KR100340322B1 - 리니어 액튜에이터 - Google Patents

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장병우
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Abstract

본 발명은 리니어 액튜에이터에 관한 것으로, 축심을 따라 수용공이 형성된 바디와; 일단에 부분 원호상단면을 가지도록 돌출된 제1돌출부가 형성되어 있으며 적어도 상기 제1돌출부영역이 상기 수용공내에 수용되는 자성체의 코어와; 일단에 부분 원호상 단면을 가지도록 돌출된 제2돌출부가 형성되어 있으며 상기 제1돌출부와의 사이에 소정의 공극을 두고 상기 수용공내에 유동가능하도록 수용되는 자성체의 플런저와; 상기 코어와 상기 플런저의 둘레영역에 권취되어 상기 코어와 상기 플런저를 통과하는 자속을 발생시키는 코일과; 상기 코어와 상기 플런저의 상호 접근 및 이반시 상기 코어와 상기 플런저중 적어도 어느 하나를 이동축선에 가로로 회전안내하는 회전안내수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 기동특성을 향상시킬 수 있으며 잉여 전자기력에 기인된 진동 및 소음을 감소시킬 수 있는 리니어 액튜에이터가 제공된다.

Description

리니어 액튜에이터{LINEAR ACTUATOR}
본 발명은, 리니어 액튜에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기동특성을 향상시킬 수 있으며 소음 및 진동을 감소시킬 수 있도록 한 리니어 액튜에이터에 관한 것이다.
도 1은 종래의 리니어 액튜에이터의 단면도이고, 도 2는 도 1의 리니어 액튜에이터의 공극의 길이의 변화에 따른 흡인력의 변화를 도시한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 리니어 액튜에이터는, 내부에 수용공간이 형성된 원통형상의 바디(101)와, 자성부재로 형성되어 바디(101)의 수용공간내 일측에 수용결합되는 코어(103)와, 자성부재로 형성되어 코어(103)와 소정의 공극을 형성하도록 수용공간내에 이격배치되는 플런저(105)와, 코어(103)와 플런저(105)의 둘레영역에 배치되어 자속을 발생시키는 코일(107)을 가진다.
바디(101)의 양 단부에는 한 쌍의 측면커버(109a,109b)가 각각 결합되어 있으며, 플런저(105)측의 측면커버(109a)의 중앙영역에는 플런저(105)의 일측을 수용할 수 있도록 플런저수용공(110)이 형성되어 있다. 플런저수용공(110)의 내부에는 플런저(105)와 슬라이딩 접촉가능하도록 부쉬부재(114)이 수용결합되어 있다.
코어(103)측의 측면커버(109b)에는 코어(103)의 일단을 수용지지할 수 있도록 코어수용공(111)이 형성되어 있다. 바디(101)의 수용공간내에는 코일(107)이 권취될 수 있도록 보빈(113)이 마련되어 있으며, 보빈(113)의 내부에는 상호 간에 공극을 두고 플런저(105) 및 코어(103)가 축선방향을 따라 상호 이격배치되어 있다.
코어(103)에는 축심을 따라 로드수용공(104)이 형성되어 있으며, 플런저(105)에는 코어(103)측 단부로부터 돌출되고 로드수용공(104)을 통과하도록 결합되어 바디(101)의 외부로 돌출되는 푸쉬로드(106)가 형성되어 있다. 로드수용공(104)의 내부에는 푸쉬로드(106)를 슬라이딩 접촉지지할 수 있도록 부쉬부재(108)가 수용결합되어 있다.
이러한 구성에 의하여, 코일(107)에 전원이 인가되면, 코일(107)의 내부에는 코어(103)측으로부터 플런저(105)측으로 자속이 발생되며, 이에 의해 플런저(105)와 코어(103)사이에는 흡인력이 발생하게 된다. 발생된 흡인력에 의해 플런저(105)는 코어(103)측으로 이동하게 되며, 코일(107)에 전원이 차단되면, 플런저(105)는 도시 않은 복귀스프링에 의해 코어(103)로부터 소정 거리 이격된다.
한편, 코일(107)에 인가된 전류에 의해 발생된 자속에 의해 플런저(105)와 코어(103)사이에 생성되는 흡인력의 크기는, 플런저(105)와 코어(103)사이의 공극에서의 자속밀도와, 상호 대면한 코어(103)와 플런저(105)의 유효단면적과, 코어(103)와 플런저(105)사이의 간격, 즉 공극의 길이에 의해 결정된다. 특히, 공극의 길이와 흡인력의 관계는 도 2에 도시된 바와 같이, 상호 반비례관계를 가진다.
그런데, 이러한 종래의 리니어 액튜에이터에 있어서는, 플런저(105)의 유동거리가 증가할 경우, 다시 말하면, 공극의 길이를 크게할 경우, 플런저(105)와 코어(103)간에 생성되는 흡인력은 공극의 길이의 제곱에 반비례하므로 기동특성이 현저히 저하되는 문제점이 있다. 기동특성을 높이기 위해 자속을 증가시킬 경우,잉여 전자기력발생에 기인한 소음 및 진동이 유발되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 기동특성을 향상시킬 수 있으며 소음 및 진동을 감소시킬 수 있는 리니어 액튜에이터를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 리니어 액튜에이터의 단면도,
도 2는 도 1의 리니어 액튜에이터의 공극의 길이의 변화에 따른 흡인력의 변화를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액튜에이터가 적용된 전자석 브레이크장치의 단면도,
도 4는 도 3의 리니어 액튜에이터의 확대도,
도 5는 도 4의 돌기부 및 안내슬롯영역을 확대도시한 도면,
도 6a 및 도 6b는 각각 도 4의 코어 및 플런저의 상호 대면상태를 개략적으로 도시한 부분사시도,
도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b에 각각 대응된 코어 및 플런저의 평면투영도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 회전축 3a,3b : 브레이크레버
7a,7b : 슈 9a,9b : 브레이크스프링
23 : 바디 25 : 보빈
27 : 코일 30 : 안내슬롯
41 : 코어 45 : 제1돌출부
51 : 플런저 53 : 푸쉬로드
54 : 돌기부 55 : 제2돌출부
상기 목적은, 본 발명에 따라, 축심을 따라 수용공이 형성된 바디와; 일단에 부분 원호상단면을 가지도록 돌출된 제1돌출부가 형성되어 있으며 적어도 상기 제1돌출부영역이 상기 수용공내에 수용되는 자성체의 코어와; 일단에 부분 원호상 단면을 가지도록 돌출된 제2돌출부가 형성되어 있으며 상기 제1돌출부와의 사이에 소정의 공극을 두고 상기 수용공내에 유동가능하도록 수용되는 자성체의 플런저와; 상기 코어와 상기 플런저의 둘레영역에 권취되어 상기 코어와 상기 플런저를 통과하는 자속을 발생시키는 코일과; 상기 코어와 상기 플런저의 상호 접근 및 이반시 상기 코어와 상기 플런저중 적어도 어느 하나를 이동축선에 가로로 회전안내하는 회전안내수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터에 의해 달성된다.
여기서, 상기 코어 및 상기 플런저와 상기 코일사이에 개재되며 외경면에 상기 코일이 권취되는 보빈을 더 포함하며,
상기 회전안내수단은, 상기 플런저와 상기 보빈중 어느 하나로부터 돌출된 돌기부와, 상기 플런저와 상기 보빈중 다른 하나의 둘레면을 따라 상기 이동축선에 대해 경사지게 형성되고 상기 돌기부를 수용하여 회전안내하는 안내슬롯을 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 돌기부는 상기 플런저의 외경면으로부터 돌출형성되며, 상기 안내슬롯은 상기 보빈에 형성되는 것이 효과적이다.
상기 안내슬롯과 상기 돌기부사이에 개재되는 슬라이딩부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 코어에는 축심을 따라 로드수용공이 관통형성되어 있으며, 상기 플런저에는 상기 로드수용공을 통과하여 일단이 외부에 노출되는 푸쉬로드가 형성되어 있는 것이 효과적이다.
상기 코어 및 상기 플런저의 상호 접근 및 이반시 상기 코어와 상기 플런저중 적어도 어느 하나의 상대회전량을 조절하는 회전량조절수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액튜에이터가 적용된 전자석 브레이크장치의 단면도이고, 도 4는 도 3의 리니어 액튜에이터의 확대도이며, 도 5는 도 4의 돌기부 및 안내슬롯영역을 확대도시한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 전자석 브레이크장치는, 회전축(1)의 둘레영역에 축선방향에 가로로 배치되며 일단에 형성된 회동축(4a,4b)을 중심으로 회동가능한 한 쌍의 브레이크레버(3a,3b)와, 각 브레이크레버(3a,3b)와 회전축(1)사이에 개재되는 슈(7a,7b)와, 각 브레이크레버(3a,3b)의 단부에서 브레이크레버(3a,3b)를 탄성가압함으로써 회전축(1)의 회전을 억제시키는 브레이크스프링(9a,9b)을 가진다.
브레이크레버(3a,3b)사이에는 브레이크스프링(9a,9b)에 대응하여 브레이크레버(3a,3b)를 회전축(1)으로부터 이격되도록 회동시킴으로써 회전축(1)이 회전가능하도록 하는 본 리니어 액튜에이터(21)가 설치되어 있다. 브레이크레버(3a,3b)와 리니어 액튜에이터(21)사이에는 리니어 액튜에이터(21)의 직선운동이 브레이크레버(3a,3b)의 회동운동으로 전환될 수 있도록 한 쌍의 전환레버(11a,11b)가 설치되어 있다.
본 리니어 액튜에이터(21)는, 내부에 수용공이 형성된 원통형상의 바디(23)와, 바디(23)내에 수용되는 보빈(25)과, 보빈(25)의 외경면에 권취되는 코일(27)과, 보빈(25)의 내부 일측에 축선방향을 따라 배치되는 코어(41)와, 코어(41)와의 사이에 소정의 공극이 형성되도록 축선방향을 따라 이격배치되는 플런저(51)를 가진다.
바디(23)의 각 단부에는 한 쌍의 측면커버(28a,28b)가 개구를 차단하도록 결합되어 있으며, 각 측면커버(28a,28b)의 중앙영역에는 플런저(51) 및 코어(41)의 일단을 수용할 수 있도록 판면을 관통하여 수용공(미도시)이 각각 형성되어 있다.
플런저(51)측에 배치되는 측면커버(28a)의 수용공내에는 플런저(51)를 슬라이딩 가능하게 지지할 수 있도록 부쉬부재(44)가 수용결합되어 있다.
코어(41)에는 축심을 따라 로드수용공(42)이 형성되어 있으며, 플런저(51)의 일측 단부에에는 축선방향을 따라 연장되어 코어(41)의 로드수용공(42)을 통과하여 바디(23)의 외부로 노출되는 푸쉬로드(53)가 형성되어 있다. 푸쉬로드(53)과 로드수용공(42)사이에는 푸쉬로드(53)를 슬라이딩 가능하게 안내하는 부쉬부재(43)가 개재되어 있다.
푸쉬로드(53)의 자유단부에는 각 브레이크레버(3a,3b)에 결합된 작용로드(13a,13b)에 각각 접촉되는 각 전환레버(11a,11b)의 타측 단부가 동시에 접촉되어 있다.
한편, 플런저(51)의 외경면에는 반경방향을 따라 돌출되고 상호 대칭적으로 배치된 한 쌍의 돌기부(54)가 형성되어 있으며, 이에 대응하여 보빈(25)의 내부에는 각 돌기부(54)를 수용하여 플런저(51)의 이동시 플런저(51)를 소정 각도 회전시킬 수 있도록 안내슬롯(30)이 형성된 안내장치(29)가 수용결합되어 있다.
각 돌기부(54)와 안내슬롯(30)사이에는 각 돌기부(54)가 안내슬롯(30)을 따라 원활하게 유동할 수 있도록 슬라이딩부재(31)가 개재되어 있다. 안내슬롯(30)의 양 단부영역에는 돌기부(54) 및 슬라이딩부재(31)의 이동방향의 각 전방에 배치되어 슬라이딩부재(31)에 접촉됨으로써 플런저(51)의 회전량을 조절하는 회전량조절부재(33a,33b)가 이동가능하도록 설치되어 있다.
도 6a 및 도 6b는 각각 도 4의 코어 및 플런저의 상호 대면상태를 개략적으로 도시한 부분사시도이고, 도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b에 각각 대응된 코어 및 플런저의 평면투영도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 코어(41)와 플런저(51)의 상호 대향측 단부에는 반원단면형상을 가지며 축선방향을 따라 돌출된 제1돌출부(45) 및 제2돌출부(55)가 각각 형성되어 있으며, 코어(41)와 플런저(51)는 제1돌출부(45)와 제2돌출부(55)가 상호 중첩되도록 배치되어 있다.
코일(27)에 전원이 인가되지 않을 경우, 도 7a에 도시된 바와 같이, 코어(41)와 플런저(51)사이에는 제1돌출부(45) 및 제2돌출부(55)에 의해, 상호 다른공극의 길이를 가짐으로써, 상호 다른 흡인력을 발생시키는 제1 내지 제3공극영역이 각각 형성된다.
제1공극영역은, 코어(41)의 제1돌출부(45)와 플런저(51)의 제2돌출부(55)를 제외한 영역사이에 형성되는 공극영역(도 7a의 A)과, 플런저(51)의 제2돌출부(55)와 코어(41)의 제1돌출부(45)를 제외한 영역사이에 형성되는 공극영역(도 7a의 A')으로 이루어진다.
제2공극영역은, 코어(41)의 제1돌출부(45)와 플런저(51)의 제2돌출부(55)사이에 형성되는 공극영역(도 7a의 B)으로 제1공극영역에 비해 공극의 길이가 작으며, 제1공극영역에 비해 강한 흡인력을 발생시킨다.
다음, 제3공극영역은, 코어(41)의 제1돌출부(45)를 제외한 영역과, 플런저(51)의 제2돌출부(55)를 제외한 영역사이에 형성되는 공극영역(도 7a의 C)으로, 제1공극영역 및 제2공극영역과 비교하여 공극의 길이가 가장 크며, 제1공극영역에 비해 약한 흡인력을 발생시킨다.
여기서, 코어(41)와 플런저(51)사이에 발생되는 흡인력의 크기는, 제1 내지 제3공극영역에서 발생되는 흡인력의 합이된다. 제1공극영역의 길이가 n이고, 제1돌출부(45) 및 제2돌출부(55)의 돌출길이를 k라고 하면, 제1공극영역에서의 흡인력은 n2에 반비례하는 힘이 발생하게 된다. 그리고, 제2공극영역 및 제3공극영역에서 발생되는 흡인력은 각각 (n+k)2,(n-k)2에 반비례하는 힘이 발생된다.
따라서, 제1공극영역에서 발생되는 흡인력이 종래의 코어와 플런저사이에서발생되는 흡인력과 동일하다고 할 경우, 제2공극영역에서 발생되는 흡인력의 증가분이 제3공극영역에서 발생된 흡인력의 감소분보다 큰 경우, 본 리니어 액튜에이터(21)의 코어(41)와 플런저(51)사이에서 발생되는 흡인력은 종래의 액튜에이터의 코어와 플런저사이에서 발생되는 흡인력에 비해 상대적으로 커지게 됨을 알 수 있다.
즉,에서,
k2(3n2-k2)> 0 이므로, 각 돌출부의 돌출길이 k가 공극의 길이 n보다배를 넘지 않으면, 제2공극영역에서 증가된 흡인력이 제3공극영역에서 감소된 흡인력보다 크게 된다.
이러한 구성에 의하여, 코일(27)에 전원이 인가되면, 제1 내지 제3공극영역에서는 흡인력이 발생하게 되고, 이에 의해 플런저(51)는 코어(41)측으로 유동하게 된다. 이 때, 플런저(51)의 외측에 돌출형성된 돌기부(54)는 안내슬롯(30)을 따라 유동함으로써 플런저(51)는 축선방향을 따라 유동함과 동시에 둘레방향을 따라 회동하게 된다.
그리고, 안내슬롯(30)에 형성된 회전량조절부재(33a,33b)에 슬라이딩부재(31)가 접촉됨으로써 회전정지되어 도 6b와 같은 상태로 코어(41)와 상호 대면하게 된다. 이 때, 코어(41)와 플런저(51)사이에는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 코어(41)의 돌출부(45)와 플런저(51)의 돌출부(55)를 제외한 영역사이에 형성되는 제4공극영역(D)과, 코어(41)의 돌출부(45)를 제외한 영역과 플런저(51)의 돌출부(55)사이에 형성되는 제5공극영역(D′)이 형성된다. 이들 제4공극영역(D)과 제5공극영역(D′)에서는 상호 간의 거리가 일정하게 되어 코어(41)와 플런저(51)사이에 발생되는 흡인력은, 종래의 코어와 플런저사이에 발생되는 흡인력과 동일하게 된다.
플런저(51)가 코어(41)측으로 유동하게 되면, 플런저(51)의 일측에 형성된 푸쉬로드(53)는 플런저(51)와 함게 일체로 유동하여 자유단부에 접촉된 각 전환레버(11a,11b)를 동시에 가압하게 된다. 그러면, 각 전환레버(11a,11b)는 회동점을 중심으로 회동하여 각 브레이크스프링(9a,9b)에 대항하도록 타단에 접촉된 해당 브레이크레버(3a,3b)를 가압하게 된다.
이에 의해, 각 브레이크레버(3a,3b)는 타단에 형성된 회동축(4a,4b)을 중심으로 회전축(1)으로부터 이격되도록 회동하여 회전축(1)의 외경면에 접촉된 슈(7a,7b)를 회전축(1)으로부터 분리이격시킴으로써 회전축(1)이 회전할 수 있도록 한다.
코일(27)에 전원이 차단되면, 브레이크스프링(9a,9b)의 탄성력에 의해 각 브레이크레버(3a,3b)는 일단에 형성된 회동축(4a,4b)을 중심으로 회동하여 슈(7a,7b)가 회전축(1)의 외경면에 접촉되어 회전축(1)을 회전구속하게 된다. 브레이크레버(3a,3b)가 회동하게 되면, 전환레버(11a,11b)는 회동축을 중심으로 회동하여 푸쉬로드(53)를 가압하고, 이에 의해 플런저(51)는 코어(41)로부터 이격됨과 동시에 돌기부(54)와 안내슬롯(30)의 상호 작용에 의해 반대방향으로 회전하여 도 6a와 같은 상태로 코어(41)와 상호 대면하게 된다.
전술 및 도시한 실시예에서는, 플런저가 코어에 대해 상대 회전하도록 구성한 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 코어를 플런저에 대해 상대 회전가능하도록 구성할 수도 있으며, 코어와 플런저를 동시에 상호 반대방향으로 회전하도록 구성할 수도 있다.
또한, 전술 및 도시한 실시예에서는, 플런저의 외경면에 돌기부를 구성하고 플런저의 외측에 안내슬롯이 형성된 안내장치를 배치한 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 안내슬롯을 보빈에 형성되도록 할 수도 있다. 그리고, 플런저에 안내그루브(안내슬롯)를 형성하고, 보빈 또는 별도의 안내장치에 돌기부를 구성할 수 있음은 물론이다.
그리고, 전술 및 도시한 실시예에서는 코어 및 플런저에 반원단면형상의 돌출부가 각각 구성된 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 돌출부의 기동시의 흡인력 등을 고려하여 달리 구성할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 초기기동시 기동특성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 기동후에도 잉여 전자기력의 발생을 억제시킬 수 있어 잉여 전자기력에 기인한 진동 및 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있는 리니어 액튜에이터가 제공된다.
또한, 본 발명에 따른 리니어 액튜에이터에서는 코어와 플런저에 각각 형성된 돌출부의 형상에 따라 상호 대면위치를 적절히 조절함으로써, 코어와 플런저사이에 발생되는 흡인력을 조절할 수 있다.

Claims (6)

  1. 축심을 따라 수용공이 형성된 바디와; 일단에 부분 원호상단면을 가지도록 돌출된 제1돌출부가 형성되어 있으며 적어도 상기 제1돌출부영역이 상기 수용공내에 수용되는 자성체의 코어와; 일단에 부분 원호상 단면을 가지도록 돌출된 제2돌출부가 형성되어 있으며 상기 제1돌출부와의 사이에 소정의 공극을 두고 상기 수용공내에 유동가능하도록 수용되는 자성체의 플런저와; 상기 코어와 상기 플런저의 둘레영역에 권취되어 상기 코어와 상기 플런저를 통과하는 자속을 발생시키는 코일과; 상기 코어와 상기 플런저의 상호 접근 및 이반시 상기 코어와 상기 플런저중 적어도 어느 하나를 이동축선에 가로로 회전안내하는 회전안내수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어 및 상기 플런저와 상기 코일사이에 개재되며 외경면에 상기 코일이 권취되는 보빈을 더 포함하며,
    상기 회전안내수단은, 상기 플런저와 상기 보빈중 어느 하나로부터 돌출된 돌기부와, 상기 플런저와 상기 보빈중 다른 하나의 둘레면을 따라 상기 이동축선에 대해 경사지게 형성되고 상기 돌기부를 수용하여 회전안내하는 안내슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 플런저의 외경면으로부터 돌출형성되며, 상기 안내슬롯은 상기 보빈에 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 안내슬롯과 상기 돌기부사이에 개재되는 슬라이딩부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어에는 축심을 따라 로드수용공이 관통형성되어 있으며, 상기 플런저에는 상기 로드수용공을 통과하여 일단이 외부에 노출되는 푸쉬로드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터.
  6. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어 및 상기 플런저의 상호 접근 및 이반시 상기 코어와 상기 플런저중 적어도 어느 하나의 상대회전량을 조절하는 회전량조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터.
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