(57)【要約】【課題】バネリターン式の無駄な発熱を減少させて省エネルギー化を図り、同時に、長寿命化も図れるようにする。【解決手段】バネに抗して弁を開放する方向へ駆動する誘導モータ１０と交流電源１３間にスイッチ手段１２を介してリアクタンス素子１１を接続する。そして、弁の開放時は、交流電源１３と誘導モータ１０を接続することで弁を開放しバネを圧縮する。弁の開放後は、スイッチ手段１２で交流電源１３と前記モータ１０間にリアクタンス素子１１を接続して前記モータ１０に印加される電圧を下げて、前記モータ１０のトルクを低下させる。このとき、リアクタンス素子１１に流れる電流と電圧の位相差はπ／２となるので電力を消費しないため、発熱を抑えるとともに、省エネルギーを図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁と、弁を閉じる方向に付勢するバネと、前記バネに抗して弁を開放する方向へ駆動する誘導モータと、前記モータと交流電源間にスイッチ手段を介して接続されるリアクタンス素子とで構成され、
前記モータと交流電源を接続して、前記モータを駆動してバネを圧縮しながら弁を開放し、弁が開放すると、スイッチ手段がモータと交流電源間にリアクタンス素子を接続して弁を開放状態に保持する電動弁のパワーセーブ回路。
【請求項２】
上記リアクタンス素子と直列に調整用抵抗を設けて電源周波数に応じてトルク調整ができるようにした請求項１に記載の電動弁のパワーセーブ回路。
【請求項３】
上記調整用抵抗に代えて、双方向サイリスタを設けてトルク調整ができるようにした請求項２に記載の電動弁のパワーセーブ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、遮断弁の保持電力を低減するための電動弁のパワーセーブ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バネリターン式の電動遮断弁は、モータを常時作動して回転力を加え、バネが伸長しないようにして弁の開放状態を保持する。こうすることで、緊急時に電力が停止すると、バネが伸長して弁を閉じるというものである。
【０００３】
例えば、特許文献１に示す遮断弁では、ボールバルブと直流モータ間に動力伝達機構を設け、前記ボールバルブにバルブを閉じる方向に付勢するバネを設けた構成となっている。
ここで、前記動力伝達機構は、電磁クラッチと歯車減速機構で構成されており、前記クラッチは、モータと歯車減速機構の接続を単に断続するためのものである。そして、図６のような回路を設けて制御する。この回路は、図６に示すように、前記断続用のクラッチ１と直流モータ２を並列に接続した並列回路と、リミットスイッチ３とバイパス抵抗４を並列に接続した並列回路を直列に接続して、リレー接点５を介して直流電源６に接続したもので、前記リミットスイッチ３は、弁の開閉を検出するために設けたものである。
【０００４】
この遮断弁では、開弁時は、リミットスイッチ３がオンになっているので、リレー接点５が閉じると、直流電源６から電力が直流モータ２と前記クラッチ１に供給される。そのため、前記クラッチ１が作動して直流モータ２と歯車減速機構を接続し、歯車減速機構を介して前記モータ２がボールバルブを開弁方向へ回動する（バネに抗して）。また、ボールバルブが開弁すると、リミットスイッチ３はオフになるので、モータ２と前記クラッチ１へはバイパス抵抗４を介して電力が供給されることになる。そのため、バイパス抵抗４により電流が制限された直流モータ２のトルクは制限される。
このとき、
バネの復元力  ＜  直流モータの巻上げ力
となり、前記モータ２は、ボールバルブのバネによる逆転トルクに抗して開弁状態を保持する。
一方、開弁中にリレー接点５がオフになり、直流電源６からの電力の供給が途絶えると、前記クラッチ１は直流モータ２と歯車機構との接続を切断するので、ボールバルブはバネにより閉弁方向へ回動されて閉弁する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の回路では、バイパス抵抗で直流モータの電流を制御しているため、前記抵抗が発熱する。このとき、電動弁は密閉構造になっているので内部温度が上昇し、例えば、温度の上昇でモータのコイルの絶縁破壊が生じたり、潤滑油が蒸発して摩擦係数が大きくなったりして、モータや機構の寿命を縮めてしまうことになる。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、無駄な発熱を減少させて省エネルギー化を図り、同時に、長寿命化も図れるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明では、弁と、弁を閉じる方向に付勢するバネと、前記バネに抗して弁を開放する方向へ駆動する誘導モータと、前記モータと交流電源間にスイッチ手段を介して接続されるリアクタンス素子とで構成され、前記モータと交流電源を接続して、前記モータを駆動してバネを圧縮しながら弁を開放し、弁が開放すると、スイッチ手段がモータと交流電源間にリアクタンス素子を接続して弁を開放状態に保持する構成を採用したのである。
【０００９】
このように構成したことにより、弁の開放時は、交流電源と誘導モータとを接続することで弁を開放し、同時に、遮断用のバネを圧縮する。弁の開放後は、バネの伸長を止めるだけなので、スイッチ手段で交流電源と前記モータ間にリアクタンス素子を接続して前記モータに印加される電圧を下げて前記モータのトルクを低下させる。このとき、リアクタンス素子に流れる電流と電圧の位相差はπ／２となるので電力を消費しない。そのため、発熱を抑えるとともに、省エネルギーを図ることができる。
【００１０】
また、このとき、上記リアクタンス素子と直列に調整用抵抗を設けてトルク調整ができるようにした構成を採用することができる。
【００１１】
このような構成を採用することにより、調整用抵抗でモータへの印加電圧を調整することで、トルクの調整を行うことができるので、例えば、遮断弁の個体ごとにトルクのバラツキを調整したり、電源周波数が異なる地域でもトルクが同じになるように調整したりして最適に使用できるようにできる。
【００１２】
また、このとき、調整用抵抗に代えて、双方向サイリスタを設けてトルク調整ができるようにした構成を採用することができる。
【００１３】
このような構成を採用することにより、位相制御により電圧の調整ができるので、調整抵抗による電力ロスを低減できる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、上記のように構成したことにより、電力消費を低減して、無駄な発熱を減少して長寿命化が図れる。また、省エネルギー化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）実施形態の回路図、（ｂ）スイッチ手段の他の態様を示す図
【図２】実施形態の遮断弁の作用説明図
【図３】実施例１の回路図
【図４】実施例２の回路図
【図５】実施例３の回路図
【図６】従来例の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
この形態の電動弁のパワーセーブ回路を図１（ａ）に示す。図１（ａ）に示すように、この形態のパワーセーブ回路は、単相誘導モータ１０とリアクタンス素子１１及びスイッチ手段１２で構成されており、交流電源１３に接続するようになっている。
【００１７】
単相誘導モータ１０は、コンデンサ起動型のものを使用している。前記モータ１０は、かご形構造のロータに、主巻き線Ｌａと補助巻き線Ｌｂとからなるステーターコイルを直交させて配置したもので、ここでは、補助巻き線Ｌｂに進相用のコンデンサＣａを挿入した構造となっている。
【００１８】
また、前記モータ１０は、例えば図２に示すように、弁１４の出力軸１５と複数のギアを組み合わせた伝達機構１６を介して連結する構造となっており、伝達機構１６に付勢用の（ゼンマイ）バネ１７を備えている。
【００１９】
このとき、前記モータ１０のモータ軸には、ギアヘッドが装着され、装着したギアヘッドの回転軸にピニオンギアを取り付けて伝達機構１６と係合させる構成となっている。そのため、モータ軸と出力軸１５とは伝達機構を介して直結した構造となっている。
【００２０】
伝達機構１６は、ピッチの異なる伝達ギアを組み合わせることで、所要のトルクが得られるようにしたもので、出力軸１５と係合する伝達歯車に、先述のバネ１７を取り付けて弁１４を閉じる方向に出力軸１５を付勢するようにしてある。
【００２１】
一方、弁１４の出力軸には、平歯車が取り付けられ、平歯車下方の出力軸の先端に弁１４を取り付けた構造になっている。さらに、平歯車上方の出力軸の後端に、カムを取り付け、前述のスイッチ手段１２を取り付けて、弁１４の開閉が検出できるようになっている。
【００２２】
前記スイッチ手段１２は、例えば、リミットスイッチやリミットスイッチによって作動するリレーなどを使用したもので、弁１４の開閉で、図１（ａ）のように、常開接点（ａ接点）から常閉接点（ｂ接点）へ切換る単極双投のものを用いている。そして、このスイッチ手段１２の切換接点（ｃ接点）は、前記モータ１０の主巻き線Ｌａと接続し、常開接点（ａ接点）を交流電源１３と接続する。また、常閉接点（ｂ接点）は、リアクタンス素子１１の一方と接続して開弁時に前記モータ１０と交流電源１３との間にリアクタンス素子１１が接続されるようにしてある。
【００２３】
リアクタンス素子１１は、この形態では、容量性のもの（コンデンサＣ）を使用している。前記コンデンサＣは、交流で使用可能なもので、かつ、十分な耐圧を有するものである。
また、このとき、コンデンサＣのリアクタンスは、
Ｘｃ＝１／ωＣ（Ω）
で表されるため、バネ１７の伸長力と釣り合うだけのトルク（安全のため、バネの伸長力＜トルク）が得られるように適宜容量を設定する。その際、容量は、回路内に、前記モータ１０のコイルＬａ、Ｌｂや位相用コンデンサＣａなどがあり、実験、経験などの結果も加味して上記の式に基づいて算出する。
【００２４】
このように構成されるパワーセーブ回路では、開弁時は、スイッチ手段１２がａ接点になっているので、前記モータ１０は定格の出力でバネ１７を圧縮しながら弁１４を開放する。そして、弁１４が開放状態になると、スイッチ手段１２が切換わり前記モータ１０と交流電源１３との間にコンデンサＣが接続される。そのため、挿入されたコンデンサＣにより前記モータ１０に印加される電圧が低下すると、前記モータ１０の回転数が低下してトルクが減少する。また、前記モータ１０の消費電力も減少する。このとき、トルクはバネ１７の伸長力と釣り合うようにコンデンサＣの容量を設定してあるので、開弁状態を保持できる。しかも、このとき、リアクタンス素子１１であるコンデンサＣに流れる電流の位相は電圧よりπ／２遅れるので、電力のロスを生じない。
【００２５】
このようにリアクタンス素子１１は電力ロスを生じないので、抵抗のように発熱することは無い。しかも、前記モータ１０もトルクを下げているので、発熱を低下させることができる。したがって、無駄な発熱を減少させて遮断弁の長寿命化を図り、同時に、省エネルギー化を図ることができる。
【００２６】
なお、この形態では、スイッチ手段１２に単極双投のものを用いたが、リアクタンス素子１１を前記モータ１０と交流電源１３の間に接続できれば良いので、図１（ｂ）のように、単極単投のものを用いることもできる。
【実施例１】
【００２７】
この実施例１は、図３に示すように、リアクタンス素子１１としてコイル（インダクタ）Ｌを用いたものである。コイルＬの場合のリアクタンスは、
ＸＬ＝ωＬ（Ω）
で表され、コイルＬに流れる電流の位相は電圧よりπ／２進むので、電力のロスは生じない。
また、コイルＬのインダクタは、バネ１７の伸長力と釣り合うだけのトルク（安全のため、バネの伸長力＜トルク）が得られるように適宜設定する。その際、先に述べたように、回路内に、前記モータ１０のコイルＬａ、Ｌｂや位相用コンデンサＣａなどがあり、実験、経験などの結果も加味して上記の式に基づいて算出する。回路内には、モータのコイルや位相コンデンサなどがあり、実験、経験などの結果も加味して算出する。
なお、他の構成については実施形態と同じなので、図面に同一符号を付して説明は省略する。
【実施例２】
【００２８】
この実施例２は、図４に示すように、リアクタンス素子１１と直列に調整用抵抗１８を設けたもので、ここでは、調整用抵抗１８に可変抵抗器を使用している。このように可変抵抗器１８を用いることで前記モータ１０への印加電圧の振幅を調整する。そして、印加電圧の振幅を調整することで、トルクの調整をするようにしたもので、例えば、トルクの調整によって弁１４の個体ごとのバラツキも調整することもできる。また、交流電源１３の周波数が５０ＨＺから６０ＨＺに変わった場合でも調整を行って適正なトルクに設定できる。そのため、電源周波数ごとに異なる仕様のものを準備する必要が無い。
その際、リアクタンス素子１１は電力ロスを生じないので（調整用抵抗１８で電力のロスは発生するが）、抵抗だけの場合のように発熱することは無い。しかも、前記モータ１０もトルクを下げているので、前記モータ１０の発熱も低下させることができる。したがって、無駄な発熱を減少させて遮断弁の長寿命化を図り、かつ、省エネルギー化を図ることができる。
ちなみに、このとき、リアクタンス素子１１を調整することも考えられるが、例えば、市販のコンデンサＣの容量値の種類は限られているので、調整用抵抗１８を採用する方が、正確な調整が容易にできる。
なお、この実施例２では、調整用抵抗１８に可変抵抗器を用いたが、固定抵抗を用いて（適正な抵抗値の抵抗を取り付けても良いし、スイッチを設けて切り替えるようにしても良い。）調整するようにしても良いことは明らかである。
【実施例３】
【００２９】
この実施例３は、実施例２の調整用抵抗１８に代えて、図５に示すように、双方向サイリスタ２０を使用したもので、位相制御回路２１により前記モータ１０への印加電圧の振幅を調整するようにしたものである。そして、このように位相制御により前記モータ１０への印加電圧を下げることで、トルクを低下させる。
このとき、位相制御で電圧を下げているので、調整用抵抗１８を用いた場合に比べて抵抗のロスを低減できる。他の作用効果については実施例１と同じなので図面に同一符号を付して説明は省略する。
【００３０】
なお、実施例２及び３では、リアクタンス素子１１にコンデンサＣを採用しているが、コイルＬを使用しても良いことは明らかである。
また、実施形態、実施例１〜３では誘導モータに単相誘導モータを使用したものについて述べたが、これに限定されるものではない。誘導モータであれば電圧を低下させれば、トルクを減少させることができるので、三相誘導モータにも適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  単相誘導モータ
１１  リアクタンス素子
１２  スイッチ手段
１３  交流電源
１８  調整用抵抗
２０  双方向サイリスタ
Ｃ  コンデンサ
Ｌ  コイル
【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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