JP7202321B2 - Mounting structure of magnet for detection of electric actuator for valve and electric actuator for valve - Google Patents
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Description
本発明は、バルブ用電動アクチュエータの出力軸側の回転状態をセンサで検知するために、出力軸側に取付けられる検知用マグネットの取付構造とバルブ用電動アクチュエータに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a mounting structure of a detection magnet attached to an output shaft side of an electric valve actuator and to an electric valve actuator in order to detect a rotation state of the output shaft side of the electric valve actuator.
従来、ボール弁等の回転弁に電動アクチュエータを搭載する場合、バルブを正確に回転制御するために、電動アクチュエータの出力軸側の回転状態の検知が必要になっている。そのため、出力軸、又は出力軸と同軸或は別軸に設けられた制御軸の検知用として、マイクロスイッチとカムとによる接触型の位置検出装置が多く用いられてきたが、この場合、初期の調整作業に時間を要したり、接触型であるために使用時に接点障害や故障が発生し易かったり、アクチュエータ全体が大型化するなどの問題を有している。そのため、近年では、非接触型の位置検出装置が用いられることが多くなってきており、この非接触型では汎用的なモータの使用により全体のコンパクト性を確保してアクチュエータ全体を構成し、接触型の位置検出装置の問題を解消しつつ出力軸の高精度な回転制御が可能となる。非接触型の位置検出装置のうち、特に、マグネットを用いた磁気式検出装置は、光学式に比べて簡易的で耐環境性、コンパクト性に優れ、微調整も容易であることから一般的に多く使用されている。 Conventionally, when an electric actuator is mounted on a rotary valve such as a ball valve, it is necessary to detect the rotational state of the output shaft side of the electric actuator in order to accurately control the rotation of the valve. For this reason, contact-type position detectors using microswitches and cams have often been used to detect the output shaft, or a control shaft that is coaxial with or separate from the output shaft. Problems include the need for time-consuming adjustment work, the possibility of contact failures and failures during use due to the contact type, and the increase in size of the actuator as a whole. For this reason, in recent years, non-contact type position detection devices have been used more and more. In this non-contact type, a general-purpose motor is used to ensure overall compactness, and the actuator as a whole is configured to provide a contact sensor. It is possible to control the rotation of the output shaft with high accuracy while solving the problem of the position detecting device of the mold. Among non-contact type position detectors, magnetic detectors using magnets are more popular than optical detectors because they are simpler, more environmentally resistant, more compact, and easier to fine-tune. Used a lot.
マグネットによる磁気式の位置検出装置を用いたアクチュエータに関する技術として、本出願人は、特許文献1を出願している。同文献1において、位置検出装置であるロータリーエンコーダが出力軸側に設けられ、このロータリーエンコーダは、永久磁石からなるマグネットと、このマグネットの回転角度を検出する非接触で磁気式のエンコーダ用ICを備えている。これにより、出力軸の上部に取付けられたマグネットの回転状態をエンコーダ用ICで計測し、出力軸の回転状態を検出している。
The present applicant has applied for
マグネットは、このマグネット取付け用のホルダにより出力軸に取り付けられて出力軸と一体に回転可能に設けられる。この場合、ホルダは、マグネットと出力軸との間に設けられ、ホルダの上部にマグネットが装着され、下部に出力軸の上端部が固定されて、軸心が一致した状態でマグネットが出力軸に取付けられる。これにより、出力軸が回転したときに、マグネットの漏れ磁束がエンコーダ用ICにより正確に検出されるようになっている。 The magnet is attached to the output shaft by this magnet attachment holder so as to be rotatable integrally with the output shaft. In this case, the holder is provided between the magnet and the output shaft, the magnet is attached to the upper part of the holder, and the upper end of the output shaft is fixed to the lower part of the holder. Mounted. As a result, when the output shaft rotates, the leakage magnetic flux of the magnet is accurately detected by the encoder IC.
このとき、エンコーダ用ICがマグネットの漏洩磁束を利用してその回転角度を検出することから、ホルダは、磁束をショートさせるおそれのある磁性材料以外の非磁性材料を材料とし、また、帯電しにくい導電材料を用いて構成されている必要がある。これらの条件に加え、ホルダには出力軸とマグネットとを同軸に装着するための高い寸法精度が要求され、一般には、ホルダは、加工性の良好な黄銅材料により製作されることが多い。
一方、マグネットは、高い漏洩磁束密度が必要となることから、磁束密度が高く、永久磁石の中では最も強力とされているネオジム磁石が通常使用される。ネオジム磁石は、非常に錆びやすい性質を有しているため、錆対策として表面にニッケルメッキ処理されたものが使用されることが多い。
At this time, since the encoder IC uses the leaked magnetic flux of the magnet to detect the rotation angle, the holder is made of a non-magnetic material other than a magnetic material that may short-circuit the magnetic flux, and is difficult to be charged. It must be constructed using a conductive material. In addition to these conditions, the holder is required to have high dimensional accuracy for coaxially mounting the output shaft and the magnet.
On the other hand, since the magnet requires a high leakage magnetic flux density, a neodymium magnet, which has a high magnetic flux density and is considered to be the strongest among permanent magnets, is usually used. Since neodymium magnets are very susceptible to rust, they are often nickel-plated to prevent rust.
しかしながら、特許文献1のバルブ用アクチュエータにおいて、ロータリーエンコーダのホルダを黄銅材料で形成すると、費用がかかり簡易に製造することができないというデメリットがある。これに加えて、マグネットをネオジム磁石で設けた場合には、条件によっては黄銅材料によるホルダとマグネット表面との間に異金属間電蝕が生じ、ネオジム磁石の酸化劣化が促進される可能性がある。マグネットホルダに導電性樹脂材料や帯電防止樹脂材料を用いることも考えられるが、入手性が悪く高価でもあり、コスト面で不利である。
However, in the valve actuator of
これに対して、非磁性材料として樹脂材料を用いてホルダを形成することが有効であると考えられるが、本発明者らの検討の結果、以下のことが判明した。この場合、マグネットと出力軸とが電気的に絶縁された状態で、弁体とステムが回転動作することで、発生した電荷が出力軸から静電誘導によりマグネットに向けて移動を繰り返すことになる。このとき、ホルダが樹脂材料であると電荷の逃げ道が無くなり、バルブの開閉動作回数の増加に伴ってマグネット側に電荷が引き寄せられることでマグネットが高電位に帯電する可能性がある。そのため、高電位に帯電したマグネットと対向しているエンコーダ用ICの内部回路に静電誘電による帯電が発生し、エンコーダ用ICが静電破壊したり、誤作動を生ずるおそれがある。 On the other hand, it is considered effective to form the holder using a resin material as a non-magnetic material. In this case, the valve body and stem rotate while the magnet and output shaft are electrically insulated, and the generated electric charge is repeatedly transferred from the output shaft toward the magnet by electrostatic induction. . At this time, if the holder is made of a resin material, there is no way for the charge to escape, and as the number of opening and closing operations of the valve increases, the charge is attracted to the magnet side, and the magnet may be charged to a high potential. As a result, the internal circuit of the encoder IC, which faces the highly charged magnet, is charged due to static electricity, which may cause electrostatic breakdown or malfunction of the encoder IC.
また、出力軸の軸受は、一般に含油軸受と呼ばれる軸受が使用され、出力軸の回転時には、潤滑油膜が浸入して電気的に絶縁されるが、バルブの停止時には、潤滑油が含油軸受内に移動して収納されることで軸受と出力軸とが金属接触して導通し、出力軸に帯電した電荷が含油軸受、アクチュエータを構成する筐体の経路に進んで消滅する。このことから、仮に、ホルダを単に絶縁特性のある樹脂材料で形成したとしても、出力軸(制御軸)の帯電の解消のみに留まり、マグネットには依然として帯電した状態が続き、エンコーダ用ICの静電破壊や誤作動等を防ぐことができないことがある。 In addition, a bearing called an oil-impregnated bearing is generally used for the bearing of the output shaft. When the output shaft rotates, a lubricating oil film penetrates and electrically insulates. By moving and storing, the bearing and the output shaft come into metallic contact and conduct, and the electric charge accumulated on the output shaft advances to the path of the oil-impregnated bearing and the housing that constitutes the actuator and disappears. For this reason, even if the holder were simply made of a resin material with insulating properties, this would only eliminate the charge on the output shaft (control shaft), and the magnet would still remain charged, causing the encoder IC to become static. It may not be possible to prevent electrical breakdown or malfunction.
さらには、樹脂材料等の非磁性材料によるホルダによりマグネットを包囲するように装着すると、マグネットの周囲に磁気回路が構成されにくくなり、パーミアンスの低下(磁気抵抗の増大)による磁束の低下が生じたり、磁束の経年劣化が激しくなったり、磁気動作点の低下により磁束が不安定になるなどの問題も生じる。
特に、マグネットをネオジム磁石により設けると、低パーミアンス状態で蒸気弁などの高温環境下(例えば120℃)で使用したときに高温不可逆減磁が発生しやすくなり、磁石としての機能低下につながりやすい。
Furthermore, if the magnet is surrounded by a holder made of a non-magnetic material such as a resin material, it becomes difficult to form a magnetic circuit around the magnet, resulting in a decrease in magnetic flux due to a decrease in permeance (increase in magnetic resistance). Also, problems such as deterioration of the magnetic flux over time and destabilization of the magnetic flux due to a decrease in the magnetic operating point also occur.
In particular, when a neodymium magnet is used as a magnet, high-temperature irreversible demagnetization is likely to occur when used in a high-temperature environment (for example, 120° C.) such as a steam valve in a low permeance state, which easily leads to deterioration of the function as a magnet.
上述した理由から、非磁性材料として加工性に優れた樹脂材料を用いてホルダを設けた場合にも、マグネットの帯電を防いでエンコーダ用ICを静電破壊したり誤作動させたりすることなく、出力軸側に設けられた検知用マグネットの回転状態を正確に検知する非接触型のバルブ用電動アクチュエータの開発が望まれていた。 For the reason described above, even if the holder is provided using a resin material that is excellent in workability as a non-magnetic material, the magnet is prevented from being charged, and the encoder IC is prevented from being electrostatically damaged or malfunctioned. There has been a demand for the development of a non-contact electric valve actuator that accurately detects the rotation state of a detection magnet provided on the output shaft side.
本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、バルブ用電動アクチュエータの出力軸側の回転状態を非接触型のセンサにより正確に検知し、加工性に優れた非磁性材料を用いて簡易に製作でき、帯電や静電による誤作動を防ぎつつ高い検知性能を維持できるコンパクト化可能なアクチュエータの検知用マグネットの取付構造とバルブ用電動アクチュエータを提供することにある。 The present invention was developed to solve the conventional problems, and its purpose is to accurately detect the rotational state of the output shaft side of an electric valve actuator using a non-contact sensor, thereby improving workability. To provide an actuator detection magnet mounting structure and an electric actuator for a valve that can be easily manufactured using a non-magnetic material with excellent resistance, can be made compact and can maintain high detection performance while preventing malfunction due to electrification and static electricity. That's what it is.
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、電動モータの回転を出力軸に伝達するバルブ用電動アクチュエータの出力軸の回転角度を検知するマグネットの取付構造であって、マグネットが非磁性材料からなるマグネットホルダにより出力軸に同軸状態に固定され、マグネットホルダに設けた連通孔を通してマグネットの一部と出力軸との異金属による電気的に接触しているバルブ用電動アクチュエータの検知用マグネットの取付構造である。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に係る発明は、略円筒形状に形成されたマグネットホルダの底面側に装着孔、上面側に装着孔部、これら装着孔と装着孔部との間に連通孔がそれぞれ形成され、装着孔に出力軸の上端部、装着孔部にマグネットがそれぞれ位置決め状態で装着され、出力軸又はマグネットの何れか一方に形成された突起部が連通孔を通して他方側に露出したバルブ用電動アクチュエータの検知用マグネットの取付構造である。
In the invention according to
請求項3に係る発明は、突起部の先端面側が、連通孔を通して装着孔部側又は装着孔側から突出したバルブ用電動アクチュエータの検知用マグネットの取付構造である。 The invention according to claim 3 is a mounting structure of a detection magnet for an electric actuator for a valve, in which the tip surface side of the protrusion protrudes from the mounting hole side or the mounting hole side through the communication hole.
請求項4に係る発明は、突起部の外周側と連通孔との間に隙間が形成され、この隙間に接着剤が充填されてマグネットホルダと出力軸又はマグネットとが固着されたバルブ用電動アクチュエータの検知用マグネットの取付構造である。
In the invention according to
請求項5に係る発明は、装着孔部の外周側に空気抜き用の複数の切欠溝が均等間隔で形成されたバルブ用電動アクチュエータの検知用マグネットの取付構造である。
The invention according to
請求項6に係る発明は、出力軸の回転角度の検知を、マグネット及びこのマグネットに対向して配置したエンコーダ用ICを用いる磁気式エンコーダにより行うバルブ用電動アクチュエータの検知用マグネットの取付構造である。
The invention according to
請求項7に係る発明は、バルブ用電動アクチュエータの検知用マグネットの取付構造により検知用マグネットを取り付けたバルブ用電動アクチュエータである。 According to a seventh aspect of the invention, there is provided an electric valve actuator in which a detection magnet is attached by a detection magnet attachment structure for an electric valve actuator.
請求項1に係る発明によると、マグネットをマグネットホルダにより出力軸に同軸に固定していることで、コンパクト化を図りつつマグネットの漏れ磁束により出力軸側の回転角度を検出でき、この場合、マグネットホルダを非磁性材料により形成し、このマグネットホルダに設けた連通部を通してマグネットの一部が出力軸に常時接触していることから、出力軸が導電性を有することによって、マグネットや弁体が帯電した際に、マグネットホルダの連通孔を通して、マグネットの一部と出力軸との異金属による電気的な接触により出力軸を通して帯電した電荷を放電してマグネット側への帯電を防ぎ、静電によるマグネットの検知側の誤作動を防ぎつつ非接触のセンサで出力軸側の回転状態を検知して正確な検知性能を発揮する。マグネットホルダを構成する非磁性材料を一般的な汎用の樹脂材料により形成すれば、この材料を簡単に入手でき、切削加工も必要のないことから容易に製造できる。マグネットホルダとマグネットとの間に電蝕が生じるおそれもないため、マグネットの酸化劣化を防止して正確な出力軸の回転状態の検知機能を維持できる。
According to the first aspect of the invention, since the magnet is coaxially fixed to the output shaft by the magnet holder, the rotation angle of the output shaft can be detected by the leakage magnetic flux of the magnet while achieving compactness. The holder is made of a non-magnetic material, and part of the magnet is always in contact with the output shaft through the communication part provided in the magnet holder . electrical contact between a part of the magnet and the output shaft due to different metals through the communication hole of the magnet holder, the electrical charge that has accumulated through the output shaft is discharged to prevent the magnet from being charged by static electricity. Accurate detection performance is achieved by detecting the rotation state of the output shaft side with a non-contact sensor while preventing malfunction on the detection side. If the non-magnetic material that constitutes the magnet holder is made of a general-purpose resin material, this material can be easily obtained, and since no cutting work is required, the magnet holder can be easily manufactured. Since there is no risk of electrical corrosion occurring between the magnet holder and the magnet, it is possible to prevent oxidation deterioration of the magnet and maintain an accurate detection function of the rotational state of the output shaft.
請求項2に係る発明によると、略円筒形状に形成したマグネットホルダを用いてマグネットを出力軸に装着して省スペース化を図ることができ、しかも、装着孔、装着孔部にそれぞれ出力軸、マグネットを位置決め状態で装着することで、これらを正確に芯出しした状態で強固に一体化できる。出力軸又はマグネットの何れか一方に形成した突起部が、連通部を通して他方側に露出していることで、これらを確実に接触させて帯電防止できる。 According to the second aspect of the invention, the magnet can be mounted on the output shaft by using the magnet holder formed in a substantially cylindrical shape, and space can be saved. By mounting the magnets in a positioned state, they can be firmly integrated while being accurately centered. The projecting portion formed on either the output shaft or the magnet is exposed to the other side through the communicating portion, so that they can be reliably brought into contact with each other to prevent electrification.
請求項3に係る発明によると、マグネットホルダにより出力軸とマグネットとを組み合わせたときに、これらを芯出しして位置決めした状態で出力軸又はマグネットの何れか一方に形成した突起部の先端面側を他方側に確実に接触させ、マグネットのパーミアンス低下を防止して安定した漏洩磁束を得ることが可能となる。このため、電動アクチュエータ本体に接続されるバルブ内に蒸気などの高温流体を流す場合でも、マグネットの不可逆消磁を防止し、これによってバルブ内を流れる流体の温度範囲を拡大しつつ、弁体回転時の位置制御の精度が向上する。 According to the third aspect of the invention, when the output shaft and the magnet are combined by the magnet holder, the tip surface side of the projection formed on either the output shaft or the magnet in a state in which they are aligned and positioned. is reliably brought into contact with the other side, it is possible to prevent a decrease in permeance of the magnet and obtain a stable leakage magnetic flux. Therefore, even when high-temperature fluid such as steam flows through the valve connected to the electric actuator main body, irreversible demagnetization of the magnet is prevented. position control accuracy is improved.
請求項4に係る発明によると、接着剤を用いてマグネットホルダを出力軸又はマグネットに固着していることで固定用ねじを必要とすることがなく、この簡略化した取付け構造によりマグネットホルダを位置決め調整することなく、高精度な組立て作業が簡便になる。 According to the fourth aspect of the invention, since the magnet holder is fixed to the output shaft or the magnet using an adhesive, fixing screws are not required, and the simplified mounting structure allows the magnet holder to be positioned. High-precision assembly work becomes easy without adjustment.
請求項5に係る発明によると、マグネットホルダにマグネットを装着するときに、切欠溝を通して空気を抜きながらマグネットを装着孔部に収納でき、このマグネットを傾けることなく配置して出力軸の回転状態を正確に検知できる。 According to the fifth aspect of the invention, when the magnet is attached to the magnet holder, the magnet can be accommodated in the attachment hole while the air is removed through the cutout groove. can be detected accurately.
そして、本発明の検知用マグネットの取付構造は、請求項6に係る発明のように、出力軸の回転角度を磁気式エンコーダにより検出する場合に特に有効である。 The mounting structure of the detection magnet of the present invention is particularly effective when the rotation angle of the output shaft is detected by a magnetic encoder as in the sixth aspect of the invention.
請求項7に係る発明によると、マグネットをマグネットホルダにより出力軸に同軸に固定していることで、コンパクト化を図りつつマグネットの漏れ磁束により出力軸側の回転角度を検出でき、この場合、マグネットホルダを非磁性材料により形成し、このマグネットホルダに設けた連通部を通してマグネットの一部が出力軸に常時接触していることからマグネット側への帯電を防ぎ、静電によるマグネットの検知側の誤作動を防ぎつつ非接触のセンサで出力軸側の回転状態を検知して正確な検知性能を発揮するバルブ用電動アクチュエータを提供できる。マグネットホルダを構成する非磁性材料を一般的な汎用の樹脂材料により形成すれば、この材料を簡単に入手でき、切削加工も必要のないことから容易に製造できる。マグネットホルダとマグネットとの間に電蝕が生じるおそれもないため、マグネットの酸化劣化を防止して正確な出力軸の回転状態の検知機能を維持できる。 According to the seventh aspect of the invention, since the magnet is coaxially fixed to the output shaft by the magnet holder, the rotation angle of the output shaft side can be detected by the leakage magnetic flux of the magnet while achieving compactness. The holder is made of non-magnetic material, and part of the magnet is always in contact with the output shaft through the communication part provided in the magnet holder. It is possible to provide an electric valve actuator that exhibits accurate detection performance by detecting the rotation state of the output shaft side with a non-contact sensor while preventing operation. If the non-magnetic material that constitutes the magnet holder is made of a general-purpose resin material, this material can be easily obtained, and since no cutting work is required, the magnet holder can be easily manufactured. Since there is no risk of electrical corrosion occurring between the magnet holder and the magnet, it is possible to prevent oxidation deterioration of the magnet and maintain an accurate detection function of the rotational state of the output shaft.
以下に、本発明におけるバルブ用電動アクチュエータの検知用マグネットの取付構造とバルブ用電動アクチュエータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1においては、バルブ用電動アクチュエータの縦断面図を示し、図2(a)は、図1のA-A断面図、図2(b)は、図2(a)のB部拡大図を示している。
A mounting structure of a detection magnet for an electric valve actuator and an embodiment of an electric valve actuator according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
1 shows a longitudinal sectional view of an electric valve actuator, FIG. 2(a) is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 2(b) is an enlarged view of part B in FIG. 2(a). showing.
本発明は、電動アクチュエータの出力軸側に設けられるマグネットの取付構造に関するものであり、このマグネットにより出力軸の回転角度を検知可能になっている。
図1、図2において、バルブ用電動アクチュエータ(以下、アクチュエータ本体1という)は、電動モータ2、減速歯車列3、出力軸4、マグネット5、マグネットホルダ6、エンコーダ制御用基板7を備え、これら各部品はアクチュエータ本体1のハウジング8を成す、下部の基台9と上部側を覆うカバー10との間に収納される。
The present invention relates to a mounting structure for a magnet provided on the output shaft side of an electric actuator, and the magnet can detect the rotation angle of the output shaft.
1 and 2, an electric valve actuator (hereinafter referred to as an actuator body 1) includes an
基台9は、円形枠状に形成され、この基台9の枠内に減速歯車列3が配置される。減速歯車列3の入力側には電動モータ2、出力側には出力軸4がそれぞれ設けられ、この出力軸4に図示しないボール弁等のバルブのステムが接続可能に設けられる。電動モータ2の回転は、減速歯車列3により減速回転されて出力軸4より出力され、この出力軸4によりステムを通して弁体が回転駆動される。
The
本例では、出力軸4の上部に制御軸4aが同軸に形成され、これら出力軸4と制御軸4aとが軸受20、軸受20aにより基台9に取付けられて一体回転するようになっている。制御軸4a(出力軸4)の上端には、この制御軸4aの外径よりも縮径した円柱状の突起部21が突出形成され、この突起部21の上端側にマグネット5が取付けられ、このマグネット5が、マグネットホルダ6により制御軸4aと基板7との間に配置される。このとき、マグネット5と基板7との間には適宜の空間が設けられる。
In this example, a
軸受20、軸受20aは、銅系或は鉄系などの金属製の含油軸受よりなり、内部には潤滑油が注入されている。出力軸4の回転時には、この出力軸4と軸受20、軸受20aとの生じる間隙に潤滑油膜が浸入することにより電気的に絶縁可能となる。
The
出力軸4の下部側は、基台9底面から突出するように設けられ、その下端部には凹状溝22が形成される。凹状溝22には、バルブのステム上端に形成された図示しない平行二面部が係合可能に設けられ、これら凹状溝22と平行二面部との係合によりステムが出力軸4に接続される。
The lower side of the
減速歯車列3の上方には、円板状の仕切板23が取付けられ、この仕切板23の上面に柱状のスペーサ24が適宜間隔により複数箇所に立設するように取付けられ、このスペーサ24の上部に基板7が固定される。これにより、基板7は、仕切板23から適正な距離で配置される。
A disk-shaped
基板7において、制御軸4a(出力軸4)の上端面側との対向位置には、回転角度計測用の磁気式エンコーダ(用)IC25が取付けられている。エンコーダIC25には、被検出体であるマグネット5の回転角度を検出するための情報が記録され、これらマグネット及びこのマグネットに対向して配置したエンコーダIC25を用いる磁気式エンコーダにより、出力軸4の回転角度の検知を行っている。
A magnetic encoder (for)
図3、図4において、マグネット5は、略円筒形状の永久磁石からなり、例えば、ネオジム磁石等のパーミアンスが大きく、最大エネルギ積が大きい磁石を材料として扁平状の円板形状に形成される。本例では、例えば、φ8mm~φ10mm程度の外径の円板状に設けられ、中心部より二分割するようにN極とS極とが厚み方向に着磁されている。マグネット5の表面には、防錆用としてニッケルメッキが施され、このマグネット5は、マグネットホルダ6により制御軸4aの上端側に装着される。
In FIGS. 3 and 4, the
マグネットホルダ6は、非磁性材料である汎用の樹脂材料により略円筒形状に成型される。マグネットホルダ6の底面側には、制御軸4aの上端部が嵌合可能な穴径の装着孔30が適宜深さにより形成され、一方、マグネットホルダ6の上面側には、マグネット5が嵌合状態で装着可能な装着孔部31が適宜深さにより形成される。さらに、これら装着孔30と装着孔部31との間には連通孔32が形成され、この連通孔32は、制御軸4aの突起部21の外径よりもやや大きい径に設けられる。
The
装着孔部31の外周側には、空気抜き用の複数の切欠溝33が所定間隔で形成され、本例では、3つの切欠溝33が等間隔でマグネットホルダ6の外周側まで貫通するように形成されている。一方、装着孔32の外周側には、軸方向に沿って複数の切欠溝部34が等間隔で形成され、この切欠溝部34により装着孔30が径方向に拡縮することで制御軸4aへの取付けが容易になっている。
A plurality of
マグネットホルダ6は、上面側の装着孔部31に位置決め状態でマグネット5が嵌合装着され、底面側の装着孔30に出力軸4aの上端部側が位置決め状態で嵌合固定される。このとき、出力軸4に形成された突起部21が、連通孔32を通して装着孔部31の他方側である装着孔30から露出し、マグネット5の一部と出力軸4とが接触してこれらが電気的に接続された状態となる。しかも、これらを部分的に接触させて磁気回路を形成していることで、マグネット5の周囲に磁気回路を確保してパーミアンス係数の低下を防止する。この場合、マグネット5の上面側から側面を通じて裏面、或はその逆方向に分布する安定した漏洩磁束が確保される。
The
マグネット5は、マグネットホルダ6に対してエンコーダIC25から数ミリ程度の間隙で対向した状態で、制御軸4aに対して着磁角度にこだわらず任意の角度で取り付けられる。制御軸4aが回転したときには、マグネットホルダ6とともにマグネット5が制御軸4aと一体に回転する。
The
マグネットホルダ6の出力軸4aへの装着時には、出力軸4aの突起部21の先端面21a側が連通孔32を通して装着孔30側よりも上方に突出し、この突起部先端面21にマグネット5が載置されることで、マグネット5が確実に出力軸4に接触した状態となる。このとき、マグネット5の中心位置がエンコーダIC25の中心位置と一致した状態に配置される。
When the
この場合、連通孔32の内径が突起部21の外径よりもやや大径であることから、突起部21の外周側と連通孔32との間に隙間Sが形成される。この隙間Sに接着剤35を充填することでこの接着剤35によりマグネットホルダ6と出力軸4とが一体に固着される。接着剤35は、マグネット5と装着孔部31、出力軸4と装着孔30との間にも塗布される。
In this case, since the inner diameter of the
出力軸4の回転時には、マグネット5のN極とS極とによる漏洩磁束をエンコーダIC25に鎖交させて、このエンコーダIC25の内部に配置された図示しないホール素子からの出力電圧より連続してベクトル演算して角度アナログ信号を得た後、この角度アナログ信号をデジタル信号に変換することでその回転角度が検出される。
When the
この場合、エンコーダIC25の角度アナログ信号は、高速シリアル通信により基板7上の銅箔パターンを通じてデジタル信号に伝達されるため、出力軸4の正確な回転角度のデータが得られる。
In this case, since the angle analog signal of the
このように、エンコーダIC25により、制御軸4aのマグネット5の回転を信号として取り込むことで、アクチュエータ本体1の出力開度の絶対値がデジタル値として得られ、制御軸4aの回転状態が計測される。マグネット5の回転は、非接触式のエンコーダIC25により計測され、この電子式無接点状態であることにより接点障害が防がれる。
このことから、制御軸4a(マグネット5)は、どのような回転状態であっても、エンコーダIC25により高精度に計測される。
In this way, the rotation of the
Therefore, the
この場合、出力軸4がバルブの全閉位置又は全開で停止したときには、マグネット5から発生する漏洩磁束の方向の変化が停止し、エンコーダIC25から出力される角度データ値の変化が停止する。この角度データの無変化の継続時間を全閉又は全開状態として予め認知させ、これを全閉又は全開位置データとして記録しておく。バルブの開閉動作時には、これら全閉又は全開位置データとマグネット5による出力軸4の回転状態とを比較することで、バルブの全閉又は全開状態を検知可能となる。
In this case, when the
図1において、電動モータ2は、一般的な構造のDC(直流)ブラシレスモータよりなり、仕切板23の上面に固定される。電動モータ2をDCブラシレスモータとした場合、機械的に摺動する接点部分がなく、整流時に火花やアーク放電の発生を回避して絶縁物の生成を抑え、動作時のデッドポイントを防止可能になる。そのため、開閉位置を調整した出力軸4を高精度に回転可能な信頼性の高い電動バルブを提供可能になる。また、絶縁低下を防止し、長期に渡って高精度な動作が維持される。電動モータ2には、アクチュエータ本体1の外部からケーブル36が接続可能に設けられ、このケーブル36並びに制御用基板7を通して図示しない外部電源から電圧が供給されて回転する。
In FIG. 1, the
減速歯車列3は、図示しない入力軸、出力軸4、複数の減速歯車3aを有し、電動モータ2から入力軸に入力された回転が減速歯車3aにより減速され、この減速回転が出力軸4から出力可能に設けられる。
The reduction gear train 3 has an input shaft (not shown), an
なお、前記実施形態では、出力軸4側に突起部21を設け、この突起部21を連通孔32からマグネット5側に露出させているが、マグネット5側に設けた突起部21を、連通孔32から出力軸4側に露出させるようにしてもよい。この場合、突起部21の先端面21a側が、連通孔32を通して装着孔部31側に突出することでこの突起部先端面21aが出力軸4に接触可能となる。さらに、突起部21の外周側と連通孔32との間の隙間Sに接着剤35を充填すれば、マグネットホルダ6とマグネット5とを一体に固着することが可能となる。
In the above-described embodiment, the
また、出力軸4の上部に制御軸4aを一体化し、この制御軸4aの上端側にマグネットホルダ6でマグネット5を取付けて出力軸4の回転角度を検知しているが、必ずしも制御軸4aを出力軸4と一体に設ける必要はなく、制御軸4aを減速歯車列3の途中位置に出力軸4とは別体に設け、この制御軸4aの回転角度を検知するようにしてもよい。この場合、制御軸4aを出力軸と見なすものとする。
Further, the
電動モータ2と出力軸4との間には必ずしも減速歯車列3が設けられている必要はなく、電動モータ2の回転が適宜の手段により出力軸4側に伝達される構造であれば、各種のアクチュエータに対しても上述したマグネットの取付構造を適用できる。
It is not always necessary to provide the reduction gear train 3 between the
アクチュエータ本体1に接続されるバルブは、ボール弁以外のバルブであってもよく、例えばバタフライ弁等の各種のバルブを接続した場合にも、マグネット5を用いた高精度の回転制御が可能となる。
The valve connected to the actuator
次いで、本発明のバルブ用電動アクチュエータの検知用マグネットの取付構造とバルブ用電動アクチュエータの上記実施形態における作用を述べる。
アクチュエータ本体1において、マグネットホルダ6によりマグネット5を出力軸4(制御軸4a)に同軸状態に固定し、マグネットホルダ6の連通孔32を通してマグネット5の一部を出力軸4に接触させていることから、これらが電気的に常時接続された状態となる。そのため、動作時に弁体に帯電した電荷が出力軸4を通してマグネット5に帯電したとしても、動作停止時には出力軸4と軸受20とが電気的に接続されることで出力軸4に帯電した電荷が放電され、エンコーダIC25の静電破壊や、誤作動等を確実に防止する。これにより、マグネット5が一時的に帯電したとしても、定期的に放電することも可能となる。
Next, the attachment structure of the detection magnet of the electric valve actuator of the present invention and the operation of the electric valve actuator of the above embodiment will be described.
In the
この場合、弁体に帯電した電荷は、出力軸4から一旦はマグネット5に帯電されるが、アクチュエータ本体1が回転を停止したときに軸受20内に潤滑油が収納されることで、軸受20と出力軸4とが潤滑油を介することなく直接接触して電気的に接続され、マグネット5に帯電した電荷が効率的に放電される。
In this case, the electric charge on the valve body is temporarily transferred from the
マグネットホルダ6底面側の装着孔30に出力軸4(制御軸4a)の上端部、マグネットホルダ6上面側の装着孔部31にマグネット5をそれぞれ位置決め状態で装着し、出力軸4の突起部先端面21aを接触させているため、マグネット5のパーミアンスを低減させることなく、安定した漏洩磁束が得られる。特に、バルブに高圧蒸気などの高温流体を流した場合にも、マグネット5の不可逆減磁の防止を図り、マグネット5による高精度の位置制御を持続する。
The upper end of the output shaft 4 (control
出力軸4(制御軸4a)と二極に着磁されたマグネット5との位置関係は、デジタル制御により制約を受けることがないため、出力軸4、マグネットホルダ6、マグネット5を、円周方向においてそれぞれ任意の向きで取り付けでき、これらの部品形状を簡素化しつつマグネット5の固定が可能になる。
The positional relationship between the output shaft 4 (control
しかも、マグネットホルダ6を一般的な汎用樹脂材料により成型加工し、この樹脂製マグネットホルダ6を通して、出力軸4の上面側とマグネット5底面側とを必要最小限の面積で接触させていることにより、マグネット5の異金属接触による電蝕を最小限に抑制し、帯電の生じ易い劣悪な環境下であっても、長時間に渡って帯電を阻止して信頼性の高いアクチュエータ本体1を提供できる。
さらに、マグネットホルダ6を樹脂材料で成形していることで切削加工を省略することもでき、加工工数を削減して簡便に製作可能となる。
Moreover, the
Furthermore, since the
突起部21外周側と連通孔32との間の隙間Sに接着剤35を充填し、この接着剤35でマグネットホルダ6と出力軸4とを任意の回転状態で固着することで、固定用ねじなどの外部部品を用いることなく構造を簡略化でき、マグネット5の位置決め調整を必要とすることなく安定した漏洩磁束を確保できる。
The gap S between the outer peripheral side of the
エンコーダIC25とマグネット5とが接触していないため、アクチュエータ本体1が車両などの振動や衝撃が発生しやすい環境下に配置される場合にも、破損、接点障害、誤作動を防いで長寿命化を図ることができる。制御軸4aにその回転を検知するための側圧が加わることもないため、長期間の使用後にも制御軸4aのガタを抑えて出力軸4の回転角度が変化するおそれもない。
Since the
マグネット5のN極からS極に向かう漏洩磁束の分布が常に一定であり、出力軸4の回転により磁束分布も回転し、エンコーダIC25内部の図示しない複数のホール素子に磁束を錯交させて発生する各ホール電圧をベクトル演算することで、正確な出力軸4の角度データを得ることができる。
The distribution of leakage magnetic flux from the N pole to the S pole of the
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the description of the above embodiments, and is within the spirit of the invention described in the claims of the present invention. and can be modified in various ways.
1 アクチュエータ本体
2 電動モータ
3 減速歯車列
4 出力軸
5 マグネット
6 マグネットホルダ
21 突起部
21a 先端面
30 装着孔
31 装着孔部
32 連通孔
33 切欠溝
35 接着剤
S 隙間
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