KR101206452B1

KR101206452B1 - 전기/유압모터 장착용 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터

Info

Publication number: KR101206452B1
Application number: KR1020100124110A
Authority: KR
Inventors: 이성구; 김건회; 서정덕
Original assignee: 이성구; 전주대학교 산학협력단
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-11-29
Also published as: KR20120063079A

Abstract

본 발명은 구조가 간단한 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물류, 각종 부품의 조립과 자동차 부품의 가공과 같은 설비와 초경 드릴, 엔드밀과 같은 공구를 커팅 및 가공하는 전용기에 사용하는 것이며, 회전 운동을 직진 운동으로 변환하고 상기 직진 운동으로 회전 운동으로 변환하면서 원하는 회전각을 제어하면서 높은 토오크의 제공과 정밀한 회전각이 가능한 전기/유압모터 장착용 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 전기/유압 모터의 회전 동력을 공급하여 소정의 회전 범위를 설정 작업하되, 상기 전기/유압 모터와 연결하며 회전 동력을 공급하는 스크류 축과; 상기 스크류 축이 결합된 암나사를 설치하고 스크류 축의 회전 동력을 직진 동력으로 변환하며 랙 기어를 설치한 헬리컬 랙 기어와; 상기 랙 기어와 연결되며 하측으로 출력축이 연결되어 헬리컬 랙 기어의 직진 동력을 회전 동력으로 변환하는 헬리컬 스퍼어 기어와; 상기 전기/유압 모터가 연결되며 내부에 헬리컬 랙 기어를 설치하는 본체로 이루어지는 전기/유압모터 장착용 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터에 있어서,
상기 스크류 축은 본체에서 돌출된 부분에 작동대를 설치하고, 소정의 각도에 센서를 설치한 이송 제어장치를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

전기/유압모터 장착용 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터{An actuator}

본 발명은 구조가 간단한 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물류, 각종 부품의 조립과 자동차 부품의 가공과 같은 설비와 초경 드릴, 엔드밀과 같은 공구를 커팅 및 가공하는 전용기에 사용하는 것이며, 회전 운동을 직진 운동으로 변환하고 상기 직진 운동으로 회전 운동으로 변환하면서 원하는 회전각을 제어하면서 높은 토오크의 제공과 정밀한 회전각이 가능한 전기/유압모터 장착용 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로 물류, 각종 부품의 조립과 자동차 부품의 가공과 같은 설비와 초경 드릴, 엔드밀과 같은 공구를 커팅 및 가공하거나, 로봇의 어깨나 팔, 다리와 같이 움직임이 필요한 관절에는 스텝핑/서보 모터를 이용하여 회동시키는 구조가 일반적이고, 강한 힘을 요구하는 경우에는 서보유압을 사용하여 구동력을 제공함으로써 회전 동력의 제공으로 원하는 구동을 할 수 있게 된다.

그러나 종래 스탭핑/서보모터와 감속기를 사용하거나, 전기 또는 유압 모터를 사용하여 회전력을 제공하고 이를 감속기에서 감속시켜 제어할 때, 크기가 매우 커지고 그 구조가 매우 복잡한 단점이 있으며 또한 부품가격이 고가이고 전문엔지니어가 아니면 사용하기가 어려운 단점이 있다.

그리고 회전동력을 제공하여 조립이나 가공시에 정확한 회전각도를 제공하는 것이 매우 어렵고, 전용기로 사용하기 위해서는 회전 각도를 제어하기 위하여 전용기에 맞는 회전 범위를 설정하기 위한 제어 부품을 설치해야만 하므로 다양하게 원하는 각도를 제어하는 것이 매우 어려운 단점이 있었으며, 각도를 제어하여 원하는 위치에 정지하게 될 때 관성으로 인한 소정의 백 래시가 발생하고 정지 상태에서 각도를 정확하게 유지하는 것이 어려운 결점이 있었다.

또한 워엄감속기를 엑츄레이터로 사용하여 회전각을 제공한 후 필요한 각도 또는 위치에서 정지제어한 후 정지 상태에서 출력축의 외부 토오크가 발생하면서 돌출된 워엄의 산이 깨져 버리는 결점이 발생하게 되므로 작업중에 쉽게 고장이 발생하는 것이었다.

문헌 1. 특허등록번호 제0202689호(1999. 03. 20. 등록) 문헌 2. 특허등록번호 제0929525호(2009. 11. 25. 등록) 문헌 3. 실용신안공개번호 제1995-027883호(1995. 10. 18. 공개)

이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명의 해결과제는, 전기/유압 모터의 회전 운동을 직선운동으로 변환시키고, 상기 직선운동을 회전운동으로 다시 변환시켜 회전운동이 필요한 전용기나 로봇 설비에 적용시켜 소형화시키면서 고 토오크와 정밀한 회전각 동력을 제공할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 해결과제는 간편한 구조로, 전기/ 유압모터의 회전 운동을 직진운동으로 변환시킬 때 공간을 적게 차지하고 토오크를 크게 향상시킬 수 있으며, 백 레시가 없어 회전 각도를 정확하게 제어하며 정지 상태에서 전자/유압 브레이크를 사용치 않고도 출력축의 정밀 회전 각도를 유지 할 수 있는 제어를 가능하게 하는 것이다.

본 발명은 전기/유압 모터의 회전 동력을 공급하여 소정의 회전 범위를 설정 작업하되, 상기 전기/유압 모터와 연결하며 회전 동력을 공급하는 스크류 축과; 상기 스크류 축이 결합된 암나사를 설치하고 스크류 축의 회전 동력을 직진 동력으로 변환하며 랙 기어를 설치한 헬리컬 랙 기어와; 상기 랙 기어와 연결되며 하측으로 출력축이 연결되어 헬리컬 랙 기어의 직진 동력을 회전 동력으로 변환하는 헬리컬 스퍼어 기어와; 상기 전기/유압 모터가 연결되며 내부에 헬리컬 랙 기어를 설치하는 본체로 이루어지는 전기/유압모터 장착용 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터에 있어서,
상기 스크류 축은 본체에서 돌출된 부분에 작동대를 설치하고, 소정의 각도에 센서를 설치한 이송 제어장치를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 것이다.

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본 발명은 전기/유압 모터의 회전 운동을 스크류에 의해 헬리컬 랙기어를 직선운동으로 변환시키고, 상기 헬리컬 랙기어의 직선운동을 헬리컬 스퍼어 기어에 의해 회전운동으로 다시 변환시켜 회전운동이 필요한 전용기나 로봇 설비에 적용시켜 소형화시키면서 고 토오크와 정밀한 회전각 동력을 제공할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 전기/ 유압모터의 회전 운동을 스크류에 의해 헬리컬 랙기어를 직진운동으로 변환시킬 때 공간을 적게 차지하고 토오크를 크게 향상시킬 수 있어서 고 토오크의 용도에 적용할 수 있으며, 백 레시가 없어 회전 각도를 정확하게 제어할 수 있도록 하여 정밀 제어를 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 회전 엑츄에이터는 소형으로 전용기와 조립 및 가공의 설비에 다양하게 적용할 수 있는 것이며, 특히 본 출원인이 선출원한 특허등록 제0933348호(마이크로 절삭공구용 초경합금 이종금속 스트레이트 블랭크소재와 이를 이용한 마이크로 드릴의 제작방법, 2009. 12. 14. 등록)에 적용하는 것이 바람직하다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 분리 사시도
도 2 는 본 발명의 본체를 나타낸 정면 단면도
도 3 은 본 발명의 설치상태를 나타낸 평면 단면도
도 4 는 본 발명의 작동상태를 나타낸 평면 단면도
도 5 는 본 발명의 설치상태를 나타낸 정면 단면도
도 6 은본 발명의 이송 제어장치에 대한 설치상태 정면도

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면에 따라서 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명의 본체를 나타낸 정면 단면도, 도 3은 본 발명의 설치상태를 나타낸 평면 단면도, 도 4는 본 발명의 작동상태를 나타낸 평면 단면도, 도 5는 본 발명의 설치상태를 나타낸 정면 단면도에 관한 것이다.

본체(12)는 각 코너의 4방향에 고정 플랜지(14)를 돌출시켜 필요한 위치에 연결시켜 사용할 수 있도록 하며, 상기 본체(12)의 내부에는 헬리컬 랙 기어(30)가 안착되어 왕복이동 가능하도록 하고, 전체면에서 접촉하지 않아 적은 접촉면을 갖도록 하측 면과 양쪽 측면으로 랙 기어 안내홈(16)을 형성하였다.

본체(12)의 일측에는 전기/유압모터(11)를 설치하여 회전 동력을 공급할 수 있도록 하고, 상기 전기/유압모터(11)에서 돌출된 모터 축(13)에는 축 연결구(21)를 회전 가능하게 본체(12)에 설치하며, 축 연결구(21)에는 스크류 축(20)이 길게 돌출되어 있다.

상기 스크류 축(20)의 나사선의 경사면과 폭 등은 필요에 따라서 다양하게 가공하는 것이 가능하다.

상기 랙 기어 안내홈(16)에는 헬리컬 랙 기어(30)가 왕복 이동 가능하게 설치되고, 헬리컬 랙 기어(30)의 중심부에는 스크류 축(20)이 나사식으로 결합하는 암나사(31)가 형성되어 스크류 축(20)의 회전에 따라서 헬리컬 랙 기어(30)가 왕복 이동하도록 연결되어 회전 동력을 직진(평면) 이동으로 변환하도록 설치되어 있다.

상기 헬리컬 랙 기어(30)의 일측에는 랙 기어(32)가 돌출되어 있으며, 상기 랙 기어(32)에는 헬리컬 스퍼어 기어(40)가 결합되어 직진(평면) 이동이 회전 동력으로 변환되도록 설치되어 있다.

상기 헬리컬 스퍼어 기어(40)의 상측으로 돌출된 제어축(41)는 덮개(15)를 관통하여 출력 엔코더(50)에 연결되어 회전 각도를 제어할 수 있도록 연결하며, 헬리컬 스퍼어 기어(40)의 하측으로 돌출된 출력축(42)은 본체(12)를 관통하여 작동축(60)에 연결되어 회전 동력을 공급할 수 있도록 설치하였다.

상기 덮개(15)는 본체(12)의 상측에 설치하며, 헬리컬 랙 기어(30)의 상측면을 면 접촉하여 헬리컬 랙 기어(30)가 왕복 이동할 수 있도록 지지한다.

상기 스크류 축(20)은 본체(12)를 관통하여 돌출되고, 돌출된 부분에 이송 제어장치(70)를 설치하는 것이다.

도 6은 본 발명의 이송 제어장치에 대한 설치상태 정면도를 나타낸 것으로, 이송 제어장치(70)는 스크류 축(20)이 본체(12)의 외측으로 돌출된 부분에 작동대(71)를 설치하고, 본체(12)의 외측으로 양쪽에 센서(72, 73)를 소정의 각도로 설치하여 정해진 회전 범위 이상으로 회전하는 것을 방지하도록 하였다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 본체(12)의 내부를 가공하여 랙 기어 안내홈(16)에 헬리컬 랙 기어(30)를 설치하며, 헬리컬 랙 기어(30)는 본체(12)로 부터 바닥면과 양 측면에 지지되어 왕복 이동을 안내할 수 있도록 하였다.

상기 헬리컬 랙 기어(30)의 암나사(31)에는 스크류 축(20)이 나사식으로 결합되어 있으며, 스크류 축(20)의 축 연결구(21)에서 전기/유압 모터(11)의 모터 축(13)과 결합되어 회전 동력이 제공되도록 한다.

상기 헬리컬 랙 기어(30)의 랙 기어(32)에는 헬리컬 스퍼어 기어(40)를 결합하고, 본체(12)의 상측으로 덮개(15)를 덮어 결합하는 것이다.

이러한 본 발명은 본체(12)의 코너 부분에 4방향으로 설치한 고정 플랜지(14)를 이용하여 필요한 위치에 설치하는 것이며, 전기/유압 모터(11)에 전기 또는 유압을 공급하면 모터 축(13)을 통하여 회전 동력이 제공되고, 모터 축(13)과 연결된 스크류 축(20)이 회전하게 된다.

상기 전기/유압 모터(11)는 전기 또는 유압을 제공하여 회전 동력을 제공하는 것이며, 필요에 따라서 0˚～180˚ 또는 0˚～360˚의 범위에서 회전 동력을 제공할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 스크류 축(20)이 회전하면서 암나사(31)에 나사식으로 결합되어 있으므로 스크류 축(20)의 회전동력이 암나사(31)를 통하여 헬리컬 랙 기어(30)를 직진(평면) 이동으로 변환하게 된다.

상기 헬리컬 랙 기어(30)의 암나사(31)와 스크류 축(20)이 나사산에서 결합되어 있으므로 큰 토오크를 제공할 수 있게 되며 백 레시가 없이 정확한 위치에서 정지하는 것이 가능하도록 한다.

그리고 암나사(31)와 스크류 축(20)을 통해 작은 힘을 제공하여 회전 운동을 직진 운동으로 바꾸면서 공간을 적게 차지하도록 하므로 매우 가볍고 콤팩트하게 제공하는 것이 가능하며, 토오크를 크게 향상시켜 큰 힘이 작용하는 경우에도 자연스럽게 구동이 이루어지도록 하는 것이다.

스크류 축(20)과 암나사(31)의 나사 결합으로 회전 운동을 직진 운동으로 변환한 헬리컬 랙 기어(30)는 본체(12)의 내부에서 소정의 폭을 왕복 이동할 수 있게 되며, 직진 운동하는 헬리컬 랙 기어(30)의 랙 기어(32)에 결합한 헬리컬 스퍼어 기어(40)는 직진 운동을 회전 운동으로 변환하게 되는 것이다.

상기 헬리컬 스퍼어 기어(40)는 상측으로 돌출된 제어축(41)이 출력 엔코더(50)에 연결되어 회전 범위가 제어되는 것으로 0˚～180˚ 또는 0˚～360˚의 범위에서 회전 각도를 제어할 수 있도록 설치하는 것이 바람직하다.

상기 출력 엔코더(50)에서 제어하는 헬리컬 스퍼어 기어(40)의 회전 범위에서 결정되고, 헬리컬 스퍼어 기어(40)의 회전은 하측의 출력축(42)을 통하여 작동축(60)에 연결되어 회전 동력을 제공하여 필요한 조립과 가공 및 물류, 전용기 등 다양하게 작업을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같은 회전 엑츄에이터는 헬리컬 스퍼어 기어(40)의 회전 범위를 정확하게 제어하여 제공할 수 있게 되므로 작업시마다 간편하게 회전 범위를 제어할 수 있으며, 백 레시가 없어서 정확하고 정밀한 회전 범위를 제공하여 작업을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

상기 스크류축(20)의 나사산 각도와 길이 및 헬리컬 랙 기어(30)의 이송 거리를 조절함에 따라서 다양한 회전 범위를 제공할 수 있게 되는 것은 자명하다.

상기 스크류 축(20)이 본체(12)의 외측으로 돌출된 부분에는 이송 제어장치(70)를 설치하는 것으로,

스크류 축(20)에 설치한 작동대(71)와 소정의 각도에 센서(72, 73)를 설치함으로써 설정한 각도 이상으로 회전하는 경우 작동대(71)의 회전 범위를 센서(72, 73)가 감지하여 소정의 각도에서만 회전이 이루어질 수 있도록 하고, 설정된 각도 이상으로 회전되어 부품이 손상되는 문제점을 방지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 각종 생산라인의 설비와 물류, 조립, 가공의 자동화 및 전용기 등에 다양하게 적용할 수 있으며, 매우 정밀한 소형의 회전 동력을 제공하면서 큰 토오크를 제공할 수 있으므로 산업 전반에 다양하게 적용할 수 있는 것이다.

11 : 전기/유압 모터 12 : 본체
13 : 모터 축 14 : 고정 플랜지
15 : 덮개 16 : 랙 기어 안내홈
20 : 스크류 축 21 : 축 연결구
30 : 헬리컬 랙 기어 31 : 암나사
32 : 랙 기어 40 : 헬리컬 스퍼어 기어
41 : 제어축 42 : 출력축
50 : 출력 엔코더 60 : 작동축
70 : 이송 제어장치 71 : 작동대
72, 73 : 센서

Claims

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전기/유압 모터(11)의 회전 동력을 공급하여 소정의 회전 범위를 설정 작업하되, 상기 전기/유압 모터(11)와 연결하며 회전 동력을 공급하는 스크류 축(20)과; 상기 스크류 축(20)이 결합된 암나사(31)를 설치하고 스크류 축(20)의 회전 동력을 직진 동력으로 변환하며 랙 기어(32)를 설치한 헬리컬 랙 기어(30)와; 상기 랙 기어(32)와 연결되며 하측으로 출력축(42)이 연결되어 헬리컬 랙 기어(30)의 직진 동력을 회전 동력으로 변환하는 헬리컬 스퍼어 기어(40)와; 상기 전기/유압 모터(11)가 연결되며 내부에 헬리컬 랙 기어(30)를 설치하는 본체(12)로 이루어지는 전기/유압모터 장착용 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터에 있어서,
상기 스크류 축(20)은 본체(12)에서 돌출된 부분에 작동대(71)를 설치하고, 소정의 각도에 센서(72, 73)를 설치한 이송 제어장치(70)를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 전기/유압모터 장착용 고 토오크 정밀 회전각 엑츄에이터.
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