KR101750738B1 - 액추에이터 및 그 위치 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 구동 대상물의 위치 검출용의 검출기에 대한 정전(停電) 시의 전력 공급을 적절한 타이밍에서 실행하여, 검출기에 의한 전력 소비를 억제하여 배터리의 지속 시간을 연장시킬 수 있는 동시에, 각종 검출기를 사용 환경이나 용도에 따라 제한없이 선택하여 사용할 수 있는 액추에이터이다. 정전 시에, 전환 수단(40)이 감속 기구(10)의 입력축(11)과 수동 입력 수단(30)을 연동하는 상태로 이행시켜, 이 연동 상태를 검출 수단이 검출하면, 제어부(70)가 회전 검출기에 배터리(80)로부터의 전력을 공급하고, 제어부(70)에 의해 회전 검출기로부터의 출력 신호에 기초하여 구동 대상물의 변위를 취득 가능해지므로, 감속 기구(10)의 입력축(11)을 수동 회전시키는 상태에서 회전 검출기로의 전력 공급을 행하여, 배터리(80) 전력의 불필요한 소비가 억제되고, 또한 정전 시라도 구동 대상물의 변위를 중단하지 않고 적절히 취득할 수 있다.

Description

액추에이터 및 그 위치 검출 방법{ACTUATOR AND POSITION DETECTION METHOD}

본 발명은, 전동기를 가지고, 유체(流體)의 유로(流路)에 설치되는 밸브나 게이트의 개폐 용도 등에 이용되는 액추에이터에 관한 것이며, 특히, 위치 검출을 정전(停電) 시의 수동 조작 시에도 행할 수 있도록 하는 위치 검출 방법을 적용하는 액추에이터에 관한 것이다.

물 등의 유체가 흐르는 관 등의 유로에 설치되고, 개폐 제어되어 유체의 흐름을 조절하는 밸브나 게이트는, 일반적으로 전동기나 유압 기구(機構) 등을 구동원으로 하는 액추에이터를 사용하여 자동 개폐된다. 이러한 액추에이터를 사용하는 경우, 통상은, 밸브나 게이트의 개도(開度)를 개폐 제어를 위한 정보로서 이용 가능하게 하고, 또한 액추에이터의 근방 또는 밸브나 게이트로부터 이격(離隔)된 감시소 등에 있어서 밸브나 게이트의 개도를 확인할 수 있도록 하므로, 액추에이터에는, 밸브나 게이트의 개도를 검출하기 위한 인코더 등의 검출기(센서)가 사용되고 있었다.

이와 같은 인코더 등을 사용하여 밸브 등의 개도를 파악하도록 한 종래의 액추에이터의 예로서, 일본공개특허 제2004―257419호 공보나 일본공개특허 제2004―257420호 공보에 기재된 것이 있다.

일본공개특허 제2004―257419호 공보 일본공개특허 제2004―257420호 공보

종래의 액추에이터에 있어서는, 상기 특허 문헌에 나타낸 바와 같이, 인코더 등을 사용하여 밸브나 게이트의 개도를 취득하는 구성으로 되어 있지만, 이러한 인코더 등에는 전원이 필요하며, 구동력을 발생시키는 전동기와 마찬가지로 전원으로부터 전력이 공급되는 구성을 가지고 있었다.

한편, 이러한 밸브나 게이트에 대해서는, 정전이 일어나 전동기를 사용할 수 없는 경우라도, 긴급하게 밸브나 게이트의 개폐를 요하는 사태가 생길 수 있으므로, 작업자가 밸브나 게이트를 수동으로 작동시킬 수 있는 기구도 준비되는 경우가 많았다. 단, 정전으로 전동기와 함께 인코더 등에도 전력이 공급되지 않는 상태로 되면, 밸브나 게이트의 개도를 취득할 수 없으므로, 인코더 등에 대해서는, 배터리 등의 예비적인 전원으로부터 전력 공급을 행할 수 있도록 하여, 정전 시에 밸브나 게이트를 수동으로 움직이는 경우에도 인코더 등의 사용에 의해 개도를 취득할 수 있도록 하고 있었다.

이 경우, 인코더 등의 전원은 정전과 거의 동시에 배터리로 완전히 교체되지만, 실제로 작업자가 밸브나 게이트를 수동으로 동작시키는 작업을 행하고 있는 상황 이외에도, 정전 동안에는 배터리와의 접속이 유지되고, 배터리로부터의 전력을 불필요하게 소비하는 상태로 되어 있었으므로, 배터리의 소모를 피해 전력 공급의 지속 시간을 충분히 확보하기 위해서는, 인코더 등의 전력 소비가 작은 검출기를 사용해야만 하므로, 정밀도나 내구성, 환경 적응 성능 등이 우수하지만 소비 전력이 보다 큰 다른 검출기를 사용하기 어려운 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 위치 검출용의 검출기에 대한 정전 시의 전력 공급을 적절한 타이밍에서 실행하여, 검출기에 의한 전력 소비를 억제하고, 정전 보상용의 배터리의 지속 시간을 연장할 수 있는 동시에, 각종 검출기를 사용 환경이나 용도에 따라 제한없이 선택하여 사용할 수 있는 액추에이터, 및 상기 액추에이터의 위치 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 액추에이터는, 전동기에 의해 발생시킨 회전 구동력을 감속 기구로 감속하여 구동 대상물에 전달하고, 상기 구동 대상물을 동작시키는 액추에이터에 있어서, 상기 감속 기구 중 회전 구동력의 입력단(入力端)으로 되는 입력축 근방에 설치되고, 사람의 구동 조작에 기초하여 회동(回動)하는 수동 입력 수단과, 상기 감속 기구의 입력축이 상기 수동 입력 수단에 연동하여 회동하는 상태와, 연동하지 않는 상태를 전환하는 전환 수단과, 상기 감속 기구의 입력축과 상기 수동 입력 수단의 연동 상태를 검출하는 검출 수단과, 상기 전동기 출력축의 회전 상태를 검출하여 신호로서 출력하는 회전 검출기와, 상기 전동기를 제어하고, 또한 상기 회전 검출기로부터 출력되는 신호에 기초하여 구동 대상물의 변위를 취득하는 제어부와, 통상의 통전 상태가 아닌 정전 시에, 전원으로서 적어도 상기 제어부에 전력을 공급하는 배터리를 포함하고, 상기 감속 기구의 입력축이, 전동기의 출력축과 직접 연결되어 일체로 회동 가능하게 되어 설치되고, 통상 통전 상태에서는 전동기에 의해 발생한 회전 구동력이 입력되고, 상기 제어부가, 정전 시에 필요 최소한의 제어 회로에만 상기 배터리로부터 전력이 공급되는 상태로 하고, 또한 상기 검출 수단에 의해 감속 기구의 입력축과 수동 입력 수단의 연동 상태가 검출되면, 상기 회전 검출기에 배터리로부터의 전력을 공급하고, 회전 검출기의 출력 신호로부터 구동 대상물의 변위를 취득할 수 있는 상태로 하는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 통상 통전 상태에서는 전동기에 의해 회전하는 감속 기구의 입력축에 대하여, 이것을 사람의 구동 조작에 의해 회전시키기 위한 수동 입력 수단이 설치되고, 정전 시에, 전환 수단이 감속 기구의 입력축과 수동 입력 수단을 연동하는 상태로 이행시키고, 이 연동 상태를 검출 수단이 검출하면, 제어부가 회전 검출기에 배터리로부터의 전력을 공급함에 따라, 정전 시에서의 사람의 구동 조작에 의해, 수동 입력 수단을 통하여 감속 기구의 입력축을 회전시키는 경우라도, 통상 통전 상태와 마찬가지로, 제어부에 의해 회전 검출기로부터의 출력 신호에 기초하여 구동 대상물의 변위를 취득 가능해지게 되므로, 정전 시의 수동 조작에 의한 구동 대상물의 동작 시에, 정전만으로는 회전 검출기에 전력 공급을 행하지 않고, 감속 기구의 입력축을 수동 회전시키는 상태로 되어 비로소, 회전 검출기로의 배터리로부터의 전력 공급을 행하도록 하여, 배터리의 전력의 불필요한 소비를 억제하면서, 구동 대상물의 변위를 중단하지 않고 적절히 취득할 수 있어, 정전 시라도 구동 대상물의 동작에 따라 양호한 정밀도로 그 변위를 얻을 수 있게 되어, 통상 통전 상태로 복귀했을 때 문제없이 구동 대상물의 위치 제어를 계속할 수 있다. 또한, 배터리의 전력이 불필요하게 소비되지 않게 함으로써, 회전 검출기로 되는 센서의 종류가 제한되지 않게 되어, 사용 환경이나 용도에 따른 최적의 회전 검출기를 선택하여 사용할 수 있으므로, 양호한 정밀도로 구동 대상물의 변위를 취득할 수 있어, 통상 통전 상태에서의 구동 대상물의 제어도 보다 한층 적절히 행할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 액추에이터는 필요에 따라, 상기 감속 기구의 입력축에 축 방향 슬라이드 이동 가능하고 또한 일체로 회동 가능하게 되어 설치되고, 슬라이드 이동 방향에서의 일단부에 피동측(被動側) 연결부가 형성되는 클러치체를 구비하고, 상기 수동 입력 수단이, 상기 클러치체의 상기 일단부 근방에 상기 감속 기구의 입력축과 회동 중심을 일치시켜 회동 가능하게 설치되고, 클러치체의 피동측 연결부와 연결 가능한 구동측 연결부를 가지고, 상기 전환 수단이, 상기 클러치체에 적어도 일부가 걸어맞추어져 클러치체의 감속 기구 입력축에 대한 축 방향 위치를 조정 가능하게 하여 설치되고, 클러치체를 이동시켜 상기 수동 입력 수단과의 연결 상태와 비연결 상태를 전환함으로써, 감속 기구 입력축과 수동 입력 수단과의 연동 상태와 비연동 상태를 전환하는 것으로 되고, 상기 검출 수단이, 상기 전환 수단에서의 클러치체를 수동 입력 수단과의 연결 상태까지 이동시키는 동작에 대응하여 전환 수단의 일부에 접촉하고, 상기 연결 상태에서 ON 상태로 되는 인터록(interlock) 스위치로 되는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 감속 기구의 입력축과 일체로 회동하는 클러치체를, 전환 수단에 의해 축 방향으로 이동시켜 수동 입력 수단과의 연결 상태와 비연결 상태를 전환 가능하게 하고, 클러치체와 수동 입력 수단을 연결시켜 감속 기구 입력축과 수동 입력 수단을 연동 상태로 하면, 전환 수단에 접촉하는 인터록 스위치가 ON 상태로 되어, 제어부가 회전 검출기에 배터리로부터의 전력을 공급함으로써, 정전 시에, 전환 수단이 실제로 동작하여 클러치체를 연결 상태로 되는 위치까지 이동시키고, 인터록 스위치를 ON 상태로 할 때까지는, 회전 검출기로의 전력 공급이 행해지지 않게 되므로, 회전 검출기가 회전할 수 없는 상황에서의 배터리의 전력 소비를 확실하게 방지할 수 있어, 배터리의 지속 시간 연장이 도모된다. 부가하여, 인터록 스위치를 전환 수단이 ON 상태로 하는 간단한 기구로, 감속 기구의 입력축과 수동 입력 수단의 연동 상태를 검출할 수 있어, 검출을 확실하게 행할 수 있고, 또한 비연동 상태로의 이행도 ON으로부터 OFF로의 변화로 확실하게 판별할 수 있어, 연동 상태 검출의 신뢰성도 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 액추에이터는 필요에 따라, 상기 제어부가, 적어도 정전 시의 상기 배터리로부터 전력이 공급되는 상태에서, 상기 인터록 스위치에 대하여, 인터록 스위치를 포함하는 회로가 폐쇄된 경우에 상기 회로에 소정 시간 간격으로 단속적(斷續的)으로 전류가 흐르는 전류 출력 상태로 설정하고, 상기 단속적으로 전류가 흐르는 상태가 계속되는 동안, 인터록 스위치가 ON 상태인 것으로 판정하는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 인터록 스위치인 검출 수단에 대하여, 제어부가 단속적으로 전류가 흐르도록 하고, 검출 수단의 ON 상태, 즉 인터록 스위치가 폐쇄되어 이것에 단속적으로 전류가 흐르는 상태를 제어부가 감시하여, 단속적으로 전류가 흐르는 상태가 계속되는 동안은, 검출 수단이 ON 상태인 것으로 판정하고, 회전 검출기에 배터리로부터의 전력을 공급하는 제어를 실행함으로써, 검출 수단으로의 실제의 총 통전 시간을 짧게 하여, 검출 수단을 포함하는 회로에서의 전력 소비가 억제되고, 배터리의 전력의 불필요한 소비를 억제하여, 배터리 지속 시간의 보다 한층의 연장이 도모된다.

또한, 본 발명에 관한 액추에이터는 필요에 따라, 상기 회전 검출기가, 상기 전동기와 일체로 설치되는 리졸버(resolver)로 되는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 회전 검출기를 리졸버로 하고, 전동기와 일체로 설치하여 그 출력축의 회전 상태를 신호 출력시킴으로써, 액추에이터의 주위 환경의 온도 등의 조건이 변화되거나, 진동 등의 외부로부터의 요란(擾亂)이 가해졌다고 해도, 이러한 변화에 대한 적응성이 우수한 리졸버가 확실하게 전동기 출력축의 회전 상태를 검출할 수 있어, 어떠한 상황에서도 구동 대상물의 변위를 고정밀도로 취득할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 액추에이터는 필요에 따라, 상기 제어부가, 상기 검출 수단에 의해 감속 기구 입력축과 수동 입력 수단과의 연동 상태가 검출되어, 상기 리졸버에 배터리로부터의 전력을 공급하는 데 있어서, 리졸버에 대하여, 수동 입력 수단에 연동하여 회동하는 전동기 출력축의 1회전에 대하여 적어도 복수회는 전류가 흐르는 간격으로, 단속적으로 전류가 흐르는 상태로 하는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 배터리로부터의 전력 공급이 행해지는 상태에서, 회전 검출기로서의 리졸버에 대하여, 제어부가 소정 간격으로 단속적으로 전류를 흐르게 하여, 전동기 출력축의 1회전 중에 리졸버로부터 각도 위치를 특정 가능한 신호가 복수회 출력되도록 하고, 이들 신호로부터 출력축의 회전수를 카운트할 수 있으므로, 리졸버의 출력 신호로부터 구동 대상물의 변위를 적절히 취득할 수 있는 상태를 유지하면서, 리졸버로의 실제의 총 통전 시간을 짧게 하여, 리졸버를 포함하는 회로에서의 전력 소비를 저감할 수 있어, 배터리의 전력의 불필요한 소비를 억제하여, 배터리 지속 시간의 보다 한층의 연장이 도모된다.

또한, 본 발명에 관한 액추에이터는 필요에 따라, 상기 감속 기구가 웜 기어(worm gear) 감속 기구로 되고, 상기 입력축에 웜이 일체로 설치되어 이루어지고, 상기 제어부가, 상기 전동기의 통상 통전 상태에서의 제어 시에, 전동기 출력축에서의 회전각(回轉角) 속도를, 상기 구동 대상물의 동작에 관한 속도 지령에 기초하여 설정되는 목표 속도에 대하여, 소정 범위 내에서 증감시키고, 또한 상기 증감 변화를 반복하여 생기게 하는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 감속 기구를 웜 기어를 사용한 기구로 하고, 입력축에 일체화된 웜을 전동기에 의해 회전시키는 도중, 제어부가 전동기 출력축의 회전각 속도를, 그 목표 속도에 대하여 소정 범위 내에서 증감시키는 변화가 반복하는 상태로 제어하고, 회전각 속도로 극미한 떨림(minute wobble)을 부여함으로써, 웜이 회전 방향으로 미소 진동(minutely oscillation)하고 있는 것으로 보여지는 상태를 따르면서 회전하게 되고, 이 대략 진동 상태의 발생에 따라 웜과 웜 휠(worm wheel)과의 치면끼리의 미끄럼 접촉에서의 마찰을 저감하여 웜 기어로서의 전동 효율을 향상시키고, 액추에이터로서 구동 대상물에 주어지는 구동력이나 토크 등을 증대시켜, 만일 전동기나 감속 기구를 소형화했다고 해도, 토크 등이 증대하는 만큼, 극단적인 성능 저하를 초래하지 않고, 성능을 유지하면서 액추에이터 전체의 소형화를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 액추에이터의 위치 검출 방법은, 전동기에 의해 발생시킨 회전 구동력을 감속 기구로 감속하여 구동 대상물에 전달하는 액추에이터에서의 위치 검출 방법에 있어서, 정전 시에, 제어부의 필요 최소한의 제어 회로에만 배터리로부터 전력을 공급하고, 동일하게 정전 시에, 사람의 구동 조작에 기초하여 회동하는 수동 입력 수단과 상기 감속 기구의 입력축이 연동하여 회동 가능한 것을 나타내는 인터록 스위치의 ON 상태를 상기 제어부에 의해 검출하면, 상기 전동기 출력축의 회전 상태를 검출하는 리졸버에도 상기 배터리로부터 전력을 공급하고, 상기 리졸버로부터 출력되는, 사람의 구동 조작에 기인하는 전동기 출력축의 회전 상태에 관한 신호에 기초하여, 상기 제어부에 의해 구동 대상물의 변위를 취득하는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 정전 시에, 사람의 구동 조작에 의해 회동하는 수동 입력 수단과 감속 기구의 입력축이 연동하는 상태로 이행하고, 이것으로 인터록 스위치가 ON 상태로 되면, 이 ON 상태를 검출한 제어부가 리졸버에 배터리로부터의 전력을 공급함에 따라, 정전 시에서의 사람의 구동 조작에 의해 수동 입력 수단을 통하여 감속 기구의 입력축 및 전동기의 출력축을 회전시키는 경우라도, 통상 통전 상태와 마찬가지로, 제어부에 의해 리졸버로부터의 출력 신호에 기초하여 구동 대상물의 변위를 취득 가능해지므로, 정전 시의 수동 조작에 의한 구동 대상물의 동작 시에, 정전만으로는 리졸버에 전력 공급을 행하지 않고, 감속 기구의 입력축을 수동 회전시키는 상태로 되어 비로소, 리졸버로의 배터리로부터의 전력 공급을 행하도록 하여, 배터리의 전력이 불필요한 소비를 억제하면서, 구동 대상물의 변위를 중단하지 않고 적절히 취득할 수 있어, 정전 시라도 구동 대상물의 동작에 따라 양호한 정밀도로 그 변위를 얻을 수 있게 되어, 통상 통전 상태로 복귀했을 때 문제없이 구동 대상물의 위치 제어를 계속할 수 있다. 또한, 배터리의 전력이 불필요하게 소비되지 않게 함으로써, 인코더 등과 비교하여 전력 소비가 큰 리졸버를 사용해도 문제는 없고, 리졸버로 구동 대상물의 변위를 양호한 정밀도로 취득할 수 있어, 통상 통전 상태에서의 구동 대상물의 제어도 적절히 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 액추에이터의 개략적인 구성 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 액추에이터의 가로 방향 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 액추에이터의 세로 방향 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 액추에이터의 액추에이터 케이스 분해 상태에서의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 액추에이터에서의 인터록 스위치로의 통전 상태의 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 액추에이터에서의 리졸버로의 통전 상태의 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에 관한 액추에이터의 개략적인 구성 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시형태에 관한 액추에이터의 제어부에서의 속도 지령 신호의 시간 변화 파형을 나타낸 설명도이다.

(본 발명의 제1 실시형태)

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 액추에이터를, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

상기 각 도면에 있어서 본 실시형태에 관한 액추에이터(1)는, 상기 구동 대상물로서의 밸브(90)와 일체로 회동 가능하게 되어 지지되는 지지축(91)에 밸브 동작용의 구동력을 전달하는 감속 기구(10)와, 이 감속 기구(10)에 연결되고, 감속 기구(10)를 통하여 밸브(90)에 구동력을 부여하는 전동기(20)와, 감속 기구(10) 중 회전 구동력의 입력단으로 되는 입력축(11) 근방에 설치되고, 사람의 구동 조작에 기초하여 회동하는 수동 입력 수단(30)과, 감속 기구(10)의 입력축(11)이 수동 입력 수단(30)에 연동하여 회동하는 상태와, 연동하지 않는 상태를 전환하는 전환 수단(40)과, 감속 기구(10)의 입력축(11)과 수동 입력 수단(30)의 연동 상태를 검출하는 상기 검출 수단으로서의 인터록 스위치(50)와, 전동기(20)의 출력축(21)의 회전 상태를 검출하는 상기 회전 검출기로서의 리졸버(60)와, 전동기(20)를 제어하고, 또한 리졸버(60)로부터 출력되는 신호에 기초하여 밸브(90)의 변위 즉 개도를 취득하는 제어부(70)와, 통상의 통전 상태가 아닌 정전 시에, 전원으로서 제어부(70) 등에 전력을 공급하는 배터리(80)를 구비하는 구성이다.

상기 감속 기구(10)는, 전동기(20)의 출력축(21)에 조인트부(14)를 통하여 일체로 연결되어 회동하는 입력축(11)과, 이 입력축(11)과 일체로 형성되는 웜(12)과, 이 웜(12)과 맞물리는 상태로 설치되고, 상기 밸브(90)의 지지축(91)과 연결되어 일체로 회동 가능하게 되는 웜 휠(13)을 구비하는 구성이며, 액추에이터 케이스(1a) 내에 설치되어, 전동기(20)로부터 얻은 회전 구동력을 웜(12)으로부터 웜 휠(13)에 전달하는 과정에서 감속하면서 지지축(91)에 전달하여 밸브(90)를 지지축(91)과 함께 소정 각도 회전시켜 밸브(90)를 개폐 동작시키는 공지의 기구이며, 상세한 설명을 생략한다.

이 감속 기구(10)의 입력축(11)에는, 입력축(11)을 상기 수동 입력 수단(30)에 연동하여 회동 가능하게 하기 위한 클러치체(15)도 설치된다. 클러치체(15)는, 입력축(11)에 축 방향 슬라이드 이동 가능하고 또한 일체로 회동 가능하게 되어 설치되고, 슬라이드 이동 방향에서의 일단부에 복수 개의 톱니가 있는 피동측 연결부(16)가 형성되는 구성이다.

그리고, 이 감속 기구(10)에 대해서는, 밸브(90)에 연결되는 지지축(91)을 웜 휠(13)과도 연결시키고 이것을 회동시켜, 밸브(90)를 개폐하는 기구로 하고 있지만, 이러한 밸브(90)를 회동시켜 개폐를 행하는 버터플라이 밸브 등의 기구에 한정되지 않고, 전동기의 회전을 이용하여 밸브의 개폐를 행하는 것이면, 게이트 밸브(gate valve)나 글로브 밸브(globe valve) 등, 밸브를 상하 이동 시키는 등 슬라이드시켜 개폐하는 기구 등, 다른 식의 기구라도 상관없다. 예를 들면, 밸브가 게이트 밸브 등의 경우, 지지축은 수나사 부분을 구비하고, 이 수나사 부분에 대하여 웜 휠과 연결된 암나사부를 나사결합시키고, 이 암나사부를 감속 기구를 통하여 전동기에 의해 회전 구동함으로써 지지축을 직선 이동시켜, 밸브를 개폐하는 기구로 된다.

상기 전동기(20)는, 그 출력축(21)이 감속 기구(10)의 웜(12)에 직결되는 서보 모터이며, 액추에이터 케이스(1a) 내에 설치되어 제어부(70)와 전기적으로 접속되고, 그 제어 하에 회전하는 구성이다. 이 전동기(20)에 의해 발생시킨 회전 구동력은, 감속 기구(10)에 의해 감속되어 상기 구동 대상물인 밸브(90)의 지지축(91)에 전달되어, 밸브(90)를 소정 각도 회전시키는 구성이다.

전동기(20)를 서보 모터로 하고 있으므로, 전동기(20)만으로 원하는 회전수(회전각 속도)를 실현할 수 있고, 같은 구동력의 종래 타입의 액추에이터에 대하여, 전동기의 구동에 의해 웜을 적절한 회전수로 회전시키기 위해, 전동기와 웜 축과의 사이에 개재되어 있던 감속 기어 기구를 필요로 하지 않는 만큼, 액추에이터 전체를 소형화할 수 있고, 또한 감속 기어끼리의 맞물림이 없어지므로, 정음화(靜音化)할 수 있다.

상기 수동 입력 수단(30)은, 클러치체(15)의 상기 일단부 근방에 감속 기구(10)의 입력축(11)과 회동 중심을 일치시켜 회동 가능하게 설치되고, 클러치체(15)의 피동측 연결부(16)와 맞물려 연결 가능한 구동측 연결부(31)를 가지는 동시에, 이 구동측 연결부(31)의 반대측에 기어부(32)를 가지게 되어, 사람의 구동 조작에 기초한 회전 구동력이 수동 핸들(33)이나 수동 기어(34)를 통하여 입력되는 구성이다.

상기 전환 수단(40)은, 레버형으로 형성된 본체 부분의 일부를 액추에이터 케이스(1a) 내에 위치시키고, 이 액추에이터 케이스(1a) 내장 부분의 일부를 클러치체(15)의 홈부(17)에 걸어맞추어 클러치체(15)의 입력축(11)에 대한 축 방향 위치를 조정 가능하게 하여 설치되는 구성이다. 이 전환 수단(40)의 액추에이터 케이스(1a) 밖으로 노출된 부분은, 사람의 경사 이동 조작에 의해, 미리 설정된 자동 위치와 수동 위치 중 어느 하나로 전환 가능하게 되어 있고, 이 자동 위치와 수동 위치의 전환에 관한 경사 이동에 수반하게 하여 클러치체(15)를 이동시키고, 클러치체(15)와 수동 입력 수단(30)과의 연결 상태와 비연결 상태를 전환함으로써, 감속 기구 입력축(11)과 수동 입력 수단(30)과의 연동 상태와 비연동 상태를 전환하는 구성이다. 이 전환 수단(40)에는, 상기 인터록 스위치(50)를 전환 수단(40) 본체 부분의 움직임에 대응시켜 전환하기 위해, 액추에이터 케이스(1a) 내에서 돌출 상태로 되는 캠부(41)와, 이 캠부(41)에 스프링에 의한 가압력으로 가압되고, 캠부(41)의 각도 위치에 대응하여 진퇴(進退)하는 로드부(42)가 함께 설치된다.

상기 인터록 스위치(50)는, 전환 수단(40)에서의 클러치체(15)를 수동 입력 수단(30)과의 연결 상태까지 이동시키는 동작에 대응하여 이동하는 전환 수단(40)의 로드부(42)에 접촉하고, 상기 연결 상태에서 ON 상태로 되는 구성이다. 스위치 그 자체는, 전환 수단(40) 본체 부분의 동작에 대응하여 진퇴하는 로드부(42) 단부와 접촉하면 ON 상태로 되고, 로드부(42) 단부와 이격되면 OFF 상태로 되는 일반적인 접촉 스위치이므로, 상세한 설명을 생략한다.

이러한 인터록 스위치는, 전환 수단의 수동 측으로의 전환에 따라 동작하는 기계적인 스위치 기구에 의해, 전동기로의 전력 공급이 행해지지 않는 상태를 유지하도록 하여, 수동 핸들의 조작 중에 전동기가 회전 동작하는 것을 방지하는 것으로 되어 있지만, 만일 스위치 기구가 파손된 경우, 정전 상태로부터 통상의 통전 상태로 복귀했을 때, 잘못하여 전동기에 전력이 공급되는 상태로 되어, 수동 핸들의 조작 중에 전동기가 동작하여, 작업자에게 위험이 미치는 것 같은 사고의 발생으로 연결될 염려도 있다. 그러므로, 통상의 인터록 스위치와는 별개로, 전동기 출력축이 외부로부터의 전력 공급이 아니고, 수동 조작에 의한 웜의 회전에 따라 회전하고 있는 경우에는, 전동기로의 전력 공급을 행하지 않도록 하여, 이중의 인터록을 행하도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 수동 조작 시에는 수동 핸들과 전동기 출력축이 연동하는 상태로 되어 있으므로, 수동 핸들을 돌림으로써 전동기 출력축이 회전하고, 전동기는 일종의 발전기로 되어 전력을 발생하고, 이 발생한 전력이 제어부 측으로 입력되게 된다. 제어부가 이러한 전력의 입력을 검지하고 있을 경우, 액추에이터는 수동 조작 상태에 있는 것으로서, 전동기에 전력 공급을 행하지 않는 제어를 실행하면, 수동 핸들의 조작 중에 전동기가 동작하는 것을 확실하게 저지할 수 있어, 안전을 확보할 수 있다.

그리고, 본 실시형태의 예와 같이 수동 핸들(33)이 구비되고, 수동 입력 수단(30)과 항상 연동하고 있는 구성인 경우, 전환 수단(40)을 자동 위치로부터 수동 위치로 전환할 때의, 인터록 스위치(50)가 전환 수단(40)의 일부와 접촉하여 ON 상태로 되는 타이밍을, 전환 수단(40)에 의해 이동하는 클러치체(15)의 피동측 연결부(16)가 수동 입력 수단(30)의 구동측 연결부(31)와 맞물려 연결 상태로 될 때보다 전으로 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 그러면, 만일 전동기(20)가 정지하고 있지 않은 상태에서, 전환 수단(40)을 자동 위치로부터 수동 위치로 전환했다고 해도, 인터록 스위치(50)가 ON 상태로 되고나서 클러치체(15)와 수동 입력 수단(30)을 연결 상태로 할 수 있어, 전동기(20)가 정지하고 있지 않은 상태에서 클러치체(15)와 수동 입력 수단(30)이 연결되는 것에 따른, 위험한 수동 핸들(33)의 회전이 일어나지 않으므로, 안전하다. 또한, 전환 수단(40)을 반대로 수동 위치로부터 자동 위치로 전환할 때는, 클러치체(15)와 수동 입력 수단(30)이 비연결 상태로 되고나서, 인터록 스위치(50)는 OFF 상태로 되므로, 전환 수단(40)을 수동 위치로부터 자동 위치로 전환하는 시점에서, 이미 정전 상태로부터 통상의 통전 상태로 복귀하고 있는 경우라도, 클러치체(15)와 수동 입력 수단(30)이 비연결 상태로 된 후에, 인터록 스위치(50)에 의해 전동기(20)는 회전 가능해지고, 전동기(20)가 전력을 공급받아 회전을 개시해도 전동기 측으로부터 수동 핸들(33)에 회전이 전달되지 않으므로, 안전하다.

상기 리졸버(60)는, 전동기(20)의 단부에 일체로 장착되어 설치되고, 전동기 출력축(21)의 회전 변위를 전기적 신호의 변화로 변환하고, 이 신호를 출력하는 공지의 센서이다. 이 리졸버(60)는, 제어부(70)에 대하여 신호를 출력할 수 있도록 접속되고, 제어부(70)에 의한 전동기(20)의 서보 제어에 사용되지만, 이 외에, 제어부(70)와 리졸버(60)의 출력 신호로부터 밸브의 개도를 별도로 연산하여 파악 가능하게 된다. 그리고, 이 리졸버(60)는, 전동기(20)의 구성 부품으로서 처음부터 전동기(20)와 일체로 설치된 것을, 그대로 회전 검출기로서 이용하도록 해도 상관없다.

리졸버(60)를 회전 검출기로서 채용하고, 전동기(20)의 출력축(21)의 회전 상태를 신호 출력시킴으로써, 주위 환경의 온도 등의 조건이 변화되거나, 진동 등의 외부로부터의 요란이 가해진다고 해도, 이러한 변화에 대한 적응성이 우수한 리졸버(60)가 확실하게 전동기 출력축(21)의 회전 상태를 검출할 수 있어, 어떠한 상황에서도 제어부(70)와 밸브(90)의 개도를 고정밀도로 취득할 수 있다.

상기 제어부(70)는, 외부의 조작, 지시 제어 수단 등으로부터 입력된 밸브(90)의 소정 개도까지의 동작 지령, 및 리졸버(60)의 출력 신호에 기초하여, 전동기(20)를 서보 제어하고, 또한 리졸버(60)로부터 출력되는 신호에 기초하여 밸브(90)의 변위 즉 개도를 취득하거나, 정전 시에 배터리(80)로부터의 전력 공급을 조정하거나 하는 제어를 실행하는 것이다.

이 제어부(70)는, 정전 시의 제어로서, 필요 최소한의 제어 회로에만 상기 배터리로부터 전력이 공급되는 상태로 하고, 또한 인터록 스위치(50)가 ON 상태인 것을 검출, 즉 감속 기구(10)의 입력축(11)과 수동 입력 수단(30)의 연동 상태를 검출하면, 리졸버(60)에 배터리(80)로부터의 전력을 공급하는 제어를 행하고, 정전 시라도 사람의 구동 조작에 의해 밸브(90)를 동작시킬 때는, 리졸버(60)의 출력 신호로부터 밸브(90)의 개도를 제어부(70)에 의해 취득가능한 상태를 얻을 수 있는 구성이다.

이 제어부(70)와 함께, 액추에이터(1) 근방에서 밸브(90)의 개도를 확인하면서 밸브(90)의 수동 개폐 조작이 행할 수 있도록, 밸브 개도의 표시부(71)을 액추에이터 케이스(1a)의 육안으로 관찰할 수 있는 위치에 설치할 수도 있다. 이 경우, 개도의 표시부(71)에도 정전 시에 배터리(80)로부터 전력을 공급하여, 개도 표시를 유지하도록 제어부(70)에 의해 제어가 행해지는 것은 물론이다.

이 외에, 제어부(70)에서는, 내부에 기억 유지하고 있는, 설정 데이터나, 동작 횟수 등의 이력 정보라는 데이터를, 외부에서의 관리나 분석을 위해, 메모리 카드 등의 범용의 기록 매체를 통하여 외부의 기기로 이행되도록, 이러한 매체의 입출력 수단을 설치하는 할 수도 있는 등 액추에이터의 운용에 의해 축적된 데이터를 용이하게 취득하여 유효하게 활용할 수 있게 된다.

그리고, 이 제어부(70)에 의해 전동기(20)를 작동시켜, 밸브(90)를 개폐 동작 시켜 소정의 개도에 도달시킨 후, 전동기(20)를 정지시키기까지의, 일련의 기본적인 동작 제어에 대해서는, 공지의 밸브 개도 조정에 관한 서보 제어이며, 상세한 설명을 생략한다.

또한, 제어부(70)에 있어서, 정전 시에 제어부(70)로의 전력 공급을 행하는 전원을, 통상의 통전 상태로 사용되는 상용(商用) 전원으로부터, 배터리(80)로 전환하는 제어나, 정전 해소 시에 배터리(80)로부터 상용 전원으로 되돌리는 제어에 대해서는, 공지의 일반적인 정전 보상에 관한 제어이므로, 상세한 설명을 생략한다.

상기 배터리(80)는, 정전 시에 전원으로서 제어부(70)나 리졸버(60) 등에 충분한 전력을 공급할 수 있는 용량의 1차 전지 또는 2차 전지이며, 인터록 스위치(50)나 제어부(70)와 함께, 액추에이터 케이스(1a) 내부의 전동기(20) 근방에 설치되는 구성이다. 그리고, 이와 같이 전동기(20), 인터록 스위치(50), 리졸버(60), 제어부(70), 및 배터리(80)라는 전기 부품이 액추에이터 케이스(1a) 내의 같은 공간부에 모아져 수용 설치됨으로써, 배선을 필요 최소한의 길이로 하여 길게 설치할 필요도 없고, 비용 다운이 도모되고, 또한 유지보수도 용이해지고, 또한 액추에이터 케이스(1a)와 외부로부터 격리됨으로써, 온도나 습도 등의 주위 환경 변화의 영향을 쉽게 받지 않게 되어, 내구성이 향상된다.

본 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서도, 일반적인 밸브 액추에이터와 마찬가지로, 릴레이 출력으로 밸브의 위치 정보(밸브 전폐 위치, 밸브 전개 위치)나, 알람 정보(토크 알람, 서멀 알람) 등의 정보를, 외부의 기기에 출력하는 구성으로 할 수도 있지만, 이러한 정보의 출력은, 외부의 기기에 정확한 정보를 전하기 위해서, 통상의 통전 상태뿐아니라, 정전 시에도 계속되는 것이 바람직하다. 이러한 액추에이터의 정보 출력에 사용하는 릴레이에 대해서는, 전원이 OFF로 되어도 접점 상태를 유지하게 할 수 있는 래치식(latch type)의 릴레이로 하는 것이 바람직하고, 상기 리졸버에 의한 회전 상태 검출이 정전 시에도 가능한 것과 마찬가지로, 정전 시에 있어서도 릴레이 출력을 유지하여 외부 기기로의 정확한 정보 전달이 행해지게 된다.

다음에, 상기 구성에 기초한 액추에이터의 통상 통전 상태 및 정전 상태에 대하여 설명한다. 전제로서, 배터리(80)는 정전 시에 제어부(70)나 리졸버(60) 등에 충분한 전력을 공급할 수 있는 잔용량이 있는 것으로 한다.

상용 전원으로부터 전력이 공급되는 통상의 통전 상태에서는, 외부로부터 밸브(90)의 개방 또는 폐쇄 동작의 지령 신호가 제어부(70)에 입력되면, 제어부(70)는 전동기(20)를 기동 상태로 하고, 전동기(20)의 출력축(21)은 회전을 개시한다. 이와 같이 하여 전동기(20)는, 감속 기구(10)를 통하여 밸브(90)의 지지축(91)에 구동력을 부여하여, 밸브(90)를 개폐 동작시킨다.

전동기(20)의 출력축(21)이 회전하면, 리졸버(60)로부터 출력된 신호에 기초하여 제어부(70)가 서보 제어를 실행하는 한편, 제어부(70)는, 밸브(90)의 개도를 취득하여, 표시부(71)에 표시하거나, 외부의 조작, 지시 제어 수단 등에 개도 정보를 송신하게 된다. 일반적인 밸브 개폐 제어와 마찬가지로, 미리 지령된 개도 위치까지 밸브(90)가 작동하면, 전동기(20)가 정지하여 개폐 동작은 완료된다.

어떠한 이유로 정전으로 되고, 상용 전원으로부터 전력이 공급되지 않아 전동기(20)를 동작시킬 수 없는 상태로 되면, 제어부(70)는, 이 제어부(70)에서의 전동기 제어 부분 등을 제외한 필요 최소한의 제어 회로나 표시부(71)에만 배터리(80)로부터 전력이 공급되는 상태로 한다. 이 정전 상태에서 액추에이터(1)에 대하여 특히 조작 등이 행해지지 않는 경우에는, 리졸버(60)에도 배터리(80)로부터의 전력 공급이 행해지지 않아, 배터리(80)의 전력 소비는 극히 근소한 것으로 된다.

이 정전으로 전동기(20)를 사용할 수 없는 상황에서, 밸브(90)의 개폐가 필요한 경우에는, 작업자가 밸브(90)를 수동으로 작동시킬 수 있도록 하기 위해, 전환 수단(40)을 당초의 자동 위치로부터 수동 위치까지 움직이면, 전환 수단(40)의 액추에이터 케이스(1a) 내장 부분의 움직임에 따라 클러치체(15)가 입력축(11) 상을 슬라이드 이동하면서 수동 입력 수단(30) 측으로 이동하고, 클러치체(15)의 피동측 연결부(16)와 수동 입력 수단(30)의 구동측 연결부(31)가 맞물려, 클러치체(15)와 수동 입력 수단(30)이 연결 상태로 된다. 이로써, 감속 기구 입력축(11)과 수동 입력 수단(30)이 연동하는 상태로 되어, 작업자의 수동 핸들(33) 조작에 의해 얻어지는 회전 구동력을 수동 기어(34)와 수동 입력 수단(30)을 통해서 감속 기구(10)의 입력축(11)에 입력하여, 밸브(90)를 개폐할 수 있는 수동 개폐 상태로 된다.

또한, 이 때, 전환 수단(40)의 액추에이터 케이스(1a) 내장 부분에 설치된 캠부(41)의 동작에 따라, 이것에 가압되는 로드부(42)도 이동하고, 로드부(42)는 인터록 스위치(50)에 접촉하여 이것을 ON 상태로 한다. 인터록 스위치(50)가 ON 상태로 됨으로써, 제어부(70)에서는, 인터록 스위치(50)에 전류가 흐름에 따라 인터록 스위치(50)가 ON 상태인 것을 검출하고, 리졸버(60)에 배터리(80)로부터의 전력을 공급하는 제어를 즉시 실행한다.

이와 같이 하여, 정전 시라도 리졸버(60)에 전력 공급이 행해지므로, 리졸버(60)로부터 신호가 출력되고, 이 신호로부터 제어부(70)가 밸브(90)의 개도를 취득할 수 있는 상태로 되어, 실제로 작업자가 수동 핸들(33)을 조작하면, 감속 기구(10)의 입력축(11)이 회전하고, 감속 기구(10)에 의해 전달되는 구동력에 의해 밸브(90)가 동작하고, 또한 입력축(11)과 일체인 전동기 출력축(21)의 회전에 따라 변화하는 신호가 리졸버(60)로부터 출력되고, 제어부(70)와 밸브(90)의 개도가 연산 취득되게 된다.

작업자는, 수동 핸들(33)의 조작에 의한 밸브(90)의 수동 개폐 작업의 완료 후, 전환 수단(40)을 수동 위치로부터 원래의 자동 위치까지 되돌린다. 이로써, 클러치체(15)와 수동 입력 수단(30)은 재차 비연결 상태로 되어, 감속 기구 입력축(11)과 수동 입력 수단(30)이 연동하지 않는 상태로 되돌아온다. 동시에, 인터록 스위치(50)도 OFF 상태로 복귀하고, 이것을 받은 제어부(70)는 다시 리졸버(60)에 배터리(80)로부터의 전력 공급이 행해지지 않는 상태로서, 배터리(80)의 전력 소비를 억제하게 된다. 그리고, 정전이 해소될 때는, 제어부(70)는, 이 제어부(70)로의 전력 공급을 행하는 전원을 배터리(80)로부터 상용 전원으로 전환하고, 또한 리졸버(60)에도 상용 전원으로부터 전력이 공급되도록 하여, 통상의 통전 상태로 복귀한다.

이와 같이, 본 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서는, 감속 기구(10)의 입력축(11)에 대하여, 사람의 구동 조작에 의해 회동하는 수동 입력 수단(30)이 설치되고, 정전 시에, 전환 수단(40)이 감속 기구(10)의 입력축(11)과 수동 입력 수단(30)을 연동하는 상태로 이행시켜, 이 연동 상태를 인터록 스위치(50)의 ON 상태로서 검출하면, 제어부(70)가 리졸버(60)에 배터리(80)로부터의 전력을 공급함에 따라, 정전 시에서의 사람의 구동 조작에 의해 수동 입력 수단(30)을 통하여 감속 기구(10)의 입력축(11)과 전동기(20)의 출력축(21)을 회전시키는 경우라도, 통상 통전 상태와 마찬가지로, 제어부(70)와 리졸버(60)로부터의 출력 신호에 기초하여 밸브(90)의 개도를 취득 가능해지므로, 정전 시의 수동 조작에 의한 밸브(90)의 동작 시에, 정전만으로는 리졸버(60)에 전력 공급을 행하지 않고, 감속 기구(10)의 입력축(11)을 수동 회전시키는 상태로 되어 비로소, 리졸버(60)로의 배터리(80)로부터의 전력 공급을 행하도록 하여, 배터리(80)의 전력의 불필요한 소비를 억제하면서, 밸브(90)의 개도를 중단하지 않고 적절히 취득할 수 있어, 정전 시라도 밸브(90)의 동작에 따라 양호한 정밀도로 그 개도를 얻을 수 있게 되어, 통상 통전 상태로 복귀했을 때 문제없이 밸브(90)의 위치 제어를 계속할 수 있다.

(본 발명의 제2 실시형태)

그리고, 상기 제1 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서는, 정전 시에 인터록 스위치(50)가 ON 상태인 것을 제어부(70)가 검출하기 위해, 인터록 스위치(50)로의 통전에 대해서는, 특별한 조정 등을 행하지 않고 실행하는 구성으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 제2 실시형태로서, 정전 시의 배터리(80)로부터 전력이 공급되는 상태에서, 제어부(70)가, 인터록 스위치(50)에 대하여, 이 인터록 스위치(50)를 포함하는 회로가 폐쇄된 경우에 이 회로에 소정 시간 간격으로 단속적으로 전류가 흐르는 전류 출력 상태로 설정하는 구성으로 할 수도 있다.

제어부(70)는, 인터록 스위치(50)를 포함하는 회로의 전류를 감시하고, 인터록 스위치(50)가 폐쇄되어, 이것을 포함하는 회로가 폐회로로 되고, 인터록 스위치(50)에 전류가 흐르면, 인터록 스위치(50)가 ON 상태인 것으로 판정하고 있지만, 작업자가 밸브(90)의 수동 개폐를 행하는 동안은, 인터록 스위치(50)는 계속 ON 상태이므로, 전류가 계속하여 흐를 수 있는 상태에 있어, 단순하게 전류를 계속 흘리면 배터리의 전력을 불필요하게 소비하게 된다.

이에 대응하여, 제어부(70)는, 인터록 스위치(50)를 포함하는 회로로의 전류 출력을, 소정 시간 간격으로 단속적으로 전류가 흐르는 상태, 예를 들면, 대략 펄스형으로 매우 짧은 시간(예를 들면, 0.1초)만큼 전류가 흐르는 상태가 소정 시간 간격(예를 들면, 1초 간격)으로 반복하는 상태로 설정하고, 또한 이 인터록 스위치(50)에 전류가 흐르고 있는지의 여부의 감시, 판정도, 인터록 스위치(50)에 전류를 흐르게 하려는 타이밍에 맞추어 실행한다(도 5 참조).

이와 같이 하여, 이 인터록 스위치(50)의 ON 상태, 즉 인터록 스위치(50)가 폐쇄되고, 이것에 단속적으로 전류가 흐르는 상태를 제어부(70)가 단속적으로 감시하여, 단속적으로 전류가 흐르는 상태가 계속하여 인정되는 동안은, 인터록 스위치(50)가 ON 상태인 것으로 제어부(70)에 의해 판정하고, 리졸버(60)에 배터리(80)로부터의 전력을 공급하는 제어를 실행함으로써, 인터록 스위치(50)로의 실제의 총 통전 시간을 짧게 하여, 인터록 스위치(50)를 포함하는 회로에서의 전력 소비가 억제되고, 또한 제어부(70)에서도 실(實)감시 시간을 짧게 하여 처리 부하를 경감시켜, 전력 소비를 작게 할 수 있게 되므로, 배터리(80)의 전력의 불필요한 소비를 억제하여, 배터리 지속 시간의 보다 한층의 연장이 도모된다.

(본 발명의 제3 실시형태)

또한, 상기 제1 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서는, 정전 시에 감속 기구(10)의 입력축(11)과 수동 입력 수단(30)이 연동하는 상태에서의, 리졸버(60)로의 배터리(80)로부터의 전력 공급에 대해서도, 특별한 조정 등을 행하지 않고 실행하는 구성으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 제3 실시형태로서, 정전 시에 리졸버(60)에 배터리(80)로부터의 전력을 공급하는 데 있어서, 제어부(70)가, 리졸버(60)에 대하여 전동기 출력축(21)의 1회전에 대하여 복수회는 전류가 흐르는 간격으로 단속적으로 전류가 흐르는 상태로 제어하는 구성으로 할 수도 있다.

제어부(70)는, 리졸버(60)의 사양 상, 신호 출력을 얻기 위해 리졸버(60)에 여자(勵磁) 전류가 흐르게 해야 하지만, 배터리(80)로부터의 전력 공급의 지속성을 고려할 경우, 리졸버(60)에 흐르는 전류는 적은 것이 바람직하다. 그러므로, 제어부(70)는, 정전 시에 리졸버(60)에 배터리(80)로부터의 전력을 공급하는 데 있어서, 리졸버(60)에 대하여, 수동 입력 수단(30)에 연동하여 회전하는 전동기 출력축(21)의 1회전 중에, 리졸버(60)로부터 각도 위치를 특정 가능한 신호가 복수회 출력되도록, 출력축(21)의 1회전에 대하여 리졸버(60)에 복수회 전류가 흐르는 시간 간격으로 단속적으로 전류가 흐르게 한다. 예를 들면, 여자 파형을 펄스형으로 하는 경우에는, 펄스의 1~수회 분의 매우 단시간(예를 들면, 100 ㎲ 전후)의 통전을 소정 시간 간격(예를 들면, 0.005초 간격)으로 반복하도록 설정하여, 단속적으로 전류가 흐르도록 하게 된다(도 6 참조).

수동으로 천천히 회전하는 전동기 출력축(21)의 1회전 중에, 리졸버(60)에 단속적으로 전류가 흐르게 하는 데 대응하여, 리졸버(60)로부터 신호가 복수회 출력되는 상태가, 출력축(21)의 회전에 맞추어 계속되면, 제어부(70)에서는 각각 각도 위치를 특정 가능한 복수 개의 신호로부터, 출력축(21)의 회전수를 문제없이 카운트하여, 밸브(90)의 개도를 취득할 수 있게 된다. 이와 같이 하여, 리졸버(60)의 출력 신호로부터 밸브(90)의 개도를 적절히 취득할 수 있는 상태를 유지하면서, 정전 시에는 통상 통전 상태와 비교하여 리졸버(60)로의 실제의 총 통전 시간을 짧게 하여, 리졸버(60)를 포함하는 회로에서의 전력 소비를 저감할 수 있어, 배터리(80) 전력의 불필요한 소비를 억제하여, 배터리 지속 시간의 보다 한층의 연장이 도모된다.

(본 발명의 제4 실시형태)

본 발명의 제4 실시형태에 관한 액추에이터를, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.

상기 각 도면에 있어서 본 실시형태에 관한 액추에이터(2)는, 상기 제1 실시형태와 마찬가지로, 감속 기구(10)와, 전동기(20)와, 수동 입력 수단(30)과, 전환 수단(40)과, 인터록 스위치(50)와, 리졸버(60)와, 제어부(70)와, 배터리(80)를 구비하는 한편, 상이한 점으로서, 제어부(70)가, 통상 통전 상태의 전동기(20)에서의 출력축(21)의 회전각 속도를, 밸브(90)의 동작에 관한 속도 지령에 기초하여 설정되는 목표 속도에 대하여, 소정 범위 내에서 증감시키고, 또한 이 증감 변화를 반복하여 생기게 하는 제어를 실행하는 구성을 가지는 것이다.

상기 제어부(70)는, 통상 통전 상태에서 리졸버(60)의 출력 신호에 기초하여 전동기(20)를 제어하는 구동 제어부(72)와 동일하게 통상 통전 상태로 외부로부터 밸브(90)의 소정 개도까지의 동작 지령을 받아 구동 제어부(72)로의 속도 지령 신호를 출력하는 컨트롤러부(73)를 구비하는 구성이다.

상기 구동 제어부(72)는, 통상 통전 상태에서, 리졸버(60)의 출력 신호에 기초하여 전동기(20)를 서보 제어하고, 또한 전동기(20)에서의 출력축(21)의 회전각 속도를, 밸브(90)의 동작에 관한 속도 지령에 기초하여 설정되는 목표 속도에 대하여, 소정 범위 내에서 증감시키고, 또한 이 증감 변화를 반복하여 생기는 상태로 제어하는 구성이다.

구체적으로는, 서보 모터인 전동기(20)의 서보 제어에서의, 속도 제어나 필터 제어, 전류 제어 등을 행하면서 전동기에 전류를 공급하는 제어·드라이브 수단(74)의 전단측에서의, 리졸버(60)에서의 실제의 검출에 기초한 속도 정보의 피드백이 행해지기 보다 전의 과정에서, 구동 대상물인 밸브(90)의 동작에 관한 속도 지령으로서 컨트롤러부(73)로부터 부여되는 속도 지령 신호에 대하여, 변동 부가 수단(75)에 의해 소정의 높은 주파수로 또한 소정의 미소 진폭의 연속파형[예를 들면, 정현파형(正弦波形)]으로 되는 변동 신호 성분을 가산함으로써, 제어 결과로서 전동기 출력축(21)의 회전각 속도의 증감 변화를 얻게 된다.

이러한 구동 제어부(72)에서의 제어에 따라 전동기(20)의 출력축(21)은, 속도 지령에 기초한 회전 방향과 같은 방향의 회전을 유지하면서, 그 회전각 속도가 목표 속도로부터 소정 범위 내에서 약간 빨라지거나 늦어지거나 하는 증감 변화가 매우 짧은 주기로 반복하여 생기는, 즉 회전각 속도가 극미하게 떨리는 변동 상태로 된다. 출력축(21)은, 이 회전각 속도의 떨림으로, 회전 방향으로 미소 진동하고 있는 것으로 볼 때, 출력축(21)과 일체로 회전하는 웜(12)에도 이 회전 방향에 대한 대략 진동 상태가 생기고 있으므로, 통상의 단순한 진동이 가해지는 경우와 마찬가지로, 웜(12)과 웜 휠(13)의 각 치면 사이의 접촉 상태가 개선되어, 치면 간의 마찰이 저감된다.

이와 같은, 전동기(20)의 출력축(21) 및 웜(12)에 있어서, 실제의 회전각 속도를 속도 지령에 기초한 목표하는 속도에 대하여 증감 변화시키는 상태는, 측정이 용이한 회전수를 기준으로 하여 환언하면, 속도 지령에 기초한 목표하는 회전수에 대하여 증감 변동하는 회전차를 생기게 하면서 출력축(21) 및 웜(12)을 회전시키는 것이라고 할 수 있다.

구동 제어부(72)에 의해 속도 지령 신호에 대하여 가산되는 변동 신호 성분의 진폭은, 실제의 출력축(21)의 회전에서의 목표 회전수로부터의 회전차가 취할 수 있는 범위, 즉 출력축(21)의 회전각 속도의 증감 변화의 범위(증감 변동 파형의 진폭)를 규정하는 것이다. 또한, 변동 신호 성분의 주파수는, 출력축(21)에서의 회전각 속도의 증감 변화의 주파수를 규정하는 것이다.

그리고, 이 구동 제어부(72)에서는, 속도 지령 신호에 대하여 가산하는 변동 신호 성분의 진폭과, 실제로 출력축(21)의 회전에 생기는 목표 회전수로부터의 최대의 회전차와의 관계, 및 상기 변동 신호 성분의 주파수와 실제의 출력축(21)에서의 회전각 속도의 증감 변화하는 주파수와의 관계를 각각 미리 취득한 후, 실제의 출력축(21) 및 웜(12)에 의해 원하는 대략 진동 상태에 상당하는 회전각 속도의 증감 변화가 발생하도록, 변동 부가 수단(75)에 의해 적절한 진폭과 주파수의 파형으로 설정된 변동 신호 성분을 속도 지령 신호에 가산한다.

예를 들면, 전동기(20)의 목표 회전수(정격 회전수)가 3000rpm인 경우, 출력축(21)에서의 회전각 속도의 증감 변화의 주파수는 1~10 kHz, 목표 회전수로부터의 최대 회전차(오프셋 회전수)는 250rpm으로 하는 것이 바람직하고, 구동 제어부(72)는, 이러한 제어 결과가 얻어지는 것을 미리 확인이 끝난 소정 진폭 및 주파수를 가지는 변동 신호 성분을 속도 지령 신호에 가산하게 된다. 가산 후의 지령 신호는, 원래의 속도 지령 신호에, 높은 주파수로 또한 소진폭의 정현파형의 변동 파형이 중첩된 상태로 된다. 특히, 전동기가 AC 서보 모터의 경우에는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 교류 파형으로 되는 속도 지령 신호에, 이 속도 지령 신호의 주파수보다 극히 높고 또한 그 진폭보다 극히 작은 진폭의 파형이 중첩되어, 출력축에 회전각 속도의 증감 변화에 의한 대략 진동 상태를 주면서도, 목표 회전수 부근의 회전수를 유지하는 서보 제어에는 영향을 주지 않는 상태로 한다.

그리고, 구동 제어부(72)의 전동기(20)에 대한 서보 제어는, 리졸버(60)의 출력 신호로부터 얻어지는 전동기 출력축(21)의 회전의 속도의 정보를 피드백으로 받고, 이것과 속도 지령 신호에 기초하여 전동기(20)의 회전을 제어하는 공지의 것이므로, 상세한 설명을 생략한다.

상기 컨트롤러부(73)는, 통상 통전 상태에서, 외부의 조작, 지시 제어 수단 등으로부터 전선이나 광 케이블에 의한 유선 통신, 또는 무선 통신 등에 의해 밸브(90)의 소정 개도까지의 동작 지령을 받고, 또한, 리졸버(60)의 출력 신호로부터 밸브(90)의 개도 위치 정보를 취득하고, 위치 제어 등을 행한 후, 구동 제어부(72)에 속도 지령 신호를 출력하는 것이다.

이 컨트롤러부(73)와 구동 제어부(72)에 의해 전동기(20)를 작동시켜, 밸브(90)를 개폐 동작시켜 소정의 개도에 도달시킨 후, 전동기(20)를 정지시키기까지의, 일련의 기본적인 동작 제어에 대해서는, 공지의 밸브 개도 조정에 관한 서보 제어이므로, 상세한 설명을 생략한다.

다음에, 상기 구성에 기초한 액추에이터의 통상 통전 상태에서의 동작에 대하여 설명한다. 전제로서, 통상 통전 상태에 있어서, 외부로부터 밸브(90)의 개방 또는 폐쇄 동작의 지령 신호가 제어부(70)의 컨트롤러부(73)에 입력되고, 컨트롤러부(73)로부터 구동 제어부(72)에 속도 지령 신호가 전달되면, 구동 제어부(72)는 전동기(20)를 기동 상태로 하고, 전동기(20)는 회전을 개시하고, 감속 기구(10)를 통하여 밸브(90)의 지지축(91)에 구동력을 부여하게 된다.

전동기(20)가 회전하면, 리졸버(60)로부터 출력된 신호에 기초하여 제어부(70)는 서보 제어를 실행하는 한편, 제어부(70)의 구동 제어부(72)는, 밸브(90)의 동작에 관한 전동기(20)로의 속도 지령 신호에 대하여, 미리 설정된 적절한 진폭과 주파수를 가지는 파형의 변동 신호 성분을 가산한다.

가산 후의 지령 신호에 의한 제어의 결과로서, 전동기(20)의 출력축(21)은, 속도 지령에 기초한 회전 방향으로 회전하면서, 그 회전각 속도가 목표 속도로부터 상기 변동 신호 성분의 진폭으로부터 상정(想定)되는 범위 내에서 증감하고, 또한 이 증감 변화가 상기 변동 신호 성분의 주파수로부터 상정되는 주파수로 반복되는 상태로 되어 있다. 그리고, 출력축(21)의 회전각 속도의 증감을 회전수를 기준으로 하여 환언하면, 출력축(21)의 실제의 회전수가 목표 회전수로부터 상기 변동 신호 성분의 진폭으로부터 상정되는 회전차의 범위 내에서 증감하게 된다.

출력축(21)에서, 회전각 속도의 증감 변화가 반복하여 생기고 있는 상태, 즉 회전각 속도가 고속측과 저속측으로 극미하게 떨리는 상태는, 출력축(21)이 회전 방향으로 미소 진동하고 있지만, 이러한 출력축(21)의 대략 진동 상태는, 출력축(21)과 일체인 입력축(11) 상의 웜(12)에 있어서도 생기고 있으므로, 감속 기구(10)에서는, 통상의 단순한 진동이 가해지는 경우와 마찬가지로, 웜(12)과 웜 휠(13)의 각 치면끼리의 마찰이 저감되어, 전동 효율이 향상된다. 또한, 출력축(21)과 웜(12)의 회전 방향에서의 대략 진동 상태로 되어 있는 것에 의해, 출력축(21)이나 웜(12)의 베어링에, 스러스트(thrust) 방향이나 래디얼(radial) 방향에 대한 불필요한 힘이 쉽게 가해지지 않아, 악영향이 억제된다.

이 감속 기구(10)에서의 전동 효율의 향상에 따라, 같은 전동기나 감속 기구를 이용하면서도, 웜(12)의 대략 진동 상태가 생기지 않게 하는 종래 동일한 서보 제어를 행하는 경우와 비교하여, 액추에이터의 출력 토크를 증대시킨 상태로 밸브(90)의 구동을 실행할 수 있다. 그리고, 상기 제1 실시형태와 마찬가지로, 미리 지령된 개도 위치까지 밸브(90)가 작동하면, 전동기(20)가 정지하여 개폐 동작은 완료가 된다.

그리고, 본 실시형태에 관한 액추에이터의 정전 상태에 대해서는 상기 제1 실시형태와 같으므로, 설명을 생략한다.

이와 같이, 본 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서는, 제어부(70)의 구동 제어부(72)가, 밸브 동작에 관한 속도 지령에 기초하여 밸브(90)의 상황에 따라 목표하는 회전각 속도로 출력축(21)이 회전하도록 제어되는 전동기(20)에 대하여, 출력축(21)의 회전각 속도를, 밸브(90)의 동작에 관한 속도 지령에 기초한 목표 속도에 대하여, 소정 범위 내에서 증감시키는 변화가 반복되는 상태로 제어하고, 전동기 출력축(21)에 직결되는 입력축(11) 상의 웜(12)을 회전시키는 동안, 그 회전각 속도에 극미한 떨림을 부여하므로, 웜(12)이 회전 방향으로 미소 진동하고 있는 것으로 볼 수 있는 상태를 수반하면서 회전하게 되고, 이러한 대략 진동 상태의 발생에 따라 웜(12)과 웜 휠(13)과의 치면끼리의 접촉 상태를 개선하고, 치면의 미끄럼 접촉에서의 마찰을 저감하여 웜 기어로서의 전동 효율을 향상시키게 되어, 액추에이터로서 밸브에 주어지는 구동력이나 토크를, 동등한 전동기나 감속 기구를 사용한 종래의 것보다 증대시켜, 만일 전동기나 감속 기구를 소형화했다고 해도, 실제의 구동력이나 토크를 증대시키는 만큼, 정격 성능이 높은 보다 대형의 액추에이터가 요구되어 온 상황에서도 사용할 수 있어, 성능 저하를 초래하지 않고, 액추에이터 전체의 소형화가 도모된다.

(본 발명의 제5 실시형태)

그리고, 상기 제4 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서는, 통상 통전 상태로 밸브(90)의 동작에 관한 지령에 기초하여 전동기(20)가 회전하는 동안, 구동 제어부(72)는 항상 전동기(20)의 출력축(21)의 회전각 속도를 증감 변화 상태로 제어하고, 출력축(21) 및 웜(12)의 회전 방향에 대한 대략 진동 상태를 생기게 하는 구성으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 제5 실시형태로서, 밸브(90)의 개도에 의해, 구동 제어부(72)가 전동기(20)의 출력축(21)의 회전각 속도를 증감 변화 상태로 제어하는 경우와, 이 제어를 실행하지 않고 출력축(21)의 회전각 속도를 속도 지령에 기초하여 설정되는 목표 속도인 채로 하는 경우를 전환하는 구성으로 할 수도 있다.

밸브의 경우, 밸브의 폐쇄 상태로부터의 개방 개시 시에는 시동 토크, 폐지(閉止) 직전의 미소 열린 상태로부터의 완전 폐지 시에는 마감 토크로서, 이들 이외의 밸브 개도에 있어서 필요로 하는 정격의 토크보다 큰 토크가, 밸브 동작에 필요한 것이 알려져 있지만, 이러한 특성에 대응하여, 밸브(90)의 폐쇄 상태로부터의 개방 개시 시나, 폐지 직전의 미소 열린 상태로부터의 완전 폐지 시에만, 구동 제어부(72)가 전동기(20)의 출력축(21)의 회전각 속도를 증감 변화 상태로 제어하고, 이들 이외의 밸브(90)의 개방 동작 및 폐쇄 동작에 있어서는, 구동 제어부(72)는 제어 상태를 전환하여, 출력축(21)의 회전각 속도를 속도 지령에 기초하여 설정되는 목표 속도인 채로 하는 제어를 실행한다.

통상 통전 상태에 있어서, 전동기(20)가 동작하여 밸브(90)가 개폐 동작하고 있는 경우, 리졸버(60)로부터는 전동기(20)의 회전 변위에 대응한 신호가 출력되고, 이 신호로부터 밸브의 개도를 연산 취득할 수 있으므로, 밸브(90)의 개도를 감시하고, 예를 들면, 폐쇄 동작 시에, 상기 마감 토크 등의 큰 토크가 필요한 개도에 도달한 경우에, 구동 제어부(72)에 의해 출력축(21)의 회전각 속도를 목표 속도로 하는 제어 상태로부터, 회전각 속도를 증감 변화 상태로 제어하는 상태로 전환하게 된다. 또한, 반대로 개방 동작 시에, 상기 시동 토크 등의 큰 토크가 필요한 상태로부터 정격 이하의 토크이면 족한 개도에 도달한 경우에는, 구동 제어부(72)에 의해 출력축(21)의 회전각 속도를 증감 변화 상태로 하는 제어로부터, 회전각 속도를 목표 속도로 하는 제어로 전환한다.

이와 같이 하여, 밸브의 구동에 있어서 가장 토크를 필요로 하는 개방 개시 시나 폐지 종료 시에, 구동 제어부(72)에 의해 전동기(20)의 출력축(21)의 회전각 속도를 증감 변화 상태로 제어하고, 웜(12)을 회전 방향에 대한 대략 진동 상태로 회전시키도록 함으로써, 필요 시에 감속 기구(10)에서의 마찰을 줄여 전동 효율을 높여 필요 충분한 토크를 발생시켜, 밸브(90)를 문제없이 구동시켜 동작하게 하고, 또한 토크를 그만큼 필요로 하지 않는 중간 부하의 상태에서는 전동기(20)를 정격 운전시키면 되므로, 필요한 토크가 정격으로 발생되는 것을 기준으로 하여, 종래 선정되어 있었던 전동기나 감속 기구를, 필요 시에만 요구에 알맞는 최대 토크를 부여하는 것으로 하면 되므로, 웜을 대략 진동 상태로 하지 않는 정격 상태에서의 출력을 억제한 소형의 전동기 등을 채용할 수 있어, 비용 다운이 도모되고, 또한 액추에이터 전체의 구조를 컴팩트화할 수 있다.

또한, 이 경우, 밸브의 폐쇄 상태로부터의 개방 개시 시와, 폐지 직전의 미소 열린 상태로부터의 완전 폐지 시의 양쪽에서, 전동기의 출력축의 회전각 속도를 상기 증감 변화 상태로 제어하도록 하고 있지만, 이 외에, 상기 밸브의 폐쇄 상태로부터의 개방 개시 시, 또는 폐지 직전의 미소하게 열린 상태로부터의 완전 폐지 시 중 어느 한쪽에서만, 전동기 출력축의 회전각 속도를 상기 증감 변화 상태로 하는 제어를 행하는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 상기 각각의 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서는, 전동기(20)로부터의 구동력을 감속 기구(10)를 통하여 밸브(90)의 지지축(91)에 전달하고, 밸브(90)를 개폐하는 기구로 하고 있지만, 이러한 밸브 외에, 판형의 게이트를 상하 방향 또는 가로 방향으로 이동시켜, 유로의 개폐를 행하는 게이트 개폐 기구에 적용하는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 밸브나 게이트를 지지하는 것이 지지축이 아니라 체인이나 와이어 등의 지지 부재인 경우에는, 웜 휠과 이들 체인이나 와이어 등의 지지 부재와의 사이의 구동력을 전달하는 중간 부품이, 각각에 대응한 적절한 것으로서 사용되는 것은 물론이다.

또한, 상기 각각의 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서는, 구동 대상물로서의 밸브(90)의 지지축(91)에 구동력을 전달하는 감속 기구(10)로서 웜 기어를 사용하는 구성으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 밸브나 게이트 등의 구동 대상물에 가해지는 유체로부터의 힘이나 중력 등의 외력에 의해 이들이 뜻하지 않게 동작하는 것을 방지하기 위해, 출력측에 가해진 힘과 반대로 입력측을 작동시킬 수 없는 셀프 록(self-lock) 특성을 가지는 것이면, 다른 감속 기구를 채용해도 상관없다.

또한, 상기 각각의 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서는, 리졸버(60)를 전동기(20)와 일체로 장착시켜, 전동기(20)의 동작 또는 수동으로, 감속 기구(10)의 입력축(11)이 회전하고, 감속 기구(10)에 의해 전달되는 구동력으로 구동 대상물로서의 밸브(90)가 동작하면, 이와 동시에, 입력축(11)과 일체인 전동기 출력축(21)의 회전에 따라 변화하는 신호가 리졸버(60)로부터 출력되고, 이 신호로부터 제어부(70)에 의해 밸브(90)의 개도가 연산 취득되는 구성으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 리졸버를 감속 기구의 출력축, 예를 들면, 상기 각각의 실시형태의 경우에는 웜 휠의 축에 설치하여, 리졸버로부터 감속 기구의 출력축의 회전 변위에 대응한 신호가 출력되도록 하는 구성으로 할 수도 있어, 감속 기구의 출력축에서는 전동기 출력축보다 회전량이 적은 만큼, 리졸버에서의 여자 전류가 흐르는 빈도도 감소하게 되어, 리졸버에서의 소비 전력을 크게 내릴 수 있어, 배터리의 전력의 소비를 더욱 억제하여, 배터리 지속 시간을 대폭 연장할 수 있다.

또한, 상기 각각의 실시형태에 관한 액추에이터에 있어서, 정전 시에 사람으로부터 구동 조작을 받는 수동 핸들(33)은, 수동 기어(34)의 중심축과 일체로 연결하여, 액추에이터 케이스(1a)의 외측에 항상 존재하는 구성으로 되어 있지만, 이 외에, 수동 핸들을 수동 기어의 중심축에 대하여 착탈(着脫) 가능하게 하고, 정전 시에 수동으로 밸브 등의 구동 대상물을 동작시키는 경우에만, 수동 핸들을 장착시켜 조작에 제공하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 액추에이터에서의 수동 핸들을 장착하는 축은, 수동 핸들뿐아니고, 다른 기구, 예를 들면, 축전지나 발전기의 전력으로 회전 구동력을 발생시키는 휴대형 전동 공구나, 공기압이나 유압으로 회전 구동력을 발생시키는 휴대 가능한 자동 공구 등을 연결 가능한, 범용성이 있는 형상으로 해 두면, 이러한 전동 공구 등을 연결하여, 그 구동력을 이용할 수 있어, 대폭 저감화가 도모되게 된다.

이와 같이 수동 핸들을 착탈 가능하게 하고, 필요할 때 축에 장착시켜 사용하는 경우, 인터록 스위치를 ON 상태까지 움직여 비로소, 수동 핸들이 축에 장착되도록 한 구조, 예를 들면, 수동 조작에 의해 작동하여 인터록 스위치의 ON, OFF를 전환하는 전환 수단이, 인터록 스위치를 ON 상태로 하는 위치에 도달할 때까지, 그 일부를 수동 핸들의 장착 예정 위치에 존재시켜 장애물로 되고, 축에 대한 수동 핸들의 장착을 저지하는 구조로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 만일 전동기가 정지하고 있지 않은 상태에서, 전환 수단을 자동 위치로부터 수동 위치로 전환했다고 해도, 인터록 스위치가 ON 상태로 되고나서, 수동 핸들을 축에 장착시켜 수동 조작 상태로 할 수 있어, 전동기가 정지하고 있지 않고 수동 핸들을 장착하는 축에 회전이 전해질 우려가 있는 상태에서, 수동 핸들을 축에 장착하는 것에 따른, 수동 핸들의 회전 등의 위험한 현상이 생기지 않아, 안전하다.

또한, 전환 수단을 반대로 수동 위치로부터 자동 위치로 전환하고자 할 때, 수동 핸들이 축에 장착된 채의 상태에서는, 전환 수단을 인터록 스위치의 ON 상태 대응 위치로부터 작동시키기 위해, 수동 핸들이 장해로 되어 작동시킬 수 없으므로, 수동 핸들을 축으로부터 분리한 후에, 전환 수단을 작동시켜 인터록 스위치(50)를 OFF 상태로 하지 않을 수 없게 된다. 이로써, 전환 수단을 수동 위치로부터 자동 위치로 전환하는 시점에서, 이미 정전 상태로부터 통상의 통전 상태로 복귀하고 있는 경우라도, 수동 핸들을 축으로부터 분리하여 전동기측과의 연동이 없어진 상태에서, 인터록 스위치에 의해 전동기는 회전 가능해져, 전동기가 전력 공급을 받아 회전을 개시해도, 액추에이터 밖으로의 영향이 없어, 안전하다.

1, 2: 액추에이터
1a: 액추에이터 케이스
10: 감속 기구
11: 입력축
12: 웜
13: 웜 휠
14: 조인트부
15: 클러치체
16: 피동측 연결부
17: 홈부
20: 전동기
21: 출력축
30: 수동 입력 수단
31: 구동측 연결부
32: 기어부
33: 수동 핸들
34: 수동 기어
40: 전환 수단
41: 캠부
42: 로드부
50: 인터록 스위치
60: 리졸버
70: 제어부
71: 표시부
72: 구동 제어부
73: 컨트롤러부
74: 제어·드라이브 수단
75: 변동 부가 수단
80: 배터리
90: 밸브
91: 지지축

Claims (10)

1. 전동기에 의해 발생시킨 회전 구동력을 감속 기구로 감속하여 구동 대상물에 전달하고, 상기 구동 대상물을 동작시키는 액추에이터에 있어서,
   상기 감속 기구 중 회전 구동력의 입력단(入力端)으로 되는 입력축 근방에 설치되고, 사람의 구동 조작에 기초하여 회동(回動)하는 수동 입력 수단;
   상기 감속 기구의 입력축이 상기 수동 입력 수단에 연동하여 회동하는 상태와, 연동하지 않는 상태를 전환하는 전환 수단;
   상기 감속 기구의 입력축과 상기 수동 입력 수단의 연동 상태를 검출하는 검출 수단;
   상기 전동기 출력축의 회전 상태를 검출하여 신호로서 출력하는 회전 검출기;
   상기 전동기를 제어하고, 또한 상기 회전 검출기로부터 출력되는 신호에 기초하여 구동 대상물의 변위를 취득하는 제어부;
   통상의 통전 상태가 아닌 정전(停電) 시에, 전원으로서 적어도 상기 제어부에 전력을 공급하는 배터리
   를 포함하고,
   상기 감속 기구의 입력축은, 상기 전동기의 출력축과 직접 연결되어 일체로 회동 가능하게 되어 설치되고, 통상 통전 상태에서는 전동기에 의해 발생한 회전 구동력이 입력되고,
   상기 검출 수단이 상기 전환 수단의 전환에 근거하여 상기 감속 기구의 입력축과 상기 수동 입력 수단의 연결 상태가 ON 상태가 되는 동시에 전동기 전력 공급이 되지 않도록 하고, 또한 감속 기구의 입력축이 수동 입력 수단에 연동하지 않는 상태에서는 OFF 상태가 되는 동시에 전동기가 전력 공급을 받도록 하는 인터록 스위치가 되고,
   상기 제어부는, 정전 시에 필요 최소한의 제어 회로에만 상기 배터리로부터 전력이 공급되는 상태로 하는 동시에, 상기 검출 수단이 ON 상태가 되어 감속 기구의 입력축과 수동 입력 수단의 연동 상태가 검출되면, 상기 회전 검출기에 배터리로부터의 전력을 공급하고, 회전 검출기의 출력 신호로부터 상기 수동 입력 수단에 대한 조작으로 얻어진 회전 구동력으로 동작하는 구동 대상물의 변위를 취득할 수 있는 상태로 하는, 액추에이터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 감속 기구의 입력축에 축 방향 슬라이드 이동 가능하고 또한 일체로 회동 가능하게 되어 설치되고, 상기 슬라이드 이동 방향에서의 일단부에 피동측(被動側) 연결부가 형성되는 클러치체를 더 포함하고,
   상기 수동 입력 수단은, 상기 클러치체의 상기 일단부 근방에 상기 감속 기구의 입력축과 회동 중심을 일치시켜 회동 가능하게 설치되고, 상기 클러치체의 피동측 연결부와 연결 가능한 구동측 연결부를 가지고,
   상기 전환 수단은, 상기 클러치체에 적어도 일부가 걸어맞추어져 상기 클러치체의 감속 기구 입력축에 대한 축 방향 위치를 조정 가능하게 하여 설치되고, 상기 클러치체를 이동시켜 상기 수동 입력 수단과의 연결 상태와 비연결 상태를 전환함으로써, 상기 감속 기구 입력축과 상기 수동 입력 수단과의 연동 상태와 비연동 상태를 전환하고,
   상기 검출 수단으로서의 인터록 스위치가, 상기 전환 수단에서의 상기 클러치체를 상기 수동 입력 수단과의 연결 상태까지 이동시키는 동작에 대응하여 전환 수단의 일부와 접촉하고, 상기 연결 상태에서 ON 상태가 되는, 액추에이터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는, 적어도 정전 시의 상기 배터리로부터 전력이 공급되는 상태에서, 상기 인터록 스위치에 대하여, 상기 인터록 스위치를 포함하는 회로가 폐쇄된 경우에 상기 회로에 소정 시간 간격으로 단속적(斷續的)으로 전류가 흐르는 전류 출력 상태로 설정하고, 상기 단속적으로 전류가 흐르는 상태가 계속되는 동안, 상기 인터록 스위치가 ON 상태인 것으로 판정하는, 액추에이터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전 검출기는, 상기 전동기와 일체로 설치되는 리졸버(resolver)로 되는, 액추에이터.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 검출 수단에 의해 상기 감속 기구 입력축과 상기 수동 입력 수단과의 연동 상태가 검출되어, 상기 리졸버에 상기 배터리로부터의 전력을 공급하는 데 있어서, 상기 리졸버에 대하여, 상기 수동 입력 수단에 연동하여 회동하는 상기 전동기 출력축의 1회전에 대하여 적어도 복수회는 전류가 흐르는 간격으로, 단속적으로 전류가 흐르는 상태로 하는, 액추에이터.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 감속 기구는 웜(worm) 기어 감속 기구로 되고, 상기 입력축에 웜이 일체로 설치되어 이루어지고,
   상기 제어부는, 상기 전동기의 통상 통전 상태에서의 제어 시에, 상기 전동기 출력축에서의 회전각 속도를, 상기 구동 대상물의 동작에 관한 속도 지령에 기초하여 설정되는 목표 속도에 대하여, 소정 범위 내에서 증감시키고, 또한 상기 증감 변화를 반복하여 생기게 하는, 액추에이터.
7. 전동기에 의해 발생시킨 회전 구동력을 감속 기구로 감속하여 구동 대상물에 전달하고, 상기 구동 대상물을 동작시키는 액추에이터에 있어서,
   상기 감속 기구 중 회전 구동력의 입력단(入力端)으로 되는 입력축 근방에 설치되고, 사람의 구동 조작에 기초하여 회동하는 수동 입력 수단;
   상기 감속 기구의 입력축이 상기 수동 입력 수단에 연동하여 회동하는 상태와, 연동하지 않는 상태를 전환하는 전환 수단;
   상기 감속 기구의 입력축과 상기 수동 입력 수단의 연동 상태를 검출하는 검출 수단;
   상기 감속 기구 중 회전 구동력의 출력단(出力端)으로 되는 출력축의 회전 상태를 검출하여 신호로서 출력하는 회전 검출기;
   상기 전동기를 제어하고, 또한 상기 회전 검출기로부터 출력되는 신호에 기초하여 구동 대상물의 변위를 취득하는 제어부;
   통상의 통전 상태가 아닌 정전 시에, 전원으로서 적어도 상기 제어부에 전력을 공급하는 배터리
   를 포함하고,
   상기 감속 기구의 입력축은, 상기 전동기의 출력축과 연동하여 회동 가능하게 되어 설치되고, 통상 통전 상태에서는 상기 전동기에 의해 발생한 회전 구동력으로 회전하고,
   상기 검출 수단이 상기 전환 수단의 전환에 근거하여 상기 감속 기구의 입력축과 상기 수동 입력 수단의 연결 상태가 ON 상태가 되는 동시에 전동기 전력 공급이 되지 않도록 하고, 또한 감속 기구의 입력축이 수동 입력 수단에 연동하지 않는 상태에서는 OFF 상태가 되는 동시에 전동기가 전력 공급을 받도록 하는 인터록 스위치가 되고,
   상기 제어부는, 정전 시에 필요 최소한의 제어 회로에만 상기 배터리로부터 전력이 공급되는 상태로 하는 동시에, 상기 검출 수단이 ON 상태가 되어 감속 기구의 입력축과 수동 입력 수단의 연동 상태가 검출되면, 상기 회전 검출기에 배터리로부터의 전력을 공급하고, 회전 검출기의 출력 신호로부터 상기 수동 입력 수단에 대한 조작으로 얻어진 회전 구동력으로 동작하는 구동 대상물의 변위를 취득할 수 있는 상태로 하는, 액추에이터.
8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
   상기 회전 검출기는 리졸버로 되는, 액추에이터.
9. 전동기에 의해 발생시킨 회전 구동력을 감속 기구로 감속하여 구동 대상물에 전달하는 액추에이터에서의 위치 검출 방법에 있어서,
   정전 시에, 제어부의 필요 최소한의 제어 회로에만 배터리로부터 전력을 공급하고,
   동일하게 정전 시에, 사람의 구동 조작에 기초하여 회동하는 수동 입력 수단과 상기 감속 기구의 입력축이 연동하여 회동 가능한 것을 나타내는 인터록 스위치의 ON 상태를 상기 제어부에 의해 검출하면, 정전 상태와 통상 통전 상태 중 어느 것인지에 관계없이 전동기에의 전력 공급을 하지 않도록 하면서, 상기 전동기 출력축의 회전 상태를 검출하는 리졸버에 상기 배터리로부터 전력을 공급하고,
   상기 리졸버로부터 출력되는, 사람의 구동 조작에 기인하는 상기 전동기 출력축의 회전 상태에 관한 신호에 기초하여, 상기 제어부에 의해 구동 대상물의 변위를 취득하는, 액추에이터의 위치 검출 방법.
10. 전동기에 의해 발생시킨 회전 구동력을 감속 기구로 감속하여 구동 대상물에 전달하는 액추에이터에서의 위치 검출 방법에 있어서,
    정전 시에, 제어부의 필요 최소한의 제어 회로에만 배터리로부터 전력을 공급하고,
    동일하게 정전 시에, 사람의 구동 조작에 기초하여 회동하는 수동 입력 수단과 상기 감속 기구의 입력축이 연동하여 회동 가능한 것을 나타내는 인터록 스위치의 ON 상태를 상기 제어부에 의해 검출하면, 정전 상태와 통상 통전 상태 중 어느 것인지에 관계없이 전동기에의 전력 공급을 하지 않도록 하면서, 상기 감속 기구의 출력축의 회전 상태를 검출하는 리졸버에 상기 배터리로부터 전력을 공급하고,
    상기 리졸버로부터 출력되는, 사람의 구동 조작에 기인하는 상기 감속 기구의 출력축의 회전 상태에 관한 신호에 기초하여, 상기 제어부에 의해 구동 대상물의 변위를 취득하는, 액추에이터의 위치 검출 방법.

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