KR20180080580A - 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 지름의 피스톤과 피스톤로드를 갖는 고 정밀 동심이 같도록 하는 유압서보 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤 양측으로 유동 공간 확보와, 피스톤 양측에 배열되는 정압베어링의 지지를 위해 피스톤에 장착되는 피스톤부시를 도입하되, 외부로 노출되는 피스톤로드의 횡력을 갭센서로 제어하는 감압밸브 및 피스톤의 운동 시 실린더하우징의 내부 공간부의 압력을 완충시키는 쿠션장치를 구비하여, 피스톤 및 피스톤로드의 병진운동시 피스톤에 의해 하우징내벽에 걸리는 충격 압력을 최소화하여 내구성을 향상시키는 동시에 피스톤로드의 횡력을 제어함으로써 액츄에이터의 응답성을 안정적으로 확보할 수 있는 횡력을 잡아주는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터에 관한 것이다.

Description

횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터{A highly accurate concentric high response hydraulic servo actuator with controlled lateral force}

본 발명은 서로 다른 지름의 피스톤과 피스톤로드를 갖는 고 정밀 동심이 같도록 하는 유압서보 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤 양측으로 유동 공간 확보와, 피스톤 양측에 배열되는 정압베어링의 지지를 위해 피스톤에 장착되는 피스톤부시를 도입하되, 외부로 노출되는 피스톤로드의 횡력을 갭센서로 제어하는 감압밸브 및 피스톤의 운동 시 실린더하우징의 내부 공간부의 압력을 완충시키는 쿠션장치를 구비하여, 피스톤 및 피스톤로드의 병진운동시 피스톤에 의해 하우징내벽에 걸리는 충격 압력을 최소화하여 내구성을 향상시키는 동시에 피스톤로드의 횡력을 제어함으로써 액츄에이터의 응답성을 안정적으로 확보할 수 있는 횡력(lateral force)이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터에 관한 것이다.

종래의 유압식 액츄에이터로는 대한민국 등록실용신안 제20-0239786호(2001.07.12. 이하 '종래기술'이라 함) "유압식 진동 시험기"가 개시되어 있다.

상기 종래기술은 전반적인 작동을 제어하는 컨트롤박스와, 상기 컨트롤 박스에 의해 제어되는 유압펌프장치 및 서보밸브와, 상기 유압펌프장치 및 서보밸브에 의해 작동이 제어되며 부품의 내구성을 시험하는 진동 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 상기 종래기술과 같은 진동시험장비나, 피로시험장비는 진동 장치와 같은 액츄에이터를 이용하여, 액츄에이터에 의한 발진을 이용하여 진동시험이나, 피로시험을 수행하게 된다.

이러한 경우 액츄에이터의 작동부는 피스톤과, 이 피스톤 양측에 피스톤로드가 연결되어 상하로 병진운동을 하게 된다.

이 경우 피스톤 상하에 구비되어 피스톤로드의 마찰을 저감시키기 위한 정압베어링이나 미끄럼베어링이 구비되고, 피스톤 상하면과 정압베어링 사이에는 피스톤의 행정거리를 확보하기 위해 이격공간이 마련되어야 한다.

종래에는 상기 이격공간을 형성하기 위해 상기 실린더하우징의 내실에서 피스톤이 위치하는 부분이 내측방향으로 돌출되도록 형성되고, 이 돌출부분에 의하여 상기 피스톤과 정압베어링 사이에 이격공간이 형성되며, 실린더하우징에 구비된 공급로를 통하여 유입된 작동유가 이격공간에 채워지도록 구성된다.

그러나 종래와 같은 실린더하우징은 내실의 지름, 즉 상기 피스톤의 위치하는 부분의 지름과, 상기 피스톤로드가 위치하는 부분의 지름이 달라 실린더하우징의 가공 작업 시, 피스톤로드 부분을 동시에 가공할 수 없을 뿐만 아니라, 피스톤 부분 역시 동시에 가공할 수 없어 생산성이 떨어지는 문제가 있다.

또한 상기 실린더하우징의 각 피스톤로드 부분과, 피스톤 부분을 서로 다른 때에 가공하여야 함으로 가공정밀도가 떨어져 피스톤, 피스톤로드의 고 정밀 동심을 확보하는 것이 어려워 고 응답성이 요구되는 진동시험장비나, 피로시험장비에 적용하는 데에 한계가 있다.

상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 본 출원인은 등록특허 제10-1518113호의 '고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터'를 2013.04.05일 출원하여, 2015.04.29일에 등록받았습니다.

종래의 '고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터'는 피스톤 양측으로 유동 공간 확보와, 피스톤 양측에 배열되는 정압베어링의 지지를 위해 피스톤에 장착되는 피스톤부시를 도입함으로써 동일한 지름의 내경을 갖는 실린더하우징 사용하여 가공 정밀도를 높이면서도, 생산성을 향상시킬 수 있고, 또한 한 피스톤부시의 외경과 동일한 치수의 정압베어링을 도입하여 액츄에이터의 조립 후, 피스톤, 피스톤로드 및 정압베어링의 고 정밀 동심을 확보할 수 있도록 하는 구성을 특징으로 한다.

KR 10-1518113 (등록번호) 2015.04.29. KR 20-0239786 (등록번호) 2001.07.12.

그러나 종래의 본 출원인이 출원하여 등록된 상기 '고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터'는 직경이 서로 다른 피스톤과 피스톤로드가 실린더하우징의 내부를 따라 병진운동을 하게 될 때 상기 피스톤로드의 최대 횡력(lateral force)을 잡아 줄 수 있도록 정압베어링을 설계하고 액츄에이터에 최대 압력을 공급하게 되어, 로드 양측에 장착된 정압베어링에 공급되는 유체 에너지(압력*유량)의 손실이 크고, 이 손실에너지는 오일온도를 상승시켜서 결과적으로 큰 냉각열량이 요구되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,

피스톤로드부에 90도 위치로 2개의 갭 센서(gap sensor)를 설치하고, 정압베어링에 공급 되는 유로에 비례감압 제어밸브를 설치하여, 액츄에이터 로드에 작용하는 횡력의 크기에 비례하여 발생하는 변위을 갭 센서로 계측하고, 변위량의 크기에 따라 정압베어링에 공급되는 압력을 비례감압 제어밸브로 제어함으로서 정압베어링에 공급되는 최소의 압력에서 작동이 가능하도록 하여 피스톤로드의 횡력을 제어함으로써 액츄에이터의 응답성을 안정적으로 확보할 수 있는 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 실린더하우징의 내부 공간부에 피스톤의 왕복 운동시 지속 반복적으로 하우징내벽에 걸리는 충격 압력을 완충시키도록 유입라인과 연계되는 쿠션장치를 구비함으로써, 피스톤에 의해 실린더 하우징 내벽에 걸리는 충격 압력을 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 작동유 공급을 위한 서보밸브; 상기 서보밸브와 연결되고, 상기 작동유를 위한 공급로를 구비한 실린더하우징; 피스톤과, 상기 피스톤 양측에 연결되는 피스톤로드를 포함하고, 상기 실린더하우징 내부에 배치되는 작동부; 상기 작동부의 상기 피스톤로드에 장착되어 상기 피스톤 양측에 이격 배열되고, 작동유에 의하여 상기 각 피스톤로드를 미끄럼 지지하는 정압베어링; 및 상기 실린더하우징 내부에 삽설되고, 상기 정압베어링들 사이에 배열되는 피스톤부시;를 포함하여 이루어지되, 상기 제1피스톤로드에는 횡력이 발생되는 것을 감지하는 갭센서가 설치 구비되고, 상기 서보밸브에는 상기 갭센서에 의해 연동하여 작동하면서 상기 정압베어링으로 유압을 공급 또는 릴리이스하도록 하는 감압밸브가 연결 설치된다.

또한 상기 서보밸브에는 상기 피스톤이 상하 승강운동 하는 상기 작동공간부에 형성되면서 상기 피스톤의 병진운동에 의해 충격 압력이 발생되는 벽면부에 유압을 공급할 수 있도록 하여 충격 압력을 완충시키는 쿠션장치가 더 설치 구비된다.

그리고 상기 쿠션장치는 일단부가 상기 작동공간부에 유압을 공급할 수 있도록 연결되고 타단은 상기 서보밸브에 연결되어 상기 작동공간부의 상기 벽면부에 걸리는 충격 압력을 완충시킬 수 있도록 하는 가변오리피스로 설치 구비된다.

또한 상기 작동공간부의 상기 벽면부의 형상은 상기 피스톤의 병진운동으로 상기 벽면부에 가해지는 압력을 분산시킬 수 있도록 면적이 확장되는 'ㄴ'자 형상으로 하고 이와 대응되는 상기 피스톤의 모서리부의 형상도 'ㄴ'자 형상으로 형성 구비된다.

본 발명에 따른 횡력을 잡아주는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터는 액츄에이터 로드에 작용하는 횡력의 크기에 비례하여 발생하는 변위을 갭 센서로 계측하고, 변위량의 크기에 따라 정압베어링에 공급되는 압력을 비례감압 제어밸브로 제어함으로서 정압베어링에 공급되는 최소의 압력에서 작동이 가능하도록 하여 피스톤로드의 횡력을 제어함으로써 액츄에이터의 응답성을 안정적으로 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 실린더하우징의 내부 공간부에 피스톤의 왕복 운동시 지속 반복적으로 하우징내벽에 걸리는 충격 압력을 완충시키도록 유입라인과 연계되는 쿠션장치를 구비함으로써, 피스톤에 의해 실린더 하우징 내벽에 걸리는 충격 압력을 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터를 나타내는 개략적인 상태단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터의 세부 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터의 유압회로 구성도이이고,
도 4는 본 발명에 따른 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터의 정압베어링의 압력분포 도식도이고,
도 5는 본 발명에 따른 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터의 정압베어링의 도식도이고,
도 6은 종래의 수동감압 밸브를 사용한 유압회로 구성도이고,
도 7은 종래의 고압 유를 사용하는 유압회로 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고 정밀 동심 형 고 응답성 유압서보 액츄에이터의 바람직한 실시 예들을 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터(100)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 서보밸브(110)와, 실린더하우징(120)과, 피스톤(131) 및 피스톤로드(133,135)로 구성되는 작동부(130)와, 정압베어링(140) 및 피스톤부시(150)를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명은 지면에 고정되는 베이스플레이트(미도시)가 구비되고, 상기 베이스플레이트 상부측으로 액츄에이터 베이스(미도시)가 구비되며, 상기 액츄에이터 베이스는 상부에 상기 실린더하우징(120)이 수직방향으로 고정 설치되면서 액츄에이터를 지지하게 된다.

또한 액츄에이터 상부, 즉 실린더하우징(120)의 내부에 배열되는 피스톤로드(133)의 상단에는 시험테이블(미도시)이 연결되고, 상기 시험테이블 상부에는 시험대상이 되는 장비나, 장치, 부품 등이 놓여져 본 발명에 따른 액츄에이터의 의해 발생되는 진동에 의하여 진동시험이나, 피로시험 또는 인장압축시험 등을 수행하게 된다.

그리고 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 유압서보 액츄에이터에서 상기 실린더하우징(120)의 내부에는 피스톤(131)과, 상기 피스톤(131)의 상면과 하면에 각각 연결되는 제1 및 제2 피스톤로드(133,135)로 구성되는 작동부(130)가 내장 설치되고, 상기 실린더하우징(120)에는 다수의 유압 공급로(122)가 구비된다.

그리고 상기 실린더하우징(120)의 상단부에는 상부덮개(123)가 결합되고, 상기 상부덮개(123)에는 상기 작동부(130)의 제1 피스톤로드(133)가 관통하여 상부로 노출되도록 하는 제1 관통공(123a)이 형성 구비된다.

또한 상기 실린더하우징(120)의 하단부에는 하부덮개(124)가 결합되고, 상기 하부덮개(124)에는 상기 작동부(130)의 제2 피스톤로드(135)가 관통하여 하부로 노출되도록 하는 제2 관통공(124a)이 형성 구비된다.

또한 상기 하부덮개(124)의 하부측으로는 지지부재(125)가 결합되되, 상기 지지부재(125)는 상기 액츄에이터 베이스에 고정 설치되는 상기 실린더하우징(120)을 지지하게 되며, 상기 지지부재(125)의 상부에는 홈 형태의 수용공간부(125a)가 형성 구비되고, 상기 제2 피스톤로드(135)의 하단은 상기 수용공간부(125a)의 바닥으로부터 이격되어 배치된다.

따라서 상기 수용공간부(125a)를 따라 상기 제2 피스톤로드(135)가 상하 슬라이딩으로 승강 운동이 가능하게 된다.

다음으로 도 1 및 2에 도시된 본 발명에 따른 서보밸브(110)는 상기 실린더하우징(120)의 외측으로 장착되어 상기 실린더하우징(120)에 구비되는 공급로(122)로 작동유를 공급하게 되는데, 상기 서보밸브(110)는 공급탱크(미도시)에 저장된 작동유가 공급펌프(미도시)를 통하여 공급된다.

또한 상기 서보밸브(110)에는 상기 실린더하우징(120)의 압력을 릴리이스하여 과부하가 걸리지 않도록 하는 축압기(accumulator, 111,112)가 양측으로 연결 설치되어 있다.

그리고 상기 서보밸브(110)는 통상적으로 전기 등의 입력신호에 따라 유량 또는 압력을 높은 응답속도로 연속적으로 제어하기 위한 공지의 밸브로서, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한 상기 서보밸브(110)에 의하여 공급되는 작동유는 유압이나, 공압을 출력으로 사용하는 것이 가능하나, 본 발명에서는 응답성능을 높이기 위해 비압축성 유체인 유압을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 서보밸브(110) 대신에 다양한 형태의 밸브가 도입될 수 있음은 물론이다.

그리고 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 상기 작동부(130)는 상하의 상기 제1 및 제2 피스톤로드(133,135)와 이들 사이에 배치되는 상기 피스톤(131)으로 구성되고, 상기 피스톤(131)의 직경은 상기 제1,2피스톤로드(133,135)의 직경보다 크게 형성된다.

또한 상기 제1 피스톤로드(133)의 상단부에는 상기 시험테이블의 하면에 연결 고정되도록 하는 고정부(133a)가 구비되고, 상기 작동부(130)는 상기 실린더하우징(120)의 내부에 배치되어 상기 서보밸브(110)에 의하여 상기 공급로(122)로 공급되는 작동유의 공급력에 의하여 상기 실린더하우징(120)의 내부에서 소정 진폭으로 상하 병진운동을 하게 된다.

또한 상기 작동부(130)에는 변위센서(132, LVDT, Linear Variable Differential Transformer)가 내장되어 상기 작동부(130)의 변위에 따른 위치 값을 감지하여 시험 값을 측정할 수 있도록 한다.

이를 위하여 상기 작동부(130)에는 상기 피스톤과 피스톤로드의 내부 공간부에 자석코어와 튜브가 내장되어 자석코어가 튜브 중심을 따라 이동함으로써 변위량을 측정하게 된다.

나아가 본 발명에 따른 액츄에이터는 상기 작동부(130)의 상하 병진운동 시, 상기 피스톤(131)과, 상기 각 제1,2피스톤로드(133,135)와의 마찰을 감쇠시키기 위한 구성요소가 도입될 필요가 있다.

이를 위해 본 발명은 상기 작동부(130)의 동작 시, 제1 및 제2 피스톤로드(133,135)의 마찰을 감소시키기 위해 정압베어링(140)이 구비되는데, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 정압베어링(140)은 원통형 형태로 이루어져 상기 제1 및 제2 피스톤로드(133,135)에 삽입 결합되어 상기 피스톤(131)의 상하에 이격 배열된다.

그리고 상기 정압베어링(140)에는 패킹부재(141)가 삽설되어 상기 실린더하우징(120) 내부에 상기 정압베어링(140)이 삽설될 때 상기 패킹부재(141)가 상기 실린더하우징(120)의 내벽면에 밀착되어 기밀을 유지함으로써 작동유의 누유를 방지하고, 압력손실을 방지할 수 있게 된다.

특히 상기 정압베어링(140)에는 작동유가 공급될 수 있도록 후술하는 회로가 구성된다.

이 경우 상기 정압베어링(140)의 내측에 확대유로(미도시)를 형성하여 작동유와 상기 제1 및 제2피스톤로드(133,135)와의 접촉면적을 증대시켜 상기 작동부(130)의 상하 병진운동 시, 마찰을 최소화할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

특히, 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 유압서보 액츄에이터에는 상기 실린더하우징(120)의 내면벽에 상기 피스톤과 동일한 지름을 갖도록 하는 피스톤부시(150)가 더 삽설 구비된다.

또한 본 발명은 상기 작동부(130)의 동작 시, 상기 작동부(130)는 상하로 병진운동을 하게 되는데, 이를 위해 상기 피스톤(131) 상하에 구비된 상기 정압베어링(140)과 상기 피스톤(131) 상하면 사이에는 상기 피스톤(131)의 행정거리를 확보하기 위한 작동공간부(121)가 형성 구비되어 있다.

여기서 상기 작동공간부(121)는 상기 실린더하우징(120)의 내부에서 피스톤(131)이 위치하는 부분이 내측방향으로 돌출되도록 형성시키되, 상기 피스톤(131)과 상기 정압베어링(140) 사이에 형성되며, 상기 공급로(122)를 통하여 유입된 작동유가 상기 작동공간부(121)에 채워지게 된다.

본 발명에서는 상기 작동부(130)의 상기 피스톤(131) 작동을 원활하게 하도록 장착되고, 상기 실린더하우징(120)의 내부 지름과 동일한 외경을 갖는 피스톤부시(150)를 도입함으로써, 상기 실린더하우징(120)의 가공 작업 시, 상기 각 피스톤로드(133,135) 부분과, 상기 피스톤(131) 부분을 동시 가공이 가능하게 되어 생산성을 높일 수 있고, 특히 가공정밀도를 높일 수 있어 고 응답성능을 보장할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 횡력을 잡아주는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터(100)는 상기 제1피스톤로드(133)에 갭센서(160)가 더 설치되어 있다.

일반적인 액츄에이터는 이를 구성하는 작동부 즉 피스톤로드가 길어지는 경우 이를 지지하도록 하는 상기 정압베어링(140)을 구비하여 운영하게 된다.

그러나 피스톤로드는 그 상하 병진운동에 의해 횡력이 상기 상부덮개(123)의 외부측에서 발생하게 되는데 정밀한 테스트를 위해서는 이와 같은 피스톤로드의 횡력을 잡아주어야 할 필요가 있게 된다.

따라서 본 발명은 도 3의 회로구성도에 도시된 바와 같이, 상기 제1피스톤로드(133)에는 횡력이 발생되는 것을 감지하는 상기 갭센서(160)가 더 구비되어 있다.

또한 상기 서보밸브(110)에는 상기 갭센서(160)에 의해 연동하여 작동하면서 상기 정압베어링(140)으로 유압을 공급 또는 릴리이스하도록 하는 감압밸브(170)가 연결 설치되어 있다.

여기서 상기 릴리이스란 가해진 유압을 회수하여 압력을 낮추어주도록 하는 작동을 말한다.

따라서 본 발명은 상기 제1피스톤로드(133)에서 횡력이 발생하게 되면 상기 갭센서(160)가 이를 감지하게 된다.

이어 상기 갭센서(160)에서 감지된 횡력을 크기에 비례하여 상기 감압밸브(170)는 유압을 상기 정압베어링(140)으로 공급 또는 릴리이스하게 된다. 즉, 상기 제1피스톤로드(133)의 횡력이 크게 되면 유압을 상기 정압베어링(140)으로 많이 보내어 이를 잡아주고, 횡력이 작아지면 공급한 유압을 릴리이스하여 정압을 유지하도록 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 실린더하우징(120)의 내부에 형성되면서 상기 피스톤(131)이 상하 승강운동이 가능하도록 하는 상기 작동공간부(121)에는 상기 피스톤(131)의 병진운동에 의해 발생되는 압력을 완충시키는 쿠션장치(180)가 연결 구비되어 있다.

본 발명의 상기 쿠션장치(180)는 일단부는 상기 작동공간부(121)에 유압을 공급할 수 있도록 연결되고 타단은 상기 서보밸브(110)에 연결되어 상기 작동공간부(121)에 걸리는 압력을 서서히 빼내 릴리이스하도록 하는 가변오리피스(181)로 설치 구성된다.

여기서 상기 작동공간부(121)에 많은 양의 오일을 공급할 때는 상기 가변오리피스(181)와 병렬로 연결된 체크밸브(182)를 통해 이루어지고 압력을 릴리이스할 때는 상기 가변오리피스(181)를 통해 이루어진다.

즉, 상기 쿠션장치(180)는 상기 피스톤(131)이 승강하면서 상기 작동공간부(121)의 벽면부(a)에 걸리는 충격압력을 상기 가변오리피스(181)를 통해 서서히 빼주면서 충격압력이 약해지도록 하는 쿠션역할을 하게 된다.

따라서 상기 피스톤(131)의 상하 승강운동으로 상기 실린더하우징(120)의 내부 벽면에 걸리는 충격력을 효율적으로 관리할 수 있어 내구성이 좋아지게 된다.

이는 상기 작동공간부(121)의 상기 벽면부(a)에 걸리는 충격 압력을 완화시켜 줌으로써 충격력으로 인한 파손을 막아 하우징의 수명이 길어지게 되는 것이다.

또한 본 발명은 상기 작동공간부(121)의 상기 벽면부(a)의 형상을 'ㄴ'자 형상으로 하고 이와 대응되는 상기 피스톤(131)의 모서리부의 형상도 'ㄴ'자 형상으로 하여 상기 피스톤(131)의 병진운동으로 상기 벽면부(a)에 가해지는 압력을 분산시킬 수 있도록 하였다.

이는 상기 벽면부(a)의 형상과 이와 대응되는 상기 피스톤(131)의 모서리부의 형상을 'ㄴ'자 형상으로 하여 압력 분포의 면적을 넓혀줌으로써 압력 집중을 막아 하우징의 파손 위험을 줄여 내구성을 좋게 한다.

한편 상기 피스톤부시(150)에는 원주방향을 따라 다수의 유로가 구비되고, 이러한 유로는 지름방향으로 관통되도록 형성되어 유로의 단면적을 증대시키게 되는데 이러한 구성은 종래의 공지기술에 의해 누구나 형성 구비할 수 있어 상세 설명은 생략한다.

그리고 상기 피스톤부시(150)에 형성되는 유로들은 상기 실린더하우징(120)의 상기 공급로(122)와 연통되어 작동유가 유입되도록 구성된다.

또한 상기 피스톤부시(150)의 외주면에는 다수의 패킹부재(151)가 삽설되어, 벽면에 밀착됨으로써 기밀을 유지하고, 압력손실을 방지할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터에 구비되는 정압베어링에 소요되는 유체에너지는 공급압력(Ps)에 전체 누유량(q)을 곱한 것으로서 상기 누유량(q)은 다음과 같이 계산된다.

공급압력이 210 kgf/cm² 오리피스를 통과하는 유량은 1)과 같다.

1) Flow from orifice :

또한 정압베어링 랜드(1)부를 통과한 유량은 2)와 같다.

정압베어링 포켓에서 포켓으로 이동하는 랜드(2)의 유량은 이웃한 포켓의 압력차가 무시 할 만 한 수준으로 매우 작아서 3)과 같이 유동이 없는 것으로 한다.

포켓 내부 압력 산출은 4)와 같다.

정압베어링을 통과하여 소모된 누유량은 5)와 같고

[공급압력 210 bar * 누유량 9.012 L/min]/600= 약 3.1542 kW의 동력이 손실 된다.

만약 시험제품의 횡력(lateral force)이 매우 작게 걸리는 시험을 할 때에 공급압력(Ps)을 감압밸브를 사용하여 30% 수준(약 70 kgf/cm²)으로 낮추게 되면,

1) Flow from orifice :

2) Flow through clearance :

3) Flow of pocket by pocket :

4) Internal pressure of pocket : P

5) Hydrostatic bearing total flow : q

정압베어링의 동력 손실은 [공급압력 70 bar * 누유량 4.836 L/min]/600= 약 0.5642 kW으로 최대 압력을 공급했을 때의 약 17.9%의 수준이다.

본 발명에 따른 액츄에이터는 도 1,2의 도시와 같이 진동시험이나, 피로시험 등에 적용이 가능할 뿐만 아니라, 인장압축시험 등과 같은 다양한 형태의 시험장비로 전용 사용이 가능하다.

또한 본 발명에 따른 액츄에이터는 상기한 바와 같이 수직하게 배치되는 것은 물론이고, 필요에 따라서 액츄에이터를 수평방향으로 배치시켜 보다 효율적으로 장치를 운용할 수 있도록 하는 것도 바람직하다.

이상과 같이 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터는 피스톤 양측으로 유동 공간 확보와, 피스톤 양측에 배열되는 정압베어링의 지지를 위해 피스톤에 장착되는 피스톤부시를 도입하되, 외부로 노출되는 피스톤로드의 횡력을 갭센서로 제어하는 감압밸브 및 피스톤의 운동 시 실린더하우징의 내부 공간부의 압력을 완충시키는 쿠션장치를 구비하여, 피스톤 및 피스톤로드의 병진운동시 피스톤에 의해 하우징내벽에 걸리는 충격 압력을 최소화하여 내구성을 향상시키는 동시에 피스톤로드의 횡력을 제어함으로써 액츄에이터의 응답성을 안정적으로 확보할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터
110 : 서보밸브 111,112 : 축압기
120 : 실린더하우징 121 : 작동공간부
122 : 공급로
123 : 상부덮개 123a : 제1 관통공
124 : 하부덮개 124a : 제2 관통공
125 : 지지부재 125a : 수용부
130 : 작동부
131 : 피스톤 132 : 변위센서
133 : 제1 피스톤로드 133a : 고정부
135 : 제2 피스톤로드
140 : 정압베어링 141 : 패킹부재
150 : 피스톤부시 151 : 패킹부재
160 : 갭센서 170 : 갑압밸브
180 : 쿠션장치 181 : 오리피스 182 : 체크밸브

Claims (4)

1. 작동유 공급을 위한 서보밸브;
   상기 서보밸브와 연결되고, 상기 작동유를 위한 공급로를 구비한 실린더하우징;
   피스톤과, 상기 피스톤 양측에 연결되는 피스톤로드를 포함하고, 상기 실린더하우징 내부에 배치되는 작동부;
   상기 작동부의 상기 피스톤로드에 장착되어 상기 피스톤 양측에 이격 배열되고, 작동유에 의하여 상기 각 피스톤로드를 미끄럼 지지하는 정압베어링; 및
   상기 실린더하우징 내부에 삽설되고, 상기 정압베어링들 사이에 배열되는 피스톤부시;를 포함하여 이루어지되,
   상기 제1피스톤로드에는 횡력이 발생되는 것을 감지하는 갭센서가 설치 구비되고,
   상기 서보밸브에는 상기 갭센서에 의해 연동하여 작동하면서 상기 정압베어링으로 유압을 공급 또는 릴리이스하도록 하는 감압밸브가 연결 설치되는 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 서보밸브에는 상기 피스톤이 상하 승강운동 하는 상기 작동공간부에 형성되면서 상기 피스톤의 병진운동에 의해 충격 압력이 발생되는 벽면부에 유압을 공급할 수 있도록 하여 충격 압력을 완충시키는 쿠션장치가 더 설치 구비되는 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 쿠션장치는 일단부가 상기 작동공간부에 유압을 공급할 수 있도록 연결되고 타단은 상기 서보밸브에 연결되어 상기 작동공간부의 상기 벽면부에 걸리는 충격 압력을 완충시킬 수 있도록 하는 가변오리피스로 설치 구비되는 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 작동공간부의 상기 벽면부의 형상은 상기 피스톤의 병진운동으로 상기 벽면부에 가해지는 압력을 분산시킬 수 있도록 면적이 확장되는 'ㄴ'자 형상으로 하고 이와 대응되는 상기 피스톤의 모서리부의 형상도 'ㄴ'자 형상으로 형성 구비되는 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터

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