JP2020118281A - Electric actuator and deterioration index calculation method - Google Patents

Abstract

To easily calculate a deterioration index indicating the deterioration state of a valve body controlled by an electric actuator and a power transmission unit of an electric actuator.SOLUTION: An opening control unit 19A controls the drive of a motor 13 to rotate an output shaft 16 at an arbitrary control opening. A deterioration index processing unit 19B calculates a load torque Tq applied to a power transmission unit 14 and a valve body 22 as a deterioration index of the power transmission unit 14 and the valve body 22, based on a spring torque Ts and a motor torque Tm that are generated in a return spring 15 and the motor 13 when the output shaft 16 is rotated at the arbitrary control opening.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スプリングリターン形の電動アクチュエータに関し、特に、電動アクチュエータの動力伝達部、および、電動アクチュエータで制御する弁体に関する劣化状態の判定に用いる劣化指標を計算するための劣化指標計算技術に関する。 The present invention relates to a spring return type electric actuator, and more particularly to a deterioration index calculation technique for calculating a deterioration index used for determining a deterioration state of a power transmission unit of an electric actuator and a valve element controlled by the electric actuator.

バルブやダンパなどの操作端を電動で開閉制御する電動アクチュエータの１つとして、出力軸に取り付けたリターンスプリングの復帰力で電源供給遮断時に出力軸を所定の回動位置まで戻す、いわゆるスプリングリターン形の電動アクチュエータがある（例えば、特許文献１など参照）。 One of the electric actuators that electrically control the opening and closing of the operating ends of valves and dampers, the so-called spring return type that returns the output shaft to a predetermined rotation position when the power supply is cut off by the return force of the return spring attached to the output shaft. Electric actuators (for example, see Patent Document 1).

この電動アクチュエータは、通電時、動力伝達部を介してモータで出力軸を回動させて操作端の開度を調整すると同時にリターンスプリングを巻き上げ、モータのディテントトルクで回動位置を保持している。これにより、その後に外部からの電源供給が遮断された場合、モータの電動クラッチへの電源供給が停止されてクラッチ断となって、モータのディテントトルクが非常に小さくなるため、リターンスプリングの復帰力により全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで、出力軸が強制的に戻されることになる。 When the electric actuator is energized, the output shaft is rotated by the motor via the power transmission unit to adjust the opening degree of the operating end, and at the same time, the return spring is wound up to hold the rotating position by the detent torque of the motor. .. As a result, when the power supply from the outside is cut off after that, the power supply to the electric clutch of the motor is stopped and the clutch is disengaged, and the detent torque of the motor becomes extremely small. As a result, the output shaft is forcibly returned to a predetermined rotational position such as a fully closed position or a fully opened position.

特開平１０−１６４８７８号公報JP, 10-164878, A 特開２０１５−１２５０３８号公報JP, 2015-125038, A 特開２０１５−１１４１８８号公報JP, 2005-114188, A

通常、電動アクチュエータで用いられる動力伝達部は、減速ギヤから構成されており、電動アクチュエータで制御する弁体は、耐食性を有する材料からなる。したがって、これら動力伝達部や弁体は、長期間にわたり十分な耐久性を持つと考えられる。このため、動力伝達部や弁体の劣化状態を検出する必要性は低く、従来より電動アクチュエータの劣化判定機能として具体化されていない。
一方、電動アクチュエータや操作端には保証期間が設定されていて、保証期間の満了に応じて新たなものに交換する必要がある。しかし、実際には保証期間を超えて長期間にわたり使用される場合もある。 Usually, a power transmission unit used in an electric actuator is composed of a reduction gear, and a valve body controlled by the electric actuator is made of a material having corrosion resistance. Therefore, these power transmission parts and valve bodies are considered to have sufficient durability for a long period of time. Therefore, it is less necessary to detect the deterioration state of the power transmission unit and the valve body, and has not been embodied as a deterioration determination function of the electric actuator in the past.
On the other hand, a warranty period is set for the electric actuator and the operating end, and it is necessary to replace with a new one when the warranty period expires. However, in reality, it may be used for a long period beyond the warranty period.

このような保証期間を超えて長期にわたり使用した場合、電動アクチュエータの動力伝達部が劣化して故障や経年変化などにより設計当初の動力伝達トルクが得られない場合も考えられる。また、弁体が劣化して変形、故障、経年変化などにより設計当初の性能が得られない場合も考えられる。このような場合、電動アクチュエータから弁体を精度よく開閉制御できなくなったり、電源供給遮断時、リターンスプリングの復帰力により、出力軸を全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで確実に戻せなくなったりする可能性がある。このため、動力伝達部や弁体の劣化状態を把握しておくことが重要となる。 When used for a long period beyond such a guarantee period, the power transmission torque of the original design may not be obtained due to failure of the power transmission unit of the electric actuator, aging, or the like. In addition, it is possible that the initial performance of the design cannot be obtained due to deformation of the valve element, failure, aging, and the like. In such a case, the valve cannot be controlled to be opened and closed accurately from the electric actuator, or when the power supply is cut off, the return force of the return spring ensures that the output shaft reaches a predetermined rotation position such as the fully closed position or the fully open position. There is a possibility that it cannot be returned. Therefore, it is important to understand the deterioration state of the power transmission unit and the valve body.

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、電動アクチュエータの動力伝達部や電動アクチュエータで制御する弁体の劣化状態を示す劣化指標を容易に計算できる劣化指標計算技術を提供することを目的としている。 The present invention is to solve such a problem, and provides a deterioration index calculation technique that can easily calculate a deterioration index indicating a deterioration state of a power transmission unit of an electric actuator or a valve body controlled by the electric actuator. It is an object.

このような目的を達成するために、本発明にかかる電動アクチュエータは、弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、前記制御回路は、前記モータを駆動制御して前記出力軸を回動する開度制御部と、前記出力軸を回動中の所定の計測タイミングに前記リターンスプリングおよび前記モータに生じた、スプリングトルクおよびモータトルクに基づいて、前記動力伝達部および前記弁体の劣化指標として、前記動力伝達部および前記弁体にかかる負荷トルクを計算する劣化指標処理部とを有している。 In order to achieve such an object, an electric actuator according to the present invention includes an output shaft for rotating a valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission unit, and a motor for driving the motor. A control circuit for controlling the opening degree of the valve body by controlling, and a return spring attached to the output shaft and returning the output shaft to a predetermined opening position by its own restoring force when the power is shut off, The control circuit drives the motor to control the opening of the output shaft to rotate the output shaft, and a spring torque generated in the return spring and the motor at a predetermined measurement timing while rotating the output shaft. And a deterioration index processing unit that calculates a load torque applied to the power transmission unit and the valve body as a deterioration index of the power transmission unit and the valve body based on the motor torque.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、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をさらに備え、前記劣化指標処理部は、前記計測タイミングに前記出力側角度センサで検出された出力側開度と、前記リターンスプリングのばね定数とに基づいて、前記スプリングトルクを計算するようにしたものである。 In addition, one configuration example of the electric actuator according to the present invention further includes an output side angle sensor that detects a rotation angle of the output shaft as an output side opening degree, and the deterioration index processing unit sets the measurement timing to the above The spring torque is calculated based on the output-side opening detected by the output-side angle sensor and the spring constant of the return spring.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記計測タイミングに前記モータに流れたモータ電流に基づいて、前記モータトルクを計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, the deterioration index processing unit is configured to calculate the motor torque based on a motor current flowing through the motor at the measurement timing.

また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記モータトルクをＴｍとし、前記計測タイミングにおける前記出力軸の出力側開度をθａｘとし、前記リターンスプリングのばね定数をｋとした場合、前記負荷トルクＴｑを次の式、Ｔｑ＝−Ｔｍ−ｋ×θａｘで計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the electric actuator according to the present invention, the deterioration index processing unit sets the motor torque to Tm, sets an output side opening degree of the output shaft at the measurement timing to θax, and sets a spring of the return spring. When the constant is k, the load torque Tq is calculated by the following equation, Tq=-Tm-k*[theta]ax.

また、本発明にかかる劣化指標計算方法は、弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して前記出力軸を回動する開度制御ステップと、前記制御回路の劣化指標処理部が、前記出力軸を回動中の所定の計測タイミングに前記リターンスプリングおよび前記モータに生じた、スプリングトルクおよびモータトルクに基づいて、前記動力伝達部および前記弁体の劣化指標として、前記動力伝達部および前記弁体にかかる負荷トルクを計算する劣化指標処理ステップとを備えている。 Further, the deterioration index calculating method according to the present invention includes an output shaft for rotating a valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission unit, and a valve for controlling the drive of the motor. Deterioration index used in an electric actuator equipped with a control circuit for controlling the opening of the body and a return spring attached to the output shaft to return the output shaft to a predetermined opening position by its own restoring force when the power is shut off In the calculation method, the opening control section of the control circuit controls the drive of the motor to rotate the output shaft, and the deterioration index processing section of the control circuit sets the output shaft to the output shaft. Based on the spring torque and the motor torque generated in the return spring and the motor at a predetermined measurement timing during rotation, as a deterioration index of the power transmission unit and the valve body, the power transmission unit and the valve body And a deterioration index processing step of calculating the load torque.

また、本発明にかかる上記劣化指標計算方法の一構成例は、前記劣化指標処理ステップが、前記計測タイミングに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で検出された出力側開度と、前記リターンスプリングのばね定数とに基づいて、前記スプリングトルクを計算するを含んでいる。 Further, in one configuration example of the deterioration index calculating method according to the present invention, the deterioration index processing step is detected by an output side angle sensor that detects a rotation angle of the output shaft as an output side opening at the measurement timing. And calculating the spring torque based on the output side opening and the spring constant of the return spring.

また、本発明にかかる上記劣化指標計算方法の一構成例は、前記劣化指標処理ステップが、前記計測タイミングに前記モータに流れたモータ電流に基づいて、前記モータトルクを計算するステップを含んでいる。 Further, in one configuration example of the deterioration index calculating method according to the present invention, the deterioration index processing step includes a step of calculating the motor torque based on a motor current flowing in the motor at the measurement timing. ..

本発明によれば、動力伝達部および弁体の劣化指標として、動力伝達部および弁体にかかる負荷トルクを容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、動力伝達部および弁体の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、角度センサや制御回路など、電動アクチュエータの既存構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータの信頼性を高めることが可能となる。 According to the present invention, since the load torque applied to the power transmission unit and the valve body can be easily grasped as the deterioration index of the power transmission unit and the valve body, the power transmission unit and the valve body can be easily detected according to the deviation from the initial design value. The deterioration state of the valve body can be easily grasped. Therefore, when the deviation width becomes large and the deterioration progresses, appropriate measures can be taken before a failure occurs, and extremely effective predictive maintenance can be realized. As a result, it is possible to provide a certain degree of reliability even when assuming long-term use beyond the warranty period. In addition, the deterioration index can be easily calculated using the existing configuration of the electric actuator, such as the angle sensor and control circuit, and the reliability of the electric actuator can be increased without increasing the circuit scale or the product cost. Becomes

図１は、電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the electric actuator. 図２は、流量制御処理を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the flow rate control process. 図３は、出力側センサ出力値と出力側開度との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the output value of the output side sensor and the opening degree of the output side. 図４は、劣化指標処理を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing the deterioration index processing. 図５は、劣化指標処理動作を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the deterioration index processing operation.

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。
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０について説明する。図１は、電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the electric actuator.

この電動アクチュエータ１０は、例えば、空調システム等の設備において、配管を流れる冷温水の流量を制御する流量制御バルブや、空気の風量を調整する風量調整ダンパーなどの弁体を電動制御する装置である。以下では、図１に示すように、流量制御バルブの弁本体２０に電動アクチュエータ１０を取り付けた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く、風量調整ダンパーなど、電動制御可能な弁体を有する他の機器に取り付けた場合にも、同様にして適用可能である。 The electric actuator 10 is a device that electrically controls a valve element such as a flow rate control valve that controls the flow rate of cold/hot water flowing through a pipe or an air volume adjustment damper that adjusts the air volume of air in equipment such as an air conditioning system. .. In the following, as shown in FIG. 1, the case where the electric actuator 10 is attached to the valve body 20 of the flow rate control valve will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and electric control such as an air volume adjustment damper is possible. The same can be applied to the case of being attached to another device having a valve body.

［弁本体］
弁本体２０は、流体が流れる流路２１が内部に形成された金属管からなり、流路２１の途中には流体の流量を制御するための弁体２２が回動自在に取り付けられている。弁体２２には、弁本体２０の外部へ一端が導出された弁軸２６が結合されており、この弁軸２６の回動操作により弁体２２が回動し、流路２１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。 [Valve body]
The valve body 20 is made of a metal tube having a flow passage 21 formed therein, and a valve body 22 for controlling the flow rate of the fluid is rotatably attached in the middle of the flow passage 21. A valve shaft 26 whose one end is led to the outside of the valve body 20 is coupled to the valve body 22, and the valve body 22 is rotated by the rotation operation of the valve shaft 26, and the cross-sectional area of the flow path 21 is That is, the valve opening is changed and the flow rate of the fluid is controlled.

流路２１の内壁２３のうち、弁体２２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２２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２１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電動アクチュエータ１０へ出力する。これら一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、弁開度に相当する出力側開度θａからなる開度現在値θとに基づいて流路２１を流れる流体の流量が計測される。 The pressure sensor S1 is arranged on the primary side (fluid upstream side) of the valve body 22 of the inner wall 23 of the flow path 21, and the pressure sensor S2 is arranged on the secondary side (fluid downstream side) of the valve body 22. Has been done. These pressure sensors S1 and S2 detect the primary pressure P1 and the secondary pressure P2 of the flow path 21, respectively, and output a pressure detection signal indicating the obtained detection result to the electric actuator 10. The flow rate of the fluid flowing through the flow passage 21 is measured based on the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 and the opening degree current value θ including the output side opening degree θa corresponding to the valve opening degree.

［電動アクチュエータ］
電動アクチュエータ１０は、ヨーク３１を介して弁本体２０の本体上面２４に取り付けられており、継手３０を介して弁軸２６と接続されている出力軸１６を回動制御することにより、弁体２２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。
電動アクチュエータ１０には、主な構成として、設定回路１１、モータ駆動回路１２、モータ１３、動力伝達部１４、リターンスプリング１５、出力軸１６、出力側角度センサ１７Ａ、記憶回路１８、および制御回路１９が設けられている。 [Electric actuator]
The electric actuator 10 is attached to the main body upper surface 24 of the valve main body 20 via the yoke 31, and the output shaft 16 connected to the valve shaft 26 via the joint 30 is rotationally controlled to control the valve body 22. It has a function of controlling the valve opening degree to control the flow rate of the fluid.
The electric actuator 10 mainly includes a setting circuit 11, a motor drive circuit 12, a motor 13, a power transmission unit 14, a return spring 15, an output shaft 16, an output side angle sensor 17A, a storage circuit 18, and a control circuit 19. Is provided.

設定回路１１は、上位装置（図示せず）から受信した流量目標信号などの設定信号に含まれる、流量目標値Ｑｒｅｆなどの設定値を取得し、制御回路１９へ出力する機能を有している。
モータ駆動回路１２は、制御回路１９から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ１３を駆動する機能を有している。 The setting circuit 11 has a function of acquiring a setting value such as a flow rate target value Qref included in a setting signal such as a flow rate target signal received from a host device (not shown) and outputting the set value to the control circuit 19. ..
The motor drive circuit 12 has a function of driving the motor 13 based on the motor control signal output from the control circuit 19.

モータ１３は、ＤＣモータ、ＡＣモータ、ステッピングモータなどの制御用モータからなり、モータ駆動回路１２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１３Ａを回転させる機能と、外部からの電動アクチュエータ１０に対する電源供給の有無に応じてディテントルクの発生有無を切り替えるのためのクラッチ機能とを有している。
動力伝達部１４は、歯数の異なる複数の歯車が噛合されたギヤボックスなどの動力伝達機構からなり、モータ１３のシャフト１３Ａの回転速度を減速して出力軸１６を回動させる機能を有している。 The motor 13 includes a control motor such as a DC motor, an AC motor, and a stepping motor, and has a function of rotating the shaft 13A by a designated angle in a designated direction by a drive signal from the motor drive circuit 12, and an external function. And a clutch function for switching the presence or absence of detent torque depending on the presence or absence of power supply to the electric actuator 10.
The power transmission unit 14 is composed of a power transmission mechanism such as a gear box in which a plurality of gears having different numbers of teeth are meshed, and has a function of decelerating the rotation speed of the shaft 13A of the motor 13 and rotating the output shaft 16. ing.

これにより、制御回路１９から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ駆動回路１２から駆動信号がモータ１３に出力される。また、この駆動信号に応じてモータ１３のシャフト１３Ａが回転し、その回転出力が動力伝達部１４で減速されて出力軸１６を回動させ、継手３０および弁軸２６を介して弁体２２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。 As a result, a drive signal is output from the motor drive circuit 12 to the motor 13 based on the motor control signal output from the control circuit 19. Further, the shaft 13A of the motor 13 rotates in response to the drive signal, and the rotation output thereof is decelerated by the power transmission unit 14 to rotate the output shaft 16, so that the valve body 22 is rotated through the joint 30 and the valve shaft 26. It rotates to a predetermined rotation angle, that is, the valve opening.

リターンスプリング１５は、一般的なコイルバネからなり、出力軸１６に取り付けられて、電源遮断時に動力伝達部１４でモータ１３のシャフト１３Ａから解放された出力軸１６を、自己の復帰力で所定の開度位置まで戻すスプリングである。
出力軸１６は、継手３０および弁軸２６を介して弁体２２と連結されて、弁体２２を回動するための軸である。 The return spring 15 is formed of a general coil spring, is attached to the output shaft 16, and opens the output shaft 16 released from the shaft 13A of the motor 13 by the power transmission unit 14 at the time of power shutoff by a predetermined restoring force. It is a spring that returns to the degree position.
The output shaft 16 is a shaft that is connected to the valve body 22 via the joint 30 and the valve shaft 26 to rotate the valve body 22.

出力側角度センサ１７Ａは、動力伝達部１４または出力軸１６に取り付けられて、出力軸１６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を制御回路１９へ出力する角度センサである。
以下では、出力側角度センサ１７Ａ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）を用いた場合を例として説明する。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、出力側角度センサ１７Ａ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出力側角度センサ１７Ａとして用いてもよい。 The output side angle sensor 17A is attached to the power transmission unit 14 or the output shaft 16, detects the rotation angle of the output shaft 16, and outputs the output side sensor output value Sa corresponding to the rotation angle to the control circuit 19. It is an angle sensor.
In the following, as the output side angle sensor 17A, for example, a circular differential transformer type angle sensor (Patent Document 2) or a magnetic resistance type angle sensor (Patent Document 3) is used as an example. The present invention includes all the contents described in these Patent Documents 2 and 3. The output side angle sensor 17A is not limited to this, and a sensor capable of measuring the rotation angle such as a potentiometer, an incremental encoder, or an absolute encoder may be used as the output side angle sensor 17A.

記憶回路１８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２２に固有の流量係数Ｃｖを特定するための特性テーブルなど、流量制御や劣化指標計算に用いる各種の処理データ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２１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２２の開度現在値θとの組み合わせごとに、弁体２２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２２の特徴に基づいて別途計算されたものである。 The storage circuit 18 is composed of a non-volatile semiconductor memory, and various processes used for flow rate control and deterioration index calculation, such as a characteristic table for specifying the flow rate coefficient Cv unique to the valve body 22 used for calculation of the current flow rate value Q. It has the function of storing data. This characteristic table is unique to the valve body 22 for each combination of the differential pressure ΔP=P1-P2 between the primary pressure P1 and the secondary pressure P2 of the flow path 21 and the current opening degree θ of the valve body 22. The flow rate coefficient Cv is registered in advance. Each data in these characteristic tables is separately calculated based on the characteristics of the valve body 22 such as shape and material.

制御回路１９は、ＣＰＵとその周辺回路を有し、ＣＰＵとプログラムとを協働させることにより、流量制御や劣化指標計算のため処理を実行する各種の処理部を実現する機能を有している。
制御回路１９は、主な処理部として、開度制御部１９Ａと劣化指標処理部１９Ｂとを備えている。 The control circuit 19 has a CPU and its peripheral circuits, and has a function of realizing various processing units that execute processing for flow rate control and deterioration index calculation by cooperating the CPU and a program. ..
The control circuit 19 includes an opening degree control unit 19A and a deterioration index processing unit 19B as main processing units.

開度制御部１９Ａ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と開度現在値θとに基づいて、流路２１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との流量偏差ΔＱに基づいて、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することにより、弁体２２の弁開度を調整して流量現在値Ｑを制御する機能と、劣化指標計算時、任意の制御開度に出力軸１６を回動する機能とを有している。 The opening degree control unit 19A, based on the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 indicated by the pressure detection signals output from the pressure sensors S1 and S2, and the opening degree current value θ, the flow rate of the fluid flowing through the flow path 21. The valve opening of the valve element 22 is performed by outputting a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 based on the function of calculating the current value Q and the flow rate deviation ΔQ between the current flow rate value Q and the flow rate target value Qref. It has a function of controlling the flow rate current value Q by adjusting the degree and a function of rotating the output shaft 16 to an arbitrary control opening when calculating the deterioration index.

以下では、劣化指標計算時に出力軸１６の回動を開始し、その後の計測タイミングの到来時点に検出した出力側開度θａｘに基づいて負荷トルクＴｑを計算する場合を例として説明する。なお、計測タイミングについては、出力軸１６を所定の開度まで回動した時点や、回動開始から所定の時間だけ経過した時点など、任意のタイミングを用いればよい。 Hereinafter, a case where the rotation of the output shaft 16 is started at the time of calculating the deterioration index and the load torque Tq is calculated based on the output side opening degree θax detected at the time when the subsequent measurement timing comes will be described as an example. As the measurement timing, any timing such as a time point when the output shaft 16 is rotated to a predetermined opening degree or a time point when a predetermined time has elapsed from the start of rotation may be used.

劣化指標処理部１９Ｂは、計測タイミングが到来した時点に、リターンスプリング１５およびモータ１３に生じた、スプリングトルクＴｓおよびモータトルクＴｍに基づいて、動力伝達部１４および弁体２２の劣化指標として、動力伝達部１４および弁体２２にかかる負荷トルクＴｑを計算する機能を有している。 The deterioration index processing unit 19B uses the power as a deterioration index of the power transmission unit 14 and the valve element 22 based on the spring torque Ts and the motor torque Tm generated in the return spring 15 and the motor 13 at the time when the measurement timing arrives. It has a function of calculating the load torque Tq applied to the transmission unit 14 and the valve body 22.

具体的には、劣化指標処理部１９Ｂは、計測タイミングが到来した時点に、出力側角度センサ１７Ａで検出された出力側開度θａｘと、リターンスプリング１５のばね定数ｋとに基づいて、スプリングトルクＴｓを計算する機能と、計測タイミングが到来した時点に検出したモータ１３のモータ電流に基づいて、モータトルクＴｍを計算する機能とを有している。なお、以下では、モータ電流に基づきモータトルクを計算す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く、他の手法でモータトルクを特定してもよい。 Specifically, the deterioration index processing unit 19B, based on the output-side opening degree θax detected by the output-side angle sensor 17A and the spring constant k of the return spring 15 at the time when the measurement timing arrives, the deterioration index processing unit 19B. It has a function of calculating Ts and a function of calculating the motor torque Tm based on the motor current of the motor 13 detected when the measurement timing arrives. In the following, a case where the motor torque is calculated based on the motor current will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and the motor torque may be specified by another method.

また、劣化指標処理部１９Ｂは、モータトルクをＴｍとし、計測タイミングの到来時における出力軸１６の出力側開度をθａｘとし、リターンスプリング１５のばね定数をｋとした場合、負荷トルクＴｑを後述の式（３）で計算する機能とを備えている。 Further, the deterioration index processing unit 19B sets the load torque Tq to be described later when the motor torque is Tm, the output side opening degree of the output shaft 16 at the time of the measurement timing is θax, and the spring constant of the return spring 15 is k. And the function of calculating with the equation (3).

本発明において、制御開度は、開度制御部１９Ａが開度制御に用いる目標値であり、出力側開度は、出力側角度センサ１７Ａで検出された出力軸１６の回動角度を示す検出値であるものとする。なお、開度は全閉状態と全開状態との間を百分率で表した値であり、回動角度は開度を角度で表した値であるが、両者は一意に対応するものであり、本発明において、制御開度、出力側開度、あるいは弁側開度を、単に回動角度という場合もある。 In the present invention, the control opening is a target value used by the opening control unit 19A for the opening control, and the output opening is a detection value indicating the rotation angle of the output shaft 16 detected by the output angle sensor 17A. It shall be a value. The opening is a value expressed as a percentage between the fully closed state and the fully opened state, and the rotation angle is a value representing the opening by an angle, but both are uniquely corresponding, In the invention, the control opening, the output opening, or the valve opening may be simply referred to as a turning angle.

［第１の実施の形態の流量制御動作］
次に、図２を参照して、出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａを用いた、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の流量制御動作について説明する。図２は、流量制御処理を示すフローチャートである。
制御回路１９は、流路２１を流れる流体の流量を制御する場合、図２の流量制御処理を実行する。 [Flow control operation of the first embodiment]
Next, with reference to FIG. 2, a flow rate control operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment using the output side opening degree θa detected by the output side angle sensor 17A will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the flow rate control process.
The control circuit 19 executes the flow rate control process of FIG. 2 when controlling the flow rate of the fluid flowing through the flow path 21.

図２の流量制御処理の開始時において、設定回路１１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、記憶回路１８には、弁体２２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、制御回路１９内の記憶部（図示せず）には、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａと弁体２２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。 It is assumed that the flow rate target value Qref is set in advance in the setting circuit 11 at the start of the flow rate control process in FIG. Further, it is assumed that a characteristic table regarding the valve element 22 is registered in the storage circuit 18 in advance.
Further, in a storage unit (not shown) in the control circuit 19, an output side output reference value serving as a reference of a correspondence relationship between the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A and the valve opening degree of the valve body 22. It is assumed that Sb is preset.

図３は、出力側センサ出力値と出力側開度との関係を示すグラフである。出力側角度センサ１７Ａとして用いられる、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、弁軸２６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。したがって、図３に示すように、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。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the output value of the output side sensor and the opening degree of the output side. The circular differential transformer type angle sensor and the magnetic resistance type angle sensor used as the output side angle sensor 17A are symmetrical in the fully closed direction and the fully opened direction about the intermediate position angle of the valve shaft 26, that is, the 50% opening. It has a structure for outputting the output side sensor output value Sa. Therefore, as shown in FIG. 3, the relationship between the output side sensor output value Sa and the output side opening degree θa is linearly proportional, and the voltage value indicating fully closed and fully opened is the voltage value indicating 50% opening=0v. Centered at, the voltage values −Sb, Sb are separated by an equal voltage width Sb.

まず、開度制御部１９Ａは、出力側角度センサ１７Ａから出力側センサ出力値Ｓａを取得し（ステップＳ１００）、予め設定されている出力側出力基準値Ｓｂに基づいて、Ｓａから現在開度値θ（出力側開度θａ）＝５０×（１＋Ｓａ／Ｓｂ）［％］を計算する（ステップＳ１０１）。 First, the opening degree control unit 19A acquires the output side sensor output value Sa from the output side angle sensor 17A (step S100), and based on the preset output side output reference value Sb, changes from Sa to the current opening degree value. θ (output side opening θa)=50×(1+Sa/Sb) [%] is calculated (step S101).

この際、出力側角度センサ１７Ａに温度センサＳ３を取り付け、この温度センサＳ３で検出された検出温度Ｔｘに基づいて、出力側角度センサ１７Ａの現在開度値θ（出力側開度θａ）を温度補正してもよい。なお、現在開度値θ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１７Ａ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。 At this time, the temperature sensor S3 is attached to the output-side angle sensor 17A, and the current opening value θ (output-side opening θa) of the output-side angle sensor 17A is adjusted based on the detected temperature Tx detected by the temperature sensor S3. You may correct. It should be noted that temperature correction of the current opening value θ is not essential in the present embodiment, and temperature correction can be omitted if the sensor output of the output side angle sensor 17A is not affected by the ambient temperature.

次に、開度制御部１９Ａ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Ｓ１０２）、これらＰ１，Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を計算する（ステップＳ１０３）。
続いて、開度制御部１９Ａは、差圧ΔＰと開度現在値θに対応する流量係数Ｃｖを記憶回路１８の特性テーブルから取得し（ステップＳ１０４）、流量係数Ｃｖと差圧ΔＰに基づいて、流路２１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する（ステップＳ１０５）。この際、流路２１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。 Next, the opening degree control unit 19A acquires the primary side pressure P1 and the secondary side pressure P2 indicated by the pressure detection signals output from the pressure sensors S1 and S2 (step S102), and the differential pressure ΔP between these P1 and P2. =P1-P2 is calculated (step S103).
Then, the opening degree control unit 19A acquires the flow rate coefficient Cv corresponding to the differential pressure ΔP and the present opening degree value θ from the characteristic table of the memory circuit 18 (step S104), and based on the flow rate coefficient Cv and the differential pressure ΔP. The current flow rate value Q of the fluid flowing through the flow path 21 is calculated (step S105). At this time, when the constant determined by the diameter of the flow path 21 is A, the current flow rate value Q is calculated by Q=A·Cv·(ΔP) ^1/2 .

この後、開度制御部１９Ａは、ＱとＱｒｅｆの流量偏差ΔＱ＝Ｑ−Ｑｒｅｆを計算し（ステップＳ１０６）、ΔＱとゼロとを比較する（ステップＳ１０７）。
ここで、ΔＱがゼロと等しくΔＱ＝０である場合（ステップＳ１０７：ΔＱ＝０）、開度制御部１９Ａ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Ｓ１００に戻る。 After that, the opening degree control unit 19A calculates the flow rate deviation ΔQ=Q−Qref between Q and Qref (step S106), and compares ΔQ with zero (step S107).
Here, when ΔQ is equal to zero and ΔQ=0 (step S107: ΔQ=0), the opening control unit 19A does not change the valve opening, but the target flow rate value Qref does not change. However, since the current flow rate value Q changes depending on the state of the pipeline, the process returns to step S100.

一方、ΔＱがゼロより小さくΔＱ＜０である場合（ステップＳ１０７：ΔＱ＜０）、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することにより、モータ１３をΔＱに相当する弁開度分だけ開方向に駆動し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１００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Ｓ１０７：ΔＱ＞０）、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することにより、モータ１３をΔＱに相当する弁開度分だけ閉方向に駆動し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１００に戻る。 On the other hand, when ΔQ is smaller than zero and ΔQ<0 (step S107: ΔQ<0), the opening degree control unit 19A outputs a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 to set the motor 13 to ΔQ. The valve is driven in the opening direction by a corresponding valve opening amount (step S108), and the process returns to step S100.
If ΔQ is greater than zero and ΔQ>0 (step S107: ΔQ>0), the opening control unit 19A outputs a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12 to set the motor 13 to ΔQ. The valve is driven in the closing direction by the corresponding valve opening amount (step S109), and the process returns to step S100.

［劣化指標処理動作］
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の動作について説明する。図４は、劣化指標処理を示すフローチャートである。図５は、劣化指標処理動作を示す説明図である。
制御回路１９は、動力伝達部１４の劣化指標を計算する際、図４の劣化指標処理を実行する。 [Degradation index processing operation]
Next, the operation of the electric actuator 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a flowchart showing the deterioration index processing. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the deterioration index processing operation.
The control circuit 19 executes the deterioration index process of FIG. 4 when calculating the deterioration index of the power transmission unit 14.

まず、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、出力軸１６の回動を開始する（ステップＳ１５０）。
その後、劣化指標処理部１９Ｂは、計測タイミングが到来するまで待機（ステップＳ１５１：ＮＯ）、計測タイミングが到来した時点で（ステップＳ１５１：ＹＥＳ）、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａｘを取得する（ステップＳ１５２）。 First, the opening degree control unit 19A drives the motor 13 by outputting a predetermined motor control signal to the motor drive circuit 12, and starts the rotation of the output shaft 16 (step S150).
After that, the deterioration index processing unit 19B waits until the measurement timing arrives (step S151: NO), and when the measurement timing arrives (step S151: YES), from the output side sensor output value Sa of the output side angle sensor 17A. The obtained output side opening degree θax is acquired (step S152).

続いて、劣化指標処理部１９Ｂは、計測タイミングが到来した時点にモータ１３に流れたモータ電流に基づいて、モータ１３のモータトルクＴｍを計算するとともに（ステップＳ１５３）、リターンスプリング１５のばね定数ｋと出力側開度θａｘとに基づいて、リターンスプリング１５のスプリングトルクＴｓを計算する（ステップＳ１５４）。
この後、劣化指標処理部１９Ｂは、モータトルクＴｍとスプリングトルクＴｓとに基づいて、動力伝達部１４および弁体２２の劣化指標として、動力伝達部１４および弁体２２にかかる負荷トルクＴｑを計算する（ステップＳ１５５）。 Subsequently, the deterioration index processing unit 19B calculates the motor torque Tm of the motor 13 based on the motor current flowing through the motor 13 at the time when the measurement timing arrives (step S153), and the spring constant k of the return spring 15 is calculated. And the spring torque Ts of the return spring 15 is calculated based on the output side opening degree θax (step S154).
Thereafter, the deterioration index processing unit 19B calculates the load torque Tq applied to the power transmission unit 14 and the valve body 22 as the deterioration index of the power transmission unit 14 and the valve body 22 based on the motor torque Tm and the spring torque Ts. Yes (step S155).

回動中の出力軸１６が任意の開度を通過する時点において、モータ１３、動力伝達部１４、リターンスプリング１５、および弁体２２で発生するそれぞれのトルクは、互いにつりあった状態にあり、これらトルクの総和はゼロとなる。図５に示すように、例えば、出力側開度θａｘにおいて、モータ１３のモータトルクをＴｍとし、リターンスプリング１５のスプリングトルクをＴｓとし、動力伝達部１４における動力伝達トルクをＴｄとし、弁体２２の弁体トルクをＴｖとした場合、出力側開度θａｘにおけるこれらトルクのつり合いは、次の式（１）で表される。 At the time when the rotating output shaft 16 passes an arbitrary opening degree, the respective torques generated by the motor 13, the power transmission unit 14, the return spring 15, and the valve body 22 are in a state of being balanced with each other. The total torque becomes zero. As shown in FIG. 5, for example, at the output side opening θax, the motor torque of the motor 13 is Tm, the spring torque of the return spring 15 is Ts, the power transmission torque in the power transmission unit 14 is Td, and the valve body 22 When the valve body torque of the above is Tv, the balance of these torques at the output side opening degree θax is expressed by the following equation (1).

一方、リターンスプリング１５のばね定数をｋとした場合、出力側開度θａｘにおけるスプリングトルクＴｓは、次の式（２）で表される。 On the other hand, when the spring constant of the return spring 15 is k, the spring torque Ts at the output side opening θax is represented by the following equation (2).

したがって、これら式（１）および式（２）とに基づいて、負荷トルクＴｑは、次の式（３）で表される。 Therefore, the load torque Tq is expressed by the following equation (3) based on these equations (1) and (2).

この後、劣化指標処理部１９Ｂは、得られた負荷トルクＴｑと予め設定されている負荷トルクＴｑの正常範囲Ｅとを比較し（ステップＳ１５６）、負荷トルクＴｑが正常範囲Ｅ内である場合には（ステップＳ１５６：ＹＥＳ）、動力伝達部１４および弁体２２の劣化状態は正常であると判定し（ステップＳ１５７）、一連の劣化指標処理を終了する。正常範囲Ｅについては、動力伝達部１４および弁体２２の設計時に算出した、負荷トルクＴｑの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。 Then, the deterioration index processing unit 19B compares the obtained load torque Tq with a preset normal range E of the load torque Tq (step S156), and when the load torque Tq is within the normal range E, (Step S156: YES), it is determined that the deterioration states of the power transmission unit 14 and the valve body 22 are normal (step S157), and a series of deterioration index processing is ended. The normal range E may be determined based on the initial value of the load torque Tq and the allowable range calculated when the power transmission unit 14 and the valve body 22 are designed.

一方、負荷トルクＴｑが正常範囲Ｅ外である場合には（ステップＳ１５６：ＮＯ）、動力伝達部１４または弁体２２の劣化状態は異常であると判定し（ステップＳ１５８）、一連の劣化指標処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、劣化指標処理部１９ＢがＬＣＤやＬＥＤを用いた表示部（図示せず）でアラーム表示してもよく、データ通信により上位装置へ通知してもよい。 On the other hand, when the load torque Tq is out of the normal range E (step S156: NO), it is determined that the deterioration state of the power transmission unit 14 or the valve body 22 is abnormal (step S158), and a series of deterioration index processes. To finish. The obtained deterioration state determination result may be displayed as an alarm by the deterioration index processing unit 19B on a display unit (not shown) using an LCD or an LED, or may be notified to a host device by data communication.

この際、劣化指標処理部１９Ｂが、負荷トルクＴｑの経時変化を定期的に計算し、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。さらには、劣化指標処理部１９Ｂが、計算した負荷トルクＴｑを記憶回路１８に時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来の負荷トルクＴｑの推定値Ｔｑ’推定し、推定値Ｔｑ’が正常範囲Ｅから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、動力伝達部１４および弁体２２の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。 At this time, the deterioration index processing unit 19B may periodically calculate a temporal change of the load torque Tq and sequentially notify the host device by data communication. Further, the deterioration index processing unit 19B sequentially stores the calculated load torque Tq in the storage circuit 18 as time series data, and based on the approximate function generated from this time series data, the estimated value Tq of the future load torque Tq. It is also possible to predict the time when the “estimated value Tq” deviates from the normal range E as a caution point. This makes it possible to predict the deterioration time of the power transmission unit 14 and the valve body 22, that is, the replacement time.

［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、開度制御部１９Ａが、モータ１３を駆動制御して、任意の制御開度θａに出力軸１６を回動し、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６を回動中の所定の計測タイミングにリターンスプリング１５およびモータ１３に生じたスプリングトルクＴｓおよびモータトルクＴｍに基づいて、動力伝達部１４および弁体２２の劣化指標として、動力伝達部１４および弁体２２にかかる負荷トルクＴｑを計算するようにしたものである。 [Effects of this Embodiment]
As described above, in the present embodiment, the opening degree control unit 19A drives and controls the motor 13 to rotate the output shaft 16 to an arbitrary control opening degree θa, and the deterioration index processing unit 19B causes the output shaft 16 to rotate. Based on the spring torque Ts and the motor torque Tm generated in the return spring 15 and the motor 13 at a predetermined measurement timing during rotation of the engine, the power transmission unit 14 and the valve body 22 are used as deterioration indicators of the power transmission unit 14 and the valve body 22. The load torque Tq applied to 22 is calculated.

流量制御バルブや風量調整ダンパーなどの操作端が、保証期間を超えて長期にわたり使用された場合、動力伝達部１４や弁体２２が劣化して変形、故障、経年変化などにより設計当初の性能が得られない場合も考えられる。設計当初の性能が得られない場合、電動アクチュエータ１０から弁体２２を精度よく開閉制御できなくなったり、電源供給遮断時、リターンスプリング１５の復帰力により、出力軸１６を全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで確実に戻せなくなったりする可能性がある。このため、動力伝達部１４や弁体２２の劣化状態を把握しておくことが重要となる。 If the operation end such as the flow control valve or the air flow adjustment damper is used for a long period beyond the warranty period, the power transmission unit 14 and the valve body 22 deteriorate and deform, malfunction, secular change, etc. There may be cases where you cannot obtain it. If the performance at the beginning of the design cannot be obtained, the electric actuator 10 cannot control the opening/closing of the valve body 22 with high accuracy, and the return force of the return spring 15 causes the output shaft 16 to be in the fully closed position or the fully opened position when the power supply is cut off. There is a possibility that it may not be possible to reliably return to the predetermined rotation position of. Therefore, it is important to understand the deterioration state of the power transmission unit 14 and the valve body 22.

本実施の形態によれば、動力伝達部１４および弁体２２の劣化指標として、動力伝達部１４および弁体２２にかかる負荷トルクＴｑを容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、動力伝達部１４および弁体２２の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、出力側角度センサ１７Ａ、制御回路１９など、電動アクチュエータ１０の既存構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータ１０の信頼性を高めることが可能となる。 According to the present embodiment, since the load torque Tq applied to the power transmission unit 14 and the valve body 22 can be easily grasped as the deterioration index of the power transmission unit 14 and the valve body 22, the deviation width from the initial design value can be obtained. Accordingly, the deteriorated states of the power transmission unit 14 and the valve body 22 can be easily grasped. Therefore, when the deviation width becomes large and the deterioration progresses, appropriate measures can be taken before a failure occurs, and extremely effective predictive maintenance can be realized. As a result, it is possible to provide a certain degree of reliability even when assuming long-term use beyond the warranty period. In addition, the deterioration index can be easily calculated by using the existing configuration of the electric actuator 10 such as the output side angle sensor 17A and the control circuit 19, and the reliability of the electric actuator 10 can be maintained without increasing the circuit scale or the product cost. It is possible to improve the sex.

また、負荷トルクＴｑの経時変化を、劣化指標処理部１９Ｂや上位装置でモニタすることにより、動力伝達部１４や弁体２２の劣化時期すなわち交換時期を予測でき、流量制御バルブや風量調整ダンパーなどの予知保全に極めて有用である。また、劣化指標計算時には、弁体２２の開度が一時的に変化するものの、その所要時間は、出力側角度センサ１７Ａで開度を検出するという、極めて短い時間で済むため、アプリケーションによっては、通常の運転動作中であっても劣化指標計算を行うことができる。したがって、劣化指標処理動作を定期的に実行することにより、動力伝達部１４や弁体２２の劣化状態の変化をいち早く検出でき、迅速な対応をとることが可能となる。 Further, by monitoring the change over time of the load torque Tq with the deterioration index processing unit 19B and the host device, the deterioration time of the power transmission unit 14 and the valve body 22, that is, the replacement time can be predicted, and the flow control valve, the air volume adjustment damper, etc. It is extremely useful for predictive maintenance of. Further, when the deterioration index is calculated, the opening degree of the valve body 22 is temporarily changed, but the required time is very short, that is, the opening degree is detected by the output side angle sensor 17A. Therefore, depending on the application, The deterioration index calculation can be performed even during normal operation. Therefore, by periodically executing the deterioration index processing operation, it is possible to quickly detect changes in the deterioration state of the power transmission unit 14 and the valve body 22, and it is possible to take prompt action.

また、本実施の形態において、出力軸１６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１７Ａをさらに備え、劣化指標処理部１９Ｂが、計測タイミングに出力側角度センサ１７Ａで検出された制御開度θａとリターンスプリング１５のばね定数とに基づいて、スプリングトルクＴｓを計算するようにしてもよい。これにより、出力側角度センサ１７Ａという極めて簡素な構成でスプリングトルクＴｓを計算できる。 Further, in the present embodiment, the output side angle sensor 17A for detecting the rotation angle of the output shaft 16 as the output side opening is further provided, and the deterioration index processing unit 19B is detected by the output side angle sensor 17A at the measurement timing. The spring torque Ts may be calculated based on the control opening θa and the spring constant of the return spring 15. As a result, the spring torque Ts can be calculated with the extremely simple configuration of the output side angle sensor 17A.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂが、計測タイミングにモータ１３に流れたモータ電流に基づいて、モータトルクＴｍを計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理でモータトルクＴｍを計算することができる。 Further, in the present embodiment, the deterioration index processing unit 19B may calculate the motor torque Tm based on the motor current flowing through the motor 13 at the measurement timing. As a result, the motor torque Tm can be calculated by extremely simple calculation processing.

また、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂが、モータトルクをＴｍとし、計測タイミングにおける出力軸１６の出力側開度をθａｘとし、リターンスプリング１５のばね定数をｋとした場合、負荷トルクＴｑを次の式、Ｔｑ＝−Ｔｍ−ｋ×θａで計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理で負荷トルクＴｑを計算することができる。 Further, in the present embodiment, when the deterioration index processing unit 19B sets the motor torque as Tm, the output side opening degree of the output shaft 16 at the measurement timing as θax, and the spring constant of the return spring 15 as k, the load torque You may make it calculate Tq by the following formula, Tq=-Tm-kx(theta)a. As a result, the load torque Tq can be calculated by extremely simple calculation processing.

［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。 [Expansion of Embodiment]
Although the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, the present invention is not limited to the above exemplary embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

１０…電動アクチュエータ、１１…設定回路、１２…モータ駆動回路、１３…モータ、１３Ａ…シャフト、１４…動力伝達部、１５…リターンスプリング、１６…出力軸、１７Ａ…出力側角度センサ、１８…記憶回路、１９…制御回路、１９Ａ…開度制御部、１９Ｂ…劣化指標処理部、２０…弁本体、２１…流路、２２…弁体、２３…内壁、２４…本体上面、２６…弁軸、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…流量偏差、Ｓａ…出力側センサ出力値、Ｓｂ…出力側出力基準値、Ｔｘ…検出温度、Ｐ１…一次側圧力、Ｐ２…二次側圧力、ΔＰ…差圧、θａ，θａｘ…出力側開度、Ｔｍ…モータトルク、Ｔｄ…動力伝達トルク、Ｔｓ…スプリングトルク、Ｔｖ…弁体トルク、Ｔｑ…負荷トルク。 10... Electric actuator, 11... Setting circuit, 12... Motor drive circuit, 13... Motor, 13A... Shaft, 14... Power transmission part, 15... Return spring, 16... Output shaft, 17A... Output side angle sensor, 18... Memory Circuit, 19... Control circuit, 19A... Opening control section, 19B... Deterioration index processing section, 20... Valve body, 21... Flow path, 22... Valve body, 23... Inner wall, 24... Main body upper surface, 26... Valve shaft, 30... Joint, 31... Yoke, S1, S2... Pressure sensor, S3... Temperature sensor, Qref... Flow rate target value, Q... Current flow rate value, .DELTA.Q... Flow rate deviation, Sa... Output side sensor output value, Sb... Output side output Reference value, Tx... Detected temperature, P1... Primary pressure, P2... Secondary pressure, ΔP... Differential pressure, θa, θax... Output opening, Tm... Motor torque, Td... Power transmission torque, Ts... Spring torque , Tv... valve torque, Tq... load torque.

Claims (7)

弁体を回動するための出力軸と、
動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、
前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、
前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、
前記制御回路は、
前記モータを駆動制御して前記出力軸を回動する開度制御部と、
前記出力軸を回動中の所定の計測タイミングに前記リターンスプリングおよび前記モータに生じた、スプリングトルクおよびモータトルクに基づいて、前記動力伝達部および前記弁体の劣化指標として、前記動力伝達部および前記弁体にかかる負荷トルクを計算する劣化指標処理部とを有する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。 An output shaft for rotating the valve body,
A motor that rotates the output shaft via a power transmission unit,
A control circuit for controlling the opening degree of the valve body by controlling the drive of the motor;
A return spring that is attached to the output shaft and returns the output shaft to a predetermined opening position by its own restoring force when the power is cut off;
The control circuit is
An opening degree control unit that drives and controls the motor to rotate the output shaft,
Based on the spring torque and the motor torque generated in the return spring and the motor at a predetermined measurement timing during rotation of the output shaft, the power transmission unit and the valve body are used as a deterioration index of the power transmission unit and the valve body. An electric actuator comprising: a deterioration index processing unit that calculates a load torque applied to the valve element. 請求項１に記載の電動アクチュエータにおいて、
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をさらに備え、
前記劣化指標処理部は、前記計測タイミングに前記出力側角度センサで検出された出力側開度と、前記リターンスプリングのばね定数とに基づいて、前記スプリングトルクを計算する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。 The electric actuator according to claim 1,
Further comprising an output side angle sensor for detecting a rotation angle of the output shaft as an output side opening degree,
The deterioration index processing unit calculates the spring torque based on an output-side opening detected by the output-side angle sensor at the measurement timing and a spring constant of the return spring. .. 請求項１または請求項２に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記計測タイミングに前記モータに流れたモータ電流に基づいて、前記モータトルクを計算することを特徴とする電動アクチュエータ。 The electric actuator according to claim 1 or 2,
The electric actuator, wherein the deterioration index processing unit calculates the motor torque based on a motor current flowing through the motor at the measurement timing. 請求項１に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記劣化指標処理部は、前記モータトルクをＴｍとし、前記計測タイミングにおける前記出力軸の出力側開度をθａｘとし、前記リターンスプリングのばね定数をｋとした場合、前記負荷トルクＴｑを次の式で計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
Ｔｑ＝−Ｔｍ−ｋ×θａｘ The electric actuator according to claim 1,
When the motor torque is Tm, the output side opening of the output shaft at the measurement timing is θax, and the spring constant of the return spring is k, the deterioration index processing unit calculates the load torque Tq by the following equation. An electric actuator characterized by being calculated by.
Tq=−Tm−k×θax 弁体を回動するための出力軸と、動力伝達部を介して前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、
前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して前記出力軸を回動する開度制御ステップと、
前記制御回路の劣化指標処理部が、前記出力軸を回動中の所定の計測タイミングに前記リターンスプリングおよび前記モータに生じた、スプリングトルクおよびモータトルクに基づいて、前記動力伝達部および前記弁体の劣化指標として、前記動力伝達部および前記弁体にかかる負荷トルクを計算する劣化指標処理ステップと
を備えることを特徴とする劣化指標計算方法。 An output shaft for rotating the valve body, a motor for rotating the output shaft via a power transmission unit, a control circuit for controlling the opening of the valve body by drivingly controlling the motor, A deterioration index calculation method used in an electric actuator, which is attached to an output shaft and includes a return spring that returns the output shaft to a predetermined opening position by its own restoring force when the power is shut off,
An opening control step in which the opening control section of the control circuit drives and controls the motor to rotate the output shaft,
The deterioration index processing unit of the control circuit, based on spring torque and motor torque generated in the return spring and the motor at a predetermined measurement timing while rotating the output shaft, the power transmission unit and the valve body. And a deterioration index processing step of calculating a load torque applied to the power transmission unit and the valve body as the deterioration index. 請求項５に記載の劣化指標計算方法において、
前記劣化指標処理ステップは、前記計測タイミングに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で検出された出力側開度と、前記リターンスプリングのばね定数とに基づいて、前記スプリングトルクを計算するステップを含むことを特徴とする劣化指標計算方法。 In the deterioration index calculation method according to claim 5,
The deterioration index processing step is based on an output side opening detected by an output side angle sensor that detects a rotation angle of the output shaft as an output side opening at the measurement timing, and a spring constant of the return spring. And a deterioration index calculation method comprising the step of calculating the spring torque. 請求項６に記載の劣化指標計算方法において、
前記劣化指標処理ステップは、前記計測タイミングに前記モータに流れたモータ電流に基づいて、前記モータトルクを計算するステップを含むことを特徴とする劣化指標計算方法。 In the deterioration index calculation method according to claim 6,
The deterioration index calculating step includes a step of calculating the motor torque based on a motor current flowing through the motor at the measurement timing.

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