KR20230102546A - 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액추에이터에 대한 것으로서, 특히 투입 상태에서는 병렬로 작동하고 홀딩 상태에서는 직렬로 작동하는 이중 코일 형태의 액추에이터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액추에이터는 투입 상태일 때 제1 코일과 제2 코일의 저항이 동일한 경우 최대 전류가 흐르게 되어 초기 기자력이 강하다. 또한, 홀딩 상태일 때 투입 상태 대비 코일의 저항이 증가하여 홀딩 전류를 기존보다 더 낮게 유지할 수 있다. 본 발명에 따른 액추에이터는 제1 코일만으로 홀딩 전류가 결정되지 않기 때문에 홀딩 전류 상태의 포퍼먼스 관점에서 코일 턴(turn)에 대한 비율 변경이 자유롭다. 본 발명에 따른 액추에이터는 액티브 소자를 사용하는 종래기술의 액추에이터와는 달리 단순한 스위칭으로 동작하여 회로 구조가 단순하고, 이로 인해 자동차의 EMC 문제에도 유리하다. 본 발명에 따른 액추에이터는 제1 코일과 제2 코일이 반대로 연결되어도 정상적으로 작동하므로 회로 구동 안정성이 높으며 조립 난이도도 낮다.

Description

액추에이터{actuator}

본 발명은 액추에이터에 대한 것으로서, 특히 투입 상태에서는 병렬로 작동하고 홀딩 상태에서는 직렬로 작동하는 이중 코일 형태의 액추에이터에 관한 것이다.

릴레이는 외부 입력에 의해 작동하여 다른 회로를 개폐하는 장치로서, 접점 릴레이와 압력 릴레이, 광 릴레이 및 서멀 릴레이 등이 있다. 이 중 접점 릴레이는 외부 입력에 의해 액추에이터를 작동시켜 접점을 제어한다. 이러한 접점 릴레이는 외부 전원이 입력되면 액추에이터가 온(on)되어 샤프트가 상승하는 투입 상태(inrush state)가 되며, 투입 상태(inrush state) 이후 샤프트를 상승 상태로 홀딩하는 홀딩 상태(holding state)가 된다. 이때, 종래기술에 따른 액추에이터 중 이중 코일 형태의 액추에이터는 투입 상태(inrush state) 시 두 개의 코일을 병렬로 모두 작동시키고, 홀딩 상태(holding state) 시 하나의 코일만을 작동시킨다. 이는, 코일의 기자력이 투입 상태(inrush state) 시 보다 작아도 홀딩 상태(holding state)를 유지할 수 있기 때문이다. 하지만, 종래기술에 따른 이중 코일 형태의 액추에이터는 홀딩 상태(holding state) 시 코일의 기자력은 작아지는데 비해 소비전력은 크게 낮아지지 않는 문제가 있다.

일본공개특허공보 제2015-0028803호(2015.03.16. 공개)

본 발명의 목적은 홀딩 상태 시 소비전력은 감소시키되 코일 기자력은 유지할 수 있는 액추에이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 액추에이터는 중공의 보빈과, 보빈에 권취된 제1 코일, 제1 코일의 외주연에 권취된 제2 코일을 포함하는 코일 어셈블리와, 제1 코일과 제2 코일을 외부 전원을 인가받아 제어하되, 외부 전원이 인가된 투입 상태에서는 제1 코일과 제2 코일을 병렬로 구동하고, 투입 상태에서 소정 시간이 지난 홀딩 상태에서는 제1 코일과 제2 코일을 직렬로 구동하는 구동 회로를 포함한다.

제1 코일과 제2 코일은 병렬로 접속되며, 구동 회로는, 제1 코일의 전단에 접속된 제1 스위칭 회로와, 제2 코일의 후단에 접속된 제2 스위칭 회로, 및 제1 코일과 제2 코일의 사이에 접속된 다이오드를 포함한다.

제1 스위칭 회로는 외부 전원과 접지 사이에 직렬로 접속된 제1 저항 및 제1 콘덴서와, 외부 전원과 제1 코일 사이에 접속되며 제1 저항과 제2 콘덴서 사이에 게이트가 접속된 제1 트랜지스터를 포함하고, 제2 스위칭 회로는 외부 전원과 접지 사이에 직렬로 접속된 제2 콘덴서 및 제2 저항과, 제2 코일과 접지 사이에 접속되며 제2 콘덴서와 제2 저항 사이에 게이트가 접속된 제2 트랜지스터를 포함한다.

제1 트랜지스터의 게이트 전단에 연결되며 제1 저항과 병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 제1 패스트 스위칭부와, 제2 트랜지스터의 게이트 전단에 연결되며 제 2 저항과 병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 제2 패스트 스위칭부를 포함한다.

제1 코일과 병렬로 연결된 다이오드와, 제2 코일과 병렬로 연결된 다이오드를 포함한다.

제1 콘덴서의 후단에 접속되어 접지된 저항과, 제2 콘덴서의 전단에 접속된 저항을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 액추에이터는 투입 상태일 때 제1 코일과 제2 코일의 저항이 동일한 경우 최대 전류가 흐르게 되어 초기 기자력이 강하다.

본 발명에 따른 액추에이터는 홀딩 상태일 때 투입 상태 대비 코일의 저항이 증가하여 홀딩 전류를 기존보다 더 낮게 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 액추에이터는 제1 코일만으로 홀딩 전류가 결정되지 않기 때문에 홀딩 전류 상태의 포퍼먼스 관점에서 코일 턴(turn)에 대한 비율 변경이 자유롭다.

본 발명에 따른 액추에이터는 액티브 소자를 사용하는 종래기술의 액추에이터와는 달리 단순한 스위칭으로 동작하여 회로 구조가 단순하고, 이로 인해 자동차의 EMC 문제에도 유리하다.

본 발명에 따른 액추에이터는 제1 코일과 제2 코일이 반대로 연결되어도 정상적으로 작동하므로 회로 구동 안정성이 높으며 조립 난이도도 낮다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 액추에이터의 개략 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 액추에이터의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액추에이터에서 구동 회로의 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 액추에이터의 투입 상태와 홀딩 상태의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 액추에이터의 투입 상태와 홀딩 상태에서의 전류값과 소비전력 및 코일의 기자력을 도시한 도면이다.
도 6은 종래기술에 따른 액추에이터의 투입 상태와 홀딩 상태에서의 전류값과 소비전력 및 코일의 기자력을 도시한 도면이다.
도 7은 종래기술에 따른 GIGAVAC社 액추에이터의 투입 상태와 홀딩 상태에서의 전류값과 소비전력 및 코일의 기자력을 도시한 도면이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

도 1은 본 발명에 따른 액추에이터의 개략 분해 사시도이다.

본 발명에 따른 액추에이터는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 전원에 의해 자기장을 발생시키는 코일 어셈블리(100)와, 코일 어셈블리(100)를 제어하는 기판 형태의 구동 회로를 포함한다. 또한, 이에 더하여, 코일 어셈블리(100)에서 발생된 자기장의 통로를 형성하는 요크(200)와 요크 링(300) 및 플레이트(400), 코일(120)의 자기장에 의해 상승하거나 하강하는 가동 코어(500), 가동 코어(500)의 하단에 구비된 고정 코어(600), 가동 코어(500)와 고정 코어(600) 사이에 구비된 리턴 스프링(700), 가동 코어(500)와 고정 코어(600) 및 리턴 스프링(700)을 수납하는 실린더(800), 코일 어셈블리(100)에 외부 전원을 인가하는 터미널(130), 및 이들을 수납하며 상부 프레임(1330)과 결합되는 하부 프레임(1000)을 포함한다. 본 실시예는 액추에이터가 코일 어셈블리(100)와 구동 회로를 포함하며, 나머지 구성들은 가감되거나 변경될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터에 가동 코어(500)와 고정 코어(600)가 구비된 구조를 예시하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

코일 어셈블리(100)는 외부 전원을 입력받아 자기장을 발생시키며, 보빈(110)과, 보빈(110)에 권취된 코일(120), 코일(120)에 전원을 인가하는 터미널(130)을 포함한다.

보빈(110)은 중공의 원기둥 형상이되, 측면에 권취되는 코일(120)이 상부나 하부로 이탈되지 않도록, 상부 가장자리와 하부 가장자리가 측면으로 연장되어 측면도를 기준으로 'I' 형태이다.

코일(120)은 보빈(110)에 권취되어 외부 전원이 인가되면 자기장을 발생시킨다. 이러한 코일(120)은 터미널(130)과 연결되며, 터미널(130)은 외부 전원을 인가받을 수 있도록 외부로 노출된다. 본 발명은 코일(120)이 이중 코일 형태로서, 제1 코일과 제2 코일을 포함한다.

제1 코일은 보빈(110)에 권취되어 외부 전원이 인가되면 자기장을 발생시킨다. 여기서, 본 실시예는 제1 코일이 보빈(110)에 직접 권취되는 것을 예시한다. 또한, 제1 코일은 후술될 제1 터미널과 전기적으로 접속된다.

제2 코일은 보빈(110)에 권취되어 외부 전원이 인가되면 자기장을 발생시킨다. 여기서, 제2 코일은 권취된 제1 코일의 외주연에 직접적으로 권취되며, 이에 따라, 보빈에 제1 코일과 제2 코일이 누적되어 권취되는 것을 예시한다. 다만, 이는 실시예일뿐이며, 제2 코일이 보빈에 권취되고 제1 코일이 제2 코일의 외주연에 권취될 수도 있다.

터미널(130)은 외부 전원을 구동 회로에 입력하며, 구동 회로에서 제어된 전원을 다시 코일에 출력한다. 이를 위해서, 터미널(130)은 외부 전원을 인가받는 외부 터미널(131)과, 외부 터미널(131)에서 구동 회로로 인가되어 제어된 전원을 코일(120)에 출력하는 내부 터미널(132)을 포함한다. 여기서, 내부 터미널(132)은 한 쌍만이 도시되어 있으나, 실질적으로는 두 쌍, 즉, 제1 내부 터미널과 제2 내부 터미널이 구비되어 제1 코일과 제2 코일에 한 쌍씩 연결된다.

제1 내부 터미널은 제1 코일과 전기적으로 접속되어 제1 코일에 전원을 인가한다. 여기서, 제1 내부 터미널은 후술될 구동 회로와 접속되어 구동 회로에서 출력되는 전원을 제1 코일에 인가한다. 또한, 제1 내부 터미널은 보빈(110)에 내장되어 고정되며 일측과 타측이 노출되는 것이 바람직하다.

제2 내부 터미널은 제2 코일과 전기적으로 접속되어 제2 코일에 전원을 인가한다. 제2 내부 터미널 역시 제1 내부 터미널과 동일하게 후술될 구동 회로와 접속되어 구동 회로로부터 출력되는 전원을 제2 코일에 인가한다.

도 2는 본 발명에 따른 액추에이터의 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 액추에이터에서 구동 회로의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 구동 회로는 외부에서 인가되는 외부 전원으로 제1 코일과 제2 코일을 제어한다. 이를 위해서, 구동 회로는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 코일을 제어하는 제1 스위칭 회로와, 제2 코일을 제어하는 제2 스위칭 회로, 제1 코일과 제2 코일의 직렬 연결과 병렬 연결을 제어하는 다이오드(D12a)를 포함한다. 여기서, 본 실시예는 스위칭 회로와 다이오드가 실장된 인쇄 회로 기판을 이용하여 제1 코일과 제2 코일의 병렬 연결과 직렬 연결을 제어하는 것을 예시하였다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 소자 등을 이용하여 제1 코일과 제2 코일의 직렬 연결과 병렬 연결을 제어할 수도 있다. 즉, 투입 상태(Inrush state)에서는 제1 코일과 제2 코일을 병렬 연결하고 홀딩 상태(holding state)에서는 제1 코일과 제2 코일을 직렬 연결할 수 있다면 구동 회로는 어떠한 형태라도 가능하다.

제1 스위칭 회로는 제1 코일의 전단에 연결되어 제1 코일에 인가되는 전류를 제어한다. 이는 제1 스위칭 회로에 포함된 제1 스위치 소자와, 제1 스위치 소자를 제어하는 제1 저항(RG11) 및 제1 콘덴서(CG11)에 의해 구현된다. 여기서, 본 실시예는 제1 스위치 소자로 트랜지스터, 즉, 제1 트랜지스터를 예시하며, 트랜지스터에서도 PMOS를 예시한다. 이러한 제1 스위치 소자는 제1 코일의 전단에 연결되며, 제1 스위치 소자의 게이트는 제1 저항(RG11)과, 접지된 제1 콘덴서(CG11) 사이에 접속된다. 이에 따라, 외부 전원이 인가되면 제1 저항(RG11)을 통해 제1 콘덴서(CG11)에 인가되며, 제1 콘덴서(CG11)가 충전되기 전까지 제1 스위치 소자를 턴온(turn on)시켜 제1 코일에 전원을 인가한다.

제2 스위칭 회로는 제2 코일의 후단에 연결되어 제2 코일에 인가되는 전류를 제어한다. 이는 제2 스위칭 회로에 포함된 제2 스위치 소자와, 제2 스위치 소자를 제어하는 제2 저항(RG22) 및 제2 콘덴서(CG22)에 의해 구현된다. 제2 스위치 소자는 제2 코일의 후단에 연결되며, 제2 스위치 소자의 게이트는 제2 저항(RG22)과 제2 콘덴서(CG22) 사이에 접속된다. 또한, 제2 코일과 제2 콘덴서(CG22)의 전단은 외부 전원과 연결되며, 제2 저항(RG22)은 제2 콘덴서(CG22)의 후단에 연결되어 접지된다. 이에 따라, 외부 전원이 인가되면 제2 코일에 전원을 인가한다. 즉, 외부 전원 인가 초기, 즉, 투입 상태(Inrush state)에서 본 실시예는 제1 코일과 제2 코일에 모두 전원이 인가되며 제1 코일과 제2 코일 사이에 위치된 다이오드에 의해 제1 코일과 제2 코일은 병렬로 작동한다.

다이오드(D12a)는 제1 코일과 제2 코일 사이에 접속되어 제1 코일과 제2 코일의 병렬 연결과 직렬 연결을 제어한다. 이는 다이오드(D12a)가 제1 코일의 전단과 제2 코일의 후단에 연결되어 구현될 수 있다. 이에 따라, 홀딩 상태(holding state)에서 제1 코일과 제2 코일이 직렬로 작동할 수 있다.

한편, 본 발명의 구동 회로는 패스트 스위칭부와 코일 보호부, 과전류 방지부를 더 포함할 수 있다.

패스트 스위칭부는 스위치 소자의 턴오프(turn off) 시 패스트 리커버리를 위한 것으로서, 제1 스위칭부에 포함된 제1 패스트 스위칭부(DL4)와 제2 스위칭부에 포함된 제2 패스트 스위칭부(DL3)를 포함한다.

제1 패스트 스위칭부(DL4)는 제1 스위치 소자의 게이트 전단에 연결되며 제1 저항과 병렬로 접속된다. 또한, 제1 패스트 스위칭부(DL4)는 다이오드를 포함한다.

제2 패스트 스위칭부(DL3)는 제2 스위치 소자의 게이트 전단에 연결된다. 또한, 제2 패스트 스위칭부(DL3)도 제1 패스트 스위칭부(DL4)와 동일하게 다이오드를 포함한다.

코일 보호부는 코일을 보호하기 위한 것으로서, 제1 코일에 접속된 제1 코일 보호부(DL1)와 제2 코일에 접속된 제2 코일 보호부(DL2)를 포함한다. 여기서, 제1 코일 보호부(DL1)는 제1 코일과 병렬로 연결된 다이오드를 포함하며, 제2 코일 보호부(DL2)는 제2 코일과 병렬로 연결된 다이오드를 포함한다.

과전류 방지부는 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 것으로서, 제1 스위칭부에 포함된 제1 과전류 방지부(RC11)와, 제2 스위칭부에 포함된 제2 과전류 방지부(RC22)를 포함한다. 또한, 제1 과전류 방지부(RC11)는 제1 콘덴서(CG11)의 후단에 접속되어 접지된 저항을 포함하며, 제2 과전류 방지부(RC22)는 제2 콘덴서(CG22)의 전단에 접속된 저항을 포함한다.

도 4는 본 발명에 따른 액추에이터의 투입 상태와 홀딩 상태의 개념도이다.

상술한 구조의 본 발명에 따른 구동 회로의 동작을 도 4를 참조하여 살펴보면, 투입 상태(Inrush state)에서, 제1 저항(RG11)과 제1 콘덴서(CG11) 사이에 전압이 걸리고 제1 스위칭 소자의 게이트로 전류가 입력된다. 따라서, 제1 스위칭 소자가 턴온(turn on)되어 제1 코일에 전류가 흐르게 된다. 또한, 제2 저항(RG22)과 제2 콘덴서(CG22) 사이에도 전압이 걸리게 되고 제2 스위칭 소자의 게이트로 전류가 입력된다. 따라서, 제2 스위칭 소자도 턴온(turn on)되어 제2 코일에 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 투입 상태(Inrush state)에서, 제1 코일과 제2 코일은 병렬로 연결되어 작동된다. 이때, 샤프트(900)는 상부로 상승한다.

홀딩 상태(holding state)에서, 제1 콘덴서(CG11)가 충전되면 제1 저항(RG11)과 제2 콘덴서(CG22) 사이는 0v가 되며, 이에 따라 제1 스위칭 소자의 게이트로 전류가 입력되지 않으므로 제1 스위칭 소자는 턴 오프(turn off)된다. 또한, 제2 콘덴서(CG22)가 충전되면 제2 저항(RG22)과 제2 콘덴서(CG22) 사이도 0v가 되므로 제2 스위칭 소자의 게이트로 전류가 입력되지 않는다. 따라서, 제2 스위칭 소자도 턴 오프(turn off)된다. 따라서, 전류는 제2 코일과 다이오드(D12a) 및 제1 코일을 통해 흐르게 되며, 이에 따라 제1 코일과 제2 코일은 직렬로 연결되어 작동된다. 이때, 상부로 상승한 샤프트(900)는 상승한 상태를 유지한다.

이후, 외부 전원이 인가되지 않으면 제1 코일과 제2 코일에 모두 전류가 인가되지 않으며, 이에 따라 상승한 샤프트는 하강하게 된다.

샤프트(900)는 보빈(110) 내부에 삽입되어 보빈(110) 내부에서 상승하거나 하강한다. 이러한 샤프트(900)는 봉의 형상으로 형성되며, 상부는 수지로 제작된 대체적으로 원기둥 형상인 샤프트 몸체(미도시)에 연결되고 하부는 코일(120)의 기자력에 의해 상승하거나 하강하는 가동 코어(500)와 연결될 수 있다.

요크(200)는 코일(120)에서 생성된 자기장의 통로를 형성하기 위한 것으로서, 코일(120) 어셈블리(2100)의 측면과 하부를 감싸도록 상부와 전면 및 후면이 개방된 'U'의 형태로 형성된다. 이러한 요크(200)는 철과 같은 금속으로 제작되며, 하부에 요크 링(300)이 결합되는 결합 홀(210)이 형성된다.

요크 링(300)은 요크(200)의 하부에 형성된 결합 홀(210)에 하부가 끼워지며, 요크(200)와 함께 자기장 통로를 형성한다. 또한, 요크 링(300)은 일측면이 이격된 중공의 원기둥 형상으로 형성되며, 그 재질은 요크(200)와 동일한 것을 예시한다. 이러한 요크 링(300)의 내부에는 후술될 실린더(800)의 하부가 끼워진다.

실린더(800)는 내부에 가동 코어(500)와 리턴 스프링(700) 및 고정 코어(600)가 수납된다. 실린더(800)는 하부가 폐쇄되고 상부가 개방된 중공의 원기둥 형상이며 상부 가장자리는 외측면으로 절곡되어 연장된다. 이러한 실린더(800)는 금속, 예를 들어, 스테인리스강으로 제작될 수 있다.

플레이트(400)는 요크(200)의 상부에 구비되어 요크(200)와 함께 자기장 통로를 형성한다. 이러한 플레이트(400)는 금속으로 제작되며, 본 실시예는 사각판 형상의 플레이트(400)를 예시한다. 또한, 플레이트(400)의 중심에는 중심 홀(410)이 형성되어 샤프트(900)가 관통되도록 한다.

가동 코어(500)는 원기둥 형상으로 형성되어 코일(120)에 외부 전원의 인가 여부에 따라 상승하거나 하강한다. 예를 들어, 코일(120)에 외부 전원이 인가되면 코일(120)의 자기장에 의해 가동 코어(500)는 상승하게 된다. 또한, 가동 코어(500)가 상승한 상태에서 코일(120)에 외부 전원이 인가되지 않으면 가동 코어(500)는 하강한다. 가동 코어(500)의 상부에는 샤프트(900)의 하부가 접하도록 위치되며, 이에 따라, 가동 코어(500)가 상승하면 샤프트(900)도 함께 상승한다.

리턴 스프링(700)은 실린더(800)와 가동 코어(500) 사이에 구비되어 가동 코어(500)를 리턴 시킨다. 이를 위해서, 가동 코어(500)의 하부면에는 리턴 스프링(700)이 안착되도록 오목한 안착 리세스가 각각 형성되는 것이 바람직하다.

하부 프레임(1000)은 코일(120) 어셈블리(2100)와, 요크(200), 요크 링(300), 플레이트(400), 가동 코어(500), 리턴 스프링(700), 실린더(800), 터미널(130)을 수납하여 보호한다. 이를 위해서, 하부 프레임(1000)은 상부가 개방된 박스 형태로 형성되며, 내부에 전술된 액추에이터부(2000)의 구성품을 수납하여 상부 프레임(1330)과 결합된다. 또한, 하부 프레임(1000)은 전술된 상부 프레임(1330)의 후크(1331)와 체결되도록 체결홀이 형성되며, 전술된 후크(1331)가 네 개의 후크를 포함하는 것을 예시하였으므로 체결홀 역시 네 개의 체결 홀, 즉, 제1 체결홀과 제2 체결홀, 제3 체결홀 및 제4 체결홀을 포함하는 것을 예시한다.

한편, 본 발명에 따른 액추에이터는 상부에, 샤프트(900)의 상하 왕복에 따라 접점을 제어하는 릴레이에 적용될 수 있다. 이 경우, 샤프트(900)의 상부에는 사각판 형상의 가동 접점이 구비되며, 가동 접점은 샤프트(900)의 상하 이동에 의해 외부 접점 사이를 통전시키거나 단전시킬 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 액추에이터와 종래기술에 따른 액추에이터의 동작 상태에 따른 전류값과 소비전력 및 코일의 기자력을 비교하였다.

도 5는 본 발명에 따른 액추에이터의 투입 상태와 홀딩 상태에서의 전류값과 소비전력 및 코일의 기자력을 도시한 도면이고, 도 6은 종래기술에 따른 액추에이터의 투입 상태와 홀딩 상태에서의 전류값과 소비전력 및 코일의 기자력을 도시한 도면이다.

이하에서는, 도 5와 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 액추에이터와 종래기술에 따른 액추에이터의 제1 코일과 제2 코일이 동일한 조건일 때 성능을 비교하였으며, 제1 코일과 제2 코일의 턴(turn) 수는 각각 675이고 저항이 각각 12.85Ω인 것을 예시한다.

본 발명에 따른 액추에이터는 투입 상태(inrush state)일 때, 전류값은 1.87A이고 소비전력은 22.4W, 코일의 기자력은 1260.7A turn이다. 이때, 종래기술에 따른 액추에이터 역시 전류값과 소비전력 및 코일의 기자력이 동일하다. 이는 투입 상태(inrush state)일 때 본 발명에 따른 액추에이터와 종래기술에 따른 액추에이터의 작동 상태가 동일하기 때문이다.

또한, 홀딩 상태(holding state)일 때, 본 발명에 따른 액추에이터는 제1 코일과 제2 코일이 직렬 상태로 작동하며, 전류값이 0.467A, 소비전력 5.6W, 코일의 기자력이 630.35A turn이다. 또한, 종래기술에 따른 액추에이터는 제1 코일만 작동하며, 전류값은 0.93A, 소비전력 11.16W, 코일의 기자력은 630.45A turn이다. 이때, 본 발명에 따른 액추에이터는 제1 코일과 제2 코일이 직렬로 연결되므로 코일의 턴(turn) 수가 1350이며 저항은 25.7Ω이다. 또한, 종래 기술에 따른 액추에이터는 제1 코일만 작동하므로 코일의 턴(turn) 수는 675이고 저항은 12.85Ω이다. 즉, 코일의 기자력은 본 발명에 따른 액추에이터와 종래기술에 따른 액추에이터가 거의 동일하지만, 전류값과 소비전력은 절반 이하인 것을 알 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 액추에이터와 종래기술인 GIGAVAC社의 액추에이터를 비교하였다.

도 7은 종래기술에 따른 GIGAVAC社 액추에이터의 투입 상태와 홀딩 상태에서의 전류값과 소비전력 및 코일의 기자력을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 액추에이터는 전술된 비교와 동일하게 제1 코일과 제2 코일이 동일하게 턴(turn) 수는 각각 675이고 저항이 각각 12.85Ω인 것을 예시한다. 종래기술인 GIGAVAC社의 액추에이터는 제1 코일의 턴(turn) 수가 1634이고 저항이 53.1Ω이며 제2 코일의 턴(turn) 수가 305이고 저항이 3.3Ω이다.

투입 상태(inrush state)일 때, 본 발명에 따른 액추에이터는 전류값은 1.87A이고 소비전력은 22.4W, 코일의 기자력은 1260.7A turn이다. 도 7을 참조하면, 종래기술인 GIGAVAC社의 액추에이터는 전류값이 3.86A, 소비전력은 46.35W, 코일의 기자력은 1478.4A turn이다.

홀딩 상태(holding state)일 때, 본 발명에 따른 액추에이터는 전류값은 0.467A이고 소비전력은 5.6W, 코일의 기자력은 630.35A turn이다. 도 7을 참조하면, 종래기술인 GIGAVAC社의 액추에이터는 전류값이 0.226A, 소비전력은 2.7W, 코일의 기자력은 369.26A turn이다.

상술한 구조에 의해서, 본 발명은 투입 상태일 때 제1 코일과 제2 코일의 저항이 동일한 경우 최대 전류가 흐르게 되어 초기 기자력이 강하다. 본 발명은 홀딩 상태일 때 투입 상태 대비 코일의 저항이 증가하여 홀딩 전류를 기존보다 더 낮게 유지할 수 있다. 본 발명은 제1 코일만으로 홀딩 전류가 결정되지 않기 때문에 홀딩 전류 상태의 포퍼먼스 관점에서 코일 턴(turn)에 대한 비율 변경이 자유롭다. 본 발명은 액티브 소자를 사용하는 종래기술의 액추에이터와는 달리 단순한 스위칭으로 동작하여 회로 구조가 단순하고, 이로 인해 자동차의 EMC 문제에도 유리하다. 본 발명은 제1 코일과 제2 코일이 반대로 연결되어도 정상적으로 작동하므로 회로 구동 안정성이 높으며 조립 난이도도 낮다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

100: 코일 어셈블리 110: 보빈
120: 코일 130: 터미널
131: 외부 터미널 132: 내부 터미널
200: 요크 210: 결합 홀
300: 요크 링 400: 플레이트
410: 중심 홀 500: 가동 코어
600: 고정 코어 700: 리턴 스프링
800: 실린더 900: 샤프트
1000: 하부 프레임

Claims (6)

1. 중공의 보빈과, 상기 보빈에 권취된 제1 코일, 상기 제1 코일의 외주연에 권취된 제2 코일을 포함하는 코일 어셈블리와,
   상기 제1 코일과 상기 제2 코일을 외부 전원을 인가받아 제어하되, 외부 전원이 인가된 투입 상태에서는 상기 제1 코일과 상기 제2 코일을 병렬로 구동하고, 상기 투입 상태에서 소정 시간이 지난 홀딩 상태에서는 상기 제1 코일과 상기 제2 코일을 직렬로 구동하는 구동 회로를 포함하는 액추에이터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 병렬로 접속되며,
   상기 구동 회로는, 상기 제1 코일의 전단에 접속된 제1 스위칭 회로와, 상기 제2 코일의 후단에 접속된 제2 스위칭 회로, 및 상기 제1 코일과 상기 제2 코일의 사이에 접속된 다이오드를 포함하는 액추에이터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 스위칭 회로는 상기 외부 전원과 접지 사이에 직렬로 접속된 제1 저항 및 제1 콘덴서와, 상기 외부 전원과 상기 제1 코일 사이에 접속되며 상기 제1 저항과 제2 콘덴서 사이에 게이트가 접속된 제1 트랜지스터를 포함하고,
   상기 제2 스위칭 회로는 상기 외부 전원과 접지 사이에 직렬로 접속된 제2 콘덴서 및 제2 저항과, 상기 제2 코일과 접지 사이에 접속되며 상기 제2 콘덴서와 상기 제2 저항 사이에 게이트가 접속된 제2 트랜지스터를 포함하는 액추에이터.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 트랜지스터의 게이트 전단에 연결되며 상기 제1 저항과 병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 제1 패스트 스위칭부와,
   상기 제2 트랜지스터의 게이트 전단에 연결되며 상기 제 2 저항과 병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 제2 패스트 스위칭부를 포함하는 액추에이터.
   
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1 코일과 병렬로 연결된 다이오드와,
   상기 제2 코일과 병렬로 연결된 다이오드를 포함하는 액추에이터.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 콘덴서의 후단에 접속되어 접지된 저항과,
   상기 제2 콘덴서의 전단에 접속된 저항을 포함하는 액추에이터.

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