JPH074549A - 電動弁の自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動機、弁棒その他の駆動系の状態を二以上
の状態量で検出して電動機の作動を適切に制御すること
により、弁体、シート面等にかかる締め付け力を適正値
に管理すると共に、弁体の位置制御を精度良く行い、ま
た電動機を確実に保護する。 【構成】 電動機１１で弁棒１２を上下動させて弁体を
開閉するようにした電動弁において、電動機１１、弁棒
１２その他の駆動系１０の状態を検出して電気信号に変
換する複数の検出手段２０，３０，４０と、これらの検
出手段からの検出信号を受け、検出信号又はこれから導
出された状態値を予め記憶した判定値と比較して電動機
１１の作動を制御する処理手段５０と、この処理手段５
０からの信号を受け、比較結果を表示する表示手段６１
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、駆動系を分解するこ
となく運転中に作動状態を検知すると共に電動機を制御
する電動弁の自己診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動弁の駆動系は図４に示す構造
になっている。すなわち、（イ）は電動機、（ロ）はウ
ォーム軸、（ハ）は弁棒であって、この弁棒（ハ）の先
端に弁体（図示省略）が連結されている。上記電動機
（イ）及びウォーム軸（ロ）には、互いに噛み合うヘリ
カルギヤ（ニ），（ホ）がそれぞれ取り付けられてい
る。また、上記ウォーム軸（ロ）にはウォーム（ヘ）が
軸方向にのみ移動可能にスプライン結合しており、また
上記弁棒（ハ）には上記ウォーム（ヘ）に噛み合うウォ
ームギヤ（ト）が設けられ、このウォームギヤ（ト）の
内部にはジャッキナット（チ）が固定されている。上記
ウォーム（ヘ）の一側には接点（ヌ）を開閉するトルク
スイッチ（リ）が係合し、その側方にはトルクスプリン
グ（ル）が縮装されて、上記ウォーム（ヘ）をウォーム
軸（ロ）の軸方向に押している。この構成により、電動
機（イ）の回転は、ヘリカルギヤ（ニ），（ホ）を介し
てウォーム（ヘ）に伝わり、さらにウォームギヤ（ト）
を回転させて弁棒（ハ）を上下させ、これによって弁体
が開閉動作する。そして、弁体の開閉操作力が増加すれ
ば、この増加量に比例してウォーム（ヘ）がトルクスプ
リング（ル）を押して軸方向へ移動し、この移動量が所
定量に到ったときにトルクスイッチ（リ）の接点（ヌ）
が開いて電動機（イ）が停止する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ものでは、トルクスプリング（ル）が摩耗したり弁棒ネ
ジ部が効率変化を起こすなどして駆動系における操作ト
ルクの伝導率が大きく変化すると、トルクスイッチ
（リ）に基づく電動機（イ）の停止制御では弁体の締め
付け力を適正な操作力で制御できず、またトルクスイッ
チ（リ）の接点（ヌ）が開いても電動機（イ）が慣性に
よって惰走することもあって、弁体、シート面等に設定
値以上の締め付け力が作用し、そのためにシート面が損
傷したり、弁棒（ハ）の曲がり等の異常が発生する。

【０００４】しかも、従来における弁体の位置制御は、
ウォーム軸（ロ）の回転をカウンター式の間けつ歯車に
連結すると共に、弁棒（ハ）が各設定位置にあるときの
回転数を設定回転数として予め定めておき、実際の回転
数が上記設定回転数に達したときに、リミットスイッチ
の接点を開いて電動機（イ）を停止する構成である。こ
のため、駆動系のギヤやネジが摩耗すると、弁棒（ハ）
と設定回転数との相関性が変化するので、リミットスイ
ッチによる弁体の位置制御に精度が出ないという欠点が
ある。

【０００５】また、電動弁は、始動時の瞬時には大きな
操作力を必要とする一方、開閉途中では始動時の２０％
程度の操作力で充分操作可能であるという特性を一般的
に有するから、従来、電動機としては、短時間定格で高
トルク特性を有する形式が採用されていた。そして、異
常発生時における電動機の保護対策は、単にヒーズ及び
サーマルリレーで行っていたため、上記特性の電動機に
対しては充分な監視ができず、しばしば電動機の焼損を
引き起こしていた。

【０００６】本発明は上記諸点に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、電動機、弁棒その他
の駆動系の状態を二以上の状態量で検出して電動機の作
動を適切に制御することにより、弁体、シート面等にか
かる締め付け力を適正値に管理すると共に、弁体の位置
制御を精度良く行い、また電動機を確実に保護すること
にある。さらに、電動機の速度を制御することにより、
電動機の惰走を防止して弁体、シート面等にかかる締め
付け力を、いっそう適正に管理することも目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の解決手段は、電動機で弁棒を上下動させ
て弁体を開閉動作させるようにした電動弁を前提とす
る。そして、上記電動機、弁棒その他の駆動系の状態を
検出して電気信号に変換する複数の検出手段と、これら
の検出手段からの検出信号を受け、検出信号又はこれか
ら導出された状態値を予め記憶した判定値と比較して電
動機の作動を制御する処理手段と、この処理手段からの
信号を受け、上記比較結果を表示する表示手段とを備え
る構成としている。また、請求項２の解決手段は、請求
項１の構成において、検出手段を、電動機の電流、弁棒
の変位及び弁棒の操作力を検出するものとした構成にし
ている。さらに、請求項３の解決手段は、請求項１の構
成において、処理手段が、電動機の速度を制御する構成
にしている。

【０００８】

【作用】請求項１では、駆動系の状態が検出手段で電気
信号に変換され、処理手段で上記検出信号又はこれから
導出された状態値を予め記憶した判定値と比較して電動
機の作動を制御すると共に、この比較結果が表示手段に
送られて表示される。これにより、弁体、シート面等に
かかる締め付け力が管理され、弁体の位置制御が行わ
れ、電動機の焼損が防止される。請求項２では、駆動系
における操作トルクの伝達効率が変化しても、その影響
を受けることなく弁棒の操作力が直接に検出される。ま
た、ギヤやネジが摩耗しても、その影響を受けることな
く弁棒の変位が検出される。さらに、弁棒の操作力と弁
棒変位とを組み合わせれば、開作動時、開閉途中及び停
止時等の警報設定が必要な箇所や範囲で実施可能にな
る。さらに、電動機の電流を、開作動時、開閉途中及び
停止時等の判定パターンに比較しつつ電動機の作動を制
御していけば、電動機の焼損が防止される。また、弁棒
変位の表示は、電動弁の分解組立時などに、弁棒の位置
設定をするために利用される。さらに、弁棒操作力の表
示は、グランドパッキン締め付けによる摺動抵抗の上昇
が性能へ与える影響を評価するのに利用される。請求項
３では、電動機の速度が制御できるから、電動機の惰走
が防止されて、弁体、シート面等にかかる締め付け力が
適正値に管理される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の構成を図１〜図３に示す実施
例に基づいて、更に具体的に述べる。図１において、１
０は弁体を開閉させるための駆動系であって、その構造
は先に従来の技術で説明した構成に類似しているが、ト
ルクスイッチ及びリミットスイッチはない。すなわち、
電動機１１、ウォーム軸、弁棒１２、ヘリカルギヤ、ウ
ォーム、ウォームギヤ、ジャッキナットを備えている。

【００１０】上記電動機１１、弁棒１２その他の駆動系
には、これら駆動系の状態を検出して電気信号に変換す
る複数の検出手段が設けられている。すなわち、上記電
動機１１の動力電線１１ａには、無接触型の電流センサ
２０が接続されており、この電流センサ２０は電動機１
１に流れる電流値に応じて出力電圧が変化する。無接触
型としたのは動力電線１１ａを改造する必要がなく、ま
たセンサの故障が駆動系１０に影響を与えることもない
からである。また、弁棒カバー１３には、弁棒１２の昇
降量を検出する弁棒変位センサ３０が取り付けられてい
る。この弁棒変位センサ３０は実質的に摺動抵抗器を主
体にしており、弁棒１２の変位に応じて摺動子が動き、
この抵抗変化に応じて電気信号を出力する。さらに、弁
棒１２の軸内には、弁棒１２に作用する操作力を測定す
る埋込み式の弁棒操作力センサ４０が取り付けられてい
る。この弁棒操作力センサ４０は、上記弁棒１２に貼ら
れた公知の歪ゲージを備え、これをブリッジ回路に組み
込み、その出力電圧によって弁棒操作力が測定される。

【００１１】図２において、５０は処理手段であって、
上記各検出手段２０，３０，４０からの検出信号を受
け、検出信号又はこれから導出された状態値を予め記憶
した判定値と比較して電動機１１の作動を制御するもの
である。すなわち、５１は電源、５２は集録装置であっ
て、この集録装置５２は、電流センサ２０の信号から実
効値を検出する実効値検出回路５２ａと、弁棒変位セン
サ３０の信号を増幅するアンプ５２ｂと、弁棒操作力セ
ンサ４０の信号を増幅する歪アンプ５２ｃと、これら実
効値検出回路、アンプ及び歪アンプの出力信号をＡＤ変
換するＡ／Ｄコンバータ５２ｄとを備えている。また、
５３は信号をＤＡ変換するＤ／Ａコンバータ、５４はイ
ンバータ装置であって、このインバータ装置５４は、Ｄ
／Ａコンバータ５３の出力を増幅するアンプ５４ａと、
このアンプ５４ａの出力を受けて作動するインバータ５
４ｂとを備え、上記電動機１１の回転速度を制御する。
さらに、５５は演算処理装置であって、マイクロプロセ
ッサ５５ａと、プログラム用のメモリ（ＲＯＭ）５５ｂ
と、データ用のメモリ（ＲＡＭ）５５ｃと、設定値用の
メモリ（ＥＥＲＯＭ）５５ｄとを備えている。５６は表
示設定インターフェイスであって、下記の表示器に表示
する情報の出力及び設定値の入力を扱う。５７は装置異
常検出回路であって、スラスト（締切力）異常又は電流
異常が有るか否かを検出するものである。

【００１２】次に、上記処理手段５０からの信号を受
け、上記比較結果を表示する表示手段を説明する。６１
は第１の表示手段であって、この表示器６１は、弁棒変
位及び弁棒操作力を表示する表示器６１ａと、設定値を
入力する設定器６１ｂとを備える。６２は第２の表示手
段であって、この表示器６２は、スラスト（締切力）異
常又は電流異常があったときにそのことを表示するもの
である。６３は第３の表示手段であって、電動機１１の
電流、弁棒変位、弁棒操作力における比較結果を表示す
る。すなわち、電流にあっては電流異常を、弁棒変位に
あっては開スラスト、閉スラスト及び途中スラストを、
弁棒操作力にあっては開表示、閉表示、開バイパス及び
閉バイパスを表示する。

【００１３】上記処理手段５による制御を説明する。駆
動系１０の状態が検出手段２０，３０，４０で電気信号
に変換され、処理手段５０で上記検出信号又はこれから
導出された状態値を予め記憶した判定値と比較して電動
機１１の作動を制御すると共に、この比較結果が表示手
段６１，６２，６３に送られて表示される。電流の場
合、上記判定値は図３に示すような判定パターンであ
り、電動機１１の電流を、開作動時、開閉途中及び停止
時等の判定パターンに比較しつつ電動機１１の電流が図
中の破線以下になるよう作動を制御していけば、電動機
１１の焼損が防止される。また弁棒操作力及び弁棒変位
の場合、判定値は許容限界から割り出される値に設定さ
れており、これによって弁体１２、シート面等にかかる
締め付け力が管理され、弁体１２の位置制御が行われ
る。

【００１４】その場合、弁棒操作力センサ４０により弁
棒操作力を直接に測定するので、駆動系１０における操
作トルクの伝達効率が変化しても、その影響を受けるこ
とがなく、電動機１１の停止制御を精度良く行えて、弁
体、シート面等にかかる締め付け力を適正に管理でき、
従ってシート面の損傷、弁棒１２の曲がり等の発生を防
止できる。また、弁棒変位センサ３０により弁棒変位を
直接に測定するので、ギヤやネジが摩耗しても、その影
響を受けることがなく、弁体の位置制御が精度良く行わ
れる。さらに、弁棒１２の操作力及び弁棒変位の双方の
情報から、開作動時、開閉途中及び停止時等の警報設定
を必要な箇所や範囲で実施することができる。

【００１５】しかも、インバータ装置５４によって電動
機１１の速度が制御できるから、電動機１１の惰走が防
止されて、弁体、シート面等にかかる締め付け力が適正
値に管理される。

【００１６】また、弁棒変位の表示は、電動弁１１の分
解組立時などに、弁棒１２の位置設定をするために利用
される。さらに、弁棒操作力の表示は、グランドパッキ
ン締め付けによる摺動抵抗の上昇が性能へ与える影響を
評価するのに利用される。

【００１７】なお、上記実施例では電流センサ２０、弁
棒変位センサ３０及び弁棒操作力センサ４０を使用した
が、この他にも流体圧力を検出する圧力センサを設け
て、圧力変動から電動弁１１のケーシングのガスケット
やグランドパッキンのシール機能に異常が発生したかど
うかを監視するようにしてもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の電動弁
の自己診断装置は、電動機、弁棒その他の駆動系の状態
を検出して電気信号に変換する複数の検出手段と、これ
らの検出手段からの検出信号を受け、検出信号又はこれ
から導出された状態値を予め記憶した判定値と比較して
電動機の作動を制御する処理手段と、この処理手段から
の信号を受け、上記比較結果を表示する表示手段とを備
えたので、弁体、シート面等にかかる締め付け力を適正
値に管理して、シート面の損傷及び弁棒の曲がり等の異
常発生を防止できると共に、弁体の位置制御を精度良く
行い、また電動機を焼損から確実に保護することができ
る。また、請求項２の電動弁の自己診断装置は、電動機
の電流、弁棒の変位及び弁棒の操作力を検出するので、
駆動系における操作トルク伝達効率の変化に影響される
ことなく弁棒の操作力を検出し、またギヤやネジの摩耗
に影響されることなく弁棒の変位を検出し、制御の信頼
性が向上する。しかも、弁棒の操作力と弁棒変位とを組
み合わせれば、開作動時、開閉途中及び停止時等の警報
設定が必要な箇所や範囲で実施できると共に、電動機の
電流を、開作動時、開閉途中及び停止時等の判定パター
ンに比較しつつ電動機の作動を制御していけば、電動機
の焼損を防止できる。さらに、弁棒変位の表示は、電動
弁の分解組立時などに、弁棒の位置設定をするために利
用でき、また弁棒操作力の表示は、グランドパッキン締
め付けによる摺動抵抗の上昇が性能へ与える影響を評価
するのに利用できるから、保全管理を有効に行える。さ
らに、請求項３の電動弁の自己診断装置は、電動機の速
度を制御するので、電動機の惰走が防止されて、弁体、
シート面等にかかる締め付け力が適正値に管理されて、
シート面の損傷及び弁棒の曲がり等の異常発生を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電動弁及び駆動装置の要部を切除して
示す斜視図、

【図２】実施例のブロック図、

【図３】実施例の電流判定パターンを示す図、

【図４】従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ 駆動系 １１ 電動機 ２０ 電流センサ ３０ 弁棒変位センサ ４０ 弁棒操作力センサ ５０ 処理手段 ６１ 表示手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機で弁棒を上下動させて弁体を開閉動
   作させるようにした電動弁において、上記電動機、弁棒
   その他の駆動系の状態を検出して電気信号に変換する複
   数の検出手段と、これらの検出手段からの検出信号を受
   け、検出信号又はこれから導出された状態値を予め記憶
   した判定値と比較して電動機の作動を制御する処理手段
   と、この処理手段からの信号を受け、上記比較結果を表
   示する表示手段とを備えたことを特徴とする電動弁の自
   己診断装置。
2. 【請求項２】検出手段が、電動機の電流、弁棒の変位及
   び弁棒の操作力を検出するものである請求項１記載の電
   動弁の自己診断装置。
3. 【請求項３】処理手段が、電動機の速度を制御する請求
   項１記載の電動弁の自己診断装置。