KR101746474B1 - 솔레노이드 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔레노이드 액츄에이터에 관한 것으로, 구동샤프트, 통전시 상기 구동샤프트에 회전력을 부여하는 동력부, 상기 구동샤프트와 일체로 회전가능하게 결합되는 기어부, 위치 측정을 위해 자기장을 발생하는 센싱마그넷, 및 상기 센싱마그넷에서 발생하는 자기장에 의하여 전자기유도를 통해 위치를 측정하는 홀센서를 포함하여 경량화에 의한 회전효율 증가가 가능하고, 기어비의 계산에 따른 정밀한 위치측정이 가능하다.

Description

솔레노이드 액츄에이터{SOLENOID ACTUATOR}

본 발명은 솔레노이드 액츄에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기력을 이용하여 로터를 회전시키고, 홀 현상을 이용하여 위치를 측정하는 솔레노이드 액츄에이터에 관한 것이다.

솔레노이드 액츄에이터는 전기의 인가에 따른 전자기력을 이용하여, 구동력을 제공하는 장치이다. 솔레노이드 액츄에이터는 직선의 구동력을 제공하는 직선형 솔레노이드 액츄에이터와 회전력을 제공하는 로터리 솔레노이드 액츄에이터가 있다.

일반적으로 직선형 솔레노이드 액츄에이터가 많이 사용되나, 회전력을 제공하여야 하는 경우에는 로터리 솔레노이드 액츄에이터가 사용된다. 로터리 솔레노이드 액츄에이터는 강한 회전력과 정확한 위치 측정이 요구된다. 따라서 회전력을 강화시키는 기술과 회전을 제어하는 기술이 개발되고 있다. 회전력의 강화는 동일한 전기 에너지를 사용하여 더 큰 회전력을 얻기 위해 샤프트의 경량화가 요구되고, 더 정밀한 제어를 위해서는 정교한 위치의 측정이 요구된다.

도 1을 참고하면, 로터리 솔레노이드 액츄에이터의 경우에는 하우징(1) 내부에 고정자(2) 구비되어 있고, 상기 고정자(2)에 권취된 코일(3)에 의하여 전자기력을 받은 로터(4)가 샤프트(6)를 축으로 회전하게되어 구동력을 제공한다. 이때 요크(5)는 자기장을 집중시켜 회전력을 강화한다.

한국등록특허 제1246959호는 도 1을 참고하면, 상기 샤프트(6)의 단부에 자석(7)을 구비하여 상기 샤프트(6)와 함께 회전하도록 함으로써 회로기판(9)에 구비된 홀 센서(8)가 자석의 회전에 의하여 발생하는 유도전류를 측정하도록 하는 방식을 채택하였다. 그러나 이 경우 위치의 측정오차가 발생할 수 있다는 문제점이 있고, 샤프트의 경량화도 이루어지지 못하였다.

한국특허등록공보 제10-1246959호(송쎄보 에스아) 2013. 03. 25.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 솔레노이드 액츄에이터가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 경량화를 통해 효율적인 구동이 가능하고 더욱 정밀한 위치 측정도 가능한 솔레노이드 액츄에이터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 솔레노이드 액츄에이터는 구동샤프트, 통전시 상기 구동샤프트에 회전력을 부여하는 동력부, 상기 구동샤프트와 일체로 회전가능하게 결합되는 기어부, 위치 측정을 위해 자기장을 발생하는 센싱마그넷, 및 상기 센싱마그넷에서 발생하는 자기장에 의하여 전자기유도를 통해 위치를 측정하는 홀센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 동력부는 상기 구동샤프트가 중앙을 통과하는 스테이터, 상기 스테이터에 권취되고 통전시 자기장을 발생시키는 코일, 상기 코일에서 발생되는 자기장에 의해 상기 샤프트를 축으로 회전운동하는 로터, 및 상기 코일에서 발생하는 자기장을 집중시키는 요크를 포함하는 것도 가능하다.

또한, 상기 동력부는 상기 구동샤프트를 중심으로 상기 스테이터가 3개의 부채꼴 형태로 분리된 3상스테핑모터인 것도 가능하다.

한편, 상기 기어부는 상기 구동샤프트와 고정결합되고 상기 구동샤프트의 회전에 의하여 회전하는 구동기어, 및 상기 센싱마그넷이 구비되고 상기 구동기어와 맞물려 회전하는 피동기어를 포함하는 것도 가능하다.

이때, 상기 피동기어는 회전축 상에 상기 센싱마그넷이 구비된 것도 가능하다.

한편, 상기 구동샤프트는 중공형인 것도 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 솔레노이드 액츄에이터에 의하면, 중공형 샤프트를 도입하여 경량화하고, 기어를 도입하여 위치측정을 함으로써 기어비 계산을 통한 정밀한 위치측정이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 솔레노이드 액츄에이터의 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 솔레노이드 액츄에이터의 단면도,
도 3은 도 2의 동력부에 대한 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 액츄에이터는, 하우징(10)의 내부에 동력부(30), 기어부(40), 센싱마그넷(41) 및 홀센서(50)를 구비하고, 상기 하우징(10)을 중공형의 구동샤프트(20)가 관통한다.

상기 동력부(30)는 상기 하우징(10)의 내부에 스테이터(31) 및 요크(34)가 고정되어 있다. 상기 스테이터(31)에는 코일(32)이 권취되어 있다. 상기 스테이터(31) 및 상기 요크(34)의 사이에 로터(33)가 구비되고, 상기 로터(33)는 상기 구동샤프트(20)에 결합되어있다.

상기 기어부(40)는 상기 구동샤프트(20)에 고정기어(42)가 결합되어 있고, 상기 고정기어(42)와 치합되도록 피동기어(43)가 형성되어 있다. 상기 피동기어(43)는 축회전 중심에 영구자석인 상기 센싱마그넷(41)이 안착되어 있고, 회전축(44)에 의하여 지지된다. 즉 상기 센싱마그넷(41)은 상기 회전축(44) 상에 위치한다.

상기 홀센서(50)는 회로기판(51)에 구비되어 있고, 상기 회로기판(51)은 상기 하우징(10)에 고정되어 있다. 이때, 상기 홀센서(50)는 상기 센싱마그넷(41)과 마주보는 위치에 놓인다.

이때, 상기 회로기판(51)은 상기 하우징(10)과 상기 기어부(40) 사이에 구비되고 상기 회전축(44)은 상기 요크(34) 쪽에 위치하는 것도 가능하지만, 본 발명에서는 상기 회전축(44)은 상기 하우징(10)과 연결되어 구비되고 상기 회로기판(51)은 상기 요크(34)와 상기 기어부(40) 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 상기 피동기어(43)를 지지하는 상기 회전축(44)은 상기 하우징(10)에 직접 고정되는 것이 더 강한 지지력을 유지할 수 있기 때문이다.

도 2를 참조하여 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명하면, 통전시 상기 코일(32)에 전기가 인가되고, 상기 코일(32)은 자기장을 발생시킨다. 상기 코일(32)에서 발생시킨 자기장에 의하여 상기 스테이터(31)는 자성을 가지게 되고, 상기 로터(33)는 자기력에 의하여 회전운동을 한다. 또한 상기 요크(34)는 자기장을 집중시켜 상기 로터(33)의 회전운동을 강화한다.

한편 도 3을 참조하면, 본 발명에서는 상기 스테이터(31)는 상기 구동샤프트(20)를 중심으로 3개의 부채꼴 형태로 분리되어 있다. 즉, 3상스테핑모터로 구성된다. 이 경우 각각의 상기 코일(32)에 전원을 인가 및 해제할 수 있으므로, 상기 로터(33)의 회전운동을 정밀하게 제어할 수 있다.

상기 로터(33)가 회전운동하면, 상기 로터(33)와 결합된 상기 구동샤프트(20)가 함께 회전하고, 상기 구동샤프트(20)와 결합된 상기 구동기어(42)도 회전한다. 따라서 상기 구동기어(42)와 치합되어 있는 상기 피동기어(43)도 회전을 하게 되고, 상기 피동기어(43)에 안착된 상기 센싱마그넷(41)도 함께 회전한다.

본 발명에서는 종래의 중실형 구동샤프트와 달리, 상기 구동샤프트(20)를 중공형으로 채택하여, 구동샤프트 전체의 질량을 감소시켰다. 따라서 상기 구동샤프트(20)의 관성모멘트(moment of inertia : I)가 감소되고, 상기 구동샤프트(20)의 회전에 소모되는 에너지(W=0.5·I·ω²)를 줄여 효율적이다.

또한, 종래에는 상기 샤프트(6)(도 1 참조)가 관통되지 아니하고, 상기 샤프트(6)의 단부에 마그넷을 구비했던 것과 달리. 본 발명에서는 상기 구동샤프트(20)가 중공형인 것을 이용하여, 추가적인 장치와 연결 가능하다.

본 발명에서는 상기 센싱마그넷(41)을 상기 구동샤프트(20)의 단부에 구비하지 않고, 기어구조를 도입하여 기어 내에 구비한다. 본 발명에서는 상기 구동기어(42) 및 상기 피동기어(43)는 평기어의 구조를 가지지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 기어구조를 도입 가능하다.

상기 센싱마그넷(41)이 회전하면 자기력선이 회전하고, 그에 따라 자속이 변화하며, 자속변화에 의한 전자기유도현상이 발생하면서 상기 홀센서(50)에 전류가 감지된다. 상기 홀센서(50)는 전류감지시 감지신호를 커넥터(도면미기재) 등을 통하여 제어부(도면미기재)로 전송한다.

상기 홀센서(50)가 감지하는 주기를 측정하고, 상기 구동기어(42) 및 상기 피동기어(43)의 기어비(서로 맞물리는 기어에서, 큰 기어의 잇수를 작은 기어의 잇수로 나눈 값)를 계산하여 상기 구동샤프트(20)의 위치 및 회전속도의 측정이 가능하다. 이때 기어비 값이 증가되도록 기어구조를 도입하면 상기 구동샤프트(20)의 일회전시 상기 홀센서(50)가 감지하는 횟수가 비례하여 증가하게 되고, 그로인한 오차가 감소하게 되어 정밀한 측정이 가능해진다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 : 하우징
20 : 구동샤프트
30 : 동력부
31 : 스테이터
32 : 코일
33 : 로터
34 : 요크
40 : 기어부
41 : 센싱마그넷
42 : 구동기어
43 : 피동기어
44 : 회전축
50 : 홀센서
51 : 회로기판

Claims (6)

1. 구동샤프트;
   통전시 상기 구동샤프트에 회전력을 부여하는 동력부;
   상기 구동샤프트와 일체로 회전가능하게 결합되는 기어부;
   위치 측정을 위해 자기장을 발생하는 센싱마그넷;
   상기 센싱마그넷에서 발생하는 자기장에 의하여 전자기유도를 통해 위치를 측정하는 홀센서;
   상기 기어부는,
   상기 구동샤프트와 고정결합되고, 상기 구동샤프트의 회전에 의하여 회전하는 구동기어; 및
   상기 센싱마그넷이 구비되고, 상기 구동기어와 맞물려 회전하는 피동기어;를 포함하고,
   상기 피동기어는,
   회전축 상에 상기 센싱마그넷이 구비된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 동력부는,
   상기 구동샤프트가 중앙을 통과하는 스테이터;
   상기 스테이터에 권취되고, 통전시 자기장을 발생시키는 코일;
   상기 코일에서 발생되는 자기장에 의해 상기 샤프트를 축으로 회전운동하는 로터; 및
   상기 코일에서 발생하는 자기장을 집중시키는 요크;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 동력부는,
   상기 구동샤프트를 중심으로 상기 스테이터가 3개의 부채꼴 형태로 분리된 3상스테핑모터인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 구동샤프트는,
   중공형인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
   

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