| 【発明の名称】 |
バルブポジショナ及び電空変換器 |
| 【発明者】 |
【氏名】齋藤 洋二
【氏名】木村 惇
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| 【要約】 |
【課題】電空変換モジュールに対する電流配分を大きくしつつ、部品点数が少なく回路構成の簡単なバルブポジショナを提供すること。
【解決手段】設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換してバルブ１４に操作出力を行う電空変換モジュール１１とを有するバルブポジショナにおいて、前記電流信号から第１の電源電圧Ｖ１を生成する手段Ｄ１と、この第１の電源電圧より低い、前記デジタル演算回路の動作用電源電圧Ｖ２を生成する手段Ｄ２と、この第１の電源電圧生成手段と動作用電源電圧生成手段との間に挿入された、前記電空変換モジュールと一定電流引込み回路１５〜１７とを備えることを特徴としている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換してバルブ（１４）に操作出力を行う電空変換モジュール（１１）とを有するバルブポジショナにおいて、前記電流信号から第１の電源電圧（Ｖ１）を生成する手段（Ｄ１）と、この第１の電源電圧より低い、前記デジタル演算回路の動作用電源電圧（Ｖ２）を生成する手段（Ｄ２）と、この第１の電源電圧生成手段と動作用電源電圧生成手段との間に挿入された、前記電空変換モジュールと一定電流引込み回路（１５〜１７）とを備えることを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項２】前記一定電流引込み回路は、前記電空変換モジュールと直列に接続される第１の電流引込み回路（１５）と、この第１の電流引込み回路に並列に接続される第２の電流引込み回路（１６）と、この第１の電流引込み回路の引込み電流（Ｉ１）と第２の電流引込み回路の引込み電流（Ｉ２）の和が一定電流（Ｉtotal)となるように制御する引込み電流制御回路（１７）とを有することを特徴とする請求項１記載のバルブポジショナ。
【請求項３】前記第１の電流引込み回路は前記電空変換モジュールの操作出力に必要な電流を引込み、前記引込み電流制御回路は前記一定電流から第１の電流引込み回路の引込み電流を控除して前記第２の電流引込み回路の引込み電流を定めることを特徴とする請求項２記載のバルブポジショナ。
【請求項４】前記引込み電流制御回路は、前記第１の電流引込み回路への引込み電流指令値を入力するインバータ回路であることを特徴とする請求項３記載のバルブポジショナ。
【請求項５】前記電空変換モジュールは、第１の駆動巻線（Ｎ１）と、この第１の駆動巻線と逆方向に巻かれた第２の駆動巻線（Ｎ２）を有し、前記一定電流引込み回路は、この第１の駆動巻線と直列に接続される第１の電流引込み回路（１５）と、この第２の駆動巻線と直列に接続される第２の電流引込み回路（１６）と、この第１の電流引込み回路の引込み電流（Ｉ１）と第２の電流引込み回路の引込み電流（Ｉ２）の和が一定電流（Ｉtotal)となるように制御する引込み電流制御回路（１７）とを有することを特徴とする請求項１記載のバルブポジショナ。
【請求項６】設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換してバルブ（１４）に操作出力を行う電空変換モジュール（１１）とを有すると共に、前記電流信号の送られる伝送路を用いてデジタル通信を行うデジタル通信回路を有するバルブポジショナにおいて、前記電流信号から第１の電源電圧（Ｖ１）を生成する手段（Ｄ１）と、この第１の電源電圧より低い、前記デジタル演算回路の動作用電源電圧（Ｖ２）を生成する手段（Ｄ２）と、この第１の電源電圧生成手段と動作用電源電圧生成手段との間に挿入された、前記電空変換モジュールと一定電流引込み回路（１５〜１７）と、前記電流信号を入力する回路に設けられた、直流領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスが高い能動負荷インピーダンス回路（Ｚ１）を備えることを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項７】設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換してバルブ（１４）に操作出力を行う電空変換モジュール（１１）とを有すると共に、前記電流信号の送られる伝送路を用いてデジタル通信を行うデジタル通信回路を有するバルブポジショナにおいて、前記電流信号から第１の電源電圧（Ｖ１）を生成すると共に、直流領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスが高い能動負荷インピーダンス回路（Ｚ２）と、この第１の電源電圧より低い、前記デジタル演算回路の動作用電源電圧（Ｖ２）を生成する手段（Ｄ２）と、この第１の電源電圧生成手段と動作用電源電圧生成手段との間に挿入された、前記電空変換モジュールと一定電流引込み回路（１５〜１７）と、を備えることを特徴とするバルブポジショナ。
【請求項８】前記能動負荷インピーダンス回路は、前記デジタル通信回路の送信信号を制御入力することを特徴とする請求項７記載のバルブポジショナ。
【請求項９】設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致するように空気圧信号の制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換モジュール（１１）とを有する電空変換器において、前記電流信号から第１の電源電圧（Ｖ１）を生成する手段（Ｄ１）と、この第１の電源電圧より低い、前記デジタル演算回路の動作用電源電圧（Ｖ２）を生成する手段（Ｄ２）と、この第１の電源電圧生成手段と動作用電源電圧生成手段との間に挿入された、前記電空変換モジュールと一定電流引込み回路（１５〜１７）とを備えることを特徴とする電空変換器。
【請求項１０】前記電空変換器は、前記電流信号を入力する回路に設けられた、直流領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスが高い能動負荷インピーダンス回路（Ｚ１）を備えることを特徴とする請求項９記載の電空変換器。
【請求項１１】前記能動負荷インピーダンス回路は、前記電流信号から第１の電源電圧（Ｖ１）を生成する手段と兼用して用いられることを特徴とする請求項１０記載の電空変換器。
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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、デジタル通信を行う機能を有するマイクロプロセッサを搭載したバルブボジショナに掛り、特に限られた入力電流でありながら電空変換モジュールに割り当てる電流を増加できる改良に関する。また、本発明は電気信号を空気信号に変換する電空変換器にも適用される。
【０００２】
【従来の技術】バルブポジショナは、バルブの弁開度を直接制御するもので、フィードバック信号はバルブ開度信号やステムの位置信号となっている。電空変換器は、例えば４−20ｍＡ等の電気信号を0.2−1.0[kg/cm2]等の空気圧信号に変換するものである。バルブポジショナは、例えば本出願人の提案に掛かる特開平９−１４４７０３号公報に開示されている。
【０００３】図７は従来のバルブポジショナの全体構成図である。図において、入力端子Ｔ１，Ｔ２には、バルブポジショナに対する、例えば４−２０ｍＡ等の操作信号が入力される。ツェナダイオードＤ１は、抵抗Ｒ１を介して入力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されており、モデム４やＣＰＵ等の内部回路用の電源電圧Ｖ１を生成する。コンデンサＣ１は、送信回路１と受信回路２を入力端子Ｔ２との間に挿入されたもので、電源電圧Ｖ１とデジタル通信信号とを直流的に絶縁する。コンデンサＣ２は、電源電圧Ｖ１のデカップリング回路で、電源電圧Ｖ１とグランドＧＮＤ間でのエネルギの移動や帰還を防止している。
【０００４】送信回路(transmitter)１は、相手機器に対するレスポンス信号をデジタル通信により送信する。受信回路(receiver)２は、相手機器から送られたリクエスト信号を受信する。ここで、相手機器は、２線の通信路を介して入力端子Ｔ１，Ｔ２と接続されている。また、送受信回路１，２のデジタル通信には、抵抗Ｒ１によるインピーダンスが有効に利用されて、ある一定電圧レベル以上の通信振幅を確保できるようにしている。電流検出回路(current detector)３は、入力端子Ｔ１，Ｔ２に入力された電流信号を検知するもので、この検知した信号はＡ／Ｄ変換器７に送られる。モデム(modem)４は、送受信回路１，２のデジタル通信の変復調を行うもので、ＣＰＵとの間で送受信内容の授受をする。なお、デジタル通信の周波数は１〜２ｋＨｚとなっているが、此れ以外の周波数でも差し支えない。
【０００５】ＣＰＵ６は、デジタル通信とバルブ１４の位置制御を行うもので、メモリ５にリクエスト信号やリスポンス信号等の通信処理プログラム、並びにＰＩＤ制御やファジー制御等の制御プログラムが格納されている。Ｄ／Ａ変換器８は、ＣＰＵの制御出力がデジタル信号であるのをアナログ信号に変換する。駆動回路(driver)９は、Ｄ／Ａ変換器８から送られたアナログ信号を増幅やインピーダンス変換して電空変換モジュール(I/P Module)に送る。センサインターフェイス回路１０は、位置センサ１３の信号を処理して、Ａ／Ｄ変換器７に送る。Ａ／Ｄ変換器７は、電流検出回路３から送られる入力電流信号と、センサインターフェイス回路１０から送られるバルブの位置信号をデジタル信号化してＣＰＵに送る。
【０００６】次に空気系について説明する。電空変換モジュール１１は、入力された駆動電流を空気圧信号に変換するもので、トルクモータによりノズルの空気圧を制御している。コントロールリレー１２は、空気圧信号を増幅するもので、例えば0.2〜1.0［ｋｇｆ／ｃｍ2］の空気圧信号によってバルブ１４を開閉駆動する。バルブ１４の弁開度は、バルブ１４のステムの位置変動と相関があるので、このステムの位置を位置センサ１３で検出する。
【０００７】このように構成された装置においては、４−２０ｍＡ等の操作信号を授受する２線式伝送路に、所定の通信プロトコルに従ったデジタル信号を重畳させることで、相手機器とバルブポジショナとの間で通信が行える。通信の内容としては、バルブ１４に対する制御演算の為の制御パラメータ、ゼロ／スパン点の調整量、変位センサの信号出力、自己診断結果の授受である。通信データの読み込みは受信回路２→モデム４→ＣＰＵ６の経路でなされ、通信データの送信はＣＰＵ６→モデム４→送信回路１の経路でなされる。バルブポジショナに入力された電流信号は、電流検出回路３→Ａ／Ｄ変換器７→ＣＰＵ６の経路で認識が行われる。
【０００８】バルブ位置制御は、位置センサ１３の位置信号をセンサインタフェース回路とＡ／Ｄ変換器７を介してＣＰＵに送り、ＣＰＵでは制御演算を行い、制御出力をＤ／Ａ変換器８を介して駆動回路９に送る。そして、駆動回路９→電空変換モジュール１１→コントロールリレー１２→バルブ１４の経路で、バルブを駆動して弁開度を目標値に制御している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述のデジタル通信機能を備えたバルブポジショナの典型的な動作仕様は次のようになっている。
最小動作端子間電圧：１２Ｖdc(入力端子Ｔ１，Ｔ２)最小動作電流：3.6ｍＡ【００１０】即ち、デジタル通信機能とバルブ位置制御は、入力端子Ｔ１，Ｔ２に供給される４ｍＡの範囲内で機能させる必要がある。他方、ＣＰＵにマイクロプロセッサを用いる場合、省エネ技術の進歩により電子デバイスの消費電力は年々減少しているものの、尚ＣＰＵを用いないアナログ回路に比較すると、電空変換モジュール１１に対する電流は制限される。しかし、電空変換モジュール１１は電流で動作するデバイスなので、電空変換モジュール１１に対する電流配分を減らすとバルブの応答性が悪くなったり、温度等の外乱に対する安定性のマージンがなくなるという課題があった。
【００１１】他方、デジタル通信の為には負荷インピーダンスＲ１がおよそ２５０Ω以上であることが必要で、入力電流２０ｍＡでは５Ｖ以上の電圧降下となる。最小動作電圧は１２Ｖなので、ツェナダイオードＤ１の電圧は７Ｖ以下としなければならない。そこで、電空変換モジュール１１に対する電流配分を増すと共に、デジタル通信の確保のため負荷インピーダンスには抵抗Ｒ１に代えて能動負荷Ｚ１が用いられている。
【００１２】図８は能動負荷Ｚ１の回路図である。トランジスタＱ１は、コレクタ端子がツェナダイオードＤ１と接続され、エミッタ端子が抵抗Ｒ２を介して接地されている。トランジスタＱ２は、コレクタ端子がツェナダイオードＤ１と接続されると共に抵抗Ｒ４を介してベース端子と接続され、エミッタ端子がトランジスタＱ１のベース端子に接続されると共に抵抗Ｒ３を介して接地されている。トランジスタＱ２のベース端子は、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ３，抵抗Ｒ６の並列回路を介して接地されている。
【００１３】図９は能動負荷Ｚ１のインピーダンス特性図である。トランジスタＱ１のトランスコンダクタンスの逆数は抵抗Ｒ２より充分小さい値とし、トランジスタＱ２によるエミッタフォロワ回路の電圧利得を１とすると、インピーダンスＺは次のように表される。
|Ｚ|＝Ｒ２*(１＋Ｒ４／Ｒ５) (1:低周波数領域）
|Ｚ|＝Ｒ２*{１＋Ｒ４／(Ｒ５//Ｒ６)} (2:高周波数領域）
【００１４】能動負荷Ｒ１のインピーダンスに周波数特性を持たせる事で、通信周波数帯域でのインピーダンスを確保すれば、ツェナダイオードＤ１の電圧は９Ｖ以上に高く設定できる。
【００１５】このようにツェナダイオードＤ１の電圧を高く設定した場合、バルブポジショナに与えられた電力を有効に利用する為に、例えば９Ｖから５Ｖに電源電圧をステップダウンするスイッチングレギュレータを用いて、電空変換モジュール１１を含む内部回路への供給電流を稼ぐ手法が考えられる。しかし、スイッチングレギュレータを用いると、インダクタやトランジスタ等の部品点数が増加するという課題があった。また９Ｖから５Ｖへのステップダウンでは、効率80％とした場合、稼げる電流は1.6ｍＡである。
【００１６】次に、ツェナダイオードＤ１の電圧を高く設定した場合の第２の電源構成として、米国特許5431182号に開示されたものがある。これによると、２個の電源回路を上下に直列に接続し、一方の電源をデジタル回路への電力供給用とし、他方の電源をその他の回路への電力供給用とするものである。しかし、二つの電源回路に接続された回路間の信号のやりとりには、電源系の違いを吸収するレベルシフト回路等が必要となり、回路が複雑化するという課題があった。上述の各種の事情は、電空変換器についても同様である。
【００１７】本発明は上述の課題を解決したもので、電空変換モジュールに対する電流配分を大きくしつつ、部品点数が少なく回路構成の簡単なバルブポジショナ及び電空変換器を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の請求項１のバルブポジショナは、設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換してバルブ１４に操作出力を行う電空変換モジュール１１とを有するバルブポジショナにおいて、電流信号から第１の電源電圧Ｖ１を生成する手段Ｄ１と、この第１の電源電圧より低い、デジタル演算回路の動作用電源電圧Ｖ２を生成する手段Ｄ２と、この第１の電源電圧生成手段と動作用電源電圧生成手段との間に挿入された、電空変換モジュールと一定電流引込み回路１５〜１７とを備える構成としている【００１９】このような構成によれば、第１の電源電圧生成手段は、入力電流から電空変換モジュールと動作用電源電圧生成手段に供給する電源電圧を生成している。電空変換モジュールは、一定電流引込み回路と組み合わせることで、電空変換モジュールに割り当てられる入力電流の割合を最適化している。一定電流引込み回路は、電空変換モジュールの負荷電流によらず、動作用電源電圧生成手段の電源電圧を安定化している。
【００２０】ここで、請求項２のように、一定電流引込み回路は、電空変換モジュールと直列に接続される第１の電流引込み回路１５と、この第１の電流引込み回路に並列に接続される第２の電流引込み回路１６と、この第１の電流引込み回路の引込み電流Ｉ１と第２の電流引込み回路の引込み電流Ｉ２の和が一定電流Ｉtotalとなるように制御する引込み電流制御回路１７とを有する構成とするとよい。すると、第１の電流引込み回路と第２の電流引込み回路は、動作用電源電圧生成手段への一定電流供給回路として動作する。また、第１の電流引込み回路は、電空変換モジュールの電流駆動回路として動作する。
【００２１】請求項３のように第１の電流引込み回路は電空変換モジュールの操作出力に必要な電流を引込み、引込み電流制御回路は一定電流から第１の電流引込み回路の引込み電流を控除して前記第２の電流引込み回路の引込み電流を定める構成とすると、引込み電流制御回路の回路構成が簡単になる。請求項４のように、引込み電流制御回路は、第１の電流引込み回路への引込み電流指令値を入力するインバータ回路とすると、引込み電流制御回路の回路構成が明確になる。
【００２２】ここで、請求項５のように、電空変換モジュールは、第１の駆動巻線Ｎ１と、この第１の駆動巻線と逆方向に巻かれた第２の駆動巻線Ｎ２を有し、一定電流引込み回路は、この第１の駆動巻線と直列に接続される第１の電流引込み回路１５と、この第２の駆動巻線と直列に接続される第２の電流引込み回路１６と、この第１の電流引込み回路の引込み電流Ｉ１と第２の電流引込み回路の引込み電流Ｉ２の和が一定電流Ｉtotalとなるように制御する引込み電流制御回路１７とを有する構成とするとよい。すると、電空変換モジュールの総巻数は、第１の駆動巻線と第２の駆動巻線の巻数の和で与えられるが、電空変換モジュールの巻線の直流抵抗による電圧降下を請求項２の構成に比較して少なくできる。
【００２３】上記目的を達成するために、本発明の請求項６のバルブポジショナは、設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換してバルブ１４に操作出力を行う電空変換モジュール１１とを有すると共に、電流信号の送られる伝送路を用いてデジタル通信を行うデジタル通信回路を有するバルブポジショナにおいて、電流信号から第１の電源電圧Ｖ１を生成する手段Ｄ１と、この第１の電源電圧より低い、デジタル演算回路の動作用電源電圧Ｖ２を生成する手段Ｄ２と、この第１の電源電圧生成手段と動作用電源電圧生成手段との間に挿入された、電空変換モジュールと一定電流引込み回路１５〜１７と、電流信号を入力する回路に設けられた、直流領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスが高い能動負荷インピーダンス回路Ｚ１を備える構成としている。
【００２４】このような構成によれば、能動負荷インピーダンス回路Ｚ１は、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスを高くすることでデジタル通信を確保し、ＤＣ周波数帯域でのインピーダンスを低くすることで、限られた入力電流の内で第１の電源電圧生成手段で確保できる電源電圧を高くしている。
【００２５】上記目的を達成するために、本発明の請求項７のバルブポジショナは、設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換してバルブ１４に操作出力を行う電空変換モジュール１１とを有すると共に、電流信号の送られる伝送路を用いてデジタル通信を行うデジタル通信回路を有するバルブポジショナにおいて、電流信号から第１の電源電圧Ｖ１を生成すると共に、直流領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスが高い能動負荷インピーダンス回路Ｚ２と、この第１の電源電圧より低い、デジタル演算回路の動作用電源電圧Ｖ２を生成する手段Ｄ２と、この第１の電源電圧生成手段と動作用電源電圧生成手段との間に挿入された、電空変換モジュールと一定電流引込み回路１５〜１７とを備える構成としている。
【００２６】このような構成によれば、能動負荷インピーダンス回路Ｚ２は、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスを高くすることでデジタル通信を確保し、ＤＣ周波数帯域でのインピーダンスを低くすることで、限られた入力電流の内で第１の電源電圧生成手段で確保できる電源電圧を高くしていると共に、電流信号から第１の電源電圧Ｖ１を生成している。電空変換モジュールと一定電流引込み回路は実質的に定電流回路であり、電圧依存性が低いことから、第１の電源電圧Ｖ１がデジタル通信の周波数で変動しても、動作に支障を生じない。
【００２７】ここで、請求項８のように、能動負荷インピーダンス回路は、前記デジタル通信回路の送信信号を制御入力する構成とすると、消費電力が少なくて済む。
【００２８】上記目的を達成するために、本発明の請求項９の電空変換器は、設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致するように空気圧信号の制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換モジュール１１とを有する電空変換器において、前記電流信号から第１の電源電圧Ｖ１を生成する手段Ｄ１と、この第１の電源電圧より低い、前記デジタル演算回路の動作用電源電圧Ｖ２を生成する手段Ｄ２と、この第１の電源電圧生成手段と動作用電源電圧生成手段との間に挿入された、前記電空変換モジュールと一定電流引込み回路１５〜１７とを備えることを特徴としている。
【００２９】このような構成によれば、第１の電源電圧生成手段は、入力電流から電空変換モジュールと動作用電源電圧生成手段に供給する電源電圧を生成している。電空変換モジュールは、一定電流引込み回路と組み合わせることで、電空変換モジュールに割り当てられる入力電流の割合を最適化している。一定電流引込み回路は、電空変換モジュールの負荷電流によらず、動作用電源電圧生成手段の電源電圧を安定化している。
【００３０】ここで、請求項１０のように、前記電空変換器は、前記電流信号を入力する回路に設けられた、直流領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスが高い能動負荷インピーダンス回路Ｚ１を備える構成とすると、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスを高くすることでデジタル通信を確保し、ＤＣ周波数帯域でのインピーダンスを低くすることで、限られた入力電流の内で第１の電源電圧生成手段で確保できる電源電圧を高くしている。
【００３１】また、請求項１１のように、前記能動負荷インピーダンス回路Ｚ２は、前記電流信号から第１の電源電圧Ｖ１を生成する手段と兼用して用いる構成とすると、構成が簡単になる。電空変換モジュールと一定電流引込み回路は実質的に定電流回路であり、電圧依存性が低いことから、第１の電源電圧Ｖ１がデジタル通信の周波数で変動しても、動作に支障を生じない。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて、本発明を説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図である。尚、図１において前記図７と同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略する。図において、電流検出抵抗Ｒ２０は、入力電流を正確に検出するもので、発生した電圧信号は電流検出回路３に送られる。能動負荷インピーダンス回路Ｚ１は、直流領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスが高いもので、電流検出抵抗Ｒ２０と入力端子Ｔ２との間に挿入されている。能動負荷インピーダンス回路Ｚ１には、例えば図８に開示した回路を用いる。
【００３３】シャントレギュレータＤ２は、ＣＰＵやＤ／Ａ変換器８等のデジタル演算回路と、モデム４や送受信回路1,2等のデジタル通信回路に対して供給する動作用電源電圧Ｖ２を供給するもので、例えば５Ｖとなっている。コンデンサＣ３は、シャントレギュレータＤ２と並列に接続されて動作用電源電圧Ｖ２を安定化している。
【００３４】第１の電流引込み回路(current reg.1)１５は、電空変換モジュール１１と直列に接続されるもので、電流引込み値指令信号はＤ／Ａ変換器８より送られる。第２の電流引込み回路(current reg.2)１６は、電空変換モジュール１１と第１の電流引込み回路１５の直列回路に並列に接続されるものである。引込み電流制御回路１７は、第１の電流引込み回路１５の引込み電流Ｉ１と第２の電流引込み回路１６の引込み電流Ｉ２の和が一定電流Ｉtotalとなるように制御するもので、ここではＤ／Ａ変換器８より送られる電流引込み値指令信号をインバータ回路で反転して第２の電流引込み回路１６に供給している。電空変換モジュール１１と第１の電流引込み回路１５の直列回路は、ツェナダイオードＤ１の電源電圧Ｖ１とシャントレギュレータＤ２の動作用電源電圧Ｖ２との間に挿入されていて、電空変換モジュール１１の駆動に必要な電流Ｉ１が流れる。
【００３５】図２は本発明の第１の実施例を示す要部回路図である。起動抵抗Ｒ１９は、シャントレギュレータＤ２へスタートアップ用の電流を供給するもので、電源電圧Ｖ１の電源ラインと動作用電源電圧Ｖ２の電源ラインとの間を接続している。Ｄ／Ａ変換器８より送られる電流引込み値指令信号は、出力電圧範囲として０〜Ｖ２とする。
【００３６】第１の電流引込み回路１５は、トランジスタＱ３と制御電圧発生用差動増幅器Ｕ１とを有している。トランジスタＱ３はコレクタ端子が電空変換モジュール１１と接続され、エミッタ端子が抵抗Ｒ１７を介して動作用電源電圧Ｖ２に接続されている。分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８は、動作用電源電圧Ｖ２と電流引込み値指令信号の差電圧を分圧して、差動増幅器Ｕ１のプラス端子に入力している。分圧抵抗Ｒ９，Ｒ１０は、トランジスタＱ３のエミッタ端子電圧とグランド電位の差電圧を分圧して、差動増幅器Ｕ１のマイナス端子に入力している。差動増幅器Ｕ１は、トランジスタＱ３のベース端子に制御信号を送って、トランジスタＱ３を可変抵抗として動作させて、引込み電流Ｉ１を定めている。引込み電流Ｉ１は、電流引込み値指令信号Ｖdacに比例する。
【００３７】第２の電流引込み回路１６は、トランジスタＱ４と制御電圧発生用差動増幅器Ｕ２とを有している。トランジスタＱ４はコレクタ端子が電源電圧Ｖ１と接続され、エミッタ端子が抵抗Ｒ１８を介して動作用電源電圧Ｖ２に接続されている。分圧抵抗Ｒ11，Ｒ12は、動作用電源電圧Ｖ２と電流引込み値反転信号の差電圧を分圧して、差動増幅器Ｕ２のプラス端子に入力している。分圧抵抗Ｒ13，Ｒ１４は、トランジスタＱ４のエミッタ端子電圧とグランド電位の差電圧を分圧して、差動増幅器Ｕ２のマイナス端子に入力している。差動増幅器Ｕ２は、トランジスタＱ４のベース端子に制御信号を送って、トランジスタＱ４を可変抵抗として動作させて、引込み電流Ｉ２を定めている。引込み電流Ｉ２は、電流引込み値反転信号（Ｖ２−Ｖdac)に比例する。
【００３８】引込み電流制御回路１７は、電流引込み値指令信号を抵抗Ｒ１５を介してマイナス端子に入力し、プラス端子に接続される基準電圧Ｖ２／２との差電圧を反転して、電流引込み値反転信号を出力する反転増幅器Ｕ３を有している。
【００３９】このように構成された装置において、抵抗値に次の関係を持たせる。
Ｒ７＝Ｒ９＝Ｒ１１＝Ｒ１３ (1) Ｒ８＝Ｒ１０＝Ｒ１２＝Ｒ１４ (2) Ｒ１７＝Ｒ１８ (3)【００４０】すると、引込み電流Ｉ１，Ｉ２には次のようになる。
Ｉ１＝（Ｒ７／Ｒ８）＊（１／Ｒ１７）＊Ｖdac (4) Ｉ２＝（Ｒ11／Ｒ12）＊（１／Ｒ１８）＊（Ｖ２−Ｖdac) ＝（Ｒ７／Ｒ８）＊（１／Ｒ１７）＊（Ｖ２−Ｖdac) (5)起動抵抗Ｒ１９に流れる電流が、Ｉ１とＩ２の総和より充分小さいとすると、和電流Ｉtotalは常に一定となる。
Ｉtotal ＝Ｉ１＋Ｉ２ ＝（Ｒ７／Ｒ８）＊（１／Ｒ１７）＊Ｖ２ (6)【００４１】図３は、本発明の第２の実施例を示す要部回路図である。図２と相違する点を説明すると、電流引込み回路１５，１６は電空変換モジュール１１の駆動巻線Ｎ１，Ｎ２と接続されている。駆動巻線Ｎ１と駆動巻線Ｎ２は、極性を示す●の位置から判別できるように、コアに巻かれている方向が逆になっている。この場合、単一の駆動巻線にセンタータップを設け、センタータップと電源電圧Ｖ１とを接続し、両端は夫々電流引込み回路１５，１６と接続するようにしてもよい。
【００４２】このように構成された装置において、図２の実施例との比較で、電空変換モジュール１１の総インダクタンス（総巻数）が同じであれば、電空変換モジュール１１の動作スパンは変わらない。しかし、電空変換モジュール１１の巻線の直流抵抗による電圧降下を半減することができる。例えば、巻線の直流抵抗を１ｋΩとし、引込み電流Ｉ１を０〜３ｍＡとすると、電圧降下は最大３Ｖとなる。電源電圧Ｖ１が９Ｖで、動作用電源電圧Ｖ２が５Ｖであれば、エミッタ抵抗Ｒ１７，Ｒ１８の存在を考慮すると、電空変換モジュール１１で許容される電圧降下は３Ｖ程度である。従って、巻線の直流抵抗の低下による効果は大きい。
【００４３】或いは、回路電圧の設計制約により、電空変換モジュール１１に許される電圧降下が制限されている場合には、駆動巻線により多くの巻数を確保できるので有効である。
【００４４】図４は、本発明の第３の実施例を示す全体構成図である。図１と相違する点を説明すると、ツェナダイオードＤ１に代えて、能動負荷インピーダンスＺ２が端子Ｔ１とグランドＧＮＤとの間に挿入されると共に、コンデンサＣ１に代えて、コンデンサＣ５が端子Ｔ１と送信回路１、受信回路２との間に挿入されている。能動負荷インピーダンスＺ２には、例えばシャントレギュレータや図８に示すトランジスタを組み合わせた回路が用いられる。
【００４５】能動負荷インピーダンスＺ２は、通信周波数帯域より低い周波数帯域では十分に低インピーダンスであり、電源電圧Ｖ１を生成する。通信周波数帯域では、デジタル通信に必要なインピーダンスを確保する。電空変換モジュール１１、コントロールリレー１２、電流引込み回路１５，１６は、実質的に定電流回路であり、電源電圧Ｖ１が直流的に安定であれば、動作に支障を生じない。即ち、電源電圧Ｖ１がデジタル通信周波数帯域で交流的に変化しても、電空変換モジュール１１等の動作に支障を生じない。
【００４６】図５は、本発明の第４の実施例を示す全体構成図である。図４と相違する点を説明すると、能動負荷インピーダンスＺ２に代えて、送信回路１の出力信号によってインピーダンスを変化させる能動負荷インピーダンスＺ３を有している。４−２０ｍＡ等の直流入力電流が端子Ｔ１，Ｔ２間に印加されるが、能動負荷インピーダンスＺ３のインピーダンスが変化することで、能動負荷インピーダンスＺ３の両端電圧が変化して、送信電圧信号を発生させることができる。
【００４７】図４の実施例では、送信回路１によって能動負荷インピーダンスＺ２を駆動しているので、送信回路１の消費電力が大きい。これに対して、図５の実施例では、送信回路１は能動負荷インピーダンスＺ３を制御しているだけであり、デジタル通信は４−２０ｍＡ等の直流入力電流によって行われるので、送信回路１は省電力である。
【００４８】図６は、本発明を電空変換器に適用する実施例の全体構成図である。図１と相違する点を説明すると、位置センサ１３に代えて圧力センサ１９を装着している。圧力センサ１９は、コントロールリレー１２の空気圧信号を入力する。このように構成すると、制御対象がバルブの入力空気圧なので、電空変換器にそのまま適用できる。この場合、電空変換器においても、バルブポジショナで得られたと同様の効果が得られる。
【００４９】なお、上記実施例においては、差動増幅器等のアナログ演算回路をもちいて電流引込み回路１５，１６を構成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、デジタル演算回路と抵抗群を用いた回路で構成しても差し支えない。さらに、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で種種変更して実施できることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のバルブポジショナによれば、第１の電源電圧生成手段は、入力電流から電空変換モジュールと動作用電源電圧生成手段に供給する電源電圧を生成している。電空変換モジュールは、一定電流引込み回路と組み合わせることで、電空変換モジュールに割り当てられる入力電流の割合を最適化している。一定電流引込み回路は、電空変換モジュールの負荷電流によらず、動作用電源電圧生成手段の電源電圧を安定化している。
【００５１】請求項６記載のバルブポジショナによれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、更に能動負荷インピーダンス回路Ｚ１が、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスを高くすることでデジタル通信を確保し、ＤＣ周波数帯域でのインピーダンスを低くすることで、限られた入力電流の内で第１の電源電圧生成手段で確保できる電源電圧を高くしている。
【００５２】請求項７記載のバルブポジショナによれば、このような構成によれば、能動負荷インピーダンス回路Ｚ２は、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスを高くすることでデジタル通信を確保し、ＤＣ周波数帯域でのインピーダンスを低くすることで、限られた入力電流の内で第１の電源電圧生成手段で確保できる電源電圧を高くしていると共に、電流信号から第１の電源電圧Ｖ１を生成している。電空変換モジュールと一定電流引込み回路は実質的に定電流回路であり、電圧依存性が低いことから、第１の電源電圧Ｖ１がデジタル通信の周波数で変動しても、動作に支障を生じない。
【００５３】請求項９記載の電空変換器によれば、第１の電源電圧生成手段は、入力電流から電空変換モジュールと動作用電源電圧生成手段に供給する電源電圧を生成している。電空変換モジュールは、一定電流引込み回路と組み合わせることで、電空変換モジュールに割り当てられる入力電流の割合を最適化している。一定電流引込み回路は、電空変換モジュールの負荷電流によらず、動作用電源電圧生成手段の電源電圧を安定化している。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６５０７
【氏名又は名称】横河電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）７月１７日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３０４０３３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月５日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２０３０７９ |
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