WO2023167529A1 - 리니어 액추에이터 - Google Patents

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WO2023167529A1
WO2023167529A1 PCT/KR2023/002912 KR2023002912W WO2023167529A1 WO 2023167529 A1 WO2023167529 A1 WO 2023167529A1 KR 2023002912 W KR2023002912 W KR 2023002912W WO 2023167529 A1 WO2023167529 A1 WO 2023167529A1
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WO
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unit
ball screw
frame
hollow motor
linear actuator
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/002912
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English (en)
French (fr)
Inventor
김경수
쯔네다하루히로
Original Assignee
주식회사 제우스
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Publication date
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • F16H25/2209—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with arrangements for taking up backlash
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2075—Coaxial drive motors

Definitions

  • the present invention relates to a linear actuator, and more particularly, to a linear actuator capable of reducing an electric length, preventing loss of driving torque and backlash, and enabling a simple wiring structure of an electric wire.
  • actuators are installed in the semiconductor manufacturing process or the production process of smartphone parts.
  • the actuator repeats very precise motions, and is designed not to discharge even the dust generated by the friction generated by these motions to the outside.
  • Actuators have had many uses in the past. Their main purpose is to accurately achieve the prescribed movement at the correct position and the correct distance every time, and not to blow away dust or dust even by such continuous and frequent operations.
  • the mobile phone manufacturing process or semiconductor manufacturing process it is necessary to thoroughly block the inflow of dust or dust to the production process of parts and the assembly process of parts.
  • dust or dust may be generated according to friction between parts.
  • the present invention was created to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide a linear actuator that can reduce the length of the electric field, prevent loss of driving torque and backlash, and can simply implement the wiring structure of the wire is to do
  • a linear actuator includes: a frame portion; a hollow motor unit installed inside the frame unit; a ball screw part shaft-coupled to the hollow motor part to be rotated by the hollow motor part and disposed along the longitudinal direction of the frame part; a supporter unit rotatably supporting the ball screw unit; and a ball nut part coupled to the ball screw part to move along the ball screw part when the ball screw part rotates.
  • the hollow motor unit a stator fixed to one side of the frame unit; a rotor rotatably disposed inside the stator and axially coupled to the ball screw; an encoder unit installed on one side of the rotor to measure the rotational speed of the rotor; and a driver connected to the stator and the encoder unit to control the stator.
  • the supporter unit may include a first supporter unit installed to support the ball screw unit on the side of the hollow motor unit; and a second supporter part installed to support an end of the ball screw part.
  • the first supporter part may include an angular bearing part that supports a radial load and a thrust load of the upper ball screw part.
  • the second supporter part may include a ball bearing part supporting a radial load of the ball screw part.
  • the linear actuator may further include a linear guide part disposed along a longitudinal direction of the frame part to guide movement of the ball nut part.
  • the linear guide part may include guide rail parts arranged side by side on both sides of the frame part in the width direction; and a sliding guide coupled to the ball nut to move along the guide rail.
  • the hollow motor unit is built into the frame unit, the overall length of the linear actuator can be reduced.
  • the hollow motor unit since the hollow motor unit is fixed to the frame unit, the length of the wire connected to the hollow motor unit can be reduced and the wires can be simply wired. In addition, it is possible to prevent the wire from being damaged or short-circuited by moving stress.
  • the ball screw unit since the ball screw unit is axially coupled to the rotor of the hollow motor unit, the driving torque of the hollow motor unit can be transmitted to the ball screw unit without loss.
  • the ball screw unit since the ball screw unit is directly connected to the rotor and prevents play between the ball screw unit and the hollow motor unit, backlash or slip between the ball screw unit and the ball nut unit can be prevented.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically illustrating a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a schematic cross-sectional view of a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a side of a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross section A-A' in a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a BB' cross section in a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a linear actuator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing a linear actuator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view schematically showing a side of the linear actuator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a linear actuator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a cross-section B-B' in a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • the linear actuator 100 includes a frame part 110, a hollow motor part 130a, a ball screw part 141, a supporter part 143, and a ball A nut portion 147 is included.
  • a straight opening 112 is formed in the frame portion 110 along the longitudinal direction of the frame portion 110 .
  • the frame unit 110 is shielded from the outside except for the opening 112 .
  • the frame unit 110 may be formed in a rectangular cylinder shape.
  • the sealing band portion 120 seals the opening 112 and is formed of a magnetic material.
  • the sealing band portion 120 has a wider width than the width of the opening 112 .
  • a lubricating layer (not shown) may be coated on the surface of the sealing band part 120 .
  • the lubricating layer may include an ultra-high molecular material having excellent wear resistance.
  • the sealing band portion 120 may be formed of a lubricating layer such as a lubricating tape having a thickness of about 0.1 mm and about 0.3 mm. Since the sealing band part 120 seals the opening part 112, it is possible to prevent foreign substances such as particles generated inside the frame part 110 from being discharged to the outside. In addition, since the lubricating layer is coated on the sealing band portion 120, it is possible to prevent a lubricating material such as grease from being released from the sealing band portion 120.
  • a lubricating layer such as a lubricating tape having a thickness of about 0.1 mm and about 0.3 mm. Since the sealing band part 120 seals the opening part 112, it is possible to prevent foreign substances such as particles generated inside the frame part 110 from being discharged to the outside. In addition, since the lubricating layer is coated on the sealing band portion 120, it is possible to prevent a lubricating material such as grease from being released from the sealing band portion 120.
  • the driving unit 130 is installed inside the frame unit 110 .
  • the driving unit 130 is disposed on one side of the frame unit 110 .
  • the driving unit 130 includes a hollow motor unit 130a installed inside the frame unit 110 . Since the hollow motor unit 130a is built into the frame unit 110, the overall length of the linear actuator 100 can be reduced.
  • the length of the wire connected to the hollow motor unit 130a can be reduced and the wire can be simply wired.
  • the hollow motor unit 130a does not move in the frame unit 110, it is possible to prevent the wire from being damaged or short-circuited by moving stress.
  • the installation space of the transfer robot can be minimized.
  • the power transmission unit 140 is connected to the driving unit 130 to be moved by the driving unit 130 . As the drive unit 130 is driven, the power transmission unit 140 moves along the longitudinal direction of the frame unit 110 .
  • the slider unit 150 is connected to the power transmission unit 140, is movably installed between the sealing band unit 120 and the opening 112, and generates magnetic force to bring the sealing band unit 120 into close contact. Since the slider part 150 adheres to the sealing band part 120 by magnetic force, even if the slider part 150 moves along the opening part 112, the sealing band part 120 can seal the opening part 112. In addition, when the slider unit 150 is moved, it is possible to prevent the sealing band unit 120 from being separated from or lifted from the slider unit 150 .
  • the hollow motor unit 130a includes a stator 131, a rotor 132, an encoder unit 133 and a driver 134.
  • the stator 131 is fixed to one side of the frame unit 110 .
  • the stator 131 generates magnetic force as power is applied.
  • the stator 131 is manufactured in a form in which a coil is wound around an iron core.
  • the stator 131 is disposed to surround the circumference of the ball screw unit 141 .
  • the rotor 132 is rotatably disposed inside the stator 131, and the ball screw unit 141 of the power transmission unit 140 is axially coupled.
  • a permanent magnet having N poles and S poles alternately magnetized may be applied.
  • the ball screw unit 141 is press-fitted to the rotating shaft of the rotor 132, and as the rotor 132 rotates, the ball screw unit 141 rotates.
  • the encoder unit 133 is installed on one side of the rotor 132 to measure the rotational speed of the rotor 132 .
  • the encoder unit 133 includes an optical encoder (not shown) and a magnetic encoder (not shown).
  • the optical encoder detects the rotation of the rotor 132 through an optical reader by printing a pattern on a transparent substrate, and provides the sensed data to the driver 134 .
  • the magnetic encoder detects rotation of the rotor 132 through a Hall sensor (not shown) installed on the driver 134.
  • the driver 134 is connected to the stator 131 and the encoder unit 133 to control the stator 131 .
  • the driver 134 calculates the signal received from the encoder unit 133 and detects the position of the rotor 132 . Since the driver 134 is built into the hollow motor unit 130a, there is no need to separately install a motor controller such as a servo amplifier for controlling the hollow motor unit 130a.
  • the driver 134 may receive a signal from the driving controller 135 through wireless communication.
  • EtherCAT and Ethernet are proposed. EtherCAT sends a telegram message to the driver 134,
  • the driver 134 takes only data that matches the address assigned to it in the telegram message.
  • a method of obtaining data a method of reading and processing data at high speed using direct memory approximation (DMA) may be applied.
  • DMA direct memory approximation
  • the drive controller 135 transmits a signal to the driver 134 .
  • the driver 134 checks the position of the hollow motor unit 130a by the signal received from the encoder unit 133 and drives the hollow motor unit 130a according to the signal received from the driving control unit 135. The number of revolutions of the hollow motor unit 130a is calculated.
  • the driver 134 drives the hollow motor unit 130a and monitors the rotational speed of the hollow motor unit 130a through the encoder unit 133. When the rotation of the hollow motor unit 130a is completed, the driver 134 transmits a completion signal to the drive control unit 135. Thus, the hollow motor unit 130a can be accurately controlled.
  • the power transmission unit 140 includes a ball screw unit 141, a supporter unit 143, and a ball nut unit 147.
  • the ball screw unit 141 is shaft-coupled to the rotor 132 of the hollow motor unit 130a so as to be rotated by the hollow motor unit 130a, and is disposed along the longitudinal direction of the frame unit 110.
  • the supporter unit 143 rotatably supports the ball screw unit 141 .
  • the ball nut unit 147 is screwed to the ball screw unit 141 so as to move along the ball screw unit 141 when the ball screw unit 141 rotates.
  • the ball screw unit 141 As the ball screw unit 141 is rotated by the hollow motor unit 130a, the ball nut unit 147 moves, and as the ball nut unit 147 moves, the slider unit 150 rotates the ball nut unit 147. is moved with As the ball screw unit 141 rotates, the ball nut unit 147 and the slider unit 150 move, so that the movement distance of the slider unit 150 can be precisely controlled.
  • the supporter unit 143 includes a first supporter unit 144 installed on the side of the hollow motor unit 130a to support the ball screw unit 141 and a second supporter unit installed to support the end of the ball screw unit 141. section 145. Since both sides of the ball screw unit 141 are supported by the first supporter unit 144 and the second supporter unit 145, the ball screw unit 141 can rotate stably without shaking.
  • the first supporter part 144 includes an angular bearing part 144a that supports the radial load and the thrust load of the ball screw part 141 .
  • the second supporter unit 145 includes a ball bearing unit 145a supporting a radial load of the ball screw unit 141 .
  • the radial load means a load perpendicular to the axial direction of the ball screw unit 141
  • the thrust load means an axial load of the ball screw unit 141.
  • the angular bearing portion 144a refers to a bearing in which the contact angle between a rolling element (ball or roller) and a raceway (inner ring and outer ring) exceeds 0° and is 45° or less.
  • the angular bearing part 144a prevents the ball screw part 141 from being moved in the axial direction, and the ball bearing part 145a is the ball screw part so that the ball screw part 141 can expand and contract in the longitudinal direction by the temperature change.
  • the axial play of (141) is allowed within a certain range. Therefore, since the ball screw unit 141 can be prevented from being moved in the axial direction by the angular bearing unit 144a, the movement distance of the ball nut unit 147 and the slider unit 150 can be precisely controlled. .
  • the ball screw unit 141 Since the ball screw unit 141 is axially coupled to the rotor 132 of the hollow motor unit 130a, the driving torque of the hollow motor unit 130a can be transmitted to the ball screw unit 141 without loss. In addition, since the ball screw part 141 is directly connected to the rotor 132 to prevent a gap between the ball screw part 141 and the hollow motor part 130a, the ball screw part 141 and the ball nut part 147 Backlash or slip can be prevented. Accordingly, the movement distance of the slider unit 150 can be precisely controlled.
  • the linear actuator 100 further includes a linear guide part 170 disposed along the longitudinal direction of the frame part 110 to guide the movement of the ball nut part 147 . Since the linear guide part 170 guides the movement of the ball nut part 147, the movement distance of the ball nut part 147 can be accurately controlled.
  • the linear guide unit 170 includes a guide rail unit 171 disposed side by side on both sides of the frame unit 110 in the width direction, and a sliding guide coupled to the ball nut unit 147 so as to move along the guide rail unit 171. It includes section 173. Therefore, the ball nut unit 147 can be stably moved by the linear guide unit 170 .
  • the slider part 150 includes an inner slider 151 , an outer slider 153 , a curved part 155 and a slider magnet part 157 .
  • the inner slider 151 is coupled to the power transmission unit 140 to be moved by the power transmission unit 140 .
  • the inner slider 151 may be coupled to the ball nut part 147 by a fastening bolt or adhesive.
  • the inner slider 151 is installed to surround the ball nut part 147, and its both sides are disposed to face the upper side of the guide rail part 171.
  • the outer slider 153 is connected to the inner slider 151 and is disposed between the opening 112 and the sealing band portion 120 .
  • the outer slider 153 passes through the opening 112 and is disposed above the frame unit 110 .
  • mounting portions are formed to protrude upward so that external devices (not shown) are mounted thereon.
  • the mounting portion protrudes from both sides of the sealing band portion 120 in the width direction to prevent external devices from contacting or interfering with the sealing band portion 120 .
  • the curved portion 155 is formed on the outer slider 153 to face the sealing band portion 120 .
  • the curved portion 155 is disposed between the mounting portions of the outer slider 153.
  • the width of the curved portion 155 is larger than that of the sealing band portion 120 .
  • the slider magnet part 157 is disposed on the curved part 155 to bring the sealing band part 120 into close contact with the curved part 155 .
  • the slider magnet part 157 may be installed on the same plane as the curved part 155 or buried inside the curved part 155 .
  • the slider magnet portion 157 may form the entire surface of the curved portion 155 or may be installed in plurality on the curved portion 155 .
  • the slider magnet part 157 may be disposed on the curved part 155 in various forms.
  • the sealing band part 120 is prevented from being lifted from the opening part 112 when the slider part 150 moves. can do. Accordingly, it is possible to prevent foreign matter generated inside the frame part 110 from being discharged to the outside of the frame part 110 while preventing damage to the sealing band part 120 .
  • the curved portion 155 is rounded so that both sides of the slider portion 150 in the moving direction are lower than the center portion of the slider portion 150 . Since both sides of the curved portion 155 in the moving direction are formed to be rounded, the sealing band portion 120 can be gently bent in a rounded shape and adhered to the surface of the curved portion 155 .
  • the slider magnet parts 157 may be disposed on both sides of the curved part 155 in the moving direction. Accordingly, when the slider part 150 is moved along the opening 112, the sealing band part 120 may be deformed so that the sealing band part 120 adheres to both sides of the moving direction of the curved part 155 by magnetic force.
  • the linear actuator 100 further includes fixing magnet parts 160 disposed on both sides of the opening 112 so that the sealing band part 120 is attached to the frame part 110 .
  • the fixing magnet part 160 may be arranged to form a straight line on both sides of the opening 112 or may be arranged in a dotted line form at regular intervals along the longitudinal direction of the sealing band part 120 .
  • the fixed magnet part 160 may be installed to be flush with the upper surface of the frame part 110 or buried in the upper surface of the frame part 110 . Since the fixed magnet parts 160 are disposed on both sides of the opening 112, both sides of the sealing band part 120 come into close contact with the upper side of the frame part 110 so that foreign substances generated inside the frame part 110 are discharged to the outside. discharge can be prevented.
  • the linear actuator 100 further includes a contamination detection unit 180 installed inside the frame unit 110 to detect an internal contamination level of the frame unit 110 .
  • the contamination detection unit 180 measures the degree of contamination and transmits it to the driving control unit 135, the driving control unit 135 may inform the cleaning time of the linear actuator 100 through a display unit or an alarm.
  • the linear actuator 100 may additionally apply an anti-vibration band structure or an electric brake.
  • a position sensor may be applied to the frame part 110 to detect the position of the slider part 150 .
  • the position detecting unit may detect the home position of the slider unit 150 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 리니어 액추에이터는 프레임부와, 프레임부의 내부에 설치되는 중공 모터부와, 중공 모터부에 의해 회전되도록 중공 모터부에 축결합되고, 프레임부의 길이방향을 따라 배치되는 볼스크류부와, 볼스크류부를 회전 가능하게 지지하는 서포터부와, 볼스크류부의 회전시 볼스크류부를 따라 이동되도록 볼스크류부에 결합되는 볼너트부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리니어 액추에이터
본 발명은 리니어 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전장 길이를 감소시키고, 구동 토크의 손실과 백래쉬를 방지하며, 전선의 배선 구조를 간단하게 구현할 수 있는 리니어 액추에이터에 관한 것이다.
일반적으로 액추에이터는 반도체 제조공정이나 스마트폰 부품의 생산공정에 설치된다. 액추에이터는 아주 정밀한 동작을 반복하며, 이 동작으로 발생되는 마찰에 의해서 발생되는 분진 조차도 외부로 배출시키지 않도록 제작된다.
액추에이터는 기존에 많은 사용이 있었다. 이들의 주요한 목적은 정확한 위치, 정확한 거리 만큼 규정된 이동을 매회 정확하게 달성해야 한다는 것과, 이러한 연속되는 잦은 작동에 의해서도 분진이나 먼지를 날리지 않아야 한다는 것이다. 휴대폰 제조공정이나 반도체 제조공정은 부품의 생산공정, 부품의 조립공정까지 분진이나 먼지가 유입되는 것은 철저히 차단해야 한다. 그런데 이러한 제조공정에 투입되어 잦은 수평연동을 하게 되면, 부품간의 마찰이 발생됨에 따라 분진이나 먼지가 발생될 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0963603호(2010. 06. 15 공고, 발명의 명칭: 리니어로봇을 이용한 웨이퍼 검사장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전장 길이를 감소시키고, 구동 토크의 손실과 백래쉬를 방지하며, 전선의 배선 구조를 간단하게 구현할 수 있는 리니어 액추에이터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 리니어 액추에이터는: 프레임부; 상기 프레임부의 내부에 설치되는 중공 모터부; 상기 중공 모터부에 의해 회전되도록 상기 중공 모터부에 축결합되고, 상기 프레임부의 길이방향을 따라 배치되는 볼스크류부; 상기 볼스크류부를 회전 가능하게 지지하는 서포터부; 및 상기 볼스크류부의 회전시 상기 볼스크류부를 따라 이동되도록 상기 볼스크류부에 결합되는 볼너트부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중공 모터부는, 상기 프레임부의 일측에 고정되는 고정자; 상기 고정자의 내측에 회전 가능하게 배치되고, 상기 볼스크류부가 축결합되는 회전자; 상기 회전자의 회전 속도를 측정하도록 상기 회전자의 일측에 설치되는 엔코더부; 및 상기 고정자를 제어하도록 상기 고정자와 상기 엔코더부에 연결되는 드라이버를 포함할 수 있다.
상기 서포터부는, 상기 중공 모터부 측에 상기 볼스크류부를 지지하도록 설치되는 제1서포터부; 및 상기 볼스크류부의 단부를 지지하도록 설치되는 제2서포터부를 포함할 수 있다.
상기 제1서포터부는 상긴 볼스크류부의 래디얼 하중과 스러스트 하중을 지지하는 앵귤러 베어링부을 포함할 수 있다.
상기 제2서포터부는 상기 볼스크류부의 래디얼 하중을 지지하는 볼베어링부를 포함할 수 있다.
상기 리니어 액추에이터는 상기 볼너트부의 이동을 안내하도록 상기 프레임부의 길이방향을 따라 배치되는 리니어 가이드부를 더 포함할 수 있다.
상기 리니어 가이드부는, 상기 프레임부의 폭방향 양측에 나란하게 배치되는 가이드 레일부; 및 상기 가이드 레일부를 따라 이동되도록 상기 볼너트부에 결합되는 슬라이딩 가이드부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 중공 모터부가 프레임부에 내장되므로, 리니어 액추에이터의 전장 길이를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 중공 모터부가 프레임부에 고정되므로, 중공 모터부에 연결되는 전선의 길이를 감소시키고 전선이 간단하게 배선될 수 있다. 또한, 전선이 이동 응력에 의해 손상되거나 단락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 볼스크류부가 중공 모터부의 회전자에 축결합되므로, 중공 모터부의 구동 토크가 볼스크류부에 손실 없이 전달될 수 있다. 또한, 볼스크류부가 회전자에 직결되어 볼스크류부와 중공 모터부의 유격을 방지하므로, 볼스크류부와 볼너트부의 백래쉬나 슬립을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 측면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터에서 A-A' 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터에서 B-B' 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 리니어 액추에이터의 일 실시예를 설명한다. 리니어 액추에이터를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터의 측면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터에서 A-A' 단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터에서 B-B' 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 액추에이터(100)는 프레임부(110), 중공 모터부(130a), 볼스크류부(141), 서포터부(143) 및 볼너트부(147)를 포함한다.
프레임부(110)에는 프레임부(110)의 길이방향을 따라 직선형의 개구부(112)가 형성된다. 프레임부(110)는 개구부(112)를 제외하고 외부로부터 차폐된다. 프레임부(110)는 직사각통 형태로 형성될 수 있다.
밀폐 밴드부(120)는 개구부(112)를 밀폐시키고, 자성 재질로 형성된다. 밀폐 밴드부(120)는 개구부(112)의 폭보다 넓은 폭을 갖는다. 밀폐 밴드부(120)의 표면에는 윤활층(미도시)이 코팅될 수 있다. 윤활층은 내마모성이 우수한 초고분자 물질을 포함할 수 있다.
밀폐 밴드부(120)는 대략 0.1mm 정도의 두께와 0.3mm 두께의 윤활 테이프와 같은 윤활층으로 형성될 수 있다. 밀폐 밴드부(120)가 개구부(112)를 밀폐시키므로, 프레임부(110)의 내부에서 발생되는 파티클과 같은 이물질이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 밀폐 밴드부(120)에 윤활층이 코팅되므로, 밀폐 밴드부(120)에서 그리스와 같은 윤활물질이 방출되는 것을 방지할 수 있다.
구동부(130)는 프레임부(110)의 내부에 설치된다. 구동부(130)는 프레임부(110)의 일측에 배치된다. 구동부(130)는 프레임부(110)의 내부에 설치되는 중공 모터부(130a)를 포함한다. 중공 모터부(130a)가 프레임부(110)에 내장되므로, 리니어 액추에이터(100)의 전장 길이를 감소시킬 수 있다.
중공 모터부(130a)가 프레임부(110)에 고정되므로, 중공 모터부(130a)에 연결되는 전선의 길이를 감소시키고 전선이 간단하게 배선될 수 있다. 또한, 중공 모터부(130a)가 프레임부(110)에서 이동되지 않으므로, 전선이 이동 응력에 의해 손상되거나 단락되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이송 로봇의 설치 공간을 최소화할 수 있다.
동력전달부(140)는 구동부(130)에 의해 이동되도록 구동부(130)에 연결된다. 구동부(130)가 구동됨에 따라 동력전달부(140)는 프레임부(110)의 길이방향을 따라 이동된다.
슬라이더부(150)는 동력전달부(140)에 연결되고, 밀폐 밴드부(120)와 개구부(112) 사이에 이동 가능하게 설치되고, 밀폐 밴드부(120)를 밀착시키도록 자력이 발생된다. 슬라이더부(150)가 자력에 의해 밀폐 밴드부(120)를 밀착시키므로, 슬라이더부(150)가 개구부(112)를 따라 이동되더라도 밀폐 밴드부(120)가 개구부(112)를 밀폐시킬 수 있다. 또한, 슬라이더부(150)가 이동될 때에 밀폐 밴드부(120)가 슬라이더부(150)에서 분리되거나 들뜨는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 프레임부(110)의 내부에서 발생되는 이물질이 프레임부(110)의 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 밀폐 밴드부(120)의 표면에 윤활층이 코팅되고, 슬라이더부(150)가 자력에 의해 밀폐 밴드부(120)를 슬라이더부(150)에 밀착시키므로, 슬라이더부(150)가 밀폐 밴드부(120)와 밀착되더라도 원활하게 이동되고, 밀폐 밴드부(120)가 손상되는 것을 억제할 수 있다.
중공 모터부(130a)는 고정자(131), 회전자(132), 엔코더부(133) 및 드라이버(134)를 포함한다.
고정자(131)는 프레임부(110)의 일측에 고정된다. 고정자(131)는 전원이 인가됨에 따라 자력을 발생하다. 고정자(131)는 철심에 코일이 감기는 형태로 제작된다. 고정자(131)는 볼스크류부(141)의 둘레를 둘러싸도록 배치된다.
회전자(132)는 고정자(131)의 내측에 회전 가능하게 배치되고, 동력전달부(140)의 볼스크류부(141)가 축결합된다. 회전자(132)로는 N극과 S극이 교번으로 착자되는 영구자석이 적용될 수 있다. 회전자(132)의 회전축에는 볼스크류부(141)가 압입되어 회전자(132)가 회전됨에 따라 볼스크류부(141)가 회전된다.
엔코더부(133)는 회전자(132)의 회전 속도를 측정하도록 회전자(132)의 일측에 설치된다. 엔코더부(133)는 광학식 엔코더(미도시)와 자기식 엔코더(미도시)를 포함한다. 광학식 엔코더는 투명기판에 패턴을 프린팅하여 광학 리더를 통해 회전자(132)의 회전을 감지하고, 감지된 데이터를 드라이버(134)에 제공한다. 자기식 엔코더는 드라이버(134) 상에 설치된 홀센서(미도시)를 통해 회전자(132)의 회전을 감지한다.
드라이버(134)는 고정자(131)를 제어하도록 고정자(131)와 엔코더부(133)에 연결된다. 드라이버(134)는 엔코더부(133)에서 전달받은 신호를 연산하여 회전자(132)의 위치를 검출한다. 드라이버(134)가 중공 모터부(130a)에 내장되므로, 중공 모터부(130a)를 제어하기 위한 서보 엠프와 같은 모터 제어기를 별도로 설치할 필요가 없다.
드라이버(134)는 구동 제어부(135)로부터 무선 통신에 의해 신호를 수신받을 수 있다. 무선 통신으로는 이더켓(EtherCAT), 이더넷(Ethernet) 등을 제시한다. 이더켓은 텔레그램 메시지를 드라이버(134)에 보내고,
드라이버(134)는 텔레그램 메시지 중에서 자신에게 지정된 주소와 일치하는 데이터만 취한다. 데이터를 취하는 방식은 직접 메모리 적근 방식(DMA)를 사용하여 고속으로 데이터를 읽고 처리하는 방식이 적용될 수 있다.
이러한 중공 모터부(130a)의 작동에 관해 설명하기로 한다. 구동 제어부(135)에서 드라이버(134)에 신호를 송신한다. 드라이버(134)는 엔코더부(133)에서 수신된 신호에 의해 중공 모터부(130a)의 위치를 확인하고, 구동 제어부(135)로부터 수신된 신호에 맞게 중공 모터부(130a)를 구동시킬 수 있도록 중공 모터부(130a)의 회전수를 산출한다.
드라이버(134)가 중공 모터부(130a)를 구동시키고, 엔코더부(133)를 통해 중공 모터부(130a)의 회전수를 모니터링한다. 중공 모터부(130a)의 회전이 완료되면, 드라이버(134)에서는 구동 제어부(135)에 완료 신호를 송신한다. 따라서, 중공 모터부(130a)가 정확하게 제어될 수 있다.
동력전달부(140)는 볼스크류부(141), 서포터부(143) 및 볼너트부(147)를 포함한다.
볼스크류부(141)는 중공 모터부(130a)에 의해 회전되도록 중공 모터부(130a)의 회전자(132)에 축결합되고, 프레임부(110)의 길이방향을 따라 배치되다. 서포터부(143)는 볼스크류부(141)를 회전 가능하게 지지한다. 볼너트부(147)는 볼스크류부(141)의 회전시 볼스크류부(141)를 따라 이동되도록 볼스크류부(141)에 나사 결합된다.
볼스크류부(141)가 중공 모터부(130a)에 의해 회전됨에 따라 볼너트부(147)가 이동되고, 볼너트부(147)가 이동됨에 따라 슬라이더부(150)가 볼너트부(147)와 함께 이동된다. 볼스크류부(141)가 회전됨에 따라 볼너트부(147)와 슬라이더부(150)가 이동되므로, 슬라이더부(150)의 이동 거리를 정밀하게 제어할 수 있다.
서포터부(143)는 중공 모터부(130a) 측에 볼스크류부(141)를 지지하도록 설치되는 제1서포터부(144)와, 볼스크류부(141)의 단부를 지지하도록 설치되는 제2서포터부(145)를 포함한다. 볼스크류부(141)의 양측이 제1서포터부(144)와 제2서포터부(145)에 의해 지지되므로, 볼스크류부(141)가 흔들리지 않고 안정되게 회전될 수 있다.
제1서포터부(144)는 볼스크류부(141)의 래디얼 하중과 스러스트 하중을 지지하는 앵귤러 베어링부(144a)을 포함한다. 제2서포터부(145)는 볼스크류부(141)의 래디얼 하중을 지지하는 볼베어링부(145a)를 포함한다. 래디얼방향 하중은 볼스크류부(141)의 축방향에 수직한 하중을 의미하고, 스러스트 하중은 볼스크류부(141)의 축방향 하중을 의미한다.
앵귤러 베어링부(144a)는 전동체(볼 또는 롤러)와 궤도륜(내륜과 외륜)의 접촉각이 0° 초과하고 45° 이하의 베어링을 의미한다. 앵귤러 베어링부(144a)는 볼스크류부(141)가 축방향으로 이동되는 것을 방지하고, 볼베어링부(145a)은 볼스크류부(141)가 온도 변화에 의해 길이방향으로 신축될 수 있도록 볼스크류부(141)의 축방향 유격을 일정 범위에서 허용한다. 따라서, 볼스크류부(141)가 앵귤러 베어링부(144a)에 의해 축방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있으므로, 볼너트부(147)와 슬라이더부(150)의 이동 거리를 정밀하게 제어할 수 있다.
볼스크류부(141)가 중공 모터부(130a)의 회전자(132)에 축결합되므로, 중공 모터부(130a)의 구동 토크가 볼스크류부(141)에 손실 없이 전달될 수 있다. 또한, 볼스크류부(141)가 회전자(132)에 직결되어 볼스크류부(141)와 중공 모터부(130a)의 유격을 방지하므로, 볼스크류부(141)와 볼너트부(147)의 백래쉬(backlash)나 슬립(slip)을 방지할 수 있다. 따라서, 슬라이더부(150)의 이동 거리를 정밀하게 제어할 수 있다.
리니어 액추에이터(100)는 볼너트부(147)의 이동을 안내하도록 프레임부(110)의 길이방향을 따라 배치되는 리니어 가이드부(170)를 더 포함한다. 리니어 가이드부(170)가 볼너트부(147)의 이동을 안내하므로, 볼너트부(147)의 이동 거리를 정확하게 제어할 수 있다.
리니어 가이드부(170)는 프레임부(110)의 폭방향 양측에 나란하게 배치되는 가이드 레일부(171)와, 가이드 레일부(171)를 따라 이동되도록 볼너트부(147)에 결합되는 슬라이딩 가이드부(173)를 포함한다. 따라서, 볼너트부(147)가 리니어 가이드부(170)에 의해 안정되게 이동될 수 있다.
슬라이더부(150)는 이너 슬라이더(151), 아우터 슬라이더(153), 곡면부(155) 및 슬라이더 마그네트부(157)를 포함한다.
이너 슬라이더(151)는 동력전달부(140)에 의해 이동되도록 동력전달부(140)에 결합된다. 이너 슬라이더(151)는 체결볼트나 접착제 등에 의해 볼너트부(147)에 결합될 수 있다. 이너 슬라이더(151)는 볼너트부(147)를 둘러싸도록 설치되고, 그 양측이 가이드 레일부(171)의 상측에 대향되게 배치된다.
아우터 슬라이더(153)는 이너 슬라이더(151)에 연결되고, 개구부(112)와 밀폐 밴드부(120) 사이에 배치된다. 아우터 슬라이더(153)는 개구부(112)를 통과하고, 프레임부(110)의 상측에 배치된다.
아우터 슬라이더(153)의 폭방향 양쪽에는 외부 기기(미도시)가 탑재되도록 탑재부가 상측으로 돌출되게 형성된다. 탑재부는 밀폐 밴드부(120)의 폭방향 양측에 돌출되어 외부 기기가 밀폐 밴드부(120)에 접촉되거나 간섭되는 것을 방지한다.
곡면부(155)는 밀폐 밴드부(120)에 대향되도록 아우터 슬라이더(153)에 형성된다. 곡면부(155)는 아우터 슬라이더(153)의 탑재부 사이에 배치된다. 곡면부(155)의 폭은 밀폐 밴드부(120)의 폭보다 크게 형성된다.
슬라이더 마그네트부(157)는 밀폐 밴드부(120)를 곡면부(155)에 밀착시키도록 곡면부(155)에 배치된다. 슬라이더 마그네트부(157)는 곡면부(155)와 동일 평면을 이루거나 곡면부(155)의 내부에 매립되게 설치될 수 있다. 또한, 슬라이더 마그네트부(157)는 곡면부(155)의 표면 전체를 이루거나 곡면부(155)에 복수개가 설치될 수도 있다. 슬라이더 마그네트부(157)는 곡면부(155)에 다양한 형태로 배치될 수 있다.
슬라이더부(150)가 볼너트부(147)에 의해 이동될 때에 곡면부(155)가 밀폐 밴드부(120)의 하면과 미끄럼 접촉되므로, 곡면부(155)와 밀폐 밴드부(120)의 마찰력을 현저히 감소시킬 수 있다.
또한, 슬라이더 마그네트부(157)가 밀폐 밴드부(120)를 자력에 의해 잡아당겨 곡면부(155)에 밀착시키므로, 슬라이더부(150)의 이동시 밀폐 밴드부(120)가 개구부(112)에서 들뜨는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 밀폐 밴드부(120)의 손상을 방지하면서도 프레임부(110)의 내부에 발생되는 이물질이 프레임부(110)의 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
곡면부(155)는 슬라이더부(150)의 중심부보다 슬라이더부(150)의 이동방향 양측이 낮아지도록 라운드지게 형성된다. 곡면부(155)의 이동방향 양측이 라운드지게 형성되므로, 밀폐 밴드부(120)가 라운드진 형태로 부드럽게 구부러지면서 곡면부(155)의 표면에 밀착될 수 있다.
따라서, 슬라이더부(150)가 고속으로 이동되더라도 곡면부(155)가 밀폐 밴드부(120)에 마찰 응력을 가하는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 밀폐 밴드부(120)가 마찰 응력에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
슬라이더 마그네트부(157)는 곡면부(155)의 이동방향 양측에 각각 배치될 수 있다. 따라서, 슬라이더부(150)가 개구부(112)를 따라 이동될 때에 곡면부(155)의 이동방향 양측에 밀폐 밴드부(120)가 자력에 의해 밀착되도록 변형될 수 있다.
리니어 액추에이터(100)는 밀폐 밴드부(120)가 프레임부(110)에 부착되도록 개구부(112)의 양측에 배치되는 고정 마그네트부(160)를 더 포함한다. 고정 마그네트부(160)는 개구부(112)의 양측에 일직선을 이루도록 배치되거나 밀폐 밴드부(120)의 길이방향을 따라 일정한 간격마다 점선 형태로 배치될 수 있다.
고정 마그네트부(160)는 프레임부(110)의 상측면과 동일 평면을 이루거나 프레임부(110)의 상측면에 매립되게 설치될 수 있다. 고정 마그네트부(160)가 개구부(112)의 양측에 배치되므로, 밀폐 밴드부(120)의 양측에 프레임부(110)의 상측면에 밀착되어 프레임부(110)의 내부에서 발생되는 이물질이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
리니어 액추에이터(100)는 프레임부(110)의 내부 오염도를 감지하도록 프레임부(110)의 내부에 설치되는 오염 감지부(180)를 더 포함한다. 오염 감지부(180)는 오염도를 측정하여 구동 제어부(135)에 전달하면, 구동 제어부(135)는 디스플레이부나 알람을 통해 리니어 액추에이터(100)의 청소 시기를 알려줄 수 있다.
또한, 리니어 액추에이터(100)는 방진밴드 구조나 전기식 브레이크를 추가로 적용할 수 있다. 또한, 프레임부(110)에 슬라이더부(150)의 위치를 감지하도록 위치 감지 센서를 적용할 수 있다. 위치 감지부는 슬라이더부(150)의 홈포지션을 감지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 프레임부;
    상기 프레임부의 내부에 설치되는 중공 모터부;
    상기 중공 모터부에 의해 회전되도록 상기 중공 모터부에 축결합되고, 상기 프레임부의 길이방향을 따라 배치되는 볼스크류부;
    상기 볼스크류부를 회전 가능하게 지지하는 서포터부; 및
    상기 볼스크류부의 회전시 상기 볼스크류부를 따라 이동되도록 상기 볼스크류부에 결합되는 볼너트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중공 모터부는,
    상기 프레임부의 일측에 고정되는 고정자;
    상기 고정자의 내측에 회전 가능하게 배치되고, 상기 볼스크류부가 축결합되는 회전자;
    상기 회전자의 회전 속도를 측정하도록 상기 회전자의 일측에 설치되는 엔코더부; 및
    상기 고정자를 제어하도록 상기 고정자와 상기 엔코더부에 연결되는 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서포터부는,
    상기 중공 모터부 측에 상기 볼스크류부를 지지하도록 설치되는 제1서포터부; 및
    상기 볼스크류부의 단부를 지지하도록 설치되는 제2서포터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1서포터부는 상긴 볼스크류부의 래디얼 하중과 스러스트 하중을 지지하는 앵귤러 베어링부을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2서포터부는 상기 볼스크류부의 래디얼 하중을 지지하는 볼베어링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 볼너트부의 이동을 안내하도록 상기 프레임부의 길이방향을 따라 배치되는 리니어 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 리니어 가이드부는,
    상기 프레임부의 폭방향 양측에 나란하게 배치되는 가이드 레일부; 및
    상기 가이드 레일부를 따라 이동되도록 상기 볼너트부에 결합되는 슬라이딩 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
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