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KR100425344B1 - 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치 - Google Patents

두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치 Download PDF

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KR100425344B1
KR100425344B1 KR10-2001-0040483A KR20010040483A KR100425344B1 KR 100425344 B1 KR100425344 B1 KR 100425344B1 KR 20010040483 A KR20010040483 A KR 20010040483A KR 100425344 B1 KR100425344 B1 KR 100425344B1
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Abstract

본 발명은 두개의 회전체를 이용하여 회전과 동시에 직선 운동을 하는 장치에 관한 것이다. 각각의 동력원을 지닌 제 1 회전체;와 제 2 회전체; 상기 제 1 회전체 상에 형성되며, 상기 제 1 회전체 상에서 직선 운동이 가능한 직선 운동부; 및 상기 제 2 회전체 상에 고착되며, 상기 직선 운동부와 결합되는 동력 전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치를 제공하여 별도의 직선 운동을 위한 동력원이 필요없이 두개의 회전체의 상대적인 각속도 차이를 이용해서 직선 운동을 구현할 수 있다.

Description

두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치{Linear actuator on rotator using two rotor}
본 발명은 직선 운동 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 두개의 회전체를 이용하여 각 회전체의 회전 속도 차를 이용하여 직선 운동을 유도하는 두개의 회전체를 이용한 회전체 상의 직선 운동 장치에 관한 것이다.
종래에 회전 운동 장치의 직선 운동을 유도하기 위해서는 따로 회전체의 회전축 상에 선형 모터(linear motor)를 추가하였다. 이러한 선형 모터는 외부 전원과 연결된 전원 공급 경로에 의하여 동력을 공급받는데, 무엇보다도 회전체 상에 형성된 선형 모터의 전원 공급에 많은 문제점이 있었다.
이러한 선형 모터에 전원을 공급하기 위해서는 통상적으로 브러쉬를 이용하여야 한다. 그러나, 브러쉬를 사용할 경우 작동시 브러쉬의 마모, 손상 등에 의해 수명이 단축되고, 공급 전원의 파형이 불안정하게 되어 특히, 정밀한 구조의 소자에 사용할 경우 노이즈가 발생할 가능성이 커진다. 이에 따라, 진동 및 소음의 원인이 되고, 또한 제품 설계시 구조가 복잡해 져서, 결국 제조 비용이 상승하게 된다.
전원 공급 방식에 있어서, 무선 전력 전송 등의 방법 등도 고려되었으나, 이 경우에는 전력 전송율이 크게 떨어지는 문제점이 있다. 특히, 외부 전기장 등에 민감하게 반응할 수 있는 저장 장치나 초소형 기기 등의 경우 이러한 방식을 채용하는 경우 그 구성 자체가 복잡하며, 작동 효율이 크게 감소될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 회전 운동하는회전체에서 직선 운동이 필요한 경우, 따로 별도의 선형 모터등의 동력원이 회전체 상에 장착되지 않고 간단한 구조로 직선 운동을 유발시킬 수 있는 직선 운동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치의 일실시예를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11... 제 1 회전체(회전 운동체)
12... 제 2 회전체(직선 운동 유도체)
13... 직선 운동부 14... 동력 전달부
16... 코일(coil) 17... 자석(magnet)
18... 베어링(bearing) 19... 직선 운동 유도부(리니어 베어링)
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,동력원을 지닌 제 1 회전체;상기 제 1 회전체와 별도의 동력원을 지니고 상기 제 1 회전체와 회전축을 공유하는 제 2 회전체;상기 제 1 회전체와 상기 제 2 회전체 사이에 형성되며, 상기 제 2 회전체에 고착된 동력 전달부; 및상기 제 1 회전체 상에 고착된 직선 운동 유도부에 형성되며, 상기 동력전달부와 상호 치합되어 상기 제 1 회전체 및 상기 제 2 회전체의 상대적인 각속도 차이에 의해 직선 운동을 하는 직선 운동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치를 제공한다.본 발명에 있어서, 상기 직선 운동 유도부는 상기 제 1 회전체 상에 고착된 리니어 베어링인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 직선 운동부는 랙이며, 상기 동력 전달부는 피니언인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 회전체 및 제 2 회전체는 각각 스핀들 모터에 의해 그 회전 속도가 제어되는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참고하면서 본 발명에 의한 두개의 회전 모터를 이용한 직선운동 장치에 대해 보다 상세히 설명하고 한다. 도 1은 본 발명에 의한 직선 운동 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 두개의 회전 운동체를 이용한 직선 운동 장치는 별도의 직선 운동을 위한 동력원을 두지 않고 회전 운동체의 운동에서 직선 운동을 위한 동력을 유도하는 것을 특징으로 한다.
두개의 회전체(11, 12)가 각각 상하부로 형성되어 있으며, 상기 각각의 회전체(11, 12)는 별도의 동력원을 가지도록 구성되어 있다. 이러한 두가지 회전체는 각각 제 1 회전체 및 제 2회전체로 구별할 수 있으며, 그 기능적으로는 회전 운동체(11) 및 직선 운동 유도체(12)가 된다. 상기 회전 운동체(11)에는 직선 운동을 하는 직선 운동부(13), 예를 들어 랙(rack)이 형성되어 있으며, 상기 직선 운동 유도체(12)에는 상기 직선 운동부에 직선 운동을 할 수 있도록 동력을 전달하는 동력 전달부(14), 예를 들어 피니언(pinion)이 형성되어 있다. 상기 회전 운동체(11) 및 직선 운동 유도체(12)는 상호 독립적인 회전 운동을 할 수 있는 동력원이 연결되어 있다.
여기서, 상기 직선 운동부(13)은 상기 회전 운동체(11)에 완전히 고착된 것이 아니다. 즉, 상기 직선 운동부(13)는 상기 회전 운동체(11)에 의한 회전 운동과는 별도의 직선 운동이 가능하도록 상기 회전 운동체(11)상에 고착된 직선 운동 유도부, 예를 들어 리니어 베어링(linear bearing) 등에 의해 연결된다.
반면에, 상기 동력 전달부(14)는 상기 직선 운동 유도체(12)에 고착되어 있다. 그리고, 여기서, 상기 직선 운동부(13)와 상기 동력 전달부(14)는 상호 치합등에 의해 결합 되어 상기 회전 운동체(11) 및 직선 운동 유도체(12)의 상대적인 각속도 차이에 의한 동력을 전달할 수 있다. 상기 회전 운동체(11) 및 직선 운동 유도체(12)의 회전 운동은 각각의 모터에 의해 그 동력이 전달 되며, 이러한 동력원은 제한이 없다.
도 1을 참고하여 본 발명에 의한 두개의 회전체에 의한 직선 운동 장치의 작동 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 회전체(11) 즉, 회전 운동체(11)가 외부 동력에 의해 회전 운동을 하게 된다. 상기 회전 운동체(11)의 운동에 의해 상기 회전 운동체(11)에 고착된 리니어 베어링 등에 의해 연결되는 직선 운동부(13) 또한 같은 각속도를 가지고 회전 운동을 한다. 이 경우에는 상기 직선 운동부(13)는 상기 회전 운동체(11)와 같은 순수한 회전 운동을 할 뿐, 별도의 동력이 가해지지 않으므로 직선 운동을 할 수 없다.
이때, 상기 제 2 회전체(12), 즉 직선 운동 유도체(12)를 상기 회전 운동체(11)와 같은 방향 및 같은 회전 각속도로 회전을 시키면 상기 직선 운동 유도체(12)에 형성된 동력 전달부(14)도 회전 운동을 하게 된다. 따라서, 상기 동력 전달부(14)와 치합된 상기 직선 운동부(13)도 같은 방향 및 같은 회전 각 속도에 의해 운동을 하게 되므로 상기 직선 운동부(13)는 회전 운동만 가능하다.
상기 직선 운동부(13)의 직선 운동을 유도하기 위해서는 상기 직선 운동 유도체(12)의 회전 각속도를 상기 회전 운동체(11)와 달리 해야 한다. 즉, 상기 직선 운동 유도체(12)의 회전 각속도가 상기 회전 운동체(11)의 각속도와 다르게 되면, 상기 동력 전달부(14)와 치합된 상기 직선 운동부(13)의 상대적인 각속도 차가 생기게 되어 상기 직선 운동부(13)가 상기 회전 운동체(11)의 회전 운동과 다른 별도의 운동을 하게 된다. 따라서, 이러한 운동은 상기 동력전달부(14)와의 치합에 의해 발생하며, 이에 의해 상기 회전 운동체(11) 상에서 상기 직선 운동부(13)는 회전 운동 이외에 별도의 직선 운동도 하게 된다.
이때, 상기 직선 운동부(13)의 직선 운동을 제어 하기 위해서는 회전 중심축으로부터의 상기 직선 운동부(13)와 상기 동력 전달부(14)의 치합된 위치까지의 거리, 즉 반경이 일요소가 되며, 상기 치합된 위치가 상기 회전 축과 가까울수록 정밀한 조정이 가능하다.
즉, 상기 직선 운동부(13)는 회전 운동을 하면서 직선 운동을 하게되며, 상기 직선 운동부(13) 예를 들어, 랙은 센서나 정보 저장 장치에 있어서, 정보를 읽어내는 헤드를 장착하는 캔틸레버(15)나 회전과 동시에 반경 방향 운동을 필요로 하는 소형 로봇 장치에 응용 될 수 있다.
도 2를 참고하여 본 발명에 의한 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치의 일실시예에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다. 도 2는 두개의 회전체(11, 12) 사이에 직선 운동부(13), 예를 들어 랙 형성된 일실시예를 나타낸 개략적인 단면도이다.
각각 동력원, 예를 들어 스핀들 모터(16, 17, 18)에 의해 회전 운동하는 회전 운동체(11) 및 직선 운동 유도체(12)가 회전축을 공유하여 형성되어 있으며, 상기 두 회전체(11, 12) 사이에는 직선 운동부(13)와 동력 전달부(14)가 치합되어 형성된다. 상기 직선 운동부(13)는 회전 운동체(11) 상에 직선 운동 유도부(19), 예를 들어 리니어 베어링(19) 등에 의해 별도의 직선 운동이 가능하도록 형성되어 있으며, 상기 동력 전달부(14)는 상기 직선 운동 유도체(12)에 고착되어 형성되며 상기 직선 운동부(13)와 치합된다.
도 2의 두 회전체는 코일(16), 자석(17) 및 베어링(18)을 포함하는 스핀들 모터에 연결되어 회전 운동을 한다. 상기에서 기술한 바와 같이, 전원을 공급하면 상기 회전 운동체(11) 및 직선 운동 유도체(12)는 회전 운동을 하게 되며, 이러한 회전 운동을 하는 상기 회전 운동체(11) 및 상기 직선 운동 유도체(12)의 각속도 차에 의해 상기 직선 운동부(13)가 직선 운동을 하게 되는 것이다. 여기서 상기 직선 운동부(13)의 운동 방향은 상기 직선 운동 유도부(19)가 형성된 방향에 따라 전후 직선 운동을 하게 된다.
도 3은 본 발명에 의한 두개의 회전 운동체(11, 12)를 이용한 직선 운동 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 개략적인 단면도이다. 여기서는 두개의 회전체(11, 12)가 동일 평면상에 형성된 경우를 나타낸 것이다. 예를 들어, 회전축을 공유하는 두개의 회전체를 회전 운동 시키는 모터, 예를 들어 스핀들 모터(16, 17, 18)의 크기를 달리 하여 그 내부는 회전 운동체(11)를 회전 운동 시키며, 외부에는 직선 운동 유도체(12)를 회전 운동시키도록 형성시킨 것이다. 도 3의 경우에도, 각각의 회전 운동체(11, 12)가 별도의 동력 공급원을 가지고 있음을 알 수 있다.
직선 운동부(13)가 상기 회전 운동체(11) 상에 리니어 베어링(19)에 의해 형성되며, 동력 전달부(14)가 직선 운동 유도체(12) 상에 고착되어 상기 직선 운동부(13) 예를 들어, 랙과 치합되어 동력을 전달하는 것은 상기 도 2의 직선 운동 장치의 경우와 다르지 아니하다.
상기 도 3에 나타낸 실시예의 경우에는 상기 도 2에 비해 그 직선 운동 장치의 전체적인 크기를 작게 할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 회전 운동하는 물체에 직선 운동을 할 수 있는 장치가 필요한 경우, 별도로 외부에서 전원을 공급해야 하는 선형 모터를 따로 구성할 필요 없이, 두개의 회전체 사이의 상대적인 각속도 차에 의해 구동하는 직선 운동 장치를 매우 용이하게 구현할 수 있다. 따라서, 그 제조 비용을 절감할 수 있음은 물론, 정보 저장 매체, 미디어 등의 수많은 분야에 응용이 가능하다.

Claims (5)

  1. 동력원을 지닌 제 1 회전체;
    상기 제 1 회전체와 별도의 동력원을 지니고 상기 제 1 회전체와 회전축을 공유하는 제 2 회전체;
    상기 제 1 회전체와 상기 제 2 회전체 사이에 형성되며, 상기 제 2 회전체에 고착된 동력 전달부; 및
    상기 제 1 회전체 상에 고착된 직선 운동 유도부에 형성되며, 상기 동력전달부와 상호 치합되어 상기 제 1 회전체 및 상기 제 2 회전체의 상대적인 각속도 차이에 의해 직선 운동을 하는 직선 운동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직선 운동 유도부는 상기 제 1 회전체 상에 고착된 리니어 베어링인 것을 특징으로 하는 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 직선 운동부는 랙이며, 상기 동력 전달부는 피니언인 것을 특징으로 하는 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회전체 및 제 2 회전체는 각각 스핀들 모터에 의해 그 회전 속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 두개의 회전체를 이용한 직선 운동 장치.
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