KR100852238B1

KR100852238B1 - 전동 액추에이터

Info

Publication number: KR100852238B1
Application number: KR1020060086041A
Authority: KR
Inventors: 코이치 세키네; 마코토 사루와타리
Original assignee: 야마타케 코포레이션
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-08-13
Also published as: KR20070029559A; TW200716895A; TWI310443B

Abstract

부품수의 삭감과 공통화를 도모하고, 소형, 경량화를 가능하게 한 전동 액추에이터를 제공한다. 상부 케이스(21)와 기어 케이스(23)로 전동 액추에이터(2)의 하우징(6)을 형성하고, 상부 케이스(21)안에 구동 모터(11)를 배치한다. 한편, 기어 케이스(23)에는, 적층된 2개의 유성 기어 유닛 U1, U2으로 이루어지는 감속 기어기구(12)를 수납한다. 또한 구동 모터(11)에 가까운 유성 기어 유닛 U1의 유성 기어(31)의 개수를, 회전축(3)에 가까운 유성 기어 유닛 U2의 유성 기어(39)의 개수보다 적게 한다.

전동 액추에이터, 하우징, 구동 모터, 감속 기어기구

Description

전동 액추에이터{ELECTRIC ACTUATOR}

도 1은 본 발명에 따른 전동 액추에이터의 일 실시예를 도시하는 단면도,

도 2는 동일한 액추에이터의 주요 구성부품의 분해 사시도,

도 3은 (a)∼ (c)는 케이스의 정면도, 평면도 및 우측면도,

도 4는 (a)∼ (c)는 조인트의 평면도, 정면도 및 저면도,

도 5는 (a), (b)는 밸브 개방도가 0％시의 회전위치 검출수단의 ON, OFF상태를 도시하는 평면도 및 정면도,

도 6은 (a), (b)는 밸브 개방도가 50％시의 회전위치 검출수단의 ON, OFF상태를 도시하는 평면도 및 정면도,

도 7은 (a), (b)는 밸브 개방도가 100％시의 회전위치 검출수단의 ON, OFF상태를 도시하는 평면도 및 정면도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 볼 밸브 2 : 전동 액추에이터

3 : 회전축 6 : 하우징

11 : 구동 모터 12 : 감속 기어기구

13 : 동작각 검출기구 21 : 상부 케이스

23 : 기어 케이스 25 : 구동축

30 : 태양 기어 31 : 유성 기어

38 : 태양 기어 39 : 유성 기어

40 : 내부 기어 47 : 조인트(연결부재)

54 : 레버 부재 60 : 회전위치 검출수단(리밋 스위치)

U1, U2 : 유성 기어 유닛

본 발명은, 온수, 냉수, 수증기 등의 유체의 유량을 제어하는 전동밸브나 댐퍼 등에 이용되는 전동 액추에이터에 관한 것이다.

각종 유체의 유량을 제어하는 밸브나 댐퍼의 개방도를 조정하는 전동식의 액추에이터는, 제어부로부터의 구동신호에 의해 구동하는 구동 모터와, 이 구동 모터의 회전을 감속하여 제어 대상인 밸브나 댐퍼 등의 회전축에 전달하는 감속 기어기구와, 상기 회전축의 현재의 동작각(또는 동작 범위)을 검출하는 동작각 검출기구를 구비하고 있다.(예를 들면 특허문헌 1참조).

전동 액추에이터의 감속 기어기구로서는, 보통 다수의 평기어를 다단으로 적층하여 구성한 것이나, 상기 특허문헌 1에 기재된 태양 기어, 유성 기어 및 내부 기어로 이루어지는 유성 기어기구를 사용한 것이 알려져 있다.

특허문헌 1에 기재되어 있는 전동 액추에이터는, 태양 기어, 유성 기어 및 기어 베이스로 이루어지는 유성 기어 유닛을 다단으로 적층하여 구성한 유성 기어기구를, 내벽에 내부 기어를 형성하여 이루어지는 케이싱 내에 수납하고, 이 케이싱을 액추에이터의 케이스내에 수납하여, 구동 모터의 회전을 유성 기어기구에 의해 감속하도록 하고 있다. 케이스는 구동 모터를 수납하는 상부 케이스와, 케이싱을 수납하는 하부 케이스로 구성되며, 상부 케이스와 하부 케이스 사이를 유지판에 의해 칸을 막고, 구동 모터의 구동축의 회전을 최상단의 유성 기어 유닛의 태양 기어에 전달하도록 하고 있다.

또한 구동 모터의 회전을 감속 기어기구에 의해 감속하여 밸브의 샤프트(회전축)에 전달하도록 구성하고 있지만, 이 밸브의 샤프트는, 유성 기어기구의 최종단의 기어 베이스에 연결되고 있으며, 이 샤프트의 회전을 전달 기어를 통해 다시 로드에 전달하여, 이 로드의 회전을 캠과 리밋 스위치로 이루어지는 동작각 검출기구에 의해 검출함으로써, 상기 샤프트의 동작각을 간접적으로 검출하고, 동작각 검출기구의 검지 신호에 의해 상기 구동 모터를 구동제어하도록 하고 있다.

[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개2002-31259호 공보

그러나, 종래의 2단 평기어를 사용한 감속 기어기구는, 맞물림이 1개소에서 부하가 커지므로 원가가 높은 고강도재로 이루어지는 큰 평기어가 되고, 구동 모터, 감속 기어기구 등을 수납하는 하우징이 대형화하여, 액추에이터를 소형, 경량 화할 수 없다는 문제가 있었다.

한편, 상기 특허문헌 1에 기재되어 있는 전동 액추에이터는 유성 기어기구를 사용하고 있기 때문에, 2단 평기어를 사용한 감속 기어기구에 비해 부하를 분산할 수 있기 때문에 기어를 소형화할 수 있다.

그러나, 이 감속 기어기구는 입력측과 출력측의 감속비가 모두 동일한 유성 기어 유닛을 단순히 소요 단수 적층하여 구성하고 있을 뿐이므로, 부품수의 증가와 중량화 및 대형화를 초래한다는 문제가 있었다. 즉, 감속 기어기구를 구성하는 각 단의 유성 기어 유닛의 유성 기어에 걸리는 부하는 일정하지 않고, 구동 모터측에서 밸브의 회전축 측을 향해서 커지는 것이다. 이 때문에, 실제의 설계에 즈음해서는 각 단의 부하에 따라 유성 기어 유닛을 설계하는 것이 바람직하다. 그러나, 모든 유성 기어기구를 동일하게 설계할 경우에는, 최종단의 부하를 기준으로 하여 설계할 필요가 있기 때문에, 부하가 작아지는 최종단 이외의 유성 기어 유닛에 대해서는 부하 능력이 과잉이 되어, 부품수의 삭감, 경량화 및 소형화의 큰 장해가 된다.

또한 구동 모터측은 부하가 작기 때문에 유성 기어의 톱니 수를 크게 하여 태양 기어의 톱니 수를 적게 할 수 있음에도 불구하고 최종단의 유성 기어의 톱니 수에 맞추고 있기 때문에, 감속 기어기구 전체의 감속비가 효율적이지 못하며, 전동 액추에이터의 중량, 크기, 부품수를 증대시키게 된다.

또한 상기한 특허문헌 1에 기재되어 있는 전동 액추에이터는, 로드의 동작각을 샤프트의 동작각으로서 간접적으로 검출하도록 하고 있으므로, 로드, 전달 기어 등의 많은 부품을 필요로 하여, 구조가 복잡화될 뿐만 아니라, 액추에이터 자체가 대형, 중량화 된다는 문제가 있었다. 또한 부품수가 많아지면 그만큼 개개의 부품의 공차가 적산되어 오차가 커지고 캠과 리밋 스위치에 의해 정해지는 정지 위치 정밀도의 오차가 커지므로, 개방도 표시판에 의한 동작각의 표시 오차의 확대를 초래하여, 신뢰성이 낮아진다는 문제도 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 부품수를 삭감하여 간소화·공통화를 도모할 수 있음과 동시에 회전축의 동작각도의 검출오차가 작아 신뢰성이 높은 전동 액추에이터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 제1의 발명은, 케이스 내에 설치된 구동 모터와, 태양 기어, 이 태양 기어와 맞물리는 유성 기어 및 유성 기어를 회전이 자유롭게 축지지하는 캐리어로 구성되는 다수개의 유성 기어 유닛을 다단으로 맞물리게 적층함과 동시에 각 단의 유성 기어 유닛의 유성 기어가 공통으로 맞물리는 내부 기어로 이루어지는 유성 기어기구를 구비하고, 이 유성 기어기구에 의해 상기 구동 모터의 회전을 감속하여 회전축에 전달하는 전동 액추에이터에 있어서, 맞물림의 전달에 의해, 상기 구동 모터에 가까운 앞 단의 유성 기어 유닛의 캐리어에는 다음 단의 유성 기어 유닛의 태양 기어가 일체로 설치되고, 최상단의 유성 기어 유닛의 태양 기어에 상기 구동 모터로부터의 회전이 전달되는 동시에, 최종단의 유성 기어 유닛의 캐리어의 회전이 상기 회전축에 전달되고, 상기 최상단의 유성 기어 유닛의 유성 기어의 개수가 상기 최종단의 유성 기어 유닛의 유성기어의 개수보다도 적게 구성한 것이다.

제2의 발명은, 케이스 내에 설치된 구동 모터와, 태양 기어, 이 태양 기어와 맞물리는 유성 기어 및 유성 기어를 회전이 자유롭게 축지지하는 캐리어로 구성되는 다수개의 유성 기어 유닛을 다단으로 맞물리게 적층함과 동시에 각 단의 유성 기어 유닛의 유성 기어가 공통으로 맞물리는 내부기어로 이루어지는 유성 기어기구를 구비하고, 이 유성 기어기구에 의해 상기 구동 모터의 회전을 감속하여 회전축에 전달하는 전동 액추에이터에 있어서, 맞물림의 전달에 의해, 상기 구동 모터에 가까운 앞 단의 유성 기어 유닛의 캐리어에는 다음 단의 유성 기어 유닛의 태양 기어가 일체로 설치되고, 최상단의 유성 기어 유닛의 태양 기어에 상기 구동 모터로부터의 회전이 전달되는 동시에, 최종단의 유성 기어 유닛의 캐리어의 회전이 상기 회전축에 전달되고, 상기 최상단의 유성 기어 유닛의 유성 기어의 톱니 수가 상기 최종단의 유성 기어 유닛의 유성기어의 톱니 수 보다도 많으며, 상기 최상단의 유성 기어 유닛의 태양 기어의 톱니 수가 상기 최종단의 유성 기어 유닛의 태양 기어의 톱니 수 보다도 적게 구성한 것이다.

제3의 발명은, 기어 케이스를 구비하고, 이 기어 케이스는 내벽에 내부 기어가 형성되며, 구동 모터와 유성 기어기구를 수납하는 케이스임과 동시에 액추에이터의 하우징을 구성한 것이다.

제4의 발명은, 회전축과 유성 기어기구를 연결하고, 상기 회전축과 일체로 회전하는 연결부재와, 이 연결부재의 회전에 의해 상기 회전축의 동작각을 검지하는 동작각 검출기구를 구비하고, 상기 동작각 검출기구를 상기 유성 기어기구를 수납하는 케이스에 설치한 것이다.

제5의 발명은, 동작각 검출기구는, 상기 연결부재의 최대 회전위치에서 제1의 출력을 발생하고, 그 이외의 회전위치에서는 제2의 출력을 발생하는 최대 회전위치 검지수단과, 상기 연결부재의 최소 회전위치에서 제1의 출력을 발생하고, 그 이외의 회전위치에서는 제2의 출력을 발생하는 최소 회전위치 검지수단과, 상기 연결부재가 최대 회전위치까지 회전했을 때 이 연결부재에 의해 누르는 힘을 받아, 이 누르는 힘을 상기 최대 회전위치 검지수단에 전달함과 동시에, 상기 연결부재가 최소 회전위치까지 회전했을 때 이 연결부재에 의해 누르는 힘을 받아, 이 누르는 힘을 상기 최소 회전위치 검지수단에 전달하는 요동이 자유로운 레버 부재로 구성한 것이다.

제6의 발명은, 상기 최대 회전위치 검지수단과 상기 최소 회전위치 검지수단이, 상기 레버 부재를 끼워 대향하도록 배치된 2개의 리밋 스위치로 구성한 것이다.

이하, 본 발명을 도면에 도시하는 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전동 액추에이터의 일 실시예를 도시하는 단면도, 도 2는 동 액추에이터의 주요 구성부품의 분해 사시도, 도 3(a)∼ (c)는 케이스의 정면도, 평면도 및 우측면도, 도 4(a)∼ (c)는 조인트의 평면도, 정면도 및 저면도, 도 5(a), (b)는 밸브 개방도가 0％시의 회전위치 검출수단의 ON, OFF상태를 도시하는 평면도 및 정면도, 도 6(a), (b)는 밸브 개방도가 50％시의 회전위치 검출수단의 ON, OFF상태를 도시하는 평면도 및 정면도, 도 7(a), (b)는 밸브 개방도가 100％시의 회전위치 검출수단의 ON, OFF상태를 도시하는 평면도 및 정면도이다.

도 1에 있어서, 1은 제어 대상인 볼 밸브, 2는 볼 밸브(1)를 구동제어하여 밸브 개방도를 조정하는 전동 액추에이터이다.

상기 볼 밸브(1)는 종래 주지한 2방향 볼 밸브이며, 밸브 본체(4)의 상부에 일체로 돌출 배치된 원통부(4A)를 관통하는 회전축(3)을 구비하고, 그 상단부가 상기 전동 액추에이터(2)에 연결되고, 하단측에는 볼 밸브(1)내를 흐르는 유체의 유량을 제어하는 볼 플러그(도시 생략)가 설치된다. 볼 플러그의 전 동작각은 90°, 전체 폐쇄각은 -45°, 전 개방각은 +45°이다.

도 1∼도 4에 있어서, 상기 전동 액추에이터(2)는, 상기 원통부(4A)위에 요크(5)를 통해 장착분리 가능하도록 설치된 하우징(6)과, 이 하우징(6)안에 수납된 구동 모터(11), 감속 기어기구(12), 상기 회전축(3)의 동작각을 검출하는 동작각 검출기구(13)등을 구비하고 있다.

상기 요크(5)는, 상기 원통부(4A)의 상단에 일체로 설치한 플랜지부(4B)위에 위치 결정되어 설치되고 있으며, 결합 엘리먼트(15)에 의해 장착분리 가능하도록 고정되어 있다. 요크(5)의 저면에는, 여러 개의 위치 결정 핀(16)이 일체로 돌출 설치되며, 이들의 위치 결정 핀(16)을 플랜지부(4B)의 윗면에 형성한 오목부(17)에 끼워 맞춤으로써, 요크(5)를 플랜지부(4B)위에 위치 결정하고 있다.

상기 결합 엘리먼트(15)는, 상기 요크(5)의 내부에 끼워져 고정되고 있고, 플랜지부(4B)측에 설치한 걸어 맞춤 부(도시 생략)에 걸어 맞추는 걸어 맞춤 부와, 결합 엘리먼트(15)를 플랜지부(4B)에 대하여 거는 조작 노브(18)를 구비하고 있다. 조작 노브(18)는, 요크(5)의 하부에 형성한 개구부(20)로부터 외부에 돌출하고 있고, 이 조작 노브(18)를 수평방향으로 회전 조작하여 플랜지부(4B)와 결합 엘리먼트(15)의 걸어 맞춤 상태를 해제하면, 요크(5)를 플랜지부(4B)로부터 분리할 수 있다.

상기 하우징(6)은, 상기 구동 모터(11) 및 동작각 검출기구(13)를 수납하는 상부 케이스(21)와, 이 상부 케이스(21)의 하단부 외주면에 끼워져 장착된 링(22)과, 상기 감속 기어기구(12)를 수납하는 기어 케이스(23)로 구성되어 있다.

상부 케이스(21)는, 상기 요크(5)의 윗면에 링(22) 및 기어 케이스(23)와 함께 장착분리 가능하도록 고정되고 있으며, 밑면측 개구부가 상기 기어 케이스(23)에 의해 피복되고 있다.

기어 케이스(23)는, 내부에 상기 감속 기어기구(12)를 수납하여 외주 테두리부가 상기 요크(5)의 윗면에 고정되고, 상단측 개구부(23a)가 부착판(24)에 의해 폐색되고 있다. 기어 케이스(23)의 하단측 개구부(23b)는, 후술하는 캐리어(43)를 회전하도록 축지지하는 축 구멍을 형성하고 있다.

상기 구동 모터(11)는, 상기 기어 케이스(23)의 부착판(24)위에 설치됨으로써, 상부 케이스(21)안에 위치하고 있다. 또한 구동 모터(11)는 부착판(24)위에 아래방향으로 설치됨으로써, 구동축(25)이 부착판(24)에 설치한 삽통공을 관통하여 기어 케이스(23)안에 삽입되고, 그 삽입 단부에 구동축(25)의 회전을 상기 감속 기어기구(12)에 전달하는 피니온(26)이 고정되어 있다.

상기 감속 기어기구(12)는, 2단으로 적층된 제1, 제2의 유성 기어 유닛 U1, U2과, 상기 캐리어(43)등으로 구성되고 있고, 상기 기어 케이스(23)에 수납되고 있다.

위쪽에 위치하고 구동 모터(11)의 구동축(25)에 가까운 제1의 유성 기어 유닛 U1은, 태양 기어(30)와, 3개의 유성 기어(31)와, 캐리어(32)와, 내부 기어(40)(도 3(b))등으로 구성되어 있다. 구동 모터(11)와 유성 기어 유닛 U1으로의 맞물림의 전달에는, 2단 기어(27)(27a, 27b)와, 기어(29)가 개재한다. 2단 기어(27)의 제1기어(27a)는 상기 피니온(26)에 맞물리고, 제2기어(27b)에는 상기 기어(29)가 맞물리고 있다. 태양 기어(30)는, 기어(29)와 일체로 형성되고 있으며, 유성 기어(31)가 각각 맞물리고 있다. 각 유성 기어(31)는, 제1의 캐리어(32)의 윗면에 돌출하여 설치한 3개의 지지핀(33)에 의해 각각 회전하도록 축지지되고 있 다. 또한 제1의 캐리어(32)의 중앙에는, 상기 기어(29)를 회전하도록 축지지하는 축 핀(34)이 세워지고 있다.

아래쪽에 위치하여 상기 볼 밸브(1)의 회전축(3)에 가까운 제2의 유성 기어 유닛 U2은, 태양 기어(38)와, 이 태양 기어(38)에 각각 맞물리는 4개의 유성 기어(39)와, 이들의 유성 기어(39)가 맞물리는 상기 내부 기어(40)와, 제2의 캐리어(43) 등으로 구성되어 있다. 태양 기어(38)는, 상기 제1의 캐리어(32)의 밑면에 일체로 설치된다. 각 유성 기어(39)는, 상기 제2의 캐리어(43)에 돌출하여 설치한 축 핀(44)에 의해 각각 회전하도록 축지지되고 있다. 또한 유성 기어(39)는, 제1의 유성 기어 유닛 U1의 유성 기어(31)보다 톱니 폭을 두껍게 형성하고 있다. 이것은, 볼 밸브(1)의 회전축(3)에 가까운 유성 기어 유닛만큼 태양 기어에 가해지는 부하가 커지므로, 유성 기어(39)의 톱니 폭을 두껍게 하여 부하에 견딜 수 있도록 하고 있다(면압의 저감). 상기 내부 기어(40)는, 상기 기어 케이스(23)의 내벽에 형성된 고정 기어로 이루어지고, 상기 유성 기어(31,39)가 공통으로 맞물리고 있다.

상기 캐리어(43)는, 밑면에 일체로 돌출하여 설치한 원통 모양의 축부(43A)를 가지고, 이 축부(43A)가 상기 기어 케이스(23)의 밑면에 형성한 축 구멍(23b)에 의해 회전하도록 축지지되고 있다. 또한 축부(43A)의 내면측에는 스플라인 홈(46)이 형성되고 있으며, 이 스플라인 홈(46)에는 상기 기어 케이스(23)의 아래쪽에 배치한 조인트(47)의 스플라인 톱니(48)가 맞물리고 있다.

상기 조인트(47)는, 상기 회전축(3)과 상기 감속 기어기구(12)를 연결함으로 써, 감속 기어기구(12)에 의해 감속된 구동 모터(11)의 회전을 회전축(3)에 전달하는 회전 전달부재이며, 상기 회전축(3)의 상단에 설치한 각주부(3a)에 회전을 규제하도록 끼워지고 있으며, 윗면 중앙부에는 상기 스플라인 톱니(48)가 설치된다. 또한 조인트(47)에는, 상기 회전축(3)을 수동회전시켜서 동작각을 조정할 때 사용되는 조작 핸들(50)과, 상기 동작각 검출기구(13)의 레버 부재(54)를 경사이동시키는 2개의 조작부(51, 52)가 설치되어 있다. 조작부(51, 52)는, 조인트(47)의 원통부(47A)에 설치한 단차부로 구성되어 있다. 조작부51과 52는, 원통부(47A)의 둘레방향으로 대략 95°이간하여 설치된다.

상기 동작각 검출기구(13)는, 상기 레버 부재(54)와, 이 레버 부재(54)의 경사 이동에 의해 ON, OFF 되는 2개의 회전위치 검출수단(60, 61)으로 구성되어 있다. 회전위치 검출수단(60, 61)으로서는, 노멀 클로즈 타입의 마이크로 스위치가 이용된다. 레버 부재(54)는, 도 3(a)에 있어서 기어 케이스(23)의 좌우 방향(화살표A, B방향)으로 경사 이동하도록 세워져 있으며, 상기 조인트(47)의 조작부(51, 52)의 어디에도 접촉하지 않는 상태에서는 대략 수직으로 세워져 있고, 상기 회전위치 검출수단(60, 61) 중 어디에 대해서도 비접촉 상태를 유지하고 있다. 이러한 레버 부재(54)는, 하단 근처가 회전하도록 축지지되고, 탄성부재에 의해 통상 중점위치에 유지됨으로써 자동 복귀형의 레버를 구성하고 있다.

상기 회전위치 검출수단(60, 61)은, 동일한 상기 기어 케이스(23)위에 상기 레버 부재(54)를 끼워 그 경사 이동방향에 근접하여 대향하도록 설치되어 있다. 또한 2개의 회전위치 검출수단(60, 61)중 도 5(a)에 있어서 우측에 위치하는 회전위치 검출수단(60)은, 상기 조인트(47)의 도 5에 도시하는 최소 회전위치(밸브의 밸브 개방도가 0％가 될 때의 회전위치)에 있어서, 상기 레버 부재(54)에 의해 눌려져 OFF가 되는 것에 의해, 개방도 감소 방향으로의 구동 모터(11)로의 통전을 정지한다. 그 이외의 회전위치에서는 ON상태에서 최소 회전위치 검지수단을 구성하고 있다. 이 때, 좌측에 위치하는 회전위치 검출수단(61)은 ON의 상태를 유지하고 있다.

좌측에 위치하는 상기 회전위치 검출수단(61)은, 상기 조인트(47)의 도 7에 도시하는 최대 회전위치(밸브 개방도가 100％가 될 때의 회전위치)에 있어서, 상기 레버 부재(54)에 의해 눌려져 OFF가 되는 것에 의해, 개방도 증가 방향으로의 모터(11)로의 통전을 차단한다. 그 이외의 회전위치에서는 ON상태에서 최대 회전위치 검지수단을 구성하고 있다. 이 때, 우측의 회전위치 검출수단(60)은 ON(전도)의 상태를 유지하고 있다. 또한, 밸브 개방도가 전부 폐쇄, 전부 개방이외의 중간 개방도에 있어서는, 레버 부재(54)가 조인트(47)의 조작부(51, 52)의 어느것에 의해서도 경사 이동하지 않기 때문에, 회전위치 검출수단(60, 61)은 모두 ON(전도)의 상태를 유지하고 있다.

다음에 이러한 구조로 이루어지는 전동 액추에이터(2)의 동작에 관하여 설명한다.

제어부로부터의 구동신호에 의해 구동 모터(11)를 구동하면, 그 구동축(25)의 회전은 감속 기어기구(12)에 의해 감속된 후, 조인트(47)를 통해 볼 밸브(1)의 회전축(3)에 전달된다. 즉, 구동 모터(11)가 구동하면 그 구동축(25)의 회전은, 피니온(26)을 통해 2단 기어(27)에 전달된다. 또한 2단 기어(27)의 회전은 기어(29)를 통해 태양 기어(30)에 전달되고, 이것에 의해 태양 기어(30)가 회전하여 3개의 유성 기어(31)를 회전시킨다.

유성 기어(31)는 태양 기어(30)의 회전에 의해 회전하면, 내부 기어(40)를 따라 공회전하여 제1의 캐리어(32)을 회전시키고, 태양 기어(30)의 회전을 감속한다. 또한 유성 기어(31)가 내부 기어(40)를 따라 공회전하면, 태양 기어(38)도 회전하고, 4개의 유성 기어(39)를 회전시킨다. 이들의 유성 기어(39)는 내부 기어(40)를 따라 공회전하고, 제2의 캐리어(43)를 회전시켜서 태양 기어(38)의 회전을 감속한다. 또한, 이 제2의 캐리어(43)의 회전은, 스플라인 홈(46)과 스플라인 톱니(48)를 통해 조인트(47)에 전달되므로, 조인트(47)와 회전축(3)은 일체로 회전하고, 이에 따라 볼 밸브(1)의 밸브 개방도가 조정된다. 또한, 감속 기어기구(12)에 의한 감속비는, 입력측과 출력측의 감속비를 997:1로 하여, 2개의 유성 기어 유닛 U1, U2,

1/6 × 1/5.3 = 1/32이 된다.

제1, 제2의 유성 기어 유닛 U1, U2의 톱니 수와 감속비의 예를 하기의 표 1, 표 2에 각각 나타낸다. 표 1은 청구항 1에 기재한 실시예에 있어서의 톱니 수와 감속비의 일 예를 나타낸다. 표 2는 구동 모터에 가까운 유닛(단) 만큼 유성기어의 톱니 수를 많게 또, 태양기어의 톱니 수를 적게 한 청구항 2에 기재된 실시예에 있어서의 톱니 수와 감속비의 예를 나타내고 있다.

[표 1]

	태양 기어	유성 기어	유성기어수	내부 기어	감속비
제 1의 유성기어유닛의 U1	14	22	3	58	5.1
제 2의 유성기어유닛의 U2	14	22	4	58	5.1

[표 2]

	태양기어	유성기어	내부 기어	감속비
제 1의 유성기어유닛의 U1	13	26	65	6
제 2의 유성기어유닛의 U2	15	25	65	5.3

상기 회전축(3)이 회전하면, 동작각 검출기구(13)는 회전축(3)의 동작각을 검출한다. 즉, 볼 밸브(1)의 밸브 개방도가 50％의 상태(회전축(3)의 동작각=0°)일 때, 레버 부재(54)는 도 6(b)에 나타나 있는 바와 같이 대략 수직으로 기립하여 회전위치 검출수단(60)과 회전위치 검출수단(61)과의 중간에 위치하고, 조인트(47)의 2개의 조작부(51, 52)와 접촉하지 않는다. 이 때문에, 2개의 회전위치 검출수단(60, 61)은 모두 레버 부재(54)에 접촉하지 않고, ON(전도)의 상태를 유지하고 있다.

밸브 개방도 50％의 상태에서 회전축(3)이 폐방향으로 회전하면 조인트(47)도 회전축(3)과 일체로 회전한다. 그리고, 회전축(3)이 소정각도(-45°)회전하면, 조인트(47)의 한쪽의 조작부(51)가 레버 부재(54)의 하단부에 접촉하여 이것을 누르고, 레버 부재(54)를 도 5(b)에 나타나 있는 바와 같이 경사이동시킨다. 이 때문에, 레버 부재(54)는 회전위치 검출수단(60)의 버튼을 눌러 회전위치 검출수단(60)을 OFF시킴으로써 전부 폐쇄방향측의 통전을 차단하고, 구동 모터(11)의 구동을 정지시킨다. 이 때, 볼 밸브(1)는 전부 폐쇄 상태이다.

한편, 밸브 개방도 50％의 상태에서 회전축(3)이 개방 방향으로 소정 각도(45°)회전하면 조인트(47)의 조작부(52)가 도 7(b)에 나타나 있는 바와 같이 레버 부재(54)를 눌러 경사 이동하도록 한다. 이 때문에, 레버 부재(54)는 회전위치 검출수단(61)의 버튼을 눌러 회전위치 검출수단(61)을 OFF 시킴으로써 완전 개방 방향측의 통전을 차단하고, 구동 모터(11)의 구동을 정지시킨다. 이 때, 볼 밸브(1)는 전 개방 상태이다.

이와 같이 본 발명에 있어서는, 각 유성 기어 유닛 U1, U2의 유성 기어(31, 39)에 가해지는 부하가 구동 모터(11)측에 있어서 작고, 볼 밸브(1)측을 향해 커지기 때문에, 볼 밸브(1)측의 유성 기어 유닛 U2을 기준으로 하여 설계하고, 구동 모터(11)측의 유성 기어 유닛 U1의 감속비를 제2의 유성 기어 유닛 U2과 내부 기어를 공통으로 하면서 크게 하는 동시에, 유성 기어(31)의 톱니 폭을 유성 기어 유닛 U2의 유성 기어(39)의 톱니 폭보다 얇게 하고, 유성 기어(31)의 개수를 3개로 하여 유성 기어(39)의 개수보다 1개 적게 했기 때문에, 감속 기어기구(12)전체의 감속 효율을 높이는 동시에 유성 기어(31)의 개수를 삭감할 수 있고, 또 이에 따라 액추에이터 자체의 소형화와 중량경감을 도모할 수 있다.

또한 감속 기어기구(12)를 수납하는 기어 케이스(23)는, 구동 모터(11)를 수납하는 동시에 상부 케이스(21)와 함께 액추에이터(2)의 하우징(6)을 구성하고 있으므로, 부품의 공용화를 도모할 수 있고, 조인트(47)와의 축맞춤이 용이하게 되는 데다가, 연결부가 불필요하기 때문에 소형화할 수 있다.

또한 본 발명에 있어서는, 볼 밸브(1)의 회전축(3)에 부착한 조인트(47)의 회전을 기어 케이스(23)에 설치한 2개의 리밋 스위치(60, 61)에 의해 검지하도록 구성했으므로, 상기한 특허문헌 1에 기재되어 있는 전동 액추에이터에 비해 구조가 간단하고 회전축(3)으로부터 동작각 검출기구(13)까지의 중간에 개재되는 부품을 삭감할 수 있으며, 동작각 검출기구(13)의 검출 정밀도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 있어서는, 조인트(47)의 회전을 2개의 리밋 스위치(60, 61)에 전달하는 부재를 하나의 레버 부재(54)로 겸용하고, 기어 케이스(23)를 감속 기어기구(12)의 수납과, 동작각 검출기구(13)의 부착에 겸용하고 있으므로, 이 점에서도 부품수를 삭감할 수 있다.

또한, 상기한 실시예에 있어서는 유성 기어의 수가 다른 2종류의 유성 기어 유닛 U1, U2을 사용한 예를 나타냈지만, 이에 한정하지 않고 2종류 이상의 유성 기어 유닛에도 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 전동 액추에이터는 볼 밸브에 적용한 예를 게시했지만, 이에 한정하지 않고 각종의 밸브에 적용할 수 있고, 또 밸브 이외의 장치, 예를 들면 연소장치나 덕트의 배기구를 개폐하는 댐퍼 등에도 사용할 수 있음은 물론, 감속 기구 일체의 기어드 모터의 기어 유닛 단체로서도 이용할 수 있다.

제1의 발명에 있어서는, 유성 기어에 걸리는 부하가 구동 모터의 구동축에 가까와 지면 질수록 저부하가 되는 것에 착안하여, 각 단의 유성 기어의 수를 구동 모터측에 가까운 유닛만큼 적어지도록 했기 때문에, 유성 기어의 수를 삭감할 수 있으며, 액추에이터의 경량화 및 원가 저감을 실현할 수 있다.

제2의 발명에 있어서는, 구동 모터에 가까운 유성 기어 유닛만큼 유성 기어의 톱니 수를 많게 하고, 태양 기어의 톱니 수를 적게 했기 때문에, 경량화, 소형화 및 원가 저감을 실현할 수 있다.

제3의 발명에 있어서는, 기어 케이스가 구동 모터를 수납하는 케이스와 함께 액추에이터의 하우징을 구성하고 있으므로, 부품의 공용화를 도모할 수 있고, 하우징 자체를 소형 경량화할 수 있다. 또한 검출부나 회전축 등의 위치맞춤이 용이하게 된다.

제4의 발명에 있어서는, 회전축에 직접 연결한 연결부재의 회전을 케이스에 배치한 동작각 검출기구에 의해 검지하도록 했기 때문에, 회전축과 동작각 검출기구 중간에 개재하는 부품이 없어, 부품수가 적어지게 되고, 부품수를 삭감할 수 있으며, 또한 검출오차가 작아 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

제5의 발명에 있어서는, 연결부재의 회전을 최대 회전위치 검지수단에 전달하는 부재와 최소 회전위치 검지수단에 전달하는 부재를 공통의 레버 부재로 겸용할 수 있다.

제6의 발명에 있어서는, 서로 대향하는 2개의 리밋 스위치와 요동이 자유로운 레버 부재로 동작각 검출기구를 구성할 수 있다.

Claims

케이스 내에 설치된 구동 모터(11)와, 태양 기어(30,38), 이 태양 기어(30, 38)와 맞물리는 유성 기어(31,39) 및 유성 기어(31,39)를 회전이 자유롭게 축지지하는 캐리어(32,43)로 구성되는 다수개의 유성 기어 유닛(U1,U2)을 다단으로 맞물리게 적층함과 동시에 각 단의 유성 기어 유닛(U1,U2)의 유성 기어(31,39)가 공통으로 맞물리는 내부 기어(40)로 이루어지는 유성 기어기구(U1+U2+40)를 구비하고, 이 유성 기어기구(U1+U2+40)에 의해 상기 구동 모터(11)의 회전을 감속하여 회전축(3)에 전달하는 전동 액추에이터에 있어서,

맞물림의 전달에 의해, 상기 구동 모터(11)에 가까운 앞 단의 유성 기어 유닛(U1)의 캐리어(32)에는 다음 단의 유성 기어 유닛(U2)의 태양 기어(38)가 일체로 설치되고, 최상단의 유성 기어 유닛(U1)의 태양 기어(30)에 상기 구동 모터로부터의 회전이 전달되는 동시에, 최종단의 유성 기어 유닛(U2)의 캐리어(43)의 회전이 상기 회전축(3)에 전달되고, 상기 최상단의 유성 기어 유닛(U1)의 유성 기어(31)의 개수가 상기 최종단의 유성 기어 유닛(U2)의 유성기어(39)의 개수보다도 적은 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
케이스 내에 설치된 구동 모터(11)와, 태양 기어(30,38), 이 태양 기어(30, 38)와 맞물리는 유성 기어(31,39) 및 유성 기어(31,39)를 회전이 자유롭게 축지지하는 캐리어(32,43)로 구성되는 다수개의 유성 기어 유닛(U1,U2)을 다단으로 맞물리게 적층함과 동시에 각 단의 유성 기어 유닛(U1,U2)의 유성 기어(31,39)가 공통으로 맞물리는 내부기어(40)로 이루어지는 유성 기어기구(U1+U2+40)를 구비하고, 이 유성 기어기구(U1+U2+40)에 의해 상기 구동 모터(11)의 회전을 감속하여 회전축(3)에 전달하는 전동 액추에이터에 있어서,

맞물림의 전달에 의해, 상기 구동 모터(11)에 가까운 앞 단의 유성 기어 유닛(U1)의 캐리어(32)에는 다음 단의 유성 기어 유닛(U2)의 태양 기어(38)가 일체로 설치되고, 최상단의 유성 기어 유닛(U1)의 태양 기어(30)에 상기 구동 모터로부터의 회전이 전달되는 동시에, 최종단의 유성 기어 유닛(U2)의 캐리어(43)의 회전이 상기 회전축(3)에 전달되고, 상기 최상단의 유성 기어 유닛(U1)의 유성 기어(31)의 톱니 수가 상기 최종단의 유성 기어 유닛(U2)의 유성기어(39)의 톱니 수 보다도 많으며, 상기 최상단의 유성 기어 유닛(U1)의 태양 기어(30)의 톱니 수가 상기 최종단의 유성 기어 유닛(U2)의 태양 기어(38)의 톱니 수 보다도 적은 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

기어 케이스(23)를 구비하고, 이 기어 케이스(23)는 내벽에 내부 기어(40)가 형성되며, 구동 모터(11)와 유성 기어기구(U1+U2+40)를 수납하는 케이스임과 동시에 액추에이터의 하우징(6)을 구성하는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

회전축(3)과 유성 기어기구(U1+U2+40)를 연결하고, 상기 회전축(3)과 일체로 회전하는 연결부재(47)와, 이 연결부재(47)의 회전에 의해 상기 회전축(3)의 동작각을 검지하는 동작각 검출기구(13)를 구비하고,

상기 동작각 검출기구(13)를 상기 유성 기어기구(U1+U2+40)를 수납하는 케이스(23)에 설치한 것을 특징으로 전동 액추에이터.
제 4항에 있어서,

상기 동작각 검출기구(13)는, 상기 연결부재(47)의 최대 회전위치에서 제1의 출력을 발생하고, 그 이외의 회전위치에서는 제2의 출력을 발생하는 최대 회전위치 검지수단(61)과,

상기 연결부재(47)의 최소 회전위치에서 제1의 출력을 발생하고, 그 이외의 회전위치에서는 제2의 출력을 발생하는 최소 회전위치 검지수단(60)과,

상기 연결부재(47)가 최대 회전위치까지 회전했을 때 이 연결부재에 의해 누르는 힘을 받아, 이 누르는 힘을 상기 최대 회전위치 검지수단(61)에 전달함과 동시에, 상기 연결부재(47)가 최소 회전위치까지 회전했을 때 이 연결부재에 의해 누르는 힘을 받아, 이 누르는 힘을 상기 최소 회전위치 검지수단(60)에 전달하는 요동이 자유로운 레버 부재(54)로 구성한 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
제 5항에 있어서,

상기 최대 회전위치 검지수단(61)과 상기 최소 회전위치 검지수단(60)이, 상기 레버 부재(54)를 끼워 대향하는 2개의 리밋 스위치(60,61)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.