| 【発明の名称】 |
バルブ用アクチュエータ |
| 【発明者】 |
【氏名】梶山 浩行
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| 【要約】 |
【課題】電流の回り込みに起因するハンチングを防止できるバルブ用アクチュエータとその制御システムを提供する。
【解決手段】バルブの開度を調節するための電動モータ１は第１、第２の入力１１、１２を備えている。第１、第２のリミットスイッチ４、５は、バルブが第１、第２の所定の弁開度まで回転したときにＮＯ接点に切り替わり、第１、第２の入力１１、１２と交流電源ＡＣとの間の回路を遮断する。第１、第２のスイッチ６、７は、第１、第２の入力１１、１２と交流電源ＡＣとの間に接続されている。第１、第２のリレー２、３は、第１、第２のスイッチ６、７がオフのときに第１、第２のスイッチ６、７と第１、第２の入力１１、１２との間の回路を遮断するものであって、この同一回路製品を複数台並列運転させるようにしたフローティング制御を行うバルブ用アクチュエータである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数並列に接続され、全開全閉制御且つフローティング制御を行うバルブ用アクチュエータにおいて、リミットスイッチ機構を有した正転用駆動回路と逆転用駆動回路のそれぞれに電源断に応じて当該回路を遮断する回路遮断手段を設け、前記一方のアクチュエータの駆動が終了した際に、他方のアクチュエータの反転側駆動回路を遮断して、前記一方のアクチュエータの反転側駆動回路への電源供給を遮断することを特徴とするバルブ用アクチュエータ。
【請求項２】 前記正転用および逆転用の回路遮断手段がリレーであることを特徴とする請求項１に記載のバルブ用アクチュエータ。
【請求項３】 前記正転用および逆転用の回路遮断手段が、スイッチング回路であることを特徴とする請求項１に記載のバルブ用アクチュエータ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の制御に使用されるバルブを駆動制御するために使用されるバルブ用アクチュエータに関し、特に、バルブが中間開度にあるときスイッチ条件で正逆回転させ、かつ同一回路製品を複数台並列運転させることのできるバルブ用アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばビルの空調分野においては、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）などによって室温制御を行う構成が知られている。この構成では、建物に設けた配管に冷水あるいは温水を流し、また配管とファンコイルユニットとの間にバルブを設け、このバルブの弁開度を所定のアクチュエータにより制御し、ファンコイルユニットへの冷温水の流量を調節することで、ファンコイルユニットによる冷房あるいは暖房の程度を調節し、室温制御を行っている。
【０００３】上記のようなバルブ用アクチュエータとしては、例えば、ボールバルブなどの回転弁を、電動モータにより回動することで、バルブの流量を制御する構成のものが使用される。また、バルブ用アクチュエータでは、バルブが所定の弁開度、例えば全開位置あるいは全閉位置まで回転したときにＮＯ接点に切り替わり、電動モータの正転用あるいは逆転用の各入力からモータへの電力供給を遮断するリミットスイッチなどが設けられている。
【０００４】更に、上記のようなバルブ用アクチュエータを用いて室温制御を行う場合において、フローティング制御と称される方式がある。このフローティング制御は、流量を一定範囲内で制御する方式であり、つまり、バルブの弁開度を全閉位置と全開位置との間の一定範囲の中間開度にした状態で、バルブを正転あるいは逆転させて適性開度に制御する方式である。この場合における弁開度の調節は、適当な制御信号、例えば、室温制御回路からの温度電気信号などの電気信号に基づいて行われている。
【０００５】また、複数のバルブを用いて上記のような室温制御を行う場合においては、各バルブに設けられたバルブ用アクチュエータを同じ制御信号で制御する、つまり並列運転する構成が採られる場合がある。この並列運転では、電動モータの正転用および逆転用の各入力をそれぞれ並列接続し、上記の制御信号に基づいて、正転用入力、あるいは逆転用入力から電動モータに電力を供給することで、複数のバルブの弁開度を同じように制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来のバルブ用アクチュエータでは、これを複数並列接続して運転した場合において、一方のバルブ用アクチュエータからの電流の回り込みによって他方のバルブ用アクチュエータにハンチング等の不具合が発生し、これがバルブの損壊を招く原因となるという問題があった。
【０００７】そこで、本発明は、上記のような電流の回り込みに起因するハンチングなどの不正動作を確実に防止できるバルブ用アクチュエータを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のバルブ用アクチュエータは、正転用および逆転用の第１および第２の入力を備えバルブの弁開度を調節するための電動モータと、一方の電源に通ずる第１のスイッチとリレー（Ｒ１）から他方の電源に通ずる回路と一方の電源に通ずる第２のスイッチとリレー（Ｒ２）から他方の電源に通ずる回路、このリレー（Ｒ１）の動作時閉じる接点Ｒ１とリレー（Ｒ２）の動作時閉じる接点Ｒ２を有し、電動モータが正回転し、バルブが全開位置に到達したときＮＣからＮＯに反転するリミットスイッチおよび電動モータが逆回転して全閉位置に到達したときＮＣからＮＯに反転するリミットスイッチを有する回路である。
【０００９】この回路では第１のスイッチがＯＮしたときバルブを開方向に電動モータを正転させ、第２のスイッチがＯＮしたときバルブを閉方向に電動モータを逆転させることができる。この様にバルブが中間開度にあるとき第１、第２のスイッチ条件で正逆回転させ、かつ同一回路製品を複数台並列運転させることができることを特徴とするバルブ用アクチュエータである。
【００１０】上記構成において、正転用および逆転用の回路遮断手段としては、具体的には例えばリレー（電磁形リレー）が用いられる。また、これら回路遮断手段を、ＡＣ／ＤＣ変換回路と電動モータへの供給電源を制御するためのスイッチング回路で構成した電気回路であっても良い。
【００１１】なお、他のバルブ用アクチュエータとして、正転用および逆転用の第１および第２の入力を備えバルブの弁開度を調節するための電動モータと、バルブが第１の弁開度まで回転したときにＮＯ接点に切り替わり前記第１の入力と電源との間の回路を遮断する第１の開度検知手段と、バルブが前記第１の弁開度と異なる第２の弁開度まで回転したときにＮＯ接点に切り替わり前記第２の入力と電源との間の回路を遮断する第２の開度検知手段と、前記第１の入力と電源との間に接続された第１のスイッチ手段と、前記第２の入力の電源との間に接続された第２のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段がオンのときに前記第２のスイッチ手段と前記第２の入力との間の回路を遮断する第１の回路遮断手段と、前記第２のスイッチ手段がオンのときに前記第１のスイッチ手段と前記第１の入力との間の回路を遮断する第２の回路遮断手段とを有してなるものであっても良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説明する。図１に実施の形態のバルブ用アクチュエータの回路図を示した。このバルブ用アクチュエータは、正逆可能な電動モータ（Ｍ）１、第１のリレー（Ｒ１）２、第２のリレー（Ｒ２）３、第１のリミットスイッチ４、第２のリミットスイッチ５、第１のスイッチ６、第２のスイッチ７、などから構成されている。ここで、電動モータ１の駆動軸は図示しないバルブのステムに、直接または適当な歯車機構を介して連結されている。また、バルブとしては、例えばボールバルブやバタフライバルブ等の回転弁或はその他のバルブが用いられる。
【００１３】電動モータ１は、正逆転可能なモータであり、その第１の端子１１は第１のリミットスイッチ４の一方の接点ＮＣに、第２の端子１２は第２のリミットスイッチ５の一方の接点ＮＣに、第３の端子１３は交流電源ＡＣの一方の端子に、それぞれ接続されている。ここで、交流電源ＡＣの他方の端子から第１の端子１１を介して電動モータ１に電力を供給することで、電動モータ１は第１の方向、例えば上記バルブを開く方向に回転する。また、交流電源ＡＣの他方の端子から第２の端子１２を介して電動モータ１に電力を供給することで、電動モータ１は上記第１の方向と異なる第２の方向、つまり上記バルブを閉じる方向に回転する。
【００１４】第１のリミットスイッチ４は、上記のバルブが第１の所定の弁開度、例えば全開位置まで回転したことを検出して動作する開度検出手段を構成するもので、動作時には共通接点Ｃに接続される接点がＮＣからＮＯに切り替わる。なお、バルブの弁開度が全開位置以外である状態では、第１のリミットスイッチ４の共通接点に接続される接点は図示したようにＮＣである。
【００１５】また、第２のリミットスイッチ５は、バルブが上記の異なる第２の所定の弁開度、例えば全閉位置まで回転したことを検出して動作する開度検出手段を構成するもので、動作時にはその共通接点Ｃに接続される接点がＮＣからＮＯに切り替わる。なお、図示したのはバルブの弁開度が全閉位置にあるときの状態を示したものである。そして、バルブの弁開度が全閉位置以外である状態では、第２のリミットスイッチ５の共通接点Ｃに接続される接点はＮＣである。
【００１６】第１のリレー２は、交流電源ＡＣの一方の端子と第１のスイッチ６との間に接続されており、またそのリレー接点Ｒ１が第１のスイッチ６と第１のリミットスイッチ４との間に設けられている。このリレー接点Ｒ１は、第１のリレー２が通電していない状態では開いている。そして、第１のスイッチ６をオンして第１のリレー２を通電することで、リレー接点Ｒ１は閉じる。
【００１７】また、第２のリレー３は、交流電源ＡＣの一方の端子と第２のスイッチ７との間に接続されており、またそのリレー接点Ｒ２が第２のスイッチ７と第２のリミットスイッチ５との間に設けられている。このリレー接点Ｒ２は、第２のリレー３が通電していない状態では開いている。そして、第２のスイッチ７をオンして第２のリレー３を通電することで、リレー接点Ｒ２は閉じる。
【００１８】以上の構成である実施の形態のバルブ用アクチュエータでは、上記のバルブを開く場合には、第１のスイッチ６をオンする。すると、第１のリレー２が通電し、リレー接点Ｒ１が閉じるので、第１のスイッチ６→リレー接点Ｒ１→第１のリミットスイッチ４（ＮＣ）を介して、電動モータ１の第１の入力１１に交流電源ＡＣの他方の端子が接続され、電動モータ１はバルブを開く方向（便宜上、正転方向という）に回転する。そして、バルブの弁開度が全開位置まで来ると、第１のリミットスイッチ４が動作してその共通接点Ｃに接続される接点がＮＣからＮＯに切り替わる。これにより、電動モータ１は電力供給が遮断されて停止する。
【００１９】一方、バルブを閉じる場合、第２のスイッチ７をオンする。すると、第２のリレー３が通電し、リレー接点Ｒ２が閉じるので、第２のスイッチ７→リレー接点Ｒ２→第２のリミットスイッチ５（ＮＣ）を介して、電動モータ１の第２の入力１２に交流電源ＡＣの他方の端子が接続され、電動モータ１はバルブを閉じる方向（便宜上、逆転方向という）に回転する。そして、バルブの弁開度が全閉位置まで来ると、第２のリミットスイッチ５が動作してその共通接点に接続される接点がＮＣからＮＯに切り替わる。これにより、電動モータ１は電力供給が遮断されて停止する。
【００２０】このように、この実施の形態のバルブ用アクチュエータでは、バルブを正転方向あるいは逆転方向に駆動する際には、リレー（第１のリレー２あるいは第２のリレー３）の動作によって接続が必要とされる入力（第１の入力１１あるいは第２の入力１２）への回路のみを導通させ、それ以外の入力への回路は遮断される。
【００２１】上記の構成において、フローティング制御の場合には、上記の第１の所定の弁開度は全開位置と中間位置との間に、また第２の所定の弁開度は全閉位置と中間位置との間に、それぞれ設定される。さらに、第１のスイッチ６と第２のスイッチ７のオン、オフは、所定の制御信号、例えば、図示しない制御回路からの温度制御信号、あるいは流量制御信号等の制御信号に基づいて適宜行われる。
【００２２】図２は、上記構成のバルブ用アクチュエータを２つ用い、これらを並列接続して構成されるバルブ制御システムの実施の形態を示したものである。このバルブ制御システムでは、各アクチュエータを構成するモータ１の各第１の入力１１は、それぞれ第１のリミットスイッチ４およびリレー接点Ｒ１を介して、第１のスイッチ６に並列に接続されている。また、モータ１の各第２の入力１２は、それぞれ第２のリミットスイッチ５およびリレー接点Ｒ２を介して、第２のスイッチ７に並列に接続されている。
【００２３】以上の構成であるバルブ制御システムにおいて、各バルブを開く場合、あるいは閉じる場合における、各バルブ用アクチュエータの動作は同様であるので説明は省略する。
【００２４】そして、このバルブ制御システムでは、各バルブ用アクチュエータは、上記のように、リレーの動作によって接続が必要とされる入力への回路のみを導通させ、それ以外の入力への回路は遮断されることから、一方のバルブ用アクチュエータからの電流の回り込みによる他方のバルブ用アクチュエータの誤動作が防止される。この結果、以下に説明するようなハンチング現象が回避される。
【００２５】ここで、図２と同様な構成であるが、第１および第２のリレー２および３並びにリレー接点Ｒ１とＲ２がない従来の構成を考える。並列駆動した場合には、アクチュエータの構成部品のバラツキ等に起因して全開・全閉タイミングが異なり、制御時間の約１０％のズレが生じる。この場合、バルブを開く方向に制御がされている状態において、全開間際で、例えば上側のバルブ用アクチュエータが先に全開となった場合、第１のリミットスイッチ４が動作して、その共通接点Ｃに接続される接点がＮＣからＮＯに切り替わる。なお、この状態においては、第２のリミットスイッチ５においてその共通接点Ｃに接続される接点はＮＣである。
【００２６】ところが、下側のバルブ用アクチュエータはまだ全開でないことがあり、こうした場合には、第１のリミットスイッチ４を介して電動モータ１に電流が供給される。また、この電流は電動モータ１の内部の巻線および第２のリミットスイッチ５（ＮＣ）を介して、上側のバルブ用アクチュエータの並列接続点に流れる。いわゆる回り込み現象が生じる。そして、この電流が、上側のバルブ用アクチュエータの第２のリミットスイッチ５（ＮＣ）を介して電動モータ１の内部の巻線に流入することから、上側のバルブ用アクチュエータが逆転してしまう。さらに、この逆方向の回転により上側のバルブ用アクチュエータにおいて第１のリミットスイッチ４が動作しその共通の接点Ｃに接点ＮＣに再び接続することから、上側のバルブ用アクチュエータが再び正転する。この結果、上側のバルブ用アクチュエータにより制御されるバルブがハンチングしてしまう。
【００２７】しかしながら、本実施形態においては、下側のバルブ用アクチュエータのリレー接点Ｒ２及び上側のバルブ用アクチュエータのリレー接点Ｒ２が開いているため、上側のバルブ用アクチュエータへの回り込み現象がなく、従って、電動モータ１への電流が流入せず逆転を完全に防止できる。
【００２８】また、例えば、上側のバルブ用アクチュエータが先に全閉となった場合は、下側のバルブ用アクチュエータの第２のリミットスイッチ５を介して電動モータ１に電流が供給され続け、且つ、第１のリミットスイッチ４が接点ＮＣに接続されていても、下側のバルブ用アクチュエータのリレー接点Ｒ１及び上側のバルブ用アクチュエータのリレー接点Ｒ１が開いているため、上記同様に上側の電動モータ１へ電流が流入せず逆転を防止できる。さらに、下側のバルブ用アクチュエータが先に全開或は全閉になった場合においても、上側のバルブ用アクチュエータのリレー接点Ｒ２或はＲ１が開いているため、回り込み現象による電動モータ１の逆転を防止できる。
【００２９】図３は、他の実施の形態のバルブ用アクチュエータを示したものである。この実施の形態では、図１の構成において、リレー接点Ｒ１およびＲ２を備えたリレー２と３による機械的接点に代えて、電気回路による電気的接点を用いている。その他の構成は同様であるので、説明は省略する。
【００３０】この電気回路は、主に、ＡＣ／ＤＣ変換回路と電動モータへの供給電源を制御するためのスイッチング回路で構成される。第１のスイッチ６がオンになると、整流回路２１によって交流電圧が全波整流され、さらに後段のコンデンサ２６によって脈流が平滑化されて直流電圧に変換された後、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２２の入力端子に印加される。そして、第１のスイッチ６がオフになるとソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２２には電圧は印加されない。
【００３１】ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）２２は、直流電圧の印加期間は二つの出力端子間を短絡し、印加されない期間はハイインピーダンス状態に切り替えるため、分岐点２８を介して供給される交流電圧は、第１のスイッチ６のオン状態で、第１のリミットスイッチ４の共通端子Ｃに交流電圧が供給され、また、第１のスイッチ６のオフ状態で、共通端子Ｃへは交流電圧が供給されにくくなる。モータの正転・逆転駆動は前述同様の動作となる。なお、第２のスイッチ７のオンオフについての動作も同様であるのでここでは省略する。このように、電気的接点によれば、機械的摩耗が無く、耐久性を向上させることが可能となる。
【００３２】なお、上記の例とは別に次の構成も考えられる。すなわち、図１の構成において、リレー接点Ｒ１とＲ２を入れ替えるとともに、これらリレー接点Ｒ１とＲ２を、リレー２と３が通電していない状態では閉じる接点とする。この構成とすれば、第１のスイッチ６がオンの状態ではリレー２が通電し、第２の入力１２への通電回路が遮断された状態となる。また、第２のスイッチ７がオンの状態ではリレー３が通電し、第１の入力１１への通電回路が遮断された状態となる。この結果、図１の実施の形態と同様に、ハンチングを防止することができる。また、図３の実施の形態において、電気回路を入れ替える構成としても良い。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、本発明のバルブ用アクチュエータによれば、バルブが中間開度にあるとき、第１、第２のスイッチ条件で正逆回転させ、かつ同一回路製品を複数台並列運転させた場合において、従来のような電流の回り込みに起因するハンチングなどの不正動作を確実に防止することができる効果を発揮する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９０００２３８１
【氏名又は名称】株式会社キッツ
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）１月８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 哲男
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２０１３１１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１３１４５ |
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