JPH01126478A

JPH01126478A - 電動式調節弁用アクチュエータ

Info

Publication number: JPH01126478A
Application number: JP62280185A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Saito; 猛斉藤; Yutaka Uchiumi; 豊内海; Takeshi Suguro; 勝呂　武; Toshio Endo; 遠藤　俊夫
Original assignee: NIPPON BEELES- KK; Nippon Gear Co Ltd
Current assignee: NIPPON BEELES- KK; Nippon Gear Co Ltd
Priority date: 1987-11-05
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1989-05-18
Also published as: JPH0316547B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、蒸気原動所等における高圧流体の圧力、流儀
を調整するに好適な電動式調節弁用アクチュエータに関
する。

［従来の技術］従来、調節弁は、入口流路および出口流路ならびに弁室
を備えるケーシングと、ケーシングの弁室内に形成され
る弁座と、ケーシングに移動可能に支持されて弁体を備
える弁棒と、弁体が弁座に対して接離するように弁棒を
駆動し、弁開度を調節する電動機を有して構成されてい
る。

ところで、電源の停電時にも電動機を駆動して調節弁を
運転可能とするため、従来の調節弁用アクチュエータに
あっては、バッテリバックアップ装置が簡易に取付可能
な直流モータを用いたＤＣサーボ型アクチュエータが用
いられている。また、従来の交流モータを使用した電動
式調節弁用アクチュエータにおいては、停電時にバッテ
リから供給される直流電源そのものでは、交流モータを
駆動させることが不可能であるため、停電時の対応とし
て、■現状の位置においてアクチュエータを停止させる
方法または、■外部に別置で設置されたＤ　Ｃ／Ａ　Ｃ
インバータにより直流電源から交流電源をつくりだし、
それをアクチュエータの供給電源として与える方法が採
用されている。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、直流モータを用いた調節弁にあっては、
モータが整流のためのブラシを備えているから、保守性
が悪く、また高速運転に限界がある。

また、交流モータを用いた従来の電動式調節弁用アクチ
ュエータの停電時における第１の対応として、アクチュ
エータを現在位置にて停止させる方法では、停電時に弁
内部を通過する流体の制御が不可能となって蒸気原動所
等の停電時の安全運転が確保できない。

また、第２の方法であるインバータによる方法において
は、高価で大型のＤＣ／Ａ、Ｃインバータがアクチュエ
ータとは別に必要となる。

本発明は、直流モータを用いたり、ＤＣ／ＡＣインバー
タを設備することなく、電源の停電時にも調節弁を安定
的に運転可能とすることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明は、入口流路および出口流路ならびに弁室を備え
るケーシングと、ケーシングの弁室内に形成される弁座
と、ケーシングに移動可能に支持されて弁体を備える弁
棒と、弁体が弁座に対して接離するように弁棒を駆動し
、弁開度を調節する交流電動機とを有してなり、交流電
源をインバータ整流回路部にて電動機に接続し、該電動
機に駆動電力を供給する電動式調節弁用アクチュエータ
において、直流電源を接続器にて上記インバータ整流回
路部に接続可能とし、交流電源の停電時に、接続器を閉
成させて電動機を駆動可能とするバッテリバックアップ
装置を備えるようにしたものである。

［作用］本発明によれば、交流電動機を用いる調節弁用アクチュ
エータにおいて、交流電源が停電に至ると、接続器が直
ちに閉成して、直流電源がインバータ整流回路部を介し
て電動機に接続され、該電動機に駆動電力を供給するこ
とになる。

したがって、直流モータを用いたり、ＤＣ／ＡＣインバ
ータを設備することなく、電源の停電時にも調節弁を安
定的に運転可能とすることができる。

［実施例１第１図は本発明の一実施例が適用されてなる調節弁を一
部破断して示す正面図、第２図は制御ブロック図、第３
図は第１図の要部を示す断面図、第４図はスラスト検出
系統を示すブロック図である。

ｙ４節身重Ｏは、第１図に示すように、入口流路１１お
よび出口流路１２ならびに弁室１３を備えるケーシング
１４と、ケーシング１４の弁室１３に形成される弁座１
５と、ケーシング１４に移動可能に支持されて弁体１６
を備える弁棒１７とを有している。

さらに、調節弁１０は、駆動装置としてのＡＣサーボモ
ータ（誘導電動機）１８を有している。

モータ１８は、減速装Ｗ１１９、ポールねじ装置２０を
介して弁棒１７に連結され、弁体１６が弁座１５に対し
て接離するように弁棒１７を駆動し、弁開度を調節する
。減速装置１９は平歯車列を構成するギア２１Ａ〜２１
０からなる。なお。

上記減速装置１９にはギア２１Ｅを介して手動ハンドル
２２が連結されている。

なお、弁棒１７は、ポールねじ装Ｍ２ｏが結合される上
弁棒２３、弁体１６を備える下弁棒２４、上弁棒２３の
下端部に固定されるアダプタ２５、下弁棒２４の上端部
に固定されてアダプタ２５と軸方向に結合するカップリ
ング２６の各部に分割されている。

また、調節弁１０は、下弁棒２４の軸方向移動量をリン
ケージを介し伝達され電気信号に変換せしめる差動トラ
ンス方式等からなる開度発信器２７をヨーク２７Ａに備
え、弁開度を検出可能としている。

また、調節弁１０は、エンコーダ２８をモータ１８に備
え、モータ１８の回転量を検出可能としている。

また、調節弁ｌＯは、弁棒１７に作用するスラスト力を
検出するスラスト力検出器２９を備えている。スラスト
力検出器２９は、アダプタ２５に設けた第３図に示す小
径部２５Ａにホイートストンブリッジ状に貼り付けられ
る歪ゲージ３０にて構成される。第４図に示されるよう
に、歪ゲージ３０には電源回路３０Ａが接続され、歪ゲ
ージ３０の出力は増幅器３０Ｂを経て後述するスラスト
力判断器３６に転送される。第３図において、３１は防
水コネクタである。

なお、調節弁１０は、アダプタ２５とカップリング２６
とを弁棒１７の伸長方向には第３図に示す係合部３２Ａ
、３２Ｂにて係合可能とする状態下で、両者の間に皿ば
ね（緩衝装置）３２を介装している。

また、調節弁１０は、電磁ブレーキ（制動装置）３３を
モータｌＢに備え、モータ１８の停止制御時における空
転を制動可能としている。

さらに、ｙｉｍ弁１０は、第２図に示すように、制御装
置３４を備えるとともに、該制御装置３４に付帯するト
ルク判断器３５、スラスト力判断器３６を備えている。

制御装２ｔ３４は、指令弁開度Ｋｏと開度発信器２７か
ら転送される現在弁開度Ｋを増幅器３７を介して速度指
令演算回路３８に伝達し、速度指令演算回路３８にて、
両開度の偏差Ｋｅに応じた開速度指令Ｏｖ・もしくは閉
速度指令ＣＶｅを演算する。速度指令演算回路３８にて
演算された開閉速度指令ＯＶ＋＋　、ＣＭ＠はインター
フェイス３９を介してＡＣサーボアンプ４０に伝達され
る。

他方、制御装Ｍ３４は、エンコーダ２８の出力信号をＡ
Ｃサーボアンプ４０の速度演算回路４１に伝達し、実際
のモータ回転速度■を演算する。

ＡＣサーボアンプ４０は、上記開閉速度指令ＯＶ　ｓ　
、　ＣＶ　＠と実際のモータ回転速度Ｖから速度偏差Ｖ
ｅを求め、トルク指令演算回路４２にて上記偏差ｖｅに
応じたトルク指令Ｉｔ　　（電波値）を演算する。上記
トルク指令Ｉｔはベクトル演算回路４３に伝達され、ベ
クトル演算回路４３はモータ１８が上記指令トルクＩｔ
を出力するようにモータ１８の１次電流■＋　　（ｔＪ
相、■相、Ｗ相の各電流指令Ｉｕ、Ｉマ、Ｉｗ）をベク
トル制御方式にて演算する。しかして、ＡＣサーボアン
プ４０は、上記１次電流指令■１　と電流検出器４４か
ら転送される現在１次電流Ｉとの電流偏差Ｉｓを求め、
給電制御回路４５にて上記電流偏差１．ｅに応じた電圧
指令信号Ｅｕ、Ｅｗ、Ｅｗを３相交泣の各相に対応する
パワートランジスタ４６に供給し、これによりモータ１
８を駆動制御可能とする。

ベクトル演算回路４３においてはトルク指令演算回路４
２にて演算されたトルク指令Ｉｔと、速度演算回路４１
により演算されたモータ回転角速度ω■およびＡＣサー
ボアンプ４０の外部から初期設定値として与えられる励
磁電流指令Ｉｓを受けて下記（１）〜（４）式の演算を
行ない、これらの演算結果によりさらに下記（５−１）
　、　（５−２）　。

（５−３）式の演算を行ない演算結果である各相の１次
電流指令Ｉｕ、Ｉマ、Ｉｖを出力する。

１次電流の大きさ　　　　Ｉ、＝Ｍ１［Ｔ■−・・・（
１）位相角　　　　　　　　　ｐ＝ｔユｎ−１１・・・
（２）１゜出力周波数　　　　　　　（Ｊ６＝　（ｎ５＋ω１・・
・（４）なお、では使用するモータのモータ定数である
。

１次電流指令１、、＝Ｌｓ＝（ω、ｔ＋？）　　　　　−（５−１）
Ｉｖ＝　Ｉ＋５諷（ωｊ＋Ｔ−＋　７ｃ）−（５−２）
Ｉｗ＝　１１ｓｉ−（ωｏｔ十Ｔ　　３Ｔｒ、）・・・
（５−３）すなわち、ベクトル演算回路４３においては
トルクＩｔを指令して（１）〜（０式から１次電流の大
きさＩ＋、１次電流の位相角φ、すべり周波数ω■を演
算するとともに実回転速度に応じた各周波数ω■を検出
し、ωＳ、ω園、φ、１１　を用いて（５１）〜（５−
３）式から３相の１次電流指令Ｉｕ、Ｉマ、Ｉｗを演算
するものである。

また、ｉｍ弁１０にあっては、最大許容トルクＴ墓ａＸ
がインターフェイス５２を介してベクトル演算回路４３
に転送され、これによりモータ１８の最大出力トルクを
規制し、安全かつ確実な起動、運転を行なうこととして
いる。

また、調節弁１０にあっては、前述のトルク判断器３５
に弁締切トルク、弁運転トルク等を記憶させている。ト
ルク判断器３５は、ＡＣサーボアンプ４０にて演算され
るモータ１８の出力トルクを上記記憶データと比較し、
弁締切時、もしくは弁中間開度における異常トルク発生
時にそれぞれモータ１８を停止させる停止信号Ｓｖを給
電制御回路４５に伝達する。

また、調節弁１０にあっては、前述のスラスト力判断器
３６により、弁締切状態下におけるスラスト力検出器２
９の検出結果が弁棒スラスト力の変化を示す時、停止制
御状態にあるモータ１８を再起動し、流体の温度変化に
より弁棒１７に作用する過負荷あるいは低負荷に対抗す
る最適トルクにてモータ１８を駆動制御する。この時、
スラスト力判断器３６はインターフェイス３９．給電制
御回路４５のそれぞれに再起動信号ＲＶを伝達する。な
お、弁締切状態におけるモータ１８の空転を電磁ブレー
キ３３が制動しているから、スラスト力判断器３６は上
記モータ１８の再起動時に電磁ブレーキ３３を無制動状
態に切換設定する。なお、スラスト力判断器３６は常時
スラスト力検出器２９の検出結果を監視し、これにより
ＡＣサーボアンプ４０の制御回路故障時のバックアップ
機能をも果たし、調節弁ｌＯの信頼性、安全性を向上可
能とする。

さらに、調節弁ｌＯは、スラスト力較正および診断器４
７を備えている。スラスト力較正および診断器４７は、
スラスト力検出器２９（歪ゲージ３０と増幅器３０Ｂ）
、およびスラスト力判断器３６の初期化と較正、および
スラスト力の表示を行なう、また、スラスト力較正およ
び診断器４７は、ＡＣサーボアンプ４０が演算するモー
タ１８の出力トルクと、スラスト力検出器２９が検出す
る弁棒スラスト力とを比較し、その比較結果の経時変化
を観察することにより、動力伝達部品の摩耗、劣化等を
推定し１診断する。

ここで１診断器４７は演算回路４７Ａと表示回路４７Ｂ
を備えている。演算回路４７Ａは、開度発信器２７の弁
開度検出信号とスラスト力検出器２９のスラスト力検出
信号を転送され、■調節弁ｌＯの稼動初期段階（例えば
試運転時）における弁開度とスラスト力との関係を基準
データとして記憶するとともに、■調節弁ｌＯの稼動経
過段階における弁開度とスラスト力との関係を実績デー
タとして演算し、■実績データを基準データに対して比
較し、実績データの各弁開度にあけるスラスト力が基準
データの対応する弁開度におけるスラスト力に対する許
容範囲外にあることを条件として調節弁ｌＯの異常発生
を診断する。なお、各弁開度における実績スラスト力の
基準スラスト力に対する許容範囲は、予め定められて演
算回路４７Ａのメモリ部に記憶されているものが用いら
れる。また、表示回路４７Ｂは、スラスト力検出器２９
が検出したスラスト力を表示するとともに、演算回路４
７Ａが演算した診断結果を表示する。

また、調節弁１０は、手動／自動運転切換スイッチ４８
を手動側に切換える状態下で、開操作ボタン４９、閉操
作ボタン５０に加える操作により手動開閉できる。なお
、手動運転時の開閉速度は任意に設定できる。

また、調節弁ｌＯは、緊急操作ボタン５１に加える操作
により、自動運転１手動運転のいずれの状態下でも、予
め設定した開／閉方向に駆動できる。緊急運転時の開閉
速度は任意に設定できる。

ところで、上記調節弁１０にあっては、交流電源（３柑
２００Ｖ）　６１が開閉器６２．整流器６３、モータ１
８を駆動するためのパワートランジスタ４６を備えたイ
ンバータ整流回路部６４を介して、モータ１８に接続さ
れている。

また、上記調節弁１０にあっては、交流電源６１の停電
時に機能するバッテリバックアップ装置６５が設けられ
ている。

バッテリバックアップ装置６５は、直流電源（ｌｌ０Ｖ
）を接続器（例えば電磁リレー）６７にてインバータ整
流回路部６４に接続可能とし、交流電源６１の停電時に
、接続器６７を自動的に閉成させてモータ１８を駆動可
能とする。６８はダイオードを用いた逆流防止器である
。

また、上記バッテリバックアップ装置６５は、上記接続
器６７の閉成時に、直流電源６６をＤＣ／ＤＣコンバー
タ６９を介して電源供給回路４５に接続する。電源供給
回路４５に接続された直流電源６６は、インバータ整流
回路部６４のパワートランジスタ４６のベース電圧を制
御し、前述の如く電源供給回路４５の電流指令Ｉｅに応
じた３相交流を作り出すための制御電源として用いられ
る。

以下、上記調節弁１０の作動について説明する。

■指令弁開度Ｋｍと現在弁開度にとに偏差がある時、速
度指令演算回路３８にて両開度の偏差Ｋｅおよび該偏差
Ｋｅに応じた開閉速度指令ＯＶａ、ＣＭ・が演算され、
ＡＣサーボアンプ４０のトルク指令演算回路４２にて開
閉速度指令ＯＶｏ　、ｃｖ・と実際の開閉速度Ｖとの偏
差ｖｅに応じたトルク指令Ｉｔが演算され、さらにＡＣ
サーボアンプ４０のベクトル演算回路４３にて上記トル
ク指令！ｔを出力するに必要なモータ１８の１次電流Ｉ
＋　が演算された後、給電制御回路４５にて上記１次電
流１１が給電されるようにモータ１８が駆動制御される
。これにより、モータ１８、は指令弁開度に・と現在弁
開度にとの偏差が零となるまで弁棒１７を駆動せしめら
れる。

■調節弁１０が中間開度にある状態下で、指令弁開度Ｋ
ｏと現在弁開度にとの偏差が零となる場合には、モータ
１８は弁棒１７に作用するスラスト力に対抗する出力ト
ルクを与えられてその開度を保持する。

■指令弁開度に−が全閉（締切）信号となる場合には、
上記■にて指令弁開度に・と現在弁開度にとの偏差Ｋｅ
が零になるまでモータ１８を駆動制御し、弁締切時にお
けるＡＣサーボアンプ４０の演算トルクが予め定めた締
切トルクに一致したことをトルク判断器３５にて判断し
た後、モータ１８を停止制御し、かつ電磁ブレーキ３３
にてモータ１８の空転を制動する。

■なお、トルク判断器３５は寿令間開度での適正運転ト
ルクをも記憶しており、ＡＣサーボアンプ４０の演算ト
ルクが上記記憶データと異なる時に異常トルク発生を検
知してモータ１８を停止制御し、かつ電磁ブレーキ３３
にてモータ１８の空転を制動する。

■また、調節弁１０の締切状態下で、弁棒１７は弁室内
の流体の温度変化により熱膨張するから、スラスト力判
断器３６はスラスト力検出器２９の検出結果により弁棒
スラスト力の変化を監視し、■弁棒スラスト力が低下し
たらモータ１８を再起動するとともに電磁ブレーキ３３
を無制動として調節弁１０を締込み、■弁棒スラスト力
が増加したらモータ１８を再起動するとともに電磁ブレ
ーキ３３を無制動として調節弁１０の締込みを緩和し、
結果として常に適正なスラスト力を弁棒１７に付与せし
める。

次に、上記実施例の作用について説明する。

上記実施例によれば、交流モータ１８を用いる調節弁ｌ
Ｏにおいて、交流電源６１が導電に至ると、接続器６７
が直ちに閉成して、直流電源６６がインバータ整流回路
部６４を介してモータ１８に接続され、該モータ１８に
駆動電力を供給することとなる。

したがって、直流モータを用いたり、ＤＣ／ＡＣインバ
ータを設備することなく、電源の停電時にも調節弁ｌＯ
を安定的に運転することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、直流モータを用いたり
、ＤＣ／ＡＣインバータを設備することなく、電源の停
電時にも調節弁を安定的に運転できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例が適用されてなる調節弁を一
部破断して示す正面図、第２図は制御ブロック図、第３
図は第１図の要部を示す断面図、第４図はスラスト検出
系統を示すブロック図である。１０・・・３１節弁、１１・・・入口流路、１２・・・出口流路、１３・・・弁室、１４・・・ケーシング、１５・・・弁座、１６・・・弁体。１７・・・弁棒、１８・・・ＡＣサーボモータ（誘導電動機）、２７・・
・開度発信器。６１・・・交流電源、６４・・・インバータ整流回路部、６５・・・バッテリバックアップ装置、６６・・・直流
電源。６７・・・接続器。代理人　弁理士　　塩　川　修　治凛３　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入口流路および出口流路ならびに弁室を備えるケ
ーシングと、ケーシングの弁室内に形成される弁座と、
ケーシングに移動可能に支持されて弁体を備える弁棒と
、弁体が弁座に対して接離するように弁棒を駆動し、弁
開度を調節する交流電動機とを有してなり、交流電源を
インバータ整流回路部にて電動機に接続し、該電動機に
駆動電力を供給する電動式調節弁用アクチュエータにお
いて、直流電源を接続器にて上記インバータ整流回路部
に接続可能とし、交流電源の停電時に、接続器を閉成さ
せて電動機を駆動可能とするバッテリバックアップ装置
を備えたことを特徴とする電動式調節弁用アクチュエー
タ。