KR101022402B1 - 보조 공압을 이용하는 선형 구동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 동력 및 보조 공압을 이용하여 왕복작동됨으로써 전기 사용을 절감할 수 있고, 작동 중 발생되는 열 및 습기의 제거가 용이한 보조 공압을 이용하는 선형 구동기에 관한 것이다.

본 발명은 양단이 개구되어 통체로 된 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 내벽에 부착된 마그네트코일(24)과, 영구자석으로 이루어지며 상기 케이스(20) 내에 삽입된 가동자(26)와, 상기 가동자(26)의 양측에 형성된 제1 및 제2로드(3,5)로 구성된 작동부(2); 상기 케이스(20)에 통하도록 결합되며 측방에 유입공(422)과 유출공(424)이 형성된 챔버(42)와, 상기 챔버(42) 내에 삽입되며 상기 제2로드(5)에 고정된 피스톤(44)으로 구성된 실린더(4); 상기 실린더(4)의 챔버(42)에 고압 공기를 공급하여 가동자(26)의 작동 동력을 제공하는 에어콤프레셔; 및 상기 작동부(2)의 전원인가 및 상기 에어콤프레셔의 작동을 상호 연동되게 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

선형, 구동기, 공기, 압력

Description

보조 공압을 이용하는 선형 구동기{Linear Motor using sub air power}

본 발명은 보조 공압을 이용하는 선형 구동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 동력 및 보조 공압을 이용하여 왕복작동됨으로써 전기 사용을 절감할 수 있고, 작동 중 발생되는 열 및 습기의 제거가 용이한 보조 공압을 이용하는 선형 구동기에 관한 것이다.

일반적으로 선형 구동기(일명 리니어 모터)는 대상 물체를 직선으로 왕복운동시키기 위한 구동장치로서, 볼 스크류나 체인 등을 이용한 기존의 선형 운동시스템에 비하여 구조가 간단하고 차지하는 공간이 적으며, 동작상에 있어서도 이동속도와 추력, 위치제어의 정밀성 및 소음특성 등이 우수하여, 반도체 제조 장비 및 테스트 장비 분야를 비롯하여 선형 운동이 필요한 모든 산업분야에서 다양하게 응용되고 있다.

종래 선형 구동기는 직사각형의 케이스와, 상기 케이스의 내벽에 부착된 마그네트코일와, 코일이 권취되어 상기 케이스 내에 수납된 가동자 및 상기 가동자의 일측에 형성된 로드로 구성된다.

따라서 전원이 인가되면 상기 가동자가 마그네트코일을 따라 전후진 동작을 함으로써 로드가 전후진하게 된다.

그러나 종래 기술의 문제점은 가동자가 마그네트코일의 내벽과 밀착된 상태이므로 경사지게 설치될 경우 가동자의 작동과정에서 마그네트코일와 마찰에 의해 마모되는 현상이 발생되는 것이다.

이로 인해 장기간 사용하면 제품 수명이 다하므로 교체가 필요하고 이는 유지비용의 상승 원인이 된다.

또한, 가동자가 동작되는 중에 발생되는 열을 배출시킬 수 없는 구조라서 과열에 의한 성능저하가 발생되며, 가열상태에서 자연 냉각 도중에 온도차이로 인해 결로현상이 발생되므로 습기에 의한 부식의 문제점도 수반되었다.

특히, 종래 기술은 가동자의 왕복운동을 전기에너지에 전적으로 의존함으로써 전력 소모가 큰 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 가동자의 양측에 제1 및 제2로드를 설치하고, 케이스에는 상기 제1 및 제2로드를 지지하는 안내벽을 형성함으로써 경사부위에 설치하더라도 가동자가 안정적으로 직선운동을 할 수 있도록 하여 내구성 및 정확성을 향상시킬 수 있는 보조 공압을 이용하는 선형 구동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 왕복운동시 발생되는 열을 배출시키기 용이한 통풍구조를 구비하며, 냉각과정에서 형성되는 습기를 배출시킬 수 있도록 하여 작동의 정확성을 유지할 수 있도록 한 보조 공압을 이용하는 선형 구동기를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 외부의 고압 공기 공급장치로부터 압축공기가 유입되도록 제어함으로써 전기에너지와 공기압을 병행함으로써 전력소모를 절감하고 강한 토크를 제공할 수 있도록 한 보조 공압을 이용하는 선형 구동기를 제공하는데 또다른 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적은,

양단이 개구되어 통체로 된 케이스와, 상기 케이스의 내벽에 부착된 마그네트코일과, 영구자석으로 이루어지며 상기 케이스 내에 삽입된 가동자와, 상기 가동자의 양측에 형성된 제1 및 제2로드로 구성된 작동부;

상기 케이스에 통하도록 결합되며 측방에 유입공과 유출공이 형성된 챔버와, 상기 챔버 내에 삽입되며 상기 제2로드에 고정된 피스톤으로 구성된 실린더;

상기 실린더의 챔버에 고압 공기를 공급하여 가동자의 작동 동력을 제공하는 에어콤프레셔; 및

상기 작동부의 전원인가 및 상기 에어콤프레셔의 작동을 상호 연동되게 제어하는 제어부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 공압을 이용하는 선형 구동기에 의해 달성될 수 있다.

상기 케이스의 양단 개구부에는 상기 제1 및 제2로드가 관통되어 안내되도록 막음판이 더 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 막음판 및 케이스에는 다수의 발열공이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 챔버의 내부 압력을 감지하는 변위센서가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 가동자의 양측에 구비된 제1 및 제2로드에 의해 직선운동이 정확하게 유지될 수 있으며 경사지게 설치되더라도 종래와 같이 가동자가 내벽을 마모시키는 폐단이 방지될 수 있어 내구성과 정확성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 내부에서 발생되는 열 및 습기를 제거할 수 있어 수명이 향상될 수 있는 효과가 있다.

특히 에어콤프레셔의 작동에 의해 보조동력을 제공받을 수 있어 전력소모량을 획기적으로 절감시킬 수 있고, 아울러 정확한 작동성능이 유지될 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 보조 공압을 이용하는 선형 구동기의 구성을 나타낸 도면, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 보조 공압을 이용하는 선형 구동기를 나타낸 도면으로써 가동자의 왕복작동을 나타낸 도면으로써, 도 2는 가동자가 상승한 상태이고, 도 3은 가동자가 하강한 상태이다.

도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 보조 공압을 이용하는 선형 구동기(A)는,

양단이 개구되어 통체로 된 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 내벽에 부착된 마그네트코일(24)과, 영구자석으로 이루어지며 상기 케이스(20) 내에 삽입된 가동자(26)와, 상기 가동자(26)의 양측에 형성된 제1 및 제2로드(3,5)로 구성된 작동부(2);

상기 케이스(20)에 통하도록 결합되며 측방에 유입공(422)과 유출공(424)이 형성된 챔버(42)와, 상기 챔버(42) 내에 삽입되며 상기 제2로드(5)에 고정된 피스톤(44)으로 구성된 실린더(4);

상기 실린더(4)의 챔버(42)에 고압 공기를 공급하여 가동자(26)의 작동 동력을 제공하는 에어콤프레셔(6);

상기 작동부(2)의 전원인가 및 상기 에어콤프레셔의 작동을 상호 연동되게 제어하는 제어부(8)를 포함하여 구성된다.

상기 각 구성요소에 대해 상세하게 설명한다.

상기 작동부(2)는 양단이 개구되어 통체로 된 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 내벽에 부착된 마그네트코일(24)과, 영구자석으로 이루어지며 상기 케이스(20) 내에 삽입된 가동자(26)와, 상기 가동자(26)의 양측에 형성된 제1 및 제2로드(3,5)로 구성된다.

상기 케이스(20)의 양단 개구부에는 상기 제1 및 제2로드(3,5)가 관통되어 안내되도록 막음판(224)이 더 설치된다.

상기 막음판(224) 및 케이스(20)에는 다수의 발열공(220)이 형성된다.

상기 케이스(20)는 원통형이 가장 이상적인 형상이나 이에 국한되지 않고 사각형으로도 가능하다. 또한 케이스(20)의 외주면에는 다수의 발열공(220)이 형성됨으로써 가동자(26)의 왕복작동시 발생될 수 있는 열이 신속하게 배출되도록 하고, 내부에 생성되는 습기를 용이하게 배출시킬 수 있도록 하였다.

상기 마그네트코일(24)은 양극과 음극의 교호 발생이 이루어지며, 이러한 반복되는 극성에 의해 가동자(26)가 연속적으로 이동할 수 있게 되며 이는 통상의 리니어모터와 동일한 원리를 채용한 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 가동자(26)는 영구자석으로써 상기 마그네트코일(24)의 내측에 삽입되어 왕복작동하는 것으로 도면기준으로 상하부에 각기 제1 및 제2로드(3,5)가 대향되게 설치된다.

상기 케이스(20)의 양단 개구부에는 상기 제1 및 제2로드(3,5)가 삽입되는 통공을 갖는 막음판(224)이 결합되어 제1 및 제2로드(3,5)의 출몰작동을 안내하도록 하였다.

종래 가동자(26)의 일측에만 로드가 형성된 원인에 의해 기울어질 경우 로드가 없는 부분이 마그네트코일(24)을 긁게 되어 결국 마찰접촉에 의한 마모현상이 발생되는 원인이 되었으므로 본 발명에서는 이를 개선하기 위해 가동자(26)의 양측에 제1 및 제2로드(3,5)를 형성하고 이의 직선운동을 안내하기 위한 막음판(224)을 구성한 것이다.

여기서 직선운동이라 함은 왕복운동을 의미하며 도면기준으로는 승강작동을 의미함을 밝혀둔다.

이러한 구조에 의해 제1 및 제2로드(3,5)는 직선운동이 보장될 수 있으므로 경사진 상태에서도 마모현상이 방지될 수 있는 것이다.

또한, 상기 제1로드(3)의 상단에는 대상물(도시하지 않음)이 결합된다. 상기 대상물이란 본 발명의 보조 공압을 이용하는 선형 구동기(A)의 왕복작동에 의해 왕복운동이 수반되는 것으로 이를 특정물로 한정하지는 않으며 이러한 대상물이 본원발명의 특징적인 구성요소라고 볼 수 없으므로 구체적인 설명은 생략하기로 하겠다.

상기 실린더(4)는 케이스(20)에 통하도록 결합되며 측방에 유입공(422)과 유출공(424)이 형성된 챔버(42)와, 상기 챔버(42) 내에 삽입되며 상기 제2로드(5)에 고정된 피스톤(44)으로 구성된다.

상기 유입공(422)과 유출공(424)에는 공기 흐름량을 제어하기 위한 밸브(V)가 설치되는데, 상기 밸브(V)는 제어부에 의해 개폐도가 제어될 수 있도록 전자밸브가 적용됨이 바람직하다.

상기 챔버(42)는 상기 케이스(20)와 동일한 형상 및 직경을 갖는 통체로 형성됨이 바람직하다.

또한 상기 챔버(42)의 내측 하부에는 하강하는 제2로드(5)의 하단이 챔버의 내측 하단면에 닿기 전에 상승 신호를 발생하는 변위센서(426)가 더 구비되고, 상 기 변위센서(426)는 제어부(8)와 연결된다.

따라서, 제2로드(5)가 하강시 그 하단이 챔버(42)의 내측 하단면에 충격되기 전에 상승시킴으로써 파손 및 소음발생을 방지할 수 있다.

상기 챔버(42)의 상부 일측에 유입공(422)이 형성되고 하부 일측에 유출공(424)이 형성되어야 하며 유입공(422)과 유출공(424) 사이에 피스톤(44)이 배치된다.

상기 피스톤(44)은 통상의 원판형상이며 챔버(42)의 내벽에 밀착되도록 삽입되며 중앙에 상기 제2로드(5)가 관통된 채 고정됨으로써 제2로드(5)와 동반 작동하게 된다.

물론 피스톤(44)의 밀착력을 증대시키기 위해 외주면에 고무재가 더 형성될 수 있을 것이다.

상기 에어콤프레셔(6)는 상기 실린더(4)의 챔버(42)에 마련된 유출공(424)을 통해 고압 공기를 공급함으로써 가동자(26)의 작동 동력을 제공하게 된다.

즉, 에어콤프레셔(6)가 구동되어 압축공기가 유출공(424)을 통해 챔버(42) 내로 역류하게 되고, 이렇게 유입된 압축공기가 피스톤(44)을 밀게 됨으로써 그에 종동되어 제2로드(5) 및 가동자(26)가 상승(도면 기준)하게 되는 것이다.

따라서, 이러한 역류되는 고압공기를 가동자(26)가 상승해야할 타이밍에 맞추어 적절하게 공급해준다면 가동자(26)를 상승시켜야 할 전력소모를 절감시킬 수 있다.

상기 제어부(8)는 전기의 인가와 공기압의 공급을 상호 연속적으로 교호 공급하기 위한 것으로 통상의 마이컴을 갖는 피씨비 및 조작패드로 구성된다.

제어부(8)는 2가지 작동 모드를 구현하게 된다. 즉, 전력 공급에 의해 상기 가동자(26)가 왕복 운동되도록 하는 전동 모드와, 에어콤프레셔(6)를 구동시켜 압축공기를 역공급하여 가동자(26)의 왕복운동을 보조하는 혼합모드로 구분될 수 있을 것이다.

이하 본 발명에 따른 보조 공압을 이용하는 선형 구동기의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

전동모드

제어부(8)를 조작하여 전동모드를 선택하면,

가동자(26)에 전원이 인가되면 마그네트코일(24)를 따라 왕복작동하게 되고 이에 종동되어 제1 및 제2로드(3,5)가 왕복작동된다.

상기 제1로드(3)에는 대상물(100)이 결합되므로 대상물(100)이 왕복작동하면서 목적하는 기능을 구현하게 된다.

이와 더불어 제2로드(5)가 왕복작동하게 되고, 그에 종속된 피스톤(44)이 왕 복작동하게 되는데, 예를 들어 하강하는 경우는 유입공(422)을 통해 외부 공기가 유입되고, 이와 상반되게 유출공(424)을 통해 챔버(42) 내의 압축된 공기는 외부로 배출됨으로써 가동자(26)의 왕복작동은 원활하게 보장될 수 있다.

또한, 상기 가동자(26)의 왕복에 의해 케이스(20)의 내부에 발생되는 가열된 공기는 발열공(220)을 통해 유출 및 유입되어 냉각된다.

혼합모드

혼합모드를 선택하면,

에어콤프레셔(6)가 구동되어 압축공기가 챔버의 하부 유출공을 통해 유입되고, 이렇게 유입된 압축공기가 피스톤(44)을 밀게 됨으로써 그에 종동되어 제2로드(5) 및 가동자(26)가 상승하며 제1 및 제2로드(3,5)가 상승한다.

에어콤프레셔(6)로부터 공급되는 압축공기의 공급양은 가동자(26)가 순간적으로 상승할 정도만 요구되므로 매우 소량이며, 정량의 공급 후 에어콤프레셔(6)는 정지된다.

곧바로 가동자(26)에 전원이 인가되면 마그네트코일(24)를 따라 하강하게 되고, 이에 종동되어 제1 및 제2로드(3,5)가 하강된다.

따라서 공기압력 및 전원의 교호 공급에 의해 가동자가 왕복작동할 수 있게 된다.

이로 인해 상기 제1로드(3) 또는 제2로드(5)에 결합된 대상물이 왕복작동하면서 목적하는 기능을 구현하게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 본 발명에 따른 보조 공압을 이용하는 선형 구동기의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 보조 공압을 이용하는 선형 구동기를 나타낸 도면으로써 가동자의 왕복작동을 나타낸 도면으로써, 도 2는 가동자가 상승한 상태이고, 도 3은 가동자가 하강한 상태이다.

*도면의 주요 구성부호에 대한 설명*

2 : 케이스 3 : 제1로드

4 : 실린더 5 : 제2로드

24 : 마그네트코일 26 : 가동자

42 : 챔버 44 : 피스톤

220 : 발열공 426 : 변위센서

Claims (4)

1. 양단이 개구되어 통체로 된 케이스(20)와, 상기 케이스(20)의 내벽에 부착된 마그네트코일(24)과, 영구자석으로 이루어지며 상기 케이스(20) 내에 삽입된 가동자(26)와, 상기 가동자(26)의 양측에 형성된 제1 및 제2로드(3,5)로 구성된 작동부(2); 상기 케이스(20)에 통하도록 결합되며 측방에 유입공(422)과 유출공(424)이 형성된 챔버(42)와, 상기 챔버(42) 내에 삽입되며 상기 제2로드(5)에 고정된 피스톤(44)으로 구성된 실린더(4); 상기 실린더(4)의 챔버(42)에 고압 공기를 공급하여 가동자(26)의 작동 동력을 제공하는 에어콤프레셔; 상기 작동부(2)의 전원인가 및 상기 에어콤프레셔의 작동을 상호 연동되게 제어하는 제어부를 포함하고,

   상기 케이스(20)의 양단 개구부에는 상기 제1 및 제2로드(3,5)가 관통되어 안내되도록 막음판(224)이 더 설치되며,

   상기 막음판(224) 및 케이스(20)에는 다수의 발열공(220)이 형성되고,

   상기 챔버(42)의 내측 하부에는 하강하는 제2로드(5)의 하단이 챔버의 내측 하단면에 닿기 전에 상승 신호를 발생하는 변위센서(426)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 보조 공압을 이용하는 선형 구동기.
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