KR100387320B1 - 원통직선운동코일및환상회전운동코일을갖는전자작동기와이작동기및계측시스템을포함하는작동기유닛및상기작동기또는작동기유닛을포함하는기계 - Google Patents

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코르넬리스 콤프테르 요한
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명의 전자 작동기(1)는 작동기 축(1a)을 따라 서로에 대해 직선 운동 가능하고 작동기 축 주위에 회전운동 가능한 2개의 작동기 섹션을 포함하고, 이 때 제1 작동기 섹션(1)은 코일부를 구성하고, 제2 작동기 섹션(3)은 공기 갭을 통해 코일부와 협동하기 위한 영구 자석부를 구성한다. 코일부는 자기 전도성 요크(5) 상에 배치되고 작동기 축과 동축인 원통 직선운동 코일(9) 및 환상 회전운동 코일(7)을 포함한다. 영구 자석부는 직선운동 코일 및 회전운동 코일 모두와 협력하기 위하여 작동기 축과 동축인 환상 자석(11)을 포함한다. 자석은 환상 세그먼트(13)에 의해 차단되는 방사상 자화(B)를 갖는다. 자기 전도성 요크는 직선운동 코일이 그 주위에 배열되는 중심 코어(5a) 및 회전운동 코일이 그 위에 배치되는 셸(5b)을 갖는다. 코어 및 셸은 환상 자석이 그 안에 배치되는 공간을 한정하고, 자기 전도성 요크는 중심 코어 및 셸을 연결하는 브릿지(5c)를 포함한다.

Description

원통형 직선운동 코일 및 환상 회전운동 코일을 갖는 전자작동기와, 이 작동기 및 계측시스템을 포함하는 작동기 유닛, 및 상기 작동기 또는 작동기 유닛을 포함하는 기계
본 발명은 작동기 축을 따라 서로에 대해 직선운동 가능하고 작동기 축에 대해 회전운동 가능한 2개의 작동기 섹션을 포함하고, 여기서 제1 작동기 섹션은 코일부를 포함하고 제2 작동기 섹션은 공기 갭을 통해 코일부와 협력하기 위한 영구 자석부를 포함하는 전자 작동기(electromagnetic actuator)에 관한 것이다.
독일 특허 공개 제24 51 718호(본 명세서에서 참고 문헌으로 인용함)는 고정자에 대해 회전운동 및 직선운동을 모두 수행할 수 있는 접촉자(armature)를 갖는 전기 모터를 개략적으로 나타낸다. 접촉자는 다수의 영구 자석을 포함하고, 고정자는 구동 코일을 갖는 다수의 고정자 세그먼트로 구성된다. 전자 회로는 구동 코일에 선별적으로 전류를 통하게 하기 위하여 제공되었다.
본 발명의 목적은 간단한 방법으로 직선운동 및 회전운동을 수행할 수 있는 전자 작동기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전자 작동기는, 코일부가 자기 전도성 요크 상에 배치되고 작동기 축과 동축을 이루는 원통형 직선운동 코일 및 환상 회전운동 코일을 포함하고, 영구 자석부가 직선운동 코일 및 회전운동 코일 모두와 협력하기 위하여 작동기 축과 동축을 이루는 환상 자석을 포함하고, 이 자석은 환상 세그먼트에 의해 차단되는 방사상 자화를 갖고, 이 때 자기 전도성 요크는 직선운동 코일이 그 주위에 배열되는 중심 코어, 및 회전운동 코일이 그 위에 배치되는 셸(shell)을 갖고, 상기 코어 및 셸은 환상 자석이 그 안에 배치되는 공간을 한정하고, 자기 전도성 요크는 중심 코어 및 셸을 연결하는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
직선운동 및 회전운동을 수행할 수 있는 작동기 또는 모터에서는 2개의 서로 수직 방향의 구동력이 필요하며, 이들 중 한 힘은 직선운동에 사용되고, 나머지 힘은 회전운동을 위한 토크를 발생시키는데 사용된다. 본 발명에 따른 작동기에서 코일에 전류를 통할 때, 서로 횡단 방향으로 연장되고 한 자기장을 통과하는 코일 섹션에 의해 2개의 서로 수직 방향의 구동력이 생성될 수 있다. 이것의 이점은 필요한 코일, 즉 원통형 코일 및 환상 코일이 겹쳐지지 않기 때문에 간결하고 단순한 제조가 가능하다. 2개의 코일은 모두 동일한 레벨 또는 동일한 영역 중에 위치하고, 환상 자석은 바람직하게는 이들 코일 사이에서 연장된다. 중심 코어 주위에 배열된 원통형 코일의 나선형 턴(turn)은 전류를 통했을 때 직선운동을 일으킨다. 그 자체가 불연속성인 환상 코일의 턴은 전류를 통했을 때 회전운동을 일으킨다. 이동하는 물질이 작은 것일 수 있고, 간단함 때문에 작동기의 생산 비용이 낮다는 것이 이점이다. 다른 이점은 이렇게 발생된 구동력이 한 작동기 섹션의 다른 작동기 섹션에 대한 위치 변화에는 거의 무관하다는 것이다.
본 발명에 따른 작동기는 원통형 코일 및 자석의 축방향 치수에 의해 정해지는 직선운동의 행정과, 환상 세그먼트 및 환상 코일의 접선방향 치수, 즉 작동기의 원주 방향에서 볼 때의 치수에 의해 정해지는 회전운동의 행정을 갖는다. 전력 손실을 최소화시키기 위하여, 비교적 큰 직선운동의 행정 및/또는 회전운동의 행정을 갖는 경우에는 정해진 힘 또는 토크를 얻는데 보다 적은 전력이 필요하도록 1개 이상의 직선운동 코일소자 및/또는 회전운동 코일소자를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 작동기의 환상 세그먼트가 회전 중에 환상 코일에 자속 변화를 일으키기 때문에 이 세그먼트는 항상 환상 코일에 의해 정해진 입체각 이내에 위치되어야 한다. 한 작동기 섹션의 다른 작동기 섹션에 대한 직선운동 및 회전운동은 어떠한 문제없이 서로 독립적으로 수행될 수 있다.
바람직하게는, 작동기는 이동 가능한 작동기 섹션에 고정된 구동 부재를 바깥 방향으로 안내하기 위한 작동기 축의 횡방향으로 배향된 단부 표면을 갖는다. 중심 코어 및 셸을 연결하는 브릿지는 바람직하게는 개방된 단부 표면의 반대쪽 단부 표면에 위치한다. 자기 전도성 요크, 특히 연질 자성체 요크는 이동 가능한 작동기 섹션에 대한 베어링 수단을 수용하기 위한 중앙 채널을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 작동기의 한 실시예는 셸이 자기 전도체의 차단된 원통형 벽에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 직선운동 코일을 통과하는 전류의 정해진 값에 따라 생성된 토크는 작동기 섹션의 상대적 회전운동 위치와는 실질적으로 독립적이다. 이와 관련하여, 셸이 작동기 축과 평행하게 연장되고 브릿지 근처에 위치하는 슬롯형 갭을 갖는 것이 바람직하다. 셸의 강도를 위해 갭을 비자화 물질로 충전시킬 수 있다.
본 발명에 따른 작동기의 한 실시예는 환상 세그먼트가 환상 자석 내의 불연속부에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 자석부의 원주 상에 걸쳐 균질한 질량분포를 얻기 위하여, 불연속부는 비자성 환상 세그먼트로 충전될 수 있다. 마지막이 언급한 단계는 또한 자석부의 강도를 개선시킨다.
본 발명에 따른 한 실시예는, 환상 자석과 환상 세그먼트가 함께 연속고리를 형성하며, 환상 세그먼트가 환상 자석과 반대로 자화되는 것을 특징으로 한다. 나머지 부분의 고리와 반대로 자화되어 고리를 완성시키는 세그먼트는, 세그먼트가 자화되지 않는 경우와 비교했을 때 환상 코일에 의해 결합되는 자속 변화의 증가, 즉 자속의 2배 증가로 인하여 회전운동 방향으로 보다 큰 토크, 구체적으로는 2배로 큰 토크를 생성시킨다. 또한, 환상 자석은 균질한 질량 분포 및 높은 강도를 가지며, 이것이 작동기의 동적 특성에 바람직한 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 작동기의 한 실시예는 제1 작동기 섹션이 고정 섹션임을 특징으로 한다. 이 실시예에서 그 자체가 공지된 물질, 예를 들면 NbFeB의 영구 자석을 포함할 수 있는 자석부는 코일부에 대해 이동 가능하게 배열된다. 이것은 이동 가능한 부품에 어떠한 연결 와이어도 연결되지 않는다는 이점이 있다.
유럽 특허 제0,482,321호(본 명세서에서 참고 문헌으로 인용함)로부터 회전운동 섹션이 그 위에 적층된 직선 섹션을 갖는 복합 모터가 공지되어 있다. 각 섹션은 별도의 고정자 및 별도의 회전자를 갖고, 2개의 섹션의 고정자들은 서로 고정되어 있으며, 회전자는 공통의 구동축에 고정된다. 구동축은 그의 중심 축에 대하여 직선운동 및 회전운동을 수행할 수 있다. 이러한 공지된 모터의 단점은 2개의 적층된 모터 섹션의 결과로서 구조물의 축 치수가 크다는 것이다. 다른 단점은 2개의 회전자가 필요하기 때문에 이동 가능한 섹션의 질량이 크다는 것이다. 또다른단점은 소정의 직선운동 및 회전운동을 실현하기 위해서는 각 모터 섹터에 대해 적어도 2개의 증폭기가 필요하다는 것이다.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 작동기 및, 한 작동기 섹션의 다른 작동기 섹션에 대한 직선운동 위치 및 회전운동 위치를 결정하기 위한 계측 시스템(measurement system)을 포함하는 작동기 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 따른 작동기의 이동 가능한 섹션의 이동을 제어하기 위하여, 조작 동안 고정 작동기 섹션에 대한 이동 가능한 작동기 섹션의 상대적 위치를 알아야할 필요가 있다. 이러한 목적으로 2차원 측정이 가능한 계측 시스템을 사용한다.
본 발명에 따른 작동기 유닛의 한 실시예는, 계측 시스템이 한 작동기 섹션 상에 위치하고 제1 투명 영역 패턴을 갖는 원통형 정보 운반체와, 다른 작동기 섹션 상에 위치하고 제2 투명 영역 패턴을 갖는 마스크, 방사선원 시스템 및 이 방사선원 시스템 맞은 편에 배열된 방사선에 민감한 센서 시스템을 갖는 장치를 포함하고, 이때 제1 투명 영역 패턴 및 상기 제1 투명 영역 패턴과 평행하게 연장되는 제2 투명 영역 패턴이 방사선원 시스템과 센서 시스템 사이에서 연장되는 것을 특징으로 한다. 방사선원 시스템은 일반적으로 다수의 방사선원을 포함하고, 센서 시스템은 다수의 센서를 포함한다. 정보 운반체가 회전하면 센서에서는 강도 전이(intensity transition)를 관측하게 된다. 가시선 비임, 즉 광 비임을 사용한 경우 강도 전이는 어두운 광(dark-light) 전이가 될 것이다. 계측 시스템은 직선운동 및 회전운동을 모두 감지할 수 있다. 센서가 정보 운반체를 통해 마스크내의 제2 투명 영역을 거쳐 방사선원, 예를 들면 광원을 관측할 수 있으면 직선운동이검출된다.
제1 투명 영역은 작은 개구에 의해 형성될 수 있으며, 제2 투명 영역은 바람직하게는 슬릿의 형태를 취한다. 직선운동에 대해 수직으로 연장되는 슬릿의 경우에는 정보 운반체가 직선운동할 때 겅도 전이가 관측될 것이다. 회전운동에 대해 수직으로 연장되는 슬릿의 경우에는 정보 운반체가 회전운동할 때 강도 전이가 관측될 것이다. 이들 강도 전이는 상기 투명 영역의 서로에 대한 상대적 위치를 알아내는데 사용된다.
본 발명에 따른 작동기 시스템에 사용된 광학 계측 시스템은 직선운동 및 회전운동을 동시에 독립적으로 측정할 수 있다는 특별한 이점을 갖는다.
본 발명에 따른 작동기 유닛의 한 실용적 실시예는 방사선원이 발광다이오드이고 센서가 포토다이오드인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 작동기 유닛의 한 실시예는 계측 시스템의 실제의 직선운동 위치를 나타내는 출력 신호와 소정의 직선운동 위치를 나타내는 신호(설정점; Sollwert)와 비교하여 제1 차이 신호를 발생시키고, 또한 계측 시스템의 실제의 회전운동 위치를 나타내는 출력 신호를 소정의 회전운동 위치를 나타내는 신호(설정점; Sollwert)와 비교하여 제2 차이 신호를 발생시키는 수단을 포함하고, 이들 차이 신호가 직선운동 코일 및 회전운동 코일을 제어하기 위하여 제어 장치에 적용되는 제어 시스템이 제공되는 것을 특징으로 한다.
이 실시예의 이점은 2개의 작동기 섹션 사이에 전기 배선이 없다는 것이다. 또한, 카본 브러쉬 및 와이퍼를 필요로 하지 않을 수 있다. 게다가, 각각의 코일은단지 단상 드라이브만을 필요로 한다.
본 발명은 물체를 집어 올려 배치하는 기계, 예를 들면 인쇄 회로판상에 전자 부품을 장착시키기 위한 조작기 또는 기계에 관한 것이다.
상기 전자 부품 장착 기계는 여러 가지의 기능을 갖는다. 제1 기능은 단자 접촉이 인쇄 회로판의 인쇄 전도체와 일치하는 방식으로 부품을 정확하게 배치 및 정렬시키는 것이다. 제2 기능은 관련 부품을 인쇄 회로판 상으로 압착시키는 것일 수 있다.
본 발명에 따라 물체를 집어 올려 배치하는 기계는 본 발명에 따른 작동기 또는 본 발명에 따른 작동기 유닛을 포함할 수 있다.
유럽 특허 제0,235,045호(본 명세서에서 참고 문헌으로 인용함)에는, 부품을 집어 올려 장착시키는 기계를 개시하고 있는데, 이 기계는 리니어 모터(linear motor) 및 회전 모터를 수용하는 하우징, 및 이 하우징에 고정된 그리퍼(gripper) 수단을 포함한다. 2개의 중공 구동축은 진공관을 통해 진공 장치에 신축 가능하게 연결된다. 리니어 모터는 제1 구동축 상에 장착된 코일 및 고정 배열된 일련의 원통형 영구 자석을 포함한다. 상기 코일에 전류가 통할 때 구동축은 축 방향으로 이동할 수 있다. 회전 모터는 하우징의 내벽 상에 장착된 코일 및 제2 구동축 상에 장착된 회전자를 포함한다. 뒤에 언급한 코일에 전류가 통할 때 제2 구동축은 그의 종방향축 주위를 회전할 수 있다. 하우징에 고정된 그리퍼 수단은 구동축의 축방향 이동에 의해 개폐될 수 있는 핑거(finger)를 포함하며, 이 핑거는 기계의 종방향 축 주위로 제2 구동축의 회전에 의해 회전할 수 있다. 이 공지된 기계의 단점은 적층된 모터로 인하여 축방향 치수가 크다고 하는 것이다. 다른 단점은 2개의 모터에서 공통의 직선운동 가능하고 회전운동 가능한 소자의 질량이 크다는 것이다.
이하, 본 발명을 도면을 참고로 한 실시예를 통해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 따른 전자 작동기의 제1 실시예의 고정 작동기 섹션을 나타내는 개략 투시도.
제2도는 제1 실시예의 이동 가능한 섹션을 나타내는 개략 투시도.
제3도는 본 발명에 따른 작동기의 제2 실시예를 포함하는 본 발명에 따른 기계를 나타내며, 제5도의 선 III-III을 따라 절단한 종단면도.
제4도는 본 발명에 따른 작동기의 제2 실시예를 포함하는 기계를 나타내며, 제5도의 선 IV-IV를 따라 절단한 부분 종단면도.
제5도는 작동기의 제2 실시예를 포함하는 기계를 나타내며, 제4도의 선 V-V를 따라 절단한 횡단면도.
제6도는 제어 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 작동기 유닛을 개략적으로 도시한 도면.
제7도는 본 발명에 따른 작동기 유닛의 계측 시스템의 원통형 정보 운반체의 전개도.
제8도는 상기한 계측 시스템의 마스크를 개략적으로 나타낸 도면.
제9도는 상기 계측 시스템의 배치를 개략적으로 나타낸 도면.
제1 및 2도에 나타낸 본 발명의 전자 작동기는 고정된 제1 작동기 섹션(1)및 이 제1 부품에 대해 이동 가능한 제2 작동기 섹션(3)을 포함한다. 고정된 제1 작동기 섹션(1)은 원통형 벽 또는 셸(5a), 중심 코어(5b) 및 원통형 셸(5a)을 중심 코어(5b)에 연결하는 브릿지 (5c)를 갖는 연질 자성 요크(5), 예를 들면 철 요크를 포함한다. 제1 작동기 섹션(1)은 작동기 축(1a) 및 2개의 말단 표면(1b, 1c)을 갖고, 브릿지(5c)는 말단 표면(1c) 부근 또는 말단 표면(1c)의 평면 내에서 연장된다. 셸(5a)에는 브릿지(5c)에 대향하는 턴이 제공되어 환상 코일(7)을 형성한다. 코어(5b)에는 원통형 코일(9)을 형성하도록 턴이 제공된다. 이동 가능한 제2 작동기 섹션(3)은 환상 영구자석(11)을 포함하고, 이 자석은 환상 세그먼트(13)을 제외하고는 바깥쪽으로 배향된 방사상 자기장(B)을 갖는다. 자석(11)은 바람직하게는 고품질의 자성체, 예를 들면 네오디뮴-철-붕소로부터 제조된다. 환상 세그먼트(13)는 비자성체로 이루어지지만 바람직하게는 환상 자석(11)에 대해 반대 방향으로 방사상으로 자화되는 자성체로 제조된다.
조립된 상태에서 제2 작동기 섹션(3)은 제1 작동기 섹션(1)의 셸(5a)과 코어(5c) 사이에 존재하는 공간 중에서 연장된다. 이를 위하여 제1 작동기 섹션(1)은 제2 작동기 섹션(3)의 베어링축(17)을 회전 이동 가능하고 직선 이동 가능하게 장착하기 위한 베어링 수단, 예를 들면 코어(15) 중의 축방향 관통 보어(bore)(15)를 포함한다. 공기 갭은 자석(11)과 환상 코일(7) 사이 및 자석(11)과 원통형 코일(9) 사이에 형성된다. 자석(11)은, 동력을 연속적으로 발전시키기 위해 환상 세그먼트(13)가 항상 환상 코일(7)의 턴맞은 편이 배치되도록 하는 그러한 방법으로 환상 코일(7)에 대해 배치되어 있다. 이를 위하여 회전운동의 행정을 제한하는수단이 제공될 수 있다.
원통형 코일(9)에 전류가 통할 때 자석(11)에 대한 축방향의 연속적인 형이 가해져 제2 작동기 섹션(3)을 Z 방향으로 이동시킨다. 셸(5a) 및 코어(5b)는 브릿지(5c)의 존재 때문에 동일한 자기 포텐셜(magnetic potential)을 가진다. 코일(9)에 전류가 통할 때 이 코일의 자력선은 코어(5b)로부터 브릿지(5c)를 통해 셸(5a)로 전파되며 이어서 자석(11)이 위치하고 있는 공간(6)을 가로지른다. 자석(11)으로부터의 자력선은 코일(9)의 자력선과 유사한 경로를 갖는다. 축방향의 로렌쯔(Lorentz) 힘은 전류를 통한 코일(9)의 턴 수가 자속과 연결되어 있어서 자석(11)이 Z 방향으로 이동할 때 변하기 때문에 생성된다. 턴이 규칙적으로 배열될 때 생성된 로렌쯔 힘의 크기는 실질적으로 공간(6) 내의 자석(11)의 위치와는 무관하다.
셸(5a)은 축방향의 슬롯형 갭 또는 슬롯(19)을 갖는다. 환상 코일(7)에 전류가 통할 때 이 코일 내에 자기장이 생기며, 이 자력선은 셸(5a)로부터 공간(9)를 통해 코어(5c)로 전파되고, 코어(5b)로부터 브릿지(5c)를 통해 셸(5a)로 돌아간다. 셸(5a) 중의 갭(19)은 자속이 단지 한 방향으로만 셸(5a)을 통해 브릿지(5c)로 통과할 수 있게 한다. 자석(11)으로부터의 자력선은 자석(11)로부터 공기 갭을 통해 셸(5a)로, 이 셸(5a)로부터 브릿지(5c)를 통해 코어(5b)로, 그리고 마지막으로 코어(5b)로부터 공기 갭을 통해 자석(11)으로 이어지는 경로를 가진다. 세그먼트(13)가 존재하기 때문에, 코일(7) 내의 자속 연결은 작동기 섹션(3)이방향으로 회전할 때 변한다. 이 자속 변화는 힘이 접선 방향으로 발전하는데 필요하다. 코일(7)에 전류가 통할 때방향으로의 회전을 위한 토크를 만드는 로렌쯔 힘 즉 접선 방향의 힘이 생성된다.
제1 및 2도로부터 명백한 바와 같이, 코일, 즉 회전운동 코일 또는코일(7) 및 이코일(7) 내에 위치하는 직선운동 코일 또는 Z 코일(9)을 통한 전류는, 2개의 코일이 모두 한 개의 동일한 자석부(본 실시예에서는 자석(11) 및 환상 세그먼트(13)를 포함함)와 협력할 수 있도록 코일에 전류가 통할 때 서로에 대해 거의 수직이다. 코일(7 및 9)은 동시에 또는 서로에 대해 독립적으로 전류를 통할 수 있다. 방향 및/또는 세기가 필요한 힘 또는 필요한 토크에 따라 변할 수 있는 전류로 에너지를 공급할 수 있다.
제3, 4 및 5도에 나타낸 본 발명의 기계는 전자 부품과 같은 물체를 집어 올리고, 고정시키고, 이동시키고 배치할 수 있다. 상기 기계는 단지 개략적으로 나타낸 프레임(102), 프레임(102)이 고정된 본 발명에 따른 전자 작동기(10) 및 진공 시스템(108)을 포함한다. 프레임(102)은 고정 프레임일 수 있거나 또는 이동 메카니즘의 한 부분을 이룰 수 있고, 예를 들면 슬라이드 또는 피봇 아암과 같이 제작될 수 있다. 전자 작동기(104)는 프레임(102) 상에 장착된 제1 작동기 섹션(101), 및 직선 이동 가능하고 회전 이동 가능하도록 제1 작동기 섹션(101) 내에 장착된 제2 작동기 섹션(103)을 포함한다. 제1 작동기 섹션(101)은, 원통형 셸(105a), 중심 코어(105b) 및 상기 셸(105a)과 중심 코어(105b)를 연결하는 브릿지(105c)로서 구성되는 연질 자성 요크(105)를 갖는다. 셸(105a)은 슬롯형 축방향 갭(119)을 가지며, 이번 경우에 이 갭은 셸을 보강하기 위하여 비자화 물질로 충전되었다. 제1작동기 섹션(101)은 추가로 셸(105a) 주위에 배열된 환상 코일(107) 및 코어(105b) 주위에 배열된 원통형 코일(109)로서 구성되는 코일부를 갖는다. 작동기(104)는 코어(105b) 내의 중심 보어(115)에 의해 형성되는 작동기 축(101a)을 갖는다. 보어(115)는 지극히 낮은 마찰 저항을 갖는 제2 작동기 섹션(103)의 구동축(117)을 지탱하기 위하여 공기 베어링(112)를 갖는 베어링 슬리브(110)를 수용한다. 구동축(117)은 중공이고, 구동 측의 벽 중의 포트(116)를 통해 제1 작동기 섹션(101) 중의 진공 공간(118)과 소통하는 축방향 공동(114)을 갖는다. 진공 공간(118)은 진공 펌프에 연결시키기 위한 덕트(120)를 통해 밸브(122)와 연결되어 있다. 중공 축(117) 상에는 흡인 패드(124)가 장착된다.
제2 작동기 섹션(103)은 에어 갭을 통해 코일(107, 109)과 협력하기 위한 영구 자석부를 포함한다. 이 영구 자석부는 방사상 내향 및 방사상 외향으로 자화되고, 본 실시예에서는 3개의 적층된 환상 부품으로 이루어진 자석(111)을 포함한다. 환상 자석(113)은 코일(107, 109) 사이에서 연장되며, 자화 방향이 나머지 자석(111)의 방향과 반대되는 영구 자석 세그먼트(113)를 갖는다. 자석(111)은 지지체(126)에 고정되고, 이 지지체는 연결 디스크(128)를 통해 구동 축(117)에 고정된다.
본 실시예에서 회전운동 코일(107)은 약 200° 회전하고, 환상 세그먼트(113)는 약 215° 커버하며, 회전운동 코일은 축방향 갭(119)으로부터 연장하고, 환상 세그먼트(113)는 회전운동 코일(107)에 의해 한정되는 영역 내에 배치된다. 세그먼트(113)가 항상 회전운동 코일(107) 맞은 편에 배치되도록 하기 위하여 2개의 작동기 섹션(101, 103)에 정지부를 설치하여 작동기 섹션(103)의 회전각을 제한할 수 있다.
본 발명에 따른 기계는 예를 들면, 특히 표면 장착 소자(SMD) 기술을 사용할 때 인쇄 회로판 상에 전자 부품을 장착시키는데 적합하다. SMD 기술을 사용할 때 부품들은 인쇄 회로판 상에 접착되거나 또는 납땜된다. 본 발명에 따른 기계를 사용하여, 이 기계에 사용된 본 발명의 작동기로 흡인 패드를 부품에 대해 배치시킨 후 부품을 공급 시스템으로부터 집어 올릴 수 있다. 이어서, 부품을 인쇄 회로판을 향해 이동시키고 회전운동 코일(107)에 에너지를 공급하여 부품을 인쇄 회로판을 향해 배향시킨다. 이어서, 부품을 인쇄 회로판 상의 장착 위치로 이동시켜 인쇄 회로판 상에 제공된 접착층 내로 압착시킨다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 작동기를 한 작동기 섹션의 다른 작동기 섹션에 대한 직선 이동 위치 및 회전 이동 위치를 결정하기 위한 계측 시스템과 함께 사용한다. 계측 시스템은 작동기 사용 중에 원하는 순간에 실제의 직선 이동 위치를 나타내는 제1 출력 신호 및/또는 실제의 회전 이동위치를 나타내는 제2 출력 신호를 공급하여, 본 발명에 따른 작동기에 추가하여 작동기용 제어 시스템도 또한 포함하는 작동기 유닛에서 성공적으로 사용할 수 있다.
제6도는 작동기의 실제 직선운등 위치를 나타내는 제1 신호 z 및 작동기의 실제 회전운동 위치를 나타내는 제2 신호를 공급하는 계측 시스템 II와 함께 제공될 수 있는 본 발명의 작동기의 한 실시예 I를 나타내는 블록 다이어그램이다. 신호 z 및를 각각 가산기 A1 및 A2에 적용시킨다. 또한, 소정의 직선운동 위치에 관한 신호 z3을 가산기 A1에 적용시킨다. 가산기 A1로부터의 차이 신호를 제어기 III에 적용시킨다. 제어기 III는 작동기의 직선운동 코일을 제어한다. 또한 신호에 더하여 소정의 회전운동 위치에 관한 신호 3을 가산기 A2에 적용시킨다. 가산기 A2로부터의 차이 신호를 적용시킨 제어기 IV는 작동기의 회전운동 코일을 제어한다.
제7, 8, 9도에 나타낸 계측 시스템은 원통형 정보 운반체(201)를 포함한다. 정보 운반체(201)는 예를 들면 유리 또는 적절한 합성수지의 투명한 원통형 몸체를 구비하고, 이 몸체에는 예를 들면 알루미늄의 비투명층이 예를 들면 진공 증착법으로 형성되고, 상기 비투명층에는 투명한 영역(205)의 패턴을 형성하기 위하여 예를 들면 레이저 비임을 사용하여 절제시켜 개구부(aperture:205)를 형성시킨다. 투명한 영역(205)의 패턴은 2개의 방향, z 및로 규칙적으로 연장되고, 개구부는 장방형 또는 원형의 형태를 갖는다. 인코더 실린더(encoder cylinder)라고도 불리는 정보 운반체(201)는 본 발명에 따른 작동기의 이동 가능한 작동기 섹션의 일부를 이룬다. 이와 관련하여, 이동 가능한 제2 작동기 섹션(3)이 상기 정보 운반체(201)를 포함하고 있는 제2도를 참고로 할 수 있다. 정보 운반체(201)는 자석(11)에 접속되어, 환상 코일(7) 및/또는 원통형 코일(9)에 에너지가 공급되는 경우(제1도 참조) 결과적으로 자석(11)과 동일한 운동을 수행한다. 투명한 영역(205)의 패턴은 정보 운반체(201) 원주 전체에 걸쳐 제공될 필요는 없고 다만 이동가능한 작동기 섹션의 회전각과 동일한 원주각에 대해서만 제공된다. 본 발명에 따른 계측 시스템은 투명한 영역(209)의 패턴을 갖는 마스크(207)을 추가로 포함한다. 투명한 영역(209)의 패턴은 Z 방향으로 연장되는 슬릿(211)을 갖는 서브패턴(211A 및 211B) 및방향으로 연장되는 슬릿(213z)을 갖는 서브패턴(213A 및 213B)을 갖는다. 마스크(207)는 본 발명에 따른 작동기의 고정 작동기 섹션에 부착되는데, 제1도에서는 이 작동기 섹션이 도면부호(1)를 갖는다. 다수의 발광 다이오드를 작동기 섹션(1)의 부분(5b) 상에 및 인코더 실린더 내에 배치시킨다. 동일한 다수의 포토다이오드를 작동기 섹션(1)의 부분(5a) 상에 및 인코더 실린더 밖에 배치시킨다. 정보 운반체(201) 및 마스크(207)가 한 편으로는 발광 다이오드와 다른 한 편으로는 포토다이오드와의 사이에 연장되도록 배열한다. 이러한 배열은 발광 다이오드(215)와 포토다이오드(217)가 대칭을 이루며 도시되어 있다.
본 발명의 작동기 유닛에 사용된 계측 시스템에 의해, 고정 작동기 섹션에 대한 이동 가능한 작동기 섹션의 상대적인 직선 이동 및 회전 이동을 결정할 수 있다. 직선 이동의 경우에 직선 이동 z 방향에 대해 횡으로 연장되는 슬릿(213z)이 사용되며, 정보 운반체(201) 내의 개구부(203) 및 슬릿(213z)의 상대적 이동의 결과로서 명암 전이(light-dark transition)가 포토다이오드에서 관측된다. 마찬가지로, 회전 이동의 경우에는 회전 방향에 대해 횡으로 연장되는 슬릿(211)과 개구부(203) 사이의 상대적 이동의 결과로서 명암 전이가 관측된다.
슬릿(211및 213z)은 개구부(203)의 크기에 상응하여 예를 들면 50 μm의 폭을 가질 수 있다. 슬릿의 길이는 각각 정보 운반체(201) 중에 사용된 피치 p 및p'의 수배에 대응할 수 있다. 본 실시예에서는 한 방향에서 다른 방향으로의 이동에 대한 영향을 최소화시키기 위하여 피치의 6배에 해당하는 비교적 큰 길이가 선택되었다. 직선 이동 방향의 피치 p'가 회전 이동 방향의 피치 p와 동일할 필요는 없다는 것을 주목해야 한다.
본 발명의 계측 시스템은 각 이동 방향에서의 이동을 측정하기 위하여 4개의 포토다이오드(217) 및 2쌍의 서브 패턴(211A, 211B) 또는 (213A, 213B) 한 세트를 사용한다. 각 서브 패턴은 각 세트가 4개의 슬릿 그룹을 갖도록 다수의 평행한 슬릿(211또는 213z)을 갖는다. 각 세트에서 슬릿 그룹은 정보 운반체에서 사용된 피치 p와 이 피치의 1/4의 합, 즉 (p + 1/4p)의 배수만큼 서로 오프셋된다. 각 방향 당 2개의 상 전이 신호를 측정함으로써, 이동 가능한 작동기 섹션의 이동 방향을 정할 수 있다. 고정 작동기 섹션에 대한 이동 가능한 작동기 섹션의 (상대적) 위치는 명암 전이의 횟수를 계산함으로써 정할 수 있다.
본 발명이 본 명세서에서 나타낸 예시적 실시예로 한정되지 않는다는 것을 주목해야 한다.

Claims (11)

  1. 작동기 축을 따라 서로에 대해 직선운동 가능하고 또 작동기 축에 대해 회전운동 가능한 2개의 작동기 섹션을 포함하고, 제1 작동기 섹션은 코일부로서 구성되고, 제2 작동기 섹션은 공기 갭을 거쳐 상기 코일부와 협동하는 영구 자석부로서 구성되어 있는 전자 작동기에 있어서,
    상기 코일부가 자기 전도성 요크 상에 배치되고 작동기 축과 동축을 이루는 원통형 직선운동 코일 및 환상 회전운동 코일을 포함하고, 상기 영구자석부가 직선운동 코일 및 회전운동 코일 모두와 협동하기 위하여 작동기축과 동축을 이루는 환상 자석을 포함하고, 상기 환상 자석은 환상 세그먼트에 의해 차단되는 방사상 자화를 갖고, 상기 자기 전도성 요크는 직선운동 코일이 그 주위에 배열되는 중심 코어 및 회전운동 코일이 그 위에 배치되는 셸을 갖고, 상기 코어 및 셸은 환상 자석이 그 안에 배치되는 공간을 한정하고, 상기 자기 전도성 요크는 중심 코어 및 셸을 연결하는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 작동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셸이 자기 전도체의 차단된 원통 벽에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전자 작동기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 셸이 작동기 축과 평행하게 연장되고 브릿지 근처에 위치하는 슬롯형 갭을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 작동기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 환상 세그먼트가 환상 자석 중에서의 불연속부(discontinuity)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전자 작동기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환상 세그먼트가 환상 자석과 반대로 자화되어, 환상 자석과 환상 세그먼트가 함께 연속 고리를 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 작동기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 작동기 섹션이 고정 섹션인 것을 특징으로 하는 전자 작동기.
  7. 제1항 기재의 작동기 및 한 작동기 섹션의 다른 작동기 섹션에 대한 상대적 직선운동 위치 및 회전운동 위치를 결정하기 위한 계측 시스템을 포함하는 작동기 유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 계측 시스템이 한 작동기 섹션 상에 위치하고 제 1 투명 영역 패턴을갖는 원통형 정보 운반체와, 다른 작동기 섹션 상에 위치하고 제2 투명 영역 패턴을 갖는 마스크, 방사선원 시스템 및 방사선원 시스템 맞은 편에 배열된 방사선 민감성 센서 시스템을 갖는 유닛을 포함하고, 상기 제1 투명 영역 패턴 및 상기 제1 투명 영역 패턴과 평행하게 연장되는 제2 투명 영역 패턴이 방사선원 시스템과 센서 시스템 사이로 연장되는 것을 특징으로 하는 작동기 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방사선원으로서 발광 다이오드를 사용하고, 센서로서 포토다이오드를 사용하는 것을 특징으로 하는 작동기 유닛.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    계측 시스템의 실제의 직선운동 위치를 나타내는 출력 신호를 소정의 직선운동 위치를 나타내는 신호와 비교하여 제1 차이 신호를 발생시키고, 계측 시스템의 실제의 회전운동 위치를 나타내는 출력 신호를 소정의 회전운동 위치를 나타내는 신호와 비교하여 제2 차이 신호를 발생시키는 수단을 포함하고, 이들 차이 신호를 직선운동 코일 및 회전운동 코일을 제어하기 위하여 제어 장치에 인가하는 제어 시스템을 제공하는 것을 특징으로 하는 작동기 유닛.
  11. 제1항 기재의 하나 이상의 작동기를 포함하거나 또는 제7항 기재의 하나 이상의 작동기 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 물체를 집어 올려 배치하는 기계.
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