KR20140051397A - 소형 측정 장치 - Google Patents

Abstract

측정 장치는, 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동하도록 구성된 밸브 셔터(3)를 구비하는 밸브 본체(1)와, 상기 밸브 셔터에 연결된 제1 단부와 캠 부품(7)에 연결된 제2 단부를 구비한 전동축(5)과, 고정자 조립체(11)와 회전축(15)에 대하여 회전할 수 있는 회전자 조립체(13)를 포함하는 회전 전기 액추에이터(9)를 포함하고, 상기 회전자 조립체(13)는 회전자 자석(19)을 지지하는 자기 지지 프레임(17)을 포함한다. 상기 회전자 조립체(13)는 자기 지지 프레임(17)에 고정되고, 회전자 조립체(13)의 회전 운동을 전동축(5)의 운동으로 변환하기 위하여 캠 부품(7)에서 이동할 수 있도록 배치된 회전축(15)에 대하여 편심인 종동절(21)을 더 포함한다.

Description

소형 측정 장치 {COMPACT METERING DEVICE}

본 발명은 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에 이동하도록 구성된 밸브 셔터를 구비한 밸브 본체와, 밸브 셔터에 연결된 제1 단부와 캠 부품에 연결된 제2 단부를 구비한 전동축과, 회전축에 대하여 회전할 수 있는 회전자 조립체 및 고정자 조립체를 포함하는 회전 전기 액추에이터를 포함하는 측정장치에 관한 것으로서, 상기 회전자 조립체는 회전자 자석을 지탱하는 자기 지지 프레임을 포함한다.

모든 자동차용 열기관들은 오늘날 기계적 효율성을 최적화하거나 오염 방출을 줄이기 위한 다양한 종류의 유체 측정 시스템을 구비한다. 측정 밸브는 일반적으로 토크 모터 타입의 액추에이터들 또는 직류 모터에 의해 전기적으로 제어된다.

감속 기어에 연결된 직류 모터의 사용에 기초한 측정 밸브들은 콜렉터 링 브러쉬들의 마모뿐만 아니라 효과적으로 토크를 저속 기어로 바꾸는 데에 사용되는 기어들의 마모로 인하여 열악한 신뢰성을 제공한다. 그러나 이러한 대안들은 작은 크기의 모터를 사용하기 때문에 상대적으로 낮은 가격을 갖게 된다. 그들은 EGR("배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation)"의 두문자인) 밸브 시장에서 중요한 부분을 제공한다. 그 중요 단점들은, 한편으로는 신뢰성의 결여와, 다른 한편으로는 운동역학적 체인의 통합에 의해 불리하게 되는 전체적인 치수가 있고, 결과적으로 엔진에 맞추기에는 어려운 작은 소형의 밸브를 초래한다.

유럽 공개특허 제1091112호와 유럽 공개특허 제1526271호는, 감속 기어와 캠 운동 변환 장치에 관련된 직류 모터를 포함하는 가스 재순환 밸브에 대하여 제시하는 것으로 보다 구체적으로 알려져 있다. 상기 대안들은, 높은 감속 기어의 기어 감속으로 인하여, 밸브에 가해지는 최대한에 힘에 대하여 장점을 갖는다. 그러나, 밸브의 전체적인 사이즈가 중요하고, 엔진 환경과의 통합이 복잡해 진다. 또한, 사용된 브러시 모터와 감속 기어들은, 시간에 걸쳐서 밸브 성능을 감소시키고 긴 수명에 도달하게 할 수 없는 불가피한 마모를 나타낸다. 상기 대안들은 그 낮은 가격에 대하여는 흥미로우나, 신뢰성과 소형화 응력을 만족스럽게 충족하는 데에 실패한다. 게다가, 엔진 환경들은 점점 더 제한적이 되고, 온도와 진동 조건들은 항상 더욱 엄밀하다.

토크 모터의 사용에 기초한 측정 밸브들은 감속 기어의 부재로 인하여 그리고 이러한 유형의 엔진의 간단한 구조로 인하여 매우 신뢰 적이라는 것이 입증되었다. 상기 대안의 소형성은 감속 기어가 없는 캠의 직접적인 구동으로 인하여 직류 모터를 갖는 대안 보다 약간 더 낫다. 그러나 희토류 자석을 사용하는 상기 대안에 있어서의 가격은 약간 더 높아진다.

독일 공개특허 제102007036286호는, 도 1 내지 도 3에서, 엔진 토크가 병진 운동할 수 있도록 밸브 부품과 통합된 종동절과 상호작용하는 캠을 구동시키는 제어 축을 포함하는 엔진 토크에 대한 대안을 설명하고 있다. 이러한 유형의 구조는 또한, 전기 액추에이터는 측정 밸브의 대칭축으로부터 벗어나기 때문에 전체적으로 밸브 사이즈가 커지게 된다. 밸브 축에 대한 액추에이터의 배치에 적용되는 이러한 제약은 전체 밸브의 소형성을 구속한다.

게다가, 상기 대안은 액추에이터 축을 구비한 캠을 연결하기 위한 복잡하고 비용이 비싼 조립 순서를 초래한다.

사실, 회전자 자석은 오로지 최대 온도가 220도를 넘지 않는 경우에만 그 자화성을 보유한다. 캠을 회전자 축에 연결하는 용접이, 레이저 빔 타입의 낮은 강도의 소스를 사용하고 엄격하게 국지적이어야만 하는 이유이다. 이 기술은 신뢰할만하고, 제공된 두 부품 사이의 직경의 조절은 우수하며, 이것은 긴밀한 기계 가공의 공차를 부여하므로 비용과 명백하게 연결된다.

더 나아가, 밸브 축 상의 종동절의 구현은, 밸브에 종동절의 부하의 균형을 유지하도록, 자기 지지 프레임으로 구동된 핀의 사용에 의해 제공된다. 상기 조립체는 구현이 어렵고 복잡한 자동 탑재 공정을 형성한다.

게다가, 모터 회전력에 통합되는 회전 위치 밸브는 밸브의 위치를 제어하는 데에 사용된다. 상기 대안은, 캠의 각도 상의 위치만 알게 할 수 있고, 밸브의 정확한 위치를 알게 할 수 없기 때문에 부분적으로만 만족스럽다. 이 경우에, 종동절 캠 변환의 각도 상의 여유는 밸브의 위치의 정확한 판독을 어렵게 하고, 수행된 측정의 최적의 제어를 할 수 없게 한다.

독일 공개특허 제102009003882호가 알려져 있고, 여기서 밸브의 스템(stem)에 자기장 소스를 배치하게 하고, 밸브의 위치를 직접적으로 추적하기 위하여 엔진 토크의 하부 부분으로 감자기성 부품을 삽입하는 개념을 설명한다. 이 개념은 그 원리에 있어서 흥미로워 보이나, 산업적 규모에 있어서 실현 가능하지 않다. 왜냐하면, 한편으로는 상기 자기장 소스를 지지하는 밸브 축이 주변환경에 온도와 부식적 분위기에 견디기 위하여 스테인리스 스틸로 만들어져야만 하므로, 강종(grade of steel)은 비-자기적인 것이고 상기 자기장 소스에 의해 생성된 자속 밀도의 레벨에 매우 불리하기 때문이고, 다른 한편으로는, 감자기성 부품은 연결된 어떠한 전기적 필터 부품이 없이 그리고 센서의 작동의 수정을 보장하는 어떠한 배치 부재가 없이 고정자에 오버몰드된 유연성 케이블에 의해 전기적으로 연결되기 때문이다.

결국, 밸브의 구조는, 밸브 축에 수직하게 맞추어지는, 상당히 긴 전기적 튜브형 액추에이터를 구비한다는 단점을 갖게 되며, 이것은 밸브 비대칭성을 만들고 차량 엔진에 통합에 해가 된다.

또한, 병진 운동할 수 있는 밸브들을 사용하는 앞서 예시한 측정 밸브들과, 회전 운동할 수 있고 원통형 도관을 폐쇄하는 밸브 셔터를 사용하는 많은 측정 밸브들 또한 종래 기술에서 발견될 수 있다. 독일의 유럽 등록특허 제1526272호에서는 또한 전기 액추에이터, 측정 가스를 위해 회전 밸브 셔터를 구동시키는 회전 캠 시스템의 조합에 기초한 가스 재순환 밸브를 보다 구체적으로 기재하고 있다. 상기 대안에서는, 구동 스트로크의 시작에 있어서 최대 토크를 갖는 밸브 셔터를 제공하기 위한, 전기 액추에이터의 제어 부품과 측정 시스템 사이에 설치된 독특한 운동역학적 구조들을 설명한다. 상기 대안은 상술한 측정 시스템의 전체적인 사이즈 문제에 관하여 특징적으로 흥미롭지 못하다.

유럽 특허 제1526272호가 또한 알려져 있고, 여기서 회전 드라이브와, 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전 운동할 수 있는 밸브 부품과, 상기 밸브 부품에 대하여 회전 운동을 전달하는 캠 부품을 포함하는 배기 가스 재순환 밸브를 설명하고 있다.

상기 대안은 모터 축에 결합된 레버에 의해 지지되는 종동절을 구현하기 때문에 만족스럽지 못하다. 이것은 마모가 치수적 결함을 야기하는 경우 위치의 반복성을 보장할 수 없는 오버행과 여유 공간을 야기한다.

국제공개특허 제WO89/01105호가 알려져 있고, 여기서 회전축에 대하여 편심으로 배치되고 밸브 시트(seat)에 대하여 실질적으로 축 방향으로 이동가능한 밸브 스템을 포함하는, 전기적으로 제어되는 EGR 밸브를 설명한다. 포핏(poppet) 밸브는 상기 밸브 시트에 가까운 상기 밸브 스템에 의해 지지된다. 제1 축은 회전축에 대하여 편심으로 배치되고 상기 밸브 스템의 일 단부에 연결된다. 토크 모터와 같이 전기적으로 제어되는 액추에이터는, 밸브 스템이 이동시키기 위하여 축 둘레로 상기 제1 축을 회전시킨다.

유럽 등록특허 제1319879호가 알려져 있고, 여기서 모터-구동식 전기적 왕복 스템을 구비한 정작동식(direct action) 전기적 감소(reducing) 밸브를 설명한다.

전기-제어식 밸브의 정작동 동안에, 상기 스템은 수직적으로 왕복운동 하면서, 제1 경로와 제2 경로가 바뀌게 된다. 캠 장치는 전기 모터(40)에 의해 구동된 회전 왕복 운동을 수행하는 편심 캠의 교차하는 회전 운동을 수직 왕복 운동으로 변환하도록 형성된다.

독일 등록특허 제10336976호가 알려져 있으며, 여기서 2-부품 하우징을 포함하는 밸브를 설명한다.

상기 하우징의 제1 부품은 채널과 밸브 시트(seat)이다. 상기 하우징의 제2 부품은 제어 유닛과 밸브 스템을 포함한다.

EP1091112 A2 EP1526271 A1 DE102007036286 A1 DE102009003882 A1 EP1526272 B1 EP1319879 B1 WOWO89-01105 A1 DE10336976 B1

청구된 발명은, 종동절을 포함하는 회전자 조립체를 특징으로 한다.

회전자 조립체는,

1. 자기 지지 프레임과,

2. 상기 자기 지지 프레임이 지지하는 회전자 자석에 의해 정의된다.

종동절은 상기 회전자 자석을 지지하는 자기 지지 프레임의 통합된 부분이다.

상기 실시예의 장점은 모터 축에 결합된 레버의 구동에 관련된 문제들을 피하는 것이다. 종래 기술의 이러한 대안들은, 모터 축에 레버를 결합하여 발생할 수 있는 여유 공간으로 인한 위치 정확성과 반복성의 부족과, 조립 및 조정 문제점들, 볼 스탑(stop)과 고정자 베어링 사이의 간격의 증가, 종동절/캠의 운동역학적 구조들(kinematics)에 의한 반경 방향 응력의 발생과 같은 다양한 단점들을 갖는다.

본 발명은 유도된 응력들과 오버행(overhang)을 줄일 수 있다. 따라서, 큰 힘을 초래하게 된다.

따라서, 가능한 작은 제조 비용으로, 신뢰성과 지속성을 가지면서도 작은 풋프린트(footprint)를 갖은 측정 밸브를 제공하는 장점을 갖는다.

상술한 단점들 중 하나 이상을 해결하기 위하여, 측정 장치는,

- 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동하도록 구성된 셔터 밸브를 갖도록 제공된 밸브 본체,

-상기 셔터 밸브에 연결된 제1 단부와 캠 부품에 연결된 제2 단부를 구비한 전동축,

- 고정자 조립체와 회전축에 대하여 회전할 수 있는, 회전할 수 있는 전기 액추에이터를 포함하고, 상기 회전자 조립체는,

- 자기 지지 프레임과,

- 상기 자기 지지 프레임이 지지하는 회전자 자석을 포함한다.

또한, 회전자 조립체는, 자기 지지 프레임에 직접 고정되고, 회전축에 대해 편심되어 있고, 회전자 조립체의 회전 운동을 전동축의 운동으로 변환하기 위하여 캠 부품에서 이동할 수 있는 능력을 갖고 배치된 종동절을 포함한다.

본 발명이 목적으로 하는 대안은, 모터 자석이 자기 지지 프레임에 직접적으로 연결되는 한, 보다 구체적으로 모터 자석이 종동절을 포함하는 자기 프레임 상에서 자화될 수 있기 때문에 (즉, 모터 자석의 자기 패턴은 자화 과정 동안에 종동절에 대하여 직접 연동되어 있고, 더 이상 운동역학적 체인의 "축/부가된 레버/작동의 결합"에 의존적이지 않기 때문에), 종동절과 모터 자석 사이의 각도 상의 위치의 정확성을 증가시키고, 밸브의 설계를 단순화할 수 있다. 이 결과는 보다 큰 위치 정확도를 초래한다.

상기 발명은 또한 부품들의 수를 감소시킬 수 있고, 따라서 어떠한 추가적인 부품의 비용을 감소시킬 수 있다. 밀봉된 엔진커버(cowling)는 종동절/캠의 운동역학적 구조들의 간단하고 효율적인 보호를 제공할 수 있다.

보다 구체적으로, 자기 지지 프레임 상에 종동절을 직접 고정하는 것으로 볼 스톱(1)과 고정자 베어링 사이의 간격을 상당히 줄일 수 있고, 종동절/캠의 운동역학적 구조들에 의해 발생되는 반경 방향 응력을 줄인다. 오버행이 최소화되고 따라서 유도된 응력이 최소화된다. 그 결과 더 큰 힘을 초래한다.

바람직하게는, 측정 장치는 전기 액추에이터와 측정 밸브 사이의 조합에 기초하고, 간소한 중량 제공을 유지하면서, 운동 변환 운동역학적 구조들의 다양한 통합을 제공한다.

특히 특징들 또는 실시예들은 단독으로 또는 결합하여 사용될 수 있으며, 다음과 같다.

- 영구 자석은 캠 부품에 고정되며, 영구 자석은 위치 센서를 형성하기 위하여 고정자 조립체에 고정된 감자기성 부품과 상호 작용하며, 따라서 밸브의 실제 위치를 제어할 수 있는 위치 센서의 간단한 방안을 제공하고,

- 캠 부품은 강자성 물질로 만들어지며,

- 위치 센서는 선형 모드로 작동하고,

- 감자기성 부품은 강성 전도성 구조물을 사용하여 고정자 조립체에 고정되며,

- 제1 단부는 고정자 조립체에 고정되고, 제2 단부는 회전자 조립체의 회전축의 편심 포인트에서 회전자 조립체에 고정되는, 리턴 스프링을 더 포함하고,

- 종동절은 자기 지지 프레임이 고정된 노즈에 대하여 회전할 수 있고, 상기 자기 지지 프레임, 상기 회전자 조립체의 축, 및 노즈는 단일한 금속 부품으로 형성되며,

- 셔터 밸브 및 전동축은 병진 운동으로 움직이며, 그러면 캠 부품은 전동축과 교차하는 레이스웨이를 포함할 수 있고, 그리고/또는 레이스웨이는 전동축에 수직일 수 있고, 또는

- 셔터 밸브와 전동축은 전동축의 길이방향 축에 대하여 회전 운동으로 움직이며, 그러면 캠 부품은 회전자 조립체의 각도 상의 스트로크를 수정할 수 있게 하는 레이스웨이를 포함한다.

본 발명의 제2 양상에서, 상술한 측정 장치의 조립 방법은,

- 전동축과 캠 부품이 서로 고정되고, 그리고 나서 전체는 밸브 본체에 조립되며,

- 종동절은 자기 지지 프레임에 고정되고, 그리고 나서

- 종동절은 캠 부품에 대향하여 배치되고,

- 전기 액추에이터는 밸브 본체에 대하여 눌러지고 고정된다.

본 발명의 특정한 실시예에서, 회전자 자석은 자기 지지 프레임에 고정한 뒤에 자화된다.

따라서, 토크 모터의 설치 방향은, 액추에이터의 회전자의 중심축이 아닌 액추에이터의 출력 부품으로서 자기 지지 프레임의 직접적인 운동으로 작동하게 하도록, 바람직하게는 측정 밸브에 대하여 반대가 된다. 자기 지지 프레임은 밸브가 제어되도록 연결된 캠 부품과 협력하여 종동절을 운반한다. 이것은 전기 액추에이터의 높이가 상당히 감소되고 측정 시스템의 소형성이 개선되기 때문에 소형화에 관련하여 특히 흥미로운 것이다. 또한, 모터 토크의 고정자가 전체적으로 뒷부분에서 오버몰드되기 때문에, 밸브의 완전한 밀봉이 보장되고, 공지된 경우에서와 같이 커버가 추가되지 않는다. 사실, 플라스틱 커버들은, 고정자와의 그 연결에 있어서 그리고 액추에이터의 앞 부분에 습기의 유입을 수반하는 단점을 가질 수 있다. 필요한 경우, 시일이 설치될 수 있다.

도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 측정 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 4는 제1 실시예의 정면 사시도이며,
도 5는 상기 제2 실시예의 상부 사시도이고,
도 6은 관련된 응력 그래프와 상기 제1 실시예의 작동의 제1 형태를 나타내는 정면도이며,
도 7은 관련된 응력 그래프와 상기 제1 실시예의 작동의 제2 형태를 나타내는 정면도이고,
도 8은 제1 실시예의 측면도이며,
도 9는 제2 실시예의 정면 사시도이고,
도 10은 제3 실시예의 정면 사시도이며,
도 11은 제3 실시예의 정면 단면도이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 예시로서 제시된 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 잘 이해될 것이다.

상세한 설명과 도면에 걸쳐서, 같은 도면 부호는 기능적으로 동일하거나 유사한 구성을 지칭한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 밸브의 움직임이 선형인 제1 실시예가 도시된다.

측정 장치는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 움직이도록 제작된 셔터 밸브(3)를 구비하여 제공된 밸브 본체(1)를 포함한다. (상기 셔터 밸브는 도면에서 폐쇄 위치에 있다.)

전동축(5)은 셔터 밸브(3)에 연결된 제1 단부와 캠 부품(7)에 연결된 제2 단부를 구비한다.

회전 전기 액추에이터(9)는 고정자 조립체(11)와 회전축(15)에 대하여 회전할 수 있는 회전자 조립체(13)를 포함한다.

회전자 조립체(13)는 회전자 자석(19)을 지지하는 자기 지지 프레임(17)을 포함한다.

또한, 상기 회전자 조립체는 자기 지지 프레임(17)에 고정된 종동절(21)을 포함한다. 종동절(21)은 회전축(15)에 대하여 편심되어 있고 캠 부품(7)에서 이동 가능하게 위치한다. 특히, 종동절(21)은 캠 부품(7)의 레이스웨이(raceway)(22)에서 이동한다.

캠 부품(7)은 강자성 물질로 만들어지고, 전기 액추에이터(9)의 고정자(11)에 고정된 감자기성 부품(25)에 의해 추적되는 자기장 방출기(23)를 지지하고, 상기 자기장 방출기(23)와 감자기성 부품(25)은 위치 센서를 형성한다.

운동역학적 체인(kinematic chain)은, 셔터 밸브(3)에 자석 모터(19)로부터의 움직임을 전달하며, 최대한으로 감소되어 액추에이터의 높이를 줄일 수 있고 통합하기 쉽고 소형의 측정 밸브를 얻을 수 있다. 이러한 방안은 따라서 부품들의 수와 따라서 측정 장치의 제조 비용을 줄일 수 있다.

회전자 자석(19)에서, 생성된 전달 토크는 가이드 핀(15)을 지나가지 않고 종동절(21)로 전달되므로, 상기 핀(15)에 토크를 부과하지 않는다. 이것은, 종래 기술의 방안에서 셔터 밸브(3)의 배치에 관련하여, 운동역학적 체인의 정확성의 손실이 유도하였었다.

자기장 방출기(23)는 강자성 물질로 만들어진 캠 부품(7)에 고정된다. 이것은 외부 자기 방해에 위치 센서의 무감각성을 보장하기 위하여 감자기성 부품(25)에 충분히 높은 레벨의 자속 밀도를 달성하게 할 수 있다. 게다가, 감자기성 부품(25)은 강성 전도성 구조물에 의해 고정자 조립체(11)에 고정된다. 선형 모드로 작동하도록 프로그램된 위치 센서는 그 스트로크에 걸쳐서 셔터 밸브(3)의 위치를 정확하게 제어할 수 있고, 따라서 측정 장치의 흐름을 정확하게 제어할 수 있다.

플라스틱으로 오버몰드된 고정자(11)는 뒷부분이 폐쇄되고, 전기 액추에이터(9)와 측정 밸브의 본체(1) 사이의 연결이 완벽하게 밀착되도록 시일(seal)을 수용하는 홈(27)을 앞에 구비한다.

자기 지지 프레임(17)에 종동절(21)을 고정하는 것은, 강성 축 또는 노즈(nose)(29) 상의 일반적인 끼워 맞춤에 기초하기 때문에, 알려진 대안들보다 보다 간단하다. 자기 지지 프레임(17), 회전축(15) 및 노즈(29)의 조립체는 또한 금속의 같은 부품으로 형성될 수 있다.

전동축(5) 및 캠 부품(7)로 구성된 조립체는 독립적으로 쉽게 조립될 수 있고, 그리고 나서 그 위치를 조정하는 동안 셔터 밸브(3)를 용접하기 전에 밸브 본체(1)에 설치된다.

액추에이터의 기계적 스트로크와 전기적 스트로크의 각도 상의 세팅은 자기 지지 프레임(17) 상의 종동절(21)의 정확한 배치에 의해 이행될 수 있으나, 또한 자기 지지 프레임(17) 상의 회전자 자석(19)의 고정에 의해 이행될 수 있다. 게다가, 종동절(21)에 대하여 다극적인 변이의 각도 상의 방향을 개선하고 측정 장치의 정확성을 최적화하기 위하여, 자기 지지 프레임(17)에 자석을 탑재한 후에 자석(19)을 자화시킬 수 있다는 것을 알고 있어야만 한다.

결국, 이 실시예는 측정 장치에 전기 액추에이터(9)의 간단한 조립을 가능하게 한다. 사실, 캠(7)의 레이스웨이(22)에 대향하여 종동절(21)을 배치하면 충분하고, 그리고 나서 밸브 본체(1)에 대하여 액추에이터(9)를 누르고 고정시킨다.

종동절(21)이 회전자의 각도 상의 스트로크의 시작에서 하부 사분면 또는 상부 사분면에 위치하는지에 따라, 그리고 캠(7)의 형상에 따라, 힘의 윤곽은, 측정 장칙의 적용 요구사항들에 따라서 스크로크 동안에 증가하거나 감소하면서 밸브 축(5)에 형성될 수 있다.

도 6은 캠 부품(7)과 상호 작용하는 종동절(21)을 구비한 지지 프레임(17)을 나타낸다. 레이스웨이(22)는 곧고, 회전축은 전동축과 교차하며, 보다 구체적으로는 상기 전동축에 수직한다. 종동절(21)과 캠 부품(7)은 스트로크의 시작에 있어서 최대한의 힘을 얻기 위하여 상부 오른쪽 사분면에 있고, 응력 그래프(61)에 도시된 바와 같이, 힘은 셔터 밸브(3)에 고정된 전동축(5)에 전달된다.

도 7은 이전 도면에서와 같이 캠 부품(7)과 상호작용하는 종동절(21)을 구비한 자기 지지 프레임(17)을 도시하나, 응력 그래프(71)에 도시되 바와 같이 스트로크 제한에 있어 최대 힘을 얻기 위하여 하부 오른쪽 사분면에 작용하고, 이 힘은 셔터 밸브(3)에 고정된 전동축(5)에 전달된다.

도 8은 설명된 장치의 측면을 나타내고, 도 3에 도시된 것과 같은 종래 기술에 따른 측정 장치를 구비한 방사상의 풋프린트의 비교를 가능하게 한다. "L2"로서 지칭되는 치수는 상술한 경우에서 측정 밸브의 대칭축과 모터 밸브의 뒷면 사이에서 측정된 방사상의 풋프린트이다. 이 치수는 종래 기술에서 알려진 방안의 대응하는 풋프린트의 "L1"으로 일컬어지는 치수에 비교하여 40%까지 감소된 것이다. 전기 액추에이터(9)의 상쇄에 있어서 명백한 감소가 따르며, 한편으로는 보다 소형 밸브, 차량 엔진에 통합하기 쉽고, 다른 한편으로는 엔진의 중력 중심이 지지하는 밸브 본체의 중력 중심에 보다 가까워지게 이동되기 때문에 진동에 대한 보다 우수한 저항성을 갖는다.

도 9는, 자기 지지 프레임(17)에 생성된 토크에 부가되는, 기준 위치에서 리턴 스프링(81)을 추가함으로써 도 1a 및 도 1b의 방안들과는 달라지는, 제2 실시예의 사시도이다. 리턴 스프링은, 상기 스프링(81)의 작용선(yy)이 밸브 셔터(3)의 움직임 동안에 자기 지지 프레임(17)의 회전축(15)에 대하여 이동할 수 있도록, 고정자(11) 또는 밸브 본체(1)에 연결된 고정 포인트(83)와 회전자 조립체(13)의 회전축(15)의 편심 포인트에서 캠 부품(7) 또는 회전자 조립체(13)에 연결된 이동 포인트(85) 사이에 고정된다. 복원 토크가 비-선형 특성을 갖도록, 레버(17)의 회전축(15)에 대한 스프링(81)의 레버 암 "I"는 셔터 밸브(3)가 움직이는 동안에 변화한다.

상기 비-선형 복원 토크는, 낮은 전류로 제2 위치에서 위치하는 것을 보조하도록, (예를 들면, 밸브가 폐쇄된 상태의) 기준 위치에 대한 복원 기능을 보장하며, (예를 들면 개방 위치에서) 밸브의 다른 극단의 위치에서 감소된 복원 토크를 갖는다. 상기 장점은, 한편으로는 배터리에서 생성된 전류의 소비를 줄일 뿐 아니라, 또한 실온에 부가되는, 코일 내부에 주울(Joule) 효과에 의해 야기되는 과열로부터 모터를 보호한다.

전기 액추에이터(9)의 코일에서 열의 열적 손실은, 밸브 본체가 외부 코일을 수용하는 경우 밸브 본체(1)의 전기 액추에이터(9)를 고정하기 위하여, 우수한 열 전도성 물질로 구성된 고정 부품(87)을 사용함으로써 개선될 수 있다. 대조적으로, 밸브 본체가 높은 온도를 갖고 지지되는 곳과 밸브 본체(1)의 전기 액추에이터(9)를 열적으로 절연시키기에 충분한 경우, 전기 액추에이터(9)는 바람직하게는 비금속 러그들(lugs)에 의해 제공될 수 있다.

도 10은 측정 장치의 제3 실시예의 사시도이고, 가스의 흐름을 조절하기 위하여, 여기서 밸브(3)는 튜브 형상의 밸브 본체(1)에서 회전 운동으로 구동된다. 전기 액추에이터(9)는, 종동절(21)에 의하여 상기 캠 부품(7)으로 회전 운동을 전달하는, 디스크 자석(19)과 자기 지지 프레임(17)으로 구성된 회전자(13)를 포함한다. 밸브 셔터(3)의 회전이 밸브 본체(1) 내에 흐르는 유체의 측정을 가능하게 하도록, 상기 캠 부품(7)은 밸브 셔터(3)를 지지하는 축(5)에 대하여 회전 운동할 수 있다.

회전 셔터 측정 밸브는 높게 통합된 운동역학적인 전달인 것을 특징으로 하며, 액추에이터/운동역학적 조립체의 높이를 최적화함으로써 밸브의 전체적인 소형화를 향상시킬 수 있다. 캠 부품(7)은, 굽어질 수 있는 레이스웨이의 윤곽은, 도 11에서, 허브(91)를 사용함으로써 밸브 축(5)에 고정되어 회전함으로써 이동할 수 있다. 캠 부품(7)의 레이스웨이의 형상은 따라서 각도 상의 크기를 증가시킴으로써, 또는 원하는 사용에 따라서 토크를 증가시킴으로써 전동축의 회전 각을 증폭시키도록 선택될 수 있다.

캠 부품(7)에 고정된 영구 자석(23)은 고정자(11)에 고정된 감자기성 부품(25)과 반응할 수 있다. 따라서, 회전 위치 센서는 밸브 셔터(3)의 각 위치를 알게 할 수 있도록 형성되고, 따라서 측정 장치의 유량을 조절할 수 있다.

본 발명은 도면들과 상술한 설명들로 상세하게 설명되었다. 상세한 설명들은 예시로서 설명하기 위한 것으로 여겨져야만 하고, 이러한 설명들을 본 발명을 제한하는 것인 아니다. 다양한 선택적인 실시예들이 가능하다.

예를 들면, 리턴 스프링은 회전 밸브 셔터를 갖춘 장치로서 사용될 수 있다.

Claims (14)

1. - 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동하도록 구성된 밸브 셔터(3)를 구비한 밸브 본체(1)와,
   - 밸브 셔터에 연결된 제1 단부와 캠 부품(7)에 연결된 제2 단부를 갖는 전동축(5)과,
   - 고정자 조립체(11)와 회전축(15)에 대하여 회전할 수 있는 회전자 조립체(13)를 포함하는 회전 전기 액추에이터(9)를 포함하고,
   상기 회전자 조립체(13)는,
   - 자기 지지 프레임(17)과
   - 상기 자기 지지 프레임이 지지하는 회전자 자석(19)을 포함하고,
   상기 회전자 조립체(13)는 자기 지지 프레임(17)에 직접적으로 고정되고, 상기 회전축(15)에 대하여 편심이고, 회전자 조립체(13)의 회전 운동을 전동축(5)의 운동으로 변환하도록 상기 캠 부품(7)에서 움직일 수 있도록 배치된 종동절(21)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   영구 자석(23)은 상기 캠 부품(7)에 고정되고,
   상기 영구 자석(23)은 상기 고정자 조립체(11)에 고정된 감자기성 부품(25)와 상호 작용하여 위치 센서를 형성하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 캠 부품은 강자성 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
   
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 위치 센서는 선형 모드로 작동하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
   
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 감자기성 부품(25)은 강성 전도성 구조물을 사용하여 상기 고정자 조립체(11)에 고정되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고정자 조립체(11)에 고정된 제1 단부와, 상기 회전자 조립체의 회전축(15)의 편심 포인트에 상기 회전자 조립체(13)에 고정된 제2 단부를 갖는 리턴 스프링(81)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 종동절은 상기 자기 지지 프레임에 고정된 노즈에 대하여 회전할 수 있고,
   상기 자기 지지 프레임, 상기 회전자 조립체의 축, 및 상기 노즈는 단일한 금속 부품으로 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 밸브 셔터와 상기 전동축은 병진 운동을 하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 캠 부품은 상기 전동축과 교차하는 레이스웨이를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이스웨이는 전동축에 수직인 것을 특징으로 하는 측정 장치.
    
11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 셔터와 전동축은 상기 전동축의 길이방향 축에 대하여 회전 운동하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 캠 부품은 전동축의 각도 상의 스트로크를 수정할 수 있는 레이스웨이를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
    (상기 회전자 부품의 상기 스트로크는 자화 구조물에 의해 고정되고, 상기 종동절/캠 변환의 다음 방향의 부재의 스트로크만 오로지 변할 수 있다.)
    
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 측정 장치를 조립하는 방법으로서,
    - 상기 전동축과 상기 캠 부품은 서로 고정된 후에, 전체적으로 밸브 본체에 조립되며,
    - 상기 종동절이 상기 자기 지지 프레임에 고정된 후에,
    - 상기 종동절은 상기 캠 부품에 대향되게 배치되며,
    - 상기 전기 액추에이터는 상기 밸브 본체에 대하여 눌러지고 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전자 자석은, 상기 자기 지지 프레임에 고정된 후에, 자화되는 것을 특징으로 하는 방법.

Images