KR19990006818A - 움직일 수 있는 영구 자석을 갖춘 전자기 구동 장치 - Google Patents

움직일 수 있는 영구 자석을 갖춘 전자기 구동 장치 Download PDF

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KR19990006818A
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Abstract

고정자 구조물(stator structure)과 움직이는 방향에 대하여 직각으로 자기화된 부분을 하나나 그 이상 포함하는 움직일 수 있는 부재(movable member) 등으로 구성되며, 상기 자기화 부분(magnetized part) 또는 자기화 부분들(magnetized parts)은, 공기의 투자율에 가까운 가역(可逆) 투자율(reversible permeability)을 가지는, 그리고 전체적인 작동 범위에서 실제적으로 직접적인 소자(消滋) (demagnetization) 특징을 가지고, 실제적으로 상기 특징에 일치하는 직접적으로 되튀는 선(straight recoil line)을 가지는 물질에서 만들어지며, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 높은 자기화 투자율 물질에서 만들어진 적어도 하나의 제 1 자기 회로를 포함하며, 상기 회로 또는 회로들은 각각 두 개의 자극을 가지며, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 상기 제 1 자기 회로와 결합된 하나 이상의 전기적으로 전류가 가해진 코일을 덧붙여 포함하며, 움직일 수 있는 부재(movable member) 또는 고정자 구조물(stator structure) 등은 높은 자기 투자율 물질로 만들어진 적어도 하나의 제 2 자기 회로를 포함하고, 그리고 각각의 상기 자극(磁極)과 함께 공기-갭(air-gap)을 형성하도록 설치되며, 상기 모든 공기-갭(air-gap)은 자극(磁極)의 면(面)에 수직으로 측정된 길이를 실질적으로 같게 일정하게 가지며, 상기 제 1 과 제 2 회로 등은 같이 하나나 그 이상의 자기 페회로를 형성하며, 자기화 부분(magnetized part) 또는 자기화 부분들(magnetized parts) 등은 상기 공기-갭(air-gap)을 통하여 움직이도록 구동 장치(driving device)를 설치하며, 상기 자기화 부분들(magnetized parts) 등은 자기화 방향으로 측정된 길이를 실질적으로 일정하게 각각 가지며, 상기 에어-갭을 통하여 움직일 수 있는 부재(movable member)를 움직이는데 필요한 기계적 틈새만큼, 각각의 에어-갭의 길이보다 상기 길이는 작으며, 같은 자기 회로의 두 개 자극(磁極) 사이에서의 공간 너비와 자극(磁極)의 너비 등의 합을 넘지 않는 너비를, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 각각의 자기화 부분(magnetized part)은 가지며, 모든 상기 너비 등은 상기 움직임의 방향으로 측정되는 전자기 구동 장치(electromagnetic driving device)에 있어서,
움직일 수 있는 부재(movable member)가 하나 이상의 자기화 부분(magnetized part)을 포함하는 경우에서, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 모든 자기화 부분(magnetized part)은 모두 같은 방향으로 자기화되고, 자기화 부분(magnetized part) 또는 자기화 부분들(magnetized parts) 등의 물질은, 적어도 100 ℃ 와 같은 온도까지, 그리고 실질적으로 절대값으로 상기 물질의 잔류 자기의 0.5 배와 적어도 같은 음(陰)부호 자속 밀도의 값까지 선형적인 소자(消滋) (demagnetization) 특징을 실제적으로 가지고, 코일이나 코일들에서 전류가 없는 상태에서 각각의 자기화 부분(magnetized part)의 평균 작동점은, 상기 자기 물질의 잔류 자기 값보다 0.5 배 작은 자속 밀도 값에서 존재하도록, 자기 회로 또는 회로들, 그리고 자기화 부분(magnetized part) 또는 부분들 등의 크기를 정하는 것을 특징으로 하는 전자기 구동 장치(electromagnetic driving device).

Description

움직일 수 있는 영구 자석을 갖춘 전자기 구동 장치.
본 발명은, 고정자 구조물(stator structure)과 움직이는 방향에 대하여 직각으로 자기화된 부분을 하나나 그 이상 포함하는 움직일 수 있는 부재(movable member) 등으로 이루어진 전자기 구동 장치(electromagnetic driving device)에 관한 것으로서, 상기 자기화 부분(magnetized part) 또는 자기화 부분들(magnetized parts)은, 공기의 투자율에 가까운 가역(可逆) 투자율(reversible permeability)을 가지는, 그리고 전체적인 작동 범위에서 실제적으로 직접적인 소자(消滋) (demagnetization) 특징을 가지고, 실제적으로 상기 특징에 일치하는 직접적으로 되튀는 선(straight recoil line)을 가지는 물질에서 만들어지며, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 높은 자기화 투자율 물질에서 만들어진 제 1 자기 회로를 적어도 포함하며, 상기 회로 또는 회로들은 각각 두 개의 자극을 가지며, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 제 1 자기 회로와 결합된 하나 이상의 전기적으로 전류가 가해진 코일을 덧붙여 포함하며, 움직일 수 있는 부재(movable member) 또는 고정자 구조물(stator structure) 등은 높은 자기 투자율 물질로 만들어진 제 2 자기 회로를 적어도 포함하고, 그리고 각각의 상기 자극(磁極)과 함께 공기-갭(air-gap)을 형성하도록 설치되며, 상기 모든 공기-갭(air-gap)은 자극(磁極)의 면(面)에 수직으로 측정된 길이를 실질적으로 같게 일정하게 가지며, 상기 제 1 과 제 2 회로 등은 같이 하나나 그 이상의 자기 페회로를 형성하며, 자기화 부분(magnetized part) 또는 자기화 부분들(magnetized parts) 등은 상기 공기-갭(air-gap)을 통하여 움직이도록 구동 장치(driving device)를 설치하며, 상기 자기화 부분들(magnetized parts) 등은 자기화 방향으로 측정된 길이를 실질적으로 일정하게 각각 가지며, 상기 에어-갭을 통하여 움직일 수 있는 부재(movable member)를 움직이는데 필요한 기계적 틈새만큼, 각각의 에어-갭의 길이보다 상기 길이는 작으며, 같은 자기 회로의 두 개 자극(磁極) 사이에서의 공간 너비와 자극(磁極)의 너비 등의 합을 넘지 않는 너비를, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 각각의 자기화 부분(magnetized part)은 가지며, 모든 상기 너비 등은 상기 움직임의 방향으로 측정된다.
회전 또는 선형 장치일 수 있는 상기 타입의 구동 장치는, 특히 전류를 가하는 코일의 암페어-턴(ampere-turns)으로 주어진 값에 대하여 일정한 토크나 힘 등을, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 상대적인 긴 경로를 따라서 공급하는 것이 가능하며, 상기 토크나 상기 힘은 암페어-턴(ampere-turns)에 비례한다. 그러므로, 상기 장치는 이점이 있게 바로 제어하는 발동기(actuator)로서 이용될 수 있으며, 이 발동기는 기어를 줄이는 직렬(d.c.) 모터에 의하여 형성된 것보다 더 믿을 만하다. 예를 들면, 일정한 전류가 가해질 때, 각각의 상(相)에 사다리꼴 토크 특징을 공급하는 다상(多相)의 회전식 모터로써 발동기는 또한 이용된다.
특히 전달되는 힘이나 토크 등에 관하여 필요한 실행을 달성하기 위하여 일반적으로 필요한 것처럼, 상기에서 공지된 장치의 불리함은 높은 에너지 자기 물질로 인한 비용에 있다.
공지된 장치의 또 하나의 불리함은, 충분한 힘이나 토크를 달성하기 위하여 극성을 변화시키는 기초적인 영구 자석을 움직일 수 있는 부재(movable member)에 공급하고, 그러므로 장치의 조립 전에 자기화를 필요로 하고, 자석의 에너지와 부서지기 쉬움 등의 관점에서 최대인 조절을 이용한다는 사실에 있다. 그러므로, 특히 직렬로 크게 제조됨에 있어서, 자석 질점이 장치의 내에 있고, 자석 질점이 자기 회로의 에어-갭(air-gap)에 수용되고 그럼으로써 장치에서 결함을 일으킬 수 있음을 배제할 수 없다.
본 발명의 첫 번째 목적은, 공지된 장치의 기능과 같은 기능을 발동 장치에 공급하면서, 상기에서 기술된 불리함을 피하는 것이다.
상기 효과를 위하여, 본 발명에 따른 전자기 구동 장치(electromagnetic driving device)는, 움직일 수 있는 부재(movable member)가 하나 이상의 자기화 부분(magnetized part)을 포함하는 경우에서, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 모든 자기화 부분(magnetized part)은 모두 같은 방향으로 자기화되고, 자기화 부분(magnetized part) 또는 자기화 부분들(magnetized parts) 등의 물질은, 적어도 100 ℃ 와 같은 온도까지, 그리고 실질적으로 절대값으로 상기 물질의 잔류 자기의 0.5 배와 적어도 같은 음(陰) 부호 자속 밀도의 값까지 선형적인 소자(消滋)(demagnetization) 특징을 실제적으로 가지고, 코일이나 코일들에서 전류가 없는 상태에서 각각의 자기화 부분(magnetized part)의 평균 작동점은, 상기 자기 물질의 잔류 자기 값보다 0.5 배 작은 자속 밀도 값에서 존재하도록, 자기 회로 또는 회로들, 그리고 자기화 부분(magnetized part) 또는 부분들 등의 크기를 정하는 것을 특징으로 한다.
움직일 수 있는 부재(movable member)의 자기화 부분(magnetized part)은 같은 방향으로 자기화되며, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 이용은, 극성을 변화시키는 자기화 부분을 상기 에어-갭(air-gap)에 설치하는 보통의 경우와 비교하여 자기화 부분의 체적을 반으로 줄이는 것을 의미하며, 그 다음에 상기 단일 방향으로의 자기화 부분의 수는 에어-갭(air-gap) 수의 반이기 때문에, 모든 크기는 같다. 자기 체적의 감소와 또한 이용되는 물질의 비용의 감소 등은 움직일 수 있는 부재의 질량 감소와 일치하며, 특히 이것은 높은 가속을 필요로 할 때, 유리한 이점이 있다. 움직일 수 있는 부재의 상기 구조물은 장치의 조립 후에 자기화 효과를 가능하게 한다.
하지만, 자석 체적의 감소는, 또한 장치의 다른 파라미터가 같다면, 암페어-턴(ampere-turns)의 주어진 수에서 전달되는 힘이나 토크 등의 감소와 일치함을 일으킨다.
적어도 커다란 부분에 대하여 힘이나 토크 등에서 손실의 균형을 맞출 목적으로, 가해지는 암페어-턴(ampere-turns)을 실질적으로 증가시키는 것과 자속 밀도에서 큰 변화를 공급하는 것 등을 가능하도록, 본 발명은 지금까지 공지된 방식에서 적합한 자석 물질을 이용한다.
여기에서 고려되는 타입의 구동 장치(driving device)에 있어서, 한 편으로 자기 회로를 만드는 물질의 포화를 피하고, 또는 투자율의 실질적 감소를 피하는 것을 받아들일 수 있는 최대의 자속 밀도에 의하여, 또 다른 한 편으로 자석의 소자(消磁)의 위험을 피하는 자기장의 최소의 음(陰)부호 값에 의하여, 소자(消磁) 특성 B(H) 에서 움직일 수 있는 자석(movable magnet)의 작동점의 변화는 제한된다.
실내 온도에서 자석의 진짜 보자성(保磁性)을 증가시킬 목적으로, 높은 에너지의 자기 물질의 발전은, 매우 높은 온도, 예를 들면 215 ℃ 를 넘기는 온도의, 제 2 사분면에서만 일어나는 무릎(knee)에서 B(H) 특성을 가지는 NdFeB-타입 을 일으켜왔다. 보다 낮은 온도에서 작업할 때, 소자(消磁) 특성의 선형 부분은, 특히 적어도 100 ℃ 와 같은 온도에서 절대값으로 상기 물질의 잔류 자기의 0.5 배를 초과하는 음(陰)부호 자속 밀도의 값까지 제 3 사분면으로 뻗는 듯이 보인다.
상기 경우에서 본 발명에 따른 설치를 이용하는 것에 의하여, 자석의 평균 작동점이 잔류 자기의 반 보다 적은 자속 밀도의 값에 존재한다는 것에 의하여, 이제까지 결코 고려되지 않은 매우 큰 자속 밀도의 변화 범위에서 작업하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 장치에서, 보통의 장치는 상당히 큰 자석 체적을 필요로 하는 동안에, 보통 장치의 힘이나 토크 등과 적어도 비교되는 힘이나 토크 등을 얻을 수 있다.
특별한 실시예에서, 본 구동 장치(driving device)는 고정자 구조물(stator structure)에 수용되는 축에 설치된 회전식 움직일 수 있는 부재(movable member)를 포함할 수 있으며, 상기 움직일 수 있는 부재(movable member)는 제한된 스트로우크(limited stroke)를 가지며, 상기 움직일 수 있는 부재(movable member)는 자기화 부분(magnetized part)을 포함하며, 자기화 부분(magnetized part)의 모양은 실질적으로 편평한 고리 모양의 평원반(annular disc)모양이며, 자기화 부분(magnetized part)은 움직일 수 있는 부재(movable member)의 회전축(axis of rotation)에 직각인 평면에 설치되고, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 U 자(字) 모양 내(內)에 있는 하나 이상의 자기 회로를 포함하며, 자기 회로의 끝은 자극(磁極)을 형성한다. 상기 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는, 상기 자극(磁極)은 서로에 대하여 마주보는 각각의 두 개의 에지(edge)를 가지며, 상기 자극(磁極)은 서로에 대하여 평행이며, 축 평면(axial plane)에 평행이고, 자기화 부분(magnetized part)은 회전 방향으로 두 개의 끝 부분을 가지며, 실질적으로 움직일 수 있는 부재(movable member)의 끝 위치에서 자기화 부분(magnetized part)의 테두리(edge)는 에지(edge) 등과 각각 동시에 같은 공간을 차지하는 것을 특징으로 한다.
또 하나의 실시예에 따라서, 본 구동 장치(driving device)는, 고정자 구조물(stator structure)에 수용되는 축에 설치된 회전식 움직일 수 있는 부재(movable member)를 포함하고, 상기 움직일 수 있는 부재(movable member)는 하나 이상의 자기화 부분(magnetized part)을 포함하며, 자기화 부분(magnetized part)의 모양은 실질적으로 편평한 고리 모양의 평원반(annular disc)모양이며, 자기화 부분(magnetized part)은 움직일 수 있는 부재(movable member)의 회전축(axis of rotation)에 직각인 평면에 설치되고, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 자기화 부분(magnetized part)의 평면의 하나의 측면에 설치된 두 개 이상의 U 자(字) 모양 자기 회로를 포함한다. 상기 실시예에서, 장치는, 상기 두 개의 U 자(字) 모양 회로의 인접한 두 개의 다리는 전기적으로 같은 전류가 가해지는 코일에 결합되고, 상기 인접한 다리의 끝은 공통의 자극(磁極)에 의하여 결합되는 것을 특징으로 한다. 오히려 U 자(字) 모양 부분은 U 자(字) 모양의 면(面) 쌓임(sheet stack)으로 형성된다.
또한 본 발명은, 자기화 부분(magnetized part)이나 부분들 등의 평균 작동점을 대략 0 과 적어도 같은 자속 밀도 값에서 조정되도록, 바이어싱 영속 전류(biasing permanent current)를 상기 코일이나 코일들에 가한다는 것에 따른 본 구동 장치(driving device)를 이용하는 방법에 목적이 있다. 상기 경우에서, 암페어-턴(ampere-turns)을 바이어싱에 일치하는 힘이나 토크 등은, 스프링과 같은 것에 의하여 보상된다.
평균 자속 밀도가 대략 0 과 같은 것에 의한 조정은, 높은 주파수에서 작동될 수 있는 선형 또는 각 발동기(actuator)의 경우에서 특히 유용하다. 일반적으로 말하면, 본 발명에 의하여 공급되는 평균 자속 밀도의 감소는, 특히 기계적인 국부 응력과 자기 손실 등을 줄이는 것이 가능하다.
축 방향으로 뻗어 있는 에어-갭(air-gap)을 갖춘 회전식 구동 장치(driving device)의 경우에 있어서, 예를 들면 축 방향 힘은 자속 밀도의 제곱으로 다양한 경우에, 마찰과 베어링의 닳아 없어짐을 실질적으로 줄인다. 자기화 부분이 움직일 수 있는 거멀쇠에 설치되고, 그러므로 고정자의 자극(磁極)에 의하여 강하게 붙어 있는 설치에 있어서, 축 방향 정지는 중요한 응력에 지배를 받도록, 평균 자속 밀도의 감소는 특히 이점이 있다.
본 발명은 장치의, 자기화가 아닌 상태에서 상기 움직일 수 있는 부재(movable member)가 상기 고정자 구조물(stator structure)과 조립되고, 그 다음에 유도자(誘導子)(inductor)에서 조립된 장치를 놓는 것에 의하여, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 일치하는 부분의 자기화는 효과가 있다는 것에 따른 제조 방법에 더욱이 관계가 있다. 자기화 부분의 포화를 쉽게 얻을 목적으로, 자기화할 때, 100 내지 150 ℃ 등의 사이에서 구성되는 값까지 온도를 올리는 것은 이점이 있다.
예(例)에 의하여, 본 발명의 다른 특징, 이점(利點), 그리고 목적 등은 하기에서 주어진 기술에서 명백해질 것이며, 붙어 있는 그림에서 보여진 장치를 작동시키는 상이한 실시예 등의 다른 특징, 이점(利點), 그리고 목적 등도 명백해진다.
도 1 은, 단 하나의 자기화 부분으로 이루어진 제한된 스트로우크(limited stroke)를 갖춘 회전식 발동기(rotary actuator)를 나타내는 도 2 에 있어서, 선 I - I 을 따른 단면도이다 ;
도 2 는, 도 1 의 선 II - II 를 따른 평면도이다 ;
도 3 은, 세 개의 자기화 부분으로 이루어진 제한된 스트로우크(limited stroke)를 갖춘 발동기(actuator)를 나타내는 도 4 에 있어서, 선 III - III 을 따른 단면도이다 ;
도 4 는, 도 3 의 선 IV - IV 를 따른 평면도이다 ; 그리고,
도 5 는, 도 4 의 선 V - V 를 따른 부분적인 단면도이다.
* 부호 설명
1 ... 움직일 수 있는 부재(movable member)
2, 23, 24, 25 ... 자기화 부분(magnetized part)
3, 30 ... 회전축(axis of rotation)
4 ... 거멀쇠(yoke)
5 ... 정지(靜止)된 자기 회로(stationary magnetic circuit part)
7, 8 ... 철심부(core portion)
9, 10, 28, 29 ... 베어링(bearing)
11 ... 설치부(mounting part)
12, 13 ... 두 개의 전기 코일(electric coil)
14 ... 축 대칭(axial symmetry)
15, 16, 17 ... 코일(coil)
21, 22 ... 테두리(edge)
50 ... 고정자 구조(stator structure)
71, 81 ... 자극(磁極)(polar portion)
72, 73, 83 ... 에지(edge)
도 1 내지 도 2 는, 단 하나의 자기화 부분으로 이루어진 제한된 스트로우크(limited stroke)를 갖춘 회전식 발동기(rotary actuator)의 형태로서, 본 발명에 따른 구동 장치(driving device)를 보여준다. 상기 예(例)에서, 다른 차원(크기)에 대하여 얇은 두께인 편평한 고리 모양의 평원반(annular disc)모양을 가진 자기화 부분(2)(magnetized part)을, 움직일 수 있는 부재(1)(movable member)는 수용하고, 상기 부분(2)은 구동 장치(driving device)의 회전축(axis of rotation)에 대하여 평행으로 자기화된다.
움직일 수 있는 부재(1)(movable member)는 높은 자기 투자율을 가진 물질에서, 예를 들면 소결된 연철에서 만들어진 거멀쇠(4)(yoke)로 이루어지며, 자기화 부분(2)(magnetized part) 상기 거멀쇠(4)의 평면에 고착된다. 조립된 회전식 부재(1)(rotary member)는 프레싱(pressing)에 의하여 회전축(axis of rotation)에 설치된다.
상기 발동 장치의 고정자(stator)는, 저부(6)(base portion)와 두 개의 철심부(7, 8)(core portion) 등을 가진 정지(靜止)된 자기 회로(5)(stationary magnetic circuit part)로 이루어지며, 상기 두 개의 철심부의 끝 등은 각각 자극(71, 81)(磁極) 등을 구성한다. 상기 자극은 거멀쇠(4)와 함께 각각 일정하게 같은 길이인 두 개의 공기-갭(air-gap) 등을 형성하고, 여기서 공기-갭(air-gap)의 길이는 상기 자극의 면(面)에 직각으로 측정된다. 같은 방향으로 측정되는 자기화 부분(2)(magnetized part)의 길이는, 상기 공기-갭(air-gap)의 길이 보다 다소 작고, 공기-갭(air-gap)의 길이와 자기화 부분(2)(magnetized part)의 길이 사이에서의 차이는, 고정자에 대하여 움직일 수 있는 부재(movable member)의 활동에 대하여 필요한 기계적 틈새에 일치한다.
더욱이, 고정자는 회전축(3)을 위한 두 개의 베어링(9, 10) 등을 포함하며, 도 1 에서 보여지듯이, 상기 베어링은 바로, 또는 설치부(11)(mounting part)를 통하여, 자기 회로(5)에 고착된다.
두 개의 전기 코일(12, 13)(electric coil) 등은 각각 철심부(7, 8) 주위에 놓이며, 자극(71, 81) 등에서 반대의 극성이 나타나도록, 감아지는 방향, 그리고, 코일에서 흐르도록 가해지는 전류의 방향 등을 선택한다. 그러므로, 자기화된 부분에서 만들어지는 자극의 상호 작용은, 전류의 방향에 의존하여 회전의 한 방향 또는 다른 방향 등에서 발동기(actuator)의 토크(torque)를 공급한다. 움직일 수 있는 부재(movable member)의 스트로우크(stroke)는 나타나지는 않았지만, 종래의 수단에 의하여 제한됨으로써, 최대 90 도의 각도로 본 발명 장치로 뻗게 된다.
본 장치의 중요한 특징인 코일(12, 13) 등의 모양과 자기화 부분(2)(magnetized part)의 모양은, 도 2 에서 보여진다. 상기 도면은 중간 위치에서 자기화 부분(2)을 대표하며, 즉, 자기화 부분(2)의 끝 위치 등의 사이에서 스트로우크(stroke)의 반쯤에 있다. 자극(71, 81) 각각의 양쪽의 에지(72, 82)(edge)는 서로에 대하여 평행하며, 자기화 부분(2)의 통과 영역에서 축 대칭(14)(axial symmetry)의 평면에 평행하다는 것을 특히 알려진다. 자기화 부분 그 자체는 방사 방향에 대하여 기울어져 있는 테두리(21, 22)(edge) 등을 가짐으로써, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 끝 위치에서 상기 테두리는 에지(72, 82)(edge) 등과 각각 동시에 같은 공간을 차지하거나, 매우 가깝게 있다. 그 다음에, 자기화 부분의 다른 끝의 테두리(edge)는, 자극(81, 71) 등의 에지(83, 73) 등과 각각 동시에 같은 공간을 차지하거나, 매우 가깝게 있다. 그러므로, 정의된 설치는 표면을 줄이는 것이 가능하고, 그리고 결과적으로 다른 모든 파라미터가 같은 동안에 자기화 부분의 체적을 상기 구조에서 최소로 하게 한다.
거멀쇠(4)는 상기 장치의 자기 회로를 닫으며, 거멀쇠(4)의 너비는 움직이는 방향으로 고정자 자극의 너비에 의하여 각각의 측면으로 증가되는 자기화 부분의 너비와 적어도 같으며, 여기서 거멀쇠(4)는, 도 2 에서 밑줄로서 부분적으로 지적되듯이, 원형을 가지도록, 본 경우에 있어서 자기화 부분의 평균 반지름의 2∏ 배보다 다소 적은 호(arc)에 일치한다.
예로써, 상기에서 정의된 1 mm 의 길이, 자기화 부분과 고정자의 자극 등의 사이에서 틈새 0.4 mm 등을 갖춘 자기화 부분을 이용하면서, 그리고, 본 발명에 관계하여 적합한 자석 물질을 예를 들면, 약 140 ℃ 온도에서 0.85 T 의 잔류 자기(remanence)를 가지는 물질을 이용하면서, 자기화 부분의 평균 작동점은 0.3 T 의 자속 밀도 값에 있다. 각각의 코일에서 1300 암페어-턴(ampere-turns)을 이용하면서, 자기화 부분이 전체에 걸쳐서 상응하는 자극에 접하게 되는 움직일 수 있는 부재의 끝 위체에서, 움직일 수 있는 부재의 하나의 끝 위치에서 다른 끝 위치로 작동점의 변화는 ± 1.17 T 이다. 상기 경우에 자속 밀도의 극대값은 각각 자석 물질의 B(H) 특징의 무릎에 일치하는 값보다 다소 높으며, 그리고 비싸지 않는 소결된 철 물질을 받아들이는 최대 자속 밀도보다 다소 적다.
직렬로 된 두 개의 공기-갭(air-gap)을 포함하는 페회로에 가해지는 전위는 2600 암페어-턴(ampere-turns)이며, 2600 암페어-턴(ampere-turns)은 움직일 수 있는 부재의 극대 위치에서 상기 회로에서 포함된 독립적인 자기화 부분 전위의 4 배이며, 즉, 움직일 수 있는 부재의 전위는 650 암페어-턴(ampere-turns)임에 주의해야 한다. 상기 불균형한 치수 조정은 움직일 수 있는 영구 자석을 갖춘 발동기(actuator)의 분야에서 절대적으로 이상하다. 비교를 위하여, 자기화 방향의 반대로 근접한 두 개의 자기화 부분을 이용하는 공지된 장치에서, 평균 작동점은 0.6 T 인 자속 밀도에, 그리고 공기-갭(air-gap) 당(當) 970 암페어-턴(ampere-turns)을 받아들일 수 있는 최대의 암페어-턴(ampere-turns)에 일치한다. 상기 경우에서 기술된 전위의 비(比)는 본 발명에 따른 장치에서 4 대신에 약 1.5 와 같게 된다. 기술된 보통 장치의 토크(torque)는 50 % 정도 크며, 자석 물직의 질량은 본 발명의 장치 질량의 약 3 배이다. 그러므로, 장치의 조립된 상태에서 움직일 수 있는 부분를 자기화하는 것이 가능하고, 이미 상기에서 기술되듯이 다른 이점을 공급하는 것이 가능하다는 사실에 추가하여, 실질적으로 발명에 따른 해답은 비싸지 않다.
도 3 내지 도 5 는, 본 발명에 따른 구동 장치(driving device)의 또 다른 실시예를 보여준다. 이것은 또한 회전 발동기(rotary actuator)이며, 예를 들면, 또한 제한된 스트로우크(stroke)를 갖춘, 회전축(axis of rotation)에 평행하게 같은 방향으로 자기화된 세 개의 자기화 부분(23, 24, 25)(magnetized part) 등을 포함하는 움직일 수 있는 부재(movable member)이다. 여기서 상기 자기화 부분은 환형의 섹터(annular sector) 모양을 가지며, 그리고 상기의 예와 같이, 자기 회로를 닫는 거멀쇠(40)에 상기 자기화 부분(magnetized part)은, 예를 들면 접착에 의하여, 고정되어 있으며, 상기 자기 회로의 첫 번째 부분은 고정자 구조물(50)(stator structure)로 형성되어 있다.
도 3 내지 도 5 를 따르는 실시예에서, 고정자 구조물(stator structure)의 자기 회로의 설치와 전류를 가한 코일과의 결합 등은 본래의 특징을 나타낸다. 특히 도 4 와 도 6 에서 보여지듯이, 각각의 코일은, 예를 들면 코일(15)은, 두 개의 U-모양의 자기 회로와, 예를 들면 코일(16, 17) 등과 결합된다. 실지로, 코일(15)은, U-모양의 면(面) 금속(sheet metal)의 쌓임의 형태로 이점이 있게 만들어진 상기 회로의 두 개의 이웃한 다리로 둘러싸인다. 본 예에 있어서, 여섯 개의 자기 회로가 상기 도 4 에서 보여지듯이 설치되는 방식으로 여섯 개의 코일은 결합된다. 같은 코일에 의해 둘러싸인 다리의 끝은 각각의 자극(磁極)에 의하여, 예를 들면 자극(18)에 의하여 결합된다.
본 발명에 따른 장치는 자기 회로의 큰 단면적 영역을 필요로 하지 않기 때문에, 도 3 내지 도 5 에 따른 구조는 매우 이점이 있는 해답을 나타내며, 특히, 비용의 관점에서, 그리고 제조의 용이성에서 이점이 있다. 같은 코일에 의하여 둘러싸인 자기 회로 다리 등의 사이에서의 공간은, 예를 들면 공간(19)(space)은, 수지(resin)로 채워져 있고, 전체의 장치는 자기적인 또는 자기적이지 않은 물질의 주형(26, 27) 등에, 예를 들면 회전축(30)(axis of rotation)을 위한 베어링(28, 29) 등을 지탱하는 주형 등에 수용될 수 있다.
실시예의 모든 형태에 있어서, 일단 고정자 구조물과 움직일 수 있는 부재 등이 조립되면, 발명에 따른 구동 장치(driving device)는, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 상응하는 부분을 자기화하는 것이 가능하다. 자기화를 위하여 장치는 유도자(誘導子)(inductor)에 놓이며, 오히려 자기화 공정은 100 내지 150 ℃ 등의 사이의 온도에서 효과가 있다.
본 발명에 따른 장치는, 스트로우크(stroke) 길이에 대하여 실제적으로 일정한 토크를 공급할 목적으로, 제한된 스트로우크를 갖춘 선형 발동기(linear actuator) 또는 각 발동기(angular actuator) 등으로써 이용될 수 있으며, 상기 장치는 다상(多相) 회전 모터로써 이용될 수 있다. 상기 장치는 경제적인 구조에 있어서, 그리고 신뢰성에 있어서 눈에 뜨일 정도이다. 상기에서 언급되었듯이, 실질적으로 심지어 100 ℃ 보다 높은 온도에서 정정 작용을 확실하게 하는 동안에, 보통 장치의 토크 값과 비교할 수 있는 토크 값을 얻는 것이 가능하다. 실제로는 비싼 물질에서 만들어진 자기화 부분의 치수(차원)는, 특별한 응용에 대하여 최적의 방법으로 전체의 장치를 필요한 치수로 만들 목적으로, 최대의 암페어-턴(ampere-turns)에, 그리고 자기 회로에서 이용되는 투자 물질(permeable material)의 질에 적용될 수 있으며, 코일과 코일들은 같은 부피 내(內)에서 최대로 이점이 있게 구성될 수 있다.

Claims (7)

  1. 고정자 구조물(stator structure)과 움직이는 방향에 대하여 직각으로 자기화된 부분을 하나나 그 이상 포함하는 움직일 수 있는 부재(movable member) 등으로 구성되며, 상기 자기화 부분(magnetized part) 또는 자기화 부분들(magnetized parts)은, 공기의 투자율에 가까운 가역(可逆) 투자율(reversible permeability)을 가지는, 그리고 전체적인 작동 범위에서 실제적으로 직접적인 소자(消滋) (demagnetization) 특징을 가지고, 실제적으로 상기 특징에 일치하는 직접적으로 되튀는 선(straight recoil line)을 가지는 물질에서 만들어지며, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 높은 자기화 투자율 물질에서 만들어진 적어도 하나의 제 1 자기 회로를 포함하며, 상기 회로 또는 회로들은 각각 두 개의 자극을 가지며, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 상기 제 1 자기 회로와 결합된 하나 이상의 전기적으로 전류가 가해진 코일을 덧붙여 포함하며, 움직일 수 있는 부재(movable member) 또는 고정자 구조물(stator structure) 등은 높은 자기 투자율 물질로 만들어진 적어도 하나의 제 2 자기 회로를 포함하고, 그리고 각각의 상기 자극(磁極)과 함께 공기-갭(air-gap)을 형성하도록 설치되며, 상기 모든 공기-갭(air-gap)은 자극(磁極)의 면(面)에 수직으로 측정된 길이를 실질적으로 같게 일정하게 가지며, 상기 제 1 과 제 2 회로 등은 같이 하나나 그 이상의 자기 페회로를 형성하며, 자기화 부분(magnetized part) 또는 자기화 부분들(magnetized parts) 등은 상기 공기-갭(air-gap)을 통하여 움직이도록 구동 장치(driving device)를 설치하며, 상기 자기화 부분들(magnetized parts) 등은 자기화 방향으로 측정된 길이를 실질적으로 일정하게 각각 가지며, 상기 에어-갭을 통하여 움직일 수 있는 부재(movable member)를 움직이는데 필요한 기계적 틈새만큼, 각각의 에어-갭의 길이보다 상기 길이는 작으며, 같은 자기 회로의 두 개 자극(磁極) 사이에서의 공간 너비와 자극(磁極)의 너비 등의 합을 넘지 않는 너비를, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 각각의 자기화 부분(magnetized part)은 가지며, 모든 상기 너비 등은 상기 움직임의 방향으로 측정되는 전자기 구동 장치(electromagnetic driving device)에 있어서,
    움직일 수 있는 부재(movable member)가 하나 이상의 자기화 부분(magnetized part)을 포함하는 경우에서, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 모든 자기화 부분(magnetized part)은 모두 같은 방향으로 자기화되고, 자기화 부분(magnetized part) 또는 자기화 부분들(magnetized parts) 등의 물질은, 적어도 100 ℃ 와 같은 온도까지, 그리고 실질적으로 절대값으로 상기 물질의 잔류 자기의 0.5 배와 적어도 같은 음(陰)부호 자속 밀도의 값까지 선형적인 소자(消滋) (demagnetization) 특징을 실제적으로 가지고, 코일이나 코일들에서 전류가 없는 상태에서 각각의 자기화 부분(magnetized part)의 평균 작동점은, 상기 자기 물질의 잔류 자기 값보다 0.5 배 작은 자속 밀도 값에서 존재하도록, 자기 회로 또는 회로들, 그리고 자기화 부분(magnetized part) 또는 부분들 등의 크기를 정하는 것을 특징으로 하는 전자기 구동 장치(electromagnetic driving device).
  2. 제 1 항에 있어서, 고정자 구조물(stator structure)에 수용되는 축에 설치된 회전식 움직일 수 있는 부재(movable member)를 포함하고, 상기 움직일 수 있는 부재(movable member)는 제한된 스트로우크(limited stroke)를 가지며, 상기 움직일 수 있는 부재(movable member)는 자기화 부분(magnetized part)을 포함하며, 자기화 부분(magnetized part)의 모양은 실질적으로 편평한 고리 모양의 평원반(annular disc)모양이며, 자기화 부분(magnetized part)은 움직일 수 있는 부재(movable member)의 회전축(axis of rotation)에 직각인 평면에 설치되고, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 U 자(字) 모양 내(內)에 있는 하나 이상의 자기 회로를 포함하며, 자기 회로의 끝은 자극(磁極)을 형성하는 구동 장치(driving device)에 있어서,
    상기 자극(磁極)은 서로에 대하여 마주보는 각각의 두 개의 에지(edge)를 가지며, 상기 자극(磁極)은 서로에 대하여 평행이며, 축 평면(axial plane)에 평행이고, 자기화 부분(magnetized part)은 회전 방향으로 두 개의 끝 부분을 가지며, 실질적으로 움직일 수 있는 부재(movable member)의 끝 위치에서 자기화 부분(magnetized part)의 테두리(edge)는 에지(edge) 등과 각각 동시에 같은 공간을 차지하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(driving device).
  3. 제 1 항에 있어서, 고정자 구조물(stator structure)에 수용되는 축에 설치된 회전식 움직일 수 있는 부재(movable member)를 포함하고, 상기 움직일 수 있는 부재(movable member)는 하나 이상의 자기화 부분(magnetized part)을 포함하며, 자기화 부분(magnetized part)의 모양은 실질적으로 편평한 고리 모양의 평원반(annular disc)모양이며, 자기화 부분(magnetized part)은 움직일 수 있는 부재(movable member)의 회전축(axis of rotation)에 직각인 평면에 설치되고, 상기 고정자 구조물(stator structure)은 자기화 부분(magnetized part)의 평면의 하나의 측면에 설치된 두 개 이상의 U 자(字) 모양 자기 회로를 포함하는 구동 장치(driving device)에 있어서,
    상기 두 개의 U 자(字) 모양 회로의 인접한 두 개의 다리는 전기적으로 같은 전류가 가해지는 코일에 결합되고, 상기 인접한 다리의 끝은 공통의 자극(磁極)에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는 구동 장치(driving device).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 U 자(字) 모양 회로는 U 자(字) 모양 면(面) 쌓임(sheet stack)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 구동 장치(driving device).
  5. 제 1 항에 있어서, 자기화 부분(magnetized part)이나 부분들 등의 평균 작동점을 대략 0 과 적어도 같은 자속 밀도 값에서 조정되도록, 바이어싱 영속 전류(biasing permanent current)를 상기 코일이나 코일들에 가하는 것을 특징으로 하는 구동 장치(driving device) 이용 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 자기화가 아닌 상태에서 상기 움직일 수 있는 부재(movable member)가 상기 고정자 구조물(stator structure)과 조립되고, 그 다음에 유도자(誘導子)(inductor)에서 조립된 장치를 놓는 것에 의하여, 움직일 수 있는 부재(movable member)의 일치하는 부분의 자기화는 효과가 있는 것을 특징으로 하는 장치 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 자기화할 때, 100 내지 150 ℃ 등의 사이에서 구성되는 값까지 온도를 올리는 것을 특징으로 하는 방법.
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