WO2022177141A1 - 플렉시블 부품 공급 장치용 선형 액츄에이터 - Google Patents

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WO2022177141A1
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core
driving unit
shaft
linear actuator
driving
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PCT/KR2021/020234
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한상원
최승현
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주식회사 한신
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    • B65G2812/0308—Driving means

Definitions

  • the present invention relates to a linear actuator for a flexible part supply device, and more particularly, to a linear actuator for a flexible part supply device in which noise, heat and vertical downward residual vibration are reduced by providing a resonance driven linear actuator.
  • Part feeding systems generally provide a vibrating device having a plate forming a surface for enabling gripping of parts by a robot and vibrating means arranged to vibrate the plate.
  • a voice coil motor, an electromagnetic coil, a piezoelectric element, pneumatic pressure, hydraulic pressure, etc. have been used as a vibration means for vibrating.
  • the most used voice coil motor is a small vibration actuator and has a structure that vibrates using a permanent magnet and a coil, and has fast response, precision, and linearity.
  • the small vibration actuator having the above-described structure is driven only by the magnetic force generated from the coil, there is a problem in that a large amount of driving power is consumed.
  • the number of windings of the coil is increased to improve the responsiveness of the actuator, it causes more driving power to be consumed.
  • power consumption is increased.
  • the camera and the robot are shaken by the residual vibration transmitted to the bottom surface supporting the vibration device.
  • the present invention is to solve the above problems, and to provide a linear actuator for a flexible component supply device in which noise, heat, and residual vibration in a vertical downward direction are reduced by providing a resonance driven linear actuator.
  • Another object of the present invention is to provide a linear actuator for a flexible component supply device in which friction of linear reciprocating motion is reduced by providing an escape section on the spline shaft.
  • Another object of the present invention is to provide a linear actuator capable of smooth and high-speed reciprocating motion by combining a spline shaft and a ball bush nut.
  • the linear actuator according to an embodiment of the present invention is disposed inside a body, a first core into which a coil is inserted and a second core disposed spaced apart from the inner circumferential surface of the first core, and a driving unit having a magnet disposed between the first core and the second core; a driving shaft disposed through the central axis of the driving unit and performing a linear reciprocating motion by the driving unit; Nuts disposed at one end and the other end of the drive shaft to prevent rotation of the drive shaft; and a resonance spring disposed at the upper and lower portions of the driving unit corresponding to the first core, spaced apart from the outer circumferential surface of the nut, and activating a force in a direction opposite to the movement of the driving unit.
  • the central axis of the first core and the second core may be arranged in a straight line to coincide with the central axis of the magnet.
  • the shaft fixing portion for fixing one end of the drive shaft; and a first support part supporting the other end of the driving shaft.
  • it may further include; a second support for supporting the resonance spring and the shaft fixing portion.
  • a core fixing part for fixing the second core; and an escape portion for suppressing friction between the second core and the core fixing part in a portion where the driving shaft faces each other.
  • the resonance spring is disposed on both sides of the lower portion of the driving unit and serves to push up, the spring may be compressed when the driving side is lowered, and the spring compressed when the driving shaft is raised may amplify the force.
  • the resonance spring is disposed on both sides of the upper portion of the driving unit and serves to press, and the spring is compressed when the driving shaft is raised, and the spring compressed when the driving shaft is lowered can amplify the force.
  • the drive shaft may be provided with a ball guide groove.
  • the nut is disposed on the inside, the ball rolling along the ball guide groove; and a sealing member formed on the inner surface.
  • control unit for controlling the driving unit may include.
  • the linear actuator for a flexible parts supply device includes a resonance-driven linear actuator, thereby converting the inertial force of the driving part into the elastic energy of the spring to amplify the force to increase the driving efficiency, and to reduce noise and heat and vertically downward. It is possible to reduce the transmitted residual vibration.
  • the present invention can reduce the friction of the linear reciprocating motion by providing an escape section on the drive shaft.
  • a smooth high-speed reciprocating motion can be achieved by coupling the drive shaft and the ball bush nut.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a left side view and a right side view of a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a top view showing a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A' of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the principle of the driving unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a top view and a side view illustrating a drive shaft to which a nut is coupled according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exemplary view illustrating a drive shaft to which a nut is coupled according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 and 9 are perspective views showing a linear actuator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a linear actuator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing (a) a left side view and (b) a right side view of the linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a top view showing a linear actuator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing a cross section AA' of Figure 3
  • Figure 5 is to explain the principle of the driving unit according to an embodiment of the present invention cross section for
  • the linear actuator 100 is coupled to a driving unit 50 to drive a driving shaft 10 vertically driven, and a shaft fixing unit for fixing one end of the driving shaft 10 .
  • a first support part 65 for fixing the other end of the drive shaft 10 and the resonance springs 60_1 and 60_2, and a second support part 67 for supporting the shaft fixing part 11 and the resonance springs 60_3 and 60_4 may be included.
  • the linear actuator 100 may further include a stand 70 and an elastic member 80 .
  • control unit (not shown) is coupled to the other side of the body (51, 55), it can control the linear actuator (100).
  • the control unit (not shown) may have a printed circuit board on which electronic elements for control are mounted.
  • the driving unit 50 is a device that converts electrical energy into mechanical energy. When a current flows through the coil, a magnetic field is formed in the first core 20 and the second core 30 so that the magnet 40 is vertically driven. That is, the driving unit 50 operates when power is applied to perform a mechanical linear reciprocating motion.
  • the driving unit 50 includes a body 51 , a first core 20 and a second core 30 having a coil disposed inside the body 51 inserted therein, a first core 20 and a second core 30 . ) disposed between the magnet 40 , but fixing the magnet 40 , may include a magnet holder 45 coupled to the drive shaft 10 .
  • the force of the resonance spring 60 and the mass of the surrounding structures may be set so that the magnet 40 matches the central axes of the first and second cores 20 and 30 . That is, the central axis of the first core 20 and the second core 30 may be arranged in a straight line to coincide with the central axis of the magnet 40 .
  • the driving shaft 10 may be formed as a bar-shaped spline shaft having a circular cross-section having a predetermined length.
  • the drive shaft 10 may be implemented with any one of chromium molybdenum steel, bearing steel, and alloys thereof.
  • the driving shaft 10 is disposed through the central axis of the driving unit 50 , and may perform a linear reciprocating motion by the driving unit 50 .
  • One end of the driving shaft 10 may protrude through the magnet holder 45 to the outside and be coupled and fixed by the shaft fixing unit 11 .
  • the other end of the driving shaft 10 may be supported by the first support part 65 .
  • the nuts 13 and 15 may be coupled and fixed to one end and the other end of the drive shaft 10 .
  • the nuts 13 and 15 can prevent rotation and shaking of the drive shaft 10 .
  • both sides of the nut 13 may be fixed by the nut fixing part 14 .
  • the nut fixing part 14 may be fixedly coupled to the body 51 .
  • the shaft fixing part 11 may be supported by the second support part 67 .
  • the shaft fixing part 11 and the resonance springs 60_3 and 60_4 may be supported by the second support part 67 through the protruding parts formed on both sides at one end in a cylindrical shape.
  • the shaft fixing part 11 and the nut fixing part 14 may be disposed to be spaced apart from each other in a mutually intersecting direction.
  • the first core 20 may have a coil inserted therein.
  • the coil is a conducting wire that generates a magnetic force by forming a magnetic field around the first and second cores 20 and 30 .
  • the coil is tightly and uniformly wound around the inner circumference of the first core 20 to form a cylindrical shape with a constant thickness.
  • the second core 30 may be implemented in a cylindrical shape and disposed on the inner circumferential surface of the first core 20 .
  • the second core 30 may be fixed by one end of the core fixing unit 16 .
  • the outer side of the other end of the core fixing part 16 may be fixed by being coupled to the body 55 .
  • the inner side of the other end of the core fixing part 16 may be fixed by being coupled to the nut 15 .
  • the core fixing unit 16 may include an escape portion 33 for suppressing friction in a portion where the second core 30 and the driving shaft 10 face each other.
  • the escape skin 33 may mean having an escape space so that friction does not occur.
  • the escape space may be formed to have a reduced thickness inside the core fixing part 16 to minimize the contact surface during vertical reciprocation of the driving shaft 10 .
  • the escape skin 33 may be implemented with a Teflon material with excellent wear resistance, and reduce resistance due to friction with the drive shaft 10 so that the drive shaft 10 can smoothly reciprocate. At the same time, it is possible to prevent the core fixing part 16 from being damaged by friction.
  • the escape skin 33 may be formed to form a reinforcing structure while maintaining a small friction area.
  • the magnet 40 may be driven up and down by magnetic fields formed in the first and second cores 20 and 30 by supplying current to the coil.
  • the magnet 40 is fixed by the magnet holder 45 , and the magnet holder 45 and the driving shaft 10 are coupled to each other so as to be vertically driven together.
  • the body 51 may be implemented so that a hollow is formed therein to surround the driving unit 50 .
  • the body 55 may be implemented to surround the nut 15 coupled to the core fixing part 16 by having a hollow formed therein.
  • the resonance spring 60 may amplify the force while the spring repeats compression and relaxation according to the driving of the driving unit 50 .
  • the resonance spring 60 is disposed one on both upper and lower sides of the driving unit 50 to the outside in response to the first coil 20, and both ends are located between the second support unit 67 and the driving unit 50 and between the driving unit 50 and the first coil. 1 A force in a direction opposite to the movement of the driving unit 50 is started by contacting between the supporting parts 65 . As the driving shaft 10 moves linearly, the resonance spring 60 stores the driving force of the driving shaft 10 and releases elastic energy when the driving shaft 10 is moved in reverse to assist the movement of the driving shaft 10 .
  • the resonance springs 60_1 and 60_2 are disposed on both sides of the lower portion of the driving unit 50 and serve to push up.
  • the spring is compressed when the driving shaft 10 is lowered, and the spring compressed when the driving shaft 10 is raised is the force. can amplify
  • the resonance springs (60_3, 6-_4) are disposed on both sides of the upper portion of the driving unit 50 and serve to press. When the driving shaft 10 rises, the spring is compressed, and when the driving shaft 10 descends, the compressed spring exerts a force. can be amplified.
  • the resonance springs 60_3 and 60_4 are compressed springs, and the resonance springs 60_1 and 60_2 amplify the force of the compressed spring to release elastic energy.
  • the magnetic force generated by the first and second cores 20 and 30 lowers the magnet 40 and the drive shaft 10 .
  • the resonant springs 60_1 and 60_2 are compressed springs, and the resonant springs 60_3 and 60_4 amplify the force of the compressed spring to release elastic energy.
  • the stand 70 is for coupling the drive shaft 10 and the shaft fixing part 11 , and may be implemented in a polygonal shape for the convenience of using a spanner.
  • the stand 70 may be implemented in a hexagonal column shape.
  • the stand 70 is an auxiliary structure for coupling the drive shaft 10 and the shaft fixing part 11 through a spanner, it can be variously implemented in a shape that can use a spanner. Accordingly, the present invention is not limited thereto.
  • the elastic member 80 may be disposed on the component feeder and used when the linear actuator 100 is coupled.
  • the elastic member 80 may be implemented as a member having elasticity such as rubber.
  • the elastic member 80 may correct distortion occurring when the respective linear actuators 100 are driven differently with respect to the plurality of linear actuators 100 disposed in the component feeder.
  • the present invention is a linear actuator having a resonance-driven linear actuator to which mechanical resonance driving between a spring and the mass of a surrounding structure is applied. , while lowering power consumption, it is possible to reduce noise, heat, and residual vibration transmitted vertically downward.
  • FIG. 6 is a top view and a side view illustrating a driving shaft to which a nut is coupled according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an exemplary view showing a driving shaft to which a nut is coupled according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 (a) is a top view showing the driving shaft to which the nut is coupled, (b) is a side view showing the driving shaft to which the nut is coupled.
  • Nuts 13 and 15 may be coupled to one end and the other end of the drive shaft 10 .
  • a groove 13_6 may be formed in the center of the nuts 13 and 15 over the circumference of the outer circumferential surface.
  • a fixing member 17 is coupled to the groove 13_6 formed in the center of the nuts 13 and 15 to fix the nuts 13 and 15 in place.
  • the drive shaft 10 is provided with a ball guide groove 10h.
  • the ball 13_2 formed on the inner side 13_1 of the nut 13 along the ball guide groove 10h of the drive shaft 10 may perform a rolling motion.
  • the nuts 13 and 15 may be implemented in the form of a ball bush.
  • the nut 13 may include a sealing member 13_5 formed on the inner surface 13_1 .
  • the nut 13 may reduce internal friction during the rolling motion of the ball 13_2 by the sealing member 13_5.
  • a smooth high-speed reciprocating motion can be achieved by coupling the drive shaft and the ball bush nut.
  • FIG. 8 and 9 are perspective views showing a linear actuator according to another embodiment of the present invention.
  • 8 shows a perspective view of a linear actuator according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 shows (a) a left side view and (b) a right side view of the linear actuator according to another embodiment of the present invention.
  • the linear actuator according to another embodiment of the present invention is coupled to the drive unit 50, the drive shaft 10 to drive up and down, and a shaft fixing part for fixing one end of the drive shaft 10 (11), a central support portion 63 for supporting the resonance springs 60_3 and 60_4, and a lower support portion 62 disposed under the central support portion 63 to support the resonance springs 60_5 and 60_6 may include .
  • the linear actuator 100 may further include a stand 70 and an elastic member 80 . Components having the same reference numerals have the same functions, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.
  • the driving shaft 10 is disposed through the central axis of the driving unit 50 , and may perform a linear reciprocating motion by the driving unit 50 .
  • One end of the driving shaft 10 may protrude through the magnet holder 45 to the outside and be coupled and fixed by the shaft fixing unit 11 .
  • the nuts 13 and 15 may be coupled and fixed to one end and the other end of the drive shaft 10 .
  • the nuts 13 and 15 can prevent rotation and shaking of the drive shaft 10 .
  • both sides of the nut 13 may be fixed by the nut fixing part 14 .
  • the nut fixing part 14 may be fixedly coupled to the body 55 by a plurality of support rods 14_5 .
  • the shaft fixing part 11 and the nut fixing part 14 may be disposed to be spaced apart from each other in a mutually intersecting direction.
  • the shaft fixing part 11 may be supported by the central support part 63 .
  • the central support part 63 may be formed in a cross shape.
  • the central support part 63 may support the shaft fixing part 11 and the resonance resonance springs 60_5 and 60_6 through the protrusion formed in one direction.
  • the central support part 63 may include a protrusion 63_5 vertically downward on the protrusion in one direction. Accordingly, the resonance springs 60_5 and 60_6 may be coupled to the protrusions 63_5 of the central support part 63 to be supported by the lower support part 62 .
  • the lower support part 62 may be fixedly coupled to the body 55 .
  • the resonance springs 60_3 and 60_4 may be supported on the protrusions formed in the other direction intersecting the protrusions formed in one direction of the central support portion 63 .
  • one end of the resonance springs 60_3 and 60_4 may be fixedly coupled to the nut fixing part 14 .
  • the resonance spring 60 is disposed one on both sides of the upper and lower sides to the outside of the driving unit 50 to correspond to the first coil 20, and both ends are between the central supporting unit 63 and the driving unit 50 and the driving unit 50 and the lower supporting unit. In contact between the (62), a force in the opposite direction to the movement of the driving unit (50) is started. As the driving shaft 10 moves linearly, the resonance spring 60 stores the driving force of the driving shaft 10 and releases elastic energy when the driving shaft 10 is moved in reverse to assist the movement of the driving shaft 10 .
  • the resonance springs 60_3 and 60_4 are disposed on both sides of the upper portion of the driving unit 50 and serve to press, and the spring is compressed when the driving shaft 10 rises, and the compressed spring when the driving shaft 10 descends exerts a force. can be amplified.
  • the resonance springs 60_5 and 60_6 are disposed on both sides of the lower portion of the driving unit 50 and serve to push up.
  • the spring is compressed when the driving shaft 10 is lowered, and the compressed spring is amplified when the driving shaft 10 is raised. can do it

Abstract

본 발명의 선형 액츄에이터는 몸체 내부에 배치되며, 코일이 삽입된 제1 코어, 제1 코어의 내주면과 이격되어 배치되는 제2 코어, 제1 코어와 제2 코어 사이에 배치되는 마그넷을 구비하는 구동부, 구동부의 중심축을 관통하여 배치되며, 구동부에 의해 직선 왕복 운동을 수행하는 구동축, 마그넷을 고정하되, 구동축과 결합되는 마그넷 홀더, 구동축의 일단과 타단에 배치되며, 구동축의 회전을 방지하는 너트, 및, 구동부의 상하부에 배치되되, 너트의 외주면에 이격되어 배치되고, 구동부의 운동에 반대되는 방향의 힘을 기동하는 공진스프링을 포함한다. 이로써, 본 발명은 구동부의 관성력을 스프링의 탄성에너지로 변환하여 구동 효율을 높여 소음과 발열 및 수직 하방의 잔여 진동을 감소시킬 수 있다.

Description

플렉시블 부품 공급 장치용 선형 액츄에이터
본 발명은 플렉시블 부품 공급 장치용 선형 액츄에이터에 관한 것으로서, 특히, 공진구동형 선형 액츄에이터를 구비함으로써 소음과 발열 및 수직 하방으로의 잔여 진동을 감소시킨 플렉시블 부품 공급 장치용 선형 액츄에이터에 관한 것이다.
일반적으로 부품 공급 시스템은 로봇에 의해 부품(parts)을 파지할 수 있도록 하기 위한 표면을 형성하는 플레이트 및 플레이트를 진동할 수 있도록 배치되는 진동 수단을 구비하는 진동 장치를 제공한다. 이때, 진동하기 위한 진동 수단으로 보이스 코일 모터(Vioce Coil Motor), 전자 코일, 압전소자, 공압, 유압 등이 사용되어 왔다. 여기서, 가장 많이 사용되는 보이스 코일 모터는 소형 진동 액츄에이터의 한 방식으로 영구자석과 코일을 사용하여 진동하는 구조로써 빠른 응답성과 정밀성 그리고 선형성을 갖는다.
그러나, 상술한 구조의 소형 진동 액츄에이터는 코일에서 발생하는 자기력에 의해서만 구동되므로 구동전력이 많이 소모되는 문제점이 있다. 또한, 액츄에이터의 응답성을 향상시키기 위해 코일의 권선수를 증가시킬 경우 구동전력을 더 많이 소비하게 되는 원인이 된다. 나아가, 소비전력이 높아지게 되는 문제점이 있다.
또한, 상술한 구조의 소형 진동 액츄에이터를 구비한 진동 장치의 경우, 구동 시 직선 왕복 운동으로 인한 소음과 발열이 발생되고 진동 장치를 지지하는 바닥면으로 잔여 진동을 유발시킨다는 문제점이 있다.
일 예로, 해외 플렉시블 부품 공급 시스템의 경우 진동 장치를 지지하는 바닥면으로 전달되는 잔여 진동에 의해 카메라 및 로봇이 흔들리는 문제점을 발생되었다. 이를 해소하기 위하여 진동 장치가 설치되는 바닥면에 200~300KG 이상의 서브베이스를 설치하는 것을 권장하고 있다.
이에, 소음과 발열이 적으면서 진동 장치를 지지하는 바닥면으로 전달되는 잔여 진동을 감소시킨 기술의 필요성이 대두되고 있다. 선행기술문헌으로 미국 등록특허 제8550233호가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공진구동형 선형 액츄에이터를 구비함으로써 소음과 발열 및 수직 하방으로의 잔여 진동을 감소시킨 플렉시블 부품 공급 장치용 선형 액츄에이터를 제공하는 것이다.
또한, 스플라인 축에 도피 구간을 구비함으로써 직선 왕복 운동의 마찰을 감소시킨 플렉시블 부품 공급 장치용 선형 액츄에이터를 제공하는 것이다.
또한, 스플라인 축과 볼부쉬 너트를 결합함으로써 원활한 고속의 왕복 운동이 이루어질 수 있는 선형 액츄에이터를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 액츄에이터는 몸체 내부에 배치되며, 코일이 삽입된 제1 코어와 상기 제1 코어의 내주면과 이격되어 배치되는 제2 코어, 및 상기 제1 코어와 상기 제2 코어 사이에 배치되는 마그넷을 구비하는 구동부; 상기 구동부의 중심축을 관통하여 배치되며, 상기 구동부에 의해 직선 왕복 운동을 수행하는 구동축; 상기 구동축의 일단과 타단에 배치되며, 상기 구동축의 회전을 방지하는 너트; 및, 상기 제1 코어에 대응하여 상기 구동부의 상하부에 배치되되, 상기 너트의 외주면에 이격되어 배치되고, 상기 구동부의 운동에 반대되는 방향의 힘을 기동하는 공진스프링;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 코어와 상기 제2 코어의 중심축은 상기 마그넷의 중심축과 일치하도록 일직선상으로 배치할 수 있다.
또한, 상기 구동축의 일단을 고정하는 축 고정부; 및, 상기 구동축의 타단을 지지하는 제1 지지부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공진스프링 및 상기 축 고정부를 지지하는 제2 지지부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 코어를 고정하는 코어 고정부; 및, 상기 제2 코어와 상기 구동축이 면 대향하는 부분에서의 상기 코어 고정부와의 마찰을 억제하기 위한 도피부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공진스프링은, 상기 구동부의 하부 양쪽에 배치되어 밀어 올리는 역할을 하되, 상기 구동측 하강 시 스프링이 압축되고, 상기 구동축 상승 시 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시킬 수 있다.
또한, 상기 공진스프링은, 상기 구동부의 상부 양쪽에 배치되어 누르는 역할을 하되, 상기 구동축 상승 시 스프링이 압축되고, 상기 구동축 하강 시 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시킬 수 있다.
또한, 상기 구동축은 볼 가이드 홈을 구비할 수 있다.
또한, 상기 너트는, 내측에 배치되어, 상기 볼 가이드 홈을 따라 구름 운동을 하는 볼; 및, 내측면에 형성된 실링부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 몸체의 타측과 결합되고, 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 플렉시블 부품 공급 장치용 선형 액츄에이터는 공진구동형 선형 액츄에이터를 구비함으로써 구동부의 관성력을 스프링의 탄성에너지로 변환하여 힘을 증폭시켜 구동 효율을 높이고, 소음과 발열 및 수직 하방으로 전달되는 잔여 진동을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 구동축에 도피 구간을 구비함으로써 직선 왕복 운동의 마찰을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 구동축과 볼부쉬 너트를 결합함으로써 원활한 고속의 왕복 운동이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 액츄에이터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 액츄에이터의 좌측면도와 우측면도를 나타내는 투시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 액츄에이터를 나타내는 상면도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 너트가 결합된 구동축을 나타내는 상면도와 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 너트가 결합된 구동축을 나타내는 예시도이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 액츄에이터를 나타내는 투시도이다.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 액츄에이터를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 액츄에이터의 (a) 좌측면도와 (b) 우측면도를 나타내는 투시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 액츄에이터를 나타내는 상면도이고, 도 4는 도 3의 A-A' 단면을 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 액츄에이터(100)는 구동부(50)와 결합되어 상하 구동하는 구동축(10), 구동축(10)의 일단을 고정하는 축 고정부(11), 구동축(10)의 타단과 공진 스프링(60_1, 60_2)을 고정하는 제1 지지부(65), 축 고정부(11)와 공진 스프링(60_3, 60_4)을 지지하는 제2 지지부(67)를 포함할 수 있다. 나아가 선형 액츄에이터(100)는 스탠드(70) 및 탄성부재(80)를 더 포함할 수 있다.
한편, 제어부(미도시)는 몸체(51, 55)의 타측과 결합되며, 선형 액츄에이터(100)를 제어할 수 있다. 제어부(미도시)는 제어를 위한 전자 소자들이 실장된 인쇄회로기판이 내장될 수 있다.
구동부(50)는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치로서, 코일에 전류가 흐르면 제1 코어(20)와 제2 코어(30)에 자기장이 형성되어 마그넷(40)이 상하 구동이 된다. 즉, 구동부(50)는 전원 인가시 작동하여 기계적인 직선 왕복 운동을 수행한다. 구동부(50)는 몸체(51), 몸체(51) 내부에 배치된 코일이 내부에 삽입된 제1 코어(20)와 제2 코어(30), 제1 코어(20)와 제2 코어(30)의 사이에 배치된 마그넷(40), 마그넷(40)을 고정하되, 구동축(10)과 결합되는 마그넷 홀더(45)를 포함할 수 있다. 한편, 공진스프링(60)의 힘과 주변 구조물의 질량을 마그넷(40)이 제1 및 제2 코어(20, 30)의 중심축에 맞도록 설정할 수 있다. 즉, 제1 코어(20)과 제2 코어(30)의 중심축은 마그넷(40)의 중심축과 일치하도록 일직선상으로 배치할 수 있다.
구동축(10)은 일정 길이를 가진 원형 단면의 막대 형상의 스플라인 축으로 형성될 수 있다. 또한, 구동축(10)은 크롬몰리브덴강, 베어링강, 이들의 합금 중 어느 하나의 재질로 구현될 수 있다.
구동축(10)은 구동부(50)의 중심축을 관통하여 배치되며, 구동부(50)에 의해 직선 왕복 운동을 수행할 수 있다. 구동축(10)의 일단은 마그넷 홀더(45)를 관통하여 외부로 돌출되어 축 고정부(11)에 의해 결합 고정될 수 있다. 구동축(10)의 타단은 제1 지지부(65)에 의해 지지될 수 있다. 이때, 구동축(10)의 일단 및 타단에는 너트(13, 15)가 결합 고정될 수 있다. 여기서, 너트(13, 15)는 구동축(10)의 회전 및 흔들림을 방지할 수 있다. 한편, 너트(13)의 양측은 너트 고정부(14)에 의해 고정될 수 있다. 너트 고정부(14)는 몸체(51)와 결합되어 고정될 수 있다.
축 고정부(11)는 제2 지지부(67)에 지지될 수 있다. 이때 제2 지지부(67)는 원통 형상으로 일단에 양측으로 형성된 돌출부분을 통해 축 고정부(11) 및 공진스프링(60_3, 60_4)이 지지될 수 있다.
축 고정부(11)와 너트 고정부(14)는 상호 교차하는 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
제1 코어(20)는 내부에 코일이 삽입될 수 있다. 코일은 제1 및 제2 코어(20, 30)의 주위에 자기장을 형성하여 자기력을 발생시키는 도선이다. 코일은 제1 코어(20)의 내부 둘레에 촘촘하고 균일하게 감겨 일정한 두께의 원통 형상을 이룬다.
제2 코어(30)는 원통 형상으로 구현되어, 제1 코어(20)의 내주면에 배치될 수 있다. 제2 코어(30)는 코어 고정부(16)의 일단에 의해 고정될 수 있다. 코어 고정부(16)의 타단 외측은 몸체(55)와 결합하여 고정될 수 있다. 코어 고정부(16)의 타단 내측은 너트(15)와 결합하여 고정될 수 있다.
코어 고정부(16)는 제2 코어(30)와 구동축(10)이 면 대향하는 부분에서의 마찰을 억제하기 위한 도피부(33)를 포함할 수 있다. 도피부(33)는 마찰이 일어나지 않도록 도피 공간을 구비하는 것을 의미할 수 있다. 여기서, 도피 공간은 코어 고정부(16)의 내측으로 두께가 감소하도록 형성하여 구동축(10)의 상하 왕복 운동시 접촉면을 최소화할 수 있다.
실시예에 따라, 도피부(33)는 내마모성이 우수한 테프론 재질로 구현될 수 있으며, 구동축(10)과의 마찰에 의한 저항을 줄여 구동축(10)이 원활하게 왕복 운동을 수행할 수 있도록 함과 동시에 마찰에 의해 코어 고정부(16)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 도피부(33)는 적은 마찰 면적을 유지하면서 보강 구조를 이루도록 형성될 수 있다
마그넷(40)은 코일에 전류가 공급되어 제1 및 제2 코어(20, 30)에 형성된 자기장에 의해 상하 구동될 수 있다. 이때, 마그넷(40)은 마그넷 홀더(45)에 의해 고정되며, 마그넷 홀더(45)와 구동축(10)이 결합되어 함께 상하 구동될 수 있다.
몸체(51)는 내부에 중공이 형성되어 구동부(50)를 감싸도록 구현될 수 있다. 또한, 몸체(55)는 내부에 중공이 형성되어 코어 고정부(16)와 결합된 너트(15)를 감싸도록 구현될 수 있다.
공진스프링(60)은 구동부(50)의 구동에 따라 스프링이 압축 및 이완을 반복하면서 힘을 증폭시킬 수 있다.
공진스프링(60)은 제1 코일(20)에 대응하여 구동부(50)의 외측으로 상하부 양쪽에 하나씩 배치되고, 양끝이 제2 지지부(67)와 구동부(50) 사이 및 구동부(50)과 제1 지지부(65) 사이에 접촉하여 구동부(50)의 운동에 반대되는 방향의 힘을 기동한다. 구동축(10)이 선형 운동함에 따라 공진스프링(60)은 구동축(10)의 구동력을 저장하고 구동축(10)을 역으로 운동시킬 때 탄성 에너지를 방출하여 구동축(10)의 운동을 보조한다.
이에, 공진스프링(60_1, 60_2)은 구동부(50)의 하부 양쪽에 배치되어 밀어 올리는 역할을 하는 스프링으로서, 구동축(10) 하강 시 스프링이 압축되고, 구동축(10) 상승 시 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시킬 수 있다.
공진스프링(60_3, 6-_4)은 구동부(50)의 상부 양쪽에 배치되어 누르는 역할을 하는 스프링으로서, 구동축(10) 상승 시 스프링이 압축되고, 구동축(10) 하강 시 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 구동부(50)에 전원이 인가되어 코일을 따라 전류가 흐를 경우 제1 및 제2 코어(20, 30)에서 발생한 자기력이 마그넷(40)과 구동축(10)을 상승시킨다. 이에, 공진스프링(60_3, 60_4)은 스프링이 압축되고, 공진스프링(60_1, 60_2)은 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시켜 탄성에너지를 방출하게 된다.
이와 반대로, 제1 및 제2 코어(20, 30)에서 발생한 자기력이 마그넷(40)과 구동축(10)을 하강시킨다. 이에, 공진스프링(60_1, 60_2)은 스프링이 압축되고, 공진스프링(60_3, 60_4)은 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시켜 탄성에너지를 방출하게 된다.
다시 돌아와서 도 1 내지 도 4를 참조하면, 스탠드(70)는 구동축(10)과 축고정부(11)를 결합하기 위한 것으로, 스패너의 사용 편의를 위하여 다각형 형상으로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 스탠드(70)는 육각형의 기둥 형상으로 구현될 수 있다. 한편, 스탠드(70)는 스패너를 통해 구동축(10)과 축고정부(11)를 결합하기 위한 보조적인 구조이므로, 스패너를 사용할 수 있는 형상으로 다양하게 구현될 수 있다. 이에, 한정하지 않는다.
탄성부재(80)는 부품 피더에 배치되어 선형 액츄에이터(100)가 결합될 때 사용될 수 있다. 여기서 탄성부재(80)는 고무와 같은 탄성을 가진 부재로 구현될 수 있다. 탄성부재(80)는 부품 피더에 배치된 복수 개의 선형 액츄에이터(100)에 대해 각각의 선형 액츄에이터(100)가 서로 다르게 구동되는 경우에 발생하는 튀틀림을 보정할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 스프링과 주변 구조물의 질량사이의 기계적 공진구동을 적용한 공진 구동형 선형 액츄에이터를 구비한 선형 액츄에이터로서, 구동부의 관성력을 스프링의 탄성에너지로 변환하여 힘을 증폭시킴으로써 구동효율을 높이고, 소비전력을 낮추는 동시에 소음과 발열 및 수직 하방으로 전달되는 잔여 진동을 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 너트가 결합된 구동축을 나타내는 상면도와 측면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 너트가 결합된 구동축을 나타내는 예시도이다.
도 6의 (a)는 너트가 결합된 구동축을 나타내는 상면도이고, (b)는 너트가 결합된 구동축을 나타내는 측면도이다. 구동축(10)의 일단과 타단에는 너트(13, 15)가 결합될 수 있다. 도 7을 함께 참조하면, 너트(13, 15)의 중심부에는 홈(13_6)이 외주면 둘레에 걸쳐 형성될 수 있다. 너트(13, 15)의 중심부에 형성된 홈(13_6)에는 고정부재(17)가 결합되어 너트(13, 15)를 정위치에 고정할 수 있다.
구동축(10)은 볼 가이드 홈(10h)이 마련되어 있다. 구동축(10)의 볼 가이드 홈(10h)을 따라 너트(13)의 내측(13_1)에 형성된 볼(13_2)이 구름 운동을 할 수 있다. 너트(13, 15)는 볼부쉬의 형태로 구현될 수 있다. 너트(13)는 내측면(13_1)에 형성된 실링부재(13_5)를 포함할 수 있다. 너트(13)는 실링부재(13_5)에 의해 볼(13_2)이 구름 운동하는 동안 내부 마찰을 줄일 수 있다.
이에 따라 구동축(10)이 직선 방향으로는 구동이 되지만 볼 가이드 홈(10h)에 의해 회전이 방지될 수 있다.
또한, 구동축(10)의 슬라이딩으로 면 마찰이 발생하였으나, 구동축(10)의 볼 가이드 홈(10h)을 따라 너트(13, 15)의 볼(13_2)이 구르면서 면 마찰 현상이 현저하게 감소될 수 있다.
이로써, 본 발명은 구동축과 볼부쉬 너트를 결합함으로써 원활한 고속의 왕복 운동이 이루어질 수 있다.
도 8과 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 액츄에이터를 나타내는 투시도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 액츄에이터의 사시도를 나타내고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 액츄에이터의 (a) 좌측면도와 (b) 우측면도를 나타낸다.
도 2와 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 액츄에이터는 구동부(50)와 결합되어 상하 구동하는 구동축(10), 구동축(10)의 일단을 고정하는 축 고정부(11), 공진 스프링(60_3, 60_4)을 지지하는 중심지지부(63), 중심 지지부(63)의 하부에 배치되어 공진 스프링(60_5, 60_6)을 지지하는 하부지지부(62)를 포함할 수 있다. 나아가 선형 액츄에이터(100)는 스탠드(70) 및 탄성부재(80)를 더 포함할 수 있다. 도면부호가 동일한 구성요소는 기능이 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
구동축(10)은 구동부(50)의 중심축을 관통하여 배치되며, 구동부(50)에 의해 직선 왕복 운동을 수행할 수 있다. 구동축(10)의 일단은 마그넷 홀더(45)를 관통하여 외부로 돌출되어 축 고정부(11)에 의해 결합 고정될 수 있다. 이때, 구동축(10)의 일단 및 타단에는 너트(13, 15)가 결합 고정될 수 있다. 여기서, 너트(13, 15)는 구동축(10)의 회전 및 흔들림을 방지할 수 있다.
한편, 너트(13)의 양측은 너트 고정부(14)에 의해 고정될 수 있다. 너트 고정부(14)는 복수의 지지봉(14_5)에 의해 몸체(55)와 결합되어 고정될 수 있다.
축 고정부(11)와 너트 고정부(14)는 상호 교차하는 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
축 고정부(11)는 중심지지부(63)에 의해 지지될 수 있다. 중심지지부(63)는 크로스(cross) 형상으로 형성될 수 있다. 중심지지부(63)는 일 방향으로 형성된 돌출부를 통해 축 고정부(11) 및 공진 공진스프링(60_5, 60_6)이 지지될 수 있다. 중심지지부(63)는 일 방향의 돌출부에 수직 하방으로 돌기(63_5)를 포함할 수 있다. 이에, 공진스프링(60_5, 60_6)은 중심지지부(63)의 돌기(63_5)와 결합하여 하부지지부(62)에 지지될 수 있다. 하부지지부(62)는 몸체(55)에 결합되어 고정될 수 있다.
그리고, 중심지지부(63)의 일 방향으로 형성된 돌출부와 교차되는 타 방향으로 형성된 돌출부에는 공진스프링(60_3, 60_4)이 지지될 수 있다. 이때, 공진스프링(60_3, 60_4)의 일단은 너트고정부(14)와 결합되어 고정될 수 있다.
공진스프링(60)은 제1 코일(20)에 대응하여 구동부(50)의 외측으로 상하부 양쪽에 하나씩 배치되고, 양끝이 중심지지부(63)와 구동부(50) 사이 및 구동부(50)와 하부지지부(62) 사이에 접촉하여 구동부(50)의 운동에 반대되는 방향의 힘을 기동한다. 구동축(10)이 선형 운동함에 따라 공진스프링(60)은 구동축(10)의 구동력을 저장하고 구동축(10)을 역으로 운동시킬 때 탄성 에너지를 방출하여 구동축(10)의 운동을 보조한다.
이에, 공진스프링(60_3, 60_4)은 구동부(50)의 상부 양쪽에 배치되어 누르는 역할을 하는 스프링으로서, 구동축(10) 상승 시 스프링이 압축되고, 구동축(10) 하강 시 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시킬 수 있다.
공진스프링(60_5, 60_6)은 구동부(50)의 하부 양쪽에 배치되어 밀어 올리는 역할을 하는 스프링으로서, 구동축(10) 하강 시 스프링이 압축되고, 구동축(10) 상승 시 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시킬 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. 몸체 내부에 배치되며, 코일이 삽입된 제1 코어와 상기 제1 코어의 내주면과 이격되어 배치되는 제2 코어, 및 상기 제1 코어와 상기 제2 코어 사이에 배치되는 마그넷을 구비하는 구동부;
    상기 구동부의 중심축을 관통하여 배치되며, 상기 구동부에 의해 직선 왕복 운동을 수행하는 구동축;
    상기 구동축의 일단과 타단에 배치되며, 상기 구동축의 회전을 방지하는 너트; 및,
    상기 구동부의 상하부에 배치되되, 상기 너트의 외주면에 이격되어 배치되고, 상기 구동부의 운동에 반대되는 방향의 힘을 기동하는 공진스프링;을 포함하는 선형 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코어와 상기 제2 코어의 중심축은 상기 마그넷의 중심축과 일치하도록 일직선상으로 배치하는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동축의 일단을 고정하는 축 고정부; 및,
    상기 구동축의 타단을 지지하는 제1 지지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공진스프링 및 상기 축 고정부를 지지하는 제2 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코어를 고정하는 코어 고정부; 및,
    상기 제2 코어와 상기 구동축이 면 대향하는 부분에서의 상기 코어 고정부와의 마찰을 억제하기 위한 도피부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공진스프링은,
    상기 구동부의 하부 양쪽에 배치되어 밀어 올리는 역할을 하되, 상기 구동축 하강 시 스프링이 압축되고, 상기 구동축 상승 시 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공진스프링은
    상기 구동부의 상부 양쪽에 배치되어 누르는 역할을 하되, 상기 구동축 상승 시 스프링이 압축되고, 상기 구동축 하강 시 압축되었던 스프링이 힘을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동축은 볼 가이드 홈이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 너트는,
    내측에 배치되어, 상기 볼 가이드 홈을 따라 구름 운동을 하는 볼; 및,
    내측면에 형성된 실링부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 몸체의 타측과 결합되고, 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 액츄에이터.
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