(57)【要約】【課題】ゴミ等によってバルブの開閉が妨げられるリスクを低減できるモータ駆動装置を提供する。【解決手段】水栓のバルブを開閉させる直流モータ２４を駆動するモータ駆動装置２ｋであって、直流モータ２４の回転に応じて直流モータ２４にかかる負荷電流を検出する負荷電流検出回路２０１と、前記負荷電流に基づいて直流モータ２４を制御するモータ制御回路２０２と、を備える、モータ駆動装置２ｋ。【選択図】図３
2020054076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水栓のバルブを開閉させるモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記モータの回転に応じて前記モータにかかる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流に基づいて前記モータを制御するモータ制御手段と、
を備える、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記モータ制御手段は、
前記負荷電流の微分値を演算する微分手段と、
前記微分値を第１閾値と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づき、前記モータの回転を制御する回転制御手段と、
を備える、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記回転制御手段は、
前記モータを前記バルブが閉じる第１方向に回転させているときに、前記微分値が前記第１閾値以上となった場合、前記モータを一旦、前記第１方向とは逆の第２方向に回転させ、その後、前記モータを前記第１方向に再度回転させる、請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記回転制御手段は、
前記モータを前記第１方向に再度回転させた後、所定時間以内に前記微分値が前記第１閾値以上となった場合、前記モータの回転を停止させる、請求項３に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記バルブの開閉方向の位置を検出するバルブ位置検出手段と、
前記バルブの状態を判定する状態判定手段と、
をさらに備え、
前記状態判定手段は、
前記バルブ位置検出手段によって検出された位置が、前記バルブが閉位置に達するまでの位置であるときに、前記回転制御手段が前記モータを前記第１方向に再度回転させた後、所定時間以内に前記微分値が前記第１閾値以上となった場合、前記バルブの状態が異常であると判定する、請求項４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記バルブの開閉方向の位置を検出するバルブ位置検出手段をさらに備え、
前記モータ制御手段は、
前記負荷電流の微分値を演算する微分手段と、
前記微分値を第１閾値と比較する第１比較手段と、
前記位置を第２閾値と比較する第２比較手段と、
前記第１比較手段および前記第２比較手段の各比較結果に基づき、前記モータの回転を制御する回転制御手段と、
を備える、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記第２閾値は、前記バルブの閉位置に対応しており、
前記回転制御手段は、
前記モータを前記バルブが閉じる第１方向に回転させているときに、前記バルブ位置検出手段によって検出された位置が、前記バルブの閉位置に達した後、前記微分値が前記第１閾値以上となった場合、前記モータの回転を停止させる、請求項６に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記バルブの状態を判定する状態判定手段をさらに備え、
前記状態判定手段は、
前記バルブ位置検出手段によって検出された位置が、前記バルブの閉位置に達するまでの位置であるときに、前記負荷電流の大きさが第３閾値以上である状態が所定時間継続した場合、前記バルブの状態が異常であると判定する、請求項６または７に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
水栓のバルブを開閉させるモータと、
前記モータを駆動するモータ駆動装置と、を備えた水栓開閉装置であって、
前記モータ駆動装置が請求項１〜８のいずれかに記載のモータ駆動装置である、水栓開閉装置。
【請求項１０】
用水から圃場への給水または圃場から用水への排水を行う水栓を開閉する水栓開閉装置と、
前記水栓開閉装置を遠隔制御する統括制御装置と、を備えた圃場管理システムであって、
前記水栓開閉装置が請求項９に記載の水栓開閉装置である、圃場管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、田圃等の圃場への給水または排水を行う水栓を開閉させる水栓開閉装置に関し、特に、水栓のバルブを開閉させるモータを駆動するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、農家の高齢化が進んでいるため、圃場への給水を自動的に行うための水栓開閉装置が普及している。水栓開閉装置は、水栓のバルブを開閉させるモータを駆動するモータ駆動装置を備えている。
【０００３】
従来より、バルブの閉位置を記憶しておき、バルブを閉める際には、バルブが閉位置に達した場合に自動的に閉栓動作を停止する自動閉栓方法が用いられている。また、特許文献１には、複数の回転位置でトルクのピークが存在するキャップであっても、トルク値を記憶しておくことで、品質管理を容易にする技術が開示されている。さらに、特許文献２には、低トルクのバルブを利用することにより、閉栓の安定を図る方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０５４９６７号
【特許文献２】特開２０１７−１５８５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水栓には、用水路からの水が流れ込むため、バルブにはゴミや泥が付着しやすい。バルブにゴミ詰まり等が発生すると閉開時のトルクが増大する。そのため、特許文献１に開示の方法では、安定してバルブを開閉することができなかった。特に閉栓の場合のトルクは不安定であり、ゴミ詰まりの他、バルブの種類や、経年劣化等の影響によっても、締め付けトルクが変化し、バルブが充分に閉まりきらずに水漏れを起こす恐れがあった。特許文献２に開示の方法であっても、バルブの種類が限定されるため、古いバルブを交換する必要があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、ゴミ等によってバルブの開閉が妨げられるリスクを低減できるモータ駆動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、バルブを開閉させるモータの負荷電流に基づいてモータを制御することにより、バルブの開閉が妨げられるリスクを低減できることを見出した。本発明者らは、かかる知見に基づき、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、例えば以下の項に記載の主題を包含する。
項１．
水栓のバルブを開閉させるモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記モータの回転に応じて前記モータにかかる負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流に基づいて前記モータを制御するモータ制御手段と、
を備える、モータ駆動装置。
項２．
前記モータ制御手段は、
前記負荷電流の微分値を演算する微分手段と、
前記微分値を第１閾値と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づき、前記モータの回転を制御する回転制御手段と、
を備える、項１に記載のモータ駆動装置。
項３．
前記回転制御手段は、
前記モータを前記バルブが閉じる第１方向に回転させているときに、前記微分値が前記第１閾値以上となった場合、前記モータを一旦、前記第１方向とは逆の第２方向に回転させ、その後、前記モータを前記第１方向に再度回転させる、項２に記載のモータ駆動装置。
項４．
前記回転制御手段は、
前記モータを前記第１方向に再度回転させた後、所定時間以内に前記微分値が前記第１閾値以上となった場合、前記モータの回転を停止させる、項３に記載のモータ駆動装置。
項５．
前記バルブの開閉方向の位置を検出するバルブ位置検出手段と、
前記バルブの状態を判定する状態判定手段と、
をさらに備え、
前記状態判定手段は、
前記バルブ位置検出手段によって検出された位置が、前記バルブが閉位置に達するまでの位置であるときに、前記回転制御手段が前記モータを前記第１方向に再度回転させた後、所定時間以内に前記微分値が前記第１閾値以上となった場合、前記バルブの状態が異常であると判定する、項４に記載のモータ駆動装置。
項６．
前記バルブの開閉方向の位置を検出するバルブ位置検出手段をさらに備え、
前記モータ制御手段は、
前記負荷電流の微分値を演算する微分手段と、
前記微分値を第１閾値と比較する第１比較手段と、
前記位置を第２閾値と比較する第２比較手段と、
前記第１比較手段および前記第２比較手段の各比較結果に基づき、前記モータの回転を制御する回転制御手段と、
を備える、項１に記載のモータ駆動装置。
項７．
前記第２閾値は、前記バルブの閉位置に対応しており、
前記回転制御手段は、
前記モータを前記バルブが閉じる第１方向に回転させているときに、前記バルブ位置検出手段によって検出された位置が、前記バルブの閉位置に達した後、前記微分値が前記第１閾値以上となった場合、前記モータの回転を停止させる、項６に記載のモータ駆動装置。
項８．
前記バルブの状態を判定する状態判定手段をさらに備え、
前記状態判定手段は、
前記バルブ位置検出手段によって検出された位置が、前記バルブの閉位置に達するまでの位置であるときに、前記負荷電流の大きさが第３閾値以上である状態が所定時間継続した場合、前記バルブの状態が異常であると判定する、項６または７に記載のモータ駆動装置。
項９．
水栓のバルブを開閉させるモータと、
前記モータを駆動するモータ駆動装置と、を備えた水栓開閉装置であって、
前記モータ駆動装置が項１〜８のいずれかに記載のモータ駆動装置である、水栓開閉装置。
項１０．
用水から圃場への給水または圃場から用水への排水を行う水栓を開閉する水栓開閉装置と、
前記水栓開閉装置を遠隔制御する統括制御装置と、を備えた圃場管理システムであって、
前記水栓開閉装置が項９に記載の水栓開閉装置である、圃場管理システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ゴミ等によってバルブの開閉が妨げられるリスクを低減できるモータ駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る圃場管理システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】水栓開閉装置および給水栓の正面図および断面図である。
【図３】水栓開閉装置の機能ブロック図である。
【図４】モータ駆動装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図５】給水バルブの閉栓時における負荷電流および微分値の時間変化を示すグラフである。
【図６】第１変形例に係る水栓開閉装置の機能ブロック図である。
【図７】第１変形例に係るモータ駆動装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図８】第１変形例における、給水バルブの閉栓時における負荷電流、微分値および給水バルブの位置の時間変化を示すグラフである。
【図９】第２変形例に係る水栓開閉装置の機能ブロック図である。
【図１０】第２変形例に係るモータ駆動装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１１】第２変形例における、給水バルブの閉栓時における負荷電流、微分値および給水バルブの位置の時間変化を示すグラフである。
【図１２】第２変形例における、給水バルブの閉栓時における負荷電流、微分値および給水バルブの位置の時間変化の他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る圃場管理システム１の全体構成を示すブロック図である。本実施形態では、圃場が水田である場合を想定しており、圃場管理システム１は、水栓開閉装置２と、サーバセンタ（統括制御装置）３と、ゲートウェイ４と、携帯端末５と、固定端末６と、を主に備えている。
【００１２】
水栓開閉装置２は、用水から圃場への給水を行う給水栓（水栓）７を開閉する装置である。水栓開閉装置２および給水栓７はそれぞれｎ（ｎ≧１）個設けられている。本実施形態では、例えばｎ＝１０である。圃場は複数に区画されており、各区画の用水との境界に給水栓７が設けられている。便宜上、ｎ個の水栓開閉装置２を水栓開閉装置２−１〜２−ｎと称することもある。水栓開閉装置２の間隔は、例えば約１００ｍである。
【００１３】
本実施形態では、水栓開閉装置２と給水栓７とは一体的に構成されているが、必ずしも一体的に構成しなくてもよい。なお、水栓開閉装置２は、水位計や温度計に接続されており、圃場の水位や温度を計測することができる。これらの計測値は、センサ情報として、サーバセンタ３に送信される。
【００１４】
サーバセンタ３は、水栓開閉装置２を遠隔制御するための制御コマンドを水栓開閉装置２に送信する統括制御装置である。サーバセンタ３は、クラウド上に設けられている。
【００１５】
ゲートウェイ４は、サーバセンタ３と水栓開閉装置２との通信を中継するアクセスポイントである。ゲートウェイ４は、圃場の近傍に設けられており、サーバセンタ３とは例えばインターネットＮを介して通信を行う。一方、ゲートウェイ４と水栓開閉装置２との通信は、例えば特定小電力無線によって行われる。
【００１６】
ゲートウェイ４は、ｎ個の水栓開閉装置２の全てと通信を行ってもよいし、いずれかの水栓開閉装置２と通信を行ってもよい。本実施形態では、ゲートウェイ４は、自身から最も近距離に位置する水栓開閉装置２−１と通信を行う。なお、水栓開閉装置２が１台のみである場合は、ゲートウェイ４は当該水栓開閉装置２と通信を行う。
【００１７】
水栓開閉装置２が複数台ある場合は、水栓開閉装置２間の通信も特定小電力無線によって行ってもよい。具体的には、水栓開閉装置２−１→水栓開閉装置２−２→水栓開閉装置２−３→・・・→水栓開閉装置２−ｎの順にバケツリレー方式で制御コマンドが転送される。
【００１８】
携帯端末５および固定端末６は、圃場の管理者が所有するコンピュータであり、インターネットＮを介してサーバセンタ３と通信可能である。携帯端末５は、スマートフォンやタブレットによって構成することができ、固定端末６は、汎用のパーソナルコンピュータによって構成することができる。管理者は、携帯端末５および／または固定端末６からサーバセンタ３にアクセスして、サーバセンタ３から水栓開閉装置２に送信される制御コマンドや、制御コマンドを作成するための給水計画の内容を、適宜更新することができる。また、携帯端末５はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信によって、水栓開閉装置２の動作を直接制御することもできる。
【００１９】
（水栓開閉装置および給水栓の構成）
図２は、水栓開閉装置２および給水栓７の正面図および断面図であり、図３は、水栓開閉装置２の機能ブロック図である。水栓開閉装置２は給水栓７の上端に取り付けられており、制御装置２１、ソーラーパネル２２、バッテリ２３、直流モータ２４、リミットスイッチ２５、水位計２６、温度計２７、回転軸２８および回転軸連接部２９を主に備えている。
【００２０】
また、給水栓７は、給水バルブ７１および本体連接部７２を備えている。給水バルブ７１は、回転軸連接部２９に接続されており、直流モータ２４によって回転軸２８が回転すると、回転軸連接部２９と共に給水バルブ７１が回転しながら図中の上下方向に移動する。本体連接部７２は、例えばボルトとナットで水栓開閉装置２に固定されている。
【００２１】
図２は、給水バルブ７１が閉じている状態を示している。給水バルブ７１の回転により、給水バルブ７１は破線で示す位置まで移動することができる。これにより、給水バルブ７１は全開した状態となり、圃場への給水が開始される。直流モータ２４の駆動によって給水バルブ７１が開閉する構造であれば、直流モータ２４と給水バルブ７１との間の接続構造は、特に限定されない。また、給水バルブ７１の構造も特に限定されない。
【００２２】
水栓開閉装置２の制御装置２１は、図３に示すように、制御部２ａ、ＲＴＣ２ｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｃ、低電圧検出回路２ｄ、過電圧制限回路２ｅ、記憶装置２ｆ、特定小電力無線モジュール２ｇ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２ｈ、表示器２ｉ、操作スイッチ２ｊおよびモータ駆動装置２ｋ、を主に備えている。
【００２３】
制御部２ａはマイクロコンピュータによって構成することができ、水栓開閉装置２の各種動作のための演算処理を行う。ＲＴＣ２ｂは、時計用ＩＣであり、現在の日時の情報を制御部２ａに入力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｃは、制御装置２１の電源回路である。低電圧検出回路２ｄは、バッテリ２３の充電不足や経年劣化による電源電圧の異常を検出する。過電圧制限回路２ｅは、ソーラーパネル２２の発電によるバッテリ２３への過充電を防止する。
【００２４】
記憶装置２ｆは、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリであり、サーバセンタ３から受信した制御コマンドＤ１等を記憶する。記憶装置２ｆの容量は、１度の通信で送信される制御コマンドを記憶できる容量であればよい。
【００２５】
特定小電力無線モジュール２ｇは、水栓開閉装置２がゲートウェイ４や他の水栓開閉装置２と特定小電力無線によって通信を行うためのモジュールである。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２ｈは、水栓開閉装置２が携帯端末５等とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）によって通信を行うためのモジュールである。表示器２ｉは、水栓開閉装置２の異常や動作状態の表示を行う。操作スイッチ２ｊは、制御コマンドＤ１によらずに管理者がマニュアルで給水栓７の開閉動作を行ったり、制御モードの切り替えを行うためのスイッチである。
【００２６】
リミットスイッチ２５は、給水バルブ７１の開閉の上限値および下限値を検出する。水位計２６は、フロートセンサ等で構成される。制御コマンドＤ１によらない制御モードにおいて、水位の所定の上限値で給水を停止させ、水位の所定の下限値で給水を開始することもできる。
【００２７】
（モータ駆動装置の構成）
モータ駆動装置２ｋは、図２に示す給水栓（水栓）７の給水バルブ（バルブ）７１を開閉させる直流モータ（モータ）２４を駆動する装置である。本実施形態では、図３に示すように、モータ駆動装置２ｋは、直流モータ２４の回転に応じて直流モータ２４にかかる負荷電流Ｃを検出する負荷電流検出回路（負荷電流検出手段）２０１と、負荷電流Ｃに基づいて直流モータ２４を制御するモータ制御回路（モータ制御手段）２０２とを備えている。以下、モータ駆動装置２ｋの構成例および変形例について説明する。
【００２８】
図４は、モータ駆動装置２ｋの具体的な構成例を示すブロック図である。モータ駆動装置２ｋの負荷電流検出回路２０１は、上述のように、直流モータ２４にかかる負荷電流Ｃを検出する。負荷電流Ｃは、直流モータ２４の負荷に応じて増減する電流であり、負荷が大きいほど、負荷電流Ｃも大きくなる。負荷電流検出回路２０１によって検出された負荷電流Ｃは、モータ制御回路２０２に出力される。
【００２９】
モータ制御回路２０２は、微分回路（微分手段）２０２ａと、比較回路（比較手段）２０２ｂと、回転制御回路（回転制御手段）２０２ｃとを備えている。
【００３０】
微分回路２０２ａは、負荷電流検出回路２０１によって検出された負荷電流Ｃの微分値Ｃ’を演算する。負荷電流Ｃの変化が急激であるほど、微分値Ｃ’は大きくなる。
【００３１】
比較回路２０２ｂは、微分値Ｃ’を第１閾値Ｃｔｈ’と比較する。第１閾値Ｃｔｈ’は、給水バルブ７１にゴミ等が付着していない状態で開閉する間に、開栓完了時または閉栓完了時を除いて給水バルブ７１にかかる負荷電流Ｃの微分値Ｃ’よりも大きい値に設定される。比較回路２０２ｂの比較結果Ｒ１は、回転制御回路２０２ｃに出力される。例えば、Ｃ’＜Ｃｔｈ’である場合、比較結果Ｒ１はローレベルとなり、Ｃ’≧Ｃｔｈ’である場合、比較結果Ｒ１はハイレベルとなる。
【００３２】
回転制御回路２０２ｃは、比較回路２０２ｂの比較結果Ｒ１に基づき、直流モータ２４の回転を制御する。本実施形態では、回転制御回路２０２ｃは、バッテリ２３から供給される直流電力のＯＮ／ＯＦＦおよび極性を制御することにより、直流モータ２４の回転の開始／停止および回転方向を制御する。また、制御部２ａは、記憶装置２ｆに記憶された制御コマンドＤ１に基づき、モータ制御回路２０２に指示信号を出力する。これにより、回転制御回路２０２ｃは、直流モータ２４に電力を供給する。あるいは、ユーザが操作スイッチ２ｊを操作することにより、給水バルブ７１の開栓または閉栓を指示した場合も、制御部２ａから回転制御回路２０２ｃに指示信号が入力され、これに応じて回転制御回路２０２ｃは直流モータ２４に電力を供給する。
【００３３】
回転制御回路２０２ｃによる直流モータ２４の制御内容について、図５を参照して説明する。図５は、給水バルブ７１の閉栓時における負荷電流および微分値の時間変化を示すグラフである。説明の便宜上、図５では、負荷電流および微分値の時間変化を実際よりも単純化して示している。
【００３４】
直流モータ２４の駆動を開始すると、直流モータ２４は、給水バルブ７１が閉栓する方向（第１方向）に回転し始め、負荷電流Ｃが徐々に大きくなる。給水バルブ７１の進行が円滑である場合、微分値Ｃ’は第１閾値Ｃｔｈ’よりも小さくなる。その後、時間ｔ１において、負荷電流Ｃはほぼ一定になる。
【００３５】
給水バルブ７１にゴミ等が付着している場合、トルクが急激に大きくなることにより、負荷電流Ｃが急激に大きくなる。給水バルブ７１に限らず、一般的な弁はスピンドルの回転方向に応じて開栓方向や閉栓方向に動くが、この際にスピンドルのネジ部に砂や草が詰まったり、栓とパッキンとの間にゴミ等が付着すると負荷電流Ｃが上昇する。
【００３６】
図５では、時間ｔ２において、負荷電流Ｃが急激に大きくなり、これに伴い、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となるため、回転制御回路２０２ｃに入力される比較結果Ｒ１がハイレベルとなる。これに応じて、回転制御回路２０２ｃは、時間ｔ３において、直流モータ２４を一旦、給水バルブ７１が開栓する方向（第２方向）に逆回転させる。これにより、給水バルブ７１も、一旦逆方向に進行する。このときの給水バルブ７１の変位量は特に限定されないが、給水バルブ７１に付着したゴミ等が剥がれ落ちる程度であればよい。
【００３７】
その後、回転制御回路２０２ｃは、時間ｔ４において、直流モータ２４を給水バルブ７１が閉栓する方向（第１方向）に再度回転させる。このとき、給水バルブ７１にゴミ等が剥がれ落ちた場合は、負荷電流Ｃは徐々に大きくなり、微分値Ｃ’は第１閾値Ｃｔｈ’以上になることはない。その後、時間ｔ５において、負荷電流Ｃはほぼ一定になる。
【００３８】
その後、時間ｔ６において、給水バルブ７１が閉位置に達すると、トルクが急激に大きくなるため、負荷電流Ｃが急激に大きくなる。これに伴い、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となるため、回転制御回路２０２ｃに入力される比較結果Ｒ１がハイレベルとなり、回転制御回路２０２ｃは、時間ｔ７において、直流モータ２４を一旦、給水バルブ７１が開栓する方向（第２方向）に逆回転させる。
【００３９】
その後、回転制御回路２０２ｃは、時間ｔ８において、直流モータ２４を給水バルブ７１が閉栓する方向（第１方向）に再度回転させる。給水バルブ７１は既に閉位置に達しているため、直流モータ２４が第１方向に再度回転した直後の時間ｔ９において、トルクが急激に大きくなり、負荷電流Ｃが急激に大きくなる。これにより、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となるため、回転制御回路２０２ｃに入力される比較結果Ｒ１がハイレベルとなる。ここで、回転制御回路２０２ｃは、直流モータ２４が第１方向に再度回転した時間ｔ８と、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となった時間ｔ９との間隔が所定時間以内であれば、給水バルブ７１が閉位置にあると判断し、直流モータ２４の回転を停止させる。
【００４０】
以上のように、回転制御回路２０２ｃは、直流モータ２４を給水バルブ７１が閉じる第１方向に回転させているときに、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となった場合、直流モータ２４を一旦、前記第１方向とは逆の第２方向に回転させ、その後、直流モータ２４を前記第１方向に再度回転させる。これにより、給水バルブ７１にゴミ等が付着していても、直流モータ２４を第２方向に回転させることにより、ゴミ等を除去することができる。
【００４１】
さらに、回転制御回路２０２ｃは、直流モータ２４を前記第１方向に再度回転させた後、所定時間以内に微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となった場合、直流モータ２４の回転を停止させる。これにより、回転制御回路２０２ｃは、微分値Ｃ’の上昇がゴミ等による一過性のものではないと判断でき、給水バルブ７１の閉位置を把握することができる。したがって、ゴミ等によって給水バルブ７１の開閉が妨げられるリスクを低減できる。
【００４２】
なお、本実施形態では、給水バルブ７１の閉栓時の制御について説明したが、給水バルブ７１の開栓時においても、回転制御回路２０２ｃは直流モータ２４を同様に制御してもよい。また、給水バルブ７１が閉栓する方向を第１方向、給水バルブ７１が開栓する方向を第２方向としていたが、給水バルブ７１が開栓する方向を第１方向、給水バルブ７１が閉栓する方向を第２方向としてもよい。
【００４３】
（第１変形例）
続いて、本実施形態の第１変形例について説明する。本変形例では、給水バルブ７１に付着したゴミ等が除去できなかった場合に、給水バルブ７１の異常を検知する。なお、本変形例では、上述の実施形態におけるものと同一の機能を有する部材については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
図６は、本変形例に係る水栓開閉装置２’の機能ブロック図である。水栓開閉装置２’は、図３に示す水栓開閉装置２において、モータ駆動装置２ｋをモータ駆動装置２ｋ’に置き換えた構成である。モータ駆動装置２ｋ’は、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’と、モータ制御回路２０２’と、状態判定回路（状態判定手段）２０３とを備えている。
【００４５】
図７は、モータ駆動装置２ｋ’の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００４６】
負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’は、図３および図４に示す負荷電流検出回路２０１の機能に加え、給水バルブ７１の開閉方向の位置Ｐを検出する機能を備えている。具体的には、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’は、直流モータ２４にかかる負荷電流Ｃを検出するとともに、リミットスイッチ２５からの信号に基づき、給水バルブ７１の開閉方向の位置Ｐを検出する。すなわち、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’は、特許請求の範囲に記載の負荷電流検出手段およびバルブ位置検出手段に対応する。負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’は、検出した負荷電流Ｃを微分回路２０２ａに出力し、位置Ｐを状態判定回路２０３に出力する。
【００４７】
モータ制御回路２０２’は、図４に示すモータ制御回路２０２と同様、微分回路２０２ａと、比較回路２０２ｂと、回転制御回路２０２ｃとを備えているが、比較回路２０２ｂが回転制御回路２０２ｃだけでなく、状態判定回路２０３にも接続されている。
【００４８】
状態判定回路２０３は、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’から出力された位置Ｐおよび比較回路２０２ｂから出力された比較結果Ｒ１に基づき、給水バルブ７１の状態を判定する。その判定方法については、後述する。
【００４９】
図８は、給水バルブ７１の閉栓時における負荷電流、微分値および給水バルブ７１の位置の時間変化を示すグラフである。
【００５０】
直流モータ２４の駆動を開始すると、直流モータ２４は、給水バルブ７１が閉栓する方向（第１方向）に回転し始め、負荷電流Ｃが徐々に大きくなる。給水バルブ７１の進行が円滑である場合、微分値Ｃ’は第１閾値Ｃｔｈ’よりも小さく、その後、時間ｔ１１において、負荷電流Ｃはほぼ一定になる。
【００５１】
給水バルブ７１にゴミ等が付着している場合、給水バルブ７１が、給水バルブ７１の閉位置とされる第２閾値Ｐｔｈに達していない時間ｔ１２において、負荷電流Ｃが急激に大きくなる。これに伴い、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となり、回転制御回路２０２ｃに入力される比較結果Ｒ１がハイレベルとなる。これに応じて、回転制御回路２０２ｃは、時間ｔ１３において、直流モータ２４を一旦、給水バルブ７１が開栓する方向（第２方向）に逆回転させ、これにより、給水バルブ７１も、一旦逆方向に進行する。
【００５２】
その後、回転制御回路２０２ｃは、時間ｔ１４において、直流モータ２４を給水バルブ７１が閉栓する方向（第１方向）に再度回転させるが、ゴミ等が取り除かれなかった場合、その直後の時間ｔ１５において、再び負荷電流Ｃが急激に大きくなる。この場合、回転制御回路２０２ｃは、時間ｔ１６において直流モータ２４の回転を停止させるが、給水バルブ７１は閉位置に達していないため、閉栓は完了していない。
【００５３】
そこで、状態判定回路２０３は、給水バルブ７１の状態が異常であると判定し、その旨を制御部２ａに出力する。制御部２ａは、例えば表示器２ｉにアラームを表示することにより、ユーザに給水バルブ７１の異常を報知する。これにより、ユーザに給水バルブ７１の状態確認を促すことができる。
【００５４】
以上のように、状態判定回路２０３は、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’によって検出された位置Ｐが、給水バルブ７１が閉位置に達するまでの位置であるときに、回転制御回路２０２ｃが直流モータ２４を第１方向に再度回転させた後、所定時間以内に微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となった場合、給水バルブ７１の状態が異常であると判定する。これにより、ユーザに給水バルブ７１の状態確認を促すことができ、より確実に閉栓を完了することができる。
【００５５】
なお、第２閾値Ｐｔｈは、給水バルブ７１がほぼ閉状態となる位置であれば特に限定されない。例えば、第２閾値Ｐｔｈは、水栓開閉装置２の使用開始時の閉位置であってもよい。あるいは、経年変化に応じて、第２閾値Ｐｔｈを定期的に変更してもよい。
【００５６】
（第２変形例）
続いて、本実施形態の第２変形例について説明する。本変形例では、給水バルブ７１に付着したゴミ等によって負荷電流Ｃが急激に増大しても、直流モータ２４を逆回転させない。なお、本変形例では、上述の実施形態および第１変形例におけるものと同一の機能を有する部材については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
図９は、本変形例に係る水栓開閉装置２”の機能ブロック図である。水栓開閉装置２”は、図３に示す水栓開閉装置２において、モータ駆動装置２ｋをモータ駆動装置２ｋ”に置き換えた構成である。モータ駆動装置２ｋ”は、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１”と、モータ制御回路２０２”と、状態判定回路２０３’とを備えている。
【００５８】
図１０は、モータ駆動装置２ｋ”の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００５９】
負荷電流／バルブ位置検出回路２０１”は、図６および図７に示す負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’と同様に、直流モータ２４にかかる負荷電流Ｃを検出するとともに、給水バルブ７１の開閉方向の位置Ｐを検出する。検出された負荷電流Ｃおよび位置Ｐはいずれも、モータ制御回路２０２”および状態判定回路２０３’に出力される。
【００６０】
モータ制御回路２０２”は、微分回路２０２ａと、第１比較回路２０２ｂと、回転制御回路２０２ｃと、第２比較回路２０２ｄと、論理積回路（ＡＮＤゲート）２０２ｅとを備えている。
【００６１】
第１比較回路２０２ｂは、図４および図７に示す比較回路２０２ｂと同様に、微分回路２０２ａからの微分値Ｃ’を第１閾値Ｃｔｈ’と比較する。第１比較回路２０２ｂの比較結果Ｒ１は、論理積回路２０２ｅの一方の入力端子に出力される。
【００６２】
第２比較回路２０２ｄは、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１”によって検出された位置Ｐを第２閾値Ｐｔｈと比較する。第２閾値Ｐｔｈは、上述の第１実施例におけるものと同様に、給水バルブ７１がほぼ閉状態となる位置であれば特に限定されない。本変形例では、第２比較回路２０２ｄの比較結果Ｒ２は、Ｐ＜Ｐｔｈである場合、ローレベルになり、Ｐ≧Ｐｔｈである場合、ハイレベルになる。比較結果Ｒ２は、論理積回路２０２ｅの他方の入力端子に出力される。
【００６３】
論理積回路２０２ｅは、２つの入力端子に入力される比較結果Ｒ１および比較結果Ｒ２の論理積Ｒ３を回転制御回路２０２ｃに出力する。すなわち、論理積Ｒ３は、比較結果Ｒ１および比較結果Ｒ２がいずれもハイレベルである場合（Ｃ’≧Ｃｔｈ’かつＰ≧Ｐｔｈの場合）、ハイレベルになり、それ以外の場合は、ローレベルになる。
【００６４】
回転制御回路２０２ｃは、比較結果Ｒ１および比較結果Ｒ２の論理積Ｒ３に基づき、直流モータ２４の回転を制御する。
【００６５】
状態判定回路２０３’は、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’から出力された位置Ｐおよび負荷電流Ｃに基づき、給水バルブ７１の状態を判定する。その判定方法については、後述する。
【００６６】
図１１は、給水バルブ７１の閉栓時における負荷電流、微分値および給水バルブ７１の位置の時間変化を示すグラフである。
【００６７】
直流モータ２４の駆動を開始すると、直流モータ２４は、給水バルブ７１が閉栓する方向（第１方向）に回転し始め、負荷電流Ｃが徐々に大きくなる。給水バルブ７１の進行が円滑である場合、微分値Ｃ’は第１閾値Ｃｔｈ’よりも小さく、その後、時間ｔ２１において、負荷電流Ｃはほぼ一定になる。
【００６８】
給水バルブ７１にゴミ等が付着している場合、給水バルブ７１が、給水バルブ７１の閉位置とされる第２閾値Ｐｔｈに達していない時間ｔ２２において、負荷電流Ｃが急激に大きくなる。これに伴い、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となり、回転制御回路２０２ｃに入力される比較結果Ｒ１がハイレベルとなる。しかし、上述の実施形態および第１変形例とは異なり、本実施例では、回転制御回路２０２ｃは直流モータ２４を逆回転させず、引き続き同じ方向に直流モータ２４を駆動させる。
【００６９】
その後、時間ｔ２３において、給水バルブ７１に付着していたゴミ等が粉砕されると、給水バルブ７１は再び進行を開始する。また、トルクが低下するため、負荷電流Ｃも低下する。
【００７０】
その後、回転制御回路２０２ｃは直流モータ２４を第１方向に回転させ、時間ｔ２４において、給水バルブ７１の位置Ｐが第２閾値Ｐｔｈに達する。さらにその後、時間ｔ２５において、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となった場合、回転制御回路２０２ｃは、給水バルブ７１が閉位置にあると判断し、直流モータ２４の回転を停止させる。
【００７１】
以上のように、回転制御回路２０２ｃは、直流モータ２４を給水バルブ７１が閉じる第１方向に回転させているときに、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１’によって検出された位置Ｐが、給水バルブ７１の閉位置（第２閾値Ｐｔｈ）に達した後、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となった場合、直流モータ２４の回転を停止させる。すなわち、位置Ｐが、給水バルブ７１の閉位置に達する前であれば、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となっても、回転制御回路２０２ｃは直流モータ２４の回転を継続させる。これにより、給水バルブ７１にゴミ等が付着していても、給水バルブ７１が閉位置に達する前であれば、ゴミ等を粉砕することにより、給水バルブ７１を進行させることができる。また、給水バルブ７１が閉位置に達した後は、直流モータ２４が停止するため、消費電力の無駄は発生しない。
【００７２】
また、本実施例では、給水バルブ７１に付着したゴミ等を粉砕できなかった場合、給水バルブ７１の異常を検知することができる。
【００７３】
図１２は、給水バルブ７１の閉栓時における負荷電流、微分値および給水バルブ７１の位置の時間変化の他の例を示すグラフである。
【００７４】
直流モータ２４の駆動を開始すると、直流モータ２４は、給水バルブ７１が閉栓する方向（第１方向）に回転し始め、負荷電流Ｃが徐々に大きくなる。給水バルブ７１の進行が円滑である場合、微分値Ｃ’は第１閾値Ｃｔｈ’よりも小さく、その後、時間ｔ３１において、負荷電流Ｃはほぼ一定になる。
【００７５】
給水バルブ７１にゴミ等が付着している場合、給水バルブ７１が、給水バルブ７１の閉位置とされる第２閾値Ｐｔｈに達していない時間ｔ３２において、負荷電流Ｃが急激に大きくなる。これに伴い、微分値Ｃ’が第１閾値Ｃｔｈ’以上となり、回転制御回路２０２ｃに入力される比較結果Ｒ１がハイレベルとなる。このとき、回転制御回路２０２ｃは直流モータ２４を引き続き同じ方向に直流モータ２４を駆動させるが、ゴミ等を粉砕できなかった場合、負荷電流Ｃが大きい状態が継続することとなる。
【００７６】
これに対し、状態判定回路２０３’は、負荷電流Ｃの大きさが第３閾値Ｃｔｈ以上である状態が所定時間（例えば５秒）継続した場合、給水バルブ７１の状態が異常であると判定し、その旨を制御部２ａに出力する。制御部２ａは、例えば表示器２ｉにアラームを表示することにより、ユーザに給水バルブ７１の異常を報知する。また制御部２ａは、モータ制御回路２０２”に対し、直流モータ２４の駆動を停止させるための指示信号を出力する。これにより、時間ｔ３３において、直流モータ２４への電力供給が停止される。
【００７７】
以上のように、状態判定回路２０３’は、負荷電流／バルブ位置検出回路２０１”によって検出された位置Ｐが、給水バルブ７１の閉位置（第２閾値Ｐｔｈ）に達するまでの位置であるときに、負荷電流Ｃの大きさが第３閾値Ｃｔｈ以上である状態が所定時間継続した場合、給水バルブ７１の状態が異常であると判定する。これにより、ユーザに給水バルブ７１の状態確認を促すことができ、より確実に閉栓を完了することができる。
【００７８】
（付記事項）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能であり、例えば、上記実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態も、本発明の技術的範囲に属する。
【００７９】
例えば、上記実施形態では、水栓開閉装置は給水栓を開閉する給水制御装置であったが、排水栓を開閉する排水制御装置であってもよいし、給水および排水の両方を制御する装置であってもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、モータ駆動装置をハードウェア的に構成したが、ソフトウェア的に構成してもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、モータ駆動装置は、水栓開閉装置に内蔵されていたが、独立した装置として構成してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１        圃場管理システム
２        水栓開閉装置
２’      水栓開閉装置
２”      水栓開閉装置
２ｋ      モータ駆動装置
２ｋ’    モータ駆動装置
２ｋ”    モータ駆動装置
７        給水栓（水栓）
２４      直流モータ（モータ）
７１      給水バルブ（バルブ）
２０１    負荷電流検出回路（負荷電流検出手段）
２０１’  負荷電流／バルブ位置検出回路（負荷電流検出手段、バルブ位置検出手段）
２０１”  負荷電流／バルブ位置検出回路（負荷電流検出手段、バルブ位置検出手段）
２０２    モータ制御回路（モータ制御手段）
２０２’  モータ制御回路（モータ制御手段）
２０２”  モータ制御回路（モータ制御手段）
２０２ａ  微分回路（微分手段）
２０２ｂ  （第１）比較回路（（第１）比較手段）
２０２ｃ  回転制御回路（回転制御手段）
２０２ｄ  第２比較回路（第２比較手段）
２０２ｅ  論理積回路
２０３    状態判定回路（状態判定手段）
２０３’  状態判定回路（状態判定手段）
Ｃ        負荷電流
Ｃ’      微分値
Ｃｔｈ    第３閾値
Ｃｔｈ’  第１閾値
Ｐ        位置
Ｐｔｈ    第２閾値（閉位置）
Ｒ１      比較結果
Ｒ２      比較結果
Ｒ３      論理積
【図１】
2020054076.tif 000003
【図２】
2020054076.tif 000004
【図３】
2020054076.tif 000005
【図４】
2020054076.tif 000006
【図５】
2020054076.tif 000007
【図６】
2020054076.tif 000008
【図７】
2020054076.tif 000009
【図８】
2020054076.tif 000010
【図９】
2020054076.tif 000011
【図１０】
2020054076.tif 000012
【図１１】
2020054076.tif 000013
【図１２】
2020054076.tif 000014