KR19990004838A - 로터리 엑츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압 또는 공압에 의해 진퇴작동되는 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 한정된 회전수의 정, 역회전력을 얻도록 하는 로터리 엑츄에이터(Rotary Actuator)에 관한 것으로, 이는 원통형으로 구비되고 그 내부에 피스톤(30)에 의해 구획되는 두개의 압력실(12)(13)을 갖춘 실린더(10)와; 상기 실린더(10)의 양측단 개구부에 각각 지지보울트(11)로 체결되고 상단 및 전단에 오일회로와 연결되어 실린더(10)내로 오일을 공급 및 배출시키도록 하는 오일유입공(22)(22a) 및 오일배출공(23)(23a)을 각각 갖춘 브라켓트(20)(20a)와; 상기 실린더(10)의 중심부를 가로질러양측단이 브라켓트(20)(20a)에 지지된채로 피스톤(30)의 중심 슬라이드공(31)에 체결되어 피스톤(30)의 진퇴작동에 따라 회전구동되고 외주면이 다각면의 나선(41)을 가지는 트위스트형의 회전축(40)과; 상기 회전축(40)의 일측단에 커플링(51)으로 연결되어 피동작물에 회전동력을 전달토록 하는 출력축(50); 으로 구성된 것이다.

Description

로터리 엑츄에이터

본 발명은 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 한정된 회전수의 정, 역회전력을 얻도록 하는 로터리 엑츄에이터(Rotary Actuator)에 관한 것으로, 더욱 상세히는 유압 또는 공압에 의해 진퇴작동되는 피스톤의 작용으로 회전축을 정, 역회전 작동시킴으로써 안정되고도 정확한 회전력을 얻을 수 있도록 하는 로터리 엑츄에이터에 관한 것이다.

이러한 기술과 관련되는 종래 로터리 엑츄에이터 구성을 예를들어 살펴보면, 이는 원통형으로 이루어지는 실린더의 내부에 출력축과 연결되는 로터축(Rotor)이 구비되어 있고, 상기 로터축에는 실린더의 내경에 내접하면서도 고압 유체를 유도하여 로터축을 회전운동시키도록 하는 베인(Vane)이 구비되어 있다.

상기 실린더에는 그 내부로 유압 또는 공압을 주입 및 배출시키도록 하는 한쌍의 포트(Port)가 구비되어 펌프부재의 작동에 의해 유압 또는 공압을 유입 및 유출시키도록 구성되어 있다.

따라서, 상기 각각의 포트를 통하여 실린더 내부로 유압 또는 공압을 교대로 보내게 되면 베인에 의해 로터축이 정 또는 역회전 작동(진자운동)하게 되는 것이고, 이에 따라 상기 로터축과 연결된 출력축으로부터 필요로 하는 회전력을 얻게 되는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 구성에 있어서는 로터축이 베인의 작용에 의해 회전운동을 하게 되는 것임으로써 비교적 큰 회전력을 얻을 수가 없는 문제점이 있을 뿐만 아니라 압력이 베인과 실린더의 내벽 사이의 틈새를 통하여 유출되는 것을 방지하기 위하여 여러 가지 패킹부재가 필연적으로 요구되는 등 구조적으로 복잡한 문제점도 야기되고 있다.

또한, 이러한 문제점외에도 로터축이 일측방향으로 회전작동되는 중에 역방향으로 회전행정이 이루어지게 될 경우나 또는 회전되는 중에 정지될 경우에는 로터축에 많은 부하가 걸리게 되는 등 안정된 회전력을 얻지 못하는 문제점도 있는 것이다.

그리고, 회전력을 얻는 것에 있어서는 이와 같은 구조외에도 대표적으로 감속모우터를 들수가 있다.

그러나, 이는 자계에 의해 자력선과 전동자에 권선된 코일의 사이로 흐르는 전류에 의해 회전력을 발생시키도록 하는 구성인 것으로써 이역시 큰 회전력을 얻기 위하여서는 여러 가지 문제점이 있다.

즉, 큰 회전력을 얻기 위하여서는 모우터를 대형화하여야 함은 물론 별도의 감속기어등과 같은 부대적인 구조를 필연적으로 갖추어야 하는 등의 문제점이 있는 것이었고, 더구나 많은 회전력이 요구되지 않고 극히 한정된 회전력을 얻는 구조에서는 적합하지가 않는 것이다.

따라서, 근래에는 상기와 같은 문제점을 고려하여 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 필요로하는 진동회전력을 얻도록 하는 일명 랙크 피니언형 로터리 엑츄에이터가 이미 제안된 바 있다.

이는 실린더내에 구비되어 일정한 간격내에서 별도의 등력에 의해 진퇴작동되는 랙크와, 이의 랙크와 이맞물림되는 피니언을 가지면서 실린더의 일측에 구비되어 회전구동되는 회전축으로 구성되어 있다.

따라서, 상기 랙크의 진퇴작동에 의해 이와 이맞물림된 피니언이 회전구동되는 것이고, 이로 인하여 회전축이 정, 역회전 작동되어 상기 회전축과 연결되는 출력축을 회전시킴으로써 필요로하는 회전력을 얻게 되는 것이다.

그러나, 이와 같은 랙크 피니언형 로터리 엑츄에이터의 구성에 있어서는 랙크의 진퇴작동에 따른 직선운동을 피니언을 통하여 회전운동으로 바꾸는 구성임으로써 구조가 복잡하여 제조성 및 설치성이 좋지 못한 문제점이 있을 뿐만 아니라 단순히 치차의 이맞물림에 의한 동력전달방식을 채용하고 있음으로써 정확하고도 안정된 동력전달이 이루어지지 않는 등의 문제점이 있다.

또한, 랙크의 직선운동이 피니언을 통해 회전운동으로 변환되는, 즉, 동력전달이 직각방향으로 전달되는 구성임으로써 회전축의 회전구동시 편중된 무게중심을 유지하게 되어 마찰에 따른 부품의 편마모는 물론 회전토오크의 발생 효율이 저하되는 단점이 있다.

그리고, 이러한 종래의 구성에 있어서는 엑츄에이터가 작동된 후 정지될 경우에는 랙크와 피니언의 이맞물림에 의해 회전축이 정지하게 되는 것임으로써, 회전축으로부터 피니언을 통해 랙크로 전달되는 반발력이 귀환(Feed Back)되면서 역회전작동이 일어나게 되는 등 정확하고도 안정된 정지력을 얻지 못하는 문제점도 있는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 유압 또는 공압(이하 유압만으로 설명함)의 작용으로 진퇴작동되는 피스톤에 의해 출력축과 연결되는 스크류형의 회전축을 정 또는 역회전작동시킴으로써 필요로하는 진동회전력을 얻도록 하는 로터리 엑츄에이터를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 실린더내로 공급되는 오일의 공급여부에 따라 회전축의 정지정밀도를 유지하면서도 비교적 큰 회전토오크를 얻도록 하는 로터리 엑츄에이터를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고정도의 위치결정이 가능하여 회전력을 이용하는 각종 산업용으로 다양하게 적용가능하도록 하는 로터리 엑츄에이터를 제공함에 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 한쌍의 포트를 구비한 실린더와, 상기 실린더내에 구비되어 실린더를 두개의 작동실로 구분하면서도 양포트를 통하여 작동실내로 공급되는 유압의 작용에 의해 진퇴작동되는 피스톤과, 상기 실린더내에 횡방향으로 구비되고 다각을 가지면서 트위스트형으로 구비되는 회전축으로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 보인 사시도

도 2는 본 발명의 전체적인 구성을 보인 분리사시도

도 3은 본 발명의 전체적인 구성을 보인 단면구성도

도 4는 본 발명 도 3의 A-A선 단면구성도

도 5는 본 발명 회전축의 구성을 보인 구성도

도 6은 도 3의 B-B선 단면구성도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100:본체10:실린더11:지지보울트

12, 13:압력실20, 20a:브라켓트21:삽입구

22, 22a:오일유입공23, 23a:오일배출공24:지지봉

25:중심공30:피스톤31:슬라이드공

32, 33:패킹40:회전축41:나선

42, 42a:베어링50:출력축51:커플링

계속해서 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 그 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면의 도 1 내지 도 3에서는 본 발명의 전체적인 구성을 상세히 나타낸 사시도로서, 이의 도면중 부호 100은 본 발명에 따른 로터리 엑츄에이터 본체를 표시하고 있다.

상기 본체(100)는 실린더(10)와, 이의 실린더(10)의 양측단에 체결되어 이를 지지토록하는 두 개의 판체형 브라켓트(20)(20a)와, 상기 실린더(10)내에서 내경과 접하게 체결구비되고 유압의 작용에 의해 진퇴작동되는 피스톤(30)을 갖추어 구성되어 있고, 또한 상기 실린더(10)에는 이를 가로질러 구비되면서도 피스톤(30)의 중심부를 관통되게 설치되어 피스톤(30)의 진퇴작동에 따라 회전 구동되는 트위스트형의 회전축(40)을 갖추어 구성되어 있다.

상기 실린더(10)는 원통형으로 구비되면서 양측 단부의 개구부를 밀폐하는 형태로 한쌍의 브라켓트(20)(20a)가 체결되어 다수개의 지지보울트(11)로서 체결고정되고, 그 내부에는 후술할 피스톤(30)에 의해 두개의 압력실(12)(13)로 구획되어 오일이 유입 및 유출되는 공간을 제공하면서 이의 오일압력으로 피스톤(30)를 진퇴작동시키게 된다.

또한, 상기 브라켓트(20)(20a)는 판체형의 사각형상으로 구비되면서도 그 내측면에는 각각 실린더(10)의 양측단 내경에 끼워져 고정되는 원형의 삽입구(21)를 갖추어 구성된다.

상기 양브라켓트(20)(20a)는 일정한 두께를 가지며, 상,하단에는 각각 오일유입공(22)(22a) 및 오일배출공(23)(23a)이 압력실(12)(13)과 연통되게 구비되어 이를 통하여 실린더(10)의 각 압력실(12)(13)로 오일을 공급 및 배출시키게 되는 것이고, 이들에는 각각 미도시된 유압회로의 오일펌프와 연결되는 오일배관이 체결되는 것이다.

또한, 상기 브라켓트(20)(20a)들의 사이에는 다수개의 지지봉(24)이 가로질러 연결되어 있고, 이의 지지봉(24)들은 양측단이 양브라켓트(20)(20a)의 내측면에 각각 체결고정되면서도 후술할 피스톤(30)이 체결됨으로써 상기 피스톤(30)이 진퇴작동만을 할수 있도록 이를 지지안내하면서도 회전되는 것을 방지하게 된다.

이때, 상기 지지봉(24)들은 본체를 구성하는 관련부재들을 최종적으로 조립하는 기능을 가지는 것으로, 다수개가 체결되는 것이나 삼각방향으로 세개가 설치되는 것이 가장 바람직하다 하겠다.

또한, 상기 피스톤(30)은 원판형으로 구비되면서 그 외경이 실린더(10)의 내경에 밀착된 상태로 슬라이드 작동되는 것이며, 그 내부의 중심에는 회전축(40)이 삽입체결되는 슬라이드공(31)이 천공되어 있다.

상기 슬라이드공(31)은 후술할 회전축(40)이 다각형, 즉, 본 실시예에서는 육각형을 이루고 있음에 따라 육각형의 구멍으로 구성되어 있고, 그 외경과 내경에는 원주방향으로 실린더(10)와 기밀을 위한 패킹(32)(33)이 각각 체결되어 있다.

상기 회전축(40)은 도 5에서 더욱 상세히 나타낸 바와 같이 외주연이 육각형으로 구비되면서도 트위스트형으로 비틀려 구성되고, 이에 따라 육각면들이 길이방향으로 나선(Helix)(41)을 형성하게 되는 것이며, 또한, 이의 일측단은 일측브라켓트(20)의 중심공(25)를 통하여 외부로 노출되게 구비되어 출력축(50)과 커플링(51)으로서 연결된다.

이때, 상기 회전축(40)의 외주연은 본 발명의 실시예에서는 육각형의 나선이 이루어지도록 구성하였으나, 이는 하나의 실시예에 지나지 않는 것이며, 사각형 또는 그 이상의 다각형으로 구성하여도 동일한 효과를 가지게 될 것이다.

한편, 상기 회전축(40)의 나선(41)이 이루는 각도(θ)는 약 20-30°를 유지하는 것이 가장 바람직함을 시험에 의해 알수 있었으며, 이의 길이는 회전축(40)의 최대 회전각도에 따라 설정되어 진다.

예를 들어, 회전축(40)의 최대 회전각도를 360°로 설정하고자 한다면, 나선(41)은 회전축(40)의 원주방향을 따라 한바퀴까지 돌아간 형태로 설정하게 되는 것이다.

또한, 상기 회전축(40)은 상기와 같이 설정되는 일정한 길이를 가지면서 실린더(10)의 중심을 가로질러 일측단은 타측브라켓트(20a)의 삽입구(21)내에서 베어링(42a)으로 체결지지됨과 동시에 타측의 단턱은 일측브라켓트(20A)의 삽입구(21)내에 구비되는 베어링(42A)에 의해 각각 지지되어 원활한 회전력을 제공하게 된다.

이때, 상기 회전축(40)에는 실린더(10)내에 구비되는 피스톤(30)의 슬라이드공(31)이 삽입체결됨으로써 피스톤(30)의 진퇴작동에 의해 회전축(40)은 양측단이 브라켓트(20)(20a)의 베어링(42)(42a)에 지지된 채로 원활하게 회전구동 되어질 것이다.

계속해서 본 발명에 따른 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 첨부된 도면의 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 본체(100)가 조립완료되면, 회전축(40)의 일측단이 외부로 노출된 상태로 체결되어 지는 것이고, 이의 회전축(40)의 끝단에는 커플링(51)으로서 필요로 하는 피작동물과 연결되는 출력축(50)을 체결한다.

이때, 상기 출력축(50)은 본체(100)로부터 발생되는 회전력을 필요로 하는 각종기기의 피작동물로 전달하는 기능을 가지게 되는 것으로, 일예를 들어 가동 턴테이블의 중심축과 연결하여 이의 턴테이블을 일정한 각도내에서 정, 역회전 작동시키게 되는 것이다.

이와 같은 상태에서 미도시된 유압회로와 연결된 오일펌프를 작동시키게 되면, 상기 오일펌프에 의해 압축되는 오일은 오일배관을 거쳐 오일유입공(22)(22a)을 통하여 압력실(12)(13)내로 유입되어 지는 것이고, 이에 따라 각 압력실(12)(13)에서는 오일압력, 즉, 유압이 증대되어 피스톤(30)을 진퇴작동시키게 된다.

즉, 첨부도면의 도 3에서와 같은 상태에서 일측오일유입공(22)으로 오일이 공급되면, 이의 오일은 실린더(10)내의 압력실(12)내로 유입되어 짐과 아울러 압력실(12)내의 압력이 증대되어 짐으로써 피스톤(30)이 가상선으로 나타낸 위치로 후진작동을 하게 되고, 피스톤(30)이 타측압력실(13)로 후진작동을 하게 됨에 따라 타측압력실(13)내의 오일은 오일배출공(23a)을 거쳐 오일펌프로 순환되어 진다.

이같이 후진작동되는 피스톤(30)은 다수개의 지지봉(24)들에 의해 지지되어 있음으로써 이를 통하여 진퇴작동은 원활히 안내되어 지는 것이나, 회전 작동은 되지 않게 되는 것이며, 이에 따라 상기 피스톤(30)의 중심 슬라이드공(31)에 체결되어 있는 회전축(40)를 회전구동시키게 된다.

즉, 상기 피스톤(30)의 슬라이드공(31)은 다각형으로 구성되어 있음과 동시에 상기 슬라이드공(31)에 체결된 회전축(40)은 역시 동일한 각의 나선(41)을 이루고 있음으로써 피스톤(30)의 이동작동에 따라 회전축(40)은 슬라이드공(31)에 지지된채로 회전작동하게 된다.

이때, 상기 회전축(40)은 양측이 브라켓트(20)(20a)에 베어링(42)(42a)으로서 지지되어 있음으로써 제자리 회전하게 되는 것이고, 따라서 상기 회전축(40)과 커플링(51)등으로 연결되어 있는 출력축(50)을 회전구동시키게 된다.

이와는 반대로 회전축(40)을 역방향으로 회전구동시키고자 하면, 오일회로의 작동에 의해 타측오일유입공(22a)으로 오일을 공급함과 동시에 일측오일 배출공(23)을 개방함으로써 전술한 역순으로 일련의 작동이 이루어져 회전축(40)은 역회전 작동을 하게 된다.

한편, 상기와 같이 발생되는 회전력의 각도는 압력실(12)(13)내로 공급되는 오일의 양을 제어함으로써, 즉, 피스톤(30)의 행정거리를 제어함으로써 달성되는 것이며, 오일의 공급이 중단되면 회전축(40)의 회전도 그 즉시 정지된다.

즉, 이같이 오일의 공급이 계속되다가 중지되면, 양압력실(12)(13)의 내부는 오일의 공급이 중단되는 순간 압력이 대응됨으로써 이동되던 피스톤(30)은 그 위치에서 정확히 정지하게 됨은 물론이고, 어느방향으로도 움직이지 않게 된다.

이는 종래와 같이 회전축이 회전되다가 정지되면 그 반발력으로 인하여 역방향으로 귀환하는 것을 방지하게 되는 효과를 가지게 된다.

따라서, 이와 같은 작용의 원리를 이용하여 출력축(50)과 연결된 피작동물을 필요로 하는 일정한 각도만큼은 물론이고 정 또는 역방향으로 정확히 회전시킬 수가 있게 되는 것이다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명은 일정한 각도내에서 피작동물을 정, 역회전함에 있어, 유압 또는 공압에 의해 진퇴작동되는 피스톤의 작용으로 회전축을 정, 역회전 작동시키도록 함으로써 회전축이 피스톤의 중심에서 힘의 편중없이 회전구동되어져 안정되고도 정확한 회전력을 얻을 수가 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 유압을 이용함으로써 큰회전력이 요구되는 장치에 유용하게 적용할 수가 있고, 소정위치에서 정확하게 정지시킬 수가 있음은 물론 다점정지가 가능한 효과를 가지게 된다.

더욱이 정지된 상태에서는 실린더내의 양압력실의 압력이 서로 대응됨으로써 어느방향으로도 움직이지 않게 되어 별도의 브레이크장치를 갖지 않아도 반발력등에 따른 오작동을 방지하게 되는 등 작동이 신뢰성을 높일 수 있게 되는 것이다.

그리고, 본 발명은 그 구성이 간단하여 제조성 및 작동성이 향상되어 지는 효과와 더불어 동일체적의 감속모우터를 사용하는 것에 비해 큰 힘의 회전력을 얻을 수 있는 등의 효과를 가지게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 정, 역회전에 따른 회전력을 발생시키도록 하는 로터리 엑츄에이터에 있어서,

   원통형으로 구비되고 그 내부에 피스톤(30)에 의해 구획되는 두개의 압력실(12)(13)을 갖춘 실린더(10)와;

   상기 실린더(10)의 양측단 개구부에 각각 지지보울트(11)로 체결되고 상단 및 전단에 오일회로와 연결되어 실린더(10)내로 오일을 공급 및 배출시키도록 하는 오일유입공(22)(22a) 및 오일배출공(23)(23a)을 각각 갖춘 브라켓트(20)(20a)와;

   상기 실린더(10)의 중심부를 가로질러 양측단이 브라켓트(20)(20a)에 지지된채로 피스톤(30)의 중심 슬라이드공(31)에 체결되어 피스톤(30)의 진퇴작동에 따라 회전구동되고 외주면이 다각면의 나선(41)을 가지는 트위스트형의 회전축(40)과;

   상기 회전축(40)의 일측단에 커플링(51)으로 연결되어 피동작물에 회전 동력을 전달토록 하는 출력축(50); 으로 구성된 것을 특징으로 하는 로터리 엑츄에이터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 회전축(40)의 나선(41)이 이루는 각도를 약 20-30°로 구성하여서 된 것을 포함하는 로터리 엑츄에이터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 회전축(40)의 외주연 각면을 적어도 사각형 이상으로 구비하면서도 트위스트형으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 로터리 엑츄에이터.