JP2019019830A - 流量制御弁および負荷トルク計算方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流量制御弁で弁体の負荷トルクを計算する。
【解決手段】アクチュエータ２０の出力軸２５の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサ２６と、弁本体１０の弁軸１３の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサ１４とを設け、トルク計算部２８Ｂが、モータ２３を駆動して出力軸２５を一定角度だけ回動させた際の回動開始時および回動停止時に検出した、出力側開度および弁側開度の変化量の偏差に基づいて、弁体１２に生じた負荷トルクを計算する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流量制御弁における負荷トルク計算技術に関するものである。

流量制御弁は、空調システム等の設備で用いられて、配管を流れる冷温水の流量を制御する電動バルブであり、主に弁本体とアクチュエータとから構成されている。弁本体は、流体が流れる流路が内部に形成された金属管からなり、流路の途中には流体の流量を制御するための弁体が回動自在に取り付けられている。アクチュエータは、この弁体の実際の弁開度を検出し、得られた弁開度に基づいて弁体を回動制御することにより、流量制御を行うものとなっている（例えば、特許文献１など参照）。

特開２０１６−１９４１６６号公報 特開２０１５−１１４１８８号公報 特開２０１５−１２５０３８号公報

従来、流量制御弁では、流体温度などの影響を抑制するため、弁体の実際の弁開度を検出するための角度センサが、アクチュエータ内部に設けられており、弁軸と接続されているモータさらには減速機などの出力軸の回動角度に基づいて弁開度を検出するものとなっている。

一方、流量制御弁では、弁体を回動させる際、流路の口径が大きい場合、差圧が大きい場合、あるいは、流体流量が多い場合には、弁体に大きな負荷トルクが発生する場合がある。このような負荷トルクは、アクチュエータ側の出力軸と弁軸との間にねじれを生じさせ、流量制御に誤差が生じる原因となる。特に、出力軸、弁軸、弁体の材質のヤング率が低い場合、このようなねじれが発生しやすい。

また、前述した流量制御弁では、弁開度を検出するための角度センサが、アクチュエータ内部に設けられているため、アクチュエータから弁体までの距離が長くなる。このため、出力軸、継手、弁軸からなる一連の駆動軸で大きなねじれが生じる可能性も考えられる。したがって、弁体に生じたねじれを検出して負荷トルクを把握して追跡できれば、流量制御弁の予防保全に役立てることができる。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、流量制御弁で弁体の負荷トルクを計算できる負荷トルク計算技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる流量制御弁は、流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁体の弁軸と接続されている出力軸をモータで回動させて前記弁軸を回動制御することにより前記流体の流量制御を行うアクチュエータとを備える流量制御弁であって、前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサと、前記弁軸の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサと、前記モータを駆動して前記弁体を一定角度だけ回動させた際に、回動開始時から回動停止時まで間における、前記出力側開度の変化量と前記弁側開度の変化量との偏差に基づいて、前記弁体に生じた負荷トルクを計算するトルク計算部とを備えている。

また、本発明にかかる上記流量制御弁の一構成例は、前記トルク計算部が、前記回動開始時に検出した出力側開度を示す出力側開度開始値θａ１と、前記回動停止時に検出した出力側開度を示す出力側開度停止値θａ２とから、これらの変化量を示す出力側開度偏差値Δθａを求めるとともに、前記回動開始時に検出した弁側開度を示す弁側開度開始値θｖ１と、前記回動停止時に検出した弁側開度を示す弁側開度停止値θｖ２とから、これらの変化量を示す弁側開度偏差値Δθｖを求め、前記出力側開度偏差値Δθａと前記弁側開度偏差値Δθｖの偏差を示す開度偏差値Δθａｖと、前記弁体に関する横弾性係数Ｇ、断面二次極モーメントＩｐ、および前記アクチュエータから前記弁体までの軸の長さＬとに基づいて、前記負荷トルクＴｐを計算するようにしたものである。

また、本発明にかかる負荷トルク計算方法は、流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁体の弁軸と接続されている出力軸をモータで回動させて前記弁軸を回動制御することにより前記流体の流量制御を行うアクチュエータとを備える流量制御弁で用いられる負荷トルク計算方法であって、出力側角度センサが、前記アクチュエータの前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側開度検出ステップと、弁側角度センサが、前記弁本体の前記弁軸の回動角度を弁側開度として検出する弁側開度検出ステップと、トルク計算部が、前記モータを駆動して前記出力軸を一定角度だけ回動させた際の回動開始時および回動停止時に検出した、前記出力側開度の変化量と前記弁側開度の変化量との偏差に基づいて、前記弁体に生じた負荷トルクを計算するトルク計算ステップとを備えている。

また、本発明にかかる上記負荷トルク計算方法の一構成例は、前記トルク計算ステップが、前記回動開始時に検出した出力側開度を示す出力側開度開始値θａ１と、前記回動停止時に検出した出力側開度を示す出力側開度停止値θａ２とから、これらの変化量を示す出力側開度偏差値Δθａを求めるステップと、前記回動開始時に検出した弁側開度を示す弁側開度開始値θｖ１と、前記回動停止時に検出した弁側開度を示す弁側開度停止値θｖ２とから、これらの変化量を示す弁側開度偏差値Δθｖを求めるステップと、前記出力側開度偏差値Δθａと前記弁側開度偏差値Δθｖの偏差を示す開度偏差値Δθａｖと、前記弁体に関する横弾性係数Ｇ、断面二次極モーメントＩｐ、および前記アクチュエータから前記弁体までの軸の長さＬとに基づいて、前記負荷トルクＴｐを計算するステップとを有している。

本発明によれば、従来より流量制御弁のアクチュエータ側に搭載されている出力側角度センサに加えて、弁本体に弁側角度センサを追加するだけで、流量制御弁で弁体の負荷トルクを計算することが可能となる。したがって、流量制御弁で負荷トルクを定期的に計算して追跡すれば、駆動軸に発生したねじれを検出して負荷トルクの増大を把握することができ、弁本体の交換など流量制御弁の予防保全に役立てることができる。

流量制御弁の構成を示す説明図である。 流量制御弁の他の構成を示す説明図である。 流量制御処理（弁側角度センサ）を示すフローチャートである。 弁側センサ出力値と弁側開度との関係を示すグラフである。 出力側開度計算処理を示すフローチャートである。 負荷トルク算出処理を示すフローチャートである。 負荷トルク算出動作を示す説明図である。

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［流量制御弁］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる流量制御弁１について説明する。図１は、流量制御弁の構成を示す説明図である。
この流量制御弁１は、空調システム等の設備で用いられて、配管を流れる冷温水の流量を制御する電動バルブであり、主に弁本体１０とアクチュエータ２０とから構成されている。

［弁本体］
弁本体１０は、流体が流れる流路１１が内部に形成された金属管からなり、流路１１の途中には流体の流量を制御するための弁体１２が回動自在に取り付けられている。弁体１２には、弁本体１０の外部へ一端が導出された弁軸１３が結合されており、この弁軸１３の回動操作により弁体１２が回動し、流路１１の断面積、すなわち弁開度が変化して、流体の流量が制御される。

流路１１の内壁１１Ａのうち、弁体１２の一次側（流体上流側）には圧力センサＳ１が配置されており、弁体１２の二次側（流体下流側）には圧力センサＳ２が配置されている。これら圧力センサＳ１，Ｓ２は、それぞれ流路１１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を検出し、得られた検出結果を示す圧力検出信号をアクチュエータ２０へ出力する。これら一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、検出温度Ｔｖに基づき弁側開度θｖを補正して得られた開度現在値θとに基づいて流路１１を流れる流体の流量が計測される。

弁本体１０の外側である本体上面１０Ａには、弁軸１３の回動角度を検出し、回動角度に応じた弁側センサ出力値Ｓｖをアクチュエータ２０へ出力する弁側角度センサ１４が配置されている。弁側角度センサ１４は、断熱材を介して弁本体１０に取り付けられており、流体温度の影響が抑制されている。また、弁側角度センサ１４には温度センサＳ３が取り付けられており、温度センサＳ３で検出された検出温度Ｔｖに基づいて、弁側角度センサ１４の弁側開度θｖが開度現在値θに温度補正される。なお、弁側開度θｖの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ１４のセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。

弁側角度センサ１４としては、例えば円形差動トランス型角度センサ（特許文献２）や磁気抵抗型角度センサ（特許文献３）を用いればよい。本発明は、これら特許文献２および特許文献３に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、弁側角度センサ１４は、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを弁側角度センサ１４として用いてもよい。

円形差動トランス型角度センサは、弁軸１３の回動に応じて円弧状の管内を移動する可動鉄心の位置を、円弧状の管の外周面に巻回された２つの検出コイルを有する差動トランスで検出出力するセンサである。
また、磁気抵抗型角度センサは、弁軸１３とともに回動するロータと、ロータを囲うように配置された環状のステータとのギャップを、ステータからロータ側に突出して設けられた２つの検出用巻線で検出出力するセンサである。

［アクチュエータ］
アクチュエータ２０は、ヨーク３１を介して弁本体１０の本体上面１０Ａに取り付けられており、継手３０を介して弁軸１３と接続されている出力軸２５を回動制御することにより、弁体１２の弁開度を制御して、流体の流量制御を行う機能を有している。
アクチュエータ２０には、主な構成として、流量目標設定部２１、モータ駆動部２２、モータ２３、減速機２４、出力軸２５、出力側角度センサ２６、特性テーブル記憶部２７、および制御部２８が設けられている。

流量目標設定部２１は、上位装置（図示せず）から出力された流量目標信号を受信して、流量目標信号に含まれる流量目標値Ｑｒｅｆを取得し、制御部２８へ出力する機能を有している。
モータ駆動部２２は、制御部２８から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ２３を駆動する機能を有している。

モータ２３は、モータ駆動部２２からの駆動信号により、指定された方向へ指定された角度分だけシャフト２３Ａを回転させる機能を有している。
減速機２４は、端数の異なる複数の歯車が噛合されたギヤボックスからなり、モータ２３のシャフト２３Ａの回転速度を減速して出力軸２５を回動させる機能を有している。

これにより、制御部２８から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ駆動部２２から駆動信号がモータ２３に出力される。また、この駆動信号に応じてモータ２３のシャフト２３Ａが回転し、その回転出力が減速機２４で減速されて出力軸２５を回動させ、継手３０および弁軸１３を介して弁体１２が所定の回動角度すなわち弁開度まで回動することになる。

出力側角度センサ２６は、減速機２４または出力軸２５の回動角度を検出し、回動角度に応じた出力側センサ出力値Ｓａを制御部２８へ出力する角度センサである。

特性テーブル記憶部２７は、不揮発性の半導体メモリからなり、流量現在値Ｑの計算に用いる弁体１２に固有の流量係数Ｃｖを特定するための特性テーブルを記憶する機能を有している。この特性テーブルには、流路１１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２と弁体１２の開度現在値θとの組み合わせごとに、弁体１２に固有の流量係数Ｃｖが予め登録されている。これら特性テーブルの各データは、形状や材質などの弁体１２の特徴に基づいて別途計算されたものである。

制御部２８は、流路１１を流れる流体の流量現在値Ｑと、流量目標設定部２１からの流量目標値Ｑｒｅｆとの偏差ΔＱに基づいて、弁体１２の弁開度を調整することにより流量現在値Ｑを制御する機能を有している。
制御部２８には、主な処理部として、流量制御部２８Ａとトルク計算部２８Ｂとが設けられている。これら処理部は、中央処理装置（ＣＰＵ）と予め登録されているプログラムとが協働することにより実現されている。

流量制御部２８Ａは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、補正後の開度現在値θとに基づいて、流路１１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する機能と、この流量現在値Ｑと流量目標値Ｑｒｅｆとの偏差ΔＱに基づいて、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、弁体１２の弁開度を調整して流量現在値Ｑを制御する機能とを有している。

トルク計算部２８Ｂは、弁体１２を一定角度だけモータ２３により回動させた場合に、弁側角度センサ１４からの弁側センサ出力値Ｓｖに基づき検出された弁側開度θｖの弁側開度偏差値Δθｖと、出力側角度センサ２６からの出力側センサ出力値Ｓａに基づき検出された出力側開度θａの出力側開度偏差値Δθａとの偏差を示す開度偏差値Δθａｖに基づいて、弁体１２で生じている負荷トルクＴｐを計算する機能を有している。

図２は、流量制御弁の他の構成を示す説明図である。図１では、弁側角度センサ１４を本体上面１０Ａに取り付けた場合を例として説明したが、取り付け位置については弁本体１０の外側である本体底面１０Ｂであってもよい。
弁体１２を弁本体１０内の流路１１に回動自在に取り付ける際、内壁１１Ａの上側部と下側部とで弁軸１３を係止している。このため、弁軸１３の下端を本体底面１０Ｂから弁本体１０の外部へ導出することが可能であり、弁本体１０の外側へ導出した弁軸１３の下端の回動角度を弁側角度センサ１４で検出すればよい。

［流量制御動作］
次に、図３を参照して、弁側角度センサ１４を用いた、本実施の形態にかかる流量制御弁１の流量制御動作について説明する。図３は、流量制御処理（弁側角度センサ）を示すフローチャートである。
制御部２８は、弁側角度センサ１４を用いて流路１１を流れる流体の流量を制御する場合、図３の流量制御処理を実行する。なお、弁側角度センサ１４に代えて同じく差動型の出力側角度センサ２６を用いてもよい。

図３の流量制御処理の開始時において、流量目標設定部２１には、予め流量目標値Ｑｒｅｆが設定されているものとする。また、特性テーブル記憶部２７には、弁体１２に関する特性テーブルが予め登録されているものとする。
また、制御部２８内の記憶部（図示せず）には、弁側角度センサ１４の弁側センサ出力値Ｓｖと弁体１２の弁開度との対応関係の基準となる弁側出力基準値Ｓｓが予め設定されているものとする。弁側出力基準値Ｓｓは、弁体１２の５０％開度分のスパンに相当する、弁側角度センサ１４の弁側センサ出力値Ｓｖを示している。

図４は、弁側センサ出力値と弁側開度との関係を示すグラフである。弁側角度センサ１４として用いられる、これら円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサは、前述したように、弁軸１３の中間位置角度すなわち５０％開度を中心として、全閉方向および全開方向に対称となる弁側センサ出力値Ｓｖを出力する構造を有している。したがって、図４に示すように、弁側センサ出力値Ｓｖと弁側開度θｖとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、５０％開度を示す電圧値＝０ｖを中心として、等しい電圧幅Ｓｓだけ離れた電圧値−Ｓｓ，Ｓｓとなる。

まず、流量制御部２８Ａは、弁側角度センサ１４から弁側センサ出力値Ｓｖを取得し（ステップ１００）、予め設定されている弁側出力基準値Ｓｓに基づいて、Ｓｖから弁側開度θｖ＝５０×（１＋Ｓｖ／Ｓｓ）［％］を計算する（ステップ１０１）。

続いて、流量制御部２８Ａは、温度センサＳ３から検出温度Ｔｖを取得し（ステップ１０２）、Ｔｖに基づいて弁側開度θｖを補正する（ステップ１０３）。温度補正については、予め設定されている弁側角度センサ１４に固有の温度特性式に基づいて補正すればよい。

次に、流量制御部２８Ａは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を取得し（ステップ１０４）、これらＰ１，Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を計算する（ステップ１０５）。
続いて、流量制御部２８Ａは、ΔＰとθに対応する流量係数Ｃｖを特性テーブル記憶部２７の特性テーブルから取得し（ステップ１０６）、ＣｖとΔＰに基づいて、流路１１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する（ステップ１０７）。この際、流路１１の口径などによって定まる定数をＡとした場合、流量現在値Ｑは、Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）^1/2で求められる。

この後、流量制御部２８Ａは、ＱとＱｒｅｆの偏差ΔＱ＝Ｑ−Ｑｒｅｆを計算し（ステップ１０８）、ΔＱとゼロとを比較する（ステップ１０９）。
ここで、ΔＱがゼロと等しくΔＱ＝０である場合（ステップ１０９：ΔＱ＝０）、流量制御部２８Ａは、弁開度を変更することはないが、流量目標値Ｑｒｅｆが変更にならなくても、管路の状態により流量現在値Ｑが変化するため、ステップ１００に戻る。

一方、ΔＱがゼロより小さくΔＱ＜０である場合（ステップ１０９：ΔＱ＜０）、流量制御部２８Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、モータ２３をΔＱに相当する弁開度分だけ開方向に駆動し（ステップ１１０）、ステップ１００に戻る。
また、ΔＱがゼロより大きくΔＱ＞０である場合（ステップ１０９：ΔＱ＞０）、流量制御部２８Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、モータ２３をΔＱに相当する弁開度分だけ閉方向に駆動し（ステップ１１１）、ステップ１００に戻る。

［出力側開度計算動作］
次に、図５を参照して、流量制御部２８Ａにおける出力側開度θａの計算動作について説明する。図５は、出力側開度計算処理を示すフローチャートである。ここでは、出力側角度センサ２６が、弁側角度センサ１４と同様に、円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサからなり、弁軸１３の中間位置角度すなわち５０％開度を中心として、全閉方向および全開方向に対称となる出力側センサ出力値Ｓａを出力する構造を有しているものとする。

出力側角度センサ２６の出力側センサ出力値Ｓａと弁体１２の弁開度との対応関係の基準となる出力側出力基準値Ｓｂが予め設定されているものとする。したがって、前述の図４と同様に、出力側センサ出力値Ｓａと出力側開度θａとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、５０％開度を示す電圧値＝０ｖを中心として、等しい電圧幅Ｓｂだけ離れた電圧値−Ｓｂ，Ｓｂとなる。

まず、流量制御部２８Ａは、出力側角度センサ２６からの出力側センサ出力値Ｓａを取得し（ステップ２００）、予め設定されている出力側出力基準値Ｓｂに基づいて、Ｓａから出力側開度θａ＝５０×（１＋Ｓａ／Ｓｂ）［％］を計算する（ステップ２０１）。
これにより、出力側角度センサ２６からの出力側センサ出力値Ｓａから、出力側開度θａが計算される。

この際、弁側角度センサ１４と同様に、出力側角度センサ２６に温度センサを取り付け、この温度センサで検出された検出温度に基づいて、出力側角度センサ２６の出力側開度θａを温度補正してもよい。なお、出力側開度θａの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、出力側角度センサ２６のセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。また、出力側角度センサ２６は、円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを出力側角度センサ２６として用いてもよい。

［負荷トルク算出動作］
次に、図６および図７を参照して、本実施の形態にかかる流量制御弁１の動作について説明する。図６は、負荷トルク算出処理を示すフローチャートである。図７は、負荷トルク算出動作を示す説明図である。

制御部２８は、弁体１２で生じる負荷トルクＴｐを算出する場合、図６の負荷トルク算出処理を実行する。なお、モータ２３を駆動して弁体１２を一定角度だけ回動させる場合として、流量現在値Ｑを流量目標値Ｑｒｅｆへ制御するために弁体１２を回動させる場合を例として説明するが、これに限定されるものではない。

まず、トルク計算部２８Ｂは、弁体１２の回動開始時に出力側角度センサ２６で出力側開度開始値θａ１を検出するとともに、弁側角度センサ１４で弁側開度開始値θｖ１を検出し、これらを例えば半導体メモリ（図示せず）で記憶しておく（ステップ１２０）。
次に、流量制御部２８Ａは、圧力センサＳ１，Ｓ２で検出した一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、補正後の開度現在値θとに基づいて、流路１１を流れている流量現在値Ｑを計算し（ステップ１２１）、流量目標値Ｑｒｅｆと比較する（ステップ１２２）。

ここで、ＱがＱｒｅｆと異なる場合（ステップ１２２：ＮＯ）、流量制御部２８Ａは、ＱがＱｒｅｆに近づく方向にＱとＱｒｅｆとの偏差ΔＱ分だけモータ２３を駆動し（ステップ１２３）、ステップ１２１へ戻る。
これにより、ＱがＱｒｅｆと等しくなるまでモータ２３が繰り返し駆動されるため、弁体１２が回動してＱがＱｒｅｆに近づくことになり、ＱがＱｒｅｆと等しくなった時点で弁体１２の回動が停止することになる。

このようにして、ＱがＱｒｅｆと等しくなった場合（ステップ１２２：ＹＥＳ）、トルク計算部２８Ｂは、弁体１２の回動停止後に出力側角度センサ２６で出力側開度停止値θａ２を検出して取得し（ステップ１３０）、θａ１とθａ２の偏差を示す出力側開度偏差値Δθａ（＝θａ２−θａ１）を計算する（ステップ１３１）。
続いて、トルク計算部２８Ｂは、弁体１２の回動停止後に弁側角度センサ１４で弁側開度停止値θｖ２を検出して取得し（ステップ１３２）、θｖ１とθｖ２の偏差を示す弁側開度偏差値Δθｖ（＝θｖ２−θｖ１）を計算する（ステップ１３３）。

この後、トルク計算部２８Ｂは、これらΔθａとΔθｖの偏差を示す開度偏差値Δθａｖ（＝Δθｖ−Δθａ）を計算し（ステップ１３４）、Δθａｖと、弁体１２に関する横弾性係数Ｇ、断面二次極モーメントＩｐ、およびアクチュエータ２０から弁体１２までの一連の駆動軸の長さを示す軸長Ｌとに基づいて、負荷トルクＴｐ（＝Δθａｖ・Ｇ・Ｉｐ／Ｌ）を計算し（ステップ１３５）、一連の負荷トルク算出処理を終了する。

なお、軸長Ｌは、図７に示すように、アクチュエータ２０から弁体１２を回動させるための一連の駆動軸の長さに相当し、予め計算して、制御部２８内の記憶部（図示せず）に設定しておけばよい。この際、図１に示したように、弁側角度センサ１４が弁本体１０の本体上面１０Ａに取り付けられている場合、軸長Ｌは、出力軸２５、継手３０、および弁軸１３からなる一連の駆動軸の長さに相当する。

一方、図２に示したように、弁側角度センサ１４が弁本体１０の本体底面１０Ｂに取り付けられている場合、軸長Ｌは、アクチュエータ２０から弁体１２を回動させるための駆動軸、すなわち出力軸２５、継手３０、弁軸１３、弁体１２、および弁体１２から弁側角度センサ１４までの弁軸１３の下側部分からなる一連の駆動軸の長さに相当する。
また、横弾性係数Ｇおよび断面二次極モーメントＩｐは、予め、弁体１２および上記駆動軸を統合化してモデリングすることにより計算し、制御部２８内の記憶部（図示せず）に設定しておけばよい。

また、弁側角度センサ１４は、弁本体１０の外側ではなく本体内部、例えば弁本体１０を構成する管壁内部のうち弁軸１３を支持するガイド部に配置してもよい。この際、軸長Ｌは、出力軸２５、継手３０、および弁軸１３のうち上端から弁側角度センサ１４までの部分からなる一連の駆動軸の長さに相当する。

［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、アクチュエータ２０の出力軸２５の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサ２６と、弁本体１０の弁軸１３の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサ１４とを設け、トルク計算部２８Ｂが、モータ２３を駆動して出力軸２５を一定角度だけ回動させた際の回動開始時および回動停止時に検出した、出力側開度および弁側開度の変化量の偏差に基づいて、弁体１２に生じた負荷トルクＴｐを計算するようにしたものである。

より具体的には、トルク計算部２８Ｂが、出力側開度開始値θａ１と出力側開度停止値θａ２とから出力側開度偏差値Δθａを求めるとともに、弁側開度開始値θｖ１と弁側開度停止値θｖ２とから弁側開度偏差値Δθｖを求め、出力側開度偏差値Δθａと弁側開度偏差値Δθｖの偏差を示す開度偏差値Δθａｖと、弁体１２に関する横弾性係数Ｇ、断面二次極モーメントＩｐ、およびアクチュエータ２０から弁体１２までの軸の長さＬとに基づいて、負荷トルクＴｐを計算するようにしたものである。

これにより、従来より流量制御弁１のアクチュエータ２０側に搭載されている出力側角度センサ２６に加えて、弁本体１０に弁側角度センサ１４を追加するだけで、流量制御弁１で弁体１２の負荷トルクＴｐを計算することが可能となる。
したがって、流量制御弁１で負荷トルクＴｐを定期的に計算して追跡すれば、駆動軸に発生したねじれを検出して負荷トルクＴｐの増大を把握することができ、弁本体１０の交換など流量制御弁１の予防保全に役立てることが可能となる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１…流量制御弁、１０…弁本体、１０Ａ…本体上面、１０Ｂ…本体底面、１１…流路、１１Ａ…内壁、１２…弁体、１３…弁軸、１４…弁側角度センサ、２０…アクチュエータ、２１…流量目標設定部、２２…モータ駆動部、２３…モータ、２４…減速機、２５…出力軸、２６…出力側角度センサ、２７…特性テーブル記憶部、２８…制御部、２８Ａ…流量制御部、２８Ｂ…トルク計算部、３０…継手、３１…ヨーク、Ｓ１，Ｓ２…圧力センサ、Ｓ３…温度センサ、Ｑｒｅｆ…流量目標値、Ｑ…流量現在値、ΔＱ…偏差、Ｓｖ…弁側センサ出力値、Ｓａ…出力側センサ出力値、Ｓｓ…弁側出力基準値、Ｓｂ…出力側出力基準値、θｖ…弁側開度、Ｔｖ…検出温度、Ｐ１…一次側圧力、Ｐ２…二次側圧力、ΔＰ…差圧、θａ…出力側開度、θａ１…出力側開度開始値、θａ２…出力側開度停止値、Δθａ…出力側開度偏差値、θｖ１…弁側開度開始値、θｖ２…弁側開度停止値、Δθｖ…弁側開度偏差値、Δθａｖ…開度偏差値、Ｔｐ…負荷トルク、Ｇ…横弾性係数、Ｉｐ…断面二次極モーメント、Ｌ…軸長。

特開２０１５−１９４１６６号公報 特開２０１５−１１４１８８号公報 特開２０１５−１２５０３８号公報

Claims (4)

1. 流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁体の弁軸と接続されている出力軸をモータで回動させて前記弁軸を回動制御することにより前記流体の流量制御を行うアクチュエータとを備える流量制御弁であって、
   前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサと、
   前記弁軸の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサと、
   前記モータを駆動して前記弁体を一定角度だけ回動させた際に、回動開始時から回動停止時まで間における、前記出力側開度の変化量と前記弁側開度の変化量との偏差に基づいて、前記弁体に生じた負荷トルクを計算するトルク計算部と
   を備えることを特徴とする流量制御弁。
2. 請求項１に記載の流量制御弁において、
   前記トルク計算部は、前記回動開始時に検出した出力側開度を示す出力側開度開始値θａ１と、前記回動停止時に検出した出力側開度を示す出力側開度停止値θａ２とから、これらの変化量を示す出力側開度偏差値Δθａを求めるとともに、前記回動開始時に検出した弁側開度を示す弁側開度開始値θｖ１と、前記回動停止時に検出した弁側開度を示す弁側開度停止値θｖ２とから、これらの変化量を示す弁側開度偏差値Δθｖを求め、前記出力側開度偏差値Δθａと前記弁側開度偏差値Δθｖの偏差を示す開度偏差値Δθａｖと、前記弁体に関する横弾性係数Ｇ、断面二次極モーメントＩｐ、および前記アクチュエータから前記弁体までの軸の長さＬとに基づいて、前記負荷トルクＴｐを計算することを特徴とする流量制御弁。
3. 流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁体の弁軸と接続されている出力軸をモータで回動させて前記弁軸を回動制御することにより前記流体の流量制御を行うアクチュエータとを備える流量制御弁で用いられる負荷トルク計算方法であって、
   出力側角度センサが、前記アクチュエータの前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側開度検出ステップと、
   弁側角度センサが、前記弁本体の前記弁軸の回動角度を弁側開度として検出する弁側開度検出ステップと、
   トルク計算部が、前記モータを駆動して前記出力軸を一定角度だけ回動させた際の回動開始時および回動停止時に検出した、前記出力側開度の変化量と前記弁側開度の変化量との偏差に基づいて、前記弁体に生じた負荷トルクを計算するトルク計算ステップと
   を備えることを特徴とする負荷トルク計算方法。
4. 請求項３に記載の負荷トルク計算方法において、
   前記トルク計算ステップは、
   前記回動開始時に検出した出力側開度を示す出力側開度開始値θａ１と、前記回動停止時に検出した出力側開度を示す出力側開度停止値θａ２とから、これらの変化量を示す出力側開度偏差値Δθａを求めるステップと、
   前記回動開始時に検出した弁側開度を示す弁側開度開始値θｖ１と、前記回動停止時に検出した弁側開度を示す弁側開度停止値θｖ２とから、これらの変化量を示す弁側開度偏差値Δθｖを求めるステップと、
   前記出力側開度偏差値Δθａと前記弁側開度偏差値Δθｖの偏差を示す開度偏差値Δθａｖと、前記弁体に関する横弾性係数Ｇ、断面二次極モーメントＩｐ、および前記アクチュエータから前記弁体までの軸の長さＬとに基づいて、前記負荷トルクＴｐを計算するステップと
   を有することを特徴とする負荷トルク計算方法。

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