KR101547028B1 - 전자기력 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배전, 송전선로의 이상 발생시 신속한 차단이 이루어지도록 하고 탄성계수가 작은 비자성체를 이용하여 접촉시 발생하는 충격을 흡수하여 내구성이 향상되도록 한 전자기력 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 내부 공간을 상부 영역과 하부 영역으로 구획한 하우징; 상기 하우징의 상부 영역에 상하방향으로 이동 가능하게 설치되고, 하사점을 유지하도록 상부 자석과 자기장을 형성하는 제 1 자성부와, 상사점을 유지하도록 상부 자석과 자기장을 형성하는 제 2 자성부와, 상기 제 1 및 제 2 자성부 사이를 구획하여 자기 경로의 형성을 차단하는 비자성부를 구비한 제 1 가동자; 상기 하우징의 하부 영역에 설치되어 정방향 또는 역방향으로 공급되는 전류의 방향에 따른 반발력으로 상/하방향 중 어느 하나로 이동하는 코일부; 일측이 상기 제 1 가동자와 연결되고, 타측이 상기 코일부와 연결되어 상기 코일부의 이동에 따라 상기 제 1 가동자를 이동시키는 제 2 가동자; 상기 하우징의 상부 영역에 설치되어 상기 제 1 가동자가 상사점 또는 하사점을 유지하도록 자기력을 제공하는 상부 자석; 및 상기 하우징의 하부 영역에 설치되어 상기 코일부로 자기장을 형성하는 하부 자석을 포함한다. 따라서 본 발명은 배전, 송전선로의 이상 발생시 신속한 차단이 이루어질 수 있고 차단기의 구조를 단순화시키고, 전체적인 중량과 크기를 감소시킬 수 있다.

Description

전자기력 디바이스{ELECTRO MAGNETIC FORCE DRIVING DEVICE}

본 발명은 전자기력 디바이스에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 배전, 송전선로의 이상 발생시 신속한 차단이 이루어지도록 하고 탄성계수가 작은 비자성체를 이용하여 접촉시 발생하는 충격을 흡수하여 내구성이 향상되도록 한 전자기력 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 차단기는 송전선로의 송전단이나 수전단에 설치되어, 전력 계통에 고장이 없을 때 정상전류를 개폐하는 것은 물론, 단락 등의 고장이 발생하였을 때 고장 전류를 차단하여 계통 및 각종 전력 기기(부하)를 보호한다.

이러한 차단기는, 소호/절연 매질에 따라 진공 차단기(VCB:Vacuum Circuit Breaker), 오일 차단기(OCB:Oil Circuit Breaker), 가스 차단기(GCB:Gas Circuit Breaker) 등으로 분류된다.

차단기가 고장 전류를 차단할 시에는 두 접점 사이에서 발생하는 아크(Arc)를 소호(消弧:Extinguishing)하여야 하고, 상기 가스 차단기는 아크를 소호하는 방식에 따라 다시, 파퍼 소호 방식(Puffer type), 로터리 아크 소호 방식(Rotating arc type), 열팽창 소호 방식(Thermal expansion type), 복합 소호 방식(Hybrid extinction type) 등으로 분류된다.

이와 같은 차단기에 있어서, 고장전류를 차단하고 극간의 절연을 신속하게 회복하기 위해서는 개극 동작이 고속으로 이루어져야 하고, 예를 들어, 송전용 고압/초고압(통상적으로, 365kv 이상)용 차단기는 개극 간극(SL : Stroke Length)이 250mm 정도 되고, 45ms(밀리 초)라고 하는 극히 순간적인 시간 내에 동작을 완료할 수 있을 정도의 큰 힘과 큰 속도를 요구한다.

현재 고압/초고압용 차단기에는 주로 유압 조작기나 공압 조작기가 사용되고 있으나, 이러한 조작기는 차단기 전체 가격의 1/3을 차지할 정도로 고가이고, 우리나라의 경우에는 이를 대부분 수입에 의존한다는데 문제가 있다.

또한, 이러한 유압 또는 공압 조작기는 주위의 온도변화에 따라서 작동 유체가 누설될 염려가 있고, 많은 부품으로 이루어져 있어서 그 부품들 중 단 하나의 부품의 고장에 인해서도 조작기가 동작을 하지 못하게 될 염려가 많다.

따라서, 상기한 유압 또는 공압 조작기를 대체할 수 있는 조작기를 개발하기 위한 연구가 전세계적으로 이루어지고 있으며, 그 연구 결과로서 스프링 조작기(스퍼이럴 스프링), 모터드라이브(모터를 이용하여 회전운동을 직선운동으로 전환시켜주는 시스템), 그리고 PMA 조작기(Permanent Magnetic Actuator, 영구자석형 조작기)가 대표적으로 사용되고 있다.

그러나, 스프링 조작기는 스프링을 압축시킨 상태에서 필요할 때 그 압축된 힘을 해제시켜 동력을 얻는 시스템이므로, 제조비용은 저렴하나, 스프링의 탄성력이 일정치 않아 동작상태에 대한 신뢰성이 낮다는 단점이 있다. 그 때문에 소호가스를 분사시켜야 하는 고압이나 초고압용으로 적용하기는 힘들뿐 아니라, 이를 적용 시 차단실패의 확률이 매우 커진다.

또한, 모터드라이브는 공압이나 유압에 비해서는 제조 비용이 저렴하다고 하지만 그래도 고가이고, 큰 힘을 내기가 어렵다는 문제점이 있어서, 저압용으로는 사용이 가능하나 고압이나 초고압에서는 성능을 충분히 발휘하기 어렵다.

또한, PMA 조작기는, 영구자석에서 발생되는 자계의 힘과 코일에 전류를 흘려 발생시킨 자계로 인한 전자력에 의해 가동자가 동작되도록 한 것으로서, 구조가 간단하고 조작에 대한 효율도 좋으며, 일정하고 균일한 동작을 기대할 수 있는 장점이 있어 최근에 저압 차단기용 조작기로서 많이 사용되고 있다.

그러나, PMA 조작기는 영구자석에서 발생되는 자계의 힘과 코일에 전류를 흘려 발생시킨 자계의 힘으로 구동되어야 하는 시스템이므로, 자계가 흘러가는 경로(Path)를 자성체(철심)로 만들어 주어야 할 뿐만 아니라, 가동되는 가동자 또한 자성체로 이루어져 있어야만 한다.

따라서, 차단 용량이 증대되어 조작기에 더 큰 힘을 필요로 하는 경우에는 많은 자계를 발생시켜야 하고, 그 자계가 포화가 되지 않고 흐를 수 있도록 자성체도 그 만큼 커져야 하므로 조작기의 사이즈에 대한 부담이 커지고, 영구자석과 코일에서 여자된 자속밀도는 공극 길이의 제곱에 반비례하기 때문에 차단부의 접점간극이 큰 고압이나 초고압용 차단기에 적용하는데 한계가 있으므로 이러한 PMA 조작기가 초고압에 사용될 때에는 그 크기가 아주 비대해져야 하고, 무게도 유압 또는 공압 조작기에 비해 훨씬 더 많이 나가며, 제조 비용도 증가하는 문제점이 있다.

최근에는 이러한 차단기들의 문제를 해결하여, 작은 크기와 무게를 가지면서도 조작 속도와 조작력을 극대화할 수 있도록 한국 특허등록번호 제10-0718927호(발명의 명칭 : 전자기력을 이용한 조작기 및 이를 이용한 차단기)에서 전자석 차단기 또는 EMFA(Electro-Magnetic Force Driving Actuator) 등의 조작기가 제안되었다.

이러한 전자석 차단기는 자성체로 이루어진 중공의 내통과 외통을 구비하고, 상기 내통과 외통의 마주하는 면에 내/외측 영구자석을 배치하며, 상기 내측 영구자석과 외측 영구자석 사이에 코일 및 상기 코일과 일체로 동작하는 비자성체의 가동자를 배치한 구조를 가져, 상기 코일에 전류가 공급되는 경우 상기 내/외측 영구자석에 의한 자계와 상기 코일의 전류밀도에 의한 전자반발력에 의해 상기 코일과 가동자가 상기 내측 영구자석과 외측 영구자석 사이에서 축방향으로 직선 운동하도록 한 형태의 차단기이다.

그러나, 이와 같은 전자석 차단기(EMFA)에 있어서, 상기 코일은 사방이 막혀 있는 외통 내부에 배치되어 있음으로써, 코일에 전류를 공급하기 위한 전선을 외통내부로 배선하기에 어려움이 있다.

또한, 배선된 전선은 코일의 직선운동에 따라 축방향으로 이동하기 때문에, 배선을 연결하였다고 하더라도 코일의 이동 속도가 커서 전선이 압축과 인장에 의한 피로를 받게 되어 단선되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 전자석 차단기는 가동자가 사방이 막혀 있는 중공의 내통과 외통 내부에 배치되어 있어, 이를 외부 동작 요소에 연결하기 위하여는 가동자로부터 이동축 또는 연결축을 축방향으로 길게 연장하여야 할 뿐만 아니라, 연장 길이도 가동자의 행정 거리를 충분히 확보할 수 있도록 상당히 길어져야 하는 문제점이 있다.

또한, 이러한 길이의 증가는 차단기가 차지하는 전체의 높이가 증가로 이어지고, 연결축이나 이동축의 강도를 고려하여 개수를 늘이거나 큰 직경의 것을 사용하여야 함으로써 차단기의 전체적인 중량이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 상기 코일과 가동자가 어떠한 안내 수단도 없이 단순히 내/외측 영구자석 사이에 배치되는 형태이므로, 코일과 가동자가 축방향으로 운동할 때 내/외측 영구자석과 마찰을 일으키고, 이것에 의해 조작력이 손실되거나 운동이 원활하지 못한 문제점이 있다.

한국 특허등록번호 제10-0718927호

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 배전, 송전선로의 이상 발생시 신속한 차단이 이루어지도록 하고 탄성계수가 작은 비자성체를 이용하여 접촉시 발생하는 충격을 흡수하여 내구성이 향상되도록 한 전자기력 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부 공간을 상부 영역과 하부 영역으로 구획한 하우징; 상기 하우징의 상부 영역에 상하방향으로 이동 가능하게 설치되고, 하사점을 유지하도록 상부 자석과 자기장을 형성하는 제 1 자성부와, 상사점을 유지하도록 상부 자석과 자기장을 형성하는 제 2 자성부와, 상기 제 1 및 제 2 자성부 사이를 구획하여 자기 경로의 형성을 차단하는 비자성부를 구비한 제 1 가동자; 상기 하우징의 하부 영역에 설치되어 정방향 또는 역방향으로 공급되는 전류의 방향에 따른 반발력으로 상/하방향 중 어느 하나로 이동하는 코일부; 일측이 상기 제 1 가동자와 연결되고, 타측이 상기 코일부와 연결되어 상기 코일부의 이동에 따라 상기 제 1 가동자를 이동시키는 제 2 가동자; 상기 하우징의 상부 영역에 설치되어 상기 제 1 가동자가 상사점 또는 하사점을 유지하도록 자기력을 제공하는 상부 자석; 및 상기 하우징의 하부 영역에 설치되어 상기 코일부로 자기장을 형성하는 하부 자석을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 상부 자석은 상부 자석의 몸체 상부에 설치되어 상사점에 위치한 제 1 가동자의 제 1 자성부에 상부 자석의 자기장이 하우징을 통해 형성되도록 하는 제 1 비자성체; 및 상기 상부 자석의 몸체 하부에 설치되어 하사점에 위치한 제 1 가동자의 제 1 자성부에 상부 자석의 자기장이 하우징을 통해 형성되도록 하는 제 2 비자성체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 비자성부는 상사점 또는 하사점 접촉시 발생하는 충격을 흡수하도록 일정 수치의 탄성계수를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 배전, 송전선로의 이상 발생시 신속한 차단이 이루어질 수 있고 차단기의 구조를 단순화시키고, 전체적인 중량과 크기를 감소시킬 수 있으며, 2개의 영구자석으로 1개의 자로를 형성하여 다른 자로의 영향을 받지 않는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 제 1 가동자에 설치된 탄성계수가 작은 비자성체를 통해 상기 제 1 가동자의 상사점 또는 하사점 접촉시 발생하는 충격을 흡수하여 상기 제 1 가동자의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 전자기력 디바이스의 일 실시예를 나타낸 사시도.
도 2 는 도 1에 따른 전자기력 디바이스의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 3 은 도 1에 따른 전자기력 디바이스의 조립 상태와 동작을 나타낸 단면도.
도 4 는 도 1에 따른 전자기력 디바이스의 동작에 따른 자기력의 흐름을 나타낸 예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 전자기력 디바이스의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 6 은 도 5에 따른 전자기력 디바이스의 구조를 나타낸 단면도.
도 7 은 도 5에 따른 전자기력 디바이스의 동작에 따른 자기력의 흐름을 나타낸 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자기력 디바이스의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명에 따른 전자기력 디바이스의 일 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 전자기력 디바이스의 구성을 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 따른 전자기력 디바이스의 조립 상태와 동작을 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 1에 따른 전자기력 디바이스의 동작에 따른 자기력의 흐름을 나타낸 예시도이다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자기력 디바이스(100)는 하우징(110)과, 제 1 가동자(120)와, 코일부(130)와, 제 2 가동자(140)와, 상부 자석(150)과, 하부 자석(160)을 포함하여 구성된다.

상기 하우징(110)은 내부 공간이 상부 영역과 하부 영역으로 구획되고, 상부 하우징(110a)과, 상부 측벽(110b)과, 중간 하우징(110b')과, 하부 측벽(110b")과, 하부 하우징(110c)을 포함하여 구성되며, 자성체로 이루어진다.

상기 상부 하우징(110a)은 길이방향 중앙이 개방된 구조를 형성하고, 상기 상부 하우징(110a)의 하부에는 상부 측벽(110b)이 설치되어 제 1 가동자(120)가 이동하는 제 1 운동로(111)가 형성되도록 하며, 상기 상부 측벽(110b)의 하부에는 길이방향 중앙이 개방된 중간 하우징(110b')이 설치되어 하우징(110)의 상부 영역을 형성하도록 한다.

또한, 상기 중간 하우징(110b')의 하부에는 하부 측벽(110b")이 설치되어 코일부(130)가 이동하는 제 2 운동로(112)가 형성되도록 하며, 상기 하부 측벽(110")의 하부에는 하부 하우징(110c)이 설치되어 하우징(110)의 하부 영역을 형성하도록 한다.

상기 제 1 가동자(120)는 하우징(110)의 상부 영역인 상부 하우징(110a)과 중간 하우징(110b')의 사이에 상하방향으로 이동 가능하게 설치되고, 제 1 가동자(120)가 상부 하우징(110a)의 저면과 밀착된 상태인 상사점과 상기 제 1 가동자(120)가 중간 하우징(110b')의 상면과 밀착된 상태인 하사점 중 어느 하나에 위치되며, 제 1 운동로(111)를 따라 하우징(110)의 상부 영역에서 이동하게 되고, 제 1 자성부(120a)와, 제 2 자성부(120b)와, 비자성부(120c)와, 상기 제 1 및 제 2 자성부(120a, 120b)의 전측 및 후측에 형성한 체결홈(121)을 포함하여 구성되고, 상기 체결홈(121)은 볼트(144)를 통해 제 2 가동자(140)와 체결된다.

상기 제 1 자성부(120a)와 제 2 자성부(120b)는 자성체로서 상부 자석(150)과 자기장(M1, M1')을 형성하여 제 1 가동자(120)가 상사점 또는 하사점을 유지하도록 한다.

상기 비자성부(120c)는 제 1 및 제 2 자성부(120a, 120b) 사이를 구획하는 비자성체로서, 상기 제 1 및 제 2 자성부(120a, 120b) 사이에 자기 경로가 형성되는 것을 방지하고, 상기 제 1 및 제 2 자성부(120a, 120b)가 상사점 또는 하사점으로 이동하며 상부 하우징(110a) 또는 중간 하우징(110b')과 접촉하는 경우 발생되는 충격을 흡수하여 제 1 가동자(120)의 내구성이 향상될 수 있게 하고, 상기 비자성부(120c)는 일정 수치의 탄성계수를 갖는 재료로 형성된다.

상기 코일부(130)는 중간 하우징(110b')과 하부 측벽(110b")과 하부 하우징(110c)으로 구성된 하우징(110)의 하부 영역에 설치되고, 하부 자석(160)에 의한 자속 밀도와 상기 코일부(130)로 공급되는 전류의 밀도, 정방향 또는 역방향에 따른 전류의 반발력에 의해 상기 하부 자석(160)의 자기장에 직교하는 방향(도면상 상방향 또는 하방향 중 어느 하나의 방향)으로 이동되도록 구동력을 제공하는 구성으로서, 도선이 대략 타원 형상으로 권선(감겨짐)되어 상부와 하부의 전류가 서로 반대방향으로 흘러갈 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 코일부(130)는 하우징(110)의 하부 영역에 횡방향으로 관통하여 설치되고, 상기 코일부(130)의 동작이 제 2 가동자(140)와 함께 이루어질 수 있도록 상기 코일부(130)의 양측에는 제 2 가동자 링크(145)가 삽입되는 링크 결합공(131)이 형성된다.

상기 제 2 가동자(140)는 하우징(110)의 일측에 적어도 하나 설치되거나 또는 하우징(110)의 양측에 각각 설치되고, 상기 제 2 가동자(140)의 일측은 제 2 가동자 링크(145)를 통해 코일부(130)와 결합되며, 타측은 제 1 가동자(120)와 연결되어 상기 코일부(130)의 상/하방향 이동에 따라 상기 제 1 가동자(120)를 상방향으로 이동시켜 상사점에 위치되도록 하거나 또는 상기 제 1 가동자(120)를 하방향으로 이동시켜 하사점에 위치되도록 하고, 코일 설치공(141)과, 링크 관통공(142)과, 볼트 관통공(143)을 포함하여 구성된다.

상기 코일 설치공(141)은 제 2 가동자(140)의 길이방향을 따라 형성된 장방형상의 구멍으로 코일부(130)의 일부가 삽입된다.

상기 링크 관통공(142)은 코일 설치공(141)을 포함한 제 2 가동자(140)의 일측면으로부터 타측면을 관통하여 형성되고, 바람직하게는 코일부(130)의 링크 결합공(131)과 동심축 상에 천공됨으로써, 제 2 가동자 링크(145)가 상기 링크 결합공(131)과 링크 관통공(142)을 통과하여 코일부(130)가 제 2 가동자(140)에 고정될 수 있도록 한다.

상기 제 2 가동자 링크(145)는 하우징(110)의 일측 또는 양측에 설치된 제 2 가동자(140)와 각각 체결된다.

상기 볼트 관통공(143)은 제 2 가동자(140)의 상부에 천공되어 볼트(144)가 관통하여 제 1 가동자(120)의 체결홈(121)과 결합될 수 있도록 한다.

상기 상부 자석(150)은 영구자석으로서, 하우징(110)의 상부 영역에 제 1 가동자(120)를 중심으로 양측에 제 1 상부 자석(150a)과 제 2 상부 자석(150b)이 설치되어 제 1 가동자(120)의 제 1 자성부(120a) 또는 제 2 자성부(120b)와 자기 경로를 형성한다.

또한, 상기 상부 자석(150)은 제 1 가동자(120)가 상사점 또는 하사점을 유지하도록 자기력을 제공하고, 상기 상부 자석(150)의 자기장이 상부 하우징(110a) 또는 중간 하우징(110b')에 직접 형성되는 것을 방지하며, 상기 상부 자석(150)이 상부 하우징(110a) 및 중간 하우징(110b')의 사이에 고정될 수 있도록 제 1 비자성체(151)와, 제 2 비자성체(152)를 포함하여 구성된다.

상기 제 1 비자성체(151)는 상부 자석(150)의 몸체 상부에 제 1 가동자(120)를 중심으로 양측에 제 1 비자성체 1(151a)과 제 1 비자성체 2(151b)가 설치되어 상사점에 위치한 제 1 가동자의 제 1 자성부(120a)에 상부 자석(150)의 자기장이 하우징(110)을 통해 형성되도록 한다.

상기 제 2 비자성체(152)는 상부 자석(150)의 몸체 하부에 제 1 가동자(120)를 중심으로 양측에 제 2 비자성체 1(152a)과 제 2 비자성체 2(152b)가 설치되어 하사점에 위치한 제 1 가동자의 제 1 자성부(120b)에 상부 자석(150)의 자기장이 하우징(110)을 통해 형성되도록 한다.

상기 하부 자석(160)은 영구자석으로서, 하우징(110)의 하부 영역에 설치되어 코일부(130)로 자기장을 형성하며, 제 1 하부 자석(160a), 제 2 하부 자석(160b), 제 3 하부 자석(160c), 제 4 하부 자석(160d)을 포함하여 구성되고, 코일부(130)의 주변에 설치되어 상기 코일부(130)에 공급되는 전류의 방향에 따라 상기 코일부(130)가 상방향 또는 하방향으로 이동하는 반발력이 형성되도록 자기장을 형성한다.

또한, 상기 제 1 내지 제 4 하부 자석(160a, 160b, 160c, 160d)의 상부와 하부에는 중간 하우징(110b')과 하부 하우징(110c) 사이에 일정 거리 이격된 상태를 유지하고, 상기 제 1 내지 제 4 하부 자석(160a, 160b, 160c, 160d)이 하우징(110)의 하부에 고정될 수 있도록 제 3 비자성체(170)와, 제 4 비자성체(171)가 설치되며, 상기 제 1 내지 제 4 하부 자석(160a, 160b, 160c, 160d)은 일정한 방향으로 자기장이 형성되도록 코일부(130)를 중심으로 하우징(110)의 하부 영역 내측면에 N극과 S극의 반대 극성을 갖도록 배치된다.

이러한 제 1 내지 제 4 하부 자석(160a, 160b, 160c, 160d)의 배치는 코일부(130)에 각각 정방향 또는 역방향의 전류를 흘려주면, 플레밍의 왼손법칙에 의해 상기 제 1 내지 제 4 하부 자석(160a, 160b, 160c, 160d)에 의한 자속 밀도와 코일부(130)의 전류 밀도와 전류의 방향에 따른 반발력에 의해 상기 코일부(130)를 자기장에 직교하는 방향, 예를 들면 도 4(a)와 같이 상부에 형성된 자기장(M2)에 반발하여 하방향으로 이동하는 힘이 발생하거나 또는 도 4(b)와 같이 하부에 형성된 자기장(M2')에 반발하여 상방향으로 이동하는 힘이 발생하여, 상기 코일부(130)가 하우징(110)의 종방향(상/하방향)으로 직선 운동할 수 있도록 한다.

상기 제 3 비자성체(170)는 중간 하우징(110b')과 하부 자석(160) 사이에 설치되고, 제 4 비자성체(171)는 상기 하부 자석(160)과 하부 하우징(110c) 사이에 설치되어 자기 경로가 코일부(130)의 주변과 중간 하우징(110b'), 하부 측벽(110b") 및 하부 하우징(110c)에 형성될 수 있도록 한다.

다음은 본 발명의 제 1 실시예에 다른 전자기력 디바이스(100)의 동작 과정을 설명한다.

(정방향 전류 공급)

제 1 가동자(120)가 상부 하우징(110a)의 상사점에 위치한 경우 도 4(a)와 같이 상부 하우징(110a)과 제 1 가동자(120)의 제 1 자성부(120a), 상부 자석(150)과 제 1 가동자(120)의 제 2 자성부(120b) 사이에는 상부 자석(150)의 자기장(M1)에 의한 자기 경로가 형성되어 상기 제 1 가동자(120)가 상사점에 위치된 상태를 유지하게 된다.

이후 코일부(130)에 정방향 전류가 공급되면, 상기 코일부(130)에 발생한 전기장과 하부 자석(160)에서 발생하는 자기장(M2)에 의한 전자기력으로 인해 상기 코일부(130)는 하방향으로 이동하게 되며, 상기 코일부(130)와 결합된 제 2 가동자(140)에 의해 제 1 가동자(120)도 하방향으로 이동하게 된다.

상기 코일부(130)로 공급되던 정방향 전류가 차단되면, 제 1 가동자(120)의 제 1 자성부(120a)와 상부 자석(150) 사이에는 도 4(b)와 같은 자기장(M1')에 의한 자기 경로가 형성되어 상기 제 1 가동자(120)는 중간 하우징(110b')의 상면과 밀착된 하사점에서 자기장(M1')에 의한 자기력을 통해 홀딩된다.

(역방향 전류 공급)

제 1 가동자(120)가 중간 하우징(110b')과 밀착된 하사점에 위치한 경우 제 1 가동자(120)의 제 1 자성부(120a)와 상부 자석(150) 사이에는 도 4(b)와 같은 자기장(M1')에 의한 자기 경로가 형성되어 상기 자기장(M1')에 의한 홀딩력을 통해 상기 제 1 가동자(120)는 하사점을 유지하게 된다.

이후 코일부(130)에 역방향 전류가 공급되면, 상기 코일부(130)에 발생한 전기장과 하부 자석(160)에서 발생하는 자기장(M2')에 의한 전자기력으로 인해 상기 코일부(130)는 상방향으로 이동하게 되며, 상기 코일부(130)와 결합된 제 2 가동자(140)에 의해 제 1 가동자(120)도 상방향으로 이동하게 된다.

상기 코일부(130)로 공급되던 역방향 전류가 차단되면, 제 1 가동자(120)의 제 2 자성부(120b)와 상부 자석(150) 사이에는 도 4(a)의 자기장(M1)이 발생하여 상기 제 1 가동자(120)는 상부 하우징(110a)의 상면과 밀착된 상사점에서 자기장(M1)에 의한 자기력을 통해 홀딩된다.

(제 2 실시예)

도 5는 본 발명에 따른 전자기력 디바이스의 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 전자기력 디바이스의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 7은 도 5에 따른 전자기력 디바이스의 동작에 따른 자기력의 흐름을 나타낸 예시도이다.

제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대한 반복적인 설명은 생략하고, 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면 부호를 사용하며, 제 2 실시예의 특징적인 구성요소에 대한 설명을 한다.

도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자기력 디바이스(200)는 복수의 전자기력 디바이스(100, 100')가 병렬로 설치된 구성으로서, 복수의 코일부 즉 제 1 코일(130a)과 제 2 코일(130b)이 병렬로 배치되어 자기력이 증가될 수 있도록 한다.

또한, 상기 전자기력 디바이스(200)는 제 2 가동자(140')가 제 2 가동자 링크(145)를 통해 제 1 코일(130a)과 제 2 코일(130b)이 결합되도록 하고, 볼트(144)를 통해 제 1 가동자와 결합되어 상기 제 1 및 제 2 코일(130a, 130b)의 상/하방향 이동에 따라 상기 제 1 가동자가 상사점 또는 하사점으로 이동하도록 구성된다.

따라서 제 1 및 제 2 코일(130a, 130b)에 정방향 전류가 공급되면, 상기 제 1 및 제 2 코일(130a, 130b)에 발생한 전기장과 하부 자석에서 발생하는 자기장에 의한 전자기력으로 인해 상기 제 1 및 제 2 코일(130a, 130b)은 하방향으로 이동하게 되며, 상기 제 1 및 제 2 코일(130a, 130b)와 결합된 제 2 가동자(140')에 의해 제 1 가동자도 하방향으로 이동하게 되며, 상부 자석에 의한 자기력을 통해 하사점에 홀딩된다.

또한, 제 1 및 제 2 코일(130a, 130b)에 역방향 전류가 공급되면, 상기 제 1 및 제 2 코일(130a, 130b)에 발생한 전기장과 하부 자석에서 발생하는 자기장에 의한 전자기력으로 인해 상기 제 1 및 제 2 코일(130a, 130b)가 상방향으로 이동하게 되며, 상기 제 1 및 제 2 코일(130a, 130b)과 결합된 제 2 가동자(140')에 의해 제 1 가동자도 상방향으로 이동하게 되며, 상부 자석에 의한 자기력을 통해 상사점에홀딩된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

100, 100', 200 : 전자기력 디바이스 110 : 하우징
110a : 상부 하우징 110b : 상부 측벽
110b' : 중간 하우징 110b" : 하부 측벽
110c : 하부 하우징 111 : 제 1 운동로
112 : 제 2 운동로 120 : 제 1 가동자
120a : 제 1 자성부 120b : 제 2 자성부
120c : 비자성부 121 : 체결홈
130 : 코일부 130a : 제 1 코일
130b : 제 2 코일 131 : 링크 결합공
140, 140' : 제 2 가동자 141 : 코일 설치공
142 : 링크 관통공 143 : 볼트 관통공
144 : 볼트 145 : 제 2 가동자 링크
150 : 상부 자석 150a : 제 1 상부 자석
150b : 제 2 상부 자석 151 : 제 1 비자성체
151a : 제 1 비자성체 1 151b : 제 1 비자성체 2
152 : 제 2 비자성체 152a : 제 2 비자성체 1
152b : 제 2 비자성체 2 160 : 하부 자석
160a : 제 1 하부 자석 160b : 제 2 하부 자석
160c : 제 3 하부 자석 160d : 제 4 하부 자석
170 : 제 3 비자성체 171 : 제 4 비자성체

Claims (3)

1. 내부 공간을 상부 영역과 하부 영역으로 구획한 하우징(110);
   상기 하우징(110)의 상부 영역에 상하방향으로 이동 가능하게 설치되고, 하사점을 유지하도록 상부 자석(150)과 자기장을 형성하는 제 1 자성부(120a)와, 상사점을 유지하도록 상부 자석(150)과 자기장을 형성하는 제 2 자성부(120b)와, 상기 제 1 및 제 2 자성부(120a, 120b) 사이를 구획하여 자기 경로의 형성을 차단하는 비자성부(120c)를 형성한 제 1 가동자(120);
   상기 하우징(110)의 하부 영역에 설치되어 정방향 또는 역방향으로 공급되는 전류의 방향에 따른 반발력으로 상/하방향 중 어느 하나로 이동하는 코일부(130);
   일측이 상기 제 1 가동자(120)와 연결되고, 타측이 상기 코일부(130)와 연결되어 상기 코일부(130)의 이동에 따라 상기 제 1 가동자(120)를 이동시키는 제 2 가동자(140);
   상기 하우징(110)의 상부 영역에 설치되어 상기 제 1 가동자(120)가 상사점 또는 하사점을 유지하도록 자기력을 제공하는 상부 자석(150); 및
   상기 하우징(110)의 하부 영역에 설치되어 상기 코일부(130)로 자기장을 형성하는 하부 자석(160)을 포함하는 전자기력 디바이스.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 자석(150)은 상부 자석(150)의 몸체 상부에 설치되어 상사점에 위치한 제 1 가동자의 제 1 자성부(120a)에 상부 자석(150)의 자기장이 하우징(110)을 통해 형성되도록 하는 제 1 비자성체(151); 및
   상기 상부 자석(150)의 몸체 하부에 설치되어 하사점에 위치한 제 1 가동자의 제 1 자성부(120b)에 상부 자석(150)의 자기장이 하우징(110)을 통해 형성되도록 하는 제 2 비자성체(152)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기력 디바이스.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 비자성부(120c)는 상사점 또는 하사점 접촉시 발생하는 충격을 흡수하도록 일정 수치의 탄성계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전자기력 디바이스.

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