JP6545947B2 - Electric actuator - Google Patents

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Description

この発明は、例えば、弁などの開閉に用いられる電動アクチュエータに関するものである。   The present invention relates to, for example, an electric actuator used for opening and closing a valve or the like.

電動アクチュエータは、出力軸がロックすると過負荷が生じて損傷する。また、例えば、出力軸の先端に弁体を取り付けて遮断弁として用いた場合は、閉動作の際に異物をかみ込んでロックすると流量の制御ができなくなるなどの深刻な問題を生じる。
このような問題を解決する一つの方法として、タイマ手段を備えて開閉時間を計時する方法がある。この方法は、タイマ手段でアクチュエータの作動時間を計時し、計時した時間が規定の時間を超えても全閉または全開位置に達しない場合は、過負荷状態やロック状態を生じていると見なす。
しかし、この方法では、例えば、開閉に掛かる時間がｔ秒であれば、少なくともｔ秒計時してからでないと過負荷状態あるいはロック状態であると検出できないため、時間が掛かり過ぎてしまうという問題がある。
そこで、機械的にトルクを検出し、一定トルク以上でスイッチを作動させて過負荷を検出する方法も考えられるが、機械構造部品を必要とするため、構造が複雑となりコスト面や耐久性で大きな問題がある。
そのため、他の方法として、モータの電流を計測して過負荷を検出することが考えられる。この場合、直流モータは、比較的簡単に過負荷によるモータの過電流を検出できる。これに対して、交流（誘導）モータの場合は、その構造から定格負荷と過負荷の違いを検出することが難しく、使用するモータの種類によって使用できないという問題がある。
この問題を解決する方法として、例えば特許文献１に、アクチュエータのモータにエンコーダを取り付ける方法が記載されている。
この方法では、エンコーダの出力は、モータの回転が速ければパルスの周期は短くなる。逆に、モータの回転が遅ければパルスの周期は長くなる。したがって、このパルス周期の変化を判定値と比較すれば負荷を検出できるため、モータの種類に係わらず、過負荷状態あるいはロック状態であることを検出できる。 The motorized actuator is overloaded and damaged when the output shaft locks. In addition, for example, when a valve body is attached to the tip of the output shaft and used as a shutoff valve, serious problems such as the inability to control the flow rate occur if foreign objects are caught and locked in the closing operation.
One way to solve such a problem is to provide timer means to measure the open / close time. In this method, the operation time of the actuator is measured by the timer means, and if the timed time exceeds the specified time, the overloaded state or the locked state is considered to be generated if the fully closed or fully opened position is not reached.
However, in this method, for example, if the time taken to open and close is t seconds, it is not possible to detect an overload state or a locked state unless at least t seconds are counted, so it takes too much time. is there.
Therefore, there is a method of mechanically detecting torque and operating the switch with a certain torque or more to detect an overload. However, since mechanical structural parts are required, the structure becomes complicated, which is large in cost and durability. There's a problem.
Therefore, it is conceivable to measure the current of the motor to detect an overload as another method. In this case, the direct current motor can detect the over current of the motor due to the overload relatively easily. On the other hand, in the case of an alternating current (induction) motor, it is difficult to detect the difference between the rated load and the overload from its structure, and there is a problem that it can not be used depending on the type of motor used.
As a method of solving this problem, for example, Patent Document 1 describes a method of attaching an encoder to a motor of an actuator.
In this method, the output of the encoder shortens the pulse period if the motor rotation is fast. Conversely, if the motor rotation is slow, the pulse period will be longer. Therefore, the load can be detected by comparing the change of the pulse cycle with the determination value, and therefore, regardless of the type of motor, it is possible to detect an overload state or a lock state.

特開平７−１６６７６５号公報（段落番号００２１）Unexamined-Japanese-Patent No. 7-166765 (Paragraph 0021)

しかしながら、上記のエンコーダを用いる方法では、エンコーダが高価なことから、アクチュエータに採用するのはコスト面で問題がある。また、エンコーダをアクチュエータへ取り付けるためには、エンコーダを連動させるための歯車機構などを新たに設けなければならず、構造が複雑になったりコストがアップしたりする問題がある。さらに、新たにエンコーダを取り付けるためには、組み込むためのスペースを確保しなければならす、アクチュエータが大型化する問題も生じる。   However, in the method using the above-described encoder, there is a cost problem in adopting it as an actuator because the encoder is expensive. Further, in order to attach the encoder to the actuator, it is necessary to newly provide a gear mechanism or the like for interlocking the encoder, resulting in a problem that the structure is complicated and the cost is increased. Furthermore, in order to attach an encoder newly, the space for incorporating must be ensured, and the problem which the actuator enlarges also arises.

そこで、この発明の課題は、エンコーダを設けるよりも低コストで、かつ、構造も複雑にならず、しかも、形状も大型化しないようにすることである。   Therefore, an object of the present invention is to reduce the cost and the complexity of the structure as well as the size of the structure, as compared with the case where the encoder is provided.

上記の課題を解決するため、この発明では、モータと出力軸を複数の歯車を介して接続し、前記出力軸を作動する電動アクチュエータであって、前記複数の歯車の一つの歯車の歯先に近接させた歯車センサを設け、前記センサで計数した歯車の回転に基づいてアクチュエータの負荷を検出するという構成を採用したのである。   In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a motor and an output shaft are connected via a plurality of gears, and the electric actuator is operated to operate the output shaft, and the tooth tip of one gear of the plurality of gears. A configuration is adopted in which a gear sensor brought into close proximity is provided, and the load on the actuator is detected based on the rotation of the gear counted by the sensor.

このような構成を採用することにより、歯車の歯先に接近させた歯車センサは、前記歯車が回転すると、回転する歯先の数に応じたパルス信号を出力する。このとき、出力されるパルス信号は、前記歯車が、モータと出力軸を接続する複数の歯車の一つなので、モータの回転に対応した出力である。そのため、回転が負荷により変動すると、変動に応じてパルス信号の間隔（周期）が変わり回転数が変わるため、その回転数や間隔に基づいてアクチュエータの負荷を検出することができる。   By adopting such a configuration, when the gear rotates, the gear sensor close to the tooth tip of the gear outputs a pulse signal according to the number of the rotating tooth tip. At this time, the output pulse signal is an output corresponding to the rotation of the motor because the gear is one of a plurality of gears connecting the motor and the output shaft. Therefore, when the rotation fluctuates due to the load, the interval (period) of the pulse signal changes and the rotational speed changes according to the fluctuation, so that the load of the actuator can be detected based on the rotational speed and the interval.

このとき、上記歯車センサを近接させる歯車が、出力軸に設けられた出力ギヤである構成を採用することができる。   At this time, it is possible to adopt a configuration in which the gear that brings the gear sensor close is the output gear provided on the output shaft.

このような構成を採用したことにより、負荷に連結する出力軸の回転を検出することができる。このため、負荷の変動を直接検出して負荷の状態を判別できる。   By adopting such a configuration, the rotation of the output shaft connected to the load can be detected. For this reason, it is possible to directly detect the fluctuation of the load and determine the state of the load.

またこのとき、上記モータがギヤードモータであって、上記歯車センサを近接させる歯車が前記ギヤードモータのギヤヘッドの出力軸に設けられたピニオンギヤである構成を採用することができる。   At this time, it is possible to adopt a configuration in which the motor is a geared motor, and the gear for bringing the gear sensor into proximity is a pinion gear provided on an output shaft of a gear head of the geared motor.

このような構成を採用することにより、モータに連結するギヤヘッドの出力軸の回転を検出することができる。そのため、モータの変動を直に検出することができる。   By adopting such a configuration, the rotation of the output shaft of the gear head connected to the motor can be detected. Therefore, the fluctuation of the motor can be detected directly.

また、このとき、上記歯車センサを近接させる歯車が、ギヤードモータのギヤヘッドを形成するギヤである構成を採用することができる。   Further, at this time, it is possible to adopt a configuration in which the gear that brings the gear sensor close is a gear that forms a gear head of a geared motor.

このような構成を採用することにより、モータに直結するギヤヘッドのギヤの回転を検出するめ、検出パルスの周波数を高くすることができる。そのため、微小な変動を直ちに検出することができる。   By adopting such a configuration, it is possible to detect the rotation of the gear of the gear head directly connected to the motor, and to increase the frequency of the detection pulse. Therefore, minute fluctuations can be detected immediately.

このとき、上記出力軸の先端に弁体を取り付けた遮断弁である構成を採用することができる。   At this time, it is possible to adopt a configuration that is a shutoff valve in which a valve body is attached to the tip of the output shaft.

また、このとき上記歯車センサの出力パルスを、基準とするクロックの１周期の間に計数した計測値と、予め設定した判定値とを比較し、前記比較結果に基づいてアクチュエータの過負荷を検出する方法を採用できる。   At this time, the output pulse of the gear sensor is compared with a measurement value counted during one cycle of the clock as a reference and a judgment value set in advance, and the overload of the actuator is detected based on the comparison result. Can be adopted.

このような方法を採用することにより、歯車センサの出力パルスの周期（間隔）は、基準とするクロックの一周期の間の歯車センサの出力パルスを計数して計測する。このため、特に、歯車の回転速度が速く出力パルスの周期が短い場合でも検出精度を向上できる。   By adopting such a method, the period (interval) of the output pulse of the gear sensor counts and measures the output pulse of the gear sensor during one period of the reference clock. For this reason, in particular, even when the rotation speed of the gear is high and the cycle of the output pulse is short, the detection accuracy can be improved.

また、このとき、逆に、上記歯車センサの出力パルスの１周期の間に計数した基準とするクロック計測値と、予め設定した判定値とを比較し、前記比較結果に基づいてアクチュエータの過負荷を検出するという方法を採用することができる。 At this time, conversely, the measured clock value as a reference counted during one cycle of the output pulse of the gear sensor is compared with a predetermined judgment value, and the overload of the actuator is based on the comparison result. Can be employed.

このような方法を採用することにより、歯車センサの出力パルスの周期（間隔）は、出力パルスの一周期の間の基準クロックを計数して計測する。そのため、特に、歯車の回転速度が遅く歯車センサの出力パルスの間隔が広い場合でも検出精度を向上できる。   By adopting such a method, the period (interval) of the output pulse of the gear sensor counts and measures the reference clock during one period of the output pulse. Therefore, detection accuracy can be improved even when the rotational speed of the gear is slow and the interval between the output pulses of the gear sensor is wide.

この発明は、上記のように構成したことにより、歯車センサを用いてアクチュエータの状態を検出できる。そのため、エンコーダを設けるよりも低コストで、かつ、構造も複雑にならず、しかも、形状も大型化しないようにできる。   According to the present invention configured as described above, the state of the actuator can be detected using the gear sensor. Therefore, the cost is lower than that of the encoder, the structure is not complicated, and the shape is not enlarged.

実施形態の模式図Schematic diagram of the embodiment 図１の断面図Cross section of Figure 1 歯車センサの断面図Cross section of gear sensor 図３の作用説明図Operation explanatory drawing of FIG. 3 図１の回路ブロック図Circuit block diagram of FIG. 1 フローチャートflowchart 実施形態の作用説明図Operation explanatory view of the embodiment 実施例１の断面図Sectional view of Example 1 実施例２の断面図Sectional view of Example 2 実施例３の斜視図The perspective view of Example 3 実施例４の回路ブロック図Circuit block diagram of the fourth embodiment 実施例４のタイミング図Timing chart of the fourth embodiment 実施例４のフローチャートFlow chart of the fourth embodiment 実施例４の各部の波形Waveforms of parts of the fourth embodiment

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本願発明の電動アクチュエータを電動弁に適用したものを模式化したものである。アクチュエータは、モータ１と出力軸２を複数の歯車３を介して接続し、出力軸２の先端に弁体（ここでは、円盤状のゲートバルブ）４を取り付けたものに歯車センサ５と検出手段６を設けた構成となっている。
すなわち、図２のように、出力軸２は、弁体４とカム７の間に平歯車３ａが取り付けられ、減速用の歯車３ｂと歯合するようになっている。減速用の歯車３ｂは、平歯車３ａとピッチの異なる伝達ギヤとすることで、所要のトルクが得られるようになっている。ここで、歯車３は、鉄などの磁性体を用いたインボリュート歯車で形成している。
また、前記出力軸２のカム７は、図１のように、２個のカム７を９０度の位相差で取り付けたもので、そのカム７に２個のマイクロスイッチ８を係合させて弁体４の全閉、全開状態を検出するようになっている。
一方、モータ１は、交流モータに減速機（ギヤヘッド）３ｃを取り付けたギヤードモータを採用しており、ギヤヘッド３ｃの軸に取り付けたピニオンギヤ３ｄが減速用歯車３ｂと歯合するようなっている。
このように、モータ１と出力軸２は、複数の歯車３を介して接続されており、出力軸の作動で弁体４を開閉できるようになっている。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention will be described based on the drawings.
FIG. 1 schematically shows an application of the motor-driven actuator of the present invention to a motor-operated valve. The actuator connects the motor 1 and the output shaft 2 via a plurality of gears 3, and the gear sensor 5 and the detection means are attached to a valve body (here, a disk-shaped gate valve) 4 attached to the tip of the output shaft 2. 6 is provided.
That is, as shown in FIG. 2, the output shaft 2 has a spur gear 3 a attached between the valve body 4 and the cam 7 and meshes with the reduction gear 3 b. The transmission gear 3b for reduction is a transmission gear having a pitch different from that of the spur gear 3a, so that a required torque can be obtained. Here, the gear 3 is formed of an involute gear using a magnetic body such as iron.
Further, as shown in FIG. 1, the cams 7 of the output shaft 2 are two cams 7 attached at a phase difference of 90 degrees, and the micro switches 8 are engaged with the cams 7 to provide a valve The fully closed and fully open state of the body 4 is detected.
On the other hand, the motor 1 adopts a geared motor in which a reduction gear (gear head) 3c is attached to an AC motor, and a pinion gear 3d attached to the shaft of the gear head 3c meshes with the reduction gear 3b.
Thus, the motor 1 and the output shaft 2 are connected via a plurality of gear wheels 3 so that the valve 4 can be opened and closed by the operation of the output shaft.

歯車センサ５は、この形態の場合、図３に示すような「検出コイル１０」、「ポールピース１１」、「マグネット１２」からなる電磁ピックアップを採用しており、出力軸２の平歯車３ａに近接させてポールピース１１の設けられた検出面を前記平歯車３ａの歯先に対向するようにして設けてある。
このように歯車センサ５を配置することで、回転する平歯車３ａの山の部分が電磁ピックアップのポールピース１１に近づいたり、離れたりすると、ポールピース１１とマグネット１２で構成された磁路の状態が変化し、検出コイル１０を通る磁束が変化する。
すなわち、平歯車３ａの山がポールピース１１に接近すると検出コイル１０を通る磁束が増加し、山がポールピース１１から離れると検出コイル１０を通る磁束が減少して誘導起電力を発生する。このとき、出力信号は、図４のようなものとなり、繰り返し周波数は平歯車３ａの回転数に比例する。 In the case of this embodiment, the gear sensor 5 employs an electromagnetic pickup consisting of "detection coil 10", "pole piece 11" and "magnet 12" as shown in FIG. A detection surface provided with the pole piece 11 is provided in proximity to the tooth tip of the spur gear 3a so as to face it.
By disposing the gear sensor 5 in this manner, the state of the magnetic path formed by the pole piece 11 and the magnet 12 when the peak portion of the rotating spur gear 3a approaches or separates from the pole piece 11 of the electromagnetic pickup Changes, and the magnetic flux passing through the detection coil 10 changes.
That is, when the peak of the spur gear 3a approaches the pole piece 11, the magnetic flux passing through the detection coil 10 increases, and when the peak separates from the pole piece 11, the magnetic flux passing through the detection coil 10 decreases to generate an induced electromotive force. At this time, the output signal is as shown in FIG. 4, and the repetition frequency is proportional to the number of revolutions of the spur gear 3a.

なお、この形態では、歯車センサ５に電磁ピックアップを用いたが、これに限定されるものではない。これ以外にも、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子を用いたものや、センサコイルと発振器からなる渦電流センサなどを用いることもできる。この歯車センサ５の出力は、図２に示すように、検出手段６に接続されている。   Although an electromagnetic pickup is used as the gear sensor 5 in this embodiment, the present invention is not limited to this. Other than this, it is also possible to use a Hall element, a Hall IC, one using a magnetoresistive element, an eddy current sensor including a sensor coil and an oscillator, or the like. The output of the gear sensor 5 is connected to the detection means 6 as shown in FIG.

検出手段６は、例えば、波形整形手段２０と処理手段２１で構成されている。波形整形手段２０は、歯車センサ５の出力信号をパルス信号に整形するためのもので、シュミットトリガなどの回路を採用することができる。
なお、歯車センサ５に、例えば、ホールＩＣを使用する場合は、ホールＩＣが波形整形手段を備えているため、検出手段６の波形整形手段２０を使用しない場合もある。 The detection means 6 is composed of, for example, a waveform shaping means 20 and a processing means 21. The waveform shaping means 20 is for shaping the output signal of the gear sensor 5 into a pulse signal, and a circuit such as a Schmitt trigger can be employed.
When a Hall IC is used as the gear sensor 5, for example, the Hall IC may be provided with the waveform shaping means, and therefore the waveform shaping means 20 of the detection means 6 may not be used.

処理手段２１は、波形整形手段２０の出力からアクチュエータが過負荷あるいはロック状態であるか否かを判定するための回路で、例えば、図５に示すような回路が考えられる。
この回路は、歯車センサ５の出力を計数するカウンタ手段３０、歯車センサ５の出力のカウンタ手段３０への入力をｔ２時間許可するゲート手段３１、判定値を記憶させるレジスタ３２、前記カウンタ手段３０とレジスタ３２の値の大小を比較する比較回路３３、比較回路３３の出力を保持するラッチ手段３４及び発振回路３５で構成され、歯車センサ５の出力する回転パルスを、発振回路３５が出力する基準クロックの１周期であるｔ２時間計数（カウント）することで回転パルスの周期あるいは周波数を計測する。そして、計測した歯車センサ５の出力をｔ２時間ごとに比較回路３３で判定値と比較し、比較した結果、計数した値が判定値を下回ったとき過負荷あるいはロック状態と判定するというものである。ここでは、この回路をワンチップマイコンとワンチップマイコンが搭載するＩ／Ｏ機能を使用して構成し、次のように処理を行うことで実現する。 The processing means 21 is a circuit for judging from the output of the waveform shaping means 20 whether or not the actuator is in an overload or locked state, and a circuit as shown in FIG. 5 can be considered, for example.
This circuit comprises a counter means 30 for counting the output of the gear sensor 5, a gate means 31 for permitting an input of the output of the gear sensor 5 to the counter means 30 for a time t2, a register 32 for storing the judgment value, the counter means 30 A comparison circuit 33 for comparing the magnitude of the value of the register 32, a latch means 34 for holding the output of the comparison circuit 33, and an oscillation circuit 35, and a reference clock for outputting the rotation pulse output from the gear sensor 5 The period or frequency of the rotation pulse is measured by counting time t2 which is one period of. Then, the measured output of the gear sensor 5 is compared with the judgment value by the comparison circuit 33 every t2 time, and as a result of the comparison, when the counted value falls below the judgment value, it is judged as an overload or locked state. . Here, this circuit is realized by using the one-chip microcomputer and the I / O function mounted on the one-chip microcomputer and performing the following processing.

例えば、遮断弁の閉弁時に、モータ１が作動して回転が減速用の歯車３ｂを介して平歯車３ａへ伝達され出力軸２を回動する。すると、歯車センサ５は、平歯車３ａの回転数に比例する周波数の出力信号を発生する。
そのため、図６の「ワンチップマイコン２１の過負荷検出処理（処理１００）」では、モータ１の回転が安定するまで、タイマルーチンを実行してｔ１時間の間待機（処理１０１〜１０３）する。次に、タイマルーチンでｔ２時間ごとに歯車センサ５の出力する回転パルスを計数した内蔵カウンタのカウント値ＣＯＵＮＴを読み込んで（処理２００〜２０３）、読み込んだカウント値ＣＯＵＮＴと予め設定した判定値ＲＥＦとを比較し（処理２０４）、読み込んだカウント値ＣＯＵＮＴを判定値ＲＥＦが下回った場合は、過負荷またはロック状態（ロック状態の場合は、例えば、カウント値は「０」となる）として検出する（処理３００）。これは、弁体４にゴミなどが引っ掛かり、平歯車３ａの回転が減少していると考えられるからである。また、処理２０４でカウント値ＣＯＵＮＴが判定値ＲＥＦを下回らなかった場合は、処理２００〜処理２０４を繰り返す。このときの各部のタイムチャートを図７に示す。 For example, when the shutoff valve is closed, the motor 1 is actuated to transmit the rotation to the spur gear 3a via the reduction gear 3b to rotate the output shaft 2. Then, the gear sensor 5 generates an output signal of a frequency proportional to the number of revolutions of the spur gear 3a.
Therefore, in the “overload detection process of the one-chip microcomputer 21 (process 100)” of FIG. 6, the timer routine is executed and waits for t1 time (processes 101 to 103) until the rotation of the motor 1 is stabilized. Next, the timer routine reads the count value COUNT of the built-in counter which counts the rotation pulses output from the gear sensor 5 every t2 time (processing 200 to 203), and reads the read count value COUNT and a preset judgment value REF. Are compared (process 204), and when the determination value REF falls below the read count value COUNT, it is detected as an overload or a lock state (for example, in the case of a lock state, the count value becomes “0”) ( Process 300). This is because dust or the like is caught on the valve body 4 and it is considered that the rotation of the spur gear 3a is reduced. If the count value COUNT does not fall below the determination value REF in the process 204, the processes 200 to 204 are repeated. The time chart of each part at this time is shown in FIG.

このように、この方法は、歯車センサ５の出力する回転パルスの周期の計測を、基準クロックの一周期の間の歯車センサ５の回転パルス数を検出することで行う。そのため、特に、後述の実施例１や実施例２のように歯車３の回転速度が速く回転パルスの周期が短い場合でも検出精度を向上できて有利である。   As described above, this method measures the period of the rotation pulse output from the gear sensor 5 by detecting the number of rotation pulses of the gear sensor 5 during one period of the reference clock. Therefore, it is advantageous to be able to improve the detection accuracy even when the rotational speed of the gear 3 is fast and the period of the rotational pulse is short as in the first and second embodiments described later.

このように、モータ１と出力軸２を接続する複数の歯車３の一つに近接して歯車センサ５を設けることで、高価なエンコーダを用いることなく、交流モータや直流モータなどのモータの種別に係わらず、過負荷またはロック状態を検出することができる。そのため、過負荷やロック状態の検出がエンコーダを設けるよりも低コストで、かつ、構造も複雑にならず、しかも、形状も大型化しないようにできる。特に、出力軸２の平歯車３ａに歯車センサ５を近接して設けることで、負荷に連結する出力軸２の回転を検出することができるため、負荷の変動を直接検出できる。   As described above, by providing the gear sensor 5 in proximity to one of the plurality of gears 3 connecting the motor 1 and the output shaft 2, types of motors such as an AC motor and a DC motor can be used without using an expensive encoder. Regardless of, overload or lock condition can be detected. Therefore, the detection of the overload or the lock state is less expensive than providing the encoder, and the structure is not complicated, and the shape is not enlarged. In particular, by providing the gear sensor 5 in close proximity to the spur gear 3 a of the output shaft 2, the rotation of the output shaft 2 connected to the load can be detected, so that the fluctuation of the load can be detected directly.

この実施例１は、図８に示すように、モータ１と出力軸２を接続する複数の歯車３の一つとして、モータ１のピニオンギヤ３ｄに近接させて歯車センサ５を配置したものについて述べる。ここでのモータ１はギヤードモータで、ピニオンギヤ３ｄは、ギヤードモータのギヤヘッド３ｃの出力軸に設けられている。
このように実施例１では、モータ１のピニオンギヤ３ｄに近接させて歯車センサ５を配置したことにより、モータ１に連結するギヤヘッド３ｃの出力軸の回転を検出することができる。
したがって、構造も複雑にならず、しかも、形状も大型化しないので、モータ１の変動に基づいてアクチュエータの過負荷及びロック状態を短時間で検出することができる。 In the first embodiment, as shown in FIG. 8, a gear sensor 5 is disposed as one of a plurality of gear wheels 3 connecting the motor 1 and the output shaft 2 in proximity to the pinion gear 3 d of the motor 1. The motor 1 here is a geared motor, and the pinion gear 3d is provided on the output shaft of the gear head 3c of the geared motor.
As described above, in the first embodiment, since the gear sensor 5 is disposed in proximity to the pinion gear 3 d of the motor 1, the rotation of the output shaft of the gear head 3 c connected to the motor 1 can be detected.
Therefore, the structure is not complicated and the shape is not enlarged, so that the overload and the lock state of the actuator can be detected in a short time based on the fluctuation of the motor 1.

なお、他の構成及び作用効果は実施形態と同じなので説明は省略する。また、ここでは、モータ１にギヤードモータを使用したものについて述べたが、ギャヘッド３ｃを使用しないモータ１についても同様である。また、ここでのピニオンギヤ３ｄも磁性体を用いたインボリュート歯車である。   In addition, since the other structure and the effect are the same as embodiment, description is abbreviate | omitted. Moreover, although the thing which used the geared motor for the motor 1 was described here, the same may be said of the motor 1 which does not use the gear head 3c. The pinion gear 3d here is also an involute gear using a magnetic material.

この実施例２は、図９に示すように、モータ１と出力軸２を接続する複数の歯車３の一つとして、ギヤードモータのギヤヘッド３ｃを形成するギヤの一つに近接させて歯車センサ５を配置したものについて述べる。
但し、図９では、理解を容易にするため、ギヤヘッド３ｃを拡大して記載している。このように、歯車センサ５をギヤードモータのギヤヘッド３ｃを形成するギヤの一つに近接させて配置することで、モータ１に直結するギヤヘッド３ｃの歯車の回転を検出する。その結果、検出するパルスの周波数が高くなり、微小な変動を素早く検出することができる。
他の構成及び作用効果については、実施形態および実施例１と同じなので説明は省略する。 In the second embodiment, as shown in FIG. 9, the gear sensor 5 is brought close to one of the gears forming the gear head 3c of the geared motor as one of the plurality of gears 3 connecting the motor 1 and the output shaft 2. We will talk about the arrangement of
However, in FIG. 9, the gear head 3 c is shown in an enlarged manner for easy understanding. As described above, by arranging the gear sensor 5 close to one of the gears forming the gear head 3 c of the geared motor, the rotation of the gear of the gear head 3 c directly connected to the motor 1 is detected. As a result, the frequency of the pulse to be detected is increased, and minute fluctuations can be detected quickly.
The other configurations and effects are the same as those of the embodiment and the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted.

なお、実施例２では、歯車センサ５をギヤヘッド３ｃのモータに直接接続されるギヤに設けているが、歯車センサ５を設けるのは、このギヤに限定されるものではない。これ以外のギヤヘッド３ｃのギヤに設けても良い。これは、平歯車３ａや減速用歯車３ｂに設けるよりも信号のパルス数を多く取れるからである。また、ギヤヘッド３ｃの歯車も磁性体で形成されたインボリュート歯車である。   In the second embodiment, although the gear sensor 5 is provided on the gear directly connected to the motor of the gear head 3c, the provision of the gear sensor 5 is not limited to this gear. You may provide in the gear of gear head 3c other than this. This is because the number of pulses of the signal can be greater than that provided on the spur gear 3a and the reduction gear 3b. The gear of the gear head 3c is also an involute gear formed of a magnetic material.

この実施例３は、電動アクチュエータの他の態様として、図１０に、遊星歯車機構を用いた遮断弁を示す。この遮断弁は、電動アクチュエータのモータ１と出力軸２を接続する複数の歯車３として、インターナルギヤ３ｅの内側に遊星ギヤ３ｆと太陽ギヤ３ｇを配した遊星歯車を用いたものである。
この遮断弁では、遊星歯車機構のインターナルギヤ３ｅ、モータ１のピニオンギヤ３ｄの歯先に接近させて歯車センサ５を配置すれば、高価なエンコーダを用いることなく、過負荷やロック状態を検出することができる。そのため、エンコーダを設けるよりも低コストで、かつ、構造も複雑にならず、しかも、形状も大型化しないようにできる。
なお、この実施例３の遊星歯車機構の歯車も磁性体のインボリュート歯車で構成している。 The third embodiment shows a shutoff valve using a planetary gear mechanism in FIG. 10 as another aspect of the electric actuator. This shut-off valve uses a planetary gear in which a planetary gear 3 f and a sun gear 3 g are disposed inside the internal gear 3 e as a plurality of gears 3 connecting the motor 1 of the electric actuator and the output shaft 2.
In this shut-off valve, if the gear sensor 5 is disposed close to the tips of the internal gear 3e of the planetary gear mechanism and the pinion gear 3d of the motor 1, an overload or locked state is detected without using an expensive encoder. be able to. Therefore, the cost is lower than that of the encoder, the structure is not complicated, and the shape is not enlarged.
The gear of the planetary gear mechanism of the third embodiment is also constituted by an involute gear of a magnetic material.

実施例４は、歯車センサ５の出力パルスの間隔を計測する他の検出手段６について述べる。
この検出手段６は、歯車センサ５の出力パルスの１周期の間に計数した基準クロックの計測値と、予め設定した判定値とを比較し、その比較結果に基づいてアクチュエータの過負荷を検出する。 The fourth embodiment describes another detection means 6 for measuring the interval of output pulses of the gear sensor 5.
The detection means 6 compares the measured value of the reference clock counted during one cycle of the output pulse of the gear sensor 5 with a judgment value set in advance, and detects an overload of the actuator based on the comparison result. .

そのため、実施例４では、例えば、図１１に示すように、ダウンカウンタ４０を使用した判定回路を用いている。
すなわち、ダウンカウンタ４０は、データ入力ＩＮ１〜ｎに判定値を設定するようになっており、判定値を設定する際に、ロード入力にロード信号を入力する。また、カウンタ４０のカウントダウン入力に発振器４１を接続して、基準のクロックを入力し、前記基準クロックが入力するごとに減算するようにしてある。この基準クロックとロード信号は、例えば、図１１のように、ＸＯＲゲートとインバータで構成されるトリガ生成回路４４と歯車センサ５の出力を用いて作成する。 Therefore, in the fourth embodiment, for example, as shown in FIG. 11, a determination circuit using the down counter 40 is used.
That is, the down counter 40 sets the determination values to the data inputs IN 1 to n , and inputs the load signal to the load input when setting the determination values. Further, an oscillator 41 is connected to the countdown input of the counter 40, and a reference clock is input, and subtraction is performed each time the reference clock is input. The reference clock and the load signal are generated, for example, using the output of the trigger generation circuit 44 configured by an XOR gate and an inverter and the gear sensor 5 as shown in FIG.

また、カウンタ４０のボロー出力を、図１１のように「ＪＫ−フリップフロップ」のセット入力に接続して正論理としてある。
そして、歯車センサ５の出力する回転パルスの間隔が判定値以下であれば、カウンタ４０の出力がゼロになる前に判定値を再ロードする。逆に、歯車センサ５の検出パルスの間隔が規定以上になると、カウンタ４０の出力はゼロになるため、ボロー出力が“０”→「ＪＫ−フリップフロップ」出力が“１”になって異常を出力するというものである（後述するワンチップマイコンの処理では“０”で異常を検出する）。その様子を図１２のタイミングチャートに示す。
上記のように構成される検出手段６は、ここでは、ワンチップマイコンとワンチップマイコンが搭載するＩ／Ｏ機能を使用して構成しており、次の処理を実行することで、実現している。 Further, the borrow output of the counter 40 is connected to the set input of the "JK-flip flop" as shown in FIG. 11 to make positive logic.
Then, if the interval of the rotation pulse output from the gear sensor 5 is equal to or less than the determination value, the determination value is reloaded before the output of the counter 40 becomes zero. Conversely, when the interval between detection pulses of the gear sensor 5 becomes equal to or greater than the specified value, the output of the counter 40 becomes zero, so the borrow output changes from "0" to "JK-flip flop" output and "1". It outputs (it detects abnormality at "0" in processing of the one-chip microcomputer mentioned later). The situation is shown in the timing chart of FIG.
Configured detecting means as above Symbol 6, wherein is configured using an I / O function one-chip microcomputer and one-chip microcomputer is mounted, by executing the following processing, to achieve ing.

まず、この実施例４の電動アクチュエータは、図１及び図２と同じ遮断弁で、歯車センサ５は、平歯車３ａの歯先に対向するように設けられており、平歯車３ａの回転数に比例する周波数の出力信号を発生する。
そのため、図１３のワンチップマイコン２１の過負荷検出処理（処理１０００）では、モータ１の回転が安定するまで、タイマルーチンを実行してｔ１時間の間待機（処理１００１〜１００３）する。
次に、過負荷の判定値をダウンカウンタ４０に設定して歯車センサ５からの回転パルスの立ち上がりで、発振回路４１のクロックによりカウンタ４０の減算を開始する（処理２０００〜２００１）。そして、次の回転パルスの立ち上がりで、カウンタ４０の値を読み込み（処理２００２）、読み込んだカウンタの値が０の場合は（処理２００３）、過負荷とする（処理３０００）。
一方、処理２００３でカウンタの値が０でない場合は、処理２００１〜２００３を繰り返す。このタイミングチャートを図１４に示す。図１４のタイミングチャートでは、例えば、符号（イ）の矢印のタイミングでは、カウンタ値が０になる前に回転パルスの立ち上がりを検出したので、ＮＲＥＦをプリセットする。また、符号（ロ）の矢印のタイミングでダウンカウンタが０になり過負荷を検出する（図１２参照）。 First, the electric actuator according to the fourth embodiment is the same shutoff valve as in FIGS. 1 and 2, and the gear sensor 5 is provided to face the tip of the spur gear 3a. Generate an output signal of proportional frequency.
Therefore, in the overload detection process (process 1000) of the one-chip microcomputer 21 of FIG. 13, the timer routine is executed and the process waits for time t1 (processes 1001 to 1003) until the rotation of the motor 1 is stabilized.
Next, the determination value of the overload is set to the down counter 40, and the subtraction of the counter 40 is started by the clock of the oscillation circuit 41 at the rise of the rotation pulse from the gear sensor 5 (process 2000 to 2001). Then, at the rising of the next rotation pulse, the value of the counter 40 is read (process 2002), and when the value of the read counter is 0 (process 2003), overload is made (process 3000).
On the other hand, if the value of the counter is not 0 in process 2003, processes 2001 to 2003 are repeated. This timing chart is shown in FIG. In the timing chart of FIG. 14, for example, since the rising of the rotation pulse is detected before the counter value becomes 0 at the timing of the arrow of the sign (A), N REF is preset. Further, the down counter becomes 0 at the timing of the arrow of (b) to detect an overload (see FIG. 12).

このように、歯車センサ５の出力する回転パルスの周期（間隔あるいは周波数）を、基準とするクロックを計数して計測するため、特に、歯車３の回転速度が遅く歯車センサ５の出力する回転パルスの間隔が広い場合に検出精度を向上できる。
また、このように、高価なエンコーダを用いることなく、モータの種別に係わらず、過負荷またはロック状態を検出することができるため、過負荷やロック状態の検出が低コストで、かつ、構造も複雑にならず、しかも、形状も大型化しないようにできる。 As described above, since the period (interval or frequency) of the rotation pulse output from the gear sensor 5 is measured by counting the clock as a reference, the rotation speed of the gear 3 is particularly slow, and the rotation pulse output from the gear sensor 5 is The detection accuracy can be improved when the interval of is wide.
In addition, as described above, the overload or lock state can be detected regardless of the type of motor without using an expensive encoder, so that the overload or lock state can be detected at low cost and in the structure. It does not become complicated, and moreover, can be made not to enlarge the shape.

１ モータ
２ 出力軸
３ 歯車
３ａ 平歯車
３ｂ 減速用歯車
３ｃ ギヤヘッド
３ｄ ピニオンギヤ
３ｅ インターナルギヤ
３ｆ 遊星ギヤ
３ｇ 太陽ギヤ
４ 弁体
５ 歯車センサ
６ 検出手段 Reference Signs List 1 motor 2 output shaft 3 gear 3 a spur gear 3 b reduction gear 3 c gear head 3 d pinion gear 3 e internal gear 3 f planetary gear 3 g sun gear 4 valve body 5 gear sensor 6 detection means

Claims (7)

交流モータと出力軸を複数の歯車を介して接続し、前記出力軸を作動する電動アクチュエータであって、
前記複数の歯車の一つの歯車の歯先に近接させた歯車センサを設け、前記交流モータの駆動開始から所定時間待機した後に、前記歯車センサによる計測を開始し、前記歯車センサで計数した歯車の回転に基づいてアクチュエータの過負荷を検出することを特徴とする電動アクチュエータ。 An electric actuator connecting an AC motor and an output shaft via a plurality of gears and operating the output shaft,
A gear sensor is provided close to a tooth tip of one gear of the plurality of gears, and after waiting for a predetermined time from the start of driving of the AC motor, measurement by the gear sensor is started and the gears counted by the gear sensor An electric actuator characterized by detecting an overload of an actuator based on rotation. 上記歯車センサを近接させる歯車が出力軸に設けられた出力ギヤであることを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。   The electric actuator according to claim 1, wherein the gear for bringing the gear sensor into close proximity is an output gear provided on an output shaft. 上記モータがギヤードモータであって、上記歯車センサを近接させる歯車が前記ギヤードモータのギヤヘッドの出力軸に設けられたピニオンギヤであることを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。   The electric actuator according to claim 1, wherein the motor is a geared motor, and the gear for bringing the gear sensor into proximity is a pinion gear provided on an output shaft of a gearhead of the geared motor. 上記歯車センサを近接させる歯車がギヤードモータのギヤヘッドを形成するギヤであることを特徴とする請求項３に記載の電動アクチュエータ。   The electric actuator according to claim 3, wherein the gear for bringing the gear sensor into close proximity is a gear forming a gear head of a geared motor. 上記出力軸の先端に弁体を取り付けた遮断弁であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動アクチュエータ。   The electric actuator according to any one of claims 1 to 4, which is a shutoff valve in which a valve body is attached to the tip of the output shaft. 上記請求項１〜５のいずれかの歯車センサの出力パルスを、基準とするクロックの１周期の間に計数した計測値と、予め設定した判定値とを比較し、前記比較結果に基づいてアクチュエータの過負荷を検出する電動アクチュエータの過負荷検出方法。   The output pulse of the gear sensor according to any one of claims 1 to 5 is compared with a measurement value counted during one cycle of a clock as a reference and a judgment value set in advance, and an actuator based on the comparison result Method of detecting an overload of an electric actuator for detecting an overload of the vehicle. 上記請求項１〜５のいずれかの歯車センサの出力パルスの１周期の間に計数した基準とするクロック計測値と、予め設定した判定値とを比較し、前記比較結果に基づいてアクチュエータの過負荷を検出する電動アクチュエータの過負荷検出方法。   The reference clock measurement value counted during one cycle of the output pulse of any one of the gear sensors according to any one of claims 1 to 5 is compared with a judgment value set in advance, and based on the comparison result An overload detection method for an electric actuator for detecting a load.
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