KR101919513B1 - 개선된 자력 밀도를 가지는 전자기 액츄에이터 및 이를 이용한 전기 면도기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LP의 폭을 가지는 N개의 폴(7)을 구비하는 고정부(2)와, 상기 폴 중 어느 하나(7b)를 감싸는 하나 이상의 코일(3)을 가지는 전자기 액츄에이터로서, N≤3이고, 자성부(8)는 상기 고정부(2)에 대하여 상대적인 이동 방향으로 이동 경로(C)를 통해 움직이고, 상기 상대적인 이동 방향에 대해 수직으로 교번하는 방향에 자화를 나타내는 N+1개의 자화 영역(4a, 4b, 5a, 5b)을 포함하는 전자기 액츄에이터에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 자성부(8)는, 상기 자화 영역에 인접하고 상기 자화 영역(4, 5)을 통과하는 자속을 차단시키는 요크(6)를 포함하며, 상기 자성부(8)의 이동 경로(C)는 상기 고정부(2)의 각각의 폴(7)의 폭(LP)과 동일하거나 작게 형성되고, 상기 이동 방향에 수직한 상기 자화 영역의 두께는 상기 자성부(8)의 이동 경로(C) 보다 작게 형성된다.

Description

개선된 자력 밀도를 가지는 전자기 액츄에이터 및 이를 이용한 전기 면도기 {ELECTROMAGNETIC ACTUATOR HAVING IMPROVED FORCE DENSITY AND USE THEREOF FOR AN ELECTRIC RAZOR}

일반적으로, 본 발명은 제한된 이동 경로를 가지는 전자기 액츄에이터로서 영구 자석을 포함한다.

상술하면, 본 발명은 LP의 폭을 가지는 N개의 폴(pole)(7)을 구비하는 하나 이상의 고정부(2)와, 자성부(8)와, 상기 폴(pole) 중 어느 하나(7b)를 감싸는 하나 이상의 코일(3)을 포함하는 전자기 액츄에이터로서, N≥3이고, 상기 자성부(8)는 상기 고정부(2)에 대하여 상대적인 이동 방향으로 이동 경로(C)를 통해 움직이고, 상기 상대적인 이동 방향에 대해 수직으로 교번하는 방향에 자화를 나타내는 N+1개의 자화 영역을 포함하고, 상기 이동 방향은 상기 고정부의 폴(pole)과 상기 자성부의 자화 영역이 정렬되는 방향과 대응된다.

이러한 타입의 액츄에이터는, 일 예로, 국제 특허 출원 WO2009/119450호에 개시된다.

상기 액츄에이터는 스프링에 인접하게 배치될 때 또는 진동 기계 장치에서 왕복 운동 움직임이 수행될 때 사용될 수 있는 전자기 장치에 제공될 수 있다.

다수의 장치는, 전원에서 공급하는 전류에 따라 상기 다수의 장치에 가하는 자력 선형성의 일반적인 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 기술 분야에 알려져 있다.

본 출원인이 출원한 유럽 특허 EP0592647호 및 EP1005714호는, 수납되어 있는 영구 자석에 의해 형성된 자속과 전류가 흐르는 전기 코일 사이의 상호 작용을 통해 전류에 비례하도록 자력을 발생시키는 전자기 액츄에이터를 제시한다.

상기 전자기 장치는 특히 탄성 회복 부재와 결합되는 진동 시스템에 사용될 때 유리하고, 그 비례 특성과 높은 자력 밀도는 건조성이든 점성이든 간에 과부하를 극복하도록 할 수 있다. 상기 장치는 총 운동량을 상쇄하고, 상기 액츄에이터의 최적인 균형 상태를 보증하도록 반대의 위상으로 이동하는 두 개의 동일한 이동 가능한 부분을 포함한다. 상기 장치는 특히 예를 들면, 전기 면도기의 블레이드와 같이 이중으로 회전하는 기계식 부재를 진동시키기 위해 사용된다.

이러한 해결책은 충분한 작동을 가능하게 하도록 자력 밀도가 넓은 면적을 가지는 구조물을 요한다는 문제가 있다. 상기 기하학적 면적이 소형의 치수로 줄여질 때, 특히 구조물의 두께를 줄이는 경우, 자력 밀도가 불충분한 상황의 결과를 초래한다.

본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 문제점은 장치의 성능에 영향을 미치지 않고 초소형 액츄에이터의 생성이 가능하도록 외형 면적을 감소시키는 것이다.

종래 기술에 따른 장치는 상기 액츄에이터의 대폭적인 소형화에 대한 수요가 존재할 때 그 성능을 발휘하지 못할 수 있다는 것이다. 유럽 특허 EP0592647호 및 EP1005714 호의 공보에 개시된 장치는 과도하게 낮은 자력 계수(암페어 턴수에 대한 자력)를 개시하고, 상기 장치는 발열이 매우 중요하기 때문에, 작은 치수에서 이용하는 것이 실현 불가능하다. 사살상, 외형 면적에 대한 축소는 전기 코일이 보관된 용기의 용적을 감소시킨다. 이에 따라 더욱 많은 전기 출력이 동일한 자력을 생산하기 위해 소모될 수 있다. 상기 더욱 많은 전기 출력은 더 높은 전류 소비의 결과를 초래할 것이고, 이에 따라 상기 시스템이 탑재시, 더 높은 줄(Joule) 에너지 낭비의 결과를 초래하고, 등가의 배터리에 대한 사용 기간이 제한된다. 이는 전기 면도기와 같은 휴대용 제품의 경우에 사용자에게 상기 장치의 과대한 발열 또는 상기 액츄에이터의 손상을 야기하는 몇 가지 문제가 초래될 수도 있다.

국제 특허 출원 WO2009/119450호는 제조 단순화를 성취하기 위한 목적으로, 강자성의 요크의 제거를 활용하는 상기 전자기 구조의 이용에 대해 기재하고 있다.

상기 특허 문헌 WO2009/119450호에 개시된 구조에 있어서, 이동 가능한 강자성부의 축소는 확실히 몇 가지 부분에서 제조의 단순화가 가능하지만, 그것은 또한 더 큰 자석의 체적을 요구하고, 결국 더 높은 비용, 더 큰 가동 질량 및 더 넓은 외형 면적을 요구하는 결과를 초래한다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 기술적인 이슈는 필요한 자석의 체적을 줄이고, 위에서 언급된 종래 기술의 교시 내용과 반대되는 해결책을 시행할 때만 가능할 수 있다.

본 발명은 종래 기술의 장치 보다 높은 자력 밀도를 가지는 전자기 액츄에이터 장치를 제공하는 것에 의해 상기 종래 기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 더욱 특별히 종래 기술의 장치에 비해 감소된 체적에서 고성능의 액츄에이터의 이용을 가능하게 한다.

또한 이러한 목적을 달성하기 위해, 위에서 설시한 포괄적인 정의에 부합하는 본 발명은, 상기 자성부가 상기 자화 영역에 인접하고 상기 자화 영역을 통과하는 자속을 차단시키는 요크를 포함하며, 상기 자성부의 이동 경로(C)는 상기 고정부의 각각의 폴(pole)의 폭과 동일하거나 더 작게 형성되고, 상기 이동 방향에 수직한 상기 자화 영역의 두께는 상기 자성부의 이동 경로(C) 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 명세서 상에 사용되는 용어인 "경로(course)"는 상기 고정부에 대해 상기 자성부가 차지하는 두 개의 최대 이격 위치 사이의 최대 거리를 의미한다.

본 기술 분야에 따르면, 미국 특허 US2002/0055695호는 하나의 중앙 구성요소 주위에 배치된 전기 코일의 양단에 분배되는 제 1 폴(pole) 세트와 제 2 폴(pole) 세트를 포함하는 고정자를 가지는 액츄에이터를 개시한다. 상기 코일의 양단에 배치되는 고정자의 폴(pole) 개수는 동일하다. 상기 코일에 동력이 제공될 때, 상기 고정자에는 많은 양극과 음극이 배치된다.

종래 기술의 이러한 해결책에 따르면, 상기 전기 코일은 하나의 폴(pole)을 둘러싸고 있는 것이 아니라 양극과 음극을 분리하는 중앙 부분을 둘러싼다.

도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 개시된 고정자는 기본 패턴을 구성하는 이격된 강판 세트가 서로 교번하여 배치되는 특별한 디자인을 요구한다. 이는 상기 고정자의 높은 생산 비용의 결과를 가져온다.

자석으로 구성되는 가동 요소는, 상기 고정자의 두 개의 반대 방향에 배치되는 폴(pole) 사이에 형성되는 간극으로 이동하고, 자속을 폐쇄하는 요크를 가지지 않는다.

종래 기술과 관련된 상기 명세서의 도 9 및 10에는 고정자에 이중의 자화된 폴(pole)이 존재하는 것을 확인할 수 있다(상기 고정자의 각각의 톱니부는 하나의 폴(pole)을 나타내고 있다).

독일 특허 DE102005044176호는 종래 기술로 양극식 고정자를 가지는 액츄에이터를 개시한다.

이에 대한 해결책으로, 코어의 두 개의 폴(pole)의 각각 양 끝단은 자석 천이 영역, 즉 양극과 음극을 분리하는 영역에 접촉한다. 상기 고정자가 코일로 감싼 상기 코어에 대해 움직일 때, 각각의 폴(pole) 끝단은 양극(만약 상기 고정자가 우측으로 움직이는 경우) 또는 음극(만약 상기 고정자가 우측으로 움직이는 경우)에 접촉한다.

따라서, 이론상으로는, 자석에 의해 생성되어 코일을 통과하는 자속은 위치의 여하에 관계없이 제로이다. 이는 전류에 의해 자력을 생성할 수 없는 액츄에이터가 되는 결과를 초래한다.

전류에 의해 자력을 생성하기 위해, 고정자가 자성부에 대해 이동할 때, 각 폴(pole)은 코일에 자속 변동을 제공하기 위해 서로 다른 자석 극성에 대면하고, 이러한 자속 변동은 전자기 자력을 생산할 것이다.

유럽 특허 EP1005714호는 기본 패턴이 동일하고 양극 고정자와 3개의 교번하는 자석을 가지는 1개 또는 2개의 이동부로 구성되는 마그네틱 액츄에이터를 개시하는 종래 기술로 알려져 있다.

본 발명은 유럽 특허 EP1005714호에 개시된 액츄에이터의 자기 구조물을 코일의 체적과 자기 퍼미언스(permeance)라는 고유의 특징을 수정하지 않고, 동일한 체적에 자력 계수를 증가시키는 것에 의해 수정하는 것을 제안한다.

본 발명에 따르면, 유럽 특허 EP1005714호의 교시에 따라 동일한 강도를 가지는 자력을 발생하도록 제조되는 액츄에이터에 의해 제공된 체적 보다 실질적으로 더 작은 체적을 가지는 액츄에이터를 제조할 수 있다.

종래 기술인 WO2009/119450호의 교시와 달리, 연성의 강자성의 요크를 추가하는 것은 실질적으로 자속을 효율적으로 차단하고 자력 에너지의 손실을 제한하는 것에 의해 상기 액츄에이터의 동작 효율을 증가시킬 수 있다.

상기 고정부에 속하는 폴(pole)의 폭을 더 작거나 동일한 값으로 이동 경로(C)를 제한하는 것은 자성 질량에 대한 자력의 최적 비율을 유지하는 것이 가능하게 하고, 상기 이동 경로(C)를 따라 준선형의 자력 특성을 유지하는 것이 가능하게 한다.

상기 자성부의 이동 경로(C) 보다 작은 값으로 자화 영역의 두께를 제한하는 것, 예를 들어 NdFeB 또는 SmCo 타입의 고에너지 자석을 사용하는 것이 가능해지도록 하는 것은 종래 기술의 구조물과 비교할 때 액츄에이터 체적 및 자석 질량 마다 더 높은 자력 밀도를 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 액츄에이터에 따르면, N은 예를 들어 3이고, 상기 액츄에이터는 바람직하게 상기 고정부의 중앙 폴(pole)을 감싸는 단일의 코일을 포함한다.

상기 자화 영역은 바람직하게 상기 이동 방향을 따라 두 개의 연속적인 고정자 폴(pole) 각각의 중앙면 사이의 거리와 동일한 길이(LA2)를 가지는 두 개의 내부 자화 영역을 가지고, 상기 중앙면은 상기 이동 방향과 수직하게 연장된다.

게다가, 상기 자화 영역은 상기 이동 방향을 따라 LP 내지 1.2×LP 사이의 길이(LA1)를 가지는 두 개 이상의 측부 자화 영역을 포함한다.

첫번째 가능한 실시 예에 따르면, 상기 자화 영역은 상기 요크에 의해 고정된, 독립적이고 인접한 자석에 의해 형성된다.

또 다른 가능한 실시 예에 따르면, 상기 자화 영역은 반대 방향으로 교번하여 자화된 영역과 0.2×LP 보다 작은 길이를 가지는 천이 영역을 가지는, 단일의 자석에 의해 형성된다. 사실상, 두 개의 자화된 영역 사이에 상기 자기 천이 영역이 동일한 자석 질량에 대한 중요한 자력 손실의 요소이다.

다른 변형 해결책에 따르면, 상기 액츄에이터는 반대 방향으로 이동하는 두 개의 이동 가능한 자성부를 포함하고, 상기 두 부분의 운동량을 보상하는 것이 가능하게 된다.

또 다른 변형 해결책에 따르면, 상기 액츄에이터는 교번하는 방향으로 이동하는 세 개의 이동 가능한 자성부를 포함하고, 상기 세 부분의 운동량 및 운동 모멘트를 보상하는 것이 가능하게 된다.

상기 고정부는 바람직하게 서스펜션 블레이드(suspension blade)에 의해 각각의 자성부에 연결된다.

특정의 변형 해결책에 따르면, 상기 고정부는 상기 이동 경로의 중앙으로 상기 자성부가 되돌아 오도록 형성된 탄성 회복 부재에 의해 각각의 자성부에 연결된다.

상기 코일은 바람직하게 교류에 의해 동력을 전달 받고, 상기 고정부(2)에 대하여 상기 자성부(8)의 진동 운동이 수행되도록 형성된다.

가능한 일 실시 예에 따르면, 상기 고정자 폴(pole)의 표면은 예를 들어 원통형 용기의 내부에 내접되고, 상기 자성부는 상기 원통형 용기와 대응되는 반관 형상을 가진다.

게다가, 상기 요크는 상기 이동 방향을 따라 양단에 경사부를 가진다.

또한 바람직하게, 상기 고정부의 각각의 폴(pole)은 LP의 폭을 가지는 헤드 및 상기 LP 보다 작은 폭을 가지는 바디를 가진다.

몇몇의 이용 분야에는, 본 발명에 따른 액츄에이터는 마그네틱 센서 및 전기 제어 회로를 더 포함하고, 상기 마그네틱 센서는 상기 자성부의 반대편에 배치되고 상기 자성부의 절대 위치에 해당하는 출력 신호를 제공하도록 형성되고, 상기 전기 제어 회로는 상기 마그네틱 센서로부터 출력 신호를 받고 상기 전기 제어 회로에서 제공된 설정값에 의해 결정된 위치로 상기 자성부의 위치를 제어하도록 형성된다.

게다가 본 발명은 위에서 설시한 바에 따른 액츄에이터의 이용과 관련되고 진동 면도날이 제공되는 헤드를 포함하는 전기 면도기로서, 상기 면도날 각각은 상기 액츄에이터의 상기 자성부와 동적으로 결합되는 것을 특징으로 한다.

유럽 특허 EP1005714호에 개시된 자기 장치의 자석에 두 개의 단부 자석을 부가하는 것은 동일한 전류, 동일한 코일, 동일한 전기 동력 및 동일한 액츄에이터의 체적에 대해 4/3배 더 높은 자력 계수, 즉 33%의 자력 증가를 가능하게 한다.

사실상, N=3이고, 단일의 코일이 상기 고정부의 중앙 폴(pole)에 배치될 때, 코일의 암페어 턴수에 의해 제공되는 자력 계수, 예를 들면 동일한 전기적 구성을 사용하여 구현된 값과 동일한 값을 가지는 액츄에이터에 의해 제공된 이론상의 계수(F)의 값은 다음의 관계식으로 구할 수 있다.

Br은 잔류 자기이고, L은 자화 방향에 있어서의 자석의 두께이고, Z는 심도이고, E는 자석을 포함한 간극이고, ni는 코일의 암페어 턴(ampere-turn)수이다.

유럽 특허 EP1005714호 및 EP0592647호에 개시된 내용과 위에서 설시한 요크와 단일의 코일을 가지는 본 기술 분야의 액츄에이터에 따르면,

식에 적용되는 계수는 8/3이 아닌 2이다.

본 발명의 다른 특징과 효과는 후술하는 다양한 세부 실시 예를 참조할 때 더욱 명확하게 이해될 것이다. 다만, 첨부된 도면에 언급된 실시 예들이 본 발명의 특징을 제한하는 것은 아님을 밝혀둔다.
- 도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 액츄에이터의 정면도이다.
- 도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 액츄에이터의 삼면을 보여주는 도면이다.
- 도 3은 본 발명의 제 1 실시 예의 다른 해결책에 따른 액츄에이터의 표면도이다.
- 도 4는 센서가 장착된 제어 루프를 포함하는 실시 예에 따라 액츄에이터의 동작을 보여주는 개념도이다.
- 도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 액츄에이터의 정면도이다.
- 도 6은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 액츄에이터의 삼면을 보여주는 도면이다.
- 도 7은 액츄에이터의 주요 운전 파라미터의 증가를 보여주는 다이어그램으로, 매개변수 L_P와 La1은 상세한 설명의 LP와 LA1과 동일하다.
- 도 8은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 액츄에이터의 정면도이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 액츄에이터(1)의 정면도를 보여준다. 상기 액츄에이터는 한편으로는, 축 방향, 즉 도면상의 평면을 포함하는 도 1을 기준으로 수직 방향을 따라 각각 연장되는 세 개의 폴(pole)(7a, 7b, 7c)을 가지고 연성의 강자성 물질로 구성되는 고정자(7)에 의해 실질적으로 형성되는 고정부(2)와, 다른 한편으로는, 중앙 폴(pole)(7b)을 감싸는 전기 코일(3)로 구성된다. 상기 폴(pole)(7a, 7b, 7c)은 모두 동일한 폭(LP)을 가지고, 상기 폭은 길이 방향인 도면상의 평면을 포함하는 도 1을 기준으로 수평 방향, 즉 상기 폴(pole)의 정렬 방향인 축 방향의 수직 방향을 따라 측정된다.

상기 액츄에이터는 상기 고정부(2)와 평행하게 배치되고, 상기 폴(pole)(7a, 7b, 7c)과 일정 간격(J)을 두고 이격되게 배치되는 자성부(8)를 포함한다. 상기 자성부(8)는 상기 고정부에 대하여 길이 방향을 향하는 방향, 즉 도 1의 평면을 기준으로 수평 방향인 상대적인 이동 경로를 따라 선택적으로 움직일 수 있다. 상기 고정자는 동일한 공간의 적재가 가능하도록 단일의 형상을 가질 수 있다.

상기 자성부(8)는 네 개의 자석, 즉 두 개의 동일한 측부 자석(4a, 4b) 및 두 개의 동일한 내부 자석(5a, 5b)이 배치되는 공간 위에 연성의 강자성을 띠는 재료로 제조되는 요크(6)를 포함한다. 상기 측부 자석(4a, 4b)은 동일한 길이(LA1)를 가지고, 상기 길이는 길이 방향, 즉 도 1의 평면 상에 수평 방향을 따라 측정된다. 유사하게, 상기 내부 자석(5a, 5b)은 동일한 길이(LA2)를 가지고, 상기 길이 또한 상기 길이 방향을 따라 측정된다.

상기 고정자는 N개의 폴(pole)과 상기 폴(pole) 중 어느 하나를 감싸는 하나 이상의 코일을 가진다. N=3이고, 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 상기 코일에 전원이 인가될 때, 상기 폴(pole)의 극성은 하나의 양극(또는 음극)과 두 개의 음극(또는 각각 양극)일 수 있다.

상기 네 개의 자석(4a, 4b, 5a, 5b)은 동일한 두께(L)를 가지고, 상기 두께는 축 방향, 즉 도 1의 평면 상에 수직 방향으로 측정될 수 있다. 상기 폴(pole)의 두께(L)는 자성부(8)의 이동 경로(C)와 상기 폴(pole)의 폭(LP) 보다 작다. 추가적으로, 상기 자석은 모두 축 방향으로 자화된다. 도 1에 도시된 각각의 자석(4a, 4b, 5a, 5b)이 가리키는 화살표는 축 방향과 상기 자석의 자성 방향 또는 상기 자석의 편극의 방향을 보여준다. 상기 자석(4a, 4b, 5a, 5b)은 서로 인접한 두 개의 자석이 반대의 극성을 가지도록 자화된다. 따라서, 도 1에서, 상기 자석(4a, 5b)은 상기 고정부(2)를 향하는 극성을 가지고, 반면에 상기 자석(4b, 5a)은 상기 고정부(2)와 반대 방향을 향하는 극성을 가진다.

상기 자석은 자속이 두 개의 공기 두께(자극 간극구)를 통과하기 위해 요크와 일체로 성형되므로 자력 에너지의 손실을 줄이고 종래 기술의 해결 방안과 관련된 액츄에이터의 동작 저하를 회피하는 것이 가능할 수 있다.

상기 고정부(2)가 상기 자성부(8)에 대하여 움직일 때, 상기 고정부에 연속되는 각각의 폴(pole)은 서로 다른 극성을 가진다. 이는 상기 자석의 의해 제공되고 코일을 통과하는 자속은 위치에 따라 서로 다르도록 형성될 수 있고, 따라서 전류에 대한 무가치한 자력 낭비를 방지할 수 있다.

이동 경로(C), 즉 길이 방향을 따라 움직이는 상기 자성부(8)의 총 동작 공간은 상기 고정자(7)의 폴(pole)(7a, 7b, 7c)의 폭(P)의 최대값으로 제한된다. 상기 자성부(8)의 이동 경로의 중앙 위치인 상기 자석의 천이 영역, 즉 상기 자석(4a, 5a) 사이와 상기 자석(5b, 4b) 사이의 경계선은, 상기 폴(pole)(7a, 7b, 7c)의 축 방향, 즉 수직 방향과 평행하게 연장되고, 상기 폴(pole)의 중앙, 즉 폴(pole)의 폭(LP)의 중앙에 위치된다. 도 1에서, 상기 자성부(8)는 정확하게 상기 이동 경로의 중앙이고, 상기 이동 경로는 최대 LP와 동일하다.

상기 측부 자석(4a, 4b)은 상기 폴(pole)(7a, 7b, 7c)의 폭(LP)과 적어도 동일한 길이(LA1)를 가진다.

그 결과로, 상기 자성부(8)의 총 길이(LM)는 적어도 상기 고정부(2)의 총 길이(LT)와 하나의 폴(pole)의 폭(LP)의 합과 동일하고, 수식으로 표현하면 LM≥LT+LP일 수 있다.

바람직하게 총 가동 질량을 제한하기 위해, 상기 자석(4a, 4b, 5a, 5b)을 지지하는 상기 요크(6)의 길이는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자석의 길의 합과 동일하다. 그러나 외부의 기계적 작동의 이유 때문에 이동 가능한 서스펜션(suspension) 또는 외부 부재의 기계적 고정을 가능하게 하기 위해 상기 요크(6)의 길이를 증가시키는 것이 고려될 수 있다.

도 2는 위치가 전환되도록 움직이는 두 개의 이동 가능한 자성부를 사용한 액츄에이터의 구성을 보여주고, 상기 액츄에이터는 예를 들어 전기 면도기의 블레이드를 구동시키기 위해 사용된다. 비록 도 1에 도시된 것과 다른 구성도 가능하지만, 상기 투시도는 도 1에 도시된 모든 구성요소들이 도 1의 평면에 수직 방향을 따라 상세히 확장되는 것으로 이해할 수 있다. 도 2에 도시된 액츄에이터(1)는 두 개의 독립적이고 별개로 구성되는 자성부(8a, 8b)를 포함하고, 상기 자성부 각각은 위에서 언급한 대로 자석과 함께 제공된다. 상기 자성부(8a)의 자석 중 어느 하나는, 이와 대응되는 위치에 배치되는 상기 자성부(8b)의 자석과 반대의 극성을 가지므로, 자속이 고정부(2)의 중앙 폴(pole)(7b)을 감싸는 단일의 전기 코일(3)에 의해 제공될 때, 상기 두 개의 자성부(8a, 8b)는 반대의 방향으로 이동한다. 상기 두 개의 자성부(8a, 8b)의 이동은 전류 이동 시간과 (양극 및 음극의) 전류 극성이 가변할 때 위상 변화가 발생된다. 오른쪽 줄무늬 모양의 화살표는 자력의 방향과 상기 코일을 통과하는 임의의 전류 동작의 방향을 보여준다.

한 가지 가능하고 사실적인 실시 예에 따르면, 다양한 설계 매개 변수(parameter)가 다음과 같은 값을 가지고, 단위는 밀리미터로 표현된다.

LM=22, LA1=3.6, LA2=7.4, LP=3.2, LT=18, L=1.4, J=0.25, C=3

도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 자성부(8a, 8b)의 요크(6)의 단부는 가동 질량을 더 가볍게 제조하기 위해 경사면(9)이 형성될 수 있다. 사실상, 상기 경사면(9)은 자속이 상기 측단부를 통과하지 않기 때문에 자성을 띠지 않는 영역에 제공된다. 특히, 가동 질량의 경감은 재료와 비용의 절약 뿐만 아니라 정해진 주파수에 대해서 탄성 회복 부재에 요구되는 강성을 줄일 수 있고, 일반적으로 상기 자성부(8a, 8b)와 관련된 구성을 줄일 수 있다.

도 4는 제어 루프를 갖춘 액추에이터의 작동을 설명하는 구성도이다. 상기 루프에 따르면, 선택적으로 하지만 바람직하게는 마그네틱 위치 센서(10)가 상기 고정부(2)에 대한 상기 자성부(8)의 상대적인 움직임을 감지하고, 상기 자성부(8)의 위치에 해당하는 출력 신호를 전기 제어 회로(11)로 송출한다. 예를 들어, 상기 전기 제어 회로(11)는, 실질적으로 순간 또는 평균 기준값으로 사용되는 설정값을 가지고, 상기 자성부(8)가 상기 설정값에 대응하는 순간 또는 평균 위치에 배치되기 위해 상기 코일(3)에 흐르는 전류를 통제할 수 있는 마이크로 컨트롤러(microcontroller)로 구성된다. 바람직하게, 다만 이에 한정되지는 않게, 상기 고정부(2)에 대해 이동 가능한 상기 자성부(8)는, 상기 고정부(2)에 대해 상기 자성부(8)의 상대적인 위치를 확인할 수 있는 서스펜션 블레이드(13)에 의해 상기 고정부(2)와 연결되고, 또한 상기 자성부(8)는, 탄성 회복 부재(12)와 연결된다.

도 5는 상기 액츄에이터의 제 3 실시 예를 보여주고, 상기 자성부는 더 이상 간단한 변형이 아닌 회전이 수행된다. 다만, 상기 도 5의 액츄에이터는 위에서 이미 개시된 액츄에이터와 마찬가지로 동일한 구성 즉, N=3이고 : 세 개의 폴(pole)과 코일(3)을 이동시키는 중앙 폴(pole)(7c)로 구성된 고정부(2)와, 교번하는 극성 방향과 일 방향의 자성 방향, 즉 방사 방향을 가지는 네 개의 자석을 이동시키는 요크(6)로 구성된 자성부를 포함한다.

이와 반대로, 이번 실시 예에서, 고정자의 폴(pole) 표면은 원통형 용기(cylindrical enclosure)에 내접되고 자성부는 상기 원통형의 용기와 대응되는 반관 형상(semi-tubular shape)을 가진다.

도 6은 액츄에이터의 제 4 실시 예에 관한 것으로, 상기 액츄에이터는 고정부(2)에 대해 이동 가능한 세 개의 자성부(8a, 8b, 8c)를 포함하고, 이 때 상기 고정부는 상기 세 개의 자성부에 공통된다. 두 개의 외부 방향으로 이동 가능한 자성부(8a, 8c)는 바람직하게 동일하고 측부 자석과 내부 자석은 동일한 자화를 가진다. 상기 자성부(8a, 8c)는 전기적 전류가 상기 코일(3)을 통과할 때 동일한 움직임을 가진다. 제 1 자성부(8a)와 제 2 자성부(8c) 사이에 배치되는 제 3 자성부(8b)는 자석을 포함하고, 상기 제 3 자성부의 자석의 극성은 상기 제 1 및 제 2 자성부(8a, 8c)의 자석의 극성과 반대이다. 중앙에 배치되는 자성부(8b)는, 동일한 전류가 상기 코일(3)을 통과할 때 상기 다른 두 개의 자성부(8a, 8c)의 이동 방향과 반대 방향으로 이동한다. 오른쪽의 줄무늬 화살표는 상기 고정부(2)에 대해 이동 가능한 자성부(8a, 8b, 8c) 각각에 적용되는 자력의 방향을 보여주는 일 예이고, 상기 자력의 방향은 상기 자성부의 이동 방향과 일치한다.

도 6에서 보여주는 실시 예는 이동 가능한 자성부(8a, 8b, 8c)의 총 운동 모멘트의 완벽한 보상을 가능하게 하는 이점을 가진다. 개선된 본 발명은 휴대용 물품과 관련될 때 사용자에게 편리함을 제공하고, 예를 들어 이동 가능한 자성부(8a, 8b, 8c)가 면도기의 블레이드를 이동시키기 위해 사용될 때 사용자는 편리함을 제공 받을 수 있다. 이러한 목적 때문에, 중앙에 위치하는 이동 가능한 자성부(8b)의 가동 질량은 다른 두 개의 이동 가능한 자성부(8a, 8c)의 총 질량과 동등하게 제조된다.

도 7은 측부 자석의 길이(LA1)라는 매개 변수에 따른 자력의 전형적인 추이와 자석 질량에 대한 자력의 비율을 보여주는 도면이다. 실선으로 표시된 커브 A와 라운드 표시는 LA1=0.8×LP로 선택된 최대 기준값을 백분율로 나타낸 상기 자석 질량에 대한 자력의 비율 개선을 보여주고, 도면 상 해당 범위는 좌측에 수직 축에 도시된다. 실선으로 표시된 커브 B와 삼각형 표시는 LA1=1.5×LP로 선택된 최대 기준값을 백분율로 나타낸 전류에 대한 자력의 개선을 보여주고, 도면 상 해당 범위는 우측에 수직 축에 도시된다.

상기 커브가 전류에서 제공하는 총 자력과 자석 질량마다 작용하는 최대 자력 사이에 최적의 절충점에 도달하기 위해, LA1의 값은 LP 내지 1.2×LP 사이의 간격에서 선택된다. 다른 선택도 가능하지만, 상기 다른 선택은 상기 자석의 양의 최대 이용이 가능하지 않거나, 또는 상기 액츄에이터의 전체 면적에 대한 불충분한 자력을 제공한다. 다만, 제로 전류 응력은 폭(LA1)을 수정하는 것에 의해 미약하게 얻어낼 수 있으나, 그것은 적절한 치수기입 기준은 아니라고 할 것이다.

도 8은 액츄에이터의 제 5 실시 예를 도시하는 것으로, 상기 고정자(7)는 헤드(14)와 상기 헤드와 다른 폭을 가지는 바디를 가지는 세 개의 폴(pole)(7a, 7b, 7c)로 구성된다. 더욱 정확하게, 상기 폴(pole)의 바디는 LP 보다 작은 폭을 가지나, 반면에 상기 폴(pole)의 바디와 일체로 제조되거나 또는 따로 제조된 뒤 부착되는 각각의 폴(pole) 헤드(14)는 위에서 언급한 바와 같이 LP의 폭을 가진다. 이와 다른 실시 예는, 바람직하게 중앙 폴(pole)(7b)에 대해 더 넓은 면적의 코일(3)의 설치가 가능하도록 사용되어 질 수도 있다.

도 8에서, 양 방향 화살표는 상기 고정부(2) 위에 배치되는 이동 가능한 자성부(8)의 최대 이동 경로(C)를 보여준다.

Claims (17)

1. LP의 폭을 가지는 N개의 폴(7)을 구비하는 하나 이상의 고정부(2)와, 자성부(8)와, 상기 폴 중 어느 하나(7b)를 감싸는 하나 이상의 코일(3)을 포함하는 전자기 액츄에이터로서,
   N≥3이고, 상기 자성부(8)는 상기 고정부(2)에 대하여 상대적인 이동 방향으로 이동 경로(C)를 통해 움직이고, 상기 상대적인 이동 방향에 대해 수직으로 교번하는 방향에 자화를 나타내는 N+1개의 자화 영역(4, 5)을 포함하며,
   상기 자성부(8)는, 상기 자화 영역에 인접하고 상기 자화 영역(4, 5)을 통과하는 자속을 차단시키는 요크(6)를 더 포함하며,
   상기 자성부(8)의 이동 경로(C)는 상기 고정부(2)의 각각의 폴(7)의 폭(LP)과 동일하거나 작게 형성되고, 상기 이동 방향에 수직한 상기 자화 영역의 두께는 상기 자성부(8)의 이동 경로(C) 보다 작게 형성되고,
   상기 자화 영역은 상기 이동 방향을 따라 두 개의 연속적인 고정자 폴(7) 각각의 중앙면 사이의 거리와 동일한 길이(LA2)를 가지는 두 개 이상의 내부 자화 영역(5a, 5b)을 포함하며,
   상기 자화 영역은 상기 이동 방향을 따라 LP 내지 1.2×LP 사이의 길이(LA1)를 가지는 두 개 이상의 측부 자화 영역(4a, 4b)을 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 N은 3인 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 자화 영역(4, 5)은 상기 요크(6)에 의해 고정된, 독립적이고 인접한 자석에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 자화 영역(4, 5)은 반대 방향으로 교번하여 자화된 영역과 0.2×LP 보다 작은 길이를 가지는 천이 영역을 가지는, 단일의 자석에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   반대 방향으로 이동하는 두 개의 이동 가능한 자성부(8a, 8b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   교번하는 방향으로 이동하는 세 개의 이동 가능한 자성부(8a, 8b, 8c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 고정부(2)의 중앙 폴(7b)을 감싸는 단일의 코일(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고정부(2)는 서스펜션 블레이드(13)에 의해 각각의 자성부(8)와 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
    
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고정부(2)는 상기 이동 경로(C)의 중앙으로 상기 자성부가 되돌아 오도록 형성된 탄성 회복 부재(12)에 의해 각각의 자성부(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
    
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코일(3)은 교류에 의해 동력을 전달받고 상기 고정부(2)에 대하여 상기 자성부(8)의 진동 운동이 수행되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
    
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고정부의 폴(7)의 표면은 원통형 용기의 내부에 내접되고,
    상기 자성부(8)는 상기 원통형 용기와 대응되는 반관 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
    
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 요크(6)는 상기 이동 방향을 따라 단부에 경사부(9)를 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
    
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고정부(2)의 각각의 폴(7)은 LP의 폭을 가지는 헤드 및 상기 LP 보다 작은 폭을 가지는 바디를 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
    
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    마그네틱 센서(10) 및 전기 제어 회로(11)를 더 포함하고,
    상기 마그네틱 센서(10)는 상기 자성부(8)의 반대편에 배치되고 상기 자성부(8)의 절대 위치에 해당하는 출력 신호를 제공하도록 형성되고,
    상기 전기 제어 회로(11)는 상기 마그네틱 센서(10)로부터 출력 신호를 받고 상기 전기 제어 회로에서 제공된 설정값에 의해 결정된 위치로 상기 자성부(8)의 위치를 제어하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
    
17. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 전자기 액츄에이터를 이용한 진동 면도날이 제공되는 헤드를 포함하는 전기 면도기로서,
    상기 진동 면도날은 상기 액츄에이터의 상기 자성부와 동적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 면도기.

Images