KR100759357B1 - 자기적으로 구동되는 포인터 회전 기구를 가지는 게이지 - Google Patents

자기적으로 구동되는 포인터 회전 기구를 가지는 게이지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압력 등의 측정된 변수를 표시하는 게이지를 제공한다. 상기 게이지는 상기 변수의 변화에 대응하여 이동될 수 있는 드라이브 마그넷을 포함하는 운동 감지 기구를 포함한다. 본 발명에 따른 포인터 회전 기구는 피벗 부재, 상기 피벗 부재에 결합되는 파워 마그넷, 및 상기 파워 마그넷에 인접하여 위치되는 하나 이상의 디렉터 부재를 포함한다. 각각의 디렉터 부재는 나선형 플랜지를 포함한다. 포인터는 상기 포인터 회전 기구에 결합된다. 상기 디렉터 부재 및 파워 마그넷은 상기 포인터 회전 기구를 상기 드라이브 마그넷에 자기적으로 결합시킬 수 있는 자계를 형성한다. 상기 포인터 회전 기구는 회전축을 중심으로 회전될 수 있다. 상기 변수의 변화에 대응하여 드라이브 마그넷의 운동은 상기 포인터 회전 기구 및 상기 포인터를 회전축을 중심으로 회전시켜 상기 포인터가 측정된 변수를 표시한다.
압력, 변수, 나선형 플랜지, 마그넷, 자석, 포인터, 회전, 디렉터, 회전축, 피벗

Description

자기적으로 구동되는 포인터 회전 기구를 가지는 게이지{GAUGE HAVING A MAGNETICALLY DRIVEN POINTER ROTATION DEVICE}
도 1은 게이지의 운동 전달 장치의 사시도이다.
도 2는 게이지의 측면도이다.
도 3은 게이지의 분해 사시도이다.
도 4는 운동 전달 장치의 운동 감지 기구의 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 5-5선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 5의 일부 확대 상세도이다.
도 7은 게이지의 단면도이다.
도 8은 도 7의 일부 확대 상세도이다.
도 9는 운동 전달 장치의 포인터 회전 기구의 사시도이다.
도 10은 파워 마그넷의 평면도이다.
도 11은 도 10의 11-11선을 따른 단면도이다.
도 12는 포인터 회전 기구의 디렉터 부재의 평면도이다.
도 13은 디렉터 부재의 측면도이다.
도 14는 포인터와 함께 도시된 포인터 회전 기구의 상부 사시도이다.
도 15는 포인터 회전 기구 및 포인터의 상부 분해 사시도이다.
도 16은 포인터 회전 기구 및 포인터의 저면 사시도이다.
도 17은 포인터 회전 기구 및 포인터의 저면 분해 사시도이다.
본 발명은 압력 감지 플렉시블 다이어프램(flexible diaphragm)에 결합되는 드라이브 마그넷의 위치를 감지하고 표시할 수 있는 자기적으로 구동되는 포인터 회전 기구를 가지는 게이지에 관한 것으로, 특히 드라이브 마그넷을 사용하여 자기 회로를 생성하는 파워 마그넷을 포함하는 포인터 회전 기구에 관한 것이다.
본 출원은 2004년 7월 29일 출원된 미국 가출원 번호 60/592,214호에 대한 우선권 주장을 수반한다.
압력 게이지와 같은 게이지는 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버 사이에 위치되는 플렉시블 다이어프램을 포함한다. 포인터 어셈블리(pointer assembly)는 흔히 상기 게이지의 인디케이터 챔버(indicator chamber) 내에 위치되어 있다. 상기 인디케이터 챔버는 분리벽에 의하여 유체 챔버와 분리되어 있으며, 상기 분리벽은 포인터 어셈블리가 다이어프램에 기계적으로 결합될 수 있게 하는 구멍을 포함한다. 이 경우, 유체 챔버 내의 유체는 포인터 어셈블리와 접촉하게 된다. 상기 포인터 어셈블리와 상기 분리벽 사이에 기계적 또는 접착성 밀봉재(seal)가 사용될 수 있지만, 이러한 밀봉재는 누출되기 쉬워서, 유체를 인디케이터 챔버로 들어가게 할 수 있다. 유체가 포인터 어셈블리와 접촉하게 되면, 유체는 포인터 어셈블리를 오 염시키고 작동 효율을 감소시키므로, 바람직하지 않다.
다이어프램에 결합되는 마그넷이 포인터에 부착되는 헬릭스(helix)에 자기 결합(magnetic coupling)되도록 유체 챔버 내에 제공된다. 견고한 분리벽이 상기 헬릭스 및 포인터를 상기 유체 챔버와 분리하도록 마그넷과 헬릭스 사이에 제공되어 있다. 그러나, 상기 마그넷과 헬릭스 사이의 에어 간극의 크기가 비교적 작아야 하고, 마그넷 위치를 정확하게 반영하는 포인터의 정확성이 떨어지지 않도록 에어 간극 크기가 정밀하게 제어되어야 한다.
본 발명에 따르면, 압력, 유량, 온도 또는 속도 등과 같은 측정된 변수를 표시하는 게이지가 제공된다. 상기 게이지는 운동 감지 기구 및 포인터 회전 기구를 포함하는 운동 전달 장치를 포함한다. 상기 운동 감지 기구는 변수의 변화에 대응하여 대체로 직선축을 따라 이동될 수 있는 드라이브 마그넷을 포함한다. 상기 포인터 회전 기구는 회전축을 중심으로 회전될 수 있다. 상기 포인터 회전 기구는 피벗 부재, 상기 피벗 부재에 결합되는 포인터, 상기 피벗 부재에 결합되는 파워 마그넷, 및 상기 파워 마그넷에 인접하여 위치되는 하나 이상의 디렉터 부재를 포함한다. 각각의 상기 디렉터 부재는 대체로 나선형 플랜지를 포함한다. 상기 디렉터 부재 및 파워 마그넷은 상기 포인터 회전 기구를 상기 드라이브 마그넷에 자기적으로 결합시킬 수 있는 자계를 형성한다. 포인터는 상기 포인터 회전 기구에 결합된다. 상기 운동 감지 기구의 드라이브 마그넷의 운동은 상기 포인터 회전 기구 및 상기 포인터를 회전축을 중심으로 회전시켜 상기 포인터가 측정된 변수를 표 시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 게이지(30)는 운동 전달 장치(32)를 포함한다. 상기 게이지(30)는 제1 유체압과 제2 유체압의 차이압일 수 있는 측정압을 감지하고 나타낼 수 있는 압력 게이지일 수 있다. 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 게이지(30)는 하우징(36)을 가지는 엔클로저(enclosure)(34)를 포함한다. 상기 하우징(36)은 제1 단부(40)로부터 제2 단부(42)까지 뻗어 있는 원주 측벽(38)을 포함한다. 또한 상기 하우징(36)은, 견고하며 구멍이 형성되어 있지 않고 상기 측벽(38)에 일체로 부착되는 내부 장벽(44)을 포함한다. 또한 상기 엔클로저(34)는 상기 측벽(38)의 제1 단부(40)에 제거가능하게 부착되는 뷰잉 커버(viewing cover)(46)를 포함한다. 상기 커버(46)는 들여다보이는 투명한 플라스틱 재질로 제조될 수 있다. 또한 상기 엔클로저(34)는 상기 측벽(38)의 제2 단부에 제거가능하게 부착되는 백 플레이트(back plate)(48)를 포함한다. 상기 하우징(36), 커버(46) 및 백 플레이트(48)는 모두 플라스틱 재질로 형성된다. 상기 커버(46)는 상기 커버(46)와 하우징(36) 사이에 위치되는 탄성 개스킷(50)에 의하여 하우징(36)에 액밀식으로 밀봉된다.
상기 게이지(30)는 플렉시블 다이어프램(flexible diaphragm)(52)을 포함한다. 상기 다이어프램(52)은 타원형의 원주 림(rim)(56)을 구비하는 탄성의 플렉시블 다이어프램 부재(54)를 포함한다. 또한 상기 다이어프램(52)은 대략 상기 림(56) 내에 중앙으로 다이어프램 부재(54)의 일측면에 부착되는 다이어프램 플레이 트(58)를 포함한다. 스태브 핀(stab pin)과 같은, 결합 부재(60)가 다이어프램 플래이트(58) 그리고 그에 의하여 다이어프램 부재(54)에 부착된다. 상기 결합 부재(60)는 다이어프램 부재(54)의 중앙 횡축에 대략 위치되고 상기 다이어프램 부재(54)로부터 상기 횡축을 따라 외측으로 돌출된다.
상기 게이지(30)는 상기 다이어프램(52)과 상기 하우징(36)의 장벽(44) 사이에 형성된 제1 유체 챔버(fluid chamber)(64), 및 상기 다이어프램(52)과 상기 백 플레이트(48) 사이에 형성된 제2 유체실(66)을 포함한다. 상기 엔클로저(34)는 상기 제1 유체 챔버(64)와 유체 연통되는 제1 포트(port) 및 상기 제2 유체 챔버(66)와 유체 연통되는 제2 포트를 포함한다. 각각의 유체 챔버는 각각의 유체 소스와 유체 연통되게 위치될 수 있다. 필요하다면, 하나의 유체 챔버는 대기와 연통되게 위치될 수 있다. 상기 제1 유체 챔버(64)는 다이어프램(52)에 의하여 제2 유체 챔버(66)와 분리되고 액밀식으로 밀봉된다. 또한 상기 게이지(30)는 하우징(36)의 장벽(44)과 커버(46)에 의하여 형성되는 인디케이터 챔버(indicator chamber)(68)를 포함한다. 상기 인디케이터 챔버(68)는 견고한 일 부품의 구멍이 형성되어 있지 않은 장벽(44) 및 상기 측벽(38)에 장벽(44)의 일체 결합에 의하여 상기 제1 유체 챔버(64)와 기밀식으로 분리되고 액밀식으로 밀봉된다. 상기 장벽(44)은, 인디케이터 챔버(68)를, 상기 제1 유체 챔버(64)의 유체와 액밀식으로 분리하고 밀봉하고, 상기 다이어프램(52)이 누설되면 상기 제2 유체 챔버(66)의 유체와 액밀식으로 분리하고 밀봉한다. 눈금을 새긴 스케일(scale)(74)을 가지는 스케일 플레이트(72)는, 스케일(74)이 커버(46)를 통하여 볼 수 있도록 상기 하우징(36)에 부착된 다. 상기 스케일(74)은 압력 범위를 나타내는 복수의 표시를 포함할 수 있다.
상기 운동 전달 장치(32)는 다이어프램(52)의 운동을 감지하고 전달할 수 있는 운동 감지 기구(80)를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 운동 감지 기구(80)는 제1 단부(84) 및 제2 단부(86)를 가지는 탄성의 플렉시블 플레이트 스프링(82)을 포함한다. 상기 플레이트 스프링(82)은 기다란 세로의 연장 슬롯(slot)(88)을 포함한다. 스프링율 조절 플레이트(90)가 상기 플레이트 스프링(82)에 부착되고, 상기 제1 단부(84)와 제2 단부(86) 사이에서 플레이트 스프링(82)을 따라 선택적으로 위치 결정될 수 있다. 베이스 플레이트(92)가 플레이트 스프링(82)의 바닥측에 인접하여 위치되고, 스페이서 플레이트(spacer plate)(94)가 플레이트 스프링(82)의 상단측에 인접하여 위치되고 상기 플레이트 스프링(82)과 스프링율 조절 플레이트(90) 사이에 위치된다. 상기 스프링율 조절 플레이트(90)는 플레이트 스프링(82)의 슬롯(88)에 평행하게 뻗어 있는 기다란 슬롯(96)을 포함한다. 상기 플레이트 스프링(82), 베이스 플레이트(92) 및 스페이서 플레이트(94)는 상기 슬롯(88, 96)을 관통하여 뻗어 있는 파스너(fastener)(98)에 의하여 서로 연결된다. 상기 파스너(96)는 볼트 및 너트와 같은 나사식 파스너일 수 있다. 상기 파스너(98)는 플레이트 스프링(82)의 슬롯(88) 및 클램프 플레이트(clamp plates)(92, 94)의 구멍을 통하여 뻗어 있고, 상기 클램프 플레이트(92, 94)가 플레이트 스프링(82)의 세로 길이를 따라 선택적으로 위치 결정될 수 있도록 하여 플레이트 스프링(82)의 강성(stiffness)을 조절할 수 있게 된다. 패드(pad)(100)가 플레이트 스프링(82)의 제1 단부(84)에 인접한 스프링율 조절 플레이트(90)의 바닥 측에 부착된다. 마운팅 브래킷(mounting bracket)(102)이 플레이트 스프링(82)의 제1 단부(84)에 부착된다. 상기 마운팅 브래킷(102)은 플레이트 스프링(82)의 제1 단부(84)에 부착되는 제1 단부 및 홀더(holder)(104)를 갖는 제2 단부를 포함한다.
드라이브 마그넷(drive magnet)(106)이 홀더(104)에 의하여 유지되어 상기 드라이브 마그넷은 상기 마운팅 브래킷(102)의 제2 단부 및 플레이트 스프링의 제1 단부에 연결된다. 상기 드라이브 마그넷(106)은 대체로 평면의 상면(108) 및 상기 상면(108)과 이격되고 대략 상기 상면(108)에 대략 평행한 대체로 평면의 바닥면(110)을 포함한다. 상기 상면(108) 및 바닥면(110)은 도 4에 도시된 바와 같이, 직선의 중심축(112)에 대략 수직으로 위치된다. 또한 상기 드라이브 마그넷(106)은 주변의 측벽(114)을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 드라이브 마그넷(106)은 대체로 평행 직육면체의 형태이지만, 예를 들면, 도 1, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 형상과 다른 형상으로 형성될 수 있다. 상기 드라이브 마그넷(106)은, 상기 상면(108)에 위치되는 N극 및 상기 바닥면(110)에 위치되는 S극을 가지고 중심축(112)에 대략 평행한 방향으로 자화된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 운동 감지 기구(80)는 제1 유체 챔버(64) 내에 위치된다. 상기 플레이트 스프링(82)의 제2 단부는 하우징(36)의 장벽(44)에 부착되어 상기 플레이트 스프링(82)은 제2 단부(86)와 외팔보 방식으로 연장된다. 상기 다이어프램(52)의 결합 부재(60)는 상기 운동 감지 기구(80)의 패드(100)에 결합된다. 상기 제1 유체 챔버(64) 내의 제1 유체의 압력에 대하여 상기 제2 유체 챔버(66) 내의 제2 유체의 압력의 증가는 다이어프램(52) 및 결합 부재(60)를 대략 직 선형 중심축(116)을 따라 제1 방향으로 장벽(44)쪽으로 이동시킨다. 상기 중심축(116)은 다이어프램(52)에 대략 수직하고, 플레이트 스프링(82)에 대략 수직하다. 제1 유체 챔버(64) 내의 제1 유체의 압력에 대하여 상기 제2 유체 챔버(66) 내의 제2 유체의 압력의 감소는 다이어프램(52)을 축(116)을 따라 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 백 플레이트(48)로 이동시킨다. 상기 제1 방향 또는 제2 방향으로 축을 따라 다이어프램(52) 및 결합 부재(60)의 이동은 플레이트 스프링(82)을 탄력성 있게 만곡시킬 수 있다. 상기 플레이트 스프링(82)의 만곡 운동은 상기 드라이브 마그넷(106)이 축(116)에 대략 평행한 중심축(112)을 따라 대략 직선적으로 대응 이동할 수 있도록 한다. 상기 드라이브 마그넷(106)이 외팔보 방식으로 상기 하우징(36)에 부착되므로, 상기 축(116)을 따른 드라이브 마그넷(106)의 이동은 비교적 짧은 거리에 대하여 비교적 큰 직경 원의 원호 궤적을 따른다. 그러나, 상기 드라이브 마그넷(106)에 의한 상기 이동은 여기서는 대략 직선인 것으로 간주한다.
또한 상기 게이지(30)는 인디케이터 챔버(68) 내에 위치되는 포인터 회전 기구(120)를 포함한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 포인터 회전 기구(120)는 본체(124)를 가지는 피벗 부재(pivot member)(122)를 포함한다. 상기 본체(124)는 대략 평면의 상면(126) 및 이격되어 비스듬히 경사진 대략 평면의 경사면(128)을 포함한다. 상기 피벗 부재(122)는 제1 단부(132) 및 제2 단부(134)를 가지는 대략 원통형 피벗 포스트(pivot post)(130)를 포함한다. 상기 포스트(130)는 상기 본체(124)의 상면(126)으로부터 상방으로 연장되는 상부 및 상기 본체(124)의 경사면 (128)으로부터 하방으로 연장되는 하부를 포함한다. 상기 포스트(130)는 대략 직선의 중심축(136)을 포함하며, 상기 포인터 회전 기구(120)는 상기 중심축(136)을 중심으로 회전될 수 있다. 피벗 핀(pivot pin)(138)은 상기 포스트(130)의 각 단부(132, 134)로부터 외측으로 연장된다. 상기 피벗 핀(138)은 상기 중심축(136)을 따라 위치된다.
또한 상기 피벗 부재(122)는 게이지 포스트(gauging post)(140)를 포함한다. 상기 게이지 포스트(140)는 상기 본체(124)의 주변 측벽에 부착되고 경사면(128)을 지나서 외측 단부(142)까지 연장된다. 상기 게이지 포스트(140)는 상기 피벗 포스트(130)에 대략 평행하게 뻗어 있고 상기 피벗 포스트(130)와 이격되어 있다. 상기 게이지 포스트(140)는 대략 직사각형 단면을 가지지만 필요하다면 다른 형상으로 형성될 수 있다. 또한 상기 피벗 부재(122)는 상기 본체(124)의 측벽에 부착되는 제1 단부 및 마운팅 핀(mounting pin)(146)을 가지는 제2 단부를 가지는 암(arm)(144)을 포함한다. 상기 마운팅 핀(146)은 상기 암(144)의 제2 단부로부터 외측으로 상기 중심축(136)에 대략 가로로 및 방사상으로 연장된다.
상기 포인터 회전 기구(120)는 파워 마그넷(power magnet)(150)을 포함한다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 파워 마그넷(150)은 대략 원형의 원통형 측벽(152)을 포함한다. 상기 측벽(152)은 파워 마그넷(150)의 중심축(154)을 중심으로 연장된다. 상기 파워 마그넷(150)은 경사진 대략 평면의 상면(156), 및 상기 상면(156)과 이격되어 있고 상기 상면에 대략 평행하게 위치되는 경사진 대략 평면의 바닥면(158)을 포함한다. 대략 원통형 구멍(160)은 상기 상면(156)으로부터 상 기 중심측(154)을 따라서 상기 바닥면(158)까지 상기 파워 마그넷(150)에 관통하여 뻗어 있다. 상기 구멍(160)은 상기 피벗 포스트(130)를 긴밀하게 수용하도록 크기를 갖는다. 상기 상면(156) 및 상기 바닥면(158)은, 상기 본체(124)의 경사면(128)이 상기 중심축(136)에 대하여 경사져 있는 동일한 각도로서 상기 중심축(154)에 대하여 경사져 있다. 상기 파워 마그넷(150)은, 상기 상면(156)에 위치된 S극과 상기 바닥면(158)에 위치된 N극을 갖고 상기 중심축(154)에 대략 평행한 방향으로 자화된다. 상기 파워 마그넷(150)의 자극은 드라이브 마극넷(106)의 자극에 대하여 반대로 된다.
또한 상기 포인터 회전 기구(120)는 제1 디렉터 부재(director member)(166) 및 제2 디렉터 부재(168)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 디렉터 부재(166, 168)는 서로 동일하게 형성되고 구성된다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1 디렉터 부재(166)는 대략 중앙에 위치된 구멍(172)을 가지는 대략 평면의 마운팅부(170)를 포함한다. 대략 직선의 중심축(174)은 상기 구멍(172)을 관통하여 대략 중앙으로 뻗어 있다. 상기 마운팅부(170)는, 중심축(174)까지 상기 피벗 부재(122)의 경사면(128)이 경사진 각도, 및 상기 파워 마그넷(150)의 상면(156)과 바닥면(158)이 경사진 각도와 동일한 경사 각도에 위치된다. 상기 구멍(172)은 중심축(174)에 평행하게 보이는 대략 원통형 또는 원형이지만, 상기 마운팅부(170)에 가로로 보이는 대략 타원형이다. 상기 구멍(172)은, 상기 중심축(174)이 상기 중심축(136)과 동일한 중심을 갖도록 상기 피벗 부재(122)의 피벗 포스트(136)를 긴밀하게 수용할 수 있다.
상기 제1 디렉터 부재(166)는 대략 나선형 외측 에지(178)를 가지는 대략 나선형 플랜지(helical flange)(176)를 포함한다. 상기 나선형 플랜지(176)는 제1 단부(180)로부터 제2 단부(182)까지, 대략 반바퀴 회전, 또는 180도로 상기 중심축(174)을 중심으로 나선형 방식으로 뻗어 있다. 상기 나선형 플랜지(176)는 상기 중심축(174)을 중심으로 180도 회전마다 대략 0.228인치의 비율로 중심축(174)을 따라 전진한다. 상기 제1 디렉터 부재(166)는 상기 마운팅부(170)와 나선형 플랜지(176) 사이에 뻗어 있는 천이부(transition portion)(184)를 포함한다. 상기 제1 디렉터 부재(166)의 마운팅부(170)는 상기 피벗 부재(122)의 게이지 포스트(140)를 수용할 수 있는 2개의 대향 측벽 사이에 형성된 게이지 노치(gauge notch)(186)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 디렉터 부재(166, 168)는 바람직하게, 예를 들면, HYMU 80과 같은, 고 자기 투과성 재질로 형성된다.
상기 제1 및 제2 디렉터 부재(166, 168)의 마운팅부(170)는 상기 중심축(174)에 대하여 대략 56도의 각도로 기울여질 수 있다. 필요하다면, 상기 마운팅부(170)는 중심축에 대하여 수직을 포함하면서, 상기 중심축(136, 174)에 대하여 다른 각도로 기울여질 수 있다. 그러나, 경사의 56도 각도가 상기 디렉터 부재(166, 168)를 금속 스탬핑 작업에서 효과적으로 비용을 들이면서 형성될 수 있게 하는데 유리하다는 것을 알게 되었다. 상기 마운팅부(170)의 경사 각도가 변경되면, 상기 본체(124)의 경사면(128) 및 파워 마그넷(150)의 상면(156)과 바닥면(158)의 경사 각도가 유사하게 변경될 수 있다.
상기 제1 디렉터 부재(166)는 구멍(172)을 통하여 피벗 포스트(130)를 삽입 하고 게이지 노치(186) 내에 게이지 포스트(160)를 삽입함으로써, 피벗 부재(122)에 부착된다. 상기 마운팅부(170)는 상기 본체(124)의 경사면(128)과 대응 결합되고, 상기 피벗 포스트(130)의 횡축을 중심으로 횡축을 따라 이동을 방지하도록, 접착제와 같은, 파스너로 부착된다. 상기 파워 마그넷(150)은 이 파워 마그넷(150)의 구멍(160)을 통하여 피벗 포스트(130)를 삽입함으로써 피벗 부재(122)에 부착되어 상기 상면(156)이 상기 제1 디렉터 부재(166)의 마운팅부(170)에 대응 결합된다. 상기 파워 마그넷(150)은, 피벗 포스트(130)의 횡축을 중심으로 횡축에 따라 마그넷(150)의 이동을 방지하도록, 그리고 상기 중심축(136)을 중심으로 공동 회전되도록 상기 마그넷(150)을 제1 디렉터 부재(166) 및 피벗 부재(122)에 연결하도록, 접착제와 같은 파스너로 상기 제1 디렉터 부재(166)의 마운팅부(170)에 부착된다.
상기 제2 디렉터 부재(168)는 구멍(174)을 통하여 피벗 포스트(130)를 삽입하고 게이지 노치(186) 내에 게이지 포스트(140)를 삽입함으로써 상기 피벗 부재(122)에 부착된다. 상기 제2 디렉터 부재(168)의 마운팅부(170)는, 피벗 포스트(130)의 횡축을 중심으로 횡축을 따라 상기 제2 디렉터 부재(168)의 이동을 방지하도록, 접착제와 같은 파스너로 파워 마그넷(150)의 바닥면(158)에 대응 부착된다. 상기 게이지 포스트(140)는 제1 및 제2 디렉터 부재(166, 168)와 결합되고, 상기 중심축(136)을 중심으로 공동 회전되도록 상기 제1 및 제2 디렉터 부재(166, 168)를 피벗 부재(122)에 연결한다. 상기 게이지 포스트(140)는 상기 제1 및 제2디렉터 부재(166, 168)를 상기 피벗 부재(122)에 대하여 그리고 상기 중심축(136)을 중 심으로 서로에 대하여 정밀하게 일직선으로 맞춘다.
상기 파워 마그넷(150)은 상기 디렉터 부재(166, 168)의 마운팅부(170) 사이에 끼이게 된다. 상기 디렉터 부재(166, 168)의 나선형 플랜지(176)는 파워 마그넷(150)의 측벽(152)을 지나서 외측으로 방사상으로 위치된다. 상기 디렉터 부재(166, 168)의 나선형 플랜지(176)는 중심축(154)에 평행하게 측정될 때 파워 마그넷(150)의 상면(156)과 바닥면(158) 사이의 파워 마그넷(150)의 두께와 대략 동일한 간격으로, 중심축(136)에 평행한 방향으로 서로 이격되어 있다. 상기 제1 및 제2 디렉터 부재(166, 168)의 각 단부(180, 182)는 중심축(136)에 서로 평행하게 각각 정렬되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 드라이브 마그넷(106)은, 도 4에 도시된 드라이브 마그넷의 변형된 실시예에서, 경사진 상면 및 바닥면을 포함하는 파워 마그넷(150)과 동일한 방식 및 형상으로 구성된다. 바람직하게는, 상기 드라이브 마그넷(106)은 파워 마그넷(150)과 동일한 방식 및 크기로 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같은 대략 직사각형 드라이브 마그넷(106)은, 성능이 감소될 수 있을지라도, 경사진 파워 마그넷(150)과 함께 사용될 수 있다. 상기 파워 마그넷(150)의 경사면(156, 158)은 디렉터 부재(166, 168)의 경사진 마운팅부(170)와 대응되게 경사져 있지만, 필요하다면, 중심축(154)에 수직을 이룰 수 있다. 포인터 회전 기구(120)가 2개의 이격된 디렉터 부재(166, 168)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 필요하다면, 상기 포인터 회전 기구(120)는, 성능이 감소될 수 있을지라도, 하나의 디렉터 부재만을 포함할 수 있다.
상기 게이지(30)는 제1 단부(192)와 제2 단부(194) 사이에 뻗어 있는 기다란 대략 직선형 포인터(pointer)(190)를 포함한다. 상기 포인터(190)는 중심 구멍을 가지는 대략 관형 원통 부재일 수 있다. 상기 포인터(190)는 플라스틱으로 형성될 수 있다. 상기 포인터(190)의 제1 단부(192)는 상기 포인터(190)의 구멍 내에 마운팅 핀(146)을 삽입하고 접착제와 같은 파스너로 마운팅 핀(146)을 구멍에 부착함으로써, 피벗 부재(122)의 암(144)에 부착된다. 따라서, 상기 포인터(190)는 중심축(136)을 중심으로 상기 피벗 부재(122)와 공동으로 회전될 수 있다. 상기 포인터(190)는 중심축(136)에 대하여 암(144)으로부터 대략 외측으로 방사상으로 뻗어 있다.
브래킷(200)은 포인터 회전 기구(120)를 하우징(36)에 부착시킨다. 상기 브래킷(200)은 제1 보석 베어링(jewel bearing)(202)과 제2 보석 베어링(204)을 포함한다. 상기 피벗 부재(122)의 피벗 포스트(130)의 각 단부(132, 134)는 베어링(202, 204)에 각각 연결된다. 상기 베어링(202, 204)은 중심축(136)을 중심으로 엔클로저(34)에 대하여 포인터 회전 기구(120) 및 포인터(190)의 실질적으로 마찰없는 회전 운동을 제공한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 포인터 회전 기구(120) 및 운동 감지 기구(180)는, 드라이브 마그넷(106)의 직선 운동축(112)이 상기 포인터 회전 기구(120)의 회전축(136)에 대체로 평행하게 위치되고 상기 포인터 회전 기구(120)의 회전축(136)과 이격되도록 위치된다. 상기 드라이브 마그넷(106)의 측벽(114)은 상기 포인터 회전 기구(120)의 나선형 플랜지(176)의 나선형 에지(178)와 이격되어 있어, 그 사이에 에어 간극이 형성된다. 상기 장벽(44)은 상기 드라이브 마그넷(106)과 포인터 회전 기구(120) 사이에서 상기 에어 간극 내에 뻗어 있다. 상기 드라이브 마그넷(106)의 상면(108)은 상기 드라이브 마그넷(106)에 매우 가까이 인접한 제1 디렉터 부재(166)의 나선형 플랜지(176)의 일부분과 대략 측방향으로 정렬된다. 상기 드라이브 마그넷(106)의 바닥면(110)은 상기 드라이브 마그넷(106)에 매우 가까이 인접되어 위치되는 제2 디렉터 부재(168)의 나선형 플랜지(176)의 일부분과 대략 측방향으로 정렬된다. 이에 따라, 상기 드라이브 마그넷(106)은 디렉터 부재(166, 168)의 나선형 플랜지(176) 사이에 길이 방향으로 위치되는, 측방향 위치의 상기 포인터 회전 기구(120)의 나선형 플랜지(176)로부터 측방향으로 이격되어 있다.
작동시, 상기 제1 유체 챔버(64)는 제1 압력을 가지는 제1 유체와 유체 연통되게 위치되고, 상기 제2 유체 챔버(66)는 제2 압력을 가지는 제2 유체와 유체 연통되게 위치된다. 상기 제1 유체 챔버(64)의 제1 유체의 제1 압력에 대하여 상기 제2 유체 챔버(66) 내의 제2 유체의 제2 압력의 증가는 다이어프램(52) 및 결합 부재(60)를 상기 장벽(44)을 향하여 제1 방향으로 중심축(116)을 따라 이동시키도록 한다. 반대로, 상기 제1 유체 챔버(64)의 제1 유체의 제1 압력에 대하여 제2 유체 챔버(66)의 제2 유체의 제2 압력의 감소는, 상기 결합 부재(60)가 운동 감지 기구(80)의 패드(100)와 결합된 상태로 있을지라도, 상기 다이어프램(52) 및 결합 부재(60)를 장벽(44)으로부터 멀리 제2 방향으로 중심축(116)을 따라 이동시키도록 한다. 상기 중심축(116)을 따라서 상기 다이어프램(52) 및 결합 부재(60)의 위치는 상기 제1 유체 챔버(64)와 제2 유체 챔버(66) 내의 각 유체 사이의 감지된 압력차이에 대응한다. 감지된 압력에 대응하여 다이어프램(52)의 변위는 상기 운동 감지 기구(80)의 플레이트 스프링(82)을 만곡시키거나 굽히도록 하여, 상기 드라이브 마그넷(106)을 상기 다이어프램(52)에 의하여 감지된 압력에 대응하는 위치로 중심축(112)을 따라서 변위시킨다. 대략 직선형의 변위 및 상기 중심축(112)을 따라서 드라이브 마그넷(106)의 궁극적인 위치는 제1 및 제2 유체 챔버(64, 66) 내의 제1 및 제2 유체에 의하여 다이어프램(52)에 인가되는 차이 압력에 대응한다.
상기 디렉터 부재(166, 168)의 나선형 플랜지(176)는 나선형 지향성 자계를 형성하도록 파워 마그넷(150)으로부터 자석의 N극과 S극의 축방향으로 지향된 자속선을 압축하고 지향시킨다. 상기 파워 마그넷(150)의 나선형 지향성 자계는 드라이브 마그넷(106)으로부터 방사되는 축방향으로 지향된 N극과 S극 자속선과 정렬된다. 상기 드라이브 마그넷(106)은 에어 간극에 의하여 상기 파워 마그넷(150)과 이격되어 있다. 자기 회로가 에어 간극에 걸치는 상기 드라이브 마그넷(106)과 파워 마그넷(150) 사이에 형성된다. 상기 파워 마그넷(150)에 의하여 방사되는 나선형 자계가 상기 드라이브 마그넷(106)에 의하여 방사되는 자계와 그 자체로 연속하여 정렬되기 때문에, 중심축(112)을 따라서 드라이브 마그넷(106)의 대략 직선 운동은 중심축(136)을 중심으로 포인터 회전 기구(120)의 각 운동 또는 회전 변위 또는 운동을 일으킨다. 상기 드라이브 마그넷(106)이 다이어프램(52)의 위치 및 상기 다이어프램(52)에 의하여 감지되는 압력에 대응하는 위치에 축을 따라 이동되므로, 상기 포인터 회전 기구(120)는 상기 포인터(190)를 중심축(136)을 중심으로 상 기 드라이브 마그넷(106)의 위치 및 운동에 대응하여 회전시킨다. 상기 드라이브 마그넷(106)의 운동은 상기 포인터 회전 기구(120) 및 포인터(190)의 회전을, 상기 포인터 회전 기구를 상기 드라이브 마그넷(106)에 자기적으로 연결하는 자기 회로를 통하여, 중심축(136)을 중심으로 구동시킨다. 상기 중심축(136)을 중심으로 상기 포인터 회전 기구(120)의 회전 변위는 상기 포인터(190)를 중심축(136)을 중심으로 공동으로 회전시켜, 스케일(74)에 대하여 상기 포인터(190)의 위치가 상기 다이어프램(52)에 의하여 감지되는 압력의 표시 및 판독을 제공한다.
상기 운동 감지 기구(80) 및 포인터 회전 기구(120)는 상기 다이어프램(52)의 대략 직선형 변위에 대응하여 상기 다이어프램(52)에 의하여 감지되는 압력의 표시 및 정확한 포인터 회전 운동을 제공한다. 상기 포인터 회전 기구(120)는 상기 드라이브 마그넷(106)의 대략 직선 변위를 상기 포인터 회전 기구(120) 및 포인터(190)의 대응하는 회전 변위로 변환시킨다. 상기 드라이브 마그넷(106)과 파워 마그넷(150) 사이에 형성된 자기 회로는 상기 포인터 회전 기구(120)와 드라이브 마그넷(106) 사이의 큰 에어 간극의 사용을 가능하게 한다. 일 예로서, 대략 0.80 인치의 에어 간극을 사용하면, 상기 포인터 회전 기구(120)의 회전 감도는 다이어프램 변위의 0.010 인치마다 대략 8도의 포인터 회전을 제공한다. 또한, 포인터 표시의 정밀도는 드라이브 마그넷 위치의 대력 플러스(+) 또는 마이너스(-) 0.0005인치이다. 이에 따라 상기 포인터 회전 기구는 상기 다이어프램(52)에 의하여 감지되는 압력을 정밀하게 표시하도록 매우 정밀한 포인터 위치 결정을 제공한다.
상기 드라이브 마그넷(106)과 포인터 회전 기구(120) 사이의 큰 에어 간극을 가질 수 있는 것은 상기 포인터 회전 기구(120)와 드라이브 마그넷(106) 사이에 플라스틱 장벽(44)의 사용을 가능하게 하여, 유체 챔버(64, 66) 내의 유체가 상기 포인터 회전 기구(120)와 그 베어링과 분리된다. 이에 따라, 베어링 및 포인터 회전 기구(120)의 일부분의 오염이 방지된다. 또한 상기 장벽은 제1 또는 제2 유체에 의한 뷰잉 커버(46)의 압력 부가를 방지하여 우발적인 압력 초과로 인한 커버 파손을 방지한다. 유체가 포인터 회전 기구(120)와 분리되고, 베어링(202, 204) 및 포인터 회전 기구(120)의 오염이 방지되므로, 갖가지 유체가 게이지(30)와 관련되어 사용될 수 있다.
상기 포인터 회전 기구(120)가 여기에서 압력을 측정하고 표시하기 위한 게이지용으로 설명되었지만, 포인터 회전 기구는 유량, 온도, 속도 및 다른 변수를 측정하고 표시하는 게이지에 사용될 수 있다.
본 발명의 여러 가지 특징이 본 발명의 예시된 실시예와 관련지어 특히 도시되고 설명되었지만, 이들 특별한 실시예는 단순히 예시적이며, 본 발명은 부가된 청구항의 범위 내에서 완전히 해석될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 따른 자기적으로 구동되는 포인터 회전 기구를 가지는 게이지는, 압력 감지 플렉시블 다이어프램에 결합되는 드라이브 마그넷의 위치를 감지하고 표시할 수 있다.

Claims (20)

  1. 측정된 변수를 표시하는 게이지(gauge)에 있어서,
    상기 변수의 변화에 대응하여 이동가능한 드라이브 마그넷(drive magnet)을 구비하는 운동 감지 기구,
    제1 축을 중심으로 회전될 수 있는 포인터(pointer) 회전 기구, 및
    상기 포인터 회전 기구에 결합되는 포인터
    를 포함하고,
    상기 포인터 회전 기구는, 피벗 부재(pivot member), 상기 피벗 부재에 결합되는 파워 마그넷(power magnet), 및 상기 파워 마그넷에 인접하여 위치되는 제1 디렉터 부재(director member)를 포함하고,
    상기 제1 디렉터 부재는 나선형 플랜지(helical flange)를 포함하고,
    상기 파워 마그넷은 상기 포인터 회전 기구를 상기 드라이브 마그넷에 자기적으로 결합시킬 수 있는 자계를 형성하며,
    상기 운동 감지 기구의 상기 드라이브 마그넷의 운동은 상기 포인터 회전 기구 및 상기 포인터를 상기 제1 축을 중심으로 회전시키는
    것을 특징으로 하는 게이지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디렉터 부재의 상기 나선형 플랜지는 상기 제1 축을 중심으로 상기 제1 축의 길이 방향을 따라 나선형으로 연장되는 것을 특징으로 하는 게이지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 나선형 플랜지는 상기 제1 축을 중심으로 180도에 걸쳐서 연장되는 것을 특징으로 하는 게이지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파워 마그넷 및 상기 제1 디렉터 부재는 나선형 지향성 자계(helical directed magnetic field)를 형성하는 것을 특징으로 하는 게이지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포인터 회전 기구는 제2 디렉터 부재를 포함하고,
    상기 제2 디렉터 부재는 나선형 플랜지를 포함하며,
    상기 파워 마그넷은 상기 제1 디렉터 부재와 상기 제2 디렉터 부재 사이에 위치되어 있고,
    상기 제1 디렉터 부재의 나선형 플랜지와 상기 제2 디렉터 부재의 나선형 플랜지는 서로 평행한 것을 특징으로 하는 게이지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피벗 부재는 포스트(post)를 포함하고,
    상기 포스트는 상기 제1 및 제2 디렉터 부재 및 상기 파워 마그넷을 관통하여 뻗어 있고,
    상기 제1 축은 상기 포스트를 관통하여 길이 방향으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 게이지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 디렉터 부재 및 상기 제2 디렉터 부재는 각각 각각의 게이지 노치(gauge notch)를 포함하고,
    상기 피벗 부재는 상기 제1 및 제2 디렉터 부재의 상기 노치에 수용될 수 있는 게이지 부재를 포함하며,
    상기 게이지 부재는 상기 제1 및 제2 디렉터 부재를 상기 제1 축을 중심으로 서로에 대하여 정렬시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 게이지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 운동 감지 기구의 상기 드라이브 마그넷은 제2 축을 따라 이동될 수 있고,
    상기 제2 축은 상기 제1 축과 이격되어 있고 상기 제1 축에 평행하게 위치되어, 상기 제2 축을 중심으로 하는 상기 드라이브 마그넷의 직선 운동이 상기 제1 축을 중심으로 상기 포인터 회전 기구를 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 게이지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 운동 감지 기구가 제1 챔버(chamber) 내에 위치되고, 상기 포인터 회전 기구가 제2 챔버 내에 위치되며,
    상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버는 액밀식 장벽(barrier wall)에 의하여 분리되어 있고,
    상기 장벽은 상기 드라이브 마그넷과 상기 포인터 회전 기구 사이에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 게이지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디렉터 부재는 상기 피벗 부재에 결합되는 마운팅부(mounting portion)를 포함하고,
    상기 마운팅부는 상기 제1 축에 대하여 경사 각도를 가지고 위치되어 있고,
    상기 파워 마그넷은 상기 제1 디렉터 부재의 상기 마운팅부와 결합될 수 있는 상면을 포함하고,
    상기 파워 마그넷의 상기 상면은 상기 제1 축에 대하여 경사 각도를 가지고 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 게이지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디렉터 부재는 자기적으로 투과가능한 재질로 형성되는 것을 특징 으로 하는 게이지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디렉터 부재의 상기 나선형 플랜지는 상기 파워 마그넷을 지나서 상기 제1 축으로부터 방사상 외측으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 게이지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 운동 감지 기구는 제1 단부 및 제2 단부를 가지는 탄성의 플렉시블 편향 부재(biasing member)를 포함하고,
    상기 파워 마그넷은 상기 편향 부재의 상기 제1 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 게이지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 운동 감지 기구는 상기 편향 부재에 결합되는 조절 부재를 포함하고,
    상기 조절 부재는 상기 편향 부재의 제1 단부와 제2 단부 사이에서 선택적으로 위치 조절될 수 있어, 상기 편향 부재에 의하여 인가된 편향력이 선택적으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 게이지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 변수의 변화를 감지할 수 있는 다이어프램(diaphragm)을 포함하고,
    상기 드라이브 마그넷은 상기 변수의 변화에 대응하여 상기 다이어프램과 함께 이동가능한 것을 특징으로 하는 게이지.
  16. 이격된 드라이브 마그넷의 운동에 대응하여 회전축을 중심으로 포인터를 회전시키는 포인터 회전 기구에 있어서,
    상기 회전축을 중심으로 공동 회전되도록 상기 포인터에 결합될 수 있는 피벗 부재,
    상기 회전축을 중심으로 상기 피벗 부재와 공동 회전되도록 상기 피벗 부재에 결합되는 파워 마그넷, 및
    상기 회전축을 중심으로 공동 회전되도록 상기 파워 마그넷에 인접하여 위치되고 상기 피벗 부재에 결합되는 제1 디렉터 부재
    를 포함하고,
    상기 제1 디렉터 부재는 나선형 플랜지를 포함하며,
    상기 파워 마그넷은 상기 피벗 부재를 상기 드라이브 마그넷에 결합시킬 수 있는 자계를 형성하여, 상기 드라이브 마그넷의 운동이 상기 피벗 부재 및 포인터를 회전축을 중심으로 회전되도록 하는
    것을 특징으로 하는 포인터 회전 기구.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 회전축을 중심으로 공동 회전되도록 상기 피벗 부재에 결합되는 제2 디 렉터 부재를 포함하고,
    상기 제2 디렉터 부재는 상기 회전축을 중심으로 연장되는 나선형 플랜지를 포함하며,
    상기 파워 마그넷은 상기 제1 디렉터 부재와 상기 제2 디렉터 부재 사이에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 포인터 회전 기구.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 디렉터 부재 및 상기 파워 마그넷은 나선형 지향성 자계를 형성하는 것을 특징으로 하는 포인터 회전 기구.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 디렉터 부재의 상기 나선형 플랜지는 상기 회전축을 중심으로 상기 회전축의 길이방향을 따라서 나선형으로 연장되는 것을 특징으로 하는 포인터 회전 기구.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 디렉터 부재는 상기 피벗 부재에 결합되는 마운팅부를 포함하고,
    상기 마운팅부는 상기 회전축에 대하여 경사 각도를 가지고 위치되어 있고,
    상기 파워 마그넷은 상기 제1 디렉터 부재의 마운팅부와 결합될 수 있는 상면을 포함하고,
    상기 파워 마그넷의 상기 상면은 상기 회전축에 대하여 경사 각도를 가지고 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 포인터 회전 기구.
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