KR20050019037A - 전자기 장치 - Google Patents

Abstract

인력코일과 척력코일과 플런저가 전자기 장치의 자기통로안에 설치된다. 기동자속 생성부는 자기통로안의 인력코일과 척력코일 사이에 설치된다. 기동자속 생성부의 자속은 플런저를 기동하기 위하여 자기통로의 일부분의 척력 코일의 자속에 의하여 자기적으로 반발된다. 상기 플런저는 인력 코일과 척력 코일의 자속으로부터 생성된 전자기력에 의해 제1 및 제2 자기통로부중의 하나로 끌려간다.

Description

전자기 장치{Electromagnetic device}

본 발명은 전자기 코일에 의해 생성되는 자속(magnetic flux)에 의해 플런저(plunger)를 시동시키는 전자기 장치에 관한 것이다.

일본특허출원 공개번호 H05(1993)-55029 및 2002-8498에는 기존의 양방향 전자기 장치의 예들이 개시되어 있다. 이러한 양방향 전자기 장치에 관한 예들중 하나는 자기 통로(magnetic path)와 2개의 여자 코일 및 상기 자기 통로에 의해 둘러싸인 플런저를 포함하여 이루어진다. 상기 자기 통로는 제1 자기 통로부와, 제2 자기 통로부와, 레그부(leg part)와, 중앙 자기 통로부들과, 중간 자기 통로부를 포함하여 이루어진다. 상기 레그부는 상기 제1 자기 통로부와 상기 제2 자기 통로부를 연결한다. 상기 중간 자기 통로부는, 상기 관통형 레그부의 중간부로부터 안쪽으로 방사형으로 돌출 형성된다. 상기 중앙 자기 통로부들은 각각, 상기 제1 자기 통로부 및 제2 자기 통로부의 중앙부들로부터 상기 중간 자기 통로부의 실질적 중간부위까지 레그부와 평행을 이루면서 안쪽으로 연장된다. 상기 2개의 여자 코일은 이와 같은 구조를 갖는 자기 통로안에 배치된다. 상기 플런저는 상기 여자 코일들의 전자기력에 의해 중앙 자기 통로로 끌려오거나 중앙자기 통로로부터 밀려난다.

상기 예에서, 상기 여자코일중의 하나에 여자 전류가 공급되면, 상기 플런저는 기자력(magnetomotive force)에 의해 상기 제1 자기 통로로부터 위로 움직이게 되어, 상기 상부 중앙 자기 통로부로 끌려가게 된다. 다음에, 상기 여자코일중의 하나에 흐르는 여자 전류의 공급이 중단되고, 상기 여자 코일중의 다른 여자 코일에 여자 전류가 공급되면, 상기 플런저는 기자력에 의해 상기 제2 자기 통로로부터 아래로 움직이게 되어, 상기 하부 중앙 자기 통로부로 끌려가게 된다.

이 예의 양방향 전자기 장치를 동작시키기 위해서, 상기 여자코일들 각각의 권선수(winding number)와 공급 전류의 곱으로 나타나는 기자력의 크기는, 상기 플런저를 기동시키기 위하여 생성되어야 하는 힘과 대응되도록 결정되고, 상기 플런저의 모양 및 크기와 상기 자기 통로와 나머지 다른 구성요소들은 상기 기자력에 의해 생성된 자속이 포화되지 않도록 결정된다.

본 발명의 목적은, 크기가 작으며, 플런저를 기동시키기 위하여 적은 양의 에너지를 사용함과 아울러 누설 자속(leakage magnetic flux)을 유효 자속(effective magnetic flux)으로 변환함으로써 큰 자기 인력을 얻을 수 있는 전자기 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 전자기 장치는, 제1 및 제2 자기 통로부를 포함하는 자기 통로, 상기 제1 및 제2 자기 통로부를 연결하는 레그, 상기 자기 통로에 설치되어 자속을 생성하는 인력 코일(attraction coil), 상기 자기 통로에 설치되어 자속을 생성하는 척력 코일(repulsion coil), 상기 자기 통로에 설치되어 상기 인력 코일 및 상기 척력 코일중 적어도 어느 하나의 전자기력에 의해 상기 제1 및 제2 자기 통로부중의 하나로부터 이동하는 플런저, 및 상기 자기 통로상의 상기 인력 코일 및 상기 척력 코일사이에 설치되어 상기 플런저를 기동시키기 위하여 상기 자기 통로의 일부에서 기동자속 생성부의 자속과 상기 척력 코일의 자속이 자기적으로 서로 밀어내도록 자속을 생성하는 기동자속 생성부(starting flux generating section)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 첨부된 도면과 함께 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

(1) 제1 실시예

도 1은 자기 반발 효과를 사용하는 전자기 장치(또는 액츄에이터)의 구조를 보여주는 단면도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자기 장치는, 자기 통로(또는 자기통로로 정의되는 케이싱)(1)와, 인력 코일(7)과, 기동자속 생성부를 형성하는 기동코일(또는 액츄에이션 코일)(8)과, 척력 코일(9)과, 플런저(4)를 포함하여 이루어진다. 상기 자기 통로(1)는 상단과 하단에 각각 형성된 제1 자기 통로부(2A)와 제2 자기 통로부(2B)와, 상기 제1 자기 통로부(2A)와 상기 제2 자기 통로부(2B)사이에 위치하는 중간 자기 통로부(3)를 포함하여 이루어진다. 상기 중간 자기 통로부(3)는, 상기 제1 자기 통로부(2A)와 상기 제2 자기 통로부(2B)의 사이의 자기통로(1)의 내부 경계영역으로부터 안쪽으로 방사형으로 돌출 형성된다. 상기 제1 자기 통로부(2A)와 상기 제2 자기 통로부(2B)는 자기 통로(1)내에서 결합된다. 따라서, 자기적으로는, 상기 자기 통로(1)는 제1 자기 통로(10)와 제2 자기 통로(11)의 2개의 자기 구역에 의해 형성된다. 구조적으로는, 상기 제1 자기 통로(10) 및 상기 제2 자기 통로(11)는, 구역(6C, 6D)을 갖는 측면 레그부에 의해 연결된 상기 제1 자기 통로부(2A)와 상기 제2 자기 통로부(2B)에 의해 형성된다. 상기 자기 통로(1)를 형성하는 케이싱은 튜브, 또는 속이 빈 실린더와 같은 모양으로 이루어진다.

상기 플런저(4)는 상기 자기 통로(1)내에 위치하게 된다. 플런저 로드(5)는 플런저(4)를 관통하여 연장되며, 플런저(4)의 상단(4A) 및 하단(4B)으로부터 중앙 자기 통로부(6A, 6B)를 관통하여 외부로 돌출 형성된다. 상기 중앙 자기 통로부(6A, 6B)는 각각 상기 제1 자기 통로부(2A) 및 상기 제2 자기 통로부(2B)의 중앙에 형성된다. 각 중앙 자기 통로부(6A, 6B)는 상기 제1 자기 통로부(2A) 및 상기 제2 자기 통로부(2B)의 중앙부위로부터 축방향으로 안쪽을 향하여 돌출 형성된다. 또한, 상기 플런저 로드(5)는 상기 제1 자기 통로부(2A) 및 상기 제2 자기 통로부(2B)에 형성된 로드 홀을 관통하여 곧바로 삽입될 수 있다. 상기 플런저(4)는 화살표(Y)에 의해 가리켜진 축방향으로 코일들(7, 8, 9)의 기자력에 의해서 움직이게 된다. 상기 플런저(4) 및 각각의 중앙 자기 통로부(6A, 6B)사이에는 갭(G1, G2)이 형성된다. 상기 자기 통로(1) 및 상기 플런저(4)는 자기 물질로 만들어진다.

상기 인력 코일(7) 및 상기 척력 코일(9)은 자기 통로(1)안에 설치된다. 상기 인력 코일(7)은, 중앙 자기 통로부(6A)를 포함하는 제1 (상부) 자기 통로부(2A)와 상기 중간 자기 통로부(3)사이에 위치한다. 상기 척력 코일(9)은, 중앙 자기 통로부(6B)를 포함하는 제2 (하부) 자기 통로부(2B)와 상기 중간 자기 통로부(3)사이에 위치한다. 각각의 인력 코일(7) 및 척력 코일(9)은 축방향으로 연장되는 선의 주위를 감은 도체로 형성된다. 상기 기동 코일(8)은 상기 중간 자기 통로부(3)상에 제공된다.

각 기동 코일(8)은 상기 코일(7, 8)의 축방향에 수직으로 연장되는 방사 선(radial line)의 주위를 감은 도체로 형성된다. 상기 기동 자속 생성부의 기동 코일(8)은 하나 또는 그 이상의 영구 자석 또는 자속을 생성할 수 있는 기타 수단으로 대체될 수도 있다. 상기 기동 자속 생성부(8)가 자기 통로(1)안에 직접적으로 제공될 때, 상기 중간 자기 통로부(3)는 없앨 수도 있다. 상기 플런저(4)는, 인력 코일(7), 척력 코일(9), 기동 자속 생성부(8)에 에 의해 둘러싸인 영역안에 설치된다.

상기 기동 코일(8) 및 척력 코일(9)은 서로 비슷한 기자력을 생성하도록 설치된다. 다른 말로 말하면, 상기 기동 코일(8) 및 척력 코일(9)의 기자력은, 각자의 방향에서 자기적으로 서로 반발하여 밀어내는 자속이 자기 통로(1)의 일부에서 플런저(4)의 동작을 시동시키도록 한다. 각각의 상기 기동 코일(8) 및 척력 코일(9)은, 기자력이 상기 인력 코일(7)의 기자력보다 작거나 같도록 설치된다.

상세하게 말하면, 상기 인력 코일(7) 및 기동 코일(8)에 대응하는 자기 통로(1)의 일부와 제1 자기 통로부(2A)와 중간 자기 통로부(3)는 제1 자기 통로(10)를 구성한다. 상기 척력 코일(9)에 대응하는 자기 통로(1)의 일부와 제2 자기 통로부(2B)는 제2 자기 통로(11)를 구성한다. 이에 따라, 위에서 언급한 바와 같이, 상기 자기 통로(1)는 제1 자기 통로(10)와 제2 자기 통로(11)로 구성된다. 상기 제1 자기 통로(10)는 제2 자기 통로(11)의 단면적보다 큰 단면적을 갖도록 설치된다. 이에 따라, 상기 제1 자기 통로(10)는 상기 제2 자기 통로(11)의 자기 저항보다 작은 자기 저항을 갖는다. 상기 제1 자기 통로(10)와 상기 제2 자기 통로(11)는 독립적인 영역으로 서로 분리 가능하다. 이 예에서, 상기 제1 자기 통로(10) 및 상기 제2 자기 통로(11)는 자기통로(1)를 형성하기 위하여 서로 인접설치된다.

다음에, 도 1 내지 도 5를 참조로 하여, 자기 척력을 이용하는 전자기 장치의 동작에 대하여 설명하기로 한다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 자속의 흐름이 초기 설정됨에 따라, 인력 코일(7), 기동코일(8), 척력 코일(9)에는 같은 방향으로 흐르는 인력 자속(Φ7), 기동 자속(Φ8), 척력 자속(Φ9)이 생성되도록 전류가 인가된다.

도 2는 플런저(4)가 제2 중앙 자기 통로부(6B)와 인접되어 있어서 갭(G1)이 갭(G2)보다 더 넓은 상태의 인력동작 시작 위치에서의 전자기 장치를 보여 주고 있다. 이 상태에서, 인력 자속(Φ7), 기동 자속(Φ8), 척력 자속(Φ9)은 다음과 같이 흐른다.

상기 인력 자속(Φ7)은 주로 제1 자기 통로(10)를 흐르며, 또한 인력자속(Φ7')으로서 제2 자기 통로(11)를 흐른다. 제2 자기 통로(11)는 제1 자기 통로(10)의 자기 저항치보다 큰 자기 저항치를 갖는 병목 통로이기 때문에, 상기 인력 자속(Φ7)의 크기는 상기 인력 자속(Φ7')의 크기보다 크다(Φ7>Φ7').

상기 갭(G1)은 상기 갭(G2)보다 크기 때문에(G1>G2), 상기 갭(G2)은 상기 갭(G1)의 자기 저항치 보다 작은 자기 저항치를 가지므로, 대부분의 기동 자속(Φ8)은, 도 2에서 곡선 화살표(X)로 나타낸 바와 같이, 플런저(4)의 하단(4B)을 향하여 자기 저항치가 작은 제2 자기 통로(11)의 흐름과 반대로 흐른다. 상기 기동 자속(Φ8)의 역방향 흐름은, 상기 플런저(4)와 상기 제1 중앙 자기 통로부(6A)의 사이의 갭(G1)이 줄어들게 되는 인력 완료 위치에서 시동 자속(Φ8)이 실질적으로 흐르게 되는 방향과 반대된다. 상기 척력 자속(Φ9)은 주로 제2 자기통로(11)안에서 흐른다.

상기 시동 코일(8) 및 척력 코일(9)의 기자력은 동일하거나 서로 비슷하게 설정된다. 따라서, 척력 자속(Φ9)의 많은 부분이, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 중앙 자기 통로부(6B)와 플런저(4)의 하단(4B) 사이의 제2 자기 통로(11)에서 척력 코일(9)의 반대쪽에 형성된 갭(G2)을 가로질러 흐르게 되어, 하단(4B)의 반대인 기동자속(Φ8)과 중앙 자기 통로부(6B)를 흐르는 척력코일(Φ9)은 갭(G2)의 양쪽면에서 만나게 되고, 이에 따라 자석의 동극간에 발생되는 척력 현상과 같은 방식으로 척력이 발생하게 된다.

따라서, 기동자속(Φ8)과 척력자속(Φ9) 사이의 척력은 도 3의 곡선 화살표(X)에 나타난 바와 같이 기동자속(Φ8)의 방향을 바꾸도록 하고, 기동자속(Φ8')이 상기 제1 자기 통로(10)를 향하여 흐르게 된다.

이 경우에, 상기 플런저(4)는, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 갭(G2)에서 척력 자속(Φ9)에 의해 밀린 기동 자속(Φ8')에 의해 형성된 작용력과 갭(G1)을 지나서 제1 자기 통로(10)를 흐르는 인력 자속(Φ7)에 의해 형성된 인력을 받게 된다.

갭(G2)이 최소일 때, 인력 자속(φ7, φ7')사이에서의 자기 저항의 비율로 인력자속(φ7)으로부터 인력 자속(φ7')이 분기되고, 제2 자기 통로(11)의 병목 통로를 흘러서, 갭(G2)에서 기동 자속(φ8)과의 반발로 척력 자속(φ9)과 결합된다. 그러나, 플런저(4)의 기동 후에 갭(G2)이 즉시 증가함에 따라, 인력 자속(φ7, φ7')의 사이의 자기 저항의 비율이 변한다. 이와 같은 변화율에 따라, 인력자속(φ7')은 감소하고 인력자속(φ7)은 증가한다. 상기인력 자속(φ7)은, 자속이 서로 상호작용하면서 인력 코일(7)에 공급된 큰 전류에 의해서 더욱 증가하며, 앞으로 설명하는 바와 같이, 플런저(4)의 동작의 시작을 지연시킨다.

이전 기술의 기존의 양방향 전자기 장치의 예에서 설명된 바와 같이, 만약 인력 코일이 여자된다면, 제2 자기 통로를 흐르는 인력 자속(Φ7')의 크기는, 상기 제2 자기 통로(11)에 대응되는 부분이 상대적으로 큰 영역을 가지고 있고 이에 따라 상대적으로 작은 자기 저항을 가지기 때문에, 상당히 크게 된다. 인력 자속(φ7')의 양이 상당히 크고 갭(G2)에 남아 있을 때, 갭(G52)을 흐르는 인력 자속(φ7')은 플런저(4)의 하단(4B)과 중앙 자기 통로부(6B)사이에 인력을 인가시키게 되며, 갭(G1)에서의 인력과 갭(G2)에서의 인력의 사이의 차이점이 플런저(4)를 움직이는 힘을 형성하기 때문에 플런저(4)의 정상 동작을 방해한다. 더우기, 영구자석의 자속에 대한 반발 위치가 고정되어 있지 않기 때문에 반발은 갭(G2)이 아닌 부분에서 일어나기가 매우 쉽다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같은 기존 양방향 전자기 장치의 예는 플런저(4)를 동작시키기 위한 안정된 힘을 형성할 수가 없다.

따라서, 인력 자속(Φ7) 및 기동자속(Φ8')은 함께 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 플런저(4)가 기동 시작 되기 위한 자기 인력을 형성하고, 플런자가 강한 기동력으로 이동하도록 한다.

위에서 설명한 바와 같이, 자기 척력은 기동 시작위치에서의 플런저(45)를 기동시키기 위한 힘을 증가시킨다. 이동이 시작된 후에도, 상기 척력 코일(9)의 상기 척력 자속(φ9)은, 반발점이 척력 코일(9)에 있기 때문에 크게 변화되지 않으며, 이에 따라 척력 자속(φ9)은 계속 반발하게 되고 이동동작이 끝날 때까지 기동 코일(8)의 기동 자속(φ8)이 반대방향이 되고, 인력 코일(7)의 인력 자속(φ7)에 기동 자속(φ8)을 계속 가산시킨다. 이 경우에, 인력코일(7), 기동코일(8), 척력코일(9)에는, 인력자속(φ7), 기동자속(φ8), 척력자속(φ9)이 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 서로 같은 방향으로 흐를 수 있도록 전류가 공급되도록 설치되어 있으며, 상기 인력코일(7), 기동코일(8), 척력코일(9)에 인가된 모든 기자력이 상기 플런저(4)를 동작시키는 힘을 형성한다.

그리고 나서, 플런저(41)는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 움직이고, 플런저(4)의 상단(4A)은 전자기 장치의 이동동작이 끝날 즈음에 중앙 자기 통로부(6A)와 인접하게 된다.

따라서, 플런저(4)의 이동의 시작부터, 본 발명의 전자기 장치는 척력 자속(Φ9)에 의해 반발된 기동자속(Φ8)의 작용력과, 기동자속(Φ8')의 인력 자속(Φ7)의 흡수에 의해 증가된 인력을 사용함으로써 플런저(4)를 이동시킨다. 따라서, 상기 전자기 장치는 동작의 시작부터 플런저(4)를 동작시키기 위하여 증가된 힘을 사용할 수가 있다. 또한, 본 발명의 전자기 장치는 다른 코일(예를들어 기동 코일(8))로부터 동작의 시작점에서 초기에 플런저를 동작시키는데 필요한 작용력을 얻기 때문에, 본 발명의 전자기 장치는 적은 값의 인력 코일(7)의 기자력을 가지고 작동될 수 있으며, 작동 동작이 끝나는 시점에서의 충격을 줄일 수가 있다.

도 6은 플런저(4)를 작동시키는 힘(F)과 갭(G1)에 관한 동작 특성 곡선을 보여주는 동작 특성도이다. 본 발명의 특성 곡선(12)은 갭(G1)의 100% 위치에서 100%의 작용력(F1)을 나타내고, 상기 특성곡선(12)은 갭(G1)의 0% 위치에서 500%의 작용력(F3)을 나타낸다. 상기 작용력(F1)에 대한 상기 작용력(F3)의 비율은 5이다.

한편, 만약 본 발명에서와 같이 똑같은 크기의 기자력이 위에서 설명한 바와 같은 양방향 전자기 장치에 적용된다면, 상기 장치의 특성 곡선(13)은 갭(G1)의 100% 위치에서 50%의 작용력(F2)을 나타내고, 갭(G1)의 0% 위치에서 700%의 작용력(F4)을 나타낸다. 상기 작용력(F2)에 대한 상기 작용력(F4)의 비율은 14이다.

따라서, 상기 특성곡선(12)에 대한 특성곡선(13)의 비율은 갭(G1)의 100% 위치에서 1/2이고, 갭(G1)의 0% 위치에서 1.4이다. 다른 말로 말하면, 같은 크기의 또는 같은 에너지의 기자력이 인가될 때, 본 발명의 전자기 장치는 갭(G1)의 100% 위치에서 플런저의 동작의 시작점에서 초기 작용력보다 2배로 크게 될 수 있고, 갭(G1)의 0% 위치에서 이동동작이 끝나는 시점에서 충격을 0.71배 줄일 수가 있다.

또한, 만약 상기 기존의 양방향 전자기 장치에 인가된 기자력의 크기가 본 발명의 동일한 크기로부터 증가된다면, 기존의 전자기 장치의 특성곡선(14)은, 본 발명에서와 같이 동일한 초기 작용력, 즉 갭(G1)의 100% 위치에서 100%의 동일한 작용력(F1)을 나타낸다. 그러나, 특성곡선(14)은 갭(G1)의 0% 위치에서 2000%의 큰 작용력(F5)을 나타낸다. 상기 작용력(F1)에 대한 상기 작용력(F5)의 비율은 20이다. 이에 따라, 상기 특성곡선(12)에 대한 상기 특성곡선(14)의 비율이 갭(G1)의 100% 위치에서는 동일한 초기 작용력을 나타내는 0이라고 하여도, 플런저의 작용동작이 끝나는 시점에서의 갭(G1)의 0% 위치에서의 비율은 4이다. 즉, 기존의 전자기 장치는 기자력의 크기의 증가로 인하여 본 발명에서와 같은 레벨의 초기 작용력을 얻기 때문에, 기존의 전자기 장치는 비효율적으로 큰 에너지양을 필요로 하며, 또한 갭(G1)의 0% 위치에서의 작용 동작이 끝나는 시점에서의 충격을 증가시킨다.

이 경우에, 본 발명의 전자기 장치가 5A의 동작 전류를 필요로 할 때, 상기 기존 장치는 10A의 동작전류를 필요로 한다. 10A의 동작 전류를 제공하기 위해서는 큰 단면적을 갖는 도체를 필요로 하므로, 상기 도체에 의해 형성된 코일의 크기를 증가시킨다. 코일의 크기의 증가에 따라, 코일을 둘러싼 자기 통로의 길이가 길어지게 되고, 이러한 길이의 증가에 따라 자기 통로의 자기 저항은 커지게 된다. 상기한 자기 저항의 증가를 보상하기 위하여, 자기 통로의 단면적이 증가될 필요가 있다. 이에 따라 기존 장치는 크기가 증가된다.

위에서 설명한 바와 같이, 기존의 전자기 장치에 있어서, 기자력이 플런저를 기동시키기 위하여 비효율적으로 인가된다. 따라서, 이러한 비효율성을 보충하기 위해서, 기존의 전자기 장치는 큰 기자력을 생성하기 위한 대형 크기의 여자 코일을 필요로 하고, 또한 플런저와, 큰 기자력에 의해 발생된 대량의 자속의 자기 포화를 방지하기 위한 큰 단면적을 갖는 다른 자기 통로 요소들을 필요로 한다. 이에 따라, 기존의 전자기 장치는 크기의 증가와 비용의 증가를 발생시킨다. 또한, 기존의 전자기 장치는 큰 전류로 인한 전압하강을 방지하기 위하여 큰 전류전송 용량을 갖는 큰 직경의 케이블과 같이 고비용의 큰 크기의 다른 외부 소자를 필요로 한다.

또한, 본 발명에서, 제1 자기 통로(10)는 제2 자기 통로(11)의 자기 저항치보다 작은 자기 저항치를 갖도록 설치되어 척력과 제1 자기 통로(10)를 향한 기동자속(Φ8')의 진로변경이 이루어지도록 한다. 따라서, 본 실시예의 전자기 장치는 단지 적은 양의 전력을 필요로 하므로 작은 크기로 만들 수가 있다.

이에 따라, 이동하는 플런저(4)의 경로에 있어서, 상기 제1 실시예의 전자기 장치는 상기 자기 통로에서 넓은 영역에 걸친 작용력으로서 모든 자속을 효율적으로 사용한다. 따라서, 본 실시예의 전자기 장치는 자속 손실량이 적으며, 플런저를 작동시키는 데 있어서 자속의 효율성을 개선한다. 이에 따라, 본 실시예의 전자기 장치는 전은 양의 전력으로 큰 자기 인력을 형성할 수가 있다. 또한, 본 실시예의 전자기 장치는 적은 양의 에너지로 동작될 수 있으며, 또한 작은 크기로 만들 수가 있다. 이러한 에너지와 크기의 감소에 따라, 본 실시예의 전자기 장치는 또한 전력 유니트나 상기 장치에 필요한 전선 등과 같은 다른 소자들의 크기와 용량도 줄일 수가 있어서, 전체 비용을 절감시킬 수 있는 잇점이 있다.

(2) 제2 실시예

도 7은 지연 효과를 사용하는 전자기 장치의 구조를 보여주는 단면도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자기 장치는 플런저(4)의 동작이 시작되는 시기를 지연시킴으로써 큰 자기 인력을 형성한다.

도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 실시예에 따른 전자기 장치는 도 1의 기동 코일(8)을 대신하여 지연 코일(28)을 포함하여 이루어진다. 인력 코일(7)은 지연 코일(28)의 기자력 보다 큰 기자력을 생성할 수 있도록 설치된다. 상기 지연 코일(28)은 상기 인력 코일(7)의 권선 방향과 반대되는 권선 방향으로 권선된다. 따라서, 인력 코일(7)의 자속(Φ7)과 지연 코일(28)의 자속(Φ28)은 서로 반대방향으로 흐른다. 이에 따라, 상기 지연코일(28)은 인력 코일(7)의 자속(Φ7)에 반대되는 자속(Φ28)을 생성할 수 있도록 권선된다. 도 7의 예에서는, 척력 코일(9)은 설치되지 않는다.

도 7의 전자기 장치는, 인력 코일(7)에 의해 생성된 자속(Φ7)과 지연 코일(28)에 의해 생성된 자속(Φ28)이 서로 반작용되는 동안에 플런저(4)의 동작이 시작되는 것을 일시적으로 지연시킨다. 이 기간동안에, 인력 코일(7)에는 큰 여자 전류가 인가된다. 상기 인력 코일(7)의 기자력이 상기 지연 코일(28)의 기자력보다 크게 되어, 자속(Φ7)과 자속(Φ28)의 사이의 균형이 깨질 때, 상기 전자기 장치는 즉시 플런저(4)를 작동시킨다.

만약 플런저의 동작이, 위에서 설명한 기존 전자기 장치의 예에서와 같이 자속이 생성될 때 시작된다면, 상기 코일 각각의 권선수와 공급 전류의 곱으로 나타나는 기자력의 크기는 자속이 생성될 때 플런저를 기동시키는데 필요한 힘을 형성할 수 있도록 결정되어야 한다. 따라서, 정확히 자속이 생성될 때 큰 자기 인력을 형성하기 위해서는 상기 장치는 크기가 크게 만들어져야 할 필요가 있고, 큰 전력량을 필요로 한다.

반대로, 제2 실시예의 전자기 장치는 지연 코일(28)을 사용함으로써 플런저(4)의 동작이 시작되는 것을 지연시키고, 상기 지연시간에 대응되는 양보다 큰 여자 전류를 상기 인력 코일(7)에 공급할 수가 있다. 따라서, 도 7의 전자기 장치는 인력 코일(7)에 의해 생성된 큰 기자력으로 플런저(4)를 동작시킬 수가 있다. 이에 따라, 제2 실시예의 전자기 장치는 적은 양의 전력으로 큰 자기 인력을 형성할 수가 있어서 작은 크기로 만들수가 있게 된다. 만약 기존의 양방향 전자기 장치가 플런저의 동작을 시작시키는데 필요한 자기 인력을 형성하기 위하여 10의 전력을 필요로 한다면, 제2 실시예의 전자기 장치는 상기 플런저의 동작을 시작시키는데 필요한 자기 인력을 형성하기 위하여 2~5의 전력만을 필요로 한다.

(3) 제3 실시예

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자기 장치의 구조를 보여주는 단면도이다. 도 9 내지 도 11은 각각 도 8의 전자기 장치의 부분을 보여주는 부분 단면도이다. 제3 실시예의 전자기 장치는, 하부 제2 자기 통로부(2B)를 통하여 연장되는 통과부(38) 또는 중앙홀을 포함하여 이루어진다. 중앙 자기 통로부 또는 중앙 레그부(6A)는, 제1 자기 통로부(2A)로부터 인력 코일(7)까지 통과부(38)를 향하여 연장된다. 하부 제2 자기 통로부(2B)는, 통과부(38)를 형성하는 제2 자기통로 안쪽면(34A)과, 중앙 레그부(6A)의 중앙 레그 하단(36A)에 대응되는 제2 자기통로 상단면(34B)을 포함하여 이루어진다. 상기 플런저(4)는 동작 시작 위치(S)로부터 통과부(38)에서 움직인다. 동작 시작 위치(S)는 제2 자기 통로부(2B)와 근접하여, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 자기 통로 내측면(34A)과 제2 자기통로 상단면(34B)사이에 축방향으로 설치된다.

이 구조에서, 누설자속(φ32)은 중앙 레그 하단(36A) 과 제2 자기 통로부(2B)사이에서 주로 발생되는 자속이다. 동작 시작 위치(S)로부터의 플런저(4)의 이동은 자기 저항의 균형을 변화시키고, 그리고 상기 누설자속(φ32)은 흐름의 방향을 자기 저항이 상대적으로 작은 중앙 레그부(6A) 및 플런저(4)의 사이의 부분으로 변화시키고, 누설자속(φ32)은 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 플런저(4)를 이동시키는 인력을 구성을 유효 자속이 된다. 이에 따라, 제3 실시예의 전자기 장치는 인력에 더해지는 유효자속만큼 크기가 작게 만들어질 수가 있다.

제2 자기통로 내측면(34A)과 제2 자기통로 상단면(34B)사이에 경사면(또는 원추형)을 형성하기 위하여 제2 자기통로부(2B)에 홈을 형성함으로써, 또는 도 11에 도시되어 있는 바와 같이 제2 자기통로 내측면(34A)의 상부에 리시딩부(30)를 형성함으로써, 또는 위에서 설명한 바와 같이 제2 자기통로부(2B)의 부근의 위치에 동작 시작 위치(S)를 설치함으로써 상기 누설 자속(Φ32)이 유효자속(φ31)으로 온전하게 변화될 수 있다. 상기 리시딩부(30)는 원통형이며, 제2 자기통로 내측면(34A)에 의해 둘러싸여진 원통형 통로부(38)의 직경보다 큰 직경을 갖는다.

상기 예에서, 경사면(34C)의 형성으로 인하여 코일(7)을 포함하는 공간에서 발생되는 누설 자속이 연속적으로 경사면(34C)으로 이동되고, 상기 누설 자속(Φ34)을 게속 보충한다. 따라서, 상기 누설 자속(Φ32)은 플런저(4)의 움직임에 따라 효율적인 자속을 계속적으로 공급한다. 이에 따라, 제3 실시예의 전자기 장치는 훨씬 작게 만들 수가 있다.

상기 리시딩부(30)는 하단(36A)에 반대측의 제2 자기 통로부(2B)에서의 자기 저항을 증가시키며, 이에 따라 누설 자속(Φ32)이 제2 자기 통로(2B)를 통하여 하단(36A)으로 흐르도록 한다. 하단(36A)과 플런저(4)의 상이에서, 누설자속(Φ32)은 유효 자속이 됨으로써 인력을 증가시키게 된다.

도 12는 에너지화 시간(T)과 유효 자속(Φ)간의 관계를 보여주는 자기 특성도이다. 기존의 전자기 장치의 특성 곡선(ΦA)은, 특성 곡선(ΦA)이 인력 코일(7)의 최대 전류의 70% 정도에 대응하는 자속량을 가리킬 때까지 비례적으로 증가하며, 그후 포화상태를 나타낸다. 상기 특성 곡선(ΦA)은 비례증가영역에 있는 시점(t1)에서 플런저(4)를 기동시키는 힘에 대응하는 유효 자속량을 가리킨다.

본 발명의 전자기 장치는 누설 자속(Φ32)을 축적하기 때문에, 초기에 적은 양의 유효 자속을 생성한다. 따라서, 본 발명의 전자기 장치의 특성 곡선(ΦB)은 지연 시간(t2)까지는 플런저(4)를 기동시키기 위한 힘에 대응하는 상기 유효자속의 레벨로 완만하게 증가한다. 지연시간(t2)이 지난 뒤에는, 누설 자속(Φ32)이 유효 자속(Φ31)으로 급격하게 변화되는데, 이에 따라 특성 곡선(ΦB)은 유효 자속의 급격한 증가를 나타내게 된다.

이에 따라, 지연시간(t2)에서, 동작 시작 위치(S)로부터 플런저(4)의 이동은 자기 저항의 균형을 변화시키고, 누설 자속(Φ32)은 자기 저항이 상대적으로 작은 중앙 레그부(6A)와 플런저(4)의 사이의 부분으로 흐름 방향을 변화시킨다. 그리고나서, 누설 자속(Φ32)은 플런저(4)를 이동시키는 인력에 더해지는 유효 자속이 된다. 이에 따라, 유효자속(Φ31)이 급격하게 증가하게 되어 인력을 증가시키게 된다. 따라서, 본 발명의 특성곡선(ΦB)은 기존의 전자기 장치의 특성곡선(ΦA)에 비해서 유효자속(Φ31)이 급격하게 증가되는 것을 보여준다.

도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 특성곡선(ΦB)은 기존의 전자기 장치의 특성 곡선(ΦA)의 경사도보다 큰 경사도(αB)를 보여주며, 각 특성곡선은 플런저를 기동시키는 힘에 대응되는 유효 자속량을 나타낸다. 상기 큰 경사도(αB)는 본 발명의 전자기 장치가 급격하게 성장하는 유효 자속에 의한 인력의 증가에 따라 점점 더 높아지는 속력으로 플런저(4)를 작동시키는 것을 보여준다. 또한, 예를 들면, 본 발명의 전자기 장치가 차단기 제어에 적용될 때, 상기 전자기 장치는 쇼트회로 전류에 대해 차단동작을 발생시키는 감쇠 직류 소자를 가지면서 적은 전류값을 가지고 동작하게 된다. 이 경우에, 상기 전자기 장치는, 지연시간(t2)이 지연시간(t1)보다 길기 때문에 이와 같은 적은 전류로 동작할 수 있다. 이에 따라, 제3 실시예의 전자기 장치 및 차단기의 컨트롤러는 작은 크기로 제작될 수 있다.

플런저(4)를 기동하기 위한 시간을 지연시키기 위하여, 제3 실시예의 전자기 장치는 줄홈(37D)과, 웨이트 또는 바이어스 부재(37E)를 포함하여 이루어진다. 상기 줄홈(37D)은 플런저(4)를 통하여 연장되는 홀에 제공된다. 상부 플런저 로드(5A) 및 하부 플런저 로드(5B)는 플런저(40의 상단 및 하단으로부터 돌출된다. 스루홀(37C)은 제1 자기 통로부(2A) 및 중앙레그부(6A)를 통하여 연장된다. 상부 플런저 로드(5A)는, 스루홀(37C)을 통하여 줄홈(37D)의 상부로 삽입됨으로써 플런저(4)에 고정된다. 하부 플런저 로드(5B)는, 하부 플런저 로드(5B)의 주위에 웨이트(37E)를 설정하고, 웨이트(37E)를 통하여 볼트(37F)를 설치하고, 상기 볼트(37F)를 줄홈(37D)의 하부로 고정시킴으로써 플런저(4)에 고정된다.

상기 웨이트(37E)는, 동작을 위한 전류가 인력 코일(7)의 최대 전류의 70%와 같거나 크게 될 때까지 플런저(4)의 동작을 지연시키고, 이에 따라 지연기간동안에 유효자속이 작도록 하고 누설자속이 크게 되도록 한다. 플런저(4)를기동시키기 위한 힘은, 동작을 기동시키는데 필요한 힘의 레벨을 가변시키기 위하여 웨이트(37E)를 붙이거나 떼냄으로써 조정될 수가 있다. 이와 같이, 제3 실시예의 전자기 장치는 플런저(4)를 기동시키는데 필요한 시간과, 인력을 조정하기 위한 웨이트(37E)를 사용한다.

제3 실시예에 따르면, 전자기 장치는 누설자속(Φ32)를 유효자속(Φ31)으로 변환하고, 적은 전류량으로 인력을 증기시킨다. 따라서, 제3 실시예의 지연 전자기 장치는 증가된 인력에 따라 고속으로 동작할 수 있고, 전자기 장치, 차단기, 컨트롤러는 작은 전류에 따른 소형 크기로 제작될 수 있다.

(4) 제4 실시예

도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자기 장치의 구조를 보여주는 단면도이다. 도 14는 도 13의 전자기 장치의 일부를 보여주는 부분 단면도이다. 제4 실시예의 전자기 장치는 제3 실시에에서와 같이 누설 자석을 유효자속으로 변환시킨다.

도 13의 전자기 장치에서, 중앙 레그부(6A)는 플런저(4)의 단면적(S2)보다 큰 단면적(S1)을 가지고 있다. 상기 하부 제2 자기 통로부(2B)는 통로부(38)를 향하여 방사형으로 돌출되는 돌출부(44A)와, 상기 돌출부(44A)의 위에 형성된 리시딩부(40)를 포함하여 이루어진다. 상기 리시딩부(40)는 원통형이며, 상기 돌출부(44A)에 의해 둘러싸여진 원통형 통로부(38)의 직경(D1)보다 큰 직경(D2)을 갖는다. 상기 리시딩부(44A)는 돌출부(44A) 및 중앙 레그부(6A)사이에 위치한다. 이에 따라, 상기 돌출부(44A)의 상단면은 상기 리시딩부(40)를 지나 중앙 레그부(6A)와 마주하게 되는데, 즉 상기 돌출부(44A)가 상기 리시딩부(40)를 지나 상기 중앙 레그부(6A)와 겹치게 된다.

제4 실시예에서, 플런저(4)의 움직임이 자기 저항의 균형을 변화시킬때, 중앙 레그 하단(36A)과 제2 자기 통로부(2B)사이에서 주로 발생되는 누설 자속(Φ32)은, 자기 저항이 상대적으로 작은 중앙 레그부(6A)와 플런저(4)의 사이의 부분으로 흐름이 변화되고, 상기 누설자속(φ32)은 도 14에 도시되어 있는 바와 같이 플런저(4)를 이동시키는 인력을 구성하는 유효자속(φ32)이 된다. 이 구조에서, 중앙 레그부(6A)는, 플런저(4)의 단면적(S2) 보다 큰 단면적(S1)으로 인한 유효자속(φ31)의 큰 부분을 끌어당기게 된다. 이에 따라, 제4 실시예의 전자기 장치는 누설 자속(φ32)을 유효 자속(φ31)으로 변화시키고, 효율적으로 인력을 증가시킨다. 따라서, 제4 실시예의 전자기 장치는 상기 유효자속이 인력에 더해진 정도에 따라 크기를 작게 할 수가 있다.

상기 중앙 레그부(6A)는 플런저(4)의 단면적(S2)보다 큰 단면적(S1)을 갖기 때문에, 상기 중앙 레그부(6A)는 플런저(4)로부터 유효자속(φ31)의 큰 부분을 끌어당기게 됨에 따라, 인력을 훨씬 더 효율적으로 증가시키게 된다. 이에 따라, 제4 실시예의 전자기 장치는 인력이 더 증가된 정도만큼 크기를 작게 할 수가 있다.

또한, 위에서 설명한 바와 같이, 하부 제2 자기 통로부(2B)의 돌출부(44A)는 중앙 레그부(6A)와 겹치며, 리시딩부(40)는 하단(36A)의 반대편에 있는 제2 자기 통로부(2B)에서의 자기 저항을 증가시킨다. 이러한 배열은 누설 자속(Φ32)이 플런저(4)의 통과 없이 하단(36A)으로 누설되는 것을 방지하고, 그 대신에 누설 자속(Φ32)의 대부분이 돌출부(44A)를 통하여 플런저(4)로 흐르도록 한다. 이에 따라, 누설자속(Φ32)은 플런저(4)에서의 유효자속(Φ31)을 증가시키고, 유효자속(Φ31)은 인력을 증가시킨다. 이에 따라, 본 실시예의 전자기 장치는 인력의 증가에 따라 크기를 작게 할 수가 있다.

도 12에 도시되어 있는 바와 같은 본 발명의 특성 곡선(ΦB)에 의해 표현된 자기 특성과 유사한 자기 특성을 달성하기 위해서, 웨이트(37E)를 플런저(4)에 붙이거나 떼어낼 수 있으며, 그에 따라 플런저(4)를 기동하는데 필요한 힘을 가변시키고, 플런저(4)가 동작될 때까지 시간의 지연을 조정할 수가 있다. 지연시간동안, 인력 코일(7)에 제공된 여자 전류의 크기가 조정되며, 상기 인력 코일(7)은 상기 여자 전류의 크기에 따라 조정된 자속을 생성한다. 상기 조정된 자속에 따라, 상기 전자기 장치는 플런저(4)를 기동시키는데 필요한 인력과 시간을 조정할 수가 있다.

제4 실시예에 따르면, 상기 전자기 장치는, 적은 양의 전류로 상기 누설 자속(Φ32)을 유효 자속(Φ31)으로 효율적으로 변환시킴으로써 인력을 증가시킨다. 이에 따라, 제4 실시예의 전자기 장치는 적은 전류에 따라 크기를 작게 만들수가 있으며, 제3 실시예에서와 같이 차단기의 컨트롤러용으로 사용될 수가 있다. 따라서, 제4 실시예의 지연 소형 전자기 장치는 적은 양의 전류로 증가된 인력에 따라 고속으로 동작할 수가 있다.

(5) 제5 실시예

도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전자기 장치의 구조를 보여주는 단면도이다. 도 16은 도 15의 전자기 장치의 일부분을 보여주는 부분 단면도이다. 도 17은 도 15의 전자기 장치에서 제공된 각 금속링을 보여주는 사시도이다. 도 15의 전자기 장치는 도 1의 전자기 장치와 기본적으로 동일한 구조를 갖는다. 또한, 도 15의 전자기 장치는, 제1 자기 통로부(2A)와 중앙 자기 통로부(6A)를 통하여 연장되는 로드홀 또는 로드 통로(51)에 위치한 금속 링 또는 자기 부재(55)와, 상기 상부 및 하부 금속링(55)사이에 위치한 스페이서(56)를 포함하여 이루어진다. 각각의 금속링(55)은 자기 플레이트 또는 자기 층(55A)과 슬라이딩 층(55B)을 포함하여 이루어진다. 상기 자기 플레이트(55A)는 얇은 원형의 형태를 갖는 자기 물질로 만들어진다. 상기 자기 층(55B)은 로드 홀(51)에 삽입된 플런저 로드(5A)와 마주보는 자기 플레이트(55A)의 표면상에 제공된다.

상기 슬라이딩층(55B)은 적은 마찰계수를 가지며, 쉽게 닳지 않는 슬라이딩 가능한 윤활재로 만들어진다. 예를 들면, 테트라플로우로에틸렌 수지(플로우로 수지), 폴레에틸렌 수지, 실리콘 수지, 또는 폴리아세탈 수지 등이 이러한 슬라이딩 가능한 재료로 사용된다. 본 제5 실시예에서, 상기 슬라이딩층(55B)은 플로우로 수지로 만들어진다. 금속 링(55)은, 자기 물질부와 슬라이딩층 또는 자기 물질부만을 포함하는 한, 환상이 아닌 다른 형태의 금속편과 같은 다른 자기 금속 부재로 대체될 수도 있다.

상기 플런저 로드(5A)는 로드 홀 또는 로드 통로(51)에 삽입되고, 금속링(55)은 상기 로드홀(51) 및 플런저 로드(5A)사이에 삽입된다. 이 상태에서, 제1 자기 통로부(2A)는 측면 레그부의 부분(6C, 6D)의 상단에 위치하며, 볼트(52)가 제1 자기 통로부(2A)를 통하여 중앙 자기 통로부(6A)와 스크류 결합됨으로써 제1 자기 통로부(2A)와 중앙 자기 통로부(6A)를 지지한다.

그리고나서, 인력코일(7) 및 척력코일(9)에 여자 전류가 제공되면, 제공된 여자 전류에 의해 생성된 인력 자속(φ7)과 척력 자속(φ9)과, 기동자속 생성부(8)로부터 생성된 기동 자속(φ8)이 중앙 자기 통로부(6A)를 통하여 자기 통로(1)를 순환하며, 제1 실시예에서 설명했던 바와 같이, 플런저(4)를 하단(36A)으로 끌어당기는 전자기 인력을 생성한다.

로드홀(51)과 플런저 로드(5A)의 사이의 갭(51A)은 로드홀(51)과 플런저 로드(5A)사이에 삽입된 금속링(55)의 두께에 의해 손쉽게 좁혀진다.이와 같이 좁혀진 갭(51A)은 플런저 로드(5A)의 기울어짐을 방지한다. 따라서, 플런저(40가 하단(36A)과 접촉하게 되는 접촉면(57)에서, 플런저(40와 하단(36A)의 사이의 접촉영역이 증가되고, 이와는 반대로, 접촉면(57)에서 플런저(4)와 하단(36A)의 사이의 갭이 감소된다. 이러한 플런저(4)와 하단(36A)의 접촉은 접촉면(57)에서의 손상 및 자속 손실의 가능성을 감소시켜 주며, 본 실시예의 전자기 장치의 수명을 향상시킨다.

상기 플런저 로드(5A)가 , 상기 슬라이딩층(55B)과 접촉하고 있는 동안에 로드홀(51)에서 움직일 때, 슬라이딩 층(55B)의 윤활작용은 상기 플런저 로드(5A)의 움직임을 원활하게 해줌으로써 상기 플런저 로드(5A)가 다른 부하에 의해 영향을 받지 않도록 하며, 제5 실시예의 전자기 장치의 동작에 필요한 전력의 양의 감소시킨다.

단순히 금속링(55)을 로드홀(51)에 삽입시킴으로써 갭(51A)이 쉽게 좁혀질 수 있기 때문에, 로드홀(51)은 높은 정확도를 가지고 형성될 필요는 없다. 갭(51A)의 폭을 손쉽게 조정하기 위하여, 각기 다른 크기를 갖는 금속링(55)이 로드홀(51)에 삽입될 수 있다.

상기 금속링(55)은 자기 통로(1)내에 제공되기 때문에, 성기 금속링(55)은 상기 자기 통로(1)의 자기 인력에 의해 로드홀(51)의 내부 표면상에서 연속적으로 유지될 수 있다. 이러한 자기 인력으로 인하여, 금속링(55)은 계속 움직이게 되며, 플런저 로드(5A)가 슬라이딩 층(55B)과 접촉하여 움직이게 되어도 로드 홀(51)의 내부 표면상에 계속 유지된다.

위에서 설명한 바와 같이, 상기 기동자속 생성부(8)는 영구자석으로 구현될 수도 있다. 본 실시예에서는, 인력 코일(7) 및 척력 코일(9)에 여자 전류가 공급되지 않을 때에도, 영구자석으로부터 생성되어 자기통로(1)를 순환하는 자속이 로드홀(51)의 표면상에, 또는 앞으로 설명될 지지 금속 부재(51)상에, 또는 자기 통로(1)의 일부분에 상기 금속링(55)을 계속적으로 유지하는 자기 인력을 생성한다. 상기 전자기 장치가 단지 인력 코일(7) 및 척력 코일(9)을 포함하는 경우에는, 금속링(55)은 여분의 자속에 의해 자기통로(1)상에서 계속적으로 유지될 수 있다. 이에 따라, 제5 실시예의 전자기 장치는 별도의 지지 부재를 포함하지 않는 간단한 구조로 상기 금속링(55)을 유지할 수가 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 도 15의 전자기 장치는 지지 금속 부재(53)를 포함하여 이루어진다. 상기 지지 금속 부재(53)는 기동 코일(8)과 척력 코일(9)사이에 배치된다. 플런저(4)의 반대편의 슬라이딩층(55B)을 포함하는 상기 금속링(55)은 플런저(4)를 마주하는 지지 금속부재(53)의 표면에 고정된다. 또한, 상기 금속링(55)은 기동코일(8)상에, 또는 플런저(4)와 마주하는 자기 통로(1)의 일부분상에 고정될 수도 있다. 상기 플런저(4)와 맞은편에 배치된 금속링(55)은, 플런저 로드(5A)와 마주하는편에 배치된 금속링(55)의 위에서 설명한 효과와 유사한 효과를 보여준다.

특별히, 상기 금속링(55)은 지지 금속 부재(53)와 플런저(4)의 사이의 갭을 좁히고, 상기 플런저(4)가 축방향에 대해서 기울어지는 것을 방지한다. 또한, 슬라이딩층(55B)의 윤활작용은, 플런저(4)가 슬라이딩층(55B)과 접촉되어 움직일 때, 상기 플런저(4)가 다른 부하에 의해 영향을 받지 않도록 함에 따라 제5 실시예의 전자기 장치의 동작에 필요한 전력의 양을 감소시킬 수가 있다. 또한, 상기 금속링(55)은 상기 자기 통로(1)와 플런저(4)의 사이의 갭을 좁게 함으로써 상기 자기통로(1)에서의 자기 손실을 감소시킨다. 이에 따라, 제5 실시예의 전자기 장치는, 상기 금속링(55)이 상기 자기 손실을 줄이는 만큼 자기 인력을 증가시킬 수가 있다.

제5 실시예에서 금속링(55)은, 자기 물질부와 슬라이딩층 또는 단지 자기 물질부만을 포함하는한, 그리고 위에서 설명한 바와 같이 갭의 폭을 쉽게 조정할 수 있는 한, 그리고 갭을 손쉽게 줄이기 위하여 사용되는 한, 환상이 아닌 다른 형태의 금속편과 같은 다른 자기 금속 부재로 대체될 수도 있다.

이에 따라, 제5 실시예의 전자기 장치는, 플런저 로드(5A) 또는 플런저(4)과 마주보는 부분과의 접촉면에서 손상과 자속 손실을 줄일 수가 있으며, 따라서 수명의 향상시키고 자기 인력을 증가시킬 수가 있다. 특히, 상기 전자기 장치는 단순히 자기 인력을 증가시키기 위하여 설계되었기 때문에, 금속 링이나 금속편과 같은 위에서 설명한 자기 금속 부재는 단지 자기 물질부만을 포함할 수 있다. 상기 자기 물질 부재는 플런저(4)상에 제공될 수 있다.

예를들면, 상기 자기 통로(1)와 플런저(4)와의 사이의 갭을 조정하기 위하여 설치된 상기 자기 금속 부재는 갭안에서 플런저(4)와 자기 통로(1)의 각자 또는 모두에 설치될 수 있다. 상기 자기 금속부재는 자기 통로(1) 또는 플런저(4)와 마주보는 표면에 슬라이딩 층을 구비할 수도 있다. 이에 따라 제5 실시예의 전자기 장치는 자기 통로(1)와 플런저(4)사이에 좁혀진 갭을 갖게 된다.

또한, 상기 자기 통로(1)와 플런저(4)와의 사이의 갭을 조정하기 위하여 설치된 상기 자기 금속 부재는 갭안에서 플런저(4) 및 자기 통로(1)의 각자 또는 모두에 설치될 수 있다. 상기 자기 금속 부재는 단지 자기 금속부만을 포함한다. 이에 따라, 제5 실시예의 전자기 장치는 자기 통로(1)와 플런저(4)사이에 좁혀진 갭을 갖게 된다.

본 출원발명은, 2003년 8월 12일에 출원된 일본국 특허출원번호 2003-292242, 2003년 11월 19일에 출원된 일본국 특허출원번호 2003-388836, 2004년 6월 8일에 출원된 일본국 특허출원번호 2004-170284, 2004년 6월 8일에 출원된 일본국 특허출원번호 2004-170285 등에 기초한다.

비록 본 발명이 특정 실시예를 참조해서 기술되었지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 위의 설명으로 부터 당업자라면 위에서 설명한 실시예의 변형과 수정을 실시할 수 있다, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위를 참조하여 정의된다.

이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은, 크기가 작으며, 플런저를 기동시키기 위하여 적은 양의 에너지를 사용함과 아울러 누설 자속을 유효 자속으로 변환함으로써 큰 자기 인력을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 설정된 자속의 흐름에서 자기 척력 효과를 사용하는 전자기 장치의 측단면도이다.

도 2는 자속 흐름의 진행을 보여주는 인력동작 시작 위치에서의 도 1의 전자기 장치의 단면도이다.

도 3은 자속의 척력을 보여주는 인력동작 시작 위치에서의 도 2의 전자기 장치의 단면도이다.

도 4는 자속의 척력 과정을 보여주는 인력동작 시작 위치에서의 도 3의 전자기 장치의 단면도이다.

도 5는 도 4의 플런저가 인력동작 시작위치로부터 움직이는 상태에서의 자속의 척력 과정을 보여주는, 전자기 장치의 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 전자기 장치에서 플런저를 작동시키기 위한 힘과 갭에 관한 작용 특성 곡선을 보여주는 특성도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지연 효과를 사용하는 전자기 장치의 측단면도이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자기 장치의 측단면도이다.

도 9는 도 8의 전자기 장치의 하부 중앙부를 보여주는 부분 단면도이다.

도 10은 도 9의 전자기 장치의 하부 중앙부에서의 자속의 흐름을 보여주는 부분 단면도이다.

도 11은 도 8의 전자기 장치의 변형의 하부 중앙부에서의 자속의 흐름을 보여주는 부분 단면도이다.

도 12는 도 8의 전자기 장치에서 인력 코일의 에너지화 시간과 유효 자속간의 관계를 보여주는 자기 특성도이다.

도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자기 장치를 보여주는 단면도이다.

도 14는 도 13의 전자기 장치의 하부 중앙부에서의 자속의 흐름을 보여주는 부분 단면도이다.

도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전자기 장치의 측단면도이다.

도 16은 금속링이 로드홀과 플런저 로드사이에 설치된, 도 15의 전자기 장치의 일부분을 보여주는 부분 단면도이다.

도 17은 도 15의 전자기 장치에서 제공된 각 금속링을 보여주는 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 자기통로 3 : 중간자기 통로부

4 : 플런저 5 : 플런저 로드

7 : 인력 코일 8 : 기동 코일

9 : 척력 코일 10 : 제1 자기 통로

11 : 제2 자기 통로 12, 13, 14 : 특성곡선

Claims (20)

1. 제1 및 제2 자기 통로부와 상기 제1 및 제2 자기 통로부를 연결하는 레그부를 포함하는 자기 통로;

   상기 자기 통로안에 배치되어 자속을 생성하도록 설치되는 인력 코일;

   상기 자기 통로안에 배치되어 자속을 생성하도록 설치되는 척력 코일;

   상기 자기 통로안에 배치되어 상기 인력 코일 및 척력 코일의 적어도 하나의 기자력에 의해 제1 및 제2 자기통로부중 어느 하나로 이동하는 플런저; 및

   상기 자기 통로안의 상기 인력 코일 및 척력 코일사이에 배치되어, 플런저를 시동하기 위하여 자기통로의 일부에서 기동자속 생성부의 자속과 척력 코일의 자속이 자기적으로 서로 반발하도록 자속을 발생시키는 기동자속 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 자기 통로는, 인력코일과 기동 자속 생성부와 마주하는 부분에 형성된 제1 자기 통로와, 상기 척력코일을 바라보는 부분에 형성된 제2 자기 통로로 이루어지며, 제1 자기 통로는 제2 자기 통로의 자기 저항치보다 작은 자기 저항치를 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 기동자속 생성부의 자속과 상기 척력 코일의 자속은 상기 제2 자기 통로부와 상기 플런저 사이의 부분에서 서로 자기적으로 반발하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 기동자속 생성부와 척력 코일은 서로 비슷한 기자력을 생성하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
5. 제1 및 제2 자기 통로부와 상기 제1 및 제2 자기 통로부를 연결하는 레그부를 포함하는 자기 통로;

   상기 자기 통로안에 배치되어 기자력을 생성하도록 설치되는 인력 코일;

   상기 자기 통로안에 배치되어 상기 인력 코일의 전자기력에 의해 상기 제1 및 제2 자기통로부 중 어느 하나로 이동하는 플런저; 및

   상기 자기 통로안에 배치되어 인력 코일이 권선된 권선방향과 반대의 권선방향으로 권선되고, 상기 인력코일의 기자력보다 큰 기자력을 생성하는 지연 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
6. 제1 및 제2 자기 통로부와, 상기 제1 및 제2 자기 통로부를 연결하는 측면 레그부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 자기통로부 중의 하나는 중앙 자기 통로부를 포함하는 자기 통로;

   상기 자기 통로안에 배치되어 기자력을 생성하도록 설치되는 인력 코일; 및

   상기 자기 통로안에 배치되어 제2 자기 통로부의 부근의 부분에 위치한 작용 시작 위치로부터 기동되어, 상기 인력 코일의 전자기력에 의해 상기 중앙 자기통로부로 이동하는 플런저를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
7. 자기 통로안에 배치되어 기자력을 생성하도록 설치되는 인력 코일;

   상기 인력 코일의 전자기력에 의해 축방향으로 이동하는 플런저; 및

   자기 통로를 포함하며;

   상기 자기 통로는, 인력코일을 지나 축방향으로 서로 마주 대하는 제1 및 제2 자기 통로부, 상기 인력코일을 둘러싸고 있으며 상기 제1 자기통로부로부터 상기 제2 자기 통로부로 축방향으로 연장되는 측면 레그부, 상기 인력코일로 축방향으로 연장되는 중앙 자기 통로부를 포함하는 제1 자기 통로부, 및 인력코일의 외부에 위치한 플런저를 수납하기 위한 중앙 홀을 포함하는 제2 자기 통로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
8. 제 6항에 있어서, 상기 제2 자기 통로부는, 제2 자기 통로부를 통하여 연장되는 통로부와 마주보는 내부면, 상기 중앙 자기 통로부의 끝과 마주보는 단부면, 및 상기 내부면과 단부면의 사이의 경사면을 포함하며, 또한 상기 플런저는 상기 통로부를 통하여 이동하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 플런저는 상기 제2 자기 통로부의 단부면과 내부면사이에 위치한 기동 시작 위치로부터 기동되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
10. 제 8항에 있어서, 상기 제2 자기 통로부는 내부면의 상부에 리시딩부를 포함하며, 상기 리시딩부는 내부면의 내부 단면 크기보다 큰 내부 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
11. 제1 및 제2 자기 통로부와 상기 제1 및 제2 자기 통로부를 연결하는 측면 레그부를 포함하며, 또한 상기 제1 및 제2 자기통로중의 하나는 중앙 자기 통로부를 포함하는 자기 통로;

    상기 자기 통로안에 배치되어 기자력을 생성하도록 설치되는 인력 코일; 및

    상기 자기 통로안에 배치되어, 상기 인력코일의 기자력에 의해 상기 중앙 자기 통로부로 이동하며, 상기 중앙 자기 통로부의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 플런저를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 중앙 자기 통로부는 상기 제1 및 제2 자기통로부의 중앙부로부터 제2 자기 통로부를 통해 축방향으로 연장된 통로부를 향해 축방향 안쪽으로 연장되며, 상기 제2 자기 통로부는 돌출부가 상기 중앙 자기 통로부와 겹칠 수 있도록 통로부를 향하여 측방향으로 돌출되는 돌출부를 포함하며, 상기 플런저는 상기 통로부를 통하여 이동하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
13. 제 12항에 있어서, 상기 제2 자기 통로부는 상기 돌출부의 상부에 리시딩부를 포함하며, 상기 리시딩부는 상기 돌출부의 내부 단면적 크기 보다 큰 내부 단면적 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
14. 제 11항에 있어서, 상기 플런저에 고정되며 상기 플런저의 동작의 시기를 조정하기 위한 바이어스를 플런저에 제공하는 바이어스 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
15. 전자기력을 생성하기 위한 전자기 코일;

    축방향으로 이동하는 플런저;

    상기 전자기 코일의 전자기력에 의해 플런저가 이동되도록 하는 자기 통로; 및

    상기 플런저와 상기 자기통로의 사이의 갭내에 위치하는 자기 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
16. 제 15항에 있어서, 상기 자기 부재는, 상기 자기 통로와 상기 플런저 중의 어느 하나와 관계되어 정적으로 유지되는 자기층, 및 상기 자기통로와 상기 플런저중의 다른 하나와 마주하게 되는 슬라이딩층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
17. 제 15항에 있어서, 상기 전자기 장치는 영구자석을 더 포함하며, 상기 자기 부재는 상기 영구자석의 자기 인력에 의해 갭내에 유지되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
18. 제 16항에 있어서, 상기 자기 통로는 플런저를 수납하는 홀을 포함하며, 또한 상기 자기 부재는 상기 홀에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
19. 제 18항에 있어서, 상기 자기 부재는 관통형이며 플런저의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.
20. 제 18항에 있어서, 상기 플런저는 플런저 로드를 포함하며, 상기 자기 통로는 전자기 코일을 지나서 축방향으로 서로 마주하는 제1 및 제 2 자기 통로부와 상기 인력 코일을 감싸고 있으며 상기 제1 자기 통로부로부터 상기 제2 자기 통로부로 축방향으로 연장되는 측면 레그부를 포함하여 이루어지고, 상기 제1 자기 통로부는 상기 전자기 코일로 축방향으로 연장되며 플런저의 플런저 로드를 수납하기 위한 홀을 포함하는 중앙자기 통로부를 포함하며, 또한 상기 자기 부재는 플런저 로드의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 전자기 장치.