KR20110112979A - 포지셔너용 토크모터 장치 - Google Patents

포지셔너용 토크모터 장치 Download PDF

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Abstract

공압을 이용하여 밸브스템의 위치를 제어하는 포지셔너에서 제어신호에 비례하여 공압을 정밀하게 제어하는 포지셔너용 토크모터 장치가 소개된다.
상기의 장치는, 제어부(51)로부터 입력받은 제어신호의 크기에 비례하는 자력이 발생되는 코일부(113)와, 상기 코일부(113) 양단에 각각 연결되어 있는 서로 이격된 제1극성부(111)와 제2극성부(112)가 구비된 전자석부(110); 일단부에는 상기 제1극성부(111)와 제2극성부(112) 사이에 배치되면서 제1극성을 갖는 자력부(122)가 형성되고, 타단부에는 힌지부(121)를 중심으로 상기 자력부(122)와 반대방향으로 회동되는 개폐부(123)가 형성된 아마추어(120); 상기 아마추어(120)의 자력부(122)가 제1극성을 갖도록 상기 아마추어(120)와 접촉하여 자화시키는 영구자석부(130); 상기 아마추어(120)의 개폐부(123)에 대응하는 위치에 배치되며, 상기 공압라인(70)과 연통되어 상기 개폐부(123) 쪽으로 공기가 분사되는 노즐부(140); 상기 전자석부(110)의 비자화시 상기 개폐부(123)가 상기 노즐부(140)를 개방하도록 상기 아마추어(120)에 복원력을 제공하는 탄성부재(150);를 포함하여 이루어진다.

Description

포지셔너용 토크모터 장치{TORQUE MOTOR FOR POSITIONER}
본 발명은 포지셔너용 토크모터 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 공압을 이용하여 밸브스템의 위치를 제어하는 포지셔너에서 제어신호에 비례하여 공압을 정밀하게 제어하는 포지셔너용 토크모터 장치에 관한 것이다.
일반적으로 포지셔너(positioner)는 밸브 시스템의 안정성을 도모하기 위하여 사용되는 밸브 위치 자동제어기인데, 상기 포지셔너는 밸브 시스템의 여러 인자가 변화하는 경우 그와 비례하여 온도조절장치와 동작조절장치의 불규칙한 동작을 제어하고, 압력조절장치의 작동이 정밀하고 신속하게 이루어질 수 있도록 제어한다.
상기 포지셔너를 입력신호에 따라 구분하면, 전기신호를 입력받아 그 신호의 크기만큼 밸브개폐를 제어하는 전기공압식 포지셔너와, 입력신호를 공기압으로 입력받아 제어하는 공압식 포지셔너로 대별된다.
본 발명에 관련된 포지셔너는 전기공압식 포지셔너(Electro-Pneumatic Positioner)로써, 전기신호를 입력받아 공압으로 출력함으로써 밸브 시스템을 제어한다.
도1은 일반적인 전기공압식 포지셔너를 사용하는 밸브 시스템을 나타낸 개략도이다.
도1을 참조하여 전기공압식 포지셔너를 사용하는 밸브 시스템에 대해 간략하게 설명하면, 밸브바디(10)에는 유체가 지나가는 시트(11)가 마련되고, 상기 시트(11)를 개폐함으로써 유량을 조절하는 니들부(21)가 밸브스템(20)의 끝단에 구비된다.
상기 밸브스템(20)은 액츄에이터챔버(30)의 격막(31)상에 결합되어 상기 액츄에이터챔버(30)에서 발생한 압력차에 의해 상기 격막(31)이 움직이는 방향과 동일한 방향으로 이동되면서 상기 니들부(21)가 상기 시트(11)의 개방량을 조절하게 된다.
상기 밸브스템(20)에는 상기 시트(11)의 개방량을 감지하기 위해 밸브스템(20)의 이동량을 알 수 있는 포텐쇼미터(40)가 설치되는데, 상기 포텐쇼미터(40)를 통해 상기 밸브스템(20)의 이동량을 측정하게 된다.
상기 포텐쇼미터(40)는 일종의 가변저항기로서, 상기 밸브스템(20)의 이동량에 따라 출력값이 달라지는바, 상기 포텐쇼미터(40)의 출력값은 포지셔너(50)로 입력된다.
따라서, 상기 포지셔너(50)는 상기 포텐쇼미터(40)의 출력값을 입력받아 상기 밸브스템(20)의 위치 및 상기 시트(11)의 개방량을 예측하게 되는데, 상기 밸브스템(20)의 위치 및 시트(11)의 개방량이 저장되어 있는 설정값과 비교하여 맞지 않을 때 공압공급기(60)로부터 상기 액츄에이터챔버(30)로 공급되는 공압을 적절히 제어하여 상기 밸브스템(20)의 위치를 변화시킨다.
즉, 상기 포텐쇼미터(40)로부터 입력받은 측정값에 의할 때 밸브스템(20)이 시트(11) 쪽으로 과도하게 이동되어 상기 시트(11)의 개방량이 적은 경우 상기 포지셔너(50)는 상기 공압공급기(60)의 공압을 액츄에이터챔버(30)로 더 공급하여 상기 격막(31)이 상부로 이동되도록 한다.
여기서, 상기 공압은 상기 격막(31)의 하부 쪽에 공급되는 것으로 도시되었으나, 공압의 공급방향에 대한 것은 자유롭게 설계변경 가능하다. 또한 공압이 공급되는 격막(31)의 반대쪽에는 도시된 바와 같이 스프링(32)이 설치되어도 무방하고 공급되는 공압보다 압력이 낮은 대기압이 작용하여도 무방하다.
이때, 상기 포지셔너(50)는 크게 제어부(51)와, 토크모터(52)와, 파일럿밸브(53)로 이루어지는데, 본 발명은 이중에서도 토크모터에 관한 것이다.
상기 제어부(51)는 상기 포텐쇼미터(40)의 출력값을 입력받아 그에 따른 제어신호를 상기 토크모터(52)에 제공하고, 상기 토크모터(52)는 상기 제어부(51)의 제어신호에 비례하여 상기 공압공급기(60)에서 상기 액츄에이터챔버(30)로 공급되는 공기압력을 제어하여 상기 밸브스템(20)의 위치를 정밀하게 제어한다.
상기 공압공급기(60)로부터 상기 액츄에이터챔버(30)까지 연결된 공압라인(70) 상의 공기압력을 상기 토크모터(52)가 제어부(51)의 제어신호에 비례하여 가변시키는데, 상기 공압라인(70) 상에는 상기 액츄에이터챔버(30)로 공급되는 공기압을 증대시키기 위한 부스터 기능을 하는 파일럿밸브(53)가 설치된다.
참고로, 상기 공압공급기(60)에서 상기 파일럿밸브(53) 및 토크모터(52)에는 약 1.7
Figure pat00001
의 비교적 낮은 공기압이 작용하고, 상기 파일럿밸브(53)에서 상기 액츄에이터챔버(30)까지는 약 7
Figure pat00002
의 비교적 큰 공기압이 작용한다.
그런데, 이와 같은 통상의 포지셔너에서는 상기 토크모터가 제어부(51)의 제어신호에 비례하여 공기압을 정밀하게 제어하지 못해서 밸브의 성능이 저하되는 문제점이 있었는바, 보다 정밀한 밸브시스템의 제어를 위하여 제어신호에 비례하여 정밀하게 작동되는 토크모터가 요구된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 제어부의 제어신호에 따라 액츄에이터챔버로 공급되는 공기압을 비례적으로 정밀하게 제어함으로써 보다 정밀한 밸브 제어가 가능한 포지셔너용 토크모터장치를 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,
공압공급기의 공압을 액츄에이터챔버로 제공하는 공압라인 상에 연통되어 상기 공압라인의 압력이 제어부로부터 입력받은 제어신호에 비례하여 가변되도록 함으로써 상기 액츄에이터챔버와 일체로 움직이는 밸브스템의 위치를 정밀제어하는 포지셔너용 토크모터 장치에 있어서,
상기 제어부로부터 입력받은 제어신호의 크기에 비례하는 자력이 발생되는 코일부와, 상기 코일부 양단에 각각 연결되어 있는 서로 이격된 제1극성부와 제2극성부가 구비된 전자석부;
일단부에는 상기 제1극성부와 제2극성부 사이에 배치되면서 제1극성을 갖는 자력부가 형성되고, 타단부에는 힌지부를 중심으로 상기 자력부와 반대방향으로 회동되는 개폐부가 형성된 아마추어;
상기 아마추어의 자력부가 제1극성을 갖도록 상기 아마추어와 접촉하여 자화시키는 영구자석부;
상기 아마추어의 개폐부에 대응하는 위치에 배치되며, 상기 공압라인과 연통되어 상기 개폐부 쪽으로 공기가 분사되는 노즐부;
상기 전자석부의 비자화시 상기 개폐부가 상기 노즐부를 개방하도록 상기 아마추어에 복원력을 제공하는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포지셔너용 토크모터 장치를 제공한다.
상기 힌지부는, 양끝단이 주위 구조물에 고정결합될 수 있도록 고정홀이 형성된 플랜지부와, 상기 플랜지부를 연결하면서 상기 아마추어에 결합되어 토션력에 의해 힌지 기능을 수행하는 토션부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 플랜지부는 상기 힌지부의 상부와 하부를 각각 지나가는 상부프레임과 하부프레임 상에 리벳결합되며, 상기 상부프레임과 하부프레임에는 상기 힌지부의 장력을 조절하기 위한 어저스팅스크류가 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 영구자석부와 마주하는 상기 아마추어 일측에는 그 영구자석부와의 접촉면적을 증대시키기 위한 플랩부가 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 아마추어의 개폐부 일측에는 상기 노즐부와 상기 개폐부 사이의 간극을 조절하기 위한 간극조절유닛이 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 간극조절유닛은, 끝단이 상기 개폐부를 향하도록 절곡되어 그 끝단에 상기 개폐부와 탄성 접촉하는 스프링이 구비되어 힌지 회동되는 절곡힌지부와, 상기 절곡힌지부의 일측에 접촉되는 경사면이 형성되어 회전에 의해 상기 절곡힌지부와 개폐부간의 간격이 조절되는 조정나사부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 포지셔너용 토크모터 장치는, 제어부의 제어신호를 입력받아 그 제어신호에 따라 액츄에이터챔버로 공급되는 공기압을 비례적으로 제어하기 때문에 액츄에이터챔버가 보다 정밀하게 작동되고 이에 따라 최종적으로 밸브시스템의 정밀 제어가 가능한 장점이 있다.
도1은 일반적인 전기공압식 포지셔너를 사용하는 밸브 시스템을 나타낸 개략도,
도2는 본 발명에 대한 사시도,
도3은 본 발명에 대한 분해 사시도,
도4는 본 발명에 대한 평면도,
도5는 본 발명에 따른 아마추어의 작용 상태도,
도6 및 도7은 본 발명에 따른 토크모터와 공압공급기 및 액츄에이터챔버의 작용관계를 나타낸 설명도,
도8은 본 발명에 따른 아마추어의 구성을 나타낸 부분 사시도,
도9는 본 발명에 따른 간극조절유닛의 구성을 나타낸 평면도,
도10은 본 발명에 따른 힌지부가 설치되는 주변 구조물을 나타낸 사시도,
도11은 본 발명에 따른 힌지부가 설치 구조를 나타낸 측단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도2, 도3 및 도4를 참조하여 본 발명에 대하여 설명하면, 본 발명은 앞의 배경기술에서 설명한 바와 같이 공압공급기(60)의 공압을 액츄에이터챔버(30)로 제공하는 공압라인(70) 상에 연통되어 상기 공압라인(70)의 압력이 제어부(51)로부터 입력받은 제어신호에 비례하여 가변되도록 함으로서, 상기 액츄에이터챔버(30)와 일체로 움직이는 밸브스템(20)의 위치를 정밀하게 제어하기 위한 포지셔너용 토크모터장치(100)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 토크모터장치(100)는 크게 전자석부(110)와, 아마추어(120)와, 영구자석부(130)와, 노즐부(140)와, 탄성부재(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 전자석부(110)는 도4에 잘 나타나 있는 바와 같이, 제어부(51)로부터 입력받은 제어신호의 크기에 비례하여 자력이 발생되는 코일부(113)와, 상기 코일부(113)의 양단에 각각 연결되어 상이한 극성의 자력이 전달되도록 하며, 서로 이격되어 있는 제1극성부(111)와 제2극성부(112)가 구비된다.
상기 코일부(113)는 도5에 도시된 바와 같이 철심(113a)에 코일(113b)이 감겨지는 통상의 전자석 구조를 갖는 것으로, 상기 코일(113b)에 상기 제어부(51)의 제어신호(예를 들어 1mA 이하의 저전류)가 공급되면 상기 철심(113a)이 자화되어 철심(113a)의 감긴 방향과 전류공급방향에 따라 어느 일단은 N극이 되고 타단은 S극이 된다.
이와 같이 양단이 서로 다른 극성을 갖는 상기 코일부(113)에서 그 일단에는 상기 제1극성부(111)가 연결되고 그 타단에는 제2극성부(112)가 연결되는바, 상기 제1극성부(111)와 제2극성부(112)는 서로 다른 극성으로 자화된다. 이때, 상기 제1극성부(111)와 제2극성부(112)는 도5에 도시된 것처럼 서로 거리를 두고 이격된다.
이때, 상기 코일부(113)에 공급되는 제어부(51)의 제어신호 크기에 비례하여 상기 제1극성부(111) 및 제2극성부(112)의 자력은 증대된다.
한편, 상기 아마추어(120)는 본 발명에 따른 토크모터의 바디에 힌지부(121)를 중심으로 회동 가능하게 설치되는 구성으로, 상기 아마추어(120)의 일단부에는 N극과 S극 중 어느 하나의 극성(이하, "제1극성"이라 함)을 갖는 자력부(122)가 형성되는데, 상기 자력부(122)는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 상기 제1극성부(111)와 제2극성부(112) 사이에 배치된다.
따라서, 상기 제1극성부(111)와 제2극성부(112)가 각각 서로 다른 극성으로 자화되면 제1극성을 갖는 상기 자력부(122)는 제1극성부(111)와의 사이에서 척력이 발생하고 제2극성부(112)와의 사이에서 인력이 발생하여 도5에 나타낸 바와 같이 힌지부(121)를 중심으로 상기 아마추어(120) 전체가 회동하게 된다.
여기서, 상기 아마추어(120)의 타단부에는 상기 힌지부(121)를 중심으로 아마추어(120) 전체가 회동될 때 상기 자력부(122)와 반대방향으로 회동되는 개폐부(123)가 마련되는데, 상기 개폐부(123)는 후술하게 될 노즐부(140)를 개폐하기 위한 구성이다. 상기 개폐부(123)에는 노즐부(140)를 보다 효과적으로 폐쇄하기 위한 노즐팁(123a)이 돌출되어 있다.
또한, 상기 영구자석부(130)는 상기 아마추어(120)의 자력부(122)가 제1극성을 갖도록 상기 아마추어(120) 주변에 배치되면서 아마추어(120)와 접촉하여 상기 자력부(122)를 자화시키는 구성으로, 상기 영구자석부(130)는 도5 및 도8에 나타낸 바와 같이 상기 아마추어(120)의 하부에 배치된다.
그런데, 상기 제1극성부(111)와 제2극성부(112)의 자력 세기에 따라 상기 아마추어(120)가 정밀하게 회동되기 위해서는 상기 아마추어(120)의 고유 자력이 크면 클수록 유리하다. 상기 아마추어(120)의 고유 자력을 증대시키기 위해서는 상기 영구자석부(130)의 크기를 증대시키거나 상기 아마추어(120)의 크기를 증대시키는 방법이 있지만, 상기 아마추어(120)의 크기를 증대시키면 중량이 증대되어 아마추어(120)의 정밀한 회동을 기대하기 어렵다.
상기 아마추어(120)는 상기 제1극성부(111)와 제2극성부(112)의 자력 세기에 비례하여 정밀하게 회동됨으로써 후술할 노즐부(140)를 정밀하게 개폐하여야 하기 때문에 가급적 저중량으로 설계되어 민첩성이 뛰어난 것이 좋다.
따라서, 상기 영구자석부(130)와 마주하는 상기 아마추어(120)의 일측에는 그 영구자석부(130)와의 접촉면적을 증대시키기 위한 플랩부(124)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 플랩부(124)는 도5 및 도8에 도시된 바와 같이 상기 아마추어(120)의 저면에 아마추어(120)와 서로 수직하게 결합되는 구성으로 상기 영구자석부(130)와의 접촉면적을 증대시켜 아마추어(120)의 고유자력 세기가 증대되도록 한다.
한편, 상기 노즐부(140)는 도4에 도시된 바와 같이 상기 아마추어(120)의 개폐부(123)에 대응하는 위치에 배치되는 것으로, 공압공급기(60)에서 액츄에이터챔버(30)까지(파일럿밸브(53)가 있는 경우에는 공압공급기(60)에서 파일럿밸브(53)까지) 연결하는 공압라인(70)과 연통되어 상기 개폐부(123) 쪽으로 소정압력을 갖는 공기가 분사되도록 한다.
따라서, 상기 전자석부(110)가 자화되어 상기 아마추어(120)의 자력부(122)가 상기 제2극성부(112) 쪽으로 인력에 의해 회동되면 이와 동시에 상기 개폐부(123)가 상기 노즐부(140)를 폐쇄하게 되는데, 상기 노즐부(140)의 폐쇄 정도에 따라 상기 공압라인(70)의 공기압이 가변되어 상기 액츄에이터챔버(30) 내에서의 압력변화로 인해 밸브스템(20)이 이동된다.
즉, 도6에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의할 때 상기 노즐부(140)가 완전 개방되면 공압공급기(60)로부터 공급되는 공기압은 상기 액츄에이터챔버(30)(또는 파일럿밸브(53))로 가지 못하고 상기 노즐부(140)를 통하여 대기중으로 방출되므로 상기 공압라인(70) 상의 압력은 최저 상태가 되며 이때 상기 액츄에이터챔버(30)의 격막(31)은 최저점에 위치하게 되는바, 이에 따라 상기 격막(31)과 연결된 밸브스템(20)의 위치도 최저점이 되어 밸브바디(10)의 시트(11)는 니들부(21)에 의해 완전 폐쇄되어 시트(11)에서의 통과 유량은 "0%"가 된다.
또한, 도7에 도시된 바와 같이 상기 노즐부(140)가 아마추어(120)의 개폐부(123)에 의하여 완전 폐쇄되면 상기 공압라인(70) 상의 압력은 최대가 되며, 이 공압라인(70) 상의 압력이 상기 액츄에이터챔버(30)에 작용하여 상기 격막(31)은 최고점에 위치하게 되는바, 이때 상기 액츄에이터챔버(30)에 있는 복원스프링(32)은 상기 공압라인(70)에서의 공기압에 의해 압축된다. 상기 격막(31)이 최고점에 위치하면 밸브스템(20)의 위치도 최고점이 되는바, 상기 밸브바디(10)의 시트(11)는 니들부(21)에 의해 완전 개방되어 시트(11)에서의 통과 유량은 "100%"가 된다.
이와 같이 완전 개방상태에서 완전 폐쇄상태 사이를 오고 가는 상기 노즐부(140)의 상태에 따라 상기 공압라인(70)의 공기압이 변화하게 되고 이와 연동하여 밸브스템(20)이 이동되면서 밸브의 유량이 조절되는 것이다.
여기서, 상기 노즐부(140)와 상기 개폐부(123) 사이의 간극은 상기 노즐부(140)의 완전 개방상태를 결정하는 중요한 요소이며 상기 노즐부(140)에서 분사되는 공기압에 따라 그 간극이 달라져야 하므로, 사용자가 필요에 따라 조절가능하게 마련되는 것이 좋다.
따라서, 상기 아마추어(120)의 개폐부(123) 일측에는 도9에 도시된 바와 같이 상기 노즐부(140)와 개폐부(123) 사이의 간극을 조절하기 위한 간극조절유닛(160)이 설치된다.
상기 간극조절유닛(160)을 미세하게 조정함에 따라 상기 노즐부(140)의 개폐 상태를 조절하게 되어 밸브스템(20)의 이동량 조절이 가능해진다.
상기 간극조절유닛(160)은 크게 절곡힌지부(161)와, 조정나사부(162)로 이루어지는데, 상기 절곡힌지부(161)는 그 끝단이 상기 개폐부(123)를 향하도록 절곡되는 형태를 가지며 힌지 회동되는 구조를 갖는다.
또한, 상기 절곡힌지부(161)의 끝단에는 상기 개폐부(123)의 배면과 탄성 접촉하는 스프링(161a)이 구비되어 상기 아마추어(120)의 개폐부(123)를 소정의 탄성력으로 밀어주게 된다.
또한, 상기 조정나사부(162)에는 상기 절곡힌지부(161)의 일측에 접촉되는 경사면(162a)이 형성되어 있는바, 상기 조정나사부(162)를 회전시키면 그 조정나사부(162)의 축방향을 따라 조정나사부(162)가 전진 또는 후진되면서 그 경사면(162a)이 상기 절곡힌지부(161)를 밀게 되어 그 절곡힌지부(161)와 개폐부(123)간의 간격이 조절된다.
특히, 절곡힌지부(161)와 조정나사부(162)로 구분되어 간격을 조절하는 구조는 사용자가 간극을 조정하는 조정나사부(162)와 실제로 외력을 제공하는 절곡힌지부(161)가 분리되어 있기 때문에 진동에 의한 특성변화가 작을 뿐만 아니라 정밀한 조절이 가능한 장점이 있다.
한편, 상기 탄성부재(150)는 상기 전자석부(110)의 비자화시 상기 아마추어(120)의 개폐부(123)가 상기 노즐부(140)로부터 일정간격 이격되어 상기 노즐부(140)가 완전 개방 상태에 놓여지도록 상기 아마추어(120)에 복원력을 제공하는 구성으로, 도4에 나타낸 바와 같이 상기 아마추어(120)의 일측면을 밀어서 상기 전자석부(110)의 비자화시 상기 개폐부(123)가 상기 노즐부(140)에서 이격되도록 한다.
그리고, 상기 아마추어(120)의 회동 중심이 되는 상기 힌지부(121)는 통상적인 핀 형태로 이루어져도 무방하지만, 상기 힌지부(121)가 막대 기둥 모양의 핀 형태를 가지게 되면 핀의 양 끝단을 고정하기 위한 고정홈이 필요한데, 핀과 고정홈과의 간격이 큰 경우에는 아마추어(120)의 유동이 생겨 아마추어(120)의 정밀한 제어가 이루어지지 못하고, 핀과 고정홈과의 간격이 작은 경우에는 마찰이 커져 역시 아마추어(120)의 정밀한 제어가 이루어지지 못한다. 또한, 핀과 고정홈간에 이물질이 끼게 되면 아마추어(120)의 작동성능을 더욱 저해하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 힌지부(121)가 플랜지부(121a)와 토션부(121b)로 이루어진 판스프링 형태로 마련된다.
도8 및 도11에 도시된 바와 같이, 상기 힌지부(121)는 그 전체가 하나의 판스프링 형태로 이루어지는데, 상기 힌지부(121)의 양끝단에 마련된 플랜지부(121a)는 상기 힌지부(121)를 주위 구조물에 고정 결합시키기 위한 것으로 상기 플랜지부(121a)에는 주위 구조물에 고정 결합될 수 있도록 고정홀(121c)이 형성된다.
또한, 상기 토션부(121b)는 상기 플랜지부(121a)를 연결하면서 상기 아마추어(120)의 회동 중심에 결합되어 자체 토션력에 의해 힌지 기능을 수행한다.
즉, 상기 힌지부(121)의 양끝단에 형성된 플랜지부(121a)가 주위 구조물(예를 들어 바디에 형성된 프레임과 같은 곳)에 리벳팅되거나 볼팅되어 고정된 상태에서 상기 아마추어(120)가 자력에 의해 어느 한쪽 방향으로 회동될 때 상기 토션부(121b)가 자체적으로 비틀리면서 힌지 기능을 수행하게 된다.
이와 같이 상기 힌지부(121)가 판스프링 구조로 이루어지면 전체 회동구간에 대하여 히스테리시스(hysteresis)가 적기 때문에 보다 정밀한 제어가 가능하며 간섭이 없어서 마모에 강하고 이물질에 대한 성능변화가 거의 없는 장점이 있는 한편, 자체 복원력에 의한 스프링 역할도 함께 하므로 복원 응답성이 좋다.
다만, 상기 힌지부(121)가 판스프링 구조로 이루어지게 되면 자체 탄성력을 보유하기 때문에 길이방향으로 팽팽한 장력을 유지하는 것이 전제되어야 정밀도가 높아진다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 도10 및 도11에 도시된 바와 같이 상기 힌지부(121)가 항상 길이방향으로 팽팽한 장력을 유지할 수 있도록 상기 플랜지부(121a)는 상기 힌지부(121)의 상부와 하부를 각각 지나가는 상부프레임(101)과 하부프레임(102) 상에 리벳 결합되도록 한다.
그리고, 상기 상부프레임(101)과 하부프레임(102)간의 이격 거리를 조정하는 어저스팅스크류(170)를 상기 상부프레임(101)과 상기 하부프레임(102)에 설치하여 궁극적으로 상기 힌지부(121)의 장력이 조절되도록 한다.
상기 어저스팅스크류(170)를 어느 한쪽 방향으로 회전시키면 상기 상부프레임(101)과 하부프레임(102)간의 거리가 증가되어 상기 힌지부(121)의 장력이 조절되는데, 이때 상기 어저스팅스크류(170)는 상기 상부프레임(101)을 나사결합 구조를 통해 관통하고 상기 하부프레임(102)은 단순히 밀 수 있는 구조로 설치되어 어저스팅스크류(170)의 회전에 의해 상부프레임(101)과 하부프레임(102)의 거리가 조절될 수 있도록 한다.
이와 같이 상기 힌지부(121)의 장력이 조절되면 힌지부(121)의 성능이 강화될 뿐만 아니라 내진동성이 증대되어 아마추어(120)가 보다 정밀하게 회동될 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변형이 가능한바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.
10 : 밸브바디 11 : 시트(seat)
20 : 밸브스템 30 : 액츄에이터챔버
40 : 포텐쇼미터 50 : 포지셔너
60 : 공압공급기(supply) 70 : 공압라인
100 : 본 발명의 토크모터장치 110 : 전자석부
111 : 제1극성부 112 : 제2극성부
113 : 코일부 120 : 아마추어
121 : 힌지부 122 : 자력부
123 : 개폐부 124 : 플랩부
130 : 영구자석부 140 : 노즐부
150 : 탄성부재 160 : 간극조절유닛
161 : 절곡힌지부 162 : 조정나사부

Claims (6)

  1. 공압공급기(60)의 공압을 액츄에이터챔버(30)로 제공하는 공압라인(70) 상에 연통되어 상기 공압라인(70)의 압력이 제어부(51)로부터 입력받은 제어신호에 비례하여 가변되도록 함으로써 상기 액츄에이터챔버(30)와 일체로 움직이는 밸브스템(20)의 위치를 정밀제어하는 포지셔너용 토크모터 장치에 있어서,
    상기 제어부(51)로부터 입력받은 제어신호의 크기에 비례하는 자력이 발생되는 코일부(113)와, 상기 코일부(113) 양단에 각각 연결되어 있는 서로 이격된 제1극성부(111)와 제2극성부(112)가 구비된 전자석부(110);
    일단부에는 상기 제1극성부(111)와 제2극성부(112) 사이에 배치되면서 제1극성을 갖는 자력부(122)가 형성되고, 타단부에는 힌지부(121)를 중심으로 상기 자력부(122)와 반대방향으로 회동되는 개폐부(123)가 형성된 아마추어(120);
    상기 아마추어(120)의 자력부(122)가 제1극성을 갖도록 상기 아마추어(120)와 접촉하여 자화시키는 영구자석부(130);
    상기 아마추어(120)의 개폐부(123)에 대응하는 위치에 배치되며, 상기 공압라인(70)과 연통되어 상기 개폐부(123) 쪽으로 공기가 분사되는 노즐부(140);
    상기 전자석부(110)의 비자화시 상기 개폐부(123)가 상기 노즐부(140)를 개방하도록 상기 아마추어(120)에 복원력을 제공하는 탄성부재(150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 포지셔너용 토크모터 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 힌지부(121)는,
    양끝단이 주위 구조물에 고정결합될 수 있도록 고정홀(121c)이 형성된 플랜지부(121a)와, 상기 플랜지부(121a)를 연결하면서 상기 아마추어(120)에 결합되어 토션력에 의해 힌지 기능을 수행하는 토션부(121b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 포지셔너용 토크모터 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 플랜지부(121a)는 상기 힌지부(121)의 상부와 하부를 각각 지나가는 상부프레임(101)과 하부프레임(102) 상에 리벳결합되며, 상기 상부프레임(101)과 하부프레임(102)에는 상기 힌지부(121)의 장력을 조절하기 위한 어저스팅스크류(170)가 설치된 것을 특징으로 하는 포지셔너용 토크모터 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 영구자석부(130)와 마주하는 상기 아마추어(120) 일측에는 그 영구자석부(130)와의 접촉면적을 증대시키기 위한 플랩부(124)가 설치된 것을 특징으로 하는 포지셔너용 토크모터 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 아마추어(120)의 개폐부(123) 일측에는 상기 노즐부(140)와 상기 개폐부(123) 사이의 간극을 조절하기 위한 간극조절유닛(160)이 설치된 것을 특징으로 하는 포지셔너용 토크모터 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 간극조절유닛(160)은,
    끝단이 상기 개폐부(123)를 향하도록 절곡되어 그 끝단에 상기 개폐부(123)와 탄성 접촉하는 스프링(161a)이 구비되어 힌지 회동되는 절곡힌지부(161)와, 상기 절곡힌지부(161)의 일측에 접촉되는 경사면(162a)이 형성되어 회전에 의해 상기 절곡힌지부(161)와 개폐부(123)간의 간격이 조절되는 조정나사부(162)로 이루어진 것을 특징으로 하는 포지셔너용 토크모터 장치.
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