JP7464375B2 - 電動アクチュエータおよびモータ駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動アクチュエータに関し、特に、直流モータを駆動して出力機構を目標位置に変位させて保持するためのモータ駆動制御技術に関する。

電動アクチュエータは、駆動装置となるモータの回転に応じて、出力機構を機械的に変位させる装置であり、様々な分野で利用されている。例えば、特許文献１には、ボール弁等のロータリ式の調節弁の弁軸を操作する電動アクチュエータが開示されている。この電動アクチュエータは、モータの回転を、ギヤその他の動力伝達機構を介して出力機構すなわち出力軸に伝達し、出力軸に連結された調節弁の弁体を回動させる。この際、電動アクチュエータは、出力軸の回動方向における機械的変位すなわち回動角を、可変抵抗器からなるポテンショメータなどのセンサによって検出し、その検出結果に基づいて出力軸の操作量を決定している。

また、特許文献２には、配管を流れる冷温水の流量を制御する流量制御弁の弁体を操作する電動アクチュエータが開示されている。この電動アクチュエータでは、弁体の実際の弁開度を検出し、得られた弁開度に基づいて弁体を回動制御することにより、流量制御を行うものとなっている。

特開２０１１－７４９３５号公報 特開２０１５－１９４１６６号公報

電動アクチュエータでは、モータを用いた駆動制御として２つの制御を実行している。これら２つの制御のうちの一方は、出力機構を目標位置まで変位させるための変位制御である。例えば、流量制御弁の場合、弁体を現在の開度から目標開度まで変位させる制御が必要となる。また他方は、出力機構を目標位置に保持するための保持制御である。例えば、流量制御弁の場合、弁体に対して流体からの負荷トルクが発生するため、弁体を目標位置に保持するための制御が必要となる。

このような変位制御および保持制御では、目標値と測定値との偏差に基づき駆動出力を制御するＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）などのフィードバック制御が用いられており、ソフトウェア構成の簡素化などの観点から、変位制御および保持制御で同一の制御則で実現する場合もある。
具体的には、実際に検出した出力機構の変位位置と目標位置との偏差を求め、偏差が一定の許容範囲より大きければモータを駆動して出力機構を目標位置まで回動させ、偏差が許容範囲内であればモータの駆動を停止する、という制御が行われる。

しかしながら、従来の電動アクチュエータにおける駆動制御によれば、出力機構の変位を制御できる駆動制御精度に起因して、保持制御が不安定になる場合があるという問題点があった。

一般に、サーボモータやステッピングモータは、印可したパルス信号に応じた角度だけ回動する。このため、これらモータを電動アクチュエータで用いた場合、極めて高い精度で駆動制御することができ、保持制御が不安定になることはないが、構成が複雑であるため高価である。
一方、ブラシレス直流モータは、サーボモータやステッピングモータと比較して安価であり、効率もよく駆動制御も容易であるため、電動アクチュエータをはじめ多くの機器で広く利用されている。

ブラシレス直流モータは、トランジスタなどのスイッチング素子で、各コイルに印可する直流電流を切替制御することにより、永久磁石を用いたロータを回動させる。したがって、高い精度で駆動制御するためには、ホールセンサなどの磁気センサでロータの回動角度を精度よく検出して、直流電流の切替制御にフィードバックさせる必要がある。例えば、３相ブラシレス直流モータでは、３つのホールセンサを１２０゜間隔で配置して、６０゜ごとの制御角度間隔でロータの回転角を検出して直流電流を切替制御している。

このように、ブラシレス直流モータは、例えば６０゜というように、制御角度間隔、すなわち駆動制御精度が低いという傾向があり、ロータの極数ステータの相数やスロット数を増やしても、サーボモータやステッピングモータなどの駆動制御精度には及ばない。このため、フィードバック制御におけるＩ（積分）成分の累積要素に起因して、出力機構が小刻みにガタガタと振動する現象が発生し、結果として保持制御が不安定となる。また、このような現象は、ブラシレス直流モータだけでなくブラシ付き直流モータでも同様であり、複数の巻線に対して印可する直流電流を切替制御するような、いわゆる直流モータで共通して発生する。

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で直流モータを用いた場合でも、出力機構を目標位置に安定して保持制御できるモータ駆動制御技術を提供することを目的としている。

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、複数の巻線を有する直流モータと、前記複数の巻線に対して選択的に電流を供給する駆動回路と、前記直流モータの回転に応じて機械的に変位する出力機構と、前記出力機構の機械的変位を検出するセンサと、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給する電流を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記センサにより検出された前記出力機構の機械的変位と前記機械的変位の目標値との偏差が解消されるよう、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記直流モータを回転させる駆動電流を制御する第１の制御部と、前記偏差が解消されている時に、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記出力機構の機械的変位を保持するための保持ブレーキ電流を制御する第２の制御部とを備えている。

本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記第２の制御部が、前記出力機構の機械的変位と前記出力機構に生じる負荷トルクとの対応関係に基づいて前記偏差が解消された時点における前記機械的変位と対応する負荷トルクを特定し、前記負荷トルクに基づいて前記駆動回路から供給する前記保持ブレーキ電流の大きさを計算するようにしたものである。

本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力機構の機械的変位と前記出力機構に生じる負荷トルクとの対応関係を記憶する記憶回路をさらに備え、前記第２の制御部は、前記記憶回路に記憶された前記対応関係を参照して、前記負荷トルクを特定するようにしたものである。

本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力機構の機械的変位と前記出力機構に生じる負荷トルクとの対応関係を記憶する記憶回路とネットワークを介して通信する通信回路をさらに備え、前記第２の制御部は、前記通信回路を介して前記記憶回路に記憶された前記対応関係を参照して、前記負荷トルクを特定するようにしたものである。

本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記第２の制御部が、前記偏差が解消された時点における前記駆動電流の大きさに所定のマージンを与えることにより、前記駆動回路から供給させる前記保持ブレーキ電流の大きさを計算するようにしたものである。

本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力機構の機械的変位と前記マージンの大きさとの対応関係を記憶する記憶回路をさらに備え、前記第２の制御部は、前記記憶回路に記憶された前記対応関係を参照して、前記マージンの大きさを特定するようにしたものである。

本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力機構の機械的変位と前記マージンの大きさとの対応関係を記憶する記憶回路とネットワークを介して通信する通信回路をさらに備え、前記第２の制御部は、前記通信回路を介して前記記憶回路に記憶された前記対応関係を参照して、前記マージンの大きさを特定するようにしたものである。

また、本発明にかかるモータ駆動制御方法は、複数の巻線を有する直流モータと、前記複数の巻線に対して選択的に電流を供給する駆動回路と、前記直流モータの回転に応じて機械的に変位する出力機構と、前記出力機構の機械的変位を検出するセンサと、前記駆動回路から前記複数の巻線に供給する電流を制御する制御回路とを備える電動アクチュエータで用いられる、モータ駆動制御方法であって、前記制御回路が、前記センサにより検出された前記出力機構の機械的変位と前記機械的変位の目標値との偏差が解消されるよう、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記直流モータを回転させる駆動電流を制御する第１の制御ステップと、前記制御回路が、前記偏差が解消されている時に、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記出力機構の機械的変位を保持するための保持ブレーキ電流を制御する第２の制御ステップとを備えている。

本発明によれば、偏差が解消された時点で、第２の制御部による出力機能の変位が停止して、第２の制御部による出力機構を一定の機械的変位に保持するための保持制御が開始される。したがって、保持制御では、フィードバック制御を用いた変位制御が停止されて、保持ブレーキ電流だけが直流モータの各巻線へ供給される。このため、動力源として直流モータを用いた場合でも、出力軸さらには出力機構が小刻みにガタガタと振動する現象を回避でき、出力軸さらには出力機構を、偏差解消時の機械的変位、すなわち目標位置に安定して保持制御することが可能となる。

図１は、第１の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。 図２は、直流モータと駆動回路の構成を示す説明図である。 図３は、ホールセンサの検出信号と通電相との関係を示すタイミングチャートである。 図４は、負荷トルク特性データを示すグラフである。 図５は、第１の実施の形態にかかるモータ駆動制御処理を示すフローチャートである。 図６は、第２の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。 図７は、第２の実施の形態にかかるモータ駆動制御処理を示すフローチャートである。 図８は、第３の実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の構成を示すブロック図である。 図９は、第４の実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の構成を示すブロック図である。 図１０は、負荷トルク計算過程（リターンスプリングあり）を示す説明図である。 図１１は、負荷トルク計算過程（リターンスプリングなし）を示す説明図である。

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、第１の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。

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。本発明では、図１に示すように、流量制御バルブの弁体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２０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。

［弁本体］
弁体２０は、弁本体の内部に形成されている流路の途中に、回動自在に取り付けられており、弁体２０の一端には弁本体から外部へ一端が導出された弁軸２１が結合されている。弁軸２１の一端は、継手２２を介して出力軸１４の結合されており、電動アクチュエータ１０による出力軸１４の回動操作により弁体２０が回動し、流路の断面積、すなわち弁開度が変化して、流体の流量が制御される。

本発明において、電動アクチュエータ１０により機械的に変位させる出力軸１４さらには出力軸１４に連結された弁体２０は、特許請求の範囲に記載された「出力機構」の一例である。また、出力軸１４さらには出力軸１４に連結された弁体２０の回動角度θｐｔは、特許請求の範囲に記載された出力機構の「機械的変位」の一例であり、出力軸１４さらには出力軸１４に連結された弁体２０の目標角度θｓｐは、特許請求の範囲に記載された出力機構の機械的変位の「目標値」に相当する。

なお、特許請求の範囲に記載された出力機構は、以下に示す出力軸１４さらには出力軸１４に連結された弁体２０に限定されるものではなく、直流モータ（以下、「ＤＣモータ」と云う。）の回転に応じて機械的に変位する機構であれば、後述と同様にして本発明を適用可能である。また、特許請求の範囲に記載された出力機構の機械的な変位は、以下に示す出力軸１４さらには出力軸１４に連結された弁体２０の回動に限定されるものではなく、出力機構の回転、移動、伸縮、ひねりなど、他の機械的な変位であっても、後述と同様にして本発明を適用可能である。

［電動アクチュエータ］
次に、図１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の構成について詳細に説明する。
電動アクチュエータ１０には、主な構成として、ＤＣモータ１１、駆動回路１２、動力伝達部１３、出力軸１４、角度センサ１５、記憶回路１６、および制御回路１７が設けられている。

［ＤＣモータ］
ＤＣモータ１１は、複数の巻線を有し、これら巻線に対して選択的に供給されたモータ電流Ｉに基づいて回動するモータである。本実施の形態では、ＤＣモータ１１として三相ブラシレスＤＣモータを用い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い。例えば、ブラシ付きＤＣモータなど、複数の巻線に対して印可するモータ電流Ｉを切替制御するような、いわゆるＤＣモータであれば、ＤＣモータ１１として用いてもよい。

図２は、ＤＣモータと駆動回路の構成を示す説明図である。図２に示すように、三相ブラシレスＤＣモータからなるＤＣモータ１１は、主な構成として、ロータ１１Ｒと、３つの巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと、３つのホールセンサＨＵ，ＨＶ，ＨＷとを備えている。なお、図２において、ステータや軸受等の構成要素は省略されている。

ロータ１１Ｒは、モータ軸と直交する方向に分極した永久磁石１１Ｍを有しており、回転自在に軸受けされている。巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、ロータ１１Ｒが軸線周りに回転する過程で永久磁石１１Ｍの磁極と対向するように、ステータの各磁極のうち対応する相の磁極のそれぞれに巻かれている。これら巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、全体としてスター結線されており、それぞれの一端が対応する端子Ｔｗｕ，Ｔｗｖ，Ｔｗｗに接続されているとともに、他端が共通接続されている。ホールセンサＨＵ，ＨＶ，ＨＷは、永久磁石１１Ｍの向きを検出するホール素子からなり、モータ軸を中心として１２０゜間隔で等配されている。ホールセンサＨＵ，ＨＶ，ＨＷから出力された検出信号ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、端子Ｔｈｕ，Ｔｈｖ，Ｔｈｗを介して制御回路１７に入力される。

［駆動回路］
駆動回路１２は、複数のスイッチング素子を備えており、制御回路１７から出力されたモータ制御信号ＳＣに基づいて、ＤＣモータ１１の各巻線に対して、選択的に直流のモータ電流Ｉを供給する機能と、モータ電流Ｉや巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷの値を示すモニタ信号ＳＤを制御回路１７へ出力する機能とを有している。なお、変位制御時におけるモータ電流Ｉを駆動電流と云い、保持制御時におけるモータ電流Ｉを保持ブレーキ電流と云うことがある。

図２に示すように、駆動回路１２は、巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに対して選択的にモータ電流Ｉを供給制御する３対のスイッチング素子Ｑｕｕ，Ｑｕｌ；Ｑｖｕ，Ｑｖｌ；Ｑｗｕ，Ｑｗｌを備えている。以下では、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴからなる場合を例として説明するが、バイポーラトランジスタなどの他のスイッチング素子であってもよい。

３対のスイッチング素子Ｑｕｕ，Ｑｕｌ；Ｑｖｕ，Ｑｖｌ；Ｑｗｕ，Ｑｗｌは、互いに直列に接続されている。制御回路１７は、モータ制御信号ＳＣに基づいて、これらのスイッチング素子Ｑｕｕ，Ｑｕｌ；Ｑｖｕ，Ｑｖｌ；Ｑｗｕ，Ｑｗｌを適宜オン／オフ制御することによって、各対から出力される出力電圧を、電源電位Ｖｃ、接地電位ＧＮＤ、および電源電位Ｖｃと接地電位ＧＮＤとの中間電位Ｖｃ／２のいずれかに切替制御する。これにより、ＤＣモータ１１の３つの巻線Ｕ，Ｖ，Ｗのうち通電する相すなわち巻線と、そのモータ電流Ｉの方向すなわちその巻線によって生じる磁界の方向とを切り替えることができる。

図３は、ホールセンサの検出信号と通電相との関係を示すタイミングチャートである。例えば、図３に示すように、ＤＣモータ１１の回動角θが０゜から６０゜の範囲にある場合、永久磁石１１ＭのＮ極がホールセンサＨＵ，ＨＶに近くホールセンサＨＷからは遠いため、検出信号ＳＵ，ＳＶは「Ｈ」レベルを示し、検出信号ＳＷは「Ｌ」レベルを示す。これに応じて、上段通電相および下段通電相としてＱｗｕ，Ｑｖｌが選択されて、スイッチング素子Ｑｗｕ，Ｑｖｌがオン状態に制御され、その他のスイッチング素子はオフ状態に制御される。

したがって、Ｗ相については、スイッチング素子Ｑｗｕがオン状態でスイッチング素子Ｑｗｌがオフ状態であるため、駆動電圧ＶＷとして電源電位Ｖｃが出力される。また、Ｖ相については、スイッチング素子Ｑｖｕがオフ状態でスイッチング素子Ｑｖｌがオン状態であるため、駆動電圧ＶＶは接地電位ＧＮＤとなる。また、Ｕ相については、スイッチング素子Ｑｕｕ，Ｑｕｌがともにオフ状態であるため、駆動電圧ＶＵは、中間電位Ｖｃ／２となる。これにより、ＤＣモータ１１には、端子Ｔｗｗから巻線Ｗおよび巻線Ｖを介して端子Ｔｗｖにモータ電流Ｉが流れることになる。したがって、永久磁石１１ＭのＳ極が巻線Ｖから巻線Ｗ方向に押しやられ、結果としてロータ１１Ｒが時計方向に回転することになる。

また、負荷トルクＴｑに応じてＤＣモータ１１の各巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへ供給するモータ電流Ｉの電流値（大きさ）を調整する場合がある。モータ電流Ｉの調整については、一般的なＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を利用して、図３に示した上段側通電相および下段側通電相としてオン状態に制御するスイッチング素子を、高速スイッチングさせる方法がある。高速スイッチングの周期は、通電相の切替周期より十分短くすれば、高速スイッチングのデューティ比に応じてモータ電流Ｉの電流値を調整することができる。

［動力伝達部］
動力伝達部１３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、ＤＣモータ１１のロータ１１Ｒに連結されているシャフト１１Ｓの回転速度を減速して出力軸１４を回動させる機能を有している。

［出力軸］
出力軸１４は、電動アクチュエータ１０から弁体２０を回動するための軸であり、一端が動力伝達部１３に連結され、他端が継手２２および弁軸２１を介して弁体２０と連結されている。

［角度センサ］
角度センサ１５は、動力伝達部１３または出力軸１４に取り付けられて、出力軸１４の回動方向に沿った機械的変位、すなわち回動角度θｐｔを検出し、制御回路１７へ出力する角度センサである。角度センサ１５は、インクリメンタルエンコーダなどの相対性センサでもよいが、例えば、可変抵抗器からなるポテンショメータなどのように、出力軸１４の、任意の基準位置からの絶対的な回転角度θｐｔを検出するアブソリュートセンサであることが望ましい。

［記憶回路］
記憶回路１６は、全体として半導体メモリなどの記憶装置からなり、制御回路１７でのモータ駆動制御に用いる各種処理データやプログラム１６Ｐを記憶する機能を有している。
プログラム１６Ｐは、制御回路１７のＣＰＵで実行されることにより、ＣＰＵと協働してモータ駆動制御を行う各種処理部を実現するプログラムである。プログラム１６Ｐは、外部装置あるいは記録媒体から通信回線を介して記憶回路１６に予め格納される。

記憶回路１６で記憶する主な処理データとして負荷トルク特性データ１６Ａがある。図４は、負荷トルク特性データを示すグラフである。図４に示すように、負荷トルク特性データ１６Ａは、弁体２０の開度と弁体２０に生じる負荷トルクＴｑとの対応関係を示すデータであり、横軸は弁体２０の開度［％］を示し、縦軸は弁体２０に発生する負荷トルク［Ｎｍ］を示している。

一般に、弁体２０の開度［％］と出力軸１４の回動角度［゜］とは、例えば比例関係など所定の関係を有しており、容易に換算できるため、負荷トルクＴｑを特定する時点に回動角度θｐｔを開度に換算してもよい。また、図４のグラフの横軸を予め回動角度θｐｔに換算しておいてもよい。
負荷トルク特性データ１６Ａについては、テーブル形式で記憶してもよく、関数式として記憶してもよい。負荷トルク特性データ１６Ａは、弁体２０の各開度すなわち出力軸１４の各回動角度θｐｔにおいて、弁体２０に発生する負荷トルクを示すデータであり、予め実測することができる。負荷トルクの実測については、後述する。

［制御回路］
制御回路１７は、ＣＰＵとその周辺回路を有し、記憶回路１６のプログラム１６Ｐを読み込んで実行することにより、モータ駆動制御を行う各種処理部を実現する機能を有している。
制御回路１７で実現される主な処理部として、変位制御部１７Ａと保持制御部１７Ｂがある。

［変位制御部］
変位制御部１７Ａは、角度センサ１５により検出された出力軸１４の回動角度θｐｔと、回動角度θｐｔに関する目標角度θｓｐとの偏差が解消されるように、モータ制御信号ＳＣに基づいて駆動回路１２を制御するよう構成されている。これにより、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへ供給されてＤＣモータ１１を回転させる駆動電流が制御されて、ＤＣモータ１１により出力軸１４が目標角度θｓｐまで回動される。この変位制御部１７Ａは、特許請求の範囲に記載された「第１の制御部」に相当する。

この際、変位制御部１７Ａは、目標値と測定値との偏差に基づき駆動電流を制御するＰＩＤ制御などのフィードバック制御を用い、偏差が解消された時点で変位制御を完了し、フィードバック制御を用いた変位制御による出力軸１４の回動を停止する。偏差の解消判定については、回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとが等しくなったこと、すなわち偏差がゼロとなったことを条件としてもよく、予め設定されている許容範囲内に偏差が含まれることを条件としてもよい。

［保持制御部］
保持制御部１７Ｂは、角度センサ１５により検出された出力軸１４の回動角度θｐｔと、回動角度θｐｔに関する目標角度θｓｐとの偏差が解消されている時に、出力軸１４の機械的変位すなわち回動角度θｐｔが一定に保持されるように、モータ制御信号ＳＣに基づいて駆動回路１２を制御するよう構成されている。これにより、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給する、出力軸１４の回動停止時に、出力軸１４の回動角度θｐｔを一定に保持するための保持ブレーキ電流が制御されて、ＤＣモータ１１により出力軸１４が偏差解消時点における回動角度θｐｔに保持される。このような保持制御部１７Ｂは、特許請求の範囲に記載された「第２の制御部」に相当する。

この際、保持制御部１７Ｂは、記憶回路１６の負荷トルク特性データ１６Ａに基づいて、偏差が解消された時点の回動角度θｐｔと対応する負荷トルクＴｑを特定し、負荷トルクＴｑに基づいて駆動回路１２から供給する保持ブレーキ電流の大きさすなわち電流値Ｉｋを計算する。

一般に、動力伝達部１３の減速比をＧとし、動力伝達部１３のギヤ効率をηとし、ＤＣモータ１１のトルク定数をＫＴとした場合、弁体２０に生じた負荷トルクＴｑに対抗して出力軸１４の回動角度θｐｔを保持するために必要となる保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋは、次の式（１）で求められる。保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋは、前述したようなＰＷＭ制御により調整される。

［第１の実施の形態の動作］
次に、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の動作について説明する。図５は、第１の実施の形態にかかるモータ駆動制御処理を示すフローチャートである。

図５に示すように、電動アクチュエータ１０において、指定された目標角度θｓｐに出力軸１４を回動する際、まず、制御回路１７の変位制御部１７Ａが、フィードバック制御を用いた変位制御を開始する（ステップＳ１００）。これにより、角度センサ１５により検出された、出力軸１４の回動角度θｐｔと、回動角度θｐｔに関する目標角度θｓｐとの偏差が解消されるよう、出力軸１４を回動させるための駆動電流が、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給される。

この後、変位制御部１７Ａは、出力軸１４の回動角度θｐｔと、回動角度θｐｔに関する目標角度θｓｐとの偏差が解消されたか確認し（ステップＳ１０１）、偏差が解消されるまで変位制御を継続する（ステップＳ１０１：ＮＯ）。
回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消されて目標角度θｓｐへの回動が完了した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、変位制御部１７Ａは、フィードバック制御を用いた変位制御を停止する（ステップＳ１０２）。

一方、保持制御部１７Ｂは、変位制御部１７Ａの変位制御により偏差が解消された場合、記憶回路１６の負荷トルク特性データ１６Ａから、偏差が解消された時点における回動角度θｐｔと対応する負荷トルクＴｑを特定する（ステップＳ１０３）。
次に、保持制御部１７Ｂは、特定した負荷トルクＴｑから前述した式（１）に基づいて、出力軸１４を回動角度θｐｔに保持するためにＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給すべきモータ電流Ｉの電流値Ｉｋを計算する（ステップＳ１０４）。

この後、保持制御部１７Ｂは、計算した電流値Ｉｋに相当するモータ電流Ｉを保持ブレーキ電流として、ＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給するよう、モータ制御信号ＳＣにより駆動回路１２へ指示し（ステップＳ１０５）、一連のモータ駆動制御処理を終了する。これにより、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに対して、保持ブレーキ電流の供給が開始され、負荷トルクＴｑに対抗して出力軸１４および弁体２０が回動角度θｐｔに保持されることになる。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、保持制御部１７Ｂが、出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消された場合、出力軸１４の回動角度θｐｔを保持するための保持ブレーキ電流を、駆動回路１２からＤＣモータ１１の各巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへ供給するようにしたものである。

これにより、偏差が解消された時点で、変位制御部１７Ａによる出力軸１４の回動が停止して、保持制御部１７Ｂによる出力軸１４を回動角度θｐｔに保持するための保持制御が開始される。したがって、保持制御では、フィードバック制御を用いた変位制御が停止されて、保持ブレーキ電流だけがＤＣモータ１１の各巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへ供給される。このため、動力源としてＤＣモータ１１を用いた場合でも、出力軸１４さらには弁体２０が小刻みにガタガタと振動する現象を回避でき、出力軸１４さらには弁体２０を、偏差解消時の回動角度θｐｔ、すなわち目標角度θｓｐに安定して保持制御することが可能となる。

また、本実施の形態において、出力軸１４の回動角度θｐｔと出力軸１４に生じる負荷トルクＴｑとの対応関係を示す負荷トルク特性データ１６Ａを記憶回路１６で記憶しておき、保持制御部１７Ｂが、負荷トルク特性データ１６Ａに基づいて偏差が解消された時点における回動角度θｐｔと対応する負荷トルクＴｑを特定し、特定した負荷トルクＴｑに基づいて駆動回路１２からＤＣモータ１１へ供給する保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋを計算するようにしてもよい。これにより、保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋを正確かつ容易に計算することが可能となる。
また、本実施の形態においては、実際の弁体の負荷トルク特性に基づいてブレーキ電流を算出しているので、ブレーキ電流は最適値となっており、省エネルギーに貢献できる。

［第２の実施の形態］
次に、図６を参照して、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。図６は、第２の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。

第１の実施の形態では、出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差解消時点における回動角度θｐｔと対応する負荷トルクＴｑに基づいて、保持ブレーキ電流の電流値（大きさ）Ｉｋを計算する場合を例として説明した。本実施の形態では、偏差解消時点における駆動電流の電流値Ｉｄに基づいて、保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋを計算する場合について説明する。

すなわち、本実施の形態において、保持制御部１７Ｂは、出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消された時点における、駆動電流の電流値Ｉｄに所定のマージンを与えることにより、駆動回路１２から供給させる保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋを計算するよう構成されている。

具体的には、記憶回路１６は、負荷トルク特性データ１６Ａに代えて、出力軸１４の回動角度θｐｔとマージンの大きさとの対応関係を示すマージン特性データ１６Ｂを記憶する機能を有している。マージン特性データ１６Ｂについては、テーブル形式で記憶してもよく、関数式として記憶してもよい。
保持制御部１７Ｂは、記憶回路１６のマージン特性データ１６Ｂに基づいて、偏差が解消された時点における回動角度θｐｔと対応するマージンの大きさを特定する機能を有している。

本実施の形態にかかるマージンについては、駆動電流の電流値Ｉｄの増分を示す電流値を用いればよいが、駆動電流の電流値Ｉｄに対する増分率を用いてもよい。また、マージンの大きさは、電動アクチュエータ１０のアプリケーションによって調整すればよい。したがって、アプリケーションによってはマージンとしてゼロを用いてもよい。すなわち、出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消された時点における、駆動電流の電流値Ｉｄを、そのまま保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋとして用いてもよい。
本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０に関するその他の構成については、図１と同様であり、ここでの説明は省略する。

［第２の実施の形態の動作］
次に、図７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モータ駆動制御処理を示すフローチャートである。

図７に示すように、電動アクチュエータ１０において、指定された目標角度θｓｐに出力軸１４を回動する際、まず、制御回路１７の変位制御部１７Ａが、フィードバック制御を用いた変位制御を開始する（ステップＳ２００）。これにより、角度センサ１５により検出された、出力軸１４の回動角度θｐｔと、回動角度θｐｔに関する目標角度θｓｐとの偏差が解消されるよう、出力軸１４を回動させるための駆動電流が、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給される。

この後、変位制御部１７Ａは、出力軸１４の回動角度θｐｔと、回動角度θｐｔに関する目標角度θｓｐとの偏差が解消されたか確認し（ステップＳ２０１）、偏差が解消されるまで変位制御を継続する（ステップＳ２０１：ＮＯ）。
回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消されて目標角度θｓｐへの回動が完了した場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、変位制御部１７Ａは、フィードバック制御を用いた変位制御を停止する（ステップＳ２０２）。

一方、保持制御部１７Ｂは、変位制御部１７Ａの変位制御により偏差が解消された場合、偏差解消時点の駆動電流の電流値Ｉｄを、駆動回路１２のモニタ信号ＳＤから取得し（ステップＳ２０３）、記憶回路１６のマージン特性データ１６Ｂから、偏差が解消された時点における回動角度θｐｔと対応するマージンを特定する（ステップＳ２０４）。
次に、保持制御部１７Ｂは、特定したマージンを偏差解消時点の駆動電流の電流値Ｉｄに加えることにより、出力軸１４を回動角度θｐｔに保持するためにＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給すべきモータ電流Ｉの電流値Ｉｋを計算する（ステップＳ２０５）。

この後、保持制御部１７Ｂは、計算した電流値Ｉｋに相当するモータ電流Ｉを保持ブレーキ電流として、ＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給するよう、モータ制御信号ＳＣにより駆動回路１２へ指示し（ステップＳ２０６）、一連のモータ駆動制御処理を終了する。これにより、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに対して、保持ブレーキ電流の供給が開始され、負荷トルクＴｑに対抗して出力軸１４および弁体２０が回動角度θｐｔに保持されることになる。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、保持制御部１７Ｂが、出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消された時点における、駆動電流の電流値Ｉｄに所定のマージンを与えることにより、駆動回路１２から供給させる保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋを計算するようにしたものである。

これにより、回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消された時点における負荷トルクＴｑを用いることなく、保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋを計算することが可能となる。したがって、負荷トルクＴｑの実測や計算に必要となる構成や処理負担を省くことができ、電動アクチュエータ１０の構成を簡素化できコストを低減することが可能となる。

また、本実施の形態において、記憶回路１６で、出力軸１４の回動角度θｐｔとマージンの大きさとの対応関係を示すマージン特性データ１６Ｂを記憶しておき、保持制御部１７Ｂが、記憶回路１６のマージン特性データ１６Ｂに基づいて、偏差が解消された時点における機械的変位と対応するマージンの大きさを特定するようにしてもよい。
これにより、極めて簡素な構成および処理負担で、マージンを特定することが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第３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８は、第３の実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の構成を示すブロック図である。
本実施の形態では、第１の実施の形態にかかる負荷トルク特性データ１６Ａが、電動アクチュエータ１０の外部で記憶されている場合を例として説明する。

すなわち、図８に示すように、本実施の形態において、電動アクチュエータ１０は、通信網（ネットワーク）ＮＷを介して上位装置３０との間でデータ通信を行う通信回路１８を備えている。
保持制御部１７Ｂは、通信回路１８を介して上位装置３０の記憶回路３２に記憶された負荷トルク特性データ３２Ａを参照して、角度センサ１５により検出された出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消された時点の、回動角度θｐｔと対応する負荷トルクＴｑを特定するよう構成されている。
本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０に関するその他の構成については、図１と同様であり、ここでの説明は省略する。

［上位装置］
図８に示すように、上位装置３０は、全体としてサーバ装置などの情報処理装置からなり、主な回路構成として、通信回路３１、記憶回路３２、および処理回路３３を備えている。
通信回路３１は、通信網ＮＷを介して上位装置３０との間でデータ通信を行う機能を備えている。
記憶回路３２は、全体として半導体メモリなどの記憶装置からなり、電動アクチュエータ１０でのモータ駆動制御に用いる負荷トルク特性データ３２Ａを記憶する機能を有している。負荷トルク特性データ３２Ａは、第１の実施の形態にかかる負荷トルク特性データ１６Ａと同等であり、ここでの説明は省略する。

処理回路３３は、通信回路３１および通信網ＮＷを介した電動アクチュエータ１０とのデータ通信により、電動アクチュエータ１０からの参照要求を確認した場合、記憶回路３２の負荷トルク特性データ３２Ａに関する参照処理を、通信回路３１および通信網ＮＷを介して電動アクチュエータ１０に提供する機能を有している。

［第３の実施の形態の動作］
次に、前述した図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の動作について説明する。

図５に示すように、電動アクチュエータ１０において、指定された目標角度θｓｐに出力軸１４を回動する際、まず、制御回路１７の変位制御部１７Ａが、フィードバック制御を用いた変位制御を開始する（ステップＳ１００）。これにより、角度センサ１５により検出された、出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消されるよう、出力軸１４を回動させるための駆動電流が、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給される。

この後、変位制御部１７Ａは、出力軸１４の回動角度θｐｔと、回動角度θｐｔに関する目標角度θｓｐとの偏差が解消されたか確認し（ステップＳ１０１）、偏差が解消されるまで変位制御を継続する（ステップＳ１０１：ＮＯ）。
回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消されて目標角度θｓｐへの回動が完了した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、変位制御部１７Ａは、フィードバック制御を用いた変位制御を停止する（ステップＳ１０２）。

一方、保持制御部１７Ｂは、変位制御部１７Ａの変位制御により偏差が解消された場合、上位装置３０の記憶回路３２に記憶されている負荷トルク特性データ３２Ａを参照して、偏差が解消された時点における回動角度θｐｔと対応する負荷トルクＴｑを特定する（ステップＳ１０３）。

負荷トルク特性データ３２Ａを参照する際、保持制御部１７Ｂは、通信回路１８から通信網ＮＷを介して負荷トルク特性データ３２Ａに関する参照要求を送信する。上位装置３０の処理回路３３は、通信回路３１および通信網ＮＷを介した電動アクチュエータ１０とのデータ通信により、電動アクチュエータ１０からの参照要求を確認した場合、記憶回路３２に記憶された負荷トルク特性データ３２Ａに関する参照処理を、通信回路３１および通信網ＮＷを介して電動アクチュエータ１０に提供する。

次に、保持制御部１７Ｂは、特定した負荷トルクＴｑから前述した式（１）に基づいて、出力軸１４を回動角度θｐｔに保持するためにＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給すべきモータ電流Ｉの電流値Ｉｋを計算する（ステップＳ１０４）。

この後、保持制御部１７Ｂは、計算した電流値Ｉｋに相当するモータ電流Ｉを保持ブレーキ電流として、ＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給するよう、モータ制御信号ＳＣにより駆動回路１２へ指示し（ステップＳ１０５）、一連のモータ駆動制御処理を終了する。これにより、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに対して、保持ブレーキ電流の供給が開始され、負荷トルクＴｑに対抗して出力軸１４および弁体２０が回動角度θｐｔに保持されることになる。

［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、保持制御部１７Ｂが、通信回路１８を介して上位装置３０の記憶回路３２に記憶された負荷トルク特性データ３２Ａを参照して、角度センサ１５により検出された出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消された時点の、回動角度θｐｔと対応する負荷トルクＴｑを特定するようにしたものである。

これにより、電動アクチュエータ１０の記憶回路１６で、負荷トルク特性データ１６Aを記憶する必要がなくなるため、記憶回路１６の記憶容量を大幅に削減でき、電動アクチュエータ１０の回路規模および回路コストを低減することが可能となる。
また、複数の電動アクチュエータ１０が、上位装置３０の同じ負荷トルク特性データ３２Ａを参照するようにしてもよい。これにより、複数の電動アクチュエータ１０を含むシステム全体のハードウェア規模およびハードウェアコストを低減することが可能となるとともに、負荷トルク特性データ３２Ａの更新に要するメンテナンスコストを大幅に低減することができる。
また、本実施の形態においては、実際の弁体の負荷トルク特性に基づいてブレーキ電流を算出しているので、ブレーキ電流は最適値となっており、省エネルギーに貢献できる。

［第４の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第４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９は、第４の実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の構成を示すブロック図である。
本実施の形態では、第２の実施の形態にかかるマージン特性データ１６Ｂが、電動アクチュエータ１０の外部で記憶されている場合を例として説明する。

すなわち、図９に示すように、本実施の形態において、電動アクチュエータ１０は、通信網ＮＷを介して上位装置３０との間でデータ通信を行う通信回路１８を備えている。
保持制御部１７Ｂは、通信回路１８を介して上位装置３０の記憶回路３２に記憶されたマージン特性データ３２Ｂを参照して、角度センサ１５により検出された出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消された時点の、回動角度θｐｔと対応するマージンの大きさを特定するよう構成されている。
本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０に関するその他の構成については、図６と同様であり、ここでの説明は省略する。

［上位装置］
図９に示すように、上位装置３０は、全体としてサーバ装置などの情報処理装置からなり、主な回路構成として、通信回路３１、記憶回路３２、および処理回路３３を備えている。
通信回路３１は、通信網ＮＷを介して上位装置３０との間でデータ通信を行う機能を備えている。
記憶回路３２は、全体として半導体メモリなどの記憶装置からなり、電動アクチュエータ１０でのモータ駆動制御に用いるマージン特性データ３２Ｂを記憶する機能を有している。マージン特性データ３２Ｂは、第２の実施の形態にかかるマージン特性データ１６Ｂと同等であり、ここでの説明は省略する。

処理回路３３は、通信回路３１および通信網ＮＷを介した電動アクチュエータ１０とのデータ通信により、電動アクチュエータ１０からの参照要求を確認した場合、記憶回路３２のマージン特性データ３２Ｂに関する参照処理を、通信回路３１および通信網ＮＷを介して電動アクチュエータ１０に提供する機能を有している。

［第４の実施の形態の動作］
次に、前述した図６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の動作について説明する。

図６に示すように、電動アクチュエータ１０において、指定された目標角度θｓｐに出力軸１４を回動する際、まず、制御回路１７の変位制御部１７Ａが、フィードバック制御を用いた変位制御を開始する（ステップＳ２００）。これにより、角度センサ１５により検出された、出力軸１４の回動角度θｐｔと、回動角度θｐｔに関する目標角度θｓｐとの偏差が解消されるよう、出力軸１４を回動させるための駆動電流が、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給される。

この後、変位制御部１７Ａは、出力軸１４の回動角度θｐｔと、回動角度θｐｔに関する目標角度θｓｐとの偏差が解消されたか確認し（ステップＳ２０１）、偏差が解消されるまで変位制御を継続する（ステップＳ２０１：ＮＯ）。
回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消されて目標角度θｓｐへの回動が完了した場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、変位制御部１７Ａは、フィードバック制御を用いた変位制御を停止する（ステップＳ２０２）。

一方、保持制御部１７Ｂは、変位制御部１７Ａの変位制御により偏差が解消された場合、偏差解消時点の駆動電流の電流値Ｉｄを、駆動回路１２のモニタ信号ＳＤから取得し（ステップＳ２０３）、上位装置３０の記憶回路３２に記憶されているマージン特性データ３２Ｂを参照して、偏差が解消された時点における回動角度θｐｔと対応するマージンを特定する（ステップＳ２０４）。

マージン特性データ３２Ｂを参照する際、保持制御部１７Ｂは、通信回路１８から通信網ＮＷを介してマージン特性データ３２Ｂに関する参照要求を送信する。上位装置３０の処理回路３３は、通信回路３１および通信網ＮＷを介した電動アクチュエータ１０とのデータ通信により、電動アクチュエータ１０からの参照要求を確認した場合、記憶回路３２に記憶されたマージン特性データ３２Ｂに関する参照処理を、通信回路３１および通信網ＮＷを介して電動アクチュエータ１０に提供する。

次に、保持制御部１７Ｂは、特定したマージンを偏差解消時点の駆動電流の電流値Ｉｄに加えることにより、出力軸１４を回動角度θｐｔに保持するためにＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給すべきモータ電流Ｉの電流値Ｉｋを計算する（ステップＳ２０５）。

この後、保持制御部１７Ｂは、計算した電流値Ｉｋに相当するモータ電流Ｉを保持ブレーキ電流として、ＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給するよう、モータ制御信号ＳＣにより駆動回路１２へ指示し（ステップＳ２０６）、一連のモータ駆動制御処理を終了する。これにより、駆動回路１２からＤＣモータ１１の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに対して、保持ブレーキ電流の供給が開始され、負荷トルクＴｑに対抗して出力軸１４および弁体２０が回動角度θｐｔに保持されることになる。

［第４の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、保持制御部１７Ｂが、通信回路１８を介して上位装置３０の記憶回路３２に記憶されたマージン特性データ３２Ｂを参照して、角度センサ１５により検出された出力軸１４の回動角度θｐｔと目標角度θｓｐとの偏差が解消された時点の、回動角度θｐｔと対応するマージンを特定するようにしたものである。

これにより、電動アクチュエータ１０の記憶回路１６で、マージン特性データ１６Ｂを記憶する必要がなくなるため、記憶回路１６の記憶容量を大幅に削減でき、電動アクチュエータ１０の回路規模および回路コストを低減することが可能となる。
また、複数の電動アクチュエータ１０が、上位装置３０の同じマージン特性データ３２Ｂを参照するようにしてもよい。これにより、複数の電動アクチュエータ１０を含むシステム全体のハードウェア規模およびハードウェアコストを低減することが可能となるとともに、マージン特性データ３２Ｂの更新に要するメンテナンスコストを大幅に低減することができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５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。
前述した第１の実施の形態では、弁体２０の開度と弁体２０に生じる負荷トルクＴｑとの対応関係を、負荷トルク特性データ１６Ａとして予め用意しておく必要がある。この際、負荷トルクＴｑは、電動アクチュエータ１０のアプリケーションよって変化するため、電動アクチュエータ１０の持つ予知保全機能を利用して、予め実測により計算しておくことが望ましい。負荷トルクＴｑの計算については、制御回路１７の保持制御部１７Ｂで実行してもよく、制御回路１７に新たな処理部、例えば負荷トルク計算部を設けて実行してもよい。なお、本発明において、弁体２０の開度を弁体２０または出力軸１４の回動角度と云うことがあり、その逆もある。

［リターンスプリングがある場合］
まず、図１０を参照して、電動アクチュエータ１０にリターンスプリングＲＳがある場合における負荷トルクＴｑの計算方法について説明する。図１０は、負荷トルク計算過程（リターンスプリングあり）を示す説明図である。
バルブやダンパー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１０の１つとして、出力軸１４に取り付けたリターンスプリングＲＳの復帰力で電源供給遮断時に出力軸１４を所定の回動角度まで戻す、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。

回動中の出力軸１４が任意の開度を通過する時点において、ＤＣモータ１１、動力伝達部１３、リターンスプリングＲＳ、および弁体２０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１０に示すように、例えば、開度θａｘにおいて、ＤＣモータ１１のモータトルクをＴｍとし、リターンスプリングＲＳのスプリングトルクをＴｓとし、動力伝達部１３における動力伝達トルクをＴｄとし、弁体２０の弁体トルクをＴｖとした場合、開度θａｘにおけるこれらトルクのつり合いは、次の式（２）で表される。

なお、出力軸１４が回動している場合、動力伝達トルクＴｄは発生するが、出力軸１４を任意の一定開度θａｘで保持した場合、動力伝達トルクＴｄはゼロとなる。
一方、モータトルクＴｍは、ＤＣモータ１１のトルク定数をＫＴとし、開度θａｘにおいてＤＣモータ１１に流れたモータ電流をＩとすると、開度θａｘにおけるＤＣモータ１１のモータトルクＴｍは、次の式（３）で求められる。

一方、リターンスプリングＲＳのばね定数をｋとした場合、開度θａｘにおけるスプリングトルクＴｓは、次の式（４）で表される。

したがって、これら式（２）、式（３）および式（４）に基づいて、動力伝達部１３および弁体２０にかかる負荷トルクＴｑは、次の式（５）に示すように、モータトルクＴｍと等しくなる。このため、モータ電流Ｉを検出すれば、負荷トルクＴｑが得られることになる。

［リターンスプリングがない場合］
次に、図１１を参照して、電動アクチュエータ１０にリターンスプリングＲＳがない場合における負荷トルクＴｑの計算方法について説明する。図１１は、負荷トルク計算過程（リターンスプリングなし）を示す説明図である。

出力軸１４が回動している場合、あるいは、出力軸１４を任意の一定開度θａｘで保持した場合、ＤＣモータ１１、動力伝達部１３、および弁体２０で発生するそれぞれのトルクは、互いにつり合った状態にあり、これらトルクの総和はゼロとなる。図１１に示すように、例えば、任意の開度θａｘにおけるＤＣモータ１１のモータトルクをＴｍとし、動力伝達部１３における動力伝達トルクをＴｄとし、弁体２０の弁体トルクをＴｖとした場合、任意の開度θａｘにおけるこれらトルクのつり合いは、次の式（６）で表される。

なお、出力軸１４が回動している場合、動力伝達トルクＴｄは発生するが、出力軸１４を任意の一定開度θａｘで保持した場合、動力伝達トルクＴｄはゼロとなる。
一方、モータトルクＴｍは、ＤＣモータ１１のトルク定数をＫＴとし、開度θａｘにおいてＤＣモータ１１に流れたモータ電流をＩとすると、開度θａｘにおけるＤＣモータ１１のモータトルクＴｍは、上記の式（３）で求められる。

したがって、これら式（３）および式（６）に基づいて、動力伝達部１３および弁体２０にかかる負荷トルクＴｑは、次の式（７）に示すように、モータトルクＴｍと等しくなる。このため、モータ電流Ｉを検出すれば、負荷トルクＴｑが得られることになる。

［第５の実施の形態の効果］
本実施の形態によれば、電動アクチュエータ１０の既存構成で容易に検出できる出力軸１４や弁体２０の開度、さらにはモータ電流Ｉに基づいて、動力伝達部１３および弁体２０にかかる負荷トルクＴｑを容易に計算することが可能となる。したがって、新たな構成を追加することなく、保持制御に用いる保持ブレーキ電流の電流値Ｉｋを容易に計算することが可能となる。
また、本実施の形態においては、リアルタイムに計測した負荷トルクに基づいてブレーキ電流を算出しているため、異物のつまりおよび弁体の摩耗などの経年変化に対応できる。さらに、リアルタイムに計測した弁体の負荷トルクに基づいてブレーキ電流を算出しているので、ブレーキ電流は最適値となっており、省エネルギーにも貢献できる。

［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。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１０…電動アクチュエータ、１１…ＤＣモータ、１１Ｍ…永久磁石、１１Ｒ…ロータ、１１Ｓ…シャフト、１２…駆動回路、１３…動力伝達部、１４…出力軸、１５…角度センサ、１６…記憶回路、１６Ａ…負荷トルク特性データ、１６Ｂ…マージン特性データ、１６Ｐ…プログラム、１７…制御回路、１７Ａ…変位制御部、１７Ｂ…保持制御部、１８…通信回路、２０…弁体、２１…弁軸、２２…継手、３０…上位装置、３１…通信回路、３２…記憶回路、３２Ａ…負荷トルク特性データ、３２Ｂ…マージン特性データ、３３…処理回路、Ｕ，Ｖ，Ｗ…巻線、ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ…ホールセンサ、Ｔｗｕ，Ｔｗｖ，Ｔｗｗ，Ｔｈｕ，Ｔｈｖ，Ｔｈｗ…端子、Ｑｕｕ，Ｑｕｌ，Ｑｖｕ，Ｑｖｌ，Ｑｗｕ，Ｑｗｌ…スイッチング素子、ＲＳ…リターンスプリング、θｓｐ…目標角度、θｐｔ…回動角度、ＳＣ…駆動制御信号、ＳＤ…モニタ信号、Ｉ…モータ電流、Ｉｄ，Ｉｋ…電流値、ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ…駆動電圧，Ｖｃ…電源電位、ＧＮＤ…接地電位、ＳＵ，ＳＶ，ＳＷ…検出信号、Ｔｑ…負荷トルク、Ｔｍ…モータトルク、Ｔｄ…動力伝達トルク、Ｔｓ…スプリングトルク、Ｔｖ…弁体トルク、θａｘ…開度、ｋ…ばね定数、ＫＴ…トルク定数、ＮＷ…通信網。

Claims (5)

1. 複数の巻線を有する直流モータと、
   前記複数の巻線に対して選択的に電流を供給する駆動回路と、
   前記直流モータの回転に応じて機械的に変位する出力機構と、
   前記出力機構の機械的変位を検出するセンサと、
   前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給する電流を制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路は、
   前記センサにより検出された前記出力機構の機械的変位と前記機械的変位の目標値との偏差が解消されるよう、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記直流モータを回転させる駆動電流を制御する第１の制御部と、
   前記偏差が解消されている時に、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記出力機構の機械的変位を保持するための保持ブレーキ電流を制御する第２の制御部とを備え、
   前記第２の制御部は、前記出力機構の機械的変位と前記出力機構に生じる負荷トルクとの対応関係に基づいて前記偏差が解消された時点における前記機械的変位と対応する負荷トルクを特定し、前記負荷トルクに基づいて前記駆動回路から供給する前記保持ブレーキ電流の大きさを計算する
   電動アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の電動アクチュエータにおいて、
   前記出力機構の機械的変位と前記出力機構に生じる負荷トルクとの対応関係を記憶する記憶回路をさらに備え、
   前記第２の制御部は、前記記憶回路に記憶された前記対応関係を参照して、前記負荷トルクを特定する
   ことを特徴とする電動アクチュエータ。
3. 請求項１に記載の電動アクチュエータにおいて、
   前記出力機構の機械的変位と前記出力機構に生じる負荷トルクとの対応関係を記憶する記憶回路とネットワークを介して通信する通信回路をさらに備え、
   前記第２の制御部は、前記通信回路を介して前記記憶回路に記憶された前記対応関係を参照して、前記負荷トルクを特定する
   ことを特徴とする電動アクチュエータ。
4. 複数の巻線を有する直流モータと、
   前記複数の巻線に対して選択的に電流を供給する駆動回路と、
   前記直流モータの回転に応じて機械的に変位する出力機構と、
   前記出力機構の機械的変位を検出するセンサと、
   前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給する電流を制御する制御回路と、
   記憶回路とを備え、
   前記制御回路は、
   前記センサにより検出された前記出力機構の機械的変位と前記機械的変位の目標値との偏差が解消されるよう、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記直流モータを回転させる駆動電流を制御する第１の制御部と、
   前記偏差が解消されている時に、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記出力機構の機械的変位を保持するための保持ブレーキ電流を制御する第２の制御部とを備え
   前記第２の制御部は、前記偏差が解消された時点における前記駆動電流の大きさに所定のマージンを与えることにより、前記駆動回路から供給させる前記保持ブレーキ電流の大きさを計算し、
   前記記憶回路は、前記出力機構の機械的変位と前記マージンの大きさとの対応関係を記憶し、
   前記第２の制御部は、前記記憶回路に記憶された前記対応関係を参照して、前記マージンの大きさを特定する
   電動アクチュエータ。
5. 複数の巻線を有する直流モータと、
   前記複数の巻線に対して選択的に電流を供給する駆動回路と、
   前記直流モータの回転に応じて機械的に変位する出力機構と、
   前記出力機構の機械的変位を検出するセンサと、
   前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給する電流を制御する制御回路と、
   記憶回路とネットワークを介して通信する通信回路とを備え、
   前記制御回路は、
   前記センサにより検出された前記出力機構の機械的変位と前記機械的変位の目標値との偏差が解消されるよう、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記直流モータを回転させる駆動電流を制御する第１の制御部と、
   前記偏差が解消されている時に、前記駆動回路から前記複数の巻線に対して供給されて前記出力機構の機械的変位を保持するための保持ブレーキ電流を制御する第２の制御部とを備え
   前記第２の制御部は、前記偏差が解消された時点における前記駆動電流の大きさに所定のマージンを与えることにより、前記駆動回路から供給させる前記保持ブレーキ電流の大きさを計算し、
   前記記憶回路は、前記出力機構の機械的変位と前記マージンの大きさとの対応関係を記憶し、
   前記第２の制御部は、前記通信回路を介して前記記憶回路に記憶された前記対応関係を参照して、前記マージンの大きさを特定する
   電動アクチュエータ。

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