KR20090003605A

KR20090003605A - 전자기 액츄에이터

Info

Publication number: KR20090003605A
Application number: KR1020070066394A
Authority: KR
Inventors: 권동수; 양태헌; 이승섭; 육남수
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2009-01-12
Also published as: JP4608531B2; JP2009017771A; KR100945711B1

Abstract

본 발명은 전자기적 에너지를 기계적 운동 에너지로 변환하는 전자기 액츄에이터를 개시한다. 본 발명은 하우징, 코어, 코일, 리턴수단과 탄성수단으로 구성된다. 코어는 하우징의 내측에 장착되어 있으며, 하우징의 길이 방향을 따라 그 선단이 하우징에 몰입되어 있는 제1 위치와 하우징으로부터 돌출되어 있는 제2 위치 사이를 운동한다. 코일은 코어의 외측에 원통형으로 감겨져 있고, 전류의 인가에 의하여 제1 위치와 제2 위치 사이에서 코어를 운동시킬 수 있는 자기장을 형성한다. 리턴수단은 하우징의 내측에 장착되어 있으며, 코어를 제2 위치에서 제1 위치로 복귀시킨다. 탄성수단은 하우징의 일단과 코어 사이에 장착되어 있고, 코어와 연동되도록 코어가 고정적으로 관통되어 있으며, 코어의 몰입 시 탄성변형되어 탄성 에너지를 갖는다. 본 발명에 의하면, 전자기적 에너지를 기계적 운동 에너지로 변환하는 전자석과 탄성수단의 연동 구조에 의하여 저전력·고출력 구동을 구현할 수 있으며, 간편하게 소형화할 수 있고, 코어의 운동력에 대한 분해능을 높여 코어의 제어성을 향상시킬 수 있다. 또한, 간단한 구조에 의하여 생산성이 향상되고, 생산비가 크게 절감되는 효과가 있다.

Description

전자기 액츄에이터{ELECTROMAGNETIC ACTUATOR}

도 1은 본 발명에 따른 전자기 액츄에이터의 일 실시예의 구성을 나타낸 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 전자기 액츄에이터의 구성을 분리하여 나타낸 사시도,

도 3은 본 발명의 전자기 액츄에이터에서 액츄에이터, 탄성수단, 리니어모션 가이드, 탄성수단과 메인스페이서가 조립되어 있는 구성을 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명의 전자기 액츄에이터에서 액츄에이터, 터치핀, 탄성수단, 리니어모션 가이드, 탄성수단과 메인스페이서가 조립되어 있는 구성을 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명의 전자기 액츄에이터에서 탄성수단과 메인스페이서의 구성을 부분적으로 나타낸 단면도,

도 6a 내지 도 6k는 본 발명의 전자기 액츄에이터에서 탄성수단의 구성을 부분적으로 나타낸 평면도,

도 7은 본 발명의 전자기 액츄에이터에서 터치핀이 하우징의 내측에 몰입되어 있는 구성을 설명하기 위하여 나타낸 작동도,

도 8은 본 발명의 전자기 액츄에이터에서 터치핀이 하우징으로부터 돌출되어 있는 구성을 설명하기 위하여 나타낸 작동도이다.

도 9는 본 발명에 따른 전자기 액츄에이터의 제2 실시예의 구성을 분리하여 나타낸 사시도,

도 10은 본 발명에 따른 제2 실시예의 전자기 액츄에이터의 구성을 나타낸 단면도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 하우징 12: 본체

14: 제1 커버 16: 제2 커버

20, 120: 전자석 22, 122: 코어

22a, 122a: 작동핀 124: 코일

30: 리턴수단 32: 자석

40: 리니어모션 가이드 50: 탄성수단

52: 탄성플레이트 60: 메인스페이서

62: 서브스페이서

본 발명은 전자기 액츄에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자석의 기계적 운동 에너지와 탄성수단의 탄성 에너지에 의하여 저전력·고출력을 구현할 수 있는 전자기 액츄에이터에 관한 것이다.

액츄에이터는 전기, 유압, 압축공기 등 다양한 에너지를 기계적 운동 에너지로 변환하는 장치이며, 다양한 형태와 구조로 개발되어 산업현장의 각 분야에서 광범위하게 활용되고 있다. 한편, 전자기적 에너지를 기계적 운동에너지로 변환하는 전자기 액츄에이터는 솔레노이드 액츄에이터(Solenoid Actuator)라 부르고도 있다.

미국 특허 제7,227,440호의 전자기 액츄에이터는 하우징의 내측에 로드(Rod)가 운동할 수 있도록 장착되어 있다. 로드의 외면에 중앙실린더(Central Cylinder), 제1 및 제2 끝단실린더(End Cylinder)가 장착되어 있다. 중앙실린더, 제1 및 제2 끝단 실린더 각각의 외측에 원통형으로 감겨져 있는 메인여자코일(Main Excitation Coil), 제1 및 제2 여자코일이 장착되어 있다. 메인여자코일, 제1 및 제2 여자코일은 와셔(Washer)들에 의하여 각각 분리되어 있다. 컨트롤러의 제어에 의하여 메인여자코일, 제1 및 제2 여자코일에 전류가 인가되면, 중앙실린더, 제1 및 제2 끝단실린더가 자화되어 극성을 갖는다. 로드는 중앙실린더, 제1 및 제2 끝단실린더의 극성에 따른 상호자력작용에 의하여 작동된다.

그러나 상기한 특허 문헌의 전자기 액츄에이터는 중앙실린더, 제1 및 제2 끝단실린더, 메인여자코일, 제1 및 제2 여자코일, 와셔들, 스프링 등 많은 부품으로 구성되어 조립성이 저하될 뿐만 아니라, 생산비가 상승되는 문제가 있다. 또한, 메인여자코일, 제1 및 제2 여자코일의 구동에 많은 전력이 소요되고, 발열량이 크며, 소형화 제작이 매우 곤란한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위 하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전자기적 에너지를 기계적 운동 에너지로 변환하는 전자석과 탄성수단의 연동 구조에 의하여 저전력·고출력을 구현할 수 있는 전자기 액츄에이터를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 간편하게 소형화할 수 있으며, 제어성을 향상시킬 수 있는 전자기 액츄에이터를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조에 의하여 생산성이 향상되고, 생산비가 절감되는 전자기 액츄에이터를 제공함에 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 일단을 갖는 하우징과; 하우징의 내측에 장착되어 있으며, 하우징의 길이 방향을 따라 그 선단이 하우징에 몰입되어 있는 제1 위치와 하우징으로부터 돌출되어 있는 제2 위치 사이를 운동하는 코어와; 코어의 외측에 원통형으로 감겨져 있고, 전류의 인가에 의하여 제1 위치와 제2 위치 사이에서 코어를 운동시킬 수 있는 자기장을 형성하는 코일과; 하우징의 내측에 장착되어 있으며, 코어를 제2 위치에서 제1 위치로 복귀시키는 리턴수단과; 하우징의 일단과 코어 사이에 장착되어 있고, 코어와 연동되도록 코어가 고정적으로 관통되어 있으며, 코어의 몰입 시 탄성변형되어 탄성 에너지를 갖는 탄성수단을 포함하는 전자기 액츄에이터에 있다.

본 발명의 다른 특징은, 일단을 갖는 하우징과; 하우징의 내측에 장착되어 있으며, 하우징의 길이 방향을 따라 그 선단이 하우징에 몰입되어 있는 제1 위치와 하우징으로부터 돌출되어 있는 제2 위치 사이를 운동하고, 영구자석으로 이루어지 는 코어와; 하우징의 내측에 고정되어 있으며, 코어의 외측에 원통형으로 감겨져 있고, 코어가 그 내측에 수용되어 있으며, 전류의 인가에 의하여 제1 위치와 제2 위치 사이에서 코어를 운동시킬 수 있는 자기장을 형성하는 코일과; 하우징의 일단과 코어 사이에 장착되어 있고, 코어와 연동되도록 코어가 고정적으로 관통되어 있으며, 코어의 몰입 시 탄성변형되어 탄성 에너지를 갖는 탄성수단을 포함하는 전자기 액츄에이터에 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 전자기 액츄에이터에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 전자기 액츄에이터는 외관을 구성하는 하우징(10)을 구비한다. 하우징(10)은 본체(12), 제1 커버(14)와 제2 커버(16)로 구성되어 있다. 본체(12)의 횡단면은 속이 빈 공간(12a)을 갖는 육각형으로 형성되어 있으며 일단과 타단은 개방되어 있다. 사용자의 피부, 예를 들어 손, 손가락은 하우징(10)의 일단에 접근된다. 본체(12)의 횡단면은 육각형으로 형성되어 있는 것을 도시하고 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 다각형, 타원형, 원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 커버(14, 16)는 본체(12)의 양단에 공간(12a)을 폐쇄하도록 장착되어 있다. 제1 커버(14)에는 구멍(14a)이 형성되어 있다. 하우징(10)의 본체(12), 제1 및 제2 커버(14, 16)는 자성체, 예를 들어 강(Steel)을 소재로 제작된다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 하우징(10)의 내측에 전자기적 에너지를 기계적 운동 에너지로 변환하는 자석(32)이 장착되어 있다. 전자석(20)은 코어(Core: 22)와 코일(24)로 구성되어 있다. 코어(22)는 하우징(10)의 내측에 하우징(10)의 길이 방향을 따라 운동할 수 있도록 장착되어 있다. 코어(22)는 그 선단이 하우징(10)의 내측에 몰입되어 있는 제1 위치(P1)와 제1 커버(14)의 구멍(14a)을 통하여 하우징(10)의 외측으로 돌출되어 있는 제2 위치(P2) 사이를 운동한다. 코어(22)의 횡단면은 원형, 다각형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 코어(22)는 자성체로 제작되는 것이 바람직하며, 필요에 따라 비자성체로 제작될 수 있다.

코어(22)의 선단에 가늘고 긴 작동핀(Operate Pin: 32a)이 결합되어 있다. 작동핀(22a)의 선단은 코어(22)의 제2 위치(P2)에서 제1 커버(14)의 구멍(14a)을 통하여 하우징(10)의 일단으로부터 돌출되고, 코어(22)의 제1 위치(P1)에서 제1 커버(14)의 구멍(14a)을 통하여 하우징(10)에 몰입된다. 작동핀(22a)은 코어(22)와 분리형으로 구성되어 있는 것을 도시하고 설명하였으나, 작동핀(22a)은 코어(22)의 선단에 일체형으로 구성될 수 있다. 코어(22)의 일단에 근접하는 외면에 제1 플랜지(Flange: 22b)가 형성되어 있고 타단에 제2 플랜지(22c)가 형성되어 있다.

코일(24)은 제1 및 제2 플랜지(22b, 22c) 사이의 코어(22)의 외측에 원통형으로 감겨져 있으며 전류의 인가에 의하여 자기장을 형성한다. 코일(24)은 본체(12)의 외면에 장착되어 있는 커넥터(Connector: 26)에 연결되어 있다. 커넥터(26)는 코일(24)에 인가되는 전류를 제어하는 제어수단으로 컨트롤러(28), 마이 크로프로세서, 컴퓨터와 연결되어 있다.

본 발명의 전자기 액츄에이터는 자석(32)의 코어(22)를 제2 위치(P2)에서 제1 위치(P1)로 복귀시키는 리턴수단(Return Means: 30)을 구비한다. 리턴수단(30)은 전자석(20)의 코어(22)가 제2 위치(P2)에서 제1 위치(P1), 즉 초기 위치로 복귀되도록 자력을 제공하는 자석(32)으로 구성되어 있다. 자석(32)은 코어(22)와 정렬되도록 제2 커버(16)의 일면에 장착되어 있다. 자석(32)의 극성은 자기장의 형성에 의하여 코어(22)가 띠는 극성에 대하여 척력을 발생하도록 구성되어 있다.

도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 전자기 액츄에이터는 코어(22)의 운동을 직선운동을 안내하는 리니어모션 가이드(Linear Motion Guide: 40)를 구비한다. 리니어모션 가이드(40)는 하우징(10)의 내측에 장착되어 있으며 코어(22)의 일단이 관통되도록 끼워지는 가이드구멍(42)을 갖는다. 리니어모션 가이드(40)의 횡단면은 하우징(10)의 내측에서 회전이 방지되도록 하우징(10)의 횡단면과 일치되는 육각형으로 형성되어 있다. 전자석(20)의 리턴수단(30)은 코어(22)의 제1 플랜지(32b)와 리니어모션 가이드(40) 사이에 장착되는 리턴스프링(Return Spring)으로 구성될 수 있다.

도 2 내지 도 5, 도 6a 내지 도 6k를 참조하면, 본 발명의 전자기 액츄에이터는 하우징(10)의 내측에 작동핀(22a)의 몰입 시 탄성변형되어 탄성 에너지(Elastic Energy)를 갖도록 하우징(10)의 일단과 전자석(20) 사이에 장착되어 있는 탄성수단(50)을 구비한다. 탄성수단(50)은 하나 이상의 탄성플레이트(52)로 구성되어 있다. 탄성플레이트(52)는 합성고무, 탄성력을 갖는 플라스틱, 스프링판 등 으로 제조될 수 있다. 탄성플레이트(52)의 중앙에 구멍(62a)이 형성되어 있으며 구멍(62)의 주위에 탄성플레이트(52)의 탄성변형이 원활하게 가능하도록 슬롯(Slot: 62b)이 형성되어 있다. 탄성플레이트(52)는 슬롯(52b)의 형성에 의하여 구멍(52a)의 주위에 탄성변형부(52c)를 갖는다. 탄성플레이트(52)의 구멍(52a)에 작동핀(22a)이 고정적으로 관통되어 있다. 따라서 탄성플레이트(52)는 작동핀(22a)과 연동된다. 작동핀(22a)이 탄성플레이트(52)와 연동되도록 구멍(52a)에 고정되어 있는 것을 도시하고 설명하였으나, 작동핀(22a)이 삭제되는 경우 코어(22)가 탄성플레이트(52)의 구멍(52a)에 억지 끼워맞춤될 수 있다.

도 6a 내지 도 6k에 탄성플레이트(52)의 슬롯(52b)은 구멍(52a)의 주위에 나선형으로 형성되어 있는 것이 예시되어 있다. 도 6a 내지 도 6e에 도시되어 있는 구멍(52a)의 주위는 탄성변형부(52c)에 의하여 일점 지지되어 있다. 도 6j에 탄성플레이트(52)의 슬롯(52b)은 구멍(52a)의 주위에 지그재그(Zigzag)형으로 형성되어 있는 것이 예시되어 있다. 도 6f 내지 도 6j에 도시되어 있는 구멍(52a)의 주위는 탄성변형부(52c)에 의하여 이점 지지되어 있다. 도 6k에 도시되어 있는 탄성플레이트(52)의 탄성변형부(52c)는 구멍(52a) 주위에 방사상으로 연장되어 있는 리브(Rib) 형태로 형성되어 있고, 슬롯(52b)은 탄성변형부(52c) 사이의 구멍 형태로 형성되어 있다. 도 6k에 도시되어 있는 구멍(52a)의 주위는 탄성변형부(52c)에 의하여 삼점 지지되어 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 탄성플레이트(52)는 단층 또는 복수개가 다층으로 적층될 수 있다. 복수개의 탄성플레이트(52)들은 간격을 두고 적층되어 있다. 자석(32)의 인력은 적층되어 있는 탄성플레이트(52)들이 보유하는 탄성력보다 크다. 따라서 자석(32)의 인력에 의하여 코어(22)는 탄성플레이트(52)들의 탄성력을 극복하고 제2 위치(P2)에서 제1 위치(P1)로 원활하게 복귀된다. 도 6a 내지 도 6e에 도시되어 있는 구멍(52a)들의 주위가 탄성변형부(52c)에 의하여 일점 지지되어 있는 경우, 복수개의 탄성플레이트(52)들 각각은 탄성변형부(52c)가 구멍(52a)들 각각을 중심으로 방사상 등간격을 이루도록 적층되어 있다. 탄성플레이트(52)들의 탄성변형부(52c)가 방사상 등간격으로 배열되는 것에 의하여 작동핀(22a)의 정확한 직선운동이 구현된다. 탄성변형부(52c)의 이점 또는 삼점 지지구조의 경우에도 복수의 탄성플레이트(52)들은 탄성변형부(52c)가 방사상 등간격을 이루도록 적층된다.

도 2 내지 도 5를 다시 참조하면, 메인스페이서(Main Spacer: 60)가 탄성플레이트(52)들 사이에 간격의 유지를 위하여 장착되어 있다. 메인스페이서(60)에 작동핀(22a)이 관통되는 구멍(60a)이 형성되어 있다. 메인스페이서(60)는 탄성플레이트(52)의 가장자리를 지지하는 링 형상으로 형성되어 있다. 메인스페이서(60)는 탄성플레이트(52)의 일면 또는 양면 가장자리에 탄성변형부(52c)의 탄성변형을 허용하는 링 형상으로 돌출되는 돌출부로 대체될 수 있다. 도 2에 탄성플레이트(52)와 메인스페이서(60) 각각의 횡단면은 본체(12)의 횡단면과 일치하는 육각형으로 형성되어 있다. 리니어모션 가이드(40), 탄성플레이트(52)들과 메인스페이서(60)는 본체(12)의 공간(12a)에 억지 끼워맞춤되거나 고정수단, 예를 들어 접착제, 엑폭시수지(Epoxy Resin)에 의하여 고정될 수 있다.

탄성수단(50)의 탄성플레이트(52)들은 하우징(10)의 일단과 리니어모션 가이드(40) 사이에 배치되어 있다. 탄성플레이트(52)들 중 최하층의 탄성플레이트(52)와 리니어모션 가이드(40) 사이에 간격의 유지를 위하여 서브스페이서(Subspacer: 62)가 장착되어 있다. 서브스페이서(62)의 구멍(62a)에 작동핀(22a)이 관통되어 있다.

지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전자기 액츄에이터에 대한 작용을 설명한다.

도 1, 도 2와 도 7을 참조하면, 컨트롤러(28)의 제어에 의하여 전자석(20)의 코일(24)에 인가되던 전류가 차단되면, 자성체, 예를 들어 강으로 제작되어 있는 코어(22)는 자석(32)의 인력을 부여받아 자석(32)에 붙고, 작동핀(22a)은 제1 커버(14)의 구멍(14a)을 통하여 하우징(10)의 내측에 몰입되게 된다. 코어(22)가 자석(32)에 붙어 있는 제1 위치(P1)에서 탄성플레이트(52)들의 탄성변형부(52c)는 탄성변형되어 탄성 에너지를 보유한다.

도 2와 도 8을 참조하면, 컨트롤러(28)의 제어에 의하여 전자석(20)의 코일(24)에 전류가 인가되어 자기장이 형성되고, 자기장의 형성에 의하여 코어(22)가 자석(32)의 척력을 부여받는 극성을 갖도록 자화된다. 즉, 자석(32)이 N극의 자력을 발생하는 경우, 코어(22)는 N극을 갖도록 자화된다.

코어(22)와 자석(32)의 상호자력작용에 의하여 코어(22)는 제1 위치(P1)에서 제2 위치(P2)로 운동된다. 코어(22)는 리니어모션 가이드(40)의 가이드구멍(42)을 따라 직선운동되고, 코어(22)와 작동핀(22a)이 함께 직선운동된다. 하우징(10)의 본체(12)가 강으로 제작되어 있는 경우, 본체(12)는 자기장에 의하여 자화되면서 코어(22)와 자석(32)의 상호자력작용을 크게 한다. 한편, 작동핀(22a)의 선단은 전자석(20)의 코일(24)에 인가되던 전류가 차단되면, 제1 커버(14)의 구멍(14a)을 통하여 몰입되고, 코어(22)는 자석(32)의 인력에 의하여 제2 위치(P2)에서 제1 위치(P1)로 복귀된다.

다음으로, 작동핀(22a)의 직선운동과 연동되어 탄성플레이트(52)의 탄성변형부(52c)는 탄성 에너지에 의하여 복원되면서 작동핀(22a)의 운동력을 증폭시킨다. 이와 같이 코어(22)와 자석(32) 사이의 척력과 탄성플레이트(52)의 탄성 에너지에 의하여 작동핀(22a)의 운동력이 증폭되므로, 전자석(20)의 저전력 구동이 가능하다. 또한, 전자석(20)의 저전력 구동에 의해서도 작동핀(22a)의 고출력이 가능하므로, 본 발명의 전자기 액츄에이터를 간편하게 소형화할 수 있다.

전자석(20)의 코어(22)가 제2 위치(P2)에 도달되면, 작동핀(22a)의 선단은 제1 커버(14)의 구멍(14a)을 통하여 돌출되며, 돌출되는 작동핀(22a)의 선단에 접촉되는 기계요소, 물체 등은 작동핀(22a)의 운동력을 전달받는다. 전자석(20)과 탄성수단(50)의 연동에 의해서는 작동핀(22a)의 운동력에 대한 분해능을 높여 작동핀(22a)의 제어성을 향상시킬 수 있다. 컨트롤러(28)는 코일(24)에 인가되는 전류의 주기와 세기를 제어하여 코어(22)의 작동을 제어할 수 있다.

한편, 전자석(20)의 코어(22)가 비자성체로 제작되어 있는 경우, 비자성체의 코어(22)는 코일(24)에 전류가 인가되면 자화되어 자석(32)의 인력에 의하여 자석(32)에 붙는다. 비자성체의 코어(22)는 코일(24)에 인가되던 전류가 차단되면 탄 성수단(50)의 탄성 에너지에 의하여 자석(32)으로부터 떨어져 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 운동된다.

이와 같이 본 발명의 전자기 액츄에이터는 저전력·고출력 및 소형화에 의하여 가상현실, 시뮬레이션(Simulation), 착용용 컴퓨터(Wearable Computers), 로보틱스(Robotics), 의료용 등 다양한 분야에 활용되는 햅틱장치(Haptic Device)의 촉감장치, 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System, MEMS), 초정밀 위치결정장치, 미세측정장치 등 광범위한 분야에 응용될 수 있다.

도 9와 도 10에는 본 발명에 따른 전자기 액츄에이터의 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 9와 도 10을 참조하면, 제2 실시예의 전자기 액츄에이터는 하우징(10), 전자석(120), 리니어모션 가이드(40), 탄성수단(50)과 메인스페이서(60)로 구성되어 있다. 제2 실시예의 전자기 액츄에이터의 하우징(10), 리니어모션 가이드(40), 탄성수단(50), 메인스페이서(60)는 일 실시예의 전자기 액츄에이터의 하우징(10), 리니어모션 가이드(40), 탄성수단(50), 메인스페이서(60)와 동일하게 구성되어 있으므로, 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

제2 실시예의 전자기 액츄에이터의 전자석(120)의 코어(122)는 영구자석으로 이루어져 있다. 코어(122)의 선단은 작동핀(122a)의 구멍(122b)에 결합되어 있으며, 작동핀(122a)은 강으로 제작되어 있다. 작동핀(122a)은 코어(122)의 선단에 일체형으로 구성될 수 있으며, 이 경우 작동핀(122a)은 코어(122)와 동일한 영구자석으로 제작될 수 있다. 전자석(120)의 코일(124)은 하우징(10)의 내측에 고정되어 있고, 원통형으로 감겨져 있다. 원통형 코일(124)의 내측에는 코어(122)가 운동할 수 있도록 수용되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 제2 실시예의 전자기 액츄에이터는 전자석(120)의 코일(124)에 전류가 인가되면, 코일(124)의 주위에 자기장이 형성된다. 자기장의 극과 코어(122)의 극성에 따른 상호자력작용에 의하여 코어(122)는 제1 위치(P1)에서 제2 위치(P2)로 운동된다. 코어(122)는 리니어모션 가이드(40)의 가이드구멍(42)을 따라 직선운동되고, 코어(22)와 작동핀(22a)이 함께 직선운동된다. 전자석(120)의 코어(122)가 제2 위치(P2)에 도달되면, 작동핀(122a)의 선단은 제1 커버(14)의 구멍(14a)을 통하여 돌출되며, 돌출되는 작동핀(122a)의 선단에 접촉되는 기계요소, 물체 등은 작동핀(122a)의 운동력을 전달받는다.

전자석(120)의 코일(124)에 인가되던 전류가 차단되면, 자기장이 소멸된다. 자기장의 소멸 시 제2 커버(16)와 코어(122) 사이에 코어(122)의 자력에 의하여 인력이 작용되고, 코어(122)는 제2 위치(P2)에서 제1 위치(P1)로 운동되어 제2 커버(16)에 붙게 된다. 또한, 작동핀(122a)은 제1 커버(14)의 구멍(14a)을 통하여 하우징(10)의 내측에 몰입되게 된다. 코어(122)가 제2 커버(16)에 붙어 있는 제1 위치(P1)에서 탄성플레이트(52)들의 탄성변형부(52c)는 탄성변형되어 탄성 에너지를 보유한다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전자기 액츄에이터에 의하면, 전자기적 에너지를 기계적 운동 에너지로 변환하는 전자석과 탄성수단의 연동 구조에 의하여 저전력·고출력 구동을 구현할 수 있으며, 간편하게 소형화할 수 있고, 코어의 운동력에 대한 분해능을 높여 코어의 제어성을 향상시킬 수 있다. 또한, 간단한 구조에 의하여 생산성이 향상되고, 생산비가 크게 절감되는 효과가 있다.

Claims

일단을 갖는 하우징과;

상기 하우징의 내측에 장착되어 있으며, 상기 하우징의 길이 방향을 따라 그 선단이 상기 하우징에 몰입되어 있는 제1 위치와 상기 하우징으로부터 돌출되어 있는 제2 위치 사이를 운동하는 코어와;

상기 코어의 외측에 원통형으로 감겨져 있고, 전류의 인가에 의하여 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 상기 코어를 운동시킬 수 있는 자기장을 형성하는 코일과;

상기 하우징의 내측에 장착되어 있으며, 상기 코어를 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로 복귀시키는 리턴수단과;

상기 하우징의 일단과 상기 코어 사이에 장착되어 있고, 상기 코어와 연동되도록 상기 코어가 고정적으로 관통되어 있으며, 상기 코어의 몰입 시 탄성변형되어 탄성 에너지를 갖는 탄성수단을 포함하는 전자기 액츄에이터.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징은,

상기 코어, 상기 코일, 상기 리턴수단과 상기 탄성수단이 장착되는 공간을 갖는 본체와;

상기 하우징의 일단에 장착되어 있으며, 상기 코어가 통과될 수 있는 구멍이 형성되어 있는 제1 커버와;

상기 하우징의 타단에 장착되어 있는 제2 커버로 구성되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 리턴수단은 상기 코어의 후단과 근접되도록 장착되어 있는 자석으로 이루어지고, 상기 자석의 극성은 상기 자기장에 의하여 상기 코어가 띠는 극성에 대하여 척력을 발생하도록 구성되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 3 항에 있어서, 상기 액츄에이터는 상기 코어의 운동을 직선운동으로 안내할 수 있도록 상기 하우징의 내측에 장착되어 있는 리니어모션 가이드를 더 구비하며, 상기 리니어모션 가이드는 상기 코어가 안내되도록 끼워지는 가이드구멍을 갖는 전자기 액츄에이터.
제 4 항에 있어서, 상기 탄성수단은 상기 하우징의 일단과 상기 리니어모션 가이드 사이에 배치되어 있으며, 상기 탄성수단과 상기 리니어모션 가이드 사이에 간격의 유지를 위하여 상기 코어가 관통되는 서브스페이서가 장착되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성수단은 탄성플레이트로 이루어지며, 상기 탄성플레이트는 상기 코어가 고정적으로 관통되는 구멍을 가지고, 상기 탄성플레이트의 구멍 주위에 그 탄성변형을 위하여 슬롯이 형성되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 6 항에 있어서, 상기 코어의 선단에 작동핀이 구성되어 있으며, 상기 작동핀은 상기 하우징의 일단에 출몰가능하도록 상기 탄성플레이트의 구멍에 고정적으로 관통되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 7 항에 있어서, 상기 탄성플레이트는 복수개가 적층되어 있으며, 상기 복수개의 탄성플레이트들 사이에 간격의 유지를 위하여 메인스페이서가 각각 개재되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 8 항에 있어서, 상기 복수개의 탄성플레이트들 각각은 상기 슬롯의 형성에 의하여 상기 구멍의 주위에 일점 지지되는 탄성변형부를 가지며, 상기 복수개의 탄성플레이트들 각각은 상기 구멍을 중심으로 상기 탄성변형부가 등간격을 이루도록 적층되어 있는 전자기 액츄에이터.
일단을 갖는 하우징과;

상기 하우징의 내측에 장착되어 있으며, 상기 하우징의 길이 방향을 따라 그 선단이 상기 하우징에 몰입되어 있는 제1 위치와 상기 하우징으로부터 돌출되어 있는 제2 위치 사이를 운동하고, 영구자석으로 이루어지는 코어와;

상기 하우징의 내측에 고정되어 있으며, 상기 코어의 외측에 원통형으로 감 겨져 있고, 상기 코어가 그 내측에 수용되어 있으며, 전류의 인가에 의하여 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 상기 코어를 운동시킬 수 있는 자기장을 형성하는 코일과;

상기 하우징의 일단과 상기 코어 사이에 장착되어 있고, 상기 코어와 연동되도록 상기 코어가 고정적으로 관통되어 있으며, 상기 코어의 몰입 시 탄성변형되어 탄성 에너지를 갖는 탄성수단을 포함하는 전자기 액츄에이터.
제 10 항에 있어서, 상기 하우징은,

상기 코어, 상기 코일과 상기 탄성수단이 장착되는 공간을 갖는 본체와;

상기 하우징의 일단에 장착되어 있으며, 상기 코어가 통과될 수 있는 구멍이 형성되어 있는 제1 커버와;

상기 하우징의 타단에 장착되어 있는 제2 커버로 구성되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 11 항에 있어서, 상기 하우징의 제2 커버는 상기 영구자석으로 이루어지는 상기 코어가 상기 자기장의 소멸 시 상기 코어가 인력에 의하여 붙도록 강으로 이루어지는 전자기 액츄에이터.
제 12 항에 있어서, 상기 액츄에이터는 상기 코어의 운동을 직선운동으로 안내할 수 있도록 상기 하우징의 내측에 장착되어 있는 리니어모션 가이드를 더 구비 하며, 상기 리니어모션 가이드는 상기 코어가 안내되도록 끼워지는 가이드구멍을 갖는 전자기 액츄에이터.
제 13 항에 있어서, 상기 탄성수단은 상기 하우징의 일단과 상기 리니어모션 가이드 사이에 배치되어 있으며, 상기 탄성수단과 상기 리니어모션 가이드 사이에 간격의 유지를 위하여 상기 코어가 관통되는 서브스페이서가 장착되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 10 항에 있어서, 상기 탄성수단은 탄성플레이트로 이루어지며, 상기 탄성플레이트는 상기 코어가 고정적으로 관통되는 구멍을 가지고, 상기 탄성플레이트의 구멍 주위에 그 탄성변형을 위하여 슬롯이 형성되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 15 항에 있어서, 상기 코어의 선단에 작동핀이 구성되어 있으며, 상기 작동핀은 상기 하우징의 일단에 출몰가능하도록 상기 탄성플레이트의 구멍에 고정적으로 관통되어 있는 전자기 액츄에이터.
제 16 항에 있어서, 상기 복수개의 탄성플레이트들 각각은 상기 슬롯의 형성에 의하여 상기 구멍의 주위에 일점 지지되는 탄성변형부를 가지며, 상기 복수개의 탄성플레이트들 각각은 상기 구멍을 중심으로 상기 탄성변형부가 등간격을 이루도록 적층되어 있는 전자기 액츄에이터.