KR101658827B1

KR101658827B1 - 자중강하식 액추에이터

Info

Publication number: KR101658827B1
Application number: KR1020160021627A
Authority: KR
Inventors: 김상국
Original assignee: 김상국
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2036-02-24

Abstract

본 발명은 수문을 개폐하는 자중강하식 액추에이터에 관한 것으로, 자중강하부의 전단에 전동부와 웜감속 장치인 전치(前置)감속부를 배치하고, 자중강하부의 후단에 자동변환부와 수동구동부를 배치하며, 치차감속장치인 주감속부를 배치한다. 따라서, 자중강하(自重降下)를 쉽고 확실하게 이루어지게 하고, 자동으로 전동·수동변환이 이루어지게 하며, 자중강하전환클러치가 필요 없고, 자중강하부가 전동부와 수동구동부의 구동과는 무관하게 구성할 수 있어서 그 구성이 간단하고 운전조작과 유지보수가 용이하게 할 수 있다.
그러므로, 정전시나 긴급시에는 다른 조작이 필요없이 자중강하전환레버만을 작동시키면 수문의 자체중량으로 신속하고 안전하게 수문을 차단시킬 수 있도록 자중강하부가 설치된다.

Description

자중강하식 액추에이터{Emergency Descendable Actuator}

본 발명은 수문을 개폐하는 자중강하식 액추에이터에 관한 것으로, 더 상세하게는 자중강하부의 전단에 웜감속 장치인 전치(前置)감속부 및 전동부와 자중강하부의 후단에 자동변환부, 주감속부를 배치하여 자중강하전환클러치가 필요 없으면서도 자중강하(自重降下)를 쉽고 확실하게 구현하고, 전동수동전환클러치가 없으면서도 자동으로 전동 및 수동구동 전환시키며, 자중강하부의 구동이 전동부와 수동구동부의 구동과는 무관하게 독립적으로 수행할 수 있는 자중강하식 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 수문 개폐용 스핀들식 개폐기 또는 스핀들식 액추에이터(이하 개폐기 또는 액추에이터라 한다)는, 수문본체를 스핀들식 액추에이터로 개폐시키도록 구성한 연결봉인 스핀들의 원주면에 나사를 연속으로 배설(配設)시키고 개폐기의 최종축에 스핀들과 나사대우(對偶)인 나사를 형성시켜서 개폐기의 전동부나 수동구동부에서 발생한 구동력이 감속부를 통하여 수문을 개폐시키도록 구성되어 있다.

또한, 종래의 나사 스핀들식 액추에이터는 스핀들과 스핀들치차가 나사치합으로 이루어져 있다. 따라서 예기치 못하게 발생하는 집중호우, 태풍 등 이상기후가 발생하여 긴급하게 수문으로 수로를 차단할 필요가 있을 때 스핀들과 스핀들치차가 나사치합으로 인하여 수문본체의 자체하중이 아무리 크게 작용하여도 자중강하구동이 불가능하므로 수문의 폐쇄에 장시간이 소요되는 수동구동으로만 수로를 차단할 수밖에 없으며, 이에 따라, 커다란 수해로 연결되는 개폐기의 구조적인 문제점이 있었다.

그리고 종래의 나사 스핀들식 액추에이터는 스핀들과 스핀들치차가 나사치합으로 이루어져 있고, 스핀들의 좌굴로 인하여 15톤 이상의 고하중이나 30% 이상의 고효율이 소요되는 수로의 수문에는 채택할 수 없는 개폐기의 구조적인 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 기어 스핀들을 가진 자중강하식 액추에이터(특허등록 제10-0858281호)를 개발한 바 있으나, 이러한 자중강하식 액추에이터는 사전에 예상하지 못했던 아래의 여러 가지 문제점이 발생되었다.

(1) 종래의 기어 자중강하식 액추에이터는 감속부인 주감속부, 동력연결부가 자중강하부 하단에 집중으로 배치되어 있다. 따라서 수문의 개폐속도가 0.4m/min인 경우 감속비가 약 1/3,200이 된다. 이러한 종래의 자중강하식 액추에이터는 수문의 자체 중량 대비 감속비가 과도하게 커서 비상시 수문의 자체중량으로 수문을 자중강하구동이나 수동구동시 매우 느리게 승강되는 경우가 있으며 이에 따라 소정의 목적인 긴급차단운전을 구현할 수 없는 안전상의 문제가 발생하였다. 이러한 문제는 감속장치가 자중강하부의 하단에 집중 배치되었기 때문에 발생하였다.

(2) 종래의 자중강하식 액추에이터는 전동부 전단에 배치된 자중강하부와 수동구동부가 수동력단속장치를 통하여 전동구동과 수동구동 또는 자중강하구동을 구현하여 구동력을 단속(斷續)시키도록 구성된다. 따라서 별도의 수동력단속장치가 더 구비되므로 그 구조가 복잡하고 운전조작이 따라서 복잡한 문제가 있었다.

(3) 종래의 자중강하식 액추에이터는 수동구동부와 자중강하부의 구동을 단속하는 자중강하전환클러치가 배설되어 있어서 수동구동과 자중강하구동을 전환할 때마다 자중강하전환클러치를 조작해야 한다. 따라서 자중강화전환클러치가 더 구비되므로 그 구조가 복잡하고 운전조작이 복잡한 문제가 있었다.

(4) 종래의 자중강하식 액추에이터는 수동구동부, 자중강하부, 수동력단속장치, 전동부, 주감속부 및 동력연결부가 일직선상에 배치됨으로써 돌출길이가 길어지고, 이에 따라 전동구동, 수동구동, 자중강하구동용 조작레버들이 서로 떨어진 위치에 배치하게 된다. 따라서 자동 및 전동구동에서 긴급상황시 자중강하구동과 수동구동에 필요한 변환조작시 조작레버들을 신속하게 조작할 수 없는 안전상의 문제가 있었다.

(5) 종래의 자중강하식 액추에이터는 수동구동부와 자중강하부가 전동부 전단에 배치된다. 따라서 전동부에 고장이 발생할 경우나 수동력단속장치에 고장이 발생할 경우 등, 긴급상황이 발생할 시 자중강하구동이나 수동구동을 조작할 수 없는 안전상의 문제가 있었다.

(6) 종래의 자중강하식 액추에이터는 수동구동부와 자중강하부의 구동을 단속하는 전동수동전환장치가 배설되어 있어서 수동구동과 자중강하구동을 전환할 때마다 전동수동전환장치를 조작해야 한다. 따라서 전동수동전환장치가 더 구비되므로 그 구조가 복잡하고 운전조작이 복잡한 문제가 있었다.

한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 기어 스핀들을 가진 자중강하식 액추에이터(특허등록 제10-1046715호)를 개발한 바 있으나, 이러한 자중강하식 액추에이터는 사전에 예상하지 못했던 상기에 기재된 (1) 내지 (6)의 문제점 이외에 아래의 문제점이 추가로 발생되었다.

(1) 전동·수동 자동변환을 구현하기 위하여 전동부와 주감속부 사이에 수동구동부의 구동력을 단속하는 죠클러치 형태의 수동클러치와, 구동클러치에 선택적으로 결합되도록 제1죠클러치와, 수동클러치의 죠클러치에 선택적으로 결합되도록 제2죠클러치로 구성된 변환클러치와, 변환스프링에 탄성력을 발생시키면서 변환클러치의 제2죠클러치와 수동클러치의 죠클러치가 결합되도록 하며, 구동클러치가 회전하면 변환스프링의 탄성력이 해제되면서 변환클러치의 제1죠클러치가 구동클러치에 맞물리도록 하는 전동수동전환장치를 구성토록 하였으나, 수동구동에서 전동구동으로 변환할 때 정지상태의 수동죠클러치와 1800rpm의 고속 회전상태의 구동죠클러치를 변환클러치 없이 변환스프링의 장력만으로 결합시키는 것은 자동차의 수동변환기어처럼 현실적으로 거의 불가능한 문제가 있었다.

(2) 종래의 자중강하식 액추에이터는 전치감속부에서 1차 감속을 수행할 경우, 주감속부에서 담당해야 할 감속량이 그 만큼 줄어들게 된다. 따라서 큰 감속비에 알맞도록 구성된 싸이크로이드 감속장치는 그 구성이 복잡하고 필요이상으로 공간을 넓게 차지할 뿐만 아니라 고가인 문제점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 자중강하부의 후단에 자중강하가 신속하게 구현되도록 감속부를 구성하여, 비상시 수문 자체의 중량으로 자중강하되도록 하여서 소정의 목적인 긴급차단을 구현하고, 자동으로 전동 및 수동구동으로 전환이 이루어지도록 하는 구성된 자중강하식 액추에이터를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전동구동에서 자중강하구동으로 전환하는데 별도의 자중강하전환클러치를 생략하면서도 비상시 수문 자체의 중량으로 소정의 목적인 긴급차단운전을 안전하고 확실하게 구현할 수 있도록 구성하여, 자중강하 조작과 유지관리가 용이한, 간단하고 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 자중강하부 전단에 배치한 전치감속부에서 1차 감속을 수행할 경우, 자중강하부 후단에 배치한 주감속부에서 담당해야 할 감속량이 줄어들게 되며, 따라서 큰 감속비에 알맞도록 구성된 싸이크로이드 감속장치는 그 구성이 복잡하고 필요이상으로 크고 비경제적인데, 이러한 싸이크로이드 감속기 대신할 감속기를 구성하여, 공간을 좁게 차지하면서 구성이 간단하며, 조작과 유지관리가 용이한, 간단하고 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전동구동 및 수동구동 전환하는데 별도의 전동수동전환클러치를 생략하면서도 자동으로 전동구동에서 수동구동으로 변환시키고, 수동구동에서 전동구동으로 변환시킬 수 있도록 구성하여, 전동 및 수동구동의 변환조작이 불필요한 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 수동구동부와 자중강하부의 구동을 단속하는 전동수동전환장치를 생략된다. 그러면서도 수동구동과 자중강하구동으로 안전하고 확실하게 자동으로 전환시키는 조작과 유지관리가 용이한, 간단하고 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 수동구동부와 자중강하부의 구동을 단속하는 자중강하전환클러치가 생략된다. 그러면서도 수동구동이나 자중강하에 별도의 자중강하전환클러치를 조작하지 않아도 수동구동이나 자중강하가 가능하도록 구성되며, 이에 따라, 변환조작이 용이하고 조작과 유지관리가 용이한, 간단하고 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 자동변환부에 수동으로 조작할 수 있는 기계제동부를 구성하여 자중강하구동시 수문을 안전한 속도로 신속하게 하강시켜 수문이 파손되는 것을 방지할 수 있는, 안전하고 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 액추에이터의 주요 구성부의 돌출길이를 최소화하여 공간을 콤팩트하게 활용할 수 있는, 안전한 자중강하식 액추에이터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전동부에 고장이나 정전이 발생하여도 수동구동과 자중강하구동이 가능하도록 구성한, 안전한 자중강하식 액추에이터를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 자중강하식 액추에이터는, 수문본체에 연결되어서 수문본체가 자중에 의해 하강하는 것을 구현하는 자중강하부; 자중강하부 일단에 연결되어서 수문본체가 전동구동 또는 수동구동시에 승강속도를 감속시키는 전치감속부; 전치감속부의 일단에 연결되어서 전치감속부에 구동력을 전달하고 정전시 전치감속부에 제동력을 해제시키는 전동부; 자중강하부와 주감속부에 연결되어서 전동 또는 수동구동을 자동으로 변환시키는 자동변환부; 자동변환부에 연결되어서, 전동부의 전원이 차단되면 주감속부를 수동으로 작동시키는 수동구동부; 자동변환부에 연결되고 수문본체가 전동구동 또는 수동구동 또는 자중강하구동시에 수문본체의 승강을 감속시키는 주감속부; 주감속부와 수문본체에 연결되고 주감속부의 구동력에 의해 수문본체가 승강되도록 안내하는 이중스핀들부를 포함하여서 이루어지며; 전동구동시, 전동부의 구동력이 전치감속부에 의해 1차 감속되고, 주감속부에 의해 2차 감속된 후 수문본체에 전달되고; 자중강하시, 전치감속부 및 전동부를 자중강하부 후단과 분리되도록 자중강하부를 배설하여, 주감속부만 수문본체의 자중강하를 구현하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

상술한 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자중강하식 액추에이터는, 전자브레이크를 내설한 전동부; 전동부에 축이음한 구동축에 윔치차1 및 이와 직교하는 직교1축의 원둘레에 웜휠1을 각각 외설하여 치합시켜서, 1/40 내지 1/80 감속비로 감속하도록 구성한 전치감속부; 직교1축과 축방향으로 배치한 직교2축의 외주면에 형성한 다판클러치의 디스크를 코일스프링의 탄성력으로 마찰판과 선택적으로 결합하거나 분리되도록 자중강하전환장치를 구성하고, 직교2축을 스플라인 상에서 직교1축과 단속(斷續)시켜서 수문본체를 자중으로 강하시킬 수 있도록 형성한 자중강하부; 자중강하부의 타단에 연결되고, 직교2축을 결합한 인입허브와 직교3축을 결합한 출력허브에 베벨치차를 치합·배설하고, 회동림 내측과 중앙허브 외측을 연결하는 회동축에 원추형 베벨치차를 배설하여 각각 이중으로 치합시켜서 전동 또는 수동구동을 자동으로 변환시키는 자동변환부; 자동변환부 내부에 직교3축과 직교방향으로 배치된 수동구동축에 웜치차2가 외설되고, 출력허브와 수동결합구로 웜휠2를 결합하여 웜치차2와 치합시켜서, 전동부에 전원이 차단되면 수동핸들로 자동변환부 회전시켜서 주감속부, 이중스핀들부, 스핀들 및 수문본체를 수동력으로 승강시키는 수동구동부; 자동변환부의 직교3축과 이중스핀들부 사이에 배치되며, 2단의 치차감속장치로 이루어진 주감속부; 수직봉의 원주면(圓周面)에 치차를 형성한 스핀들이 구비되고, 스핀들을 중심으로 그 양측에 스핀들기어로 스핀들과 이중 치합시켜서 수문본체를 승강시키며, 스핀들에 압하력을 발생시키고 수문본체에 의해 스핀들에 작용하는 상하진동을 억제시키는 이중스핀들부를 포함하여 이루어지며; 전동·수동 자동변환을 구현하여 전동 및 수동구동으로 개폐시키고, 주감속부(700)를 자중강하구동 또는 수동구동으로 수문본체를 개폐시키도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자중강하식 액추에이터의 다른 특징은, 전치감속부는, 전동부와 자중강하부 사이에 직교되게 배치되며, 일단은 전동부의 전동축과 축이음으로 연결된 구동축에 전동력을 입력시키고, 다른 일단은 직교1축의 원주면에 웜휠1을 배치하여 구동축의 원주면에 외설한 웜치차1과 치합시키도록 구성하며, 전동부의 구동력을 웜치차1과 웜휠1에서 1/40 내지 1/80의 감속비로 출력시키도록 구성된다.

본 발명의 자중강하식 액추에이터의 또 다른 특징은, 자동변환부는, 자동변환부케이싱 내부에 배설되고, 직교2축을 결합한 입력측 인입허브 원둘레측에 베벨치차1이 배설되며, 직교3축의 일단에 인입허브와 마주보는 출력허브에 직교3축을 결합하고 그 원둘레측에는 베벨치차2가 배설되고, 회동림 내측에 배치한 동조허브1 및 동조허브2와 중앙허브 사이에는 회동1축과 회동2축으로 각각 축이음하여 동조허브1에 원추형 베벨치차4와 동조허브2에 원추형 베벨치차5를 마주보게 배설하고, 베벨치차1 및 베벨치차2와 이중으로 치합하도록 구성한다.

본 발명의 자중강하식 액추에이터의 또 다른 특징은, 자동변환부는, 회동림의 원주측에 기계제동압하판과 마찰패드를 구성하여 회동림의 과속을 제어하여 할 수 있는 기계제동장치를 더 구성한다.

본 발명의 자중강하식 액추에이터의 또 다른 특징은, 수동구동부는, 직교3축과 직교방향으로 배치되고, 수동구동축에는 웜치차2가 외설되어, 출력허브와 수동결합구로 웜휠2가 결합되며, 웜치차2와 치합하도록 배설되고, 전동구동시에는 웜휠2가 윔치차2의 회전을 제동시키고, 수동구동시에는 수동핸들로 수동구동축을 회전시켜서, 웜치차2와 웜휠2 및 직교3축이 구동되도록 구성한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 자중강하식 액추에이터는 아래와 같은 효과가 있다.

1) 자중강하부의 전단에 감속비가 1/40 내지 1/80 범위의 전치감속부를 배치하고, 자중강하부의 후단에 나머지 소요감속을 수행하는 기어감속용 주감속부를 배치하며, 전치감속부에 전동부와 자중강하부를 결합시키고, 자중강하부와 주감속부 사이에 자동변환부와 수동구동부를 배치하여, 비상시 수문 자체의 중량으로 소정의 목적인 긴급차단을 확실하게 구현하고, 작은 수동력(手動力)으로 수동운전을 달성할 수 있어서 개폐기의 능력을 향상시킴으로써 수문의 작동불능으로 인하여 발생하는 침수로 인한 피해를 최소화할 수 있다.

2) 이러한 본 발명은, 전동구동에서 자중강하구동으로 전환하는데 별도의 자중강하전환클러치를 생략하면서도 비상시 수문본체 자체의 중량으로 소정의 목적인 긴급차단운전을 확실하게 구현할 수 있도록 자중강하부를 구성하여, 변환조작시 용이한 조작과 유지관리가 용이한 장점이 있다

3) 이러한 본 발명은, 전동구동에서 수동구동으로 전환하거나 수동구동에서 전동구동으로 변환하는데 별도의 전동수동변환클러치를 생략한 자동변환부를 구성하여 자동으로 전동구동에서 수동구동으로 변환시키고, 수동구동에서 전동구동으로 변환시킬 수 있어서, 별도의 변환조작이 필요 없어서 조작과 유지관리가 용이하고 간단한 자중강하식 액추에이터를 제공하는 장점이 있다.

4) 이러한 본 발명은, 감속비가 큰 싸이크로이드 주감속부 대신 치차감속장치를 구성함으로써 공간을 좁게 차지하면서 구성이 간단하고, 조작과 유지관리가 용이하고 간단하며 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공하는 장점이 있다.

5) 이러한 본 발명은, 수동구동부와 자중강하부의 구동을 단속하는 자중강하전환클러치가 생략된다. 그러면서도 별도의 자중강하전환클러치를 조작하지 않아도 수동구동이나 자중강하구동이 가능하도록 자중강하부를 구성하여, 변환조작과 유지관리가 용이한 장점이 있다.

6) 이러한 본 발명은, 자동변환부에 손으로 조작할 수 있는 기계제동부를 구성하여 자중강하구동시 수문을 안전한 속도로 신속하게 하강시켜 수문이 파손되는 것을 방지할 수 있는, 안전하고 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공할 수 있다.

7) 이러한 본 발명은, 주요구성부의 돌출길이를 최소화하여 공간을 콤팩트하게 활용할 수 있으며, 자중강하부 및 수동구동부 사이의 거리를 최소화시켜서 긴급상황시 자동 및 전동구동에서 자중강하구동과 수동구동 조작을 신속하게 조작할 수 있으며, 이에 따라 랙크식과 나사 스핀들식 개폐기에 비해 액추에이터를 단순화 및 소형화할 수 있다.

8) 이러한 본 발명은, 전동부에 고장이 발생하거나 정전이 발생하여도 수동구동과 자중강하구동이 가능하도록 구성한 안전한 자중강하식 액추에이터를 제공하여 개폐기의 능력을 향상시킴으로써 수문의 작동불능으로 인하여 발생하는 침수로 인한 피해를 최소화할 수 있다.

9) 이러한 본 발명은, 자중강하부가 전동부 후단에 구성되어 있다. 따라서 전동부 및 수동구동부에 고장이나 정전이 발생하여도 자중강하구동이 가능한 자중강하식 액추에이터를 제공하여 액추에이터의 능력을 향상시킴으로써 수문의 작동불능으로 인하여 발생하는 침수로 인한 피해를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수문과 결합된 자중강하식 액추에이터를 나타내는 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 주요구성부와 동력전달 관계를 도시한 전체 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 주요구성부인 전동부, 전치감속부, 자중강하부, 자동변환부 및 수동구동부의 결합상태를 나타내는 절개 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 전동부 및 전치감속부를 나타내는 절개 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 자중강하부를 나타내는 절개 분해도.
도 6은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 자중강하부의 결합상태(OFF)를 보인 일부 절개도.
도 7은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 자중강하부의 해제상태(ON)를 보인 일부 절개도.
도 8은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 자동변환부 및 수동구동부를 나타내는 절개 분해도.
도 9는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 (a)는 자중강하부측에 본 자동변환부 사시도, (b)는 수동구동부측에서 본 자동변환부 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 주감속부 및 이중스핀들부의 다른 실시예를 보인 평면도.
도 11은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 전동구동을 나타내는 구성도.
도 12는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 자중강하구동을 나타내는 구성도.
도 13은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 수동구동을 나타내는 구성도.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부한 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 수문과 결합된 자중강하식 액추에이터를 나타내는 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 주요구성부와 동력전달 관계를 도시한 전체 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 주요구성부인 전동부, 전치감속부, 자중강하부, 자동변환부 및 수동구동부의 결합상태를 나타내는 절개 단면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 전동부 및 전치감속부를 나타내는 절개 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 자중강하부를 나타내는 절개 분해도이며, 도 6은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 자중강하부의 결합상태(OFF)를 보인 일부 절개도이고, 도 7은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 자중강하부의 해제상태(ON)를 보인 일부 절개도이다. 도 8은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 자동변환부를 나타내는 절개 분해도이고, 도 9는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 (a)는 자중강하부측에 본 자동변환부 사시도이고 (b)는 수동구동부측에서 본 자동변환부 사시도이다. 도 10은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터 중 주감속부 및 이중스핀들부의 다른 실시예를 보인 평면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 전동구동을 나타내는 구성도이며, 도 12는 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 자중강하구동을 나타내는 구성도이고, 도 13은 본 발명에 따른 자중강하식 액추에이터의 수동구동을 나타내는 구성도이다.

이러한 구성의 본 발명의 자중강하식 액추에이터는, 전동부(200), 전치(前置)감속부(300), 자중강하부(400), 자동변환부(500), 수동구동부(600), 주감속부(700) 및 이중스핀들부(800)를 포함하여 이루어진다.

전동부(200)는 전동기(201) 내부에 전자브레이크(미도시)를 내설(設)하고, 전동축(202)과 구동축(303)이 축연결되고, 전동기결합구(203)와 전치감속부결합구1(306)을 결합하여 전치감속부(300)와 연결시키도록 이루어진다.

전동부(200)는, 도 1 내지 도 4 및 도 11 내지 도 13에 도시한 바와 같이, 전치감속부(300)에 전동구동력을 인가하는 전동기(201) 및 전자브레이크(미도시)를 포함하고 있다. 또한, 개도계(150)에 일체로 형성된 상하한리미트스위치(미도시)의 제어신호 또는 수문제어부(170)의 유기적인 제어에 따라 전동기(201)에서 발생하는 구동력을 전치감속부(300)에 전달 또는 차단하도록 형성된다.

그리고, 전동기(201)의 일단에 공지의 전자브레이크(미도시)를 형성하여 통전(通電)시에는 전동기(201)의 구동력을 전치감속부(300)에 전달한다. 전자브레이크가 해제되고 있는 운전중에 단전(斷電)이 발생하면 전자브레이크가 구동축(303)을 자동으로 제동시키도록 구성된다.

전치감속부(300)는, 일단이 전동부(200)와 결합되고, 타단에 구동축(303)과 직교(直交)되는 직교1축(305)에 웜치차로 치합(齒合)되도록 이루어진다.

이러한 전치감속부(300)는, 도 1 내지 도 4 및 도 11 내지 도 13에 도시한 바와 같이, 전동부(200)의 전동축(202)을 축연장하여 결합한 구동축(303)의 원주면에 웜치차1(301)을 외설(外設)하고, 자중강하부(400)에 연결되는 직교1축(305)의 일단에 웜휠1(302)을 직교하도록 외설치합시켜서, 전동부(200)의 회전속도의 감속에 반비례하여 증가된 구동력을 발생시키는 감속비가 1/40 내지 1/80 범위의 웜감속부(304)를 구성하는 것이 바람직하다. 상기 웜감속부(304)내에는 구동축(303)에 지지대(미도시)와 작동레버(미도시)를 배치하고 웜휠1(302)에 작동레버와 작동구(미도시)를 체결하여, 작동레버의 회동에 의해 토오크제어장치(미도시)를 작동시켜 전동기(201)로 공급되는 전원을 차단토록 하는 것을 특징으로 하는 공지의 수문의 토오크제어장치를 채택하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 직교1축(305)은 일단이 전치감속부(300) 내의 베어링(B)에 의하여 지지·회동하도록 배설되고, 타단이 자중강하부(400)의 구동축연결구(410)와 결합되며, 자중강하부(400)의 자중강하결합구1(411)과 전치감속부(300)의 직교축결합구(307)는 양단을 전치감속부(300)에 볼트로 결합시킨다.

상기 전동부(200)와 전치감속부(300)는 도 1과 같이 수직방향으로 배치할 수도 있고, 도 2와 같이 수평방향으로 설치할 수도 있어서 공간을 활용할 수 있다. 또한, 전동부(200)와 전치감속부(300)를 자중강하부(400)와 직교되게 배치함으로써 액추에이터의 주요 구성부의 돌출길이를 최소화하여 공간을 콤팩트하게 활용할 수 있다.

이렇게 자중강하부(400)의 전단에 감속비가 1/40 내지 1/80인 전치감속부(300)를 배치하면, 자중강하부(400)의 후단에 자중강하가 신속하게 구현되도록 주감속부(700)를 구성하여, 비상시 수문 자체의 중량으로 자중강하되도록 하여서 소정의 목적인 긴급차단을 구현할 수 있게 된다.

자중강하부(400)는, 전치감속부(300)와 자동변환부(500)의 사이에 배치되고, 전동부(200)의 전원이 차단되어 긴급으로 수문(100)으로 수로를 폐쇄시킬 경우 수문본체(110)가 그 자중에 의해 하강되도록 한다.

이러한 자중강하부(400)는, 도 1 내지 도 3 및 도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이 자중강하전환장치하우징(480)의 내부에 배치된다. 먼저, 구동축연결구(410) 내측에 직교1축(305)을 결합하여 구동축베어링(401)으로 지지·회동시키고, 구동축연결구(410)와 클러치케이싱(420)을 결합시키며, 클러치케이싱(420) 내측에 다판클러치(430)를 배설한후 구동축연결구(410)에 내설된 스플라인베어링(461)에 일단이 지지·회동되는 직교2축(415)의 타단은 인입허브(510)에 내설된 베어링에 지지·회동되며 축이음으로 연결된다. 상기 자중강하전환장치하우징(480)의 양단인 자중강하결합구1(411)과 자중강하결합구2(455) 사이를 클러치케이싱결합구(470)와 결합넛트(471)로 결합시킨다.

상기 자중강하부(400)의 직교2축(415)은 다판클러치(430)가 코일스프링(433)의 탄성력이나 자중강하전환레버(441)의 조작력에 의하여 좌우로 이동할 수 있도록 스플라인(460)이 외설되어 있다.

이러한 자중강하부(400)는, 자중강하부(400)의 직교2축(415)의 외측으로 클러치케이싱(420)의 내부에 다수로 교차하여 배치한 디스크(431) 및 마찰판(432)과, 직교2축(415)에 외설되고 스프링밑쇠(437)와 디스크(431)의 사이에 지지되어서 디스크(431) 및 마찰판(432)을 클러치케이싱(420) 측으로 밀착시키는 코일스프링(433)과, 다판클러치(430) 내에 배치되어서 코일스프링(433)을 지지하는 스프링밑쇠(437)와, 직교2축(415) 원둘레측에 위치되고 일측이 디스크(431) 측으로 평소에는 코일스프링(433)의 탄성력으로 마찰력을 발생시키고, 자중강하시에는 디스크(431)측으로부터 선택적으로 코일스프링(433)의 탄성력을 해제하여 마찰력을 해제시키는 클러치압축판(435)과 자중강하전환레버(441)를 배설한다.

자중강하부(400)의 자중강하전환장치(440)에 배치되고 자중강하전환레버(441)와 결합된 자중강하탈착구1(442)은 지지베어링(436)에 지지·회동되어 자중강하탈착구2(450)와 도 6과 같이 양측에 서로 치합되도록 구성한 웨지가 서로 결합되어 다판클러치(430)를 코일스프링(433)의 탄성력으로 결합시키고, 지지베어링(436)에 지지·회동되어 자중강하탈착구2(450)와 도 7과 같이 양측에 서로 분리되도록 구성한 웨지가 서로 분리되어 다판클러치(430)를 코일스프링(433)의 탄성력으로 분리시키도록 구성한다.

이러한 자중강하부(400)는, 클러치압축판(435)의 외주에 배치되면서 직교2축(415)에 외설된 자중강하전환레버(441)를 전방측으로 밀면(ON) 자중강하전환레버(441)의 회동각도에 비례하여 다판클러치(430)와 클러치케이싱(420)에 작용하는 코일스프링(433)의 탄성력을 선택적으로 조절 또는 해제시킬 수 있어서 직교1축(305)과 직교2축(415)은 분리되어 자중강하가 이루어진다. 이때 수문본체(110)를 안전하게 자중강하시킬 수 있는 속도에 도달하면 자중강하전환레버(441)를 더 이상 전방으로 회동시킬 수 없는 위치에 자중강하전환레버리미트(443)를 배치시키는 것이 바람직하다.

한편 전방측으로 작용하고 있던(ON) 자중강하전환레버(441)의 작동력을 제거하면(OFF), 다판클러치(430)와 클러치케이싱(420)에 작용하는 코일스프링(433)의 탄성력이 복원되어서 직교1축(305)과 직교2축(415)이 연결되도록 구성한다.

따라서 이러한 자중강하부(400)를 통해서 자중강하변환클러치의 구성이 없거나, 전동부(200) 및 수동구동부(600)에 고장이나 정전이 발생하여도 수문본체(110)의 자중으로 수문(100)을 긴급 하강시켜서 폐쇄시킬 수 있다.

상기와 같이, 수문본체(110)를 안전하게 자중강하시킬 수 있는 속도에 도달하면 자중강하전환레버(441)를 더 이상 전방으로 회동시킬 수 없는 위치에 자중강하전환레버리미트(443)를 배치시키는 것이 바람직하다.

자동변환부(500)는 자동변환부케이싱(503) 내부에 배치되고, 회동림(回動Rim, 501)과 중앙허브(530), 인입허브(510)와 출력허브(520), 상기 허브(510,520)에 배설된 두쌍의 베벨치차(511,521,541,551), 회동축(560,570) 및 회동림연결구(504)로 구성된다.

이러한 자동변환부(500)는 도 1 내지 도 3 및 도 8 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 자동변환부케이싱(503) 내부에 배설된다. 자동변환부케이싱(503)은 자중강하전환장치하우징(480)과 볼트로 결합된다. 직교2축(415)의 입력측 인입허브(510)에 베어링을 내설하여 지지·회동시키도록 형성하고 원둘레측에 베벨치차1(511), 직교3축(502)의 일단에 인입허브(510)와 마주보는 출력허브(520)에 베어링을 지지·회동하도록 배설하여 원둘레측에 베벨치차2(521)를 배설한다. 회동림(501) 내측에 배치한 동조허브1(540) 및 동조허브2(550)와 중앙허브(530) 사이에는 회동1축(560)과 회동2축(570)으로 각각 축이음하여 동조허브1(540)에 원추형 베벨치차4(541)와 동조허브2(550)에 원추형 베벨치차5(551)를 마주보게 배설하여 베벨치차1(511) 및 베벨치차2(521)와 이중으로 치합하도록 결합시킨다.

상기 회동림(501)과 중앙허브(530) 사이에는 회동1축(560)과 회동2축(570) 및 복수의 회동림연결구(504)가 지지하여 중앙허브(530)에 내설된 베어링을 축으로 회동하도록 배설하는 하는 것이 바람직하다.

상기 자동변환부(500)의 자동변환부케이싱(503) 내부에는 회동림(501)의 외측에 기계제동장치와 출력허브(520)에 수동구동부(600)를 결합하여 배치시킨다.

이러한 자동변환부(500)는 전동구동일 경우에는 수동구동부(600)의 웜휠2 (603)가 윔치차2(602)의 회전을 제동시키는 상태에서(웜휠로 웜치차를 역회전 시킬 수 없음), 전동부(200), 전치감속부(300), 자중강하부(400), 직교2축(415)과 인입허브(510)를 순차적으로 회전시킨다. 이때 인입허브(510)에 배설된 베벨치차1(511)과 이와 이중으로 치합관계에 있는 베벨치차4(541) 및 베벨치차5(551)는 각각 회동림(501)과 중앙허브(530)에 회동1축(560), 회동2축(570) 및 회동림연결구(504)로 결합되어 있다. 따라서, 중앙허브(530)에 결합된 직교3축(502)이 출력허브(520)에 배설되어 회전하지 않는 베벨치차2(521)의 치면을 타고 중앙허브(530)를 중심으로 원주방향으로 회전하고, 주감속부(700), 이중스핀들부(800), 스핀들(830), 수문본체(110)를 전동으로 작동시키게 된다.

한편 자동변환부(500)의 수동구동일 경우에는, 전동부(200)에 전기 인입이 차단되면 전동부(200)에 내장된 전자브레이크가 직교2축(415)의 회전을 제동시키므로 전동부(200), 전치감속부(300), 자중강하부(400), 직교2축(415)과 인입허브(510)를 순차적으로 회전할 수 없도록 제동시킨다. 전동부(200), 전치감속부(300), 직교1축(305) 및 직교2축(415)은 제동되고, 직교2축(415)에 결합된 인입허브(510)가 회전할 수 없도록 제동된다. 수동핸들(606)이 수동구동축(601)을 회전시키면 이에 외설된 웜치차2(602)와 이와 치합된 웜휠2(603)를 회전시키게 되고, 웜휠2(603)와 결합된 베벨치차2(521)가 순차적으로 회전한다. 출력허브(520)에 배설된 베벨치차2(521)와 이와 이중으로 치합관계에 있는 베벨치차4(541) 및 베벨치차5(551)는 각각 회동림(501)과 중앙허브(530)를 회동1축(560), 회동2축(570) 및 회동림연결구(504)로 결합되어 있으므로 입력허브(510)에 배설되어 회전하지 않는 베벨치차1(511)의 치면을 타고 중앙허브(530)를 중심으로 원주방향으로 회전하고, 이에 따라 중앙허브(530)에 결합된 직교3축(502)이 회전하며, 직교3축(502)에 연결된 주감속부(700)를 수동으로 작동시키도록 구성된다.

이렇게 구성된 자동변환부(500)는, 전동구동에서 수동구동으로 전환하거나 수동구동에서 전동구동으로 변환하는데 별도의 전동수동전환클러치의 구성이 없어도 자동으로 전동구동에서 수동구동으로 변환시키고, 수동구동에서 전동구동으로 변환시킬 수 있으며, 별도의 변환조작이 필요 없어서 조작과 유지관리가 용이하고 간단하게 수행할 수 있게 된다.

수동구동부(600)는, 자동변환부케이싱(503) 내부에 배치되고, 수동구동축(601), 웜치차2(602), 웜휠2(603), 수동연결구(605)로 구성된다. 이러한 수동구동부(600)는 전동부(200)의 전원이 차단되면 수동구동축(601)을 수동핸들(606)로 회전시켜서 웜치차2(602), 웜휠2(603), 베벨치차2(521), 베벨치차4(541) 및 베벨치차5(551), 중앙허브(530), 직교3축(502), 주감속부(700), 이중스핀들부(800), 스핀들(830), 수문본체(110)를 수동으로 작동시키도록 구성한다.

이러한 수동구동부(600)는 도 1, 도 3 및 도 8에 도시한 바와 같이 자동변환부케이싱(503)의 내부에 배치되고, 직교3축(502)과 직교방향으로 배치되며, 수동구동축(601)은 자동변환부케이싱(503)에 지지·회동하도록 지지베어링이 양측에 배설된다. 수동구동축(601)에는 웜치차2(602)가 외설되고, 출력허브(520)와 수동결합구(605)로 웜휠2(603)를 결합시키며, 웜치차2(602)와 치합하도록 배설한다. 수동구동축(601)에는 수문(100)을 수동으로 개폐하는 수동핸들(606)과 손잡이(607)로 이루어진다.

동력전달부(610)는 직교2축(502)의 일측에 배치된 구동측 체인스프로켓(611), 제2축(710)의 일측에 배치된 종동측 체인스프로켓(612), 이들에 연결된 체인으로 이루어질 수도 있고, 상하 기어들의 치합으로 이루어질 수도 있으며, 양단에 풀리(Pulley)를 배설하여 벨트이음으로 이루어질 수도 있다. 이러한 동력전달부(610)는, 자동변환부(500)의 직교3축(502)에서 발생된 구동력을 제2축(710)에 전달하거나 체인스프로켓(611,612)의 감속비에 비례하도록 감속시킨 후 제2축(710)에 전달한다.

주감속부(700)는, 주감속부(700) 케이싱 내부에 배치되며, 동력전달부(610)와 종동측 체인스프로켓(612)과 연결되고, 제2축(710) 및 제2감속치차(711,712)에서 1차 감속시키고, 제3축(720) 및 제3감속치차(721,722)에서 2차로 감속시키도록 구성된다.

이러한 주감속부(700)는 도 1 내지 도 2, 도 10 내지 도 13에 도시한 바와 같이, 동력연결부(610)의 종동측 체인스프로켓(612)에 연결되는 제2축(710)과, 제2축(710)에 배치되는 제2피니언(711)과 케이싱 내부에 설치되고 제2축(710)과 평행을 이루는 제3축(720)과, 제3축(720)에 배치되고 제2피니언(711)에 치합되는 제2감속기어(712)와, 제3축에 배치되는 제3피니언(721)과, 제3축(720)과 평행하게 케이싱에 설치되는 동조2축(820)에 배치되고 제3피니언(721)에 치합되는 제3감속기어(722)로 이루어진다.

이러한 주감속부(700)는 감속비가 큰 싸이크로이드 주감속부 대신 치차감속장치를 구성함으로써 공간을 좁게 차지하면서 구성이 간단하고, 조작과 유지관리가 용이하고 간단하며 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공할 수 있게 된다.

수문제어부(170)는 도 1에 도시한 바와 같이 조작대(180)의 상부에 배치된다. 이러한 수문제어부(170)는, 수위감지부에서 수위를 감지하고 전원을 공급받아 현장에서 설정값을 초기화시키며 구동을 조작하는 현장조작부와, 수위정보, 수문(100)의 개폐정보, 수동구동부(600)의 전환리미트스위치의 구동정보, 전동부(200)의 정보 등을 처리하는 제어신호부와, 원격운전을 위하여 신호를 송수신하는 통신수단과, 프로그램을 저장하는 플래쉬메모리램과, 연산처리부를 유기적으로 제어하는 프로그램로직컨트롤러에서 제어된 신호를 처리하는 제어신호처리부와, 제어신호처리부에서 수문본체(110)를 개폐하도록 개폐기를 구동하는 전동부(200)와, 주요기기의 작동상태를 현장조작부의 램프에 표시하도록 구동하는 램프구동부로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 수문제어부(170)는, 원격지의 원격지컴퓨터와 통신수단으로 형성된 관리부에서 수문제어부(170)에 신호를 송신하여 원격지의 하나 또는 복수의 수문(100)을 제어할 수 있다.

이중스핀들부(800)는, 수직으로 배열된 스핀들(830)의 양측에 치합되어서 고하중의 수문(100)을 원활하게 승강하여 개폐시키며, 스핀들(830)에 압하력(押下力)을 발생시키고 수문(100)에 의해 스핀들(830)에 작용하는 상하진동을 억제시킨다.

이러한 이중스핀들부(800)는, 도 1과 도 2 및 도 10 내지 도 13에 도시한 바와 같이 수직으로 배열된 스핀들(830)의 일측에 배치된 동조1축(810)에 결합되고 스핀들(830)에 치합되는 스핀들기어1(803)과, 동조1축(810)에 결합되는 동조치차1(801)과, 스핀들(830)의 타측에 배치된 동조2축(820)에 결합되고 스핀들(830)에 치합되는 스핀들기어2(804)와, 동조2축(820)에 결합되고 동조치차1(801)에 치합되는 동조치차2(802)로 이루어진다.

따라서 고하중의 수문(100)을 원활하게 승강하여 개폐시키며, 상기 스핀들(830)에 압하력을 발생시키고 상기 스핀들(830)에 전달되는 상하진동을 억제하게 된다. 또한, 제1승강장치부(120) 및 제2승강장치부(130)의 상측으로 돌출되는 스핀들(830)의 둘레를 감싸는 스핀들보호커버(831)를 포함하여 구성한다.

도 10은 이중스핀들부(800)의 다른 실시 예인 연동식을 보인 개략적 평면도로써, 양측에 동조2축(820)이 연결축(160)으로 축연결되어 있다. 이러한 연동측 이중스핀들부(800)는 수직으로 배열된 스핀들(830)의 일측에 배치된 동조1축(810)과, 동조1축(810)에 결합되고 스핀들(830)에 치합되는 스핀들기어1(803)과, 동조1축(810)에 결합되는 동조치차1(801)과, 스핀들(830)의 타측에 배치된 동조2축(820)과, 이 동조2축(820)에 결합되고 스핀들(830)에 치합되는 스핀들기어2(804)와, 동조2축(820)에 결합되고 동조치차1(801)에 치합되는 동조치차2(802)로 이루어진다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이 조작대(180)의 상부에 제1승강장치부(120) 하나만 배치하고 스핀들(830)도 하나만 배치한 단동식과, 도 1 및 도 10에 도시한 바와 같이 제1승강장치부(120)와 제2승강장치부(130)는 동조2축(820)을 연결축(160)으로 연장하여 커플링(140)으로 결합하고 동조2축(820)과 연계하여 작동하는 수문의 개도를 나타내는 개도계(150)를 배치하여 연동식으로 구성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예인 전동구동 단동식을 도 1 내지 도 6 및 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

전동부(200)에 내설된 전자브레이크(미도시)는 전원이 인입되면 자동으로 개방되고, 이때 구동축(303)은 전동구동을 할 수 있는 상태가 된다.

자중강하전환장치(440)는 별도의 조작을 하지 않아도 코일스프링(433)의 탄성력에 의해 클러치압축판(435)이 디스크(431) 및 마찰판(432)을 클러치케이싱(420) 측으로 밀착시켜서 직교1축(305)과 직교2축(415)이 서로 연결된 상태가 된다.

이러한 상태에서 개도계(150)에 일체로 형성된 상하한리미트스위치와 전치감속부(300)에 형성된 토오크리미트스위치 정보 또는 수문제어부(170)의 유기적인 제어에 따라 전동부(200)에서 발생하는 구동력이 전치감속부(300)를 통해 자중강하부(400)와 동력전달부(610)를 거쳐서 주감속부(700)에 전달된다. 이와 같이 전치감속부(300)에서 1차 1/40 내지 1/80 감속비로 감속된 구동력이 주감속부(700)에서 전치감속부(300)의 감속량을 차감하여 2차 감속시킨다.

그리고, 자동변환부(500)는 전동구동일 경우에는 다음과 같이 동작된다. 먼저, 수동구동부(600)의 웜휠2(603)가 윔치차2(602)의 회전을 제동시키고 있는 상태에서, 전동부(200), 전치감속부(300), 자중강하부(400), 직교2축(415)과 인입허브(510)를 순차적으로 회전시킨다. 이때, 인입허브(510)에 배설된 베벨치차1(511)과 이와 이중으로 치합관계에 있는 베벨치차4(541) 및 베벨치차5(551)는 각각 회동림(501)과 중앙허브(530)를 회동1축(560), 회동2축(570) 및 회동림연결구(504)로 결합된 상태이다. 따라서, 중앙허브(530)에 결합된 직교3축(502)은 출력허브(520)에 배설되어 회전하지 않는 베벨치차2(521)의 치면을 타고 중앙허브(530)를 중심으로 원주방향으로 중앙허브(530)에 결합된 직교3축(502)이 회전되고, 구동력이 동력전달부(610)로 전달된다.

그리고, 제2축(710)으로 전달된 구동력은 제2피니언(711) 및 제2감속기어(712)를 통해 1차 감속된 후, 제3축(720)으로 전달된 구동력은 제3피니언(721) 및 제3감속기어(722)를 통해 2차 감속되며, 동조2축(820)에 전달되며, 동조2축(820)에 전달된 구동력은 이중스핀들부(800)를 통해 스핀들(830)에 전달된다. 즉, 동조2축(820)이 회전하면 이에 고정된 동조치차2(802), 스핀들기어2(804)가 회전되고, 동조치차2(802), 동조치차2(802)에 치합된 동조치차1(801)이 회전된다. 동조치차1(801)이 회전되면, 동조1축(810)이 회전되면서 스핀들기어1(803) 양쪽에 치합되어 회전시킨다.

따라서 스핀들(830)은 그 양측에 치합되어서 구동되는 스핀들기어1(803) 및 스핀들기어2(804)에 의해 승강되며, 이에 따라 스핀들(830)의 하단에 브라켓(190)으로 연결된 수문본체(110)가 승강된다.

이렇게 구성하면 싸이크로이드 감속장치를 채택하지 않고서도 구성이 간단하고 공간을 좁게 차지하는 주감속부(700)를 구성할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예인 자중강하구동을 도 1 내지 도 3, 도 5 내지 도 10 및 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

수문(100)을 전동구동모드로 개폐하는 도중에 외수측 수위가 갑자기 상승하여 긴급히 수문(100)을 자중강하시켜서 수로를 차단할 필요가 발생할 경우나 정전이 발생하여 전동구동이 불가능하면, 다른 별도의 조작이 필요없이 자중강하부(400)의 자중강하전환레버(441)를 작동위치(ON)로 설정시킨다.

이러한 경우, 자중강하부(400)는, 직교2축(415)에 외설된 자중강하전환레버(441)를 작동위치(ON)로 조작하면 다판클러치(430)와 클러치케이싱(420)에 작용하는 코일스프링(433)의 탄성력을 해제 또는 제어할 수 있으며, 이에 따라 다판클러치(430)가 분리되고 직교1축(305)과 직교2축(415)은 분리되며 수문본체(110)의 자중(自重)으로 신속하게 하강하게 된다. 이와 같이 하여 자중강하전환장치(440)의 작동을 원할 경우에만 작동위치(ON)에서 조작시키고 작동을 중지하면 코일스프링(433)의 탄성력으로 자동으로 해제위치(OFF)로 되돌아간다.

평소에는 자중강하전환장치(440)가 코일스프링(433)의 탄성력에 의해 자동으로 해제위치(OFF)에 있으므로 직교1축(305)과 직교2축(315)이 서로 연결된 상태가 되며, 비상시에는 자중강하전환장치(440)를 작동위치(ON)로 설정시키므로 직교1축(305)과 직교2축(315)은 서로 차단된 상태가 되어 수문본체(110)에 작용하는 자중으로 자중강하구동이 가능하게 된다.

상기와 같이 구성한 자중강하부의 수문 자중강하속도는 자중강하전환레버(441)를 전방측으로 미는 회동각도에 비례하므로 수문본체(110)를 안전하게 자중강하시킬 수 있는 각도를 현장에서 조절한다. 만약 하강속도가 빠를 경우, 기계제동부(509)의 기계제동축(506)상에 배설된 기계제동압하판(508)을 누르면 마찰패드(505)가 회동림(501)의 회전속도를 제어할 수 있고, 기계제동압하판(508)을 누름을 해제하면 기계제동축(506)상에 외설된 코일스프링2(507)의 탄성력으로 회동림(501)은 마찰패드(505)와 분리되어 자중강하구동시 수문을 빠르고 안전하게 하강시킬 수 있다.

또한, 상기와 같이 구성한 자중강하부의 수문 자중강하속도는 자중강하전환레버(441)가 자중강하전환레버리미트(443)에 가까이 접근하는 회동각도에 비례한다. 따라서, 수문본체(110)를 안전하게 자중강하시킬 수 있는 속도에 도달하면 자중강하전환레버(441)를 더 이상 전방으로 회동시킬 수 없는 위치에 자중강하전환레버리미트(443)를 배치할 수 있으며, 이에 따라 수문본체(110)의 하강속도는 안전하면서도 빠르게 하강하게 되므로 수문의 하단부에 충격방지 스프링이나 기계제동부의 구성을 생략하면서도 자중강하구동시 수문을 빠르고 안전하게 하강시킬 수 있다.

따라서 수문(100)의 자중에 의해 스핀들(830)이 하측으로 당겨지게 되면 이중스핀들부(800)의 스핀들기어1(803) 및 스핀들기어2(804)가 회전되며, 이에 따라 동조2축(820)이 회전되면서 주감속부(700)의 제3감속기어(722), 제3피니언(721), 제3축(720)을 회전시키고, 제2감속기어(711), 제2피니언(712), 제2축(710)을 회전시킨다. 제2축(710)이 회전되면, 동력전달부(610)에 의해 직교3축(502)이 회전되고, 스플라인(460), 자중강하부(400)가 연동된다. 그러므로 도 12의 자중강하 상태에서는 수문(100)의 자중에 의해 스핀들(830)이 긴급 하강되면서 수문본체(110)를 폐쇄시킨다.

한편 자동변환부(500)는 자중강하구동일 경우에, 자중강하부(400)의 작동으로 인하여 직교1축(305)과 직교2축(415)이 해제되어 직교2축(415)이 회전하므로 전동구동과 동일하게 작동한다.

이러한 자중강하구동이 끝난 후 자중강하전환레버(441)를 전방측으로 밀어서 작동위치(ON)에 유지하던 작동력을 해제하면 코일스프링(433)의 탄성력에 의하여 다판클러치가 이동하여 자중강하구동은 종료되고 자동으로 전동구동으로 복원된다.

본 발명의 자중강하식 액추에이터의 바람직한 실시예인 수동구동을 도 1 내지 도 3, 도 8 내지 도 10 및 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 자중강하식 액추에이터가 전동구동하다가 정전이나 전동기(201)의 고장이 발생된 경우, 전동부(200)에 내설된 전자브레이크가 자동으로 구동축(303)이 회전할 수 없는 상태로 제동시킨다. 수문제어부(170)를 수동구동으로 설정하고, 수동구동부(600)에 내설된 웜치차2(602)와 웜휠2(603)를 치합된 상태로 유지하고 수동핸들(606)을 회전시키면 웜휠2(603)와 수동연결구(605)로 결합된 출력허브(520), 자동변환부(500), 동력전달부(610), 주감속부(700) 및 이중스핀들부(800)를 거쳐서 수문본체(110)는 상하로 승강된다.

한편 자동변환부(500)는 수동구동일 경우에, 전동부(200)에 전기인입이 차단되면 전동부(200)에 내장된 전자브레이크가 직교2축(415)의 회전을 제동시키므로 전동부(200), 전치감속부(300), 자중강하부(400), 직교2축(415)과 인입허브(510)를 순차적으로 회전할 수 없도록 제동시킨다. 전동부(200), 전치감속부(300), 직교1축(305) 및 직교2축(415)은 제동되고, 직교2축(415)에 결합된 인입허브(510)가 회전할 수 없도록 제동된다. 수동핸들(606)이 수동구동축(601)을 회전시키면 이에 외설된 웜치차2(602)와 이와 치합된 웜휠2(603)를 회전시키게 되고, 웜휠2(603)와 결합된 베벨치차2(521)가 순차적으로 회전한다. 출력허브(520)에 배설된 베벨치차2(521)와 이와 이중으로 치합관계에 있는 동조허브1(540) 및 동조허브2(550)에 배설된 베벨치차4(541) 및 베벨치차5(551)는 각각 회동림(501)과 중앙허브(530)에 회동1축(560), 회동2축(570) 및 회동림연결구(504)로 결합되어 있다. 따라서, 중앙허브(530)에 결합된 직교3축(502)은 입력허브(510)에 배설되어 회전하지 않는 베벨치차1(511)의 치면을 타고 중앙허브(530)를 중심으로 원주방향으로 회전하고, 주감속부(700), 이중스핀들부(800), 스핀들(830), 수문본체(110)를 수동으로 작동시킨다.

수동구동이 끝난 후 수문제어부(170)의 구동모드를 전동구동으로 설정하면 수동구동은 종료되고 전동구동으로 자동 복원된다.

본 발명의 자중강하식 액추에이터는 도 1에 도시한 바와 같이 전동구동 연동식으로 구성할 수 있으며, 이를 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 연동식의 자중강하식 액추에이터는, 도 1에 도시한 바와 같이 동조2축(820)에 커플링(140)을 이용하여 연결축(160)을 결합시킨다. 그리고 연결축(160)에는 제2승강장치부(130)를 구성한다. 즉, 수직으로 형성된 스핀들(830)을 중심으로 동조1축(810)과 동조2축(820)을 배열하고, 동조1축(810) 상에 스핀들기어1(803)과 동조치차1(801)을 배치하며, 동조2축(820) 상에 스핀들기어2(804)와 동조치차2(802)를 배치한다. 스핀들기어1(803)과 스핀들기어2(804)는 스핀들(830)에 이중으로 치합되도록 배설하고, 동조치차1(801)과 동조치차2(802)는 서로 치합되도록 배설한다.

이러한 연동식의 자중강하식 액추에이터는, 제1승강장치부(120) 및 제2승강장치부(130)에 의해 수문(100)이 승강되므로 같은 용량으로 단동식보다 2배의 하중이 작용하는 수문(100)을 개폐할 수 있다.

이러한 본 발명의 자중강하식 액추에이터는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 자중강하부(400)의 전단에 감속비가 1/40 내지 1/80 범위의 전치감속부(300)를 배치하고, 자중강하부(400)의 후단에 나머지 소요감속을 수행하는 기어감속용 주감속부(700)를 배치하며, 전치감속부(300)에 전동부(200)와 자중강하부(400)를 결합시키고, 자중강하부(400)와 주감속부 사이에 자동변환부(500)와 수동구동부(600)를 배치한다. 그렇게 함으로서, 비상시 수문(100) 자체의 중량으로 소정의 목적인 긴급차단을 확실하게 구현하고, 작은 수동력(手動力)으로 수동운전을 달성할 수 있어서 개폐기의 능력을 향상시킴으로써 수문의 작동불능으로 인하여 발생하는 침수로 인한 피해를 최소화할 수 있다.

둘째, 전동구동에서 자중강하구동으로 전환하는데 별도의 자중강하전환클러치를 생략하면서도 비상시 수문본체(110) 자체의 중량으로 소정의 목적인 긴급차단운전을 확실하게 구현할 수 있도록 자중강하부(400)를 구성한다. 그렇게 함으로서, 변환조작시 용이한 조작과 유지관리가 용이한 장점이 있다

셋째, 전동구동에서 수동구동으로 전환하거나 수동구동에서 전동구동으로 변환하는데 별도의 전동수동변환클러치를 생략한 자동변환부(500)를 구성한다. 그렇게 함으로서, 자동으로 전동구동에서 수동구동으로 변환시키고, 수동구동에서 전동구동으로 변환시킬 수 있어서, 별도의 변환조작이 필요 없어서 조작과 유지관리가 용이하고 간단한 자중강하식 액추에이터를 제공하는 장점이 있다.

넷째, 감속비가 큰 싸이크로이드 주감속부 대신 치차감속장치를 구성한다. 그렇게 함으로서, 공간을 좁게 차지하면서 구성이 간단하고, 조작과 유지관리가 용이하고 간단하며 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공하는 장점이 있다.

다섯째, 본 발명은, 수동구동부(600)와 자중강하부(400)의 구동을 단속하는 자중강하전환클러치가 생략한다. 그러면서도 별도의 자중강하전환클러치를 조작하지 않아도 수동구동이나 자중강하구동이 가능하도록 자중강하부(400)를 구성하여, 변환조작과 유지관리가 용이한 장점이 있다.

여섯째, 자동변환부(500)에 손으로 조작할 수 있는 기계제동부(509)를 구성하여 자중강하구동시 수문을 안전한 속도로 신속하게 하강시켜 수문이 파손되는 것을 방지할 수 있는, 안전하고 경제적인 자중강하식 액추에이터를 제공할 수 있다.

일곱째, 주요구성부의 돌출길이를 최소화하여 공간을 콤팩트하게 활용할 수 있으며, 자중강하부(400) 및 수동구동부(600) 사이의 거리를 최소화시켜서 긴급상황시 자동 및 전동구동에서 자중강하구동과 수동구동 조작을 신속하게 조작할 수 있어서 랙크식과 나사 스핀들식 개폐기에 비해 액추에이터를 단순화 및 소형화할 수 있다.

여덟째, 전동부(200)에 고장이 발생하거나 정전이 발생하여도 수동구동과 자중강하구동이 가능하도록 구성한 안전한 자중강하식 액추에이터를 제공한다. 그렇게 함으로서, 개폐기의 능력을 향상시킴으로써 수문의 작동불능으로 인하여 발생하는 침수로 인한 피해를 최소화할 수 있다.

아홉째, 자중강하부(400)가 전동부(200) 후단에 구성되어 있다. 따라서 전동부(200) 및 수동구동부(600)에 고장이나 정전이 발생하여도 자중강구동이 가능한 자중강하식 액추에이터를 제공하여 액추에이터의 능력을 향상시킴으로써 수문의 작동불능으로 인하여 발생하는 침수로 인한 피해를 최소화할 수 있다.

100 : 수문 110 : 수문본체
120 : 제1승강장치부 130 : 제2승강장치부
140 : 커플링 150 : 개도계(開度計)
160 : 연결축 170 : 수문제어부
180 : 조작대 190 : 브라켓
200 : 전동부 201 : 전동기
202 : 전동축 203 : 전동기결합구
300 : 전치감속부 301 : 웜치차1
302 : 웜휠1 303 : 구동축
305 : 직교1축 306 : 전치감속부결합구1
307 : 직교축결합구 308 : 전치감속부결합구2
400 : 자중강하부 401 : 구동축베어링
410 : 구동축연결구 411 : 자중강하결합구1
415 : 직교2축 420 : 클러치케이싱
430 : 다판클러치 431 : 디스크
432 : 마찰판 433 : 코일스프링
435 : 클러치압축판 440 : 자중강하전환장치
441 : 자중강하전환레버 442 : 자중강하탈착구1
443 : 자중강하전환레버리미트 450 : 자중강하탈착구2
455 : 자중강하결합구2
460 : 스플라인 461 : 스플라인베어링
470 : 클러치케이싱결합구 471 : 결합넛트
480 : 자중강하전환장치하우징
500 : 자동변환부 501 : 회동림
502 : 직교3축 503 : 자동변환부케이싱
504 : 회동림연결구 505 : 마찰패드
506 : 기계제동축 507 : 코일스프링2
508 : 기계제동압하판 509 : 기계제동부
510 : 인입허브 511 : 베벨치차1
520 : 출력허브 521 : 베벨치차2
530 : 중앙허브 540 : 동조허브1
541 : 베벨치차4 550 : 동조허브2
551 : 베벨치차5 560 : 회동1축
570 : 회동2축 600 : 수동구동부
601 : 수동구동축 602 : 웜치차2
603 : 웜휠2 605 : 수동연결구
606 : 수동핸들 607 : 손잡이
610 : 동력전달부 611 : 체인스프로켓
612 : 체인스프로켓 700 : 주감속부
710 : 제2축 711 : 제2피니언
712 : 제2감속기어 720 : 제3축
721 : 제3피니언 722 : 제3감속기어
800 : 이중스핀들부 801 : 동조(同調)치차1
802 : 동조치차2 803 : 스핀들기어1
804 : 스핀들기어2 810 : 동조(同調)1축
820 : 동조2축 830 : 스핀들
831 : 스핀들커버

Claims

수문본체(110)에 연결되어서 수문본체(110)가 자중에 의해 하강하는 것을 구현하는 자중강하부(400);
자중강하부(400) 일단에 연결되어서 수문본체(110)가 전동구동 또는 수동구동시에 승강속도를 감속시키는 전치감속부(300);
전치감속부(300)의 일단에 연결되어서 전치감속부(300)에 구동력을 전달하고 정전시 전치감속부(300)에 제동력을 해제시키는 전동부(200);
자중강하부(400)와 주감속부(700)에 연결되어서 전동 또는 수동구동을 자동으로 변환시키는 자동변환부(500);
자동변환부(500)에 연결되어서, 전동부(200)의 전원이 차단되면 주감속부(700)를 수동으로 작동시키는 수동구동부(600);
자동변환부(500)에 연결되고 수문본체(110)가 전동구동 또는 수동구동 또는 자중강하구동시에 수문본체(110)의 승강을 감속시키는 주감속부(700);
주감속부(700)와 수문본체(110)에 연결되고 주감속부(700)의 구동력에 의해 수문본체(110)가 승강되도록 안내하는 이중스핀들부(800)를 포함하여서 이루어지며;
전동구동시, 전동부(200)의 구동력이 전치감속부(300)에 의해 1차 감속되고, 주감속부(700)에 의해 2차 감속된 후 수문본체(110)에 전달되고;
자중강하시, 전치감속부(300) 및 전동부(200)를 자중강하부(400) 후단과 분리되도록 자중강하부(400)를 배설하여, 주감속부(700)만 수문본체(110)의 자중강하를 구현하도록 구비되며;
자동변환부(500)는,
자동변환부케이싱(503) 내부에 배설되고, 직교2축(415)을 결합한 입력측 인입허브(510) 원둘레측에 베벨치차1(511)이 배설되며, 직교3축(502)의 일단에 인입허브(510)와 마주보는 출력허브(520)에 직교3축(502)을 결합하고 그 원둘레측에는 베벨치차2(521)를 배설되고, 회동림(501) 내측에 배치한 동조허브1(540) 및 동조허브2(550)와 중앙허브(530) 사이에는 회동1축(560)과 회동2축(570)으로 각각 축이음하여 동조허브1(540)에 원추형 베벨치차4(541)와 동조허브2(550)에 원추형 베벨치차5(551)를 마주보게 배설하고, 베벨치차1(511) 및 베벨치차2(521)와 이중으로 치합하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 자중강하식 액추에이터.
전자브레이크를 내설한 전동부(200);
전동부(200)에 축이음한 구동축(303)에 윔치차1(301) 및 이와 직교하는 직교1축(305)의 원둘레에 웜휠1(302)을 각각 외설하여 치합시켜서, 1/40 내지 1/80 감속비로 감속하도록 구성한 전치감속부(300);
직교1축(305)과 축방향으로 배치한 직교2축(415)의 외주면에 형성한 다판클러치(430)의 디스크(431)를 코일스프링(433)의 탄성력으로 마찰판(432)과 선택적으로 결합하거나 분리되도록 자중강하전환장치(440)를 구성하고, 직교2축(415)을 스플라인(460) 상에서 직교1축(305)과 단속(斷續)시켜서 수문본체(110)를 자중으로 강하시킬 수 있도록 형성한 자중강하부(400);
자중강하부(400)의 타단에 연결되고, 직교2축(415)을 결합한 인입허브(510)와 직교3축(502)을 결합한 출력허브(520)에 베벨치차(511,521)를 치합·배설하고, 회동림(501) 내측과 중앙허브(530) 외측을 연결하는 회동축(560,570)에 원추형 베벨치차(541,551)를 배설하여 각각 이중으로 치합시켜서 전동 또는 수동구동을 자동으로 변환시키는 자동변환부(500);
자동변환부(500) 내부에 직교3축(502)과 직교방향으로 배치된 수동구동축(601)에 웜치차2(602)가 외설되고, 출력허브(520)와 수동결합구(605)로 웜휠2(603)를 결합하여 웜치차2(602)와 치합시켜서, 전동부(200)에 전원이 차단되면 수동핸들(606)로 자동변환부(500) 회전시켜서 주감속부(700), 이중스핀들부(800), 스핀들(830) 및 수문본체(110)를 수동력으로 승강시키는 수동구동부(600);
자동변환부(500)의 직교3축(502)과 이중스핀들부(800) 사이에 배치되며, 2단의 치차감속장치로 이루어진 주감속부(700);
수직봉의 원주면(圓周面)에 치차를 형성한 스핀들(830)이 구비되고, 스핀들(830)을 중심으로 그 양측에 스핀들기어(803,804)로 스핀들(830)과 이중 치합시켜서 수문본체(110)를 승강시키며, 스핀들(830)에 압하력을 발생시키고 수문본체(110)에 의해 스핀들(830)에 작용하는 상하진동을 억제시키는 이중스핀들부(800)를 포함하여 이루어지며;
전동·수동 자동변환을 구현하여 전동 및 수동구동으로 개폐시키고, 주감속부(700)를 자중강하구동 또는 수동구동으로 수문본체(110)를 개폐시키도록 구성하는 것을 특징으로 하는 자중강하식 액추에이터.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 전치감속부(300)는,
전동부(200)와 자중강하부(400) 사이에 직교되게 배치되며, 일단은 전동부(200)의 전동축(202)과 축이음으로 연결된 구동축(303)에 전동력을 입력시키고,
다른 일단은 직교1축(305)의 원주면에 웜휠1(302)을 배치하여 구동축(303)의 원주면에 외설한 웜치차1(301)과 치합시키도록 구성하며, 전동부(200)의 구동력을 웜치차1(301)과 웜휠1(302)에서 1/40 내지 1/80의 감속비로 출력시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자중강하식 액추에이터.
청구항 2에 있어서, 자동변환부(500)는,
자동변환부케이싱(503) 내부에 배설되고, 직교2축(415)을 결합한 입력측 인입허브(510) 원둘레측에 베벨치차1(511)이 배설되며, 직교3축(502)의 일단에 인입허브(510)와 마주보는 출력허브(520)에 직교3축(502)을 결합하고 그 원둘레측에는 베벨치차2(521)를 배설되고, 회동림(501) 내측에 배치한 동조허브1(540) 및 동조허브2(550)와 중앙허브(530) 사이에는 회동1축(560)과 회동2축(570)으로 각각 축이음하여 동조허브1(540)에 원추형 베벨치차4(541)와 동조허브2(550)에 원추형 베벨치차5(551)를 마주보게 배설하고, 베벨치차1(511) 및 베벨치차2(521)와 이중으로 치합하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 자중강하식 액추에이터.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 자동변환부(500)는,
회동림(501)의 원주측에 기계제동압하판(508)과 마찰패드(505)를 구성하여 회동림(501)의 과속을 제어하여 할 수 있는 기계제동장치를 더 구성하는 것을 특징으로 하는 자중강하식 액추에이터.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 수동구동부(600)는,
직교3축(502)과 직교방향으로 배치되고, 수동구동축(601)에는 웜치차2(602)가 외설되어, 출력허브(520)와 수동결합구(605)로 웜휠2(603)가 결합되며, 웜치차2(602)와 치합하도록 배설되고,
전동구동시에는 웜휠2(603)가 윔치차2(602)의 회전을 제동시키고, 수동구동시에는 수동핸들(606)로 수동구동축(601)을 회전시켜서, 웜치차2(602)와 웜휠2(603) 및 직교3축(502)이 구동되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 자중강하식 액추에이터.