KR20120043498A

KR20120043498A - 스텝 액츄에이터

Info

Publication number: KR20120043498A
Application number: KR1020100104832A
Authority: KR
Inventors: 최윤; 이유진; 김성모
Original assignee: 주식회사 모아텍
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-04

Abstract

본 발명은 모터 회전자의 중공축의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합된 리드스크류(Lead Screw)를 사용하여 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 리드스크류가 축 방향으로 전진 또는 후진하게 되어 상기 축 방향으로 힘을 전달하는 구조를 가지는 스텝 액츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 리드스크류의 일단부에 스프링 부재를 설치하여 상기 리드스크류에 항상 일정한 방향으로 일정 수준 이상의 힘을 가해 주도록 함으로써 상기 리드스크류와 회전자 중공축과의 나사 결합 접촉면이 항상 일정한 방향에서 접촉되도록 하여 상기 리드스크류와 상기 회전자 중공축과의 나사 결합에서 클리어런스로 인하여 발생되는 상기 리드스크류의 축 방향 유동을 억제시킬 수 있는 스텝 액츄에이터에 관한 것이다.

Description

스텝 액츄에이터{Step Actuator}

본 발명은 모터부의 회전자 중공축 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합된 리드스크류(Lead Screw)를 사용하여 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 리드스크류가 축 방향으로 전진 또는 후진하게 되어 상기 축 방향으로 힘을 전달하는 구조를 가지는 스텝 액츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 리드스크류의 일단부에 스프링 부재를 설치하여 상기 리드스크류에 항상 일정한 방향으로 일정 수준 이상의 힘을 가해 주도록 함으로써 상기 리드스크류와 회전자 중공축과의 나사 결합 접촉면이 항상 일정한 방향에서 접촉되도록 하여 상기 리드스크류와 상기 회전자 중공축과의 나사 결합에서 클리어런스로 인하여 발생되는 상기 리드스크류의 축 방향 유동을 억제시킬 수 있는 스텝 액츄에이터에 관한 것이다.

본 발명이 적용되는 스텝 액츄에이터는 코일이 감긴 보빈과 요크로 된 고정자와, 상기 고정자의 내주면에 상기 고정자와 일정 간극을 두고 설치된 원통형 마그네트와 상기 원통형 마그네트의 내주면에 삽입 고정되고 그 내주면에 일정 길이만큼 나사산이 형성된 중공의 회전자 중공축으로 된 회전자를 포함하여 구성되어 상기 회전자 중공축 내주면에 설치된 나사산과 나사 결합된 리드스크류(Lead Screw)를 사용하여 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 리드스크류가 축 방향으로 전진 또는 후진하게 되어 상기 축 방향으로 힘을 전달하는 구조를 가지는 스텝 액츄에이터이다.

상기와 같은 스텝 액츄에이터는 종래 상기 리드스크류와 모터부의 회전자 중공축의 내주면에 설치된 나사산과의 상호 지지방식이 단순히 두 부품에 형성된 암/수 나사의 지지에 의한 것이었다.

이러한 구조는 상기 리드스크류가 축 방향으로 직선운동을 할 경우 상기 리드스크류와 상기 회전자 중공축과의 나사 결합에서 두 부품의 클리어런스에 의하여 모터부의 정/역 회전 전환시 이송오차가 발생하여 스텝 액츄에이터의 정밀도가 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 기존의 리드스크류를 사용하여 축 방향으로 힘을 전달하는 구조를 가지는 스텝 액츄에이터에서 모터부의 회전 토크를 직선운동으로 변환하는 방법은 단순히 리드스크류를 이용하여 회전 운동을 직선운동으로 변환해 주는 방법을 사용하는데, 이럴 경우 상기 리드스크류와 상기 회전자 중공축의 암/수 나사부의 클리어런스에 의하여 백래쉬가 발생하게 되고, 이 백래쉬는 모터부가 정회전에서 역회전으로 전환할 경우 그대로 출력축의 이송오차로 발생하게 되어 스텝 액츄에이터의 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.

더구나, 상기와 같은 백래쉬를 작게 하기 위하여 암/수 나사간의 클리어런스를 과도하게 감소시킬 경우, 온도 조건의 변화에 따라 부품이 팽창(수축)으로 인하여 나사부의 간섭이 발생하여 스텝 액츄에이터의 토크가 감소하거나 구동 불량이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명은 모터부의 회전자 중공축의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합된 리드스크류(Lead Screw)를 사용하여 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 리드스크류가 축 방향으로 전진 또는 후진하게 되어 상기 축 방향으로 힘을 전달하는 구조를 가지는 스텝 액츄에이터에 있어서, 상기 리드스크류의 일단부에 스프링 부재를 설치하여 상기 리드스크류와 상기 회전자 중공축과의 나사 결합 접촉면이 항상 일정한 방향에서 접촉되도록 하여 상기 리드스크류와 상기 회전자 중공축과의 나사 결합에서 클리어런스로 인하여 발생되는 상기 리드스크류의 축 방향 유동을 억제시킬 수 있게 함으로써 모터부의 정/역 회전 전환시 발생하였던 백래쉬로 인한 이송 오차가 없게 이송 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있는 스텝 액츄에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스텝 액츄에이터는 고정자와, 그 내부에 회전자 중공축이 형성되고 상기 고정자와 상호 작용하여 회전하는 회전자와, 상기 회전자 중공축의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합되어 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자의 축 방향으로 전진 또는 후진하는 리드스크류(Lead Screw)를 포함하여 구성된 스텝 액츄에이터에 있어서, 상기 리드스크류의 일단부에 설치되어 상기 리드스크류에 대하여 축 방향으로 힘(복원력)을 가하는 스프링 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 스프링 부재가 스프링 수납부에 수용되고, 상기 스프링 수납부는 상기 고정자의 보빈과 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 스프링 부재와 상기 리드스크류 사이에 상기 스프링 부재의 복원력을 안정적으로 전달할 수 있게 하는 원판형 혹은 원통형의 부재를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스텝 액츄에이터는 리드스크류의 일단부에 스프링 부재를 설치하여 리드스크류와 회전자 중공축의 내주면에 형성된 나사산과의 나사 결합 접촉면이 항상 일정한 방향에서 접촉되도록 하여 상기 리드스크류와 상기 회전자 중공축의 나사 결합에서 발생하는 클리어런스로 인한 상기 리드스크류의 축 방향 유동을 억제시키고 상기 리드스크류와 상기 회전자 중공축과의 사이에 항상 존재하여 모터부의 정/역회전 전환시 출력축의 이송 오차 발생의 큰 원인이 되었던 백래쉬를 제거함으로써, 모터부의 정/역 회전 전환시 발생하였던 백래쉬로 인한 이송 오차가 없게 이송 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스텝 액츄에이터의 전체 분해사시도
도 2는 본 발명에 따른 스텝 액츄에이터의 단면도
도 3은 도 2에서 스프링 부재 부분의 확대도

이하, 본 발명에 따른 스텝 액츄에이터에 대하여 첨부된 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 스텝 액츄에이터는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 2개로 분리된 케이스(10) 내에, 코일이 감긴 보빈(21)과 요크(22)로 된 고정자(20)와, 상기 고정자(20)의 내주면에 상기 고정자(20)과 일정 간극을 두고 설치된 원통형 마그네트(31)와 상기 원통형 마그네트(31)의 내주면에 삽입 고정되고 그 내주면에 일정 길이만큼 나사산이 형성된 중공의 회전자 중공축(32)으로 된 회전자(30)를 수용하고 있고, 상기 회전자(30)의 회전을 지지 하기 위하여 상기 회전자 중공축(32)의 상부에 설치된 원통형 베이링(42)를 수용하고 상기 원통형 베어링(42)를 감싸면서 상기 원통형 베어링(42)의 축 방향 및 반경 방향의 움직임을 방지하는 역할을 하는 베어링 커버(43)로 된 모터부와; 상기 회전자 중공축(32)의 내부로 삽입되어 상기 회전자 중공축(32)의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합되어 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자(30)의 축 방향으로 전진 또는 후진하는 리드스크류(Lead Screw, 60)와; 상기 리드스크류(60)의 회전을 방지하면서 상기 리드스크류(60)를 지지하는 마운팅 플레이트(44)와; 상기 리드스크류(60)의 단부에 설치되어 상기 리드스크류(60)의 선형 운동에 의한 힘을 다른 응용 기구물에 전달하는 조인트(45); 등을 포함하여 구성되어 있다. 그 외 상기 고정자에 외부 전기신호를 인가하는 PCB(Printed circuit Board, 51)과 상기 PCB(51)을 수용하고 보호하는 역할을 하는 PCB 하우징(52)이 설치되고, 상기 회전자 중공축(32)의 상부면과 상기 마운팅 플레이트(44)의 하부면 사이에는 와셔(41)가 설치되어 있다.

또한, 상기 리드스크류(60)의 타단부(도 2에서 볼 때 하단부)에는 상기 리드스크류(60)의 상기 타단부에 축 방향으로 일정한 힘을 가할 수 있는 스프링 부재(70)이 설치되어 있다.

상기 스프링 부재(70)는 원통형의 스프링 수납부(71)에 수용되는데, 상기 스프링 수납부(71)는 상기 보빈(21)의 일단부(도 2에서 볼 때 하부)를 변형하여 상기 보빈(21)과 일체로 형성하게 할 수 있다.

상기 스프링 부재(70)과 상기 리드스크류(60)의 타단부 사이에는 상기 스프링 부재(70)가 상기 리드스크류(60)에 안정적으로 힘을 가할 수 있도록 상기 스프링 부재(70)의 외경 보다 동일하거나 큰 직경을 가지는 원판형 부재(72)가 설치되어 있다. 여기에서 상기 원통형 부재(72)대신 원통형 형상을 가진 원판형 부재를 사용하여도 좋다.

위와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 스텝 액츄에이터의 동작 과정 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 스텝 액츄에이터는 상기 고정자(20)에 외부 전기신호를 인가하면 상기 고정자(20)과 상호 작용에 의하여 상기 원통형 마그네트(31)가 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 되고, 상기 원통형 마그네트(31)의 내주면에 삽입 고정된 회전자 중공축(32)도 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 된다.

상기 회전자 중공축(32)의 내부에 삽입되어 상기 회전자 중공축(32)의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합된 리드스크류(60)도 상기 회전자 중공축(32)의 회전에 의하여 상기 나사선을 따라 상기 회전자의 축 방향으로 전진 또는 후진하게 된다.

이 때 상기 리드스크류(60)의 단부에 상기 스프링 부재(70)가 설치되어 있어 상기 스프링 부재(70)의 복원력에 의하여 상기 리드스크류(60)를 도 2에서 볼 때 축 상향 방향으로 일정 수준 이상의 힘을 가하게 된다.

위와 같이 상기 스프링 부재(70)가 상기 리드스크류(60)가 축 방향으로 전진 혹은 후진함에 상관없이 항상 일정한 방향으로 일정 수준 이상의 힘을 가하게 됨으로써, 상기 리드스크류(60)의 나사산(61)와 상기 회전자 중공축(32)의 내주면에 형성된 나사산과의 접속면이 항상 일정한 방향에서 접촉되게 되기 때문에 상기 리드스크류(60)와 상기 회전자 중공축(32)과의 나사 결합에 존재하는 클리어런스로 인하여 상기 리드스크류(60)이 축 방향으로 유동되는 것을 억제할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 스텝 액츄에이터는 상기 리드스크류(60)와 상기 회전자 중공축(32)과의 나사 결합에서 발생되는 클리어런스로 인한 상기 리드스크류(60)의 축 방향 유동을 억제시키고 모터의 정/역 회전 전환시 발생하였던 백래쉬로 인한 이송 오차가 없게 하여 이송 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 아래의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 케이스 20: 고정자
21: 보빈 22: 요크
30: 회전자 31: 마그네트
32: 회전자 중공축 41: 와셔
42: 원통형 베어링 43: 베어링 커버
44: 마운팅 플레이트 45: 조인트
51: PCB 52: PCB 하우징
60: 리드스크류 61: 나사산
70: 스프링 부재 71: 스프링 수납부
72: 원판형 부재

Claims

고정자와, 그 내부에 회전자 중공축이 형성되고 상기 고정자와 상호 작용하여 회전하는 회전자와, 상기 회전자 중공축의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합되어 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자의 축 방향으로 전진 또는 후진하는 리드스크류(Lead Screw)를 포함하여 구성된 스텝 액츄에이터에 있어서,
상기 리드스크류의 일단부에 설치되어 상기 리드스크류에 대하여 축 방향으로 힘(복원력)을 가하는 스프링 부재를 구비한 것
을 특징으로 하는 스텝 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 스프링 부재는 스프링 수납부에 수용된 것
을 특징으로 하는 스텝 액츄에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스프링 부재와 상기 리드스크류 사이에는 상기 스프링 부재의 복원력을 안정적으로 전달할 수 있게 하는 원판형 혹은 원통형의 부재를 더 구비한 것
을 특징으로 하는 스텝 액츄에이터.
제2항에 있어서,
상기 스프링 수납부는 상기 고정자의 보빈과 일체로 형성된 것
을 특징으로 하는 스텝 액츄에이터.