KR20040041013A

KR20040041013A - 자기식 댐퍼 및 이를 구비한 액추에이터

Info

Publication number: KR20040041013A
Application number: KR1020030077500A
Authority: KR
Inventors: 야지마히사시; 후지와라노부히로; 이토사토루
Original assignee: 에스엠시 가부시키가이샤
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2004-05-13
Also published as: JP3811442B2; CN100349369C; TW200417699A; JP2004159455A; DE10351572A1; US6819209B2; DE10351572B4; CN1499701A; KR100566005B1; TWI228165B; US20040090295A1

Abstract

본 발명은 작동자를 완충적으로 정지시키기 위한 댐퍼를, 상기 작동자가 충돌하였을 때의 탄성을 적게 하여 상기 작동자가 정지하기까지의 시간을 단축함과 아울러 상기 작동자의 충돌에 의한 손상을 받기 어렵게 하여 그 사용성 및 내구성을 높이는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 자기식 댐퍼를 액추에이터의 작동자(1)를 수용하기 위한 가동의 제동판(2)과, 이 제동판(2)을 자기력에 의해 흡인하는 고정자(3)로 구성하고, 이 고정자(3)와 상기 제동판(2) 사이에 작용하는 자기흡인력을 상기 작동자(1)를 정지시키기 위한 제동력으로 한다.

Description

자기식 댐퍼 및 이를 구비한 액추에이터{MAGNETIC DAMPER AND ACTUATOR HAVING THE SAME}

본 발명은 자기력을 제동력으로 하는 자기식 댐퍼, 및 이 댐퍼를 구비한 액추에이터에 관한 것이다.

예컨대, 액추에이터의 출력용 축을 스트로크단에서 정지시키는 경우에는 상기 축에 설치되어 함께 이동하는 작동자를 댐퍼에 저촉시키는 것이 일반적이다. 이 경우, 충돌시의 충격을 완화시키기 위하여 각종 댐퍼가 사용되고 있다.

이와 같은 댐퍼로서 통상은 스프링이나 고무 등의 탄성력을 제동력으로서 이용한 것이 널리 알려져 있다. 그런데, 이러한 댐퍼는 작동자가 충돌하였을 때 상기 스프링이나 고무 등이 압축되어 탄발력이 상승하기 때문에 그 반발력에 의해서 상기 작동자가 크게 튀고, 정지하기까지 진동을 반복하게 되므로 상기 축이 스트로크단에서 정지하기까지 시간이 걸리고, 액추에이터의 정밀한 구동 및 제어에 방해가 될 가능성이 있다. 또한, 작동자가 충돌할 때마다 상기 스프링이나 고무 등이 탄성변형되기 때문에 반복해서 충돌하는 사이에 이들 스프링이나 고무 등이 손상을 받거나 탄발력의 저하를 일으키기 쉬운 것 등의 문제가 있고, 내구성이 작다.

본 발명의 기술적 과제는 액추에이터의 작동자를 완충적으로 정지시키기 위한 댐퍼를, 상기 작동자가 충돌하였을 때의 탄성을 적게 하여 이 작동자가 정지하기까지의 시간을 단축함과 아울러 이 작동자의 충돌에 의한 손상을 받기 어렵게 하여 그 사용성 및 내구성을 높이는 것에 있다.

도 1은 본 발명에 관한 자기식 댐퍼의 구성을 원리적으로 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명에 관한 자기식 댐퍼를 사용한 액추에이터의 일실시예를 나타내는 요부 단면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1,14 … 작동자 2,30 … 제동판

3 … 고정자 5,6,31,32 … 완충부재

10,11 … 이너(inner) 요크 10a,11a … 극치(極齒)

12 … 여자코일 13 … 아우터(outer) 요크

15 … 축 16 … 자기식 댐퍼

28 … 영구자석

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의하면 액추에이터의 작동자를 수용하기 위한 가동(可動)의 제동판과, 이 제동판을 자기력에 의해 흡인하는 고정자를구비하고 있어서 이 고정자와 상기 제동판 사이에 작용하는 자기흡인력을 상기 작동자를 정지시키기 위한 제동력으로 한 것을 특징으로 하는 자기식 댐퍼가 제공된다.

상기 구성을 갖는 자기식 댐퍼에 있어서 이동하는 작동자가 스트로크단에서 제동판에 충돌하면 이 제동판이 고정자로부터 떨어지는 방향으로 변이(變移)하지만 상기 제동판에 고정자와의 사이에 자기흡인력이 작용하고 있으므로 이 자기흡인력이 제동력으로 되어서 작동자의 운동에너지가 흡수되어 이 작동자가 스트로크단에 완충적으로 정지한다. 이 때, 상기 제동판의 질량을 어느 정도 크게 하여 둠으로써 바람직하게는 작동자의 질량에 가능한한 가깝게 함으로써 이 작동자가 충돌하였을 때의 충돌에너지를 상기 제동판의 변이와 상기 자기흡인력의 공동작용에 의해서 보다 확실하게 또한 효율좋게 흡수시킬 수 있다.

고정자로부터 일단 떨어진 상기 제동판은 이들 사이의 자기흡인력에 의해 되돌려져서 고정자에 흡착하여 작동자와 함께 그 위치에 정지한다.

이와 같은 자기식 댐퍼는 제동판과 고정자 사이의 자기흡인력을 제동력으로 하고 있으므로 스프링이나 고무 등의 탄발력을 이용한 종래의 댐퍼에 비해서 작동자의 탄성이 적고, 이 작동자를 단시간에 조기에 정지시킬 수 있다. 또한, 이 작동자가 제동판에 반복해서 충돌하더라도 자기력의 저하에 의한 제동력의 저하가 일어나지 않고, 내구성이 우수하다.

본 발명에 있어서는 상기 작동자와 제동판을 자기력에 의해 서로 흡착할 수 있도록 구성할 수 있음으로써 작동자와 제동판 사이의 탄성을 억제하여 작동자를보다 단시간에 정지시킬 수 있다.

본 발명에 있어서는 상기 제동판에 있어서의 작동자와의 접촉면에 완충부재를 배치할 수도 있음으로써 작동자가 제동판에 충돌할 때의 충격을 완화하여 충격음의 발생을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 상기 자기식 댐퍼를 구비하고 있어서 이 자기식 댐퍼로, 출력을 인출하는 부재와 함께 이동하는 작동자를 스트로크단에 완충적으로 정지시키도록 한 액추에이터가 제공된다.

본 발명에 있어서는 상기 액추에이터를, 마주 대하는 1쌍의 극치를 구비한 통형상 요크와, 이 요크에 감겨진 여자코일과, 상기 요크의 중공부 내에 축선반향으로 가동하게 배치되고 N극과 S극이 반경 방향으로 착자된 원통형상의 영구자석을 갖는 작동자와, 이 작동자에 연결된 출력용 축을 갖도록 구성할 수 있다.

본 발명의 구체예에 의하면 상기 제동판이 환상을 하고 있어서 상기 요크의 측면에 흡착하도록 배치되고, 상기 제동판을 상기 축이 관통하고 있다.

도 1은 본 발명에 관한 자기식 댐퍼의 원리적 구성을 나타내는 것이고, 이 자기식 댐퍼는 액추에이터의 작동자(1)를 수용하기 위한 가동의 제동판(2)과, 이 제동판(2)을 자기력에 의해 흡인하는 고정자(3)를 구비하고 있어서 이 고정자(3)와 상기 제동판(2) 사이에 작용하는 자기흡인력을 상기 작동자(1)를 정지시키기 위한 제동력으로 한 것이다.

상기 고정자(2)는 영구자석이나 전자석 등으로 형성되어 있어서 내부에 공간을 갖고, 이 공간 내를 상기 작동자(1)가 이동하도록 되어 있다.

상기 제동판(2)은 철이나 니켈, 자성 고무 등의 자성소재(영구자석을 포함)이며 원형이나 직사각형 등의 필요한 형상으로 형성되어 있어서 상기 고정자(3)의 내부 공간의 단부에 형성된 제동실(4a) 내에 수용되고, 고정자(3)의 측면에 자기력에 의해 흡착되어 있다. 상기 제동실(4a)은 상기 고정자(3)의 측면에 결합된 비자성의 커버부재(4)의 내부에 형성되고, 상기 제동판(2)이 고정자(3)로부터 떨어져 어느 정도의 거리(d)를 이동할 수 있는 넓이를 갖고 있다. 이 제동판(2)이 이동할 수 있는 거리(d)는 고정자(3)와의 사이에서 자기흡인력이 작용하는 범위 내로 설정되어 있다. 즉, 상기 제동판(2)이 고정자(3)로부터 일단 떨어져서 거리(d)를 이동하여 상기 제동판(2)에는 고정자(3)로부터의 충분히 큰 자기흡인력이 작용하고 있어서 이 자기흡인력에 의해 상기 제동판(2)이 다시 고정자(3)에 흡착되어서 원위치로 복귀하도록 구성되어 있다.

상기 제동판(2)의 표리 양면, 즉, 작동자(1)가 접촉하는 제 1 면과, 상기 제동판(4a)의 안쪽벽에 접촉하는 반대측의 제 2면에는 고무나 스폰지체 등의 탄성소재로 이루어진 완충부재(5,6)가 접착 등의 수단에 의해서 설치되어 있다. 이들 완충부재(5,6)는 제동판(2)과 작동자(1)의 충돌, 및 제동판(2)과 제동실(4a) 안쪽벽의 충돌시 충격을 완화함과 아울러 충격음의 발생도 방지하는 것이다.

또한, 도시한 예에서는 상기 제동판(2)의 제 1 면 전체에 완충부재(5)가 설치되어 있어서 이 완충부재(5)를 통해서 상기 제동판(2)이 고정자(3)에 흡착되도록 되어 있지만 상기 제 1 면의 외주 부근의 부분, 즉, 고정자(3)에 접촉하는 부분에서는 상기 완충부재(5)를 제거하여 제동판(2)이 고정자(3)에 직접 접촉하여 흡착되도록 하여도 좋다.

상기 구성을 갖는 자기식 댐퍼에 있어서 신호조작 등에 의해 이동하는 작동자(1)가 스트로크단에서 제동판(2)에 충돌하면 이 제동판(2)이 고정자(3)로부터 떨어지는 방향으로 변이하지만 상기 제동판(2)에는 고정자(3)와의 사이에 자기흡인력이 작용하고 있으므로 이 자기흡인력이 제동력으로 되어서 작동자(1)의 운동에너지가 흡수되고, 이 작동자(1)가 스트로크단에 완충적으로 정지한다. 이 때, 상기 제동판(2)의 질량을 어느 정도 크게 하여 둠으로써, 바람직하게는 작동자(1)의 질량에 가능한한 가까게 하여 둠으로써 이 작동자(1)가 충돌하였을 때의 충돌에너지를 상기 제동판(2)의 변이와 상기 자기흡인력의 공동작용에 의해서 보다 확실하게 또한 효율좋게 흡수시킬 수 있다.

고정자(3)로부터 일단 떨어진 상기 제동판(2)은 이들 사이의 자기흡인력에 의해 되돌려져서 고정자(3)에 흡착하여 작동자(1)와 함께 그 위치에 정지한다.

여기서, 상기 작동자(1)는 자성체, 비자성체 또는 이들의 혼합체이여도 좋지만 이것이 자성체(영구자석이나 전자석 등을 포함)로 형성되어 있는 경우에는 상기 작동자(1)가 제동판(2)에 충돌하였을 때에 영구자석으로 형성되던가 또는 고정자 (3)로부터의 자기력에 의해 자화되어 있는 상기 제동판(2)에 흡착하고, 이들 작동자(1)와 제동판(2)이 일체로 되어 변이하므로 이들 작동자(1)와 제동판(2)이 충돌시에 서로 반발하여 진동하는 일이 없이 상기 작동자(1)가 정지하기까지의 시간이 짧다.

상기 작동자(1)가 비자성체인 경우는 상기 제동판(2)에 충돌하여도 흡착은하지 않지만 이 제동판(2)의 변이와 자기흡인력의 공동작용에 의해서 그 운동에너지가 흡수되기 때문에 상기 작동자(1)가 크게 반발하여 진동을 반복한다라는 일이 없어 종래의 스프링식 댐퍼에 비해서 정지하기까지의 시간은 짧다.

또한, 상기 제동판(2)의 표리 양면에는 완충부재(5,6)가 배치되어 있으므로 상기 제동판(2)에 작동자(1)가 충돌할 때의 충격이나 상기 제동판(2)이 제동실의 안쪽벽에 접촉할 때의 충격이 완화되고, 충격음도 발생하기 어렵다. 또한, 상기 작동자(1)가 상기 완충부재를 통해서 제동판(2)에 충돌하여도 이 제동판(2)이 상기한 바와 같이 변이하여 충돌에너지를 감쇄하기 때문에 완충부재가 강하게 압축되어 작동자(1)가 크게 튀는 일은 없다.

이와 같이 상기 자기식 댐퍼에 있어서는 제동판(2)과 고정자(3) 사이의 자기흡인력을 제동력으로 하고 있으므로 스프링이나 고무 등의 탄발력을 이용한 종래의 댐퍼에 비해서 작동자(1)의 탄성이 적고, 이 작동자(1)를 단시간에 조기에 정지시킬 수 있다. 또한, 이 작동자(1)가 제동판(2)에 반복해서 충돌하여도 자기력의 저하에 의한 제동력의 저하가 일어나는 일이 없고, 내구성이 우수하다.

도시한 실시예에서는 상기 제동판(2)의 양면에 완충부재(5,6)가 배치되어 있지만 이들 완충부재(5,6)는 반드시 설치할 필요는 없고, 경우에 따라서는 작동자 (10)가 접촉하는 제 1 면에만 또는 반대측의 제 2면에만 완충부재를 설치하여도 좋다.

도 2는 상기 자기식 댐퍼를 갖는 액추에이터의 일실시예를 나타내는 것이다. 이 액추에이터는 영구자석을 갖는 작동자를 전자적으로 이동시켜서 출력용 축을 움직이는, 자석가동형 전자 액추에이터이다.

상기 액추에이터는 축선방향으로 간격을 유지하여 마주 대하는 원통형 극치 (10a,11a)를 구비한 자성체로 된 제 1 및 제 2 이너 요크(10,11)와, 이들의 이너 요크(10,11)의 극치(10a,11a)의 둘레에 배치된 여자코일(12)과, 이들의 이너 요크 (10,11)와 여자코일(12)의 외주를 둘러싸는 원통형상을 한 자성체로 된 아우터 요크(13)와, 상기 극치(10a,11a)의 중공부 내에 축선방향으로 움직일 수 있게 배치된 작동자(14)와, 이 작동자(14)와 연결된 출력용 축(15)과, 상기 작동자(14)를 스트로크단에 완충적으로 정지시키기 위한 상기 자기식 댐퍼(16)를 구비하고 있다.

상기 여자코일(12)은 보빈(17)에 권선(18)을 감음으로써 구성한 환상의 것이고, 상기 보빈(17)의 중공부 내에 상기 이너 요크(10,11)의 극치(10a,11a)가 끼워맞춰져 있다.

또한, 상기 이너 요크(10,11)의 축선방향의 일방의 측면측에는 비자성체로 된 커버(19)가 설치되고, 타방의 측면측에는 비자성체로 된 캡(20)이 설치되어 있다. 이들 커버(19) 및 캡(20)은 상기 아우터 요크(13)와 함께 케이싱(23)을 구성하는 것이고, 상기 축(15)의 양단이 이들 커버(19) 및 캡(20)을 관통하여 외부로 연장되고, 베어링(19a,20a)에 의해서 축선방향으로 슬라이딩가능하게 지지되어 있다.

상기 케이싱(23)의 내부에는 외주를 상기 1쌍의 극치(10a,11a)에 의해 둘러싸여진 작동자실(26)이 형성되고, 이 작동자실(26) 내에 상기 작동자(14)가 배치되어 있다. 이 작동자(14)는 상기 축(15)과 일체로 형성된 비자성체로 된 자석홀더 (27)와, 이 자석홀더(27)에 유지된 영구자석(28)을 갖고 있다.

상기 영구자석(28)은 전체적으로 원통형상으로 형성되어 있어서 N극과 S극이 반경방향으로 착자되어 있다. 도시의 예에서는 영구자석(28)의 외주측이 S극으로 착자되고, 내주측이 N극으로 착자되어 있다. 또한, 상기 영구자석(28)은 상기 1쌍의 극치(10a,11a) 사이에 걸치는 길이를 갖고, 또한, 상기 작동자(14)가 스크롤단에 도달하였을 때에도 상기 영구자석(28)의 일부가 상기 극치(10a,11a)와 중복 또는 근접하도록 되어 있다.

상기 자기식 댐퍼(16)는 상기 커버(19)측에 설치되어 있어서 기본적으로는 도 1에 나타내는 것과 동일 구성 및 작용을 갖는 것이다. 즉, 상기 댐퍼(16)는 상기 작동자(14)를 수용하기 위한 가동의 제동판(30)과, 이 제동판(30)을 자기력에 의해 흡인하는 고정자를 갖고, 이 고정자를 상기 제 2 이너 요크(11)가 겸하고 있다.

상기 제동판(30)은 원고리형상으로 형성되어 있어서 상기 커버(19)의 내측면에 형성된 제동실(19b) 내에 수용되고, 그 중공부분(30a)을 상기 축(15)이 관통하고 있다. 상기 제동판(30)의 내측의 제 1측면에는 작동자(14)와의 충돌시의 충격을 완화하는 완충부재(31)가 설치되어 있다. 이 완충부재(31)는 제동판(30)보다 소경(小徑)의 원판형상으로 형성되고, 그 둘레 가장자리가 제 2 이너 요크(11)에 설치된 단부(11b)에 끼워맞춰지도록 되어 있다. 또한, 상기 완충부재(31)의 중앙에는 상기 축(15)이 관통하는 구멍(31a)이 형성되어 있어서 상기 축(15)의 축선방향의 슬라이딩을 방해하지 않는 구성으로 되어 있다. 또한, 상기 제동판(30)의 외측의 제 2측면에는 완충부재는 설치되어 있지 않다.

상기 작동자실(26)의 캡(20)측의 단부에는 상기 완충부재(31)와 마찬가지의 완충부재(32)가 설치되어 작동자(14)가 복귀하였을 때의 충격을 상기 완충부재 (32)로 완화하도록 되어 있다.

상기 구성을 갖는 액추에이터(2)는, 도 2의 상반부에 나타내는 바와 같이, 축(15)이 후퇴단에 있는 상태에서 여자코일(12)에 통전하고, 제 2 극치(11a)가 N극이 되고, 또한, 타방의 제 1 극치(10a)가 S극이 되는 방향으로 전류를 흘리면 제 2 극치(11a)에 발생한 N극과 영구자석(28)의 외주측의 S극 사이에 흡인력이 작용함과 아울러 제 1 극치(10a)에 발생한 S극과 영구자석(28)의 상기 S극 사이에 반발력이 작용하기 때문에 이들의 힘이 작동자(14)에 축선방향의 추력이 되어 작용함으로써 작동자(14)가, 도 2의 하반부에 나타내는 바와 같이, 축(15)과 함께 전진한다.

또한, 상기 전진 스트로크단에서 작동자(14)가 제동판(30)에 충돌함으로써 댐퍼(16)가 작동하고, 상기 작동자(14) 및 축(15)이 스트로크단에 완충적으로 정지한다. 이 때의 댐퍼(16)의 작용은 상기 도 1의 경우와 실질적으로 동일하므로 중복을 피하는 의미에서 여기서의 상세한 설명은 생략한다.

상기 축(15)이 도 2의 하반부의 전진 스트로크단에 있는 상태에서 상기 여자코일(12)에 상기의 경우와 역방향의 전류를 통전하면 제 1 극치(10a)가 N극으로 되고, 또한, 제 2 극치(11a)가 S극으로 되므로 영구자석(28), 즉, 작동자(14)는 제 1 극치(10a)측에 흡인되어서 도 2의 상반부에 나타내는 위치까지 축(15)과 함께 후퇴한다.

상기 액추에이터는 자석가동형 전자 액추에이터이지만 자기식 댐퍼를 적용할수 있는 액추에이터는 이와 같은 형식의 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 작동자를 공기압신호나 전기신호 등으로 구동조작하는 타입의 액추에이터이여도 좋고, 이 경우에 상기 작동자는 반드시 자석을 일부 또는 전부에 가질 필요는 없고, 비자성체의 작동자이여도 좋다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 액추에이터의 작동자를 완충적으로 정지시키기 위한 댐퍼를, 상기 작동자가 충돌하였을 때의 탄성을 적게 하여 이 작동자가 정지하기까지의 시간을 단축함과 아울러 이 작동자의 충돌에 의한 손상을 받기 어렵게 하여 그 사용성 및 내구성을 높일 수 있다.

Claims

액추에이터의 작동자를 수용하기 위한 가동의 제동판과, 이 제동판을 자기력에 의해 흡인하는 고정자를 구비하고 있어서 이 고정자와 상기 제동판 사이에 작용하는 자기흡인력을 상기 작동자를 정지시키기 위한 제동력으로 한 것을 특징으로 하는 자기식 댐퍼.
제 1항에 있어서, 상기 제동판이 자기력에 의해 상기 작동자를 흡착할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기식 댐퍼.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제동판에 있어서의 작동자와의 접촉면에 완충부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기식 댐퍼.
출력을 인출하기 위한 부재와 함께 이동하는 작동자와, 이 작동자를 스트로크단에 완충적으로 정지시키기 위한 자기식 댐퍼를 구비하고,

상기 자기식 댐퍼는 상기 작동자를 수용하기 위한 가동의 제동판과, 이 제동판을 자기력에 의해 흡인하는 고정자를 구비하고 있어서 이 고정자와 상기 제동판 사이에 작용하는 자기흡인력을 상기 작동자를 정지시키기 위한 제동력으로 한 것을 특징으로 하는 자기식 댐퍼를 갖는 액추에이터.
마주 대하는 1쌍의 극치를 구비한 통형상 요크; 이 요크에 감겨진 여자코일; 상기 요크의 중공부 내에 축선방향으로 움직일 수 있게 배치되고, N극과 S극이 반경 방향으로 착자된 원통형상의 영구자석을 갖는 작동자; 이 작동자에 연결된 출력용 축; 및 상기 작동자를 스트로크단에 완충적으로 정지시키기 위한 자기식 댐퍼를 구비하며:

상기 자기식 댐퍼는 상기 작동자를 수용하기 위한 가동의 제동판과, 이 제동판을 자기력에 의해 흡인하는 고정자를 구비하고 있어서 이 고정자를 상기 요크에 겸용시킴과 아울러 이 요크와 상기 제동판 사이에 작용하는 자기흡인력을 상기 작동자를 정지시키기 위한 제동력으로 한 것을 특징으로 하는 자기식 댐퍼를 갖는 액추에이터.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 작동자와 제동판은 자기력에 의해 서로 흡착할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기식 댐퍼를 갖는 액추에이터.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제동판에 있어서의 작동자와의 접촉면에 완충부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기식 댐퍼를 갖는 액추에이터.
제5항에 있어서, 상기 제동판이 환상을 하고 있어서 상기 요크의 측면에 흡착하도록 배치되고, 상기 축이 상기 제동판을 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 자기식 댐퍼를 갖는 액추에이터.