停電時電源模塊的製作方法
2023-04-25 11:51:41 2
專利名稱：停電時電源模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及與通過調整閥、風門(damper)等控制對象的開度來進行流量控制的電動執行器連接而使用的停電時電源模塊。
背景技術：
一直以來，在空調設備中，以設置於其冷溫水配管中的閥、對通過管道內而供給空調區域的調節空氣的風量進行加減控制的風門等作為控制對象，為了進行該控制對象的開度調整而使用電動執行器。這種通常的電動執行器，作為動作電源而供給交流電源，因此在電動執行器的內部具有交流電機作為驅動電機，根據來自空調用控制器的控制指令，進行使控制對象的實際開度與設定開度一致的控制動作。在這樣的以交流電源進行動作的電動執行器中，如果供給的交流電源發生停電，則被控制開度的控制對象保持停電前的動作開度，而不能夠進行適當的開度控制。於是，已存在下述類型的電動執行器的提案在供給電動執行器的交流電源停電時，強制進行規定開度(例如全閉)的動作，在交流電源再次回到通電狀態之前，維持該規定開度。以下，稱該類型的電動執行器為具有緊急截斷功能的電動執行器。現在，作為具有緊急截斷功能的電動執行器具體提出有兩種類型的方案，一類是彈簧復位型，另一類被稱為二次電源驅動型。(彈簧復位型電動執行器)彈簧復位型電動執行器，搭載有復位彈簧，其對電動執行器的驅動軸施加維持全閉狀態的力，在供給交流電源的情況下，使驅動電機抵抗該復位彈簧所施加的力而驅動，以調整控制對象的開度，在發生停電的情況下，利用復位彈簧所施加的力強制性地使控制對象的開度成為規定開度(例如參照專利文獻1)。( 二次電源驅動型電動執行器)另一方面，二次電源驅動型電動執行器，使電動執行器的驅動電源為直流電機，並且另外搭載有由二次電池、雙電層電容器等構成的二次電源(直流電源)，在被供給交流電源時，將該交流電源變換為直流，驅動直流電機以調整控制對象的開度，在發生停電的情況下，以二次電源作為動作電源，利用二次電源(直流電源)驅動直流電機，強制性地使控制對象的開度成為規定開度(例如參照專利文獻2)。對這樣的兩類具有緊急截斷功能的電動執行器進行比較，彈簧復位型電動執行器中，復位彈簧所施加的力作為對於通常時期的電機驅動的阻力進行動作，因此為了抵抗該阻力，作為驅動電機必須使用轉矩大的電機，存在導致電動執行器的大型化、重量大、成本增加的問題。與此相對，二次電源驅動型電動執行器不具有彈簧復位型電動執行器的問題，而且，近年來作為二次電源的二次電池、雙電層電容器的容量也得到改善，變得越為有利。專利文獻1 日本特開2002-17似69號公報
專利文獻2 日本特開2008-89109號公報但是，在現有的電動執行器中，具有緊急截斷功能的電動執行器和不具有緊急截斷功能的電動執行器(通常的電動執行器)的構造大為不同，因此，製造商需要製造兩種電動執行器。此外，使用通常的電動執行器的用戶之後希望該電動執行器具有緊急截斷功能時，不得不大幅改造已有的電動執行器，或者另外購入具有緊急截斷功能的電動執行器以替換已有的電動執行器，耗費成本以及改造、替換的工時。例如，在將通常的電動執行器改造為二次電源驅動型的電動執行器時，因為通常的電動執行器的驅動電機使用交流電機，所以需要進行該交流電機向直流電機的替換、控制基板的變更、具有緊急截斷功能的模塊的添加。此外，替換下來的部件需要報廢。這樣， 在將通常的電動執行器改造為二次電源驅動型的電動執行器時，改造所需的成本和工時過大。
發明內容
本發明為了解決該課題而提出，其目的在於提供一種能夠將相同結構的電動執行器作為通常的電動執行器和具有緊急截斷功能的電動執行器使用的停電時電源模塊。為了達成這樣的目的，本發明提供一種停電時電源模塊，其能夠經由線纜可裝卸地連接電動執行器，該電動執行器包括交流電機；實際開度檢測單元，其檢測由該交流電機驅動的控制對象的實際開度；控制單元，其生成使由該實際開度檢測單元檢測出的實際開度與設定開度一致的控制輸出；驅動輸出生成單元，其接受該控制單元生成的控制輸出， 並生成向交流電機輸出的驅動輸出；以及交流電源的輸入部，其為該驅動輸出生成單元生成的驅動輸出的能源，該停電時電源模塊包括交流電源中繼單元，其對向電動執行器供電的交流電源進行中繼；停電檢測單元，其檢測向電動執行器供電的交流電源的停電；停電時電源單元，其為代替交流電源的停電時的能源；設定開度中繼單元，其對向電動執行器發送的設定開度進行中繼；停電時開度輸出單元，其將控制對象在停電時應該保持的規定開度作為停電時開度進行輸出；電源選擇供給單元，其以交流電源中繼單元進行中繼的交流電源和來自停電時電源單元的停電時電源作為輸入，在停電檢測單元沒有檢測出交流電源停電時，選擇交流電源中繼單元中繼的交流電源作為向電動執行器輸入的交流電源，在停電檢測單元檢測出交流電源停電時，選擇來自停電時電源單元的停電時電源作為向電動執行器輸入的交流電源；以及設定開度選擇發送單元，其在停電檢測單元沒有檢測出交流電源停電時，選擇設定開度中繼單元中繼的設定開度作為向電動執行器輸入的設定開度，在停電檢測單元檢測出交流電源停電時，選擇停電時開度輸出單元輸出的停電時開度作為向電動執行器輸入的設定開度。在沒有將本發明的停電時電源模塊連接於電動執行器時，該電動執行器接受來自輸入部的交流電源和設定開度進行動作，進行使控制對象的實際開度與設定開度一致的控制。由此，該電動執行器作為通常的電動執行器工作。在將本發明的停電時電源模塊連接於電動執行器時，在停電時電源模塊內檢測向電動執行器供電的交流電源的停電的有無，在沒有檢測出停電的情況下，交流電源中繼單元進行中繼的交流電源和設定開度中繼單元中繼的設定開度向電動執行器供給，在檢測出停電的情況下，來自停電時電源單元的停電時電源和來自停電時開度輸出單元的停電時開度向電動執行器供給。由此，在沒有發生停電的情況下，電動執行器接受來自停電時電源模塊的交流電源和設定開度的供給進行動作，進行使控制對象的實際開度與設定開度一致的控制。在發生停電的情況下，電動執行器接受來自停電時電源模塊的停電時電源和停電時開度的供給進行動作，進行使控制對象的實際開度與停電時開度(例如全閉)一致的控制。由此，該電動執行器作為具有緊急截斷功能的電動執行器而發揮作用。根據本發明的停電時電源模塊，在沒有連接於電動執行器時，該電動執行器作為通常的電動執行器工作，在連接於電動執行器時，該電動執行器作為具有緊急截斷功能的電動執行器工作，通過是否連接停電時電源模塊，能夠將相同結構的電動執行器作為通常的電動執行器和具有緊急截斷功能的電動執行器使用。
圖1是表示連接本發明的停電時電源模塊之前的電動執行器的主要部分的框圖；圖2是該電動執行器的外觀圖；圖3是表示在該電動執行器上連接有本發明的停電時電源模塊的一實施方式(實施方式1)的狀態的圖；圖4是在該電動執行器上連接有停電時電源模塊時的主要部分的框圖；圖5是表示停電時電源模塊的內部的構造的圖；以及圖6是表示將實施方式1中停電時電源部的DC/AC電源變換部由D級放大器和電源濾波器構成的例子(實施方式2)的圖。附圖符號說明1......端子臺；2......電源電路；3......控制基板；4......電機驅動電
路；5......交流電機(AC電機)；6......齒輪系；7......輸出軸；8......電位計；
9......限位開關；10......供電及信號線；11......線纜；12......供電線；13......信
號線；15......端子臺；16......停電檢測電路；17......停電時電源部；17-1......AC/
DC電源變換部；17-2......充電電路；17-3......電容器(雙電層電容器、鋰離子電容
器)；17-4......DC/AC電源變換部；17-41......D級放大器；17-42......電源濾波器；
18......電機電源切換電路；19......停電時控制信號生成電路；20......控制信號切換
電路；100......電動執行器；200......閥；300......停電時電源模塊。
具體實施例方式以下基於附圖詳細說明本發明的停電時電源模塊的實施方式。(電動執行器)圖1是表示連接本發明的停電時電源模塊之前的電動執行器的主要部分的框圖。 在該圖中，100是電動執行器，200是利用該電動執行器100控制開度的閥(控制對象)。電動執行器100包括端子臺1 ；電源電路2 ；控制基板3 ；電機驅動電路4 ；交流電機(AC電機)5 ；傳遞AC電機5的驅動力的齒輪系6 ；作為該齒輪系6的輸出端，調整閥200 的開度的輸出軸7 ；將該輸出軸7的旋轉角度位置作為閥200的實際開度θ ρν檢測出來的電位計8 ；以及檢測輸出軸7到達規定旋轉角度位置的限位開關9。在該電動執行器100中，對端子臺1輸入作為來自外部的動作電源的交流電源AC， 該交流電源AC在電源電路2中為所需的內部電源，並且施加於控制基板3。此外，對端子臺1輸入作為來自空調用控制器(未圖示)的控制指令的設定開度θ Sp，該輸入的設定開度θ sp作為設定開度信號Sl發送至控制基板3。此外，來自電位計8的閥200的實際開度 θ ρν作為實際開度檢測信號S2被施加於控制基板3，來自限位開關9的表示輸出軸7到達規定的旋轉角度位置的信號作為規定旋轉角度位置到達信號S3被施加於控制基板3。控制基板3接收來自空調用控制器的設定開度信號Sl和來自電位計8的實際開度檢測信號S2，生成使閥200的實際開度θ ρν與設定開度θ sp 一致的控制輸出S4,並將該生成的控制輸出S4發送至電機驅動電路4。電機驅動電路4接收來自控制基板3的控制輸出S4，生成向AC電機5輸出的驅動輸出Ml。圖2表示該電動執行器100的外觀圖。在該圖中，10是將交流電源AC和設定開度 θ sp引入電動執行器100的內部的供電及信號線。在該電動執行器100中，電機驅動電路4生成的驅動輸出Ml向AC電機5發送，由此進行使閥200的實際開度θ ρν與設定開度θ sp—致的控制。由此，該電動執行器100 作為通常的電動執行器起作用。(作為具有緊急截斷功能的電動執行器使用的情況)在將該電動執行器100作為具有緊急截斷功能的電動執行器使用時，如圖3所示， 在電動執行器100與供電線12以及信號線13之間經由線纜11連接停電時電源模塊300。S卩，從電動執行器100卸下供電及信號線10，將供電線12和信號線13與停電時電源模塊300的輸入側連接，並且在停電時電源模塊300的輸出側與電動執行器100的輸入側之間以線纜11連接。圖4表示在電動執行器100上連接有停電時電源模塊300的情況下的主要部分的框圖。停電時電源模塊300是本發明的停電時電源模塊的一個實施方式(實施方式1)，包括端子臺15、停電檢測電路16、停電時電源部17、電機電源切換電路18、停電時控制信號生成電路19以及控制信號切換電路20。在將該停電時電源模塊300連接於電動執行器100時，在停電時電源模塊300中， 使供電線12和信號線13與端子臺15連接，將通過該端子臺15中繼的交流電源AC向電機電源切換電路18輸送，並將通過該端子臺15中繼的設定開度θ sp向控制信號切換電路20 發送。在停電時電源模塊300中，停電檢測電路16監視由端子臺15中繼的交流電源AC， 輸出通知交流電源AC是否發生停電的停電檢測有無信號S5。停電時電源部17包括AC/DC電源變換部17_1，其將端子臺15中繼的交流電源AC 作為分支輸入，並將該分支輸入變換為直流電源；充電電路17-2，接受由AC/DC電源變換部 17-1變換後的直流電源並動作；電容器(雙電層電容器、鋰離子電容器)17-3，其被該充電電路17-2充電；以及DC/AC電源變換部17-4，其利用積蓄於電容器17_3的電荷生成交流電源，作為停電時電源EC輸出。其中，作為DC/AC電源變換部17-4，使用逆變器。對電機電源切換電路18而言，輸入從端子臺15送來的交流電源AC和從停電時電源部17送來的停電時電源EC，基於來自停電檢測電路16的停電檢測有無信號S5，在停電檢測電路16沒有檢測出交流電源AC停電的情況下，選擇從端子臺15送來的交流電源AC作為向電動執行器100供給的交流電源，在停電檢測電路16檢測出交流電源AC停電的情況下，選擇從停電時電源部17送來的停電時電源EC作為向電動執行器100供給的交流電源。 該選擇後的來自電機電源切換電路18的交流電源，向電動執行器100的端子臺1輸送。停電時控制信號生成電路19基於來自停電檢測電路16的停電檢測有無信號S5， 在停電檢測電路16檢測出交流電源AC停電時，將閥200在停電時應該保持的規定開度作為停電時開度θ SH(停電時控制信號)輸出。控制信號切換電路20以從端子臺15送來的設定開度θ sp、從停電時控制信號生成電路19送來的停電時開度θ SH作為輸入，基於來自停電檢測電路16的停電檢測有無信號S5，在停電檢測電路16沒有檢測出交流電源AC停電時，選擇從端子臺15送來的設定開度θ sp作為向電動執行器100輸入的設定開度，在停電檢測電路16檢測出交流電源AC停電時，將從停電時控制信號生成電路19送來的停電時開度θ SH選擇為向電動執行器100 輸入的設定開度。該選擇後的來自控制信號切換電路20的設定開度，作為設定開度信號 (控制信號)Sl向電動執行器100的端子臺1發送。此時，連接停電時電源模塊300和電動執行器100的線纜11包括從電機電源切換電路18選擇性送來的交流電源AC和停電時電源EC的中繼線；以及從控制信號切換電路 20選擇性送來的設定開度θ sp和停電時開度θ SH的中繼線。圖5表示停電時電源模塊300的內部的構造。圖5(b)是打開停電時電源模塊300 的蓋觀察內部的圖，圖5(a)是從A方向觀察圖5(b)的端子臺15側的圖，圖5(c)是從B方向觀察圖5(b)中的電容器17-3側的圖。在停電時電源模塊300的內部，為了確保大容量的停電時電源，設置有多個電容器(雙電層電容器、鋰離子電容器)17-3。(沒有發生停電的情況)停電時電源模塊300的電機電源切換電路18，在向電動執行器100供電的交流電源AC沒有發生停電的情況下，基於來自停電檢測電路16的停電檢測有無信號S5，將從端子臺15送來的交流電源AC選擇為向電動執行器100供給的交流電源。該選擇的來自電機電源切換電路18的交流電源AC向電動執行器100的端子臺1輸送。此外，停電時電源模塊300中的控制信號切換電路20，在向電動執行器100供電的交流電源AC沒有發生停電的情況下，基於來自停電檢測電路16的停電檢測有無信號S5，將從端子臺15送來的設定開度θ sp選擇為向電動執行器100輸入的設定開度。該選擇的來自控制信號切換電路20的設定開度θ sp向電動執行器100的端子臺1發送。由此，在向電動執行器100供電的交流電源AC沒有發生停電的情況下，在電動執行器100中，以交流電源AC作為能源，生成來自電機驅動電路4的驅動輸出Μ1，進行使閥 200的實際開度θ ρν與設定開度θ sp 一致的控制。(發生停電的情況)停電時電源模塊300中的電機電源切換電路18，在向電動執行器100供電的交流電源AC發生停電的情況下，基於來自停電檢測電路16的停電檢測有無信號S5，將來自停電時電源部17的停電時電源EC選擇為向電動執行器100供給的交流電源。該選擇的來自電機電源切換電路18的停電時電源EC向電動執行器100的端子臺1輸送。此外，停電時電源模塊300中的控制信號切換電路20，在向電動執行器100供電的交流電源AC發生停電的情況下，基於來自停電檢測電路16的停電檢測有無信號S5，將來自停電時控制信號生成電路19的停電時開度θ SH選擇為向電動執行器100輸入的設定開度。該選擇的來自控制信號切換電路20的停電時開度θ SH向電動執行器100的端子臺1 發送。由此，在交流電源AC發生停電的情況下，在電動執行器100中，以停電時電源EC 作為能源，生成來自電機驅動電路4的驅動輸出Ml，進行使閥200的實際開度θ ρν與停電時開度θ SH—致的控制。另外，在該例子中，在停電時檢測電路15檢測出交流電源AC停電時，停電時控制信號生成電路19輸出停電時開度θ SH，但是也可以總是向控制信號切換電路20賦予停電時開度θ SH而不受停電檢測的有無的限制。(停電恢復的情況) 在停電時電源模塊300中，在交流電源AC發生停電的情況下，使用停電時電源部 17生成的停電時電源EC，繼續進行停電檢測電路16對交流電源AC的監視。當交流電源AC 的停電恢復時，停電檢測電路16將該信息利用停電檢測有無信號S5通知給電機電源切換電路18、停電時控制信號生成電路19和控制信號切換電路20。電機電源切換電路18當被停電檢測電路16通知交流電源AC的停電的恢復時，將從端子臺15送來的交流電源AC選擇為向電動執行器100供給的交流電源。該選擇的來自電機電源切換電路18的交流電源AC向電動執行器100的端子臺1輸送。此外，控制信號切換電路20當被停電檢測電路16通知交流電源AC的停電的恢復時，將從端子臺15送來的設定開度θ sp選擇為向電動執行器100輸入的設定開度。該選擇的來自控制信號切換電路20的設定開度θ sp向電動執行器100的端子臺1發送。由此，在交流電源AC的停電恢復時，與停電前同樣地，在電動執行器100中，以交流電源AC為能源，生成來自電機驅動電路4的驅動輸出Μ1，進行使閥200的實際開度θ ρν 與設定開度θ sp—致的控制。這樣，當停電時電源模塊300與電動執行器100連接時，一直以來作為通常的電動執行器工作的電動執行器100開始作為具有緊急截斷功能的電動執行器工作。在該電動執行器100中，端子臺1相當於本發明的交流電源和設定開度的輸入部， 控制基板3相當於控制單元，電機驅動電路4相當於驅動輸出生成單元，AC電機5相當於交流電機，電位計8相當於實際開度檢測單元。此外，在停電時電源模塊300中，端子臺15 相當於本發明的交流電源中繼單元和設定開度中繼單元，停電檢測電路16相當於停電檢測單元，停電時電源部17相當於停電時電源單元，電機電源切換電路18相當於電源選擇供給單元，停電時控制信號生成電路18相當於停電時開度輸出單元，控制信號切換電路20相當於設定開度選擇發送單元。如以上所說明的那樣，根據本實施方式的停電時電源模塊300，在沒有與電動執行器100連接時，使電動執行器100作為通常的電動執行器工作，在與電動執行器100連接時，使電動執行器100作為具有緊急截斷功能的電動執行器工作。此時，需要線纜11以及供電線12、線纜13的連接操作，但是不需要電動執行器 100的改造，通過是否連接停電時電源模塊300，能夠將相同結構的電動執行器100作為通常的電動執行器和具有緊急截斷功能的電動執行器使用。
由此，製造商不需要製造兩種電動執行器。此外，在工作場所，能夠簡單地進行從通常的電動執行器向具有緊急截斷功能的電動執行器的變更。此外，在該例子中，電動執行器100為二次電源驅動型，因此與彈簧復位型相比， 沒有復位彈簧所施加的力，相應地不需要驅動電機的高電容化、齒輪的高強度化。此外， 停電時電源模塊300能夠設置於任意的位置，因此即使是狹窄的場所也能夠將電動執行器 100變更為具有緊急截斷功能的電動執行器。(實施方式2)另外，在上述實施方式1中，在停電時電源部17中使用逆變器作為DC/AC電源變換部17-4，但是作為實施方式2，如圖6所示，也可以由D級放大器(DC — AC) 17-41和電源濾波器17-42構成DC/AC電源變換部17-4，也可以由AC功率放大器構成。此外，在上述例子中，使用電容器(雙電層電容器、鋰離子電容器)構成停電時電源模塊300內的停電時電源部17，但是也可以使用鋰電池等二次電池，也可以利用一次電池。這樣，作為生成停電時電源EC的單元，能夠利用一次電源、二次電池、雙電層電容器等各種器件，能夠適當選擇並利用。產業上的可利用性本發明的停電時電源模塊，作為與通過調整閥、風門等控制對象的開度進行流量控制的電動執行器連接的停電時電源模塊，能夠在空調設備等各種領域使用。
權利要求
1.一種停電時電源模塊，經由線纜可裝卸地連接電動執行器，該電動執行器包括交流電機；實際開度檢測單元，其檢測由該交流電機驅動的控制對象的實際開度；控制單元， 其生成使由該實際開度檢測單元檢測出的實際開度與設定開度一致的控制輸出；驅動輸出生成單元，其接受該控制單元生成的控制輸出，並生成向所述交流電機輸出的驅動輸出；以及交流電源的輸入部，其為該驅動輸出生成單元生成的驅動輸出的能源，該停電時電源模塊的特徵在於，包括交流電源中繼單元，其對向所述電動執行器供電的交流電源進行中繼； 停電檢測單元，其檢測向所述電動執行器供電的交流電源的停電； 停電時電源單元，其為代替所述交流電源的停電時的能源； 設定開度中繼單元，其對向所述電動執行器發送的設定開度進行中繼； 停電時開度輸出單元，其將所述控制對象在停電時應該保持的規定開度作為停電時開度進行輸出；電源選擇供給單元，其以所述交流電源中繼單元進行中繼的交流電源和來自所述停電時電源單元的停電時電源作為輸入，在所述停電檢測單元沒有檢測出所述交流電源停電時，選擇所述交流電源中繼單元中繼的交流電源作為向所述電動執行器輸入的交流電源， 在所述停電檢測單元檢測出所述交流電源停電時，選擇來自所述停電時電源單元的停電時電源作為向所述電動執行器輸入的交流電源；以及設定開度選擇發送單元，其在所述停電檢測單元沒有檢測出所述交流電源停電時，選擇所述設定開度中繼單元中繼的設定開度作為向所述電動執行器輸入的設定開度，在所述停電檢測單元檢測出所述交流電源停電時，選擇所述停電時開度輸出單元輸出的停電時開度作為向所述電動執行器輸入的設定開度。
2.如權利要求1所述的停電時電源模塊，其特徵在於所述停電時電源單元將對直流電源進行交流化後的停電時電源向所述電源選擇供給單元輸出。
3.如權利要求1所述的停電時電源模塊，其特徵在於 所述停電時電源單元包括AC/DC電源變換單元，其以所述交流電源中繼單元進行中繼的交流電源作為分支輸入， 並將該分支輸入變換為直流電源；蓄電單元，其積蓄從利用所述AC/DC電源變換單元進行變換後的直流電源得到的電荷；以及DC/AC電源變換單元，其利用積蓄於所述蓄電單元的電荷生成交流化的電源，並作為停電時電源向所述電源選擇供給單元輸出。
全文摘要
本發明提供停電時電源模塊，使同樣結構的電動執行器既能作為通常的電動執行器使用還能作為具有緊急截斷功能的電動執行器使用。在停電時電源模塊(300)中設置有停電檢測電路(16)、停電時電源部(17)、電機電源切換電路(18)、停電時控制信號生成電路(19)、控制信號切換電路(20)，在沒有檢測出向電動執行器(100)供電的交流電源AC停電時，電機電源切換電路(18)和控制信號切換電路(20)將交流電源AC和設定開度(θsp)送至電動執行器(100)，在檢測出向電動執行器(100)供電的交流電源AC停電時，電機電源切換電路(18)和控制信號切換電路(20)將停電時電源EC和停電時開度(θSH)送至電動執行器(100)。
文檔編號H02J9/06GK102195338SQ20101059997
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年3月5日
發明者成田浩昭, 猿渡亮 申請人:株式會社山武