KR102544759B1 - 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치 - Google Patents
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Abstract
자유롭게 회전하는 영구자석의 배치상태를 코일로 제어함으로써 작용면에서의 자기력을 제어하는 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치를 개시한다.
자기력 제어 장치는 제1 작용면을 가지는 제1 폴피스, 제2 작용면을 가지는 제2 폴피스, 제1 폴피스와 제2 폴피스 사이에 고정되는 고정 자석, 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스 사이에 배치되고, 그 S극이 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 그 N극이 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰수 있도록 회전 가능하게 구성되는 회전 자석 및 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 중 적어도 하나에 감기는 코일을 포함하고, 회전 자석의 회전축은 고정 자석을 향하는 방향으로 연장되며, 코일에 인가되는 전류를 제어함으로써, 회전 자석을 회전시켜서 제1 배치상태와 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 제1 폴피스 및 제2 폴피스의 제1 작용면과 제2 작용면 상의 자기력을 제어하는, 자기력 제어 장치.
자기력 제어 장치는 제1 작용면을 가지는 제1 폴피스, 제2 작용면을 가지는 제2 폴피스, 제1 폴피스와 제2 폴피스 사이에 고정되는 고정 자석, 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스 사이에 배치되고, 그 S극이 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 그 N극이 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰수 있도록 회전 가능하게 구성되는 회전 자석 및 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 중 적어도 하나에 감기는 코일을 포함하고, 회전 자석의 회전축은 고정 자석을 향하는 방향으로 연장되며, 코일에 인가되는 전류를 제어함으로써, 회전 자석을 회전시켜서 제1 배치상태와 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 제1 폴피스 및 제2 폴피스의 제1 작용면과 제2 작용면 상의 자기력을 제어하는, 자기력 제어 장치.
Description
본 발명은 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자유롭게 회전하는 영구자석의 배치상태를 코일로 제어함으로써 작용면에서의 자기력을 제어하는 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치에 관한 것이다.
영구자석 워크홀딩 장치(permanent magnet workholding device)와 같은 자성체 홀딩 장치는 철과 같은 자성 물질(magnetic material)로 구성된 부착 대상을 자기력을 이용하여 부착시키는데 사용되는 장치로서, 오늘날 사출기의 금형 클램핑, 프레스기의 금형 클램핑, 공작 기계의 척 등에 부착되는 내부 장치 등으로 널리 사용되고 있다.
이러한 자성체 홀딩 장치는, 기본적으로 영구자석의 강한 자기력을 이용하여, 자성체인 부착 대상을 작용면에 부착시키게 되는데, 해제 시에는 영구자석으로부터의 자기 흐름을 제어하여 작용면으로 자기 흐름이 형성되지 않도록 하여 부착 대상을 작용면으로부터 떨어뜨린다.
본 출원인은 영구자석을 회전시킴으로써 자기 회로를 변경시킴으로써 홀딩 및 해제를 행하는 영구자석 워크홀딩 장치를 개시한 바 있다 (특허문헌 1 참조). 그러나, 이러한 영구자석 워크홀딩 장치의 경우, 영구자석을 모터로서 회전시키게 되는데, 모터에 많은 힘을 인가하여야 하므로, 사용성이 좋지 못하였고, 모터에 많은 전력이 들어가서 실용화에 이르지 못하였다.
(특허문헌 1)
한국등록특허 제10-1131134호 (발명의 명칭: 영구자석 워크홀딩 장치)
본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 자유롭게 회전하는 영구자석의 배치상태를 코일로 제어함으로써 작용면에서의 자기력을 제어하는 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기력 제어 장치는 제1 작용면을 가지는 제1 폴피스; 제2 작용면을 가지는 제2 폴피스; 상기 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스 사이에 고정되는 고정 자석; 상기 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스 사이에 배치되고, 그 S극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 그 N극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, 상기 N극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 상기 S극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰수 있도록 회전 가능하게 구성되는 회전 자석; 및 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 중 적어도 하나에 감기는 코일; 을 포함하고, 상기 회전 자석의 회전축은 상기 고정 자석을 향하는 방향으로 연장되며, 상기 코일에 인가되는 전류를 제어함으로써, 상기 회전 자석을 회전시켜서 상기 제1 배치상태와 상기 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스의 상기 제1 작용면과 상기 제2 작용면 상의 자기력을 제어한다.
상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 사이에 배치되며, 상기 회전 자석과 함께 회전되는 샤프트; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스에 결합되며, 상기 샤프트를 지지하는 복수의 반자성체; 를 포함할 수 있다.
상기 복수의 반자성체는, 상기 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스에 지지되며 상기 샤프트의 일단을 수용하는 제1 반자성체; 및 상기 제1 반자성체보다 하측에 배치되며, 상기 샤프트의 타단을 수용하는 제2 반자성체; 를 포함할 수 있다.
상기 회전 자석은 상기 복수의 반자성체 사이에 배치될 수 있다.
상기 각각의 반자성체에 결합되며 상기 샤프트의 일부를 지지하는 베어링; 을 포함할 수 있다.
상기 각각의 반자성체는, 상기 샤프트의 일부를 지지하는 샤프트홈; 및 상기 샤프트홈의 일측과 타측에 배치되며, 상기 베어링을 지지하는 베어링홈; 을 포함할 수 있다.
상기 베어링은, 상기 베어링홈의 일면에 지지되는 외륜; 상기 외륜과 이격 배치되며, 상기 샤프트의 일부에 결합되는 내륜; 및 상기 외륜과 상기 내륜 사이에 배치되는 복수의 회전체; 를 포함할 수 있다.
상기 내륜의 길이는 상기 외륜의 길이보다 길 수 있다.
상기 복수의 반자성체는,
상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스에 결합되어 수용공간을 형성할 수 있다.
상기 샤프트는, 상기 복수의 반자성체에 지지된 상태에서 그 일부가 상기 수용공간에 수용될 수 있다.
상기 회전 자석은, 상기 샤프트에 결합된 상태에서 상기 수용공간에서 회전 가능할 수 있다.
상기 회전 자석은, 상기 샤프트에 결합된 상태에서 상기 내륜에 접촉되어 회전 가능할 수 있다.
상기 코일은, 상기 제2 반자성체와 상기 고정 자석 사이에 배치될 수 있다.
상기 회전 자석과 상기 고정 자석은 상기 제2 반자성체를 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.
상기 코일은 상기 회전 자석과 상기 고정 자석 사이에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예예 따른 자성체 홀딩 장치는 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 자기력 제어 장치를 포함한다.
본 발명에 따르면, 적은 전류를 인가하더라도 회전 자석이 회전함으로써 자기흐름의 변동이 발생되어 홀딩 및 해제가 행하여지므로, 제어가 용이하다.
또한, 본 발명의 자기력 제어 장치는 홀딩 또는 해제 유지 시에 소량의 전류 만이 필요하여, 저전력을 도모할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 제1 폴피스 및 제2 폴피스의 상부의 다양한 실시형태를 도시한 단면도이다.
도 3은 제1 폴피스 및 제2 폴피스의 하부의 다양한 실시형태를 도시한 단면도이다.
도 2는 제1 폴피스 및 제2 폴피스의 상부의 다양한 실시형태를 도시한 단면도이다.
도 3은 제1 폴피스 및 제2 폴피스의 하부의 다양한 실시형태를 도시한 단면도이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 자기력 제어 장치(100)는 작용면에서의 자기 특성을 변화시킴으로써 자기력을 발생시키거나 발생시키지 않도록 제어하는 장치이다. 본 발명의 자기력 제어 장치(100)는 자성체 홀딩 장치, 동력 장치 등에 포괄적으로 활용 가능하다. 이하에서는, 자기력 제어 장치(100)가 자성체 홀딩 장치로서 활용되는 것을 예시하여 설명하나, 자기력 제어 장치(100)의 활용 용도가 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 도면이다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기력 제어 장치(100)는 제1 폴피스(110), 제2 폴피스(120), 제1 반자성체(130), 제2 반자성체(140), 회전 자석(150), 샤프트(160), 베어링(170), 고정 자석(180) 및 코일(190)을 포함한다.
제1 폴피스(110)는 자기 흐름을 형성할 수 있도록 철과 같은 강자성체로 구성된다.
제1 폴피스(110)는 제1 반자성체 수용홈(111) 및 제1 작용면(112)을 포함한다.
제1 반자성체 수용홈(111)은 제1 폴피스(110)의 내면에 마련된다. 제1 반자성체 수용홈(111)은 제1 반자성체(130)와 제2 반자성체(140)의 일측을 수용한다. 제1 반자성체 수용홈(111)에 수용된 제1 반자성체(130)와 제2 반자성체(140)의 일측은 제1 폴피스(110)에 고정될 수 있다.
제1 작용면(112)은 제1 폴피스(110)의 외측 일단에 마련되어 대상물(1)에 접촉될 수 있다. 제1 작용면(112)에 자기 흐름이 형성되면, 제1 작용면(112)에 자성을 가진 대상물(1)이 홀딩될 수 있다.
제2 폴피스(120)는 자기 흐름을 형성할 수 있도록 철과 같은 강자성체로 구성된다. 제2 폴피스(120)는 고정 자석(180)을 사이에 두고 제1 폴피스(110)와 이격 배치된다.
제2 폴피스(120)는 제2 반자성체 결합홈(121) 및 제2 작용면(122)을 포함한다.
제2 반자성체 수용홈(121)은 제2 폴피스(120)의 내면에 마련된다. 제2 반자성체 수용홈(121)은 제1 반자성체(130)와 제2 반자성체(140)의 타측을 수용한다. 제2 반자성체 수용홈(121)에 수용된 제1 반자성체(130)와 제2 반자성체(140)의 타측은 제2 폴피스(120)에 고정될 수 있다.
제2 작용면(122)은 제2 폴피스(120)의 외측 일단에 마련되어 대상물(1)에 접촉된다. 제2 작용면(122)에 자기 흐름이 형성되면, 제2 작용면(122)에 자성을 가진 대상물(1)이 홀딩될 수 있다. 제2 작용면(122)은 대상물(1)과 안정적으로 접촉될 수 있도록, 제1 작용면(112)과 수평으로 나란하게 배치된다.
제1 작용면(112) 및 제2 작용면(122)에 접촉되어 홀딩된 대상물(1)은 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)와 함께 자기 흐름을 형성하여 일면에 접촉된 대상물(1)을 홀딩할 수 있다.
제1 반자성(反磁性, diamagnetic)체(130)는 제1 반자성체 수용홈(111)과 제2 반자성체 수용홈(121)에 각각 일부분이 수용되어 제1 폴피스(110)와 제2 폴피스(120)에 결합되며, 제1 폴피스(110)와 제2 폴피스(120)에 지지된다.
제1 반자성체(130)는 외부에 형성된 자기장에 대해 반발력을 가지며, 자기 흐름을 형성하지 않거나, 자기 흐름을 차단한다. 따라서, 제1 반자성체(130)는 회전 자석(150)의 자기 흐름을 간섭하지 않게 된다.
제1 반자성체(130)는 제1 샤프트홈(131) 및 제1 베어링홈(132)을 포함한다.
제1 샤프트홈(131)은 제1 반자성체(130)의 일면에 마련된다. 제1 샤프트홈(131)은 샤프트(160)의 일측을 수용하며, 샤프트(160)의 일부를 지지할 수 있다.
제1 베어링홈(132)은 제1 반자성체(130)의 일면에 마련되며, 제1 샤프트홈(131)의 일측과 타측에 배치된다. 제1 베어링홈(132)은 베어링(170)을 수용하고, 베어링(170)을 지지한다.
제2 반자성(反磁性, diamagnetic)체(140)는 제1 반자성체 수용홈(111)과 제2 반자성체 수용홈(121)에 각각 일부분이 수용되어 제1 폴피스(110)와 제2 폴피스(120)에 결합되며, 제1 폴피스(110)와 제2 폴피스(120)에 지지된다. 제2 반자성체(140)는 회전 자석(150)을 사이에 두고 제1 반자성체(130)와 이격 배치된다.
제2 반자성체(140)는 외부에 형성된 자기장에 대해 반발력을 가지며, 자기 흐름을 형성하지 않거나, 자기 흐름을 차단한다. 따라서, 제2 반자성체(140)는 회전 자석(150)의 자기 흐름을 간섭하지 않게 된다.
제2 반자성체(140)는 제2 샤프트홈(141) 및 제2 베어링홈(142)을 포함한다.
제2 샤프트홈(141)은 제2 반자성체(140)의 일면에 마련된다. 제2 샤프트홈(141)은 샤프트(160)의 타측을 수용하며, 샤프트(160)의 일부를 지지할 수 있다.
제2 베어링홈(142)은 제2 반자성체(140)의 일면에 마련되며, 제2 샤프트홈(141)의 일측과 타측에 배치된다. 제2 베어링홈(142)은 베어링(170)을 수용하고, 베어링(170)을 지지한다.
제1 반자성체(130)는 회전 자석(150)의 상측을 커버하고 제2 반자성체(140)는 회전 자석(150)의 하측을 커버하는 복수의 구성으로서, 복수의 반자성체(130, 140)는 복수의 폴피스(110, 120)와 함께 수용공간(100a)을 형성한다. 수용공간(100a)에는 회전 자석(150), 샤프트(160) 및 베어링(170)의 일부가 수용된다.
회전 자석(150)은 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120) 사이에 배치된다. 회전 자석(150)의 회전축(Axis)은 고정 자석(180)의 길이 방향과 수직한 방향으로 연장되며, 고정 자석(180)의 길이 방향과 수직한 방향을 중심으로 회전 가능하다. 여기서 길이 방향은 고정 자석(180)의 S극으로부터 N극을 향하는 방향 또는 고정 자석(180)의 N극으로부터 S극을 향하는 방향을 의미한다.
회전 자석(150)은 그 S극이 제1 폴피스(110)에 근접하여 제1 폴피스(110)와 자기적으로 연결되고, 그 N극이 제2 폴피스(120)에 근접하여 제2 폴피스(120)와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태(도 1a 참조)와, 그 N극이 제2 폴피스(120)에 근접하여 제2 폴피스(110)와 자기적으로 연결되고, 그 S극이 제1 폴피스(110)에 근접하여 제1 폴피스(110)와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태(도 1c 참조) 사이에서 회전 가능하게 배치된다.
회전 자석(150)이 제1 폴피스(110) 또는 제2 폴피스(120)와 "자기적으로 연결된다"는 것은, 회전 자석(150)이 제1 폴피스(110) 또는 제2 폴피스(120)와 직접적, 물리적으로 접촉되지 않더라도 회전 자석(150)에 의해 제1 폴피스(110) 또는 제2 폴피스(120)에 자기적인 흐름이 형성될 수 있을 정도로 이격된 것을 포함한다.
예를 들어, 회전 자석(150)이 제1 폴피스(110) 또는 제2 폴피스(120)와 접촉할 때 발생하는 자기 흐름의 세기에 비해, A% 이상의 세기의 자기 흐름이 제1 폴피스(110) 또는 제2 폴피스(120)에 형성되는 경우, 회전 자석(150)과 제1 폴피스(110) 또는 제2 폴피스(120)는 자기적으로 연결되었다고 할 수 있다. 여기서, A는 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 등일 수 있다.
회전 자석(150)은 고정 자석(180)과 수평한 방향으로도 이격 배치된다. 따라서 전체적으로 자기력 제어 장치(100)의 높이가 감소하면서도 컴팩트하며, 강한 홀딩력을 유지할 수 있게 된다.
회전 자석(150)은 샤프트(160)에 결합되며, 수용공간(100a)에 수용된다. 회전 자석(150)은 수용공간(100a)에서 샤프트(160)와 함께 회전된다. 코일(190)에 전류가 흐르는 방향에 의해 제2 폴피스(120)에 근접한 부분에 위치한 회전 자석(150)은 제2 폴피스(120)로부터 척력을 받아 샤프트(160)의 중심(C)을 기준으로 회전될 수 있다.
샤프트(160)는 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120) 사이에 배치되며, 제1 샤프트홈(131) 및 제2 샤프트홈(141)에 일부분이 수용되어 회전 자석(150)과 결합된다. 샤프트(160)는 제1 샤프트홈(131) 및 제2 샤프트홈(141)에 일부분이 수용되어 지지된 상태에서 지지되지 않은 다른 일부분이 수용공간(100a)에 수용된다.
샤프트(160)는 제1 반자성체(130)와 제2 반자성체(140) 사이에 배치된 회전 자석(150)이 제1 반자성체(130) 또는 제2 반자성체(140)에 접촉되지 않도록, 회전 자석(150)을 지지할 수 있다.
베어링(170)은 제1 베어링홈(132) 및 제2 베어링홈(142)에 수용되어 제1 반자성체(130)와 제2 반자성체(140)에 결합된다. 베어링(170)은 제1 베어링홈(132) 및 제2 베어링홈(142)에 수용된 상태에서 샤프트(160)와 결합되어 샤프트(160)의 일부를 지지하며, 샤프트(160)의 회전을 보조할 수 있다.
베어링(170)은 외륜(171), 내륜(172) 및 복수의 회전체(173)를 포함한다.
외륜(171)은 제1 베어링홈(132)과 제2 베어링홈(142)의 일면에 접촉되어 고정된다. 외륜(171)은 복수의 회전체(173)의 일부분을 회전 가능하게 지지한다.
내륜(172)은 복수의 회전체(173)를 기준으로 외륜(171)과 이격 배치된다. 내륜(172)는 외륜(172)에 대해 회전 가능하다. 내륜(172)은 복수의 회전체(173)의 일부분을 회전 가능하게 지지한다. 내륜(172)에는 샤프트(160)가 고정될 수 있다.
내륜(172)은 외륜(171)보다 회전 자석(150)을 향해 더 돌출되며, 수용공간(100a)에 수용된다. 즉, 샤프트(160)의 축방향을 따라 내륜(172)의 길이(D2)는 외륜(171)의 길이(D1)보다 더 큰 값을 가진다.
샤프트(160)가 회전하는 과정에서 샤프트(160)가 그 축방향을 따라 흔들리 수 있는데, 이 경우 샤프트(160)에 고정된 회전 자석(150)도 샤프트(160)와 함께 샤프트(160)의 축방향으로 흔들릴 수 있다.
만약 회전 자석(150)이 샤프트(160)의 축방향으로 흔들리는 과정이 반복되어 회전 자석(150)의 일단과 베어링(170)이 접촉하더라도, 본 실시예에서와 같이, 베어링의(170)의 내륜(172)이 베어링(170)의 외륜(171) 보다 회전 자석(150)을 향해 더 돌출되므로, 회전 자석(150)의 일단은 베어링(170)의 내륜(172)과만 접촉하게 되고, 베어링(170)의 외륜(171)과는 접촉하지 않는다. 이때 회전 자석(150)은 내륜(172)과 접촉된 상태에서 내륜(172)과 함께 회전될 수 있다. 따라서, 회전 자석(150)과 외륜(171)이 접촉되어 회전 자석(150)이 회전 되지 않거나, 회전 과정에서 열 또는 소음이 발생하는 현상이 최소화될 수 있다.
복수의 회전체(173)는 외륜(171) 및 내륜(172) 사이에 배치된다. 복수의 회전체(173)는 내륜(172)를 회전가능하게 지지한다. 복수의 회전체(173)는 내륜(172)가 회전되는 방향과 반대되는 방향으로 회전된다.
샤프트(160)는 제1 샤프트홈(131) 및 제2 샤프트홈(141)에 수용되고, 베어링(170)에 결합된다. 회전 자석(150)과 함께 회전되는 샤프트(160)는, 외력에 의한 흔들림에도 안정적으로 회전될 수 있다.
고정 자석(180)은 영구자석으로 마련되고, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120) 사이에 배치되며, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)에 고정되어 지지될 수 있다. 또한 고정 자석(180)은 코일(190)의 하측에 배치된다.
고정 자석(180)의 S극은 제1 폴피스(110)에 접촉되고, 고정 자석(180)의 N극은 제2 폴피스(120)에 접촉되도록 배치된다. 고정 자석(180)은 회전 자석(150)보다 제1 작용면(112) 및 제2 작용면(122)에 더 가깝게 배치된다.
고정 자석(180)은 제2 반자성체(140)를 사이에 두고 회전 자석(150)과 이격 배치된다. 제2 반자성체(140)에 의해 고정 자석(180)의 자기력이 회전 자석(150)에 영향을 미치지 않으며, 회전 자석(150)의 자기력이 고정 자석(180)의 영향을 미치지 않으므로, 전류의 흐름에 의해 회전 자석(150)이 회전될 때 자기 흐름의 경로가 변형되는 것이 방지될 수 있다.
코일(190)은 제2 반자성체(140)의 하측에 배치되며, 회전 자석(150)과 고정 자석(180) 사이에 배치된다. 코일(190)은 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120) 중 적어도 하나에 감길 수 있다. 도 1a 내지 도 1d에서는 코일(190)이 제2 폴피스(120)에 감기는 구조를 도시하였으나, 코일(190)이 제1 폴피스(110)에 감기는 구조 또는 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)에 모두 감기는 구조도 적용 가능하다.
도 1a 내지 도 1d에서와 같이, 코일(190)은 제2 폴피스(120)에 감긴상태에서 고정 자석(180)과 제2 반자성체(140) 사이에 배치된다. 도시하지는 않았지만, 만약 코일(190)이 제1 폴피스(110)에 감기는 구조라면, 코일(190)은 제1 폴피스(110)에 감긴상태에서 고정 자석(180)과 제2 반자성체(140) 사이에 배치될 것이다.
코일(190)에 전류가 흐르면, 앙페르의 오른나사 법칙(Ampere's right-handed screw rule)에 의해 일정한 방향으로 자기 흐름이 형성되고, 코일(190)이 감긴 제2 폴피스(120)에는 자기 흐름의 방향에 따라 N극과 S극이 형성된다. 즉, 코일(190)과, 코일(190)이 감긴 제2 폴피스(120)의 일 부분은 전자석(電磁石)의 역할을 수행하는 구성으로 볼 수 있다.
코일(190)은 제2 반자성체(140)와 고정 자석(180) 사이에 배치된다. 코일(190)은 회전 자석(150)과 샤프트(160) 및 베어링(170)의 이탈에도 제2 반자성체(140)에 의해 보호될 수 있다.
이하에서는 도 1a 내지 도 1d를 다시 참조하여, 자성체인 대상물(1)을 홀딩하거나 대상물(1)에 대한 홀딩을 해제하는 원리에 대해서 설명한다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 코일(190)에 전원이 인가되지 않아 전류가 흐르지 않으면, 고정 자석(180)의 S극과 접촉하는 제1 폴피스(110)에서 고정 자석(180)의 S극과 인접한 부분은 N극으로 자화되고 고정 자석(180)의 S극과 상대적으로 먼 부분, 즉 회전 자석(150)과 인접한 부분은 S극으로 자화된다.
반대로, 고정 자석(180)의 N극과 접촉하는 제2 폴피스(120)에서 고정 자석(180)의 N극과 인접한 부분은 S극으로 자화되고 고정 자석(180)의 N극과 상대적으로 먼 부분, 즉 회전 자석(150)과 인접한 부분은 N극으로 자화된다.
회전 자석(150)은 그 N극이 제1 폴피스(110)에 근접하여 제1 폴피스(110)와 자기적으로 연결되고, 그 S극이 제2 폴피스(120)에 근접하여 제2 폴피스(120)와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태(도 1a 참조)에 배치된다.
회전 자석(150)이 제1 배치상태(도 1a 참조)에 배치되면, 도 1a에 도시된 점선과 같이, 제1 폴피스(110), 회전 자석(150), 제2 폴피스(120) 및 고정 자석(180)을 따라 하나의 자기 폐루프가 형성된다.
회전 자석(150)이 제1 배치상태(도 1a 참조)에 배치된 상태에서, 제1 작용면(112) 및 제2 작용면(122)을 향한 방향으로는 자기 흐름이 형성되지 않으므로, 대상물(1)이 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)에 홀딩될 수 없다.
코일(190)에 도 1b에 도시된 바와 같이, 전류가 흐르도록 코일(190)을 제어하면, 제2 폴피스(120)의 제2 작용면(122)과 인접한 부분에는 N극이 형성되고, 제2 폴피스(120)의 회전 자석(150)과 인접한 부분에는 S극이 형성된다.
코일(190)에 충분한 전류가 흐르게 되면, 회전 자석(150)은 제2 폴피스(120)로부터 척력을 받게 되고, 회전 자석(150)은 샤프트(160)의 중심(C)을 기준으로 샤프트(160) 및 베어링(170)과 함께 회전하게 된다.
회전 자석(150)이 제1 배치상태(도 1a 참조)에서 180도 회전하여 제2 배치상태(도 1c 참조)에 배치되면, 회전 자석(150)은 그 S극이 제1 폴피스(110)에 근접하여 제1 폴피스(110)와 자기적으로 연결되고, 그 N극이 제2 폴피스(120)에 근접하여 제2 폴피스(120)와 자기적으로 연결된다.
회전 자석(150)이 회전되어 제2 배치상태(도 1c 참조)에 배치되면, 제1 작용면(112) 및 제2 작용면(122) 상에 자기 흐름이 형성되고, 이러한 자기 흐름은 다른 자성체와 함께 자기 폐루프를 형성할 수 있게 된다. 즉, 제1 작용면(112) 또는 제2 작용면(122)을 통해 자기 흐름이 발산된다. 여기에서 “자기 흐름의 발산” 이란, 제1 작용면(112) 또는 제2 작용면(122)으로부터 외부로 자기 흐름이 형성되는 경우 및 외부로부터 제1 작용면(112) 또는 제2 작용면(122)을 향해 자기 흐름이 형성되는 경우를 모두 포함한다.
따라서 제1 작용면(112) 및 제2 작용면(122)에 자성을 가진 대상물(1)이 접촉되면, 대상물(1)은 회전 자석(150), 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)와 함께 도 1c에 도시된 바와 같이, 자기 폐루프를 형성하게 되어 자기력 제어 장치(100)에 홀딩된다.
또한 회전 자석(150)이 제2 배치상태(도 1c 참조)에 배치된 상태에서, 고정 자석(180)은 회전 자석(150)과 자기 흐름을 형성할 수 없으므로, 대상물(1)과 함께 또 다른 자기 폐루프를 형성하게 된다.
이에, 회전 자석(150)은 양 방향에서 자기 폐루프를 형성하여 안정적인 상태를 유지하고, 이를 통해 회전이 방지되어 자기력 제어 장치(100)가 대상물(1)을 홀딩하는 홀딩 성능이 일정하게 유지될 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 자기 폐루프들이 형성된 상태에서는 코일(190)에 인가된 전압을 제거하여도 자기 폐루프들이 유지되므로 대상물(1)에 대한 홀딩이 유지된다.
회전 자석(150)이 제2 배치상태(도 1c 참조)에 배치된 상태에서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 도 1b에 도시된 전류의 방향과 반대되는 방향으로 전류가 흐르도록 코일(190)을 제어하면, 회전 자석(150)이 샤프트(160)의 중심(C)을 기준으로 샤프트(160) 및 베어링(170)과 함께 다시 제1 배치상태(도 1a 참조)로 배치되도록 회전되어 고정 자석(180)과 함께 자기 폐루프를 형성하게 되고, 대상물(1)은 자기력 제어 장치(100)로부터 분리될 수 있다.
회전 자석(150)이 다시 제1 배치상태(도 1a 참조)에 배치되면, 코일(190)에 전류를 인가하지 않더라도, 도 1a의 점선과 같은 내부 순환 자기 흐름이 형성되어, 제1 작용면(112) 및 제2 작용면(122)에 대상물(1)이 홀딩될 수 없다.
이하에서는, 본 발명의 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 다양한 실시형태에 대해 설명한다.
도 2는 제1 폴피스 및 제2 폴피스의 상부의 다양한 실시형태를 도시한 단면도이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 단면이 U자인 상부 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 폴피스(110)와 제2 폴피스(120)가 경량화 될 수 있으며, 자기력 제어 장치(100)의 경량화가 이루어질 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 단면이 (a)의 경우보다 두꺼운 두께를 가지는 상부 형상을 가질 수 있다. 이 경우, (a)에 비해 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 무게가 증가되어 외부의 충격에도 쉽게 손상되지 않을 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 모퉁이가 라운드형태로 마련되는 사각의 상부 형상을 가질 수 있다. 이 경우, (a) 및 (b)에 비해 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 상부는 증가된 크기로 이루어져, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 내측에 배치되는 반자성체들(130, 140)회전 자석(150), 샤프트(160) 및 베어링(170)을 외부의 충격으로부터 안정적으로 보호할 수 있다.
도 2의 (a) 내지 (c)의 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 호 형상의 내면을 가질 수 있다. 상기 내면은 샤프트(160)의 중심을 기준으로 회전되는 회전 자석(150)의 회전 반경에 대응되는 곡률을 가질 수 있다.
도 3은 제1 폴피스 및 제2 폴피스의 하부의 다양한 실시형태를 도시한 단면도이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 단면이 U자인 하부 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 내면의 형상이 호 형상으로 이루어지므로 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 하부에 지지되는 고정 자석(180)은 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 내면에 접촉되어 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)에 안정적으로 지지될 수 있도록 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 내면의 형상을 따라 마련될 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 단면이 (a)의 경우보다 두꺼운 두께를 가지는 반원 모양의 하부 형상을 가질 수 있다. 이 경우, (a)에 비해 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 단면적이 증가되므로, (a)에 비해 외부의 충격에 더 견딜수 있다.
도 3의 (c)를 참조하면, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 모퉁이가 라운드형태로 마련되는 사각의 하부 형상을 가질 수 있다. 이 경우, (a) 및 (b)에 비해 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 하부는 증가된 크기로 가지므로, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)의 하부의 내측에 배치되는 고정 자석(180)을 외부의 충격으로부터 안정적으로 보호할 수 있다.
제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 도 2의 (a) 내지 (b)의 상부 형상과 도 3의 (a) 내지 (b)의 하부 형상이 결합된 형태로 마련될 수 있다. 예를 들면, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 도 2의 (a)의 상부 형상과 도 3 (b)의 하부 형상을 가지는 형태로 마련될 수 있으며, 도 2의 (a)의 상부 형상과 도 3 (c)의 하부 형상을 가지는 형태로 마련될 수 있다.
또한, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 도 2의 (b)의 상부 형상과 도 3 (a)의 하부 형상을 가지는 형태로 마련될 수 있으며, 도 2의 (b)의 상부 형상과 도 3 (c)의 하부 형상을 가지는 형태로 마련될 수 있다.
또한, 제1 폴피스(110) 및 제2 폴피스(120)는 도 2의 (c)의 상부 형상과 도 3 (a)의 하부 형상을 가지는 형태로 마련될 수 있으며, 도 2의 (c)의 상부 형상과 도 3 (b)의 하부 형상을 가지는 형태로 마련될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 폴피스 및 제2 폴피스가 도 2 내지 도 3의 형상의 결합을 예시하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 폴피스 및 제2 폴피스는 각각 상부와 하부가 다양한 형상을 가지는 형태로 이루어질 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 제한되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1. 대상물
100. 자기력 제어 장치
100a. 수용공간
110. 제1 폴피스
111. 제1 반자성체 수용홈
112. 제1 작용면
120. 제2 폴피스
121. 제2 반자성체 수용홈
122. 제2 작용면
130. 제1 반자성체
131. 제1 샤프트홈
132. 제1 베어링홈
140. 제2 반자성체
141. 제2 샤프트홈
142. 제2 베어링홈
150. 회전 자석
160. 샤프트
170. 베어링
171. 제1 바디
172. 제2 바디
173. 복수의 볼
180. 고정 자석
190. 코일
C. 샤프트의 중심
D1. 외륜의 길이
D2. 내륜의 길이
100. 자기력 제어 장치
100a. 수용공간
110. 제1 폴피스
111. 제1 반자성체 수용홈
112. 제1 작용면
120. 제2 폴피스
121. 제2 반자성체 수용홈
122. 제2 작용면
130. 제1 반자성체
131. 제1 샤프트홈
132. 제1 베어링홈
140. 제2 반자성체
141. 제2 샤프트홈
142. 제2 베어링홈
150. 회전 자석
160. 샤프트
170. 베어링
171. 제1 바디
172. 제2 바디
173. 복수의 볼
180. 고정 자석
190. 코일
C. 샤프트의 중심
D1. 외륜의 길이
D2. 내륜의 길이
Claims (17)
- 제1 작용면을 가지는 제1 폴피스;
제2 작용면을 가지는 제2 폴피스;
상기 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스 사이에 고정되는 고정 자석;
상기 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스 사이에 배치되고, 그 S극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 그 N극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, 상기 N극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 상기 S극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰수 있도록 회전 가능하게 구성되는 회전 자석;
상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 중 적어도 하나에 감기는 코일;
상기 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스에 지지되는 제1 반자성체; 및
상기 제1 반자성체와 이격되도록 상기 제1 폴피스와 상기 제2 폴피스에 지지되는 제2 반자성체;를 포함하고,
상기 회전 자석은 상기 제1 폴피스와, 제2 폴피스와, 상기 제1 반자성체 및 상기 제2 반자성체에 의해 형성되는 수용공간에 수용되고, 상기 고정 자석은 상기 수용공간의 외부에 배치되고,
상기 회전 자석의 회전축은 상기 고정 자석을 향하는 방향으로 연장되며,
상기 코일에 인가되는 전류를 제어함으로써, 상기 회전 자석을 회전시켜서 상기 제1 배치상태와 상기 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스의 상기 제1 작용면과 상기 제2 작용면 상의 자기력을 제어하는, 자기력 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 사이에 배치되며, 상기 회전 자석과 함께 회전되는 샤프트; 를 포함하는 자기력 제어 장치 - 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 샤프트의 일단은 상기 제1 반자성체에 지지되고,
상기 샤프트의 타단은 상기 제2 반자성체에 지지되는 자기력 제어 장치. - 삭제
- 제4항에 있어서,
상기 각각의 반자성체에 결합되며 상기 샤프트의 일부를 지지하는 베어링; 을 포함하는 자기력 제어 장치. - 제6항에 있어서,
상기 각각의 반자성체는,
상기 샤프트의 일부를 지지하는 샤프트홈; 및
상기 샤프트홈의 일측과 타측에 배치되며, 상기 베어링을 지지하는 베어링홈; 을 포함하는 자기력 제어 장치. - 제7항에 있어서,
상기 베어링은,
상기 베어링홈의 일면에 지지되는 외륜;
상기 외륜과 이격 배치되며, 상기 샤프트의 일부에 결합되는 내륜; 및
상기 외륜과 상기 내륜 사이에 배치되는 복수의 회전체; 를 포함하는 자기력 제어 장치. - 제8항에 있어서,
상기 내륜의 길이는 상기 외륜의 길이보다 긴, 자기력 제어 장치. - 삭제
- 제4항에 있어서,
상기 샤프트의 적어도 일부가 상기 수용공간에 수용되는, 자기력 제어 장치. - 제11항에 있어서,
상기 회전 자석은,
상기 샤프트에 결합된 상태에서 상기 수용공간에서 회전 가능한, 자기력 제어 장치. - 제9항에 있어서,
상기 회전 자석은,
상기 샤프트에 결합된 상태에서 상기 내륜에 접촉되어 회전 가능한, 자기력 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 코일은,
상기 제2 반자성체와 상기 고정 자석 사이에 배치되는, 자기력 제어 장치. - 제14항에 있어서,
상기 회전 자석과 상기 고정 자석은 상기 제2 반자성체를 사이에 두고 이격 배치되는, 자기력 제어 장치. - 제1항에 있어서,
상기 코일은 상기 회전 자석과 상기 고정 자석 사이에 배치되는, 자기력 제어 장치 - 제1항, 제2항, 제4항, 제6항 내지 제9항, 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 자기력 제어 장치를 포함하는 자성체 홀딩 장치.
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