KR900003288Y1 - 전자(電磁) 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전자(電磁) 액츄에이터

제1도는 본 고안의 표준 형식도.

제2도는 종래의 전자 액츄에이터의 표준 형식도.

제3도는 제1도의 본 고안의 자속과 추력과의 관계 설명도.

제4a, b도는 본 고안의 제1실시예의 설명도.

제5a, b도는 본 고안의 제2실시예의 설명도.

제6a, b도는 본 고안의 제3실시예의 설명도.

제7a, b도는 본 고안의 제4실시예의 설명도.

제8a, b도는 본 고안의 제5실시예의 설명도.

제9도, 제10도는 종래의 전자 액츄에이터의 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명.

1 : 고정편 1a, 1b, 2a, 2b : 양측 자극면

1c : 요우크부 2 : 가동편

3, 70 : 영구자석 4, 4a, 4b : 전자석 코일

5 : 스프링 13 : 제1의 간격

15 :제2의 간격 37, 71 : 자성체

45 : 자성체 자극편

본 고안은 기계적 안정 상태의 유지 및 이 기계적 안정 상태에서의 변위를 전자적(電磁的)으로 조작하는 장치로서, 예를들면 전기 자물쇠장치, 밸브봉 조작장치, 전자계전기등에 사용되는 전자 액츄에이터(Actuator)에 관한 것이다.

종래에는, 제9도에 나타낸 단안정 전자 액츄 에이터 및 제10도에 나타낸 쌍안정 전자 액츄에이터가 사용되고 있었다.

제9도에 있어서, 연자성체로 되는 고정편(1)에 S 자극면을 고정한 영구자석(3)의 자속(24)의 작용에 의하여, 연자성체로 된 가동편(2)을 각각의 자극면(1a),(2a)으로, 스프링(5)의 인장항력에 저항하여서 흡착하여, 기계적 안정상태를 유지하고 있다.

고정편(1)에 감은 전자석 코일(4)에 펄스전류를 통하여, 영구자석(3)의 자속(24)을 밀어 없애는 방향의 자속(25)을 유지시키게 되면, 고정편(1)과 가동편(2) 사이의 흡착력은 없어져서 스프링(5)의 인장력에 의하여 가동편(2)이 이동하여 위치가 변위된다.

다음에, 제10도에 있어서, 연자성체로 되는 고정편(1)은 S 자극면 고정의 영구자석(3)의 자속(24)의 작용에 의하여 연자성체로 된 가동편(2)과 각각의 자극면(1a), (2b)이 흡착하여, 기계적으로 안정된 상태에 있다.

다음에, 고정편(1)에 감은 전자석 코일(4a)에 펄스 신호를 통전하여, 영구자석(3)의 자속(24)을 밀어 없애는 방향의 자속(25)을 유기시키게 되면, 가동편(2)은 고정편(1)에 대하여 양측 자극면(1b), (2b)과의 흡착상태로 위치가 변위된다.

이 기계적 안정상태에서, 양측 자극면(1a), (2a)과의 흡착 상태로 복귀시키려면, 전자석 H일(4b)에 역극성의 펄스신호의 통전을 행한다.

종래에 있어, 이들의 전재 액츄에이터는, 상술한 동작 원리의 설명에서도 명백한 바와 같이, 다음과 같은 문제점이 있었다.

(1) 본질적으로 자기 저항이 큰 영구자석을 전자석 코일의 통전에 의한 기자력이 작용하는 자기회로에 삽입하는 구조로 되는 것이어서, 변위를 위하는 소요 암페어 회수가 크다.

(2) 단안정 전자 액츄에이터로서는, 스크링의 저항력을 필요로하여, 구조가 복잡화하게 된다.

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

(4) 쌍안경 전자 액츄에이터는, 반드시 스프링 저항력을 필요로 하지는 않으나, 소요 암페어회수의 전자석 코일 2개를 필요로 하여, 장치의 대형화와 복잡화를 초래한다.

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

이하, 본 고안을 첨부한 도면에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1도에는, 본 고안의 표준 형식도가 도시되어 있다. 자성체로된 가동편(2)이, 자성체로 된 고정편(1)에 대하는 기계적 변위의 방향은, 화살표(2a) 방향으로 제한된 구조를 가지는 것으로 한다. 또한 영구자석(3)에 의한 자속(Φ)은, 누설을 무시하여 자속(Φa), (Φb)으로 분류하여 다음식이 성립하는 것으로 한다.

Φ=Φa+Φb………………………………………………………………(1)

전자석 코일(4)에 통전하여 자속(Φi)을 유기시키게 되면, 영구자석(3)의 내부 리액턴스가 큰 것이어서, 각 자속은 주로 도시한 자기회로에서 중첩되어, 다음식의 추력(Fe)이 가동편(2)에 작용한다.

Fe=K{-(Φi+Φa)²+(Φi-Φb)²}

=K{-Φa²+Φb²-2Φi×(Φa+Φb)}…………………………………(2)

다만, (K)는 비례정수이다.

다음에, 제2도에 도시한 종래의 플런저형 전자 액츄에이터의 추력(Fp)은, 주지한 바와같이 다음식으로 표시된다.

Fp-KΦi²…………………………………………………………………(3)

다만, 여기서는 스프링 저항력은 무시하여 생각하였다.

따라서, 제1도의 본 고안의 랫칭 전자 액츄에이터와, 제2도의 종래의 플러저형 전자 액츄에이터의 동일 암페어 회수의 동전에 대한 추력의 비를 산출하면,

상기(1)(2)(3) 식에서

Fe/Fp=-Φ2+2Φ(ΦbΦi)/Φi²…………………………………………(4)

다만, Φi=0 즉, 전자석 코일(4)에 동전이 없는 경우에는 가동편(2)은,

Fℓ=Φb²-Φa²……………………………………………………………(5)

상기 (5)식에 나타낸 유지력(Fℓ)으로 자극편에 흡착된 상태로서, 소위 랫칭 특성을 나타낸다.

여기에서, Φi=1, Φ=αΦi=αΦb=βΦ=α,β로 하면 상기(4)식은 다음식(6)으로 표현되어, (β)의 변화에 대응하는 (Fe/Fp)의 변화는 (α)를 파라미터로 하여 제3도의 그래프로 표현된다.

Fe/Fp=-α²+2α(α·β-1)……………………………………………(6)

따라서, 가동편의 위치 여하에 관계없이 Φb＞0.5Φ의 조건을 설정하면, 통전시에는 (Φa)측 자극, 통전 정지시에는(Φb)측 자극에 가동편이 안정하게 유지된다.

또한, 제3도는 상기(6) 식에서 동일 암페어 회수에 의한 여자에 의하여, 이 암페어 회수보다 큰 기자력의 영구자석(3)을 배치한 본 고안의 랫칭 전자 액츄에이터가, 종래의 전자 액츄에이터보다, β값, 즉 Φb/Φ의 수치를 1 이하 0.5에 근접한 것으로 설정하여 얻는 구조로 하는 것에 의하여, 수배 이상의 추력을 발생하여 얻는 것을 나타낸다.

이와같이 본 고안은 전력 절약화에 기여하는 것이다.

본 고안은 상술한 바에 의하여 성립하는 것으로서, 전자석 코일(4)을 감은 고정편(1)과, 가동편(2)으로 구성되는 자기회로로 된 전자 액츄에이터에 있어서, 영구자석(3)의 기자력이 상기 전자석 코일(4)의 기자력에 병렬로 삽입되고, 이 고정편(1) 내의 공극에 쌍안정 또는 단안정 상태로서 작동을 할 수 있게, 이 가동편(2)이 유지되는 것을 특징으로 하는 전자 액츄에이터이다.

본 고안은, 이상에서 설명한 바와같이, 단안정 또는 쌍안정의 전자 액츄에이터로서, 아래에서 열거한 바와 같이, 산업과 민생분야에서 크게 공헌할 수가 있는 것이다.

(1) 추력이 크고, 유지 전류가 필요하지 않는 것이어서 에너지 절약 특성을 가지고 있다.

(2) 단일 코일로서 스프링 등의 기구를 필요로 하지 않아, 구조의 단순화, 소형, 경략으로서 수명이 길다.

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

(4) 조작용 전선이 2선식으로 될 수가 있다.

(5) 단시간의 통전으로 끝나는 것이어서, 온도 상승이 적어 소형 경량으로 된다.

이하 본 고안의 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제4도의 (a), (b)에는, 본 고안의 제1실시예가 도시되어 있다.

전자석 코일(4)에 의하여 여자되는 공극을 가진 자기회로인 고정편(1)과, 이 고정편(1)의 자극면(1a), (1b)의 사이에, 양측 자극면(1a), (1b)에 직교하는 화살표(14a) 또는 화살표(14b)방향으로 기계적 변위를 가능하게 하는 제1의 간격(13)을 통하여 삽입한 자성체인 가동편(2)과, 고정편(1)의 요우크부(1c)에 고정되어 가동편(2)의 측면에 미소한 제2의 간격(15)을 통하여 동일 극성 자극이 가동편(2)에 대면한 영구자석(3)에 의하여 구성된다.

다음에 본 실시예의 동작에 대하여 설명한다.

가동편(2)이 제4도의 (a)에 나타낸 바와같이 고정편(1)의 자극면(1b)에 접촉하고 있는 경우에, 영구자석(3)의 자속(27), (28)에 의하여 가동편(2)은 자극면(1b)과 자기적 흡입력 작용의 상태에 있다.

이 상태에 있어서, 전자석 코일(4)에, 정방향의 펄스신호를 통전하고, 자극면(1b)에 N극성, 자극면(1a)에 S극성의 자극을 형성시키게 되면 자속(26)이 발생한다.

이 자속(26) 및 영구자석(3)의 자속(27), (28)은, 제1의 간격(13)에 집중하여서 가동편(2)은 재빨리 제4도의 (b)의 상태로 위치가 변위된다.

또한, 정방향의 펄스 신호의 통전 종료후에도, 영구자석(3)의 자속(27), (28)에 의하여 자극면(1a)과의 흡착 상태를 유지한다.

다음에 제4도의 (b)의 상태에 있어서, 전자석 코일(4)에 역방향의 펄스 신호를 통전하고, 자극면(1a)에 N 극성, 자극면(1b)에 S 극성의 자극을 형성시키게 되면, 자속(29)을 발생한다. 이 자속(29) 및 영구자석(3)의 자속(27), (28)은, 제1의 간격(13)에 집중하여, 제4도의 (a)의 상태로 가동편(2)이 변위하여 복귀한다.

제5도의 (a), (b)에 도시한 본 고안의 제2실시예는 가동편(2)의 측면에 고정편(1)의 요우크부(1c)에 대하여, 미소한 제2의 간격(15)을 가진 영구자석(3)을 배치한다.

이 동작은 제4도의 (a), (b)의 실시예와 동일하다.

다음에, 제6도의 (a), (b)에는, 본 고안의 제3실시예가 도시되어 있다. 전자석 코일(4)에 의하여 여자되는 공극과, 영구자석(3)을 직렬로 접속한 고정편(1)의 자극면(1a), (1b)과의 사이에 양측 자극면(1a), (1b)에 직교하는 방향으로 기계적 변위를 가능하게 하는 제1의 간격(13)을 통하여 삽입한 자성체의 가동편(2)과, 가동편(2) 고정편(1)의 자극면(1b)에 대면하지 아니하는 측면과 미소한 제2의 간격(15)을 통하여 대면하고, 영구자석(3)의 양측 자극면(1a), (1b)에 고정된 자성체(37)의 접극자에 의하여 구성된다.

가동편(2)이 제6도의 (a)에 도시된 바와같이, 자극면(1b)에 접촉하고, 자극면(1a)과 제1의 간격(13)을 통하여 대면하고 있는 경우에, 영구자석(3)의 자속(31)에 의하여 가동편(2)은 자극면(1b)에 자기적으로 흡입된 상태에 있다.

이와같은 상태에 있어서, 전자석 코일(4)에, 정방향의 펄스신호를 통전하고, 자극면(1b)에 N 극성, 영구자석(3)의 S 극 측의 자성체(37)의 접극자에 S 극성을 형성시키게 되면, 자속(30)이 발생한다.

이 자속(30)과 영구자석(3)의 자속(31)에 의하여 자극면(1b)에 반발력이 발생하여 가동편(2)은 재빨리 제6도의 (b)에 도시된 바와같이 자극면(1a)에 흡착하여 변위한다.

정방향 펄스 신호의 통전 종류후에도, 영구자석(3)의 자속(31)의 작용에 의하여, 자극면(1a)과의 흡착 상태를 유지한다.

다음에, 제6도의 (b)의 상태에서 전자석 코일(4)에 역방향의 펄스 신호를 통전하여, 자극면(1b)에 S 극성을, 자성체(37)의 접극자에 N 극성을 형성시키게 되면, 자속(32)을 발생한다.

이 자속(32) 및 영구자석(3)의 자속(31)은, 자극면(1b)측의 제1의 간격(13)에 집중하고, 가동편(2)은 제6도의 (a)의 상태로 복귀하여, 고정편(1)의 자극면(1b)과 흡착한다.

다음에, 제7도의 (a), (b)에 도시된 본 고안의 제4실시예는, 제6도의 (a), (b)의 실시예의 영구자석(3)을 생략하고, 가동편(2)은 영구자석(3)의 양측에 자극편(45), (45)을 설치하는 것에 의하여 형성된다.

본 실시예의 동작은, 가동편(2)의 영구자석(3)의 자속(34) 및 전자석 코일(4)에의 통전에 의하는 자속(33), (35)에 의한 것이나, 제6도의 (a), (b)의 실시예와 동일하다.

본 고안은, 상술한 실시예에 있어서, 고정편(1), 가동편(2)의 상호간의 변위에 대하여 변위의 일정 방향에 대한 영구자석에 저항하는 영구자석 흡입력보다 큰 소정 값의 기계적 저항력 또는 자기적 저항력, 예를 들면 스프링등에 의하여 바이어스 저항력을 중첩시키는 것에 의하여, 단안정적으로 동작시켜도 좋은 것이다.

다음에, 제8도 (a), (b)에는 본 고안의 제5실시예가 도시되어 있다.

제8도 (a)는 스프링에 의한 기계력의 바이어스 저항력을 이용한 예로서, 고정편(1)의 자극면(1a)과 가동편(2)과의 사이에 스프링(60)을 끼워 붙임하고 있다.

또한, 제8도 (b)는 자기력의 바이어스 저항력을 이용한 예로서, 고정편(1)의 자극면(1a)과 가동편(2)과의 사이에 영구자석(70)이 끼워 붙임되어 있다.

제8도 (a)는, 영구자석(3)의 자속과 스프링(60)의 가하는 힘에 의하여 가동편(2)과 자극면(1b)이 흡착상태로 있는 것을 나타내고 있다.

이때 전자석 코일(4)에 전류를 통전하면, 전자석 코일(4)의 자속과 영구자석(3)의 자속이 동위상으로 중첩되어 가동편(2)은 스프링(60)의 가하는 힘에 저항하여 자극면(1a)으로 흡인되고, 이 상태는 유지된다.

전자석 코일(4)의 통전을 해제하면, 전자석 코일(4)의 자속은 없게 되고, 또한,스프링(60)은 영구자석(3)의 흡인력보다 큰 가하는 힘을 갖고 있기 때문에 가동편(2)은 제8도 (a)에 나타난 바와같이 자극면(1b)에 흡착된다.

즉, 전자석 코일(4)에 직류를 온, 오프함으로써 가동편(2)을 단안정 상태로 전자(電磁) 조작할 수가 있다

제8도 (b)는, 스프링 대신에 영구자석(70)을 사용한 것이지만, 작용은 스프링과 동일하다.

제8도 (b)는, 전자석 코일(4)에 직류를 통전하고 있는 상태를 나타내고, 직류를 오프하면 가동편(2)은 영구자석(70)에 흡착된다.

즉, 전자석 코일(4)에 직류를 온, 오프함으로써 가동편(2)을 단안정 상태로 전자(電磁) 조작할 수가 있다.

또한, 이 경우 자로(磁路)에 영구자석(70)을 직접 삽입하면 자기저항이 커지게 되기 때문에, 전자석 코일(4)의 암페어 터언을 크게하여야 한다는 문제가 있는 것이어서 전자석 코일(4)의 자속에 대한 자기저항을 감소시키기 위하여, 자로에 자성체(71)를 형성할 필요가 있지만, 본 실시예에서는 영구자석(70)과 자성체(71)와를 동일 중심에서 구성하고 있다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 고안은, 전자 조작밸브, 전자 조작 피스톤, 전자 자물쇠장치, 개폐기 조작 기구, 본질적 안전 방폭 장치, 비상시 외부로 끌어내는 기구, 그밖에 각종 산업, 민생분야등에 매우 유용한 효과를 기대할 수가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 전자석 코일(4)이 감겨져 공극을 가지는 자기회로가 형성된 강자성체의 고정편(1)과, 공극에 대면하는 자극면(1a), (1b)의 사이에, 제1의 간격(13)을 두고 자극면(1a), (1b)에 대한 변위를 가역자재로 가능하게 삽입한 자성체의 가동편(2)과, 상기 제1의 간격(13)을 제외한 부위에서 상기 고정편(1) 또는 가동편(2) 중의 어느 것인가의 한쪽에 고정하고, 다른쪽에 대하여 극성이 다른 자극면을 제2의 간격(15)을 두고서 대면시켜, 상기 자기회로에서 상기 전자석 코일(4)에 대하여 병렬 접속의 기자력을 유기시키는 영구자석(3)으로 구성되어, 고정편(1) 내의 공극에 쌍안정 또는 단안정 상태로 가동편(2)이 작동하여 유지되는 것을 특징으로 하는 전자 액츄에이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정편(1)에, 영구자석(3)의 양측자극면 각각에 상기 공극을 가진 자기회로를 형성한 전자석 코일(4)을 감은 자성체(37)를 고정하여, 자기회로의 상기 공극에 대면하는 영구자석(3)의 기자력을 자기적으로 단락하는 2가지 위치를 가역자재로 변위가 가능하도록 배치한 자성체의 상기 가동편(2)으로 이루어지는 전자 액츄에이터.
3. 제1항에 있어서, 상기 가동편(2)은, 상기 영구자석(3)의 양측 자극면에 각각 자성체 자극편(45)을 고정하여 형성하고, 상기 고정편(1)의 요우크부(1c)에 상기 제2의 간격(15)을 두고 대면시켜, 상기 영구자석(3)의 기자력을 단락하는 2가지 위치를 가역 자재로 변위 가능하도록 배치한 전자 액츄에이터.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 1항에 있어서, 상기 고정편(1)과 상기 가동편(2)의 상호간에 자기적 바이어스 흡인력, 또는 기계적 바이어스 저항력을 중첩시켜 단안정 상태를 전자 조작하는 전자 액츄에이터.