KR20140073439A - 선형 구동 장치 및 피스톤 펌프 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 피스톤 펌프용 선형 구동 장치(1)로서, 제 1 전자기 구동 유닛(8), 제 2 전자기 구동 유닛(9), 및 상기 구동 유닛들(8, 9)에 의해 축 방향으로 이동될 수 있는 구동 피스톤(3)을 포함하는 선형 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 제 1 구동 유닛(8)과 제 2 구동 유닛(9)은 각각 릴럭턴스 구동 유닛(8, 9)으로서 형성되고, 각각의 릴럭턴스 구동 유닛(8, 9)은 구동 피스톤(3)을 원주 방향으로 둘러싸는 코일 와인딩(12, 13)을 가진 고정자(10, 11)와 코일 코어(20, 21)를 포함하고, 상기 코일 코어는 방사방향으로 상기 구동 피스톤(3)을 향해 개방된 상기 코일 와인딩(12, 13)용 코일 수용부(14, 15)를 포함한다. 또한, 본 발명은 피스톤 펌프 장치에 관한 것이다.

Description

선형 구동 장치 및 피스톤 펌프 장치{LINEAR DRIVE AND PISTON PUMP ARRANGEMENT}

본 발명은 제 1 전자기 구동 유닛, 제 2 전자기 구동 유닛, 및 구동 유닛들에 의해 축 방향으로 이동될 수 있는 구동 피스톤을 포함하는, 특히 피스톤 펌프용 선형 구동 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 피스톤 펌프 장치에 관한 것이다.

선형 구동 장치는 2개의 전자기 구동 유닛, 및 구동 유닛에 의해 축 방향으로 이동될 수 있는 구동 피스톤을 포함한다. 구동 피스톤의 이동은 제 1 전자기 구동 유닛에 의해 제 1 방향으로 야기될 수 있으며, 제 2 전자기 구동 유닛에 의해 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 야기될 수 있고, 이 경우 각각의 구동 유닛은 자기장을 형성한다. 선형 구동 장치는 특히 바람직하게 피스톤 펌프의 구동 장치로서 사용될 수 있다.

선행기술에, 예컨대 DE 30 33 684 A1호에 전자기 구동 유닛을 포함하는 피스톤 펌프가 기술되어 있다. 피스톤 펌프의 피스톤은 이 경우 높은 잔자성 및 보자성을 가진 강자성 물질로 이루어진 관통형 실린더로서 구현되고, 축 방향으로 영구 자화된다. 피스톤은 비자성 물질로 이루어진 부시 내에서 동축으로 형성된 2개의 전자석의 극 사이를 여자 전류의 작용 하에 왕복 운동한다. 자기 회로는 피스톤의 중심에 대해 방사방향으로 정렬된 공통의 자기력선 가이드 피스에 의해 폐쇄되고, 이 경우 바람직하게 피스톤의 축 방향 수직 보어 내에 배치된 밸브는 한쪽으로 정렬된 유동을 제공한다.

그러나, 이러한 전자기 선형 구동 장치의 사용은 특히 흔히 필요로 하는 고에너지 영구자석 링으로 인해 복잡한 공정과 많은 재료 비용을 들여서만 가능한데, 그 이유는 한편으로는 선형 구동 장치의 힘 주파수 및/또는 최대로 달성 가능한 행정 주파수가 충분하지 않고, 다른 한편으로는 선형 구동 장치가 펌프 피스톤을 편심 작동하는 회전식 전기 모터에 비해 높은 전류 소비를 갖기 때문이다. 이는 특히 차량 조절 시스템에서, 특히 운전자 보조 시스템에서 피스톤 펌프를 위한 선형 구동 장치의 사용 시 문제가 된다. 따라서 이러한 시스템에서 대개 전술한 회전식 전기 모터를 포함하는 피스톤 펌프가 사용되고, 상기 전기 모터는 편심기에 의해 펌프 피스톤을 편심 작동한다. 그러나 이는, 피스톤 펌프에 의해 송출된 유체의 체적 흐름이 전기 모터의 회전수에 의해서만, 즉 편심 작동의 주파수에 의해서만 조절될 수 있음을 의미한다.

본 발명의 과제는 공지된 선형 구동 장치에 비해 낮은 에너지 수요를 갖는 선형 구동 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징을 포함하는 선형 구동 장치에 의해 해결된다.

청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 선형 구동 장치는 구동 피스톤의 이동의 주파수 및 행정이 선택될 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 상기 선형 구동 장치는 공지된 선형 구동 장치에 비해 낮은 에너지 수요를 가지며, 피스톤 펌프의 작동을 위한 충분히 큰 힘을 제공한다. 이는 본 발명에 따라, 제 1 구동 유닛과 제 2 구동 유닛이 각각 릴럭턴스 구동 유닛으로서 형성됨으로써 달성되고, 각각의 릴럭턴스 구동 유닛은 구동 피스톤을 원주 방향으로 둘러싸는 코일 와인딩을 가진 고정자와 코일 코어를 포함하고, 상기 코일 코어는 방사방향으로 구동 피스톤을 향해 개방된, 코일 와인딩용 코일 수용부를 포함한다. 전술한 바와 같이, 2개의 구동 유닛은 구동 피스톤을 바람직하게 대향 배치된 방향으로 이동시키기 위해 형성된다. 따라서 제 1 구동 유닛은 제 1 방향으로 그리고 제 2 구동 유닛은 제 2 방향으로, 각각 구동 피스톤에 작용하도록 힘을 형성할 수 있다. 구동 유닛들은 릴럭턴스 구동 유닛으로서 형성된다.

릴럭턴스 구동 유닛이란 특히 실질적으로, 회전자 또는 구동 피스톤이 아니라 고정자에만 전류가 공급되고 바람직하게 영구 자석을 필요로 하지 않는 구동 유닛이다. 따라서 고정자는 코일 와인딩 또는 적어도 하나의 코일 와인딩을 포함한다. 코일 와인딩은 코일 코어에 할당되거나 또는 적어도 부분적으로 상기 코일 코어를 포함하므로, 코일 와인딩에 전류 공급 시 코일 코어에 자속이 발생한다. 코일 와인딩은, 구동 피스톤을 원주 방향으로 - 구동 피스톤의 길이방향 중앙축에 대해 - 둘러싸도록, 특히 완전히 둘러싸도록 배치된다. 또한, 코일 코어는 코일 수용부를 포함해야 하고, 상기 수용부에 코일 와인딩이 배치된다. 상기 코일 수용부는 방사방향으로 구동 피스톤을 향해 개방된다. 코일 수용부의 개구는 구동 피스톤을 향한 코일 코어의 측면에 배치된다.

코일 와인딩에 전류가 공급되면, 즉 코일 코어에 자기장 및 자속이 존재하면, 상기 코일 코어는 구동 피스톤을 또는 코일 코어에 할당된 구동 피스톤의 아마추어 부재를 최소 릴럭턴스 위치로 밀어내려고 한다. 상기 위치는 예를 들어, - 횡단면으로 볼 때 - 아마추어 부재가 - 축 방향으로 볼 때 - 코일 코어에 대해 센터링되어 배치되는 경우에, 특히 즉 아마추어 부재의 (구조적) 중심점이 코일 코어의 (구조적) 중심점과, 특히 축 방향으로 일치하는 경우에, 주어진다. 릴럭턴스 구동 유닛의 원리에 따라 아마추어 부재는 예를 들어 강자성 물질로 이루어지고, 바람직하게 영구 자화되지 않는다. 바람직하게 아마추어 부재는 연자성 물질로, 즉 자기장에서 약하게 자화될 수 있는 강자성 물질로 이루어진다. 연자성 물질은 예를 들어 최대 1000 A/m의 보자력을 갖는다. 예를 들어 강자성 또는 연자성 물질은 철 또는 철 합금의 형태로 주어진다.

특히 피스톤 펌프의 구동을 위해 선형 구동 장치의 사용 시 여러 장점들이 제공된다. 먼저, 피스톤 펌프의 펌프 피스톤은 구동 피스톤에, 예를 들어 압력 끼워 맞춤 결합 방식으로, 형상 끼워 맞춤 결합 방식으로 및/또는 재료 결합 방식으로 견고하게 결합될 수 있다. 또한, 피스톤 펌프의 체적 흐름은 구동 피스톤의 이동의 주파수에 의해서만이 아니라, 상기 이동의 행정에 의해서도 스케일링될 수 있다. 이로 인해 체적 흐름 균일성 및 이로 인해 유도되는 소음의 감소가 이루어진다. 2개의 자유도, 즉 구동 피스톤의 주파수와 진폭에 의한 제어가 가능하기 때문에, 선형 구동 장치의 적절한 제어에 의해 바람직한 작동 범위가 (예를 들어 쾌적성 변화 및/또는 출력 변화와 관련해서) 더 양호하게 달성될 수 있다.

또한, 전기 모터의 회전을 펌프 피스톤의 진동 운동으로 실행시키는 편심기가 생략될 수 있다. 특히 이로 인해 기계적 소음원, 예를 들어 베어링, 편심기 및/또는 정류자의 제거에 의한 추가 소음 감소가 이루어진다. 특히, 일반적으로 카본 브러시를 포함하는 정류자가 생략됨으로써 수명이 현저하게 연장될 수 있다. 다른 장점들로서, 사용된 물질에 따라 필요한 설치 공간과 중량의 감소 및 증가한 출력 밀도가 달성될 수 있는 것을 들 수 있다. 또한, 예를 들어 베어링, 브러시 및/또는 브러시 캐리어와 같은 필수 부품들의 개수가 현저히 감소한다. 또한, 제조가 간단해진다. 이는 특히 고정자 와인딩 및 아마추어 부재에 적용된다. 정류자 기계에서 필수인 아마추어 부재의 복잡한 콘택팅이 생략된다. 이로 인해 제조 시 개선된 진단도 가능하다.

구동 유닛들을 릴럭턴스 구동 유닛으로서 형성함으로써, 대개 희토류를 포함하므로 고가인 영구자석이 생략된다. 선형 구동 장치의 적절한 설계 시, 또한 기계적 스토퍼가 생략될 수 있거나 또는 상기 스토퍼가 전자기 스토퍼에 의해 대체될 수 있다. 따라서 피스톤 펌프 또는 선형 구동 장치의 조절 및 작동 진단이 간단해진다. 또한 매우 양호한 필링 팩터를 갖는 본 발명에 따른 선형 구동 장치의 코일 와인딩이 제조될 수 있다. 상기 필링 팩터는 특히 각각의 코일 코어에 코일의 양호한 열 결합을 가능하게 하므로, 코일 와인딩의 효율적인 냉각이 이루어질 수 있다.

선형 구동 장치에 의해 구동되는 피스톤 펌프는 또한 매우 견고하다. 예를 들어 유체의 누설이 피스톤 펌프의 기능 손상을 야기하지 않는다. 또한, 일반적으로 심하게 마모되고 따라서 피스톤 펌프의 수명을 제한하는 방사방향 베어링 및/또는 카본 브러시가 제공되지 않는다.

물론, 선형 구동 장치에 의해 하나보다 많은 피스톤 펌프, 특히 2개의 피스톤 펌프가 구동될 수 있다. 선형 구동 장치는 바람직하게, 그 작동점이 안정하도록 구현되므로, 구동 피스톤의 운동이 기계적 스토퍼에 의해 제한될 필요가 없다. 선형 구동 장치는 한편으로는 행정의 주파수와 관련해서 및 행정의 크기에 의해 조절될 수 있다. 전자는 구동 유닛의 전류 공급을 바꾸는 주파수의 적절한 선택에 의해 이루어진다. 후자는 전류 공급의 지속 시간의 변경에 의해 원하는 대로 조절될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 코일 수용부는 방사방향으로 구동 피스톤을 향한 코일 코어의 2개의 자유 단부에 의해 축 방향으로 제한된다. 이 경우에도 축 방향은 구동 피스톤의 길이방향 중심축과 관련해서 이해되어야 한다. 코일 코어의 2개의 자유 단부는 특히 선형 구동 장치의 종단면에서 볼 수 있다. 2개의 자유 단부로 인해 코일 코어는 실질적으로 U 형상으로 형성되고, 이 경우 자유 단부 형태의 U 형상의 2개의 레그들은 코일 코어의 방향으로 향하거나 또는 방사방향으로 상기 코일 코어에 이른다. 바람직하게 2개의 자유 단부는 정확히 방사방향으로 구동 피스톤을 향하므로, 자유 단부 또는 레그의 가상의 연장부는 구동 피스톤의 길이방향 중심축에 대해 수직이다.

코일 수용부가 환형 갭으로서 제공되거나 또는 다수의 세그먼트, 특히 환형 갭 세그먼트로 구성될 수 있다. 횡단면으로 볼 때 - 구동 피스톤의 길이방향 중심축에 대해 - 코일 수용부는 라운드 또는 원형이다. 코일 수용부는 연속해서 형성될 수 있고, 즉 구동 피스톤의 즉 전체 원주에 걸쳐 - 길이방향 중심축에 대해 - 제공되거나 또는 코일 코어 내에 형성될 수 있다. 대안으로서, 상기 코일 수용부는 예를 들어 환형 갭 세그먼트로서 형성된 다수의 세그먼트들로 구성될 수 있다. 세그먼트들은 예를 들어 접선 방식으로 점대칭으로 배치될 수 있다.

즉, 코일 수용부는 전체 원주에 걸쳐 코일 코어 내에 제공되는 것이 아니라, 예를 들어 원주방향으로 분포된, 특히 균일하게 분포된 다수의 부분들로 이루어진 코일 코어들이 배치된다. 바람직하게는 물론, 구동 피스톤의 아마추어 부재가 코일 수용부와 유사하게 또는 형태에 맞게 형성된다. 또한, 아마추어 부재는 원주 방향으로 연속해서 형성될 수 있고, 따라서 링으로서 제공되거나 또는 특히 구동 피스톤에 고정된 다수의 세그먼트로 구성될 수 있다. 이로 인해 구동 유닛들은, 주 자속이 각각 최소 자기 저항에 노출되도록 형성될 수 있다. 다수의 세그먼트가 제공되는 경우에, 상기 세그먼트들은 원주 방향으로 예를 들어 180°, 120°, 90°, 60°, 45°, 30°, 또는 20°만큼 서로 오프셋 되어 제공되고, 또한 원주방향으로 서로 이격 배치되고, 특히 균일하게 이격 배치된다. 조립된 코일 수용부의 경우에도 코일 와인딩은 원주방향으로 연속해서 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에서, 구동 피스톤에 배치된 아마추어 부재가 각각의 코일 코어에 할당된다. 상기 아마추어 부재에 관해서는 앞에서 설명되었다. 특히 아마추어 부재는 강자성 물질로 이루어지고, 영구 자화되지 않는다. 아마추어 부재는 구동 피스톤에 배치되거나 또는 상기 피스톤에 고정되므로, 코일 코어에 의해 각각의 아마추어 부재에 가해지는 힘이 구동 피스톤에 전달된다. 바람직하게 각각의 코일 코어에 정확히 하나의 아마추어 부재가 할당되고, 상기 아마추어 부재는 - 전술한 바와 같이 - 원주방향으로 연속해서 구현되는 것이 바람직하긴 하지만 연속해서 구현되지 않아도 된다.

본 발명의 개선예에서, 코일 코어는 상기 코어에 할당된 아마추어 부재와 동일한 축방향 길이를 갖는다. 코일 코어는 U-형상으로 제공되고, 따라서 2개의 자유 단부를 갖고, 상기 단부들은 방사방향으로 구동 피스톤을 향한다. 이러한 경우에 상기 2개의 자유 단부는 코일 코어를 축 방향으로 제한한다. 따라서 각각의 코일 코어에 할당된 아마추어 부재는 제 1 자유 단부에서부터 제 2 자유 단부까지 돌출하거나 또는 축 방향으로 볼 때 자유 단부의 서로 떨어져 있는 2개의 측면들과 일직선으로 끝나는 길이를 갖는다. 코일 코어의 다른 실시예에서 코일 코어의 전체 축 방향 길이가 고려될 수 있다. 이러한 경우에 아마추어 부재는 동일한 축 방향 길이를 가져야 한다.

본 발명의 바람직한 개선예에서, 아마추어 부재는 2개의 아마추어 암을 포함하고, 상기 암들은 방사방향으로 코일 코어의 자유 단부에 대응한다. 따라서 아마추어 부재도 종단면으로 불 때 U 형상으로 형성되고, 상기 U 형상의 레그들은 방사방향으로 코일 코어의 자유 단부와 반대인 배향을 갖는다. 바람직하게 코일 코어의 자유 단부들은 아마추어 부재의 아마추어 암들과 합동으로 형성되고, 즉, 축 방향으로, 방사방향으로 및/또는 원주 방향으로 동일한 치수를 갖는다. 구동 피스톤의 적어도 하나의 위치에서 코일 코어의 자유 단부들은 아마추어 부재의 2개의 아마추어 암의 연장부를 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 2개의 아마추어 암은 축 방향으로 코일 코어의 자유 단부와 동일한 치수를 갖는다. 이러한 실시예에 관해서는 전술한 내용이 참조된다. 이는, 각각의 구동 유닛을 위한 최소 릴럭턴스가 제공되는 구동 피스톤의 위치가 간단히 결정될 수 있고, 상기 위치는 2개의 아마추어 암이 코일 코어의 자유 단부와 일치하는 위치에 상응하는 장점을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 아마추어 부재들은 축 방향으로 코일 코어들보다 더 큰 간격을 갖는다. 따라서 제 1 구동 유닛이 최소 릴럭턴스를 갖는 구동 피스톤의 위치는 제 2 구동 유닛이 최소 릴럭턴스를 갖는 구동 피스톤의 위치로부터 이격된다. 제 1 구동 유닛과 제 2 구동 유닛에 교대로 전류가 공급됨으로써, 구동 피스톤의 이동은 반대 방향으로 구현될 수 있다.

바람직하게 아마추어 부재들은, 상응하는 코일 코어에 대해서 하나의 아마추어 부재가 오버랩 위치에 있는 경우 다른 아마추어 부재는 그 오버랩 위치로부터 밀려나오도록 서로 배치될 수 있다. 오버랩 위치란 코일 코어와 아마추어 부재로 이루어진 어셈블리가 최소 릴럭턴스를 갖는 아마추어 부재의 위치이다. 다시 말해서, 공기 갭의 최소 위치 영역에서 오버랩 길이는 최대여야 한다. 하나의 릴럭턴스 구동 유닛에 전류가 공급되면, 각각의 아마추어 부재는 오버랩 위치의 방향으로 밀린다. 따라서 각각의 다른 릴럭턴스 구동 유닛의 아마추어 부재를 그 오버랩 위치로부터 밀어내는 힘이 야기된다. 릴럭턴스 구동 유닛들에 교대로 전류 공급이 이루어짐으로써, 구동 피스톤의 주기적인 운동이 이루어질 수 있다.

바람직하게 코일 와인딩은 큰 패킹 밀도로 와인딩된 프로파일 와이어로 이루어진다. 이러한 방식으로, 선형 구동 장치의 충분한 강도의 자기장과 충분한 크기의 힘이 구현될 수 있다.

또한, 리턴 스프링 부재가 구동 피스톤과 작용 연결될 수 있다. 리턴 스프링 부재는 특정 위치로, 특히 출발 위치로 구동 피스톤을 복귀시키는데 이용된다. 출발 위치는 예를 들어 하나의 구동 유닛이 최소 릴럭턴스를 갖는 구동 피스톤의 위치에 해당할 수 있다. 대안으로서 2개의 구동 유닛들이 최소 릴럭턴스의 위치로 배치되지 않은 위치도 출발 위치로서 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은 펌프 피스톤을 포함하는 피스톤 펌프, 및 펌프 피스톤의 작동을 위한 선형 구동 장치, 특히 전술한 실시예에 따른 선형 구동 장치를 포함하는 피스톤 펌프 장치에 관한 것이며, 상기 선형 구동 장치는 제 1 전자기 구동 유닛, 제 2 전자기 구동 유닛, 및 구동 유닛에 의해 축 방향으로 이동될 수 있고 펌프 피스톤과 작용 연결된 구동 피스톤을 포함한다. 이 경우 제 1 구동 유닛과 제 2 구동 유닛은 각각 릴럭턴스 구동 유닛으로서 형성되고, 각각의 릴럭턴스 구동 유닛은 구동 피스톤을 원주 방향으로 둘러싸는 코일 와인딩을 가진 고정자, 및 방사방향으로 구동 피스톤을 향해 개방된 코일 와인딩용 코일 수용부를 가진 코일 코어를 포함한다. 선형 구동 장치와 피스톤 펌프 장치의 이러한 실시예의 장점에 관해서는 언급하였다. 피스톤 펌프 장치와 선형 구동 장치는 전술한 실시예에 따라 개선될 수 있으므로, 그 점에 있어서는 상기 실시예들이 참조된다.

본 발명은 하기에서 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되지만, 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

도 1은 선형 구동 장치의 제 1 실시예의 종단면도.
도 2는 선형 구동 장치의 제 2 실시예의 종단면도.
도 3은 선형 구동 장치의 릴럭턴스 구동 유닛의 고정자의 횡단면도.
도 4는 선형 구동 장치의 고정자의 개략적인 종단면도.
도 5는 선형 구동 장치의 횡단면도.
도 6은 선형 구동 장치의 영역의 종단면도.
도 7은 선형 구동 장치의 영역의 횡단면도.
도 8은 선형 구동 장치의 고정자용 고정자 부재의 개략도.
도 9는 코일 코어와 아마추어 부재의 제 1 형태를 갖는 선형 구동 장치의 다른 실시예의 개략적인 종단면도.
도 10은 코일 코어와 아마추어 부재의 제 2 형태의 종단면도.
도 11은 코일 코어와 아마추어 부재의 제 3 형태의 종단면도.
도 12는 코일 코어와 아마추어 부재의 제 4 실시예의 종단면도.

도 1은 축 방향으로 이동될 수 있는 구동 피스톤(3)의 길이방향 중심축(2)을 따른 선형 구동 장치(1)의 종단면도를 도시한다. 구동 피스톤(3)은 선형 구동 장치(1)의 하우징(4)에 지지된다. 이를 위해 예를 들어 가이드 링 형태의 방사방향 베어링(5)이 제공된다. 또한, 밀봉 링(6)이 제공될 수 있고, 상기 밀봉 링은 유체 밀봉 방식으로 하우징(4) 및 구동 피스톤(3)과 상호 작용한다. 밀봉 링(6)과 레이디얼 베어링(5) 사이에 추가로 지지 링(7)이 제공될 수 있고, 상기 지지 링은 갭 압출을 예방하는데 이용된다. 또한, 선형 구동 장치(1)는 제 1 전자기 구동 유닛(8)과 제 2 전자기 구동 유닛(9)을 포함한다. 상기 구동 유닛들은 각각 릴럭턴스 구동 유닛으로서 형성되고, 각각 코일 와인딩(12 또는 13)을 가진 고정자(10 또는 11)를 포함한다.

코일 와인딩(12 또는 13)은 고정자(10 또는 11)의 코일 수용부(14 또는 15)에 배치된다. 각각의 고정자(10, 11)에 아마추어 부재(16 또는 17)가 할당된다. 아마추어 부재들(16, 17)은 강자성 물질로 이루어진다. 상기 아마추어 부재들은 구동 피스톤(3)과 작용 연결된다. 도시된 실시예에서 이는 아마추어 캐리어(18)에 의해 이루어지고, 상기 아마추어 캐리어는 바람직하게 비자성 또는 수동형 자성 물질로 이루어진다. 아마추어 캐리어(18)는 구동 피스톤(3)에 직접 고정되고, 축 방향으로 볼 때 고정자(10, 11)의 중앙 리세스(19)를 통해 연장된다. 아마추어 캐리어(18)는 물론 구동 피스톤(3)의 구성부일 수도 있다. 예를 들어 아마추어 캐리어는 상기 구동 피스톤과 동일한 재료로 형성된다.

아마추어 캐리어(18) 및 구동 피스톤(3)에 대해 다수의 실시예들이 가능하다. 한편으로 구동 피스톤(3) 및 아마추어 캐리어(18)는 자성 물질로 이루어질 수 있다. 이는, 더 큰 질량의 단점을 갖기 때문에, 진동 주파수 및 시스템 다이내믹이 감소되고 추가의 철 손실이 야기된다. 장점으로서, 고정자(10 또는 11) 내의 자속 밀도가 감소하므로, 철 손실 및 액추에이터 전류의 감소가 야기되는 것을 들 수 있다. 다른 실시예에서 구동 피스톤(3) 및 아마추어 캐리어(18)는 비자성 물질로 이루어진다. 예를 들어 알루미늄의 사용 시 이동 질량은 감소한다. 이로 인해 더 높은 작동 주파수가 가능하고, 액추에이터 다이내믹은 증가한다. 그러나 고정자(10, 11)에 더 많은 철 손실이 나타날 수 있고, 이는 더 큰 위상 전류를 야기한다. 절충안으로서, 구동 피스톤(3)이 자성 물질로 이루어지고 아마추어 캐리어(18)는 비자성 물질로 이루어지는 실시예가 제공된다.

고정자(10, 11)는 각각 코일 코어(20 또는 21)에 의해 형성되고, 상기 코일 코어는 코일 수용부(14 또는 15)를 포함한다. 코일 수용부(14, 15)는 각각 방사방향으로 구동 피스톤(3) 또는 아마추어 캐리어(18)를 향해 개방된다. 이 경우 특히, 각각의 코일 코어(20, 21)는 2개의 자유 단부(22, 23)를 갖고, 상기 단부들은 코일 수용부(14, 15)를 축 방향으로 둘러싼다. 즉, 상기 수용부를 축 방향으로 제한한다. 이를 위해, 각각의 아마추어 부재(16, 17)는 2개의 아마추어 암(24, 25)을 포함하고, 상기 암들은 방사방향으로 코일 코어(20, 21)의 자유 단부(22, 23)에 대응된다. 코일 코어들(20, 21)은 각각의 코일 코어(20 또는 21)에 할당된 아마추어 부재(16 또는 17)와 동일한 축 방향 길이를 갖는다.

각각의 아마추어 부재(16, 17)에 대해, 아마추어 부재(16 또는 17)가 할당된 코일 코어(20 또는 21)에 대해 최소 릴럭턴스를 갖는 위치를 취하는 위치가 구동 피스톤(3)에 할당된다. 상기 위치는 각각의 아마추어 부재(16 또는 17)의 오버랩 위치라고 한다. 아마추어 부재들(16, 17)은, 하나의 아마추어(16, 17)가 오버랩 위치에 있는 경우에 다른 아마추어 부재(16 또는 17)는 오버랩 위치로부터 밀려나오도록 서로 배치된다. 하나의 아마추어 부재(16, 17)가 오버랩 위치에 있고 상기 아마추어 부재에 할당된 코일 와인딩(12 또는 13)의 전류 공급이 조절되고, 그대신 다른 코일 와인딩(13 또는 12)에 전류가 공급되면, 다른 아마추어 부재(17 또는 16)는 최적의 에너지 상태로, 즉 오버랩 위치로 밀린다. 이 경우 먼저 언급한 아마추어 부재(16 또는 17)는 그 오버랩 위치에서 밀려나온다. 2개의 코일 와인딩(12, 13)에 교대로 전류 공급이 이루어짐으로써 구동 피스톤(3)의 진동 운동이 이루어질 수 있다. 이는 작용 연결에 의해 예를 들어 도시되지 않은 피스톤 펌프 장치의 피스톤 펌프의 펌프 피스톤으로 전달될 수 있다.

도시된 실시예에서 하우징(4)은 앤드 피스들(26)을 갖고, 상기 앤드 피스들은 연결 피스들(27)에 의해 실질적으로 실린더형으로 형성된 하우징(4)의 커버 피스(28)를 상기 연결 피스들 사이에 지지한다. 예를 들어 연결 피스들(27)은, 방사방향 베어링(5), 밀봉 링(6) 및/또는 지지 링(7)의 지지 또는 수용을 위해 사용되도록 형성된다.

도 2는 선형 구동 장치(1)의 제 2 실시예를 도시한다. 이 실시예는 기본적으로 전술한 실시예와 유사하므로, 전술한 설명이 참조된다. 이 경우 앤드 피스(26)는 생략될 수 있으므로, 하우징(4)은 실질적으로 연결 피스들(27)과 상기 연결 피스들 사이에 지지되는 커버 피스(28)로 이루어진다. 커버 피스(28)는 예를 들어 나사 결합부(29)에 의해 연결 피스들(27)에 지지된다. 이 실시예는, 간단하게 고정자(10, 11)의 확실한 센터링 및/또는 효율적인 열 전달이 달성될 수 있는 장점을 제공한다.

도 3은 전술한 실시예에 문제없이 적용될 수 있는 대안 실시예에서 제공된, 선형 구동 장치(1)의 고정자(10) 영역의 횡단면도를 도시한다. 이 경우 코일 수용부(14)는 환형 갭으로서 제공되는 것이 아니라, 다수의 세그먼트, 특히 환형 갭 세그먼트로 구성된다. 상기 환형 갭 세그먼트들은 코일 코어(20)의 세그먼트들(30)로 형성되거나 또는 상기 세그먼트에 제공된다. 세그먼트들(30)은 여기서 부분적으로만 도시된다. 세그먼트들은 길이방향 중심축(2)에 대해서 원주에 걸쳐 균일하게 분포 배치되고, 세그먼트들 사이에 각각 분포 각(α)이 제공된다. 상기 각도는 예를 들어 20°, 30°, 45°, 60°, 90°, 120°또는 180°이다.

모든 변형예에서 코일 와인딩(12 또는 13)은 동심으로 구성되고, 특히 환형 형상으로 제공된다. 즉, 구동 피스톤(3) 또는 아마추어 캐리어(18)를 원주방향으로 완전히 둘러싼다. 이는 코일 와인딩(12, 13)의 낮은 저항으로 합리적이고 신속한 제조와 동시에 양호한 열 특성을 가능하게 한다. 특히, 이로 인해 코일 와인딩(12, 13) 내의 보상된 온도와 코일 코어(20)에 대한 양호한 열 결합이 달성된다. 세그먼트들(30) 및/또는 코일 코어들(20)은 예를 들어 박판 패킷 형태로 제공된다. 상기 박판 패킷은 다수의 개별 박판을 포함한다.

도 4는 선형 구동 장치의 고정자(10, 11) 영역의 종단면도를 도시한다. 이 경우, 각각의 고정자(10 또는 11)는 다수의 고정자 부재(31, 32)로 이루어지고, 상기 부재들은 접촉점(33)의 영역에서 서로 접속되는 것을 알 수 있다. 고정자 부재(31, 32)의 정확한 정렬을 달성하기 위해, 선형 구동 장치(1)의 장착 시 예를 들어 장착 맨드릴(34)이 사용되고, 상기 장착 맨드릴 상에 고정자 부재(31, 32)가 적절한 순서로 밀려진다. 이로 인해 방사방향으로 매우 정확한 위치 설정이 이루어진다.

도 5는 코일 코어들(20, 21)의 실시예를 도시하고, 여기에서는 제 1 코일 코어(20)만이 설명된다. 코일 코어(20)는 다수의 코일 코어 세그먼트(35)로 이루어지고, 상기 세그먼트는 원주방향으로 균일하게 분포 배치된다. 또한, 각각의 코일 코어 세그먼트(35)는 다수의 박판(36)으로 구성되는 것이 나타나고, 여기서는 상기 박판들 중 몇 개만 예시적으로 표시된다.

도 6은 선형 구동 장치(1)의 종단면도를 도시하고, 코일 코어들(20, 21)이 도시된다. 여기에서도 코일 코어들(20, 21)은 다수의 박판(36)으로 구성되고, 상기 박판은 다수의 박판 패킷(39)으로 세분된다. 각각의 박판 패킷(37)은 절연부(38)를 통해 홀더(39)에 매립된다. 또한, 진동 댐핑을 위한 댐핑 부재(40)가 제공될 수 있다. 이러한 오프셋 배치에 의해 고정자 위상의 자기 결합이 감소한다. 이로써 개선된 작동 특성이 달성될 수 있다.

도 7은 코일 코어(20, 21)의 다른 실시예를 도시하고, 각각의 코일 코어(20, 21)는 다수의 코일 코어 세그먼트(35(코일 코어(20)) 또는 41(코일 코어(21))로 구성된다. 코일 코어 세그먼트들(35 또는 41)은 분포 각(α)만큼 서로 오프셋되어 구동 피스톤(3) 또는 아마추어 캐리어(18)의 원주에 걸쳐서 분포 배치된다. 여기서, 코일 코어 세그먼트들(35, 41)은 개별 박판(36)으로 이루어지고, 상기 박판들은 예시적으로만 도시된다. 상기 박판들은 도 5에 의해 설명된 실시예와는 달리 길이방향 중심축(2)에 대해 방사방향으로 배치된다.

도 8은 고정자 부재(31, 32)를 예시적으로 도시하고, 상기 부재들은 고정자(10 또는 11)의 형성을 위해 서로 결합된다. 고정자 부재들(31, 32)은 예를 들어 섬유 복합 물질 또는 분말 복합 물질, 특히 철 분말 복합 물질로 이루어질 수 있다.

도 9는 선형 구동 장치의 종단면도를 도시하고, 이 경우 코일 코어(20, 21) 및 아마추어 부재(16, 17)는 제 1 형태로 제공된다. 코일 코어(20, 21) 및 아마추어 부재(16, 17)는 전술한 바와 같이 U 형상으로 구성되지만, 상기 형상이 추가 확장부만큼 보완된 것이 나타난다. 따라서 자유 단부(22, 23)에 각각 두께 증대부(42)가 제공되고, 상기 두께 증대부는 축 방향으로 코일 와인딩(12 또는 13)으로부터 멀어지게 연장된다. 또한, 아마추어 암들(24, 25)은 유사하게 구현된 두께 증대부(43)를 갖는다.

도 10 내지 도 12는 코일 코어(20, 21) 및 아마추어 부재(16, 17)의 다른 형상을 도시하고, 이 경우 예시적으로 아마추어 부재(16)와 코일 코어(20)가 설명된다. 모든 실시예에서, 자유 단부(22 또는 23)는 아마추어 암(24, 25)과 동일한 축방향 길이를 갖는 것을 알 수 있다. 정확히 말하면, 자유 단부(22)는 아마추어 암(24)을 향한 측면에서 아마추어 암(24)과 동일한 길이를 갖고, 자유 단부(23)는 아마추어 암(25)을 향한 측면에서 아마추어 암(25)과 동일한 축방향 길이를 갖는다.

도 10의 경우에 두께 증대부가 제공되지 않고, 오히려 자유 단부들(22, 23)은 축 방향으로 볼 때 균일한 두께를 갖는다. 도 11의 경우에 자유 단부들(22, 23)은 각각 두께 증대부(42)를 갖고, 상기 두께 증대부는 축 방향으로 내측으로, 즉 코일 와인딩(12)을 향한다. 따라서, 두께 증대부(42)에 의해 코일 와인딩(12)은 방사방향으로 지지된다. 도 12는 코일 코어(20) 및 아마추어 부재(16)의 다른 형태를 도시하고, 이 경우 자유 단부들(22, 23)은 두께 증대부(42)를 갖고, 아마추어 암들(24, 25)은 두께 증대부(43)를 갖는다. 두께 증대부들(42, 43)은 각각 축 방향으로 외측으로 향한다. 즉, 코일 와인딩(12)으로부터 멀어진다.

전술한 선형 구동 장치(1)는 특히, 작은 조립 공간과 특히 조용한 작동을 전제로 하는 용도에 사용될 수 있다. 특히 상기 선형 구동 장치는 예를 들어 높은 압력을 필요로 하는 경우에, 피스톤 펌프의 구동을 위해 이용될 수 있다. 또한, 선형 구동 장치(1)에 의해 저압 펌프도 구동될 수 있다. 특히 선형 구동 장치(1) 또는 상기 선형 구동 장치로 구동되는 피스톤 펌프는 브레이크 조절 시스템, 예를 들어 ABS-, ESP- 및/또는 EHB-브레이크 조절 시스템에서, 예컨대 연료 분사 시 연료 이송 분야에서, 고압 형성이 필요한 경우 공구 분야예서, 예컨대 페인트 스프레이 장치에서 및/또는 가전 기기 분야에서 사용된다.

1 선형 구동 장치
3 구동 피스톤
8, 9 구동 유닛
12, 13 코일 와인딩
16, 17 아마추어 부재
20, 21 코일 코어

Claims (10)

1. 특히 피스톤 펌프용 선형 구동 장치(1)로서, 제 1 전자기 구동 유닛(8), 제 2 전자기 구동 유닛(9), 및 상기 구동 유닛들(8, 9)에 의해 축 방향으로 이동될 수 있는 구동 피스톤(3)을 포함하는 선형 구동 장치에 있어서,
   상기 제 1 구동 유닛(8)과 상기 제 2 구동 유닛(9)은 각각 릴럭턴스 구동 유닛(8, 9)으로서 형성되고, 각각의 릴럭턴스 구동 유닛(8, 9)은 상기 구동 피스톤(3)을 원주 방향으로 둘러싸는 코일 와인딩(12, 13)을 가진 고정자(10, 11)와 코일 코어(20, 21)를 포함하고, 상기 코일 코어는 방사방향으로 상기 구동 피스톤(3)을 향해 개방된 상기 코일 와인딩(12, 13)용 코일 수용부(14, 15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코일 수용부(14, 15)는 방사방향으로 상기 구동 피스톤(3)을 향한 상기 코일 코어(20, 21)의 2개의 자유 단부(22, 23)에 의해 축 방향으로 제한되는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동 피스톤(3)에 배치된 아마추어 부재(16, 17)가 각각의 코일 코어(20, 21)에 할당되는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일 코어(20, 21)는 상기 코일 코어에 할당된 상기 아마추어 부재(16, 17)와 동일한 축 방향 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아마추어 부재(16, 17)는 2개의 아마추어 암(24, 25)을 포함하고, 상기 암들은 방사방향으로 상기 코일 코어(20, 21)의 상기 자유 단부(22, 23)에 대응하는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 아마추어 암(24, 25)은 축 방향으로 상기 코일 코어(20, 21)의 자유 단부(22, 23)와 동일한 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아마추어 부재(16, 17)는 축 방향으로 상기 코일 코어들(20, 21)보다 서로 더 큰 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아마추어 부재들(16, 17)은, 상기 아마추어 부재들(16, 17) 중 하나의 아마추어 부재가 상응하는 코일 코어(20, 21)에 대해서 오버랩 위치에 있는 경우에, 다른 아마추어 부재(17, 16)는 오버랩 위치로부터 밀려나오도록, 서로 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 리턴 스프링 부재가 상기 구동 피스톤(3)과 작용 연결되는 것을 특징으로 하는 선형 구동 장치.
10. 펌프 피스톤을 포함하는 피스톤 펌프 및 펌프 피스톤의 작동을 위한 선형 구동 장치(1), 특히 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 선형 구동 장치를 포함하는 피스톤 펌프 장치로서, 상기 선형 구동 장치(1)는 제 1 전자기 구동 유닛(8), 제 2 전자기 구동 유닛(9), 및 상기 구동 유닛(8, 9)에 의해 축 방향으로 이동될 수 있고 상기 펌프 피스톤과 작용 연결된 구동 피스톤(3)을 포함하는, 피스톤 펌프 장치에 있어서,
    상기 제 1 구동 유닛(8)과 상기 제 2 구동 유닛(9)은 각각 릴럭턴스 구동 유닛(8, 9)으로서 형성되고, 각각의 릴럭턴스 구동 유닛(8, 9)은 상기 구동 피스톤(3)을 원주 방향으로 둘러싸는 코일 와인딩(12, 13)을 가진 고정자(10, 11)와 코일 코어(20, 21)를 포함하고, 상기 코일 코어는 방사방향으로 상기 구동 피스톤(3)을 향해 개방된 상기 코일 와인딩(12, 13)용 코일 수용부(14, 15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프 장치.

Images