JP5993610B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents

Description

この発明は、バルブやダンパなどの操作端を駆動する電動アクチュエータに関するものである。

従来より、空調設備では、その冷温水配管に設けられるバルブの開閉動作やダクト内を通って空調エリアに供給される調和空気の風量を加減するダンパの開度調整動作を行わせるために電動アクチュエータが用いられている。

この種の通常の電動アクチュエータは、電動アクチュエータの内部にモータを備え、空調用コントローラからの制御指令に応じて、バルブやダンパなどの操作端の開度を設定開度とするように動作する。

このような電動アクチュエータでは、供給されている電源に停電が生じると、操作端の開度は停電直前の動作開度のままとなり、もはや適切な開度制御が行われなくなる。

そこで、電動アクチュエータに供給されている電源が停電となった場合に、所定開度（例えば、全閉）に強制的に動作させ、電源が再び通常状態に復帰するまで、その所定開度を維持するタイプの電動アクチュエータも提案され、既に存在する。以下、このようなタイプの電動アクチュエータを緊急遮断機能付き電動アクチュエータと呼ぶ。

現在、緊急遮断機能付き電動アクチュエータとしては具体的には２タイプ提案されており、１つのタイプはスプリングリターン型、もう１つのタイプは２次電源駆動型と称されている。

スプリングリターン型電動アクチュエータは、電動アクチュエータの駆動軸に対して全閉状態を維持するように付勢されるリターンスプリングを搭載し、電源が供給されている場合はこのリターンスプリングの付勢力に抗して駆動モータを駆動させてバルブやダンパなどの操作端の開度を調整し、停電が生じた場合にはリターンスプリングの付勢力によってバルブやダンパなどの操作端を強制的に所定開度に動作させる。

一方、２次電源駆動型電動アクチュエータは、２次電池や電気二重層コンデンサ等で構成される蓄電体を搭載し、電源が供給されているときは、この電源でモータを駆動させてバルブやダンパなどの操作端の開度を調整し、停電が生じた場合には蓄電体を動作電源とし、モータを駆動させてバルブやダンパなどの操作端を強制的に所定開度に動作させる。

ところで、このような２つのタイプの緊急遮断機能付き電動アクチュエータ同士を比較すると、スプリングリターン型は、リターンスプリングの付勢力が通常時のモータ駆動に対して抵抗として働くので、その抵抗に打ち勝つためにトルクの大きなモータを使用しなくてはならず、電動アクチュエータの大型化・重量化・コストアップをもたらすという短所を持つ。

これに対して、２次電源駆動型は、スプリングリターン型のような短所を有さず、また近年、蓄電体である２次電池や電気二重層コンデンサの容量の改善などもあって、２次電源駆動型電動アクチュエータが有利になりつつある。

図７に、例えば特許文献１に記載された電動遮蔽弁のモータ駆動回路を示す。同図において、１は商用電源、２は電源スイッチ、３は交流電圧を規定の直流電圧に変換する定電圧回路、４はリレー、５はモータ（ＤＣモータ）、６は開側リミットスイッチ、７は閉側リミットスイッチ、８，９はリレー４の接点（リレー接点）、１０は蓄電体（電気二重層コンデンサ）、１１はダイオード、１２は抵抗である。

このモータ駆動回路では、電源スイッチ２をオンとすると、定電圧回路３から直流電圧が出力され、リレー４が励磁され、リレー接点８，９がそれぞれ端子８ａ，９ａ側に切り換わる。このとき、モータ５が中間開度の状態にあり、開側リミットスイッチ６が端子６ａ側にあり、閉側リミットスイッチ７が端子７ａ側にあるとする。また、開度指令として、全開指令を受けているものとする。

すると、モータ５が回転し、弁が開方向へ駆動される。そして、開側リミットスイッチ６が作動して、端子６ｂ側に切り換わると、すなわち弁が全開となると、モータ５が停止する。一方、蓄電体１０は、抵抗１２を介して充電される。

この状態で、例えば停電などが発生し、定電圧回路３からの直流電圧の出力がなくなると、リレー４の励磁が解けて、リレー接点８，９がそれぞれ端子８ｂ，９ｂ側に切り換わる。このとき、蓄電体１０に蓄えられている電力がダイオード１１と閉側リミットスイッチ７を通じ、モータ５に供給され、モータ５が逆回転し、弁が閉方向に駆動される。そして、閉側リミットスイッチ７が作動して、端子７ｂ側に切り換わると、すなわち弁が全閉となると、モータ５が停止する。

特開平１１−１０１３５９号公報 特許第４７７４２０７号公報

しかしながら、図７に示されたモータ駆動回路では、メンテナンス時、電源スイッチ２をオフとし、弁開度を全閉以外の任意の位置に保持したいような場合があり、このような場合、蓄電体１０に蓄電された電力を放電する必要が生じる。

すなわち、メンテナンスに際して電源スイッチ２をオフとすると、停電と同様な状態が発生し、蓄電体１０に蓄えられている電力によってモータ５が強制的に駆動され、弁が全閉とされる。このような状態で、全閉状態の弁を開方向へ動かそうとすると、閉側リミットスイッチ７が端子７ａ側に切り換わり、モータ５への蓄電体１０からの電力の供給が再開され、モータ５が弁を全閉状態に戻そうとする。

したがって、メンテナンス時、電源スイッチ２をオフとし、弁開度を全閉以外の任意の位置に保持したいような場合、モータ５が弁を全閉状態に戻そうとしなくなるまで、蓄電体１０に蓄電されている電力を放電しなければならない。このため、放電終了まで作業に待ち時間が発生するとともに、放電した分の電力が無駄となってしまう。

なお、特許文献２には、充電電源（蓄電体）とアクチュエータ（モータ）との間にスイッチ手段と電源監視手段を設け、電源監視手段が停電を検出するとスイッチ手段をオンにして充電電源とアクチュエータとを接続し、その接続された充電電源によりアクチュエータが作動して閉弁すると、スイッチ手段をオフにして充電電源とアクチュエータとの接続を断って、開閉用のハンドルでもって弁を開放できるようにした遮断弁が示されている。

この特許文献２に示された技術を適用して考えられるモータ駆動回路を図８に示す。このモータ駆動回路では、特許文献２に示されたスイッチ手段に相当する構成としてスイッチ１３を設け、電源監視手段に相当する構成として電源監視部１４を設けている。電源監視部１４は停電を検出してスイッチ１３をオンとする。

この図８に示された構成では、メンテナンスに際して電源スイッチ２をオフとすると、リレー接点８，９が端子８ｂ，９ｂ側に切り換わるとともに、電源監視部１４によってスイッチ１３がオンとされ、蓄電体１０に蓄えられている電力がダイオード１１と閉側リミットスイッチ７とスイッチ１３を通じ、モータ５に供給される。これにより、モータ５が逆回転し、弁が閉方向に駆動される。そして、閉側リミットスイッチ７が作動して、端子７ｂ側に切り換わると、すなわち弁が全閉となると、モータ５が停止する。また、弁が全閉となると、スイッチ１３がオフとされる。

このスイッチ１３は、一旦オフとされると、弁の開閉状態に拘わらず、オフの状態を維持する。これにより、手動によるハンドル操作で弁の開放動作を行った際に、閉側リミットスイッチ７が作動して端子７ａ側に切り換わっても、蓄電体１０に蓄えられている電力がモータ５に供給されることがない。このため、蓄電体１０に蓄電されている電力を放電しなくても、手動による弁の開放動作が可能となる。

しかしながら、この構成では、メンテナンスの終了後、通常の使用状態へ復帰させるために、スイッチ１３をオンとする必要があるが、スイッチ１３のオンへの復帰作業（通常使用状態への復帰作業）を手動にすると、復帰作業を失念する可能性がある。また、タイマ手段を設け、タイマ手段の計時に基づいて、閉弁後のスイッチ１３を所定時間経過後にオンとすることが考えられるが、弁を手動開閉できる時間が限られてしまうという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、蓄電体に蓄電された電力をすべて放電することなく、また通常使用状態への復帰作業を失念することなく、時間の制約を受けずに、メンテナンスを行うことが可能な電動アクチュエータを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、外部電源からの電力の供給を受けて操作端を駆動するモータと、外部電源からの電力の供給を受けて充電される蓄電体とを備え、外部電源の遮断時に蓄電体に蓄えられている電力によってモータを強制的に駆動し、このモータによって駆動される操作端が所定の開度に達したことを検出して、蓄電体からのモータへの電力の供給を遮断する電動アクチュエータにおいて、蓄電体からのモータへの電力の供給通路に設けられ、操作者からの指示に応じて蓄電体からのモータへの電力の供給通路を開とするスイッチ手段と、外部電源の遮断が復旧された場合、その外部電源からの電力の供給を受けて動作し、蓄電体からのモータへの電力の供給通路に設けられているスイッチ手段を閉とするリセット手段とを備え、リセット手段は、スイッチ手段を閉とした後、外部電源からの電力の供給を受けている間、スイッチ手段を閉とした状態を操作者からの指示に拘わらず維持することを特徴とする。

この発明によれば、メンテナンスに際して外部電源を遮断すると、蓄電体に蓄えられている電力によってモータが強制的に駆動される。そして、このモータによって駆動される操作端が所定の開度（例えば、全閉）に達したことが検出されると、蓄電体からのモータへの電力の供給が遮断される。例えば、閉側リミットスイッチによって全閉に達したことが検出されると、蓄電体からのモータへの電力の供給が遮断される。

本発明において、蓄電体からのモータへの電力の供給通路にはスイッチ手段が設けられている。このスイッチ手段は通常使用状態では閉とされている。操作者は、メンテナンスを行いたい場合、スイッチ手段を開とする。これにより、操作端を手動で操作しても、蓄電体に蓄えられている電力がモータに供給されることがなく、蓄電体に蓄電されている電力を放電する必要がなくなる。

また、本発明では、メンテナンスの終了後、外部電源を復旧すると、その外部電源からの電力の供給を受けてリセット手段が動作し、蓄電体からのモータへの電力の供給通路に設けられているスイッチ手段を閉とする。これにより、メンテナンスの終了後、再通電を実施した時点で、スイッチ手段が自動的に開から閉に切り換わり、通常使用状態へ自動復帰する。これにより、通常使用状態への復帰作業を失念することがなくなる。また、再通電を実施するまで、操作端を手動で操作することが可能であり、時間の制約を受けることもない。

本発明によれば、操作者からの指示に応じて蓄電体からのモータへの電力の供給通路を開とするスイッチ手段と、外部電源の遮断が復旧された場合、その外部電源からの電力の供給を受けて動作し、蓄電体からのモータへの電力の供給通路に設けられているスイッチ手段を閉とするリセット手段とを設けたので、メンテナンスの終了後、再通電を実施した時点で、スイッチ手段が自動的に開から閉に切り換わり、通常使用状態へ自動復帰するものとなり、蓄電体に蓄電された電力をすべて放電することなく、また通常使用状態への復帰作業を失念することなく、時間の制約を受けずに、メンテナンスを行うことが可能となる。

本発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態の要部を示す回路図である。 この電源アクチュエータの電源スイッチオン時の動作を説明する図である。 この電源アクチュエータの停電時の動作を説明する図である。 この電源アクチュエータのメンテナンスに際する電源スイッチオフ時の動作を説明する図である。 この電源アクチュエータのメンテナンスモードへの移行状態を示す図である。 この電源アクチュエータのメンテナンスの終了に際して電源スイッチをオンとした状態を示す図である。 特許文献１に記載された電動遮蔽弁のモータ駆動回路を示す図である。 特許文献２に示された技術を適用して考えられるモータ駆動回路を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態の要部を示す回路図である。

図１において、２１は商用電源、２２は電源スイッチ、２３は交流電圧を規定の直流電圧に変換する定電圧回路、２４はリレー、２５はバルブやダンパなどの操作端（図示せず）を駆動するモータ（ＤＣモータ）、２６は開側リミットスイッチ、２７は閉側リミットスイッチ、２８，２９はリレー２４の接点（リレー接点）、３０は蓄電体（電気二重層コンデンサ）、３１は本発明でいうスイッチ手段に相当するリセット機能付きスイッチ、３２は本発明でいうリセット手段に相当するリセットコイル、Ｔｒ１はトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２は抵抗である。

この電動アクチュエータ１００において、モータ２５のそれぞれの端子は、リレー接点２８のコモン端子２８ｃおよびリレー接点２９のコモン端子２９ｃに接続されている。また、リレー接点２８の常開接点端子２８ａは開側リミットスイッチ２６の端子２６ａに接続され、リレー接点２８の常閉接点端子２８ｂは閉側リミットスイッチ２７の端子２７ａに接続されている。また、リレー接点２９の常閉接点端子２９ｂはリセット機能付きスイッチ３１を介し、開側リミットスイッチ２６のコモン端子２６ｃとともに蓄電体３０の一端に接続され、リレー接点２９の常開接点端子２９ａは閉側リミットスイッチ２７のコモン端子２７ｃとともに蓄電体３０の他端に接続されている。

蓄電体３０の一端はトランジスタＴｒ１および抵抗Ｒ１を介して定電圧回路２３からの直流電圧の出力ラインＬ１に接続され、蓄電体３０の他端は定電圧回路２３からの直流電圧の出力ラインＬ２に接続されている。抵抗Ｒ２は定電圧回路２３からの直流電圧の出力ラインＬ１とトランジスタＴｒ１のベースとの間に接続されている。また、リレー２４およびリセットコイル３２は定電圧回路２３からの直流電圧の出力ラインＬ１とＬ２との間に並列に接続されている。

リセットコイル３２は、通電付勢されると、リセット機能付きスイッチ３１を閉とする。リセット機能付きスイッチ３１は、リセットコイル３２が通電付勢されていない場合、手動操作によって開とすることができ、リセットコイル３２が通電付勢されるまでその開とされた状態を保つ。

なお、この例において、電源スイッチ２２は電動アクチュエータ１００の構成要素として設けられているが、電動アクチュエータ１００の外部にあってもよい。また、図１には示していないが、モータ２５が駆動されないときに操作端の開度を操作可能な手動開度操作手段として、開閉用のハンドルなどが設けられている。

この電動アクチュエータ１００では、電源スイッチ２２をオンとすると、定電圧回路２３から直流電圧が出力され、リレー２４が励磁され、リレー接点２８，２９がそれぞれ常開接点端子２８ａ，２９ａ側に切り換わる。このとき、モータ２５が中間開度の状態にあり、開側リミットスイッチ２６が端子２６ａ側にあり、閉側リミットスイッチ２７が端子２７ａ側にあるとする。また、開度指令として、全開指令を受けているものとする。

すると、図２に示す矢印の経路で電流が流れ、モータ２５が矢印Ａ方向へ回転し、操作端が開方向へ駆動される。そして、開側リミットスイッチ２６が作動して、端子２６ｂ側に切り換わると、すなわち操作端が全開となると、モータ２５が停止する。一方、蓄電体３０は、抵抗Ｒ１，トランジスタＴｒ１を介する電流の供給を受けて充電される。また、リセット機能付きスイッチ３１は、リセットコイル３２が通電付勢されることから、閉状態を保持する。この閉とされた状態がリセット機能付きスイッチ３１の通常使用状態である。

〔停電時の緊急遮断〕
この状態で、停電が発生し、すなわち外部電源が遮断され（図３参照）、定電圧回路２３からの直流電圧の出力がなくなると、リレー２４の励磁が解けて、リレー接点２８，２９がそれぞれ常閉接点端子２８ｂ，２９ｂ側に切り換わる。このとき、蓄電体３０に蓄えられている電力によって、図３に示す矢印の経路で電流が流れ、モータ２５が矢印Ｂ方向へ回転（逆回転）し、操作端が閉方向へ駆動される。そして、閉側リミットスイッチ２７が作動して、端子２７ｂ側に切り換わると、すなわち操作端が全閉となると、モータ２５が停止する。

〔メンテナンス〕
メンテナンスに際して電源スイッチ２２をオフとすると（図４参照）、停電と同様な状態が発生し、定電圧回路２３からの直流電圧の出力がなくなる。これにより、上述した「停電時の緊急遮断」と同様にして、図４に示す矢印の経路で電流が流れ、モータ２５が矢印Ｂ方向へ回転（逆回転）し、操作端が閉方向へ駆動される。そして、閉側リミットスイッチ２７が作動して、端子２７ｂ側に切り換わると、すなわち操作端が全閉となると、モータ２５が停止する。

一方、電源スイッチ２２がオフとされると、リセットコイル３２が通電付勢されなくなる。このため、リセット機能付きスイッチ３１は、手動操作によって開とすることが可能な状態となる。

操作者は、メンテナンスに際して、操作端を全閉以外の任意の位置に保持したい場合、リセット機能付きスイッチ３１を手動で開とする（図５参照）。リセット機能付きスイッチ３１が開とされた状態をメンテナンスモードと呼ぶ。すなわち、本実施の形態では、リセット機能付きスイッチ３１を手動で開とすることにより、電動アクチュエータ１００をメンテナンスモードに移行させる。

このメンテナンスモードでは、手動によるハンドル操作で操作端の開放動作を行った際、閉側リミットスイッチ２７が作動して端子２７ａ側に切り換わっても、蓄電体３０に蓄えられている電力がモータ２５に供給されることがない。これにより、蓄電体３０に蓄電されている電力を放電しなくても、手動による操作端の開放動作が可能となる。

〔メンテナンスの終了〕
メンテナンスの終了後、電源スイッチ２２をオンとすると、すなわち外部電源を復旧し、再通電を実施すると（図６参照）、定電圧回路２３からの直流電圧を受けてリセットコイル３２が動作し、リセット機能付きスイッチ３１を閉とする。

これにより、メンテナンスの終了後、再通電を実施した時点で、リセット機能付きスイッチ３１が自動的に開から閉に切り換わり、通常使用状態へ自動復帰する。これにより、通常使用状態への復帰作業を失念することがなくなる。また、再通電を実施するまで、操作端を手動で操作することが可能であり、時間の制約を受けることもない。

また、電源スイッチ２２をオンとすると、定電圧回路２３からの直流電圧を受けてリレー２４が動作し、リレー接点２８，２９がそれぞれ常開接点端子２８ａ，２９ａ側に切り換わる。これにより、メンテナンス時に操作端の開度を全閉以外の任意の位置に保持した状態から、操作端の開度の制御動作が再開される。

なお、上述した実施の形態では、スイッチ手段としてリセット機能付きスイッチ３１を用い、リセット手段としてリセットコイル３２を用いるようにしたが、このようなものに限られるものではない。

すなわち、スイッチ手段は、操作者からの指示に応じて蓄電体３０からのモータ２５への電力の供給通路を開とすることができるものであればよく、リセット手段は、外部電源の遮断が復旧された場合、その外部電源からの電力の供給を受けて動作し、蓄電体３０からのモータ２５への電力の供給通路に設けられているスイッチ手段を閉とすることができるものであればよく、どのような形態のものでも構わない。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の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、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

２１…商用電源、２２…電源スイッチ、２３…定電圧回路、２４…リレー、２５…モータ（ＤＣモータ）、２６…開側リミットスイッチ、２７…閉側リミットスイッチ、２８，２９…リレー接点、３０…蓄電体（電気二重層コンデンサ）、３１…リセット機能付きスイッチ、３２…リセットコイル、１００…電動アクチュエータ。

Claims (1)

1. 外部電源からの電力の供給を受けて操作端を駆動するモータと、前記外部電源からの電力の供給を受けて充電される蓄電体とを備え、前記外部電源の遮断時に前記蓄電体に蓄えられている電力によって前記モータを強制的に駆動し、このモータによって駆動される操作端が所定の開度に達したことを検出して、前記蓄電体からの前記モータへの電力の供給を遮断する電動アクチュエータにおいて、
   前記蓄電体からの前記モータへの電力の供給通路に設けられ、操作者からの指示に応じて前記蓄電体からの前記モータへの電力の供給通路を開とするスイッチ手段と、
   前記外部電源の遮断が復旧された場合、その外部電源からの電力の供給を受けて動作し、前記蓄電体からの前記モータへの電力の供給通路に設けられている前記スイッチ手段を閉とするリセット手段とを備え、
   前記リセット手段は、
   前記スイッチ手段を閉とした後、前記外部電源からの電力の供給を受けている間、前記スイッチ手段を閉とした状態を前記操作者からの指示に拘わらず維持する
   ことを特徴とする電動アクチュエータ。

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