JPH0434297Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、浄水場、排水処理システム、温調
システム、連続式浸炭炉制御システム、ダムの導
入水路等の流路における流体の流れを制御する弁
体を作動する弁駆動用アクチユエータのトルク検
出装置に関する。

〔従来の技術〕

現在、浄水場、発電所等の各種工場における複
数台のアクチユエータのメインテナンスは人手に
負う所が大きい。地震等の非常時においてもアク
チユエータが異常なく動作するか否かを判断する
ために、システムのメインテナンス時に１台ずつ
人がチエツクしている。この手動によつて行うア
クチユエータの点検作動については、アクチユエ
ータの点検が必要な場合には、メインテナンス計
画に従つて労力を振り分け、アクチユエータを１
台ずすチエツクする。チエツクの結果、アクチユ
エータの動作が良好な場合には処理を終了し、不
良の場合には現場に赴き保守点検をしているのが
現状である。

また、最近、浄水場、排水処理場等において
は、複雑な配管路を一つのシステムとして維持、
管理する必要があることからコンピユータを用い
た中央情報システム化へ向いつつある。配管路制
御の基本となるフアクタは管路中に設けられてい
る種々の弁の開度であり、その弁の開度を制御す
るための駆動手段として、多くの形式の電動式の
弁駆動用アクチユエータが知られている。

該弁駆動用アクチユエータの一例としては、外
部からのアナログ制御信号が開度コントロール部
に入力される。開度コントロール部は複数個の電
磁リレーに所定の信号を出力し、該出力に応じて
モータが回転し、減速機を介して弁体の開度を制
御する。その間、減速機の状態を示す信号は、ポ
テンシオメータを介して開度コントロール部にフ
イードバツクされ、所定の弁開度が得られた時点
でモータの作動は停止するように設定されてい
る。弁開度を指示するアナログ制御信号は、制御
ボードから送信される。前記制御ボードからの信
号がデジタル信号の場合には、途中にＤ／Ａコン
バータを介在させ、アナログ信号に変換した後、
開度コントロール部に入力される。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のように、アクチユエータ
を手動によつて点検するものでは、メインテナン
ス時に１台ずつ人がチエツクしており、メインテ
ナンス費用、メインテナンスの正確さ、容易さ等
については、費用が蒿み、しかもメインテナンス
そのものも不正確で且つ多大な労力を要し、困難
なものであるという問題点を有している。

また、従来用いられている上記のような弁駆動
用アクチユエータは、電磁リレーを中心とした制
御機構を有しているために、構成も簡単であり、
単体として弁駆動用電動アクチユエータを操作す
るのは容易であるという利点はあるが、反面、リ
ミツトスイツチ、トルクスイツチ等と電磁リレー
との組み合わせから成る制御部であるために、そ
れは単に与えられた入力信号に応じて弁開度を設
定する機能を有するにすぎない。

弁駆動用アクチユエータの置かれた環境に応じ
て弁開度を迅速に調節しようとする場合にあつて
も、すべての環境信号を外部に別置きされた上位
コンピユータ即ち中央制御装置へ送り、そこから
の指令を受けて弁開度を制御する必要があり、そ
れはアナログ制御信号による送受信であることも
あつて制御数が多くなるのに応じて信号回線も多
くなり、更に、中央制御装置と弁駆動用アクチユ
エータとが遠く離れている場合には、信号の送受
信中に雑信号が混入し誤作動の恐れがあつた。

更に、制御指令は、すべて別置きの中央制御装
置から送信されるため、弁駆動用アクチユエータ
のメンテナンスのため、そのうちの１台の弁駆動
用アクチユエータを停止するような場合でも、中
央制御装置を停止する必要があり、結果として、
すべての弁駆動用アクチユエータを停止せねばな
らなかつた。更に、用いられるリレースイツチは
すべてメカニカルなものであるために、制御部が
大型化し、結果として弁駆動用アクチユエータ自
体が大型化していた。

そこで、この考案の目的は、上記のような課題
を解決することであり、流路に設置されたゲート
等の弁体を駆動する弁駆動用アクチユエータの状
態を検知するため弁体にかかるトルクを検出する
場合に、トルクを極めて簡単に且つ正確に検出す
ると共に、特に、連続的にトルクを検出すること
ができる弁駆動用アクチユエータ内に収容できる
コンパクトなトルク検出装置を提供することであ
る。

更に、この考案の目的は、シリアルデータ伝送
系を用いて中央制御（中央情報処理システム）用
コンピユータと直接接続して情報を交換し、且つ
分散処理を可能した電子制御装置内蔵型の弁駆動
用アクチユエータ、言い換えれば、内部に演算回
路即ち演算コントローラを有し、制御系の一部を
負担可能とする弁駆動用アクチユエータにおい
て、該トルク検出装置を用いれば、極めて簡単に
且つ正確に弁駆動用アクチユエータのトルクを検
出し、しかも容易にメインテナンスを行うことが
できる弁駆動用アクチユエータのトルク検出装置
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、上記の目的を達成するために、次
のように構成されている。即ち、この考案は、コ
ントローラの指令等に応答して駆動するモータ、
該モータの回転を減速するためのウオームと該ウ
オームホイールを備えた減速機、該減速機の前記
ウオームホイールの回転が伝達される出力軸及び
該出力軸によつて作動される流路に設置された弁
体を有する弁駆動用アクチユエータにおいて、前
記減速機の前記ウオームのスライド量をピニオン
の回転運動量として取り出すトルクスイツチ機
構、前記ピニオンの回転運動量を直線運動量に変
換するラツク、前記ピニオンと前記ラツクとの間
のバツクラツシを除去するバツクラツシ防止手
段、及び前記ラツクの直線運動量を電気信号とし
て取り出して弁駆動用アクチユエータのトルクを
連続的に検出するリニアトランスを有することを
特徴とする弁駆動用アクチユエータのトルク検出
装置に関する。

また、この弁駆動用アクチユエータのトルク検
出装置において、前記ラツクと前記リニアトラン
スのリニアトランスコアとは一体的に直線運動可
能に取付けたものである。

〔作用〕

この考案は、上記のように構成されており、次
のように作用する。即ち、この弁駆動用アクチユ
エータのトルク検出装置は、弁駆動用アクチユエ
ータにおける減速機部に設けられ、トルクスイツ
チ機構、バツクラツシを除去するバツクラツシ防
止手段を設けたラツク・ピニオン及びリニアトラ
ンスによつてトルクを検出するように構成したの
で、前記トルク検出装置を前記弁駆動用アクチユ
エータ内に構造上コンパクトに収容することがで
き、特に、前記バツクラツシ防止手段を備えた前
記リニアトランスによつて連続信号として前記弁
駆動用アクチユエータのトルクを連続的に検出で
き、前記弁駆動用アクチユエータが正常に機能し
ているかどうかを、この連続信号を演算処理して
トルクの変化量を表示できる。

しかも、連続してトルクを検出できるので、該
トルク信号を基に前記弁駆動用アクチユエータに
設けた演算コントローラによつて各前記弁駆動用
アクチユエータ毎に正確に且つ容易にトルク値を
補正して前記弁駆動用アクチユエータの正確なト
ルク値を選出して自己チエツクを行うことがで
き、異常の場合にはデイジタルシリアル回線を通
じて外部コンピユータにデータ転送することがで
き、メインテナンスの時間と労力を大幅に改善す
ることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この考案による弁駆動
用アクチユエータのトルク検出装置の一実施例を
詳述する。

第１図において、この考案によるトルク検出装
置２を備えた電子制御装置内蔵型の弁駆動用アク
チユエータが符号１によつて全体的に示されてい
る。この弁駆動用アクチユエータ１については、
図示しない汎用コンピユータ等のホストコンピユ
ータ（中央制御装置）からのシリアルデータ信号
が外部データ受信部であるシリアルインタフエー
ス部に入力され、演算コントローラ３で所定のデ
ータ処理が行われるものである。

演算コントローラ３からの出力信号は、ソリツ
ドステートリレーに送られ、該信号に応じ、モー
タ４が所要の回動を行い減速機５を介して出力軸
２２を回動させ、流路である管路８に設置された
弁６の弁体の開度を制御できる。弁６の駆動によ
る弁開度即ち移動量は減速機５に設けた弁位置検
出器等のセンサー７を介して演算コントローラ３
へフイードバツクされる。この減速機５の内部
に、後述のこの考案によるトルク検出装置２が設
けられている。

ところで、弁位置検出器等のセンサー７の出力
値はトルク値に比例するが、第６図に示すよう
に、弁駆動用アクチユエータに組み込まれた減速
機のタイプ即ち減速機本体機種、各バルブ口径等
によつてトルク値の絶対値即ちトルク値曲線が相
違している。即ち、横軸に弁位置検出器等のセン
サーの出力Ｐを、縦軸にトルクＴをプロツトする
と、各弁の弁体の口径、減速機のタイプ等によつ
てトルク値曲線は符号ａ，ｂ，ｃで示すように、
特性即ち管理すべき基本特性が相違している。

第２図は、第１図におけるシリアルインターフ
エイス部及び演算コントローラ３のブロツク図を
示している。アクチユエータの出力軸２２から得
た弁位置検出器等のセンサー７のトルク値は、演
算コントローラ３のＡ／Ｄコンバータ（アナログ
デイジタルコンバータ）１７にフイードバツク
し、次いで演算コントローラ３のCPU即ち演算
部１５によつて該トルク値に基づいて減速機本体
機種別にアクチユエータ自体が有する誤差を自動
補正して、正式のトルク値即ち正確なトルク値と
して出力する。

この正確なトルク値は、演算コントローラ３の
シリアルインプツトアウトプツト即ちSIO部１４
から図示していないホストコンピユータ（中央制
御装置）即ち外部コンピユータ（言い換えれば、
上位コンピユータ）にデイジタルシリアル回線を
通じてデータ転送される。また、パラレルインプ
ツトアウトプツト即ちPIO２０を通じて表示器２
１に表示される。中央制御装置（図示省略）から
の信号はパラレルインプツトアウトプツト即ち
PIO２０に入力する。

また、弁駆動用アクチユエータ１側近傍の諸情
報はアナログデイジタルコンバータ即ちＡ／Ｄコ
ンバータ１７に入力している（第１図に示す例に
あつてはトルク検出装置２からの信号）。それら
の信号はRAM１９に蓄積されると共に、ROM
１６内の所定のプログラムに対応してCPU１５
にて所要の演算が行われ、その結果、RAM１９
の値を変えつつ、SIO即ち出力ポート１４からデ
ジタルシリアル回線を通じて中央制御装置へデー
タ転送される。第１図に示すものにおいては、管
路８に流量計（図示省略）が設けられており、該
流量計からの信号はＡ／Ｄコンバータを介して演
算コントローラ３へフイードバツクしている。

次に、この考案による弁駆動用アクチユエータ
のトルク検出装置を、第３図、第４図及び第５図
を参照して説明する。この弁駆動用アクチユエー
タ１のトルク検出装置２は、主として、リニアト
ランスコア３０を有するリニアトランス２９、ラ
ツク２７とピニオン２６から成るラツク・ピニオ
ン装置及びピニオン２７の軸をウオーム２４の軸
と連結するクランク２５から構成されている。

弁駆動用アクチユエータ１において、モータ４
は減速機５を介して管路８に設定されたゲート等
の弁６の弁体の出力軸２２に駆動連結されてい
る。この減速機５は、歯車列３４、ウオーム２
４、該ウオーム２４に噛み合うウオームホイール
２３等から成る。出力軸２２はウオームホイール
２３と一体的に回転するように構成され、従つ
て、モータ４の回転は減速機５を介してウオーム
ホイール２３が回転することによつて出力軸２２
を回転させ、管路８に設置されたゲート等の弁体
を開閉させる。弁６の弁体は、上下に移動するこ
とによつて管路８を開閉するゲート、回転運動に
よつて管路８を開閉するバタフライ弁等に構成す
ることができるものであり、その構成については
限定されるものではない。

ウオーム２４の一端には、トルクスイツチ機構
３２が取付けられている。このトルクスイツチ機
構３２そのものの原理については従来公知のもの
であるので、その説明は省略する。なお、第５図
中の符号３１はリミツトスイツチを示す。

このトルクスイツチ機構３２は、ここでは弁体
にかかる負荷に応じてウオーム２４がスライドす
るが、このウオーム２４のスライド量をピニオン
２６の回転運動量として取り出すように構成した
ものであり、ウオーム２４のウオーム回転軸３５
の一端は固定軸３６に回転自在に且つ摺動自在に
嵌合し、固定軸３６の端部壁面とウオーム回転軸
３５の端部との間にはトルクスプリング４０を設
定し、しかもウオーム回転軸３５の端部にはロー
ラ３３を介してクランク２５の一端が回転自在に
且つ摺動方向には固定状態に取付けられている。
このトルクスプリング４０は、ウオーム回転軸３
５のスライド量即ち負荷の大きさに応じて圧縮さ
れるように予め設定されているものである。

また、クランク２５の他端にはピニオン２６が
一体的に回転するように取付けられている。従つ
て、ウオーム２４のウオーム回転軸３５の直線運
動（符号Ａで示す方向）は、クランク２５を介し
てピニオン２６の回転運動に変換される。ピニオ
ン２６はラツク２７と噛み合つており、該ラツク
２７はリニアトランス２９のリニアトランスコア
３０と一体的に直線運動（符号Ｂで示す方向）す
るように互いに固定されている。ラツク・ピニオ
ンのラツク２７側には、スプリング２８が組み込
まれており、該スプリング２８によつてラツク２
７をピニオン２６の歯に対して押し付け、それに
よつてラツク・ピニオンに発生するバツクラツシ
を除去している。

詳しくは、第４図に示すように、スライダ３７
にはリニアトランスコア３０の一端がねじ込まれ
ており、従つてラツク２７はホルダ３８内を摺動
可能なスライダ３７を介してリニアトランスコア
３０に連結されている。更に、スライダ３７とホ
ルダ３８との間にスプリング２８が配置されてい
る。それ故に、この弁駆動用アクチユエータのト
ルク検出装置を用いれば、連続信号としてトルク
を検出することができるものとなる。

この考案による弁駆動用アクチユエータのトル
ク検出装置２を上記のように構成しているので、
次のような機能を有する。このトルク検出装置２
については、ウオーム２４は負荷の大きさによつ
て軸方向にスライドするが、該スライド量をトル
クスイツチ機構３２によつて回転運動として取り
出し、該トルクスイツチ機構の回転運動をバツク
ラツシレスのラツク・ピニオンを介して直線運動
として取り出し、該直線運動をリニアトランス２
９によつてトルク値として検出することができ
る。即ち、ラツク２７にリニアトランス２９のリ
ニアトランスコア３０を固定し、リニアトランス
コア３０を直線運動させることによつてリニアト
ランスコア３０の移動量をリニアトランス２９の
電気信号として取出し、該電気信号を演算コント
ローラ３によつて演算してトルク値に変換する。
それ故に、無接触の構造であるリニアトランス２
９を使用してトルク検出を行うので、トルク検出
装置２そのものが長寿命でありメインテナンスを
ほとんど必要としない。

第７図及び第８図において、この考案によるト
ルク検出装置２を備えた弁駆動用アクチユエータ
１が複数台存在する場合のシステムの例を示す。

まず、第７図に示す例については、各々の弁６
Ａ，６Ｂ，６Ｃを駆動する弁駆動用アクチユエー
タ１Ａ，１Ｂ，１Ｃをデイジタルシリアル回線９
によつて順次に接続し、その内の１台の弁駆動用
アクチユエータ１Ａの演算コントローラに集め
て、該演算コントローラをデイジタルシリアル回
線１１を通じて汎用コンピユータ１０に接続し、
該汎用コンピユータ１０に開析させるものであ
る。

次に、第８図に示す例については、複数台の弁
駆動用アクチユエータを１台の演算コントローラ
に管理させるものであり、各々の弁６Ｄ，６Ｅ，
６Ｆを駆動する弁駆動用アクチユエータ１Ｄ，１
Ｅ，１Ｆについて、各弁駆動用アクチユエータ１
Ｄ，１Ｅ，１Ｆの演算コントローラ３Ａを別置き
にして、該演算コントローラ３Ａに弁駆動用アク
チユエータ１Ｄ，１Ｅ，１Ｆのトルク検出機構か
らのトルク値を入力し、別の弁駆動用アクチユエ
ータの複数の演算コントローラ３Ｇ…をデイジタ
ルシリアル回線１２で結合し、汎用コンピユータ
１０に送り込み、該汎用コンピユータ１０によつ
て解析させるものである。

なお、弁駆動用アクチユエータ１の自己診断に
ついては、アクチユエータ側からでも解析処理用
の汎用コンピユータ側からでも指令が出せるシス
テムに構成されている。更に、弁駆動用アクチユ
エータ１の自己診断については、トルク値の他、
図示していないが、アクチユエータの開度状況、
モータ動作状況等もトルク値と同様に出力するこ
とができる。

〔考案の効果〕

この考案による弁駆動用アクチユエータのトル
ク検出装置は、上記のように構成したので、次の
ような効果を有する。即ち、この弁駆動用アクチ
ユエータのトルク検出装置は、弁駆動用アクチユ
エータにおける減速機部に設けられ、弁体を駆動
するウオームのスライド量をトルクスイツチ機構
によつてピニオンの回転運動として取出し、該ピ
ニオンの回転運動をラツクの直線運動に変換し、
該直接運動をリニアトランスによつて電気信号と
して取出してトルクを検出するように構成したの
で、前記弁駆動用アクチユエータのトルクを自動
的に直ちに検出できると共に、前記弁駆動用アク
チユエータが正常に機能しているかどうかを弁体
に掛かるそのトルク値によつて簡単に連続して検
知することができる。

しかも、前記弁駆動用アクチユエータに設けた
演算コントローラによつて各前記弁駆動用アクチ
ユエータ毎に正確に且つ容易にトルク値を補正し
て正確なトルク値を検出することができ、前記弁
駆動用アクチユエータのメインテナンスのため該
トルク値信号を外部コンピユータにデータ転送す
ることができる。

特に、トルク検出装置をノンバツクラツシ手段
を備えたリニアトランス及びラツク・ピニオンに
よつて構成することによつて、連続信号としてト
ルクを検出でき、またトルク検出装置自体をコン
パクトに構成でき、前記弁駆動用アクチユエータ
内の限られたスペースに極めて効果的に収容する
ことができ、弁駆動用アクチユエータそのものを
コンパクトに構成することができる。更に、無接
触のリニアトランスを使用しているので、トルク
検出装置そのものが長寿命となりほとんどメイン
テナンスの必要がない。

この場合に、前記弁駆動用アクチユエータにつ
いては、制御系の一部を負担可能とする演算コン
トローラを内蔵しているか、又は別体として設け
られており、また、別置きの場合には、１台の演
算コントローラに別の各弁駆動用アクチユエータ
の演算コントローラをデイジタルシリアル回線で
結合して複数台の弁駆動用アクチユエータのトル
クを検出することができる。

しかも、中央制御装置側のコンピユータのシリ
アルデータ信号（デイジタル信号）により直接弁
制御が可能となるのに加え、演算コントローラに
よつて制御系の一部を負担するように構成した場
合には、前記弁駆動用アクチユエータの設置場所
近傍における流量、温度等の環境変化に伴う制御
は、必要に応じ、信号を中央側へ送信することな
く前記弁駆動用アクチユエータ内の演算回路で処
理し制御することが可能となり、前記弁駆動用ア
クチユエータ本体の小型軽量化に加え、上位コン
ピユータ即ち前記中央制御装置側の負担をも軽減
した構成によつて弁開度等のシステム的制御を行
うことが可能となると共に、前記弁駆動用アクチ
ユエータのメインテナンスついては、前記トルク
検出装置によつて検出したトルク値を演算コント
ローラによつて前記弁駆動用アクチユエータ毎の
補正演算を行い、自己チエツクを行うことがで
き、異常の場合にはデイジタルシリアル回線を通
じて検知することができ、メインテナンスの時間
と労力を大幅に改善することができ、労力の節減
ができ、メインテナンス経費を大幅に低減でき
る。

即ち、コンピユータを用いた中央情報処理シス
テム下にある種々の管路制御システムに用いられ
る前記弁駆動用アクチユエータとして有効に用い
ることができものであり、前記弁駆動用アクチユ
エータ自体が正常運転が可能な状態か否かを自己
チエツクでき、メインテナンス、情報の集中化、
制御の分散化等に特に適したものである。

更に、弁駆動用アクチユエータのトルク検出シ
ステムとしては、１台の演算コントローラに別の
各弁駆動用アクチユエータの演算コントローラを
デイジタルシリアル回線で結合して複数台の前記
弁駆動用アクチユエータのトルク等を検出するこ
ともできるという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による弁駆動用アクチユエー
タのトルク検出装置を組み込んだトルク検出シス
テムの概要説明図、第２図は第１図の演算コント
ローラの一例を示すブロツク図、第３図はこの考
案による弁駆動用アクチユエータのトルク検出装
置の一実施例を示す概略図、第４図は第３図のリ
ニアトランスとラツク・ピニオンとの関係を示す
概略図、第５図は第４図の線−における側面
図、第６図は減速機本体の機種別の弁位置検出器
等のセンサー出力とトルクの関係を示すグラフ、
第７図はこの考案の弁駆動用アクチユエータが複
数台存在する場合のシステムの一例を示すブロツ
ク図、及び第８図はこの考案の弁駆動用アクチユ
エータが複数台存在する場合のシステムの別の例
を示すブロツク図である。 １，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ……
弁駆動用アクチユエータ、２……トルク検出装
置、３，３Ａ，３Ｂ……演算コントローラ、４…
…モータ、５……減速機、６，６Ａ，６Ｂ，６
Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆ……弁、７……弁位置検出
器等のセンサー、８……管路、９，１１，１２…
…デイジタルシリアル回線、１０……汎用コンピ
ユータ、２２……アクチユエータ出力軸、２３…
…ウオームホイール、２４……ウオーム、２５…
…クランク、２６……ピニオン、２７……ラツ
ク、２８……スプリング、２９……リニアトラン
ス、３０……リニアトランスコア、３２……トル
クスイツチ機構、３５……ウオーム回転軸、４０
……トルクスプリング。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) コントローラの指令等に応答して駆動するモ
   ータ、該モータの回転を減速するためのウオー
   ムと該ウオームホイールを備えた減速機、該減
   速機の前記ウオームホイールの回転が伝達され
   る出力軸及び該出力軸によつて作動される流路
   に設置された弁体を有する弁駆動用アクチユエ
   ータにおいて、前記減速機の前記ウオームのス
   ライド量をピニオンの回転運動量として取り出
   すトルクスイツチ機構、前記ピニオンの回転運
   動量を直線運動量に変換するラツク、前記ピニ
   オンと前記ラツクとの間のバツクラツシを除去
   するバツクラツシ防止手段、及び前記ラツクの
   直線運動量を電気信号として取り出して弁駆動
   用アクチユエータのトルクを連続的に検出する
   リニアトランス、を有することを特徴とする弁
   駆動用アクチユエータのトルク検出装置。 (2) 前記ラツクと前記リニアトランスのリニアト
   ランスコアとを一体的に直線運動可能に取付け
   たことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
   １項に記載の弁駆動用アクチユエータのトルク
   検出装置。