JP7197385B2 - Electric actuator and deterioration index calculation method - Google Patents

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Description

本発明は、スプリングリターン形の電動アクチュエータに関し、特に、電動アクチュエータの動力伝達部に関する劣化状態の判定に用いる劣化指標を計算するための劣化指標計算技術に関する。 The present invention relates to a spring-return type electric actuator, and more particularly to a deterioration index calculation technique for calculating a deterioration index used to determine the deterioration state of a power transmission section of an electric actuator.

バルブやダンパなどの操作端を電動で開閉制御する電動アクチュエータの1つとして、出力軸に取り付けたリターンスプリングの復帰力で電源供給遮断時に出力軸を所定の回動位置まで戻す、いわゆるスプリングリターン形の電動アクチュエータがある(例えば、特許文献1など参照)。 As one of the electric actuators that electrically controls the opening and closing of operating ends such as valves and dampers, so-called spring return type actuators return the output shaft to a predetermined rotation position when the power supply is cut off by the restoring force of the return spring attached to the output shaft. electric actuator (see, for example, Patent Document 1).

この電動アクチュエータは、通電時、動力伝達部を介してモータで出力軸を回動させて操作端の開度を調整すると同時にリターンスプリングを巻き上げ、モータのディテントトルクで回動位置を保持している。これにより、その後に外部からの電源供給が遮断された場合、モータの電動クラッチへの電源供給が停止されてクラッチ断となって、モータのディテントトルクが非常に小さくなるため、リターンスプリングの復帰力により全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで、出力軸が強制的に戻されることになる。 When energized, the electric actuator rotates the output shaft with the motor through the power transmission section to adjust the opening of the operating end, and at the same time winds up the return spring to hold the rotating position by the detent torque of the motor. . As a result, when the power supply from the outside is cut off after that, the power supply to the electric clutch of the motor is stopped and the clutch is disconnected. The output shaft is forcibly returned to a predetermined rotational position such as a fully closed position or a fully opened position.

特開平10-164878号公報JP-A-10-164878 特開2015-125038号公報JP 2015-125038 A 特開2015-114188号公報JP 2015-114188 A

通常、電動アクチュエータで用いられる動力伝達部は、減速ギヤで構成されており、長期間にわたり十分な耐久性を持つと考えられる。このため、動力伝達部の劣化状態を検出する必要性は低く、従来より電動アクチュエータの劣化判定機能として具体化されていない。
一方、電動アクチュエータなどのフィールド機器には保証期間が設定されていて、保証期間の満了に応じて新たなものに交換する必要がある。しかし、実際には保証期間を超えて長期間にわたり使用される場合もある。
A power transmission unit used in an electric actuator is usually composed of a reduction gear, and is considered to have sufficient durability over a long period of time. Therefore, there is little need to detect the state of deterioration of the power transmission unit, and conventionally, this function has not been embodied as a deterioration determination function for electric actuators.
On the other hand, field devices such as electric actuators have a warranty period, and must be replaced with a new one when the warranty period expires. However, in practice, it may be used for a long period of time beyond the warranty period.

このような保証期間を超えて長期にわたり使用した場合、電動アクチュエータの動力伝達部が劣化して故障や経年変化などにより設計当初の動力伝達トルクが得られない場合も考えられる。このような場合、操作端を精度よく開閉制御できなくなったり、電源供給遮断時、リターンスプリングの復帰力により、出力軸を全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで確実に戻せなくなったりする可能性がある。このため、動力伝達部の劣化状態を把握しておくことが重要となる。 If the actuator is used for a long period of time beyond the warranty period, the power transmission part of the electric actuator may deteriorate, and the power transmission torque originally designed may not be obtained due to failure or aging. In such a case, it may not be possible to accurately control the opening and closing of the operating end, or when the power supply is cut off, the return force of the return spring may make it impossible to reliably return the output shaft to a predetermined rotational position such as the fully closed position or the fully opened position. there's a possibility that. Therefore, it is important to grasp the state of deterioration of the power transmission unit.

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、電動アクチュエータの動力伝達部の劣化状態を示す劣化指標を容易に計算できる劣化指標計算技術を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a deterioration index calculation technique capable of easily calculating a deterioration index indicating the deterioration state of a power transmission unit of an electric actuator.

このような目的を達成するために、本発明にかかる電動アクチュエータは、弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、前記制御回路は、前記モータを駆動制御して任意の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御部と、前記出力軸を互いに異なる第1および第2の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和と、前記出力軸を前記第2の制御開度に回動した際に前記モータに生じたモータトルクとに基づいて、前記動力伝達部の劣化指標として、前記動力伝達部の動力伝達トルクを計算する劣化指標処理部とを有している。 In order to achieve such an object, an electric actuator according to the present invention includes an output shaft for rotating a valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission section, and a motor for driving the motor. a control circuit that controls the opening of the valve body by controlling; The control circuit includes an opening control unit that drives and controls the motor to rotate the output shaft to an arbitrary control opening, and a control circuit that rotates the output shaft to first and second control openings different from each other. a torque sum of the spring torque and the valve body torque generated in the return spring and the valve body at this time; and a motor torque generated in the motor when the output shaft is rotated to the second control opening. and a deterioration index processing unit that calculates the power transmission torque of the power transmission unit as the deterioration index of the power transmission unit based on.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第1および第2の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた合成トルクに基づいて、前記トルク和を計算するようにしたものである。 In one configuration example of the electric actuator according to the present invention, the deterioration index processing unit causes the return spring and the valve body to rotate when the output shaft is rotated to the first and second control opening degrees. The torque sum is calculated based on the generated synthetic torque.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記第1および第2の制御開度の間における、前記出力軸および前記弁体の開度偏差に関する差分を示す開度偏差差分に基づいて、前記合成トルクを計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, the deterioration index processing unit calculates a difference between the first and second control opening degrees regarding the opening degree deviation of the output shaft and the valve body. The combined torque is calculated based on the opening deviation difference shown.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサと、前記弁体の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサとをさらに備え、前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第1および第2の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサおよび前記弁側角度センサで検出された前記出力側開度および前記弁側開度に基づいて前記開度偏差差分を計算するようにしたものである。 Further, one configuration example of the electric actuator according to the present invention includes an output-side angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft as the output-side opening, and a rotation angle of the valve body that detects the valve-side opening. and a valve-side angle sensor, wherein the deterioration index processing unit detects the output-side angle sensor and the valve-side angle sensor when the output shaft is rotated to the first and second control opening degrees. The opening degree deviation difference is calculated based on the detected output side opening degree and the valve side opening degree.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第1および第2の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第1および第2の出力側開度の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記弁側角度センサで検出された第1および第2の弁側開度の開度偏差を示す弁側開度偏差とを計算し、これら出力側開度偏差と弁側開度偏差との差分を前記開度偏差差分として計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, when the deterioration index processing unit rotates the output shaft to the first and second control opening degrees, the output side angle sensor detects The output side opening degree deviation indicating the opening degree deviation of the first and second output side opening degrees detected by the valve side angle sensor, and the opening degree deviation of the first and second valve side opening degrees detected by the valve side angle sensor. A valve-side opening deviation is calculated, and the difference between the output-side opening deviation and the valve-side opening deviation is calculated as the opening deviation difference.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第1の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第1の出力側開度と、前記弁側角度センサで検出された第1の弁側開度との開度偏差を示す第1の開度偏差と、前記出力軸を前記第2の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第2の出力側開度と、前記弁側角度センサで検出された第2の弁側開度との開度偏差を示す第2の開度偏差とを計算し、これら第1の開度偏差と第2の開度偏差との差分を前記開度偏差差分として計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, when the deterioration index processing unit rotates the output shaft to the first control opening, the output side angle sensor detects the second degree of opening. 1 and the first valve-side opening detected by the valve-side angle sensor; A second opening degree deviation between the second output side opening degree detected by the output side angle sensor and the second valve side opening degree detected by the valve side angle sensor when the valve is rotated to the second , and the difference between the first opening deviation and the second opening deviation is calculated as the opening deviation difference.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記モータトルクをTm2とし、前記開度偏差差分をΔθdとし、前記弁体に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および、前記電動アクチュエータと前記弁体とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれG,Ip,Lとした場合、前記動力伝達トルクTdを後述する式で計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, the deterioration index processing unit sets the motor torque to Tm2, the opening deviation difference to Δθd, the lateral elastic modulus of the valve body, the cross-sectional secondary pole When the moment and the axial lengths of a series of connecting shafts connecting the electric actuator and the valve body are G, Ip, and L, respectively, the power transmission torque Td is calculated by the formula described later. is.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第1の制御開度で保持した際に前記弁体に生じた弁体トルクと、回動中の前記出力軸が前記第2の制御開度を通過した際に前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクとに基づいて、前記トルク和を計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, the deterioration index processing unit controls the valve body torque generated in the valve body when the output shaft is held at the first control opening, The torque sum is calculated based on the spring torque generated in the return spring when the moving output shaft passes through the second control opening.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第1の制御開度で保持した際に、前記モータおよび前記リターンスプリングに生じた、モータトルクおよびスプリングトルクに基づいて、前記弁体トルクを計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, when the deterioration index processing unit holds the output shaft at the first control opening, the motor and the return spring are affected. The valve body torque is calculated based on the torque and the spring torque.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記第1の制御開度および前記第2の制御開度で検出された前記モータトルクをTm1,Tm2とし、前記第1の制御開度および前記第2の制御開度で検出された前記出力軸の出力側開度をθa1およびθa2とし、前記リターンスプリングのばね定数をkとした場合、前記動力伝達トルクTdを後述する式で計算するようにしたものである。 In one configuration example of the electric actuator according to the present invention, the deterioration index processing unit sets the motor torques detected at the first control opening and the second control opening to Tm1 and Tm2, When the output-side openings of the output shaft detected by the first control opening and the second control opening are θa1 and θa2, and the spring constant of the return spring is k, the power transmission torque Td is calculated by the formula described later.

また、本発明にかかる劣化指標計算方法は、弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して任意の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御ステップと、前記制御回路の劣化指標処理部が、前記出力軸を互いに異なる第1および第2の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和と、前記出力軸を前記第2の制御開度に回動した際に前記モータに生じたモータトルクとに基づいて、前記動力伝達部の劣化指標として、前記動力伝達部の動力伝達トルクを計算する劣化指標処理ステップとを備えている。 Further, a deterioration index calculation method according to the present invention includes an output shaft for rotating a valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission section, and driving and controlling the motor to control the valve. A deterioration indicator used in an electric actuator comprising a control circuit for controlling the opening of the body, and a return spring attached to the output shaft to return the output shaft to a predetermined opening position by its own restoring force when power is cut off. A calculation method comprising: an opening degree control step in which an opening degree control section of the control circuit drives and controls the motor to rotate the output shaft to an arbitrary control opening degree; and a deterioration index processing section of the control circuit. is the sum of the spring torque and the valve body torque generated in the return spring and the valve body when the output shaft is rotated to the first and second control opening degrees different from each other, and the output shaft a deterioration index processing step of calculating the power transmission torque of the power transmission unit as a deterioration index of the power transmission unit based on the motor torque generated in the motor when the motor is rotated to the second control opening; It has

また、本発明にかかる劣化指標計算方法は、前記劣化指標処理ステップが、前記出力軸を前記第1および第2の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた合成トルクに基づいて、前記トルク和を計算するステップを含んでいる。 Further, in the deterioration index calculation method according to the present invention, in the deterioration index processing step, when the output shaft is rotated to the first and second control opening degrees, the combined Based on the torque, calculating the torque sum.

また、本発明にかかる劣化指標計算方法は、前記劣化指標処理ステップが、前記出力軸を前記第1の制御開度で保持した際に前記弁体に生じた弁体トルクと、回動中の前記出力軸が前記第2の制御開度を通過した際に前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクとに基づいて、前記トルク和を計算するステップを含んでいる。 Further, in the deterioration index calculation method according to the present invention, the deterioration index processing step includes the valve body torque generated in the valve body when the output shaft is held at the first control opening, and calculating the torque sum based on the spring torque generated in the return spring when the output shaft passes through the second control opening.

本発明によれば、動力伝達部の劣化指標として、動力伝達部の動力伝達トルクを容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、動力伝達部の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、角度センサや制御回路など、電動アクチュエータの既存構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータの信頼性を高めることが可能となる。 According to the present invention, since the power transmission torque of the power transmission unit can be easily grasped as the deterioration index of the power transmission unit, the deterioration state of the power transmission unit can be easily grasped according to the deviation width from the initial design value. can do. Therefore, when the range of divergence increases and the deterioration progresses, appropriate countermeasures can be taken before a failure occurs, and extremely effective predictive maintenance can be realized. This makes it possible to provide a certain level of reliability even when long-term use beyond the warranty period is assumed. In addition, the deterioration index can be easily calculated using the existing configuration of the electric actuator, such as the angle sensor and control circuit, making it possible to improve the reliability of the electric actuator without increasing the circuit scale or product cost. becomes.

図1は、電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an electric actuator. 図2は、流量制御処理を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flow chart showing flow control processing. 図3は、弁側センサ出力値と弁側開度との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the valve-side sensor output value and the valve-side opening degree. 図4は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing deterioration index processing according to the first embodiment. 図5は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the deterioration index processing operation according to the first embodiment. 図6は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理動作の他例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing another example of the deterioration index processing operation according to the first embodiment. 図7は、第2の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing deterioration index processing according to the second embodiment. 図8は、第2の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing the deterioration index processing operation according to the second embodiment.

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる電動アクチュエータ10について説明する。図1は、電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
First, an electric actuator 10 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an electric actuator.

この電動アクチュエータ10は、例えば、空調システム等の設備において、配管を流れる冷温水の流量を制御する流量制御バルブや、空気の風量を調整する風量調整ダンパーなどの弁体を電動制御する装置である。以下では、図1に示すように、流量制御バルブの弁本体20に電動アクチュエータ10を取り付けた場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、風量調整ダンパーなど、電動制御可能な弁体を有する他の機器に取り付けた場合にも、同様にして適用可能である。 The electric actuator 10 is, for example, a device for electrically controlling a valve body such as a flow rate control valve that controls the flow rate of hot and cold water flowing through a pipe or an air volume adjustment damper that adjusts the air volume in equipment such as an air conditioning system. . In the following, as shown in FIG. 1, the case where the electric actuator 10 is attached to the valve body 20 of the flow control valve will be described as an example. It can be applied in the same way when it is attached to other equipment having a valve body.

[弁本体]
弁本体20は、流体が流れる流路21が内部に形成された金属管からなり、流路21の途中には流体の流量を制御するための弁体22が回動自在に取り付けられている。弁体22には、弁本体20の外部へ一端が導出された弁軸26が結合されており、この弁軸26の回動操作により弁体22が回動し、流路21の断面積、すなわち弁開度が変化して、流体の流量が制御される。
[Valve body]
The valve body 20 is made of a metal tube in which a flow path 21 through which fluid flows is formed. A valve shaft 26 having one end led out of the valve main body 20 is connected to the valve body 22. By rotating the valve shaft 26, the valve body 22 rotates, and the cross-sectional area of the flow path 21 increases. That is, the valve opening degree is changed to control the flow rate of the fluid.

流路21の内壁23のうち、弁体22の一次側(流体上流側)には圧力センサS1が配置されており、弁体22の二次側(流体下流側)には圧力センサS2が配置されている。これら圧力センサS1,S2は、それぞれ流路21の一次側圧力P1および二次側圧力P2を検出し、得られた検出結果を示す圧力検出信号を電動アクチュエータ10へ出力する。これら一次側圧力P1および二次側圧力P2と、弁開度に相当する出力側開度θaからなる開度現在値θとに基づいて流路21を流れる流体の流量が計測される。 A pressure sensor S1 is arranged on the primary side (fluid upstream side) of the valve element 22 in the inner wall 23 of the flow path 21, and a pressure sensor S2 is arranged on the secondary side (fluid downstream side) of the valve element 22. It is These pressure sensors S<b>1 and S<b>2 detect the primary side pressure P<b>1 and the secondary side pressure P<b>2 of the flow path 21 , respectively, and output pressure detection signals indicating the obtained detection results to the electric actuator 10 . The flow rate of the fluid flowing through the flow path 21 is measured based on the primary side pressure P1, the secondary side pressure P2, and the current opening value θ, which is the output side opening θa corresponding to the valve opening.

[電動アクチュエータ]
電動アクチュエータ10は、ヨーク31を介して弁本体20の本体上面24に取り付けられており、継手30を介して弁軸26と接続されている出力軸16を回動制御することにより、弁体22の弁開度を制御して、流体の流量制御を行う機能を有している。
電動アクチュエータ10には、主な構成として、設定回路11、モータ駆動回路12、モータ13、動力伝達部14、リターンスプリング15、出力軸16、出力側角度センサ17A、弁側角度センサ17V、記憶回路18、および制御回路19が設けられている。
[Electric actuator]
The electric actuator 10 is attached to the main body upper surface 24 of the valve body 20 via the yoke 31 , and controls the rotation of the output shaft 16 connected to the valve shaft 26 via the joint 30 to rotate the valve body 22 . It has a function of controlling the flow rate of the fluid by controlling the opening degree of the valve.
The main components of the electric actuator 10 include a setting circuit 11, a motor drive circuit 12, a motor 13, a power transmission section 14, a return spring 15, an output shaft 16, an output side angle sensor 17A, a valve side angle sensor 17V, and a memory circuit. 18 and a control circuit 19 are provided.

設定回路11は、上位装置(図示せず)から受信した流量目標信号などの設定信号に含まれる、流量目標値Qrefなどの設定値を取得し、制御回路19へ出力する機能を有している。
モータ駆動回路12は、制御回路19から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ13を駆動する機能を有している。
The setting circuit 11 has a function of acquiring a set value such as a flow rate target value Qref included in a setting signal such as a flow rate target signal received from a host device (not shown) and outputting the set value to the control circuit 19. .
The motor drive circuit 12 has a function of driving the motor 13 based on the motor control signal output from the control circuit 19 .

モータ13は、DCモータ、ACモータ、ステッピングモータなどの制御用モータからなり、モータ駆動回路12からの駆動信号により、指定された方向へ指定された角度分だけシャフト13Aを回転させる機能と、外部からの電動アクチュエータ10に対する電源供給の有無に応じてディテントルクの発生有無を切り替えるのためのクラッチ機能とを有している。
動力伝達部14は、歯数の異なる複数の歯車が噛合されたギヤボックスなどの動力伝達機構からなり、モータ13のシャフト13Aの回転速度を減速して出力軸16を回動させる機能を有している。
The motor 13 is a control motor such as a DC motor, an AC motor, or a stepping motor. and a clutch function for switching whether or not detent torque is generated depending on whether or not power is supplied to the electric actuator 10 from.
The power transmission unit 14 is composed of a power transmission mechanism such as a gearbox in which a plurality of gears having different numbers of teeth are meshed, and has a function of reducing the rotational speed of the shaft 13A of the motor 13 to rotate the output shaft 16. ing.

これにより、制御回路19から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ駆動回路12から駆動信号がモータ13に出力される。また、この駆動信号に応じてモータ13のシャフト13Aが回転し、その回転出力が動力伝達部14で減速されて出力軸16を回動させ、継手30および弁軸26を介して弁体22が所定の回動角度すなわち弁開度まで回動することになる。 As a result, the drive signal is output from the motor drive circuit 12 to the motor 13 based on the motor control signal output from the control circuit 19 . In response to this drive signal, the shaft 13A of the motor 13 rotates, the rotational output of which is decelerated by the power transmission section 14 to rotate the output shaft 16, and the valve body 22 moves through the joint 30 and the valve shaft 26. It rotates to a predetermined rotation angle, that is, the valve opening degree.

リターンスプリング15は、一般的なコイルバネからなり、出力軸16に取り付けられて、電源遮断時に動力伝達部14でモータ13のシャフト13Aから解放された出力軸16を、自己の復帰力で所定の開度位置まで戻すスプリングである。
出力軸16は、継手30および弁軸26を介して弁体22と連結されて、弁体22を回動するための軸である。
The return spring 15 consists of a general coil spring, and is attached to the output shaft 16. When the power is cut off, the output shaft 16, which is released from the shaft 13A of the motor 13 by the power transmission section 14, is opened by its own restoring force. It is a spring that returns to the degree position.
The output shaft 16 is a shaft that is connected to the valve body 22 via a joint 30 and a valve shaft 26 to rotate the valve body 22 .

出力側角度センサ17Aは、動力伝達部14または出力軸16に取り付けられて、出力軸16の回動角度を検出し、回動角度に応じた出力側センサ出力値Saを制御回路19へ出力する角度センサである。
以下では、出力側角度センサ17Aとしては、例えば円形差動トランス型角度センサ(特許文献2)や磁気抵抗型角度センサ(特許文献3)を用いた場合を例として説明する。本発明は、これら特許文献2および特許文献3に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、出力側角度センサ17Aは、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを出力側角度センサ17Aとして用いてもよい。
The output side angle sensor 17A is attached to the power transmission portion 14 or the output shaft 16, detects the rotation angle of the output shaft 16, and outputs the output side sensor output value Sa according to the rotation angle to the control circuit 19. It is an angle sensor.
In the following, a case where, for example, a circular differential transformer type angle sensor (Patent Document 2) or a magnetoresistive type angle sensor (Patent Document 3) is used as the output side angle sensor 17A will be described as an example. The present invention includes all the contents described in these Patent Documents 2 and 3. Note that the output angle sensor 17A is not limited to this, and a sensor capable of measuring a rotation angle, such as a potentiometer, incremental encoder, or absolute encoder, may be used as the output angle sensor 17A.

弁側角度センサ17Vは、弁本体20の外側である本体上面24に取り付けられて、弁体22付近の弁軸26の回動角度を検出し、回動角度に応じた弁側センサ出力値Svを電動アクチュエータ10へ出力する角度センサである。弁側角度センサ17Vは、断熱材を介して弁本体20に取り付けられており、流体温度の影響が抑制されている。
また、弁側角度センサ17Vには温度センサS3が取り付けられており、温度センサS3で検出された検出温度Txに基づいて、弁側角度センサ17Vの弁側開度θvが開度現在値θに温度補正される。なお、弁側開度θvの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ17Vのセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。
The valve-side angle sensor 17V is attached to the body upper surface 24 outside the valve body 20, detects the rotation angle of the valve shaft 26 in the vicinity of the valve body 22, and outputs the valve-side sensor output value Sv corresponding to the rotation angle. to the electric actuator 10 . The valve-side angle sensor 17V is attached to the valve main body 20 via a heat insulating material, and the influence of the fluid temperature is suppressed.
A temperature sensor S3 is attached to the valve-side angle sensor 17V, and based on the detected temperature Tx detected by the temperature sensor S3, the valve-side opening θv of the valve-side angle sensor 17V changes to the current opening value θ. Temperature compensated. Note that the temperature correction of the valve-side opening degree θv is not essential in this embodiment, and the temperature correction can be omitted if the sensor output of the valve-side angle sensor 17V is not affected by the ambient temperature.

以下では、弁側角度センサ17Vとしては、例えば円形差動トランス型角度センサ(特許文献2)や磁気抵抗型角度センサ(特許文献3)を用いた場合を例として説明する。本発明は、これら特許文献2および特許文献3に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、弁側角度センサ17Vは、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを弁側角度センサ17Vとして用いてもよい。 In the following description, as the valve-side angle sensor 17V, for example, a circular differential transformer angle sensor (Patent Document 2) or a magnetoresistive angle sensor (Patent Document 3) is used. The present invention includes all the contents described in these Patent Documents 2 and 3. The valve-side angle sensor 17V is not limited to this, and a potentiometer, incremental encoder, absolute encoder, or other sensor capable of measuring a rotation angle may be used as the valve-side angle sensor 17V.

また、図1において破線で示すように、弁側角度センサ17Vの取付位置は、本体上面24に代えて弁本体20の本体底面25であってもよい。
弁体22を弁本体20内の流路21に回動自在に取り付ける際、内壁23の上側部と下側部とで弁軸26を係止している。このため、弁軸26の下端を本体底面25から弁本体20の外部へ導出することが可能であり、弁本体20の外側へ導出した弁軸26の下端の回動角度を弁側角度センサ17Vで検出すればよい。
1, the mounting position of the valve-side angle sensor 17V may be the bottom surface 25 of the valve body 20 instead of the top surface 24 of the valve body.
When the valve body 22 is rotatably attached to the flow path 21 in the valve main body 20 , the upper and lower portions of the inner wall 23 engage the valve shaft 26 . Therefore, the lower end of the valve shaft 26 can be led out of the valve body 20 from the bottom surface 25 of the valve body 25, and the rotation angle of the lower end of the valve shaft 26 led out of the valve body 20 is detected by the valve side angle sensor 17V. should be detected by

記憶回路18は、不揮発性の半導体メモリからなり、流量現在値Qの計算に用いる弁体22に固有の流量係数Cvを特定するための特性テーブルなど、流量制御や劣化指標計算に用いる各種の処理データを記憶する機能を有している。この特性テーブルには、流路21の一次側圧力P1および二次側圧力P2の差圧ΔP=P1-P2と弁体22の開度現在値θとの組み合わせごとに、弁体22に固有の流量係数Cvが予め登録されている。これら特性テーブルの各データは、形状や材質などの弁体22の特徴に基づいて別途計算されたものである。 The storage circuit 18 consists of a non-volatile semiconductor memory, and stores various processes used for flow rate control and deterioration index calculation, such as a characteristic table for specifying the flow rate coefficient Cv unique to the valve body 22 used for calculating the current flow rate value Q. It has the function of storing data. In this characteristic table, for each combination of the differential pressure ΔP=P1−P2 between the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 of the flow path 21 and the current opening value θ of the valve body 22, A flow coefficient Cv is registered in advance. Each data of these characteristic tables is separately calculated based on the characteristics of the valve body 22 such as shape and material.

制御回路19は、CPUとその周辺回路を有し、CPUとプログラムとを協働させることにより、流量制御や劣化指標計算のため処理を実行する各種の処理部を実現する機能を有している。
制御回路19は、主な処理部として、開度制御部19Aと劣化指標処理部19Bとを備えている。
The control circuit 19 has a CPU and its peripheral circuits, and has the function of realizing various processing units that execute processing for flow rate control and deterioration index calculation by cooperating the CPU and programs. .
The control circuit 19 includes an opening control section 19A and a deterioration index processing section 19B as main processing sections.

開度制御部19Aは、圧力センサS1,S2から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力P1および二次側圧力P2と開度現在値θとに基づいて、流路21を流れる流体の流量現在値Qを計算する機能と、この流量現在値Qと流量目標値Qrefとの流量偏差ΔQに基づいて、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力することにより、弁体22の弁開度を調整して流量現在値Qを制御する機能と、劣化指標計算時、任意の制御開度例えば、予め設定されている互いに異なる第1の制御開度θ1および第2の制御開度θ2へ、出力軸16を回動する機能とを有している。 The opening controller 19A controls the flow rate of the fluid flowing through the flow path 21 based on the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 indicated by the pressure detection signals output from the pressure sensors S1 and S2 and the current opening value θ. By outputting a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 based on the function of calculating the current flow rate Q and the flow rate deviation ΔQ between the current flow rate value Q and the target flow rate value Qref, the valve body 22 is opened. A function to control the flow rate current value Q by adjusting the degree and an arbitrary control opening degree when calculating the deterioration index, for example, to a first control opening degree θ1 and a second control opening degree θ2 that are preset and different from each other , and the function of rotating the output shaft 16 .

劣化指標処理部19Bは、出力軸16を互いに異なる第1の制御開度θ1および第2の制御開度θ2に回動した際にリターンスプリング15および弁体22に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和Twと、出力軸16を第2の制御開度θ2に回動した際にモータ13に生じたモータトルクTm2とに基づいて、動力伝達部14の劣化指標として、動力伝達部14の動力伝達トルクTdを計算する機能と、得られた動力伝達トルクTdと予め設定されている正常範囲Eとに基づいて、動力伝達部14の劣化状態を判定する機能とを有している。 The deterioration index processing unit 19B detects the spring torque and the valve body generated in the return spring 15 and the valve body 22 when the output shaft 16 is rotated to the first control opening degree θ1 and the second control opening degree θ2 which are different from each other. As a deterioration index of the power transmission unit 14, the power transmission unit 14, and a function of determining the deterioration state of the power transmission unit 14 based on the obtained power transmission torque Td and the preset normal range E. .

具体的には、劣化指標処理部19Bは、出力軸16をθ1およびθ2に回動した際に、リターンスプリング15および弁体22に生じた合成トルクTs+Tvに基づいて、トルク和Twを計算する機能と、θ1およびθ2の間における、出力軸16および弁体22の開度偏差に関する差分を示す開度偏差差分Δθdに基づいて、合成トルクTs+Tvを計算する機能と、出力軸16をθ1およびθ2に回動した際に、出力側角度センサ17Aおよび弁側角度センサ17Vで検出された出力側開度θa1およびθa2と弁側開度θv1およびθv2とに基づいて開度偏差差分Δθdを計算する機能とを有している。 Specifically, the deterioration index processing unit 19B has a function of calculating the torque sum Tw based on the combined torque Ts+Tv generated in the return spring 15 and the valve body 22 when the output shaft 16 is rotated to θ1 and θ2. and the opening degree deviation difference Δθd between θ1 and θ2, which indicates the difference in the opening degree deviation between the output shaft 16 and the valve body 22. A function of calculating an opening degree deviation difference Δθd based on the output side opening degrees θa1 and θa2 and the valve side opening degrees θv1 and θv2 detected by the output side angle sensor 17A and the valve side angle sensor 17V when rotating. have.

より具体的には、劣化指標処理部19Bは、出力軸16をθ1およびθ2に回動した際に、出力側角度センサ17Aで検出されたθa1,θa2の開度偏差θa2-θa1を示す出力側開度偏差Δθaを計算する機能と、弁側角度センサ17Vで検出されたθv1およびθv2の開度偏差θv2-θv1を示す弁側開度偏差Δθvとを計算する機能と、これらΔθaとΔθvとの差分Δθa-Δθvを開度偏差差分Δθdとして計算する機能とを有している。 More specifically, when the output shaft 16 is rotated to θ1 and θ2, the deterioration index processing unit 19B detects an output side angle deviation θa2−θa1 of θa1 and θa2 detected by the output side angle sensor 17A. A function of calculating the opening degree deviation Δθa, a function of calculating the valve side opening degree deviation Δθv indicating the opening degree deviation θv2−θv1 of θv1 and θv2 detected by the valve side angle sensor 17V, and a function of calculating the opening degree deviation Δθv of these Δθa and Δθv. It has a function of calculating the difference Δθa−Δθv as the opening deviation difference Δθd.

あるいは、劣化指標処理部19Bは、出力軸16をθ1に回動した際に、出力側角度センサ17Aで検出されたθa1と、弁側角度センサ17Vで検出されたθv1との開度偏差θa1-θv1を示す第1の開度偏差Δθav1を計算する機能と、出力軸16をθ2に回動した際に、出力側角度センサ17Aで検出されたθa2と、弁側角度センサ17Vで検出されたθv2との開度偏差θa2-θv2を示す第2の開度偏差Δθav2を計算する機能と、これらΔθav1とΔθav2との差分Δθav2-Δθav1を開度偏差差分Δθdとして計算する機能とを有している。 Alternatively, when the output shaft 16 is rotated to θ1, the deterioration index processing unit 19B detects an opening degree deviation θa1− θa2 detected by the output side angle sensor 17A and θv2 detected by the valve side angle sensor 17V when the output shaft 16 is rotated to θ2. and a function of calculating the difference Δθav2−Δθav1 between Δθav1 and Δθav2 as the opening degree deviation difference Δθd.

また、劣化指標処理部19Bは、第2の制御開度θ2でモータ13に流れるモータ電流に基づいてモータトルクTmを計算する機能と、モータトルクをTmとし、開度偏差差分をΔθdとし、弁体22に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および、電動アクチュエータ10と弁体22とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれG,Ip,およびLとした場合、動力伝達トルクTdを後述する式(3)で計算する機能とを備えている。なお、以下では、モータ電流に基づきモータトルクを計算する場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、他の手法でモータトルクを特定してもよい。 Further, the deterioration index processing unit 19B has a function of calculating the motor torque Tm based on the motor current flowing through the motor 13 at the second control opening θ2, the motor torque being Tm, the opening deviation difference being Δθd, and the valve When G, Ip, and L denote the transverse elastic modulus of the body 22, the polar moment of inertia of the area, and the axial lengths of the series of connecting shafts that connect the electric actuator 10 and the valve body 22, respectively, the power transmission torque Td is is calculated by equation (3) to be described later. In addition, although the case where the motor torque is calculated based on the motor current will be described below as an example, the present invention is not limited to this, and the motor torque may be specified by other methods.

本発明において、第1および第2の制御開度θ1,θ2は、開度制御部19Aが開度制御に用いる目標値であり、第1および第2の出力側開度θa1,θa2は、出力側角度センサ17Aで検出された出力軸16の回動角度を示す検出値であるものとする。また、第1および第2の弁側開度θv1,θv2は、弁側角度センサ17Vで検出された弁体22の回動角度を示す検出値であるものとする。なお、開度は全閉状態と全開状態との間を百分率で表した値であり、回動角度は開度を角度で表した値であるが、両者は一意に対応するものであり、本発明において、制御開度、出力側開度、あるいは弁側開度を、単に回動角度という場合もある。 In the present invention, the first and second control openings θ1 and θ2 are target values used for opening control by the opening control section 19A, and the first and second output side openings θa1 and θa2 are output It is assumed to be a detection value indicating the rotation angle of the output shaft 16 detected by the side angle sensor 17A. Also, the first and second valve-side opening degrees θv1 and θv2 are assumed to be detection values indicating the rotation angle of the valve element 22 detected by the valve-side angle sensor 17V. The degree of opening is a percentage value between the fully closed state and the fully open state, and the rotation angle is a value that expresses the degree of opening as an angle. In the invention, the control opening degree, the output side opening degree, or the valve side opening degree may be simply referred to as the rotation angle.

[流量制御動作]
次に、図2を参照して、弁側角度センサ17Vで検出した弁側開度θvを用いた、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ10の流量制御動作について説明する。図2は、流量制御処理を示すフローチャートである。
制御回路19は、流路21を流れる流体の流量を制御する場合、図2の流量制御処理を実行する。
[Flow rate control operation]
Next, with reference to FIG. 2, the flow control operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment using the valve-side opening degree θv detected by the valve-side angle sensor 17V will be described. FIG. 2 is a flow chart showing flow control processing.
When controlling the flow rate of the fluid flowing through the flow path 21, the control circuit 19 executes the flow rate control process of FIG.

図2の流量制御処理の開始時において、設定回路11には、予め流量目標値Qrefが設定されているものとする。また、記憶回路18には、弁体22に関する特性テーブルが予め登録されているものとする。
また、制御回路19内の記憶部(図示せず)には、弁側角度センサ17Vの弁側センサ出力値Svと弁体22の弁開度との対応関係の基準となる弁側出力基準値Ssが予め設定されているものとする。
It is assumed that the setting circuit 11 is preset with a flow rate target value Qref at the start of the flow rate control process of FIG. It is also assumed that a characteristic table relating to the valve body 22 is registered in advance in the storage circuit 18 .
A storage unit (not shown) in the control circuit 19 stores a valve-side output reference value that serves as a reference for the correspondence between the valve-side sensor output value Sv of the valve-side angle sensor 17V and the valve opening degree of the valve body 22. It is assumed that Ss is set in advance.

図3は、弁側センサ出力値と弁側開度との関係を示すグラフである。弁側角度センサ17Vとして用いられる、円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサは、弁軸26の中間位置角度すなわち50%開度を中心として、全閉方向および全開方向に対称となる弁側センサ出力値Svを出力する構造を有している。したがって、図3に示すように、弁側センサ出力値Svと弁側開度θvとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、50%開度を示す電圧値=0vを中心として、等しい電圧幅Ssだけ離れた電圧値-Ss,Ssとなる。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the valve-side sensor output value and the valve-side opening degree. The circular differential transformer type angle sensor and magnetoresistive type angle sensor used as the valve-side angle sensor 17V are symmetrical in the fully closed direction and the fully open direction centering on the intermediate position angle of the valve shaft 26, that is, the 50% opening degree. It has a structure that outputs the valve-side sensor output value Sv. Therefore, as shown in FIG. 3, the relationship between the valve-side sensor output value Sv and the valve-side opening degree θv is linearly proportional, and the voltage value indicating fully closed and fully opened is the voltage value indicating 50% opening=0v are the voltage values -Ss and Ss apart from each other by an equal voltage width Ss.

まず、開度制御部19Aは、弁側角度センサ17Vから弁側センサ出力値Svを取得し(ステップS100)、予め設定されている弁側出力基準値Ssに基づいて、Svから度現在値θ(弁側開度θv)=50×(1+Sv/Ss)[%]を計算する(ステップS101)。 First, the opening control unit 19A acquires the valve-side sensor output value Sv from the valve-side angle sensor 17V (step S100), and based on the preset valve-side output reference value Ss, the opening degree control unit 19A obtains the current value θ from Sv. (Valve side opening θv)=50×(1+Sv/Ss) [%] is calculated (step S101).

この際、弁側角度センサ17Vに取り付けられた温度センサS3で検出された検出温度Txに基づいて、弁側角度センサ17Vの開度現在値θ(弁側開度θv)が温度補正される。なお、度現在値θの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ17Vのセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。 At this time, the current opening value θ of the valve-side angle sensor 17V (valve-side opening θv) is temperature-corrected based on the detected temperature Tx detected by the temperature sensor S3 attached to the valve-side angle sensor 17V. Note that the temperature correction of the current value θ is not essential in this embodiment, and the temperature correction can be omitted if the sensor output of the valve-side angle sensor 17V is not affected by the ambient temperature.

次に、開度制御部19Aは、圧力センサS1,S2から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力P1および二次側圧力P2を取得し(ステップS102)、これらP1,P2の差圧ΔP=P1-P2を計算する(ステップS103)。
続いて、開度制御部19Aは、差圧ΔPと開度現在値θに対応する流量係数Cvを記憶回路18の特性テーブルから取得し(ステップS104)、流量係数Cvと差圧ΔPに基づいて、流路21を流れる流体の流量現在値Qを計算する(ステップS105)。この際、流路21の口径などによって定まる定数をAとした場合、流量現在値Qは、Q=A・Cv・(ΔP)1/2で求められる。
Next, the opening degree control unit 19A acquires the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 indicated by the pressure detection signals output from the pressure sensors S1 and S2 (step S102). =P1-P2 is calculated (step S103).
Subsequently, the opening control unit 19A acquires the flow coefficient Cv corresponding to the differential pressure ΔP and the current opening value θ from the characteristic table of the storage circuit 18 (step S104), and based on the flow coefficient Cv and the differential pressure ΔP , the current flow rate Q of the fluid flowing through the flow path 21 is calculated (step S105). At this time, if A is a constant determined by the diameter of the flow path 21, etc., the current flow rate Q is obtained by Q=A.Cv.(.DELTA.P).sup.1/ 2 .

この後、開度制御部19Aは、QとQrefの流量偏差ΔQ=Q-Qrefを計算し(ステップS106)、ΔQとゼロとを比較する(ステップS107)。
ここで、ΔQがゼロと等しくΔQ=0である場合(ステップS107:ΔQ=0)、開度制御部19Aは、弁開度を変更することはないが、流量目標値Qrefが変更にならなくても、管路の状態により流量現在値Qが変化するため、ステップS100に戻る。
After that, the opening controller 19A calculates the flow rate deviation ΔQ=Q−Qref between Q and Qref (step S106), and compares ΔQ with zero (step S107).
Here, when ΔQ is equal to zero and ΔQ=0 (step S107: ΔQ=0), the opening degree control unit 19A does not change the valve opening degree, but the flow rate target value Qref does not change. However, since the current flow rate Q changes depending on the state of the pipeline, the process returns to step S100.

一方、ΔQがゼロより小さくΔQ<0である場合(ステップS107:ΔQ<0)、開度制御部19Aは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力することにより、モータ13をΔQに相当する弁開度分だけ開方向に駆動し(ステップS108)、ステップS100に戻る。
また、ΔQがゼロより大きくΔQ>0である場合(ステップS107:ΔQ>0)、開度制御部19Aは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力することにより、モータ13をΔQに相当する弁開度分だけ閉方向に駆動し(ステップS109)、ステップS100に戻る。
On the other hand, when ΔQ is smaller than zero and ΔQ<0 (step S107: ΔQ<0), the opening control unit 19A outputs a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 to set the motor 13 to ΔQ. The valve is driven in the opening direction by the corresponding valve opening degree (step S108), and the process returns to step S100.
Further, when ΔQ is greater than zero and ΔQ>0 (step S107: ΔQ>0), the opening controller 19A outputs a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 to set the motor 13 to ΔQ. The valve is driven in the closing direction by the corresponding valve opening degree (step S109), and the process returns to step S100.

以上では、図2を参照して、弁側角度センサ17Vで検出した弁側開度θvを用いた流量制御動作について説明したが、弁側開度θvに代えて出力側角度センサ17Aで検出した出力側開度θaを用いて、流量制御動作を実行してもよい。 In the above, the flow rate control operation using the valve-side opening θv detected by the valve-side angle sensor 17V was described with reference to FIG. A flow rate control operation may be performed using the output side opening θa.

具体的には、図2のステップS100-S101において、出力側角度センサ17Aから出力側センサ出力値Saを取得し(ステップS100)、予め設定されている出力側出力基準値Sbに基づいて、Saから度現在値θ(出力側開度θa)=50×(1+Sa/Sb)[%]を計算する(ステップS101)。なお、制御回路19内の記憶部(図示せず)には、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saと弁体22の弁開度との対応関係の基準となる出力側出力基準値Sbが予め設定されているものとする。 Specifically, in steps S100-S101 of FIG. 2, the output side sensor output value Sa is obtained from the output side angle sensor 17A (step S100), and based on the preset output side output reference value Sb, Sa current value θ (output side opening θa)=50×(1+Sa/Sb) [%] is calculated (step S101). Note that an output-side output reference value serving as a reference for the correspondence relationship between the output-side sensor output value Sa of the output-side angle sensor 17A and the valve opening degree of the valve body 22 is stored in a storage unit (not shown) in the control circuit 19. It is assumed that Sb is set in advance.

出力側出力基準値Sbは、弁側出力基準値Ssに代えて用いられるものである。出力側角度センサ17Aとして、円形差動トランス型角度センサや磁気抵抗型角度センサを用いた場合、前述した図3と同様に、出力側センサ出力値Saと出力側開度θaとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、50%開度を示す電圧値=0vを中心として、等しい電圧幅Sbだけ離れた電圧値-Sb,Sbとなる。
図2におけるこのほかのステップについては、前述と同様であり、ここでの説明は省略する。
The output-side output reference value Sb is used instead of the valve-side output reference value Ss. When a circular differential transformer type angle sensor or a magnetic resistance type angle sensor is used as the output side angle sensor 17A, the relationship between the output side sensor output value Sa and the output side opening θa is linear, as in FIG. In addition to being proportional, the voltage values indicating fully closed and fully open are voltage values −Sb, Sb separated by an equal voltage width Sb centering on the voltage value indicating 50% opening=0v.
Other steps in FIG. 2 are the same as described above, and descriptions thereof are omitted here.

[劣化指標処理動作]
次に、図4および図5を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ10の劣化指標処理動作について説明する。図4は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。図5は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
[Deterioration index processing operation]
Next, the deterioration index processing operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. FIG. 4 is a flowchart showing deterioration index processing according to the first embodiment. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the deterioration index processing operation according to the first embodiment.

制御回路19は、動力伝達部14の劣化指標を計算する際、図4の劣化指標処理を実行する。なお、図5に示すように、劣化指標計算時に出力軸16を回動する第1および第2の制御開度θ1,θ2は、予め設定されているものとし、この例ではθa1<θa2とする。 When calculating the deterioration index of the power transmission unit 14, the control circuit 19 executes the deterioration index processing of FIG. As shown in FIG. 5, the first and second control openings θ1 and θ2 for rotating the output shaft 16 when calculating the deterioration index are set in advance, and in this example, θa1<θa2. .

まず、開度制御部19Aは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力することによりモータ13を駆動して、出力軸16を制御開度θ1まで回動して保持する(ステップS150)。
次に、劣化指標処理部19Bは、出力軸16が制御開度θ1で保持されている状態で、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saから得られた出力側開度θa1を取得するとともに、弁側角度センサ17Vの弁側センサ出力値Svから得られた弁側開度θv1を取得する(ステップS151)。
First, the opening controller 19A drives the motor 13 by outputting a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12, and rotates the output shaft 16 to the control opening θ1 and holds it (step S150). .
Next, the deterioration index processor 19B acquires the output side opening θa1 obtained from the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A while the output shaft 16 is held at the control opening θ1. At the same time, the valve-side opening degree θv1 obtained from the valve-side sensor output value Sv of the valve-side angle sensor 17V is acquired (step S151).

この後、開度制御部19Aは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力することによりモータ13を駆動して、制御開度θ1から制御開度θ2側へ出力軸16の回動を開始する(ステップS152)。
次に、劣化指標処理部19Bは、出力軸16が制御開度θ2を通過した時点で、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saから得られた出力側開度θa2を取得するとともに、弁側角度センサ17Vの弁側センサ出力値Svから得られた弁側開度θv2を取得し(ステップS153)、モータ13に流れているモータ電流に基づいてモータトルクTm2を取得する(ステップS154)。
Thereafter, the opening controller 19A drives the motor 13 by outputting a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 to rotate the output shaft 16 from the control opening θ1 to the control opening θ2. start (step S152).
Next, when the output shaft 16 passes through the control opening θ2, the deterioration index processing unit 19B acquires the output opening θa2 obtained from the output sensor output value Sa of the output angle sensor 17A. The valve-side opening degree θv2 obtained from the valve-side sensor output value Sv of the valve-side angle sensor 17V is obtained (step S153), and the motor torque Tm2 is obtained based on the motor current flowing through the motor 13 (step S154). .

続いて、劣化指標処理部19Bは、出力側センサ出力値Saから得られた出力側開度θa1と出力側開度θa2との差分に基づいて、出力側開度偏差Δθa(=θa2-θa1)を計算するとともに(ステップS155)、弁側センサ出力値Svから得られた弁側開度θv1と弁側開度θv2との差分に基づいて、弁側開度偏差Δθv(=θv2-θv1)を計算する(ステップS156)。 Subsequently, the deterioration index processing unit 19B calculates the output side opening deviation Δθa (=θa2−θa1) based on the difference between the output side opening θa1 and the output side opening θa2 obtained from the output side sensor output value Sa. is calculated (step S155), and based on the difference between the valve-side opening degree θv1 and the valve-side opening degree θv2 obtained from the valve-side sensor output value Sv, the valve-side opening degree deviation Δθv (= θv2 - θv1) is calculated. Calculate (step S156).

この後、劣化指標処理部19Bは、出力側開度偏差Δθaと弁側開度偏差Δθvの差分に基づいて、開度偏差差分Δθd(=Δθa-Δθv)を計算し(ステップS157)、開度偏差差分Δθdと、弁体22に関する横弾性係数G、断面二次極モーメントIp、および電動アクチュエータ10と弁体22とを連結する一連の連結軸の長さを示す軸長Lとに基づいて、トルク和Twを計算し(ステップS158)、モータトルクTm2とトルク和Twとに基づいて動力伝達トルクTdを計算する(ステップS159)。 Thereafter, the deterioration index processing unit 19B calculates an opening degree deviation difference Δθd (=Δθa−Δθv) based on the difference between the output side opening degree deviation Δθa and the valve side opening degree deviation Δθv (step S157). Based on the deviation difference Δθd, the lateral elastic modulus G, the polar moment of inertia Ip relating to the valve body 22, and the axial length L indicating the length of a series of connecting shafts connecting the electric actuator 10 and the valve body 22, A torque sum Tw is calculated (step S158), and a power transmission torque Td is calculated based on the motor torque Tm2 and the torque sum Tw (step S159).

通常、出力軸16が回動している場合、モータ13、動力伝達部14、リターンスプリング15、および弁体22で発生するそれぞれのトルクは、互いにつりあった状態にあり、これらトルクの総和はゼロとなる。図5に示すように、例えば、任意の制御開度θにおけるモータ13のモータトルクをTm2とし、リターンスプリング15のスプリングトルクをTs2とし、動力伝達部14における動力伝達トルクをTdとし、弁体22の弁体トルクをTvとした場合、任意の制御開度θにおけるこれらトルクのつり合いは、次の式(1)で表される。 Normally, when the output shaft 16 is rotating, the torques generated by the motor 13, the power transmission section 14, the return spring 15, and the valve body 22 are in balance with each other, and the sum of these torques is zero. becomes. As shown in FIG. 5, for example, the motor torque of the motor 13 at an arbitrary control opening θ is Tm2, the spring torque of the return spring 15 is Ts2, the power transmission torque in the power transmission unit 14 is Td, and the valve body 22 , the balance of these torques at an arbitrary control opening θ is expressed by the following equation (1).

Figure 0007197385000001
Figure 0007197385000001

一方、弁体22に対して流体の負荷がかかっている場合、出力軸16、継手30、弁軸26からなる一連の連結軸を介して接続されている、リターンスプリング15と弁体22に対してねじれが生じ、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saから得られる出力側開度θaと、弁側角度センサ17Vの弁側センサ出力値Svから得られた弁側開度θvとの間に相違(ズレ)が生じる。 On the other hand, when a fluid load is applied to the valve body 22, the return spring 15 and the valve body 22, which are connected via a series of connecting shafts including the output shaft 16, the joint 30, and the valve shaft 26, A twist occurs between the output-side opening θa obtained from the output-side sensor output value Sa of the output-side angle sensor 17A and the valve-side opening θv obtained from the valve-side sensor output value Sv of the valve-side angle sensor 17V. There is a discrepancy between them.

制御開度θ1,θ2間における、出力側開度偏差Δθa(=θa2-θa1)と弁側開度偏差Δθv(=θv2-θv1)との差分(=Δθa-Δθv)を開度偏差差分Δθdとし、弁体22に関する横弾性係数をGとし、断面二次極モーメントをIpとし、上記連結軸の長さを示す軸長をLとした場合、リターンスプリング15と弁体22とのトルク和Tw、すなわち合成トルクTs2+Tvは、次の式(2)で表される。 Between the control openings θ1 and θ2, the difference between the output side opening deviation Δθa (= θa2 - θa1) and the valve side opening deviation Δθv (= θv2 - θv1) is defined as the opening deviation difference Δθd. , where G is the transverse elastic modulus of the valve body 22, Ip is the polar moment of area, and L is the axial length indicating the length of the connecting shaft, the sum of the torques of the return spring 15 and the valve body 22 is Tw, That is, the combined torque Ts2+Tv is represented by the following equation (2).

Figure 0007197385000002
Figure 0007197385000002

したがって、これら式(1)および式(2)に基づいて、動力伝達トルクTdは、次の式(3)で表される。これにより、動力伝達トルクTdは、開度偏差差分ΔθdとモータトルクTm2とから計算できることが分かる。 Therefore, based on these formulas (1) and (2), the power transmission torque Td is expressed by the following formula (3). Thus, it can be seen that the power transmission torque Td can be calculated from the opening deviation difference Δθd and the motor torque Tm2.

Figure 0007197385000003
Figure 0007197385000003

この後、劣化指標処理部19Bは、得られた動力伝達トルクTdと予め設定されている動力伝達トルクTdの正常範囲Eとを比較し(ステップS160)、動力伝達トルクTdが正常範囲E内である場合には(ステップS160:YES)、動力伝達部14の劣化状態は正常であると判定し(ステップS161)、一連の劣化指標処理を終了する。正常範囲Eについては、動力伝達部14の設計時に算出した、動力伝達トルクTdの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。 After that, the deterioration index processing unit 19B compares the obtained power transmission torque Td with a preset normal range E of the power transmission torque Td (step S160). If there is (step S160: YES), it is determined that the deterioration state of the power transmission unit 14 is normal (step S161), and the series of deterioration index processing ends. The normal range E may be determined based on the initial value and allowable range of the power transmission torque Td calculated when the power transmission section 14 is designed.

一方、動力伝達トルクTdが正常範囲E外である場合には(ステップS160:NO)、動力伝達部14の劣化状態は異常であると判定し(ステップS162)、一連の劣化指標処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、劣化指標処理部19BがLCDやLEDを用いた表示部(図示せず)でアラーム表示してもよく、データ通信により上位装置へ通知してもよい。 On the other hand, when the power transmission torque Td is outside the normal range E (step S160: NO), it is determined that the deterioration state of the power transmission unit 14 is abnormal (step S162), and the series of deterioration index processing is terminated. . The deterioration index processing unit 19B may display an alarm on the obtained deterioration state determination result on a display unit (not shown) using an LCD or LED, or may notify the higher-level device of the deterioration state determination result by data communication.

この際、劣化指標処理部19Bが、動力伝達トルクTdの経時変化を定期的に計算し、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。さらには、劣化指標処理部19Bが、計算した動力伝達トルクTdを記憶回路18に時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来の動力伝達トルクTdの推定値Td’を推定し、推定値Td’が正常範囲Eから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、動力伝達部14の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。 At this time, the deterioration index processing unit 19B may periodically calculate the temporal change of the power transmission torque Td and sequentially notify the higher-level device of the change by data communication. Furthermore, the deterioration index processing unit 19B sequentially stores the calculated power transmission torque Td in the storage circuit 18 as time-series data, and estimates the future power transmission torque Td based on the approximation function generated from this time-series data. The value Td' may be estimated, and the timing at which the estimated value Td' departs from the normal range E may be predicted as a point of caution. This makes it possible to predict when the power transmission unit 14 will deteriorate, that is, when it should be replaced.

図4および図5では、出力側開度偏差Δθaと弁側開度偏差Δθvとに基づいて、開度偏差差分Δθdを計算する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、制御開度θ1,θ2における、出力側開度θa1,θa2と弁側開度θv1,θv2との偏差、すなわち開度偏差Δθav1,Δθav2に基づいて、開度偏差差分Δθdを計算してもよい。 4 and 5, the case where the opening degree deviation difference Δθd is calculated based on the output side opening degree deviation Δθa and the valve side opening degree deviation Δθv has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the opening degree deviation difference Δθd can be calculated based on the deviation between the output side opening degrees θa1 and θa2 and the valve side opening degrees θv1 and θv2 in the control opening degrees θ1 and θ2, that is, the opening degree deviations Δθav1 and Δθav2. good.

図6は、第1の実施の形態にかかる劣化指標処理動作の他例を示す説明図である。この例では、制御開度θ1,θ2に出力軸16を回動して、出力側開度θa1,θa2と弁側開度θv1,θv2とを取得して、それぞれの開度偏差Δθav1(=θa1-θv1:第1の開度偏差),Δθav2(=θa2-θv2:第2の開度偏差)を計算し、これら開度偏差Δθav1,Δθav2に基づいて、開度偏差差分Δθd(=θav2-θav1)を計算してもよい。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing another example of the deterioration index processing operation according to the first embodiment. In this example, the output shaft 16 is rotated to the control opening degrees θ1 and θ2, the output side opening degrees θa1 and θa2 and the valve side opening degrees θv1 and θv2 are obtained, and the respective opening degree deviations Δθav1 (=θa1 −θv1: first opening deviation) and Δθav2 (=θa2−θv2: second opening deviation), and based on these opening deviations Δθav1 and Δθav2, the opening deviation difference Δθd (=θav2−θav1 ) can be calculated.

[第1の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、開度制御部19Aが、モータ13を駆動制御して、任意の制御開度θへ出力軸16を回動し、劣化指標処理部19Bが、出力軸16を第1および第2の制御開度θ1,θ2に回動した際に、リターンスプリング15および弁体22に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和Twと、出力軸16を第2の制御開度θ2に回動した際にモータ13に生じたモータトルクTm2とに基づいて、動力伝達部14の劣化指標として、動力伝達部14の動力伝達トルクTdを計算するようにしたものである。
[Effects of the first embodiment]
Thus, in the present embodiment, the opening controller 19A drives and controls the motor 13 to rotate the output shaft 16 to an arbitrary control opening θ, and the deterioration index processor 19B controls the output shaft 16 to the first and second control opening degrees θ1 and θ2, the torque sum Tw of the spring torque and the valve body torque generated in the return spring 15 and the valve body 22, and the output shaft 16 to the second The power transmission torque Td of the power transmission unit 14 is calculated as a deterioration index of the power transmission unit 14 based on the motor torque Tm2 generated in the motor 13 when it rotates to the control opening θ2 of be.

電動アクチュエータ10が、保証期間を超えて長期にわたり使用された場合、動力伝達部14が劣化して故障や経年変化などにより設計当初の動力伝達トルクTdが得られない場合も考えられる。設計当初の動力伝達トルクTdが得られない場合、操作端を精度よく開閉制御できなくなったり、電源供給遮断時、リターンスプリング15の復帰力により、出力軸16を全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで確実に戻せなくなったりする可能性がある。このため、動力伝達部14の劣化状態を把握しておくことが重要となる。 If the electric actuator 10 is used for a long period of time beyond the warranty period, the power transmission unit 14 may deteriorate, and the power transmission torque Td originally designed may not be obtained due to failure or aging. If the initial design power transmission torque Td cannot be obtained, the operating end cannot be controlled to open and close with high accuracy, or if the power supply is interrupted, the return force of the return spring 15 will move the output shaft 16 to a predetermined position such as the fully closed position or the fully open position. There is a possibility that it may not be possible to reliably return to the rotation position of . Therefore, it is important to grasp the deterioration state of the power transmission section 14 .

本実施の形態によれば、動力伝達部14の劣化指標として、動力伝達部14の動力伝達トルクTdを容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、動力伝達部14の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、出力側角度センサ17A、弁側角度センサ17V、制御回路19など、電動アクチュエータ10の既存構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータ10の信頼性を高めることが可能となる。 According to the present embodiment, since the power transmission torque Td of the power transmission unit 14 can be easily grasped as the deterioration index of the power transmission unit 14, the power transmission torque Td of the power transmission unit 14 can be determined according to the deviation from the initial design value. The state of deterioration can be easily grasped. Therefore, when the range of divergence increases and the deterioration progresses, appropriate countermeasures can be taken before a failure occurs, and extremely effective predictive maintenance can be realized. This makes it possible to provide a certain level of reliability even when long-term use beyond the warranty period is assumed. In addition, the deterioration index can be easily calculated using the existing configuration of the electric actuator 10, such as the output side angle sensor 17A, the valve side angle sensor 17V, the control circuit 19, etc., without increasing the circuit scale and product cost. , the reliability of the electric actuator 10 can be enhanced.

また、動力伝達トルクTdの経時変化を、劣化指標処理部19Bや上位装置でモニタすることにより、動力伝達部14の劣化時期すなわち交換時期を予測でき、電動アクチュエータ10、バルブ、ダンパなどの予知保全に極めて有用である。また、劣化指標計算時には、弁体22の開度が一時的に変化するものの、その所要時間は、出力側角度センサ17Aおよび弁側角度センサ17Vで開度を検出するという、極めて短い時間で済むため、アプリケーションによっては、通常の運転動作中であっても劣化指標計算を行うことができる。したがって、劣化指標処理動作を定期的に実行することにより、動力伝達部14の劣化状態の変化をいち早く検出でき、迅速な対応をとることが可能となる。
また、本実施の形態によれば、後述する第2の実施の形態のように、動力伝達トルクTdを求める際に、リターンスプリング15のばね定数kを必要としない。このため、ばね定数kの経年変化の影響を受けない動力伝達トルクTdを得ることができる。
In addition, by monitoring the change over time of the power transmission torque Td with the deterioration index processing unit 19B or a host device, the deterioration time of the power transmission unit 14, that is, the replacement time, can be predicted, and the predictive maintenance of the electric actuator 10, valves, dampers, etc. can be performed. very useful for Further, although the degree of opening of the valve body 22 temporarily changes during the deterioration index calculation, the required time is extremely short as the degree of opening is detected by the output-side angle sensor 17A and the valve-side angle sensor 17V. Therefore, depending on the application, the deterioration index calculation can be performed even during normal driving operation. Therefore, by periodically executing the deterioration index processing operation, it is possible to quickly detect a change in the deterioration state of the power transmission unit 14 and take prompt action.
Moreover, according to the present embodiment, the spring constant k of the return spring 15 is not required when obtaining the power transmission torque Td, as in the second embodiment described later. Therefore, it is possible to obtain the power transmission torque Td that is not affected by aging of the spring constant k.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部19Bが、出力軸16をθ1およびθ2に回動した際に、リターンスプリング15および弁体22に生じた合成トルクTs+Tvに基づいて、トルク和Twを計算するようにしてもよい。より具体的には、第1および第2の制御開度θ1,θ2の間における、出力軸16および弁体22の開度偏差に関する差分を示す開度偏差差分Δθdに基づいて、合成トルクTs+Tvを計算するようにしてもよい。
これにより、合成トルクTs+Tvを直接計測するための構成を必要とすることなく、出力軸16および弁体22の開度偏差という、極めて容易に得られる物理量に基づいて容易に計算することができる。
Further, in the present embodiment, the deterioration index processing unit 19B calculates the torque sum Tw based on the combined torque Ts+Tv generated in the return spring 15 and the valve body 22 when the output shaft 16 is rotated to θ1 and θ2. It may be calculated. More specifically, the combined torque Ts+Tv is calculated based on the opening degree deviation difference Δθd indicating the difference regarding the opening degree deviation of the output shaft 16 and the valve body 22 between the first and second control opening degrees θ1 and θ2. It may be calculated.
As a result, without requiring a configuration for directly measuring the combined torque Ts+Tv, it can be easily calculated based on the easily obtained physical quantity of the opening degree deviation of the output shaft 16 and the valve body 22.

また、本実施の形態において、出力軸16の回動角度を出力側開度θaとして検出する出力側角度センサ17Aと、弁体22の回動角度を弁側開度θvとして検出する弁側角度センサ17Vとをさらに備え、劣化指標処理部19Bが、出力軸16を第1および第2の制御開度θ1,θ2に回動した際に、出力側角度センサ17Aおよび弁側角度センサ17Vで検出された出力側開度θa1,θa2および弁側開度θv1,θv2に基づいて開度偏差差分Δθdを計算するようにしてもよい。これにより、出力側角度センサ17Aおよび弁側角度センサ17Vという極めて簡素な構成で開度偏差差分Δθdを計算できる。 Further, in the present embodiment, the output side angle sensor 17A that detects the rotation angle of the output shaft 16 as the output side opening degree θa and the valve side angle sensor 17A that detects the rotation angle of the valve body 22 as the valve side opening degree θv When the deterioration index processing unit 19B rotates the output shaft 16 to the first and second control opening degrees θ1 and θ2, the output side angle sensor 17A and the valve side angle sensor 17V detect the deterioration index processing unit 19B. The opening degree deviation difference Δθd may be calculated based on the output side opening degrees θa1 and θa2 and the valve side opening degrees θv1 and θv2. As a result, the opening degree deviation difference Δθd can be calculated with a very simple configuration including the output side angle sensor 17A and the valve side angle sensor 17V.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部19Bが、出力軸16を第1および第2の制御開度θ1,θ2に回動した際に、出力側角度センサ17Aで検出された第1および第2の出力側開度θa1,θa2の開度偏差を示す出力側開度偏差Δθaと、弁側角度センサ17Vで検出された第1および第2の弁側開度θv1,θv2の開度偏差を示す弁側開度偏差Δθvとを計算し、これら出力側開度偏差Δθaと弁側開度偏差Δθvとの差分を開度偏差差分Δθdとして計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理で開度偏差差分Δθdを計算することができる。 Further, in the present embodiment, when the deterioration index processing unit 19B rotates the output shaft 16 to the first and second control opening degrees θ1 and θ2, the first and second degrees detected by the output side angle sensor 17A Output-side opening degree deviation Δθa indicating the opening degree deviation of the second output-side opening degrees θa1 and θa2, and the opening degree deviation of the first and second valve-side opening degrees θv1 and θv2 detected by the valve-side angle sensor 17V , and the difference between the output side opening deviation Δθa and the valve side opening deviation Δθv may be calculated as the opening deviation difference Δθd. This makes it possible to calculate the opening degree deviation difference Δθd with extremely simple arithmetic processing.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部19Bが、出力軸16を第1の制御開度θ1に回動した際に、出力側角度センサ17Aで検出された第1の出力側開度θa1と、弁側角度センサ17Vで検出された第1の弁側開度θv1との開度偏差を示す第1の開度偏差Δθav1と、出力軸16を第2の制御開度θ2に回動した際に、出力側角度センサ17Aで検出された第2の出力側開度θa2と、弁側角度センサ17Vで検出された第2の弁側開度θv2との開度偏差を示す第2の開度偏差Δθav2とを計算し、これら第1の開度偏差Δθav1と第2の開度偏差Δθav2との差分を開度偏差差分Δθdとして計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理で開度偏差差分Δθdを計算することができる。 Further, in the present embodiment, when the deterioration index processing unit 19B rotates the output shaft 16 to the first control opening degree θ1, the first output side opening degree θa1 detected by the output side angle sensor 17A is , the first opening degree deviation Δθav1 indicating the opening degree deviation from the first valve side opening degree θv1 detected by the valve side angle sensor 17V, and the output shaft 16 is rotated to the second control opening degree θ2. At this time, a second opening degree indicating the opening degree deviation between the second output side opening degree θa2 detected by the output side angle sensor 17A and the second valve side opening degree θv2 detected by the valve side angle sensor 17V. Δθav2, and the difference between the first opening deviation Δθav1 and the second opening deviation Δθav2 may be calculated as the opening deviation difference Δθd. This makes it possible to calculate the opening degree deviation difference Δθd with extremely simple arithmetic processing.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部19Bが、出力軸16を第2の制御開度θ2に回動した際に、モータ13に流れるモータ電流に基づいて、モータトルクTmを計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理でモータトルクTmを計算することができる。 Further, in the present embodiment, the deterioration index processing unit 19B calculates the motor torque Tm based on the motor current flowing through the motor 13 when the output shaft 16 is rotated to the second control opening θ2. can be As a result, the motor torque Tm can be calculated by extremely simple arithmetic processing.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部19Bが、モータトルクをTm2とし、開度偏差差分をΔθdとし、弁体22に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および、電動アクチュエータ10と弁体22とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれG,Ip,Lとした場合、動力伝達トルクTdを前述の式(3)で計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理で動力伝達トルクTdを計算することができる。 Further, in the present embodiment, the deterioration index processing unit 19B sets the motor torque to Tm2, the opening degree deviation difference to Δθd, the lateral elastic modulus and the secondary polar moment of area regarding the valve body 22, and the electric actuator 10 and the valve If the shaft lengths of a series of connecting shafts that connect the body 22 are G, Ip, and L, respectively, the power transmission torque Td may be calculated by the above-described formula (3). As a result, the power transmission torque Td can be calculated with extremely simple arithmetic processing.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態にかかる電動アクチュエータ10について説明する。
第1の実施の形態では、動力伝達トルクを計算する際、出力軸16を互いに異なる第1の制御開度θ1および第2の制御開度θ2に回動した際にリターンスプリング15および弁体22に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和Twを、リターンスプリング15および弁体22に生じた合成トルクTs+Tvに基づいて計算する場合について説明した。本実施の形態では、出力軸16を第1の制御開度θ1で保持した際に弁体22に生じた弁体トルクTvと、回動中の出力軸16が第2の制御開度θ2を通過した際にリターンスプリング15に生じたスプリングトルクTs2とに基づいて、トルク和Twを計算する場合について説明する。
[Second embodiment]
Next, an electric actuator 10 according to a second embodiment of the invention will be described.
In the first embodiment, when calculating the power transmission torque, the return spring 15 and the valve body 22 A case has been described in which the torque sum Tw of the spring torque and the valve body torque generated in , is calculated based on the combined torque Ts+Tv generated in the return spring 15 and the valve body 22 . In the present embodiment, the valve body torque Tv generated in the valve body 22 when the output shaft 16 is held at the first control opening degree θ1 A case will be described where the torque sum Tw is calculated based on the spring torque Ts2 generated in the return spring 15 when it passes.

すなわち、本実施の形態において、劣化指標処理部19Bは、出力軸16を第1の制御開度θ1で保持した際に弁体22に生じた弁体トルクTvと、回動中の出力軸16が第2の制御開度θ2を通過した際にリターンスプリング15に生じたスプリングトルクTs2とに基づいて、トルク和Twを計算する機能と、出力軸16を第1の制御開度θ1で保持した際に、モータ13およびリターンスプリング15に生じた、モータトルクTm1およびスプリングトルクTs1に基づいて、弁体トルクTvを計算する機能とを有している。 That is, in the present embodiment, the deterioration index processing unit 19B measures the valve body torque Tv generated in the valve body 22 when the output shaft 16 is held at the first control opening θ1 and the output shaft 16 during rotation. The function of calculating the torque sum Tw based on the spring torque Ts2 generated in the return spring 15 when passes through the second control opening θ2, and the output shaft 16 was held at the first control opening θ1 It also has a function of calculating the valve element torque Tv based on the motor torque Tm1 and the spring torque Ts1 generated in the motor 13 and the return spring 15 at this time.

具体的には、劣化指標処理部19Bは、第1の制御開度θ1および第2の制御開度θ2で検出されたモータトルクをTm1,Tm2とし、第1の制御開度θ1および第2の制御開度θ2で検出された出力軸16の出力側開度θの開度偏差を示す出力側開度偏差をΔθaとし、リターンスプリング15のばね定数をkとした場合、動力伝達トルクTdを後述する式(7)で計算する機能とを備えている。
なお、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ10では、劣化指標処理動作において弁側角度センサ17Vが不要となるが、その他の構成については、図1と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。また、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ10での流量制御動作についても、前述した図2の流量制御処理と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。なお、図2の流量制御処理において、前述したように、弁側角度センサ17Vの弁側センサ出力値Svに代えて、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saを用いてもよい。
Specifically, the deterioration index processing unit 19B sets the motor torque detected at the first control opening θ1 and the second control opening θ2 to Tm1 and Tm2, and sets the motor torque detected at the first control opening θ1 and the second control opening θ2 to Assuming that the output side opening deviation indicating the opening deviation of the output side opening θ of the output shaft 16 detected at the control opening θ2 is Δθa and the spring constant of the return spring 15 is k, the power transmission torque Td will be described later. and a function of calculating by the formula (7).
In addition, in the electric actuator 10 according to the present embodiment, the valve-side angle sensor 17V is not required in the deterioration index processing operation, but other configurations are the same as those in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted here. do. Also, the flow control operation in the electric actuator 10 according to the present embodiment is the same as the flow control processing in FIG. 2 described above, and detailed description thereof will be omitted here. 2, the output sensor output value Sa of the output angle sensor 17A may be used instead of the valve sensor output value Sv of the valve angle sensor 17V, as described above.

[劣化指標処理動作]
次に、図7および図8を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ10の劣化指標処理動作について説明する。図7は、第2の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。図8は、第2の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
[Deterioration index processing operation]
Next, the deterioration index processing operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. FIG. 7 is a flowchart showing deterioration index processing according to the second embodiment. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the deterioration index processing operation according to the second embodiment.

制御回路19は、動力伝達部14の劣化指標を計算する際、図7の劣化指標処理を実行する。なお、図8に示すように、劣化指標計算時に出力軸16を回動する第1および第2の制御開度θ1,θ2は、予め設定されているものとし、この例ではθa1<θa2とする。 When calculating the deterioration index of the power transmission unit 14, the control circuit 19 executes the deterioration index processing of FIG. As shown in FIG. 8, the first and second control openings θ1 and θ2 for rotating the output shaft 16 when calculating the deterioration index are set in advance, and in this example, θa1<θa2. .

まず、開度制御部19Aは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力することによりモータ13を駆動して、出力軸16を制御開度θ1まで回動して保持する(ステップS200)。
次に、劣化指標処理部19Bは、出力軸16が制御開度θ1で保持されている状態で、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saから得られた出力側開度θa1を取得する(ステップS201)。
First, the opening controller 19A drives the motor 13 by outputting a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12, and rotates the output shaft 16 to the control opening θ1 and holds it (step S200). .
Next, the deterioration index processor 19B acquires the output side opening θa1 obtained from the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A while the output shaft 16 is held at the control opening θ1. (Step S201).

続いて、劣化指標処理部19Bは、モータ13に流れているモータ電流に基づいてモータトルクTm1を計算するとともに、リターンスプリング15のばね定数kと出力側開度θa1とに基づいてスプリングトルクTs1を計算し(ステップS202)、これらモータトルクTm1とスプリングトルクTs1とに基づいて、弁体22の弁体トルクTvを計算する(ステップS203)。 Subsequently, the deterioration index processing unit 19B calculates the motor torque Tm1 based on the motor current flowing through the motor 13, and calculates the spring torque Ts1 based on the spring constant k of the return spring 15 and the output side opening θa1. (step S202), and based on these motor torque Tm1 and spring torque Ts1, the valve body torque Tv of the valve body 22 is calculated (step S203).

この後、開度制御部19Aは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路12へ出力することによりモータ13を駆動して、制御開度θ1から制御開度θ2側へ出力軸16の回動を開始する(ステップS204)。
次に、劣化指標処理部19Bは、出力軸16が制御開度θ2を通過した時点で、出力側角度センサ17Aの出力側センサ出力値Saから得られた出力側開度θa2を取得する(ステップS205)。
Thereafter, the opening controller 19A drives the motor 13 by outputting a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 to rotate the output shaft 16 from the control opening θ1 to the control opening θ2. start (step S204).
Next, when the output shaft 16 passes through the control opening θ2, the deterioration index processing unit 19B acquires the output opening θa2 obtained from the output sensor output value Sa of the output angle sensor 17A (step S205).

続いて、劣化指標処理部19Bは、モータ13に流れているモータ電流に基づいてモータトルクTm2を計算するとともに、リターンスプリング15のばね定数kと出力側開度θa2とに基づいてスプリングトルクTs2を計算し(ステップS206)、弁体トルクTvとスプリングトルクTs2とに基づいて、トルク和Twを計算し(ステップS207)、トルク和TwとモータトルクTm2とに基づいて、動力伝達トルクTdを計算する(ステップS208)。 Subsequently, the deterioration index processing unit 19B calculates the motor torque Tm2 based on the motor current flowing through the motor 13, and calculates the spring torque Ts2 based on the spring constant k of the return spring 15 and the output side opening θa2. (step S206), calculate the torque sum Tw based on the valve element torque Tv and the spring torque Ts2 (step S207), and calculate the power transmission torque Td based on the torque sum Tw and the motor torque Tm2. (Step S208).

通常、出力軸16を任意の開度で保持した場合、モータ13、動力伝達部14、リターンスプリング15、および弁体22で発生するそれぞれのトルクは、互いにつりあった状態にあり、これらトルクの総和はゼロとなる。図8に示すように、例えば、制御開度θ1におけるモータ13のモータトルクをTm1とし、リターンスプリング15のスプリングトルクをTs1とし、弁体22の弁体トルクをTvとした場合、出力軸16を制御開度θ1で保持した状態では動力伝達部14における動力伝達トルクTdがゼロとなるため、制御開度θ1におけるこれらトルクのつり合いは、次の式(4)で表される。 Normally, when the output shaft 16 is held at an arbitrary opening, the torques generated by the motor 13, the power transmission section 14, the return spring 15, and the valve body 22 are in balance with each other, and the sum of these torques is becomes zero. As shown in FIG. 8, for example, when the motor torque of the motor 13 at the control opening θ1 is Tm1, the spring torque of the return spring 15 is Ts1, and the valve body torque of the valve body 22 is Tv, the output shaft 16 is Since the power transmission torque Td in the power transmission unit 14 is zero when the control opening θ1 is maintained, the balance of these torques at the control opening θ1 is expressed by the following equation (4).

Figure 0007197385000004
Figure 0007197385000004

ここで、制御開度θ1におけるスプリングトルクTs1は、リターンスプリング15のばね定数kと制御開度θ1における出力側開度θa1との積で求められるため、弁体トルクTvは、次の式(5)で表される。 Here, the spring torque Ts1 at the control opening θ1 is obtained by multiplying the spring constant k of the return spring 15 by the output side opening θa1 at the control opening θ1. ).

Figure 0007197385000005
Figure 0007197385000005

また、制御開度θ2におけるスプリングトルクTs2も、リターンスプリング15のばね定数kと制御開度θ2における出力側開度θa2との積で求められるため、出力側開度θa1,θa2の出力側開度偏差θa2-θa1をΔθaとした場合、弁体トルクTvとスプリングトルクTs2との和を示すトルク和Twは、次の式(6)で表される。 Further, the spring torque Ts2 at the control opening θ2 is also obtained by multiplying the spring constant k of the return spring 15 by the output side opening θa2 at the control opening θ2. When the deviation θa2−θa1 is Δθa, the torque sum Tw representing the sum of the valve body torque Tv and the spring torque Ts2 is expressed by the following equation (6).

Figure 0007197385000006
Figure 0007197385000006

一方、制御開度θ2におけるトルクのつり合いは、前述の式(1)で表されるため、これら式(1)および式(6)に基づいて、動力伝達トルクTdは、次の式(7)で表される。これにより、動力伝達トルクTdは、モータトルクTm1,Tm2とリターンスプリング15のばね定数kと開度偏差差分Δθdとから計算できることが分かる。 On the other hand, since the torque balance at the control opening θ2 is represented by the above-mentioned formula (1), based on these formulas (1) and (6), the power transmission torque Td is expressed by the following formula (7) is represented by Thus, it can be seen that the power transmission torque Td can be calculated from the motor torques Tm1 and Tm2, the spring constant k of the return spring 15, and the opening deviation difference Δθd.

Figure 0007197385000007
Figure 0007197385000007

この後、劣化指標処理部19Bは、得られた動力伝達トルクTdと予め設定されている動力伝達トルクTdの正常範囲Eとを比較し(ステップS209)、動力伝達トルクTdが正常範囲E内である場合には(ステップS209:YES)、動力伝達部14の劣化状態は正常であると判定し(ステップS210)、一連の劣化指標処理を終了する。正常範囲Eについては、動力伝達部14の設計時に算出した、動力伝達トルクTdの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。 Thereafter, the deterioration index processing unit 19B compares the obtained power transmission torque Td with a preset normal range E of the power transmission torque Td (step S209), and determines that the power transmission torque Td is within the normal range E. If there is (step S209: YES), it is determined that the deterioration state of the power transmission unit 14 is normal (step S210), and the series of deterioration index processing ends. The normal range E may be determined based on the initial value and allowable range of the power transmission torque Td calculated when the power transmission section 14 is designed.

一方、動力伝達トルクTdが正常範囲E外である場合には(ステップS209:NO)、動力伝達部14の劣化状態は異常であると判定し(ステップS211)、一連の劣化指標処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、劣化指標処理部19BがLCDやLEDを用いた表示部(図示せず)でアラーム表示してもよく、データ通信により上位装置へ通知してもよい。 On the other hand, if the power transmission torque Td is outside the normal range E (step S209: NO), it is determined that the deterioration state of the power transmission unit 14 is abnormal (step S211), and the series of deterioration index processing is terminated. . The deterioration index processing unit 19B may display an alarm on the obtained deterioration state determination result on a display unit (not shown) using an LCD or LED, or may notify the higher-level device of the deterioration state determination result by data communication.

この際、劣化指標処理部19Bが、動力伝達トルクTdの経時変化を定期的に計算し、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。さらには、劣化指標処理部19Bが、計算した動力伝達トルクTdを記憶回路18に時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来の動力伝達トルクTdの推定値Td’を推定し、推定値Td’が正常範囲Eから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、動力伝達部14の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。 At this time, the deterioration index processing unit 19B may periodically calculate the temporal change of the power transmission torque Td and sequentially notify the higher-level device of the change by data communication. Furthermore, the deterioration index processing unit 19B sequentially stores the calculated power transmission torque Td in the storage circuit 18 as time-series data, and estimates the future power transmission torque Td based on the approximation function generated from this time-series data. The value Td' may be estimated, and the timing at which the estimated value Td' departs from the normal range E may be predicted as a point of caution. This makes it possible to predict when the power transmission unit 14 will deteriorate, that is, when it should be replaced.

[第2の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、劣化指標処理部19Bが、出力軸16を第1の制御開度θ1で保持した際に弁体22に生じた弁体トルクTvと、回動中の出力軸16が第2の制御開度θ2を通過した際にリターンスプリング15に生じたスプリングトルクTs2とに基づいて、トルク和Twを計算するようにしたものである。
具体的には、劣化指標処理部19Bが、出力軸16を第1の制御開度θ1で保持した際に、モータ13およびリターンスプリング15に生じた、モータトルクTm1およびスプリングトルクTs1に基づいて、弁体トルクTvを計算するようにしたものである。
[Effects of Second Embodiment]
As described above, in the present embodiment, the deterioration index processing unit 19B performs the valve body torque Tv generated in the valve body 22 when the output shaft 16 is held at the first control opening θ1, and the output during rotation. The torque sum Tw is calculated based on the spring torque Ts2 generated in the return spring 15 when the shaft 16 passes through the second control opening θ2.
Specifically, based on the motor torque Tm1 and the spring torque Ts1 generated in the motor 13 and the return spring 15 when the output shaft 16 is held at the first control opening θ1, the deterioration index processing unit 19B: It is designed to calculate the valve element torque Tv.

これにより、動力伝達トルクTdの計算の際に必要な固有パラメータがばね定数kのみとなり、第1の実施の形態のような、弁体22に関する横弾性係数G、断面二次極モーメントIp、および、電動アクチュエータ10と弁体22とを連結する一連の連結軸の軸長Lなどの固有パラメータを必要としない。このため、これら固有パラメータの導出処理負担を大幅に軽減できるとともに、動力伝達トルクTdの計算処理を大幅に簡素化することが可能となる。 As a result, only the spring constant k is required when calculating the power transmission torque Td, and the lateral elastic modulus G, the polar moment of inertia Ip, and the , characteristic parameters such as the axial length L of a series of connecting shafts connecting the electric actuator 10 and the valve body 22 are not required. Therefore, it is possible to significantly reduce the burden of deriving these unique parameters, and to greatly simplify the calculation processing of the power transmission torque Td.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部19Bが、第1の制御開度θ1および第2の制御開度θ2で検出されたモータトルクをTm1,Tm2とし、第1の制御開度θ1および第2の制御開度θ2で検出された出力軸16の出力側開度θの開度偏差を示す出力側開度偏差をΔθaとし、リターンスプリング15のばね定数をkとした場合、動力伝達トルクTdを前述の式(7)で計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理で動力伝達トルクTdを計算することができる。 Further, in the present embodiment, the deterioration index processing unit 19B sets the motor torque detected at the first control opening θ1 and the second control opening θ2 to be Tm1 and Tm2, and the first control opening θ1 and If the output side opening deviation indicating the opening deviation of the output side opening θ of the output shaft 16 detected at the second control opening θ2 is Δθa, and the spring constant of the return spring 15 is k, the power transmission torque is Td may be calculated by the above-described formula (7). As a result, the power transmission torque Td can be calculated with extremely simple arithmetic processing.

[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施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、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
[Expansion of Embodiment]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

10…電動アクチュエータ、11…設定回路、12…モータ駆動回路、13…モータ、13A…シャフト、14…動力伝達部、15…リターンスプリング、16…出力軸、17A…出力側角度センサ、17V…弁側角度センサ、18…記憶回路、19…制御回路、19A…開度制御部、19B…劣化指標処理部、20…弁本体、21…流路、22…弁体、23…内壁、24…本体上面、25…本体底面、26…弁軸、30…継手、31…ヨーク、S1,S2…圧力センサ、S3…温度センサ、Qref…流量目標値、Q…流量現在値、ΔQ…流量偏差、Sa…出力側センサ出力値、Sb…出力側出力基準値、Sv…弁側センサ出力値、Ss…弁側出力基準値、Tx…検出温度、P1…一次側圧力、P2…二次側圧力、ΔP…差圧、θ,θ1,θ2…制御開度、θa,θa1,θa2…出力側開度、θv,θv1,θv2…弁側開度、Δθa…出力側開度偏差、Δθv…弁側開度偏差、Δθav,Δθav1,Δθav2…開度偏差、Δθd…開度偏差差分、Tm,Tm1,Tm2…モータトルク、Td…動力伝達トルク、Ts,Ts1,Ts2…スプリングトルク、Tv…弁体トルク、Tw…トルク和、G…横弾性係数、Ip…断面二次極モーメント、L…軸長。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Electric actuator 11... Setting circuit 12... Motor drive circuit 13... Motor 13A... Shaft 14... Power transmission part 15... Return spring 16... Output shaft 17A... Output side angle sensor 17V... Valve Side angle sensor 18 Storage circuit 19 Control circuit 19A Opening degree control unit 19B Degradation index processing unit 20 Valve main body 21 Flow path 22 Valve body 23 Inner wall 24 Main body Upper surface 25 Body bottom 26 Valve shaft 30 Coupling 31 Yoke S1, S2 Pressure sensor S3 Temperature sensor Qref Target flow rate Q Current flow rate ΔQ Flow deviation Sa ... output side sensor output value, Sb ... output side output reference value, Sv ... valve side sensor output value, Ss ... valve side output reference value, Tx ... detected temperature, P1 ... primary side pressure, P2 ... secondary side pressure, ΔP Differential pressure θ, θ1, θ2 Control opening θa, θa1, θa2 Output side opening θv, θv1, θv2 Valve side opening Δθa Output side opening deviation Δθv Valve side opening Deviation, Δθav, Δθav1, Δθav2 ... opening degree deviation, Δθd ... opening degree deviation difference, Tm, Tm1, Tm2 ... motor torque, Td ... power transmission torque, Ts, Ts1, Ts2 ... spring torque, Tv ... valve body torque, Tw : sum of torque, G: modulus of transverse elasticity, Ip: polar moment of area, L: shaft length.

Claims (13)

弁体を回動するための出力軸と、
動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、
前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、
前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、
前記制御回路は、
前記モータを駆動制御して任意の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御部と、
前記出力軸を互いに異なる第1および第2の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和と、前記出力軸を前記第2の制御開度に回動した際に前記モータに生じたモータトルクとに基づいて、前記動力伝達部の劣化指標として、前記動力伝達部の動力伝達トルクを計算する劣化指標処理部とを有する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
an output shaft for rotating the valve body;
a motor that rotates the output shaft via a power transmission unit;
a control circuit that controls the opening of the valve body by driving and controlling the motor;
a return spring attached to the output shaft to return the output shaft to a predetermined opening position by its own restoring force when power is cut off;
The control circuit is
an opening control unit that drives and controls the motor to rotate the output shaft to an arbitrary control opening;
The torque sum of spring torque and valve body torque generated in the return spring and the valve body when the output shaft is rotated to first and second control opening degrees different from each other, and and a deterioration index processing unit for calculating the power transmission torque of the power transmission unit as a deterioration index of the power transmission unit based on the motor torque generated in the motor when the motor is rotated to the control opening of No. 2. An electric actuator characterized by:
請求項1に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第1および第2の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた合成トルクに基づいて、前記トルク和を計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 1,
The deterioration index processing unit calculates the torque sum based on a combined torque generated in the return spring and the valve body when the output shaft is rotated to the first and second control openings. An electric actuator characterized by:
請求項2に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記第1および第2の制御開度の間における、前記出力軸および前記弁体の開度偏差に関する差分を示す開度偏差差分に基づいて、前記合成トルクを計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 2,
The deterioration index processing unit calculates the combined torque based on an opening degree deviation difference indicating a difference between the opening degree deviations of the output shaft and the valve body between the first and second control opening degrees. An electric actuator characterized by:
請求項3に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサと、
前記弁体の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサとをさらに備え、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第1および第2の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサおよび前記弁側角度センサで検出された前記出力側開度および前記弁側開度に基づいて前記開度偏差差分を計算する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 3,
an output side angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft as an output side opening;
a valve-side angle sensor that detects the rotation angle of the valve body as a valve-side opening,
The deterioration index processing unit detects the output side opening detected by the output side angle sensor and the valve side angle sensor when the output shaft is rotated to the first and second control openings and the An electric actuator, wherein the opening degree deviation difference is calculated based on the valve side opening degree.
請求項4に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第1および第2の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第1および第2の出力側開度の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記弁側角度センサで検出された第1および第2の弁側開度の開度偏差を示す弁側開度偏差とを計算し、これら出力側開度偏差と弁側開度偏差との差分を前記開度偏差差分として計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 4,
The deterioration index processing unit calculates the first and second output-side openings detected by the output-side angle sensor when the output shaft is rotated to the first and second control openings. An output side opening degree deviation indicating the deviation and a valve side opening degree deviation indicating the opening degree deviation of the first and second valve side opening degrees detected by the valve side angle sensor are calculated, and these output side opening degrees are calculated. An electric actuator, wherein a difference between a deviation and a valve-side opening deviation is calculated as the opening deviation difference.
請求項4に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第1の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第1の出力側開度と、前記弁側角度センサで検出された第1の弁側開度との開度偏差を示す第1の開度偏差と、前記出力軸を前記第2の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第2の出力側開度と、前記弁側角度センサで検出された第2の弁側開度との開度偏差を示す第2の開度偏差とを計算し、これら第1の開度偏差と第2の開度偏差との差分を前記開度偏差差分として計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 4,
The deterioration index processing unit detects a first output-side opening detected by the output-side angle sensor and the valve-side angle sensor when the output shaft is rotated to the first control opening. A first opening degree deviation indicating an opening degree deviation from the first valve side opening degree detected by the output side angle sensor when the output shaft is rotated to the second control opening degree. A second opening degree deviation indicating an opening degree deviation between the second output side opening degree detected by the valve side angle sensor and the second valve side opening degree detected by the valve side angle sensor is calculated. An electric actuator, wherein a difference between a deviation and a second opening deviation is calculated as the opening deviation difference.
請求項3に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記モータトルクをTm2とし、前記開度偏差差分をΔθdとし、前記弁体に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および、前記電動アクチュエータと前記弁体とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれG,Ip,Lとした場合、前記動力伝達トルクTdを次の式で計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
Figure 0007197385000008
The electric actuator according to claim 3,
The deterioration index processing unit sets the motor torque to Tm2, the opening degree deviation difference to Δθd, the lateral elastic modulus and the secondary polar moment of area related to the valve body, and connects the electric actuator and the valve body. An electric actuator, wherein the power transmission torque Td is calculated by the following equation, where G, Ip, and L are the lengths of a series of connecting shafts.
Figure 0007197385000008
請求項1に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第1の制御開度で保持した際に前記弁体に生じた弁体トルクと、回動中の前記出力軸が前記第2の制御開度を通過した際に前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクとに基づいて、前記トルク和を計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 1,
The deterioration index processing unit controls the valve body torque generated in the valve body when the output shaft is held at the first control opening, and The electric actuator, wherein the torque sum is calculated based on the spring torque generated in the return spring when it passes through.
請求項8に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第1の制御開度で保持した際に、前記モータおよび前記リターンスプリングに生じた、モータトルクおよびスプリングトルクに基づいて、前記弁体トルクを計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
The electric actuator according to claim 8,
The deterioration index processing unit calculates the valve body torque based on motor torque and spring torque generated in the motor and the return spring when the output shaft is held at the first control opening. An electric actuator characterized by:
請求項8に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記第1の制御開度および前記第2の制御開度で検出された前記モータトルクをTm1,Tm2とし、前記第1の制御開度および前記第2の制御開度で検出された前記出力軸の出力側開度の開度偏差を示す出力側開度偏差をΔθaとし、前記リターンスプリングのばね定数をkとした場合、前記動力伝達トルクTdを次の式で計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
Figure 0007197385000009
The electric actuator according to claim 8,
The deterioration index processing unit sets the motor torque detected at the first control opening and the second control opening to Tm1 and Tm2, and sets the motor torque detected at the first control opening and the second control opening to Tm1 and Tm2. If the output side opening deviation indicating the opening deviation of the output side opening of the output shaft detected in is Δθa and the spring constant of the return spring is k, the power transmission torque Td is calculated by the following equation. An electric actuator characterized by:
Figure 0007197385000009
弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、
前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して任意の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御ステップと、
前記制御回路の劣化指標処理部が、前記出力軸を互いに異なる第1および第2の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和と、前記出力軸を前記第2の制御開度に回動した際に前記モータに生じたモータトルクとに基づいて、前記動力伝達部の劣化指標として、前記動力伝達部の動力伝達トルクを計算する劣化指標処理ステップと
を備えることを特徴とする劣化指標計算方法。
an output shaft for rotating a valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission section, a control circuit for controlling the opening of the valve body by driving and controlling the motor, A deterioration index calculation method used in an electric actuator including a return spring attached to an output shaft and returning the output shaft to a predetermined opening position by its own restoring force when power is cut off,
an opening control step in which the opening controller of the control circuit drives and controls the motor to rotate the output shaft to an arbitrary control opening;
When the deterioration index processing unit of the control circuit rotates the output shaft to first and second control opening degrees different from each other, the difference between the spring torque and the valve body torque generated in the return spring and the valve body. Power transmission torque of the power transmission unit is determined as a deterioration index of the power transmission unit based on the torque sum and the motor torque generated in the motor when the output shaft is rotated to the second control opening. and a deterioration index processing step of calculating
請求項11に記載の劣化指標計算方法において、
前記劣化指標処理ステップは、前記出力軸を前記第1および第2の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた合成トルクに基づいて、前記トルク和を計算するステップを含むことを特徴とする劣化指標計算方法。
In the deterioration index calculation method according to claim 11,
The deterioration index processing step is a step of calculating the torque sum based on the combined torque generated in the return spring and the valve body when the output shaft is rotated to the first and second control openings. A deterioration index calculation method, comprising:
請求項11に記載の劣化指標計算方法において、
前記劣化指標処理ステップは、前記出力軸を前記第1の制御開度で保持した際に前記弁体に生じた弁体トルクと、回動中の前記出力軸が前記第2の制御開度を通過した際に前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクとに基づいて、前記トルク和を計算するステップを含むことを特徴とする劣化指標計算方法。
In the deterioration index calculation method according to claim 11,
In the deterioration index processing step, the valve disc torque generated in the valve disc when the output shaft is held at the first control opening degree and the output shaft during rotation is controlled by the second control opening degree. A deterioration index calculation method, comprising: calculating the torque sum based on the spring torque generated in the return spring when it passes.
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