電動アクチュエータ
【課題】バックアップコンデンサに適切な量の電気エネルギーを常に蓄積させながら、いつ停電が生じても期待されるリターン動作を確実に行わせるようにする。負担をかけない適切な値の電流でバックアップコンデンサの充電を行う。
【解決手段】バックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗを定期的に測定する。最新の静電容量値Ｃｎｅｗを測定する毎に、その測定された静電容量値Ｃｎｅｗに基づいてバルブ２００をその時の設定開度θｓｐから緊急開閉位置（例えば、全閉位置）までリターン動作させるために必要な充電電圧（必要充電電圧）ＶＣｍｉｎを算出する。算出された必要充電電圧ＶＣｍｉｎが検出された端子間電圧ＶＣよりも高い場合、バルブの実開度θｐｖと設定開度θｓｐとに基づいて充電電流Ｉａの値を決定し、端子間電圧ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎとなるまでバックアップコンデンサ１６への充電を行う。
【解決手段】バックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗを定期的に測定する。最新の静電容量値Ｃｎｅｗを測定する毎に、その測定された静電容量値Ｃｎｅｗに基づいてバルブ２００をその時の設定開度θｓｐから緊急開閉位置（例えば、全閉位置）までリターン動作させるために必要な充電電圧（必要充電電圧）ＶＣｍｉｎを算出する。算出された必要充電電圧ＶＣｍｉｎが検出された端子間電圧ＶＣよりも高い場合、バルブの実開度θｐｖと設定開度θｓｐとに基づいて充電電流Ｉａの値を決定し、端子間電圧ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎとなるまでバックアップコンデンサ１６への充電を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータの駆動力によってバルブの開閉を制御する電動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空調設備やプラント等に使用されるバルブの開閉を制御する装置として、電動アクチュエータが用いられている。この電動アクチュエータでは、モータの駆動力によって、冷水や温水、高温の蒸気などが流れる配管に装着されたボール弁やバタフライ弁等を弁体として用いたバルブの開閉を制御する。
【０００３】
このような電動アクチュエータとしてスプリングリターン型の電動アクチュエータが存在する。このスプリングリターン型の電動アクチュエータは、停電時のバルブの緊急開閉手段としてバルブの弁軸やそれを回動させる出力軸にスプリングを備え、通常の稼働時にはバルブを回転駆動するモータの回転力を利用してスプリングを巻き上げておき、停電時にモータの回転力がなくなると、巻き上げられたスプリングの付勢力で緊急開閉位置までの開動作又は閉動作を強制的に行わせる。なお、緊急開閉位置は、全閉位置として定められる場合もあるし、全開位置として定められる場合もある。
【０００４】
しかし、このようなスプリングリターン型の電動アクチュエータでは、バルブの停電時の開動作や閉動作が非常に迅速に行われるという利点があるが、(１)開閉時に比較的大きな音がする、(２)通常稼働時にスプリングを巻き上げるために大きなトルクを発生するモータが必要となり消費電力が大きくなる、(３)緊急開閉時にスプリングがオーバランすなわち必要以上に開動作や閉動作をして装置に大きなダメージを与える等の問題点を有している。
【０００５】
そこで、スプリングの代わりに、電気二重層コンデンサをバックアップコンデンサとして電動アクチュエータに搭載して、通常時にバックアップコンデンサを充電しておき、停電時にバックアップコンデンサに蓄えられている電気エネルギーで電動モータを駆動してバルブを強制的に開動作や閉動作させる電動アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１８４３３号公報
【特許文献２】特開２００８−８９１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、バックアップコンデンサに蓄電できる電気エネルギーは、バックアップコンデンサの静電容量に依存し、この静電容量は経年変化、印加電圧、温度変化等によって減少するため、バックアップコンデンサの端子間電圧を監視して常に予め定められた電圧値を保つものとしても、時間を経た後に停電が起こった場合、蓄電エネルギーが足らず、期待される開動作や閉動作（リターン動作）を行うことができない、という事態が発生する虞がある。
【０００８】
また、停電時のバルブの開度は特定することができないため、通常、バックアップコンデンサには常に全開から全閉又は全閉から全開まで動作させるのに必要な電気エネルギーを蓄えるようにする。これに対して、電動アクチュエータはバルブを必ずしも全閉（開度０％）又は全開（開度１００％）の位置に制御するとは限らず、中間開度に制御される場合が多い。中間開度にバルブを制御中に停電が発生した場合、その中間開度から全閉または全開まで動作させればよいのにも拘わらず、バックアップコンデンサには全開から全閉又は全閉から全開まで動作させるのに必要な電気エネルギーが蓄えられている。このため、バックアップコンデンサへの電気エネルギーの過剰蓄積（過剰充電）となり、省エネルギーが妨げられると共に、バックアップコンデンサの寿命も短くなる。
【０００９】
なお、特許文献２には、停電時におけるバルブの開動作又は閉動作に必要なだけの電力をバックアップコンデンサに充電させることについて記載されている。しかしながら、この記載に基づいて、バルブの現在の開度位置から緊急開閉位置までの開動作又は閉動作に必要なだけの電力を算出し、この電力をバックアップコンデンサに充電させるようにしたとしても、バックアップコンデンサの静電容量は経年変化、印加電圧、温度変化等によって減少するため、適切な量の電気エネルギーがバックアップコンデンサに蓄積されるとは限らず、期待される開動作や閉動作（リターン動作）を行うことができない虞がある。
【００１０】
また、バックアップコンデンサとして用いられる電気二重層コンデンサは、大電流による急速充電が可能であるという特色がある。しかし、大電流で充電を行うと、電気二重層コンデンサの内部抵抗での発熱を生じて静電容量が劣化してしまう。また、充電回路の電流容量の高出力化が必要となり、コストアップとなる。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、バックアップコンデンサに適切な量の電気エネルギーを常に蓄積させながら、いつ停電が生じても期待されるリターン動作を確実に行わせることが可能な電動アクチュエータを提供することにある。
また、バックアップコンデンサの内部抵抗での発熱による静電容量の劣化を防止すると共に、充電回路の電流容量の高出力化を不要としてコストダウンを図ることが可能な電動アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために本発明は、電源部と、この電源部からの電力の供給を受けてバルブを駆動するモータと、電源部からの電力の供給を受けて充電されるバックアップコンデンサとを備え、停電時にバックアップコンデンサに蓄えられている電気エネルギーによってモータを強制的に駆動しバルブを所定の開度位置までリターン動作させる電動アクチュエータにおいて、バルブの実開度を検出する開度検出手段と、バックアップコンデンサの端子間電圧を検出する端子間電圧検出手段と、バックアップコンデンサの最新の静電容量値を定期的に測定する静電容量測定手段と、バックアップコンデンサの最新の静電容量値が測定される毎に、その測定された最新の静電容量値に基づいてバルブをその時の開度設定値から所定の開度位置までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサの充電電圧を必要充電電圧として算出する必要充電電圧算出手段と、必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高い場合、バルブの実開度と開度設定値とに基づいてバックアップコンデンサへの充電電流の値を決定し、端子間電圧検出手段によって検出される端子間電圧が必要充電電圧となるまでバックアップコンデンサへの充電を行う充電手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、バックアップコンデンサの最新の静電容量値が定期的に測定され、バックアップコンデンサの最新の静電容量値が測定される毎に、その測定された最新の静電容量値に基づいてバルブをその時の開度設定値から所定の開度位置（緊急開閉位置）までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサの充電電圧が必要充電電圧として算出される。そして、算出された必要充電電圧と検出されたバックアップコンデンサの端子間電圧とが比較され、算出された必要充電電圧が検出された端子間電圧よりも高い場合には、バルブの実開度と開度設定値とに基づいてバックアップコンデンサへの充電電流の値が決定され、端子間電圧が算出された必要充電電圧となるまでバックアップコンデンサへの充電が行われる。
【００１４】
本発明では、算出された必要充電電圧が検出された端子間電圧よりも高い場合、バルブの実開度と開度設定値とに基づいてバックアップコンデンサへの充電電流の値を決定する。この場合、例えば、算出された必要充電電圧が検出された端子間電圧よりも高く、かつ、バルブの開度設定値が実開度以下である場合、バックアップコンデンサへの充電電流の値を予め定められた最小充電電流値とするようにする。
【００１５】
また、算出された必要充電電圧が検出された端子間電圧よりも高く、かつ、バルブの開度設定値が実開度よりも大きい場合、バックアップコンデンサの最新の静電容量値、検出された端子間電圧、算出された必要充電電圧および予め定められた充電時間に基づいて、バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定するようにする。例えば、Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴとして、バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定する。但し、Ｉａ：充電電流の値、Ｃｎｅｗ：最新の静電容量値、ＶＣｍｉｎ：算出された必要充電電圧、ＶＣ：検出された端子間電圧、ΔＴ：充電時間。
【００１６】
本発明において、バックアップコンデンサの最新の静電容量値は、例えば次のようにして求めるようにするとよい。バックアップコンデンサに蓄積されている電気エネルギーを所定の放電電流値Ｉｂで放電させ、この放電によって降下して行くバックアップコンデンサの端子間電圧を監視し、この端子間電圧が所定の電圧値Ｖ１となった時の放電開始からの時間Ｔ１と、電圧値Ｖ１よりも低い値として定められた所定の電圧値Ｖ２となった時の放電開始からの時間Ｔ２とを測定し、この測定した時間Ｔ１，Ｔ２と放電電流値Ｉｂと電圧値Ｖ１，Ｖ２よりバックアップコンデンサの最新の静電容量値Ｃｎｅｗを求める。例えば、Ｃｎｅｗ＝Ｉｂ・（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｖ１−Ｖ２）として、最新の静電容量値Ｃｎｅｗを求める。
【００１７】
また、本発明において、バックアップコンデンサの必要充電電圧は、例えば次のようにして求めるようにするとよい。モータの出力をＰ、バルブの全閉から全開までの全駆動時間をＴａ、バルブの開度設定値をθｓｐ、バルブの全閉から全開までの全回転角度をθａ、バックアップコンデンサの最新の静電容量値をＣｎｅｗとし、ＶＣｍｉｎ＝〔２Ｐ・Ｔａ・θｓｐ／（Ｃｎｅｗ・θａ）〕1/2として、バックアップコンデンサの必要充電電圧ＶＣｍｉｎを求める。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、、バックアップコンデンサの最新の静電容量値を定期的に測定し、バックアップコンデンサの最新の静電容量値が測定される毎に、その測定された最新の静電容量値に基づいてバルブをその時の開度設定値から所定の開度位置までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサの充電電圧を必要充電電圧として算出し、算出された必要充電電圧が検出されたバックアップコンデンサの端子間電圧よりも高い場合、バルブの実開度と開度設定値とに基づいてバックアップコンデンサへの充電電流の値を決定し、端子間電圧が算出された必要充電電圧となるまでバックアップコンデンサへの充電を行うようにしたので、バックアップコンデンサに適切な量の電気エネルギーを蓄積させながら、いつ停電が生じても期待されるリターン動作を確実に行わせることが可能となる。また、バルブの開度設定値が実開度以下である場合には予め定められた最小充電電流値とするなど、負担をかけない適切な値の電流でバックアップコンデンサの充電を行うようにして、バックアップコンデンサの内部抵抗での発熱による静電容量の劣化を防止すると共に、充電回路の電流容量の高出力化を不要としてコストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態の要部を示すブロック図である。
【図２】この電動アクチュエータにおける制御回路が実行するメイン動作シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図３】図２に続くメイン動作シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図４】メイン動作シーケンスの処理で実行される充電シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図５】メイン動作シーケンスの処理で実行される静電容量測定シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図６】静電容量測定シーケンスの処理で実行される静電容量値測定の処理を示すフローチャートである。
【図７】静電容量値測定に際するバックアップコンデンサの端子間電圧の変化を示す図である。
【図８】静電容量値測定後にバックアップコンデンサの端子間電圧が充電によって必要充電電圧へ調整される様子を示す図である。
【図９】メイン動作シーケンスの処理で実行される全電気特性測定シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図１０】図９に続く全電気特性測定シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図１１】全電気特性測定シーケンスの処理で実行される内部抵抗値測定の処理を示すフローチャートである。
【図１２】内部抵抗値測定に際するバックアップコンデンサの端子間電圧の変化を示す図である。
【図１３】内部抵抗値測定後の静電容量値測定に際するバックアップコンデンサの端子間電圧の変化を示す図である。
【図１４】内部抵抗値測定後の静電容量値測定の後にバックアップコンデンサの端子間電圧が充電によって必要充電電圧へ調整される様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態の要部を示すブロック図である。同図において、１００は本発明に係る電動アクチュエータであり、ボール弁やバタフライ弁等のバルブ２００に取り付けられ、電動調節弁として一体化される。また、外部コントローラ３００との間で、情報の授受を行う。
【００２１】
電動アクチュエータ１００は、制御回路１と、不揮発性メモリ２と、Ａ／Ｄ変換回路３と、通信回路４と、マルチプレクサ５と、開度指令入力回路６と、電動モータ７と、モータ駆動回路８と、減速機構９と、位置検出機構（ポテンショメータ）１０と、温度センサ１１と、電源回路１２と、電源停止検出回路１３と、電源供給切替回路１４と、制御電源回路１５と、バックアップコンデンサ（電気二重層コンデンサ）１６と、コンデンサ端子電圧測定回路１７と、充電回路１８と、放電回路１９と、放電電流測定回路２０とを備えている。
【００２２】
制御回路１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を備えており、不揮発性メモリ２に格納されているプログラムに従って処理動作を行う。不揮発性メモリ２には、バルブ２００における弁体の開度を制御するプログラムが格納されている。また、不揮発性メモリ２には、上述したプログラムに従う制御回路（ＣＰＵ）１の処理動作において用いられる調整データや設定データが格納されている。また、不揮発性メモリ２には、上述したプログラムに従う制御回路（ＣＰＵ）１の処理動作において得られる測定データが格納される。
【００２３】
制御回路（ＣＰＵ）１には、外部コントローラ３００からの弁開度の設定値（設定開度）が開度指令入力回路６→マルチプレクサ５→Ａ／Ｄ変換回路３の経路で与えられ、位置検出機構１０からの弁開度の実測値（実開度）がマルチプレクサ５→Ａ／Ｄ変換回路３の経路で与えられる。
【００２４】
制御回路（ＣＰＵ）１は、Ａ／Ｄ変換回路３からの設定開度と実開度とを比較し、設定開度と実開度とが一致するように、モータ駆動回路８へ駆動指令を送る。これにより、電動モータ７が駆動され、この電動モータ７の駆動力が減速機構９を介してバルブ２００の弁軸に伝わり、この弁軸に軸着された弁体を操作することによりバルブ２００の開度が調整される。位置検出機構１０は、減速機構９を介してバルブ２００の弁軸の変位量を検出し、弁開度の実測値（実開度）としてマルチプレクサ５へ送る。
【００２５】
通信回路４は、外部コントローラ３００からのデータ通信を送受信して、制御回路（ＣＰＵ）１に入出力する。開度指令入力回路６は、外部コントローラ３００からの開度指示（アナログ値）を入力してマルチプレクサ５に出力する。電源回路１２は、交流電源から直流電源を生成する。電源供給切替回路１４は、通常時は電源回路１２からの直流電圧を選択出力し、停電時はバックアップコンデンサ１６からの直流電圧（充電電圧）を選択出力する。制御電源回路１５は電源供給切替回路１４からの直流電圧を各電圧に変換し、各回路への制御電源として供給する。電源停止検出回路１３は、電源回路１２への交流電源の供給の停止（停電）を検出し、電源供給切替回路１４および制御回路（ＣＰＵ）１にその旨を通知する。
【００２６】
充電回路１８は、電源回路１２からの直流電圧を入力とし、バックアップコンデンサ１６への充電を行う。充電回路１８におけるバックアップコンデンサ１６に対する充電タイミングおよび充電電流Ｉａは制御回路（ＣＰＵ）１より指示される。放電回路１９はバックアップコンデンサ１６の放電を行う。放電回路１９におけるバックアップコンデンサ１６に対する放電タイミングおよび放電電流Ｉｂは制御回路（ＣＰＵ）１より指示される。
【００２７】
放電電流測定回路２０は放電回路１９における放電電流を検出しマルチプレクサ５に出力する。コンデンサ端子電圧測定回路１７はバックアップコンデンサ１６の端子間電圧を測定しマルチプレクサ５に出力する。温度センサ１１は装置内の温度（バックアップコンデンサ１６の近傍の温度）を検出しマルチプレクサ５に出力する。マルチプレクサ５は、温度センサ１１、開度指令入力回路６、放電電流測定回路２０、コンデンサ端子電圧測定回路１７、位置検出機構１０からの各出力を切り替えて、Ａ／Ｄ変換回路３に出力する。
【００２８】
図２および図３に制御回路（ＣＰＵ）１が不揮発性メモリ２に格納されているプログラムに従って実行する処理動作のフローチャート（メイン動作シーケンスのフローチャート）を分割して示す。以下、このフローチャートに従って、制御回路（ＣＰＵ）１が実行する処理動作について説明する。
【００２９】
制御回路（ＣＰＵ）１は、電源が投入されると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、電動アクチュエータ１００内の各部の自己診断を行い（ステップＳ１０２）、自己診断の結果が「異常」であれば（ステップＳ１０３のＮＯ）、電動アクチュエータ１００の動作を停止させ（ステップＳ１０４）、その自己診断の結果と動作を停止させた旨の情報を通信回路４を介して外部コントローラ３００へ送信する（ステップＳ１０５）。
【００３０】
自己診断の結果が「正常」であれば（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、温度センサ１１が検出する装置内の温度を取り込む（ステップＳ１０６）。そして、外部コントローラ３００からの開度指令の指示があるか否かを確認し（ステップＳ１０７）、開度指令の指示がなければ（ステップＳ１０７のＮＯ）、直ちにステップＳ１１０へ進む。
【００３１】
開度指令の指示があれば（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、その開度指令の指示によって与えられる弁開度の設定値（設定開度）θｓｐと位置検出機構１０からの弁開度の実測値（実開度）θｐｖとを比較し（ステップＳ１０８）、設定開度θｓｐと実開度θｐｖとが一致するように、モータ駆動回路８へ駆動指令を送り、電動モータ７を駆動する（ステップＳ１０９）。これにより、設定開度θｓｐと実開度θｐｖとが一致すれば（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、ステップＳ１１０へ進む。
【００３２】
制御回路（ＣＰＵ）１は、ステップＳ１１０において、外部コントローラ３００からコマンドを受信したか否かをチェックする。外部コントローラ３００からコマンドを受信しなかった場合には（ステップＳ１１０のＮＯ）、ステップＳ１１３（図３）へ進む。外部コントローラ３００からコマンドを受信した場合には（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、そのコマンドの処理を実行する（ステップＳ１１１）。そして、外部コントローラ３００へレスポンスを送信し（ステップＳ１１２）、ステップＳ１１３（図３）へ進む。
【００３３】
制御回路（ＣＰＵ）１は、ステップＳ１１３において、充電シーケンスが完了しているか否かをチェックする。充電シーケンスが完了していなかった場合には（ステップＳ１１３のＮＯ）、充電シーケンスを実行する（ステップＳ１１４）。
【００３４】
〔充電シーケンス〕
図４にステップＳ１１４で実行される充電シーケンスのフローチャートを示す。この充電シーケンスにおいて、制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されているバックアップコンデンサ１６の静電容量の初期設定値Ｃ０を読み出す（ステップＳ２０１）。そして、この読み出した静電容量の初期設定値Ｃ０とその時の設定開度θｓｐより、その時の設定開度θｓｐから緊急開閉位置までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサ１６の最低限の充電電圧を必要充電電圧ＶＣｍｉｎとして計算する（ステップＳ２０２）。
【００３５】
なお、この実施の形態において、緊急開閉位置は全閉位置とする。また、必要充電電圧ＶＣｍｉｎは、電動モータ７の出力をＰ、バルブ２００の全閉から全開までの全駆動時間をＴａ、バルブ２００の全閉から全開までの全回転角度をθａとし、読み出した静電容量の初期設定値Ｃ０とその時の設定開度θｓｐより、下記（１）式によって求める。
ＶＣｍｉｎ＝〔２Ｐ・Ｔａ・θｓｐ／（Ｃ０・θａ）〕1/2 ・・・・（１）
【００３６】
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧の測定値ＶＣとステップＳ２０２で求めた必要充電電圧ＶＣｍｉｎとを比較し（ステップＳ２０３）、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上でなければ（ステップＳ２０３のＮＯ）、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている最小充電電流値Ｉａｍｉｎを充電電流Ｉａとして読み出し（ステップＳ２０４）、充電回路１８へ指示を与えて、その読み出した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ２０５）。そして、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上となったことを確認して（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、メイン動作シーケンスへ戻る。なお、ステップＳ２０３において、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上であった場合には、ステップＳ２０４以降の処理は行わず、直ちにメイン動作シーケンスに戻る。
【００３７】
〔静電容量測定シーケンス〕
制御回路（ＣＰＵ）１は、ステップＳ１１５（図３）おいて、静電容量の測定タイミングか否かをチェックする。この実施の形態では、静電容量の測定間隔をＴＣ１とし、ＴＣ１が経過する毎に静電容量の測定タイミングが発生するものとする。静電容量の測定タイミングが発生すると（ステップＳ１１５のＹＥＳ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、静電容量測定シーケンスの処理を実行する（ステップＳ１１６）。図５にステップＳ１１６で実行される静電容量測定シーケンスのフローチャートを示す。
【００３８】
〔最新の静電容量値の測定〕
この静電容量測定シーケンスにおいて、制御回路（ＣＰＵ）１は、先ず、バックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗを測定する（ステップＳ３０１）。このバックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗの測定は次のようにして行う。図６にステップＳ３０１で実行される静電容量値測定の処理のフローチャートを示す。
【００３９】
制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている放電電流値Ｉｂを読み出し、放電回路１９へ指示を与えて、その読み出した放電電流値Ｉｂでバックアップコンデンサ１６の放電を行う（ステップＳ４０１、図７に示すｔ１点）。
【００４０】
そして、この放電によって降下して行くバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣを監視し、この端子間電圧ＶＣが所定の電圧値Ｖ１となった時（ステップＳ４０２のＹＥＳ、図７に示すｔ２点）の放電開始からの時間Ｔ１を計測する（ステップＳ４０３）。また、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣが電圧値Ｖ１よりも低い値として定められた所定の電圧値Ｖ２となった時（ステップＳ４０４のＹＥＳ、図７に示すｔ３点）の放電開始からの時間Ｔ２を計測する（ステップＳ４０５）。
【００４１】
そして、放電を停止し（ステップＳ４０６）、測定した時間Ｔ１，Ｔ２と放電電流値Ｉｂと電圧値Ｖ１，Ｖ２より、バックアップコンデンサの最新の静電容量値ＣｎｅｗをＣｎｅｗ＝Ｉｂ・（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｖ１−Ｖ２）として求める（ステップＳ４０７）。
【００４２】
制御回路（ＣＰＵ）１は、このようにして最新の静電容量値Ｃｎｅｗを求めた後、この求めた最新の静電容量値Ｃｎｅｗを不揮発性メモリ２に保存する（ステップＳ３０２）。
【００４３】
〔測定した最新の静電容量値と限界設定値および注意設定値との比較〕
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、ステップＳ３０１で測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗと不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている限界設定値と比較し（ステップＳ３０３）、最新の静電容量値Ｃｎｅｗが限界設定値を超えていれば（ステップＳ３０３のＹＥＳ）、電動アクチュエータ１００の動作を停止させ（ステップＳ３０４）、外部コントローラ３００に最新の静電容量値Ｃｎｅｗと動作を停止させた旨の情報を送信する（ステップＳ３０５）。
【００４４】
最新の静電容量値Ｃｎｅｗが限界設定値を超えていなければ（ステップＳ３０３のＮＯ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている注意設定値と比較する（ステップＳ３０６）。ここで、最新の静電容量値Ｃｎｅｗが注意設定値を超えていれば（ステップＳ３０６のＹＥＳ）、外部コントローラ３００に最新の静電容量値Ｃｎｅｗと注意を要する旨の情報を送信する（ステップＳ３０７）。
【００４５】
〔測定した最新の静電容量値に基づく必要充電電圧の算出〕
次に、制御回路（ＣＰＵ）１は、測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗとその時の設定開度θｓｐより、その時の設定開度θｓｐから緊急開閉位置（全閉位置）までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサ１６の最低限の充電電圧を必要充電電圧ＶＣｍｉｎとして計算する（ステップＳ３０８）。
【００４６】
この場合、電動モータ７の出力をＰ、バルブ２００の全閉から全開までの全駆動時間をＴａ、バルブ２００の全閉から全開までの全回転角度をθａとし、測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗとその時の設定開度θｓｐより、下記（２）式によって必要充電電圧ＶＣｍｉｎを求める。
ＶＣｍｉｎ＝〔２Ｐ・Ｔａ・θｓｐ／（Ｃｎｅｗ・θａ）〕1/2 ・・・・（２）
【００４７】
〔バックアップコンデンサの端子間電圧の必要充電電圧への調整〕
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧の測定値ＶＣとステップＳ３０８で計算した必要充電電圧ＶＣｍｉｎとを比較する（ステップＳ３０９）。
【００４８】
ここで、必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く（ステップＳ３０９のＮＯ）、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖ以下である場合には、不揮発性メモリ２から最小充電電流値Ｉａｍｉｎを充電電流値Ｉａとして読み出し、充電回路１８へ指示を与えて、その読み出した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ３１０、図８に示すｔ４点）。すなわち、設定開度θｓｐが実開度θｐｖ以下であるときには、充電電流値Ｉａを最小充電電流値Ｉａｍｉｎとして、大電流での充電を避ける。
【００４９】
また、必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く（ステップＳ３０９のＮＯ）、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖよりも大きい場合には、Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴとしてバックアップコンデンサ１６への充電電流値Ｉａを決定し、充電回路１８へ指示を与えて、その決定した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ３１０、図８に示すｔ４点）。但し、Ｉａ：充電電流の値、Ｃｎｅｗ：最新の静電容量値、ＶＣｍｉｎ：算出された必要充電電圧、ＶＣ：検出された端子間電圧、ΔＴ：充電時間。すなわち、設定開度θｓｐが実開度θｐｖよりも大きい場合には、充電すべき電気エネルギーを多く必要とするが、最新の静電容量値Ｃｎｅｗ、必要充電電圧ＶＣｍｉｎ、端子間電圧ＶＣ、充電時間ΔＤから必要最小限の充電電流値Ｉａを計算し、負担をかけない適切な値の電流でバックアップコンデンサ１６への充電を行う。
【００５０】
そして、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎとなれば（ステップＳ３１１のＹＥＳ、図８に示すｔ５点）、静電容量測定シーケンスを終了し、メイン動作シーケンスに戻る。
【００５１】
端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上であれば（ステップＳ３０９のＹＥＳ）、静電容量測定シーケンスを終了し、メイン動作シーケンスに戻る。
【００５２】
〔全電気特性測定シーケンス〕
次に、制御回路（ＣＰＵ）１は、全電気特性の測定タイミングか否かをチェックする（ステップＳ１１７（図３））。この実施の形態では、全電気特性の測定間隔をＴＣ２とし、ＴＣ２が経過する毎に全電気特性の測定タイミングが発生するものとする。制御回路（ＣＰＵ）１は、全電気特性の測定タイミングが発生すると（ステップＳ１１７のＹＥＳ）、全電気特性測定シーケンスの処理を実行する（ステップＳ１１８）。なお、この実施の形態において、全電気特性の測定間隔ＴＣ２は、静電容量の測定間隔ＴＣ１よりも長く設定されているものとする。
【００５３】
〔内部抵抗値の測定〕
図９および図１０にステップＳ１１８で実行される全電気特性測定シーケンスのフローチャートを分割して示す。この全電気特性測定シーケンスにおいて、制御回路（ＣＰＵ）１は、先ず、バックアップコンデンサ１６の内部抵抗値Ｒｄを測定する（ステップＳ５０１）。このバックアップコンデンサ１６の内部抵抗値Ｒｄの測定は次のようにして行う。図１１にステップＳ５０１での内部抵抗値測定の処理のフローチャートを示す。
【００５４】
制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に格納されている最小充電電流値Ｉａｍｉｎを充電電流値Ｉａとして読み出し、充電回路１８へ指示を与えて、その読み出した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６を充電させる（ステップＳ６０１、図１２に示すｔ１点）。そして、バックアップコンデンサ１６の満充電を確認した後（ステップＳ６０２のＹＥＳ、図１２に示すｔ２点）、不揮発性メモリ２に格納されている放電電流値Ｉｂを読み出し、放電回路１９へ指示を与えて、その読み出した放電電流値Ｉｂでバックアップコンデンサ１６を放電させる（ステップＳ６０３、図１２に示すｔ３点）。
【００５５】
制御回路（ＣＰＵ）１は、この放電電流値Ｉｂでの放電を続け、予め定められた時間Ｔｘが経過すると（ステップＳ６０４のＹＥＳ、図１２に示すｔ４点）、放電を停止する（ステップＳ６０５）。そして、この時間Ｔｘの間の急峻に低下した部分での電圧降下ΔＶ１を求め（ステップＳ６０６）、この電圧降下ΔＶ１と放電電流値Ｉｂとからバックアップコンデンサ１６の内部抵抗値ＲｄをＲｄ＝ΔＶ１／Ｉｂとして求める（ステップＳ６０７）。
【００５６】
〔静電容量値の測定〕
次に、制御回路（ＣＰＵ）１は、バックアップコンデンサ１６の静電容量値Ｃｎｅｗを測定する（ステップＳ５０２）。このバックアップコンデンサ１６の静電容量値Ｃｎｅｗの測定は、図５に示したステップＳ３０１と同様にして、図６に示したフローチャートに従って実行する。
【００５７】
すなわち、図１３に内部抵抗値Ｒｄを測定した後のバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣの変化を示すように、内部抵抗値Ｒｄを測定した後のｔ５点において放電電流値Ｉｂによる放電を開始し、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣが所定の電圧値Ｖ１となった時の放電開始からの時間Ｔ１を計測し（図１３に示すｔ６点）、所定の電圧値Ｖ２となった時の放電開始からの時間Ｔ２を計測し（図１３に示すｔ７点）、Ｃｎｅｗ＝Ｉｂ・（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｖ１−Ｖ２）としてバックアップコンデンサ１６の静電容量値Ｃｎｅｗを求める。
【００５８】
制御回路（ＣＰＵ）１は、このようにしてバックアップコンデンサ１６の内部抵抗値Ｒｄおよび静電容量値Ｃｎｅｗを求めた後、その求めた内部抵抗値Ｒｄおよび静電容量値Ｃｎｅｗを不揮発性メモリ２に保存する（ステップＳ５０３）。
【００５９】
〔測定した内部抵抗値と限界設定値および注意設定値との比較〕
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、測定した内部抵抗値Ｒｄと不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている限界設定値と比較し（ステップＳ５０４）、内部抵抗値Ｒｄが限界設定値を超えていれば（ステップＳ５０４のＹＥＳ）、電動アクチュエータ１００の動作を停止させ（ステップＳ５０５）、外部コントローラ３００に内部抵抗値Ｒｄと動作を停止させた旨の情報を送信する（ステップＳ５０６）。
【００６０】
内部抵抗値Ｒｄが限界設定値を超えていなければ（ステップＳ５０４のＮＯ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている注意設定値と比較する（ステップＳ５０７）。ここで、内部抵抗値Ｒｄが注意設定値を超えていれば（ステップＳ５０７のＹＥＳ）、外部コントローラ３００に測定した内部抵抗値Ｒｄと注意を要する旨の情報を送信する（ステップＳ５０８）。
【００６１】
また、制御回路（ＣＰＵ）１は、測定した静電容量値Ｃｎｅｗと不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている限界設定値と比較し（ステップＳ５０９（図１０））、静電容量値Ｃｎｅｗが限界設定値を超えていれば（ステップＳ５０９のＹＥＳ）、電動アクチュエータ１００の動作を停止させ（ステップＳ５１０）、外部コントローラ３００に静電容量値Ｃｎｅｗと動作を停止させた旨の情報を送信する（ステップＳ５１１）。
【００６２】
静電容量値Ｃｎｅｗが限界設定値を超えていなければ（ステップＳ５０９のＮＯ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている注意設定値と比較する（ステップＳ５１２）。ここで、静電容量値Ｃｎｅｗが注意設定値を超えていれば（ステップＳ５１２のＹＥＳ）、外部コントローラ３００に静電容量値Ｃｎｅｗと注意を要する旨の情報を送信する（ステップＳ５１３）。
【００６３】
〔測定した静電容量値に基づく必要充電電圧の算出〕
次に、制御回路（ＣＰＵ）１は、測定した静電容量値Ｃｎｅｗとその時の設定開度θｓｐより、その時の設定開度θｓｐから緊急開閉位置（全閉位置）までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサ１６の最低限の充電電圧を必要充電電圧ＶＣｍｉｎとして計算する（ステップＳ５１４）。
【００６４】
この場合、電動モータ７の出力をＰ、バルブ２００の全閉から全開までの全駆動時間をＴａ、バルブ２００の全閉から全開までの全回転角度をθａとし、測定した静電容量値Ｃｎｅｗとその時の設定開度θｓｐより、前記（２）式によって必要充電電圧ＶＣｍｉｎを求める。
【００６５】
〔バックアップコンデンサの端子間電圧の必要充電電圧への調整〕
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧の測定値ＶＣとステップＳ５１４で計算した必要充電電圧ＶＣｍｉｎとを比較する（ステップＳ５１５）。
【００６６】
ここで、必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く（ステップＳ５１５のＮＯ）、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖ以下である場合には、不揮発性メモリ２から最小充電電流値Ｉａｍｉｎを充電電流値Ｉａとして読み出し、充電回路１８へ指示を与えて、その読み出した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ５１６、図１４に示すｔ８点）。
【００６７】
また、必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く（ステップＳ５１５のＮＯ）、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖよりも大きい場合には、Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴとしてバックアップコンデンサ１６への充電電流値Ｉａを決定し、充電回路１８へ指示を与えて、その決定した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ５１６、図１４に示すｔ８点）。
【００６８】
そして、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎとなれば（ステップＳ５１７のＹＥＳ、図１４に示すｔ９点）、全電気特性測定シーケンスを終了し、メイン動作シーケンスに戻る。
【００６９】
端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上であれば（ステップＳ５１５のＹＥＳ）、全電気特性測定シーケンスを終了し、メイン動作シーケンスに戻る。
【００７０】
制御回路（ＣＰＵ）１は、メイン動作シーケンス（図２、図３）において、上述したステップＳ１０１〜１０３の処理を終了した後、ステップＳ１０３で正常という自己診断結果が得られれば、上述したステップＳ１０６〜Ｓ１１８の処理を繰り返し実行する。
【００７１】
すなわち、ステップＳ１０６〜Ｓ１１８の処理の繰り返しにおいて、外部コントローラ２００から開度指令の指示が与えられれば（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、電動モータ７を駆動してバルブ２００の実開度θｐｖを設定開度θｓｐに一致させ、外部コントローラ２００からコマンドが与えられれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、そのコマンドの処理を実行する。
【００７２】
また、静電容量の測定タイミングが発生すれば（ステップＳ１１５のＹＥＳ）、バックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗを測定し、その測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗが正常な範囲にあるか否かをチェックすると共に、その測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗに基づいて必要充電電圧ＶＣｍｉｎを計算し、その計算した必要充電電圧ＶＣｍｉｎにバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣを調整する。
【００７３】
また、全電気特性の測定タイミングが発生すれば（ステップＳ１１７のＹＥＳ）、バックアップコンデンサ１６の内部抵抗値Ｒｄおよび静電容量値Ｃｎｅｗを測定し、その測定した内部抵抗値Ｒｄおよび静電容量値Ｃｎｅｗが正常な範囲にあるか否かをチェックすると共に、その測定した静電容量値Ｃｎｅｗに基づいて必要充電電圧ＶＣｍｉｎを計算し、その計算した必要充電電圧ＶＣｍｉｎにバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣを調整する。
【００７４】
このようにして、本実施の形態では、バックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗが定期的に測定され、バックアップコンデンサの最新の静電容量値Ｃｎｅｗが測定される毎に、その測定された最新の静電容量値Ｃｎｅｗに基づいてバルブ２００をその時の開度設定値θｓｐから緊急開閉位置までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサの充電電圧が必要充電電圧ＶＣｍｉｎとして算出され、この算出された必要充電電圧ＶＣｍｉｎとなるようにバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣが調整されるので、バックアップコンデンサ１６に適切な量の電気エネルギーを蓄積させながら、いつ停電が生じても期待されるリターン動作を確実に行わせることができるようになる。これにより、停電時の動作不能の解消と省エネルギーが図られるものとなる。
【００７５】
また、本実施の形態では、バックアップコンデンサの必要充電電圧ＶＣｍｉｎを算出した後、この必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖ以下である場合には、最小充電電流値Ｉａｍｉｎでバックアップコンデンサ１６の充電が行われ、 必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖよりも大きい場合には、Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴとしてバックアップコンデンサ１６への充電電流値Ｉａが決定され、この決定された充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電が行われるので、設定開度θｓｐに応じ、負担をかけない適切な値の電流でバックアップコンデンサ１６の充電が行われるものとなる。これにより、バックアップコンデンサ１６の内部抵抗での発熱によって静電容量が劣化してしまうということが避けられ、また、充電回路１８の電流容量を高出力化する必要がなくなり、コストダウンを図ることができるようになる。
【００７６】
なお、本実施の形態において、静電容量の測定間隔ＴＣ１や全電気特性の測定間隔ＴＣ２は、下記の状況により可変として最適な測定間隔とし、測定時の充放電の回数を少なくするようにして、長寿命化を図るようにする。
【００７７】
(１)内部抵抗値および静電容量値の劣化状況
・内部抵抗／静電容量劣化小→測定間隔長い
・内部抵抗／静電容量劣化大→測定間隔短い
(２)装置内部の温度の状況
・内部温度が低い→測定間隔長い
・内部温度が高い→測定間隔短い
【００７８】
また、本実施の形態において、充電中に何回か設定開度θｓｐの変更に充電が追いつかないような場合には、充電電流値を自動的に上昇させるようにするとよい。
【００７９】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の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、本発明の技術的範囲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。
【符号の説明】
【００８０】
１…制御回路、２…不揮発性メモリ、３…Ａ／Ｄ変換回路、４…通信回路、５…マルチプレクサ、６…開度指令入力回路、７…電動モータ、８…モータ駆動回路、９…減速機構、１０…位置検出機構（ポテンショメータ）、１１…温度センサ、１２…電源回路、１３…電源停止検出回路、１４…電源供給切替回路、１５…制御電源回路、１６…バックアップコンデンサ（電気二重層コンデンサ）、１７…コンデンサ端子電圧測定回路、１８…充電回路、１９…放電回路、２０…放電電流測定回路、１００…電動アクチュエータ、２００…バルブ、３００…外部コントローラ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータの駆動力によってバルブの開閉を制御する電動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空調設備やプラント等に使用されるバルブの開閉を制御する装置として、電動アクチュエータが用いられている。この電動アクチュエータでは、モータの駆動力によって、冷水や温水、高温の蒸気などが流れる配管に装着されたボール弁やバタフライ弁等を弁体として用いたバルブの開閉を制御する。
【０００３】
このような電動アクチュエータとしてスプリングリターン型の電動アクチュエータが存在する。このスプリングリターン型の電動アクチュエータは、停電時のバルブの緊急開閉手段としてバルブの弁軸やそれを回動させる出力軸にスプリングを備え、通常の稼働時にはバルブを回転駆動するモータの回転力を利用してスプリングを巻き上げておき、停電時にモータの回転力がなくなると、巻き上げられたスプリングの付勢力で緊急開閉位置までの開動作又は閉動作を強制的に行わせる。なお、緊急開閉位置は、全閉位置として定められる場合もあるし、全開位置として定められる場合もある。
【０００４】
しかし、このようなスプリングリターン型の電動アクチュエータでは、バルブの停電時の開動作や閉動作が非常に迅速に行われるという利点があるが、(１)開閉時に比較的大きな音がする、(２)通常稼働時にスプリングを巻き上げるために大きなトルクを発生するモータが必要となり消費電力が大きくなる、(３)緊急開閉時にスプリングがオーバランすなわち必要以上に開動作や閉動作をして装置に大きなダメージを与える等の問題点を有している。
【０００５】
そこで、スプリングの代わりに、電気二重層コンデンサをバックアップコンデンサとして電動アクチュエータに搭載して、通常時にバックアップコンデンサを充電しておき、停電時にバックアップコンデンサに蓄えられている電気エネルギーで電動モータを駆動してバルブを強制的に開動作や閉動作させる電動アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１８４３３号公報
【特許文献２】特開２００８−８９１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、バックアップコンデンサに蓄電できる電気エネルギーは、バックアップコンデンサの静電容量に依存し、この静電容量は経年変化、印加電圧、温度変化等によって減少するため、バックアップコンデンサの端子間電圧を監視して常に予め定められた電圧値を保つものとしても、時間を経た後に停電が起こった場合、蓄電エネルギーが足らず、期待される開動作や閉動作（リターン動作）を行うことができない、という事態が発生する虞がある。
【０００８】
また、停電時のバルブの開度は特定することができないため、通常、バックアップコンデンサには常に全開から全閉又は全閉から全開まで動作させるのに必要な電気エネルギーを蓄えるようにする。これに対して、電動アクチュエータはバルブを必ずしも全閉（開度０％）又は全開（開度１００％）の位置に制御するとは限らず、中間開度に制御される場合が多い。中間開度にバルブを制御中に停電が発生した場合、その中間開度から全閉または全開まで動作させればよいのにも拘わらず、バックアップコンデンサには全開から全閉又は全閉から全開まで動作させるのに必要な電気エネルギーが蓄えられている。このため、バックアップコンデンサへの電気エネルギーの過剰蓄積（過剰充電）となり、省エネルギーが妨げられると共に、バックアップコンデンサの寿命も短くなる。
【０００９】
なお、特許文献２には、停電時におけるバルブの開動作又は閉動作に必要なだけの電力をバックアップコンデンサに充電させることについて記載されている。しかしながら、この記載に基づいて、バルブの現在の開度位置から緊急開閉位置までの開動作又は閉動作に必要なだけの電力を算出し、この電力をバックアップコンデンサに充電させるようにしたとしても、バックアップコンデンサの静電容量は経年変化、印加電圧、温度変化等によって減少するため、適切な量の電気エネルギーがバックアップコンデンサに蓄積されるとは限らず、期待される開動作や閉動作（リターン動作）を行うことができない虞がある。
【００１０】
また、バックアップコンデンサとして用いられる電気二重層コンデンサは、大電流による急速充電が可能であるという特色がある。しかし、大電流で充電を行うと、電気二重層コンデンサの内部抵抗での発熱を生じて静電容量が劣化してしまう。また、充電回路の電流容量の高出力化が必要となり、コストアップとなる。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、バックアップコンデンサに適切な量の電気エネルギーを常に蓄積させながら、いつ停電が生じても期待されるリターン動作を確実に行わせることが可能な電動アクチュエータを提供することにある。
また、バックアップコンデンサの内部抵抗での発熱による静電容量の劣化を防止すると共に、充電回路の電流容量の高出力化を不要としてコストダウンを図ることが可能な電動アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために本発明は、電源部と、この電源部からの電力の供給を受けてバルブを駆動するモータと、電源部からの電力の供給を受けて充電されるバックアップコンデンサとを備え、停電時にバックアップコンデンサに蓄えられている電気エネルギーによってモータを強制的に駆動しバルブを所定の開度位置までリターン動作させる電動アクチュエータにおいて、バルブの実開度を検出する開度検出手段と、バックアップコンデンサの端子間電圧を検出する端子間電圧検出手段と、バックアップコンデンサの最新の静電容量値を定期的に測定する静電容量測定手段と、バックアップコンデンサの最新の静電容量値が測定される毎に、その測定された最新の静電容量値に基づいてバルブをその時の開度設定値から所定の開度位置までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサの充電電圧を必要充電電圧として算出する必要充電電圧算出手段と、必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高い場合、バルブの実開度と開度設定値とに基づいてバックアップコンデンサへの充電電流の値を決定し、端子間電圧検出手段によって検出される端子間電圧が必要充電電圧となるまでバックアップコンデンサへの充電を行う充電手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、バックアップコンデンサの最新の静電容量値が定期的に測定され、バックアップコンデンサの最新の静電容量値が測定される毎に、その測定された最新の静電容量値に基づいてバルブをその時の開度設定値から所定の開度位置（緊急開閉位置）までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサの充電電圧が必要充電電圧として算出される。そして、算出された必要充電電圧と検出されたバックアップコンデンサの端子間電圧とが比較され、算出された必要充電電圧が検出された端子間電圧よりも高い場合には、バルブの実開度と開度設定値とに基づいてバックアップコンデンサへの充電電流の値が決定され、端子間電圧が算出された必要充電電圧となるまでバックアップコンデンサへの充電が行われる。
【００１４】
本発明では、算出された必要充電電圧が検出された端子間電圧よりも高い場合、バルブの実開度と開度設定値とに基づいてバックアップコンデンサへの充電電流の値を決定する。この場合、例えば、算出された必要充電電圧が検出された端子間電圧よりも高く、かつ、バルブの開度設定値が実開度以下である場合、バックアップコンデンサへの充電電流の値を予め定められた最小充電電流値とするようにする。
【００１５】
また、算出された必要充電電圧が検出された端子間電圧よりも高く、かつ、バルブの開度設定値が実開度よりも大きい場合、バックアップコンデンサの最新の静電容量値、検出された端子間電圧、算出された必要充電電圧および予め定められた充電時間に基づいて、バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定するようにする。例えば、Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴとして、バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定する。但し、Ｉａ：充電電流の値、Ｃｎｅｗ：最新の静電容量値、ＶＣｍｉｎ：算出された必要充電電圧、ＶＣ：検出された端子間電圧、ΔＴ：充電時間。
【００１６】
本発明において、バックアップコンデンサの最新の静電容量値は、例えば次のようにして求めるようにするとよい。バックアップコンデンサに蓄積されている電気エネルギーを所定の放電電流値Ｉｂで放電させ、この放電によって降下して行くバックアップコンデンサの端子間電圧を監視し、この端子間電圧が所定の電圧値Ｖ１となった時の放電開始からの時間Ｔ１と、電圧値Ｖ１よりも低い値として定められた所定の電圧値Ｖ２となった時の放電開始からの時間Ｔ２とを測定し、この測定した時間Ｔ１，Ｔ２と放電電流値Ｉｂと電圧値Ｖ１，Ｖ２よりバックアップコンデンサの最新の静電容量値Ｃｎｅｗを求める。例えば、Ｃｎｅｗ＝Ｉｂ・（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｖ１−Ｖ２）として、最新の静電容量値Ｃｎｅｗを求める。
【００１７】
また、本発明において、バックアップコンデンサの必要充電電圧は、例えば次のようにして求めるようにするとよい。モータの出力をＰ、バルブの全閉から全開までの全駆動時間をＴａ、バルブの開度設定値をθｓｐ、バルブの全閉から全開までの全回転角度をθａ、バックアップコンデンサの最新の静電容量値をＣｎｅｗとし、ＶＣｍｉｎ＝〔２Ｐ・Ｔａ・θｓｐ／（Ｃｎｅｗ・θａ）〕1/2として、バックアップコンデンサの必要充電電圧ＶＣｍｉｎを求める。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、、バックアップコンデンサの最新の静電容量値を定期的に測定し、バックアップコンデンサの最新の静電容量値が測定される毎に、その測定された最新の静電容量値に基づいてバルブをその時の開度設定値から所定の開度位置までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサの充電電圧を必要充電電圧として算出し、算出された必要充電電圧が検出されたバックアップコンデンサの端子間電圧よりも高い場合、バルブの実開度と開度設定値とに基づいてバックアップコンデンサへの充電電流の値を決定し、端子間電圧が算出された必要充電電圧となるまでバックアップコンデンサへの充電を行うようにしたので、バックアップコンデンサに適切な量の電気エネルギーを蓄積させながら、いつ停電が生じても期待されるリターン動作を確実に行わせることが可能となる。また、バルブの開度設定値が実開度以下である場合には予め定められた最小充電電流値とするなど、負担をかけない適切な値の電流でバックアップコンデンサの充電を行うようにして、バックアップコンデンサの内部抵抗での発熱による静電容量の劣化を防止すると共に、充電回路の電流容量の高出力化を不要としてコストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態の要部を示すブロック図である。
【図２】この電動アクチュエータにおける制御回路が実行するメイン動作シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図３】図２に続くメイン動作シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図４】メイン動作シーケンスの処理で実行される充電シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図５】メイン動作シーケンスの処理で実行される静電容量測定シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図６】静電容量測定シーケンスの処理で実行される静電容量値測定の処理を示すフローチャートである。
【図７】静電容量値測定に際するバックアップコンデンサの端子間電圧の変化を示す図である。
【図８】静電容量値測定後にバックアップコンデンサの端子間電圧が充電によって必要充電電圧へ調整される様子を示す図である。
【図９】メイン動作シーケンスの処理で実行される全電気特性測定シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図１０】図９に続く全電気特性測定シーケンスの処理を示すフローチャートである。
【図１１】全電気特性測定シーケンスの処理で実行される内部抵抗値測定の処理を示すフローチャートである。
【図１２】内部抵抗値測定に際するバックアップコンデンサの端子間電圧の変化を示す図である。
【図１３】内部抵抗値測定後の静電容量値測定に際するバックアップコンデンサの端子間電圧の変化を示す図である。
【図１４】内部抵抗値測定後の静電容量値測定の後にバックアップコンデンサの端子間電圧が充電によって必要充電電圧へ調整される様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態の要部を示すブロック図である。同図において、１００は本発明に係る電動アクチュエータであり、ボール弁やバタフライ弁等のバルブ２００に取り付けられ、電動調節弁として一体化される。また、外部コントローラ３００との間で、情報の授受を行う。
【００２１】
電動アクチュエータ１００は、制御回路１と、不揮発性メモリ２と、Ａ／Ｄ変換回路３と、通信回路４と、マルチプレクサ５と、開度指令入力回路６と、電動モータ７と、モータ駆動回路８と、減速機構９と、位置検出機構（ポテンショメータ）１０と、温度センサ１１と、電源回路１２と、電源停止検出回路１３と、電源供給切替回路１４と、制御電源回路１５と、バックアップコンデンサ（電気二重層コンデンサ）１６と、コンデンサ端子電圧測定回路１７と、充電回路１８と、放電回路１９と、放電電流測定回路２０とを備えている。
【００２２】
制御回路１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を備えており、不揮発性メモリ２に格納されているプログラムに従って処理動作を行う。不揮発性メモリ２には、バルブ２００における弁体の開度を制御するプログラムが格納されている。また、不揮発性メモリ２には、上述したプログラムに従う制御回路（ＣＰＵ）１の処理動作において用いられる調整データや設定データが格納されている。また、不揮発性メモリ２には、上述したプログラムに従う制御回路（ＣＰＵ）１の処理動作において得られる測定データが格納される。
【００２３】
制御回路（ＣＰＵ）１には、外部コントローラ３００からの弁開度の設定値（設定開度）が開度指令入力回路６→マルチプレクサ５→Ａ／Ｄ変換回路３の経路で与えられ、位置検出機構１０からの弁開度の実測値（実開度）がマルチプレクサ５→Ａ／Ｄ変換回路３の経路で与えられる。
【００２４】
制御回路（ＣＰＵ）１は、Ａ／Ｄ変換回路３からの設定開度と実開度とを比較し、設定開度と実開度とが一致するように、モータ駆動回路８へ駆動指令を送る。これにより、電動モータ７が駆動され、この電動モータ７の駆動力が減速機構９を介してバルブ２００の弁軸に伝わり、この弁軸に軸着された弁体を操作することによりバルブ２００の開度が調整される。位置検出機構１０は、減速機構９を介してバルブ２００の弁軸の変位量を検出し、弁開度の実測値（実開度）としてマルチプレクサ５へ送る。
【００２５】
通信回路４は、外部コントローラ３００からのデータ通信を送受信して、制御回路（ＣＰＵ）１に入出力する。開度指令入力回路６は、外部コントローラ３００からの開度指示（アナログ値）を入力してマルチプレクサ５に出力する。電源回路１２は、交流電源から直流電源を生成する。電源供給切替回路１４は、通常時は電源回路１２からの直流電圧を選択出力し、停電時はバックアップコンデンサ１６からの直流電圧（充電電圧）を選択出力する。制御電源回路１５は電源供給切替回路１４からの直流電圧を各電圧に変換し、各回路への制御電源として供給する。電源停止検出回路１３は、電源回路１２への交流電源の供給の停止（停電）を検出し、電源供給切替回路１４および制御回路（ＣＰＵ）１にその旨を通知する。
【００２６】
充電回路１８は、電源回路１２からの直流電圧を入力とし、バックアップコンデンサ１６への充電を行う。充電回路１８におけるバックアップコンデンサ１６に対する充電タイミングおよび充電電流Ｉａは制御回路（ＣＰＵ）１より指示される。放電回路１９はバックアップコンデンサ１６の放電を行う。放電回路１９におけるバックアップコンデンサ１６に対する放電タイミングおよび放電電流Ｉｂは制御回路（ＣＰＵ）１より指示される。
【００２７】
放電電流測定回路２０は放電回路１９における放電電流を検出しマルチプレクサ５に出力する。コンデンサ端子電圧測定回路１７はバックアップコンデンサ１６の端子間電圧を測定しマルチプレクサ５に出力する。温度センサ１１は装置内の温度（バックアップコンデンサ１６の近傍の温度）を検出しマルチプレクサ５に出力する。マルチプレクサ５は、温度センサ１１、開度指令入力回路６、放電電流測定回路２０、コンデンサ端子電圧測定回路１７、位置検出機構１０からの各出力を切り替えて、Ａ／Ｄ変換回路３に出力する。
【００２８】
図２および図３に制御回路（ＣＰＵ）１が不揮発性メモリ２に格納されているプログラムに従って実行する処理動作のフローチャート（メイン動作シーケンスのフローチャート）を分割して示す。以下、このフローチャートに従って、制御回路（ＣＰＵ）１が実行する処理動作について説明する。
【００２９】
制御回路（ＣＰＵ）１は、電源が投入されると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、電動アクチュエータ１００内の各部の自己診断を行い（ステップＳ１０２）、自己診断の結果が「異常」であれば（ステップＳ１０３のＮＯ）、電動アクチュエータ１００の動作を停止させ（ステップＳ１０４）、その自己診断の結果と動作を停止させた旨の情報を通信回路４を介して外部コントローラ３００へ送信する（ステップＳ１０５）。
【００３０】
自己診断の結果が「正常」であれば（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、温度センサ１１が検出する装置内の温度を取り込む（ステップＳ１０６）。そして、外部コントローラ３００からの開度指令の指示があるか否かを確認し（ステップＳ１０７）、開度指令の指示がなければ（ステップＳ１０７のＮＯ）、直ちにステップＳ１１０へ進む。
【００３１】
開度指令の指示があれば（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、その開度指令の指示によって与えられる弁開度の設定値（設定開度）θｓｐと位置検出機構１０からの弁開度の実測値（実開度）θｐｖとを比較し（ステップＳ１０８）、設定開度θｓｐと実開度θｐｖとが一致するように、モータ駆動回路８へ駆動指令を送り、電動モータ７を駆動する（ステップＳ１０９）。これにより、設定開度θｓｐと実開度θｐｖとが一致すれば（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、ステップＳ１１０へ進む。
【００３２】
制御回路（ＣＰＵ）１は、ステップＳ１１０において、外部コントローラ３００からコマンドを受信したか否かをチェックする。外部コントローラ３００からコマンドを受信しなかった場合には（ステップＳ１１０のＮＯ）、ステップＳ１１３（図３）へ進む。外部コントローラ３００からコマンドを受信した場合には（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、そのコマンドの処理を実行する（ステップＳ１１１）。そして、外部コントローラ３００へレスポンスを送信し（ステップＳ１１２）、ステップＳ１１３（図３）へ進む。
【００３３】
制御回路（ＣＰＵ）１は、ステップＳ１１３において、充電シーケンスが完了しているか否かをチェックする。充電シーケンスが完了していなかった場合には（ステップＳ１１３のＮＯ）、充電シーケンスを実行する（ステップＳ１１４）。
【００３４】
〔充電シーケンス〕
図４にステップＳ１１４で実行される充電シーケンスのフローチャートを示す。この充電シーケンスにおいて、制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されているバックアップコンデンサ１６の静電容量の初期設定値Ｃ０を読み出す（ステップＳ２０１）。そして、この読み出した静電容量の初期設定値Ｃ０とその時の設定開度θｓｐより、その時の設定開度θｓｐから緊急開閉位置までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサ１６の最低限の充電電圧を必要充電電圧ＶＣｍｉｎとして計算する（ステップＳ２０２）。
【００３５】
なお、この実施の形態において、緊急開閉位置は全閉位置とする。また、必要充電電圧ＶＣｍｉｎは、電動モータ７の出力をＰ、バルブ２００の全閉から全開までの全駆動時間をＴａ、バルブ２００の全閉から全開までの全回転角度をθａとし、読み出した静電容量の初期設定値Ｃ０とその時の設定開度θｓｐより、下記（１）式によって求める。
ＶＣｍｉｎ＝〔２Ｐ・Ｔａ・θｓｐ／（Ｃ０・θａ）〕1/2 ・・・・（１）
【００３６】
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧の測定値ＶＣとステップＳ２０２で求めた必要充電電圧ＶＣｍｉｎとを比較し（ステップＳ２０３）、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上でなければ（ステップＳ２０３のＮＯ）、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている最小充電電流値Ｉａｍｉｎを充電電流Ｉａとして読み出し（ステップＳ２０４）、充電回路１８へ指示を与えて、その読み出した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ２０５）。そして、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上となったことを確認して（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、メイン動作シーケンスへ戻る。なお、ステップＳ２０３において、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上であった場合には、ステップＳ２０４以降の処理は行わず、直ちにメイン動作シーケンスに戻る。
【００３７】
〔静電容量測定シーケンス〕
制御回路（ＣＰＵ）１は、ステップＳ１１５（図３）おいて、静電容量の測定タイミングか否かをチェックする。この実施の形態では、静電容量の測定間隔をＴＣ１とし、ＴＣ１が経過する毎に静電容量の測定タイミングが発生するものとする。静電容量の測定タイミングが発生すると（ステップＳ１１５のＹＥＳ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、静電容量測定シーケンスの処理を実行する（ステップＳ１１６）。図５にステップＳ１１６で実行される静電容量測定シーケンスのフローチャートを示す。
【００３８】
〔最新の静電容量値の測定〕
この静電容量測定シーケンスにおいて、制御回路（ＣＰＵ）１は、先ず、バックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗを測定する（ステップＳ３０１）。このバックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗの測定は次のようにして行う。図６にステップＳ３０１で実行される静電容量値測定の処理のフローチャートを示す。
【００３９】
制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている放電電流値Ｉｂを読み出し、放電回路１９へ指示を与えて、その読み出した放電電流値Ｉｂでバックアップコンデンサ１６の放電を行う（ステップＳ４０１、図７に示すｔ１点）。
【００４０】
そして、この放電によって降下して行くバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣを監視し、この端子間電圧ＶＣが所定の電圧値Ｖ１となった時（ステップＳ４０２のＹＥＳ、図７に示すｔ２点）の放電開始からの時間Ｔ１を計測する（ステップＳ４０３）。また、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣが電圧値Ｖ１よりも低い値として定められた所定の電圧値Ｖ２となった時（ステップＳ４０４のＹＥＳ、図７に示すｔ３点）の放電開始からの時間Ｔ２を計測する（ステップＳ４０５）。
【００４１】
そして、放電を停止し（ステップＳ４０６）、測定した時間Ｔ１，Ｔ２と放電電流値Ｉｂと電圧値Ｖ１，Ｖ２より、バックアップコンデンサの最新の静電容量値ＣｎｅｗをＣｎｅｗ＝Ｉｂ・（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｖ１−Ｖ２）として求める（ステップＳ４０７）。
【００４２】
制御回路（ＣＰＵ）１は、このようにして最新の静電容量値Ｃｎｅｗを求めた後、この求めた最新の静電容量値Ｃｎｅｗを不揮発性メモリ２に保存する（ステップＳ３０２）。
【００４３】
〔測定した最新の静電容量値と限界設定値および注意設定値との比較〕
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、ステップＳ３０１で測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗと不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている限界設定値と比較し（ステップＳ３０３）、最新の静電容量値Ｃｎｅｗが限界設定値を超えていれば（ステップＳ３０３のＹＥＳ）、電動アクチュエータ１００の動作を停止させ（ステップＳ３０４）、外部コントローラ３００に最新の静電容量値Ｃｎｅｗと動作を停止させた旨の情報を送信する（ステップＳ３０５）。
【００４４】
最新の静電容量値Ｃｎｅｗが限界設定値を超えていなければ（ステップＳ３０３のＮＯ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている注意設定値と比較する（ステップＳ３０６）。ここで、最新の静電容量値Ｃｎｅｗが注意設定値を超えていれば（ステップＳ３０６のＹＥＳ）、外部コントローラ３００に最新の静電容量値Ｃｎｅｗと注意を要する旨の情報を送信する（ステップＳ３０７）。
【００４５】
〔測定した最新の静電容量値に基づく必要充電電圧の算出〕
次に、制御回路（ＣＰＵ）１は、測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗとその時の設定開度θｓｐより、その時の設定開度θｓｐから緊急開閉位置（全閉位置）までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサ１６の最低限の充電電圧を必要充電電圧ＶＣｍｉｎとして計算する（ステップＳ３０８）。
【００４６】
この場合、電動モータ７の出力をＰ、バルブ２００の全閉から全開までの全駆動時間をＴａ、バルブ２００の全閉から全開までの全回転角度をθａとし、測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗとその時の設定開度θｓｐより、下記（２）式によって必要充電電圧ＶＣｍｉｎを求める。
ＶＣｍｉｎ＝〔２Ｐ・Ｔａ・θｓｐ／（Ｃｎｅｗ・θａ）〕1/2 ・・・・（２）
【００４７】
〔バックアップコンデンサの端子間電圧の必要充電電圧への調整〕
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧の測定値ＶＣとステップＳ３０８で計算した必要充電電圧ＶＣｍｉｎとを比較する（ステップＳ３０９）。
【００４８】
ここで、必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く（ステップＳ３０９のＮＯ）、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖ以下である場合には、不揮発性メモリ２から最小充電電流値Ｉａｍｉｎを充電電流値Ｉａとして読み出し、充電回路１８へ指示を与えて、その読み出した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ３１０、図８に示すｔ４点）。すなわち、設定開度θｓｐが実開度θｐｖ以下であるときには、充電電流値Ｉａを最小充電電流値Ｉａｍｉｎとして、大電流での充電を避ける。
【００４９】
また、必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く（ステップＳ３０９のＮＯ）、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖよりも大きい場合には、Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴとしてバックアップコンデンサ１６への充電電流値Ｉａを決定し、充電回路１８へ指示を与えて、その決定した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ３１０、図８に示すｔ４点）。但し、Ｉａ：充電電流の値、Ｃｎｅｗ：最新の静電容量値、ＶＣｍｉｎ：算出された必要充電電圧、ＶＣ：検出された端子間電圧、ΔＴ：充電時間。すなわち、設定開度θｓｐが実開度θｐｖよりも大きい場合には、充電すべき電気エネルギーを多く必要とするが、最新の静電容量値Ｃｎｅｗ、必要充電電圧ＶＣｍｉｎ、端子間電圧ＶＣ、充電時間ΔＤから必要最小限の充電電流値Ｉａを計算し、負担をかけない適切な値の電流でバックアップコンデンサ１６への充電を行う。
【００５０】
そして、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎとなれば（ステップＳ３１１のＹＥＳ、図８に示すｔ５点）、静電容量測定シーケンスを終了し、メイン動作シーケンスに戻る。
【００５１】
端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上であれば（ステップＳ３０９のＹＥＳ）、静電容量測定シーケンスを終了し、メイン動作シーケンスに戻る。
【００５２】
〔全電気特性測定シーケンス〕
次に、制御回路（ＣＰＵ）１は、全電気特性の測定タイミングか否かをチェックする（ステップＳ１１７（図３））。この実施の形態では、全電気特性の測定間隔をＴＣ２とし、ＴＣ２が経過する毎に全電気特性の測定タイミングが発生するものとする。制御回路（ＣＰＵ）１は、全電気特性の測定タイミングが発生すると（ステップＳ１１７のＹＥＳ）、全電気特性測定シーケンスの処理を実行する（ステップＳ１１８）。なお、この実施の形態において、全電気特性の測定間隔ＴＣ２は、静電容量の測定間隔ＴＣ１よりも長く設定されているものとする。
【００５３】
〔内部抵抗値の測定〕
図９および図１０にステップＳ１１８で実行される全電気特性測定シーケンスのフローチャートを分割して示す。この全電気特性測定シーケンスにおいて、制御回路（ＣＰＵ）１は、先ず、バックアップコンデンサ１６の内部抵抗値Ｒｄを測定する（ステップＳ５０１）。このバックアップコンデンサ１６の内部抵抗値Ｒｄの測定は次のようにして行う。図１１にステップＳ５０１での内部抵抗値測定の処理のフローチャートを示す。
【００５４】
制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に格納されている最小充電電流値Ｉａｍｉｎを充電電流値Ｉａとして読み出し、充電回路１８へ指示を与えて、その読み出した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６を充電させる（ステップＳ６０１、図１２に示すｔ１点）。そして、バックアップコンデンサ１６の満充電を確認した後（ステップＳ６０２のＹＥＳ、図１２に示すｔ２点）、不揮発性メモリ２に格納されている放電電流値Ｉｂを読み出し、放電回路１９へ指示を与えて、その読み出した放電電流値Ｉｂでバックアップコンデンサ１６を放電させる（ステップＳ６０３、図１２に示すｔ３点）。
【００５５】
制御回路（ＣＰＵ）１は、この放電電流値Ｉｂでの放電を続け、予め定められた時間Ｔｘが経過すると（ステップＳ６０４のＹＥＳ、図１２に示すｔ４点）、放電を停止する（ステップＳ６０５）。そして、この時間Ｔｘの間の急峻に低下した部分での電圧降下ΔＶ１を求め（ステップＳ６０６）、この電圧降下ΔＶ１と放電電流値Ｉｂとからバックアップコンデンサ１６の内部抵抗値ＲｄをＲｄ＝ΔＶ１／Ｉｂとして求める（ステップＳ６０７）。
【００５６】
〔静電容量値の測定〕
次に、制御回路（ＣＰＵ）１は、バックアップコンデンサ１６の静電容量値Ｃｎｅｗを測定する（ステップＳ５０２）。このバックアップコンデンサ１６の静電容量値Ｃｎｅｗの測定は、図５に示したステップＳ３０１と同様にして、図６に示したフローチャートに従って実行する。
【００５７】
すなわち、図１３に内部抵抗値Ｒｄを測定した後のバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣの変化を示すように、内部抵抗値Ｒｄを測定した後のｔ５点において放電電流値Ｉｂによる放電を開始し、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣが所定の電圧値Ｖ１となった時の放電開始からの時間Ｔ１を計測し（図１３に示すｔ６点）、所定の電圧値Ｖ２となった時の放電開始からの時間Ｔ２を計測し（図１３に示すｔ７点）、Ｃｎｅｗ＝Ｉｂ・（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｖ１−Ｖ２）としてバックアップコンデンサ１６の静電容量値Ｃｎｅｗを求める。
【００５８】
制御回路（ＣＰＵ）１は、このようにしてバックアップコンデンサ１６の内部抵抗値Ｒｄおよび静電容量値Ｃｎｅｗを求めた後、その求めた内部抵抗値Ｒｄおよび静電容量値Ｃｎｅｗを不揮発性メモリ２に保存する（ステップＳ５０３）。
【００５９】
〔測定した内部抵抗値と限界設定値および注意設定値との比較〕
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、測定した内部抵抗値Ｒｄと不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている限界設定値と比較し（ステップＳ５０４）、内部抵抗値Ｒｄが限界設定値を超えていれば（ステップＳ５０４のＹＥＳ）、電動アクチュエータ１００の動作を停止させ（ステップＳ５０５）、外部コントローラ３００に内部抵抗値Ｒｄと動作を停止させた旨の情報を送信する（ステップＳ５０６）。
【００６０】
内部抵抗値Ｒｄが限界設定値を超えていなければ（ステップＳ５０４のＮＯ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている注意設定値と比較する（ステップＳ５０７）。ここで、内部抵抗値Ｒｄが注意設定値を超えていれば（ステップＳ５０７のＹＥＳ）、外部コントローラ３００に測定した内部抵抗値Ｒｄと注意を要する旨の情報を送信する（ステップＳ５０８）。
【００６１】
また、制御回路（ＣＰＵ）１は、測定した静電容量値Ｃｎｅｗと不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている限界設定値と比較し（ステップＳ５０９（図１０））、静電容量値Ｃｎｅｗが限界設定値を超えていれば（ステップＳ５０９のＹＥＳ）、電動アクチュエータ１００の動作を停止させ（ステップＳ５１０）、外部コントローラ３００に静電容量値Ｃｎｅｗと動作を停止させた旨の情報を送信する（ステップＳ５１１）。
【００６２】
静電容量値Ｃｎｅｗが限界設定値を超えていなければ（ステップＳ５０９のＮＯ）、制御回路（ＣＰＵ）１は、不揮発性メモリ２に設定データとして格納されている注意設定値と比較する（ステップＳ５１２）。ここで、静電容量値Ｃｎｅｗが注意設定値を超えていれば（ステップＳ５１２のＹＥＳ）、外部コントローラ３００に静電容量値Ｃｎｅｗと注意を要する旨の情報を送信する（ステップＳ５１３）。
【００６３】
〔測定した静電容量値に基づく必要充電電圧の算出〕
次に、制御回路（ＣＰＵ）１は、測定した静電容量値Ｃｎｅｗとその時の設定開度θｓｐより、その時の設定開度θｓｐから緊急開閉位置（全閉位置）までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサ１６の最低限の充電電圧を必要充電電圧ＶＣｍｉｎとして計算する（ステップＳ５１４）。
【００６４】
この場合、電動モータ７の出力をＰ、バルブ２００の全閉から全開までの全駆動時間をＴａ、バルブ２００の全閉から全開までの全回転角度をθａとし、測定した静電容量値Ｃｎｅｗとその時の設定開度θｓｐより、前記（２）式によって必要充電電圧ＶＣｍｉｎを求める。
【００６５】
〔バックアップコンデンサの端子間電圧の必要充電電圧への調整〕
そして、制御回路（ＣＰＵ）１は、バックアップコンデンサ１６の端子間電圧の測定値ＶＣとステップＳ５１４で計算した必要充電電圧ＶＣｍｉｎとを比較する（ステップＳ５１５）。
【００６６】
ここで、必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く（ステップＳ５１５のＮＯ）、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖ以下である場合には、不揮発性メモリ２から最小充電電流値Ｉａｍｉｎを充電電流値Ｉａとして読み出し、充電回路１８へ指示を与えて、その読み出した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ５１６、図１４に示すｔ８点）。
【００６７】
また、必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く（ステップＳ５１５のＮＯ）、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖよりも大きい場合には、Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴとしてバックアップコンデンサ１６への充電電流値Ｉａを決定し、充電回路１８へ指示を与えて、その決定した充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電を行う（ステップＳ５１６、図１４に示すｔ８点）。
【００６８】
そして、端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎとなれば（ステップＳ５１７のＹＥＳ、図１４に示すｔ９点）、全電気特性測定シーケンスを終了し、メイン動作シーケンスに戻る。
【００６９】
端子間電圧の測定値ＶＣが必要充電電圧ＶＣｍｉｎ以上であれば（ステップＳ５１５のＹＥＳ）、全電気特性測定シーケンスを終了し、メイン動作シーケンスに戻る。
【００７０】
制御回路（ＣＰＵ）１は、メイン動作シーケンス（図２、図３）において、上述したステップＳ１０１〜１０３の処理を終了した後、ステップＳ１０３で正常という自己診断結果が得られれば、上述したステップＳ１０６〜Ｓ１１８の処理を繰り返し実行する。
【００７１】
すなわち、ステップＳ１０６〜Ｓ１１８の処理の繰り返しにおいて、外部コントローラ２００から開度指令の指示が与えられれば（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、電動モータ７を駆動してバルブ２００の実開度θｐｖを設定開度θｓｐに一致させ、外部コントローラ２００からコマンドが与えられれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、そのコマンドの処理を実行する。
【００７２】
また、静電容量の測定タイミングが発生すれば（ステップＳ１１５のＹＥＳ）、バックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗを測定し、その測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗが正常な範囲にあるか否かをチェックすると共に、その測定した最新の静電容量値Ｃｎｅｗに基づいて必要充電電圧ＶＣｍｉｎを計算し、その計算した必要充電電圧ＶＣｍｉｎにバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣを調整する。
【００７３】
また、全電気特性の測定タイミングが発生すれば（ステップＳ１１７のＹＥＳ）、バックアップコンデンサ１６の内部抵抗値Ｒｄおよび静電容量値Ｃｎｅｗを測定し、その測定した内部抵抗値Ｒｄおよび静電容量値Ｃｎｅｗが正常な範囲にあるか否かをチェックすると共に、その測定した静電容量値Ｃｎｅｗに基づいて必要充電電圧ＶＣｍｉｎを計算し、その計算した必要充電電圧ＶＣｍｉｎにバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣを調整する。
【００７４】
このようにして、本実施の形態では、バックアップコンデンサ１６の最新の静電容量値Ｃｎｅｗが定期的に測定され、バックアップコンデンサの最新の静電容量値Ｃｎｅｗが測定される毎に、その測定された最新の静電容量値Ｃｎｅｗに基づいてバルブ２００をその時の開度設定値θｓｐから緊急開閉位置までリターン動作させるために必要なバックアップコンデンサの充電電圧が必要充電電圧ＶＣｍｉｎとして算出され、この算出された必要充電電圧ＶＣｍｉｎとなるようにバックアップコンデンサ１６の端子間電圧ＶＣが調整されるので、バックアップコンデンサ１６に適切な量の電気エネルギーを蓄積させながら、いつ停電が生じても期待されるリターン動作を確実に行わせることができるようになる。これにより、停電時の動作不能の解消と省エネルギーが図られるものとなる。
【００７５】
また、本実施の形態では、バックアップコンデンサの必要充電電圧ＶＣｍｉｎを算出した後、この必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖ以下である場合には、最小充電電流値Ｉａｍｉｎでバックアップコンデンサ１６の充電が行われ、 必要充電電圧ＶＣｍｉｎが端子間電圧の測定値ＶＣよりも高く、かつ、設定開度θｓｐが実開度θｐｖよりも大きい場合には、Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴとしてバックアップコンデンサ１６への充電電流値Ｉａが決定され、この決定された充電電流値Ｉａでバックアップコンデンサ１６の充電が行われるので、設定開度θｓｐに応じ、負担をかけない適切な値の電流でバックアップコンデンサ１６の充電が行われるものとなる。これにより、バックアップコンデンサ１６の内部抵抗での発熱によって静電容量が劣化してしまうということが避けられ、また、充電回路１８の電流容量を高出力化する必要がなくなり、コストダウンを図ることができるようになる。
【００７６】
なお、本実施の形態において、静電容量の測定間隔ＴＣ１や全電気特性の測定間隔ＴＣ２は、下記の状況により可変として最適な測定間隔とし、測定時の充放電の回数を少なくするようにして、長寿命化を図るようにする。
【００７７】
(１)内部抵抗値および静電容量値の劣化状況
・内部抵抗／静電容量劣化小→測定間隔長い
・内部抵抗／静電容量劣化大→測定間隔短い
(２)装置内部の温度の状況
・内部温度が低い→測定間隔長い
・内部温度が高い→測定間隔短い
【００７８】
また、本実施の形態において、充電中に何回か設定開度θｓｐの変更に充電が追いつかないような場合には、充電電流値を自動的に上昇させるようにするとよい。
【００７９】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の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、本発明の技術的範囲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。
【符号の説明】
【００８０】
１…制御回路、２…不揮発性メモリ、３…Ａ／Ｄ変換回路、４…通信回路、５…マルチプレクサ、６…開度指令入力回路、７…電動モータ、８…モータ駆動回路、９…減速機構、１０…位置検出機構（ポテンショメータ）、１１…温度センサ、１２…電源回路、１３…電源停止検出回路、１４…電源供給切替回路、１５…制御電源回路、１６…バックアップコンデンサ（電気二重層コンデンサ）、１７…コンデンサ端子電圧測定回路、１８…充電回路、１９…放電回路、２０…放電電流測定回路、１００…電動アクチュエータ、２００…バルブ、３００…外部コントローラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源部と、この電源部からの電力の供給を受けてバルブを駆動するモータと、前記電源部からの電力の供給を受けて充電されるバックアップコンデンサとを備え、停電時に前記バックアップコンデンサに蓄えられている電気エネルギーによって前記モータを強制的に駆動し前記バルブを所定の開度位置までリターン動作させる電動アクチュエータにおいて、
前記バルブの実開度を検出する開度検出手段と、
前記バックアップコンデンサの端子間電圧を検出する端子間電圧検出手段と、
前記バックアップコンデンサの最新の静電容量値を定期的に測定する静電容量測定手段と、
前記バックアップコンデンサの最新の静電容量値が測定される毎に、その測定された最新の静電容量値に基づいて前記バルブをその時の開度設定値から前記所定の開度位置までリターン動作させるために必要な前記バックアップコンデンサの充電電圧を必要充電電圧として算出する必要充電電圧算出手段と、
前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高い場合、前記バルブの実開度と開度設定値とに基づいて前記バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定し、前記端子間電圧検出手段によって検出される端子間電圧が前記必要充電電圧となるまで前記バックアップコンデンサへの充電を行う充電手段と
を備えることを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載された電動アクチュエータにおいて、
前記充電手段は、
前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高く、かつ、前記バルブの開度設定値が実開度以下である場合には、前記バックアップコンデンサへの充電電流の値を予め定められた最小充電電流値とする
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された電動アクチュエータにおいて、
前記充電手段は、
前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高く、かつ、前記バルブの開度設定値が実開度よりも大きい場合には、前記バックアップコンデンサの最新の静電容量値、前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧、前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧および予め定められた充電時間に基づいて、前記バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された電動アクチュエータにおいて、
前記充電手段は、
前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高く、かつ、前記バルブの開度設定値が実開度よりも大きい場合には、下記（１）式によって前記バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴ ・・・・(１)
但し、Ｉａ：充電電流の値、Ｃｎｅｗ：最新の静電容量値、ＶＣｍｉｎ：算出された必要充電電圧、ＶＣ：検出された端子間電圧、ΔＴ：充電時間。
【請求項１】
電源部と、この電源部からの電力の供給を受けてバルブを駆動するモータと、前記電源部からの電力の供給を受けて充電されるバックアップコンデンサとを備え、停電時に前記バックアップコンデンサに蓄えられている電気エネルギーによって前記モータを強制的に駆動し前記バルブを所定の開度位置までリターン動作させる電動アクチュエータにおいて、
前記バルブの実開度を検出する開度検出手段と、
前記バックアップコンデンサの端子間電圧を検出する端子間電圧検出手段と、
前記バックアップコンデンサの最新の静電容量値を定期的に測定する静電容量測定手段と、
前記バックアップコンデンサの最新の静電容量値が測定される毎に、その測定された最新の静電容量値に基づいて前記バルブをその時の開度設定値から前記所定の開度位置までリターン動作させるために必要な前記バックアップコンデンサの充電電圧を必要充電電圧として算出する必要充電電圧算出手段と、
前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高い場合、前記バルブの実開度と開度設定値とに基づいて前記バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定し、前記端子間電圧検出手段によって検出される端子間電圧が前記必要充電電圧となるまで前記バックアップコンデンサへの充電を行う充電手段と
を備えることを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載された電動アクチュエータにおいて、
前記充電手段は、
前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高く、かつ、前記バルブの開度設定値が実開度以下である場合には、前記バックアップコンデンサへの充電電流の値を予め定められた最小充電電流値とする
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された電動アクチュエータにおいて、
前記充電手段は、
前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高く、かつ、前記バルブの開度設定値が実開度よりも大きい場合には、前記バックアップコンデンサの最新の静電容量値、前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧、前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧および予め定められた充電時間に基づいて、前記バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された電動アクチュエータにおいて、
前記充電手段は、
前記必要充電電圧算出手段によって算出された必要充電電圧が前記端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧よりも高く、かつ、前記バルブの開度設定値が実開度よりも大きい場合には、下記（１）式によって前記バックアップコンデンサへの充電電流の値を決定する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
Ｉａ＝Ｃｎｅｗ・（ＶＣｍｉｎ−ＶＣ）／ΔＴ ・・・・(１)
但し、Ｉａ：充電電流の値、Ｃｎｅｗ：最新の静電容量値、ＶＣｍｉｎ：算出された必要充電電圧、ＶＣ：検出された端子間電圧、ΔＴ：充電時間。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−９６５５１（Ｐ２０１３−９６５５１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２６４３（Ｐ２０１１−２４２６４３）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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