KR20180046239A

KR20180046239A - 로터리 엔코더 내장형 삼상 벡터제어 멀티턴 액추에이터

Info

Publication number: KR20180046239A
Application number: KR1020160141251A
Authority: KR
Inventors: 박순원
Original assignee: 주식회사 노아 엑츄에이션
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-05-08
Also published as: KR101868328B1

Abstract

본 발명은 밸브(221)가 설치되어 지지되는 밸브 몸체(220)와, 상기밸브 몸체(220)에 구비된 밸브(221)를 구동시키는 밸브구동부(210)를 포함하여 이루어지고;
상기 밸브구동부(210)는 밸브(221)를 구동시키기 위해 모터축(214a)에 축착되고 테두리에 엔코더공을 회전각도마다 분산 형성한 엔코더판(362)과, 언코더공을 통하여 회전각도를 센싱하는 포터커플러(364)가 설치된 구동모터(214)와; 구동모터(214)의 동력을 기어메카니즘으로 밸브를 작동시키는 밸브몸체(220)로 이루어지고;
밸브몸체(220)는 상기 구동모터(214) 모터축(214a)에 설치한 구동기어(215)로부터 회전력을 전달받아 밸브(221)의 개도를 조절하는 밸브 구동축(216)과, 밸브(221)의 상한 및 하한 한계를 세팅하도록 밸브 개도를 검출하는 개도검출센서(211)와, 구동 전원이 차단된 상태에서 응급하게 밸브(221)를 동작할 수 있도록 하기 위한 수동전환레버(218) 및 수동핸들(217)을 포함하여 이루어지고;
상기 밸브몸체(220)는 밸브구동부(210)는 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 로터리 엔코더 내장형 삼상 벡터제어 멀티턴 액추에이터 이다.

Description

로터리 엔코더 내장형 삼상 벡터제어 멀티턴 액추에이터{Multiturn actuator with a 3phase vector control means and an embeded rotary encoder}

본 발명은 로터리 엔코더 내장형 삼상 벡터제어 멀티턴 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 전자밸브는 냉온수, 스팀기체, 오일, 냉매, 각종 화학유체 또는 해수 등과 같은 유체 및 기체의 흐름간에 개재되어 유량과 압력 또는 온도 등을 계측하면서 개폐동작을 제어하는데 이용된다.

이러한 전자밸브는 대한민국 특허출원 제97-492호에 개시된 바와 같이 전자 밸브용 액츄에이터에 의하여 제어되고, 그 구체적인 예는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같다. 도 1은 종래 기술에 따른 전자밸브용 액츄에이터(a)를 나타내는 외관 구성도로서 3방변(Three Way Valve)으로 된 밸브체(10) 위에 액츄에이터(20)가 결합된 모습을 보여주고 있고, 도 2는 종래 기술에 따른 전자밸브용 액츄에이터(a)에 적용된 밸브체(10)의 단면도를 나타내고 있다.

밸브체(10)는 'S'자형의 유로를 갖는 바디(11)와, 'S'자형 유로의 가운데 부분에 설치되는 시트(12)와, 상하운동을 하면서 유로를 개폐시키는 디스크(13)와, 디스크(13)가 이동될 수 있는 통로를 제공하는 실린더(14)와, 디스크(13)의 이동을 제한하는 커버(15)와, 디스크(13)를 이동시키는 스템(16)과, 유체가 커버(15) 및 스템(16) 사이로 새어나오는 것을 방지하는 패킹(17) 및 패킹너트(18)로 이루어진다.

도 3은 종래 기술에 따른 전자밸브용 액츄에이터(a)를 나타내는 회로도로서 직류전원을 공급하기 위한 전원부(21)와, 밸브구동 피드백신호, 최대밸브개도 설정신호 등을 입력시키는 신호입력부(26)와, 동작모드를 설정하기 위한 스위치(22)와, 메모리가 내장되며 밸브체(10)의 개폐동작을 제어하는 마이크로 컨트롤러(23)와, 밸브체(10)의 개도율을 표시하는 표시부(24)와, 모터(M)를 구동하기 위한 모터 구동부(25)로 이루어지고, 마이크로 컨트롤러(23)에 의하여 제어되는 모든 데이터는 중앙 제어반(30)에 제공되어 운영되도록 설계된다.

기존의 마그네트컨트롤(MC;Magnet Control) 엠시방식의 액추에이터는 도 4와 같이 구동모타(214)의 인가 전원 각상의 전선에 온오프 작동용 엠시접점(214a)과, 각상의 엠시접점(214a) 입력단에 바테리(301) 전원을 받아 원하는 출력으로 제공(SMPS방식 등)하는 파워보드(320), 토크센서(302)의 센싱 값을 디지탈 값으로 변환하는 아날로그디지탈컨버터(311), 엠시접점(214a) 구동용 엠시구동부(312) 및 통신부(313)를 가지는 컨트롤보드(310a), 로칼키(331), 통신부(333), 및 엘시디제어유닛(335)을 가지는 조작보드(330), 상기 통신부(313,335)의 통신으로 인식값을 제공하는 절대인코더(303)를 포함하여 이루어진다. 이는 조작보드(330)의 로칼키(331)를 작동시켜 밸브 구동지령이 발생할시, 컨트롤보드(310a)의 엠시구동부(312)는 엠시접점(213a)을 턴 온시켜 전동기에 전원을 공급하고, 액추에이터가 절대인코더(303)의 인식으로 목표지점에 도달하면 엠시구동부(312)는 엠시접점(214a)을 턴오프시켜 액추에이터를 정지한다. 이 때 경우에 따라서 속도 가감속 제어가 관성의 법칙이나 환경에 의하여 액추에이터가 목표값보다 더 많이 움직이는 경우가 발생한다. 이를 보정하기 위해 엠시접점(214a)은 목표지점까지 도달 할 때 까지 지속적인 온,오프 동작을 반복한다. 이러한 온 오프구동은 구동모터의 큰 구동 전류에 의해서 밸브의 기계적 수명을 단축하기도 한다.

액추에이터기술은 자동차에 적용하는 기술로 국내특허등록10-1304141호, 공개특허10-2013-0111202호로 알려져 있고, 밸브액추에이터 기술은 국내실용신안등록0251187호로 휴대용 액추에이터 기술이 알려져 있고, 하이브리드방식의 액추에이터는 국내특허등록10-1314549호로 알려져 있으나, 로터리 엔코더 일체형이면서 삼상 벡터제어를 밸브구동부 내부에서 함께 수행하는 기술은 개발된 바 없다.

본 발명은 이를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 구동모터의 회전축에 로타리엔코더를 함께 내장시켜 사용이 편리하고, 삼상 벡터제어를 수행하는 보드를 밸브구동부 내부에서 설치하여 작동토록 함으로써, 멀티턴액추에터의 특성상 물이나 눈 등과 같은 열악한 외부 환경에서 노출되지 않도록 매몰형으로 구현하여 항상 일정한 작동 기능을 할 수 있도록 하는 로터리 엔코더 내장형 삼상 벡터제어 멀티턴 액추에이터를 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구동모터의 회전축에 로타리엔코더를 함께 내장시켜 사용이 편리하고, 삼상 벡터제어를 수행하는 보드를 밸브구동부 내부에서 설치하여 정밀한 제어를 가능토록 하므로, 열고 닫는 순간에는 속도를 느리게 하여 초기 부하증가와 마지막 과부하로 인한 밸브의 파손을 줄여 내구성을 증진시킨 로터리 엔코더 내장형 삼상 벡터제어 멀티턴 액추에이터를 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본원발명은 밸브(221)가 설치되어 지지되는 밸브 몸체(220)와, 상기밸브 몸체(220)에 구비된 밸브(221)를 구동시키는 밸브구동부(210)를 포함하여 이루어지고;

상기 밸브구동부(210)는 밸브(221)를 구동시키기 위해 모터축(214a)에 축착되고 테두리에 엔코더공을 회전각도마다 분산 형성한 엔코더판(362)과, 언코더공을 통하여 회전각도를 센싱하는 포터커플러(364)가 설치된 구동모터(214)와; 구동모터(214)의 동력을 기어메카니즘으로 밸브를 작동시키는 밸브몸체(220)로 이루어지고;

밸브몸체(220)는 상기 구동모터(214) 모터축(214a)에 설치한 구동기어(215)로부터 회전력을 전달받아 밸브(221)의 개도를 조절하는 밸브 구동축(216)과, 밸브(221)의 상한 및 하한 한계를 세팅하도록 밸브 개도를 검출하는 개도검출센서(211)와, 구동 전원이 차단된 상태에서 응급하게 밸브(221)를 동작할 수 있도록 하기 위한 수동전환레버(218) 및 수동핸들(217)을 포함하여 이루어지고;

상기 밸브몸체(220)는 밸브구동부(210)는 포함하여 구성한 로터리 엔코더 내장형 삼상 벡터제어 멀티턴 액추에이터를 제공한다.

이상과 같이 본원발명은 본 발명의 목적은 구동모터의 회전축에 로타리엔코더를 함께 내장시켜 사용이 편리하고, 삼상 벡터제어를 수행하는 보드를 밸브구동부 내부에서 설치하여 작동토록 함으로써, 멀티턴액추에터의 특성상 물이나 눈 등과 같은 열악한 외부 환경에서 노출되지 않도록 매몰형으로 구현하여 항상 일정한 작동 기능을 할 수 있도록 한다.

본 발명은 구동모터의 회전축에 로타리엔코더를 함께 내장시켜 사용이 편리하고, 삼상 벡터제어를 수행하는 보드를 밸브구동부 내부에서 설치하여 정밀한 제어를 가능토록 하므로, 열고 닫는 순간에는 속도를 느리게 하여 초기 부하증가와 마지막 과부하로 인한 밸브의 파손을 줄여 내구성을 증진시킨다.

도 1은 종래의 멀티턴 액추에이터 사시도,
도 2는 도 1의 밸브체 단면도,
도 3은 도 1 의 제어블럭도,
도 4는 종래의 엠시구동방식의 제어 블럭 구성도,
도 5는 본 발명의 시스템 구성연결도,
도 6은 본 발명의 멀티턴 액추에이터 구성도,
도 7은 본 발명의 요부단면 사시도,
도 8은 본 발명이 로터리인코더가 구동모터내에 내장된 상태를 보인 단면도,
도 9는 본 발명의 제어 원리도,
도 10은 본 발명의 벡터제어 블럭구성도이다.

이하 본원발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 시스템 구성예시도로, 전동액추에이터밸브(200)의 밸브(221)에 의하여 유체의 이동이 열리고 닫히는 이송관(130),

이송관(130)의 밸브(221) 부근에 설치한 유체압력계(110),

전동액추에이터밸브(200)의 구동을 제어하고 유체압력계(110)의 압력을 인식하는 제어부(100),

제어부(100)에 열립스위치(121)와 닫힘스위치(122)의 작동을 인식하도록 제어부(100)의 입력단에 설치한 열립스위치(121)와 닫힘스위치(122)를 포함하여 구성한다.

도 6은 전동액추에이터밸브(200) 구성예시도로, 밸브(221)가 설치되어 지지되는 밸브 몸체(220)와, 상기밸브 몸체(220)에 구비된 밸브(221)를 구동시키는 밸브구동부(210)를 포함하여 이루어진다.

상기 밸브구동부(210)는 도 7과 같이 밸브(221)를 구동시키기 위해 모터축(214a)에 축착된 후술하는 엔코더판(362)과 포터커플러(364)가 설치된 구동모터(214)와, 구동모터(214)의 동력을 기어메카니즘으로 밸브를 작동시키는 밸브몸체(220)로 이루어진다.

밸브몸체(220)는 상기 구동모터(214) 모터축(214a)으로부터 발생하는 동력을 구동기어(215)로부터 전달받아 밸브(221)의 개도를 조절하는 밸브 구동축(216)과, 밸브(221)의 상한 및 하한 한계를 세팅하도록 밸브 개도를 검출하는 개도검출센서(211)와, 구동 전원이 차단된 상태에서 응급하게 밸브(221)를 동작할 수 있도록 하기 위한 수동전환레버(218) 및 수동핸들(217)을 포함하여 이루어진다.

상기 밸브몸체(220)는 밸브구동부(210)는 포함하며;

밸브구동부(210)는 도 4에 보인 열림스위치(121), 닫힘스위치(122)를 포함하는 작동보턴이나 작동키 형태의 도 10에 보인 로칼키(331)등을 포함하는 조작보드(330);

조작보드(330)의 통신부(333)와 통신부(313)로 교통하며 아날로그디자탈컨버터(311), 엔코더입력부(315), 게이트드라이브회로(317)를 가지는 컨트롤보드(310);

게이트드라이브회로(317)의 구동값을 받아 해당 위상 라인을 통하여 게이트를 구동하는 게이트드라이브보드(340);

인덕션모터(Induction Moter) 인 구동모터(214)의 각 게이트를 구동하여 위상제저를 하는 아이지비티모듈(350)를 포함하여 구성한다.

상기의 구성으로 이루어진 밸브구동부(210)는 밸브 몸체(220)에 의해 지지되는데, 상기 밸브구동부(210)는 밸브(221)의 형태에 따라 밸브 블레이드를 수직으로 상하 운동시키거나 회전시켜 밸브 개도를 제어함으로써 관로를 통과하는 유량을 조절하게 된다.

도 8은 본 발명의 로타리엔코더가 구동모터 내에 설치된 것을 보이는 단면도로, 구동모터(214)는 스테이터(214d) 내경부를 회전하는 로터(214e)를 지지하는 모터축(214a)과, 회전축(214a)의 단부를 막아 베어링(214c)을 통하여 자전 가능토록 결합하고 모터축(214a) 단부는 노출되도록 하는 구동모터측벽(214b)과, 모터축(214a)에 중심이 축착되어 동시에 회전하고 둘에에 회전 각도를 인식하도록 일정 간격으로 형성한 다수의 엔코더구멍을 형성한 엔코더판(362)과, 엔코더 구멍을 테두리에서 빛을 반사하여 수광하여 엔코더 기능을 하도록 구동모터측벽(214b)에 설치한 포토커플러(364)를 포함하여 구성한다.

도 9는 본 발명의 벡터제어에 의하여 밸브의 열고 닫히는 속도와 위치를 나타낸 파형도로, 닫히거나 열리는 초기 상태는 속도가 느리도록 하여 액추에이터의 과부하를 방지하도록 제어한다.

도 10은 본 발명의 벡터제어 블럭 구성도로, 구동모타(214)내에 함께 설치한 로타리엔코더(360);

각상으로 위상차를 두고 구동하는 아이지비티모듈(350);

아이지비티모듈(350) 입력단에 바테리(301) 전원을 받아 원하는 출력으로 제공하는 파워보드(320);

아이지비티모듈(350)을 구동하는 게이트드라이브보드(340);

토크센서(302)의 센싱 값을 디지탈 값으로 변환하는 아날로그디지탈컨버터 (311), 로타리엔코더(360) 인식값을 받는 게이트드라이브회로(317), 및 통신부(313)를 가지는 컨트롤보드(310);

로칼키(331), 통신부(333), 및 엘시디제어유닛(335)을 가지는 조작보드(330);

상기 통신부(313,335)의 통신으로 인식값을 제공하는 절대엔코더(303); 및

회전축의 개도를 인식하여 컨트롤보드(310)의 통신부(313)에 인기하는 개도검출센서(211)를 포함하여 이루어진다. 도 4 에서의 제어부(100)는 도 10의 각 보드(310,320,330, 340) 및 아이지비티모듈(350)을 포함하는 상위개념으로 도시한 것임을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 구동모터(214)에는 도 7 및 도 8과 같이 밸브몸체(220)와 밸브구동부(210)가 일체로 결합되고, 구동모터(214) 내에는 모터축(214a)과 베어링(214c) 사이에 모터축(214a)에 끼움결합되어 동시에 회전하므로, 엔코더 설치하는데 외부에서 추가 공간을 확보할 수고가 필요없고, 실링을 위한 추가 공정도 필요없다. 아울러 로타리엔코더(360)를 이루는 내장된 포토커플러(364)에는 외부에서의 이물질 진입이 차단되어 포토커플러의 성능 저하에 따른 오동작의 우려가 없게된다. 물론 엔코더판(362)에는 엔코더공을 형성하고, 포토커플러(364)가 이를 인식하도록 하여야하며, 이러한 기술원리 자체는 알려진 기술이므로 단순히 엔코더판(362)과 포토커플러(364)만 도시한다.

이러한 로타리엔코더(360)에서 인식한 값은 역시 함께 내장한 도 7에 보인 밸브구동부(210)측의 컨트롤보드(310)의 엔코더입력부(315)로 인가되고, 이를 기초로 게이트드라이브회로(317)는 속도를 늘릴지 줄일지 유지할지를 결정하여 제어값을 게이트드라이브(340)에 인가하면, 게이트드라이브(340)는 어느 위상의 아이지비티의 게이트를 턴온시킬지를 결정하여 아이지비티모듈(350)을 구동시켜 벡터제어를 한다. 이는 실시간 제어가 가능하여, 미세한 오차 및 오동작을 인식하여 미세 조정이 가능함을 의미한다.

또한 개도검출센서(211)의 인식치를 통신부(313)를 통하여 인식하고, 이에대한 목표치에 이르도록 역시 게이트드라이브회로(317)를 통하여 여시 벡터제어하므로 이중으로 확인 하면서 정밀제어를 가능토록 한다.

또한 바테리(301)의 전원을 충전상태로 대기하다가 정전이나 비상시 엘시디제어유닛(335)의 전원으로 사용한다.

따라서 멀티턴 액추에이터의 설치환경에 상관 없이 엔코더 기능과 개도인식 및 이를 통한 벡터제어를 일괄적으로 안정적으로 구현할 수 있는 혁신적인 기능과 그로인한 효과를 제공한다.

100;제어부 110;유체압력게 121;열림스위치 122;닫힘스위치 200;전동액추에이터밸브 210;밸브구동부 211;개도검출센서 214;구동모터 214a;모터축 214b;구동모터측벽 214c;베어링 214d;스테이터 214e;로터 220;밸브몸체 221;밸브 301;바테리 302;토크센서 303;절대엔코더 310;컨트롤보드 311;아날로그디지탈컨버터 312;엠시구동부 315;엔코더입력부 317;게이트드라이브회로 320;파워보드 330;조작보드 331;로칼키 333;통신부 335;엘시디제어유닛 340;게이트드라이브보드 350;아이지비티모듈 360로타리엔코더 362;엔코더판 364;포토커플러

Claims

밸브(221)가 설치되어 지지되는 밸브 몸체(220)와, 상기밸브 몸체(220)에 구비된 밸브(221)를 구동시키는 밸브구동부(210)를 포함하여 이루어지고;
상기 밸브구동부(210)는 밸브(221)를 구동시키기 위해 모터축(214a)에 축착되고 테두리에 엔코더공을 회전각도마다 분산 형성한 엔코더판(362)과, 언코더공을 통하여 회전각도를 센싱하는 포터커플러(364)가 설치된 구동모터(214)와; 구동모터(214)의 동력을 기어메카니즘으로 밸브를 작동시키는 밸브몸체(220)로 이루어지고;
밸브몸체(220)는 상기 구동모터(214) 모터축(214a)에 설치한 구동기어(215)로부터 회전력을 전달받아 밸브(221)의 개도를 조절하는 밸브 구동축(216)과, 밸브(221)의 상한 및 하한 한계를 세팅하도록 밸브 개도를 검출하는 개도검출센서(211)와, 구동 전원이 차단된 상태에서 응급하게 밸브(221)를 동작할 수 있도록 하기 위한 수동전환레버(218) 및 수동핸들(217)을 포함하여 이루어지고;
상기 밸브몸체(220)는 밸브구동부(210)는 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 로터리 엔코더 내장형 삼상 벡터제어 멀티턴 액추에이터.
제 1항에 있어서, 밸브구동부(210)는 열림스위치, 닫힘스위치 기능의 로칼키(331)를 포함하는 조작보드(330);
조작보드(330)의 통신부(333)와 통신부(313)로 교통하며 아날로그디지탈컨버터(311), 엔코더입력부(315), 게이트드라이브회로(317)를 가지는 컨트롤보드(310);
게이트드라이브회로(317)의 구동값을 받아 해당 위상 라인을 통하여 게이트를 구동하는 게이트드라이브보드(340); 및
인덕션모터(Induction Moter)인 구동모터(214)의 삼상 라인을 온 오프작동하도록 스위칭하는 각 아이지비티의 게이트를 구동하여 위치제어를 하는 아이지비티모듈(350)를 포함하여 구성한 로터리 엔코더 내장형 삼상 벡터제어 멀티턴 액추에이터.