KR20100051289A

KR20100051289A - Programming actuator system for concentric circle multiple axis control

Info

Publication number: KR20100051289A
Application number: KR1020080110388A
Authority: KR
Inventors: 신정환
Original assignee: 신정환
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-17
Also published as: KR101043822B1

Abstract

PURPOSE: A programming actuator system capable of controlling multi-axes in a concentric circle is provided to variously control rotation angle, rotation speed, rotation torque, and stop toque by variously programming the intensity and polarity of the multiple electromagnets. CONSTITUTION: An actuator comprises a support part(10), first and second rotating parts(100,200), and a controller. The permanent magnet is mounted on a support part. The first rotating part is combined with the support part to be rotated. The first rotating part has multiple electromagnets. The second rotating part is coupled with the first rotating part to be rotated. The second rotating part has a permanent magnet. The controller controls the polarity of the multiple electromagnets of the first rotating part in order to apply attraction between one among multiple electromagnets of the first rotating part and the permanent magnet of the support part.

Description

Programming actuator system for concentric circle multiple axis control

본 발명은 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로봇의 관절 등과 같이 기계를 작동시키는데 이용되는 액츄에이터에 관한 것이다.The present invention relates to actuators, and more particularly to actuators used to operate a machine, such as a joint of a robot.

로봇 및 자동제어 장치에는 이를 구동하기 위한 액츄에이터가 필요하다. 일반적인 엑츄에이터는 DC 모터, 스텝모터, 서보모터등이 있는데 DC 모터와 스텝모터는 모터 내부 회전자의 극성을 단순 스위칭해줌으로써 반복 회전식 운동을 하도록 고안된 장치이다.Robots and automatic control devices require actuators to drive them. Common actuators include DC motors, step motors, servo motors, etc. DC motors and step motors are devices designed for repeated rotational motion by simply switching the polarity of the rotor inside the motor.

DC 모터에 회전각도를 측정하는 센서 와 감속기어등을 추가한 것이 서보모터라고 하는데 이를 통해서 회전 각도와 회전 속도를 제어할 수 있게 되는데 이러한 시스템을 통칭해서 액츄에이터라고 한다.The servo motor is a sensor that measures the rotation angle and the reduction gear is added to the DC motor. Through this, the rotation angle and the rotation speed can be controlled. This system is collectively called an actuator.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 회전각도 및 회전속도, 회전토크, 정지토크를 다양하게 제어 가능하며 기존 액츄에이터에 일반적으로 요구되는 감속 기어가 필요 없고 에너지 효율을 극대화할 수 있으며, 외부의 과도한 로드에 의한 기어의 마모 또는 파손의 위험도 없는 액츄에이터 시스템을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention, it is possible to control a variety of rotation angle and rotation speed, rotation torque, stop torque, and does not require a reduction gear generally required for existing actuators It is to provide an actuator system that can maximize energy efficiency and there is no risk of gear wear or damage due to external excessive load.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 액츄에이터는, 영구자석이 마련된 지지부; 상기 지지부에 회전운동 가능하도록 결합되며, 복수의 전자석들이 마련된 제1 회전부; 상기 제1 회전부에 회전운동 가능하도록 결합되며, 영구자석이 마련된 제2 회전부; 및 상기 제1 회전부에 마련된 복수의 전자석들 중 어느 하나와 상기 지지부에 마련된 영구자석 상호간에 인력이 작용하고, 상기 제1 회전부에 마련된 복수의 전자석들 중 다른 하나와 상기 제2 회전부에 마련된 영구자석 상호간에 인력이 작용하도록, 상기 제1 회전부에 마련된 복수의 전자석들의 극성을 제어하는 제어부;를 포함한다.According to the present invention for achieving the above object, the actuator, the support provided with a permanent magnet; A first rotating part coupled to the supporting part to be rotatable and provided with a plurality of electromagnets; A second rotating part coupled to the first rotating part so as to be rotatable and provided with a permanent magnet; And a attraction force between any one of the plurality of electromagnets provided in the first rotating part and the permanent magnet provided in the support part, and the other of the plurality of electromagnets provided in the first rotating part and the permanent magnet provided in the second rotating part. And a controller configured to control polarities of the plurality of electromagnets provided in the first rotating unit so that the attraction force acts on each other.

그리고, 상기 제1 회전부에 마련된 복수의 전자석들은, 상기 지지부에 마련된 영구자석과 인력 또는 척력이 작용하는 제1 군의 전자석들과 상기 제2 회전부에 마련된 영구자석과 인력 또는 척력이 작용하는 제2 군의 전자석들을 포함하며, 상기 제1 군의 전자석들 중 상기 지지부에 마련된 영구자석과 인력이 작용하는 전자석의 위치에 의해, 상기 제1 회전부의 회전운동 방향이 결정되고, 상기 제2 군의 전자석들 중 상기 제2 회전부에 마련된 영구자석과 인력이 작용하는 전자석의 위치에 의해, 상기 제2 회전부의 회전운동 방향이 결정되는 것이 바람직하다.In addition, the plurality of electromagnets provided in the first rotating part may include the first group of electromagnets in which the permanent magnets provided by the support part and the attraction force or the repulsive force act and the permanent magnets provided in the second rotation part and the attraction or repulsive force act on the plurality of electromagnets. A group of electromagnets, the direction of rotation of the first rotating part being determined by the position of the permanent magnet provided on the support of the first group of electromagnets and the attraction force, and the electromagnet of the second group Among them, the direction of rotational movement of the second rotating part is determined by the position of the permanent magnet provided on the second rotating part and the electromagnet acting on the attraction force.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 군의 전자석들 중 어느 하나는 상기 지지부 에 마련된 영구자석과 인력이 작용하고 나머지는 상기 지지부에 마련된 영구자석과 척력이 작용하도록, 상기 제1 군의 전자석들의 극성을 제어하고, 상기 제2 군의 전자석들 중 어느 하나는 상기 제2 회전부에 마련된 영구자석과 인력이 작용하고 나머지는 상기 제2 회전부에 마련된 영구자석과 척력이 작용하도록, 상기 제2 군의 전자석들의 극성을 제어하는 것이 바람직하다.In addition, the control unit, the polarity of the electromagnets of the first group so that any one of the electromagnets of the first group acts on the permanent magnets provided on the support portion and the attraction force and the rest acts on the permanent magnets provided on the support portion; And one of the second group of electromagnets acts as a permanent magnet provided on the second rotating part and the attraction force, and the rest of the electromagnets of the second group to act on the repulsive force. It is desirable to control the polarity of these.

그리고, 상기 제1 회전부는, 상기 제1 군의 전자석들이 호를 따라 배치된 제1 몸체; 및 상기 제2 군의 전자석들이 호를 따라 배치된 제2 몸체;를 포함하며, 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체는 상호 수직한 방향으로 결합되어 있는 것이 바람직하다.The first rotating part may include: a first body in which the electromagnets of the first group are disposed along an arc; And a second body in which the electromagnets of the second group are disposed along an arc, wherein the first body and the second body are coupled in a direction perpendicular to each other.

또한, 상기 지지부에는, 다수의 영구자석들이 마련되고, 상기 제2 회전부에는, 다수의 영구자석들이 마련되고, 상기 제어부는, 상기 제1 회전부에 마련된 복수의 전자석들 중 일부의 전자석들과 상기 지지부에 마련된 다수의 영구자석들 상호간에 각각 인력이 작용하고, 상기 제1 회전부에 마련된 복수의 전자석들 중 다른 일부의 전자석들과 상기 제2 회전부에 마련된 다수의 영구자석들 상호간에 각각 인력이 작용하도록, 상기 제1 회전부에 마련된 복수의 전자석들의 극성을 제어할 수 있다.In addition, the support part is provided with a plurality of permanent magnets, the second rotating part is provided with a plurality of permanent magnets, the control unit, the electromagnets and the support of some of the plurality of electromagnets provided in the first rotating part The attraction force is applied to each of the plurality of permanent magnets provided in each other, and the attraction force is applied to each other between the electromagnets of the other part of the plurality of electromagnets provided in the first rotation portion and the plurality of permanent magnets provided in the second rotation portion. The polarity of the plurality of electromagnets provided in the first rotating part may be controlled.

그리고, 상기 제1 회전부의 회전운동 축과 상기 제2 회전부의 회전운동 축은 수직하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the rotation axis of rotation of the first rotational unit and the rotation axis of rotation of the second rotating unit are perpendicular to each other.

또한, 상기 지지부는, 다른 장치에 회전운동 가능하도록 결합되고, 상기 지지부의 회전운동 축은, 상기 제1 회전부의 회전운동 축 및 상기 제2 회전부의 회전 운동 축과 수직하는 것이 바람직하다.In addition, the support portion is coupled to the other device so as to be rotatable, it is preferable that the rotational movement axis of the support portion is perpendicular to the rotational movement axis of the first rotation portion and the rotational movement axis of the second rotation portion.

한편, 본 발명에 따른, 액츄에이터는, 영구자석이 마련된 고정부; 상기 고정부에 회전운동 가능하도록 결합되며, 복수의 전자석들이 마련된 이동부; 및 상기 이동부에 마련된 복수의 전자석들 중 어느 하나와 상기 고정부에 마련된 영구자석 상호간에 인력이 작용하도록, 상기 이동부에 마련된 복수의 전자석들의 극성을 제어하는 제어부;를 포함한다.On the other hand, according to the present invention, the actuator, the fixed portion is provided with a permanent magnet; A moving part coupled to the fixed part to be rotatable and provided with a plurality of electromagnets; And a controller configured to control polarities of the plurality of electromagnets provided in the moving unit so that an attraction force acts between any one of the plurality of electromagnets provided in the moving unit and the permanent magnets provided in the fixed unit.

그리고, 상기 전자석들 중 상기 고정부에 마련된 영구자석과 인력이 작용하는 전자석의 위치에 의해, 상기 이동부의 회전운동 방향이 결정되고, 상기 제어부는, 상기 전자석들 중 어느 하나는 상기 고정부에 마련된 영구자석과 인력이 작용하고 나머지는 상기 고정부에 마련된 영구자석과 척력이 작용하도록, 상기 전자석들의 극성을 제어하는 것이 바람직하다.And, the direction of rotation of the moving unit is determined by the position of the permanent magnet provided in the fixed portion and the electromagnet of the electromagnet of the electromagnet, the control unit, any one of the electromagnet is provided in the fixed portion It is preferable to control the polarity of the electromagnet so that the permanent magnet and the attraction force and the rest of the permanent magnet and the repulsive force acting on the fixed portion.

또한, 상기 이동부는, 1축 회전운동 및 3축 회전운동 중 어느 하나로 운동할 수 있다.In addition, the moving unit may move in any one of the one-axis rotational movement and three-axis rotational movement.

한편, 본 발명에 따른, 액츄에이터는, 영구자석이 마련된 고정부; 상기 고정부에 직선운동 가능하도록 결합되며, 복수의 전자석들이 마련된 이동부; 및 상기 이동부에 마련된 복수의 전자석들 중 어느 하나와 상기 고정부에 마련된 영구자석 상호간에 인력이 작용하도록, 상기 이동부에 마련된 복수의 전자석들의 극성을 제어하는 제어부;를 포함한다.On the other hand, according to the present invention, the actuator, the fixed portion is provided with a permanent magnet; A moving part coupled to the fixed part to enable a linear movement and provided with a plurality of electromagnets; And a controller configured to control polarities of the plurality of electromagnets provided in the moving unit so that an attraction force acts between any one of the plurality of electromagnets provided in the moving unit and the permanent magnets provided in the fixed unit.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액츄에이터 시스템은 회전부 내에 있는 다수의 전자석의 세기와 극성 등을 다양하게 프로그래밍 할 수 있어서 회전각도및 회전속도, 회전토크, 정지토크 를 다양하게 제어가능 한 점에서 우수하며 또한 감속 기어가 필요없게 되어 전력손실을 최소화할 수 있고 기어및 시스템 파손의 위험이 없으며 가장 우수한 효율의 액추에이터 시스템이다.As described above, the actuator system according to the present invention can be programmed in various ways, such as the strength and polarity of the plurality of electromagnets in the rotating part is excellent in that it can control the rotation angle, rotation speed, rotation torque, stop torque variously It also eliminates the need for reduction gears, minimizes power loss, reduces the risk of gear and system damage, and is the most efficient actuator system.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 액츄에이터는, 지지부(10), 제1 회전부(100) 및 제2 회전부(200)를 구비한다.1 is a perspective view of an actuator according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the actuator according to the present embodiment includes a support 10, a first rotating part 100, and a second rotating part 200.

제1 회전부(100)는 x-축에 평행한 제1축(1)에 의해 지지부(10)에 결합된다. 이에 따라, 제1 회전부(100)는 제1축(1)을 중심으로 회전운동 가능한데, 회전방향은 시계방향과 반시계방향 모두 가능하다.The first rotary part 100 is coupled to the support 10 by a first axis 1 parallel to the x-axis. Accordingly, the first rotation unit 100 may be rotated about the first axis 1, and the rotation direction may be both clockwise and counterclockwise.

제2 회전부(200)는 제1 회전부(100)에 결합되어 있다. 이에 따라, 제1 회전부(100)가 회전운동하면, 제2 회전부(200)는 제1 회전부(100)와 함께 회전운동하게 된다.The second rotating part 200 is coupled to the first rotating part 100. Accordingly, when the first rotating part 100 rotates, the second rotating part 200 rotates together with the first rotating part 100.

도 2에는 제1 회전부(100)가 반시계방향으로 회전된 상태를 도시하였고, 도 3에는 제1 회전부(100)가 시계방향으로 회전된 상태를 도시하였다.2 illustrates a state in which the first rotation unit 100 is rotated in a counterclockwise direction, and FIG. 3 illustrates a state in which the first rotation unit 100 is rotated in a clockwise direction.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 회전부(200)는 y-축에 평행한 제2축(2)에 의해 제1 회전부(100)에 결합된다. 이에 따라, 제2 회전부(200)는 제2축(2)을 중심으로 회전운동 가능한데, 회전방향은 시계방향과 반시계방향 모두 가능하다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the second rotating part 200 is coupled to the first rotating part 100 by a second axis 2 parallel to the y-axis. Accordingly, the second rotating part 200 may be rotated about the second axis 2, and the rotating direction may be both clockwise and counterclockwise.

도 4에는 제2 회전부(200)가 시계방향으로 회전된 상태를 도시하였고, 도 5에는 제2 회전부(200)가 반시계방향으로 회전된 상태를 도시하였다.4 illustrates a state in which the second rotating unit 200 is rotated in the clockwise direction, and FIG. 5 illustrates a state in which the second rotating unit 200 is rotated in the counterclockwise direction.

도 6에는, 도 1에 도시된 액츄에이터를 분해하여 도시한 분해 사시도를 도시하였다. 도시된 바에 따르면, 제1축(1)은 하나의 축으로 구현되지만, 제2축(2)은 분리된 2개의 축(2-1, 2-2)으로 구현되어 있음을 알 수 있다.FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating the actuator shown in FIG. 1 in an exploded manner. As shown, it can be seen that the first axis 1 is implemented as one axis, but the second axis 2 is implemented as two separate axes 2-1 and 2-2.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 회전부(100)는 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)가 상호 수직한 방향으로 결합되어 있는 형상이다. 제1 몸체(110)의 내부에는 호를 따라 전자석들(미도시)이 배치되어 있다. 마찬가지로, 제2 몸체(120)의 내부에도 호를 따라 전자석들(미도시)이 배치되어 있다.In addition, as shown in FIG. 6, the first rotating part 100 has a shape in which the first body 110 and the second body 120 are coupled in a direction perpendicular to each other. Electromagnets (not shown) are disposed in the interior of the first body 110 along arcs. Similarly, electromagnets (not shown) are disposed along the arc in the second body 120.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 회전부(200)는 제1 지지편(210), 제2 지지편(220) 및 몸체(230)를 구비한다. 제1 지지편(210)과 제2 지지편(220)은 몸체(230)의 양단에 결합된다.Meanwhile, as shown in FIG. 6, the second rotating part 200 includes a first support piece 210, a second support piece 220, and a body 230. The first support piece 210 and the second support piece 220 are coupled to both ends of the body 230.

몸체(230)의 내부에는 영구자석(미도시)이 배치되어 있다. 이 영구자석은 제1 회전부(100)의 제2 몸체(120) 내부에 배치된 전자석들에 자기장을 제공한다. 이에 따라, 몸체(230)의 내부에 마련된 영구자석과 제1 회전부(100)의 제2 몸체(120) 내부에 배치된 전자석들 각각에는 인력 또는 척력이 작용하는데, 작용하는 자기력의 종류는 전자석의 극성에 따라 결정된다.A permanent magnet (not shown) is disposed inside the body 230. The permanent magnet provides a magnetic field to electromagnets disposed inside the second body 120 of the first rotating part 100. Accordingly, the attraction force or the repulsive force acts on each of the permanent magnets provided inside the body 230 and the electromagnets disposed inside the second body 120 of the first rotating part 100. It depends on the polarity.

이와 같은 성질을 이용하여, 제2 회전부(200)는 도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 회전운동하게 되며, 그 회전각을 제어할 수 있게 된다. 제2 회전부(200)가 회전운동하는 원리 및 제2 회전부(200)의 회전각을 제어하는 방법에 대 한 구체적인 설명은 후술한다.By using such a property, the second rotating part 200 is rotated as shown in FIGS. 1, 4, and 5, and the rotation angle can be controlled. A detailed description of the principle of the rotational movement of the second rotating unit 200 and a method of controlling the rotation angle of the second rotating unit 200 will be described later.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 지지부(10)는 제1 지지대(11), 제2 지지대(12) 및 몸체(13)를 구비한다. 제1 지지대(11), 제2 지지대(12)는 몸체(13)의 양단에 결합된다.Meanwhile, as shown in FIG. 6, the support 10 includes a first support 11, a second support 12, and a body 13. The first support 11 and the second support 12 are coupled to both ends of the body 13.

몸체(13)의 내부 중앙에는 영구자석(미도시)이 배치되어 있다. 이 영구자석은 제1 회전부(100)의 제1 몸체(110) 내부에 배치된 전자석들에 자기장을 제공한다. 이에 따라, 몸체(13)의 내부에 마련된 영구자석과 제1 회전부(100)의 제1 몸체(110) 내부에 배치된 전자석들 각각에는 인력 또는 척력이 작용하는데, 작용하는 자기력의 종류는 전자석의 극성에 따라 결정된다.A permanent magnet (not shown) is disposed at the inner center of the body 13. This permanent magnet provides a magnetic field to the electromagnets disposed inside the first body 110 of the first rotating part 100. Accordingly, the attraction force or the repulsive force acts on each of the permanent magnets provided in the body 13 and the electromagnets disposed in the first body 110 of the first rotating part 100. It depends on the polarity.

이와 같은 성질을 이용하여, 제1 회전부(100)는 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 회전운동하게 되며, 그 회전각을 제어할 수 있게 된다.By using such a property, the first rotation part 100 is rotated as shown in FIGS. 1, 2, and 3, and the rotation angle can be controlled.

이하에서는, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 회전부(100)가 회전운동하는 원리 및 제1 회전부(100)의 회전각을 제어하는 방법에 대해 상세히 설명한다. 이를 설명하기 위해, 도 7에는 도 1에 도시된 액츄에이터를 중앙에서 yz-평면으로 절단한 단면도를 도시하였다.Hereinafter, as shown in FIGS. 1, 2, and 3, the principle of the rotational motion of the first rotating part 100 and a method of controlling the rotation angle of the first rotating part 100 will be described in detail. To illustrate this, FIG. 7 is a cross-sectional view of the actuator shown in FIG. 1 cut in the yz-plane from the center.

전술했었던 바와 같이, 제1 몸체(110)의 내부에는 호를 따라 전자석들(115-1 내지 115-7)이 배치되어 있고, 지지대(10)의 내부 중앙에는 영구자석(15)이 배치되어 있음을, 도 7을 통해 확인할 수 있다.As described above, the electromagnets 115-1 to 115-7 are disposed in the interior of the first body 110 along the arc, and the permanent magnet 15 is disposed in the inner center of the support 10. It can be confirmed through FIG.

또한, 제1 회전부(100)의 내부에는 전자석들(115-1 내지 115-7)의 극성을 제어하는 제어부(130)가 마련되어 있음을 도 7을 통해 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed through FIG. 7 that the controller 130 for controlling the polarities of the electromagnets 115-1 to 115-7 is provided inside the first rotating unit 100.

제어부(130)는 전자석들(115-1 내지 115-7)에 전류를 각각 인가하는 구동회들과 이 구동회로의 전류 인가 방향을 제어하는 중앙 제어부로 구현할 수 있다. 전자석들(115-1 내지 115-7) 각각에 대한 전류 인가 방향들은 각기 다를 수 있다. 전자석들(115-1 내지 115-7)의 극성은 전류 인가 방향에 따라 결정되므로, 전자석들(115-1 내지 115-7)의 극성을 제각각으로 설정할 수 있다.The controller 130 may be implemented as driving circuits for applying current to the electromagnets 115-1 to 115-7, and a central controller for controlling a current application direction of the driving circuit. Current application directions for each of the electromagnets 115-1 to 115-7 may be different. Since the polarities of the electromagnets 115-1 to 115-7 are determined according to the current application direction, the polarities of the electromagnets 115-1 to 115-7 may be set respectively.

도 7에 도시된 바에 따르면, 1) 제4 전자석(115-4)은 영구자석(15)과 인력이 작용하도록 극성이 설정되어 있고, 2) 제4 전자석 이외의 나머지 전자석들(115-1, 115-2, 115-3, 115-5, 115-6 및 115-7)은 영구자석(15)과 척력이 작용하도록 극성이 설정되어 있다.As shown in FIG. 7, 1) the fourth electromagnet 115-4 is set to have a polarity such that the permanent magnet 15 and the attraction force act, and 2) the remaining electromagnets 115-1, other than the fourth electromagnet. 115-2, 115-3, 115-5, 115-6, and 115-7 are set in polarity such that the permanent magnet 15 and the repulsive force act.

제4 전자석(115-4)만이 영구자석(15)과 인력이 작용하고, 나머지 전자석들(115-1, 115-2, 115-3, 115-5, 115-6 및 115-7)은 영구자석(15)과 척력이 작용하므로, 영구자석(15)에 가장 가까이 위치하게 되는 전자석은 제4 전자석(115-4)이다.Only the fourth electromagnet 115-4 works with the permanent magnet 15, and the remaining electromagnets 115-1, 115-2, 115-3, 115-5, 115-6 and 115-7 are permanent. Since the magnet 15 and the repulsive force act, the electromagnet positioned closest to the permanent magnet 15 is the fourth electromagnet 115-4.

액츄에이터가 도 7에 도시된 바와 같은 상태에서, 영구자석(15)의 N-극과 가까운 쪽(즉, 제1 몸체(110)의 외곽에 인접한 쪽)에 대한 전자석들(115-1 내지 115-7)의 극성을 도 8에 나타내었다.With the actuator as shown in FIG. 7, the electromagnets 115-1 to 115-for the side close to the N-pole of the permanent magnet 15 (ie, the side adjacent to the periphery of the first body 110). 7) is shown in FIG. 8.

도 8에 도시된 바와 같이, 영구자석(15)의 N-극과 가까운 쪽의 극성이 S-극인 전자석은 제4 전자석(EM4)(115-4) 뿐이다. 이에 따라, 제4 전자석(115-4)만이 영구자석(15)과 인력이 작용하게 된다.As shown in FIG. 8, only the fourth electromagnet (EM4) 115-4 is an electromagnet having the S-pole having a polarity close to the N-pole of the permanent magnet 15. Accordingly, only the fourth electromagnet 115-4 acts on the permanent magnet 15 and the attraction force.

제4 전자석(115-4)을 제외한 나머지 전자석들(EM1, EM2, EM3, EM5, EM6 및 EM7)(115-1, 115-2, 115-3, 115-5, 115-6 및 115-7)은 영구자석(15)의 N-극과 가까운 쪽의 극성이 N-극이므로, 이들은 영구자석(15)과 척력이 작용하게 된다.Remaining electromagnets (EM1, EM2, EM3, EM5, EM6 and EM7) except for the fourth electromagnet 115-4 (115-1, 115-2, 115-3, 115-5, 115-6 and 115-7) ) Is the polarity of the N-pole near the N-pole of the permanent magnet (15), they are the permanent magnet 15 and the repulsive force acts.

한편, 영구자석(15)과 척력이 작용하는 전자석들 중 영구자석(15)과 인력이 작용하는 제4 전자석(115-4)에 인접하는 전자석일 수록 자기장의 세기는 다른 전자석들 보다 작다.On the other hand, the electromagnet adjacent to the permanent magnet 15 and the fourth electromagnet (115-4) acting the attraction of the permanent magnet 15 and the electromagnet acting on the repulsive force is smaller than the other electromagnets.

이는, 제어부(130)가 제4 전자석(115-4)에 인접하는 전자석일 수록 전자석으로 인가되는 PWM 전류의 듀티-비를 낮추는 방법에 의해 가능하다. 이와 같이, 제4 전자석(115-4)에 인접하는 전자석일 수록 자기장의 세기를 작게 하는 이유는, 보다 안정적으로 제4 전자석(115-4)이 영구자석(15)과 인접한 위치에 있도록 하기 위함이다.This is possible by the method of lowering the duty-ratio of the PWM current applied to the electromagnet as the controller 130 is closer to the fourth electromagnet 115-4. As such, the reason why the intensity of the magnetic field decreases as the electromagnet adjacent to the fourth electromagnet 115-4 is to more stably ensure that the fourth electromagnet 115-4 is adjacent to the permanent magnet 15. to be.

제1 회전부(100)의 회전운동 방향은 전자석들(115-1 내지 115-7) 중 영구자석(15)과 인력이 작용하는 전자석의 위치에 의해 결정된다.The direction of rotation of the first rotating part 100 is determined by the position of the electromagnet to which the permanent magnet 15 and the attraction force are applied among the electromagnets 115-1 to 115-7.

따라서, 제1 회전부(100)를 반시계방향으로 회전시키려면, 제어부(130)는 1) 제3 전자석(115-3)이 영구자석(15)과 인력이 작용하고, 2) 제3 전자석 이외의 나머지 전자석들(115-1, 115-2, 115-4, 115-5, 115-6 및 115-7)은 영구자석(15)과 척력이 작용하도록 전자석들(115-1 내지 115-7)을 제어하면 된다.Therefore, in order to rotate the first rotating part 100 in a counterclockwise direction, the controller 130 may include 1) the third electromagnet 115-3 acting with the permanent magnet 15 and 2) other than the third electromagnet. The remaining electromagnets 115-1, 115-2, 115-4, 115-5, 115-6, and 115-7 are electromagnets 115-1 through 115-7 so that the repulsive force acts with the permanent magnet 15. ).

그러면, 제3 전자석(115-3)이 영구자석(15)에 가장 가까이 위치하게 되어, 제1 회전부(100)가 반시계방향으로 회전하게 되는데, 그 결과를 도 9에 도시하였다. 그리고, 도 9에 도시된 바와 같은 상태에서, 영구자석(15)의 N-극과 가까운 쪽(즉, 제1 몸체(110)의 외곽에 인접한 쪽)에 대한 전자석들(115-1 내지 115-7)의 극성을 도 10에 나타내었다.As a result, the third electromagnet 115-3 is located closest to the permanent magnet 15, so that the first rotating part 100 rotates in the counterclockwise direction. The result is illustrated in FIG. 9. And, in the state as shown in Figure 9, the electromagnets (115-1 to 115-) for the side close to the N-pole of the permanent magnet 15 (that is, the side adjacent to the outside of the first body 110) 7) is shown in FIG. 10.

도 9에 도시된 상태에서 제1 회전부(100)를 반시계방향으로 더욱 회전시키려면, 제어부(130)는 1) 제2 전자석(115-2)이 영구자석(15)과 인력이 작용하고, 2) 제2 전자석 이외의 나머지 전자석들(115-1, 115-3, 115-4, 115-5, 115-6 및 115-7)은 영구자석(15)과 척력이 작용하도록 전자석들(115-1 내지 115-7)을 제어하면 된다.In order to further rotate the first rotating part 100 in the counterclockwise direction in the state shown in FIG. 9, the control unit 130 has 1) a second electromagnet 115-2 acting as a permanent magnet 15, 2) The remaining electromagnets 115-1, 115-3, 115-4, 115-5, 115-6 and 115-7 are electromagnets 115 such that the permanent magnet 15 and the repulsive force act. -1 to 115-7).

그러면, 제2 전자석(115-2)이 영구자석(15)에 가장 가까이 위치하게 되어, 제1 회전부(100)가 반시계방향으로 더 회전하게 되는데, 그 결과를 도 11에 도시하였다. 그리고, 도 11에 도시된 바와 같은 상태에서, 영구자석(15)의 N-극과 가까운 쪽(즉, 제1 몸체(110)의 외곽에 인접한 쪽)에 대한 전자석들(115-1 내지 115-7)의 극성을 도 12에 나타내었다.As a result, the second electromagnet 115-2 is located closest to the permanent magnet 15, so that the first rotating part 100 is further rotated counterclockwise. The result is illustrated in FIG. 11. Then, in the state as shown in FIG. 11, the electromagnets 115-1 to 115-for the side close to the N-pole of the permanent magnet 15 (that is, the side adjacent to the outer side of the first body 110). 7) is shown in FIG. 12.

한편, 도 11에 도시된 상태에서 제1 회전부(100)를 "시계방향"으로 회전시키려면, 제어부(130)는 1) 제3 전자석(115-3)이 영구자석(15)과 인력이 작용하고, 2) 제3 전자석 이외의 나머지 전자석들(115-1, 115-2, 115-4, 115-5, 115-6 및 115-7)은 영구자석(15)과 척력이 작용하도록 전자석들(115-1 내지 115-7)을 제어하면 된다.On the other hand, to rotate the first rotating part 100 in the "clockwise" state in the state shown in Figure 11, the control unit 130 is 1) the third electromagnet 115-3 is the permanent magnet 15 and the attraction force And 2) the remaining electromagnets 115-1, 115-2, 115-4, 115-5, 115-6 and 115-7 are electromagnets such that the permanent magnet 15 and the repulsive force act. What is necessary is just to control 115-1 to 115-7.

그러면, 제3 전자석(115-3)이 영구자석(15)에 가장 가까이 위치하게 되어, 제1 회전부(100)가 시계방향으로 회전하게 되며, 그 결과는 도 9에 도시된 바와 같다. 그리고, 도 9에 도시된 바와 같은 상태에서, 영구자석(15)의 N-극과 가까운 쪽(즉, 제1 몸체(110)의 외곽에 인접한 쪽)에 대한 전자석들(115-1 내지 115-7)의 극성은 도 10에 나타낸 바와 같다.Then, the third electromagnet (115-3) is located closest to the permanent magnet 15, the first rotating part 100 is rotated in the clockwise direction, the result is as shown in FIG. And, in the state as shown in Figure 9, the electromagnets (115-1 to 115-) for the side close to the N-pole of the permanent magnet 15 (that is, the side adjacent to the outside of the first body 110) 7) polarity is as shown in FIG.

이하에서는, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제2 회전부(200)가 회전운동하는 원리 및 제2 회전부(200)의 회전각을 제어하는 방법에 대해 상세히 설명한다. 이를 설명하기 위해, 도 13에는 도 1에 도시된 액츄에이터를 중앙에서 zx-평면으로 절단한 단면도를 도시하였다.Hereinafter, as shown in FIGS. 1, 4, and 5, the principle of the rotational motion of the second rotating part 200 and the method of controlling the rotation angle of the second rotating part 200 will be described in detail. To illustrate this, FIG. 13 is a cross-sectional view of the actuator shown in FIG. 1 cut in the zx-plane from the center.

전술했었던 바와 같이, 제1 회전부(100)의 제2 몸체(120) 내부에는 호를 따라 전자석들(125-1 내지 125-7)이 배치되어 있고, 제2 회전부(200)의 몸체(230) 내부 중앙에는 영구자석(235)이 배치되어 있음을, 도 13을 통해 확인할 수 있다.As described above, the electromagnets 125-1 to 125-7 are disposed in the second body 120 of the first rotating part 100 along the arc, and the body 230 of the second rotating part 200 is disposed. It can be seen from FIG. 13 that the permanent magnet 235 is disposed at the inner center.

또한, 제1 회전부(100)의 내부에 마련된 제어부(130)는 제2 몸체(120) 내부에 마련된 전자석들(125-1 내지 125-7)의 극성도 제어한다.In addition, the controller 130 provided inside the first rotating unit 100 also controls the polarities of the electromagnets 125-1 to 125-7 provided in the second body 120.

이를 위해, 제어부(130)는 전자석들(125-1 내지 125-7)에 전류를 각각 인가하는 구동회들을 더 구비하고, 중앙 제어부가 이 구동회로들의 전류 인가 방향을 제어하게 된다.To this end, the controller 130 further includes driving circuits for applying current to the electromagnets 125-1 to 125-7, respectively, and the central controller controls the current application direction of the driving circuits.

전자석들(125-1 내지 125-7) 각각에 대한 전류 인가 방향들은 각기 다를 수 있다. 전자석들(125-1 내지 125-7)의 극성은 전류 인가 방향에 따라 결정되므로, 전자석들(125-1 내지 125-7)의 극성을 제각각으로 설정할 수 있다.Current application directions for each of the electromagnets 125-1 to 125-7 may be different. Since the polarities of the electromagnets 125-1 to 125-7 are determined according to the current application direction, the polarities of the electromagnets 125-1 to 125-7 may be set respectively.

도 13에 도시된 바에 따르면, 1) 제4 전자석(125-4)은 영구자석(235)과 인력이 작용하도록 극성이 설정되어 있고, 2) 제4 전자석 이외의 나머지 전자석들(125-1, 125-2, 125-3, 125-5, 125-6 및 125-7)은 영구자석(235)과 척력이 작용하도록 극성이 설정되어 있다.As shown in FIG. 13, 1) the fourth electromagnet 125-4 is set to have a polarity such that an attractive force acts on the permanent magnet 235, and 2) the remaining electromagnets 125-1, other than the fourth electromagnet. 125-2, 125-3, 125-5, 125-6, and 125-7 have polarities set such that the permanent magnet 235 and the repulsive force act.

제4 전자석(125-4)만이 영구자석(235)과 인력이 작용하고, 나머지 전자석들(125-1, 125-2, 125-3, 125-5, 125-6 및 125-7)은 영구자석(235)과 척력이 작용하므로, 영구자석(235)에 가장 가까이 위치하게 되는 전자석은 제4 전자석(125-4)이다.Only the fourth electromagnet 125-4 works with the permanent magnet 235, and the remaining electromagnets 125-1, 125-2, 125-3, 125-5, 125-6, and 125-7 are permanent. Since the magnet 235 and the repulsive force act, the electromagnet positioned closest to the permanent magnet 235 is the fourth electromagnet 125-4.

액츄에이터가 도 13에 도시된 바와 같은 상태에서, 영구자석(235)의 N-극과 가까운 쪽(즉, 제2 몸체(120)의 외곽에 인접한 쪽)에 대한 전자석들(125-1 내지 125-7)의 극성은 도 8에 도시된 바와 같이 할 수 있다.With the actuator as shown in FIG. 13, the electromagnets 125-1 to 125-for the side close to the N-pole of the permanent magnet 235 (that is, the side adjacent to the outside of the second body 120). The polarity of 7) may be as shown in FIG. 8.

제2 회전부(200)의 회전운동 방향은 전자석들(125-1 내지 125-7) 중 영구자석(235)과 인력이 작용하는 전자석의 위치에 의해 결정된다.The direction of rotation of the second rotating part 200 is determined by the position of the electromagnet in which the permanent magnet 235 and the attraction force are applied among the electromagnets 125-1 to 125-7.

따라서, 제2 회전부(200)를 반시계방향으로 회전시키려면, 제어부(130)는 1) 제3 전자석(125-3)이 영구자석(235)과 인력이 작용하고, 2) 제3 전자석 이외의 나머지 전자석들(125-1, 125-2, 125-4, 125-5, 125-6 및 125-7)은 영구자석(235)과 척력이 작용하도록 전자석들(125-1 내지 125-7)을 제어하면 된다.Therefore, in order to rotate the second rotating part 200 counterclockwise, the control unit 130, 1) the third electromagnet 125-3 is a permanent magnet 235 and the attraction force, 2) other than the third electromagnet The remaining electromagnets 125-1, 125-2, 125-4, 125-5, 125-6, and 125-7 are electromagnets 125-1 to 125-7 so that the repulsive force acts on the permanent magnet 235. ).

그러면, 제3 전자석(125-3)이 영구자석(235)에 가장 가까이 위치하게 되어, 제2 회전부(200)가 반시계방향으로 회전하게 되는데, 그 결과를 도 14에 도시하였다. 그리고, 도 14에 도시된 바와 같은 상태에서, 영구자석(235)의 N-극과 가까운 쪽(즉, 제2 몸체(120)의 외곽에 인접한 쪽)에 대한 전자석들(125-1 내지 125-7)의 극성은 도 10에 도시된 바와 같이 할 수 있다.Then, the third electromagnet 125-3 is located closest to the permanent magnet 235, and the second rotating part 200 rotates counterclockwise. The result is illustrated in FIG. 14. Then, in the state as shown in FIG. 14, the electromagnets 125-1 to 125-for the side close to the N-pole of the permanent magnet 235 (that is, the side adjacent to the outer side of the second body 120). The polarity of 7) may be as shown in FIG. 10.

도 14에 도시된 상태에서 제2 회전부(200)를 반시계방향으로 더욱 회전시키려면, 제어부(130)는 1) 제2 전자석(125-2)이 영구자석(235)과 인력이 작용하고, 2) 제2 전자석 이외의 나머지 전자석들(125-1, 125-3, 125-4, 125-5, 125-6 및 125-7)은 영구자석(235)과 척력이 작용하도록 전자석들(125-1 내지 125-7)을 제어하면 된다.In order to further rotate the second rotating part 200 counterclockwise in the state shown in FIG. 14, the control unit 130 has 1) a second electromagnet 125-2 acting with the permanent magnet 235, 2) The remaining electromagnets 125-1, 125-3, 125-4, 125-5, 125-6, and 125-7 other than the second electromagnets are electromagnets 125 such that the repulsive force acts on the permanent magnet 235. -1 to 125-7).

그러면, 제2 전자석(125-4)이 영구자석(235)에 가장 가까이 위치하게 되어, 제2 회전부(200)가 반시계방향으로 더 회전하게 되는데, 그 결과를 도 15에 도시하였다. 그리고, 도 15에 도시된 바와 같은 상태에서, 영구자석(235)의 N-극과 가까운 쪽(즉, 제2 몸체(120)의 외곽에 인접한 쪽)에 대한 전자석들(125-1 내지 125-7)의 극성은 도 12에 도시된 바와 같이 할 수 있다.Then, the second electromagnet 125-4 is located closest to the permanent magnet 235, so that the second rotating part 200 further rotates counterclockwise. The result is illustrated in FIG. 15. Then, in the state as shown in FIG. 15, the electromagnets 125-1 to 125-for the side close to the N-pole of the permanent magnet 235 (that is, the side adjacent to the outer side of the second body 120). The polarity of 7) may be as shown in FIG. 12.

한편, 도 15에 도시된 상태에서 제1 회전부(100)를 "시계방향"으로 회전시키려면, 제어부(130)는 1) 제3 전자석(125-3)이 영구자석(235)과 인력이 작용하고, 2) 제3 전자석 이외의 나머지 전자석들(125-1, 125-2, 125-4, 125-5, 125-6 및 125-7)은 영구자석(235)과 척력이 작용하도록 전자석들(125-1 내지 125-7)을 제어하면 된다.On the other hand, to rotate the first rotating part 100 in the "clockwise" state in the state shown in Figure 15, the control unit 130 is 1) the third electromagnet 125-3 is the permanent magnet 235 and the attraction force And 2) the remaining electromagnets 125-1, 125-2, 125-4, 125-5, 125-6, and 125-7 are electromagnets such that the permanent magnet 235 and the repulsive force act. It is sufficient to control (125-1 to 125-7).

그러면, 제3 전자석(125-3)이 영구자석(235)에 가장 가까이 위치하게 되어, 제2 회전부(200)가 시계방향으로 더 회전하게 되며, 그 결과는 도 14에 도시된 바와 같다. 그리고, 도 14에 도시된 바와 같은 상태에서, 영구자석(235)의 N-극과 가까운 쪽(즉, 제2 몸체(120)의 외곽에 인접한 쪽)에 대한 전자석들(125-1 내지 125-7)의 극성은 도 10에 나타낸 바와 같다.Then, the third electromagnet 125-3 is located closest to the permanent magnet 235, so that the second rotating part 200 further rotates clockwise, and the result is as shown in FIG. 14. Then, in the state as shown in FIG. 14, the electromagnets 125-1 to 125-for the side close to the N-pole of the permanent magnet 235 (that is, the side adjacent to the outer side of the second body 120). 7) polarity is as shown in FIG.

지금까지, 본 발명에 따른 액츄에이터에 대해, 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.So far, the actuator according to the present invention has been described in detail with reference to a preferred embodiment.

본 실시예에서, 인력이 작용하는 영구자석과 전자석은 각각 1개씩인 것으로 상정하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 일 예에 불과하다. 따라서, 인력이 작용하는 영구자석과 전자석은 이와 다른 개수로 구현하는 것도 가능하다.In the present embodiment, it is assumed that there is one permanent magnet and one electromagnet acting on each other, but this is merely an example for convenience of description. Therefore, the permanent magnets and electromagnets acting by the attraction can be implemented in different numbers.

도 16에는 인력이 작용하는 영구자석과 전자석의 개수를 각각 3개로 구현한 경우를 예시하였다. 하지만, 이 역시 설명의 편의를 위한 일 예에 해당하는 것으로, 인력이 작용하는 영구자석과 전자석 각각의 개수를 3개 이외의 다른 개수로 구현하는 것도 가능함은 물론이다.FIG. 16 illustrates a case in which the number of permanent magnets and electromagnets acting on each of the three is implemented. However, this also corresponds to an example for convenience of the description, it is also possible to implement a number other than the number of each of the permanent magnet and the electromagnet acting to three.

도 17에는 영구자석의 개수를 1개로 구현하고, 이 영구자석과 인력이 작용하는 전자석의 개수가 3개인 경우를 상정하였다. 1개의 영구자석과 인력이 작용하는 전자석의 개수를 3개로 구현한 것 역시 설명의 편의를 위한 일 예에 해당하는 것이므로, 3개가 아닌 다른 개수로 구현하는 것도 가능함은 물론이다.In FIG. 17, the number of permanent magnets is implemented as one, and the case where the number of electromagnets acting on the permanent magnets and the attraction force is assumed to be three. Implementing the number of one permanent magnet and the number of electromagnets acting on the manpower is also an example for convenience of explanation, it is also possible to implement a number other than three.

한편, 영구자석의 개수를 복수로 하는 경우에는, 영구자석들과 인력이 작용하는 전자석들은 반드시 인접하게 위치할 필요는 없다. 도 18에는 영구자석들과 인력이 작용하는 전자석들이 인접하지 않은 경우를 예시하였다.On the other hand, when the number of permanent magnets is plural, the permanent magnets and the electromagnets to which the attraction force does not necessarily need to be located adjacent to each other. 18 illustrates a case in which the permanent magnets and the electromagnets acting on the attraction force are not adjacent to each other.

한편, 본 실시예에 따른 액츄에이터의 지지부(10)를 z-축에 평행한 제3축(미도시)을 중심으로 회전운동 가능하도록 다른 장치에 결합하여 구현하는 것이 가능하다. 이 경우, 회전방향은 시계방향과 반시계방향 모두 가능하도록 구현가능함은 물론이다.On the other hand, it is possible to implement the support 10 of the actuator according to the present embodiment by coupling to another device to enable a rotational movement about a third axis (not shown) parallel to the z-axis. In this case, the direction of rotation can be implemented to enable both clockwise and counterclockwise.

지지부(10)에는 제1 회전부(100)가 결합되어 있고, 제1 회전부(100)에는 제2 회전부(200)가 결합되어 있으므로, 지지부(10)가 회전운동하게 되면, 제1 회전 부(100)와 제2 회전부(200)는 지지부(10)와 함께 회전운동하게 된다.Since the first rotating part 100 is coupled to the support part 10, and the second rotating part 200 is coupled to the first rotating part 100, when the supporting part 10 rotates, the first rotating part 100 is rotated. ) And the second rotating part 200 is rotated together with the support 10.

이와 같이, 제3축으로도 회전가능한 액츄에이터는 3축 방향의 회전운동이 필요한 장치 예를 들면, 로봇의 목 관절에 활용가능하다.In this way, the actuator which is also rotatable in the third axis can be utilized for a device requiring a three-axis rotational motion, for example, the neck joint of a robot.

도 22에는 액츄에이터가 z-축에 평행한 제3축(3)으로 회전운동 가능하도록 하는 회전 지지부(600)를 도시하였다.22 shows a rotational support 600 which allows the actuator to be rotatable in a third axis 3 parallel to the z-axis.

이때, 회전 지지부(600)에는 호를 따라 전자석들을 배치하고, 이들의 극성을 제어하는 제어소자를 마련할 수 있다. 다만, 액츄에이터의 지지부(10)에는 회전 지지부(600)에 배치된 전자석들과 인력 또는 척력이 작용하는 영구자석이 마련되어야 한다.At this time, the rotary support 600 may be provided with a control element for placing the electromagnets along the arc, and control the polarity thereof. However, the support 10 of the actuator should be provided with electromagnets disposed in the rotary support 600 and a permanent magnet acting by attraction or repulsive force.

서로 수직하는 3개의 축들을 중심으로 각기 회전가능한 액츄에이터는 전술한 실시예와 다른 방식으로 구현하는 것이 가능하다. 도 19에는 머리(400)가 장착된 로봇의 목 관절용 액츄에이터(300)를 도시하였고, 도 20에는 18에 도시된 액츄에이터의 분해 사시도를 로봇의 머리(400)와 함께 도시하였다.The actuators rotatable about three axes perpendicular to each other may be implemented in a manner different from the above-described embodiment. FIG. 19 illustrates an actuator 300 for a neck joint of a robot equipped with a head 400, and FIG. 20 illustrates an exploded perspective view of the actuator illustrated in FIG. 18 together with the head 400 of the robot.

도 20에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 액츄에이터는 고정부(310)와 회전부(320)를 구비한다.As shown in FIG. 20, the actuator according to the present embodiment includes a fixing part 310 and a rotating part 320.

고정부(310)의 내부에는 반구면을 따라 전자석들(315)이 배치되어 있다. 그리고, 고정부(310)의 내부에 마련된 제어소자(미도시)는 이 전자석들(315)의 극성을 제어한다.Electromagnets 315 are disposed along the hemisphere in the fixing part 310. In addition, a control element (not shown) provided inside the fixing part 310 controls the polarities of the electromagnets 315.

한편, 회전부(320)의 하부는 구-형상이며 상부는 로봇의 머리(400)가 장착될 수 있는 원통이 결합된 형상이다. 회전부(320)의 내부에는 3개의 영구자석(325)이 배치되어 있다.On the other hand, the lower part of the rotating part 320 is a spherical shape and the upper part is a shape in which a cylinder on which the head 400 of the robot can be mounted is coupled. Three permanent magnets 325 are disposed in the rotating part 320.

이 영구자석들(325)은 고정부(310)의 내부에 배치된 전자석들(315)에 자기장을 제공한다. 이에 따라, 회전부(320)의 내부에 마련된 영구자석들(325)과 고정부(310)의 내부에 배치된 전자석들(315) 각각에는 인력 또는 척력이 작용하는데, 작용하는 자기력의 종류는 전자석의 극성에 따라 결정된다.The permanent magnets 325 provide a magnetic field to the electromagnets 315 disposed inside the fixing part 310. Accordingly, the attraction force or repulsive force acts on each of the permanent magnets 325 provided in the rotating part 320 and the electromagnets 315 disposed in the fixing part 310. It depends on the polarity.

고정부(310)의 내부에 마련된 제어소자(미도시)는 전자석들(315)에 전류를 각각 인가하는 구동회들과 이 구동회로의 전류 인가 방향을 제어하는 중앙 제어부로 구현할 수 있다. 전자석들(315) 각각에 대한 전류 인가 방향들은 각기 다를 수 있다. 전자석들(315)의 극성은 전류 인가 방향에 따라 결정되므로, 전자석들(315)의 극성을 제각각으로 설정할 수 있다.The control element (not shown) provided in the fixing unit 310 may be implemented as driving circuits for applying current to the electromagnets 315 and a central control unit for controlling the current application direction of the driving circuit. Current application directions for each of the electromagnets 315 may be different. Since the polarities of the electromagnets 315 are determined according to the current application direction, the polarities of the electromagnets 315 may be set respectively.

고정부(310)의 내부에 마련된 제어소자(미도시)는 전자석들 중 3개는 영구자석들(325)과 인력이 작용하도록 극성을 설정하고, 나머지 전자석들은 영구자석들(325)과 척력이 작용하도록 극성을 설정하여, 회전부(320)의 3축에 걸친 회전운동을 제어할 수 있다.The control element (not shown) provided inside the fixed part 310 sets the polarity so that three of the electromagnets work with the permanent magnets 325, and the other electromagnets have the repulsive force with the permanent magnets 325. By setting the polarity to act, it is possible to control the rotational movement over the three axes of the rotating part (320).

한편, 도 21에는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 양방향으로 직선운동가능한 액츄에이터(500)를 도시하였다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 액츄에이터(500)는 고정부(510)와 이동부(520)를 구비한다.On the other hand, Figure 21 shows an actuator 500 capable of linear movement in both directions, according to another embodiment of the present invention. As shown, the actuator 500 according to the present embodiment includes a fixing part 510 and a moving part 520.

고정부(510)의 내부에는 전자석들(515)이 배치되어 있다. 그리고, 고정부(510)의 내부에 마련된 제어소자(미도시)는 이 전자석들(515)의 극성을 제어한다.Electromagnets 515 are disposed in the fixing part 510. In addition, a control element (not shown) provided inside the fixing unit 510 controls the polarities of the electromagnets 515.

한편, 이동부(520)의 내부에는 3개의 영구자석(525)이 배치되어 있다. 이 영구자석들(525)은 고정부(510)의 내부에 배치된 전자석들(515)에 자기장을 제공한다. 이에 따라, 이동부(520)의 내부에 마련된 영구자석들(525)과 고정부(510)의 내부에 배치된 전자석들(515) 각각에는 인력 또는 척력이 작용하는데, 작용하는 자기력의 종류는 전자석의 극성에 따라 결정된다.Meanwhile, three permanent magnets 525 are disposed in the moving part 520. The permanent magnets 525 provide a magnetic field to the electromagnets 515 disposed inside the fixing part 510. Accordingly, the attraction force or the repulsive force acts on each of the permanent magnets 525 and the electromagnets 515 disposed inside the fixed part 510. The kind of magnetic force acting is electromagnet. Depends on the polarity.

고정부(510)의 내부에 마련된 제어소자(미도시)는 전자석들(515)에 전류를 각각 인가하는 구동회들과 이 구동회로의 전류 인가 방향을 제어하는 중앙 제어부로 구현할 수 있다. 전자석들(515) 각각에 대한 전류 인가 방향들은 각기 다를 수 있다. 전자석들(515)의 극성은 전류 인가 방향에 따라 결정되므로, 전자석들(515)의 극성을 제각각으로 설정할 수 있다.The control element (not shown) provided inside the fixing unit 510 may be implemented as driving circuits for applying current to the electromagnets 515 and a central control unit for controlling the current application direction of the driving circuit. Current application directions for each of the electromagnets 515 may be different. Since the polarities of the electromagnets 515 are determined according to the current application direction, the polarities of the electromagnets 515 may be set respectively.

고정부(510)의 내부에 마련된 제어소자(미도시)는 전자석들 중 3개는 영구자석들(525)과 인력이 작용하도록 극성을 설정하고, 나머지 전자석들은 영구자석들(525)과 척력이 작용하도록 극성을 설정하여, 이동부(520)의 회전운동을 제어할 수 있다.The control element (not shown) provided inside the fixing unit 510 sets the polarity so that three of the electromagnets work with the permanent magnets 525, and the other electromagnets have the repulsive force with the permanent magnets 525. By setting the polarity to act, the movement of the moving unit 520 can be controlled.

한편, 도 20와 도 21에서 제시한 액츄에이터의 경우도, 인력이 작용하는 영구자석과 전자석의 개수를 3개가 아닌 다른 개수로 구현하는 것이 가능함은 물론이다.Meanwhile, in the case of the actuators shown in FIGS. 20 and 21, the number of permanent magnets and electromagnets acting on the attraction force may be different from three.

또한, 토크를 크게 하기 위해서는 영구자석의 종류를 네오디뮴 또는 사마륨 마그넷으로 사용하며 갯수 및 크기를 크게 하면 된다.In addition, in order to increase the torque, the type of permanent magnet is used as neodymium or samarium magnet, and the number and size of the permanent magnet may be increased.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지 만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, while the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, the technology to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터의 사시도,1 is a perspective view of an actuator according to an embodiment of the present invention,

도 2는 제1 회전부가 반시계방향으로 회전된 상태를 도시한 도면,2 is a view illustrating a state in which the first rotating part is rotated counterclockwise;

도 3은 제1 회전부가 시계방향으로 회전된 상태를 도시한 도면,3 is a view showing a state in which the first rotating part is rotated in the clockwise direction,

도 4는 제2 회전부가 시계방향으로 회전된 상태를 도시한 도면,4 is a view showing a state in which the second rotating part is rotated in the clockwise direction,

도 5는 제2 회전부가 반시계방향으로 회전된 상태를 도시한 도면,5 is a view illustrating a state in which the second rotating part is rotated counterclockwise;

도 6은, 도 1에 도시된 액츄에이터를 분해하여 도시한 분해 사시도,FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating an exploded view of the actuator shown in FIG. 1;

도 7은, 도 1에 도시된 액츄에이터를 중앙에서 yz-평면으로 절단한 단면도,FIG. 7 is a cross-sectional view of the actuator shown in FIG. 1 cut in the yz-plane from the center; FIG.

도 8은, 액츄에이터가 도 7에 도시된 바와 같은 상태에서 전자석들의 극성을 나타낸 도면,8 is a view showing the polarities of electromagnets in the state where the actuator is shown in FIG.

도 9는, 도 7에 도시된 액츄에이터의 제1 회전부가 반시계방향으로 회전된 상태를 도시한 도면,9 is a view showing a state in which the first rotary part of the actuator shown in FIG. 7 is rotated counterclockwise,

도 10은, 액츄에이터가 도 9에 도시된 바와 같은 상태에서 전자석들의 극성을 나타낸 도면,10 is a view showing the polarities of the electromagnets in the state that the actuator as shown in FIG.

도 11은, 도 9에 도시된 액츄에이터의 제1 회전부가 반시계방향으로 더 회전된 상태를 도시한 도면,FIG. 11 is a view showing a state in which the first rotary part of the actuator shown in FIG. 9 is further rotated counterclockwise;

도 12은, 액츄에이터가 도 11에 도시된 바와 같은 상태에서 전자석들의 극성을 나타낸 도면,12 is a view showing the polarities of electromagnets in the state where the actuator is shown in FIG.

도 13은 도 1에 도시된 액츄에이터를 중앙에서 zx-평면으로 절단한 단면도,FIG. 13 is a cross-sectional view of the actuator shown in FIG. 1 cut in a zx-plane from the center; FIG.

도 14는, 도 13에 도시된 액츄에이터의 제2 회전부가 반시계방향으로 회전된 상태를 도시한 도면,14 is a view showing a state in which the second rotary part of the actuator shown in FIG. 13 is rotated counterclockwise;

도 15는, 도 14에 도시된 액츄에이터의 제2 회전부가 반시계방향으로 더 회전된 상태를 도시한 도면,FIG. 15 is a view showing a state in which the second rotating part of the actuator shown in FIG. 14 is further rotated counterclockwise;

도 16 내지 도 18은 인력이 작용하는 영구자석과 전자석의 개수를 변형하여 구현한 경우를 예시한 도면,16 to 18 are views illustrating a case in which the number of permanent magnets and electromagnets acting by changing the force is implemented;

도 19은 머리가 장착된 로봇의 목 관절용 액츄에이터,19 is an actuator for neck joint of a head mounted robot,

도 20는, 도 19에 도시된 액츄에이터의 분해 사시도,20 is an exploded perspective view of the actuator shown in FIG. 19,

도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 양방향으로 직선운동가능한 액츄에이터를 도시한 도면, 그리고,21 illustrates an actuator capable of linearly moving in both directions, according to another embodiment of the present invention, and

도 22은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액츄에이터의 사시도이다.22 is a perspective view of an actuator according to another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 : 제1축 2 : 제2축1: 1st axis 2: 2nd axis

10 : 지지부 11 : 제1 지지대10: support portion 11: first support

12 : 제2 지지대 13 : 몸체12: second support 13: the body

15 : 영구자석 100 : 제1 회전부15: permanent magnet 100: the first rotating part

110 : 제1 몸체 115-1 내지 115-7 : 전자석들110: first body 115-1 to 115-7: electromagnets

120 : 제2 몸체 125-1 내지 125-7 : 전자석들120: second body 125-1 to 125-7: electromagnets

130 : 제어부 200 : 제2 회전부130: control unit 200: second rotating unit

210 : 제1 지지편 220 : 제2 지지편210: first support piece 220: second support piece

230 : 몸체 235 : 영구자석230: body 235: permanent magnet

300 : 액츄에이터 310 : 고정부300: actuator 310: fixed part

315 : 전자석 320 : 이동부315: electromagnet 320: moving part

325 : 영구자석 500 : 액츄에이터325: permanent magnet 500: actuator

510 : 고정부 515 : 전자석510: fixed part 515: electromagnet

520 : 이동부 525 : 영구자석520: moving unit 525: permanent magnet

3 : 제3축 600 : 회전 지지부3: third axis 600: rotation support

Claims

A support provided with a permanent magnet;

A first rotating part coupled to the supporting part to be rotatable and provided with a plurality of electromagnets;

A second rotating part coupled to the first rotating part so as to be rotatable and provided with a permanent magnet; And

The attraction force acts between any one of the plurality of electromagnets provided in the first rotating part and the permanent magnet provided in the support part, and the other one of the plurality of electromagnets provided in the first rotating part and the permanent magnet provided in the second rotating part. And a control unit for controlling polarities of the plurality of electromagnets provided in the first rotating unit so that the attraction force acts on the first rotating unit.

The method of claim 1,

The plurality of electromagnets provided in the first rotating part,

Permanent magnets provided on the support and the first group of electromagnets acting on the attraction or repulsive force and permanent magnets provided on the second rotating part and the second group electromagnets acting on the attraction or repulsive force,

Of the first group of electromagnets, the direction of rotation of the first rotating part is determined by the position of the permanent magnet provided on the support and the electromagnet acting on the attraction force.

Actuator, characterized in that the rotational movement direction of the second rotating portion is determined by the position of the electromagnet acting on the permanent magnet and the attraction force provided in the second rotating portion of the second group of electromagnets.

3. The method of claim 2,

The control unit,

One of the electromagnets of the first group controls the polarity of the electromagnets of the first group so that the permanent magnet and the attraction force acts on the support portion and the rest acts on the permanent magnets provided on the support portion,

One of the electromagnets of the second group controls the polarity of the electromagnets of the second group such that the permanent magnet and the attraction force acts on the second rotating part and the rest acts on the permanent magnets provided on the second rotating part. Actuator characterized in that.

3. The method of claim 2,

The first rotating part,

A first body in which the electromagnets of the first group are disposed along an arc; And

And a second body in which the electromagnets of the second group are disposed along an arc.

And the first body and the second body are coupled in a direction perpendicular to each other.

The method of claim 1,

The support portion is provided with a plurality of permanent magnets,

The second rotating unit is provided with a plurality of permanent magnets,

The control unit,

The attraction force acts on each of the electromagnets of the plurality of electromagnets provided in the first rotating part and the plurality of permanent magnets provided on the support part, and the electromagnets of the other part of the plurality of electromagnets provided in the first rotating part. Actuator, characterized in that for controlling the polarity of the plurality of electromagnets provided in the first rotating portion so that the attraction force between each of the plurality of permanent magnets provided in the second rotating portion.

The method of claim 1,

The actuator of claim 1, wherein the axis of rotation of the first rotational portion and the axis of rotation of the second rotational portion are perpendicular.

The method of claim 1,

The support is coupled to the other device so as to rotate,

The axis of rotation of the support portion is the actuator, characterized in that perpendicular to the axis of rotation of the first rotation and the axis of rotation of the second rotation.

A fixed part provided with a permanent magnet;

A moving part coupled to the fixed part to be rotatable and provided with a plurality of electromagnets; And

And a controller configured to control the polarity of the plurality of electromagnets provided in the moving unit so that an attraction force acts between any one of the plurality of electromagnets provided in the moving unit and the permanent magnets provided in the fixed unit. .

The method of claim 8,

Among the electromagnets, the direction of rotational movement of the moving unit is determined by the position of the permanent magnet provided on the fixing unit and the electromagnet acting on the attraction force.

The control unit,

Any one of the electromagnets actuators, characterized in that for controlling the polarity of the electromagnets so that the permanent magnets and the attraction force acts on the fixed portion and the rest of the permanent magnets provided on the fixed portion acts.

The method of claim 8,

The moving unit,

Actuator, characterized in that the movement in any one of the axis of rotation and rotation of three axes.

A fixed part provided with a permanent magnet;

A moving part coupled to the fixed part to enable a linear movement and provided with a plurality of electromagnets; And