CN106153090A

CN106153090A - 转子位置检测装置以及旋转阀

Info

Publication number: CN106153090A
Application number: CN201510185983.5A
Authority: CN
Inventors: 中森明兴; 村上博司; 并河信宽; 山内雄贵
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2035-04-17
Also published as: CN106153090B; JP2016090266A; JP6459397B2

Abstract

本发明涉及转子位置检测装置以及旋转阀，其低成本地实现检测旋转阀的转子的绝对位置的装置。位置检测装置包括具有位置检测用板和多个传感器的位置检测部。位置检测用板与转子联动地旋转，并在其主平面的周缘部具有缺口部。传感器对在缺口部的旋转轨道上的多个位置有无缺口部进行检测。位置检测用板的缺口部和传感器被设计为，转子被定位在输出口与输入口连接的各位置时的各传感器的检测信号的组合模式都不相同。各传感器的检测信号的组合模式和此时的转子的位置的信号模式数据被保持在信号模式保持部中，基于各传感器的检测信号和信号模式数据对转子的绝对位置进行检测。

Description

转子位置检测装置以及旋转阀

技术领域

本发明涉及具有输入口和多个输出口、并通过转子的位置来切换与输入口连接的输出口的旋转阀,和适用于该旋转阀的转子位置检测装置。

背景技术

旋转阀构成为具有输入口和多个输出口，并通过控制转子(旋转阀芯)的位置(旋转位置)来切换与输入口连接的输出口。转子的位置控制通常使用编码器来进行(例如，参照专利文献1。)。

用于进行转子的位置控制的编码器具有：与转子联动地旋转，并在周缘部均等地设有多个狭缝的圆板型的编码器板；和对编码器板的狭缝进行检测的传感器。编码器板旋转时，与编码器的位移对应数量的狭缝被传感器检测。因此，通过对传感器检测的狭缝数量进行计数，能够进行转子的位移探测或转子的定位。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开平10-252938号公报

专利文献2日本特开2004-125812号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

转子的位置通过从作为转子的位移的基准位置的原位置开始的编码器的计数进行相对地检测。但是，相对地检测转子的位置的方法中，发生原位置的误检或计数错误的话，会产生不能正确进行转子的定位以及位置检测的问题。

考虑使用绝对位置检测用的绝对型编码器(例如，参照专利文献2。)，在编码器板设置绝对位置检测用的模式，通过由光学的传感器读取该模式，检测编码器板的绝对位置。但是，相关的绝对型编码器价格较高，造成旋转阀成本的提高。

因此，本发明的目的在于低价地实现对旋转阀的转子的绝对位置进行检测的装置。

解决问题的技术手段

本发明涉及的转子位置检测装置包括位置检测部、信号模式保持部、以及位置检测单元。位置检测部具有：位置检测用板，其与旋转阀的转子联动地旋转，并在该位置检测用板的主平面的周缘部具有缺口部,旋转阀通过转子的位置来切换所设置的多个输出口中的与输入口连接的输出口；以及在缺口部的旋转轨道上的多个位置检测缺口部的有无的多个传感器，位置检测用板的缺口部和检测该缺口部的传感器被设置为：转子被定位在输出口与输入口连接的各位置时的各传感器的检测信号的组合模式都不相同。信号模式保持部保持各传感器的检测信号的组合模式和此时的转子的位置的信号模式数据。位置检测单元读取各传感器的检测信号，基于信号模式保持部所保持的信号模式数据来检测转子的绝对位置。

本发明中，作为检测位置检测用板的缺口部的有无的传感器，只要检测缺口部的有无即可，因此没有必要使用高性能的传感器，使用低价的光电传感器即可。将相关的传感器的信号二进制化，例如，检测到缺口部时信号设为<1>，没有检测到缺口部时信号设为<0>。因此，使用n个传感器时的这些传感器的检测信号的组合模式有2ⁿ种，作为转子的绝对位置，能够检测2ⁿ个位置。

本发明涉及的旋转阀包括：端口连接部，其具有输入口、多个输出口以及用于切换与输入口连接的输出口的转子；使转子旋转的电动机；本发明的转子位置检测装置；以及控制部，其基于由转子位置检测装置检测的转子位置，驱动电动机使得转子被定位在规定位置。

发明的效果

本发明的转子位置检测装置通过对设在位置检测用板的缺口部的有无进行检测的多个传感器的检测信号的组合模式，对转子的绝对位置进行检测，因此，能够使用一般的光学传感器作为检测位置检测用板的缺口部的有无的传感器。因此，不像绝对位置检测用绝对型编码器那样，需要设在编码器板的、读取绝对位置检测用模式的高性能的传感器，能够以低价的结构实现转子的绝对位置的检测。

本发明的旋转阀使用本发明的转子位置检测装置来检测转子的绝对位置，因此，能够高精度且低价地进行转子的位置控制。

附图说明

图1是示出旋转阀的一实施例的外观的立体图。

图2是示出该实施例的位置检测部的构造的旋转阀的侧视图。

图3是示出该实施例的位置检测部的构成的位置检测部内部的立体图。

图4A是从上方来看该位置检测部的位置检测用板和光电传感器的图。

图4B是从上方来看该位置检测部的定位用板和光电传感器的图。

图5是概略示出该实施例的控制系統的框图。

图6是示出该实施例的位置检测用的各光电传感器的信号模式与此时的连接端口的对应的一例的表。

图7是示出该实施例的转子的定位动作的一例的流程图。

图8是示出旋转阀的其他的实施例的构造的旋转阀的侧视图。

图9是该实施例的各位置检测用板的平面图。

图10是示出该实施例的位置检测用的各光电传感器的信号模式与此时的连接端口的对应的一例的表。

具体实施方式

本发明的转子位置检测装置中，位置检测用板可以是一块。这样一来，能够缩小位置检测装置的转子旋转轴方向的尺寸。

另外，也可以设置多块位置检测用板。这样一来，与位置检测用板为一块的情况相比，能够容易地设计缺口部，使得多个旋转位置的每一个，各传感器的检测信号的组合模式都不相同。

本发明的旋转阀中，转子位置检测装置的位置检测部具有n个传感器的情况下，能够在端口连接部设置2ⁿ个输出口。

本发明的旋转阀优选具有转子的定位用的编码器。作为相关的定位用编码器例如构成为，具有与转子联动地旋转、并在周缘部的周向上的均等的多个位置具有狭缝的定位用板；以及对定位用板的狭缝进行检测的定位用传感器，在转子被定位在某一个输出口与输入口连接的位置时，定位用传感器对狭缝进行检测。

以下，使用附图对旋转阀的一个实施例进行说明。

首先，使用图1对该实施例的旋转阀整体的概略构成进行说明。

该实施例的旋转阀具有转子驱动部2、转子位置检测部4(位置检测部)以及端口连接部6。转子位置检测部4被设在转子驱动部2和端口连接部6之间。

转子驱动部2具有用于对设在端口连接部6的转子进行旋转驱动的步进电机8。步进电机8通过螺栓和螺母的连接而被固定在电机固定板9上。

端口连接部6具有圆筒形状的框体11，在框体11的外周面具有周向均等配置的8个出口10。虽在图1中看不到，在端口连接部6的背面(转子驱动部2的相反侧的面)中央部设有入口13(参照图2。)。虽图中未示出，在端口连接部6的内部设有定子(固定件)和转子(旋转件)，通过转子一边相对定子滑动一边旋转，转子的设在定子侧的面的槽发生位移，并由此使得与入口连接的出口10被切换。端口连接部6的框体11和电机固定板9通过支承柱30连接，并被相互固定。

转子位置检测部4除了具有与端口连接部6的转子联动地与转子同轴旋转的定位用板22和位置检测用板26之外，还具有：用于对设在定位用板22的周缘部的缺口部进行检测的第1传感器14a、第2传感器14b及第3传感器14c；以及用于对设在位置检测用板26的周缘部的狭缝进行检测的定位用传感器28(定位用传感器28没有在图1中示出。)。第1传感器14a、第2传感器14b及第3传感器14c被固定在公用的传感器安装用盖12上。传感器安装用盖12被固定在电机固定板9上。定位用传感器28被安装在端口连接部6的框体11侧。

使用图2、图3、图4A以及图4B，对转子位置检测部4的内部构造进行说明。另外，为了使转子位置检测部4的内部构造容易看到，使图2中支承柱30为透明视图，并省略第1传感器14a以及第3传感器14c的图示。

在转子位置检测部4中，步进电机8的驱动轴16的端部和用于使转子旋转的旋转轴18的端部通过连接部20连接，通过步进电机8使转子能够旋转。定位用板22和位置检测用板26相互平行地设置在端口连接部6和连接部20之间。旋转轴18贯穿定位用板22和位置检测用板26的主平面中央部。

定位用板22被固定在与旋转轴18一起旋转的圆柱形状的支承块21上。在定位用板22和位置检测用板26之间隔有间隔件24。间隔件24的一端通过螺栓和螺母的连接而相对于定位用板22被固定，另一端通过螺栓和螺母的连接而相对于位置检测用板26被固定。由此，定位用板22和位置检测用板26与转子联动地旋转。

如图4B所示，定位用板22在其周缘部周向均等地设有8个狭缝22a。在定位用板22的侧方设有用于检测该狭缝22a的定位用传感器28。定位用传感器28是具有相互相对的发光元件和受光元件的光电传感器，在发光元件和受光元件之间***有定位用板22的周缘部。

在狭缝22a不在定位用传感器28的位置上时，来自发光元件的光被定位用板22遮光，受光元件检测不到来自发光元件的光。狭缝22a转到定位用传感器28的位置时，来自发光元件的光入射到受光元件，受光元件检测来自发光元件的光。定位用传感器28的检测信号被二进制化，将没有检测到狭缝22a时的检测信号设为信号<0>，将检测到狭缝22a时的检测信号设为信号<1>。定位用板22以及定位用传感器28构成定位用编码器，该定位用编码器用于进行某一个输出口10与输入口13连接的状态这样的转子的定位。

狭缝22a和定位用传感器28的位置被调整为，狭缝22a转到定位用传感器28的位置时为某一个输出口10与输入口13连接的状态。因此，任一个输出口10与输入口13连接时，定位用传感器28的二进制化的信号为<1>，任一个输出口10都没有与输入口13连接时，该信号为<0>。转子的定位通过一边监视定位传感器28的信号一边驱动步进电机8来进行，使得定位用传感器28的二进制化的信号为<1>。

如图4A所示，位置检测用板26在其周缘部设有多个缺口部26a。在位置检测用板26的侧方具有用于对该缺口部26a进行检测的第1传感器14a、第2传感器14b以及第3传感器14c。各个第1传感器14a、第2传感器14b以及第3传感器14c与定位用传感器28一样，是具有相互相对的发光元件和受光元件的光电传感器，在发光元件和受光元件之间被***位置检测用板26的周缘部。

各个第1传感器14a、第2传感器14b以及第3传感器14c通过受光元件是否检测到来自发光元件的光，来检测在各传感器14a～14c的位置有无缺口部26a。各传感器14a～14c的检测信号被二进制化，没有检测到缺口部26a的传感器的检测信号为信号<0>，检测到缺口部26a的传感器的检测信号为信号<1>。

第1传感器14a、第2传感器14b及第3传感器14c的位置与位置检测用板26的缺口部26a的宽度及数量被设计为，转子被定位在定位用传感器28检测到狭缝22a的8个位置时的各传感器14a～14c的检测信号(信号<0>或<1>)的组合的模式都不相同。图6是示出各传感器14a～14c的检测信号的组合模式和在各模式时与入口13所连接的出口10(表中的连接端口)的对应关系的信号模式数据的一例。

控制该旋转阀的动作的控制部32(参照图5。)预先保持相关的信号模式数据，基于该信号模式数据检测与入口13连接的出口10、即检测转子的绝对位置。传感器14a～14c、位置检测用板26以及控制部32构成用于检测转子的绝对位置的转子位置检测装置。

图5示出该实施例的控制系統。

步进电机8由控制部32控制。控制部32能够通过专用的计算机或者通用的个人电脑来实现。控制部32设有位置检测单元32a、定位单元32b以及信号模式保持部32c。位置检测单元32a以及定位单元32b通过由设于控制部32的CPU等的运算装置执行存储在控制部32的程序而得到功能。信号模式保持部32c能够通过设于控制部32的HDD(硬盘驱动器)等的存储装置的一个区域来实现。

如图6所示，信号模式保持部32c保持有表示各传感器14a～14c的信号的组合模式与此时的连接端口的对应关系的信号模式数据。

位置检测单元32a构成为使用第1传感器14a、第2传感器14b以及第3传感器14c的检测信号和保持在信号模式保持部32c的信号模式数据来检测转子的绝对位置(与入口13连接的出口10的序号)。

定位单元32b构成为基于定位用传感器28的信号和由位置检测单元32a检测的转子的绝对位置，控制步进电机来对转子进行定位，使得所希望的出口10与入口13连接。

使用图7的流程图对转子的定位动作的一例进行说明。

确定转子应该定位的目标位置(与输入口连接的输出口的序号)。读取第1传感器14a、第2传感器14b以及第3传感器14c的信号，根据其信号的组合模式，基于信号模式保持部32c的信号模式数据，检测转子的当前位置。

在转子的当前位置与目标位置不同时，驱动步进电机8(图1参照。)直到定位用传感器28检测到定位用板22的狭缝22a。定位用传感器28检测到狭缝22a时，根据此时的第1传感器14a、第2传感器14b以及第3传感器14c的信号检测转子的当前位置，并确认当前位置与目标位置是否一致。反复执行该动作，转子的当前位置和目标位置一致的话，结束转子的定位。

在上述的实施例中，构成为在1块位置检测用板26的周围配置3个传感器14a～14c，根据其信号的组合模式检测转子的绝对位置，但也可以采用多块位置检测用板来检测转子的绝对位置。使用图8对使用3块位置检测用板36、37以及38的实施例进行说明。

该实施例的转子位置检测部4a具有1块定位用板22和3块位置检测用板36、37以及38。定位用板22设在端口连接部6侧，被固定在与旋转轴18一起旋转的圆柱形状的支承块21上。位置检测用板36隔着间隔件34c与定位用板22连接。位置检测用板37隔着间隔件34b与位置检测用板36连接。位置检测用板38隔着间隔件34a与位置检测用板37连接。由此，4块板22、36、37以及38与转子联动地同轴旋转。

位置检测用板38的平面形状是图9的(A)所示的形状，在其周缘部的周向上的均等的4处位置具有宽度为旋转角45°大小的缺口部38a。位置检测用板37的平面形状是图9的(B)所示的形状，在其周缘部的周向上的均等的2处位置具有宽度为旋转角90°大小的缺口部37a。位置检测用板36的平面形状是图9的(C)所示的形状，在其周缘部具有旋转角180°大小的缺口部36a。

第1传感器14a被设在对位置检测用板38的周缘部的缺口部38a进行检测的位置。第2传感器14b被设在对位置检测用板37的周缘部的缺口部37a进行检测的位置。第3传感器14c被设在对位置检测用板36的周缘部的缺口部36a进行检测的位置。

该实施例中，第1传感器14a、第2传感器14b以及第3传感器14c被配置为在纵向(与旋转轴38平行的方向)排成一列，但也没有必要一定配置为排成一列。第1传感器14a、第2传感器14b以及第3传感器14c的位置与位置检测用板36、37以及38的位置关系(相位差)被设计为，转子被定位在定位用传感器28检测到狭缝22a的8个位置时的各传感器14a～14c的检测信号(信号<0>或<1>)的组合模式都不相同。图10是表示各传感器14a～14c的检测信号的组合模式与各模式下的和入口连接翻出口(连接端口)的对应关系的信号模式数据的一例。

使用第1传感器14a、第2传感器14b、第3传感器14c以及定位用传感器28的信号的转子的定位方法与使用图1至图7说明过的实施例一样。

符号的说明

2转子驱动部

4、4a转子位置检测部

6端口连接部

8步进电机

9电机固定板

10输出口

11端口连接部的框体

12传感器安装用盖

14a第1传感器

14b第2传感器

14c第3传感器

16驱动轴

18旋转轴

20连接部

21支承块

22定位用板

22a狭缝

24、34a、34b、34c间隔件

26、36、37、38位置检测用板

26a、36a、37a、38a缺口部

38定位用传感器

30支承柱

32控制部

32a位置检测单元

32b定位单元

32c信号模式保持部。

Claims

1.一种转子位置检测装置，其特征在于，包括：

位置检测部，所述位置检测部具有：位置检测用板，其与旋转阀的转子联动地旋转，并在该位置检测用板的周缘部具有缺口部,所述旋转阀通过所述转子的位置来切换所设置的多个输出口中的与输入口连接的输出口；以及在所述缺口部的旋转轨道上的多个位置检测所述缺口部的有无的多个传感器，所述位置检测用板的所述缺口部和所述传感器被设置为：所述转子被定位在所述输出口与所述输入口连接的各位置时的各传感器的检测信号的组合模式都不相同；

信号模式保持部，其保持所述各传感器的检测信号的组合模式和此时的所述转子的位置的信号模式数据；以及

位置检测单元，其读取所述各传感器的检测信号，基于所述信号模式保持部所保持的所述信号模式数据来检测所述转子的绝对位置。

2.如权利要求1所述的转子位置检测装置，其特征在于，

所述位置检测用板为一块。

3.如权利要求1所述的转子位置检测装置，其特征在于，

所述位置检测用板被设置有多块。

4.一种旋转阀，其特征在于，包括：

端口连接部，其具有输入口、多个输出口以及用于切换与输入口连接的输出口的转子；

使所述转子旋转的电动机；

权利要求1～3中的任一项所述的转子位置检测装置；以及

控制部，其基于由所述转子位置检测装置检测的转子位置，驱动所述电动机使得所述转子被定位在规定位置。

5.如权利要求4所述的旋转阀，其特征在于，

所述转子位置检测装置的位置检测部具有n个传感器，其中n是正整数，

所述端口连接部具有2ⁿ个输出口。

6.如权利要求5所述的旋转阀，其特征在于，

还包括定位用编码器，所述定位用编码器构成为，具有：定位用板，其与所述转子联动地旋转，并在周缘部的周向上的均等的多个位置具有狭缝；以及定位用传感器，其对所述定位用板的所述狭缝进行检测，

在所述转子被定位在某一个所述输出口与所述输入口连接的位置时，所述定位用传感器对所述狭缝进行检测。