸８Ａと遊星歯車装置
９との間にウォ−ム歯車装置の如くを介装することな
く、弁体６のポジションを常に入力信号に正確に追随さ
せ、流体の流量、圧力等を高精度に調整できる。

【００５３】モータ軸８Ａと遊星歯車装置９との間に
例えば0.3 の如く機械伝達効率の非常に悪いウォーム歯
車装置を介装する必要がないのでアクチュエータ１０１
全体の機械損失が非常に低く、従って、プラントのエネ
ルギー効率を高めることが可能となる。

【００５４】モータ軸８Ａと遊星歯車装置９との間に
ウォームホイール１６Ａを介装する必要がないので、不
可逆回転性の成立条件によるウォーム歯車の進み角の制
限も受けることがないため、アクチュエータ１０１の減
速比を必要以上に大きくする必要もなく、従って、ボイ
ラの起動、停止時間を短縮するための急速動作機能等非
常に高い応答性の要求に対し、十分対応が可能となる。

【００５５】遊星歯車装置９を全２段の遊星歯車列１
３、１４にて構成したので、手動操作時には、第１段の
遊星歯車列１３にてソーラー型として減速し、第２段の
遊星歯車列１４にてプラネタリー型＋ソーラー型にて駆
動するので、前述の如く、第２段の遊星歯車キャリア１
４Ｄの回転数は１段のみの場合に比べむしろ増速され
る。

【００５６】この第２段の遊星歯車列１４の挙動は、あ
たかもエスカレータの上を歩いて上る如くの格好とな
り、より少ないハンドル回転数にて弁体ポジションを変
化させるため、ハンドル操作が大幅に楽になる。

【００５７】今、ウォームホイール１６Ａの回転数をＮ
_H 、遊星歯車装置９の出力回転数（出力軸１４Ｅの回転
数）をＮ₀ 、第１段の太陽歯車１３Ａの歯数をＺ₁ 、第
２段の太陽歯車１４Ａの歯数をＺ₂ 、内歯歯車１３Ｃの
歯数をＺ₃ とすれば、遊星歯車装置９が１段のみの場合
のハンドル操作時のＮ₀ は、Ｎ₀ ＝Ｎ_H ／（1 ＋Ｚ₁ ／Ｚ₃ ） …(6) 一方、内歯歯車１３Ｃを共通とした２段の遊星歯車装置
９の場合は、Ｎ₀ ＝Ｎ_H ／（1 ＋Ｚ₁ ／Ｚ₃ ）＋［Ｎ_H ／（1 ＋Ｚ₁ ／Ｚ₃ ）］／［ 1＋Ｚ₃ ／Ｚ₂ ］ …(7) となり、手動操作時の出力回転数は後者の方が第２項の
分だけ増速されることが分かる。

【００５８】スラストコンバータ１１がボールねじ１
９Ａと回り止めキー１９Ｃとからなるものとすることに
より、アクチュエータ１０１の機械伝達効率を更に向上
させることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、調節弁に
おいて、流体の圧力変動に伴うアンバランス力に抗する
反力をアクチュエータ側で常時確保して弁体のポジショ
ンを常に入力信号に正確に追随させ、流体の流量、圧力
等を高精度に調整可能としながら、アクチュエータ駆動
源に要するエネルギーをできるだけ低減し、かつアクチ
ュエータに急速動作機能等の高い応答性を確保すること
ができる。

【００６０】また、本発明によれば、電動操作時の減速
比が１段の遊星歯車では不足する場合、別途長大な歯車
列を設けることなく、かつ手動ハンドル操作時の必要回
転数が比較的少なく操作性の良いコンパクトなアクチュ
エータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明が適用された調節弁の一例を示す
模式図である。

【図２】図２は図１のアクチュエータの構成を示す模式
図である。

【図３】図３は図１の弁棒連結構造を示す模式図であ
る。

【図４】図４は電動モータのベクトル制御ブロック図で
ある。

【図５】図５はスラスト検出系統ブロック図である。

【符号の説明】

１００調節弁１０１リニアアクチュエータ８電動モータ８Ａ電動モータ軸９遊星歯車装置１１スラストコンバータ１２手動操作装置１３、１４遊星歯車列１３Ａ、１４Ａ太陽歯車１３Ｂ、１４Ｂ遊星歯車１３Ｃ内歯歯車１６ウォーム歯車装置１９Ａボールねじ１９Ｂスラスト軸１９Ｃ回り止めキー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電動モータにより駆動される電動式調節
弁駆動用リニアアクチュエータにおいて、ベクトル制御方式により速度制御される交流インダクシ
ョン電動モータと、上記電動モータ軸に連結された太陽歯車と、太陽歯車回
りを旋回可能な遊星歯車と、遊星歯車と外側で噛み合う
内歯歯車とからなる遊星歯車装置と、上記遊星歯車装置の内歯歯車をウォーム歯車装置を用い
て手動回転可能とする手動操作装置と、前記遊星歯車装置の出力トルクをスラストに変換して弁
棒に伝えるスラストコンバータとを有してなることを特
徴とする電動式調節弁駆動用リニアアクチュエータ。
【請求項２】前記遊星歯車装置が複数段の遊星歯車列
からなり、前段の遊星歯車キャリアを後段の太陽歯車に
連結するように各段の遊星歯車列を連結するとともに、
それら各段の遊星歯車を共通の内歯歯車に噛合いさせて
なる請求項１記載の電動式調節弁駆動用リニアアクチュ
エータ。
【請求項３】前記スラルトコンバータが、前記遊星歯
車装置の出力トルクをスラスト軸に伝えるボールねじ
と、スラスト軸の回り止めキーとからなる請求項１又は
２記載の電動式調節弁駆動用リニアアクチュエータ。