WO2024005605A1 - 전자석 유니트 - Google Patents

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WO2024005605A1
WO2024005605A1 PCT/KR2023/009267 KR2023009267W WO2024005605A1 WO 2024005605 A1 WO2024005605 A1 WO 2024005605A1 KR 2023009267 W KR2023009267 W KR 2023009267W WO 2024005605 A1 WO2024005605 A1 WO 2024005605A1
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housing
electromagnet unit
coil
seating grooves
paragraph
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유형주
최우희
황난경
유성권
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유형주
최우희
황난경
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    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1692—Electromagnets or actuators with two coils

Definitions

  • the present invention relates to electromagnets, and particularly to an electromagnet unit that can change the strength of a magnetic field in various ways and increase the strength of the magnetic field.
  • electromagnets Devices or parts that exhibit magnetism according to the flow of electric current are called electromagnets.
  • an electromagnet consists of a conductor coated with an insulating material such as enamel wound around a bobbin.
  • the uses of electromagnets are very diverse. Electromagnets are widely used in a wide variety of fields, including actuators for operating various valves, lifters for lifting heavy objects containing iron, clutch or brake devices for power transmission devices, and magnetic separators to separate magnetic and non-magnetic materials. As products become lighter, thinner, and shorter, the demand for electromagnets that can generate strong magnetic force in a compact structure is increasing. Additionally, in some application fields such as magnetic separators, electromagnets that can appropriately adjust the strength of electromagnetic force are required.
  • the size of the magnetic force lines or magnetic field generated by an electromagnet is proportional to the length of the wound coil and the strength of the current flowing through the coil.
  • an electromagnet in which a coil is wound around a bobbin, there are limitations in improving or appropriately adjusting the performance of the electromagnet due to its structural characteristics.
  • Republic of Korea Patent No. 10-1735860 discloses an electromagnet composed of a flat plate shape.
  • the electromagnet or electromagnetic coil assembly disclosed herein has a structure in which an annular groove is formed in a pole piece made of a magnetizable material, a coil assembly is mounted there, and an armature plate is installed on the upper side.
  • This invention creates a coupling force between the pole piece and the armature by the flow of magnetic flux passing through the pole piece and the armature, and this has limitations in its scope of use, such as a clutch assembly for power transmission. Additionally, this invention has a problem in that magnetic flux loss occurs due to clearance between the coil assembly and the pole piece.
  • the present invention was created in consideration of the above-mentioned circumstances, and its technical purpose is to provide an electromagnet unit that can be light, thin, and compact, and can be appropriately applied and used in various usage environments.
  • the present invention has another technical purpose in providing an electromagnet unit capable of increasing the strength of a magnetic field.
  • Another object of the present invention is to provide an electromagnet unit that can be used by varying the strength of the magnetic field.
  • a coil member is installed in each of the seating grooves, and the coil member is wound with a conductor coated with an insulating material.
  • first and second terminals are respectively provided for supplying driving current to the conductor, and a first guide groove is provided on the inner wall of each seating groove to guide the first or second terminal upward. It is characterized by
  • a plurality of seating grooves are provided on the upper and lower sides of the housing, and coil members are installed in each of these seating grooves.
  • Coil members are coupled to each other in series or parallel. Additionally, each coil member may be driven individually. Therefore, the strength of the magnetic field generated by the electromagnet unit can be appropriately adjusted by selectively driving the coil member.
  • a coil member is press-fitted and installed in the seating groove. Therefore, by arranging as many lines as possible in the seating groove, it is possible to increase the strength of the magnetic field generated by the electromagnet unit.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the external shape of an electromagnet unit 1 according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the electromagnet unit 1 shown in Figure 1.
  • FIG. 3 is a top and rear view of the housing 10 in FIG. 2 and a cross-sectional view taken along line A-A'.
  • Figure 4 is a rear view showing the configuration of the lower side of the cover 20 in Figure 2.
  • Figure 5 is a main sectional view for explaining the manufacturing method of the electromagnet unit 1 according to the present invention.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing the structure of the housing 10 according to a modified example of the present invention.
  • a coil member is installed in each of the seating grooves, and the coil member is wound with a conductor coated with an insulating material.
  • first and second terminals are respectively provided for supplying driving current to the conductor, and a first guide groove is provided on the inner wall of each seating groove to guide the first or second terminal upward.
  • the central portion of the housing is characterized in that a hollow portion is provided while penetrating the housing in the vertical direction.
  • a cover is additionally provided on the upper and lower sides of the housing, the cover is made of a material that can be magnetized, and an inner surface of the cover has a cover for guiding the first or second terminal toward the outside of the housing. 2 It is characterized by being provided with a guide groove.
  • an insulating material is provided between the housing and the cover.
  • an insulating film is attached to the outer surface of the cover.
  • the seating groove is characterized in that the lower edge portion has an arc shape.
  • the conductive wire constituting the coil member is characterized by having a square or rectangular cross-section.
  • the coil member is characterized in that it is press-fitted into the seating groove.
  • FIG. 1 is a perspective view of the electromagnet unit 1 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the electromagnet unit 1 shown in Figure 1.
  • the electromagnet unit 1 includes a housing 10 in the shape of a disk or column. Covers 20 and 30 are installed on the upper and lower sides of the housing 10 as needed.
  • a plurality of coil members 41, 42, 51, and 52 are provided inside the housing 10. In this embodiment, four coil members are shown, but the number of coil members is not specified.
  • the coil members 41, 42, 51, and 52 are composed of a coiled wire coated with an insulating material such as enamel, as usual. Additionally, preferably, the outside of the coil member may be coated with an insulating film while completely surrounding the coil member.
  • Each coil member (41, 42, 51, 52) is provided with a terminal pair (41a, 41b) (42a, 42b) (51a, 51b) (52a, 52b) for supplying a driving current, respectively, and these are provided in a housing ( 10) is drawn out to the outside.
  • the materials of the housing 10 and the covers 20 and 30 are not specified.
  • the housing 10 and/or covers 20 and 30 are made of a material that can be magnetized.
  • pure iron is used as a material for the housing 10 and the covers 20 and 30. Pure iron has high magnetic permeability, excellent electrical conductivity, and relatively high coercivity. Additionally, the demagnetization time of pure iron can be appropriately set by heating it above a certain temperature and then adjusting the cooling time.
  • the housing 10 has a disk or cylindrical shape with a hollow portion 11 in the center.
  • the hollow part 11 takes into account the cooling efficiency of the electromagnet unit 1, and can be removed as needed.
  • a core made of a magnetizable material may be inserted into the hollow portion 11.
  • the diameter and height of the housing 10, that is, the size of the housing, are not specified.
  • the size of the housing may be appropriately changed depending on its use environment. As an example, when manufacturing an electromagnet unit that generates the same magnetic flux density, if the diameter of the housing is increased, the height of the housing can be correspondingly reduced.
  • Figure 3 is a diagram showing a top view, rear view, and cross-sectional view of the housing 10.
  • the cross-sectional view shows the cross-sectional configuration along line A-A' in the plan view of this drawing.
  • annular first and second seating grooves 12 and 13 are sequentially provided on the upper part of the housing 10 from the inside centering on the hollow portion 11, and correspondingly, the housing 10 ), the third and fourth annular seating grooves 14 and 15 are sequentially provided from the inside centering on the hollow portion 11.
  • the first seating groove 12, the third seating groove 14, and the second and fourth seating grooves 13 and 15 are formed to have the same shape and size.
  • the size and shape of each of these seating grooves 12 to 15 are not specified.
  • the sizes, that is, the width and depth, of the first to fourth seating grooves 12 to 15 are set so that their volumes are approximately the same.
  • First to fourth coil members 41, 42, 51, and 52 are installed in the first to fourth seating grooves 12 to 15, respectively.
  • the first to fourth coil members 41, 42, 51, and 52 are each set to provide the same magnetic flux.
  • the driving current value supplied to the first to fourth coil members 41, 42, 51, and 52 is the same, the magnitude of the magnetic flux generated in the first to fourth coil members 41, 42, 51, and 52 is respectively It is determined by the length of the conductor.
  • the cross-sectional areas of the second and fourth coil members 42 and 52 become smaller than those of the first and third coil members 41 and 51.
  • the size of the first to fourth seating grooves 12 to 15 is set to an appropriate size in consideration of the size of the coil member mounted there.
  • the coil members 41, 42, 51, and 52 are respectively press-fitted into the seating grooves 12 to 15. This is to minimize the loss of magnetic flux generated in the coil members 41, 42, 51, and 52 by bringing the body 10 and the coil members 41, 42, 51, and 52 into close contact.
  • the thickness of the outer wall of each seating groove 12 to 15 is set to, for example, 3 mm or more.
  • the coil members 41, 42, 51, and 52 are provided with terminal pairs 41a, 41b, 42a, 42b, 51a, 51b, and 52a, 52b, respectively.
  • this terminal pair one terminal (41a, 42a, 51a, 52a) is disposed on the upper outer periphery of the coil member (41, 42, 51, 52), while the other terminal (41b, 42b, 51b, 52b) is disposed on the coil member ( 41, 42, 51, and 52), respectively, are placed on the lower inner periphery.
  • one terminal (41a, 42a, 51a, 52a) will be referred to as an outer terminal, and the other terminals (41b, 42b, 51b, 52b) will be referred to as an inner terminal.
  • the extraction position of each terminal pair (41a, 41b) (42a, 42b) (51a, 51b) (52a, 52b) from the coil members (41, 42, 51, 52) is not specified.
  • Each terminal pair (41a, 41b) ) (42a, 42b) (51a, 51b) (52a, 52b) are appropriately set in consideration of wiring convenience of the electromagnet unit (1).
  • each inner wall of the first and second seating grooves 12 and 13 is provided with a guide groove 121 for guiding the inner terminals 41b and 42b of the first and second coil members 41 and 42 upward. 132) are formed respectively.
  • each inner wall of the third and fourth seating grooves 14 and 15 is provided with a guide groove for guiding the inner terminals 51b and 52b of the third and fourth coil members 51 and 52 downward. (141, 152) are formed, respectively.
  • the inner terminals 51b and 52b of the third and fourth coil members 51 and 52 are drawn out to the lower side of the housing 10 through the guide grooves 141 and 152, respectively.
  • the covers 20 and 30 are formed in a plate shape with hollows 20a and 30a formed in the central portion, respectively.
  • the hollow portions 20a and 30a have the same shape as the hollow portion 11 of the housing 10.
  • the shape and size of the hollows 20a and 30a are not specified and may be removed as needed.
  • the thickness of the covers 20 and 30 is set to, for example, within 10 mm for smooth magnetic flux projection in the upper and lower directions.
  • Figure 4 is a rear view showing the configuration of the lower side of the cover 20.
  • the inner terminal 42b of the second coil member 42 and the first coil member 41 are located on the lower side of the cover 20.
  • Guide grooves 21 to 23 are formed to guide the outer and inner terminals 41a and 41b, respectively, toward the outer side of the housing 10.
  • the inner terminal 52b of the fourth coil member 52 and the outer and inner terminals 51a and 51b of the third coil member 51 are placed on the upper surface of the cover 30, respectively, in the housing 10.
  • Guide grooves 31 to 33 are formed to guide the device in the outer direction.
  • Insulating films 60 and 70 such as Teflon, are attached to the outer surfaces of the covers 20 and 30, if necessary. Hollows 60a and 70a are formed in the central portions of the insulating films 60 and 70, respectively, corresponding to the hollows 20a and 30a of the covers 20 and 30.
  • FIG. 5 is a main sectional view for explaining the manufacturing method of the electromagnet unit 1 according to the present invention.
  • the housing 10 and covers 20 and 30 are first formed through a conventional method (FIG. 5a). Their forming is carried out by casting a material that can be magnetized, such as pure iron, or by processing a base material in the shape of a disk or column. At this time, if necessary, heat treatment is performed on the housing 10 and covers 20 and 30.
  • coil members 41, 42, 51, and 52 are formed through a conventional method and placed in the seating grooves 12 to 15 of the housing 10, respectively (FIG. 5b).
  • the coil members (41, 42, 51, 52) are preferably formed to have a width that is approximately equal to the seating grooves (12 to 15) and a height that is greater than a certain amount.
  • the housing 10 to which the coil members 41, 42, 51, and 52 are combined is placed on a support not shown, and the upper side of the housing 10 is pressed downward for a certain period of time using a press device.
  • the coil members 41, 42, 51, and 52 are press-fitted into the seating grooves 12 to 15 of the housing 10. Accordingly, the seating grooves 12 to 15 are filled with conductive wires constituting the coil members 41, 42, 51, and 52 at a very high density.
  • an insulating resin such as an epoxy resin
  • an epoxy resin is applied entirely to the upper side of the housing 10 and the coil members 41, 42, 51, and 52.
  • covers 20 and 30 are installed on the upper side of the epoxy resin as needed.
  • insulating films 60 and 70 are attached to the outer surfaces of the covers 20 and 30. It is also possible to attach the insulating films 60 and 70 immediately after molding the covers 20 and 30.
  • a plurality of coil members 41, 42, 51, and 52 are installed inside the housing 10. At this time, the coil members 41, 42, 51, and 52 are connected to the current source in series or parallel, or are driven individually. When the coil members 41, 42, 51, and 52 are combined in parallel, the overall resistance value of the coil members 41, 42, 51, and 52 is lowered.
  • the intensity of the magnetic force generated in the electromagnet unit 1 can be adjusted according to the selective driving of the coil members 41, 42, 51, and 52. It becomes possible. In particular, the intensity of magnetic force can be adjusted in a subtle and stepwise manner by increasing the number of coil members provided in the housing 10.
  • the coil members 41, 42, 51, and 52 are press-fitted into the seating grooves 12 to 15 of the housing 10, as many conductors as possible are placed in the same space of the seating grooves 12 to 15. You can do it.
  • the strength of the magnetic field generated by the coil members 41, 42, 51, and 52 is proportional to the length of the conductive wire.
  • the conductors are placed in as close contact as possible within the seating grooves 12 to 15, thereby creating a gap between the housing 10 and the conductors. This is eliminated so that loss of magnetic flux is prevented as much as possible.
  • the above-mentioned electromagnet unit (1) minimizes the loss of magnetic flux by inducing a smooth flow of magnetic flux through the entire housing by appropriately setting the material and thickness of the housing (10) and covers (20, 30) and the electromagnet unit.
  • the efficiency of (1) can be improved.
  • Figure 6 is a main sectional view showing a modification of the above embodiment. 1 to 4, the cross-sectional shape of the seating grooves 12 to 15 formed in the housing 10 is square or rectangular. In contrast, in this example, the corners of the seating grooves 12 to 15 formed in the housing 10 have an arc shape.
  • the coil members 41, 42, 51, and 52 are arranged to be in closer contact with the seating grooves 12 to 15. It was made so that it could be done. And other parts are substantially the same as the above-described embodiment.
  • the coil members 41, 42, 51, and 52 may be composed of conductors having a square or rectangular cross-section.
  • a conductor with a square or rectangular cross-section has a larger surface area than a circular conductor with the same diameter as its width, so the overall resistance value of a coil member using it is lower than that of a coil member using a circular conductor. In other words, it is possible to provide a smoother flow of current.
  • the length of the conductors constituting the coil member is set in consideration of the overall resistance value of the coil member. If the length of the conductor becomes longer than a certain level, excessive heat is generated from the coil member, and the rise in temperature of the coil member causes an increase in the resistance value of the coil member, which may result in a short circuit of the coil member or a fire. By lowering the overall resistance value of the coil member, it is possible to increase the length of the conductor constituting the coil member, which has the effect of increasing the overall magnetic field strength of the electromagnet unit employing the coil member.
  • cut grooves 131 and 151 are formed on the upper and lower surfaces of the housing 10, and the outer terminals 42a and 42a of the second and fourth coil members 42 and 52 are formed through this. It is configured to draw 52a) to the outside of the housing.
  • the cut grooves 131 and 151 of the housing 10 may be removed, and the outer terminals 42a and 52a of the second and fourth coil members 42 and 52 may be connected to other terminals.
  • it may be configured to be drawn out of the housing 10 through a guide groove formed in the covers 20 and 30.

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Abstract

본 발명은 자기장의 세기를 다양하게 변경하는 것이 가능하고, 자기장의 세기를 제고할 수 있는 전자석 유니트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전자석 유니트는 원판 또는 원주 형상의 하우징(10)을 구비하고, 하우징(10)은 자화될 수 있는 재질로 구성되고, 하우징(10)의 상부에는 환형으로 2개 이상의 안착홈(12, 13)이 구비되며, 하우징(10)의 하부에는 환형으로 2개 이상의 안착홈(14, 15)이 구비되고, 상기 안착홈에는 각각 코일 부재(41, 42, 51, 52)가 설치되며, 코일 부재는 절연물질이 코팅된 도선이 권취됨과 더불어 도선에 구동 전류를 공급하기 위한 제1 및 제2 단자가 각각 구비되고, 상기 각 안착홈의 내측벽에는 상기 제1 또는 제2 단자를 상측으로 안내하기 위한 제1 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

전자석 유니트
본 발명은 전자석에 관한 것으로, 특히 자기장의 세기를 다양하게 변경하는 것이 가능하고, 자기장의 세기를 제고할 수 있는 전자석 유니트에 관한 것이다.
전류의 흐름에 따라 자성을 나타내는 장치나 부품을 전자석이라 칭한다. 일반적으로 전자석은 에나멜 등의 절연물질이 코팅된 도선을 보빈에 권취한 구성으로 이루어진다. 전자석의 용도는 매우 다양하다. 전자석은 각종 밸브의 작동을 위한 액추에이터, 철을 포함하는 중량물을 들어올리는 리프터, 동력전달장치를 위한 클러치나 브레이크 장치, 자성체와 비자성체를 선별하기 위한 자력선별기 등 매우 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 제품들의 경박단소화가 진행되면서 소형의 구조로서 강력한 자력을 생성할 수 있는 전자석에 대한 요구가 증대되고 있다. 또한, 자력선별기 등의 일부 적용 분야에서는 전자력의 세기를 적절하게 조정할 수 있는 전자석이 요구된다. 일반적으로 전자석에 의한 자기력선 또는 자기장의 크기는 권취된 코일의 길이와 코일을 통해 흐르는 전류의 세기에 비례한다. 보빈에 코일을 권취하는 형태의 전자석에 있어서는 그 구조 특성상 전자석의 성능을 향상시키거나 적절하게 조정하는데 한계가 존재한다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-1735860호(명칭: 전자석 및 전자기 코일 어셈블리)에는 평판형상으로 구성된 전자석에 대해 개시하고 있다. 여기에 개시된 전자석 또는 전자기 코일 어셈블리는 자화될 수 있는 재질로 구성되는 폴 피스에 환형의 홈을 형성하고, 여기에 코일 어셈블리를 장착하며, 그 상측에 전기자 플레이트를 설치한 구조로 구성된다. 이 발명은 폴 피스와 전기자를 경유하는 자속의 흐름에 의해 폴 피스와 전기자 사이에 결합력을 생성하도록 한 것으로서, 이는 동력전달을 위한 클러치 어셈블리 등 그 사용 범위에 제한이 존재한다. 또한, 이 발명은 코일 어셈블리와 폴 피스 사이의 유격에 의해 자속 손실이 발생되는 문제가 있게 된다.
본 발명은 상기한 사정을 감안해서 창출된 것으로서, 경박단소화가 가능하고, 다양한 사용 환경에 적합하게 적용하여 사용할 수 있는 전자석 유니트를 제공함에 기술적 목적이 있다.
또한, 본 발명은 자기장의 세기를 제고할 수 있는 전자석 유니트를 제공함에 다른 기술적 목적이 있다.
또한, 본 발명은 자기장의 세기를 다양하게 가변하여 사용할 수 있는 전자석유니트를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 전자석 유니트는 전류 공급에 따라 자기장을 생성하는 전자석 유니트에 있어서, 원통 형상으로 구성되는 하우징을 구비하고, 상기 하우징은 자화될 수 있는 재질로 구성되고, 하우징의 상부에는 환형으로 2개 이상의 안착홈이 구비되며, 하우징의 하부에는 환형으로 2개 이상의 안착홈이 구비되고, 상기 안착홈에는 각각 코일 부재가 설치되며, 코일 부재는 절연물질이 코팅된 도선이 권취됨과 더불어 도선에 구동 전류를 공급하기 위한 제1 및 제2 단자가 각각 구비되고, 상기 각 안착홈의 내측벽에는 상기 제1 또는 제2 단자를 상측으로 안내하기 위한 제1 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 하우징의 상측 및 하측에는 각각 다수개의 안착홈이 마련되고, 이들 안착홈에는 각각 코일 부재가 설치된다. 코일부재는 상호 직렬 또는 병렬로 결합된다. 또한 코일부재는 각각 개별적으로 구동될 수 있다. 따라서 코일 부재의 선택적 구동에 의해 전자석 유니트에 의해 생성되는 자기장의 세기를 적절하게 조정할 수 있다. 또한, 상기 안착홈에는 코일 부재가 압입되어 설치된다. 따라서 안착홈에 최대한 많은 양의 선로를 배치함으로써 전자석 유니트에서 생성되는 자기장의 세기를 제고할 수 있게 된다.
첨부된 도면은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 것이다. 따라서 실시 예의 효율적인 설명을 위해서 일부 구성이 과장되게 묘사되거나 생략될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자석 유니트(1)의 외관 형상을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 나타낸 전자석 유니트(1)의 분리 사시도.
도 3은 도 2에서 하우징(10)의 평면도와 배면도 및 선 A-A'에 따른 단면도.
도 4는 도 2에서 덮개(20)의 하측면의 구성을 나타낸 배면도.
도 5는 본 발명에 따른 전자석 유니트(1)의 제조방법을 설명하기 위한 요부 단면도.
도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 하우징(10)의 구조를 나타낸 단면도.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 전자석 유니트는 전류 공급에 따라 자기장을 생성하는 전자석 유니트에 있어서, 원통 형상으로 구성되는 하우징을 구비하고, 상기 하우징은 자화될 수 있는 재질로 구성되고, 하우징의 상부에는 환형으로 2개 이상의 안착홈이 구비되며, 하우징의 하부에는 환형으로 2개 이상의 안착홈이 구비되고, 상기 안착홈에는 각각 코일 부재가 설치되며, 코일 부재는 절연물질이 코팅된 도선이 권취됨과 더불어 도선에 구동 전류를 공급하기 위한 제1 및 제2 단자가 각각 구비되고, 상기 각 안착홈의 내측벽에는 상기 제1 또는 제2 단자를 상측으로 안내하기 위한 제1 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 한다
또한, 상기 하우징의 중앙 부분에는 하우징을 상하 방향으로 관통하면서 중공부가 구비되는 것을 특징으로 한다
또한, 상기 하우징의 상측 및 하측에는 덮개가 추가로 구비되고, 상기 덮개는 자화될 수 있는 재질로 구성되며, 상기 덮개의 내측면에는 상기 제1 또는 제2 단자를 하우징 외측 방향으로 안내하기 위한 제2 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 한다
또한, 상기 하우징과 덮개의 사이에는 절연물질이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 덮개의 외측면에는 절연 필름이 부착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 안착홈은 하측 모서리 부분이 원호 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일 부재를 구성하는 도선은 단면이 정방형 또는 장방형의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일 부재는 안착홈 내에 압입되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 설명한다. 다만 이하에서 설명하는 실시 예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현 예를 예시적으로 나타낸 것으로서, 이러한 실시 예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자석 유니트(1)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 전자석 유니트(1)의 분리 사시도이다. 도면에서 전자석 유니트(1)는 원판 또는 원주 형상의 하우징(10)을 구비한다. 하우징(10)의 상측 및 하측에는 필요에 따라 덮개(20, 30)가 설치된다. 하우징(10)의 내부에는 다수 개의 코일 부재(41, 42, 51, 52)가 구비된다. 본 실시 예에서 코일 부재는 4개가 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 코일 부재의 개수는 특정되지 않는다. 코일 부재(41, 42, 51, 52)는 통상의 것과 마찬가지로 에나멜 등의 절연물질이 코팅된 도선이 권취된 구성으로 이루어진다. 또한, 바람직하게 코일 부재의 외측에는 코일 부재를 전체적으로 감싸면서 절연 필름이 피복될 수 있다. 각각의 코일 부재(41, 42, 51, 52)에는 각각 구동 전류를 공급하기 위한 단자쌍(41a, 41b)(42a, 42b)(51a, 51b)(52a, 52b)이 마련되고, 이들은 하우징(10)의 외측으로 인출된다.
도 1 및 도 2에서, 하우징(10)과 덮개(20, 30)의 재질은 특정되지 않는다. 바람직하게 하우징(10) 및/또는 덮개(20, 30)는 자화될 수 있는 재질로 구성된다. 본 발명의 다른 바람직한 구현 예에서 하우징(10)과 덮개(20, 30)의 재질로서는 순철이 채용된다. 순철은 투자율이 높고 전기전도도가 우수하며 보자력이 비교적 높다. 또한 순철은 일정 온도 이상으로 가열한 후 그 냉각시간을 조정함으로써 그 탈자화 시간(demagnetization time)을 적절하게 설정할 수 있다.
하우징(10)은 중앙 부분에 중공부(11)가 구비된 원판 또는 원주 형상으로 구성된다. 여기서 중공부(11)는 전자석 유니트(1)의 냉각 효율을 고려한 것으로서, 이는 필요에 따라 제거될 수 있다. 또한, 바람직한 실시 예에서 상기 중공부(11)에는 자화될 수 있는 재질로 구성되는 코어가 삽입될 수 있다. 하우징(10)의 지름과 높이, 즉 하우징의 크기는 특정되지 않는다. 하우징의 크기는 그 사용 환경에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 일례로서 동일한 자속 밀도를 생성하는 전자석 유니트를 제조함에 있어서 하우징의 지름을 증가시키게 되면 그에 상응하여 하우징의 높이를 축소할 수 있다.
도 3은 하우징(10)의 평면도와 배면도 및 단면도를 나타낸 도면이다. 단면도는 본 도면 평면도에서 선 A-A'에 따른 단면 구성을 나타낸 것이다. 도 2 및 도 3에서, 하우징(10)의 상부에는 중공부(11)를 중심으로 내측으로부터 환형의 제1 및 제2 안착홈(12, 13)이 순차적으로 마련되고, 이에 대응하여 하우징(10)의 하부에는 중공부(11)를 중심으로 내측으로부터 환형의 제3 및 제4 안착홈(14, 15)이 순차적으로 마련된다. 바람직하게 제1 안착홈(12)과 제3 안착홈(14) 및 제2 및 제4 안착홈(13, 15)은 동일한 형상 및 크기로 형성된다. 물론, 이들 안착홈(12~15)의 각각의 크기 및 형상은 특정되지 않는다.
바람직한 실시 예에서 제1 내지 제4 안착홈(12~15)은 상호 그 체적이 대략 동일하게 되도록 크기, 즉 폭과 깊이가 설정된다. 제1 내지 제4 안착홈(12~15)에는 각각 제1 내지 제4 코일 부재(41, 42, 51, 52)가 설치된다. 전자석 유니트(1)의 바람직한 적용 예에서 제1 내지 제4 코일 부재(41, 42, 51, 52)는 각각 동일한 자속을 제공하도록 설정된다. 제1 내지 제4 코일 부재(41, 42, 51, 52)에 공급되는 구동 전류값이 동일한 경우, 제1 내지 제4 코일 부재(41, 42, 51, 52)에서 생성되는 자속의 크기는 각각의 도선의 길이에 의해 정해진다. 이에 따라 제2 및 제4 코일 부재(42, 52)의 단면적은 제1 및 제3 코일 부재(41, 51)의 단면적에 비해 작게 된다. 바람직하게 제1 내지 제4 안착홈(12~15)의 크기는 그곳에 장착되는 코일 부재의 크기를 고려하여 적절한 크기로 설정된다. 본 발명의 바람직한 구현 예에서 코일 부재(41, 42, 51, 52)는 안착홈(12~15)에 각각 압입된다. 이는 몸체(10)와 코일 부재(41, 42, 51, 52)를 밀착시켜 코일 부재(41, 42, 51, 52)에서 생성되는 자속의 손실을 최소화 하기 위한 것이다. 제1 및 제3 안착홈(12, 14)의 폭을 W1, 깊이를 D1이라 하고, 제2 및 제4 안착홈(13, 15)의 폭을 W2, 깊이를 D2라 할 때, W1 또는 D1은 W2 또는 D2에 비해 크게 설정될 것이다. 또한, 코일 부재(41, 42, 51, 52)에서 생성된 자속에 대한 적절한 보자력을 고려하여 각 안착홈(12~15)의 외벽의 두께는 예컨대 3mm 이상으로 설정된다.
상기한 바와 같이, 코일 부재(41, 42, 51, 52)에는 각각 단자쌍(41a, 41b)(42a, 42b)(51a, 51b)(52a, 52b)이 구비된다. 이 단자쌍에서 일측 단자(41a, 42a, 51a, 52a)는 코일 부재(41, 42, 51, 52)의 상측 외주연에 배치되는데 대하여 타측 단자(41b, 42b, 51b, 52b)는 코일 부재(41, 42, 51, 52)의 하측 내주연에 각각 배치된다. 이하에서는 상기 일측 단자(41a, 42a, 51a, 52a)를 외측 단자, 타측 단자(41b, 42b, 51b, 52b)를 내측 단자라 칭하기로 한다. 코일 부재(41, 42, 51, 52)에서 각 단자쌍(41a, 41b)(42a, 42b)(51a, 51b)(52a, 52b)의 인출 위치는 특정되지 않는다, 각 단자쌍(41a, 41b)(42a, 42b)(51a, 51b)(52a, 52b)의 인출 위치는 전자석 유니트(1)의 배선 편의성을 고려하여 적절하게 설정된다.
도 1 내지 도 3에서 하우징(10)의 상면과 하면, 보다 구체적으로 제2 및 제4 안착홈(13, 15)을 구성하는 각 외벽의 상면에는 하우징(10)의 외측과 안착홈(13 15)을 연통하면서 각각 절개홈(131, 151)이 마련된다. 이 절개홈(131, 151)은 제2 및 제4 코일 부재(42, 52)의 외측 단자(42a, 52a)를 하우징 외측으로 각각 인출하기 위한 것이다. 또한, 제1 및 제2 안착홈(12, 13)의 각 내측벽에는 제1 및 제2 코일 부재(41, 42)의 내측 단자(41b, 42b)를 상측으로 안내하기 위한 안내홈(121, 132)이 각각 형성된다. 제1 및 제2 코일 부재(41, 42)의 내측 단자(41b, 42b)는 각각 안내홈(121, 132)을 통해 하우징(10)의 상측으로 인출된다. 또한, 이와 동일하게 제3 및 제4 안착홈(14, 15)의 각 내측벽에는 제3 및 제4 코일 부재(51, 52)의 내측 단자(51b, 52b)를 하측으로 안내하기 위한 안내홈(141, 152)이 각각 형성된다. 제3 및 제4 코일 부재(51, 52)의 내측 단자(51b, 52b)는 각각 안내홈(141, 152)을 통해 하우징(10)의 하측으로 인출된다.
덮개(20, 30)는 중앙 부분에 각각 중공(20a, 30a)이 형성된 판 형상으로 구성된다. 바람직하게 중공(20a, 30a)의 형상은 하우징(10)의 중공부(11)와 동일하게 이루어진다. 물론 중공(20a, 30a)의 형상 및 크기는 특정되지 않고, 필요에 따라 제거될 수 있다. 덮개(20, 30)의 두께는 상하측 방향으로의 원활한 자속 투사를 위해 예컨대 10mm 이내로 설정된다.
도 4는 덮개(20)의 하측면의 구성을 나타낸 배면도이다 도 4에서 덮개(20)의 하측면에는 제2 코일 부재(42)의 내측 단자(42b)와, 제1 코일 부재(41)의 외측 및 내측 단자(41a, 41b)를 각각 하우징(10)의 외측 방향으로 안내하기 위한 안내홈(21~23)이 형성된다. 또한, 도 2에서 덮개(30)의 상측면에는 제4 코일 부재(52)의 내측 단자(52b)와, 제3 코일 부재(51)의 외측 및 내측 단자(51a, 51b)를 각각 하우징(10)의 외측 방향으로 안내하기 위한 안내홈(31~33)이 형성된다..
덮개(20, 30)의 외측면에는 필요에 따라 예컨대 테프론 등의 절연 필름(60, 70)이 부착된다. 절연 필름(60, 70)의 중앙 부분에는 덮개(20, 30)의 중공(20a, 30a)에 상응하여 각각 중공(60a, 70a)이 형성된다
도 5는 본 발명에 따른 전자석 유니트(1)의 제조방법을 설명하기 위한 요부 단면도이다. 본 발명에서 전자석 유니트(1)를 제조하는 경우에는 우선 통상적인 방법을 통해 하우징(10)과 덮개(20, 30)를 성형한다(도 5a). 이들의 성형은 순철 등 자화될 수 있는 재료를 주조하거나, 원판 또는 원주 형상의 모재를 가공하는 방법을 통해 실행한다. 이때 필요한 경우 하우징(10)과 덮개(20, 30)에 대한 열처리를 실행한다.
이어, 통상적인 방법을 통해 코일 부재(41, 42, 51, 52)를 형성하고, 이를 하우징(10)의 안착홈(12~15)에 각각 배치한다(도 5b). 이때 바람직하게 코일 부재(41, 42, 51, 52)는 안착홈(12~15)에 대해 대략 그 폭은 동등하면서 높이는 일정 이상 크게 형성한다. 이어, 코일 부재(41, 42, 51, 52)가 결합된 하우징(10)을 도시되지 않은 지지대 상에 배치하고, 프레스장치를 이용하여 하우징(10)의 상측을 하방향으로 일정 시간 이상 가압함으로써 코일 부재(41, 42, 51, 52)를 하우징(10)의 안착홈(12~15) 내측으로 압입한다. 이에 따라 안착홈(12~15) 내에는 코일 부재(41, 42, 51, 52)를 구성하는 도선이 매우 높은 밀도로 충진되게 된다.
다음, 하우징(10)과 코일 부재(41, 42, 51, 52)의 상측에 전체적으로 절연성 수지, 예컨대 에폭시 수지를 도포한다. 이때 필요에 따라 에폭시 수지의 상측에 덮개(20, 30)를 설치하게 된다. 또한, 필요한 경우 덮개(20, 30)의 외표면에 절연 필름(60, 70)을 부착한다. 절연 필름(60, 70)의 부착은 덮개(20, 30)를 성형한 후 바로 실행하는 것도 것도 가능하다.
상기 실시 예에 따른 전자석 유니트(1)에 의하면, 우선 하우징(10) 내부에 다수의 코일 부재(41, 42, 51, 52)가 장착된다. 이때 코일 부재(41, 42, 51, 52)는 전류원에 대해 상호 직렬 또는 병렬로 연결되거나, 각각 개별적으로 구동된다. 코일 부재(41, 42, 51, 52)를 병렬로 결합하는 경우에는 코일 부재(41, 42, 51, 52)의 전체적인 저항값이 낮아지는 효과가 얻어진다. 또한, 코일 부재(41, 42, 51, 52)를 개별적으로 구동하는 경우, 코일 부재(41, 42, 51, 52)의 선택적인 구동에 따라 전자석 유니트(1)에서 생성되는 자기력의 세기를 조정할 수 있게 된다. 특히 자기력의 세기 조정은 하우징(10)에 구비되는 코일 부재의 개수를 증가시킴에 따라 미세하면서도 단계적으로 실행할 수 있게 된다.
또한, 코일 부재(41, 42, 51, 52)는 하우징(10)의 안착홈(12~15) 내에 압입되어 배치되므로 안착홈(12~15)의 동일한 공간에 대하여 최대한 많은 양의 도선을 배치할 수 있게 된다. 주지된 바와 같이 코일 부재(41, 42, 51, 52)에 의해 생성되는 자기장의 세기는 도선의 길이에 비례한다. 또한, 안착홈(12~15)에 코일 부재(41, 42, 51, 52)를 압입하게 되면, 안착홈(12~15) 내에 도선이 최대한 밀착되면서 배치되므로 하우징(10)과 도선간의 유격 공간이 제거되어 자속의 손실이 최대한 방지되게 된다. 또한, 상기한 전자석 유니트(1)는 하우징(10)과 덮개(20, 30)의 재질과 두께를 적절하게 설정하여 하우징을 전체적으로 경유하는 자속의 원활한 흐름을 유도함으로써 자속의 손실을 최소화 하고 전자석 유니트(1)의 효율을 제고할 수 있게 된다.
도 6은 상기 실시 예의 변형 예를 나타낸 요부 단면도이다. 도 1 내지 도 4에 나타낸 실시 예에 있어서는 하우징(10)에 형성되는 안착홈(12~15)의 단면 형상이 정방형 또는 장방형의 형상으로 이루어져 있다. 이에 대하여 본 예에 있어서는 하우징(10)에 형성되는 안착홈(12~15)은 모서리 부분이 원호 형상으로 구성된다. 본 예는 코일 부재(41, 42, 51, 52)를 구성하는 도선의 단면이 원형인 것을 고려하여 코일 부재(41, 42, 51, 52)가 안착홈(12~15)에 보다 밀착되게 배치될 수 있도록 한 것이다. 그리고 그 밖의 부분은 상술한 실시 예와 실질적으로 동일하다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 구현 예에서 코일 부재(41, 42, 51, 52)는 단면이 정방형 또는 장방형의 형상을 갖는 도선으로 구성될 수 있다. 단면이 원형인 도선으로 코일을 형성하는 경우에는 도선과 도선 사이에 일정한 유격 공간이 존재하게 된다. 이에 대하여 단면이 정방형이나 장방형인 도선을 권취하여 코일을 구성하는 경우에는 도선과 도선 사이의 유격 공간을 최소화 할 수 있게 된다. 또한 단면이 정방형 또는 장방형의 도선은 그 폭과 동일한 지름을 갖는 원형의 도선에 비해 표면적이 크게 되므로 이를 채용한 코일 부재의 전체적인 저항값은 원형 도선을 이용한 코일 부재에 비해 작게 된다. 즉, 보다 원활한 전류의 흐름을 제공할 수 있게 된다. 전자석 유니트를 구성하는 경우, 코일 부재를 구성하는 도선의 길이는 코일 부재의 전체적인 저항값을 고려하여 설정된다. 도선의 길이가 일정 이상 길어지게 되면 코일 부재로부터 과도한 열이 발생되고, 코일 부재의 온도 상승은 다시 코일 부재의 저항값 상승을 초래함으로써 코일 부재의 단락이나 화재 등이 발생될 수 있다. 코일 부재의 전체적인 저항값을 낮추게 되면 코일 부재를 구성하는 도선의 길이를 증가시킬 수 있게 되고, 이는 그 코일 부재를 채용하는 전자석 유니트의 전체적인 자기장의 세기를 제고할 수 있는 효과를 제공한다.
이상으로 본 발명에 따른 실시 예를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다. 예를 들어, 상술한 실시 예에 있어서는 하우징(10)의 상면과 하면에 절개홈(131, 151)을 형성하고, 이를 통해 제2 및 제4 코일 부재(42, 52)의 외측 단자(42a, 52a)를 하우징 외측으로 인출하도록 구성되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 변형 예에서 하우징(10)의 절개홈(131, 151)은 제거될 수 있고, 제2 및 제4 코일 부재(42, 52)의 외측 단자(42a, 52a)는 다른 단자와 마찬가지로 덮개(20, 30)에 형성되는 안내홈을 통해 하우징(10)의 외측으로 인출되도록 구성될 수 있다.

Claims (8)

  1. 전류 공급에 따라 자기장을 생성하는 전자석 유니트에 있어서,
    원판 또는 원주 형상의 하우징을 구비하고,
    상기 하우징은 자화될 수 있는 재질로 구성되고, 하우징의 상부에는 환형으로 2개 이상의 안착홈이 구비되며, 하우징의 하부에는 환형으로 2개 이상의 안착홈이 구비되고,
    상기 안착홈에는 각각 코일 부재가 설치되며,
    코일 부재는 절연물질이 코팅된 도선이 권취됨과 더불어 도선에 구동 전류를 공급하기 위한 제1 및 제2 단자가 각각 구비되고,
    상기 각 안착홈의 내측벽에는 상기 제1 또는 제2 단자를 상측으로 안내하기 위한 제1 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 전자석 유니트,
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 중앙 부분에는 하우징을 상하 방향으로 관통하면서 중공부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전자석 유니트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상측 및 하측에는 덮개가 추가로 구비되고,
    상기 덮개는 자화될 수 있는 재질로 구성되며,
    상기 덮개의 내측면에는 상기 제1 또는 제2 단자를 하우징 외측 방향으로 안내하기 위한 제2 안내홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 전자석 유니트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하우징과 덮개의 사이에는 절연물질이 구비되는 것을 특징으로 하는 전자석 유니트.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 덮개의 외측면에는 절연 필름이 부착되는 것을 특징으로 하는 전자석 유니트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안착홈은 하측 모서리 부분이 원호 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전자석 유니트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코일 부재를 구성하는 도선은 단면이 정방형 또는 장방형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전자석 유니트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코일 부재는 안착홈 내에 압입되는 것을 특징으로 하는 전자석 유니트.
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