KR20170096249A - 리니어 액추에이터 - Google Patents

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KR20170096249A
KR20170096249A KR1020160016970A KR20160016970A KR20170096249A KR 20170096249 A KR20170096249 A KR 20170096249A KR 1020160016970 A KR1020160016970 A KR 1020160016970A KR 20160016970 A KR20160016970 A KR 20160016970A KR 20170096249 A KR20170096249 A KR 20170096249A
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이창훈
노의동
김동우
박강우
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주식회사 유니크
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    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors

Abstract

본 발명은 낮은 소비전력으로도 높은 응답성을 기대할 수 있는 리니어 액추에이터에 관한 것으로, 일 방향으로 연장된 보빈과, 상기 보빈의 일단 외주면에 감긴 제1코일과, 상기 보빈의 타단 외주면에 감긴 제2코일과, 상기 보빈의 일단에 결합되고 전류 인가 시 극성을 띠는 제1코어와, 상기 보빈의 타단에 결합되며 전류 인가 시 극성을 띠는 제2코어와, 상기 보빈의 내부에 이동 가능하게 설치된 영구자석 플런저와, 상기 플런저를 관통하도록 결합된 로드를 포함한다. 이때, 상기 제1코일과 상기 제2코일은 서로 다른 방향으로 감겨 전류 인가 시 상기 제1코어와 상기 제2코어가 서로 동일한 극성을 띠게 된다. 따라서 플런저와 로드를 이동시키는 액추에이터의 구동에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있으며, 플런저와 로드를 양방향으로 제어할 수 있어 액추에이터의 응답성을 향상시킬 수 있다.

Description

리니어 액추에이터{LINEAR ACTUATOR}
본 발명은 리니어 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 더블 클러치 트랜스미션의 변속장치에 사용되는 리니어 액추에이터에 관한 것이다.
더블 클러치 트랜스미션(Double Clutch Transmission; DCT)은 홀수 변속단과 짝수 변속단을 개별적으로 제어할 수 있도록 두 개의 클러치가 구비된 수동변속기 기반의 자동화 수동변속기로, 두 개의 클러치 중 하나의 클러치가 단수를 변경하면 다른 클러치가 다음 단의 기어를 미리 준비시켜 변속이 빠르게 이루어지도록 한다.
이러한 더블 클러치 트랜스미션은 자동변속기의 장점인 편리성과 수동변속기의 장점인 경제성을 모두 고루 갖추고 있다. 특히, 단판 클러치 트랜스미션에서 발생하는 저
운전이 편한 자동변속기의 장점과 연비가 높은 수동변속기의 장점을 모두 가진다. 특히, 단판 클러치를 탑재한 종래의 트랜스미션에서 발생하던 변속 충격이 없으므로 부드러운 변속이 가능하며 변속시간을 줄일 수 있다.
상술한 더블 클러치 트랜스미션은 현재 작동 중인 변속단 이외에 다음에 변속할 가능성이 높은 다른 변속계통의 변속단을 미리 연결하는 프리셀렉트 기능을 가진 변속장치를 포함하여 구성된다.
대한민국등록특허공보 제10-1039921호(2011.06.01.)에는 프리셀렉트 기능을 포함하는 더블 클러치 변속기의 변속장치가 개시되어 있다.
상기 변속장치는, 홀수 변속단을 감합 또는 감합 해제하는 다수의 홀수단피동변속요소(1)와, 짝수 변속단을 감합 또는 감합 해제하는 다수의 짝수단피동변속요소(3)와, 홀수단피동변속요소(1) 중 어느 하나를 이동시키는 홀수단구동변속요소(5)와, 짝수단피동변속요소(3) 중 어느 하나를 이동시키는 짝수단구동변속요소(7)와, 홀수단구동변속요소(5)에 직선변위 및 회전변위를 발생시키는 홀수단셀렉팅액추에이터(9) 및 홀수단쉬프팅액추에이터(11)와, 짝수단구동변속요소(7)에 직선변위 및 회전변위를 발생시키는 짝수단셀렉팅액추에이터(13) 및 짝수단쉬프팅액추에이터(15)를 포함한다.
또한, 대한민국등록특허공보 제10-1233061호(2013.02.07.)에는 본 출원인에 의해 출원 및 등록된 더블 클러치 변속기용 리니어 액추에이터가 개시되어 있다.
상기 리니어 액추에이터는 전원 인가 시 작동하는 솔레노이드를 포함한다. 솔레노이드는, 케이스와, 케이스의 내부에 설치된 보빈과, 보빈의 외주면에 감긴 코일과, 보빈에 결합된 코어와, 보빈의 내부에 위치된 플런저와, 플런저에 결합되며 코어를 관통하는 로드로 구성된다. 이때, 보빈과 코일은 플런저를 이동시킬 수 있도록 플런저의 이동방향으로 이격된 한 쌍으로 구성된다.
상술한 구조의 리니어 액추에이터는 전원 인가 시 코일에서 발생된 자기력에 의해 플런저가 이동을 하며 기계적인 일을 수행하는 구조를 갖는다. 즉, 리니어 액추에이터가 코일에서 발생하는 자기력에 의해서만 구동되므로 구동전력이 많이 소모되는 문제가 있었다.
또한, 종래의 리니어 액추에이터는 플런저를 이동시키기 위한 흡인력이 보빈에 감긴 코일의 권선수에 의해 좌우되는 구조이므로, 액추에이터의 응답성을 향상시키기 위해 코일의 권선수를 증가시킬 경우 구동전력을 더 많이 소비하게 되는 원인이 된다.
대한민국등록특허공보 제10-1039921호(2011.06.01.) 대한민국등록특허공보 제10-1233061호(2013.02.07.)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 낮은 소비전력으로도 높은 응답성을 기대할 수 있는 리니어 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 리니어 액추에이터는, 일 방향으로 연장된 보빈과, 상기 보빈의 일단 외주면에 감긴 제1코일과, 상기 보빈의 타단 외주면에 감긴 제2코일과, 상기 보빈의 일단에 결합되고 전류 인가 시 극성을 띠는 제1코어와, 상기 보빈의 타단에 결합되며 전류 인가 시 극성을 띠는 제2코어와, 상기 보빈의 내부에 이동 가능하게 설치된 영구자석 플런저와, 상기 플런저를 관통하도록 결합된 로드를 포함한다. 이때, 상기 제1코일과 상기 제2코일은 서로 다른 방향으로 감겨 전류 인가 시 상기 제1코어와 상기 제2코어가 서로 동일한 극성을 띠게 된다.
본 발명에 의한 리니어 액추에이터는, 상기 제1코일과 상기 제2코일에 인가되는 전류의 방향을 변환하여 상기 제1코어와 상기 제2코어의 극성을 전환시키는 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의한 리니어 액추에이터는, 상기 로드의 위치를 감지하는 센서부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 제1코일과 제2코일에 전류를 인가하면 제1코어와 제2코어가 서로 동일한 극성을 띠며 영구자석인 플런저를 끌어당김과 동시에 밀어내며 로드를 이동시키는 구조이다. 즉, 코일에서 발생한 자기력과 영구자석의 자기력을 이용하여 플런저 및 로드를 이동시키는 구조이다.
따라서 플런저와 로드를 이동시키는 액추에이터의 구동에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있으며, 플런저와 로드를 양방향으로 제어할 수 있어 액추에이터의 응답성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 일부를 확대한 도면.
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 작동상태도.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터(1)는, 리니어 액추에이터(1)의 외형을 이루는 몸체(100)와, 몸체(100)의 내부에 설치된 구동부(200)와, 구동부(200)의 움직임을 감지하는 센서부(300)와, 구동부(200) 및 센서부(300)로 인가되는 전류를 제어하는 제어부(400)로 구성된다.
몸체(100)는 구동부(200)가 내장되는 케이스(110)를 포함하고, 케이스(110)의 하단에는 하우징(120)이 결합된다. 하우징(120)의 내부에는 센서부(300)가 설치되며, 하우징(120)의 하단은 덮개(130)에 의해 밀봉된다.
케이스(110)는 상하로 연장된 파이프 형상이되, 상단은 밀폐되고 하단은 개방된 형태를 갖는다. 케이스(110)의 내부에는 보빈(210)을 포함하는 구동부(200)가 설치되며, 보빈(210)의 하부에는 하우징(120)이 마련된다.
케이스(110)의 하단은 코킹(caulking) 또는 컬링(curling) 가공을 통해 하우징(120)의 외주면에 밀착된다. 이는, 케이스(110)와 하우징(120) 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위함이며, 동시에 케이스(110)의 내부에 설치된 보빈(210)을 고정하기 위함이다. 도면에 도시된 것처럼, 케이스(110)와 하우징(120) 사이에 오링(112)을 추가할 경우 이물질 외에 수분의 유입 또한 방지할 수 있다.
하우징(120)은 케이스(110)보다 짧은 길이를 가지 파이프 형상이다. 하우징(120)의 내부에는 작동공간(122)이 형성되고, 작동공간(122)에는 후술할 로드(250)의 하단이 삽입된다. 하우징(120)의 외주면 상단에는 오링(112)이 삽입되는 안착홈(124)이 형성되고, 안착홈(124)의 하부에는 코킹 또는 컬링 가공을 위한 가공홈(126)이 형성된다. 하우징(120)의 외주면 중단에는 전류의 공급을 위한 커넥터(128)가 마련된다.
덮개(130)는 하우징(120)의 개방된 하단을 밀봉하는 수단으로, 그 내부에는 제어부(400)의 설치를 위한 장착공간(132)이 형성된다. 이러한 덮개(130)는 하우징(120)의 개방된 하단을 효과적으로 밀봉할 수 있도록 초음파 등에 의해 접합되는데, 초음파 접합을 위해서는 하우징(120)과 덮개(130)가 동일한 재질로 제작되어야 한다.
구동부(200)는 전류 인가 시 작동하는 솔레노이드(solenoid)이다. 도 2를 참조하여 구동부(200)를 살펴보면, 보빈(210)과, 보빈(210)의 외주면에 감긴 코일(220)과, 보빈(210)의 상단 및 하단에 각각 결합된 코어(230)와, 보빈(210)의 내부에 이동 가능하게 설치된 플런저(240)와, 플런저(240)에 결합된 로드(250)로 구성된다.
보빈(210)은 코일(220)과 코어(230) 사이를 전기적으로 차단하는 절연체이다. 이러한 보빈(210)은 케이스(110)의 길이방향으로 연장된 파이프 형상이며, 상단, 중단, 하단에는 플랜지(212~216)가 형성된다. 상단 플랜지(212)와 중단 플랜지(214) 사이에 제1코일(222)이 감기고, 중단 플랜지(214)와 하단 플랜지(216) 사이에 제2코일(224)이 감긴다. 또한, 중단 플랜지(214)의 내부에는 제1코일(222)과 제2코일(224) 사이의 마그네틱 플럭스를 차단하기 위한 차폐부재(218)가 설치된다.
코일(220)은 전류 인가 시 플런저(240)를 이동시키는 자기장을 발생하는 수단이다. 코일(220)은 보빈(210)의 상단(상단 플랜지(212)와 중단 플랜지(214) 사이)에 감긴 제1코일(222)과, 제2보빈(210)에 하단(중단 플랜지(214)와 하단 플랜지(216) 사이)에 감긴 제2코일(224)로 구성된다.
코일(220)에서 발생한 자기장을 코어(230)를 자화시켜 극성을 띠게 만든다. 본 실시예의 제1코일(222)은 제1코어(232)를 자화시키고, 제2코일은(224)은 제2코어(234)를 자화시키는데, 이때 제1코어(232)와 제2코어(234)가 서로 동일한 극성을 띠도록 서로 다른 방향으로 감긴다.
본 실시예는, 제1코일(222)이 보빈(210)의 상단에 시계방향으로 감기고, 제2코일(224)이 보빈(210)의 하단에 반시계방향으로 감긴 상태이다. 이 상태에서, 도면의 화살표 방향으로 전류가 인가되면 제1코일(222)의 상단은 N극을, 그리고 제1코일(222)의 하단은 S극을 띠게 된다. 더불어, 제2코일(224)의 상단과 하단은 각각 S극과 N극을 띠게 된다. 따라서 보빈(210)의 상단과 하단에 설치된 제1코어(232)와 제2코어(234)가 동일한 극성을 갖게 된다.
한편, 보빈(210)의 상단에 감긴 제1코일(222)의 외주면과 보빈(210)의 하단에 감긴 제2코일(224)의 외주면에는 인슐레이션 테이프(미도시)가 테이핑될 수 있는데, 인슐레이션 테이프는 제1 및 제2코일(222,224)에 인가된 전류가 외부로 새는 것을 방지한다.
코어(230)는 코일(220)에서 발생한 자기장에 의해 자화되어 플런저(240)를 이동시키는 수단이다. 코어(230)는, 보빈(210)의 상단에 결합된 제1코어(232)와, 보빈(210)의 하단에 결합된 제2코어(234)로 구성된다.
전술한 바와 같이, 제1코어(232)와 제2코어(234)는 전류 인가 시 서로 동일한 극성을 띠게 되는데, 이는 영구자석인 플런저(240)를 끌어당김과 동시에 밀어냄으로써 플런저(240)를 효과적으로 이동시키기 위함이다.
도 2에 도시된 것처럼, 영구자석인 플런저(240)의 상단은 N극이고 하단은 S극이며, 제1코어(232)와 제2코어(234)가 자화되어 동일한 극성인 N극을 띤다면, 제1코어(232)와 플런저(240) 사이에는 척력이 발생하고 제2코어(234)와 플런저(240) 사이에는 인력이 발생한다. 따라서 제2코어(234)는 플런저(240)를 끌어당기고 제1코어(232)는 플런저(240)를 밀어내게 되므로 플런저(240)를 효과적으로 이동시킬 수 있으며, 이를 통해 액추에이터의 응답성을 향상시킬 수 있다.
플런저(240)는 보빈(210)의 내부에 이동 가능하게 설치된 영구자석이다. 도 2에 도시된 것처럼, 플런저(240)의 상단이 N극을 띠고 하단은 S극을 띤다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 상단이 S극을 띠고 하단은 N극을 띠도록 배치될 수 있다.
플런저(240)의 작동공간인 보빈(210)의 내부에는 가이드(260)가 설치된다. 가이드(260)의 상단에는 제1코어(232)의 일부가 삽입되고, 하단에는 제2코어(234)의 일부가 삽입된다. 이러한 가이드(260)는 플런저(240) 이동 시 발생하는 마찰을 저감하고 보빈(210)과의 접촉에 의한 마모를 방지한다. 또한, 제1코어(232)와 제2코어(234) 사이의 길이를 제한하여 플런저(240)의 이동거리를 한정한다.
플런저(240)의 상단과 하단에는 완충부재(242)가 마련된다. 완충부재(242)는 플런저(240) 이동 시 제1코어(232) 또는 제2코어(234)와의 접촉에 의한 충격을 흡수하여 플런저(240) 및 코어(230)가 손상되는 것을 방지한다.
로드(250)는 소정 길이를 가진 원형 단면의 막대이며, 플런저(240)를 상하로 관통하도록 결합된다. 로드(250)의 상단은 제1코어(232)를 관통하여 외부로 돌출되고, 하단은 제2코어(234)를 관통하여 하우징(120)의 작동공간(122)에 삽입된다. 이때, 제1코어(232)와 제2코어(234)의 내부에는 로드(250)의 이동 시 마찰을 저감하기 위한 리니어 부시(270)가 설치된다.
보빈(210)과 하우징(120) 사이에는 플레이트(280)가 설치된다. 플레이트(280)는 제2코일(224)에서 발생한 자기장이 퍼지지 않고 집중될 수 있도록 하는 역할을 한다.
도 1을 참조하여 센서부(300)와 제어부(400)에 대해 살펴보도록 한다.
센서부(300)는 로드(250)의 위치를 통해 리니어 액추에이터(1)의 작동을 감지하는 수단이다. 센서부(300)는, 로드(250)의 하단에 결합된 이동체(310)와, 이동체(310)의 일측에 마련된 마그넷(320)과, 마그넷(340)과 대향하는 하우징(120)의 벽면에 설치도니 홀 IC(Integrated Circuit, 330)로 구성된다.
상술한 구성의 센서부(300)는 홀 IC(330)를 통해 마그넷(320)의 이동에 따른 자속밀도의 변화를 측정하고, 이를 이용하여 로드(250)의 이동을 판단한다. 예를 들어, 로드(250)가 이동하여 마그넷(320)과 홀 IC(330) 사이의 거리가 변하면 자속밀도가 증가하거나 감소하게 되는데, 홀 IC(330)가 이를 감지하여 로드(250)의 직선변위를 감지한다.
제어부(400)는 제1코일(222)과 제2코일(224)에 인가되는 전류의 방향을 변환하여 제1코어(232)와 제2코어(234)의 극성을 전환하는 수단이다. 더불어, 센서부(300)의 작동을 위한 전원을 공급하는 수단이다. 이러한 제어부(400)는 덮개(130)의 내부에 형성된 장착공간(132)에 설치된다.
도 3과 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 작동과정을 살펴보도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1코일(222)은 보빈(210)의 상단에 시계방향으로 감기고, 제2코일(224)은 보빈(210)의 하단에 반시계방향으로 감긴다. 또한, 영구자석인 플런저(240)의 상단은 N극을 띠고 하단은 S극을 띤다.
이 상태에서 전류가 인가되어 제1코일(222)과 제2코일(224)에 도 3의 화살표 방향으로 전류가 흐를 경우, 제1코일(222)의 상단은 N극을 띠고 하단은 S극을 띠며, 제2코일(224)의 상단은 S극을 띠고 하단은 N을 띠게 된다. 이에, 보빈(210)의 상단과 하단에 각각 마련된 제1코어(232)와 제2코어(234)는 동일한 극성인 N극을 띠게 된다.
따라서 제1코어(232)와 플런저(240) 사이에는 척력이 발생하여 플런저(240)를 하향으로 밀어내고, 제2코어(234)와 플런저(240) 사이에는 인력이 발생하여 플런저(240)를 하향으로 끌어당기게 된다.
결국, 플런저(240)와 로드(250)가 하강하며 케이스(110)의 외부로 돌출된 로드의 상단 길이가 짧아지게 된다.
반면, 제어부(400)의 작동에 의해 전류의 방향이 도 4의 화살표 방향으로 변할 경우, 제1코일(222)의 상단은 S극을 띠고 하단은 N극을 띠며, 제2코일(224)의 상단은 N극을 띠고 하단은 S극을 띠게 된다. 이에, 보빈(210)의 상단과 하단에 각각 마련된 제1코어(232)와 제2코어(234)는 동일한 극성인 S극을 띠게 된다.
따라서 제1코어(232)와 플런저(240) 사이에는 인력이 발생하여 플런저(240)를 상향으로 끌어당기고, 제2코어(234)와 플런저(240) 사이에는 척력이 발생하여 플런저(240)를 상향으로 밀어내게 된다.
결국, 플런저(240)와 로드(250)가 상승하며 케이스(110)의 외부로 돌출된 로드의 상단 길이가 늘어나게 된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 리니어 액추에이터 100: 몸체
110: 케이스 120: 하우징
130: 덮개 200: 구동부
210: 보빈 220: 코일
230: 코어 240: 플런저
250: 로드 300: 센서부
400: 제어부

Claims (7)

  1. 일 방향으로 연장된 보빈;
    상기 보빈의 일단 외주면에 감긴 제1코일;
    상기 보빈의 타단 외주면에 감긴 제2코일;
    상기 보빈의 일단에 결합되고 전류 인가 시 극성을 띠는 제1코어;
    상기 보빈의 타단에 결합되며 전류 인가 시 극성을 띠는 제2코어;
    상기 보빈의 내부에 이동 가능하게 설치된 영구자석 플런저; 및
    상기 플런저를 관통하도록 결합되고, 상기 제1코어와 상기 제2코어의 외측으로 각각 돌출된 로드를 포함하고,
    상기 제1코일과 상기 제2코일이 서로 다른 방향으로 감겨 전류 인가 시 상기 제1코어와 상기 제2코어가 서로 동일한 극성을 띠며 상기 플런저를 끌어당김과 동시에 상기 플런저를 밀어내는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1코일과 상기 제2코일에 인가되는 전류의 방향을 변환하여 상기 제1코어와 상기 제2코어의 극성을 전환시키는 제어부를 더 포함하는 리니어 액추에이터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1코일과 상기 제2코일 사이에 차폐부재가 구비된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 플런저의 이동을 안내하는 가이드가 상기 보빈의 내부에 마련된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 로드의 이동 시 마찰을 저감하기 위한 리니어 부시가 상기 제1코어와 상기 제2코어의 내부에 각각 마련된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 플런저의 양단에 완충부재가 마련된 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 로드의 위치를 감지하는 센서부를 더 포함하는 리니어 액추에이터.
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