JP6566309B2 - 電動式アクチュエータ用制御回路および電動式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、モータの駆動を電気的に制御して、モータの駆動に連動して弁の開閉を行う電動式アクチュエータ用制御回路およびこの制御回路を備えた電動式アクチュエータに関するものである。

流体を目的の切換え方向、流量、圧力などに設定するための弁は、種々の機械・装置に広く使われており、近年の自動化の進展により、弁を電気的に駆動することは必要不可欠になっている。このような電気力により駆動される弁は、「電気的駆動弁」と総称されているが、その中でモータ（「電動機」ともいう。）で弁を駆動するものは、「電動弁」と呼ばれる。これらに使われるモータにはＡＣモータ、ＤＣモータ、ステッピングモータ(パルスモータ）、トルクモータ、フォースモータなどがあるが、最近のマイコン制御の普及もあって、ステッピングモータが多く使われ、トルクモータ、フォースモータは 特殊用途に用いられているようである。
本発明においては、弁構造体やモータ自体は、周知のものを採用し、モータを駆動する制御装置の回路に関して特徴を有するものである。

電動弁、つまり、開閉を電気的に駆動される弁を有する電動式アクチュエータに関して、以下に、従来技術としての特許文献を示す。
下記の特許文献１には、「電動遮断弁」を有する「電動弁装置」において、「商用電源１を入切するスイッチ２をＯＮすると、簡単な定電圧源から規定の電圧が出力され、リレー４が励磁され、リレーＣＲの接点８と９がそれぞれ８ａ、９ａ側に切換わり、ドッグによって全開で６ａ側に切換わる開側リミットスイッチ６が作動する直流モータ５が回転し、全開で停止する」（段落「００１４」、図１参照。）ことが記載されている。
また、下記の特許文献２には、「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」（段落「００３９」、「００４０」、図１，図２参照。）ことが記載されている。

特開平１１−１０１３５９号公報 特開２０１３−２３６４４６号公報

ここで、上記特許文献１および２に記載されたような電動弁の開閉等を制御するための制御回路を構成している電子部品には、一般的に、小型化、高密度化、高性能化が求められている。特に、電動アクチュエータ本体を小型化するためには、上記の電子部品を小型化して、これらの電子部品を搭載する制御基板をできるだけ小さく設計する必要がある。

しかしながら、電子部品を小型化・高密度化していくと、外来雑音のみならず制御基板内部で発生する雑音の影響も受けやすくなるのであるが、上記特許文献１および２に記載された発明は、電源オフ時の弁の開閉に関するものであり、雑音対策については何ら講じられていない。
そこで、本発明は、モータの駆動を電気的に制御してモータの駆動に連動して弁の開閉を行う電動式アクチュエータ用制御回路において、複数種類のＡＣ（交流）電源で使用可能なユニバーサル電源に対応し、制御回路を構成する電子回路・電子部品を小型化しても、耐雑音特性の優れた電動式アクチュエータ用制御回路を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の制御回路を備えた電動式アクチュエータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１の発明では、モータの駆動を電気的に制御して、モータの駆動に連動して弁の開閉を行う電動式アクチュエータ用の制御回路であって、該制御回路は、外部から供給された交流電源を直流電源に変換する電源回路と、外部から入力されたユーザ信号に応答して、開弁動作を指示する開弁指示信号および閉弁動作を指示する閉弁指示信号を差動信号として出力する入力インターフェイス回路と、前記直流電源が供給され、入力された前記差動信号を検出し、前記モータを開弁あるいは閉弁のいずれかに駆動するモータ駆動信号を前記モータに出力するモータ駆動信号生成部とを備え、前記モータ駆動信号生成部に遅延手段を設け、該遅延手段は、前記開弁指示信号および前記閉弁指示信号を遅延させ、前記電源回路の起動タイミングよりも、前記モータの起動タイミングを遅延させることを特徴とする。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記モータ駆動信号生成部は、差動増幅回路を有し、前記差動信号は、所定の信号レベルに変換された後、前記差動増幅回路に入力され、該差動増幅回路は、入力された前記差動信号に基づいて、開弁指示であるか閉弁指示であるかを検出し、前記モータ駆動信号として出力することを特徴とする。

また、請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記モータ駆動信号は、差動増幅回路によって増幅して出力された電流を有することを特徴とする。

また、請求項４の発明では、請求項２又は請求項３の発明において、前記モータ駆動信号生成部は、前記差動増幅回路の前段に、ブリーダ抵抗と、ローパスフィルタとを備えたことを特徴とする。

また、請求項５の発明では、請求項３又は請求項４の発明において、前記モータ駆動信号は、リレー回路を介して前記モータに出力され、前記差動増幅回路によって出力された電流は、前記リレー回路の作動電流であることを特徴とする。

また、請求項６の発明では、請求項１乃至請求項５のいずれか１項の発明において、前記電源回路は、非絶縁型の降圧チョッパ・レギュレータを含むスイッチング電源回路であることを特徴とする。

また、請求項７の発明では、電動式アクチュエータが、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電動式アクチュエータ用制御回路を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、モータの駆動を電気的に制御してモータの駆動に連動して弁の開閉を行う電動式アクチュエータ用制御回路において、電源回路の構成を簡略化し、かつ、入力信号を差動入力信号にして、雑音低減と信号遅延を行った後、この差動入力信号を検出し、増幅電流を生成してモータ駆動信号として出力する構成にしたことで、制御回路の専有面積を小さくし、かつ、雑音の影響を低減することが可能となる。

また、本発明の制御回路を制御基板に実装することで、制御基板の実装面積が小さくなり、電動式アクチュエータを小型化することが可能となる。

本発明の実施形態における電動式アクチュエータ用の制御回路の機能ブロック図である。 本発明の実施形態における電動式アクチュエータ用の制御回路の回路図である。 本発明の実施形態における電動式アクチュエータに弁を取り付けた状態の概略図である。

以下、好適な実施形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、下記の実施形態は本発明を具現化した例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施形態）
本発明の実施形態における電動式アクチュエータ用制御回路（以下、「制御回路」という。）の機能ブロック図について、図１を参照しながら説明する。図１において、Ａ側は、電動式アクチュエータ（以下、「アクチュエータ」という。）の外部を示し、Ｂ側がアクチュエータの内部を示す。図１では、Ｂ側のモータＭ１を除いた部分が制御回路の領域を示す。この制御回路は、他の回路部品とともに制御基板に実装されている。
本発明の制御回路ＭＣＴＲＬ１は、入力インターフェイス回路ＩＦ１と、ヒーターＨ１と、電源回路ＰＳ１と、モータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１と、リミットスイッチ部ＬＳを備えている。入力インターフェイス回路ＩＦ１には、アクチュエータ１の外部から、商用のＡＣ電源（８５Ｖ〜２６４Ｖのユニバーサル電源。）が周知の３線入力方式で入力される。３つの電源入力はＣＯＭ用、弁の開動作用、弁の閉動作用であり、これらの電源入力は、入力インターフェイス回路ＩＦ１を介して、それぞれ、共通信号ＣＯＭ１、開弁指示信号ＯＶＳ１、閉弁指示信号ＣＶＳ１として、制御回路ＭＣＴＲＬ１の内部回路に出力される。なお、図１に示すように、弁の開動作用電源入力、弁の閉動作用電源入力は、制御回路ＭＣＴＲＬ１の外部Ｂ側において、ユーザ信号ＵＳＷ１でスイッチによりいずれか一方が選択されて入力インターフェイス回路ＩＦ１に入力される。

共通信号ＣＯＭ１は、入力インターフェイス回路ＩＦ１を介して、電源回路ＰＳ１に入力され、直流電圧生成に用いられる。開弁指示信号ＯＶＳ１および閉弁指示信号ＣＶＳ１は、入力インターフェイス回路ＩＦ１からリミットスイッチ部ＬＳを介して電源回路ＰＳ１およびモータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１に入力され、直流電圧生成およびモータ駆動信号生成に用いられる。モータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１から出力された開弁用モータ駆動信号ＯＶＭＤＳ１および閉弁用モータ駆動信号ＣＶＭＤＳ１は、モータＭ１に入力される。モータＭ１は、周知のＤＣモータであり、開弁用モータ駆動信号ＯＶＭＤＳ１および閉弁用モータ駆動信号ＣＶＭＤＳ１の電流の極性（流れる向き）に応じて回転方向が変えられ、モータＭ１に連結された電動弁（不図示）の開閉を行う。電源回路ＰＳ１は、単相８５Ｖ〜２６４Ｖの交流電圧を、２４Ｖの直流電圧に変換して、モータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１に供給する。ヒータＨ１は、アクチュエータ内部の結露防止用として設けられており、周知の抵抗で構成され、開弁指示信号ＯＶＳ１あるいは閉弁指示信号ＣＶＳ１として用いられる電源信号と共通信号ＣＯＭ１とが供給されて通電され、発熱される。なお、アクチュエータの使用環境・使用状態によっては、ヒータＨ１は必ずしも設けなくてもよい。

なお、リミットスイッチ部ＬＳは、モータＭ１に連結された出力軸に取り付けられたカムによりオン／オフされるスイッチであり、制御用電源のスイッチとして用いられる制御用リミットスイッチＬＳ１と、状態出力用のスイッチとして用いられる状態用リミットスイッチＬＳ２を備えている。リミットスイッチ部ＬＳをアクチュエータの前段、つまり、電源信号の入力側に配置することで、待機電力を抑制することができる。

電源回路ＰＳ１は、入力された交流電圧信号を全波整流して直流電圧信号ＤＶＳ１に変換出力するブリッジダイオードＤＢ１，ＤＢ２と、直流電圧信号ＤＶＳ１の雑音防止用のＸコンデンサＸＣ１と、スイッチング電源回路ＳＴＳＲ１とを備えている。スイッチング電源回路ＳＴＳＲ１は、降圧チョッパー・レギュレータで構成され、直流電圧信号ＤＶＳ１を降圧して２４Ｖの直流電圧Ｖ２４を生成し、モータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１に供給する。

モータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１は、ブリーダ抵抗ＢＲ１およびＢＲ２、ローパスフィルタＬＰＦ１およびＬＰＦ２、差動アンプＤＡＭＰ１、リレー部ＲＹを備えている。開弁指示信号ＯＶＳ１は、ブリーダ抵抗ＢＲ１、ローパスフィルタＬＰＦ１を経由して、差動アンプＤＡＭＰ１の非反転入力端子ＶＩＮＰ（＋）に入力され、閉弁指示信号ＣＶＳ１は、ブリーダ抵抗ＢＲ２、ローパスフィルタＬＰＦ２を経由して、差動アンプＤＡＭＰ１の反転入力端子ＶＩＮＮ（−）に入力される。差動アンプＤＡＭＰ１は、入力された開弁指示信号ＯＶＳ１および閉弁指示信号ＣＶＳ１のレベル差を検出・増幅して、差動出力信号ＤＯＳ１およびＤＯＳ２を出力する。本発明においては、詳細は後述するが、差動アンプＤＡＭＰ１の電流増幅機能を利用する。差動アンプＤＡＭＰ１を用いることにより、入力信号の開弁指示信号ＯＶＳ１および閉弁指示信号ＣＶＳ１を確実に判別することができるので、雑音の影響を低減することができる。差動出力信号ＤＯＳ１およびＤＯＳ２は、リレー部ＲＹを介して、開弁用モータ駆動信号ＯＶＭＤＳ１および閉弁用モータ駆動信号ＣＶＭＤＳ１としてモータＭ１に入力される。ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２は、遅延回路としての機能も有しており、入力された開弁指示信号ＯＶＳ１および閉弁指示信号ＣＶＳ１を遅延させることで、開弁用モータ駆動信号ＯＶＭＤＳ１および閉弁用モータ駆動信号ＣＶＭＤＳ１を遅延させ、電源回路ＰＳ１の起動タイミングよりも、モータＭ１の起動タイミングを遅延させている。これにより、電源回路ＰＳ１とモータＭ１が同時に起動しないので、ピーク電流を低減することができる。なお、開弁指示信号ＯＶＳ１，閉弁指示信号ＣＶＳ１は、ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２の時定数によって遅延されることになるが、ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２と、差動アンプの間に、それぞれ、遅延素子あるいは遅延回路を設けてもよい。ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２に加え、さらに遅延素子あるいは遅延回路を設けることで、電源回路ＰＳ１の起動タイミングよりも、モータＭ１の起動タイミングをさらに遅延させ、ピーク電流低減の安定化を向上させることができる。また、この遅延素子あるいは遅延回路と、ＬＰＦ１，ＬＰＦ２との間に、それぞれ、フォトカプラを設けてもよい。フォトカプラは、周知のように、電気信号を光に変換して、再び電気信号に戻すことによって、信号を電気的に絶縁しながら伝達することができるので、より耐雑音特性を向上させることができる。

ブリーダ抵抗ＢＲ１，ＢＲ２は、アクチュエータの入力側の外部に接続される動力ケーブルの浮遊容量（誘導起電力）の影響を回避するために設けられたものである。モータＭ１が開弁あるいは閉弁の作動中に、外部ＡＣ電圧が入力されていない側（非作動側）の開弁指示信号ＯＶＳ１あるいは閉弁指示信号ＣＶＳ１の電圧信号ラインに誘導起電力が発生すると、非作動側の電圧信号ラインの電圧レベルが上昇して差動アンプＤＡＭＰ１の誤動作を起こす虞がある。そこで、非作動側のブリーダ抵抗ＢＲ１，ＢＲ２のいずれかで雑音電力を消費して、電圧レベルを下げて差動アンプＤＡＭＰ１の誤動作を防止している。開弁指示信号ＯＶＳ１あるいは閉弁指示信号ＣＶＳ１のいずれかが作動側になったときには、単に電力を消費する作用を奏する。

ローパスフィルタＰＦ１，ＬＰＦ２は、雑音（高域雑音）を排除し、かつ、差動アンプＤＡＭＰ１に入力される開弁指示信号ＯＶＳ１あるいは閉弁指示信号ＣＶＳ１の作動側のいずれかの信号ラインのＤＣレベルを、差動アンプＤＡＭＰ１が正常に検出動作可能なレベルに調整する作用を奏する。

次に、本発明の実施形態における電動式アクチュエータ用制御回路の回路図について、図２を参照しながら説明する。

図２に示すように、入力インターフェイス回路ＩＦ１から出力された開弁指示信号ＯＶＳ１および閉弁指示信号ＣＶＳ１は、入力インターフェース回路ＩＦ２およびリミットスイッチ部ＬＳに設けられた制御用リミットスイッチＬＳ１を介して、それぞれ、ブリッジダイオードＢＤ１，ＢＤ２に入力される。電源回路ＰＳ１に設けられたブリッジダイオードＢＤ１，ＢＤ２は、それぞれ、ダイオードを４つ組み合わせて１つの回路を構成し、ブリッジダイオードＢＤ１，ＢＤ２に入力された交流電圧を全波整流して直流電圧に変換して直流電圧信号ＤＶＳ１を出力する。直流電圧信号ＤＶＳ１は、スイッチング電源回路ＳＴＳＲ１に入力され、スイッチング電源回路ＳＴＳＲ１内で、降圧、平滑化される。

ここで、スイッチング電源回路（あるいは、スイッチング・レギュレータともいう。）ＳＴＳＲ１は、当業者にとって周知の回路を用いて実現することができる。周知のスイッチング電源回路は、トランジスタ等のスイッチング素子、ダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、トランス等の中から適宜選択された素子・部品を用いて構成されており、トランスを用いたものは、絶縁型と呼ばれ、例えば、シングルフォワード方式、フライバック方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式等があり、トランスを用いないものは、非絶縁型と呼ばれ、降圧チョッパー方式、昇圧方式等がある。
本実施形態では、まず第一に小型化を目的とするので、トランスを用いない非絶縁型のスイッチング電源回路を採用した。そして、２４Ｖの直流電源を生成する目的のため、降圧チョッパー方式の電源回路を採用した。なお、ブリッジダイオードおよびＸコンデンサを含めた構成をスイッチング電源回路と称することもあるが、本実施形態では、ブリッジダイオードＢＤ１，ＢＤ２、ＸコンデンサＸＣ１より後段の回路構成をスイッチング電源回路ＳＴＳＲ１と定義する。

スイッチング電源回路ＳＴＳＲ１は、直流電圧信号ＤＶＳ１を降圧・平滑化して２４Ｖの直流電圧Ｖ２４を生成し、モータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１に供給するように構成されている。上述したように、本実施形態では、小型化を図るため、スイッチング電源回路ＳＴＳＲ１は、トランスを省いたが、非絶縁型なので、絶縁型に比べ、外来雑音の影響を受けやすいので、差動アンプＤＡＭＰ１を用いて雑音対策をおこなっている。なお、アクチュエータの大きさ、アクチュエータに搭載する制御基板等に面積の余裕があれば、スイッチング電源回路ＳＴＳＲ１に代えて、トランスを設けた絶縁型のスイッチング電源回路にして、より耐雑音特性を向上させるような構成にしてもよい。

図２に示すＬＥＤ１は、発光ダイオードであり、通電されると発光するので、アクチュエータに電源が投入されているかどうかを外部から視認することができる。

モータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１について説明する。ブリッジダイオードＢＤ１，ＢＤ２に入力される開弁指示信号ＯＶＳ１とＧＮＤとの間、および、閉弁指示信号ＣＶＳ１とＧＮＤとの間には、それぞれ、ブリーダ抵抗ＢＲ１，ＢＲ２が設けられている。ブリーダ抵抗ＢＲ１，ＢＲ２の作用・機能については、上述したので説明を省略する。

開弁指示信号ＯＶＳ１は、ローパスフィルタＬＰＦ１を構成する抵抗Ｒ３の一端に接続され、抵抗Ｒ３の他端には、ローパスフィルタＬＰＦ１を構成するコンデンサＣ５の上部電極と、差動アンプＤＡＭＰ１の非反転入力端子ＶＩＮＰが接続されている。コンデンサＣ５の下部電極はＧＮＤに接続されている。閉弁指示信号ＣＶＳ１は、ローパスフィルタＬＰＦ２を構成する抵抗Ｒ４の一端に接続され、抵抗Ｒ４の他端には、ローパスフィルタＬＰＦ２を構成するコンデンサＣ６の上部電極と、差動アンプＤＡＭＰ１の反転入力端子ＶＩＮＮが接続されている。続されている。コンデンサＣ６の下部電極はＧＮＤに接続されている。

差動アンプＤＡＭＰ１は、２つのＮＰＮトランジスタＴＲ１，ＴＲ２と、抵抗Ｒ７とで構成されている。ＮＰＮトランジスタＴＲ１のコレクタ端子ＴＣ１には、ダイオードＤ３を介して直流電圧Ｖ２４が供給され、共通エミッタ端子ＴＥ１には、抵抗Ｒ７の一端が接続されている。抵抗Ｒ７の他端はＧＮＤに接続されている。ＮＰＮトランジスタＴＲ２のコレクタ端子ＴＣ２には、ダイオードＤ４を介して直流電圧Ｖ２４が供給され、共通エミッタ端子ＴＥ１には、上述したように抵抗Ｒ７の一端が接続されている、つまり、ＮＰＮトランジスタＴＲ１のエミッタ端子とＮＰＮトランジスタＴＲ２のエミッタ端子は、共通エミッタ端子ＴＥ１で接続されている。ＮＰＮトランジスタＴＲ１のベース端子ＴＢ１は、差動アンプＤＡＭＰ１の非反転入力端子ＶＩＮＰを構成し、ＮＰＮトランジスタＴＲ２のベース端子ＴＢ２は、差動アンプＤＡＭＰ１の反転入力端子ＶＩＮＮを構成する。

ここで、ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２は、不要な高周波成分（雑音）を濾波するとともに、開弁指示信号ＯＶＳ１あるいは閉弁指示信号ＣＶＳ１のいずれかが作動状態にあるとき、作動させる側のベース端子ＴＢ１あるいはＴＢ２のいずれか一方の電圧を所定電圧以上に上昇させ、作動させる側のＮＰＮトランジスタＴＲ１あるいはＴＲ２のいずれか一方をオンさせ、微少な入力ベース電流を増幅して、後段のリレーＲＹ１，ＲＹ２を作動させるために十分なコレクタ電流を出力することができる。作動しない側のＮＰＮトランジスタはオフである。差動アンプＤＡＭＰ１を用いたことにより、入力差動信号である開弁指示信号ＯＶＳ１と閉弁指示信号ＣＶＳ１の微少なレベル差を確実に検出することができるので、各素子を小型化しても、耐雑音特性の高い回路を構成することができる。

また、前述したように、開弁指示信号ＯＶＳ１あるいは閉弁指示信号ＣＶＳ１は、ローパスフィルタＬＰＦ１あるいはＬＰＦ２によって遅延されるので、外部からＡＣ電圧が印加されるタイミング、つまり、電源回路ＰＳ１が起動するタイミングよりも、差動アンプＤＡＭＰ１のＮＰＮトランジスタＴＲ１あるいはＴＲ２のベースがオンするタイミングが遅延されることで、モータＭ１の起動タイミングも遅延される。これにより、起動時のピーク電流が低減され、回路全体を安定して起動することができる。

なお、ローパスフィルタＬＰＦ１内の抵抗Ｒ３は、ベース端子ＴＢ１への印加電圧を決める分割抵抗としても寄与する。また、差動アンプＤＡＭＰ１が正常に検出動作を行うためには、ＮＰＮトランジスタＴＲ１，ＴＲ２に流れる電流を適正に設定する必要があり、外部入力電圧の最小値８５Ｖでも十分に電流が流れるように、また、最大値２６４Ｖでは電流が流れすぎないように、抵抗Ｒ３の抵抗値を設定している。抵抗Ｒ４についても同様である。

前述したように、モータＭ１が駆動中に、非作動側（ＡＣ電圧が入力されていない側）の開弁指示信号ＯＶＳ１あるいは閉弁指示信号ＣＶＳ１の電圧信号ラインに誘導起電力が発生すると、非作動側の電圧信号ラインの電圧レベルが上昇し、つまり、非作動側のＮＰＮトランジスタのベース端子電圧が上昇し、非作動側のＮＰＮトランジスタが誤動作を起こしてしまう。そこで、非作動側のブリーダ抵抗ＢＲ１，ＢＲ２のいずれかで雑音電力を消費して、電圧レベルを下げて誤動作を防止する。

ＮＰＮトランジスタＴＲ１のコレクタ端子ＴＣ１からは、開弁を指示する差動出力信号ＤＯＳ１がリレーＲＹ１に出力され、ＮＰＮトランジスタＴＲ２のコレクタ端子ＴＣ２からは、閉弁を指示する差動出力信号ＤＯＳ２がリレーＲＹ２に出力される。なお、差動出力信号ＤＯＳ１、差動出力信号ＤＯＳ２は、それぞれ、作動側のリレーＲＹ１、リレーＲＹ２を作動させるために十分増幅されたコレクタ電流を有する信号である。リレーＲＹ１の出力端子およびリレーＲＹ２の出力端子は、出力インターフェイス回路ＯＦ１を介してモータＭ１に接続され、開弁指示信号ＯＶＳ１あるいは閉弁指示信号ＣＶＳ１のいずれが作動状態にあるかによって、リレーＲＹ１およびリレーＲＹ２を介してモータＭ１に流れる電流の極性（つまり、電流の流れる向き）が変更される。これにより、モータＭ１によって、連結された減速機、出力軸介して弁の開閉が駆動される。なお、直流電源Ｖ２４と差動アンプＤＡＭＰ１の対のコレクタ端子ＴＣ１，ＴＣ２との間には、それぞれ、ダイオードＤ３，Ｄ４が接続され、リレーＲＹ１の出力端子とリレーＲＹ２の出力端子との間には電解コンデンサＣ８，Ｃ９が接続されている。なお、差動アンプＤＡＭＰ１は、ノーマルモード雑音、コモンモード雑音に対して、優れた耐雑音特性を有する。

次に、図３を参照しながら、アクチュエータ１に弁２を取り付けた状態の概略図について説明する。アクチュエータ１の内部には、制御回路ＭＣＴＲＬ１が実装された制御基板１１、制御基板１１から出力される開弁用モータ駆動信号ＯＶＭＤＳ１および閉弁用モータ駆動信号ＣＶＭＤＳ１によって弁の開閉を駆動するモータ１２（図１の「モータＭ１」に相当する。）、モータ１２に減速機（不図示）を介して連結された出力軸１６、出力軸１６に連結されたカム１５、カム１５の回転によりオン／オフされる開側リミットスイッチ１４ａおよび閉側リミットスイッチ１４ｂを備えている。出力軸１６の下側には、ステム（不図示）を介して、連結した弁体（不図示）がモータ１２の駆動に連動して流路の開閉を行う。弁２は弁本体２１の上部が取付台２２を介してアクチュエータ下部の筺体１７と連結されている。また、アクチュエータ１の側面には配線口１３が開口され、この配線口１３から電気信号線が取り込まれて、制御基板１１に接続される。本実施形態の弁２は、弁体を回転させることで開閉を行うボールバルブであるが、連通する流路の切替を行う二方弁、三方弁、あるいは、四方弁、もしくは、バタフライバルブ等の回転弁であってもよい。また、減速機の組み合わせにより出力軸１６を上下の直線方向に稼働させることも可能で、ダイヤフラムバルブやストップバルブに使用する電動式アクチュエータにも適用できる。

最後に、本発明の実施形態における電動式アクチュエータ用制御回路の開弁および閉弁動作について、図１から図３を参照しながら概略説明すると以下のようになる。
[開弁動作]
まず、制御基板１１に外部から入力されたＡＣ電圧（８５Ｖ〜２６４Ｖ）が、入力インターフェイス回路ＩＦ１，ＩＦ２を介して、ブリッジダイオードＢＤ１，ＢＤ２に入力され、全波整流されて脈流の直流電圧信号ＤＶＳ１を出力し、直流電圧信号ＤＶＳ１は、スイッチング電源回路ＳＴＳＲ１に入力され、降圧・平滑化されて２４Ｖの直流電圧Ｖ２４が生成される。
次に、開側に指示信号（開弁指示信号ＯＶＳ１）が入力されるとＬＰＦ１で濾波、分圧されて差動アンプＤＡＭＰ１のＮＰＮトランジスタＴＲ１に入力される。ＮＰＮトランジスタＴＲ１のベース端子ＴＢ１の電圧レベルが上昇し、ベース・エミッタ間電圧が０．７Ｖを超えるとＮＰＮトランジスタＴＲ１に電流が流れ、一方、ＮＰＮトランジスタＴＲ２はオフしているので、差動アンプＤＡＭＰ１が検出・増幅動作を開始し、リレーＲＹ１を作動させるために十分増幅されたコレクタ電流を有する差動出力信号ＤＯＳ１をリレーＲＹ１に出力する。
そして、リレーＲＹ１が作動し、リレーＲＹ１に供給されている直流電源Ｖ２４からモータ１２（モータＭ１）を介してリレーＲＹ２のＧＮＤに開弁用モータ駆動信号ＯＶＭＤＳ１で示すモータ駆動電流が流れ、モータ１２が、連結された減速機、出力軸１６を介して、弁２を開くように駆動される。
弁２が所定の位置に動作され、制御用リミットスイッチ回路ＬＳ１内の開側リミットスイッチ１４ａがオフして、電源回路ＰＳ１およびモータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１への入力が停止されて、モータ１２が弁２の開弁動作を停止し、開弁動作が完了する。
[閉弁動作]
閉弁動作について説明する。
まず、２４Ｖの直流電圧Ｖ２４の生成は、上述の[開弁動作]と同様に行われる。
次に、閉側に指示信号（閉弁指示信号ＣＶＳ１）が入力されるとＬＰＦ２で濾波、分圧されて差動アンプＤＡＭＰ１のＮＰＮトランジスタＴＲ２に入力される。ＮＰＮトランジスタＴＲ２のベース端子ＴＢ２の電圧レベルが上昇し、ベース・エミッタ間圧が０．７Ｖを超えるとＮＰＮトランジスタＴＲ２に電流が流れ、一方、ＮＰＮトランジスタＴＲ１はオフしているので、差動アンプＤＡＭＰ１が検出・増幅動作を開始し、リレーＲＹ２を作動させるために十分増幅されたコレクタ電流を有する差動出力信号ＤＯＳ２をリレーＲＹ２に出力する。
そして、リレーＲＹ２が作動し、リレーＲＹ２に供給されている直流電源Ｖ２４からモータ１２（モータＭ１）を介してリレーＲＹ１のＧＮＤに閉弁用モータ駆動信号ＣＶＭＤＳ２で示すモータ駆動電流が流れ、モータ１２が、連結された減速機、出力軸１６介して、弁２を閉じるように駆動される。
弁２が所定の位置に動作され、制御用リミットスイッチ回路ＬＳ１内の閉側リミットスイッチ１４ｂがオフして、電源回路ＰＳ１およびモータ駆動信号生成部ＭＤＳＧ１への入力が停止されて、モータ１２が弁２の閉動作を停止し、閉弁動作が完了する。

以上のように、本発明の実施形態における電動式アクチュエータ用制御回路は、電源回路ＰＳ１において、トランスを用いない非絶縁型の降圧チョッパー・レギュレータで構成されたスイッチング電源回路ＳＴＳＲ１を設けたことで、回路の小型化が実現できる。また、一般的な４線入力方式で電源回路が待機している方式に対して、本発明においては、上述したように、３線入力式にして入力信号を開弁指示信号ＯＶＳ１と閉弁指示信号ＣＶＳ１の差動信号に切り換え、この差動信号に対して、それぞれ、ブリーダ抵抗ＢＲ１，ＢＲ２、および、ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２を設けて、雑音低減と信号遅延を行った後、差動アンプＤＡＭＰ１で検出して、リレーＲＹ１およびＲＹ２作動用に増幅されたコレクタ電流を有する開弁用モータ駆動信号ＯＶＭＤＳ１および閉弁用モータ駆動信号ＣＶＭＤＳ１を出力する構成にしたので、モータ１２（モータＭ１）の起動タイミングを電源回路ＰＳ１の起動タイミングよりも遅らせてピーク電流を低減することができ、そして、耐雑音特性の高い回路を実現することができる。

１ 電動式アクチュエータ
２ 弁
１１ 制御基板
１２，Ｍ１ モータ
１３ 配線口
１４ａ 開側リミットスイッチ
１４ｂ 閉側リミットスイッチ
１５ カム
１６ 出力軸
１７ 筐体
２１ 弁本体
２２ 取付台
ＢＤ１，ＢＤ２ ブリッジダイオード
ＢＲ１，ＢＲ２ ブリーダ抵抗
Ｃ１，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９ コンデンサ
Ｄ３，Ｄ４ ダイオード
ＤＡＭＰ１ 差動アンプ
Ｈ１ ヒータ
ＬＥＤ１ 発光ダイオード
ＩＦ１，ＩＦ２ 入力インターフェイス回路
ＯＦ１ 出力インターフェイス回路
ＬＳ リミットスイッチ部
ＬＳ１ 制御用リミットスイッチ
ＬＳ２ 状態用リミットスイッチ
ＬＰＦ１，ＬＰＦ２ ローパスフィルタ
ＭＣＴＲＬ１ 電動式アクチュエータ用制御回路
ＭＤＳＧ１ モータ駆動信号生成部
ＰＳ１ 電源回路
Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８ 抵抗
ＲＹ１，ＲＹ２ リレー
ＲＹ リレー部
ＴＢ１，ＴＢ２ ベース端子
ＴＣ１，ＴＣ２ コレクタ端子
ＴＥ１ 共通エミッタ端子
ＴＲ１，ＴＲ２ ＮＰＮトランジスタ
Ｖ２４ ２４Ｖの直流電圧
ＶＩＮＰ 非反転入力端子
ＶＩＮＮ 反転入力端子
ＸＣ１ Ｘコンデンサ
ＣＯＭ１ 共通信号
ＣＶＳ１ 閉弁指示信号
ＣＶＭＤＳ１ 閉弁用モータ駆動信号
ＤＯＳ１，ＤＯＳ２ 差動出力信号
ＤＶＳ１ 直流電圧信号
ＯＶＳ１ 開弁指示信号
ＯＶＭＤＳ１ 開弁用モータ駆動信号
ＵＳＷ１ ユーザ信号

Claims (7)

1. モータの駆動を電気的に制御して、モータの駆動に連動して弁の開閉を行う電動式アクチュエータ用の制御回路であって、
   該制御回路は、
   外部から供給された交流電源を直流電源に変換する電源回路と、
   外部から入力されたユーザ信号に応答して、開弁動作を指示する開弁指示信号および閉弁動作を指示する閉弁指示信号を差動信号として出力する入力インターフェイス回路と、
   前記直流電源が供給され、入力された前記差動信号を検出し、前記モータを開弁あるいは閉弁のいずれかに駆動するモータ駆動信号を前記モータに出力するモータ駆動信号生成部とを備え、
   前記モータ駆動信号生成部に遅延手段を設け、
   該遅延手段は、前記開弁指示信号および前記閉弁指示信号を遅延させ、前記電源回路の起動タイミングよりも、前記モータの起動タイミングを遅延させる
   ことを特徴とする電動式アクチュエータ用制御回路。
2. 前記モータ駆動信号生成部は、差動増幅回路を有し、
   前記差動信号は、所定の信号レベルに変換された後、前記差動増幅回路に入力され、
   該差動増幅回路は、入力された前記差動信号に基づいて、開弁指示であるか閉弁指示であるかを検出し、前記モータ駆動信号として出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動式アクチュエータ用制御回路。
3. 前記モータ駆動信号は、差動増幅回路によって増幅して出力された電流を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動式アクチュエータ用制御回路。
4. 前記モータ駆動信号生成部は、前記差動増幅回路の前段に、ブリーダ抵抗と、ローパスフィルタと
   を備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電動式アクチュエータ用制御回路。
5. 前記モータ駆動信号は、リレー回路を介して前記モータに出力され、前記差動増幅回路によって出力された電流は、前記リレー回路の作動電流である
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電動式アクチュエータ用制御回路。
6. 前記電源回路は、非絶縁型の降圧チョッパ・レギュレータを含むスイッチング電源回路である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電動式アクチュエータ用制御回路。
7. 請求項１乃至請求６のいずれか１項に記載の電動式アクチュエータ用制御回路を備えたことを特徴とする電動式アクチュエータ。
   

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