KR0142342B1 - 전자작동기 조립체 - Google Patents

전자작동기 조립체

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KR0142342B1
KR0142342B1 KR1019890012413A KR890012413A KR0142342B1 KR 0142342 B1 KR0142342 B1 KR 0142342B1 KR 1019890012413 A KR1019890012413 A KR 1019890012413A KR 890012413 A KR890012413 A KR 890012413A KR 0142342 B1 KR0142342 B1 KR 0142342B1
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오. 스튜어트 케이스
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오. 스튜어트 케이스
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Abstract

내용 없음

Description

전자 작동기 조립체
도1은 본 발명에 적용토록 수정된 종래 기술의 능동형 현가장치를 보인 블럭 다이아그램.
도2는 본 발명으로 구성된 능동형 현가장치가 구비된 자동차의 개략 사시도.
도3은 본 발명에 대한 필요성을 설명하는 것으로, 외력이 가하여진 차량의 개략 설명도.
도4는 본 발명의 선형작동기의 우선 실시형태를 보인 단면도.
도5는 도 4의 5-5선 단면도.
도6은 도 4의 6-6선 단면도.
도7은 도 4에서 보인 선형작동기의 전자구성 부분을 보인 상세 단면도.
도8은 본 발명 각 변위 작동기의 우선 실시형태를 보인 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10:스트러트 조립체30:외측 원통형 조립체
32:내측 원통형 조립체34:상대운동 축선
44:코일 조립체54,56:실린더
58:원통형 자석80:브러쉬
본 발명은 전자(電磁)작동기 장치에 관한 것으로, 특히 비교적 낮은 레벨의 전기적인 입력 신호에 응답하여 비교적 큰 출력을 낼 수 있는 개선된 전자 작동기 조립체에 관한 것이다.
전자 작동기는 잘 알려진 것이다. 많은 분야에서 작동기의 출력은 전기적인 제어 신호에 따라 제어되며 이러한 작동기는 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 이러한 작동기는 선형 작동기와 각 변위 작동기를 포함하고 여러 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어 미국 특허출원 제200,025호(이하 선행출원이라 함)에 기술된 바와 같이 선형 작동기는 차량 프레임에 대하여 차량샤시의 레벨과 방향을 제어하기 위한 능동형 현가장치의 전자 스트러트 조립체의 일부로 사용된다.
선행출원에 기술된 능동형 현가장치는 차량의 프레임에 대하여 샤시의 방향을 제어하기 위하여 4개의 이러한 전자 스트러트 조립체(각 바퀴마다 하나씩)를 포함한다. 각 스트러트 조립체는 원통형의 단일 영구자석에 동축상으로 착설되고 이에 대하여 축방향으로 이동가능한 선형 작동기 형태의 힘전달장치로 구성된다. 자석의 둘레에는 코일이 감긴다. 스트러트 조립체의 일측 단부는 차량의 샤시에 결합되는 반면에, 이 조립체의 타측단부는 바퀴에 결합되어 스트러트 부재가 샤시와 바퀴 사이의 상대운동에 응답하여 코일과 자석에 대하여 이동가능하게 되어 있다. 스트러트 부재와 코일 사이에 부여된 상대운동은 요구된 복원력의 함수이며, 이는 선행출원에 기술된 바와 같이 축선을 따라 가하여지는 가속 및 감속력과 축선을 따른 샤시와 프레임의 상대위치의 함수이다. 따라서, 선행출원에 도시되고 기술된 조립체는 축선을 따라 가하여진 가속 및 감속력과 축선을 따른 샤시와 프레임의 상대위치에 따라 제어신호를 발생하여 샤시가 안정화된다. 따라서, 차량은 고급승용차의 부드러운 승차감과 스포츠카의 안정성이 조합된 평온한 승차감을 준다.
선행출원에 기술된 능동형 현가장치가 많은 잇점을 주기는 하나 이미 언급된 바와 같이 각 스트러트 조립체의 선형작동기의 자석회로에 원통형의 단일자석을 사용하므로서 각 스트러트 조립체의 출력에서 요구된 최대 복원력을 제공하기 위하여서는 많은 전류공급이 요구된다. 예를 들어 1988년형 시보레 코베트(Chevrolet Corvette)의 차종은 그 무게가 거의 2800파운드(1271.2kg)에 달한다. 이러한 1988년형 시보레 코베트의 샤시를 0.91g 회전중에 수평으로 유지하는데 소요되는 전류량은 각 스트러트마다 약 120암페어 정도인 것으로 추산된다. 또한 비교적 높은 자속밀도의 자계가 요구되므로 네오디뮴-철-보론합금과 같은 적당한 자성물질이 사용되어야 한다. 그러나 이러한 물질은 대단히 비싸고 무거우므로 스트러트 조립체의 전체 비용이 크게 상승되게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점을 줄이거나 해소하기 위한 개선된 작동기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 비교적 작은 레벨의 제어신호에 응답하여 비교적 큰 출력을 낼 수 있는 개선된 전자 작동기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 언급된 종래 기술의 작동기보다 무게가 비교적 가벼운 개선된 전자 작동기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 선행출원에 기술된 형태의 전자 스트러트 조립체에 이용될 수 있는 개선된 전자 선형 작동기 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 선행출원에 기술된 형태의 각 전자 스트러트 조립체에 요구되는 제어전류의 요구량과 자성물질의 요구량을 줄이고, 또한 조립체의 출력에 요구된 전자력을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 선행출원에 기술된 형태의 전자 스트러트 조립체의 무게와 경비를 줄이는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 선행출원에 기술된 형태의 스트러트 조립체에 사용하기 위한 개선된 전자회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 차량용의 개선된 능동형 현가장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 이러한 목적과 다른 목적들이 개선된 작동기 조립체에 의하여 성취된다. 이 조립체의 우선 실시형태는 내외측 방향으로 방사상 자속을 형성하는 자기회로와, 자로내에 배치되어 제어신호를 수신하도록 연결된 코일로 구성되고 전류가 방사상 내측방향의 자속내에 배치된 코일부분을 통하여 일측방향으로 인가되고 방사상 외측방향의 자속 내에 배치된 코일부분을 통하여 반대방향으로 인가되어 코일부분과 자속의 자속/전류의 크로스 승적인 가산된다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면에서 동일부분에 대하여서는 동일부호로 표시하였다.
일반적으로 본 발명은 자속/전류의 적(積)이 가산되어 비교적 작은 영역에서 자속의 밀도를 높이어 효율적인 작동기를 제공할 수 있도록 다수의 자로를 갖는 전기회로를 구성하는 자기회로 수단과 전류코일을 이용한다. 자기회로 수단은 한 부재와 결합하여 자기회로 수단과 이부재가 전기적인 신호에 응답하여 상대운동 축선을 따라서 상대측에 대하여 이동가능하게 되어 있다. 작동기가 선형 작동기일 때에 상대운동의 축선은 직선형이며, 또한 작동기가 각 변위작동기로서 구성되는 경우 곡률 중심을 중심으로 하여 만곡된 형태가 될 것이다. 자기회로 수단은 상대운동 축선을 따라 상대측에 대하여 축방향으로 간격을 둔 다수의 각 원통형 자기전도 부분을 통하여 일정한 자속을 형성하는 자석수단을 포함하므로서 자속이 방사상 내측방향의 일측 원통형 부분을 통하여 방사상 방향으로 향하고 자속이 방사상 외측방향으로 타측 원통형 부분을 통하여 방사상 방향으로 향하게 된다.
도면에서, 본 발명의 선형 작동기 조립체의 우선 실시형태는 특히 차량의 전자 스트러트 조립체의 일부분으로 사용될 수 있게 되어 있고 이러한 전자 스트러트 조립체에 상당한 잇점을 주며, 비록 본 발명이 많은 다른 분야에 응용될 수 있으나 본 발명에 있어서는 차량용 전자 스트러트 조립체에 관하여 설명될 것이다. 따라서,도 1에서, 본 발명의 선형작동기 장치는 차량의 각 바퀴에 사용할 수 있도록 스트러트 조립체(10)로서 구성된다. 선행출원에 기술되고 도 1에 도시된 바와 같이, 샤시를 사전에 선택된 방향과 위치, 좋기로는 지면에 대하여 사전에 설정된 방향과 위치를 유지하도록 각 스트러트 조립체의 작동을 제어하기 위하여 별도의 스트러트 제어 시스템, 즉 프로세서(14)가 이용된다.
일반적으로 각 스트러트 조립체는 해당 스트러트 조립체의 스트러트 중심 축선(16)을 따라 감지된 힘과 바퀴에 대한 프레임의 위치에 응답하여 각 프로세서(14)에 의하여 발생된 전기적인 제어신호에 응답한다. 따라서, 스트러트 조립체(10)에는 이 조립체가 연결된 샤시의 바퀴와 프레임의 상대위치를 감지하기 위한 LDVT와 같은 감지수단(18)과, 스트러트 축선(16)을 따라서 축방향으로 조립체에 외부로부터 가하여지는 힘을 감지하기 위한 가속도계(20)와 같은 제2감지수단이 부가적으로 구비된다. 각 스트러트 조립체(10)는 도시된 바와 같이 4개의 능동형 스트러트 현가장치를 제공하기 위하여 충격흡수기와 수동형 현가장치에 사용된 형태의 코일 스프링을 대신하여 사용된다. 따라서 스트러트 조립체(10)의 일측단부에 후브 조립체(12)가 연결되어 스트러트 조립체(10)가 도 2에서 상세히 보인 바와 같이 차량의 샤시(8)에 조립체(10)의 타측단부를 연결하기 위하여 각 바퀴(6)나 적당한 연결수단(22)에 연결될 수 있다. 정상 조건하에서, 각 조립체(10)와 해당 프로세서(14)는 서로 독립적으로 작동할 수 있는 것으로 믿는다. 그러나 특수한 상황하에서, 각 바퀴(6)와 샤시(8)의 상대위치 제어가 하나 이상의 다른 바퀴에서 감지된 정보에 좌우되는 경우, 프로세서(14)는 공지의 방법으로 연결될 수 있다. 능동형 현가장치는 선행출원에 보다 상세히 기술되어 있으며, 이후에 본 발명의 개선된 스트러트 조립체에 대하여 상세히 설명할 것이다.
선행출원에 기술된 능동형 현가장치에 사용된 선형 작동기구성 보다 나은 본 발명에 따라 구성된 선형 작동기의 잇점은 차량이 회전할 때에 차량에 가하여지는 힘을 분석하는 것으로부터 명백하게 될 것이며 이 힘을 이용하여 능동형 현가장치에 착설된 전자 선형 작동기의 조건을 결정하며 이것이 본 발명에 따라 구성된 등가의 선형 작동기와 비교상의 잇점을 보이고 있다.
특히, 도 3에서, 간단한 힘의 다이아그램이 차량이 회전할 때에 차량에 가하여지는 여러 힘을 설명하고 있다. 능동형 현가장치가 없는 경우 토오크가 바퀴(6)에 대하여 샤시(8)에 가하여져 샤시는 도시된 바와 같이 경사진다. 도 3에서 보인 바와 같이, Cm은 차량의 무게중심을 나타내고 Cr은 차량의 횡요동 롤링운동의 중심(the roll center)을 나타낸다. 도 3에서 보인 힘의 공식은 다음과 같은 방법으로 유도된다.
(1) Ffriction-mv2/r=ma
여기에서 m은 차체중량, v는 차량속도, r은 차량의 회전반경, a는 차량의 측방향 가속도를 나타낸다.
(2) 롤 모멘트-Ffriction*1g
여기에서 1g는 지면으로부터 무게중심까지의 높이를 나타낸다.
조립체(10)에 의한 롤 모멘트의 상쇄는 다음과 같이 정의된다.
(3) 롤 모멘트이 상쇄=4*Fstrut*1w
여기에서 Fstrut는 샤시(8)의 수평과 방향을 유지하기 위하여 조립체(10)의 축선(16)을 따라 가하여진 복원력의 합이고, 1w는 차량의 중심선으로부터 타이어 트레드의 중심까지의 거리이다.
롤 모멘트의 상쇄는 조작을 통하여 차량의 수평을 유지하기 위하여 롤 모멘트와 동일하나 반대이어야 하므로 등식(2)는 등식(3)과 같게 된다.
(4) Ffriction*1g=4*Fstrut*1w
(5) Fstrut=(Ffriction*1g)/(4*1w)
(6) Fstrut=(m*a*1g)/(4*1w)
이와 같이, 등식(6)은 회전중에 차량을 수평으로 유지하기 위하여 각 스트러트에 가하여지도록 요구되는 힘을 결정하는데 이용될 수 있다. 예를 들어 이미 언급된 바와 같이, 1988년형 시보테 코베트 차종은 무게가 거의 2800파운트(1271.2kg)에 달한다. 이러한 차량에 의하여 얻어질 수 있는 최대의 g력은 약 0.91g이다. 1g는 약 18.3인치(0.4648미터)이다. 4는 차량의 네바퀴에 해당하는 숫자이다.
끝으로 1w는 30인치(0.762미터)이다.
따라서
(7) F=(1271.2*0.91*0.4648)/(4*0.762)
=176.41kg(388.57파운드).
뉴톤단위로 환산하면,
(8) 388.57파운드*4.45뉴톤/파운드=1729.14뉴톤
결정된 최대 스트러트 힘으로(a) 요구된 힘을 얻기 위하여 스트러트 조립체의 코일 조립체(이후 상세히 설명됨)에서 피이크 전류를 얻을 수 있고, (b) 코베트 차종의 전기장치에 의하여 용이하게 유지될 수 있다. 각 스트러트에 대하여 최대 16암페어를 목표로 선택되었다. 렌츠이 법칙으로 다음 등식이 주어진다.
(9) F=i(C*N)×B
여기에서 F=스트러트의 힘;
i=코일의 전류(암페어);
C=코일주연길이(미터);
N=코일권수;
B=자속밀도(테스라스);
자성물질의 양이 코일의 크기(그 주연길이와 권수)에 따라서 용이하게 결정될 수 있다. 중요한 것은 능동형 현가장치의 무게이다.
선행출원에서 보인 바와 같이 단일코일로 스트러트 조립체를 구성하는 경우 이 스트러트 조립체는 자성물질만으로도 거의 100파운드에 달하여 비교적 무게가 무겁고 많은 전류를 필요로 한다. 코베트 차종과 같은 차량에 있어서 스트러트 조립체는 차체의 중량을 가능한한 줄이기 위하여 그 중량을 가능한한 작게 줄여야 한다. 따라서, 본 발명의 작동기 조립체는 선행출원에서 보인 형태의 스트러트 조립체보다 적은 양의 자성물질을 이용하고 적은 전류로 작동시켜 요구된 복원력을 얻을 수 있게 구성되고, 또한 이 스트러트 조립체의 높이가 사전에 결정된 크기로 유지될 수 있게 되어 있다.
전자 스트러트 조립체와 같은 선형 작동 조립체의 우선 실시형태가 도 4-도 7에 보다 상세히 도시되어 있다. 일반적으로 이 선형작동기는 내측 원통형 조립체(32)(지지롯드 68에 착설됨)와 외측 원통형 조립체(30)(지지디스크 36에 착설됨)를 포함한다. 이들 내외측 원통형 조립체는 상대운동축선(34)상에서 작동하여 내측 조립체가 이 축선(34)을 따라서 외측 조립체에 대하여 미끄럼운동한다. 이후 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이들 두 조립체는 제어신호에 응답하여 이에 따라서 축선(34)을 따라 상대측에 대하여 이동가능하게 되어 있다.
선형작동기는 선행출원에 기술된 형태의 스트러트 조립체에 착설된 것으로 도시되어 있다. 도 4에서 보인 스트러트 조립체(10)는 내외측 원통형 조립체(32)(30)를 포함한다. 외측 원통형 조립체(30)는 이를 LVDT와 같은 감지수단(18)에 고정하기 위하여 일측단부가 디스크(36)와 같은 적당한 수단에 고정된다. 디스크(36)에는 코일스프링(40)의 일측단이 삽입되는 환상시이트(38)가 형성되어 있다. 이 조립체는 후브조립체(12)로 보인 차량의 프레임에 적당히 연결되어 프레임이 축선(34)을 따라 샤시에 대하여 이동될 때에 외측 실린더 조립체가 프레임과 함께 이동한다. 외측 원통형 조립체의 상측단부에는 환상 베어링 조립체(42)가 삽입되는 통공이 형성되어 있다.
외측 원통형 조립체(30)는 적당한 수단, 예를 들어 전기적으로 부도체인 견고한 현부가재(46)에 의하여 외측 원통형 조립체의 상부와 저면으로부터 이 외측 원통형 조립체에 매달려 있는 권취된 전도체와 이어진 다수의 코일 조립체(44)(도 4에서 부호 44a, 44b 및 44c로 3개만을 보임)를 포함한다. 각 코일 조립체는 적당히 견고한 부재상에 적어도 한 층의 코일, 좋기로는 다수층의 코일을 포함하며, 각 코일 조립체의 일부가 축선을 따라서 조립체의 내측과 외측으로부터 물리적으로 노출되어 브러쉬(80)(도 7에서 상세히 보임)가 이후 상세히 설명되는 바와 같이 코일 조립체에 대하여 이동될 때에 코일 조립체의 양측에 전기적으로 결합될 수 있게 되어 있다. 따라서 견고한 부재는 흑연조성물과 같이 적당히 전기적으로 부도체이고 자기적으로는 도체인 견고한 슬리이브(47)(역시 도 7에서 상세히 보임)의 형태를 취할 수 있다. 슬리이브에는 축선(34)에 대하여 평행하게 연장된 종방향 슬로트(49)(도 5 참조)가 형성될 수 있으며, 이 슬로트는 브러쉬(80)가 이에 삽입되어 이 슬로트 상에 권취된 와이어와 접촉할 수 있도록 충분히 넓게 되어 있다. 각 코일조립체의 코일은 동일 크기의 와이어로 해당 슬리이브의 원통형 외측면에 균일하게 권취되어 있다. 현가부재(46)는 축선(34)에 평행하게 배치된 기다란 소재로 구성되는 것이 좋다.
코일 조립체는 각각 축방향 길이가 동일하고 슬리이브(47)가 비교적 견고하므로 현가부재(46)에 의하여 지지될 때에 코일 조립체는 축방향이나 반사상 방향으로 거의 움직이지 않는다. 코일 조립체는 이들이 축선(34)을 중심으로 하여 동축상이며 축선(34)을 따라서 배치되어 내측 고정 조립체(44a)가 중간 코일 조립체(44b) 내에 배치되고 중간 코일 조립체가 외측 코일 조립체(44c) 내에 위치하게 된다.
내측 원통형 조립체(32)는 조립체의 상하측 단부에서 각각 디스크(48a)(48b)를 포함한다. 도 6에서 보인 바와 같이 이들 디스크에는 현가부재(46)가 각각 삽입되는 다수의 통공(50)의 형성되어 내측 원통형 조립체가 코일 조립체(44)와 부재(46)에 대하여 축선(34)을 따라서 축방향으로 이동할 수 있게 되어 있다.
또한 내측 원통형 조립체는 코일 조립체(44a) 내에 축선(34)에 대하여 동축상으로 배치된 중심 코아부재(52)와, 외측 코일부재(44c)의 외측에서 축선(34)에 대하여 동축상으로 배치된 외측 실린더(56)를 포함한다. 중심 코아부재(52)와 외측 실린더(56)는 모두 연철과 같이 자기적으로 도체인 물지리로 되어 있다.
아울러, 내측 원통형 조립체는 코일 조립체 사이의 공간 사이에 중간 실린더(54a)(54b)로 구성되고, 도시된 바와 같이, 중간 실린더(54a)가 내측 및 중간 코일 조립체(44a)(44b) 사이에 배치되고 실린더(54b)는 중간 및 외측 코일 조립체(44b)(44c) 사이에 배치된다. 중간 실린더(54)는 영구적으로 자화된 물질로 된 적어도 하나, 좋기로는 다수의 원통형 자석(58)을 포함한다(도시된 바와 같이, 이들 각각은 한 쌍의 원통형 자석, 내오디뮬-철-보론 또는 사마티움 코발트와 같이 자속밀도가 큰 자성체 물질로 된 상측 원통형 자석 58a와 하측 원통형 자석 58b를 포함한다). 자석(58a)(58b)은 도 4에서 보인 바와 같이 상하로 적층되고, 도 7에서 상세히 보인 바와 같이 자기적으로 부도체이고 전기적으로 도체인 물질(예를 들어 알루미늄)으로 된 환상의 링(60)으로 분리되어 있다. 아울러, 중간 실린더(54)는 자석(58)의 양측에서 실린더의 상하측 단부에 배치된 원통형 부재(62)를 포함한다. 부재(62)는 자기적으로 도체이고 역시 도 7에서 상세히 보인 바와 같이 환상의 링(60)에 의하여 인접한 원통형 자석(58)으로부터 분리되어 있다.
도 4 및 도 6에서 보인 바와 같이, 중심 코아부재(52), 중간 실린더(54a)(54b)와 실린더(56)는 예를 들어 알루미늄과 같이 전기적으로나 자기적으로 부도체인 견고한 원통형의 현가부재(66)와 같은 적당한 수단에 의하여 상부 및 저면 디스크(48a)(48b)로부터 내측 원통형 조립체(32)에 매달려 있어 중심 코아부재(52)와 실린더(54)(56)가 외측 원통형 조립체에 대하여 함께 이동될 수 있게 되어 있다. 또한 현가부재(66)는 축선(34)에 대하여 동축상으로 배열되고 통공(50) 사이의 각 디스크(48a)(48b)에 고정되어 현가부재(66)가 코일 조립체(44)를 지지하는 현가부재(46)와 간섭치 않게 되어 있다. 중심 코아부재(52)와 실린더(54)(56)는 이들의 축방향 길이가 동일하고 매달려 있는 상태에 있으므로 이들 모두가 축선(34)과 동축상이며 상호 방사상 방향으로 간격을 두고 있다. 중심 코아부재(52)와 실린더(54)(56)는 동일한 축방향 위치에서 축선(34)을 따라 배치되어 중심 코아부재(52)가 실린더(54a) 내에 배치되고, 이 실린더(54a)는 실린더(54b) 내에 배치되며, 실린더(54b)가 실린더(56) 내에 배치된다.
중심 코아부재(52)와 각 실린더(54)(56)는 코일 조립체(44)에 대하여 상대적인 축방향 길이를 가지므로서, (a) 각 코일 조립체의 길이는 중심 코아부재(52)(실린더 54 및 56과)의 길이와 이후 상세히 설명되는 바와 같이 요구된 스트러트의 총 축방향 이동거리를 합한 길이와 같고, (b) 중심 코아부재(52)와 실린더(54)(56)가 항상 코일 조립체(44a)(44b)(44c)의 일부가 코아부재와 실린더의 축방향 전 길이를 따라 배치되게 코일 조립체 내에 배치된다. 따라서 코일 조립체(44a)의 일부는 항상 부재와 실린더의 축방향 전 길이에 대하여 중심 코아부재(52)와 중간 실린더(54a) 사이에 완전히 배치되고, 실린더 조립체(44b)의 일부는 항상 두 중간 실린더의 전 길이에 대하여 중간 실린더(54a)와 중간 실린더(54b) 사이에 완전히 배치되며, 코일 조립체(44c)의 일부는 항상 코일 조립체와, 실린더 및 코아부재 사이의 상대적인 전 이동거리에서 중간 실린더와 외측 실린더의 전 길이에 대하여 중간 실린더(54b)와 외측 실린더(56) 사이에 배치된다. 코일 조립체의 와이어의 방향, 따라서 이 코일 와이어를 통하여 흐르는 전류의 방향은 중심 코아부재(52)의 원통형 외측면, 중간 실린더(54a)(54b)의 원통형 내외측면과, 실린더(56)의 내측면에 평행하게 될 것이다(따라서, 이후 상세히 설명되는 바와 같이 이들 면을 지나는 자속에대하여 90°의 각도로 수직이다).
제4원통형 부분 사이의 각 점에서 코일 조립체(44c)의 외측 원통형면에 점접촉한다. 중계 브러쉬(80b)는 실린더(54b)의 상부, 중간 및 저면 링(60)에 착설되고, 이 실린더로부터 슬리이브(47c)의 슬로트(49)를 통하여 방사상 외측으로 연장되어 코일 조립체(44c)의 내면에 접촉한다. 유사한 방법으로 중계 브러쉬(80b)가 실린더(54b)의 제1 및 제2부분 사이와 제3 및 제4부분 사이에 배치되고 방사상 내측으로 연장되어 코일 조립체(44b)의 외측면과 접촉한다. 또한 중계브러쉬(80b)가 실린더(54a)의 상부, 중간 및 저면 링(60)에 배치되어 방사상 외측으로 연장되고 슬리이브(47b)의 슬로트(49)를 통하여 코일 조립체(44b)의 내측면에 점접촉한다. 또한 중계 브러쉬가 실린더(54a)의 제1 및 제2부분 사이와 제3 및 제4부분 사이에 배치되고 방사상 내측으로 연장되어 코일 조립체(44a)의 외면에 점접촉한다. 끝으로 접지브러쉬(80c)가 코아부재의 상부, 중간 및 저면 링(60)에 배치되고 슬리이브(47a)의 슬로트(49)측으로 방사상 외향 연장되어 코일 조립체(44a)의 내면에 접촉한다. 이를 브러쉬(80c)는 장치의 접지부에 적당히 연결된다. 주요 제어 구동브러쉬(80a)는 제어신호를 수신토록 적당히 연결된다. 실린더(54a)의 브러쉬는 도시된 바와 같이 함께 연결된다. 따라서 제어전류는 도 7에서 화살표로 보인 바와 같이 브러쉬(80a)로부터 4개의 진로를 통하여 브러쉬(80c) 측으로 흐른다.
브러쉬(80)는 외측 원통형 조립체 내에서 내측 원통형 조립체의 축방향 위치에 관계 없이 각 코일 조립체에 접촉한 상태를 유지할 것이다. 특히, 각 코일 조립체(44)의 축방향 전 길이가 충분히 길어서 내측 원통형 조립체의 위치에 관계 없이 브러쉬(80)는 항상 각 코일 조립체의 코일과 접촉하게 될 것이다.
스트러트 조립체(10)에 가하여지는 복원력을 나타내는 제어전압이 각 브러쉬(80)에 제어전압이 인가된다. 본 발명 선형작동기가 선행출원에 기술된 형태의 능동형 현가장치에 사용하기 위한 전자 스트러트 조립체로서 사용되는 경우 제어전압은 선행출원에 기술된 바와 같은 동일한 방법으로 유도된다. 제어전압 신호는 현가부재(46), 통공(80) 및 현가부재(66)를 따라 고정된 와이어를 통하여 공지된 방법으로 적당한 브러쉬(80a)에 인가될 수 있다. 다른 접지브러쉬(80c)는 역시 적당한 배선을 통하여 장치의 접지부에 연결된다. 이와 같이 하므로서 각 실린더의 인접한 브러쉬의 각 쌍 사이에서 코일 조립체의 부분을 통하여 흐르는 전류는 항상 방향이 일정할 것이며 인접한 부분 사이의 전류 방향은 반대가 될 것이다. 브러쉬(80)에 의하여 구획된 4개의 코일 부분을 각각 지나는 자속은 축선(34)을 향하는 방사상 내측방향과 축선(34)으로부터의 방사상 외측 방향 사이에서는 반대가 될 것이므로 등식(9)로 정의된 렌츠의 법칙에 따라서 각 코일 부분을 통한 자속과 각 코일부분의 전류에 의하여 축선(34)을 따라 코아부재(52)에 인가되는 힘이 가산될 것이다.
특히 전류의 방향은 각 코일부분을 통하여 수직으로 자속(B)의 방향 변화에 따라 브러쉬로 정하여진 코일 부분마다 반대방향이 되므로 이들이 상쇄되어 축선(34)을 따라 동일방향에서 힘이 축적된다. 축적된 힘은 샤시가 프레임으로부터 멀리 떨어질 때에 상측 방향으로 향하고 샤시가 프레임을 향할 때에 하측방향으로 향할 것이다.
우선 실시형태에 있어서, 중심 코아부재(52), 외측 원통형 부재(56) 및 중간 실린더(54)의 상하측 원통형 부재는 철과 같은 자기적으로 도체인 물질로 만들어져 원통형 자석(58)을 위한 자속 복귀로를 형성한다 자석(58a)(58b)는 예를 들어 네오디뮴-철-보론 합금(NdFeB) 또는 사마리움 코발트와 같이 자속 밀도와 자력이 비교적 큰 고투자성 물질로 구성되는 것이 좋다. 브러쉬는 알루미늄과 같이 자기적으로는 비투자성이고 전기적으로는 전도성인 물질로 된 링(60)에 착설된다. 코일 조립체(44)는 26번 동선과 같이 사각단면의 고전도성 와이어로 구성되고 적당한 흑연조성물과 같이 비자성 및 비전도성의 물질로 된 원통형의 코일 슬리이브(47)에 권취되는 것이 좋다. 하나 이상의 코일층이 각 원통형 코일 슬리이브의 둘레에 성층되는 것이 좋으며, 우선 실시형태에서는 내측 코일 조립체(44a)가 2개 층이고, 중간 코일 조립체(44b)가 5개층이며, 외측 코일 조립체(44c)가 3개층으로 되어 있다.
본 발명의 원리에 따라 구성된 스트러트 조립체에 있어서, 중심 코아부재(52)의 직경은 2.5cm이다. 내측 중간 실린더(54a)의 외경은 5.57cm이며 두께는 1.25cm이다. 외측 중간 실린더(54b)는 외경이 9.49cm이고 두께가 1.25cm이다. 외측 실린더(56)의 외경은 11.59cm이고 벽두께는 0.625cm이다. 각 환상링(60)은 그 축방향 길이가 약 1.0cm이다. 코아부재(52)와 실린더(54)(56)의 축방향 길이는 각각 10cm이다. 코일 조립체(4)는 축방향 길이가 각각 적어도 20cm이어서 전체 이동거리는 10cm가 되므로 브러쉬(80)는 항상 외측 원통형 조립체(30)에 대한 내측 원통형 조립체(32)의 위치에 관계 없이 해당 코일 조립체에 접촉할 것이다. 현가부재(66)의 길이는 약 10cm이므로 스트러트 조립체(10)의 전체 길이는 30cm이다.
최내측 코일 조립체(44a)는 2개층의 와이어가 각각 465회 권취된 5개층의 와이어를 가지며 총 2325회 권취되어 있다. 끝으로 외측 코일 조립체(44c)는 3개층의 465회 권취된 와이어를 가지며 총 1395회 권취되어 있다.
이상 설명하고 도면으로 보인 바와 같이, 모든 코일 조립체가 와이어를 통하여 한번에 전류가 흐르지는 않는다. 브러쉬(80)는 각 코일 조립체에 접촉하는 인접한 브러쉬의 축방향 위치에 의하여 정하여진 특정 코일 조립체를 통한 전류의 흐름을 제한한다. 각 조립체의 코일부분은 코아부재, 중간 실린더 및 외측 실린더 사이에서 10cm의 길이는 각각 2.35cm씩 4개의 자속영역으로 나누어져 있다(환상링 60을 고려한 것임). 도 7에서 보인 바와 같이 상부와 저면 자속영역은 철-철의 자속영역인 반면에 두개의 중간 자속 영역은 철-자석의 자속영역이다.
자석과 철 사이의 예상된 자속밀도는 약 0.9테슬라, 두 철영역 사이는 0.75테슬라, 두 자석 사이는 1.15 테슬라이다. 코아부재, 중간 실린더 및 외측 실린더 사이으 각 에어캡의 폭은 충분한 공간을 제공하기 위하여 층의 수에 와이어의 직경과 계수 1.1을 곱하여 결정한다. 2.35cm 길이에서 각층의 권취수는 58.75이다. 따라서 주어진 예에서는 각 자속영역에 대하여 각 코일 조립체의 와이어 길이가 58.75에 코일 조립체의 층 수 pi와, 코일 조립체의 내경을 곱하여 쉽게 계산될 수 있다. 따라서, 내측 코일 조립체(44a)에 대하여 코일 길이는 (58.75*2*pi*0.0278=)10.26m로 계산되고, 중간 코일 조립체(44b)에 대하여서는 코일 길이가 (58.75*5*pi*0.0628=)57.95m로 계산되며, 외측 코일 조립체(44c)는 코일 길이가 (58,75*3*pi*0.0991=)54.9m로 계산된다.
상기 값과 상기 등식(9)으로 보인 렌츠의 법칙을 이용하여 각 스트러트 조립체의 최대 전류량이 용이하게 계산될 수 있다. 내측 코일 조립체에 대하여 크로스 승적 L×B가 이 L×B 크로스 승적을 모든 4개의 자속 영역에 가산하여 계산된다.
(L×B)1=10.26(m)*(0.75+0.9+0.9+0.75(테슬라)
=33.86
중간 코일 조립체에 대하여 승적 L×B도 유사하게 계산된다.
(L×B)2=57.95(m)*(0.75+1.15+1.15+0.75(테슬라)
=220.21
외측 코일 조립체에 대하여 승적 L×B도 다음과 같이 계산된다.
(L×B)3=54.9(m)*(0.75+0.9+0.9+0.75(테슬라)
=181.75
3개의 코일 조립체에 대한 L×B의 값을 가산하므로서 코일전류가 0.91g의 최대 힘에 대하여 결정될 수 있다.
i=F(뉴톤)/((L×B1)+(L×B2)+(L×BB)3)
=1729.14/435.24
=3.97암페어
도 7에서 보인 바와 같이, 4개의 병렬 코일회로가 있으며, 각각 .361암페어씩을 요구한다. 따라서 요구된 총 전류는 다음과 같다.
3.61암페어×4-15.89암페어
이와 같이 각 스트러트 조립체는 0.91g 회전을 통하여 코베트 차종을 노면에 대해 수평으로 유지하기 위하여 15.89암페어의 피이크 전류를 필요로 하는 바, 이는 상기 언급된 16암페어 한계치 내에 있다. 상기 칫수를 기초로 하여 스트러트 조립체의 각 요소의 크기가 결정될 수 있고 스트러트 조립체의 무게가 계산될 수 있다. 스트러트 조립체의 전체 무게는 약 27.67kg이고 자석이 무게는 약 1.44kg인 것으로 계산되었다. 이로써 필요한 복원력을 제공하는데 요구된 전류의 양이 실제로 감소되었음을 알 수 있다. 아울러, 자기물질의 양, 그리고 선형작동기의 전체 비용과 무게가 함께 이동하는 코아부재와 실린더(54)(56)의 구성으로 감소되었다(선행출원의 능동형 현가장치의 선형작동기에 제공된 자기물질에 대하여 이동가능한 코아부재를 갖는 것과는 대조를 이룬다).
선형 작동기 조립체가 차량용으로 사용하기 위한 스트러트 조립체로서 설명되었으나 이 조립체는 비교적 작은 전류에 응답하여 힘전달부재(코아부재(52)에 의해 비교적 큰 출력을 얻는 많은 다른 분야에 응용할 수 있다. 이러한 다른 분야에 있어서는 LVDT와 같은 감지수단(18)과 가속도계(20)가 생략되고 제어전류가 특정응용분야에 따른 방법으로 유도된다. 아울러, 작동기 조립체의 응용분야에 따라서 두 대상물 사이에 선형 작동기 조립체(1)의 양 단부를 결합하기 위하여 다른 적당한 수단이 연결수단(22)과 후브로립체(12)를 대시하여 사용될 수 있다.
아울러, 작동기 조립체는 각 변위 작동기의 경우와 같이 토오크 발생을 위하여 구성될 수 있다. 도 8에서 보인 바와 같이, 이러한 각 변위 작동기는 상대운동 축선(34a)과 작동기의 모든 부품들이 방사상 거리(R)에서 중심(100)을 중심으로 하여 회전토록 설계된 것을 제외하고는 선형 작동기와 동일하다. 각 변위 작동기는 예를 들어 각 변위 작동기의 원통형 조립체(30a) 또는 (32a)중 하나에 레바 암(102)을 부착하고(도면에서는 조립체 30a에 부착한 것으로 도시함) 타측 원통형 조립체를 기부구조물(106)에 고정하므로서 레바 암을 축선(104)(도 8의 평면에 대하여 수직임)을 중심으로 하여 회전될 수 있도록 하는데 용이하게 이용될 수 있다. 그리고 제어신호는 축선(34a)을 따라서 내외측 외통형 조립체(30a)(30b)의 상대운동량을 제어하는데 사용될 수 있다.
이상과 같이 설명된 본 발명은 그 범위를 벗어남이 없이 그 장치에 어느 정도의 변화를 부여할 수 있으므로 상기 설명과 도면으로 보인 모든 사항은 단순히 설명을 위한 것이며 어떠한 제한을 가하고자 한 것이 아니다.

Claims (19)

  1. 작동기 조립체에 있어서, 이 조립체가 상대운동축선을 이루는 제1부재와, 자기회로를 형성하는 자기회로수단으로 구성되고, 상기 자기회로수단은 상기 축선을 따라서 상기 제1부재에 대하여 이동가능하게 되어 있으며, 상기 자기회로수단은 상기 축선을 따라서 상대측에 대해 축방향으로 간격을 둔 다수의 각 자기전도성 원통형 부분을 통하여 일정한 자속을 형성하는 자석수단을 포함하므로서 자속이 방사상 내측방향으로는 상기 원통형 부분을 통하여 방사상방향으로 향하고 자속이 방사상 외측방향으로는 타측의 상기 원통형 부분을 통하여 방사상방향으로 향하고, 다수의 권선을 갖는 하나 이상의 코일을 포함하는 전도성 코일조립체가 구성되어 있으며, 상기 코일은 상기 축선에 동축상으로 배치되고 상기 각 원통형부분의 상기 방사상방향 자속을 통하여 연장되어 상기 코일의 일부가 각 해당 원통형부분으로부터 방사상방향의 자속을 통하여 연장되고 상기 코일의 각 부분의 권선을 통하여 흐르는 전류가 실제로 해당 방사상방향의 자속에 수직으로 흐르고, 상기 각 부분으로부터의 자속을 통하여 연장된 코일의 부분에 제어신호를 인가하기 위한 수단이 구성되어 방사상 내측방향으로 향하는 자속을 통하여 연장된 코일의 부분을 통한 제어신호의 전류흐름방향이 방사상 외측방향으로 향하는 자속을 통하여 연장된 코일의 부분을 통한 제어신호의 전류의 흐름방향과 반대가 되고 각 원통형부분과 코일의 해당부분이 자속/전류의 크로스 승적에 응답하여 제1부재와 상기 자석수단사이에서 축선을 따라 가여하진 힘이 가산됨을 특징으로 하는 전자작동 조립체.
  2. 청구범위 1항에 있어서, 상기 자석수단은 상기 자속이 인접한 원통형 부분사이의 방사상 내측방향과 방사상 외측방향으로 교번하는 방향에서 상기 원통형 부분을 통하여 방사상 방향으로 향하도록 배치됨을 특징으로 하는 조립체.
  3. 청구범위 2항에 있어서, 상기 자석수단이 상기 축선을 따라서 상호 축방향으로 간격을 둔 적어도 두 개의 원통형 자석을 포함하고 상기 각 자석의 북극과 남극이 상호 방사상 방향으로 간격을 둠을 특징으로 하는 조립체.
  4. 청구범위 3항에 있어서, 상기 자기회로수단이 자석에 의하여 발생된 자속에 대하여 자속복귀로를 상기 자석의 해당자석에 인접하여 축방향으로 배치된 두 개 이상의 원통형 자기전도체소자를 포함함을 특징으로 하는 조립체.
  5. 청구범위 4항에 있어서, 상기 한 코일이 상기 원통형 부분과 상기 제1부재사이에서 상기 원통형부분내에 부분적으로 배치되고, 상기 코일조립체는 다수의 권선을 갖는 하나 이상의 타측코일을 포함하며, 상기 타측코일이 하나는 상기 축선과 동축상으로 배치되며 상기 원통형부분이 상기 타측 코일내에 배치되고, 상기 타측코일이 상기 각 원통형 부분의 상기 방사상방향 자속을 통하여 부분적으로 연장되어 상기 타측코일의 일부가 각 해당 원통형 부분으로부터 방사상 방향의 자속을 통하여 연장되고 상기 타측코일의 상기 각 부분의 권선을 통하여 흐르는 전류가 해당방사상 방향의 자속에 대하여 수직방향으로 흐름을 특징으로 하는 조립체.
  6. 청구범위 5항에 있어서, 상기 타측코일이 일부 둘레에 상기 축선과 동축상으로 배치된 원통형 소자가 구성되어 있고, 상기 원통형소자는 방사상 외측방향으로 향하는 상기 자속의 복귀로를 형성하는 자기전도체를 물질을 포함함을 특징으로 하는 조립체.
  7. 청구범위 6항에 있어서, 상기 자기회로수단이 방사상 내측방향으로 향하는 상기 자속의 복귀로를 형성하는 자기전도체 물질의 코아소자를 포함함을 특징으로 하는 조립체.
  8. 청구범위 7항에 있어서, 상기 제어신호를 인가하기 위한 상기 수단이 상기 자기회로수단에 고정된 다수 브러쉬를 포함하고 이 브러쉬는 한 쌍의 브러쉬가 상기 코일의 상기 각 부분을 통한 상기 전류의 흐름방향을 결정하도록 상기 코일의 상기 각 부분의 양 단부에 접촉토록 배치됨을 특징으로 하는 조립체.
  9. 청구범위 1항에 있어서, 상기 자기회로수단이 상기 축선을 따라 상대측에 대하여 축방향으로 간격을 두고 다수의 자기전도선 원통형부분으로부터 방사상 방향으로 간격을 둔 다수의 제2자석수단을 포함하므로서 자속이 상기 제1자석수단에 의하여 형성된 방사상 내측방향의 자속과 일치하는 방사상 내측방향에서 상기 제2원통형부분의 일부를 통하여 방사상으로 향하고, 자속이 상기 제1자석수단에 의하여 형성된 방사상 외측방향에서는 상기 다수의 제2원통형 부분을 통하여 방사상 방향으로 향함을 특징으로 하는 조립체.
  10. 청구범위 9항에 있어서, 상기 제1 및 제2자석수단이 각각 상기 축선을 따라 상대측으로부터 축방향으로 간격을 둔 두개 이상의 원통형자석을 포함하고, 상기 제1자석수단의 두 자석이 상기 제2자석수단의 두 해당 자석으로부터 방사상 방향으로 간격을 두고 있으며, 상기 각 자석의 북극과 남극이 상대측으로부터 방사상 방향으로 간격을 두고 있음을 특징으로 하는 조립체.
  11. 청구범위 10항에 있어서, 상기 자기회로수단이 적어도 두 개의 원통형 자기전도성 소자를 포함하고 이들 각각은 해당 자석에 의하여 발생된 자속의 복귀로를 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2자석수단의 해당 자석에 인접하여 축방향으로 배치됨을 특징으로 하는 조립체.
  12. 청구범위 11항에 있어서, 상기 일측 코일이 상기 원통부분과 상기 제1부재 사이에서 상기 제1자석수단의 상기 원통형부분내에 부분적으로 배치되고, 상기 코일조립체가 다수의 권선을 갖는 두개 이상의 타측 코일을 포함하며, 상기 두 개의 타측코일은 상기 타측 코일중 하나의 일부가 상기 제1 및 제2자석수단 사이에 배치되고 상기 제1 및 제2자석수단의 원통형 부분이 상기 제2의 타측 아래에 배치되도록 동축상으로 배치되며, 상기 타측코일 모두가 상기 원통형부분의 상기 방사상 방향 자속을 통하여 부분적으로 연장되어 상기 각 타측 코일의 일부가 상기 제1 및 제2자석수단의 해당 원통형 부분으로부터 방사상방향의 자속을 통하여 연장되고 상기 타측코일의 상기 각부분의 권선을 통하여 흐르는 전류가 해당 방사상방향 자속에 대하여 수직으로 흐름을 특징으로 하는 조립체.
  13. 청구범위 12항에 있어서, 상기 두개의 타측코일의 일부와 상기 제1 및 제2자석수단의 둘레에서 상기 축선에 동축상으로 배치된 원통형 부재를 포함하고, 상기 원통형 부재는 방사상 외측방향으로 향하는 상기 자속의 복귀로를 형성하기 위한 자기 전도성 물질을 포함함을 특징으로 하는 조립체.
  14. 청구범위 13항에 있어서, 상기 자기회로수단이 방사상 내측방향으로 향하는 상기 자속의 복귀로를 형성하기 위하여 자기전도성 물질로 구성된 코아부재를 포함함을 특징으로 하는 조립체.
  15. 청구범위 1항에 있어서, 상기 코일조립체가 상기 자기회로수단에 대하여 이동가능하도록 상기 코일조립체를 상기 제1부재에 연결하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 조립체.
  16. 청구범위 1항에 있어서, 상기 자기회로수단과 상기 제1부재가 상기 상대운동축선을 따라 상기 제1부재에 대하여 이동가능하게 구성되고, 상기 축선을 상기 조립체가 각변위 작동기로서 작동토록 상기 중심으로부터 거리 R만큼 떨어진 곡률 중심을 중심으로 하여 만곡됨을 특징으로 하는 조립체.
  17. 청구범위 16항에 있어서, 상기 자기 회로수단과 상기 제1부재가 상기 축선을 따라서 상기 제1부재에 대하여 이동가능하게 구성되고, 상기 축선이 직선형이며 상기 조립체가 선형 작동기로서 작동함을 특징으로 하는 조립체.
  18. 작동기 조립체에 있어서, 제1조립체, 상대운동축선을 따라 사전에 결정된 거리를 상기 제1조립체에 대하여 이동가능한 제2조립체와, 상기 제1 및 제2조립체의 상대운동을 제어하기 위하여 상기 작동조립체에 제어신호를 인가하기 위한 수단으로 구성되고, 상기 제1조립체는 상기 축선에 대하여 동축상으로 착설되고 상기 사전에 결정된 거리와 적어도 같은 축방향 길이를 갖는 하나 이상의 전도성 코일을 포함하며, 상기 제2조립체는 자기회로를 형성하는 자기회로수단을 포함하고, 상기 자기회로수단은 상기 상대운동축선을 따라서 상기 코일에 대하여 이동 가능하며, 상기 자기회로수단은 상기 축선을 따라서 상대측에 대하여 축방향으로 간격을 둔 상기 코일의 다수의 각 원통형부분을 통하여 일정한 자속을 형성하는 자석수단을 포함하므로서 자속의 방사상 내측방향으로는 상기 코일의 상기 원통형 부분을 통하여 방사상 방향으로 향하고 자속이 방사상 외측방향으로는 상기 코일의 상기 타측 원통형부분을 통하여 방사상 방향으로 향할 수 있게 되어 있고, 상기 제어신호를 인가하기 위한 상기 수단이 상기 코일의 상기 원통형 부분에 상기 제어신호를 인가하여 방사상 내측방향으로 향하는 자속을 통해 연장된 코일의 원통형 부분을 통한 제어신호의 전류흐름방향이 방사상외측 방향으로 향하는 자속을 통해 연장된 코일의 원통형 부분을 통한 제어신호의 전류방향과 반대가 되도록 하고 코일의 각 원통형 부분과 해당 자속에 의하여 제공된 자속/전류의 크로스 승적에 응답하여 축선을 따라 상기 제1 및 제2조립체 사이에 인가된 자기력이 가산됨을 특징으로 하는 작동기 조립체.
  19. 작동기 조립체에 있어서, 제1조립체와 제어신호에 응답하여 상대운동축선을 따라 상기 제1조립체에 대하여 이동가능한 제2조립체로 구성되고, 상기 제2조립체가 상기 상대운동축선에 대하여 내외측 방향에서 방사상 방향으로 향하는 자속을 형성하기 위한 자기회로수단과 자속로에 배치된 코일로 구성되며, 상기 코일에 상기 제어신호를 인가하기 위한 수단이 구성되어 전류가 방사상 내측방향으로 향하는 자속내에 배치된 코일부분을 통하여 일측방향으로 인가되고, 외측방향으로 향하는 자석내에 배치된 코일부분을 통하여 반대방향으로 인가되어 상기 제1 및 제2조립체 사이에 인가된 자속/전류의 힘이 가산됨을 특징으로 하는 작동기 조립체.
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