KR20180123074A - 밸브 액튜에이터 - Google Patents

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KR20180123074A
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닐스 오버 뮐러
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카알 둥스 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

안전 차단 기능을 가지는 가스 밸브(11)들에 특히 적합한 밸브 액튜에이터(10)는, 기어 전동 장치(15)를 통해 밸브를 개방하고 또한 필요하면 폐쇄하는 전기 모터(12), 특히 스테핑 모터를 포함한다. 밸브 액튜에이터의 일부인 전압 공급 디바이스(19)는 전기 모터(12)의 작동을 위해 포함된다. 필요함에 따라서, 상기 전압 공급 디바이스는 입력 정류 회로, 및 이에 연결된, 예를 들어 캐패시터(C)의 형태를 하는 버퍼 디바이스(24)를 가진다. 캐패시터(C)에 의해 버퍼링된 전압으로부터, 모터 제어 회로(25)는 전기 모터(12)를 작동시키기 위한 에너지를 얻는다.
입력부(20)에서 공급 전압이 스위치 오프된 후에 밸브(11)의 개방이 너무 길게 유지되는 것을 방지하기 위해, 입력부(20)에서 전압의 제거 후에, 전압 버퍼 디바이스(24)로부터 전기 모터(12)로 에너지 흐름을 차단하는 스위치 오프 디바이스(34)가 제공된다.
그러므로, 밸브 액튜에이터는 예를 들어 85 V 내지 265 V의 매우 넓은 동작 전압 범위를 위해 설계될 수 있으며, 사용된 전압의 크기에 관계없이, 균일하게 짧은 스위치 오프 시간, 즉 밸브 폐쇄 시간이 보장된다.

Description

밸브 액튜에이터
본 발명은, 대체로 밸브에 적합하지만, 특히 안전 차단 기능(safety shut-off function)을 가지는 가스 밸브에 적합한 밸브 액튜에이터에 관한 것이다.
원칙적으로, 모터가 무전류(currentless)일 때 폐쇄 스프링이 밸브 폐쇄 부재를 폐쇄 위치로 전달하는 것들을 포함하는 전동 제어 밸브가 공지되어 있다.
예를 들어, DE 10 2009 012 405 A1은 밸브 폐쇄 부재가 기어 전동 장치(gearing)를 통해 전기 모터에 의해 작동되는 밸브 액튜에이터를 개시한다. 이러한 전기 모터는 스테퍼 모터로서 형성되고, 폐쇄 스프링의 힘을 거슬러 밸브 시트(valve seat)로부터 멀어지게 밸브 폐쇄 부재를 이동시키고 특정 위치에서 밸브 폐쇄 부재를 유지하는데 적합하다. 기어 전동 장치는 자기 록킹(self-locking)이 아니며, 그러므로 폐쇄 스프링은 스테핑 모터가 무전류일 때 밸브를 폐쇄할 수 있다.
주어진 밸브 형태의 광범위한 적용의 관점에서, 밸브 액튜에이터가 가변 전압에서 작동될 수 있는 것이 때때로 필요하다. 예를 들어, 밸브가 100 V/60 Hz의 전압으로 개장되는 시스템이 존재한다. 다른 시스템은 밸브를 개방하도록 230 V/50 Hz를 사용한다. 이러한 종류의 시스템이 균일한 밸브 및 밸브 액튜에이터를 장비할 수 있는 것이 바람직하다.
그러나, 특히 안전 요구 사항을 가지는 가스 밸브의 경우에, 전압이 일단 차단되면 밸브가 실제로 폐쇄되는 것을 보장할 뿐만 아니라 또한 폐쇄 과정이 사전 한정된 기간 내에 완료되어야 한다.
따라서, 한편으로는 예를 들어 100 V 내지 230 V의 넓은 전압 범위에서 사용될 수 있으며 다른 한편으로 주어진 최대 폐쇄 시간을 관측하는 것을 가능하게 하는 밸브 액튜에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적은 청구항 제1항에 따른 밸브 액튜에이터에 의해 달성된다:
본 발명에 따른 밸브 액튜에이터는 기어 전동 장치를 통해 밸브 폐쇄 부재에 연결되는 전동 모터를 포함한다. 또한, 전형적으로 밸브 폐쇄 부재에서 폐쇄 방향으로 작용하는 폐쇄 스프링이 제공된다. 그러므로, 밸브는 모터 구동없이 수동적으로 폐쇄되며, 전기 모터는 폐쇄 과정시에 기어 전동 장치를 통해 폐쇄 스프링에 의해 구동된다. 전기 모터의 능동적인 작동을 위해, 교류 전압 입력부 및 직류 전압 출력부, 및 캐패시터, 예를 들어 입력 정류 회로의 직류 전압 출력부의 형태를 하는 전압 버퍼 디바이스를 구비하는 상기 입력 정류 회로를 포함하는 전압 공급 디바이스가 제공된다. 전기 모터를 작동시키기 위한 모터 제어 회로가 전압 버퍼 디바이스에 제공된다. 모터 제어 회로는 개방 방향으로 전기 모터를 회전시키도록 또는 주어진 위치에서 상기 전기 모터를 유지하도록 직류 전압 버퍼 디바이스에 의해 제공된 직류 전압으로부터 전기 모터를 위한 제어 펄스를 발생시킨다. 전기 모터는 바람직하게 다상 스테퍼 모터이다. 그 코깅 토크(cogging torque)가 어떤 경우에도 너무 낮아서, 폐쇄 스프링은 코깅 토크와 기어 전동 장치에 존재하는 마찰을 확실하게 극복할 수 있다.
밸브 액튜에이터는 입력 정류 회로에 인가된 전압의 제거 후에 일정 시간 간격 내에 전압 버퍼 디바이스로부터 모터로의 에너지 흐름을 차단하도록 설계된 스위치 오프 디바이스(switch-off device)를 추가로 포함한다. 이러한 조치는 전압 버퍼 디바이스가 아직 방전되지 않았거나 또는 완전히 방전되지 않더라도 전기 모터를 무전류 상태(currentless state)로 전환하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 최소 인가된 입력 전압에서 적어도 하나의 주요 반파(at least one mains half-wave), 바람직하게 완전 주요 기간(예를 들어, 20 ms)를 브릿지하는데(bridge) 충분한 캐패시턴스를 가지는 전압 버퍼 디바이스를 설계할 수 있는 가능성이 만들어진다. 반면에, 전압 버퍼 디바이스는 최대 인가 전압(예를 들어, 265V)의 경우에 너무 많은 에너지를 포함하여서, 전기 모터는 모터 제어 회로를 통해 입력 전압의 스위치 오프 후에 원하는 최대 폐쇄 시간보다 더 긴 개방 위치에 남을 것이다. 스위치 오프 디바이스에 의해, 높은 입력 전압의 결과로서의 이러한 종류의 밸브의 지연 폐쇄가 회피된다. 따라서, 본 발명에 따른 밸브 액튜에이터는 처리 가능한 입력 전압에 대해 특히 견고하며, 밸브의 폐쇄 응답 시간은 입력 전압의 크기와 관계없이 주어진 시간 간격(예를 들어, 80 ms) 내에서 보장된다. 이러한 것은 밸브가 폐쇄 과정을 시작한다는 것, 즉 밸브 폐쇄 부재가 폐쇄 응답 시간 내에서 밸브 시트의 방향으로 움직이기 시작한다는 것을 의미한다.
입력 정류 회로는 브릿지 정류 회로, 예를 들어 그라츠 브릿지(Graetz bridge)일 수 있으며, 그 출력부에 전압 버퍼 디바이스로서 캐패시터가 연결된다. 이 캐패시터에 연결된 모터 제어 회로는 예를 들어 2개 이상의 모터 권선이 연결될 수 있는, 대응하는 직류 전압 입력부 및 모터 권선 출력을 포함한다. 전압 버퍼 디바이스는 그라츠 브릿지로부터 전달된 직류 전압을 평활화하고, 버퍼 디바이스의 캐패시턴스는 적어도 하나의 주요 기간 또는 최소 전압으로 있는 적어도 하나의 주요 반파를 브릿지하도록 요구 사항에 기초하여 한정된 최소값보다 크다. 전압 버퍼 디바이스의 실제 캐패시턴스는 이러한 최소값의 배수일 수 있다.
모터 제어 회로는 바람직하게 예를 들어 DC 링크에 급전하는(feed) 플라이백 컨버터(flyback converter) 또는 다른 컨버터 회로의 형태를 하는 직류 전압 컨버터를 입력측에 포함한다. 인버터는 이에 연결되고, 모터 권선에 급전하며, 바람직하게 모터 권선에서의 전류를 조정한다. DC 링크는, 입력 전압이 예를 들어 100 - 230 V의 허용 가능한 범위, 바람직하게 플러스 허용 오차의 범위에 놓이면, 그 전압이 실질적으로 일정하도록 전압 제어된다. 전압 제어는 직류 전압 컨버터에 의해 제공될 수 있다. 이를 위해, 직류 전압 컨버터는 DC 링크에 연결된 전압 센서 입력부를 구비하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 아울러, 제어 회로는 전압 컨버터의 전류를 모니터링하고 임계값이 초과되는 경우에 상기 전류를 차단하기 위하여 전류 센서 입력부를 포함할 수 있다.
모터 제어 회로는 모터의 발전기 동작을 위한 모터 댐핑 회로를 추가로 포함할 수 있다. 그러므로, 모터에 의해 저장된 운동 에너지를 제한하고 밸브를 너무 빨리 폐쇄하지 않기 위하여, 폐쇄 스프링에 의해 구동되고 발전기 동작에서 구동하는 모터의 속도가 제한되는 것을 보장할 수 있다. 댐핑 회로는 공진 회로일 수 있으며, 그 공진 주파수는 상기 모터가 원하는 폐쇄 속도로 구동할 때 모터의 권선들에서 발생하는 주파수 이상이다.
스위치 오프 디바이스는 전압 버퍼 디바이스로부터 모터로의 에너지 흐름을 차단하고, 바람직하게 적어도 하나의 스위치, 바람직하게 상시 폐쇄 접점을 포함한다. 이러한 스위치는 정상적으로 폐쇄되며, 밸브 액튜에이터의 공급 전압의 제거 직후에만 개방된다. 그러나, 주 고장을 브릿지하기 위하여, 상시 폐쇄 접점은 적어도 일정 기간 동안, 예를 들어 20 ms 동안, 바람직하게 더욱 길게, 예를 들어 40 ms 동안 폐쇄되어야만 한다. 상시 폐쇄 접점은 전압 버퍼 디바이스와 모터 제어 회로 사이의 연결부에 배치될 수 있다. 대안적으로, 상시 폐쇄 접점은 모터 제어 회로의 DC 링크에 수용될 수 있다. 여기에서, 상시 폐쇄 접점은 바람직하게 차례로 전압 버퍼(캐패시터) 뒤에, 즉 전압 링크에 배열될 수 있는 그 모터측 상에 배치될 수 있다. 대안적으로, 스위치는 스위치가 대응하는 스위치 오프 신호를 수신하자마자 그 작동을 억제하기 위해 모터 제어 회로의 다른 지점들, 예를 들어 직류 전압 컨버터에 제공될 수 있다. 예를 들어, 스위치는 플라이백 컨버터 스위칭 소자의 제어 신호를 단락시키거나 그 발생을 방지할 수 있다. 이를 위해, 플라이백 컨버터 제어 회로의 제어 신호는 예를 들어 스위치 오프 디바이스가 대응하는 전류 또는 전압 센서 입력부에서 과전류 또는 과전압처럼 보이게 하는 것으로 예를 들어 전압 센서 입력부 또는 전류 센서 입력부에서 영향을 받을 수 있다.
대안적으로, 스위치 오프 디바이스의 스위치는 플라이백 컨버터 제어 회로의 동작 전압을 스위치 오프하고 상기 플라이백 컨버터 제어 회로를 단락시키거나 또는 DC 링크를 단락시키기 위해 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예의 세부 사항은 도면, 상세한 설명, 또는 종속항의 요지이다. 도면에서:
도 1은 간략화된 회로도의 형태로 본 발명에 따른 밸브 액튜에이터를 도시한 도면,
도 2는 그 발전기 동작을 위하여 선택적으로 제공된 모터 댐핑 회로를 도시한 도면,
도 3은 단순화된 제1 실시예의 상세에서 스위치 오프 디바이스를 도시한 도면,
도 4, 도 5 및 도 6은 스위치 오프 디바이스의 대안적인 실시예를 각각의 경우에 개략화된 상세도로 도시한 도면, 및
도 7은 도 4에 따른 밸브 액튜에이터의 회로의 보다 상세한 도면을 도시한 도면.
도 1은 전기 모터(12)에 의해 구동되는 적어도 하나의 밸브 폐쇄 부재(13)를 포함하는, 밸브(11)를 위한 밸브 액튜에이터(10)를 도시한다. 전기 모터(12)의 로터(14)는 단지 2개의 점선에 기초하여 도 1에서 부호화된 기어 전동 장치(15)를 통해 밸브 패쇄 부재(13)에 연결되며, 상기 기어 전동 장치는 밸브 폐쇄 부재(13)를 폐쇄 방향으로, 즉 그 밸브 시트(15)를 향해 사전 적재하는 폐쇄 스프링(도시되지 않음)을 또한 포함한다. 전기 모터(12)는 바람직하게 전압 공급 디바이스(19)에 연결된 2개 이상의 권선(17, 18)을 구비한 스테퍼 모터이다. 전기 모터(12) 및 전압 공급 디바이스(19)는, 하우징에서 밸브(11)에 부착될 수 있고 입력부(20)를 통해 제어될 수 있는 밸브 액튜에이터(10)를 함께 형성한다. 입력부(20)는 양극성(bipolar)이다. 밸브(11)는 전압이 없으면 폐쇄된다. 입력부가 통전될 때, 밸브(11)는 개방된다. 여기에서, 입력부(20)는 예를 들어 100V 내지 240V의 공칭 전압의 입력 전압을 위해 설계되어서(즉, 예를 들어 85 V로부터 265V까지 작동될 수 있다), 밸브(11)는 이러한 범위 내의 전압이 인가될 때 개방된다. 대조적으로, 이러한 전압이 제거되면 밸브(11)는 폐쇄된다.
밸브 유닛이 교류 전압 동작을 위해 의도되면, 전압 공급 디바이스(19)는 필요에 따라 입력 정류 회로(21)를 포함하고, 입력 정류 회로의 그 교류 전압 입력부는 필요에 따라 간섭 방지 및 필터 수단(22)(도 7)을 통해 입력부(20)에 연결된다. 입력 정류 회로는 브릿지 정류기 등일 수 있다. 입력 정류 회로는, 직류 전압 동작의 경우에, 입력 라인에서 길이 방향으로 놓이는 적어도 하나의 다이오드의 형태를 하는 역극성 보호 수단(reverse polarity protection means)으로 또한 대체될 수 있다. 역극성 보호 수단은 직류 전압 입력부 및 직류 전압 출력부를 가진다. 직류 전압 동작을 위한 밸브 유닛은 예를 들어 12 V에서 36 V까지의 전압 범위를 위해 설계될 수 있다.
입력 정류 회로(21)(또는 역극성 보호 수단)의 직류 전압 출력부는 예를 들어 개별 캐패시터 또는 복수의 캐패시터(C)의 형태를 하는 전압 버퍼 디바이스(24)를 포함하는 직류 전압 회로(23)(도 7)에 연결된다. 전압 버퍼 디바이스(24)는 직류 전압 회로(23)에서 전압을 평활화하도록 사용되며, 바람직하게 가능한 가장 낮게 인가된 입력 전압(예를 들어 85 V 또는 100 V의 교류 전압)으로 입력 전압의 적어도 하나의 기간 동안 전기 모터(12)의 전류 공급을 유지하도록 치수화된다. 이러한 단부에 대한 캐패시터(24)는 전형적으로 50 내지 100μF의 캐패시턴스를 가진다. 그러나 캐패시터는 또한 더욱 높을 수 있다.
전압 버퍼 디바이스(24)는 전압 버퍼 디바이스(24)에 연결된 직류 전압 입력부(26)를 포함하는 모터 제어 회로(25)에 급전한다. 출력측에서, 모터 제어 회로는 모터 권선(17, 18)들을 위한 연결부를 구비한 모터 권선 출력부(27)를 포함한다. 모터 제어 회로(25)는, 직류 전압 입력부(26)에 연결되고 출력측에서 DC 링크(29)에 급전하는 직류 전압 컨버터(28)를 포함한다. 이러한 것은 차례로 버퍼 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다. 직류 전압 컨버터(28)는 임의의 적합한 컨버터, 예를 들어 플라이백 컨버터일 수 있다.
DC 링크(29)의 직류 전압은 인버터(30)를 통해 모터 권선 출력부(27)에 제공되는 전류 및 전압으로 변환된다. 인버터(30)는 임의의 적합한 인버터, 예를 들어 복수의 인버터 브릿지일 수 있다. 도 2는 모터 권선(17)을 위한 이러한 종류의 인버터 브릿지(31)를 개략적으로 도시한다. 인버터 브릿지(31)는 원하는 전류 흐름이 모터에서 달성되도록 개폐되는 복수의 전자 스위치, 예를 들어 4개의 전자 스위치를 포함한다. 아울러, 모터(12)의 발전기 동작의 경우에 속도 의존 제동 효과를 발생시키기 위해 전환 수단(33) 및 공진 캐패시터(CR)를 포함하는 댐핑 회로(32)가 제공될 수 있다. 이를 위하여, 모터 권선(17)과 공진 캐패시터(CR)가 공진 회로를 형성하도록 전환 수단(33)이 절환된다.
유사한 댐핑 회로가 복수의 모터 권선 또는 모든 모터 권선에 제공될 수 있다.
전압 공급 디바이스(19)는 입력 전압이 차단되었으면 전압 버퍼 디바이스(24)로부터 모터(12)로의 에너지 흐름을 차단하도록 사용되는 스위치 오프 디바이스(34)를 포함한다. 여기에서, 에너지 흐름은 모터 제어 회로(25) 이전에 또는 상기 회로 내에서 차단될 수 있다. 그러므로, 스위치 오프 디바이스는 입력 전압이 입력부(20)에서 스위치 오프될 때 가능하게 전압 버퍼 디바이스(24)에 저장될 수 있는 전하와 관계없이 모터 권선(17, 18)들의 통전을 차단하도록 사용된다.
스위치 오프 디바이스(34)는 입력부(20)에 인가된 전압에 의해 제어되는 적절한 스위치(36), 예를 들어 릴레이 접점 또는 전자 스위치, 예를 들어 MOSFET 트랜지스터를 포함한다. 이를 위해, 한편으로는 입력부(20)에 연결되고 다른 한편으로는 스위치 오프 디바이스(34)의 스위치(36)를 제어하는 타이밍 회로(35)가 사용된다.
이와 관련하여 설명된 밸브 액튜에이터(10)는 다음과 같이 작동한다:
먼저, 전압이 일정 시간 동안 입력부(20)에 인가되지 않았다고 가정한다. 밸브 폐쇄 부재(13)는 밸브 시트(16) 상에 놓이고, 밸브(11)는 폐쇄된다.
예를 들어, 85V 내지 265V(또는 12V 내지 36V)의 사전 한정된 전압 범위 내에 있는 공급 전압이 입력부(20)에 지금 인가되면, 직류 전압은 전압 버퍼 디바이스(24)에서 매우 신속하게 고조되고, 폐쇄된 스위치(36)를 통하여 모터 제어 회로(25)에 인가된다. 상기 모터 제어 회로가 모터(12)에 제어 펄스를 제공하여서, 상기 모터는 폐쇄 스프링의 힘에 거슬러 밸브(11)를 시동 및 개방하고, 밸브를 개방 위치에서 유지한다.
밸브(11)가 지금 폐쇄되면, 입력부(20)에서 인가된 공급 전압은 스위치 오프된다(즉, 입력부(20)에 전압이 없다). 그러나, 전압 버퍼 디바이스(24)에 의해 제공된 전압이 초기에 모터 제어 회로(25)에 계속해서 공급되어서, 모터(12)는 초기에 여전히 개방 위치에서 유지된다. 타이밍 회로(35)에 의해 미리 규정된 유지 시간이 예를 들어 수십 ms(예를 들어, 20 또는 30ms)이면, 타이밍 회로(35)가 스위치(36)를 개방하여서, 모터 제어 회로(25)는 캐패시터(C)에서 제공된 잔류 전하와 관계없이 무전류 상태로 된다. 그러므로, 권선(17, 18)들은 또한 무전류 상태로 되고, 모터(12)의 로터(14)는 지금 폐쇄 스프링의 힘에 의해 후방으로 회전된다. 밸브 폐쇄 부재는 폐쇄 위치로 이동한다.
폐쇄 과정 동안, 도 2에 따른 댐핑 회로(32)는 로터(14)가 과도하게 고속을 채택하는 것을 방지하기 위해 작동될 수 있다. 이러한 경우에, 캐패시터(CR)는 권선(17 또는 18)에 상호 연결된다. 회전하는 로터(14)는 공진 회로를 여기시키며, 거기에서 생성된 전류는 로터(14)의 회전을 억제한다.
스위치 오프 디바이스(34)의 사용에 의해, 전압 버퍼 디바이스(24)의 캐패시터(C)는 저장 효과에 의해 허용 가능한 범위를 초과하여 지연되는 밸브(11)의 폐쇄없이 크다. 또한, 밸브(11)의 폐쇄는 입력부(20)에 인가된 전압의 크기에 관계없이 균일하게 고정되는 것으로 달성된다. 특히, 지연 폐쇄는 회피되는데 그렇지 않은 경우 전압 버퍼 디바이스(24)의 결과적인 긴 방전 시간 때문에 높은 입력 전압의 사용이 발생한다.
스위치 오프 디바이스(34)의 스위치(36)는 전압 버퍼 디바이스(24)와 모터 제어 회로(25) 사이의 연결 라인에서 상시 폐쇄 접점으로서 배열될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위치(36)는 트랜지스터일 수 있거나, 또는 더 큰 신뢰성이 요구되면, 복수의 트랜지스터(36a, 36b)의 직렬 회로일 수 있다.
그러나, 다른 시점에서 전압 버퍼 디바이스(24)와 모터(12) 사이의 에너지 흐름을 차단하는 것이 또한 가능하다. 이를 위해, 도 4는 에너지 흐름을 차단하기 위해 직류 전압 컨버터(28)가 정지된 실시예를 도시한다. 일례로서 직류 전압 컨버터(28)는 컨버터 변압기(39)를 통해 전류를 교대로 방출하고 차단하는 스위칭 소자(38)를 가지는 플라이백 컨버터(37)로서 형성될 수 있다. 스위칭 소자(38)는 그 부분을 위하여 전류 공급을 요구하는 제어 회로(40)에 의해 제어된다. 이를 위해, 보조 권선(41)이 컨버터 변압기(39)에 제공된다. 전류는 보조 권선으로부터 다이오드(D)를 통해 그리고 시동 보조 장치로서 저항(R)을 통해, 제어 회로(40)에 동작 전압을 제공하는 캐패시터(42)로 전도된다. 스위치(36)는 직류 전압 컨버터(28)가 DC 링크(29)에 에너지를 전달하지 않아야만 할 때, DC 전압 변환기(28)가 작동되고 전압을 차단하면, 즉 스위치가 이를 오프하면 제어 회로(40)를 위한 공급 전압을 해제한다.
이러한 회로 변형의 기능은 도 1과 관련하여 기술된 것에 대응한다. 동작 전압이 입력부(20)에서 스위치 오프되자마자, 타이머(35)가 구동하기 시작하여, 사전 한정된 기간(△t)이 경과되면 스위치(36)를 개방하고, 그러므로 직류 전압 컨버터(28)를 정지시키는 것에 의해 전압 버퍼 디바이스(24)로부터 모터(12)로의 에너지 흐름을 억제한다.
변형예가 도 5에 도시되어 있다. 이 도면에서, 스위치(36)는 에너지 흐름이 차단되는 즉시 스위칭 소자(38)의 제어 펄스를 억제하기 위해 제공된다. 스위치(36)가 전술한 실시예들 각각에서 원하는 스위치 오프 시간에 개방되는데 반하여, 이러한 경우에는 폐쇄된다. 그러므로, 스위치는 스위칭 소자(38)의 게이트에 제어 신호 라인을 통해 전도된 제어 펄스를 단락시키고, 스위칭 소자(38)가 속하는 직류 전압 컨버터(28)의 동작을 억제한다.
또 다른 변형 예가 도 6에 도시되어 있다. 스위치 오프 디바이스(34)에 속하는 스위치(36)는 DC 링크(29)에 제공되며, 바람직하게 버퍼 캐패시터(C1)와 인버터(30) 사이에 배치된다. 이러한 회로 변형 예에서, DC 링크(29)의 버퍼 캐패시터(C1)에 저장된 에너지는 또한 스위치 오프된 순간부터 인버터(30)로부터 멀리 유지되어서, 현재를 위한 상기 인버터는 그 동작을 중지하고, 그러므로 모터(12)를 구동하지 않는다.
도 7은 도 4에 따른 예시적인 실시예에 기초하여 특히 타이머(35)의 세부 사항을 추가로 설명하며, 그 추가 설명을 또한 참조한다.
타이머(35)는 입력부(20)에서 인가된 공급 전압을 맞춘다. 이러한 타이머는 전압 제한 Z-다이오드(Dz)에 있는 저항기(44) 및 이와 병렬로 연결된 캐패시터(45)를 통해 제공된다. 안전성 및 신뢰성 때문에, 2개 이상의 캐패시터(45)는 모든 실시예에서 서로 병렬로 또한 연결될 수 있다.
적어도 하나의 방전 저항은 캐패시터(45)와 병렬로 연결된다. 예시적인 실시예에서, 방전 저항은 분압기(voltage divider)를 형성하는 2개의 저항(46, 47)의 직렬 연결에 의해 형성된다. 직렬 연결에 의해 한정된 방전 전류 및 분압기 비율에 의해, 그 게이트에 의해 분압기에 연결된 트랜지스터(48)의 스위치 오프의 순간이 결정되고, 그 트랜지스터의 소스는 접지되고 그 트랜지스터의 드레인은 스위치(36)로서 사용되는 PMOS 트랜지스터(49)의 게이트에 연결된다. 이러한 것은 트랜지스터(48)의 게이트에서의 전압이 스위칭 임계값을 초과하는 한 전도성이다. 대조적으로, 전압이 스위칭 임계치 아래에 있으면, PMOS 트랜지스터(49)는 그 게이트가 저항(50)을 통해 그 소스 연결부에 연결되기 때문에 차단된다. 대안적으로, PMOS 트랜지스터 대신에 바이폴라 트랜지스터가 제공될 수 있다.
기술된 모든 실시예들에서, 2개 이상의 반도체 스위치의 직렬 연결은 단일 반도체 스위치 대신에 제공될 수 있고, 그 각각의 제어 디바이스, 특히 그 타이밍 회로(35)의 이중화는 신뢰성을 높이기 위해 제공될 수 있다. 설명된 모든 실시예에서, 반도체 스위치 대신에 다른 스위치가 또한 제공될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
안전 차단 기능을 가지는 가스 밸브(11)들에 특히 적합한 밸브 액튜에이터(10)는, 기어 전동 장치(15)를 통해 밸브를 개방하고 또한 필요하면 폐쇄하는 전기 모터(12), 특히 스테핑 모터를 포함한다. 밸브 액튜에이터(10)의 일부인 전압 공급 디바이스(19)는 전기 모터(12)의 작동을 위해 요구된다. 상기 전압 공급 디바이스는 입력 정류 회로(21), 및 이에 연결된, 예를 들어 캐패시터(C)의 형태를 하는 버퍼 디바이스(24)를 가진다. 캐패시터(C)에 의해 버퍼링된 전압으로부터, 모터 제어 회로(25)는 전기 모터(12)를 작동시키기 위한 에너지를 얻는다.
입력부(20)에서 공급 전압이 스위치 오프된 후에 밸브(11)의 개방이 너무 길게 유지되는 것을 방지하기 위해, 입력부(20)에서 전압의 제거 후에, 전압 버퍼 디바이스(24)로부터 전기 모터(12)로 에너지 흐름을 차단하는 스위치 오프 디바이스(34)가 제공된다. 그러므로, 밸브 액튜에이터는 예를 들어 85 V 내지 265 V의 매우 넓은 동작 전압 범위를 위해 설계될 수 있으며, 사용된 전압의 크기에 관계없이, 균일하게 짧은 스위치 오프 시간, 즉 밸브 폐쇄 시간이 보장된다.
10 : 밸브 액튜에이터 11 : 밸브
12 : 전기 모터/스테퍼 모터 13 : 밸브 패쇄 부재
14 : 로터 15 : 기어 전동 장치
16 : 밸브 시트 17, 18 : 권선
19 : 전압 공급 디바이스 20 : 입력부
21 : 입력 정류 회로 22 : 간섭 방지 및 필터 수단
23 : 직류 전압 회로 24 : 전압 버퍼 디바이스
C : 캐패시터 25 : 모터 제어 회로
26 : 직류 전압 입력부 27 : 모터 권선 출력부
28 : 직류 전압 컨버터 29 : DC 링크
C1 : 버퍼 캐패시터 30 : 인버터
31 : 인버터 브릿지 32 : 댐핑 회로
33 : 스위치 오버 수단 CR : 공진 캐패시터
34 : 스위치 오프 디바이스 35 : 타이밍 회로, 타이머
36, 36a, 36b : 스위치 트랜지스터 37 : 플라이백 컨버터
38 : 스위칭 소자 39 : 컨버터 변압기
40 : 제어 회로 41 : 보조 권선
D : 다이오드 R : 저항
t : 사전 한정된 기간 42 : 캐패시터
43 : 정류기 44 : 정류기
Dz : Z-다이오드 45 : 캐패시터
46, 47 : 저항 48 : 트랜지스터
49 : P-MOS 트랜지스터 50 : 저항

Claims (15)

  1. 특히 안전 차단 기능을 가지는 가스 밸브(11)들을 위한 밸브 액튜에이터(10)로서,
    기어 전동 장치(15)를 통해 밸브 패쇄 부재(13)에 연결된 전기 모터(12), 및
    전압 공급 디바이스(19)를 구비하며, 상기 전압 공급 디바이스는,
    교류 또는 직류 전압 입력부 및 직류 전압 출력부를 포함하는 입력 정류 회로(21),
    상기 직류 전압 출력부에 연결된 전압 버퍼 디바이스(24),
    상기 전기 모터(12)의 동작을 위한 모터 제어 회로(25), 및
    상기 입력부(20)에 인가되는 전압의 제거 후에, 한정된 시간 간격(△t) 내에서 상기 전압 버퍼 디바이스(24)로부터 상기 전기 모터(12)로의 에너지 흐름을 차단하도록 설계된 스위치 오프 디바이스(34)를 포함하는 밸브 액튜에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입력 정류 회로(21)는 브릿지 정류 회로 또는 적어도 역극성 보호 다이오드인 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전압 버퍼 디바이스(24)는 캐패시터(C)인 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 버퍼 디바이스(24)는 적어도 최소 입력 전압에서 입력 전압 기간을 브릿지하는데 충분한 버퍼 캐패시턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 제어 회로(25)는 직류 전압 입력부(26) 및 모터 권선 출력부(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 제어 회로(25)는 입력측에서 DC 링크(29)에 급전하는 직류 전압 컨버터(28)를 포함하고, 상기 모터 권선 출력부(27)의 측부 상에서 인버터(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 직류 전압 컨버터(28)는 스위칭 컨버터, 특히 플라이백 컨버터인 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 플라이백 컨버터는 플라이백 컨버터 스위칭 소자(38)를 제어하기 위한 제어 회로(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 권선 출력부(27)의 측수 상에서의 상기 모터 제어 회로(25)는 상기 모터(12)의 발전기 동작을 위한 모터 댐핑 회로(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치 오프 디바이스(34)는 상기 시간 간격(△t)이 경과되는 경우 스위치 오프 신호를 발생시키도록 설계된 타이머(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치 오프 디바이스(34)는 상기 버퍼 디바이스(24)와 상기 모터 제어 회로(25) 사이에 배열된 스위치(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  12. 제6항에 있어서, 상기 스위치 오프 디바이스(34)는 상기 직류 전압 컨버터(28)와 상기 모터 제어 회로(30) 사이에 배열된 스위치(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  13. 제8항에 있어서, 상기 스위치 오프 디바이스(34)는 그 동작을 차단하기 위하여 상기 플라이백 컨버터 스위칭 소자(38)의 제어 회로(40)에 연결되는 스위치(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  14. 제6항에 있어서, 스위치(36)는 플라이백 컨버터 스위칭 소자(38)를 제어하기 위하여 제어 신호 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
  15. 제8항에 있어서, 스위치(36)는 상기 플라이백 컨버터 스위칭 소자(38)를 제어하기 위하여 상기 회로(40)의 동작 전압 공급 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 액튜에이터.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL3426956T3 (pl) 2016-03-11 2020-08-24 Karl Dungs Gmbh & Co.Kg Napęd zaworu

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11280943A (ja) * 1998-02-02 1999-10-15 Ebara Corp 交流電動弁又はゲート
JP2006161855A (ja) * 2004-12-02 2006-06-22 Kawaden:Kk 遮断弁
JP2008092694A (ja) * 2006-10-03 2008-04-17 Kitz Corp スイッチング電源および電動バルブアクチュエータ
JP2009174975A (ja) * 2008-01-24 2009-08-06 Panasonic Corp ガス遮断装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE321020B (ko) * 1968-07-16 1970-02-23 Asea Ab
US3685790A (en) * 1971-04-30 1972-08-22 Maxon Corp Valve actuating mechanism
US3981632A (en) * 1975-04-24 1976-09-21 Lefebre Halbert Allen Metering pump
US4076146A (en) * 1976-03-03 1978-02-28 Gibson Chemicals International Pty. Limited Dishwashers and detergent dispensers
US4957273A (en) * 1986-11-28 1990-09-18 Sears Lawrence M Remote shut-off valve
US4794890A (en) * 1987-03-03 1989-01-03 Magnavox Government And Industrial Electronics Company Electromagnetic valve actuator
JP2644879B2 (ja) * 1989-03-13 1997-08-25 株式会社日立製作所 直動形ロータリサーボ弁並びにこれを用いた圧延機
JPH05296361A (ja) * 1992-04-15 1993-11-09 Matsushita Electric Works Ltd モータ式バルブ
US5287048A (en) * 1992-05-22 1994-02-15 Fasco Industries, Inc. Electronic gas valve power interruption switch
US5485341A (en) 1992-09-21 1996-01-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Power transistor overcurrent protection circuit
US6186471B1 (en) * 1998-05-15 2001-02-13 Taco, Inc. Electronic motorized zone valve
IL151802A0 (en) * 2000-03-22 2003-04-10 Univ Illinois Ultra-capacitor based dynamically regulated charge pump power converter
RU2237305C1 (ru) * 2003-02-17 2004-09-27 Шутиков Владимир Антонович Электромагнит с форсировкой
JP2005030439A (ja) * 2003-07-08 2005-02-03 Toyota Motor Corp 電動弁および減圧システム
US7023163B2 (en) 2003-11-20 2006-04-04 Siemens Building Technologies Fail-safe electric actuator using high voltage capacitors
US8136789B2 (en) * 2007-10-30 2012-03-20 Molon Motor And Coil Corporation Drain valve actuators and methods of controlling drain valves
US7854216B2 (en) * 2008-04-25 2010-12-21 Honda Motor Co., Ltd. General purpose internal combustion engine
DE102009012405A1 (de) 2009-03-10 2010-09-16 Karl Dungs Gmbh & Co. Kg Ventilantrieb für Gasventile
JP5639807B2 (ja) * 2010-07-20 2014-12-10 株式会社カワデン 遮断弁
JP2014190525A (ja) * 2013-03-28 2014-10-06 Kitz Corp キャパシタ付き緊急遮断弁
PL3426956T3 (pl) 2016-03-11 2020-08-24 Karl Dungs Gmbh & Co.Kg Napęd zaworu

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11280943A (ja) * 1998-02-02 1999-10-15 Ebara Corp 交流電動弁又はゲート
JP2006161855A (ja) * 2004-12-02 2006-06-22 Kawaden:Kk 遮断弁
JP2008092694A (ja) * 2006-10-03 2008-04-17 Kitz Corp スイッチング電源および電動バルブアクチュエータ
JP2009174975A (ja) * 2008-01-24 2009-08-06 Panasonic Corp ガス遮断装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108700214A (zh) 2018-10-23
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IL261111A (en) 2018-10-31
RU2702221C1 (ru) 2019-10-07
ZA201806052B (en) 2019-07-31
JP6751169B2 (ja) 2020-09-02
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US20200292095A1 (en) 2020-09-17
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US11162603B2 (en) 2021-11-02
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PL3426956T3 (pl) 2020-08-24

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