(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に設けられたゲート，水門等のバルブ，動力伝達装置によって前記バルブを取り付けたスピンドルを上下駆動させるための出力駆動軸，前記出力駆動軸に第１クラッチを介して連結された手動ハンドル，前記出力駆動軸に第２クラッチを介して連結されて交流電源によって駆動されるモータ，及び前記モータ又は前記手動ハンドルによって前記出力駆動軸を駆動するため前記第１クラッチと前記第２クラッチとのオン・オフ状態を切換装置によって自動的に切り換えて前記出力駆動軸を駆動制御するコントローラを有し，前記第１クラッチを無励磁作動型クラッチで構成し，前記第２クラッチを励磁作動型クラッチで構成し，
前記モータを駆動するモータ駆動回路は，前記出力駆動軸の前記モータによる正転時には前記交流電源と前記モータとを結線する第１ラインと第２ラインから成る正転回路と，前記出力駆動軸の前記モータによる逆転時には前記交流電源と前記モータとを結線する前記第１ラインと第３ラインから成る逆転回路とから成るモータ運転回路を備え，前記出力駆動軸の制動時には，前記交流電源と前記モータとを結線する前記第２ラインと前記第３ラインから成るダイナミックブレーキ回路を備えており，
前記正転回路と前記逆転回路とを切り換えるため前記第２ラインと前記第３ラインとの接続を切り換える第１スイッチ，及び前記運転回路と前記ダイナミックブレーキ回路とを切り換えるため前記第１スイッチを前記第３ラインに接続した状態でダイオードと抵抗とを有効にして前記第１ラインと前記第２ラインとの接続を切り換える第２スイッチを有することから成るバルブアクチュエータ。
【請求項２】
前記モータは，ハウジングに固定されたステータ，前記ハウジングに回転可能に支持された回転軸，及び前記ステータ内で回転可能に前記回転軸に取り付けられた永久磁石式のロータから構成されている単相モータであることから成る請求項１に記載のバルブアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，例えば，流路を開閉するのに設けられた水門，扉体，ゲート等のバルブを上下移動させるため，バルブを支持するスピンドルを上下移動させるための出力駆動軸に手動駆動系と電動駆動系とを連結し，出力駆動軸の制動に係るダイナミックブレーキ回路を備えたモータ駆動回路を用いたバルブアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，水路，浄水場，発電所，河川等の流体が流れる流路には，流路を開閉して流量を制御するためのゲート，水門等のバルブが設けられている。流路に設けられたバルブを作動するためバルブアクチュエータが使用されている。バルブを作動するためのバルブアクチュエータは，コントローラを用いて制御する中央情報システム化に向かうと共に，バルブ開閉の制御のうち簡単な一部の制御を行うことができるコントローラを設けたもの，例えば，特開平１１−１０７２５４号公報に開示されたものが知られている。バルブアクチュエータは，バルブの開閉を制御するため，モータ又は手動によって駆動される出力駆動軸を介してバルブ駆動のスピンドルを回転させるものである。また，一般的には，バルブアクチュエータでは，バルブを駆動する出力駆動軸を単相モータで駆動しており，従来の単相モータの制動は永久磁石式ブレーキを採用している。
【０００３】
従来，モータ駆動回路において，ダイナミックブレーキを作用させてモータの回転を停止させるものが知られている。ダイナミックブレーキは，停電時やサーボアンプは故障した時，サーボモータの端子間を抵抗器を介して短絡し，回転エネルギーを熱消費させて速やかにモータ回転を停止させる機能であり，電磁ブレーキより大きなブレーキトルクが得られるものである。即ち，ダイナミックブレーキ装置は，モータの一次側に直流励磁を与えて発電制動を行う電気的なブレーキ装置である。この場合，モータ回転が停止した時に，モータ出力軸の保持トルクがないので，例えば，モータの出力軸に固定されたディスクをハウジングに固定されたブレーキシューに押し当てて機械的なブレーキをかけてモータ出力軸を保持させることが必要である。
【０００４】
また，特開平６−１７８５６７号公報に開示されているダイナミックブレーキ回路を具備するモータ駆動回路は，小形化が容易であり，電源オフ時でもモータにブレーキをかけることができるものであり，複数のトランジスタと各トランジスタに接続されたダイオードから成るインバータ回路により，直流電源から駆動ラインを介してモータを駆動し，電源オフ時には，ダイナミックブレーキ回路によってモータにブレーキをかけるものである。ダイナミックブレーキ回路は，アノードが直流電源の正極側ラインに，カソードが駆動ラインに接続されたサイリスタと，サイリスタのアノードとゲートとを接続する抵抗と，サイリスタのカソードとゲートとの間に接続され，直流電源がオフの時は接続したカソードとゲートとの間を非導通にし，サイリスタをモータの回転による誘起電圧でオンさせ，モータにブレーキをかけさせるスイッチング素子とを有している。
【０００５】
また，特開平９−４７０５４号公報に開示されているサーボモータのダイナミックブレーキ回路は，サーボモータの各相の端子に一方の極性を接続するダイオードと，該ダイオードに対して逆向きに並列接続されるスイッチング手段からなる第１スイッチング群と，サーボモータの各相の端子に他方の極性を接続する他のダイオードと，該ダイオードに対して逆向きに並列接続されるスイッチング手段からなる第２スイッチング群と，第１スイッチング群又は第２スイッチング群のどちらか一方のスイッチング群を同時に閉じる制御を行う制御手段とを備え，これによってサーボモータの各相を短絡して閉回路を形成し，電流を内部抵抗により消費し，ダイナミックブレーキをかけるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，バルブアクチュエータにおいて，バルブを駆動する出力駆動軸を単相モータで駆動し，単相モータの制動を永久磁石式ブレーキによって行う場合には，ブレーキシューが摩耗するため，定期的にブレーキシューの交換が必要になり，ブレーキシューの摩耗によってブレーキ力が弱くなり，停止精度が低い現象が発生する問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，水門，扉体，ゲート等のバルブを操作する手動ハンドル又はモータによってバルブの出力駆動軸を駆動するものであって，モータを単相モータで構成し，出力駆動軸を制動させる場合に，モータの結線を切り換えて交流電源からの交流をダイオードを通すことによって直流にしてモータの出力軸即ち回転軸にダイナミックブレーキをかけ，電気的に出力駆動軸に制動をかけ，ハウジングに取り付けられた機械的なブレーキを構成するブレーキシューの摩耗を低減させることができるダイナミックブレーキ回路を備えたモータ駆動回路を用いたバルブアクチュエータを提供することである。
【０００８】
この発明は，流路に設けられたゲート，水門等のバルブ，動力伝達装置によって前記バルブを取り付けたスピンドルを上下駆動させるための出力駆動軸，前記出力駆動軸に第１クラッチを介して連結された手動ハンドル，前記出力駆動軸に第２クラッチを介して連結されて交流電源によって駆動されるモータ，及び前記モータ又は前記手動ハンドルによって前記出力駆動軸を駆動するため前記第１クラッチと前記第２クラッチとのオン・オフ状態を切換装置によって自動的に切り換えて前記出力駆動軸を駆動制御するコントローラを有し，前記第１クラッチを無励磁作動型クラッチで構成し，前記第２クラッチを励磁作動型クラッチで構成し，
前記モータを駆動するモータ駆動回路は，前記出力駆動軸の前記モータによる正転時には前記交流電源と前記モータとを結線する第１ラインと第２ラインから成る正転回路と，前記出力駆動軸の前記モータによる逆転時には前記交流電源と前記モータとを結線する前記第１ラインと第３ラインから成る逆転回路とから成るモータ運転回路を備え，前記出力駆動軸の制動時には，前記交流電源と前記モータとを結線する前記第２ラインと前記第３ラインから成るダイナミックブレーキ回路を備えており，
前記正転回路と前記逆転回路とを切り換えるため前記第２ラインと前記第３ラインとの接続を切り換える第１スイッチ，及び前記運転回路と前記ダイナミックブレーキ回路とを切り換えるため前記第１スイッチを前記第３ラインに接続した状態でダイオードと抵抗とを有効にして前記第１ラインと前記第２ラインとの接続を切り換える第２スイッチを有することから成るバルブアクチュエータに関する。
【０００９】
前記モータは，ハウジングに固定されたステータ，前記ハウジングに回転可能に支持された回転軸，及び前記ステータ内で回転可能に前記回転軸に取り付けられた永久磁石式のロータから構成されている単相モータである。
【００１０】
このバルブアクチュエータは，上記のように構成されているので，ダイナミックブレーキ回路によって制動時間を短縮でき，ハウジングに取り付けられた機械的なブレーキを構成するブレーキシューの摩耗を低減してブレーキシューの寿命を延長でき，特に，所定の値のブレーキ力を常に確保でき，モータの出力駆動軸の停止精度をアップさせることができる。このバルブアクチュエータは，モータを制動するためにモータ駆動回路におけるダイナミックブレーキ回路を活性化させるので，ダイナミックブレーキ回路を設けない場合に比較して，制動時間を，例えば，１／４倍に短縮することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明によるバルブアクチュエータの実施例を説明する。この発明によるバルブアクチュエータは，ダイナミックブレーキ回路をモータ３に適用したものである。このバルブアクチュエータは，主として，流路に設けられたゲート，水門等のバルブ，該バルブを取り付けたスピンドル２を動力伝達装置１７によって上下駆動させるための出力駆動軸１２，出力駆動軸１２に第１クラッチ５を介して連結された手動ハンドル１，出力駆動軸１２に第２クラッチ９を介して連結された交流電源２５からの電力によって作動される単相モータからなるモータ３，及びモータ３又は手動ハンドル１によって出力駆動軸１２を駆動するため第１クラッチ５と第２クラッチ９のオン・オフ状態を切換装置によって自動的に切り換えて出力駆動軸１２を駆動制御するコントローラを有するものである。
【００１２】
このバルブアクチュエータは，例えば，水路，浄水場等の流路における流体の流れを制御するゲート，水門，扉体等のバルブを上下駆動する動力伝達装置を備えたものであり，図５に示すように，手動ハンドル１の操作をロックする手動ハンドルロック機構５０が設けられている。バルブアクチュエータは，概して，バルブを取り付けたスピンドル２，スピンドル２を昇降させるラック・ピニオン機構６，減速機４９等を有する動力伝達装置１７，手動駆動系４５に設けられた電磁石４４と多板ディスクとから成る第１クラッチ５，電動駆動系４６に設けられた電磁石４７から成る第２クラッチ９，電動駆動系４６を通じて動力伝達装置１７へ動力を伝達するためのモータ３，手動駆動系４５に設けられたセルフロック機構を構成するねじブレーキ４，及びねじブレーキ４を通じて動力伝達装置１７へ動力を伝達するためハンドル駆動軸２０を回転操作する手動ハンドル１から構成されている。バルブアクチュエータでは，第１クラッチ５はＯＦＦクラッチ即ち無励磁作動形クラッチに構成されており，また，第２クラッチ９はＯＮクラッチ即ち励磁作動形クラッチに構成されている。
【００１３】
スピンドル２は，１本或いは複数本のスピンドル２によって水門等のバルブを支持するものであり，スピンドル２の下端部にはバルブが取り付けられ，また，スピンドル２の上端部の外面には長手方向にラック８が形成されている。スピンドル２に形成されたラック８には，スピンドル２の支持体となるハウジングに取り付けた軸４８に回転可能に支持されたピニオン７が噛み合っている。また，ピニオン７の反対側の位置には，例えば，ラック８を形成したスピンドル２の上下運動をガイドするため，スピンドル２の外面に当接状態にハウジングに回転自在に配置されたガイドローラが配置されている。即ち，ラック・ピニオン機構６はラック８とピニオン７から構成され，ピニオン７の回転運動はラック８の上下運動となる。
【００１４】
このバルブアクチュエータは，主として，スピンドル２を動力伝達装置１７を通じて上下駆動させるための回転軸２２，回転軸２２に傘歯車１３，１４を通じて駆動連結された出力駆動軸１２，出力駆動軸１２に第１クラッチ５を介して連結された手動駆動系４５における手動駆動軸１５に駆動連結された手動ハンドル１，手動駆動系４５に組み込まれたセルフロック機構を構成するねじブレーキ４，出力駆動軸１２に電動駆動系４６に設けられたモータ３，モータ３又は手動ハンドル１によって出力駆動軸１２を駆動するため第１クラッチ５と第２クラッチ９とのオン・オフ状態を切り換える切換装置（図示せず），手動ハンドル１を回転状態又はロック状態にするため操作できる手動ハンドルロック機構５０，及び出力駆動軸１２の作動状態に応答して出力駆動軸１２を駆動制御するコントローラ（図示せず）から構成されている。モータ３は，平歯車でなる減速機４９の出力側の電動駆動軸１６に出力する。電動駆動系４６には，電動駆動軸１６と出力駆動軸１２との断接を行う第２クラッチ９が設けられている。また，出力駆動軸１２には，そのトルクを検出するトルクスイッチ１９と負荷体の位置の情報を検出するリミットスイッチ１８とを備えたスイッチユニット１０が設けられている。
【００１５】
動力伝達装置１７には，遠心ブレーキ１１が設けられている。遠心ブレーキ１１は，バルブの自重降下の速度を制限する装置として機能し，バルブの降下速度の微調整を簡単に行うことができる。また，モータ３は，平歯車から構成された減速機４９が高効率に構成されているので，小型即ち小さい出力のもので十分である。このバルブアクチュエータには，ねじブレーキ４による確実なセルフロック機構を備えているので，モータ３に別途のブレーキを設ける必要がない。また，動力伝達装置１７には，スピンドル２に設けられたラック８とラック８に噛み合うハウジングに回転支持されたピニオン７を備えたラック・ピニオン機構６が設けられている。ラック・ピニオン機構６は，バルブの自重降下を可能にしてバルブの作動の効率をアップすると共に，バルブの円滑で静粛な運転を可能にすることができる。ラック・ピニオン機構６には，２個のアイドルピニオン７を設けているので，バルブの荷重を分散させて歯車を小さく設計でき，ラック及び減速機を小型化し，軽量化を達成している。
【００１６】
また，手動駆動系４５には，自重でバルブを降下させるため，現場操作ができる自重降下レバー２１が組み込まれている。自重降下レバー２１は，軽い操作力であり，手動で操作することによってバルブを自重降下させることができる。手動用のレバーは，１本の自重降下レバー２１のみであるので，緊急時にでも迷うこと無く手動操作を行うことができ，また，バルブの自重降下を途中でも停止させることができる。また，バルブの自重降下は，中央情報制御装置に設けた押ボタン等のスイッチの遠方操作に応答して行うことができる。更に，バルブアクチュエータに設けた地震計，水位計等の検出信号に応答して負荷体を自重降下させることもできる。
【００１７】
コントローラは，トルクスイッチ１９，リミットスイッチ１８を組み込んだスイッチユニット１０の検出信号によるバルブ状態，例えば，流路の負荷状態，バルブの開度計４３による開度状態等を常に検出しており，それらの検出信号に応答してバルブを常に最適状態に制御することができ，例えば，自重降下を行った時もその作動は連動しており，再調整の必要がない。開度計４３は，手動操作，電動作動又は自重降下を行う時でもバルブアクチュエータに設けたので，バルブとの連結が断たれることがなく，指針は常に正しい開度を示している。
【００１８】
このバルブアクチュエータに用いたダイナミックブレーキは，モータ３の作動回路３０が出力駆動軸１２のモータ３による正転時には交流電源２５とモータ３とを結線する第１ライン３１と第２ライン３２から成る正転回路と，出力駆動軸１２のモータ３による逆転時には交流電源２５とモータ３とを結線する第１ライン３１と第３ライン３３から成る逆転回路とから成る運転回路，及び出力駆動軸１２の制動時には交流電源２５とモータ３とを結線する第２ライン３２と第３ライン３３から成る制動回路，正転回路と逆転回路とを切り換えるため第２ライン３２と第３ライン３３との接線を切り換える第１スイッチ３５，及び運転回路と制動回路とを切り換えるため第１スイッチ３５を第３ライン３３に接続した状態でダイオード３６と抵抗３７とを有効にして第１ライン３１を第２ライン３２に切り換える第２スイッチ３４を有するものである。このバルブアクチュエータにおけるダイナミックブレーキでは，第２ライン３２と第３ライン３３との間にはコンデンサ３８が組み込まれており，コンデンサ３８は，運転回路の結線時には作用し，制動回路の結線時には作用しないものである。
【００１９】
モータ３は，例えば，図４に示すように，バルブアクチュエータの固定部に取り付けられたハウジング２３，ハウジング２３に軸受４２を介して回転自在に取り付けられているモータ３の出力軸即ち回転軸２４，回転軸２４に固定されているロータ２８，及びハウジング２３に固定されているコイル２７が巻き上げられているステータ２６から構成されている。また，モータ３は，ロータ２８の回転を停止させて回転軸２４を保持するブレーキ保持装置５１を有している。ブレーキ保持装置５１は，回転軸２４に固定された回転ディスク２９と，回転ディスク２９に押し付けられるハウジング２３に取り付けられたブレーキシュー４０とから構成されている。また，ハウジング２３には，スプリング４１を受ける受け部材３９が固定されている。ブレーキシュー４０は，受け部材３９に支持されたスプリング４１の先端に配設されている。従って，モータ３の制動時に，回転軸２４が移動して前記回転ディスク２９がブレーキシュー４０に押し付けられることによって，回転軸２４の回転が制動され，ロータ２８の回転が停止して停止状態に保持される。その際に，スプリング４１は，ブレーキシュー４０を弾性的に受ける弾性受け体として機能する。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によるバルブアクチュエータに用いたダイナミックブレーキ回路を備えたモータ駆動回路は，上記のように，ダイナミックブレーキ回路にダイオードを組み込んで，交流を直流にしてモータに直流電流を付与するというだけの簡単な回路によって，モータの出力軸即ち回転軸に電気的なブレーキを作用させることができ，ダイナミックブレーキ回路によって制動時間を短縮でき，ハウジングに取り付けられた機械的なブレーキを構成するブレーキシューの摩耗を低減してブレーキシューの寿命を延長でき，特に，所定の値のブレーキ力を常に確保でき，モータの出力駆動軸の停止精度をアップさせることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によるバルブアクチュエータに用いたダイナミックブレーキを備えたモータ作動回路を示し，モータの正転時の結線を示す回路図である。
【図２】  図１のモータ作動回路におけるモータの逆転時の接線を示す回路図である。
【図３】  図１のモータ作動回路におけるモータのダイナミックブレーキ時の接線を示す回路図である。
【図４】  このバルブアクチュエータに組み込まれているモータを示す断面図である。
【図５】  このバルブアクチュエータにダイナミックブレーキを組み込んだ状態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１    手動ハンドル
２    スピンドル
３    モータ
５    第１クラッチ
９    第２クラッチ
１２  出力駆動軸
１７  動力伝達装置
２３  ハウジング
２４  回転軸
２６  ステータ
２８  ロータ
３０  モータ作動回路
３１  第１ライン
３２  第２ライン
３３  第３ライン
３４  第２スイッチ
３５  第１スイッチ
３６  ダイオード
３７  抵抗
【図１】
0003981280.tif 000002
【図２】
0003981280.tif 000003
【図３】
0003981280.tif 000004
【図４】
0003981280.tif 000005
【図５】
0003981280.tif 000006