KR101055681B1 - 통합형 전자 유압 액추에이터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브의 유압 액추에이터를 제어하는 장치에 관한 것으로, 그러한 제어 장치는 전동기(7), 유압 펌프(10), 유압 저장기, 및 제어 장치의 로컬 제어 및 감시용 전자 부품 조립체(9)를 구비한다.

전자 유압 액추에이터 제어 장치, 전동기, 유압 펌프, 유압 저장기, 전자 부품 조립체, 케이싱

Description

통합형 전자 유압 액추에이터 제어 장치{INTEGRATED ELECTRO- HYDRAULIC ACTUATOR CONTROL DEVICE}

도 1은 중앙 데이터 처리 시스템, 중앙 급전 시스템, 및 중앙 시스템과 각각 결부된 다수의 밸브와 전자 유압 액추에이터를 구비한, 선박에서의 밸브 및 그 부속품의 시스템을 전체적으로 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 공통의 케이싱의 분해 사시도,

도 3은 예컨대 도 2에 도시된 케이싱에 통합된 것과 같은 전자 유압 액추에이터를 제어하는 장치를 나타낸 도면,

도 4는 유압 액추에이터, 그 제어 장치, 및 그와 결부된 밸브를 전체적으로 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 유압 액추에이터용 제어 장치를 구비한 도 2에 도시된 케이싱의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 유압 액추에이터

4 : 중앙 프로세서

5 : 유압 액추에이터 제어 장치

6 : 케이싱

7 : 전동기

8 : 유압 유닛

9 : 전자 부품 조립체

10 : 기어 펌프

11 : 오일 저장기

12 : 전자 회로

20, 30 : 개구부

23 : 푸시버튼

24 : 유체 밀봉 가요 막

29, 34 : 격실

32 : 단자 블록

본 발명은 밸브, 밸브를 작동시키는 전자 유압 액추에이터, 및 액추에이터용 제어 장치를 구비한 밸브 및 그 부속품의 시스템에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 다수의 밸브가 한편으로 공통의 전류 원에 접속되고 다른 한편으로 중앙 데이터 처리 시스템에 접속되는 환경에서의, 특히 선박과 같은 소위 혹독한 환경에서의 그러한 밸브 및 그 부속품의 시스템에 관한 것이다. 제어 장치는 전동기, 유압 펌프와 유압 저장기를 구비한 유압 유닛, 및 밸브를 로컬로 제어하는 전자 부품 조립체 로 이뤄진다.

선행 기술에서는, 특히 선박 건조 분야의 선행 기술에서는 그러한 유형의 밸브 및 그 부속품의 시스템이 이미 알려져 있다. 그 중에서, 액추에이터를 제어하는 장치는 일반적으로 2개의 부분, 즉 전동기와 유압 유닛이 내장되어 있는 케이싱, 펌프, 및 저장기를 구비한 제1 부분과, 로컬 제어용 전자 유닛, 특히 PLC(Programmable Logic Controller)가 위치되어 있는 캐비닛 또는 소형 컵보드(cupboard)를 구비한 제2 부분으로 이뤄진다.

그러한 유형의 선행 장치는 몇 가지 단점을 겪는다. 첫째로, 그러한 장치는 최종 사용자에게 많은 기능을 제공하지 못한다. 둘째로, 그러한 장치는 특히 예컨대 해상 환경과 같은 소위 혹독한 환경에 설치될 경우에는 고장을 일으키기 매우 쉽다. 또한, 그러한 장치에 의해 제공되는 기능이 많으면 많을수록 그러한 장치가 혹독한 환경에 노출된 동안 고장을 일으킬 가능성이 더욱 더 높은 것으로 판명되었다. 끝으로, 보트, 선박, 또는 기타의 한정된 설비와 같은 특정의 혹독한 환경에서는 가용 공간이 중요한 요소임에도 불구하고, 그러한 장치는 그 장치가 2개의 부분으로 설계된 바로 그것으로 인해 그 용적이 매우 크다.

본 발명의 목적은 예컨대 전동기의 온도와 그 암페어 수 및 작동 시간을 감시하고 행정단(end of travel)을 판별하며 오일 레벨을 감시하고 움직임을 적시하는 등의 가능성을 제공하는 바와 같이 밸브를 제어 및 감시하는 보다 더 많은 기능을 제공하되, 그렇게 함으로써 혹독한 환경에 노출되었을 때에, 특히 선박에서 장 치가 고장을 일으킬 경향을 증대시킴이 없는, 밸브의 전자 유압 액추에이터를 제어하는 신규의 장치를 제안함으로써 전술된 단점을 극복하는 것이다. 그 반면에, 본 발명에 따라 그러한 시스템은 혹독한 환경, 특히 높은 습도 요소와 같은 해상 환경에 덜 민감해야 한다. 끝으로, 그러한 시스템은 선행 기술의 시스템에 비해 그 용적이 작고, 그에 의해 그 시스템이 보트 또는 선박에 사용되기 적합하게 되어야 한다.

본 발명에 따르면, 밸브 및 그 부속품의 시스템은 청구항 1에 규정된 바와 같다.

그처럼 규정된 바와 같이 전동기, 유압 유닛, 및 전자 제어 부품 조립체를 동일한 케이싱에 통합시키는 방안을 제공함으로써, 시스템의 다수의 기능을 얻기 위해 더 이상 제어 캐비닛(선행 기술의 경우에는 로컬 제어 및 감시용 전자 부품 조립체가 그 제어 캐비닛에 배치되었음)과 전동기가 내장되어 있는 케이싱 사이에 다수의 데이터 전송 케이블을 부설할 필요가 없게 된다. 그런데, 선행 기술의 장치에서 밸브의 최종 사용자에게 제공되는 기능을 늘리려고 데이터 전송용의 다수의 케이블을 부설한다면, 그러한 케이블을 통과시키는 다수의 개구부를 전동기와 유압 유닛이 들어있는 케이싱을 통해 마련하는 것이 필요하다. 따라서, 그러한 기능과 결부된 제어 신호를 전송하는데 필요한 복잡성 및 다수의 케이블은 그 기능의 신뢰성을 용인될 수 없는 수준으로 만들 정도로 복잡하고 많다. 그 반면에, 본 발명에 따르면, 다수의 케이블 또는 다수의 통과 개구부를 마련할 필요가 없이 원하는 만 큼의 그러한 기능을 제공할 수 있다. 그와 같이 하여, 로컬 제어, 즉 중앙 급전 시스템, 중앙 제어 및 감시 시스템과는 무관하게 액추에이터에 대해 행해지는 제어가 가능하게 된다. 특히, 조작자 또는 사용자는 밸브에 바로 인접하여 그 밸브에 전용되게 수동으로 밸브를 제어할 수 있게 된다.

본 발명의 개선책에 따르면, 공통의 케이싱은 전자 부품 조립체의 부분, 특히 로컬 제어를 위한 부분으로의 출입을 제공하는 개구부를 구비한다.

그와 같이 케이싱에 개구부를 마련하여 사용자로 하여금 밸브의 전자 제어 시스템을 직접 제어할 수 있게끔 함으로써, 중앙 시스템이 고장났지만 그래도 밸브를 작동시키고 싶은 때에 그 즉시로 전체의 케이싱을 빼내어 모든 것을 혹독한 조건, 구체적으로 전자 회로, 특히 인쇄 회로 카드에 매우 해로운 높은 습도 요소에 노출시켜야 할 필요가 없게 되는 것이 보장된다.

본 발명의 개선책에 따르면, 공통의 케이싱은 전동기와 전자 부품 조립체를 전력 및 데이터 망에 접속하는 접속 시스템으로의 출입을 위한 제2 개구부를 구비한다. 따라서, 전자 제어부로의 출입을 위한 개구부의 경우에서와 같이, 2개의 망, 즉 중앙 제어 시스템으로부터 나오는 전력 및 데이터 망과 중앙 전력 급전 망을 접속할 때에 케이싱을 빼낼 필요가 없고, 그에 따라 액추에이터를 제어하는 장치가 혹독한 조건, 특히 높은 습도 요소의 영향을 받는 것이 방지되게 된다.

본 발명의 개선책에 따르면, 공통의 케이싱은 케이싱의 잔여 부분에 대해 격리되어 접속 시스템용 접속 단자가 내장되는 보조 격실을 구비하는데, 그 보조 격실은 유체 및 먼지에 대해 방호된다.

그와 같이 하여, 접속이 이뤄졌을 때에 먼지는 물론 기타의 습기가 케이싱의 내부에, 특히 전자 부품 조립체의 인쇄 회로 상에 들어올 수 없게 된다.

본 발명의 개선책에 따르면, 케이싱은 전자 부품의 일부인 로컬 제어부, 특히 수동 제어부가 내장되는 제2 보조 격실을 구비한다.

매우 바람직한 실시예에 따르면, 전자 부품 조립체는 전동기 및 펌프의 제어 및 감시 기능을 통합시키는 것을 가능하게 하는 마이크로제어기를 구비한다. 또한, 조작자의 명령을 해석하는 수단도 마련될 수 있다. 행정단 위치와 디지털 및 비례 전기 신호를 탐색하는 시스템을 마련하는 것도 역시 가능하다. 아울러, 전동기의 온도, 전동기의 암페어 수, 또는 전동기 작동 시간을 감시하는 수단도 마련될 수 있다. 행정단 판별 수단도 역시 마련될 수 있다. 게다가, 높고 낮은 오일 레벨을 감시하는 수단도 마련될 수 있다. 또한, 움직임을 적시하는 수단도 마련될 수 있다. 뿐만 아니라, 진단 및 예방 유지 수단도 역시 마련될 수 있다.

일반적으로, 있는 기능만큼의 다수의 케이블을 캐비닛과 케이싱 사이에 연장시켜야 하는 것으로 인한 제한이 없음을 알고 있기 때문에, 원하는 만큼의 많은 기능을 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 전자 유압 액추에이터 및 본 발명에 따른 제어 장치를 구비한 밸브 및 그 부속품의 시스템에 관한 것이다. 특히, 밸브는 선형 밸브의 1/4 회전(quarter turn) 밸브일 수 있다.

첨부 도면에는 단일의 실시예가 주어져 있다. 이하, 본 발명을 그 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 보트에서의 밸브 및 그 부속품의 시스템을 나타낸 것이다. 다수의 밸브(R)는 그 자체의 유압 액추에이터를 각각 구비한다. 그러한 밸브와 유압 액추에이터의 각각의 조립체는 한편으로 전기 케이블(2)에 의해 전기 에너지 공급용 중앙 시스템(3)에 접속되고, 다른 한편으로 통신 버스, 즉 데이터 전송 라인에 의해 그 밸브(R)에 대한 중앙 제어 및 감시를 관리하는 중앙 프로세서(4)에 접속된다.

도 3은 본 발명에 따른 유압 액추에이터 제어 장치를 보다 더 상세하게 나타낸 것이다. 그러한 유압 액추에이터 제어 장치((5)는 전동기(7), 유압 유닛(8), 및 유압 액추에이터 제어 장치(5)에 대한 로컬 제어 및 감시를 할 수 있게 하는 전자 부품 조립체(예컨대, 인쇄 회로 기판의 형태로 된)가 그 내부에 넣어지는 케이싱(6)으로 이뤄진다. 유압 유닛(8)은 기어 펌프(10), 오일 저장기(11), 및 유압에 의해 유압 액추에이터(1)를 제어하려고 유압 액추에이터(1)에 연결되는, 유압 밸브(12)를 포함한 유압 회로(12)를 구비한다. 공통의 케이싱(6)은 바닥(14)과 상단(15)을 전체적으로 둘러싸는 측벽(18)으로 이뤄지는데, 상단(15)은 측벽(18)으로부터 안쪽으로 돌출된 상부 테두리(17)에 나사 결합되는 나사(18)에 의해 케이싱의 잔여 부분에 고정된다. 케이싱(6)의 상단(15)에는 개구부(20)가 형성되는데, 그 개구부(20)는 유체 밀봉되게 끼워 맞춰지는 마개(21)를 제거함으로써 액추에이터 제어 장치(5)용 로컬 수동 제어부(22)로의 출입을 및 그에 따른 밸브의 로컬 제어를 허용한다. 그러한 제어는 액추에이터를 제어하는 전자 부품 조립체를 직접 제어하도록 눌러질 수 있는 푸시버튼(23)을 누르는 형태로 이뤄진다.

푸시버튼(23)과 외부 사이에 개재되어 유체 밀봉 가요 막(24)이 마련될 수 있고, 그에 따라 조작자는 조작자의 밀치는 힘을 버튼(23)에 전달하는 막을 위에서 내리누름으로써 버튼을 누를 수 있는데, 그 막은 조작자가 그와 같이 버튼을 누르는 것에 의해 명령을 내릴 때에 공통의 케이싱의 내부를 혹독한 외부 환경, 특히 높은 습도 요소를 동반한 환경에 노출시키지 않도록 유체 밀봉되게 배치된다.

또한, 공통의 케이싱에는 제어 장치의 로컬 제어부(22)가 내장되는 보조 격실(29)이 마련된다.

유사하게, 측부에는 개구부(30)가 형성되는데, 그 개구부(30)는 개구부 상에 유체 밀봉되게 나사 결합될 수 있는 마개(31)를 나사 결합의 해제에 의해 제거함으로써 드러나게 된다. 그러한 개구부는 전기 메인 라인과 데이터 망을 케이싱의 내부에 위치된 전동기와 전자 부품 조립체(9)에 각각 접속하는 단자 블록(32)으로 출입할 수 있도록 하는 통로를 제공한다. 그러한 단자 블록(32) 그 자체는 보조 격실(34) 내에 넣어지고, 그에 따라 전력 및 데이터 망의 접속이 이뤄질 때에 케이싱의 잔여 부분이 혹독한 환경, 특히 높은 습도 요소를 동반한 환경의 영향을 받지 않게 된다.

유압 펌프는 기어 펌프이다. 물론, 본 발명에 따라 다른 유형의 펌프도 마련될 수 있다.

로컬 제어용 전자 부품 조립체(9)는 밸브나 액추에이터 아니면 액추에이터의 제어 장치에 배치된 다수의 별개의 센서로부터 얻어진 일정량의 데이터에 따라 전기 액추에이터를 제어할 수 있게 하는 전기 회로가 그 위에 마련된 인쇄 회로 카드(40)로 이뤄진다.

그와 같이 하여, 밸브에 부가의 기능을 제공하기 위해 더 이상 전동기와 유압 유닛이 내장되어 있는 케이싱을 통해 부가의 케이블용 통로를 마련할 필요가 없게 된다. 전자 부품 조립체도 역시 동일한 케이싱의 내부에 있으므로, 전동기와 유압 유닛과 그 조립체 사이의 접속을 이룸에 있어 접속을 이루려고 케이싱을 빼낼 필요도 없고, 각각의 케이블에 대한 밀봉 시스템을 마련할 필요도 없게 된다. 오로지, 데이터용의 단일 접속 라인만이 케이싱을 가로지른다. 즉, 중앙 유닛(4)과 전자 부품 조립체(9) 사이를 가로지른다. 아울러, 밸브를 로컬로 제어하고자 할 때에는 전자 제어 부품 조립체(9)의 일부인 로컬 제어부, 특히 수동 제어부로의 출입을 얻기 위해 케이싱을 빼낼 필요가 없게 된다.

제공될 수 있는 각종의 기능은 다음과 같다(본 목록은 총망라된 것도 아니고, 한정적인 것도 아님):

- 전동기와 펌프의 로컬 제어 및 감시 기능을 통합시키는 마이크로제어기,

- 사용자의 명령에 대한 해석,

- 행정단 위치의 탐색,

- 전동기의 온도, 그 암페어 수, 또는 그 작동 시간의 감시,

- 행정단의 판별,

- 높고 낮은 오일 레벨의 감시,

- 움직임의 지시,

- 진단 및 예방 유지.

그러한 각종의 기능은 잘 알려져 있는 것들이다. 그들 기능은 여기서 더 상 세하게 설명하지는 않는 널리 알려진 전자 회로 및 센서에 의해 구현될 수 있는데, 그 중에서 전자 회로는 전자 부품 조립체(9)에 배치된다.

데이터 신호는 아날로그 신호 아니면 디지털 신호이다. 아날로그 신호인 경우에는 신호를 인쇄 회로 카드 또는 전자 부품 조립체의 기판에 보내기 전에 그 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 대 디지털 변환기가 케이싱의 상류에 마련될 수 있다.

본 발명에 따른 통합형 전자 유압 액추에이터 제어 장치에서는 전동기, 유압 유닛, 및 전자 제어 부품 조립체를 동일한 케이싱에 통합시킴으로써, 시스템의 다수의 기능을 얻기 위해 더 이상 제어 캐비닛과 케이싱 사이에 다수의 데이터 전송 케이블을 부설할 필요가 없고, 다수의 케이블 또는 다수의 통과 개구부를 마련할 필요가 없이 원하는 만큼의 다수의 기능을 제공할 수 있게 된다. 그와 같이 하여, 중앙 시스템과는 무관하게 액추에이터에 대해 행해지는 로컬 제어가 가능하게 된다. 아울러, 본 발명에 따른 제어 장치는 혹독한 환경에 노출되었을 때에, 특히 선박에서 장치가 고장을 일으킬 경향을 증대시킴이 없고, 그에 따라 혹독한 환경, 특히 높은 습도 요소와 같은 해상 환경에 덜 민감하게 된다. 끝으로, 그러한 제어 장치는 선행 기술의 시스템에 비해 그 용적이 작음으로써 보트 또는 선박에 사용되기 적합하다.

Claims (9)

1. 각각의 밸브에 결부된 유압 액추에이터에 의해 각각 작동되는 2개 이상의 밸브를 구비하고, 각각의 유압 액추에이터는 제어 장치에 의해 제어되며, 각각의 제어 장치는 유압 저장기로부터 유체를 흡인해 내는 유압 펌프를 구동하는 전동기 및 전자 부품 조립체를 구비하고, 2개 이상의 전동기는 중앙 전력 급전 시스템에 의해 전류를 공급받음과 더불어, 그 전동기가 데이터 버스를 경유하여 접속되는 중앙 데이터 처리 유닛에 의해 중앙 집중 방식으로 제어되는 액추에이터 제어 장치에 있어서,

   - 각각의 제어 장치에서, 전동기, 유압 펌프, 유압 저장기, 및 전자 부품 조립체는 공통의 케이싱 내에 유체 밀봉되게 넣어지고;

   - 전자 부품 조립체는 밸브의 로컬 제어를 위한 전자 부품 조립체이고; 그리고

   상기 공통의 케이싱은 개구부를 구비하고, 이 개구부에는 상기 중앙 데이터 처리 유닛에 의한 제어와는 다른 로컬 제어를 위한 상기 전자 부품 조립체에로의 출입을 위한 출입수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 제어 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 공통의 케이싱은 상기 전동기 및 상기 전자 부품 조립체를 전력 및 데이터 망에 접속하는 접속 시스템으로의 출입을 위한 제2 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 제어 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 공통의 케이싱은 제2 개구부 내에 보조 격실을 구비하고, 상기 보조 격실 내에는 접속 시스템의 접속 단자가 배치되고, 상기 보조 격실은 케이싱의 잔여 부분에 대해 격리되어 유체 및 먼지에 대해 방호되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 제어 장치.
5. 제1항 또는 제3항 또는 제4항에 있어서, 케이싱은 개구부 내에 제2 보조 격실을 구비하고, 상기 제2 보조 격실 내에는 로컬 제어부가 위치되고, 그리고 여기에서 상기 제2 보조 격실과 케이싱의 외부 사이에는 유체 밀봉 막이 개재되어 마련될 수 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터 제어 장치.
6. 제1항에 있어서, 중앙 데이터 처리 유닛과 각각의 시스템 사이에서 교환되는 신호는 디지털 신호인 것을 특징으로 하는 액추에이터 제어 장치.
7. 제1항에 있어서, 중앙 데이터 처리 유닛과 각각의 시스템 사이에서 교환되는 신호는 아날로그 신호이고, 케이싱과 중앙 데이터 처리 유닛 사이에는 케이싱의 상류에 아날로그 대 디지털 변환기가 마련되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 제어 장치.
8. 제1항에 따른 액추에이터 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박.
9. 제1항에 따른 액추에이터 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 비행기.

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