KR102284710B1 - 리니어 엑츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 엑츄에이터에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모터의 회전운동을 슬라이드 샤프트의 직선운동으로 변환하여 제어 대상 요소의 움직임 및/또는 위치를 제어하기 위한 리니어 엑츄에이터로서, 포텐셔미터를 이용하여 모터 구동에 따른 구동축의 회전 위치 변화를 측정하고 이를 통해 슬라이드 샤프트의 직선 이동 상태에 관한 정보를 안정적으로 측정하도록 구성된 리니어 엑츄에이터가 개시된다.

Description

리니어 엑츄에이터 {Linear actuator}

본 발명은 리니어 엑츄에이터에 관한 것으로서, 모터의 회전운동을 슬라이드 샤프트의 직선운동으로 변환하여 제어 대상 요소의 움직임 및/또는 위치를 제어하기 위한 리니어 엑츄에이터로서, 포텐셔미터를 이용하여 모터 구동에 따른 구동축의 회전 위치 변화를 측정하고 이를 통해 슬라이드 샤프트의 직선 이동 상태에 관한 정보를 안정적으로 측정하도록 구성된 리니어 엑츄에이터에 관한 것이다.

산업용 로봇이나 자동제어장치에서 제어 대상 요소의 움직임 및/또는 위치를 제어하거나 대형 배관과 같은 대상물을 거치식 설치 위치를 설정하거나 교정하기 위해 리니어 엑츄에이터가 사용된다.

일반적으로 리니어 엑츄에이터는 모터의 회전운동을 슬라이드 샤프트의 직선운동으로 변환하여 제어 대상 요소의 움직임 및/또는 위치를 제어한다.

종래기술의 일예로, 대한민국 등록특허 10-1156921(2012년06월08일 등록)은 리니어 엑츄에이팅 장치에 관한 것으로서, 서보모터와 이를 제어하는 서보 제어기가 리니어 엑츄에이터에 일체로 구성되므로 부피가 작아 설치 면적에 제한을 받지 않는 구성을 제안하였다.

종래기술의 또다른 일예로, 대한민국 등록특허 10-1939319(2019년01월10일 등록)은 리니어 액추에이터에 관한 것으로서, 모터가 리니어 액추에이터의 선단에 설치되어, 리니어 액추에이터가 신축되는 동안 모터의 무게의 영향을 받지 않아 구동력을 저감시킬 수 있고, 리니어 액추에이터가 신축되는 동안 모터의 전원선과 엔코더선의 움직임이 발생되지 않아 배선이 용이할 수 있으며 장시간 사용하더라도 전원선과 엔코더선의 단선을 최소화하는 구성을 제안하였다.

그런데, 상기 종래기술들은 모터의 회전 위치를 측정하기 위해 엔코더를 사용하므로, 엔코더의 동작 특성 상 정전 발생 시에 회전 위치의 측정 데이터가 소실될 수 있다는 한계가 있었으며, 엔코더가 상대적으로 고가라는 점으로 인해 제작비용 상승 요인이 있었다.

종래기술의 또다른 일예로, 대한민국 등록특허 10-1513607(2015년04월14일 등록)은 소형 리니어 서보 액츄에이터에 관한 것으로서, 외부하우징 내부에 모터의 구동에 의해 직선운동하는 로드부를 제어하는 제어보드와 상기 로드부의 이동거리를 감지하기 위한 포텐셔미터를 일체형으로 내장하고, 상대적으로 직교하는 두개의 축에 대한 왕복 회전운동을 구현하여 2자유도를 갖는 회전조인트부를 구성하기 위하여 단순한 구조를 갖는 조인트본체로 형성하여 생체모방형 로봇의 내골격 구조에 적합한 소형화를 만족시키는 구성을 제안하였다.

그런데, 상기 종래기술은 로드부의 이동거리를 감지하기 위한 수단으로서 포텐셔미터를 사용하므로 상술한 엔코더 사용 시의 한계점을 내재하지는 않지만, 소형 서보 액츄에이터를 위한 구성이라는 점에서 중대형 산업용 로봇의 움직임 및/또는 위치 제어용으로 사용하거나 대형 배관과 같은 대상물을 거치하는 용도로 사용하기에는 적합하지 않다는 한계가 있었다.

대한민국 등록특허 10-1156921(2012년06월08일 등록) 대한민국 등록특허 10-1939319(2019년01월10일 등록) 대한민국 등록특허 10-1513607(2015년04월14일 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 모터의 회전운동을 슬라이드 샤프트의 직선운동으로 변환하여 제어 대상 요소의 움직임 및/또는 위치를 제어하기 위한 리니어 엑츄에이터로서, 포텐셔미터를 이용하여 모터 구동에 따른 구동축의 회전 위치 변화를 측정하고 이를 통해 슬라이드 샤프트의 직선 이동 상태에 관한 정보를 안정적으로 측정하도록 구성된 리니어 엑츄에이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 모터 축의 회전력을 웜으로 전달하고 웜의 회전력을 웜 휠을 통해 구동축으로 전달하며, 상기 구동축의 하부에 형성된 구동 스크류에 슬라이드 샤프트가 나사 결합되고, 케이싱 측에 의해 상하 이동이 가이드되는 상기 슬라이드 샤프트가 상기 구동축의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하도록 구성된 구동 구조를 갖는 리니어 엑츄에이터로서, 상기 구동축의 상단에 동축(同軸)으로 설치되며 상기 구동축의 회전력을 받아 회전 운동하는 제1 풀리; 상기 제1 풀리의 회전 운동을 타이밍 벨트를 통해 전달받는 제2 풀리; 상기 제2 풀리의 회전축에 동축으로 설치되며 상기 제2 풀리의 회전력을 받아 회전 운동하는 센서용 웜; 상기 센서용 웜의 회전력을 받아 회전 운동하는 센서용 웜 휠; 및 상기 센서용 웜 휠의 회전축에 회전단이 동축으로 결합되고 케이싱 측에 고정단이 결합되며, 상기 회전단과 고정단의 상대 위치 변화에 기초하여 상기 구동축의 회전 상태에 관한 전기적 신호를 생성하는 포텐셔미터;를 포함하여 구성된 리니어 엑츄에이터가 개시된다.

바람직하게 본 발명은, 상기 포텐셔미터가 생성한 전기적 신호에 기초하여 상기 슬라이드 샤프트의 직선 이동 상태에 관한 정보를 생성하는 제어모듈;을 더욱 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 구동축의 회전 상태는 구동축의 회전 회수 및 회전 각도 중의 적어도 어느 하나에 관한 것이다.

바람직하게, 상기 슬라이드 샤프트의 직선 이동 상태에 관한 정보는 슬라이드 샤프트의 직선 이동 거리 및 직선 이동 위치 중의 적어도 어느 하나에 관한 것이다.

바람직하게 본 발명은, 상기 제1 풀리와 제2 풀리의 일측에 설치되며 상기 타이밍 벨트의 텐션을 조절하기 위한 제3 풀리;를 더욱 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 구동 구조는, 상하로 연장된 제2 케이싱 요소부의 상측에 제1 케이싱 요소부가 구비되며 상기 제1 케이싱 요소부의 상단부에 외부 요소와 연결하기 위한 제1 연결부가 구비된 케이싱과, 상기 제1 케이싱 요소부의 일측에 설치되는 모터와, 상기 제1 케이싱 요소부의 내측에 설치되며 상기 모터의 모터 축에 결합되어 상기 모터 축의 회전력을 상기 구동축의 상부에 동축으로 설치된 웜 휠로 전달하는 웜과, 상기 제2 케이싱 요소부의 내측에 상하로 연장된 형태로 설치되고 하부에 구동 스크류가 형성되며 상기 웜 휠의 회전력을 받아 회전 운동하는 구동축과, 상기 제2 케이싱 요소부의 내측에 상하로 연장된 형태로 설치되고 상기 구동축의 구동 스크류에 나사 결합되며, 상기 제2 케이싱 요소부의 내측면에 상하로 연장 형성된 가이드 키에 의해 자전이 제한되면서 상하 이동이 가이드되어 상기 구동축의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하며, 하단부에 또다른 외부 요소와 연결하기 위한 제2 연결부가 구비된 슬라이드 샤프트를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 포텐셔미터는 회전형 포텐셔미터이다.

이와 같은 본 발명은, 포텐셔미터를 이용하여 모터 구동에 따른 구동축의 회전 위치 변화를 측정하고 이를 통해 슬라이드 샤프트의 직선 이동 상태에 관한 정보를 제공하므로, 정전 발생 시에도 측정된 정보가 소실되지 않고 안정적으로 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 측정 계통은, 구동축에 설치한 풀리와 타이밍 벨트, 센서용 웜, 센서용 웜 휠을 포함하는 경량의 기구적 구성을 통해 구동축의 회전을 포텐셔미터의 회전 입력에 적합한 회전으로 변속시켜 주므로, 중대형 리니어 엑츄에이터에 적용되기에 적합하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 길이 방향 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 일부 케이싱 요소를 삭제한 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 포텐셔미터의 설치 상태를 설명하기 위한 부분 모식도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 제어 구성도,
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 제어 구성도이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다.

본 출원에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하는 것을 표현하려는 것이지, 다른 구성요소 또는 특징이 존재 또는 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 길이 방향 단면도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 일부 케이싱 요소를 삭제한 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 포텐셔미터의 설치 상태를 설명하기 위한 부분 모식도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 엑츄에이터의 제어 구성도이다.

본 실시예의 리니어 엑츄에이터는, 모터(20)의 회전운동을 슬라이드 샤프트(50)의 직선운동으로 변환하여 제어 대상 요소의 움직임 및/또는 위치를 제어하여, 제어 대상 요소의 상하 위치를 모터 구동에 의해 설정하거나 교정할 수 있다.

일예로, 본 실시예의 리니어 엑츄에이터는, 산업용 로봇이나 자동제어장치에서 제어 대상 요소의 위치를 제어하거나 대형 배관과 같은 대상물을 거치식으로 설치하기 위해 사용될 수 있다.

본 실시예의 리니어 엑츄에이터는, 모터 축(22)의 회전력을 웜(30)으로 전달하고 웜(30)의 회전력을 웜 휠(42)을 통해 구동축(40)으로 전달한다.

상기 구동축(40)의 하부에 형성된 구동 스크류(44)에 슬라이드 샤프트(50)가 나사 결합되고, 케이싱(10) 측에 의해 상하 이동이 가이드되는 상기 슬라이드 샤프트(50)가 상기 구동축(40)의 회전 운동(R1 또는 R2)을 직선 운동(M1 또는 M2)으로 변환하도록 구성된 구동 구조를 갖는다. 구동 구조의 상세 구성은 후술한다.

상기와 같은 구동 구조를 갖는 본 실시예의 리니어 엑츄에이터는 포텐셔미터(100)를 이용하여 모터 구동에 따른 구동축(40)의 회전 위치 변화를 측정하고 이를 통해 슬라이드 샤프트(50)의 직선 이동 상태에 관한 정보를 측정한다.

이를 위해, 제1 풀리(60)는 상기 구동축(40)의 상단(40a)에 동축(同軸)으로 설치되며 상기 구동축(40)의 회전력을 받아 회전 운동한다.

제2 풀리(70)는 상기 제1 풀리(60)의 회전 운동을 타이밍 벨트(65)를 통해 전달받는다.

바람직하게, 제3 풀리(68)가 상기 제1 풀리(60)와 제2 풀리(70)의 일측에 설치되어 상기 타이밍 벨트(65)의 텐션을 조절할 수 있다. 제3 풀리(68)는 지지부(69)에 설치되며, 지지부(69)는 장공형 너트와 볼트를 통해 미세 조정이 가능한 구조로 케이싱(10) 측에 결합 설치된다. 지지부(69)의 설치 구조는 공지기술을 참조하여 다양하게 변형 가능하다.

센서용 웜(80)은 상기 제2 풀리(70)의 회전축(72)에 동축으로 설치되며 상기 제2 풀리(70)의 회전력을 받아 회전 운동한다.

센서용 웜 휠(90)은 상기 센서용 웜(80)의 회전력을 받아 회전 운동한다.

포텐셔미터(100)는 상기 센서용 웜 휠(90)의 회전축(92)에 회전단(102)이 동축으로 결합되고 케이싱(10) 측에 고정단(104)이 결합되며, 상기 회전단(102)과 고정단(104)의 상대 위치 변화에 기초하여 상기 구동축(40)의 회전 상태에 관한 전기적 신호를 생성한다.

포텐셔미터(100)는 직선변위 또는 회전변위를 전기저항의 변화로 바꾸는 가변저항기로서, 접촉형과 비접촉형이 있다. 접촉형은 저항체 위를 브러시가 움직이는 구조로서, 직선형의 경우는 스트로크가 1,000㎜ 정도인 것까지 있고, 회전형인 경우는 1회전에서 다(多)회전인 것이 있다. 본 실시예에서는 회전형 포텐셔미터(100)를 사용한다.

일예로, 상기 구동축(40)의 회전 상태는 구동축(40)의 회전 회수 및 회전 각도 중의 적어도 어느 하나에 관한 것일 수 있다.

제1 풀리(60)와 제2 풀리(70)의 크기, 상대 위치와 센서용 웜(80)와 센서용 웜 휠(90)의 기어비 설정 조건에 따라 구동축(90)의 회전을 포텐셔미터(100)의 회전 입력에 적합하도록 회전 변속 조건을 설정할 수 있다.

예를 들어, 슬라이드 샤프트(50)의 최고 위치에서 최저 위치까지의 이동에 필요한 구동축(90)의 회전 범위가 포텐셔미터(100)의 회전단(102)의 1회전 이하의 회전 범위에 대응하도록 회전 변속 조건이 설정되는 경우, 포텐셔미터(100)의 회전단(102)의 회전 위치로부터 슬라이드 샤프트(50)의 직선 이동 위치를 쉽게 산출할 수 있다.

제어모듈(110)은 상기 포텐셔미터(100)가 생성한 전기적 신호에 기초하여 상기 슬라이드 샤프트(50)의 직선 이동 상태에 관한 정보를 생성한다. 일예로, 제어모듈(110)은 CPU와 메모리, 통신 모듈, 입출력 인터페이스를 구비하며, 내장 프로그램에 의해 제어 동작이 가능한 통상의 제어모듈이 될 수 있다.

일예로, 상기 슬라이드 샤프트(50)의 직선 이동 상태에 관한 정보는 슬라이드 샤프트(50)의 직선 이동 거리 및 직선 이동 위치 중의 적어도 어느 하나에 관한 것일 수 있다.

상기와 같은 본 실시예의 측정 계통은, 다수의 기어를 포함하는 중량의 기어 메커니즘을 이용하지 않고, 구동축(40)에 설치한 풀리(60)와 타이밍 벨트(65), 센서용 웜(80), 센서용 웜 휠(90)을 포함하는 경량의 기구적 구성을 통해 구동축(40)의 회전을 포텐셔미터(100)의 회전 입력에 적합한 회전으로 변속시켜 주므로, 리니어 엑츄에이터의 중량을 크게 하거나 케이싱(10)의 부피를 증가시키지 않으면서도 중대형 리니어 엑츄에이터에 적용되기에 적합한 변속 기능을 제공한다.

본 실시예의 리니어 엑츄에이터의 구동 구조를 설명한다.

상기 케이싱(10)은 상하로 연장된 제2 케이싱 요소부(10-2)의 상측에 제1 케이싱 요소부(10-1)가 구비되며 상기 제1 케이싱 요소부(10-1)의 상단부에 외부 요소와 연결하기 위한 제1 연결부(12)가 구비된다. 제1 케이싱 요소부(10-1) 및 제2 케이싱 요소부(10-2)는 상하 위치 및 케이싱 내부의 설치 요소의 종류를 감안하여 임의로 구분한 것으로서 반드시 케이싱 분할 조립 구조와 일치하는 것은 아니다.

상기 모터(20)는 상기 제1 케이싱 요소부(10-1)의 일측에 설치된다.

상기 웜(30)은 상기 제1 케이싱 요소부(10-1)의 내측에 설치되며 상기 모터(20)의 모터 축(22)에 결합되어 상기 모터 축(22)의 회전력을 상기 구동축(40)의 상부에 동축으로 설치된 웜 휠(42)로 전달한다.

상기 구동축(40)은 상기 제2 케이싱 요소부(10-2)의 내측에 상하로 연장된 형태로 설치되고 하부에 구동 스크류(44)가 형성되며 상기 웜 휠(42)의 회전력을 받아 회전 운동한다.

상기 슬라이드 샤프트(50)는 상기 제2 케이싱 요소부(10-2)의 내측에 상하로 연장된 형태로 설치되고 상기 구동축(40)의 구동 스크류(44)에 나사 결합된다.

상기 슬라이드 샤프트(50)는 상기 제2 케이싱 요소부(10-2)의 내측면에 상하로 연장 형성된 가이드 키(14)에 의해 자전이 제한되면서 상하 이동이 가이드되어 상기 구동축(40)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하며, 하단부에 또다른 외부 요소와 연결하기 위한 제2 연결부(52)가 구비된다. 가이드 키(14)와의 슬라이드 가능한 결합을 위해 상기 슬라이드 샤프트(50)에는 상하 방향으로 관통 형성된 키 삽입홈(도 2의 점선 부분)이 형성된다.

미설명 부호 B는 각종 회전축을 케이싱(10) 측에 설치하기 위한 베어링이며, 부호 P는 구동축(40)을 웜 휠(42)에 결합 설치하기 위한 핀이며, 부호 50a는 슬라이드 샤프트(50)의 일부를 구성하며 구동 스크류(44)와 나사 결합되는 너트부가 형성된 너트부재이며, 부호 115는 제어모듈(110)과 외부를 연결하는 신호선 단자이다.

미설명 부호 103은 포텐셔미터(100)의 고정단(104)에 연결된 고정용 암이며, 부호 19는 케이싱(10)에 설치되며 고정용 암(103)을 통해 포텐셔미터(100)의 고정단(104)이 회전하지 않도록 잡아주는 걸림 핀이다.

본 실시예의 리니어 엑츄에이터의 동작 및 제어 구성에 대해 설명한다.

케이싱(10)의 상단부에 구비된 제1 연결부(12)를 외부 요소와 연결 설치한다. 케이싱(10)의 하단부에 구비된 제2 연결부(52)를 또다른 외부 요소와 연결 설치한다.

일예로, 대형 배관과 같은 대상물을 거치식으로 설치하기 위해 리니어 엑츄에이터를 사용하는 경우, 제1 연결부(12)는 구조물의 천장 측에 연결 설치되고, 제2 연결부(52)는 배관 측에 연결 설치될 수 있다.

다른예로, 산업용 로봇의 구동부로서 리니어 엑츄에이터를 사용하는 경우, 제1 연결부(12)는 로봇 관절을 중심으로 일측 피동요소에 연결 설치되고, 제2 연결부(52)는 로봇 관절을 중심으로 타측 피동요소에 연결 설치될 수 있다.

제어 대상 요소의 움직임 및/또는 위치를 제어하기 위해 제어모듈(110)에 제어신호가 입력되면, 제어모듈(110)은 입력된 제어신호에 따라 모터(20)를 구동시킨다.

모터(20)의 구동에 따라 모터 축(22)이 회전하면, 모터 축(22) -> 웜(30)-> 웜 휠(42) -> 구동축(40) -> 구동 스크류(44)의 순서로 회전 구동력이 전달된다.

구동 스크류(44)의 회전 구동력은 슬라이드 샤프트(50)의 직선 구동력으로 변환되고, 슬라이드 샤프트(50)는 구동 스크류(44)의 회전 방향에 따라 상승 또는 하강하는 직선 운동을 하면서 제어 대상 요소를 상측 또는 하측으로 이동시킨다.

구동 스크류(44)가 회전함에 따라, 슬라이드 샤프트(50)는 상기 제2 케이싱 요소부(10-2)의 내측면에 상하로 연장 형성된 가이드 키(14)에 의해 자전이 제한되면서 상하 이동이 가이드되어 상기 구동축(40)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환한다.

슬라이드 샤프트(50)의 직선 운동에 의해 리니어 엑츄에이터의 전체 길이가 변화한다.

일예로, 슬라이드 샤프트(50)가 케이싱(10)으로부터 하부 측으로 인출되도록 이동하는 경우, 리니어 엑츄에이터의 전체 길이가 증가한다. 다른예로, 슬라이드 샤프트(50)가 상부 측으로 이동하여 케이싱(10) 내부로 인입되도록 이동하는 경우, 리니어 엑츄에이터의 전체 길이가 감소한다.

대형 배관과 같은 대상물을 거치식으로 설치하기 위해 리니어 엑츄에이터를 사용하는 경우, 리니어 엑츄에이터의 전체 길이가 증가 시에 거치 상태의 배관이 하부로 위치 이동하며, 리니어 엑츄에이터의 전체 길이가 감소 시에 거치 상태의 배관이 상부로 위치 이동한다. 이러한 제어 과정을 통해 배관의 상하 위치를 조절할 수 있다.

산업용 로봇의 구동부로서 리니어 엑츄에이터를 사용하는 경우, 리니어 엑츄에이터의 전체 길이가 증가 시에 로봇 관절을 중심으로 양측 피동요소들이 멀어지거나 펴지는 상태를 이루며, 리니어 엑츄에이터의 전체 길이가 감소 시에 로봇 관절을 중심으로 양측 피동요소들이 근접하거나 접혀지는 상태를 이룰 수 있다.

한편, 구동 스크류(44)가 회전함에 따라, 제1 풀리(60)는 상기 구동축(40)의 회전력을 받아 회전 운동하고, 제2 풀리(70)는 상기 제1 풀리(60)의 회전 운동을 타이밍 벨트(65)를 통해 전달받는다.

센서용 웜(80)은 상기 제2 풀리(70)의 회전력을 받아 회전 운동하고, 센서용 웜 휠(90)은 상기 센서용 웜(80)의 회전력을 받아 회전 운동한다.

포텐셔미터(100)는 상기 센서용 웜 휠(90)의 회전축(92)에 회전단(102)이 동축으로 결합되고 케이싱(10) 측에 고정단(104)이 결합된 상태이므로, 상기 구동축(40)의 회전 각도에 비례하여 상기 회전단(102)과 고정단(104)의 상대 위치 변화(회전 각도 변화)가 발생한다.

포텐셔미터(100)는 상기 회전단(102)과 고정단(104)의 상대 위치 변화(회전 각도 변화)에 따라 저항값이 가변하며, 제어모듈(110)은 포텐셔미터(100)의 저항값 변화에 의해 생성된 전기적 신호에 기초하여 상기 슬라이드 샤프트(50)의 직선 이동 상태에 관한 정보를 생성한다.

이를 위해, 제어모듈(110)은 포텐셔미터(100)의 저항값과 슬라이드 샤프트(50)의 직선 이동 상태(위치 또는 이동량)의 상대적인 관계를 알 수 있는 데이터를 룩업 테이블 형태로 저장하여 참조하거나, 또는 미리 설정된 로직에 의해 포텐셔미터(100)의 저항값으로부터 슬라이드 샤프트(50)의 직선 이동 상태(위치 또는 이동량)를 실시간으로 산출하는 프로그램을 구동할 수 있다.

한편, 리니어 엑츄에이터의 사용 과정에서 불가피한 상황에 의해 정전이 발생할 수 있다. 기존의 엔코더의 경우, 정전 시에 휘발성 메모리에 기록된 회전 위치 또는 이동량 정보가 소실될 수 있지만, 포텐셔미터(100)는 회전단(102)과 고정단(104)의 상대 위치를 통해 물리적으로 가변저항값을 기억하고 있는 상태이므로 회전 위치 또는 이동량 정보의 소실이 발생하지 않고 전력 재공급시 안정적으로 회전 위치 또는 이동량 정보를 제공할 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 제어모듈(110)은 원격지의 서버(200)와 통신 네트워크를 통해 연결되어 원격 제어가 가능하다.

예를 들어, 대형 배관과 같은 대상물을 거치식으로 설치하기 위해 리니어 엑츄에이터를 사용하는 경우, 간격을 두고 복수의 지점에 설치된 복수의 리니어 엑츄에이터의 제어모듈(110-1~110-5)이 서버(200)와 통신 네트워크를 통해 연결되고 서버(200)의 제어 신호를 받아 리니어 엑츄에이터의 상승 또는 하강 제어를 할 수 있다.

이를 위해, 각각의 리니어 엑츄에이터의 설치 지점에는 배관과 구조물 천장과의 간격(배관 높이)을 측정하기 위한 센서 수단(예, 레이저 센서, 적외선 센서)을 설치하여, 배관 높이가 미리 설정한 기준값의 범위로 정상적으로 유지되는지를 실시간으로 또는 주기적으로 측정하여 서버(200)가 각각의 센서 수단의 신호를 전송받고, 배관 높이가 미리 설정한 기준값의 범위에서 벗어난 경우 해당 지점에 설치된 리니어 엑츄에이터의 제어모듈(110-1~110-5)로 제어 신호를 보내서 리니어 엑츄에이터의 상승 또는 하강 제어를 할 수 있다.

리니어 엑츄에이터의 전체 길이가 증가 시에 거치 상태의 배관이 하부로 위치 이동하며, 리니어 엑츄에이터의 전체 길이가 감소 시에 거치 상태의 배관이 상부로 위치 이동한다. 이러한 제어 과정을 통해 배관의 상하 위치를 조절할 수 있다. 또한, 이러한 제어 과정에서 제어모듈(110)은 포텐셔미터(100)의 저항값 변화에 의해 생성된 전기적 신호에 기초하여 상기 슬라이드 샤프트(50)의 직선 이동 상태에 관한 정보를 생성하고, 이에 기초하여 모터(20)의 회전 제어를 한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

10: 케이싱
20: 모터
22: 모터 축
30: 웜
40: 구동축
42: 웜 휠
44: 구동 스크류
50: 슬라이드 샤프트
60: 제1 풀리
65: 타이밍 벨트
68: 제3 풀리
70: 제2 풀리
72: 제2 풀리 회전축
80: 센서용 웜
90: 센서용 웜 휠
92: 센서용 웜 휠 회전축
100: 포텐셔미터
102: 포텐셔미터 회전단
104: 포텐셔미터 고정단
110: 제어모듈

Claims (7)

1. 모터 축의 회전력을 웜으로 전달하고 웜의 회전력을 웜 휠을 통해 구동축으로 전달하며, 상기 구동축의 하부에 형성된 구동 스크류에 슬라이드 샤프트가 나사 결합되고, 케이싱 측에 의해 상하 이동이 가이드되는 상기 슬라이드 샤프트가 상기 구동축의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하도록 구성된 구동 구조를 갖는 리니어 엑츄에이터로서,
   상기 구동축의 상단에 동축(同軸)으로 설치되며 상기 구동축의 회전력을 받아 회전 운동하는 제1 풀리;
   상기 제1 풀리의 회전 운동을 타이밍 벨트를 통해 전달받는 제2 풀리;
   상기 제2 풀리의 회전축에 동축으로 설치되며 상기 제2 풀리의 회전력을 받아 회전 운동하는 센서용 웜;
   상기 센서용 웜의 회전력을 받아 회전 운동하는 센서용 웜 휠; 및
   상기 센서용 웜 휠의 회전축에 회전단이 동축으로 결합되고 케이싱 측에 고정단이 결합되며, 상기 회전단과 고정단의 상대 위치 변화에 기초하여 상기 구동축의 회전 상태에 관한 전기적 신호를 생성하는 포텐셔미터;를 포함하며,
   상기 구동 구조는,
   상하로 연장된 제2 케이싱 요소부의 상측에 제1 케이싱 요소부가 구비되며 상기 제1 케이싱 요소부의 상단부에 외부 요소와 연결하기 위한 제1 연결부가 구비된 케이싱과,
   상기 제1 케이싱 요소부의 일측에 설치되는 모터와,
   상기 제1 케이싱 요소부의 내측에 설치되며 상기 모터의 모터 축에 결합되어 상기 모터 축의 회전력을 상기 구동축의 상부에 동축으로 설치된 웜 휠로 전달하는 웜과,
   상기 제2 케이싱 요소부의 내측에 상하로 연장된 형태로 설치되고 하부에 구동 스크류가 형성되며 상기 웜 휠의 회전력을 받아 회전 운동하는 구동축과,
   상기 제2 케이싱 요소부의 내측에 상하로 연장된 형태로 설치되고 상기 구동축의 구동 스크류에 나사 결합되며, 상기 제2 케이싱 요소부의 내측면에 상하로 연장 형성된 가이드 키에 의해 자전이 제한되면서 상하 이동이 가이드되어 상기 구동축의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하며, 하단부에 또다른 외부 요소와 연결하기 위한 제2 연결부가 구비된 슬라이드 샤프트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 포텐셔미터가 생성한 전기적 신호에 기초하여 상기 슬라이드 샤프트의 직선 이동 상태에 관한 정보를 생성하는 제어모듈;을 더욱 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이터.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 구동축의 회전 상태는 구동축의 회전 회수 및 회전 각도 중의 적어도 어느 하나에 관한 것임을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이터.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 슬라이드 샤프트의 직선 이동 상태에 관한 정보는 슬라이드 샤프트의 직선 이동 거리 및 직선 이동 위치 중의 적어도 어느 하나에 관한 것임을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이터.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 풀리와 제2 풀리의 일측에 설치되며 상기 타이밍 벨트의 텐션을 조절하기 위한 제3 풀리;를 더욱 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이터.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 포텐셔미터는 회전형 포텐셔미터인 것을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이터.
   

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