KR100518780B1 - 선형 엑츄에이터를 위한 가동자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직선 왕복 운동을 하는 선형 엑츄에이터에 사용되는 가동자에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가동자는 조립 제작이 용이하고 내구성이 뛰어나다. 본 발명에 따른 가동자는 서로 상응하는 형태를 갖는 영구자석과 철심을 교호로 배열하고, 이러한 배열상태를 고정수단으로 고정한 형태를 갖는다. 본 발명에 따른 또 다른 가동자는 판상의 철심을 적층하고 각 철심에 형성된 다수의 삽입공에 영구자석을 삽입 배열하고, 이러한 배열상태를 고정수단으로 고정한 한 상태에서, 영구자석과 철심을 고정수단으로 고정한 형태를 갖는다.

본 발명의 일형태에 따른 선형 엑츄에이터를 위한 가동자는 판상으로 되어 있는 다수의 영구자석들; 각각 절연되도록 피복되어 있고, 상기 영구자석에 대응하는 판 형상으로 되어 있는 다수의 철심들; 서로 접촉하며 교호로 배열되어 있는 상기 영구자석과 철심의 배열상태를 고정하는 고정수단; 및 가동자의 직선 운동방향과 같은 방향으로 배열 고정되어 있는 복귀수단을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 또 다른 형태의 가동자는 판상으로 되어 있는 다수의 영구자석들; 각각 절연되도록 피복되어 있고, 상기 영구자석이 삽입되는 다수의 삽입공이 형성되어 있으며, 가동자의 직선 운동축과 직교하는 방향으로 적층되는 다수의 철심들; 적층된 상기 철심들의 삽입공에 상기 영구자석이 삽입 배열된 상태를 고정하는 고정수단; 및 가동자의 직선 운동방향과 같은 방향으로 배열 고정되어 있는 복귀수단을 포함하여 이루어진다.

Description

선형 엑츄에이터를 위한 가동자{MOVER FOR LINEAR OSCILLATORY ACTUATOR}

본 발명은 직선 왕복 운동을 하는 선형 엑츄에이터에 사용되는 가동자에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가동자는 조립 제작이 용이하고 내구성이 뛰어나다.

본 발명에 따른 가동자는 서로 상응하는 형태를 갖는 영구자석과 철심을 교호로 배열하고, 이러한 배열상태를 고정수단으로 고정한 형태를 갖는다.

본 발명에 따른 또 다른 가동자는 판상의 철심을 적층하고 각 철심에 형성된 다수의 삽입공에 영구자석을 삽입 배열하고, 이러한 배열상태를 고정수단으로 고정한 한 상태에서, 영구자석과 철심을 고정수단으로 고정한 형태를 갖는다.

이러한 리니어 모터의 한 종류인 선형 액츄에이터는 정현파 또는 직사각형 펄스 전압파를 교대로 공급하여 가동체에 임의의 직선적인 스트로크를 반복적으로 가하여 왕복운동을 시키는 구동장치를 말한다. 이러한 선형 엑츄에이터의 종류는 가동자의 종류에 따라 코일 가동형, 철심 가동형 및 영구 자석 가동형으로 구분된다.

상기와 같은 영구자석 가동형 선형 엑츄에이터에서 고정자의 코일에 직류전류가 흐르면 고정자가 자화되어 전자석이 되고, 그러면 영구자석 이루어진 가동자는 인력과 척력의 작용에 의하여 직선으로 이동하게 된다. 이어서 고정자의 코일에 공급되는 전류방향을 바꾸어 주면 가동자에 작용하는 인력과 척력의 방향이 바뀌어 가동자는 반대방향으로 움직인다. 이렇게 고정자의 여자 전류방향을 교대로 계속 바꾸어 주면 가동자는 직선 왕복운동을 하게 된다.

이와 같이 동작되는 종래 선형 엑츄에이터는 일반적으로 철심 외부에 접착제 또는 볼트를 사용하여 결합되는 영구자석이 배열되어 있는 실린더 형태인 것이 일반적이었다.

이러한 종래 가동자는 고속으로 직선 왕복운동을 하므로 가동자의 영구자석이 쉽게 이탈되거나 손상될 수 있다는 문제점이 있다.

또한 종래의 볼트와 너트를 사용하여 영구자석을 고정시키는 방식은 여러 개의 볼트와 너트를 사용하여 영구자석을 고정하므로 제조과정에서 생산성이 저하되었다.아울러 종래에는 가동자의 내구성을 강화하기 위하여 영구자석과 철심으로 구성하는데, 종래의 기술은 철심의 외부에 영구자석이 결합되는 구조를 사용하고 있어 가동자의 질량이 커지게 되고, 이러한 증가된 질량으로 인하여 움직이는 가동자의 관성력이 그만큼 더 크게 발생하므로 결국, 가동자의 직선 왕복운동 속도가 느려지기 때문에 왕복 주파수가 수 Hz로 제한된다는 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 발명은 상기에서 서술한 바와 같은 종래 가동자의 내구성, 생산성 저하, 및 효율의 저하와 관련된 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것이다.

따라서 본 발명은 내구성, 생산성 및 효율이 뛰어난 구조를 갖는 가동자 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일형태에 따른 선형 엑츄에이터를 위한 가동자는 판상으로 되어 있는 다수의 영구자석들; 각각 절연되도록 피복되어 있고, 상기 영구자석에 대응하는 판 형상으로 되어 있는 다수의 철심들; 서로 접촉하며 교호로 배열되어 있는 상기 영구자석과 철심의 배열상태를 고정하는 고정수단; 및 가동자의 직선 운동방향과 같은 방향으로 배열 고정되어 있는 복귀수단을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 또 다른 형태의 가동자는 판상으로 되어 있는 다수의 영구자석들; 각각 절연되도록 피복되어 있고, 상기 영구자석이 삽입되는 다수의 삽입공이 형성되어 있으며, 가동자의 직선 운동축과 직교하는 방향으로 적층되는 다수의 철심들; 적층된 상기 철심들의 삽입공에 상기 영구자석이 삽입 배열된 상태를 고정하는 고정수단; 및 가동자의 직선 운동방향과 같은 방향으로 배열 고정되어 있는 복귀수단을 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선형 엑츄에이터를 위한 가동자를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어 동일한 참조부호는 동일한 기능을 갖는 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명에서 제안한 가동자를 사용한 선형 엑츄에이터를 나타낸 개략적으로 나타낸 사시도로서, 가동자(120)는 선형 엑츄에이터 내부에 한 쌍의 고정자(100, 110) 사이에 위치하며 직선 왕복 운동을 하여 직선방향으로 추진력을 발생시킨다. 도면에서 고정자(100,110)에 감긴 코일은 생략되어 있다.

다음으로 도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가동자에 대한 분해사시도와 결합사시도를 나타낸 것으로, 도시된 가동자는 판상으로 되어 있는 다수의 영구자석들(20), 자속의 통로 역할을 하며 절연되도록 피복되어 있는 다수의 철심(10), 서로 교호로 배열되어 있는 상기 영구자석(20)과 철심(10)의 배열상태를 고정하는 고정수단, 그리고 복귀수단을 포함하여 이루어져 있다.

상기 영구자석(20)과 철심(10)은 육면체의 판 형태이어서 고정자의 형태와 고정자에 권선되는 코일의 권선형태를 간략하게 할 수 있도록 되어 있는 것이 바람직하다. 또 사익 영구자석(20)과 철심(10)의 접면은 접착제에 의하여 접합되어 가동자의 내구성 향상에 기여하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3에 도시된 고정수단은 두 개의 고정판(50,51)으로, 교호로 배열된 영구자석(20)과 철심(10)의 배열상태를 고정한다. 상기 고정수단은 비자성체로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 고정판(50,51)은 각각 가동자의 직선 운동축과 직교하는 방향의 양단부에 절곡 돌출부(50a,51a)가 형성되어 있어서 자석(20)과 철심(10)을 보다 확고하게 고정할 수 있도록 되어 있다. 다시 말하면 상기 고정판(50,51)의 횡단면은 브라켓 형태인 ‘［ ’ 의 형상으로 되어 있어서, 자석(20)과 철심(10)을 감쌀 수 있다.

상기 고정판(50,51)은 결합수단에 의하여 상기 영구자석(20) 또는 철심(10)에 결합되어 고정된다. 특히 도시된 결합형태는 영구자석과 철심이 교호로 배열된 상태에서, 가동자의 운동방향의 양단부에는 각각 철심(11)이 위치하고, 상기 고정판(50,51) 각각은 결합수단에 의하여 상기 철심(11)에 고정된다. 도시된 결합수단은 볼트(70) 고정판(50,51)에 형성된 구멍, 그리고 상기 철심(11)에 형성된 나사공(40)으로 되어 있다.

다음으로 상기 복귀수단은 전기적 주파수와 기계적 주파수가 같아지도록 하는 기계적 스프링이 사용되는 것이 일반적인데, 본 발명에서 복귀수단은 가동자의 직선 왕복운동 지지축 역할을 하도록 가동자의 직선 운동축 상에 위치한 샤프트(30)와, 이 샤프트 외주면에 삽입되는 코일스프링(미도시 됨)으로 이루어진다. 상기 샤프트(30)는 상기 철심(11)과 결합되어 있어서, 상기 철심(11) 샤프트(30) 일체형 구조를 갖는다.

도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 일형태에 따른 가동자의 조립은 다음과 같이 이루어진다.

우선 철심(10)과 영구자석(20)은 번갈아 위치시켜 접착제로 접합시키며, 최종적으로 양단부에는 샤프트(30) 일체형 철심(11)을 역시 접착제로 접합시킨다.

이어서 두 고정판(50,51)으로 교호로 배열되어 서로 접합된 철심(10)과 자석(20)을 감싼 후 볼트(70)를 이용하여 고정판 각각을 상기 두 샤프트 일체형 철심(11)에 고정한다.

다음으로 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 4 및 도 5에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동자는 판상으로 되어 있는 다수의 영구자석들(20), 각각 절연되도록 피복되어 있고, 상기 영구자석(20)이 삽입되는 다수의 삽입공(12a)이 형성되어 있으며, 적층되는 다수의 판상 철심들(12), 적층된 상기 철심들(12)의 삽입공(12a)에 상기 영구자석(20)이 삽입 배열된 상태를 고정하는 고정수단, 그리고 복귀수단을 포함하여 이루어진다.

상기 영구자석(20)은 육면체의 판 형태인 것이 바람직한데, 이는 역시 고정자의 형태와 고정자에 권선되는 코일의 권선형태를 간략하게 하기 위한 것이다. 이 경우 상기 철심(12)에 형성된 삽입공(12a) 역시 자석(20)에 상응하는 형태를 갖는다.

상기 다수의 판상 철심들(12)을 적층하는 것은 적층된 철심의 두께와 동일한 두께를 갖는 하나의 철심을 사용할 경우 발생하는 와류전류로 인한 성능저하를 방지하기 위한 것으로, 당업계에 공지된 형태이다. 상기 철심(12)은 와류 손실을 줄이기 위하여 가능하면 얇은 박막형태가 바람직하지만, 제조 공정의 단순화를 고려할 때 약 0.5mm 내외의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

고정수단은 도 2에 도시된 형태의 고정판(50,51)이 사용될 수도 있으나 적층된 철심(12)을 보다 확고하게 고정하기 위하여 도 4에 도시된 두 고정판(52,53)인 것이 바람직하고, 고정수단은 소재는 비자성체인 것이 바람직하다.

상기 고정판(52,53)은 자석(20)이 삽입공(12a)에 삽입되고 적층된 철심(12)의 배열상태를 고정하는데, 상기 고정판(52,53)은 적층된 철심의 양단부 면과 접촉하는 절곡부(52a.53a)를 갖는다. 상기 철심의 양단부 면은 가동자의 직선 운동방향을 향한 부분이다. 다시 말하면 상기 두 고정판(52,53) 각각의 종단면은 ‘ㄱ’ 형상으로 되어 있어, 적층된 철심(12)의 4면을 감쌀 수 있다.

상기 고정판(52,53)은 결합수단에 의하여 서로 결합되는데, 도시된 결합수단은 볼트(70), 절곡부(52a,53a)에 형성된 결합공(61), 고정판의 절곡부 반대편에 형성된 나사공(41)으로 이루어져 있다.

다음으로 복귀수단은 역시 가동자의 직선 왕복운동 지지축 역할을 하도록 가동자의 직선 운동축 상에 위치한 샤프트(30)와, 이 샤프트(30)의 외주면에 삽입되는 코일스프링(미도시 됨)으로 이루어진다. 도면에서 상기 샤프트(30)는 상기 고정판(52,53)의 절곡부(52a,53a)에 결합되어 있다.

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이상에서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동자의 조립방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 철심들(12)을 필요한 수만큼 적층한 후, 영구자석들(20)을 철심(12)의 삽입공(12a)에 각각 삽입한다.

이어서 상기의 영구자석(20)이 삽입된 철심(12)을 고정수단(52, 53)과 결합수단을 이용하여 고정한다.

다음으로 도 6에는 도 4에 도시된 가동자의 형태와 비교하여 고정수단의 구조만이 다른 가동자가 도시되어 있다. 즉, 도 4에 도시된 고정판(52,53)과 비교하여 도 6에 도시된 고정판(54,55) 각각은 가동자의 직선 운동축과 직교하는 방향의 양단부에 절곡 돌출부(54b,55b)가 형성되어 있어서 적층된 철심(12)을 보다 확고하게 고정할 수 있도록 되어 있다. 다시 말하면 상기 고정판(54,55)의 횡단면은 브라켓 형태인 ‘［ ’ 의 형상으로 되어 있다.

적층된 철심(12)을 감싼 상태에서 고정판(54,55)의 고정은 결합수단인 볼트(70), 절곡부(54a,54a)에 형성된 결합공(62), 고정판의 절곡부 반대편에 형성된 나사공(41)을 이용하여 이루어진다.

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이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 의한 자석 집중식 선형 엑츄에이터 가동자 장치 및 제조 방법은 철심에 영구자석을 삽입하거나 철심과 같이 결합하도록 가동자를 구성함으로써 효과적으로 자속을 응집하며, 영구자석의 부착이 용이하며, 영구자석이 가동자로부터 이탈되거나 손상되는 것을 방지함으로 인해 기기의 내구성이 좋아지는 효과를 기대할 수 있다.

또한 종래의 선형 엑츄에이터에서 사용되는 실린더 구조의 가동자와는 달리 본 발명에 따른 가동자는 제조 과정을 간단하게 하여 제조원가를 낮출 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가동자가 사용되는 선형 엑츄에이터를 나타낸 개략적인 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가동자의 분해 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 가동자의 결합 사시도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동자의 분해 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 가동자의 결합 사시도. 도 6은 도 4에 도시된 가동자에서 대안적인 고정수단의 결합방법을 나타낸 분해 사시도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

10 : 철심 11 : 샤프트 일체형 철심

12 : 판상 철심 20 : 영구자석

30 : 샤프트 40, 41, 42 : 나사공

50, 51, 52, 53, 54, 55 : 고정수단 60, 61, 62 : 결합 구멍

70 : 볼트 100, 110 : 고정자

120 : 가동자

Claims (9)

1. 판상으로 되어 있는 다수의 영구자석들;

   각각 표면이 절연되어 있고, 상기 영구자석에 대응하는 판 형상으로 되어 있는 다수의 철심들;

   서로 접촉하며 교호로 배열되어 있는 상기 영구자석과 철심의 배열상태를 고정하는 고정수단; 및

   가동자의 직선 운동방향과 같은 방향으로 동작되는 복귀수단을 포함하여 이루어진 선형 엑츄에이터를 위한 가동자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 영구자석과 철심은 각각 육면체의 판 형태인 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터를 위한 가동자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 고정수단은 교호로 배열된 상기 영구자석들과 철심들을 감싸는 두 개의 고정판으로, 상기 고정판 각각은 가동자의 직선 운동축과 직교하는 방향의 양단부에 절곡 돌출부가 형성되어 있으며, 두 고정판은 결합수단에 의하여 상기 영구자석 또는 철심과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터를 위한 가동자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 영구자석과 철심이 교호로 배열된 상태에서, 가동자의 직선 운동방향의 양단부에는 각각 철심이 위치하며, 양단부에 위치한 상기 철심에는 상기 두 고정판이 각각 결합수단에 의하여 고정되는 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터를 위한 가동자.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 복귀수단은 가동자의 직선 운동축 상에서 상기 양단부 철심에 결합된 샤프트와, 이 샤프트 외주면에 삽입되는 코일스프링인 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터를 위한 가동자.
6. 판상으로 되어 있는 다수의 영구자석들;

   각각 표면이 절연되어 있고, 상기 영구자석이 삽입되는 다수의 삽입공이 형성되어 있으며, 가동자의 직선 운동축과 직교하는 방향으로 적층되는 다수의 판상 철심들;

   적층된 상기 철심들의 삽입공에 상기 영구자석이 삽입 배열된 상태를 고정하는 고정수단; 및

   가동자의 직선 운동방향과 같은 방향으로 동작되는 복귀수단을 포함하여 이루어진 선형 엑츄에이터를 위한 가동자.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 영구자석은 육면체의 판 형태이고, 상기 철심들에 형성된 삽입공은 상기 영구자석에 상응하는 형태인 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터를 위한 가동자.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 고정수단은 가동자의 직선 운동방향을 향한, 상기 적층된 철심의 양단부 면과 접촉하는 절곡부를 각각 갖는 두 개의 고정판으로, 두 고정판은 결합수단에 의하여 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터를 위한 가동자.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 고정수단은 가동자의 직선 운동축과 직교하는 방향의 양단부에 절곡 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 엑츄에이터를 위한 가동자.