KR20200014421A

KR20200014421A - 전자기 시스템

Info

Publication number: KR20200014421A
Application number: KR1020207000777A
Authority: KR
Inventors: 시아오닝 장; 텡 저우
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 (선전) 코. 엘티디.
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2020-02-10
Also published as: CN109103052A; KR102245744B1; US20200126746A1; WO2018234142A1; EP3642855B1; CN109103052B; JP2020524974A; EP3642855A1; US11551897B2

Abstract

전자기 시스템은 자기 요크, 코일, 하부 철심, 최상부 플레이트, 상부 철심, 전기자, 자기 절연 링 및 복수의 볼들을 포함한다. 상부 철심은 자기 절연 링에 대해 수직 방향으로 이동할 수 있다. 상부 철심의 중심축은 수직 방향에 평행하다. 전기자의 저부 표면에는 복수의 제1 만곡 홈들이 형성되고, 최상부 플레이트의 최상부 표면에는 복수의 제1 만곡 홈들에 각각 대응하는 복수의 제2 만곡 홈들이 형성되어 있다. 볼은 제1 만곡 홈 및 대응하는 제2 만곡 홈에서 구를 수 있다. 각각의 제1 만곡 홈은 제1 단부로부터 제2 단부로 점진적으로 깊어지는 깊이를 가지며, 그에 따라 볼에 의해 전기자에 인가된 힘이 상부 철심의 중심축에 대해 경사져서 전기자를 중심축을 중심으로 회전 구동시킨다.

Description

전자기 시스템

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2017년 6월 21일자로 중국 특허청에 출원된 중국 특허 출원 제201710478049.1호의 이익을 주장하며, 이 문헌의 전체 개시가 인용에 의해 본원에 포함된다.

발명의 분야

본 개시의 적어도 하나의 실시예는 전자기 시스템(electromagnetic system)에 관한 것이다.

전자기 시스템은 중요한 여자 메커니즘(excitation mechanism)이며, 이 여자 메커니즘은 일반적으로 주로 철심(iron core), 전기자(armature), 자기 요크(magnetic yoke) 및 코일(coil)을 포함한다. 통전된(energized) 후에, 코일은 철심, 전기자 및 자기 요크에 의해 형성된 자기 회로를 통과하는 자속(magnetic flux)을 발생시킨다. 자기 회로에서의 에어 갭(air gap)은 흡입력을 발생시키고, 이에 의해 전기 에너지를 기계 에너지로 변환시킨다.

현재, 일반적인 전자기 시스템들은 직접-작용식 전자기 시스템들(direct-acting electromagnetic systems)과 회전식 전자기 시스템들(rotary electromagnetic systems)로 분류될 수 있다. 직접-작용식 전자기 시스템은 간단한 구조 및 신뢰성있는 성능으로 인해 접촉기들(contactors) 및 릴레이들(relays)에 널리 사용되고 있다. 그러나, 일부 경우들에서는, 회전식 전자기 시스템이 요구되는데, 이는 모터들(motors), 캠들(cams), 크랭크들(cranks), 커넥팅 로드들(connecting rods) 등과 같은 불필요한 메커니즘들을 제거할 수 있기 때문이다. 현재, 시판중인 일반적인 회전식 전자기 시스템들은 볼-회전(ball-rotation) 회전식 전자기 시스템들 및 경사-회전(inclined-rotation) 회전식 전자기 시스템들을 포함한다. 그러나, 2 개의 유형들의 회전식 전자기 시스템들 각각은 그들의 장점들 및 단점들을 갖는다. 볼-회전 회전식 전자기 시스템은 큰 토크를 발생시킬 수 있지만, 움직임(motion)이 불안정한 반면, 경사-회전 회전식 전자기 시스템은 비교적 안정적이지만, 보다 작은 토크를 발생시킨다.

본 개시의 목적은 종래 기술에 존재하는 전술한 문제점들 및 결점들의 적어도 하나의 양태를 해결하는 것이다.

본 개시의 일 양태에 따르면, 전자기 시스템이 제공되며, 이 전자기 시스템은, 자기 요크; 자기 요크 내에 장착된 코일; 코일의 하부 부분 내에 수용되고 자기 요크에 고정된 하부 철심; 코일 위에 위치되고 자기 요크에 고정된 최상부 플레이트(top plate); 코일 내에 수용된 하부 부분 및 최상부 플레이트를 통과하는 상부 부분을 갖는 상부 철심; 최상부 플레이트 위에 위치되고 상부 철심에 고정적으로 연결된 전기자; 및 상부 철심과 최상부 플레이트 사이에 배치된 자기 절연 링(magnetic isolation ring)을 포함한다. 상부 철심은 자기 절연 링에 대해 수직 방향으로 상하로 이동하도록 구성되고, 수직 방향에 평행한 중심축을 갖는다. 전기자의 저부 표면에는 복수의 제1 만곡 홈들(curved grooves)이 형성되고, 최상부 플레이트의 최상부 표면에는 복수의 제1 만곡 홈들에 각각 대응하는 복수의 제2 만곡 홈들이 형성되어 있다. 제1 만곡 홈들 각각에는, 제1 만곡 홈 및 대응하는 제2 만곡 홈에서 구르도록(roll) 구성된 볼(ball)이 제공된다. 제1 만곡 홈들 각각은 제1 단부로부터 제2 단부로 점진적으로 깊어지는 깊이를 가지며, 그에 따라 볼에 의해 전기자에 인가된 힘의 방향이 상부 철심의 중심축에 대해 경사지고, 이에 의해 전기자를 중심축을 중심으로 회전 구동시킨다.

본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 전기자는 초기 포지션(initial position)과 최종 포지션(final position) 사이에서 이동 가능하며, 전기자가 초기 포지션으로부터 최종 포지션으로 이동됨에 따라, 전기자는 수직 방향으로 미리 정해진 거리에 걸쳐 하방으로 이동되고 중심축을 중심으로 미리 정해진 각도에 걸쳐 회전한다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 미리 정해진 각도는 제1 만곡 홈과 제2 만곡 홈의 중심 각도들의 합과 동일하다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 전기자가 초기 포지션으로 이동될 때, 볼은 제1 만곡 홈의 제1 단부에 위치되고; 전기자가 최종 포지션으로 이동될 때, 볼은 제1 만곡 홈의 제2 단부에 위치된다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 각각의 제2 만곡 홈은 제1 단부로부터 제2 단부로 점진적으로 깊어지는 깊이를 가지며; 전기자가 초기 포지션으로 이동될 때, 볼은 제2 만곡 홈의 제1 단부에 위치되고; 전기자가 최종 포지션으로 이동될 때, 볼은 제2 만곡 홈의 제2 단부에 위치된다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 전기자가 초기 포지션으로 이동될 때, 제1 만곡 홈의 제1 단부와 제2 만곡 홈의 제1 단부는 수직 방향으로 서로 인접하여 정렬되는 한편, 제1 만곡 홈의 제2 단부와 제2 만곡 홈의 제2 단부는 서로 분리되며; 전기자가 최종 포지션으로 이동될 때, 제1 만곡 홈의 제2 단부와 제2 만곡 홈의 제2 단부는 수직 방향으로 서로 인접하여 정렬되는 한편, 제1 만곡 홈의 제1 단부와 제2 만곡 홈의 제1 단부는 서로 분리된다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 전기자와 최상부 플레이트 사이에는 제1 에어 갭이 존재하고, 상부 철심과 하부 철심 사이에는 제2 에어 갭이 존재한다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 전기자가 초기 포지션으로부터 최종 포지션으로 이동됨에 따라, 제1 에어 갭 및 제2 에어 갭은 점진적으로 감소되고; 전기자가 최종 포지션으로부터 초기 포지션으로 이동됨에 따라, 제1 에어 갭 및 제2 에어 갭은 점진적으로 증가된다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상부 철심, 제2 에어 갭, 하부 철심, 자기 요크, 최상부 플레이트, 제1 에어 갭 및 전기자는 전자기 시스템의 메인 자기 회로를 형성한다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 코일이 통전될 때, 코일에 의해 발생된 자속은 메인 자기 회로를 통과하고, 그에 따라 하부 철심 및 최상부 플레이트는 상부 철심 및 전기자를 수직 방향으로 하방으로 끌어당겨서, 상부 철심 및 전기자를 구동시켜 수직 방향으로 하방으로 이동시키고, 볼들의 가압 하에서 중심축을 중심으로 회전시킨다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 코일이 통전될 때, 전기자는 초기 포지션으로부터 최종 포지션으로 이동되고; 전기자가 최종 포지션으로 이동될 때, 코일 통전이 중지되어, 전기자가 복귀 스프링(return spring)에 의해 최종 포지션으로부터 초기 포지션으로 이동된다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 전술한 볼은 구형 볼 또는 원통형 볼을 포함한다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 코일은 지지 프레임(support frame), 및 지지 프레임 상에 권취된 와이어(wire)를 포함한다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상부 철심 및 하부 철심은 코일의 지지 프레임의 중공형 수용 공간 내에 배치되고, 자기 절연 링은 코일의 지지 프레임의 상단부 표면 상에 지지된다.

본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 복수의 제1 만곡 홈들은 상부 철심의 중심축 주위에 균일하게 이격되어 있으며; 복수의 제1 만곡 홈들이 공유하는 중심축은 상부 철심의 중심축과 일치하도록 배열된다.

본 개시의 전술한 예시적인 실시예들에서, 전기자에는, 볼이 각각 제공된 제1 만곡 홈들이 제공된다. 제1 만곡 홈의 깊이는 제1 만곡 홈의 제1 단부로부터 제2 단부로 점진적으로 증가된다. 따라서, 전기자가 전자기 인력에 의해 수직 방향으로 하방으로 이동될 때, 볼들에 의해 전기자에 인가된 힘의 방향이 수직 방향에 대해 경사지고, 그에 따라 전기자가 회전 구동된다. 본 개시의 전자기 시스템은 동일한 체적으로 보다 큰 토크 및 보다 높은 효율을 가질 수 있다.

게다가, 본 개시의 전자기 시스템은 단순한 구조 및 매우 저렴한 제조 비용을 갖는다.

본 개시의 상기 및 다른 특징들은, 첨부 도면들을 참조하여 본 개시의 예시적인 실시예들을 상세하게 설명함으로써 보다 명백해질 것이다:
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 전자기 시스템의 개략적인 사시도를 도시하고;
도 2는 도 1에 도시된 전자기 시스템을 예시하고, 여기서 최상부 플레이트 및 전기자의 일부분들이 절개되고 자기 요크가 제거되어 만곡 홈들 및 그 안에 수용된 볼을 노출시키고 있으며;
도 3은 도 2에 도시된 전자기 시스템의 볼에 의해 전기자에 인가된 힘의 개략도를 도시하고;
도 4는 전기자가 그의 초기 포지션에 있는 상태의 도 1에 도시된 전자기 시스템의 수직 단면도이며;
도 5는 전기자가 그의 최종 포지션에 있는 상태의 도 1에 도시된 전자기 시스템의 수직 단면도이다.

이하, 본 개시의 예시적인 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이며, 도면에서, 유사한 참조 번호들은 유사한 요소들을 지칭한다. 그러나, 본 개시는 많은 상이한 형태들로 구체화될 수 있으며, 본원에 기술되는 실시예에 제한되는 것으로 해석되어는 안 되며; 오히려, 이들 실시예들은 본 개시가 철저하고 완전해지며 본 개시의 개념을 당업자에게 충분히 전달하도록 제공된다.

하기의 상세한 설명에서는, 설명의 목적으로, 개시된 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세사항들이 기술되어 있다. 그러나, 하나 이상의 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 다른 예들에서, 주지된 구조들 및 장치들이 도면을 단순화시키기 위해 개략적으로 도시되어 있다.

본 개시의 일반적인 개념에 따르면, 전자기 시스템이 제공되며, 이 전자기 시스템은, 자기 요크; 자기 요크 내에 장착된 코일; 코일의 하부 부분 내에 수용되고 자기 요크에 고정된 하부 철심; 코일 위에 위치되고 자기 요크에 고정된 최상부 플레이트; 코일 내에 수용된 하부 부분 및 최상부 플레이트를 통과하는 상부 부분을 갖는 상부 철심; 최상부 플레이트 위에 위치되고 상부 철심에 고정적으로 연결된 전기자; 및 상부 철심과 최상부 플레이트 사이에 배치된 자기 절연 링을 포함한다. 상부 철심은 자기 절연 링에 대해 수직 방향으로 상하로 이동하도록 구성되고, 수직 방향에 평행한 중심축을 갖는다. 전기자의 저부 표면에는 복수의 제1 만곡 홈들이 형성되고, 최상부 플레이트의 최상부 표면에는 복수의 제1 만곡 홈들에 각각 대응하는 복수의 제2 만곡 홈들이 형성되어 있다. 복수의 제1 만곡 홈들은 상부 철심의 중심축 주위에 균일하게 이격되어 있으며, 복수의 제1 만곡 홈들이 공유하는 중심축은 상부 철심의 중심축과 일치하도록 배열된다. 제1 만곡 홈들 각각에는, 제1 만곡 홈 및 대응하는 제2 만곡 홈에서 구르도록 구성된 볼이 제공된다. 제1 만곡 홈들 각각은 제1 단부로부터 제2 단부로 점진적으로 깊어지는 깊이를 가지며, 그에 따라 볼에 의해 전기자에 인가된 힘의 방향이 상부 철심의 중심축에 대해 경사지고, 이에 의해 전기자를 중심축을 중심으로 회전 구동시킨다.

도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 전자기 시스템의 개략적인 사시도를 도시하고 있다. 도 2는 도 1에 도시된 전자기 시스템을 예시하고, 여기서 최상부 플레이트(400) 및 전기자(500)의 일부분들이 절개되고 자기 요크가 제거되어 만곡 홈들 및 그 안에 수용된 볼(700)을 노출시키고 있다. 도 4는 전기자가 그의 초기 포지션에 있는 상태의 도 1에 도시된 전자기 시스템의 수직 단면도이다.

도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 전자기 시스템은 주로 자기 요크(100), 코일(200), 하부 철심(310), 최상부 플레이트(400), 상부 철심(320), 전기자(500), 자기 절연 링(600) 및 복수의 볼들을 포함한다. 코일(200)은 자기 요크(100) 내에 장착된다. 하부 철심(310)은 코일(200)의 하부 부분 내에 수용되고 자기 요크(100)에 고정된다. 최상부 플레이트(400)는 코일(200) 위에 위치되고 자기 요크(100)에 고정된다. 상부 철심(320)의 하부 부분은 코일(200) 내에 수용되고, 상부 철심(320)의 상부 부분은 최상부 플레이트(400)를 통과한다. 전기자(500)는 최상부 플레이트(400) 위에 위치되고 상부 철심(320)에 고정적으로 연결된다. 자기 절연 링(600)은 상부 철심(320)과 최상부 플레이트(400) 사이에 배치되어, 상부 철심(320)과 최상부 플레이트(400)가 서로 전자기적으로 분리되게 한다.

도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 상부 철심(320)은 자기 절연 링(600)에 대해 수직 방향(Z)으로 상하로 이동하도록 구성될 수 있고, 상부 철심(320)의 중심축(R)은 수직 방향(Z)에 평행하다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예들에서, 전기자(500)의 저부 표면에는 복수의 제1 만곡 홈들(510)이 형성되고, 최상부 플레이트(400)의 최상부 표면에는 복수의 제1 만곡 홈들(510)에 각각 대응하는 복수의 제2 만곡 홈들(410)이 형성되어 있다. 복수의 제1 만곡 홈들(510)은 상부 철심(320)의 중심축(R) 주위에 균일하게 이격되어 있다. 제1 만곡 홈들(510) 각각에는 볼(700)이 제공된다. 볼(700)은 제1 만곡 홈(510) 및 대응하는 제2 만곡 홈(410)에서 구를(roll) 수 있다. 복수의 제1 만곡 홈들(510)이 공유하는 중심축은 상부 철심(320)의 중심축과 일치하도록 배열된다.

도 3은 도 2에 도시된 전자기 시스템의 볼(700)에 의해 전기자(500)에 인가된 힘(F)의 개략도를 도시하며; 도 5는 전기자(500)가 그의 최종 포지션에 있는 상태의 도 1에 도시된 전자기 시스템의 수직 방향(Z) 단면도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 각각의 제1 만곡 홈(510)은 제1 만곡 홈(510)의 제1 단부(510a)로부터 제2 단부(510b)로 점진적으로 증가하는 깊이를 가지며, 그에 따라 볼(700)에 의해 전기자(500)에 인가된 힘(F)의 방향이 상부 철심(320)의 중심축(R)에 대해 경사지게 한다. 따라서, 도 3에 명확하게 도시된 바와 같이, 볼(700)에 의해 전기자(500)에 인가된 힘(F)은 상부 철심(320)의 중심축(R)에 평행한 제1 성분 힘(F1) 및 상부 철심(320)의 중심축(R)에 수직인 제2 성분 힘(F2)으로 분해될 수 있다. 결과적으로, 제2 성분 힘(F2)은 전기자(500)를 중심축(R)을 중심으로 회전 구동시킬 수 있다.

본 개시의 예시적인 실시예에서, 전기자(500)는 초기 포지션(도 4에 도시된 포지션)과 최종 포지션(도 5에 도시된 포지션) 사이에서 이동 가능하다. 전기자(500)가 도 4에 도시된 초기 포지션으로부터 도 5에 도시된 최종 포지션으로 이동될 때, 전기자(500)는 미리 정해진 거리에 걸쳐 수직 방향(Z)으로 하방으로 이동되면서 중심축(R)을 중심으로 미리 정해진 각도에 걸쳐 회전한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 전기자(500)가 도 4에 도시된 초기 포지션으로부터 도 5에 도시된 최종 포지션으로 이동될 때, 전기자(500)는 제1 만곡 홈(510)과 제2 만곡 홈(410)의 중심 각도들의 합과 동일한 미리 정해진 각도에 걸쳐 중심축(R)을 중심으로 회전한다. 즉, 전기자(500)가 도 4에 도시된 초기 포지션으로부터 도 5에 도시된 최종 포지션으로 이동될 때, 전기자(500)는 철심(320)의 원주 방향으로 제1 만곡 홈(510)과 제2 만곡 홈(410)의 원호 길이들의 합과 동일한 원호 길이에 걸쳐 중심축(R)을 중심으로 회전한다.

본 개시의 일 실시예에서, 전기자(500)가 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 초기 포지션으로 이동될 때, 볼(700)은 제1 만곡 홈(510)의 제1 단부(510a)에 위치된다. 전기자(500)가 도 5에 도시된 최종 포지션으로 이동될 때, 볼(700)은 제1 만곡 홈(510)의 제2 단부(510b)에 위치된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 각각의 제2 만곡 홈(410)은 제1 단부(410a)로부터 제2 단부(410b)로 점진적으로 증가하는 깊이를 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전기자(500)가 도 5에 도시된 초기 포지션으로 이동될 때, 볼(700)은 제2 만곡 홈(410)의 제1 단부(410a)에 위치된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전기자(500)가 최종 포지션으로 이동될 때, 볼(700)은 제2 만곡 홈(410)의 제2 단부(410b)에 위치된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 전기자(500)가 초기 포지션으로 이동될 때, 제1 만곡 홈(510)의 제1 단부(510a)와 제2 만곡 홈(410)의 제1 단부(410a)는 볼(700)을 수용하기 위해 수직 방향(Z)으로 서로 정렬되는 한편, 제1 만곡 홈(510)의 제2 단부(510b)와 제2 만곡 홈(410)의 제2 단부(410b)는 원주 방향으로 서로 분리된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 전기자(500)가 최종 포지션으로 이동될 때, 제1 만곡 홈(510)의 제2 단부(510b)와 제2 만곡 홈(410)의 제2 단부(410b)는 볼(700)을 수용하기 위해 수직 방향(Z)으로 서로 정렬되는 한편, 제1 만곡 홈(510)의 제1 단부(510a)와 제2 만곡 홈(410)의 제1 단부(410a)는 원주 방향으로 서로 분리된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 전기자(500)가 초기 포지션으로 이동되는 경우에는, 전기자(500)와 최상부 플레이트(400) 사이의 제1 에어 갭(g1), 및 상부 철심(320)과 하부 철심(310) 사이의 제2 에어 갭(g2)이 존재한다.

도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 전기자(500)가 초기 포지션으로부터 최종 포지션으로 이동됨에 따라, 제1 에어 갭(g1) 및 제2 에어 갭(g2)은 점진적으로 감소된다. 전기자(500)가 최종 포지션으로부터 초기 포지션으로 이동됨에 따라, 제1 에어 갭(g1) 및 제2 에어 갭(g2)은 점진적으로 증가된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 상부 철심(320), 제2 에어 갭(g2), 하부 철심(310), 자기 요크(100), 최상부 플레이트(400), 제1 에어 갭(g1) 및 전기자(500)는 전자기 시스템의 메인 자기 회로를 형성한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 코일(200)은 각각, 전원의 양극 및 음극에 전기적으로 연결되도록 적합화된 단자들(201, 202)을 갖는다. 코일(200)이 통전될 때, 코일(200)에 의해 발생된 자속은 전술한 메인 자기 회로를 통과한다. 제1 에어 갭(g1) 및 제2 에어 갭(g2)의 존재로 인해, 하부 철심(310) 및 최상부 플레이트(400)는 각각, 상부 철심(320) 및 전기자(500)를 수직 방향(Z)으로 하방으로 끌어당기며, 그에 따라 상부 철심(320) 및 전기자(500)가 수직 방향(Z)으로 하방으로 이동하도록 구동되는 동안, 상부 철심(320) 및 전기자(500)는 볼들(700)의 가압 하에서 중심축(R)을 중심으로 회전한다.

본 개시의 일 실시예에서, 코일(200)이 통전될 때, 전기자(500)가 초기 포지션으로부터 최종 포지션으로 이동되는 동안, 전기자(500)는 마찰로 인해 제1 만곡 홈(510) 및 제2 만곡 홈(410)의 제2 단부들(510b, 410b)로 구르도록 볼들(700)을 구동시킨다. 전기자(500)가 최종 포지션으로 이동될 때, 코일(200) 통전이 중지되어, 전기자(500)는 복귀 스프링(도시되지 않음)에 의해 최종 포지션으로부터 초기 포지션으로 이동될 수 있다.

예시된 실시예에서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 코일(200) 통전이 중지될 때, 제2 에어 갭(g2)의 존재로 인해 잔류 자속이 급격하게 감소하고, 전기자(500)는 복귀 스프링에 의해 초기 포지션으로 신속하게 복귀될 것이다. 동시에, 전기자(500)는 마찰로 인해, 제1 만곡 홈(510) 및 제2 만곡 홈(410)의 제1 단부들(510a, 410a)로 구르도록 볼들(700)을 구동시킨다.

본 개시의 예시적인 실시예에서, 전술한 볼(700)은 구형 볼 또는 원통형 볼을 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에서, 코일(200)은 지지 프레임(220), 및 지지 프레임(220) 상에 권취된 와이어(210)를 포함한다. 상부 철심(320) 및 하부 철심(310)은 코일(200)의 지지 프레임(220)의 중공형 수용 공간 내에 배치되고, 자기 절연 링(600)은 코일(200)의 지지 프레임(220)의 상단부 표면 상에 지지된다.

본 개시의 전술한 예시적인 실시예에서, 전기자(500)에는 제1 만곡 홈(510)이 제공되고, 제1 만곡 홈(510)에는 볼(700)이 제공된다. 제1 만곡 홈(510)의 깊이는 제1 만곡 홈(510)의 제1 단부(510a)로부터 제2 단부(510b)로 점진적으로 깊어진다. 따라서, 전기자(500)가 전자기 인력에 의해 수직 방향(Z)으로 하방으로 이동될 때, 볼들(700)에 의해 전기자(500)에 인가된 힘의 방향이 수직 방향(Z)에 대해 경사지고, 그에 따라 전기자(500)가 회전 구동된다. 본 개시의 전자기 시스템은 동일한 크기로 보다 큰 토크 및 보다 높은 효율을 가질 수 있다. 게다가, 본 개시의 전자기 시스템은 단순한 구조 및 매우 저렴한 제조 비용을 갖는다.

당업자에게는, 상기 실시예들이 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 당업자에 의해 상기 실시예들에 대해 많은 변형들이 이루어질 수 있으며, 상이한 실시예들에서 설명된 다양한 특징들이 구성 또는 원리에서 충돌하지 않으면 서로 자유롭게 조합될 수 있다.

몇 개의 예시적인 실시예들이 도시 및 설명되었지만, 본 개시의 원리들 및 사상으로부터 벗어남이 없이 다양한 변경들 또는 변형들이 이들 실시예들에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이며, 그 범위는 청구범위 및 그 등가물들에서 규정된다.

본원에 사용된 바와 같이, 단수형으로 기재되고 단수 표현으로 시작되는 요소는, 그러한 배제가 명시적으로 언급되지 않는 한, 상기 요소들 또는 단계들의 복수형을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 개시의 "일 실시예"에 대한 언급들은 기재된 특징들을 또한 포함하는 추가적인 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 더욱이, 반대로 명시적으로 언급되지 않는 한, 특정 특성을 갖는 요소 또는 복수의 요소들을 "포함하는" 또는 "갖는" 실시예들은 해당 특성을 갖지 않는 추가적인 그러한 요소들을 포함할 수 있다.

Claims

전자기 시스템(electromagnetic system)으로서,
자기 요크(magnetic yoke)(100);
상기 자기 요크(100) 내에 장착된 코일(coil)(200);
상기 코일(200)의 하부 부분 내에 수용되고 상기 자기 요크(100)에 고정된 하부 철심(lower iron core)(310);
상기 코일(200) 위에 위치되고 상기 자기 요크(100)에 고정된 최상부 플레이트(top plate)(400);
상기 코일(200) 내에 수용된 하부 부분 및 상기 최상부 플레이트(400)를 통과하는 상부 부분을 갖는 상부 철심(upper iron core)(320);
상기 최상부 플레이트(400) 위에 위치되고 상기 상부 철심(320)에 고정적으로 연결된 전기자(armature)(500)―상기 전기자(500)의 저부 표면에는 복수의 제1 만곡 홈들(curved grooves)(510)이 형성되고, 상기 최상부 플레이트(400)의 최상부 표면에는 상기 복수의 제1 만곡 홈들(510)에 각각 대응하는 복수의 제2 만곡 홈들(410)이 형성됨―;
상기 상부 철심(320)과 상기 최상부 플레이트(400) 사이에 배치된 자기 절연 링(magnetic isolation ring)(600)―상기 상부 철심(320)은 상기 자기 절연 링(600)에 대해 수직 방향(Z)으로 이동하도록 구성되고, 상기 수직 방향(Z)에 평행한 중심축(R)을 가짐―; 및
상기 제1 만곡 홈(510) 및 대응하는 상기 제2 만곡 홈(410)에서 구르도록(roll) 각각 구성된 복수의 볼들(balls)(700)을 포함하며;
각각의 제1 만곡 홈(510)은 상기 제1 만곡 홈(510)의 제1 단부(510a)로부터 제2 단부(510b)로 점진적으로 깊어지는 깊이를 가지며, 그에 따라 상기 볼(700)에 의해 상기 전기자(500)에 인가된 힘(F)이 상기 상부 철심의 중심축(R)에 대해 경사져서 상기 전기자(500)를 상기 중심축(R)을 중심으로 회전 구동시키는,
전자기 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 전기자(500)는 초기 포지션(initial position)과 최종 포지션(final position) 사이에서 이동 가능하며, 상기 전기자(500)가 상기 초기 포지션으로부터 상기 최종 포지션으로 이동됨에 따라, 상기 전기자(500)는 미리 정해진 거리에 걸쳐 상기 수직 방향(Z)으로 하방으로 이동되고 상기 중심축(R)을 중심으로 미리 정해진 각도에 걸쳐 회전하는,
전자기 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 미리 정해진 각도는 상기 제1 만곡 홈(510)과 상기 제2 만곡 홈(410)의 중심 각도들의 합과 동일한,
전자기 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 전기자(500)가 상기 초기 포지션으로 이동될 때, 상기 볼(700)은 상기 제2 만곡 홈(510)의 제1 단부(510a)에 위치되고; 상기 전기자(500)가 상기 최종 포지션으로 이동될 때, 상기 볼(700)은 상기 제2 만곡 홈(510)의 제2 단부(510b)에 위치되는,
전자기 시스템.
제4 항에 있어서,
각각의 제2 만곡 홈(410)은 상기 제1 단부(410a)로부터 상기 제2 단부(410b)로 점진적으로 깊어지는 깊이를 가지며;
상기 전기자(500)가 상기 초기 포지션으로 이동될 때, 상기 볼(700)은 상기 제2 만곡 홈(410)의 제1 단부(410a)에 위치되고; 상기 전기자(500)가 상기 최종 포지션으로 이동될 때, 상기 볼(700)은 상기 제2 만곡 홈(410)의 제2 단부(410b)에 위치되는,
전자기 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 전기자(500)가 상기 초기 포지션으로 이동될 때, 상기 제1 만곡 홈(510)의 제1 단부(510a)와 상기 제2 만곡 홈(410)의 제1 단부(410a)는 상기 수직 방향으로 서로 정렬되는 한편, 상기 제1 만곡 홈(510)의 제2 단부(510b)와 상기 제2 만곡 홈(410)의 제2 단부(410b)는 서로 분리되며;
상기 전기자(500)가 상기 최종 포지션으로 이동될 때, 상기 제1 만곡 홈(510)의 제2 단부(510b)와 상기 제2 만곡 홈(410)의 제2 단부(410b)는 상기 수직 방향으로 서로 정렬되는 한편, 상기 제1 만곡 홈(510)의 제1 단부(510a)와 상기 제2 만곡 홈(410)의 제1 단부(410b)는 서로 분리되는,
전자기 시스템.
제6 항에 있어서,
상기 전기자(500)와 상기 최상부 플레이트(400) 사이에 제1 에어 갭(air gap)(g1)이 제공되고, 상기 상부 철심(320)과 상기 하부 철심(310) 사이에 제2 에어 갭(g2)이 제공되는,
전자기 시스템.
제7 항에 있어서,
상기 전기자(500)가 상기 초기 포지션으로부터 상기 최종 포지션으로 이동됨에 따라, 상기 제1 에어 갭(g1) 및 상기 제2 에어 갭(g2)은 점진적으로 감소되고;
상기 전기자(500)가 상기 최종 포지션으로부터 상기 초기 포지션으로 이동됨에 따라, 상기 제1 에어 갭(g1) 및 상기 제2 에어 갭(g2)은 점진적으로 증가되는,
전자기 시스템.
제8 항에 있어서,
상기 하부 철심(310), 상기 상부 철심(320), 상기 제2 에어 갭(g2), 상기 하부 철심(310), 상기 자기 요크(100), 상기 최상부 플레이트(400), 상기 제1 에어 갭(g1) 및 상기 전기자(500)는 상기 전자기 시스템의 메인 자기 회로를 형성하는,
전자기 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 코일(200)이 통전될 때, 상기 코일(200)에 의해 발생된 자속은 상기 메인 자기 회로를 통과하고, 그에 따라 상기 하부 철심(310) 및 상기 최상부 플레이트(400)는 상기 상부 철심(320) 및 상기 전기자(500)를 상기 수직 방향(Z)으로 하방으로 끌어당겨서, 상기 상부 철심(320) 및 상기 전기자(500)를 구동시켜 상기 수직 방향(Z)으로 하방으로 이동시키고, 상기 볼들(700)의 가압 하에서 상기 중심축(R)을 중심으로 회전시키는,
전자기 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 코일(200)이 통전될 때, 상기 전기자(500)는 상기 초기 포지션으로부터 상기 최종 포지션으로 이동되고;
상기 전기자(500)가 상기 최종 포지션으로 이동될 때, 상기 코일(200) 통전이 중지되어, 상기 전기자(500)가 복귀 스프링(return spring)에 의해 상기 최종 포지션으로부터 상기 초기 포지션으로 이동되는,
전자기 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 볼(700)은 구형 볼 또는 원통형 볼을 포함하는,
전자기 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 코일(200)은 지지 프레임(support frame)(220), 및 상기 지지 프레임(220) 상에 권취된 와이어(wire)(210)를 포함하는,
전자기 시스템.
제13 항에 있어서,
상기 상부 철심(320) 및 상기 하부 철심(310)은 상기 지지 프레임(220)의 중공형 수용 공간 내에 배치되고, 상기 자기 절연 링(600)은 상기 지지 프레임(220)의 상단부 표면 상에 지지되는,
전자기 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 제1 만곡 홈들은 상기 상부 철심(320)의 중심축(R) 주위에 균일하게 이격되어 있으며;
상기 복수의 제1 만곡 홈들이 공유하는 중심축은 상기 상부 철심의 중심축과 일치하도록 배열되는,
전자기 시스템.