KR20140124372A - 일정한 힘을 발생시키는 소형 직접-구동 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 고정자 구조물(1)과, 하나 이상의 전력 공급 코일(3), 및 이동 부재(2)로 구성된 전류의 부재에도 유효 경로 Y의 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 전류에 의해 야기되는 힘을 제공하는 유형의 전자기 액추에이터에 관한 것으로서, 한편으로, 상기 고정자 구조물(1)은 상기 경로 Y의 방향에 수직하게 지나가고, 경로의 방향으로 폭 Y_C1을 갖고, 상기 이동 부재의 경로 Y와 동일하거나 이보다 큰 폭 Y_C2에서 그 단부가 종료되는 중앙 극(4)을 포함하고, 상기 폭 Y_C2는 상기 폭 Y_C1보다 크다. 다른 한편으로는, 상기 고정자 구조물은 경로 방향으로 폭 Y_L1을 갖고 상기 폭 Y_L1보다 큰 폭 Y_L2에서 그 단부가 종료하는 2 개의 측방향 극(5a, 5b)들을 포함하고, 상기 측방향 극(5a, 5b)들과 중앙 극(4)은 간격 Y_G를 갖고 분리되며, 상기 고정자 구조물(1)에 대하여 이동할 수 있는 상기 이동 부재(2)는, 각각 폭 Y_A를 갖고 서로 인접한 2개 이상의 얇은 영구 자석(6, 7)을 지지하는 전기자(11)를 포함한다. 상기 이동 부재(2)와 고정자 구조물(1)은 공극(E)을 한정하고, 상기 코일(3)은 폭 Y_B를 갖고, 상기 측방향 극(8)들의 폭 Y_L2는 (2Y_L1+2Y_B+Y_C1-2Y_G-Y_C2)/2 와 같고, 중앙 극(4)의 폭 Y_C2보다 작다.

Description

일정한 힘을 발생시키는 소형 직접-구동 액추에이터 {COMPACT DIRECT-DRIVE ACTUATOR GENERATING A CONSTANT FORCE}

본 발명은 비접촉식 이동 자석 전자기 액추에이터 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 자기 회로의 포화를 야기하는 고밀도 전류의 경우에 경로에 거쳐서 실질적으로 일정하게 남아있는 힘을 제공하는 것에 관한 것이다.

미국특허 US 4,195,277호에 개시된 비접촉식 액추에이터들에 관한 기술들이 알려져 있다. 이 액추에이터는 단일-극 자석으로 구성된 전기자를 이동시켜 활용하는 것에 관한 것이다. 이동 조립체는 코일을 포함하는 "C"형상 회로로 구성된 고정자 구조물과 마주한다. 이 구조는 자석의 움직임 동안에, 코일을 통하여 자석에 의해 야기되는 자기 플럭스의 일정한 변화의 장점을 갖는다. 움직임에 대한 상기 플럭스 구배는 액추에이터의 힘 요소로 일컬어지며, 코일의 기자력에 의해 배가되는 경우, 상기 액추에이터에 의해 발생된 힘을 얻는 것이 가능해 진다. 그러면, 이러한 힘은 일정한 힘 요소와 주어진 전류에 대하여 일정해진다. 그러나, 제시된 구조는, 오로지 하나의 극이 이동 자석에 사용되고 2개의 극들이 고정자에 사용되어야 하므로, 높은 힘 요소를 가져야만 하는 액추에이터들에 적합하지 않다.

따라서, 3-고정자 극 구조물들이 본 출원인의 PCT 출원공개 제WO 09/016109 A1호에서 보다 구체적으로 확인할 수 있고, 이동 자석에 2개의 극들을 사용함으로써 힘 요소를 보강할 수 있다. 단위 전력에 대하여 높은 힘을 갖는 액추에이터를 형성하는 것이 바람직한 경우, 코일의 높은 기자력이 높은 힘 요소에 추가로 필요하다. 이것은 큰 크기의 코일을 요구한다. 따라서, 이러한 구조는, 3개의 극들이 고정자에 사용되고, 여기에 코일의 높이에 2배가 추가되어야 하기 때문에 축 방향으로 크기가 매우 큰 단점을 갖는다. 본 출원의 사상에 따르면, 이러한 액추에이터의 경로는 코일을 포함하는 자기 회로의 전체 높이와 자화 부분들의 전체 높이 2.Y_A사이의 차이의 절반보다 작아진다. 따라서, 예를 들면, 52 mm의 자기 회로의 전체 높이와 37 mm의 자화 부분의 전체 높이에 대하여, 상기 액추에이터는 오로지 상기 경로에 대하여 일정한 힘을 제공하기 위하여 7.5 mm의 경로를 가질 것이다.

본 출원인의 유럽등록특허 제607345B1호가 알려져 있으며, 코일이 내장되며, 고정자 부분에 제공된 하우징을 사용함으로써 전체적인 크기의 이러한 문제를 개선하는 것을 제시한다. 그러면, 상기 중앙 극과 측방향 극 사이의 간격의 2배가 추가되며, 상기 간격이 이번에는 공극(E)의 절반으로 줄어든 상태로, 3개의 고정자 극들의 추가된 높이와 같기 때문에 상기 구조물의 축 방향의 전체적인 크기는 훨씬 더 줄어들 수 있다. 그리고 상기 크기는 자석 두께와 자석과 고정자 표면 사이의 기계적 간극의 합에 대응한다. 상기 특허의 사상에 따르면, 중앙 극은 간격(E)에 의해 증가된 경로와 동일한 높이 Y_C를 가져야만 하며, 측방향 극들의 폭 Y_L의 폭은 중앙 극의 폭보다 크다. 따라서, 52 mm의 높이에 대하여, 상기 출원의 사상은 PCT 공개특허출원 제WO 09/016109 A1호에 대하여 실제로 개선된, 14 mm의 최대 경로를 갖는 액추에이터를 개시한다. 직접적인 보상은 결과적으로 중앙 극과 측방향 극 사이가 가까워지는 것이고, 이것은 고정자 극들 사이의 자기 플럭스의 누설에 유리하다. 상기 극들 사이의 누설 플럭스를 감소시킨다는 관점에서, 그러면 당업자들은 극들을 챔퍼링(chamfering)하는 것에 반응하고, 이것은 또한 유럽등록특허 제607354B1호에 기재되어 있다.

예를 들면, 상기 액추에이터들은 자동차 제품들에서 발견되며, 전체 경로에 대해 힘이 일정한 특징뿐만 아니라, 전류로 힘의 비례 특징이 이해되고, 즉, (순간 방출 가스 순환 밸브들에 대해) 유체 흐름을 조절하도록 밸브의 위치를 조절하는 데에, 또는 운전자에게 정보를 전송할 수 있고 페달을 활성화하도록 페달의 위치를 조정하는 데에 사용되는 것이 바람직하다. 전체적인 크기의 문제는, 절약된 각각의 밀리미터도 액추에이터의 배치를 가능하게 하는 데에 중요하기 때문에, 작은 공간들에서 특히 중요하다.

그러나, 비록 마지막에 언급된 액추에이터가 경로에 대해 일정한 힘을 제공하기 위한, 소형 액추에이터에 대한 크기 규칙들을 제공하는 장점을 가질지라도, 일반적인 비율에서, 그 경로 전체에 대하여 일정한 힘을 제공할 수 있는 확대된 경로 경로의 소형 액추에이터들에 의하여 수반되는 문제점들에 적용될 수 없고, 보다 구체적으로 높은 포화율을 갖는다는 단점을 갖는다.

미국공개특허출원 제US2008/22090호는 전기자에 연결된 동심의 코일들을 여기시키는 경우 관형 고정자에서 축 방향 이동에 대한 전기자 코어 둘레에 위치한 관형 영구 자석들을 포함하는 선형 액추에이터를 개시하며, 또한 본 기술분야에 알려져 있다.

상기 고정자는 상기 코일들의 내부 방향으로 그리고 각 코일 아래의 다른 방향으로 방사상으로 연장된 부분을 구비하며, 코일과 전기자 사이의 공간을 한정한다.

상기 링은 실질적으로 방사상으로 자화된 구조물을 구비하고, 단일-상 전력을 입력하도록 구성된다. 2쌍의 이격된 크라운들은 코어에 위치하며, 상기 링의 외부 축 방향 길이는 상기 링의 축 방향 길이의 절반과 동일하게 제공된다.

상기 대안은 전체적인 크기와 힘 특징에 열악한 단점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은, 축소된 공간에서, 최대 경로를 제공할 수 있는 이동 자석 액추에이터를 제공하는 것이며, 여기서 상기 액추에이터에 의해 발생되는 힘은 일정하고, 본 기술 분야의 교시 사항들에 대한 2 차원적 법칙의 연결 작용에 의해 전력이 최대인 경우를 포함한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 3개의 고정자 극(pole) 액추에이터에 관한 것이며, 상기 액추에이터의 이동 전기자는 강자성 물질로 자화되어 만들어진 2개의 자석 극들로 구성되고, 전체적인 크기는, 그 경로 방향으로, 경로의 길이의 3배와 실질적으로 같다. 이러한 유형의 구조에서, 당업자들은 포화의 발생을 지연시키도록 극들에서 플럭스 통과 구역들을 최대화하는 것을 시도할 것이며, 이것은 극들 사이의 누설을 야기하는 경향이 있다. 그러면 다시, 당업자들은 자극들을 챔퍼링(chamfering)함으로써 이러한 단점을 극복하고자 할 것이다.

이러한 목적으로, 본 발명은, 가장 넓은 의미에서, 하나 이상의 고정자 구조물과, 하나 이상의 전력 공급 코일, 및 이동 부재로 구성된 유효 경로 Y의 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 전류에 의해 야기되는 힘을 제공하는 유형의 전자기 액추에이터에 관한 것이다. 한편으로, 상기 고정자 구조물은 상기 경로 Y의 방향에 수직하게 지나가고, 경로의 방향으로 폭 Y_C1을 갖고, 상기 이동 부재의 경로 Y와 동일하거나 이보다 큰 폭 Y_C2에서 그 단부가 종료되는 중앙 극을 포함하고, 상기 폭 Y_C2는 상기 폭 Y_C1보다 크다. 다른 한편으로는, 상기 고정자 구조물은 2 개의 경로 방향으로 폭 Y_L1을 갖고 상기 폭 Y_L1보다 큰 폭 Y_L2에서 그 단부가 종료하는 수평방향 극들을 포함하고, 상기 측방향 극들과 중앙 극은 간격 Y_G를 갖고 분리되며, 상기 고정자 구조물에 대하여 이동할 수 있는 상기 이동 부재(2)는, 각각 폭 Y_A를 갖고 서로 인접한 2개 이상의 얇은 영구 자석을 지지하는 전기자를 포함한다. 상기 이동 부재(2)와 고정자 구조물은 공극(E)을 한정하고, 상기 코일은 폭 Y_B를 갖고, 상기 측방향 극들의 폭 Y_L2는 (2Y_L1+2Y_B+Y_C1-2Y_G-Y_C2)/2 와 같고, 중앙 극의 폭 Y_C2보다 작으며, 상기 얇은 영구 자석들은 인접해 있다.

보다 구체적으로, 그 유효 경로 Y에 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 전류에 기이한 힘을 제공하는 유형의 전자기 액추에이터에 관한 것이며, 전류가 없어도 낮은 힘을 가지며, 하나 이상의 고정자 구조물, 하나 이상의 전력 공급 코일, 및 이동 부재로 구성된다. 상기 고정자 구조물은 연성 강자성 물질로 만들어지며, 한편으로는 상기 경로 Y의 방향에 수직하게 지나가고 상기 경로의 방향에서 폭 Y_C1을 갖고, 상기 이동 부재의 경로 Y와 동일하거나 이보다 큰 폭 Y_C2에서 그 단부가 종료되는 중앙 극을 포함하고, 상기 폭 Y_C2는 상기 폭 Y_C1보다 크다. 다른 한편으로는, 상기 고정자 구조물은 2 개의 경로 방향으로 폭 Y_L1을 갖고 상기 폭 Y_L1보다 큰 폭 Y_L2에서 그 단부가 종료하는 측방향 극들을 포함하고, 상기 측방향 극들과 중앙 극은 간격 Y_G를 갖고 분리되며, 상기 고정자 구조물에 대하여 이동할 수 있는 상기 이동 부재(2)는, 각각 폭 Y_A를 갖고 서로 인접한 2개 이상의 얇은 영구 자석을 지지하는 전기자를 포함한다. 상기 이동 부재와 고정자 구조물은 공극(E)을 한정하고, 상기 코일은 폭 Y_B를 갖고, 상기 측방향 극들의 폭 Y_L2는 (2Y_L1+2Y_B+Y_C1-2Y_G-Y_C2)/2 와 같고, 중앙 극의 폭 Y_C2보다 작다.

이러한 방식으로, 이동하는 전기자의 양쪽 자극의 자기 전이는 액추에이터의 마지막 1/4을 실질적으로 시작하도록 중앙 극의 전체 구역 영역과 마주하는 위치에서 출발하고 상기 중앙 극의 자극편과 대응하는 부분에 마주하게 도달한다. 동시에 상부 자극의 단부는 이어서 측방향 극의 전체 구역 영역에 마주하여 도달한다. 축소된 공간에서, 15 mm 경로를 만들고자 하는 경우, 예들 들면, 중앙 극은 Y_C = 17.2 mm이고, 2개의 측방향 극들은 Y_L = 15.4 mm 이며, 2 개의 자석들은 전체 폭이 52 mm 공간에서 2.Y_A = 37 mm 이 된다. 이것은 종래 기술의 사상보다 더 낮은 코일을 초래한다.

바람직하게는 상기 코일의 폭 Y_B는 상기 자석들의 폭 Y_A와 같다.

이러한 추가적인 특징은 코일의 기자력의 손실로 인한 (자석과 코일의 자기 플럭스들이 마주하는 방향에 있는 위치인) 상기 경로의 시작에서 액추에이터의 힘 손실을 보상할 수 있게 한다. 사실, 자석의 단부에 마주하는 상기 측방향 극 Y_L1의 전체 구역의 존재로 인하여, 상기 경로의 단부에서 (상기 자석과 상기 코일의 자기 플럭스들이 추가되는 위치에서) 상기 액추에이터에 의해 발생된 힘의 레벨이 종래 기술의 제품으로부터 얻어지는 것보다 더 커진다.

바람직한 실시예에서, 상기 이동 부재와 고정자 구조물 사이의 간격은 기계적 간극(j)을 한정하고, 측방향 극들은, 상기 경로 Y의 방향에 수직한 방향으로 고려하였을 때, 가변적인 두께를 갖는다. 그리고 가장 얇은 부분에서 정의된 상기 두께는 대략 상기 기계적 간극(j)의 크기와 같다.

보다 구체적으로, 가장 두꺼운 부분에서 정의된 상기 측방향 극들의 두께는, 상기 경로 Y의 방향에 수직하게 고려하였을 때, 최대한의 경우 상기 얇은 자석의 두께 L_A와 같다.

바람직한 실시예에서, 얇은 자석들은 상기 경로 Y의 방향에 주로 수직한 방향의 자화를 갖는다.

구체적인 실시예에서, 얇은 자석들은 그 단부에서 회전하는, 얇은 자석의 중심 영역에서 상기 경로 Y에 수직한 방향의 자화를 갖는다.

선택적인 실시예에서, 상기 전기자는 힘을 일정하게 증가시키도록 4개의 인접한 자석들을 지지한다.

상기 액추에이터의 경로는 본 발명에 설명된 사상과 다름이 없이 선형 또는 원형으로 고려될 수 있다.

상기 경로가 선형인 경우, 고정자 구조물과 이동 부재는 바람직하게는 상기 경로 Y의 방향과 동일선 상에 있는 축 둘레로 회전할 수 있다.

비록 본 발명의 설명은 축 둘레로 회전하는 (선대칭인) 액추에이터에 대한 것이며, 선택적인 실시예로 고정자 구조물과 이동 부재가 경로 Y 방향에 수직인 방향으로 압출(extrusive)되는 것이 고려될 수 있으며, 예를 들면 고정자 구조물로, 금속판 조립체를 사용할 수 있다.

결국, 선택적인 실시예에서, 측방향 극들은 다른 폭 Y_L1을 가질 수 있다.

도 1은 주된 가하학적 파라미터들을 한정하는 바람직한 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 주된 크기를 한정하는 바람직한 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 크기 규칙들 중 하나를 나타낼 수 있는, 이동 부재를 그 경로에 대해 한 위치에 있는 상태의, 바람직한 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 이동 부재가 그 경로의 단부에 있는 상태의, 바람직한 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 바람직한 실시예에 따른 액추에이터를 구체적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 위치 및 전력에 대한 힘의 전개의 개략적인 곡선을 나타내는 도면이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 각도형 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 또 다른 선형 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 주변형 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 비 제한적인 예시적인 실시예들에 대한 상세 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 바람직한 실시예에 따른 액추에이터를 개략적으로 나타낸다.

상기 액추에이터는 축(10) 둘레로 선대칭 형상을 갖고, 축 방향(axial) 폭 Y_C1을 갖는 중앙 극(4) 및 폭 Y_L1을 갖는 2개의 측방향(lateral) 극(5a, 5b)들로 구성된 고정자 구조물(1)로 구성된다. 2개의 전력 코일(3a, 3b)들은, 축 방향 폭 Y_B를 갖고, 중앙 극(4)과 측방향 극(5a, 5b)들 사이에 배치된다. 상기 폭 Y_B는, 만약에 있는 경우 상기 코일(3a, 3b)들을 지지하는 코일의 몸체부를 고려한다. 중앙 극(4)은 상기 축(10)에 수직한 방향으로 지나가며, 최대폭 Y_C2를 정하며, 중앙 극(4)의 양측으로 축 방향으로 연장되고, 중앙 극(4)의 기부보다 큰 폭을 갖는 축 방향 연장부(9)에 의해 종료된다.

측방향 극(5a, 5b)들은 여기서, 바람직하게는 동일하지만, 하나의 측방향 극이 다른 하나보다 더 넓게 비대칭이 될 수도 있다. 이들은 중앙 극(4) 쪽으로 지나가서 최대폭 Y_L2를 정하는 축 방향 연장부(8)를 구비한다.

측방향 극(5a, 5b)들 및 중앙 극(4)은 연성 강자성 물질로 만들어지고, 또한 연성 강자성 물질로 만들어진 요크(12)에 함께 연결된다.

측방향 극(5a, 5b)들은 간격 Y_G까지 중앙 극(4)로부터 분리된다.

액추에이터는 동일한 폭 Y_A를 갖는 2개의 인접한 자석(6, 7)들로 구성된 이동 부재(2)를 또한 포함한다. 상기 이동 부재(2)는 경로 Y에 대하여 이동한다. 이들은 생성된 자기 플럭스가 상기 극들의 방향을 향하도록 바람직하게는 (유입 및 방출 플럭스로) 번갈아가며 그리고 방사 방향으로 자화된다. 보다 구체적으로 힘 레벨을 국지적으로 증가시키기 위하여, 방사 방향과 다른 방향의 어떠한 자화가 본 기술분야의 알려진 기술에 따라 고려될 수 있다.

자석(6, 7)들은 얇은 관 형상을 갖는다. 이들은 2개의 연속적인 자석(6, 7)들의 앞면들 사이에 공극 또는 극 간격이 없도록 서로 직접 접한다.

얇은 자석(6, 7)들의 자화는 상기 얇은 자석(6, 7)들의 중앙 영역에서 경로 Y 방향에 수직하다. 방사 방향 또는 직경 방향일 수 있다.

상기 자화 방향은 반드시 일정할 필요는 없다. 자화 영역의 단부 부근에서 바뀌는 방향을 향할 수 있다. 자화 영역의 단부는, 자화 영역의 전체 길이의 5% 미만에 걸친, 이동 부재의 자화 영역의 양측으로 연장되는 환형 세그먼트(segment)를 의미한다. 2개의 세그먼트들에서, 자화 방향은 이동 부재의 변위 방향에 수직한 방위와 상기 이동 부재의 변위 방향에 대한 90° 미만의 각도를 형성하는 방향 사이에서 점차 변화한다.

자석(6, 7)들은 전기자(11)에 의해 운반되며, 자기 플럭스를 폐쇄하도록 연성 강자성 물질로 이상적으로 만들어진다.

탑재된 상기 코일(3a, 3b)들을 통하여 지나가는 전류에 따라서, 방사상, 즉 상기 축(10)에 수직한 방향의, 간격에 의해 범위가 정해지고, 전기자(11)와 고정자 조립체(1)를 분리하는 공극(E)과, 자석(6, 7)들과 고정자 구조물(1) 사이의 방사상 간격에 의해 범위가 정해지는 기계적 간극(j)을 한정함으로써 이동 부재는 축(10)에 의해 한정된 방향에 따라서 고정자 구조물(1)에 대하여 이동한다. 이상적으로는, 공극(E)과 기계적 간극(j)은 액추에이터의 경로 Y에 대하여 일정하다. 상기 코일(3a, 3b)들을 통과하는 전류의 방향에 따라서, N극과 S극이 연장부(8, 9)들에 형성되고, 따라서 자석(6, 7)의 S극과 N극에 각각 정렬된다.

측방향 극들의 높이 Y_L2는 보다 구체적으로 축 방향 폭을 갖고 정의된다.

Y_L2 = (2Y_L1+2Y_B+Y_C1-2Y_G-Y_C2)/2

상기 측방향 극들의 폭 Y_L2는 중앙 극(4)의 폭 Y_C2보다 작고, 상기 측방향 극들의 폭 Y_L2와 상기 중앙 극의 폭 Y_C2는 상기 이동 부재와 마주하는 요크의 중앙 주변부에서 측정된다.

상기 측방향 극들의 폭 Y_L2는, 이동 부재를 마주하는 내부 환형 표면에서 측정되었을 때, 정면 단부와 제1 노치 사이의 제1 극 구역의 높이와 일치한다.

상기 중앙 극의 폭 Y_C2는 이동 부재와 마주하는 내부 환형 표면에서 측정하였을 때, 중앙 극 구역 또는 자극 편의 높이와 일치한다.

바람직하게는, 상기 자석(6, 7)들의 폭 Y_A는 코일(3a, 3b)의 폭 Y_B와 동일하다. 이러한 특징들은 모두 도 3에 도시된 것과 같은 경로의 제2 부분에 대한 회로의 불포화를 가능하게 한다. 도 3은 경로의 3/4에 가까운 이동 부재(2)를 나타낸다. 2개의 대향하는 극성들을 나누는 전이(transition)(16)는 중앙 극의 폭 Y_C1을 갖는 구역에 대향하는 영역을 남겨두는 반면, 자석(6)의 단부(14)는 측방향 극(5a)의 폭 Y_L1을 갖는 구역에 마주보게 된다. 이러한 핵심적인 기하학적 구조는, 비록 코일(3a, 3b)의 전류가 높을지라도, 자기 플럭스의 주된 부분이 더 이상 연장부(8)를 통과하여 지나가지 않게 되어, 자기 포텐셜의 손실을 피하므로, 액추에이터에 경로의 단부에서 일정한 힘을 갖는 이러한 놀라운 특징을 부여하는 것을 가능하게 한다.

상기 중앙 극의 폭 Y_C2는 대략 경로 Y의 크기가 된다.

이동 부재(2)가 경로 Y를 따라서 이동하는 경우, 자석(6)의 축 방향 단부(14)는 도 4에 도시된 바와 같이 측 방향 극(13)의 단부와 축 방향으로 정렬된다.

도 5는 연장부(8)의 축 방향 단부에서 최소 두께(Ep1)와 연장부(8)의 기부에서 최대 두께(Ep2)를 갖는 측방향 극(5b)의 상세도이다. 바람직하게는, 상기 최소 두께(Ep1)는 대략 기계적 간극(j)의 크기와 같고, 상기 최대 두께(Ep2)는 대략 자석(7)의 방사상 두께(EpA)의 크기와 같다. 본 발명에 따른 액추에이터는 매우 얇은 자극 편들을 갖는다. 극들은 국지적 포화를 야기하여, 공극을 통하여 자기 플럭스의 선호하는 경로를 복구함으로써 주된 자기 플럭스의 페이딩(fading)을 방지할 수 있다.

단순히 극들 사이의 누설 플럭스를 감소시키지 않고, 액추에이터에 최대 전력이 공급되는 경우 플럭스를 유사 0(quasi-null) 값으로 감소시키는 방식으로 중앙 극(4)과 측방향 극(5a, 5b)들의 구역들에서 감소가 제공된다.

낮은 전력으로는, 유효 플럭스가 경로의 단부에서 자기 회로의 전체적인 불포화를 야기하는 데에 충분하지 않으므로, 경로의 전체에 걸쳐 일정한 힘을 발생시키는 것을 가능하게 한다.

최대 전력이 액추에이터에 제공되는 경우, 치형부의 국지적인 포화는 누설 플럭스의 급격한 감소를 초래하고, 전문가들에게 놀랍게도, 자기 회로, 보다 구체적으로 경로의 단부에서 전체적인 불포화를 초래한다. 사실, 이것은 상대적으로 높은 투과성을 갖는 매체를 찾는 자기 회로의 연성 자기 물질의 동작 포인트를 낮추게 된다. 이러한 더 큰 투과성을 갖는 매체에서 순환하는 유효 자기 플럭스는 따라서 증가하게 된다.

도 6은 위치에 대해 측정된 힘들의 곡선을 나타낸다. 경로의 시작은 곡선의 왼쪽에 있고, 경로의 끝은 곡선의 오른쪽에 있다. 도 6은 경로의 단부에서의 힘과 경로의 시작에서의 힘이 전력이 높든지 낮든지, 즉 전류가 약하든지 강하든지, 실질적으로 동일한 수준이라는 것을 강조하는 것에 관심이 있다. 지나치게 높은 온도에 의해서 손상됨이 없이, 액추에이터가 연속적으로 견딜 수 있는 것보다 훨씬 높은 경우, 전력이 높다고 일컬어진다. 0으로 표시된 곡선은 전류가 없는 힘에 대응하는 것이다. 상기 힘은, 도시된 윈도우의 "전체 위치(mm)"에 의해 정해지는, 대부분 유효 경로의 전체에 걸쳐 0이다.

경로의 끝에서, 자석의 단부는 상부 측방향 극의 전체 구역에 마주보게 배치되며, 이것은 위치의 기능으로서 힘의 선형성을 보장하는 자기 회로 불포화 효과의 장점을 가능하게 하고, 보다 구체적으로 경로의 끝과 경로의 시작에서 동일한 힘을 얻을 수 있게 한다.

도 7은 도 1의 액추에이터의 모든 구성들을 사용한 선택적인 실시예를 나타내며, 여기서 2개의 추가 자석(15, 17)들이 2개의 자석(6, 7)들에 인접하여 추가되었다. 이러한 추가는, 비록 전체 크기가 전체적으로 증가 될지라도, 상기 회로의 불포화를 가능하게 하는 본 발명을 구성하는 상술한 장점들을 변경시키지 않고, 주어진 전류에 대하여 추가의 힘 요소를 형성하는 것을 가능하게 한다.

도 8은 각도 상의 경로를 갖는 액추에이터를 제공하는 것을 포함하는 또 다른 선택적인 실시예를 도시한다. 왼쪽 부분에서, 액추에이터가 3/4의 저면도에 도시되어 있고, 오른쪽 부분에, 동일한 액추에이터가 분해도로 도시되며, 고정자 구조물(1)에 대하여 이동 부재(2)가 회전 이동하며, 2개의 얇은 자석(6, 7)들을 운반하는 이동 부재(2)를 볼 수 있고, 여기서 코일(3)은 중앙 극(4) 둘레에 배치된다. 2개의 측방향 극(5a, 5b)들은, 본 발명의 다른 모든 실시예에서와 같이, 동일한 기하학적 상관관계를 갖고, 높은 전력을 갖고 경로 상에서 일정한 힘 규칙을 유지할 수 있다.

도 9는 고정자 구조물(1)이, 측방향 극(5a, 5b)들에서, 연장부(8)들에 마주보는 방향으로 측방향 극(5a, 5b)들을 연장한 돌출부(18a, 18b)들을 도시하는 선택적인 실시예를 나타낸다. 이러한 돌출부들은 경로 방향으로 경로 Y를 일 측 또는 다른 측으로 이동시킴으로써 고정자 구조물(1)에 대한 이동 부재(2)의 위치 공차를 고려할 수 있다.

도 10은 주변부 형상을 갖는 액추에이터를 도시하는 선택적인 실시예를 나타내며, 다른 실시예에서 상술한 동일한 구성이 확인될 수 있고, 보다 구체적으로 이동 부재(2)는 자석(6, 7)들을 운반하고, 고정자 구조물(1)은 코일(3)을 운반하며, 중앙 극(4)과 2개의 연장된 측방향 극(5a, 5b)들로 만들어진다.

이러한 형상에 따르면, 고정자 구조물은 완전히 이동 부재(2)를 둘러싸지 않으나, 튜브형 표면의 오로지 일 부분을 지나가고, 이동 부재의 튜브형 표면의 대략 1/3에서 지나가는 "홈(groove)"을 형성한다.

Claims (12)

1. 유효 경로 Y에 전체에 걸쳐서 실질적으로 일정하게 유지되는 전류에 기인한 힘을 제공하는 유형의 전자기 액추에이터로서,
   하나 이상의 고정자 구조물(1), 하나 이상의 전기 공급 코일(3), 및 이동 부재(2)를 포함하고,
   상기 고정자 구조물(1)은, 한편으로는 상기 경로 Y의 방향에 수직하게 지나가고, 상기 경로 방향으로 폭 Y_C1을 갖고, 상기 이동 부재(2)의 상기 경로 Y와 같거나 큰 폭 Y_C2으로 그 단부가 종료하는 중앙 극(4)을 구비하며, 상기 폭 Y_C2는 상기 폭 Y_C1보다 크고, 다른 한편으로는, 상기 경로 방향으로 폭 Y_L1을 갖고, 상기 폭 Y_L1보다 큰 폭 Y_L2에서 그 단부가 종료하는 2개의 측방향 극(5a, 5b)들을 구비하며,
   상기 측방향 극(5a, 5b)들과 중앙 극(4)은 간격 Y_G에 의해 분리되고,
   상기 고정자 구조물(1)에 대하여 이동할 수 있는 상기 이동 부재(2)는, 각각 폭 Y_A를 갖는 하나 이상의 인접한 얇은 영구 자석(6, 7)들을 지지하는 전기자(11)를 포함하며,
   상기 이동 부재(2)와 고정자 구조물(1)은 공극(E)을 정하고, 상기 코일(3)은 폭 Y_B를 가지며,
   상기 측방향 극(8)들의 폭 Y_L2는 (2Y_L1+2Y_B+Y_C1-2Y_G-Y_C2)/2 와 같고 상기 중앙 극(4)의 폭 Y_C2보다 작으며, 상기 얇은 영구 자석(6, 7)들은 인접해 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 코일(3)의 폭 Y_B는 상기 경로 Y의 방향에서 상기 자석(6, 7)들의 폭 Y_A와 같은 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 이동 부재(2)와 고정자 구조물(1) 사이의 간격은 기계적 간극(j)을 정하고, 측방향 극(5a, 5b)들은 경로 Y의 방향에 수직 방향으로 고려하였을 때 가변적인 두께를 갖고, 최소 부분(Ep1)으로 정의된 두께는 대략 상기 기계적 간극의 크기와 동일한 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 측방향 극(5a, 5b)들의 두께는, 상기 경로 Y의 방향에 수직 방향으로 고려하였을 때, 최대 부분(Ep2)으로 정의된 두께는 최대한으로 상기 얇은 자석들의 두께(EpA)와 동일한 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 얇은 자석(6, 7)들은 상기 경로 Y의 방향에 주로 수직한 방향으로 자화를 갖는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 얇은 자석(6, 7)들은 상기 얇은 자석(6, 7)들의 중앙 영역에서 상기 경로 Y에 수직한 방향으로 자화를 갖고, 상기 자석들은 그 단부에서 상기 방향과 비-일정 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기자(11)는 4개의 인접한 자석(6, 7, 15, 17)들을 지지하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 경로 Y는 원형인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 경로는 선형이고, 상기 고정자 구조물(1)과 상기 이동 부재(2)는 상기 경로 Y의 방향에 수직한 방향으로 압출되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경로는 선형이고, 상기 고정자 구조물(1)과 상기 이동 부재(2)는 상기 경로 Y의 방향과 동일 선상의 축 둘레로 회전하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향 극들은 다른 폭 Y_L1을 갖는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향 극(5a, 5b)들은 상기 측방향 극(5a, 5b)들의 연장부에 마주보게 배치된 축 방향 돌출부(18a, 18b)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.

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