KR102298254B1 - 전기 액츄에이팅 드라이브, 및 전기 액츄에이팅 드라이브를 갖는 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로세스-테크니컬 설치의 밸브 부재와 같은 액츄에이팅 요소를 세팅하기 위한 안전 액츄에이팅 기능을 갖는 액츄에이터를 위한 전기 액츄에이팅 드라이브에 관한 것이다. 액츄에이팅라이브는 액츄에이팅 요소를 액츄에이팅 하기 위한 토크를 제공하기 위한 전기 모터를 포함한다. 전기 모터는 토크를 출력하기 위한 모터 샤프트, 전기 모터로부터 액츄에이팅 요소로 토크를 전달하기 위한 출력 샤프트, 모터 샤프트 및 출력 샤프트 사이에서 토크를 전달하는 연결을 제공 및/또는 중단하기 위해 파워 없이 분리시키는 클러치 및/또는 특히 전자기 클러치를 갖는다. 출력 샤프트, 모터 샤프트 및 클러치는 서로 동축상에 배열된다.

Description

전기 액츄에이팅 드라이브, 및 전기 액츄에이팅 드라이브를 갖는 액츄에이터

본 발명은 예를 들어 페트로케미컬 플랜트, 파워 플랜트, 푸드 프로세싱 플랜트, 빌딩, 아파트와 같은 빌딩의 일부 또는 빌딩의 룸을 위한 히팅 플랜트와 같은 히팅 플랜트, 또는 이와 유사한 것과 같은 프로세스 테크니컬 플랜트에서 밸브 부재와 같은 액츄에이팅 요소를 위치시키기 위한 안전 제어 기능을 가진 최종 제어 장치를 위한 전기 액츄에이터에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 전기 액츄에이터 및 프로세스 테크니컬 플랜트의 밸브 요소와 같은 액츄에이팅 요소를 포함하는 안전 제어 기능을 가진 최종 제어 장치에 관한 것이다.

예를 들면, 전기 액츄에이터를 구비한 최종 제어 장치는 DE 195 19 638 A1에서 알려져 있다. 잘 알려진 최종 제어 장치는 밸브를 액츄에이팅하기 위한 안전 제어 기능을 가진 밸브 액츄에이터를 포함한다. 또한, 최종 제어 장치는 플런저 상에서 작동하는 스프링 기계장치 및 전자기 브레이크 또는 커플링을 포함할 수 있고, 이는 최종 제어 장치의 노말 작동 동안 전자기 브레이크 또는 커플링의 작동에 의해 드라이빙 모터에 커플링된다. 파워 페일러(power failure)의 경우에, 공지된 최종 제어 장치의 밸브는 안전 이유로 전기 모터 및 플런저 사이의 전기적 커플링을 해제함에 의해 형성된 일반적으로 닫힌 밸브 위치로 이동하고, 이에 의해 스프링 기계장치는 플런저를 작동시켜 밸브를 형성된(닫힌) 위치로 가져온다. 공지된 최종 제어 장치 및 페일-세이프 작동을 가진 다른 클래스 컴플라이언트(class-compliant) 최종 제어 장치의 경우에, 밸브를 닫힌 위치로 밀어내는 스프링 기계장치의 연속적인 작동에도 불구하고 설정 포인트 위치로 액츄에이팅 요소를 이동시키는데 충분한 최소한의 토크를 제공하도록 전기 모터는 구성되어야 한다. 공지된 최종 제어 장치는 그 자체로 실용적인 응용을 입증하고 큰 유행(popularity)을 나타낸다. 그러나, 작은 공간에서 잘 공지된 액츄에이터의 기능성을 제공하는 요구가 있고, 이 경우 가능한 낮은 액츄에이터의 매입 비용 및 유지 비용을 유지하는 것이 필요하다.

본 발명은 안전 제어 기능을 가진 최종 제어 장치 또는 안전 제어 기능을 가진 최종 제어 장치를 위한 전기 액츄에이팅 요소를 제공하는 문제점에 기초하였고, 이는 종래 기술의 단점들을 극복하며, 특히 요구되는 설비 공간이 감소되며, 바람직하게는 동시에 매입 비용 또는 작동 비용을 유지하거나 감소시킨다.

이러한 문제점은 독립항 제1항에 의해 해결된다.

따라서, 프로세스 테크니컬 플랜트, 페트로케미컬 플랜트와 같은 케미컬 플랜트, 파워 스테이션, 푸드 프로세싱 플랜트, 히팅 플랜트 또는 이와 유사한 것의 밸브 부재와 같은 액츄에이팅 부재를 위치시키기 위한 안전 기능을 가진 최종 제어 요소를 위한 전기 액츄에이터가 제공된다. 전기 액츄에이터는 액츄에이팅 요소를 액츄에이팅 하기 위한 토크를 제공하기 위한 전기 모터를 포함하고, 전기 모터는 토크를 전달하기 위한 모터 샤프트, 전기 모터로부터 액츄에이팅 요소로 토크를 전달하기 위한 드라이브 샤프트, 및 모터 샤프트와 드라이브 샤프트 사이에서 토크 전달 연결을 제공 및/또는 중단시키기 위한 커플링을 갖는다.

바람직하게, 커플링은 전원 없이 디커플링시키는 커플링(currentless decoupling coupling)으로 구현된다. 이는 안전 제어 기능이 파워 페일러(power failure), 전기 신호의 페일러 또는 이와 유사한 경우에 활성화된다면 특히 유리할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 커플링은 전자기 커플링일 수 있다. 전자기 커플링은 예를 들어 두 개의 소프트 마그네틱 케이지 및 코일로 구현될 수 있고, 바람직하게 코일 및 하나의 케이지(cage)는 고정식으로(하우징에 고정된), 특히 전기 모터의 고정식 부분에 대해 회전 가능하게 고정되어 지지되고, 제 2 케이지는 거기에 대해 회전 가능하며, 모터 샤프트 및 드라이브 샤프트 사이에서 토크 전달 연결부로 연결된다. 전류가 전자기 커플링의 코일을 통해 흐를 때, 두 개의 소프트 마그네틱 케이지는 서로에 대해 상호적인 지지 토크를 인가할 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따른 전기 액츄에이터는 정확하게 하나의 전기 모터를 포함한다. 예를 들면, 50Hz 동기 전동기(synchronous motor)는 전기 모터로 사용될 수 있고, 이는 스탠다드 유럽피언 50Hz 파워 그리드의 파워 공급으로 이용하기에 특히 적절하며, 이에 의해 추가적인 변환기가 메인 전류를 모터에 적용시키는데 요구되지 않는다. 대안적으로 DC 모터는 전기 모터로서 이용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 드라이브 샤프트, 모터 샤프트 및 커플링은 서로 동축 상에 배열된다. 놀랍게도, 커플링이 모터 샤프트 및 드라이브 샤프트와 동축 상에 배열되었을 때 본 발명에 다른 전기 액츄에이터 및 다수의 개별적인 구성요소들의 필요한 설치 공간은 종래의 전기 액츄에이터와 비교하여 확연히 줄어들 수 있다. 본 발명의 액츄에이터의 장점은, 본 기술의 수준에 의해 요구되는 커플링의 개별적인 축을 없앰에 의해 종래 보다 적은 숫자의 축 상에 액츄에이터 구성요소를 배열하는 것을 가능하게 한 것이다. 바람직하게, 전기 모터 및/또는 커플링의 (메인) 전류 공급을 받는 부분은 고정식일 수 있고, 특히 최종 제어 장치 또는 전기 액츄에이터의 하우징에 대향하여 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 가능한 전자기 커플링 및 전기 모터의 (메인) 공급을 받는 부분을 와이어링하기 위한 비용이 증가된 투자를 요구하는 것을 피할 수 있다.

본 발명의 바람직한 버젼에 따르면, 전기 액츄에이터는 전기 모터로부터 드라이브 샤프트로 전달하기 위한 유성 기어, 바람직하게 드라이브 샤프트와 동축 상에 배열된 유성 기어와 같은 기어를 포함하고, 모터 샤프트는 전기 모터로부터 기어로 특히 드라이브 토크와 같은 토크를 전달하도록 제공된다. 또한, 다른 기어들도 이용 가능하다. 바람직하게, 기어는 토크 입력 기어 구성요소, 토크 출력 기어 구성요소 및/또는 토크 전달 기어 구성요소 또는 토크 전달 구성요소와 같이 서로 상대적으로 이동하는 다수의 기어 구성요소로 만들어진다. 모터 샤프트는 포지티브 또는 넌-포지티브 록킹, 특히 재료에 의해 토크-프루프(torque-proof) 방식으로 토크 입력 기어 구성요소에 연결될 수 있다. 감속 또는 전달 기어는 출력 토크를 입력 샤프트에 제공하고, 이는 모터로부터 나오는 샤프트에 직접적으로 인가된 입력 토크와는 상이한 것이다. 이러한 관점에서, 기어 박스의 입력부 상의 입력 토크와 모터로부터 떨어진 기어 박스의 출력부 상의 출력 토크 사이의 구분이 이루어질 수 있다. 그러나, 토크라는 용어가 일반적으로 이용된다면, 이러한 용어는 드라이브 토크 및 출력 토크 모두를 포함할 수 있고, 필요하다면 다수의 기어 단이 존재하는 경우에 드라이브 토크 및 출력 토크를 포함할 수 있다. 당업자에게 최종 제어 장치로 공급되는 모든 파워가 거기에 존재하는 드라이브 스피드 및 드라이브 토크의 형태로 전기 모터의 출력에 존재함이 분명할 것이고, 이러한 파워는 어떠한 가능한 오버런(overruns) 또는 리덕션(reductions)에 무관하게 하나 이상의 기어 단에서 초과될 수 없음이 분명할 것이며, 최종 제어 장치를 구동시키기 위해 전기 모터에 의해 공급된 전기 모터의 토크를 형성하는 것이 분명할 것이다.

전기 액츄에이터의 기어는 바람직하게 정확하게 한 개의 기어 단으로 이루어진다. 바람직하게, 전기 액츄에이터의 기어는 특히 정확하게 하나의 감속 기어 단을 가진 감속 기어로 설계된다. 감속 기어는 바람직하게 적어도 2, 3, 5, 7 또는 9의 감속 비율을 갖는다. 감속 기어로 설계된 기어는 높은 입력 속도에서 낮은 입력 토크를 낮은 출력 속도에서 높은 출력 토크로 변환시키기에 특히 적절하다. 기어 유닛은 특히 그 자체로 셀프-록킹(self-locking)이 아닌 것이 특히 바람직하다. 셀프 록킹이 아닌 기어는, 액츄에이팅 요소를 페일-세이프 위치로 이동시키기 위해 기어의 출력부 상에서 스프링 기계장치와 조합되는 것이 특히 적절하다.

본 발명에 따른 전기 액츄에이터의 바람직한 추가적인 개발에 따르면, 바람직한 감속 기어는 유성 기어로 구성된다. 유성 기어는 (기어 구성요소로서) 중앙 동축 썬 기어, 외부 내측으로 톱니를 가진 동축 링 기어, 및 적어도 하나의 유성 기어, 바람직하게 다수의 유성 기어, 특히 홀수의 유성 기어, 예를 들어 3개 또는 5개의 유성 기어를 포함하고, 이는 썬 기어 및 링 기어 사이에 배열되며 링 기어 및 썬 기어와 맞물린다. 유성 기어는 하나 이상의 유성 기어 또는 다수의 유성 기어에 연결된 유성 브릿지를 (추가 기어 구성요소로서) 추가로 포함하고, 유성 기어 또는 기어들은 유성 기어 축, 바람직하게 유성 브릿지의 샤프트 또는 축 바디 주위로 유성 브릿지 상에서 회전 가능하게 지지된다. 특히, 출력 샤프트는 기어의 유성 브릿지로서 적어도 조립형태로(in sections) 구현될 수 있다. 대안적으로, 유성 기어의 유성 브릿지는 토크 전달 방식, 바람직하게는 토크 프루프 방식, 강제 록킹 방식 및/또는 포지티브 록킹 방식으로 출력 샤프트에 직접 연결될 수 있다. 또한, 또는 대안적으로, 모터 샤프트는 회전식으로 고정된 방식으로(in a rotationally fixed manner) 유성 기어의 썬 기어에 연결될 수 있다. 바람직하게 고정된 링 기어를 가진 드리프팅(drifting) 유성 기어 및 구동된 썬 기어를 가진 유성 기어와 같은 기어 박스의 이러한 설계는 비교적 높은 감속 비율에 특히 적절하다.

상기에서 설명된 것과 조합될 수 있는 본 발명의 바람직한 추가적인 개발의 경우에, 기어 박스의 기어 구성요소, 특히 링 기어는, 유성 기어로서 구성될 수 있고, 이는 커플링의 회전식으로 이동 가능한 부분에 대해 회전 가능하게 고정된다. 바람직하게, 전기 액츄에이터의 바람직한 구성에서, 커플링은 전기 모터 및/또는 액츄에이터 하우징에 대해 고정된 커플링 부분을 포함한다. 커플링은 기능적으로 회전식으로 이동 가능한 부분 및 고정식 커플링 부분으로 분할될 수 있고, 회전식으로 이동 가능한 부분은 모터 샤프트 및 드라이브 샤프트 사이에서 토크 전달 연결의 적어도 일부분과 함께 회전 이동하는 것을 수행하고, 고정식 커플링 부분은 바람직하게 고정식 및/또는 하우징 고정된 고정식 커플링 부분이다. 특히 유성 기어로 구현된 상기 설명된 기어와 함께, 이러한 커플링은 다음과 같은 장점을 제공하는데, 기어의 기어 구성요소, 특히 유성 기어의 링 기어는 고정식으로 선택적으로 구현될 수 있고 이에 의해 모터 샤프트와 출력 샤프트 사이에서 파워 전달 연결을 제공하고, 또는 대안적으로 커플링이 개방되었을 때 특히 링 기어와 같은 기어 구성요소는 자유 러닝(free-running)할 수 있으며, 이에 의해 썬 기어 및 링 기어 사이의 유성 기어와 같은 다른 기어 구성요소들이 자유롭게 회전하며, 실제적으로 모터 샤프트 및 출력 샤프트 사이에서 토크가 전달되지 않는다.

본 발명에 따른 액츄에이터의 바람직한 버젼에서, 전기 모터는 적어도 200rpm, 적어도 500rpm, 적어도 1000rpm, 적어도 3000rpm 또는 적어도 6000rpm의 바람직하게 일정한 정격 속도로 설계된다. 전기 모터의 회전 방향은 본 발명에 따른 액츄에이터의 바람직한 버젼에서 뒤집힐 수 있다. 바람직하게, 전기 모터는 50Hz의 메인 서플라이로 작동을 위해 설계된 동기 모터이다. 대안적인 바람직한 설계에서, 전기 모터는 DC 모터일 수 있다.

본 발명에 따른 전기 액츄에이터의 바람직한 버젼에서, 드라이브 샤프트에 바람직하게 동축으로 배열된 원심 브레이크는 비회전식으로 기어 및/또는 커플링에 연결된다. 특히, 원심 브레이크는 기어 유닛의 특히 링 기어와 같은 기어 구성요소에 회전식으로 고정될 수 있다. 안전 제어 기능을 가진 최종 제어 장치의 부분으로서 본 발명에 따른 전기 액츄에이터를 이용할 때, 작동 동안, 즉 액츄에이팅 요소가 전기 모터에 의해 액츄에이팅 되는 때에 어떠한 브레이킹 힘을 바람직하게 생성하지 않는 원심 브레이크를 제공하는 것은 유리하다고 증명되었다. 안전 제어 기능이 최종 제어 장치에 의해 수행될 때, 원심 브레이크는 브레이킹 힘, 바람직하게 출력 샤프트의 가속에 의존한 브레이킹 힘을 제공하도록 구성되는 것이 유리하다고 알려져 있으며, 최종 제어 장치는 가속 한계값 초과에서 브레이킹 기능을 바람직하게 수행하고 이에 의해 초과적인 높은 가속의 결과로 최종 제어 장치에 손상을 주는 것을 방지한다. 바람직하게, 전기 액츄에이터는 원심 브레이크와 함께 작용하는 브레이크 포트를 포함하고, 이는 하우징에 대해 고정되거나 및/또는 전기 모터 또는 커플링의 고정식 부분에 대해 고정된다.

본 발명에 따른 전기 액츄에이터의 바람직한 구성에서, 모터 샤프트는 기어, 특히 기어 입력 구성요소 또는 토크 입력 구성요소, 특히 유성 기어의 썬 기어로부터 전기 모터로, 바람직하게 전기 모터의 고정 부분에서 및/또는 이를 통해, 축방향으로 연장한다. 모터 샤프트는 커플링, 고정 및/또는 회전 부분을 통해 완전히 연장하는 것이 바람직하고, 및/또는 적절하게는 원심 브레이크, 회전 부분 및/또는 브레이크 포트를 통해 연장하는 것이 바람직하다. 이러한 배열에서 모터 샤프트는 커플링을 관통하고, 필요하다면 축방향으로 원심 브레이크를 관통한다. 이러한 바람직한 배열은 액츄에이터의 특히 콤팩트한 설계를 가능하게 한다.

본 발명에 따른 전기 액츄에이터의 바람직한 구성에서, 모터 샤프트는 반경 방향으로 축 방향 조립형태로(in axial sections) 슬리브 또는 중공 샤프트에 의해 둘러싸이며, 바람직하게 완전히 둘러싸인다. 특히, 중공 샤프트는 모터 샤프트에 대해 회전식으로 이동 가능하고 및/또는 모터 샤프트 상에 장착된다. 모터 샤프트 상의 중공 샤프트의 베어링은 플레인(plain) 베어링으로서 바람직하게 구현될 수 있다. 중공 샤프트는 기어 구성요소, 바람직하게 토크 전송 구성요소 또는 토크 전달 구성요소, 특히 링 기어, 원심 브레이크의 회전식으로 이동 가능한 부분 및/또는 커플링의 회전 가능한 부분과 바람직하게 비회전식으로 연결된다. 기어 구성요소, 특히 링 기어, 유성 기어로서 특히 장착된 기어 및 커플링, 적절하게 원심 브레이크 사이에서 토크 전달을 위한 모터 샤프트를 둘러싸는 중공 샤프트의 이용은 회전하는 부분의 베어링, 즉 액츄에이팅 작동 동안 모터 샤프트의 베어링의 안정성을 향상시키고, 안전 액츄에이팅 기능이 트리거된다면, 커플링, 적절하게 원심 브레이크가 그 위에 위치한 중공형 샤프트의 회전식 이동을 향상시킨다.

이전의 내용과 조합될 수 있는 본 발명의 전기 액츄에이터의 바람직한 구성에서, 모터 샤프트는 전기 모터의 스테이터 및/또는 로터를 적어도 부분적으로 통해 연장하고, 모터 샤프트는 전기 모터의 양 측부 상에서 축방향으로 회전 가능하게 장착되는 것이 바람직하다. 바람직하게 하나의 롤러 베어링, 특히 하나의 볼 베어링은 축방향으로 모터 샤프트의 회전 가능한 베어링을 위한 전기 모터의 각각의 측부 상에 제공된다. 전기 모터로부터 액츄에이터로 토크를 전달하기 위한 모터 샤프트와 같은 특히 긴 특별한 샤프트의 이용은, 추가적인 구성요소, 특히 클러치가 전기 모터 및 액츄에이터 또는 액츄에이터의 상류에 연결된 기어 유닛, 예를 들어 유성 기어 유닛과 같은 감속 기어 유닛 사이에서 공간 절감 방식으로 배열되도록 한다. 바람직한 전기 액츄에이터 디자인에서, 모터 샤프트의 적어도 25%, 적어도 33%, 적어도 40% 또는 적어도 50%가 모터의 외부로 축방향으로 연장한다. 이전의 내용과 조합될 수 있는 본 발명의 전기 액츄에이터의 바람직한 버젼에서, 축방향으로 모터 샤프트의 연장은 전기 모터의 축방향 연장보다 적어도 25%, 적어도 33%, 적어도 40% 또는 적어도 50% 더 크다. 놀랍게도, 이러한 추가적인 긴 특별?h 샤프트를 이용할 때, 샤프트의 안정성 및 회전 이동 측면에서, 전기 모터의 하우징에 연결된 고정 부분을 바람직하게 가질 수 있는 베어링을 제공하는 것이 유리하다고 밝혀졌다. 예를 들어 분당 수백 내지 천 이상의 공전(revolution)을 하는 바람직한 동기 모터 또는 DC 모터에 의해 얻어질 수 있는 매우 빠른 속도 때문에, 볼 베어링과 같은 롤링 베어링은 특히 베어링에 적절하다.

또한, 본 발명은 위에서 설명한 전기 액츄에이터뿐만 아니라, 예를 들어 페트로케미컬 플랜트와 같은 케미컬 플랜트, 푸드 프로세싱 플랜트, 파워 플랜트, 플로어 히팅 또는 중심 히팅 또는 이와 유사한 것과 같은 히팅 플랜트와 같은 테크니컬 플랜트의 프로세스 유체 유동을 조절하기 위한 밸브 부재와 같은 액츄에이팅 요소를 포함하는 안전 제어 기능을 가진 최종 제어 장치에 관한 것이다. 특히, 최종 제어 장치는 밸브 부재의 선형 구동을 위한 출력 샤프트에 의해 구동되는 편심기(eccentric)를 가질 수 있다. 대안적으로, 최종 제어 장치는 밸브 부재의 선형 구동을 위한 나사산을 가진 스핀들과 같은 출력 샤프트에 의해 구동될 수 있는 스핀들 드라이브를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 최종 제어 장치의 바람직한 구성은, 특히 커플링 및/또는 전기 모터가 비활성화되었을 때, 액츄에이팅 요소를 안전 위치로 이동시키기 위한 특히 회전식 스프링 기계장치와 같은 스프링 기계장치를 포함하고, 스프링 기계장치는 출력 샤프트 및/또는 모터 샤프트와 동축 상에 배열되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 스프링 기계장치는 상기 설명된 기어에 대해 양 측부 상에 배열될 수 있다.

본 발명에 따른 최종 제어 장치의 바람직한 구성은 두 개의 하우징 절반을 포함한 최종 제어 장치 하우징을 갖는다. 특히, 바디의 제 1 절반은 본 발명에 따른 완전한 전기 액츄에이터를 바람직하게 포함할 수 있다. 바람직하게, 최종 제어 장치의 모든 파워 연결부는 하우징 쉘의 제 1 절반에 제공될 수 있다. 바람직하게, 출력 샤프트 및 필요하다면 특히 모터 샤프트에 동축인 스프링 기계장치는 하우징 쉘의 제 2 절반에 수용된다. 이러한 구성에서, 최종 제어 장치는 드라이브 축을 형성하는 모터 샤프트 및 출력 편심기의 회전 축을 형성하는 베어링 샤프트를 포함하고, 출력 편심기의 회전축은 드라이브 축과 동축 상에 위치한다. 이러한 구성은 특히 컴팩트한 액츄에이터를 구현하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 최종 제어 장치의 대안적인 구성에 따르면, 액츄에이터 및 출력 편심기에는 평행하게 배열된 편심축 및 드라이브 축의 회전 축이 제공될 수 있고, 이는 특히 동일한 하우징 쉘에 수용되며, 바람직하게 한편으로는 본 발명에 따른 액츄에이터를 수용하기 위한 분리된 챔버와 함께 다른 한편으로는 출력 편심기와 함께 수용된다. 최종 제어 장치의 제 2 대안적 구성에서, 편심기의 회전축을 결정하는 베어링 축은 최종 제어 장치 하우징 상에서 편심기의 양 측부 상에서 지지될 수 있고, 이에 의해 특히 안정한 편심 베어링이 얻어질 수 있으며, 이는 최종 제어 드라이브의 출력 샤프트로의 편심 불균형의 전달을 방지한다. 본 발명에 따른 최종 제어 장치의 대안적인 구성에서, 스퍼 기어와 같은 적어도 하나의 토크 전달 구성요소가 출력 편심기 및 액츄에이터의 출력 샤프트 사이에 제공될 수 있다. 바람직하게, 이러한 스퍼 기어는 두 개의 단의 감속 스퍼 기어로 구성된다.

본 발명에 따른 최종 제어 장치의 바람직한 구성에서, 추가적인 기어, 특히 유성 기어 및/또는 감속 기어, 바람직하게 다중-단 유성 기어, 특히 구동된 썬 기어 또는 썬 기어 및/또는 구동된 유성 기어 브릿지 또는 브릿지와 함께, 출력 편심기의 상류에 제공될 수 있다. 최종 제어 장치의 제 2 대안에 따라 구현된다면, 추가적인 기어는 하우징의 편심 챔버에 위치하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 추가 기어는 유성 기어, 특히 다중 단, 바람직하게 두 개의 단의 유성 기어이다. 특히, 액츄에이터의 기어 유닛에 부가한 추가적인 기어 유닛과 같은 다수의 기어 유닛은 액츄에이터에서 감속을 위해 이용될 수 있고, 이에 의해 예를 들어 적어도 100, 적어도 500, 적어도 1000, 적어도 2000 또는 적어도 5000, 바람직하게는 500 내지 3000, 특히 1000 내지 2000의 높은 전체 감속 비율이 얻어질 수 있다.

본 발명의 추가적인 장점, 특징들은 첨부된 도면에 따른 본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 설명에 의해 도시된다.

도 1a은 전기 액츄에이터의 예시적 실시예의 단면도를 도시한다.
도 1b는 도 1에 따른 액츄에이터의 분해도를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 본 발명에 따른 액츄에이터를 가진 본 발명에 따른 최종 제어 장치의 제 1 실시예를 도시한다.
도 3은 도 1에 따른 본 발명에 따른 액츄에이터를 가진 본 발명에 따른 제 2 , 대안적인 최종 제어 장치의 단면도를 도시한다.

도 1a 및 도 1b에서 도시된 본 발명에 따른 액츄에이터(1)의 바람직한 구성은 모터 샤프트(21)를 구비한 전기 모터(5), 출력 샤프트(3), 및 활성화되었을 때 모터 샤프트(21)로부터 출력 샤프트(3)로 토크 전달 연결을 제공하는 전자기 커플링(11)을 주요 구성요소로 포함한다. 모터 샤프트(21) 및 출력 샤프트(3)는 서로 동축 상에 배열된다. 이러한 회전의 개별적인 또는 공통 축은 모터 축(A)을 형성한다.

볼 베어링(23, 25)은 전기 모터(5)의 고정 부분에 대해 모터 샤프트(21)의 회전 가능하게 이동 가능한 장착을 위해 모터 축(A)의 방향으로 전기 모터(5)의 하우징의 양 측부 상에 장착된다. 모터 샤프트(21)는 전기 모터(5)의 고정 부분을 완전히 통해 기어까지 축 방향(A)으로 연장된다. 도 1a에서 도시된 본 발명에 따른 (1)의 바람직한 구성에서, 기어는 유성 기어(7)로 구현되고, 이는 기어 구성요소로서 썬 기어(71), 3개의 유성 기어(76), 링 기어(75) 및 유성 기어 브릿지(73)를 포함한다. 유성 기어(7)의 썬 기어(71)는 모터 샤프트(21)에 대해 회전 가능하게 고정되고, 기어 입력 구성요소로서 작용한다. 모터 샤프트(21)로 모터(5)에 의해 인가된 드라이브 토크는 썬 기어(71)를 통해 유성 기어(7)로 전달되고, 이에 의해 유성 기어(7)를 통해 출력 샤프트(3)로 전달되며, 이로부터 도 1a에서 도시되지 않은 액츄에이팅 요소의 회전으로 추가적으로 전달된다.

액츄에이터(1)의 전자기 커플링(11)이 활성화되었을 때, 유성 기어(7)이 링 기어(75)는 그대로 유지된다. 유성 기어(7)의 링 기어(75)는 중공 샤프트(27)를 통해 전자기 커플링(11)의 회전 부분(12)에 연결된다. 전자기 커플링(11)의 활성화된 상태에서, 전자석(10)은 전자기 커플링(11)의 이동 부분(12)과 고정 부분(15) 사이에서 유지력(holding force)을 생성한다. 전자기 커플링(11)의 고정 부분(15) 및 이동 부분(12)은 소프트 마그네틱 발톱(claw)으로 구현된다. 고정 부분(15)으로도 알려진 고정 부분은 액츄에이터의 하우징(35) 및 전기 모터(5)의 고정 부분에 비회전식으로 연결된다. 아래에서 도시된 것처럼, 액츄에이터 하우징(35)은 예를 들어 플랜지가 장착되도록 최종 제어 장치 하우징(135, 135')에 회전 가능하게 고정되도록 설계된다. 액츄에이터 하우징(35)은 또한 장착 섹션 또는 액츄에이터 플랜지로서 일컬어질 수 있다. 전자석(10)은 전자기 커플링(11)의 고정 부분(15)의 일부분이다. 커플링(11) 및 전기 모터(5)의 전자석(10)은 회전 이동을 필요로 하지 않는 고정 파워 라인에 의해 파워를 공급받을 수 있다.

중공 샤프트(27)는 반경 방향으로 모터 샤프트(21)를 완전히 둘러싼다. 중공 샤프트(27) 및 모터 샤프트(21) 사이에는 슬라이딩 장착(sliding fit)이 제공될 수 있다. 전자기 클러치(11)의 회전 부분(12) 및 링 기어(75) 사이에서 축 방향(A)으로 중공 샤프트(27) 상에 원심 브레이크(13)가 제공된다. 원심 브레이크(13)는 중공 샤프트(27)에 연결되고, 이에 의해 이는 회전할 수 없다. 원심 브레이크(13)를 둘러싸는 모터 축(A)의 축방향에 대해 방사상으로, 브레이크 포트(17)가 액츄에이터 하우징(35)에 제공되고, 이를 이용해 원심 브레이크(13)는 마찰 접촉을 일으켜 브레이킹 힘을 생성할 수 있다. 원심 브레이크(13)는 서로 회전 방향으로 대칭적으로 두 개의 브레이크 아암(arms)을 포함하고, 그 반경 방향의 외부 섹션에서 예를 들어 보어(bores)와 같은 리세스(recess)가 특히 납과 같은 금속으로 예를 들어 만들어진 예를 들어 실린더 핀과 같은 무게를 수용하도록 제공된다. 브레이크 포트(17)는 바람직하게 액츄에이터 하우징(35)에 프레스되고, 특히 장착 섹션(35)에 대해 회전식으로 고정되도록 지지될 수 있다. 예를 들어, 스플라인(spline) 샤프트 연결, 비원형 연결, 프레스 연결, 이빨 형태의 샤프트 연결 또는 이와 유사한 것은 중공 샤프트(27)와 그 외부에 방사상으로 배열된 구성요소들, 예를 들어 회전식으로 이동 가능한 커플링 부분(12), 원심 브레이크(13) 및/또는 링 기어(75)와의 회전식으로 고정된 연결을 위해 제공될 수 있다.

도 1a 및 도 1b에서 도시된 액츄에이터(1)의 유성 기어(7)의 링 기어(75)가 하우징 및 전기 모터(5)에 대해 전류 제어된 클러치(11)에 의해 고정적으로 지지되기 때문에 고정되어 있을 때, 유성 기어(76)는 썬 기어(71)의 이동에 의해 구동된 링 기어(75)에서 구를 수 있다(roll). 링 기어(75) 및 유성 기어(76)는 토크 전달 기어 구성요소로서 작용한다. 또한, 유성 기어(76)의 구름 움직임(rolling motion)은 유성 기어(76)를 회전 가능하게 지지하는 유성 기어 브릿지(73)를 이동시킨다. 도 1b에서 도시된 유성 기어 브릿지(73)는 두 개의 부분으로 만들어지고, 결합되었을 때 유성 기어(76)를 지지하기 위한 케이지 구조(cage structure)를 형성한다. 유성 기어 브릿지(73)의 두 개의 절반부는 스냅-인(snap-in) 또는 스냅-인 연결에 의해 단단하게 연결될 수 있다. 유성 기어 브릿지(73)는 유성 기어(76)를 수용하기 위한 핀을 갖는다. 출력 샤프트(3)는 유성 기어 캐리어(73)와 함께 하나의 부품으로 설계되고, 외부 상에 기어 형상(gear profile)을 갖는다. 출력 샤프트(3)는 기어휠 외부 형상을 통해 유성 기어(7)의 출력 토크를 전달할 수 있다. 유성 기어 캐리어(73)는 기어 출력 구성요소 또는 토크 출력 구성요소로 작동한다.

도시된 바람직한 실시예에서 전자기 커플링(11)을 비활성화시킴에 의해 얻어질 수 있는, 액츄에이터(1)의 커플링(11)이 개방되었을 때, 커플링(11)의 회전 부분(12)은 전자기 커플링(11)의 고정 부분(15)과 독립적으로 이동할 수 있다. 이후 전자기 커플링(11)은 회전 클러치 부분(12)에 어떠한 지지력 또는 브레이킹 힘을 인가하지 아니한다. 또한, 이는 링 기어(75)를 고정식으로 지지하는 지지력을 제거한다. 링 기어(75)가 커플링(11)에 의해 고정적으로 지지되지 않는다면, 링 기어(75)는 자유롭게 회전할 수 있다. 링 기어(75)가 자유롭게 회전 가능할 때, 유성 기어(76)는 링 기어(75)에서 구르지 못한다. 커플링(11)을 분리시킴에 의해, 출력 샤프트(3)의 회전 움직임은 유성 기어 브릿지(73) 및 유성 기어(76)를 통해 링 기어(75)에 직접 전달될 수 있다. 커플링(11)이 디커플링되었을 때, 링 기어(75)는 출력 샤프트(3)와 함께 회전한다.

링 기어(75)가 고정되어 있지 않다면, 토크가 없거나 혹은 매우 작은 토크만이 유성 기어(76)를 통해 썬 기어(71)로부터 유성 기어 브릿지(73)로 전달된다. 링 기어(75)가 자유롭게 작동한다면, 유성 기어(76)는 링 기어(75) 내에서 자유롭게 작동할 수 있고, 이에 의해 썬 기어(71)의 이동은 유성 기어 브릿지(73)에 움직임을 일으키지 않거나 또는 매우 작은 회전 이동을 일으킨다.

예를 들어 액츄에이터 리턴 스프링에 의해, 모터로부터 떨어진 기어의 측부 상의 출력 샤프트(3)로 토크가 인가된다면, 이러한 토크는 커플링(11)이 디커플링되었을 때, 전기 모터(5)의 입력 토크에 의해 출력 샤프트(3)로 방해받지 아니하고 인가될 수 있다. 여기서 도시된 전자기 커플링(11) 대신에 다양한 형태의 클러치가 모터 샤프트(21) 및 출력 샤프트(3) 사이에 토크 전달 연결을 제공하거나 및/또는 중단하는데 이용될 수 있으며, 예를 들어 마찰 클러치, 발톱 클러치(claw clutch) 또는 이와 유사한 것이 있다.

전기가 인가되지 않은 경우에도 전기 모터(5)로부터의 낮은 토크가 모터 샤프트(21) 상에 작동할 수 있도록 액츄에이터(1)의 전기 모터(5)는 바람직하게 치수화될 수 있다. 이러한 최소 토크는 영구 자석을 통해 예를 들어 동기 모터(synchronous motor) 또는 DC 모터로 구성된 전기 모터에 의해 제공될 수 있다. 비활성화 상태에서도 커플링이 닫혀 있다면, 기어를 통한 속도 및 높은 전달률에 의한 모터의 최소 토크는 스프링 기계장치(spring mechanism)에 의한 출력 샤프트(3)의 구동에 대해 액츄에이터(1)의 자체 록킹을 일으키는데 충분할 수 있다. 이러한 필수 안전 자체 록킹은 토크 전달 연결을 중단하기 위해 커플링을 해제함에 의해 피해진다.

커플링(11)이 개방된 상태에서 드라이브로부터 떨어진 측부로부터의 토크에 의해 출력 샤프트(3)로 토크가 인가된다면, 이는 드라이브로부터 떨어진 토크의 회전 방향으로 출력 샤프트(3)를 가속한다. 또한, 출력 샤프트(3)는 회전식으로 고정된 방식으로 원심 브레이크(13)에 연결된 회전하는 링 기어(75)를 회전시킨다. 원심 브레이크(13)는 가속 의존적인 브레이킹 효과를 제공하도록 설계된다. 원심 브레이크(13)의 가속이 더 높을수록, 원심 브레이크(13)의 원심적으로 인가된 브레이크 아암은 추가적으로 외부로 방사상으로 이동하며, 이는 원심 브레이크(13)의 브레이킹 효과를 발전시키기 위해 설계 가능한 가속 한계 값에서 브레이크 드럼(17)과의 마찰 접촉 또는 슬라이딩 접촉을 이룰 때까지 계속된다. 이러한 방식으로, 원심 브레이크(13)는 높은 가속에 의한 위험한 돌발적인 이동을 방지한다.

도 2 및 도 3에서 도시된 본 발명에 따른 상이한 액츄에이터(101, 102)는 각각 상기에서 설명된 것과 같은 액츄에이터(1)를 포함한다. 읽기 쉽고 반복을 피하기 위해, 동일하거나 또는 유사한 구성요소에 대해 이하에서 동일하거나 유사한 참조 사인이 이용된다.

도 2에 따른 최종 제어 장치(final controlling device; 101)는 액츄에이터(1)를 메인 구성요소로 포함하고, 액츄에이터(1)는 전기 모터(5), 모터 샤프트(21), 출력 샤프트(3) 및 모터 샤프트(21)와 입력 샤프트(3) 사이에서 토크 전달 연결을 제공 및/또는 중단하기 위한 커플링(11)을 갖는다.

추가적인 메인 구성요소로서, 도 2에서 도시된 것과 같은 최종 제어 장치(101)는 도 2에서 제어 밸브(113)로 개략적으로 도시된 액츄에이팅 요소를 포함한다. 최종 제어 장치(101)의 제어 밸브(113)는 병진 이동(translational movement)을 수행하도록 설계된다. 최종 제어 장치(101)의 제어 밸브(113)는 최종 제어 장치(101)의 플런저(111)에 의해 구동되고, 이는 편심기(eccentric; 103)를 통해 전기 모터의 토크가 공급된다. 편심기(103)는 편심 베어링축(121) 주위로 회전 가능할 수 있도록 장착된다. 편심기(103)는 180˚미만, 바람직하게는 135˚미만, 특히 90˚의 최대 회전 이동 진폭을 실행하도록 설계된다. 편심기(103)의 회전 이동은 플런저(111)를 통해 병진 액츄에이팅 요소 이동으로 바뀐다.

회전 스프링 기계장치(105)는 편심기(103)에 영구적으로 연결된다. 스프링 기계장치(105)는 편심기(103)를 이동시키도록 설계되고, 이에 의해 제어 밸브(113)는 예정된 페일-세이프(fail-safe) 위치로 이동한다. 페일-세이프 위치는 예를 들어 완전히 개방된 밸브 위치 또는 완전히 닫힌 밸브 위치일 수 있다. 스프링 기계장치(105)는 토션 스프링(torsion spring)을 포함하고, 이러한 스프링은 한편으로는 편심기 하우징(139)에 의해 지지되고 다른 한편으로는 편심기(103)에 단단하게 연결된다. 스프링 기계장치(105)는 예정된 안전 위치에서 초과하는 예정된 안전 스프링 힘을 유지하도록 구성될 수 있고, 이에 의해 특히 안전 닫힘 위치에서 충분한 닫힘력이 보장된다.

편심기(103)는 편심 하우징(139)에 완전히 하우징된다. 편심 베어링축(121)은 편심 하우징(139)에 의해 완전히 그리고 축방향으로 둘러싸인다. 스프링 기계장치(105)는 주변 방향으로 그리고 축방향 스프링 높이를 따라 편심 하우징(139)에 의해 완전히 둘러싸인다.

액츄에이터(1)는 액츄에이터 하우징(135)에 의해 둘러싸인다. 모터 샤프트(21)에 의해 형성된 드라이브 축(A)은, 도 2에 따른 바람직한 구성에서 편심 베어링 축(121)에 의해 형성된 편심 축(E) 및 편심 베어링 축(121)과 동축 상에 배열된다. 편심기(103)의 회전축(E)은 모터축(A)과 동축 상에 배열된다. 드라이브 하우징(135) 및 편심 하우징(139)은 서로 동축으로 배향되고 그 단면 상에서 서로 고정되어 있으며, 예를 들어 서로 스크류로 고정되어 있다. 액츄에이터(1)의 출력 샤프트(3)는 유성 기어(7)의 유성 기어 브릿지(73)로 하나의 부품으로(in one piece) 연결된 기어와 같은 연장부이고, 액츄에이터 하우징(135)으로부터 축방향(A)으로 돌출될 수 있다.

액츄에이터(1)의 출력 샤프트(3)는 토크를 전달하기 위해 편심기(103)에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 도 2에서 도시된 최종 제어 장치(101)의 바람직한 버젼에서, 토크는 두 개의 단을 갖는 유성 기어(two-stage planetary gear)로 구현된 추가적인 기어(107)를 통해 간접적으로 출력 샤프트(3)로부터 편심기(103)로 전달된다. 추가 기어 유닛(107)은 유성 기어가 돌아가는 편심 하우징(139)-고정된 링 기어를 구비한다. 출력 샤프트(3)는 제 2 기어 단(107)의 제 1 기어 단의 썬 기어로서 작용한다. 편심 베어링 축(121)은 편심기(103) 및 제 2 기어 단(107)을 지지하기 위해 편심 하우징(139)으로부터 출력 샤프트(3)로 연장된다. 편심 베어링 축(121) 상에서, 중앙 유성 브릿지 및 썬 기어는 서로 하나의 부품으로 형성되고, 이는 서로 다른 기어 유닛(107)의 두 개의 유성 기어 단과 연결되며, 또한 회전 가능하게 장착된다.

편심기(103)는 추가적인 기어(107)의 제 2 유성 기어의 회전 가능한 베어링을 위한 핀을 갖는다. 추가적인 기어(107)는 추가적인 감속(reduction)을 갖는다. 전기 모터(5)의 입력 토크는 출력 샤프트(3)에서 출력 토크로 액츄에이터(1)의 유성 기어(7)에 의해 변환된다.

최종 제어 장치의 출력 토크는 추가적인 기어(107) 상에서 입력 토크로 작용하고, 편심기(103)에 인가된 출력 토크로 추가적인 기어(107)에 의해 변환되며, 편심기(103)는 플런저(111)를 액츄에이트하고, 따라서 밸브 부재(113)를 구동시킨다. 위에서 설명한 것처럼, 커플링(11)이 닫힐 때만, 토크는 액츄에이터(1)의 전기 모터(5)로부터 최종 제어 장치(101)의 편심기(103)로 전달된다. 여기서 설명된 바람직한 구성에서, 예를 들어 전자기 커플링(11)이 비활성화되어 고정 클러치 부분(15) 및 회전 클러치 부분(12) 사이의 전자기 지지력이 제거되도록 커플링(11)이 개방되면, 회전 클러치 부분(12)에 연결된 액츄에이터(1)의 유성 기어(7)의 링 기어(75)는 더 이상 고정되어 있지 않게 되고, 따라서 본질적으로 자유롭게 회전할 수 있다. 전기 모터(5)로부터의 토크는 이후 썬 기어(71)로부터 유성 기어 브릿지(73)로 실제적으로 더 이상 전달되지 않는다.

커플링(11)이 비활성화되고 개방되었을 때, 스프링 기계장치(105)는 편심기(103) 상에 토크를 계속적으로 인가한다. 이러한 스프링-로드된(spring-loaded) 토크는 제어 밸브(113)가 상기에서 설명한 것과 같은 예정된 페일-세이프 위치로 이동하는 것을 가능하게 한다. 편심기(103)의 회전축(E) 주위로 편심기(103)의 회전 이동은 편심기(103)의 핀의 이동을 초래하고, 이는 추가적인 기어(107)의 중공 기어를 지지한다. 편심기 이동(103)의 결과로, 추가적인 기어(107)의 이동이 일어나고, 이는 출력 샤프트(3)로 전달된다. 출력 샤프트(3)는 위에서 설명한 것처럼, 유성 기어(7)의 유성 기어 브릿지(73)의 기어-같은 연장부로 구성되고, 커플링(11)이 개방되었을 때 이의 회전 이동은 실제적으로 완전히 링 기어(75) 이동으로 변환되고, 원심 브레이크(13)의 브레이킹 효과는 가속 임계치(acceleration threshold value)를 넘은 충분히 높은 가속에서 트리거된다(triggered). 원심 브레이크(13)의 브레이킹 토크는 유성 기어(7)를 통해 원심기(103)로 되돌아 전달되고, 이는 추가적인 기어(107)의 유성 기어 단들에 의해 변경되며, 회전 움직임 및 결과적으로 밸브 부재의 선형 움직임을 브레이크한다. 이는 밸브 부재(113)가 일정하지 않은 방식으로(in a jerky manner) 예정된 안전 위치(일반적으로 닫힌 위치)로 이동하는 것을 방지하고, 이에 의해 밸브 부재(113)로의 손상이 막아진다.

도 3은 본 발명에 기초한 최종 제어 장치(102)의 다른 대안적인 바람직한 구성을 도시한다. 상기 설명된 최종 제어 장치(101) 및 최종 제어 장치(102) 사이의 주요한 차이점은 액츄에이터(1)의 드라이브 축(A)이 편심 회전축(E)과 평행하게 배열된다는 점이다. 드라이브 축(A) 및 편심 회전축(E) 사이의 반경 거리를 브릿지하기 위해, 스퍼 기어(spur gear; 109)가 최종 제어 장치(102)의 하우징(137) 상에 장착되고, 이에 의해 출력 샤프트(3) 및 편심 회전축(E) 사이에서 토크를 전달한다. 스퍼 기어(109)는 최종 제어 장치(102)의 하우징(137) 상에 장착된다. 드라이브 축(A) 및 편심 회전축(E) 사이의 거리를 브릿지하기 위한 단차를 갖는(stepped) 스퍼 기어(109)에 부가하여, 편심기(103)의 제 2, 추가적인 기어(107')는, 하우징에 고정된 편심 베어링 축(121') 주위로 회전 가능하도록 편심 회전축(E)에 동축 방향으로 장착된 제 2 단차를 갖는 스퍼 기어(119)를 포함한다. 상기 설명된 최종 제어 장치(101)의 추가 기어(107)와 유사한 제 2 기어(107')는 두 개의 단을 가진 감속 유성 기어를 포함하고, 그 입력 단은 단차를 갖는 제 2 스퍼 기어(119)를 형성한다.

최종 제어 장치(102)의 하우징은 본질적으로 두 개의 하우징 절반부(135' 및 137)로 나뉜다. 모터 샤프트(21) 및 편심 베어링축(121')의 축방향 확장과 비교하여, 137 하우징의 제 1 절반의 축방향 확장은 135' 하우징의 제 2 절반의 축방향 확장보다 훨씬 작다. 또한, 137 하우징의 제 1 절반은 또한 하우징 커버로 일컬어질 수 있다. 이하에서, 135' 하우징의 제 2 절반은 하우징 쉘로 일컬어진다. 하우징 쉘(135')은 서로 평행하게 배열된 두 개의 챔버를 포함하고, 이에 의해 전기 모터(5), 커플링(11), 선택적 원심 브레이크(13) 및 선택적 기어(7)를 구비한 액츄에이터(1)는 하나의 챔버에 배열된다. 추가 기어(107)의 유성 기어 단, 스프링 기계장치(105), 편심기(103) 및 선택적 제 2 스퍼 기어(119)는 135' 하우징 쉘의 제 2 챔버에 수용된다. 편심 베어링 샤프트(121)는 다른 기어 유닛(107')의 유성 기어 단을 통해 그리고 편심기(103)를 통해 축(E) 방향으로 연장한다. 베어링 축(121')은 하우징 절반들(135', 137)에서 두 개의 대향 단부에서 고정된다.

원심 브레이크(13), 커플링(11) 및 플런저(111)의 스프링 기계장치를 고려한, 편심기(103)의 기능은 도 3에서 도시된 것과 같은 최종 제어 장치(102)의 경우에, 도 2에서 도시된 최종 제어 장치(101)와 관련하여 위에서 설명한 기능에 본질적으로 대응된다. 다른 기어 유닛(107, 107')의 두 개의 단을 갖는 유성 기어는 또한 두 개 모두의 버젼에서 동일한 방식으로 본질적으로 작동한다.

두 개의 최종 제어 장치(101, 102) 모두에서, 커플링(11) 및 전기 모터(5)는 고정 섹션(35)을 통해 회전 가능하게 고정된 방식으로 서로 연결된다. 이러한 장착 섹션(35)은 또한 하우징(135 또는 135')의 하나의 절반에서 액츄에이터(1)를 고정시키는데 이용될 수 있다. 이를 위해, 장착 섹션(35)은 예를 들어 최종 제어 장치(101 또는 102)의 하우징 절반(135, 135')에 장착시키기 위한 플랜지로서 구성될 수 있다.

상기 설명, 도면 및 청구항에서 나타난 특징들은 다양한 형태로 본 발명의 구현에서 개별적으로 또는 조합되어 관련될 수 있다.

1 actuator 액츄에이터
3 output shaft 출력 샤프트
5 electric motor 전기 모터
7 planetary gear 유성 기어
10 electromagnet 전자석
11 electromagnetic clutch 전자기 클러치
12 rotatable coupling part 회전가능한(회전형) 커플링 부분
13 centrifugal brake 원심 브레이크
15 stationary coupling part 고정형 커플링 부분
17 brake pot 브레이크 포트
21 motor shaft 모터 샤프트
23, 25 ball bearing 볼 베어링
27 hollow shaft 중공 샤프트
35 actuator housing 액츄에이터 하우징
71 sun gear 썬 기어
73 planet gear bridge 유성 기어 브릿지
75 ring gear 링 기어
76 planet gear 유성 기어
101, 102 final controlling device 최종 제어 장치
103 eccentric 편심기
105 spring mechanism 스프링 기계장치
107, 107‘ further gear 추가 기어
109, 119 spur gear 스퍼 기어
111 plunger 플런저
113 control valve 제어 밸브
121, 121‘ eccentric bearing axis 편심 베어링 축
135, 135‘ drive housing 드라이브 하우징
137 housing cover 하우징 커버
139 eccentric housing 편심 하우징
A motor rotation axis 모터 회전축
E eccentric rotation axis 편심 회전축

Claims (11)

1. 프로세스 테크니컬 플랜트(process-technical plant)의 밸브 요소를 포함하는 액츄에이팅 요소(actuating element)를 위치시키기 위한 안전 제어 기능을 구비한 최종 제어 장치를 위한 전기 액츄에이터(1)로서,
   상기 액츄에이팅 요소를 액츄에이팅하기 위한 토크를 제공하기 위한 전기 모터(5)를 포함하고,
   상기 전기 모터(5)는 토크를 출력하기 위한 모터 샤프트(21), 상기 전기 모터(5)로부터 상기 액츄에이팅 요소로 토크를 전달하기 위한 출력 샤프트(3), 및 상기 모터 샤프트(21) 및 상기 출력 샤프트(3) 사이에서 토크 전달 연결을 제공 및/또는 중단하기 위한 커플링(coupling; 11)을 가지며,
   상기 출력 샤프트(3), 상기 모터 샤프트(21) 및 상기 커플링(11)은 서로 동축 상에 배열되고,
   상기 전기 액츄에이터는,
   상기 전기 모터(5)로부터 상기 출력 샤프트(3)로 토크를 전달하기 위한 유성 기어(planetary gear; 7)를 추가로 포함하고, 상기 유성 기어는 상기 출력 샤프트(3)와 동축 상에 배열되며,
   상기 모터 샤프트(21)는 상기 전기 모터(5)로부터 상기 기어로 드라이브 토크를 포함한 토크를 제공하고,
   상기 유성 기어(7)로 구성된 링 기어(75)는 상기 커플링(11)의 회전 가능하게 이동 가능한 부품(12)에 대해 회전 가능하게 고정되는,
   전기 액츄에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기어는 정확히 하나의 기어 단(gear stage)을 가지며, 상기 기어 단은 감속 기어 단으로 구성되는,
   전기 액츄에이터.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 감속 기어 단은 유성 기어(7)로 구성되고,
   상기 출력 샤프트(3)는 상기 기어의 유성 브릿지(planetary bridge; 73)와 적어도 조립형태로(in sections) 구현되거나 또는 유성 브릿지(73)는 토크 프루프(torque-proof), 강제 록킹(force-locking) 및/또는 포지티브 록킹(positive locking) 방식으로 상기 출력 샤프트(3)와 직접 연결되며,
   상기 모터 샤프트(21)는 상기 기어의 썬 기어(sun gear; 71)와 토크 프루프 방식으로 연결되는,
   전기 액츄에이터.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기 모터(5)는 적어도 200rpm, 적어도 500rpm, 적어도 1000rpm, 적어도 3000rpm 또는 적어도 6000rpm의 일정한 정격 속도로 구성되고, 및/또는 상기 전기 모터(5)의 회전 방향은 반전될 수 있는,
   전기 액츄에이터.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력 샤프트(3)에 동축 상에 배열된 원심 브레이크(13)는 상기 기어 및/또는 상기 커플링(11)에 비회전식으로 연결되고, 상기 원심 브레이크(13)는 상기 기어의 상기 링 기어(75)에 비회전식으로 연결되는,
   전기 액츄에이터.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 모터 샤프트(21)는 상기 커플링(11)을 통해, 선택적으로 상기 원심 브레이크(13)를 통해, 및/또는 상기 링 기어(75)를 통해 전달부로부터 상기 전기 모터(5)로 그 축 방향(A)으로 연장되어 있는,
   전기 액츄에이터.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터 샤프트(21)는 중공형 샤프트(27)에 의해 반경 방향으로 축방향으로 둘러싸여 있고, 상기 중공형 샤프트는 슬라이딩 베어링과 함께 상기 모터 샤프트(21) 상에 장착되거나 및/또는 상기 모터 샤프트(21)에 대해 회전 가능하게 이동 가능하며,
   상기 중공형 샤프트(27)는 링 기어(75), 선택적으로 원심 브레이크(13) 및/또는 상기 커플링(11)의 회전 가능하게 이동 가능한 부분(12)에 비회전식으로 연결되는,
   전기 액츄에이터.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터 샤프트(21)는 상기 전기 모터(5)의 로터 및/또는 스테이터를 통해 연장되고, 모터 샤프트(21)는 볼 베어링(23, 25)으로 상기 전기 모터(5)의 두 측면부 모두 상에 축방향으로 회전 가능하게 장착되는,
   전기 액츄에이터.
   
9. 안전 제어 기능을 구비한 최종 제어 장치(101, 102)로서,
   프로세스 테크니컬 플랜트의 프로세스 유체 유동을 조정하기 위한 제어 밸브(113)를 포함하는 액츄에이팅 요소;
   제 1 항에 따른 전기 액츄에이터(1); 및
   액츄에이터를 선형적으로 액츄에이팅하기 위해 출력 샤프트(3)에 의해 작동 가능한 편심기(103) 또는 스핀들 드라이브(spindle drive)를 포함하는,
   최종 제어 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 최종 제어 장치(101, 102)는 상기 커플링(11) 및/또는 상기 전기 모터(5)가 비활성화되었을 때, 상기 액츄에이팅 요소를 안전 위치로 이동하기 위한 스프링 기계장치(spring mechanism; 105)를 포함하고, 상기 스프링 기계장치(105)는 상기 출력 샤프트(3)와 동축 상에 배열되거나 및/또는 상기 출력 샤프트(3)와 동축 상에 배열된 기어에 대해 출력부 상에 배열되는,
    최종 제어 장치.
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