JPH06337079A - モータ制御バルブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータにより駆動されるバルブ装置におい
て、高速且つ高精度な開閉動作を行い、また、バルブの
駆動軸の固着を防止すること。 【構成】 バルブの開閉を行う駆動軸をモータにより回
転させてバルブの開閉を行うモータ制御バルブ装置にお
いて、前記モータ２をパルス入力により駆動されるパル
スモータとし、パルスモータ２を駆動する駆動手段３
と、バルブ１の開閉量を検出する開閉量検出手段６と、
開閉量検出手段６により検出されたバルブ１の開閉量に
応じてパルスモータ２の駆動を制御する制御手段５とを
備える。更に、バルブの駆動軸１ａのトルクを検出する
トルク検出手段７を備え、駆動軸１ａのトルクが予め定
められた値以上となった場合にパルスモータ２の駆動を
停止するものを開示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ制御バルブ装置
に関し、さらに詳しくは高速且つ高精度にバルブの開閉
を行うことができるモータ制御バルブ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２はモータにより開閉操作を行う従来
のモータ制御バルブ装置の構成を模式的に示したブロッ
ク図であるが、同図に示すように、従来のモータ制御バ
ルブ装置は、流量制御バルブ２１（例えば、ニードルバ
ルブ）の駆動軸２１ａにギアボックス２４を介して直流
モータ２２を接続し、このモータ２２により駆動軸２１
ａを回転させることによりバルブ２１の開閉の度合いを
調整制御していた。

【０００３】すなわち、前記直流モータ２２には、コイ
ルに流される電流によって接点の入切が行われるリレー
２３を介して、該リレー２３のそれぞれの接点端子に接
続された正又は負電源２３ａ，２３ｂからの電流が供給
されるが、このリレー２３のコイルに流す電流は、コン
ピュータやシーケンサなどにより構成されたコントロー
ラ２５によりＯＮ・ＯＦＦ制御され、これによりモータ
２２に流れる電流の方向が変えられ、モータ２２の正
転、逆転、又は停止が行われてバルブ２１の開閉や所定
位置での停止が行われる。

【０００４】一方、流量制御バルブ２１の開閉の度合い
は、ポテンショメータなどの回転センサ２６により前記
コントローラ２５へフィードバックされ、コントローラ
２５は該回転センサ２６からのフィードバック信号によ
り前記のようにリレー２３のコイルに流す電流を制御し
て流量制御バルブ２１の開閉の度合いを調整する。そし
て、これら一連の制御は、前記コントローラ２５内のコ
ンピュータのプログラムに従って処理される。

【０００５】さらに、流量制御バルブ２１の駆動軸２１
ａにはリミットスイッチ２８が設けられているが、この
リミットスイッチ２８は、流量制御バルブ２１の締め付
け過ぎによる駆動軸２１ａの固着を防止するもので、駆
動軸２１ａがモータ２２の回転により軸方向に移動し、
流量制御バルブ２１の全開又は全閉の位置に取り付けら
れたリミットスイッチ２８に接触した場合に、前記コン
トローラ２５内のコンピュータによる一連の制御処理と
は無関係にリレー２３に流れる電流を強制的に遮断して
モータ２２の駆動を停止するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のモータ制御バル
ブ装置は、以上のような構成を有するものであったが、
開閉動作の正確さや動作速度の点で必ずしも満足できる
ものではなかった。すなわち、正確な所定量だけバルブ
を開成又は閉成することができず、所望の正確な流量を
得ることができなかったり、或いは、バルブを閉止する
場合に、締め付け過ぎにより軸が固着したり、完全な閉
止が行われないなど、精度の良い開成や閉止を達成する
ことができず、さらに高速の制御を行うこともできなか
った。

【０００７】本発明者は、従来のモータ制御バルブ装置
におけるこれらの問題を研究したところ、その原因は次
のような点あることを見出した。すなわち、従来のバル
ブ装置では、モータ２２の回転速度を制御できないた
めバルブの開閉速度を制御できない、コントローラ２
５やリミットスイッチ２８によりリレー２３をＯＮ・Ｏ
ＦＦする場合に、リレー２３内のコイルの逆起電力によ
りコイルの接点の動作が前記ＯＮ・ＯＦＦのタイミング
からやや遅れる、コイルの接点が切れても慣性により
即座にモータ２２が停止しない、回転センサ２６から
の信号とコイル電流のＯＮ・ＯＦＦのタイミングのずれ
がある（高速制御ができない原因）ことである。

【０００８】さらに、前記従来のモータ制御バルブ装置
では、次のような問題もあった。すなわち、前記のよう
な正確な開閉動作ができないとの問題は、個々のリレー
やモータの特性、使用環境によりその程度が異なるの
で、使用のたびにハードウエアやソフトウエアの調整が
必要となり非常に煩雑であることである。

【０００９】さらに、従来のバルブ装置では、前述のよ
うにバルブの駆動軸の固着を防止するためにリミットス
イッチ２８を設けているが、このリミットスイッチ２８
のリミット位置の調整は現実には非常に難しく、リミッ
ト位置のごく僅かのずれにより軸が固着したり或いは完
全な閉止が達成できないとの問題もあった。

【００１０】本発明は、以上のような従来のモータ制御
バルブ装置における問題を解決するものであり、高速で
正確な開閉動作を行うことができるモータ制御バルブ装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本願の請求項１の発明は、バルブの開閉を行う駆動軸を
モータにより回転させて該バルブの開閉を行うモータ制
御バルブ装置において、前記モータをパルス入力により
駆動されるパルスモータとし、該パルスモータを駆動す
る駆動手段と、前記バルブの開閉量を検出する開閉量検
出手段と、該開閉量検出手段により検出されたバルブの
開閉量に応じて前記パルスモータの駆動を制御する制御
手段とを備えたモータ制御バルブ装置に係るものであ
る。

【００１２】また、請求項２の発明は、前記請求項１の
発明において、前記バルブの駆動軸のトルクを検出する
トルク検出手段を備え、前記制御手段は、該トルク検出
手段により検出された前記駆動軸のトルクが予め定めら
れた値以上となった場合に前記パルスモータの駆動を停
止するものであるモータ制御バルブ装置に係るものであ
る。

【００１３】さらに、請求項３の発明は、前記請求項１
又は２の発明において、前記制御手段は、前記開閉量検
出手段により検出されたバルブの開閉量が予め定められ
た値に近づいた場合には、前記駆動手段から前記パルス
モータへ入力される駆動パルスの周波数を減少させるも
のであるモータ制御バルブ装置に係るものである。

【００１４】

【作用】前記のように構成された本発明においては、前
記制御手段から前記駆動手段へ制御信号が出力され、こ
の制御信号に基づく駆動パルス信号が、前記駆動手段か
ら前記パルスモータへ出力される。パルスモータは、該
駆動手段からの駆動パルスにより駆動され、前記バルブ
の駆動軸を回転させてバルブの開閉を行う。

【００１５】一方、制御手段には、前記開閉量検出手段
からバルブの開閉量の検出信号が入力され、制御手段
は、この検出信号により現時点でのバルブの開閉量を検
知する。そして、制御手段は、検知したバルブの開閉量
に応じて前述のように駆動手段へ制御信号を出力するこ
とによりバルブを予め定められたプログラムに従って開
閉制御する。

【００１６】ここで、本発明は、前述のようにパルスモ
ータによりバルブの開閉を行うものであるため、前記駆
動手段からパルスモータへ出力するパルスの数を制御す
ることにより、バルブの駆動軸の回転角を正確に制御す
ることができる。したがって、バルブを一定量だけ開い
て一定の流量を得たい場合などには、所定の数のパルス
をモータへ入力することにより、従来のバルブ装置に比
べ格段に正確なバルブの開閉を行うことが可能となる。

【００１７】また、前記駆動パルスの周波数を変化させ
ることにより、開閉速度の制御を行うことも可能であ
る。

【００１８】さらに、請求項２の発明においては、トル
ク検出手段により前記バルブの駆動軸のトルクが検出さ
れ、この検出結果が前記制御手段に入力される。そし
て、制御手段は、該トルク検出手段により検出された駆
動軸のトルクが予め定められた値以上となった場合に
は、前記パルスモータを停止させる。

【００１９】したがって、バルブの駆動軸が固着してし
まうトルク値より小さい値を制御手段に対して予め設定
しておくことによりバルブの軸の固着を防止することが
可能となる。

【００２０】さらに、請求項３の発明においては、前記
制御手段は、前記開閉量検出手段により検出されたバル
ブの開閉量が予め定められた値に近づいた場合には、前
記駆動手段から前記パルスモータへ入力される駆動パル
スの周波数を減少させてモータの回転速度（バルブの開
閉速度）を落し、その後バルブが所定の開閉量となった
ときに前記駆動手段からパルスモータへの駆動パルスの
入力を遮断してモータを停止させる。

【００２１】このように、バルブ（モータ）の停止前に
その動作速度を減少させることにより、高速でバルブの
開閉操作を行った場合でも、所定量よりバルブが開き過
ぎたり或いは閉まり過ぎたりすることがなく、より正確
な開閉制御が可能となる。

【００２２】なお、前記パルスモータとは、パルス信号
の入力により駆動されるすべてのモータを含むものであ
り、例えばステッピングモータと称されるモータなどを
も含むものである。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を図面に基いて説明する。図
１は、本発明の一実施例に係るモータ制御バルブ装置の
構成を模式的に示すブロック図である。

【００２４】同図に示すように、流量制御バルブ１を開
閉する駆動軸１ａにはギアボックス４を介してパルスモ
ータ２が接続されており、このパルスモータ２により前
記駆動軸１ａが回動されバルブ１の開閉が行われる。ま
た、駆動軸１ａには、該駆動軸１ａの回転量を検出する
回転センサ６と、該駆動軸１ａにかかる負荷トルクを検
出するトルクセンサ７とが設けられている。

【００２５】パルスモータ２にはモータ電源装置３が接
続されており、該モータ電源装置３はコントローラ５か
らの制御信号に基づいてパルスモータ２に対して駆動パ
ルスを出力し、パルスモータ２を駆動する。

【００２６】コントローラ５は、パーソナルコンピュー
タ（以下、単に「コンピュータ」と称する。）とプログ
ラマブルコントローラとにより構成されており、コンピ
ュータには本バルブ装置全体の制御を行うためのアプリ
ケーションプログラムが格納されている。一方、前記プ
ログラマブルコントローラは、前記回転センサ６、トル
クセンサ７、及びモータ電源装置３と、前記コンピュー
タとの間のインターフェイスとなるものである。

【００２７】以上のように構成された本実施例に係るバ
ルブ装置の動作を説明する。先ず、流量制御バルブ１を
所望の開度（例えば全開の５０％）にするためには、次
のような制御が行われる。

【００２８】すなわち、コントローラ５内のコンピュー
タは、前記プログラマブルコントローラを介して回転セ
ンサ６からの検出信号を取り入れるが、該検出信号は、
前記プログラマブルコントローラによりデジタル化さ
れ、コンピュータに入力される。この検出信号からコン
ピュータは、現時点での流量制御バルブ１の開閉の度合
い（開閉量）を認識し、どちらの方向にどれだけパルス
モータ２を回転させればよいかを算出する。

【００２９】そして、その算出結果は、前記プログラマ
ブルコントローラに出力され、該コントローラは該信号
に基づいて、モータ電源装置３に必要な数の電圧パルス
信号を出力する。モータ電源装置３は、前記電圧パルス
信号を増幅して同一の周波数の駆動パルスをパルスモー
タ２に対して出力し、これによりパルスモータ２が駆動
され、バルブ１の開閉操作が行われる。

【００３０】一方、かかるバルブ１の駆動が行われてい
る間においても、常に回転センサ６及びトルクセンサ７
からコントローラ５内のプログラマブルコントローラに
検出信号が入力されており、該検出信号はプログラマブ
ルコントローラによりデジタル化されてコンピュータに
入力され、コンピュータは、該回転センサ６による検出
信号に基づいて時々刻々その時点でのバルブ１の開閉量
を算出する。

【００３１】流量制御バルブ１の開閉量が目標の開度
（例えば全開の５０％）に近づいた場合には、コンピュ
ータは、プログラマブルコントローラに対して、モータ
電源装置３に送出するパルス信号の周波数を減少させる
ように指令する。これにより、プログラマブルコントロ
ーラから電源装置３へ出力される電圧パルスの周波数、
さらに、電源装置３からパルスモータ２へ出力される駆
動パルスの周波数が減じられ、パルスモータ２の回転速
度が落される。

【００３２】そして、流量制御バルブ１の開閉量が目標
の開度（全開の５０％）となった場合には、コンピュー
タは、プログラマブルコントローラに対して、モータ電
源装置３に送出するパルス信号を停止するように指令
し、プログラマブルコントローラからモータ電源装置３
へのパルス信号の送出は停止される。これにより、電源
装置３からモータ２への駆動パルスの送出は停止され、
モータ２、すなわちバルブ１が停止される。

【００３３】以上のような制御処理によりバルブ１が目
標の開度に制御されるが、何らの原因により目標の開度
より行き過ぎ過ぎてしまった場合には、次のような制御
が行われる。

【００３４】すなわち、コントローラ５内のコンピュー
タは、回転センサ６からの検出信号に基づいてバルブ１
が目標の開度より行き過ぎ過ぎてしまったことを認識す
ると即座にプログラマブルコントローラにモータ２の回
転を止めるように指令する。そして、反対方向にどれだ
け回転させれば目標の開度となるかを算出し、その算出
結果に基づく指令をプログラマブルコントローラに出力
する。これにより、目標の開度から行き過ぎた分だけバ
ルブ１が戻され、目標の開度とされる。

【００３５】次に、流量制御バルブ１を閉止する場合に
は、次のような制御処理が行われる。

【００３６】コントローラ５内のコンピュータは、前述
した目標開度へのバルブの開閉制御と同様に、プログラ
マブルコントローラを介して回転センサ６からの検出信
号を取り入れ、現時点での流量制御バルブ１の開閉量を
認識し、バルブ１を閉止するにはどれだけ駆動軸１ａを
回転させればよいかを算出する。

【００３７】そして、その算出結果に基づいてコンピュ
ータは、プログラマブルコントローラに対して指令信号
を出力し、プログラマブルコントローラは、モータ電源
装置３に必要な数の電圧パルス信号を出力し、この電圧
パルス信号に基づいた駆動パルスによりパルスモータ２
が駆動される。

【００３８】そして、閉止位置に近づいた場合には、前
記目標開度への開閉制御と同様に、回転速度を落してモ
ータ２の回転を続ける。

【００３９】一方、コンピュータは、プログラマブルコ
ントローラを介してトルクセンサ７から入力される検出
信号により駆動軸１ａのトルクを監視するとともに、予
め測定された流量制御バルブ１の閉止時のトルク値を記
憶しており、この記憶しているトルク値と駆動軸１ａの
トルク値とを比較して、駆動軸１ａのトルクが予め記憶
しているトルク値に達したときに、回転停止の指令をプ
ログラマブルコントローラに出力し、これによりパルス
モータ２の駆動が停止される。

【００４０】このように本バルブ装置では、バルブの駆
動軸１ａのトルクを監視しつつバルブ１の閉止を行うた
め、バルブの駆動軸１ａの固着が確実に防止される。

【００４１】また、バルブの駆動軸１ａにはトルクリミ
ッタ８が設けられているが、これは、前記トルクセンサ
７によるトルクの監視機能が故障した場合などに駆動軸
１ａに過大なトルクがかかり、装置が破損するのを防止
するもので、駆動軸１ａに予め定められた値より大きな
トルクがかかった場合には、該トルクリミッタ８により
パルスモータ２の回転が流量制御バルブ１へ伝わらなく
なる。

【００４２】なお、このトルクリミッタ８は、本装置の
安全性を高めるために設けたもので該手段は本発明に必
須のものではなく、また、他の過大トルク防止用の機構
を設けることもできる。

【００４３】また、前記トルクセンサ７やトルクリミッ
タ８の配設位置は図１に示したものに限定されるもので
はなく、バルブの使用用途により、例えばギアボックス
４と流量制御バルブ１との間に挿入してもよいことは勿
論である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
バルブの高速且つ高精度な開閉動作を実現することがで
き、また、バルブの駆動軸の固着を確実に防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るモータ制御バルブ装置
の構成を模式的に示すブロック図である。

【図２】従来のモータ制御バルブ装置の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 流量制御バルブ １ａ 流量制御バルブの駆動軸 ２ パルスモータ ３ モータ電源装置 ４ ギアボックス ５ コントローラ（パーソナルコンピュータ，プログ
ラマブルコントローラ） ６ 回転センサ ７ トルクセンサ ８ トルクリミッタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブの開閉を行う駆動軸をモータによ
   り回転させて該バルブの開閉を行うモータ制御バルブ装
   置において、 前記モータをパルス入力により駆動されるパルスモータ
   とし、 該パルスモータを駆動する駆動手段と、 前記バルブの開閉量を検出する開閉量検出手段と、 該開閉量検出手段により検出されたバルブの開閉量に応
   じて前記パルスモータの駆動を制御する制御手段とを備
   えたモータ制御バルブ装置。
2. 【請求項２】 前記バルブの駆動軸のトルクを検出する
   トルク検出手段を備え、 前記制御手段は、該トルク検出手段により検出された前
   記駆動軸のトルクが予め定められた値以上となった場合
   に前記パルスモータの駆動を停止するものである請求項
   １に記載のモータ制御バルブ装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記開閉量検出手段に
   より検出されたバルブの開閉量が予め定められた値に近
   づいた場合には、前記駆動手段から前記パルスモータへ
   入力される駆動パルスの周波数を減少させるものである
   請求項１又は２に記載のモータ制御バルブ装置。