JP3160802U - 電動バルブアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの駆動力により弁を開閉させる電動バルブアクチュエータにおいて、モータへの給電が停止した場合にも、弁が弁座に当接するときの衝撃を極めて小さくすることが可能な電動バルブアクチュエータを提供する。【解決手段】 ロータとステータとを備え弁を開放位置と閉止位置との間で往復移動させるモータ２０と、ボールねじ部を有し、モータ２０におけるロータに接続された軸体と、この軸体のボールねじ部に螺合するナットと、このナットに接続された弁と、この弁を閉止位置方向に付勢するバネと、回生抵抗５０と、モータ２０への給電が停止されたときにモータ２０に回生抵抗を接続させる接続回路４０とを備える。【選択図】 図４

Description

この考案は、弁を開閉させるための電動バルブアクチュエータに関する。

プラント等に使用される流量調節弁は、その駆動源へのエネルギーの伝達がなくなった場合には、フェイルセーフの目的から、弁がバネの作用により緊急遮断される構成となっている。特許文献１に記載された電動バルブ用アクチュエータにおいては、ユニット化されたコイルスプリングの作用により、停電時にバルブを閉鎖させる構成を採用している。

特開２００９−１２１６６３号公報

空気圧源や油圧源等の駆動源を利用し、ダイヤフラムやシリンダーによる駆動力により弁を開閉する流量調節弁においては、駆動源の圧力が喪失した場合に、弁をバネで緊急遮断させても、容器内の空気や油を排出するための流路抵抗がブレーキとなるため、弁が弁座に当接するときの衝撃は、小さいものとなる。しかしながら、モータの作用により弁を開閉させる電動バルブアクチュエータを備えた流量調節弁においては、ブレーキの作用を行うものが存在しない。また、このような流量調節弁においては、弁が閉止位置に移動するときには、この移動に伴ってモータにおけるロータが回転することから、ロータの慣性力により、弁が弁座に当接するときに大きな衝撃が生じ、また、バウンド現象が発生するという問題がある。

このため、ロータを小型化して慣性力を小さくすることにより、弁が弁座に当接するときの衝撃をある程度小さくすることは可能ではあるが、ロータを小型化するにも限界がある。このため、ディスクブレーキ等の機械的ブレーキを併用することも考えられるが、その制動力を適切な値に調整するためには極めて煩雑な作業が必要であり、また、調整を行ったとしてもその停止位置を適正に維持することは困難である。

この考案は上記課題を解決するためになされたものであり、モータの駆動力により弁を開閉させる電動バルブアクチュエータにおいて、モータへの給電が停止した場合にも、弁が弁座に当接するときの衝撃を極めて小さくすることが可能な電動バルブアクチュエータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の考案は、弁を開閉させるための電動バルブアクチュエータにおいて、ロータとステータとを備え、弁を開放位置と閉止位置との間で往復移動させるモータと、前記モータにおけるロータに接続され、前記モータによる回転運動を、弁に接続された移動部材を往復移動させるための往復運動に変換する変換部材と、前記移動部材を、弁が閉止位置に移動する方向に付勢する弾性部材と、回生抵抗と、前記モータへの給電が停止されたときに、前記モータに前記回生抵抗を接続させる接続回路とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の考案は、請求項１に記載の考案において、前記接続回路は、給電が停止された後で、前記弁が前記閉止位置に到達する前に、前記モータに前記回生抵抗を接続させる。

請求項３に記載の考案は、請求項２に記載の考案において、給電が停止されることにより前記開放位置から前記閉止位置に向けて移動を開始した弁が、前記閉止位置に到達する前の所定位置に到達したことを検出する検出部材を備え、前記接続回路は、前記検出部材により弁が所定位置に到達したことが検出されたときに、前記モータに前記回生抵抗を接続させる。

請求項４に記載の考案は、請求項３に記載の考案において、前記検出部材は、前記弁が前記所定位置に到達したときに、前記移動部材に付設された検出片と当接することにより開放されるマイクロスイッチより構成されるとともに、前記接続回路は、前記モータへの給電が停止されたときに接点が開放される第１のリレー回路と、前記第１のリレー回路の接点と前記マイクロスイッチとの両方が開放されたときに前記モータに前記回生抵抗を接続させる第２のリレー回路とを備えている。

請求項１に記載の考案によれば、モータの駆動力により弁を開閉させる電動バルブアクチュエータにおいて、モータへの給電が停止した場合にも、回生抵抗の作用により弁が弁座に当接するときの衝撃を極めて小さくすることが可能となる。

請求項２に記載の考案によれば、弁が弁座に当接するときの衝撃を小さくしながら、弁を閉止するまでに要する時間を短時間とすることが可能となる。

請求項３および請求項４に記載の考案によれば、モータに回生抵抗を接続するタイミングを調整することにより、弁が弁座に当接するときの衝撃を小さく維持したままで、弁を閉止するまでに要する時間を最短とすることが可能となる。

この考案に係る電動バルブアクチュエータ１の断面図である。 この考案に係る電動バルブアクチュエータ１を適用した流量調節弁２の断面図である。 この考案に係る電動バルブアクチュエータ１を適用した流量調節弁２の流体の流路付近を示す拡大図である。 電動バルブアクチュエータ１の主要な電気的構成を示すブロック図である。 電源４７からの給電が停止されたときに、開放位置にある弁１１の開度と閉止位置までの移動時間との関係を示す説明図である。

以下、この考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この考案に係る電動バルブアクチュエータ１の断面図である。また、図２は、この考案に係る電動バルブアクチュエータ１を適用した流量調節弁２の断面図であり、図３はその弁１１および流体の流路付近を示す拡大図である。

図１に示すように、この電動バルブアクチュエータ１は、ケーシング２６内に配置された磁石を有するロータ２１と、このロータ２１の外周部に配設されたコイル２２を有するステータ２３とを備えたダイレクトドライブ方式のモータ２０を備える。このモータ２０におけるロータ２１は、軸部３１およびボールねじ部３２を有する軸体３０の上端部に、軸体３０とともに回転可能に固定されている。なお、この軸体３０の上端部付近は、スラストベアリング２５により回転可能に支持されている。また、この軸体３０におけるボールねじ部３２は、ナット３３と螺合している。このナット３３は、回り止め用の支軸３５により回転を防止されている。

図１および図２に示すように、ナット３３は、移動部材３４と連結されており、この移動部材３４の下端部には軸３９が形成されている。この軸３９の先端は、さらに、弁１１と連結されている。軸体３０が回転した場合には、軸体３０におけるボールねじ部３２と螺合するナット３３が昇降する。このナット３３の昇降に伴って、移動部材３４が昇降する。そして、この移動部材３４の昇降に伴って、弁１１が、弁座１２と当接する閉止位置と、弁座１２から離隔した開放位置との間を昇降する。すなわち、軸３９が形成された移動部材３４は、軸体３０におけるボールねじ部３２の回転運動に伴って往復運動するナット３３の移動に伴って、そこに接続された弁１１を移動させる機能を有する。

図３において実線で示すように、弁１１が弁座１２と当接する閉止位置に配置された状態においては、流入口１３から流出口１４に至る流体の流路が閉止される。一方、図３において仮想線で示すように、弁１１が弁座から離隔した開放位置に配置された状態においては、流入口１３から流出口１４に至る流体の流路が開放される。なお、ここで、この明細書における開放位置とは、弁１１と弁座１２とが一定距離離隔することにより、流体の流路が形成される位置である。この開放位置は、そのときに必要とされる流体の流路を確保するための位置であり、流体の流路が全開となる位置のみならず、流体の流路がわずかに開放される位置をも含んでいる。

移動部材３４にはフランジ２９が付設されている。そして、このフランジ２９の上部には一対のコイルバネ３６、３７が配設されている。移動部材３４は、これらのコイルバネ３６、３７の作用により、弁１１が弁座１２と当接する閉止位置に移動する方向に、常に、付勢されている。

流量調節弁２の中央部には、リミットスイッチ４１が付設されている。また、移動部材３４には、このリミットスイッチ４１の検出子４２と当接可能な検出片としてのリミットドッグ３８が連結されている。このため、移動部材３４が弁１１とともに移動し、予め設定した位置まで下降したときには、その下降状態が、このリミットスイッチ４１により検出される。

図４は、上述した電動バルブアクチュエータ１の主要な電気的構成を示すブロック図である。

電動バルブアクチュエータ１におけるモータ２０は、ノーヒューズブレーカ４８と、モータ２０を制御して流量調節弁２を開閉するためのドライバ４９とを介して、三相交流の電源４７と連結されている。また、モータ２０と電源４７との間には、回生抵抗５０と、モータ２０への給電が停止されたときにモータ２０の給電線に回生抵抗５０を接続させるための接続回路４０とが配設されている。

この接続回路４０は、交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ電源ユニット４６と、モータ２０への給電が停止されたときに接点４４が開放される第１のリレー回路ＲＡと、この第１のリレー回路ＲＡの接点４４と並行に配置されたコンデンサ４３と、第１のリレー回路ＲＡの接点４４と上述したリミットスイッチ４１との両方が開放されたときにモータ２０に回生抵抗５０を接続させる第２のリレー回路ＲＢとを備える。なお、第１のリレー回路ＲＡは、給電時にその接点４４が閉じるリレー回路であり、第２のリレー回路ＲＢは、非給電時にその接点４５が閉じるリレー回路となっている。

以上のような構成を有する電動バルブアクチュエータ１および流量調節弁２において、何らかの理由によりノーヒューズブレーカ４８が開放され、あるいは、何らかの理由により電源４７からの給電が停止した場合には、モータ２０の駆動力が喪失し、これに伴って、弁１１を移動部材３４を介して付勢する一対のコイルバネ３６、３７の作用により、軸３９の先端に接続された弁１１が弁座１２と当接する閉止位置方向に移動を開始する。なお、この弁１１の移動に伴って、ボールねじ部３２を有する軸体３０も移動することから、このボールねじ部３２に移動に伴って、モータ３０のロータ２１が回転する。

また、電源４７からの給電が停止した場合には、第１のリレー回路ＲＡへの給電も停止することから、第１のリレー回路ＲＡの接点４４が開放される。但し、この状態においても、コンデンサ４３の作用により、第２のリレー回路ＲＢにはリミットスイッチ４１を介して給電状態が継続されており、第２のリレー回路ＲＢの接点４５は継続して開放されている。

この状態において、移動部材３４が弁１１とともに移動を続け、移動部材３４に付設されたリミットドッグ３８がリミットスイッチ４１の検出子４２と当接すれば、リミットスイッチ４１が開放される。これにより、第２のリレー回路ＲＢへの給電が停止され、第２のリレー回路ＲＢの接点４５が閉止される。これに伴って、回生抵抗５０がモータ２０の給電線に接続される。

このように回生抵抗５０がモータ２０に接続された状態においては、モータ２０におけるロータ２１の空転による発電作用により、運動エネルギーが回生抵抗５０において消費される。すなわち、回生抵抗５０を利用した回生ブレーキ機能が生ずることになり、ロータ２１に接続された軸体３０に制動力が生ずることになる。この制動力により、軸体３０に対して移動部材３４を介して接続された弁１１の移動速度が低減される。これにより、モータ２０への給電が停止した場合にも、弁１１が弁座１２に当接するときの衝撃を極めて小さなものとすることが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、電源４７からの給電が停止した場合に、第１のリレー回路ＲＡへの給電が停止して第１のリレー回路ＲＡの接点４４が開放された後、さらに、リミットスイッチ４１が開放されるのを待って、回生抵抗５０をモータ２０に接続している。これにより、電源４７からの給電が停止した場合に、より速やかに弁１１を閉止位置まで移動することが可能となる。

図５は、電源４７からの給電が停止されたときに、開放位置にある弁１１の開度と閉止位置までの移動時間との関係を示す説明図である。この図において、縦軸は弁１１の開度を示し、横軸は時間を示している。

これらの図に示す実施形態においては、電源４７からの給電の停止後１秒以内に弁１１を閉止位置に到達させるようにしている。すなわち、図５（ａ）に示す状態では、電源４７からの給電が停止されたときに、開放位置にある弁１１の開度が１００％であった状態を示しており、図５（ｂ）に示す状態では、電源４７からの給電が停止されたときに、開放位置にある弁１１の開度が５０％であった状態を示している。

これらの場合においては、電源４７からの給電が停止した後、図５（ａ）および図５（ｂ）において白矢印で示すリミットスイッチ４１が開放される位置までは、回生抵抗５０がモータ２０に接続されていないことから、一対のコイルバネ３６、３７の付勢力により、弁１１はその開度が１００％または５０％の開放位置から閉止位置に向けて高速で移動する。そして、弁１１が図５（ａ）および図５（ｂ）において白矢印で示すリミットスイッチ４１が開放される位置に到達して回生抵抗５０がモータ２０に接続された後は、回生ブレーキ機能により弁１１の移動速度が減速される。これにより、弁１１が弁座１２に当接するときの衝撃を小さなものとすることが可能となる。

図５（ａ）および図５（ｂ）においては、電源４７からの給電が停止した直後に回生抵抗５０をモータ２０に接続した状態を破線で示している。これらの場合においては、電源４７からの給電が停止した直後から回生ブレーキ機能が作用するため、弁１１が弁座１２に当接する閉止位置に移動するまでに長い時間を要する。これに対して、図５（ａ）および図５（ｂ）において太い実線で示すように、電源４７からの給電が停止した後リミットスイッチ４１が開放される位置までは、回生抵抗５０をモータ２０に接続しない構成を採用した場合には、弁１１を速やかに閉止位置に移動させることが可能となる。

なお、図５（ｃ）に示すように、電源４７からの給電が停止した状態において、開放位置にある弁１１の開度が十分小さく、既にリミットスイッチ４１が開放されている状態である場合には、電源４７からの給電が停止した直後に回生抵抗５０をモータ２０に接続されることになる。

上述したリミットスイッチ４１が開放するための、移動部材３４へのリミットドッグ３８の取付位置は、開放位置にある弁１１の開放度が、例えば、５〜１０％となる位置においてリミットドッグ３８がリミットスイッチ４１の検出子４２に当接する位置とすることができる。このリミットドッグ３８の取付位置は、電源４７からの給電が停止された後、弁１１を閉止位置まで移動させるための閉止時間として許容される時間を基準として、実験的に決定すればよい。

ここで、電源４７からの給電が停止された後、弁１１を閉止位置まで移動させるための閉止時間として比較的長い時間が許容されている場合等においては、リミットスイッチ４１を省略し、電源４７からの給電が停止してから一定時間後に、あるいは、給電が停止した直後に、回生抵抗５０をモータ２０に接続するようにしてもよい。

なお、上述したコンデンサ４３の容量は、電源４７からの給電が停止した場合に、リミットドッグ３８がリミットスイッチ４１の検出子４２に当接してリミットスイッチが開放されるまでの間、第２のリレー回路ＲＢに対する給電状態が継続されるだけの値であればよく、例えば、２０００μＦ程度の容量があればよい。また、上述した回生抵抗５０の抵抗値は、一対のコイルバネ３６、３７による付勢力に抗して弁１１の移動を制限するための制動力を奏し得る値であればよく、例えば、３〜５オーム程度の値であればよい。

１ 電動バルブアクチュエータ
２ 流量調節弁
１１ 弁
１２ 弁座
１３ 流入口
１４ 流出口
２０ モータ
２１ ロータ
２２ コイル
２３ ステータ
２９ フランジ
３０ 軸体
３１ 軸部
３２ ボールねじ部
３３ ナット
３４ 移動部材
３５ 支軸
３６ コイルバネ
３７ コイルバネ
３８ リミットドッグ
３９ 軸
４０ 接続回路
４１ リミットスイッチ
４２ 検出子
４３ コンデンサ
４４ 接点
４５ 接点
４６ ＡＣ／ＤＣ電源ユニット
４７ 電源
４８ ノーヒューズブレーカ
４９ ドライバ
５０ 回生抵抗
ＲＡ 第１のリレー回路
ＲＢ 第２のリレー回路

Claims (4)

1. 弁を開閉させるための電動バルブアクチュエータにおいて、
   ロータとステータとを備え、弁を開放位置と閉止位置との間で往復移動させるモータと、
   前記モータにおけるロータに接続され、前記モータによる回転運動を、弁に接続された移動部材を往復移動させるための往復運動に変換する変換部材と、
   前記移動部材を、弁が閉止位置に移動する方向に付勢する弾性部材と、
   回生抵抗と、
   前記モータへの給電が停止されたときに、前記モータに前記回生抵抗を接続させる接続回路と、
   を備えたことを特徴とする電動バルブアクチュエータ。
2. 請求項１に記載の電動バルブアクチュエータにおいて、
   前記接続回路は、給電が停止された後で、前記弁が前記閉止位置に到達する前に、前記モータに前記回生抵抗を接続させる電動バルブアクチュエータ。
3. 請求項２に記載の電動バルブアクチュエータにおいて、
   給電が停止されることにより前記開放位置から前記閉止位置に向けて移動を開始した弁が、前記閉止位置に到達する前の所定位置に到達したことを検出する検出部材を備え、
   前記接続回路は、前記検出部材により弁が所定位置に到達したことが検出されたときに、前記モータに前記回生抵抗を接続させる電動バルブアクチュエータ。
4. 請求項３に記載の電動バルブアクチュエータにおいて、
   前記検出部材は、前記弁が前記所定位置に到達したときに、前記移動部材に付設された検出片と当接することにより開放されるマイクロスイッチより構成されるとともに、
   前記接続回路は、前記モータへの給電が停止されたときに接点が開放される第１のリレー回路と、前記第１のリレー回路の接点と前記マイクロスイッチとの両方が開放されたときに前記モータに前記回生抵抗を接続させる第２のリレー回路と、を備える電動バルブアクチュエータ。