KR20210043587A - 전자기 선형 액추에이터 - Google Patents
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Abstract
제 1 및 제 2 요소를 포함하는 전자기 선형 액추에이터(1). 하나의 요소는 적어도 하나의 자석(12)을 갖는 자기 발진기(10)이고, 다른 요소는 적어도 하나의 자석(42)을 갖는 자기 고정자(40)이다. 2개의 요소는 서로에 대해 상대적으로 선형으로 이동 가능하고, 발진기(10) 및 고정자(40)의 자화 방향은 평행하다. 고정자(40)는 2개의 대향하는 동일한 고정자 극(44, 46)을 포함하거나, 발진기(10)는 2개의 대향하는 동일한 발진기 극(14, 16)을 포함한다. 또한, 액추에이터(1)에 의해 기계적 운동을 생성하기 위한 방법. 액추에이터(1)의 고정자(40)의 자화는 고정자(40)가 2개의 대향하는 동일한 고정자 극(44, 46)을 포함하도록 발생하거나, 액추에이터(1)의 발진기(10)의 자화는 발진기(10)가 2개의 대향하는 동일한 발진기 극(14, 16)을 포함하도록 발생한다.
Description
본 발명은 전자기 선형 액추에이터(electromagnetic linear actuator)와, 액추에이터에 의해 기계적 이동, 특히 진동을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
선형 액추에이터는 기계적 이동을 생성하기 위한 표준으로서 사용된다. 기계적 이동은 바람직하게는 연속적인 선형 이동, 예를 들어 서로에 대한 물체의 변위이다. 예를 들어, 이에 의해 선형 모터의 기능이 실행될 수 있으며, 예를 들어 물체는 병진 운동으로 들어간다. 또한, 기계적인 이동에 의해 진동과, 그에 따라 햅틱(및/또는 음향) 신호를 생성하는 것도 가능하다. 전자기 액추에이터에 의해 개별적인 단일 선형 이동을 수행할 가능성이 더 존재한다. 예를 들어, 이에 의해 최종 제어 요소가 생성될 수 있으며, 그에 따라 스위치 또는 밸브의 기능이 트리거(trigger)될 수 있다.
현재는, 흔히 솔레노이드 액추에이터가 선형 액추에이터로서 사용된다. 종래 기술의 예시적인 솔레노이드 액추에이터(100)가 도 1에 도시되어 있다. 솔레노이드 액추에이터(100)는 고정자(stator)(40)와, 이러한 고정자 내부에 배열된 발진기(oscillator)(10)를 포함한다. 고정자(40)는 원형 밑면을 갖는 중공 통체 형태의 코일로서 구현된 전자석(42)을 포함한다. 대조적으로, 발진기(10)는 중실 통형 형태를 갖는 영구 자석(12)을 포함한다. 영구 자석(12)은 한쪽에 남극 형태의 하나의 극(14)을 갖고 다른쪽에 북극 형태의 반대 극(16)을 갖는 막대 자석이다. 전자석(42)이 자화될 때, 특히 전류가 코일을 통해 흐를 때, 이러한 전자석(42)은 한쪽에 자극(44)을 갖고 다른쪽에 제 1 자극과 반대인 자극(46)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 자극(44)이 북극이고 자극(46)이 남극이 되도록 전류가 코일을 통해 흐른다. 따라서, 영구 자석(12) 및 전자석(42)은 서로 평행하고 서로 내부에 놓여 있지만 방향에 따라 반대인 선형 자화 방향을 갖는다. 영구 자석(12)과 전자석(42)의 반대 극의 인력으로 인해, 영구 자석은 전자석(42)에 대해 화살표(60)를 따라 이동한다. 이에 의해, 예를 들어 최종 제어 요소의 기능에 사용될 수 있는 기계적 이동이 발생한다. 특히 화살표(60) 방향으로의 영구 자석(12)의 완전한 이동 후에, 전자석(42)을 통한 전류 흐름의 방향이 반전되면, 전자석(42)의 북극 및 남극이 변화된다. 이것은 영구 자석(12)의 이동 방향(60)의 반전을 초래한다. 전류 방향의 연속적인 변화가 발생하면, 영구 자석(12)을 갖는 발진기(10)는 전자석(42)을 갖는 고정자(40)에 대해 진동하도록 설정된다. 이러한 연속적인 기계적 이동에 의해, 예를 들어 진동이 생성될 수 있다.
종래 기술의 그러한 선형 액추에이터는 자석의 간단한 장착과 함께 간단한 제조 및/또는 조립을 특징으로 한다. 또한, 이들 선형 액추에이터는 자석 위치에 관계없이 균일한 자기장(field) 강도를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 그러한 선형 액추에이터는 다수의 단점을 갖는다. 예를 들어, 자석과 코일 사이에는 낮은 자기장 강도만이 존재한다. 또한, 일정한 저항을 갖는 소수의 권선이 존재한다. 이것은 무엇보다도 전기 저항이 코일의 와이어 길이에 따라 달라지지만 자기장 강도가 권수에 따라 달라진다는 사실 때문이다.
본 발명의 목적은 최적화된 전자기 선형 액추에이터를 안출하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 기계적 이동, 특히 진동을 생성하기 위한 개선된 방법을 안출하는 것에 있다.
이 목적은 본 발명에 따라, 청구항 1에 따른 전자기 선형 액추에이터 및 청구항 22에 따른 기계적 운동을 생성하기 위한 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터는 제 1 및 제 2 요소를 포함한다. 요소들 중 하나의 요소, 특히 제 1 요소는 적어도 하나의 자석을 갖는 자기 발진기이다. 다른 요소, 특히 제 2 요소는 적어도 하나의 자석을 갖는 자기 고정자이다. 한편으로는, 발진기 및/또는 고정자의 적어도 하나의 자석은 초기 상태에서 이미 자화되어 북극 및 남극을 갖는 자석일 수 있다. 그러나 다른 한편으로는, 그것은 예를 들어 초기 상태에서 아직 어떠한 자화도 갖지 않는 전자석과 같은 장치일 수도 있다. 이러한 경우에, 자화는 자기장이 형성되도록 보장하는 추가 단계로 인해서만 발생한다. 예를 들어 코일 형태의 전자석인 경우, 코일을 통한 전류 흐름이 자기장을 형성한다. 발진기 및/또는 고정자가 몇 개의 자석을 갖는 경우, 발진기 및/또는 고정자의 모든 자석이 각각 평행한 자화 방향을 갖는 것이 바람직하다. 자화 방향이 서로 내부에 놓여 있고, 그에 따라 동일하지만 방향에 독립적인 것이 특히 바람직하다. 제 1 요소 및 제 2 요소는 서로에 대해 선형으로 이동 가능하도록 형성된다. 예를 들어 제 1 및 제 2 요소의 상대적인 인력 또는 척력이 발생하는 경우, 제 1 요소와 제 2 요소는 서로에 대해, 바람직하게는 서로를 향해 또는 서로로부터 멀리 이동한다. 발진기 및 고정자의 자화 방향은 서로 평행하다. 발진기 및 고정자의 자화 방향이 서로 내부에 놓여 있는 것이 특히 바람직하다. 여기서는, 서로 내부에 놓여 있다는 것은 자화 방향이 동일하지만 방향에 독립적이라는 것을 또다시 의미한다. 고정자 또는 발진기는 2개의 대향하는 동일한 극을 포함한다. 동일한 극은 2개의 남극 또는 2개의 북극이다. 이러한 경우에, 대향한다는 것은 특히 2개의 극이 서로 인접하고 그래서 반대 극성의 배열이 존재한다는 것을 의미한다. 특히 바람직한 실시예에서, 예를 들어 고정자 또는 발진기는 반대 극성의 2개의 자석을 포함한다. 이러한 경우에, 이들 2개의 자석의 2개의 북극 또는 2개의 남극은 예를 들어 단부가 서로 대향하여 놓이며, 그에 따라 2개의 자석은 서로 반발한다. 척력으로 인한 2개의 자석의 서로에 대한 제거는 바람직하게는 2개의 자석을 서로에 대해 고정함으로써 방지될 수 있다. 대향하는 동일한 고정자 극 또는 발진기 극에 대한 대안적 또는 추가적인 규정은 고정자 또는 발진기가 중앙에 단일 극을 갖는다는 것이다. 따라서, 발진기 또는 고정자는 중앙에 북극 또는 남극만을 포함한다.
전자기 선형 액추에이터는 고정자 또는 발진기의 자화 변화가 발생하도록 구현되는 것이 바람직하다. 고정자 또는 발진기의 자화 변화로 인해, 발진기와 고정자 사이에서 상대적인 이동, 그에 따라 바람직하게는 기계적 이동이 일어난다. 전자기 선형 액추에이터는 이러한 자화 변화가 영구적으로 또는 연속적으로 발생하도록 구현되는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 예를 들어 고정자 또는 발진기가 전자석을 포함하는 경우, 전자기 선형 액추에이터는 전자석을 통한 전류 흐름이 반전되고 결과적으로 전자석의 극이 변화되도록 구현된다. 자화 변화, 바람직하게는 전류 흐름의 변화는 특히, 바람직한 실시예에서 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터가 포함하는 하나 이상의 전류원 및/또는 하나 이상의 제어 장치에 의해 발생한다. 전류원은 예를 들어 배터리 및/또는 충전식 배터리 및/또는 전기 그리드(electricity grid)일 수 있다.
제 1 요소는 제 2 요소 내부에 적어도 부분적으로 배치되는 것이 바람직하다. 특히, 제 1 요소는 이러한 경우에 제 2 요소의 내부에 완전히 배열되고, 그에 따라 제 1 요소의 외부 치수는 제 2 요소의 내부 치수 내부에 완전히 배열된다. 예를 들어 제 2 요소가 중공 통체인 경우, 바람직하게는 중실 통체로 형성되는 제 1 요소는 중공 통체의 내부 쉘 표면 내부에 위치되고, 중공 통체의 2개의 밑면을 넘어서 돌출되지 않는다. 제 2 요소 내부에의 제 1 요소의 단지 부분적인 배열의 경우에, 제 2 요소는 바람직하게는 적어도 원주방향으로 제 1 요소를 수용한다. 예를 들어 제 2 요소가 또다시 중공 통체인 경우, 바람직하게는 중실 통체로 형성되는 제 1 요소는 중공 통체의 내부 쉘 표면 내부에 위치되고, 그에 따라 제 2 요소에 의해 원주방향으로 둘러싸여 있지만, 예를 들어 제 1 요소가 한쪽 또는 양쪽 밑면에서 중공 통체로부터 돌출되는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 제 1 요소는 실질적으로 통형으로 형성된다. 통형 형상은 여기서는 예를 들어 원통형 형상에 대응하지만, 예를 들어 직사각형 또는 프리즘 형상과 같은 다른 통형 형상도 가능하다. 제 1 요소는 통체 밑면의 영역에, 바람직하게는 통체 밑면의 중심에 자극을 포함하는 것이 바람직하다. 제 1 요소의 통형 디자인과 관련하여, 제 1 요소는 바람직하게는 높이를 따라 연장되는 통체의 대칭축을 따라 축방향 자화를 갖는 것이 바람직하다. 제 1 요소는 바람직하게는 균일한 통형 형상을 갖는다. 특히, 제 1 요소의 형상은 적어도 하나의 대칭 평면, 바람직하게는 횡방향 평면을 기준으로 대칭이다.
바람직한 실시예에서, 제 2 요소는 실질적으로 중공 통체로 형성된다. 여기서는 중공 통체 형상은 예를 들어 중공 원통형 형상에 대응하지만, 직사각형 또는 프리즘 형상과 같은 다른 중공 통형 형상도 가능하다. 제 2 요소는 통체 밑면의 영역, 바람직하게는 통체 밑면의 중심에 자극을 갖는 것이 바람직하다. 제 2 요소의 중공 통형 디자인과 관련하여, 제 2 요소는 바람직하게는 높이를 따라 연장되는 중공 통체의 대칭축을 따라 축방향 자화를 갖는 것이 바람직하다. 제 2 요소는 균일한 통형 형상을 가질 수 있다. 특히, 제 2 요소의 형상은 적어도 하나의 대칭 평면, 바람직하게는 횡방향 평면을 기준으로 대칭일 수 있다. 그러나, 제 2 요소가 균일하지 않은 것이 특히 바람직하다. 중공 통체의 형상은 여기서는 특히 종방향 한쪽 또는 양쪽이 개방된 중공 통형 형상을 포함하지만, 한쪽 또는 양쪽이 폐쇄된 중공 통형 형상도 가능하다. 따라서, 중공 통체는 적어도 내부가 중공인 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 제 2 요소는 2개의 중공, 바람직하게는 동일한 반통체를 포함하고, 제 2 요소는 특히 반통체로 구성된다. 반통체는 바람직하게는 이러한 경우에 통체의 종방향으로 분할된 절반을 의미한다. 통체 또는 반통체는 실질적으로 직사각형 또는 반-직사각형 형태를 갖는 것이 특히 바람직하다. 반통체는 서로 연결되고 바람직하게는 이러한 방식으로 제 2 요소를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 서로 연결된 2개의 중공 통체는 특히 실질적으로 중공 통형 요소를 함께 형성한다. 특히, 반통체의 2개의 개방된 측면은 반통체가 서로 연결될 때 서로 대면하여 있다. 2개의 반통체는 바람직하게는 서로 평행하게 배열된다. 2개의 반통체는 특히 바람직하게는 서로 180°만큼 오프셋되어 배열된다. 2개의 반통체의 서로에 대한 이러한 오프셋, 즉 180° 회전은 이러한 경우에 특히 반통체의 횡축을 중심으로 수행된다. 반통체는 한쪽이 폐쇄되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 한쪽이 폐쇄되고 180° 오프셋된 반통체의 경우에, 연결된 반통체는 양쪽이 폐쇄되어 있는 제 2 요소의 중공 통형 형상을 형성하는 것이 바람직하다. 2개의 반통체가 서로 내부로 슬라이딩될 수 있고 바람직하게는 이에 의해 연결이 이루어지는 것이 바람직하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 반통체가 서로 맞물리는 것도 가능하다.
제 2 요소는 바람직하게는 내부, 특히 바람직하게는 내부 중공 통형 쉘 표면 상에 적어도 하나의 리브를 갖는 리브형 프로파일을 갖는 것이 바람직하다. 리브 프로파일은 바람직하게는 종방향으로, 특히 제 2 요소의 종축에 평행하게 배열된다. 이에 의해, 특히 유리하게는 요소들 사이의 마찰을 최소화하고, 그리고/또는 제 2 요소에 대한 제 1 요소의 이동의 경우에 내부에서의 공기 순환을 용이하게 하는 것이 가능하다.
제 1 요소의 통형 구성 및 제 2 요소의 중공 통형 구성의 경우에, 제 1 요소 및 제 2 요소는 서로에 대해 동축인 것이 바람직하다.
특히, 자석 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 하나의 발진기 자석은 영구 자석이다. 영구 자석은 영구 자석이라고도 한다. 영구 자석은 특히 막대 자석의 형태, 바람직하게는 통형, 특히 바람직하게는 원통형으로 설계될 수 있다.
자석 중 적어도 하나, 특히 적어도 하나의 고정자 자석은 전자석인 것이 바람직하다. 여기서는 전자석이 특히 코일로서 구현되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 제 2 요소는 단부에 서로 동축으로 배열된 적어도 2개의 자석을 포함한다. 이러한 경우에, 자석은 바람직하게는 중공 통체, 특히 바람직하게는 중공 원통체로 설계된다. 단부에서의 동축 배열에서, 자석은 바람직하게는 서로 반대 극성을 갖도록 구현된다. 제 2 요소는 정확히 2개의 자석을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 바람직한 구현예에서, 제 2 요소의 2개의 자석은 일체로 실현된다. 일체형 구현예에서, 2개의 자석은 바람직하게는 단일 코일로 형성되는 것이 특히 바람직하며, 코일은 특히 중앙에서 권선 방향의 변화를 갖는다. 따라서, 이러한 경우에, 하나의 자석은 권선 방향의 변화의 한쪽에 있고, 다른 자석은 권선 방향의 변화의 다른쪽에 있는 것이 바람직하다. 따라서, 바람직하게는, 2개의 자석의 2개의 동일한 극, 그에 따라 2개의 북극 또는 2개의 남극은 권선 방향의 변화 영역에서 대향하여 놓인다.
특히, 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터는 선형 액추에이터의 한쪽에, 바람직하게는 외부 단부 영역에 적어도 하나의 단부 요소를 포함한다. 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터는 전자기 선형 액추에이터의 양쪽에 적어도 하나의 단부 요소를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 적어도 하나의 단부 요소는 제 2 요소의 외부 단부 영역에 위치되고, 특히 배열된다. 제 2 요소의 외부 단부 영역에 배열되는 경우에, 단부 요소는 제 2 요소의 면 상에 배열되는 것이 바람직하다.
적어도 하나의 단부 요소는 바람직하게는 적어도 하나의 자석을 포함한다. 자석은 바람직하게는 이러한 경우에 축방향으로 자화되고, 자화 방향은 특히 발진기 및/또는 고정자의 자화 방향에 평행하게 놓이고, 특히 바람직하게는 발진기 및/또는 고정자의 자화 방향 내부에 놓인다. 적어도 하나의 단부 요소의 적어도 하나의 자석은 바람직하게는 전자석으로 구현된다.
적어도 하나의 자석을 갖는 적어도 하나의 단부 요소의 구현예에서, 이러한 자석은 이러한 단부 요소가 배열된 요소, 특히 제 2 요소의 극과 동일한 극성 또는 반대인 극성을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어 단부 요소가 바람직하게는 고정자로서 구현되는 제 2 요소 상에 있는 경우, 단부 요소 및 제 2 요소의 2개의 대향하는 동일한 극이 서로 대향하여 놓인다.
적어도 하나의 단부 요소의 적어도 하나의 자석이 전자석인 경우, 전자석은 극성의 변화가 단부 요소가 배열된 요소의 변화와 동기되도록 교호 극성을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 예를 들어 단부 요소가 제 2 요소 상에 배열되고 제 2 요소가 고정자이며, 고정자의 극성이 변화되는 경우, 대응하는 단부 요소의 적어도 하나의 자석의 극성도 마찬가지로 이와 동기되어 변화되고, 그에 따라 바람직하게는 이러한 경우에, 단부 요소와 연관된 요소와 반대인 극성 또는 동일한 극성을 갖는 단부 요소의 상태가 존재하게 된다.
적어도 하나의 단부 요소는 커버 또는 중공 통체로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 단부 요소는 특히 이러한 단부 요소가 배열된 요소와 일체로 형성된다. 단부 요소가 예를 들어 중공 통체로 형성된 제 2 요소 상에 배열된 커버인 경우, 커버는 중공 통체를 폐쇄하는 것이 바람직하다. 커버 및 중공 통체의 일체형 디자인에서, 커버 및 중공 통체는 바람직하게는 일종의 포트(pot) 형상을 형성한다. 제 2 요소가 코일 형태의 고정자에 대응하는 경우, 이에 의해 특히 일종의 포트형 코일이 형성된다. 고정자로 형성된 제 2 요소가 서로에 대해 단부에 동축으로 배열된 2개의 코일을 포함하는 전자기 선형 액추에이터의 바람직한 구성에서, 2개의 개방된 코일 측면 각각에 커버가 배열되어, 개방된 측면에 의해 서로 연관된 2개의 통형 포트가 생성된다. 적어도 하나의 단부 요소가 중공 통체인 경우, 이것은 바람직하게는 이러한 단부 요소가 배열된 요소에 동축으로 단부에 안착된다. 이러한 요소가 중공 통체인 경우, 중간에 중단이 있거나 없는 일종의 신장된 중공 통체가 생성되며, 2개의 중공 통체는 바람직하게는 동일한 직경을 갖는다. 단부 요소가 중공 통체의 커버로서 이루어진 디자인에서, 중공 통체 내부에 위치된 물체, 예를 들어 발진기는 커버를 관통할 수 없으며, 그에 따라 이쪽에서 중공 통체를 빠져나갈 수 없다. 반면에, 단부 요소가 중공 통체로서 이루어진 디자인에서, 중공 통체 내부에 배열된 물체, 예를 들어 발진기는 단부 요소의 중공 통체 내로 적어도 부분적으로 관통할 수 있고, 그에 따라 이러한 단부 요소와 연관된 요소를 적어도 부분적으로 빠져나갈 수 있다. 특히 커버가 한쪽에 배열되고 중공 통체가 다른쪽에 배열되도록, 커버와 중공 통체의 조합이 또한 가능하다. 적어도 하나의 단부 요소는 이러한 단부 요소가 배열된 요소보다 적어도 부분적으로 더 작은 원주를 갖는 것이 바람직하다. 적어도 하나의 단부 요소는 특히 바람직하게는 T-자형 단면을 가지며, T-자형부의 종방향 부재(|)는 이러한 단부 요소가 배열된 요소에 바람직하게는 일체로 연결되는 것이 바람직하다. 따라서, T-자형부의 횡방향 부재(―)는 종방향 부재를 통해 이러한 단부 요소가 배열된 요소로부터 이격되어 있는 것이 바람직하다. 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 단부 요소의 자석은 T-자형부의 종방향 부재 주위에 권선되는 코일로서 구현된다.
적어도 하나의 단부 요소 및 제 2 요소의 자석은 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 자석은 하나의 코일, 특히 단일 코일에 의해 형성되는 것이 특히 바람직하다.
코일의 직경이 보다 작은 경우에, 동일한 와이어 길이(동일한 저항)로 보다 많은 권수가 실현될 수 있으며, 그에 따라 자기장 강도가 증가된다. 그러나, 코일은 특히 영구 자석을 갖는 발진기를 둘러싸고 있기 때문에, 이것은 고정자의 단부 부분에서만 실현될 수 있다. 반면에, 자기장 강도는 거리가 증가함에 따라 상당히 감소한다. 따라서, 단부 요소를 갖고 중공 통체 형태인 자기 고정자를 갖는 선형 액추에이터의 구현은, 예를 들어 단부 요소만을 갖는 자기 고정자를 갖는 구현과 비교하여, 유리하다.
본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터는 제 2 요소에 대한 제 1 요소의 진동 댐핑을 위한 진동 댐핑 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 한편으로는, 이에 의해, 예를 들어 제 2 요소에 대한 제 1 요소의 이동의 댐핑, 예컨대 제 2 요소에 대한 제 1 요소의 특정 이동 범위 이상의 댐핑만이 발생할 수 있다. 다른 한편으로는, 이에 의해 제 1 요소의 이동 자유가 제 2 요소에 대해 제한되는 것도 가능하다. 진동 댐핑 장치는 제 2 요소와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
진동 댐핑 장치는 바람직하게는 제 1 요소와 제 2 요소 사이에서, 한쪽에 적어도 하나의 진동 댐퍼를 포함하고, 바람직하게는 양쪽에 적어도 하나의 진동 댐퍼를 포함한다. 이러한 경우에, 한쪽 또는 양쪽의 배열은 요소의 외부 영역을 의미한다. 예를 들어, 특히 고정자인 제 2 요소가 실질적으로 중공 통형 형상을 갖고, 바람직하게는 특히 통체 형태의 발진기인 제 1 요소가 중공 통체 내부에 배열되는 경우, 적어도 하나의 진동 댐퍼는 중공 통체의 밑면 영역에 위치되고, 진동 댐퍼는 통체를 댐핑하도록 작용한다. 전술한 예에서, 중공 통체는 2개의 밑면 각각에 적어도 하나의 진동 댐퍼를 포함하고, 이 진동 댐퍼는 통체에 작용하고, 결과적으로 통체를 중공 통체 내부에 완충 방식으로 유지하는 것이 바람직하다.
진동 댐퍼 중 적어도 하나는 바람직하게는 스프링이며, 특히 나선형 스프링, 또는 자기 댐퍼 또는 가스 압력 댐퍼 또는 유압 댐퍼, 또는 특히 탄성의 충격 요소(impact element)로서 실현된다. 전자기 선형 액추에이터가 몇 개의 진동 댐퍼를 포함하는 경우, 진동 댐퍼 유형의 임의의 조합이 가능하다. 진동 댐퍼가 가스 압력 댐퍼인 경우, 이러한 진동 댐퍼는 댐핑에 사용되는 가스가 내부에 배열되는 멤브레인(membrane)을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 가스 압력 댐퍼는 밸브, 특히 조정 가능한 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터는 전자기 선형 액추에이터로부터 주위환경으로 힘을 전달하기 위해, 바람직하게는 제 1 요소에 연결된 푸시-로드 장치(push-rod device)를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 푸시-로드 장치는 적어도 하나의 푸시-로드, 특히 2개의 푸시-로드로 구성된다. 푸시-로드 장치는 댐핑 목적으로, 예를 들어 전자기 선형 액추에이터 외부에 배열된 댐핑 요소와 상호 작용할 수 있거나, 전자기 선형 액추에이터의 주위환경에 기계적 힘을 전달하는 역할을 할 것이다.
특히, 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터의 제 1 및/또는 제 2 요소는 적어도 하나의 철심 및/또는 적어도 하나의 철 케이싱을 포함한다. 예를 들어, 이러한 경우에 제 1 요소가 하나 이상의 영구 막대 자석 형태의 발진기로서 이루어진 디자인에서, 막대 자석이 중앙에 철심을 포함하거나, 철심이 예를 들어 반대 극성의 2개의 막대 자석 사이에 위치되는 것이 가능하다. 반면에, 철 케이싱의 맥락에서, 막대 자석이 양쪽에, 예를 들어 페이싱(facing) 형태의 철 요소를 포함하는 것이 가능하다.
제 1 요소 또는 제 2 요소는 직렬로 배열된 반대 극성의 적어도 2개의 자석을 포함하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 2개의 동일한 극이 적어도 2개의 자석에서 서로 대향하여 놓인다. 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터는 여기서는 제 1 요소가 직렬로 배열된 반대 극성의 적어도 2개의 자석을 포함하는 경우, 제 2 요소가 직렬로 배열된 반대 극성의 자석을 포함하지 않도록 구성되며, 반대로 제 2 요소가 직렬로 배열된 반대 극성의 적어도 2개의 자석을 포함하는 경우, 제 1 요소가 직렬로 배열된 반대 극성의 자석을 포함하지 않도록 구성된다. 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터가 예를 들어 제 2 요소가 서로 동축으로 배열되어 있는 2개의 코일을 포함하도록 구현되는 경우, 2개의 북극 또는 2개의 남극이 서로 대면한다. 상기 예에 따르면, 2개 초과의 코일, 예를 들어 3개의 코일이 존재하는 경우, 코일이 서로 대면하는 지점에서, 2개의 북극 또는 2개의 남극이 각각 서로 대향하여 놓인다.
고정자는 외부 양쪽에 2개의 동일한 고정자 극을 포함하거나, 발진기는 외부 양쪽에 2개의 동일한 발진기 극을 포함하는 것이 바람직하다. 고정자가 외부 양쪽에 2개의 동일한 고정자 극을 포함하는 구현예에서, 고정자는 예를 들어 중앙에서 2개의 대향하는 동일한 극 때문에, 전체적으로 중앙에 단일 극을 포함하는 것이 바람직하다. 발진기가 외부 양쪽에 2개의 동일한 발진기 극을 포함하는 구현예에서, 이것은 그에 따라 반전된다. 또한, 고정자가 외부 양쪽에 2개의 동일한 고정자 극을 포함하는 경우, 동일하고 반전된 발진기 극이 각각 이러한 동일한 고정자 극과 대면하는 것이 바람직하다. 이것은 발진기가 외부 양쪽에 2개의 동일한 발진기 극을 포함하는 구현예에서도 상응하게 구현된다.
기계적 이동을 생성하기 위한 본 발명에 따른 방법은 특히 진동을 생성하기 위한 방법이다. 상기 방법은 액추에이터에 의해 수행된다. 이러한 액추에이터는 제 1 및 제 2 요소를 포함하며, 하나의 요소, 특히 제 1 요소는 적어도 하나의 자석을 갖는 자기 발진기이고, 다른 요소, 특히 제 2 요소는 적어도 하나의 자석을 갖는 자기 고정자이다. 또한, 액추에이터는 발진기 및 고정자의 자화 방향이 평행하고 바람직하게는 서로 내부에 놓이도록 구현된다. 상기 방법은 자화 단계를 포함하며, 여기서 고정자는 2개의 대향하는 동일한 고정자 극을 포함하도록 자화되거나, 발진기는 2개의 대향하는 동일한 발진기 극을 포함하도록 자화된다. 자화 단계는 바람직하게는 전류를 발진기의 적어도 하나의 자석 내로 또는 고정자의 적어도 하나의 자석 내로 도입함으로써 발생하며, 이들 자석은 특히 전자석이다. 전류는 바람직하게는 전류원 및/또는 제어 장치에 의해 도입된다. 또한, 2개의 대향하는 동일한 극을 포함하도록 자화되지 않은 고정자 또는 발진기가 마찬가지로 자화되는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 경우에, 자화는 대향하는 상이한 극이 생성되거나, 한쪽에 북극이 생성되고 다른쪽에 남극이 생성되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 발진기 극의 반전이 일어나도록 발진기의 자화 변화를 포함하거나, 고정자 극의 반전이 일어나도록 고정자의 자화 변화를 포함한다. 특히 발진기와 고정자 사이의 안착 위치에서 시작하여, 자기 인력의 변화로 인한 발진기와 고정자 사이의 이러한 자화 변화 때문에 상대 이동이 일어날 수 있다. 고정자에 대한 발진기의 영구적 또는 연속적인 진동이 발생하도록 자화 변화가 영구적으로 또는 연속적으로 일어나는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법에 사용되는 액추에이터는 특히 축방향으로 자화된 적어도 하나의 자석을 갖는 제 2 요소의 적어도 한쪽에, 바람직하게는 양쪽에, 특히 제 2 요소와 동축으로 배열된 단부 요소를 더 포함한다. 본 발명에 따른 방법의 맥락에서, 제 2 요소 및 단부 요소의 동일 또는 반대 극이 서로 대향하여 놓이게 생성되도록, 바람직하게는 단부 요소의 이러한 적어도 하나의 자석의 자화의 추가 단계가 일어난다. 따라서, 단부 요소의 동일한 극성 또는 반대 극성은 대향하는 제 2 요소와 관련하여 발생한다. 적어도 하나의 단부 요소의 적어도 하나의 자석은 바람직하게는 여기서는 전자석, 특히 코일이다.
본 발명에 따른 방법은 전술한 전자기 선형 액추에이터에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명, 특히, 바람직하게는 커버로서 구현되는 적어도 하나의 단부 요소를 갖는 실시예의 실질적인 이점은 매우 강한 액추에이터가 존재하고, 따라서 예를 들어 강한 진동이 그에 의해 생성될 수 있다는 사실에 있다.
또한, 본 발명에 따른 액추에이터는, 특히 고정형의 용량성 사용자 인터페이스의 경우에, 사실적인 클릭 감각을 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어 스위치 특성, 또는 사용자에 대한 스위치 또는 유사 피드백이 본 발명의 액추에이터에 의해 표면 또는 유사부 상에 모방될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는 본 설명에 따른 본 발명의 액추에이터를 갖는 작동 요소에 있다. 이에 의해, 본 발명에 따른 액추에이터가 기계적 이동, 바람직하게는 진동에 의해, 특히 작동 요소의 표면에 전달하는 햅틱 및/또는 음향 신호는 작동 요소를 작동하는 사용자에게 보내질 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 본 설명에 따른 본 발명의 액추에이터를 갖는 자전거의 자전거 그립(bicycle grip) 또는 핸들바(handlebar)에 있다. 예를 들어, 내비게이션 장비 또는 유사물로부터의 햅틱 정보는 그러한 방식으로 자전거 탑승자에게 전달될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 양태는 본 설명에 따른 본 발명의 액추에이터를 갖는 의자, 특히 게임 의자에 있다. 따라서, 바람직하게는 컴퓨터 게임에서, 예를 들어 발사(shot), 폭발 등의 경우에, 의자에 착석한 사용자에 대한 햅틱 신호에 기초하여, 특히 가상 현실의 맥락에서 몰입 정도가 향상될 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 기초하여 하기에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 종래 기술의 솔레노이드 액추에이터의 사시도를 도시하고,
도 2는 본 발명의 전자기 선형 액추에이터의 일 실시예의 사시도를 도시하고,
도 3은 도 2의 전자기 선형 액추에이터의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 4는 운동 중인 도 2의 전자기 액추에이터의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 5는 본 발명의 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 사시도를 도시하고,
도 6은 도 5의 전자기 선형 액추에이터의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 7a 내지 도 7g는 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 다양한 도면을 도시하고,
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 다양한 도면을 도시하며,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 다양한 도면을 도시한다.
도 1은 종래 기술의 솔레노이드 액추에이터의 사시도를 도시하고,
도 2는 본 발명의 전자기 선형 액추에이터의 일 실시예의 사시도를 도시하고,
도 3은 도 2의 전자기 선형 액추에이터의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 4는 운동 중인 도 2의 전자기 액추에이터의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 5는 본 발명의 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 사시도를 도시하고,
도 6은 도 5의 전자기 선형 액추에이터의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 7a 내지 도 7g는 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 다양한 도면을 도시하고,
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 다양한 도면을 도시하며,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예의 다양한 도면을 도시한다.
동일한 요소는 도면에서 동일한 참조 부호로 식별된다. 명확화를 위해, 특히 요소가 이전에 이미 식별된 경우에, 참조 부호가 모든 도면에 제공되지는 않는다. 도면에 의해 도시된 실시예에서 동일한 요소가 수 차례 나타나는 경우, 예를 들어 구성요소가 여러 번 존재하기 때문에, 그러한 요소는 아포스트로피(apostrophe)에 의해 구별된다.
도 1의 종래 기술의 솔레노이드 액추에이터(100)는 처음에 논의되었다.
도 2에 도시된 전자기 선형 액추에이터(1)는 영구 자석(12)을 갖는 발진기(10)를 포함한다. 발진기(10)는 여기서는 전자기 선형 액추에이터(1)의 제 1 요소에 대응한다. 영구 자석(12)은 밑면으로서 원형을 갖는 중실 통체 형태를 갖는다. 발진기의 한쪽(18)에는 발진기 극(14)이 위치되고, 이것은 본 경우에는 남극(S)이다. 따라서, 발진기의 다른쪽(20)에는 북극(N)으로 구성된 다른 발진기 극(16)이 위치된다. 영구 자석(12)의 구현으로 인해, 발진기 중심(22)으로부터 자기 인력이 시작되지 않는다.
발진기(10)는 제 2 요소를 나타내는 고정자(40) 내부에 선형 방식으로 이동 가능하게 배열된다. 선형 이동성은 화살표(60)로 도시되어 있다. 고정자(40)는 특히 코일로서 형성된 중공 통체 형태의 2개의 전자석(42', 42")으로 구성된다. 도시된 실시예에서, 전자석(42')은, 예를 들어 도시되지 않은 전류원(current source) 및/또는 제어 유닛에 의해, 좌측의 북극(44') 및 우측의 남극(46')을 포함하는 방식으로 자화된다. 전자석(42')과 대향하여 동축으로 그리고 단부면에 전자석(42")이 놓여 있다. 전자석(42")은 좌측의 남극(44") 및 우측의 북극(46")을 포함하도록 자화된다. 전자석(42', 42")의 이러한 배열로 인해, 고정자(40)는 각각 남극인 2개의 대향하는 동일한 고정자 극(46', 44")을 중간에 포함한다. 따라서, 고정자(40)는 중간(52)에 남극 형태의 가상 고정자 극을 포함한다. 2개의 전자석(42', 42")의 자화 변화가 일어나서 북극과 남극이 각각 그들의 위치를 교환하면, 고정자(40)와 발진기(10) 사이의 자기 인력으로 인해 이동 방향(60)을 따른 선형 상대 이동이 발생한다. 전자석(42', 42")의 영구적 또는 연속적인 자화 변화의 경우에, 영구적인 진동이 일어나고, 그에 따라 발진기(10)와 고정자(40) 사이에서의 상대적인 영구적 전후 이동이 일어난다. 이에 의해, 예를 들어 진동에 대응할 수 있는 기계적 이동이 트리거된다.
도 3은 도 2의 전자기 선형 액추에이터(1)를 개략적인 단면도로 도시한다. 여기서는, 전자석(42')의 코일(43')과 전자석(42")의 코일(43")을 개략적으로 볼 수 있다.
도 4는 도 2의 전자기 선형 액추에이터의 3개의 상태를 도시한다.
I(도 4)은 초기 상태를 도시한다. 초기 상태에서, 예를 들어 전류가 전자석(42', 42")을 통해 흐르지 않기 때문에, 전자석(42', 42")은 자화되지 않는다. 따라서, 영구 자석(12)을 갖는 발진기(10)는 고정자(40) 내부의 중앙에 초기 위치에 위치된다.
II(도 4)는 도 2의 상태에 대응하는 전자석(42', 42")의 자화 상태를 도시한다. 자기 인력으로 인해, 영구 자석(12)을 갖는 발진기(10)는 이동 방향(62)을 따라 도시된 형태로 좌측으로 선형으로 이동한다.
자화 상태 III(도 4)에서, 전자석(42', 42")에서 자화의 변화가 발생하여, 북극과 남극이 각각 그 위치를 전환했다. 이러한 변화는 영구 자석(12)을 갖는 발진기(10)가, 위치 II로부터 시작하여 이동 방향(64)을 따라 우측을 향해 도시된 선형 이동을 완료하게 한다. 상태 II와 상태 III 사이의 영구적인 변화는 고정자(40) 내부의 발진기(10)의 연속적인 진동을 야기하여, 기계적 이동을 초래하고, 예를 들어 그러한 방식으로 진동을 생성한다.
도 5는 본 발명의 전자기 선형 액추에이터의 다른 실시예를 도시하며, 이러한 실시예는 실질적으로 도 2의 실시예에 대응한다. 도 2의 실시예와 대조적으로, 도 5의 전자기 선형 액추에이터(1)는 2개의 단부 요소(70, 72)를 포함한다. 단부 요소(70)는 여기서는 커버로서 구현되고, 좌측의 전자석(42')에 바람직하게는 일체로 연결된다. 따라서, 전자석(42') 및 커버(70)는 코일 포트(coil pot)를 형성한다. 대응하는 방식으로, 단부 요소(72)는 전자석(42")으로 구현된다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 단부 요소(70)는 코일로서 실현된 전자석(71)을 포함한다. 전자석(71)은 단부 요소(70)가 좌측에 도시된 남극(74) 및 우측에 도시된 북극(76)을 포함하도록 자화된다. 따라서, 단부 요소(70)는 전자석(42')과 동일한 극성을 갖고, 그에 따라 단부 요소(70)의 북극(76)은 전자석(42')의 남극(44')과 대향하여 위치된다. 전자기 선형 액추에이터(1)의 기존 자화로 인해, 이러한 전자기 선형 액추에이터(1)는 좌측(및 우측)에 가상 남극(78)을 포함한다. 전자석(42', 42")의 자화 변화가 (도 4에 따라) 일어나면, 전자석(71, 73)의 자화 변화가 동기적으로 발생하여, 극(74, 76, 44', 46', 44", 46", 74', 76')은 각각 반대 극을 갖는다.
여기서, 그리고 또한 적어도 하나의 단부 요소를 갖는 다른 실시예에서, 동기적인 자화 변화 외에도, 특히 중공 통체 형태의 전자석(42', 42") 또는 단부 요소(70, 72)의 전자석(71, 73)의 자화 변화만도 가능하다.
도 7a의 실시예는 실질적으로 도 6( 및 도 5)의 실시예에 대응한다. 그러나, 도 6의 실시예와 대조적으로, 도 7a의 실시예는 전자석(71)을 갖는 단부 요소(70)를 포함하며, 단부 요소(70)는 전자석(42')과 반대 극성을 갖는다. 따라서, 단부 요소(70) 및 전자석(42')과 관련하여, 2개의 동일한 극, 즉 단부 요소(70)의 남극(76) 및 전자석(42')의 남극(44')이 서로 대향하여 놓인다. 도 7a의 전자기 선형 액추에이터(1)의 자화로 인해, 이러한 전자기 선형 액추에이터(1)는 좌측(및 우측)에 가상 북극(78)을 갖는다. 또한, 단부 요소(70)와 전자석(42') 사이(및 단부 요소(72)와 전자석(42")) 사이에는 가상 남극(79)이 위치된다.
도 7a의 실시예는, 특히 여기서는 남극으로 도시된 단부 요소에서의 활성 내부 가상 극 때문에, 단부 효과에서 도 6의 실시예와 상이하다. 도 7a의 실시예에서, 이것은 도 6의 실시예와 비교하여 약간 더 낮은 효과 레벨을 야기한다. 그러나, 발진기(10)의 최대 변위에서, 이것은 예컨대 적어도 하나의 댐퍼로 인해(도 8a 내지 도 8c 참조), 예를 들어 최대 변위가 달성될 수 없는 경우에 유리할 수 있다.
도 7b의 실시예는 실질적으로 도 7a의 실시예에 대응한다. 도 7a의 실시예와 대조적으로, 도 7b의 단부 요소(70)는 커버가 아니라 코일(71)을 갖는 중공 통체(70)로서 실현된다. 발진기(10)와 고정자(40) 사이의 상대적인 이동시에, 발진기(10)는 결과적으로 고정자(40) 밖으로 적어도 부분적으로 이동하고, 단부 요소(70)로 들어갈 수 있다.
중공 통체 형태의 적어도 하나의 단부 요소(70)를 갖는 변형예(예를 들어, 도 7b)의 효과 레벨은 커버 형태의 단부 요소를 갖는 실시예(예를 들어, 도 7a)보다 실질적으로 작다. 그러나, 이 디자인은, 개방 구성으로 인해, 특히 균일한 내경으로 인해, 매우 간단한 조립을 허용한다. 또한, 추가적인 댐핑 없이 발진기(10)의 부드러운 진동이 용이해진다.
도 7c의 실시예는 실질적으로 도 6(및 도 5)의 실시예에 대응한다. 도 6의 실시예와 대조적으로, 발진기(10)는 단 하나의 영구 자석(12)이 아니라, 2개의 영구 자석(12', 12")을 포함한다. 자력을 최적화하기 위해, 2개의 영구 자석(12' 및 12") 사이에 철심(30)이 배열된다.
도 7d의 실시예는 실질적으로 도 6(및 도 5)의 실시예에 대응한다. 도 6의 실시예와 대조적으로, 특히 보다 작은 폭으로 구현된 도 7d의 영구 자석(12)은 양쪽에 2개의 철 케이싱 요소(32', 32") 형태의 철 케이싱을 포함한다. 이에 의해, 자화가 최적화될 수 있다.
페라이트 코어(ferrite core)(예를 들어, 도 7c 및 도 7d)는 특히 비용 효율적인 원심 질량을 실현하는 것을 가능하게 한다.
도 7e의 실시예는 직렬로 동축으로 배열된 3개의 전자석(42', 42'")을 포함하며, 전자석(42')은 전자석(42")과 반대 극성으로 구현되고, 전자석(42")은 전자석(42'")과 반대 극성으로 구현된다. 전자석(42')과 전자석(42") 사이에는 각각 북극인 동일한 고정자 극(46', 44")이 서로 대향하여 놓인다. 전자석(42", 42'")과 관련하여, 대향하는 동일한 고정자 극(46", 44'")은 남극이다. 따라서, 전자석(42', 42") 사이에서는 지점(52')에 가상 북극이 존재하고, 전자석(42", 42'") 사이에서는 지점(52")에 가상 남극이 존재한다. 발진기(10)는 바람직하게는 서로 고정된 반대 극성의 2개의 영구 자석(12', 12")을 포함한다. 도시된 실시예에서, 2개의 북극은 결과적으로 영구 자석(12', 12") 사이의 발진기 극(20', 18")에서 서로 대향하여 놓이며, 이로 인해 북극으로서 실현되는 가상 발진기 극이 지점(22)에 존재한다.
도 7f의 실시예는 실질적으로 도 7e의 실시예에 대응한다. 도 7e의 실시예와 대조적으로, 도 7f의 실시예는 자화를 조정하기 위한 2개의 영구 자석(12', 12") 사이에 철심(30)을 포함한다.
도 7g의 실시예는 실질적으로 도 3(및 도 2)의 실시예에 대응한다. 도 3의 실시예와 대조적으로, 도 7g의 발진기(10)는 영구 자석(12)을 포함하고, 영구 자석(12)의 폭은 고정자(40)의 폭 또는 전자석(42', 42")의 외부 간격보다 크다. 따라서, 발진기(10)는 양쪽에서 고정자(40)로부터 돌출된다.
도 8a의 실시예에서, 전자기 선형 액추에이터(1)는 2개의 진동 댐퍼(80', 80")로 구성된 진동 댐핑 장치를 포함한다. 도시된 실시예에서, 이들은 고정자(40)에 대한 발진기(10)의 이동을 댐핑시키는 2개의 스프링 요소(80', 80")이다. 진동 댐퍼(80')(및/또는 진동 댐퍼(80"))가 특히 단부 요소(70(72)) 및/또는 발진기(10) 및/또는 고정자(40) 상에 장착되고, 특히 그에 부착되는 것이 가능하다. 또한, 진동 댐퍼(80')(및 진동 댐퍼(80'))가 단부 요소(70(72))와 발진기(10) 사이에, 예를 들어 느슨하게, 바로 배열되는 것도 가능하다. 더욱이, 진동 댐퍼(80')(및 진동 댐퍼(80"))가 단부 요소(70(72)) 및/또는 발진기로부터 소정 거리로 이격되어 있는 것도 가능하다. 또한, 진동 댐퍼가 한쪽에만 배열되는 것도 가능하다. 오로지 한쪽 배열의 이러한 옵션은 마찬가지로 도 8b 및 도 8c의 실시예에도 적용된다.
도 8a의 실시예와 대조적으로, 도 8b의 실시예는 진동 댐퍼로서 스프링을 포함하지 않고, 단부 요소(70', 72)에 자기 댐퍼(80', 80")를 포함한다. 자기 댐퍼(80', 80")는 발진기(10)의 영구 자석(12)의 자기장과 상호 작용하여 고정자(40)에 대한 발진기(10)의 이동을 댐핑시킨다.
도 8b의 실시예와 대조적으로, 도 8c의 실시예는 자기 댐퍼를 포함하지 않고, 압축 공기 댐퍼(80', 80")를 포함한다. 도시된 실시예에서, 압축 공기 댐퍼(80', 80")는 밸브(82', 82")뿐만 아니라, 발진기(10)와 연관된 멤브레인(membrane)(84', 84")을 갖는다. 밸브(82')와 멤브레인(84') 사이(및 밸브(82")와 멤브레인(84") 사이)에는 예를 들어 압축 공기가 존재하고, 이는 고정자(40)에 대한 발진기(10)의 이동의 댐핑을 보장한다. 밸브(82', 82")는 바람직하게는 본 경우에 조정 가능하게 실현되며, 그에 따라 가변 댐핑이 발생할 수 있다.
도 8d의 실시예는 발진기(10)의 양측에서 발진기(10)에 연결된 푸시-로드(push rod)(90', 90")를 도시한다. 푸시-로드(90')는 발진기(10)로부터 시작하여, 단부 요소(70)의 개구를 통해 연장된다. 푸시-로드(90")는 발진기(10)로부터 시작하여, 단부 요소(72)의 개구를 통해 연장된다. 이러한 방식으로, 발진기(10)의 기계적 이동을 전자기 선형 액추에이터의 주위환경으로 전달하는 것이 가능하다. 이에 의해, 푸시-로드로부터의 힘은 예를 들어 주위환경에서 감소될 수 있고, 그리고/또는 댐핑이 전자기 선형 액추에이터의 주위환경에 있는 댐핑 장치(도시되지 않음)에 의해 수행될 수 있다. 단일 푸시-로드(90', 90")만이 제공되는 것이 가능하다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 전자기 선형 액추에이터(1)의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 도 1 내지 도 8과 대조적으로, 도 9a 내지 도 9d(및 도 10a, 도 10b, 도 11a 및 도 11b)의 선형 액추에이터는 실질적으로 원통형 형상을 갖지 않고, 직사각형 통체 형상을 갖는다. 따라서, 발진기(10) 및 고정자(40)는 마찬가지로 실질적으로 직사각형의 중공 통체 형상을 갖는다.
도 9a는 실질적으로 중공의 직사각형 반통체(40', 40")인 2개의 요소로 실질적으로 구성된 고정자(40)를 도시한다. 반통체(40', 40")는 본 경우에 동일하게 구현된다. 각각의 반통체(40', 40")는 상이한 크기의 2개의 직사각형 쉘 형상(98', 98")을 갖는다. 반통체(40', 40")는 바람직하게는 하나의 단부면에서 개방되어 있고, 바람직하게는 다른 단부면에서 폐쇄되어 있다. 이러한 폐쇄된 단부에서, 반통체(40', 40")는 각각 단부 요소(70, 72)에, 바람직하게는 일체로 연결된다(도 9b의 I 참조). 단부 요소(70)(및 단부 요소(72))는 바람직하게는 여기서는 T-자형 단면을 갖는다. T-자형부의 종방향 부재(96)는 본 경우에 반통체(40")에 연결되고, 다른 단부에서 횡방향 부재(94)를 포함한다.
선형 액추에이터를 형성하기 위해, 2개의 반통체(40', 40")는 도 9에 나타낸 바와 같이, 트위스트된 반통체(twisted half-cylinder)(40', 40")의 플러그인 연결(plug-in connection)에 의해 서로 연결된다(도 9c 참조).
발진기(10)는 고정자(40)의 내부 공동에서 선형으로 이동 가능하도록 배열된다. 특히 마찰을 최소화할 뿐만 아니라, 내부의 공기 순환을 허용하기 위해, 고정자(40)는 내부 쉘 표면 상에 리브(rib)(92)가 종방향으로 연장되는 리브 프로파일(rib profile)을 갖는다. 발진기(10)는 이들 리브(92) 상을 따라 슬라이딩할 수 있다.
발진기(10)는 영구 자석(12)을 포함하고, 바람직하게는 영구 자석으로 구성된다. 영구 자석(12)은 특히 선형-자화 영구 자석이다.
도 9b는 도 9a의 발진기(10)가 내부에 배열된 반통체(40")의 다양한 도면을 도시한다.
I는 평면도를 도시한다. II는 측면도를 도시하고, III는 배면도를 도시한다.
I에서는, 2개의 진동 댐퍼(80', 80")로 구성된 진동 댐핑 장치를 볼 수 있으며, 이 장치는 반통체(40")의 한쪽에, 특히 일체로 연결되어 있다. 진동 댐핑 장치는 특히 단부 요소(70)의 영역에 위치된다. 진동 댐핑 장치는 2개의 가요성 아암(80', 80")을 포함한다. 발진기(10)의 이동과, 가요성 아암(80', 80")에 대한 발진기(10)의 충격의 경우에, 이들 가요성 아암(80', 80")은 종방향으로 가요적으로 항복하고, 그에 따라 발진기(10)를 댐핑시키고, 특히 고정자(40)에 펄스를 방출한다. 여러 펄스를 이용하여, 선형 액추에이터(1)에 의해 진동을 생성하는 것이 가능하다. 반통체(40', 40")의 동일한 구성과, 서로 대향하는 플러깅으로 인해, 고정자(40)는 종방향 양단부에 진동 댐퍼를 포함하고, 그에 따라 발진기(10)가 고정자(40) 내부에서 전후로 진동할 때, 댐핑 및/또는 펄스 전달이 양쪽에서 발생한다.
도 9c는 도 9a의 조립된 선형 액추에이터(1)의 평면도를 도시한다.
도 9c는 고정자 자석(42', 42")뿐만 아니라, 단부 요소(70, 72)의 자석(71, 73)을 개략적으로 도시한다. 이들 자석(71, 73, 42', 42")은 단일 코일(43)에 의해 형성되고, 그에 따라 특히 일체형이다.
코일(43)은 여기서는 단부 요소(70, 72) 및 고정자(40) 위에 권선된다. 특히, 코일 권선은 단부 요소(70 또는 72)에서 시작하여, 고정자(40)를 가로질러 연장되고, 다른 단부 요소(70, 72)에서 종단된다.
코일(43)의 권선 방향은 X 표시 및 점 표시에 의해 개략적으로 도시되어 있다. 단부 요소(70)의 영역(좌측에 도시됨) 및 고정자(40)의 좌측 절반 영역에서, 코일은 동일한 방향으로 권선되어, 단부 요소(70)의 자석(71)과 자석(42')은 동일한 극성을 갖는다. 선형 액추에이터(1) 및 고정자(40)의 중간에서, 코일(43)의 권선 방향의 변화가 권선 반전부(45)에서 발생한다(또한 도 9d 참조). 권선 변화는 스트럿(strut)(99', 99") 사이에서 도시된 바와 같이 발생하며, 본 경우에 스트럿 중 하나(99") 주위로 코일(43)을 구부리는 것이 바람직하다(도 9d 참조). 따라서, 코일(43)의 반대 권선은 선형 액추에이터의 우측 절반에서 발생한다. 이것은 고정자(40)의 2개의 자석(42', 42")이 서로 반대 극성을 갖게 한다. 코일(43) 및 그에 따라 자석(71, 73, 42', 42")의 예시적인 제 1 자화 상태가 문자 S, N으로 도시되어 있다.
도 9d는 도 9c에 기초한 선형 액추에이터(1)의 다른 도면을 도시한다(그러나, 명확화를 위해 진동 댐퍼는 생략됨). 도 9d는 코일(43)의 권선과, 스트럿(99") 주위의 지점(45)에서의 권선 방향의 변화를 개략적으로 도시한다.
도 9a 내지 도 9d의 구현예에 있어서, 중앙 반대 극성을 포함하는 4개의 자석(71, 73, 42', 42")의 구현예는 유리하게는 단 하나의 코일(43)에 의해 실현된다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 선형 액추에이터(1)의 다른 실시예를 도시하며, 이 구현예는 실질적으로 도 9a 내지 도 9d의 구현예에 대응한다. 본 경우의 실시예는 특히 발진기(10)뿐만 아니라 고정자(40)의 형태로 인해 상이하며, 도 9a 내지 도 9d의 선형 액추에이터(1)는 도 10a 및 도 10b의 선형 액추에이터(1)보다 편평하거나, 작은 높이를 갖는다. 또한, 이들 실시예는 진동 댐핑을 위한 하나의 가요성 아암(80')만이 한쪽에, 바람직하게는 반통체(40")와 일체로 형성된다는 점에서 상이하다.
도 10b는 하기의 도면을 도시한다:
I은 평면도이고, II는 측면도이고, III은 아래에서 본 도면이고, IV는 정면도이며, V는 배면도이다. 도 10b에는 바람직한 치수가 도시되어 있다. 이들 치수는 예시적인 치수일 뿐이며, (도면에서) 제거될 수도 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 선형 액추에이터(1)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예는 여기서는 실질적으로 도 10a 및 도 10b의 실시예에 대응하며, (또다시) 발진기(10) 및 고정자(40)와 관련하여 다른 형태가 존재한다. 이것은 도 10a 및 도 10b의 구현예와 비교하여 실질적으로 더 정사각형 형상이다.
Claims (25)
- 전자기 선형 액추에이터(1)로서,
제 1 요소 및 제 2 요소를 포함하며,
하나의 요소, 특히 상기 제 1 요소는 적어도 하나의 자석(12)을 갖는 자기 발진기(10)이고, 다른 요소, 특히 상기 제 2 요소는 적어도 하나의 자석(42)을 갖는 자기 고정자(40)이고,
상기 2개의 요소는 서로에 대해 상대적으로 선형으로 이동 가능하고,
상기 발진기(10) 및 상기 고정자(40)의 자화 방향은 평행하고, 바람직하게는 서로 내부에 놓여 있는, 상기 전자기 선형 액추에이터(1)에 있어서,
상기 고정자(40)는 2개의 대향하는 동일한 고정자 극(44, 46)을 포함하거나,
상기 발진기(10)는 2개의 대향하는 동일한 발진기 극(14, 16)을 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항에 있어서,
상기 발진기(10)와 상기 고정자(40) 사이의 상대 이동을 생성하기 위해 상기 고정자(10) 또는 상기 발진기(40)의 자화를 특히 영구적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 요소는 상기 제 2 요소 내부에 적어도 부분적으로 배열되는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 요소는 실질적으로 통형, 특히 원통체 형태이고, 상기 제 1 요소는 바람직하게는 축방향 자화를 갖는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 요소는 실질적으로 중공 통체, 특히 중공 원통체 또는 중공 직사각형으로 형성되고, 상기 제 2 요소는 바람직하게는 축방향 자화를 갖는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 요소는 2개의 연결된, 바람직하게는 플러깅된, 반통체(40', 40")를 포함하고, 특히 상기 반통체(40', 40")로 구성되는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석(12, 42) 중 적어도 하나, 특히 적어도 하나의 발진기 자석(12)은 바람직하게는 막대 자석 형태의 영구 자석인 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석(12, 42) 중 적어도 하나, 특히 적어도 하나의 고정자 자석(42)은 전자석, 바람직하게는 코일인 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 요소는 단부에 서로 동축으로 배열되는 중공 통체 형상, 특히 중공 원통체 형상의 적어도 2개의 자석(12, 42)을 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 요소의 한쪽에 적어도 하나의 단부 요소(70, 72)를 포함하고, 특히 상기 제 2 요소의 양쪽에 각 경우에 적어도 하나의 단부 요소(70, 72)를 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 단부 요소(70, 72)는 바람직하게는 축방향으로 자화된 적어도 하나의 자석(71, 73)을 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 11 항에 있어서,
상기 단부 요소(70, 72)의 적어도 하나의 자석(71, 73)은 각각 상기 단부 요소(70, 72)가 배열된 요소의 극(14, 16, 44, 46)과 동일하거나 반대인 극성을 갖는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 단부 요소(70, 72)는 커버 또는 중공 통체로 형성되고, 상기 단부 요소(70, 72)는 특히 상기 단부 요소(70, 72)가 배열된 요소와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 요소에 대한 상기 제 1 요소의 진동 댐핑을 위한 진동 댐핑 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 13 항에 있어서,
상기 진동 댐핑 장치는 상기 제 1 요소와 상기 제 2 요소 사이에서, 한쪽에 적어도 하나의 진동 댐퍼(80)를 포함하고, 바람직하게는 양쪽에 각 경우에 적어도 하나의 진동 댐퍼(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 진동 댐퍼(80) 중 적어도 하나는,
- 스프링, 특히 나선형 스프링, 또는
- 자기 댐퍼, 또는
- 가스 압력 댐퍼, 또는
- 유압 댐퍼, 또는
- 특히 탄성의, 충격 요소인 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자기 선형 액추에이터로부터 주위환경으로 힘을 전달하기 위해, 바람직하게는 상기 제 1 요소에 연결된 푸시-로드 장치(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 요소 및/또는 상기 제 2 요소는 적어도 하나의 철심(30) 및/또는 적어도 하나의 적어도 부분적인 철 케이싱(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 요소 또는 상기 제 2 요소는 직렬로 배열된 반대 극성의 적어도 2개의 자석(12, 42)을 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발진기(10) 또는 상기 고정자(40)는 2개의 대향하는 동일한 발진기 극(14, 16) 또는 2개의 대향하는 동일한 고정자 극(44, 46)을 생성하도록 권선 방향이 변화되는 하나의 코일(43), 특히 단일 코일(43)을 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정자(40)는 외부 양쪽에 2개의 동일한 고정자 극(44, 46)을 포함하거나, 상기 발진기(10)는 외부 양쪽에 2개의 동일한 발진기 극을 포함하는 것을 특징으로 하는
전자기 선형 액추에이터. - 액추에이터(1)에 의해 기계적 이동, 특히 진동을 생성하기 위한 방법으로서, 상기 액추에이터는 제 1 요소 및 제 2 요소를 포함하며,
하나의 요소, 특히 상기 제 1 요소는 적어도 하나의 자석을 갖는 자기 발진기(10)이고,
다른 요소, 특히 상기 제 2 요소는 적어도 하나의 자석을 갖는 자기 고정자(40)이고,
상기 발진기(10) 및 상기 고정자(40)의 자화 방향은 평행하고, 바람직하게는 서로 내부에 놓여 있는, 상기 기계적 이동을 생성하기 위한 방법에 있어서,
상기 고정자(40)가 2개의 대향하는 동일한 고정자 극(44, 46)을 갖도록 상기 고정자(40)를 자화하거나, 상기 발진기(10)가 2개의 대향하는 동일한 발진기 극(14, 16)을 갖도록 상기 발진기(10)를 자화하는 것을 특징으로 하는
기계적 이동을 생성하기 위한 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 발진기(10)와 상기 고정자(40) 사이의 상대 이동을 생성하기 위해, 상기 발진기 극(14, 16)의 반전이 일어나도록 상기 발진기(10)의 자화를 특히 영구적으로 변화시키거나, 상기 고정자 극(44, 46)의 반전이 일어나도록 상기 고정자(40)의 자화를 특히 영구적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는
기계적 이동을 생성하기 위한 방법. - 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
상기 액추에이터(1)는 상기 제 2 요소의 적어도 한쪽에, 바람직하게는 양쪽에, 특히 상기 제 2 요소와 동축으로 배열된 단부 요소(70, 72)를 더 포함하고, 상기 단부 요소(70, 72)는 특히 축방향으로 자화된 적어도 하나의 자석(71, 73)을 가지며, 상기 적어도 하나의 자석은 상기 제 2 요소 및 상기 단부 요소(70, 72)의 동일 또는 반대 극(74, 76)이 서로 대향하여 놓이도록 자화되는 것을 특징으로 하는
기계적 이동을 생성하기 위한 방법. - 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터(1)는 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 특징에 따라 구성되는 것을 특징으로 하는
기계적 이동을 생성하기 위한 방법.
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