KR20140070053A - 전동 볼 밸브 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체를 단속하기 위한 전동 볼 밸브를 개폐하는 전동 볼 밸브 구동장치에 관한 것이다.
본 발명은 감속모터의 회전력을 전달받아 회전하는 주축이 체결되어 전동 볼 밸브를 개폐 제어하기 위한 전동 볼 밸브 구동장치에 있어서, 상기 감속모터의 수용공간을 제공하는 구동장치 몸체 및 구동장치 커버와, 상기 수용공간의 내부에 구비되며, 상기 감속모터의 회전축과 체결되어 함께 회전하는 서브기어와, 상기 서브기어와 맞물려 회전하며, 상기 주축이 체결되어 상기 감속모터의 회전력을 상기 주축에 전달하는 메인기어와, 상기 메인기어의 일면에서 돌출되며, 중심각이 서로 마주보는 한 쌍의 부채꼴 형상으로 형성되는 스위치 누름부와, 상기 스위치 누름부의 부채꼴 형상에서 호(Arc)와 접하여 제어신호가 출력되는 마이크로스위치와, 상기 마이크로스위치의 제어신호를 전달받으며, 상기 감속모터의 온/오프 제어를 위한 전원회로를 포함하는 제어부가 포함되며, 상기 스위치 누름부의 호(Arc)에는 상기 마이크로스위치의 동작면적을 연장하기 위하여 외측으로 돌출 형성되는 누름 확장부가 더 형성된다. 이에 의하면, 전동 볼 밸브가 안정적으로 개폐동작을 반복해서 수행할 수 있는 이점을 가진다.

Description

전동 볼 밸브 구동장치{ Motor operated ball valve actuator }

본 발명은 유체를 단속하기 위한 전동 볼 밸브를 개폐하는 전동 볼 밸브 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동 볼 밸브는 유체의 흐름을 구형의 몸체로 조절하기 위한 밸브로 상기 몸체를 관통하는 홀이 유로를 연결하도록 모터를 이용하여 구체를 회전시켜 제어하도록 구성된다.

그리고, 상기 몸체에 형성되는 홀은 90°위상으로 풀 오픈(Full Open) 및 풀 클로즈(Full Close)되며, 상기 몸체를 회전시키기 위한 전동 볼 밸브의 구동장치에는 DC 전원공급원과 모터 및 복수의 기어구조가 포함된다.

한편, 대한민국 공개특허 10-2011-0115189에는 AC전원을 이용하여 동작 가능하며, 수동 및 자동 제어가 가능한“전동볼밸브”가 개시되어 있다.

상세히, 도 1 은 종래 기술에 의한 전동 볼 밸브의 일실시 예로 도면을 참조하면, 볼밸브(30)의 상단에 전동 개폐장치(10)가 구비된다.

그리고, 상기 전동 개폐장치(10)의 외부로 돌출된 전원와이어(11)에 AC전원을 직접입력하면 전동 개폐장치(10) 내부에 부착된 전동모터(미도시)가 회전하고 전동모터에 결합된 전동 개폐장치출력축(13)이 회전함에 따라 PCB(16)에 부착된 리미트스위치(15a, 15b)를 직접 단속하여 볼밸브(30)의 열림 또는 닫힘 동작이 자동으로 가능하게 된다.

한편, 상기 전동 개폐장치출력축(13)은 부채꼴 형상으로 형성되고, 상기 리미트 스위치(15a, 15b)는 상기 전동개폐장치출력축(13)의 반경 아래에 위치하도록 좌우 배치되어 상기 전동 개폐장치출력축(13)에 의해 가압되면 제어신호를 발생시키게 된다.

즉, 종래 기술에서는 2개의 리미트 스위치(15a, 15b)가 각각 2개의 접점을 가지도록 구성되며, 상기 각 접점은 90°위상으로 제어신호가 송출될 수 있도록 신호를 각각 발생시키게 된다.

따라서, 상기 전동 개폐장치출력축(13)은 전동모터가 구동되어 상기 리미트 스위치(15a, 15b)의 접점 중 어느 하나가 눌려지게 될 경우 정지하게 되고, 다음 신호가 발생되면 다음 접점이 눌러질 때까지 회전하는 방식으로 볼밸브(30)의 개폐 정도를 제어하게 된다.

하지만, 상기와 같이 개별적인 온/오프 접점을 이용하게 될 경우 요구되는 리미트 스위치의 개수와 회로구성이 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같이 전동 개폐장치출력축(13)에서 리미트 스위치(15a, 15b)의 접점을 누르는 부분이 원호 형상으로 형상될 경우 리미트 스위치(15a, 15b)의 누름조작이 부드럽게 이루어지는 이점은 있으나, 원호의 각 끝단에서 리미트 스위치(15a, 15b)가 눌름 상태를 유지하지 못하거나, 최초 누름 조작이 늦게 이루어질 수 있는 문제점을 가진다.

본 발명의 목적은 리미트 스위치의 개수를 줄여 제어구성이 간단하게 형성될 수 있도록 하면서 스위치 누름부의 형상에 의해 볼밸브가 보다 정확하고 안정적인 개폐 작동을 반복할 수 있도록 하기 위한 전동 볼 밸브의 구동장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 감속모터의 회전력을 전달받아 회전하는 주축이 체결되어 전동 볼 밸브를 개폐 제어하기 위한 전동 볼 밸브 구동장치에 있어서, 상기 감속모터의 수용공간을 제공하는 구동장치 몸체 및 구동장치 커버와, 상기 수용공간의 내부에 구비되며, 상기 감속모터의 회전축과 체결되어 함께 회전하는 서브기어와, 상기 서브기어와 맞물려 회전하며, 상기 주축이 체결되어 상기 감속모터의 회전력을 상기 주축에 전달하는 메인기어와, 상기 메인기어의 일면에서 돌출되며, 중심각이 서로 마주보는 한 쌍의 부채꼴 형상으로 형성되는 스위치 누름부와, 상기 스위치 누름부의 부채꼴 형상에서 호(Arc)와 접하여 제어신호가 출력되는 마이크로스위치와, 상기 마이크로스위치의 제어신호를 전달받으며, 상기 감속모터의 온/오프 제어를 위한 전원회로를 포함하는 제어부가 포함되며, 상기 스위치 누름부의 호(Arc)에는 상기 마이크로스위치의 동작면적을 연장하기 위하여 외측으로 돌출 형성되는 누름 확장부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 스위치 누름부는 상기 메인기어의 원주를 사사분면으로 구획하여 제 1, 3 사분면 또는 제 2, 4 사분면에 부채꼴의 호(Arc)가 위치되도록 형성되며, 상기 누름 확장부는 상기 각 사분면의 경계 부분까지 상기 부채꼴의 호(Arc)와 대응되는 곡률을 형성하고, 경계를 넘어설 경우 곡률이 증가하여 상기 마이크로스위치가 누름 상태에서 해지될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 누름 확장부는 상기 감속모터가 일방향으로만 회전할 경우 상기 스위치 누름부 각각의 부채꼴 호(Arc) 일단에만 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부에는 교류전원과 직류전원을 절체 가능하도록 구비되는 스위치와, 상기 스위치의 접점과 연결되어 교류전원을 직류전원으로 전환하기 위한 SMPS 전원장치와, 상기 SMPS 전원장치를 통해 직류전원을 공급받아 작동되는 릴레이가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 리미트 스위치를 누르기 위한 부채꼴 형상의 스위치 누름부가 밸브의 회전 각도에 대응하는 형상으로 형성되어 상기 스위치 누름부의 이동 위치에 따라 볼 밸브의 개폐제어가 이루어지며, 스위치 누름부에는 상기 리미트 스위치의 동작면적을 연장하기 위한 누름 확장부가 더 구비되어 볼 밸브의 개폐 동작이 보다 정확하게 반복될 수 있는 이점이 있다.

즉, 본 발명에 따른 스위치 누름부의 형상이 라운드지게 형성되어 스위치 누름부의 끝단에서 리미트 스위치가 누름 상태를 유지하지 못하는 것을 방지하기 위하여 상기 누름 확장부를 더 구비함으로써, 상기 스위치 누름부가 안정적으로 리미트 스위치의 누름 시간을 유지할 수 있게 되어 볼 밸브의 개폐 동작이 안정적으로 수행될 수 있는 이점을 가진다.

도 1 은 종래 기술에 의한 전동 볼 밸브의 일실시 예를 보인 도면.
도 2 는 본 발명의 일실시 예인 전동 볼 밸브 구동장치의 외관을 보인 사시도.
도 3 은 도 2 에 도시된 실시 예의 분해 사시도.
도 4 및 도 5 는 본 발명에 따른 전동 볼 밸브 구동장치의 동력전달 구조를 보이기 위한 도면.
도 6 은 본 발명에 따른 전동 볼 밸브 구동장치의 요부구성인 메인기어의 일실시 예를 보인 도면.
도 7 은 본 발명에 따른 전동 볼 밸브 구동장치의 제어회로의 일실시 예를 보인 도면.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 2 에는 본 발명의 일실시 예인 전동 볼 밸브 구동장치의 외관을 보인 사시도가 도시되어 있고, 도 3 에는 도 2 에 도시된 실시 예의 분해 사시도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전동 볼 밸브 구동장치(100)에서는 구동장치 몸체(200)와 구동장치 커버(300)가 결합되어 내부에 전동 볼 밸브를 제어하기 위한 구성요소의 수용공간이 제공된다.

그리고, 상기 구동장치 커버(300)의 상측에는 아래에서 설명할 주축(120)과 연결되는 수동노브(320)가 구비되어 수동노브(320)의 조작에 의해 전동 볼 밸브의 수동 개폐가 이루어질 수 있도록 한다.

즉, 상기 수동노브(320)에는 상기 주축(120)이 끼움 고정될 수 있도록 체결홀이 형성되고, 상기 주축(120)의 단부에는 체결부재(322)가 결합될 수 있도록 나선홀이 형성되어 주축(120)이 체결홀에 끼움 장착된 상태에서 체결부재(322)를 이용하여 고정시킬 수 있다.

한편, 상기 수용공간 내부에는 상기 주축(120)에 회전력을 제공하기 위한 감속모터(600)와 상기 감속모터(600)의 회전축에 고정되어 함께 회전하는 서브기어(500) 및 상기 서브기어(500)와 맞물려 회전하는 메인기어(400)가 구비된다.

상세히, 상기 감속모터(600)는 상기 구동장치 몸체(200)에 마련된 감속모터 수용부(220)에 안착되어 위치가 고정되며, 상기 감속모터(600)의 회전축에는 상기 서브기어(500)가 끼워져 회전할 수 있도록 체결된다.

또한, 상기 주축(120)에는 상기 메인기어(400)가 끼움 고정되어 함께 회전할 수 있도록 구비되며, 도시되지는 않았지만 상기 메인기어(400)를 관통한 주축(120)의 단부는 상기 구동장치 몸체(200)를 관통하여 볼 밸브와 체결된다.

그리고, 상기와 같이 주축(120)과 함께 회전하도록 고정되는 메인기어(400)는 상기 서브기어(500)와 치형이 맞물려 상기 감속모터(600)가 작동하게 되면 상기 주축(120)으로 회전력이 전달되어 볼 밸브가 개폐될 수 있다.

한편, 상기 구동장치 몸체(200)에는 상기와 같은 동력전달 구조를 통해 개폐되는 볼 밸브를 제어하기 위하여 상기 감속모터(600)에 온/오프 신호를 전달하기 위한 마이크로스위치(700)와 상기 마이크로스위치(700)를 포함하는 제어구성을 제어하기 위한 제어부(900)가 더 구비된다.

도 4 및 도 5 에는 본 발명에 따른 전동 볼 밸브 구동장치의 동력전달 구조를 보이기 위한 도면이 도시되어 있고, 도 6 에는 본 발명에 따른 전동 볼 밸브 구동장치의 요부구성인 메인기어의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 상기 메인기어(400)에는 상기 주축(120)이 체결되는 주축체결홀(410)과, 상기 수동노브(320)가 체결되어 함께 회전하기 위한 수동노브 체결홀(440), 상기 서브기어(500)의 가장자리를 따라 형성되는 서브기어부(520)의 치형과 맞물려 회전하기 위한 메인기어부(420) 및 상기 마이크로스위치(700)를 선택적으로 가압하기 위한 스위치 누름부(460)가 형성된다.

상세히, 상기 주축체결홀(410은 상기 메인기어(400)의 중앙 부분에 천공 형성되어 상기 주축(120)이 관통하는 곳으로, 상기 주축(120)에 형성된 키(key)와 대응되는 형상으로 천공 형성되어 키(key)를 일치시켜 관통시킬 경우 상기 주축(120)과 메인기어(400)가 함께 회전할 수 있게 된다.

상기 수동노브 체결홀(440)은 상기 주축체결홀(410)의 좌우 양측에 각각 천공 형성되며, 상기 수동노브(320)를 고정하기 위한 체결부재가 고정되어 상기 수동노브(320)를 회전 조작할 경우 상기 메인기어(400)와 함께 주축(120)이 회전할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 스위치 누름부(460)는 상기 메인기어(400)의 설치 위치를 기준으로 하향 돌출되며, 상기 마이크로스위치(700)와 접하는 부분이 라운드지게 형성되어 전체적으로 한 쌍의 부채꼴 형상을 가진다.

상세히, 상기 스위치 누름부(460)는 동일한 반지름과 호의 길이를 가지는 ㅂ그리부채꼴이 중심각 90°를 형성하며 서로 마주보도록 구비되어 상기 메인기어(400)의 일면에 4개의 분할된 영역을 형성하게 된다.

즉, 상기 스위치 누름부(460)는 상기 메인기어(400)의 원주를 사사분면으로 구획하여 제 1, 3 사분면 또는 제 2, 4 사분면에 부채꼴의 호가 위치되도록 형성된다. 따라서, 상기 전동 볼 밸브의 전방위 위상을 90°씩 분할할 수 있게 되며, 상기 메인기어(400)가 회전하게 될 경우 상기 마이크로스위치(700)가 상기 스위치 누름부(460)에 의해 커버되는 영역에서는 상기 스위치 누름부(460)의 호와 접한 상태로 일정 시간 누름 상태를 유지할 수 있도록 한다.

한편, 상기 스위치 누름부(460)에는 상기 마이크로스위치(700)가 보다 정확한 누름 시간을 유지할 수 있도록 하기 위한 누름 확장부(462)가 더 구비된다.

상세히, 상기 스위치 누름부(460)는 전술한 바와 같이 상기 마이크로스위치(700)를 누르는 부분이 부채꼴 형상으로 형성되는데, 이와 같은 형상은 상기 마이크로스위치(700)를 누를 때 걸림 현상이 발생하지 않도록 하기 위함이다.

하지만, 각 호의 단부에서 반지름과 만나는 부분은 마이크로스위치(700)의 걸림현상을 방지하기 위하여 라운드지게 형성되는데, 이와 같은 단부의 형상에 의해 상기 마이크로스위치(700)의 누름 상태가 안정적으로 유지되지 못하기 때문에 본원 발명에서는 상기 스위치 누름부(460)의 단부가 보다 외측으로 돌출되도록 하여 마이크로스위치(700)의 동작면적을 연장하기 위한 누름 확장부(462)가 더 구비된다.

즉, 상기 누름 확장부(462)는 상기 감속모터(600)를 통해 전달되는 회전력이 상기 볼 밸브를 90°위상씩 정확하게 이동시킬 수 있도록 상기 스위치 누름부(460)의 곡률과 대응되는 곡률로 상기 볼 밸브가 90°위상만큼 이동할 수 있도록 하기 위한 구성이다.

따라서, 상기 누름 확장부(462)는 상기 스위치 누름부(460)의 반지름을 연장한 선까지 상기 스위치 누름부(460)의 호와 동일한 곡률을 유지하고, 상기 반지름의 연장선을 넘어서게 되면 마이크로스위치(700)의 접점이 누름 상태에서 해지될 수 있도록 보다 큰 곡률을 가지도록 형성된다.

결국, 상기 누름 확장부(462)는 상기 각 사분면의 경계 부분까지 상기 부채꼴의 호와 대응되는 곡률을 형성하고, 경계를 넘어설 경우 곡률이 증가하여 상기 마이크로스위치(700)가 누름 상태에서 해지될 수 있도록 한다.

한편, 상기와 같은 형상의 누름 확장부(462)는 상기 메인기어(400)가 일방향으로만 회전하므로 상기 스위치 누름부(460)의 부채꼴 호 일단에만 형성될 수도 있으나 체결 시 방향성이 형성되기 때문에 체결의 편의를 위해 상기 스위치 누름부(460)의 부채꼴 호 양단에 모두 형성될 수도 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 작용에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 7 에는 본 발명에 따른 전동 볼 밸브 구동장치의 제어회로의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전동 볼 밸브 구동장치의 제어회로에는 교류 전원이 상기 감속모터(600)와 릴레이(920)의 커먼 단자에 결선되고, 상기 마이크로스위치(700)의 커먼 단자가 상기 감속모터(600)의 나머지 단자에 결선된다.

상기 마이크로스위치(700)의 노멀 오픈 단자는 상기 릴레이(920)와 a접점으로 연결되고, 상기 마이크로스위치(700)의 노멀 클로즈 단자는 상기 릴레이(920)와 b접점으로 연결되어 교류전원이 인가되면 상기 감속모터(600)와 릴레이(920) 모두 b점점으로 연결되어 있으므로 전류가 인가되어 상기 감속모터(600)가 작동하여 주축(120)이 회전하게 된다.

그리고, 상기 주축(120)이 회전함에 따라 볼 밸브가 회전하게 되며, 상기 주축(120)의 회전은 상기 스위치 누름부(460)에 의해 상기 마이크로스위치(700)의 출력이 단선(노멀 오픈) 상태가 될 경우 상기 감속모터(600)로 공급되는 전원이 차단되면서 볼 밸브의 열림 동작이 완료된다.

또한, 상기와 같이 공급되는 교류전원은 스위치(960)를 통해 절체 가능하도록 구성되며, 상기 스위치(960)의 제 2 접점과 제 3 접점이 교류전원과 연결되고, 제 1 접점은 SMPS 전원장치(940)와 연결되어 직류 전원을 상기 릴레이(920)로 공급할 수 있도록 구성된다.

따라서, 상기 릴레이(920)의 구동을 위한 별도의 변압기가 필요치 않게 되며, 상기 SMPS 전원장치(940)를 이용함으로써 교류전원 80V 내지 250V 범위에서도 외부 스위치 또는 컨트롤러를 통해 단독으로 열림과 닫힘 동작이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 상기 스위치(960)의 제 1 접점과 제 3 접점을 통해 출력신호가 전달되면 상기 릴레이(920)가 a접점으로 전환되고, 상기 마이크로스위치(700)가 노멀 오픈 상태로 연결되어 있으므로 상기 감속모터(600)에 전원이 공급되어 주축(120)이 회전하게 된다.

그리고, 상기 주축(120)은 상기 스위치 누름부(460)에 의해 상기 마이크로스위치(700)의 출력이 단락(노멀 클로즈) 상태가 될 경우 상기 감속모터(600)로 공급되는 전원을 차단하여 볼 밸브의 닫힘 동작이 완료된다.

한편, 상기와 같은 볼 밸브의 열림과 닫힘 동작 과정에서 상기 마이크로스위치(700)는 상기 스위치 누름부(460)에서 연장 형성되는 누름 확장부(462)에 의해 안정적으로 누름 상태를 유지할 수 있게 되어 볼 밸브가 90°위상으로 개폐 동작을 반복하여 수행할 수 있도록 한다.

100..... 전동 볼 밸브 구동장치 120..... 주축
200..... 구동장치 몸체 300..... 구동장치 커버
320..... 수동노브 400..... 메인기어
410..... 주축 체결홀 420..... 메인기어부
440..... 수동노브 체결홀 460..... 스위치 누름부
462..... 누름 확장부 500..... 서브기어
520..... 서브기어부 600..... 감속모터
700..... 마이크로스위치 900..... 제어부

Claims (4)

1. 감속모터의 회전력을 전달받아 회전하는 주축이 체결되어 전동 볼 밸브를 개폐 제어하기 위한 전동 볼 밸브 구동장치에 있어서,
   상기 감속모터의 수용공간을 제공하는 구동장치 몸체 및 구동장치 커버;
   상기 수용공간의 내부에 구비되며, 상기 감속모터의 회전축과 체결되어 함께 회전하는 서브기어;
   상기 서브기어와 맞물려 회전하며, 상기 주축이 체결되어 상기 감속모터의 회전력을 상기 주축에 전달하는 메인기어;
   상기 메인기어의 일면에서 돌출되며, 중심각이 서로 마주보는 한 쌍의 부채꼴 형상으로 형성되는 스위치 누름부;
   상기 스위치 누름부의 부채꼴 형상에서 호(Arc)와 접하여 제어신호가 출력되는 마이크로스위치;
   상기 마이크로스위치의 제어신호를 전달받으며, 상기 감속모터의 온/오프 제어를 위한 전원회로를 포함하는 제어부;가 포함되며,
   상기 스위치 누름부의 호(Arc)에는 상기 마이크로스위치의 동작면적을 연장하기 위하여 외측으로 돌출 형성되는 누름 확장부가 더 형성되는 전동 볼 밸브 구동장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치 누름부는,
   상기 메인기어의 원주를 사사분면으로 구획하여 제 1, 3 사분면 또는 제 2, 4 사분면에 부채꼴의 호(Arc)가 위치되도록 형성되며,
   상기 누름 확장부는 상기 각 사분면의 경계 부분까지 상기 부채꼴의 호(Arc)와 대응되는 곡률을 형성하고, 경계를 넘어설 경우 곡률이 증가하여 상기 마이크로스위치가 누름 상태에서 해지될 수 있도록 하는 전동 볼 밸브 구동장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 누름 확장부는
   상기 감속모터가 일 방향으로만 회전할 경우 상기 스위치 누름부 각각의 부채꼴 호(Arc) 일단에만 형성되는 전동 볼 밸브 구동장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부에는,
   교류전원과 직류전원을 절체 가능하도록 구비되는 스위치와,
   상기 스위치의 접점과 연결되어 교류전원을 직류전원으로 전환하기 위한 SMPS 전원장치와,
   상기 SMPS 전원장치를 통해 직류전원을 공급받아 작동되는 릴레이가 포함되는 전동 볼 밸브 구동장치.
   

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