KR20060102716A - 구동력을 증가시킬 수 있는 소형 엑츄에이터 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야.

본 발명은 소형 엑츄에이터에 관한 것으로, 특히 플레밍의 왼손법칙에 의한 힘만으로 구동되던 것을 자성체 사이에서 발생하는 흡입력을 추가로 사용하여 구동력을 증가시킨 소형 엑츄에이터에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하려는 기술적 과제.

종래의 소형 엑츄에이터의 최대 구동력은 자기회로의 설계에서 결정된 상기 틈의 자속량과 코일에 흐르는 전류량에 의해 결정되고 있지만, 액츄에이터는 외관 크기의 제한 때문에 자기회로의 자속량을 증가시키기 힘들고, 코일에 흐르는 전류량 또한 배터리 용량의 한계 때문에 크게 증가시킬 수 없으므로 소형 액츄에이터에서 발생하는 구동력을 증가시키는 데 한계가 있는 것이다.

다. 발명의 해결방법의 요지.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 배력자성체를 형성시켜 자성체 사이의 흡입력을 추가로 사용하여 동일한 자속 및 전류량 조건에서도 엑츄에이터의 구동력을 증가시킬 수 있는 소형 엑츄에이터를 제공함에 있다.

라. 발명의 중요한 용도

소형 엑츄에이터.

Description

구동력을 증가시킬 수 있는 소형 엑츄에이터{Small-sized actuator}

도 1은 종래 기술에 따른 소형 액츄에이터를 도시한 분해사시도.

도 2는 도 1에 도시된 소형 액츄에이터의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 소형 액츄에이터를 도시한 분해사시도.

도 4는 도 3에 도시된 소형 액츄에이터의 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 소형 액츄에이터와 종래 기술에 따른 소형 액츄에이터의 전류량 및 자속량에 따른 구동력 변화를 비교한 상태도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 내측연자성체 2 : 외측연자성체

3 : 영구자석 4 : 코일

5 : 구동자 51 : 배력자성체

본 발명은 소형 엑츄에이터에 관한 것으로, 특히 플레밍의 왼손법칙에 의한 힘만으로 구동되던 것을 자성체 사이에서 발생하는 흡입력을 추가로 사용하여 구동력을 증가시킨 소형 엑츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로 소형 엑츄에이터의 구동방식은 영구자석에 의해 발생하는 자속이 지나는 영역에 자속과 쇄교하는 방향으로 코일을 위치시키고 전류를 흘려 이 때 발생하는 식 1과 같은 플레밍 왼손법칙의 힘(자기력,

)에 의해 구동되어지는 방식이 널리 사용되고 있다.

.............................(식 1)

상기와 같은 구동방식에 따른 종래의 소형 엑츄에이터는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 연자성체(1)(2)와 영구자석(3)을 조합하여 코일이 위치할 틈에 자속이 흐르도록 구성한 자기회로부와, 직선운동이 요구되는 구동자(5)에 코일(4)을 장착한 구동부로 이루어져 있으며, 상기 자기회로부와 구동부의 조립은 코일(4)을 자기회로의 틈에 위치하도록 조립되어지는 것이다.

상기 구동자(5)의 직선운동은 내측연자성체(1)와 외측연자성체(2)의 틈에 항상 일정하게 자속이 흐르고 있고, 상기 틈에 위치한 코일(4)에 전류를 인가하면 식 1의 자기력으로 직선운동을 하게 되는데, 이 때 구동부의 코일(4)에서 발생하는 자기력은 코일(4)의 인가전류량과 비례하여 발생하기 때문에 구동자(5)의 변위는 인가전류량에 따라 선형적으로 제어될 수 있다.

이와 같이 종래의 소형 엑츄에이터의 최대 구동력은 자기회로의 설계에서 결정된 상기 틈의 자속량과 코일에 흐르는 전류량에 의해 결정되고 있지만, 액츄에이 터는 외관 크기의 제한 때문에 자기회로의 자속량을 증가시키기 힘들고, 코일에 흐르는 전류량 또한 배터리 용량의 한계 때문에 크게 증가시킬 수 없으므로 소형 액츄에이터에서 발생하는 구동력을 증가시키는 데 한계가 있는 것이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 배력자성체를 형성시켜 자성체 사이의 흡입력을 추가로 사용하여 동일한 자속 및 전류량 조건에서도 엑츄에이터의 구동력을 증가시킬 수 있는 소형 엑츄에이터를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연자성체와 영구자석으로 구성된 자기회로부와, 구동자에 코일을 장착한 구동부로 이루어진 통상의 소형 엑츄에이터에 있어서, 상기 구동부에 구동력을 증가시키기 위한 배력자성체가 더욱 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 각 도면을 설명함에 있어, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 도시되더라도 가능한 한 동일한 참조부호를 갖는다.

도 3은 본 발명에 따른 소형 엑츄에이터의 분해사시도, 도 4는 본 발명에 따른 소형 엑츄에이터의 단면도로서, 본 발명에 따른 소형 엑츄에이터는 연자성체(1)(2)와 영구자석(3)을 조합하여 코일이 위치할 틈에 자속이 흐르도록 구성된 자기회로부와, 직선운동이 필요한 구동자(5)에 코일(4)을 결합하고, 구동력을 증가시 키기 위한 배력자성체(51)를 추가로 장착시킨 구동부를 포함하여 구성되며, 상기 구동부와 자기회로부의 조립은 코일(4)이 자기회로의 틈에 위치하도록 조립되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 소형 액츄에이터의 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 소형 액츄에이터의 구동력은 종래 방식과 동일하게 코일에서 발생하는 식 1의 플레밍의 왼손법칙에 따른 자기력(

)에 의한 구동력과, 추가로 상기 배력자성체(51)와 자기회로의 자성체들(1)(2)(3) 사이에서 발생하는 식 2의 자기흡입력(

)이 더해짐으로써 도 5에 도시된 바와 같이 소형 액츄에이터의 전체 구동력을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

.......................(식 2)

(S : 두 자성체 사이의 힘이 발생하는 영역의 단면적, B : 두 자성체 사이의 자속밀도,

: 공기의 자속 투자율)

이 때, 발생되는 식 2의 자기흡입력(

)은 인가전류량과 관계없이 배력자성체(51)와 자기회로의 자성체들(1)(2)(3) 사이의 거리에 대해서만 비선형적으로 반비례하게 된다.

따라서, 구동자(5)의 변위 제어는 코일(4)에 흐르는 전류량으로만 제어가 가 능하고, 배력자성체(51)에 의한 자기흡입력(

)은 구동력을 증가시키는 데에만 사용하게 되어 작은 전류량에서도 충분한 구동력을 발생시킬 수 있는 것이다.

상기 방식에 의한 구동자(5)는 코일(4)에 흐르는 전류를 서서히 증가하여 코일에서 발생하는 자기력에 의해 이동을 시작하게 되는데, 상기 구동자(5)가 이동을 시작하면 배력자성체(51)와 자성체들(1)(2)(3) 사이에 거리(S)가 감소하면서 배력자성체(51)와 자성체들(1)(2)(3) 사이의 흡입력을 증가시켜 구동자의 구동력이 증가하게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 사용되는 상기 배력자성체(51)는 연자성체(soft magnetism) 및 경자성체(hard magnetism)를 모두 사용할 수 있으며, 배력자성체(51)의 형상 및 위치는 자기회로의 자성체와 배력자성체(51)의 거리에 따라 변화하는 식 2의 자기흡입력 크기와 비선형 증가 특성을 개선하기 위하여 최적화될 수 있다.

또한, 코일(4)에 전류를 증가하였을 때 배력자성체(51)는 구동자(5)와 같이 이동하면서 자기회로부의 자성체들과 거리를 감소시킬 수 있는 곳에 위치시켜야 한다.

특히, 연자성체로 배력자성체(51)를 제작하는 경우에는 상기 배력자성체(51)는 자기회로부의 자속이 외부로 누설되어 방사되는 공극 가까이에 위치되어야 하며, 경자성체로 배력자성체(51)를 제작하는 경우에는 상기 배력자성체(51)는 자기회로부의 자성체들(1)(2)(3)과 배력자성체(51) 사이에서 자기흡입력(

)이 발생할 수 있도록 자기회로부에서 발생하는 자속의 방향을 고려하여 배력자성체(51)의 자기극성의 방향을 결정하여야 한다.

또한, 상기 배력자성체(51)는 도 3에 도시된 바와 같이 바람직하게 원통 형상으로 이루어진 액츄에이터의 단면부에 대응하여 원형 링 형태로 제작된 것을 특징으로 하며, 다른 실시 예로 직육면체 및 기타 형상으로 이루어진 액츄에이터의 경우에도 이에 대응하여 사각형 링 형태 및 기타 본 발명의 기술사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 제작이 가능한 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 소형 엑츄에이터에 따르면, 자기회로의 자속량과 코일에 흐르는 전류량의 제한으로 증가시키기 힘든 소형 엑츄에이터의 구동력을 자기회로와 전류량을 동일하게 사용하면서도 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 구동력의 증가에 따라 소형 엑츄에이터의 구동에 대한 제품 신뢰성을 높일 수 있고, 주로 휴대폰과 같이 배터리를 사용하게 되는 소형 엑츄에이터의 소비전력을 크게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 연자성체(1)(2)와 영구자석(3)으로 구성된 자기회로부와, 구동자(5)에 코일(4)을 장착한 구동부로 이루어진 통상의 소형 엑츄에이터에 있어서,

   상기 구동부에 구동력을 증가시키기 위한 배력자성체(51)를 더욱 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구동력을 증가시킬 수 있는 소형 액츄에이터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 배력자성체(51)는 연자성체를 사용하는 것을 특징으로 하는 구동력을 증가시킬 수 있는 소형 액츄에이터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 배력자성체(51)는 경자성체를 사용하는 것을 특징으로 하는 구동력을 증가시킬 수 있는 소형 액츄에이터.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 배력자성체(51)는 자기회로부의 자속이 외부로 누설되어 방사되는 공극 주위에 형성되는 것을 특징으로 하는 구동력을 증가시킬 수 있는 소형 액츄에이터.

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