KR100668923B1

KR100668923B1 - 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기

Info

Publication number: KR100668923B1
Application number: KR1020050121207A
Authority: KR
Inventors: 정현교; 강종호
Original assignee: (주)에마텍
Priority date: 2005-12-10
Filing date: 2005-12-10
Publication date: 2007-01-12

Abstract

본 발명은 영구자석에 의한 자계와 코일의 전류밀도에 의한 전자 반발력에 의해 상기 코일을 일체로 가지는 가동자를 직선 왕복 운동시켜 피동 요소를 동작시키는 조작기에 관한 것으로서, 특히 가동자가 작동한(이동한) 후 코일에 인가되는 전류를 차단하여도 계속적으로 큰 작동력을 가할 수 있도록 한 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기에 관한 것이다.

본 발명에서는, 조작기의 전체 외곽 형태를 이루면서 그의 종단면상 내부 중간의 중간벽(111)을 사이에 두고 좌우 양측에 상하 방향으로 일정 길이를 가지는 통로(112)가 형성되어 있는 고정 철심(110)과; 상기 고정 철심(110)의 좌,우의 통로(112)의 종단면상 외벽면과 내벽면에 각각 배치되는 외측 주 영구자석(210) 및 내측 주 영구자석(220)과; 상기 외측 주 영구자석(210) 및 내측 주 영구자석(220)의 길이 방향 양단부중, 구동하여야 할 피동 요소와 연결된 때 보다 큰 홀딩력을 필요로 하는 방향에 대응하는 단부에 인접하여, 상기 외벽면과 내벽면에 각각 설치되는 외측 보조 영구자석(310) 및 내측 보조 영구자석(320)과; 상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석(210)(220)을 가운데에 두고서 상기 통로(112)의 내부에 상기 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)에 직교하는 방향으로 권회되는 코일(410)과, 상기 외측 및 내측 보조 영구자석(310)(320)에 의한 자력을 받도록 상기 외측 및 내측 보조 영구자석(310)(320)의 설치 위치에 대응한 상기 코일(410)의 일단부에 인접하여 배치되는 자성체(420)가 일체화된 형태로 이루어져서, 상기 외측 주/보조 영구자석(210/310)과 내측 주/보조 영구자석(220/320) 사이의 통로(112) 내부에 직선 이동이 가능하게 삽입되고, 외부의 피동 요소와 연결되는 가동자(400)를 포함하며, 상기 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)의 극성은, 상기 통로(112)를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽이 서로 반대극으로 이루어지고, 상기 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 극성은, 상기 통로(112)를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽의 극성이 동일극으로 이루어져서, 상기 가동자(400)의 자성체(420)가 상기 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320) 사이에 위치한 때에, 상기 자성체(420)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 한 안쪽과 바깥쪽에 각각 서로 독립된 자계가 형성되어, 상기 각 자계를 이루는 자기력선들이, 상기 자성체(420)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 수직하게 경유하게 되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기가 제공된다.

조작기, 전자기력, 홀딩력, 진공, 차단기, EMFA

Description

홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기{Electro-Magnetic Force driving Actuator maximized holding force}

도 1은 일반적인 피동 요소 중 하나의 예로서의 진공 차단기, 그리고 종래의 조작기 중 하나의 예로서의 영구자석형 조작기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기의 구성을 보여주는 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기의 가동자의 작동 위치에 따른 자계 분포를 보여주는 개략 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따라, 제1실시예에 기초한 전자기력을 이용한 조작기를 실제적으로 구현한 형태중 하나의 예를 보여주는 것으로서, 도 4a는 전체 사시 단면도이고, 도 4b는 분리 사시 단면도이며, 도 4c는 진공 차단기에 설치되는 예를 보여주는 개략 단면도이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제3실시예에 따라, 제1실시예에 기초한 전자기력을 이용한 조작기를 실제적으로 구현한 형태중 또 다른 하나의 예를 보여주는 것으로서, 도 5a는 전체 사시 단면도이고, 도 5b는 분리 사시 단면도이며, 도 5c는 진공 차단기에 설치되는 예를 보여주는 개략 단면도이다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제4실시예에 따라, 제1실시예에 기초한 전자 기력을 이용한 조작기를 실제적으로 구현한 형태중 또 다른 하나의 예를 보여주는 것으로서, 도 6a는 앞쪽에서 바라본 전체 사시도이고, 도 6b는 뒤쪽에서 바라본 전체 사시도이며, 도 6c는 분리 사시 단면도이고, 도 6d는 진공 차단기에 설치되는 예를 보여주는 개략 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기를 보여주는 단면도이다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제5실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기에서의 가동자의 작동 위치에 따른 자계 분포를 보여주는 개략 단면도이다.

도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기를 보여주는 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제7실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기를 보여주는 단면도이다.

도 11은 본 발명의 제8실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기를 보여주는 단면도이다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제9실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기를 보여주는 것으로서, 도 12a는 단면도이고, 도 12b는 자계 분포를 보여주는 개략 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 100a ∼ 100g : 조작기

110, 110a ∼ 110c : 고정 철심

111, 111a ∼ 111c : 중간벽

112, 112a ∼ 112c : 통로

120 : 간극 유지 부재

210, 210a ∼ 210c : 외측 주 영구자석

220, 220a ∼ 220c : 내측 주 영구자석

310, 310a ∼ 310c : 외측 보조 영구자석

320, 320a ∼ 320c : 내측 보조 영구자석

400, 400a ∼ 400c : 가동자

410, 410a ∼ 410c : 코일

420, 420a ∼ 420c : 자성체

430, 430a ∼ 430c : 하우징

본 발명은 영구자석에 의한 자계와 코일의 전류밀도에 의한 전자 반발력에 의해 상기 코일을 일체로 가지는 가동자를 직선 왕복 운동시켜 피동 요소를 동작시키는 조작기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가동자가 작동한(이동한) 후 코일에 인가되는 전류를 차단하여도 계속적으로 큰 작동력을 가할 수 있도록 한 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기에 관한 것이다.

전자기력을 이용한 조작기는 최근에 본 발명자 등에 의해 발명된 EMFA(Electro-Magnetic Force driving Actuator)라고 하는 조작기로서, 이는 대한민국 특허출원 제10-2005-11263호 및 제10-2005-0042142호 등에서도 잘 설명되어 있는 바와 같이, 조작기의 전체 외곽 형태를 이루는 자성체로 이루어지는 고정 철심의 내부에 영구자석을 배치하고, 상기 영구자석의 외부 둘레 또는 내측에 영구자석에 직교하는 방향으로 권취되는 코일을 가지는 가동자를 구비하여, 상기 코일에 정방향 또는 역방향의 전류가 인가하면, 상기 영구자석에 의한 자계와 코일의 전류밀도에 의한 전자 반발력에 의해 상기 코일을 일체로 가지는 가동자를 직선 왕복 운동시켜, 가동자에 연결된 피동 요소를 동작시키도록 되어 있다.

이러한 전자기력을 이용한 조작기는, 코일이 가동자가 되어 움직이므로, 작은 크기와 무게를 가지면서도 조작력과 조작 속도를 극대화 할 수 있고, 가동자의 행정 거리(stroke)를 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서, 이러한 전자기력을 이용한 조작기는, 기존의 영구자석형 조작기(PMA : Permanent Magnetic Actuator) 등에서 적용할 수 없었던 송전용 초고압 또는 고압용 차단기와 같이 큰 조작력, 높은 조작 속도 및 긴 행정 거리를 필요로 하는 피동 요소에서 우수한 성능을 발휘할 뿐만 아니라 저압용 차단기와 같은 피동 요소에도 광범위하게 적용할 수 있다.

이와 같이 전자기력을 이용한 조작기는 위에서 열거한 많은 장점들을 가지기는 하나, 작동을 완료하여 코일에 흐르던 전류가 차단된 이후에는 작동된 상태를 그대로 유지하려고 하는 홀딩력은 그다지 크지가 않아 다양한 피동 요소의 특성을 모두 만족하지는 못하였다.

첨부 도면 도 1에는 큰 홀딩력이 요구되는 피동 요소들 중에 진공 차단기(Vacuum Circuit Breaker)가 일례로 도시되어 있다.

진공 차단기는, 크게 접점부(10)와 조작부(20)로 나뉜다. 조작부(20)에는 기존의 영구자석형 조작기(21)가 설치된 예를 보여주고 있다. 조작기(21)는 고정 철심(22)의 중간에 형성된 통로(23)내에 자성체로 이루어진 가동자(24)가 길이 방향으로 왕복 이동이 가능하게 설치되고, 상기 통로(23)의 중간 부분에는 영구자석(25)이 배치되고, 영구자석(25)의 상, 하부에는 투입측 코일(26)과 개방측 코일(27)이 배치된 형태를 가진다. 상기 가동자(24)는 링크 요소(30)등에 의해 접점부(10)에 연결된다.

그리고, 접점부(10)에는, 진공을 유지하는 인슐레이터(11)의 내부에 고정 접촉자(12)와 가동 접촉자(13)가 구비된다. 상기 가동 접촉자(13)는 링크 요소(30)에 의해 조작부(20)의 가동자(24)에 연결된다.

도 1과 같이 가동자(24)가 도면상 위로 올라가 있을 때에는, 가동 접촉자(13)가 고정 접촉자(12)로부터 이격되어 개극 상태(전류가 차단된 상태)를 유지한다. 이때에는 절연 매체인 진공에 의해 접점부의 아크 플라즈마가 소호(消弧:Extinguishing)된다. 이와 같은 상태에서, 투입측 코일(26)에 전류가 인가되면 가동자(24)는 상기 투입측 코일(26)에서 여자된 가계의 힘과 영구자석(25)의 자계의 힘에 의해 도면상 아래 방향으로 이동하여 가동 접촉자(13)가 고정 접촉자(12)에 밀착되어 폐극 상태(전류가 도통되는 상태, 또는 투입 상태)가 된다.

폐극 상태에서, 상기 고정 접촉자(12)와 가동 접촉자(13)가 하나의 도체처럼 전류를 잘 도통시키기 위하여는 두 접촉자(12)(13)는 강한 힘으로 밀착되어야 한다. 두 접촉자(12)(13)를 밀착시키는 힘을 압점력(contact force)이라고 하는데, 이의 압점력은 상기한 조작부(20)가 감당해야 한다. 그러므로, 조작부(20)에서는 두 접촉자(12)(13)가 강한 압점력으로 밀착된 상태를 계속적으로 유지하기 위한 충분한 에너지를 공급해 주어야 한다. 이와 같이 조작부가 가져야 할 에너지를 홀딩력이라고 하는데, 통상적으로 조작부의 홀딩력은, 지진이나 기타 외부로부터의 급격한 충격이 전해질 때에도 접점이 이탈되지 않도록 하기 위하여, 피동 요소가 요구하는 압점력보다 20% 정도 더 큰 힘이 요구된다.

홀딩력의 관점에서, 영구자석형 조작기는 영구자석(25)에 의한 자계의 힘으로 가동자(24)가 개방된 상태와 투입된 상태를 유지할 수 있으나, 그 힘의 증가에 일정한 한계가 있고, 행정 거리도 일정 한도 이상은 증가시키기 어렵다. 따라서, 중, 저압용 진공 차단기와 같이 비교적 작은 홀딩력과 행정 거리(조작 간극)가 요구되는 피동 요소에는 충분히 적용할 수 있으나, 고압, 초고압용 진공 차단기와 같이 큰 홀딩력과 긴 행정 거리가 요구되는 피동 요소에는 적용하기 어렵고, 적용을 위해서는 상기한 링크 요소(30)나 캠-링크 기구 또는 래치 기구와 같이 홀딩력을 배가하거나 홀딩된 상태를 일정한 힘으로 계속적으로 유지하기 위한 별도의 배력 기구를 설치하여야 하므로 장치가 비대해지고 제조 비용과 유지 보수비용이 과도하게 소요되는 결과를 초래한다.

또한, 본 발명의 관심 분야인 전술한 전자기력을 이용한 조작기에서도 영구 자석에 의한 자계의 힘으로 가동자가 양측으로 이동된 상태(차단기에 적용된 경우에는 개방된 상태와 투입된 상태)를 유지할 수 있다. 이러한 전자기력을 이용한 조작기는, 조작력, 조작 속도 및 행정 거리의 극대화가 가능하여 영구자석형 조작기에 비해 매우 우수한 성능을 발휘하는 많은 장점은 있으나, 가동자를 이동된 상태에서 잡아주는 홀딩력이 충분치 못하여서 별도의 배력 기구를 채용하지 않고서는 매우 큰 홀딩력을 요구하는 피동 요소에 적용하기가 어려운 경우가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 전자기력을 이용한 조작기의 홀딩력을 극대화하여, 큰 홀딩력을 필요로 하는 피동 요소에 적합토록 함으로써, 다양한 피동 요소에 광범위하게 적용할 수 있도록 하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 조작기의 전체 외곽 형태를 이루면서 그의 종단면상 내부 중간의 중간벽을 사이에 두고 좌우 양측에 상하 방향으로 일정 길이를 가지는 통로가 형성되어 있는 고정 철심과; 상기 고정 철심의 좌,우의 통로의 종단면상 외벽면과 내벽면에 각각 배치되는 외측 주 영구자석 및 내측 주 영구자석과; 상기 외측 주 영구자석 및 내측 주 영구자석의 길이 방향 양단부중, 구동하여야 할 피동 요소와 연결된 때 보다 큰 홀딩력을 필요로 하는 방향에 대응하는 단부에 인접하여, 상기 외벽면과 내벽면에 각각 설치되는 외측 보조 영구 자석 및 내측 보조 영구자석과; 상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석을 가운데에 두고서 상기 통로의 내부에 상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석에 직교하는 방향으로 권회되는 코일과, 상기 외측 및 내측 보조 영구자석에 의한 자력을 받도록 상기 외측 및 내측 보조 영구자석의 설치 위치에 대응한 상기 코일의 일단부에 인접하여 배치되는 자성체가 일체화된 형태로 이루어져서, 상기 외측 주/보조 영구자석과 내측 주/보조 영구자석 사이의 통로 내부에 직선 이동이 가능하게 삽입되고, 외부의 피동 요소와 연결되는 가동자를 포함하며,

상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석의 극성은, 상기 통로를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽이 서로 반대극으로 이루어지고,

상기 외측 보조 영구자석과 내측 보조 영구자석의 극성은, 상기 통로를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽의 극성이 동일극으로 이루어져서, 상기 가동자의 자성체가 상기 외측 보조 영구자석과 내측 보조 영구자석 사이에 위치한 때에, 상기 자성체의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 한 안쪽과 바깥쪽에 각각 서로 독립된 자계가 형성되어, 상기 각 자계를 이루는 자기력선들이, 상기 자성체의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 수직하게 경유하게 되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기가 제공된다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 고정 철심의 상기 중간벽은, 상기 고정 철심의 내부 중앙에 원기둥 형태로 형성되고, 상기 통로는, 상기 원기둥 형태의 중간벽과 동심을 이루어 반경 방향 외측으로 일정한 폭을 가지도록 원환형으로 형성되며, 상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석은, 상기 원기둥 형태의 중간벽 및 원환 형의 통로와 동심을 이루는 원환형으로 이루어져서, 각각 상기 원환형의 통로 외벽과 내벽에 배치되고, 상기 가동자는, 그의 코일은 상기 원환형의 내측 주 영구자석을 가운데에 두고서 상기 원환형의 통로의 내부에 상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석에 직교하는 방향으로 권회되어 원환형을 이루며, 그의 자성체는 상기 코일에 대응하는 원환형으로 이루어져서, 상기 원환형의 코일과 원환형의 자성체가 비자성체의 하우징에 의해 감싸져 일체화되어 전체적으로 원환형을 이루도록 구성할 수 있다.

여기서, 상기 가동자의 길이 방향 일단부에 다수개의 비자성체의 로드가 연결되고, 상기 비자성체의 로드가 내부로부터 상기 고정 철심을 관통하여 외부로 돌출되며, 돌출된 상기 로드의 단부에 외부의 피동 요소가 연결되도록 구성할 수 있다.

또한, 가동자의 원둘레 일측으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 조작기의 둘레 측면을 관통하여 외부로 돌출되는 연장부를 구비하여, 상기 연장부에 피동 요소가 연결되도록 구성할 수 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 고정 철심의 2개의 통로는, 고정 철심의 전후 방향으로 관통 형성되어, 상기 2개의 통로의 사이에 중간벽이 형성되고, 상기 외,내측 주 영구자석 및 상기 외,내측 보조 영구자석들은, 상기 고정 철심의 전후 방향으로 관통하여 형성된 상기 통로의 좌우 방향 내,외측 벽면에 설치되며, 상기 가동자는, 상기 외측 주/보조 영구자석과 내측 주/보조 영구자석 사이의 상기 통로를, 상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석의 둘레를 감싸 경유하는 형태로 통과함으 로써, 그의 전후 양측이 상기 고정 철심의 외부로 노출되는 형태로 이루어지며, 상기 가동자의 노출된 부분에 피동 요소가 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 외측 보조 영구자석 및 내측 보조 영구자석의 반대측에서도 큰 홀딩력을 제공하기 위하여, 상기 외측 주 영구자석 및 내측 주 영구자석의 길이 방향 양단부중 상기 외측 보조 영구자석 및 내측 보조 영구자석이 설치되어 있는 방향의 반대측에 제2 외측 보조 영구자석 및 제2 내측 보조 영구자석이 더 설치되고, 상기 가동자에는, 상기 자성체가 설치되어 있는 방향의 반대측에, 제2 외측 보조 영구자석 및 제2 내측 보조 영구자석에 대응한 제2 자성체가 더 설치되는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 외,내측 주 영구자석과 외,내측 보조 영구자석 사이에, 고정 철심을 상하로 자기적으로 분리하여, 상기 외,내측 주 영구자석에 의한 자계와 상기 외,내측 보조 영구자석에 의한 자계가 서로 차단되도록 하는 자기적 공극부가 개재될 수 있다.

이 때, 상기 자기적 공극부에는 비자성체의 간극 유지 부재가 삽입될 수 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 외,내측 주 영구자석의 상기 외,내측 보조 영구자석이 설치되어 있는 부분의 반대측 단부에, 상기 고정 철심이 상하 방향으로 일정 길이 제거되는 제2 자기적 공극부가 더 형성될 수 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석, 그리고 외측 보조 영구자석과 내측 보조 영구자석은, 외측과 내측중 어느 한 쪽의 것만 이 구비될 수도 있다.

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

(실시예 1)

첨부도면 도 2에는 본 발명에 따른 전자기력을 이용한 조작기의 구성을 보여주는 단면도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100)에 있어서의 고정 철심(110)은 조작기의 전체 외곽 형태를 이루면서 종단면상 내부 중간의 중간벽(111)을 사이에 두고, 그의 좌우 양측에 상하 방향으로 일정 길이를 가지는 통로(112)가 형성된 형태로 이루어져 있다.

상기 좌,우의 통로(112)의 종단면상 외벽면과 내벽면에는 각각 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)이 배치된다. 그리고, 상기 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)의 길이 방향(상하 방향) 양단부중 어느 한쪽의 상기 외벽면과 내벽면에는 각각 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)이 배치된다.

여기서, 상기 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220), 그리고 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)은, 외측과 내측중 어느 한 쪽의 것만을 구비할 수 있다. 즉, 외측 주 영구자석(210)과 외측 보조 영구자석(310)만이 설치될 수도 있고, 내측 주 영구자석(220)과 내측 보조 영구자석(320)만이 설치될 수도 있다. 이에 대하여는 추후 다른 실시예로서 설명한다.

그리고, 가동자(400)는, 상기 외측 주/보조 영구자석(210/310)과 내측 주/보조 영구자석(220/320) 사이의 통로(112) 내부에 직선 이동이 가능하게 삽입된다. 이러한 가동자(400)는, 상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석(220)을 가운데에 두고서 상기 통로(112)의 내부에 상기 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)에 직교하는 방향으로 권회(捲回)되는 코일(410)과, 상기 외측 및 내측 보조 영구자석(310)(320)에 의한 자력을 받는 자성체(420)가 일체화된 형태를 가진다.

여기서, 상기 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)의 극성은, 둘 사이의 공간 부분인 통로(112)를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽이 서로 반대극으로 이루어져, 자기력선의 방향이 상기 통로(112)를 가로지르는 방향으로 형성되도록 구성되어 있다. 도 2에서는, 서로 마주하는 극성이, 외측 주 영구자석(210)은 N극, 내측 주 영구자석(220)은 S극으로 이루어져, 자력선(m1)이 외측 주 영구자석(210)으로부터 통로(112)를 가로질러 내측 주 영구자석(220)을 향하는 방향 즉, 좌우 방향 바깥쪽에서 안쪽을 향하여 흐르도록 한 형태가 도시되어 있다. 이와는 반대로, 서로 마주하는 극성을, 외측 주 영구자석(210)은 S극, 내측 주 영구자석(220)은 N극으로 구성하여, 자기력선이 내측 주 영구자석(220)으로부터 통로(112)를 가로질러 외측 주 영구자석(210)을 향하는 방향 즉, 좌우 방향 안쪽에서 바깥쪽을 향하여 흐르도록 한 형태로 구성하여도 좋다. 자기력선의 방향이 반대가 되는 것에 상응하여 코일(410)에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어 주면 된다.

이와 같은 구성에 의해, 상기 가동자(400)의 코일(410)에 정방향 또는 역방 향의 전류를 흘려주면, 플레밍의 왼손법칙에 의해, 상기 외측 및 내측 주 영구자석(210)(220)에 의한 자속 밀도와 상기 코일(410)의 전류 밀도에 의한 전자 반발력에 의해 상기 코일(410)을 자계에 직교하는 방향(도면상 상,하 방향)으로 이동시키는 힘이 발생하여, 상기 코일(410)을 가지는 가동자(400)가 통로(112)의 길이 방향(상,하 방향)으로 직선 운동하게 된다.

그리고, 상기 가동자(400)에 있어서, 상기 코일(410)과 자성체(420)를 단일 몸체의 가동자(400)로 구현하는 방법으로서는, 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 코일(410)과 자성체(420)를 비자성체의 하우징(430) 내부에 매립시킨 형태로 구현할 수 있다. 이는 코일(410)과 자성체(420)를 가운데 두고 일체로 몰딩(molding)하여 하우징(430)을 성형하는 등의 방법으로 쉽게 구현할 수 있다.

특히, 본 발명에 있어서, 상기 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 서로 마주하는 쪽이 동일극으로 이루어진다. 도 2에서는, 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 서로 마주하는 쪽의 극성이 모두 S극으로 설정된 형태를 보여준다. 이와는 달리, 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 마주하는 쪽의 극성이 모두 N극으로 설정되어도 좋다.

이와 같이, 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 서로 마주하는 쪽의 극성을 동일극으로 구성하면, 자기력선이 상기 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320) 사이의 통로(112)를 가로질러서 흐르지는 못하게 된다. 따라서, 도 2와 같이, 상기 가동자(400)의 자성체(420)가 상기 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320) 사이에 위치한 때에, 상기 자성체(420)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 한 좌우 양쪽(즉, 안쪽과 바깥쪽)에 각각 서로 독립된 자계(磁界)가 형성된다. 도 2에 도시된 것과 같이, 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 마주하는 쪽의 극성을 모두 S극으로 설정하면, 상기 자성체(420)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 하여 바깥쪽에 형성되는 자기력선(m2)은, 외측 보조 영구자석(310) →고정 철심(110)→가동자(400)의 자성체(420)→외측 보조 영구자석(310)을 순환하는 방향으로 흐르게 된다. 또한 안쪽의 자기력선(m3)은, 내측 보조 영구자석(320)→고정 철심(110)→가동자(400)의 자성체(420)→내측 보조 영구자석(320)을 순환하는 방향으로 흐르게 된다. 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 마주하는 쪽의 극성을 모두 N극으로 설정하면, 자기력선의 흐름 방향은 위와 반대 방향이 된다.

만일, 상기 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 서로 마주하는 쪽의 극성을 동일극으로 형성하지 않고 서로 반대극으로 형성하면, 자계는 자성체(420)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 하여 내측과 외측에 2개가 독립적으로 형성되지 못하고, 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)의 경우와 마찬가지로 어느 한 방향의 흐름을 가지는 하나의 큰 자계를 형성하게 된다. 예컨대, 상기 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)은, 서로 마주하는 쪽의 극성이 서로 반대극으로 이루어지기 때문에, 자기력선(m1)은 외측 주 영구자석(210)→통로(112)→내측 주 영구자석(220)→고정 철심(110)→외측 주 영구자석(210)(도 2에 도시된 구성과 반대인 경우에는 반대 방향)을 크게 순환하는 형태를 이루게 된다. 이와 같은 경우에는 자성체(420)를 그의 이동 방향(도 2에서는 아래쪽)으로 이동시키려는 힘은 거의 없고, 자성체(420)를 단순히 외,내측 주 영구자석(210)(220)의 길이 방향 중간 지점으로 위치시키려는 힘이 대부분을 차지하게 되는 것이다.

그러나, 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 서로 마주하는 쪽의 극성이 서로 동일극으로 이루어져 있으므로, 자계는 자성체(420)의 종단면상 좌우 중간 부분을 기준으로 내,외 양측에 독립적으로 형성된다. 따라서, 각 자계를 이루는 자기력선(m2)(m3)들은, 상기 자성체(420)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분에서 수직한 흐름을 가지게(수직하게 경유하게) 됨으로써, 상기 자성체(420)를 보조 영구자석(310)(320)의 길이 방향(도 2에서 상하 방향) 중간 지점에 위치시키려는 힘이 아니라, 자성체(420)를 그의 이동 방향으로(도 2에서 위쪽 방향으로) 더욱 당기려는 힘을 작용하게 된다. 이와 더불어, 자계가 자성체(420)의 종단면상 중간 부분을 기준으로 내,외측에 독립적으로 형성되면, 자기력선(m2, m3)들의 흐름 경로의 길이 즉, 자로(磁路)가 짧아지게 됨으로써, 그 만큼 자성체(420)를 당기는 힘이 강력해지게 된다. 이와 같이 자성체(420)를 당기는 힘은, 상기 가동자(400)를 이동된 상태로 계속적으로 유지시키려고 하는 홀딩력이 되고, 차단기와 같은 피동 요소에 적용한 경우에는 압점력이 된다.

한편, 도 2에 도시된 전자기력을 이용한 조작기(100)는, 도면상 상측(위쪽 방향)으로만 큰 홀딩력이 작용할 필요가 있는 경우에 대응하여, 외측 및 내측 보조 영구자석(310)(320)과 자성체(420)를 상측에만 설치한 형태로 도시되었다. 그렇기 때문에, 상측 방향과 하측 방향 모두에 큰 홀딩력을 필요로 하는 경우에는, 외측 및 내측 보조 영구자석(310)(320)과 자성체(420)를 상하 방향에 모두 설치하면 된 다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 제1실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기의 작동 과정을 설명한다.

첨부도면 도 3a 및 도 3b에는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기의 작동 위치에 따른 자계 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 개략 단면도가 도시되어 있다.

먼저, 도 3a에는 가동자(400)가 아래쪽으로 최대한 이동된 상태가 도시되어 있다. 이 경우에는, 가동자(400)가 위쪽으로 최대한 이동된 상태에서 가동자(400)의 코일(410)에 가동자(400)를 아래로 이동시키기 위한 방향으로 전류가 공급되면, 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220) 사이에 발생하는 자속밀도와 코일(410)의 의해 발생하는 전류밀도와의 관계에서 전자 반발력이 작용하게 되어 코일(410)을 아래쪽으로 이동시키게 되므로, 코일(410)과 일체화 된 가동자(400)가 아래쪽으로 이동한다. 이때, 상기 코일(410)을 아래 방향으로 이동시키려는 힘은, 외,내측 보조 영구자석(310)(320)에 의하여 가동자(400)의 자성체(420)를 잡아 두는 홀딩력보다 충분히 큰 힘이다.

이와 같이 하여, 가동자(400)가 아래로 최대한 이동하면 코일(410)에 공급되는 전류가 차단된다. 전류가 차단되면, 코일(410)과 내,외측 주 영구자석(210,220)에 의한 이동력은 사라지게 되고, 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)의 자계(m1)에 의한 힘(자력)이 가동자(400)의 자성체(420)에 미치게 된다. 이 힘은 상기 자성체(420)를 붙잡아 두는 홀딩력으로 작용하게 되어, 가동자(400)는 아 래로 이동된 상태를 지속적으로 유지할 수 있다. 도 3a에 있어서, 상기 가동자(400)의 자성체(420)는 상기 외,내측 주 영구자석(210,220)의 길이 방향(상하 방향) 중간 지점보다 위쪽에 위치하고 있다. 여기서, 상기 자성체(420)는 상기 외,내측 주 영구자석(210,220)의 자력에 의해 외,내측 주 영구자석(210,220)의 길이 방향 중간 지점에 위치하려는 힘을 받게 된다. 따라서, 도 3a와 같이, 가동자(400)가 최대한 아래로 이동된 상태에서 그의 자성체(420)가 외,내측 주 영구자석(210,220)의 길이 방향(상하 방향) 중간 지점보다 위쪽에 위치하도록 설정하여 두면, 자성체(420)는 외,내측 주 영구자석(210,220)의 길이 방향 중간 지점으로 이동되려는 힘을 계속적으로 받게 됨으로써, 이 힘만큼의 홀딩력으로 아래로 이동되려는 상태를 계속적으로 유지할 수 있다.

도 3b에는 가동자(400)가 위쪽으로 최대한 이동된 상태가 도시되어 있다. 도 3a와 같이 가동자(400)가 최대한 아래쪽으로 이동된 상태에서, 가동자(400)의 코일(410)에 상술한 방향의 역방향으로 전류를 흘려주면, 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220) 사이에 발생하는 자속밀도와 코일(410)의 의해 발생하는 전류밀도와의 관계에서 전자 반발력이 작용하게 되어 코일(410)을 위쪽으로 이동시키게 되므로, 코일(410)과 일체화 된 가동자(400)가 위쪽으로 이동한다. 가동자(400)가 위쪽으로 최대한 이동되면 코일(410)에 흐르는 전류가 차단된다.

이와 같이 가동자(400)가 위쪽으로 최대한 이동된 상태에서는, 자성체(420)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 한 내,외측에 독립적인 자계가 형성된다. 상기 각 자계를 이루는 자기력선(m2)(m3)들은, 상기 자성체(420)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 수직하게 경유함으로써, 상기 자성체(420)를 이동 방향 즉, 위쪽으로 당기려는 힘으로 작용하게 된다. 이와 더불어, 자계가 자성체(420)의 종단면상 좌우 양측에 독립적으로 형성됨으로써, 각 자기력선(m2, m3)들의 자로(磁路)가 매우 짧아지게 됨으로써, 짧아진 만큼 위쪽으로 당기는 힘이 배가된다. 따라서, 자성체(420)를 위쪽으로 당기는 힘에 의해 가동자(400)는 위쪽으로 더 이동되려는 힘 즉, 홀딩력을 계속적으로 받을 수 있게 된다.

(실시예 2)

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따라, 상술한 제1실시예에 기초한 전자기력을 이용한 조작기를 실제적으로 구현한 형태중 하나의 예를 보여주는 것으로서, 도 4a는 전체 사시 단면도이고, 도 4b는 분리 사시 단면도이며, 도 4c는 진공 차단기에 설치되는 예를 보여주는 개략 단면도이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 조작기(100a)는 상술한 제1실시예에 따른 조작기(100)를 기본적인 구성 요소로 하여 이를 실제적으로 구현하기 위한 하나의 형태를 보여줌과 아울러, 이 경우 외부의 피동 요소와 연결할 수 있는 바람직한 형태를 보여준다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 조작기(100a)는, 제1실시예에 따른 조작기(100)를 원통형으로 구현한 구성을 가진다. 즉, 제1실시예에서의 외,내측 주 영구자석(210, 220), 외,내측 보조 영구자석(310, 320) 및 가동자(400)를, 원통형으로 이루어진 외,내측 주 영구자석(210a, 220a), 외,내측 보조 영구자석(310a, 320a) 및 가동자(400a)로 구성한 형태를 가진다.

여기서, 상기 고정 철심(110a)의 외곽 형태에는 특별한 한정을 없으며, 도면에 도시된 것과 같이 외곽이 원통형으로 이루어져도 좋고, 육면체 등의 다각형으로 이루어져도 좋다.

상기 중간벽(111a)은 상기 고정 철심(110a)의 내부 중앙에 원기둥 형태로 이루어진다. 상기 통로(112a)는, 상기 원기둥 형태의 중간벽(111a)과 동심을 이루어 반경 방향 외측으로 일정한 폭을 가지도록 원환형으로 형성된다. 또한, 외측 주 영구자석(210a)과 내측 주 영구자석(220a)은, 상기 중간벽(111a) 및 통로(112a)와 동심을 이루는 원환형으로 이루어져서, 각각 상기 원환형의 통로(112a) 외벽과 내벽에 배치된다.

가동자(400a)에 있어서, 코일(410a)은, 상기 원환형의 내측 주 영구자석(220a)을 가운데에 두고서 상기 통로(112a)의 내부에 상기 외측 주 영구자석(210a)과 내측 주 영구자석(220a)에 직교하는 방향으로 권회되어 원환형을 이루고, 자성체(420a)는 상기 코일(410a)과 마찬가지로 원환형을 이룬다. 이러한 코일(410a)과 자성체(420a)는 비자성체의 하우징(430a)으로 감싸 일체화되어 전체적으로 원환형을 이루는 가동자(400a)가 구성된다. 이러한 가동자(400a)는 상기 외측 주/보조 영구자석(210a/310a)과 내측 주/보조 영구자석(220a/320a)의 사이에 형성되는 통로(112a) 내부에 길이 방향(상하 방향)으로 미끄럼 이동 가능하게 삽입된다.

도 4a에 있어서, 상기 가동자(400a)를 외부의 피동 요소에 연결하기 위하여, 상기 가동자(400a)의 일단부(도면에서는 상부)에 다수개의 비자성체의 로드(511)를 연결하여 상기 고정 철심(110a)을 관통하여 상부 외측으로 돌출시켜, 돌출된 로드 (511)의 단부를 피동 요소와 연결하는 구성을 가지고 있다. 상기 다수개의 로드(511)는 직접 피동 요소에 연결될 수도 있고, 도면에 도시된 것과 같이, 로드(511)의 단부에 연결판(521)을 형성하고, 이 연결판(521)에 연결부(512a)를 형성하며, 이 연결부(512a)에 구멍(521b)을 형성하여, 상기 연결부(512a)의 구멍(521b)을 피동 요소와 핀 조인트 등의 방법에 의해 연결할 수도 있다.

또한, 가동자(400a)의 반대측(아래쪽)도 다른 피동 요소나 피동 요소의 소정의 동작 장치에 연결될 수 있다. 그러기 위하여는, 도 4a에 도시된 것과 같이, 가동자(400a)의 아래쪽으로부터 비자성체의 로드(512)를 연결하거나, 상기 로드(512)에 연결판(522)을 형성하는 구조로 구성할 수 있다. 도 4b에 도시된 것과 같이, 상기 고정 철심(110a)의 상,하단에는 각각 관통공(113a)(113b)을 형성하여, 이 관통공(113a)(113b)들에 각각 상기 로드(511)(512)들은 통과시킬 수 있다.

이와 같은 제2실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100a)의 동작 과정 및 자계 분포는 제1실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100)와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 4c는 상기와 같이 이루어진 본 발명의 제2실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100a)를 피동 요소중 하나인 진공 차단기에 적용한 모습을 보여준다. 본 발명에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100a)는, 제1실시예에서 이미 설명한 바와 같이 가동자(400a)가 이동을 완료한 상태에서 매우 큰 홀딩력을 얻을 수 있으므로, 별도의 배력 기구 등을 이용하지 않고 피동 요소에 직접 연결할 수 있다. 따라서, 조작부(20a)의 하우징(2a) 부분을 접점부(10)의 바로 아래쪽에 설치할 수 있고, 그 러면서도 조작기(100a)의 크기가 작기 때문에, 전체적인 시스템의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 제2실시예에서 도시한 전자기력을 이용한 조작기(100a)는 위쪽에만 보조 영구자석(310a)(320a)과 자성체(420a)를 가져서 자성체(420a)가 위쪽으로 이동된 상태에서의 홀딩력을 극대화 한 구성으로 되어 있으므로, 상기 보조 영구자석(310a)(320a)과 자성체(420a) 부분이 위쪽을 향하는 상태에서 전술한 연결부(521a)를 가동 접촉자(13)의 작동 로드(14) 단부에 연결핀(523)등의 수단으로 직접 연결할 수 있다. 본 발명에 따른 조작기(100a)에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 상기한 보조 영구자석(310a)(320a)과 자성체(420a)에 의하여 홀딩력이 극대화되어 있으므로, 힘을 배가하기 위한 별도의 배력 기구를 설치하지 않고 전자기력을 이용한 조작기(100a)를 가동 접촉자(13)에 직접 연결하더라도 매우 큰 홀딩력을 얻을 수 있다.

즉, 상기 전자기력을 이용한 조작기(100a)의 가동자(400a)가 위쪽으로 이동되면 가동 접촉자(13)가 고정 접촉자(12)에 밀착되어 전기가 통전되는 폐극 상태를 유지하게 되는데, 이와 같은 폐극 상태에서, 상기 고정 접촉자(12)와 가동 접촉자(13)가 하나의 도체처럼 전류를 잘 도통시키기 위하여는 두 접촉자(12)(13)를 밀착시키는 압점력이 커야 한다. 이에 대비하여 본 발명에서는, 가동자(400a)가 이동을 완료한 상태에서 가동자(400a)가 매우 큰 힘으로 이동 방향으로 계속적으로 당겨지기 때문에 두 접촉자(12)(13)의 압점력을 극대화시켜 전류의 통전을 원활히 하고, 특히 지진이나 기타 외부로부터의 급격한 충격이 전해질 때에도 접점이 떨어지지 않는다.

(실시예 3)

도 5a 내지 도 5c는 발명의 제3실시예에 따라, 제1실시예에 기초한 전자기력을 이용한 조작기를 실제적으로 구현한 형태중 또 다른 하나의 예를 보여주는 것으로서, 도 5a는 전체 사시 단면도이고, 도 5b는 분리 사시 단면도이며, 도 5c는 진공 차단기에 설치되는 예를 보여주는 개략 단면도이다.

먼저, 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 조작기(100b)는, 제2실시예에 따른 조작기(100a)와 동일한 형태의 원통형을 이루고 있으나, 외부 피동 요소와의 연결 구성과 가동자(400b)의 안내 구성만이 다르다.

즉, 고정 철심(110b), 외,내측 주 영구자석(210b, 220b), 외,내측 보조 영구자석(310b, 320b) 및 가동자(400b)가 모두 제2실시예와 동일한 형태를 가진다.

다만, 상기 가동자(400b)를 외부의 피동 요소와 연결하기 위한 구성이, 제2실시예에서는 가동자(400a)의 일단부에 다수개의 비자성체의 로드(511)를 연결하고, 그 로드(511)의 단부를 피동 요소와 연결하는 구성이었으나, 본 실시예에서는 가동자(400b)의 원둘레 일측으로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 연장부(431)를 형성하여, 상기 연장부(431)에 피동 요소를 연결한 구성을 가지고 있다. 나아가, 상기 연장부(431)에는 가동자(400b)의 이동 방향으로 연장되는 돌출부(432)가 형성되고, 이 돌출부(432)에 구멍(432a)을 형성하여, 상기 돌출부(432)의 구멍(432a)을 피동 요소와 핀 조인트 등의 방법에 의해 연결할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 가동자(400b)로부터 연장부(431)를 관통시키기 위하여, 상기 외측 주 영구자석(210b)과 외측 보조 영구자석(310b)의 둘레에는 상기 가동자(400b)의 행정 거리보다 약간 큰 관통공(211)이 가동자(400b)의 이동 방향으로 길게 형성되고, 상기 고정 철심(110b)의 둘레에도 상기 관통공(211)에 대응하는 관통공(114)이 형성된다.

한편, 상기 가동자(400b)의 운동을 좀 더 안정적으로 안내하기 위하여, 상기 돌출부(432)의 반대측에서 반경 방향 외측으로 돌출되는 안내 팔부(433)가 연장되고, 상기 안내 팔부(433)의 단부 위치에는 상기 안내 팔부(433)가 상하 미끄럼 이동 가능하게 결합되는 안내홈(601)이 형성된 안내 부재(600)가 설치되어 있다.

이와 같은, 제3실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100b)는, 피동 요소와 연결하기 위한 연장부(431)가 고정 철심(110b)의 둘레 측면으로 돌출되기 때문에, 제2실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100a)에서 로드(511)를 고정 철심(110a)의 일단부로 돌출시킨 구성에 비하여, 상하 방향의 전체적인 길이를 줄일 수 있다. 또한, 가동자(400b)의 운동을 안내부재(600)에 의하여 별도로 안내하는 구조를 가지므로, 가동자(400b)의 운동이 원활하고 안정적으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 제3실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100b)의 동작 과정 및 자계 분포는 제1실시예 및 제2실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100)(100a)와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 5c는 상기와 같이 이루어진 본 발명의 제3실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100b)를 피동 요소중 하나인 진공 차단기에 적용한 모습을 보여준다. 진공 차단기의 조작부(20b)의 케이스를 이루는 하우징(2b)은 접점부(10)의 하단에 인 접하여 설치되어 있으며, 본 발명에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100b)는, 상기 하우징(2b)의 내부에 설치되어 있다. 그리고, 전자기력을 이용한 조작기(100b)의 고정 철심(110b)의 둘레 측면으로 돌출된 연장부(431)의 돌출부(432)는, 차단기의 가동 접촉자(13)의 작동 로드(14) 단부에 연결핀(523)등의 수단으로 연결된다.

(실시예 4)

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제4실시예에 따라, 제1실시예에 기초한 전자기력을 이용한 조작기를 실제적으로 구현한 형태중 또 다른 하나의 예를 보여주는 것으로서, 도 6a는 앞쪽에서 바라본 전체 사시도이고, 도 6b는 뒤쪽에서 바라본 전체 사시도이며, 도 6c는 분리 사시 단면도이고, 도 6d는 진공 차단기에 설치되는 예를 보여주는 개략 단면도이다.

먼저, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 조작기(100c)는, 제1실시예에 따른 조작기(100)에서 가동자(400c)가 외부로 드러나도록 구성한 형태이다.

이러한 본 실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100c)의 종단면상의 구성은, 도 6c에 도시된 것과 같이, 제1 ∼ 제3실시예와 동일하다. 즉, 전자기력을 이용한 조작기(100c)에 있어서의 고정 철심(110c)은 조작기의 전체 외곽 형태를 이루면서 종단면상 내부 중간의 중간벽(111c)을 사이에 두고, 그의 좌우 양측에 상하 방향으로 일정 길이를 가지는 통로(112c)가 형성된다. 그리고, 상기 좌,우의 통로(112c)의 종단면상 외벽면과 내벽면에는 각각 외측 주 영구자석(210c)과 내측 주 영구자석(220c)이 배치된다. 그리고, 상기 외측 주 영구자석(210c)과 내측 주 영구 자석(220c)의 길이 방향(상하 방향) 양단부중 어느 한쪽의 상기 외벽면과 내벽면에는 각각 외측 보조 영구자석(310c)과 내측 보조 영구자석(320c)이 배치된다.

그리고, 가동자(400c)는, 상기 외측 주/보조 영구자석(210c/310c)과 내측 주/보조 영구자석(220c/320c) 사이의 통로(112c) 내부에 길이 방향으로의 이동이 가능하게 삽입된다. 이러한 가동자(400c)는, 상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석(220c)을 가운데에 두고서 상기 통로(112c)의 내부에 상기 외측 주 영구자석(210c)과 내측 주 영구자석(220c)에 직교하는 방향으로 권회(捲回)되는 코일(410c)과, 상기 외측 및 내측 보조 영구자석(310c)(320c)에 의한 자력을 받는 자성체(420c)가 일체화된 형태를 가진다.

이러한 본 실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100c)의 구체적인 형태는 도 6a ∼ 도 6c에 도시된 것과 같다. 즉, 상기 고정 철심(110c)의 통로(112c)는, 고정 철심(110c)의 전후 방향으로 관통 형성되어 있고, 이러한 2개의 통로(112c)의 사이에 중간벽(111c)이 형성되는 구조로 이루어진다. 여기서, 상기 고정 철심(110c)은 육면체로 도시되어 있으나, 상기한 통로(112c)를 형성할 수 있음과 아울러 코일(410c)을 권회할 수 있으면 어떠한 형태이든 상관없다.

상기 외,내측 주 영구자석(210c)(220c) 및 상기 외,내측 보조 영구자석(310c)(320c)들은, 상기와 같이 고정 철심(110c)의 전후로 관통하여 형성된 통로(112c)의 좌우 방향 내,외측 벽면에 설치된다.

그리고, 상기 가동자(400c)는, 상기 외측 주/보조 영구자석(210c, 310c)과 내측 주/보조 영구자석(220c, 320c) 사이의 통로(112c)를, 상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석(220c)의 둘레를 감싸 경유하는 형태로 통과하도록 구성된다.

한편, 상기 가동자(400c)의 운동을 좀 더 안정적으로 안내하기 위하여, 상기 가동자(400c)의 상기 고정 철심(110c) 외부로 노출된 부분으로부터는 안내축(434)이 연장 형성되고, 상기 안내축(434)의 상하 방향 운동을 안내하는 가이드(700)가 설치될 수 있다. 상기 안내축(434)은, 상기 가이드(700)에 형성된 안내홈(701)에 상하 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 삽입된다.

이와 같은 본 발명의 제4실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100c)는, 통로(112c)가 고정 철심(110c)을 관통하는 형태로 이루어져서 가동자(400c)가 외부로 드러나도록 구성되어 있다. 따라서, 외부로부터 상기 가동자(400c)의 코일(410c)에 전선을 연결하기가 매우 편리해지고, 제작도 용이하게 할 수 있다. 또한, 전선을 외부로부터 직접 가동자(400c)에 연결할 수 있으므로 가동자(400c)의 운동시 전선에 무리가 가는 현상을 거의 없앨 수 있다.

이와 같은 제4실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100c)의 작동 관계는 앞서 설명한 제1∼제3실시예에서의 작동 관계와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 6d에는 상기와 같이 이루어진 본 발명의 제4실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100c)를 피동 요소중 하나인 진공 차단기에 적용한 모습을 보여준다. 진공 차단기의 조작부(20c)의 케이스를 이루는 하우징(2c)은 제2 및 제3실시예와 마찬가지로, 접점부(10)의 하단에 인접하여 설치되어 있으며, 본 발명에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100c)는, 상기 하우징(2c)의 내부에 설치되어 있다. 그리고, 전자기력을 이용한 조작기(100c)의 외부로 드러난 가동자(400c)의 일측에 연결 부 재(440) 등을 설치하고, 상기 연결 부재(440)에 돌출부(441)를 형성하여, 이 돌출부(441)를 상기 차단기의 가동 접촉자(13)의 작동 로드(14) 단부에 연결핀(523)등의 수단을 통해 연결할 수 있다. 이와 같이, 차단기와 같은 외부 피동 요소와의 연결에 있어서도 외부로 드러난 가동자를 연결하면 되므로, 연결이 쉽고 공정이 간단해진다.

(실시예 5)

첨부도면 도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기를 보여주는 단면도이다.

도 7에 도시된 전자기력을 이용한 조작기(100d)는, 전술한 제1∼제4실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기에 비해 자기적(磁氣的) 공극부(g1)를 구비한 구성만이 다르고 나머지의 구성은 동일하다. 또한, 제1실시예(도 2, 도 3a 및 도 3b 참조)와 동일한 부분에 대하여는 동일한 참조 부호를 부여한다.

도 7에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제7실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100d)에서는, 제1실시예에서의 외,내측 주 영구자석(210, 220)과 외,내측 보조 영구자석(310, 320) 사이에 고정 철심(110)을 상하로 자기적으로 분리하는 자기적 공극부(g1)를 설치한 구조를 가진다. 상기 자기적 공극부(g1)는 주 영구자석(210, 220)에 의한 자계와 보조 영구자석(310, 320)에 의한 자계를 서로 분리함으로써 보조 영구자석(310,320)에 의한 자계의 손실을 없애 홀딩력을 극대화하는 기능을 한다.

상기 자기적 공극부(g1)는 단순히 공간으로 형성되어도 좋고, 도 7에 도시된 실시예와 같이, 자기적 공극부(g1)의 틈새에 비자성체의 간극 유지 부재(120)를 삽입시킨 구성으로 하여도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제5실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100d)의 자계 분포에 대한 시뮬레이션 결과가 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있다. 도 8a는 도 3a와 비교하고, 도 8b는 도 3b와 비교하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 자기적 공극부(g1)의 효과를 파악할 수 있다.

즉, 도 8a에 도시된 것과 같이, 가동자(400)가 아래로 최대한 이동된 상태에서, 코일(410)에 공급되는 전류가 차단되면, 코일(410)과 내,외측 주 영구자석(210,220)에 의한 이동력은 사라지게 되고, 외측 주 영구자석(210)과 내측 주 영구자석(220)의 자계(m1)에 의한 힘(자력)이 가동자(400)의 자성체(420)에 미쳐 자성체(420)를 붙잡아 두는 홀딩력으로 작용하게 된다. 이때, 본 발명에서는 주 영구자석(210, 220)과 보조 영구자석(310, 320) 사이에 자기적 공극부(g1)가 형성되어 있으므로, 주 영구자석(210, 220)의 자계를 형성하는 자기력선(m1)은 상기 자기적 공극부(g1)에서 거의 차단되어 자기적 공극부(g1)의 위로는 영향을 미치지 못하고 거의 대부분이 가동자(400)에 영향을 주게 된다. 따라서, 주 영구자석(210, 220)의 자계가 거의 손실됨이 없이 가동자(400)의 자성체(420)를 당기는 힘으로 사용됨으로써 홀딩력이 극대화된다.

또한, 도 8b에 도시된 것과 같이, 가동자(400)가 위쪽으로 최대한 이동된 상태에서 코일(410)에 흐르는 전류가 차단되면, 코일(410)과 내,외측 주 영구자석(210,220)에 의한 이동력은 사라지게 되고, 외측 보조 영구자석(310)과 내측 보조 영구자석(320)의 자계(m2)(m3)에 의한 힘(자력)이 가동자(400)의 자성체(420)에 미쳐 자성체(420)를 붙잡아 두는 홀딩력으로 작용하게 된다. 이때, 본 발명에서는 주 영구자석(210, 220)과 보조 영구자석(310, 320) 사이에 자기적 공극부(g1)가 형성되어 있으므로, 주 영구자석(210, 220)의 자계를 형성하는 자기력선(m2, m3)은 상기 자기적 공극부(g1)에서 거의 차단되어 자기적 공극부(g1)의 아래로는 넘어가지 못하고, 거의 대부분이 자기적 공극부(g1) 위쪽에만 형성된다. 따라서, 보조 영구자석(310, 320)에 의한 자계는 거의 대부분이 가동자(400)의 자성체(420)에 영향을 주어 자계 손실없이 가동자(400)의 자성체(420)를 위로 당기는 힘으로 사용됨과 아울러, 자기력선(m2)(m3)들의 자로는 더욱 짧게 형성됨으로써 홀딩력이 극대화된다.

(실시예 6)

도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100e)를 보여주는 단면도이다. 제4실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 참조 부호를 부여한다.

도 9에 도시된 전자기력을 이용한 조작기(100e)는, 전술한 제4실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100d)에서 각 통로(112)에 외측 주 영구자석(210)과 외측 보조 영구자석(310)만을 설치하고, 내측 주 영구자석(220)과 내측 보조 영구자석(320)은 설치되지 않은 구성으로도 할 수 있음을 보여주는 조작기의 형태이다.

이는, 상기 외측 주 영구자석(210)의 자력은 고정 철심(110)의 중간벽(111)으로 미치게 됨으로써, 가동자(400)의 왕복 운동에는 어떠한 문제도 없다. 다만, 조작기가 동일한 크기라고 가정할 때, 내측 주 영구자석(220)이 함께 있을 때보다 는 가동자(400) 즉, 코일(410)을 이동시키는 전자 반발력은 작아지기 때문에, 그만큼 가동자(400)의 조작 속도와 조작력은 줄어든다. 또한 가동자(400)의 홀딩력도 줄어들게 된다.

한편, 제6실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100e)에서는 공극부(g1)가 설치된 구성으로 하였으나, 이는 설치할 수도 있고(제5실시예와 동일), 설치하지 않을 수도 있다(제1∼제4실시예와 동일).

(실시예 7)

도 10은 본 발명의 제7실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100f)를 보여주는 단면도이다. 제4실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 참조 부호를 부여한다.

도 10에 도시된 전자기력을 이용한 조작기(100f)는, 전술한 제4실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100d)에서 각 통로(112)에 내측 주 영구자석(220)과 내측 보조 영구자석(320)만을 설치하고, 외측 주 영구자석(210)과 외측 보조 영구자석(310)은 설치되지 않은 구성으로도 할 수 있음을 보여주는 조작기의 형태이다.

이는, 상기 내측 주 영구자석(220)의 자력은 고정철심(110)의 중간벽(111)으로 미치게 됨으로써, 가동자(400)의 왕복 운동에는 어떠한 문제도 없다. 다만, 조작기가 동일한 크기라고 가정할 때, 외측 주 영구자석(210)이 함께 있을 때보다는 가동자(400) 즉, 코일(410)을 이동시키는 전자 반발력은 작아지기 때문에, 그만큼 가동자(400)의 조작 속도와 조작력은 줄어든다. 또한 가동자(400)의 홀딩력도 줄어들게 된다.

한편, 제7실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100f)에서는 공극부(g1)가 설치된 구성으로 하였으나, 이는 설치할 수도 있고(제5, 6실시예와 동일), 설치하지 않을 수도 있다(제1∼제4실시예와 동일).

(실시예 8)

첨부도면 도 11은 본 발명의 제8실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기를 보여주는 단면도이다.

본 발명에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100g)는, 전술한 실시예들에 따른 조작기에서, 가동자가 도면상 아래쪽으로 이동된 상태에서의 홀딩력도 증가시키고자 할 때의 바람직한 예를 보여준다. 도 11은 전술한 제5실시예에 따라 도 7에 도시된 조작기(100d)를 기초로 하여 도시한 것으로서, 도 7과 동일한 부분에 대하여는 동일한 참조 부호를 부여하고 그 반복되는 설명은 생략한다. 또한, 본 발명의 제8실시예는 전술한 제1∼4실시예의 변형례이기도 하다.

도 7에 도시된 제5실시예에서의 조작기(100d) 및 도 2에 도시된 전자기력을 이용한 조작기(100)는, 도면상 상측(위쪽 방향)으로만 큰 홀딩력이 필요한 경우에 대응하여, 외측 및 내측 보조 영구자석(310)(320)과 자성체(420)를 위쪽에만 설치한 형태를 가진다.

이에 비하여, 본 실시예에서는, 상측 방향뿐만 아니라 하측 방향으로도 큰 홀딩력을 필요로 하는 경우에 대비하여, 외측 및 내측 주 영구자석(210)(220)의 아래쪽 단부 부분에 제2 외측 및 내측 보조 영구자석(330)(340)이 구비되고, 가동자(400)의 코일(410) 아래쪽 단부 부분에도 제2자성체(440)를 구비한 구성을 가진다.

따라서, 가동자(400)가 아래쪽으로 최대한 이동되면, 제2 외측 보조 영구자석(330)과 제2 내측 보조 영구자석(340)에 의한 자력이 가동자(400)의 제2자성체(440)에 미치게 됨으로써, 상기 제2자성체(440)를 붙잡아 두려는 홀딩력이 커지게 된다.

도 11에 도시되지는 않았지만, 상기 제2 외측 보조 영구자석(330) 및 제2 내측 보조 영구자석(340)의 서로 마주하는 쪽의 극성은, 위쪽에 있는 외측 보조 영구자석(310) 및 내측 보조 영구자석(320)과 같이, 서로 동일극으로 이루어진다.

한편, 도 11에서는 외,내측 보조 영구자석(310,320) 및 자성체(420)의 크기(상하 방향 길이)에 비하여, 제2 외,내측 보조 영구자석(330,340) 및 제2자성체(440)의 크기(상하 방향 길이)가 작은 형태로 도시되어 있다. 이는 가동자(400)가 위쪽으로 이동되었을 때에 요구되는 홀딩력이 가동자(400)가 아래쪽으로 이동되었을 때에 요구되는 홀딩력보다 더 큰 경우에 적합한 형태이다.

이와 같이, 상기 외,내측 보조 영구자석(310,320) 및 자성체(420)의 크기와, 상기 제2 외,내측 보조 영구자석(330,340) 및 제2자성체(440)의 크기는, 차단기 등과 같은 피구동 요소에서 요구하는 홀딩력에 따라 차등을 줄 수 있다. 예를들어, 가동자(400)가 위쪽으로 이동되었을 때가 진공 차단기에서의 폐극상태라고 하면, 이때에는 가동 접촉자를 고정 접촉자에 큰 압점력으로 밀착시켜야 함으로써, 가동자(400)가 아래쪽으로 이동되었을 때인 진공 차단기에서의 개극상태에 비하여 큰 홀딩력을 필요로 하게 되므로, 위쪽에 있는 외,내측 보조 영구자석(310,320) 및 자성체(420)의 크기를 아래쪽에 있는 제2 외,내측 보조 영구자석(330,340) 및 제2자 성체(440)의 크기에 비하여 크게 설정한다.

(실시예 9)

첨부도면 도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제9실시예에 따른 전자기력을 이용한 조작기(100h)를 보여주는 것으로서, 도 12a는 단면도이고, 도 12b는 자계 분포를 보여주는 개략 단면도이다.

본 발명의 제9실시예에 따른 조작기는, 가동자가 아래쪽으로 이동되었을 때의 홀딩력을 증가시키기 위한 조작기의 예로서, 제8실시예에서의 조작기(100g)와는 또 다른 방식으로 구현한 형태를 보여준다.

앞서 설명한 바와 같이, 제8실시예에서는, 외측 및 내측 주 영구자석(210)(220)의 아래쪽 단부 부분에 제2 외측 및 내측 보조 영구자석(330)(340)이 구비되고, 가동자(400)의 코일(410) 아래쪽 단부 부분에도 제2자성체(440)를 구비한 구성으로 이루어졌으나, 본 실시예에서는 외,내측 주 영구자석(210)(220)의 하단부에 고정 철심(110)을 상하 방향으로 일정 길이 제거한 제2 자기적 공극부(g2)를 형성한 구성으로 이루어진다.

상기 제2 자기적 공극부(g2)는, 상기 외,내측 주 영구자석(210)(220)과 고정 철심(110) 사이의 자로를 멀고 길게 형성하는 역할을 함으로써, 외,내측 주 영구자석(210)(220)에 의한 자계가 자성체(420)에 더욱 많이 미치도록 한 것이다.

가동자(400)가 아래쪽으로 최대한 이동되었을 때의 자계 분포가 도 12b에 도시되어 있다. 이를 도 8a와 비교하여 설명한다.

도 8a에 있어서, 가동자(400)가 아래로 최대한 이동된 상태에서, 자기력선 (m1)은, 고정 철심(110)에 의해 2면이 둘러싸인 외,내측 주 영구자석(210)(220)의 하단부를 집중적으로 흐르게 된다.

이와 같이, 자기력선(m1)이 상기 외,내측 주 영구자석(210)(220)의 하단부 부근에 집중적으로 형성되는 것은, 외,내측 주 영구자석(210)(220)의 각각의 2면이 고정 철심(110)에 의해 둘러싸여 있어, 이 고정 철심(110)이 매우 양호한 자로를 형성하게 되어, 그 부분에서 자기력선(m1)의 흐름에 대한 저항이 적고 자로가 짧게 형성되기 때문이다.

이에 비하여, 도 12b에 도시된 본 발명의 제9실시예와 같이, 외,내측 주 영구자석(210)(220)의 하단부에 고정 철심(110)을 상하 방향으로 일정 길이 제거한 제2 자기적 공극부(g2)를 형성하면, 이 제2 자기적 공극부(g2)는 자기력선(m1)의 흐름을 차단하는 역할을 함으로써, 상기 외,내측 주 영구자석(210)(220)의 하단부에 형성되는 자기력선(m1)의 흐름 경로가 길어진다. 이와 같이, 외,내측 주 영구자석(210)(220)의 하단부에 형성되는 자기력선(m1)의 흐름 경로가 길어지면, 자기력선(m1)의 저항이 커지게 됨으로써, 자기력선(m1)은 멀리 돌아가지 않고 가까운 경로를 찾아 흐르게 된다. 이 때문에 제2 자기적 공극부(g2)가 없을 때 즉, 고정 철심(110)으로 둘러싸여 있을 때에 외,내측 주 영구자석(210)(220)의 하단부를 흐르던 자기력선의 일부가, 위쪽으로 경로를 바꾸어 자성체(420)를 경유하게 된다. 따라서, 자성체(420)에 미치는 자력이 그만큼 더 많아지게 되므로 자성체(420)를 아래쪽으로 이동시키려는 홀딩력 즉, 가동자(400)를 아래쪽으로 이동시켜려는 홀딩력이 더 커지게 된다.

이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예가 상세하게 설명되었으나, 이는 하나의 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예는 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 조작기는, 가동자가 이동된 상태에서 계속적으로 큰 홀딩력을 작용할 수 있다.

본 발명에 의한 조작기는, 큰 힘과 빠른 속도로 차단 동작이 수행되는 전자기력을 이용한 조작기(EMFA)의 장점을 가지면서, 거기에 큰 홀딩력을 부가할 수 있으므로, 큰 홀딩력을 필요로 하는 피동 요소를 포함하는 다양한 피동 요소에 모두 유용하게 적용할 수 있다.

Claims

조작기의 전체 외곽 형태를 이루면서 그의 종단면상 내부 중간의 중간벽을 사이에 두고 좌우 양측에 상하 방향으로 일정 길이를 가지는 통로가 형성되어 있는 고정 철심과;

상기 고정 철심의 좌,우의 통로의 종단면상 외벽면과 내벽면에 각각 배치되는 외측 주 영구자석 및 내측 주 영구자석과;

상기 외측 주 영구자석 및 내측 주 영구자석의 길이 방향 양단부중, 구동하여야 할 피동 요소와 연결된 때 보다 큰 홀딩력을 필요로 하는 방향에 대응하는 단부에 인접하여, 상기 외벽면과 내벽면에 각각 설치되는 외측 보조 영구자석 및 내측 보조 영구자석과;

상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석을 가운데에 두고서 상기 통로의 내부에 상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석에 직교하는 방향으로 권회되는 코일과, 상기 외측 및 내측 보조 영구자석에 의한 자력을 받도록 상기 외측 및 내측 보조 영구자석의 설치 위치에 대응한 상기 코일의 일단부에 인접하여 배치되는 자성체가 일체화된 형태로 이루어져서, 상기 외측 주/보조 영구자석과 내측 주/보조 영구자석 사이의 통로 내부에 직선 이동이 가능하게 삽입되고, 외부의 피동 요소와 연결되는 가동자를 포함하며,

상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석의 극성은, 상기 통로를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽이 서로 반대극으로 이루어지고,

상기 외측 보조 영구자석과 내측 보조 영구자석의 극성은, 상기 통로를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽의 극성이 동일극으로 이루어져서, 상기 가동자의 자성체가 상기 외측 보조 영구자석과 내측 보조 영구자석 사이에 위치한 때에, 상기 자성체의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 한 안쪽과 바깥쪽에 각각 서로 독립된 자계가 형성되어, 상기 각 자계를 이루는 자기력선들이, 상기 자성체의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 수직하게 경유하게 되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제1항에 있어서,

상기 고정 철심의 상기 중간벽은, 상기 고정 철심의 내부 중앙에 원기둥 형태로 형성되고, 상기 통로는, 상기 원기둥 형태의 중간벽과 동심을 이루어 반경 방향 외측으로 일정한 폭을 가지도록 원환형으로 형성되며,

상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석은, 상기 원기둥 형태의 중간벽 및 원환형의 통로와 동심을 이루는 원환형으로 이루어져서, 각각 상기 원환형의 통로 외벽과 내벽에 배치되고,

상기 가동자는, 그의 코일은 상기 원환형의 내측 주 영구자석을 가운데에 두고서 상기 원환형의 통로의 내부에 상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석에 직교하는 방향으로 권회되어 원환형을 이루며, 그의 자성체는 상기 코일에 대응하는 원환형으로 이루어져서, 상기 원환형의 코일과 원환형의 자성체가 비자성체의 하우징에 의해 감싸져 일체화되어 전체적으로 원환형을 이루는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제2항에 있어서,

상기 가동자의 길이 방향 일단부에 다수개의 비자성체의 로드가 연결되고, 상기 비자성체의 로드가 내부로부터 상기 고정 철심을 관통하여 외부로 돌출되며, 돌출된 상기 로드의 단부에 외부의 피동 요소가 연결되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제2항에 있어서,

가동자의 원둘레 일측으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 조작기의 둘레 측면을 관통하여 외부로 돌출되는 연장부를 구비하여, 상기 연장부에 피동 요소가 연결되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제1항에 있어서,

상기 고정 철심의 2개의 통로는, 고정 철심의 전후 방향으로 관통 형성되어, 상기 2개의 통로의 사이에 중간벽이 형성되고,

상기 외,내측 주 영구자석 및 상기 외,내측 보조 영구자석들은, 상기 고정 철심의 전후 방향으로 관통하여 형성된 상기 통로의 좌우 방향 내,외측 벽면에 설치되며,

상기 가동자는, 상기 외측 주/보조 영구자석과 내측 주/보조 영구자석 사이 의 상기 통로를, 상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석의 둘레를 감싸 경유하는 형태로 통과함으로써, 그의 전후 양측이 상기 고정 철심의 외부로 노출되는 형태로 이루어지며,

상기 가동자의 노출된 부분에 피동 요소가 연결되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제1항에 있어서,

상기 외측 보조 영구자석 및 내측 보조 영구자석의 반대측에서도 큰 홀딩력을 제공하기 위하여,

상기 외측 주 영구자석 및 내측 주 영구자석의 길이 방향 양단부중 상기 외측 보조 영구자석 및 내측 보조 영구자석이 설치되어 있는 방향의 반대측에 제2 외측 보조 영구자석 및 제2 내측 보조 영구자석이 더 설치되고,

상기 가동자에는, 상기 자성체가 설치되어 있는 방향의 반대측에, 제2 외측 보조 영구자석 및 제2 내측 보조 영구자석에 대응한 제2 자성체가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제1항, 제2항, 제5항, 제6항중 어느 한 항에 있어서,

상기 외,내측 주 영구자석과 외,내측 보조 영구자석 사이에, 고정 철심을 상하로 자기적으로 분리하여, 상기 외,내측 주 영구자석에 의한 자계와 상기 외,내측 보조 영구자석에 의한 자계가 서로 차단되도록 하는 자기적 공극부가 개재되는 것 을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제7항에 있어서,

상기 자기적 공극부에는 비자성체의 간극 유지 부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제7항에 있어서,

상기 외,내측 주 영구자석의 상기 외,내측 보조 영구자석이 설치되어 있는 부분의 반대측 단부에, 상기 고정 철심이 상하 방향으로 일정 길이 제거되는 제2 자기적 공극부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제1항, 제2항, 제5항중 어느 한 항에 있어서,

상기 외,내측 주 영구자석의 상기 외,내측 보조 영구자석이 설치되어 있는 부분의 반대측 단부에, 고정 철심이 상하 방향으로 일정 길이 제거되는 제2 자기적 공극부가 형성되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.
제1항에 있어서,

상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석, 그리고 외측 보조 영구자석과 내측 보조 영구자석은, 외측과 내측중 어느 한 쪽의 것만이 구비되는 것을 특징으로 하는 홀딩력이 극대화된 전자기력을 이용한 조작기.