KR101201730B1 - 변속가능한 병진구동장치 - Google Patents

변속가능한 병진구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 병진운동부에 제1회전축이 커프링결합되어 병진운동부에 정역방향으로의 회전력을 인가하는 제1모터와, 상기 제1모터의 고정자에 제2회전축이 결합되어 상기 제1모터의 고정자를 정역방향으로 회전시키는 제2모터를 구비하고, 상기 제2모터의 제2회전축에 상기 제1모터의 고정자를 고정시켜 이들 제1 및 제2회전축들의 중심축선이 동축선 상에 있도록 상기 제1 및 제2모터들을 직렬로 결합시키고, 제2모터의 제2회전축을 제2모터의 정지시에 고정시키는 스톱퍼를 제2모터에 구비시킴으로써, 변속기를 배제한 상태에서 구동대상물의 병진운동속도를 변경시키는 것이 가능하게 하고, 아울러 제1모터의 회전축을 정지시킬 때에도, 원하는 위치에 그리고 원하는 시점에 구동대상물을 위치결정시키는 것을 가능하게 할 수 있다.

Description

변속가능한 병진구동장치{translation drive apparatus with variable speed}
본 발명은 변속가능한 병진구동장치에 관한 것이다.
모터는 회전력을 발생시키는 장치로서, 소위 전동기라 불러 진다.
모터는 케이스에 내접 고정된 고정자, 상기 고정자에 대하여 일정 공극을 갖고서 내접되어 배치된 회전자, 상기 회전자에 고정 결합된 회전축을 포함하고 있다.
모터는 고정된 자계속에 전류방향을 정역으로 변경하여서 플레밍의 왼손법칙에 의거하여 회전축에 회전력을 발생시킨다.
이와 같은 모터는 각종 산업기기, 공작기기, 가전기기, 전동차량에 널리 적용되고 있다.
상기 모터를 채용한 모터 기반의 회전구동장치는, 회전운동을 병진운동으로 변환하기 위해, 회전모터의 회전축에 일단이 커플링에 의해 결합된 볼스크류, 상기 볼스크류가 관통하여 결합되는 너트부를 중앙에 구비한 구동대상물, 그리고 상기 볼스크류의 양단을 회전가능하게 지지하고 상기 회전모터를 일측에서 장착하고 있으며, 상기 구동대상물을 선형적으로 미끄럼 이동가능하게 수납하고 있는 장착베이스를 포함하고 있다.
상기와 같이 구성된 병진구동장치는 변속을 위해 변속기를 상기 회전축과 볼스크류 사이에 개재하여 포함하고 있다.
이러한 병진구동장치는 볼스크류에 구동대상물을 결합시켜 상기 구동대상물에 병진력을 부여하지만, 모터가 정지될 시에, 회전하고 있는 회전자의 관성력으로 인하여 구동대상물이 원하는 지점 또는 원하는 시점에서 정지될 수 없다고 하는 문제를 가진다.
또한, 상기 병진구동장치는 변속을 위해 복잡한 구조의 변속기가 필요 된다고 하는 문제를 가진다.
본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.
본 발명은, 병진운동부의 볼스크류에 제1회전축이 커프링결합되어 볼스크류에 정역방향으로의 회전력을 인가하는 제1모터와, 상기 제1모터의 고정자에 제2회전축이 결합되어 상기 제1모터의 고정자를 정역방향으로 회전시키는 제2모터를 구비하고, 상기 제2모터의 제2회전축에 상기 제1모터의 고정자를 고정시켜 이들 제1 및 제2회전축들의 중심축선이 동축선 상에 있도록 상기 제1 및 제2모터들을 직렬로 결합시키고, 제1모터의 제1회전축을 자유상태로 유지하고, 제2모터의 제2회전축을 제2모터의 정지시에 고정시키는 스톱퍼를 제2모터에 구비시키고, 볼스크류를 정방향으로 회전시킬 시에는 제2모터를 정지시킨 상태에서 제1모터를 정방향으로 가동하여 제1모터의 제1회전축에 정방향으로의 회전력을 인가시키고, 볼스크류를 정방향으로 증속 회전시킬 시에는 제1모터의 정방향으로의 가동 중에서 제2모터를 정방향으로 가동하여 제1모터의 제1회전축에 정방향으로의 회전력을 전달시키고, 볼스크류를 정방향으로 감속회전시킬 시에는 제1모터의 정방향으로 가동중에 제2모터를 역방향으로 가동하여 제2모터의 제2회전축에 제1회전축의 정방향 회전수 보다 적은 회전수로 역방향으로의 회전력을 인가시키고, 볼스크류의 정방향으로의 회전을 정지시킬 시에는 제1모터의 정방향으로 가동중에 제2모터를 역방향으로 가동하여 제1모터의 제1회전축의 정방향으로의 회전수만큼 상기 제2모터의 회전축에 역방향으로의 회전력을 인가시키고, 볼스크류를 역방향으로 회전시킬 시에는 제2모터를 정지시킨 상태에서 제1모터를 역방향으로 가동하여 제1모터의 제1회전축에 역방향으로의 회전력을 인가시키고, 볼스크류를 역방향으로 증속 회전시킬 시에는 제1모터의 역방향으로의 가동 중에서 제2모터를 역방향으로 가동하여 제1모터의 제1회전축에 역방향으로의 회전력을 전달시키고, 볼스크류를 역방향으로 감속회전시킬 시에는 제1모터의 역방향으로 가동중에 제2모터를 정방향으로 가동하여 제2모터의 제2회전축에 제1회전축의 역방향 회전수 보다 적은 회전수로 정방향으로의 회전력을 인가시키고, 볼스크류의 역방향으로의 회전을 정지시킬 시에는 제1모터의 역방향으로 가동중에 제2모터를 정방향으로 가동하여 제1모터의 제1회전축의 역방향으로의 회전수만큼 상기 제2모터의 회전축에 정방향으로의 회전력을 인가시킴으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.
본 발명은, 변속기를 배제한 상태에서 구동대상물의 병진운동속도를 변경시키는 것이 가능하게 하고, 아울러 제1모터의 회전축을 정지시킬 때에도, 원하는 위치에 그리고 원하는 시점에 구동대상물을 위치결정시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 변속가능한 병진구동장치의 개념도, 및
도 2는 도 1의 병진운동부에 대한 도면,
도 3은 도 1의 병진운동부에 대한 다른 실시예의 도면.
이하, 본 발명에 따른 실시예들이 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 1에는 본 실시예의 변속가능한 병진구동장치가 개념적으로 도시되어 있다.
상기 변속가능한 병진구동장치는 제1 및 제2모터(10, 20) 그리고 병진운동부(30)를 포함하고 있다.
상기 제1 및 제2모터(10, 20) 각각은, 유도전동기로서, 코일이 감긴 제1 및 제2고정자(13, 23), 상기 제1 및 제2고정자(13, 23) 각각에 대하여 일정 공극을 갖고서 내접되어 배치된 제1 및 제2회전자(14, 24), 상기 제1 및 제2회전자(14, 24) 각각에 고정 결합된 제1 및 제2회전축(11, 21), 및 상기 제1 및 제2고정자(13, 23) 각각에 고정적으로 외접된 제1 및 제2케이스(12, 22)를 포함하고 있다.
상기 제1모터(10)는 병진운동부(30)에 결합된 상기 제1회전축(11)에 정방향 또는 정역방향으로의 회전력을 인가시키며, 그리고 상기 제2모터(20)는 상기 제1모터(10)의 상기 제1케이스(12)에 상기 제2회전축(21)이 결합되어 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)를 정방향 또는 정역방향으로 회전시킨다.
상기 제1 및 제2회전축(11, 21), 상기 제1 및 제2회전자(14, 24), 상기 제1 및 제2고정자(13, 23), 및 상기 제1 및 제2케이스(12, 22)들의 중심축선이 동축선 상에 있도록, 상기 제1 및 제2모터들(10, 20)이 일렬로 결합되어 있다.
상기 제2케이스(22)의 기단은 베이스(40)에 고정되어 있고 그리고 상기 병진운동부(30) 쪽으로 뻗은 상기 제2케이스(22)의 선단은 베어링을 개재하여 상기 제1케이스(12)를 회전가능하게 수납하고 있는 연장부(60)를 더 포함하고 있다.
상기 제2케이스(22) 내에는, 베어링을 개재하여 제2모터(20)의 제2회전축(21) 양단을 회전가능하게 지지하기 위해, 기단이 상기 제2케이스(22)에 고정되어 선단이 방사상 안쪽으로 뻗어 있는 한 쌍의 제2플랜지부(62)가 구비되어 있다.
또한, 상기 제1케이스(12) 내에는, 베어링을 개재하여 제1모터(10)의 제1회전축(11) 양단을 회전가능하게 지지하기 위해, 기단이 상기 제1케이스(12)에 고정되어 선단이 방사상 안쪽으로 뻗어 있는 한 쌍의 제1플랜지부(61)가 구비되어 있다.
상기 한 쌍의 제1플랜지부(61) 사이의 상기 제1케이스(12) 부위에는 상기 제1모터의 상기 고정자(13)에 미끄럼 접촉가능하게 외접된 브러시(63)가 개재되어 있다.
상기 브러시(63)에는 베이스(40)에 장착된 전원(64)에 도선(65)을 통하여 전기적으로 접속되어 있고, 그리고 상기 제2모터의 고정자(23)에는 상기 전원(64)에 도선(65)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.
상기 제1모터(10)는 제1모터(10)의 정지시에 제1회전축(11)을 회전고정시키고 제1모터(10)의 가동시에 회전축(11)을 회전자유상태로 유지시키기 위해 제1스톱퍼(25)를 포함하고 있다.
또한, 상기 제2모터(20)는 제2모터(20)의 정지시에 제2회전축(21)을 회전고정시키고 제2모터(20)의 가동시에 제2회전축(21)을 회전자유상태로 유지시키기 위해 제2스톱퍼(26)를 포함하고 있다.
상기 제1모터의 상기 제1스톱퍼(25)는 상기 제1케이스(12)에 고정되어 상기 제1회전축(11)의 기단과 마주하고 있고, 그리고 상기 제2모터의 상기 제2스톱퍼(26)는 상기 제2케이스(22)에 고정되어 상기 제2회전축(21)의 기단과 마주하고 있다.
상기 제1스톱퍼(25)는, 예를 들면, 제1모터(10)에 전원이 공급되면 비자화되어 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 대한 잡음을 해제하고, 제1모터(10)에 전원이 공급되지 않으면 자화되어 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 대한 잡음을 실시하는 전자척이 될 수 있고, 그리고 상기 제2스톱퍼(26)는, 예를 들면, 제2모터(20)에 전원이 공급되면 비자화되어 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 대한 잡음을 해제하고, 제2모터(20)에 전원이 공급되지 않으면 자화되어 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 대한 잡음을 실시하는 전자척이 될 수 있다.
상기 실시예의 설명에서 상기 변속가능한 구동장치가 2개의 스톱퍼를 구비한 것으로 설명되어 있지만, 제1모터에만 스톱퍼가 상기 변속가능한 구동장치에 구비되거나 또는 제2모터에만 스톱퍼가 상기 변속가능한 병진구동장치에 구비될 수 있다.
상기 병진운동부(30)는, 공지된 바와 같이, 볼스크류구동식과 벨트구동식으로 나누어지며, 본 실시예에서는 상기 2가지 방식이 모두 적용될 수 있다.
볼스크류구동식의 상기 병진운동부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 일단이 도시되지 않은 커플링에 의해 결합된 볼스크류(31), 상기 볼스크류(31)가 관통하여 결합되는 너트부(32)를 중앙에 구비한 구동대상물인 캐리지(33), 그리고 상기 볼스크류(31)의 양단을 회전가능하게 지지되고 상기 제1모터(10)를 일측에서 장착하고 있으며 상기 캐리지(33)을 선형적으로 미끄럼 이동가능하게 수납하고 있는 장착베이스(34)를 포함하고 있다.
그리고 벨트구동식 상기 병진부(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 일단에 고정적으로 회전된 구동풀리(35), 상기 구동풀리(35)의 회전중심축선에 대하여 회전중심축선이 일정 간격 이격되어 평행하게 뻗은 피동풀리(36), 상기 구동풀리(35)와 상기 피동풀리(36)에 감겨진 벨트(37), 상기 벨트(37)의 상부에 결합된 구동대상물인 캐리지(38) 및 상기 구동풀리(35)와 상기 피동풀리(36)를 회전가능하게 지지하고 상기 제1모터(10)를 일측에서 장착하고 있으며 상기 캐리지(38)을 선형적으로 미끄럼 이동가능하게 장착하고 있는 장착베이스(39)를 포함하고 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 실시예의 상기 변속가능한 병진구동장치는 다음과 같이 작동될 수 있다.
1. 제1모터에만 스톱퍼가 구비된 제1경우
상기 구동대상물인 캐리지(33 또는 38)를 전진시킬 시에는, 상기 제1모터(10)를 정지시켜 스톱퍼(25)가 제1모터(10)의 제1회전축(11)을 고정하게 한 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2모터(20)의 제2고정자(23)와 제2회전자(24) 사이에 전자기력인 정방향 회전력을 발생시킨다.
이때 상기 제1회전축(11)은 상기 스톱퍼(25)에 의해 상기 제1케이스(12)를 경유하여 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 고정되어 있기 때문에, 함께 정방향으로 회전하게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 전진방향으로 증속시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전자기력인 정방향으로의 회전력을 인가시킨다.
결국, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)에 고정된 제1고정자(13)를 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 정방향으로의 회전력이 전달되기 때문에, 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전달되는 회전력이 배가되어 상기 캐리지(33, 38)는 전진방향으로 증속되게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 전진방향으로 감속시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전자기력인 역방향 회전력을 인가한다.
결국, 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 대한 결합상태가 해제되어도, 제2모터(20)에 의해 정방향으로 회전하고 있는 제1케이스(12) 및 제1고정자(13) 내에 수용되어 있어서, 계속 정방향으로 회전하게 되고, 이런 분위기 하에서 상기 제1모터(10)를 가동하여 상기 제1모터의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 전자기력인 역방향으로 회전력이 인가되면, 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 역방향으로 자연스럽게 회전하게 되고, 이에 의해 정방향으로 회전하고 있는 제1케이스(12) 내에서 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 역방향으로 회전하게 되므로, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)의 회전수보다 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 회전수가 적은 경우에, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 전진방향으로 감속되게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 전진방향으로 정시시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)의 정방향 회전수와 동일한 회전수로 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1회전축(11)에 전자기력인 역방향 회전력을 인가시키고 나서 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시킨다.
결국, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)를 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 상기 제2회전축(21)의 정방향으로의 회전수 만큼의 회전수에 상당하는 전자기력인 역방향으로의 회전력을 인가되기 때문에, 제1케이스(12)의 정방향 회전수 만큼의 회전수를 가지고서 제1회전축(11)이 역방향으로 회전하게 되므로, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 정지상태가 된다.
이 상태에서는 상기 제1 및 제2모터(10, 20) 들이 가동되고 있음에도 불구하고 지면 또는 베이스에서 볼 때, 상기 캐리지(33, 38)가 정지상태에 있기 때문에, 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시켜도, 상기 캐리지(33, 38)는 원하는 위치에서 그리고 원하는 시간에 바로 정지될 수 있다.
상기 캐리지(33 또는 38)를 후진시킬 시에는, 상기 제1모터(10)를 정지시켜 스톱퍼(25)가 제1모터(10)의 제1회전축(11)을 고정하게 한 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2모터(20)의 제2고정자(23)와 제2회전자(24) 사이에 전자기력인 역방향 회전력을 발생시킨다.
이때 상기 제1회전축(11)은 상기 스톱퍼(25)에 의해 상기 제1케이스(12)를 경유하여 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 고정되어 있기 때문에, 함께 역방향으로 회전하게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 후진방향으로 증속시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전자기력인 역방향으로의 회전력을 인가시킨다.
결국, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)에 고정된 제1고정자(13)를 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 역방향으로의 회전력이 전달되기 때문에, 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전달되는 회전력이 배가되어 상기 캐리지(33, 38)는 후진방향으로 증속되게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 후진방향으로 감속시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전자기력인 정방향 회전력을 인가한다.
결국, 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 대한 결합상태가 해제되어도, 제2모터(20)에 의해 역방향으로 회전하고 있는 제1케이스(12) 및 제1고정자(13) 내에 수용되어 있어서, 계속 역방향으로 회전하게 되고, 이런 분위기 하에서 상기 제1모터(10)를 가동하여 상기 제1모터의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 전자기력인 정방향으로 회전력이 인가되면, 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 역방향으로 자연스럽게 회전하게 되고, 이에 의해 역방향으로 회전하고 있는 제1케이스(12) 내에서 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 정방향으로 회전하게 되므로, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)의 회전수보다 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 회전수가 적은 경우에, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 후진방향으로 감속되게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 후진방향으로 정시시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)의 역방향 회전수와 동일한 회전수로 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1회전축(11)에 전자기력인 정방향 회전력을 인가시키고 나서 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시킨다.
결국, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)를 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 상기 제2회전축(21)의 역방향으로의 회전수 만큼의 회전수에 상당하는 전자기력인 정방향으로의 회전력을 인가되기 때문에, 제1케이스(12)의 역방향 회전수 만큼의 회전수를 가지고서 제1회전축(11)이 정방향으로 회전하게 되므로, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 정지상태가 된다.
이 상태에서는 상기 제1 및 제2모터(10, 20) 들이 가동되고 있음에도 불구하고 지면 또는 베이스에서 볼 때, 상기 캐리지(33, 38)가 정지상태에 있기 때문에, 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시켜도, 상기 캐리지(33, 38)는 원하는 위치에서 그리고 원하는 시간에 바로 정지될 수 있다.
2. 제2모터에만 스톱퍼가 구비된 제2경우
상기 캐리지(33, 38)를 전진시킬 시에는, 상기 제2모터(20)를 정지시켜 제2스톱퍼(26)가 제2모터(21)의 제2회전축(21)을 회전고정하게 한 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1모터(10)의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 전자기력인 정방향으로의 회전력을 발생시켜 제1회전축(11)에 정방향으로의 회전력을 인가시킨다.
이때 상기 제1회전축(11)은 상기 제1모터(10)의 제1고정자(13) 내에서 회전자유상태에 있지만, 상기 제1고정자(13)를 고정하고 있는 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)가 상기 제2스톱퍼(26)에 의해 고정된 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 고정되어 있기 때문에, 뉴턴의 제3법칙(작용 반작용 법칙)에 의거하여 상기 정방향 회전력을 인가받을 수 있다.
즉, 회전축은 고정자가 고정되어 있어야만 고정자와 회전자 사이에 발생된 전자기력인 회전력을 전달받을 수 있다. 이러한 예는 고정자를 고정하고 있는 통상의 모터의 케이스가 고정 베이스에 고정되어 있는 원리와 같다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 전진방향으로 증속시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 회전고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 전자기력인 정방향 회전력을 인가시킨다.
결국, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)에 고정된 제1고정자(13)를 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 의해 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 정방향으로의 회전력이 전달되기 때문에, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 배가된 회전수로 전진방향으로 증속되게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 전진방향으로 감속시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 전자기력인 역방향 회전력을 전달한다.
결국, 상기 제1모터의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 정방향으로 전자기력인 회전력이 발생되어 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 정방향으로의 회전력을 전달된 상태에서 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)를 역방향으로 회전시키기 때문에, 역방향으로 회전하고 있는 제1케이스(12) 내에서 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 정방향으로 회전하게 되므로, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)의 회전수보다 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 회전수가 큰 경우에, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 전진방향으로 감속되게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)을 전진방향으로 정시시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 정방향 회전수만큼의 회전수로 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 회전할 수 있도록 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 역방향으로의 전자기력인 회전력을 인가시키고 나서 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시킨다.
결국, 상기 제1모터의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 정방향으로 전자기력인 회전력이 발생되어 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 정방향으로의 회전력을 전달된 상태에서 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 회전수만큼의 회전수를 가지고서 제1모터(10)의 제1케이스(12)가 역방향으로 회전하게 되므로, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 정지상태가 된다.
이 상태에서는 상기 제1 및 제2모터(10, 20) 들이 가동되고 있음에도 불구하고 지면 또는 베이스에서 볼 때, 상기 캐리지(33, 38)가 정지상태에 있기 때문에, 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시켜도, 상기 캐리지(33, 38)는 원하는 위치에서 그리고 원하는 시간에 바로 정지될 수 있다.
상기 캐리지(33, 38)를 후진시킬 시에는, 상기 제2모터(20)를 정지시켜 제2스톱퍼(26)가 제2모터(21)의 제2회전축(21)을 회전고정하게 한 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1모터(10)의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 전자기력인 역방향으로의 회전력을 발생시켜 제1회전축(11)에 역방향으로의 회전력을 인가시킨다.
이때 상기 제1회전축(11)은 상기 제1모터(10)의 제1고정자(13) 내에서 회전자유상태에 있지만, 상기 제1고정자(13)를 고정하고 있는 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)가 상기 제2스톱퍼(26)에 의해 고정된 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 고정되어 있기 때문에, 뉴턴의 제3법칙(작용 반작용 법칙)에 의거하여 상기 역방향 회전력을 인가받을 수 있다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 후진방향으로 증속시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 회전고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 전자기력인 역방향 회전력을 인가시킨다.
결국, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)에 고정된 제1고정자(13)를 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 의해 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 역방향으로의 회전력이 전달되기 때문에, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 배가된 회전수로 후진방향으로 증속되게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)를 후진방향으로 감속시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 전자기력인 정방향 회전력을 전달한다.
결국, 상기 제1모터의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 역방향으로 전자기력인 회전력이 발생되어 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 역방향으로의 회전력을 전달된 상태에서 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 상기 제1모터(10)의 제1케이스(12)를 정방향으로 회전시키기 때문에, 정방향으로 회전하고 있는 제1케이스(12) 내에서 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 역방향으로 회전하게 되므로, 상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)의 회전수보다 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 회전수가 큰 경우에, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 후진방향으로 감속되게 된다.
또한, 상기 캐리지(33, 38)을 후진방향으로 정시시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 역방향 회전수만큼의 회전수로 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 회전할 수 있도록 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 정방향으로의 전자기력인 회전력을 인가시키고 나서 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시킨다.
결국, 상기 제1모터의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 역방향으로 전자기력인 회전력이 발생되어 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 역방향으로의 회전력을 전달된 상태에서 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 회전수만큼의 회전수를 가지고서 제1모터(10)의 제1케이스(12)가 정방향으로 회전하게 되므로, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)는 정지상태가 된다.
이 상태에서는 상기 제1 및 제2모터(10, 20) 들이 가동되고 있음에도 불구하고 지면 또는 베이스에서 볼 때, 상기 캐리지(33, 38)가 정지상태에 있기 때문에, 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시켜도, 상기 캐리지(33, 38)는 원하는 위치에서 그리고 원하는 시간에 바로 정지될 수 있다.
3. 제1 및 제2모터에 스톱퍼가 구비된 제3경우
상기 제1 및 제2경우에서 같이 구동대상물인 상기 캐리지(33, 38)에 대하여 전후방향으로의 병진작용, 전후진방향으로의 증속작용, 전후진방향으로의 감속작용, 및 전후진방향으로의 정지작용이 가능하게 된다.
또한, 상기 제3경우에서는 상기 작용들에 더하여, 신속한 후진방향으로의 기동과 신속한 전진방향으로의 기동 작용이 가능하다.
즉, 상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)과 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 동일한 회전수를 가지고서 서로 반대방향으로 회전시킨 상태에서, 상기 제1 및 제2모터중 어느 하나를 작동중지시키면, 지면 또는 베이스에서 상기 캐리지(33, 38)를 보게 되면, 상기 캐리지(33, 38)가 정지상태에 있기 때문에, 작동되고 있는 어느 하나의 모터의 회전축의 회전방향에 의한 전진방향 또는 후진방향으로 신속하게 상기 캐리지(33, 38)를 병진기동시킬 수 있다.
상기 제1 및 제2모터(10, 20)의 가동과 정지는 제1 및 제2모터(10, 20) 각각에 구비된 엔코더로부터 수신된 회전속도정보와 자체적으로 설정된 상기 일정 시간 정보를 상기 변속가능한 병진구동장치에 구비된 도시되지 않은 제어장치의 연산프로그램에 의해 제어될 수 있다.
상기와 같이 구성된 실시예의 변속가능한 병진구동장치는 변속기가 배제된 상태에서도 구동대상물인 캐리지의 속도를 변경시키는 것이 가능하게 하고, 아울러 구동대상물인 캐리지를 어떠한 진동 없이 원하는 위치에 그리고 원하는 시점에 위치결정시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
10; 제1모터, 20; 제2모터, 30; 병진운동부, 40; 베이스

Claims (8)

  1. 구동대상물을 병진운동시키는 병진운동부(30)에 제1회전축(11)이 결합되어 제1회전축(11)을 정역방향으로의 회전력을 인가시키는 제1모터(10)와 상기 제1모터(10)의 제1고정자(13) 또는 제1케이스(12)에 제2회전축(21)이 결합되어 상기 제1모터(10)의 제1고정자(13) 또는 제1케이스(12)를 정역방향으로 회전시키는 제2모터(20)를 구비하고 있는 변속가능한 병진구동장치로서,
    상기 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 상기 제1모터(10)의 제1고정자 또는 제2케이스(12)를 고정시켜 이들 제1 및 제2회전축(11, 21)들의 중심축선이 동축선 상에 있도록, 상기 제1 및 제2모터들(10, 20)이 일렬로 결합되어 있고,
    상기 제1 및 제2모터(10, 20)는, 각각 제1 및 제2고정자(13, 23), 상기 제1 및 제2고정자(13, 23) 각각에 대하여 일정 공극을 갖고서 내접되어 배치된 제1 및 제2회전자(14, 24), 상기 제1 및 제2회전자(14, 24) 각각에 내접고정된 제1 및 제2회전축(11, 21)을 포함하고 있고,
    상기 제2모터(20)의 제2고정자(23) 또는 제2케이스(22)는 베이스(40)에 고정되어 있고,
    상기 제1 및 제2모터 중 적어도 하나의 모터에는 상기 하나의 모터의 정지시에 상기 하나의 모터의 회전축을 회전고정시키기 위해 스톱퍼를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 변속가능한 병진구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스톱퍼는 상기 하나의 모터의 고정자 또는 케이스에 고정되어 있고,
    상기 스톱퍼는 상기 하나의 모터에 전원이 공급되면 비자화되어 상기 하나의 모터의 회전축에 대한 잡을 해제하고, 상기 하나의 모터에 전원이 공급되지 않으면 자화되어 상기 제2모터(20)의 회전축(21)에 대한 잡음을 실시하는 전자척인 것을 특징으로 하는 변속가능한 병진구동장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 병진운동부(30)는
    제1모터(10)의 제1회전축(11)에 일단이 커플링에 의해 결합된 볼스크류(31), 상기 볼스크류(31)가 관통하여 결합되는 너트부(32)를 중앙에 구비한 구동대상물인 캐리지(33), 및 상기 볼스크류(31)의 양단을 회전가능하게 지지되고 상기 제1모터(10)를 일측에서 장착하고 있으며 상기 캐리지(33)을 선형적으로 미끄럼 이동가능하게 수납하고 있는 장착베이스(34)를 포함하거나, 또는
    제1모터(10)의 제1회전축(11)의 일단에 고정적으로 회전된 구동풀리(35), 상기 구동풀리(35)의 회전중심축선에 대하여 회전중심축선이 일정 간격 이격되어 평행하게 뻗은 피동풀리(36), 상기 구동풀리(35)와 상기 피동풀리(36)에 감겨진 벨트(37), 상기 벨트(37)의 상부에 결합된 구동대상물인 캐리지(38) 및 상기 구동풀리(35)와 상기 피동풀리(36)를 회전가능하게 지지하고 상기 제1모터(10)를 일측에서 장착하고 있으며 상기 캐리지(38)을 선형적으로 미끄럼 이동가능하게 장착하고 있는 장착베이스(39)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 변속가능한 병진구동장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 구동대상물을 전진시킬 시에는, 상기 제1모터(10)를 정지시켜 스톱퍼(25)가 제1모터(10)의 제1회전축(11)을 고정하게 한 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2모터(20)의 제2고정자(23)와 제2회전자(24) 사이에 전자기력인 정방향 회전력을 발생시키고,
    상기 구동대상물을 전진방향으로 증속시킬 시에는, 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전자기력인 정방향으로의 회전력을 인가시키고,
    상기 구동대상물을 전진방향으로 감속시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전자기력인 역방향 회전력을 인가하고,
    상기 구동대상물을 전진방향으로 정시시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)의 정방향 회전수와 동일한 회전수로 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1회전축(11)에 전자기력인 역방향 회전력을 인가시키고 나서 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시키고,
    상기 구동대상물을 후진시킬 시에는, 상기 제1모터(10)를 정지시켜 스톱퍼(25)가 제1모터(10)의 제1회전축(11)을 고정하게 한 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2모터(20)의 제2고정자(23)와 제2회전자(24) 사이에 전자기력인 역방향 회전력을 발생시키고,
    상기 구동대상물을 후진방향으로 증속시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전자기력인 역방향으로의 회전력을 인가시키고,
    상기 구동대상물을 후진방향으로 감속시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 전자기력인 정방향 회전력을 인가하고,
    상기 구동대상물을 후진방향으로 정시시킬 시에는, 제2모터(20)에 전원을 공급하여 상기 제2회전축(21)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 스톱퍼(25)에 의한 제1회전축(11)의 고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)의 역방향 회전수와 동일한 회전수로 제1모터(10)의 제1회전축(11)이 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1회전축(11)에 전자기력인 정방향 회전력을 인가시키고 나서 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시는 것을 특징으로 하는 변속가능한 병진구동장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 구동대상물을 전진시킬 시에는, 상기 제2모터(20)를 정지시켜 제2스톱퍼(26)가 제2모터(21)의 제2회전축(21)을 회전고정하게 한 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1모터(10)의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 전자기력인 정방향으로의 회전력을 발생시켜 제1회전축(11)에 정방향으로의 회전력을 인가시키고,
    상기 구동대상물을 전진방향으로 증속시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 회전고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 전자기력인 정방향 회전력을 인가시키고,
    상기 구동대상물을 전진방향으로 감속시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 전자기력인 역방향 회전력을 전달하고,
    상기 구동대상물을 전진방향으로 정시시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 정방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 정방향 회전수만큼의 회전수로 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 회전할 수 있도록 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 역방향으로의 전자기력인 회전력을 인가시키고 나서 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시키고,
    상기 구동대상물을 후진시킬 시에는, 상기 제2모터(20)를 정지시켜 제2스톱퍼(26)가 제2모터(21)의 제2회전축(21)을 회전고정하게 한 상태에서 상기 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1모터(10)의 제1고정자(13)와 제1회전자(14) 사이에 전자기력인 역방향으로의 회전력을 발생시켜 제1회전축(11)에 역방향으로의 회전력을 인가시키고,
    상기 구동대상물을 후진방향으로 증속시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 회전고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 전자기력인 역방향 회전력을 인가시키고,
    상기 구동대상물을 후진방향으로 감속시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 고정상태를 해제하면서 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 전자기력인 정방향 회전력을 전달하고,
    상기 구동대상물을 후진방향으로 정시시킬 시에는, 제1모터(10)에 전원을 공급하여 상기 제1회전축(11)을 역방향으로 회전시키는 상태에서 상기 제2모터(20)에 전원을 공급하여 제2스톱퍼(26)에 의한 제2회전축(21)의 고정상태를 해제하면서 제1모터(10)의 제1회전축(11)의 역방향 회전수만큼의 회전수로 제2모터(20)의 제2회전축(21)이 회전할 수 있도록 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 정방향으로의 전자기력인 회전력을 인가시키고 나서 상기 제 1 및 제2모터(10, 20)를 동시에 작동중지시키는 것을 특징으로 하는 변속가능한 병진구동장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1모터(10)의 제1회전축(11)과 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 동일한 회전수를 가지고서 서로 반대방향으로 회전시킨 상태에서, 상기 제1 및 제2모터중 어느 하나를 작동중지시켜서, 작동되고 있는 어느 하나의 모터의 회전축의 회전방향으로 신속하게 구동대상물을 기동시키는 것을 특징으로 하는 변속가능한 병진구동장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2모터(10, 20)는 유도전동기이고,
    상기 구동대상물 쪽으로 뻗은 상기 제2케이스(22)의 선단은 베어링을 개재하여 상기 제1케이스(12)를 회전가능하게 수납하고 있는 연장부(60)를 포함하고 있고,
    상기 제1고정자(13)와 마주하는 상기 제1케이스(12) 부위에는 상기 제1모터의 상기 고정자(13)에 미끄럼 접촉가능하게 외접된 브러시(63)가 개재되어 있고,
    상기 브러시(63)에는 베이스(40)에 장착된 전원(64)에 도선(65)을 통하여 전기적으로 접속되어 있고, 그리고 상기 제2모터의 고정자(23)에는 상기 전원(64)에 도선(65)을 통하여 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 변속가능한 병진구동장치.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2케이스(22) 내에는, 베어링을 개재하여 제2모터의 제2회전축(21) 양단을 회전가능하게 지지하기 위해, 기단이 상기 제2케이스(22)에 고정되어 선단이 방사상 안쪽으로 뻗어 있는 한 쌍의 제2플랜지부(62)가 구비되어 있고,
    상기 제1케이스(12) 내에는, 베어링을 개재하여 제1모터의 제1회전축(11) 양단을 회전가능하게 지지하기 위해, 기단이 상기 제1케이스(12)에 고정되어 선단이 방사상 안쪽으로 뻗어 있는 한 쌍의 제1플랜지부(61)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 변속가능한 병진구동장치.
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