JP6363778B2 - トルクモータ - Google Patents

Description

本発明は、電流を運動エネルギーに変換してノズルの開閉を制御するためのトルクモータに関し、より詳しくは、ノズルフラッパ方式を使用している空圧機器を制御するための制御バルブ用位置制御器に設置され、制御バルブの作動を微細電流で制御して耐久性を向上させたトルクモータに関する。

空気圧制御装置又は空気式調節計において、微細な電気的信号を空気圧信号に変換する技術が用いられている。この技術は、ノズル（nozzle）と、このノズルに面して設置されたフラッパ（flapper）の間隔を、電気的信号により形成されるフラッパの変位を通じて制御でき、このような制御を利用してノズルの開閉を調節する。つまり、電気的信号が入力されて電流が流れると、電流はフラッパと同じ制御装置の機械的回動力に転換され空気圧信号に変換される。従来の電流・空気圧変換装置でフラッパに作用する流動子の回動を利用する技術は存在するが、これは流動子に形成される磁場が流動子の片方下端に配置された永久磁石によって形成されるので、流動子と永久磁石の強い引力により流動子を固定するヒンジに不要なねじりが発生し、時間が経つにつれてヒンジが変形される短所がある。このような短所により、電流・空気圧変換装置の耐久性が著しく低下され、流動子の初期位置設定にも困難が伴うという問題があり、改善が必要となっている。

韓国登録特許第１０−１３３７２８７号公報

本発明が解決しようとする技術的な課題は、各々互いに反対の極に磁化された１組の磁化金属を流動子の両端上下に互いに平行に配置させ、永久磁石による流動子のねじりを無くして制御を容易にして、流動子に形成される磁場を安定的に発生させ、耐久性を向上させたトルクモータを提供することである。

本発明の技術的課題は上記に言及した技術的課題に制限されず、また言及されてない他の技術的課題は下記の記載から当業者に明確に理解できるであろう。

上記の技術的課題を達成するための本発明の実施例によるトルクモータは、一定間隔に離隔され、互いに平行に配置されて、各々互いに反対の極に磁化された１組の磁化金属と、両端部が各々上記１組の磁化金属の間に位置して、上記両端部の間に形成されたヒンジ軸を中心に回動可能に固定された流動子と、電流により磁場を発生させ、上記流動子を磁化させる固定子とを含み、上記流動子は上記固定子によって発生される磁力線上に配置される。

上記固定子は互いに反対の極になる両先端部を各々上記流動子の上記両端部にそれぞれ重畳することができる。

上記固定子は上記両先端部が第１金属板と第２金属板に分岐され、上記流動子の両端部は各々上記第１金属板と上記第２金属板の間に配置することができる。

上記固定子は、上記両先端部を各々上記１組の磁化金属間に配置することができる。

上記１組の磁化金属は各々永久磁石の反対極に接することができる。

上記流動子は片方にノズルを開閉する少なくとも１つの突起部をさらに含んでもよい。

上記突起部は上記磁化金属と上記固定子を貫通し、露出してもよい。

上記ヒンジ軸は、ねじり弾性を持つ材質でできていてもよく、上記流動子と、上記固定子又は上記磁化金属との間を固定することができる。

上記固定子は、上記磁化金属よりも保磁力が低い金属であってもよい。

以上説明したように、本発明によるトルクモータは、一定の間隔に離隔され、互いに平行に配置された１組の磁化金属の間に流動子を配置し、流動子に無理な力を加えないため、トルクモータの耐久性を高めることができ、流動子の両端部の間にねじり弾性を持つヒンジ軸が形成され、安定的かつ容易に流動子を流動させ、ノズルの開閉を制御できるという長所を持つ。

本発明の実施形態１によるトルクモータを示す斜視図である。 図１のトルクモータを示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ'線断面図である。 本発明の実施形態１によるトルクモータの一部分を拡大して示す拡大斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態１によるトルクモータの作動過程をそれぞれの電流方向によって示す作動図である。 本発明の実施形態２によるトルクモータの一例を示す断面図である。 本発明の実施形態２によるトルクモータの他の一例を示す断面図である。

本発明の利点及び特徴、並びに、それらを達成する方法は添付する図面と共に詳しく後述されている実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は以下に開示する実施形態に限定されることなく、相異なる多様な形に具現され得る。ただし、本実施形態は本発明の開示が完全になるようにして、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者に発明の範疇を完全に知らせるために提供される一例であり、本発明は請求項の範疇によって定義される。明細書全般にわたって同一参照符号は同一構成要素を称する。

以下、図１〜図４を参照し、本発明の実施形態１によるトルクモータに関して詳しく説明する。

図１は本発明の実施形態１によるトルクモータを示す斜視図であり、図２は図１のトルクモータを示す分解斜視図であり、図３は図１のＡ−Ａ'線断面図であり、図４は本発明の実施形態１によるトルクモータの一部分を拡大して示す拡大斜視図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態１によるトルクモータ１は一定間隔に離隔され、互いに平行に配置されて、各々互いに反対の極に磁化された１組の磁化金属１０と、両端部が各々磁化金属１０の間に位置して、両端部の間に形成されたヒンジ軸４０を中心に回動できるよう固定された流動子３０と、電流により磁場を発生させ、流動子３０を磁化させる固定子２１とを含む。流動子３０は、固定子２１により発生される磁気力の線上に配置される。

１組の磁化金属１０は、一定間隔に離隔され、互いに平行に配置される。流動子３０及び固定子２１は、磁化金属１０の中心を基準にみて、点対称となるように配列されている。このような点対称配列により、流動子３０と固定子２１が磁化金属１０の形成する磁場から均一な磁気力を受けることになる。特に、流動子３０は、流動子３０を形成する面が全体的に磁化金属１０の間に位置されていて、磁化金属１０による磁気力を均一に分散させて受け取ることができる。従って、流動子３０の特定方向だけに磁化金属１０の磁気力が偏る現象が起こらないため、流動子３０の初期平衡値設定に効果的であり、流動子３０を含んだトルクモータ１の耐久性を向上させることができる。

図１に示すように、１組の磁化金属１０は、各々永久磁石Ｍの反対極に接して配置することができる。磁化金属１０の間に位置した永久磁石により磁化金属１０は各々違う極に磁化されることができ、また完全に磁化された磁化金属１０の間には、流動子３０と固定子２１が配置されることができる。

両端部が各々磁化金属１０の間に位置する流動子３０と、流動子３０を磁化させる固定子２１は、磁化金属１０の間で一定間隔に離隔され、配置されることができ、また流動子３０と固定子２１各々は平板形相であってもよい。

固定子２１は両端にコイル結合部５０が連結されていて、コイル結合部５０の一部分に巻かれたコイルに電流が流れると、この電流により発生された磁場で流動子３０を磁化させることになる。固定子２１は、電流により発生された磁場によって両先端部が互いに反対の極をなす。固定子２１の両先端部は、流動子３０の両端部に各々一部が重ねっていて、流動子３０は、固定子２１により発生される磁気力の線上に配置される。従って、固定子２１に発生した磁場は、流動子３０に伝わり、流動子３０を磁化させることになる。

結果的に、磁化金属１０は永久磁石により磁化されて磁化極性が決められ、流動子３０は固定子２１の磁気力線によって磁化され得るので、固定子２１に繋がったコイル結合部５０の電流方向の転換を通じて流動子３０の磁化極性の方向を転換させ、流動子３０の回動変位を誘導することができる。

図３に示すように、固定子２１は両先端部が第１金属板２１ａと第２金属板２１ｂに分岐され得る。このように固定子２１を第１金属板２１ａと第２金属板２１ｂに分岐させることによって、磁場をより効率的に流動子３０に伝達できる。つまり、流動子３０は両端部が第１金属板２１ａと第２金属板２１ｂの間に配置され、第１金属板２１ａを通じて受け取った磁場が流動子３０を通過して第２金属板２１ｂを向かって移動し、完全な磁場が形成されることになる。固定子２１が第１金属板２１ａと第２金属板２１ｂに分岐されて流動子３０を巻き込むよう配置されることにより、流動子３０への磁場の移動が第１金属板２１ａと第２金属板２１ｂで同時に起こり得るので、より効率的な磁場の移動が可能になる。

流動子３０は、図３に示されるように、両端部が第１金属板２１ａと第２金属板２１ｂの間に配置されていて、流動子３０の両端部の間に形成されたヒンジ軸４０を中心に左右回動（傾動、以下省略）が可能になる。流動子３０は、片方にノズルを開閉する少なくとも１つの突起部３１を含んでもよく、流動子３０が回動すると突起部３１が磁化金属１０の上側面に突出され、ノズルの開閉を制御することができる。

突起部３１は、磁化金属１０と固定子２１を貫通して磁化金属１０の外部に露出又は突出してもよく、突起部３１の露出又は突出により、突起部３１の上側に位置されるノズルを開閉できるようになる。

図４は磁化金属１０と固定子２１の一部を切断して流動子３０の内部構造を確認できるように拡大した斜視図である。図４に示すように、流動子３０が初期平衡にある状態では、突起部３１は磁化金属１０と固定子２１を貫通し、突起部３１の上面と磁化金属１０の上面が同一面上に位置される。流動子３０は、固定子２１になる第１金属板２１ａ及び第２金属板２１ｂと接触しない状態を維持し、このような流動子３０は上面に結合したヒンジ軸４０により固定される。つまり、流動子３０を固定している構造はヒンジ軸４０だけであるので、流動子３０の動きはヒンジ軸４０の動きで制御されることになる。

ヒンジ軸４０は、一端部が流動子３０に付着され、他端部はヒンジ軸結合部４１に付着され、固定子２１又は磁化金属１０に固定されてもよい。このとき、ヒンジ軸４０は流動子３０、固定子２１及び磁化金属１０のいずれとも結合してない首部４２が形成されるが、磁気力線上に配置された流動子３０の回動時に、ヒンジ軸４０から首部４２のねじりが起こり、このねじりによりヒンジ軸結合部４１が固定子２１又は磁化金属１０に固定された状態でも流動子３０の回動が起こり安くなり得る。また、ヒンジ軸４０自体がねじり弾性を持つ材質で形成されることにより、回動運動が起こった流動子３０に復元力を加え、初期平衡状態に戻すことができる。

以下、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照し、本発明によりトルクモータの作動過程についてより詳しく説明する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の実施形態１によるトルクモータの作動過程を電流方向に従って図示した作動図である。

トルクモータ１はコイル結合部５０にかかる電流の方向により流動子３０の回動を制御できる。なお、コイル結合部５０に巻くコイルＣの方向又は電流方向により、コイル結合部５０及び固定子２１の磁場方向を選択でき、この磁場方向により、流動子３０の突起部３１が突出される方向を左右方向のいずれかから選択できる。図５に示すように、第１金属板２１ａと第２金属板２１ｂの間には流動子３０の回動運動が可能な程度の空間が離隔されて形成されている。流動子３０は、このような空間部内部に位置されていて、流動子３０の両端部の間に形成されたヒンジ軸４０を中心に左右回動運動が可能である。

図５（ａ）を参照すると、矢印方向にコイル結合部５０の磁場が形成されれば、この磁場方向によって流動子３０にも磁場が形成される。このとき、磁化金属１０は永久磁石Ｍにより永久磁石Ｍの反対極に磁化された状態である。例えば、１組の磁化金属１０のうち、上端に位置した磁化金属１０はＮ極、下端に位置した磁化金属１０はＳ極を形成した状態である。このように永久磁石により磁化金属１０の極性が定められた状態で、コイルＣに電流が流れてコイル結合部５０を含む固定子２１に磁場が形成されると、この磁場により流動子３０の両端に磁場が伝わり、相反する極性同士の引っ張る電気的な特性により、Ｎ極を帯びた磁化金属１０はＳ極を帯びた流動子３０の一端部を引っ張って、Ｓ極を帯びた磁化金属１０はＮ極を帯びた流動子３０の他端部を引っ張ることになる。よって、Ｎ極を帯びた上端に位置した磁化金属１０はＳ極を帯びた流動子３０の一端部を引っ張り、流動子３０の突起部３１を磁化金属１０外部に突出させることができる。このとき、流動子３０の両端部の間に形成されたヒンジ軸４０からねじりが起こって流動子３０を回動させる。ヒンジ軸４０のねじりが起こり、流動子３０が回動すれば、流動子３０の一端部は第２金属板２１ｂに近くなり、流動子３０の他端部は第１金属板２１ａに近くなる。このとき、電気抵抗の特性上、流動子３０は近い距離に位置した固定子２１を通じて磁場を効果的に受け取ることができ、磁場形成の効率性を増加させることができる。

図５（ｂ）を参照すると、コイル結合部５０に巻くコイルの方向又は電流方向を反対に替え、流動子３０の回動を反対にすることもできる。コイルＣを反対に巻いたり、電流を反対にかけるとコイル結合部５０に形成される磁場が図５（ａ）とは反対に形成され、従って、固定子２１の磁化極性も図５（ａ）とは反対に選択される。よって、固定子２１の磁場を受け取って磁化される流動子３０もまた図５（ａ）の場合とは反対の極性に磁化される。一方、磁化金属１０の場合、永久磁石により磁化されるので永久磁石のＮ極又はＳ極を替えない限り磁化金属１０に形成された極性はそのまま維持される。従って、磁化金属１０は図５（ａ）と同じ極性を維持している状態である。

このように、１組の磁化金属１０のうち、上端に位置した磁化金属１０はＮ極、下端に位置した磁化金属１０はＳ極を形成した状態で、コイルの方向又は電流方向だけ替えて流動子３０の磁場方向を変えることによって、流動子３０は磁化金属１０の極に合わせ図５（ａ）の場合とは反対の方向に回動できる。つまり、Ｓ極の磁場に形成された流動子の右側の突起部３１がＮ極を帯びた上端の磁化金属１０側に引っ張られ磁化金属１０外部に突出される。

このとき、固定子２１は磁化金属１０に比べ保磁力が低い金属になっていて、コイル結合部５０にかける磁場の方向及び強さによって流動子３０の磁場を微細に設定できるので、流動子３０の動きをより正確かつ安定的に制御できる。つまり、磁化現象が起こるとき、磁化された残留磁気が相殺されるためには一定の磁場の強さが必要になるが、この磁場の強さを称する保磁力が磁化金属１０に比べて低い金属が固定子２１になっていて、固定子２１に形成された磁場を相殺して、新しい電流で新しい磁場を形成させるのは非常に容易である。

磁化された残留磁気により、作用する磁力の強さが同じでも磁性体に形成される磁束密度が影響を受け得る。つまり、作動する磁力の強さが増加するときの磁束密度と磁力の強さが減少するときの磁束密度変化は相異なる経路に形成され、このような経路の違いをヒステリシスと呼ぶが、ヒステリシスが大きい材質の場合、磁化された残留磁気が増加するため、微細な電気的信号による磁場の制御が難しくなり得る。しかし、流動子３０はヒステリシスが低い材質よりなり、以前に流動子３０に形成された磁化状態により受けられる影響力を最小化することができる。

このように、流動子３０の比例制御が容易で、永久磁石により磁場が形成された磁化金属１０が釣り合いながら配置されることによって、流動子３０に対して不要にかかわる力が発生しないので、トルクモータ１の耐久性を向上させ、また、最適な状態で流動子３０の平衡調節を行うことができる。

一方、本発明の実施形態２によるトルクモータ１−１は、固定子２１の構造を異にして形成することができる。

以下図６〜図７を参照し、本発明の実施形態２によるトルクモータ１−１についてより詳しく説明する。

図６又は図７は本発明の実施形態２によるトルクモータを示す断面図である。

本発明の実施形態２によるトルクモータ１−１の内容は、先に説明した本発明の実施形態１によるトルクモータと同一性範囲で適用され、固定子２１の構造を除くと前述した実施形態１と同じである。従って、固定子２１の形態的違いを重点的に説明しながら、既に説明した構成要素と同じ構成要素については同じ参照符号を付けて前述した事項の説明を省略する。

図６を参照すると、本発明の実施形態２によるトルクモータ１−１は固定子２１の両先端部が各々磁化金属１０の間に配置され得る。このとき、固定子２１は１つの金属板に形成されるので、１組の磁化金属１０のうち、下側に位置した磁化金属１０に固定され得る。よって、１組の磁化金属１０の配列時、固定子２１が上部及び下部に分岐され形成されるときに、１組の磁化金属１０各々の離隔距離を短縮させることができる。つまり、磁化金属１０の距離をより近くするによって、磁化金属１０の磁場をより強く形成することができ、流動子３０に発生するトルクをより強くし、流動子３０の回動力を増加させることである。また、図７に示すように、固定子２１は１組の磁化金属１０のうち、上側に位置した磁化金属１０に固定され得る。この場合もまた、磁化金属１０の距離をより近くすることができ、磁化金属１０の磁場をより強く形成することができるし、流動子３０のトルクをより強くして流動子３０の回動力を増加させることができる。

上述したことと同じ方式で流動子３０の回動を誘導し、突起部３１の突出を通じてノズルの開閉を調節することができる。

添付図面を参照し、本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者は、本発明がその技術的思想や必須的な特徴を変更しないで、他の具体的な形態に実施されることを理解できるであろう。それゆえに以上で記述した実施形態は全ての面で例示的なもので限定的なものではないことを理解できるであろう。

１、１−１ トルクモータ
１０ 磁化金属
２１ 固定子
２１ａ 第１金属板
２１ｂ 第２金属板
３０ 流動子
３１ 突起部
４０ ヒンジ軸
４１ ヒンジ軸結合部
４２ 首部
５０ コイル結合部
Ｃ コイル
Ｍ 永久磁石

Claims (6)

1. 一定間隔に離隔され、互いに平行するよう配置されて、各々互いに反対の極に磁化された１組の磁化金属と、
   両端部が各々上記磁化金属の間に位置し、上記両端部の間に形成されたヒンジ軸を中心に回動可能に固定された流動子と、
   電流により磁場を発生させ、上記流動子を磁化させる固定子とを含み、
   上記流動子は、上記固定子により発生される磁気力線上に配置され、
   上記固定子は互いに反対の極になる両先端部が各々上記流動子の上記両端部に各々重畳され、
   上記ヒンジ軸は、ねじり弾性を持つ材質よりなり、
   板状で中間部に首部を有し、一端が上記流動子に固定され、他端が上記固定子又は上記磁化金属に固定されている
   ことを特徴とするトルクモータ。
2. 請求項１に記載のトルクモータにおいて、
   上記１組の磁化金属、上記流動子及び上記固定子から離れた位置に配置されたコイルが、コイル結合部を介して上記固定子に結合されている
   ことを特徴とするトルクモータ。
3. 請求項１又は２に記載のトルクモータにおいて、
   上記１組の磁化金属は、それぞれコ字状の板材が向かい合わせに設けられた矩形枠状であり、互いに間隔を空けて配置されている
   ことを特徴とするトルクモータ。
4. 請求項３に記載のトルクモータにおいて、
   上記１組の磁化金属の間に上記流動子、上記固定子及び永久磁石が配置されており、
   上記永久磁石は、直方体状である
   ことを特徴とするトルクモータ。
5. 請求項３又は４に記載のトルクモータにおいて、
   上記流動子は板状であり、一方の面に上記ヒンジ軸の一端が固定されている
   ことを特徴とするトルクモータ。
6. 請求項５に記載のトルクモータにおいて、
   上記流動子の一方の面には、突起部が形成されており、
   上記突起部は、上記磁化金属のコ字状の板材の合わせ面に設けた貫通孔内を移動可能に構成されている
   ことを特徴とするトルクモータ。