KR100732513B1 - 영구자석 액튜에이터 - Google Patents

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KR100732513B1
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Abstract

본 발명은 영구자석 액튜에이터에 관한 것으로서, 초기 기동속도를 신속화할 수 있고 일 방향의 동작속도를 더욱 향상 시킬 수 있는 영구자석 액튜에이터에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 소정 간격을 두고 이격됨과 아울러 서로 대향되게 배치되는 한 쌍의 코어와; 상기 한 쌍의 코어 사이에 설치되고, 통전시 전자석이 되며, 자력이 발휘되는 방향이 반대로 변경되도록 통전전류의 흐름방향이 다르게 인가될 수 있는 하나의 코일유닛과; 상기 코일유닛의 내부에 상대 직선 이동 가능하게 수용되어, 상기 코일유닛에 인가되는 전류의 흐름 방향에 따른 자력에 의해 흡인되어 직선 이동 가능한 가동자와; 상기 가동자를 대향 하도록 상기 한 쌍의 코어 사이에 고정적으로 설치되는 고정자와; 상기 가동자의 둘레 일부를 감싸도록 상기 코일유닛과 상기 고정자의 사이에 설치되어, 상기 가동자의 이동 후 상기 가동자의 위치를 유지하도록 상기 가동자에 자력을 인가하는 영구자석과; 상기 가동자와 상기 고정자의 사이에 개재되어 상기 가동자에 상기 고정자로부터 이탈하는 방향으로 탄성 바이어스력을 부과하는 스프링과;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터를 제공한다.
영구자석 액튜에이터, 코어, 코일 유닛, 가동자, 고정자, 영구자석, 스프링

Description

영구자석 액튜에이터{A PERMANENT MAGNET ACTUATOR}
도 1은 종래 영구자석 액튜에이터의 외형을 보여주는 사시도이고,
도 2는 종래 영구자석 액튜에이터의 내부 구조를 보여주는 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 외형을 보여주는 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 내부 구조를 보여주는 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작상태를 보여 주는 동작상태도로서, 가동자가 고정자에 접촉하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작상태를 보여 주는 동작상태도로서, 가동자가 고정자로부터 이격되게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이며,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 외형을 보여주는 사시도이고,
도 8a와 도 8b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작상태를 단면도로서 여주는 도면으로서,
도 8a는 가동자가 제 1 블록으로부터 이격하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이고,
도 8b는 가동자가 제 1 블록에 접촉하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 구성요소들과 그들의 형상을 분해하여 명확하게 보여주는 분해 사시도이고,
도 10은 본 발명의 영구자석 액튜에이터가 적용된 진공차단기를 보여주는 단면도이며,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터를 정육면체 형상으로 제작한 상태를 부분 절개하여 보여주는 부분 절개 단면도이고,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터를 정육면체 형상으로 제작한 상태를 부분 절개하여 보여주는 부분 절개 단면도이며,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터를 원통형으로 제작한 상태를 부분 절개하여 보여주는 부분 절개 단면도이고,
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작상태를 단면도로서 보여주는 도면으로서,
도 14a는 가동자가 제 1 블록으로부터 이격하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이고,
도 14b는 가동자가 제 1 블록에 접촉하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
111,112 : 코어 113a : 제 1 블록
113b: 제 2 블록 121 : 코일유닛
131 : 가동자 132 : 로드
133 : 고정자 141a, 141b : 영구자석 150 : 스프링 171a, 171b : 안내블록
A : 스프링 시트 B : 접속핀
C : 스프링
본 발명은 영구자석 액튜에이터(a permanent magnetic actuator)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공차단기의 구동 액튜에이터로서 활용되기에 적합하도록 초기 기동이 신속하고 특정 일방향의 동작속도를 신속화할 수 있는 단일 코일 영구자석 액튜에이터에 관한 것이다.
일반적으로 영구자석 액튜에이터는 전자기력을 이용한 구동장치로서, 기존의 스프링 구동 메카니즘, 유압 구동 메카니즘, 솔레노이드(SOLENOID) 구동 메카니즘을 대체하는 구동원으로서 활용될 수 있고, 고압 및 저압 전력기기 분야 및 자동차분야에서 특정 기능의 구동원으로 활용될 수 있다.
이러한 영구자석 액튜에이터의 종래기술에 따른 일 예를 첨부도면을 참조하 여 소개하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 종래 영구자석 액튜에이터의 외형을 보여주는 사시도이고, 도 2는 종래 영구자석 액튜에이터의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.
도 1 내지 도 2에서 도시한 바와 같이, 종래 영구자석 액튜에이터는, 소정 간격을 두고 이격됨과 아울러 서로 대향되게 배치되는 제1코어(11) 및 제2코어(12)와, 상기 제1코어(11)와 제2코어(12)에 의해 형성된 내부공간의 상하부에 각각 설치되어 전원 인가에 따라 자력을 발생시키는 상부 코일 유닛(21) 및 하부 코일 유닛(22)과, 상기 상, 하부 코일 유닛(21,22)의 내부에 상대 직선 이동 가능하게 수용되어 각 상, 하부 코일 유닛(21,22)에 전원이 인가됨에 따른 자력에 의해 직선 이동가능한 가동자(31)와, 상기 가동자(31)의 둘레 일부를 감싸도록 상부 코일 유닛(21)과 하부 코일 유닛(22)의 사이에 서로 대향되게 배치되어 가동자(31)의 위치상태를 유지시키는 영구자석(41)을 포함하여 구성되어 있다.
아울러 상기 각 코어(11,12)의 사이에는 출력 축에 상당하는 한 쌍의 로드(rod)(32)의 이동을 안내하기 위한 안내블록(13)이 설치되어 있고, 상기 가동자(31)의 길이방향을 따른 양단부에는 로드(32)가 접속되어 있는 바, 로드(32)는 안내블록(13)을 통과하며 외부로 돌출되게 배치되되 가동자(31)의 직선 이동시 함께 이동될 수 있도록 안내블록(13)에 상대 이동 가능하게 지지되어 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 상기 가동자(31)는 상부 코일 유닛(21) 또는 하부 코일 유닛(22)에 전원이 인가됨에 따라 발생되는 자력에 의해 도면상 상방 또는 하방으로 직선 이동될 수 있고, 상 또는 하방 어느 일방으로 이동한 후에는 영구자석 (41)의 자력에 의해 상, 하부 코일 유닛(21, 22)에 인가되는 전원공급이 차단되어도 그 위치상태가 유지될 수 있다.
즉 상기 가동자(31)가 그 하단면이 각 코어(11,12)의 하부 내면에 밀착되게 배치되도록 하부 코일 유닛(22) 측으로 이동된 상태에서 상부 코일 유닛(21)에 전원을 인가시키면 상부 코일 유닛(21)에서 발생되는 자력에 의해 가동자(31)가 상부 코일 유닛(21) 측으로 이동하게 되게 되는 바, 이때 상기 가동자(31)의 이동 시점은 상부 코일 유닛(21)에서 발생되는 자력이 영구자석(41)의 자력보다 큰 자력을 갖는 시점에서 이루어지게 되며, 가동자(31)가 일정 이상 이동하게 되면 영구자석(41)의 조력(助力)을 받아 초기 이동속도보다 빠르게 이동되어 결국 가동자(31)의 상단면이 각 코어(11,12)의 상부 내면에 밀착되게 배치되도록 이동된다.
그리고 이와 같이 상부 코일 유닛(21) 측으로 이동된 가동자(31)는 영구자석(41)의 자력에 의해 그 위치상태가 고정된다.
그러나, 종래기술에 따른 영구자석 액튜에이터는 가동자(31)의 전 길이에 대해서 각각 일측과 타측으로 편기된 위치에 상부 코일 유닛(21)과 하부 코일 유닛(22)이 배치되는 구조인 바, 이와 같은 구조에서는 가동자(31)를 일방향 또는 타방향으로 기동할 때 가동자(31)의 전 길이의 중심부에 코일 유닛을 배치하여 기동하는 것보다 많은 자력이 필요하고, 따라서 상부 코일 유닛(21)과 하부 코일 유닛(22)을 자화시키는 데 소요되는 전력량도 비례하여 많이 필요한 비효율적 전력소요의 문제점이 있다.
또한, 종래기술에 따른 영구자석 액튜에이터는 가동자(31)의 전 길이에 대해서 각각 일측과 타측으로 편기된 위치에 상부 코일 유닛(21)과 하부 코일 유닛(22)이 대칭적으로 배치되는 구조인 바, 이와 같은 대칭구조에 따라서 특정 일 방향으로 보다 신속한 동작속도가 요구되는 경우에 부응할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 가동자(31)의 양 단부면과 도면상 상하의 안내블록(13) 및 코어(11,12)이 접촉하는 접촉면이 넓어 가동자(31)의 이동을 방해하는 마찰력이 크므로 영구자석 액튜에이터의 기동응답 즉 기동속도가 느린 문제점이 있다.
또한, 이와 같은 초기 기동 특성의 저하로 인해 초기 기동시간의 지연되는 문제점과 일 방향으로 신속한 동작속도 부응불가의 문제점이 있었고, 이에 따라 일 방향으로 순간적으로 빠른 구동력을 필요로 하는 회로차단기에 있어서 차단 구동력을 제공하는 액튜에이터로서는 사용하는 데 문제가 있는 등 기술적 적용분야가 한정적인 문제점이 있었다.
또한 종래기술에 따른 영구자석 액튜에이터는 제작시 영구자석의 설치위치가 단순히 두 코일유닛의 사이일 뿐이고 그 설치위치와 설치각도가 작업자에 따라 변동될 소지가 다분하여, 숙련과 비숙련의 작업자에 따라 또 설치할 때마다 설치위치 및 설치각도가 변동될 수 있다. 따라서, 영구자석 액튜에이터의 동작 특성이 제품마다 각기 다르고 일관성이 없게 되어, 동작특성 신뢰도가 보장되지 않는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하는 것으로서, 본 발명의 목 적은 특정 일 방향의 동작속도를 타방향 동작속도 보다 더욱 고속화할 수 있는 영구자석 액튜에이터를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 초기 기종속도를 고속화할 수 있는 영구자석 액튜에이터를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 구동 소요전력이 경제적인 영구자석 액튜에이터를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 또 다른 목적은 영구자석 액튜에이터의 제작시 영구자석의 설치위치 및 각도를 균일화하여 동작특성을 균일화할 수 있는 영구자석 액튜에이터를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 외형상을 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있는 영구자석 액튜에이터를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적 및 다른 목적은 소정 간격을 두고 이격됨과 아울러 서로 대향되게 배치되는 한 쌍의 코어와;
상기 한 쌍의 코어 사이에 설치되고, 통전시 전자석이 되며, 자력이 발휘되는 방향이 반대로 변경되도록 통전전류의 흐름방향이 다르게 인가될 수 있는 하나의 코일유닛과;
상기 코일 유닛의 내부에 상대 직선 이동 가능하게 수용되어, 상기 코일유닛에 인가되는 전류의 흐름 방향에 따른 자력에 의해 흡인되어 직선 이동 가능한 가동자와;
상기 가동자를 대향 하도록 상기 한 쌍의 코어 사이에 고정적으로 설치되는 고정자와;
상기 가동자의 둘레 일부를 감싸도록 상기 코일유닛과 상기 고정자의 사이에 설치되어, 상기 가동자의 이동 후 상기 가동자의 위치를 유지하도록 상기 가동자에 자력을 인가하는 영구자석과;
상기 가동자와 상기 고정자의 사이에 개재되어 상기 가동자에 상기 고정자로부터 이탈하는 방향으로 탄성 바이어스력을 부과하는 스프링과;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 목적은, 상기 고정자의 일측에는 영구자석의 단면적에 상응하게 확장된 단면적을 갖는 플랜지부가 형성되고, 상기 영구자석은 상기 플랜지부와 상기 코일유닛의 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한 상기 본 발명의 목적 및 다른 목적은, 서로 대향하게 설치되는 한 쌍의 코어와;
상기 한 쌍의 코어 사이에 설치되고, 통전시 전자석이 되며, 자력이 발휘되는 방향이 반대로 변경되도록 통전전류의 흐름방향이 다르게 인가될 수 있는 하나의 코일 유닛과;
상기 코일 유닛 내에서 상기 코일 유닛으로부터의 자력에 의해 흡인되어 직선이동 가능한 가동자와;
상기 코일 유닛 내에 고정 설치되고, 상기 가동자의 직선이동을 안내하는 안내블록과;
상기 가동자의 양단부에 결합되어 상기 가동자의 직선이동에 따라 함께 직선 이동 가능한 제 1 과 제 2 로드와;
상기 제 1과 제 2 로드의 직선이동을 각각 안내하도록 고정 설치되는 제 1 과 제 2 블록과;
상기 가동자의 이동 후 상기 가동자의 위치를 유지시키도록 자력을 제공하기 위해서 상기 안내블록과 상기 제 1과 제 2 블록 중 어느 하나에 지지되게 설치되는 영구자석과;
상기 가동자에 일 방향으로 탄성 바이어스력을 제공하기 위해서, 상기 제 1과 제 2 블록 중 어느 하나와 상기 가동자의 일단부 사이에 설치되는 스프링과;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 가동자는 상기 고정자와의 마찰력이 작도록 상기 고정자에 접촉하는 단부가 몸체 부분보다 단면적이 작게 구성된 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 가동자의 이동속도를 고속화하기 위해서, 상기 코일 유닛은 적어도 상기 가동자의 길이에 상기 가동자의 이동거리를 합한 길이와 같거나 상기 합한 길이 보다 더욱 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안내블록과 상기 제 1 과 제 2 블록 중 어느 하나는 각각 상기 영구자석의 지지위치를 결정해주기 위한 단차부를 구비하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 코어는 직육면체, 정육면체, 원통형 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성에 대해서는 첨부한 도면을 참조한 이하의 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명에 의해서 보다 명확히 이해될 수 있을 것이다.
첨부한 도 3본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 외형을 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.
도 3 내지 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터는, 소정 간격을 두고 이격됨과 아울러 서로 대향되게 배치되는 한 쌍의 코어(111, 112)와; 상기 한 쌍의 코어(111, 112) 사이에 설치되고, 통전시 전자석이 되며, 자력이 발휘되는 방향이 반대로 변경되도록 통전전류의 흐름방향이 다르게 인가될 수 있는 하나의 코일 유닛(121)과; 코일 유닛(121)의 내부에 상대 직선 이동 가능하게 수용되어, 코일 유닛(121)에 인가되는 전류의 흐름 방향에 따른 자력에 의해 흡인되어 직선 이동 가능한 가동자(131)와; 가동자(131)를 대향 하도록 한 쌍의 코어(111, 112) 사이에 고정적으로 설치되는 고정자(133)와; 가동자(131)의 둘레 일부를 감싸도록 코일 유닛(121)과 고정자(133)의 사이에 설치되어, 가동자(131)의 이동 후 가동자(131)의 위치를 유지하도록 가동자(131)에 자력을 인가하는 영구자석(141)과; 가동자(131)와 고정자(133)의 사이에 개재되어 가동자 (131)에 고정자(133)로부터 이탈하는 방향으로 탄성 바이어스력(biasing force)을 부과하는 스프링(150)과; 를 포함하여 구성된다.
가동자(131)와 고정자(133)의 상호 대향 면 중 적어도 어느 일 측에는 스프링(150)의 단부가 지지될 수 있도록 스프링 지지 홈 부가 마련되며, 가동자(131)에 마련 되는 스프링 지지 홈 부는 도 4에 있어서 부호 131a로 표기하였고 고정자(133)에 마련되는 스프링 지지 홈 부는 부호 133a 로 표기하였다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터는, 가동자(131)의 길이방향을 따라서 돌출하며 가동자(131)에 접속되어 가동자(131)의 직선이동에 따라서 함께 직선이동 가능한 적어도 하나의 로드(rod)(132)를 포함하며, 도시한 실시 예에서는 로드(132)가 2개로 구성된다. 이러한 로드(132)는 바로 영구자석 액튜에이터의 출력 축이 된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터는 로드(132)의 직선이동을 안내하기 위해 로드(132)에 상응하는 개수 즉, 제시한 실시예에서는 2개가 마련되는 안내블록(113)을 추가적으로 포함한다.
고정자(133)에는 로드(132)가 통과할 수 있도록 관통공(133c)이 형성되어 있다.
본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터의 제조시 영구자석(141)의 설치위치를 결정하여 영구자석(141)의 조립 편리성 및 나아가서 영구자석 액튜에이터의 조립시 생산성을 향상하고 신뢰성 있는 영구자석(141)의 성능을 발휘하도록 하기 위해서, 영구자석(141)의 설치위치 결정을 위해 고정자(133)의 일측에는 확장된 단면적을 갖는 플랜지부(133b)가 형성되고, 영구자석(141)은 플랜지부(133b)와 코일유닛(121)의 사이에 개재된다.
가동자(131)가 고정자(133)로부터 이탈하는 방향으로 이동할 때 그 이동속도를 가속화하기 위해서, 가동자(131)는 고정자(133)와의 마찰력이 작도록 고정자(133)에 접촉하는 단부가 몸체 부분보다 단면적이 작게 구성된다. 즉, 가동자(131) 중 두개의 로드(132)의 사이 부분을 몸체 부분이라 할 때, 가동자(131)의 단부 즉 고정자(133)를 대향하는 단부는 상기 스프링 지지 홈 부(131a)의 면적만큼 감소하므로 몸체 부분의 단면적 보다 작은 것이다.
한편, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작을 도 5 및 6을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작상태를 보여 주는 동작상태도로서, 가동자가 고정자에 접촉하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작상태를 보여 주는 동작상태도로서, 가동자가 고정자로부터 이격되게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이다.
먼저, 도 6과 같은 상태에서 도 5와 같은 상태로 동작하는 과정을 설명하기로 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 코일 유닛(121)에 전류를 방향(161)과 같이 들어가서 방향(162)과 같이 나오도록 전류를 흘려주면, 코일 유닛(121)이 자화되어 오른손 나사의 법칙에 따라 자력은 가동자(131)를 고정자(133)에 접촉하는 방향으로 즉, 도면상 하방(화살표 방향)으로 발생한다.
이에 가동자(131)는 초기 영구자석(141)의 이동을 방해하는 자력과 스프링(150)이 가동자(131)에게 부과하는 고정자(133)로부터 이탈하는 방향으로의 탄성 바이어스력을 극복하고, 왜냐하면 영구자석(141)의 자력과 스프링(150)으로부터의 탄성 바이어스 력의 합력 보다 코일 유닛(121)의 자력이 더욱 강력하기 때문에 고정자(133)에 접촉하는 방향으로 코일 유닛(121)으로부터의 자력에 의해 이동하게 된다. 따라서 두개의 로드(132)도 가동자(131)와 함께 같은 방향으로 이동한다.
가동자(131)가 고정자(133)에 접촉하게 이동한 연 후, 영구자석(141)으로부터의 자력은 가동자(131)의 이동위치를 유지시키게 작용, 즉 가동자(131)가 고정자(133)와 접촉한 상태를 유지시키게 작용하며, 스프링(150)은 압축되어 탄성에너지를 축세하게 된다. 따라서 코일 유닛(121)에 전류공급을 중단하여도 가동자(131)는 영구자석(141)으로부터의 자력에 의해서 이동위치를 유지한다.
한편, 도 5와 같은 상태에서 도 6과 같은 상태로 동작하는 과정을 설명하기로 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 코일유닛(121)에 전류를 방향(161)과 같이 들어가서 방향(162)과 같이 나오도록 전류를 흘려주면, 코일유닛(121)이 자화되어 오른손 나사의 법칙에 따라 자력은 가동자(131)를 고정자(133)로부터 분리하는 방향으로 즉, 도면상 상방(화살표 방향)으로 발생한다.
이에 가동자(131)는 초기 영구자석(141)의 이동을 방해하는 자력을 극복하고 신속히 고정자(133)로부터 분리하는 방향으로 이동한다. 따라서 두개의 로드(132)도 가동자(131)와 함께 같은 방향으로 이동한다. 초기 가동자(131)의 이동을 방해하는 방향으로 작용하던 영구자석으로부터의 자력은 가동자(131)가 이동행정의 중 간위치를 지나면서부터 가동자(131)의 이동을 가속화하는 가력으로 작용한다. 여기서, 스프링(150)은 고정자(133)로부터 분리하는 방향으로 가동자(131)에 축세된 탄성에너지를 방세하여 코일유닛(121)의 자력과 합력으로 작용하기 때문에 가동자(131)는 고정자(133)로부터 이탈하는 방향으로 종래기술 보다 매우 신속하게 이동할 수 있게 된다.
가동자(131)가 고정자(133)로부터 이탈하게 이동한 연 후, 영구자석(141)으로부터의 자력은 가동자(131)의 이동위치를 유지시키게 작용, 즉 가동자(131)가 고정자(133)로부터 이탈한 상태를 유지시키게 작용하며, 스프링(150)은 신장하여 탄성에너지를 방세한 상태로 된다.
한편, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 구성을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 다른 실시 예는 전술한 본 발명의 일 실시 예와 대비하여, 가동자를 구동하는 코일유닛의 자력을 강화하기 위해서 코일유닛의 길이가 가동자의 길이 및 그 이동거리를 합한 길이 보다도 같거나 크도록 가동자 및 그 이동행정을 완전히 수용가능하게 구성되는 특징을 가진다. 또한, 본 발명의 다른 실시 예는 영구자석이 가동자의 안내블록과 로드의 안내블록 사이에서 각각의 안내블록의 단차부에 의해 설치되므로 그 설치위치가 정확히 결정될 수 있는 차이점이 있다. 또한 본 발명의 다른 실시 예는 가동자의 이동을 안내하기 위한 별도의 안내블록을 구비하는 특징을 가진다. 이러한 본 발명의 일 실시 예와 대별되는 구성상의 특징은 첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로 보다 명확히 이해될 수 있을 것이다.
여기서, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 외형을 보여주는 사시도이고, 도 8a와 도 8b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작상태를 단면도로서 보여주는 도면으로서, 도 8a는 가동자가 제 1 블록으로부터 이격하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이고, 도 8b는 가동자가 제 1 블록에 접촉하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 구성요소들과 그들의 형상을 분해하여 명확하게 보여주는 분해 사시도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터는, 서로 대향하게 설치되는 한 쌍의 코어(111, 112)와; 한 쌍의 코어(111, 112) 사이에 설치되고, 통전시 전자석이 되며, 자력이 발휘되는 방향이 반대로 변경되도록 통전전류의 흐름방향이 다르게 인가될 수 있는 하나의 코일 유닛(121)과; 코일 유닛(121) 내에서 코일 유닛(121)으로부터의 자력에 의해 흡인되어 직선이동 가능한 가동자(131)와; 코일 유닛(121) 내에 고정 설치되고, 가동자(131)의 직선이동을 안내하는 안내블록(171a, 171b)과; 가동자(131)의 양단부에 결합되어 가동자(131)의 직선이동에 따라 함께 직선이동 가능한 제 1 로드(132a) 및 제 2 로드(132b)와; 제 1과 제 2 로드(132a,132b)의 직선이동을 각각 안내하도록 고정 설치되는 제 1 과 제 2 블록(113a, 113b)과; 가동자(131)의 이동 후 가동자(131)의 위치를 유지시키도록 자력을 제공하기 위해서 안내블록(171a, 171b)과 제 1과 제 2 블록(113a, 113b) 중 어느 하나에 지지되게 설치되는 영구자석과; 가동자(131)에 일 방향으로 탄성 바이어스력을 제공하기 위해서, 제 1과 제 2 블록(113a, 113b) 중 어느 하나와 가동자 (131)의 일단부 사이에 설치되는 스프링(150)과;를 포함하여 구성된다.
가동자(131)의 이동속도를 고속화하도록 강력한 자력을 발생시키기 위해서, 코일 유닛(121)은 적어도 가동자(131)의 길이에 가동자(131)의 이동거리를 합한 길이와 같거나 상기 합한 길이 보다 더욱 긴 길이를 갖게 구성된다.
제 1 로드(132a) 와 제 2 로드(132b)는 각각 제 1 블록(113a)과 제 2 블록( 113b)에 구비된 부호 미지정의 관통공을 통하여 외측으로 돌출하게 연장한다. 상기 제 1 로드(132a) 와 제 2 로드(132b)의 적어도 어느 하나는 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터의 출력 축이 된다.
안내블록(171a, 171b)과 상기 제 1 과 제 2 블록(113a, 113b) 중 적어도 어느 하나는 영구자석(141a, 141b)의 지지위치를 결정해주기 위한 단차부(171c) 또는 (113c)를 구비한다. 본 실시 예에서는 안내블록(171a, 171b)은 단차부(171c)를 구비하고, 제 1 과 제 2 블록(113a, 113b)은 단차부(113c)를 구비하게 구성하였다. 도 9에 있어서, 안내블록(171a, 171b)에 단차부((171c)가 없는 것과 같이 도시된 것은 편이상 생략되었을 뿐이며, 정확하게는 도 8(a) 및 도 8(b)에 도시된 바와 같이 안내블록(171a, 171b)은 단차부(171c)를 각각 구비한다.
바람직하기로 안내블록(171a, 171b)은 비자성재로 구성하여, 영구자석(141a, 141b)으로부터의 자력이 상기와 같이 가동자(131)의 이동위치 유지에 필요한 정도로 작용하고 영구자석(141a, 141b)으로부터의 자력이 가동자(131)의 일 방향 즉, 도면상 상방의 초기기동을 방해하는 역할이 최소화될 수 있도록 차단하는 역할을 하도록 한다.
또한 제 1 블록(113a)는 부호 미지정한 2개의 지지 홈부를 구비하여, 이 지지 홈부에 한 쌍의 안내블록(171a, 171b) 중 단차부(171c)가 구비된 단부의 반대측 타 단부가 각각 삽입되어 이 지지 홈부에 의해 지지될 수 있다.
따라서 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터는 숙련 작업자와 초보 작업자에 관계없이 정확한 상대위치에 제 1 과 제 2 블록(113a, 113b), 영구자석(141a, 141b) 그리고 안내블록(171a, 171b)을 조립할 수 있고, 따라서 생산성이 향상될 수 있을 뿐 아니라 부품들의 상대적 위치가 정확하므로 목적하는 성능 또한 신뢰성 있게 얻을 수 있는 장점이 있다.
가동자(131)는 제 1 과 제 2 블록(113a, 113b)과의 마찰력이 작도록 제 1 과 제 2 블록(113a, 113b)에 접촉하는 양단부가 몸체 부분보다 단면적이 작게 구성되어 있다. 즉, 가동자(131) 중 제 1 블록(113a)에 접촉하는 단부는, 제 1 로드(132a) 와 제 2 로드(132b)사이의 가동자(131)의 부분을 몸체부라할 때, 이 몸체부보다 제 1 블록(113a)을 향해 돌출하여 그 단면적이 작고, 가동자(131) 중 제 2 블록(113b)에 접촉하는 단부는, 적어도 스프링(150)의 수용홈부(부호 미지정) 만큼 상기 몸체부 보다 단면적이 작다.
제 1 과 제 2 블록(113a, 113b)은 상기 코어(111, 112)의 사이에 상기 코어(11, 112)로부터 돌출하는 부분이 없도록 결합됨으로써 서로 일체로 결합된다.
한편 도 8 (a) 및 (b)를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동 작상태를 단면도로서 보여주는 도면으로서, 도 8a는 가동자가 제 1 블록으로부터 이격하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이고, 도 8b는 가동자가 제 1 블록에 접촉하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이다.
먼저, 도 8b와 같은 상태에서 도 8a와 같은 상태로 동작하는 과정을 설명하기로 한다. 코일 유닛(121)에 전류를 도면상 좌측으로 들어가서 우측으로 나오도록 전류를 흘려주면, 코일 유닛(121)이 자화되어 오른손 나사의 법칙에 따라 자력은 가동자(131)를 제 2 블록(113b)에 접촉하는 방향으로 즉, 도면상 하방으로 발생한다.
이에 가동자(131)는 초기 영구자석(141)의 이동을 방해하는 자력과 스프링(150)이 가동자(131)에게 부과하는 제 2 블록(113b)으로부터 이탈하는 방향으로의 탄성 바이어스력을 극복하고, 왜냐하면 영구자석(141)의 자력과 스프링(150)으로부터의 탄성 바이어스력의 합력 보다 코일 유닛(121)의 자력이 더욱 강력하기 때문에 제 2 블록(113b)에 접촉하는 방향으로 코일 유닛(121)으로부터의 자력에 의해 이동하게 된다. 따라서 두개의 로드(132a, 132b)도 가동자(131)와 함께 같은 방향으로 이동한다.
초기 가동자(131)의 이동을 방해하는 방향으로 작용하던 영구자석으로부터의 자력은 가동자(131)가 이동행정의 중간위치를 지나면서부터 가동자(131)의 이동을 가속화하는 가력으로 작용한다.
가동자(131)가 고정자(133)에 접촉하게 이동한 연 후, 영구자석(141)으로부터의 자력은 가동자(131)의 이동위치를 유지시키게 작용, 즉 가동자(131)가 제 2 블록(113b)에 접촉한 상태를 유지시키게 작용하며, 스프링(150)은 압축되어 탄성에너지를 축세하게 된다.
따라서 코일 유닛(121)에 전류공급을 중단하여도 가동자(131)는 이동위치를 유지한다.
한편, 도 8(a)와 같은 상태에서 도 8(b)과 같은 상태로 동작하는 과정을 설명하기로 한다. 코일 유닛(121)에 전류를 도면상 우측으로 들어가서 도면상 좌측으로 나오도록 전류를 흘려주면, 코일 유닛(121)이 자화되어 오른손 나사의 법칙에 따라 자력은 가동자(131)를 제 2 블록(113b)으로부터 분리하는 방향으로 즉, 도면상 상방으로 발생한다.
이에 가동자(131)는 초기 영구자석(141)의 이동을 방해하는 자력을 극복하고 신속히 제 2 블록(113b)로부터 분리하는 방향으로 이동한다. 따라서 두개의 로드(132)도 가동자(131)와 함께 같은 방향으로 이동한다. 여기서, 스프링(150)은 고정자(133)로부터 분리하는 방향으로 가동자(131)에 축세된 탄성에너지를 방세하여 코일유닛(121)의 자력과 합력으로 작용하기 때문에 가동자(131)는 제 2 블록(113b)로부터 이탈하는 방향 다시 말해 제 1 블록(113a)에 접촉하는 방향으로 더욱 신속하게 이동할 수 있게 된다.
가동자(131)가 제 2 블록(113b)로부터 이탈하게 이동한 연 후, 영구자석(141)으로부터의 자력은 가동자(131)의 이동위치를 유지시키게 작용, 즉 가동자(131)가 제 2 블록(113b)로부터 이탈한 상태를 유지시키게 작용하며, 스프링(150)은 신장하여 탄성에너지를 방세한 상태로 된다.
영구자석(141)로부터의 유지력에 의해서 가동자(131)는 코일 유닛(121)으로 공급하던 전류를 차단하여도 이동위치를 유지한다.
한편, 본 발명의 영구자석 액튜에이터가 적용된 진공차단기를 단면도로서 보여주는 도 10을 참조하여 본 발명의 영구자석 액튜에이터의 적용사례를 설명하면 다음과 같다.
도 10에 있어서, 부호 208은 진공차단기의 진공 인터럽터(vacuum interrupter)이고, 진공 인터럽터는 잘 알려진 바와 같이 진공용기내에 상측의 고정접촉자와 하측의 가동접촉자가 구비되는 것으로서, 부호 207은 하측의 가동접촉자에 접속되는 가동접촉자의 구동축이고, 부호 206은 일단부가 상기 구동축에 접속되고 타단부는 구동레버(204)에 접속되는 동력전달축이다. 부호 205는 상기 가동접촉자가 고정접촉자에 접촉된 상태를 유지할 수 있도록 접압력을 제공하는 접압스프링이고, 구동레버(204)는 일단부가 상기 동력전달축(206)에 부호 미지정한 연결수단을 개재하여 접속되고 타단부는 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터의 출력축에 상당하는 제 2 로드(132b)에 접속된다. 부호 131은 상기한 바와 같은 가동자이다.
상기 고정접촉자 및 구동축은 모두 전기적 도체로 구성되고 각각 역시 전기적 도체로 된 부스바(bus bar) 및 단자부와 접속된다.
위에서 진공 인터럽터(208) 및 구동축(207)과 동력전달축(206)의 부분은 주회로부라고 불리며, 이 주회로부의 상기 가동접촉자를 상기 고정접촉자에 접촉하는 위치 또는 분리되는 위치로 구동하는 구동력을 제공하는 영구자석 액튜에이터를 액튜에이터부, 구동레버(204)를 동력전달부로도 부르며, 이들은 모두 하부에 바퀴가 구비된 이송대차상에 설치된다. 부호 209는 상기 이송대차의 이동에 의해 상기 단자부와 접속 또는 분리될 수 있는 전원측 모선접속부(S)와 부하측 모선접속부(L)이다.
상기와 같이 구성되는 진공 차단기의 회로 차단 및 통전 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터의 가동자(131)가 도면상 하방으로 이동하면, 가동자(131)에 접속된 제 2 로드(132b)도 하방으로 이동한다. 그러면, 제 2 로드(132b)에 일단부가 접속된 구동레버(204)가 도면상 반시계방향으로 회전하고 그에 따라 구동레버(204)의 타단부에 접속된 동력전달축((206)이 상승한다. 따라서 동력전달축((206)과 접속된 구동축(207)의 연동 상승에 의해 진공 인터럽터(208)내의 상기 가동접촉자가 상승하여 고정접촉자에 접촉한다. 이 상태는 상기 이송대차의 이동에 의해 상기 단자부가 전원측 모선접속부(S)와 부하측 모선접속부(L)에 접속되어 있는 경우, 전원측과 부하측이 통전되는 상태이다.
반면에, 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터의 가동자(131)가 도면상 상방으로 이동하면, 가동자(131)에 접속된 제 2 로드(132b)도 상방으로 이동한다. 그러면, 제 2 로드(132b)에 일단부가 접속된 구동레버(204)는 도면상 시계방향으로 회전하고 그에 따라 구동레버(204)의 타단부에 접속된 동력전달축((206)이 하강한다. 따라서 동력전달축((206)과 접속된 구동축(207)의 연동 하강에 의해 진공 인터럽터(208)내의 상기 가동접촉자가 하강하여 고정접촉자로부터 분리된다. 이 상태는 상기 이송대차의 이동에 의해 상기 단자부가 전원측 모선접속부(S)와 부하측 모선접 속부(L)에 접속되어 있는 경우라도 전원측과 부하측이 분리된 차단 상태이다.
이와 같이 본원발명의 영구자석 액튜에이터는 단락전류, 과전류와 같은 사고전류 발생시 순간적으로 전원측과 부하측간의 전기의 통전로를 차단시켜야 하는 진공차단기의 가동접촉자에 구동력을 제공하는 액튜에이터로 활용될 수 있다.
한편, 본 발명의 영구자석 액튜에이터는 다양한 외형의 것으로 제작이 가능하다. 이와 같이 다양한 형태의 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터를 도면을 참조하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터를 정육면체 형상으로 제작한 상태를 부분 절개하여 보여주는 부분 절개 단면도이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터를 정육면체 형상으로 제작한 상태를 부분 절개하여 보여주는 부분 절개 단면도이며, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터를 원통형으로 제작한 상태를 부분 절개하여 보여주는 부분 절개 단면도이다.
도 11로 제시된 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터는 부하의 용량이 커고 따라서 코일 유닛(121)에 인가되는 소요전력도 커서 큰 자계가 형성되는 영구자석 액튜에이터로서, 정육면체 형상의 코어 유닛(121)은 다수의 사각형 코어판을 두께방향으로 적층하여 구성할 수 있다.
도 12로 제시된 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터는 부하의 용량이 작고 따라서 코일 유닛(121)에 인가되는 소요전력도 작아서 작은 자계가 형성되는 영구자석 액튜에이터로서, 직육면체 형상의 코어 유닛(121)은 다수의 사각형 코어판을 두께방향으로 적정한 갯수만큼 적층하여 구성할 수 있다.
도 13로 제시된 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터는 부하의 용량이 크고 따라서 코일 유닛(121)에 인가되는 소요전력도 커서 큰 자계가 형성되는 데 반해 두께 방향으로 코어판의 적층이 어려운 설치공간의 제한을 받는 경우에 활용될 수 있는 형상의 영구자석 액튜에이터이다. 도 13으로 제시된 본 발명의 실시예에서 코일 유닛(121)은 상부가 개방된 원통형상의 하부코어(111a)와, 하부코어(111a)를 덮는 뚜껑식으로 원반형의 상부코어((111b)로 구성된다.
도 11 내지 도 13로 도시된 영구자석 액튜에이터에 있어서 코어유닛(121)의 형상적 특징이외에 여타 구성부품 및 그 구성적 특징과 작용효과는 앞서 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터와 동일하므로 상세 설명을 중복을 피하기 위해 생략하기로 한다.
한편, 영구자석 액튜에이터의 일 방향의 동작속도를 더욱 가속화하기 위해서 영구자석 액튜에이터의 외부에 일 방향으로 탄성 바이어스 력을 제공하는 외부 스프링을 추가 설치한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터의 구성과 동작을 첨부도면 도 14 (a) 및 14(b)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작상태를 단면도로서 보여주는 도면으로서, 도 14a는 가동자가 제 1 블록으로부터 이격하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이고, 도 14b는 가동자가 제 1 블록에 접촉하게 이동한 상태를 보여주는 동작상태도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터는 외부에 추가적으로 설치하는 외부 스프링과 그 지지를 위한 구성이외에는 전술한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영구자석 액튜에이터의 구성과 동일하므로 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
외부 스프링(C)는 일단부가 지지 홈부를 갖는 제 1 블록(113a)에 의해 지지되며, 그 타단부는 스프링 시트 부재(spring seat member)(A)에 의해 지지되고, 스프링 시트 부재(A)는 제 1 로드(132a)에 핀(B)에 의해 접속되어 제 1 로드(132a)와 함께 이동 가능하다. 외부 스프링(C)는 상기 구성에 의해서 제 1 로드(132a)를 통해 가동자(131)에 일 방향 즉, 도면상 상방으로 탄성 바이어스 력을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영구자석 액튜에이터의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 14b와 같은 상태에서 도 14a와 같은 상태로 동작하는 과정을 설명하기로 한다. 코일 유닛(121)에 전류를 도면상 좌측으로 들어가서 우측으로 나오도록 전류를 흘려주면, 코일 유닛(121)이 자화되어 오른손 나사의 법칙에 따라 자력은 가동자(131)를 제 2 블록(113b)에 접촉하는 방향으로 즉, 도면상 하방으로 발생한다.
이에 가동자(131)는 초기 영구자석(141)의 이동을 방해하는 자력과 스프링(150)과 외부 스프링(C)이 가동자(131)에게 부과하는 제 2 블록(113b)로부터 이탈하는 방향으로의 탄성 바이어스력을 극복하고, 왜냐하면 영구자석(141)의 자력과 스프링(150)으로부터의 탄성 바이어스력의 합력 보다 코일 유닛(121)의 자력이 더욱 강력하기 때문에 제 2 블록(113b)에 접촉하는 방향 즉, 도면상 하방으로 코일 유닛(121)으로부터의 자력에 의해 이동하게 된다. 따라서 두개의 로드(132a, 132b) 도 가동자(131)와 함께 같은 방향으로 이동한다.
초기 가동자(131)의 이동을 방해하는 방향으로 작용하던 영구자석으로부터의 자력은 가동자(131)가 이동행정의 중간위치를 지나면서부터 가동자(131)의 이동을 가속화하는 가력으로 작용한다.
가동자(131)가 제 2 블록(113b)에 접촉하게 이동한 연 후, 영구자석(141)으로부터의 자력은 가동자(131)의 이동위치를 유지시키게 작용, 즉 가동자(131)가 제 2 블록(113b)에 접촉한 상태를 유지시키게 작용하며, 스프링(150)과 외부 스프링(C)은 압축되어 탄성에너지를 축세하게 된다.
따라서 코일 유닛(121)에 전류공급을 중단하여도 가동자(131)는 이동위치를 유지한다.
한편, 도 14(a)와 같은 상태에서 도 14(b)과 같은 상태로 동작하는 과정을 설명하기로 한다. 코일 유닛(121)에 전류를 도면상 우측으로 들어가서 도면상 좌측으로 나오도록 전류를 흘려주면, 코일 유닛(121)이 자화되어 오른손 나사의 법칙에 따라 자력은 가동자(131)를 제 2 블록(113b)으로부터 분리하는 방향으로 즉, 도면상 상방으로 발생한다.
이에 가동자(131)는 초기 영구자석(141)의 이동을 방해하는 자력을 극복하고 신속히 제 2 블록(113b)로부터 분리하는 방향으로 이동한다. 따라서 두개의 로드(132)도 가동자(131)와 함께 같은 방향으로 이동한다. 여기서, 스프링(150)과 외부 스프링(C)이 제 2 블록(113b)로부터 분리하는 방향으로 가동자(131)에 축세된 탄성에너지를 방세하여 코일 유닛(121)의 자력과 합력으로 작용하기 때문에 가동자 (131)는 제 2 블록(113b)로부터 이탈하는 방향 다시 말해 제 1 블록(113a)에 접촉하는 방향으로 더욱 신속하게 이동할 수 있게 된다.
가동자(131)가 고정자(133)로부터 이탈하게 이동한 연 후, 영구자석(141)으로부터의 자력은 가동자(131)의 이동위치를 유지시키게 작용, 즉 가동자(131)가 고정자(133)로부터 이탈한 상태를 유지시키게 작용하며, 스프링(150)과 외부 스프링(C)은 신장하여 탄성에너지를 방세한 상태로 된다.
영구자석(141)로부터의 유지력에 의해서 가동자(131)는 코일 유닛(121)으로 공급하던 전류를 차단하여도 이동위치를 유지한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절히 변경 가능한 것이다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 영구자석 액튜에이터는 가동자의 접촉면 단면적을 몸체부 보다 작게 구성함에 의해서 마찰력이 감소하여 제 1 또는 제 2 블록에 접촉한 위치로부터 초기 기동이 신속해질 수 있는 효과가 있다. 또한 영구자석으로부터 일방향으로 초기기동을 방해하게 작용하는 자력을 차단하는 비 자성체로 된 안내블록을 설치함에 따라서 일 방향으로의 초기기동이 더욱 신속해 질 수 있다. 또한 일 방향으로 가동자에 탄성 바이어스 력을 제공하는 스프링을 영구자석 액튜에이터의 내부 및/또는 외부에 설치함에 의해서 일 방향으로 가동자를 이동하여 로드를 통해 신속한 구동력을 제공하는 것이 가능하다. 또한 가동자의 전 길이 및 그 이동거리를 수용할 수 있는 길이로 코일 유닛이 마련됨으로써 강력한 자기 구동력을 가동자에 제공할 수 있고 전력소모도 감축할 수 있다. 또한, 안내블록과 제 2 블록에 영구자석의 설치위치를 결정해 주는 단턱부를 제공하고, 제 1 블록에는 안내블록의 지지를 위한 지지 홈부를 제공함에 의해서, 영구자석과 안내블록 등의 조립생산성이 향상되고 균일한 품질의 영구자석 액튜에이터를 생산할 수 있는 효과가 있다. 또한 다양한 형태로 코어 유닛을 제공함에 의해서 부하의 용량과 설치공간에 따라 다양한 형태로 영구자석 액튜에이터를 제작할 수 있다.

Claims (16)

  1. 소정 간격을 두고 이격됨과 아울러 서로 대향되게 배치되는 한 쌍의 코어와;
    상기 한 쌍의 코어 사이에 설치되고, 통전시 전자석이 되며, 자력이 발휘되는 방향이 반대로 변경되도록 통전전류의 흐름방향이 다르게 인가될 수 있는 하나의 코일유닛과;
    상기 코일유닛의 내부에 상대 직선 이동 가능하게 수용되어, 상기 코일유닛에 인가되는 전류의 흐름 방향에 따른 자력에 의해 흡인되어 직선 이동 가능한 가동자와;
    상기 가동자를 대향 하도록 상기 한 쌍의 코어 사이에 고정적으로 설치되는 고정자와;
    상기 가동자의 둘레 일부를 감싸도록 상기 코일유닛과 상기 고정자의 사이에 설치되어, 상기 가동자의 이동 후 상기 가동자의 위치를 유지하도록 상기 가동자에 자력을 인가하는 영구자석과;
    상기 가동자와 상기 고정자의 사이에 개재되어 상기 가동자에 상기 고정자로부터 이탈하는 방향으로 탄성 바이어스력을 부과하는 스프링과;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가동자와 상기 고정자의 상호 대향 면 중 적어도 어느 일 측에는 상기 스프링의 단부가 지지될 수 있도록 스프링 지지 홈 부가 마련된 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가동자의 길이방향을 따라서 돌출하며, 상기 가동자에 접속되어 상기 가동자의 직선이동에 따라서 함께 직선이동 가능한 적어도 하나의 로드를 추가적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 로드의 직선이동을 안내하기 위해 상기 로드에 상응하는 개수로 마련되는 안내블록을 추가적으로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고정자에는 상기 로드가 통과할 수 있도록 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 고정자의 일측에는 상기 영구자석의 단면적에 상응하게 확장된 단면적을 갖는 플랜지부가 형성되고, 상기 영구자석은 상기 플랜지부와 상기 코일 유닛의 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동자는 상기 고정자와의 마찰력이 작도록 상기 고정자에 접촉하는 단부가 몸체 부분보다 단면적이 작게 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  8. 서로 대향하게 설치되는 한 쌍의 코어와;
    상기 한 쌍의 코어 사이에 설치되고, 통전시 전자석이 되며, 자력이 발휘되는 방향이 반대로 변경되도록 통전전류의 흐름방향이 다르게 인가될 수 있는 하나의 코일 유닛과;
    상기 코일 유닛 내에서 상기 코일 유닛으로부터의 자력에 의해 흡인되어 직선이동 가능한 가동자와;
    상기 코일 유닛 내에 고정 설치되고, 상기 가동자의 직선이동을 안내하는 안내블록과;
    상기 가동자의 양단부에 결합되어 상기 가동자의 직선이동에 따라 함께 직선이동 가능한 제 1 과 제 2 로드와;
    상기 제 1과 제 2 로드의 직선이동을 각각 안내하도록 고정 설치되는 제 1 과 제 2 블록과;
    상기 가동자의 이동 후 상기 가동자의 위치를 유지시키도록 자력을 제공하기 위해서 상기 안내블록과 상기 제 1과 제 2 블록 중 어느 하나에 지지되게 설치되는 영구자석과;
    상기 가동자에 일 방향으로 탄성 바이어스력을 제공하기 위해서, 상기 제 1과 제 2 블록 중 어느 하나와 상기 가동자의 일단부 사이에 설치되는 스프링과;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가동자의 이동속도를 고속화하도록 강력한 자력을 발생시키기 위해서, 상기 코일 유닛은 적어도 상기 가동자의 길이에 상기 가동자의 이동거리를 합한 길이와 같거나 상기 합한 길이 보다 더욱 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 안내블록과 상기 제 1 과 제 2 블록 중 적어도 어느 하나는 상기 영구자석의 지지위치를 결정해주기 위한 단차부를 구비하는 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 가동자는 상기 제 1 과 제 2 블록과의 마찰력이 작도록 상기 제 1 과 제 2 블록에 접촉하는 양단부가 몸체 부분보다 단면적이 작게 구성된 것을 특징으 로 하는 영구자석 액튜에이터.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 과 제 2 블록 중 어느 하나에 지지되는 일단부와 상기 제 1 과 제 2 로드 중 어느 하나에 접속된 스프링 시트 부재에 지지되는 타단부를 가지며, 상기 제 1 과 제 2 로드 중 어느 하나에 일방향의 탄성 바이어스력을 제공하는 다른 스프링을 추가적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 코어는 직육면체, 정육면체, 원통형 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 과 제 2 블록은 상기 코어와 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 코어가 원통형 코어로 구성되며, 상기 원통형 코어는 편리한 조립을 위해서 하부 코어와 상기 하부 코어를 덮는 상부 코어로 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 영구자석으로부터의 자력이 상기 가동자의 이동위치 유지에 필요한 정도로 작용하고 가동자의 초기이동을 방해하는 역할이 최소화될 수 있게 차단하도록 상기 안내블록은 비 자성재로 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 액튜에이터.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100909426B1 (ko) 2006-10-17 2009-07-24 엘에스산전 주식회사 액츄에이터
FR2940502B1 (fr) * 2008-12-19 2012-05-04 Schneider Electric Ind Sas Actionneur electromagnetique d'un bloc de commande a distance, et bloc le comprenant
KR200451951Y1 (ko) * 2008-12-31 2011-01-25 엘에스산전 주식회사 적층 코어를 사용한 모노스테이블 영구자석형 액추에이터
KR101045167B1 (ko) * 2008-12-31 2011-06-30 엘에스산전 주식회사 실린더형 바이스테이블 영구자석형 액추에이터
KR101022897B1 (ko) * 2008-12-31 2011-03-16 엘에스산전 주식회사 전류 제한 장치 및 이를 이용한 한류기
ATE531055T1 (de) * 2009-02-05 2011-11-15 Abb Oy Permanentmagnet-gleichstromdrosselspule
CN101702381B (zh) * 2009-11-13 2013-01-02 南京因泰莱配电自动化设备有限公司 重合器的剩磁机构的设计方法以及剩磁机构
KR101201713B1 (ko) 2011-12-20 2012-11-15 엘에스산전 주식회사 전자접촉기의 보조접점 기구
FR2985085B1 (fr) 2011-12-23 2014-02-21 Alstom Technology Ltd Actionneur electromagnetique a aimants permanents et interrupteur-sectionneur mecanique actionne par un tel actionneur
FR3008542B1 (fr) * 2013-07-09 2015-10-02 Schneider Electric Ind Sas Dispositif de detection du rearmement d'un disjoncteur, actionneur d'un mecanisme de separation des contacts du disjoncteur, disjoncteur electrique et utilisation d'un courant induit pour generer un signal d'indication du rearmement
CN103489725B (zh) * 2013-09-26 2016-05-18 东南大学 一种高压断路器操动机构
KR101622188B1 (ko) * 2014-09-26 2016-05-18 엘에스산전 주식회사 전자접촉기의 보조 접점기구
CN105529130B (zh) * 2016-01-29 2018-09-04 德力西电气有限公司 一种电磁铁结构
CN105895446B (zh) * 2016-05-12 2018-05-22 安徽尚途电力保护设备有限公司 一种中高压电网直流高速断路开关合分闸装置
CN107068437B (zh) * 2017-03-08 2019-01-22 平高集团有限公司 一种磁力操动机构及使用该磁力操动机构的断路器
CN107332425B (zh) * 2017-08-18 2023-08-22 郑州润华智能设备有限公司 一种永磁式往复推拉直驱装置及使用该直驱装置的电机
US10825625B1 (en) * 2019-06-07 2020-11-03 Smart Wires Inc. Kinetic actuator for vacuum interrupter
KR102551883B1 (ko) * 2021-08-27 2023-07-04 서울대학교산학협력단 쌍안정 소프트 전자기 액추에이터

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4876521A (en) 1987-08-25 1989-10-24 Siemens Energy & Automation, Inc. Tripping coil with flux shifting coil and booster coil
US5912604A (en) 1997-02-04 1999-06-15 Abb Power T&D Company, Inc. Molded pole automatic circuit recloser with bistable electromagnetic actuator
KR19990047296A (ko) * 1997-12-03 1999-07-05 고인석 마그네틱 액튜에이터를 이용한 지중선로용 다회로자동 차단기
JP2001103724A (ja) 1999-09-15 2001-04-13 Schneider Electric Ind Sa 電磁アクチュエータ

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3886507A (en) 1973-10-05 1975-05-27 Westinghouse Electric Corp Adjustable latch for a relay
AU602328B2 (en) 1986-12-26 1990-10-11 Iwasaki Electronics Co. Ltd. Electromagnetic actuator
GB2289374B (en) * 1994-05-09 1998-02-18 Whipp & Bourne Ltd Electromagnetic actuators
DE19619835A1 (de) * 1996-05-17 1997-11-20 E I B S A Elektrischer Schalter mit einem magnetischen Antrieb
JP2001230116A (ja) * 1999-12-09 2001-08-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 電磁アクチュエータ
CN1234135C (zh) * 2001-01-18 2005-12-28 株式会社日立制作所 电磁铁和使用该电磁铁的开关装置的操作机构
JP3723174B2 (ja) 2002-11-15 2005-12-07 三菱電機株式会社 操作装置、操作装置の製造方法及びこの操作装置を備えた開閉装置
KR100595552B1 (ko) * 2004-03-31 2006-07-03 엘지전자 주식회사 연결형 보빈, 이를 구비한 모터의 고정자 및 그 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4876521A (en) 1987-08-25 1989-10-24 Siemens Energy & Automation, Inc. Tripping coil with flux shifting coil and booster coil
US5912604A (en) 1997-02-04 1999-06-15 Abb Power T&D Company, Inc. Molded pole automatic circuit recloser with bistable electromagnetic actuator
KR19990047296A (ko) * 1997-12-03 1999-07-05 고인석 마그네틱 액튜에이터를 이용한 지중선로용 다회로자동 차단기
JP2001103724A (ja) 1999-09-15 2001-04-13 Schneider Electric Ind Sa 電磁アクチュエータ

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