JP5004038B2

JP5004038B2 - 弁駆動用アクチュエータ

Info

Publication number: JP5004038B2
Application number: JP2010108422A
Authority: JP
Inventors: 富雄平中; 晋一廣瀬
Original assignee: Shimadzu Emit Co Ltd
Current assignee: Shimadzu Emit Co Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: JP2010196900A

Description

本発明は、発電所等に用いられる大型の弁を開閉させるべくこの弁を進退駆動する弁駆動用アクチュエータに関する。

従来、発電所等に用いられる大型の弁を開閉させるべく、この弁を弁駆動用アクチュエータにより進退駆動する構成が広く知られている。その一例として、駆動部たるモータと、このモータの出力軸に太陽歯車、手動回転力を受け付ける手動操作装置に外周歯車をそれぞれ接続してなる遊星歯車機構、この遊星歯車機構の遊星歯車キャリアに接続した平歯車減速装置、及びこの平歯車減速装置から動力の伝達を受けるスラストコンバータを備える構成が広く用いられている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平８−１９３６６８号公報

ところで、特許文献１記載の構成では、モータ又は手動操作装置から出力される動力を、前記平歯車減速装置を介してスラストコンバータに伝達している。しかし、このような構成では、動力の伝達に平歯車減速装置を用いているため、歯車のバックラッシュが存在し、動力伝達の際にロスが発生する不具合が存在する。

本発明は、以上に述べた課題を解決すべく構成するものである。

すなわち本発明に係る弁駆動用アクチュエータは、駆動源であるモータと、このモータに摩擦継手を介して接続してなる主軸と、この主軸と動作変換機構を介して進退可能に接続してなり弁を進退駆動する出力端部と、非通電時に制動状態となる電磁ブレーキ機構と、手動操作力により弁を進退駆動可能にすべく手動操作力を受け付ける手動操作力伝達機構とを具備するものであって、前記摩擦継手が、雄ねじを介して前記モータに接続してなり前記主軸を挿通可能な軸挿通孔を有するハブの内部に収納されたもので前記モータと前記主軸とを直結し、前記電磁ブレーキ機構及び前記手動操作力伝達機構を前記主軸に差動機構を介して接続してなり、非通電時にはモータの出力端を空転させることを特徴とする。

このようなものであれば、モータと前記主軸とを摩擦継手を介して直結しているので、歯車のバックラッシュに伴う動力伝達ロスの回避が不可能である特許文献１記載の構成と比較して、より効率よく動力を伝達させることが可能である。さらに、平歯車減速装置を用いる特許文献１記載の構成と比較して、モータと出力端部との中心軸とを一致させるようにできるので、このような弁駆動用アクチュエータの設置に必要なスペースを小さくできる。また、ボールねじ機構を介してモータと前記主軸とを接続する構成と比較して、摩擦継手を介在させることにより、モータの急停止時に、慣性により主軸等に無理な応力がかかることを防ぎ安全性を確保できるとともに、モータと主軸との接続部の構成が簡単であり、このような弁駆動用アクチュエータのメンテナンス・フリー化を図ることができる。なお、「摩擦継手」とは、モータの回転力を摩擦を介して主軸に伝達する構成を有するもの全般を示す概念である。

また、非通電時に制動状態となる電磁ブレーキ機構と、手動操作力により弁を進退駆動可能にすべく手動操作力を受け付ける手動操作力伝達機構とをさらに具備し、これら電磁ブレーキ機構及び手動操作力伝達機構を前記主軸に差動機構を介して接続してなるので、通電時には電磁ブレーキ機構を解除してモータから出力される回転力により主軸を直接駆動するようにしつつ、停電時には電磁ブレーキ機構をブレーキ状態とし、手動操作力伝達機構を介して手動操作力により主軸を駆動するようにできる。従って、特別な操作を行うことなく停電等に手動操作に移行できる。

このような弁駆動用アクチュエータの配置スペースの削減に有効な構成として、前記モータが中空部を有するとともに、このモータの中空部に主軸を挿通させてなるものが挙げられる。このようなものであれば、主軸の両端に前記出力端部及び前記差動機構を配し、これら出力端部及び差動機構の間にモータを配置する構成を実現できるからである。

さらに、前記主軸に、機械的機構による回転数計数部を接続してなるものであれば、停電時であっても、外部電源に依存することなく手動操作による主軸の回転数を記録することができる。

本発明に係る弁駆動用アクチュエータの構成によれば、駆動源であるモータと、このモータの回転力を出力端部に伝達する主軸とを摩擦継手を介して直結により接続しているので、歯車のバックラッシュに伴う動力伝達ロスの回避が不可能である特許文献１記載の構成や、ボールねじ機構を介してモータと前記主軸とを接続する構成と比較して、より効率よく動力を伝達させることが可能である。さらに、平歯車減速装置を用いる特許文献１記載の構成と比較して、モータと出力端部との中心軸とを一致させるようにできるので、このような弁駆動用アクチュエータの設置に必要なスペースを小さくできる。加えて、ボールねじ機構を介してモータと前記主軸とを接続する構成と比較して、摩擦継手を介在させることにより、モータの急停止時に、慣性により主軸等に無理な応力がかかることを防ぎ安全性を確保できるとともに、モータと主軸との接続部の構成が簡単であり、このような弁駆動用アクチュエータのメンテナンス・フリー化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る弁駆動用アクチュエータを示す概略断面図。図１におけるｘ−ｘ断面図。同実施形態に係る弁駆動用アクチュエータの自動運転状態における動力伝達を示す概略図。同実施形態に係る弁駆動用アクチュエータの手動運転状態における動力伝達を示す概略図。

以下、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。

本実施形態に係る弁駆動用アクチュエータＡは、発電所のボイラ等に用いられる大型の弁を開閉させるべくこの弁を進退駆動するものであって、図１に概略断面図を示すように、駆動源たるモータ１と、このモータ１に摩擦継手３を介して接続してなる主軸２と、この主軸２と動作変換機構５を介して進退可能に接続してなり弁Ｖを進退駆動する出力端部４とを具備する。また、本実施形態では、非通電時に制動状態となる電磁ブレーキ機構７と、手動操作力により弁Ｖを進退駆動可能にすべく手動操作力を受け付ける手動操作力伝達機構７とをさらに具備し、これら電磁ブレーキ機構７及び手動操作力伝達機構８を、前記主軸２に差動機構たる遊星歯車機構６を介して接続している。

前記モータ１は、例えば実開昭６１−１７１４６５号公報に記載の電動モータとして公知のものと同様の構成を有する。すなわち、中空部を有する筒状のハウジング１１と、このハウジングに固定させてなる固定子１３と、この固定子１３の外側に配した回転子１４と、この回転子１４に接続した出力端である回転台１２とを有する。なお、固定子１３及び回転子１４の配置は、内外逆であってもよい。さらに、内側固定子及び外側固定子を設け、これらの間に回転子を配してもよい。

前記主軸２は、一端部近傍を前記中空部に挿通させてなる。一方、他端部には雄ねじ部２１を形成していて、この雄ねじ部２１に動作変換機構５を接続している。

前記摩擦継手３は、上述したように前記モータ１と前記主軸２との間に介在し、これらを直結する。より具体的には、雄ねじ３２を介して前記回転台１２に接続させてなり中央部に主軸２を挿通可能な軸挿通孔３１ｘを有するハブ３１の内部に収納されたものであり、摩擦継手として広く一般に知られたものと同様の構成を有する。すなわち、この摩擦継手３は、中央部に軸挿通孔３ｘを有し、この軸挿通孔３ｘと主軸２との間に発生する摩擦により、回転力を伝達する。さらに詳述すると、前記回転台１２に出力された回転力は、雄ねじ３２及びハブ３１を介して摩擦継手３に伝達され、さらにこの摩擦継手３の軸挿通孔３ｘと主軸２との間の摩擦力として主軸２に出力される。

前記出力端部４は、中空部４ｘを有し上下に延伸する中空筒状をなし、内部に前記主軸２を挿通可能にしているとともに、下端部に弁Ｖを接続している。また、この出力端部４は、図示しない回転止め機構により鉛直軸心周りの回転動作不能な状態で支持されている。

前記動作変換機構５は、本実施形態では前記出力端部４の中空部４ｘ内に固設されるとともに、前記主軸２の雄ねじ部２１と螺合可能な雌ねじ５ｘを利用して構成している。すなわち、この動作変換機構５は、前記主軸２の雄ねじ２１及び前記雌ねじ５ｘを螺合させて形成したねじ送り機構により、主軸２の回転を出力端部４の進退動作に変換する。

前記遊星歯車機構６は、遊星歯車キャリア６１ａを介して前記主軸に接続した遊星歯車６１と、この遊星歯車６１をその周囲に噛合させてなり支持軸６２１を前記電磁ブレーキ７に接続した太陽歯車６２と、前記遊星歯車６１の外側でこの遊星歯車に噛合させてなる内歯車６３ａを有するとともに前記手動操作力伝達機構８から手動回転力の伝達を受けて回転可能な外輪６３とを有する。

前記電磁ブレーキ機構７は、上述したように遊星歯車機構６の太陽歯車６２の支持軸６２１に接続してなる。この電磁ブレーキ機構７は、非通電時には、前記太陽歯車６２の回転を規制する制動状態となる。一方、通電時には、前記太陽歯車６２の回転を許可する非制動状態となる。

前記手動操作力伝達機構８は、前記図１、及び図１におけるｘ−ｘ断面図である図２に示すように、手動操作力を受け付ける操作力受付部たるハンドル８１と、このハンドル８１に接続したウォームシャフト８３及びウォームシャフト８３に噛合させてなるウォームホイル８４からなるウォーム歯車機構８２とを具備する。このウォームホイル８４は、前記遊星歯車機構６の外輪６３と一体的に回転させるべく接続している。すなわち、この手動操作力伝達機構８は、ハンドル８１から手動操作力を受け付け、前記遊星歯車機構６３の外輪に回転力を伝達する。一方、モータ１から回転力が遊星歯車機構６に伝達される際には、前記ウォーム歯車機構８２がブレーキとして機能し、外輪６３を固定する。

さらに本実施形態では、例えば機械式回転カウンタとして周知のものと同様の構成を有し、前記遊星歯車キャリアの回転数を記録するエンコーダ９をさらに具備する。

加えて本実施形態では、モータ１及び電磁ブレーキ機構７に通電する状態である自動運転状態と、モータ１及び電磁ブレーキ機構７への通電を遮断する手動運転状態との間の切替操作を受け付ける切替スイッチ（図示略）をさらに具備する。

ここで、前記自動運転状態では、モータ１から出力される駆動力は、動力伝達の概略を図３に示すように、前記摩擦継手３を介して主軸２に伝達される。そして、主軸２に伝達された駆動力は、動作変換機構５を介して出力端部４の進退運動力に変換され、弁Ｖを進退駆動する。その際、上述したように遊星歯車機構６の遊星歯車キャリア６１ａが主軸２に、この遊星歯車機構６の太陽歯車６２に、外輪６３はウォーム歯車機構８２にそれぞれ接続しているとともに、前記電磁ブレーキ機構７を非制動状態として太陽歯車６２の回転を許可しているので、外輪６３に接続したウォームホイル８４は回転を規制された状態となり、その一方で太陽歯車６２は空転する。

一方、前記手動運転状態では、動力伝達の概略を図４に示すように、手動操作力伝達機構８のハンドル８１から手動操作力がウォーム歯車機構８２に伝達される。このウォーム歯車機構８２に伝達された手動操作力は、遊星歯車機構６の外輪６３を駆動する。その際、前記電磁ブレーキ機構７は制動状態となっているので太陽歯車６２は回転しない。従って、前記外輪６３の内歯車６３ａにより遊星歯車６２が駆動されて太陽歯車６１の周りを公転し、この公転力が遊星歯車キャリア６１ａを介して主軸２に伝達される。そして、主軸２に伝達された操作力は、動作変換機構５を介して出力端部４の進退運動力に変換され、弁Ｖを駆動する。その際、モータ１の回転台１２は空転する。

さらに、停電等によりモータ１及び電磁ブレーキ機構７への通電が遮断された際には、モータ１が停止し、電磁ブレーキ機構７がブレーキ状態となる。その際、前記電磁ブレーキ機構７は前記遊星歯車機構６の太陽歯車６２、主軸２は前記遊星歯車機構６の遊星歯車キャリア６２ａ、前記手動操作力伝達機構８は前記遊星歯車機構６の外輪６３にそれぞれ接続しているので、直ちに手動操作力伝達機構８を介して主軸２及び出力端部４を駆動する手動操作が可能となる。すなわち、停電時には自動的にかつ直ちに手動運転状態に切り替わる。

本実施形態に係る弁駆動用アクチュエータＡの構成によれば、以上に述べたように、駆動源たるモータ１と、このモータ１に摩擦継手３を介して接続してなる主軸２と、この主軸２と動作変換機構５を介して進退可能に接続してなり弁Ｖを進退駆動する出力端部４とを具備するので、歯車のバックラッシュに伴う動力伝達ロスの回避が不可能である前記特許文献１記載の構成と比較して、より効率よく動力を伝達させることが可能である。さらに、平歯車減速装置を用いる特許文献１記載の構成と比較して、モータと出力端部との中心軸とを一致させるようにできるので、このような弁駆動用アクチュエータの設置に必要なスペースを小さくできる。加えて、ボールねじ機構を介してモータと主軸とを接続する構成と比較して、摩擦継手を介在させることにより、モータの急停止時に、慣性により主軸等に無理な応力がかかることを防ぎ安全性を確保できるとともに、モータ１と主軸２との接続部の構成がより簡単であるので、このような弁駆動用アクチュエータＡのメンテナンス・フリー化を図ることができる。

また、非通電時に制動状態となる電磁ブレーキ機構７及び手動操作力伝達機構８を前記主軸２に遊星歯車機構６を介して接続しているので、通電時には電磁ブレーキ機構７の制動状態を解除してモータ１から出力される回転力により主軸２を直接駆動するようにしつつ、停電時には電磁ブレーキ機構７を制動状態とすることにより直ちに手動操作力伝達機構８を介して手動操作力により主軸２を駆動するようにできる。すなわち、特別な操作を行うことなく停電等に手動操作に移行できる。

加えて、前記モータ１が中空部を有するとともに、このモータ１の中空部に主軸２を挿通させるようにしているので、主軸１の両端に前記出力端部４及び前記遊星歯車機構６を配し、これら出力端部４及び遊星歯車機構６の間にモータ１を配置することにより、この弁駆動用アクチュエータＡの長手寸法を小さくして配置スペースを有効に削減できる。

そして、機械式回転カウンタとして周知のものと同様の構成を有するエンコーダ９を接続してなるので、停電時であっても、外部電源に依存することなく手動操作による主軸２の回転数を記録することができる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。

例えば、遊星歯車機構、手動操作力伝達機構、及び電磁ブレーキ機構を省略し、モータからの動力のみを動力源とする態様を採用してもよい。

また、差動機構として、遊星歯車機構に限らず、傘歯車を用いた周知の構成のものを採用し、主軸にこの差動機構を介して電磁ブレーキ機構及び手動操作力伝達機構を接続するようにしてもよい。

さらに、手動操作装置において、ウォーム歯車機構に限らず、ハンドルからの手動回転力を遊星歯車機構に伝達可能で、かつ遊星歯車機構からハンドル側への回転力の伝達は規制するブレーキとしての機能を有する動力伝達機構をハンドルと遊星歯車機構との間に設けてもよい。

加えて、エンコーダには、バッテリ等からの電力を受けて動作する従来のエンコーダとして周知のものを用いるようにしてもよい。

そして、摩擦継手は、上述した実施形態に示したようなものに限らず、例えば、上述した実施形態におけるモータ１の回転台１２に接続してなるとともに中央部に主軸を挿通可能な軸挿通孔を有し、この軸挿通孔の内側面と主軸の外側面との間の摩擦を利用して回転台１２から回転力を主軸に伝達するものであってもよい。さらに、回転台１２の中央部に主軸を挿通可能な軸挿通孔を有し、この軸挿通孔の内側面と主軸の外側面との間の摩擦を利用してこの回転台１２自体の回転力を主軸に直接伝達する機構を採用してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

Ａ…弁駆動用アクチュエータ
１…モータ
２…主軸
３…摩擦継手
４…出力端部
５…動作変換機構

Claims

駆動源であるモータと、このモータに摩擦継手を介して接続してなる主軸と、この主軸と動作変換機構を介して進退可能に接続してなり弁を進退駆動する出力端部と、非通電時に制動状態となる電磁ブレーキ機構と、手動操作力により弁を進退駆動可能にすべく手動操作力を受け付ける手動操作力伝達機構とを具備するものであって、前記摩擦継手が、雄ねじを介して前記モータに接続してなり前記主軸を挿通可能な軸挿通孔を有するハブの内部に収納されたもので前記モータと前記主軸とを直結し、前記電磁ブレーキ機構及び前記手動操作力伝達機構を前記主軸に差動機構を介して接続してなり、非通電時にはモータの出力端を空転させることを特徴とする弁駆動用アクチュエータ。
前記モータが中空部を有するとともに、このモータの中空部に主軸を挿通させてなることを特徴とする請求項１記載の弁駆動用アクチュエータ。
機械的機構による回転数計数部を備えていることを特徴とする請求項２記載の弁駆動用アクチュエータ。