KR101191083B1

KR101191083B1 - 자기장 응답형 엘라스토머를 이용한 가변 강성의 구동기

Info

Publication number: KR101191083B1
Application number: KR1020110028820A
Authority: KR
Inventors: 김수현; 김경수; 김영근
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-15
Also published as: KR20120110753A

Abstract

본 발명에 의한 구동기는, 자기장 응답형 엘라스토머와, 상기 엘라스토머에 포함되어 있는 복수 개의 영구 자석과, 상기 영구 자석에 대응하는 위치에 배열되는 복수 개의 전자석 부재와, 상기 전자석 부재에 흐르는 전류를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

자기장 응답형 엘라스토머를 이용한 가변 강성의 구동기{Actuator with Variable Stiffness Using Magneto-Rheological Elastomer}

본 발명은 다자 유도 구동기에 관한 것으로서 특히 자기장 응답형 엘라스토머를 이용하여 가변 강성을 가지는 다자 유도 구동기에 관한 것이다.

다양한 산업 분야에서 사용되는 구동기가 사용되는데, 강성을 변화시킬 수 있으면서 다양한 형태로 구동되는 다자 유도 구동기를 구현하는 기술이 요구되고 있다. 예를 들어, 로봇 물고기 내지 생체 모방 구동에서는 원하는 부드러운 파형으로 부품이 구동되어야 할 필요성이 있는데 소형화가 가능하고 제작 원가가 낮은 부품으로 원하는 다자 유도 구동 장치를 구현하는 것에는 기술적 한계가 존재하고 있었다. 그리고 tactile 3D display에서는 화면이 다양한 형태로 움직여야 하는데 3D 화면을 구현하면서 촉감까지 줄 수 있는 화면 디스플레이를 작은 크기로 제작하는 데에는 기술적 장벽이 높았다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하여 소형화가 가능하고, 강성이 변화하면서도 원하는 형태로 구동될 수 있는 다자 유도 구동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 제어부는 각 전자석 부재에 흐르는 전류를 독립적으로 제어하는 것이 바람직하다.

상기 영구 자석은 자석 분말로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 형태에 의한 구동기는, 자기장 응답형 엘라스토머와, 상기 엘라스토머에 포함되어 있으며 소정의 복수 개의 자성체와, 상기 소정의 복수 개의 자성체에 대응하는 위치에 배열되는 복수 개의 전자석 부재와, 상기 전자석 부재에 흐르는 전류를 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 자성체는 금속 또는 금속 분말로 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면 강성이 변화하면서도 다양한 형태로 구동될 수 있는 다자 유도 구동기를 구현할 수 있다. 그리고 소형화 및 빠른 반응속도의 구동기를 구현할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 구동기에 사용되는 자기장 응답형 엘라스토머를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 구동기 작동전 초기 상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 구동기 작동 후 구동된 상태의 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 구동기를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 구동기를 도시한 도면.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 구동기에 사용되는 구동 유니트(1)가 도시되어 있다. 구동 유니트(1)는 자기장 응답형 엘라스토머(10; Magneto-Rheological Elastomer)에 복수 개의 영구 자석(20)이 포함되어 있다. 영구 자석(20)의 위치는 구동기에 의해 다자 유도 구동되어야 하는 설계 사양에 따라서 배치되면 된다. 영구 자석(20)은 단층으로 배치되어도 되며, 여러 층으로 배치되어도 무방하다. 영구 자석(20) 이외에 자석 분말을 포함시킬 수도 있으며, 자성을 가지는 금속이나 금속 분말을 자기장 응답형 엘라스토머(10)에 포함시킬 수도 있다. 본 명세서에서는 영구 자석에 대해서 설명하지만 자석 분말과 금속 내지 금속 분말, 기타 자성을 가지는 소재 모두를 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

자기장 응답형 엘라스토머(10)는 엘라스토머에 자성체 입자(도시되지 않음)가 포함되어 있는 소재를 의미하며, 인가되는 자기장에 따라서 강성이 변화하는 특징을 가지고 있다. 자기장 응답형 엘라스토머의 구조나 제작 장법은 공지의 기술을 이용하면 되므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

구동 유니트(1)를 이용하여 구성한 구동기의 블록도가 도 2에 도시되어 있다.

구동 유니트(1)의 영구 자석(20)에 대응하는 위치에 복수 개의 전자석 부재(30)가 배열된다. 본 명세서에서 "대응하는 위치"라 함은 전자석 부재(30)에 전류가 흘러 자기장이 발생할 때 이 자기장이 영구 자석(20)에 미쳐 영구 자석(20)을 이동시킬 수 있도록 하는 위치를 의미한다. 전자석 부재(30)에는 전자석 부재(30)에 흐르는 전류를 제어할 수 있는 제어부(40)가 연결된다. 제어부(40)는 전자석 부재(30) 각각에 제공되어 독립적으로 제어를 수행할 수도 있고, 하나의 제어부가 여러 전자석 부재(30)에 흐르는 전류를 제어할 수 있도록 제공되어도 무방하다.

도 3에는 본 발명에 의한 구동기가 작동한 상태의 예가 도시되어 있다. 제어부(40)의 제어에 의해 전자석 부재(30)에 전류가 흘러 자기장이 발생하면, 영구 자석(20)과 전자석 부재(30) 사이에 인력 또는 척력이 발생해서 영구 자석(20)은 그 자기장의 세기와 방향에 따라서 도 3과 같이 움직일 수 있으며, 자기장 응답형 엘라스토머(10)는 영구 자석(20)의 움직임에 따라 모양이 변함으로써 다양한 다자 유도 구동을 구현한다. 그리고 생성되는 자기장에 의해서 자기장 응답형 엘라스토머(10)의 강성도 변하게 된다. 따라서, 본 발명에 의한 구동기에 의하면 강성이 변하면서도 원하는 형태대로 파형을 이루는 다자 유도 구동 시스템을 구현하는 것이 가능하다.

이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및/또는 수정도 본 발명의 범위에 포함됨이 명백하게 이해되어야 한다.

1: 구동 유니트
10: 자기장 응답형 엘라스토머
20: 영구 자석
30: 전자석 부재
40: 제어부

Claims

자기장 응답형 엘라스토머와,
상기 엘라스토머에 포함되어 있는 복수 개의 영구 자석과,
상기 영구 자석에 대응하는 위치에 배열되는 복수 개의 전자석 부재와,
상기 전자석 부재에 흐르는 전류를 제어하는 제어부를 포함하는,
구동기.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 각 전자석 부재에 흐르는 전류를 독립적으로 제어하는,
구동기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 영구 자석은 자석 분말로 구성되어 있는,
구동기.
자기장 응답형 엘라스토머와,
상기 엘라스토머에 포함되어 있으며 소정의 복수 개의 자성체와,
상기 소정의 복수 개의 자성체에 대응하는 위치에 배열되는 복수 개의 전자석 부재와,
상기 전자석 부재에 흐르는 전류를 제어하는 제어부를 포함하는,
구동기.
청구항 4에 있어서,
상기 자성체는 금속 또는 금속 분말로 구성되어 있는,
구동기.