KR102002436B1 - 전자기 액츄에이터 및 그것을 이용한 소음발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자기 액츄에이터와 그것을 이용한 소음발생장치가 제공된다. 전자기 액츄에이터는 일측에 코일이 감긴 중공형 슬라이딩모듈과, 슬라이딩모듈의 중공 안에 일단부가 삽입되도록 배치되는 제1요오크와, 1요오크의 타단부를 지지하는 제2요오크와, 제2요오크에 설치된 자석 및, 자석을 사이에 두고 제2요오크와 대면하는 제3요오크를 포함하며, 제1요오크의 일단부와 타단부 사이에 몸체의 안쪽으로 오목하게 들어간 도피홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

전자기 액츄에이터 및 그것을 이용한 소음발생장치{Electomagnetic actuator and noise generator using the same}

본 발명은 전자기력을 이용한 액츄에이터 및 그것을 이용한 소음발생장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 작동력을 향상시킬 수 있도록 요오크의 구조를 개선한 전자기 액츄에이터 및 그것을 이용한 소음발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 소음발생기는 로켓의 소음을 지상에서 구현해주는 장치로서, 전자기 액츄에이터로 개폐되는 슬릿으로 고압의 공기를 통과시키면서 소음을 발생시키는 구조를 갖는다.

이렇게 고압의 공기가 통과하는 분위기에서 슬릿을 개폐하려면 전자기 액츄에이터의 작동력이 강해야 하는데, 이를 위해 코일의 전류량을 높이면 과열의 문제가 생길 수 있고, 자석을 무턱대고 크게 하면 장치가 무거워지고 취급이 어려워지는 등의 단점이 생긴다. 따라서, 코일의 전류량이나 자석의 크기를 키우지 않고도 효율적으로 전자기 액츄에이터의 작동력을 높일 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 코일의 전류량이나 자석의 크기를 키우지 않고도 작동력을 효율적으로 향상시킬 수 있도록 개선된 전자기 액츄에이터 및 그것을 구비한 소음발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 전자기 액츄에이터는 일측에 코일이 감긴 중공형 슬라이딩모듈과, 상기 슬라이딩모듈의 중공 안에 일단부가 삽입되도록 배치되는 제1요오크와, 상기 제1요오크의 타단부를 지지하는 제2요오크와, 상기 제2요오크에 설치된 자석 및, 상기 자석을 사이에 두고 상기 제2요오크와 대면하는 제3요오크를 포함하며, 상기 제1요오크의 상기 일단부와 타단부 사이에는 그 몸체의 안쪽으로 오목하게 들어간 도피홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 도피홈은 상기 제1요오크의 외주면을 한 바퀴 도는 폐루프 형태로 형성될 수 있다.

상기 제1요오크 일단부의 상기 중공 안으로 삽입되는 높이는 상기 슬라이딩모듈에 상기 코일이 감겨있는 높이와 실질적으로 같을 수 있다.

상기 제3요오크에는 상기 슬라이딩모듈이 통과할 수 있는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀의 내측면에 그 몸체의 안쪽으로 오목하게 들어간 도피홈이 형성될 수 있다.

상기 제3요오크의 내측면의 상기 슬라이딩모듈과 대면하는 단부 높이는 상기 슬라이딩모듈에 상기 코일이 감겨있는 높이와 실질적으로 같을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 소음발생장치는 일측에 코일이 감기고 외주면에 제1슬릿이 형성된 중공형 슬라이딩모듈과, 상기 슬라이딩모듈의 중공에 삽입되며 상기 제1슬릿과 대응하는 제2슬릿이 외주면에 형성된 중공형 고정모듈과, 일단부가 상기 고정모듈의 중공 안에 들어가 결합되는 제1요오크와, 상기 제1요오크의 타단부를 지지하는 제2요오크와, 상기 제2요오크에 설치된 자석과, 상기 자석을 사이에 두고 상기 제2요오크와 대면하는 제3요오크 및, 상기 제1슬릿과 상기 제2슬릿이 겹쳐질 때 상기 슬라이딩모듈과 상기 고정모듈의 중공을 통해 공기가 지나가도록 에어를 공급하는 공기주입부를 포함하며, 상기 제1요오크의 상기 일단부와 타단부 사이에는 그 몸체의 안쪽으로 오목하게 들어간 도피홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 도피홈은 상기 제1요오크의 외주면을 한 바퀴 도는 폐루프 형태로 형성될 수 있다.

상기 제1요오크의 상기 슬라이딩모듈 중공 안에 위치되는 일단부 높이는 상기 슬라이딩모듈에 상기 코일이 감겨있는 높이와 실질적으로 같을 수 있다.

상기 제3요오크에는 상기 슬라이딩모듈이 통과할 수 있는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀의 내측면에 그 몸체의 안쪽으로 오목하게 들어간 도피홈이 형성될 수 있다.

상기 제3요오크의 내측면의 상기 슬라이딩모듈과 대면하는 단부 높이는 상기 슬라이딩모듈에 상기 코일이 감겨있는 높이와 실질적으로 같을 수 있다.

본 발명에 따른 전자기 액츄에이터는 코일의 전류량이나 자석의 크기를 키우지 않고도 간단한 요오크의 구조를 개선으로 성능을 효율적으로 향상시킬 수 있게 해주며, 따라서 이를 이용하면 우수한 성능의 소음발생장치를 구현할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 액츄에이터의 분리사시도이다.
도 2는 도 1의 전자기 액츄에이터를 채용한 소음발생장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전자기 액츄에이터의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 전자기 액츄에이터의 변형 가능한 구조를 예시한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 소음발생장치의 작동예를 보인 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 아래의 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재들, 영역들, 및/또는 방향들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이러한 부재들, 영역들, 및/또는 방향들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열의 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 방향을 다른 부재, 영역 또는 방향과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 방향은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 방향을 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 액츄에이터(100)를 도시한 사시도이고, 도 2는 그 전자기 액츄에이터(100)가 채용된 소음발생장치(200)의 구조를 도시한 단면도이다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 실시예의 전자기 액츄에이터(100)는 외주면에 다수의 슬릿(121a)이 형성된 슬라이딩모듈(121)과, 상기 슬라이딩모듈(121)을 왕복 이동시키는 자속부(110)를 구비하고 있다. 참조부호 122는 상기 슬라이딩모듈(121)의 중공(121c) 속에 끼워지며 상기 자속부(110)에 고정된 고정모듈을 나타내며, 이 고정모듈(122)의 외주면에도 다수의 슬릿(122a)이 형성되어 있다. 편의 상 슬라이딩모듈(121)의 슬릿(121a)을 제1슬릿이라 하고, 고정모듈(122)의 슬릿(122a)을 제2슬릿이라 하며, 슬라이딩모듈(121)과 고정모듈(122)을 합쳐서 모듈부(120)라 칭한다.

이 모듈부(120)에서 슬라이딩모듈(121)은 코일(121b)을 구비하여 자속부(110)에 의해 움직이는 전자기 액츄에이터(100)의 구성 요소라고 보면 되고, 고정모듈(122)은 이 전자기 액츄에이터(100)로 소음발생장치(200)를 구현하기 위한 요소로 보면 된다.

모듈부(120)의 구조를 좀 더 살펴보면, 슬라이딩모듈(121)과 고정모듈(122) 모두 가운데 중공(121c)(122c)이 형성된 원통형 부재로서, 그 외주면에 있는 제1슬릿(121a)과 제2슬릿(122a)은 각각의 중공(121c)(122c)과 연통된다.

그리고, 슬라이딩모듈(121)의 중공(121c)에 고정모듈(122)이 끼워진 초기 상태 즉, 미구동 상태에서는 상기 제1슬릿(121a)과 제2슬릿(122a)이 정확하게 일치하도록 배치된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 공기주입부(220)를 통해 외부에서 공기가 들어오면 이렇게 일치되도록 배치되어 있는 제1,2슬릿(121a)(122a)을 공기가 통과하여 들어온 후 고정모듈(122)의 중공(122c)을 통해 하우징(210) 외부로 빠져나가게 된다. 그러나, 만일 슬라이딩모듈(121)이 약간 이동하여 제1슬릿(121a)과 제2슬릿(122a)의 위치가 서로 어긋나게 되면, 외부에서 들어온 공기가 제1,2슬릿(121a)(122a)을 통과하지 못하고 막히게 된다. 즉, 슬라이딩모듈(121)의 움직임으로 마치 밸브를 개폐하듯이 제1,2슬릿(121a)(122a)을 통한 공기의 흐름을 열거나 차단할 수 있다. 그리고, 이렇게 공기 흐름이 열렸다 막히는 순간에 소음이 발생하며, 소음발생장치(200)는 이러한 원리로 소음을 만드는 것이다. 이와 같은 소음발생장치(200)의 작동 과정에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.

다음으로, 이 모듈부(120)의 슬라이딩모듈(121)을 움직이기 위한 전자기력을 발생시키는 자속부(110)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 요오크(111)(112)(113)와 자석(114)을 구비하고 있다.

상기 다수의 요오크에는, 고정모듈(122)이 일단부에 결합되는 중앙의 제1요오크(111)와, 제1요오크(111)의 타단부를 지지해주는 베이스요오크인 제2요오크(112) 및, 상기 자석(114)을 사이에 두고 제2요오크(112)와 대향된 제3요오크(113)가 포함된다.

우선, 제1요오크(111)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고정모듈(122)의 중공(122c)에 일단부가 끼워져서 결합된다. 그리고, 제1요오크(111)의 일단부에서 타단부 사이에는 도피홈(111a)이 형성되어 있다. 도피홈(111a)은 제1요오크(111)의 몸체를 한 바퀴 돌면서 안으로 오목하게 몰입된 홈으로, 이 도피홈(111a)을 형성하면 제1요오크(111)를 통해 상기 슬라이딩모듈(121)의 코일(121b) 주변을 통과하며 전자기력을 발생시키는 자속을 더 집중시켜주는 효과가 있다. 즉, 코일(121b) 주변을 지나는 자속밀도가 향상된다. 따라서, 코일(121b)의 전류량이나 자석(114)의 크기를 키우지 않고도 상기 도피홈(111a)만으로도 전자기력을 향상시키는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 이렇게 중공(122c)에 삽입된 제1요오크(111)의 일단부 높이(d1)와, 상기 코일(121b)의 높이(d2)가 실질적으로 같게 구성되어 있다. 이 역시도 자속을 분산시키지 않고 코일(121b)이 있는 부위에 집중시켜서 전자기력을 향상시키는 효과를 제공한다.

상기 제2요오크(112)는 지지대의 역할을 하는 베이스요오크로서, 중앙에 상기 제1요오크(111)가 설치되고, 외곽에 상기 자석(114)을 설치된다.

상기 제3요오크(113)는 자석(114)을 사이에 두고 제2요오크(112)와 대향 배치되며, 중심에 관통홀(113a)이 형성되어 있어서 상기 모듈부(120)의 일단부가 그 관통홀(113a)을 통해 자속부(110) 안으로 들어가게 된다. 그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 제3요오크(113)의 관통홀(113a) 내측면에 코일(121b)과 대면하는 일단부의 높이(d3)도 코일(121b)의 높이(d2)가 실질적으로 같게 구성되어 있다. 역시 자속을 분산시키지 않고 코일(121b)이 있는 부위에 집중시켜서 전자기력을 향상시키는 효과를 제공하는 구조이다.

이와 같은 구조의 전자기 액츄에이터(110)를 이용한 소음발생장치(200)는 도 5a 및 도 5b와 같이 작동될 수 있다.

먼저, 도 5a와 같이 공기주입부(220)로 들어온 고압의 공기가 하우징(210) 밖으로 빠져나가게 할 때에는, 제1,2슬릿(121a)(122a)의 위치가 서로 일치하도록 슬라이딩모듈(110)을 이동시킨다. 이를 위해 슬라이딩모듈(121)에 감겨있는 코일(121b)에 적정 전류가 공급되며, 이에 따라 전류와 자속의 상호 작용에 의한 전자기력이 발생한다. 그러면, 이 전자기력이 슬라이딩모듈(121)이 움직여서 제1,2슬릿(121a)(122a)의 위치가 서로 일치되게 한다. 따라서, 이 상태에서는 공기주입부(220)로 들어온 공기가 제1,2슬릿(121a)(122a)과 중공(121c)(122c)을 통과하여 하우징(210) 외부로 원활하게 빠져나가게 된다.

이어서 공기주입부(220)로 들어온 공기를 하우징(210) 밖으로 빠져나가지 못하게 막을 때에는, 도 5b에 도시된 바와 같이 제1,2슬릿(121a)(122a)의 위치가 서로 어긋나도록 슬라이딩모듈(110)을 이동시킨다. 이를 위해 슬라이딩모듈(121)에 감겨있는 코일(121b)에 도 5a와 반대 방향으로 적정 전류가 공급되며, 이에 따라 전류와 자속의 상호 작용에 의한 반대방향의 전자기력이 발생한다. 그러면, 이 전자기력이 슬라이딩모듈(121)이 반대로 움직여서 제1,2슬릿(121a)(122a)의 위치가 서로 어긋나게 한다. 따라서, 이 상태에서는 공기주입부(220)로 들어온 공기가 제1,2슬릿(121a)(122a)을 통과하지 못하여 막히게 된다.

이렇게 공기가 원활하게 통과하다가 차단되는 순간에 소음이 발생하게 되며, 이 조작을 반복하면서 원하는 형태의 소음을 발생시키는 것이다.

그리고, 상기 제1요오크(111)에 도피홈(111a)을 형성하고, 코일(121b)의 높이(d2)와, 제1,3요오크(111)(113)의 대면 단부 높이(d1)(d2)를 실질적으로 같게 하여 자속을 집중시킴으로써, 코일(121b)의 전류량이나 자석(114)의 크기를 키우지 않고도 높은 전자기력을 확보할 수 있어서, 고압의 공기가 통과하는 조건에서도 원활하고 안정적인 작동이 가능해진다.

그러므로, 이렇게 도피홈(111a) 등을 형성하는 간단한 구조 개선을 통해 전자기 액츄에이터(100)의 큰 작동력을 확보하여 안정적인 소음발생장치(200)를 구현할 수 있게 된다.

한편, 전술한 실시예에서는 제1요오크(111)에만 도피홈(111a)이 있는 경우를 예시하였는데, 도 4에 도시된 바와 같이 제3요오크(113)에도 도피홈(113b)을 형성할 수도 있다. 즉, 자속을 코일(121b) 주변에 집중시키기 위해 코일(121b) 안쪽에서 대면하는 제1요오크(111) 뿐만 아니라 바깥 쪽에서 대면하는 제3요오크(113)의 내측면 단부에도 도피홈(113b)을 형성하여 자속을 더 집중시킬 수도 있다. 이와 같이 도피홈(111a)(113b)은 다양하게 추가될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전자기 액츄에이터는 코일의 전류량이나 자석의 크기를 키우지 않고도 간단한 요오크의 구조를 개선으로 성능을 효율적으로 향상시킬 수 있게 해주며, 따라서 이를 이용하면 우수한 성능의 소음발생장치를 구현할 수 있게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100: 전자기 액츄에이터
110: 자속부
111,112,113: 제1,2,3요오크
111a, 113b: 도피홈
114: 자석
120: 모듈부
121: 슬라이딩모듈
122: 고정모듈
121a, 122a: 제1,2슬릿
121b: 코일
121c, 122c: 중공
200: 소음발생장치
210: 하우징
220: 공기주입부

Claims (10)

1. 하단부에 코일이 감긴 중공형 슬라이딩모듈과, 상기 슬라이딩모듈의 상기 하단부 중공 안에 일단부가 삽입되며 그 삽입된 일단부의 외주면이 상기 코일과 대면하게 배치된 제1요오크와, 상기 제1요오크의 타단부를 지지하는 제2요오크와, 상기 제2요오크 상에 상기 제1요오크를 중심으로 외곽에 설치된 자석 및, 상기 자석을 사이에 두고 상기 제2요오크와 대면하도록 상기 제1요오크의 일단부 측에 배치된 제3요오크를 포함하며,
   상기 제1요오크의 상기 일단부와 타단부 사이에는 그 몸체의 안쪽으로 오목하게 들어간 도피홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 도피홈은 상기 제1요오크의 외주면을 한 바퀴 도는 폐루프 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 슬라이딩모듈의 상기 하단부 중공 안으로 삽입되는 상기 제1요오크 일단부는 상기 도피홈 경계부터 상기 제1요오크의 몸체 끝단까지에 해당하는 부위이며,
   상기 제1요오크 일단부의 높이는 상기 슬라이딩모듈의 하단부에 상기 코일이 감겨있는 높이와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3요오크에는 상기 슬라이딩모듈이 통과할 수 있는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀의 내측면에 그 몸체의 안쪽으로 오목하게 들어간 도피홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제3요오크의 내측면의 상기 슬라이딩모듈과 대면하는 단부 높이는 상기 슬라이딩모듈에 상기 코일이 감겨있는 높이와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 전자기 액츄에이터.
   
6. 하단부에 코일이 감기고 다수의 제1슬릿이 외주면의 둘레를 따라 상기 하단부에서 반대편 상단부 사이에 복층으로 형성된 중공형 슬라이딩모듈과, 상기 슬라이딩모듈의 중공에 삽입되며 상기 다수의 제1슬릿과 대응하는 다수의 제2슬릿이 외주면에 형성된 중공형 고정모듈과, 일단부가 상기 고정모듈의 하단부 중공 안에 들어가 결합되며 그 결합된 일단부의 외주면이 상기 코일과 대면하게 배치되는 제1요오크와, 상기 제1요오크의 타단부를 지지하는 제2요오크와, 상기 제2요오크 상에 상기 제1요오크를 중심으로 외곽에 설치된 자석과, 상기 자석을 사이에 두고 상기 제2요오크와 대면하도록 상기 제1요오크의 일단부 측에 배치된 제3요오크 및, 상기 다수의 제1슬릿과 상기 다수의 제2슬릿이 겹쳐질 때 상기 슬라이딩모듈과 상기 고정모듈의 중공을 통해 공기가 지나가도록 에어를 공급하는 공기주입부를 포함하며,
   상기 슬라이딩모듈의 중공에 상기 고정모듈이 끼워져서 움직이지 않는 미구동상태에서는 상기 제1슬릿과 상기 제2슬릿이 정확하게 일치하고,
   상기 제1요오크의 상기 일단부와 타단부 사이에는 그 몸체의 안쪽으로 오목하게 들어간 도피홈이 형성된 것을 특징으로 하는 소음발생장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 도피홈은 상기 제1요오크의 외주면을 한 바퀴 도는 폐루프 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 소음발생장치.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 고정모듈의 상기 하단부 중공 안에 들어가 결합되는 상기 제1요오크 일단부는 상기 도피홈 경계부터 상기 제1요오크의 몸체 끝단까지에 해당하는 부위이며,
   상기 제1요오크 일단부의 높이는 상기 슬라이딩모듈의 하단부에 상기 코일이 감겨있는 높이와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 소음발생장치.
   
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 제3요오크에는 상기 슬라이딩모듈이 통과할 수 있는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀의 내측면에 그 몸체의 안쪽으로 오목하게 들어간 도피홈이 형성된 것을 특징으로 하는 소음발생장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제3요오크의 내측면의 상기 슬라이딩모듈과 대면하는 단부 높이는 상기 슬라이딩모듈에 상기 코일이 감겨있는 높이와 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 소음발생장치.
    

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