KR101313478B1 - Ｖ형 배열로 배치된 영구 자석을 구비한 전자기 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기 액추에이터로서, 전기자(4)와 연결되어 있으며 전자석의 작동 하에 이동할 수 있는 액추에이팅 부재를 갖고, 코일(3); 전기자 내에 자속이 속하도록 코일로부터의 자속에 대한 경로를 제공하도록 설계되고, 베이스(10)를 가지며, 이 베이스로부터 브랜치가 연장하고, 이 브랜치는 중심 브랜치를 포함하는 것인 코어(2); 및 이 코어가 전기자 내에 자속이 속하도록 영구 자석으로부터의 자속에 대한 경로를 제공하도록 코어와 연결되어 있으며, 코일의 자속이 통과하는 두 개의 영구 자석(13)을 포함하는 것인 전자기 액추에이터를 제공한다. 본 발명에 따르면, 두 개의 영구 자석은 V형을 형성하도록 코어의 중심 브랜치에 배치되어, 자석을 지지하고 베이스와 일체인 지지부와 자석을 덮는 단부로 중심 브랜치를 분리한다.

Description

Ｖ형 배열로 배치된 영구 자석을 구비한 전자기 액추에이터{ELECTROMAGNETICE ACTUATOR WITH PERMANENT MAGNETS WHICH ARE DISPOSED IN A V-SHAPED ARRANGEMENT}

본 발명은 V자 형태로 배치된 영구 자석을 갖는 전자기 액추에이터에 관한 발명이다.

프랑스 특허 FR 2,865,238은 전자석의 작동 하에 이동할 수 있는 전기자(armature)와 연결된 액추에이팅 부재를 갖는 전자기 액추에이터로서, 코일 및 전기자 내의 복귀 경로를 형성하기 위해 코일의 자속에 대한 경로를 제공하기에 적합하고, 베이스를 가지며, 이 베이스로부터 브랜치가 연장하고, 이 브랜치는 중심 브랜치를 포함하는 것인 코어를 포함하는 전자기 액추에이터를 개시한다. 전자석은 전기자 내의 복귀 경로를 형성하기 위해 코어가 영구 자석의 자속과 자석을 통과하는 코일의 자속에 대한 경로를 제공하는 방식으로 코어와 일체인 두 개의 영구 자석을 포함한다. 상기 문헌에 개시된 실시예 중 하나에서, 영구 자석은 코어의 측방향 브랜치에 비스듬히 배치되고, 이에 따라 코일의 높이와 실질적으로 동일한 길이를 갖는 자석을, 전자석의 높이를 대응하여 증가시키지 않고, 코어에 수용하는 것이 가능하게 된다.

그렇지만, 이러한 배치는 자석이 삽입될 수 있게 하기 위해 코어의 적층부(lamination)가 절삭되어야 하며, 이에 따라 적층부가 기계적으로 약화되고 결합과 관련된 문제점이 발생한다는 것을 의미한다. 또한, 코어 적층부와 영구 자석 사이의 간극은 적층부가 절삭되는 정밀도에 의존하며, 따라서 제어하기에 곤란하다.

본 발명의 목적은 결합이 용이하며 비스듬히 배치되는 자석을 갖는 전자기 액추에이터를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전자기 액추에이터로서, 전기자와 연결되어 있으며 적어도 하나의 전자석의 작동 하에 이동할 수 있는 액추에이팅 부재를 갖고, 코일; 전기자 내에 복귀 경로를 형성하기 위해 코일의 자속에 대한 경로를 제공하도록 설계되고, 베이스를 가지며, 이 베이스로부터 브랜치가 연장하고, 이 브랜치는 중심 브랜치를 포함하는 것인 코어; 및 이 코어가 전기자 내에 복귀 경로를 형성하기 위해 영구 자석의 자속에 대한 경로를 제공하도록 코어와 연결되어 있으며, 코일의 자속이 통과하는 두 개의 영구 자석을 포함하는 것인 전자기 액추에이터를 제공한다. 본 발명에 따르면, 두 개의 자석은 V형을 형성하도록 코어의 중심 브랜치에 배치되어, 자석을 지지하고 베이스와 일체인 지지부와 자석 위에 존재하는 단부로 중심 브랜치를 분리한다.

따라서, 코어는 자석을 지지하는 부분을 통합하고 영구 자석을 배치하기 위해 그에 대한 접근이 완전히 자유로운 주요부와, 자석 위에 놓이기 위해 지지부 상에 배치된 자석에 부착되며 영구 자석에 의해 형성된 V형 상에서 그 자체로 중심이 맞춰진 단부로 분리된다. 이에 따라 액추에이터의 결합이 용이하게 된다.

따라서, 코어를 구성하는 적층부와 영구 자석 사이의 간극을 감소시키거나 심지어 제거하기 위해 단부상에 압축력을 가하기에 충분하다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 이어지는 설명에 따라 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 액추에이터의 부분 단면 개략도.

도 2는 도 1의 액추에이터의 장착 경로를 도시하는 부분 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 이중 전자기 액추에이터의 부분 분해 투시도.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전자기 액추에이터는 코어(2)와 코일(3)을 구비한 전자석(1)을 포함한다. 전자석(1)은 X 축선을 따라 이동할 수 있는 푸시 로드(5)와 통합되어 있는 전기자(4) 상에 제어된 방식으로 전자기력을 가한다.

예컨대, 이러한 액추에이터는 내연 엔진 밸브를 작동시키는데 이용되며 푸시 로드(5)가 밸브의 슬라이딩 축선을 따라 연장하는 방식으로 배치된다. 알려진 바와 같이, 액추에이터는 전자석(1)과 대향하여 연장하는 또 다른 전자석(도시되지 않음)을 포함하여 대향 방향으로 전기자(4)를 선택적으로 끌어당기게 되어 있다. 푸시 로드(5)의 단부와 밸브의 단부는 대향하는 스프링(도시되지 않음)에 의해 서 로에 대해 복귀되어 전기자가 실질적으로 두 개의 전자석 사이의 중간 경로에서 연장하는 푸시로드/밸브 조립체의 평형 위치를 형성한다.

전자석(1)의 코어(2)는 베이스(10)를 구비하며, 베이스(10)로부터 두 개의 측방향 브랜치(11)와 중심 브랜치가 연장하고, 코일(3)은 상기 중심 브랜치 주위에서 연장한다. 중심 브랜치는 베이스(10)와 일체인 경사면을 향하는 두 개의 부분(12)을 포함한다. 부분(12)은 코어(2)를 지지하는 지지부를 형성하고, 상기 지지부는 영구 자석(13)이 X 축선에 대해 비스듬히 연장하여 V형을 형성하도록 영구 자석(13)을 수용하도록 설계되며, 여기서 V형의 뾰족한 부분은 베이스(10)를 향한다. 따라서, 중심 브랜치의 단부를 형성하는 쐐기(wedge)(14)는 V형을 형성한다.

전기자(4) 내의 복귀 경로를 형성하기 위해 코어(2)를 통과하는, 영구 자석(13)에 의해 생성된 자속선의 경로는 도 1에 굵은 파선으로 도시되어 있다. 쐐기(14)는 단부면(15)을 가지며, 여기서 홈(17)이 영구 자석(13)의 길이 방향에 대해 평행하게 놓인다. 홈(17)은 홈(17)의 양측 상을 지나는 두 개의 영구 자석(13)의 대응 자속선 사이의 첨예한 분리가 있도록 한다.

도 3(도 1에 대해 코어가 거꾸로 도시되어 있음)에 도시된 바와 같이, 액추에이터는 다음과 같이 장착된다. 베이스(10), 측방향 브랜치(11) 및 지지부(12)를 형성하는 적층부를 결합하여 코어(2)를 형성하고 난 후, 영구 자석(13)은 지지부(12) 상의 위치에 놓여진다. 이와 관련하여, 지지부(12)는 자석(13)을 배치시키는 것을 용이하게 하는 단자부(50)를 포함한다. 대응하는 적층부를 결합하여, 쐐기(14)를 형성하고 난 후, 쐐기(14)는 화살표에 의해 지시되는 바와 같이 영구 자 석(13)에 부착된다. 그 후 쐐기(14)는 영구 자석(13) 위에 놓이고 영구 자석(13)에 의해 형성된 V형에 의해 자체적으로 중심이 맞춰진다(self-centered).

도 3은 두 개의 푸시로드(도시되지 않음)을 작동시키기 위한 이중 액추에이터를 도시한다. 이와 관련하여, 이중 액추에이터는 도 1에 도시된 것과 동일한 두 개의 코어를 겹쳐 놓고 두 개의 겹쳐진 측방향 브랜치의 단일 브랜치를 형성함으로써 얻어지는 공통 코어(2) 및 두 개의 코일(3)을 포함한다. 마찬가지로, 코어(2)는 그 주변에서 코일(3)이 연장하는 중심 브랜치를 구비하며, 중심 브랜치는 영구 자석(13)과 쐐기(14)를 지지하는 지지부(12)를 갖는다.

전체 조립체를 제자리에 유지하기 위해, 비자성 클램프(18)가 이용되고, 비자성 클램프 각각은, 한편으로 쐐기(14)의 작동면(15)의 홈(17)에 수용되는 길이부(19)와, 다른 한편으로, 예컨대 나사조임 또는 리베팅에 의해 코어(2)(도시되지 않음)에 고정되도록, 쐐기(14)를 관통하는 구멍 내로 연장하고 그 후 영구 자석(13) 사이에서 연장하며 마지막으로 코어 내의 구멍으로 연장하는 브레이스(brace)(20)를 갖는다[별법으로서, 브레이스는 본체(100)에 직접 고정되도록 코어(2)를 관통할 수 있다].

비자성 클램프는, 제조 공차로 인해 한편으로는 지지부(12)와 영구 자석(13) 사이에, 다른 한편으로는 영구 자석(13)과 쐐기(14) 사이에 남겨질 수 있는 잔여 간극을 좁게 하거나(take up) 심지어 제거하기 위해 압축력을 가하는 것을 가능하게 한다. 이러한 간극 좁힘은 액추에이터의 자성 효율(magnetic efficiency)을 증가시킨다.

도 1에 보다 구체적으로 도시된, 본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 쐐기(14)의 단부면(15)은 측방향 브랜치(11)의 단부면(16)에 대해 h 만큼 후방으로 배치되어 놓인다.

따라서, 전기자(4)가 코어(2)에 맞닿는 경우, 상기 전기자는 측방향 브랜치(11)의 단부면(16) 상에만 맞닿고, 중심 브랜치 상에는 맞닿지 않는다. 일반적으로, 보다 구체적으로는 영구 자석이 소결 분말 재료에 의해 제조된 경우, 영구 자석은 충격에 매우 민감하다. h 만큼의 후방 배치는 전기자(2)가 코어(4)를 때릴 때 영구 자석(13)을 충격으로부터 보호할 수 있고, 이에 따라 액추에이터의 수명을 증가시킨다.

또한, 이러한 후방 배치가 없는 경우, 코어 상의 제조 공차는 액추에이터의 전기자와 브랜치 사이의 잔여 간극을 유발하고, 코어(2)로부터의 전기자(4)가 분리됨의 반복성을 방해하는 자기 이력 현상(magnetic htsteresis)을 야기한다. 후방 배치는 이러한 이력 현상이 감소되거나 심지어 제거되게 할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 수십 미리미터 정도의 h 만큼의 후방 배치가 바람직하게 선택되며, 따라서 수십 마이크론 정도의 간극보다 실질적으로 커서, h 만큼의 후방 배치가 전기자와 중심 브랜치 사이에 큰 간극을 형성하도록 하고, 전기자가 코어에 근접하게 되는 경우 잔여 간극의 영향을 큰 간극의 영향이 압도하게 된다. 이는 잔여 간극에 의해 야기된 자기 이력 현상이 감소되거나 심지어 제거되게 할 수 있다.

실제로, 액추에이터의 성능에 손해를 끼치지 않도록, 0.1 밀리미터보다 크지만 여전히 0.35 밀리미터보다 작은 h 만큼의 후방 배치가 바람직하게 선택된다.

도 1 및 도 2에 보다 구체적으로 도시된 본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 코어(2)는 V형의 꼭지점 근처의 영구 자석(13) 사이에서 연장하는 공간(30)을 포함하며, 그 공간에서 쐐기(14)의 꼭지점(31)이 맞물린다. 클램프(18)에 의한 쐐기의 고정은, 쐐기(14)의 상대적으로 뾰족한 각으로 인해, X 축선을 따른 꼭지점(31)의 위치에서 넓은 분산(dispersion)을 유발한다. 공간(30)은, 꼭지점(31)과 코어(2)의 나머지 사이에 어떠한 접촉이라도 방지하면서, 이러한 분산이 흡수되게 한다.

또한, 공간(30)은 쐐기(14)와 베이스(10) 사이에 충분히 큰 간극을 형성하기에 충분히 깊게 선택되어, 작동 중에 자속이 쐐기(14)와 베이스(10) 사이를 지나 영구 자석(13)을 단락(short-circuit)시키는 것을 방지한다.

마지막으로, 공간(30)은 영구 자석(13)이 V형의 꼭지점을 형성하는 위치에서 영구 자석의 베이스에서의 비자성 영역을 형성하고, 이에 따라 코어의 이러한 영역에서의 영구 자석(13)의 자속선 사이의 첨예한 분리가 있을 수 있게 한다.

본 발명은 본원에 개시된 바에 제한되는 것이라기 보다는, 청구범위에서 나타내는 발명의 범위에 속하는 어떠한 변형례라도 포함할 수 있다.

구체적으로, 영구 자석이 V형을 형성하고, V형의 꼭지점은 코어의 베이스를 향할 수 있는 것으로 본원에 개시되어 있지만, 전기자를 향하는 꼭지점을 갖는 V형을 형성하도록 자석이 배치될 수 있다. 베이스의 자석 지지부는 더 이상 서로를 향하지 않고 측방향 브랜치를 향하는 경사면을 가질 수 있으며, 중심 브랜치의 단부는 더 이상 쐐기형이 아니고 모자형일 수 있다.

Claims (9)

1. 전기자(4)와 연결되어 있으며 적어도 하나의 전자석의 작동 하에 이동할 수 있는 액추에이팅 부재를 구비하는 전자기 액추에이터로서,

   코일(3);

   전기자 내에 복귀 경로를 형성하기 위해 코일의 자속에 대한 경로를 제공하도록 설계되고, 베이스(10)를 가지며, 이 베이스로부터 브랜치가 연장하고, 이 브랜치는 중심 브랜치를 포함하는 것인 코어(2); 및

   이 코어가 전기자 내에 복귀 경로를 형성하기 위해 영구 자석의 자속에 대한 경로를 제공하도록 코어와 연결되어 있으며, 코일의 자속이 통과하는 두 개의 영구 자석(13)

   을 포함하며, 두 개의 영구 자석은 V형을 형성하도록 코어의 중심 브랜치에 배치되어, 영구 자석을 지지하고 베이스와 일체인 지지부(12)와 상기 영구 자석을 덮는 단부(14)로 중심 브랜치를 분리하고,

   상기 액추에이터는 상기 단부(14)를 영구 자석(13)에 대해 압박하는 수단(18)을 포함하며, 상기 압박하는 수단은 영구 자석(13)의 길이 방향에 대해 평행한 단부(14)의 작동면의 홈(17)에 존재하는 길이부(19) 및 단부를 통과하여 영구 자석 사이를 지나기 위해 길이부로부터 연장하는 적어도 하나의 브레이스(20)를 포함하는 것인 전자기 액추에이터.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 자석에 의해 형성된 V형은 상기 베이스(10)를 향하는 뾰족한 부분을 갖고, 상기 단부(14)는 쐐기 형상을 갖는 것인 전자기 액추에이터.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 단부(14)는 전기자(4)를 향하는 작동면(15)을 구비하며 이 작동면에는 홈(17)이 영구 자석(13)의 길이 방향에 대해 평행하게 존재하는 것인 전자기 액추에이터.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 단부(14)는 영구 자석 사이에 맞물리는 뾰족한 부분을 형성하고, 지지부(12)는 영구 자석에 의해 형성된 베이스의 V형 부분에서 공간(30)을 구비하는 것인 전자기 액추에이터.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 공간(30)은 작동 중에 자속이 코어의 지지부(12)와 단부(14) 사이를 지나지 않도록 방지하기에 충분한 깊이를 구비하는 것인 전자기 액추에이터.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 단부는 측방향 브랜치(11)의 단부면(16)에 대해 h 만큼 후방 배치되어 존재하는 단부면(15)을 구비하는 것인 전자기 액추에이터.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 후방 배치는 0.1 mm 내지 0.35 mm 사이의 간격 내에서 이루어지는 것인 전자기 액추에이터.
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