(57)【要約】【課題】電動アクチュエータの動力伝達部の劣化状態を示す劣化指標を容易に計算する。【解決手段】開度制御部１９Ａが、モータ１３を駆動制御して、互いに異なる第１および第２の制御開度θ１，θ２へ出力軸１６を回動し、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６を第２の制御開度θ２に回動した際に、モータ１３に生じたモータトルクＴｍと、出力軸１６を第１および第２の制御開度θ１，θ２に回動した際に、リターンスプリング１５および弁体２２に生じた合成トルクＴｓ＋Ｔｖとに基づいて、動力伝達部１４の劣化指標として、動力伝達部１４の動力伝達トルクＴｄを計算する。【選択図】  図１
2020118643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体を回動するための出力軸と、
動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、
前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、
前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、
前記制御回路は、
前記モータを駆動制御して任意の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御部と、
前記出力軸を互いに異なる第１および第２の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和と、前記出力軸を前記第２の制御開度に回動した際に前記モータに生じたモータトルクとに基づいて、前記動力伝達部の劣化指標として、前記動力伝達部の動力伝達トルクを計算する劣化指標処理部とを有する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた合成トルクに基づいて、前記トルク和を計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記第１および第２の制御開度の間における、前記出力軸および前記弁体の開度偏差に関する差分を示す開度偏差差分に基づいて、前記合成トルクを計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサと、
前記弁体の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサとをさらに備え、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサおよび前記弁側角度センサで検出された前記出力側開度および前記弁側開度に基づいて前記開度偏差差分を計算する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項４に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第１および第２の出力側開度の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記弁側角度センサで検出された第１および第２の弁側開度の開度偏差を示す弁側開度偏差とを計算し、これら出力側開度偏差と弁側開度偏差との差分を前記開度偏差差分として計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項４に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第１の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第１の出力側開度と、前記弁側角度センサで検出された第１の弁側開度との開度偏差を示す第１の開度偏差と、前記出力軸を前記第２の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第２の出力側開度と、前記弁側角度センサで検出された第２の弁側開度との開度偏差を示す第２の開度偏差とを計算し、これら第１の開度偏差と第２の開度偏差との差分を前記開度偏差差分として計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項３に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記モータトルクをＴｍ２とし、前記開度偏差差分をΔθｄとし、前記弁体に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および、前記電動アクチュエータと前記弁体とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれＧ，Ｉｐ，Ｌとした場合、前記動力伝達トルクＴｄを次の式で計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【数１】
2020118643.tif 000010
【請求項８】
請求項１に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第１の制御開度で保持した際に前記弁体に生じた弁体トルクと、回動中の前記出力軸が前記第２の制御開度を通過した際に前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクとに基づいて、前記トルク和を計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項９】
請求項８に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第１の制御開度で保持した際に、前記モータおよび前記リターンスプリングに生じた、モータトルクおよびスプリングトルクに基づいて、前記弁体トルクを計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項８に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記第１の制御開度および前記第２の制御開度で検出された前記モータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、前記第１の制御開度および前記第２の制御開度で検出された前記出力軸の出力側開度の開度偏差を示す出力側開度偏差をΔθａとし、前記リターンスプリングのばね定数をｋとした場合、前記動力伝達トルクＴｄを次の式で計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【数２】
2020118643.tif 000011
【請求項１１】
弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、
前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して任意の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御ステップと、
前記制御回路の劣化指標処理部が、前記出力軸を互いに異なる第１および第２の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和と、前記出力軸を前記第２の制御開度に回動した際に前記モータに生じたモータトルクとに基づいて、前記動力伝達部の劣化指標として、前記動力伝達部の動力伝達トルクを計算する劣化指標処理ステップと
を備えることを特徴とする劣化指標計算方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の劣化指標計算方法において、
前記劣化指標処理ステップは、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた合成トルクに基づいて、前記トルク和を計算するステップを含むことを特徴とする劣化指標計算方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の劣化指標計算方法において、
前記劣化指標処理ステップは、前記出力軸を前記第１の制御開度で保持した際に前記弁体に生じた弁体トルクと、回動中の前記出力軸が前記第２の制御開度を通過した際に前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクとに基づいて、前記トルク和を計算するステップを含むことを特徴とする劣化指標計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプリングリターン形の電動アクチュエータに関し、特に、電動アクチュエータの動力伝達部に関する劣化状態の判定に用いる劣化指標を計算するための劣化指標計算技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブやダンパなどの操作端を電動で開閉制御する電動アクチュエータの１つとして、出力軸に取り付けたリターンスプリングの復帰力で電源供給遮断時に出力軸を所定の回動位置まで戻す、いわゆるスプリングリターン形の電動アクチュエータがある（例えば、特許文献１など参照）。
【０００３】
この電動アクチュエータは、通電時、動力伝達部を介してモータで出力軸を回動させて操作端の開度を調整すると同時にリターンスプリングを巻き上げ、モータのディテントトルクで回動位置を保持している。これにより、その後に外部からの電源供給が遮断された場合、モータの電動クラッチへの電源供給が停止されてクラッチ断となって、モータのディテントトルクが非常に小さくなるため、リターンスプリングの復帰力により全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで、出力軸が強制的に戻されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６４８７８号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２５０３８号公報
【特許文献３】特開２０１５−１１４１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、電動アクチュエータで用いられる動力伝達部は、減速ギヤで構成されており、長期間にわたり十分な耐久性を持つと考えられる。このため、動力伝達部の劣化状態を検出する必要性は低く、従来より電動アクチュエータの劣化判定機能として具体化されていない。
一方、電動アクチュエータなどのフィールド機器には保証期間が設定されていて、保証期間の満了に応じて新たなものに交換する必要がある。しかし、実際には保証期間を超えて長期間にわたり使用される場合もある。
【０００６】
このような保証期間を超えて長期にわたり使用した場合、電動アクチュエータの動力伝達部が劣化して故障や経年変化などにより設計当初の動力伝達トルクが得られない場合も考えられる。このような場合、操作端を精度よく開閉制御できなくなったり、電源供給遮断時、リターンスプリングの復帰力により、出力軸を全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで確実に戻せなくなったりする可能性がある。このため、動力伝達部の劣化状態を把握しておくことが重要となる。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、電動アクチュエータの動力伝達部の劣化状態を示す劣化指標を容易に計算できる劣化指標計算技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明にかかる電動アクチュエータは、弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、前記制御回路は、前記モータを駆動制御して任意の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御部と、前記出力軸を互いに異なる第１および第２の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和と、前記出力軸を前記第２の制御開度に回動した際に前記モータに生じたモータトルクとに基づいて、前記動力伝達部の劣化指標として、前記動力伝達部の動力伝達トルクを計算する劣化指標処理部とを有している。
【０００９】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた合成トルクに基づいて、前記トルク和を計算するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記第１および第２の制御開度の間における、前記出力軸および前記弁体の開度偏差に関する差分を示す開度偏差差分に基づいて、前記合成トルクを計算するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサと、前記弁体の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサとをさらに備え、前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサおよび前記弁側角度センサで検出された前記出力側開度および前記弁側開度に基づいて前記開度偏差差分を計算するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第１および第２の出力側開度の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記弁側角度センサで検出された第１および第２の弁側開度の開度偏差を示す弁側開度偏差とを計算し、これら出力側開度偏差と弁側開度偏差との差分を前記開度偏差差分として計算するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第１の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第１の出力側開度と、前記弁側角度センサで検出された第１の弁側開度との開度偏差を示す第１の開度偏差と、前記出力軸を前記第２の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサで検出された第２の出力側開度と、前記弁側角度センサで検出された第２の弁側開度との開度偏差を示す第２の開度偏差とを計算し、これら第１の開度偏差と第２の開度偏差との差分を前記開度偏差差分として計算するようにしたものである。
【００１４】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記モータトルクをＴｍ２とし、前記開度偏差差分をΔθｄとし、前記弁体に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および、前記電動アクチュエータと前記弁体とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれＧ，Ｉｐ，Ｌとした場合、前記動力伝達トルクＴｄを後述する式で計算するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第１の制御開度で保持した際に前記弁体に生じた弁体トルクと、回動中の前記出力軸が前記第２の制御開度を通過した際に前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクとに基づいて、前記トルク和を計算するようにしたものである。
【００１６】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第１の制御開度で保持した際に、前記モータおよび前記リターンスプリングに生じた、モータトルクおよびスプリングトルクに基づいて、前記弁体トルクを計算するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記第１の制御開度および前記第２の制御開度で検出された前記モータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、前記第１の制御開度および前記第２の制御開度で検出された前記出力軸の出力側開度をθａ１およびθａ２とし、前記リターンスプリングのばね定数をｋとした場合、前記動力伝達トルクＴｄを後述する式で計算するようにしたものである。
【００１８】
また、本発明にかかる劣化指標計算方法は、弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して任意の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御ステップと、前記制御回路の劣化指標処理部が、前記出力軸を互いに異なる第１および第２の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和と、前記出力軸を前記第２の制御開度に回動した際に前記モータに生じたモータトルクとに基づいて、前記動力伝達部の劣化指標として、前記動力伝達部の動力伝達トルクを計算する劣化指標処理ステップとを備えている。
【００１９】
また、本発明にかかる劣化指標計算方法は、前記劣化指標処理ステップが、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した際に前記リターンスプリングおよび前記弁体に生じた合成トルクに基づいて、前記トルク和を計算するステップを含んでいる。
【００２０】
また、本発明にかかる劣化指標計算方法は、前記劣化指標処理ステップが、前記出力軸を前記第１の制御開度で保持した際に前記弁体に生じた弁体トルクと、回動中の前記出力軸が前記第２の制御開度を通過した際に前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクとに基づいて、前記トルク和を計算するステップを含んでいる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、動力伝達部の劣化指標として、動力伝達部の動力伝達トルクを容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、動力伝達部の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、角度センサや制御回路など、電動アクチュエータの既存構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータの信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、流量制御処理を示すフローチャートである。
【図３】図３は、弁側センサ出力値と弁側開度との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理動作の他例を示す説明図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第２の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０について説明する。図１は、電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。
【００２４】
この電動アクチュエータ１０は、例えば、空調システム等の設備において、配管を流れる冷温水の流量を制御する流量制御バルブや、空気の風量を調整する風量調整ダンパーなどの弁体を電動制御する装置である。以下では、図１に示すように、流量制御バルブの弁本体２０に電動アクチュエータ１０を取り付けた場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、風量調整ダンパーなど、電動制御可能な弁体を有する他の機器に取り付けた場合にも、同様にして適用可能である。
【００２５】
［弁本体］
弁本体２０は、流体が流れる流路２１が内部に形成された金属管からなり、流路２１の途中には流体の流量を制御するための弁体２２が回動自在に取り付けられている。弁体２２には、弁本体２０の外部へ一端が導出された弁軸２６が結合されており、この弁軸２６の回動操作により弁体２２が回動し、流路２１の断面積、すなわち弁開度が変化して、流体の流量が制御される。
【００２６】
流路２１の内壁２３のうち、弁体２２の一次側（流体上流側）には圧力センサＳ１が配置されており、弁体２２の二次側（流体下流側）には圧力センサＳ２が配置されている。これら圧力センサＳ１，Ｓ２は、それぞれ流路２１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を検出し、得られた検出結果を示す圧力検出信号を電動アクチュエータ１０へ出力する。これら一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、弁開度に相当する出力側開度θａからなる開度現在値θとに基づいて流路２１を流れる流体の流量が計測される。
【００２７】
［電動アクチュエータ］
電動アクチュエータ１０は、ヨーク３１を介して弁本体２０の本体上面２４に取り付けられており、継手３０を介して弁軸２６と接続されている出力軸１６を回動制御することにより、弁体２２の弁開度を制御して、流体の流量制御を行う機能を有している。
電動アクチュエータ１０には、主な構成として、設定回路１１、モータ駆動回路１２、モータ１３、動力伝達部１４、リターンスプリング１５、出力軸１６、出力側角度センサ１７Ａ、弁側角度センサ１７Ｖ、記憶回路１８、および制御回路１９が設けられている。
【００２８】
設定回路１１は、上位装置（図示せず）から受信した流量目標信号などの設定信号に含まれる、流量目標値Ｑｒｅｆなどの設定値を取得し、制御回路１９へ出力する機能を有している。
モータ駆動回路１２は、制御回路１９から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ１３を駆動する機能を有している。
【００２９】
モータ１３は、ＤＣモータ、ＡＣモータ、ステッピングモータなどの制御用モータからなり、モータ駆動回路１２からの駆動信号により、指定された方向へ指定された角度分だけシャフト１３Ａを回転させる機能と、外部からの電動アクチュエータ１０に対する電源供給の有無に応じてディテントルクの発生有無を切り替えるのためのクラッチ機能とを有している。
動力伝達部１４は、歯数の異なる複数の歯車が噛合されたギヤボックスなどの動力伝達機構からなり、モータ１３のシャフト１３Ａの回転速度を減速して出力軸１６を回動させる機能を有している。
【００３０】
これにより、制御回路１９から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ駆動回路１２から駆動信号がモータ１３に出力される。また、この駆動信号に応じてモータ１３のシャフト１３Ａが回転し、その回転出力が動力伝達部１４で減速されて出力軸１６を回動させ、継手３０および弁軸２６を介して弁体２２が所定の回動角度すなわち弁開度まで回動することになる。
【００３１】
リターンスプリング１５は、一般的なコイルバネからなり、出力軸１６に取り付けられて、電源遮断時に動力伝達部１４でモータ１３のシャフト１３Ａから解放された出力軸１６を、自己の復帰力で所定の開度位置まで戻すスプリングである。
出力軸１６は、継手３０および弁軸２６を介して弁体２２と連結されて、弁体２２を回動するための軸である。
【００３２】
出力側角度センサ１７Ａは、動力伝達部１４または出力軸１６に取り付けられて、出力軸１６の回動角度を検出し、回動角度に応じた出力側センサ出力値Ｓａを制御回路１９へ出力する角度センサである。
以下では、出力側角度センサ１７Ａとしては、例えば円形差動トランス型角度センサ（特許文献２）や磁気抵抗型角度センサ（特許文献３）を用いた場合を例として説明する。本発明は、これら特許文献２および特許文献３に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、出力側角度センサ１７Ａは、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを出力側角度センサ１７Ａとして用いてもよい。
【００３３】
弁側角度センサ１７Ｖは、弁本体２０の外側である本体上面２４に取り付けられて、弁体２２付近の弁軸２６の回動角度を検出し、回動角度に応じた弁側センサ出力値Ｓｖを電動アクチュエータ１０へ出力する角度センサである。弁側角度センサ１７Ｖは、断熱材を介して弁本体２０に取り付けられており、流体温度の影響が抑制されている。
また、弁側角度センサ１７Ｖには温度センサＳ３が取り付けられており、温度センサＳ３で検出された検出温度Ｔｘに基づいて、弁側角度センサ１７Ｖの弁側開度θｖが開度現在値θに温度補正される。なお、弁側開度θｖの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ１７Ｖのセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。
【００３４】
以下では、弁側角度センサ１７Ｖとしては、例えば円形差動トランス型角度センサ（特許文献２）や磁気抵抗型角度センサ（特許文献３）を用いた場合を例として説明する。本発明は、これら特許文献２および特許文献３に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、弁側角度センサ１７Ｖは、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを弁側角度センサ１７Ｖとして用いてもよい。
【００３５】
また、図１において破線で示すように、弁側角度センサ１７Ｖの取付位置は、本体上面２４に代えて弁本体２０の本体底面２５であってもよい。
弁体２２を弁本体２０内の流路２１に回動自在に取り付ける際、内壁２３の上側部と下側部とで弁軸２６を係止している。このため、弁軸２６の下端を本体底面２５から弁本体２０の外部へ導出することが可能であり、弁本体２０の外側へ導出した弁軸２６の下端の回動角度を弁側角度センサ１７Ｖで検出すればよい。
【００３６】
記憶回路１８は、不揮発性の半導体メモリからなり、流量現在値Ｑの計算に用いる弁体２２に固有の流量係数Ｃｖを特定するための特性テーブルなど、流量制御や劣化指標計算に用いる各種の処理データを記憶する機能を有している。この特性テーブルには、流路２１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２と弁体２２の開度現在値θとの組み合わせごとに、弁体２２に固有の流量係数Ｃｖが予め登録されている。これら特性テーブルの各データは、形状や材質などの弁体２２の特徴に基づいて別途計算されたものである。
【００３７】
制御回路１９は、ＣＰＵとその周辺回路を有し、ＣＰＵとプログラムとを協働させることにより、流量制御や劣化指標計算のため処理を実行する各種の処理部を実現する機能を有している。
制御回路１９は、主な処理部として、開度制御部１９Ａと劣化指標処理部１９Ｂとを備えている。
【００３８】
開度制御部１９Ａは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と開度現在値θとに基づいて、流路２１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する機能と、この流量現在値Ｑと流量目標値Ｑｒｅｆとの流量偏差ΔＱに基づいて、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することにより、弁体２２の弁開度を調整して流量現在値Ｑを制御する機能と、劣化指標計算時、任意の制御開度例えば、予め設定されている互いに異なる第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２へ、出力軸１６を回動する機能とを有している。
【００３９】
劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６を互いに異なる第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２に回動した際にリターンスプリング１５および弁体２２に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和Ｔｗと、出力軸１６を第２の制御開度θ２に回動した際にモータ１３に生じたモータトルクＴｍ２とに基づいて、動力伝達部１４の劣化指標として、動力伝達部１４の動力伝達トルクＴｄを計算する機能と、得られた動力伝達トルクＴｄと予め設定されている正常範囲Ｅとに基づいて、動力伝達部１４の劣化状態を判定する機能とを有している。
【００４０】
具体的には、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６をθ１およびθ２に回動した際に、リターンスプリング１５および弁体２２に生じた合成トルクＴｓ＋Ｔｖに基づいて、トルク和Ｔｗを計算する機能と、θ１およびθ２の間における、出力軸１６および弁体２２の開度偏差に関する差分を示す開度偏差差分Δθｄに基づいて、合成トルクＴｓ＋Ｔｖを計算する機能と、出力軸１６をθ１およびθ２に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａおよび弁側角度センサ１７Ｖで検出された出力側開度θａ１およびθａ２と弁側開度θｖ１およびθｖ２とに基づいて開度偏差差分Δθｄを計算する機能とを有している。
【００４１】
より具体的には、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６をθ１およびθ２に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａで検出されたθａ１，θａ２の開度偏差θａ２−θａ１を示す出力側開度偏差Δθａを計算する機能と、弁側角度センサ１７Ｖで検出されたθｖ１およびθｖ２の開度偏差θｖ２−θｖ１を示す弁側開度偏差Δθｖとを計算する機能と、これらΔθａとΔθｖとの差分Δθａ−Δθｖを開度偏差差分Δθｄとして計算する機能とを有している。
【００４２】
あるいは、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６をθ１に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａで検出されたθａ１と、弁側角度センサ１７Ｖで検出されたθｖ１との開度偏差θａ１−θｖ１を示す第１の開度偏差Δθａｖ１を計算する機能と、出力軸１６をθ２に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａで検出されたθａ２と、弁側角度センサ１７Ｖで検出されたθｖ２との開度偏差θａ２−θｖ２を示す第２の開度偏差Δθａｖ２を計算する機能と、これらΔθａｖ１とΔθａｖ２との差分Δθａｖ２−Δθａｖ１を開度偏差差分Δθｄとして計算する機能とを有している。
【００４３】
また、劣化指標処理部１９Ｂは、第２の制御開度θ２でモータ１３に流れるモータ電流に基づいてモータトルクＴｍを計算する機能と、モータトルクをＴｍとし、開度偏差差分をΔθｄとし、弁体２２に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および、電動アクチュエータ１０と弁体２２とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれＧ，Ｉｐ，およびＬとした場合、動力伝達トルクＴｄを後述する式（３）で計算する機能とを備えている。なお、以下では、モータ電流に基づきモータトルクを計算する場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、他の手法でモータトルクを特定してもよい。
【００４４】
本発明において、第１および第２の制御開度θ１，θ２は、開度制御部１９Ａが開度制御に用いる目標値であり、第１および第２の出力側開度θａ１，θａ２は、出力側角度センサ１７Ａで検出された出力軸１６の回動角度を示す検出値であるものとする。また、第１および第２の弁側開度θｖ１，θｖ２は、弁側角度センサ１７Ｖで検出された弁体２２の回動角度を示す検出値であるものとする。なお、開度は全閉状態と全開状態との間を百分率で表した値であり、回動角度は開度を角度で表した値であるが、両者は一意に対応するものであり、本発明において、制御開度、出力側開度、あるいは弁側開度を、単に回動角度という場合もある。
【００４５】
［流量制御動作］
次に、図２を参照して、弁側角度センサ１７Ｖで検出した弁側開度θｖを用いた、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の流量制御動作について説明する。図２は、流量制御処理を示すフローチャートである。
制御回路１９は、流路２１を流れる流体の流量を制御する場合、図２の流量制御処理を実行する。
【００４６】
図２の流量制御処理の開始時において、設定回路１１には、予め流量目標値Ｑｒｅｆが設定されているものとする。また、記憶回路１８には、弁体２２に関する特性テーブルが予め登録されているものとする。
また、制御回路１９内の記憶部（図示せず）には、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖと弁体２２の弁開度との対応関係の基準となる弁側出力基準値Ｓｓが予め設定されているものとする。
【００４７】
図３は、弁側センサ出力値と弁側開度との関係を示すグラフである。弁側角度センサ１７Ｖとして用いられる、円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサは、弁軸２６の中間位置角度すなわち５０％開度を中心として、全閉方向および全開方向に対称となる弁側センサ出力値Ｓｖを出力する構造を有している。したがって、図３に示すように、弁側センサ出力値Ｓｖと弁側開度θｖとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、５０％開度を示す電圧値＝０ｖを中心として、等しい電圧幅Ｓｓだけ離れた電圧値−Ｓｓ，Ｓｓとなる。
【００４８】
まず、開度制御部１９Ａは、弁側角度センサ１７Ｖから弁側センサ出力値Ｓｖを取得し（ステップＳ１００）、予め設定されている弁側出力基準値Ｓｓに基づいて、Ｓｖから度現在値θ（弁側開度θｖ）＝５０×（１＋Ｓｖ／Ｓｓ）［％］を計算する（ステップＳ１０１）。
【００４９】
この際、弁側角度センサ１７Ｖに取り付けられた温度センサＳ３で検出された検出温度Ｔｘに基づいて、弁側角度センサ１７Ｖの開度現在値θ（弁側開度θｖ）が温度補正される。なお、度現在値θの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ１７Ｖのセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。
【００５０】
次に、開度制御部１９Ａは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を取得し（ステップＳ１０２）、これらＰ１，Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を計算する（ステップＳ１０３）。
続いて、開度制御部１９Ａは、差圧ΔＰと開度現在値θに対応する流量係数Ｃｖを記憶回路１８の特性テーブルから取得し（ステップＳ１０４）、流量係数Ｃｖと差圧ΔＰに基づいて、流路２１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する（ステップＳ１０５）。この際、流路２１の口径などによって定まる定数をＡとした場合、流量現在値Ｑは、Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2で求められる。
【００５１】
この後、開度制御部１９Ａは、ＱとＱｒｅｆの流量偏差ΔＱ＝Ｑ−Ｑｒｅｆを計算し（ステップＳ１０６）、ΔＱとゼロとを比較する（ステップＳ１０７）。
ここで、ΔＱがゼロと等しくΔＱ＝０である場合（ステップＳ１０７：ΔＱ＝０）、開度制御部１９Ａは、弁開度を変更することはないが、流量目標値Ｑｒｅｆが変更にならなくても、管路の状態により流量現在値Ｑが変化するため、ステップＳ１００に戻る。
【００５２】
一方、ΔＱがゼロより小さくΔＱ＜０である場合（ステップＳ１０７：ΔＱ＜０）、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することにより、モータ１３をΔＱに相当する弁開度分だけ開方向に駆動し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１００に戻る。
また、ΔＱがゼロより大きくΔＱ＞０である場合（ステップＳ１０７：ΔＱ＞０）、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することにより、モータ１３をΔＱに相当する弁開度分だけ閉方向に駆動し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１００に戻る。
【００５３】
以上では、図２を参照して、弁側角度センサ１７Ｖで検出した弁側開度θｖを用いた流量制御動作について説明したが、弁側開度θｖに代えて出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａを用いて、流量制御動作を実行してもよい。
【００５４】
具体的には、図２のステップＳ１００−Ｓ１０１において、出力側角度センサ１７Ａから出力側センサ出力値Ｓａを取得し（ステップＳ１００）、予め設定されている出力側出力基準値Ｓｂに基づいて、Ｓａから度現在値θ（出力側開度θａ）＝５０×（１＋Ｓａ／Ｓｂ）［％］を計算する（ステップＳ１０１）。なお、制御回路１９内の記憶部（図示せず）には、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａと弁体２２の弁開度との対応関係の基準となる出力側出力基準値Ｓｂが予め設定されているものとする。
【００５５】
出力側出力基準値Ｓｂは、弁側出力基準値Ｓｓに代えて用いられるものである。出力側角度センサ１７Ａとして、円形差動トランス型角度センサや磁気抵抗型角度センサを用いた場合、前述した図３と同様に、出力側センサ出力値Ｓａと出力側開度θａとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、５０％開度を示す電圧値＝０ｖを中心として、等しい電圧幅Ｓｂだけ離れた電圧値−Ｓｂ，Ｓｂとなる。
図２におけるこのほかのステップについては、前述と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００５６】
［劣化指標処理動作］
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の劣化指標処理動作について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。図５は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
【００５７】
制御回路１９は、動力伝達部１４の劣化指標を計算する際、図４の劣化指標処理を実行する。なお、図５に示すように、劣化指標計算時に出力軸１６を回動する第１および第２の制御開度θ１，θ２は、予め設定されているものとし、この例ではθａ１＜θａ２とする。
【００５８】
まず、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、出力軸１６を制御開度θ１まで回動して保持する（ステップＳ１５０）。
次に、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６が制御開度θ１で保持されている状態で、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ１を取得するとともに、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖから得られた弁側開度θｖ１を取得する（ステップＳ１５１）。
【００５９】
この後、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、制御開度θ１から制御開度θ２側へ出力軸１６の回動を開始する（ステップＳ１５２）。
次に、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６が制御開度θ２を通過した時点で、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ２を取得するとともに、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖから得られた弁側開度θｖ２を取得し（ステップＳ１５３）、モータ１３に流れているモータ電流に基づいてモータトルクＴｍ２を取得する（ステップＳ１５４）。
【００６０】
続いて、劣化指標処理部１９Ｂは、出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ１と出力側開度θａ２との差分に基づいて、出力側開度偏差Δθａ（＝θａ２−θａ１）を計算するとともに（ステップＳ１５５）、弁側センサ出力値Ｓｖから得られた弁側開度θｖ１と弁側開度θｖ２との差分に基づいて、弁側開度偏差Δθｖ（＝θｖ２−θｖ１）を計算する（ステップＳ１５６）。
【００６１】
この後、劣化指標処理部１９Ｂは、出力側開度偏差Δθａと弁側開度偏差Δθｖの差分に基づいて、開度偏差差分Δθｄ（＝Δθａ−Δθｖ）を計算し（ステップＳ１５７）、開度偏差差分Δθｄと、弁体２２に関する横弾性係数Ｇ、断面二次極モーメントＩｐ、および電動アクチュエータ１０と弁体２２とを連結する一連の連結軸の長さを示す軸長Ｌとに基づいて、トルク和Ｔｗを計算し（ステップＳ１５８）、モータトルクＴｍ２とトルク和Ｔｗとに基づいて動力伝達トルクＴｄを計算する（ステップＳ１５９）。
【００６２】
通常、出力軸１６が回動している場合、モータ１３、動力伝達部１４、リターンスプリング１５、および弁体２２で発生するそれぞれのトルクは、互いにつりあった状態にあり、これらトルクの総和はゼロとなる。図５に示すように、例えば、任意の制御開度θにおけるモータ１３のモータトルクをＴｍ２とし、リターンスプリング１５のスプリングトルクをＴｓ２とし、動力伝達部１４における動力伝達トルクをＴｄとし、弁体２２の弁体トルクをＴｖとした場合、任意の制御開度θにおけるこれらトルクのつり合いは、次の式（１）で表される。
【００６３】
【数１】
2020118643.tif 000003
【００６４】
一方、弁体２２に対して流体の負荷がかかっている場合、出力軸１６、継手３０、弁軸２６からなる一連の連結軸を介して接続されている、リターンスプリング１５と弁体２２に対してねじれが生じ、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られる出力側開度θａと、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖから得られた弁側開度θｖとの間に相違（ズレ）が生じる。
【００６５】
制御開度θ１，θ２間における、出力側開度偏差Δθａ（＝θａ２−θａ１）と弁側開度偏差Δθｖ（＝θｖ２−θｖ１）との差分（＝Δθａ−Δθｖ）を開度偏差差分Δθｄとし、弁体２２に関する横弾性係数をＧとし、断面二次極モーメントをＩｐとし、上記連結軸の長さを示す軸長をＬとした場合、リターンスプリング１５と弁体２２とのトルク和Ｔｗ、すなわち合成トルクＴｓ２＋Ｔｖは、次の式（２）で表される。
【００６６】
【数２】
2020118643.tif 000004
【００６７】
したがって、これら式（１）および式（２）に基づいて、動力伝達トルクＴｄは、次の式（３）で表される。これにより、動力伝達トルクＴｄは、開度偏差差分ΔθｄとモータトルクＴｍ２とから計算できることが分かる。
【００６８】
【数３】
2020118643.tif 000005
【００６９】
この後、劣化指標処理部１９Ｂは、得られた動力伝達トルクＴｄと予め設定されている動力伝達トルクＴｄの正常範囲Ｅとを比較し（ステップＳ１６０）、動力伝達トルクＴｄが正常範囲Ｅ内である場合には（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、動力伝達部１４の劣化状態は正常であると判定し（ステップＳ１６１）、一連の劣化指標処理を終了する。正常範囲Ｅについては、動力伝達部１４の設計時に算出した、動力伝達トルクＴｄの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。
【００７０】
一方、動力伝達トルクＴｄが正常範囲Ｅ外である場合には（ステップＳ１６０：ＮＯ）、動力伝達部１４の劣化状態は異常であると判定し（ステップＳ１６２）、一連の劣化指標処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、劣化指標処理部１９ＢがＬＣＤやＬＥＤを用いた表示部（図示せず）でアラーム表示してもよく、データ通信により上位装置へ通知してもよい。
【００７１】
この際、劣化指標処理部１９Ｂが、動力伝達トルクＴｄの経時変化を定期的に計算し、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。さらには、劣化指標処理部１９Ｂが、計算した動力伝達トルクＴｄを記憶回路１８に時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来の動力伝達トルクＴｄの推定値Ｔｄ’を推定し、推定値Ｔｄ’が正常範囲Ｅから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、動力伝達部１４の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。
【００７２】
図４および図５では、出力側開度偏差Δθａと弁側開度偏差Δθｖとに基づいて、開度偏差差分Δθｄを計算する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、制御開度θ１，θ２における、出力側開度θａ１，θａ２と弁側開度θｖ１，θｖ２との偏差、すなわち開度偏差Δθａｖ１，Δθａｖ２に基づいて、開度偏差差分Δθｄを計算してもよい。
【００７３】
図６は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理動作の他例を示す説明図である。この例では、制御開度θ１，θ２に出力軸１６を回動して、出力側開度θａ１，θａ２と弁側開度θｖ１，θｖ２とを取得して、それぞれの開度偏差Δθａｖ１（＝θａ１−θｖ１：第１の開度偏差），Δθａｖ２（＝θａ２−θｖ２：第２の開度偏差）を計算し、これら開度偏差Δθａｖ１，Δθａｖ２に基づいて、開度偏差差分Δθｄ（＝θａｖ２−θａｖ１）を計算してもよい。
【００７４】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、開度制御部１９Ａが、モータ１３を駆動制御して、任意の制御開度θへ出力軸１６を回動し、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６を第１および第２の制御開度θ１，θ２に回動した際に、リターンスプリング１５および弁体２２に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和Ｔｗと、出力軸１６を第２の制御開度θ２に回動した際にモータ１３に生じたモータトルクＴｍ２とに基づいて、動力伝達部１４の劣化指標として、動力伝達部１４の動力伝達トルクＴｄを計算するようにしたものである。
【００７５】
電動アクチュエータ１０が、保証期間を超えて長期にわたり使用された場合、動力伝達部１４が劣化して故障や経年変化などにより設計当初の動力伝達トルクＴｄが得られない場合も考えられる。設計当初の動力伝達トルクＴｄが得られない場合、操作端を精度よく開閉制御できなくなったり、電源供給遮断時、リターンスプリング１５の復帰力により、出力軸１６を全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで確実に戻せなくなったりする可能性がある。このため、動力伝達部１４の劣化状態を把握しておくことが重要となる。
【００７６】
本実施の形態によれば、動力伝達部１４の劣化指標として、動力伝達部１４の動力伝達トルクＴｄを容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、動力伝達部１４の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、出力側角度センサ１７Ａ、弁側角度センサ１７Ｖ、制御回路１９など、電動アクチュエータ１０の既存構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータ１０の信頼性を高めることが可能となる。
【００７７】
また、動力伝達トルクＴｄの経時変化を、劣化指標処理部１９Ｂや上位装置でモニタすることにより、動力伝達部１４の劣化時期すなわち交換時期を予測でき、電動アクチュエータ１０、バルブ、ダンパなどの予知保全に極めて有用である。また、劣化指標計算時には、弁体２２の開度が一時的に変化するものの、その所要時間は、出力側角度センサ１７Ａおよび弁側角度センサ１７Ｖで開度を検出するという、極めて短い時間で済むため、アプリケーションによっては、通常の運転動作中であっても劣化指標計算を行うことができる。したがって、劣化指標処理動作を定期的に実行することにより、動力伝達部１４の劣化状態の変化をいち早く検出でき、迅速な対応をとることが可能となる。
また、本実施の形態によれば、後述する第２の実施の形態のように、動力伝達トルクＴｄを求める際に、リターンスプリング１５のばね定数ｋを必要としない。このため、ばね定数ｋの経年変化の影響を受けない動力伝達トルクＴｄを得ることができる。
【００７８】
また、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６をθ１およびθ２に回動した際に、リターンスプリング１５および弁体２２に生じた合成トルクＴｓ＋Ｔｖに基づいて、トルク和Ｔｗを計算するようにしてもよい。より具体的には、第１および第２の制御開度θ１，θ２の間における、出力軸１６および弁体２２の開度偏差に関する差分を示す開度偏差差分Δθｄに基づいて、合成トルクＴｓ＋Ｔｖを計算するようにしてもよい。
これにより、合成トルクＴｓ＋Ｔｖを直接計測するための構成を必要とすることなく、出力軸１６および弁体２２の開度偏差という、極めて容易に得られる物理量に基づいて容易に計算することができる。
【００７９】
また、本実施の形態において、出力軸１６の回動角度を出力側開度θａとして検出する出力側角度センサ１７Ａと、弁体２２の回動角度を弁側開度θｖとして検出する弁側角度センサ１７Ｖとをさらに備え、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６を第１および第２の制御開度θ１，θ２に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａおよび弁側角度センサ１７Ｖで検出された出力側開度θａ１，θａ２および弁側開度θｖ１，θｖ２に基づいて開度偏差差分Δθｄを計算するようにしてもよい。これにより、出力側角度センサ１７Ａおよび弁側角度センサ１７Ｖという極めて簡素な構成で開度偏差差分Δθｄを計算できる。
【００８０】
また、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６を第１および第２の制御開度θ１，θ２に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａで検出された第１および第２の出力側開度θａ１，θａ２の開度偏差を示す出力側開度偏差Δθａと、弁側角度センサ１７Ｖで検出された第１および第２の弁側開度θｖ１，θｖ２の開度偏差を示す弁側開度偏差Δθｖとを計算し、これら出力側開度偏差Δθａと弁側開度偏差Δθｖとの差分を開度偏差差分Δθｄとして計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理で開度偏差差分Δθｄを計算することができる。
【００８１】
また、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６を第１の制御開度θ１に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａで検出された第１の出力側開度θａ１と、弁側角度センサ１７Ｖで検出された第１の弁側開度θｖ１との開度偏差を示す第１の開度偏差Δθａｖ１と、出力軸１６を第２の制御開度θ２に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａで検出された第２の出力側開度θａ２と、弁側角度センサ１７Ｖで検出された第２の弁側開度θｖ２との開度偏差を示す第２の開度偏差Δθａｖ２とを計算し、これら第１の開度偏差Δθａｖ１と第２の開度偏差Δθａｖ２との差分を開度偏差差分Δθｄとして計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理で開度偏差差分Δθｄを計算することができる。
【００８２】
また、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６を第２の制御開度θ２に回動した際に、モータ１３に流れるモータ電流に基づいて、モータトルクＴｍを計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理でモータトルクＴｍを計算することができる。
【００８３】
また、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂが、モータトルクをＴｍ２とし、開度偏差差分をΔθｄとし、弁体２２に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および、電動アクチュエータ１０と弁体２２とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれＧ，Ｉｐ，Ｌとした場合、動力伝達トルクＴｄを前述の式（３）で計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理で動力伝達トルクＴｄを計算することができる。
【００８４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０について説明する。
第１の実施の形態では、動力伝達トルクを計算する際、出力軸１６を互いに異なる第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２に回動した際にリターンスプリング１５および弁体２２に生じた、スプリングトルクと弁体トルクとのトルク和Ｔｗを、リターンスプリング１５および弁体２２に生じた合成トルクＴｓ＋Ｔｖに基づいて計算する場合について説明した。本実施の形態では、出力軸１６を第１の制御開度θ１で保持した際に弁体２２に生じた弁体トルクＴｖと、回動中の出力軸１６が第２の制御開度θ２を通過した際にリターンスプリング１５に生じたスプリングトルクＴｓ２とに基づいて、トルク和Ｔｗを計算する場合について説明する。
【００８５】
すなわち、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６を第１の制御開度θ１で保持した際に弁体２２に生じた弁体トルクＴｖと、回動中の出力軸１６が第２の制御開度θ２を通過した際にリターンスプリング１５に生じたスプリングトルクＴｓ２とに基づいて、トルク和Ｔｗを計算する機能と、出力軸１６を第１の制御開度θ１で保持した際に、モータ１３およびリターンスプリング１５に生じた、モータトルクＴｍ１およびスプリングトルクＴｓ１に基づいて、弁体トルクＴｖを計算する機能とを有している。
【００８６】
具体的には、劣化指標処理部１９Ｂは、第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２で検出されたモータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２で検出された出力軸１６の出力側開度θの開度偏差を示す出力側開度偏差をΔθａとし、リターンスプリング１５のばね定数をｋとした場合、動力伝達トルクＴｄを後述する式（７）で計算する機能とを備えている。
なお、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０では、劣化指標処理動作において弁側角度センサ１７Ｖが不要となるが、その他の構成については、図１と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。また、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０での流量制御動作についても、前述した図２の流量制御処理と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。なお、図２の流量制御処理において、前述したように、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖに代えて、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａを用いてもよい。
【００８７】
［劣化指標処理動作］
次に、図７および図８を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の劣化指標処理動作について説明する。図７は、第２の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。図８は、第２の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
【００８８】
制御回路１９は、動力伝達部１４の劣化指標を計算する際、図７の劣化指標処理を実行する。なお、図８に示すように、劣化指標計算時に出力軸１６を回動する第１および第２の制御開度θ１，θ２は、予め設定されているものとし、この例ではθａ１＜θａ２とする。
【００８９】
まず、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、出力軸１６を制御開度θ１まで回動して保持する（ステップＳ２００）。
次に、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６が制御開度θ１で保持されている状態で、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ１を取得する（ステップＳ２０１）。
【００９０】
続いて、劣化指標処理部１９Ｂは、モータ１３に流れているモータ電流に基づいてモータトルクＴｍ１を計算するとともに、リターンスプリング１５のばね定数ｋと出力側開度θａ１とに基づいてスプリングトルクＴｓ１を計算し（ステップＳ２０２）、これらモータトルクＴｍ１とスプリングトルクＴｓ１とに基づいて、弁体２２の弁体トルクＴｖを計算する（ステップＳ２０３）。
【００９１】
この後、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、制御開度θ１から制御開度θ２側へ出力軸１６の回動を開始する（ステップＳ２０４）。
次に、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６が制御開度θ２を通過した時点で、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ２を取得する（ステップＳ２０５）。
【００９２】
続いて、劣化指標処理部１９Ｂは、モータ１３に流れているモータ電流に基づいてモータトルクＴｍ２を計算するとともに、リターンスプリング１５のばね定数ｋと出力側開度θａ２とに基づいてスプリングトルクＴｓ２を計算し（ステップＳ２０６）、弁体トルクＴｖとスプリングトルクＴｓ２とに基づいて、トルク和Ｔｗを計算し（ステップＳ２０７）、トルク和ＴｗとモータトルクＴｍ２とに基づいて、動力伝達トルクＴｄを計算する（ステップＳ２０８）。
【００９３】
通常、出力軸１６を任意の開度で保持した場合、モータ１３、動力伝達部１４、リターンスプリング１５、および弁体２２で発生するそれぞれのトルクは、互いにつりあった状態にあり、これらトルクの総和はゼロとなる。図８に示すように、例えば、制御開度θ１におけるモータ１３のモータトルクをＴｍ１とし、リターンスプリング１５のスプリングトルクをＴｓ１とし、弁体２２の弁体トルクをＴｖとした場合、出力軸１６を制御開度θ１で保持した状態では動力伝達部１４における動力伝達トルクＴｄがゼロとなるため、制御開度θ１におけるこれらトルクのつり合いは、次の式（４）で表される。
【００９４】
【数４】
2020118643.tif 000006
【００９５】
ここで、制御開度θ１におけるスプリングトルクＴｓ１は、リターンスプリング１５のばね定数ｋと制御開度θ１における出力側開度θａ１との積で求められるため、弁体トルクＴｖは、次の式（５）で表される。
【００９６】
【数５】
2020118643.tif 000007
【００９７】
また、制御開度θ２におけるスプリングトルクＴｓ２も、リターンスプリング１５のばね定数ｋと制御開度θ２における出力側開度θａ２との積で求められるため、出力側開度θａ１，θａ２の出力側開度偏差θａ２−θａ１をΔθａとした場合、弁体トルクＴｖとスプリングトルクＴｓ２との和を示すトルク和Ｔｗは、次の式（６）で表される。
【００９８】
【数６】
2020118643.tif 000008
【００９９】
一方、制御開度θ２におけるトルクのつり合いは、前述の式（１）で表されるため、これら式（１）および式（６）に基づいて、動力伝達トルクＴｄは、次の式（７）で表される。これにより、動力伝達トルクＴｄは、モータトルクＴｍ１，Ｔｍ２とリターンスプリング１５のばね定数ｋと開度偏差差分Δθｄとから計算できることが分かる。
【０１００】
【数７】
2020118643.tif 000009
【０１０１】
この後、劣化指標処理部１９Ｂは、得られた動力伝達トルクＴｄと予め設定されている動力伝達トルクＴｄの正常範囲Ｅとを比較し（ステップＳ２０９）、動力伝達トルクＴｄが正常範囲Ｅ内である場合には（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）、動力伝達部１４の劣化状態は正常であると判定し（ステップＳ２１０）、一連の劣化指標処理を終了する。正常範囲Ｅについては、動力伝達部１４の設計時に算出した、動力伝達トルクＴｄの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。
【０１０２】
一方、動力伝達トルクＴｄが正常範囲Ｅ外である場合には（ステップＳ２０９：ＮＯ）、動力伝達部１４の劣化状態は異常であると判定し（ステップＳ２１１）、一連の劣化指標処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、劣化指標処理部１９ＢがＬＣＤやＬＥＤを用いた表示部（図示せず）でアラーム表示してもよく、データ通信により上位装置へ通知してもよい。
【０１０３】
この際、劣化指標処理部１９Ｂが、動力伝達トルクＴｄの経時変化を定期的に計算し、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。さらには、劣化指標処理部１９Ｂが、計算した動力伝達トルクＴｄを記憶回路１８に時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来の動力伝達トルクＴｄの推定値Ｔｄ’を推定し、推定値Ｔｄ’が正常範囲Ｅから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、動力伝達部１４の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。
【０１０４】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６を第１の制御開度θ１で保持した際に弁体２２に生じた弁体トルクＴｖと、回動中の出力軸１６が第２の制御開度θ２を通過した際にリターンスプリング１５に生じたスプリングトルクＴｓ２とに基づいて、トルク和Ｔｗを計算するようにしたものである。
具体的には、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６を第１の制御開度θ１で保持した際に、モータ１３およびリターンスプリング１５に生じた、モータトルクＴｍ１およびスプリングトルクＴｓ１に基づいて、弁体トルクＴｖを計算するようにしたものである。
【０１０５】
これにより、動力伝達トルクＴｄの計算の際に必要な固有パラメータがばね定数ｋのみとなり、第１の実施の形態のような、弁体２２に関する横弾性係数Ｇ、断面二次極モーメントＩｐ、および、電動アクチュエータ１０と弁体２２とを連結する一連の連結軸の軸長Ｌなどの固有パラメータを必要としない。このため、これら固有パラメータの導出処理負担を大幅に軽減できるとともに、動力伝達トルクＴｄの計算処理を大幅に簡素化することが可能となる。
【０１０６】
また、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂが、第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２で検出されたモータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２で検出された出力軸１６の出力側開度θの開度偏差を示す出力側開度偏差をΔθａとし、リターンスプリング１５のばね定数をｋとした場合、動力伝達トルクＴｄを前述の式（７）で計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理で動力伝達トルクＴｄを計算することができる。
【０１０７】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…電動アクチュエータ、１１…設定回路、１２…モータ駆動回路、１３…モータ、１３Ａ…シャフト、１４…動力伝達部、１５…リターンスプリング、１６…出力軸、１７Ａ…出力側角度センサ、１７Ｖ…弁側角度センサ、１８…記憶回路、１９…制御回路、１９Ａ…開度制御部、１９Ｂ…劣化指標処理部、２０…弁本体、２１…流路、２２…弁体、２３…内壁、２４…本体上面、２５…本体底面、２６…弁軸、３０…継手、３１…ヨーク、Ｓ１，Ｓ２…圧力センサ、Ｓ３…温度センサ、Ｑｒｅｆ…流量目標値、Ｑ…流量現在値、ΔＱ…流量偏差、Ｓａ…出力側センサ出力値、Ｓｂ…出力側出力基準値、Ｓｖ…弁側センサ出力値、Ｓｓ…弁側出力基準値、Ｔｘ…検出温度、Ｐ１…一次側圧力、Ｐ２…二次側圧力、ΔＰ…差圧、θ，θ１，θ２…制御開度、θａ，θａ１，θａ２…出力側開度、θｖ，θｖ１，θｖ２…弁側開度、Δθａ…出力側開度偏差、Δθｖ…弁側開度偏差、Δθａｖ，Δθａｖ１，Δθａｖ２…開度偏差、Δθｄ…開度偏差差分、Ｔｍ，Ｔｍ１，Ｔｍ２…モータトルク、Ｔｄ…動力伝達トルク、Ｔｓ，Ｔｓ１，Ｔｓ２…スプリングトルク、Ｔｖ…弁体トルク、Ｔｗ…トルク和、Ｇ…横弾性係数、Ｉｐ…断面二次極モーメント、Ｌ…軸長。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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