(57)【要約】      （修正有）【課題】可変速モータを含むバルブアクチュエータを提供する。【解決手段】バルブアクチュエータ１００は、モータ１０を可変速度で操作できる固体モータ・コントローラ２０と固有の制動を提供するギアセット４０を含んで構成される。バルブアクチュエータの速度およびトルクは選出することができる。バルブにより経験される速度およびトルクはバルブ・ストロークの長さにわたって変えることができる。バルブアクチュエータはプロセス・コントローラとして動作するのに十分なロジックを含むことができる。【選択図】図８
2014223015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変速モータと、
前記可変速モータに操作可能に接続されて前記可変速モータを操作するように構成可能な固体モータ・コントローラと、
前記可変速モータに操作可能に接続されたギアセットと、
を含むバルブアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータはモータ位置帰還の有る交流同期リラクタンスモータ、モータ位置帰還の無い交流同期リラクタンスモータ、モータ位置帰還の有る直流ブラシレスモータ、およびモータ位置帰還の有る直流ブラシレスモータからなるグループから選出されるバルブアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータは単相誘導電動機、多相誘導電動機、巻線型モータ、多速度モータ、定トルク・モータ、可変トルク・モータ、ユニバーサル・モータ、同期ヒステリシス・モータ、直流励磁同期電動機、サーボモータ、ブラシレス・サーボモータ、およびリニアモータからなるグループから選出される交流モータであるバルブアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータは分巻、直巻、複巻、ブラシレス直流モータ、リニアモータ、ブラシレス・リニアモータ、コアレスモータ、リングモータ、パンケーキモータ、限定角トルクモータ、永久磁石ステッパモータ、可変リラクタンスモータ、スイッチド・リラクタンスモータ、およびサーボモータからなるグループから選出される直流モータであるバルブアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、さらに、電力変換器を含むバルブアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、さらに、バルブアクチュエータ・コントローラを含むバルブアクチュエータ。
【請求項７】
請求項６記載のバルブアクチュエータであって、前記バルブアクチュエータ・コントローラは前記バルブアクチュエータに不可欠であるバルブアクチュエータ。
【請求項８】
請求項６記載のバルブアクチュエータであって、前記モータ・コントローラは前記バルブアクチュエータ・コントローラ内に一体化されるバルブアクチュエータ。
【請求項９】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、さらに、前記モータ・コントローラに操作可能に接続される現場接続ブロックを含むバルブアクチュエータ。
【請求項１０】
ユニバーサル現場接続ブロックと、
給電を受けるように作動できる電力変換器と、
可変速モータと、
前記電力変換器に操作可能に接続されて前記可変速モータを操作するように構成可能な固体モータ・コントローラと、
前記可変速モータに操作可能に接続され、ギアセットにより構成される制動装置と、
を含むバルブアクチュエータ。
【請求項１１】
ハウジングと、
モータ・コントローラと、
出力軸を有する可変速モータと、を含むバルブアクチュエータであって、前記可変速モータは前記モータ・コントローラにより制御するように構成され、
前記モータ・コントローラおよび前記可変速モータは前記ハウジング内に一体化され、さらに、
前記ハウジングの外側で前記出力軸に有効に結合された歯車列を含むバルブアクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１記載のバルブアクチュエータであって、さらに、前記モータ・コントローラに有効に結合された電力変換器を含むバルブアクチュエータ。
【請求項１３】
バルブを始動させるシステムであって、前記システムは、
バルブアクチュエータを含み、前記バルブアクチュエータは、
出力軸を含むモータと、
前記モータに操作可能に接続されて前記モータを可変速度およびトルクで操作することができる固体モータ・コントローラと、
前記モータの前記出力軸に結合されたギアセットと、
を含むシステム。
【請求項１４】
バルブアクチュエータを操作する方法であって、前記方法は、
可変速モータに操作可能に接続された固体モータ・コントローラを含むバルブアクチュエータを提供するステップであって、前記可変速モータにはギアセットが操作可能に接続されているステップと、
前記バルブアクチュエータが操作される時に前記固体モータ・コントローラにより前記可変速モータが駆動される前記速度を前記固体モータ・コントローラ上で設定するステップと、
停電時に前記可変速モータが負荷を逆駆動しないように前記ギアセットにより拘束するステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、さらに、前記バルブアクチュエータが操作される時に前記可変速モータにより発生される前記トルクを前記固体モータ・コントローラ上で設定するステップを含む方法。
【請求項１６】
電気駆動バルブアクチュエータの始動方法であって、前記方法は、
ギアセットを含む前記電気駆動バルブアクチュエータに操作可能に接続された固体バルブアクチュエータ・コントローラにおいてコマンド信号を受信するステップであって、前記電気駆動バルブアクチュエータは可変速度が可能である前記ステップと、
前記固体バルブアクチュエータ・コントローラにおいて帰還信号を受信するステップと、
前記コマンド信号と前記帰還信号間に差があるかどうか決定するステップと、
前記電気駆動バルブアクチュエータを始動させることにより前記コマンド信号と前記帰還信号間の任意の差を最小限に抑えるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、前記コマンド信号はプロセス変数設定点信号を含み、前記帰還信号はプロセス変数帰還信号を含む方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、前記電気駆動バルブアクチュエータを始動させることにより前記コマンド信号と前記帰還信号間の任意の差を最小限に抑えるステップは前記電気駆動バルブアクチュエータを一定速度で始動させるステップを含む方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法であって、前記電気駆動バルブアクチュエータを始動させることにより前記コマンド信号と前記帰還信号間の任意の差を最小限に抑えるステップはバルブ・ストロークの長さにわたって前記電気駆動バルブアクチュエータを可変速度で始動させるステップを含む方法。
【請求項２０】
請求項１６記載の方法であって、前記コマンド信号は位置コマンド信号を含み、前記帰還信号はモータ位置信号を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本開示は、一般的に、電動機を含むバルブアクチュエータに関するものであり、より詳細には、このようなバルブアクチュエータの制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
あらゆるタイプの発電、石油および石油化学製品、織物、および食品加工等の多くの産業においてバルブアクチュエータは幅広い応用を見出している。バルブアクチュエータにより提供される動作速度およびトルクは重要なパラメータである。一般的に、固定速度モータがギアセットに結合されて速度とトルクの丁度いい組合せをバルブに提供する。正確なモータおよびギアセットはメーカにより結合されなければならない。顧客の注文に対して迅速な対応時間を持ちたい場合、メーカは多種多様なモータおよびギアセットの在庫品を貯えなければならない。さらに、単一の汎用バルブアクチュエータ設計に対するしばしば数百もの異なるバリエーションのアセンブリに精通している専門従業員を採用しなければならない。
【０００３】
さらに、たとえ複数の顧客が全く同じ速度およびトルク特性を有するバルブアクチュエータを望んでいても、顧客は異なる電源しか利用できない場合が多い。一人の顧客が４８０Ｖ３相交流を６０Ｈｚで使用することを望んでおり、もう一人の顧客が１１０Ｖ単相交流を５０Ｈｚで使用することを望んでおり、さらにもう一人の顧客は２４Ｖ直流しか利用できないことがある。既知のシステムは、在庫からすぐ入手できて、利用可能な電源が異なる顧客のニーズを満たすバルブアクチュエータを提供することはない。
【０００４】
現在、ユーザがバルブアクチュエータのトルクおよび速度特性を変えたい場合、アクチュエータは設備から取り外され、分解され、その後異なるギアセットおよび／またはモータと組み立てなければならない。必要とされているのは顧客のニーズを満たすために在庫品として貯えなければならないモータおよびギアセットの数を減少する方法である。さらに、組み立てるのに従業員を訓練しなければならないモデルの数を減少することも必要とされている。さらに、分解せずにアクチュエータにより送られる速度およびトルクの調節を可能にすることも必要とされている。
【０００５】
さらに、バルブは常に固定速度で操作されるため、固定速度バルブアクチュエータのプロセス・コントローラとしての有用性は限定されている。必要とされているのはバルブアクチュエータがプロセス・コントローラとして作動できるようにする方法である。
【０００６】
これらの問題を解決するための１つの試みは整流器およびチョッパを使用して直流モータへ送られる電流を制御することであった。これは単相または３相の高電圧または低電圧交流電流が使用されることを考慮して、モータの速度およびトルクを制御できるようにした。この試みのバリエーションは交流を整流し、次に、インバータを使用して交流モータを制御することであった。しかしながら、これらの試みはトルク・リミット・スイッチを使用する必要があった。オペレータはバルブアクチュエータにより送られる速度およびトルクを機械的に調節することができるが、オペレータは、せいぜい、バルブアクチュエータが超えてはならない最大トルクまたは速度を設定できるにすぎない。リミット・スイッチが無ければ、オペレータはバルブストロークの長さに亘って変動する速度またはトルク・プロファイルを設定することができない。ギアセットがバルブアクチュエータに含まれており、バルブアクチュエータのハウジング内に配置されていた。
【０００７】
以前の試みでは、ユーザが速度およびトルク・ポテンショメータを調節する必要があり、オペレータがバルブストロークの長さに亘って変動する速度またはトルク・プロファイルを設定することを許さない。これらの試みは嵩張るメカニカル・スイッチおよびトルク・リミットスイッチ無しでバルブアクチュエータの速度およびトルクを設定する方法を提供することはなく、バルブアクチュエータがプロセス・コントローラとして作動できる機構を提供することもない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記した問題を解決しようとする他の試みはスイッチド・リラクタンス・モータおよび直流モータを使用して可変速度を提供していた。しかしながら、それらのケースでは、バルブアクチュエータは電力損失が発生した場合にモータが回転するのを避けるための別個の制動構成を必要とする。必要とされているのは単純かつ本質的に制動能力を有する可変速度が可能なバルブアクチュエータである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の開示）
本発明の一実施例は可変速モータ、可変速モータに操作可能に接続されて可変速モータを操作するように構成可能な固体モータ・コントローラ、および可変速モータに操作可能に接続されたウォーム／ウォーム・ギアセットを含むバルブアクチュエータである。
【００１０】
本発明のもう１つの実施例はユニバーサル現場接続ブロック（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｆｉｅｌｄ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｂｌｏｃｋ）、電力供給を受けるように作動可能な電力変換装置、可変速モータ、電力変換装置に操作可能に接続されて可変速モータを操作するように構成可能な固体モータ・コントローラ、および可変速モータに操作可能に接続された制動装置を含むバルブアクチュエータであり、制動装置はギアセットを含んでいる。
【００１１】
本発明のさらにもう１つの実施例はハウジング、モータ・コントローラ、出力軸を有する可変速モータ、を備えたバルブアクチュエータを含み、可変速モータはモータ・コントローラにより制御されるように構成され、モータ・コントローラおよび可変速モータはハウジングおよびその外側の歯車列内で一体化されて出力軸に有効に結合されて動作するようになっている。
【００１２】
本発明の特定の実施例はバルブアクチュエータの操作方法を含んでおり、この方法は可変速モータに操作可能に接続された固体モータ・コントローラを含むバルブアクチュエータを提供するステップを含み、ギアセットが可変速モータに操作可能に接続されていて、バルブアクチュエータが操作される時に固体モータ・コントローラにより可変速モータが駆動される速度を固体モータ・コントローラ上で設定するステップと、停電時には可変速モータが負荷を逆駆動しないようにギアセットにより拘束するステップと、を含んでいる。
【００１３】
本発明のもう１つの実施例は電気駆動バルブアクチュエータを始動させる方法を含み、この方法はギアセットを含む電気駆動バルブアクチュエータに操作可能に接続された固体バルブアクチュエータ・コントローラにおいてコマンド信号を受信するステップを含み、電気駆動バルブアクチュエータは可変速度が可能であり、さらに、固体バルブアクチュエータ・コントローラにおいて帰還信号を受信するステップと、コマンド信号と帰還信号との間に差が有るかどうかを決定するステップと、電気駆動バルブアクチュエータを起動させてコマンド信号と帰還信号との間の差を最小限に抑えるステップと、を含んでいる。
【００１４】
本発明のもう１つの実施例はバルブを始動させるシステムであり、このシステムはバルブアクチュエータを含み、バルブアクチュエータはモータを含み、モータは出力軸を含み、さらに、モータに操作可能に接続されてモータを可変速度およびトルクで操作することができる固体モータ・コントローラ、およびモータの出力軸に結合されたウォーム／ウォーム・ギアセットを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
（図面の簡単な説明）
【図１】モータ・コントローラおよび可変速度が可能なモータを含む可変速度が可能なバルブアクチュエータの実施例の略図である。
【図２】図１に示す実施例への電力変換器およびギアセットの追加を示す図である。
【図３】本発明の実施例に従った電力変換器およびモータ・コントローラの合体を示す図である。
【図４】電力変換器が無い本発明の実施例を示す図である。
【図５】本発明の実施例に従ったバルブアクチュエータの一部として界磁接続端子を含む図である。
【図６】ギアセットの無い電力変換器の実施例を示す図である。
【図７】モータ・コントローラおよび可変速モータが個別のハウジング内にあり、ギアセットがハウジングの外部に配置されているバルブアクチュエータの実施例を示す図である。
【図８】本発明のバルブアクチュエータの実施例に従ったバルブアクチュエータ・コントローラを含む図である。
【図９】電力変換器がバルブアクチュエータ・コントローラと通信するモータ・コントローラの一部として一体化される本発明の実施例を示す図である。
【図１０】モータ・コントローラが電力変換器からの入力を受信するバルブアクチュエータ・コントローラの一部として一体化される本発明の実施例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例に従った単一装置内の電力変換器、モータ・コントローラ、およびバルブアクチュエータ・コントローラの組合せを示す図である。
【図１２】モータ・コントローラにより受信することができる異なる帰還信号の例を示す図である。
【図１３】プロセス・コントローラとして作動するバルブアクチュエータの実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（発明を実施するための形態）
明細書は本発明と見なされるものを特に指摘しかつはっきりと主張する特許請求の範囲で終結されるが、当業者ならば添付図と共に本発明の下記の説明を読めば本発明を一層容易に理解し評価することができる。電動機を含むバルブアクチュエータが開示され、それはモータを可変速度で操作することができる固体モータ・コントローラと、負荷力が出力軸を逆駆動するのを防止するギアセットを含んでいる。バルブアクチュエータの速度とトルクは選択することができる。本発明はトルク・リミットスイッチまたは他のトルク専用トルク感知手段および独立した制動機構をバルブアクチュエータ内に設置する必要性を無くすことができる。
【００１７】
判り易く説明するために、同じ番号は図中の同じ要素を表すことができる。次に、図１において、バルブアクチュエータ１００の特定の実施例はモータ・コントローラ２０および可変速モータ１０を含んでいる。モータ・コントローラ２０は電源９０からの入力から電気的入力を受ける。モータ・コントローラ２０は可変速モータ１０への電気的エネルギの出力を制御する。可変速モータ１０はバルブ８０に結合することができる。あるいは、モータ１０をアクチュエータ・ギアボックス（回転または線形出力）に結合することができ、次に、それをバルブ８０または他の被駆動負荷に結合することができる。
【００１８】
可変速モータ１０は当技術分野で知られている任意適切なモータとすることができる。本発明により多数の可変速モータが予想される。適切なコントローラおよびコンバータを有するほぼ全ての交流モータが可変速度で機能することができる。可変速モータ１０は単相および多相誘導電動機を含んでいる。多相誘導電動機には４つの一般的な設計グループＡおよびＢ、Ｃ、Ｄ、およびＦと付随するサブグループが含まれる。可変速モータ１０は巻線形モータ、マルチスピード・モータ、定および可変トルク・モータ、およびユニバーサル・モータ等の他の交流モータとすることができる。ヒステリシスおよびリラクタンス設計の非励磁同期モータ、および直流励磁同期モータを含む同期モータを使用することができる。可変速モータ１０はサーボモータ、ブラシレス・サーボモータ、およびリニアモータとすることもできる。
【００１９】
可変速モータ１０は直流モータとすることもできる。適切な直流モータは、たとえば、分巻、直巻、複巻、およびブラシレス直流モータを含む。可変速モータ１０はブラシまたはブラシレス直流リニアモータ、またはコアレスモータとすることができる。可変速モータ１０は、リングモータまたはパンケーキモータが使用されるような場合、任意数の極を有することができる。可変速モータ１０は限定角トルクモータ、または限定角トルクモータとして配線されたブラシレス直流モータとすることができる。可変速モータ１０は永久磁石ステッパモータ（ディスク型モータ等）、磁石レス・ブラシレス・ステッパモータ（可変リラクタンス・モータ等）、およびスイッチド・リラクタンス・ブラシレス直流モータ（ハイブリッド永久磁石モータとしても知られる）を含むことができる。可変速モータ１０は２、３、４、または５相モータ等のステッパモータ、および直流サーボモータを含むことができる。
【００２０】
モータの前述リストに限定的意味合いは無く、可変速モータ１０として使用することができるさまざまなモータの例を提供するものである。任意の制御方法により可変速度で駆動できる任意のモータを可変速モータ１０として使用することができる。さらに、サーボモータは特定タイプのモータとして記述されているが、モータ位置帰還は前記した任意のモータと一体化できることを理解しなければならない。
【００２１】
モータ・コントローラ２０は可変速モータ１０の速度およびトルクを制御することができる任意のコントローラとすることができる。一実施例では、モータ・コントローラ２０は固体コントローラとすることができる。「コントローラ」という用語は、ここでは、コントローラおよびドライブの両方に関して使用される。モータ・コントローラ２０は使用するモータのタイプに応じて変わる。ブラシ付き直流モータは主として「界磁」と呼ばれる巻線形固定子と「電機子」と呼ばれる巻線形回転子により構成される。ここで使用される「巻線」または「巻線形」という用語はワイヤ・ラッピングだけでなく、巻線用金属層およびフレーム（典型的には、鋼積層体（ｆｅｒｒｏｕｓ  ｍｅｔａｌ  ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）により構成される）に関しても使用される。たとえば、直巻直流モータに対して、電機子および界磁は直列接続される。モータ速度はモータに供給される電流にほぼ直接比例する。したがって、モータに供給される電圧を制御するとモータ速度が制御される。電流を制御するとモータ・トルクが制御される。モータ・コントローラ２０はポテンショメータやレオスタット等の可変抵抗器を含むことができる。たとえば、トライアック、およびシリコン制御整流器（ＳＣＲ）を使用することもできる。可変速モータ１０と互換性のある任意適切な技術を使用することができる。
【００２２】
分巻直流モータは別々の界磁および電機子電源を有する。したがって、異なるタイプの制御が必要である。界磁が固定電源を有し電機子電源は変動する場合、これは電機子電圧制御と呼ばれる。電機子電圧制御は速度範囲にわたって一定トルクを提供する。界磁および電機子電源が固定している場合、これは分巻界磁制御と呼ばれる。分巻界磁制御は速度範囲にわたって一定馬力を提供する。複巻直流モータは直巻巻線および分巻巻線の両方を使用する。モータ・コントローラ２０は電機子電圧制御、分巻界磁制御、または複巻モータ制御を提供することができる。
【００２３】
ブラシレス直流モータは巻線型電機子を持たず、代わりに永久磁石を回転子として使用する。ブラシの代わりに、界磁巻線（積層金属層）内の電流は必要に応じて前後に切り替えられて永久磁石回転子を回転させるために必要な交番磁界を生成する。切替速度を制御するのにＰＷＭが一般的に使用されるが、モータ・コントローラ２０は速度および／またはトルクを制御するのに任意適切な方法を使用することができる。
【００２４】
交流誘導電動機は巻線型固定子回転子を有し、かつ巻線すなわち導電性「バー」（かご形）を有することができるが、電力は固定子にしか供給されない。交流モータの速度は最も頻繁には電源周波数および電圧を変えることで制御される。本発明の特定の実施例では、モータ・コントローラ２０は可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）を有することができる。ＶＦＤは本質的に交流を直流に変換し、次に直流電流を交流に反転し戻す。インバータが出力交流波の電圧および周波数を制御する。出力周波数が交流モータの速度を決定する。出力電圧がモータ・トルクを決定する。交流−直流変換を達成するのに使用できる適切な装置には、たとえば、ダイオード、整流器、サイリスタ、およびＳＣＲが含まれる。直流電流を交流電流に反転するのに絶縁（分離とも言われる）ゲート・バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体を使用することができる。あるいは、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、およびトランジスタ−変圧器を使用することができる。同期電動機は誘導電動機と同様に制御される。モータ・コントローラ２０は当技術分野で知られている交流モータの速度および／またはトルクを制御することができる任意適切なコントローラとすることができる。
【００２５】
図２はバルブアクチュエータ１００が、さらに、電力変換器３０およびギアセット４０を含む本発明の実施例を例示している。電力変換器３０は電源９０からの電気的入力を受けて適切な電気供給をモータ・コントローラ２０へ出力する。ギアセット４０は可変速モータ１０の出力軸に結合される。ギアセット４０は、次に、バルブ８０に結合される。
【００２６】
図３に示すもう１つの実施例では、電力変換器３０はモータ・コントローラ２０と同じハウジング内で一体化することができる。電力変換器３０のいくつかまたは全ての機能はモータ・コントローラ２０により達成することもできる。たとえば、モータ・コントローラ２０としてＶＦＤが使用される場合、ＶＦＤは単相交流を３相交流に変換する機能を実施することもできる。したがって、別個の位相変換器は必要ない。しかしながら、ＶＦＤをこの目的に利用するよりはユニバーサル電力変換器３０に内蔵された別個の位相変換器を有することが望ましい。ＶＦＤは交流−直流変換および交流への反転も実施することができる。したがって、モータ・コントローラ２０がＶＦＤを含む場合、電力変換のこれらの側面はモータ・コントローラ２０により実施することができる。
【００２７】
さらに、図４の実施例に示すように、電力変換器３０が必要とされない状況もある。電力変換器３０は電源９０を１つの電圧からもう１つの電圧へ変えることができる変圧器（たとえば、可変変圧器）とすることができる。電力変換器３０は交流−直流変換器、直流−直流変換器、直流−交流変換器、または位相変換器とすることもできる。電力変換器３０はユニバーサル電力変換器として設計することもできる。このように、電力変換器は任意の一般的に使用されている電圧および電流タイプを取りいれて、それをモータ・コントローラ２０が使用可能な形に変換することができる。代替実施例では、電力変換器はオンボード・ポジションまたはプロセス・コントローラに給電できる低電圧交流および／または直流電力を生成することができ、外部装置（たとえば、スイッチ、インジケータ、および状態信号）を駆動する電力源となることもできる。電源９０は利用可能な任意の電源とすることができる。電源９０のいくつかの例として、２０８−６９０Ｖ交流３相５０または６０Ｈｚ、１２０または２３０Ｖ交流単相、１２Ｖ直流、２４Ｖ直流、および４８Ｖ直流が含まれる。本発明の実施例は２４Ｖ直流から６９０Ｖ交流までの任意の電圧を受け入れることができる。
【００２８】
電力変換器３０は単一装置または複数の装置とすることができる。たとえば、電力変換器３０は前記した直流変換器、交流降圧または昇圧変圧器、または位相変換器を含むことができる。
【００２９】
次に、図５の実施例について、現場接続ブロック６０もバルブアクチュエータ１００内に含むことができる。現場接続ブロック６０は電源９０を電力変換器３０またはモータ・コントローラ２０のいずれかに接続するのに必要な任意の方法で設計することができる。現場接続ブロック６０は電力変換器３０および／またはモータ・コントローラ２０と単一装置に一体化することもできる。現場接続ブロック６０はユニバーサル電力変換器３０で使用するユニバーサル接続ブロックとして設計することができる。その特定実施例では、現場接続ブロック６０は適切なポスト、ラグ、カムロック、ピンおよびスリーブ・コネクタ、または電源９０により送られる任意の電圧または電流値を処理する他の接続装置を有して設計することができる。現場接続ブロック６０は単一接続機構または複数の接続機構を有することもできる。たとえば、現場接続ブロック６０は交流および直流電線の両方に対してその上にラグを固定することができるポストの単一セットを有することができる。あるいは、現場接続ブロック６０は直流電線に対するポストおよび／またはラグのセット、および交流電線に対するポストおよび／またはラグのセットを有することができる。現場接続ブロック６０は交流または直流接続機構の複数セットを有することもできる。
【００３０】
現場接続ブロック６０はオペレータが１つのタイプの電力に対して現場接続ブロック６０を誤配線するのを防止するように設計することができるが、実際には異なるタイプの電力を供給する。たとえば、オペレータが４８０Ｖ交流３相を使用したい場合、誤って４８０Ｖ交流コネクタの２つを直流ラグのセットに接続すると、問題が生じる。現場接続ブロック６０は供給される電流および電圧のタイプを自動的に感知して適切な予防措置をとるように設計することができる、あるいはどんな電流および電圧が供給されるかをユーザが確認できるようにする機構を提供することができる。自動感知は当技術分野で知られているセンサにより達成することができる。次に、現場接続ブロック６０内のコントローラは適切な開閉装置と係合してオペレータの電源を電力変換器３０の適切な部分に電気的に接続することができる。電力調整器モジュールは広い範囲の可能な入力電圧のいずれも受け入れることができ、モータの操作を許したり（安全限界内であれば）防止したりすることができる。接点中を電流が流れている間に開閉装置を変える試みを回避するために回路保護を付加することができる。
【００３１】
さらに、可変速モータ１０が交流モータであり、かつ電源９０が直流電源であれば、直流電力を直接モータ・コントローラ２０に供給することが望ましく、次に、それは可変速モータ１０を制御する一部として直流電力を交流電力に変換する。
【００３２】
バルブアクチュエータ１００の現場接続ブロック６０または任意他の部分は、サーキットブレーカ、およびサージプロテクタのような形の任意の必要な電流および電圧保護を含むことができる。
【００３３】
現場接続ブロック６０に関して記述した構成および機能の全てを単一ハウジング内で電力変換器３０、モータ・コントローラ２０、および／またはバルブアクチュエータ・コントローラ５０と一体化することができる。次に、その単一ハウジングをバルブアクチュエータ１００の一部として内蔵することができる。さらに、現場接続ブロック６０および電力変換器３０は完全に一体化することができる。
【００３４】
ユニバーサル電力変換器３０を使用することにより、バルブアクチュエータ・メーカは顧客が有する任意の電源９０と互換性であってそのまま販売可能な定められたサイズ範囲のシングル・バルブアクチュエータ１００を作ることができる。さらに、可変速モータ１０を使用することにより、バルブアクチュエータ１００は広範囲のバルブ８０と互換性とすることができる。固体モータ・コントローラ２０により定められたバルブ８０に対する最適速度およびトルクの構成が許される。速度およびトルクはオペレータ、メーカ、代理店、または販売者により設定することができる。したがって、狭い範囲のバルブアクチュエータ１００が広い範囲のバルブ応用のニーズを満たすことができる。狭い範囲のバルブアクチュエータ１００は他のバルブアクチュエータでは以前不可能であった規模の経済性を達成するのに十分な大量生産を行うことができる。
【００３５】
バルブアクチュエータ１００は随意ギアセット４０を含むことができる。ギアセット４０はバルブアクチュエータ１００の一部として、あるいはバルブアクチュエータ１００に結合することができる別個の部品として含むことができる。一実施例では、ギアセット４０はウォームシャフトが可変速モータ１０の出力軸に直接結合され、かつバルブアクチュエータ１００の一部として一体化されるウォーム／ウォーム・ギアセットとすることができる。ウォーム／ウォーム・ギアセットは、モータが通電されていない時にバルブが位置を変えないように、バルブアクチュエータ１００を本質的に制動または拘束する。しかしながら、ギアセット４０は遊星ギアセットのような他のギアとすることができる。図６はギアセット４０が存在しない実施例を示す。この実施例では、可変速モータ１０の出力軸をバルブ８０に直結することができる。
【００３６】
特定の実施例では、中空軸、多極数、高トルク、低速「パンケーキ」モータを使用してバルブステムを受け入れ−ギアボックス無しで−バルブを直接駆動することができる。直接駆動、中空アクチュエータに対しては、それでも停止した時にアクチュエータを正しい位置に「固定する」必要がある。それはモータ・コントローラへのゼロ速度コマンドを介して、コントローラによりその位置に積極的に保持することができる。あるいは、中空軸設計は３ポジション・モータ／ハンドホイール・クラッチングシステムおよびソレノイド駆動ブレーキを使用することができる。第１のポジションはソレノイド・ブレーキを解放した運転またはソレノイド駆動ブレーキを係合した停止を含んでいる。第２のポジションは係合解除されるモータおよび係合されたブレーキ（すなわち、ソレノイドをオーバライドする）を含んでいる。第３のポジションは係合解除されるモータ、係合解除されるブレーキ（ソレノイドをオーバライドする）、および係合されるハンドホイールを含んでいる。ハンドホイールを操作するために、レバーがポジション３に移動され、ハンドホイールは所望のバルブ位置とされ、レバーはポジション１または２に移動されてバルブ位置を保持する。
【００３７】
図７はギアセット４０がバルブアクチュエータ１００内に存在するが、可変速モータ１０およびモータ・コントローラ２０は別個のハウジング７０内に収納される実施例を例示している。電力変換器３０もハウジング７０内に存在することができる。一実施例では、ハウジング７０はモータ・ハウジングである。たとえば、モータ・コントローラ２０および電力変換器３０はモータ・ハウジング内に配置することができる。あるいは、モータ・コントローラ２０および電力変換器３０はハウジング７０上に配置することができる。このような実施例では、モータ・コントローラ２０および電力変換器３０はハウジング７０内の孔を通って可変速モータ１０に配線することができる。モータ・コントローラ２０および電力変換器３０はハウジング７０が、ＮＥＭＡ４等の、任意所望のＮＥＭＡ基準を有するように適切にカバーすることができる。さらに、図７の実施例では、電力変換器３０は存在しなかったり、モータ・コントローラ２０と一体化されて単一装置となることがある。バルブアクチュエータ・コントローラ５０もハウジング７０に配置することができる。モータ・コントローラ２０もバルブアクチュエータ・コントローラ５０内に一体化することもできる。
【００３８】
バルブ８０は多回転バルブまたは１／４回転バルブとすることができる。バルブ８０はグローブ、ゲート、スルース、バタフライ、プラグ、ボール、またはマルチ・ポート・バルブとすることができる。バルブ８０はギアセット４０の有るまたは無い可変速モータ１０により操作することができる任意のバルブまたは他のアクチュエータ駆動負荷を含んでいる。
【００３９】
図８について、バルブアクチュエータ１００はバルブアクチュエータ・コントローラ５０を含むこともできる。特定の実施例において、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はバルブアクチュエータ１００のアクチュエータ・ハウジング７０内に配置される。しかしながら、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はアクチュエータ・ハウジング７０の外部とすることもできる。たとえば、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はバルブアクチュエータ１００近くの支持構造上に搭載し、導線でバルブアクチュエータ・コントローラ５０をバルブアクチュエータ１００に接続することができる。
【００４０】
図８に示すように、一実施例では、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はモータ・コントローラ２０を制御する。モータ・コントローラ２０は、図８に示すように、電力変換器３０から独立したものとすることができ、あるいは、図９に示すように、電力変換器３０をモータ・コントローラ２０と同じ装置に一体化することができる。図８はバルブアクチュエータ・コントローラ５０をモータ・コントローラ２０から独立したものとして例示している。あるいは、バルブアクチュエータ・コントローラ５０は電源９０から直接受電し、バルブアクチュエータ・コントローラ５０は出力信号および状態インジケータを電源９０へ送ることができる。しかしながら、図１０に示すように、モータ・コントローラ２０はバルブアクチュエータ・コントローラ５０と一体化して単一装置とすることができる。図１１は電力変換器３０も単一装置としてバルブアクチュエータ・コントローラ５０およびモータ・コントローラ２０と一体化できることを例示している。
【００４１】
図はモータ・コントローラ２０を一体化してバルブアクチュエータ・コントローラ５０とすることを示しているが、バルブアクチュエータ・コントローラ５０は一体化されてモータ・コントローラ２０になると見なすこともできる。同様に、モータ・コントローラ２０および／またはバルブアクチュエータ・コントローラ５０により実施される機能は電力変換器３０が実施することもできる。
【００４２】
バルブアクチュエータ・コントローラ５０は信号を受信して出力することができる。バルブアクチュエータ・コントローラ５０はプロセス・コマンド信号、プロセス帰還信号、バルブ位置コマンド信号、バルブ位置帰還信号、およびモータ位置信号を受信することができる。バルブアクチュエータ・コントローラ５０またはモータ・コントローラ２０のいずれかはいかなる数の帰還信号も受信することができる。たとえば、図１２に示すように、可変速モータ１０は回転子（または電機子）位置信号、回転子速度信号、モータ電流信号、またはモータ・トルク信号等の帰還信号１５を発生することができる。帰還信号１５はバルブアクチュエータ１００出力トルク、出力速度、および位置を導き出すのに使用することができる。同様に、帰還信号１５はバルブ８０トルク、速度、および位置を計算するのに使用することができる。ギアセット４０は帰還信号１６を発生するように構成することができる。帰還信号１６はバルブアクチュエータ１００出力トルク、速度、および／または位置を表示することができる。帰還信号１６は、ウォームシャフトまたはウォームの速度および／またはトルク等の、歯車列の任意部分のデータを含むこともできる。さらに、バルブ８０は帰還信号１７を発生するように構成することができる。帰還信号１７はバルブ８０トルク、速度、および位置を直接表示することができる。図１２は帰還信号１５、１６、および１７を受信するモータ・コントローラ２０を例示している。しかしながら、バルブアクチュエータ・コントローラ５０は信号を受信することもできる。
【００４３】
バルブアクチュエータ・コントローラ５０により送られる信号の例として、センサ、オペレータ、モータ・コントローラ２０、可変速モータ１０、およびバルブアクチュエータ１００外部の他のシステムへのクエリ（ｑｕｅｒｉｅｓ）が含まれる。
【００４４】
バルブアクチュエータ・コントローラ５０はポジション・コントローラまたはプロセス・コントローラとして作動することができる。ポジション・コントローラの実施例では、バルブアクチュエータ・コントローラ５０は位置コマンド信号を受信するように構成することができる。位置コマンド信号はバルブの所望位置を表示することができる。コマンド信号は、プロセス・コントローラ、オペレータ、スイッチ、ポテンショメータ、プロセス機能ブロック、信号発生器、またはポジション・コントローラ等の任意の標準手段により発生することができる。次に、バルブアクチュエータ・コントローラ５０は、帰還信号１５を介して、可変速モータ１０の回転子位置のモータ・コントローラ２０の知識を使用してバルブ８０の位置を決定することができる。帰還信号１５は本質的に位置帰還信号のソースとして利用することができる。次に、バルブアクチュエータ・コントローラ５０は位置コマンド信号と位置帰還信号との間に誤差（差）があるかどうかを決定することができる。誤差が検出されると、バルブアクチュエータ・コントローラ５０は、次に、誤差を最小限に抑えるようにバルブアクチュエータ１００を調節することができる。性能チューニング（たとえば、応答時間、許容オーバシュート、整定時間、および／または許容誤差）はユーザが構成することができ、あるいはメーカが予めデフォルト値に設定することができる。
【００４５】
プロセス・コントローラの実施例において、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はプロセス・コマンド信号およびプロセス帰還信号を受信するように構成することができる。プロセス・コマンド信号は所望するプロセス変数設定点を表示する。プロセス帰還信号はプロセス変数の実際の状態を表示する。バルブアクチュエータ・コントローラ５０は、次に、２つの信号間に誤差があるかどうかを決定し、構成された容認幅内に誤差を低減するようにバルブを調節する。バルブアクチュエータ・コントローラ５０は比例制御、比例プラス積分制御、比例プラス積分プラス微分制御、または比例プラス微分制御等の任意タイプの制御応答を内蔵することができる。
【００４６】
バルブアクチュエータ１００はバルブ８０を固定速度または可変速度のいずれかで操作するように構成することができる。固定速度の実施例では、本発明のバルブアクチュエータ１００は製造業の規模の経済性を改善して提供することができる。さらに、バルブアクチュエータ１００は可変速度で作動するように構成することができる。
【００４７】
バルブアクチュエータ１００はオペレータにより可変速度で作動するように構成することができる。オペレータはバルブ８０が操作される速度にわたって無限に近い制御を行うことができる。オペレータはバルブアクチュエータ１００が作動するための設定速度を選択することができ、あるいは速度プロファイルに入ることができる。速度プロファイルによりオペレータはバルブ８０ストロークの異なる位置に対する異なるバルブ速度を指示することができる。オペレータは異なる速度およびバルブ８０のストロークに沿った異なる場所で送ることができる許容トルクを設定することもできる。したがって、バルブ８０のトルクおよび速度はバルブ８０を最初に開く時は開く前に、最初に閉じる時は閉じる前に制限することができる。特定の実施例において、バルブアクチュエータ・コントローラ５０および／またはモータ・コントローラ２０は固体コントローラであり、トルク・リミットスイッチが速度またはトルクをいつ変えるべきかを確認する必要性を無くす。替わりに、帰還信号１５を介したモータ位置およびトルクのモータ・コントローラ２０の知識を使用してバルブ８０のトルクおよび／または速度をいつ制限または変更するかを決定することができる。たとえば、トルクはモータ電流、電圧、温度、逆起電力、漏洩磁束、またはそれらの任意の組合せから推論することができる。したがって、バルブアクチュエータ・コントローラ５０が固体コントローラであれば、オペレータは機械的スイッチを調節することなくバルブ・ストロークに沿った速度が増減する位置を変えることができる。
【００４８】
バルブ８０の固定速度または速度プロファイルを変えるオペレータの能力はシステム全体の利得を決定する大きな柔軟性を提供することができる。たとえば、より高いバルブ速度はより高いシステム利得と同一視することができ、逆に、より低いバルブ速度はより低いシステム利得と同一視することができる。さらに、バルブ速度とシステム利得間の関係により、バルブアクチュエータ１００の可変速度能力はオペレータに制御システムを微調整するツールを提供する。これはシステムが落ち着くようにするチューニング定数を見つけることが困難な敏感な制御システムにおいて特に有利である。
【００４９】
さらに、チューニング定数が選出されると、オペレータはチューニング定数を変えるのではなくバルブ８０の速度を変えることができる。これは積分ワインドアップおよび当技術分野で知られている他の問題等のＰＩＤコントローラに付随する問題を回避するチューニング定数の限定されたセットをオペレータが有するプロセスにおいて特に有利である。このようなシナリオにおいて、バルブ速度を調節することはコントローラ・チューニング定数を変えることよりも一層有益である。
【００５０】
たとえば、多くのオペレータはプロセスをシャットダウンしてバルブの保守を行おうと試みる。替わりに、オペレータは全体プロセスがシャットダウンされて必要ないかなる修理も一度に実施される一年の定められた時間までバルブを十分作動可能に保とうと試みる。したがって、バルブが焼付き開始すると、コントローラのチューニング定数を調節して焼き付くバルブを補償しようと試みるオペレータもいる。本質的に、オペレータはコントローラ・チューニング定数を変えて、予焼付きバルブ・プロセス状態に類似する実際の結果に近似させるために、バルブを指令して位置をより早くもしくはより大きく変えるよう試みることができる。あるいは、本発明の閉ループ・ポジション・コントローラは、コマンド速度を達成する試みにおける全電圧（最大ｔｑ）までずっと、必要に応じてモータ電圧を調節することができる。コントローラのタイミング・パラメータ内の時間またはＫｉ定数を調節することにより、オペレータはバルブがより焼き付き易くなったらアクチュエータの挙動を調節することができる。
【００５１】
しかしながら、複雑または敏感なシステムに対しては、実際に安定なプロセスを提供するチューニング定数のセットは制限されていることがある。固定速度をただ変えるのではなく、バルブ８０における速度を変えるようにバルブアクチュエータ・コントローラ５０を調節することにより、バルブが有するどのような問題にも対応するようにバルブ速度プロファイルを調節したり生成したりすることができる。バルブが開放時だけ焼き付く場合は、バルブを最初に開く時により大きなトルク供給することができる。バルブがバルブ・ストロークの途中で焼き付く場合は、バルブが焼き付く範囲にわたって速度またはトルクを増すことができる。
【００５２】
バルブアクチュエータ１００はバルブアクチュエータ・コントローラ５０内で適切なロジックで設計されて、バルブ８０を始動させる速度を決定することができる。このようなロジックはバルブアクチュエータ・コントローラ５０がプロセス・コントローラとして機能している時にバルブアクチュエータ・コントローラ５０内に一体化することができる。この実施例では、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はどの速度で可変速モータ１０が作動してギアセット４０を回転し、次に、バルブ８０を始動させるか決定することができる。たとえば、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はプロセス変数設定点とプロセス変数帰還との間の差が大きい時にバルブ８０は高速度で始動されるように設計することができる。同様に、プロセス信号間の誤差（差）が小さければ、バルブ８０は低速度で作動される。バルブアクチュエータ・コントローラ５０には誤差の定められた大きさに対応するように予め選出された速度の制限されたセットを設定することができる。あるいは、バルブアクチュエータ・コントローラ５０は対応する誤差に応じてバルブ８０を始動させることができる本質的に無限の速度を有することができる。
【００５３】
バルブアクチュエータ・コントローラ５０はプロセス変数設定点変化への第１の応答によりバルブ８０は高速で始動され、バルブ８０の位置へのその後の変化は次第に低速で生じるように設計することができる。このようなアプローチは積分ワインドアップを回避するのに有用である。当業者ならばお判りのように、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はさまざまな方法で応答するように設計することができる。プログラミング・コントローラおよびコントローラ・ハードウェアが当技術分野で知られている。したがって、バルブアクチュエータ・コントローラ５０内で使用される正確なソフトウエア、ハードウェア、および／またはファームウエアはここでは検討しない。
【００５４】
図１３について、バルブアクチュエータ・コントローラ５０を温度プロセス・コントローラとして使用する一例が記述される。反応容器２００はその側面周りに加熱ジャケット２１０を有する。反応容器２００の入力および出力は図示されていない。パイプ２２０が加熱ジャケット２１０に温水を供給する。加熱ジャケット２１０内の温水からの熱は反応容器２００へ伝達される。新鮮な温水の流量が大きいほど、反応容器２００の温度は高くなる。温水の流量はバルブ８０により制御される。バルブ８０の入口はパイプ２６０に接続される。加熱ジャケット２１０中を循環した温水はパイプ２７０を経て出てゆく。バルブ８０はバルブアクチュエータ１００により回転される。信号２４０はバルブアクチュエータ・コントローラ５０へ送られるプロセス・コマンド信号であり、反応容器２００に対する温度設定点を表示している。信号源は図１３には示されていない。信号２４０および２５０は０−２０または５−２０ｍＡ信号、０−１０または０−５０ｍＶ信号、０−５、１−５、または０−１０Ｖ直流信号、またはデジタル通信バス（Ｍｏｄｂｕｓ、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、ＡＳｉ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等）上のデジタル・メッセージ、または任意他のコントローラ信号形式とすることができる。信号２５０は温度センサ２３０からバルブアクチュエータ・コントローラ５０へ送られるプロセス帰還信号である。
【００５５】
簡単にするために、この例では、バルブ８０の位置は温水の異なる流量に校正されるものと仮定する。実際には、少なくとも１つの温水流量センサおよび他のセンサはバルブアクチュエータ・コントローラ５０へ信号を供給することもきる。さらに、任意数の温度センサ２３０を使用することができる。
【００５６】
小さな温度変化が温度センサ２３０により感知されると、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はそれに応答してバルブ８０の位置を比較的低速で対応する少量だけ変えることができる。あるいは、大きな温度降下が感知されると、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はバルブ８０を比較的高速でより大きく開くことができる。バルブアクチュエータ・コントローラ５０は、非常に低速、低速、中速、高速、非常に高速、等の定められた速度セットを有することができ、それは信号２４０および信号２５０間の差の程度によって決まり、バルブ８０を始動させるのにどの速度が使用されるかを決定する。バルブアクチュエータ・コントローラ５０はバルブ８０を始動させることができる本質的に無限数の速度を有することもできる。バルブアクチュエータ・コントローラ５０は信号２４０および信号２５０間の差だけでなく、信号２４０自体の変化も感知するように構成することができる。たとえば、温度設定点がオペレータにより劇的に増加されると、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はバルブ８０をゆっくり開いて反応容器２００の温度を徐々に高めることができる。しかしながら、信号２５０の変化が信号２５０および２４０間の誤差の源であれば、バルブアクチュエータ・コントローラ５０はバルブ８０に位置を迅速に変えさせることができる。
【００５７】
バルブアクチュエータ・コントローラ５０は主としてソフトウエア、ハードウェア、ファームウエア、またはその組合せとすることができる。バルブアクチュエータ・コントローラ５０はＰＣとインターフェイスする、または、他の制御ハードウェアおよびソフトウエアとインターフェイスするように設計することができる。当技術分野で知られているように、モータ・コントローラ２０およびバルブアクチュエータ・コントローラ５０は電源９０または別個の電源から受電することができる。
【００５８】
本発明は下記の特定実施例および概念も含んでいる。
１．可変速モータと、
前記可変速モータに操作可能に接続されて前記可変速モータを操作するように構成可能な固体モータ・コントローラと、
前記可変速モータに操作可能に接続されたギアセットと、
を含むバルブアクチュエータ。
２．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータはモータ位置帰還の有る交流同期リラクタンスモータ、モータ位置帰還の無い交流同期リラクタンスモータ、モータ位置帰還の有る直流ブラシレスモータ、およびモータ位置帰還の有る直流ブラシレスモータからなるグループから選出されるバルブアクチュエータ。
３．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータは単相誘導電動機、多相誘導電動機、巻線型誘導電動機、多速度モータ、定トルク・モータ、可変トルク・モータ、ユニバーサル・モータ、同期ヒステリシス・モータ、直流励磁同期電動機、サーボモータ、ブラシレス・サーボモータ、およびリニアモータからなるグループから選出される交流モータであるバルブアクチュエータ。
４．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータは分巻、直巻、複巻、ブラシレス直流モータ、リニアモータ、ブラシレス・リニアモータ、コアレスモータ、リングモータ、パンケーキモータ、限定角トルクモータ、永久磁石ステッパモータ、可変リラクタンスモータ、スイッチド・リラクタンスモータ、およびサーボモータからなるグループから選出される直流モータであるバルブアクチュエータ。
５．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、さらに、電力変換器を含むバルブアクチュエータ。
６．請求項５記載のバルブアクチュエータであって、前記電力変換器は交流交流変換、直流直流変換、交流直流変換、直流交流変換、および位相変換を含む上記の機能の１つ以上を実施するように作動可能であるバルブアクチュエータ。
７．請求項５記載のバルブアクチュエータであって、前記電力変換器および前記固体モータ・コントローラは単一装置として一体化されるバルブアクチュエータ。
８．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、さらに、前記モータ・コントローラを制御するように作動可能であるアクチュエータ・コントローラを含むバルブアクチュエータ。
９．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記固体モータ・コントローラは前記可変速モータの前記速度およびトルクを変えるように作動可能であるバルブアクチュエータ。
１０．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記固体モータ・コントローラは前記可変速モータが操作される予め選出された速度およびトルクのセットを有するバルブアクチュエータ。
１１．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記固体モータ・コントローラはユーザにより制限される予め選出されたトルクを有するバルブアクチュエータ。
１２．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータが操作される前記速度およびトルクはオペレータにより調節することができるバルブアクチュエータ。
１３．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記固体モータ・コントローラは前記可変速モータが操作される予め選出された速度およびトルク・プロファイルのセットを有するバルブアクチュエータ。
１４．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記ギアセットは前記バルブアクチュエータに不可欠であるバルブアクチュエータ。
１５．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記ギアセットは前記固体モータ・コントローラを収容するハウジングの外部にあるバルブアクチュエータ。
１６．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記ギアセットはバルブのバルブ・ステムと直接噛み合うように作動することができるバルブアクチュエータ。
１７．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記ギアセットはバルブまたはアクチュエータ駆動負荷に直接結合することができる中空軸またはリニアモータと直接噛み合うように作動することができるバルブアクチュエータ。
１８．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記ギアセットは３ポジション・モータ／ハンドホイール・クラッチング・システムおよびソレノイド駆動ブレーキを有する中空軸と直接噛み合うように作動することができるバルブアクチュエータ。
１９．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、さらに、バルブアクチュエータ・コントローラを含むバルブアクチュエータ。
２０．請求項１９記載のバルブアクチュエータであって、前記バルブアクチュエータ・コントローラは前記バルブアクチュエータに不可欠であるバルブアクチュエータ。
２１．請求項１９記載のバルブアクチュエータであって、前記バルブアクチュエータ・コントローラは信号を送受信するように作動することができるバルブアクチュエータ。
２２．請求項２１記載のバルブアクチュエータであって、前記受信信号はコマンド信号および帰還信号、プロセス変数設定点信号および位置信号、およびプロセス変数帰還信号およびモータ置位置信号を含むバルブアクチュエータ。
２３．請求項１９記載のバルブアクチュエータであって、前記バルブアクチュエータ・コントローラはバルブの始動を制御することによりプロセスの比例制御、比例プラス積分制御、比例プラス微分制御、または比例プラス積分プラス微分制御が可能であるバルブアクチュエータ。
２４．請求項１９記載のバルブアクチュエータであって、前記バルブアクチュエータ・コントローラはバルブが始動される前記速度およびトルクを決定するロジックを含むバルブアクチュエータ。
２５．請求項１９記載のバルブアクチュエータであって、前記モータ・コントローラは前記バルブアクチュエータ・コントローラ内に一体化されるバルブアクチュエータ。
２６．請求項１記載のバルブアクチュエータであって、さらに、前記モータ・コントローラに操作可能に接続される現場接続ブロックを含むバルブアクチュエータ。
２７．請求項２６記載のバルブアクチュエータであって、前記現場接続ブロックは前記モータ・コントローラに操作可能に結合される電力変換器に操作可能に接続されるバルブアクチュエータ。
２８．請求項２６記載のバルブアクチュエータであって、前記現場接続ブロックはユニバーサル現場接続ブロックであるバルブアクチュエータ。
２９．ユニバーサル現場接続ブロックと、
給電を受けるように作動できる電力変換器と、
可変速モータと、
前記電力変換器に操作可能に接続されて前記可変速モータを操作するように構成可能な固体モータ・コントローラと、
前記可変速モータに操作可能に接続され、ギアセットにより構成される制動装置と、
を含むバルブアクチュエータ。
３０．ハウジングと、
モータ・コントローラと、
出力軸を有する可変速モータと、を含むバルブアクチュエータであって、前記可変速モータは前記モータ・コントローラにより制御するように構成され、
前記モータ・コントローラおよび前記可変速モータは前記ハウジング内に一体化され、さらに、
前記ハウジングの外側で前記出力軸に有効に結合された歯車列を含むバルブアクチュエータ。
３１．請求項３０記載のバルブアクチュエータであって、さらに、前記モータ・コントローラに有効に結合された電力変換器を含むバルブアクチュエータ。
３２．請求項３０記載のバルブアクチュエータであって、前記ハウジングはモータ・ハウジングであるバルブアクチュエータ。
３３．請求項３２記載のバルブアクチュエータであって、前記モータ・ハウジングはアクチュエータ・ハウジングの内部にあるバルブアクチュエータ。
３４．バルブを始動させるシステムであって、前記システムは、
バルブアクチュエータを含み、前記バルブアクチュエータは、
出力軸を含むモータと、
前記モータに操作可能に接続されて前記モータを可変速度およびトルクで操作することができる固体モータ・コントローラと、
前記モータの前記出力軸に結合されたギアセットと、
を含むシステム。
３５．バルブアクチュエータを操作する方法であって、前記方法は、
可変速モータに操作可能に接続された固体モータ・コントローラを含むバルブアクチュエータを提供するステップであって、前記可変速モータにはギアセットが操作可能に接続されているステップと、
前記バルブアクチュエータが操作される時に前記固体モータ・コントローラにより前記可変速モータが駆動される前記速度を前記固体モータ・コントローラ上で設定するステップと、
停電時に前記可変速モータが負荷を逆駆動しないように前記ギアセットにより拘束するステップと、
を含む方法。
３６．請求項３５記載の方法であって、さらに、前記バルブアクチュエータが操作される時に前記可変速モータにより発生される前記トルクを前記固体モータ・コントローラ上で設定するステップを含む方法。
３７．電気駆動バルブアクチュエータの始動方法であって、前記方法は、
ギアセットを含む前記電気駆動バルブアクチュエータに操作可能に接続された固体バルブアクチュエータ・コントローラにおいてコマンド信号を受信するステップであって、前記電気駆動バルブアクチュエータは可変速度が可能である前記ステップと、
前記固体バルブアクチュエータ・コントローラにおいて帰還信号を受信するステップと、
前記コマンド信号と前記帰還信号間に差があるかどうか決定するステップと、
前記電気駆動バルブアクチュエータを始動させることにより前記コマンド信号と前記帰還信号間の任意の差を最小限に抑えるステップと、
を含む方法。
３８．請求項３７記載の方法であって、前記コマンド信号はプロセス変数設定点信号を含み、前記帰還信号はプロセス変数帰還信号を含む方法。
３９．請求項３８記載の方法であって、前記電気駆動バルブアクチュエータを始動させることにより前記コマンド信号と前記帰還信号間の任意の差を最小限に抑えるステップは前記電気駆動バルブアクチュエータを一定速度で始動させるステップを含む方法。
４０．請求項３９記載の方法であって、前記一定速度は前記バルブアクチュエータ・コントローラにより決定される方法。
４１．請求項３９記載の方法であって、前記一定速度はオペレータにより設定される方法。
４２．請求項３８記載の方法であって、前記電気駆動バルブアクチュエータを始動させることにより前記コマンド信号と前記帰還信号間の任意の差を最小限に抑えるステップは前記電気駆動バルブアクチュエータを一定トルクで始動させるステップを含む方法。
４３．請求項３８記載の方法であって、前記電気駆動バルブアクチュエータを始動させることにより前記コマンド信号と前記帰還信号間の任意の差を最小限に抑えるステップはバルブ・ストロークの長さにわたって前記電気駆動バルブアクチュエータを可変速度で始動させるステップを含む方法。
４４．請求項４３記載の方法であって、前記可変速度または最大許容速度はユーザにより決定される方法。
４５．請求項４３記載の方法であって、前記可変速度は前記バルブアクチュエータ・コントローラにより決定される方法。
４６．請求項３７記載の方法であって、前記コマンド信号は位置コマンド信号を含み、前記帰還信号はモータ位置信号を含む方法。
４７．請求項４６記載の方法であって、前記モータ位置信号はモータ・コントローラから送られる方法。
４８．請求項４６記載の方法であって、前記モータ位置信号は前記バルブアクチュエータ・コントローラからのクエリの結果である方法。
４９．請求項３７記載の方法であって、前記バルブアクチュエータ・コントローラは比例制御、比例プラス積分制御、比例プラス微分制御、または比例プラス積分プラス微分制御が可能である方法。
５０．請求項３７記載の方法であって、前記バルブアクチュエータ・コントローラは前記電気駆動バルブアクチュエータのハウジング内に一体化されている方法。
５１．請求項３７記載の方法であって、前記帰還信号はそれから速度、トルク、または位置を決定することができる信号を含む方法。
【００５９】
詳細に開示してきたが、下記の特許請求の範囲により前記した技術および実施例はより完全に説明され本発明が記述される。当業者ならば本発明の精神および範囲を逸脱することなく前記した技術および実施例に数多くの多様な変更を行うことができる。
【図１】
2014223015.tif 000003
【図２】
2014223015.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月29日(2014.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブに操作可能に接続された出力軸を有する可変速モータと、
前記可変速モータに操作可能に接続されて、該可変速モータの前記バルブへの出力の速度とトルクを前記バルブのバルブストロークの実質的に全範囲にわたって連続的に可変するように前記可変速モータを操作するように構成可能な固体モータ・コントローラと、
前記固体モータ・コントローラが受信した少なくとも一つの信号に応じて、前記固体モータ・コントローラを制御するように構成された固体バルブアクチュエータ・コントローラであって、前記少なくとも一つの信号が位置コマンド信号と、位置帰還信号と、プロセス・コマンド信号と、プロセス帰還信号と、モータ位置信号のうちの一つあるいはそれより多くの信号を含むものである、前記固体バルブアクチュエータ・コントローラと、
前記可変速モータの出力軸に操作可能に接続され、停電時に可変速モータが負荷を逆駆動しないように拘束するギアセットを有するブレーキ装置と、
電源からの電気入力を受けて前記固体モータ・コントローラに電気供給を出力するように構成されたユニバーサル電力変換器であって、一般的に使用されている電圧および電流タイプを前記電源から受けて、それを前記固体モータ・コントローラが使用可能な形に変換する該ユニバーサル電力変換器と、
前記電源に操作可能に接続するユニバーサル現場接続ブロックであって、前記電源から受けた一般的に使用されている電圧および電流タイプを前記ユニバーサル電力変換器に供給する接続装置を有する該ユニバーサル現場接続ブロックと、
前記可変速モータと、前記固体モータ・コントローラと、前記ユニバーサル現場接続ブロックと、前記ギアセットと、前記ユニバーサル電力変換器とを一体に収納するハウジングと
を含むバルブアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータはモータ位置帰還の有る交流同期リラクタンスモータ、モータ位置帰還の無い交流同期リラクタンスモータ、モータ位置帰還の有る直流ブラシレスモータ、およびモータ位置帰還の無い直流ブラシレスモータからなるグループから選出されるバルブアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータは単相誘導電動機、多相誘導電動機、巻線型モータ、多速度モータ、定トルク・モータ、可変トルク・モータ、ユニバーサル・モータ、同期ヒステリシス・モータ、直流励磁同期電動機、サーボモータ、ブラシレス・サーボモータ、およびリニアモータからなるグループから選出される交流モータであるバルブアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記可変速モータは分巻、直巻、複巻、ブラシレス直流モータ、リニアモータ、ブラシレス・リニアモータ、コアレスモータ、リングモータ、パンケーキモータ、限定角トルクモータ、永久磁石ステッパモータ、可変リラクタンスモータ、スイッチド・リラクタンスモータ、およびサーボモータからなるグループから選出される直流モータであるバルブアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記固体バルブアクチュエータ・コントローラは前記ハウジングに収納されているバルブアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記固体バルブアクチュエータ・コントローラは前記バルブアクチュエータに不可欠であるバルブアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１記載のバルブアクチュエータであって、前記固体モータ・コントローラは前記固体バルブアクチュエータ・コントローラ内に一体化されるバルブアクチュエータ。
【請求項８】
バルブアクチュエータを操作する方法であって、前記方法は、
請求項１に記載のバルブアクチュエータを提供するステップと、
前記バルブアクチュエータが操作される時に前記固体モータ・コントローラにより前記可変速モータが駆動される速度プロファイルを前記固体モータ・コントローラ上で設定するステップと
を含む方法。
【請求項９】
電気駆動バルブアクチュエータの始動方法であって、前記方法は、
電源からの電力を、ユニバーサル現場接続ブロックと続いてユニバーサル電力変換器とを介して固体モータ・コントローラに供給するステップであって、前記ユニバーサル電力変換器は、一般的に使用されている電圧および電流タイプを前記電源から受けて、それを前記固体モータ・コントローラが使用可能な形に変換し、前記ユニバーサル現場接続ブロックは、前記電源から受けた一般的に使用されている電圧および電流タイプを前記ユニバーサル電力変換器に供給する接続装置を有し、前記固体モータ・コントローラと、前記ユニバーサル現場接続ブロックと、前記ユニバーサル電力変換器とはハウジングに一体に収納されていて、前記電気駆動バルブアクチュエータは、固体バルブアクチュエータ・コントローラを有し、前記固体バルブアクチュエータ・コントローラは、前記電気駆動バルブアクチュエータの可変速モータに操作可能に接続されていて、前記固体バルブアクチュエータ・コントローラは、前記固体モータコントローラを操作して、前記可変速モータの前記バルブへの出力の速度とトルクをバルブのバルブストロークの実質的に全範囲にわたって連続的に可変することが可能であり、前記電気駆動バルブアクチュエータは、前記可変速モータの出力軸に接続され、停電時に可変速モータが負荷を逆駆動しないように拘束するギアセットを有するものである、前記供給するステップと、
固体バルブアクチュエータ・コントローラにおいてコマンド信号を受信するステップと、
前記固体バルブアクチュエータ・コントローラにおいて帰還信号を受信するステップと、
前記コマンド信号と前記帰還信号間に差があるかどうか決定するステップと、
前記電気駆動バルブアクチュエータを、前記コマンド信号と前記帰還信号間の差に応じて前記固体バルブアクチュエータ・コントローラにより決定されたようにバルブストロークにわたって連続的に可変速度及び連続的に可変トルクで駆動させることにより前記コマンド信号と前記帰還信号間の任意の差を最小限に抑えるステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、前記コマンド信号はプロセス変数設定点信号を含み、前記帰還信号はプロセス変数帰還信号を含む方法。
【請求項１１】
請求項９記載の方法であって、前記コマンド信号は位置コマンド信号を含み、前記帰還信号はモータ位置信号を含む方法。