JPH0316547B2

JPH0316547B2 -

Info

Publication number: JPH0316547B2
Application number: JP28018587A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Saito; Yutaka Uchiumi; Takeshi Suguro; Toshio Endo
Original assignee: Nippon Gear Co Ltd
Current assignee: Nippon Gear Co Ltd
Priority date: 1987-11-05
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1991-03-05
Also published as: JPH01126478A

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、流量を調整するに好適な電動式調節弁用アク
チユエータに関する。

〔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
クチユエータにあつては、バツテリバツクアツプ
装置が簡易に取付可能な直流モータを用いたDC
サーボ型アクチユ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
アクチユエータにおいては、停電時にバツテリか
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ユエー
タを停止させる方法または、外部に別置で設置
されたDC／ACインバータにより直流電源から交
流電源をつくりだし、それをアクチユエータの供
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
つては、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
用アクチユエータの停電時における第１の対応と
して、アクチユ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
が不可能となつ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／ACインバータが
アクチユ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ユエータ
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
バツテリバツクアツ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
アクチユエータにおいて、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。

したがつて、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〕

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
ロツク図、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ツク図であ
る。

調節弁１０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１５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、減速装置１９、ボールねじ装置２
０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〜２１Ｄ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、ボールねじ装置２０が結合
される上弁棒２３、弁体１６を備える下弁棒２
４、上弁棒２３の下端部に固定されるアダプタ２
５、下弁棒２４の上端部に固定されてアダプタ２
５と軸方向に結合するカツプリング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２
７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１０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
ンブリツ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３
０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、３
１は防水コネクタである。

なお、調節弁１０は、アダプタ２５とカツプリ
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１８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、調節弁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。

制御装置３４、指令弁開度K₀と開度発信器２
７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OV₀もしくは閉速度指令CV₀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OV₀，CV₀はインターフエイス３９を介して
ACサーボアンプ４０に伝達される。

他方、制御装置３４は、エンコーダ２８の出力
信号をAC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Ｖを演算する。

ACサーボアンプ４０は、上記開閉速度指令
OV₀，CV₀と実際のモータ回転速度Ｖから速度偏
差Ve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（電流値）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I₁（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流指令Iu，
Iv，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I₁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Ieを求め、給電制御回路４５
にて上記電流偏差Ieに応じた電圧指令信号Eu，
Ev，Ewを３相交流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１８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４２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
ωm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I₀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，Iv，Iwを出力する。

１次電流の大きさ I₁＝√I² ₀＋I² _t …(1) 位相角 φ ＝tan^-1It／I₀ …(2) すべり周波数 ωs＝１／τ・It／I₀ …(3) 出力周波数 ω₀＝ωs＋ωm …(4) なお、τは使用するモータのモータ定数である。

１次電流指令 Iu＝I₁sin（ω₀t＋φ） …（５−１） Iv＝I₁sin（ω₀t＋φ−２／３π） …（５−２） Iw＝I₁sin（ω₀t＋φ−４／３π） …（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)〜(4)式から１次電流の大きさ
I₁、１次電流の位相角φ、すべり周波数ωmを演
算するとともに実回転速度に応じた各周波数ωm
を検出し、ωs，ωm，φ，I₁を用いて（５−１）
〜（５−３）式から３相の１次電流指令Iu，Iv，
Iwを演算するものである。

また、調節弁１０にあつては、最大許容トルク
Tmaxがインターフエイス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にあつては、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にあつては、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２９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はインターフエイス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ツクアツプ機
能を果たし、調節弁１０の信頼性、安全性を向上
可能とする。

さらに、調節弁１０は、スラスト力較正および
診断器４７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、診断する。

ここで、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
１０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１０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おけるスラ
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１０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４
７Ａ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４７Ａ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
ツチ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１０は、緊急操作ボタン５１に加
える操作により、自動運転、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にあつては、交流電
源（３相200V）６１が開閉器６２、整流器６３、
モータ１８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にあつては、交流電源６
１の停電時に機能するバツテリバツクアツプ装置
６５が設けられている。

バツテリバツクアツプ装置６５は、直流電源
（110V）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、上記バツテリバツクアツプ装置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４
５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K₀と現在弁開度Ｋ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
OV₀，CV₀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
OV₀，CV₀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Itを出力するに必要なモータ１８
の１次電流I₁が演算された後、給電制御回路４
５にて上記１次電流I₁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K₀と現在弁開度Ｋ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K₀と現在弁開度Ｋ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K₀が全閉（締切）信号となる場
合には、上記にて指令弁開度K₀と現在弁開
度Ｋ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は弁中間開度での適
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１０において、交流電源６１が停電に至る
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。

したがつて、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１０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
ロツク図、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ツク図であ
る。１０……調節弁、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、１
８……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……バツテリバツクアツプ
装置、６６……直流電源、６７……接続器。

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ユエータにおい
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ツテリ
バツクアツプ装置を備えたことを特徴とする電動
式調節弁用アクチユエータ。