KR102014701B1 - 2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치 - Google Patents

2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치 Download PDF

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최병관
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(주)한빛산업
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Abstract

본 발명에 따른 액츄에이터 장치는, 내부에 홀이 형성되는 프레임, 상기 홀에 상, 하 방향으로 이동 가능하게 구비되고, 외측의 일부가 돌출되는 돌출부가 형성되는 샤프트, 상기 프레임을 관통하여 상기 샤프트의 이동을 제어하는 제어부 및 상기 샤프트의 이동에 의해 압축 또는 팽창되며 상기 샤프트에 힘을 제공하도록, 상기 샤프트의 적어도 일부를 감싸며 형성되는 가변피스톤유닛을 포함할 수 있다.

Description

2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치{Variable actuator device for coating electrode of secondary battery}
본 발명은 2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 트리거 및/또는 가변 피스톤 시스템을 통해 오버슈트가 발생하지 않으면서도 전극코팅밸브의 작동을 제어하는 속도를 증가시킬 수 있는 액츄에이터 장치에 관한 것이다.
이차전지 생산 공정 중 코팅(coating) 공정은 전극 판(Al, Cu 등)에 활물질인 슬러리(slurry)를 균일하게 도포하는 공정으로서, 이 때 전극판은 다이코터를 일정 속도로 지나가고 다이코터는 슬러리를 일정한 양으로 전극 판에 공급해야 하므로 가장 핵심적인 공정이다.
전극 판은 공급 밸브가 열림과 동시에 리턴 밸브가 닫혀 전극 판에 슬러리가 도포되는 부분인 코팅부와 공급 밸브가 닫힘과 동시에 리턴 밸브가 열려 슬러리가 도포 되지 않는 부분인 무지부로 나뉜다.
서보 액츄에이터는 공급 밸브 또는 리턴 밸브를 열고 닫도록 제어하여 코팅 속도를 결정할 수 있다.
이와 같이 2차전지 전극코팅밸브의 ON/OFF를 발생시키는 액츄에이터의 전진 후진 속도와 관련하여, 2차전지 전극코팅용 밸브제어장치에 적용된 서보 제어 선도인 도 1에서 알 수 있듯이, 액츄에이터의 속도를 증가 시키기 위하여 θ 값이 작아져야 한다.
다만, θ 값이 작아짐에 따라 감속구간(Deceleration)의 시간적 여유가 없어져 액츄에이터는 목표위치보다 초과하게 작동되는 오버슈트가 발생하게 된다는 문제점이 있다.
대한민국등록특허공보 제 10-1744041호 대한민국공개특허공보 제 10-2018-0089271호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 트리거 시스템이 구비된 가변 액츄에이터 장치를 제공하기 위함이다.
또한, 상기 액츄에이터의 샤프트에 대한 완충 또는 외력을 가하는 가변피스톤유닛이 구비된 가변 액츄에이터 장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액츄에이터 장치는, 내부에 홀이 형성되는 프레임, 상기 홀에 상, 하 방향으로 이동 가능하게 구비되고, 외측의 일부가 돌출되는 돌출부가 형성되는 샤프트, 상기 샤프트의 이동을 제어하는 제어부 및 상기 샤프트의 이동에 의해 압축 또는 팽창되며 상기 샤프트에 힘을 제공하도록, 상기 샤프트의 적어도 일부를 감싸며 형성되는 가변피스톤유닛을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 가변피스톤유닛은, 상기 샤프트의 이동에 따라 상기 돌출부와 접촉될 수 있는 피스톤 및 상기 피스톤의 내측에 구비되고, 상기 샤프트의 외측을 감싸는 탄성부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 피스톤은, 상기 탄성부의 외측에 구비되는 홀더부재 및 상기 홀더부재에 대하여 상기 샤프트의 길이방향으로 연장되어 형성되는 연장부재를 포함할 수 있다.
또는, 상기 피스톤은, 상기 탄성부의 외측에 구비되는 홀더부재 및 상기 홀더부재에 대하여 상기 샤프트의 길이방향으로 상, 하 이동 가능하게 구비되는 스트로크부재를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 피스톤에 유체에 의한 압력을 제공하도록, 상기 프레임을 관통하여 상기 유체의 경로가 되는 유로부를 더 포함할 수 있다.
또는, 상기 제어부는, 상기 샤프트에 공급되는 유체의 양을 제어하여 상기 샤프트의 이동 속도를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 돌출부가 상기 피스톤에 접촉하는 경우, 상기 유체의 양을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이 때, 상기 제어부는, 상기 탄성부가 압축되도록 상기 샤프트가 이동하여 상기 돌출부가 상기 피스톤과 접촉하는 경우, 상기 샤프트가 정지하도록 상기 유체의 양을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는, 인코더로부터 수신되는 입력신호와 상기 샤프트의 위치신호를 연산하여 상기 제어부의 작동을 유도하는 트리거를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 인코더(Encoder) 신호와 서보(Servo) 밸브 액츄에이터의 신호를 직접 트리거가 수신 받아 서보 밸브를 제어함으로써 연산속도 및 처리속도를 증가시킬 수 있다.
둘째, 액츄에이터의 오버슈트의 발생을 억제함으로써 액츄에이터의 속도를 증가시킬 수 있어, 전극 판에 대한 코팅 속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 서보 액츄에이터의 제어 선도를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 서보 액츄에이터를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치를 나타낸 도면이다.
그리고, 도 6은 본 발명의 트리거를 포함하는 제어부의 로직(logic)과 관련된 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치에 대하여 설명한다. 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 트리거를 포함하는 제어부의 로직(logic)과 관련된 도면이다.
도 3 내지 도 5에 따르면, 본 발명의 2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치는, 프레임(100), 샤프트(200), 가변피스톤유닛(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 프레임(100) 및 상기 샤프트(200)의 일부 구성은 도 2에서와 같이 종래의 서보 액츄에이터의 일부 구성과 일부 유사하다.
즉, 상기 프레임(100)은 본 발명의 2차전지 전극코팅용 가변 액츄에이터 장치의 일부 구성을 커버하는 기능 및 상기 구성이 작동할 수 있는 바디(body)역할을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 프레임(100)의 내부에는 홀(120)이 형성되어 후술할 샤프트(200)가 상기 홀(120)에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 샤프트(200)가 피스톤 운동하기 위한 제어부(400)가 구비될 수 있고, 상기 샤프트(200) 내에 유체가 유입될 수 있도록 경로가 형성될 수도 있다. 다만, 본 발명의 프레임(100)은 상기 구성에 한정되는 것은 아니고, 필요한 구성에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
샤프트(200)는, 상기 프레임(100)에 형성되는 홀(120)에 상, 하 방향으로 이동하며 피스톤 운동 가능하게 구비될 수 있다. 이 때, 상기 샤프트(200)의 외측의 일부가 돌출되는 돌출부(220)가 형성되는 것이 바람직하다.
가변피스톤유닛(300)은, 상기 샤프트(200)의 이동에 의해 압축 또는 팽창되며 상기 샤프트(200)에 힘을 제공하도록, 상기 샤프트(200)의 적어도 일부를 감싸며 형성될 수 있다.
즉, 상기 가변피스톤유닛(300)은, 상기 샤프트(200)의 속도에 따라 상기 샤프트(200)에 완충작용을 하거나 가압하는 과정을 통해 상기 샤프트(200)의 실제 위치(actual position)이 목표 위치(target position) 보다 초과하는 오버슈트 현상을 방지할 수 있다.
상기 가변피스톤유닛(300)의 구성은, 종래의 서보 액츄에이터를 나타낸 도면인 도 2와의 비교를 통해 더욱 명확하게 알 수 있다.
제어부(400)는, 상기 샤프트(200)의 이동을 제어하는 구성으로서, 상기 샤프트(200)에 공급되는 유체의 양을 제어하여 상기 샤프트(200)의 이동 속도를 제어할 수 있다.
구체적으로, 프레임(100)에 상기 제어부(400)로부터 상기 샤프트(200)에 유압을 전달하여 상기 샤프트(200)가 피스톤 운동할 수 있도록 경로가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제어부(400)에 의해 상기 경로를 경유하여 유체가 유입되거나 배출되는 양이 제어됨으로써 상기 샤프트(200)의 이동 속도가 제어될 수 있다. 이와 관련하여 후술하기로 한다.
상기 가변피스톤유닛(300)은, 피스톤(320), 탄성부(340) 및 유로부(360)를 포함할 수 있다.
피스톤(320)은, 샤프트(200)의 이동에 따라 샤프트(200)에 형성되는 돌출부(220)와 접촉될 수 있는 구성이다.
그리고 탄성부(340)는, 피스톤(320)의 내측에서 상기 샤프트(200)의 외측을 감싸도록 구비되는 구성으로, 상기 샤프트(200)의 이동 방향에 따라 완충 또는 가압할 수 있다.
상기 탄성부(340)가 상기 샤프트(200)에 완충작용 또는 가압하는 작용을 가하는 원리는 상기 탄성부(340)의 복원력이 상기 샤프트(200)에 가해짐에 따른 것일 수 있다.
따라서, 상기 탄성부(340)의 복원력이 상기 샤프트(200)에 전달될 수 있는 것이라면 그 종류 등은 다양하게 구성될 수 있다.
이 때, 상기 샤프트(200)의 역학적 에너지의 크기에 따라 가변피스톤유닛(300)의 역학적 에너지 크기가 가변될 수 있도록, 유로부(360)에 유입되는 유체의 압력에 의해 스트로크부재(324) 또는 연장부재가 이동되어 상기 탄성부(340)의 탄성에너지가 조절 될 수 있다.
그리고 유로부(360)는, 도 4에서와 같이, 상기 피스톤(320)에 유체에 의한 압력을 제공하도록, 상기 프레임(100)을 관통하여 상기 유체의 경로가 될 수 있다.
즉, 상기 유로부(360)는, 상기 피스톤(320)에 유체에 의한 압력이 전달되어 상기 탄성부(340)에 상기 압력이 인가될 수 있도록 제어부(400)에 의해 일정 유체가 유입되는 경로가 될 수 있으며, 상기 탄성부(340)에 인가되는 압력에 의해 탄성에너지가 조절될 수 있다.
구체적으로, 상기 피스톤(320)은 홀더부재(322) 및 연장부재를 포함할 수 있다.
홀더부재(322)는, 상기 탄성부(340)의 외측에 구비되는 구성으로서, 상기 홀더부재(322)에 의해 상기 탄성부(340)에 상기 피스톤(320)에 의한 압력이 균일하게 인가될 수 있다.
연장부재는, 상기 홀더부재(322)에 대하여 상기 샤프트(200)의 길이방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기 연장부재에 유로부(360)를 경유하여 유체의 압력이 전달됨으로써 결과적으로 상기 탄성부(340)에 상기 압력이 전달될 수 있다.
또는, 상기 피스톤(320)은, 홀더부재(322) 및 스트로크부재(324)를 포함할 수 있다.
홀더부재(322)는, 상기 탄성부(340)의 외측에 구비되는 구성으로서, 상기 홀더부재(322)에 의해 상기 탄성부(340)에 상기 피스톤(320)에 의한 압력이 균일하게 인가될 수 있다.
스트로크부재(324)는, 상기 홀더부재(322)에 대하여 상기 샤프트(200)의 길이방향으로 상, 하 이동 가능하게 구비될 수 있다. 상기 연장부재에 유로부(360)를 경유하여 유체의 압력이 전달됨으로써 결과적으로 상기 스트로크부재(324)에 상기 압력이 전달될 수 있다.
제어부(400)에 의한 본 발명의 샤프트(200)와 가변피스톤유닛(300) 간의 연동에 대하여 설명한다.
상기 제어부(400)는, 샤프트(200)에 형성되는 돌출부(220)가 가변피스톤유닛(300)의 피스톤(320)에 접촉하는 경우, 샤프트(200)에 공급되는 유체의 양을 제어할 수 있다.
즉, 상기 돌출부(220)가 상기 피스톤(320)과 접촉하는 순간에 유로부(360)를 경유하여 상기 피스톤(320)에 공급되는 유체의 양과 연동하여 상기 샤프트(200)에 공급되는 유체의 양을 제어함으로써 오버슈트 값을 최소화 할 수 있다.
예를 들어, 상기 샤프트(200)가 제1방향으로 이동하다 샤프트(200)에 형성되는 돌출부(220)가 피스톤(320)과 접촉하는 순간 상기 샤프트(200)가 상기 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 이동할 수 있도록 상기 제어부(400)는 상기 샤프트(200)의 속도를 제어할 수 있다.
이 때, 상기 제어부(400)는, 탄성부(340)가 압축되도록 샤프트(200)가 이동하여 돌출부(220)가 피스톤(320)과 접촉하는 경우, 샤프트(200)가 정지하도록 유체의 양을 제어할 수 있다.
즉, 상기 탄성부(340)가 압축되는 상태는 상기 샤프트(200)가 정지하였다가 상기 탄성부(340)가 압축되는 방향과 반대방향으로 이동해야 하는 경우이므로, 위와 같은 경우에 상기 제어부(400)는 상기 샤프트(200)가 정지하도록 유체의 양을 제어할 수 있다.
그리고, 상기 제어부(400)는, 상기 샤프트(200)에 공급되는 유체의 양과 연동하여 상술한 가변피스톤유닛(300)의 유로부(360)에 공급되는 유체의 양을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어부(400)는, 상기 샤프트(200)에 공급되는 유체의 양에 의해 이동 속도가 결정되는 상기 샤프트(200)의 역학적 에너지와 연동하여 상기 유로부(360)에 소정 양의 유체를 공급함으로써 상기 역학적 에너지가 상기 탄성부의 탄성 에너지와 상쇄되도록 하여 오버슈트가 발생하지 않는 효과를 구현할 수 있다.
예를 들어, 도 5에서와 같이, 상기 제어부(400)는 상기 샤프트(200)의 이동속도가 상대적으로 느린 경우, 상기 가변피스톤유닛(300)이 상기 샤프트(200)에 적은 양의 탄성 에너지가 전달 될 수 있도록 일정 압축한 상태에서 피스톤(320)과 돌출부(220)가 접촉되도록 제어할 수 있다.
또는, 본원발명의 액츄에이터 장치는, 인코더(encoder)로부터 수신되는 입력신호와 상기 샤프트의 위치신호를 연산하여 상기 제어부의 작동을 유도하는 트리거를 포함할 수 있다.
상기 트리거는, 도 6에서와 같이 인코더로부터 입력되는 입력신호에 대하여 상기 샤프트(200)의 실제 위치와 관련된 신호(LVDT) 사이의 편차를 연산하여 상기 유체의 양을 제어하는 트리거를 포함할 수 있다.
즉, 종래의 경우, 2차전지 전극코팅용 밸브제어장치에 있어서, 코터(coater) 시스템의 롤러가 회전하면서 발생하는 인코더 신호와 서보 밸브의 제어 신호를 코터 시스템의 PLC 제어부에서 연산하여 제어부를 제어함으로써 샤프트의 이동에 시간적 공백이 있었다.
그러나, 본원발명의 경우 트리거(trigger)의 구성이 인코더로부터 입력 받음과 동시에 샤프트(200)의 위치 신호를 연산하여 제어부(400)에 명령 신호를 송신할 수 있어 신호처리 시간을 최소화 할 수 있다.
그리고 상기 트리거로부터 명령 신호를 수신한 제어부(400)는 샤프트(200)에 공급되는 유체의 양을 제어하여 상기 샤프트(200)의 이동 속도를 제어할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 프레임
120: 홀
200: 샤프트
220: 돌출부
300: 가변피스톤유닛
320: 피스톤
322: 홀더부재
324: 스트로크부재
340: 탄성부
360: 유로부
400: 제어부

Claims (9)

  1. 내부에 홀이 형성되는 프레임;
    상기 홀에 상, 하 방향으로 이동 가능하게 구비되고, 외측의 일부가 돌출되는 돌출부가 형성되는 샤프트;
    상기 샤프트의 상, 하 방향으로의 이동을 제어하는 제어부; 및
    상기 샤프트의 상, 하 방향으로의 이동에 따라 상기 돌출부에 의해 압축 또는 팽창되며 상기 돌출부에 힘을 제공하도록, 상기 샤프트의 적어도 일부를 감싸며 형성되는 가변피스톤유닛;
    을 포함하고,
    상기 가변피스톤유닛은,
    상기 샤프트의 이동에 따라 상기 돌출부와 접촉될 수 있는 피스톤;
    상기 피스톤의 내측에 구비되고, 상기 샤프트의 외측을 감싸는 탄성부; 및
    상기 프레임의 일부를 관통하여 유동하는 유체의 경로가 되는 유로부;
    를 포함하고,
    상기 유체에 의한 압력에 의해 상기 탄성부의 압축 또는 팽창이 조절되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 피스톤은,
    상기 탄성부의 외측에 구비되는 홀더부재; 및
    상기 홀더부재에 대하여 상기 샤프트의 길이방향으로 연장되어 형성되는 연장부재;
    를 포함하는 액츄에이터 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 피스톤은,
    상기 탄성부의 외측에 구비되는 홀더부재; 및
    상기 홀더부재에 대하여 상기 샤프트의 길이방향으로 상, 하 이동 가능하게 구비되는 스트로크부재;
    를 포함하는 액츄에이터 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 샤프트에 공급되는 유체의 양을 제어하여 상기 샤프트의 이동 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 돌출부가 상기 피스톤에 접촉하는 경우, 상기 유체의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 탄성부가 압축되도록 상기 샤프트가 이동하여 상기 돌출부가 상기 피스톤과 접촉하는 경우, 상기 샤프트가 정지하도록 상기 유체의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    인코더로부터 수신되는 입력신호와 상기 샤프트의 위치신호를 연산하여 상기 제어부의 작동을 유도하는 트리거;
    를 더 포함하는 액츄에이터 장치.
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