JPS60175885A - 流量制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、電気信号に応じて流体の流量を制御する制御
弁を有するとともに、流体通路中に流量センサを有し、
その流量信号と所望の設定信号の偏差に応じて前記制御
弁をコントロールする流は制御装置に関する。

従来例の構成とその問題点 従来のこの種流量制御装置を第１図に示す。第１図にお
いて、１は弁装置、２は弁装置１を駆動する駆動装置、
３は弁装置１の出口側に直列接続された流量センサ、４
は制御回路である。

弁装置１は、流体人口５と流体出口６、流体人　−口５
と流体出口６間の隔壁に形成された通ＩＺ＋７−１及び
弁体８、弁体８を閉弁方向に付勢するバネ９を有する。

駆動装置２は、弁体８と共動するプランジャ１０．プラ
ンジャ１０の両端を支持するＱｌ＋受１１、プランジャ
１０の外周に設けたコイル１２、及びヨーク１３から構
成され、コイ／Ｌ’１２に通電することにより、プラン
ジャ１０に電磁力Ｆｍが作用し、弁体８を押下げて開弁
する。

流量センサ３は、流体出口６に通電する管状のハウジン
グ１４と、ハウジング１４内に収容され、流体の流通に
よシ回転する翼車１５と、翼車１５の縁部に設けた永久
磁石１６と、永久磁石１６に対向しく設けられ、パルス
状の磁束変化を検知するホール素子１７とを有する。

制御回路４は、ホール素子１７の出力をパルス信号に変
換する検出回路１８と、パルス信号の発生に比例した電
圧信号を増幅して出力する積分回路１９と、所望の設定
信号と積分回路１９の信号を比較し、かつ偏差信号を出
力する比較器２０と、この偏差信号によってコイ）ｖ１
２に給電する駆動回路２１を有する。

以上の構成において設定信号が供給されると、比較器２
０は、積分器１９と設定信号の偏差信号を駆動回路２１
に出力し、コイル１２へ給電がなされる。コイ）ｖ１２
に通電するとプランジャ１０は下方の電磁力Ｆ　７７２
を受け、バネ９に抗して開弁じ、流体は流体出口６、回
転翼１５をへて流出する。流体が通過すると回転翼１５
は回転し、永久磁石１６によるバｔ＋（ス状の磁束の変
化をホール素子１７で検出し、検出回路１８からパルス
信号を出力させる。このパルス信号は、流量センサ３を
通過する流体の流量に比例している。したがって設定信
号によシ設定された流量となるよう常に流量センサ３に
よって流量が監視され、弁開度がコントロールされる。

また設定信号を可変すれば、その信号に比例して高精度
に流量を制御することができる。

しかしながらこの従来例では、弁体８をバネ９によって
通ロア側に押し付けて閉止がなされるため、充分な閉止
性能を確保しようとした場合、バネ９の閉弁力を充分太
きくしなければならない。

その結果、駆動装置２は流量を制御する力に加えてバネ
９の閉弁力に打勝つだけの電磁力Ｆ　７７Ｋを発生する
必要があシ、全体が大型化する。

また閉止を行なう場合、弁体８を弾性体で構成するが、
耐久性を考慮すると閉止信頼性に不安があり、特に燃料
ガスの制御を行なう場合専用の閉止弁を追加することが
不可欠であった。

さらに駆動装置２の比較的小さな電磁力Ｆｎｌによシ流
量を制御するため、プランジャ１０の摺動抵抗、弾性体
で構成した弁体８の粘着等の外孔のその結果、流量セン
サ３によってフィードバック制御を行なっているにもか
かわらず、流量のハンチングが発生してしまう。

発明の目的 本発明はこのような従来の問題点を解消するものであり
、流量側（財）装置の小型化を図るとともに閉止信頼性
を向上させ、かつ流量制御性能の向上を図ることを目的
とする。

発明の構成 この目的を達成するため本発明による流量制御装置は、
流体通孔を設けた固定子と回転子を有し、前記回転子の
回転により流体通路面積を可変する摺動弁と、前記回転
子を駆動する超音波振動モータと、流体流路中に設けた
流量センサと、この流量センサの出力信号に応じて前記
超音波振動モータを制御する制御回路とから構成したも
のである。

この構成により、回転子を閉止位置で停止すれば流体通
路は遮断され、流量要求信号が供給されると超音波振動
モータが回転し回転子を開弁位置へ回転させる。流量は
流量センサによって検出され、流量要求信号と一致する
ように超音波振動モータがフィードバック制御される。

すなわち弁閉止機能、比例制御機能を有し、また供給圧
を一定に保つガノベナが不要な流量制御装置を実現でき
装置全体の小型化が図れる。また閉止信頼性も一般のコ
ックと同時となり信頼性が向上する。さらに流量制御性
能も向上する。

実施例の説明 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

第２図において１ａは摺動弁、２ａは超音波振動モータ
、３は第１図従来例と同じ流量センサ、４ａは制御回路
である。

摺動弁１ａは、それぞれに複数の流体通孔２２ａ、２２
ｂを有する固定子２３と回転子２４を有し、固定子２３
は弁ボディ２５に気密に固定された固定子２３と回転子
２４の接触面は高平面度加工され、潤滑剤が塗布されて
いる。なお固定子２３と回転子２４は耐摩耗性を有する
とともに物理的性質の安定した、例えばセラミック等に
よシ構成される。２６は後述する、回転子２４のストッ
パである。

超音波振動モータ２ａは圧電体２７を接合したステータ
２８と耐摩耗板２９を接合したロータ３゜を有し、ロー
タ３０は回転子２４と一体に構成されており、ロータ３
００回転が回転子２４に伝達される。圧電体２７上には
第３図に示すように４分割の電極３１を構成している。

３２は超音波振動モータ２ａの非通電時に回転子２４を
閉弁位置に保持する戻しバネであり、第４図に示すよう
に、−耐を弁ボディ２５に固定し、他端は、ピン３３に
よってロータ３０に一合されている。　−ここで超音波
振動モータ２ａの動作について説明する。圧電体２７に
数１０　ＫＨｚの高周波電圧を印加すると、ステータ２
８にたわみ振動が発生する。このたわみ振動の横方向成
分のみを耐摩耗板２９を介してロータ３０に伝えること
によシロータ３０が回転する。すなわち、単一のたわみ
振動のみではステータ２８とロータ３０の接触点は上下
運動のみの動作をし横方向には動かないが、９０°位相
の異なる電圧を印加することによりロータ３０に回転運
動が伝達される。捷た印加する電圧の位相の方向を逆転
すれば逆回転もできる。超音波振動モータ２ａは回転ト
ルりが大きく、寸だ回転角度を高精度に？ｔｉ制御する
ことが可能であり、さらにモータを超小型化できる効果
がある。

制御回路４ａは、ホール素子１７の出力をパルス信号に
変換する検出回路１８と、パルス信号の発生に比例した
電圧信号に増幅して出力する積分回路１９と、所望の設
定信号と積分回路１９の信号を比較する比較μｓ２ｏと
、その比較器２ｏでの偏差信号が流量増加信号である時
は超音波振動モータ２ａに開弁方向の印加電圧の位相の
方向を与え、また流量減少信号である時は閉弁方向の位
相方向に切換えるスイッチング回路３４と、圧電体２７
を駆動する駆動回路３５を有する。他は、第１図従来例
と同一であり、同記号を付して説明を省略する。

以上の構成において動作を説明する。

超音波振動モータ２ａに通電しない状態では、戻しバネ
３２の作用により弁閉止状態に保持され、流体通路は遮
断される。第５図は固定子２３及び回転子２４の平面図
を示し、（−）の状態が閉止状態を示す。つまり固定子
２３と回転子２４がθａだけずれて流体通孔２２ａ、２
２ｂが連通しない状態である。この状態では高平面度仕
上げされた固定子２３と回転子２４の接触面は密着して
おり、流体出口６側への流体洩れを防止する。

設定信号が供給されるとスイッチング回路３４は流量増
加信号であることを判別し、駆動回路３５は圧電体２７
に通電し、ロータ３０は回転子２４を回転させる。第５
囲動の状態から流体通孔２２ａ、２２ｂは連通しはじめ
、流体は流体出１コロをへて流量センサ３内に流入する
。流体が流れと翼車１５が回転し、流量検出信号は制御
回路４ａにフィードバンクされ、設定信号に対応した流
量となるよう超音波振動モータ２ａが制御される。

したがって設定信号を変化させれば、その信号に応じた
流量が流体人口５の圧力変動に関係なく高精度に得られ
る。

第５図（ｃ）に示すように流体通孔２２ａと２２ｂが一
致すると回転子２４がストッパ２６に当接し、流量増加
信号が供給されている状態で流体通孔２２、ａと２２ｂ
で形成される流体通路面積が減少してしまう不具合は発
生しない。そして通電を停止すると戻しバネ３２の作用
によって自動的に閉弁状態となる。

以上の本実施例によれば以下の効果が得られる（１）超
音波振動モータ２ａにより直接摺動弁１ａの回転子２４
を制御するとともに流量センサ３を設けてフィードバッ
ク制御する構造であるだめ、閉止機能、比例制御機能、
ガバナ機能を果す流量制御装置をワンユニット化でき、
さらに弁駆動装置を超音波振動モータ２ａで構成したた
め装置全体の小型コンパクト化が図れる。

（２）固定子２３と回転子２４の摺動により流体通路面
積を調整する摺動弁１ａにより閉止がなされるため閉止
信頼性が向上する。

（３）回転トルクの大きくとれる超音波振動モータ２ａ
によシ大きな力によって流体通路を制御するため、外乱
の影響を受けにくく、流量のハンチングが発生しない。

４）摺動弁１ａに回転子２４のストッパ２６を設けたた
め、流量増加信号が供給されている状態で回転子２４が
回ｐすぎ、流体通路面積が減少する不具合がない。

（５）戻シパネ３２を設けて閉弁方向に付勢したため停
電等が発生して通電が停止した場合、閉弁方向に動作す
る。すなわちフェールセーフである。

発明の効果 以上詳述したように本発明による流量制御装置は、流体
通孔を設けた固定子と回転子を有する摺動ノ↑を超音波
振動モータで駆動するとともに流量センサを設けてフィ
ードバック制御するものであるため、閉止機能、比例制
御機能、及びガバナ機能を有し、昔た従来のような電磁
コイル等が不要となるため、小型コンパクトな流量制御
装置を実現する。まだ固定子と回転子の摺動により流体
〕出路面積を可変する摺動弁により閉止がなされるため
、閉止信頼性が向上し、燃焼ガスの閉止を行なう場合に
おいても専用の閉止弁を設ける必要がない。さらに、大
きな回転トルりによってηす動弁を駆動するため、摺動
抵抗等の外乱を受けにくく、スムーズな流量制御が可能
となり流量のハンチングが発生せず、また弁振動が発生
しない。芒らに、超音波振動モータを用いるため高精度
に回転角が制御できる。したがって流体通孔を大流量用
に設定しておけば、大流量から小流ｉｔで広い制御範囲
が可能となる。このことは、燃料ガスのガス棟転換に好
適である。すなわち、従来ガス棟転換の際ハ、高カロリ
ーガスと低カロリーガスで弁座を交換したり、弁装置そ
のものを交換する必要があったが、本発明によれば設定
信号を変えるのみで力゛ス種転換が完了する。などの神
々の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の流量制御装置の構造図、第２図は本発明
の一実施例を示す流量制御装置の構造図、第３図は同圧
電体の斜視図、第４図は同装置における戻しバネを示す
要部拡大断面図、第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）は同固定子
と回転子の状態図である。 １ａ・・摺動弁、２ａ−超音波振動モータ、３・・流量
センサ、４ａ・・制御回路、２２ａ１２２ｂ・・流体通
孔、２３・固定子、２４・・・回転子、２６・・ストッ
パ、３２　・戻しバネ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ４ 第２図 ４ａ 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）流体通孔を設けた固定子と回転子を有し、前記回
   転子が回転することによシ流体通路面積を可変する摺動
   弁と、前記回転子を駆動する超音波振動モータと、流体
   通路中に設けた流量センサと、この流量センサの出力信
   号に応じて前記超音波振動モータを制御する制御回路と
   から構成した流量制御装置。 ？）摺動弁に弁の全開位置を規制するストッパを設けた
   特許請求の範囲第１項記載の流量制御装置。 （３）超音波振動モータの非通電時には回転子を閉弁位
   置に保持する戻しバネを設けた特許請求の範囲第１項記
   載の流量制御装置。