KR100497465B1 - 서보 모터 구동식 로터리 바이패스 밸브 - Google Patents

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Abstract

전동식 바이패스 밸브는 원통형 밸브실을 가진 밸브 본체를 가지며, 단일 입구와 제 1 및 제 2 출구는 상기 밸브실로 포트되며, 포트 위에는 볼록-오목형 면 실이 배치된다. 부분 원통형 밸브 표면을 갖는 로터리 밸브 부재는 상기 밸브실내에 배치되며, 밸브 표면은 상기 면 실과 접촉하게 된다. 이어서, 모터 하우징은 밸브 본체에 스핀 용접되어 밸브실을 밀봉하고, 밸브 부재의 하프 샤프트는 모터 하우징으로 연장하며, O-링에 의해 밀봉된다. 그 후, 상기 모터 및 기어 트레인은 상기 하우징내로 조립되어 하프 샤프트를 구동시킨다. 모터 하우징은 그 위에 용접된 커버에 의해 밀폐된다.

Description

서보 모터 구동식 로터리 바이패스 밸브{SERVO MOTOR OPERATED ROTARY BYPASS VALVE}
본 발명은, 서보 모터 구동식 밸브에 관한 것으로써, 특히, 단일 입구 및 다수의 출구를 가진 타입의 전동 구동식 밸브에 관한 것이며, 여기에서, 로터리 밸브부재는 초기 위치로부터 점진적으로 이동되어, 다수의 출구 중 하나로의 흐름을 차단하고, 점진적으로 위치를 통한 잔여 출구로의 흐름을 전환(divert)함으로써, 전체 흐름이 하나의 출구로 지향될 때까지, 하나의 출구를 통한 흐름을 증대시키고, 잔여 출구를 통한 흐름을 감소시킨다.
이러한 타입의 밸브는, 전형적으로 유체 흐름 회로(fluid flow circuit)내에 사용되는데, 그것은, 작동 유체 회로에 대한 제어 목적으로 흐름의 일부를 전환 또는 바이패스(bypass)시키고, 잔여 흐름을 작동 부하 회로로부터 섬프(sump) 또는 펌프 리턴(pump return) 등으로 전환시키는 소정의 조작 모드에서 바람직하다.
상술한 타입의 바이패스 또는 전환 흐름은, 통상적으로 자동차 객실 난방을 위한 자동차 객실내의 온도 제어 시스템용의 열 교환기 또는 히터 코어(heater core)로 향하는 온수(hot water) 또는 엔진 냉각수의 흐름을 제어하는데 바람직하다. 이와 같은 자동차 객실용 히터에서는, 히터로 향하는 흐름의 일부를 전환 또는 바이패스시키고,, 잔여 흐름을 엔진 냉각 회로 또는 엔진 워터 펌프 입구로 되돌림으로써, 히터 코어로 향한 온수의 흐름을 제어하는 것이 바람직하다. 이러한 장치는 히터 코어로 향한 온수의 흐름을 정확히 제어하여, 객실내의 바람직한 온도 제어를 행한다.
종래의 자동차 객실내의 히터 코어용의 바이패스 워터 밸브는, 통상적으로 버터플라이(butterfly) 또는 로터리 베인(vane) 타입이었고, 이것은 그들의 단순성 및 저 제조 원가 때문에 사용되었지만, 버터플라이의 밀폐 위치(closed position)와 완전 개방 위치의 약 1/4 사이에서 충분한 흐름(full flow)이 이루어진다고 하는 결점을 가지고 있었다. 로터리 밸브 이동에 대한 고 흐름 변화는, 밸브내의 버터플라이 부재가 그 로터리 위치의 매우 미세한 제어를 필요로 하게 한다.
자동차 객실용 전기 제어식 자동 온도 제어 시스템을 구비하는 것이 바람직한 경우에, 바이패스 워터 밸브(water valve)의 전동식 액츄에이터(actuator)의 이용은, 모터 액츄에이터 출력의 극히 미세한 분해능(resolution)을 필요로 하여, 밸브 및 히터 시스템 전체의 비용에 대해 곤란한 정도로 비용이 높게 되었다.
따라서, 자동차 객실내의 히터 시스템용 바이패스 워터 밸브를 구비하는 것이 바람직한데, 이런 밸브는, 밸브 부재의 이동에 대한 정확한 흐름 제어 및 미세 분해능을 제공한다. 또한, 밸브 부재의 로터리 이동과, 밸브를 통해 작동 부하 회로로 향하는 전환 흐름의 변화 간의 선형 관계를 가지는 것이 바람직하다.
공지된 서보 모터 구동식 로터리 워터 밸브는, 모터 구동 장치를 밸브 본체에 부착하기 위해 별개의 패스너(fastener)를 필요로 하고, 이는 밀봉 가스켓(sealing gasket)을 사용하게 하고, 누출원이 되며, 대량 생산 시에 비용이 증가하는 결점을 갖는다. 따라서, 제어의 선형성, 설계의 단순성 및 조립의 편의성, 완전한 밀봉 강도 및 저렴한 제조 원가를 제공하는 히터 바이패스 흐름 제어용 서보 모터 구동식 로터리 밸브를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 서보 모터 장치 및 밸브 본체의 조립을 위한 패스너를 필요로 하지 않는 간단한 구조를 가지고, 흐름 반응의 선형성을 가지며, 저렴한 제조 원가 및 밀봉 신뢰성이 있어 사용 시 견고한 서보 모터 구동식 로터리 밸브를 제공한다. 본 발명의 서보 모터 구동식 밸브는, 부분 밸브 부재와 함께 원통형 밸브실(valving chamber)을 사용하며, 이 부분 밸브 부재는, 각각의 밸브 출구에 제공된 면 실(face seal)을 통해 회전되는 부분 원통형 밸브 표면(valving surface)을 갖는다. 이 서보 모터는, 밸브 부재를, 하나의 출구를 차단하는 위치로부터 적어도 부분적으로 출구를 차단하는 위치로 회전하여, 점진적으로 하나의 출구를 완전 개방하고, 잔여 출구를 차단하는 위치로 회전하도록 작동한다. 밸브 본체는, 밸브실내에 서브어셈블리(subassembly)로서 조립된 각 출구 포트(outlet port) 용의 면 실 및 밸브 부재를 가지며, 밸브 부재와 하우징 사이에는 환형 실 링(seal ring)이 제공된다. 그 후, 서보 모터 하우징은, 하우징을 밸브 부재에 대한 밸브 본체상에 스핀 용접(spin welding)함으로써, 본체 서브어셈블리에 부착된다. 그 다음으로, 모터 및 기어 트레인(gear train)은 하우징내에 조립되고, 이 하우징은, 커버(cover)를 하우징에 용접함으로써, 모터 및 기어 구동기 위에서 밀폐된다.
따라서, 본 발명의 밸브는, 간단한 조립체를 가지고, 밸브 본체에 대한 밀봉을 완비함과 동시에 저렴한, 선형적으로 반응하는 전환 밸브(diverter valve) 및, 서보 모터를 밸브 본체에 부착하기 위해 스핀 용접을 사용하는 밸브실을 구비한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 밸브 조립체는, 일반적으로 참조 부호(10)으로 표시되며, 원통형 밸브실(14)을 가진 밸브 본체(12) 및, 밸브실(14)과 연통하는 입구 통로(18)를 가진 입구 끼워맞춤부(fitting)(16)를 포함한다. 본체(12)는, 밸브실(14)과 연통하는 출구 통로(22)를 가진 1차 출구 끼워맞춤부(20)를 가지며, 끼워맞춤부(20)는 자동차용 히터 코어(24)의 입구와 같은 작동 유체 부하 회로와 연결하는데 적합하다. 입구 끼워맞춤부(16)는, 예컨대 엔진(26)의 워터 재킷(water jacket)내의 탭(tap)과 같은 유체원과 연결하는데 적합하다.
밸브 본체(12)는, 끼워맞춤부(30)를 통해, 연결자 끼워맞춤부(34)내에 형성된 2차 또는 바이패스 채널(32) 및, 또한 연결자(38)내에 형성된 채널(36)과 연통하는 바이패스 또는 2차 출구 통로(28)를 갖고 있다. 연결자(34)는 히터 코어(24)의 출구와 같은 작동 유체 회로로부터의 리턴(return)과 연결하는데 적합하고, 끼워맞춤부(38)는, 예컨대 엔진 냉각수 펌프의 입구와 같은 공급부로의 리턴 흐름 입구로서의 유체원으로 리턴 흐름을 제공하는데 적합하다.
바람직한 실시예에서, 본체(12)는 끼워맞춤부(16, 20, 34, 38)를 포함하고, 끼워맞춤부(30)는 단일 부품으로서 그 내에 형성된 밸브실(14)과 일체로 형성된다. 통로(28)는, 예컨대 점착성 밀봉제 또는 용접물과 같은 적절한 방법으로 그 위에 고정된 폐쇄물(closure) 또는 캡(40)에 의해 밀폐된다. 본 발명의 실시예에서, 본체, 캡 및 끼워맞춤부는, 예컨대 체적의 약 1/3 정도를 유리 입자로 채운 폴리아미드재(polyamide material)와 같은 적절한 플라스틱재로 형성된다.
로터리 밸브 부재(42)는, 그 상에 형성된 부분 원통형의 밸브 표면(44) 및 하프 샤프트(half shaft)(46)를 가지며, 이 하프 샤프트는 그로부터 연장한 구동면(48)을 가지고 있다. 환형 탄성 실 링(66)은 하프 샤프트(46)상에 밀봉 배치된다. 부재(42)는 밸브실(14)내에 수용되어, 밸브실(14)로부터 외부로 연장하는 하프 샤프트(46)와 함께 회전하도록 한다.
예컨대, 엘라스토머(elastomeric) 재료와 같은 탄성 실 재료로 형성된 제 1 및 제 2 볼록-오목(convexo-concave) 또는 부분 원통형 면 실 부재(50, 52)는 평행한 측면 또는 가장자리(margin)의 공간을 가지며, 이는 제각기 참조 번호(54,56)로 표시되고, 밸브실 벽 내에 제공된 한 쌍의 홈에 수용되어 있다. 실 부재(50, 52)의 각각은 제각기 그를 관통하여 형성된 흐름 개구(58, 60)를 갖는데, 이 개구는 그의 내부 또는 오목면상에 형성된 환형 립(lip) 또는 리브(rib)(62,64)를 가진다.
본체(12), 실(50, 52), 밸브 부재(42) 및 실 링(66)으로 이루어진 조립체는 일반적으로 참조 번호(68)로 표시된 서브어셈블리를 구성한다.
일반적으로 참조 번호(70)로 표시된 서보 모터 구동 장치는, 하우징 쉘(shell)(72) 및 커버(74)를 포함하는데, 쉘(72)내에는 모터(76)가 장착되어 있다.
모터 장치(70)는 하우징 쉘(72)내의 조립 어셈블리이다. 하우징 쉘(72)은 그의 바닥에 개구(78)를 형성하고, 이 개구는 틈새(clearance)를 갖도록 하프 샤프트(46) 상에 수용되며, 하우징 쉘(72)은, 밸브실(14) 상에 고정되고, 밸브실(14)을 밀봉하여 하우징 쉘(72)을 본체(12)에 고정하도록 스핀 용접함으로써 서브어셈블리(68)에 고정된다. 스핀 용접 동작 중, 하우징 쉘(72) 및 실 링(66)은 밸브 부재(42)에 대해 회전하며, 실 링(66)은 하프 샤프트(46)과 개구(78) 사이를 밀봉하는 것으로 이해될 것이다.
하우징 쉘(72)을 서브어셈블리(68)에 스핀 용접한 후에, 모터(76)는 하우징 쉘(72)내에 배치되어, 설치대(mount)(77, 79) 사이에 고정된다. 모터(76)는 그의 샤프트 상에 출력 웜(worm)(78)을 가지며, 이 웜(78)은 하우징 쉘(72)내에 고정된 액슬 핀(axle pin)(82)상에 장착된 제 1 단(stage) 구동 기어(80)와 맞물린다. 기어(80)는 그 상에 제 1 단 피니언(84)을 구비하며, 이 피니언(84)은, 하우징 쉘(72)내에 고정된 액슬 핀(88)상에 장착된 제 2 단 기어 휠(86)과 맞물린다. 기어 휠(86)은 그 상에 제 2 단 피니언(90)을 가지며, 이 피니언(90)은 하프 샤프트(46) 상에 수용되고, 표면(48)과 구동 연동하는 허브(94)를 가진 출력 기어(92)와 맞물린다. 출력 기어 허브(94)는 데크 플레이트(deck plate)(98) 내에 형성된 개구(96)내에 저널(journal)되고, 데크 플레이트(98)는, 위치 결정 돌기부(lug)(100)를 통해 하우징 쉘(72)에 고정되어, 예컨대, 데크 플레이트(98) 내에 형성된 개구(102)를 통해 돌기부를 히트 스테이크(heat staking) 처리하는 등의 적절한 방법에 의해 유지된다. 바람직하다면, (도시되지 않은) 저항기는 데크 플레이트(98)의 저면에 제공되고, 출력 기어(92) 상에 제공된 전기 와이퍼 콘택트(wiper contact)(104)으로 닦아내어, 출력 기어(92) 및 샤프트(46)에 위치 피드백 신호를 제공하기 위한 전위차계(potentiometer)를 형성할 수 있다.
하우징(72)내의 모터(76) 및 관련 기어의 조립이 완료되면, 그 위에 커버(74)가 배치되고, 하우징 쉘(72) 상에 제공된 페그(peg)(106)와 맞물려, 음파 용접(sonic welding) 등의 적절한 방법에 의해 고정된다.
따라서, 본 발명은 저 비용으로 신뢰성있게 밀봉된 바이패스 타입의 로터리 밸브를 제공하는데, 이 로터리 밸브는, 원통형 밸브실내의 방사상 밸브 포트 위에 배치된 면 실과 슬라이드하게(slidably) 접촉하는 부분 원통형 밸브 표면을 가지고, 밸브 부재의 로터리 위치에 대하여 흐름의 실질적인 선형 제어를 제공한다. 서보 모터 하우징 쉘은, 밸브 부재의 조립 후에, 밸브실을 폐쇄하도록 밸브 본체에 스핀 용접되어, 서브어셈블리로서 밸브 본체내에 밀봉한다. 그 후, 서보 모터 및 기어 트레인은 하우징 쉘내에 조립된다.
이상, 실시예를 바탕으로 본 발명을 설명했으나, 첨부된 특허청구범위내에서의 다양한 수정 또는 변형이 가능함은 물론이다.
따라서, 본 발명은, 서보 모터에 대한 전기 입력 신호에 실질적으로 선형 응답성을 갖는, 구성이 간단하고, 비교적 저 비용으로 신뢰성 있게 밀봉된 바이패스 밸브를 제공하며, 특히, 자동차 객실의 온도 제어 시스템에서의 히터 코어용 워터 바이패스 밸브로서 사용하기에 적당하다.
도 1은 본 발명의 밸브 조립체의 평면도.
도 2는 도 1의 라인2-2을 따라 취해진 단면도.
도 3은 도 2의 라인3-3을 따라 취해진 단면도.
도 4는 도 1의 라인4-4을 따라 취해진 단면도.
도 5는 도 1의 조립체의 분해도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 밸브 본체 14 : 밸브실
16 : 입구 끼워맞춤부 18 : 입구 통로
20 : 1차 출구 끼워맞춤부 24 : 히터 코어
42 : 밸브 부재 46 : 하프 샤프트
50, 52 : 실 부재

Claims (14)

  1. 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체로서,
    입구 포트와 제 1 및 제 2 출구 포트와 연통하는 밸브실을 갖는 밸브 본체,
    상기 제 1 및 제 2 출구 포트의 각각에 대해 상기 밸브실내에 배치된 탄성 베이스 실 부재,
    상기 밸브실내에 회전 가능하게 배치되고, 상기 실 부재와 슬라이드 맞물려 점진적으로 접촉하는 실 표면을 가지며, 상기 제 1 출구 포트를 적어도 부분적으로 차단하는 위치와 상기 제 2 출구 포트를 적어도 부분적으로 차단하는 위치 사이에서 회전 운동하는 밸브 부재 및,
    상기 회전 운동을 위하여 상기 밸브 부재와 맞물려 구동하는 출력 부재를 가지며, 스핀 용접에 의해 상기 본체에 고정된 하우징을 포함하는 전동 구동식 서보 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서보 모터는 음파 용접에 의해 상기 하우징에 고정된 커버 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체, 상기 밸브 부재 및 상기 실 부재는 상기 스핀 용접에 앞서 서브어셈블리를 구성하는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는 상기 입구 포트를 가진 입구 끼워맞춤부, 상기 제 1 출구 포트를 가진 제 1 출구 끼워맞춤부 및, 상기 제 2 출구 포트를 가진 제 2 출구 끼워맞춤부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 출구 끼워맞춤부는 분기(bifurcate)되는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 상기 밸브 부재와 상기 하우징 간의 회전 실을 위한 환형 실 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 면 실 부재의 각각은 관통 개구를 가진 일반적인 볼록-오목 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 면 실 부재의 각각은 상기 밸브 부재의 실 표면과 접촉하기 위해 상기 개구에 형성된 환형 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체.
  9. 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체의 제조 방법으로서,
    입구 포트와 제 1 및 제 2 출구 포트를 갖는 밸브실을 가진 밸브 본체를 형성하는 단계,
    상기 출구 포트의 각각에 탄성 실을 배치하는 단계,
    상기 밸브실내에 밸브 부재를 배치하고, 상기 밸브 부재와 상기 실을 맞물리게 하여, 서브어셈블리를 형성하는 단계,
    상기 하우징을 상기 본체에 스핀 용접함으로써 상기 서브어셈블리에 서보 모터 하우징을 부착하는 단계 및,
    상기 용접 후 상기 하우징내에 모터를 장착하고, 상기 모터를 상기 밸브 부재와 구동할 수 있게 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 서보 모터 하우징을 부착하는 단계는, 서보 모터를 상기 하우징내에 배치한 후에 커버를 상기 하우징에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 모터 구동식 로터리 밸브 조립체의 제조 방법.
  11. 입구 및 출구를 가진 자동차 객실의 히터 코어로의 온수 흐름의 제어 방법으로서,
    입구와 제 1 및 제 2 출구를 갖는 밸브실을 밸브 본체에 제공하는 단계,
    상기 밸브실내에 회전 가능한 밸브 부재를 배치하는 단계,
    상기 입구를 엔진 냉각 회로 출구에 연결하고, 상기 제 1 및 제 2 출구중 하나를 상기 히터 코어 입구에 연결하며, 상기 제 1 및 제 2 출구중 다른 하나를 상기 히터 코어 출구 및 상기 엔진 냉각 회로 리턴(return)에 연결하는 단계,
    상기 제 1 및 제 2 출구에 실을 배치하고, 상기 밸브 부재를 이동 가능하게 밀봉하는 단계 및,
    모터를 시동시켜, 상기 제 1 및 제 2 출구에 대해 상기 밸브 부재를 회전시키고, 상기 밸브 부재의 회전 위치에 대해 상기 히터 코어 및 상기 엔진 리턴으로의 흐름을 비례 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 흐름의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브실을 밸브 본체에 제공하는 단계는 일반적으로 원통형 밸브실을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 회전 가능한 밸브 부재를 배치하는 단계는 상기 밸브 부재 상에 원통형 표면의 일부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 흐름의 제어 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브 본체에 제공하고, 상기 밸브 부재를 배치하는 단계는, 상기 본체내에 상기 밸브 부재를 가진 본체 서브어셈블리를 형성하고, 스핀 용접에 의해 모터 구동 장치의 하우징을 상기 본체에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 흐름의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전 가능한 밸브 부재를 배치하는 단계는 상기 밸브 부재와 상기 하우징 사이에 탄성 환형 면 실을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 흐름의 제어 방법.
KR10-2000-0078260A 1999-12-22 2000-12-19 서보 모터 구동식 로터리 바이패스 밸브 KR100497465B1 (ko)

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