JPS6046255B2 - 直線制御流量調節装置 - Google Patents

直線制御流量調節装置

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JPS6046255B2
JPS6046255B2 JP56076364A JP7636481A JPS6046255B2 JP S6046255 B2 JPS6046255 B2 JP S6046255B2 JP 56076364 A JP56076364 A JP 56076364A JP 7636481 A JP7636481 A JP 7636481A JP S6046255 B2 JPS6046255 B2 JP S6046255B2
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ジエイムス・エイチ・エウイング
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    • F16K31/52Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はバルブによる流量の制御が機械的に自動的に直
線化されるようにした直線制御流量調節装置、特に構造
が簡単で安価な余弦関数発生機構を使用して作動レンジ
ほぼ全体に亘つてほぼ一定の分解能を維持するようにし
たサーボモーター駆動の流量調節装置に関するものであ
る。
蝶形弁の羽根、ボール弁のプラグ等によつて制限された
流路の投影開口面積は1スループツトョすなわち他の標
準的な条件下での流量を決定する。
このようなバルブの場合には、もちろん、弁棒の回転量
(角度)と流量の間の関係は直線的てない。プラグや弁
座の形状を工夫することによつて開口の断面積がそのバ
ルブ部材の回転角度に対して直線的な関係を持つて変化
するようにし、そ、れによつて電気的コントロ−ラーに
よつてサーボモーターを駆動してほぼ一定の1伝達能ョ
と分解能でバルブ部材を作動させるようにすることがで
きることもある。このような何等かの方法をとらなけれ
ば制御が不安定になる。例えばバルブが僅.かしか開い
ていないときにある角度だけバルブを回転させたときの
流量に与える影響は、バルブがほぼ完全に開いていると
きに同じ角度だけバルブを回転させたときに比べてはる
かに大きい。このような差をコントロ−ラー自体が補償
するようにJした場合には、そのコントロ−ラーの利得
を適当に変えなければならない。さもなければギヤ比可
変の装置を用いて機械的にコントロ−ラーの利得を変え
るのとほぼ同じ結果が得られるようにしなければならな
い。このような事情に鑑みて本発明はバルブの非直線性
を相殺する、構造の簡単な関数発生機構を使用してほぼ
直線的な伝達能と分解能が得られるようにした流量調節
装置を提供することを目的とするものである。
本発明は蝶形弁等のバルブの開口断面積およびその開口
を通る流量はバルブ部材の角度位置θに対して1−CO
seの関数であるという認識に基づくものであり、補償
用余弦関数発生機構を駆動手段と弁棒の間に挿入して入
力された角度と出力される流量の関係を直線化したこと
を目的とするものである。
本発明の望ましい実施例の装置は流量、圧力、温度等の
検出条件に応答してモーター・に制御信号を送る電気的
コントロ−ラーを備えている。そのモーターは、そのモ
ーターの回転をバルブの非直線性を相殺するように非直
線的に伝達する直線化機構を介してそのバルブ(例えは
蝶形弁)の弁棒に駆動可能に結合されている。その直線
化機構すなわち流量調節装置は弁棒に固着されたピニオ
ンと噛合し、そのピニオンを介して弁棒を回転させる摺
動自在のラックを備えている。そのラックはモーターの
出力シャフトのO〜900の範囲の回転角度0に対して
摺動量が1−COSOの関数となるようなりム機構によ
つて摺動せしめられる。すなわちモーターの出力シャフ
トにクランクアームが結合され、4分の1回転せしめら
れるようになつており、そのクランクアームの先端にカ
ムローラーが固定され、前記ラックに対して直角に延び
るカムスロット内に挿入されている。したがつて、この
クランクアームを回転させるとラックは直線的に摺動せ
しめられ、その摺動量は1−COsOの関数となる。以
下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図は本発明の直線制御流量調節装置を蝶形弁に応用
した実施例を示すものである。第1図において、スライ
ド部材6に固定されたラック5がピニオン7と噛合して
いる。しのピニオン7は鎖線7aで示すように蝶形昇の
バルブ部材(羽根)4の弁棒4aと結合されており、ピ
ニオン7と弁棒4aが同期して回転するようになつてい
る。電気コントロ−ラー8は管9を流れる流体の圧力、
流量、温度等の検出した条件に応答して対応する制御信
号を結合手段11を介してサーホモーター10に与える
。そのサーボモーター10の出力シャフト12は従来は
本質的に直接バルブ部材4に接続され流量13を制御す
るようになつていた。しかしながら、投影開口面積に比
例する蝶形弁のスループットTはバルブ部材4の角度位
置01に対して直線的な関係になく、バルブ部材4の弁
棒4aがサーボモーター10の出力シャフト12によつ
て直接駆動されるようになつていると、コントロ−ラー
の利得と進みの特性が各作動条件において何等かの手段
によつて適当に調節されるようになつていなければその
非直線性によつて制御が困難になる。例えばシステムの
分解能に関して言えば、バルブ部材が僅かしか開いてい
ないときには、そのバルブ部材を少し余分に開いても流
量は大巾に増えるが、そのバルブ部材が殆ど一杯に開い
ているときにはそのバルブ部材の開きを同じ角度だけ増
やしても流量は余り増えない。第1図において、投影開
口巾Tはバルブ部材4の開き角度01に対して1−CO
Sθ1の関数である。
すなわち、B+T=1とすると、第1図においてサーボ
モーター10と弁棒4aの間にある機構は上記のような
ことを計算に入れて、前記非直線性を完全に機械的に相
殺するためのものである。
すなわち、前記サーボモーター10の出力シャフト12
にクランクアーム14が結合されている。このクランク
アーム14は第1図に示す位置から時計方向に少なくと
も約4分の1回転することができるようになつている。
そのクランクアーム14の先端にはローラー14aが取
り付けられており、そのローラー14aが前記スライド
部材6内にその横方向に延びるように設けられたカムス
ロット6a内に挿入されている。したがつてクランクア
ーム14の回転はスライド部材6の矢印16で示す方向
への直線運動に変換される。その際、スライド部材6は
シャフト15によつて支持され、かつ案内される。この
スライド部材6の直線運動は前記ラック5とピニオン7
の噛合によつてピニオン7を回転させ、それによつて弁
棒4aを回転させる。第1図において破線17はクラン
クアーム14が4分の1回転、すなわち900回転した
ときのスロット6aの位置を示すものであり、破線18
はそのときのスライド部材6の位置を示すものである。
スプリング19はラック5とピニオン7を噛合状態に保
ち、きしみを抑えるためのものである。サーボモーター
10の出力シャフト12が角度θ2だけ回転したときピ
ニオン7が回転する角度θ1 (バルブ部材4も同じ角
度01だけ回転する)は角度0。のCOsの関数である
。すなわちA+C=1とすると、ここでk=1/900
となるように構成されている。
この01=(1−COSθ2)900を前記T=1一C
OSOlに代人するとまたサーボモーター10の出力シ
ャフト12の回転角度θ2に対するスループットTの変
化率は次に出力シャフト12の回転角度02の種々の値
に対するT等の値を表にして挙げた。
なお次の表においては流量0〜100%をO〜1とした
。なお、上の表のT/DT/dθ2の値を横軸にとり、
θ2の値を縦軸にとつて両者の関係を第3図にプロセッ
トした。第3図の線20から明らかなように作動範囲の
大部分に亘つて、かつ最も重5要な部分において両者の
関係はほぼ直線になつている。第2図は本発明のより具
体的な実施例を示すものである。
なお、第2図の実施例は第1図の実施例にほぼ対応する
ものであり、対応する部分は番5号にダツシユを付けて
示した。第2図において直線化駆動を行なうステップモ
ーター1『は適当な減速歯車機構を備えており、コント
ロ−ラー8″からのパルスの組合わせによつて正確に制
御された角度だけ回転せしめられる。そのステップモー
ター1『の真下にクランクアーム1『が配されている。
そのクランクアーム142はカムを介してスライド部材
6″に作用的に結合されている。本実施例においてはラ
ックギヤ5″はスライド部材6″の内面に設けられてい
る。このラック.ギヤ5″と噛合するピニオン7″の軸
は本実施例の装置内の各回転軸とほぼ整列するように配
されている。他の流量制御手段、例えばボール弁等のプ
ラグ式バルブの場合にも蝶形弁におけるような非直線性
を有することがあり、そのときにも上記実施例と同様に
して流量の制御や分解能を直線化することができる。
異なる形式のバルブにおいて異なる量の制御をしたいと
きやレスポンスを高めたり、低めたりしたいときにはラ
ックとピニオンのギヤ比を変えるだけで容易にそのよう
な要求に応じることができる。またカム機構の運動の終
点部にマイクロスイッチを配してモーターへの通電を停
止するようにすればカム機構の行き過ぎやカム機構がか
らみ合つて動かなくなるようなことを防止することがで
きる。なお、上記実施例ではCOs関数発生機構にロー
ラーとカムスロットを使用したが、必要に応じて同様な
作用をする他のクランクアームとカムの組み合わせを用
いても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の装置を原理的に示す図、第
2図は本発明のより具体的な実施例を示す図、第3図は
第1図の実施例における、駆動モーターの回転角度と、
その角度におけるバルブのスループットとそのスループ
ットの変化率の比を示すグラフである。 4・・・・・・バルブ部材、5・・・・・・ラック、6
・・・・・・スライド部材、7・・・・・ゼニオン、8
・・・・・・コントロ−ラー10・・・・・・モーター
、14・・・・・・クランクアーム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 流路内に回転自在に配され、その流路を通る流体の
    流量をその回転角度の余弦の関数として制御するバルブ
    手段、そのバルブ手段を回転させるための回転駆動手段
    、その駆動手段の回転を、前記バルブ手段の作動レンジ
    の少なくとも一部においてそのバルブ手段の余弦関数依
    存性をほぼ相殺するようにしてそのバルブ手段に伝えて
    その角度位置を変える機械的余弦関数発生機構からなる
    ことを特徴とする直線制御流量調節装置。 2 前記余弦関数発生機構が、前記回転駆動手段の回転
    の軸から半径方向に離れた位置において回転する部分を
    有するリンクを備えており、その部分が所定の位置から
    回転したときにその部分の所定の方向への前記所定の位
    置からの運転距離がその回転角の余弦の関数になるよう
    になつていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の装置。 3 前記余弦関数発生機構が前記部分の前記所定の位置
    の方向への運動を前記バルブ手段の回転に変換する変換
    手段を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載の装置。 4 前記リンクの前記部分が前記回転駆動手段の回転を
    伝達されるクランクの一部であり、前記変換手段が前記
    クランクに、相対的回転を許す結合手段を介して作用的
    に結合された可動部材を備えていることを特徴とする特
    許請求の範囲第3項記載の装置。 5 前記結合手段が、前記クランクの回転面にほぼ平行
    に延びる前記可動部材内に設けられたカムスロットと、
    前記クランクのアームに固定され、そのカムスロット内
    に収容されたカムフォロワーエレメントからなつており
    、前記可動部材が前記所定の方向に摺動自在であり、そ
    の摺動量が前記部分の前記回転の角度の余弦の関数であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の装置。 6 前記リンクが前記可動部材とともに摺動するラック
    によつて回転せしめられて前記バルブ手段を回転させる
    ピニオンとを備えていることを特徴とする特許請求の範
    囲第5項記載の装置。7 前記カムスロットがほぼ直線
    であり、前記クランクアームがそのカムスロットにほぼ
    直角な位置とそのカムスロットにほぼ平行な位置の間を
    移動するようになつており、その2位置間がほぼ4分の
    1回転であることを特徴とする特許請求の範囲第6項記
    載の装置。 8 前記バルブ手段が流路内に配されたバルブ部材とそ
    のバルブ部材を回転させる弁棒からなつており、そのバ
    ルブ部材が約4分の1回転で流路閉鎖位置と最大開口位
    置の間を移動するようになつており、その流路を流れる
    流体の流量が前記弁棒の角度位置θの1−cosθの関
    数で制御されるようになつていることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の装置。 9 前記回転駆動手段が電気制御信号に応答して回転す
    るサーボモーターであり、前記バルブ手段が蝶形弁であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の装置。
JP56076364A 1980-05-21 1981-05-20 直線制御流量調節装置 Expired JPS6046255B2 (ja)

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US06/152,037 US4327894A (en) 1980-05-21 1980-05-21 Linearized controlled valves
US152037 1993-11-12

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JPS5718431A JPS5718431A (en) 1982-01-30
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JP (1) JPS6046255B2 (ja)
CH (1) CH654087A5 (ja)
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