JPH10164878A - ブレーキ機構および電動アクチュエータ - Google Patents
ブレーキ機構および電動アクチュエータInfo
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Abstract
型構造で大きな制動力を得る。操作端(バルブ、ダンパ
など)のリターン時間を可変できるようにする。 【解決手段】 DCモータ構造14の出力軸をリターン
用スプリングが付設されたバルブへの動力の伝達経路中
に回転結合する。DCモータ構造14の端子14−7
a,14−7b間をブレーキ回路15において短絡す
る。DCモータ構造14の出力軸が外力Fによって回転
すると、発電機となり、逆起電力が生じる。この場合、
DCモータ構造14の電機子コイル14−3に生じる電
流Iは、端子14−7a,14−7b間が短絡されてい
るため、電機子コイル14−3に回流される。これによ
り、フレミングの左手の法則が適用され、外力Fによる
回転方向とは逆方向のブレーキトルクTBが発生する。
Description
リングが設けられたバルブやダンパ等の操作端の動作速
度を抑制するブレーキ機構、およびこのブレーキ機構を
適用してなる電動アクチュエータに関するものである。
として、操作端をバルブやダンパとしたスプリングリタ
ーン形のアクチュエータが用いられている。このスプリ
ングリターン形アクチュエータでは、駆動用モータの回
転力を減速機構を介して操作端へ伝達することにより、
トルクを増加させ、操作端すなわちバルブやダンパの開
閉動作を行う。バルブやダンパにはリターン用スプリン
グが設けられており、停電などにより駆動用モータに電
源が供給されない場合、リターン用スプリングの力(復
帰力)によって強制的に全閉又は全開とされる。この強
制的に全閉又は全閉とされるリターン動作中、全閉又は
全開時の衝撃を和らげるために、制動力(ブレーキトル
ク)を働かせている。このリターン動作中の制動方式と
して、おもりによる慣性ブレーキ方式、摩擦を利用
したガバナ方式、空気抵抗を利用した羽根車方式など
がある。
方式では、操作端への動力の伝達経路中にブレーキ機構
1を回転結合し(図16(a)参照)、このブレーキ機
構1の円盤1−1上におもり1−2A,1−2Bを配置
し、このおもり1−2A,1−2Bをばね1−3A,1
−3Bを介して回転中心に繋ぎ止めておく。これによ
り、リターン動作中の慣性モーメントを増加させ、操作
端の動作速度の上昇を抑える。この場合、慣性モーメン
トは遠心力すなわち速度により可変させることが可能で
あり、ブレーキトルクTBは、図16(b)に示すよう
に、回転数Nに対してほゞ一定となるものと推定され
る。したがって、リターン開始からリターン終了までの
操作端の動作速度(リターン速度)は、図16(c)に
示すような特性となると考えられる。
では、操作端への動力の伝達経路中にブレーキ機構2を
回転結合し(図17(a)参照)、このブレーキ機構2
のケース2−1内にドラム2−2A,2−2Bを配置
し、このドラム2−2A,2−2Bをばね2−3A,2
−3Bを介して回転中心に繋ぎ止めておく。これによ
り、リターン動作中にドラム2−2A,2−2Bが遠心
力によって外周方向へ引っ張られ、ケース2−1との間
に摩擦が生じ、操作端の動作速度の上昇を抑える。この
場合、ブレーキトルクTBは、図17(b)に示すよう
に、ドラム2−2A,2−2Bがケース2−1と摩擦を
始める回転数N0から、回転数Nにほゞ比例して増加す
るものと推定される。したがって、リターン開始からリ
ターン終了までの操作端のリターン速度は、図17
(c)に示すような特性となると考えられる。
方式では、操作端への動力の伝達経路中に、ブレーキ機
構3を回転結合する(図18(a)参照)。ブレーキ機
構3には羽根車3−1を設ける。これにより、リターン
動作中に羽根車3−1が回転し、空気抵抗による制動力
が生じ、操作端の動作速度の上昇を抑える。この場合、
ブレーキトルクTBは、図18(b)に示すように、回
転数Nにほゞ比例して増加するものと推定される。した
がって、リターン開始からリターン終了までの操作端の
リターン速度は、図18(c)に示すような特性となる
と考えられる。
うな従来のスプリングリターン形アクチュエータによる
と、の慣性ブレーキ方式では、回転数Nに比例した制
動力が得られないため、操作端のリターン動作時に安定
した動作速度を得ることができない。また、のガバナ
方式では、制動力を発生させる部位が摩擦であるため、
摩耗による性能劣化がある。また、の羽根車方式で
は、形状に対して得られる制動力に限界があり、大きな
制動力を得られなかったり、大きな制動力を得るには形
状が大きくなってしまう。また、何れの方式において
も、操作端のリターン時間を可変するには、構造的にか
なり複雑になってしまう。
なされたもので、その目的とするところは、回転数に比
例した制動力を安定的に得ることができ、また小型構造
で大きな制動力を得ることができ、操作端のリターン時
間を可変することも可能なブレーキ機構および電動アク
チュエータを提供することにある。
るために、第1発明(請求項1に係る発明)は、リター
ン用スプリングが設けられた操作端への動力の伝達経路
中にその出力軸が回転結合されたモータ構造と、このモ
ータ構造に少なくとも操作端のリターン動作時その回転
方向とは逆方向のトルクを発生させて操作端の動作速度
を抑制するブレーキ手段とを設けたものである。この発
明によれば、少なくとも操作端のリターン動作中(還方
向動作中)、その回転方向とは逆方向のトルクがモータ
構造に発生し、操作端の動作速度が抑制される。第2発
明(請求項2に係る発明)は、第1発明において、ブレ
ーキ手段をモータ構造の両端子間を短絡する短絡回路と
したものである。この発明によれば、モータ構造の両端
子間が短絡されることにより、操作端の動作中(往方向
および還方向動作中)、その回転方向とは逆方向の回転
数に比例したトルクがモータ構造に発生し、操作端の動
作速度が抑制される。
発明において、ブレーキ手段をモータ構造の両端子間に
挿入接続される抵抗素子としたものである。この発明に
よれば、モータ構造の両端子間が抵抗素子を介して接続
されることにより、操作端の動作中(往方向および還方
向動作中)、その回転方向とは逆方向の回転数に比例し
たトルクがモータ構造に発生し、操作端の動作速度が抑
制される。この場合、抵抗素子の値により、所定の制動
特性(回転数−ブレーキトルク)を得ることができる。
第4発明(請求項4に係る発明)は、第1発明におい
て、ブレーキ手段をモータ構造の両端子間に挿入接続さ
れる可変抵抗素子としたものである。この発明によれ
ば、モータ構造の両端子間が可変抵抗素子を介して接続
されることにより、操作端の動作中(往方向および還方
向動作中)、その回転方向とは逆方向の回転数に比例し
たトルクがモータ構造に発生し、操作端の動作速度が抑
制される。この場合、可変抵抗素子の値を変えることに
より、所望の制動特性(回転数−ブレーキトルク)を得
ることができる。
発明において、ブレーキ手段をモータ構造の両端子間に
挿入接続される整流素子としたものである。この発明に
よれば、モータ構造の両端子間が整流素子を介して接続
されることにより、操作端のリターン動作中(還方向動
作中)、その回転方向とは逆方向の回転数に比例したト
ルクがモータ構造に発生し、操作端の動作速度が抑制さ
れる。この場合、操作端の往方向動作中、その回転方向
とは逆方向のトルクはモータ構造に殆ど発生しない。第
6発明(請求項6に係る発明)は、第1発明において、
ブレーキ手段をモータ構造の両端子間に挿入接続される
定電圧素子としたものである。この発明によれば、例え
ば定電圧素子をツェナーダイオードとした場合、操作端
のリターン動作中(還方向動作中)、その回転数が所定
回転数を超えている場合に、その回転方向とは逆方向の
回転数に比例したトルクをモータ構造に発生させる一
方、往方向動作中、その回転方向とは逆方向の回転数に
比例したトルクをモータ構造に発生させるようにするこ
とが可能となる。
発明において、ブレーキ手段をモータ構造の両端子間に
挿入接続される定電流素子としたものである。この発明
によれば、例えば定電流素子を定電流ダイオードとした
場合、操作端のリターン動作中(還方向動作中)、その
回転数が所定回転数を超えていない場合、その回転方向
とは逆方向の回転数に比例したトルクをモータ構造に発
生させ、その回転数が所定回転数を超えている場合、そ
の回転方向とは逆方向の一定値のトルクをモータ構造に
発生させ、操作端の往方向動作中、その回転方向とは逆
方向の回転数に比例したトルクをモータ構造に発生させ
るようにすることが可能となる。第8発明(請求項8に
係る発明)は、第1発明において、ブレーキ手段をモー
タ構造の両端子間に挿入接続される発光素子としたもの
である。この発明によれば、例えば発光素子を発光ダイ
オードとした場合、モータ構造の両端子間が発光ダイオ
ードを介して接続されることにより、操作端のリターン
動作中(還方向動作中)、発光ダイオードが発光すると
共に、その回転方向とは逆方向の回転数に比例したトル
クがモータ構造に発生し、操作端の動作速度が抑制され
る。この場合、操作端の往方向動作中、その回転方向と
は逆方向のトルクはモータ構造に発生しない。
ーン用スプリングが設けられた操作端と、この操作端に
減速歯車列および外付けあるいは内蔵のクラッチを介し
てその出力軸が回転結合される駆動用モータと、この駆
動用モータの回転方向を切り換える動作切換スイッチ
と、駆動用モータへの供給電源を分岐入力としクラッチ
を接状態とするクラッチ駆動回路とを備えた電動アクチ
ュエータにおいて、減速歯車列を介する駆動用モータか
らの操作端への動力の伝達経路中にその出力軸が回転結
合されたモータ構造と、このモータ構造に少なくとも操
作端のリターン動作時その回転方向とは逆方向のトルク
を発生させて操作端の動作速度を抑制するブレーキ手段
とを設け、このブレーキ手段を第2〜第8発明における
何れかのブレーキ手段としたものである。この発明によ
れば、駆動用モータへの供給電源が断となると、クラッ
チの接状態が解除され、駆動用モータの出力軸と操作端
との減速歯車列を介する回転結合が切り離され、リター
ン用スプリングの復帰力によって操作端がリターン動作
する。このとき、モータ構造の出力軸が回転し、このモ
ータ構造にその回転方向とは逆方向のトルクが発生し
て、操作端の動作速度が抑制される。
リターン用スプリングが設けられた操作端と、この操作
端に減速歯車列を介してその出力軸が回転結合された駆
動用モータと、この駆動用モータへの電源の供給通路に
設けられたオン・オフスイッチとを備えた電動アクチュ
エータにおいて、オン・オフスイッチがオフとされた場
合に駆動用モータのモータ構造にその回転方向とは逆方
向のトルクを発生させて操作端の動作速度を抑制するブ
レーキ手段を設け、このブレーキ手段を第2〜第8発明
における何れかのブレーキ手段としたものである。この
発明によれば、オン・オフスイッチがオフとされると、
駆動用モータへの電源が遮断され、リターン用スプリン
グの復帰力によって操作端がリターン動作する。このと
き、駆動用モータの出力軸が回転し、この駆動用モータ
のモータ構造にその回転方向とは逆方向のトルクが発生
して、操作端の動作速度が抑制される。
き詳細に説明する。 〔実施の形態1〕図2はこの発明の一実施の形態を示す
電動アクチュエータ(スプリングリターン形アクチュエ
ータ)の要部構成を示す図である。同図において、10
は操作端としてのバルブ、11はバルブ10に付設され
たリターン用スプリング、12は駆動用モータ、13は
減速歯車列、14はDCモータ構造、15はブレーキ回
路である。
シンクロモータを使用しており、クラッチ接状態におい
てその出力軸12−1がバルブ10に減速歯車列13を
介して回転結合される。減速歯車列13は、駆動用モー
タ12の出力軸12−1に圧嵌されたピニオン12−2
と噛合する第1の減速歯車13−1と、この減速歯車1
3−1に噛合する第2の減速歯車13−2と、この減速
歯車13−2に噛合する第3の減速歯車13−3と、こ
の減速歯車13−3に噛合する第4の減速歯車13−4
とから構成される。なお、駆動用モータ12としてクラ
ッチが内蔵されていないものを使用する場合には、クラ
ッチを外付けする。
1(a)に示すように、フィールド磁石14−1,14
−2と、電機子コイル14−3と、ブラシ14−4とを
備えている。電機子コイル14−3が巻装されたアマチ
ュア(図示せず)の回転軸(出力軸)14−5にはピニ
オン14−6が圧嵌されており、このピニオン14−6
を減速歯車13−1に噛合させている。すなわち、モー
タ構造14の出力軸14−5は、減速歯車列13を介す
る駆動用モータ12からのバルブ10への動力の伝達経
路中に回転結合されている。また、DCモータ構造14
のブラシ14−4に接続された端子14−7a,14−
7bは、ブレーキ回路15において短絡されている。
エータの電気回路図である。同図において、12−3は
駆動用モータ12のモータコイル、12−4は駆動用モ
ータ12に内蔵されたクラッチ用コイル、16は駆動用
モータ12の回転方向を切り換えるための動作切換スイ
ッチ、17は駆動用モータ12への供給電源(交流電
源)を分岐入力とし、クラッチ用コイル12−4への直
流電源を生成する整流回路である。整流回路17とクラ
ッチ用コイル12−4とによってクラッチ駆動回路が構
成されている。
ながら、このスプリングリターン形アクチュエータの動
作について説明する。なお、ここでは、バルブ10を比
例弁とした場合について説明する。また、駆動用モータ
12として、クラッチ接状態のいてモータへの通電がな
いとき、そのモータ自身の保持トルクによりバルブ10
の位置を確保することのできるものを用いる。また、動
作切換スイッチ16として、A側(クローズ側),B側
(オープン側)の他、中間位置(ニュートラル)Cにも
切換可能なものを用いる。
源が供給状態(図4(a))、動作切換スイッチ16が
ニュートラル位置C(図4(b))、バルブ10の開度
が50%の状態(図4(c))にあるものとする。この
場合、整流回路17を介してクラッチ用コイル12−4
へ直流電源が供給されており、駆動用モータ12に内蔵
されているクラッチが接状態とされていることにより、
モータ自身の保持トルクによりバルブ10の開度が50
%の状態として確保されている。
1点において、動作切換スイッチ16がA側とされる
と、駆動用モータ12が逆回転し、この逆回転力が減速
歯車列13を介してバルブ10へ伝達され、バルブ10
が閉方向へ動作する。この時、DCモータ構造14で
は、駆動用モータ12からの逆回転力が減速歯車13−
1を介して伝達され、その出力軸14−5が回転する。
力Fによって回転すると、発電機となり、逆起電力が生
じる。この場合、DCモータ構造14の電機子コイル1
4−3に生じる電流Iは、このDCモータ構造14の端
子14−7aと14−7bとがブレーキ回路15におい
て短絡されているため、電機子コイル14−3に回流さ
れる。これにより、フレミングの左手の法則が適用さ
れ、外力Fによる回転方向とは逆方向のトルク(ブレー
キトルク)TBが発生する。
からの逆回転力を外力FとしてDCモータ構造14の出
力軸14−5が回転すると、この外力Fによる回転方向
とは逆方向のブレーキトルクTBが発生する(図4
(d)に示すt1〜t2)。このブレーキトルクTBは
回転数Nに比例する(図1(b)参照)。但し、この時
の回転数Nは小さいので、ブレーキトルクTBはそれほ
ど強くない。
イッチ16がニュートラル位置Cとされたため、駆動用
モータ12の逆回転動作が停止する。この例では、バル
ブ10の開度が20%の位置で停止し、駆動用モータ1
2の保持トルクによってこの開度20%の状態が保持さ
れる。なお、駆動用モータ12の停止によって、DCモ
ータ構造14に生じていた逆起電力は消滅し、ブレーキ
トルクTBもなくなる。
3点において、動作切換スイッチ16がB側とされる
と、駆動用モータ12が正回転し、この正回転力が減速
歯車列13を介してバルブ10へ伝達され、バルブ10
が開方向へ動作する。この時、DCモータ構造14で
は、駆動用モータ12からの正回転力が減速歯車13−
1を介して伝達され、その出力軸14−5が回転する。
の逆回転時と同様にして、駆動用モータ12からの正回
転力を外力Fとして、フレミングの左手の法則が適用さ
れ、DCモータ構造14に外力Fによる回転方向とは逆
方向のブレーキトルクTBが発生する(図4(d)に示
すt3〜t4)。このブレーキトルクTBは回転数Nに
比例する(図1(c)参照)。但し、この時の回転数N
は小さいので、ブレーキトルクTBはそれほど強くな
い。
イッチ16がニュートラル位置Cとされたため、駆動用
モータ12の正回転動作が停止する。この例では、バル
ブ10の開度が80%の位置で停止し、駆動用モータ1
2の保持トルクによってこの開度80%の状態が保持さ
れる。なお、駆動用モータ12の停止によって、DCモ
ータ構造14に生じていた逆起電力は消滅し、ブレーキ
トルクTBもなくなる。
て、停電となり、駆動用モータ12への交流電源が断た
れたとする。この場合、動作切換スイッチ16はニュー
トラル位置Cにあるので駆動用モータ12は停止してい
るが、電源オフによってクラッチ用コイル12−4への
直流電源の供給が遮断されるのでクラッチが切状態とな
る。これにより、駆動モータ12による保持トルクがな
くなり、リターン用スプリング11の復帰力により、バ
ルブ10は閉方向に高速でリターンしようとする。
は、リターン用スプリング11の復帰力が減速歯車列1
3を介して伝達され、その出力軸14−5が回転する。
したがって、この場合、リターン用スプリング11から
の復帰力Fによる回転方向とは逆方向のブレーキトルク
TBがモータ構造14に発生する(図4(d)に示すt
5〜t6)。このブレーキトルクTBは回転数Nに比例
する(図1(b)参照)。この時の回転数Nは大きいの
で、ブレーキトルクTBは強く、バルブ10のリターン
速度は大きく緩和される。
了までのバルブ10のリターン速度は、図1(d)に示
すような特性となる。なお、リターン終了では、開度0
%の位置でバルブ10が停止する(図1(c)に示すt
6点)。このバルブ10の停止によって、DCモータ構
造14に生じていた逆起電力は消滅し、ブレーキトルク
TBもなくなる。
と、回転数Nに比例したブレーキトルクTBを得ること
ができるので、バルブ10のリターン動作時に安定した
動作速度を得ることができる。すなわち、バルブ10の
通常動作時(低回転時)にはあまり大きな負荷となら
ず、リターン動作時(高速回転時)に大きな制動力が働
いて充分なリターン時間を得ることができ、全閉時の衝
撃を減少することができる。また、ガバナ方式のような
摩耗によってブレーキトルクTBを得るのではなく、電
気的にブレーキトルクTBを得る方式であるため、性能
劣化が生じることがなく、回転数に比例したブレーキト
ルクTBを安定的に得ることができる。また、羽根車方
式のようにその形状を大きくすることなく、小型構造で
大きなブレーキトルクTBを得ることができる。
造14の端子14−7aと14−7bとをブレーキ回路
15において短絡するようにしたが、必ずしも短絡する
方式としなくてもよい。短絡方式では、抵抗による損失
がないため、最もブレーキ効率がよい。また、部品が少
なく、安価である。また、開方向,閉方向ともに同一特
性であり、ブレーキトルクTBが回転数Nに比例して得
られる。短絡する方式以外のものとして以下に列挙する
ような方式が考えられる。これらの方式は基本的なパタ
ーンであり、単独としてのみならず、各種の組合せも可
能である。
に、DCモータ構造14の端子14−7aと14−7b
との間に、固定抵抗Rsを接続する。これにより、バル
ブ10の開方向動作中および閉方向動作中、その回転方
向とは逆方向の回転数Nに比例したブレーキトルクTB
がモータ構造14に発生し、バルブ10の動作速度が抑
制される。この場合、固定抵抗Rsの値により、所定の
制動特性(回転数N−ブレーキトルクTB)を得ること
ができる。図5(b)および(c)に閉方向および開方
向の制動特性を示す。この方式では、ブレーキトルクT
Bと回転数Nの特性が決まっている場合、最も簡単に実
現できる。
うに、DCモータ構造14の端子14−7aと14−7
bとの間に、可変抵抗Rvを接続する。これにより、バ
ルブ10の開方向動作中および閉方向動作中、その回転
方向とは逆方向の回転数Nに比例したブレーキトルクT
Bがモータ構造14に発生し、バルブ10の動作速度が
抑制される。この場合、可変抵抗Rvの値を変えること
により、所望の制動特性(回転数N−ブレーキトルクT
B)を得ることができる。図6(b)および(c)に閉
方向および開方向の制動特性を示す。この方式では、ギ
ア,スプリングなどの部品の品質のバラツキを吸収でき
ると共に、仕様の多様性にも対応できる。
に、DCモータ構造14の端子14−7aと14−7b
との間に、整流ダイオードD1を接続する。これによ
り、バルブ10の閉方向動作中、その回転方向とは逆方
向の回転数Nに比例したブレーキトルクTBがモータ構
造14に発生し、バルブ10の動作速度が抑制される。
この場合、バルブ10の開方向動作中、その回転方向と
は逆方向のブレーキトルクTBは殆ど発生しない。図7
(b)および(c)に閉方向および開方向の制動特性を
示す。この方式は、駆動用モータの駆動トルクがぎりぎ
りの場合やスプリングリターン型で使うと特に有効であ
り、駆動用モータとして低トルクすなわち小型で安価な
ものを使用できる。なお、整流素子はダイオードに限る
ものではなく、例えばトランジスタで構成された整流素
子を用いるようにしてもよい。
うに、DCモータ構造14の端子14−7aと14−7
bとの間に、ツェナーダイオードDzを接続する。これ
により、バルブ10の閉方向動作中、その回転数Nが所
定回転数を超えている場合に、その回転方向とは逆方向
の回転数Nに比例したブレーキトルクTBが発生し、バ
ルブ10の動作速度が抑制される。この場合、バルブ1
0の閉方向動作中、その回転数Nが所定回転数を超えて
いなければ、ブレーキトルクTBは殆ど発生しない。ま
た、バルブ10の開方向動作中、その回転方向とは逆方
向の回転数Nに比例したブレーキトルクTBが発生し、
バルブ10の動作速度が抑制される。図8(b)および
(c)に閉方向および開方向の制動特性を示す。この方
式は、高速回転時に上限速度を超えないようにしたい場
合や、ギアにかかる負荷を小さくしてギアなど部品の劣
化防止をはかりたい場合に有効である。
うに、DCモータ構造14の端子14−7aと14−7
bとの間に、バリスタVaを接続する。これにより、バ
ルブ10の閉方向および開方向動作中、その回転数Nが
所定回転数を超えている場合に、その回転方向とは逆方
向の回転数Nに比例したブレーキトルクTBが発生し、
バルブ10の動作速度が抑制される。この場合、バルブ
10の閉方向および開方向動作中、その回転数Nが所定
回転数を超えていなければ、ブレーキトルクTBは殆ど
発生しない。図9(b)および(c)に閉方向および開
方向の制動特性を示す。この方式は、高速回転時に上限
速度を超えないようにしたい場合や、ギアにかかる負荷
を小さくしてギアなど部品の劣化防止をはかりたい場合
に有効である。
図10(a)に示すように、DCモータ構造14の端子
14−7aと14−7bとの間に、定電流ダイオードD
iを接続する。これにより、バルブ10の閉方向動作
中、回転数Nが所定回転数を超えていない場合、その回
転方向とは逆方向の回転数Nに比例したブレーキトルク
TBが発生し、回転数Nが所定回転数を超えている場
合、その回転方向とは逆方向の一定値のブレーキトルク
TBが発生し、バルブ10の動作速度が抑制される。ま
た、バルブ10の開方向動作中、その回転方向とは逆方
向の回転数Nに比例したブレーキトルクTBが発生し、
バルブ10の動作速度が抑制される。図10(b)およ
び(c)に閉方向および開方向の制動特性を示す。この
方式では、ブレーキトルクTBがある値で一定となるの
で、すなわちDCモータ構造14に流れる電流を低く制
限できるので、DCモータ構造14が長持ちする。
うに、DCモータ構造14の端子14−7aと14−7
bとの間に、発光ダイオードDpを接続する。これによ
り、バルブ10の閉方向動作中、発光ダイオードDpが
発光すると共に、その回転方向とは逆方向の回転数Nに
比例したブレーキトルクTBが発生し、バルブ10の動
作速度が抑制される。この場合、バルブ10の開方向動
作中、その回転方向とは逆方向のブレーキトルクTBは
殆ど発生しない。図11(b)および(c)に閉方向お
よび開方向の制動特性を示す。この方式では、バルブ1
0の閉方向動作中のときだけ電流が流れて発光ダイオー
ドDpが発光するので、バルブ10がリターン動作中で
あることが分かる。
うに、DCモータ構造14の端子14−7aと14−7
bとの間に、電球Lmを接続する。これにより、バルブ
10の開方向動作中および閉方向動作中、電球Lmが点
灯すると共に、その回転方向とは逆方向の回転数Nに比
例したブレーキトルクTBが発生し、バルブ10の動作
速度が抑制される。図12(b)および(c)に閉方向
および開方向の制動特性を示す。この方式では、バルブ
10の閉方向,開方向ともに電流が流れて電球Lmが点
灯するので、バルブ10が動作中であることが分かる。
実施の形態を示すスプリングリターン形アクチュエータ
の要部構成を示す図である。この実施の形態では、図2
に示した駆動用モータ12を直流の駆動用モータ(DC
モータ)17とし、このDCモータ17に駆動用モータ
12とDCモータ構造14の2つの働きをさせている。
なお、DCモータ17はクラッチを内蔵しておらず、直
にその出力軸17−1がピニオン17−2を介して減速
歯車列13に回転結合されている。
ュエータの電気回路図である。同図において、18はD
Cモータ17への電源(交流電源)の供給通路に設けら
れたオン・オフスイッチ(動作切換スイッチ)、19は
動作切換スイッチ18を介する交流電源を入力とし直流
電源を生成する整流回路(駆動回路)、20はリレー、
20−1,20−2はリレー20の常開・常閉接点であ
る。
20−2の状態は、リレー20への給電が行われていな
い場合、すなわち動作切換スイッチ18がオフとされて
いる状態を示している。この状態では、常開・常閉接点
20−1,20−2の可動接点S1,S2がブレーキ回
路15側とされ、DCモータ17の端子17−3a,1
7−3b間が短絡されている。これに対し、動作切換ス
イッチ18がオンとされると、常開・常閉接点20−
1,20−2の可動接点S1,S2が整流回路19側と
され、DCモータ17への直流電源の供給が行われる。
常開・常閉接点20−1,20−2を含むリレー20に
より駆動/ブレーキ切換回路が構成されている。
しながら、このスプリングリターン形アクチュエータの
動作について説明する。なお、この場合、バルブ10は
オン・オフ弁として使用される。今、図15におけるt
0点にあって、動作切換スイッチ18がオフ状態(図1
5(a))、バルブ10の開度が0%の状態(図15
(b))にあるものとする。この場合、リレー20の常
開・常閉接点20−1,20−2の可動接点S1,S2
はブレーキ回路15側とされ、DCモータ17の端子1
7−3a,17−3b間が短絡されている。
t1点において、動作切換スイッチ18がオンとされる
と、整流回路19に交流電源が供給され始めると共に、
リレー20の常開・常閉接点20−1,20−2の可動
接点S1,S2が整流回路19側とされる。これによ
り、整流回路19の生成する直流電源がDCモータ17
へ供給され、DCモータ17が正回転し、この正回転力
が減速歯車列13を介してバルブ10へ伝達され、バル
ブ10が開方向へ動作する(図15(b))。
て、バルブ10が全開状態となる。この場合、動作切換
スイッチ18はオンのままであり、DCモータ17は依
然として駆動用モータとして働き、リターン用スプリン
グ11の力に抗してバルブ10の全開状態を維持する。
当然、このバルブ10の開方向動作中、ブレーキトルク
TBは発生しない。
t3点において、動作切換スイッチ18がオフとされる
と、整流回路19への交流電源が遮断されると共に、リ
レー20の常開・常閉接点20−1,20−2の可動接
点S1,S2がブレーキ回路15側とされる。整流回路
19への交流電源が遮断されると、DCモータ17への
直流電源も遮断されるため、リターン用スプリング11
の復帰力により、バルブ10は閉方向に高速でリターン
しようとする。
レミングの左手の法則が適用されて、リターン用スプリ
ング11からの復帰力Fによる回転方向とは逆方向のブ
レーキトルクTBが発生する(図15(c)に示すt3
〜t4)。このブレーキトルクTBは回転数Nに比例す
る。この時の回転数Nは大きいので、ブレーキトルクT
Bは強く、バルブ10のリターン速度は大きく緩和され
る。すなわち、この場合、DCモータ17はブレーキと
して働く。
て、バルブ10が全閉状態となり、ブレーキトルクTB
も消滅する。なお、動作切換スイッチ18はオフのまま
であり、リレー20の常開・常閉接点20−1,20−
2の可動接点S1,S2は依然としてブレーキ回路15
側とされている。
ーキ回路15を必ずしも短絡方式としなくてもよく、実
施の形態1で説明したと同様の各種の方式が考えられ
る。また、本発明において、ブレーキトルクTBを得る
ためのモータ構造としては、直流機型モータ(DCサー
ボモータ)、同期機型モータ(ステッピングモータ、ブ
ラシレスモータ)などのモータ構造が使える。
発明によれば、少なくとも操作端のリターン動作中、そ
の回転方向とは逆方向のトルクがモータ構造に発生し、
操作端の動作速度が抑制されるものとなり、回転数に比
例した制動力を安定的に得ることができ、またその形状
を大きくすることなく小型構造で大きな制動力を得るこ
とができるようになる。また、例えば、モータ構造の両
端子間に可変抵抗素子を接続してブレーキ手段とすれ
ば、この可変抵抗素子の抵抗値を選ぶことにより操作端
のリターン時間を可変することも可能となる。
エータにおけるDCモータ構造の基本構造を示す図であ
る。
ータ(スプリングリターン形アクチュエータ)の要部構
成を示す図である。
電気回路図である。
動作を説明するためのフローチャートである。
おけるブレーキトルクTBを得るための他の方式として
抵抗素子方式を説明するための図である。
る。
る。
る。
明するための図である。
る。
る。
リターン形アクチュエータの要部構成を示す図である。
の電気回路図である。
の動作を説明するためのフローチャートである。
明する図である。
る図である。
明する図である。
動用モータ、12−1…出力軸、12−3…モータコイ
ル、12−4…クラッチ用コイル、13…減速歯車列、
13−1〜13−4…減速歯車、14…DCモータ構
造、14−1,14−2…フィールド磁石、14−3…
電機子コイル、14−4…ブラシ、14−5…回転軸
(出力軸)、14−7a,14−7b…端子、15…ブ
レーキ回路、16…動作切換スイッチ、17…整流回
路、Rs…固定抵抗、Rv…可変抵抗、D1…整流ダイ
オード、Dz…ツェナーダイオード、Va…バリスタ、
Di…定電流ダイオード、Dp…発光ダイオード、Lm
…電球、17…駆動用モータ(DCモータ)、17−1
…出力軸、17−3a,17−3b…端子、18…オン
・オフスイッチ(動作切換スイッチ)、19…整流回路
(駆動回路)、20…リレー、20−1,20−2…常
開・常閉接点。
Claims (10)
- 【請求項1】 リターン用スプリングが設けられた操作
端への動力の伝達経路中にその出力軸が回転結合された
モータ構造と、 このモータ構造に少なくとも前記操作端のリターン動作
時その回転方向とは逆方向のトルクを発生させて前記操
作端の動作速度を抑制するブレーキ手段とを備えたこと
を特徴とするブレーキ機構。 - 【請求項2】 請求項1において、ブレーキ手段は前記
モータ構造の両端子間を短絡する短絡回路であることを
特徴とするブレーキ機構。 - 【請求項3】 請求項1において、ブレーキ手段は前記
モータ構造の両端子間に挿入接続される抵抗素子である
ことを特徴とするブレーキ機構。 - 【請求項4】 請求項1において、ブレーキ手段は前記
モータ構造の両端子間に挿入接続される可変抵抗素子で
あることを特徴とするブレーキ機構。 - 【請求項5】 請求項1において、ブレーキ手段は前記
モータ構造の両端子間に挿入接続される整流素子である
ことを特徴とするブレーキ機構。 - 【請求項6】 請求項1において、ブレーキ手段は前記
モータ構造の両端子間に挿入接続される定電圧素子であ
ることを特徴とするブレーキ機構。 - 【請求項7】 請求項1において、ブレーキ手段は前記
モータ構造の両端子間に挿入接続される定電流素子であ
ることを特徴とするブレーキ機構。 - 【請求項8】 請求項1において、ブレーキ手段は前記
モータ構造の両端子間に挿入接続される発光素子である
ことを特徴とするブレーキ機構。 - 【請求項9】 リターン用スプリングが設けられた操作
端と、この操作端に減速歯車列および外付けあるいは内
蔵のクラッチを介してその出力軸が回転結合される駆動
用モータと、この駆動用モータの回転方向を切り換える
動作切換スイッチと、前記駆動用モータへの供給電源を
分岐入力とし前記クラッチを接状態とするクラッチ駆動
回路とを備えた電動アクチュエータにおいて、 前記減速歯車列を介する前記駆動用モータからの前記操
作端への動力の伝達経路中にその出力軸が回転結合され
たモータ構造と、 このモータ構造に少なくとも前記操作端のリターン動作
時その回転方向とは逆方向のトルクを発生させて前記操
作端の動作速度を抑制するブレーキ手段とを備え、 このブレーキ手段が請求項2〜8に記載した何れかのブ
レーキ手段とされていることを特徴とする電動アクチュ
エータ。 - 【請求項10】 リターン用スプリングが設けられた操
作端と、この操作端に減速歯車列を介してその出力軸が
回転結合された駆動用モータと、この駆動用モータへの
電源の供給通路に設けられたオン・オフスイッチとを備
えた電動アクチュエータにおいて、 前記オン・オフスイッチがオフとされた場合に前記駆動
用モータのモータ構造にその回転方向とは逆方向のトル
クを発生させて前記操作端の動作速度を抑制するブレー
キ手段を備え、 このブレーキ手段が請求項2〜8に記載した何れかのブ
レーキ手段とされていることを特徴とする電動アクチュ
エータ。
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