KR20190113834A - 전자기식 리니어 액추에이터 - Google Patents

Abstract

전자기식 리니어 액추에이터는 케이싱 섹션 (6) 과 엔드 피스 (5) 를 구비하는 하우징 (1), 하나의 공동의 축 (A) 둘레로 연장되는, 반대 방향으로 감긴, 축방향으로 서로 오프셋된 2개의 코일 (19, 20) 을 갖는, 상기 하우징 안에 배열된 코일 배열체 (2), 및 상기 엔드 피스 (5) 를 관통하여 들어가는 샤프트 (8) 를 갖는 그리고 단부쪽에서 상기 샤프트에 배열된, 그리고 축방향으로 자화된 영구자석 (10) 및 정면쪽에서 상기 영구자석에 배열된 디스크 모양의 2개의 플럭스 전도 피스들 (11) 을 구비하는 영구자석 배열체 (9) 를 갖는, 상기 하우징 (1) 안에 상기 축 (A) 을 따라 2개의 엔드 위치들 사이에서 변위 가능하게 설치된 아마추어 배열체 (3) 를 포함한다. 상기 샤프트 (8) 의 자유 단부로부터 멀리 향하는 제 1 코일 (19) 은 상기 샤프트 (8) 의 상기 자유 단부로부터 멀리 향하는 상기 제 1 코일의 단부에, 감소된 안지름을 갖는 영역 (27) 을 구비한다. 상기 제 1 코일 안에 단부쪽에, 자기적으로 활성적인 재료로 만들어진 코어 (28) 가 수용된다. 상기 아마추어 배열체의 상기 두 엔드 위치들 각각에서, 상기 영구자석 배열체의 축방향 길이의 적어도 50% 는 상기 두 코일 (19, 20) 중 하나에 의해 오버랩된다.

Description

전자기식 리니어 액추에이터

본 발명은 전자기식 리니어 액추에이터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전자기식 리니어 액추에이터에 관한 것으로, 상기 전자기식 리니어 액추에이터는 케이싱 섹션 (casing section) 과 엔드 피스 (end piece) 를 구비하는 하우징 (housing), 하나의 공동의 축 둘레로 연장되는, 반대 방향으로 감긴, 축방향으로 서로 오프셋된 2개의 코일을 갖는, 상기 하우징 안에 배열된 코일 배열체 (coil arrangement), 및 상기 엔드 피스를 관통하여 들어가는 샤프트 (shaft) 를 갖는 그리고 상기 샤프트에 배열된, 그리고 축방향으로 자화된 영구자석 및 정면쪽에서 상기 영구자석에 배열된 디스크 모양의 2개의 플럭스 전도 피스들 (flux conducting pieces) 을 구비하는 영구자석 배열체 (permanent magnet arrangement) 를 갖는, 상기 하우징 안에 상기 축을 따라 2개의 엔드 위치들 (end positions) 사이에서 변위 가능하게 설치된 아마추어 배열체 (armature arrangement) 를 포함하고, 상기 아마추어 배열체의 상기 두 엔드 위치들 각각에서 상기 영구자석 배열체의 축방향 길이의 적어도 50% 는 상기 두 코일 중 하나에 의해 오버랩된다 (overlapped).

전자기식 리니어 액추에이터들은 여러 가지의 설계들로 알려져 있고, 이용된다. 그것들의 각각의 구조와 개별적인 형태는 각각의 적용에 따른다. 그것들은 예컨대 해당 적용에 존재하는 공간 공급, 샤프트가 두 엔드 위치들 사이에서 나아가는 필요한 이동거리 (예컨대 스위칭 거리), 및 상기 샤프트가 이때 조작되어야 하는 부품에 가할 수 있어야 하는 필요한 힘에 의존한다. 달성 가능한 스위칭 다이내믹스 (switching dynamics) 도, 즉 샤프트가 한 엔드 위치로부터 다른 엔드 위치로의 운동을 위해 필요로 하는 시간도, 많은 적용들을 위해 중요한 변수이다. 이때, 부분적으로 여러 가지의 양상들과 성능-특성변수들 사이에 의존성이 존재한다는 것이 숙고되어야 한다. 이렇게 일반적으로, 샤프트를 통해 제공된 조절력 (또는 스위칭력) 은, 보다 큰 리니어 액추에이터들이 보다 큰 조절력을 제공할 수 있다는 점에서 설치크기에 대해 관련되어 있다. 하지만 그로 인해 - 움직여져야 하는 보다 큰 질량들 때문에 - 달성 가능한 스위칭 다이내믹스가 전형적으로 방해를 받는다. 또한, 스위칭 다이내믹스와 스위칭력은, 아마추어 배열체의 가속도를 위해 필요해진 힘이 상기 아마추어 배열체의 이 운동단계에서 유효한 스위칭력을 감소시킨다는 점에서 서로 연관되어 있다.

도입부에서 제시된 구조에 상응하는 전자기식 리니어 액추에이터들은, 예컨대 JP 57-198612 A 및 EP 1275886 A2 에 따른 리니어 액추에이터들에 적용되는 바와 같이, 2개의 안정적인 스위칭 상태들의 가능성을 통해 특징지어질 수 있다. 그것들은 이에 따라 이른바 쌍안정 (bistable) 액추에이터들로서 설계될 수 있고, 상기 쌍안정 액추에이터들에 있어서 샤프트는 - 하우징과 영구자석 배열체와의 상호작용에 근거하여 - 코일 배열체에의 가압 (전류공급) 없이 상기 샤프트의 두 엔드 위치들 각각을 지킬 수 있고, 하지만 이는 부분적으로 상응하는 방식으로 영구자석 배열체의 상이한 설계를 갖는 그리고/또는 코일 배열체와 영구자석 배열체와의 조정을 갖는 유사한 구조들에도 적용된다 (예컨대 US 3504315 A, US 3503022 A, US 4490815 A, CN 101908420 A, US 3202886 A 및 DE 2423722 A 참조). 위에서 이미 토론된 양상들에 대해, 이러한 쌍안정 전자기식 액추에이터들에 있어서 그 밖의 관점으로서는, 안정적인 스위칭 상태들에서 아마추어 배열체에 작용하는 힘 (홀딩력 (holding force)) 이 추가된다; 왜냐하면 보다 높은 홀딩력은 전형적으로 아마추어 배열체의 감소된 처음 가속도 (initial acceleration) 의 의미에서 명백히 작용하고, 이로써 스위칭 다이내믹스를 침해하기 때문이다.

US 4071042 A 는 동종 전자기식 리니어 액추에이터를 공개하며, 상기 전자기식 리니어 액추에이터는, 청구항 1 항의 전제부에 제시된 바와 같이, 도입부에서 설명된 특징들에 대해 추가적으로, 영구자석 배열체가 단부쪽에서 샤프트에 배열됨으로써 특징지어진다. 하지만 이 전자기식 리니어 액추에이터는 쌍안정 액추에이터로서 설계되는 것이 아니라, 오히려 유압식 서보 밸브의 작동을 위해 설계되고, 이를 위해 중립적 중앙 위치 밖으로의, 코일 배열체에의 전류공급에 아마추어 배열체의 비례하는 변위가 추구된다.

US 2004/0100345 A1 은 기어에서의 사용을 위해 설계된 전자기식 리니어 액추에이터를 공개한다. 그것은 케이싱 모양의 하우징 안에 배열된 2개의 코일을 구비하며, 상기 코일들 사이에 하나의 중앙 플럭스 전도 피스가 위치한다. 단부쪽에서 상기 하우징 안으로 고정식 플럭스 전도 피스가 삽입되고, 상기 고정식 플럭스 전도 피스를 관통하여 아마추어 배열체의 샤프트가 연장되고, 상기 아마추어 배열체에 단부쪽에 제 1 이동식 플럭스 전도 피스가 배열된다. 상기 고정식 플럭스 전도 피스와 상기 제 1 이동식 플럭스 전도 피스 사이에 제 2 이동식 플럭스 전도 피스가 위치하고, 상기 제 2 이동식 플럭스 전도 피스는 상기 하우징에 대해 상대적으로뿐만 아니라 상기 아마추어 배열체에 대해서도 상대적으로 움직일 수 있다. 하나의 코일에의, 다른 코일에의 또는 두 코일에의 전류공급에 따라 상기 아마추어 배열체는 3개의 규정된 위치들 중 하나를 취한다.

본 발명의 목적은, 선행기술에 비해 개선된 작동 거동을 통해 특징지어지는, 도입부에서 제시한 종류의 전자기식 리니어 액추에이터를 제공하는 것이다. 이 의미에서 특히, 특히 높은 조절력을 갖는, 도입부에서 제시된 종류의 고도로 동적으로 작업하는 전자기식 리니어 액추에이터가 제공되어야 한다.

이 목적은 본 발명에 따르면 동종 전자기식 리니어 액추에이터에 있어서, 샤프트의 자유 단부로부터 멀리 향하는 제 1 코일은 상기 샤프트의 상기 자유 단부로부터 멀리 향하는 상기 제 1 코일의 단부에, 감소된 안지름을 갖는 영역을 구비하고, 상기 제 1 코일 안에 단부쪽에, 자기적으로 활성적인 재료로 만들어진 코어 (core) 가 수용됨으로써 달성된다. 상기 전자기식 리니어 액추에이터의 본 발명에 따른 실시에서 달성될 수 있는 결정적인 장점은, 고정자 배열체와 아마추어 배열체 사이에서 유효한 전자기적 힘의, 지금까지 알려지지 않은, 하기에서 상세히 설명되는 바와 같이, 최적의 진행이다. 상기 아마추어 배열체에 작용하는 전자기적 힘의 이 진행은 - 상기 아마추어 배열체의 제 1 엔드 위치에서 상기 아마추어 배열체에 작용하는 언급할 가치가 있는 홀딩력에도 불구하고 - 상기 아마추어 배열체의 특히 높은 처음 가속도를 허용하고, 이때 상기 아마추어 배열체의 그 밖의 이동거리에 걸쳐, 특히 균일하게 진행되는 전자기적 힘이 상기 이동거리에 작용할 수 있고, 이는 상기 아마추어 배열체의 그 밖의 가속도 뿐만 아니라 제공된 스위칭력에도 유리하게 작용한다. 상기 이동거리의 끝 무렵에, 또다시 조절력의 현저한 상승이 가능하고, 이는 전형적인 적용경우들에서 특히 유리하다. 특히 상기 이동거리의 대부분에 걸쳐 특히 균일한, 상기 아마추어 배열체에 가해진 전자기적 힘의 진행은 극단적으로 유리하다.

본 발명의 제 1 바람직한 개선은, 상기 - 단부쪽에서 상기 코일 배열체의 상기 제 1 코일 안에 수용된 - 코어가 상기 감소된 안지름을 갖는 상기 제 1 코일의 영역의 전체 축방향 연장부를 오버랩함으로써 특징지어진다. 이는 상기 아마추어 배열체의 특히 높은 처음 가속도를 야기하는 힘 진행을 촉진한다. 이때, 상기 감소된 안지름을 갖는 상기 제 1 코일의 영역이, 상기 영구자석 배열체의 바깥지름이 상기 감소된 안지름을 갖는 상기 제 1 코일의 영역의 안지름보다 크다는 의미에서 상기 영구자석 배열체를 방사상으로 오버랩하면 특히 유리하다.

상기 힘 진행을 위해, 또한, - 본 발명의 다른 바람직한 개선에 따르면 - 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일 사이의 축방향 간격이 권선 (winding) 기술적으로 불가피하게 꼭 필요한 것보다 실질적으로 더 크지는 않으면 특히 유리하다. 상기 코일 배열체의 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일이 - 특히 바람직하게는 자기적으로 비활성적인 재료로 만들어진 하나의 공동의 캐리어 슬리브 (carrier sleeve) 위에 - 일반적으로 감기면, 그리고 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일 사이에 존재하는 축방향 간격이 권선 와이어의 손상이 없는 180°곡선을 위해 필요한 치수로 제한되면 이상적이다. 사실상 상기 문제의 간격은 적어도 상기 권선 기술적으로 불가피하게 꼭 필요한 치수 위에 50% 를 초과하여 있지 않아야 한다.

본 발명의 다른 바람직한 개선에 따르면, 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일 사이에 플럭스 전도 피스가 배열되지 않는 것이 제공된다. 이러한 플럭스 전도 피스는 불균일한 힘 진행을 초래할 것이고, 그 점에서는 상기 전자기식 리니어 액추에이터의 본 발명에 따른 구상에 있어서 상기 전자기식 리니어 액추에이터의 작동 거동에 불리하게 작용할 것이다.

본 발명의 또다시 다른 바람직한 개선은, 상기 영구자석 배열체가 50% 보다 많이 상기 제 1 코일에 의해 오버랩되는 (그리고 전형적으로 상기 샤프트가 상기 엔드 피스 안으로 쑥 들어가 있는), 상기 아마추어 배열체의 상기 제 1 엔드 위치에서, 축방향 공극이 상기 코어와 상기 영구자석 배열체의 상기 이웃한 플럭스 전도 피스 사이에 존재함으로써 특징지어진다. 이러한 방식으로, 상기 아마추어 배열체가 - 작용하는 홀딩력에 대항하여 - 상기 제 1 엔드 위치 밖으로 움직여지도록, 필요한 기동력에 긍정적으로 영향이 끼쳐질 수 있다. 이를 특히 간단한 방식으로 달성하는 가능성은, 상기 샤프트가 축방향으로 상기 영구자석 배열체를 관통하여 들어가고, 상기 영구자석 배열체 밖으로 약간 돌출하는데에 있다. 이렇게, 상기 아마추어 배열체는 상기 샤프트의 해당 돌출부와 함께 상기 코어에 부딪칠 수 있고, 상기 영구자석 배열체의 상기 이웃한 플럭스 전도 피스는 상기 코어에 대해 간격을 유지할 수 있다. 상기 샤프트는 그 밖에 유리하게는 자기적으로 비활성적인 재료, 바람직하게는 특수강으로 구성된다. 이는 상기에서 설명한 상기 아마추어 배열체를 위한 “스톱 (stop)”으로서의 기능을 위해 유리할 뿐만 아니라, 이러한 방식으로 달성 가능한 자기적 인덕턴스의 감소 및 그것과 연결된 자기장의 집중 때문에, 상기 코일 배열체와 상호작용하는 상기 영구자석 배열체의 외부 주변에도 유리하다.

또한, 상기 힘 진행을 위해, - 본 발명의 또다시 다른 바람직한 개선에 따르면 - 상기 아마추어 배열체의 상기 제 1 엔드 위치에서의 상기 제 1 코일에 의한 상기 영구자석 배열체의 오버랩이 상기 아마추어 배열체의 상기 제 2 엔드 위치에서의 상기 제 2 코일에 의한 상기 영구자석 배열체의 오버랩보다 적으면 유리하다. 이렇게, 예컨대 상기 영구자석 배열체는 상기 아마추어 배열체의 상기 제 1 엔드 위치에서 55% 내지 85% 정도로 상기 제 1 코일에 의해 오버랩될 수 있고, 하지만 상기 아마추어 배열체의 상기 제 2 엔드 위치에서는 상기 제 2 코일에 의해 보다 큰 정도로 65% 와 100% 사이의 부분으로 축방향으로 오버랩될 수 있다. 특히 바람직한 범위들은 상기 아마추어 배열체의 상기 제 1 엔드 위치에서의 상기 제 1 코일에 의한 상기 영구자석 배열체의 축방향 오버랩에 있어서는 65% 내지 75% 에 있고, 상기 아마추어 배열체의 상기 제 2 엔드 위치에서는 상기 제 2 코일에 의해 75% 내지 90% 에 있다.

또다시 다른 바람직한 개선은 상기 하우징의 상기 엔드 피스가 조립 및 안내 블록으로서 설계됨으로써 특징지어진다. 이 의미에서, 상기 하우징의 상기 엔드 피스는 조작되어야 하는 요소를 구비하는 구조적 구성 (예컨대 캠 샤프트 조절을 위해 리니어 액추에이터를 사용하는 경우 연소기관의 실린더 헤드) 에 상기 리니어 액추에이터를 부착하는 데에 쓰이는 이러한 구조적 특징들 (예컨대 플랜지, 스크루잉인 쓰레드 (screwing-in thread), 조립 연장부 등등) 을 구비할 뿐만 아니라, 상기 아마추어 배열체를 안내하는 데에 쓰이는 구조적 특징들 (예컨대 상기 아마추어 배열체의 상기 샤프트를 위한 슬라이딩 가이드로서 설계된 보어 (bore)) 도 구비한다. 특히 바람직한 구현형태에서, 상기 아마추어 배열체는 오로지 상기 조립 및 안내 블록 안에 변위 가능하게 안내되어 설치된다.

유리하게는, 또한 상기 영구자석 배열체는 그것의 바깥둘레에, 축방향 길이에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 보상 채널 (compensation channel) 을 구비한다. 이는 스위칭 다이내믹스와 관련하여 유리하다고 증명된다; 왜냐하면 이렇게 상기 아마추어 배열체의 운동시 상기 영구자석 배열체와 그것을 둘러싸는 상기 코일 배열체 사이의 (상기 적어도 하나의 보상 채널의 외부에서) - 긍정적으로 효율성에 작용하는 - 비교적 작은 공극에 있어서 상기 영구자석 배열체의 주위를 적은 저항으로 (상기 적어도 하나의 보상 채널을 관통하여) 공기가 흐르기 때문이다.

아주 특히 특색 있는 방식으로, 상기에서 설명된 본 발명의 장점들은, 상기 리니어 액추에이터가 서로 평행하는, 서로 나란히 배열된 2개의 아마추어 배열체들을 갖는 그리고 각각 할당된 코일 배열체들을 갖는 더블-리니어 액추에이터로서 설계되면 실효를 거두며, 이때 상기 하우징은 2개의 분리된 케이싱 섹션들과 하나의 공동의 엔드 피스를 구비하고, 상기 엔드 피스를 관통하여 두 샤프트가 들어간다. 이렇게, 가장 좁은 공간 상에서 2개의 기능이 실현될 수 있고, 이때 상기 엔드 피스가 두 유닛을 위해 함께 자기적으로 효과적일 수 있다는 것이 콤팩트함에 도움이 된다. 유리한 방식으로 상기 엔드 피스와 마주 보고 제공된 상기 하우징의 하나의 공동의 폐쇄판에도 마찬가지로 적용된다.

바람직하게는, 상기에서 설명된 더블-리니어 액추에이터는 상기 하우징의 상기 두 케이싱을 둘러싸는 하나의 공동의 보호캡 (protecting cap) 을 갖는 인클로저 (enclosure) 를 구비한다. 상기 보호캡은 특히 바람직하게는 상기 엔드 피스에 부착된 플랜지 플레이트 또는 플랜지링 (flange ring) 과 밀봉적으로 연결된다.

이하, 본 발명은 도면에 도시된 바람직한 실시예를 근거로 설명된다.

도 1 은 본 발명에 따라 더블-리니어 액추에이터로서 설계된 전자기식 리니어 액추에이터를 통한 축방향 단면을 나타내고,
도 2 는 도 1 에 따른 리니어 액추에이터를 절단된 투시도로 나타내고,
도 3 은 코일 배열체를 통한 전류 흐름의 진행, 아마추어 배열체에 작용하는 합성력, 코일 배열체에의 전류공급의 시작 후 시간에 걸친 아마추어 배열체의 운동을 보여주는 도표를 나타낸다.

도면의 도 1 및 도 2 에 도시된, 더블-리니어 액추에이터로서 설계된 전자기식 리니어 액추에이터는 하우징 (1), 상기 하우징 안에 수용된 2개의 코일 배열체들 (2), 2개의 아마추어 배열체들 (3) 및 인클로저 (4) 형태의 4개의 기능적 주요 구성요소들을 포함한다.

하우징 (1) 은 하나의 엔드 피스 (5), 2개의 원통형 케이싱 섹션들 (6), 및 상기 엔드 피스 (5) 와 마주 보고 있는 하나의 공동의 폐쇄판 (7) 을 포함한다. 이 부품들은 강자성 재료로 구성된다. 좋은 자기적 흐름 거동을 생성하며 엔드 피스 (5) 에 케이싱 섹션들 (6) 을 센터링하기 위해 그리고 위치가 정확하게 포지셔닝하기 위해, 엔드 피스 (5) 는 이때 각각 꼭 맞게 돌출부와 함께 단부쪽에서 각각의 케이싱 섹션 (6) 안으로 가라앉는다. 마주 보고 있는 단부영역에서 두 케이싱 섹션들 (6) 은 각각 (서로 마주 보고 있는) 리세스 (recess) 를 구비하며, 상기 리세스를 관통하여 폐쇄판 (7) 이 들어간다. 그 리세스들의 영역에서 두 케이싱 섹션들 (6) 은 폐쇄판 (7) 과 뭉툭한 (blunt) 접촉을 한다. 또한, 폐쇄판 (7) 은 가급적 공극 없이 케이싱 섹션들 (6) 의 내부윤곽에 밀착한다. 두 케이싱 섹션들 (6) 각각 안에 코일 배열체 (2) 가 배열된다.

두 아마추어 배열체들 (3) 은 각각 하나의 샤프트 (8) 와, 단부쪽에서 상기 샤프트에 배열된, 그리고 축방향으로 자화된 영구자석 (10) 을 갖는 그리고 정면쪽에서 상기 영구자석에 배열된, 디스크 모양의 2개의 플럭스 전도 피스들 (11) 을 갖는 영구자석 배열체 (9) 를 포함한다. 이때, 상기 - 자기적으로 비활성적인 재료로 구성되는 - 샤프트 (8) 는 감소된 지름의 영역과 함께 축방향으로 상기 - 이에 상응하여 축방향으로 구멍이 뚫린 - 영구자석 배열체 (9) 를 관통하여, 상기 샤프트가 상기 영구자석 배열체의 마주 보고 있는 정면에서 약간 플럭스 전도 피스 (11) 밖으로 튀어나와 있도록 그리고 돌출부 (12) 를 형성하도록 들어간다. 각각의 영구자석 배열체 (9) 의 바깥둘레에는, 상기 영구자석 배열체의 축방향 길이에 걸쳐 연장되는 4개의 보상 채널 (13) 이 제공된다.

각각, 두 아마추어 배열체들 (3) 각각의 샤프트 (8) 는 엔드 피스 (5) 안에서 축 (A) 을 따라 슬라이딩하며 변위 가능하게 안내된다. 엔드 피스 (5) 는 이를 위해 조립 및 안내 블록 (14) 으로서 설계된다. 상기 엔드 피스는 축방향 러그 (15) 를 구비하며, 아마추어 배열체 (3) 의 각각의 샤프트 (8) 를 위한 슬라이딩 가이드로서 설계된 2개의 보어 (16) 를 구비한다. 각각의 샤프트 (8) 는 보어 (16) 에 부합하는, 상기 보어에 맞춰진, 서로 간격을 둔 2개의 가이드 섹션들 (17, 18) 을 구비하며, 상기 가이드 섹션들 사이에서 샤프트 (8) 는 감소된 지름으로 테이퍼된다. 샤프트들 (8) 은 엔드 피스 (5) 를 관통하여 들어간다. 도 1 및 도 2 에서 위에서 아마추어 배열체 (3) 는 완전히 하우징 (1) 안으로 끌어넣어진 샤프트 (8) 를 갖는 제 1 엔드 위치에서 도시되고, 이와 달리 아래에서 아마추어 배열체 (3) 는 최대로 하우징 (1) 밖으로 진출한 샤프트 (8) 를 갖는 제 2 엔드 위치에서 도시된다.

코일 배열체 (2) 는 각각 축 (A) 둘레로 연장되는, 반대방향으로 감긴, 축방향으로 서로 오프셋된 2개의 코일 (19, 20) 을 포함하며, 즉 - 엔드 피스 (5) 안에서 안내된 샤프트 (8) 의 자유 단부로부터 멀리 향하여 배열된 - 제 1 코일 (19) 과, 제 2 코일 (20) 을 포함한다. 이때, 두 코일 (19, 20) 은 자기적으로 비활성적인 재료로 만들어진 하나의 공동의 캐리어 슬리브 (21) 위에 수용된다. 제 1 엔드 디스크 (end disk, 22), 제 2 엔드 디스크 (23) 및 중간링 (24) 을 이용해 각각 캐리어 슬리브 (21) 의 외면은 제 1 코일 (19) 을 또는 제 2 코일 (20) 을 수용하기 위한 2개의 칸으로 세분된다. 제 1 엔드 디스크 (22) 와 중간링 (24) 은 각각 상기 - 일반적으로, 하지만 제 1 코일 (19) 로부터 제 2 코일 (20) 로의 전이부에서 권선 방향의 방향전환을 이용해 감긴 - 두 코일의 권선 와이어의 통과를 위한 관통구멍들 (25) 을 구비한다. 하우징 (1) 의 폐쇄판 (7) 도 각각의 권선 와이어의 통과에 쓰이는 관통부들 (26) 을 구비한다.

제 1 코일 (19) 은 각각 샤프트 (8) 의 자유 단부로부터 멀리 향하는 상기 제 1 코일의 단부에, 감소된 안지름을 갖는 영역 (27) 을 구비한다. 이를 위해 캐리어 슬리브 (21) 는 상응하여 계단형으로 설계된다. 이때, 해당 영역 (27) 안의 제 1 코일 (19) 의 상기 감소된 안지름은, 영구자석 배열체 (9) 와 제 1 코일 (19) 이 감소된 안지름을 갖는 그 영역 (27) 에서 서로 하나의 고리 모양의 오버랩 구역에서 방사상으로 오버랩하도록 선택된다.

캐리어 슬리브 (21) 의 단부영역 안으로 - 정면쪽에서 공극 없이 폐쇄판 (7) 에 밀착하며 - 자기적으로 활성적인 재료로 만들어진 코어 (28) 가 삽입된다. 상기 코어는 상기 감소된 안지름을 갖는 제 1 코일 (19) 의 영역 (27) 의 전체 축방향 연장부를 오버랩한다. 이를 위해 상기 코어는 캐리어 슬리브 (21) 에 부합하여 계단형으로 형성된다. 아마추어 배열체 (3) 의 제 1 엔드 위치에서 (도 1 및 도 2 에서 위에 도시됨), 영구자석 배열체 (9) 밖으로 튀어나오는 샤프트 (8) 의 돌출부 (12) 가 코어 (28) 에 밀착한다. 이러한 방식으로, 코어 (28) 에 이웃한 영구자석 배열체 (9) 의 플럭스 전도 피스 (11) 는 코어 (28) 에 대해 상응하는 간격을 지키고, 즉 코어 (28) 와 영구자석 배열체 (9) 의 상기 이웃한 플럭스 전도 피스 (11) 사이에 축방향 공극 (29) 이 존재한다.

영구자석 배열체 (9) 의 축방향 연장과 제 1 코일 (19) 과 제 2 코일 (20) 의 각각의 축방향 연장과 배열은, 아마추어 배열체 (3) 의 제 1 엔드 위치에서의 제 1 코일 (19) 에 의한 영구자석 배열체 (9) 의 축방향 오버랩이 아마추어 배열체 (3) 의 제 2 엔드 위치에서의 제 2 코일 (20) 에 의한 영구자석 배열체 (9) 의 축방향 오버랩보다 적도록 서로 맞춰져 있다. 이렇게, 아마추어 배열체 (3) 의 제 1 엔드 위치에서의 제 1 코일 (19) 에 의한 영구자석 배열체 (9) 의 축방향 오버랩은 약 70% 에 달하고, 이와 달리 아마추어 배열체 (3) 의 제 2 엔드 위치에서의 제 2 코일 (20) 에 의한 영구자석 배열체 (9) 의 축방향 오버랩은 약 82% 에 달한다.

외부 영향들로부터 보호하기 위해 쓰이는 인클로저 (4) 는 하우징 (1) 의 두 케이싱 섹션들 (6) 을 둘러싸는 하나의 공동의 보호캡 (30) 을 포함하며, 상기 보호캡은 엔드 피스 (5) 에 부착된 플랜지링 (31) 과 밀봉적으로 연결된다. 보호캡 (30) 과 플랜지링 (31) 은 서로 일직선으로 배치되는 보어들 (32) 을 구비하며, 상기 보어들은 상응하는 스크루들 (screws) 을 이용해 기존의 구조에 상기 더블-리니어 액추에이터를 고정시키는 데에 쓰인다.

도면에 도시된 상기 리니어 액추에이터의 실시형태는 상기 제 1 엔드 위치로부터 상기 제 2 엔드 위치로의 아마추어 배열체 (3) 의 운동시 가장 높은 스위칭 다이내믹스와 최대 스위칭력의 시각에서 최적화되어 있다. 단지 최소 크기에 있어서의 간단한 구조와 관련하여, 이때 이 실시형태에서는, 상기 제 2 엔드 위치로부터 상기 제 1 엔드 위치로의 아마추어 배열체 (3) 의 전자기적으로 수행되는 피드백이 생략된다. 이러한 피드백은 이 실시형태에서 별도의, 각각의 샤프트 (8) 에 작용하는 외부 복귀장치를 이용해 수행된다. 그럼에도 불구하고, 상기 도시된 더블-리니어 액추에이터는 상기 아마추어 배열체의 전자기적으로 수행되는 피드백과 관련하여서도 변화될 수 있다. 이를 위해, 특히 제 2 코일 (20) 이 축방향으로 약간 길어질 수 있고, 샤프트 (8) 의 자유 단부를 향하는 상기 제 2 코일의 단부에, 감소된 안지름을 갖는 영역을 구비할 수 있고, 이때 감소된 안지름을 갖는 상기 제 2 코일의 이 영역은 영구자석 배열체 (9) 를 방사상으로 오버랩하고, 제 2 코일 (20) 안에 단부쪽에서, 자기적으로 활성적인 재료로 만들어진 코어 슬리브가 수용될 수 있다.

도 3 은 도 1 및 도 2 에 따른 실시예에 따라 형성된, 아마추어 배열체 (3) 의 각각 4.75 mm 에 달하는 행정을 위해 설계된, 단지 8 mm 의 영구자석 배열체들 (9) 의 지름을 갖는 더블-리니어 액추에이터의 탁월한 성능 데이터를 도시한다. 코일 배열체 (2) 에의 전류공급 없이 - 코어 (28) 와 각각의 영구자석 배열체 (9) 와의 상호작용을 통해 - 아마추어 배열체 (3) 는 약 9.5 N 의 홀딩력으로 상기 아마추어 배열체의 제 1 엔드 위치에서 홀딩된다. 코일 배열체 (2) 에의 전류공급시 이 홀딩력은 이미 단지 0.25 ms 후 보상되어 있고, 전자기적으로 발생된 힘의 마찬가지로 급속한 그 밖의 상승을 통해, 전류공급의 시작 후 이미 단지 0.5 ms 에 (반응시간) 아마추어 배열체 (3) 의 운동이 시작된다. 샤프트 (8) 가 코어 (21) 로부터 들어내지고, 홀딩력이 급속하게 나타난다. 전류공급의 시작 후 약 1 ms 에, 아마추어 배열체 (3) 에 작용하는, 전자기적으로 발생된 힘은 평균적으로 8.5 N 의 정체기 (plateau) 에 도달했고, 상기 정체기는 매우 큰 동형에 있어서 아마추어 배열체 (3) 의 거의 전체 이동거리에 걸쳐 유지된 채로 있다. 그 결과로서 아마추어 배열체 (3) 는 연속적으로 가속화된 운동을 실행한다. 상기 운동의 끝 무렵에 (코일 배열체 (2) 에의 전류공급의 시작 후 약 3.2 ms 부터 그리고 제 2 엔드 위치에 도달하기 전 약 1 mm 에서), 아마추어 배열체 (3) 의 상기 제 2 엔드 위치에 할당된 홀딩력은 더욱 더 추가되고, 이는 전체 힘의 매우 점진적인 상승을 초래한다. 이미 단지 3.5 ms 후 아마추어 배열체 (3) 는 - 4.75 mm 의 스위칭 거리에 따라 - 상기 아마추어 배열체의 제 2 엔드 위치에 도달한다. 상기 코일 배열체에의 계속된 전류공급 동안, 합성 (resultant) 전체 힘은 여기서 약 22 N 에 달한다.

Claims (16)

1. 전자기식 리니어 액추에이터로서,
   상기 전자기식 리니어 액추에이터는,
   - 케이싱 섹션 (6) 과 엔드 피스 (5) 를 구비하는 하우징 (1),
   - 하나의 공동의 축 (A) 둘레로 연장되는, 반대 방향으로 감긴, 축방향으로 서로 오프셋된 2개의 코일 (19, 20) 을 갖는, 상기 하우징 (1) 안에 배열된 코일 배열체 (2), 및
   - 상기 엔드 피스 (5) 를 관통하여 들어가는 샤프트 (8) 를 갖는 그리고 상기 샤프트에 배열된, 그리고 축방향으로 자화된 영구자석 (10) 및 정면쪽에서 상기 영구자석에 배열된 디스크 모양의 2개의 플럭스 전도 피스들 (flux conducting pieces, 11) 을 구비하는 영구자석 배열체 (9) 를 갖는, 상기 하우징 (1) 안에 상기 축 (A) 을 따라 2개의 엔드 위치들 (end positions) 사이에서 변위 가능하게 설치된 아마추어 배열체 (3) 를 포함하고,
   상기 영구자석 배열체 (9) 는 단부쪽에서 상기 샤프트 (8) 에 배열되고, 상기 아마추어 배열체 (3) 의 두 엔드 위치들 각각에서 상기 영구자석 배열체 (9) 의 축방향 길이의 적어도 50% 는 두 코일 (19, 20) 중 하나에 의해 오버랩되고 (overlapped),
   - 상기 샤프트 (8) 의 자유 단부로부터 멀리 향하는 제 1 코일 (19) 은 상기 샤프트 (8) 의 상기 자유 단부로부터 멀리 향하는 상기 제 1 코일의 단부에, 감소된 안지름을 갖는 영역 (27) 을 구비하며,
   - 상기 제 1 코일 (19) 안에 단부쪽에, 자기적으로 활성적인 재료로 만들어진 코어 (core, 28) 가 수용되는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 코어 (28) 는 상기 감소된 안지름을 갖는 상기 제 1 코일 (19) 의 영역 (27) 의 전체 축방향 연장부를 오버랩하는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 감소된 안지름을 갖는 상기 제 1 코일 (19) 의 영역 (27) 은 상기 영구자석 배열체 (9) 를 방사상으로 오버랩하는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 코일 (19) 과 상기 제 2 코일 (20) 사이의 축방향 간격이 권선 (winding) 기술적으로 불가피하게 꼭 필요한 것보다 실질적으로 더 크지는 않은 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 코일 (19) 과 상기 제 2 코일 (20) 사이에 플럭스 전도 피스가 배열되지 않는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 두 코일 (19, 20) 은 자기적으로 비활성적인 재료로 만들어진 하나의 공동의 캐리어 슬리브 (21) 위에 수용되는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 영구자석 배열체 (9) 가 50% 보다 많이 상기 제 1 코일 (19) 에 의해 오버랩되는 상기 아마추어 배열체 (3) 의 상기 제 1 엔드 위치에서, 축방향 공극 (29) 이 상기 코어 (28) 와 상기 영구자석 배열체 (9) 의 이웃한 플럭스 전도 피스 (11) 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 샤프트 (8) 는 자기적으로 비활성적인 재료로 구성되고, 축방향으로 상기 영구자석 배열체 (9) 를 관통하여 들어가는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 아마추어 배열체 (3) 의 상기 제 1 엔드 위치에서의 상기 제 1 코일 (19) 에 의한 상기 영구자석 배열체 (9) 의 오버랩은 상기 아마추어 배열체 (3) 의 상기 제 2 엔드 위치에서의 상기 제 2 코일 (20) 에 의한 상기 영구자석 배열체 (9) 의 오버랩보다 적은 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징 (1) 의 상기 엔드 피스 (5) 는 조립 및 안내 블록 (14) 으로서 설계되는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 아마추어 배열체 (3) 는 오로지 상기 조립 및 안내 블록 (14) 안에 변위 가능하게 안내되어 설치되는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석 배열체 (9) 는 그것의 바깥둘레에, 축방향 길이에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 보상 채널 (13) 을 구비하는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리니어 액추에이터는 서로 나란히 배열된 2개의 아마추어 배열체들 (3) 을 갖는 그리고 각각 할당된 코일 배열체들 (2) 을 갖는 더블-리니어 액추에이터 (double-linear actuator) 로서 설계되고, 상기 하우징 (1) 은 2개의 분리된 케이싱 섹션들 (6) 과 하나의 공동의 엔드 피스 (5) 를 구비하며, 상기 엔드 피스를 관통하여 두 샤프트 (8) 가 들어가는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하우징 (1) 은 상기 엔드 피스 (5) 와 마주 보고 하나의 공동의 폐쇄판 (7) 을 구비하는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 리니어 액추에이터는 상기 하우징 (1) 의 두 케이싱 섹션들 (6) 을 둘러싸는 하나의 공동의 보호캡 (protecting cap, 30) 을 갖는 인클로저 (enclosure, 4) 를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보호캡 (30) 은 상기 엔드 피스 (5) 에 부착된 플랜지링 (flange ring, 31) 과 밀봉적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 전자기식 리니어 액추에이터.

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