JPH03230783A - バルブ用電動アクチュエータの停止位置異常検出機構 - Google Patents

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】 発里勿且逍 （産業上の利用分野） 本発明は例えばボールバルブ、バタフライバルブ等の回
転開閉式バルブ等のバルブ弁体を電動機構で開閉駆動す
る為の電動アクチュエータの停止位置異常検出機構に関
する。

（従来の技術） この種の電動アクチュエータには、一般にパルスモータ
等の無整流子モータが用いられ、制御回路としては、一
般にデジタル回路が用いられている。

モータを所定の位置に停止させる構成としては、例えば
モータ回転子或いは出力軸の位置検出を行い、これに基
づき制御を行うものである。

比例制御では、アクチュエータ軸に取り付けられた位置
センサーからのフィードバック信号により、指令位置に
停止するような通常のサーボループ制御をしているのが
一般的であった。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来のモータの制御方式を例えばバルブの
開閉に用いる電動アクチュエータに用いた場合に以下の
ような問題点がある。

部ちバルブ等の電動アクチュエータに於いては、電動ア
クチュエータにより制御されるバルブに異物等が詰まる
ことがある。このような場合、従来知られている制御系
をそのまま利用する場合には、異物が詰まった状態では
、弁移動が停止しモータ出力軸が停止されることになる
。

この時、従来の制御形では、詰まった位置のフイドバソ
ク信号を出続けることになりモータの焼損等を生しる課
題を有していた。

また通常用いられているデジタル回路を用いて、モータ
の回転数を加算器等で計測して停止させることも考えら
れるが、回路構成が大掛かり、かつ高価となり、バルブ
等の小型の機器のものには通用出来ないのが現状である
。

本発明は上記課題に鑑み、従来の課題を解決する電動ア
クチュエータの停止位置異常検出機構であって、フィー
ドハックする検知信号から得る回転方向信号と偏差信号
から得る制御指令方向信号の両者を比較し、その結果に
不一致が発生した場合には警報或いはモータを停止させ
モータの焼損事故を未然に防止する電動アクチュエータ
の停止位置異常検出機構を提供することを目的になされ
たものである。

光尻■盪威 （課題を解決する為の手段） 本発明はモータと、その制御出力位置の検知信ｑをフィ
ードバックし、指令入力との偏差量によって制御する電
動アクチュエータ停止位置検出機構についてフィードバ
ックする検知信号を分岐し一つを微分回路に入力し正転
・逆転・停止のいずれかの回転方向信号を得、もう一つ
を指令入力信号と比較することによって、正転・逆転の
制御指令方向信号を得る。この両者をデジタル回路にて
比較し、その結果に不一致が発生した場合に異常と判断
し、１報或いはモータを停止させることを特徴とする電
動アクチュエータの停止位置異常検出＃Ｂ構である。

また回転位置の検知信号検知の為に、モータ出力軸に設
けた摺動子をアクチュエータケースに有する導電性プラ
ス千ツク表面に摺動可能に設け、摺動位置変更により検
知信号とした電動アクチュエータの停止位置異常検出機
構である。

更に電動アクチュエータの出力軸に設けた手動開閉部材
を出力軸回転範囲のみ制限するストッパ部をアクチュエ
ータケースに設けた電動アクチュエータの停止位置異常
検出機構である。

（作用） 本発明に於ける電動アクチュエータの停止位置異常検出
機構では、モータに有する出力軸よりのフィードバック
する検知信号を分岐し、一つを微分回路に入力し、正転
・逆転・停止のいずれかの回転方向信号を得、もう一つ
を指令入力信号と比較することによって、正転・逆転の
制御指令方向信号を得る。

今、フィードバック信号が指令入力信号と一致しない場
合には、一致するまで、偏差信号が出力され回転方向信
号と制御指令方向信号の両方が出力される。

フィードハック信号と指令入力信号と一致する過程に於
いて、制御指令方向信号は出力されているが、回転方向
信号が出力されない場合はアラーム信号がデジタル回路
より出力されモータ駆動用発振器が出力を停止し、モー
タドライバに停止の信号が出力され、モータの回転を停
止させることが可能に作用する。

従って例えばバルブの場合には、バルブを全閉状態とな
る以前に何らかの物が噛み込んだ場合に、モータ負荷に
何らかの異常があるとして迅速にモータの停止、或いは
警告等を作業者に発し、バルブを使用する機械の保守管
理上有利に作用する。

またバルブの中に噛み込む物がな（、指令入力信号とフ
ィードバック信号が一致した場合には、偏差信号の出力
が停止し、モータの回転が停止する。

このとき制御指令方向信号と回転方向信号の両方の出力
が停止するために、アラーム等の回路を作動させること
を防止するように作用する。

また回転位置の検知信号検知の為に、モータ出力軸に設
けた摺動子をアクチュエータケースに有する導電性プラ
スチック表面に摺動可能に設け、摺動位置変更による抵
抗量の変化を検知信号とする為、導電性プラスチックの
耐久性があることより、バルブ等の繰り返し使用する場
合に正確なフィードバック信号を得ることが出来、より
確実な異常運転の把握に役立つように作用する。

更に電動アクチュエータの出力軸に固着した手動開閉部
材を出力軸を回転範囲のみ制限するストッパ一部がアク
チュエータケースに設けられている為に、電動アクチュ
エータの出力軸が一定範囲にのみしか回転出来ない構成
になっている。

従って電動アクチエエータの動力源にペルスモータを用
いた場合に必要な基準点が、出力軸の一方の回転制限点
を基準とできるように作用し、確実なモータ回転動作を
得ることが出来るともに、出力軸に固着した手動開閉部
材の位置を目視することで、バルブの異常作動を判別出
来る作用を有する他、手動で停止位置異常の解除も行う
ことも出来る。

（実施例） 以下本発明を図面に基づいた実施例で説明する。

第１〜３図はバルブ用のアクチュエータの部分電動アク
チュエータの図である。

ここで適宜材質で形成されているアクチュエータケース
４内にパルスモータ等の無整流子のモータ１が内蔵され
ている。このモータ１の出力軸２はアクチュエータケー
ス４より外部に突出し、図示しないバルブ等の回動に用
いられる。

出力軸２のアクチュエータケース４内部側には摺動子３
が設けられており、アクチュエータケース４内面に有し
ている導電性プラスチック５表面を摺動可箭としている
。

また摺動子３と導電性プラスチック５との摺動位置をフ
ィードバック用信号として用いている。

本実施例では摺動子３を一端とし、他端は導電性プラス
チック５の端部に接続している。

この接続点は例えば出力軸２が全開時に摺動子３による
抵抗値が最小となる側の導電性プラスチック５に設け、
出力軸２が全閉時に最大抵抗値として利用している。

このフィードバック信号を用いる接続は前記の一方をア
ース、例えばアースした出力軸２に摺動子３を接続し、
地方導電性プラスチック５側をフィードバック信号とし
て利用することも出来る。

なお導電性プラスチック５はアクチュエータケース４が
金属等導電性材料で製作されている場合には、これと絶
縁して設けている。

また導電性プラスチック５を用いたのは、この導電性プ
ラスチック５の耐久性を考慮し、バルブのように繰り返
し使用される機器では最適だからである他、従来のポテ
ンションメータ等により得たフィードバック信号を得る
場合には、ポテンションメータの作動に際し、出力軸に
ギア等を介し行っていた為、機器が大掛かりなる課題を
も有していた点を考慮したものである。

他方アクチュエータケース４の外側には、出力軸２に固
定されている手動開閉部材６が全開、全閉時の位置決め
を兼ねるストッパ一部７が設けられている。

このストッパ一部７により回転が制限される範囲はバル
ブの種類により異なり、そのバルブ開閉角度と略一致さ
せる範囲とする。例えば直角に開閉するものでは略９０
度に開閉出来るようにストッパ一部７を設けている。

このストッパ一部７は電動アクチュエータをバルブ等に
装着した際に外部から手動操作出来る長さ等の外観であ
ることことが望ましい。

′次ぎにモータ１の操作系について述べる。

モータ１の回転位置の検知は前記摺動子３が導電性プラ
スチック５への摺動位置の変更により得た検知信号を偏
差比較器８にフィードバックする。

偏差比較器８では指令入力信号と前記検知信号の偏差を
出力し、これをアンプ９で増幅したのち制御指令方向比
較器１１、及びデジタル比較回路１３を介し、ドライバ
ー１５でモータ１の駆動信号に変換し、モータ１を回転
させる。

一方前記、検知信号を微分回路１０に入力、増幅したの
ち、回転方向比較器１２を介しモータの回転方向をデジ
タル比較回路１３に入力する。

デジタル比較回路１３については、本実施例では記述し
ないが、前記した制御指令方向比較器１１から得られる
制御方向信号と回転方向比較器１２から得られる回転方
向信号の２つの信号を比較し、例えばモータ１を停止さ
せる信号、或いは所定時間逆回転させたり、正逆転を繰
り返したりする信号をドライバ１５に発するものである
。

次ぎにアクチュエータケース４内に有するモータ１を回
転し、バルブを閉鎖する場合の実施例についての作用を
述べる。

第１図、第３図に示す手動開閉部材６が実線〔第３図で
は破線〕の位置の時パルプが全開時とし、点線の時〔第
３図では一点線〕の位置の時ハルツが全閉するように、
手動開閉部材６を回動させるように出力軸２が回動する
。

この時手動開閉部材６は全開閉時のそれぞれストッパ一
部７により位置決めが行われ、これ以上回動出来ないよ
うに構成されている。従って手動開閉部材６が固定され
ている出力軸２も同様に回動範囲が制限され、手動開閉
部材６をストッパ一部７に当接させることで、モータ１
の回転基準の零点の位置決めを行うことが出来る。

更に手動開閉部材６の位置を目視することにより、バル
ブの開度の判別も可能である他、本来の停電時等に手動
で使用する手動開閉部材として使用出来る。

いまモータ１が回動すると、出力軸２のアクチュエータ
ケース４の内部側には摺動子３が設けられ・ており、第
３図に示す如（前記手動開閉部材６の回動と同様に回動
し、アクチュエータケース４内面に有している導電性プ
ラスチック５表面を摺動する。この摺動子３を一端とし
、他端を導電性プラスチック５と接続してフィードバッ
ク信号が得られており、摺動点を出力軸２の全閉位置の
摺動子３による抵抗値が最大となる値となっており、こ
のフィードハック信号が偏差比較器８で指令入力信号と
一致するまで偏差比較器８から出力が出され、アンプ９
、制御指令方向比較器１１を介しドライバ１５でモータ
１を回動し続ける。

又前記するフィードバック信号を微分回路１０に人力す
ることによりモータ１が動いている間は微分回路１０か
らの信号が出力され回転方向比較器１２を介し回転方向
信号がデジタル比較回路１３に与えられる。

今、偏差比較器８の出力が十のとき・、制御指令方向比
較８１１からの制御指令方向信号はＣ−ＣＷが出力され
、そのときのモータ１の回転方向により、回転方向比較
器１２からは、Ｆ−ＣＷの回転方向信号が出力されるよ
うに設定する。

逆に、偏差比較器８の出力が−のとき、制御指令方向比
較器１１からに制御指令方向信号はＣ−ＣＣＷが出力さ
れ、そのときのモータ１の回転方向により、回転方向比
較器１２からは、Ｆ−ＣＣＷの回転方向信号が出力され
るように設定する。

そして、デジタル比較回路１３ではＣ−ＣＷの制御指令
方向信号とＦ　−ＣＷの回転方向信号の両信号が常に一
致している状態や、またｃ　−ｃｃｗの制御指令方向信
号とＦ−ＣＣＷの回転方向信号の両信号が常に一致して
いる状態を正常と判断するように設定する。

今、ある指令入力信号をあたえ、その結果として偏差比
較器８の出力が十に出力された場合を想定し、動作を述
べる。

偏差比較器８の出力が十のため制御指令方向比較器１１
からはＣ−ＣＷの制御指令方向信号が出力され、それに
基づきデジタル比較回路１３からドライバ１５へ信号が
出力され、モータｌが回転を始め、同時に回転方向比較
器１２よりＦ・ＣＷの回転方向信号が出力される。

この状態は、フィードバック信号が指令入力信号と一致
するまで、つまり偏差比較器８の出力がゼロとなるまで
継続する。

フィードバック信号と指令入力信号が一致する過程にお
いて、何らかの物が噛み込んだ場合、制御指令方向信号
Ｃ−ＣＷは出力されるが、モータ１の動きが停止するた
めに、回転方向信号Ｆ−ＣＷが出力されなくなり、両信
号が不一致の状態となるためデジタル比較回路１３が異
常と判断し、発振器１４とモータドライバ１５への出力
を停止し、モータ１を停止させ、アラーム信号を出力す
るものである。

なおフィードハック信号と指令入力信号が一致した場合
には、偏差比較器８の出力がゼロになり、制御指令方向
信号Ｃ−ＣＷの出力も停止する。

この信号に基づきドライバ１５を介しモータｌは停止さ
れる。このとき回転方向信号Ｆ−ＣＷの出力も停止し、
Ｃ−ＣＷの出力と一致するためデジタル比較回路１３は
異常とは判断せず、アラームは出力されない。

なお実施例では、バルブの開閉に関しての電動アクチュ
エータの停止位置異常検出機構について述べたが、バル
ブの他種々のアクチュエータの停止位置異常検出機構に
利用出来ることは勿論であ１１ＲＢ九果 本発明は、上述のようにフィードバック信号をから得た
制御指令方向信号と回転方向信号を用いて電動アクチュ
エータの停止位置異常検出を行うことより、モータの回
転をデジタル信号を全加算器等を用いて製作するものと
異なり、小型化かつ低コストの電動アクチュエータの停
止位置異常検出機構を提供することが出来る他、異物の
噛込み等の異常運転時に迅速な警報或いはモータ停止が
可能である為、焼損の事故を未然に防止することが出来
る。

またフィードバック機構に導電性プラスチックを用いる
為、耐久性があり再現性のある抵抗値を得られ、確実な
フィードバックが可能であり誤動作を防止出来る。更に
手動開閉部材によって、目視によっても電動アクチュエ
ータの停止位置異常検出が出来る他、異常運転時に軽く
手動開閉部材を戻すことも出来、バルブに引掛っている
異物等の除去も簡易に行える等優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に於ける電動アクチュエータの停止位置異
常検出機構に用いる実施例を示すもので、第１図は本発
明の電動アクチュエータの正面図、第２図は第１図の中
央部縦断面図、第３図は第２図Ａ−Ａ線断面図、第４図
は同上の制御ブロック図である。 モータ　　　　　２ 摺動子　　　　　４ 導電性プラスチック 手動開閉部材　　７ 偏差比較器　　　９ 微分回路　　　１１ 回転方向比較器 デジタル比較回路 発信器　　　　１５ 出力軸 アクチュエータケース ストッパ一部 ｍ個差信号アンプ 制御指令方向比較器 モータドライバ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータとその制御出力位置の検知信号をフィード
   バックし、指令入力との偏差量によって制御する電動ア
   クチュエータにおいて、フィードバックする検知信号か
   ら微分回路によって正転・逆転・停止の回転方向信号を
   得、又、偏差信号から制御指令方向信号を得、この両者
   を比較することにより、制御操作部に発生した異常状態
   を検出することを特徴とする電動アクチュエータの停止
   位置異常検出機構。
2. （２）異常検出回路により、アクチュエータが制御途上
   で停止したことを検知したとき、その異常原因を取りの
   ぞく為にアクチュエータを所定時間逆回転させ、もしく
   は正・逆転を繰り返して異常原因を除去し、しかる後に
   、正常回転に戻すようにした請求項（１）記載の電動ア
   クチュエータの停止位置異常検出機構。
3. （３）回転位置の検出信号検知の為に、導電性プラスチ
   ックの表面を摺動する摺動子をモータ出力軸上に設け、
   摺動位置変更により、検出信号とすることを特徴とする
   請求項（１）記載の電動アクチュエータの停止位置異常
   検出機構。