KR102009387B1 - 모드전환유닛을 구비한 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유로를 개폐하는 밸브를 작동시키는 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터를 이용해 밸브를 자동으로 작동시키고 수동레버를 이용해 밸브를 수동으로 작동시킬 수 있도록 하는 모드전환유닛을 구비하고, 이 모드전환유닛은 컴팩트한 구조를 갖고 자동모드와 수동모드의 전환이 안정적으로 이루어지는 모드전환유닛을 구비한 액추에이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 모드전환유닛을 구비한 액추에이터는 모터; 밸브를 개폐하는 개폐샤프트; 상기 모터에 연결되는 모터측기어와, 상기 개폐샤프트에 연결되는 샤프트측기어와, 상기 모터측기어와 샤프트측기어를 연결하는 중계기어를 포함하는 기어뭉치; 상기 중계기어에 구비되며 각각 상기 모터측기어와 샤프트측기어에 치합되는 단치합부와 장치합부, 상기 단치합부와 장치합부를 관통하는 모드전환샤프트와, 상기 모드전환샤프트를 승강시켜 상기 단치합부와 치합은 해제하고 장치합부의 치합은 유지되도록 하는 승하강부재와, 상기 모드전환샤프트를 회전시키는 수동레버를 포함하는 자동-수동 모드전환유닛;을 포함하여 이루어진다.

Description

모드전환유닛을 구비한 액추에이터{Actuator equipped with mode conversion unit}

본 발명은 유로를 개폐하는 밸브를 작동시키는 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터를 이용해 밸브를 자동으로 작동시키고 수동레버를 이용해 밸브를 수동으로 작동시킬 수 있도록 하는 모드전환유닛을 구비하고, 이 모드전환유닛은 컴팩트한 구조를 갖고 자동모드와 수동모드의 전환이 안정적으로 이루어지는 모드전환유닛을 구비한 액추에이터에 관한 것이다.

각종 유체가 흐르는 유로를 개폐하는 밸브는 액추에이터로 구동된다.

일반적으로 액추에이터는 동력을 제공하는 모터와, 밸브에 연결되는 개폐샤프트와, 모터와 개폐샤프트를 연결하여 모터의 동력을 개폐샤프트로 전달하는 기어뭉치를 포함한다.

액추에이터의 모터는 외부에 입력되는 명령신호에 따라 정회전 또는 역회전을 하고, 모터의 회전은 기어뭉치를 통해 개폐샤프트로 전달되어 개폐샤프트가 정회전 또는 역회전 함으로써 밸브를 개방 또는 폐쇄시킨다.

모터에 의해 밸브를 개폐시키는 액추에이터는 모터에 고장이 발생하거나, 모터를 제어하는 컨트롤러에 고장이 발생하는 경우에는 밸브를 개폐할 수 없는 상황이 발생한다.

그래서 일부 액추에이터에는 모터를 이용해 밸브의 개폐를 조절할 수 없는 상황이 발생하면 관리자가 직접 수동으로 밸브를 개폐할 수 있도록 하고 있다.

모터를 이용해 밸브를 자동으로 개폐할 수 있고, 관리자가 직접 수동으로 밸브를 개폐할 수 있는 액추에이터에 관한 종래기술로는 등록특허 제10-1488622호 "모드 전환 전동 액추에이터", 등록특허 제10-0710647호 "모드전환수단을 구비한 밸브용 액추에이터" 등이 개시되었다.

자동과 수동으로 밸브를 개폐할 수 있는 종래기술에 따른 액추에이터는 수동조작을 위한 수동유닛이 자동조작을 위한 자동유닛과는 별개로 구비되어 액추에이터의 부피가 커지고, 제조원가가 상승하고, 자동모드와 수동모드의 전환과 모드의 상태유지가 안정적이지 못하다.

본 발명은 밸브를 자동 또는 수동으로 개폐시킬 수 있도록 하는 모드전환유닛을 구비하여 모터나 컨트롤러에 이상이 발생되면 관리자가 직접 밸브를 수동으로 개폐할 수 있고, 모드전환유닛은 컴팩트한 구조를 가져 액추에이터의 소형화를 가능하게 하고 제조원가를 상승을 억제하고, 자동과 수동의 모드전환과 전환된 모드 상태가 안정적이로 행해지는 모드전환유닛을 구비한 액추에이터를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모드전환유닛을 구비한 액추에이터는

모터;

밸브를 개폐하는 개폐샤프트;

상기 모터에 연결되는 모터측기어와, 상기 개폐샤프트에 연결되는 샤프트측기어와, 상기 모터측기어와 샤프트측기어를 연결하는 중계기어를 포함하는 기어뭉치;

상기 중계기어에 구비되며 각각 상기 모터측기어와 샤프트측기어에 치합되는 단치합부와 장치합부,

상기 단치합부와 장치합부를 관통하는 모드전환샤프트와,

상기 모드전환샤프트를 승강시켜 상기 단치합부와 치합은 해제하고 장치합부의 치합은 유지되도록 하는 승하강부재와,

상기 모드전환샤프트를 회전시키는 수동레버를 포함하는 자동-수동 모드전환유닛;을 포함하여 이루어진다.

상기 자동-수동 모드전환유닛은

승강된 상기 모든전환샤프트의 상단이 결합되는 키홈을 갖는 핸들샤프트와,

중앙에는 상기 핸들샤프트의 상단이 결합되고, 가장자리에는 상기 수동레버가 결합되는 핸드휠과,

상기 모드전환샤프트가 하강하도록 탄성지지하는 하강스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 핸드휠에는 상기 수동레버가 젖혀져 안착되는 안착홈이 형성되고,

상기 수동레버는 상기 안착홈의 일측에 힌지결합되는 힌지핀과, 상기 힌지핀의 외주연을 따라 이동 가능하게 결합되는 노브와, 상기 힌지핀에 삽입되어 상기 노브를 상부측으로 탄성지지하는 지지스프링을 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 승하강부재는

상기 모드전환샤프트의 하부가 관통하는 바디의 하부면에 회전가능하게 결합되는 회전판과,

상기 모드전환샤프트의 하단을 수용하며 경사진 구조를 갖도록 상기 회전판에 형성되어서, 상기 회전판의 회전에 따라 상기 모드전환샤프트의 하단을 밀어 승강시키는 승강부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 모드전환유닛을 구비한 액추에이터는 모드전환유닛이 기어뭉치를 구성하는 중계기어를 그대로 활용하면서 컴팩트한 구조를 가져 모드전환유닛이 추가됨에도 액추에이터의 부피 증가와 제조원가의 상승이 최소화되고, 자동모드에서 수동레버는 핸드휠의 안착홈에 안착되어서 부피를 소형화하고 수동레버가 충격을 받아 파손되거나 작업가 수동레버에 부딪혀 상처를 입을 위험을 예방하고, 관리자가 회전판을 돌리는 것만으로 자동모드와 수동모드의 전환이 간편하게 행해지고 그 상태를 안정적으로 유지되는 모드전환유닛을 구비한 액추에이터로서, 산업발전에 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 본 발명에 따른 모드전환유닛을 구비한 액추에이터의 사시도.
도 2 는 도1에서 바디와 커버를 분해한 사시도.
도 3 은 기어뭉치를 일렬로 나열한 사시도.
도 4 는 도3의 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모드전환유닛을 구비한 액추에이터에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 모드전환유닛을 구비한 액추에이터를 보다 구체적으로 설명하기에 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도면에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 모드전환유닛을 구비한 액추에이터는 바디(10), 커버(20), 모터(40), 개폐샤프트(50), 기어뭉치(60), 모드전환유닛(70), 제어보드(30) 등을 포함하여 이루어진다.

참고로, 이하에서 본원발명을 설명함에 있어 방향은 도면을 기준으로 상하 좌우로 설명한다.

상기 바디(10)와 커버(20)는 서로 조립결합되어 내부에 상기 모터(40), 기어뭉치(60), 제어보드(30) 등을 내장한다.

상기 바디(10)의 하부에는 밸브가 구비되는 유로관에 결합되는 결합부재(11)가 형성되고, 결합부재(11)의 중심에는 밸브와 연결되는 개폐샤프트(50)의 하단에 노출되도록 하는 결합홀(13)이 형성된다. 그리고 상기 바디(10)의 하부에는 모드전환유닛(70)의 모드전환샤프트(72)를 승하강시키는 승하강부재(71)가 구비된다.

상기 커버(20)는 상기 바디(10)의 상부측에 결합되고, 상부에는 밸브를 수동으로 개폐하는데 사용되는 핸드휠(74)과 수동레버(75)가 구비되고, 개폐샤프트(50)의 상단에 결합되는 인디케이터(59)를 덮어 보호하는 보호캡(21)이 구비된다.

상기 바디(10)의 내부에는 일정간격 이격되어 상하로 배치되는 두 장착판(15, 16)이 구비된다.

상기 두 장착판(15, 16) 사이에는 기어뭉치(60)를 구성하는 기어들이 회전 가능하게 장착되고, 상부 장착판(15, 16)의 상부에는 모터(40)와 리미트 스위치(81) 등이 장착된다.

상기 모터(40)는 정회전 또는 역회전함으로써 기어뭉치(60)를 통해 개폐샤프트(50)를 회전시키고, 상기 제어보드(30)는 상기 모터(40)의 구동을 제어한다.

상기 개폐샤프트(50)는 기어뭉치(60)를 통해 상기 모터(40)의 회전력을 전달받아 정회전 또는 역회전함으로써, 밸브로 유로를 개방 또는 폐쇄하도록 한다.

상기 개폐샤프트(50)의 하단에는 밸브와 체결되는 체결부(51)가 구비된다. 그리고 개폐샤프트(50)의 외주연 하부에는 기어뭉치(60)와 치합되는 개폐기어(52)가 결합되고, 개폐기어(52) 위에는 개폐샤프트(50)의 정역회전에 따라 리미트 스위치(81)를 가압하여 밸브의 개폐를 알려주는 두개의 캠(53)이 결합되고, 캠(53) 위에는 개폐샤프트(50)의 회전량을 포텐시오미터(83)로 전달하여 밸브의 개폐량을 센싱하도록 하는 개도기어(54)가 구비된다.

그리고 개폐샤프트(50)의 상단에는 인디케이터(59)가 결합된다. 상기 인디케이터(59)는 회전방향으로 색상을 달리하고, 상기 인디케이터(59)를 덮는 상기 보호캡(21)에는 투명한 투시부가 구비되어서, 관리자는 투시부를 통해 보이는 인디케이터(59)의 색상을 보호 밸브의 개폐여부와 개폐량을 확인할 수 있다.

상기 기어뭉치(60)는 상기 모터(40)의 회전력을 상기 개폐샤프트(50)로 전달한다.

상기 기어뭉치(60)는 모터(40)의 축기어(41)에 연결되는 모터측기어(61a, 61b, 61c)와 상기 개폐샤프트(50)의 개폐기어(52)에 연결되는 샤프트측기어(65a, 65b, 65c)와 상기 모터측기어(61a, 61b, 61c)와 샤프트측기어(65a, 65b, 65c)를 연결하는 중계기어(63)를 포함한다.

상기 모드전환유닛(70)은 상기 중계기어(63)와 모터측기어(61a, 61b, 61c)의 연결은 해제시키고, 상기 중계기어(63)와 샤프트측기어(65a, 65b, 65c)의 연결을 유지시키고, 중계기어(63)를 수동레버(75)에 연결시켜 관리자가 수동으로 개폐샤프트(50)를 회전시켜 밸브를 개폐시킬 수 있도록 한다.

상기 모드전환유닛(70)은 단치합부(78), 장치합부(79), 모드전환샤프트(72), 승하강부재(71), 수동레버(75), 핸들샤프트(73), 핸드휠(74), 하강스프링(76)을 포함하여 이루어진다.

상기 단치합부(78)와 장치합부(79)는 상기 모드전환샤프트(72)에 결합되어 함께 회전하고, 상기 단치합부(78)는 상기 모터측기어(61a, 61b, 61c)를 구성하는 어느 한 기어(61a)에 연결되고, 상기 장치합부(79)는 상기 샤프트측기어(65a, 65b, 65c)를 구성하는 어느 한 기어(65a)와 연결된다.

상기 승하강부재(71)는 상기 모드전환샤프트(72)를 승강시켜서 상기 단치합부(78)가 상기 모터측기어(61a)에서 분리되도록 한다. 이때, 상기 장치합(79)부는 상하방향으로 길게 형성되어서 모드전환샤프트(72)가 승강되더라도 상기 샤프트측기어(65a)와의 연결이 해제되지 않는다.

상기 승하강부재(71)는 상기 바디(10)의 하부면에 회전 가능하게 결합되는 회전판(71)과, 상기 회전판(71)에서 하부를 향해 경사지도록 돌출된 경사진 구조로 형성되고, 상기 모드전환샤프트(72)의 하단을 수용하는 승강부(73)를 포함한다.

상기 회전판(71)에는 축핀(717)으로 상기 바디(10)의 하부면에 회전가능하게 결합되는 힌지홀(714)과, 바디(10)에 결합된 가이드핀(718)이 관통되어 회전판(71)의 회전을 가이드하는 가이드홀(715)이 형성된다. 그리고 회전판(71)의 가장자리에는 관리자가 손으로 잡고 회전판(71)을 밀거나 잡아당겨 회전시키는 푸싱부(716)가 돌출되어 형성된다.

상기 회전판(71)이 회전하면 경사진 구조를 갖는 상기 승강부(73)의 바닥이 상기 모드전환샤프트(72)의 하단을 상부로 밀어 승강시키고, 상기 회전판(71)이 반대방향으로 회전하면 승강부(73)가 상부를 미는 힘이 소멸하며 모드전환샤프트(72)가 하강할 수 있는 공간이 형성된다.

상기 하강스프링(76)은 상기 모드전환샤프트(72)의 외주연으로 삽입되고, 상기 단치합부(78)와 상부 장착판(15) 사이에 개재되어서 모드전환샤프트(72)를 하부측으로 탄성지지한다. 그래서 상기 회전판(71)이 반대방향으로 회전하면 승강부(73)가 상부를 미는 힘이 소멸하며 모드전환샤프트(72)가 하강할 수 있는 공간이 형성되면, 상기 모드전환샤프트(72)는 하강스프링(76)의 탄성력으로 하강을 하게 되고, 하강을 하면 상기 단치합부(78)와 모터측기어(61a)가 연결된다.

상기 핸드휠(74)은 상기 커버(20)의 상부에 회전 가능하게 결합되고, 핸드휠(74)의 상부에는 상기 수동레버(75)가 결합되고 하부에는 상기 핸들샤프트(73)가 결합된다.

상기 핸들샤프트(73)는 상기 모드전환샤프트(72)가 승강되면 결합되고, 하강되면 분리된다.

상기 수동레버(75)는 상기 핸드휠(74)의 가장자리에서 상부로 돌출되도록 구비되어서, 관리자가 손으로 잡아 돌릴 수 있다.

상기 수동레버(75)는 상부로 돌출되어 있으면 액추에이터의 부피를 늘리고, 외부 충격을 받아 손상을 입을 수 있다.

그래서 상기 핸드휠(74)의 상부에는 안착홈(741)이 형성되고, 상기 수동레버(75)는 하단이 상기 안착홈(741)의 일측에 힌지결합되어서 미사용 중에는 수동레버(75)를 핸드휠(74)의 안착홈(741)에 안착시켜서 돌출되지 않도록 한다.

이때, 비의도적인 상황에서 상기 수동레버(75)가 상기 안착홈(741)에서 나와 돌출되지 않도록 하기 위해서, 상기 수동레버(75)는 상기 안착홈(741)의 일측에 힌지결합되는 힌지핀(751)과, 상기 힌지핀(751)의 외주연을 따라 이동 가능하게 결합되는 노브(753)와, 상기 힌지핀(751)의 외주연에 삽입되어 상기 노브(753)를 상부측으로 탄성지지하는 지지스프링(755)을 포함하여 이루어진다. 상기 안착홈(741)에 안착된 수동레버(75)는 노브(753)가 안착홈(741) 내벽을 탄성지지하여 비의도적인 상황에서 안착홈(741)에서 벗어나지 않게된다.

이와 같이 구성되는 상기 모드전환유닛(70)은 모터(40)와 컨트롤러 등에 이상이 없어 정상적으로 작동되는 때에는 상기 모드전환샤프트(72)가 하강된 상태로 있어서, 모드전환샤프트(72)가 핸들샤프트(73)에서 분리되고, 중계기어(63)가 모터측기어(61a, 61b, 61c)와 샤프트측기어(65a, 65b, 65c)를 연결하여 모터(40)의 회전력이 개폐샤프트(50)로 전달됨으로써, 밸브는 자동모드로 개폐된다.

그리고 모터(40)와 컨트롤러 등에 문제가 있어서 밸브의 개폐를 조절할 수 없는 때에는, 작업자는 승하강부재(71)를 회전시켜 상기 모드전환샤프트(72)를 승강시킨다. 승강된 모드전환샤프트(72)는 핸드샤프트에 결합되어서 관리자는 수동레버(75)를 통해 모든전환샤프트를 수동으로 회전시킬 수 있게 된다. 모드전환샤프트(72)가 승강되면 중계기어(63)의 단치합부(78)는 모터측기어(61a, 61b, 61c)와 치합이 해제되고, 장치합부(79)는 샤프트측기어(65a, 65b, 65c)와의 치합이 유지된다. 그래서 관리자는 모터측기어(61a, 61b, 61c)의 부하는 제거하고 샤프트측기어(65a, 65b, 65c)의 부하만을 담당하는 적은 힘으로 수동레버(75)를 돌려 밸브를 개폐시킬 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 모드전환유닛을 구비한 액추에이터에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 바디 20 : 커버
30 : 제어보드 40 : 모터
50 : 개폐샤프트 60 : 기어뭉치
70 : 모드전환유닛 71 : 승하강부재
72 : 모드전환샤프트 73 : 핸들샤프트
74 : 핸드휠 75 : 수동레버
76 : 하강스프링 78 : 단치합부
79 : 장치합부

Claims (4)

1. 모터;
   밸브를 개폐하는 개폐샤프트;
   상기 모터에 연결되는 모터측기어와, 상기 개폐샤프트에 연결되는 샤프트측기어와, 상기 모터측기어와 샤프트측기어를 연결하는 중계기어를 포함하는 기어뭉치;
   
   상기 중계기어에 구비되며 각각 상기 모터측기어와 샤프트측기어에 치합되는 단치합부와 장치합부,
   상기 단치합부와 장치합부를 관통하는 모드전환샤프트와,
   상기 모드전환샤프트를 승강시켜 상기 단치합부와 치합은 해제하고 장치합부의 치합은 유지되도록 하는 승하강부재와,
   상기 모드전환샤프트를 회전시키는 수동레버를 포함하는 자동-수동 모드전환유닛;을 포함하여 이루어지고,
   
   상기 승하강부재는
   상기 모드전환샤프트의 하부가 관통하는 바디의 하부면에 회전가능하게 결합되는 회전판과,
   상기 모드전환샤프트의 하단을 수용하며 경사진 구조를 갖도록 상기 회전판에 형성되어서, 상기 회전판의 회전에 따라 상기 모드전환샤프트의 하단을 밀어 승강시키는 승강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모드전환유닛을 구비한 액추에이터.
2. 제 1 항에 있어서,
   자동-수동 모드전환유닛은
   승강된 상기 모드전환샤프트의 상단이 결합되는 키홈을 갖는 핸들샤프트와,
   중앙에는 상기 핸들샤프트의 상단이 결합되고, 가장자리에는 상기 수동레버가 결합되는 핸드휠과,
   상기 모드전환샤프트가 하강하도록 탄성지지하는 하강스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모드전환유닛을 구비한 액추에이터.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 핸드휠에는 상기 수동레버가 젖혀져 안착되는 안착홈이 형성되고,
   상기 수동레버는 상기 안착홈의 일측에 힌지결합되는 힌지핀과, 상기 힌지핀의 외주연을 따라 이동 가능하게 결합되는 노브와, 상기 힌지핀에 삽입되어 상기 노브를 상부측으로 탄성지지하는 지지스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 모드전환유닛을 구비한 액추에이터.
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