KR20100113223A - 압력탱크가 구비된 선형 구동기 - Google Patents

Abstract

작동을 안정적으로 유지할 수 있고, 가동자의 작동에 의해 압축된 공기를 저장할 수 있고, 외부의 에어콤프레셔를 통해 보조동력을 제공받을 수 있는 압력탱크가 구비된 선형 구동기가 개시된다.

본 발명은 양단이 개구되어 통체로 된 케이스와, 상기 케이스의 내벽에 부착된 마그네트코일와, 상기 마그네트코일이 권취되어 상기 케이스 내에 삽입된 가동자와, 상기 가동자의 양측에 형성된 제1 및 제2로드로 구성된 작동부;

상기 케이스에 통하도록 결합되며 측방에 유입공과 유출공이 형성된 챔버와, 상기 챔버 내에 삽입되며 상기 제2로드에 고정된 피스톤과, 상기 유출공에 연결된 압력저장탱크로 구성된 압축공기저장부;

상기 압력저장탱크에 고압 공기를 공급하여 상기 유출공을 통해 챔버로 공급함으로써 가동자의 작동 동력을 제공하는 에어콤프레셔; 및

상기 압축공기저장부의 압력을 설정하고, 상기 에어콤프레셔의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

선형, 구동기, 자석, 왕복, 피스톤, 압축공기

Description

압력탱크가 구비된 선형 구동기{Linear Motor with Pressure Accumulator}

본 발명은 압력탱크가 구비된 선형 구동기에 관한 것으로, 특히 선형 구동기의 작동을 안정적으로 유지할 수 있고, 가동자의 작동에 의해 압축된 공기를 저장할 수 있고, 외부의 에어콤프레셔를 통해 보조동력을 제공받을 수 있는 압력탱크가 구비된 선형 구동기에 관한 것이다.

선형 구동기(일명 리니어 모터)는 대상 물체를 선형으로 이동시키는 구동장치로서, 볼 스크류나 체인 등을 이용한 기존의 선형 운동시스템에 비하여 구조가 간단하고 차지하는 공간이 적으며, 동작상에 있어서도 이동속도와 추력, 위치제어의 정밀성 및 소음특성 등이 우수하여, 반도체 제조 장비 및 테스트 장비 분야를 비롯하여 선형 운동이 필요한 모든 산업분야에서 다양하게 응용되고 있다.

주지된 바와 같이 종래 선형 구동기는 직사각형의 케이스와, 상기 케이스의 내벽에 부착된 마그네트코일과, 상기 마그네트코일이 권취되어 상기 케이스 내에 수납된 가동자 및 상기 가동자의 일측에 형성된 로드로 구성된다.

따라서 전원이 인가되면 상기 가동자가 마그네트코일을 따라 전후진 동작을 함으로써 로드가 전후진하게 된다.

그러나 종래 기술의 문제점은 가동자가 마그네트코일의 내벽과 밀착된 상태이므로 경사지게 설치될 경우 가동자의 작동과정에서 마그네트코일과 마찰에 의해 마모되는 현상이 발생되는 것이다.

이로 인해 장기간 사용하면 제품 수명이 다하므로 교체가 필요하고 이는 유지비용의 상승 원인이 된다.

또한, 가동자가 동작되는 중에 발생되는 열을 배출시킬 수 없는 구조라서 과열에 의한 성능저하가 발생되며, 가열상태에서 자연 냉각 도중에 온도차이로 인해 결로현상이 발생되므로 습기에 의한 부식의 문제점도 수반되었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 제1목적은 가동자의 양측에 로드를 설치하고, 케이스에는 상기 각 로드를 지지하는 안내벽을 형성함으로써 경사부위에 설치하더라도 가동자가 안정적으로 직선운동을 할 수 있도록 하여 내구성 및 정확성을 향상시킬 수 있는 압력탱크가 구비된 선형 구동기를 제공하고자 한다.

또 본 발명의 제2목적은 케이스의 후단에 챔버를 형성하고, 상기 챔버 내에 로드와 동반 작동하는 피스톤을 구비하며, 챔버에 공기 유입공 및 배출공을 형성함으로써 피스톤의 전후진 작동에 의해 압축된 공기가 상기 배출공을 통해 배출된 후 외부에 마련된 압력저장탱크에 저장되도록 한 압력탱크가 구비된 선형 구동기를 제공하고자 한다.

또 본 발명의 제3목적은 상기 압력탱크에 에어콤프레셔를 연결하고 제어부를 통해 상기 가동자의 작동에 맞추어 압축된 공기가 챔버로 주입되도록 하여 가동자의 전진동작을 보조적으로 지원할 수 있는 보조동력을 제공함으로써 전력소모를 절감하고 강한 토크를 제공할 수 있도록 한 압력탱크가 구비된 선형 구동기를 제공하고자 한다.

상기 본 발명에 따르는 압력탱크가 구비된 선형 구동기는,

양단이 개구되어 통체로 된 케이스와, 상기 케이스의 내벽에 부착된 마그네트코일과, 상기 마그네트코일이 권취되어 상기 케이스 내에 삽입된 가동자와, 상기 가동자의 양측에 형성된 제1 및 제2로드로 구성된 작동부;

상기 케이스에 통하도록 결합되며 측방에 유입공과 유출공이 형성된 챔버와, 상기 챔버 내에 삽입되며 상기 제2로드에 고정된 피스톤과, 상기 유출공에 연결된 압력저장탱크로 구성된 압축공기저장부;

상기 압력저장탱크에 고압 공기를 공급하여 상기 유출공을 통해 챔버로 공급함으로써 가동자의 작동 동력을 제공하는 에어콤프레셔; 및

상기 압축공기저장부의 압력을 설정하고, 상기 에어콤프레셔의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 케이스의 양단 개구부에는 상기 제1 및 제2로드가 삽입되는 통공을 갖는 막음판이 결합되어 제1 및 제2로드의 출몰작동을 안내하는 것을 특징으로 한다.

상기 케이스의 외주면에는 다수의 발열공이 형성되어 내부 열 및 습기를 배출시키도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 압축공기저장부에는 내부의 공기압이 일정 압력 이상 상승되면 자동으로 배출되도록 하는 에어벤트가 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 압력탱크가 구비된 선형 구동기에 따르면,

가동자의 양측에 구비된 제1 및 제2로드에 의해 직선운동이 보장될 수 있으 므로 경사 설치되더라도 종래와 같이 가동자가 내벽을 마모시키는 폐단이 방지될 수 있어 내구성과 정확성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또 피스톤의 전후진 작동에 의해 압축된 공기가 압력저장탱크에 저장되어 이를 작동 동력으로 재활용할 수 있어 전력 소모를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 압력탱크에 연결된 에어콤프레셔의 작동에 의해 강력한 보조동력을 제공받을 수 있어 보다 정확한 작동이 보장될 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 상세한 구성에 대해 도면을 참고하여 설명하기로 한다.

첨부된 도면에 대해 설명하면, 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 압력탱크가 구비된 선형 구동기를 나타낸 도면으로써 가동자의 왕복작동을 나타낸 도면으로써, 도 1은 가동자가 상승한 상태이고, 도 2는 가동자가 하강한 상태이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압력탱크가 구비된 선형 구동기(A)는, 크게 작동부(2)와 압축공기저장부(4) 및 에어콤프레셔(6), 그리고 이들 각 구성요소의 작동을 전자적인 프로세서에 의해 제어하는 제어부(8)로 구성된다.

작동부(2)는 양단이 개구되어 통체로 된 케이스(22)와, 상기 케이스(22)의 내벽에 부착된 마그네트코일(24)와, 상기 마그네트코일(262)이 권취되어 상기 케이스(22) 내에 삽입된 가동자(26)와, 상기 가동자(26)의 양측에 형성된 제1 및 제2로 드(3,5)로 구성된다.

상기 케이스(22)는 원통형이 가장 이상적인 형상이나 이에 국한되지 않고 사각형으로도 가능하다. 또한 케이스(22)의 외주면에는 다수의 발열공(220)이 형성됨으로써 가동자(26)의 왕복작동시 발생될 수 있는 열이 신속하게 배출되도록 하고, 내부에 생성되는 습기를 용이하게 배출시킬 수 있도록 하였다.

마그네트코일(24)은 양극과 음극의 교호 발생이 이루어지며, 이러한 반복되는 극성에 의해 가동자(26)가 연속적으로 이동할 수 있게 되며 이는 통상의 리니어모터와 동일한 원리를 채용한 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

가동자(26)는 영구자석으로써 상기 마그네트코일(24)의 내측에 삽입되어 왕복작동하는 것으로 도면기준으로 상하부에 각기 제1 및 제2로드(3,5)가 대향되게 설치된다.

케이스(22)의 양단 개구부에는 상기 제1 및 제2로드(3,5)가 삽입되는 통공을 갖는 막음판(224)이 결합되어 제1 및 제2로드(3,5)의 출몰작동을 안내하도록 하였다.

종래 가동자(26)의 일측에만 로드가 형성된 원인에 의해 기울어질 경우 로드가 없는 부분이 마그네트코일(24)을 긁게 되어 결국 마찰접촉에 의한 마모현상이 발생되는 원인이 되었으므로 본 발명에서는 이를 개선하기 위해 가동자(26)의 양측에 제1 및 제2로드(3,5)를 형성하고 이의 직선운동을 안내하기 위한 막음판(224)을 구성한 것이다.

여기서 직선운동이라 함은 왕복운동을 의미하며 도면기준으로는 승강작동을 의미함을 밝혀둔다.

이러한 구조에 의해 제1 및 제2로드(3,5)는 직선운동이 보장될 수 있으므로 경사진 상태에서도 마모현상이 방지될 수 있는 것이다.

제1로드(3)의 상단에는 대상물(100)이 결합된다. 상기 대상물(100)이란 본 발명의 선형 구동기(A)의 왕복작동에 의해 왕복운동이 수반되는 것으로 이를 특정물로 한정하지는 않으며 이러한 대상물(100)이 본원발명의 특징적인 구성요소라고 볼 수 없으므로 구체적인 설명은 생략하기로 하겠다.

압축공기저장부(4)는 상기 케이스(22)에 통하도록 결합되며 측방에 유입공(422)과 유출공(424)이 형성된 챔버(42)와, 상기 챔버(42) 내에 삽입되며 상기 제2로드(5)에 고정된 피스톤(44)과, 상기 유출공(424)에 연결된 압력저장탱크(46)로 구성된다.

상기 챔버(42)는 상기 케이스(22)와 동일한 형상 및 직경을 갖는 통체로 형성됨이 바람직하다.

또한 상기 챔버(42)의 내측 하부에는 하강하는 제2로드(5)의 하단이 챔버의 내측 하단면에 닿기 전에 상승 신호를 발생하는 변위센서(426)가 더 구비되고, 상기 변위센서(426)는 제어부(8)와 연결된다.

따라서, 제2로드(5)가 하강시 그 하단이 챔버(42)의 내측 하단면에 충격되기 전에 상승시킴으로써 파손 및 소음발생을 방지할 수 있다.

그리고 챔버(42)의 상부 일측에 유입공(422)이 형성되고 하부 일측에 유출공(424)이 형성되어야 하며 유입공(422)과 유출공(424) 사이에 피스톤(44)이 배치된다.

피스톤(44)은 통상의 원판형상이며 챔버(42)의 내벽에 밀착되도록 삽입되며 중앙에 상기 제2로드(5)가 관통된 채 고정됨으로써 제2로드(5)와 동반 작동하게 된다.

물론 피스톤(44)의 밀착력을 증대시키기 위해 외주면에 고무재가 더 형성될 수 있을 것이다.

에어콤프레셔(6)는 상기 압력저장탱크(46)에 고압 공기를 공급하여 상기 유출공(424)을 통해 챔버(42)로 공급함으로써 가동자(26)의 작동 동력을 제공하게 된다.

즉, 에어콤프레셔(6)가 구동되어 압축공기가 압력저장탱크(46) 내로 유입되면 유출공(424)으로 역류하게 되고, 이렇게 유입된 압축공기가 피스톤(44)을 밀게 됨으로써 그에 종동되어 제2로드(5) 및 가동자(26)가 상승(도면 기준)하게 되는 것이다.

따라서, 이러한 역류되는 고압공기를 가동자(26)가 상승해야할 타이밍에 맞 추어 적절하게 공급해준다면 가동자(26)를 하강시켜야 할 전력소모를 절감할 수 있으므로 전동모드에 비해 최소한 1/2이상 전력소모량을 절감시킬 수 있는 잇점이 얻어지게 된다.

에어콤프레셔(6)의 구동을 위한 전력소비를 살펴보면 압력저장탱크(46)가 이미 고압공기로 충만된 상태(초기의 전력에 의해 선형 구동기가 왕복작동하면서 생성된 압축공기가 압력저장탱크에 설정된 압력으로 충만된 상태임.)이므로 초기의 빈상태로부터 채울 필요는 없는 것이므로 상대적으로 적은 전력만으로도 곧바로 압력저장탱크(46)의 역공급이 가능할 수 있게 된다.

또한 상기 압력저장탱크(46)에는 내부의 공기압이 일정 압력 이상 상승되면 자동으로 배출되도록 하는 에어벤트(464)가 설치된다.

에어벤트(464)는 압력저장탱크(46)의 내부압력이 설정치 이상 상승하면 자동으로 개방되어 압력을 적정하게 유지시키기 위한 것으로 이는 통상의 기술 사상이므로 상세한 설명은 생략한다.

제어부(8)는 상기 압축공기저장부(4)의 압력을 설정하고, 상기 에어콤프레셔(6)의 작동을 제어한다.

제어부(8)는 2가지 작동 모드를 구현하게 된다. 즉, 전력 공급에 의해 상기 가동자(26)가 왕복 운동되도록 하는 전동 모드와, 에어콤프레셔(6)를 구동시켜 압력저장탱크(46)의 공기를 역공급하여 가동자(26)의 왕복운동을 보조하는 혼합모드 로 구분될 수 있을 것이다.

이하 상술한 구성을 갖는 본 발명의 작동관계를 설명한다.

전동모드

제어부(8)를 조작하여 전동모드를 선택하면,

가동자(26)에 전원이 인가되면 마그네트코일(24)를 따라 왕복작동하게 되고 이에 종동되어 제1 및 제2로드(3,5)가 왕복작동된다.

상기 제1로드(3)에는 대상물(100)이 결합되므로 대상물(100)이 왕복작동하면서 목적하는 기능을 구현하게 된다.

이와 더불어 제2로드(5)가 왕복작동하게 되고, 그에 종속된 피스톤(44)이 왕복작동하게 되는데, 예를 들어 하강하는 경우는 유입공(422)을 통해 외부 공기가 유입되고, 이와 상반되게 유출공(424)을 통해 챔버(42) 내의 압축된 공기는 압력저장탱크(46)로 배출됨으로써 가동자(26)의 왕복작동은 원활하게 보장되면서 압력저장탱크(46)에 압축공기를 충진시킬 수 있다.

압력저장탱크(46)의 압력이 설정치 이상 상승하게 되면 에어벤트(464)의 작동에 의해 내부 압력을 적정하게 유지할 수 있다.

혼합모드

혼합모드를 선택하면,

에어콤프레셔(6)가 구동되어 압축공기가 압력저장탱크(46) 내로 유입되면 유출공(424)으로 역류하게 되고, 이렇게 유입된 압축공기가 피스톤(44)을 밀게 됨으로써 그에 종동되어 제2로드(5) 및 가동자(26)가 상승하며 제1 및 제2로드(3,5)가 상승한다.

에어콤프레셔(6)로부터 공급되는 압축공기의 공급양은 가동자(26)가 순간적으로 상승할 정도만 요구되므로 매우 소량이며, 정량의 공급 후 에어콤프레셔(6)는 정지된다.

곧바로 가동자(26)에 전원이 인가되면 마그네트코일(24)를 따라 하강하게 되고, 이에 종동되어 제1 및 제2로드(3,5)가 하강된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 압력탱크가 구비된 선형 구동기를 나타낸 도면으로써 가동자의 왕복작동을 나타낸 도면으로써, 도 1은 가동자가 상승한 상태이고, 도 2는 가동자가 하강한 상태이다.

<도면의 주요 구성부호에 대한 설명>

2 : 가동부 4 : 압축공기저장부

6 : 에어콤프레셔 8 : 제어부

22 : 케이스 24 : 마그네트코일

26 : 가동자 42 : 챔버

44 : 피스톤 46 : 압력저장탱크

Claims (5)

1. 양단이 개구되어 통체로 된 케이스와, 상기 케이스의 내벽에 부착된 마그네트코일과, 상기 마그네트코일이 권취되어 상기 케이스 내에 삽입된 가동자와, 상기 가동자의 양측에 형성된 제1 및 제2로드로 구성된 작동부;

   상기 케이스에 통하도록 결합되며 측방에 유입공과 유출공이 형성된 챔버와, 상기 챔버 내에 삽입되며 상기 제2로드에 고정된 피스톤과, 상기 유출공에 연결된 압력저장탱크로 구성된 압축공기저장부;

   상기 압력저장탱크에 고압 공기를 공급하여 상기 유출공을 통해 챔버로 공급함으로써 가동자의 작동 동력을 제공하는 에어콤프레셔; 및

   상기 압축공기저장부의 압력을 설정하고, 상기 에어콤프레셔의 작동을 제어하는 제어부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력탱크가 구비된 선형 구동기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 케이스의 양단 개구부에는 상기 제1 및 제2로드가 삽입되는 통공을 갖는 막음판이 결합되어 제1 및 제2로드의 출몰작동을 안내하는 것을 특징으로 하는 압력탱크가 구비된 선형 구동기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 케이스의 외주면에는 다수의 발열공이 형성되어 내부 열 및 습기를 배출시키도록 한 것을 특징으로 하는 압력탱크가 구비된 선형 구동기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축공기저장부에는 내부의 공기압이 일정 압력 이상 상승되면 자동으로 배출되도록 하는 에어벤트가 설치된 것을 특징으로 하는 압력탱크가 구비된 선형 구동기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 챔버의 내측 하부에는 하강하는 제2로드의 하단이 챔버의 내측 하단면에 닿기 전에 상승 신호를 발생하는 변위센서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 압력탱크가 구비된 선형 구동기.

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