KR102123985B1 - 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기 - Google Patents

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권준용
이병호
허석행
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Abstract

본 발명은 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기에 관한 것으로, 모터조립체로부터 구동력이 인가되는 단순유성부와, 조종면과 연결되도록 날개 몸체에 고정되며, 단순유성부로부터 구동력을 전달받아 조종면을 회전시키는 복합유성부와, 조종면의 회전각을 검출하도록 복합유성부 일측에 구비된 위치센서조립체를 포함하며, 복합유성부의 회전을 위치센서조립체가 직접적으로 감지하게 되므로, 백래쉬에 의한 측정오차가 감소되는, 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기를 제공한다.

Description

위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기{rotary actuator with position sensor}
본 발명은 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 회전각을 측정할 수 있는 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기에 관한 것이다.
전기식 회전형 작동기는 비행체의 조종면을 구동하기 위하여 조종면과 날개 몸체를 연결하는 힌지 내부에 배치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 전기식 회전형 작동기는, 피니언기어(1)의 회전을 이용하여 조종면과 직접적으로 연결된 출력부(2)의 회전을 위치센서(3)를 이용하여 검출하였다. 피니언기어(1) 회전에 종속회전하는 링기어(4)를 피니언기어(1) 일측에 장착하고, 링기어(4) 회전에 종속회전하는 기어(5)의 회전을 위치센서(3)가 감지하는 구조이다.
그러나, 피니언기어(1)와 링기어(4) 사이에 존재하는 백래쉬 및 링기어(4)와 기어(5) 사이에 존재하는 백래쉬가 측정 정밀도에 악영향을 줄 수 있었다. 백래쉬에 의한 측정 오차를 줄이기 위해서는 앤티백래쉬나, 피니언기어(1), 링기어(4), 기어(5)를 정밀하게 제작하고, 정밀하게 사용해야만 했었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1712127호(2017.02.24.)
이에 상기와 같은 점을 감안해 발명된 본 발명의 목적은, 조종면의 회전각을 정밀하게 측정할 수 있고, 구조가 단순해 생산이 용이한 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일실시예의 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기는, 비행체의 조종면을 구동하기 위하여 조종면과 날개 몸체를 연결하는 힌지에 배치되는 전기식 회전형 작동기에 있어서, 모터조립체로부터 구동력이 인가되는 단순유성부와, 조종면과 연결되도록 날개 몸체에 고정되며, 단순유성부로부터 구동력을 전달받아 조종면을 회전시키는 복합유성부와, 조종면의 회전각을 검출하도록 복합유성부 일측에 구비된 위치센서조립체를 포함한다.
또한, 단순유성부는, 모터조립체의 출력축과 일체화된 제1썬기어와, 제1썬기어를 중심으로 종속회전하는 제1피니언기어와, 제1피니언기어 일측에 연결된 제1캐리어와, 단순유성부의 하우징을 형성하고, 제1피니언기어가 내접하는 제1링기어를 포함할 수 있다.
또한, 복합유성부는, 단순유성부의 제1캐리어로부터 구동력을 전달받는 제2썬기어와, 제2썬기어를 중심으로 종속회전하는 제2-1피니언기어와, 제2-1피니언기어 양단에 각각 위치되고, 제2-1피니언기어 회전에 종속회전하는 제2-2피니언기어와, 제2-1피니언기어가 내접하는 제2-1링기어와, 제2-2피니언기어가 내접하는 제2-2링기어와, 제2-2피니언기어 단부에 각각 체결된 제2캐리어 및 제3캐리어를 포함할 수 있다.
또한, 제2-1링기어는, 조종면과 연결되고, 제2-2링기어는, 날개 몸체와 연결될 수 있다.
또한, 제2-1피니언기어와 제2-2피니언기어는 동심을 이루며 일체화될 수 있다.
또한, 제2썬기어와 제2-1피니언기어의 축간 거리를 유지시키는 리액션링이 제2썬기어와 동심을 이루도록 구비될 수 있다.
또한, 위치센서조립체는, 제3캐리어의 회전각으로부터 제2-1링기어의 회전각을 검출할 수 있다.
또한, 위치센서조립체는, 복합유성부 일측에 위치된 몸체부와, 몸체부로부터 제3캐리어를 향해 연장된 감지회전축과, 감지회전축에 구비된 감지기어를 포함하며, 감지기어는, 제3캐리어의 회전에 종속회전할 수 있다.
또한, 복합유성부 일측에 위치센서조립체가 2개 이상 구비될 수 있다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기에 따르면, 제3캐리어의 회전을 위치센서조립체가 직접적으로 감지하게 되므로, 백래쉬에 의한 측정오차가 감소된다.
또한, 복합유성부에 회전각 감지를 위해서, 피니언기어가 내접하는 링기어가 추가적으로 설치될 필요가 없으므로, 구조가 단순화되고, 제작이 용이해진다.
또한, 제2-1피니언기어 양단에 각각 위치된 제2-2피니언기어에 각각 제2캐리어, 제3캐리어가 체결되므로, 제2캐리어, 제3캐리어가 제2-1피니언기어, 제2-2피니언기어를 지지하게 되고, 제2-1피니언기어, 제2-2피니언기어에 처짐이 발생되지 않게 된다. 궁극적으로 제2-1피니언기어와 제2-1링기어 사이에 발생하는 힘의 분포와, 제2-2피니언기어와 제2-2링기어 사이에 발생하는 힘의 분포가 균일하게 유지된다. 이에 따라, 조종면의 회전각이 더 정밀히 제어될 수 있다.
도 1은 종래 전기식 회전형 작동기의 단면도이다.
도 2 내지 3은 본 발명의 일실시예의 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기의 단면도이다.
도 4는 도 2의 복합유성부 및 위치센서조립체의 유성구조를 보여주는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예의 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일실시예의 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기를 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기는, 비행체의 조종면(C)을 구동하기 위하여 조종면(C)과 날개 몸체(W)를 연결하는 힌지에 배치되는 전기식 회전형 작동기에 있어서, 모터조립체(M)로부터 구동력이 인가되는 단순유성부(G1)와, 조종면(C)과 연결되도록 날개 몸체(W)에 고정되며, 단순유성부(G1)로부터 구동력을 전달받아 조종면(C)을 회전시키는 복합유성부(G2)와, 조종면(C)의 회전각을 검출하도록 복합유성부(G2) 일측에 구비된 위치센서조립체(SA)를 포함한다.
단순유성부(G1)는, 모터조립체(M)의 출력축과 일체화된 제1썬기어(S1)와, 제1썬기어(S1)를 중심으로 종속회전하는 제1피니언기어(P1)와, 제1피니언기어(P1) 일측에 연결된 제1캐리어(C1)와, 단순유성부(G1)의 하우징을 형성하고, 제1피니언기어(P1)가 내접하는 제1링기어(R1)를 포함한다.
복합유성부(G2)는, 단순유성부(G1)의 제1캐리어(C1)로부터 구동력을 전달받는 제2썬기어(S2)와, 제2썬기어(S2)를 중심으로 종속회전하는 제2-1피니언기어(P2-1)와, 제2-1피니언기어(P2-1) 양단에 각각 위치되고, 제2-1피니언기어(P2-1) 회전에 종속회전하는 제2-2피니언기어(P2-2)와, 제2-1피니언기어(P2-1)가 내접하는 제2-1링기어(R2-1)와, 제2-2피니언기어(P2-2)가 내접하는 제2-2링기어(R2-2)와, 제2-2피니언기어(P2-2) 단부에 각각 체결된 제2캐리어(C2) 및 제3캐리어(C3)를 포함한다.
제2-1링기어(R2-1)는, 조종면(C)과 연결되고, 제2-2링기어(R2-2)는, 날개 몸체(W)와 연결된다. 제2-1피니언기어(P2-1)와 제2-2피니언기어(P2-2)는 동심을 이루며 일체화된다. 제2썬기어(S2)와 제2-1피니언기어(P2-1)의 축간 거리를 유지시키는 리액션링(AR)이 제2썬기어(S2)와 동심을 이루도록 구비된다.
제2캐리어(C2)는 제2-2링기어(R2-2), 제2썬기어(S2), 제1캐리어(C1)와 베어링 3개소로 연결되어 동심의 구조를 갖는다. 제2-1링기어(R2-1), 제2-2링기어(R2-2)는 4접촉 베어링의 구조를 갖는 베어링에 의해서 동심을 이루고, 상대 회전 운동 가능하게 연결된다.
위치센서조립체(SA)는, 제3캐리어(C3)의 회전각으로부터 제2-1링기어(R2-1)의 회전각을 검출한다. 위치센서조립체(SA)는, 복합유성부(G2) 일측에 위치된 몸체부(B)와, 몸체부(B)로부터 제3캐리어(C3)를 향해 연장된 감지회전축(A)과, 감지회전축(A)에 구비된 감지기어(SG)를 포함한다. 감지기어(SG)는, 제3캐리어(C3)의 회전에 종속회전한다.
다른 일실시예에 따르면(도 5 참조), 복합유성부(G2) 일측에 위치센서조립체(SA)가 2개 이상 구비될 수도 있다. 위치센서조립체(SA)가 2개 이상 구비됨에 따라, 위치센서조립체(SA) 중 어느 하나가 오작동하거나, 고장나더라도, 제2-1링기어(R2-1)의 회전각을 정밀히 검출할 수 있다.
도 3에는 모터조립체(M)에서 발생된 동력이 조종면(C)으로 이동되는 경로 및, 제2-2피니언기어(P2-2)와 연결된 제3캐리어(C3)와 위치센서조립체(SA)의 연결을 보여준다. 도 4에는 복합유성부(G2) 및 위치센서조립체(SA)의 유성구조를 보여주는 블럭도가 도시되었다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2썬기어(S2)의 잇수를 N3, 제2-1피니언기어(P2-1)의 잇수를 N5, 제2-2피니언기어(P2-2)의 잇수를 N2, 제2-1링기어(R2-1)의 잇수를 N4, 제2-2링기어(R2-2)의 잇수를 N1이라 했을 때, 입력과 출력의 감속비는 아래 수학식 1과 같다.
Figure 112019095275912-pat00001
입력과 캐리어(제3캐리어(C3)에 해당)의 감속비는 아래 수학식 2와 같다.
Figure 112019095275912-pat00002
입력과 위치센서의 감속비는 아래 수학식 3과 같다.
Figure 112019095275912-pat00003
제2-2링기어(R2-2)의 잇수인 N1이 49이고, 제2-2피니언기어(P2-2)의 잇수인 N2가 13이고, 제2-1링기어(R2-1)의 잇수인 N4가 50이고, 제2-1피니언기어(P2-1)의 잇수인 N5가 14이고, 제2썬기어(S2)의 잇수인 N3가 22이라고 가정하면, 입력과 출력의 감속비(Wn3/Wn4)는 61.36이고, 입력과 캐리어의 감속비(Wn3/Wcarrier)는 3.4이다.
복합유성부(G2)의 출력부(제2-1링기어(R2-1)에 해당)의 회전 범위(각도)가 ±30도 라고 가정하고, 위치센서의 측정각도가 360도 이내라고 가정하면, 입력과 위치센서의 감속비는 10.22(61.36*60deg/360deg) 이상이어야 하고, 위치센서의 기어(N7)-기어(N6) 잇수는 Wn7/Wn6≥3.0이어야 하므로 다음과 같이 선정될 수 있다. N6=13, N7=39
따라서, 위치센서(위치센서조립체(SA)에 해당)는 복합유성부(G2)의 출력각도를 측정할 수 있다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기에 따르면, 제3캐리어(C3)의 회전을 위치센서조립체(SA)가 직접적으로 감지하게 되므로, 백래쉬에 의한 측정오차가 감소된다.
또한, 회전각 감지를 위해서, 복합유성부(G2)에 제2-2피니언기어(P2-2)가 내접하는 링기어가 추가적으로 설치될 필요가 없으므로, 구조가 단순화되고, 제작이 용이해진다.
또한, 제2-1피니언기어(P2-1) 양단에 각각 위치된 제2-2피니언기어(P2-2)에 각각 제2캐리어(C2), 제3캐리어(C3)가 체결되므로, 제2캐리어(C2), 제3캐리어(C3)가 제2-1피니언기어(P2-1), 제2-2피니언기어(P2-2)를 지지하게 되고, 제2-1피니언기어(P2-1), 제2-2피니언기어(P2-2)에 처짐이 발생되지 않게 된다. 궁극적으로 제2-1피니언기어(P2-1)와 제2-1링기어(R2-1) 사이에 발생하는 힘의 분포와, 제2-2피니언기어(P2-2)와 제2-2링기어(R2-2) 사이에 발생하는 힘의 분포가 균일하게 유지된다. 이에 따라, 조종면(C)의 회전각이 더 정밀히 제어될 수 있다.
G1: 단순유성부 S1: 제1썬기어
P1: 제1피니언기어 C1: 제1캐리어
R1: 제1링기어 G2: 복합유성부
S2: 제2썬기어 P2-1: 제2-1피니언기어
P2-2: 제2-2피니언기어 C2: 제2캐리어
C3: 제3캐리어 R2-1: 제2-1링기어
R2-2: 제2-2링기어 AR: 리액션링
SA: 위치센서조립체 B: 몸체부
A: 감지회전축 SG: 감지기어
M: 모터조립체 C: 조종면
W: 날개 몸체

Claims (9)

  1. 비행체의 조종면을 구동하기 위하여 상기 조종면과 날개 몸체를 연결하는 힌지 내부에 배치되는 전기식 회전형 작동기에 있어서,
    모터조립체로부터 구동력이 인가되는 단순유성기어부;
    상기 조종면과 연결되도록 상기 날개 몸체에 고정되며, 상기 단순유성기어부로부터 구동력을 전달받아 상기 조종면을 회전시키는 복합유성기어부;
    상기 조종면의 회전각을 검출하도록 상기 복합유성기어부 일측에 구비된 위치센서조립체를 포함하며,
    상기 복합유성기어부는,
    상기 단순유성기어부의 제1캐리어로부터 구동력을 전달받는 제2썬기어;
    상기 제2썬기어를 중심으로 종속회전하는 제2-1피니언기어;
    상기 제2-1피니언기어 양단에 각각 위치되고, 상기 제2-1피니언기어 회전에 종속회전하는 제2-2피니언기어;
    상기 제2-1피니언기어가 내접하는 제2-1링기어;
    상기 제2-2피니언기어가 내접하는 제2-2링기어;
    상기 제2-2피니언기어 단부에 각각 체결된 제2캐리어 및 제3캐리어를 포함하며,
    상기 위치센서조립체는,
    상기 제3캐리어의 회전각으로부터 상기 제2-1링기어의 회전각을 검출하고,
    상기 위치센서조립체는,
    상기 복합유성기어부 일측에 위치된 몸체부;
    상기 몸체부로부터 상기 제3캐리어를 향해 연장된 감지회전축;
    상기 감지회전축에 구비된 감지기어를 포함하며,
    상기 감지기어는, 상기 제3캐리어의 회전에 종속회전하는 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단순유성기어부는,
    상기 모터조립체의 출력축과 일체화된 제1썬기어;
    상기 제1썬기어를 중심으로 종속회전하는 제1피니언기어;
    상기 제1피니언기어 일측에 연결된 상기 제1캐리어;
    상기 제1피니언기어가 내접하는 제1링기어를 포함하는 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2-1링기어는, 상기 조종면과 연결되고,
    상기 제2-2링기어는, 상기 날개 몸체와 연결된 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2-1피니언기어와 상기 제2-2피니언기어는 동심을 이루며 일체화된 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2썬기어와 상기 제2-1피니언기어의 축간 거리를 유지시키는 리액션링이 상기 제2썬기어와 동심을 이루도록 구비된 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복합유성기어부 일측에 상기 위치센서조립체가 2개 이상 구비된 위치센서 탑재한 전기식 회전형 작동기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100101543A (ko) * 2009-03-09 2010-09-17 하태환 유성기어를 이용한 동력 전달 장치
KR101712127B1 (ko) 2016-12-15 2017-03-03 엘아이지넥스원 주식회사 복수의 위치검출센서가 구비된 잼 톨러런트 기어 액추에이터
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