KR101099069B1

KR101099069B1 - 감속장치부착 전동밸브

Info

Publication number: KR101099069B1
Application number: KR1020060014518A
Authority: KR
Inventors: 유스케 아라이; 에이이치 사사다; 도모아리 오우치; 히토시 우메자와
Original assignee: 가부시기가이샤 후지고오키
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2011-12-26
Also published as: JP2006226369A; CN1821632A; EP1930629B1; JP4817671B2; EP1693600B1; US20060180780A1; EP1693600A1; US7325780B2; DE602005006228T2; DE602005006228D1; CN1821632B; KR20060092103A; EP1930629A1

Abstract

본 발명은 감속장치를 로터와 함께 단일 캔내에 수용하여 소형이고 대출력·고분해능의 전동밸브를 저가격으로 제공하는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 전동밸브 본체(10)내에는 밸브체(30)를 가지는 밸브로드(32)가 삽입된다. 본체(10)측에 고정되는 캔(100)내에는 로터(170)가 장비되고, 로터(170)의 안쪽에 감속장치(200)가 수용된다. 로터의 출력은 선기어(220)에 입력하여, 유성기어(230)에 전달된다. 유성기어(230)는 동시에 고정기어(250)와 출력기어(260)에 맞물려 출력기어(260)가 대감속비로 감속 구동된다. 출력기어(260)의 출력은 드라이버(300)를 거쳐 나사축(320)에 전달되고, 직선운동으로 변환되어 밸브로드(32)에 전달된다.

Description

감속장치부착 전동밸브{REDUCTION GEAR ATTACHED MOTOR-OPERATED VALVE}

도 1은 본 발명의 전동밸브의 구성을 나타내는 설명도,

도 2는 본 발명의 전동밸브에 장비되는 감속장치의 설명도,

도 3은 감속장치의 구성부품을 나타내는 설명도,

도 4는 감속장치의 구성부품을 나타내는 설명도,

도 5는 감속장치의 구성부품을 나타내는 설명도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 전동밸브의 구성을 나타내는 설명도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전동밸브 10 : 밸브 본체

12 : 밸브자리 14 : 밸브실

30 : 밸브체 32 : 밸브로드

40 : 벨로우즈 70 : 플랜지부재

80 : 받이부재 100 : 캔

M : 모터 여자장치 S : 스테이터

140 : 코일 170 : 로터

200 : 감속장치 220 : 선기어

230 : 유성기어 240 : 캐리어

250 : 고정기어 260 : 출력기어

본 발명은 감속장치를 구비한 전동밸브에 관한 것이다.

전동모터를 거쳐 밸브의 개폐를 행하는 이른바 전동밸브로서는, 크게 나누어 다음의 2개의 타입이 알려져 있다. 제 1 타입은, 로터의 회전을 직접 나사기구에 전달하여 밸브의 개폐를 행하도록 한 것으로, 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있다. 제 2 타입은, 로터의 회전을 감속장치로 감속하여 나사기구에 전달하는 감속장치를 구비한 것으로, 예를 들면 특허문헌 2나 특허문헌 3 등에 개시되어 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2000-356278호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특개2002-84732호 공보

[특허문헌 3]

일본국 특개2003-232465호 공보

상기 제 1 타입의 전동밸브는, 비교적 조밀하게 구성할 수 있으나, 용도가 저부하인 경우에 한정되고, 또 1 구동펄스당의 밸브 개방도의 분해능을 높게 하는 것은 곤란한 단점을 가지고 있다.

상기 제 2 타입의 전동밸브는, 부하가 큰 경우에도 사용할 수 있고, 1 구동펄스당의 밸브 개방도의 분해능을 높게 할 수는 있으나, 감속장치를 위한 기어박스가 모터부분과 별개로 구성되기 때문에 전동밸브 전체가 대형화되는 문제를 가지고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 감속장치를 구비한 전동밸브에 있어서, 캔의 내부에 로터와 함께 감속장치도 배치하여 소형이고 또한 강력한 밸브 조작력과 고분해능의 밸브 개방도 특성을 얻을 수 있는 감속장치부착 전동밸브를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 감속장치부착 전동밸브는, 밸브실 및 밸브자리를 가지는 밸브 본체와, 상기 밸브실내에서 상기 밸브자리의 개구를 개폐 가능하게 배치되는 밸브체와, 상기 밸브체를 조작하는 밸브로드와, 상기 밸브 본체에 고정되는 원통형상의 캔과, 상기 캔의 바깥 둘레부에 장착되는 모터 여자장치와, 상기 캔의 안 둘레부에 회전 자유롭게 지지되어 상기 여자장치에 의해 회전 구동되는 영구자석형 로터와, 상기 로터의 회전을 감속하는 감속장치와, 상기 로터의 회전동작에 의하여 상기 감속장치를 거쳐 상기 밸브체를 상기 밸브자리에 대하여 진퇴시키는 나사기구를 구비하고, 상기 밸브 본체와 상기 캔에 의하여 구획 형성되는 공간에, 상기 로터와 함께 상기 감속장치가 배치되어 있다.

감속장치는, 바람직하게는 로터의 안쪽에 배치된다.

그러나 이 감속장치는 로터의 하부에 배치되는 경우도 있다.

더욱 바람직하게는 감속장치는 유성기어를 구비하는 감속장치가 채용된다.

그러나 이 감속장치는, 복수의 평기어군으로 이루어지는 다단의 감속륜열기구(減速輪列機構)에 의하여 구성되는 경우도 있다.

더욱 바람직하게는, 로터나 감속장치가 냉매에 노출되지 않도록 밸브실에는 캔 내부와의 사이를 시일하는 벨로우즈가 설치된다.

도 1에 나타내는 바와 같이 본 발명의 전동밸브는, 밸브자리(12)와 밸브실(14)을 가지는 밸브 본체(10)를 구비한다. 밸브실(14)내에는 밸브체(30)가 배치되고, 밸브자리(12)에 대하여 접촉 이탈한다. 밸브실(14)에 연통하는 2개의 배관(20, 22)이 밸브 본체(10)에 설치된다.

밸브 본체(30)에는 밸브로드(32)가 연결된다. 밸브 본체(10) 상부의 개구부에는 링부재(38)가 탑재되고, 이 실시예에서는 일례로서 코킹가공부(K₁)에 의해 고정되어 있다. 링부재(38)의 고정은 납땜에 의하여 밀봉 고정되는 경우도 있다. 링부재(38)와 밸브로드(32)의 사이에는 벨로우즈(40)가 설치되어, 냉매의 침입을 시일한다. 밸브로드(32)의 상단부에는 볼(36)의 받이부재(34)가 삽입 고정된다.

볼(36)의 상부에는 나사봉(320)이 맞닿아 나사기구에 의해 축방향의 추력을 밸브로드(32)측으로 전달한다.

밸브 본체(10)의 상단의 바깥 둘레부에는 밸브 본체의 일부를 구성하는 플랜지부재(70)가 용접 등의 수단에 의하여 고정되고, 이것에 의하여 외기와 차단하여 가스나 수분 등의 침입을 방지하고 있다. 이 플랜지부재(70)의 상부에는 받이부재 (80)가 고정된다. 받이부재(80)의 바깥 둘레측에는 원통부재(82)가 설치되고 받이부재(80)의 안 둘레측에는 암나사부재(90)가 설치된다.

한편, 플랜지부재(70)의 상부에는 캔이라 불리우는 비자성의 금속재로 만들어지는 원통형상의 캔(100)이 용접 등으로 고정된다. 캔(100)의 바깥쪽에는 구동모터의 일례로서의 스테핑모터용의 여자장치(M)가 설치된다.

이 여자장치(M)는 수지몰드(120)와, 그 안에 장비되는 보빈(130)에 감긴 코일(140)과, 이 코일에 대한 통전에 의하여 여자되는 스테이터(S)를 가지고, 코일(140)은 리드(142)를 거쳐 급전된다.

이 여자장치(M)는, 하부에 부착용 금속고정구(180)를 가지고, 이 부착용 금속고정구(180)의 구멍(182)을 캔(100)에 형성한 돌기(102)에 걸어맞춤으로써 착탈 자유롭게 캔(100)에 장착된다.

캔(100)의 정점부에는 원통형상의 돌출부(104)가 형성되고, 이 돌출부(104)의 내부에 지지부재(150)가 압입 고정된다. 이 지지부재(150)는 고정샤프트(152)를 지지한다.

캔(100)의 내부에는 스테핑모터의 영구자석형 로터(170)가 회전 자유롭게 설치된다. 로터(170)는 영구자석재료로 원통형상으로 만들어지고, 수지 등으로 만들어지는 회전부재(160)와 일체로 형성된다. 회전부재(160)의 회전력은 전체를 부호 200으로 나타내는 감속장치에 전달된다.

도 2 내지 도 5는, 로터 내부에 조립되는 감속장치(200)의 설명도이다.

감속장치(200)는 이 실시예에서는 유성기어기구를 이용하여 큰 감속비를 실 현하고 있다.

이 감속장치(200)는 샤프트(210)를 거쳐 도 1에 나타내는 로터(170)와 일체의 회전부재(160)와 일체로 형성되는 선기어(220)를 가진다. 선기어(220)는 유성기어(230)에 맞물리고, 유성기어(230)는 캐리어에 의하여 지지된다.

본 장치에 있어서는 캐리어는 1쌍의 원반(240, 242)과, 2매의 원반(240, 242)을 연결하는 축(232)에 의하여 구성되고, 3개의 유성기어(230)는 캐리어에 대하여 회전 자유롭게 설치된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 캐리어(240)는 3개의 지주(244)를 가지고, 플레이트(242)에 의하여 3개의 유성기어(230)의 축(232)을 지지함과 동시에, 플레이트(242)는 작은 나사 등으로 지주(244)에 고정된다.

이 캐리어 전체는 뒤에서 설명하는 출력기어(260)상에서 자유롭게 회전할 수 있게 지지되어 있다. 유성기어(230)는 링형상의 고정기어(250)와 출력기어(260)에 동시에 맞물려 있다. 고정기어(250)는 밸브 본체(10)측에 고정된 원통부재(82)의 안쪽에 고정된다. 출력기어(260)는 고정기어(250)와는 다른 수의 안쪽 톱니를 가지고, 받이부재(80)상에 회전 슬라이딩 자유롭게 지지되어 있고, 하면측에 드라이버(300)가 돌출하여 구비되어 있다.

드라이버(300)는 마이너스 드라이버형상의 구동부(310)를 가지고, 나사축(320)에 삽입된다. 나사축(320)의 회전은 축방향의 이동으로 변환되어 볼(36)을 거쳐 밸브로드(32)측으로 전달된다.

로터측의 회전부재(160)와 감속장치측의 고정기어(250)와의 사이에 접시스프 링(190)을 개재시켜 회전부재(160)[선기어(220)]를 지지부재(150)측으로 가세하고 있다.

이 감속장치(200)에 있어서, 출력기어(260)의 톱니수가 고정기어(250)의 톱니수보다 많은 경우는 로터(170)와 일체로 회전하는 선기어(220)가 시계방향(CW)으로 회전하면, 유성기어(230)는 반시계방향(CCW)으로 회전한다. 캐리어(240)는 감속되어 시계방향(CW)으로 회전한다. 출력기어(260)는 시계방향(CW)으로 회전한다.

반대로 출력기어(260)의 톱니수가 고정기어(250)의 톱니수보다 적은 경우는, 선기어(220)가 시계방향(CW)으로 회전하면, 출력기어(260)는 반시계방향(CCW)으로 회전한다.

이 유성기어식 감속장치에 있어서는, 선기어(220), 유성기어(230), 고정기어(250), 출력기어(260)의 톱니수를 각각 Za, Zb, Zc, Zf라 하였을 때, 출력기어(260)의 출력기어비는 다음 식으로 나타낸다.

(Za·Zf - Za·Zc)/[Zf·(Za + Zc)]

단, Zf ≠ Zc

이와 관련하여, Za = 12, Zb = 18, Zc = 48, Zf = 54라 하였을 때, 출력기어(260)의 출력기어비는 1/45의 큰 감속비가 된다.

로터의 회전은 큰 감속비로 나사봉(320)에 전달되기 때문에, 미소하게 결국은 고분해능을 가지고 밸브 개방도를 제어하는 것이 가능하게 된다.

로터(170)와 로터(170)의 회전을 감속하는 감속장치(200)는, 단일의 캔(100)내에 봉입되기 때문에, 외기나 수분 등의 침입을 완전하게 막을 수 있다. 이 때문 에 내부의 결로 등의 발생도 없고, 엄격한 환경하에서도 확실한 유량제어를 행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 전동밸브의 구성을 나타내는 설명도이다.

이 전동밸브에 있어서도 밸브 본체의 구성이나 캔(100)의 바깥쪽에 구동모터의 일례인 스테핑모터의 여자장치(M)을 착탈 자유롭게 장착하는 구성과, 스테핑모터의 로터의 내부에 감속장치를 조립하는 구성은, 앞서 설명한 전동밸브와 동일하기 때문에 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

이 전동밸브에 있어서는, 밸브 본체(10)의 상부의 바깥쪽에 플랜지부재(70A)가 고정되고, 플랜지부재(70A)는 캔(100)을 지지한다.

밸브 본체(10)의 상부의 안쪽에 암나사부재(420)가 고정되고, 암나사부재(420)는 받이부재(80)를 거쳐 원통부재(82)를 지지한다.

암나사부재(420)에 나사부(S₁)로 나사 결합되는 수나사부재(410)는 내부에 밸브로드(400)가 삽입 이동 자유롭게 삽입된다. 밸브로드(400)의 선단에는 밸브부(402)가 형성되어 밸브자리(12)에 맞닿는다.

밸브로드(400)는, 코일스프링(430)과 플레이트(432)를 거쳐 수나사부재(410)내에 삽입된다. 수나사부재(410)의 바깥쪽에는 수지제의 전동부재(440)가 일체로 성형된다. 이 전동부재(440)는 수나사부재의 축선에 평행한 홈(442)이 형성된다.

한편, 로터(170)의 안쪽에 장비되는 감속장치(200)의 출력부재인 출력기어 (260)는, 전동부재(440)측으로 신장하는 암형상의 구동부(262)를 가진다. 이 구동부(262)는 전동부재(440)의 홈(442)에 걸어맞춘다.

이 구성에 의하여 출력기어(260)의 회전력은 전동부재(440)에 전동되고, 수나사부재(410)는 회전 구동된다. 수나사부재(410)의 회전은 나사부(S₁)에서 축방향의 이동으로 변환되어 밸브로드(400)를 상하 이동시킨다.

스테핑모터에 의해 구동되는 로터(170)의 회전량은 큰 감속비로 감속되어 밸브로드(400)를 구동한다. 그래서 소형이고 작은 토오크의 스테핑모터를 사용하여 대용량·고분해능의 전동밸브를 구성하는 것이 낮은 가격으로 가능하게 된다.

또한 이상의 실시예에 있어서는, 어느 것이나 유성기어를 이용한 감속장치의 예를 설명하였으나, 복수의 평기어군으로 이루어지는 다단의 기어열을 사용한 기어 감속장치로 치환할 수도 있다.

또 어느 쪽의 실시예에 있어서도, 감속장치를 로터(170)의 내부에 수용한 예를 나타내었으나, 감속장치를 로터의 아래쪽에 배치하도록 구성하는 것도 가능하다.

또, 나사기구를 구성하는 나사의 피치를 선택하거나, 밸브자리에 대향하는 밸브체의 선단형상을 변경함으로써 로터의 회전에 대한 밸브의 유량제어특성을 임의로 설정할 수 있다.

따라서 사용자의 요구 등을 만족하는 밸브 특성을 구비한 전동밸브를 용이하게 제공할 수 있다.

본 발명의 전동밸브는, 이상과 같이 감속장치를 로터와 함께 캔내에 수용하기 때문에, 소형이고 대출력·고분해능의 전동밸브를 낮은 가격으로 제공할 수 있다.

Claims

밸브실 및 밸브자리를 가지는 밸브 본체와, 상기 밸브실 내에서 상기 밸브자리의 개구를 개폐 가능하게 배치되는 밸브체와, 상기 밸브체를 조작하는 밸브로드와, 상기 밸브 본체에 고정되는 원통형상의 캔과, 상기 캔의 바깥 둘레부에 장착되는 모터 여자장치와, 상기 캔의 안 둘레부에 회전 자유롭게 지지되어 상기 여자장치에 의하여 회전 구동되는 영구자석형 로터와, 상기 로터의 내부에 배치되어 로터의 회전을 감속하는 유성기어식 감속장치를 구비하고,

상기 로터의 내부 공간에는, 상기 유성기어식 감속장치의 출력 기어와 상기 출력 기어의 하면 측으로 돌출하는 출력축을 회전 자유롭게 지지하는 받이부재가 고정적으로 배치되어 있고,

상기 받이부재에 설치되는 암나사부재에 나사축이 나사결합되며,

상기 출력축을 통해 상기 나사축을 전진후퇴시켜 상기 밸브체의 개폐를 조작하는 것을 특징으로 하는 감속장치부착 전동밸브.
밸브실 및 밸브자리를 가지는 밸브 본체와, 상기 밸브실 내에서 상기 밸브자리의 개구를 개폐 가능하게 배치되는 밸브부를 가지는 밸브로드와, 상기 밸브 본체에 고정되는 원통형상의 캔과, 상기 캔의 바깥 둘레부에 장착되는 모터 여자장치와, 상기 캔의 안 둘레부에 회전 자유롭게 지지되어 상기 여자장치에 의하여 회전 구동되는 영구자석형 로터와, 상기 로터의 내부에 배치되어 로터의 회전을 감속하는 유성기어식 감속장치를 구비하고,

상기 로터의 내부 공간에 배치되는 상기 유성기어식 감속장치의 출력 기어와, 출력 기어에 의해 구동되는 수나사부재와, 밸브 본체의 상부에 고정되어 수나사부재와 나사결합하는 암나사부재와, 수나사부재의 내부에 삽입되는 밸브로드와, 수나사부재와 밸브로드의 사이에 배치되어 밸브로드를 상기 밸브자리를 향하여 힘을 가하는 코일스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 감속장치부착 전동밸브.
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