일반기술

형상기억합금과 전기유동유체를 이용한 회전형작동기

최근 산업의 발달과 함께 로봇이나 기타 시스템 등의 활용에 있어 저 소음과 경량의 특징을 갖춘 환경 친화적인 기계들이 각광을 받고 있다. 하지만 예를 들어 직류모터 또는 서보모터 등과 같은 기존의 회전형 작동기는 작동시 커다란 소음과 큰 중량에 비해 적은 힘밖에 발생시키지 못하며, 높은 회전 속도 때문에 감속기어를 필요로 하게 된다. 이는 변속장치의 복잡화와 백래쉬(backlash), 마찰력, 부수적인 장치에 의한 추가적인 중량화, 설치시의 작업공간 확보 등과 관련한 많은 문제점들을 야기시켜 왔다.본 발명은 전기유동유체와 형상기억합금을 이용함으로써 소음저감과 정밀제어가 가능하며 소형화가 요구되는 각종 회전운동 시스템에의 활용이 적합한 회전형작동기를 제공한다.본 발명에서 제안된 회전형 작동기는 형상기억합금의 길이와 전류의 크기에 따라 속도나 힘의 크기를 다양하게 제어할 수 있으며, 중앙부분에 삽입된 전기유동유체에 의해 부하되는 전기장의 크기에 따라 연속적으로 구속력의 크기를 제어할 수 있다. 나아가서 휠의 크기를 다르게 또는 모두 같게 하고, 휠에 부착한 형상기억합금의 위치를 조절함으로써 다양한 속도 조절과 힘의 크기를 얻어 낼 수 있는 특징을 갖고 있다. 본 발명에 따른 회전형 작동기는 작동 요소의 크기와 무게가 상당히 작고 단위 중량당 회복력이 크며 작동중 소음이 발생하지 않는 형상기억합금과, 전기유동유체를 작동유로 하고 기존의 브레이크 장치와 유사한 시스템을 구성하고, 단지 전기장 인가만으로 회전형 작동기의 회전 상태를 제어할 수 있으므로 소형이면서도 높은 토크를 요구하는 정밀제어용 소형 작동기 등에 능동적으로 사용될 수 있다. 세계 전자제품모터의 50%이상이 국내에서 생산되는 모터를 장착하고 있는 만큼 국내의 모터산업은 상당한 기술력을 보유하고 있다고 할 수 있다. 그러나 앞으로 우리나라가 역점을 두어 선도할 우주, 항공분야 중에서도 국외의 타 모터제조회사로부터 우위를 점하기 위해서는 중량대비 높은 토크를 발생시킬 수 있는 모터의 개발이 시급한 실정이다. 따라서 본 발명에서 제안한 회전형 작동기의 경우, 크기, 중량, 제어가능성 등에서 타 작동기에 비해 우수한 성능을 가지고 있으므로 앞으로 전개될 첨단산업 분야에서 사용될 회전형 작동기로서 효과적으로 사용될 수 있으며 나아가 회전형 작동기를 필요로 하는 모든 기간산업에 적용가능 할 것으로 사료된다. 따라서 정밀한 제어나 소형화를 필요로 하는 로봇분야에 적용할 수 있는 등 그 사용범위가 매우 광범위하다. 본 발명은 작은 크기, 적은 중량, 회전수를 원활하게 컨트롤하고자 하는 회전형 작동기에 적합하다고 할 수 있다. 현재, 전기유동유체에 적용 가능한 소형 전압증폭기는 본연구실에서 개발 완료된 상태이며, 형상기억합금 작동기에 필요한 소형전류증폭기가 개발되어야 할 것이다. 따라서 본 연구실에서 지금까지 연구된 전기유동유체/형상기억합금에 대한 연구 실적을 연계한다면 기업화 전망은 매우 밝다고 할 수 있다.