KR101131134B1 - 영구자석 워크홀딩 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석 워크홀딩 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영구자석을 회전시키거나 평행이동시켜 자기 흐름을 조절하는 영구자석 워크홀딩 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 영구자석 워크홀딩 장치는, 밑판과 부착면을 가지는 옆판을 포함하는 요크; 상기 요크와 이격되어 상기 요크 내부에 위치하며, 부착면을 가지는 폴피스; N극은 상기 폴피스에 접하고, S극은 상기 요크의 옆판에 접하도록 상기 요크의 옆판과 상기 폴피스 사이에 삽입 배치되는 고정영구자석; 및 회전가능하고, 회전축 주변에 회전방향으로 서로 다른 자기극성이 교대로 배치되며, 상기 요크의 옆판과 상기 폴피스 사이의 공간을 적어도 일부분이 통과하고, 상기 폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 회전각에 따라 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있도록 하는 제어영구자석; 을 포함한다.
본 발명에 따르면, 수동이나 소형DC모터를 사용하여 주영구자석의 회전 시에만 낮은 순간전류를 소모해 간편하게 영구자석 워크홀딩 장치를 구동하고 더 이상의 전류공급 없이 부착력을 영구적으로 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 자기 흐름을 직선적으로 구현하여 안정적인 자기 흐름을 만들고 유지할 수 있어 장치 운영이 안정적이고, 제어가 용이하며, 잔류자기의 발생 또한 최소화할 수 있다.

Description

영구자석 워크홀딩 장치{A permanent magnet workholding device}

본 발명은 영구자석 워크홀딩 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 영구자석을 회전시키거나 평행이동시켜 자기 흐름을 조절하는 영구자석 워크홀딩 장치에 관한 것이다.

영구자석 워크홀딩 장치(permanet magnet workholding device)는 철과 같은 자성물질(magnetic material)로 구성된 대상물을 자기력을 이용해 부착시키는데 사용되는 장치로서, 오늘날 사출기의 금형클램핑, 프레스기의 금형클램핑, 공작기계의 척 등에 부착되는 내부장치 등으로 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래의 영구자석 워크홀딩 장치 모듈의 단면도로서, 미국등록특허 US4956625(발명의 명칭 : Magnet gripping apparatus having circuit for eliminating residual flux)에 개시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 영구자석 워크홀딩 장치는 요크(1), 폴피스(pole piece,2), 중간폴부재(intermediate pole member,3), 주영구자석(4), 이차영구자석(5), 도선(6)으로 구성되는 복수개의 모듈과 고압전원공급장치(7) 및 소극제어장치(depolarization control unit,8)로 구성된다.

미국등록특허 US4956625에 개시된 영구자석 워크홀딩 장치는 폴피스(2)와 요크(1)의 밑판 사이에 위치하는 주영구자석(4)의 주위에 감긴 도선(6)에 순간적으로 고압전류를 인가하여 주영구자석(4)의 극성을 변환하는 방식으로 대상물(9)의 탈부착 상태를 전환한다. 대상물(9)의 부착 및 탈착 상태를 전환하는 경우에는 주영구자석(주로, 알리코를 사용한다.)의 극성을 반대로 변화시킬 수 있는 만큼의 고압 및 고전류(수백~수천 V, 수십 A)를 가한다. 이렇듯, 미국등록특허 US4956625에 개시된 영구자석 워크홀딩 장치는 대상물(9)의 부착과 탈착 시에 도선(6)에 순간적으로 고압전류를 가해야 하기 때문에 대용량의 고압전원공급장치(7)가 필요하며, 자기력의 단절 및 안전상의 이유로 주영구자석(4)과 도선(6)을 폴피스(2)의 하부에 배치하는, 이른바 2층 상하 종배열 구조를 가진다.

일본등록특허 제2906124호(발명의 명칭 : 리프팅마그네트)는 위와 같은 미국등록특허 US4956625와 동일한 원리와 2층 상하 종배열 구조를 그대로 이용하되, 주영구자석의 극성을 변화시키는 방법을 달리하는 발명을 개시하고 있다. 미국등록특허 US4956625는 고압전원공급장치의 고압전류의 공급 및 차단에 의해 자극을 변화시키지만, 일본등록특허 제2906124호에 개시된 발명은 유압식 구동기구를 이용하여 주영구자석을 회전시키는 방법으로 주영구자석의 자극을 전환시켜 포크레인 등의 대형 리프트에 제한적으로 응용되는 기술을 개시하고 있다.

미국등록특허US4956625 일본등록특허제2906124호

종래의 영구자석 워크홀딩 장치는 2층 상하 종배열구조로서, 윗층인 폴피스의 측면에 고정된 영구자석을 배치하고, 자극을 변경함으로써 폴피스 내부의 자기 흐름의 방향을 조정하는 주영구자석을 폴피스의 하부, 즉 아래층에 배치한다. 이러한 2층 상하 종배열구조에 있어서, 주영구자석에서 나오는 자력이 상대적으로 먼 거리인 폴피스 내부를 통과하여 고정된 영구자석들에서 나오는 자기 흐름의 방향을 주영구자석이 위치한 방향이나 그 반대편으로 완전히 굴곡시켜야 한다. 그러므로, 각 자석의 자력 차이, 배치, 거리에 따라 1개의 주영구자석과의 자력배분의 균형이 깨어지기 쉬워 자기 흐름의 불균형 및 불안정 상태가 자주 나타나게 되고, 자기력의 제어가 용이하지 않다.

또한, 이와 같은 2층 상하 종배열 구조로 인하여 다수로 이루어진 고정된 영구자석의 자기 흐름을 하나의 주영구자석으로 조정해야하기 때문에, 고정된 영구자석의 자기 세기보다 큰 세기의 주영구자석이 필요하다. 즉, 재질적인 측면에서 주영구자석의 자기력의 세기가 제한됨에 따라 고정된 영구자석의 선택 또한 제한받게 되고, 영구자석 워크홀딩 장치 자체의 부착력이 제한된다. 또한, 주영구자석의 세기를 강하게 하기위해서는 주영구자석의 크기가 커져야 하므로, 장치 자체의 크기도 커지게 된다.

예를 들어, 종래 기술을 도시한 도 1에서와 같은 장치에서, 주영구자석으로 주로 알리코 영구자석이 사용되는데 알리코 영구자석은 자력의 힘이 매우 약해 부피가 큰 자석을 사용해야 한다. 그리고, 일본등록특허 제2906124호에 개시된 장치에서도 주영구자석의 자극 전환을 위해 부피가 큰 유압식 구동기구와 외부 유압압력을 인가하는 장치가 필요하다. 그러므로, 2층 상하 종배열 구조는 장치의 크기, 부피, 가격을 줄이기에는 많은 한계를 가지고 있어 다양한 산업에의 확산, 보급이 용이하지 않다.

또한, 영구자석의 자력으로 인해 폴피스와 요크에 자기 흐름이 형성되는데, 2층 상하 종배열구조에서는 도 1에서와 같이 상하로 크게 굴곡하는 자기흐름이 형성되어, 자기 흐름의 길이가 길어지고, 그에 따라 자기력의 유실이 발생한다. 그리고, 잔류자기의 발생량이 크게 되어, 도 1에서와 같이 잔류자기를 소멸시키는 별도의 장치가 필요하다. 그리고, 잔류자기의 양은 대상물과 닿게 되는 요크면, 폴피스마다 그 크기가 각각 다르고, 작동을 할 때마다 다르다. 즉, 각 자석의 잔류자기 발생변수가 각기 다른데, 이에 따라 통합적인 자기력은 불안정하며 사용시마다 변화하게 된다.

또한, 회전운동을 해야하는 주영구자석이 폴피스와 요크의 밑판 사이, 즉 아래층에 위치해야하므로, 설계와 조립이 용이하지 않고, 구동을 시키는 것도 용이하지 않다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 소형 영구자석 및 주영구자석을 폴에 대해 횡으로만 배치하는 단층 횡배열구조를 통해 폴피스 내부에 안정적이고 제어하기 쉬운 자기흐름을 만들고, 단위 면적당 큰 부착력을 가지며, 제조와 구동이 용이하고, 소형화가 용이한 영구자석 워크홀딩 장치를 제공함에 그 목적이 있다. 또한, 볼이나 베이링을 사용하여 주영구자석과 구동하중을 적절히 분산시키고 주영구자석과 요크와의 간격을 최소화하여, 작은 힘으로도 주영구자석을 회전시킬 수 있으면서도 자력은 효율적으로 전달시킬 수 있는 콤팩트하고 강력한 부착력을 가진 저렴하고 다양한 사업에 확대 응용이 가능한 보편적인 소형 영구자석 워크홀딩 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 영구자석 워크홀딩 장치는, 밑판과 부착면을 가지는 옆판을 포함하는 요크; 상기 요크와 이격되어 상기 요크 내부에 위치하며, 부착면을 가지는 폴피스; N극은 상기 폴피스에 접하고, S극은 상기 요크의 옆판에 접하도록 상기 요크의 옆판과 상기 폴피스 사이에 삽입 배치되는 고정영구자석; 및 회전가능하고, 회전축 주변에 회전방향으로 서로 다른 자기극성이 교대로 배치되며, 상기 요크의 옆판과 상기 폴피스 사이의 공간을 적어도 일부분이 통과하고, 상기 폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 회전각에 따라 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있도록 하는 제어영구자석; 을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 영구자석 워크홀딩 장치는, 밑판과 옆판을 가지는 요크; 상기 요크의 내부에 상기 요크와 이격되어 배치되고 부착면을 가지는 폴피스와, 상기 요크의 밑판에 접하여 연결되는 폴요크와, 고정영구자석을 포함하며, 상기 폴피스와 상기 폴요크는 교대로 일렬로 배열되고, 상기 고정영구자석의 N극은 상기 폴피스에 접하고 S극은 상기 폴요크에 접하는 한 쌍의 폴유닛; 상기 한 쌍의 폴유닛 사이에 위치하는 직선이동부재; 및 복수의 이동영구자석을 포함하며, 이웃하는 상기 이동영구자석의 N극이 향하는 방향이 서로 반대가 되도록 일렬로 상기 직선이동부재에 배열되는 이동영구자석열; 을 포함하고, 상기 폴유닛은 상기 직선이동부재를 사이에 두고 상기 폴피스와 상기 폴요크가 대향하도록 위치하고, 상기 이동영구자석열을 직선이동시켜 상기 각 폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 영구자석 워크홀딩 장치는, 옆판과 밑판을 가지는 요크; 상기 요크 내부에 위치하며, 상기 요크와 이격되어 배치되고, 부착면을 가지는 N폴피스와 S폴피스; N극은 상기 N폴피스에 접하고, S극은 상기 요크의 옆판에 접하는 제1 고정영구자석; S극은 상기 S폴피스에 접하고, N극은 상기 요크의 옆판에 접하는 제2 고정영구자석; 및 회전가능하고, 회전축 주변에 회전방향으로 서로 다른 자기극성이 교대로 배치되며, 상기 N폴피스와 상기 S폴피스의 사이에 위치하고, 상기 N폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 회전각에 따라 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있도록 하는 제어영구자석; 을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 영구자석 워크홀딩 장치는, 옆판과 밑판을 가지는 요크; 상기 요크 내부에 위치하며, 상기 요크와 이격되어 배치되고, 부착면을 가지는 N폴피스와 S폴피스; N극은 상기 N폴피스에 접하고, S극은 상기 S폴피스에 접하는 고정영구자석; 및 회전가능하고, 회전축 주변에 회전방향으로 서로 다른 자기극성이 교대로 배치되며, 상기 N폴피스와 상기 S폴피스의 사이에 위치하고, 상기 N폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 회전각에 따라 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있도록 하는 제어영구자석; 을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 영구자석 워크홀딩 장치는, 밑판과 옆판을 가지는 요크; 상기 요크의 내부에 상기 요크와 이격되어 배치되고 부착면을 가지는 N폴피스와 S폴피스를 포함하며, 상기 N폴피스와 상기 S폴피스는 교대로 일렬로 배열되는 한 쌍의 폴유닛; N극은 상기 N폴피스에 접하고, S극은 상기 요크의 옆판에 접하는 제1 고정영구자석; S극은 상기 S폴피스에 접하고, N극은 상기 요크의 옆판에 접하는 제2 고정영구자석; 상기 한 쌍의 폴유닛 사이에 위치하는 직선이동부재; 및 복수의 이동영구자석을 포함하며, 이웃하는 상기 이동영구자석의 N극이 향하는 방향이 서로 반대가 되도록 일렬로 상기 직선이동부재에 배열되는 이동영구자석열; 을 포함하고, 상기 폴유닛은 상기 직선이동부재를 사이에 두고 N폴피스와 S폴피스가 대향하도록 위치하고, 상기 이동영구자석열을 직선이동시켜 상기 N폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 영구자석 워크홀딩 장치는, 밑판과 옆판을 가지는 요크; 상기 요크의 내부에 상기 요크와 이격되어 배치되고 부착면을 가지는 N폴피스와 S폴피스, N극이 상기 N폴피스에 접하고 S극이 상기 S폴피스에 접하는 고정영구자석을 포함하며, 상기 N폴피스와 상기 S폴피스는 교대로 일렬로 배열되는 한 쌍의 폴유닛; 상기 한 쌍의 폴유닛 사이에 위치하는 직선이동부재; 및 복수의 이동영구자석을 포함하며, 이웃하는 상기 이동영구자석의 N극이 향하는 방향이 서로 반대가 되도록 일렬로 상기 직선이동부재에 배열되는 이동영구자석열; 을 포함하고, 상기 직선이동부재를 사이에 두고 N폴피스와 S폴피스가 대향하도록 상기 폴유닛이 위치하고, 상기 이동영구자석열을 직선이동시켜 상기 N폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 수동이나 소형DC모터를 사용하여 주영구자석의 회전 시에만 낮은 순간전류를 소모해 간편하게 영구자석 워크홀딩 장치를 구동하고 더 이상의 전류공급 없이 부착력을 영구적으로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 자기 흐름을 직선적으로 구현하여 안정적인 자기 흐름을 만들고 유지할 수 있어 장치 운영이 안정적이고, 제어가 용이하며, 잔류자기의 발생 또한 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 동일면적에 최적의 부착력을 구현할 수 있고, 설치할 장치의 내부의 크기에 따라 모듈로 확장하거나 크기를 축소하는 것이 용이하여 다양한 산업분야에 적절하게 활용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 단층 횡배열 구조로 설계 및 제조가 매우 간단하고 효율적이며, 편의성을 도모할 수 있고, 특히 대형의 고압전원공급장치나 큰 유압장치 및 큰 유압구동장치 등을 사용하는 대신 소형DC모터로 구동할 수 있어 저렴하게 장치를 구성할 수 있다.

또한, 볼과 베어링 등을 이용하여 주영구자석의 정적하중과 동적하중을 분산시켜 회전구동이 원활하여 적은 구동력을 내는 소형DC모터 등을 사용하여 쉽게 장치를 구동할 수 있고, 자석과 폴의 간격을 최소화할 수 있어 부착력을 극대화할 수 있다.

도 1은 종래의 영구자석 워크홀딩 장치 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 자기 흐름을 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 측면도이다.
도 13은 본 발명의 제10 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제10 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제11 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다.
도 16은 제어영구자석의 회전구동 방법을 도시한 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이하 도면 상에서 별도의 언급이 없더라도 색이 칠하여진 영구자석의 부분은 N극을 나타내고, 색이 칠해져 있지 않은 부분은 S극을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다. 특히, 도 2(a)와 도 2(b)는 부착면을 통과하는 자기력의 세기가 최대인 경우를 나타낸 평면도 및 단면도이며, 도 2(c)와 도 2(d)는 부착면을 통과하는 자기력의 세기가 최소인 경우를 나타낸 평면도 및 단면도이다.

도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(100)는 요크(110)와, 폴피스(120)와, 고정영구자석(130)과, 제어영구자석(140)과, 자력비전달부재(150)를 구비한다.

요크(110)는 밑판(111)과, 상부에 대상물과 접하는 부착면(113)이 위치하는 옆판(112)으로 구성되며, 외부에서 강한 자기장을 걸어주었을 때 그 자기장의 방향으로 강하게 자화되는 물질인 강자성체(ferro magnetic material)로 이루어진다.

폴피스(120)는 요크(110)의 내부에 위치하며, 요크(110)에 이격되어 배치된다. 폴피스(120)의 상부에는 대상물과 접하게 되는 부착면(121)이 위치하며, 폴피스(120)는 요크(110)와 같이 강자성체(ferro magnetic material)로 이루어진다.

고정영구자석(130)은, N극은 폴피스(120)와 접하고, S극은 요크(110)의 옆판(112)과 접하도록 요크(110)와 폴피스(120) 사이에 위치한다. 한편, 도 2에서 고정영구자석(130)은 폴피스(120)를 사이에 두고 제어영구자석(140)의 반대편에 위치하지만, 고정영구자석(130)은 요크(110)의 옆판(112)과 폴피스(120) 사이라면 어떠한 위치에 배치되어도 상관없다.

제어영구자석(140)은 원통의 형태를 가지며, 회전가능하고, 회전방향으로 N극과 S극이 교대로 배치된다. 제어영구자석(140)의 일부가 요크(110)의 옆판(112)과 폴피스(120)에 삽입되고, 그에 따라 공기 중으로의 자기력의 유출을 최소화할 수 있다. 한편, 제어영구자석(140)의 N극과 S극의 분할각은 필요에 따라 90도, 45도 등으로 다양하게 제작할 수 있다.

자력비전달부재(150)는 폴피스(120)와 요크(110)의 밑판(111) 사이에 위치한다. 자력비전달부재(150)로는 상자성체 물질을 사용하거나, 약한 세기의 영구자석이 사용될 수 있다. 이러한 자력비전달부재(150)는 폴피스(120) 내부의 자기력을 요크(110)의 밑판(111)으로 전달하지 못하도록 기능한다. 즉, 공기와 유사한 역할을 수행한다.

도 2를 참조하여 대상물을 부착하거나 탈착하는 원리를 설명하기로 한다.

도 2(a)와 도 2(b)를 참조하면, 제어영구자석(140)의 N극이 폴피스(120)에 대면하고, 제어영구자석(140)의 S극이 요크(110)의 옆판(112)에 대면하고 있을 때, 부착면(113,121)을 통과하는 자력의 세기가 가장 강하다. 도 2(b)에서와 같이, 제어영구자석(140)과 고정영구자석(130)에서 생성되는 자기 흐름은 부착면(113,121)을 통과하는 폐루프를 형성하고, 요크(110)의 밑판(111)으로는 자기 흐름이 형성되지 않는다. 그러므로, 부착면(113,121)에 자성물질인 대상물을 위치시키면 대상물은 부착면(113,121)에 붙게 된다.

도 2(c)와 도 2(d)를 참조하면, 제어영구자석(140)의 S극이 폴피스(120)에 대면하고, 제어영구자석(140)의 N극이 요크(110)의 옆판(112)에 대면할 때, 부착면(113,121)을 통과하는 자력의 세기가 가장 약하다. 도 2(c)에서와 같이 요크(110)의 옆판(112)을 통해 평면적으로 자기 흐름이 형성되므로, 부착면(113,121)을 통과하는 자기 흐름은 형성되지 않아 대상물은 떨어지게 된다. 또한, 요크(110)의 밑판(111)으로도 자기 흐름은 형성되지 않는다.

위와 같이, 제어영구자석(140)의 회전을 통해 폴피스(120)와 요크(110)의 옆판(112)에 접하는 제어영구자석(140)의 극성을 전환시켜 대상물을 부착 또는 탈착시킬 수 있고, 탈착시키는 경우에도 자기 흐름을 평면적으로 형성시켜 부착면(113,121)에서의 잔류 자기를 최소화할 수 있다. 또한, 간단한 구조로 장치를 쉽게 구현할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 제1 실시예에서는 회전영구자석(140)의 회전축이 지면과 평행하게 설치되어 있으나, 지면과 수직하게 설치되어도 상관없다. 회전축이 이루는 각은 회전축에 동력을 공급하는 모터 등의 장치의 설치 위치에 따라 다양하게 선택 가능하다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다. 도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(200)는 요크(210)와, 3개의 폴요크(213)와, 3개의 폴피스(220)와, 6개의 고정영구자석(230)과, 3개의 제어영구자석(240)과, 3개의 자력비전달부재(250)를 구비한다.

제2 실시예는 제1 실시예의 확장형으로서, 폴피스(220)와 제어영구자석(240)의 개수를 증가시킨 것이다. 폴요크(213)는 강자성체 재질로 구성되며, 요크(210)의 밑판(211)이나 옆판(212)에 접한다. 고정영구자석(230)은 N극은 폴피스(220)에, S극은 폴요크(213)나 요크(210)의 옆판(212)에 접하도록 배치한다. 또한, 도 3에서와 같이, 제어영구자석(240)은 동일한 자극이 모두 폴피스(220)와 대면하도록 일렬로 배치한다. 도 3과 같이 제어영구자석(240)이 위치할 경우, 즉, N극이 폴피스(220)와 대면하는 경우, 폴피스(220)의 부착면(221)을 통과하는 자기 흐름의 세기는 강해져서 대상물을 부착할 수 있게 된다.

한편, 제2 실시예에서 폴요크(213)는 요크(210)와 별도의 부재인 것으로 설명되었으나, 요크(210)와 일체로 형성될 수도 있다. 또한, 고정영구자석(230)의 수와 배치는 각 고정영구자석(230)과 제어영구자석(240)이 이루는 자기 흐름의 평형을 고려하여 도 3에서 도시된 것과 다르게 할 수 있음은 당연하다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 자기 흐름을 나타낸 평면도 및 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제3 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(300)는 4분할되어 N극과 S극이 교대로 2개씩 형성된 제어영구자석(340)이 폴피스(320)를 관통하여 삽입되며, 요크(310)의 옆판(312)에 일부가 삽입된다. 또한, 폴피스(320)와 요크(310)의 옆판(312) 사이에는 세 개의 고정영구자석(330)이 배치된다. 또한, 제어영구자석(340)의 회전각은 지면과 평행하다.

도 5(a)와 도 5(b)는 대상물이 부착되는 경우의 자기 흐름을 나타내고, 도 5(c)와 도 5(d)는 대상물이 탈착되는 경우의 자기 흐름을 나타낸다. 대상물을 부착하기 위해서는 폴피스(320)에 제어영구자석(340)의 N극이 최대한 대면하게 하고, 요크(310)의 옆판(312)에 S극이 대면하도록 제어영구자석(340)을 위치시킨다. 반대로, 대상물을 탈착하기 위해서는 제어영구자석(340)을 90도만큼 회전시킨다.

한편, 제3 실시예에서는 회전영구자석(340)의 회전축이 지면과 평행하게 설치되어 있으나, 지면과 수직하게 설치되어도 상관없다.

한편, 부착면을 확장시키거나 단위 면적당 부착력을 강화하기 위해, 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(100,200,300)를 병렬배치하거나 폴피스(120,220,320)의 길이를 늘리면서 제어영구자석(140,240,340)과 고정영구자석(130,230,330)의 수를 늘리는 방법으로 설계변경이 가능하다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제4 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(400)는 제1 실시예의 확장형으로서, 밑판(411)과 옆판(412)을 가지는 요크(410)와, 폴피스(420)와, 5개의 고정영구자석(430)과, 2개의 제어영구자석(440)과, 자력비전달부재(450)와, 회전축구동유닛(460)을 구비한다.

제어영구자석(440)은 요크(410)의 옆판(412)과 폴피스(420)의 사이에 배치되며, 옆판(412)과 폴피스(420)의 홈에 삽입되어 외부로 거의 노출되지 않는다. 그래서, 외부로의 자기력의 유출을 방지할 수 있다. 또한, 고정영구자석(430)들도 폴피스(420)와 옆판(412)에 자리파기 홈을 만들어 그 홈에 삽입 배치함으로써 외부로의 노출을 최소화한다. 또한, 자력비전달부재(450)로는 상자성체의 판을 사용하며, 바람직하게는 알루미늄 판을 사용하는 것이 좋다.

회전축구동유닛(460)은 회전축(461)과, 이 회전축(461)에 회전력을 가하는 모터(462)와, 회전이 일정 범위 내에서만 일어나도록 제한하는 스토퍼(463)와, 수동으로 회전축(461)을 돌릴 수 있도록 요크(410) 외부로 노출된 수동회전장치(464)로 구성된다.

회전축(461)은 상자성체의 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 요크(410)의 옆판(412)에 설치된 베어링(미도시)에 의해 회전 가능하도록 지지된다. 모터(462)는 회전축(461)의 일단과 연결되며, 요크(410)의 옆판(412)에 결합된다. 또한, 부착과 탈착의 변환 시 필요한 회전각만큼만 회전축(461)이 회전하면 충분하므로, 회전각을 제한하는 스토퍼(463)가 회전축(461)에 설치된다. 본 실시예에서는 제어영구자석(440)이 각각 하나씩의 N극과 S극을 가지므로, 회전각을 180도로 제한할 필요가 있다. 도 6에 도시된 상태에서 회전축(461)이 180도 회전하면 스토퍼(463)도 같이 회전하여 옆판(412)에 의해 더 이상의 회전이 제한받게 된다. 또한, 수동회전장치(464)는 모터(462)가 고장 등으로 인해 작동하지 않을 때, 수동으로 회전축(464)을 돌려 부착 및 탈착의 상태를 변환시킬 수 있도록 하는 장치이다.

도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 사시도, 평면도 및 단면도이다. 도 8을 참조하면, 제5 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(500)는 실린더 형상의 옆판(512)과 원형 형상의 밑판(511)을 가진 요크(510)와, 실린더 형상의 고정영구자석(530)과, 폴피스(520)와, 원통 형상의 제어영구자석(540)과, 자력비전달부재(550)와, 폴요크(513)로 구성된다.

고정영구자석(530)은 요크(510) 내부에 위치하며, S극은 요크(510)의 옆판(512)과 접하고, N극은 옆판(512)과 접하지 못하도록 옆판(512)과 N극 사이에 일정 공간이 형성된다. 또한, 고정영구자석(530)의 내부에는 제어영구자석(540)이 위치한다. 또한, 고정영구자석(530)의 N극인 부분과 제어영구자석(540) 사이에 폴피스(520)가 위치하고, 고정영구자석(530)의 S극인 부분과 제어영구자석(540) 사이에는 요크(510)의 밑판(511)과 연결되는 폴요크(513)가 위치한다. 또한, 제어영구자석(540)의 회전축은 지면과 수직이다. 제어영구자석(540)를 회전시킴에 따라, 부착면(513, 521)을 통과하는 자기력의 세기가 변하여 대상물을 부착하거나 탈착하는 것이 가능하다. 제5 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(500)는 로봇 그리퍼(gripper), 힌지 등에 응용 가능하다.

한편, 본 실시예에서는 폴요크(513)가 요크(510)와 별도의 부재를 이루고 있는 것으로 설명되었으나, 요크(510)와 일체로 형성되어도 상관없다. 또한, 제어영구자석(540)은 외부에 최대한 노출되지 않도록, 폴피스(520) 및 폴요크(513)에 삽입되어 회전하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에서는 각각 하나씩의 N극과 S극을 가지는 제어영구자석(540) 및 고정영구자석(530)을 사용한 것을 설명하고 있으나, 더 많은 수의 N극과 S극을 가지는 제어영구자석(540) 및 고정영구자석(530)을 사용하여 장치를 구성할 수도 있다.

도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다. 도 9를 참조하면, 제6 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(600)는 밑판(611)과 옆판(612)을 가진 요크(610)와, 부착면(621)을 가진 2개의 폴피스(620)와, 부착면(614)을 가진 2개의 폴요크(613)와, 4개의 쉴드폴요크(615)와, 2개의 고정영구자석(630)과, 3개의 이동영구자석(641)과, 직선이동부재(670)로 구성된다.

요크(610)의 밑판(611)에 직선이동부재(670)가 설치되고, 이 직선이동부재(670)에 이동영구자석(641)을 일정 간격으로 이격하여 일렬로 배치한다. 단, 도 9(a)와 같이, 이웃하는 이동영구자석(641)의 N극이 향하는 방향은 서로 반대가 되도록 배치한다. 폴피스(620)와 폴요크(613) 사이에는 고정영구자석(630)이 폴피스(620)에는 N극이 접하고 폴요크(613)에는 S극이 접하도록 삽입 배치된다. 이와 같이, 연결되어 있는 폴피스(620), 폴요크(613), 고정영구자석(630)의 집합을 폴유닛이라 할 때, 폴유닛은 한 쌍이 존재하며, 각 폴유닛은 직선이동부재(670)를 사이에 두고 배치된다. 또한, 폴유닛은 폴피스(620)와 폴요크(613)가 직선이동부재(670)를 사이에 두고 대향하도록 배치된다.

쉴드폴요크(615)는 요크(610)의 밑판과 연결되어 있고, 강자성체로 이루어지며, 이동영구자석(641) 중 하나의 자력을 쉴드하는 역할을 한다. 또한, 쉴드폴요크(615)는 폴유닛과 일렬로 양단에 이격되어 배치된다.

직선이동부재(670)는 이동영구자석(641)을 직선으로 평행이동시키기 위한 부재로서, 리니어 가이드, 슬라이드 베어링 등이 사용될 수 있다.

한편, 각 쉴드폴요크(615)와 폴피스(620) 또는 폴요크(613)의 간격과, 같은 폴유닛에 속하는 폴피스(620)와 폴요크(613)의 간격과, 이동영구자석(641) 간의 간격은 모두 동일함이 바람직하다.

부착과 탈착의 방법을 설명하자면, 도 9와 같이 이동영구자석(641)을 배치시키면 폴피스(620)의 부착면(621)은 N극으로 자화되어 부착면(621)을 통과하는 자기흐름의 세기가 최대가 되어 대상물이 부착된다. 반대로, 탈착하기 위해서는 직선이동부재(670)를 이용해 폴피스(620)에 이동영구자석(641)의 S극이 대향하도록 이동영구자석(641)을 위치시킨다. 이 경우, 자기 흐름은 평면적으로 형성되어 부착면(621)을 통과하는 자기 흐름의 세기는 최소가 된다. 이와 같이, 폴피스(620)에 대향하는 자극을 직선이동수단(670)을 통해 전환하여 대상물을 탈부착할 수 있다.

또한, 위와 같은 제6 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(600)의 확장형으로서, 하나의 폴유닛에 속하는 폴피스(620)와 폴요크(613)의 개수를 각각 2개 이상으로 할 수 있다. 이러한 경우, 이동영구자석(641)의 개수도 비례하여 증가해야 한다.

위와 같은 제1 내지 제6 실시예는 요크(110, 210, 310, 410, 510, 610)의 내부에 고정영구자석(130, 230, 330, 430, 530, 630)의 N극과 접하는 폴피스(120, 220, 320, 420, 520, 620)를 구비하는 형식의 영구자석 워크홀딩 장치를 나타낸 실시예이다. 이하, 이와 같은 구성을 포함하는 영구자석 워크홀딩 장치를 A형 영구자석 워크홀딩 장치라 지칭한다. 또한, 후술할 제7 내지 제11 실시예는 고정영구자석의 S극과 접하는 또 하나의 폴피스를 가지며, 이와 같은 구성을 포함하는 영구자석 워크홀딩 장치를 B형 영구자석 워크홀딩 장치라 지칭한다.

도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다. 특히, 도 10(a)와 도 10(b)는 부착면을 통과하는 자기력의 세기가 최대인 경우를 나타낸 평면도 및 단면도이며, 도 10(c)와 도 10(d)는 부착면을 통과하는 자기력의 세기가 최소인 경우를 나타낸 평면도 및 단면도이다.

도 10를 참조하면, 제7 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(700)는 요크(710)와, N폴피스(720)와, S폴피스(725)와, 2개의 고정영구자석(730)과, 제어영구자석(740)과, 2개의 자력비전달부재(750)를 구비한다.

요크(710)는 밑판(711)과 옆판(712)으로 구성되며, 외부에서 강한 자기장을 걸어주었을 때 그 자기장의 방향으로 강하게 자화되는 물질인 강자성체로 이루어진다. A형 영구자석 워크홀딩 장치의 요크는 부착면을 가짐에 비해, B형 영구자석 워크홀딩 장치의 요크는 부착면을 가지지 않는 것이 특징이다.

N폴피스(720)는 요크(710)의 내부에 위치하며, 요크(710)와는 이격되어 배치된다. N폴피스(720)의 상부에는 대상물과 접하게 되는 부착면(721)이 위치하며, N폴피스(720)는 요크(710)와 같이 강자성체로 이루어진다. 또한, N폴피스(720)는 후술할 고정영구자석(730)의 N극과 접한다.

S폴피스(725)는 요크(710)의 내부에 위치하며, 요크(710)와는 이격되어 배치된다. S폴피스(725)의 상부에는 대상물과 접하게 되는 부착면(726)이 위치하며, S폴피스(725)는 요크(710)와 같이 강자성체로 이루어진다. 또한, S폴피스(725)는 후술할 고정영구자석(730)의 S극과 접한다.

고정영구자석(730) 중 하나는 N극이 N폴피스(720)와 접하고, S극이 요크(710)의 옆판(712)과 접하도록 요크(710)와 N폴피스(720) 사이에 위치한다. 또한, 다른 하나의 고정영구자석(730)은 S극이 S폴피스(725)와 접하고, N극이 요크(710)의 옆판(712)과 접하도록 요크(710)와 S폴피스(725) 사이에 위치한다.

제어영구자석(740)은 원통의 형태를 가지며, 회전가능하고, 회전방향으로 N극과 S극이 교대로 배치된다. 제어영구자석(740)의 일부가 N폴피스(720)와 S폴피스(725)에 삽입되고, 그에 따라 공기 중으로의 자기력의 유출을 최소화할 수 있다. 한편, 제어영구자석(740)의 N극과 S극의 분할각은 필요에 따라 90도, 45도 등으로 다양하게 제작할 수 있다.

자력비전달부재(750)는 N폴피스(720)와 요크(710)의 밑판(711) 사이 및 S폴피스(725)와 요크(710)의 밑판(711) 사이에 각각 하나씩 위치한다. 자력비전달부재(750)로는 상자성체 물질을 사용하거나, 약한 세기의 영구자석이 사용될 수 있다. 이러한 자력비전달부재(750)는 N폴피스(720)와 S폴피스(725) 내부의 자기력을 요크(710)의 밑판(711)으로 전달하지 못하도록 기능한다. 즉, 공기와 유사한 역할을 수행한다.

도 10를 참조하여 대상물을 부착하거나 탈착하는 원리를 설명하기로 한다.

도 10(a)와 도 10(b)를 참조하면, 제어영구자석(740)의 N극이 N폴피스(720)에 대면하고, 제어영구자석(740)의 S극이 S폴피스(725)에 대면하고 있을 때, 부착면(721,726)을 통과하는 자력의 세기가 가장 강하다. 도 10(b)에서와 같이, 제어영구자석(740)과 고정영구자석(730)으로부터 시작된 자기 흐름은 부착면(721,726)을 통과하는 폐루프를 형성하고, 요크(710)로는 자기 흐름이 형성되지 않는다. 그러므로, 부착면(721,726)에 자성물질인 대상물을 위치시키면 대상물은 부착면(721,726)에 붙게 된다.

도 10(c)와 도 10(d)를 참조하면, 제어영구자석(740)의 S극이 N폴피스(720)에 대면하고, 제어영구자석(740)의 N극이 S폴피스(725)에 대면할 때, 부착면(721,726)을 통과하는 자력의 세기가 가장 약하다. 도 10(c)에서와 같이 요크(710)의 옆판(712)을 통해 평면적으로 자기 흐름이 형성되므로, 부착면(721,726)을 통과하는 자기 흐름은 형성되지 않아 대상물은 떨어지게 된다. 또한, 요크(710)의 밑판(711)으로도 자기 흐름은 형성되지 않는다.

위와 같이, 제어영구자석(740)의 회전을 통해 제어영구자석(740)의 극성을 전환시켜 대상물을 부착 또는 탈착시킬 수 있고, 탈착시키는 경우에도 자기 흐름을 평면적으로 형성시켜 부착면(721,726)에서의 잔류 자기를 최소화할 수 있다. 또한, 간단한 구조로 장치를 쉽게 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, A형 영구자석 워크홀딩 장치와는 달리, N폴피스(720)와 S폴피스(725)에 자력을 집중할 수 있다는 장점이 있다.

도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도이다. 특히, 도 11(a)는 부착면을 통과하는 자기력의 세기가 최대인 경우를 나타낸 평면도이며, 도 11(b)는 부착면을 통과하는 자기력의 세기가 최소인 경우를 나타낸 평면도이다.

도 11을 참조하면, 제8 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(800)는 요크(810)와, N폴피스(820)와, S폴피스(825)와, 고정영구자석(830)과, 제어영구자석(840)과, 2개의 자력비전달부재(미도시)로 구성된다.

고정영구자석(830)은 제7 실시예와는 달리 N극은 N폴피스(820)에 접하고, S극은 S폴피스(825)에 접하도록 배치된다. 이를 제외한 다른 모든 구성은 제7 실시예와 동일하므로, 구성에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 11(b)를 참조하면, 대상물을 탈착할 경우에 자기 흐름이 N폴피스(820)와 S폴피스(825) 사이에서 평면적으로 형성되므로, 요크(810)에는 잔류 자기가 전혀 형성되지 않는다.

도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 측면도이다. 특히, 도 12(a), 도 12(b)는 부착면을 통과하는 자기력의 세기가 최대인 경우를 나타낸 평면도 및 단면도이며, 도 12(c), 도 12(d)는 부착면을 통과하는 자기력의 세기가 최소인 경우를 나타낸 평면도 및 단면도이다.

제9 실시예는 제7 실시예와 제8 실시예의 혼합형으로서, 요크(910)와, 2개의 N폴피스(920)와, 2개의 S폴피스(925)와, 8개의 고정영구자석(930)과, 2개의 제어영구자석(940)과, 4개의 자력비전달부재(950)로 구성된다. 장치의 구성이나 원리는 제7 실시예 및 제8 실시예와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

도 13은 본 발명의 제10 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 사시도이며, 도 14는 본 발명의 제10 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 제10 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(1000)는 제9 실시예의 확장형으로서, 밑판(1011)과 옆판(1012)을 가지는 요크(1010)와, 2개의 N폴피스(1020)와, 2개의 S폴피스(1025)와, 10개의 고정영구자석(1030)과, 2개의 제어영구자석(1040)과, 자력비전달부재(1050)와, 회전축구동유닛(1060)을 구비한다.

제어영구자석(1040)은 N폴피스(1020)와 S폴피스(1025)의 사이에 배치되며, N폴피스(1020)와 S폴피스(1025)의 홈에 삽입되어 외부로 거의 노출되지 않는다. 그래서, 외부로의 자기력의 유출을 방지할 수 있다. 또한, N극이 향하는 방향이 서로 반대가 되도록 제어영구자석(1040)을 배치한다. 또한, 고정영구자석(1030)들이 접하는 부분에 자리파기 홈을 만들어 그 홈에 고정영구자석(1030)을 삽입 배치함으로써 외부로의 노출을 최소화한다. 또한, 자력비전달부재(1050)로는 상자성체의 판을 사용하며, 바람직하게는 알루미늄 판을 사용하는 것이 좋다.

회전축구동유닛(1060)은 회전축(1061)과, 이 회전축(1061)에 회전력을 가하는 모터(1062)와, 회전이 일정 범위 내에서만 일어나도록 제한하는 스토퍼(1063)와, 수동으로 회전축(1061)을 돌릴 수 있도록 요크(1010) 외부로 노출된 수동회전장치(1064)로 구성된다.

회전축(1061)은 상자성체의 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 요크(1010)의 옆판(1012)에 설치된 베어링(미도시)에 의해 회전 가능하도록 지지된다. 모터(1062)는 회전축(1061)의 일단과 연결되며, 요크(1010)의 옆판(1012)에 결합된다. 또한, 부착과 탈착의 변환 시 필요한 회전각만큼만 회전축(1061)이 회전하면 충분하므로, 회전각을 제한하는 스토퍼(1063)가 회전축(1061)에 설치된다. 본 실시예에서는 제어영구자석(1040)이 각각 하나씩의 N극과 S극을 가지므로, 회전각을 180도로 제한할 필요가 있다. 도 13에 도시된 상태에서 회전축(1061)이 180도 회전하면 스토퍼(1063)도 같이 회전하여 옆판(1012)에 의해 더 이상의 회전이 제한받게 된다. 또한, 수동회전장치(1064)는 모터(1062)가 고장 등으로 인해 작동하지 않을 때, 수동으로 회전축(1064)을 돌려 부착 및 탈착의 상태를 변환시킬 수 있는 장치이다.

도 15는 본 발명의 제11 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치의 평면도 및 단면도이다. 도 15를 참조하면, 제11 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(1100)는 밑판(1111)과 옆판(1112)을 가진 요크(1110)와, 부착면(1121)을 가진 3개의 N폴피스(1120)와, 부착면(1126)을 가진 2개의 S폴피스(1125)와, 2개의 쉴드폴요크(1115)와, 10개의 고정영구자석(1130)과, 3개의 이동영구자석(1141)과, 직선이동부재(1170)로 구성된다.

요크(1110)의 밑판(1111)에 직선이동부재(1170)가 설치되고, 이 직선이동부재(1170)에 이동영구자석(1141)을 일정 간격으로 이격하여 일렬로 배치한다. 단, 도 15(a)와 같이, 이웃하는 이동영구자석(1141)의 N극이 향하는 방향은 서로 반대가 되도록 배치한다. 고정영구자석(1130)은 N폴피스(1120)와 S폴피스(1125) 사이 또는 요크(1110)의 옆판(1112)과 N폴피스(1120) 사이 또는 요크(1110)의 옆판(1112)과 S폴피스(1125) 사이에 위치하며, N폴피스(1120)에는 N극이 접하고, S폴피스(1125)에는 S극이 접하도록 배치된다. 이와 같이, 연결되어 있는 N폴피스(1120), S폴피스(1125), 고정영구자석(1130)의 집합을 폴유닛이라 할 때, 폴유닛은 한 쌍이 존재하며, 각 폴유닛은 직선이동부재(1170)를 사이에 두고 배치된다. 또한, 이러한 폴유닛은 N폴피스(1120)와 S폴피스(1125)가 직선이동부재(1170)를 사이에 두고 대향하도록 배치된다.

쉴드폴요크(1115)는 요크(1110)의 밑판(1111)과 연결되어 있고, 강자성체로 이루어지며, 이동영구자석(1141) 중 하나의 자력을 쉴드하는 역할을 한다. 또한, 쉴드폴요크(1115)는 폴유닛과 일렬로 일단에 이격되어 배치된다.

직선이동부재(1170)는 이동영구자석(1141)을 직선으로 평행이동시키기 위한 부재로서, 리니어 가이드, 슬라이드 베어링 등이 사용될 수 있다.

한편, 일렬로 배열된 N폴피스(1120)와 S폴피스(1125)의 간격과, 쉴드폴요크(1115)와 N폴피스(1120)의 간격과, 쉴드폴요크(1115)와 S폴피스(1125)의 간격은 모두 동일함이 바람직하다.

부착과 탈착의 방법을 설명하자면, 도 15와 같이 이동영구자석(1141)을 배치시키면 N폴피스(1120)의 부착면(1121)은 N극으로 자화되고, S폴피스(1125)의 부착면(1126)은 S극으로 자화되어, 부착면(1121,1126)을 통과하는 자기흐름의 세기가 최대가 되어 대상물이 부착된다. 반대로, 탈착하기 위해서는 직선이동부재(1170)를 이용해 N폴피스(1120)에 이동영구자석(1141)의 S극이 대향하도록 이동영구자석(1141)을 위치시킨다. 이 경우, 자기 흐름은 평면적으로 형성되어 부착면(1121,1126)을 통과하는 자기 흐름의 세기는 최소가 된다. 이와 같이, N폴피스(1120)에 대향하는 자극을 직선이동수단(1170)을 통해 전환하여 대상물을 탈부착할 수 있다.

또한, 위와 같은 제11 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(1100)의 확장형으로서, 하나의 폴유닛에 속하는 N폴피스(1120)와 S폴피스(1125)의 개수를 각각 2개 이상으로 할 수 있다. 이러한 경우, 이동영구자석(1141)의 개수도 비례하여 증가해야 한다.

도 16은 제어영구자석의 회전구동 방법을 도시한 단면도이다. 이하, 도 16을 참조하여 제어영구자석(140)의 회전구동 방법을 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위해, 제1 실시예에 따른 영구자석 워크홀딩 장치(100)를 사용하여 설명한다.

도 16(a)와 도 16(b)는 볼을 이용한 제어영구자석의 회전구동 방법을 도시한 단면도이다. 도 16(a)를 참조하면, 요크(110)의 옆판(112)과 제어영구자석(140) 사이 및 폴피스(120)와 제어영구자석(140) 사이에는 빈 공간이 존재한다. 그 공간에 볼(91)이 위치하게 되며, 더 자세하게는 볼(91)은 폴피스(120) 및 요크(110)의 옆판(112)의 표면에 형성된 반구 형상의 홈에 위치한다. 볼(91)은 홈에 들어가 있으므로 제자리에서 회전할 뿐 이동하지 않는다.

도 16(b)를 참조하면, 제어영구자석(140)은 외부로 노출되는 부분이 없도록 자기력을 통과시키지 않는 재질로 된 차단부재(92)로 외부와 차단된다. 제어영구자석(140)의 바깥면에는 빈 공간이 존재하게 되는데, 볼(91)은 빈 공간에 끼워맞춰 삽입된다. 볼(91)은 상자성체, 세라믹, 플라스틱 재질 등으로 된 것을 사용할 수 있다.

도 16(c)는 베어링을 이용한 제어영구자석의 회전구동 방법을 도시한 단면도이다. 도 16(c)를 참조하면, 베어링(93)의 외륜은 폴피스(120)와 요크(110)의 옆판(112)에 고정되고, 베어링(93)의 내륜에는 제어영구자석(140)이 결합되어 회전가능하게 지지된다. 이러한 베어링(93)으로는 볼베어링, 롤러베어링 등이 사용될 수 있으며, 재질은 세라믹이나 플라스틱 재질 혹은 상자성체인 것이 바람직하다.

도 16(d)는 윤활유를 이용한 제어영구자석의 회전구동 방법을 도시한 단면도이다. 도 16(d)를 참조하면, 제어영구자석(140)은 외부로 노출되는 부분이 없도록 자기력을 통과시키지 않는 재질로 된 차단부재(92)로 외부와 차단된다. 제어영구자석(140)의 바깥면에는 밀폐된 공간이 존재하게 되는데, 이 공간에 윤할유(94)를 넣어 사용할 수 있다.

도 16(a) 내지 도 16(d)에서 도시한 회전구동 방법을 사용하면, 고정영구자석(130)이 제어영구자석(140)을 당기거나 미는 정격 및 동격하중에 효과적으로 견디면서도 폴피스(120) 및 요크(110)와의 간격을 최소화할 수 있어, 효율이 높은 영구자석 워크홀딩 장치를 구현할 수 있다는 장점이 있다.

설명의 편의상, 제1 실시예를 들어 설명하였으나, 제5 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 도 8을 참조하면, 폴피스(520)와 제어영구자석(540) 사이 및 폴요크(513)와 제어영구자석(540)의 사이에 볼을 삽입 배치한다거나, 베어링을 삽입 배치한다거나, 밀폐시켜 윤활유를 채워 사용할 수 있다.

또한, A형 영구자석 워크홀딩 장치에만 적용될 수 있는 것은 아니고, B형 영구자석 워크홀딩 장치라도 회전하는 제어영구자석을 사용하면 동일한 원리로 적용가능하다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

예를 들어, 상술한 제어영구자석(140, 240, 340, 440, 740, 840, 940, 1040)의 회전축이 지면과 평행하다고 기술되었다 하더라도, 이는 하나의 예시에 불과하며, 회전축은 지면과 어떠한 각을 이루어도 상관없다.

110,210,310,410,510,610,710,810,910,1010,1110...요크
120,220,320,420,520,620...폴피스 720,820,920,1020,1120...N폴피스
725,825,925,1025,1125...S폴피스 641,1141...이동영구자석
130,230,330,430,530,630,730,830,930,1030,1130...고정영구자석
140,240,340,440,540,740,840,940,1040...제어영구자석
641,1141...이동영구자석
150,250,350,450,550,650,750,850,950,1050,1150...자력비전달부재
460,1060...회전축구동유닛 461,1061...회전축
462,1062...모터 463,1063...스토퍼
464,1064...수동회전장치 670,1170...직선이동부재
91...볼 92...차단부재
93...베어링 94...윤활유

Claims (22)

1. 밑판과 부착면을 가지는 옆판을 포함하는 요크;
   상기 요크와 이격되어 상기 요크 내부에 위치하며, 부착면을 가지는 폴피스;
   N극은 상기 폴피스에 접하고, S극은 상기 요크의 옆판에 접하도록 상기 요크의 옆판과 상기 폴피스 사이에 삽입 배치되는 고정영구자석; 및
   회전가능하고, 회전축 주변에 회전방향으로 서로 다른 자기극성이 교대로 배치되며, 상기 요크의 옆판과 상기 폴피스 사이의 공간을 적어도 일부분이 통과하고, 상기 폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 회전각에 따라 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있도록 하는 제어영구자석; 을
   포함하는 영구자석 워크홀딩 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제어영구자석은 상기 폴피스 및 상기 요크의 옆판 중 하나 이상에 삽입되어 회전하는 것을 특징으로 영구자석 워크홀딩 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제어영구자석은 상기 폴피스를 관통하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 제어영구자석의 회전축은 지면에 대하여 평행인 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제어영구자석의 회전축은 상자성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 제어영구자석의 회전축은 상기 요크의 옆판에 끼워지는 베어링에 의해 회전가능하게 지지되며,
   상기 회전축을 회전시키는 모터;
   상기 폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기가 가장 강한 제1 위치와 가장 약한 제2 위치 사이에서만 상기 제어영구자석이 회전하도록 제한하는 스토퍼; 및
   상기 폴피스와 상기 요크의 밑판 사이에 위치하는 상자성체 재질의 판; 을
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 요크의 옆판은 실린더 형상이고,
   상기 고정영구자석은 실린더 형상이며, 회전방향으로 서로 다른 자기 극성이 교대로 배치되고,
   상기 제어영구자석은 지면과 수직인 회전축을 가지며, 상기 고정영구자석의 내부에 위치하고,
   상기 고정영구자석의 S극인 부분은 상기 요크의 옆판의 내측면에 접하되, 상기 고정영구자석의 N극인 부분은 상기 요크의 옆판의 내측면에 접하지 않고,
   부착면을 가지며, 상기 요크의 밑판과 접하여 연결되고, 상기 고정영구자석에서 S극인 부분과 상기 제어영구자석 사이에 위치하는 폴요크; 를
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제어영구자석은 상기 폴피스 및 상기 폴요크 중 적어도 하나에 삽입되어 회전하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제어영구자석은 원통의 형상을 가지며, 상기 폴피스 및 상기 요크의 옆판에 삽입되어 회전하고,
   상기 제어영구자석의 옆면과 상기 폴피스 사이 및 상기 제어영구자석의 옆면과 상기 요크의 옆판 사이에 위치하며, 상기 제어영구자석의 옆면과 접하여 회전가능하게 삽입되어 상기 제어영구자석을 회전가능하게 지지하는 적어도 세 개의 볼; 을
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 제어영구자석은 원통의 형상을 가지며, 상기 폴피스 및 상기 요크의 옆판에 삽입되어 회전하고,
    외륜이 상기 폴피스 및 상기 요크에 고정되어 상기 제어영구자석을 회전가능하게 지지하는 베어링; 을
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 제어영구자석은 원통의 형상을 가지며, 상기 폴피스 및 상기 요크의 옆판에 삽입되어 회전하고,
    상기 제어영구자석의 옆면의 바깥 쪽으로 밀폐된 일정 공간을 형성하게 하는 차단부재; 및
    상기 밀폐된 일정 공간에 채워지는 윤활유; 를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
12. 밑판과 옆판을 가지는 요크;
    상기 요크의 내부에 상기 요크와 이격되어 배치되고 부착면을 가지는 폴피스와, 상기 요크의 밑판에 접하여 연결되는 폴요크와, 고정영구자석을 포함하며, 상기 폴피스와 상기 폴요크는 교대로 일렬로 배열되고, 상기 고정영구자석의 N극은 상기 폴피스에 접하고 S극은 상기 폴요크에 접하는 한 쌍의 폴유닛;
    상기 한 쌍의 폴유닛 사이에 위치하는 직선이동부재; 및
    복수의 이동영구자석을 포함하며, 이웃하는 상기 이동영구자석의 N극이 향하는 방향이 서로 반대가 되도록 일렬로 상기 직선이동부재에 배열되는 이동영구자석열; 을 포함하고,
    상기 폴유닛은 상기 직선이동부재를 사이에 두고 상기 폴피스와 상기 폴요크가 대향하도록 위치하고,
    상기 이동영구자석열을 직선이동시켜 상기 각 폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 요크의 밑판과 연결되고, 상기 폴유닛의 양단에 상기 폴유닛과 일렬로 배치되는 쉴드폴요크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
14. 옆판과 밑판을 가지는 요크;
    상기 요크 내부에 위치하며, 상기 요크와 이격되어 배치되고, 부착면을 가지는 N폴피스와 S폴피스;
    N극은 상기 N폴피스에 접하고, S극은 상기 요크의 옆판에 접하는 제1 고정영구자석;
    S극은 상기 S폴피스에 접하고, N극은 상기 요크의 옆판에 접하는 제2 고정영구자석; 및
    회전가능하고, 회전축 주변에 회전방향으로 서로 다른 자기극성이 교대로 배치되며, 상기 N폴피스와 상기 S폴피스의 사이에 위치하고, 상기 N폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 회전각에 따라 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있도록 하는 제어영구자석; 을
    포함하는 영구자석 워크홀딩 장치.
15. 옆판과 밑판을 가지는 요크;
    상기 요크 내부에 위치하며, 상기 요크와 이격되어 배치되고, 부착면을 가지는 N폴피스와 S폴피스;
    N극은 상기 N폴피스에 접하고, S극은 상기 S폴피스에 접하는 고정영구자석; 및
    회전가능하고, 회전축 주변에 회전방향으로 서로 다른 자기극성이 교대로 배치되며, 상기 N폴피스와 상기 S폴피스의 사이에 위치하고, 상기 N폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 회전각에 따라 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있도록 하는 제어영구자석; 을
    포함하는 영구자석 워크홀딩 장치.
16. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 제어영구자석의 회전축은 상자성체로 이루어지고, 지면과 평행하며, 상기 요크의 옆판에 설치되는 베어링에 의해 회전가능하게 지지되고,
    상기 회전축을 회전시키는 모터;
    상기 N폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기가 가장 강한 제1 위치와 가장 약한 제2 위치 사이에서만 상기 제어영구자석이 회전하도록 제한하는 스토퍼; 및
    상기 N폴피스와 상기 S폴피스 사이에 끼워지는 상자성체 재질의 판; 을
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
17. 밑판과 옆판을 가지는 요크;
    상기 요크의 내부에 상기 요크와 이격되어 배치되고 부착면을 가지는 N폴피스와 S폴피스를 포함하며, 상기 N폴피스와 상기 S폴피스는 교대로 일렬로 배열되는 한 쌍의 폴유닛;
    N극은 상기 N폴피스에 접하고, S극은 상기 요크의 옆판에 접하는 제1 고정영구자석;
    S극은 상기 S폴피스에 접하고, N극은 상기 요크의 옆판에 접하는 제2 고정영구자석;
    상기 한 쌍의 폴유닛 사이에 위치하는 직선이동부재; 및
    복수의 이동영구자석을 포함하며, 이웃하는 상기 이동영구자석의 N극이 향하는 방향이 서로 반대가 되도록 일렬로 상기 직선이동부재에 배열되는 이동영구자석열; 을 포함하고,
    상기 폴유닛은 상기 직선이동부재를 사이에 두고 N폴피스와 S폴피스가 대향하도록 위치하고,
    상기 이동영구자석열을 직선이동시켜 상기 N폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
18. 밑판과 옆판을 가지는 요크;
    상기 요크의 내부에 상기 요크와 이격되어 배치되고 부착면을 가지는 N폴피스와 S폴피스, N극이 상기 N폴피스에 접하고 S극이 상기 S폴피스에 접하는 고정영구자석을 포함하며, 상기 N폴피스와 상기 S폴피스는 교대로 일렬로 배열되는 한 쌍의 폴유닛;
    상기 한 쌍의 폴유닛 사이에 위치하는 직선이동부재; 및
    복수의 이동영구자석을 포함하며, 이웃하는 상기 이동영구자석의 N극이 향하는 방향이 서로 반대가 되도록 일렬로 상기 직선이동부재에 배열되는 이동영구자석열; 을 포함하고,
    상기 직선이동부재를 사이에 두고 N폴피스와 S폴피스가 대향하도록 상기 폴유닛이 위치하고,
    상기 이동영구자석열을 직선이동시켜 상기 N폴피스의 부착면을 통과하는 자기흐름의 세기를 조절하여 대상물을 부착하거나 탈착할 수 있는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
19. 제17 항 또는 제18 항에 있어서,
    상기 요크의 밑판과 연결되고, 상기 폴유닛의 일단에 상기 폴유닛과 일렬로 배치되는 쉴드폴요크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
20. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 제어영구자석은 원통의 형상을 가지며, 상기 N폴피스 및 상기 S폴피스에 삽입되어 회전하고,
    상기 제어영구자석의 옆면과 상기 N폴피스의 사이 및 상기 제어영구자석의 옆면과 상기 S폴피스의 사이에 위치하며, 상기 제어영구자석의 옆면과 접하여 회전가능하게 삽입되어 상기 제어영구자석을 회전가능하게 지지하는 적어도 세 개의 볼; 을
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
21. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 제어영구자석은 원통의 형상을 가지며, 상기 N폴피스 및 상기 S폴피스에 삽입되어 회전하고,
    외륜이 상기 N폴피스 및 상기 S폴피스에 고정되어 상기 제어영구자석을 회전가능하게 지지하는 베어링; 을
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.
22. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 제어영구자석은 원통의 형상을 가지며, 상기 N폴피스 및 상기 S폴피스에 삽입되어 회전하고,
    상기 제어영구자석의 옆면의 바깥 쪽으로 밀폐된 일정 공간을 형성하게 하는 차단부재; 및
    상기 밀폐된 일정 공간에 채워지는 윤활유; 를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 워크홀딩 장치.

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