KR20200090344A - 무자석형 고정밀성 전자실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무자석형 고정밀성 전자실린더에 관한 것으로, 고정체(E1)에 장착되는 실린더로드(240)와, 실린더로드(240)가 삽입 구비되도록 중공홀(S2)이 관통 형성되어 있고, 중공홀(S2)과 연통되는 절단개구(212)가 형성되어 있는 실린더바디(210)와, 실린더바디(210)의 내주면(210a)에서 등간격으로 돌출 형성되어서 코일(231,232,233,234)을 권취하기 위한 복수의 슬롯(221,222,223,224,225)과, 슬롯(221,222,223,224,225)에 권취되는 복수의 코일(231,232,233,234)을 포함하여 구성되고, 복수의 코일(231,232,233,234)은 상하방향으로 각 코일이 부분적으로 중첩되도록 권취되며, 실린더바디(210)가 상승 및 하강하도록 중첩적으로 권취된 복수의 코일(231,232,233,234)에는 개별 및 독립적으로 전류를 인가되며, 실린더로드(240)의 외주면(243a)에는 닫힌(closed) 형태의 도전성 루프(310)가 연속적으로 반복 형성되어 있는 것을 특징으로 하고, 이에 의하면, 승하강을 원활하게 할 수 있는 이점이 있다.

Description

무자석형 고정밀성 전자실린더{A PERMANENT MAGNET FREE ELECTRIC CYLINDER}

본 발명은 전자실린더에 관한 것으로, 특히 영구자석(코어돌기 및 로드돌기)을 채택하지 않고, 슬롯에 권취하는 코일을 수직방향으로 부분적으로 중첩되도록 권취하고, 각 코일에는 실린더바디의 승하강 동작 상태에 따라서 개별 독립적으로 전류 인가를 제어함으로써, 부품수 및 생산 공수를 줄여서 제품의 생산 원가를 획기적으로 절감할 수 있도록 하고, 또한 실린더로드의 외주면에 도전성 루프를 형성함으로써 상호작용하는 힘을 배가시켜서 승하강 동작의 정밀성을 향상시킬 수 있도록 하기에 적당하도록 한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 관한 것이다.

현재까지 실린더는 공기압 및 유압을 이용한 실린더가 주류를 이루고 있으며, 최근에는 볼스크류와 서보모터를 이용한 제품이 출시되고 있다.

그러나, 볼스크류와 서보모터를 이용한 실린더는 반응속도가 느리고, 소형화에 제약이 있다는 문제점이 있었다. 이러한 볼스크류와 서보모터를 이용한 실린더 방식의 문제점을 해결하기 위해서 제안된 기술이 대한민국 공개특허 제10-2006-0027449호에 의한 전자실린더가 알려져 있었다.

그러나, 공개특허 제10-2006-0027449호로 알려진 전자실린더는 상승과 하강의 승강 운동만이 가능하다는 동작상의 한계가 있었다.

이러한 공개특허 제10-2006-0027449호의 기술적 한계를 해결하기 위해서 개발된 기술이 본원발명의 출원인에 의해서 특허출원되어서 특허등록된 대한민국 등록특허 제 10-1088278 호(명칭: 전자실린더)가 알려져 있다.

위 등록특허 제 10-1088278 호에 의한 기술은 수평방향으로 정역회전이 가능하고, 수직방향으로 승하강이 가능하도록, 슬롯에 코어돌기를 형성하고 실린더로드에 영구자석으로 된 로드돌기를 형성하고 있는 것을 특징으로 하고 있으며, 그 구체적인 기술은 등록특허공보에 상술되어 있으므로 상세 설명은 생략한다.

그런데, 위 등록특허 제 10-1088278 호에 의한 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 코어돌기를 형성하는 것에 따른 부품수 및 생산 공수가 많아지고 또한 영구자석 채택에 따른 부품수가 증가하고 조립공수가 많아져서 결국 제품의 원가가 상승하여 제품의 상품 경쟁력이 저하되는 치명적인 문제점이 있었다.

둘째, 코어돌기와 로드돌기의 얼라인이 맞추는 작업이 여간 힘든 작업이 아니므로 작업성이 나쁘다는 문제가 있었다.

셋째, 코어돌기와 로드돌기의 얼라인 비정밀성에 따른 제품의 제어의 어려움이 있어서 제품의 동작신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

넷째, 기존의 영구자석을 사용한 기술은 영구자석 간의 갭에 의해서 표현이 불가능한 구역이 존재하여서 정밀성 내지 동작 신뢰성이 저하되는 문제가 있었다.

문헌1. 등록특허공보 제10-1088278호(공고일: 2011.11.30.) 문헌2. 공개특허 제10-2006-0027449호(공개일: 2006.03.28)

첫째, 영구자석(코어돌기 및 로드돌기)을 채택하지 않고, 슬롯에 권취하는 코일을 수직방향으로 부분적으로 중첩되도록 권취하고, 각 코일에는 실린더로드의 동작 상태(승하강 동작)에 따라서 개별 독립적으로 전류 인가를 제어함으로써, 부품수 및 생산 공수를 줄여서 제품의 생산 원가를 획기적으로 절감할 수 있도록 하고,

둘째, 종래와 같은 영구자석을 채택하는 경우의 문제점인 코어돌기와 로드돌기의 까다로운 얼라인 작업을 할 필요가 없어서 작업성을 향상시킬 수 있도록 하며,

셋째, 실린더바디의 동작 모드(승하강)에 따라서 중첩 권취된 각 코일에 대하여 전류 인가 제어를 수행함으로써, 영구자석 간의 갭에 의해서 표현이 불가능한 구역이 존재한다는 종래기술의 문제점을 해결하고, 동작 신뢰성 내지 정밀성을 향상시킬 수 있도록 하는 즉, 영구자석을 채택하지 않고 중첩 권취된 코일의 전류인가에 의해서 동작시킴으로써 표현 불가능한 구역이 존재하지 않아서 정밀성이 향상될 수 있도록 하며,

넷째, 대향하는 한 쌍의 코일에는 서로 반대의 자기극성이 발생하도록 서로 반대방향의 전류가 동시에 인가되도록 함으로써, 실린더바디의 동작(승하강)을 정밀하게 제어할 수 있도록 하고, 또한 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하며,

다섯째, 실린더로드의 외주면(표면)에 도전성 루프를 연속적으로 형성함으로써, 코일에 유도되는 자기력과 자기적 상호작용을 할 수 있어서 자력을 크게 하고 실린더바디가 승하강하는 힘을 높일 수 있도록 하며,

여섯째, 간단한 구성에 의해서 실린더바디를 원활하게 브레이킹 할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 무자석형 고정밀성 전자실린더를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 무자석형 고정밀성 전자실린더는, 고정체(E1)에 장착되는 실린더로드(240)와, 상기 실린더로드(240)가 내부에 상하방향으로 삽입 구비되도록 중공홀(S2)이 상하방향으로 관통 형성되어 있고, 상기 중공홀(S2)과 연통되는 절단개구(212)가 상하방향을 따라서 형성되어 있는 실린더바디(210)와, 상기 실린더바디(210)의 내주면(210a)에서 내향으로 횡방향 및 종방향으로 등간격으로 돌출 형성되어서 코일(231,232,233,234)을 권취하기 위한 복수의 슬롯(221,222,223,224,225)과, 상기 슬롯(221,222,223,224,225)에 권취되는 복수의 코일(231,232,233,234)을 포함하여 구성되고, 상기 복수의 코일(231,232,233,234)은 상하방향으로 각 코일이 부분적으로 중첩되도록 권취되며, 상기 실린더바디(210)가 상승 및 하강하도록, 상기 중첩적으로 권취된 복수의 코일(231,232,233,234)에는 개별 및 독립적으로 전류를 인가되며, 상기 실린더로드(240)의 외주면(243a)에는 닫힌(closed) 형태의 도전성 루프(310)가 연속적으로 반복 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 무자석형 고정밀성 전자실린더는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 영구자석(코어돌기 및 로드돌기)을 채택하지 않고, 슬롯에 권취하는 코일을 수직방향으로 부분적으로 중첩되도록 권취하고, 각 코일에는 실린더로드의 동작 상태(승하강 동작)에 따라서 개별 독립적으로 전류 인가를 제어함으로써, 부품수 및 생산 공수를 줄여서 제품의 생산 원가를 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 종래와 같은 영구자석을 채택하는 경우의 문제점인 코어돌기와 로드돌기의 까다로운 얼라인 작업을 할 필요가 없어서 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

셋째, 실린더바디의 동작 모드(승하강)에 따라서 중첩 권취된 각 코일에 대하여 전류 인가 제어를 수행함으로써, 영구자석 간의 갭에 의해서 표현이 불가능한 구역이 존재한다는 종래기술의 문제점을 해결하고, 동작 신뢰성 내지 정밀성을 향상시킬 수 있도록 하는 즉, 영구자석을 채택하지 않고 중첩 권취된 코일의 전류인가에 의해서 동작시킴으로써 표현 불가능한 구역이 존재하지 않아서 정밀성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

넷째, 대향하는 한 쌍의 코일에는 서로 반대의 자기극성이 발생하도록 서로 반대방향의 전류가 동시에 인가되도록 함으로써, 실린더바디의 동작(승하강)을 정밀하게 제어할 수 있고, 또한 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 실린더로드의 외주면(표면)에 도전성 루프를 연속적으로 형성함으로써, 코일에 유도되는 자기력과 자기적 상호작용을 할 수 있어서 자력을 크게 하고 실린더바디가 승하강하는 힘을 높일 수 있는 효과가 있다.

여섯째, 간단한 구성에 의해서 실린더바디를 원활하게 브레이킹 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더의 횡단면 구성의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더의 종단면 구성의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 실린더바디(210)에 슬롯이 형성된 상태를 나타내기 위한 실린더바디(210) 내주면 쪽의 요부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 슬롯에 코일이 권취되는 방법을 표현하기 위한 코일의 권선 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 실린더로드에 도전성 루프(310)가 형성된 것을 보이기 위한 실린더로드의 구성도이다.
도 6은 도 5에 있어서 도전성 루프(310)의 구성도이다.
도 7은 도 5에 있어서 도전성 루프(310)가 제거된 상태의 실린더로드(240)의 구성이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 코일에 전류가 순차적으로 인가되는 전류 방향(전류 인가 방향)과 실린더바디(210)의 동작과의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 코일에 전류를 인가하기 위한 제어 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 순차적으로 전류가 인가되는 시점을 나타내기 위한 인접한 코일에서의 전류 파형도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 브레이킹 장치가 부가적으로 구비된 경우의 구성 개념도이다.
도 12는 도 11에서의 요부 확대도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 브레이킹 장치의 다른 실시예의 요부 구성 개념도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 브레이킹 장치의 동작도이다.

다음은 본 발명인 무자석형 고정밀성 전자실린더의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더는, 고정체(E1)에 장착되는 실린더로드(240)와, 상기 실린더로드(240)가 내부에 상하방향으로 삽입 구비되도록 중공홀(S2)이 상하방향으로 관통 형성되어 있고, 상기 중공홀(S2)과 연통되는 절단개구(212)[절개면(212a)과 절개면(212b) 사이의 개구]가 상하방향을 따라서 형성되어 있는 실린더바디(210)와, 상기 실린더바디(210)의 내주면(210a)에서 내향(중심을 향하는 방향)으로 횡방향 및 종방향으로 등간격으로 돌출 형성되어서 코일(231,232,233,234)을 권취하기 위한 복수의 슬롯(221,222,223,224,225)과, 상기 슬롯(221,222,223,224,225)에 권취되는 복수의 코일(231,232,233,234)을 포함하여 구성되고, 상기 실린더로드(240)의 로드 바디(243)의 외주면(243a)에 닫힌(closed) 형태로 도전성 루프(310)가 연속적으로 반복 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 복수의 코일(231,232,233,234)은 상하방향으로 각 코일이 부분적으로(예컨대 1/2) 중첩되도록 권취되며, 상기 실린더바디(210)가 상승 및 하강하도록, 상기 중첩적으로 권취된 복수의 코일(231,232,233,234)에는 개별 및 독립적으로 전류를 인가되는 것을 특징으로 한다.

상기 슬롯(221,222,223,224,225)에 감긴 코일(231,232,233,234)에 시변전류가 흐르면 슬롯(221,222,223,224,225)이 자화되어서 자극이 형성된다.

이렇게 실린더로드(240)를 규소강판을 성층하여 구성함으로써, 자기유도(와전류) 원리에 의해 서로 반대(인력)되는 자극이 형성되기 때문에, 코일(231,232,233,234)에 유도되는 자기력과 자기적 상호작용을 할 수 있어서 승하강할 수 있게 된다.

상기와 같이, 영구자석을 사용하지 않고도 상하방향으로 코일을 일부 중첩되도록 권취하는 구성에 의해서 실린더바디(210)를 승하강시키기 위한 자기력을 발생시킬 수 있고, 따라서 전자실린더의 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 상기와 같은 도전성 루프(310)의 채택에 의하면, 실린더바디(210)의 왕복운동에 따라서 도전성 루프(310)에는 유도기전력이 발생하고, 이 유도기전력에 의해서 도전성 루프(310)에 유도전류가 인가되어서, 실린더바디(210)와의 자기적 상호작용에 의해서 자력(흡입력 또는 반발력)을 배가시키는 작용을 한다.

즉, 실린더로드(240)의 표면에 도전성 루프(310)를 구성함으로써, 자기유도(와전류) 원리에 의해 서로 반대(인력)되는 자극이 형성되기 때문에, 코일(231,232,233,234)에 유도되는 자기력과 자기적 상호작용을 할 수 있어서 승하강하는 힘을 배가시킬 수 있는 것이다.

또한, 실린더로드(240)에 별도의 전선이나 코일(또는 영구자석) 없이 예컨대 하기와 같이 알루미늄 주조로 간단하게 도전성 루프(310)를 형성함으로써 제작 원가를 줄이고 고장이 적고 신뢰성이 높은 제품을 구현할 수 있는 것이다.

상기 도전성 루프(310)는 금속성 재질이고, 바람직하게는 알루미늄으로 형성된다.

상기 실린더바디(210) 및 슬롯(221,222,223,224,225)은 예컨대 규소강판을 성층하여 구성될 수 있고, 상기 실린더로드(240)는 규소강판을 성층하여 구성할 수 있다.

상기 실린더로드(240)의 내부에는 길이방향을 따라서 금속재질의 심봉이 복수로 박혀 있는 것을 특징으로 한다. 이는 코일에 유도되는 유도자기력과의 상호작용하는 힘(전자기적 상호작용)을 강화하기 위함이다.

상기 코일(231,232,233,234)에의 전류 인가는 하기하는 제어부(262)의 제어 및 스위칭부(263)의 스위칭 동작에 의해서 수행되는데, 이에 대해서는 후술한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 도전성 루프(310)는 대략 사다리 형태로 형성되는데, 상하방향으로 간격을 이루면서 이격 형성된 복수의 메인 엘리먼트(312)와, 상기 메인 엘리먼트(312)의 좌우끝을 연결하여 루프를 형성하는 단락연결부(314)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 메인 엘리먼트(312)는 상기 실린더로드(240)의 로드 바디(243)의 외주면(243a)을 따라서 일측에서 타측으로 기울어지도록 사선형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

사선형으로 형성하면 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 실린더로드(240)의 로드 바디(243)의 외주면(243a)에는 루프 홈(243b)이 형성되어 있고, 상기 도전성 루프(310)는 상기 루프 홈(243b)에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 도전성 루프(310)는, 상기 루프 홈(243b)에 도전성 용융액을 주입하여 주조방식으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 제조가 간단하여서 제작 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 도전성 루프(310)가 상기 루프 홈(243b)에 인서트되어서 취부되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 도전성 루프(310)를 실린더로드의 외주면(243a)에 용접에 의해서 취부하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 도전성 루프(310)의 단면적의 크기는 상기 실린더바디(210)에 권취된 코일의 루프 면적과 같거나 그 보다 작은 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 실린더바디(210)가 승하강하는 경우, 승하강 방향으로 순차적으로 코일(231,232,233,234)에 전류를 인가하며, 대향하는 한 쌍의 코일에 동시에 전류를 인가하되 서로 반대극성의 전류를 인가하며, 상기 실린더바디(210)를 상승시키기 위해서 가장 위의 코일(231,232,233,234)부터 하방향으로 순차적으로 코일(231,232,233,234)에 전류가 인가되도록 하며, 상기 실린더바디(210)를 하강시키기 위해서 가장 아래의 코일(231,232,233,234)부터 상방향으로 순차적으로 코일(231,232,233,234)에 전류가 인가되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 실린더로드(240)는, 상기 고정체(E1)에 장착되는 장착브라켓(241)과, 상기 장착브라켓(241)에서 돌출된 연장부(242)와, 상기 연장부(242)에서 연장 형성되어서 원기둥 형상이고, 상기 실린더바디(2120)에 내삽되는 로드 바디(243)로 구성되는 것을 특징으로 하는 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 도전성 루프(310)는 로드 바디(243)의 외주면을 따라서 로드 바디(243)의 외주면의 3/4의 크기로 취부된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 실린더로드(240)의 길이는 200 m 이상이 가능하다.

실린더바디(210)를 일정각도 이상으로 절단하고 절단개구(212)를 형성하여 개방형으로 구현하고, 고정체(E1)에 고정된 실린더로드(240)를 이 개방형 실린더바디(210)에 내삽함으로써 회전은 불가하지만 직선 운동에 특화된 기술이다.

이러한 구성에 의하면, 기계적 힘(좌굴현상)이 발생하지 않아서 매우 긴 거리(200 m 이상)의 선형운동이 자유롭게 가능하다는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상승 또는 하강하는 명령을 입력하는 모드선택부(261)와, 상기 모드선택부(261)로부터 입력되는 키 신호에 따라서 코일(231,232,233,234)에 전류를 인가하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(262)와, 상기 제어부(262)로부터 출력되는 제어신호에 따라서 전원공급부에서 코일(231,232,233,234)로의 전류 공급을 스위칭하는 스위칭부(263)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 모드선택부(261)에는 실린더바디(210)를 상승시키기 위한 명령을 입력하는 상승명령버튼키(261a)와, 실린더바디(210)를 하강시키기 위한 명령을 입력하는 하강명령버튼키(261b)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 수평방향으로 권취된 코일(231,232,233,234)에 있어서, 서로 대향하는 코일이 하나의 쌍(couple)을 이루도록 수평방향으로 코일이 권취되고, 상기 수평방향으로 대향하는 한 쌍의 코일에는 서로 반대의 자기극성이 발생하도록[일 코일의 극성이 N극이면 타 코일의 극성은 S극이 되도록] 서로 반대방향의 전류가 동시에 인가되는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 실린더바디(210)의 승하강 동작을 정밀하게 제어할 수 있고, 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

즉, 어느 하나의 코일에 일 방향으로 인가되어서 N극이 띄도록 하면, 대향하는 코일에는 타 방향으로 인가되어서 S극이 띄도록 한다.

즉, 코일 여자 신호는 항상 N극, S극 두 개가 쌍으로 1 개의 신호를 형성하도록 하는 것이다.

그리고, 슬롯은 N극과 S극이 쌍으로 이루어지므로, 슬롯의 수는 2n(n: 자연수)이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 코일(231,232,233,234)에 순차적 전류의 인가는, 인접한 이전 코일에 대한 전류 파형의 폴링과 동시에 다음 코일의 전류 파형의 라이징 타임이 시작이 되도록 하거나[도 10의 (a) 참조], 또는 인접한 이전 코일에 대한 전류 파형의 폴링 전에 다음 코일의 전류 파형의 라이징 타임이 시작이 되도록 하는 것도 10의 (b) 참조]에 의해서 수행되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성에 의하면, 순차적으로 인가되는 전류의 갭(gap)이 없게 되어서 승하강 및 정역회전의 동작이 부드럽고도 원활하게 수행될 수 있는 이점이 있다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더의 브레이크 장치(제동 장치)에 대해서 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더는, 상기 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착되어서(즉 압착되는 마찰력에 의해서) 상기 실린더바디(210)의 상하 선형 운동을 브레이킹(정지)하거나 또는 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착된 상태를 해제하여서 브레이킹을 해제하는 브레이크 장치가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 브레이크 장치는, 상기 실린더바디(210)에 장착되는 장착부재(410)와, 일측이 상기 장착부재(410)에 회전축(430)에 의해서 회전가능하게 설치되는 회전자(420)와, 상기 회전자(420)의 타측과 상기 장착부재(410)를 탄성력에 의해서 구속하고 있는 탄성부재(440)와, 상기 회전자(420)와 장착부재(410)에 각각 접촉하여서 회전자(420)와 장착부재(410) 사이를 전후방으로 선형 운동하는 작동바(450)와, 상기 작동바(450)가 전후방으로 선형운동하도록 하는 선형운동 구동수단(461,462)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 작동바(450)가 후방으로 선형운동(후진)하는 경우, 상기 회전자(420)가 상기 회전축(430)을 회전축으로 일방향(시계방향)으로 회전함으로써 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착되어서 실린더바디(210)를 브레이킹하고, 상기 작동바(450)가 전방으로 선형운동(전진)하는 경우, 상기 회전자(420)가 상기 회전축(430)을 회전축으로 타방향(반시계방향)으로 회전함으로써 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착된 상태가 해제되어서 실린더바디(210)의 브레이킹을 해제하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 장착부재(410)는, 상기 실린더바디(210)의 상면 또는 하면에 장착되는 수평플레이트(411)과, 상기 수평플레이트(411)에서 좌측 또는 우측에 수직으로 형성되는 수직플레이트(412)를 포함하여 구성되고, 상기 회전자(420)는 회전축(430)에 의해서 상기 수평플레이트(411)에 회전가능하게 설치되며, 상기 탄성부재(440)는 일측이 상기 회전자(420)의 타측에 탄지되고, 상기 탄성부재(440)의 타측이 상기 수직플레이트(412)에 탄지되어서 회전자(420)의 타측과 수직플레이트(412)를 탄성력으로 구속하고 있으며,

상기 회전자(420)는, 상기 수직플레이트(412)와 마주보는 외측면(421)과, 상기 외측면(421)의 반대편에 형성되고 고정체(E1)의 측면(E1a)에 밀착되거나 밀착 해제되는 브레이킹면(423)과, 상기 외측면(421)과 브레이킹면(423)에 형성되는 내측면(422)와, 상기 브레이킹면(423)과 외측면(421)에 형성되는 하부면(424)를 포함하여 구성되며, 상기 외측면(421)과 내측면(422)의 길이는 브레이킹면(423)과 하부면(424)의 길이보다 길게 형성되어 있는 대략 다이아몬드(또는 마름모) 형상이며, 상기 작동바(450)는, 상기 회전자(420)의 외측면(420a)과 수직플레이트(412)에 각각 접촉하여서 상기 회전자(420)의 외측면(420a)과 수직플레이트(412)의 사이를 선형 운동하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 작동바(450)가 후방으로 선형운동(후진)하는 경우, 상기 탄성부재(440)가 복원력에 의해서 압축되고, 탄성부재(440)의 복원력에 의한 압축됨으로써 탄성부재(440)가 작동바(450)의 후단을 수직플레이트(412) 쪽으로 끌어당겨서 상기 회전자(420)가 상기 회전축(430)을 회전축으로 일방향(시계방향)으로 회전하고, 상기 회전자(420)가 일방향으로 회전함으로써 회전자(420)의 브레이킹면(423)이 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착되어서 실린더바디(210)가 브레이킹된다.

그리고, 상기 작동바(450)가 전방으로 선형운동(전진)하는 경우, 전방으로 선형운동(전진)하는 상기 작동바(450)가 회전자(420)의 외측면(421)을 밀어내면서(이때 수직플레이트(412) 사이의 간격이 넓어진다), 상기 회전자(420)가 회전축(430)을 회전축으로 타방향(반시계방향)으로 회전하게 되고, 상기 회전자(420)가 타방향으로 회전함으로써 회전자(420)의 브레이킹면(423)이 고정체(E1)의 측면(E1a)으로부터 떨어지면서 실린더바디(210)가 브레이킹 해제된다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 회전자(420)의 외측면(421)에는 제1 가이드홈(425)이 형성되어 있고, 상기 제1 가이드홈(425)과 대향하여서 수직플레이트(412)에는 제2 가이드홈(412a)이 형성되어 있으며, 상기 작동바(450)는 일단과 타단이 각각 상기 제1 가이드홈(425)과 제2 가이드홈(412a)에 삽입되어서 상기 제1 가이드홈(425)과 제2 가이드홈(412a)의 안내를 받으면서 전후방으로 선형운동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 작동바(450)는 일단과 타단에는 각각 제1 롤러(471)와 제2 롤러(472)가 설치되어 있고, 상기 제1 롤러(471)와 제2 롤러(472)는 각각 상기 제1 가이드홈(425)과 제2 가이드홈(412a)에 회전가능하도록 삽입 구비되어 있으며, 상기 작동바(450)는 상기 제1 롤러(471)와 제2 롤러(472)의 회전에 의해서 원활하게 상기 제1 가이드홈(425)과 제2 가이드홈(412a)의 안내를 받으면서 전후방으로 선형운동하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 작동바(450)의 전후방 선형운동이 원활하게 수행되어서 브레이킹 작용이 더욱더 신속하고 정밀하게 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서, 상기 선형운동 구동수단(461,462)은, 상기 작동바(450)에 수직으로 형성되는 금속성 재질의 동작봉(461)과, 상기 동작봉(461)에 외삽되어서 전자기유도를 형성하는 솔레노이드(462)를 포함하여 구성되고, 상기 솔레노이드(462)에 제어전류가 인가되는 경우 전자기유도에 의해서 동작봉(461)이 전후방으로 움직이는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더에 있어서 선형운동 구동수단(461,462)은 동작봉(461)과 솔레노이드(462)로 구성되는 것을 예를 들어서 설명하고 있으나, 상기 작동바(450)를 선형 운동시키는 구성이라면 어느 것이라도 본원발명의 기술적 범위에 속함은 물론이다.

다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 의한 무자석형 고정밀성 전자실린더의 동작에 대하여 기술한다.

먼저, 코일을 중첩적으로 권취하는 방법을 구체적인 예를 들어서 설명한다.

예를 들어서 수평방향으로 N 개의 슬롯이 있고, 수직방향으로 M 개의 슬롯이 있다고 하면 총 N * M 개의 슬롯이 있는데, 여기서는 간단히 4 * 4 개의 슬롯의 예를 들어서 설명한다.

수평 방향의 첫 번째 행의 복수의 슬롯 모두를 제1 슬롯(221)이라고 하고, 수평 방향의 두 번째 행의 복수의 슬롯 모두를 제2 슬롯(222)이라고 하고, 수평 방향의 세 번째 행의 복수의 슬롯 모두를 제3 슬롯(223)이라고 하고, 수평 방향의 네 번째 행의 복수의 슬롯 모두를 제4 슬롯(224)이라고 하고, 수평 방향의 다섯 번째 행의 복수의 슬롯 모두를 제5 슬롯(225)이라고 한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 첫 번째 행의 제1 슬롯(221)과 두 번째 행의 제2 슬롯(222)에 대해서 제1 코일(231)로 권취하고, 제2 슬롯(222)과 제3 슬롯(223)에 대해서 제2 코일(232)로 권취하며, 제3 슬롯(223)과 제4 슬롯(224)에 대해서 제3 코일(233)로 권취하며, 제4 슬롯(224)과 제5 슬롯(225)에 대해서 제4 코일(234)로 권취한다.

이때, 각 행의 각 열마다에 대해서 동일한 방법으로 중첩 권취한다.

이때, 제어부(262)와 스위칭부(263)는 실린더바디(210)가 승하강하는 경우에는 승하강 방향으로 순차적으로 코일에 전류가 인가되도록 제어한다.

즉, 실린더바디(210)를 상승시키기 위해서 상승명령버튼키(261a)가 입력되면 제어부(262)는 가장 아래의 코일(234)부터 상방향으로 순차적으로 코일(231,232,233)에 전류가 인가되도록 스위칭부(263)를 제어하며, 스위칭부(263)의 스위칭 동작에 의해서 가장 아래의 코일(234)부터 상방향으로 순차적으로 코일(231,232,233)에 전류가 인가되어서 실린더바디(210)가 상승한다.

그리고, 실린더바디(210)를 하강시키기 위해서 하강명령버튼키(261b)가 입력되면 제어부(262)는 가장 위의 코일(231)부터 하방향으로 순차적으로 코일(232,233,234)에 전류가 인가되도록 스위칭부(263)를 제어하며, 스위칭부(263)의 스위칭 동작에 의해서 가장 위의 코일(231)부터 하방향으로 순차적으로 코일(232,233,234)에 전류가 인가되어서 실린더바디(210)가 하강한다.

도 4를 기초로 구체적으로 설명한다.

가장 아래의 코일(234)부터 상방향으로 순차적으로 코일에 전류가 인가하는 경우, 예컨대 코일(234) -> 코일(233) -> 코일(232) -> 코일(231) 순서로 전류가 인가되면, 실린더바디(210)가 상승한다.

반대로, 가장 위의 코일(231)부터 하방향으로 순차적으로 코일에 전류가 인가하는 경우, 예컨대 코일(231) -> 코일(232) -> 코일(233) -> 코일(234) 순서로 전류가 인가되면, 실린더바디(210)가 하강한다.

이때, 모든 코일에 전류가 인가될 수도 있지만, 적어도 한 쌍의 코일에만 전류가 인가되도록 할 수도 있는데, 실린더로드(240)의 무게에 따라서 전류가 인가되는 코일의 개수를 결정할 수 있다.

다음은 브레이킹 장치에 의한 브레이킹 동작에 대해서 설명한다.

먼저, 실린더바디(210)를 브레이킹하여서 선형 동작을 정지시키는 동작에 대해서 설명한다.

도 11에 도시된 상태에서, 제어부(262)가 제1 제어전류를 상기 솔레노이드(462)로 인가하면, 전자기유도에 의해서 작동바(450)가 후방으로 선형운동(후진)한다.

상기와 같이 작동바(450)가 후방으로 선형운동(후진)하는 경우, 상기 탄성부재(440)가 복원력에 의해서 압축되고, 탄성부재(440)의 복원력에 의해서 압축됨으로써 탄성부재(440)가 작동바(450)의 후단을 수직플레이트(412) 쪽으로 끌어당겨서 상기 회전자(420)가 상기 회전축(430)을 회전축으로 일방향(도면에서는 시계방향)으로 회전한다.

상기 회전자(420)가 일방향(시계방향)으로 회전하면 회전자(420)의 브레이킹면(423)이 고정체(E1)의 측면(E1a)을 압착하여서 실린더바디(210)가 브레이킹된다.

다음으로 브레이킹을 해제하는 동작에 대해서 설명한다.

도 14에 도시된 상태에서, 제어부(262)가 제2 제어전류를 상기 솔레노이드(462)로 인가하면, 전자기유도에 의해서 작동바(450)가 전방으로 선형운동(전진)한다.

작동바(450)가 전방으로 선형운동(전진)하면, 전방으로 선형운동(전진)하는 상기 작동바(450)가 회전자(420)의 외측면(421)을 밀어내면서[이때 수직플레이트(412) 사이의 간격이 넓어진다], 상기 회전자(420)가 회전축(430)을 회전축으로 타방향(반시계방향)으로 회전하게 된다.

상기 회전자(420)가 타방향으로 회전함으로써 회전자(420)의 브레이킹면(423)이 고정체(E1)의 측면(E1a)으로부터 떨어지면서 실린더바디(210)의 브레이킹이 해제된다.

이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.

210 : 실린더바디 S2 : 중공홀
210a : 실린더바디의 내주면 212 : 절단개구
212a,212b : 절단개구의 절개면 221,222,223,224,225 : 슬롯
231,232,233,234 : 코일 240 : 실린더로드
241 : 장착브라켓 242 : 연장부
243 : 로드 바디 243a : 외주면
243b : 루프 홈 E1 : 고정체
261 : 모드선택부 262 : 제어부
263 : 스위칭부 310 : 도전성 루프
312 : 메인 엘리먼트 314 : 단락연결부
E1a : 고정체의 측면
410 : 장착부재
411 : 수평플레이트
412 : 수직플레이트
412a : 제2 가이드홈
420 : 회전자
421 : 외측면
422 : 내측면
423 : 브레이킹면
424 : 하부면
425 : 제1 가이드홈
430 : 회전축
440 : 탄성부재
450 : 작동바
461 : 동작봉
462 : 솔레노이드
471 : 제1 롤러
472 : 제2 롤러

Claims (3)

1. 고정체(E1)에 장착되는 실린더로드(240)와,
   상기 실린더로드(240)가 내부에 상하방향으로 삽입 구비되도록 중공홀(S2)이 상하방향으로 관통 형성되어 있고, 상기 중공홀(S2)과 연통되는 절단개구(212)가 상하방향을 따라서 형성되어 있는 실린더바디(210)와,
   상기 실린더바디(210)의 내주면(210a)에서 내향으로 횡방향 및 종방향으로 등간격으로 돌출 형성되어서 코일(231,232,233,234)을 권취하기 위한 복수의 슬롯(221,222,223,224,225)과,
   상기 슬롯(221,222,223,224,225)에 권취되는 복수의 코일(231,232,233,234)을 포함하여 구성되고,
   상기 복수의 코일(231,232,233,234)은 상하방향으로 각 코일이 부분적으로 중첩되도록 권취되며,
   상기 실린더바디(210)가 상승 및 하강하도록, 상기 중첩적으로 권취된 복수의 코일(231,232,233,234)에는 개별 및 독립적으로 전류를 인가되며,
   상기 실린더로드(240)의 외주면(243a)에는 닫힌(closed) 형태의 도전성 루프(310)가 연속적으로 반복 형성되어 있으며,
   상기 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착되어서 상기 실린더바디(210)의 상하 선형 운동을 브레이킹하거나 또는 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착된 상태를 해제하여서 브레이킹을 해제하는 브레이크 장치가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 무자석형 고정밀성 전자실린더.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 브레이크 장치는,
   상기 실린더바디(210)에 장착되는 장착부재(410)와,
   일측이 상기 장착부재(410)에 회전축(430)에 의해서 회전가능하게 설치되는 회전자(420)와,
   상기 회전자(420)의 타측과 상기 장착부재(410)를 탄성력에 의해서 구속하고 있는 탄성부재(440)와,
   상기 회전자(420)와 장착부재(410)에 각각 접촉하여서 회전자(420)와 장착부재(410) 사이를 전후방으로 선형 운동하는 작동바(450)와,
   상기 작동바(450)가 전후방으로 선형운동하도록 하는 선형운동 구동수단(461,462)을 포함하여 구성되며,
   상기 작동바(450)가 후방으로 선형운동하는 경우, 상기 회전자(420)가 상기 회전축(430)을 회전축으로 일방향으로 회전함으로써 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착되어서 실린더바디(210)를 브레이킹하고,
   상기 작동바(450)가 전방으로 선형운동하는 경우, 상기 회전자(420)가 상기 회전축(430)을 회전축으로 타방향으로 회전함으로써 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착된 상태가 해제되어서 실린더바디(210)의 브레이킹을 해제하는 것을 특징으로 하는 무자석형 고정밀성 전자실린더.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 장착부재(410)는, 상기 실린더바디(210)의 상면 또는 하면에 장착되는 수평플레이트(411)과, 상기 수평플레이트(411)에서 좌측 또는 우측에 수직으로 형성되는 수직플레이트(412)를 포함하여 구성되고,
   상기 회전자(420)는 회전축(430)에 의해서 상기 수평플레이트(411)에 회전가능하게 설치되며,
   상기 탄성부재(440)는 일측이 상기 회전자(420)의 타측에 탄지되고, 상기 탄성부재(440)의 타측이 상기 수직플레이트(412)에 탄지되어서 회전자(420)의 타측과 수직플레이트(412)를 탄성력으로 구속하고 있으며,
   상기 회전자(420)는,
   상기 수직플레이트(412)와 마주보는 외측면(421)과,
   상기 외측면(421)의 반대편에 형성되고 고정체(E1)의 측면(E1a)에 밀착되거나 밀착 해제되는 브레이킹면(423)과,
   상기 외측면(421)과 브레이킹면(423)에 형성되는 내측면(422)와,
   상기 브레이킹면(423)과 외측면(421)에 형성되는 하부면(424)를 포함하여 구성되고,
   상기 작동바(450)는, 상기 회전자(420)의 외측면(420a)과 수직플레이트(412)에 각각 접촉하여서 상기 회전자(420)의 외측면(420a)과 수직플레이트(412)의 사이를 선형 운동하며,
   상기 작동바(450)가 후방으로 선형운동하는 경우, 상기 탄성부재(440)가 복원력에 의해서 압축되고, 탄성부재(440)의 복원력에 의한 압축됨으로써 탄성부재(440)가 작동바(450)의 후단을 수직플레이트(412) 쪽으로 끌어당겨서 상기 회전자(420)가 상기 회전축(430)을 회전축으로 일방향으로 회전하고,
   상기 회전자(420)가 일방향으로 회전함으로써 회전자(420)의 브레이킹면(423)이 고정체(E1)의 측면(E1a)에 압착되어서 실린더바디(210)가 브레이킹되며,
   상기 작동바(450)가 전방으로 선형운동하는 경우,
   전방으로 선형운동하는 상기 작동바(450)가 회전자(420)의 외측면(421)을 밀어내면서, 상기 회전자(420)가 회전축(430)을 회전축으로 타방향(반시계방향)으로 회전하게 되고, 상기 회전자(420)가 타방향으로 회전함으로써 회전자(420)의 브레이킹면(423)이 고정체(E1)의 측면(E1a)으로부터 떨어지면서 실린더바디(210)가 브레이킹 해제되며,
   상기 회전자(420)의 외측면(421)에는 제1 가이드홈(425)이 형성되어 있고,
   상기 제1 가이드홈(425)과 대향하여서 수직플레이트(412)에는 제2 가이드홈(412a)이 형성되어 있으며,
   상기 작동바(450)는 일단과 타단이 각각 상기 제1 가이드홈(425)과 제2 가이드홈(412a)에 삽입되어서 상기 제1 가이드홈(425)과 제2 가이드홈(412a)의 안내를 받으면서 전후방으로 선형운동하는 것을 특징으로 하는 무자석형 고정밀성 전자실린더.
   

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