JPH11280943A - 交流電動弁又はゲート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁又はゲートの開度に応じて適正な弁又はゲ
ートの開閉速度で弁又はゲートを適正に駆動することが
できる交流電動弁又はゲートを提供すること。 【解決手段】 弁と、弁を駆動する交流電動機Ｍと、交
流電動機Ｍのインバータ４０と、弁の弁開度を検出する
弁開度検出手段１１と、弁開度検出手段１１からの弁開
度信号の時間変化率より弁の開閉速度を逐次算出し該開
閉速度が弁の開度区間毎に指定した開閉速度となるよう
にインバータ４０のインバータ周波数を増加又は減少せ
しめるインバータ制御部５０とを具備する。弁をゲート
に代えれば交流電動ゲートとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種管路や各種水路
等を開閉するのに使用される交流電動弁又はゲートに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種管路、例えば水道管，下水
管，化学工業プロセス用各種配管，ガス管，空気管，蒸
気管等には、これを開閉するのに弁（例えばバタフライ
弁，スルース弁，ロート弁，ボール弁等）が取り付けら
れている。

【０００３】一方従来、各種水路、例えば河川，用水
路，排水路（開きょ，暗きょを含む）等には、これを開
閉するのにゲートが取り付けられる。

【０００４】そしてこれら弁又はゲートの開閉駆動は、
弁又はゲートに取り付けた交流電動機に交流電圧を印加
することによって行われる。具体的な駆動制御装置には
以下のようなものがある。

【０００５】(1) 交流電動機に一定周波数の交流を印加
することで、弁又はゲートを略一定速度で開閉する装
置。

【０００６】(2) 流量の時間的変化率を小さくするた
め、弁開度の変化に対し流量変化の大きい開度におい
て、弁を寸動停止を繰り返して遅く動作させる装置。

【０００７】(3) インバータで制御された交流電動機で
駆動される弁において、開度区間毎にインバータ周波数
を決定し開閉速度を制御する装置。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記(1)
の弁又はゲートを一定速度で開閉させる装置であれ、
(2) の弁又はゲートの開閉速度を２種類とする装置であ
れ、交流電動機の出力には十分に余裕があり、実際には
交流電動機の能力に比べて全体としてかなり遅い速度で
その開閉が行われていた。このため開閉に要する時間が
長くなり、例えば配管内を流れる流体の逆流量などが多
くなっていた。またゲートの場合は大型の設備が多く、
本来その開閉に時間がかかり、その開閉が終了するまで
作業員がその場で監視しなければならない場合が多いの
で、その開閉速度が遅いと作業性が非常に悪くなってし
まう。

【０００９】上記不都合を解消するため弁又はゲートの
開閉速度を速くすると、こんどは弁の全閉近傍領域にお
いて水撃や、ゲートにおいてはサージングなどの過渡現
象が生じてしまう恐れがある。

【００１０】また上記(3) の弁又はゲートのように、開
度区間毎にインバータ周波数を設定して弁又はゲートの
開閉速度を制御する装置にあっては、弁又はゲートの開
閉時の必要トルクは開度によって大きく変動するので、
単にインバータ周波数を開度区間毎に一定に設定するだ
けでは実際の弁又はゲートの開閉速度を所定の適正な速
度に設定することは難しかった。

【００１１】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
ありその目的は、弁又はゲートの開度に応じて適正な弁
又はゲートの開閉速度で弁又はゲートを適正に駆動する
ことができる交流電動弁又はゲートを提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、弁又はゲートと、弁又はゲートを駆動する
交流電動機と、前記交流電動機のインバータと、前記弁
又はゲートの開閉速度を求める開閉速度検出手段と、該
開閉速度が弁又はゲートの開度区間毎に指定した開閉速
度となるようにインバータのインバータ周波数を増加又
は減少せしめるインバータ制御部とを具備せしめて交流
電動弁又はゲートを構成した。また本発明は、前記開閉
速度検出手段を、前記弁又はゲートの開度を検出する開
度検出手段と、前記開度検出手段からの開度信号の時間
変化率より弁又はゲートの開閉速度を逐次算出する開閉
速度算出手段とを具備して構成した。また本発明は、前
記インバータを、前記交流電動機を含む弁又はゲートの
駆動機構に取り付けて構成した。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明を適用する交流
電動弁の概略構成図である。同図に示すように交流電動
弁の弁１０は管路５中に該管路５を開閉するように取り
付けられている。そして弁１０にはこれを開閉駆動する
交流電動機Ｍ及び変速機構Ｔを含む駆動機構２０と、交
流電動機Ｍの回転数を制御するインバータ装置３０とが
取り付けられている。

【００１４】弁１０は交流電動機Ｍと変速機構Ｔによっ
て管路５を開閉する構造のものであり、この実施形態で
はスルース弁を用いている。

【００１５】本例において交流電動機Ｍとしては、拘束
された状態で最大のトルクを発生する性能を具備するト
ルクモータが使用されている。

【００１６】また前記弁１０の駆動機構２０には、弁１
０の弁開度を検出する弁開度検出手段１１が取り付けら
れている。弁開度検出手段１１としては例えばポテンシ
ョメータ，セルシン等を用いる。

【００１７】次に図２は前記インバータ装置３０の一構
成例を示す図である。インバータ装置３０は、インバー
タ４０と、インバータ制御部５０と、外部から所望の入
力をするのに用いる操作パネル７０とを具備している。

【００１８】インバータ制御部５０は、少なくとも処理
装置５１と記憶装置５３とを具備している。またこのイ
ンバータ制御部５０には、弁開度検出手段１１から入力
される弁の開度信号や、コンバータ８０からインバータ
４０に入力される入力電圧のモニタ電圧値や、インバー
タ４０から交流電動機Ｍに出力される出力電流のモニタ
電流値や、操作パネル７０からの入力信号等が入力され
る。

【００１９】一方記憶装置５３には、このインバータ制
御部５０によって行われる各種制御プログラムや各種制
御データが記憶されている。

【００２０】そして前記インバータ制御部５０は、前記
インバータ４０から前記交流電動機Ｍに印加されるイン
バータ周波数を可変制御することで交流電動機Ｍによる
弁１０の弁開閉速度（弁の駆動軸の回転速度）を変化さ
せるのであるが、その際、インバータ制御部５０は、前
記弁開度検出手段１１からの弁の開度信号の時間変化率
によって弁１０の開閉速度を算出し、該弁１０の開閉速
度が予め設定された開閉速度（設定回転数）となるよう
にインバータ周波数を増加又は減少することで弁の開閉
速度（直接的には交流電動機Ｍの駆動軸の回転速度）を
制御する。なお予め設定される弁の開閉速度は、弁１０
の開度区間毎に設定されており、この実施形態では開度
０〜３０％では設定回転数（単位時間当たりの駆動軸の
設定回転数、即ち設定回転速度であってこれは弁１０の
設定開閉速度と同等のものである、以下同じ）Ｖ１、３
０〜１００％では設定回転数Ｖ２、（但しＶ１＜Ｖ２）
としている。

【００２１】ここで図３に示すようにスルース弁１０の
弁開度は小さいほどこれを回動するのに高トルクが必要
であるが、上述のように弁１０の開閉速度を設定するこ
とで、流量変化が大きく負荷トルクが大きくなる弁開
度、即ち弁開度０〜３０％の範囲では弁１０を遅く開閉
運転し、流量変化が小さく負荷トルクが小さくなる弁開
度、即ち弁開度３０〜１００％の範囲では弁１０を速く
開閉運転するように制御することができる。

【００２２】以下図４〜図７に示す概略制御フロー図を
用いて上記制御の内容を説明する。即ちまず図２に示す
インバータ制御部５０に弁１０を開又は閉にする信号が
入力されると、図４において、初期設定としてモードを
「周波数ＵＰモード」に設定し、また現回転数（単位時
間当たりの回転数、以下同じ）を０に設定する（ステッ
プ１）。

【００２３】次に現在の弁１０の開度を弁開度検出手段
１１からの弁開度信号によって求め、該開度に応じた設
定回転数を記憶装置５３から読み出す（ステップ２）。
即ちこの実施形態の場合、開度が０％以上３０％未満で
あれば設定回転数Ｖ１を、３０以上１００％以下であれ
ば設定回転数Ｖ２を読み出す。

【００２４】次に設定回転数と現回転数とを比較し（ス
テップ３）、設定回転数の方が大きい場合は下記する図
６に示す回転数ＵＰ制御を行なうことで弁１０の開閉速
度を増加し（ステップ４）、ステップ２に戻る。

【００２５】一方ステップ３において、設定回転数の方
が小さい場合は下記する図７に示す回転数ＤＯＷＮ制御
を行なうことで弁１０の開閉速度を減少し（ステップ
５，６）、ステップ２に戻る。

【００２６】ステップ３において、設定回転数と現回転
数が同一の場合は現周波数による運転を継続し（ステッ
プ７）、現在の回転数を算出した（ステップ８）後にス
テップ２に戻る。

【００２７】ここで弁１０の現在の回転数を測定するに
は、図５に示すように、弁開度検出手段１１からの弁開
度信号を逐次入力することで単位時間当たりの弁１０の
開度変化を測定し（ステップ１）、該開度変化から回転
数を算出しこれを現回転数にセットする（ステップ
２）。

【００２８】次に図６に示す回転数ＵＰ制御は、まず現
回転数を旧回転数に退避する（ステップ１）。次に現
在、「周波数ＵＰモード」となっているか否かを見て
（ステップ２）、「周波数ＵＰモード」となっている場
合は出力周波数を所定値だけ上げ（ステップ３）、その
後現回転数を測定し（ステップ４）、現回転数が旧回転
数よりも大きくなっていたら、「周波数ＵＰモード」の
ままとし（ステップ５，６）、現回転数が旧回転数より
も小さくなっていたら、「周波数ＤＯＷＮモード」に切
り替える（ステップ５，７）。

【００２９】一方ステップ２において現在、「周波数Ｄ
ＯＷＮモード」となっている場合は出力周波数を所定値
だけ下げ（ステップ８）、その後現回転数を測定し（ス
テップ９）、現回転数が旧回転数よりも大きくなってい
たら、「周波数ＤＯＷＮモード」のままとし（ステップ
１０，１１）、現回転数が旧回転数よりも小さくなって
いたら、「周波数ＵＰモード」に切り替える（ステップ
１０，１２）。

【００３０】次に図７に示す回転数ＤＯＷＮ制御では、
前記回転数ＵＰ制御とは反対に、まず現回転数を旧回転
数に退避し（ステップ１）、次に現在、「周波数ＵＰモ
ード」となっているか否かを見て（ステップ２）、「周
波数ＵＰモード」の場合は出力周波数を所定値だけ上げ
（ステップ３）、弁１０の現回転数を測定し（ステップ
４）、現回転数が旧回転数よりも小さくなっていたら、
「周波数ＵＰモード」のままとし（ステップ５，６）、
現回転数が旧回転数よりも大きくなっていたら、「周波
数ＤＯＷＮモード」に切り替える（ステップ５，７）。

【００３１】一方ステップ２において現在、「周波数Ｄ
ＯＷＮモード」となっている場合は出力周波数を所定値
だけ下げ（ステップ８）、現回転数を測定し（ステップ
９）、現回転数が旧回転数よりも小さくなっていたら、
「周波数ＤＯＷＮモード」のままとし（ステップ１０，
１１）、現回転数が旧回転数よりも大きくなっていた
ら、「周波数ＵＰモード」に切り替える（ステップ１
０，１２）。

【００３２】以上のように本発明によれば、弁１０の開
度変化からその開閉速度（駆動軸の回転速度）を算出し
て該開閉速度が所定の最適な設定開閉速度（設定回転
数）となるようにインバータ周波数を逐次変更するよう
に構成したので、単に弁の開度区間毎にインバータ周波
数を設定するだけの制御に比べ、より正確に弁１０を所
望の設定開閉速度（設定回転数）に設定し維持していく
ように運転することができる。

【００３３】上記実施形態の場合、負荷トルクの大きい
開度０％〜３０％では弁１０の開閉速度を遅くすること
で水撃を防止できる。一方負荷トルクの小さい開度３０
％以上の領域では弁１０の開閉速度を速くすることで、
弁１０全体の開閉時間を短縮することができる。

【００３４】図８は本発明を適用した交流電動ゲートの
概略構成図である。この実施形態において前記図１に示
す実施形態と相違する点は、インバータ装置３０を取り
付けた駆動機構２０によって河川や水路等Ｋを開閉する
ゲート８０を上下駆動するように構成した点である。

【００３５】即ちゲート８０は、河川や水路等Ｋに設置
され、これを下降・上昇することで河川や水路等Ｋを開
閉するように動作する。ゲート８０の全開状態は、図８
にゲート８０の下端を点線Ｌで示すように、河川や水路
等Ｋの水位が増水などによって上昇して最大となる水位
でも全開となるように通常時の水面よりも高い位置まで
開くように構成されている。そしてゲート８０の下端が
水中にある間は駆動抵抗が大きいのでこれをゆっくり動
作させ、ゲート８０の下端が水面上に出た場合は駆動抵
抗が小さくなるのでこれを速く動作させるように、イン
バータ装置３０のインバータ周波数を増加又は減少す
る。インバータ装置３０の動作方法は前記弁の場合と同
様である。

【００３６】即ち弁の場合は弁開度０〜３０％の範囲で
は遅く開閉し、弁開度３０〜１００％の範囲では速く開
閉運転したが、その代わりにゲート８０の下端が水中に
ある開度範囲Ｐでは遅く開閉し、水上にある開度範囲Ｑ
では速く開閉運転するのである。

【００３７】なおゲート８０を上下動する手段として
は、ラック式やワイヤロープウインチ式、さらにスピン
ドル式等、各種の方式があり、方式によっては前記図８
に示す変速機構Ｔを使用しないものもあるが、要は交流
電動機Ｍを駆動源としてゲートを開閉する方式であれば
どのような方式を用いても良い。なおこの実施形態では
ゲート８０の下端が通常水位において水中にあるか否か
の境界を予め設定しておき、該境界よりもゲート８０の
下端が上か下かによってゲート８０の開閉速度を増減し
たが、必要に応じてそれ以外の位置で開閉速度を変更す
るようにしても良い。ゲート８０の開度は前記開度検出
手段１１によって求める以外に、他の開度検出センサに
よって求めても良い。また現在の実際の水位をセンサに
よって求め、この水位の位置を境界にしてゲート８０の
開閉速度を変更するようにしても良い。

【００３８】以上本発明の実施形態を説明したが、本発
明はこれら実施形態に限定されるものではなく、例えば
以下のような種々の変形も可能である。 弁は、上記構造のものに限定されず、例えばバタフラ
イ弁，ロート弁，ボール弁等、他の種々の弁にも適用で
きる。ゲートの場合も他の各種の構造のものに適用き
る。

【００３９】上記実施形態では弁の開度を０〜３０
％，３０〜１００％の２つに開度区間に分けてそれぞれ
設定回転数を設定したが、分ける開度区間の数は３つ以
上の多数であっても良いことはいうまでもない。ゲート
の場合も同様である。

【００４０】上記実施形態では弁又はゲートの開閉速
度を、弁又はゲートの開度検出手段１１からの検出信号
をインバータ制御部５０において算出することで求める
ように構成している（即ち弁又はゲートの開度検出手段
１１と該開度検出手段１１の検出信号から弁又はゲート
の開閉速度を算出する手段〔図５に示す回転数測定フロ
ーが相当する〕によって弁又はゲートの開閉速度検出手
段を構成している）が、弁又はゲートの開閉速度は他の
種々の方法によっても求めることができる。即ち例えば
図９に示すように、図１の開度検出手段１１の代わりに
エンコーダなどの弁１０の開閉速度検出手段８５を取り
付け、これによって弁１０の開閉速度を直接求めるよう
にすれば、演算によって該開閉速度を算出する必要がな
くなる。なお弁１０の開度は該開閉速度検出手段８５に
よって求めても良いし、他のセンサによって求めても良
い。この構成がゲート８０にも適用できることは言うま
でもない。即ち要は弁又はゲートの開閉速度を求める開
閉速度検出手段（演算によって求めるものも含む）を設
けるものであれば、それが直接であっても計算によって
でも、どのような構成のものでも良い。

【００４１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、弁又はゲートの開度に応じた適正な弁又はゲートの
開閉速度で弁又はゲートを適正且つスムーズに駆動する
ことができる。特に本発明においては、弁又はゲートの
開閉速度を求めて、該開閉速度が所定の最適な設定開閉
速度となるように逐次インバータ周波数を変更するよう
に構成したので、単に弁又はゲートの開度区間毎にイン
バータ周波数を設定する場合に比べて、より正確且つ迅
速に弁又はゲートの実際の設定開閉速度に設定・維持す
ることができ、弁又はゲートの動作の適正化、スムーズ
化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する交流電動弁の概略構成図であ
る。

【図２】インバータ装置３０の一構成例を示す図であ
る。

【図３】スルース弁１０の弁開度−負荷トルク特性図で
ある。

【図４】交流電動弁の全体概略制御フロー図である。

【図５】回転数測定フロー図である。

【図６】回転数ＵＰ制御フロー図である。

【図７】回転数ＤＯＷＮ制御フロー図である。

【図８】本発明を適用した交流電動ゲートの概略構成図
である。

【図９】本発明の他の実施形態にかかる交流電動弁の概
略構成図である。

【符号の説明】

１０ 弁 １１ 弁開度検出手段 ４０ インバータ ５０ インバータ制御部 Ｍ 交流電動機 ８０ ゲート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁又はゲートと、 弁又はゲートを駆動する交流電動機と、 前記交流電動機のインバータと、 前記弁又はゲートの開閉速度を求める開閉速度検出手段
   と、 該開閉速度が弁又はゲートの開度区間毎に指定した開閉
   速度となるようにインバータのインバータ周波数を増加
   又は減少せしめるインバータ制御部とを具備することを
   特徴とする交流電動弁又はゲート。
2. 【請求項２】 前記開閉速度検出手段は、前記弁又はゲ
   ートの開度を検出する開度検出手段と、 前記開度検出手段からの開度信号の時間変化率より弁又
   はゲートの開閉速度を逐次算出する開閉速度算出手段と
   を具備して構成されていることを特徴とする請求項１記
   載の交流電動弁又はゲート。
3. 【請求項３】 前記インバータは、前記交流電動機を含
   む弁又はゲートの駆動機構に取り付けられていることを
   特徴とする請求項１又は２記載の交流電動弁又はゲー
   ト。