KR20140142391A - 액츄에이터 장치와 그것을 이용한 위치 감지 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리드스크류(Lead Screw)를 사용하여 모터부의 회전운동을 직선 운동으로 변경하여 출력축에 작용하게 하는 액츄에이터 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 리드스크류의 단부에 설치되어 다른 응용 기구물에 힘을 전달하는 출력축과 상기 리드스크류에서 상기 조인트가 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축을 더 형성하고 상기 위치 감지축의 이동을 감지하는 센서부를 구비하여 상기 출력축의 이동위치를 자체적으로 감지할 수 있게 하고 이를 이용하여 액츄에이터를 제어할 수 있도록 한 액츄에이터 장치와 그것을 이용한 위치 감지 및 제어방법에 관한 것이다.

Description

액츄에이터 장치와 그것을 이용한 위치 감지 및 제어방법{Actuator Apparatus and Method of Position sensing and control using it}

본 발명은 리드스크류(Lead Screw)를 사용하여 모터부의 회전운동을 직선 운동으로 변경하여 출력축에 작용하게 하는 액츄에이터 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 리드스크류의 단부에 설치되어 다른 응용 기구물에 힘을 전달하는 출력축과 상기 리드스크류에서 상기 조인트가 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축을 더 형성하고 상기 위치 감지축의 이동을 감지하는 센서부를 구비하여 상기 출력축의 이동위치를 자체적으로 감지할 수 있게 하고 이를 이용하여 액츄에이터를 제어할 수 있도록 한 액츄에이터 장치와 그것을 이용한 위치 감지 및 제어방법에 관한 것이다.

최근 자동차는 많은 구성 부품들이 정밀 또는 자동 제어를 위하여 모터 등으로 구동되는 액츄에이터를 적용하고 있다.

상기 액츄에이터에 대하여 본 출원인은 특허출원 10-2010-0104843호로 그 명칭이 스텝 액츄에이터로 하는 발명을 출원한 바 있다.

상기 발명은 모터부의 회전자 중공축 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합된 리드스크류(Lead Screw)를 사용하여 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 리드스크류가 축 방향으로 전진 또는 후진하게 되어 상기 축 방향으로 힘을 전달하는 구조를 가지는 액츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 회전자 중공축과 상기 회전자 중공축의 상부에 결합되어 상기 회전자 중공축의 회전을 지지하는 원통형 베어링과의 지지 고정 구조를 개선하여 정밀도를 향상시킬 수 있는 액츄에이터에 관한 것이다.

그러나 상기 액츄에이터는 자체에 상기 출력축(리드스크류 또는 조인트)의 위치를 감지할 수 있는 수단을 구비하고 있지 않아 외부 센서로부터 발생되는 외부 제어신호를 MCU(Micro Controller Unit)에 전송받아 초기 원점 위치를 근거로 상기 모터부의 모터구동 회로를 제어하여 상기 출력축(리드스크류 또는 조인트)의 위치를 제어하는 구조로 되어 있었다.

상기 초기 원점 위치는, 모터의 전원이 ON되면 상기 출력축(리드스크류 또는 조인트)을 최대한 이동되는 위치 또한 최소한 이동되는 위치로 이동시키게 되고 이때 전류치가 피크가 되는 시점 또는 구속 지점의 위치로 결정하게 된다.

이럴 경우 초기 원점 위치로 이동될 때 부품간 접점 이음 및 지속적인 스트레스로 부품의 손상이 발생하는 문제점이 있었고, 상기 초기 원점 이동하는 시간으로 인해 요구하는 위치로 즉시 응답이 되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 리드스크류를 사용하여 모터부의 회전 운동을 직선 운동으로 변경하여 출력축에 작용하게 하는 액츄에이터에서 상기 리드스크류의 단부에 설치되어 다른 응용 기구물에 힘을 전달하는 출력축과 상기 리드스크류에서 상기 조인트가 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축을 더 형성하고 상기 위치 감지축의 이동을 감지하는 센서부를 구비하여 상기 출력축의 이동위치를 자체적으로 감지할 수 있게 하고 이를 이용하여 액츄에이터를 제어할 수 있도록 한 액츄에이터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 리드스크류를 사용하여 모터부의 회전 운동을 운동으로 변경하여 출력축에 작용하게 하는 액츄에이터에서 상기 리드스크류의 단부에 설치되어 다른 응용 기구물에 힘을 전달하는 출력축과 상기 리드스크류에서 상기 조인트가 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축을 더 형성하고 상기 위치 감지축의 이동을 감지하는 센서부를 구비하여 상기 출력축의 이동위치를 자체적으로 감지할 수 있게 하고 이를 이용하여 액츄에이터를 제어할 수 있도록 한 액츄에이터의 위치 감지 및 제어방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액츄에이터 장치는, 고정자 내부에 회전자 중공축이 형성된 모터부와, 상기 모터부를 구동시키는 모터구동 회로를 구비한 PCB와, 상기 회전자 중공축의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합되어 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자의 축 방향으로 전진 또는 후진 이동하는 리드스크류와, 상기 리드스크류의 단부에 설치되어 다른 응용 기구물에 힘을 전달하는 출력축을 포함하여 구성된 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 리드스크류는 상기 출력축이 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축이 더 구비되고, 상기 위치 감지축에 이동체 센서를 고정 설치하고 상기 이동체 센서의 위치를 감지하는 위치센서를 구비하여 상기 출력축의 이동 위치를 판단하게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 이동체 센서가 상기 위치 감지축의 단부에 구비되고, 상기 위치센서는 상기 PCB(Printed Circuit Board)에 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 위치센서가 돌기를 구비하고 상기 이동체 센서는 상기 돌기와 결합되는 홈을 형성하여 상기 위치센서와 상기 이동체 센서가 결합되어 상기 이동체 센서가 이동함에 따라 상기 돌기도 이동되게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 돌기가 이동되는 위치에 따라 위치센서의 저항값이 변동되게 하여 그 저항값을 감지하여 상기 위치 감지축의 이동 위치를 감지하게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 위치센서에서 감지한 위치 정보에 대하여 MCU로 전송하여 상기 출력축의 이동 위치를 판단하게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 MCU가 상기 출력축의 이동 위치 정보를 외부 제어신호와 비교하여 상기 모터부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 액츄에이터의 위치 감지 및 제어방법은, 고정자 내부에 회전자 중공축이 형성된 모터부와, 상기 모터부를 구동시키는 모터구동 회로를 구비한 PCB와, 상기 회전자 중공축의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합되어 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자의 축 방향으로 전진 또는 후진 이동하는 리드스크류와, 상기 리드스크류의 단부에 설치되어 다른 응용 기구물에 힘을 전달하는 출력축과, 상기 리드스크류에서 상기 출력축이 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축을 포함하여 구성된 액츄에이터 장치를 이용하여 상기 출력축의 이동 위치를 감지하고 제어하는 방법에 있어서, 상기 PCB에 구비된 위치센서가 상기 위치 감지축에 고정 설치된 이동체 센서의 이동에 따라 상기 이동체 센서의 위치를 감지하는 단계와, 상기 위치센서로부터 감지된 상기 이동체 센서의 위치 정보를 MCU(Micro Controller Unit)로 전달하는 단계와, 상기 MCU가 상기 전달된 상기 이동체 센서의 위치 정보를 통해 상기 출력축의 이동 위치를 판단하는 단계와, 상기 판단된 위치를 기반으로 상기 모터부의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 판단된 위치를 기반으로 상기 모터부의 구동을 제어하는 단계는 상기 MCU가 상기 위치센서에서 감지한 위치 정보를 외부 제어신호와 비교하여 상기 모터부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액츄에이터의 위치 감지 및 제어방법과 그것을 위한 액츄에이터 장치는 리드스크류를 사용하여 모터부의 회전 운동을 직선 운동으로 변경하여 출력축에 작용하게 하는 액츄에이터에서 상기 리드스크류의 단부에 설치되어 다른 응용 기구물에 힘을 전달하는 출력축과 상기 리드스크류에서 상기 조인트가 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축을 더 형성하고 상기 위치 감지축의 이동을 감지하는 센서부를 구비함으로써, 상기 출력축의 이동위치를 자체적으로 감지할 수 있게 하고 이를 이용하여 액츄에이터를 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 상기 출력축의 이동위치를 항상 감지할 수 있어 상기 출력축의 위치를 제어할 경우 초기 원점 감지 기능 없이 위치 제어가 가능하고 상시 현 위치에 대한 피드백 제어가 가능하다는 효과가 있다.

또한 본 발명은 상기 위치 감지축에 이동체 센서를 고정 설치하고 상기 이동체 센서의 위치를 감지하는 위치센서를 구비하여 상기 출력축의 이동 위치를 판단하게 함으로써, 이동 위치의 즉시 응답의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액츄에이터 장치의 전체 사시도
도 2는 본 발명에 따른 액츄에이터 장치의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 액츄에이터 장치에서 모터부, PCB, 센서부의 분해 사시도
도 4는 본 발명에 따른 액츄에이터 장치의 측면도
도 5는 본 발명에서 액츄에이터의 위치 감지 및 제어방법을 설명하기 위한 블록도

이하, 본 발명에 따른 액츄에이터 장치와 그것을 이용한 위치 감지 및 제어방법에 대하여 첨부된 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 따른 액츄에이터 장치의 구조에 대하여 도 1 내지 도4를 참고로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 액츄에이터 장치는 고정자(11)와 상기 고정자(11)의 내부에 회전자 중공축(13)이 형성된 회전자(12) 등으로 구성된 모터부(10)와, 상기 모터부(10)를 구동시키는 모터구동 회로(31)를 구비한 PCB(30) 등으로 구성되고, 상기 회전자 중공축(13)의 내주면에 형성된 나사산이 형성된 나사산 형성부(14)의 나사산과 나사 결합되어 상기 회전자(12)가 회전함에 따라 상기 회전자(12)의 축 방향으로 전진 또는 후진 이동하는 리드스크류(20)가 구비되며, 상기 리드스크류(20)의 단부에 설치되어 상기 리드스크류(20)의 선형 운동에 의한 힘을 다른 응용 기구물에 전달하는 출력축(40)인 조인트와 상기 리드스크류(20)를 지지하고 상기 출력축의 원점 위치의 스토퍼 역할을 하는 마운팅 플레이트(41)를 포함하여 구성된다.

상기 리드스크류(20)는 상기 출력축(40)이 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류(20)의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축(22)이 더 구비되고 상기 위치 감지축(22)을 이용하여 상기 출력축(40)의 이동 위치를 판단하게 한다.

상기 출력축(40)의 이동 위치는 위치 감지축(22)의 이동 위치로 판단할 수 있으므로, 우선 상기 위치 감지축(22)의 이동 위치를 감지하기 위하여 센서부(50)를 구비할 수 있는데, 그 일실시예로서 상기 위치 감지축(22)에 삽입 고정 설치되는 이동체 센서(51)와, 상기 이동체 센서(51)와 전기적 또는 물리적으로 결합되어 상기 이동체 센서(51)의 위치를 감지하는 위치센서(52)를 구비할 수 있다.

상기 이동체 센서(51)는 상기 위치 감지축(22)의 이동 위치를 보다 폭넓게 감지하기 위하여 상기 위치 감지축(22)의 단부 또는 그에 가까운 위치에 고정 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 위치센서(52)는 상기 위치 감지축(22)의 이동 위치를 전기신호로 변환하는 것이므로 PCB(30)에 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 위치센서(52)는 도면에 도시된 바와 같이 돌기부(52a)가 구비되어 상기 돌기부(52a)와 상기 이동체 센서(51)에 형성된 홈에 결합하여 상기 이동체 센서(51)가 이동함에 따라 상기 돌기부(52a)도 이동되는 구조로 된다. 이 때 상기 돌기부(52a)는 상기 위치센서(52)에 형성된 돌기 이동로 (52b)를 따라 이동되고 상기 돌기 이동로(52b)가 형성된 구간만큼 이동할 수 있게 된다, 상기 구간이 상기 이동체 센서(51)가 이동할 수 있는 구간(A)이며, 이 구간(A) 범위 내에서 상기 위치 감지축(22)의 이동 위치를 감지할 수 있게 된다.

상기 위치센서(52)는 일실시예로서 상기 돌기부(52a)가 이동되는 위치에 따라 저항치가 변동되게 하고 이로 인하여 변동되는 저항치를 감지하여 상기 위치 감지축(22)의 이동 위치를 감지할 수 있게 되고, 감지된 상기 위치 감지축(22)의 이동 위치를 이용하여 상기 출력축(40)의 이동 위치를 판단할 수 있게 된다. 즉, 상기 위치 감지축(22)의 현재 위치에 대응되는 상기 출력축(40)의 현재 위치를 설정한 다음, 상기 위치 감지축(22)의 이동 위치에 따라 상기 출력축(40)의 이동 위치를 판단하게 한다.

상기 위치 감지축(22)의 이동 위치를 이용하여 상기 출력축(40)의 이동 위치를 판단하기 위해 상기 PCB(30)에 장착된 CPU를 사용할 수도 있지만, 본 발명에서는 특정 시스템을 제어하기 위한 전용 프로세서인 MCU(60)를 사용할 수 있다. 이 경우 상기 위치센서(52)에서 감지한 위치 정보에 대하여 상기 MCU(60)로 전송하여 상기 출력축(40)의 이동 위치를 판단하게 한다. 상기 MCU(60)는 상기 PCB(30)에 구비할 수도 있고 상기 PCB(30)의 인근에 설치할 수 있다.

도 5는 본 발명의 액츄에이터 장치를 이용하여 상기 출력축(40)의 위치를 감지하고 그것을 피드백하여 제어하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.

액츄에이터 장치를 이용하여 상기 출력축(40)의 위치를 감지하고 그것을 피드백하여 제어하는 방법은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 액츄에이터 장치의 출력축(40)의 이동 위치를 제어하기 위하여 외부센서로부터 발생되는 외부입력신호가 MCU(60)로 전송된다, 상기 MCU(60)는 상기 PCB(30)에 구비된 모터구동 회로(31)에 제어신호를 전송하여 모터부(10)를 제어한다. 이 때 상기 출력축(40)의 이동 위치를 제어하는데, 상기 출력축(40)의 이동 위치는 센서부(50)에서 감지하여 상기 감지된 출력축(40)의 이동 위치를 상기 MCU(60)로 피드백하여 전송하게 하여 상기 출력축(40)의 이동 위치를 제어하는 구조로 되어 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 상기 PCB(30)에 구비된 위치센서(52)가 상기 위치 감지축(22)에 고정 설치된 이동체 센서(51)의 이동에 따라 상기 이동체 센서(51)의 위치를 감지하는 단계와, 상기 위치센서(52)로부터 감지된 상기 이동체 센서(51)의 위치 정보를 상기 MCU(60)로 전달하는 단계와, 상기 MCU(60)가 상기 전달된 상기 이동체 센서(51)의 위치 정보를 통해 상기 출력축(40)의 이동 위치를 판단하는 단계와, 상기 판단된 위치를 기반으로 상기 모터부(10)의 구동을 제어하는 단계 등을 수행하는 것이다.

상기 MCU(60)에서 판단된 상기 출력축(40)의 이동 위치를 기반으로 상기 모터부(10)의 구동을 제어하는 것은 상기 MCU(60)가 상기 위치센서(52)에서 감지한 위치 정보를 상기 출력축(40)의 이동 위치를 제어하기 위하여 외부센서로부터 발생되는 외부 제어신호와 비교하여 상기 모터부(10)의 구동을 제어한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 아래의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 모터부 11: 고정자
12: 회전자 13: 회전자 중공축
14: 나사산 형성부 20: 리드스크류
22: 위치 감지축 30: PCB
31: 모터구동 회로 40: 출력축(조인트)
41: 마운팅 플레이트 50: 센서부
51: 이동체 센서 52: 위치센서
52a: 돌기부 52b: 돌기 이동로
60: MCU

Claims (8)

1. 고정자 내부에 회전자 중공축이 형성된 모터부와, 상기 모터부를 구동시키는 모터구동 회로를 구비한 PCB와, 상기 회전자 중공축의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합되어 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자의 축 방향으로 전진 또는 후진 이동하는 리드스크류와, 상기 리드스크류의 단부에 설치되어 다른 응용 기구물에 힘을 전달하는 출력축을 포함하여 구성된 액츄에이터 장치에 있어서,
   상기 리드스크류는 상기 출력축이 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축이 더 구비되고,
   상기 위치 감지축에 이동체 센서를 고정 설치하고 상기 이동체 센서의 위치를 감지하는 위치센서를 구비하여 상기 출력축의 이동 위치를 판단하게 한 것
   을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이동체 센서는 상기 위치 감지축의 단부에 구비되고, 상기 위치센서는 상기 PCB에 구비된 것
   을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 위치센서는 돌기를 구비하고 상기 이동체 센서는 상기 돌기와 결합되는 홈을 형성하여 상기 위치센서와 상기 이동체 센서가 결합되어 상기 이동체 센서가 이동함에 따라 상기 돌기도 이동되게 한 것
   을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 돌기가 이동되는 위치에 따라 저항값이 변동되게 하여 그 저항값을 감지하여 상기 위치 감지축의 이동 위치를 감지하게 한 것
   을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 위치센서에서 감지한 위치 정보는 MCU로 전송되어 상기 출력축의 이동 위치를 판단하게 하는 것
   을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 MCU는 상기 출력축의 이동 위치 정보를 외부 제어신호와 비교하여 상기 모터부의 구동을 제어하는 것
   을 특징으로 하는 액츄에이터 장치.
   
7. 고정자 내부에 회전자 중공축이 형성된 모터부와, 상기 모터부를 구동시키는 모터구동 회로를 구비한 PCB와, 상기 회전자 중공축의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합되어 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자의 축 방향으로 전진 또는 후진 이동하는 리드스크류와, 상기 리드스크류의 단부에 설치되어 다른 응용 기구물에 힘을 전달하는 출력축과, 상기 리드스크류에서 상기 출력축이 설치된 반대방향으로 연장 형성되어 상기 리드스크류의 전진 또는 후진 이동에 따라 동일하게 전진 또는 후진 이동되는 위치 감지축을 포함하여 구성된 액츄에이터 장치를 이용하여 상기 출력축의 이동 위치를 감지하고 제어하는 방법에 있어서,
   상기 PCB에 구비된 위치센서가 상기 위치 감지축에 고정 설치된 이동체 센서의 이동에 따라 상기 이동체 센서의 위치를 감지하는 단계와,
   상기 위치센서로부터 감지된 상기 이동체 센서의 위치 정보를 MCU로 전달하는 단계와,
   상기 MCU가 상기 전달된 상기 이동체 센서의 위치 정보를 통해 상기 출력축의 이동 위치를 판단하는 단계와,
   상기 판단된 위치를 기반으로 상기 모터부의 구동을 제어하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터의 위치 감지 및 제어방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 판단된 위치를 기반으로 상기 모터부의 구동을 제어하는 단계는 상기 MCU가 상기 위치센서에서 감지한 위치 정보를 외부 제어신호와 비교하여 상기 모터부의 구동을 제어하는 것
   을 특징으로 하는 액츄에이터의 위치 감지 및 제어방법.

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