WO2019054629A1 - 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치 - Google Patents

자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치 Download PDF

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pole
rotating
coil
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic force control device and a magnetic body holding device using the magnetic force control device and more particularly to a magnetic force control device for controlling a magnetic force on an action surface by controlling a disposition state of a freely rotating permanent magnet with a coil, .
  • a magnetic material holding device such as a permanent magnet workholding device is a device used for attaching an object to be attached, which is made of a magnetic material such as iron, by magnetic force.
  • a magnetic material holding device such as a mold clamping device
  • the present invention relates to a magnetic force control apparatus and a magnetic body holding apparatus using the magnetic force control apparatus, and more particularly, to a magnetic force holding apparatus using a magnetic force control apparatus that controls a disposition state of a freely rotating permanent magnet by a coil Thereby controlling the magnetic force on the working surface and a magnetic body holding device using the same.
  • Such a magnetic material holding device basically attaches an object to be attached, which is a magnetic substance, to the action surface by using a strong magnetic force of the permanent magnet.
  • magnetic flux from the permanent magnet is controlled so that magnetic flow is not formed on the action surface Thereby dropping the attachment object from the action surface.
  • the present applicant has disclosed a permanent magnet work holding apparatus for holding and releasing a magnetic circuit by changing a magnetic circuit by rotating the permanent magnet (refer to Patent Document 1).
  • a permanent magnet work holding apparatus for holding and releasing a magnetic circuit by changing a magnetic circuit by rotating the permanent magnet (refer to Patent Document 1).
  • the permanent magnet is rotated as a motor. Since a large force is applied to the motor, the usability is poor, and a large amount of electric power is supplied to the motor.
  • Korean Patent No. 10-1131134 (entitled " permanent magnet work holding device "
  • the present invention provides a magnetic force control device for controlling the magnetic force on the action surface by controlling the arrangement state of freely rotating permanent magnets with a coil and a magnetic body holding device using the magnetic force control device.
  • a magnetic force control device includes: a first pole piece having a working surface and being made of a ferromagnetic material and contacting the N pole of the permanent magnet; A second pole piece having a working surface and being made of a ferromagnetic material and contacting the S pole of the permanent magnet or a permanent magnet different from the permanent magnet; N pole is magnetically coupled to the second pole piece and an S pole is magnetically coupled to the first pole piece, and an N pole is magnetically coupled to the first pole piece, A rotating permanent magnet configured to be rotatable so as to establish a second disposition state in which an S pole is magnetically connected to the second pole piece; And a coil wound on at least one of the first pole piece and the second pole piece; And controlling the current applied to the coil to cause rotation of the rotating permanent magnet to generate a transition between the first disposition state and the second disposition state such that the first pole piece and the second pole Thereby controlling the magnetic force on the action surfaces of the piece.
  • the first pole piece is in contact with the N pole of the permanent magnet
  • the second pole piece is in contact with the S pole of the permanent magnet
  • the permanent magnet is in contact with the S pole of the permanent magnet, Is located close to the working surface.
  • the coil is disposed between the permanent magnet and the rotating permanent magnet.
  • both of the permanent magnet and a plurality of the other permanent magnets are included, and the plurality of other permanent magnets are magnetically connected to each other by a pole piece made of a ferromagnetic material.
  • a connector comprising: a connection pole piece magnetically connectable to the first pole piece and the second pole piece, the connection pole piece being made of a ferromagnetic material; Wherein the coil is wound on at least one of the first pole piece, the second pole piece and the connecting pole piece.
  • the second pole piece is in contact with the S pole of the permanent magnet other than the permanent magnet
  • the permanent magnet is a first permanent magnet
  • the permanent magnet different from the permanent magnet is a second permanent
  • the connecting pole piece is in contact with the S pole of the first permanent magnet and is also in contact with the N pole of the second permanent magnet and the connecting pole piece is in contact with the first pole piece and the second pole piece And are magnetically coupled to each other while forming a gap.
  • the first permanent magnet, the second permanent magnet, and the rotating permanent magnet are arranged in a line.
  • the coil is disposed on the first pole piece between the rotating permanent magnet and the first permanent magnet or on the second pole piece between the rotating permanent magnet and the second permanent magnet .
  • the coil is disposed between the working surface of the first pole piece and the first permanent magnet, and is also disposed between the working surface of the second pole piece and the second permanent magnet .
  • the coil is further disposed between the gap and the first permanent magnet, and further disposed between the gap and the second permanent magnet.
  • the second pole piece is in contact with the S pole of the permanent magnet other than the permanent magnet, the permanent magnet is a first permanent magnet, and the permanent magnet different from the permanent magnet is a second permanent A third pole piece which is in contact with the S pole of the first permanent magnet and is made of a ferromagnetic material; And a fourth pole piece which is in contact with the N pole of the second permanent magnet and is made of a ferromagnetic material;
  • the connecting pole piece has a first position magnetically coupled to the third pole piece and the fourth pole piece, at least one of the third pole piece and the fourth pole piece, The first pole piece and the second pole piece, and the first pole piece and the second pole piece are connected to each other, It is spaced to be connectable.
  • the third pole piece and the fourth pole piece have a working surface.
  • an elastic shock-absorbing member is interposed between the connecting pole piece and the third pole piece or between the connecting pole piece and the fourth pole piece.
  • the connecting pole piece is provided between the connecting pole piece and the third pole piece or between the connecting pole piece and the fourth pole piece, An elastic member for applying a force in a direction away from the elastic member is interposed.
  • the second pole piece is in contact with the S pole of the permanent magnet, and the connecting pole piece forms a gap with the first pole piece and the second pole piece, It is spaced to be connectable.
  • the rotating permanent magnet is positioned closer to the action surfaces than the permanent magnet.
  • the coil is wound on the first pole piece and the second pole piece, respectively, between the rotating permanent magnet and the permanent magnet, and the working surface of the first pole piece and the rotating permanent magnet And is wound to the first pole piece between the magnets and wound on the second pole piece between the working face of the second pole piece and the rotating permanent magnet.
  • a method of manufacturing a magnetic bearing device comprising the steps of: rotating a permanent magnet to form a first permanent magnet, the permanent magnet being a first permanent magnet and having a working surface and being made of a ferromagnetic material; A second permanent magnet having an N pole contacted with the first pole piece and an S pole contacted with the third pole piece; And an N pole are magnetically coupled to the third pole piece and an S pole is magnetically coupled to the first pole piece; and a second arrangement in which the N pole is magnetically coupled to the first pole piece, A second rotating permanent magnet configured to be rotatable so as to achieve a second disposition state in which an S pole is magnetically coupled to the third pole piece; And the connecting pole piece is spaced apart magnetically from the third pole piece while forming a gap.
  • the second pole piece is in contact with the S pole of the permanent magnet, and the connecting pole piece is magnetically connected to at least one of the first pole piece and the second pole piece And a second position magnetically coupled to the first pole piece and the second pole piece.
  • the coil is wound on the first pole piece and the second pole piece, respectively, between the rotating permanent magnet and the permanent magnet.
  • a method of manufacturing a magnetic bearing device comprising the steps of: rotating a permanent magnet to form a first permanent magnet, the permanent magnet being a first permanent magnet and having a working surface and being made of a ferromagnetic material; A second permanent magnet having an N pole contacted with the first pole piece and an S pole contacted with the third pole piece; And an N pole are magnetically coupled to the third pole piece and an S pole is magnetically coupled to the first pole piece; and a second arrangement in which the N pole is magnetically coupled to the first pole piece, A second rotating permanent magnet configured to be rotatable so as to achieve a second disposition state in which an S pole is magnetically coupled to the third pole piece; Wherein the connecting pole piece is configured not to magnetically couple adjacent pole pieces of the first pole piece, the second pole piece and the third pole piece when in the first position, And is magnetically connected to both the first pole piece, the second pole piece and the third pole piece when in the second position.
  • the first pole piece is in contact with the N pole of the permanent magnet
  • the second pole piece is in contact with the S pole of the permanent magnet
  • a pair of the working surfaces are formed on the first pole piece and on the second pole piece, respectively.
  • the direction in which the action surface faces is parallel to the direction along the rotation axis of the rotating permanent magnet.
  • a magnetic force control device comprising: a center pole piece having a working surface and made of a ferromagnetic material; A peripheral pole piece disposed to surround at least a portion of the central pole piece, the peripheral pole piece having a working surface and being made of a ferromagnetic material; A permanent magnet having one of an N pole and an S pole contacted with the center pole piece and another one contacting with the peripheral pole piece; S pole is magnetically connected to the center pole piece and the N pole is spaced apart from the peripheral pole piece in a magnetically connected state, A rotating permanent magnet configured to be rotatable so as to establish a second disposition state in which the N poles are spaced apart from each other in a connected state and are spaced apart in a magnetically connected state with the center pole piece; And a coil wound on at least one of the central pole piece and the peripheral pole piece; By controlling the current applied to the coil to cause rotation of the rotating permanent magnet to cause a transition between the first disposition state and the second disposition state such
  • the permanent magnets are arranged such that at least two of them are symmetrical with respect to the center pole piece, and the rotating permanent magnets are arranged in the first arrangement state or the second arrangement state, Or S pole is directed to the working surface of the central pole piece.
  • the N pole of the permanent magnet contacts the center pole piece, and the coil is wound on the center pole piece between the permanent magnet and the rotating permanent magnet.
  • the rotating permanent magnet is configured to be mechanically fixed to maintain the first disposing state or the second disposing state, and is configured such that the disengagement is released upon changing between the disposing states.
  • the rotating permanent magnet includes a circular portion having an outer edge formed by the same distance from the center of rotation, and a non-circular portion having an outer edge smaller than the circular portion in distance from the center of rotation, The N pole and the S pole of the rotating permanent magnet are divided.
  • the first pole piece and the second pole piece are configured to face all of the circular portion do.
  • a magnetic material holding apparatus includes the configuration of the magnetic force control apparatus described above.
  • the magnetic force control device of the present invention requires only a small amount of current at the time of holding or releasing, thereby enabling low power consumption.
  • FIGS. 1A to 1D are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a magnetic force control apparatus according to another embodiment.
  • FIGS. 3A to 3E are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3F is a cross-sectional view of the magnetic force control apparatus constructed by modifying FIGS. 3A to 3E.
  • FIGS. 4A to 4E are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 5A to 5E are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 5F is a schematic cross-sectional view of yet another modified embodiment of the magnetic force control apparatus of Figs. 5A to 5E.
  • 6A to 6D are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A to 7D are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8A to 8D are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing various embodiments of a rotating permanent magnet.
  • Fig. 10 shows a state in which the rotating permanent magnet is disposed in one embodiment and the magnetic force control device.
  • Fig. 11 is a modification of the magnetic force control device of Figs. 1A to 1D.
  • the magnetic force control apparatus of the present invention is a device that controls magnetic force to be generated or not to an external magnetic body by changing magnetic characteristics on the action surface.
  • the magnetic force control device of the present invention can be widely used for a magnetic body holding device, a power device, and the like.
  • the magnetic force control device is utilized as a magnetic body holding device, but the application is not limited thereto.
  • FIGS. 1A to 1D are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic force control apparatus 100 includes a first pole piece 110, a second pole piece 120, a rotating permanent magnet 130, a permanent magnet 140, and a coil 150.
  • the first pole piece 110 is made of a ferromagnetic material such as iron and has a working surface 111.
  • the second pole piece 120 is made of a ferromagnetic material such as iron and has a working surface 121.
  • the rotating permanent magnet 130 has a first arrangement state in which the S pole is magnetically connected to the first pole piece 110 and the N pole is magnetically connected to the second pole piece 120 1A and 1B), and that the N pole is magnetically coupled in close proximity to the first pole piece 110 and the S pole is magnetically coupled in proximity to the second pole piece 120 And is arranged to be rotatable so as to be switched between the second arrangement state (arrangement state in Fig. 1C and Fig. 1D).
  • the rotating permanent magnet 130 is disposed between the first pole piece 110 and the second pole piece 120 to magnetically couple the first pole piece 110 and the second pole piece 120 Can be connected. However, when the rotating permanent magnets 130 are in the first disposition state and the second disposing state, magnetic fluxes in mutually opposite directions are formed.
  • the rotating permanent magnet 130 is preferably configured to be rotatable with minimal friction. Further, it is preferable that a closer distance is provided between the first pole piece 110 and the second pole piece 120 in the first arrangement state and the second arrangement state because a larger magnetic flow can be formed.
  • Magnetically connected between the rotating permanent magnet 130 and the pole pieces 110 and 120 is not directly contacted with the pole pieces 110 and 120 by the magnetic force of the rotating permanent magnet 130, And so far that the magnetic flow can be formed.
  • magnetic flux of A% or greater intensity is formed in the pole pieces 110, 120 relative to the intensity of the magnetic flow generated by the rotating permanent magnet 130 contacting the pole pieces 110, 120
  • A may be 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, and so on.
  • the rotating permanent magnet 130 exemplifies the structure in which the permanent magnet is molded into a specific shape in the present embodiment, but the present invention is not limited thereto, and it may be constituted by a combination of a permanent magnet and a pole piece.
  • the configuration of the various rotating permanent magnets 130 will be described later in detail with reference to FIG.
  • the permanent magnet 140 is disposed such that the N pole contacts the first pole piece 110 and the S pole contacts the second pole piece 120. [ Preferably, the permanent magnets 140 are located closer to the working surfaces 111, 121 than the rotating permanent magnets 130.
  • the coil 150 may be wound on at least one of the first pole piece 110 and the second pole piece 120.
  • the coil 150 may be disposed at an appropriate position for changing the magnetic flow.
  • the coil 150 is disposed between the rotating permanent magnet 130 and the permanent magnet 140. In an efficient magnetic flow control, Placement is preferred.
  • the rotating permanent magnet 130 rotates the first pole piece 110 and the second pole piece 120 by the permanent magnet 140, And are automatically arranged in the first arrangement state by magnetization. Thereby, an internal circulating magnetic flow is formed as indicated by a dotted line. Accordingly, no magnetic flow is formed in the direction of the action surfaces 111 and 121, and the object can not be held on the action surfaces 111 and 121.
  • a current is applied to the coil 150 as shown in FIG. That is, the coil 150 wound on the first pole piece 110 is controlled so that the N pole is formed in the direction of the action surface 111 of the first pole piece 110 and the S pole is formed on the opposite side, The coil 150 wound on the second pole piece 120 is controlled so that the S pole is formed in the direction of the action surface 121 of the pole piece 120 and the N pole is formed on the opposite side.
  • the rotating permanent magnet 130 receives the repulsive force from each of the pawls, receives the rotational force, and rotates.
  • the arrangement of the rotating permanent magnets 130 is switched to the second arrangement state as shown in FIG. 1C, so that the working surfaces 111 and 121 have N poles and S poles, respectively, so that the object 1 can be held do.
  • the magnetic flow is formed as indicated by a dotted line in Fig. 1C so as to pass through the object 1. 1C, if the current applied to the coil 150 is removed, the magnetic flux is maintained and the holding is maintained.
  • a current may be applied to the coil 150 as shown in FIG. That is, when the current in the direction opposite to that of FIG. 1B is applied to the coil 150, the surface of the first pole piece 110 facing the rotating permanent magnet 130 becomes N pole, And the surface of the second pole piece 120 facing each other becomes S-pole. Then, the rotating permanent magnet 130 receives repulsive force from each of the pawls, is subjected to rotational force, and the arrangement is switched to the first arrangement state as shown in Fig. 1A. Thus, the object 1 can be released from the action surfaces 111 and 121.
  • the rotating direction of the rotating permanent magnet 130 shown in Figs. 1B and 1D is an example, it may be rotated in any direction.
  • the rotating direction of the rotating permanent magnet 130 is merely an example.
  • the magnetic force control apparatus 100 of this embodiment controls the current applied to the coil 150 so as to rotate the rotating permanent magnet 130 to cause the switching between the first and second arrangement states, Thereby controlling the magnetic forces on the working surfaces 111 and 121 of the first pole piece 110 and the second pole piece 120.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a magnetic force control apparatus according to another embodiment.
  • the magnetic force control apparatus 100 'of FIG. 2 is configured such that the configuration of the first permanent magnet 160, the second permanent magnet 170 and the pole piece 180 is added to the magnetic force control apparatus 100 of FIGS. 1A to 1D .
  • the first permanent magnet 160 is disposed such that the N pole is in contact with the first pole piece 110 and the S pole is in contact with the pole piece 180.
  • the second permanent magnet 170 is disposed such that the S pole is in contact with the second pole piece 120 and the N pole is in contact with the pole piece 180.
  • the pole piece 180 magnetically connects the first permanent magnet 160 and the second permanent magnet 170, thereby generating a magnetic flux, such as a dotted line, inside.
  • the pole piece 180 can be utilized as a case together with a magnetic shield.
  • the magnetic force control apparatus 100 'of the present embodiment can obtain a stronger holding force by holding more permanent magnets 140, 160, and 170 than the magnetic force control apparatus 100.
  • FIGS. 3A to 3E are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3F is a cross-sectional view of the magnetic force control apparatus constructed by modifying FIGS. 3A to 3E.
  • the magnetic force control apparatus 200 includes a first pole piece 110, a second pole piece 120, a rotating permanent magnet 130, a coil 150, A first permanent magnet 160, a second permanent magnet 170, and a connecting pole piece 280.
  • the first permanent magnet 160 is disposed such that the N pole contacts the first pole piece 110 and the S pole contacts the connecting pole piece 280.
  • the second permanent magnet 170 is disposed such that the S pole is in contact with the second pole piece 120 and the N pole is in contact with the connecting pole piece 280.
  • the rotating permanent magnet 130, the first permanent magnet 160, and the second permanent magnet 170 are arranged in a line as in the present embodiment in the formation of the magnetic flow. Specifically, when the rotating permanent magnets 130 are in the first arrangement state and the second arrangement state, it is preferable that the respective poles are arranged in a line in the formation of the magnetic flow.
  • the connecting pole piece 280 is made of a ferromagnetic material such as iron.
  • the S pole of the first permanent magnet 160 is in contact with the N pole of the second permanent magnet 170.
  • the connecting pole piece 180 is magnetically connectable to the first pole piece 110 and the second pole piece 120 while forming a gap G therebetween.
  • the gap G is set so as to be magnetically connected between the connecting pole piece 280 and the pole pieces 110 and 120. That is, if a magnetic flux having an intensity of B% or more is transmitted as compared with the intensity of the magnetic flux formed by contact between the connecting pole piece 280 and the pole pieces 110 and 120, it can be said to be magnetically connected.
  • B may be 60, 50, 40, 30, 20, and so on.
  • the coil 150 may be wound on at least one of the first pole piece 110, the second pole piece 120, and the connecting pole piece 280.
  • the coil 150 may be disposed at a suitable position for changing the magnetic flow.
  • the first pole piece 110 and the second pole piece 120 are respectively disposed close to the action surfaces 111 and 121 And the coil 150 is disposed.
  • the coil 150 is positioned between the working surface 111 of the first pole piece 110 and the first permanent magnet 160 and between the working surface 121 of the second pole piece 120 and the second permanent magnet 170, It is possible to directly control the magnetic force on the action surfaces 111 and 121 and to facilitate the switching of the arrangement state of the rotating permanent magnets 130, which is preferable.
  • the coil is further wound on the first pole piece 110 between the gap G and the first permanent magnet 160 and the gap between the gap G and the second permanent magnet 170 It is more preferable that the coil is wound further.
  • a current is applied to the coil 150 as shown in FIG. 3B. That is, the coil 150 wound on the first pole piece 110 is controlled so that the N pole is formed in the direction of the action surface 111 of the first pole piece 110 and the S pole is formed on the opposite side, The coil 150 wound on the second pole piece 120 is controlled so that the S pole is formed in the direction of the action surface 121 of the pole piece 120 and the N pole is formed on the opposite side.
  • the rotating permanent magnet 130 receives repulsive force from each of the pawls, receives the rotational force, and rotates as shown in FIG. 3C.
  • a magnetic flow such as a dotted line passing through the gap G, is formed as shown in FIG. 3C.
  • N and S poles are also formed on the action surfaces 111 and 121 by the current applied to the coil 150, respectively.
  • the object 1 is held on the action surfaces 111 and 121 before and after the rotation of the rotating permanent magnet 130 is switched.
  • the current applied to the coil 150 may be removed.
  • the degree of stability required for applying the current to the coil 150 depends on the thickness and shape of the pole pieces 110, 120 and 280 and the strength of the permanent magnets 130, 160 and 170, the thickness of the object 1 And so on.
  • a current may be applied to the coil 150 as shown in FIG. 3E. That is, when the current in the direction opposite to that of FIG. 3B is applied to the coil 150, the surface of the first pole piece 110 facing the rotating permanent magnet 130 becomes N pole, And the surface of the second pole piece 120 facing each other becomes S-pole. Then, the rotating permanent magnet 130 receives repulsive force from each of the pawls, receives rotational force, and the arrangement is switched to the first disposition state as shown in Fig. 3A. Thus, the object 1 can be released from the action surfaces 111 and 121.
  • the rotating direction of the rotating permanent magnet 130 shown in Figs. 3B and 3E is an exemplary one, so it may be rotated in any direction.
  • the rotating direction of the rotating permanent magnet 130 is merely an example.
  • the rotating permanent magnet 130 and the first permanent magnet 160 / the second permanent magnet 170 may be arranged not to be straight, as in FIGS. 3A to 3E.
  • the coil 150 is disposed on the second pole piece 120 between the rotating permanent magnet 130 and the second permanent magnet 170.
  • the arrangement of the coil 150 as shown in FIG. 3F is exemplary and the coil 150 may be disposed only on the first pole piece 110 between the rotating permanent magnet 130 and the first permanent magnet 160 . Further, the coils 150 may be all disposed on the first pole piece 110 and the second pole piece 120.
  • the magnetic force control device 200 'of FIG. 3F is advantageous for controlling the magnetic flow, and the minimum coil 150 may be used.
  • FIGS. 4A to 4E are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the magnetic force control apparatus 300 of the present embodiment includes a first pole piece 110, a second pole piece 120, a rotating permanent magnet 130, a coil 150, And includes a permanent magnet 160, a second permanent magnet 170, a connecting pole piece 380, a third pole piece 385, and a fourth pole piece 390.
  • the first pole piece 110, the second pole piece 120, the rotating permanent magnet 130, the coil 150, the first permanent magnet 160 and the second permanent magnet 170 are given. Since the description of the same configuration is redundant, it will be omitted, and differences will be described in detail.
  • the first permanent magnet 160 and the second permanent magnet 170 are not brought into contact with the connecting pole piece 380 in the magnetic force control apparatus 300 of the present embodiment,
  • the third pole piece 385 and the fourth pole piece 390 are brought into contact with the first permanent magnet 160 and the second permanent magnet 170.
  • the third pole piece 385 is made of a ferromagnetic material such as iron and is in contact with the S pole of the first permanent magnet 160.
  • the fourth pole piece 390 is made of a ferromagnetic material such as iron and is in contact with the N pole of the second permanent magnet 170.
  • the third pole piece 385 may have a working surface 386 and the fourth pole piece 390 may have a working surface 391. These working surfaces 386 and 391 are formed so as to hold the object 1 together with the working surfaces 111 and 121 of the first pole piece 110 and the second pole piece 120.
  • the connecting pole piece 380 has a first position (positions in FIGS. 4A, 4B and 4C) magnetically coupled to the third pole piece 385 and the fourth pole piece 390, (A position in Figs. 4D and 4E) that is not magnetically connected to at least one of the first and second pole piece 385 and the fourth pole piece 390, respectively.
  • the connecting pole piece 380 is located at the first position as shown in FIG. 4A, the first pole piece 110 and the second pole piece 120 can be magnetically coupled to each other while forming the gap G It is separated.
  • the connecting pole piece 380 is movably fixed to the third pole piece 385 and the fourth pole piece 390 by bolts 301. [ A counter bore is formed in the connecting pole piece 380, and the moving distance is limited by engaging the head of the bolt 301 with the counter bore.
  • a resilient member 302 such as a spring is interposed between the connecting pole piece 380 and the third pole piece 385 / the fourth pole piece 390, respectively. This resilient member 302 forces the connecting pole piece 380 in a direction away from the third pole piece 385 and the fourth pole piece 390.
  • the shock absorbing member 303 having elasticity is interposed between the connecting pole piece 380 and the third pole piece 385 or between the connecting pole piece 380 and the fourth pole piece 390, It is possible to mitigate the impact generated when the piece 380 is moved from the second position to the first position.
  • the impact mitigating member 303 may be plate-shaped rubber, polymer, or the like, and preferably made of a non-magnetic material that does not affect the magnetic flow.
  • the coil 150 is further wound on the connecting pole piece 380 for more proper magnetic flow control.
  • the rotating permanent magnet 130 is rotated by the first pole piece 110 (first pole piece) by the first permanent magnet 160 and the second permanent magnet 170 And the second pole piece 120 are magnetized automatically.
  • the connecting pole piece 380 is located in the first position, thereby forming an internal circulating magnetic flow through the connecting pole piece 380, as indicated by the dotted line. Accordingly, no magnetic flow is formed in the direction of the action surfaces 111, 121, 386, and 391, and the object can not be held on the action surfaces 111, 121, 386, and 391.
  • the rotating permanent magnet 130 receives a repulsive force from each of the pawls, receives the rotational force, and rotates as shown in Fig. 4C.
  • a magnetic flow such as a dotted line passing through the gap G, is formed as shown in FIG. 4C.
  • N and S poles are also formed on the action surfaces 111 and 121 by the current applied to the coil 150, respectively.
  • the surface of the connecting pole piece 380 facing the third pole piece 385 is formed as an S pole and the surface of the connecting pole piece 380 facing the fourth pole piece 390 is N
  • the connecting pole piece 380 is moved to the second position by the elastic force of the elastic member 302.
  • the rotating permanent magnet 130 is disposed in the second disposition state, and the connecting pole piece 380 is positioned in the second position.
  • the object 1 is held on the action surfaces 111, 121, 386 and 391 before and after the arrangement of the rotating permanent magnet 130 and the connecting pole piece 380.
  • the magnetic flow shown by the dotted line passing through the object 1 is formed as shown in Fig. 4d.
  • the current applied to the coil 150 may be removed. However, it may be preferable to apply a certain amount of current in the direction as shown in FIG. 2B without completely removing the current applied to the coil 150, for stable fixing of the rotating permanent magnet 130.
  • a certain amount of electric current is applied to the coil 150 to determine whether the pole pieces 110, 120, 380, 385 and 390 are thick enough to have the same shape and the strength of the permanent magnets 130, 160 and 170, 1) and the like.
  • a current may be applied to the coil 150 as shown in FIG. 4E. That is, when the current in the direction opposite to that of FIG. 4B is applied to the coil 150, the surface of the first pole piece 110 facing the rotating permanent magnet 130 becomes N pole, And the surface of the second pole piece 120 facing each other becomes S-pole. Then, the rotating permanent magnet 130 receives repulsive force from each of the pawls, receives rotational force, and is switched to the first arrangement state as shown in FIG. 4A.
  • the surface of the connecting pole piece 380 facing the third pole piece 385 is formed as the N pole and the surface of the connecting pole piece 380 facing the fourth pole piece 390 is formed as S
  • the connecting pole piece 380 is moved to the first position to overcome the elastic force of the elastic member 302. As a result, Accordingly, an internal circulating magnetic flow as shown in FIG. 4A is formed, and the object 1 can be released from the action surfaces 111, 121, 386, and 391.
  • 5A to 5E are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 5F is a schematic cross-sectional view of yet another modified embodiment of the magnetic force control apparatus of Figs. 5A to 5E.
  • the magnetic force control apparatus 400 of the present embodiment includes a first pole piece 110, a second pole piece 120, a rotating permanent magnet 130, a coil 150, a permanent magnet (440) and a connecting pole piece (480).
  • the first pole piece 110, the second pole piece 120, the rotating permanent magnet 130, and the coil 150 are connected to the magnetic force control device 100 described above with reference to Figs.
  • the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. Since the description of the same configuration is redundant, it will be omitted, and differences will be described in detail.
  • the permanent magnet 440 is disposed such that the N pole contacts the first pole piece 110 and the S pole contacts the second pole piece 120.
  • the permanent magnets 440 have the same configuration as the permanent magnets 140 of FIGS. 1A to 1D, but have different configurations, and are given the same reference numerals, and have substantially the same configuration.
  • the rotating permanent magnet 130 may be located closer to the working surfaces 111, 121 than the permanent magnet 440. This makes it easier to control the magnetic force on the action surfaces 111 and 121. However, the permanent magnets 440 may be positioned close to the action surfaces 111 and 121. [
  • the first pole piece 110 and the second pole piece 120 are spaced magnetically from each other while forming a gap G with the connecting pole piece 480. Since the configuration of the gap G is the same as described above, a duplicate description will be omitted.
  • the coil 150 is wound on the first pole piece 110 and the second pole piece 120 respectively between the rotating permanent magnet 130 and the permanent magnet 340 and the working surface of the first pole piece 110 And between the working surface 121 of the second pole piece 120 and the rotating permanent magnet 130 is wound on the first pole piece 110 between the first pole piece 111 and the rotating permanent magnet 130, 120 of the rotating permanent magnet 130 is preferable because it is easy to switch the arrangement of the rotating permanent magnet 130.
  • the rotating permanent magnet 130 rotates the first pole piece 110 and the second pole piece 120 by the permanent magnet 440, And are automatically arranged in the first arrangement state by magnetization. Thereby, as shown by the dotted line, an internal circulating magnetic flow passing through the permanent magnet 440, the first pole piece 110, the rotating permanent magnet 130, and the second pole piece 120 is formed. At this time, due to the gap G, the magnetic flow from the permanent magnet 440 is difficult to jump to the connecting pole piece 480. Accordingly, no magnetic flow is formed in the direction of the action surfaces 111 and 121, and the object can not be held on the action surfaces 111 and 121.
  • a current is applied to the coil 150 as shown in FIG. 5B. That is, the S pole is formed on the first pole piece 110 in the portion near the S pole of the rotating permanent magnet 130, and the N pole is formed on the second pole piece 120 in the vicinity of the N pole, (150).
  • the rotating permanent magnet 130 receives the repulsive force from each of the pawls, receives the rotational force, and rotates as shown in FIG. 5C.
  • a magnetic flow such as a dotted line passing through the gap G, is formed as shown in FIG. 5C.
  • N and S poles are also formed on the action surfaces 111 and 121 by the current applied to the coil 150, respectively.
  • the magnetic flow passing through the gap G is weakened and magnetic flux from the rotating permanent magnet 130 and the permanent magnet 440, as shown in FIG. 5D, As the object 1 passes through the object 1, the object 1 is firmly held on the action surfaces 111 and 121.
  • the object 1 is held on the action surfaces 111 and 121 before and after the rotation of the rotating permanent magnet 130 is switched. Along with the holding, the magnetic flow shown by the dotted line passing through the object 1 is formed as shown in Fig. 5D.
  • the current applied to the coil 150 may be removed. However, without completely removing the current applied to the coil 150 located between the rotating permanent magnet 130 and the action planes 111 and 121, it is preferable that the current in the direction as shown in FIG. And may be preferable for stable fixation of the magnet 130.
  • a certain amount of current is applied to the coil 150 to ensure stability is dependent on the thickness and shape of the pole pieces 110, 120 and 480 and the strength of the permanent magnets 130 and 440, Will be determined.
  • a current may be applied to the coil 150 as shown in FIG. 5E. That is, when a current in the direction opposite to that of FIG. 5B is applied to the coil 150, the surface of the first pole piece 110 facing the rotating permanent magnet 130 becomes N pole, And the surface of the second pole piece 120 facing each other becomes S-pole. Then, the rotating permanent magnet 130 receives repulsive force from each of the pawls, is subjected to rotational force, and the arrangement is switched to the first arrangement state as shown in Fig. 5A. Thus, the object 1 can be released from the action surfaces 111 and 121.
  • a magnetic force control device 400 ' which is a variation, includes a third pole piece 485, a second permanent magnet 450, and a second rotating permanent magnet 490).
  • the third pole piece 485 has a working surface 486 and is made of a ferromagnetic material such as iron.
  • the second permanent magnet 450 is disposed such that the N pole is in contact with the first pole piece 110 and the S pole is in contact with the third pole piece 485.
  • the second rotating permanent magnet 490 has a first arrangement state in which the N pole is magnetically connected to the third pole piece 485 and the S pole is magnetically connected to the first pole piece 110, Is magnetically connected to the first pole piece (110) and is rotatable to achieve a second disposition state in which the S pole is magnetically coupled to the third pole piece (485).
  • the connecting pole piece 480 ' is magnetically connectably spaced forming a gap G with the first pole piece 110, the second pole piece 120 and the third pole piece 485.
  • the magnetic force control apparatus 400 of Figs. 5A to 5E can be extended laterally. Since the specific operation principle is the same as that of the magnetic force control apparatus 400 described above, detailed description will be omitted.
  • 6A to 6D are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the magnetic force control apparatus 500 of the present embodiment includes a first pole piece 110, a second pole piece 120, a rotating permanent magnet 130, a coil 150, a permanent magnet (440) and a connecting pole piece (580).
  • the first pole piece 110, the second pole piece 120, the rotating permanent magnet 130, the permanent magnet 440 and the coil 150 are connected to the magnetic force control devices 100, 200, 300, and 400, and are given the same reference numerals. Since the description of the same configuration is redundant, it will be omitted, and differences will be described in detail.
  • the connecting pole piece 580 includes a first position (positions in FIGS. 6A and 6B) that is not magnetically coupled to at least one of the first pole piece 110 and the second pole piece 120, And a second position (positions in FIGS. 6C and 6D) magnetically coupled to the piece 110 and the second pole piece.
  • the coil 150 may be wound on at least one of the first pole piece 110, the second pole piece 120 and the connecting pole piece 580.
  • the rotating permanent magnet 130 and the permanent pole It is preferable to wind the first pole piece 110 and the second pole piece 120 between the magnets 440, respectively.
  • the connecting pole piece 580 is movably fixed to the first pole piece 110 and the second pole piece 120 by means of the bolts 501.
  • a counter bore is formed in the connecting pole piece 580 and the moving distance is limited by engaging the head of the bolt 501 with the counter bore.
  • a resilient member 502 such as a spring is interposed between the connecting pole piece 580 and the first pole piece 110 / the second pole piece 120, respectively. This resilient member 502 forces the connecting pole piece 580 in a direction away from the first pole piece 110 and the second pole piece 120.
  • an elastic shock absorbing member 503 is interposed between the connecting pole piece 580 and the first pole piece 110 or between the connecting pole piece 580 and the second pole piece 120, The impact generated when the piece 580 moves from the first position to the second position can be mitigated.
  • the shock-absorbing member 503 may be plate-like rubber, polymer, or the like, preferably made of a non-magnetic material that does not affect the magnetic flow.
  • the rotating permanent magnet 130 is rotated by the first pole piece 110 (FIG. 6A) by the first permanent magnet 140 and the second permanent magnet 150, And the second pole piece 120 are magnetized automatically.
  • the connecting pole piece 580 is located in the first position, thereby forming an internal circulating magnetic flow, as indicated by the dotted line. Accordingly, no magnetic flow is formed in the direction of the action surfaces 111 and 121, and the object can not be held on the action surfaces 111 and 121.
  • a current is applied to the coil 150 as shown in FIG. 6B. That is, the N pole is formed in the direction of the permanent magnet 440, the coil 150 wound around the first pole piece 110 is controlled so that the S pole is formed in the direction of the rotating permanent magnet 130, And the coil 150 wound around the second pole piece 120 is controlled so that an N pole is formed in the direction of the rotating permanent magnet 130.
  • the rotating permanent magnet 130 receives repulsive force from each of the pawls, receives rotational force, and rotates as shown in FIG.
  • the first pole piece 110 and the second pole piece 120 pull together the connecting pole piece 580 so that the connecting pole piece 580 overcomes the elastic force of the elastic member 502, Position.
  • the connecting pole piece 580 is moved as shown in FIG. 4C, magnetic flux from the permanent magnet 440 is formed through the connecting pole piece 580.
  • the object 1 is held by the magnetic flow from the rotating permanent magnet 130.
  • a current may be applied to the coil 150 as shown in FIG. 6D. That is, when the current in the direction opposite to that of FIG. 6B is applied to the coil 150, the surface of the first pole piece 110 facing the rotating permanent magnet 130 becomes N pole, And the surface of the second pole piece 120 facing each other becomes S-pole. Then, the rotating permanent magnet 130 receives a repulsive force from each of the pawls, is subjected to rotational force, and the arrangement is switched to the first disposition state as shown in Fig. 6A.
  • FIG. 7A to 7D are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the magnetic force control apparatus 600 of the present embodiment includes a first pole piece 110, a second pole piece 120, a first rotating permanent magnet 130, a first permanent magnet 440, a connecting pole piece 680, a coil 150, a third pole piece 620, a second rotating permanent magnet 630 and a second permanent magnet 640.
  • the magnetic force control apparatus 600 of the present embodiment further includes the third pole piece 620, the second rotating permanent magnet 630 and the second permanent magnet 640 in the configuration of the magnetic force control apparatus 500 While the connecting pole piece 680 is deformed.
  • Identical numbers identical to the identification numbers shown in Figs. 6A to 6D are assigned to configurations that perform the same function.
  • the magnetic force control apparatus 600 of the present embodiment is an extension of the magnetic force control apparatus 500 described above and further includes a third pole piece 620.
  • the third pole piece 620 has a working surface 621 and is made of a ferromagnetic material such as iron.
  • the second rotating permanent magnet 630 has a first arrangement state in which the N pole is magnetically connected to the third pole piece 620 and the S pole is magnetically connected to the first pole piece 110 7B) in which the N pole is magnetically coupled to the first pole piece 110 and the S pole is magnetically coupled to the third pole piece 620 (Figs. 7D). [0052] As shown in Fig.
  • the second permanent magnet 640 is arranged such that the N pole is in contact with the first pole piece 110 and the S pole is in contact with the third pole piece 620.
  • the second permanent magnets 640 are preferably arranged in line with the first permanent magnets 440.
  • the connecting pole piece 680 is configured to be movable between a first position and a second position.
  • the first position is a position of the connecting pole piece 680 that does not magnetically connect the adjacent pole pieces of the first pole piece 110, the second pole piece 120 and the third pole piece 620 7A and 7B), and the second position is a connecting pole piece magnetically connected to both the first pole piece 110, the second pole piece 120 and the third pole piece 620 680) (positions in Figs. 7C and 7D).
  • the operation principle of the magnetic force control apparatus 600 of the present embodiment is the same as that of the magnetic force control apparatus 500 of FIGS. 6A to 6D, and therefore a detailed description thereof will be omitted.
  • FIGS. 8A to 8D are schematic cross-sectional views of a magnetic force control apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the magnetic force control apparatus 700 of the present embodiment includes a center pole piece 710, a peripheral pole piece 720, a permanent magnet 730 rotating permanent magnet 740, and a coil 750.
  • the central pole piece 710 has a working surface 711 and is made of a ferromagnetic material such as iron.
  • the peripheral pole piece 720 is disposed to surround at least a portion of the center pole piece 710 and has a working surface 721 and is made of a ferromagnetic material such as iron.
  • the permanent magnet 730 is disposed so that one of the N pole and the S pole is in contact with the center pole piece 710 and the other is in contact with the peripheral pole piece 720. [ In this embodiment, it is exemplified that the N pole is in contact with the center pole piece 710.
  • the permanent magnets 730 are disposed symmetrically with the center pole piece 710 as a center.
  • the rotating permanent magnet 740 is spaced apart from the center pole piece 710 by an S pole and is magnetically connected to the peripheral pole piece 720 in a first arrangement state 8A and 8B), and an S pole spaced apart in a magnetically coupled state to the peripheral pole piece 720 and spaced apart in a state where the N pole is magnetically connected to the center pole piece 710 2 arrangement state (arrangement state in Fig. 8C and Fig. 8D).
  • the rotating permanent magnet 740 is disposed such that the N pole or the S pole is directed to the working surface 711 of the center pole piece 710 in the first disposition state or the second disposing state. That is, when the center pole piece 710 is long, it is preferable that the rotating permanent magnets 740 are arranged in the longitudinal direction. This arrangement makes it easier to control the magnetic force on the working surface 711 of the center pole piece 710.
  • the coil 750 is disposed to wind on at least one of the center pole piece 710 and the peripheral pole piece 720 and may be disposed only in the center pole piece 710 as in the present embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing various embodiments of a rotating permanent magnet.
  • the rotating permanent magnet 130 ' may have a cylindrical shape having a circular section.
  • the rotating permanent magnet 130 ' is made of the permanent magnet itself.
  • the rotating permanent magnet 130 '' may have an approximately elliptical cross section.
  • the rotating permanent magnet 130 &quot is made of the permanent magnet itself.
  • this embodiment is as illustrated in Figs. 1 to 6. A detailed description will be given later with reference to Fig.
  • the rotating permanent magnet 130 '' ' may include a permanent magnet 131, an N pole piece 132, and an S pole piece 133.
  • the N pole piece 132 and the S pole piece 133 may be made of a ferromagnetic material such as iron.
  • the rotating permanent magnet 130 '' '' may further include a protector 134 made of a non-magnetic material in the rotating permanent magnet 130 '' '.
  • the rotating permanent magnet 130 " '&quot has a generally cylindrical shape.
  • the rotating permanent magnet 130 '' '' ' includes two permanent magnets 131a and 131b, an N pole piece 132, an S pole piece 133, And a pole piece (135).
  • the N pole piece 132, the S pole piece 133 and the intermediate pole piece 135 may be made of a ferromagnetic material such as iron.
  • the configuration of the rotating permanent magnets 130, 130 ', 130' ', 130' '', 130''', and 130 '' '' may be a permanent magnet itself or a combination of a permanent magnet and a pole piece Or a combination of non-magnetic materials.
  • rotating permanent magnets may be configured in various ways.
  • the rotating permanent magnet 130 described above may be configured to be mechanically fixed when it is in the first disposition state or the second disposition state. That is, after being changed to the first arrangement state and the second arrangement state by the coil, it can be fixed for maintenance of the arrangement state. Such fixation can be configured to be released only upon changing between batch states. With this configuration, it is possible to stably maintain the holding state or the released state by preventing the rotation of the rotating permanent magnet 130 unintentionally.
  • Fig. 10 shows a state in which the rotating permanent magnet is disposed in one embodiment and the magnetic force control device.
  • the rotating permanent magnet 130 '' has a circular portion 130a having the outer edge formed by the same distance from the rotation center O and a distance from the rotation center O to the circular portion 130a And a non-circular portion 130b having an outer edge smaller than that of the non-circular portion 130b.
  • the N-pole and the S-pole of the rotating permanent magnet 130 " are divided by the non-circular portion 130b.
  • the non-circular portion 130b may be formed in a straight line, as illustrated in FIG. 10, but this is merely an example, and may be formed in the form of a curve.
  • the first pole piece 110 and the second pole piece 120 are opposed to at least a part of the circular portion 130a But does not face the non-circular portion 130b. More preferably, as shown in FIG. 10 (b), when the rotating permanent magnet 130 '' is in the first disposition state or the second disposing state, the first pole piece 110 and the second pole piece 120 are configured to face all of the circular portion 130a.
  • non-circular portion 130b makes it difficult to switch the rotating permanent magnet 130 between the second disposition state of Fig. 1C and the first disposition state of Fig. In other words, it is possible to more stably maintain the holding state or the releasing state.
  • the smaller the width A of the non-circular portion 130b the lower the holding performance in the arranged state, but the current applied to the coil 150 at the time of switching the arrangement state becomes smaller. Therefore, it is necessary to appropriately select the A value in consideration of the current value required to change the arrangement state and the external impact value to withstand.
  • the rotating permanent magnet 130 is freely rotatable, a bearing can be utilized.
  • the bearing is made of a magnetic material, making rotation difficult and relatively expensive. Therefore, it is preferable to apply a bushing structure made of a peek, PVC, ceramic material or the like in place of the bearing. In this case, the rotating structure itself is not magnetized, the pushing friction between the magnets is reduced, the rotation of the rotating permanent magnet 130 is advantageous, and the rotating structure can be realized at low cost.
  • Fig. 11 is a modification of the magnetic force control device of Figs. 1A to 1D.
  • the magnetic force control apparatus 100 '' of this embodiment has the same configuration as the magnetic force control apparatus 100 of FIGS. 1A to 1D except that it has an additional action surface.
  • the magnetic force control device 100 '' of the present embodiment has additional action surfaces 112 and 122 on the rotating permanent magnet 130 side in addition to the action surfaces 111 and 121 formed on the permanent magnet 140 side.
  • the first pole piece 110 has two working surfaces 111, 112 and the second pole piece 120 has two working surfaces 121, 122.
  • FIG. 11A illustrates a state in which no magnetic force acts on any of the action surfaces 111, 112, 121, and 122, and corresponds to the state shown in FIG. 1A.
  • 11B illustrates a state in which the object 1 is held on the action surfaces 111 and 121 and the object 1 'is held on the action surfaces 112 and 122.
  • FIG. As shown in FIG. The difference from the state of FIG. 1C is that the magnetic flow from the rotating permanent magnet 130 is directed toward the object 1 ', and the object 1' is also held.
  • the arrangement of the rotating permanent magnet 130 between Figs. 11A and 11B can be changed by applying a current to the coil 150 as shown in Figs. 1B and 1D. Therefore, it is omitted.
  • the action of magnetic forces (e.g., holding and unlocking) on the additional object 1 ' is possible by these additional action surfaces 112 and 122.
  • the arrangement, shape, and number of the action surfaces can be freely modified by the shape, the number, and the like of the objects to which the magnetic force is applied.
  • FIG. 12 is a modification of the magnetic force control apparatus of Fig. More specifically, FIG. 12A shows a schematic front view and a side view in the case where the rotating permanent magnet 130 is in the first disposition state, FIG. 12B shows a state in which the rotating permanent magnet 130 is in the second disposition state A side view, and a bottom view, respectively.
  • the coil 150 is shown in cross-section only in the front view.
  • the magnetic force control device 100 '' 'of FIG. 12 has a direction in which the action surfaces 111', 112 ', 121' and 122 ' 130 in the direction parallel to the rotation axis. That is, the magnetic force control device 100 '' 'is configured such that the rotating permanent magnet 130 is rotated on a plane parallel to the object 1 held on the action surfaces 111', 112 ', 121', and 122 ' do.
  • the rotating permanent magnet 130 forms a first arrangement, in which the action faces 111 ', 112', 121 ', 122' Have little or no magnetic influence on the external magnetic body.
  • the action surfaces 111 'and 112' are magnetized to N poles and the action surfaces 121 ' ') Is magnetized to the S-pole and can have a magnetic influence on the object 1 which is a magnetic body. Accordingly, the magnetic force control device 100 '' 'can hold the object 1.
  • the arrangement of the rotating permanent magnet 130 between FIGS. 12A and 12B can be changed by applying a current to the coil 150 as shown in FIGS. 1B and 1D, Therefore, it is omitted.
  • the magnetic force control apparatus 100 '' 'of the present embodiment is configured such that the rotating permanent magnet 130 is rotated on a plane parallel to the object 1, and thus a compact configuration with a low height can be realized.

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Abstract

본 발명은 자유롭게 회전하는 영구자석의 배치상태를 코일로 제어함으로써 작용면에서의 자기력을 제어하는 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자기력 제어 장치는, 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지며, 영구자석의 N극과 접촉되는 제1 폴피스; 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지며, 상기 영구자석 또는 상기 영구자석과는 다른 영구자석의 S극과 접촉되는 제2 폴피스; N극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성되는 회전영구자석; 및 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 중 적어도 하나에 감기는 코일; 을 포함하며, 상기 코일에 인가되는 전류를 제어함으로써, 상기 회전영구자석을 회전시켜서 상기 제1 배치상태와 상기 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스의 작용면들 상의 자기력을 제어한다.

Description

자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치
본 발명은 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자유롭게 회전하는 영구자석의 배치상태를 코일로 제어함으로써 작용면에서의 자기력을 제어하는 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치에 관한 것이다.
영구자석 워크홀딩 장치 (permanent magnet workholding device) 와 같은 자성체 홀딩 장치는 철과 같은 자성 물질 (magnetic material) 로 구성된 부착 대상을 자기력을 이용하여 부착시키는데 사용되는 장치로서, 오늘날 사출기의 금형 클램핑, 프레스기의 금형 클램핑, 공작 기계의 척 등에 부착되는 내부 장치 등으로 널리 사용되고 있다.본 발명은 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자유롭게 회전하는 영구자석의 배치상태를 코일로 제어함으로써 작용면에서의 자기력을 제어하는 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치에 관한 것이다.
이러한 자성체 홀딩 장치는, 기본적으로 영구자석의 강한 자기력을 이용하여, 자성체인 부착 대상을 작용면에 부착시키게 되는데, 해제 시에는 영구자석으로부터의 자기 흐름을 제어하여 작용면으로 자기 흐름이 형성되지 않도록 하여 부착 대상을 작용면으로부터 떨어뜨린다.
본 출원인은 영구자석을 회전시킴으로써 자기 회로를 변경시킴으로써 홀딩 및 해제를 행하는 영구자석 워크홀딩 장치를 개시한 바 있다 (특허문헌 1 참조). 그러나, 이러한 영구자석 워크홀딩 장치의 경우, 영구자석을 모터로서 회전시키게 되는데, 모터에 많은 힘을 인가하여야 하므로, 사용성이 좋지 못하였고, 모터에 많은 전력이 들어가서 실용화에 이르지 못하였다.
(특허문헌 1)
한국등록특허 제10-1131134호 (발명의 명칭 : 영구자석 워크홀딩 장치)
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 자유롭게 회전하는 영구자석의 배치상태를 코일로 제어함으로써 작용면에서의 자기력을 제어하는 자기력 제어 장치 및 이를 이용한 자성체 홀딩 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기력 제어 장치는, 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지며, 영구자석의 N극과 접촉되는 제1 폴피스; 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지며, 상기 영구자석 또는 상기 영구자석과는 다른 영구자석의 S극과 접촉되는 제2 폴피스; N극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성되는 회전영구자석; 및 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 중 적어도 하나에 감기는 코일; 을 포함하며, 상기 코일에 인가되는 전류를 제어함으로써, 상기 회전영구자석을 회전시켜서 상기 제1 배치상태와 상기 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스의 작용면들 상의 자기력을 제어한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제1 폴피스는 상기 영구자석의 N극과 접촉되고, 상기 제2 폴피스는 상기 영구자석의 S극과 접촉되고, 상기 영구자석은 상기 회전영구자석보다 상기 작용면에 가깝게 위치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 코일은 상기 영구자석과 상기 회전영구자석 사이에 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 영구자석 및 복수의 상기 다른 영구자석을 모두 포함하고, 복수의 상기 다른 영구자석은 강자성체로 이루어지는 폴피스에 의해 서로 자기적으로 연결된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결 가능하게 배치되며, 강자성체로 이루어지는 연결 폴피스; 를 더 포함하고, 상기 코일은 상기 제1 폴피스, 상기 제2 폴피스 및 상기 연결 폴피스 중 적어도 하나에 감긴다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 폴피스는 상기 영구자석과 다른 영구자석의 S극과 접촉되며, 상기 영구자석은 제1 영구자석이고, 상기 영구자석과 다른 영구자석은 제2 영구자석이며, 상기 연결 폴피스는 상기 제1 영구자석의 S극과 접촉되고, 또한 상기 제2 영구자석의 N극과 접촉되며, 상기 연결 폴피스는 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 갭 (gap) 을 형성하면서 자기적으로 연결가능하게 이격된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 영구자석, 상기 제2 영구자석 및 상기 회전영구자석은 일렬로 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 코일은 상기 회전영구자석과 상기 제1 영구자석 사이의 상기 제1 폴피스 또는 상기 회전영구자석과 상기 제2 영구자석 사이의 상기 제2 폴피스에 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 코일은 상기 제1 폴피스의 작용면과 상기 제1 영구자석 사이에 배치되고, 또한 상기 제2 폴피스의 작용면과 상기 제2 영구자석 사이에 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 코일은 상기 갭과 상기 제1 영구자석 사이에 더 배치되고, 또한 상기 갭과 상기 제2 영구자석 사이에 더 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 폴피스는 상기 영구자석과 다른 영구자석의 S극과 접촉되며, 상기 영구자석은 제1 영구자석이고, 상기 영구자석과 다른 영구자석은 제2 영구자석이며, 상기 제1 영구자석의 S극과 접촉되며, 강자성체로 이루어지는 제3 폴피스; 및 상기 제2 영구자석의 N극과 접촉되며, 강자성체로 이루어지는 제4 폴피스; 를 더 포함하고, 상기 연결 폴피스는, 상기 제3 폴피스 및 상기 제4 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 위치와, 상기 제3 폴피스 및 상기 제4 폴피스 중 적어도 하나와 자기적으로 연결되지 않는 제2 위치 간에 이동 가능하게 구성되고, 상기 연결 폴피스가 상기 제1 위치에 위치된 경우라 하더라도, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 갭 (gap) 을 형성하면서 자기적으로 연결가능하게 이격된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제3 폴피스 및 상기 제4 폴피스는 작용면을 가진다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 연결 폴피스와 상기 제3 폴피스 사이 또는 상기 연결 폴피스와 상기 제4 폴피스 사이에는 탄성을 가진 충격완화부재가 개재된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 연결 폴피스와 상기 제3 폴피스 사이 또는 상기 연결 폴피스와 상기 제4 폴피스 사이에는 상기 연결 폴피스가 상기 제3 폴피스 또는 상기 제4 폴피스와 멀어지는 방향으로 힘을 가하는 탄성부재가 개재된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 폴피스는 상기 영구자석의 S극과 접촉되며, 상기 연결 폴피스는 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 갭 (gap) 을 형성하면서 자기적으로 연결 가능하게 이격된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 회전영구자석은 상기 영구자석보다 상기 작용면들에 근접하여 위치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 코일은 상기 회전영구자석과 상기 영구자석의 사이의 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스에 각각 감기고, 상기 제1 폴피스의 작용면과 상기 회전영구자석의 사이의 상기 제1 폴피스에 감기고, 상기 제2 폴피스의 작용면과 상기 회전영구자석의 사이의 상기 제2 폴피스에 감기도록 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 회전영구자석은 제1 회전영구자석이고, 상기 영구자석은 제1 영구자석이고, 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지는 제3 폴피스; 상기 제1 폴피스에 N극이 접촉되고 상기 제3 폴피스에 S극이 접촉되도록 배치된 제2 영구자석; 및 N극이 상기 제3 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제3 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성되는 제2 회전영구자석; 을 더 포함하고, 상기 연결 폴피스는, 상기 제3 폴피스와도 갭을 형성하면서 자기적으로 연결가능하게 이격된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 폴피스는 상기 영구자석의 S극과 접촉되며, 상기 연결 폴피스는, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 중 적어도 하나와 자기적으로 연결되지 않는 제1 위치와, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 위치 간에 이동 가능하게 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 코일은, 상기 회전영구자석과 상기 영구자석의 사이의 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스에 각각 감긴다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 회전영구자석은 제1 회전영구자석이고, 상기 영구자석은 제1 영구자석이고, 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지는 제3 폴피스; 상기 제1 폴피스에 N극이 접촉되고 상기 제3 폴피스에 S극이 접촉되도록 배치된 제2 영구자석; 및 N극이 상기 제3 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제3 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성되는 제2 회전영구자석; 을 더 포함하고, 상기 연결 폴피스는 상기 제1 위치에 있을 때 상기 제1 폴피스, 상기 제2 폴피스 및 상기 제3 폴피스 중 인접하는 폴피스들끼리는 자기적으로 연결시키지 않도록 구성되고, 상기 제2 위치에 있을 때 상기 제1 폴피스, 상기 제2 폴피스 및 상기 제3 폴피스에 모두 자기적으로 연결되도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 폴피스는 상기 영구자석의 N극과 접촉되고, 상기 제2 폴피스는 상기 영구자석의 S극과 접촉되고, 상기 코일은 상기 영구자석과 상기 회전영구자석 사이에 배치되고, 상기 작용면은 상기 제1 폴피스에 한쌍 및 상기 제2 폴피스에 한쌍이 각각 형성된다. 상기 작용면이 향하는 방향은 상기 회전영구자석의 회전축을 따르는 방향과 평행하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치는, 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지는 중심 폴피스; 상기 중심 폴피스의 적어도 일부를 감싸도록 배치되며, 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지는 주변 폴피스; 상기 중심 폴피스에 N극 및 S극 중 어느 하나가 접촉되고, 상기 주변 폴피스에 다른 하나가 접촉되도록 배치되는 영구자석; S극이 상기 중심 폴피스와 자기적으로 연결된 상태로 이격됨과 함께 N극이 상기 주변 폴피스와 자기적으로 연결된 상태로 이격되는 제1 배치상태와, S극이 상기 주변 폴피스와 자기적으로 연결된 상태로 이격됨과 함께 N극이 상기 중심 폴피스와 자기적으로 연결된 상태로 이격되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성되는 회전영구자석; 및 상기 중심 폴피스 및 상기 주변 폴피스 중 적어도 하나에 감기는 코일; 을 포함하며, 상기 코일에 인가되는 전류를 제어함으로써, 상기 회전영구자석을 회전시켜서 상기 제1 배치상태와 상기 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 상기 중심 폴피스 및 상기 주변 폴피스의 작용면들 상의 자기력을 제어한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 영구자석은 적어도 두개가 상기 중심 폴피스를 중심에 두고 대칭을 이루도록 배치되고, 상기 회전영구자석은 상기 제1 배치상태 또는 상기 제2 배치상태 시에, N극 또는 S극이 상기 중심 폴피스의 작용면을 향하도록 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 영구자석의 N극이 상기 중심 폴피스에 접촉되며, 상기 코일은 상기 영구자석과 상기 회전영구자석의 사이의 상기 중심 폴피스에 감긴다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 회전영구자석은 상기 제1 배치상태 또는 상기 제2 배치상태를 유지하도록 기계적으로 고정되도록 구성되며, 배치상태들 간의 변경 시에는 고정이 해제되도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 회전영구자석은 회전 중심으로부터 동일한 거리 만큼 외연이 형성된 원형부와, 회전 중심으로부터의 거리가 상기 원형부보다 작게 외연이 형성된 비원형부로 이루어지며, 상기 비원형부로 인하여 상기 회전영구자석의 N극과 S극이 분할된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 회전영구자석이 상기 제1 배치상태 또는 상기 제2 배치상태에 있을 경우에, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스는 상기 원형부의 전부와 대면하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자성체 홀딩 장치는 상술한 자기력 제어 장치의 구성을 포함한다.
본 발명의 자기력 제어 장치는 적은 전류를 인가하더라도 회전영구자석이 회전함으로써 자기흐름의 변동이 발생되어 홀딩 및 해제가 행하여지므로, 제어가 용이하다.
또한, 본 발명의 자기력 제어 장치는 홀딩 또는 해제 유지 시에 소량의 전류 만이 필요하여, 저전력을 도모할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다. 또한, 도 3f는 도 3a 내지 도 3e를 변형하여 구성한 자기력 제어 장치의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다. 또한, 도 5f는 도 5a 내지 도 5e의 자기력 제어 장치의 또 다른 변형실시예의 개략적인 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 9는 회전영구자석의 다양한 실시 형태를 도시한 단면도이다.
도 10은 회전영구자석의 일 실시형태 및 자기력 제어 장치에 배치된 상태를 나타낸다.
도 11은 도 1a 내지 도 1d의 자기력 제어 장치의 변형례이다.
도 12는 도 11의 자기력 제어 장치의 변형례이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 자기력 제어 장치의 실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 자기력 제어 장치는 작용면에서의 자기 특성을 변화시킴으로써 외부의 자성체에 대해 자기력을 발생시키거나 발생시키지 않도록 제어하는 장치이다. 본 발명의 자기력 제어 장치는 자성체 홀딩 장치, 동력 장치 등에 포괄적으로 활용가능하다. 이하에서는, 자기력 제어 장치가 자성체 홀딩 장치로서 활용되는 것을 예시하여 설명하나, 활용처는 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
본 실시예에 따른 자기력 제어 장치 (100) 는, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120), 회전영구자석 (130), 영구자석 (140) 및 코일 (150) 을 포함한다.
제1 폴피스 (110) 는 철과 같은 강자성체로 이루어지고, 작용면 (111) 을 구비한다. 또한, 제2 폴피스 (120) 는 철과 같은 강자성체로 이루어지고, 작용면 (121) 을 구비한다.
회전영구자석 (130) 은 S극이 제1 폴피스 (110) 와 근접하여 자기적으로 연결됨과 함께, N극이 제2 폴피스 (120) 와 근접하여 자기적으로 연결되는 제1 배치상태 (도 1a 및 도 1b에서의 배치 상태) 와, N극이 제1 폴피스 (110) 와 근접하여 자기적으로 연결됨과 함께, S극이 제2 폴피스 (120) 와 근접하여 자기적으로 연결되는 제2 배치상태 (도 1c 및 도 1d에서의 배치 상태) 간에 전환되도록 회전 가능하게 배치된다.
구체적으로, 회전영구자석 (130) 은 제1 폴피스 (110) 와 제2 폴피스 (120) 사이에 배치되어, 제1 폴피스 (110) 와 제2 폴피스 (120) 간을 자기적으로 연결시킬 수 있다. 하지만, 회전영구자석 (130) 이 제1 배치상태와 제2 배치상태에 있을 때 각각 서로 반대 방향의 자기 흐름이 형성된다.
회전영구자석 (130) 은 마찰을 최소화하여 회전 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 배치상태 및 제2 배치상태 시 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 와의 이격 거리가 가까우면 가까울수록 더 큰 자기흐름을 형성할 수 있어서 바람직하다.
회전영구자석 (130) 과 폴피스들 (110, 120) 간에 "자기적으로 연결"된다는 것은 직접적으로 접촉되지는 않는다 하더라도 회전영구자석 (130) 의 자기력에 의해 폴피스들 (110, 120) 에 자기흐름이 형성될 수 있을 정도로 이격된 것을 포함한다. 예를 들어서, 회전영구자석 (130) 이 폴피스들 (110, 120) 에 접촉하여 발생하는 자기흐름의 세기에 비해, A % 이상의 세기의 자기흐름이 폴피스들 (110, 120) 에 형성되는 경우, 회전영구자석 (130) 과 폴피스들 (110, 120) 간에 자기적으로 연결되었다고 할 수 있다. 여기서, A는 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 등일 수 있다. 하지만, 앞서 언급하였듯이, 회전영구자석 (130) 과 폴피스들 (110, 120) 간의 이격 거리는 최소로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 회전영구자석 (130) 은 본 실시예에서 영구자석을 특정 형상으로 성형한 구조를 예시하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 영구자석과 폴피스의 조합으로 구성될 수도 있다. 다양한 회전영구자석 (130) 의 구성은 도 9를 참조하여 자세히 후술한다.
영구자석 (140) 은 N극이 제1 폴피스 (110) 에 접촉되고, S극이 제2 폴피스 (120) 에 접촉되도록 배치된다. 영구자석 (140) 은 회전영구자석 (130) 보다 작용면들 (111, 121) 에 가깝게 위치되는 것이 바람직하다.
코일 (150) 은 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 중 적어도 하나에 감길 수 있다. 코일 (150) 은 자기흐름을 변경시키기 위한 적절한 위치에 배치되면 되는데, 본 실시예에서는 회전영구자석 (130) 과 영구자석 (140) 사이에 배치되는 것을 예시하고 있으며, 효율적인 자기흐름 제어에 있어서 이러한 배치가 바람직하다.
이하에서는 도 1a 내지 도 1d를 다시 참조하여, 자성체인 대상물 (1) 을 홀딩하고 해제하는 원리에 대해서 설명한다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 코일 (150) 에 전류를 전혀 인가하지 않으면, 회전영구자석 (130) 은 영구자석 (140) 에 의한 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 의 자화에 의해 자동적으로 제1 배치상태로 배치된다. 이에 의해 점선과 같이, 내부 순환 자기흐름이 형성된다. 이에 따라, 작용면들 (111, 121) 방향으로는 자기흐름이 형성되지 않아, 대상물이 작용면들 (111, 121) 에 홀딩될 수 없다.
작용면들 (111, 121) 방향으로 자기흐름을 형성하려면 도 1b와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가한다. 즉, 제1 폴피스 (110) 의 작용면 (111) 방향으로 N극이 형성되고, 그 반대편으로 S극이 형성되도록 제1 폴피스 (110) 에 감긴 코일 (150) 을 제어하고, 제2 폴피스 (120) 의 작용면 (121) 방향으로 S극이 형성되고, 그 반대편으로 N극이 형성되도록 제2 폴피스 (120) 에 감긴 코일 (150) 을 제어한다.
코일 (150) 에 인가되는 전류가 충분히 크다면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 S극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 N극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 회전하게 된다.
회전영구자석 (130) 의 도 1c와 같이 제2 배치상태로 배치가 전환되고, 이에 따라 작용면들 (111, 121) 이 각각 N극과 S극을 띄게 되어 대상물 (1) 을 홀딩할 수 있게 된다. 이때, 자기흐름은 대상물 (1) 을 통과하도록 도 1c의 점선과 같이 형성된다. 일단, 도 1c와 같은 자기흐름이 형성되면 코일 (150) 에 인가되는 전류를 제거하여도 자기흐름이 유지됨에 따라, 홀딩이 유지된다.
홀딩된 대상물 (1) 을 해제하기 위해서는, 도 1d와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가하면 된다. 즉, 도 1b와 반대방향의 전류를 코일 (150) 에 인가하면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 N극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 S극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 도 1a와 같이 제1 배치상태로 배치가 전환된다. 이에 따라, 작용면들 (111, 121) 로부터 대상물 (1) 이 해제될 수 있다.
일단, 제1 배치상태로 회전영구자석 (130) 의 배치가 전환되면, 코일 (150) 에 전류를 인가하지 않더라도, 도 1a의 점선과 같은 내부 순환 자기흐름이 형성되어, 작용면들 (111, 121) 에 대상물 (1) 이 홀딩될 수 없다.
한편, 도 1b 및 도 1d에 도시한 회전영구자석 (130) 의 회전방향은 예시적인 것이므로, 어떠한 방향으로 회전되어도 무방하다. 이하에서도 회전영구자석 (130) 의 회전방향은 예시에 불과하다.
즉, 본 실시예의 자기력 제어 장치 (100) 는, 코일 (150) 에 인가되는 전류를 제어함으로써, 회전영구자석 (130) 을 회전시켜서 제1 배치상태와 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 의 작용면들 (111, 121) 상의 자기력을 제어한다.
도 2는 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2의 자기력 제어 장치 (100') 는, 도 1a 내지 도 1d의 자기력 제어 장치 (100) 에 제1 영구자석 (160), 제2 영구자석 (170) 및 폴피스 (180) 의 구성을 부가한 것을 특징으로 한다.
제1 영구자석 (160) 은 N극이 제1 폴피스 (110) 에 접촉되고 S극이 폴피스 (180) 에 접촉되도록 배치된다. 제2 영구자석 (170) 은 S극이 제2 폴피스 (120) 에 접촉되고 N극이 폴피스 (180) 에 접촉되도록 배치된다.
폴피스 (180) 는 제1 영구자석 (160) 및 제2 영구자석 (170) 을 자기적으로 연결함으로써, 내부에 점선과 같은 자기흐름을 생성시킨다. 폴피스 (180) 는 자기 쉴드와 함께, 케이스로 활용될 수 있다.
본 실시예의 자기력 제어 장치 (100') 는 자기력 제어 장치 (100) 보다 많은 영구자석들 (140, 160, 170) 을 보유함으로써 보다 강한 홀딩력을 얻을 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다. 또한, 도 3f는 도 3a 내지 도 3e를 변형하여 구성한 자기력 제어 장치의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 본 실시예에 따른 자기력 제어 장치 (200) 는, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120), 회전영구자석 (130), 코일 (150), 제1 영구자석 (160), 제2 영구자석 (170) 및 연결 폴피스 (280) 를 포함한다.
본 설명에서 도 1a 내지 도 1d의 자기력 제어 장치 (100) 와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 구체적으로 설명한다.
제1 영구자석 (160) 은 N극이 제1 폴피스 (110) 에 접촉되고, S극이 연결 폴피스 (280) 에 접촉되도록 배치된다. 제2 영구자석 (170) 은 S극이 제2 폴피스 (120) 에 접촉되고, N극이 연결 폴피스 (280) 에 접촉되도록 배치된다.
여기서, 회전영구자석 (130), 제1 영구자석 (160) 및 제2 영구자석 (170) 은 본 실시예에서와 같이 일렬로 배치되는 것이 자기흐름의 형성에 있어서 바람직할 수 있다. 구체적으로 회전영구자석 (130) 이 제1 배치상태와 제2 배치상태 시에 있을 때에, 각 폴들이 일렬로 배치되는 것이 자기흐름의 형성에 있어서 바람직할 수 있다.
연결 폴피스 (280) 는 철과 같은 강자성체로 이루어지며, 제1 영구자석 (160) 의 S극이 접촉되고, 제2 영구자석 (170) 의 N극이 접촉된다. 또한, 연결 폴피스 (180) 는 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 와 각각 갭 (G, gap) 을 형성하면서 자기적으로 연결 가능하게 배치된다.
여기서, 갭 (G) 은 연결 폴피스 (280) 와 폴피스들 (110, 120) 간에 자기적으로 연결될 수 있을 정도로 설정된다. 즉, 연결 폴피스 (280) 와 폴피스들 (110, 120) 간에 접촉되어 형성되는 자기흐름의 세기에 비해, B % 이상의 세기의 자기흐름이 전달된다면, 자기적으로 연결되었다고 할 수 있다. 여기서, B는 60, 50, 40, 30, 20 등일 수 있다.
코일 (150) 은 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120) 및 연결 폴피스 (280) 중 적어도 하나에 감길 수 있다. 코일 (150) 은 자기흐름을 변경시키기 위한 적절한 위치에 배치되면 되는데, 본 실시예에서는 제1 폴피스 (110) 와 제2 폴피스 (120) 에 각각 작용면들 (111, 121) 에 근접하여 코일 (150) 을 배치한 것을 예시하고 있다. 이렇게 코일 (150) 이 제1 폴피스 (110) 의 작용면 (111) 과 제1 영구자석 (160) 사이 및 제2 폴피스 (120) 의 작용면 (121) 과 제2 영구자석 (170) 사이에 배치되면, 작용면들 (111, 121) 에서의 자기력의 직접적인 제어가 가능하고, 회전영구자석 (130) 의 배치상태의 전환에 있어서 용이하므로, 바람직하다. 미도시하지만, 더욱 적정한 제어를 위해서, 갭 (G) 과 제1 영구자석 (160) 사이의 제1 폴피스 (110) 에 코일이 더 감기고, 갭 (G) 과 제2 영구자석 (170) 사이에 코일이 더 감기는 것이 더 바람직하다.
이하에서는 도 3a 내지 도 3e를 다시 참조하여, 자성체인 대상물 (1) 을 홀딩하고 해제하는 원리에 대해서 설명한다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 코일 (150) 에 전류를 전혀 인가하지 않으면, 회전영구자석 (130) 은 제1 영구자석 (160) 및 제2 영구자석 (170) 에 의한 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 의 자화에 의해 자동적으로 제1 배치상태로 배치된다. 이에 의해 점선과 같이, 연결 폴피스 (180) 를 통한 내부 순환 자기흐름이 형성된다. 이에 따라, 작용면들 (111, 121) 방향으로는 자기흐름이 형성되지 않아, 대상물이 작용면들 (111, 121) 에 홀딩될 수 없다.
작용면들 (111, 121) 방향으로 자기흐름을 형성하려면 도 3b와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가한다. 즉, 제1 폴피스 (110) 의 작용면 (111) 방향으로 N극이 형성되고, 그 반대편으로 S극이 형성되도록 제1 폴피스 (110) 에 감긴 코일 (150) 을 제어하고, 제2 폴피스 (120) 의 작용면 (121) 방향으로 S극이 형성되고, 그 반대편으로 N극이 형성되도록 제2 폴피스 (120) 에 감긴 코일 (150) 을 제어한다.
코일 (150) 에 인가되는 전류가 충분히 크다면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 S극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 N극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 도 3c와 같이 회전하게 된다.
이때, 회전하는 동안에, 갭 (G) 을 통과하는 점선과 같은 자기흐름이 도 3c와 같이 형성된다. 물론, 코일 (150) 에 인가된 전류에 의해 작용면들 (111, 121) 에도 N극과 S극이 각각 형성된다.
대상물 (1) 이 작용면들 (111, 121) 에 근접하면, 갭 (G) 을 통과하던 자기흐름은 약화되고, 도 3d와 같이 회전영구자석 (130), 제1 영구자석 (160) 및 제2 영구자석 (170) 의 자기흐름은 대상물 (1) 을 통과함에 따라, 대상물 (1) 이 작용면들 (111, 121) 에 강고하게 홀딩된다.
다시 말해, 회전영구자석 (130) 의 배치 전환을 전후하여, 대상물 (1) 이 작용면들 (111, 121) 에 홀딩된다. 일단, 도 3d와 같은 자기흐름이 형성되면, 코일 (150) 에 인가되는 전류를 제거하여도 무방하다. 그러나, 코일 (150) 에 인가되는 전류를 완전히 제거하지 않고, 도 3b와 같은 방향의 전류를 어느 정도 인가하는 것이 회전영구자석 (130) 의 안정적 고정을 위해서 바람직할 수 있다. 코일 (150) 에 어느 정도의 전류를 인가해야 안정성에 충분한지는 폴피스들 (110, 120, 280) 의 두께, 형상 및 영구자석들 (130, 160, 170) 의 세기, 대상물 (1) 의 두께 등에 따라 결정될 것이다.
홀딩된 대상물 (1) 을 해제하기 위해서는, 도 3e와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가하면 된다. 즉, 도 3b와 반대방향의 전류를 코일 (150) 에 인가하면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 N극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 S극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 도 3a와 같이 제1 배치상태로 배치가 전환된다. 이에 따라, 작용면들 (111, 121) 로부터 대상물 (1) 이 해제될 수 있다.
일단, 제1 배치상태로 회전영구자석 (130) 의 배치가 전환되면, 코일 (150) 에 전류를 인가하지 않더라도, 도 3a의 점선과 같은 내부 순환 자기흐름이 형성되어, 작용면들 (111, 121) 에 대상물 (1) 이 홀딩될 수 없다.
한편, 도 3b 및 도 3e에 도시한 회전영구자석 (130) 의 회전방향은 예시적인 것이므로, 어떠한 방향으로 회전되어도 무방하다. 이하에서도 회전영구자석 (130) 의 회전방향은 예시에 불과하다.
도 3f를 참조하면, 회전영구자석 (130) 과 제1 영구자석 (160)/제2 영구자석 (170) 이 도 3a 내지 도 3e에서와는 달리, 일직선이 아니도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 회전영구자석 (130) 과 제2 영구자석 (170) 사이의 제2 폴피스 (120) 에 코일 (150) 이 배치되는 것이 바람직하다. 하지만, 도 3f에서와 같은 코일 (150) 의 배치는 예시적이며, 회전영구자석 (130) 과 제1 영구자석 (160) 사이의 제1 폴피스 (110) 에만 코일 (150) 이 배치되어도 된다. 또한, 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 에 코일 (150) 이 모두 배치되어도 된다.
도 3f의 자기력 제어 장치 (200') 는 자기흐름의 제어에 유리하며, 최소의 코일 (150) 을 사용하더라도 무방하다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 본 실시예의 자기력 제어 장치 (300) 는, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120), 회전영구자석 (130), 코일 (150), 제1 영구자석 (160), 제2 영구자석 (170), 연결 폴피스 (380), 제3 폴피스 (385) 및 제4 폴피스 (390) 를 포함한다.
본 실시예에서, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120), 회전영구자석 (130), 코일 (150), 제1 영구자석 (160) 및 제2 영구자석 (170) 은 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 상술한 자기력 제어 장치 (200) 에서의 그것들과 동일한 구성으로서, 동일한 참조번호를 부여하였다. 동일한 구성에 대한 설명은 중복이므로, 생략하기로 하고, 차이점에 대해서 구체적으로 설명한다.
본 실시예의 자기력 제어 장치 (300) 에서는, 상술한 자기력 제어 장치 (200) 와는 달리, 연결 폴피스 (380) 에 제1 영구자석 (160) 및 제2 영구자석 (170) 이 접촉되지 않고, 제3 폴피스 (385) 및 제4 폴피스 (390) 가 제1 영구자석 (160) 및 제2 영구자석 (170) 과 접촉된다.
제3 폴피스 (385) 는 철과 같은 강자성체로 이루어지고, 제1 영구자석 (160) 의 S극과 접촉된다. 또한, 제4 폴피스 (390) 는 철과 같은 강자성체로 이루어지고 제2 영구자석 (170) 의 N극과 접촉된다.
제3 폴피스 (385) 는 작용면 (386) 을 가질 수 있고, 제4 폴피스 (390) 는 작용면 (391) 을 가질 수 있다. 이 작용면들 (386, 391) 은 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 의 작용면들 (111, 121) 과 함께, 대상물 (1) 을 홀딩할 수 있도록 형성된다.
연결 폴피스 (380) 는, 제3 폴피스 (385) 및 제4 폴피스 (390) 와 자기적으로 연결되는 제1 위치 (도 4a, 도 4b 및 도 4c에서의 위치) 와, 제3 폴피스 (385) 및 제4 폴피스 (390) 중 적어도 하나와 자기적으로 연결되지 않는 제2 위치 (도 4d 및 도 4e에서의 위치) 간에 이동 가능하게 구성된다.
연결 폴피스 (380) 가 도 4a와 같은 제1 위치에 위치된 경우라 하더라도, 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 와 갭 (G) 을 형성하면서 자기적으로 연결 가능하게 이격된다.
연결 폴피스 (380) 는 볼트 (301) 에 의해 제3 폴피스 (385) 및 제4 폴피스 (390) 에 이동 가능하도록 고정된다. 연결 폴피스 (380) 에는 카운터 보어 (counter bore) 가 형성되고, 이 카운터 보어에 볼트 (301) 의 헤드가 걸림으로써 이동거리가 제한된다.
연결 폴피스 (380) 와 제3 폴피스 (385)/제4 폴피스 (390) 사이에는 각각 스프링과 같은 탄성부재 (302) 가 개재되는 것이 바람직하다. 이러한 탄성부재 (302) 는 연결 폴피스 (380) 가 제3 폴피스 (385) 및 제4 폴피스 (390) 와 멀어지는 방향으로 연결 폴피스 (380) 에 힘을 가하게 된다.
또한, 연결 폴피스 (380) 와 제3 폴피스 (385) 사이 또는 연결 폴피스 (380) 와 제4 폴피스 (390) 사이에는 탄성을 가진 충격완화부재 (303) 가 개재되는 것이, 연결 폴피스 (380) 의 제2 위치로부터 제1 위치로의 이동 시에 발생되는 충격을 완화시킬 수 있어서 바람직하다. 충격완화부재 (303) 는 판 형상의 고무, 중합체 등일 수 있으며, 자기흐름에 영향을 미치지 않는 비자성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 코일 (150) 은 보다 적정한 자기흐름의 제어를 위해 연결 폴피스 (380) 에도 추가적으로 감기는 것이 바람직하다.
이하에서는 도 4a 내지 도 4e를 다시 참조하여, 자성체인 대상물 (1) 을 홀딩하고 해제하는 원리에 대해서 설명한다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 코일 (150) 에 전류를 전혀 인가하지 않으면, 회전영구자석 (130) 은 제1 영구자석 (160) 및 제2 영구자석 (170) 에 의한 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 의 자화에 의해 자동적으로 제1 배치상태로 배치된다. 이와 더불어, 연결 폴피스 (380) 는 제1 위치에 위치됨으로써, 점선과 같이, 연결 폴피스 (380) 를 통한 내부 순환 자기흐름이 형성된다. 이에 따라, 작용면들 (111, 121, 386, 391) 방향으로는 자기흐름이 형성되지 않아, 대상물이 작용면들 (111, 121, 386, 391) 에 홀딩될 수 없다.
작용면들 (111, 121, 386, 391) 방향으로 자기흐름을 형성하려면 도 4b와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가한다. 즉, 제1 폴피스 (110) 의 작용면 (111) 방향으로 N극이 형성되고, 그 반대편으로 S극이 형성되도록 제1 폴피스 (110) 에 감긴 코일 (150) 을 제어하고, 제2 폴피스 (120) 의 작용면 (121) 방향으로 S극이 형성되고, 그 반대편으로 N극이 형성되도록 제2 폴피스 (120) 에 감긴 코일 (150) 을 제어하고, 연결 폴피스 (380) 의 우측으로 N극이 형성되도록 코일 (150) 을 각각 제어한다.
코일 (150) 에 인가되는 전류가 충분히 크다면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 S극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 N극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 도 4c와 같이 회전하게 된다.
이때, 회전하는 동안에, 갭 (G) 을 통과하는 점선과 같은 자기흐름이 도 4c와 같이 형성된다. 물론, 코일 (150) 에 인가된 전류에 의해 작용면들 (111, 121) 에도 N극과 S극이 각각 형성된다.
대상물 (1) 이 작용면들 (111, 121) 에 근접하면, 갭 (G) 을 통과하던 자기흐름은 약화되고, 도 4d와 같이 회전영구자석 (130), 제1 영구자석 (160) 및 제2 영구자석 (170) 의 자기흐름은 대상물 (1) 을 통과함에 따라, 대상물 (1) 이 작용면들 (111, 121) 에 강고하게 홀딩된다.
또한, 이와 함께, 제3 폴피스 (385) 와 대면하는 연결 폴피스 (380) 의 면이 S극으로 형성되고, 제4 폴피스 (390) 와 대면하는 연결 폴피스 (380) 의 면이 N극으로 형성됨에 따라, 연결 폴피스 (380) 는 탄성부재 (302) 의 탄성력에 의해 제2 위치로 이동된다.
이에 따라, 도 4d와 같이, 회전영구자석 (130) 은 제2 배치상태로 배치되고, 연결 폴피스 (380) 는 제2 위치에 위치된다. 회전영구자석 (130) 및 연결 폴피스 (380) 의 배치를 전후하여, 대상물 (1) 이 작용면들 (111, 121, 386, 391) 에 홀딩된다. 홀딩과 함께, 도 4d와 같이 대상물 (1) 을 통과하는 점선으로 도시된 자기흐름이 형성된다. 일단, 도 4d와 같은 자기흐름이 형성되면, 코일 (150) 에 인가되는 전류를 제거하여도 무방하다. 그러나, 코일 (150) 에 인가되는 전류를 완전히 제거하지 않고, 도 2b와 같은 방향의 전류를 어느 정도 인가하는 것이 회전영구자석 (130) 의 안정적 고정을 위해서 바람직할 수 있다. 코일 (150) 에 어느 정도의 전류를 인가해야 안정성에 충분한지는 폴피스들 (110, 120, 380, 385, 390) 의 두께, 형상 및 영구자석들 (130, 160, 170) 의 세기, 대상물 (1) 의 두께 등에 따라 결정될 것이다.
홀딩된 대상물 (1) 을 해제하기 위해서는, 도 4e와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가하면 된다. 즉, 도 4b와 반대방향의 전류를 코일 (150) 에 인가하면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 N극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 S극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 도 4a와 같이 제1 배치상태로 배치가 전환된다. 또한, 이와 함께, 제3 폴피스 (385) 와 대면하는 연결 폴피스 (380) 의 면이 N극으로 형성되고, 제4 폴피스 (390) 와 대면하는 연결 폴피스 (380) 의 면이 S극으로 형성됨에 따라, 연결 폴피스 (380) 는 탄성부재 (302) 의 탄성력을 이기고 제1 위치로 이동된다. 이에 따라, 도 4a와 같은 내부 순환 자기흐름이 형성되고, 작용면들 (111, 121, 386, 391) 로부터 대상물 (1) 이 해제될 수 있다.
일단, 제1 배치상태로 회전영구자석 (130) 의 배치가 전환되고, 제1 위치로 연결 폴피스 (380) 가 이동되면, 코일 (150) 에 전류를 인가하지 않더라도, 도 4a의 점선과 같은 내부 순환 자기흐름이 형성되어, 작용면들 (111, 121) 에 대상물 (1) 이 홀딩될 수 없다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다. 또한, 도 5f는 도 5a 내지 도 5e의 자기력 제어 장치의 또 다른 변형실시예의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 본 실시예의 자기력 제어 장치 (400) 는, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120), 회전영구자석 (130), 코일 (150), 영구자석 (440) 및 연결 폴피스 (480) 를 포함한다.
본 실시예에서, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120), 회전영구자석 (130) 및 코일 (150) 은 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 상술한 자기력 제어 장치 (100) 에서의 그것들과 동일한 구성으로서, 동일한 참조번호를 부여하였다. 동일한 구성에 대한 설명은 중복이므로, 생략하기로 하고, 차이점에 대해서 구체적으로 설명한다.
본 실시예에서 영구자석 (440) 은 N극이 제1 폴피스 (110) 에 접촉되고, S극이 제2 폴피스 (120) 에 접촉하도록 배치된다. 영구자석 (440) 은 도 1a 내지 도 1d에서의 영구자석 (140) 과 다른 구성은 동일하지만 배치에서 차이가 있어서 다른 참조번호를 부여하였을 뿐이고, 실질적으로는 동일한 구성이다.
회전영구자석 (130) 은 영구자석 (440) 보다 작용면들 (111, 121) 에 근접하여 위치될 수 있다. 이로 인해, 작용면들 (111, 121) 상의 자기력의 제어가 보다 용이하다. 그러나, 영구자석 (440) 이 작용면들 (111, 121) 에 근접하여 위치될 수도 있다.
제1 폴피스 (110) 와 제2 폴피스 (120) 는 연결 폴피스 (480) 와 갭 (G) 을 형성하면서 자기적으로 연결 가능하게 이격된다. 갭 (G) 의 구성에 대해서는 상술한 바와 같으므로, 중복 설명은 생략한다.
코일 (150) 은 회전영구자석 (130) 과 영구자석 (340) 의 사이의 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 에 각각 감기고, 제1 폴피스 (110) 의 작용면 (111) 과 회전영구자석 (130) 의 사이의 제1 폴피스 (110) 에 감기고, 제2 폴피스 (120) 의 작용면 (121) 과 회전영구자석 (130) 의 사이의 제2 폴피스 (120) 에 감기도록 배치되는 것이 회전영구자석 (130) 의 배치 전환에 용이하여 바람직하다.
이하에서는 도 5a 내지 도 5e를 다시 참조하여, 자성체인 대상물 (1) 을 홀딩하고 해제하는 원리에 대해서 설명한다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 코일 (150) 에 전류를 전혀 인가하지 않으면, 회전영구자석 (130) 은 영구자석 (440) 에 의한 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 의 자화에 의해 자동적으로 제1 배치상태로 배치된다. 이에 따라 점선과 같이, 영구자석 (440), 제1 폴피스 (110), 회전영구자석 (130) 및 제2 폴피스 (120) 를 통과하는 내부 순환 자기흐름이 형성된다. 이때, 갭 (G) 으로 인해, 영구자석 (440) 으로부터의 자기흐름은 연결 폴피스 (480) 로 건너가기 어렵다. 이에 따라, 작용면들 (111, 121) 방향으로는 자기흐름이 형성되지 않아, 대상물이 작용면들 (111, 121) 에 홀딩될 수 없다.
작용면들 (111,121) 방향으로 자기흐름을 형성하려면 도 5b와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가한다. 즉, 회전영구자석 (130) 의 S극과 근접한 부분의 제1 폴피스 (110) 에 S극이 형성되고, N극과 근접한 부분의 제2 폴피스 (120) 에 N극이 형성되도록, 코일 (150) 을 제어한다.
코일 (150) 에 인가되는 전류가 충분히 크다면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 S극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 N극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 도 5c와 같이 회전하게 된다.
이때, 회전하는 동안에, 갭 (G) 을 통과하는 점선과 같은 자기흐름이 도 5c와 같이 형성된다. 물론, 코일 (150) 에 인가된 전류에 의해 작용면들 (111, 121) 에도 N극과 S극이 각각 형성된다.
대상물 (1) 이 작용면들 (111, 121) 에 근접하면, 갭 (G) 을 통과하던 자기흐름은 약화되고, 도 5d와 같이 회전영구자석 (130) 및 영구자석 (440) 으로부터의 자기흐름은 대상물 (1) 을 통과함에 따라, 대상물 (1) 이 작용면들 (111, 121) 에 강고하게 홀딩된다.
회전영구자석 (130) 의 배치 전환을 전후하여, 대상물 (1) 이 작용면들 (111, 121) 에 홀딩된다. 홀딩과 함께, 도 5d와 같이 대상물 (1) 을 통과하는 점선으로 도시된 자기흐름이 형성된다. 일단, 도 5d와 같은 자기흐름이 형성되면, 코일 (150) 에 인가되는 전류를 제거하여도 무방하다. 그러나, 회전영구자석 (130) 과 작용면들 (111, 121) 사이에 위치하는 코일 (150) 에 인가되는 전류를 완전히 제거하지 않고, 도 5b와 같은 방향의 전류를 어느 정도 인가하는 것이 회전영구자석 (130) 의 안정적 고정을 위해서 바람직할 수 있다. 코일 (150) 에 어느 정도의 전류를 인가해야 안정성에 충분한지는 폴피스들 (110, 120, 480) 의 두께, 형상 및 영구자석들 (130, 440) 의 세기, 대상물 (1) 의 두께 등에 따라 결정될 것이다.
홀딩된 대상물 (1) 을 해제하기 위해서는, 도 5e와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가하면 된다. 즉, 도 5b와 반대방향의 전류를 코일 (150) 에 인가하면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 N극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 S극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 도 5a와 같이 제1 배치상태로 배치가 전환된다. 이에 따라, 작용면들 (111, 121) 로부터 대상물 (1) 이 해제될 수 있다.
일단, 제1 배치상태로 회전영구자석 (130) 의 배치가 전환되면, 코일 (150) 에 전류를 인가하지 않더라도, 도 3a의 점선과 같은 내부 순환 자기흐름이 형성되어, 작용면들 (111, 121) 에 대상물 (1) 이 홀딩될 수 없다.
도 5f를 참조하면, 변형예인 자기력 제어 장치 (400') 는 상술한 자기력 제어 장치 (400) 의 구성에, 제3 폴피스 (485), 제2 영구자석 (450) 및 제2 회전영구자석 (490) 을 더 포함하여 구성된다.
제3 폴피스 (485) 는 작용면 (486) 을 구비하고, 철과 같은 강자성체로 이루어진다.
제2 영구자석 (450) 은 제1 폴피스 (110) 에 N극이 접촉되고 제3 폴피스 (485) 에 S극이 접촉되도록 배치된다.
제2 회전영구자석 (490) 은 N극이 제3 폴피스 (485) 와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 제1 폴피스 (110) 와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 제1 폴피스 (110) 와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 제3 폴피스 (485) 와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성된다.
연결 폴피스 (480') 는 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120) 및 제3 폴피스 (485) 와 갭 (G) 을 형성하면서 자기적으로 연결가능하게 이격된다.
이렇게 도 5a 내지 도 5e의 자기력 제어 장치 (400) 는 횡으로 확장될 수 있다. 구체적인 작동원리는 상술한 자기력 제어 장치 (400) 의 작동원리와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 본 실시예의 자기력 제어 장치 (500) 는, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120), 회전영구자석 (130), 코일 (150), 영구자석 (440) 및 연결 폴피스 (580) 를 포함한다.
본 실시예에서, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120), 회전영구자석 (130), 영구자석 (440) 및 코일 (150) 은 상술한 자기력 제어 장치들 (100, 200, 300, 400) 에서의 그것들과 동일한 구성으로서, 동일한 참조번호를 부여하였다. 동일한 구성에 대한 설명은 중복이므로, 생략하기로 하고, 차이점에 대해서 구체적으로 설명한다.
연결 폴피스 (580) 는, 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 중 적어도 하나와 자기적으로 연결되지 않는 제1 위치 (도 6a 및 도 6b에서의 위치) 및 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 위치 (도 6c 및 도 6d에서의 위치) 간에 이동 가능하게 구성된다.
코일 (150) 은 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120) 및 연결 폴피스 (580) 중 적어도 하나에 감길 수 있으나, 본 실시예에서와 같이, 회전영구자석 (130) 과 영구자석 (440) 사이의 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 에 각각 감기는 것이 바람직하다.
연결 폴피스 (580) 는 볼트 (501) 에 의해 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 에 이동 가능하도록 고정된다. 연결 폴피스 (580) 에는 카운터 보어 (counter bore) 가 형성되고, 이 카운터 보어에 볼트 (501) 의 헤드가 걸림으로써 이동거리가 제한된다.
연결 폴피스 (580) 와 제1 폴피스 (110)/제2 폴피스 (120) 사이에는 각각 스프링과 같은 탄성부재 (502) 가 개재되는 것이 바람직하다. 이러한 탄성부재 (502) 는 연결 폴피스 (580) 가 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 와 멀어지는 방향으로 연결 폴피스 (580) 에 힘을 가하게 된다.
또한, 연결 폴피스 (580) 와 제1 폴피스 (110) 사이 또는 연결 폴피스 (580) 와 제2 폴피스 (120) 사이에는 탄성을 가진 충격완화부재 (503) 가 개재되는 것이, 연결 폴피스 (580) 의 제1 위치로부터 제2 위치로의 이동 시에 발생되는 충격을 완화시킬 수 있어서 바람직하다. 충격완화부재 (503) 는 판 형상의 고무, 중합체 등일 수 있으며, 자기흐름에 영향을 미치지 않는 비자성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하에서는 도 6a 내지 도 6d를 다시 참조하여, 자성체인 대상물 (1) 을 홀딩하고 해제하는 원리에 대해서 설명한다.
먼저, 도 6a를 참조하면, 코일 (150) 에 전류를 전혀 인가하지 않으면, 회전영구자석 (130) 은 제1 영구자석 (140) 및 제2 영구자석 (150) 에 의한 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 의 자화에 의해 자동적으로 제1 배치상태로 배치된다. 이와 더불어, 연결 폴피스 (580) 는 제1 위치에 위치됨으로써, 점선과 같이, 내부 순환 자기흐름이 형성된다. 이에 따라, 작용면들 (111, 121) 방향으로는 자기흐름이 형성되지 않아, 대상물이 작용면들 (111, 121) 에 홀딩될 수 없다.
작용면들 (111, 121) 방향으로 자기흐름을 형성하려면 도 6b와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가한다. 즉, 영구자석 (440) 방향으로 N극이 형성되고, 회전영구자석 (130) 방향으로 S극이 형성되도록 제1 폴피스 (110) 에 감긴 코일 (150) 을 제어하고, 영구자석 (440) 방향으로 S극이 형성되고, 회전영구자석 (130) 방향으로 N극이 형성되도록 제2 폴피스 (120) 에 감긴 코일 (150) 을 제어한다.
코일 (150) 에 인가되는 전류가 충분히 크다면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 S극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 N극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 도 6c와 같이 회전하여 배치상태가 전환된다.
또한, 이와 함께, 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 는 연결 폴피스 (580) 를 끌어당겨, 연결 폴피스 (580) 는 탄성부재 (502) 의 탄성력을 이기고, 제2 위치로 이동된다. 도 4c와 같이 연결 폴피스 (580) 가 이동되면, 영구자석 (440) 으로부터의 자기흐름은 연결 폴피스 (580) 를 통하여 형성된다.
이에 따라, 회전영구자석 (130) 으로부터의 자기흐름으로 대상물 (1) 이 홀딩되게 된다.
홀딩된 대상물 (1) 을 해제하기 위해서는, 도 6d와 같이 코일 (150) 에 전류를 인가하면 된다. 즉, 도 6b와 반대방향의 전류를 코일 (150) 에 인가하면, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제1 폴피스 (110) 의 면은 N극을 띄게 되고, 회전영구자석 (130) 과 대면하는 제2 폴피스 (120) 의 면은 S극을 띄게 된다. 그렇다면, 회전영구자석 (130) 은 각 폴에서 척력을 받게 되어, 회전력을 받게 되고, 도 6a와 같이 제1 배치상태로 배치가 전환된다. 또한, 이와 함께, 제1 폴피스 (110) 와 제2 폴피스 (120) 가 연결 폴피스 (580) 를 당기는 힘이 약해져서, 탄성부재 (502) 의 탄성에 의해 연결 폴피스 (580) 는 다시 제1 위치로 복귀된다. 이에 따라, 도 6a와 같은 내부 순환 자기흐름이 형성되고, 작용면들 (111, 121) 로부터 대상물 (1) 이 해제될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 본 실시예의 자기력 제어 장치 (600) 는, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120), 제1 회전영구자석 (130), 제1 영구자석 (440), 연결 폴피스 (680), 코일 (150), 제3 폴피스 (620), 제2 회전영구자석 (630) 및 제2 영구자석 (640) 을 포함한다.
본 실시예의 자기력 제어 장치 (600) 는, 상술한 자기력 제어 장치 (500) 의 구성에서, 제3 폴피스 (620), 제2 회전영구자석 (630) 및 제2 영구자석 (640) 을 더 포함하면서, 연결 폴피스 (680) 를 변형한 구조를 가진다. 동일한 기능을 수행하는 구성에 대해서는 도 6a 내지 도 6d에서 표시한 식별번호와 동일한 식별번호를 부여하였다.
본 실시예의 자기력 제어 장치 (600) 는 상술한 자기력 제어 장치 (500) 를 확장한 것으로서, 제3 폴피스 (620) 를 더 구비한다. 제3 폴피스 (620) 는 작용면 (621) 을 구비하고 철과 같은 강자성체로 이루어진다.
제2 회전영구자석 (630) 은 N극이 제3 폴피스 (620) 와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 제1 폴피스 (110) 와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태 (도 7a 및 도 7b에서의 배치상태) 와, N극이 제1 폴피스 (110) 와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 제3 폴피스 (620) 와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태 (도 7c 및 도 7d에서의 배치상태) 를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성된다.
제2 영구자석 (640) 은 제1 폴피스 (110) 에 N극이 접촉되고, 제3 폴피스 (620) 에 S극이 접촉되도록 배치된다. 제2 영구자석 (640) 은 제1 영구자석 (440) 과 일렬로 배치되는 것이 바람직하다.
연결 폴피스 (680) 는 제1 위치와 제2 위치 간에 이동이 가능하게 구성된다. 제1 위치란, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120) 및 제3 폴피스 (620) 중 인접하는 폴피스들끼리는 자기적으로 연결시키지 않는 연결 폴피스 (680) 의 위치 (도 7a 및 도 7b에서의 위치) 이며, 제2 위치란, 제1 폴피스 (110), 제2 폴피스 (120) 및 제3 폴피스 (620) 에 모두 자기적으로 연결되는 연결 폴피스 (680) 의 위치 (도 7c 및 도 7d에서의 위치) 를 말한다.
본 실시예의 자기력 제어 장치 (600) 의 작동원리는 도 6a 내지 도 6d의 자기력 제어 장치 (500) 와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기력 제어 장치의 개략적인 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 본 실시예의 자기력 제어 장치 (700) 는, 중심 폴피스 (710), 주변 폴피스 (720), 영구자석 (730) 회전영구자석 (740) 및 코일 (750) 을 포함한다.
중심 폴피스 (710) 는 작용면 (711) 을 구비하고 철과 같은 강자성체로 이루어진다.
주변 폴피스 (720) 는 중심 폴피스 (710) 의 적어도 일부를 감싸도록 배치되며, 작용면 (721) 을 구비하고 철과 같은 강자성체로 이루어진다.
영구자석 (730) 은 중심 폴피스 (710) 에 N극 및 S극 중 어느 하나가 접촉되고, 주변 폴피스 (720) 에 다른 하나가 접촉되도록 배치된다. 본 실시예에서는 중심 폴피스 (710) 에 N극이 접촉된 것을 예시한다.
영구자석 (730) 은 적어도 두개가 구비되는 경우, 중심 폴피스 (710) 를 중심에 두고 대칭을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.
회전영구자석 (740) 은 S극이 중심 폴피스 (710) 와 자기적으로 연결된 상태로 이격됨과 함께 N극이 상기 주변 폴피스 (720) 와 자기적으로 연결된 상태로 이격되는 제1 배치상태 (도 8a 및 도 8b에서의 배치상태) 와, S극이 주변 폴피스 (720) 와 자기적으로 연결된 상태로 이격됨과 함께 N극이 중심 폴피스 (710) 와 자기적으로 연결된 상태로 이격되는 제2 배치상태 (도 8c 및 도 8d에서의 배치상태) 를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성된다.
회전영구자석 (740) 은 제1 배치상태 또는 제2 배치상태 시에, N극 또는 S극이 중심 폴피스 (710) 의 작용면 (711) 을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 중심 폴피스 (710) 가 길게 형성될 경우, 회전영구자석 (740) 이 길이 방향으로 배열될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 배치에 의해 중심 폴피스 (710) 의 작용면 (711) 에의 자기력 제어가 보다 용이하다.
코일 (750) 은 중심 폴피스 (710) 및 주변 폴피스 (720) 중 적어도 하나에 감기도록 배치되며, 본 실시예에서와 같이 중심 폴피스 (710) 에만 배치될 수도 있다.
이하에서는 도 8a 내지 도 8d를 다시 참조하여, 자성체인 대상물 (1) 을 홀딩하고 해제하는 원리에 대해서 설명한다.
먼저, 도 8a를 참조하면, 코일 (750) 에 전류를 전혀 가하지 않으면, 회전영구자석 (740) 은 제1 배치 상태를 이루고, 점선과 같은 내부 순환 자기흐름이 형성되며, 이에 따라 작용면들 (711, 721) 에 대상물이 홀딩될 수 없다.
홀딩을 위해, 도 8b와 같이 코일 (750) 에 전류를 인가하면, 회전영구자석 (730) 방향으로 S극이 형성된다. 이와 함께, 대상물 (1) 을 작용면 (711, 721) 으로 근접시키면 도 8c와 같이 회전영구자석 (730) 이 제2 배치상태로 회전되면서, 대상물 (1) 이 작용면 (711, 721) 에 홀딩된다.
홀딩되면, 도 8c와 같이 대상물 (1) 을 통과하는 자기흐름이 형성되면서, 대상물이 작용면 (711, 721) 에 강고하게 홀딩된다.
이후, 해제를 위해서는, 도 8d와 같이 도 8b와는 반대 방향으로 코일 (750) 에 전류를 인가하면, 회전영구자석 (740) 방향으로 N극이 형성되므로, 회전영구자석 (740) 이 회전하여, 도 8a와 같은 제1 배치상태로 변경된다. 이에 따라, 도 8a와 같은 내부 순환 자기흐름이 형성되어, 대상물 (1) 은 해제된다.
도 9는 회전영구자석의 다양한 실시 형태를 도시한 단면도이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 회전영구자석 (130') 은 단면이 원형인 원통형상으로 구성될 수 있다. 이 경우, 회전영구자석 (130') 은 영구자석 자체로 이루어진다.
도 9의 (b)를 참조하면, 회전영구자석 (130'') 은 단면이 대략적인 타원형으로 구성될 수 있다. 이 경우, 회전영구자석 (130'') 은 영구자석 자체로 이루어진다. 참고로, 본 형태는 도 1 내지 도 6에서 예시한 바와 같다. 또한, 구체적인 설명은 도 10을 참조하여 후술한다.
도 9의 (c)를 참조하면, 회전영구자석 (130''') 은 영구자석 (131) 과 N 폴피스 (132) 와 S 폴피스 (133)를 포함하여 구성될 수 있다. N 폴피스 (132) 및 S 폴피스 (133) 는 철과 같은 강자성체로 이루어질 수 있다.
도 9의 (d)를 참조하면, 회전영구자석 (130'''') 은 회전영구자석 (130''') 에 비자성체 재질의 보호체 (134)를 더 구비할 수 있다. 이 경우, 회전영구자석 (130'''') 은 전반적으로 원통형상을 가진다.
도 9의 (e)를 참조하면, 회전영구자석 (130''''') 은 두 개의 영구자석 (131a, 131b) 과, N 폴피스 (132) 와, S 폴피스 (133) 와, 중간 폴피스 (135) 를 포함하여 구성될 수 있다. N 폴피스 (132), S 폴피스 (133) 및 중간 폴피스 (135) 는 철과 같은 강자성체로 이루어질 수 있다.
이렇듯 회전영구자석 (130, 130', 130'', 130''', 130'''', 130''''') 의 구성은 영구자석 자체로 이루어질 수도 있고, 영구자석과 폴피스의 조합 또는 비자성체 재질의 조합으로 이루어질 수 있다. 이외에도 다양한 방식으로 회전영구자석이 구성될 수도 있다.
한편, 위에서 설명한 회전영구자석 (130) 은 제1 배치상태 또는 제2 배치상태일 경우, 기계적으로 고정되도록 구성될 수 있다. 즉, 코일에 의해 제1 배치상태 및 제2 배치상태로 변경된 이후, 배치상태의 유지를 위해 고정될 수 있다. 이러한 고정은 배치상태 간의 변경 시만 해제되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 의도치 않은 회전영구자석 (130) 의 회전을 방지함으로써, 홀딩 또는 해제 상태의 안정적 유지가 보다 가능해진다.
도 10은 회전영구자석의 일 실시형태 및 자기력 제어 장치에 배치된 상태를 나타낸다.
도 10의 (a) 을 참조하면, 회전영구자석 (130'') 은 회전 중심 (O) 으로부터 동일한 거리만큼 외연이 형성된 원형부 (130a) 와 회전 중심 (O) 으로부터의 거리가 원형부 (130a) 보다 작게 외연이 형성된 비원형부 (130b) 로 이루어질 수 있다. 이 비원형부 (130b) 에 의해 회전영구자석 (130'') 의 N극과 S극이 분할된다.
비원형부 (130b) 는 도 10에서 예시한 바와 같이, 일자로 형성될 수 있으나 이는 예시에 불과하고, 곡선의 형태로 형성될 수도 있다.
회전영구자석 (130'') 이 제1 배치상태 또는 제2 배치상태에 있을 경우에, 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 는 원형부 (130a) 의 적어도 일부와는 대면하되 비원형부 (130b) 와는 대면하지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 도 10의 (b) 와 같이, 회전영구자석 (130'') 이 제1 배치상태 또는 제2 배치상태에 있을 경우에, 제1 폴피스 (110) 및 제2 폴피스 (120) 는 원형부 (130a) 의 전부와 대면하도록 구성된다.
비원형부 (130b) 가 구비되면, 도 1c의 제2 배치상태와 도 1a의 제1 배치상태 간의 회전영구자석 (130) 의 전환을 어렵게 만든다. 다시 말해, 홀딩 상태 혹은 해제 상태의 유지를 보다 안정적으로 구현할 수 있다.
비원형부 (130b) 의 폭 (A) 이 크면 클수록 배치상태의 유지 성능은 향상되지만, 배치상태의 전환 시에 코일 (150) 에 인가되는 전류가 증가된다. 반면, 비원형부 (130b) 의 폭 (A) 이 작으면 작을수록 배치상태의 유지 성능은 저하되지만, 배치상태의 전환 시에 코일 (150) 에 인가되는 전류는 작아진다. 따라서, 배치상태의 전환 시에 필요한 전류값 및 견뎌야 하는 외부 충격값을 고려하여 적절히 A 값을 선정할 필요가 있다.
한편, 회전영구자석 (130) 은 자유롭게 회전 가능하게 구성되므로, 베어링을 활용할 수 있다. 그러나, 베어링은 자성체로 이루어져 회전을 어렵게 만들고 비교적 고가이다. 따라서, 베어링 대신에 피크 (peek), PVC, 또는 세라믹 재질 등으로 이루어진 부싱 구조를 적용하는 것이 바람직하다. 이러한 경우 회전 구조 자체가 자성을 띄지 않고, 자석간 밀침 마찰이 감소되어 회전영구자석 (130) 의 회전이 유리하며, 저가로 회전 구조를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 11은 도 1a 내지 도 1d의 자기력 제어 장치의 변형례이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 자기력 제어 장치 (100'') 는 추가적인 작용면을 가진다는 점 이외에 도 1a 내지 도 1d의 자기력 제어 장치 (100) 의 구성과 동일한 구성을 가진다.
본 실시예의 자기력 제어 장치 (100'') 는 영구자석 (140) 측에 형성되는 작용면들 (111, 121) 이외에 회전영구자석 (130) 측에 추가적인 작용면들 (112, 122) 을 가진다. 구체적으로 제1 폴피스 (110) 는 2개의 작용면들 (111, 112) 을 가지며, 제2 폴피스 (120) 는 2개의 작용면들 (121, 122) 을 가진다.
도 11의 (a) 는 어느 작용면들 (111, 112, 121, 122) 에도 자기력이 작용하지 않게 제어된 상태를 예시하는데, 도 1a의 상태와 대응된다. 또한, 도 11의 (b) 는 작용면들 (111, 121) 에는 대상물 (1) 이 홀딩되고, 작용면들 (112, 122) 에는 대상물 (1') 이 홀딩된 상태를 예시하는데, 도 1c의 상태와 대응된다. 도 1c의 상태와의 차이점은 회전영구자석 (130) 으로부터의 자기흐름이 대상물 (1') 로 향하여, 대상물 (1') 도 홀딩된다는 점이다.
도 11의 (a) 와 (b) 사이의 회전영구자석 (130) 의 배치 변경은 도 1b와 도 1d와 같은 코일 (150) 에의 전류 인가에 의해 행하여 질 수 있고, 자세한 설명은 상술한 바와 같으므로 생략한다.
이러한 추가적인 작용면들 (112, 122) 에 의해 추가적인 대상물 (1') 에 대한 자기력의 작용 (예를 들어, 홀딩 및 해제) 이 가능하다. 이렇듯, 자기력을 작용시키려는 대상물들의 형상, 갯수 등에 의해 자유롭게 작용면들의 배치, 형상, 갯수 등을 변형할 수 있다.
도 12는 도 11의 자기력 제어 장치의 변형례이다. 구체적으로 도 12의 (a) 는 회전영구자석 (130) 이 제1 배치상태인 경우의 개략적인 정면도 및 측면도를 나타내며, 도 12의 (b) 는 회전영구자석 (130) 이 제2 배치상태인 경우의 개략적인 정면도, 측면도 및 하면도를 나타낸다. 참고로, 정면도에서만 코일 (150) 을 단면으로 도시하였다.
도 12의 자기력 제어 장치 (100''') 는 도 11의 자기력 제어 장치 (100'') 와 달리 작용면들 (111', 112', 121', 122') 이 향하는 방향은 회전영구자석 (130) 의 회전축을 따르는 방향과 평행한 방향을 향하도록 배치된다. 즉, 작용면들 (111', 112', 121', 122') 에 홀딩되는 대상물 (1) 과 평행한 평면 상에서 회전영구자석 (130) 이 회전되도록 자기력 제어 장치 (100''') 가 구성된다.
도 12의 (a) 를 참조하면, 회전영구자석 (130) 은 제1 배치를 형성하며, 이 때에는 내부를 순환하는 자기흐름에 의해 작용면들 (111', 112', 121', 122') 은 외부의 자성체에 자기적 영향을 거의 또는 전혀 끼치지 못한다.
반면, 도 12의 (b) 와 같이, 회전영구자석 (130) 이 제2 배치를 형성하면, 작용면들 (111', 112') 은 N극으로 자화되고, 작용면들 (121', 122') 은 S극으로 자화되어 자성체인 대상물 (1) 에 자기적인 영향을 끼칠 수 있다. 이에 따라, 자기력 제어 장치 (100''') 는 대상물 (1) 을 홀딩할 수 있다.
도 12의 (a) 와 (b) 사이의 회전영구자석 (130) 의 배치 변경은 도 1b와 도 1d와 같은 코일 (150) 에의 전류 인가에 의해 행하여 질 수 있고, 자세한 설명은 상술한 바와 같으므로 생략한다.
본 실시예의 자기력 제어 장치 (100''') 는 대상물 (1) 과 평행한 평면 상에서 회전영구자석 (130) 이 회전되도록 구성되어, 높이가 낮은 컴팩트한 구성의 구현이 가능한 장점을 가진다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (30)

  1. 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지며, 영구자석의 N극과 접촉되는 제1 폴피스;
    작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지며, 상기 영구자석 또는 상기 영구자석과는 다른 영구자석의 S극과 접촉되는 제2 폴피스;
    N극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성되는 회전영구자석; 및
    상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 중 적어도 하나에 감기는 코일; 을 포함하며,
    상기 코일에 인가되는 전류를 제어함으로써, 상기 회전영구자석을 회전시켜서 상기 제1 배치상태와 상기 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스의 작용면들 상의 자기력을 제어하는, 자기력 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 폴피스는 상기 영구자석의 N극과 접촉되고, 상기 제2 폴피스는 상기 영구자석의 S극과 접촉되고,
    상기 영구자석은 상기 회전영구자석보다 상기 작용면에 가깝게 위치되는, 자기력 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 영구자석과 상기 회전영구자석 사이에 배치되는, 자기력 제어 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 영구자석 및 복수의 상기 다른 영구자석을 모두 포함하고,
    복수의 상기 다른 영구자석은 강자성체로 이루어지는 폴피스에 의해 서로 자기적으로 연결되는, 자기력 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결 가능하게 배치되며, 강자성체로 이루어지는 연결 폴피스; 를 더 포함하고,
    상기 코일은 상기 제1 폴피스, 상기 제2 폴피스 및 상기 연결 폴피스 중 적어도 하나에 감기는, 자기력 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 폴피스는 상기 영구자석과 다른 영구자석의 S극과 접촉되며,
    상기 영구자석은 제1 영구자석이고, 상기 영구자석과 다른 영구자석은 제2 영구자석이며,
    상기 연결 폴피스는 상기 제1 영구자석의 S극과 접촉되고, 또한 상기 제2 영구자석의 N극과 접촉되며,
    상기 연결 폴피스는 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 갭 (gap) 을 형성하면서 자기적으로 연결가능하게 이격되는, 자기력 제어 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 영구자석, 상기 제2 영구자석 및 상기 회전영구자석은 일렬로 배치되는, 자기력 제어 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 회전영구자석과 상기 제1 영구자석 사이의 상기 제1 폴피스 또는 상기 회전영구자석과 상기 제2 영구자석 사이의 상기 제2 폴피스에 배치되는, 자기력 제어 장치.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 제1 폴피스의 작용면과 상기 제1 영구자석 사이에 배치되고, 또한 상기 제2 폴피스의 작용면과 상기 제2 영구자석 사이에 배치되는, 자기력 제어 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 갭과 상기 제1 영구자석 사이에 더 배치되고, 또한 상기 갭과 상기 제2 영구자석 사이에 더 배치되는, 자기력 제어 장치.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 폴피스는 상기 영구자석과 다른 영구자석의 S극과 접촉되며,
    상기 영구자석은 제1 영구자석이고, 상기 영구자석과 다른 영구자석은 제2 영구자석이며,
    상기 제1 영구자석의 S극과 접촉되며, 강자성체로 이루어지는 제3 폴피스; 및
    상기 제2 영구자석의 N극과 접촉되며, 강자성체로 이루어지는 제4 폴피스; 를 더 포함하고,
    상기 연결 폴피스는, 상기 제3 폴피스 및 상기 제4 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 위치와, 상기 제3 폴피스 및 상기 제4 폴피스 중 적어도 하나와 자기적으로 연결되지 않는 제2 위치 간에 이동 가능하게 구성되고,
    상기 연결 폴피스가 상기 제1 위치에 위치된 경우라 하더라도, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 갭 (gap) 을 형성하면서 자기적으로 연결가능하게 이격되는, 자기력 제어 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제3 폴피스 및 상기 제4 폴피스는 작용면을 가지는, 자기력 제어 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 연결 폴피스와 상기 제3 폴피스 사이 또는 상기 연결 폴피스와 상기 제4 폴피스 사이에는 탄성을 가진 충격완화부재가 개재되는, 자기력 제어 장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 연결 폴피스와 상기 제3 폴피스 사이 또는 상기 연결 폴피스와 상기 제4 폴피스 사이에는 상기 연결 폴피스가 상기 제3 폴피스 또는 상기 제4 폴피스와 멀어지는 방향으로 힘을 가하는 탄성부재가 개재되는, 자기력 제어 장치.
  15. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 폴피스는 상기 영구자석의 S극과 접촉되며,
    상기 연결 폴피스는 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 갭 (gap) 을 형성하면서 자기적으로 연결 가능하게 이격되는, 자기력 제어 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 회전영구자석은 상기 영구자석보다 상기 작용면들에 근접하여 위치되는, 자기력 제어 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 회전영구자석과 상기 영구자석의 사이의 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스에 각각 감기고, 상기 제1 폴피스의 작용면과 상기 회전영구자석의 사이의 상기 제1 폴피스에 감기고, 상기 제2 폴피스의 작용면과 상기 회전영구자석의 사이의 상기 제2 폴피스에 감기도록 배치되는, 자기력 제어 장치.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 회전영구자석은 제1 회전영구자석이고,
    상기 영구자석은 제1 영구자석이고,
    작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지는 제3 폴피스;
    상기 제1 폴피스에 N극이 접촉되고 상기 제3 폴피스에 S극이 접촉되도록 배치된 제2 영구자석; 및
    N극이 상기 제3 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제3 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성되는 제2 회전영구자석; 을 더 포함하고,
    상기 연결 폴피스는, 상기 제3 폴피스와도 갭을 형성하면서 자기적으로 연결가능하게 이격되는, 자기력 제어 장치.
  19. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 폴피스는 상기 영구자석의 S극과 접촉되며,
    상기 연결 폴피스는, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스 중 적어도 하나와 자기적으로 연결되지 않는 제1 위치와, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 위치 간에 이동 가능하게 구성되는, 자기력 제어 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 코일은, 상기 회전영구자석과 상기 영구자석의 사이의 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스에 각각 감기는, 자기력 제어 장치.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 회전영구자석은 제1 회전영구자석이고,
    상기 영구자석은 제1 영구자석이고,
    작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지는 제3 폴피스;
    상기 제1 폴피스에 N극이 접촉되고 상기 제3 폴피스에 S극이 접촉되도록 배치된 제2 영구자석; 및
    N극이 상기 제3 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결되는 제1 배치상태와, N극이 상기 제1 폴피스와 자기적으로 연결됨과 함께 S극이 상기 제3 폴피스와 자기적으로 연결되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성되는 제2 회전영구자석; 을 더 포함하고,
    상기 연결 폴피스는 상기 제1 위치에 있을 때 상기 제1 폴피스, 상기 제2 폴피스 및 상기 제3 폴피스 중 인접하는 폴피스들끼리는 자기적으로 연결시키지 않도록 구성되고, 상기 제2 위치에 있을 때 상기 제1 폴피스, 상기 제2 폴피스 및 상기 제3 폴피스에 모두 자기적으로 연결되도록 구성되는, 자기력 제어 장치.
  22. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 폴피스는 상기 영구자석의 N극과 접촉되고, 상기 제2 폴피스는 상기 영구자석의 S극과 접촉되고, 상기 코일은 상기 영구자석과 상기 회전영구자석 사이에 배치되고,
    상기 작용면은 상기 제1 폴피스에 한쌍 및 상기 제2 폴피스에 한쌍이 각각 형성되며,
    상기 작용면이 향하는 방향은 상기 회전영구자석의 회전축을 따르는 방향과 평행한, 자기력 제어 장치.
  23. 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지는 중심 폴피스;
    상기 중심 폴피스의 적어도 일부를 감싸도록 배치되며, 작용면을 구비하고 강자성체로 이루어지는 주변 폴피스;
    상기 중심 폴피스에 N극 및 S극 중 어느 하나가 접촉되고, 상기 주변 폴피스에 다른 하나가 접촉되도록 배치되는 영구자석;
    S극이 상기 중심 폴피스와 자기적으로 연결된 상태로 이격됨과 함께 N극이 상기 주변 폴피스와 자기적으로 연결된 상태로 이격되는 제1 배치상태와, S극이 상기 주변 폴피스와 자기적으로 연결된 상태로 이격됨과 함께 N극이 상기 중심 폴피스와 자기적으로 연결된 상태로 이격되는 제2 배치상태를 이룰 수 있도록 회전가능하게 구성되는 회전영구자석; 및
    상기 중심 폴피스 및 상기 주변 폴피스 중 적어도 하나에 감기는 코일; 을 포함하며,
    상기 코일에 인가되는 전류를 제어함으로써, 상기 회전영구자석을 회전시켜서 상기 제1 배치상태와 상기 제2 배치상태 간의 전환을 발생시키고, 이에 따라 상기 중심 폴피스 및 상기 주변 폴피스의 작용면들 상의 자기력을 제어하는, 자기력 제어 장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 영구자석은 적어도 두개가 상기 중심 폴피스를 중심에 두고 대칭을 이루도록 배치되고,
    상기 회전영구자석은 상기 제1 배치상태 또는 상기 제2 배치상태 시에, N극 또는 S극이 상기 중심 폴피스의 작용면을 향하도록 배치되는, 자기력 제어 장치.
  25. 제23 항에 있어서,
    상기 영구자석의 N극이 상기 중심 폴피스에 접촉되며,
    상기 코일은 상기 영구자석과 상기 회전영구자석의 사이의 상기 중심 폴피스에 감기는, 자기력 제어 장치.
  26. 제1 항 또는 제23 항에 있어서,
    상기 회전영구자석은 상기 제1 배치상태 또는 상기 제2 배치상태를 유지하도록 기계적으로 고정되도록 구성되며, 배치상태들 간의 변경 시에는 고정이 해제되도록 구성되는, 자기력 제어 장치.
  27. 제1 항 또는 제23 항에 있어서,
    상기 회전영구자석은 회전 중심으로부터 동일한 거리 만큼 외연이 형성된 원형부와, 회전 중심으로부터의 거리가 상기 원형부보다 작게 외연이 형성된 비원형부로 이루어지며,
    상기 비원형부로 인하여 상기 회전영구자석의 N극과 S극이 분할되는, 자기력 제어 장치.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 회전영구자석이 상기 제1 배치상태 또는 상기 제2 배치상태에 있을 경우에, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스는 상기 원형부의 적어도 일부와는 대면하되 상기 비원형부와는 대면하지 않도록 구성되는, 자기력 제어 장치.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 회전영구자석이 상기 제1 배치상태 또는 상기 제2 배치상태에 있을 경우에, 상기 제1 폴피스 및 상기 제2 폴피스는 상기 원형부의 전부와 대면하도록 구성되는, 자기력 제어 장치.
  30. 제1 항 또는 제23 항의 자기력 제어 장치의 구성을 포함하는, 자성체 홀딩 장치.
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