JPH01199074A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、弁装置と電気駆動装置からなり電気信号に応
じて流体の流量を制御する流量制御装置に関する。

従来の技術 従来のこの種流量制御装置を第５図に示す、第１図にお
いて、ｌは弁装置、２は弁装置１を駆動する駆動装置、
３は弁装置ｌの出口側に直列接続された流量センサ、４
は制御回路である。

弁装置ｌは、流体人口５と流体出口６、流体入口５と流
体出口６間の隔壁に形成された通ロア、及び弁体８、弁
体８を閉弁方向に付勢するバネ９を存する。駆動装置２
は、弁体８と共動するプランジ中１０、プランジャ１０
の両端を支持する軸受１１、プランジャｌＯの外周に設
けたコイル１２、及びヨーク１３から構成され、コイル
１２に通電することにより、プランジャ１０に電磁力Ｆ
ｍが作用し、弁体８を押下げて開弁する。

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

制御回路４は、ホール素子１７の出力をパルス信号に変
換する検出回路１８と、パルス信号の発生に比例した電
圧信号を増幅して出力する積分回路１９と、所望の設定
信号と積分回路１９の信号を比較し、かつ偏差信号を出
力する比較器２０と、この偏差信号によってコイル１２
に給電する駆動回路２１を有す以上の構成において設定
信号が供給されると、比較器２０は、積分器１９と設定
信号の偏差信号を駆動回路２１に出力し、コイル１２へ
給電がなされる。

コイル１２に通電するとプランジ中１０は下方の電磁力
Ｆｍを受け、バネ９に抗して開弁し、流体は流体出口６
、回転翼１５をへて流出する。流体が通過すると回転翼
１５は回転し、永久磁石１６によるパルス状の磁束の変
化をホール素子１７で検出し、検出回路１８からパルス
信号を出力させる。このパルス信号は、流量センサ３を
通過する流体の流量に比例している。したがって設定信
号により設定された流量となるよう常に流量センサ３に
よって流量が監視され、弁開度がコントロールされる。

また設定（８号を可変すれば、その信号に比例して流量
を制御することができる。

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

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

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

さらに駆動装置２の比較的小さな電磁力Ｆｍにより流量
を制御するため、プランジャｌＯの摺動抵抗、弾性体で
構成した弁体８の粘着等の外乱の影響を受は高精度の流
量制御を行なうことができなかった。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、
流量制御装置の小型化を図るとともに閉止信頼性を向上
させ、かつ流量制御性能の向上を図ることを目的とする
。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明による流量制御装置は
、流体通孔を設けた固定子と回転子を有し、この回転子
が回動することにより流体通路面積を可変する弁装置と
、圧電体を設けたステータとロータを有し前記回転子を
駆動する超音波振動モータから構成したものである。

作用 超音波振動モータは小型、軽量であるにもかかわらず高
トルクで低速駆動が可能であり、また回転角を高精度に
制御できるとともに高応答性である。したがって超音波
振動モータにより回転子を駆動して弁開度を制御するた
め高トルクで弁を駆動でき、閉弁力を充分高めることが
可能となる。

また高分解能な弁開度制御が行なえ流量制御性能が向上
するとともに装置全体の小型化、低コスト化を実現する
。

実施例 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図においてｌａは弁装置である摺動弁、２ａは超音
波振動モータ、３は第５図の従来例と同じ流量センサ、
４ａは制御回路である。

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

超音波振動モータ２ａは圧電体２７を接合したステータ
２Ｂと耐摩耗板２９を接合したロータ３０を有し、ロー
タ３０は回転子２４と一体に構成されており、ロータ３
０の回転が回転子２４に伝達される。圧電体２７上には
第２図に示すように４分割の電極３１を構成している。

３２は超音波振動モータ２ａの非通電時に回転子２４を
閉弁位置に保持する戻しバネであり、第３図に示すよう
に、一端を弁ボデイ２５に固定し、他端は、ピン３３に
よってロータ３０に接合されている。

ここで超音波振動モータ２ａの動作について説明する。

圧電体２７に数１０ｋＨｚの高周波電圧を印加すると、
ステータ２８にたわみ振動が発生する。

このたわみ振動の横方向成分のみを耐摩耗板２９を介し
てロータ３０に伝えることによりロータ３０が回転する
。すなわち、単一のたわみ振動のみではステータ２８と
ロータ３０の接触点は上下運動のみの動作をし横方向に
は動かないが、９０＠位相の異なる電圧を印加すること
によりロータ３０に回転運動が伝達される。また印加す
る電圧の位相の方向を逆転すれば逆回転もできる。超音
波振動モータ２ａは従来の電磁駆動装置にくらべ小型軽
量、高トルク、高応答性が得られ、また消費電力が小さ
く磁気ノイズが発生しない、特に応答性に関しては電磁
コイルを用いたモータに比較して１０倍以上が得られ、
また回転角を高精度に制御でき弁開度制御の分解能を向
上させることができる。

制御回路４ａは、ホール素子１７の出力をパルス信号に
変換する検出回路１８と、パルス信号の発生に比例した
電圧信号に増幅して出力する積分回路１９と、所望の設
定信号と積分回路１９の信号を比較する比較器２０と、
その比較器２０での偏差信号が流量増加信号である時は
超音波振動モータ２ａに開弁方向の印加電圧の位相の方
向を与え、また流量減少信号である時は閉弁方向の位相
方向に切換えるスイッチング回路３４と、圧電体２７を
駆動する駆動回路３５を有する。他は、第５図の従来例
と同一であり、同信号を付して説明を省略する。

以上の構成において動作を説明する。

超音波振動モータ２ａに通電しない状態では、戻しバネ
３２の作用により弁閉止状態に保持され、流体通路は遮
断される。第４図は固定子２３及び回転子２４の平面図
を示し、（ａ）の状態が閉止状態を示す、つまり固定子
２３と回転子２４がθａだけずれて流体通孔２２ａ、２
２ｂが連通しない状態である。

この状態では高平面度仕上げされた固定子２３と回転子
２４の接触面は密着しており、流体出口６側への流体洩
れを防止する。

設定信号が供給されるとスイッチング回路３４は２１！
Ｌ量増加信号であることを判別し、駆動回路３５は圧電
体２７に通電し、ロータ３０は回転子２４を回転させる
。第４図（ｂ）の状態から流体通孔２２ａ、２２ｂは連
通しはじめ、流体は流体出口６をへて流量センサ３内に
流入する。流体が流れと翼車１５が回転し、流量検出信
号は制御回路４ａにフィードバックされ、設定信号に対
応した流量となるよう超音波振動モータ２ａが制御され
る。したがって設定信号を変化させれば、その信号に応
じた流量が流体人口５の圧力変動に関係なく高精度に得
られる。

第４図（Ｃ）に示すように流体通孔２２ａと２２ｂが一
致すると回転子２４がストッパ２６に当接し、流量増加
信号が供給されている状態で流体通孔２２ａと２２ｂで
形成される流体通路面積が減少してしまう不具合は発生
しない、そして通電を停止すると戻しバネ３２の作用に
よって自動的に閉弁状態となる。

以上の本実施例によれば以下の効果が得られる。

＋１１　　超音波振動モータ２ａにより直接摺動弁１ａ
の回転子２４を制御するとともに流量センサ３を設けて
フィードバック制御する構造であるため、閉止機能、比
例制御機能、ガバナ機能を果す流量制御装置をワンユニ
ット化でき、さら°に弁駆動装置を超音波振動モータ２
ａで構成したため装置全体の小型コンパクト化が図れる
。

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

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

（４１ＦＭ動弁１ａに回転子２４のストッパ２６を設け
たため、流量増加信号が供給されている状態で回転子２
４が回りすぎ、流体通路面積が減少する不具合がない。

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

発明の効果 以上詳述したように本発明によれば以下の効果が得られ
る。

（１１弁装置の回転子を超音波振動モータにより直接回
転駆動するため高トルクで駆動でき、閉弁力を充分高め
られ閉止信鯨性を向上できるとともに小型、低コストの
流量制御装置を実現する。

（２）　　高トルクで駆動するため摺動抵抗等の外乱に
左右されず、また高分解能な弁開度＠御を行なうことが
でき小流量から大流量まで高精度な流量制御ができる。

（３）　　磁気ノイズの発生がないためセンサ及び電子
回路に対するノイズ対策が不要であり近接して設けられ
るため高密度実装が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す流量制御装置の構造図
、第２図は同圧電体の斜視図、第３図は同装置における
戻しバネを示す要部拡大断面図、第４図（ａ）（ｂ）（
ｃ）は同固定子と回転子の状態図、第５図は従来の流量
制御装置の構造図である。 １ａ・・・・・・摺動弁（弁装置）、２ａ・・・・・・
超音波振動モータ、２２ａ、２２ｂ・・・・・・流体通
孔、２３・・・・・・固定子、２４・・・・・・回転子
、２７・・・・・・圧電体、２８・・・・・・ステータ
、３０・・・・・・ロータ。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第３図 第４図 （α）（トン　　　　　　　　　　　　　　（Ｃ）第５
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体通孔を設けた固定子と回転子とを有し、前記回転子
   が回動することにより流体通路面積を可変する弁装置と
   、圧電体を設けたステータとロータを有し前記回転子を
   駆動する超音波振動モータから構成した流量制御装置。