KR20180058898A - 전동 액추에이터 - Google Patents

Abstract

전동 액추에이터에 관한 것으로, 구동력을 발생하는 모터부, 상기 모터부로부터 구동력을 전달받아 감속하는 감속부 및 상기 감속부에 의해 감속된 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 작동부를 포함하고, 상기 감속부는 상기 모터부에 마련된 모터의 출력축과 연결되고 상기 모터에서 발생한 구동력을 전달받아 1차 감속하는 제1 기어유닛, 1차 감속된 구동력을 2차 감속하는 제2 기어유닛 및 상기 모터부의 제1 하우징 전단에 결합되고 내부에 상기 제1 및 제2 기어유닛이 설치되는 공간이 마련되는 제2 하우징을 포함하는 구성을 마련하여, 유성기어를 포함하는 제1 및 제2 기어유닛과 볼스크루 타입의 회전축에 전후 이동 가능하게 체결되는 로드를 전후 방향으로 직선 왕복 운동시켜 유성기어와 스크루 타입의 체결 방식을 이용해서 직동형 전동 액추에이터의 구조를 견고하게 하고, 정밀도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

전동 액추에이터{ELECTRIC ACTUATOR}

본 발명은 전동 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 에너지를 공급받아 직선 왕복 운동하는 전동 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 기계 장치에는 운동시키고자 하는 대상물을 직선 왕복 운동시키거나, 각종 유체의 유량을 제어하는 밸브 또는 댐퍼의 개방도를 조정하기 위해 유압 액추에이터가 적용된다.

유압 액추에이터는 물 또는 특수한 기름인 유압 작동유의 압력을 기계적인 운동으로 변환하는 유압장치에서 최종목적인 직선 운동을 유발하는 요소이다.

예를 들어, 하기의 특허문헌 1에는 유압 액추에이터 구성이 개시되어 있다.

그러나 유압 액추에이터는 피스톤과 로드를 동작시키기 위해 유압을 전달하기 위한 유체 라인이 적용됨에 따라, 구성이 복잡하고, 소형화하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 유압 액추에이터는 각 부품과 유체 라인 등이 노후화되면서 유압 작동유가 누설되거나 부식 등으로 인해 작성 성능이 저하됨에 따라, 유지 보수가 어려운 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 전기 에너지를 이용해서 구동되는 전동 액추에이터가 사용되고 있다.

종래기술에 따른 전동 액추에이터는 제어부로부터의 구동신호에 의해 구동하는 구동 모터, 구동 모터의 회전을 감속하여 제어 대상의 회전축에 전달하는 감속 기어기구 및 회전축의 현재의 동작각(또는 동작범위)을 검출하는 동작각 검출기구를 구비한다.

예를 들어, 하기의 특허문헌 2에는 전동 액추에이터 구성이 개시되어 있다.

이러한 전동 액추에이터에는 다수의 평기어를 다단으로 적층하여 구성하거나, 태양 기어, 유성 기어 및 내부 기어로 이루어지는 유성 기어기구가 적용되는 감속기구가 적용된다.

대한민국 특허 공개번호 제10-2008-0033194호(2008년 4월 16일 공개) 대한민국 특허

그러나 종래기술에 따른 전동 액추에이터에 2단 평기어를 사용한 감속 기어기구를 적용하는 경우, 맞물림이 1개소에서 부하가 커지므로 원가가 높은 고강도재로 이루어지는 큰 평기어를 적용해야 하고, 구동 모터, 감속 기어기구 등을 수납하는 하우징이 대형화하여, 액추에이터를 소형, 경량화하기 어려운 문제점이 있었다.

한편, 특허문헌 2에 따른 전동 액추에이터는 유성 기어기구를 사용하고 있기 때문에, 2단 평기어를 사용한 감속 기어기구에 비해 부하를 분산할 수 있기 때문에 기어를 소형화할 수 있다.

따라서 감속기에 유성 기어를 적용해서 전동 액추에이터의 구성을 간단하게 하고, 소형화 및 경량화하면서도 정밀도를 향상시키고 에너지 소모를 최소화할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기 에너지를 공급받아 직선 왕복 운동을 실현하는 전동 액추에이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 소형화 및 경량화가 가능하고 정밀도를 향상시킬 수 있는 전동 액추에이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구조를 간단하게 하고, 내구성을 향상시킬 수 있는 전동 액추에이터를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전동 액추에이터는 구동력을 발생하는 모터부, 상기 모터부로부터 구동력을 전달받아 감속하는 감속부 및 상기 감속부에 의해 감속된 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 작동부를 포함하고, 상기 감속부는 상기 모터부에 마련된 모터의 출력축과 연결되고 상기 모터에서 발생한 구동력을 전달받아 1차 감속하는 제1 기어유닛, 1차 감속된 구동력을 2차 감속하는 제2 기어유닛 및 상기 모터부의 제1 하우징 전단에 결합되고 내부에 상기 제1 및 제2 기어유닛이 설치되는 공간이 마련되는 제2 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전동 액추에이터에 의하면, 유성기어를 포함하는 제1 및 제2 기어유닛과 볼스크루 타입의 회전축에 전후 이동 가능하게 체결되는 로드를 전후 방향으로 직선 왕복 운동시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 유성기어와 스크루 타입의 체결 방식을 이용해서 직동형 전동 액추에이터의 구조를 견고하게 하고, 정밀도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 스러스트 방향의 극력을 억제하고, 회전축과 유성기어 사이의 백래쉬를 최소화하며, 로드의 떨림을 방지하고, 마찰력을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동 액추에이터의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 감속부의 분해 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 작동부의 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동 액추에이터의 작동 상태를 보인 동작 상태도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동 액추에이터를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동 액추에이터의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도이다.

그리고 도 3은 도 1에 도시된 감속부의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 작동부의 분해 사시도이다.

이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동 액추에이터(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 구동력을 발생하는 모터부(20), 모터부(20)로부터 구동력을 전달받아 감속하는 감속부(30) 및 감속부(30)에 의해 감속된 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 작동부(40)를 포함한다.

모터부(20)는 전원을 공급받아 정회전 또는 역회전해서 구동력을 발생하는 모터(21)와 모터(21)의 외면을 커버하는 제1 하우징(22)을 포함할 수 있다.

감속부(30)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 모터(21)의 출력축과 연결되고 모터(21)에서 발생한 구동력을 전달받아 1차 감속하는 제1 기어유닛(31), 1차 감속된 구동력을 2차 감속하는 제2 기어유닛(32) 및 제1 하우징(22)의 전단과 결합되고 내부에 제1 및 제2 기어유닛(31,32)이 설치되는 공간이 마련되는 제2 하우징(33)을 포함할 수 있다.

제1 기어유닛(31)은 모터(21)의 출력축 상에 결합되고 구동력에 의해 회전하는 제1 선기어(311), 제1 선기어(311)의 외측에 설치되는 제1 링기어(312), 제1 선기어(311)와 제1 링기어(312) 사이에 설치되는 복수의 제1 유성기어(313) 및 복수의 제1 유성기어(313)가 설치되는 제1 캐리어(314)를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성되는 제1 기어유닛(31)은 모터(21)에서 발생한 구동력을 약 3:1의 비율로 감속할 수 있다.

제2 기어유닛(32)은 제1 캐리어(314)의 출력축 상에 결합되고 1차 감속된 구동력에 의해 회전하는 제2 선기어(321), 제2 선기어(321)의 외측에 설치되는 제2 링기어(322), 제2 선기어(321)와 제2 링기어(322) 사이에 설치되는 복수의 제2 유성기어(323) 및 복수의 제2 유성기어(323)가 설치되는 제2 캐리어(324)를 포함할 수 있다.

이와 함께, 제2 기어유닛(32)의 전면에는 제2 캐리어(324)의 출력축에 결합되고 2차 감속된 구동력을 작동부(40)로 전달하는 전달부재(34)가 설치될 수 있다.

전달부재(34)는 대략 원판 형상으로 형성되고, 전달부재(34)의 전면에는 작동부(40)의 회전축(41)이 결합되는 결합리브(341)가 형성되고, 결합리브(341)의 일측에는 회전축(41)에 마련된 고정핀이 삽입되는 삽입홈(342)이 형성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 제2 기어유닛(32)은 1차 감속된 구동력을 약 3:1의 비율로 감속할 수 있다.

그래서 모터(21)에서 발생한 구동력은 제1 및 제2 기어유닛(31,32)에 의해 약 10:1로 감속될 수 있다.

반면, 회전축(41)에 작용하는 토크는 모터(21)에서 발생한 구동력에 비해 약 1:10의 비율로 증대될 수 있다.

한편, 제2 하우징(33)의 전단과 후단에는 각각 전면 플레이트(35)와 후면 플레이트(36)가 결합되고, 전면 플레이트(35)의 양측에는 전동 액추에이터(10)를 차체 등에 고정하기 위한 고정 브래킷(37)이 결합될 수 있다.

그리고 커버 플레이트(36)와 제1 기어유닛(31)의 제1 링기어(312) 사이, 제1 기어유닛(31)의 제1 링기어(312)와 제2 기어유닛(32)의 제2 링기어(322) 사이 및 제2 기어유닛(32)과 전달부재(34)의 외측에는 각각 제1 기어유닛(31)과 제2 기어유닛(32) 및 전달부재(34)의 외측을 차폐하는 링 형상의 제1 내지 제3 커버(315,325,343)가 마련될 수 있다.

고정 브래킷(37)은 차체에 설치되는 고정 플레이트(371)와 고정 플레이트(371)의 상면에 미리 설정된 간격, 예컨대 전면 플레이트(35)의 폭에 대응되는 간격만큼 이격되어 상하 방향을 따라 설치되는 한 쌍의 설치 플레이트(372)를 포함할 수 있다.

여기서, 한 쌍의 설치 플레이트(372)의 상단부가 각각 제2 하우징(30)의 양측에 배치된 상태에서 전동 액추에이터(10)의 설치각도를 조절할 수 있도록, 한 쌍의 설치 플레이트(372)를 관통해서 제2 하우징(33)의 양측면에는 한 쌍의 조절축(373)이 결합될 수 있다.

작동부(40)는 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 감속부(30)의 전달부재(34)에 결합되는 회전축(41), 회전축(41)의 선단에 전후 방향으로 직선 왕복 운동 가능하게 결합되는 로드(42) 및 제2 하우징(33)의 전단에 결합되고 내부에 회전축(41)과 로드(42)의 일부분이 설치되는 공간이 마련되는 제3 하우징(43)을 포함할 수 있다.

제3 하우징(43)의 전면에는 전면 커버(431)가 설치되고, 전면 커버(431)의 중앙부에는 로드(42)의 직선 왕복 운동을 가이드하는 가이드 부재(44)가 설치될 수 있다.

가이드 부재(44)는 대략 원통 형상으로 형성되고, 가이드 부재(44)의 전단에는 제3 하우징(43)의 전면에 설치되는 플랜지(441)가 형성될 수 있다.

로드(42)는 단면이 대략 원 형상인 원형바로 마련되고, 로드(42)의 내부에는 회전축(41)의 회전에 따라 전후 방향으로 이동 가능하도록 회전축(41)이 삽입되는 삽입공간(421)이 형성될 수 있다.

로드(42)의 후단에는 로드(42)의 전방 이동시 로드(42)가 회전축(41) 및 제3 하우징(43)으로부터 완전히 분리되는 것을 방지하도록, 원형 플랜지(422)가 형성될 수 있다.

이러한 로드(42)의 후단부에는 삽입공간(421)의 후단을 차폐하는 차폐부재(45)가 결합될 수 있다.

차폐부재(45)는 로드(42)의 삽입공간(421) 후단에 결합되도록 대략 원통 형상으로 형성되고, 차폐부재(45)의 후단에는 결합 플랜지(451)가 형성될 수 있다.

이러한 차폐부재(45)는 결합 플랜지(451)를 관통해서 로드(42)의 원형 플랜지(422)에 체결되는 체결볼트에 의해 로드(42)의 후단에 고정될 수 있다.

그리고 회전축(41)의 외주면과 로드(42)에 결합된 차폐부재(45)의 내주면에는 각각 나사산이 형성될 수 있다.

그래서 로드(42)는 회전축(41)이 일측 방향, 예컨대 시계 방향으로 회전하면 후방으로 이동하고, 회전축(41)이 반대 방향, 예컨대 반시계 방향으로 회전하면 전방으로 이동할 수 있다.

한편, 로드(42)의 전단에는 직선 왕복 운동시키고자 하는 대상물과 결합되는 브래킷(46)이 설치될 수 있다.

여기서, 로드(42)의 전단부에는 상하 방향을 따라 결합축(423)이 결합되고, 브래킷(46)의 후단부는 결합축(423)을 중심으로 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.

다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동 액추에이터의 작동방법을 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동 액추에이터의 작동 상태를 보인 동작 상태도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전동 액추에이터(10)는 모터(21)에 인가되는 전원 및 제어신호에 따라 로드(42)를 전진 또는 후진 이동시켜 직선 왕복 운동을 구현한다.

상세하게 설명하면, 모터(21)는 전원 및 제어신호에 따라 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전해서 구동력을 발생한다.

즉, 모터(21)가 시계 방향으로 회전하면, 모터(21)의 출력축에 설치되는 제1 선기어(311)와 맞물리는 복수의 제1 유성기어(313)와 제1 캐리어(314)는 각각 반시계 방향으로 회전한다.

그리고 제1 캐리어(314)의 출력축에 설치된 제2 선기어(321)와 맞물리는 복수의 제2 유성기어(323)와 제2 캐리어(324)는 각각 시계 방향으로 회전한다.

이때, 모터(21)에서 발생한 구동력은 제1 및 제2 기어유닛(31,32)을 거쳐 약 10:1의 비율로 감속되고, 토크는 약 1:10의 비율로 증대된다.

이와 같이, 회전축(41)이 시계 방향으로 회전하면, 로드(42)는 후방으로 이동한다.

반면, 모터(21)와 회전축(41)이 반시계 방향으로 회전하면, 로드(42)는 전방으로 이동한다.

이에 따라, 로드(42)의 전단에 설치된 브래킷(46)에 결합된 대상물은 전후 방향으로 직선 왕복 운동한다.

여기서, 브래킷(46)은 로드(42)의 선단에 설치된 결합축(423)을 중심으로 회전 가능하게 설치됨에 따라, 상기 대상물은 로드(42)의 전방뿐만 아니라, 좌우측에 설치될 수도 있다.

그리고 전동 액추에이터(10)는 제2 및 제3 하우징(33,43) 사이에 전면 플레이트(35)가 고정 브래킷(37)의 양측에 설치되는 조절축(373)을 중심으로 회전 가능하게 설치됨에 따라, 상하 방향으로 설치 각도가 조절될 수 있다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 유성기어를 포함하는 제1 및 제2 기어유닛과 회전축에 전후 이동 가능하게 체결되는 로드를 전후 방향으로 직선 왕복 운동시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 유성기어와 스크루 타입의 체결 방식을 이용해서 직동형 전동 액추에이터의 구조를 견고하게 하고, 정밀도를 향상시킬 수 있다.

그리고 본 발명은 스러스트 방향의 극력을 억제하고, 회전축과 유성기어 사이의 백래쉬를 최소화하며, 로드의 떨림을 방지하고, 마찰력을 최소화할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 유성기어와 스크루 타입의 체결 방식을 이용해서 직동형 전동 액추에이터의 구조를 견고하게 하고, 정밀도를 향상시는 기술에 적용된다.

10: 전동 액추에이터 20: 모터부
21: 모터 22: 제1 하우징
30: 감속부 31,32: 제1,제2 기어유닛
311,321: 제1,제2 선기어 312,322: 제1,제2 링기어
313,323: 제1,제2 유성기어 314,324: 제1,제2 캐리어
315,325: 제1,제2 커버 33: 제2 하우징
34: 전달부재 341: 결합리브
342: 삽입홈 343: 제3 커버
35: 전면 플레이트 36: 후면 플레이트
37: 고정 브래킷 371: 고정 플레이트
372: 설치 플레이트 373: 조절축
40: 작동부 41: 회전축
42: 로드 421: 삽입공간
422: 원형 플랜지 423: 결합축
43: 제3 하우징 431: 전면 커버
44: 가이드 부재 441: 플랜지
45: 차폐부재 451: 결합 플랜지
46: 브래킷

Claims (8)

1. 구동력을 발생하는 모터부,
   상기 모터부로부터 구동력을 전달받아 감속하는 감속부 및
   상기 감속부에 의해 감속된 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 작동부를 포함하고,
   상기 감속부는 상기 모터부에 마련된 모터의 출력축과 연결되고 상기 모터에서 발생한 구동력을 전달받아 1차 감속하는 제1 기어유닛,
   1차 감속된 구동력을 2차 감속하는 제2 기어유닛 및
   상기 모터부의 제1 하우징 전단에 결합되고 내부에 상기 제1 및 제2 기어유닛이 설치되는 공간이 마련되는 제2 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 기어유닛은
   상기 모터의 출력축 상에 결합되고 구동력에 의해 회전하는 제1 선기어,
   상기 제1 선기어의 외측에 설치되는 제1 링기어,
   상기 제1 선기어와 제1 링기어 사이에 설치되는 복수의 제1 유성기어 및
   상기 복수의 제1 유성기어가 설치되는 제1 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2 기어유닛은
   상기 제1 캐리어의 출력축 상에 결합되고 1차 감속된 구동력에 의해 회전하는 제2 선기어,
   상기 제2 선기어의 외측에 설치되는 제2 링기어,
   상기 제2 선기어와 제2 링기어 사이에 설치되는 복수의 제2 유성기어 및
   상기 복수의 제2 유성기어가 설치되는 제2 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 기어유닛의 전면에는 상기 제2 캐리어의 출력축에 결합되고 2차 감속된 구동력을 상기 작동부로 전달하는 전달부재가 설치되고,
   상기 전달부재는 원판 형상으로 형성되며,
   상기 전달부재의 전면에는 상기 작동부의 회전축이 결합되는 결합리브가 형성되고,
   상기 결합리브의 일측에는 상기 회전축에 마련된 고정핀이 삽입되는 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2 하우징의 전단과 후단에는 각각 전면 플레이트와 후면 플레이트가 결합되고,
   상기 전면 플레이트의 양측에는 상기 전동 액추에이터를 차체에 상하 회전 가능하게 고정하는 고정 브래킷이 결합되며,
   상기 고정 브래킷은 차체에 설치되는 고정 플레이트와
   상기 고정 플레이트의 상면에 상기 전면 플레이트의 폭에 대응되는 간격만큼 이격되어 상하 방향을 따라 설치되는 한 쌍의 설치 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 작동부는 상기 감속부의 전달부재에 결합되는 회전축,
   상기 회전축의 선단에 전후 방향으로 직선 왕복 운동 가능하게 결합되는 로드 및
   상기 감속부의 제2 하우징 전단에 결합되고 내부에 상기 회전축과 로드의 일부분이 설치되는 공간이 마련되는 제3 하우징을 포함하고,
   상기 제3 하우징의 전면에는 전면 커버가 설치되며,
   상기 전면 커버의 중앙부에는 상기 로드의 직선 왕복 운동을 가이드하는 가이드 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
7. 제6항에 있어서,
   상기 로드의 내부에는 상기 회전축의 회전에 따라 전후 방향으로 이동 가능하도록 상기 회전축이 삽입되는 삽입공간이 형성되고,
   상기 로드의 후단에는 상기 로드의 전방 이동시 상기 로드가 회전축 및 제3 하우징으로부터 완전히 분리되는 것을 방지하는 원형 플랜지가 형성되며,
   상기 로드의 후단부에는 상기 삽입공간의 후단을 차폐하는 차폐부재가 결합되고,
   상기 차폐부재는 상기 로드의 삽입공간 후단에 결합되도록 원통 형상으로 형성되며,
   상기 회전축의 외주면과 로드에 결합된 차폐부재의 내주면에는 각각 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.
8. 제7항에 있어서,
   상기 로드의 전단에는 직선 왕복 운동시키고자 하는 대상물과 결합되는 브래킷이 설치되고,
   상기 로드의 전단부에는 상하 방향을 따라 결합축이 결합되며,
   상기 브래킷의 후단부는 상기 결합축을 중심으로 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 전동 액추에이터.

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