KR101072783B1 - 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액추에이터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액추에이터는 회전축과, 회전축에 반경방향으로 부착된 마그네트를 갖는 회전자와; 회전자를 감싸는 티스(Teeth)와, 티스의 외측으로부터 돌출되며 회전축 방향으로 코일이 감기는 고정자극을 갖는 고정자를 포함한다. 이를 통해, 회전자의 위치검출용 센서 마그네트를 별도로 마련할 필요없이, 메인 마그네트를 이용하여 회전자의 위치를 검출할 수 있으며, 별도의 추가 부품 없이도 상대물과 체결이 가능하므로, 구조의 단순화 및 경량화가 가능한 액추에이터가 제공된다.

Description

액추에이터{ACTUATOR}

본 발명은 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브의 개폐역할을 하는 액추에이터의 구조를 단순화하고, 경량화가 가능한 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 밸브나 댐퍼 등에 연결되어 기체, 유체 등의 유량/시간 등을 개폐하는 액추에이터(actuator)는 회전축, N극과 S극이 교번된 영구자석을 포함하는 회전자와, 고정자를 포함하여 구성된다.

액추에이터는 모터에 전원을 인가하면, 회전자가 회전하게 되며 회전자의 회전력으로 인해 회전축에 연결된 밸브나 댐퍼 등을 개방하게 된다. 전원을 차단하게 되면, 회전자가 정지하고 회전축이 원위치로 복귀됨으로써 밸브나 댐퍼 등을 폐쇄하게 된다.

이러한 액추에이터는 밸브나 댐퍼 등의 개폐작용을 하기 위한 소정량의 스트로크, 회전각, 정밀한 제어를 위한 신속한 응답시간, 토크 등의 기능을 필요로 한다.

액추에이터가 정확한 작동을 하기 위해서는 회전자의 정확한 위치를 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 이에, 액추에이터에 센서를 결합하는 방법으로써 US2008/0197728에 "액추에이터와 위치센서를 구비한 로터리 단상 전자기식서보 액추에이터"가 개시되어 있다.

그러나, 개시된 종래의 발명은 액추에이터와, 회전자의 위치를 검출하는 센서가 이중구조로써, 회전자의 위치를 검출하기 위한 센싱용 마그네트를 별도로 마련해야 하므로 구조가 복잡해지고, 상대적으로 중량이 무거워진다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 회전자의 위치를 검출하기 위한 센서를 별도로 마련하지 않고, 방사공극형 BLDC모터의 자로 구조를 개선함으로써 구조를 단순화할 수 있고, 경량화가 가능한 액추에이터를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 액추에이터에 있어서, 회전축과, 상기 회전축에 반경방향으로 부착된 마그네트를 갖는 회전자와; 상기 회전자를 감싸는 티스(Teeth)와, 상기 티스의 외측으로부터 돌출되며 코일이 감기는 고정자극를 갖는 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터에 의해 달성된다.

여기서, 상기 마그네트는 상기 티스의 상측으로 기설정된 길이만큼 더 길며, 상기 티스 상측에 상기 회전자와 소정의 공극을 갖고 동심을 이루는 센서코어를 더 포함하고; 상기 센서코어는 상기 회전자의 회전에 따라 상기 센서코어에 흐르는 자속의 변화량을 감지하는 소정의 자기센서를 통해 상기 회전자의 위치를 센싱하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 고정자는 외부의 상대물과 결합을 위한 복수의 결합홀을 갖는 베이스를 더 포함하며, 상기 베이스는 강자성체로 마련되며, 상기 회전축에 직각으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한 , 상기 목적은, 본 발명에 따라, 액추에이터에 있어서, 회전축과, 상기 회전축에 반경방향으로 부착된 마그네트를 갖는 회전자와; 상기 회전자를 감싸는 티스(Teeth)와, 상기 티스의 외측으로부터 돌출되며 코일이 감기는 고정자극과, 복수의 결합홀을 갖는 베이스를 갖는 고정자를 포함하며; 상기 베이스는 강자성체이며, 상기 회전축에 직각으로 연결되어 자로가 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 마그네트는 상기 티스의 상측으로 기설정된 길이만큼 더 길며, 상기 티스 상측에 상기 회전자와 소정의 공극을 갖고 동심을 이루는 센서코어를 더 포함하고; 상기 센서코어는 상기 회전자의 회전에 따라 상기 센서코어에 흐르는 자속의 변화량을 감지하는 소정의 자기센서를 통해 상기 회전자의 위치를 센싱하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따르면, 마그네트에 공극을 가지고 동심으로 이루는 센서코어가 마그네트의 회전에 따라 센서코어에 흐르는 자속의 변화를 검출함으로써, 위치검출용 센서 마그네트를 별도로 마련할 필요 없이 기존에 마련되어 있는 메인 마그네트를 이용하여 회전자의 위치를 검출할 수 있는 액추에이터가 제공된다.

또한, 자성체로 형성된 베이스를 마련하여 상대물과의 체결이 가능함과 동시에, 자로로 사용할 수 있어 별도의 추가 부품이 필요없는 액추에이터가 제공된다.

그리고, 회전축 방향으로 코일이 감기는 고정자극과 회전축에 직각으로 위치한 베이스가 동일한 강자성 물질로 연결됨으로써, 종래의 방사공극형 모터와는 다르게 회전축 방향으로 자로가 형성되는 액추에이터가 제공된다.

뿐만 아니라, 회전자의 위치검출용 센서 마그네트를 별도로 마련할 필요없이, 기존에 마련되어 있는 메인 마그네트를 이용하여 회전자의 위치를 검출할 수 있으며, 별도의 추가 부품 없이도 자로의 형성이 가능하므로, 구조의 단순화 및 경량화가 가능한 액추에이터가 제공된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(actuator)를 도시한 정면도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터를 도시한 측면도이다. 여기서, 본 실시예에 따른 액추에이터는 방사 공극형(radial air gap type) 모터인 것을 일예로 한다 .

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 액추에이터는 회전자(1)와, 센서코어(4)와, 고정자(5)를 포함한다. 여기서, 센서코어(4)는 회전자(1)의 구성요소로 포함될 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에 따른 회전자(1)는 회전축(2)과, 마그네트(3)를 갖는다. 회전축(2)은 회전자(1)의 회전을 외부에 전달하는 것으로, 회전자(1)의 끝단에는 도시되지 않았으나, 회전축(2)의 회전에 따라 개폐동작을 수행하는 밸브가 연결되어 있다. 여기서, 회전축(2)의 회전은 왕복운동을 의미하며, 회전축(2)이 소정 각도(예컨대, 180도)로 왕복함에 따라 회전축(2)에 연결된 밸브가 열리고, 닫히는 동작을 수행한다.

마그네트(또는 영구자석이라고도 함)(3)는 회전축(2) 외측에 반경방향으로 부착된 원통형상으로, 마그네트(3)의 외주면을 원주방향으로 n분할(본 실시예에서 n은 2임)하여 교대로 n분할을 N극과 S극이 교번되어 형성된다. 만약, 여자 코일에 전류가 인가되면, 마그네트(3)는 여자된 코일의 회전자계와 동기되어 회전을 하게 된다.

센서코어(4)는 고정자(5) 상측에 마련된다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 마그네트(3)는 후술할 고정자(5)의 티스(6)보다 소정 길이만큼 더 길다. 센서코어(4)는 티스(6) 상측으로 노출되어 있는 마그네트(3)에 소정의 공극(gap)을 갖고 동심으로 결합된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마그네트(3)에 결합된 센서코어(4)의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 센서코어(4)는 그 사이에 공극(4a)이 있으며, 공극(4a)에는 자력선의 양을 감지하는 소정의 자기센서(4b)가 마련되어 있다.

회전자(1)가 회전을 하게 되면 센서코어(4)에 흐르는 자속량이 변하게 되며, 자기센서(4b)는 회전자(1)의 회전에 따라 센서코어(4)에 흐르는 자력선의 양을 감지하여, 자속량의 변화에 비례한 전압을 출력한다. 이에, 회전자(1)의 회전에 따라 출력전압이 변하게 되므로, 출력전압을 측정하여 회전자(1)의 위치, 즉 회전각도를 센싱할 수 있게 된다.

고정자(5)는 회전자(1)와 상호작용하여 회전 작용을 발생시키는 것으로, 고정자(5)의 몸체를 이루는 티스(6)와, 코일이 감기는 고정자극(7)와, 외부의 상대물과 결합을 위한 베이스(8)를 포함한다.

여기서, 후술할 고정자(5)의 형태는 일실시예로써 이에 한정되지 않으며, 티스(6), 고정자극(7), 베이스(8)의 형상은 모터의 요구되는 성능 내지 특성에 따라 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다. 예컨대, 전술한 고정자(5)는 마그네트(3)의 양단에 하나씩 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 모터의 극과 슬롯의 숫자에 따라 고정자(5)의 갯수가 증가될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 티스(6)는 단면이 반원형상으로 회전자(1)를 감싸는 형태로 회전자(1)의 양측에 마련되며, 티스(6)의 외측면에는 티스(6)와 직각으로 하여 단면이 I자 형태로 돌출된 고정자극(7)이 부착된다.

본 발명에 따른 고정자극(7)은 코일이 감기며, 강자성 물질로 이루어진다. 그리고, 회전축(2)에 직각 방향으로 위치하는 베이스(8)와 연결된다. 베이스(8)는 고정자극(7)과 동일하게 강자성 물질로 이루어지며, 종래 방사공극형 모터와는 다르게 회전축(2) 방향의 자로가 형성된다.

베이스(8)는 외부의 상대물과 결합되는 부위로 상대물과의 체결을 위한 복수의 결합홀(8a, 8b, 8c)이 형성되어 있다. 결합홀(8a, 8b, 8c)은 상대물과의 결합 형태에 따라 형성되어 있으며, 결합홀(8a, 8b, 8c)을 통해 상대물과 끼워 맞추어 결합이 가능하다.

그리고, 베이스(8)는 도시된 바와 같이, 회전축(2)을 지지하는 베어링(9)을 감싸도록 형성되어, 베어링(9)을 지지할 수 있도록 형성된다.

특히, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 베이스(8)는 강자성 물질로 이루어져 있어, 자로의 역할을 할 수 있다. 종래 방사공극형 BLDC 모터의 경우, 상대물과 의 고정을 위한 별도의 부품을 필요로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 액추에이터는 종래 방사공극형 BLDC 모터와는 달리 베이스(8)가 자로의 역할을 할 수 있으므로, 별도의 부품을 마련할 필요가 없다.

따라서, 본 실시예에 따른 액추에이터는 마그네트(3)를 고정자(5)의 티스(6) 상측으로 돌출되게 마련하고, 돌출된 마그네트(3) 부분에 공극을 가지고 동심으로 이루는 센서코어(4)가 마그네트(3)의 회전에 따라 센서코어(4)에 흐르는 자속의 변화를 검출함으로써, 회전자(1)의 위치를 검출할 수 있다.

즉, 회전자(2)의 위치검출용 센서 마그네트를 별도로 마련할 필요없이, 메인 마그네트(3)를 이용하여 회전자(1)의 위치를 검출할 수 있으며, 별도의 추가 부품 없이도 상대물과 체결이 가능하므로, 액추에이터의 구조를 단순화할 수 있고, 경량화가 가능하다.

또한, 강자성체로 이루어진 베이스(8)를 마련함으로써, 상대물과 고정을 위한 추가적인 부품 없이도 상대물과의 체결이 가능함과 동시에, 베이스를 자로로 사용할 수 있게 되므로, 구조의 단순화 및 경량화가 가능하게 된다.

여기서, 전술한 고정자(5)의 형태는 일실시예로써 이에 한정되지 않으며, 고정자(5)의 티스(6), 고정자극(7), 베이스(8)의 형상은 모터의 요구되는 성능 및/또는 특성에 따라 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다. 예컨대, 전술한 고정자(5)는 마그네트(3)의 양단에 하나씩 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 모터의 극과 슬롯의 숫자에 따라 고정자(5)의 갯수가 증가될 수 있다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터의 정면도이며,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터의 측면도이며,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서코어의 단면을 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전자 2 : 회전축

3 : 마그네트 4 : 센서코어

5 : 고정자 6 : 티스

7 : 고정자극 8 : 베이스

8a, 8b, 8c : 결합홀 9 : 베어링

Claims (6)

1. 액추에이터에 있어서,

   회전축과, 상기 회전축에 반경방향으로 부착된 마그네트를 갖는 회전자와;

   상기 회전자를 감싸는 티스(Teeth)와, 상기 티스의 외측으로부터 돌출되며 코일이 감기는 고정자극를 갖는 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터로서,

   상기 마그네트는 상기 티스의 상측으로 기설정된 길이만큼 더 길며, 상기 티스 상측에 상기 회전자와 소정의 공극을 갖고 동심을 이루는 센서코어를 더 포함하고,

   상기 센서코어는 상기 회전자의 회전에 따라 상기 센서코어에 흐르는 자속의 변화량을 감지하는 소정의 자기센서를 통해 상기 회전자의 위치를 센싱하며,

   상기 고정자는 외부의 상대물과 결합을 위한 복수의 결합홀을 갖는 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 베이스는 강자성체로 마련되며, 상기 회전축에 직각으로 연결되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
5. 액추에이터에 있어서,

   회전축과, 상기 회전축에 반경방향으로 부착된 마그네트를 갖는 회전자와;

   상기 회전자를 감싸는 티스(Teeth)와, 상기 티스의 외측으로부터 돌출되며 코일이 감기는 고정자극과, 복수의 결합홀을 갖는 베이스를 갖는 고정자를 포함하며;

   상기 베이스는 강자성체이며, 상기 회전축에 직각으로 연결되어 자로가 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 마그네트는 상기 티스의 상측으로 기설정된 길이만큼 더 길며, 상기 티스 상측에 상기 회전자와 소정의 공극을 갖고 동심을 이루는 센서코어를 더 포함하고;

   상기 센서코어는 상기 회전자의 회전에 따라 상기 센서코어에 흐르는 자속의 변화량을 감지하는 소정의 자기센서를 통해 상기 회전자의 위치를 센싱하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.

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