WO2021131036A1 - バルブアクチュエータ - Google Patents

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WO2021131036A1
WO2021131036A1 PCT/JP2019/051504 JP2019051504W WO2021131036A1 WO 2021131036 A1 WO2021131036 A1 WO 2021131036A1 JP 2019051504 W JP2019051504 W JP 2019051504W WO 2021131036 A1 WO2021131036 A1 WO 2021131036A1
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WO
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valve
motor
pulley
worm
housing
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PCT/JP2019/051504
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English (en)
French (fr)
Inventor
幸二郎 藤山
晴彦 高橋
Original Assignee
株式会社鷹取製作所
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Publication date
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Priority to GB2209169.8A priority patent/GB2605107B/en
Priority to CN201980103320.0A priority patent/CN115087828B/zh
Priority to DE112019008009.1T priority patent/DE112019008009T5/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/05—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor specially adapted for operating hand-operated valves or for combined motor and hand operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/047—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor characterised by mechanical means between the motor and the valve, e.g. lost motion means reducing backlash, clutches, brakes or return means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/53—Mechanical actuating means with toothed gearing

Definitions

  • the present invention relates to a valve actuator. Specifically, it can be easily attached to a manual valve, the valve can be electrified, it is sufficiently compact so that it can be placed in a narrow installation space, and it has excellent power transmission performance. It relates to a valve actuator capable of highly accurate control.
  • actuators have been widely used as a drive source for moving equipment by converting energy such as electricity and flood control into mechanical movements.
  • Patent Document 1 proposes a valve actuator that is connected to a valve and opens and closes by the rotational force of a motor.
  • valves are used in ship piping to control the fluid flowing through the piping, but in order to save the labor of opening and closing a huge number of manual valves, the manual provided in the piping is provided. There is a strong demand for electrification of these valves with valve actuators.
  • the conventional valve actuator for electrifying the existing manual valve is attached by, for example, the following method.
  • description will be made with reference to FIG.
  • the handle 101 and the handle column 102 of the manual valve 100 are removed from the valve body (see FIG. 15 (a)), and the mounting bracket 104 is fixed to the valve body (see FIG. 15 (b)). Then, the valve actuator 103 is attached to the attachment bracket 104 (see FIG. 15C).
  • the size of the entire valve becomes larger after the valve actuator is installed than before the valve actuator is installed.
  • the size of the valve increases significantly in the height direction.
  • the present invention was devised in view of the above points, and can be easily attached to a manual valve, the valve can be electrified, and the valve is sufficiently small so that it can be placed in a narrow installation space. It is an object of the present invention to provide a valve actuator which is improved, has excellent power transmission performance, and is capable of highly accurate control.
  • the actuator of the present invention includes a housing, a motor that is arranged inside the housing and serves as a drive source having a rotation shaft, and a first motor that is attached to the rotation shaft of the motor.
  • a second pulley that is paired with the first pulley and has a diameter larger than the diameter of the first pulley, and is stretched on the first pulley and the second pulley. It has a belt, a worm portion to which the second pulley is attached, and a worm wheel that is arranged orthogonal to the worm portion and transmits power by meshing the worm portion and gears, and is inside the housing.
  • An arranged worm reducer a valve mounting portion that is attached to a predetermined valve having a handle and supports the housing above the handle, and a valve attachment portion that is attached to the worm reducer and can rotate by the driving force of the motor. It is provided with a bracket portion which is arranged between the housing and the handle and which is fitted with the handle to open and close the predetermined valve.
  • the motor serving as a drive source having a rotating shaft, the first pulley attached to the rotating shaft, the second pulley paired with the first pulley, the first pulley and the second pulley
  • a worm reducer having a stretched belt, a worm portion to which a second pulley is attached, a worm reducer which is arranged orthogonal to the worm portion and transmits power by meshing the worm portion and gears, and a worm reducer. It is attached to the machine and is configured to be rotatable by the driving force of the motor, and the bracket part that fits with the handle to open and close the predetermined valve outputs torque from the output of the motor and the valve at the bracket part. Can be opened and closed. That is, the valve can be electrified by supplying electric power to the motor.
  • bracket portion is arranged between the housing and the handle, and by fitting with the handle, the torque obtained from the motor and the worm reducer inside the housing can be directly transmitted to the handle of the valve. it can.
  • the entire actuator can be easily miniaturized.
  • the first pulley attached to the rotating shaft of the motor the second pulley which is paired with the first pulley and has a diameter larger than the diameter of the first pulley, the first pulley and the first pulley.
  • the rotation speed of the 2nd pulley can be made smaller than the rotation speed of the 1st pulley, and the output of the motor can be transmitted to the worm reducer. That is, not only the reduction ratio of the worm reducer but also the reduction ratio corresponding to the ratio of the diameter of the first pulley to the diameter of the second pulley can be obtained, and high torque can be obtained from the rotational force of the motor. It becomes possible to output.
  • a motor having a small output and a small size can be used as the drive source, and the entire actuator can be made small.
  • the ratio of the size of the diameter of the first pulley to the diameter of the second pulley is 1: 2 or less, the diameter of the two pulleys is kept as small as possible while keeping the two pulleys as small as possible. It is possible to obtain a high reduction ratio according to the size ratio.
  • the angle formed by the rotating shaft and the belt and the angle formed by the belt and the worm portion are each approximately 90 degrees, and when the worm wheel is arranged surrounded by the rotating shaft, the belt and the worm portion, the motor
  • the rotating shaft, belt, worm part and worm wheel can be compactly housed in the housing. As a result, the entire actuator can be made even smaller.
  • the motor driver controls the first CPU that controls the pulse signal that controls the rotation position of the motor and the first CPU, and flows to the motor according to the sliding resistance when rotating the handle.
  • a second CPU for adjusting the magnitude of the current is included, a high torque can be output to the motor as a drive source by using a motor having a small output and a small size. That is, for example, even if the load increases when the valve is closed, the rotation of the motor can be reduced, the current flowing through the motor can be increased, and the torque can be increased.
  • the existing valve is electrified. It is possible to reduce the size of the motor driver compared to the valve actuator of. For example, in a commercially available valve actuator, it is not possible to make the CPU for the motor driver share the function of controlling the first CPU that controls the pulse signal. It will have a function to control the CPU. That is, in a commercially available valve actuator, the overall size is increased by the amount of the main control board provided separately.
  • the motor driver since the motor driver includes the second CPU that controls the first CPU, the motor driver can be miniaturized, and as a result, it contributes to the miniaturization of the entire actuator.
  • the motor has an absolute encoder that stores the absolute position of the rotation axis of the motor, it is possible to perform position control with high accuracy.
  • memorizing the absolute position of the rotating shaft here means that even when power is not supplied to the motor and the power is off, the position information in the rotating operation of the rotating shaft is memorized, and the electric power is stored in the motor again. This means that the home return operation is not required when the power is supplied.
  • the motor is set with a maximum current value which is the maximum current value that can be supplied within a predetermined drive time, and the second CPU sends the motor to the motor within a range of the predetermined drive time and the maximum current value.
  • a motor having a small output and a small size can be used as a drive source, and the capacity of the motor can be fully utilized.
  • a rated current that is guaranteed to operate even during continuous operation is set, and in a general-purpose controller, it is specified that the motor is driven under operating conditions based on the rated current. Further, if it is a short time, about three times the rated current is determined as the maximum current value (corresponding to the maximum current value in the claims of the present application), and within the specified time (corresponding to the predetermined driving time in the claims of the present application). If so, the motor manufacturer guarantees that the motor can be rotated at the maximum current value.
  • the second CPU adjusts the current flowing through the motor within the range of the predetermined drive time and the maximum current value, so that the operating time is within the range specified by the manufacturer of the motor.
  • the motor can be driven by applying a current equal to or less than the maximum current value whose operation is guaranteed to the motor.
  • a motor having a small output and a small size is used, it is possible to obtain a drive output equivalent to that when a motor having a large output and a large size is operated at a rated current.
  • operating conditions based on the rated current are set for the operation of the motor in order to support the use of the motor for various purposes.
  • a particularly high torque is required, if the indicated rotation speed cannot be maintained, an error will occur instantly and the motor will stop. Therefore, if a motor is selected in consideration of operating conditions based on the rated current, it becomes necessary to select a motor having a sufficient output, that is, a large motor.
  • the second CPU can adjust the magnitude of the current flowing through the motor according to the sliding resistance when rotating the handle. Therefore, even if a small motor with a small output is used, the number of revolutions of the motor is reduced as the load increases, and a large current is supplied below the maximum current value to increase the torque, which is specified by the motor manufacturer.
  • the amount of work required to open and close the handle can be output within a predetermined drive time and maximum current value range. Further, since a small motor can be used, it contributes to the miniaturization of the entire actuator.
  • the handle has a frame portion constituting the outer shape of the handle and a plurality of spoke portions connecting the center portion of the frame portion and the frame portion, and the bracket portion is formed with a slit for fitting with the spoke portion. A force is transmitted from the bracket portion to the spoke portion of the handle so that the handle can be rotated.
  • the bracket portion is arranged inside the housing, and a plurality of mounting holes are formed on the circumference of the outer peripheral surface. If the valve mounting portion is detachable from the mounting protrusion via the mounting hole and has a pair of adapters that sandwich and fix the mounting protrusion, the adapter is mounted. By changing the position of the mounting hole of the mounting protrusion, it is possible to change the rotation angle of the actuator and fix the actuator to the valve mounting portion. That is, it is possible to increase the degree of freedom in the mounting position when mounting the actuator on the valve.
  • the valve actuator of the present invention has a housing, a motor which is arranged inside the housing and serves as a drive source having a rotating shaft, and a third valve actuator attached to the rotating shaft.
  • the first pulley, the second pulley which is paired with the first pulley and has a diameter larger than the diameter of the first pulley, and the first pulley and the second pulley are stretched. It has a belt, a worm portion to which the second pulley is attached, and a worm wheel which is arranged orthogonal to the worm portion and transmits power by meshing the worm portion and gears, and also has an inside of the housing.
  • a worm reducer which is arranged in a worm and is configured to rotate a predetermined valve, and a valve mounting portion which is attached to the predetermined valve and supports the housing above the predetermined valve.
  • the motor serving as a drive source having a rotating shaft, the first pulley attached to the rotating shaft, the second pulley paired with the first pulley, the first pulley and the second pulley It has a stretched belt, a worm part to which a second pulley is attached, and a worm wheel that is arranged perpendicular to the worm part and transmits power by meshing the worm part and gears, and rotates a predetermined valve.
  • the enablely configured worm reducer can output torque from the output of the motor to open and close the valve with the worm reducer. That is, the valve can be electrified by supplying electric power to the motor.
  • the points where the worm reducer fits with the valve are the handle of the valve, the valve stem of the valve, the connecting member provided on the valve stem of the valve, etc., for opening and closing the valve directly or indirectly. It includes a part where driving force can be applied.
  • the first pulley attached to the rotating shaft of the motor the second pulley which is paired with the first pulley and has a diameter larger than the diameter of the first pulley, the first pulley and the first pulley.
  • the rotation speed of the 2nd pulley can be made smaller than the rotation speed of the 1st pulley, and the output of the motor can be transmitted to the worm reducer. That is, not only the reduction ratio of the worm reducer but also the reduction ratio corresponding to the ratio of the diameter of the first pulley to the diameter of the second pulley can be obtained, and high torque can be obtained from the rotational force of the motor. It becomes possible to output.
  • a motor having a small output and a small size can be used as the drive source, and the entire actuator can be made small.
  • the valve actuator according to the present invention can be easily attached to a manual valve, can be electrified, is sufficiently miniaturized so that it can be placed in a narrow installation space, and has excellent power transmission. It has high performance and can be controlled with high precision.
  • FIG. 2 It is a schematic explanatory drawing which shows the valve which attached the valve actuator which is an example of the valve actuator which concerns on this invention. It is a schematic perspective view which shows the whole structure of a valve actuator and a valve mounting part. It is a schematic perspective view which shows the internal structure of the housing in the valve actuator when the valve actuator and the valve mounting part shown in FIG. 2 are seen from above. It is a schematic plan view which shows the internal structure of the housing in a valve actuator. It is a schematic perspective view which shows the positional relationship of a bracket part and a valve mounting part in a valve actuator, and the structure of a valve mounting part.
  • FIG. 6 It is a schematic process diagram which shows the process of attaching a valve actuator to a manual valve, (a) is a schematic process which shows the structure of the manual valve to be attached, and (b) shows the attachment of a stand part. It is a schematic view, and (c) is a schematic view which shows the fixing part of the stand part.
  • FIG. 6 it is a schematic process diagram which shows the process of attaching a valve actuator to a manual valve
  • (a) and (b) are schematic views which show the attachment of the second stand part
  • (c) is It is the schematic which shows the attachment of the adapter and the attachment plate to the actuator main body.
  • (A) is a schematic view showing a state in which the position of the actuator main body and the position of the stand portion are aligned, and (b) is a schematic view showing a state in which the mounting plate and the stand portion are fixed with clamp knob screws.
  • (C) is a schematic view showing a state in which the actuator main body is attached to the valve, and (d) is a schematic view showing a state in which the lid portion of the housing is opened.
  • (A) is a schematic view showing a state in which the AC / DC converter and the actuator main body are connected, and (b) is a schematic view showing a state in which the AC / DC converter and the actuator main body are integrated.
  • valve actuator 1 which is an example of a valve actuator to which the present invention is applied will be described.
  • the structure in which the valve actuator 1 is provided on the valve 2 is shown. That is, the valve actuator 1 functions as an actuator that opens and closes the valve 2.
  • the valve 2 is a device installed in a pipe 200 through which a fluid flows (see FIG. 6A), which is installed in a ship and controls or adjusts the fluid.
  • valve 2 is a spherical valve including a body 20, a handle 21, a valve stem (not shown), and a flange 22 (see FIGS. 1 and 6 (a)).
  • handle 21 has a frame portion 210 that constitutes the outer shape, and a plurality of spoke portions 211 that connect the center of the handle 21 and the frame portion 210 (see FIG. 6A). Since the structure of the valve 2 is a known spherical valve structure, detailed description thereof will be omitted.
  • valve actuator 1 has an actuator main body 3 and a valve mounting portion 4 (see FIGS. 1, 2 and 3).
  • the valve mounting portion 4 is a member fixed to the valve 2 and supporting the actuator main body 3. Details of the structure for fixing the valve mounting portion 4 to the valve 2 and the structure for connecting the actuator main body 3 and the valve mounting portion 4 will be described later.
  • valve actuator 1 the type of valve to which the valve actuator 1 is attached is not particularly limited, and any valve having a rotation mechanism such as a handle for controlling the fluid can be attached to the valve actuator 1.
  • the handle 21 of the valve 2 is not necessarily limited to the one having the frame portion 210 constituting the outer shape and the plurality of spoke portions 211 connecting the center of the handle 21 and the frame portion 210, and the bracket described later. It suffices if the valve 2 is configured to be openable and closable by fitting with the portion 8. For example, a shape having one spoke portion or a plate-shaped handle may be adopted.
  • valve actuator 1 has an actuator main body 3 and a valve mounting portion 4.
  • the actuator main body 3 has a housing 30, a motor 5, a belt transmission unit 6, and a worm reducer 7 (see FIGS. 3 and 4). Further, the actuator main body 3 has a bracket portion 8 (see FIGS. 2 and 5). Further, the actuator main body 3 has a servo driver 51 and an operator unit 53 (see FIGS. 3 and 4).
  • the housing 30 is an exterior member that houses the main members constituting the actuator main body 3, such as the motor 5, the belt transmission unit 6, the worm reducer 7, the servo driver 51, and the operator unit 53.
  • the housing 30 in order to show the internal structure of the housing 30, the state in which the top plate of the housing 30 is removed is shown.
  • a substantially tubular protruding portion 300 is formed on the bottom surface side thereof, and the bracket portion 8 is arranged inside the protruding portion 300.
  • the protruding portion 300 is a member corresponding to the mounting protruding portion according to the claim of the present application.
  • the motor 5 is a drive source in the valve actuator 1 for generating a torque for rotating the valve stem of the valve 2 via the bracket portion 8.
  • the motor 5 is composed of a brushless motor, which is one of DC-driven DC motors. Further, the motor 5 has a rotating shaft (not shown) (see FIG. 4).
  • the belt transmission unit 6 is a power transmission mechanism for transmitting the power output from the motor 5 to the worm reducer 7. Further, the belt transmission unit 6 is also a speed reduction mechanism that increases the torque by reducing the rotation speed of the power output from the motor 5 and transmits the torque to the worm speed reducer 7.
  • a power mechanism such as the belt transmission unit 6 is also generally referred to as a belt drive.
  • the belt transmission unit 6 has a small diameter pulley 60, a large diameter pulley 61, and a belt 62 (see FIGS. 3 and 4).
  • the small-diameter pulley 60 is a member that is attached to the rotating shaft of the motor 5 and rotates integrally with the rotating shaft.
  • the large-diameter pulley 61 is a member that is attached to the worm portion 70 of the worm reducer 7, which will be described later, and rotates integrally with the worm portion 70.
  • the belt 62 is a belt member stretched on the small diameter pulley 60 and the large diameter pulley 61.
  • the unevenness formed on the outer peripheral surface of the small diameter pulley 60 and the large diameter pulley 61 and the unevenness formed on the inner peripheral surface of the belt 62 are fitted, and the small diameter pulley 60, the large diameter pulley 61 and the belt 62 are integrally formed. It is configured to rotate.
  • the small diameter pulley 60 is a member corresponding to the first pulley in the claims of the present application. Further, the large diameter pulley 61 is a member corresponding to the second pulley in the claim of the present application.
  • the unevenness formed on the outer peripheral surfaces of the small-diameter pulley 60 and the large-diameter pulley 61 and the unevenness formed on the inner peripheral surface of the belt 62 are necessarily fitted to fit the small-diameter pulley 60, the large-diameter pulley 61, and the belt. It is not necessary for the 62 to rotate integrally.
  • the belt 62 may be configured to transmit power by a frictional force generated between the small diameter pulley 60 or the large diameter pulley 61.
  • the frictional force generated between the members is adjusted, and a large force of a certain value or more is applied.
  • the belt 62 slips, the valve sealing material is damaged, and the sealing performance deteriorates. It can be deterred.
  • a reduction ratio of 1: 2 can be obtained in the belt transmission unit 6 from the ratio of the diameters of the small diameter pulley 60 and the large diameter pulley 61.
  • the torque output from the valve actuator 1 is defined according to the reduction ratio in the belt transmission unit 6 and the reduction ratio obtained from the worm reducer 7.
  • a power transmission mechanism using a belt such as the belt transmission unit 6, is not generally used for an actuator because it is difficult to transmit a high torque (not suitable for a large power transmission). ..
  • the valve actuator 1 of the present invention uses a motor 5 having an output of 100 W and a small size, so that a power transmission mechanism using a belt like the belt transmission unit 6 sufficiently transmits power. Is possible.
  • the belt transmission unit 6 can reduce the rotational speed of the power of the motor 5 to increase the torque while transmitting the power to the worm reducer 7.
  • the diameter of the large diameter pulley 61 is larger than the diameter of the small diameter pulley 60.
  • the diameter of the small diameter pulley 60: large diameter pulley 61 1: 2 or less. preferable.
  • the output value is not limited.
  • a motor having an output of 50 to 100 W can be used.
  • the worm reducer 7 is a speed reducer that increases the torque by further reducing the rotation speed of the power transmitted from the belt transmission unit 6 and transmits the torque to the bracket unit 8. Further, the worm reducer 7 has a reduction ratio of 1:50.
  • the worm reducer 7 has a worm section 70 and a worm wheel 71 (see FIGS. 3 and 4). Each of the worm portion 70 and the worm wheel 71 is provided with a gear portion (not shown). Further, the worm wheel 71 is arranged orthogonally to the worm portion 70, and is a member that transmits power by meshing with each gear portion.
  • the lower part of the worm wheel 71 is connected to the bracket portion 8. Further, the worm wheel 71 and the bracket portion 8 are configured to rotate integrally.
  • a known strain wave gearing reducer can be adopted, and a detailed description of the structure will be omitted.
  • the worm reducer 7 is not necessarily limited to one having a reduction ratio of 1:50, and a worm reducer having an appropriately changed reduction ratio can be used.
  • the angle formed by the rotation axis of the motor 5 and the belt 62 and the angle formed by the belt 62 and the worm portion 70 are arranged so as to be approximately 90 degrees in a plan view.
  • the worm wheel 71 is arranged so as to be surrounded by the rotating shaft, the belt 62, and the worm portion 70.
  • each member of the motor 5, the belt transmission unit 6, and the worm reducer 7 can be compactly housed in the limited range of the small housing 30.
  • bracket portion 8 is a member that rotates the handle 21 of the valve 2 by the power transmitted from the worm reducer 7. That is, the bracket portion 8 is a portion where the torque output from the actuator main body 1 is applied to the handle 21 of the valve 2.
  • bracket portion 8 is fixed to the lower portion of the worm wheel 71. Further, the bracket portion 8 has a slit 80 formed on the side surface of the substantially tubular body from the lower end to the upper portion (see FIGS. 2 and 5). The slit 80 is a portion that fits with the spoke portion 211 of the handle 21 (see FIG. 5).
  • a plurality of slits 80 of the bracket portion 8 are formed according to the number of spoke portions 211 of the handle 21. Further, the length of the slit 80 in the longitudinal direction is formed to be equal to or longer than the stroke distance of the handle 21 that moves up and down by opening and closing the valve 2.
  • the handle 21 when the handle 21 is rotated, the handle 21 can be moved up and down within the range of the slit 80 of the bracket portion 8.
  • the motor 5 is connected to a control system (not shown) and its drive is controlled.
  • the system that controls the drive of the motor 5 is also connected to an absolute encoder (not shown).
  • the absolute encoder is a member attached to the motor 5 that detects the rotated position information in the motor 5 and controls the position for the rotation operation.
  • the drive of the motor 5 is controlled by a control system composed of a controller and a servo driver 51.
  • the controller is a command unit that outputs an operation command signal to the servo driver 51.
  • the servo driver 51 is a control unit that outputs a pulse signal to the motor 5 or controls the output so as to follow the command signal from the controller.
  • the servo driver 51 is a member corresponding to the motor driver in the claims of the present application.
  • the servo driver 51 has a lower CPU 520 and an upper CPU 520 (see FIG. 14).
  • the lower CPU 520 referred to here is a member corresponding to the first CPU in the claims of the present application.
  • the upper CPU 521 referred to here is a member corresponding to the second CPU in the claim of the present application.
  • the lower CPU 520 is a member that transmits a pulse signal to the motor 5. Further, the lower CPU 520 acquires the position information of the rotation position of the motor 5 from the absolute encoder of the motor 5, and the information of the rotation position and the position information of the rotation position are the rotation information instructed by the upper CPU. It is a member that transmits information on the determination result of whether or not they match to the upper CPU 521.
  • the lower CPU 520 is configured to be capable of outputting a pulse signal having a pulse modulation frequency of 20 kHz. As a result, the time for which the pulse signal for rotating the rotating shaft is output becomes shorter than that for the pulse signal having the conventional pulse modulation frequency of 10 kHz, and the rotating shaft can be driven more smoothly. As a result, the noise and vibration generated when the motor 5 is driven can be suppressed to a small level.
  • the upper CPU 521 is a member that controls the lower CPU 520.
  • the upper CPU 521 is a member that determines the rotation speed and the rotation position of the motor 5 and transmits the rotation information to the lower CPU 520. Further, the upper CPU 521 is configured to enable communication control from the outside of the valve actuator 1.
  • the upper CPU 521 acquires from the lower CPU 520 the position information of the rotation position of the motor 5 and the information of the determination result as to whether or not the position information of the rotation position matches the rotation information instructed by the upper CPU. It is a member to be used. Further, the upper CPU 521 is a member that determines rotation correction control when the position information of the rotation position of the motor 5 does not match the indicated rotation position (theoretical value position information) based on the information acquired from the lower CPU 520. is there.
  • the upper CPU 521 is configured to be able to independently control the rotation of the motor 5.
  • the details of controlling the rotation of the motor 5 by the upper CPU 521 and the lower CPU 520 will be described later.
  • the upper CPU 521 is a member that controls the lower CPU 520 that transmits a pulse signal to the motor 5, and the position information in which the motor 5 is rotated is the rotation information (theoretical value) instructed to the lower CPU. If it does not match, it has a function of correcting the pulse signal output from the lower CPU to correct the rotational operation of the motor 5.
  • the servo driver (CPU for driver) has only the lower CPU 520 in the present invention, and does not include the member corresponding to the upper CPU 521.
  • a main control board for example, generally having a size of 120 mm in width, 120 mm in length, and 18 mm in height
  • the housing 30 or the actuator main body 3 becomes large.
  • the servo driver 51 has the lower CPU 520 and the upper CPU 520, so that the valve actuator 1 can be further miniaturized.
  • the servo driver 51 is made smaller by simplifying the members included in the servo driver 51. For example, the AD converter and DA converter included in the servo driver of the conventional valve actuator are removed. Further, the DA converter is made into a chip and included in the servo driver 51.
  • the number of parts included in the servo driver 51 can be reduced, the servo driver 51 can be miniaturized, and the valve actuator 1 can be made even smaller.
  • the upper CPU 521 may be further configured to be controlled by the network CPU 522 and the uppermost CPU 523.
  • This network CPU 522 is a member that controls the operation of a plurality of valve actuators 1.
  • the network CPU 522 is also a member that transmits a command from the highest-level CPU 523 to each valve actuator 1.
  • the network CPU 522 is, for example, a member of a network control BOX connected to a leader machine by setting a leader machine in a plurality of valve actuators 1.
  • the network CPU 522 can be responsible for bidirectional communication with the highest-level CPU 523 and overall control within the group. It is also possible to construct a network by configuring a plurality of groups.
  • the uppermost CPU 523 is, for example, a member of a central monitoring device provided in a wheelhouse or the like, and can grasp the operating status of the piping system and determine the valve operation when an abnormality occurs (valve blockage or valve actuator 1). It is a member that performs stopping, etc.).
  • the transmission of information from the network CPU 522 to the upper CPU 521 is indicated by the reference numeral S2, and the transmission of information from the upper CPU 521 to the network CPU 522 is indicated by the reference numeral T2. Further, the transmission of information from the highest-level CPU 523 to the network CPU 522 is indicated by reference numeral S1, and the transmission of information from the network CPU 522 to the upper-level CPU 5232 is indicated by reference numeral T1.
  • the operator unit 53 is an operation unit for manually changing the settings of the servo driver 51 of the motor 5 and the worm reducer 7.
  • the operator wants to change the setting conditions of each member, he / she can operate the operator unit 53 to perform the work.
  • the operator unit 53 has operation buttons, a notation device, and the like (reference numerals omitted).
  • valve mounting portion 4 is a member that is fixed to the valve 2 and supports the actuator main body 3.
  • the valve mounting portion 4 has an adapter 40, a mounting plate 41, a stand portion 42, and a clamp knob screw 500 (see FIGS. 2, 3 and 5). Two of the adapter 40, the mounting plate 41, the stand portion 42, and the clamp knob screw 500 are arranged in pairs with the protruding portion 300 of the housing 30 as the center.
  • the adapter 40 is a member that fixes the structure in which the mounting plate 41 and the stand portion 42 are integrated to the protruding portion 300 of the housing 30.
  • the adapter 40 is configured to be detachable by selecting the position of a plurality of mounting holes 301 formed at regular intervals on the outer peripheral surface of the protrusion 300.
  • the actuator main body 3 can be rotated in the direction indicated by the reference numeral R in FIG. 7C to change the direction, and the protrusion 300 can be fixed to the adapter 40.
  • the direction of the actuator main body 3 is oriented by about 30 degrees in the rotation direction indicated by the reference numeral R in FIG. 7 (c). It can be changed and set. As a result, the degree of freedom in the installation position of the actuator main body 3 can be increased in accordance with the structure around the valve 2.
  • the mounting plate 41 is a member that connects the adapter 40 and the stand portion 42.
  • the stand portion 42 is a member for fixing the structure in which the adapter 40 and the mounting plate 41 are integrated to the flange 22 of the valve 2 (see FIG. 5).
  • clamp knob screw 500 is a member that detachably fixes the mounting plate 41 and the stand portion 42.
  • the clamp knob screw 500 can be attached to the mounting plate 41 and the stand portion 42 with the clamp knob screw 500 without using a separate tool, and the mounting plate 41 and the stand portion 42 can be easily fixed.
  • a manual valve 2 to which the actuator main body 3 is attached is provided in the pipe 200.
  • the stand 42 is attached to the flange 22 of the valve 2 via the bolt 420 and the nut 421.
  • One stand 42 can be fixed to the flange 22 with a set of bolts 420 and nuts 421.
  • the range indicated by reference numeral X is enlarged to show the portion fixed by the bolt 420 and the nut 421.
  • the stand 42 is attached to the other flange 22 via the bolt 420 and the nut 421. By the flow up to this point, the work of fixing the stand 42 to the valve 2 is completed.
  • the adapter 40 and the mounting plate 41 are attached to the actuator main body 3.
  • the adapter 40 can select and fix the positions of the plurality of mounting holes 301 formed at regular intervals on the outer peripheral surface of the protrusion 300.
  • the outer peripheral surface of the protruding portion 300 is sandwiched and fixed by the adapter 40 from both sides, and the adapter 40 and the mounting plate 41 are fixed. By the flow up to this point, the work of fixing the adapter 40 and the mounting plate 41 to the actuator main body 3 is completed.
  • the positions of the mounting plate 41 and the stand 42 are aligned with the positions of the slit 80 of the bracket portion 8 and the spoke portions 211 of the handle 21, and the actuator main body 3 is connected to the valve 2. Install it.
  • the positions where the mounting plate 41 and the stand 42 are connected are aligned, and the clamp knob screw 500 is inserted so as to penetrate both members to fix the mounting plate 41 and the stand 42. To do.
  • the mounting plate 41 and the stand 42 can be fixed without using a separate tool or connecting member. Further, since the clamp knob screw 500 can be fixed by simply inserting the clamp knob screw 500 from the outside to the inside of the mounting plate 41, the clamp knob screw 500 can be easily inserted even in a limited work space of a ship. Can be attached.
  • valve actuator 1 can be arranged with respect to the manual valve 2 in a simple process to electrify the valve 2.
  • valve actuator to which the present invention is applied, it is also possible to connect an AC / DC converter to the actuator main body 3 to have a structure compatible with an AC power supply.
  • an example of the structure and process for connecting the AC / DC converter will be described.
  • a female connector 32 serving as a connection portion with the AC / DC converter 600 is provided on the upper part of the actuator main body 3. Further, a male connector 601 that can be electrically connected to the female connector 32 of the actuator main body 3 is provided below the AC / DC converter 600.
  • the area surrounded by the reference numerals X1 and the reference numeral X2 in FIG. 9A is a portion where the female connector 32 and the male connector 601 are formed, and an enlarged view of the same portion is shown on the right side of FIG. 9A. Shown.
  • the actuator main body 3 By electrically connecting the actuator main body 3 and the AC / DC converter 600 at the female connector 32 and the male connector 601 portion, the actuator main body 3 can have a structure compatible with AC power supply (FIG. 9B). reference). Further, the AC / DC converter 600 can be made to correspond to the difference in voltage by forming units having the same shape corresponding to different voltages.
  • the valve actuator in the valve actuator to which the present invention is applied, unlike a general actuator, the valve actuator is not universally used for various purposes, but is used in a situation where a manual valve is electrified, for example. It is used for the following drive applications.
  • the time during which the rotational operation of the object to be driven is continuously performed is within one minute or several tens of seconds.
  • the rotation speed of the output shaft is about several tens of rpm, and the rotation operation of the object to be driven is completed.
  • the output torque required for the rotational operation of the object to be driven fluctuates according to changes in sliding resistance.
  • the change in sliding resistance is not limited to the one in which the sliding resistance changes due to the original drive, such as the opening and closing of a valve, but also the object whose sliding resistance changes due to aging and deterioration over time, and dust in the rotating mechanism. It also includes changes in the object whose sliding resistance changes due to the biting of foreign matter such as. Further, when the rotation mechanism (handle 21) moves up and down with rotation as in the manual valve 2 described above, the following driving conditions are also included. (5) The moving stroke of the rotating mechanism to be driven is within the range of about 5 mm to 50 mm.
  • valve actuator to which the present invention is applied applies a driving force to an object to be driven with the above-mentioned contents.
  • the main use is to electrify manual valves, but it can also be used to apply driving force to the steering wheel of a car, the rudder of a ship, and the like. Further, the present invention is not limited to these, and can be used for applications in which a driving force can be applied with the same contents.
  • a scene in which it is necessary to apply a driving force using an actuator is, for example, an application in which a handle is turned to lift a heavy object by 1 to 2 m (for example, opening / closing a gate).
  • the rotation operation of the handle extends to several tens of times or more, and the time during which the rotation operation is continuously performed may be several minutes or several tens of minutes.
  • the rotation speed of the output shaft requires a faster rotation speed such as 100 rpm or more.
  • the moving distance of the object is a longer stroke distance of 1 to 2 m.
  • the upper CPU 521 of the servo driver 51 determines the current flowing through the motor 5 according to the sliding resistance when rotating the handle 21. It is configured to adjust the size (control the lower CPU 520).
  • the motor 5 is set with a maximum current value which is the maximum current value that can be supplied within a predetermined drive time, and the upper CPU 521 causes the motor 5 to flow within a range of the predetermined drive time and the maximum current value. It is configured to adjust the value of the current.
  • the standard referred to here is information on conditions related to operation guarantee set by the motor manufacturer for driving the motor 5.
  • the motor in the conventional valve actuator has a rated current that can be guaranteed to operate even in continuous operation, and in a general-purpose controller, it is specified that the motor is driven by operating conditions based on the rated current.
  • the maximum current is determined to be about 3 times the rated current for a short time, and the operation of the motor is guaranteed even if the motor is rotated at the maximum current value if it is less than the specified time. ing.
  • general-purpose controllers are designed to stop the valve actuator when the operating conditions based on the rated current are not met.
  • the case where the operating condition based on the rated current is not satisfied means, for example, that a current value larger than the rated current flows for a certain period of time or more, or a current value larger than the rated current flows multiple times within a predetermined time.
  • the operating conditions based on such a rated current are set in order to prevent the motor from being damaged if power is forcibly applied to the motor.
  • the upper CPU 521 is configured to adjust the value of the current flowing through the motor 5 according to the sliding resistance. Further, the upper CPU 521 is configured to adjust the value of the current flowing through the motor 5 within a predetermined drive time and maximum current value set by the standard of the motor 5.
  • the upper CPU 521 can return the rotation speed and the value of the current flowing through the motor 5 to the normal setting conditions after the situation where the sliding resistance is lowered and a high torque is required has passed.
  • the upper CPU 521 can adjust the magnitude of the current flowing through the motor 5 according to the sliding resistance when rotating the handle. Therefore, even if a small motor with a small output is used, the number of revolutions of the motor is reduced as the load increases, and a large current is supplied at a value equal to or less than the maximum current value to increase the torque. It is possible to output the amount of work required to open and close the handle within the range of the predetermined drive time and the maximum current value specified by.
  • valve actuator 1 and the motor 5 to which the present invention is applied can be manufactured in the following sizes, for example.
  • the actuator body 3 can be designed with a height of 72 mm, a width of 157 mm, and a length of 170 mm from the upper end of the handle 21 of the valve 2 to the upper end of the actuator body 3. It becomes. Further, the height of only the housing 30 of the actuator main body 3 can be designed with a size of 56 mm.
  • the length and width are 40 mm, the length is 95 mm, and the size of the output of 100 W can be used.
  • the servo driver 51 can be designed in a size of 30 mm in width, 80 mm in length, and 14 mm in height.
  • the motor 5 has a length and width of 80 mm and a length of 116 mm, and can exhibit the same performance as a motor having an output of 400 W.
  • valve actuator 1 to which the present invention described above is applied is sufficiently small in size, yet can control the opening / closing drive of the valve 2. Further, the valve actuator 1 can be independently controlled, and the rotational operation of the handle 21 can be controlled with high accuracy without the intervention of an operator.
  • the valve actuator 1a which is another example of the valve actuator to which the present invention is applied, is mainly different from the valve actuator 1 described above in the structure of the valve mounting portion.
  • the valve actuator 1a has an actuator main body 3a and a valve mounting portion 4a (see FIGS. 10 and 11).
  • the actuator main body 3a has a housing 30a and a bracket portion 8a. Further, the housing 3a has a protruding portion 300a for fixing the valve mounting portion 4a (see FIG. 10).
  • valve mounting portion 4a has a strut portion 41a and a mounting flange 42a (see FIGS. 10, 11 and 13).
  • the actuator main body 3a has a motor 5a, a belt transmission unit 6a, and a worm reducer 7a (see FIGS. 11 and 12).
  • the belt transmission unit 6a has a small diameter pulley 60a, a large diameter pulley 61a, and a belt 62a.
  • the worm reducer 7a has a worm portion 70a and a worm wheel 71a (see FIGS. 11 and 12).
  • the support column portion 41a of the valve mounting portion 4a is fixed to the outer peripheral surface of the protruding portion 300a of the housing 30a, and serves as a member for connecting the housing 30a and the mounting flange 42a.
  • the mounting flange 42a of the valve mounting portion 4a is arranged outside the support portion (reference numeral omitted) provided on the valve body of the valve, and the support portion is sandwiched and fixed by the pair of mounting flanges 42a to be fixed to the upper part of the valve. It is a member that supports the actuator body 3a.
  • a joining member (not shown) is arranged in each of the pair of mounting flanges 42a, and mounting holes 420a for connecting the two mounting flanges 42a are formed (see FIG. 13).
  • the operator can fix the mounting flange 42a to the valve simply by arranging the mounting flange 42a so as to sandwich the support portion of the valve and placing the joining member in the mounting hole 420a.
  • valve actuator to which the present invention is applied can be attached to the valve with various structures.
  • the actuator to which the present invention is applied can be easily attached to a manual valve, the valve can be electrified, and the actuator is sufficiently miniaturized so that it can be placed in a narrow installation space. It has excellent power transmission performance and can be controlled with high precision.
  • Valve actuator 2 Valve 20
  • Body 21 Handle 210 Frame part 211 Spoke part 22
  • Flange 200 Piping 3
  • Actuator body 31 Lid part 32
  • Female connector 30 Housing 300 Protruding part 301 Mounting hole 4
  • Valve mounting part 40 Adapter 41
  • Mounting plate 42 Stand part 420
  • Bolt 421 Nut 500
  • Motor 51 Servo Driver 520
  • Lower CPU 521
  • Operator part 6 Belt transmission part
  • Small diameter pulley Large diameter pulley 62
  • Belt 600 AC / DC converter
  • Worm reducer 70 Warm part 71
  • Warm wheel 8 Bracket part 80 Slit

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Abstract

【課題】手動のバルブに容易に取り付け可能であり、バルブを電動化することができる共に、狭い設置スペースにも配置できるように充分に小型化され、かつ、優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なバルブアクチュエータを提供する。 【解決手段】本発明を適用したアクチュエーアの一例である、バルブアクチュエータ１は、バルブアクチュエータ１は、アクチュエータ本体３と、バルブ取付部４を有している。また、アクチュエータ本体３は、筐体３０と、モーター５と、ベルト伝達部６と、ウォーム減速機７を有している。また、アクチュエータ本体３は、ブラケット部８を有している。

Description

バルブアクチュエータ
　本発明は、バルブアクチュエータに関する。詳しくは、手動のバルブに容易に取り付け可能であり、バルブを電動化することができる共に、狭い設置スペースにも配置できるように充分に小型化され、かつ、優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なバルブアクチュエータに係るものである。
　従来、電気や油圧等のエネルギーを機械的な動きに変換し、機器を動かす駆動源として、アクチュエータが広く用いられている。
　また、アクチュエータは、作動原理の種類や用途によって種々存在するが、例えば、特許文献１では、バルブに連結され、バルブをモーターの回転力により開閉させるバルブアクチュエータが提案されている。
　また、船舶の配管において、配管中を流れる流体を制御する為に、多数のバルブが用いられているが、膨大な数の手動のバルブを開閉する労力を省くために、配管に設けられた手動のバルブを、バルブアクチュエータにより電動化することが強く求められている。
　このような手動のバルブを電動化するニーズは、新たに造船するケースに限らず、既に就役している船舶についても、メンテナンスや改装の際に、今後増加してくるものと考えられる。
　こうしたなか、既設の手動のバルブを電動化するための、従前のバルブアクチュエータは、例えば、次のような方法で取り付けが行われている。以下、図１５を参照して説明する。
　まず、手動バルブ１００のハンドル１０１及びハンドル支柱１０２をバルブ本体から取り外して（図１５（ａ）参照）、取付け用ブラケット１０４をバルブ本体に固定する（図１５（ｂ）参照）。そして、取付け用ブラケット１０４にバルブアクチュエータ１０３が取り付けられる（図１５（ｃ）参照）。
特開平９－３２９２５９号公報
　ここで、従前の、船舶における手動のバルブを電動化するためのバルブアクチュエータでは、バルブアクチュエータの取付け前に比べて、取り付け後にバルブ全体のサイズが大きくなる。特に、高さ方向においてバルブのサイズが著しく大型化してしまう。
　しかしながら、船舶の内部では、限られた狭いスペースの中に、複数の配管が密に配置され、配管同士の距離が近くなっている箇所が多く存在する。そのため、隣り合う配管との距離によっては、バルブアクチュエータを配置できるだけの空間が確保できない問題がある。
　また、従前のバルブアクチュエータを取り付ける工程では、スパナ等の工具を用いる必要があり、配管が密に配置された狭い空間では、工具を用いた作業が困難となることもある。
　さらに、従前のバルブアクチュエータを取り付ける工程が複雑なため、より簡便に取り付けることが可能なバルブアクチュエータが望まれている。また、従前のバルブアクチュエータでは、手動のバルブのサイズに合わせて取付け用のブラケットを用意する必要があった。
　また、上記の不具合が存在することから、バルブの電動化に際しては、既設の手動のバルブを配管から取り外して、新たに電動のバルブを設置するケースがほとんどであった。その際、手動のバルブにおける耐用年数以内に電動のバルブへの交換が行われ、手動のバルブは廃棄されるため、コストの高騰に繋がっていた。
　本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、手動のバルブに容易に取り付け可能であり、バルブを電動化することができる共に、狭い設置スペースにも配置できるように充分に小型化され、かつ、優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なバルブアクチュエータを提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明のアクチュエータは、筐体と、前記筐体の内部に配置され、回転軸を有する駆動源となるモーターと、前記モーターの回転軸に取り付けられた第１のプーリーと、該第１のプーリーと対をなすと共に、同第１のプーリーの径よりも大きな径を有する第２のプーリーと、前記第１のプーリー及び前記第２のプーリーに張設されたベルトと、前記第２のプーリーが取り付けられたウォーム部と、該ウォーム部と直交して配置され、同ウォーム部と歯車の噛み合いにより動力伝達を行うウォームホイールを有し、前記筐体の内部に配置されたウォーム減速機と、ハンドルを有する所定のバルブに取付けられ、前記ハンドルの上方で前記筐体を支持するバルブ取付部と、前記ウォーム減速機に取り付けられ、前記モーターの駆動力により回転可能に構成されると共に、前記筐体と前記ハンドルの間に配置され、同ハンドルと嵌合して前記所定のバルブの開閉を行うブラケット部と、を備える。
　ここで、回転軸を有する駆動源となるモーターと、回転軸に取り付けられた第１のプーリーと、第１のプーリーと対をなす第２のプーリーと、第１のプーリー及び第２のプーリーに張設されたベルトと、第２のプーリーが取り付けられたウォーム部と、ウォーム部と直交して配置され、ウォーム部と歯車の噛み合いにより動力伝達を行うウォームホイールを有するウォーム減速機と、ウォーム減速機に取り付けられ、モーターの駆動力により回転可能に構成されると共に、ハンドルと嵌合して所定のバルブの開閉を行うブラケット部によって、モーターの出力から、トルクを出力して、ブラケット部でバルブを開閉させることができる。即ち、モーターに電力を供給して、バルブを電動化することができる。
　また、ブラケット部が、筐体とハンドルの間に配置され、ハンドルと嵌合したことによって、筐体内部のモーター及びウォーム減速機から得られたトルクを、直接、バルブのハンドルに伝達させることができる。また、アクチュエータ全体を小型化しやすくなる。
　また、モーターの回転軸に取り付けられた第１のプーリーと、第１のプーリーと対をなすと共に、第１のプーリーの径よりも大きな径を有する第２のプーリーと、第１のプーリー及び第２のプーリーに張設されたベルトによって、第２のプーリーの回転速度を、第１のプーリーの回転速度よりも小さくして、モーターの出力をウォーム減速機に伝えることができる。即ち、ウォーム減速機の減速比だけでなく、第１のプーリーの径と第２のプーリーの径との大きさの比に応じた減速比が得ることができ、モーターの回転力から高トルクを出力可能となる。この結果、駆動源として、出力が小さく、サイズが小型なモーターを用いることができ、アクチュエータ全体を小さくすることができる。
　また、第１のプーリーの径と、第２のプーリーの径との大きさの比が１：２以下である場合には、２つのプーリーをなるべく小さなサイズに抑えつつ、２つのプーリーの径の大きさの比に応じた高い減速比を得ることが可能となる。
　ここで、第１のプーリーの径と、第２のプーリーの径との大きさの比が１：２を超える場合には、第２のプーリーが大きなサイズとなり、アクチュエータ全体としての小型化が妨げられるものとなる。
　また、回転軸とベルトがなす角度と、ベルトとウォーム部がなす角度が、それぞれ略９０度であり、ウォームホイールが、回転軸、ベルト及びウォーム部に囲まれて配置された
場合には、モーターの回転軸、ベルト、ウォーム部及びウォームホイールを筐体の中に、コンパクトに収めることができる。この結果、アクチュエータ全体を、より一層小さくすることができる。
　また、モータードライバーが、モーターの回転の位置制御を行うパルス信号を制御する第１のＣＰＵと、第１のＣＰＵを制御すると共に、ハンドルを回転させる際の摺動抵抗に応じて、モーターに流れる電流の大きさを調整する第２のＣＰＵを含む場合には、駆動源となるモーターに、出力が小さく、サイズが小型なモーターを用いて高トルクを出力することができる。即ち、例えば、バルブを閉める際に負荷が大きくなっても、モーターの回転を減らして、モーターに流れる電流を大きくして、トルクを高めることができる。
　また、筐体の内部に配置され、モーターの駆動を制御するモータードライバーを備え、モータードライバーが、第１のＣＰＵを制御する第２のＣＰＵを含む場合には、既存のバルブを電動化するためのバルブアクチュエータに比べて、モータードライバーを小型化することが可能となる。例えば、市販のバルブアクチュエータでは、モータードライバー用のＣＰＵに、パルス信号を制御する第１のＣＰＵを制御する機能を共用させることができず、モータードライバーにメイン制御ボードを増設して、第１のＣＰＵを制御する機能を持たせるものとなる。即ち、市販のバルブアクチュエータでは、別途設けるメイン制御ボードの分、全体のサイズが大きくなってしまう。一方、本発明では、モータードライバーが、第１のＣＰＵを制御する第２のＣＰＵを含むことから、モータードライバーを小型化でき、この結果、アクチュエータ全体の小型化に寄与するものとなる。
　また、モーターが、モーターの回転軸の絶対位置を記憶するアブソリュートエンコーダを有する場合には、高い精度で位置制御を行うことが可能となる。なお、ここでいう、回転軸の絶対位置を記憶するとは、モーターに対して電力が供給されない、電源ＯＦＦの状態でも、回転軸の回転動作における位置情報を記憶しており、再度、モーターに電力を供給した際に、原点復帰運転が不要であることを意味する。
　また、モーターには、所定の駆動時間内に供給が可能な最大の電流値である最大電流値が設定され、第２のＣＰＵが、所定の駆動時間及び最大電流値の範囲内で、モーターに流れる電流を調整する場合には、駆動源として、出力が小さく、サイズが小型なモーターを用いて、そのモーターの有する能力を最大限に利用することができる。
　例えば、一般的なモーターでは、連続運転しても動作が保証された定格電流が設定され、汎用のコントローラでは、定格電流に基づいた動作条件によりモーターが駆動するように規定されている。また、短時間であれば、定格電流の３倍程度が最大電流値（本願請求項における最大電流値に相当）として決められ、指定された時間内（本願請求項における所定の駆動時間に相当）であれば、最大電流値でモーターを回転させることが可能であることをモーターの製造者が保証している。
　そのため、本発明では、第２のＣＰＵが、所定の駆動時間及び最大電流値の範囲内で、モーターに流れる電流を調整するようにすることで、モーターの製造者が指定する範囲の動作時間内において、動作が保証された最大電流値以下の電流をモーターに加えて、モーターを駆動させることができる。これにより、出力が小さく、サイズが小型なモーターを用いても、出力が大きく、サイズが大型なモーターを定格電流で運転した場合と同等の駆動出力を得ることが可能となる。
　また、一般的なモーターでは、様々な目的でのモーターの使用に対応するため、モーターの運転に対して、上述したような、定格電流に基づいた動作条件が設定されている。特に高いトルクが必要になる際に、指示回転数を維持できなければ瞬時にエラーとなり、モーターが停止する。そのため、定格電流に基づいた動作条件を考慮した上でモーターを選定すると、出力において充分に余裕のある、即ち、大型なモーターを選ぶ必要が生じてしまう。
　しかしながら、本発明では、上述したように、第２のＣＰＵが、ハンドルを回転させる際の摺動抵抗に応じて、モーターに流れる電流の大きさを調整することができる。そのため、出力が小さく、小型なモーターを用いても、負荷が上がるに伴い、モーターの回転数を減らし、最大電流値以下で大きな電流を供給してトルクを上げることで、モーターのメーカーが指定する所定の駆動時間及び最大電流値の範囲内で、ハンドルを開閉するために必要な仕事量を出力することができる。また、小型なモーターを使用可能となることから、アクチュエータ全体の小型化に寄与するものとなる。
　また、ハンドルが、ハンドルの外形を構成する枠部と、枠部の中心部と枠部を連結する複数のスポーク部を有し、ブラケット部が、スポーク部と嵌合するスリットが形成された場合には、ハンドルのスポーク部に対して、ブラケット部から力が伝わり、ハンドルを回転させることができる。
　また、筐体に、ハンドルと対向する面からハンドルに向けて突出して形成された略筒状体であり、その内側にブラケット部が配置されると共に、外周面の円周上に複数の取付孔が形成された取付突出部が設けられ、バルブ取付部が、取付孔を介して取付突出部に着脱可能であり、取付突出部を挟んで固定する一対のアダプタを有する場合には、アダプタを取り付ける取付突出部の取付穴の位置を変えることで、アクチュエータの回転角度を変えて、バルブ取付部にアクチュエータを固定することが可能となる。即ち、アクチュエータをバルブに取り付ける際の、取付位置の自由度を高めることができる。
　また、上記の目的を達成するために、本発明のバルブアクチュエータは、筐体と、前記筐体の内部に配置され、回転軸を有する駆動源となるモーターと、前記回転軸に取り付けられた第１のプーリーと、該第１のプーリーと対をなすと共に、同第１のプーリーの径よりも大きな径を有する第２のプーリーと、前記第１のプーリー及び前記第２のプーリーに張設されたベルトと、前記第２のプーリーが取り付けられたウォーム部と、該ウォーム部と直交して配置され、同ウォーム部と歯車の噛み合いにより動力伝達を行うウォームホイールを有すると共に、前記筐体の内部に配置され、所定のバルブを回転可能に構成されたウォーム減速機と、前記所定のバルブに取付けられ、該所定のバルブの上方で前記筐体を支持するバルブ取付部と、を備える。
　ここで、回転軸を有する駆動源となるモーターと、回転軸に取り付けられた第１のプーリーと、第１のプーリーと対をなす第２のプーリーと、第１のプーリー及び第２のプーリーに張設されたベルトと、第２のプーリーが取り付けられたウォーム部と、ウォーム部と直交して配置され、ウォーム部と歯車の噛み合いにより動力伝達を行うウォームホイールを有すると共に、所定のバルブを回転可能に構成されたウォーム減速機によって、モーターの出力から、トルクを出力して、ウォーム減速機でバルブを開閉させることができる。即ち、モーターに電力を供給して、バルブを電動化することができる。なお、ウォーム減速機がバルブと嵌合する箇所は、バルブのハンドル、バルブの弁棒、バルブの弁棒に設けた接続用部材等であり、直接的または間接的に、バルブの開閉のための駆動力を付与できる箇所が含まれている。
　また、モーターの回転軸に取り付けられた第１のプーリーと、第１のプーリーと対をなすと共に、第１のプーリーの径よりも大きな径を有する第２のプーリーと、第１のプーリー及び第２のプーリーに張設されたベルトによって、第２のプーリーの回転速度を、第１のプーリーの回転速度よりも小さくして、モーターの出力をウォーム減速機に伝えることができる。即ち、ウォーム減速機の減速比だけでなく、第１のプーリーの径と第２のプーリーの径との大きさの比に応じた減速比が得ることができ、モーターの回転力から高トルクを出力可能となる。この結果、駆動源として、出力が小さく、サイズが小型なモーターを用いることができ、アクチュエータ全体を小さくすることができる。
　本発明に係るバルブアクチュエータは、手動のバルブに容易に取り付け可能であり、バルブを電動化することができる共に、狭い設置スペースにも配置できるように充分に小型化され、かつ、優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なものとなっている。
本発明に係るバルブアクチュエータの一例であるバルブアクチュエータを取り付けたバルブを示す概略説明図である。 バルブアクチュエータ及びバルブ取付部の全体構造を示す概略斜視図である。 図２に示すバルブアクチュエータ及びバルブ取付部を上方から見て、バルブアクチュエータにおける筐体の内部構造を示す概略斜視図である。 バルブアクチュエータにおける筐体の内部構造を示す概略平面図である。 バルブアクチュエータにおけるブラケット部とバルブ取付部の位置関係と、バルブ取付部の構造を示す概略斜視図である。 バルブアクチュエータを手動のバルブに取り付ける工程を示す概略工程図であり、（ａ）は、取り付けの対象となる手動のバルブの構造を示す概略図であり、（ｂ）は、スタンド部の取り付けを示す概略図であり、（ｃ）は、スタンド部の固定箇所を示す概略図である。 図６に続き、バルブアクチュエータを手動のバルブに取り付ける工程を示す概略工程図であり、（ａ）及び（ｂ）は、２つめのスタンド部の取り付けを示す概略図であり、（ｃ）は、アクチュエータ本体へのアダプタ及び取付板の取り付けを示す概略図である。 （ａ）は、アクチュエータ本体の位置と、スタンド部の位置を合わせる状態を示す概略図であり、（ｂ）は、取付板とスタンド部をクランプノブねじで固定する状態を示す概略図であり、（ｃ）は、アクチュエータ本体のバルブへの取り付けが完了した状態を示す概略図であり、（ｄ）は、筐体の蓋部を開けた状態を示す概略図である。 （ａ）は、ＡＣ／ＤＣコンバータとアクチュエータ本体を接続する状態を示す概略図であり、（ｂ）は、ＡＣ／ＤＣコンバータとアクチュエータ本体が一体化した状態を示す概略図である。 本発明に係るバルブアクチュエータの他の例であるバルブアクチュエータ及びバルブ取付部の全体構造を示す概略斜視図である。 図１０に示すバルブアクチュエータ及びバルブ取付部を上方から見て、バルブアクチュエータにおける筐体の内部構造を示す概略斜視図である。 バルブアクチュエータにおける筐体の内部構造を示す概略平面図である。 バルブアクチュエータにおけるブラケット部とバルブ取付部の位置関係と、バルブ取付部の構造を示す概略斜視図である。 制御システムの構成を示す概念図である。 従来のバルブアクチュエータをバルブに取り付ける工程を示す概略工程図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
　本発明を適用したバルブアクチュエータの一例であるバルブアクチュエータ１について説明する。なお、以下の事例では、バルブアクチュエータ１をバルブ２に設けた構造を示している。即ち、バルブアクチュエータ１は、バルブ２の開閉を行うアクチュエータとして機能する。
　バルブ２は、船舶の中に設けられた、流体が流れる配管２００に設置され（図６（ａ）参照）、流体を制御又は調節等を行う機器である。
　また、バルブ２は、ボディ２０と、ハンドル２１と、弁棒（図示省略）と、フランジ２２を備える玉形弁である（図１及び図６（ａ）参照）。また、ハンドル２１は、外形を構成する枠部２１０と、ハンドル２１の中心と枠部２１０とを繋ぐ複数のスポーク部２１１を有している（図６（ａ）参照）。なお、バルブ２の構造は、既知の玉形弁の構造であるため、詳細な説明は省略する。
　また、バルブアクチュエータ１は、アクチュエータ本体３と、バルブ取付部４を有している（図１、図２及び図３参照）。バルブ取付部４は、バルブ２に固定され、アクチュエータ本体３を支持するための部材である。バルブ２に対するバルブ取付部４の固定構造と、アクチュエータ本体３及びバルブ取付部４との接続構造の詳細については後述する。
　ここで、バルブアクチュエータ１が取り付けられるバルブの種類は特に限定されるものではなく、流体を制御するためのハンドル等の回転機構を有するバルブであれば、バルブアクチュエータ１を取り付けることが可能である。
　また、必ずしも、バルブ２のハンドル２１が、外形を構成する枠部２１０と、ハンドル２１の中心と枠部２１０とを繋ぐ複数のスポーク部２１１を有するものに限定されるものではなく、後述するブラケット部８と嵌合して、バルブ２を開閉可能に構成されていれば充分である。例えば、スポーク部が1本である形状や、板状のハンドルが採用されてもよい。
　バルブアクチュエータ１の構造を更に説明する。
　バルブアクチュエータ１は、上述したようにアクチュエータ本体３と、バルブ取付部４を有している。
　また、アクチュエータ本体３は、筐体３０と、モーター５と、ベルト伝達部６と、ウォーム減速機７を有している（図３及び図４参照）。また、アクチュエータ本体３は、ブラケット部８（図２及び図５参照）を有している。また、アクチュエータ本体３は、サーボドライバー５１と、オペレータ部５３を有している（図３及び図４参照）。
　また、筐体３０は、モーター５、ベルト伝達部６、ウォーム減速機７、サーボドライバー５１、オペレータ部５３等のアクチュエータ本体３を構成する主な部材を、その内部に収容する外装部材である。なお、図３及び図４においては、筐体３０の内部構造を示すために、筐体３０の天板を除いた状態を図示している。
　また、筐体３０は、その底面側に略筒状の突出部３００が形成され、突出部３００の内側にブラケット部８が配置されている。なお、突出部３００は、本願請求項における取付突出部に相当する部材である。
　また、モーター５は、ブラケット部８を介して、バルブ２の弁棒を回転させるトルクを生じさせるための、バルブアクチュエータ１における駆動源である。モーター５は、直流駆動のＤＣモーターの１つであるブラシレスモーターで構成されている。また、モーター５は、回転軸（図示省略）を有している（図４参照）。
　また、ベルト伝達部６は、モーター５から出力された動力を、ウォーム減速機７に伝達するための動力伝達機構である。また、ベルト伝達部６は、モーター５から出力された動力の回転速度を減じることでトルクを大きくして、ウォーム減速機７に伝達する減速機構でもある。ベルト伝達部６のような動力機構は、一般的にベルトドライブとも称される。
　ベルト伝達部６は、小径プーリー６０と、大径プーリー６１と、ベルト６２を有している（図３及び図４参照）。小径プーリー６０は、モーター５の回転軸に取り付けられ、回回転軸と一体的に回転する部材である。また、大径プーリー６１は、後述するウォーム減速機７のウォーム部７０に取り付けられ、ウォーム部７０と一体的に回転する部材である。
　また、ベルト６２は、小径プーリー６０及び大径プーリー６１に張設されたベルト部材である。小径プーリー６０及び大径プーリー６１の外周面に形成された凹凸と、ベルト６２の内周面に形成された凹凸が嵌合して、小径プーリー６０、大径プーリー６１及びベルト６２が一体的に回転する構成となっている。
　なお、小径プーリー６０は、本願請求項における第１のプーリーに相当する部材である。また、大径プーリー６１は、本願請求項における第２のプーリーに相当する部材である。
　ここで、必ずしも、小径プーリー６０及び大径プーリー６１の外周面に形成された凹凸と、ベルト６２の内周面に形成された凹凸が嵌合して、小径プーリー６０、大径プーリー６１及びベルト６２が一体的に回転する構成となる必要はない。例えば、ベルト６２が、小径プーリー６０または大径プーリー６１との間に生じる摩擦力により動力を伝達するように構成されてもよい。
　この場合、小径プーリー６０、大径プーリー６１及びベルト６２について、各部材間で生じる摩擦力を調整して、一定以上の大きな力が加わり、伝達力が大きくなるとすべりが発生し、一定以上の動力が伝達できないように設計することもできる。これにより、バルブ２の弁シール材（図示省略）を破損するような大きな力が加わりそうになった際に、ベルト６２が空転して、弁シール材が破損してシール性能が低下することを抑止することができる。
　また、小径プーリー６０の径の大きさと、大径プーリー６１の径の大きさは、その比率が、小径プーリー６０：大径プーリー６１＝１：２の比率となっている。また、小径プーリー６０と大径大径プーリー６１の径の大きさの比率に応じて、モーター５の回転速度を減速させることができる。
　即ち、小径プーリー６０及び大径プーリー６１の径の大きさの比率から、ベルト伝達部６において、１：２の減速比を得ることができる。このベルト伝達部６における減速比と、ウォーム減速機７から得られる減速比に応じて、バルブアクチュエータ１から出力されるトルクが規定される。
　ここで、ベルト伝達部６のように、ベルトを用いた動力伝達機構は、高いトルクを伝達させることが難しい（大きな動力伝達には向かない）ことから、一般的にアクチュエータに用いられることはない。
　しかしながら、本発明のバルブアクチュエータ１では、後述するように、出力１００Ｗで、サイズが小型なモーター５を用いるため、ベルト伝達部６のように、ベルトを用いた動力伝達機構で充分に動力の伝達が可能となる。この結果、ベルト伝達部６で、モーター５の動力の回転速度を減速させて、トルクを高めながら、ウォーム減速機７に動力を伝達することができる。
　また、必ずしも、小径プーリー６０の径の大きさと、大径プーリー６１の径の大きさは、その比率が、小径プーリー６０：大径プーリー６１＝１：２の比率に限定されるものではない。但し、ベルト伝達部６で減速比を得るために、小径プーリー６０の径よりも大径プーリー６１の径の大きさが大きくなることが好ましい。また、ベルト伝達機構６のサイズが大きくなって、アクチュエータ本体３のサイズが大きくなることを避ける観点から、径の大きさにおいて、小径プーリー６０：大径プーリー６１＝１：２以下となることが好ましい。また、ベルト伝達機構６のサイズを小型にしながら、ベルト伝達部６で高い減速比を得ることを両立させる観点から、径の大きさにおいて、小径プーリー６０：大径プーリー６１＝１：２となることがさらに好ましい。
　また、必ずしも、出力１００Ｗのモーター５が採用される必要はなく、アクチュエータ本体３が小型にできれば、出力の値は限定されるものではない。例えば、本発明では、出力５０～１００Ｗのモーターを用いることができる。
　また、ウォーム減速機７は、ベルト伝達部６から伝達された動力の回転速度を更に減じることでトルクを大きくして、ブラケット部８に伝達する減速機である。また、ウォーム減速機７は、１：５０の減速比を有している。
　また、ウォーム減速機７は、ウォーム部７０と、ウォームホイール７１を有している（図３及び図４参照）。ウォーム部７０及びウォームホイール７１には、歯車部が各々に設けられている（図示省略）。また、ウォーム部７０に対して、ウォームホイール７１が直交して配置され、各歯車部の噛み合いにより動力伝達を行う部材である。
　また、ウォームホイール７１の下部は、ブラケット部８に接続されている。また、ウォームホイール７１とブラケット部８は一体的に回転するように構成されている。なお、ウォーム減速機７の構造は、既知の波動歯車減速機が採用可能であり、その詳細な構造の説明は省略する。
　ここで、必ずしも、ウォーム減速機７が、１：５０の減速比を有するものに限定されるものではなく、適宜変更した減速比を有するウォーム減速機を用いることが可能である。
　また、筐体３０の中において、平面視した状態で、モーター５の回転軸とベルト６２がなす角度と、ベルト６２とウォーム部７０がなす角度は、それぞれ略９０度となるように配置されている。また、ウォームホイール７１は、回転軸、ベルト６２及びウォーム部７０に囲まれて配置されている。
　これにより、小さな筐体３０の限られた範囲の中に、モーター５、ベルト伝達部６及びウォーム減速機７のそれぞれの部材をコンパクトに収めることが可能となる。
　また、ブラケット部８は、ウォーム減速機７から伝達された動力によりバルブ２のハンドル２１を回転させる部材である。即ち、ブラケット部８は、アクチュエータ本体１から出力されたトルクを、バルブ２のハンドル２１に作用させる部分となる。
　また、ブラケット部８は、その上部がウォームホイール７１の下部に固定されている。また、ブラケット部８は、略筒状の本体の側面に下端から上部に向けてスリット８０が形成されている（図２及び図５参照）。このスリット８０は、ハンドル２１のスポーク部２１１と嵌合する部分となる（図５参照）。
　また、ブラケット部８のスリット８０は、ハンドル２１のスポーク部２１１の数に合わせて複数形成されている。また、スリット８０の長手方向の長さは、バルブ２の開閉により上下動するハンドル２１のストローク距離と同等の長さ、又は、それよりも長く形成されている。
　これにより、ハンドル２１が回転した際に、ブラケット部８のスリット８０の範囲で、ハンドル２１を上下へ移動させることが可能となる。
［モーターの制御機構］
　また、モーター５は、図示しない制御システムに接続され、その駆動が制御されている。なお、モーター５の駆動を制御するシステムは、アブソリュートエンコーダ（図示省略）とも接続されている。アブソリュートエンコーダは、モーター５に取り付けられ、モーター５における、回転した位置情報の検出、及び、その回転動作に対する位置制御を行う部材である。
　より詳細には、モーター５は、コントローラ及びサーボドライバー５１で構成された制御システムにより、その駆動が制御されている。コントローラは、サーボドライバー５１に対して動作の指令信号を出力する指令部である。
　また、サーボドライバー５１は、コントローラからの指令信号に追従するように、モーター５に対してパルス信号を出力し、または、その出力の制御を行う制御部である。なお、サーボドライバー５１は、本願請求項におけるモータードライバーに相当する部材である。
　また、サーボドライバー５１は、下位ＣＰＵ５２０及び上位ＣＰＵ５２０を有している（図１４参照）。なお、ここでいう、下位ＣＰＵ５２０は、本願請求項における第１のＣＰＵに相当する部材である。また、ここでいう上位ＣＰＵ５２１は、本願請求項における第２のＣＰＵに相当する部材である。
　また、下位ＣＰＵ５２０は、モーター５にパルス信号を送信する部材である。また、下位ＣＰＵ５２０は、モーター５のアブソリュートエンコーダから、モーター５の回転位置の位置情報を取得して、その回転位置の情報と、その回転位置の位置情報が、上位ＣＰＵから指示された回転情報と一致しているか否かの判断結果の情報を上位ＣＰＵ５２１に伝達する部材である。
　なお、図１４では、下位ＣＰＵ５２０からモーター５へのパルス信号の送信を符号Ｓ４で示し、モーター５から下位ＣＰＵ５２０への位置情報の送信を符号Ｔ４で示している。
　また、下位ＣＰＵ５２０は、パルス変調周波数が２０ｋＨｚのパルス信号が出力可能に構成されている。これにより、回転軸を回転させるためのパルス信号が出力される時間が、従前のパルス変調周波数が１０ｋＨｚのパルス信号に比べて短くなり、回転軸をより滑らかに駆動させることが可能となる。この結果、モーター５が駆動する際に発生する音や振動を小さく抑えることができる。
　また、上位ＣＰＵ５２１は、下位ＣＰＵ５２０を制御する部材である。上位ＣＰＵ５２１は、モーター５の回転速度及び回転位置を決定して、下位ＣＰＵ５２０に回転情報として送信する部材である。また、上位ＣＰＵ５２１は、バルブアクチュエータ１の外部からの通信制御が可能に構成されている。
　また、上位ＣＰＵ５２１は、下位ＣＰＵ５２０から、モーター５の回転位置の位置情報と、その回転位置の位置情報が、上位ＣＰＵから指示された回転情報と一致しているか否かの判断結果の情報を取得する部材である。さらに、上位ＣＰＵ５２１は、下位ＣＰＵ５２０から取得した情報に基づき、モーター５の回転位置の位置情報が指示した回転位置（理論値の位置情報）と一致しない場合に、回転の修正制御を決定する部材である。
　即ち、上位ＣＰＵ５２１は、モーター５の回転を自立制御可能に構成されている。なお、上位ＣＰＵ５２１及び下位ＣＰＵ５２０によるモーター５の回転の制御の詳細については後述する。
　なお、図１４では、上位ＣＰＵ５２１から下位ＣＰＵ５２０への回転情報の送信を符号Ｓ３で示し、下位ＣＰＵ５２０から上位ＣＰＵ５２１への情報の送信を符号Ｔ３で示している。
　また、上位ＣＰＵ５２１は、上述したように、モーター５に対してパルス信号を送信する下位ＣＰＵ５２０を制御する部材であり、モーター５が回転した位置情報が、下位ＣＰＵに指示した回転情報（理論値）と一致しない場合に、下位ＣＰＵから出力するパルス信号を修正して、モーター５の回転動作を修正する機能を有している。
　ここで、従前のバルブアクチュエータでは、サーボドライバー（ドライバー用ＣＰＵ）の中には、本発明における下位ＣＰＵ５２０だけを有しており、上位ＣＰＵ５２１に該当する部材は含まれていない。
　そのため、従前のバルブアクチュエータで、本発明のバルブアクチュエータ１のように、サーボドライバーに上位ＣＰＵ５２１を備え、バルブアクチュエータ単体で自立制御を可能にするには、追加で、メイン制御ボードを増設する必要が生じる。こうしたメイン制御ボード（例えば、一般的には幅１２０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、高さ１８ｍｍの大きさ）を増設すると、筐体３０またはアクチュエータ本体３が大型になってしまう。
　従って、本発明のバルブアクチュエータ１では、サーボドライバー５１が、下位ＣＰＵ５２０及び上位ＣＰＵ５２０を有することで、バルブアクチュエータ１を、より一層小型化することが可能となる。
　さらに、本発明のバルブアクチュエータ１では、サーボドライバー５１の中に含める部材を簡素化することで、サーボドライバー５１をより小型なものにしている。例えば、従前のバルブアクチュエータのサーボドライバーに含まれるＡＤコンバータや、ＤＡコンバータを取り外している。また、ＤＡコンバータは、チップ化してサーボドライバー５１に含めている。
　このように、サーボドライバー５１に含まれる部品点数を減らして、サーボドライバー５１を小型化して、バルブアクチュエータ１を、より一層小型なものにすることができる。
　また、図１４に示すように、本発明のバルブアクチュエータ１の制御システムでは、上位ＣＰＵ５２１を、さらに、ネットワークＣＰＵ５２２と、最上位ＣＰＵ５２３で制御するように構成されてもよい。
　このネットワークＣＰＵ５２２は、複数のバルブアクチュエータ１の動作を制御する部材である。また、ネットワークＣＰＵ５２２は、最上位ＣＰＵ５２３からの指令を各バルブアクチュエータ１に伝達する部材でもある。
　また、ネットワークＣＰＵ５２２は、例えば、複数のバルブアクチュエータ１の中にリーダー機を設定して、そのリーダー機に接続したネットワーク制御ＢＯＸが有する部材となる。
　ネットワークＣＰＵ５２２は、最上位ＣＰＵ５２３との双方向通信及びグループ内全体制御を担わせることができる。また、複数のグループを構成して、ネットワークを構築することも可能である。
　また、最上位ＣＰＵ５２３は、例えば、操舵室等に設けた中央監視装置が有する部材であり、配管系統の運転状況の把握や、異常発生時におけるバルブ動作の判断（バルブの閉塞やバルブアクチュエータ１の停止等）を行う部材である。
　このように、ネットワークＣＰＵ５２２及び最上位ＣＰＵ５２３を有することで、複数のバルブアクチュエータ１をグループ単位で、まとめて制御することが可能となる。
　なお、図１４では、ネットワークＣＰＵ５２２から上位ＣＰＵ５２１への情報の送信を符号Ｓ２で示し、上位ＣＰＵ５２１からネットワークＣＰＵ５２２への情報の送信を符号Ｔ２で示している。また、最上位ＣＰＵ５２３からネットワークＣＰＵ５２２への情報の送信を符号Ｓ１で示し、ネットワークＣＰＵ５２２から最上位ＣＰＵ５２３２への情報の送信を符号Ｔ１で示している。
　また、オペレータ部５３は、モーター５のサーボドライバー５１、ウォーム減速機７の設定を手動で変更するための操作部である。作業者が各部材の設定条件を変更したい場合に、オペレータ部５３を操作して、作業を行うことができる。また、オペレータ部５３は、操作用ボタンや表記器等を有している（符号省略）。
　続いて、バルブ取付部４の構造を説明する。
　バルブ取付部４は、上述したように、バルブ２に固定され、アクチュエータ本体３を支持するための部材である。
　バルブ取付部４は、アダプタ４０と、取付板４１と、スタンド部４２と、クランプノブねじ５００を有している（図２、図３及び図５参照）。アダプタ４０、取付板４１、スタンド部４２及びクランプノブねじ５００は、筐体３０の突出部３００を中心として、それぞれの２つずつが対をなして配置されている。
　また、アダプタ４０は、取付板４１及びスタンド部４２が一体化した構造を、筐体３０の突出部３００に固定する部材である。
　また、アダプタ４０は、突出部３００の外周面上に一定間隔で形成された複数の取付孔３０１に対して、その位置を選択して着脱可能に構成されている。これにより、アクチュエータ本体３は、図７（ｃ）中の符号Ｒで示す方向に回転させて向きを変えて、アダプタ４０に突出部３００を固定することができる。
　例えば、アクチュエータ本体３における突出部３００であれば、取付孔３００の位置を変えることで、アクチュエータ本体３の向きを、図７（ｃ）の符号Ｒで示す回転方向で、約３０度ずつ向きを変えて設定することができる。この結果、バルブ２の周囲の構造に併せて、アクチュエータ本体３の設置位置の自由度を高めることができる。
　また、取付板４１は、アダプタ４０とスタンド部４２を接続する部材である。また、スタンド部４２は、バルブ２のフランジ２２に、アダプタ４０と取付板４１が一体化した構造を固定する部材である（図５参照）。
　また、クランプノブねじ５００は、取付板４１とスタンド部４２を着脱可能に固定する部材である。このクランプノブねじ５００は、別途の工具を用いることなく、取付板４１とスタンド部４２にクランプノブねじ５００と取り付けて、取付板４１とスタンド部４２を容易に固定することができる。
　以下、バルブ取付部４を用いて、アクチュエータ本体３をバルブ２に取り付ける工程について、図面を参照しながら説明する。
　まず、図６（ａ）に示すように、アクチュエータ本体３を取り付ける対象となる手動のバルブ２が配管２００に設けられている。
　図６（ｂ）に示すように、ボルト４２０及びナット４２１を介して、バルブ２のフランジ２２にスタンド４２を取り付けていく。１つのスタンド４２は、１組のボルト４２０及びナット４２１で、フランジ２２に固定することができる。なお、図６（ｃ）では、符号Ｘで示す範囲を拡大して、ボルト４２０及びナット４２１で固定した箇所を示している。
　図７（ａ）及び図７（ｂ）で示すように、ボルト４２０及びナット４２１を介して、もう一方のフランジ２２にスタンド４２を取り付けていく。ここまでの流れにより、バルブ２にスタンド４２を固定する作業が完了する。
　次に、図７（ｃ）に示すように、アクチュエータ本体３に対して、アダプタ４０及び取付板４１の取り付けを行う。上述したように、アダプタ４０は、突出部３００の外周面上に一定間隔で形成された複数の取付孔３０１に対して、その位置を選択して固定することができる。
　突出部３００の外周面を両側からアダプタ４０で挟んで固定して、アダプタ４０と取付板４１を固定する。ここまでの流れにより、アクチュエータ本体３にアダプタ４０及び取付板４１を固定する作業が完了する。
　次に、図８（ａ）に示すように、取付板４１及びスタンド４２の位置と、ブラケット部８のスリット８０及びハンドル２１のスポーク部２１１の位置を合わせて、アクチュエータ本体３のバルブ２への取り付けを行う。
　図８（ｂ）に示すように、取付板４１とスタンド４２の接続する箇所の位置を合わせて、両部材を貫通するようにクランプノブねじ５００を挿通して、取付板４１とスタンド４２を固定する。
　このクランプノブねじ５００による固定では、別途の工具や接続部材を用いることなく、取付板４１とスタンド４２を固定することができる。また、取付板４１の外側から内側に向けてクランプノブねじ５００を挿通するという簡単な作業で固定が可能であるため、船舶の限られた作業スペースであっても、容易にクランプノブねじ５００を取り付けることができる。
　以上の流れにより、図８（ｃ）に示すように、アクチュエータ本体３のバルブ２への取り付けが完了する。このように、バルブ取付部４を用いて、簡単な工程で、手動のバルブ２に対して、バルブアクチュエータ１を配置して、バルブ２を電動化することができる。
　また、本発明を適用したバルブアクチュエータでは、アクチュエータ本体３に対して、ＡＣ／ＤＣコンバータを接続させ、ＡＣ電源対応の構造とすることも可能である。以下、ＡＣ／ＤＣコンバータを接続する構造及び工程の一例を説明する。
　まず、図８（ｄ）に示すように、アクチュエータ本体３の筐体３０の天面側に設けた蓋部３０の取り外しを行う。
　また、図９（ａ）に示すように、アクチュエータ本体３の上部には、ＡＣ／ＤＣコンバータ６００との接続部となるメスコネクタ３２が設けられている。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ６００の下部には、アクチュエータ本体３のメスコネクタ３２と電気的に接続可能なオスコネクタ６０１が設けられている。
　なお、図９（ａ）における符号Ｘ１及び符号Ｘ２で囲まれた範囲が、メスコネクタ３２及びオスコネクタ６０１が形成された箇所であり、図９（ａ）の右側に同部分を拡大した図を示している。
　このメスコネクタ３２及びオスコネクタ６０１の部分で、アクチュエータ本体３とＡＣ／ＤＣコンバータ６００を電気的に接続させることで、アクチュエータ本体３をＡＣ電源対応の構造とすることができる（図９（ｂ）参照）。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ６００について、異なる電圧に対応する同一形状のユニットを形成することで、電圧の違いに対応させることもできる。
［モーターの制御について］
　続いて、本発明を適用したバルブアクチュエータ１におけるモーター５の制御について説明する。
　まず、本発明を適用したバルブアクチュエータでは、一般的なアクチュエータのように種々の用途に利用するために汎用性を持たせたものではなく、手動のバルブを電動化させる場面のように、例えば、次のような駆動の用途に利用されるものである。
（１）駆動させる対象の回転動作の範囲が、数回から十数回程度の回転動作に収まるもの。
（２）駆動させる対象の回転動作が連続的に行われる時間が、１分以内、または、数十秒程度に収まるもの。
（３）上記の（１）、（２）の条件と関連して、出力軸の回転速度が数十ｒｐｍ程度の回転速度で、駆動させる対象の回転動作が完了するもの。
（４）駆動させる対象の回転動作に必要となる出力トルクが、摺動抵抗の変化に応じて変動するもの。なお、摺動抵抗の変化は、バルブの開閉のように、元々の駆動で摺動抵抗が変化するものだけでなく、経年・経時劣化により摺動抵抗が変化する対象物や、回転機構におけるゴミ等の異物の噛み込みにより摺動抵抗が変化する対象物における変化も含まれる。
　また、上述した手動のバルブ２のように、回転機構（ハンドル２１）が回転に伴い上下動するものである場合には、以下の駆動の条件も含まれる。
（５）駆動させる対象の回転機構の移動ストロークが５ｍｍ～５０ｍｍ程度の範囲に収まるもの。
　このように、本発明を適用したバルブアクチュエータは、上述したような内容で駆動する対象物に駆動力を付与するものである。また、主な用途は手動のバルブの電動化であるが、他にも、車のハンドル、船舶の舵等への駆動力の付与にも利用可能である。また、これらに限らず、同様の内容で駆動力の付与が可能な用途に用いることができる。
　さらに言えば、従前のアクチュエータの用途では、上記（１）～（５）とは異なる内容で駆動することが一般的である。即ち、アクチュエータを利用した駆動力の付与が必要となる場面は、例えば、ハンドルを回して、重量物を１～２ｍ持ち上げるような用途（例えば門の開閉）である。この場合は、ハンドルの回転動作は数十回以上に及び、回転動作が連続的に行われる時間は数分、あるいは数十分になることもある。また、出力軸の回転速度は、１００ｒｐｍ以上のように、より速い回転速度が必要となる。さらに、対象物が移動する距離は、１～２ｍとより長いストローク距離となる。このように、一般的なアクチュエータの用途と、本発明を適用したバルブアクチュエータの用途は、駆動する内容が全く異なるのである。
　以上説明したような内容から、本発明を適用したバルブアクチュエータ１のモーター５では、サーボドライバー５１が有する上位ＣＰＵ５２１は、ハンドル２１を回転させる際の摺動抵抗に応じて、モーター５に流れる電流の大きさを調整する（下位ＣＰＵ５２０を制御する）ように構成されている。
　また、モーター５には、所定の駆動時間内に供給が可能な最大の電流値である最大電流値が設定され、上位ＣＰＵ５２１は、所定の駆動時間及び最大電流値の範囲内でモーター５に流す電流の値を調整するように構成されている。なお、ここでいう規格とは、モーター５の駆動に対して、モーターの製造者が設定した動作保証に関する条件の情報である。
　より詳しくは、従前のバルブアクチュエータにおけるモーターは、連続運転しても動作保証できる定格電流が決められており、汎用のコントローラでは、定格電流に基づいた動作条件によりモーターが駆動するように規定されている。また、短時間であれば定格電流の約３倍程度の値が最大電流として決められており、指定された時間以下であれば最大電流値でモーターを回転させても、モーターの動作が保証されている。
　また、汎用のコントローラでは、定格電流に基づいた動作条件を満たさない場合、バルブアクチュエータを停止するように設計がなされている。この定格電流に基づいた動作条件を満たさない場合とは、例えば、定格電流よりも大きな電流値が一定時間以上流れた場合や、定格電流よりも大きな電流値が、所定の時間内に複数回流れた場合等である。このような定格電流に基づいた動作条件は、無理にモーターに電力を投入するとモーター破損につながることを防止するために設定されている。
　そこで、本発明のバルブアクチュエータ１のモーター５では、上位ＣＰＵ５２１は、摺動抵抗に応じて、モーター５に流す電流の値を調整するように構成されている。また、上位ＣＰＵ５２１は、モーター５の規格で設定された、所定の駆動時間及び最大電流値の範囲内でモーター５に流す電流の値を調整するように構成されている。
　このような設定にすることで、モーター５では、バルブ開閉において、摺動抵抗が大きく、高いトルクが必要な場合は、最大電流に近い電流をモーターに加えることで、定格電流の印加時に比較して、約３倍大きなトルクを発揮することが可能となる。また、上位ＣＰＵ５２１は、摺動抵抗が下がり、高いトルクが求められる状況が過ぎたら、回転速度やモーター５に流す電流の値を、通常の設定条件に戻すことができる。
　以上のように、本発明を適用したバルブアクチュエータ１では、上位ＣＰＵ５２１が、ハンドルを回転させる際の摺動抵抗に応じて、モーター５に流れる電流の大きさを調整することができる。そのため、出力が小さく、小型なモーターを用いても、負荷が上がるに伴い、モーターの回転数を減らし、最大電流値以下の値で大きな電流を供給してトルクを上げることで、モーターの製造者が指定する所定の駆動時間及び最大電流値の範囲内で、ハンドルを開閉するために必要な仕事量を出力することができる。
　つまり、小型のモーターを用いても、従来の大型のモーターを定格電流で運転した場合と同等、または、これを上回る駆動出力を得ることができる。また、小型なモーターを使用可能となることから、アクチュエータ全体の小型化に寄与するものとなる。
　本発明を適用したバルブアクチュエータ１及びモーター５は、例えば、以下のサイズで製造することが可能となる。
　まず、アクチュエータ本体３では、ＤＣ電源で駆動可能な構造の場合、バルブ２のハンドル２１の上端から、アクチュエータ本体３の上端までの高さが７２ｍｍ、幅が１５７ｍｍ、縦が１７０ｍｍのサイズで設計可能となる。また、アクチュエータ本体３の筐体３０のみの高さは５６ｍｍのサイズで設計可能となる。
　また、モーター５については、縦及び幅が４０ｍｍ、長さが９５ｍｍで、出力１００Ｗのサイズが利用可能となる。また、サーボドライバー５１は、幅３０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、高さ１４ｍｍのサイズで設計可能となる。なお、このモーター５は、縦及び幅が８０ｍｍ、長さが１１６ｍｍで、出力４００Ｗのサイズのモーターと同様の性能を発揮することができる。
　以上で説明した本発明を適用したバルブアクチュエータ１は、充分に小型でありながら、バルブ２の開閉の駆動を制御できるものとなっている。また、バルブアクチュエータ１は、自立制御が可能であり、作業者の手を介さず、ハンドル２１の回転動作を精度高く制御可能なものとなっている。
　続いて、図１０～図１３を参照しながら、本発明を適用したバルブアクチュエータにおける他の例の構造を説明する。
　なお、以下の説明では、上述したバルブアクチュエータ１の構造とは異なる点を中心に説明を行い、重複する範囲については記載を省略する。
　本発明を適用したバルブアクチュエータにおける他の例であるバルブアクチュエータ１ａは、上述したバルブアクチュエータ１とは主に、バルブ取付部の構造が異なっている。バルブアクチュエータ１ａは、アクチュエータ本体３ａと、バルブ取付部４ａを有している（図１０及び図１１参照）。
　また、アクチュエータ本体３ａは、筐体３０ａと、ブラケット部８ａを有している。また、筐体３ａは、バルブ取付部４ａを固定する突出部３００ａを有している（図１０参照）。
　また、バルブ取付部４ａは、支柱部４１ａと、取付フランジ４２ａを有している（図１０、図１１及び図１３参照）。
　また、アクチュエータ本体３ａは、モーター５ａと、ベルト伝達部６ａと、ウォーム減速機７ａを有している（図１１及び図１２参照）。
　また、ベルト伝達部６ａは、小径プーリー６０ａと、大径プーリー６１ａと、ベルト６２ａを有している。また、ウォーム減速機７ａは、ウォーム部７０ａと、ウォームホイール７１ａを有している（図１１及び図１２参照）。
　また、バルブ取付部４ａの支柱部４１ａは、筐体３０ａの突出部３００ａの外周面に固定され、筐体３０ａと取付フランジ４２ａとを接続する部材となる。
　また、バルブ取付部４ａの取付フランジ４２ａは、バルブの弁体に設けられた支持部（符号省略）の外側に配置され、その支持部を一対の取付フランジ４２ａで挟んで固定され、バルブの上部にアクチュエータ本体３ａを支持する部材となる。
　また、一対の取付フランジ４２ａには、それぞれ、接合部材（図示省略）を配置して、２つの取付フランジ４２ａを繋ぐための取付孔４２０ａが形成されている（図１３参照）。作業者は、バルブの支持部を挟むように取付フランジ４２ａを配置して、取付孔４２０ａの中に接合部材を置くだけで、バルブに取付フランジ４２ａを固定することができる。
　このように、本発明を適用したバルブアクチュエータは、種々の構造でバルブに取り付けることができる。
　以上のとおり、本発明を適用したアクチュエータは、手動のバルブに容易に取り付け可能であり、バルブを電動化することができる共に、狭い設置スペースにも配置できるように充分に小型化され、かつ、優れた動力伝達性能を有し、高精度な制御が可能なものとなっている。
　　　１　　　バルブアクチュエータ
　　　２　　　バルブ
　　　２０　　ボディ
　　　２１　　ハンドル
　　　２１０　枠部
　　　２１１　スポーク部
　　　２２　　フランジ
　　　２００　配管
　　　３　　　アクチュエータ本体
　　　３１　　蓋部
　　　３２　　メスコネクタ
　　　３０　　筐体
　　　３００　突出部
　　　３０１　取付孔
　　　４　　　バルブ取付部
　　　４０　　アダプタ
　　　４１　　取付板
　　　４２　　スタンド部
　　　４２０　ボルト
　　　４２１　ナット
　　　５００　クランプノブねじ
　　　５　　　モーター
　　　５１　　サーボドライバー
　　　５２０　下位ＣＰＵ
　　　５２１　上位ＣＰＵ
　　　５２２　ネットワークＣＰＵ
　　　５２３　最上位ＣＰＵ
　　　５３　　オペレータ部
　　　６　　　ベルト伝達部
　　　６０　　小径プーリー
　　　６１　　大径プーリー
　　　６２　　ベルト
　　　６００　ＡＣ／ＤＣコンバータ
　　　６０１　オスコネクタ
　　　７　　　ウォーム減速機
　　　７０　　ウォーム部
　　　７１　　ウォームホイール
　　　８　　　ブラケット部
　　　８０　　スリット

Claims (8)

  1. 　筐体と、
    　前記筐体の内部に配置され、回転軸を有する駆動源となるモーターと、
    　前記回転軸に取り付けられた第１のプーリーと、
    　該第１のプーリーと対をなすと共に、同第１のプーリーの径よりも大きな径を有する第２のプーリーと、
    　前記第１のプーリー及び前記第２のプーリーに張設されたベルトと、
    　前記第２のプーリーが取り付けられたウォーム部と、該ウォーム部と直交して配置され、同ウォーム部と歯車の噛み合いにより動力伝達を行うウォームホイールを有し、前記筐体の内部に配置されたウォーム減速機と、
    　ハンドルを有する所定のバルブに取付けられ、前記ハンドルの上方で前記筐体を支持するバルブ取付部と、
    　前記ウォーム減速機に取り付けられ、前記モーターの駆動力により回転可能に構成されると共に、前記筐体と前記ハンドルの間に配置され、同ハンドルと嵌合して前記所定のバルブの開閉を行うブラケット部と、を備える
    　バルブアクチュエータ。
  2. 　前記第１のプーリーの径と、前記第２のプーリーの径との大きさの比が１：２以下である
    　請求項１に記載のバルブアクチュエータ。
  3. 　前記回転軸と前記ベルトがなす角度と、前記ベルトと前記ウォーム部がなす角度が、それぞれ略９０度であり、
    　前記ウォームホイールは、前記回転軸、前記ベルト及び前記ウォーム部に囲まれて配置された
    　請求項１または請求項２に記載のバルブアクチュエータ。
  4. 　前記筐体の内部に配置され、前記モーターの駆動を制御するモータードライバーを備え、
    　前記モーターは、同モーターの回転軸の絶対位置を記憶するアブソリュートエンコーダを有し、
    　前記モータードライバーは、前記モーターの回転の位置制御を行うパルス信号を制御する第１のＣＰＵと、前記第１のＣＰＵを制御すると共に、前記ハンドルを回転させる際の摺動抵抗に応じて、前記モーターに流れる電流の大きさを調整する第２のＣＰＵを含む
    　請求項１、請求項２または請求項３に記載のバルブアクチュエータ。
  5. 　前記モーターには、所定の駆動時間内に供給が可能な最大の電流値である最大電流値が設定され、
    　前記第２のＣＰＵは、前記所定の駆動時間及び前記最大電流値の範囲内で、前記モーターに流れる電流を調整する
    　請求項４に記載のバルブアクチュエータ。
  6. 　前記ハンドルは、同ハンドルの外形を構成する枠部と、該枠部の中心部と同枠部を連結する複数のスポーク部を有し、
    　前記ブラケット部は、前記スポーク部と嵌合するスリットが形成された
    　請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載のバルブアクチュエータ。
  7. 　前記筐体は、前記ハンドルと対向する面から同ハンドルに向けて突出して形成された略筒状体であり、その内側に前記ブラケット部が配置されると共に、外周面の円周上に複数の取付孔が形成された取付突出部が設けられ、
    　前記バルブ取付部は、前記取付孔を介して前記取付突出部に着脱可能であり、同取付突出部を挟んで固定する一対のアダプタを有する
    　請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５または請求項６に記載のバルブアクチュエータ。
  8. 　筐体と、
    　前記筐体の内部に配置され、回転軸を有する駆動源となるモーターと、
    　前記回転軸に取り付けられた第１のプーリーと、
    　該第１のプーリーと対をなすと共に、同第１のプーリーの径よりも大きな径を有する第２のプーリーと、
    　前記第１のプーリー及び前記第２のプーリーに張設されたベルトと、
    　前記第２のプーリーが取り付けられたウォーム部と、該ウォーム部と直交して配置され、同ウォーム部と歯車の噛み合いにより動力伝達を行うウォームホイールを有すると共に、前記筐体の内部に配置され、所定のバルブを回転可能に構成されたウォーム減速機と、
    　前記所定のバルブに取付けられ、該所定のバルブの上方で前記筐体を支持するバルブ取付部と、を備える
    　バルブアクチュエータ。
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