KR20210102862A

KR20210102862A - 저자력 영구자석 액츄에이터

Info

Publication number: KR20210102862A
Application number: KR1020210032792A
Authority: KR
Inventors: 송기현
Original assignee: 송기현
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2021-08-20
Also published as: KR102248495B1

Abstract

링크의 지렛대 원리를 이용하여 저자력으로 구동될 수 있도록 된 저자력 영구자석 액츄에이터가 개시되어 있다.
이 개시된 영구자석 액츄에이터는 제1접촉부에 대해 제2접촉부를 상대 이동시킴으로써 제1 및 제2접촉부가 상호 이격 또는 접촉되도록 구동하는 것으로, 전원이 인가되지 않은 상태에서, 제1접촉부와 제2접촉부가 상호 이격된 상태를 유지하도록 하는 이격 유지부와; 전원이 인가되지 않은 상태에서, 제1접촉부와 제2접촉부가 상호 접촉된 상태를 유지하도록 하는 접촉 유지부와; 자기력에 의하여 구동력을 제공하는 것으로, 제1접촉부에 대해 이격된 상태의 제2접촉부를 제1접촉부에 접촉되는 방향으로 이동시키는 제1전자석과; 자기력에 의하여 구동력을 제공하는 것으로, 제1접촉부와 접촉된 상태의 제2접촉부를 제1접촉부로부터 이격시키는 제2전자석과; 이격 유지부, 접촉 유지부, 제1전자석 및 제2전자석 각각의 사이에 마련되어 동력을 전달하는 것으로, 고정 위치에서 고정되거나 회전 중심이 되는 적어도 하나의 고정점과, 회전 및/또는 이동 가능하게 설치되는 적어도 하나의 이동점을 기준으로 상호 연결 가능하게 설치되는 링크 유닛을 포함한다.

Description

저자력 영구자석 액츄에이터 {PERMANENT MAGNETIC ACTUATOR USING LOW MAGNETIC FORCE}

본 발명은 영구자석 액츄에이터에 관한 것으로서, 상세하게는 링크의 지렛대 원리를 이용하여 저자력으로 구동될 수 있도록 된 저자력 영구자석 액츄에이터(Permanent Magnetic Actuator; 이하 'PMA'라 함)에 관한 것이다.

일반적으로 PMA는 영구자석의 자계와 코일에서 여자된 자계의 힘에 의해 가동자가 직선 운동하도록 하는 액츄에이터이다. 이 PMA는 전력 계통의 차단기와 개폐기 또는 여러 기계장치의 구동기를 작동시키는데 사용된다.

종래의 PMA가 하기의 특허문헌 1 및 2에 개시된 바 있다.

특허문헌 1에 따른 PMA는 고정철심, 가동자, 영구자석 및 제1 및 제2코일을 포함하여 구성된다. 이 PMA는 영구자석이나 제1 및 제2코일의 자로가 밀폐되지 않는 구조를 가지므로 누설자속이 크다. 이 장치는 규소 강판 등을 사용한 투자율이 큰 철심과, 네오디움 등의 강력한 자력을 가지는 영구자석을 사용할 것이 요구된다. 따라서 제1 및 제2 코일에 인가되는 전류 값 또한 커야 구동 가능하므로, PMA 구동시 전력 소모가 클 수 있다.

특허문헌 2에 따른 PMA는 중공된 원통형의 코일하우징 및 이 코일하우징에 감기는 코일을 포함하여 구성된 것으로, 코일의 내구성 및 제작 편의성이 향상된 이점이 있다. 반면, PMA를 직접 구동하는 구성을 가지므로, 특허문헌 1에 개시된 PMA와 같이 PMA 구동을 위한 전력소모가 여전히 클 수 있다.

등록특허공보 10-1328587 (2013. 11. 13.) 등록특허공보 10-1783561 (2017. 09. 29.)

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 지렛대 원리를 적용함으로써 저자력으로 구동 가능한 구조의 저자력 영구자석 액츄에이터 (PMA)를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1접촉부에 대해 제2접촉부를 상대 이동시킴으로써, 상기 제1 및 제2접촉부가 상호 이격 또는 접촉되도록 구동하는 영구자석 액츄에이터에 있어서, 전원이 인가되지 않은 상태에서, 상기 제1접촉부와 상기 제2접촉부가 상호 이격된 상태를 유지하도록 하는 이격 유지부와; 전원이 인가되지 않은 상태에서, 상기 제1접촉부와 상기 제2접촉부가 상호 접촉된 상태를 유지하도록 하는 접촉 유지부와; 자기력에 의하여 구동력을 제공하는 것으로, 상기 제1접촉부에 대해 이격된 상태의 상기 제2접촉부를 상기 제1접촉부에 접촉되는 방향으로 이동시키는 제1전자석과; 자기력에 의하여 구동력을 제공하는 것으로, 상기 제1접촉부와 접촉된 상태의 상기 제2접촉부를 상기 제1접촉부로부터 이격시키는 제2전자석과; 상기 이격 유지부, 상기 접촉 유지부, 상기 제1전자석 및 상기 제2전자석 각각의 사이에 마련되어 동력을 전달하는 것으로, 고정 위치에서 고정되거나 회전 중심이 되는 적어도 하나의 고정점과, 회전 및/또는 이동 가능하게 설치되는 적어도 하나의 이동점을 기준으로 상호 연결 가능하게 설치되는 링크 유닛을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 이격 유지부는, 상기 제2접촉부가 탄성력에 의하여 상기 제1접촉부로부터 이격된 상태를 유지하도록 하는 탄성 바이어스부 및 상기 제2접촉부가 자기력에 의하여 상기 제1접촉부로부터 이격된 상태를 유지하도록 하는 영구자석부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 접촉 유지부는, 상기 제1 및 제2접촉부가 자기력에 의하여 상호 접촉된 상태를 유지하도록 하는 영구자석부를 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 영구자석 액츄에이터을 구성함에 있어서, 상기 고정점은, 각각 소정 위치에 고정 내지 회전 가능하게 설치된 제1 및 제2고정점을 포함하고, 상기 이동점은, 상기 제1 및 제2고정점 각각을 회전중심으로 하여 회동 이동하는 제1 및 제2이동점과, 상기 제1이동점의 이동에 연동되어 왕복 이동하는 제3이동점을 포함할 수 있다

이 경우, 상기 링크유닛은, 상기 접촉 유지부에 대해 움직임 가능하게 배치되는 제1작동판과; 상기 제2전자석에 대해 움직임 가능하게 배치되는 제2작동판과; 상기 제1고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 제1고정점과 상기 제1이동점을 연결하는 제1링크와; 상기 제1이동점과 상기 제3이동점 사이에 회동 및 이동 가능하게 설치된 제2링크와; 상기 제3이동점과 상기 제2접촉부 사이에 왕복 이동 가능하게 설치된 제3링크와; 상기 제1전자석과 상기 제1이동점 사이에 설치되는 것으로, 상기 제1전자석에서 제공되는 인력(引力)에 의해 상기 제1이동점을 이동시키는 제4링크와; 상기 제2고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 제2고정점과 상기 제2이동점을 연결하는 제5링크와; 상기 제1이동점과 상기 제2이동점을 연결하는 제6링크와; 상기 제2이동점과 상기 제1작동판 사이를 연결하는 제7링크와; 상기 제2이동점과 상기 제2작동판 사이를 연결하는 제8링크를 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 영구자석 액츄에이터을 구성함에 있어서, 상기 고정점은, 각각 소정 위치에 설치되는 제1 내지 제3고정점을 포함하고, 상기 이동점은, 상기 제1고정점을 회전중심으로 하여 회동하는 제1 및 제2이동점과, 상기 제2고정점을 회전중심으로 하여 회동하는 제3이동점과, 상기 제2이동점의 이동에 연동되어 왕복 이동하는 제4이동점과, 상기 제1고정점을 회전 중심으로 하여 회동 가능하게 설치되는 가압점을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 링크유닛은, 상기 제2고정점에 대해 회전 운동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 접촉 유지부에 대해 움직임 가능하게 배치되는 제1작동판과; 상기 제2전자석에 대해 움직임 가능하게 배치되는 제2작동판과; 상기 제1고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 제1고정점과 상기 가압점 사이를 연결하며, 상기 제1전자석에서 제공되는 척력(斥力)에 의해 상기 제1고정점을 회동시키는 제1링크와; 상기 제1고정점과 상기 제1이동점 사이를 연결하며, 상기 제1고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 제2링크와; 상기 제1이동점과 상기 제3이동점 사이에 이동 가능하게 설치된 제3링크와; 상기 제2고정점과 상기 제3이동점 사이를 연결하며, 상기 제2고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 제4링크와; 상기 제3이동점과 상기 제2작동판 사이를 연결하며, 상기 제2전자석에서 제공되는 인력에 의해 상기 제3이동점을 이동시키는 제5링크와; 상기 제1고정점과 상기 제2이동점 사이를 연결하며, 상기 제1고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 제6링크와; 상기 제2이동점과 상기 제4이동점 사이에 움직임 가능하게 설치되는 제7링크와; 상기 제4이동점과 상기 제2작동판 사이를 연결하는 것으로, 제3고정점으로 회동 운동 가능하게 설치되는 제8링크를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터는 링크유닛을 구성함에 있어서 2개의 삼절링크 내지 혼합 삼절링크 구조를 적용함으로써, 접촉과 이격 상태 사이의 위치를 변경하는 제1 및 제2전자석의 행정거리를 최대 이격 거리 이상으로 설정하는 것이 가능하다. 이에 따라 본 발명은 자력이 상대적으로 약한 세라믹을 자석을 적용하더라도 성능 저하없이 안정적으로 PMA를 작동시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 희토류계 자석을 사용하지 않으므로 저가격화로 구성이 가능하다.

더 나아가, 본 발명은 제1 및 제2접촉부 사이의 이격과 접촉 상태 변화시에만 전자석 구동전류를 인가하고, 동일 상태을 유지하는 경우에는 외부 전원이 인가되지 않는 구조를 가진다. 이에 따라 저전력으로 PMA를 구성할 수 있다는 이점이 있다.

또한 본 발명은 저자력의 영구자석을 이용하여 접촉 상태를 유지하므로, 비상시 접촉을 해제하고자 하는 경우 작은 힘으로도 수동 개방이 용이하다는 이점이 있다.

본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명되지만, 이러한 도면은 본 발명의 실시예들을 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터를 보인 개략적인 평면도이다.
도 2및 도 3 각각은 제1실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터의 동작 원리를 설명하기 위한 개념도로서, 도 2는 접점이 이격된 상태를 보인 도면이고, 도 3은 접점이 접촉된 상태를 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터를 보인 개략적인 평면도이다.
도 5및 도 6 각각은 제2실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터의 동작 원리를 설명하기 위한 개념도로서, 도 2는 접점이 이격된 상태를 보인 도면이고, 도 3은 접점이 접촉된 상태를 보인 도면이다.

이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터를 보인 개략적인 평면도이고, 도 2및 도 3 각각은 제1실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터의 동작 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터(이하, 'PMA'라함)는 제1접촉부(11)에 대해 제2접촉부(15)를 상대 이동시킴으로써, 상기 제1 및 제2접촉부(11)(15)가 상호 이격 또는 접촉되도록 구동한다. 또한 본 발명에 따른 PMA는 제2접촉부(15)의 동작 상태가 이격에서 접촉으로 또는 접촉에서 이격으로 변화되는 경우에만 구동 전원을 인가할 수 있도록 된 구성을 가진다. 즉, 이격 상태 또는 접촉 상태를 유지하는 경우는 별도의 전원 공급없이 동일한 상태를 유지하도록 된 구성을 가진다.

이를 위하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터는 이격 유지부(20), 접촉 유지부(30), 제1 및 제2전자석(40)(50) 및, 링크유닛(100)을 포함한다.

이격 유지부(20)는 전원이 인가되지 않은 상태에서, 상기 제1접촉부(11)와 상기 제2접촉부(15)가 상호 이격 된 상태를 유지하도록 한다. 이 이격 유지부(20)는 제2접촉부(15)가 탄성력에 의하여 상기 제1접촉부(11)로부터 이격된 상태를 유지하도록 탄성 바이어스부로 구성할 수 있다. 도 2를 참조하면, 탄성 바이어스부는 후술하는 제3링크(173)의 일 위치(C)에 일단이 고정 된 탄성부재(21)와, 탄성부재(21)의 타단을 지지하는 것으로 제3링크(173)에 대해서는 독립적으로 설치된 스토퍼(25)를 포함할 수 있다. 여기서 탄성부재(21)는 압축스프링으로 구성될 수 있으며, 스토퍼(25)는 일 위치(C)와 제2접촉부(15) 사이에 위치된다. 따라서 제2전자석(50)에 의하여 제2접촉부(15)가 제1접촉부(11)로부터 이격된 후, 전원을 인가하지 않더라도 압축스프링의 탄성력에 의하여, 제3링크(173)가 제1접촉부(11)로부터 멀어지는 방향으로 탄성 바이어스 된다. 이에 따라 제3링크(173)는 이격 상태를 유지할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 이격 유지부(20)의 일 예로서 탄성 바이어스부를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 이격 유지부(20)는 제2접촉부(15)가 자기력에 의하여 제1접촉부(11)로부터 이격된 상태를 유지하도록 하는 영구자석부(미도시)로 구성되는 것도 가능하다.

접촉 유지부(30)는 전원이 인가되지 않은 상태에서, 상기 제1접촉부(11)와 상기 제2접촉부(15)가 상호 접촉된 상태를 유지하도록 한다. 이를 위하여 접촉 유지부(30)는 제1 및 제2접촉부(11)(15)가 자기력에 의하여 상호 접촉된 상태를 유지하도록 하는 영구자석부를 포함할 수 있다. 본 발명은 후술하는 바와 같이 3절 링크 구조를 가지는 링크유닛(100)을 적용하므로, 작은 힘으로도 이격 유지 및 접촉 유지가 가능하다. 그러므로, 영구자석부를 구성하는 영구자석은 고가의 희토류계 자석 대신 저가의 세라믹 자석으로 구성할 수 있다.

상기 제1 및 제2전자석(40)(50) 각각은 자기력에 의하여 구동력을 제공하는 것으로, 제2접촉부(15)의 위치 변경시 전원이 온(ON) 되면서, 링크유닛(100)을 구동한다.

제1전자석(40)은 제1접촉부(11)에 대해 이격된 상태의 제2접촉부(15)를 상기 제1접촉부(11)에 접촉되는 방향으로 이동시키는 기능을 한다. 이를 위하여, 제1전자석(40)은 코일부(41)와 플런저(45)를 포함할 수 있다. 또한 제1전자석(40)은 플런저(45)의 일측에 설치되며, 후술하는 제4링크(174)의 단부와 연결되는 플런저 걸림부(47)를 더 포함할 수 있다. 플런저 걸림부(47)는 도 2에 도시된 바와 같이 이격된 상태 즉, 오픈 상태에서는 플런저(45)의 일측에 걸림 가능하게 위치된다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이 접촉된 상태 즉, 클로즈 상태에서는 플런즈(45)의 일측으로부터 소정 행정거리(L1) 만큼 이격되게 위치된다. 이와 같이 플런저 걸림부(47)를 구비함으로써, 제4링크(174)의 이동 거리를 행정거리(L1) 이내로 규제할 수 있다.

제2전자석(50)은 제1접촉부(11)와 접촉된 상태의 제2접촉부(15)를 제1접촉부(11)로부터 이격시키는 기능을 한다. 즉, 제2전자석(50)은 후술하는 바와 같은 제2작동판(155)에 대해 인력(引力)이 작용함으로써 링크유닛(100)을 작동시켜, 제2접촉부(15)를 제1접촉부(11)로부터 이격시킨다. 이를 위하여, 제2전자석(50)은 코일부(51)와 플런저(55)를 포함할 수 있다.

상기 링크유닛(100)은 이격 유지부(20), 접촉 유지부(30), 제1전자석(40) 및 제2전자석(50) 각각의 사이에 마련되어 동력을 안정적으로 전달하는 역할을 한다. 즉, 링크유닛(100)은 고정 위치에서 고정되거나 회전 중심이 되는 적어도 하나의 고정점(110)과, 회전 및/또는 이동 가능하게 설치되는 적어도 하나의 이동점(130)을 기준으로 상호 연결 가능하게 설치된다.

상기 고정점(110)은 각각 소정 위치에서 고정 내지 회전 가능하게 설치된 제1 및 제2고정점(111)(115)을 포함한다. 그리고 상기 이동점(130)은 상기 제1 및 제2고정점(111)(115) 각각을 회전중심으로 하여 회동 이동하는 제1 및 제2이동점(131)(133)과, 상기 제1이동점(131)의 이동에 연동되어 상기 제2접촉부(15)의 이동방향으로 왕복 이동하는 제3이동점(135)을 포함한다.

상기 링크유닛(100)은 접촉 유지부(30)와 제2전자석(50) 각각에 대해 움직임 가능하게 배치되며 후술하는 제7링크(177)와 제8링크(178) 각각과 연결되는 제1 및 제2작동판(151)(155)과, 이중삼절 링크를 구성하는 복수의 링크를 포함한다.

상기 제1작동판(151)은 영구자석부(30)에 대해 적어도 일부가 이격되거나 접촉 가능하게 이동한다. 즉, 제1작동판(151)은 도 1에 도시된 바와 같이, 영구자석부(30)에 대해 힌지 결합된 상태로 움직임 가능하게 설치되거나, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전체가 움직임 가능하게 설치될 수 있다. 상기 제2작동판(155)은 제2전자석(50)에 대해 적어도 일부가 이격되거나 접촉 가능하게 이동한다. 이 제2작동판(155)은 도 1에 도시된 바와 같이, 제2전자석(50)에 대해 힌지 결합된 상태로 움직임 가능하게 설치되거나, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전체가 움직임 가능하게 설치될 수 있다.

이와 같이 제1 및 제2작동판(151)(155)을 마련하여, 영구자석부(30)에 의한 인력 또는 제2전자석(50)에 의한 인력으로 제2이동점(133)을 구동함으로써, 제2접촉부(15)의 위치를 최종적으로 결정할 수 있다.

상기 복수의 링크는 제1 내지 제8링크(171, …, 178)로 구성될 수 있다.

제1링크(171)는 제1고정점(111)을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 제1고정점(111)과 상기 제1이동점(131)을 연결한다. 제2링크(172)는 제1이동점(131)과 제3이동점(135) 사이에 회동 및 이동 가능하게 설치된다. 제3링크(173)는 제3이동점(135)과 제2접촉부 (15) 사이에 왕복 이동 가능하게 설치된다. 또한 제4링크(174)는 제1전자석(40)과 제1이동점(131) 사이에 설치되는 것으로, 제1전자석(40)에서 제공되는 인력(引力)에 의해 상기 제1이동점(131)을 이동시킨다.

여기서, 제1, 제2및 제4링크(171)(172)(174)은 제1이동점(131)을 중심으로 움직임 가능하게 설치되는 것으로, 하나의 삼절링크를 구성한다. 이와 같이 구성함으로써, 상기한 행정거리(L1) 만큼 제4링크(174)가 이동하더라도, 제3링크(173)는 제1접촉부(11)와 제2접촉부(15) 사이의 최대 간격(L2) 이내로 이동범위가 조정될 수 있다. 여기서, 이동거리 L1과 L2의 관계를 살펴볼 때, L1 ≥ 3·L2의 조건을 만족할 수 있다. 즉, L1이 L2 대비 3배 이상 길게 함으로써, 제1전자석(40)의 자력이 1/3이하로 약해지더라도, 실질상 동일한 작용력으로 작동할 수 있다.

이와 같이 링크유닛(100)을 통하여 상기한 조건 범위와 같이 이동거리 비를 다르게 설정함으로써, 자기의 세기가 작은 제1전자석(40)을 채용하더라도 안정적으로 제1 및 제2접촉부(11)(15) 사이의 접촉과 이격을 제어할 수 있다.

제5링크(175)는 제2고정점(115)을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 것으로, 제2고정점(115)과 제2이동점(133)을 연결한다. 제6링크(176)은 제1이동점(131)과 제2이동점(133)을 연결하며, 제7링크(177)는 제2이동점(133)과 제1작동판(151) 사이를 연결하고, 제8링크(178)는 제2이동점(133)과 제2작동판(155) 사이를 연결한다. 즉, 제5 내지 제8링크(175,…,178)은 제2이동점(133)을 중심으로 움직임 가능하게 설치되는 것으로, 다른 하나의 삼절링크를 구성하며, 제2접촉부(15)가 제1접촉부(11)로부터 이격되는 방향으로 제1 내지 제3이동점(131)(133)(135)을 이동시킨다. 이와 같이 구성함으로써, 상기한 행정거리(L3) 만큼 제8링크(178)가 이동하더라도, 제3링크(173)는 제1접촉부(11)와 제2접촉부(15) 사이의 최대 간격(L2) 이내로 이동범위가 조정될 수 있다. 여기서, 이동거리 L3는 L2 보다 큰 거리를 움직이므로, 제2전자석(50)의 자력을 이동거리 비율에 대응하는 만큼 링크를 사용하지 않은 구성 대비 약하게 하더라도, 실질상 동일한 작용력으로 작동할 수 있다.

상기한 바와 같이, 링크유닛(100)을 구성함에 있어서 2개의 삼절링크구조를 적용함으로써, 접촉과 이격 상태 사이의 위치를 변경하는 제1 및 제2전자석의 행정거리를 최대 이격 거리 이상으로 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 자력이 상대적으로 약한 제1 및 제2전자석(40)(50)을 적용하더라도, 성능 저하없이 안정적으로 PMA를 가동할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터를 보인 개략적인 평면도이고, 도 5 및 도 6 각각은 제2실시예에 따른 저자력 영구자석 액츄에이터의 동작 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 저자력 PMA는 제1접촉부(211)에 대해 제2접촉부(215)를 상대 이동시킴으로써, 상기 제1 및 제2접촉부(211)(215)가 상호 이격 또는 접촉되도록 구동한다. 또한 본 발명에 따른 PMA는 제2접촉부(15)의 동작 상태가 이격에서 접촉으로 또는 접촉에서 이격으로 변화되는 경우에만 구동 전원을 인가할 수 있도록 된 구성을 가진다. 즉, 이격 상태 또는 접촉 상태를 유지하는 경우는 별도의 전원 공급없이 동일한 상태를 유지하도록 된 구성을 가진다.

이를 위하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 저자력 PMA는 이격 유지부(220), 접촉 유지부(230), 제1 및 제2전자석(230)(240) 및, 링크유닛(300)을 포함한다.

이격 유지부(220)는 전원이 인가되지 않은 상태에서, 상기 제1접촉부(211)와 상기 제2접촉부(215)가 상호 이격 된 상태를 유지하도록 한다. 이 이격 유지부(220)는 제2접촉부(215)가 탄성력에 의하여 상기 제1접촉부(211)로부터 이격된 상태를 유지하도록 탄성 바이어스부로 구성할 수 있다. 도 5를 참조하면, 탄성 바이어스부는 후술하는 제8링크(378)의 일 위치(제3고정점(315)을 회전중심으로 할 때, 제2접촉부(215)의 위치와 반대되는 위치)에 일단이 고정 된 탄성부재(221)를 포함할 수 있다. 여기서 탄성부재(221)는 압축스프링으로 구성될 수 있다. 따라서 제2전자석(250)에 의하여 제2접촉부(215)가 제1접촉부(211)로부터 이격된 후, 전원을 인가하지 않아도 그 상태를 유지할 수 있다. 즉 압축스프링의 탄성력에 의하여, 제6링크(376)이 제3고정점(315)을 중심으로 제1접촉부(211)로부터 멀어지는 회전 방향으로 탄성 바이어스 된다. 이에 따라 제2접촉부(215)는 제1접촉부(211)에 대해 이격 상태를 유지할 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 있어서, 이격 유지부(220)의 일 예로서 탄성 바이어스부를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 이격 유지부(220)는 제2접촉부(215)가 자기력에 의하여 제1접촉부(211)로부터 이격된 상태를 유지하도록 하는 영구자석부(미도시)로 구성되는 것도 가능하다.

접촉 유지부(230)는 전원이 인가되지 않은 상태에서, 상기 제1접촉부(211)와 상기 제2접촉부(215)가 상호 접촉된 상태를 유지하도록 한다. 이를 위하여 접촉 유지부(230)는 제1 및 제2접촉부(211)(215)가 자기력에 의하여 상호 접촉된 상태를 유지하도록 하는 영구자석부를 포함할 수 있다. 본 발명은 후술하는 바와 같이 혼합 3절 링크 구조를 가지는 링크유닛(300)을 적용하므로, 작은 힘으로도 이격 유지 및 접촉 유지가 가능하다. 그러므로, 영구자석부를 구성하는 영구자석은 고가의 희토류계 자석 대신 저가의 세라믹 자석으로 구성할 수 있다.

상기 제1 및 제2전자석(240)(250) 각각은 자기력에 의하여 구동력을 제공하는 것으로, 제2접촉부(215)의 위치 변경시 전원이 온(ON) 되면서, 링크유닛(300)을 구동한다.

제1전자석(240)은 제1접촉부(211)에 대해 이격된 상태의 제2접촉부(215)를 상기 제1접촉부(211)에 접촉되는 방향으로 이동시키는 기능을 한다. 이를 위하여, 제1전자석(240)은 코일부(241)와 플런저(245)를 포함할 수 있다. 또한 제1전자석(240)은 플런저(245)의 일측에 설치되며, 후술하는 가압점(339)을 가압하는 밀대(249)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 밀대(249)는 이격상태에서 접촉상태로 상태 변환시에는 상기 가압점(339) 방향으로 이동하면서 상기 링크유닛(300)을 작동시키고, 작동이 완료된 후에는 원래의 위치로 이동하여 위치될 수 있다. 이 경우 링크유닛(300)의 변경된 위치는 접촉 유지부(230)에 의하여 유지된다.

제2전자석(250)은 제1접촉부(211)와 접촉된 상태의 제2접촉부(215)를 제1접촉부(211)로부터 이격시키는 기능을 한다. 즉, 제2전자석(250)은 후술하는 바와 같은 제2작동판(355)에 대해 인력(引力)이 작용함으로써 링크유닛(300)을 작동시켜, 제2접촉부(215)를 제1접촉부(211)로부터 이격시킨다. 이를 위하여, 제2전자석(250)은 코일부(251)와 플런저(255)를 포함할 수 있다.

상기 링크유닛(300)은 이격 유지부(220), 접촉 유지부(230), 제1전자석(240) 및 제2전자석(250) 각각의 사이에 마련되어 동력을 안정적으로 전달하는 역할을 한다. 즉, 링크유닛(300)은 고정 위치에서 고정되거나 회전 중심이 되는 적어도 하나의 고정점(310)과, 회전 및/또는 이동 가능하게 설치되는 적어도 하나의 이동점(330)을 기준으로 상호 연결 가능하게 설치된다.

상기 고정점(310)은 각각 소정 위치에서 고정 내지 회전 가능하게 설치된 제1 내지 제3고정점(311)(313)(315) 및 가압점(339)을 포함한다. 그리고 상기 이동점(330)은 제1 내지 제4이동점(331,…,337)을 포함한다. 제1 및 제2이동점(331)(333)은 제1고정점(311)을 회전중심으로 하여 회동한다. 제3이동점(335)은 제2고정점(313)을 회전중심으로 하여 회동하고, 제4이동점(337)은 제2이동점(333)의 이동에 연동되어 왕복 이동한다. 그리고, 가압점(339)는 제1고정점(311)을 회전 중심으로 하여 회동 가능하게 설치된다.

상기 링크유닛(300)은 접촉 유지부(30)와 제2전자석(50) 각각에 대해 움직임 가능하게 배치되는 제1 및 제2작동판(351)(355)과, 혼합삼절 링크를 구성하는 복수의 링크를 포함한다.

상기 제1작동판(351)은 영구자석부(230)에 대해 적어도 일부가 이격되거나 접촉 가능하게 이동한다. 즉, 제2작동판(351)은 영구자석부(230)에 대해 힌지 결합된 상태로 움직임 가능하게 설치 될 수 있다. 상기 제2작동판(355)은 제2전자석(250)에 대해 적어도 일부가 이격되거나 접촉 가능하게 이동한다. 이 제2작동판(355)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제2전자석(250)에 대해 힌지 결합된 상태로 움직임 가능하게 설치되거나, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 전체가 움직임 가능하게 설치될 수 있다.

이와 같이 제1 및 제2작동판(351)(355)을 마련하여, 영구자석부(230)에 의한 인력 또는 제2전자석(250)에 의한 인력으로 제1 및 제3이동점(331)(335)을 통하여 제1고정점(311)을 회전 구동함으로써, 제2접촉부(215)의 위치를 최종적으로 결정할 수 있다.

상기 복수의 링크는 제1 내지 제8링크(371, …, 378)로 구성될 수 있다.

제1링크(371)는 상기 제1고정점(311)과 상기 가압점(339) 사이를 연결하며, 상기 제1전자석(240)에서 제공되는 척력(斥力)에 의해 상기 제1고정점(311)을 회동시킨다.

제2링크(372)는 제1고정점(311)과 제1이동점(331) 사이를 연결하며, 상기 제1고정점(311)을 중심으로 회동 가능하게 설치된다. 제3링크(373)는 제1이동점(331)과 제3이동점(335) 사이에 이동 가능하게 설치될 수 있다. 제4링크(374)는 제2고정점(313)과 제3이동점(335) 사이를 연결하며, 제2고정점(313)을 중심으로 회동 가능하게 설치된다. 이 제4링크(374)는 접촉 유지부(230)와 제1작동판(351) 사이에 인력이 작용하는 경우, 제3이동점(335)이 회동되는 것을 억제한다. 제5링크(375)는 제3이동점(335)과 제2작동판(355) 사이를 연결하며, 제2전자석(250)에서 제공되는 인력(引力)에 의해 상기 제3이동점(335)을 이동시킨다.

여기서, 제2 내지 제5링크(372,…,375)는 독립 된 하나의 삼절링크를 구성한다.

이와 같이 구성함으로써, 제2작동판(355)의 이동거리를 제1접촉부(211)와 제2접촉부(215) 사이의 최대 간격 보다 크게 할 수 있다. 이에 따라 제2전자석(250)의 자력을 이동거리 비율에 대응하는 만큼 링크를 사용하지 않은 구성 대비 약하게 하더라도, 실질상 동일한 작용력으로 작동할 수 있다.

그리고 제6링크(376)는 제1고정점(311)과 제2이동점(333) 사이를 연결하며, 제1고정점(311)을 중심으로 회동 가능하게 설치된다. 제7링크(377)은 제2이동점(333)과 제4이동점(337) 사이에 움직임 가능하게 설치된다. 그리고, 제8링크(378)은 제4이동점(337)과 제2작동판(215) 사이를 연결하는 것으로, 제3고정점(315)을 중심으로 회동 운동 가능하게 설치된다.

여기서, 제6 내지 제8링크(376)(377)(378)은 독립된 다른 하나의 삼절링크 구조를 가지는 것으로, 제1전자석(240)에 의한 척력과, 제2전자석(250)에 의한 인력이 선택적으로 작용함으로써, 상기 제2접촉부(215)를 왕복 구동할 수 있다.

상기한 바와 같이, 링크유닛(300)을 구성함에 있어서 독립적으로 배치된 혼합 삼절링크 구조를 적용함으로써, 접촉과 이격 상태 사이의 위치를 변경하는 제1 및 제2전자석의 행정거리를 최대 이격 거리 이상으로 설정하는 것이 가능하다.

또한, 제1전자석(240)의 플런지(247)는 링크 구조에 대해 구속되어 있지 않으므로, 이격시 충분한 차단 속도를 확보할 수 있다.

또한 저자력의 영구자석을 이용하여 접촉 상태를 유지하므로, 비상시 접촉을 해제하고자 하는 경우 작은 힘으로도 수동 개방이 용이하다는 이점이 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

11, 211: 제1접촉부 15, 215: 제2접촉부
20, 220: 이격 유지부 30, 230: 접촉 유지부
40, 240: 제1전자석 50, 250: 제2전자석
100, 300: 링크유닛 110, 310: 고정점
130, 330: 이동점 151, 351: 제1작동판
155, 355: 제2작동판
171,…,178: 제1 내지 제8링크
371,…,378: 제1 내지 제8링크

Claims

제1접촉부에 대해 제2접촉부를 상대 이동시킴으로써, 상기 제1 및 제2접촉부가 상호 이격 또는 접촉되도록 구동하는 영구자석 액츄에이터에 있어서,
전원이 인가되지 않은 상태에서, 상기 제1접촉부와 상기 제2접촉부가 상호 이격된 상태를 유지하도록 하는 이격 유지부와;
전원이 인가되지 않은 상태에서, 상기 제1접촉부와 상기 제2접촉부가 상호 접촉된 상태를 유지하도록 하는 접촉 유지부와;
자기력에 의하여 구동력을 제공하는 것으로, 상기 제1접촉부에 대해 이격된 상태의 상기 제2접촉부를 상기 제1접촉부에 접촉되는 방향으로 이동시키는 제1전자석과;
자기력에 의하여 구동력을 제공하는 것으로, 상기 제1접촉부와 접촉된 상태의 상기 제2접촉부를 상기 제1접촉부로부터 이격시키는 제2전자석과;
상기 이격 유지부, 상기 접촉 유지부, 상기 제1전자석 및 상기 제2전자석 각각의 사이에 마련되어 동력을 전달하는 것으로, 고정 위치에서 고정되거나 회전 중심이 되는 적어도 하나의 고정점과, 회전 및/또는 이동 가능하게 설치되는 적어도 하나의 이동점을 기준으로 상호 연결 가능하게 설치되는 링크 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 이격 유지부는,
상기 제2접촉부가 탄성력에 의하여 상기 제1접촉부로부터 이격된 상태를 유지하도록 하는 탄성 바이어스부 및 상기 제2접촉부가 자기력에 의하여 상기 제1접촉부로부터 이격된 상태를 유지하도록 하는 영구자석부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 액츄에이터.
제1항에 있어서,
상기 접촉 유지부는,
상기 제1 및 제2접촉부가 자기력에 의하여 상호 접촉된 상태를 유지하도록 하는 영구자석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 액츄에이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정점은, 각각 소정 위치에 고정 내지 회전 가능하게 설치된 제1 및 제2고정점을 포함하고,
상기 이동점은, 상기 제1 및 제2고정점 각각을 회전중심으로 하여 회동 이동하는 제1 및 제2이동점과, 상기 제1이동점의 이동에 연동되어 왕복 이동하는 제3이동점을 포함하며,
상기 링크유닛은,
상기 접촉 유지부에 대해 움직임 가능하게 배치되는 제1작동판과;
상기 제2전자석에 대해 움직임 가능하게 배치되는 제2작동판과;
상기 제1고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 제1고정점과 상기 제1이동점을 연결하는 제1링크와;
상기 제1이동점과 상기 제3이동점 사이에 회동 및 이동 가능하게 설치된 제2링크와;
상기 제3이동점과 상기 제2접촉부 사이에 왕복 이동 가능하게 설치된 제3링크와;
상기 제1전자석과 상기 제1이동점 사이에 설치되는 것으로, 상기 제1전자석에서 제공되는 인력(引力)에 의해 상기 제1이동점을 이동시키는 제4링크와;
상기 제2고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 제2고정점과 상기 제2이동점을 연결하는 제5링크와;
상기 제1이동점과 상기 제2이동점을 연결하는 제6링크와;
상기 제2이동점과 상기 제1작동판 사이를 연결하는 제7링크와;
상기 제2이동점과 상기 제2작동판 사이를 연결하는 제8링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 액츄에이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정점은, 각각 소정 위치에 설치되는 제1 내지 제3고정점을 포함하고,
상기 이동점은, 상기 제1고정점을 회전중심으로 하여 회동하는 제1 및 제2이동점과, 상기 제2고정점을 회전중심으로 하여 회동하는 제3이동점과, 상기 제2이동점의 이동에 연동되어 왕복 이동하는 제4이동점과, 상기 제1고정점을 회전 중심으로 하여 회동 가능하게 설치되는 가압점을 포함하며,
상기 링크유닛은,
상기 제2고정점에 대해 회전 운동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 접촉 유지부에 대해 움직임 가능하게 배치되는 제1작동판과;
상기 제2전자석에 대해 움직임 가능하게 배치되는 제2작동판과;
상기 제1고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 것으로, 상기 제1고정점과 상기 가압점 사이를 연결하며, 상기 제1전자석에서 제공되는 척력(斥力)에 의해 상기 제1고정점을 회동시키는 제1링크와;
상기 제1고정점과 상기 제1이동점 사이를 연결하며, 상기 제1고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 제2링크와;
상기 제1이동점과 상기 제3이동점 사이에 이동 가능하게 설치된 제3링크와;
상기 제2고정점과 상기 제3이동점 사이를 연결하며, 상기 제2고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 제4링크와;
상기 제3이동점과 상기 제2작동판 사이를 연결하며, 상기 제2전자석에서 제공되는 인력에 의해 상기 제3이동점을 이동시키는 제5링크와;
상기 제1고정점과 상기 제2이동점 사이를 연결하며, 상기 제1고정점을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 제6링크와;
상기 제2이동점과 상기 제4이동점 사이에 움직임 가능하게 설치되는 제7링크와;
상기 제4이동점과 상기 제2작동판 사이를 연결하는 것으로, 제3고정점으로 회동 운동 가능하게 설치되는 제8링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석 액츄에이터.