JP2019158129A - Valve device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弁装置に関する。 The present invention relates to a valve device.
従来、ボイラ等の燃焼装置において、燃焼装置に供給される燃料の流量を調整するために、流量調整弁が用いられている。燃焼装置に適用可能な流量調整弁としては、例えばニードル式やボール式のものが知られており、ステッピングモータ等の駆動機構によりバルブボディを回転させる構成である。そして、駆動機構によりバルブボディを位置変更させることで、流量調整弁の開度が変更される。 Conventionally, in a combustion apparatus such as a boiler, a flow rate adjusting valve is used to adjust the flow rate of fuel supplied to the combustion apparatus. As a flow rate adjustment valve applicable to the combustion device, for example, a needle type or a ball type is known, and the valve body is rotated by a driving mechanism such as a stepping motor. And the opening degree of a flow regulating valve is changed by changing the position of a valve body with a drive mechanism.
燃焼装置において流量調整弁を用いる場合、駆動機構により操作される流量調整弁の開度を正確に制御するために、バルブボディの閉位置における所定の位置を原点位置として設定し、燃焼開始時等にこの原点位置の検出を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これにより、燃焼開始時にバルブボディの原点位置を確認でき、必要に応じて原点位置の補正を行える。よって、駆動機構により操作されるバルブボディの操作位置と実際位置のずれが防止される。 When using a flow control valve in a combustion device, in order to accurately control the opening of the flow control valve operated by the drive mechanism, a predetermined position in the closed position of the valve body is set as the origin position, and combustion is started, etc. In addition, a technique for detecting the origin position has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Thus, the origin position of the valve body can be confirmed at the start of combustion, and the origin position can be corrected as necessary. Therefore, a deviation between the operation position of the valve body operated by the drive mechanism and the actual position is prevented.
従来、原点位置の検出には、流量制御弁の所定の位置を原点位置として設定すると共に、この設定された原点位置を検出するための機構を設けている。一方、流量制御弁を構成するバルブボディ及びバルブシート等の部品には製造誤差が生じる。そのため、製品の組み立て時に、流量制御弁ごとに精度よく原点位置を設定し、また原点位置を検出するための機構を流量制御弁に対して正確に取り付けるために、製造に係る工数が増え、製品コストが増大してしまう。 Conventionally, the origin position is detected by setting a predetermined position of the flow control valve as the origin position and providing a mechanism for detecting the set origin position. On the other hand, manufacturing errors occur in parts such as a valve body and a valve seat constituting the flow control valve. Therefore, when assembling the product, the origin position is accurately set for each flow control valve, and the mechanism for detecting the origin position is accurately attached to the flow control valve. Cost increases.
従って、本発明は、簡易な構成により開度を正確に調整できる弁装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of this invention is to provide the valve apparatus which can adjust an opening degree correctly with a simple structure.
本発明は、バルブケーシングと;中心軸周りに回転可能な状態で前記バルブケーシング内に収容された軸直角断面が円形のバルブボディと;前記バルブボディに接触した状態で前記バルブケーシング内に配置されるバルブシートと、を備える弁装置であって、前記バルブシートを前記バルブボディ側に付勢する付勢部材と、前記バルブボディを回転させるDCモータと、前記DCモータのロータに流れる電流値を検出する電流検出部と、前記DCモータの回転速度を検出するエンコーダと、前記DCモータの動作を制御するモータ制御部と、前記DCモータを所定の条件で動作させたときの前記電流検出部の検出結果又は前記エンコーダの検出結果に基いて、流体の流通状態に所定の変化が生じる所定回転位置を検出し、該所定回転位置を回転動作の原点位置と判定する原点位置判定部と、を備える弁装置に関する。 The present invention relates to a valve casing; a valve body having a circular cross section perpendicular to the axis accommodated in the valve casing so as to be rotatable around a central axis; and disposed in the valve casing in contact with the valve body. A valve seat comprising: a biasing member that biases the valve seat toward the valve body; a DC motor that rotates the valve body; and a current value that flows through a rotor of the DC motor. A current detection unit to detect, an encoder to detect the rotational speed of the DC motor, a motor control unit to control the operation of the DC motor, and the current detection unit when the DC motor is operated under a predetermined condition. Based on the detection result or the detection result of the encoder, a predetermined rotational position where a predetermined change occurs in the fluid flow state is detected, and the predetermined rotational position is rotated. And determining the home position determining unit and the origin position of the operation relates to a valve device comprising a.
また、前記モータ制御部は、前記エンコーダにより検出される前記回転速度が一定となるように前記DCモータを動作させ、前記原点位置判定部は、前記電流検出部により検出される前記電流値の変化に基いて前記所定回転位置を検出することが好ましい。 The motor control unit operates the DC motor so that the rotation speed detected by the encoder is constant, and the origin position determination unit changes the current value detected by the current detection unit. Preferably, the predetermined rotational position is detected based on the above.
また、前記モータ制御部は、前記電流検出部により検出される前記電流値が一定となるように前記DCモータを動作させ、前記原点位置判定部は、前記エンコーダにより検出される前記回転速度の変化に基いて前記所定回転位置を検出することが好ましい。 The motor control unit operates the DC motor so that the current value detected by the current detection unit becomes constant, and the origin position determination unit changes the rotation speed detected by the encoder. Preferably, the predetermined rotational position is detected based on the above.
また、弁装置は、流体入口流路、第1流体出口流路、及び第2流体出口流路を備えるバルブケーシングと、中心軸周りに回転可能な状態で前記バルブケーシング内に収容される軸直角断面が円形のバルブボディであって、表面に開口すると共に前記中心軸に沿って延びるボディ側入口穴;及び、表面に開口すると共に該ボディ側入口穴に連続して形成される1個又は2個のボディ側出口穴を備えるバルブボディと、前記バルブボディの側面に接触した状態で前記バルブケーシング内に配置されるバルブシートであって、前記第1流体出口流路側に配置され、シート側第1出口穴が形成された第1バルブシート;及び、前記第2流体出口流路側に配置され、シート側第2出口穴が形成された第2バルブシートからなるバルブシートと、を備え、前記ボディ側出口穴、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴は、前記バルブボディを前記中心軸周りに正転させた場合に、(i)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴のいずれとも連通しない非連通状態;(ii)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴とのみ連通し、前記バルブボディの正転方向への回転角度が変化するに従って、前記シート側第1出口穴から吐出される流体の流量が比例的に増加する連通状態A;(iii)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴とのみ連通し、前記バルブボディの正転方向への回転角度が変化しても、前記シート側第1出口穴から吐出される流体の流量が変化しない連通状態B;(iv)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴の両方と連通し、前記バルブボディの正転方向への回転角度が変化するに従って、前記シート側第2出口穴から吐出される流体の流量が比例的に増加する一方、前記シート側第1出口穴から吐出される流体の流量が変化しない連通状態C;及び、(v)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴の両方と連通し、前記バルブボディの正転方向への回転角度が変化しても、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴から吐出される流体の流量が変化しない連通状態Dの順に流通状態が切り替わるように、前記ボディ側出口穴の個数、並びに各出口穴の相対的な位置関係及び形状が設定され、前記原点位置判定部は、非連通状態と連通状態Aとが切り替わる位置、連通状態Aと連通状態Bとが切り替わる位置、連通状態Bと連通状態Cとが切り替わる位置、及び、連通状態Cと連通状態Dとが切り替わる位置のうち、いずれか一つ以上を前記所定回転位置として検出することが好ましい。 The valve device includes a valve casing including a fluid inlet channel, a first fluid outlet channel, and a second fluid outlet channel, and an axis perpendicular to the valve casing that can be rotated about a central axis. A valve body having a circular cross section and having a body-side inlet hole that opens to the surface and extends along the central axis; and one or two that are open to the surface and continuously formed in the body-side inlet hole A valve body provided with a plurality of body-side outlet holes, and a valve seat disposed in the valve casing in contact with a side surface of the valve body, the valve seat being disposed on the first fluid outlet channel side, A first valve seat in which one outlet hole is formed; and a valve seat that is arranged on the second fluid outlet flow channel side and includes a second valve seat in which a seat side second outlet hole is formed, The body side outlet hole, the seat side first outlet hole, and the seat side second outlet hole are: (i) an opening of the body side outlet hole when the valve body is rotated forward around the central axis. Is in a non-communication state in which neither the seat-side first exit hole nor the seat-side second exit hole communicates; (ii) the opening of the body-side exit hole communicates only with the seat-side first exit hole; A communication state A in which the flow rate of the fluid discharged from the seat-side first outlet hole increases proportionally as the rotation angle of the valve body in the forward rotation direction changes; (iii) the body-side outlet hole Even if the opening communicates only with the seat-side first outlet hole and the rotation angle of the valve body in the forward rotation direction changes, the flow rate of the fluid discharged from the seat-side first outlet hole does not change. Communication state B; (iv) the body As the opening of the outlet hole communicates with both the seat side first outlet hole and the seat side second outlet hole, the seat side second outlet changes as the rotation angle of the valve body in the forward rotation direction changes. A communication state C in which the flow rate of the fluid discharged from the hole increases proportionally while the flow rate of the fluid discharged from the seat side first outlet hole does not change; and (v) the opening of the body side outlet hole However, even if the rotation angle of the valve body in the normal rotation direction is changed, the seat side first outlet hole and the seat are communicated with both the seat side first outlet hole and the seat side second outlet hole. The number of the body side outlet holes and the relative positional relationship and shape of each outlet hole are set so that the flow state is switched in the order of the communication state D in which the flow rate of the fluid discharged from the side second outlet hole does not change. The origin position determination unit A position where the non-communication state and the communication state A are switched, a position where the communication state A and the communication state B are switched, a position where the communication state B and the communication state C are switched, and a position where the communication state C and the communication state D are switched. Among these, it is preferable to detect any one or more as the predetermined rotational position.
本発明によれば、簡易な構成により開度を正確に調整できる弁装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the valve apparatus which can adjust an opening degree correctly with a simple structure can be provided.
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、本発明の弁装置を多方弁1に適用した例に基づき説明する。多方弁1は、例えば、複数の燃料噴射ノズルを有するボイラ装置等の燃焼装置において、これら複数の燃料噴射ノズルへの燃料の供給を調整する場合に用いられる。
本実施形態に係る多方弁1について、図1〜図5を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の多方弁1を示す図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, description will be made based on an example in which the valve device of the present invention is applied to the
The
本実施形態の多方弁1は、一つの流体入口(流体入口流路112)と、二つの流体出口(第1流体出口流路131及び第2流体出口流路141)を有し、流体入口から流入する流体の流体出口からの流出を調整する。多方弁1は、バルブケーシング10と、バルブボディ20と、バルブシート30と、バルブステム40と、付勢部材50と、バルブボディ20を回転させる駆動機構91と、バルブボディ20の位置を検出する位置検出部92と、を備える。
The
バルブケーシング10は、中空部を有する箱状に形成される。バルブケーシング10は、ケース本体11と、一対の側部ケース13,14と、を備える。
ケース本体11は、両端部が開口すると共に、中央部にも開口が形成された断面T字状に形成される。ケース本体11の中央部の開口は、流体入口流路112を構成する。
側部ケース13は、ケース本体11の一端側の開口を塞ぐ。側部ケース13には、第1流体出口流路131が形成される。側部ケース14は、ケース本体11の他端側の開口を塞ぐ。側部ケース14には、第2流体出口流路141が形成される。
ケース本体11及び一対の側部ケース13,14は、Oリング等を介して水密に組み立てられる。
バルブケーシング10(ケース本体11)には、バルブステム40が配置されるステム挿通穴111が形成される。ステム挿通穴111は、流体入口流路112と同軸上に形成される。本実施形態では、ステム挿通穴111は、ケース本体11の上面に形成され、流体入口流路112は、ケース本体11の下面に形成される。
The
The
The
The
A
バルブボディ20は、軸直角断面が円形を有する形状に形成される。本実施形態では、バルブボディ20は、図1及び図2に示すように、球状に形成され、バルブケーシング10の内部に収容される。バルブボディ20は、ステム挿通穴111の中心軸と一致する中心軸Xを回転中心として、バルブケーシング10に対して回転可能にバルブケーシング10の内部に配置される。
バルブボディ20には、ボディ側入口穴21と、ボディ側出口穴22としてのボディ側第1出口穴221及びボディ側第2出口穴222と、ステム連結部23と、が形成される。
ボディ側入口穴21は、バルブボディ20の球面における流体入口流路112に対向する位置に開口すると共に、中心軸Xに沿って延びる。
The
The
The body
ボディ側第1出口穴221は、バルブボディ20の球面に開口すると共に、バルブボディ20の中心に向かって延び、ボディ側入口穴21に連続する。ボディ側第2出口穴222は、バルブボディ20の球面に開口すると共に、バルブボディ20の中心に向かって延び、ボディ側入口穴21に連続する。
ボディ側第1出口穴221は、バルブボディ20を回転させた場合に、設定された回転角度で後述するシート側第1出口穴311を介して第1流体出口流路131に連通する位置に開口部が形成される(図5参照)。ボディ側第2出口穴222は、バルブボディ20を回転させた場合に、設定された回転角度で後述するシート側第2出口穴321を介して第2流体出口流路141に連通する位置に開口部が形成される(図5参照)。
The body-side
The body-side
本実施形態では、ボディ側出口穴22は2個形成され、ボディ側第1出口穴221及びボディ側第2出口穴222は、図2(b)に示すように、ボディ側入口穴21の延びる方向(中心軸X)に対して90度の角度で延びる。また、図2(c)に示すように、ボディ側第1出口穴221及びボディ側第2出口穴222は、互いの成す角度θが鈍角(例えば、160度)となるように延びる。
In the present embodiment, two body side outlet holes 22 are formed, and the body side
ステム連結部23は、バルブボディ20の球面におけるステム挿通穴111に対向する位置に形成される。ステム連結部24は、バルブボディ20の球面の一部が上面視において矩形となるように凹んだ形状に形成される。
The
バルブシート30は、バルブボディ20に接触した状態でバルブケーシング10の内部に配置される。バルブシート30の内面は、バルブボディ20の球面に略対応した曲面形状を有し、これにより、バルブシート30は、バルブボディ20を摺動可能に支持する。本実施形態では、バルブシート30は、図1に示すように、一方の側部ケース13側に配置される第1バルブシート31と、他方の側部ケース14側に配置される第2バルブシート32と、を備える。即ち、本実施形態では、第1バルブシート31と第2バルブシート32とによってバルブボディ20を挟み込んで支持する。
The
第1バルブシート31には、シート側第1出口穴311が形成される。シート側第1出口穴311は、第1流体出口流路131に連通する。シート側第1出口穴311は、図3(a)及び(b)に示すように、開口面積の小さい部分311aと、開口面積の大きい部分311bと、を備える。開口面積の小さい部分311aは、バルブボディ20を後述する正転方向に回転させた場合に、ボディ側第1出口穴221と最初に連通する側に配置され、開口面積の大きい部分311bは、ボディ側第1出口穴221と開口面積の小さい部分311aとが連通した後に連通する側に配置される。
本実施形態では、第1バルブシート31におけるシート側第1出口穴311の周囲のシート面312の曲率は、バルブボディ20の球面の曲率よりもわずかに小さく設定される。
A seat side
In the present embodiment, the curvature of the
第2バルブシート32には、シート側第2出口穴321が形成される。シート側第2出口穴321は、第2流体出口流路141に連通する。シート側第2出口穴321は、図4(a)及び(c)に示すように、開口面積の小さい部分321aと、開口面積が拡大していく部分321bと、開口面積の大きい部分321cと、を備える。開口面積の小さい部分321aは、バルブボディ20を正転方向に回転させた場合に、ボディ側第2出口穴222と最初に連通する側に配置され、開口面積が拡大していく部分321bは、ボディ側第2出口穴222と開口面積の小さい部分321aとが連通した後に連通する側に配置される。そして、開口面積の大きい部分321cは、ボディ側第2出口穴222と開口面積が拡大していく部分321bとが連通した後に連通する側に配置される。
本実施形態では、第2バルブシート32におけるシート側第2出口穴321の周囲のシート面322の曲率は、バルブボディ20の球面の曲率よりもわずかに小さく設定される。
A seat side
In the present embodiment, the curvature of the
バルブステム40は、円柱状に形成され、ケース本体11のステム挿通穴111に挿入された状態でバルブボディ20に連結される。バルブステム40は、ステム挿通穴111に配置されたベアリング113を介して、バルブケーシング10に対して回転可能にステム挿通穴111に配置される。バルブステム40は、このバルブステム40の中心軸Xを回転中心としてバルブボディ20を回転させる。
The valve stem 40 is formed in a cylindrical shape, and is connected to the
付勢部材50は、バルブシート30と側部ケース13,14との間に配置される。本実施形態では、付勢部材50は、第1バルブシート31と一方の側部ケース13との間、及び第2バルブシート32と他方の側部ケース14との間のそれぞれに配置される。付勢部材50は、バルブシート30をバルブボディ20側に付勢し、バルブシート30とバルブボディ20との間の密着性(シール性)を高める。付勢部材50は、例えば、異形線バネにより構成される。
The urging
駆動機構91は、DCモータ911及びモータ制御部912を含んで構成される。DCモータ911は、出力軸が連結されたロータと、このロータの周囲に配置されるステータと、を含んで構成され、出力軸が減速機構93を介してバルブステム40に連結される。DCモータ911は、直流電流が入力されることにより回転駆動する。モータ制御部912は、バルブボディ20の回転に関する指示信号が入力された場合に、この指示信号に対応付けられた回転角度でバルブボディ20を回転させるよう、DCモータ911に直流電流を出力する。モータ制御部912は、後述のエンコーダ921により検出されるDCモータ911の回転量に基づいてバルブボディ20の回転角度を判定し、DCモータ911の動作を制御する。DCモータ911は、バルブステム40を回転させることで、バルブボディ20を、中心軸Xを回転中心として回転させる。
The
位置検出部92は、バルブボディ20の位置を検出する。位置検出部92は、エンコーダ921と、電流検出部922と、原点位置判定部923と、を備える。
The
エンコーダ921は、DCモータ911の回転に関する情報(回転量、回転方向及び回転速度)を検出する。エンコーダ921は、回転板921aと、光透過検出部921bと、を備える。
回転板921aは、周方向に所定間隔をあけて配置された複数のスリット(図示せず)が形成された円板状に形成され、板面がDCモータ911の回転軸(出力軸)に直交する方向に沿うようにDCモータ911の回転軸に取り付けられる。これにより、回転板921aは、DCモータ911の回転に同期して回転する。
The
The
光透過検出部921bは、回転板921aによる透光及び遮光を検出する。光透過検出部921bは、発光素子及び受光素子を含んで構成される。光透過検出部921bは、発光素子及び受光素子が回転板921aを挟むように配置される。
The light transmission detecting unit 921b detects light transmission and light shielding by the
以上のエンコーダ921によれば、回転板921aは、DCモータ911の回転と同期して回転する。そして、光透過検出部921bは、回転板921aの回転に伴う受光素子による発光素子からの光の受光の有無の状態を検出する。これにより、エンコーダ921は、光透過検出部921bにより所定時間あたりに発光素子と受光素子との間を通過するスリットの数を検出することで、回転板921aの回転方向、回転角度及び回転速度を検出できる。
According to the
電流検出部922は、DCモータ911のロータに流れる電流値を検出する。
原点位置判定部923は、DCモータ911を所定の条件で動作させたときの電流検出部922の検出結果又はエンコーダ921の検出結果に基いて、バルブボディ20を流れる流体(燃料)の流通状態に所定の変化が生じる所定回転位置を検出し、この所定回転位置を回転動作の原点位置と判定する。
原点位置判定部923による原点位置の判定の詳細については、後述する。
The
Based on the detection result of the
Details of the determination of the origin position by the origin
次に、本実施形態の多方弁1の動作について、図5を参照しながら説明する。本実施形態の多方弁1は、バルブボディ20の回転角度によって、(i)非連通状態、(ii)第1連通状態、(iii)第2連通状態の3つの連通状態が、この順番で切り替わるように、ボディ側出口穴22の個数(本実施形態では2個)、並びにボディ側出口穴22、シート側第1出口穴311、及びシート側第2出口穴321の相対的な位置関係及び形状が設定される。
より具体的には、多方弁1は、バルブボディ20が非連通状態にある位置を起点として、バルブボディ20を、中心軸Xを回転中心として所定方向に回転させることで、(i)非連通状態、(ii)第1連通状態、(iii)第2連通状態、の順で連通状態(つまり、流体の流通状態)が切り替わる。以下、非連通状態から第1連通状態、第2連通状態に切り替わる側の回転方向を正転方向という。
Next, the operation of the
More specifically, the
(i)非連通状態
非連通状態は、図5(a)に示すように、ボディ側出口穴22(ボディ側第1出口穴221及びボディ側第2出口穴222)の開口部が、シート側第1出口穴311及びシート側第2出口穴321のいずれとも連通しない状態である。本実施形態では、非連通状態では、ボディ側第1出口穴221の開口部は、第1バルブシート31及びバルブケーシング10により塞がれる。また、ボディ側第2出口穴222の開口部は、第2バルブシート32及びバルブケーシング10により塞がれる。これにより、流体入口流路112から流入する流体は、第1流体出口流路131及び第2流体出口流路141のいずれからも流出しない。即ち、非連通状態は、多方弁1の閉位置に対応する。
(I) Non-communication state As shown in FIG. 5A, the non-communication state is such that the opening of the body side outlet hole 22 (the body side
(ii)第1連通状態
第1連通状態は、図5(b)に示すように、ボディ側出口穴22の開口部が、シート側第1出口穴311とのみ連通する状態である。本実施形態では、第1連通状態では、ボディ側第1出口穴221の開口部がシート側第1出口穴311と連通し、ボディ側第2出口穴222の開口部はシート側第2出口穴321と連通していない。これにより、第1連通状態では、流体入口流路121から流入する流体は、第1流体出口流路131のみから流出する。本実施形態では、第1連通状態は、(a)連通状態A、及び(b)連通状態Bを含む。
(Ii) First Communication State The first communication state is a state in which the opening of the body
(a)連通状態A
連通状態Aは、ボディ側出口穴22の開口部が、シート側第1出口穴311とのみ連通し、バルブボディ20の正転方向への回転角度が変化するに従って、シート側第1出口穴311から吐出される流体の流量が比例的に増加する範囲の状態を示す。
本実施形態では、ボディ側第1出口穴221の開口部がシート側第1出口穴311の開口面積の小さい部分311a(図3参照)と連通しているバルブボディ20の回転角度の範囲において、連通状態Aとなる。
(A) Communication state A
In the communication state A, the opening of the body-
In the present embodiment, in the range of the rotation angle of the
(b)連通状態B
連通状態Bは、ボディ側出口穴22の開口部が、シート側第1出口穴311とのみ連通し、バルブボディ20の正転方向への回転角度が変化しても、シート側第1出口穴311から吐出される流体の流量が変化しない範囲の状態を示す。
本実施形態では、ボディ側第1出口穴221の開口部がシート側第1出口穴311の開口面積の大きい部分311bと連通しているバルブボディ20の回転角度の範囲において、連通状態Bとなる。
(B) Communication state B
In the communication state B, the opening of the body-
In the present embodiment, the communication state B is established in the range of the rotation angle of the
このように、本実施形態では、第1連通状態が連通状態Aを含むことで、第1連通状態において、第1流体出口流路131から流出される流体の流量を、比例的に調整できる。
Thus, in this embodiment, since the first communication state includes the communication state A, the flow rate of the fluid flowing out from the first
(iii)第2連通状態
第2連通状態は、図5(c)に示すように、ボディ側出口穴22の開口部が、シート側第1出口穴311及びシート側第2出口穴321の両方と連通する状態である。本実施形態では、第2連通状態では、ボディ側第1出口穴221の開口部がシート側第1出口穴311と連通し、ボディ側第2出口穴222の開口部がシート側第2出口穴321と連通する。これにより、第2連通状態では、流体入口流路121から流入する流体は、第1流体出口流路131及び第2流体出口流路141の両方から流出する。本実施形態では、第2連通状態は、(c)連通状態C、及び(d)連通状態Dを含む。
(Iii) Second communication state As shown in FIG. 5C, the second communication state is such that the opening of the body
(c)連通状態C
連通状態Cは、ボディ側出口穴22の開口部が、シート側第1出口穴311及びシート側第2出口穴321の両方と連通し、バルブボディ20の正転方向への回転角度が変化するに従って、シート側第2出口穴321から吐出される流体の流量が比例的に増加する一方、シート側第1出口穴311から吐出される流体の流量が変化しない範囲の状態を示す。
本実施形態では、ボディ側第1出口穴221の開口部がシート側第1出口穴311の開口面積の大きい部分311bと連通し、かつ、ボディ側第2出口穴222の開口部がシート側第2出口穴321の開口面積の小さい部分321aと連通しているバルブボディ20の回転角度の範囲において、連通状態Cとなる。
(C) Communication state C
In the communication state C, the opening of the body
In this embodiment, the opening of the body side
(d)連通状態D
連通状態Dは、ボディ側出口穴22の開口部が、シート側第1出口穴311及びシート側第2出口穴321の両方と連通し、バルブボディ20の正転方向への回転角度が変化しても、シート側第1出口穴311及びシート側第2出口穴321から吐出される流体の流量が変化しない範囲の状態を示す。
本実施形態では、ボディ側第1出口穴221の開口部がシート側第1出口穴311の開口面積の大きい部分311bと連通し、かつ、ボディ側第2出口穴222の開口部がシート側第2出口穴321の開口面積が拡大していく部分321b又は開口面積の大きい部分321cと連通しているバルブボディ20の回転角度の範囲において、連通状態Dとなる。
(D) Communication state D
In the communication state D, the opening of the body
In this embodiment, the opening of the body side
このように、本実施形態では、第2連通状態が連通状態Cを含むことで、第2連通状態において、第2流体出口流路141から流出される流体の流量を、比例的に調整できる。
Thus, in this embodiment, since the second communication state includes the communication state C, the flow rate of the fluid flowing out from the second
次に、本実施形態の多方弁1における原点位置の判定について説明する。
本実施形態では、多方弁1は、DCモータ911により駆動される。DCモータ911では、入力される電流と出力されるトルクとが比例する。そのため、DCモータ911に一定の大きさの電流を入力した場合には、駆動対象であるバルブボディ20を回転させるためのトルクが大きくなると回転速度は遅くなり、トルクが小さくなると回転速度は早くなる。一方、バルブボディ20を一定の速度で回転させようとした場合、バルブボディ20を回転させるためのトルクが大きいとDCモータ911は多くの電流を必要とし、トルクが小さいとDCモータ911に必要とされる電流は少なくなる。
Next, the determination of the origin position in the
In the present embodiment, the
本実施形態の多方弁1は、非連通状態、連通状態A、連通状態B、連通状態C及び連通状態Dの5つの流通状態で流体を流通させる。そして、これらの連通状態が変化することにより流体の流通状態が変化し、バルブボディ20を回転させるためのトルクは変化する。
即ち、バルブボディ20を回転させるためのトルクは、バルブケーシング10の内部におけるバルブシート30のバルブボディ20側への付勢力(圧力)に依存する。
The
That is, the torque for rotating the
具体的には、非連通状態では、バルブケーシング10の内部におけるバルブボディ20の二次側にかかる流体の圧力は、バルブボディ20の一次側にかかる流体の圧力よりも小さい。そのため、非連通状態では、バルブシート30側からバルブボディ20側にかかる力は、主として付勢部材50による付勢力となる。また、この状態では、バルブボディ20の一次側からは、流体の圧力によりバルブシート30を二次側に付勢する力が加わっている。
Specifically, in a non-communication state, the pressure of the fluid applied to the secondary side of the
これに対して、例えば、連通状態Aでは、バルブケーシング10の内部におけるバルブボディ20の二次側(シート側第1出口穴311側)には流体が流通するため、バルブケーシング10の内部におけるバルブボディ20の二次側と一次側には、流体の圧力が加わる。そのため、連通状態Aにおいてバルブシート30側からバルブボディ20側にかかる力は、付勢部材50による付勢力に流通する流体の圧力が加わったものとなる一方、バルブボディ20の一次側からバルブシート30を二次側に付勢する力は流通する流体の圧力であり非連通状態における流体の圧力以下の大きさとなる。そのため、連通状態Aにおいて、バルブボディ20を回転させるためのトルクは非連通状態に比して大きくなる。このように、連通状態(つまり、多方弁1における流体の流通状態)が変化した場合に、バルブボディ20を回転させるためのトルクは大きく変化する。
On the other hand, for example, in the communication state A, the fluid flows through the secondary side (the seat side
本発明者は、多方弁1の連通状態が変化する場合、つまりバルブボディ20が所定の回転位置(所定回転位置)に位置した場合に、流体の流通状態が変化することでバルブボディ20を回転させるために必要なトルクが変化することに着目した。そして、このトルクの変化を、DCモータ911に入力される電流値又はエンコーダ921の検出結果に基づいて検出することで、バルブボディ20の所定回転位置を検出し、この所定回転位置を原点位置とすることで、簡易な構成での正確な原点位置の補正が可能となることを見出した。
The present inventor rotates the
具体的には、原点位置判定部923に、以下の2つの判定手法により原点位置の判定を行わせることができる。本実施形態では、非連通状態から連通状態Aに連通状態が変化するバルブボディ20の回転位置を所定回転位置とした場合について説明する。
Specifically, the origin
[回転速度一定でバルブボディ20を回転させる場合]
多方弁1において、バルブボディ20を一定の回転速度で回転させる制御を行う場合、モータ制御部912は、エンコーダ921により検出されるDCモータ911の回転速度が一定となるようにDCモータ911に直流電流を出力する。この場合、非連通状態におけるバルブボディ20を回転させるために必要なトルクよりも連通状態Aにおけるバルブボディ20を回転させるために必要なトルクは大きい。そのため、多方弁1を閉位置(非連通状態)から正転方向に回転させていくと、非連通状態から連通状態Aに連通状態が変化したタイミングで、バルブボディ20を回転させるために必要なトルクは大きくなる。そこで、モータ制御部912は、非連通状態から連通状態Aに連通状態が変化した場合に、連通状態Aにおいても非連通状態と同じ回転速度でバルブボディ20を回転させるために、DCモータ911に出力する電流値を大きくする。
[When rotating the
In the
原点位置判定部923は、電流検出部922により検出されるDCモータ911への入力電流値を監視しており、非連通状態から連通状態Aに連通状態が変化することに伴うDCモータ911への入力電流値の変化を検出する。そして、原点位置判定部923は、入力電流値の変化を検出した時点のバルブボディ20の回転位置を所定回転位置として検出し、この所定回転位置を原点位置であると判定する。
The origin
モータ制御部912は、バルブボディ20の回転に関する指示信号が入力された場合に、原点位置判定部923により判定された原点位置を回転動作の基準位置(原点位置)として、バルブボディ20の回転角度を決定し、DCモータ911を駆動させる。
When an instruction signal related to rotation of the
このように、原点位置判定部923に、電流検出部922により検出されるDCモータ911への入力電流値の変化を検出させることで、多方弁1において連通状態(流体の流通状態)が変化する所定回転位置を正確に検出させられる。よって、この検出した所定回転位置をバルブボディ20の回転動作の原点位置とすることで、他に原点位置を測定するための機構等を設けることなく、簡易な構成により開度を正確に調整できる多方弁1を実現できる。
As described above, by causing the origin
[電流値一定でバルブボディ20を回転させる場合]
多方弁1において、DCモータ911に一定値の電流を入力してバルブボディ20を回転させる制御を行う場合、モータ制御部912は、DCモータ911に一定の電流値を入力する。この場合、非連通状態におけるバルブボディ20を回転させるために必要なトルクよりも連通状態Aにおけるバルブボディ20を回転させるために必要なトルクは大きい。そのため、多方弁1を閉位置(非連通状態)から正転方向に回転させていくと、非連通状態から連通状態Aに連通状態が変化したタイミングで、バルブボディ20の回転速度は遅くなる。
[When rotating the
In the
この場合、原点位置判定部923は、エンコーダ921により検出されるDCモータ911の回転速度を監視しており、非連通状態から連通状態Aに連通状態が変化することに伴うDCモータ911の回転速度の変化(低下)を検出する。そして、原点位置判定部923は、回転速度の変化を検出した時点のバルブボディ20の回転位置を所定回転位置として検出し、この所定回転位置を原点位置であると判定する。
In this case, the origin
モータ制御部は、バルブボディ20の回転に関する指示信号が入力された場合に、原点位置判定部により判定された原点位置を回転動作の基準位置(原点位置)として、バルブボディ20の回転角度を決定し、DCモータを駆動させる。
When an instruction signal related to the rotation of the
このように、原点位置判定部923に、エンコーダ921により検出されるDCモータ911の回転速度を検出させることで、多方弁1において連通状態(流体の流通状態)が変化する所定回転位置を正確に検出させられる。よって、この検出した所定回転位置をバルブボディ20の回転動作の原点位置とすることで、他に原点位置を測定するための機構等を設けることなく、簡易な構成により開度を正確に調整できる多方弁1を実現できる。
In this way, by causing the origin
尚、本実施形態では、原点位置判定部923により、非連通状態と連通状態Aとが切り替わる位置を所定回転位置として検出させたが、これに限らない。即ち、原点位置判定部923により、連通状態Aと連通状態Bとが切り替わる位置、連通状態Bと連通状態Cとが切り替わる位置、及び、連通状態Cと連通状態Dとが切り替わる位置のうち、いずれか一つ以上を所定回転位置として検出させてもよい。つまり、原点位置判定部923には、バルブボディ20の回転方向が正転方向か逆転方向かに関わらず、流体の流通状態に所定の変化が生じるバルブボディ20の回転位置を所定回転位置として検出させることができる。
In the present embodiment, the origin
以上説明した本実施形態の多方弁1によれば、以下のような効果を奏する。
多方弁1において、バルブボディ20を回転させるためのトルクは、バルブケーシング10の内部におけるバルブシート30のバルブボディ20側への付勢力(圧力)に依存するため、このトルクは、多方弁1における流体の流通状態(連通状態)が変化するタイミングで大きく変化する。そこで多方弁1を、バルブボディ20を回転させるDCモータ911と、DCモータ911のロータに流れる電流値を検出する電流検出部922と、DCモータ911の回転速度を検出するエンコーダ921と、DCモータ911の動作を制御するモータ制御部912と、DCモータ911を所定の条件で動作させたときの電流検出部922の検出結果又はエンコーダ921の検出結果に基いて、流体の流通状態に所定の変化が生じる所定回転位置を検出し、この所定回転位置を回転動作の原点位置と判定する原点位置判定部923と、を含んで構成した。
According to the
In the
これにより、回転速度一定でバルブボディ20を回転させた場合には、原点位置判定部923に、電流検出部922により検出されるDCモータ911への入力電流値の変化を検出させることで、多方弁1において連通状態(流体の流通状態)が変化する所定回転位置を正確に検出させられる。
また、電流値一定でバルブボディ20を回転させた場合には、原点位置判定部923に、エンコーダ921により検出されるDCモータ911の回転速度を検出させることで、多方弁1において連通状態(流体の流通状態)が変化する所定回転位置を正確に検出させられる。
As a result, when the
When the
よって、検出した所定回転位置をバルブボディ20の回転動作の原点位置とすることで、他に原点位置を測定するための機構等を設けることなく、簡易な構成により開度を正確に調整できる多方弁1を実現できる。
Therefore, by using the detected predetermined rotational position as the origin position of the rotation operation of the
[変形例]
以上、本発明の多方弁1の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
[Modification]
The preferred embodiment of the
例えば、本実施形態では、バルブボディ20を、球状に形成したが、これに限らない。即ち、バルブボディは、軸直角断面が円形に形成されていればよく、バルブボディを、円柱状又は円錐柱状に形成してもよい。
For example, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、本発明の弁装置を、多方弁1に適用したが、これに限らない。即ち、本発明の弁装置を、流体入口及び流体出口がそれぞれ一つずつの流量調整弁に適用してもよい。即ち、本発明は、バルブボディをバルブシートに対して回転させることで流体の流通状態を変化させる構成を備える弁装置全般に適用できる。
Moreover, in this embodiment, although the valve apparatus of this invention was applied to the
1 多方弁(弁装置)
10 バルブケーシング
20 バルブボディ
21 ボディ側入口穴
22 ボディ側出口穴
30 バルブシート
31 第1バルブシート
32 第2バルブシート
50 付勢部材
91 駆動機構
112 流体入口流路
131 第1流体出口流路
141 第2流体出口流路
311 シート側第1出口穴
321 シート側第2出口穴
911 DCモータ
912 モータ制御部
921 エンコーダ
922 電流検出部
923 原点位置判定部
1 Multi-way valve (valve device)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記バルブシートを前記バルブボディ側に付勢する付勢部材と、
前記バルブボディを回転させるDCモータと、
前記DCモータのロータに流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記DCモータの回転速度を検出するエンコーダと、
前記DCモータの動作を制御するモータ制御部と、
前記DCモータを所定の条件で動作させたときの前記電流検出部の検出結果又は前記エンコーダの検出結果に基いて、流体の流通状態に所定の変化が生じる所定回転位置を検出し、該所定回転位置を回転動作の原点位置と判定する原点位置判定部と、
を備える弁装置。 A valve body; a valve body having a circular cross-section perpendicular to the axis accommodated in the valve casing so as to be rotatable around a central axis; and a valve seat disposed in the valve casing in contact with the valve body; A valve device comprising:
A biasing member that biases the valve seat toward the valve body;
A DC motor for rotating the valve body;
A current detection unit for detecting a current value flowing through the rotor of the DC motor;
An encoder for detecting the rotational speed of the DC motor;
A motor control unit for controlling the operation of the DC motor;
Based on a detection result of the current detection unit or a detection result of the encoder when the DC motor is operated under a predetermined condition, a predetermined rotation position where a predetermined change occurs in a fluid flow state is detected, and the predetermined rotation An origin position determination unit that determines the position as the origin position of the rotation operation;
A valve device comprising:
前記原点位置判定部は、前記電流検出部により検出される前記電流値の変化に基いて前記所定回転位置を検出する請求項1に記載の弁装置。 The motor control unit operates the DC motor so that the rotation speed detected by the encoder is constant,
The valve device according to claim 1, wherein the origin position determination unit detects the predetermined rotation position based on a change in the current value detected by the current detection unit.
前記原点位置判定部は、前記エンコーダにより検出される前記回転速度の変化に基いて前記所定回転位置を検出する請求項1に記載の弁装置。 The motor control unit operates the DC motor so that the current value detected by the current detection unit is constant,
The valve device according to claim 1, wherein the origin position determination unit detects the predetermined rotation position based on a change in the rotation speed detected by the encoder.
中心軸周りに回転可能な状態で前記バルブケーシング内に収容される軸直角断面が円形のバルブボディであって、表面に開口すると共に前記中心軸に沿って延びるボディ側入口穴;及び、表面に開口すると共に該ボディ側入口穴に連続して形成される1個又は2個のボディ側出口穴を備えるバルブボディと、
前記バルブボディの側面に接触した状態で前記バルブケーシング内に配置されるバルブシートであって、前記第1流体出口流路側に配置され、シート側第1出口穴が形成された第1バルブシート;及び、前記第2流体出口流路側に配置され、シート側第2出口穴が形成された第2バルブシートからなるバルブシートと、を備え、
前記ボディ側出口穴、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴は、前記バルブボディを前記中心軸周りに正転させた場合に、
(i)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴のいずれとも連通しない非連通状態;
(ii)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴とのみ連通し、前記バルブボディの正転方向への回転角度が変化するに従って、前記シート側第1出口穴から吐出される流体の流量が比例的に増加する連通状態A;
(iii)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴とのみ連通し、前記バルブボディの正転方向への回転角度が変化しても、前記シート側第1出口穴から吐出される流体の流量が変化しない連通状態B;
(iv)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴の両方と連通し、前記バルブボディの正転方向への回転角度が変化するに従って、前記シート側第2出口穴から吐出される流体の流量が比例的に増加する一方、前記シート側第1出口穴から吐出される流体の流量が変化しない連通状態C;及び、
(v)前記ボディ側出口穴の開口部が、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴の両方と連通し、前記バルブボディの正転方向への回転角度が変化しても、前記シート側第1出口穴及び前記シート側第2出口穴から吐出される流体の流量が変化しない連通状態Dの順に流通状態が切り替わるように、前記ボディ側出口穴の個数、並びに各出口穴の相対的な位置関係及び形状が設定され、
前記原点位置判定部は、非連通状態と連通状態Aとが切り替わる位置、連通状態Aと連通状態Bとが切り替わる位置、連通状態Bと連通状態Cとが切り替わる位置、及び、連通状態Cと連通状態Dとが切り替わる位置のうち、いずれか一つ以上を前記所定回転位置として検出する請求項1〜3のいずれかに記載の弁装置。 A valve casing comprising a fluid inlet channel, a first fluid outlet channel, and a second fluid outlet channel;
A valve body having a circular cross section perpendicular to the axis and accommodated in the valve casing so as to be rotatable about a central axis, the body side inlet hole opening along the central axis and extending along the central axis; and A valve body having one or two body-side outlet holes that are open and formed continuously with the body-side inlet hole;
A valve seat disposed in the valve casing in contact with a side surface of the valve body, the first valve seat disposed on the first fluid outlet channel side and having a seat-side first outlet hole; And a valve seat made of a second valve seat disposed on the second fluid outlet channel side and having a seat-side second outlet hole formed thereon,
The body side outlet hole, the seat side first outlet hole, and the seat side second outlet hole, when the valve body is rotated forward around the central axis,
(I) a non-communication state in which the opening of the body side outlet hole does not communicate with any of the seat side first outlet hole and the seat side second outlet hole;
(Ii) The opening of the body side outlet hole communicates only with the seat side first outlet hole, and discharge from the seat side first outlet hole as the rotational angle of the valve body in the forward rotation direction changes. A communication state A in which the flow rate of the fluid to be proportionally increased;
(Iii) Even if the opening portion of the body side outlet hole communicates only with the seat side first outlet hole and the rotation angle of the valve body in the normal rotation direction changes, the opening from the seat side first outlet hole Communication state B in which the flow rate of the discharged fluid does not change;
(Iv) The opening of the body side outlet hole communicates with both the seat side first outlet hole and the seat side second outlet hole, and as the rotation angle of the valve body in the forward rotation direction changes, A communication state C in which the flow rate of the fluid discharged from the sheet side second outlet hole increases proportionally while the flow rate of the fluid discharged from the sheet side first outlet hole does not change; and
(V) Even if the opening of the body side outlet hole communicates with both the seat side first outlet hole and the seat side second outlet hole and the rotation angle of the valve body in the forward rotation direction changes. The number of the body side outlet holes and the number of the outlet holes so that the flow state is switched in the order of the communication state D in which the flow rate of the fluid discharged from the seat side first outlet hole and the sheet side second outlet hole does not change. Relative position and shape are set,
The origin position determination unit includes a position where the non-communication state and the communication state A are switched, a position where the communication state A and the communication state B are switched, a position where the communication state B and the communication state C are switched, and a communication state and the communication state C. The valve device according to any one of claims 1 to 3, wherein any one or more of the positions where the state D is switched is detected as the predetermined rotational position.
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