KR960012045B1 - 유공압 실린더의 피스톤 위치 검출장치 - Google Patents

Abstract

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Description

유공압 실린더의 피스톤위치 검출장치

제1도(a)는 종래의 일반적 on/off식 실린더의 대략적 구조도.

제1도(b)는 종래의 리드스위치에 의한 위치제어식 실린더의 대략적 구조도.

제1도(c)는 종래의 자기센서에 의한 위치제어식 실린더의 대략적 구조도.

제2도(a)(b)는 본 발명의 실시예 단면도.

제3도(a)(b)(c)는 본 발명의 원리적 설명도.

제4도는 본 발명에 의한 실린더 제어부의 간략한 구조도.

제5도(a)(b)(c)는 피스톤 변위에 따른 출력 유도전압의 발생원리 설명도.

제6도는 제5도의 상관관계를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,101 : 실린더 2 : 전진유입구

3 : 후진유출구 4,104 : 피스톤

6 : 리드스위치 7 : 영구자석

8 : 자기센서 109 : 1차 코일

110,111 : 2차 코일 105 : 피스톤롯드

본 발명은 기존 유공압 실린더가 한정된 피스톤 왕복운동을 하는 한계를 개선하여 피스톤 행정내의 전구간에 걸쳐 위치를 검출하고 제어할 수 있도록 안출한 것으로 실린더의 내벽과 외벽 사이에 1차 코일을 감아 전류를 흘려서 자속을 발생시키고, 2개의 2차 코일에 피스톤의 위치에 따른 유도전압을 발생시켜 아나로그 출력으로 피스톤의 위치를 검출하고자 안출한 유공압 실린더의 피스톤위치 검출장치에 관한 것이다.

종래 제1도의 (a)와 같은 구조의 기존 실린더 작동은 실린더(1)의 양측에 형성한 전진유입구(port)(2)와 후진유출구(3)를 통한 공유압에 의해서 피스톤(4)을 직선운동 시키면서 원하는 방향으로 힘과 위치이동을 얻어내는 구조로서 이는 단지 피스톤(4)의 직선운동과 정해진 행정간의 위치이동은 가능하나 조작자가 원하는 피스톤(4)의 용이한 위치제어는 불가능하였다.

또, 제1도의 (b)는 (a)를 개량한 구조로서 피스톤(4)에 영구자석(7)을 부착하고 피스톤(4)을 제어하고자하는 위치의 실린더(1)의 외면에 리드스위치(6)를 부착하여 피스톤(4)의 직선운동에 의해 영구자석(7)이 리드스위치(6)에 접근하면 리드스위치(6)가 온되어 신호가 발생되고, 이 신호에 의해 피스톤(4)의 운동이 정지하거나 피스톤(4)의 위치를 검출하는 구조이다.

제1도의 (c) 또한 상기의 (b)와 비슷한 방식으로 제어하고자 하는 위치의 실린더(1) 외면에 자기센서(8)를 부착하고 피스톤(4)의 직선운동에 피스톤(4)이 자기센서(8)에 접근하면 자기센서(8)의 신호가 온되어 신호가 발생하고 이 신호로 피스톤의 운동을 정지시키거나 제어하는 구조이다.

그러나, 상기한 (b)(c)의 구조들은 피스톤(4)의 제어위치를 리드스위치(6)나 자기센서(8)의 위치변경에 의해서 조절할 수는 있으나 on/off라는 기본적인 신호방식으로 인해 피스톤(4)의 위치를 정밀히 제어한다는 것은 사실상 불가능하고 외부에 돌출되는 구조를 만들어서 부착해야 된다는 구조적인 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 제거하고자 안출한 것으로 피스톤의 행정한도내에서 피스톤의 변위에 비례한 아날로그 전압값을 검출하고 이 값을 디지탈값으로 변환하여 피스톤의 정밀한 위치를 표시하거나 이 아날로그 전압값으로 피스톤의 위치를 정밀제어할 수 있는 유공압 실린더를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하 본 발명을 첨부도면에 의거 상술하면 다음과 같다.

제2도의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예로서 먼저 제2도의 (a)는 실린더(101)의 외면가운데에 1차 코일(109)을 감고 그 좌·우 양쪽으로 2차 코일(110)(111)을 감은 구조를 나타내고 있다.

이때, 전선의 감는 횟수는 많을수록 감도가 좋다.

두번째로 제2도의 (b)는 1차 코일(109)을 실린더(101)의 외면전체에 걸쳐 감고 실린더(101) 중심으로부터 좌,우 양옆으로 2차 코일(110)(111)을 1차 코일(109)과 중첩되게 각각 감는다.

그리고, 실린더(101)의 피스톤(104)은 그 재질이 자성체가 되어야 할 필요는 없으나 피스톤(104)이 자성체일때가 비자성체일때 보다 측정감도는 좋다.

그러나, 피스톤롯드(105)는 필히 자성체가 되어야 하며 피스톤롯드(105)는 실린더(101)의 총 길이는 L이라 할때 피스톤(104)으로부터 L/2 이상의 길이가 자성체로 만들어져야 한다.

이와 같이 된 본 발명의 실린더(101)내의 피스톤(104) 변위에 따른 출력전압의 발생원리를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실린더(101)는 2가지의 기초적인 물리학 원리에 의해 만들어졌다.

첫째 원리는 전자기유도의 기초적인 법칙인 Faraday-Henry의 법칙이다. 이는 제3도(a)와 같이 「변하고 있는 자기장내에 있는 한 닫힌 회로에서 유도된 기전력의 값은 그 회로를 지나는 자속의 시간변화들의 음의 값과 같다」고 말할 수 있다.

즉, 유도된 기전력(Vo)=-d/dt(: BA, A : 자속이 쇄교하는 면적)으로 쓸수 있다.

둘째 원리는 제3도(b)와 같이 자성체가 없을때의 자속밀도 B=H(자기장의 세기)로 정의되지만 제2도 (c)와 같이 자성체가 외부 자기장내에 있을때의 자성체에 유도되는 자속밀도 B=μH(μ : 투자율)로 달라지게 되며 일반적으로 피스톤에 사용될 강자성체에서는 자속이 증가하게 된다.

제4도에 본 실린더 제어부가 간략적으로 도시되어 있다. 회로의 발진부에서 10-100Hz 정도의 저주파 또는 1-10kHz의 고주파 전류(i)를 1차 코일(10)에 흘리면 실린더(101)내에는 B=H=Ni(N : 실린더 외벽에 감은 1차 코일의 횟수)만큼의 자속이 발생한다.

이때 생성된 자속은 1차 코일(109)의 위에 좌우로 감은 각각의 2차 코일(110)(111)을 쇄교하게 된다.

그러나, 교류전류이기에 자속은 시간에 따라 변하게 되고 이는 위에서 기술한 Faraday-Henry의 법칙에 의거 2차 코일(110)(111)에 기전력을 유도하게 된다.

그러나, 피스론(104)이 없을때에는 좌,우 2차 코일(110)(111)을 쇄교하는 자속이 같으므르 각각의 기전력을 합하면 0이 되어 전체 유도기전력은 발생하지 않는다.

이 실린더(101)내에 자성체인 피스톤롯드(105)가 들어가면 위에 기술한 둘째 원리에 의거 피스톤(104) 근처의 자속은 다른 곳보다 증가하게 된다.

제5도(a)와 같이 피스톤롯드(105)가 실린더(101)의 좌측에 위치하게 되면 좌측에서 발생하는 자속은 위에서 기술한 둘째 원리에 의거 우측보다 증가하게 된다.

즉, 좌측 2차 코일(110) 유도기전력이 우측 2차 코일(111) 유도기전력보다 증가하게 된다.

이때 2차 코일(110)(111) 각각의 신호를 증폭하여 위상검파부에서 비교 직류전압을 출력하게 된다.

피스톤의 좌측에서 점차적으로 우측으로 이동함에 따라서 출력전압은 (-)값을 가지고 제6도의 그래프에 나타난 바와 같이 계속 증가하게 된다.

그리고, 피스톤(104)이 이동하여 제5도(b)와 같이 실린더(101)의 중간지점에 오면 좌측 2차 코일(110)유도기전력은 최대가 된다.

이때의 전체 유도기전력이 0볼트가 되도록 회로의 영점을 조절한다. 피스톤이 계속 이동하여 제5도(c)와 같이 실린더(101)의 우측으로 이동하면 우측 2차 코일(111)에의 유도기전력이 점차 증가하여 최대값을 갖게 된다.

이때의 전체 유도기전력본 (+)값을 가지고 최대 전압값(제6도 참조)올 갖게 된다.

따라서, 제6도에 도시한 실린더(101)내의 피스톤(104)의 위치(x)와 그에 따른 출력전압의 상관관계 그래프에서와 같이 피스톤(104)의 위치에 비례하는 아날로그 출력전압을 얻을 수가 있으므로 피스톤의 정확한 위치를 쉽게 검출하여 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 실린더(1) 외면에 1차 코일을 감아 교류전류로서 자속을 발생시킨 것에 있어서 실린더의 외면 전체에 감은 1차 코일의 외면 좌우 양쪽에 2차 코일을 중첩되게 감아 2차코일에서 유도전압을 발생시키고 실린더내의 피스톤이 이동함에 따라 피스톤의 변위에 비례하는 유도기전력을 검출하여 피스톤의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 유공압 실린더의 피스론위치 검출장치.