KR100737007B1 - 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일부에 제공되는 비교적 낮은 전기력으로도 큰 부하를 안정되게 선형적으로 제어할 수 있도록 하여, 제어정밀도를 향상시키고, 에너지 손실을 크게 저감할 수 있도록 하는 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템을 제공한다.

Description

무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템{MOVING COIL TYPE LINER ACTUATER SYSTEM}

도 1은 종래의 무빙코일타입 액츄에이터의 구조를 설명한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템의 구성을 도시한 도면,

도 3은 도 2에서 부하를 제외한 본 발명 액츄에이터 시스템의 구조를 설명한 도면,

도 4는 도 2의 초기 중립상태와 비교하여 코일부 및 플래퍼유닛이 일측으로 이동하여 부하가 작동되는 상태를 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 케이스 3; 중앙자석

5; 주변자석 7; 코일부

9; 플래퍼유닛 11; 스프링

13; 공기유입관 15; 공기출력관

17; 조절출력관 19; 개폐블럭

21; 공압실린더 6; 철심코어

본 발명은 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기를 제공받아 발생되는 자력에 의해 이동하는 코일의 움직임을 이용하여 부하가 정밀하게 움직이도록 제어하는 액츄에이터 시스템의 기술에 관한 것이다.

도 1은 종래의 무빙코일타입 액츄에이터의 기본적인 구조에 대하여 도시하고 있다. 케이스(500)의 중앙과 외부에 배치되어 있는 자석(502)의 사이에 코일부(504)가 일정한 간격을 두고 설치되어 있고, 상기 코일부(504)는 작동로드(506)에 일체로 연결되며, 상기 작동로드(506)는 상기 케이스(500)에 베어링(508)으로 지지된 구조이다.

상기 작동로드(506)의 외측 단부에는 제어하고자 하는 부하가 연결되고, 상기 코일부(504)의 코일에는 외부로부터 전기가 제어되어 공급된다.

상기 코일부(504)에 전기가 공급되면, 상기 케이스(500) 내에 설치된 자석(502)에 의한 자력선과 상기 코일부(504)의 전기력선이 직교하게 되고, 결과적으로 코일부(504)는 상기 자력선과 전기력선이 직교하면서 이루는 평면에 수직한 방향으로 힘을 받게 되어, 상기 케이스(500)의 베어링(508)의 지지를 받아 도면상 좌우로 이동하면서 상기 작동로드(506)에 연결된 부하의 이동이 이루어지게 한다.

상기한 바와 같은 액츄에이터에서 상기 작동로드(506)의 운동방향은 상기 코일부(504)에 제공되는 전기의 방향을 전환하여 이루어지고, 상기 작동로드(506) 의 이동 속도는 상기 코일부(504)에 가해지는 전기의 세기로 조절하게 된다.

상기와 같은 구조의 액츄에이터에서는 상기 코일부(504) 및 상기 작동로드(506)의 움직임이 상기 케이스(500)에 고정되어 있는 단일의 베어링(508)에 의해 다소 불안정하게 고정되어 있어서, 상기 코일부(504)와 자석(502) 사이의 간격이 일정하게 유지되기 어렵고, 이는 코일부(504)에 제공되는 전기에 의해 상기 코일부(504)의 움직임이 안정적으로 이루어지지 못하도록 하여, 상기 코일부(504) 및 작동로드(506)의 움직임이 선형적으로 이루어지도록 하지 못하게 하는 결과를 가져온다.

또한, 상기한 바와 같이 코일부(504)에 작용하는 전기력과, 상기 케이스(500)의 자석(502)에 의해 발생되는 힘에 의해 부하를 구동하게 되면, 큰 부하를 구동하기 위해서는 매우 큰 전기력이 제공되어야만 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 코일부에 제공되는 비교적 낮은 전기력으로도 큰 부하를 안정되게 선형적으로 제어할 수 있도록 한 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템은

케이스와;

상기 케이스의 내부 중앙에 설치된 중앙자석과;

상기 일정한 간격을 형성하면서 상기 중앙자석의 주위를 감싸면서 설치된 주변자석과;

상기 중앙자석과 주변자석 사이에 삽입되어 전기를 공급받아 상기 중앙자석과 주변자석이 형성하는 자력선에 수직한 전류의 흐름을 일으키는 코일부와;

상기 코일부에 연결된 플래퍼유닛과;

상기 코일부와 플래퍼유닛을 상기 케이스의 내부에 지지하는 다수의 스프링과;

상기 코일부와 함께 이동되는 상기 플래퍼유닛에 의해 압축공기원으로부터의 압축공기가 부하에 제공되는 양을 조절하는 공압관로수단;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명 실시예는 케이스(1)와; 상기 케이스(1)의 내부 중앙에 설치된 중앙자석(3)과; 상기 일정한 간격을 형성하면서 상기 중앙자석(3)의 주위를 감싸면서 설치된 주변자석(5)과; 상기 중앙자석(3)과 주변자석(5) 사이에 삽입되어 전기를 공급받아 상기 중앙자석(3)과 주변자석(5)이 형성하는 자력선에 수직한 전류의 흐름을 일으키는 코일부(7)와; 상기 코일부(7)에 연결된 플래퍼유닛(9)과; 상기 코일부(7)와 플래퍼유닛(9)을 상기 케이스(1)의 내부에 지지하는 다수의 스프링(11)과; 상기 코일부(7)와 함께 이동되는 상기 플래퍼유닛(9)에 의해 압축공기원으로부터의 압축공기가 부하에 제공되는 양을 조절하는 공압관로수단을 포함하여 구성된다.

상기 주변자석(5)이 설치되도록 상기 케이스(1) 내부에 구비된 철심코어(6)는 자기력이 잘 전도될 수 있는 순수한 철(iron) 재질이며, N극과 S극의 성분이 잘 분포되어 선형적으로 액츄에이터가 잘 거동될 수 있도록 한다.

한편, 상기 케이스(1) 및 상기 코일부(7)의 코일을 제외한 구조물은 비자성체로 이루어져야 함은 물론이다.

상기 스프링(11)은 상기 코일부(7)와 플래퍼유닛(9)이 상기 코일부(7)에 제공되는 전기에 의해 움직이는 방향인 작동방향을 따라 신축되면서 상기 코일부(7)와 플래퍼유닛(9)을 상기 작동방향의 전후에서 지지하도록, 상기 코일부(7)와 케이스(1) 사이 및 상기 플래퍼유닛(9)과 케이스(1) 사이에 각각 설치된 구조이다.

상기 압축공기원은 공지된 기술과 같이 컴프레셔나 압축공기탱크 등이 사용될 수 있다.

상기 공압관로수단은 압축공기원으로부터 공기를 공급받는 공기유입관(13)과, 상기 공기유입관(13)으로부터 분지되어 부하의 상호 반대방향의 작용력을 제공하도록 한 쌍을 이루어 부하에 연결되는 공기출력관(15)과, 상기 한 쌍의 공기출력관(15)으로부터 각각 분지되어 상기 플래퍼유닛(9)의 작동방향 움직임에 따라 각각 선택적으로 폐쇄된 상태가 전환되도록 한 쌍을 이루어 설치된 조절출력관(17)을 포함하여 구성된다.

상기 플래퍼유닛(9)과 상기 공기출력관(15) 및 조절출력관(17)은 제어하고자 하는 부하의 수량에 따라 다수개를 상기 코일부(7)를 이루는 전선의 방향을 따라 배치하면 된다.

참고로, 본 실시예에서는 상측과 하측에 각각 플래퍼유닛(9)을 구비하고, 그에 따라 각각 상기 공기유입관(13)에 연결되는 두 쌍의 공기출력관(15)과 두 쌍의 조절출력관(17)이 설치된 구조로서, 두 개의 부하를 조절할 수 있도록 되어 있다.

상기 플래퍼유닛(9)은 도시된 바와 같이 U자형 단면을 가지고 내측에 상기 조절출력관(17)의 개구를 개폐할 수 있도록 서로 대향하여 설치된 개폐블럭(19)이 설치되어 있으며, 상기 개폐블럭(19)은 탄성을 가지고 기밀성이 좋은 재료를 사용하여 상기 조절출력관(17)의 개구를 확실히 개폐할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

물론, 상기와 같은 플래퍼유닛(9)의 구조에 따라, 상기 조절출력관(17)의 개구는 상기 작동방향을 따라 서로 반대방향으로 개방되어 각각 상기 개폐블럭(19)을 향하도록 되어 있다.

본 실시예에서, 상기 부하는 공압실린더(21)로서, 상기 공기출력관(15)은 공압실린더(21)의 양단에 각각 연결되어 공압실린더(21)가 상호 반대방향으로 작동하도록 하는 작용력을 제공하도록 되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 실시예는 상기 코일부(7)에 제공되는 전기의 방향과 세기 및 제공 시간에 따라 상기 플래퍼유닛(9)을 상기 작동방향을 따 라 적절히 제어하여 움직이면, 상기 플래퍼유닛(9)의 개폐블럭(19)은 상기 조절출력관(17) 개구를 선택적으로 개폐하게 되어 상기 부하로 공급되는 공압이 상기 한 쌍의 공기출력관(15)에서 차이가 발생되도록 한다.

즉, 상기 압축공기원으로부터의 압축공기는 상기 공기유입관(13)에 지속적으로 공급되는 상태이고, 상기와 같이 공급된 압축공기는 상기 공기출력관(15)을 통해 상기 부하에 작용한다.

이때, 상기 공기유입관(13)으로부터 상기 공기출력관(15)을 통해 부하로 공급되는 압축공기 중 일부는 상기 개폐블럭(19)에 의해 개방된 개구를 가진 조절출력관(17)으로 누출되게 된다.

본 발명 액츄에이터 시스템의 초기 중립 상태에서는 도 2와 같이, 상기 한 쌍의 조절출력관(17)의 개구는 모두 두 개폐블럭(19)으로부터 이격되어 개방된 상태로서, 두 공기출력관(15)을 통해 부하에 제공되는 압축공기의 유량은 동일하게 된다.

상기와 같은 상태에서 상기 코일부(7)에 전기가 제공되어, 상기 코일부(7)가 작동방향으로 움직이면, 상기 플래퍼유닛(9)이 이동하면서, 두 조절출력관(17)의 개구 중 하나를 선택적으로 상기 두 개폐블럭(19) 중의 하나가 폐쇄하게 된다(도 4참조).

따라서, 상기 개구가 막힌 조절출력관(17)에 연결된 공기출력관(15)에서는 상기 공기유입관(13)으로부터의 압축공기가 누출되지 않고 모두 부하에 전달되게 된다.

반면에, 상기 개구가 열린 조절출력관(17)으로부터는 압축공기가 누출되어, 여기에 연결된 공기출력관(15)으로는 부하로 상대적으로 적은 양의 압축공기가 공급되게 된다.

결과적으로 부하의 양측에 서로 다른 공기압력이 작용하게 되어, 부하는 공기압의 평형을 이룰 때까지 움직이면서 작동하게 되는 것이다.

상기와 같이 구성되어 작동되는 본 발명 액츄에이터 시스템은 상기 코일부(7) 및 플래퍼유닛(9)이 적절하게 스프링(11)에 의해 케이스(1) 내에 고정되어, 상기 코일부(7)와 중심자석 및 주변자석(5) 사이에 형성되는 갭이 항상 일정하게 유지됨으로써, 코일부(7)의 원활한 작동성이 확보되어, 부하의 안정적인 선형제어가 가능하게 된다.

또한, 상기 압축공기원에서 제공할 수 있는 공기압만 충분하다면, 비교적 매우 큰 부하도 상기 코일부(7)에 제공되는 매우 작은 전기조작 및 그에 따른 플래퍼유닛(9)의 움직임에 의해 정밀한 제어가 이루어질 수 있어서, 제어에 필요한 에너지의 소모를 대폭적으로 저감시킬 수 있다.

즉, 상기 플래퍼유닛(9)의 두 개폐블럭(19)에는 서로 반대방향의 공기압이 동일하게 작용하고 있는 상태여서, 실질적으로 플래퍼유닛(9)에 작용하는 공기압의 합은 항상 제로이므로, 상기 플래퍼유닛(9)은 상기 조절출력관(17)으로 누출되는 공기압의 세기와 무관하게 코일에 흐르는 전류와 상기 중심자석 및 주변자석(5)에 의해 형성되는 자기장의 세기에만 의존하여 이동되고, 상기 자기장의 세기는 일정하므로, 상기 플래퍼유닛은 상기 코일부(7)로 공급되는 전기의 세기에 의해서만 작 동되어, 상기 압축공기원에서 제공되는 매우 큰 공기압으로 부하를 정밀하고 원활하게 제어하는 것이 가능하게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 코일부에 제공되는 비교적 낮은 전기력으로도 큰 부하를 안정되게 선형적으로 제어할 수 있도록 하여, 제어정밀도를 향상시키고, 에너지 손실을 크게 저감할 수 있도록 한다.

Claims (4)

1. 케이스와;

   상기 케이스의 내부 중앙에 설치된 중앙자석과;

   상기 일정한 간격을 형성하면서 상기 중앙자석의 주위를 감싸면서 설치된 주변자석과;

   상기 중앙자석과 주변자석 사이에 삽입되어 전기를 공급받아 상기 중앙자석과 주변자석이 형성하는 자력선에 수직한 전류의 흐름을 일으키는 코일부와;

   상기 코일부에 연결된 플래퍼유닛과;

   상기 코일부와 플래퍼유닛을 상기 케이스의 내부에 지지하는 다수의 스프링과;

   상기 코일부와 함께 이동되는 상기 플래퍼유닛에 의해 압축공기원으로부터의 압축공기가 부하에 제공되는 양을 조절하는 공압관로수단;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 스프링은

   상기 코일부와 플래퍼유닛이 상기 코일부에 제공되는 전기에 의해 움직이는 방향인 작동방향을 따라 신축되면서 상기 코일부와 플래퍼유닛을 상기 작동방향의 전후에서 지지하도록, 상기 코일부와 케이스 사이 및 상기 플래퍼유닛과 케이스 사 이에 각각 설치된 것

   을 특징으로 하는 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 공압관로수단은

   압축공기원으로부터 공기를 공급받는 공기유입관과;

   상기 공기유입관으로부터 분지되어 부하의 상호 반대방향의 작용력을 제공하도록 한 쌍을 이루어 부하에 연결되는 공기출력관과;

   상기 한 쌍의 공기출력관으로부터 각각 분지되어 상기 플래퍼유닛의 작동방향 움직임에 따라 각각 선택적으로 폐쇄된 상태가 전환되도록 한 쌍을 이루어 설치된 조절출력관;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 플래퍼유닛과 상기 공기출력관 및 조절출력관은 제어하고자 하는 부하의 수량에 따라 다수개가 상기 코일부를 이루는 전선의 방향을 따라 배치된 것

   을 특징으로 하는 무빙코일타입 선형 액츄에이터 시스템.

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