KR100642557B1

KR100642557B1 - a mechanism converting translation into rotation through a magnetic coupling

Info

Publication number: KR100642557B1
Application number: KR1020040065313A
Authority: KR
Inventors: 김철희
Original assignee: 김철희
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-11-10
Also published as: KR20060016872A

Abstract

본 발명에서는, 영구자석을 이용하여 직선운동을 회전운동으로 바꿀 수 있는 새로운 기구학적 구성원리를 제안함으로써, 기존의 직선-회전운동 변환기구들로는 구현하기 어려운 다양한 분야에 있어서의 잠재적 응용 가능성을 개척함과 동시에, 그 원리를 응용하여, 종래에 비하여 단순한 구조를 가지면서도 동적 특성을 획기적으로 개선한 회전실린더의 구성방법을 보였다. 즉, 기존의 회전실린더에서 주된 기술적 문제가 되어 왔던 작동부의 밀봉과 충격흡수에 대한 근본적인 개선 외에, 특별히 제안한 정현곡선 자계분포에 의하여, 실린더에 유입되는 공기유량 조절만으로도 운전대상물을 신속하면서도 안정적으로 구동할 수 있도록 하는 동역학적 조건을 도출함으로써, 소형화, 고정밀 및 고품질을 요구하는 최근의 자동화기술 분야의 추세와 부합하는 자동화 기계요소로서의 회전실린더를 위한 기술적 대안을 제시하였다.In the present invention, by suggesting a new kinematic member that can convert a linear motion into a rotational motion using a permanent magnet, it opens up potential applications in various fields difficult to implement with existing linear-rotational motion converter mechanisms At the same time, by applying the principle, it showed a construction method of a rotating cylinder which has a simple structure compared to the conventional one and dramatically improved dynamic characteristics. That is, in addition to the fundamental improvement in sealing and shock absorption of the moving parts, which has been a major technical problem in the existing rotary cylinders, the specially proposed sinusoidal magnetic field distribution provides a fast and stable operation of the operation object only by controlling the air flow flowing into the cylinder. By deriving the dynamic conditions that make it possible, we proposed a technical alternative for a rotating cylinder as an automated mechanical element in line with recent trends in the field of automation technology requiring miniaturization, high precision and high quality.

자기커플링, 자기피스톤, 영구자석, 직선운동, 회전운동, 변환기구, 회전실린더, 정현곡선Magnetic Coupling, Magnetic Piston, Permanent Magnet, Linear Motion, Rotary Motion, Transducer, Rotary Cylinder, Sinusoidal Curve

Description

A mechanism converting translation into rotation through a magnetic coupling

도 1. 본 발명의 주요구성 및 작동원리를 단순화하여 나타낸 그림Figure 1 shows a simplified view of the main configuration and operation principle of the present invention

도 2. 본 발명의 주요구성 중 하나인 자기피스톤(10)의 자계분포를 나타낸 그림Figure 2. Figure showing the magnetic field distribution of the magnetic piston 10, which is one of the main components of the present invention

도 3. 본 발명의 주요구성 중 하나인 자기커플링(20)의 자계분포를 나타낸 그림Figure 3 shows the magnetic field distribution of the magnetic coupling 20, which is one of the main components of the present invention

도 4. 본 발명의 동력전달 과정에 개입하는 자기력의 작용을 나타낸 그림Figure 4 shows the action of the magnetic force involved in the power transmission process of the present invention

도 5. 본 발명의 응용에 의하여 구성되는 회전실린더의 전체구조를 보인 단면도Figure 5 is a cross-sectional view showing the overall structure of the rotating cylinder configured by the application of the present invention

도 6. 본 발명의 응용에 의하여 구성되는 회전실린더의 역학적 모델링을 위한 좌표설정 및 기호규약6. Coordinate setting and sign convention for mechanical modeling of a rotating cylinder constructed by the application of the present invention

도 7. 본 발명의 응용에 의하여 구성되는 회전실린더에 있어서, 피스톤의 축방향 자계분포를 나타낸 그림7. A figure showing an axial magnetic field distribution of a piston in a rotating cylinder constituted by the application of the present invention.

본 발명의 내용은, 원리에 대한 것과 응용에 대한 것의 두 부분으로 나누어 설명할 수 있다. 전자는, 직선운동을 회전운동으로 변환하는 새로운 기구학적 구성원리에 대한 부분이며 후자는, 그러한 원리를 응용하여 회전실린더라고 하는 자동화기기를 구성하는 방법에 대한 부분이다.The subject matter of the present invention can be described in two parts, one for principle and one for application. The former is part of a new kinematic component that converts linear motion into rotational motion, while the latter is part of how to apply such principles to construct an automated machine called a rotation cylinder.

발명의 원리에 있어서의 기술분야는, 기구학, 동역학, 기계진동학 등을 포함하는 기계공학 분야이며, 종래의 기술, 즉 직선운동을 회전운동으로 바꾸는 종래의 기구학적 구성원리로서는, 랙앤피니언과 크랭크기구를 대표적으로 꼽을 수 있다. The technical field of the principle of the invention is the field of mechanical engineering including kinematics, dynamics, mechanical vibrations, etc. As a conventional kinematic member that converts linear motion into rotary motion, the rack and pinion and the crank mechanism Representative of this can be.

랙앤피니언은 가장 대표적인 직선-회전운동 변환기구로서, 운동방향에 평행한 직선상에 치를 형성한 직선형 기어인 랙과, 랙에 맞물리는 원통형 기어인 피니언으로 구성된다. 단순한 구조로, 동력전달이 확실하고 그 전달효율이 높아 널리 이용되고 있으나, 기어의 진동, 소음 및 백래시에 대한 대책이 요구되는 등의 단점이 있다. The rack and pinion is the most typical linear-rotation motion converter, and is composed of a rack, a straight gear formed with teeth on a straight line parallel to the direction of motion, and a pinion, a cylindrical gear engaged with the rack. It is a simple structure, it is widely used because the power transmission is sure and its transmission efficiency is high, but there are disadvantages such as the need for measures against vibration, noise and backlash of the gear.

크랭크기구는 기구학에서 말하는 4절링크의 일종인데, 그 대표적인 응용사례로 내연기관의 예를 들어 설명하면, 피스톤과 실린더 상호간의 직선왕복운동을 피스톤로드과 크랭크를 매개로 하여 크랭크축의 연속적인 회전운동으로 변환하는 원리라고 간단히 요약할 수 있다. 이처럼 내연기관에 적용되는 외에도 넓은 응용범위를 가지고 있으나, 크랭크기구를 구성하는 링크들은 비교적 큰 궤적을 그리며 운동하므로 공간배치상 불리하고, 또 직선운동속도와 회전운동속도가 일반적으로 비례하지 않으므로 주기적인 힘의 변동, 즉 요동이 발생하여 진동 및 소음을 유발한다.The crank mechanism is a kind of four-section link in kinematics. As a representative application example, an internal combustion engine is described. The linear reciprocating motion between the piston and the cylinder is a continuous rotational movement of the crank shaft through the piston rod and the crank. In short, the principle of conversion. In addition to the application to the internal combustion engine, it has a wide application range, but the links constituting the crank mechanism have a relatively large trajectory and thus are disadvantageous in space arrangement, and since the linear and rotational speeds are generally not proportional, Force fluctuations, or oscillations, occur, causing vibration and noise.

여기부터는, 발명의 원리를 응용한 예로서 회전실린더를 설명코자 하는데, 이것에 관련한 기술분야를 살펴보면, 넓게는 자동화기술 분야이며, 좀더 구체적으 로는 유공압구동기기 분야이다. 하지만 본 발명의 상세한 설명에서 유공압구동기기 전반에 걸친 응용에 관하여 장황하게 서술하는 것은, 발명의 핵심을 나타내기에 효과적이지 않을 것으로 보고, 여기서는 공압시스템에만 한정하여 설명하기로 한다. 즉, 본 발명의 원리를 응용한 예로서 회전실린더라 함은 공압시스템에 적용되는 유한각도 요동형 회전실린더만을 가리키는 것으로 한다. 이와 같은 의미에서의 회전실린더에 대한 종래기술로서는, 앞서 설명된 바 있는 랙앤피니언을 활용한 것(이하 랙앤피니언형이라 칭함)과 베인이라 불리는 날개의 회전을 이용한 것(이하 베인형이라 칭함)의 두 가지로 대별된다.Herein, a rotary cylinder will be described as an example of applying the principles of the present invention. Looking at the technical field related thereto, it is a field of automation technology, and more specifically, a field of a pneumatic actuator. However, in the detailed description of the present invention, the long description of the application throughout the pneumatic actuator is not considered to be effective for showing the core of the present invention, and it will be described here with only a pneumatic system. That is, as an example of applying the principle of the present invention, a rotation cylinder refers to only a finite angle rocking type rotation cylinder applied to a pneumatic system. Conventional techniques for rotating cylinders in this sense include the use of the rack and pinion described above (hereinafter referred to as rack and pinion type) and the use of the rotation of vanes called vane (hereinafter referred to as vane type). There are two main categories.

랙앤피니언형은, 직선왕복형 공압실린더와 동일한 구조 및 원리로 피스톤을 구동하되, 실린더 압력실 외부에, 구동되는 피스톤과 일체로 랙 기어를 구성하고 이를 피니언과 맞물림으로써, 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 변환하는 방식이며, 앞서 설명한 랙앤피니언의 원천적 장단점을 그대로 갖는 외에, 회전운동이라는 운전조건에 다소 어울리지 않는 직육면체 형상을 띠므로, 공간배치나 취부방법에 있어 불리하다.The rack and pinion type drives the piston with the same structure and principle as the linear reciprocating pneumatic cylinder, but forms a rack gear integrally with the driven piston and engages the pinion to rotate the linear movement of the piston outside the cylinder pressure chamber. It is a method of converting to motion, and has the original advantages and disadvantages of the rack and pinion as described above, and has a rectangular parallelepiped shape which is somewhat unsuitable to the driving condition of rotational motion, and thus is disadvantageous in space arrangement and mounting method.

베인형은, 유체펌프와 유사한 구조로, 공기압에 의한 일(work)이 직접 베인을 회전시킴으로써, 직선-회전운동 변환없이, 직접 회전에너지를 얻도록 하는 방식이다. 마치 전기 모터처럼 컴팩트한 제품화가 가능하다는 잇점이 있으나, 베인과 압력실 내벽 간의 밀봉(Seal)이 까다롭기 때문에 비교적 저출력 고속회전에 주로 사용되며, 만일 밀봉에 문제가 있을 경우, 이에 따른 출력저하나 밀봉에 쓰이는 패킹의 수명단축 등의 어려움이 따른다.The vane type is a structure similar to a fluid pump, in which a work by air pressure directly rotates the vanes, thereby directly obtaining rotational energy without linear-rotational motion conversion. It has the advantage that it can be made into a compact product like an electric motor, but it is mainly used for relatively low output high speed rotation because the seal between the vane and the inner wall of the pressure chamber is difficult. Difficulties such as shortening the life of the packing used in the

랙앤피니언형이거나 베인형을 막론하고, 기존의 회전실린더 구동방식이 가지는 근본적인 난점이라면, 기계적 충격을 유발하는 원시적 위치결정 구조로서, 그 충격을 흡수하기 위한 별도의 장치가 추가되어야 한다는 점과, 제어하기 힘든 작동유체의 특성이 기기의 동적 거동에 직접적인 영향을 끼칠 수 밖에 없는 구조로 되어 있어, 운전 대상물이 최적의 운동조건을 갖도록 능동적으로 제어하는 것이 곤란하다는 점이다.The fundamental difficulty of the conventional rotary cylinder drive system, whether rack-and-pinion type or vane type, is that it is a primitive positioning structure that induces mechanical shock, and it is necessary to add a separate device to absorb the impact. It is difficult to actively control the driving object to have optimal movement conditions because the characteristic of the working fluid which is difficult to do has a direct influence on the dynamic behavior of the device.

본 고안에서는, 특정한 자계분포를 갖는 자기커플링에 의한 동력전달을 통하여 직선운동을 회전운동으로 바꾸는 기구학적 원리를 도출하는 것을 주요한 기술적 과제로 하는 외에, 이러한 원리를 회전실린더에 응용함으로써, 간단한 구조의 소형 회전실린더를 경제적으로 구성하는 방법을 제공하는 것을 응용과제로 한다. 이러한 응용 과제에 대하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.In the present invention, as a main technical task of deriving the kinematic principle of converting linear motion into rotational motion through power transmission by magnetic coupling having a specific magnetic field distribution, and applying this principle to a rotation cylinder, a simple structure An object of the present invention is to provide a method of economically constructing a compact rotary cylinder of a cylinder. This application problem is described in more detail as follows.

1. 회전실린더에 있어서, 실린더 내외부 간의 동력전달을 자력으로 커플링함으로써, 커플링 부위의 공압누설 염려 및 밀봉대책 등을 필요로 하지 않는 단순한 구조를 제공한다.1. In the rotary cylinder, by coupling the power transmission between the inside and the outside of the cylinder by a magnetic force, a simple structure that does not require pneumatic leakage of the coupling site, sealing measures, or the like is provided.

2. 회전실린더에 있어서, 별도의 능동적인 제어시스템 없이도, 신속하고 안정적으로 회전동작을 완료할 수 있는 기구학적 조건을 제공한다.2. In rotary cylinder, it provides kinematic condition to complete the rotation operation quickly and stably without any active control system.

3. 회전실린더에 있어서, 구동 압력의 가압 초기와 말기에 발생하는 과도 불안정성을 구동 대상물로부터 분리하여 보다 안정적인 동작을 꾀한다.
3. In the rotating cylinder, transient instability occurring at the beginning and end of pressurization of the driving pressure is separated from the driving object to achieve a more stable operation.

본 발명은 원리와 응용에 대한 두 부분으로 크게 나누어져 있으므로, 그 구성에 있어서도 나누어 설명하기로 하며, 우선 원리 부분에 대하여 설명한다.Since the present invention is largely divided into two parts on principle and application, the configuration thereof will be described separately, and first, the principle part will be described.

본 발명의 원리에 있어서 핵심적인 구성요소는, 그 중심축 방향으로의 길이가 지름에 비하여 다소 긴 원통형 영구자석(도 2도 3하에서 자기피스톤(10)이라 칭함.)과 그것에 동심으로 끼워지는 고리 형태의 영구자석(도 3, 이하에서 자기커플링(20)이라칭함.)의 두 부분으로 이루어진다(도 1). 여기서, 자기피스톤(10)은 그 회전축(11)과 평행한 방향으로의 직선운동만이 허용되도록 기구적으로 구속되는 한편, 자기커플링(20)은 자전만이 허용되도록 기구적으로 구속된 것으로 가정하되, 그러한 구속조건을 구현하기 위한 부수적 구성에 대하여는 상세히 언급하지 않아도 본 발명의 원리를 설명하는데에 문제가 없다. 이처럼, 발명의 핵심 구성요소가 영구자석이지만, 그 재질, 크기, 자력의 세기 및 제조방법은 발명에서 주장하는 원리와 직접적인 관련이 없으며, 단지 각각의 자계분포 특징만이 발명의 원리에 관계한다.A key component of the principles of the present invention is a cylindrical permanent magnet (referred to as the magnetic piston 10 in FIG. 2 under FIG. 2) whose length in the direction of its central axis is somewhat longer than its diameter and the ring concentrically fitted thereto. It consists of two parts of permanent magnets of the form (Fig. 3, hereinafter referred to as magnetic coupling 20) (Fig. 1). Here, the magnetic piston 10 is mechanically constrained to allow only linear movement in a direction parallel to its rotation axis 11, while the magnetic coupling 20 is mechanically constrained to allow only rotation. Assumed, there is no problem in explaining the principles of the present invention without detailing the ancillary construction for implementing such constraints. As such, although the core component of the invention is a permanent magnet, its material, size, strength of magnetic force, and manufacturing method are not directly related to the principles claimed in the invention, and only each magnetic field distribution feature relates to the principles of the invention.

우선, 자기피스톤(10)의 자계분포를 설명하기 위하여, 자기피스톤(10)의 임의의 횡단면(도 2)에 주목하면, 그 원주를 따라 N, S극이 등간격으로 나타나는데 그 분포가 동일한 패턴으로 수차례 반복된다. 또한, 그 반복횟수는 모든 횡단면에 있어서 동일하며, 인접한 횡단면간에 대응하는 N극(혹은 S극)에서의 자계의 세기는 동일하거나 연속적으로 변화할 수도 있다. 또 N, S극의 반복횟수에 있어서 발명의 원리상 특별한 제한을 두지는 않으나, 다만 실제의 응용에 있어서, 반복횟수 증가에 따른 전달토오크 용량증대라는 긍정적 측면과, 반대로 제작의 어려움이나 탈조 등 부작용까지를 함께 고려해야 할 것이다. 자기피스톤(10)의 자계분포에 있어 더욱 중요한 특징은, 이러한 원주방향의 자계분포를 가짐과 동시에 피스톤의 중심축 방향, 즉 원주방향에 수직인 방향으로는 나선형 기조를 갖는 자계분포(12)를 갖는다는 것이다. 여기서 나선형 기조라 함은, 원통면을 전개하여 원통 중심축 방향을 가로축, 원주방향을 세로축으로 놓고, N극(혹은 S극)에 해당하는 점을 이어서 곡선으로 나타내었을 때, 가로축의 한 점에 대하여 세로축의 점이 꼭 하나씩 대응하면서 연속하는 모든 곡선을 허용한다는 것을 뜻하기로 한다. 만일 용어의 사전적 의미에 엄격한 나선형 분포라면 일정한 기울기를 갖는 직선만을 허용하겠지만, 본 발명에서는 굳이 이처럼 엄격한 나선형 분포가 아니더라도 그 원리상 문제될 것이 없기 때문에 나선형 기조라는 표현을 따로 사용하였다.First, in order to explain the magnetic field distribution of the magnetic piston 10, attention is paid to an arbitrary cross section (FIG. 2) of the magnetic piston 10. The N and S poles appear along the circumference at equal intervals, and the distribution is the same. Repeated several times. The number of repetitions is the same in all cross sections, and the intensity of the magnetic field in the N pole (or S pole) corresponding to the adjacent cross sections may be the same or continuously change. In addition, the number of repetitions of the N and S poles is not particularly limited in the principle of the invention. However, in practical applications, the positive side of increasing the torque capacity according to the increase in the number of repetitions, and the side effects such as difficulty in production or outage You will have to consider together until. A more important feature in the magnetic field distribution of the magnetic piston 10 is that the magnetic field distribution 12 having a helical base in the direction of the central axis of the piston, that is, the direction perpendicular to the circumferential direction, has such a magnetic field distribution in the circumferential direction. It is. In this case, the helical tone refers to a point on the horizontal axis when the cylindrical surface is developed, the horizontal axis in the cylindrical axis direction and the vertical axis in the circumferential direction are shown, and the point corresponding to the N pole (or S pole) is subsequently curved. This means that the points on the vertical axis correspond to one by one and allow all continuous curves. If the strict helical distribution in the dictionary meaning of the term will allow only a straight line with a constant slope, in the present invention, since the strict helical distribution does not have a problem in principle, it is used separately.

자기커플링(20)의 자계분포(도 3)는, 그 내경을 기준으로 하여, 원주방향 등간격으로 동일한 자계분포를 갖는 N, S극이 교대로 나타나면서, 그 반복횟수가 쌍을 이루는 자기피스톤(10)의 단면에 나타난 N, S극의 반복횟수와 같도록 한다. 또한 엄밀하게는 자기커플링(20)의 중심축(21) 방향으로도 폭이 존재하므로 그 방향으로의 자계분포에 대하여도 정의해야 할 것이나, 자기커플링(20)의 폭이 자기피스톤(10)의 중심축(11) 방향의 길이에 비하여 충분히 작다고 간주함으로서, 이 방향으로의 자계분포가, 본 발명에서 궁극적으로 얻어내고자 하는 동력전달 특성에 미치는 영향이 매우 작다고 간주하여, 이를 무시하기로 한다.The magnetic field distribution of the magnetic coupling 20 (FIG. 3) is based on its inner diameter, and the N and S poles having the same magnetic field distribution appear in alternating circumferential equal intervals, and have a pair of repetition times. It is equal to the number of repetitions of the N and S poles shown in the cross section of the piston 10. In addition, the width of the magnetic coupling 20 should also be defined in the direction of the central axis 21 of the magnetic coupling 20, but the magnetic field distribution in the direction should be defined. By considering that the magnetic field distribution in this direction is very small compared to the length in the direction of the central axis (11) of (), the influence on the power transmission characteristics ultimately obtained in the present invention is considered to be negligible. .

본 발명에서 얻고자 하는 궁극적인 결과는 이들 두 자석(10, 20) 간의 상호작용, 즉 상호 흡인력에 의한 동력전달이며, 그러한 상호작용은 이들이 각각의 중심축(11, 21)을 공유하면서 끼워진 상태로 자기피스톤(10)을 직선운동시킴으로써 가능하다.(도 1, 도 4) 즉, 자기피스톤(10)상 임의의 한 횡단면과 동일한 평면상에 동심으로 자기커플링(20)을 위치시킨다면(도 4), 이들은 N, S극의 반복횟수만큼 존재하는 자기적 안정위치 중 한 곳에 고정되려는 경향을 가진다. 어느 한 안정위치에 있을 때 중심축(11, 21)을 지나는 가상의 직선을 그어, 자기피스톤(10)과 자기커플링(20)의 상대회전에 대한 기준선(13, 22)을 상정하고, 그러한 기준선 사이에 각도차(01)가 발생하면, 그로 인하여 상호인접한 자극(N, S)간에 복원력(02)이 발생하여 모멘트성분(03)이 되고, 결국 자기피스톤(10)으로부터 자기커플링(20)으로 동력전달이 이루어지게 된다. 여기서 중요한 것은, 자기피스톤(10)을 그 중심축(11)에 평행하게 직선운동시키는 것에 의하여, 자기커플링(20)과 동일한 평면상에 놓이는 자계분포를 회전시키는 효과를 얻을 수 있으며, 그 결과 자력을 통한 동력전달은 물론 직선-회전운동 변환을 이루어낼 수 있다는 것이 본 발명에서 주장하는 핵심적인 원리이다.The ultimate result to be obtained in the present invention is the interaction between these two magnets 10, 20, i.e. power transfer by mutual attraction forces, the interactions of which are fitted while they share their respective central axes 11, 21. This is possible by linearly moving the magnetic piston 10 (FIGS. 1 and 4). That is, if the magnetic coupling 20 is placed concentrically on the same plane as any cross section on the magnetic piston 10 (FIG. 1). 4) They tend to be fixed in one of the magnetically stable positions that exist by the number of repetitions of the N and S poles. An imaginary straight line passing through the central axes 11 and 21 when in a stable position is drawn to assume reference lines 13 and 22 for the relative rotation of the magnetic piston 10 and the magnetic coupling 20, and such When an angular difference (01) occurs between the reference lines, a restoring force (02) is generated between the adjacent magnetic poles (N, S), thereby creating a moment component (03), and eventually the magnetic coupling (20) from the magnetic piston (10). Power transmission is achieved. Importantly, the linear movement of the magnetic piston 10 in parallel with its central axis 11 can achieve the effect of rotating the magnetic field distribution lying on the same plane as the magnetic coupling 20. As a result, It is a key principle of the present invention that the power transmission through the magnetic force as well as the linear-rotational movement can be achieved.

여기까지는 본 발명의 원리에 관련한 구성을 설명하였고, 이하에서는 그 응용에 해당하는 회전실린더의 구성에 대하여 설명한다. 회전실린더의 전체적 구성(도 5)은, 본체(30)와 회전부(40)의 두 가지로 크게 나누어 설명될 수 있다. 본체(30)는, 공압에너지를 받아들여 피스톤 등이 직선운동하는 부분을 가리키는데, 내부에 피스톤 등이 끼워져 있는 원통형 형상으로서, 원통의 한쪽 끝부분에 작동 유 체가 내부로 흘러들어 올 수 있도록 구비된 포트(36)와, 공압에너지를 받아 실린더의 중심축과 평행한 방향으로 직선운동하는 피스톤(33) 및, 피스톤(33)과 실린더 내벽간의 동적인 밀봉을 유지해 주는 패킹(32) 등으로 이루어져 있어 통상의 직선왕복 실린더와 대체로 유사하다. 하지만, 피스톤(33)과 일체로 피스톤(33)의 직선운동 방향과 평행한 스플라인축(34)이 형성되어 있으며, 그 스플라인축(34)에 대응하는 보스(35)가 본체(30)의 내면에 구비되어 있고, 피스톤(33)이 앞서 발명의 원리에서 설명한 바 있는 자기피스톤(10)의 역할을 하도록 특정한 자계분포를 가지고 있다는 점을 특징으로 한다. 즉, 피스톤(33)의 모든 횡단면에서 기하학적으로 합동인 자계분포를 가지며, 피스톤의 축방향 자계분포(도 7)는, 피스톤(33)의 축방향을 가로축으로 하고 원주방향을 세로축으로 하여, 피스톤 횡단면의 자극을 나타내는 점들을 이어서 곡선으로 나타내었을 때 반주기를 갖는 정현곡선이 되도록 하며 그 곡선의 양끝을 다소 연장하여 가로축에 평행한 직선을 포함시킨 것을 특징으로 한다. 이와 같은 자계분포의 작용 및 효과에 대하여는 후술하는 동작 단계별 작용 및 분석 부분에서 설명된다. 일반적으로 공압실린더에서는 단동형, 복동형에 따라 내부 구조가 달라지는데, 여기서는 편의상 단동형을 기준으로 하기로 하여 리턴스프링(31)을 본체(30) 내부에 포함한다. 리턴스프링(31)은 압축코일스프링으로서, 피스톤(33)을 기준으로 포트(36) 반대편에 설치되어 공압이 사라지면 피스톤(33)을 원위치시키는 역할을 한다. 또한, 본체(30)의 외주면에 베어링(43)을 설치하여, 그 내륜은 본체(30)에 고정하고 외륜은 회전부(40)에 고정하여 본체(30)와 회전부(40) 간을 연결한다. 회전부(40)는 본체(30) 내부에 있는 피스톤(33)의 직선운동에 따른 자계 변화에 따라 구동 대상물과 일체로 회전하는 부분을 말하는데, 이는 커플링(41)과 출력축(42)의 두 부분으로 이루어져 있다. 여기서 말하는 커플링(41)은, 앞서 본 발명의 원리에서 설명된 자기커플링(20)에 해당하는 자계분포를 갖는다. 계속해서, 이와 같은 구성의 회전실린더의 작용에 대하여 동작 단계별로 구분하여 서술한다.The configuration related to the principle of the present invention has been described so far, and the configuration of the rotary cylinder corresponding to the application will be described below. The overall configuration of the rotary cylinder (FIG. 5) can be described in two broad ways: the main body 30 and the rotary part 40. The main body 30 is a cylindrical shape in which a piston or the like is linearly moved by receiving pneumatic energy, and a piston or the like is fitted therein, and is provided at one end of the cylinder to allow a working fluid to flow therein. Port 36, a piston 33 which receives pneumatic energy and moves linearly in a direction parallel to the central axis of the cylinder, and a packing 32 which maintains a dynamic seal between the piston 33 and the inner wall of the cylinder. It is generally similar to a normal straight reciprocating cylinder. However, the spline shaft 34 parallel to the linear movement direction of the piston 33 is formed integrally with the piston 33, and the boss 35 corresponding to the spline shaft 34 has an inner surface of the main body 30. It is characterized in that the piston 33 has a specific magnetic field distribution to serve as the magnetic piston 10 as described above in the principles of the invention. That is, it has a magnetic field distribution that is geometrically congruent in all cross sections of the piston 33, and the axial magnetic field distribution of the piston (Fig. 7) has the axial direction of the piston 33 as the horizontal axis and the circumferential direction as the vertical axis, Points representing the magnetic poles of the cross section are then represented by a curve to be a sinusoidal curve with a half period, and both ends of the curve are slightly extended to include a straight line parallel to the horizontal axis. The action and effect of such a magnetic field distribution will be described in the operation and analysis step by step described later. In general, in the pneumatic cylinder, the internal structure is different depending on the single-acting type, double-acting type, here for convenience, the return spring 31 is included in the main body 30 on the basis of the single-acting type. The return spring 31 is a compression coil spring, which is installed on the opposite side of the port 36 relative to the piston 33 and serves to return the piston 33 when the pneumatic pressure disappears. In addition, a bearing 43 is provided on the outer circumferential surface of the main body 30, and the inner ring is fixed to the main body 30, and the outer ring is fixed to the rotating part 40 to connect the main body 30 and the rotating part 40. The rotating part 40 refers to a part that rotates integrally with the driving object according to the magnetic field change according to the linear movement of the piston 33 in the main body 30, which is two parts of the coupling 41 and the output shaft 42. Consists of The coupling 41 here has a magnetic field distribution corresponding to the magnetic coupling 20 described above in the principles of the present invention. Subsequently, the operation of the rotation cylinder having such a configuration will be described separately in operation steps.

1. 초기에 공압은 없고, 피스톤(33)은 리턴스프링(31)에 의하여 밀려나 최후방에 위치한다.1. Initially, there is no pneumatic pressure, and the piston 33 is pushed by the return spring 31 and is located at the rear end.

2. 외부로부터 공압이 가해지기 시작하면, 공기가 포트(36)를 통하여 유입되고, 실린더 내부의 압력은 순간적으로 상승하여 피스톤(33)을 밀어낸다. 패킹(32)과 실린더 내벽간의 마찰이 정적인 특성에서 동적인 특성으로 바뀌는 등 과도상태를 겪는 동안 다소의 충격력에 의하여 피스톤(33)이 미소량 전진한다.2. When pneumatic pressure starts to be applied from the outside, air is introduced through the port 36, and the pressure inside the cylinder momentarily rises and pushes the piston 33 out. The piston 33 advances a small amount by some impact force during the transient state such as the friction between the packing 32 and the inner wall of the cylinder is changed from the static characteristic to the dynamic characteristic.

3. 위에 설명되는 과도상태 동안, 피스톤(33) 및 그와 일체로 된 부분은 다소 불안한 동적 거동을 보일 수 있지만, 앞서 설명한 피스톤(33)의 자계분포 특징(도 7)에 따라, 피스톤(33)의 운동방향과 평행한 직선자계구간(도 7, 완충구간)에 대응하는 위치에 놓여 있는 회전부(40)는 이러한 과도상태의 영향을 받지 않게 된다. 이러한 이유로, 피스톤(33)의 표면 양단에 형성된 직선자계구간을 완충구간이라 칭하기로 한다.3. During the transient described above, the piston 33 and its integral parts may exhibit somewhat unstable dynamic behavior, but according to the magnetic field distribution feature of the piston 33 described above (FIG. 7), the piston 33 The rotating part 40 positioned at a position corresponding to the linear magnetic field section (Fig. 7, the buffer section) parallel to the direction of motion of the c) is not affected by this transient state. For this reason, the linear magnetic field section formed at both ends of the surface of the piston 33 will be referred to as a buffer section.

4. 위의 과도상태를 벗어난 후 지속적인 공기 유입으로 피스톤(33)은 대체로 일정한 속도로 전진하며, 피스톤(33)이 전진함에 따라, 커플링(41)을 포함하는 평 면상에서, 피스톤(33) 축 단면의 자계는 시간에 대하여 정현곡선의 특징을 띠고 자전한다.4. The piston 33 advances generally at a constant speed with continuous air inflow after exiting the above transient, and as the piston 33 advances, on a plane comprising the coupling 41, the piston 33 The magnetic field of the axial section rotates with the characteristic of a sinusoidal curve over time.

5. 커플링(41)을 통하여 피스톤(33)과 자력으로 연결되는 회전부(40)도 미소한 각도차(09)를 두고 피스톤(33)의 자계분포(도 7)를 따라 회전하는데, 이러한 각도차(09)가 허용수준을 벗어나지 않도록 피스톤(33)의 구동속도를 충분히 조절할 수 있다고 가정한다.5. The rotating part 40, which is magnetically connected to the piston 33 via the coupling 41, also rotates along the magnetic field distribution of the piston 33 (FIG. 7) with a slight angle difference 09. It is assumed that the driving speed of the piston 33 can be sufficiently adjusted so that the car 09 does not deviate from the allowable level.

6. 피스톤(33)자계의 정현곡선 부분이 커플링(41)을 지나면, 회전부(40)는 회전을 멈추는데, 구동조건에 따라 약간의 잔류진동이 잠시 남아 있다가 사라지며, 이상적으로는 잔류진동이 전혀 없도록 조작할 수도 있는데 이는 뒤에 설명하는 분석 부분에서 증명된다.6. When the sinusoidal portion of the piston 33 magnetic field passes through the coupling 41, the rotating part 40 stops rotating. Depending on the driving conditions, some residual vibration remains for a while and then disappears. Manipulations can be made without vibration at all, as demonstrated in the analysis section below.

7. 정현곡선 부분이 커플링(41)을 통과한 후 피스톤(33)은 약간의 거리를 더 전진하여 멈추게 되는데, 이러한 직선자계구간이 구비된 이유는 앞서 초기의 과도상태를 피스톤(33)과 회전부(40)간에 분리하는 이유와 마찬가지로, 완충구간을 지나는 동안 발생할 수 있는 피스톤(33)의 충격이 회전부(40)에 전달되지 않도록 하기 위함이다.7. After the sinusoidal portion passes through the coupling 41, the piston 33 stops by moving a little more forward. The reason why such a linear magnetic field section is provided is that the initial transient state with the piston 33 As for the reason for separating between the rotating parts 40, the impact of the piston 33 that can occur during the passage of the buffer section is to prevent the transmission to the rotating part (40).

8. 싸이클이 종료되면 공기 압력은 없어지고 리턴스프링(31)에 의하여 피스톤(33)은 최후방으로 밀려나 초기상태로 복귀한다.8. When the cycle is finished, the air pressure disappears and the piston 33 is pushed to the rear end by the return spring 31 to return to the initial state.

이처럼, 피스톤(33)의 자계분포로서 특별히 정현곡선을 도입한 이유는, 발명이 이루고자 하는 기술적 과제에 나와 있듯이, 별도의 능동적인 제어시스템 없이도, 신속하고 안정적인 동작을 구현해 낼 수 있는 기구학적 조건을 제공하기 위함 인데, 이는 본 회전실린더의 동적 거동을 분석함으로써 설명될 수 있으며, 그러한 분석을 위하여 아래와 같은 가정이 필요하다.As described above, the reason why the sine curve is specifically introduced as the magnetic field distribution of the piston 33 is that, as described in the technical problem to be achieved by the present invention, the kinematic condition that can realize a fast and stable operation without a separate active control system is provided. This can be explained by analyzing the dynamic behavior of the rotary cylinder, which requires the following assumptions.

가정 1. 커플링(41)과 피스톤(33)의 자계 간 상호작용에 의하여 발생하는 모멘트는, 현재의 피스톤(33)의 위치에 상관없이, 단지 커플링(41)과 피스톤(33)간의 각도차(09)에만 의존되며, 회전실린더의 작동영역 내에서 각도차(09)에 선형적으로 비례한다.Assumptions 1. The moment generated by the interaction between the magnetic field of the coupling 41 and the piston 33 is determined only by the angle between the coupling 41 and the piston 33, regardless of the current position of the piston 33. It depends only on the difference 09 and is linearly proportional to the angle difference 09 in the operating area of the rotary cylinder.

가정 2. 회전부(40)의 회전시 스플라인축(34)에 가해지는 반력에 의하여 스플라인 축방향으로 동적인 마찰저항이 존재하고, 그 결과가 피스톤(33)의 전진에 영향을 주지만 그 크기도 미미하려니와, 관련된 공압시스템이 이러한 외란에 대하여 충분히 강인하다고 가정하여, 이를 무시하기로 한다.Assumption 2. There is a dynamic frictional resistance in the spline axial direction due to the reaction force applied to the spline shaft 34 during the rotation of the rotary part 40, and the result affects the advancement of the piston 33, but the magnitude thereof is insignificant. It is assumed that the associated pneumatic system is sufficiently robust against such disturbances and will be ignored.

가정 3. 피스톤(33)은 공압에 의한 것 외에, 커플링(41)과의 상호작용에 의한 종합적 결과로 동적인 거동을 하게 되므로, 피스톤(33)과 회전부(40)의 거동에 대한 각각의 운동방정식을 구성하고 이를 연립하여 해를 구하는 것이 더욱 합리적이지만, 위에 보인 가정 2에 따라, 커플링(41)에 의한 상호작용을 무시하기로 하여, 앞서 보인 정현곡선 자계구간을 진행하는 동안 피스톤(33)은 외란에 상관없이, v₀ 의 속도로 등속직선운동을 한다고 가정한다.Assumptions 3. Since the piston 33 is dynamic due to the overall result of the interaction with the coupling 41 in addition to the pneumatic pressure, the piston 33 and the rotary part 40 have different characteristics. It is more rational to construct the equation of motion and to solve it, but it is more reasonable, but in accordance with the assumption 2 shown above, we will ignore the interaction by the coupling 41, so that the piston ( 33) assumes constant velocity linear motion at a velocity of v ₀ regardless of disturbance.

이러한 가정에 따라, 피스톤(33) 및 커플링(41)을 단순화한 모델을 만들고 좌표 및 기호규약을 정한다(도 6, 도 7). 즉, 피스톤(33)에 고정된 임의의 각도기준면(37)의 회전각을 θ, 커플링(41)에 고정된 각도기준선(44)의 회전각을 φ라 하 고, 피스톤(33)의 중심축에 평행한 좌표를 x 축, 시간은 t 로 나타내면, x = v₀t 가 되고, x = L 에서 정현곡선 자계구간이 종료되며, x = L 에 대응하는 총회전각을 θ_L로 나타내기로 한다. 여기서 θ_L의 실제값은 π/2, π, 3π/2, 등이 된다. 이와 같은 모델에 대하여 고전적인 뉴우튼 역학의 운동법칙을 적용하면, 다음과 같은 운동방정식이 유도되고, 초기조건은 아래와 같이 영으로 두는 것이 자연스럽다.In accordance with this assumption, a model is created that simplifies the piston 33 and the coupling 41 and defines the coordinates and preferences (FIGS. 6 and 7). That is, the rotation angle of the angle reference plane 37 fixed to the piston 33 is θ, the rotation angle of the angle reference line 44 fixed to the coupling 41 is φ, and the center of the piston 33 is The coordinate parallel to the axis is represented by the x-axis and the time is represented by t, where x = v ₀ t, the sinusoidal magnetic field section ends at x = L, and the total rotation angle corresponding to x = _L is represented by θ _L. . Here, the actual values of θ _L are π / 2, π, 3π / 2, and the like. Applying the classical Newtonian dynamic law to such a model, the following equations are derived and it is natural to leave the initial conditions zero:

여기서, f(t) 는 소위 가진력에 해당하는데, 다음과 같이 주어지며,Where f (t) corresponds to the so-called excitation force, which is given by

위에서 사용된 문자기호에 대한 정의는 다음과 같다.The definition of the character symbol used above is as follows.

위 ω_n에 나타나는 I 는 회전부(40)를 포함한 운전 대상물의 관성질량모멘트이며, M₀는, 피스톤(33)과 커플링(41) 간에 작용하는 자기 흡인력에 의한 결과로 커플링(41)에 가해지는 모멘트를 M 이라 하였을 때, 위 가정 1.에 의하여 아래의 관계를 만족하는 비례상수이며, 물리적으로는 복원력의 세기를 나타내는 지표에 해당한다.I in the above ω _n is the mass moment of inertia of the object to be driven including the rotating part 40, and M ₀ is a result of the magnetic attraction force acting between the piston 33 and the coupling 41 to the coupling 41. When the applied moment is M, it is a proportionality constant that satisfies the following relationship according to the above assumption 1. It corresponds to the index indicating the strength of the restoring force.

이와같이 구성된 운동방정식에 초기조건을 대입하여 풀면, 다음과 같은 해석해를 구할 수 있는데, 첫번째 식은 피스톤(33)이 정현곡선구간을 진행하는 동안의 각도차(09)를 나타내고, 두번째 식은 잔류진동, 즉, 피스톤(33)이 정현곡선 부분을 통과한 후에도 남아있는 진동을 의미한다.Solving the initial equation into the equation of motion constructed in this way, the following solution can be obtained. The first equation represents the angular difference (09) during the piston 33 traveling through the sinusoidal curve, and the second equation represents the residual vibration, This means vibration remaining even after the piston 33 passes through the sinusoidal portion.

이렇게 구해낸 해석해를 살펴보면, 자계분포를 정현곡선으로 가정하였기 때문에, 후술되는 진동수비처럼 물리적으로 의미있는 파라미터를 도출해 낼 수 있었다는 점 외에, 결과식의 형태도 역시 정현함수가 되어, 각도차(09)라고 하는 일종의 변위 및 그를 미분한 물리량인 속도, 가속도 모두에 있어서도 정현함수의 성격 을 띠므로, 급격한 변화를 동반하지 않는 부드러운 동적 특성을 가지게 된다는 것을 알 수 있다. 여기서 특히 주목하고자 하는 물리량은, 일반적으로 진동학에서 일컫는 진동수비이며, 아래와 같이 정의된다.In this analysis, since the magnetic field distribution was assumed to be a sine curve, the shape of the resultant expression was also a sine function. It has a characteristic of sinusoidal function in both a kind of displacement and velocity and acceleration which are derivatives thereof, so that it has smooth dynamic characteristics without sudden change. In particular, the physical quantity to be noted here is a frequency ratio generally referred to as vibration, which is defined as follows.

이것은 회전실린더와 부하로 이루어지는 시스템 자체의 고유진동수 ω_n을, 공압시스템에 의한 외부가진력의 특성으로부터 정해지는, 소위 가진진동수 ω로 나눈 값인데, 이 값이 클수록 각도차(09)의 절대값은 작아지고 잔류진동의 크기도 작아지므로, 결국 큰 진동수비를 가질수록 회전부의 움직임이 피스톤의 구동력을 양호하게 추종한다고 말할 수 있다. 이러한 경향을 시각적으로 확인하기 위하여, 다음에 보인 여섯개의 그래프에서, M₀= 1 Nm/rad, L = 30 mm 로 놓고, 관성질량모멘트 I = 0.00016 kg m²인 물체(사과 한개 정도)를 회전시키는 경우를 가정하여, 위에서 구한 해석해와, 피스톤의 자계회전각 θ 및 커플링의 회전각 φ 를 시간에 대하여 플로팅(plotting)하였다. 그래프들로부터 진동수비에 따른 동적인 거동 변화를 확인할 수 있음은 물론이며, 여기서 특별히 주목할 것은, 위 해석해의 잔류진동에서 나타난 cosine 함수의 성질에 의하여, 진동수비가 3, 7, 15,... 등 홀수가 되면, 잔류진동은 이론적으로 완전히 없어지게 되고 그래프를 통해서도 확인된다. 여기서, 각도차(09)는 각각의 그래프들에서 아래쪽 점선으로 나타내었고, 피스톤의 자계회전각 θ는 윗부분 점선, 커플링의 회전각 φ는 윗부분 실선으로 나타내었다. This is the natural frequency ω _n of the system itself, which consists of the rotating cylinder and the load, divided by the so-called excitation frequency ω, which is determined from the characteristics of the external vibration force by the pneumatic system. Since it becomes smaller and the magnitude of residual vibration becomes smaller, it can be said that the movement of the rotating part satisfactorily follows the driving force of the piston as a result of having a large frequency ratio. To visually identify this trend, in the following six graphs, set M ₀ = 1 Nm / rad, L = 30 mm, and rotate an object (about one apple) with an inertia mass moment I = 0.00016 kg m ² . On the assumption that the case is to be made, the analysis solution obtained above and the magnetic field rotation angle θ of the piston and the rotation angle φ of the coupling were plotted against time. Of course, the dynamic behavior change according to the frequency ratio can be confirmed from the graphs. Of particular note here, due to the nature of the cosine function shown in the residual vibration of the above solution, the frequency ratio is 3, 7, 15, etc. When the odd number is reached, the residual vibration is theoretically completely eliminated and confirmed by the graph. Here, the angle difference 09 is indicated by the dotted line in the respective graphs, the magnetic field rotation angle θ of the piston is shown by the dotted line in the upper portion, the rotation angle φ of the coupling is shown by the solid upper line.

진동수비를 결정짓는 요소 중에서 현실적으로 제어가 용이한 것으로서 피스톤(33)의 구동속도인 v₀를 들 수 있다. 일반적으로 자동화시스템에 있어서 구동속 도는 빠를수록 유리할 것이나, 구동속도가 클수록 각도차(09)와 잔류진동이 커지고 그에 따라 잔류진동 소멸시간도 길어지게 되므로 구동속도를 무조건 빠르게 할 수는 없다. 결국 실제의 시스템에 있어서는 원하는 동작이 안정적이면서도 신속하게 종료될 수 있는 적절한 타협점을 찾아 피스톤(33)의 구동속도 v₀를 결정해야 할 것이다. 끝으로, 실제의 시스템에 있어서는, 해석에서 무시되었던 댐핑이 존재하므로, 잔류진동이 충분히 빠르게 소멸되는 경우가 있고, 그러한 경우에 있어서는, 진동수비가 홀수가 되도록 v₀값을 인위적으로 조정하지 않더라도 양호한 결과를 기대할 수 있다.Among the factors that determine the frequency ratio, as a controllable reality, v ₀ , which is the driving speed of the piston 33, may be mentioned. In general, the faster the drive speed in the automation system is advantageous, but the larger the drive speed, the greater the angular difference 09 and the residual vibration, and thus the longer the residual vibration extinction time is. As a result, in the actual system, the driving speed v ₀ of the piston 33 should be determined by finding an appropriate compromise point in which the desired operation can be terminated stably and quickly. Finally, in a real system, there is a damping which has been neglected in the analysis, so that residual vibrations may be extinguished quickly enough. In such cases, even if the value of ₀ is not artificially adjusted so that the frequency ratio is odd, good results are obtained. You can expect.

본 발명에서의 원리 창안에 의한 효과로서는, 새로운 직선-회전운동 변환 원리를 도입함으로써, 기존의 방법들로는 구현하기 어려운 다양한 분야에 있어서의 잠재적 응용가능성을 제공하였다는 것이고, 그 구체적인 응용으로서 회전실린더에 있어서 얻게 되는 효과는, The effect of the present invention is that by introducing a new linear-rotational motion conversion principle, it provides potential applicability in various fields that are difficult to implement by existing methods. The effect you get is

첫째, 소형의 단순한 구조가 가능하므로, 복잡한 구조에서 비롯되는 종래 방법의 제반문제를 개선하고, 소형화, 고품질화 등 자동화관련 시장요구에 부합한다.First, since a small and simple structure is possible, it improves all the problems of the conventional method resulting from a complicated structure, and meets the market requirements related to automation, such as miniaturization and high quality.

둘째, 직동실린더에 준하는 밀봉구조만으로 충분하므로 베인형에 비하여 밀봉 및 팩킹 측면에서 유리하다.Second, since the sealing structure that is equivalent to the linear cylinder is sufficient, it is advantageous in terms of sealing and packing compared to vane type.

세째, 피스톤의 충격력을 운전대상물과 근본적으로 분리하여 안정된 동적 거동을 구현할 수 있다. Third, the impact force of the piston can be fundamentally separated from the driving object to realize stable dynamic behavior.

네째, 빠르고 안정적인 구동을 가능하게 함으로써, 품질 및 생산성 향상에 기여한다.Fourth, by enabling fast and stable driving, it contributes to the improvement of quality and productivity.

등으로 설명할 수 있다.It can be explained by such.

Claims

Kinematic configuration consisting of a pair of cylindrical permanent magnets (10) allowed only linear movement parallel to the axis of rotation without rotation, and a ring-shaped permanent magnet (20) fitted concentrically with only rotation. In 1),

The N and S poles are repeated several times at equal intervals in the same pattern along any cross-section circumference of the cylindrical permanent magnet 10, the number of repetitions being the same in all cross-sections;

The strength of the magnetic field in the corresponding N pole (or S pole) between adjacent cross sections of the cylindrical permanent magnet 10 allows up to a continuous change in intensity, even if it is not the same;

With respect to the central axial magnetic field distribution of the cylindrical permanent magnet 10, the cylindrical surface is developed, with the central axis direction as the horizontal axis and the circumferential direction as the vertical axis, and the points corresponding to the N poles (or S poles) are subsequently shown by a curve. Whereby the points on the vertical axis correspond to exactly one point on the horizontal axis and have a magnetic field distribution that permits all continuous curves;

N, S poles are repeated several times in the same pattern at equal intervals along the inner circumference of the ring-shaped permanent magnet 20, the number of repetitions of the N, S poles on the cross section of the cylindrical permanent magnet 10 paired Matches the number of times;

A straight line characterized in that the power is transmitted by the principle that the linear movement of the cylindrical permanent magnet is converted to the rotational movement of the ring-shaped permanent magnet by the magnetic attraction force between the two magnets generated by the linear movement of the cylindrical permanent magnet 10 Rotary movement valve

According to claim 1, when the cylindrical surface of the cylindrical permanent magnet 10 is developed and the central axis direction is set as the horizontal axis and the circumferential direction as the vertical axis, and the point corresponding to the N pole (or S pole) is subsequently represented by a curve. In the linear-rotation motion converter having a magnetic field distribution, characterized by a straight line centered on a sinusoidal curve corresponding to a half period and parallel to the central axis, the piston (33) serves as a cylindrical permanent magnet (10). And spline shaft 34 and boss 35 which are integrally formed with piston 33 to prevent its rotation, in addition to implementing the role of ring-shaped permanent magnet 20 as coupling 41. It is provided with a port (36) through which the pneumatic flow is introduced and a packing (32) for maintaining the seal thereof, the main body (30) configured to guide the linear movement of the piston, and a relative rotation with the main body (30) via the bearing (43). Rotating part consisting of the coupling 41 and the output shaft 42 ( Linear-rotational motion converter mechanism characterized in that consisting of