KR20170126473A

KR20170126473A - 스크루 구동부를 가진 4-단 텔레스코프식 액츄에이터

Info

Publication number: KR20170126473A
Application number: KR1020177026740A
Authority: KR
Inventors: 토르스텐 휘브너; 빌헤름 브루너
Original assignee: 아. 만네스만 마쉬넨파브릭 게엠베하
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2017-11-17
Also published as: CN107407384B; EP3274611A2; IL254570B; JP6576464B2; SG11201707828QA; TW201702505A; WO2016150434A3; US10527141B2; CN107407384A; WO2016150434A2; IL254570A0; JP2018511754A; DE102015104484B4; DK3274611T3; ES2854277T3; KR102068398B1; DE102015104484A1; US20180058554A1; EP3274611B1; RU2680234C1

Abstract

본 발명은 선형 운동을 수행하기 위한 텔레스코프식 액츄에이터(1)에 관한 것이다. 상기 텔레스코프식 액츄에이터(1)는 스레드형 스핀들이 스크루 너트에 대해 선형으로 연장되거나 철회될 수 있도록 구동 토크를 스크루 구동부에 제공하는 모터(3)를 포함한다. 텔레스코프식 액츄에이터(1)는 4개의 스크루 구동부(K1, K2, K3, K4)를 가지며 양쪽에서 축방향(A)으로 연장되거나 철회되며, 총 연장 경로(GA)는 4개의 부분 연장 경로(G1, G2, G3, G4)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

스크루 구동부를 가진 4-단 텔레스코프식 액츄에이터

본 발명은 청구항 제1항의 특징에 따라 선형 운동을 수행하기 위한 텔레스코프식 액츄에이터에 관한 것이다.

종래 기술로부터, 다양한 기계 부품의 선형 운동(linear movement)을 위해 액츄에이터를 사용하는 방법이 공지되어 있다. 예를 들어, 종래 기술로부터, 피스톤 로드(piston rod)가 실린더로부터 연장되거나 실린더 내로 철회되는 유압 또는 공압식 액츄에이터가 공지되어 있다.

게다가, 스핀들 구동부(spindle drive) 형태의 전자기계식 액츄에이터도 공지되어 있는데, 이러한 전자기계식 액츄에이터에서 구동부의 회전 운동은 스핀들 또는 너트의 회전에 의해 축방향 운동(axial movement)으로 변환된다(convert).

특히, 축방향 이동 위치와 함께 정확한 축방향 조절에 관한 엄격한 정밀한 요건이 있을 때, 볼 스크루 구동부(ball screw drive)를 가진 액츄에이터가 공지되어 있다. 이를 위하여, 볼 스크루 구동부는 볼 스크루 너트(ball screw nut)와 주변방향 스레드(circumferential thread)를 가진 볼 스크루 스핀들(ball screw spindle)을 가지되, 상기 볼 스크루 너트와 볼 스크루 스핀들은 볼들이 삽입될 때 폼-피팅 결합된다(form-fit engagement). 너트가 회전 고정 방식으로 장착될 때(rotationally fixed mounted), 축방향으로 고정된 볼 스크루 스핀들이 회전되면, 너트는 볼 스크루 스핀들에 대해 축방향 이동 운동(axial displacement movement)을 수행한다. 회전 운동이 축방향 운동으로 변환되는 것은, 스레드(thread)의 피치(pitch)에 좌우된다. 그 이점은, 볼들이 삽입됨으로써 볼 스크루 스핀들과 볼 스크루 너트 사이의 마찰 정도가 특히 낮게 되며, 그와 동시에, 축방향으로 정확하게 위치되는 이점이 있다. 게다가, 볼 스크루 구동부는 거의 마모되지 않게 된다(free of wear).

또한, 예를 들어, WO 98/43001 A1호 또는 DE 92 09 280 U1호에 기술된 것과 같이, 볼 스크루 구동부와 함께 텔레스코프 방식으로 연장될 수 있는 선형 액츄에이터도 종래 기술로부터 공지되어 있다.

본 발명의 목적은, 큰 연장 경로(extension path)를 제공하면서도, 철회된 상태(retracted state)에서 작은 수치를 가지며, 이와 동시에, 철회 및 연장 공정 동안에, 각각의 작동 위치를 정확하게 표적하고 조절할 수 있는, 텔레스코프식 액츄에이터를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 제1항의 특징을 가진 텔레스코프식 액츄에이터에 의해 구현된다.

본 발명의 바람직한 변형 실시예들은 종속항들에 기술되어 있다.

본 발명은 선형 운동(linear movement)을 수행하기 위한 텔레스코프식 액츄에이터(telescopic actuator)에 관한 것으로서, 텔레스코프식 액츄에이터는 볼 스크루 스핀들(ball screw spindle)이 볼 스크루 너트(ball screw nut)에 대해 선형으로 연장되거나 철회될 수 있도록 구동 토크(drive torque)를 스크루 구동부(screw drive)에 제공하는 모터(motor)를 포함하되, 상기 텔레스코프식 액츄에이터는 4개의 스크루 구동부를 가지며 양쪽에서 동시에 축방향으로 연장되거나 철회되며, 총 연장 경로(total extension path)는 4개의 부분 연장 경로(partial extension path)로 구성된다.

스크루 너트와 스레드형 스핀들(threaded spindle)을 가진 통상적인 스크루 구동부가 스크루 구동부로서 사용될 수 있다. 하지만, 볼 스크루 구동부 및/또는 롤러 스크루 구동부를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 볼 스크루 구동부의 경우, 4개의 스크루 구동부 중 하나 이상의 스크루 구동부는, 볼들이 삽입된, 볼 스크루 너트와 볼 스크루 스핀들을 가진 볼 스크루 구동부로서 구성된다. 대안으로 또는 그 외에도, 하나 이상의 스크루 구동부는 롤러 스크루 구동부(roller screw drive)로서 구성될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 조합된 형태의 다양한 스크루 구동부들도 사용될 수 있는데, 예를 들어, 롤러 스크루 구동부를 가진 볼 스크루 구동부가 사용될 수 있거나, 혹은 볼 스크루 구동부 또는 롤러 스크루 구동부가 통상적인 스크루 구동부와 함께 사용될 수 있다.

하기에 기술되고 예시된 실시예에서는, 본 발명의 개념은 볼 스크루 구동부로 설명된다. 대안으로 또는 그 외에도, 4-단(stage) 텔레스코프식 액츄에이터를 형성하기 위하여, 롤러 스크루 구동부 또는 통상적인 스크루 구동부가 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 선형 액츄에이터로서 구성될 수 있는 텔레스코프식 액츄에이터는, 완전히 연장된 상태(fully extended state)의 텔레스코프식 액츄에이터의 축방향 길이(axial length)는 완전히 철회된 상태(fully retracted state)의 축방향 길이의 2.5배이거나 또는 2.5배보다 크며, 특히 2.8배이거나 또는 2.8배보다 크고, 바람직하게는 2.9배이거나 또는 2.9배보다 크며, 그리고, 특히 바람직하게는 3배이거나 또는 3배보다 크도록 구성될 수 있다. 이는, 완전히 철회된 상태에 있는 특히 작은 형상의 텔레스코프식 액츄에이터에서, 큰 연장 경로를 구현하는 것이 가능하다는 의미이다. 본 발명에 따르면, 예를 들어, 완전히 철회된 상태에 있는 텔레스코프식 액츄에이터가 100cm의 축방향 길이를 가지면, 텔레스코프식 액츄에이터의 길이를 300cm 또는 300cm보다 더 크게 연장시킬 수 있다. 연장된 상태의 길이는 철회된 상태의 길이의 최대 4배로 제한된다.

총 연장 경로는 4개의 볼 스크루 구동부의 4개의 부분 연장 경로들로 구성된다. 이는, 각각의 볼 스크루 구동부가 한 연장 경로를 가지며, 4개의 연장 경로를 추가하게 되면, 텔레스코프식 액츄에이터의 총 연장 경로를 제공하게 된다는 의미이다. 또한, 본 발명에 따르면, 볼 스크루 너트와 볼 스크루 스핀들의 스레드의 피치에 의해 각각의 부분 연장 경로에 영향이 미칠 수 있다. 특히, 다양한 작동 위치에서, 텔레스코프식 액츄에이터가 4개의 동시에 연장될 수 있는 볼 스크루 구동부를 가지는 연장 또는 철회 동안, 서로에 대해 4개 모두의 볼 스크루 구동부의 조절(coordination)이 가능하다. 이는, 당김 순서(pulling sequence)가 개별 단계의 구동 또는 마찰 상태에 좌우되지 않는 이점을 가진다.

텔레스코프식 액츄에이터가 양쪽에서 축방향으로 연장될 수 있도록 하기 위하여, 4개의 볼 스크루 구동부는 제1 쌍(first pair)과 제2 쌍(second pair)이 얻어지도록 쌍들로 나뉜다. 제1 쌍은 텔레스코프식 액츄에이터로부터 한 쪽에서 축방향으로 연장될 수 있고 제2 쌍은 텔레스코프식 액츄에이터(1)의 맞은편 쪽에서 역시 축방향으로 연장될 수 있다. 구동 토크가 반대로 작용할 때, 철회 운동(retraction movement)이 수행된다. 바람직하게는, 각각의 쌍의 2개의 스크루 구동부는 서로 반대인 피치 방향을 가진다. 이는, 한 스크루 구동부는 좌측으로 작동되고(left-handed), 이와 반대로, 똑같은 쌍의 다른 스크루 구동부는 우측으로 작동된다(right-handed)는 것을 의미한다.

각각의 볼 스크루 구동부 쌍은 내부 및 외부 볼 스크루 스핀들을 가지되, 철회된 상태에서, 각각, 내부 볼 스크루 스핀들은, 특히, 동심적으로(concentrically), 외부 볼 스크루 스핀들 내에 수용된다(received). 제1 내부 볼 스크루 구동부 쌍은 철회된 상태에서 제2 외부 볼 스크루 구동부 쌍의 완전히 내부에 배열된다(arranged absolutely inside). 축방향으로부터 돌출되는 반경 방향에 대하여, 각각의 볼 스크루 구동부는 서로의 내부에 동심적으로 적층되어 배열되는데(arranged stacked concentrically), 철회된 상태에서, 축방향으로 적어도 부분적으로 적층된다. 각각의 볼 스크루 구동부 쌍이 동시에 연장 운동 또는 철회 운동을 수행할 수 있도록 하기 위하여, 각각의 쌍의 스레드 프로파일(thread profile)은 반대 방향으로 배열된다. 그러면, 제1 볼 스크루 스핀들의 조임 운동(screwing-out movement)은 쌍으로 상기 제1 볼 스크루 스핀들에 연결된 제2 스레드형 스핀들의 조임 운동을 하게 하며, 그 반대로, 제2 스레드형 스핀들의 조임 운동은 제1 볼 스크루 스핀들의 조임 운동을 하게 한다.

따라서, 개별 볼 스크루 구동부는, 연장 운동 또는 철회 운동의 각각의 작동 단계에서, 텔레스코프식 액츄에이터의 하우징에 대한 절대 위치 및 서로에 대한 상대 위치가 형성되도록, 행정 분할(stroke division)을 가진다.

특히, 회전 방향으로 구동 토크를 제공하기 위한 모터는 선형 운동의 축방향 축(axial axis)에 대해 평행하고 이격 배열되며(offset), 보조 수단에 의해 토크를 전달하는데, 이러한 보조 수단은, 예를 들어, 기어휠(gearwheel) 또는 웨지 벨트(wedge belt) 또는 체인 구동부(chain drive) 일 수 있다. 모터 자체는 특히 전기 모터로 구성되며, 예를 들어, 주파수-조절식 회전 전류 모터, 회전 전류 서보 모터 또는 스테핑 모터일 수 있다.

게다가, 구동 휠은 텔레스코프식 액츄에이터의 하우징 내에서 회전 가능하게 배열된다. 특히, 구동 휠은 1 자유도의 회전을 가진 플로팅 베어링(floating bearing)과 함께 축방향으로 이동하기 위해 장착된다. 보조 수단에 의해, 구동 토크는 구동 휠로 전달되는데, 구동 휠은 함께 회전하기 위해 슬리브에 결합되는데, 이는 밑에 기술될 것이다. 에너지를 모터에 제공함으로써, 토크가 구동 휠에 전달되고, 텔레스코프식 액츄에이터는 연장 운동 또는 철회 운동을 수행한다.

이를 위하여, 하우징의 한 단부에서, 제1 볼 스크루 구동부의 제1 볼 스크루 너트는, 함께 회전하고 함께 축방향으로 이동하기 위해 하우징에 결합된다. 제1 볼 스크루 스핀들이 회전 운동을 수행하면, 볼 스크루 스핀들은 볼 스크루 너트로부터 들어가거나 볼 스크루 너트 내로 들어가는데 즉 선형 운동을 수행한다.

연장 단부에서, 제1 볼 스크루 스핀들은, 함께 회전하고 함께 축방향으로 이동하기 위해 제2 볼 스크루 스핀들 너트에 결합된다. 이는 제2 볼 스크루 스핀들 너트가 하우징에 대해 이동될 수 있지만, 함께 회전하고 함께 이동하기 위해 제1 볼 스크루 스핀들의 단부에 결합된다는 것을 의미한다. 제2 볼 스크루 스핀들 너트 내로 안내되는(guided) 제2 볼 스크루 스핀들은 베어링 포인트(bearing point)에 결합되며, 특히, 함께 회전하고 함께 이동하기 위해 텔레스코프식 액츄에이터에 의해 이동된다. 따라서, 제2 볼 스크루 스핀들 너트가 회전 운동하면 제2 볼 스크루 스핀들 너트가 제2 볼 스크루 스핀들 주위로 회전되고, 스레드 피치(thread pitch) 때문에, 상기 회전 운동은 제2 볼 스크루 스핀들의 선형 운동으로 변환된다. 그러면, 제1 볼 스크루 구동부와 제2 볼 스크루 구동부의 스레드 피치를 조절(coordination)하면, 제1 볼 스크루 구동부와 제2 볼 스크루 구동부가 하우징으로부터 연장되고 하우징 내로 철회되어 서로에 대해 이동되는 비율(ratio)이 표시된다(dictated).

구동 토크가 제1 볼 스크루 스핀들에 전달되고 제1 볼 스크루 스핀들이 회전 운동을 수행할 수 있도록 하기 위하여, 함께 회전하고 함께 축방향으로 이동하기 위해 구동 휠에 결합되는 제1 슬리브가 제공된다. 제1 슬리브는 축방향으로 제1 자유도를 가진 플로팅 베어링을 가지는데, 그에 따라 제1 볼 스크루 스핀들에 결합된다. 특히, 상기 제1 슬리브는, 외주(outer circumference)가 제1 볼 스크루 스핀들에 결합된 내부 방향으로 안내되는 연속부(continuation)와 스플라인 허브와 폼-피팅 결합되는 홈을 가지도록, 스플라인 샤프트(spline shaft)로서 구성된다. 이런 방식으로, 슬리브의 회전 운동은 스플라인 허브에 전달되며 따라서 제1 볼 스크루 스핀들에 전달된다. 이렇게 내부 방향으로 안내되는 연속부는 홈 내에서 축방향으로 이동 가능하도록 장착될 수 있으며, 이와 동시에, 회전 운동도 전달될 수 있다.

제3 볼 스크루 구동부와 제4 볼 스크루 구동부는 텔레스코프식 액츄에이터의 맞은편 쪽에서 연장된다. 이를 위하여, 제3 볼 스크루 너트는, 함께 회전하고 함께 축방향으로 이동하기 위해 하우징에 결합된다. 따라서, 제3 볼 스크루 스핀들의 회전 운동은 제3 볼 스크루 너트에 대한 연장 운동 또는 철회 운동으로 이어진다. 제3 볼 스크루 스핀들의 연장부 쪽 단부에, 제4 볼 스크루 너트가, 함께 회전하고 이동하기 위해 결합되며, 제4 볼 스크루 너트는 제4 볼 스크루 스핀들 주위에 결합된다. 따라서, 제4 볼 스크루 너트는 하우징에 대해 이동될 수 있지만, 제3 볼 스크루 스핀들의 단부에 결합된다.

제4 볼 스크루 스핀들은, 함께 회전하고 함께 축방향으로 이동하기 위해 제2 베어링 포인트에 결합되며, 제2 베어링 포인트는 축방향으로 제1 베어링 포인트의 맞은편에 배열된다. 따라서, 제4 볼 스크루 너트의 회전 운동은 제4 볼 스크루 스핀들의 선형 운동으로 변환된다. 철회 운동 및 연장 운동에 의해, 제1 베어링 포인트와 제2 베어링 포인트는 선형 방향으로 서로로부터 멀어지도록 이동되거나 혹은 서로를 향해 이동된다.

이제, 구동 토크가 제3 볼 스크루 스핀들에 전달될 수 있도록 하기 위하여, 제3 볼 스크루 스핀들은, 함께 회전하기 위해 제2 슬리브에 결합된다. 제2 슬리브는, 함께 회전하기 위해 구동 휠에 결합되고, 축방향으로 제1 자유도를 가진 회전 고정된 플로팅 베어링을 가지며, 제3 볼 스크루 스핀들의 회전 운동은 변환되지만, 제3 볼 스크루 스핀들은 제2 슬리브에 대해 축방향으로 이동하도록 장착되며 그에 따라 하우징으로부터 연장되거나 하우징 내로 철회된다. 제2 슬리브는 반경 방향에 대해 제1 슬리브 내에 동심적으로 장착된다(concentrically mounted). 축방향에서, 제1 슬리브와 제2 슬리브의 길이는 슬리브로 구동된 볼 스크루 스핀들의 각각의 연장 경로(extension path)에 좌우된다.

특히, 하우징 자체는 회전 고정 방식으로 장착된다. 축방향에 대해, 하우징은 자체적으로 축방향으로 이동될 수 있도록 장착되고 축방향으로 제자리에 고정될 수 있게끔 장착되는 것도 고려할 수 있는데, 그에 따라, 철회 또는 연장 운동을 수행하는 동안, 축방향으로 고정되어 장착된 하우징에 대해, 제1 베어링 포인트는 제2 볼 스크루 스핀들의 연장부 쪽 단부에 의해 이동되고 제2 베어링 포인트는 제4 볼 스크루 스핀들의 연장부 쪽 단부에 의해 이동된다.

볼 스크루 구동부의 마찰 상태(friction condition)로 인해, 볼 스크루 구동부는 매우 작은 피치 각도(pitch angle)에서는 자체-잠금(self-locking) 되지 않는다. 본 발명에 따르면, 원하는 연장 길이에 도달하고 난 뒤에, 원하지 않는 축방향 이동을 방지하기 위한 브레이크 메커니즘도 제공된다.

본 발명에 따르면, 위치 결정을 위하여, 예를 들어, 구동 모터의 회전 센서에 의해, 간접 경록 측정(indirect path measurement)을 수행할 수 있거나, 또는 대안으로, 축방향 경로 측정에 의해, 예를 들어, 케이블-당김 센서(cable-pull sensor)에 의해, 각각의 연장 위치를 결정하는 것도 가능하다. 예를 들어, 총 연장 경로(total extension path)를 결정하기 위해 측정 시스템이 제공될 수 있다. 또한, 서로에 대한 제1 쌍 및 제2 쌍의 각각의 연장 길이를 결정하기 위해 2개의 부분 측정 시스템도 가능하다.

본 발명에 따르면, 최소의 하중-지탱 성능(load-bearing capacity)을 가진 볼 스크루 구동부를 롤러 스크루 구동부(roller screw drive)로 대체하는 것도 고려해 볼 수 있다. 이는 특히 제4 내부 볼 스크루 구동부와 관련이 있다.

본 발명의 추가적인 이점, 특징, 성질 및 양태들은 하기 상세한 설명의 주제가 된다. 바람직한 실시예가 첨부도면에 개략적으로 도시된다. 이러한 도면은 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 제공된다.
도 1은 완전히 연장된 상태에 있는 텔레스코프식 액츄에이터,
도 2는 완전히 철회된 상태에 있는 텔레스코프식 액츄에이터.
도면에서, 동일하거나 또는 유사한 구성요소들은, 명확성을 위해, 이러한 구성요소들이 반복적으로 기술되지는 않지만, 동일한 도면부호로 표시된다.

도 1과 2는, 본 발명에 따른 텔레스코프식 액츄에이터(1)를, 각각, 완전히 연장된 상태(도 1) 및 완전히 철회된 상태(도 2)에 도시한 도면들이다. 이를 위하여, 텔레스코프식 액츄에이터(1)는 외부 하우징(2)을 가지되, 모터(3) 형태의 구동부가 회전 고정 방식으로(rotationally fixed) 하우징(2) 상에 배열된다. 이를 위하여, 모터(3) 자체는 볼 스크루 구동부의 중앙의 종축(5)에 대해 평행하게 이격 배열된(offset) 회전축(4)을 가진다. 모터(3)의 구동 토크(drive torque)가 볼 스크루 구동부에 전달되도록 하기 위하여, 모터(3)는 벨트(6)에 의해 구동 휠(7)에 결합된다. 따라서, 모터(3)의 회전 운동은 벨트(6)에 의해 구동 휠(7)에 전달되며 이에 따라 구동 휠(7)은 회전 운동을 수행한다.

또한, 본 명세서에서 상세하게 도시되지는 않았지만, 회전 운동은 벨트에 의해 구현되는 것이 아니라 기어휠 스테이지(gearwheel stage) 또는 심지어 직접 구동부(direct drive)에 의해 구현된다. 직접 구동부의 경우, 직접 구동부는 하우징(2) 주위에 직접 배열될 수 있다.

구동 휠(7) 자체는 특히 다양한 볼 스크루 구동부의 조립 또는 끼워맞춤(fitting)에 의해 표시되는(dictated) 다중-부분 디자인을 가진다. 구동 휠(7)은, 함께 회전하기 위해 제1 슬리브(8)에 결합되며, 제1 슬리브(8)는 롤러 베어링(9)에 의해 하우징(2)에 회전 가능하게 장착된다(rotatably mounted). 이를 위하여, 축방향(A)에서, 롤러 베어링(9)은 하우징(2)의 오목부(10)에 배열되어 리테이닝 링(11)으로 고정된다. 따라서, 슬리브(8), 뿐만 아니라 구동 휠(7)과 롤러 베어링(9)은 축방향(A) 위치에 고정되며, 제1 자유도의 회전이 중앙의 종축(5) 주위로 수행된다.

게다가, 제2 슬리브(12)가 제1 슬리브(8)에 동심적으로 배열되는데(arranged concentrically), 제2 슬리브(12)는, 함께 회전하기 위해 구동 휠(7)에 결합된다. 따라서, 구동 휠(7)의 회전 운동은 제2 슬리브(12)의 회전 운동을 보장한다.

구동 휠(7)의 회전 운동이 축방향(A)으로의 축방향 운동으로 변환될 수 있도록 하기 위하여, 제1 볼 스크루 너트(13)가 제공되는데, 상기 제1 볼 스크루 너트(13)는, 함께 회전하고 함께 축방향(A)으로 이동하기 위해 하우징(2)의 단부(14)에 결합된다. 내측 단부에서, 제1 볼 스크루 스핀들(15)이, 함께 회전하고 이동하기 위해 스플라인 허브(16)에 폼-피팅 결합된다(form-fit engagement). 이제, 제1 슬리브(8)가 중앙의 종축(5) 주위로 회전 운동을 수행하면, 스플라인 허브(16) 상에 반경 방향(R)으로 내부를 향해 배열된 연속부(continuation)(18)가 형성되며 제1 슬리브(8)의 홈(17)에 폼-피팅 결합된다. 회전 운동은 상기 폼-피팅 결합에 의해 전달되며, 이와 동시에, 축방향(A)에서 플로팅 베어링(floating bearing)과 같이, 축방향(A)으로 이동될 수도 있다. 제1 볼 스크루 너트(13)의 회전 운동에 의해, 제1 볼 스크루 스핀들(15)은 볼 스크루 너트(13)로부터 연장 운동(extension movement)에서 축방향(A)으로 외부를 향해 제1 베어링 포인트(19)에 조여지며(screwed), 반대로 회전 운동하면, 하우징(2)에 조여진다.

제1 볼 스크루 스핀들(15)의 베어링-쪽 단부(20)에, 함께 회전하고 이동하기 위해 제2 볼 스크루 너트(21)가 장착된다. 제1 볼 스크루 스핀들(15)이 회전 운동하는 동안, 제2 볼 스크루 너트(21)도 회전되며, 제1 볼 스크루 스핀들(15)의 베어링-쪽 단부(20)의 축방향 이동으로 인해 제2 볼 스크루 너트(21)도 축방향으로 이동된다.

제2 볼 스크루 스핀들(22)은, 함께 회전하고 이동하기 위해 제1 베어링 포인트(19)에 연결된다. 제2 볼 스크루 너트(21)의 회전 운동에 의해, 제2 볼 스크루 너트(21)는 제1 베어링 포인트(19) 방향으로 제1 볼 스크루 스핀들(15)로부터, 그리고, 하우징(2)으로부터 제2 볼 스크루 스핀들(22)을 조이고, 반대 회전 운동으로 인해, 하우징(2)에 조여진다. 이는 제1 볼 스크루 구동부(K1)와 제2 볼 스크루 구동부(K2)의 반대방향 스레드 회전(opposite thread turn)으로 인해 구현된다. 따라서, 제1 베어링 포인트(19)는 하우징(2)에 대해 축방향(A)으로 이동된다. 본 발명에 따르면, 비록 도 1에 도시되지는 않았지만, 케이블-당김(cable-pull)을 이용하는 측정 시스템을 사용하는 것이 가능한데, 상기 측정 시스템은, 제1 베어링 포인트(19)와 제4 볼 스크루 스핀들(31)에서, 제1 베어링 포인트(19)와 제4 볼 스크루 스핀들(31) 사이의 연장 경로(extension path)를 측정하여 그에 따라 전체 이동을 측정하고 표시한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 제1 볼 스크루 구동부와 제2 볼 스크루 구동부는 외부의 제2 쌍(second pair)을 형성하는데, 제1 볼 스크루 스핀들(15)은 제1 슬리브(8)의 외부 주위에 결합되고, 제2 볼 스크루 스핀들(22)은 반경 방향(R)에 대해 제1 슬리브(8)와 제2 슬리브(12) 사이에 결합된다.

축방향(A)으로 반대 쪽에서, 함께 회전하고 함께 이동하기 위해, 제3 볼 스크루 너트(23)가 하우징(2)에 결합되는데, 특히, 여기서는, 하우징(2)의 커버(24)에 결합된다. 제3 볼 스크루 스핀들(25)은, 함께 회전하기 위해 제2 스플라인 허브(26)에 결합되는데, 상기 제2 스플라인 허브(26)는 외부를 향해 배열된 연속부(27)를 가지며, 상기 연속부(27)는 폼-피팅 방식으로 제2 슬리브(12)의 내측 홈(28)에 결합되어, 중앙의 종축(5) 주위로 회전하는 회전 운동이 전달되고, 이와 동시에, 플로팅 베어링과 같이 축방향으로 이동된다. 따라서, 구동 휠(7)에 위해 제2 슬리브(12)에 제공된 회전 운동은 제3 볼 스크루 스핀들(25)에 전달되며, 이를 위해 제3 볼 스크루 스핀들(25)는 축방향(A)에서 제3 볼 스크루 너트(23)에 대해 하우징(2)으로부터 연장된다.

제4 볼 스크루 너트(30)가 제3 볼 스크루 스핀들(25)의 외측 단부(29)에 배열된다. 제4 볼 스크루 너트(30)는, 함께 회전하고 함께 이동하기 위해 제3 볼 스크루 스핀들(25)의 단부(29)에 결합된다. 따라서, 제3 볼 스크루 스핀들(25)의 단부(29)가 연장됨으로써, 제4 볼 스크루 너트(30)가 축방향으로 이동되게 한다.

제4 볼 스크루 스핀들(31)은, 함께 회전하고 이동하기 위해 제2 베어링 포인트(32)에 연결되며, 제2 베어링 포인트(32)는 축방향(A)에 대해 제1 베어링 포인트(19)의 맞은편에 배열된다. 제4 볼 스크루 너트(30)의 회전 운동에 의해, 제4 볼 스크루 스핀들(31)이 제4 볼 스크루 너트(30)에 대해 철회되거나 연장될 수 있다. 이런 방식으로, 제4 볼 스크루 스핀들(31)은 제3 볼 스크루 스핀들(25)로부터 연장되고 그에 따라 하우징(2)으로부터 연장된다. 제3 볼 스크루 구동부(K3)와 제4 볼 스크루 구동부(K4)의 스레드 회전은 반대 방향으로 구현된다.

철회된 상태에 있는 도면에 따르면, 제4 볼 스크루 스핀들(31)은 반경 방향에 대해 동심적으로 배열된 제1 볼 스크루 스핀들(15)에 장착되고, 제3 볼 스크루 스핀들(25)은 제2 슬리브(12) 내로 철회된다.

게다가, 하우징(2)이 베이스(base), 기계 베드(machine bed) 등에 고정된 베어링(33)이 제공되는데, 이들은 상세하게 도시되지 않는다. 베어링(33)은, 상기 베어링이 선형 액츄에이터(linear actuator)의 중앙의 종축(5)에 대해 회전하지 못하도록 고정되며 축방향(A)으로 제자리에 고정되거나 혹은 자체적으로 축방향(A)으로 이동될 수 있게끔 장착되도록 구성된다. 전자(former)의 경우, 제1 베어링 포인트(19)와 제2 베어링 포인트(32)가 하우징(2)의 절대 위치(absolute position)로부터 축방향으로 이동시키는 것이 가능하다. 베어링(33)이 자체적으로 축방향으로 이동될 수 있도록 구성되면, 텔레스코프식 액츄에이터(1)를 사용하여, 제1 베어링 포인트(19)와 제2 베어링 포인트(32)가 서로를 향해 상대적으로 이동될 수 있거나 또는 서로로부터 멀어지도록 이동될 수 있는데, 이는 예를 들어 작업 플랫폼(work platform)의 시저 구동부(scissor drive)에서 가능할 것이다.

도 1 및 도 2는 연장된 상태에 있는 총 길이(LG)와 철회된 상태에 있는 총 길이(LE)를 보여준다. 또한, 도 1은, 텔레스코프식 액츄에이터(1)가 양쪽에서 연장되기 때문에, GA1+GA2로 구성된 총 연장 경로(total extension path)도 도시한다. 연장 경로(GA1 및 GA2)는 각각의 볼 스크루 구동부(K1, K2, K3, K4)의 부분 연장 경로(G1 내지 G4)로 구성된다.

1 : 텔레스코프식 액츄에이터 2 : 하우징
3 : 모터 4 : 회전축
5 : 중앙의 종축 6 : 벨트
7 : 구동 휠 8 : 제1 슬리브
9 : 롤러 베어링 10 : 오목부
11 : 리테이닝 링 12 : 제2 슬리브
13 : 제1 볼 스크루 너트와 같은 스크루 너트
14 : 하우징(2)의 단부
15 : 제1 볼 스크루 스핀들과 같은 스레드형 스핀들
16 : 스플라인 허브 17 : 제1 슬리브(8)의 홈
18 : 스플라인 허브(16)의 연속부 19 : 제1 베어링 포인트
20 : 제1 볼 스크루 스핀들(15)의 베어링 쪽 단부
21 : 제2 볼 스크루 너트와 같은 스크루 너트
22 : 제2 볼 스크루 스핀들과 같은 스레드형 스핀들
23 : 제3 볼 스크루 너트와 같은 스크루 너트
24 : 하우징(2)의 커버
25 : 제3 볼 스크루 스핀들과 같은 스레드형 스핀들
26 : 제2 스플라인 허브
27 : 제2 스플라인 허브의 연속부 28 : 제2 슬리브(12)의 홈
29 : 제3 볼 스크루 스핀들(25)의 외측 단부
30 : 제4 볼 스크루 너트와 같은 스크루 너트
31 : 제4 볼 스크루 스핀들과 같은 스레드형 스핀들
32 : 제2 베어링 포인트 33 : 베어링
A : 축방향
G1 : K1의 부분 연장 경로 G2 : K2의 부분 연장 경로
G3 : K3의 부분 연장 경로 G4 : K4의 부분 연장 경로
GA1 : 연장 경로 GA2 : 연장 경로
LG : 연장된 상태에 있는 총 길이
LE : 철회된 상태에 있는 총 길이
K1 : 제1 볼 스크루 구동부와 같은 스크루 구동부
K2 : 제2 볼 스크루 구동부와 같은 스크루 구동부
K3 : 제3 볼 스크루 구동부와 같은 스크루 구동부
K4 : 제4 볼 스크루 구동부와 같은 스크루 구동부
R : 반경 방향

Claims

선형 운동을 수행하기 위한 텔레스코프식 액츄에이터(1)로서, 텔레스코프식 액츄에이터(1)는 스레드형 스핀들이 스크루 너트에 대해 선형으로 연장되거나 철회될 수 있도록 구동 토크를 스크루 구동부에 제공하는 모터(3)를 포함하는, 텔레스코프식 액츄에이터(1)에 있어서,
텔레스코프식 액츄에이터(1)는 4개의 스크루 구동부(K1, K2, K3, K4)를 가지고 양쪽에서 축방향(A)으로 연장되거나 철회되며, 총 연장 경로(GA)는 4개의 부분 연장 경로(G1, G2, G3, G4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항에 있어서, 하나 이상의 스크루 구동부는 볼 스크루 너트(13, 21, 23, 30)와 볼 스크루 스핀들(15, 22, 25, 31)을 가진 볼 스크루 구동부(K1, K2, K3, K4)로서 구성되거나, 및/또는 하나 이상의 스크루 구동부는 롤러 스크루 너트와 롤러 스크루 스핀들을 가진 롤러 스크루 구동부로서 구성되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 완전히 연장된 텔레스코프식 액츄에이터(1)의 축방향 길이(LG)는 완전히 철회된 텔레스코프식 액츄에이터(1)의 축방향 길이(LE)의 2.5배이거나 또는 2.5배보다 크며, 특히 2.8배이거나 또는 2.8배보다 크고, 바람직하게는 2.9배이거나 또는 2.9배보다 크며, 특히 바람직하게는 3배이거나 또는 3배보다 큰 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연장 운동 동안 총 연장 경로가 분할(division)되는 것은, 각각의 스크루 구동부(K1, K2, K3, K4)의 피치(pitch) 및/또는 각각의 스크루 구동부(K1, K2, K3, K4)의 피치 방향에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 4개의 스크루 구동부(K1, K2, K3, K4)는 쌍(pair)들로 분할되며, 제1 쌍은 텔레스코프식 액츄에이터(1)로부터 한 쪽에서 연장될 수 있고 제2 쌍은 텔레스코프식 액츄에이터(1)로부터 맞은편 쪽에서 연장될 수 있으며, 바람직하게는, 2개의 스크루 구동부 쌍의 각각의 피치 방향은 반대 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제5항에 있어서, 각각의 스크루 구동부 쌍은 내부 및 외부 스레드형 스핀들을 가지되, 제1 쌍은 바람직하게는 제2 쌍 내부에 배열되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제5항 또는 제6항에 있어서, 구동 토크는 내부 제1 쌍에 제공되고, 이와 동시에, 외부 제2 쌍에도 제공되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 하우징(2)이 제공되는데, 외부 제1 쌍의 외부 제1 스크루 구동부(K1)를 위한 제1 스크루 너트(13)가, 함께 회전하고 함께 축방향(A)으로 이동하기 위해 하우징(2)에 결합되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제8항에 있어서, 제2 스크루 너트(21)가, 함께 회전하고 함께 축방향(A)으로 이동하기 위해 제1 스레드형 스핀들(15)에 결합되며, 외부 제2 쌍의 제2 내부 스레드형 스핀들(22)은, 함께 회전하고 함께 축방향(A)으로 이동하기 위해 제1 베어링 포인트(19)에 결합되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 쌍의 제3 외부 스레드형 스핀들(25)의 제3 스크루 너트(23)가, 함께 회전하고 함께 축방향(A)으로 이동하기 위해 하우징(2)에 결합되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제10항에 있어서, 제4 스크루 너트(30)가, 함께 회전하고 함께 축방향(A)으로 이동하기 위해 제3 스레드형 스핀들(25)의 축방향 단부(29)에 결합되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제11항에 있어서, 제4 스레드형 스핀들(31)이, 함께 회전하고 함께 축방향(A)으로 이동하기 위해 제2 베어링 포인트(32)에 결합되며, 제2 베어링 포인트(32)는 축방향(A)으로 제1 베어링 포인트(19) 맞은편에 배열되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 함께 회전하기 위해 구동 휠(7)에 결합되고 하우징(2)에 회전 가능하게 장착되는 제1 슬리브(8)가 제공되며, 제1 쌍은 제1 슬리브(8) 내로 철회될 수 있으며, 제1 슬리브(8)는, 함께 회전하기 위해 제2 쌍에 결합되는데, 특히, 축방향으로 1 자유도를 가진 플로팅 베어링에 의해 제1 스레드형 스핀들(15)에 결합되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 슬리브(8)이 회전 운동되면 제1 스레드형 스핀들(15)이 회전 운동하게 되어, 제1 스레드형 스핀들(15)이 제1 스크루 너트(13)에 대해 축방향으로 연장되거나 철회될 수 있으며, 제1 스레드형 스핀들(15)이 제2 스크루 너트(21)에 결합되기 때문에, 제2 스레드형 스핀들(25)은 제1 스레드형 스핀들(15)에 대해 축방향으로 연장되거나 철회될 수 있는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 함께 회전하기 위해 구동 휠(7)에 결합되고 하우징(2)에 회전 가능하게 장착되는 제2 슬리브(12)가 제공되며, 제1 쌍은 제2 슬리브(12) 내로 철회될 수 있으며, 제2 슬리브(12)는 축방향 1 자유도를 가진 플로팅 베어링을 가지며, 함께 회전하기 위해 제3 스레드형 스핀들(25)에 결합되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제15항에 있어서, 제2 슬리브(12)가 회전 운동되면 제3 스레드형 스핀들(25)이 회전 운동하게 되어, 제3 스레드형 스핀들(25)이 축방향(A)으로 연장되거나 철회될 수 있으며 제4 스레드형 스핀들(31)은 제3 볼 스크루 스핀들(25)에 대해 연장되거나 철회될 수 있는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제15항 또는 제16항에 있어서, 제2 스레드형 스핀들(22)은, 텔레스코프식 액츄에이터(1)가 철회될 때, 반경 방향(R)에 대해, 제1 슬리브(8)와 제2 슬리브(12) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 연장 경로의 위치가 결정되는 측정 시스템, 특히, 케이블-당김 측정 시스템이 제공되는 것을 특징으로 하는 텔레스코프식 액츄에이터.