KR101511091B1

KR101511091B1 - 신축가능한 링크를 이용한 변위증폭 출력장치

Info

Publication number: KR101511091B1
Application number: KR20130093994A
Authority: KR
Inventors: 김명호; 김형훈; 박형욱; 고정상; 손창민; 김귀순; 이대우
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-04-10
Also published as: KR20150017860A

Abstract

본 발명은 변위증폭 출력장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 액추에이터로 적용이 가능한 작은 변위를 크게 증폭시켜 출력할 수 있는 변위증폭 출력장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 변위증폭 출력장치는 복수 개의 링크가 결합된 링크조립수단과, 상기 링크조립수단이 신축하도록 각각의 링크의 결합부를 가압하기 위한 가압판과, 상기 가압판을 이동시키기 위한 액추에이터를 포함한다.
또한, 상기의 변위증폭 출력장치에 있어서, 상기 액추에이터는 피에조 액츄에이터인 것이 바람직하다.
또한, 상기의 변위증폭 출력장치는 이동수단을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 이동수단은 일측이 상기 링크조립수단의 끝단에 결합된 이동바와, 상기 이동바의 타측에 결합된 기어와, 상기 이동바가 슬라이딩을 할 때 상기 기어를 회전시킬 수 있도록 상기 기어와 결합되는 고정판과, 상기 기어가 회전으로 직선운동을 할 수 있게 상기 기어와 결합되는 이동판을 구비한다.

Description

신축가능한 링크를 이용한 변위증폭 출력장치{The displacement output amplification device using flexible link}

본 발명은 신축가능한 링크를 이용한 변위증폭 출력장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 신축가능한 링크를 사용하여 액추에이터로 적용할 수 있게 작은 변위를 크게 증폭시켜 출력할 수 있는 변위증폭 출력장치에 대한 것이다.

액추에이터는 제트 엔진의 기류 조절, 기류 유동의 스윗칭 그리고 이런한 메커니즘들의 기계적 조작을 위해 필요하다.

컴프레셔에서 압축된 공기는 연소실에서 팽창되어 배기구 노즐을 통해 빠른 속도로 빠져 나가게 된다. 이때, 최대 압축비와 높은 속도를 낼수 있는 적합한 온도를 가지도록 조절을 하여야 압축기에서 최대 효율을 낼수 있다. 공기역학 적으로 유입구(inlet)의 축방향 속도(axial velocity)를 조절하여 압축비를 증가 시키게 된다.

입구쪽 가변 가이드 날개 (Variable inlet guide vanes, VIGVs) 과 가변 고정자 날개 (Variable Stator Vanes, VSVs)가 각 로터 블레이드 앞,뒤로 위치하여 공기유동 속도를 조절할 수 있게 된다.

압축기에서 유입 공기의 압축비를 높이기 위해 압축기 로터 블레이드 전후에서VIGVs 와 VSVs를 제어하여 주게 되는데, 이를 구동 하는 방식은 현재에도 많은 특허가 출원 되고 있을 정도로 경쟁적으로 개발되고 있다.

제트 엔진의 형태와 크기, 용도에 따라 사용 가능한 액추에이터의 선별이 중요해지고, 특히 엔진의 전체 크기 등이 고려되는 경우 보다 컴팩트한 사이즈의 액추에이터 모델의 개발이 요구된.

항공기의 전체 중량을 초래하는 것은 엔진이 주요한 요인이 되고 있다. 높은 추력을 내면서 중량을 줄이기 위해 기존의 엔진을 개량할 필요가 생겼다. 이를 위하여, 새로운 컨셉의 전기유압 액추에이터가 종래 유압계를 대체 하였다. 공기 유압 액추에이터는 각 액추에이터 마다 유압 펌프가 필요하며, 이 각 유압을 동력원으로 액추에이터를 작동시킨다. 엔진의 외벽은 이 유압 파이프 배관으로 가득한데, 이를 전기유압 액추에이터로 대체 하면 유압 파이프 대신 전력 케이블로 배선하여 전체 중량을 현저히 줄일 수 있다.

제트 엔진과 같이 극심한 온도변화와 높은 압력하에서 입구 고정익과 안내익의 제어를 위한 가변 액추에이터를 위한 개념 설계 및 모델이 필요하다.

또한, 소형 터빈에 적합한 크기와 높은 압력에 대해 강한 힘을 낼수 있는 액추에이터 들을 선별하고 이에 맞는 메커니즘을 개발하는 것이 요구된다.

액추에이터의 크기가 작아지면 최대 힘과 작동 거리도 그에 비례하려 작아진다. 자기변형(magnetostrictive) 액추에이터 또는 PZT 액추에이터와 같이 작은 사이즈를 가지면서 높은 힘을 낼수 있는 액추에이터를 이용할 때, 작은 작동 변위를 증폭해줄 수 있는 특별한 메커니즘이 요구된다.

본 발명은 제트 엔진과 같은 액추에이터에 적용하기 위하여 신축가능한 링크를 사용하여 작은 변위를 증폭하여 큰 변위를 출력할 수 있는 변위증폭 출력장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 신축가능한 링크를 이용한 변위증폭 출력장치는 복수 개의 링크가 결합된 링크조립수단과, 상기 링크조립수단이 신축하도록 각각의 링크의 결합부를 가압하기 위한 가압판과, 상기 가압판을 이동시키기 위한 액추에이터를 포함한다.

또한, 상기의 변위증폭 출력장치에 있어서, 상기 액추에이터는 피에조 액츄에이터인 것이 바람직하다.

또한, 상기의 변위증폭 출력장치는 이동수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 이동수단은 일측이 상기 링크조립수단의 끝단에 결합된 이동바와, 상기 이동바의 타측에 결합된 기어와, 상기 이동바가 슬라이딩을 할 때 상기 기어를 회전시킬 수 있도록 상기 기어와 결합되는 고정판과, 상기 기어의 회전으로 직선운동을 할 수 있게 상기 기어와 결합되는 이동판을 구비한다.

본 발명에 의하면 링크의 결합부를 가압하기 위한 액추에이터의 변위가 작더라도 링크조립수단의 변위는 커진다. 이때 링크조립수단의 변위는 조립된 링크의 개수에 비례한다. 따라서 작은 액추에이터의 변위를 사용하여 큰 변위를 얻을 수 있다. 즉 미소 변위를 사용하여 변위를 증폭시켜서 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 변위증폭 출력장치의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 동작도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 변위증폭 출력장치의 일 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 변위증폭 출력장치는 링크조립수단(10)과, 이동수단(20)과, 가압판(30)과, 액추에이터(35)를 포함한다.

링크조립수단(10)은 복수 개의 링크(11)가 결합되어 형성된다. 복수 개의 링크(11)는 그 단부가 서로 힌지 결합되어 있다. 그래서 링크조립수단(10)은 화살표 3의 방향으로 신축이 가능하다.

이동수단(20)은 이동바(21)와, 기어(23)와, 고정판(25)과, 이동판(27)을 구비한다.

이동바(21)는 일단이 링크조립수단(10)의 끝단부에 결합된다. 그래서 링크조립수단(10)이 화살표 3의 방향으로 신축되면 이동바(21)도 화살표 3의 방향으로 이동을 한다. 기어(23)는 이동바(21)의 타단에 결합된다. 고정판(25)는 랙기어로 형성되며, 슬라이딩을 할 때 기어(23)가 회전될 수 있도록 기어(23)와 결합된다. 이동판(27)은 랙기어로 형성되며, 기어(23)가 회전할 때 직선운동을 할 수 있게 기어(23)와 결합된다.

가압판(30)은 링크조립수단(10)이 화살표 3의 방향으로 신축하도록 각각의 링크(11)의 결합부를 가압한다.

액추에이터(35)는 가압판(30)을 이동시키는 역할을 한다. 즉 액추에이터(35)는 가압판(30)이 링크(11)의 결합부를 가압할 수 있도록 가압판(30)을 이동시키는 역할을 한다. 액추에이터(35)로는 피에조 액추에이터 등이 사용될 수 있다.

액추에이터(35)가 작동하면 가압판(30)이 화살표 1의 방향으로 이동하여 링크(11)의 결합부를 누른다. 그러면 각각의 링크(11)가 회전하여 링크조립수단(10)이 화살표 3의 방향으로 신축을 한다.

이때 액추에이터(35)가 화살표 1의 방향으로 이동하는 변위의 크기를 a라 하고, 하나의 링크(11)가 화살표 3의 방향으로 이동하는 변위의 크기를 b라 하면, 링크조립수단(10)이 n개의 링크(11)로 조립되어 있을 경우, 링크조립수단(10)이 화살표 3의 방향으로 신축하는 크기는 n×b가 된다. 따라서 링크(11)의 개수가 많으면 많을 수록 링크조립수단(10)의 신축량은 커진다. 링크(11)의 개수가 많으면 n×b의 크기가 a의 크기보다 훨씬 크게 할 수 있으므로 액추에이터(35)의 미소 변위를 사용하여 링크조립수단(10)의 큰 변위를 출력시킬 수 있다.

또한, 링크조립수단(10)의 신축량의 크기가 n×b이면, 기어(23)의 이동거리가 n×b가 된다. 이때 기어(23)가 화살표 3의 방향으로 진행할 때 회전하면서 진행하므로 이동판(27)은 기어(23)가 이동한 거리만큼 더 진행하게 된다. 따라서 이동판(27)의 이동거리는 2n×b가 된다. 그러므로 액추에이터(35)가 a만큼 이동하면 이동판(27)은 2n×b만큼 이동하게 된다.

그러므로 본 실시예는 액추에이터(35)의 a만큼 변위에 대하여 이동판(27)의 2n×b만큼의 출력을 갖는다. 따라서 작은 변위로 큰 변위를 출력시킬 수 있다. 이를 사용하여 제트 엔진 등의 가변 액추에이터에 적용할 수 있다.

10 : 링크조립수단 11 : 링크
20 : 이동수단 21 : 이동바
23 : 기어 25 : 고정판
27 : 이동판 30 : 가압판
35 : 액추에이터

Claims

복수 개의 링크가 결합된 링크조립수단과,
상기 링크조립수단이 신축하도록 각각의 링크의 결합부를 가압하기 위한 가압판과,
상기 가압판을 이동시키기 위한 액추에이터와,
일측이 상기 링크조립수단의 끝단에 결합된 이동바와, 상기 이동바의 타측에 결합된 기어와, 상기 이동바가 슬라이딩을 할 때 상기 기어를 회전시킬 수 있도록 상기 기어와 결합되는 고정판과, 상기 기어의 회전으로 직선운동을 할 수 있게 상기 기어와 결합되는 이동판을 구비한 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축가능한 링크를 이용한 변위증폭 출력장치.
제1항에 있어서,
상기 액추에이터는 피에조 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 신축가능한 링크를 이용한 변위증폭 출력장치.
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