KR900000430B1 - 전자 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

전자 액츄에이터

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 표준모식도.

제2도는 종래의 전자 액츄에이터의 표준모식도.

제3도는 제1도의 본 발명의 자속과 추력과의 관계설명도.

제4a, b도는, 본 발명의 제1의 실시예의 설명도.

제5a, b도는 본 발명의 제2의 실시예의 설명도.

제6도, 제7도는 종래의 전극 액츄에이터의 설명도.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 기계적 안정상태의 유지 및 이 기계적 안정상태로부터의 변위를 전자적으로 조작하는 장치, 예를 들면 전기자물쇠장치, 벨브봉조작장치, 전자계전기등에 사용되는 전자 액츄에이터에 관한 것이다.

[배경기술]

종래에는, 제6도에 나타내는 단안정 전자액츄에이터 및 제7도에 나타내는 쌍안정 전자액츄에이터가 사용되고 있다.

제6도에 있어서, 연자성체로부터 이루어지는 고정편(1)에 S자 곡면을 고정한 영구자석(3)의 자속(14)의 작용에 의해서, 연자성체로서 이루어지는 가동편(2)을, 각각의 자극면(1_a)과 (2_a)로서, 스프링(5)의 인장항력에 저항하여 흡착하여서 기계적안정상태를 유지하고 있다.

고정편(1)에 감은 전기권선(4)에 펄스 전류를 통전하여, 영구자석(3)의 자석(14)을 없이하는 자속(15)을 유기시키게 하면, 고정편(1)과 가동편(2) 사이의 흡착력은 없어져서, 스프링(5)의 인장력에 의하여 가동편(2)이 이동변위한다.

다음에, 제7도에 있어서, 연자성체로서 이루어지는 고정편(1)은, S자극면 고정 영구자석(3)의 자속(14)의 작용에 의해서, 연자성체로서 이루어지는 가동편(2)과 자극면(1_a) 과 (2_a)가 흡착하여서, 기계적안정상태로 있게된다.

다음에, 고정편(1)에 감은 전기권선(4_a)에 펄스신호를 통전하여, 영구자석(3)의 자속(14)을 없이하는 자속(15)을 유기시키면, 가동편(2)은 고정편(1)에 대하여, 자극(1_b)과(2_b)과의 흡착상태로 위치가 변위한다.

이 기계적 안정상태로부터 자극(1_a)과 (2_a)과의 흡착 상태로 복귀시키기 위하여는, 전기권선(4_b)에 역극성의 펄스신호의 통전을 하게된다.

종래에, 이들의 전기 액츄에이터는, 상술한 동작원리의 설명에서도 명백한 바와같이, 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

(1) 본질적으로 자기저항이 큰 영구자석을, 전기권선 통전에 의한 기자력이 작용하는 자기회로에 삽입하는 구조로 되는 것이어서, 변위를 위하는 소요 암페어 터언이 크다.

(2) 단안정 전자 액츄에이터로서는, 스프링의 저항력을 필요로 하여, 구조가 복잡화하게 된다.

(3) 이로 인하여, 기계적 안정상태의 유지를 위하여, 강력한 기자력을 가진 영구자석을 필요로 한다.

(4) 쌍안정 전자 액츄에이터는, 반드시 스프링 저항력을 필요로 하지는 않으나, 소요암페어 터언의 전기권선 2개를 필요로 하여, 장치의 대형화와 복잡화를 초래한다.

[발명의 개시]

본 발명은, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 소형, 경량이고 구조가 단순한 전력절약 특성을 가진 전자 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 따라서 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1도에는, 본 발명의 모식도가 도시되어 있다. 자성체로 가동편(2)이, 자성체로된 고정판(1)에 대한 기계적 변위의 방향은, 화살표(2_a)방향으로 제한된 구조를 가지는 것으로 한다.

또한, 영구자석(3)에 의한 자석(Φ)은, 누설을 무시하여 자속(Φ_a)(Φ(_b)으로 분류하여 다음식이 성립하는 것으로 한다.

전기권선(4)에 통전하여 자속(Φi)을 유기 시키게되면, 영구자석(3)의 내부 리액턴스가 큰 것이어서, 각 자속은 주로 도시한 자기회로에서 중첩되어, 다음식의 추력(Fe)이 가동편에 작용한다.

다만, (K)는 비례정수이다.

다음에, 제2도에 나타낸 종래의 플런저형 전자액츄에어터의 추력(Fe)은, 주지하는 바와 같이 다음식으로 표시된다.

다만, 여기에서는 스프링 저항력은 무시하여 생각하였다.

따라서, 제1도의 본 발명의 랫칭 전자액츄에이터와, 제2도의 종래의 플런저형 전자액츄에이터의 동일 암페어 터언의 통전에 대한 추력의 비를 산출하면, 상기 (1),(2),(3)식에서

다만, Φi=0즉, 전기권선에 통전이 없는 경우에 가동편(2)은,

(5)식에 나타낸 유지력(F1)으로, 자극편에 흡착된 상태로서, 소위 랫칭 특성을 타나낸다.

여기에서, Φ₁= 1, Φ=αΦ₁=α, Φ_b=βΦ=α·β로 하면, 상기 (4)식은 다음식(6)으로 표현되어, (β)의 변화에 대응하는 (Fe/Fp)의 변화(α)를 파라미터로하여 제3도의 그래프로 표현된다.

Fe/Fp=-α²+2α(α·β-1)…(6)

따라서, 가동편의 위치 여하에 관계없이 Φ_b＞0.5Φ의 조건을 설정하면, 통전시에는(Φ_a)측 지극, 통전 정지시에는 (Φ_b)측 자극에 가동편이 안정하게 유지된다.

또한, 제3도는 상기(6)식에서 동일 암페어 터언에 의한 여자에 의하여, 이 암페어 터언보다 큰 기자력의 영구자석(3)을 배치한 본 발명의 랫칭전자 액츄에이터가, 종래의 전자 액츄에이터보다도, β값, 즉 Φ_b/Φ의 수치를 1이하 0.5에 근접한 것으로 설정하여 얻는 구조로 하는 것에 의하여, 수배 이상의 추력을 발생하여 얻는 것을 나타낸다.

이로인하여 본 발명은 전력 절약화에 기여하는 것이다.

본 발명은 상술한 바에 의하여 성립하는 것으로서, 자석의 한쪽에 자극면을 고정한, 복수의 자극을 가진 연자성체로서의 이루어지는 고정편과, 상기 자석의 다른쪽의 자극면 및 상기 고정편의 복수의 자극에 간극을 통하여 각각 대면하게 설치되어서, 상기 자석의 기자력에 대하여 병렬의 자기회로를 형성하는 자극을 가진 연자성체로서 이루어지는 가동편과, 상기 고정편과 가동편의 상기 자극과 간극으로서 이루어지는 자기회로를 직렬로 여자하게 상기 고정편에 감은 전기권선으로서 이루어지면, 이 전기권선에 통전함으로서 상기 자극대면부의 자속 상호간에 차이를 발생하게 함으로서, 상기 고정편과 가동편이 상호 기계적변위가 생기게 배치된 것을 특징으로 하는 전자액츄에이터인 것이다.

본 발명은, 위에서 설명한 바와 같이 단안정 혹은 쌍안정의 전자 액츄에이터를 제공하는 것을 가능하게 하여, 산업과 민생분야에 크게 공헌할 수 있게 하는 것이다.

(1) 추력이 크고, 유지전류가 필요하지 않은 것이어서, 에너지 절약특성을 가지고 있다.

(2) 단일 코일로서 스프링등의 기구가 필요로 하지 않아, 구조의 단순화, 소형, 경량으로서 수명이 길다.

(3) 기계적 안정상태를 유지하는 유지력(자기 흡착력) 및 기계적 안정상태에서의 변위를 위한 추력의 선정이 용이하다.

(4) 조작용 전선이 2선식으로 될 수있다.

(5) 단시간의 통전으로 끝나는 것이어서, 온도상승이 적어, 소형경량으로 된다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

다음에, 본 발명의 제1의 실시예에 대하여 설명한다.

제4도의 (a),(b)는, 본 실시예의 설명도이며, 연자성체로서 이루어지는 자형상의 고정편(1)에, 영구자석(3)의 S자극면이 고정된다.

이 영구자석(3)의 기자력에 의해서 연자성체 가동편(2)을 거쳐서 제4도(a)의 흡착상태에 있는 자극(2_a)과(1_a)과를 통과하는 자기회로와, 공극을 통하여 대면하는 자극(2_b)과(1_b)와를 경유하는 자기회로에 자속(10),(11)이 분류하여서 기계적 안정상태를 유지하고 있다.

이 제4도(a)의 상태에 있어서, 고정편(1)에 감겨진 전기권선(4)에 펄스신호의 통전을 행하여 자속(12)을 유기하게 하여서, 영구자석(3)에 의한 분류자속(11)을 상쇄하고, 분류자속(10)에 중첩되게 하면, 가동편(2)은 자극(2_b)과 자극(1_b)이 제4도(b)의 흡착상태로 순간적으로 변위한다.

다음에, 상기 전기권선(4)에 역극성 펄스 신호를 통전하면, 자속(13)이 유기되어서 다시 자극(1_a)과(2_b)와의 흡착상태로 복귀시킬수 있어, 쌍안정 전자 액츄에이터의 특성을 가지게 하는 것이 가능하게 된다.

가동편(2)은 절단부의 자기포화부(2_c)에 있어서, 자기회로 단면을 축소하여 포화현상에 의하여 통과자속량을 소정량 이하로 제한하는 자기포화부(2_c)를 형성하는 것에 의하여, 자기저항을 증가하게 하는 것으로서, 자극면(2_b),(1_b)은 공극 자기저항 감소를 위하여 자극(2_a),(1_a)에 비하여 큰 자극 대향면적을 가지게끔 배려한 것이다.

상기 방법에 의하여 자속(10)/자속(11)의 수치를 조절하여, 자속(11)=자속(12)의 조건에 일치하는 펄스전류를 제4도(a)의 도면 화살표 방향으로 전기권선(4)에 통전함으로서, 제4도(b)에 도시된 가동편(2)의 위치로 변위시키는 것이 가능하여, 가동편(2)의 변위를 위한 추력은 자속(10)/자속(11)의 조절에 의하여 크게 변동한다는 것은 제3도에 의해서 명백한 것이다.

제5도는 (a),(b)는, 본 발명의 제2의 실시예의 설명도로서, 연자성체로 이루어지는 자형상 고정편(1)에 S자극을 고정한 영구자석(3)의 기자력은, 간극을 통하여 연자성체로서 이루어지는 가동편(2)을 거쳐서, 다시 자극(2_a)과(1_a)과의 간극을 통과하는 자속(11)과,자극(2_b),(1_b)과의 간극을 통과하는 자속(10)으로 분류되어, 자극의 대향면적이 크고 자기저항이 적은 제5도(a)의가동편(2)의 위치에서 기계적 안정상태에 있다.

그러나, 가동편(2)은, 영구자석(3)의 자극대면부에 자속(10) 또는 자속(11)의 한쪽에 대해서, 소정치 이상의 자속에 대하여 자기포화를 나타내는 가공, 예를 들면 방형 히스테리시스 재의 삽입, 또는 당해 부분의 자기회로 단면축소등이 실시되고 있는 자기포화부(2_c)를 형성하여, 특성의 개선을 도모할 수도 있다.

상기 방법에 의하여, 고정편(1)에 대한 가동편(2)의 기계적 쌍안정상태에 있는 제5도(a),(b)도시위치를, 전기권선(4)에 통전하는 미소펄스신호의 극성에 대응하여, 가역이 자유롭도록 소정의 주추력으로 조작할 수 있게된다.

종래의 단안정 전자 액츄에이터로서 스트로우크 2mm의 추력 1kg으로서는 20W, 쌍안정 전자액츄에이터로서 15W를 필요로 하지만, 어느것이나 본 실시예에서는 5W 정도를 개선할 수 있었다.

다음에, 상기 제4도, 제5도의 실시예에 있어서, 항상 Φb ＞Φ_a의 조건이 성립할 수 있게 자기회로를 설정하면, 가동편(2)은 전기권선(4)에 통전시에만 자속(Φ_a)쪽 자극에, 흡착되어, 통전정지시에는 항상 자속(Φ_b)쪽 자극에, Fe=Φ_b ²-Φ_a ²의 힘으로서 유지 안정되는 소위 단안정 전자 액츄에이터를 얻을 수 있게된다.

또한 상술한 제1 및 제2의 실시예에 있어서, 영구자석(3)의 대신으로, 전자석을 사용하여도 좋다.

[산업상의 이용 가능성]

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 전자조작밸브, 전자조작피스턴,전자 자물쇠장치, 개폐기 조작기구, 본질적 안전방폭장치, 비상시 외부로 끌어내는 기구, 그밖의 각종 산업, 민생분야에서 매우 유용한 효과를 기대할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 자석(3)의 한쪽의 자극면을 고정한, 복수의 자극(1_a),(1_b)을 가진 연자성체로서 이루어지는 고정편(1)과, 상기 자석(3)의 다른쪽 자극면 및 상기 고정편(1)의 복수의 자극(1_a),(1_b)에 간극을 통하여 각각 대면하게 설치되어, 상기 자석(3)의 가자력에 대하여 병렬의 자기회로를 형성하는 자극(2_a),(2_b)을 가진 연자성체로 이루어지는 가동편(2)과, 상기 고정편(1)과 가동편(2)의 상기 자극과 간극으로 이루어지는 자기회로를 직렬로 여자하게 상기 고정편(1)에 감은 전기권선(4)으로서 이루어지며, 이 전기권선(4)에 통전함으로서 상기 자극대면부의 자속 상호간에 차이를 발생하게 하는 것에 의하여, 상기 고정편(1)과 가동편(2)이 상호 기계적 변위를 발생하게 배치된 것을 특징으로 하는 전자 액츄에이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 병렬의 자기회로의 자속 배분을 조절하는, 상기 자석 기자력에 대한 자기 포화에 의하는 자기저항조절부(2_c)를 형성한 전자 액츄에이터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자석(3)을 영구자석으로한 전자 액츄에이터.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자석(3)을 전자석으로한 전자액츄에이터.

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