JP4774886B2 - 流体遮断装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、ガスの事故を未然に防ぐためにガスメータなどに内蔵される流体遮断装置の関するものである。
ガス事故を未然に防ぐため、従来より種種の安全装置が利用されており、中でもガスメータにおいて、流量センサによりガスの流量を検出しマイクロコンピュータによりガスの使用状態を異常使用と判断した場合や、地震センサ、ガス圧力センサ、ガス警報器、一酸化炭素センサなどのセンサの状況を監視して危険状態と判断した場合は、内蔵された遮断弁を閉じるものが既に提案されている。
一般的には、これをマイコンメータと称し、安全性、ガス配管の容易性、経済的価格などの優位性が顕著であるため、ほぼ全世帯に普及しているのが現状で、ガス事故の飛躍的低減に貢献している。
このマイコンメータは、停電などの影響を受けないよう電池電源で駆動され、また全戸普及のため経済的な容量の電池が搭載されているところから、遮断弁は開弁、閉弁状態の保持に電力を必要としない自己保持型電磁ソレノイドやPM型ステッピングモータで駆動されている。
さらに具体的構成を述べると、図11において、ガスメータ101に内蔵されガス通路102には自己保持型の遮断弁103と、ガスの流量を検知する流量検出部104とが接続されている。そして、この流量検出部104による検出結果が所定流量値以上となると、流量判定部105から遮断駆動部106に遮断信号が出力されて、遮断弁103を閉動する。
その後、外部から操作によって復帰スイッチ107を操作することによって復帰駆動部108が遮断弁103を開動し、ガスの供給を再開するようになっている。前記流量判定部105、遮断駆動部106、復帰駆動部108はマイクロコンピュータ109の中で構成されている。遮断弁103は電池による電源部110をもつとともに、閉弁信頼性を確保するためにガス上下流差圧が閉弁方向に印加されるように設定してある(例えば、特許文献1参照)。
ガス使用において問題のない通常状態においては、遮断弁103は開弁状態でありガスメータ101の下流のガス機具などにガスの供給が可能である。
ここで、流量検出部104での検出流量が設定値を超え、異常流量に達した場合とか、長時間にわたり流量検出部104がガス流量を検出している場合には、ガス消費パターンが異常であると流量判定部105が判定し、遮断駆動部106に遮断信号が出力して遮断弁103を閉動する。この遮断弁103の閉動には電力は供給されるが、閉弁状態の維持には電力の供給はない。
遮断弁103の開成復帰は、外部から復帰スイッチ107を操作して復帰駆動部108を作動させればよい。よって、ガス通路102が開かれてガスの供給が可能な復帰状態になる。
特開平7−239099号公報
しかし、前記構成では、復帰スイッチを操作して遮断弁を開成復帰する場合、その開弁が不十分となる可能性があった。
すなわち、この種の流体遮断装置において、遮断弁を復帰できない理由は、遮断弁の動作的損失が増えたり、開閉部が固着したり、外来異物によって粘着したりするなど機構部が特性劣化しているか、電池電源部の電圧が低下するなど駆動部が特性劣化しているか、ガス調整器などの一時的な異常や気圧変化などにより遮断状態の上下流の差圧が大きくなるなど使用状態異常に起因していることが多い。
本発明はかかる従来の課題を解消したもので、遮断弁の開成復帰を確実とした流体遮断装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために本発明の流体遮断装置は、流体通路に接続された電気的流路開閉手段、および流れ検出手段と、この流れ検出手段による検出結果が異常状態であるときに前記流路開閉手段を遮断する遮断駆動部と、遮断状態の流路開閉手段を開成復帰させる開成復帰駆動部とを具備し、前記開成復帰駆動部は最初の開成復帰命令を受けた後、再度開成復帰命令を受けたときには、前記流路開閉手段の開動のための作用力を大きくしたもので、これにより流路開閉手段の開成復帰が確実となる。
本発明の流体遮断装置によれば、開成復帰駆動部が最初の開成復帰命令を受けた後、再度開成復帰命令を受けたときに流路開閉手段の開動のための作用力を大きくしたから、流路開閉手段の開成復帰が確実に行われ、流体遮断後のメンテナンス性を大いに高めることができるものである。
本発明の流体遮断装置は、流体通路に接続された電気的流路開閉手段、および流れ検出手段と、この流れ検出手段による検出結果が異常状態であるときに前記流路開閉手段を遮断する遮断駆動部と、遮断状態の流路開閉手段を開成復帰させる開成復帰駆動部とを具備し、前記開成復帰駆動部は最初の開成復帰命令を受けた後、再度開成復帰命令を受けたときには、前記流路開閉手段の開動のための作用力を大きくして流路開閉手段の開成復帰を確実とした。
流路開閉手段の開動のための作用力を大きくするには、例えば、開成復帰駆動部の駆動力を大きくする、駆動ストロークを大きくする、或いはその両方を大きくすることなどが考えられる。
最初の開成復帰命令を受けた後、再度開成復帰命令を受けたことを具体化する形態としては、開成復帰駆動部に開成復帰命令が発せられたことを記憶手段で記憶し、この記憶手段での記憶中に開成復帰駆動部が開成復帰命令を受けたときには、前記流路開閉手段の開動のための作用力を大きくする。
そして、流路開閉手段の開動のための作用力を大きく具体策として、流路開閉手段の駆動源をモータとし、開成復帰駆動部が再度開成復帰命令を受けたときに、最初の開成復帰命令を受けたときよりも駆動電流を高く設定したり、流路開閉手段の駆動源をステッピングモータとし、開成復帰駆動部が再度開成復帰命令を受けたときに、最初の開成復帰命令
を受けたときよりも駆動周波数を低く設定したり、流路開閉手段の駆動源をステッピングモータとするとともに、このステッピングモータの励磁方式を切り替え可能に設定し、開成復帰駆動部が再度開成復帰命令を受けたときに、最初の開成復帰命令を受けたときよりも励磁方式を高出力側に切り替えるようにする。
また、流路開閉手段の駆動源をステッピングモータとするとともに、このステッピングモータの駆動ステップ数を切り替え可能に設定し、開成復帰駆動部が再度開成復帰命令を受けたときに、最初の開成復帰命令を受けたときよりも駆動ステップ数が多くなるように切り替えるようにする。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態はガス流体を例にしているが、流体の種類の違いによって本発明の精神が拘束されることはない。
(実施の形態1)
図1において、ガスメータ1のガス通路となる流体通路2には、電気的遮断弁からなる流路開閉手段3と流れ検出手段4とが上流側より順に接続してある。
流路開閉手段3は、PM型ステッピングモータや自己保持型電磁ソレノイドなどによって駆動される自己保持型の構成であり、流れ検出手段4は、磁気センサ、圧力センサ、超音波センサ、熱線流量センサ、流体素子センサ、質量流量センサ、フロートセンサなどによりガスの流速、または流量を検出するものである。
流れ検出手段4の検出結果は流れ判定部5で判定され、異常流量などの判定結果が出力されると、遮断駆動部6を介して流路開閉手段3を閉動するようにしてある。遮断駆動部6を介しての流路開閉手段3の閉動は、それ以外に、地震などを検出するその他の検出手段7の検出信号、および外部遮断命令手段8からの命令信号によっても行われるものである。
流路開閉手段3の開成復帰は外部から操作される復帰スイッチ9をONすることによって行われる。すなわち、復帰スイッチ9のONによって、開成復帰駆動部10の第1駆動部11が流路開閉手段3を開成復帰動作させ、また復帰スイッチ9から第1駆動部11へ動作指令が出力されたのを記憶手段12が記憶するようにしてある。
第1駆動部11を介しての流路開閉手段3の開成復帰が不十分で、再度、復帰スイッチ9がONされた場合には、アンドゲートなどによる判定部13に復帰スイッチ9を介しての入力と記憶手段12からの入力がなされ、この結果、判定部13は第2駆動部14を駆動し、流路開閉手段3の開成復帰動作を行う。
そして、第2駆動部14を介しての流路開閉手段3の開動作用力は、第1駆動部11を介してのそれよりも大きく設定してある。
流れ判定部5、記憶手段12、判定部13、遮断駆動部6、開成復帰駆動部10などはマイクロコンピュータ14に記録されたソフトウェア手段や論理ICなどで実現されるようにしている。
前記した制御部や流路開閉手段3などは電池よりなる電源部15で駆動される。
このように、第1駆動部11を介して流路開閉手段3の開成復帰動作を行った後、再度復帰スイッチ9がONされた場合、今度は、開動作用力が大きい第2駆動部14を介して
流路開閉手段3を確実に開成復帰させるようになっている。
開動作用力を大きくする具体的手段としては、第2駆動部14による流路開閉手段3の開動駆動力を高くするとか、開動ストロークを大きくすることなどが考えられる。
図2は流路開閉手段3がA相、B相の2相バイポーラ励磁方式のステッピングモータ16で駆動される一具体例を示し、またそれに伴って、開成復帰駆動部10が駆動周波数を切り替えるカウンタやタイマなどで構成された周波数切替手段17と、駆動周波数に同期した駆動波形を出力する分配手段18と、この駆動波形を2相バイポーラ駆動波形に変換すると同時に電力増幅する励磁回路19とで構成されている例を示す。
通常の第1駆動部11を介しての開成復帰動作時において、周波数切替手段17は、例えば200Hzの高い周波数の駆動周波数を分配手段18に出力し、第2駆動部14を介しての開成復帰動作時には周波数切替手段17が、例えば100Hzの低い駆動周波数に切り替えて分配手段18に出力する。
図3はステッピングモータ16を用いた流路開閉手段3の具体構成を示し、すなわち、A相、B相に接続された電磁コイル20,21、および磁力を伝達するヨーク22,23,24,25でステータ26が、また、永久磁石27、およびリード部28を有するリードシャフト29とでロータ30がそれぞれ構成してある。
リードシャフト29のリード部28には進退自在で、かつ回転不能に弁体31のボス部32が螺合されており、したがって、ロータ30とともにリードシャフト29を回転すると弁体31が進退し、弁座33を開閉することとなる。
前記ステータ26とロータ30は2相励磁型のPM(永久磁石)型ステッピングモータを形成しており、電磁コイル20,21、すなわちA相、B相に1/2・πの位相差を有する矩形波等の回転磁界を発生する電流を印加することによってロータ30が回転し、電流を印加しない場合は永久磁石27による静止トルクによってロータ30は回転を阻止されている。
図3においては、弁体31側から見てCW(時計回り)方向にリードシャフト29、すなわちロータ30が回転した場合は、弁体31が弁座33に近づく遮断動作を行い、CCW(反時計回り)に回転した場合は弁体31が弁座33から遠ざかる復帰動作を行う。
図4はPM型ステッピングモータの駆動周波数と脱調トルクの関係を示すグラフで、駆動周波数が低い方が高いトルクを発生するもので、例えば駆動周波数200Hzでは1.9mN・mであるのに対し、低周波数100Hzでは3.2mN・mと強いトルクを発生する。すなわち低周波数駆動時ほどにはステッピングモータの駆動力が強くなることがわかる。
以上のように構成された流体遮断装置の動作について説明する。
流れ検出手段4による流速または流量を流れ判定部5が判定し、判定結果に異常がない場合には流路開閉手段3は開成されている。
流体通路2を流れる流体の流速または流量が異常に多い場合とか、所定時間を超えて流体の流れがあると流れ判定部5がそれを判定して遮断駆動部6を作動させ、流路開閉手段3を閉成し流体通路2を遮断する。
勿論、地震センサ、圧力センサ、ガス漏れセンサなどのその他の検出手段7、遮断スイッチや通信回線などによる外部遮断命令手段37がONした場合も、同様に流路開閉手段3を閉成し流体通路2を遮断する。同時に、記憶手段12の記憶内容をリセットし遮断中であることを記憶させる。
遮断動作後、流路開閉手段3の弁体31は永久磁石27による静止トルクによって無通電でもその遮断状態を保持する。
次に、復帰スイッチ9の操作により開成復帰命令が出された場合、開成復帰駆動部10の第1駆動部11が流路開閉手段3を開動して流体通路2への流体流動が再開され、同時に、記憶手段12に開成復帰命令が出されたことを記憶させる。
図2、図3および図4によると、この通常駆動時の駆動周波数は例えば200Hzであり、PM型ステッピングモータ16は1.9mN・mのトルクで復帰動作を行う。
流路開閉手段3の損失が増えたり、開閉部が固着したり、外来異物によって粘着したりなどなど機構部が特性劣化している場合とか、電池による電源部15の電圧が低下するなど駆動部が特性劣化しているの場合とか、ガスなどの流体調整器などの一時的な異常や気圧変化などにより流路開閉手段3の上下流の差圧が大きくなるなど使用状態に異常が発生している場合、流路開閉手段3が開成復帰動作を完了しないことがある。
この開成復帰動作未完了状態において、記憶手段12は開成復帰命令が出されたことを記憶しており、ここで、再度、復帰スイッチ9の操作により開成復帰命令が出された場合、判定部13は第2駆動部14を駆動し、流路開閉手段3の開成復帰動作を行う。
そして、図2に示すように、第2駆動部14の周波数切替手段17は、例えば100Hzの低い駆動周波数を分配手段18に出力して励磁回路19を介してPM型ステッピングモータ16を駆動するため、図4のように、3.2mN・mの強いトルクを発し流路開閉手段3を強い駆動力で開成復帰動作を行う。
このため、機構部や駆動部が特性劣化したり一時的な使用状態異常が発生している場合にも、流路開閉手段3は流体通路を開成復帰できる確率が高くなり、より確実に流体を使用することができる。
なお、ここで記憶手段12の記録を複数としておけば、複数段の開成復帰動作が可能となり、また開成復帰動作の都度駆動周波数を低くすることも考えられる。
(実施の形態2)
開成復帰駆動部10の第2駆動部14を介しての開動駆動力を高くする別の実施の形態を説明する。
図5において、開成復帰駆動部10は、制限抵抗34を介する通常電流駆動回路35と、制限抵抗のない高電流回路36と、それら回路を切り替える電流切替手段37と、電流切替手段37からの電流に応じて電力を増幅する励磁回路19とで構成されている。すなわち、通常電流駆動回路35を経由するものが図1の第1駆動部11、高電流回路36を経由するものが図1の第2駆動部14となっている。
通常の開成復帰動作時においては、電流切替手段37は、例えば200mAの低い駆動電流を励磁回路19に出力し、再度の開成復帰動作時の場合においては、電流切替手段37は例えば400mAの高い駆動電流に切り替えて励磁回路19を駆動する。
図6は図3の遮断弁の駆動部であるPM型ステッピングモータの駆動電流と脱調トルクの関係を表すグラフである。
図6のように、駆動電流が高い方が高いトルクを発生させる。例えば、駆動電流200mAでは1.3mN・mであるのに対し、高電流400mAでは5.2mN・mと強いトルクを発生させる。すなわち、高電流駆動時に流路開閉手段3の開成駆動力が強くなることがわかる。
なお、電流切替手段37は制限抵抗34の有無を切り替えることによって電流を切り替えるようにしたが、駆動電圧や、励磁回路の電源電圧、駆動回路のONデューティーを切り替えることによって電流を切り替えてもよい。
(実施の形態3)
開成復帰駆動部10の第2駆動部14を介しての開動駆動力を高くする別の実施の形態を説明する。
図7において、開成復帰駆動部10は励磁方式を1−2相励磁と2相励磁に切り替えて分配手段18に出力する励磁方式切替手段38と、駆動波形39を2相バイポーラ駆動波形に変換すると同時に電力増幅する励磁回路19とで構成されている。
通常の開成復帰動作時においては、励磁方式切替手段38は1−2相励磁の駆動信号40を分配手段18に出力するため、PM型ステッピングモータ16は消費電流の低い弱いトルクで駆動され、再度の開成復帰動作時の場合においては、励磁方式切替手段38が2相励磁駆動信号41を分配手段18に出力して、これにより、励磁回路19は消費電流の高い強いトルクでPM型ステッピングモータ16を駆動する。
なお、励磁方式切替手段38は1−2相励磁と2相励磁を切り替えるとしたが、モノポーラ駆動とバイポーラ駆動とを切り替えてもよい。
(実施の形態4)
開成復帰駆動部10の第2駆動部14を介しての開動駆動ストロークを大きくする別の実施の形態を説明する。
図8にいて、開成復帰駆動部10は、流路開閉手段3を駆動するステップ数を通常ステップ42と長ステップ43に切り替えて分配手段18に出力する駆動ステップ切替手段44と、駆動波形45を2相バイポーラ駆動波形に変換すると同時に電力増幅する励磁回路19とで構成されている。
通常の開成復帰動作時において、駆動ステップ切替手段44は通常のステップ、例えば図3のリードシャフト29におけるリード部28のリードピッチが2mm/回転、ステッピングモータ16のステップ数が48ステップ/回転で、全ストロークが6mmである場合、最低必要ステップ数は144ステップであるため、通常のステップ数は安全率を1.25とし180ステップの駆動パルスを出力し、開成復帰命令ありの場合においては駆動ステップ切替手段44は通常のステップ42の1.5倍の長ステップ数270ステップの駆動パルスを出力し、開成復帰完了した後にあっては、余った駆動パルスはステッピングモータ16を開弁位置で脱調させて消費される。
流路開閉手段3が開成復帰動作を完了していない場合、ステッピングモータ16は駆動パルスに対し部分的に脱調して動作しないため、復帰に必要なストロークに対して駆動パ
ルス数が不足し、結果として駆動パルス数不足で復帰動作未完了となることが多い。
このような場合においても、本実施の形態では、通常の開成復帰動作時はステップ数180ステップで駆動されるのに対し、再度の開成復帰動作時は、駆動ステップ切替手段42が長ストロークに相当する長ステップ数270ステップの駆動パルスに切り替え、ステッピングモータ16の駆動ストロークを高めて駆動するため、流路開閉手段3は流体通路2を開成復帰できる確率が高くなる。
(実施の形態5)
図9は、図1における実施の形態1の流路開閉手段3に開成検出手段46を設けた例であり、図1と同様な作用を発揮する構成については同一符号を付し、説明は実施の形態1を援用する。
すなわち、図9において、流れ判定部5が流れの異常を判定して遮断駆動部6に遮断信号を出力した後、復帰スイッチ9が作動されたことを記憶手段12で記憶するようにしている。ここで、開成復帰駆動部10の第1駆動部11が作動して、流路開閉手段3が十分に開くと、開成検出手段46からの出力がなく、そのため、判定部13が第2駆動部14を駆動させることはない。
しかしながら、流路開閉手段3の開成が不十分な場合には、開成検出手段46から信号が出力され、判定部13に入力される。したがって、この判定部13は第2駆動部14を駆動し、先述したように流路開閉手段3を強制的に開成することとなる。
図10は流路開閉手段3に開成検出手段46を設けた場合の具体的な構成を示すものである。
前記開成検出手段46は、リードスイッチ47とマグネット48とを具備する。このマグネット48はガイド49を介してスライド自在に案内される摺動体50に取着されており、通常は復帰スプリング51の作用力を受けて反リードスイッチ47側へ付勢されている。摺動体50からは弁体31方向へのピン52が突設されている。
したがって、弁体31が弁座33を閉じているときには、ピン52が押動されてマグネット48がリードスイッチ47に接近してこれを閉じ(ON)、反対に弁体31が弁座33を開いているときには、復帰スプリング51の作用でマグネット48がリードスイッチ47より離れてこれを開く(OFF)こととなる。
流路開閉手段3の開成復帰が不十分であるときには、リードスイッチ47が閉じている状態(ON)であって、この信号が判定部13に入力されるようにしてある。
なお、その他の構成、作用は図3と同じで、説明は実施の形態1のものを援用する。
上記実施の形態において、流路開閉手段3は2相バイポーラ励磁PM型ステッピングモータを駆動手段としたが、3相以上でもモノポーラ励磁でもよく、その他同機モータでもよく、実施の形態2に示した電流を切り替える例においてはDCブラシレスモータなどの直流モータも選択可能である。
勿論、流路開閉手段3の駆動手段はモータだけでなく、駆動電流を変えることによって、または駆動時間を変えることによって復帰駆動力を変えることができるよう設計された電磁ソレノイドでもよく、また、複軌駆動力を変えることができるれば必ずしも自己保持型モータ、電磁ソレノイドでなくてもよい。
また、流路開閉手段3はロータの回転が直接弁体の前後動に変換されるよう説明したが、減速機構を介してもよく、磁気カップリングなど気密隔壁を介した動力伝達でもよい。
さらに、復帰命令受付手段は復帰スイッチとしたが、有線、無線による通信手段でもよく、圧力検出手段など他の制御機器からの命令を受信する手段でもよい。
また、この流体遮断装置はガスメータに内蔵され、電池電源部によって駆動されるよう説明したが、他の商用電源、自己発電電源などの活用、およびコンデンサなどの電源で駆動してもよい。
以上のように、本発明にかかる流体遮断装置は、開成復帰駆動部が最初の開成復帰命令を受けた後、再度開成復帰命令を受けたときに流路開閉手段の開動のための作用力を大きくしたから、流路開閉手段の開成復帰が確実に行われ、流体遮断後のメンテナンス性を大いに高めることができるもので、ガス流体の他、あらゆる流体の遮断制御への適用が可能である。
本発明の実施の形態1の流体遮断装置のブロック図 同流体遮断装置の遮断駆動部のブロック図 同流体遮断装置における流路開閉手段の断面図 同流路開閉手段の駆動部であるPM型ステッピングモータの駆動周波数と脱調トルクの関係を表すグラフ 本発明の実施の形態2の流体遮断装置における遮断駆動部のブロック図 PM型ステッピングモータの駆動電流と脱調トルクの関係を表すグラフ 本発明の実施の形態3の流体遮断装置における遮断駆動部のブロック図 本発明の実施の形態4の流体遮断装置における遮断駆動部のブロック図 本発明の実施の形態5の流体遮断装置のブロック図 同同流体遮断装置における流路開閉手段の断面図 従来の流体遮断装置のブロック図
符号の説明
2 流体通路
3 流路開閉手段
4 流れ検出手段
6 遮断駆動部
10 開成復帰駆動部
12 記憶手段

Claims (8)

  1. 流体通路に接続された電気的流路開閉手段、および流れ検出手段と、この流れ検出手段による検出結果が異常状態であるときに前記流路開閉手段を遮断する遮断駆動部と、遮断状態の流路開閉手段を開成復帰させる開成復帰駆動部と、前記開成復帰駆動部に開成復帰命令を発する復帰スイッチと、この開成復帰命令が発せられたことを記憶する記憶手段とを具備し、
    前記記憶手段で開成復帰命令が発せられたことを記憶しているときに、再度開成復帰命令を受けたときには、前記流路開閉手段の開動のための作用力を大きくした流体遮断装置。
  2. 流路開閉手段の開動のための作用力を大きくするために、開成復帰駆動部の駆動力を大きく設定した請求項1記載の流体遮断装置。
  3. 流路開閉手段の開動のための作用力を大きくするために、開成復帰駆動部の駆動ストロークを大きく設定した請求項1記載の流体遮断装置。
  4. 流路開閉手段の開動のための作用力を大きくするために、開成復帰駆動部の駆動力と駆動ストロークとを大きく設定した請求項1記載の流体遮断装置。
  5. 流路開閉手段の駆動源をモータとし、開成復帰駆動部が再度開成復帰命令を受けたときに、最初の開成復帰命令を受けたときよりも駆動電流を高く設定した請求項1記載の流体遮断装置。
  6. 流路開閉手段の駆動源をステッピングモータとし、開成復帰駆動部が再度開成復帰命令を受けたときに、最初の開成復帰命令を受けたときよりも駆動周波数を低く設定した請求項1記載の流体遮断装置。
  7. 流路開閉手段の駆動源をステッピングモータとするとともに、このステッピングモータの励磁方式を切り替え可能に設定し、開成復帰駆動部が再度開成復帰命令を受けたときに、最初の開成復帰命令を受けたときよりも励磁方式を高出力側に切り替えるようにした請求項1記載の流体遮断装置。
  8. 流路開閉手段の駆動源をステッピングモータとするとともに、このステッピングモータの駆動ステップ数を切り替え可能に設定し、開成復帰駆動部が再度開成復帰命令を受けたときに、最初の開成復帰命令を受けたときよりも駆動ステップ数が多くなるように切り替えるようにした請求項1記載の流体遮断装置。
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