KR101362009B1

KR101362009B1 - Hybrid electromagnetic actuator

Info

Publication number: KR101362009B1
Application number: KR1020097018452A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 바타일레; 필립 프루보스트
Original assignee: 슈나이더 일렉트릭 인더스트리스 에스에이에스
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2014-02-11
Also published as: CN101622685A; JP5179516B2; JP2010519776A; CN101622685B; FR2913142B1; EP2126951B1; EP2126951A1; WO2008107273A1; FR2913142A1; KR20090115950A

Abstract

본 발명은 전기적 스위칭 장치에 이용하기 위한 전기자기적 액추에이터에 관한 것으로서, 액추에이터는 자화 조립체(32, 33), 제어 전류가 흐르는 여기 코일 (30) 및 고정 요크(10)와 유동부(20)로 구성되는 자기 회로를 포함하며, 여기 코일과 자화 조립체는 서로 상대적으로 움직일 수 있도록 구성되고, 유동부는 자화 조립체 또는 코일에 결합되어 고정 요크와 함께 자기 에어 갭을 제공하고 이 에어 갭의 값은 제 1 위치에서 최소, 제 2 위치에서 최대가 되도록 한다. 액추에이터는 여기 코일(30)에 고정되는 자기 스플리터(35, 36)를 포함하고, 자기 스플리터는 제 1 위치에서 여기 코일(30) 및 서로 대향하는 자화 조립체(32, 33) 사이에 부분적으로 위치하여 자화 조립체(32, 33)로부터의 자기장의 일부를 수집하도록 한다.The present invention relates to an electromagnetic actuator for use in an electrical switching device, wherein the actuator comprises a magnetization assembly (32, 33), an excitation coil (30) through which a control current flows, a fixed yoke (10), and a flow section (20). Wherein the excitation coil and magnetization assembly are configured to be movable relative to one another, the flow portion being coupled to the magnetization assembly or coil to provide a magnetic air gap with a fixed yoke, the value of which is in a first position At the minimum and maximum at the second position. The actuator includes magnetic splitters 35, 36 secured to the excitation coil 30, the magnetic splitter being partially positioned between the excitation coil 30 and the opposing magnetization assemblies 32, 33 in a first position. Collect a portion of the magnetic field from the magnetization assemblies 32, 33.

Description

하이브리드 전기자기적 액추에이터{Hybrid electromagnetic actuator}Hybrid Electromagnetic Actuator

본 발명은 전기적 스위칭 장치, 특히 릴레이, 접촉기 또는 접촉기-회로 차단기 타입의 장치에 사용하기 위한 전기자기적 액추에이터에 관한 것이다. 본 발명은 또한 스위칭 장치의 유동 접촉부를 구동하기 위해 상기 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electromagnetic actuator for use in an electrical switching device, in particular a device of the relay, contactor or contactor-circuit breaker type. The invention also relates to a switching device comprising the actuator for driving a flow contact of the switching device.

이러한 전기적 스위칭 장치는 전기를 공급하는 전원공급장치 회로, 또는 전기를 공급받기 위하여 연결된 전기 모터와 같은 장치들을 스위칭하는데 통상적으로 사용된다. 이를 위해 스위칭 장치는 유동 접촉부, 이와 협력하여 작동하는 고정 접촉부 및 전자기적 액추에이터를 포함하며, 이 전자기적 액추에이터는 유동 접촉부를 유동 접촉부가 고정 접촉부에 닿아 전류가 전원공급장치로부터 전기 부하로 흐르게 되는 닫힌 위치와, 유동 접촉부가 고정 접촉부에서 분리되어 전원공급장치에서 전기 부하로의 전기 공급이 차단되는 열린 위치 사이에서 움직이게 한다.Such electrical switching devices are commonly used to switch devices such as power supply circuits that supply electricity, or connected electric motors to receive electricity. For this purpose, the switching device comprises a flow contact, a stationary contact acting in cooperation with it and an electromagnetic actuator, which electromagnetically closes the flow contact with the flow contact touching the stationary contact so that current flows from the power supply to the electrical load. Position and the floating contact separates from the stationary contact to move between the open position where the supply of electricity from the power supply to the electrical load is interrupted.

액추에이터는 다양한 자기적, 전기자기적 또는 자기 및 전기자기적 성질에 따라 다양한 구동 시스템을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전자기적 형태의 릴럭턴스 시스템(reluctance system)은 접촉기에서 통상적으로 사용되는 구동 시스템이다. 이 시스템은 제어 전류가 흐르는 여기 코일과 고정부와 유동부로 구성되는 가변 인 덕턴스를 가지는 강자성체 회로로 구성된다. 이 시스템은 또한 영구 자석을 이용하여 극성을 가질 수도 있다.Actuators may use a variety of drive systems depending on various magnetic, electromagnetic or magnetic and electromagnetic properties. For example, an electromagnetic form of reluctance system is a drive system commonly used in contactors. The system consists of a ferromagnetic circuit having a variable inductance consisting of a fixed part and a moving part, as well as an excitation coil through which control current flows. This system can also be polarized using permanent magnets.

릴럭턴스 시스템은 열린 위치와 닫힌 위치 사이의 자기 회로의 에어 갭의 값의 변화로 생기는 릴럭턴스의 변화를 이용하여 자기력을 발생시킨다. 이 자기력은 자기 에어 갭 값의 제곱에 반비례한다. 따라서 에어 갭 값이 최소가 되는 닫힌 위치에서 발생하는 엔진 출력이 최대가 된다. 이 경우, 코일에 흐르는 낮은 잔류 전류로도 복원 수단(복원 스프링이나 접촉 압력 스프링)이 시스템을 닫힌 상태에서 충분한 접촉 압력으로 유지되게 해준다.The reluctance system generates a magnetic force using a change in reluctance resulting from a change in the value of the air gap of the magnetic circuit between the open position and the closed position. This magnetic force is inversely proportional to the square of the magnetic air gap value. Therefore, the engine power generated in the closed position where the air gap value is minimum is maximized. In this case, even with the low residual current flowing in the coil, the restoring means (restoration spring or contact pressure spring) keeps the system at a sufficient contact pressure in the closed state.

하지만, 릴럭턴스 시스템은 일반적으로 수 밀리미터 이내의 매우 짧은 범위에서만 엔진의 고출력을 제공할 수 있다. 실제적으로 자기 회로의 에어 갭 값은 열린 위치에서 최대가 된다. 따라서 유동 접촉부를 열린 위치에서 닫힌 위치로 옮기는 닫힘 움직임을 시작하기 위해서는 자기회로의 유동부를 끌어 당기기에 충분한 구동력을 얻기 위하여 코일에 강력한 돌입 전류를 흐르게 하여야 한다. 이로 인해 코일 내의 높은 돌입 전류에 비교하여 전체 시스템(자기회로와 코일)의 크기가 커지게 된다.However, reluctance systems can provide high engine power only in a very short range, typically within a few millimeters. In practice, the air gap value of the magnetic circuit is maximum at the open position. Therefore, in order to initiate the closing motion of moving the flow contact from the open position to the closed position, a strong inrush current must be applied to the coil to obtain sufficient driving force to pull the flow portion of the magnetic circuit. This increases the size of the entire system (magnetic circuit and coil) compared to the high inrush current in the coil.

이른바 전기역학적 액추에이터 시스템은 고정된 강자기회로, 자화 조립체 및 이 자화 조립체에 대하여 상대적으로 움직일 수 있는 코일을 가진다. 이는 고정된 자석과 유동 코일(예를 들어 음성 코일)이거나 고정된 코일과 유동 자석(유동 자석 타입 전자석)일 수 있다. 이러한 전기역학 타입 액추에이터에서 자기력은 주로 자화 조립체와 코일 사이의 상호 인덕턴스의 변화로부터 발생하는 라플라스 힘(Laplace force)이며, 그 크기는 코일에 흐르는 전류, 자화 조립체에 의해 발생하는 자기 유도 및 자화 조립체에 의해 발생한 자기장이 수직으로 통과하는 코일의 길이에 비례한다. 따라서 이러한 시스템은 주어진 자속과 코일 전류에 대하여 닫힌 위치와 열린 위치 사이의 움직임 전체에 걸쳐 양호한 선형성을 보이는 구동력을 제공한다.The so-called electrodynamic actuator system has a fixed ferromagnetic circuit, a magnetization assembly and a coil that is movable relative to the magnetization assembly. It may be a fixed magnet and a floating coil (eg voice coil) or a fixed coil and a floating magnet (flow magnet type electromagnet). In this electrodynamic type actuator, the magnetic force is mainly Laplace force resulting from the change of mutual inductance between the magnetization assembly and the coil, and its magnitude is applied to the current flowing through the coil, the magnetic induction and magnetization assembly generated by the magnetization assembly. The magnetic field generated is proportional to the length of the coil passing vertically. This system thus provides a driving force that shows good linearity throughout the movement between the closed and open positions for a given magnetic flux and coil current.

반대로, 이 시스템은 닫힌 위치 근처에서 스위칭 장치의 유동 접촉부와 고정 접촉부 사이의 양호한 접촉 압력을 보장하기 위한 의미있는 추가 구동력을 제공하기 위해서는 사용할 수 없다. 따라서 닫힌 위치에서 코일 전류를 강하게 증가시키는 것이 필요하며 이로 인해 전력 소비가 높아지고 열로 인한 문제가 발생할 수 있다.In contrast, this system cannot be used to provide a meaningful additional driving force to ensure good contact pressure between the floating and fixed contacts of the switching device near the closed position. Therefore, it is necessary to increase the coil current strongly in the closed position, which leads to high power consumption and thermal problems.

릴럭턴스 시스템과 전기역학적 시스템의 장점을 결합한 하이브리드 액추에이터가 이미 개발되어 있으며 이러한 액추에이터의 구동력 커브의 프로필은 접촉기 타입 장치의 유동 접촉부의 저항력 커브의 프로필에 보다 밀접하게 매칭된다. 예를 들어, 유럽 특허 EP 1655755는 이러한 하이브리드 전자기적 액추에이터를 기술하고 있으며 이 액추에이터는는 전기역학적 모드에서 동작한다. 이러한 액추에이터에서 전기역학적 시스템은 주로 유동 접촉부가 고정 접촉부에 접근하는데 필요한 구동력을 제공하며, 릴럭턴스 시스템은 주로 닫힌 위치로의 움직임의 끝 무렵에 압력을 가하고 유동 접촉부가 고정 접촉부에 효과적으로 접촉하는데 필요한 추가적인 구동력을 제공한다.Hybrid actuators have already been developed that combine the advantages of a reluctance system and an electrodynamic system, and the profile of the drive force curve of the actuator is more closely matched to the profile of the resistive curve of the flow contact of the contactor type device. For example, European patent EP 1655755 describes such a hybrid electromagnetic actuator which operates in an electrodynamic mode. In these actuators, the electrodynamic system mainly provides the driving force necessary for the flow contact to approach the fixed contact, and the reluctance system mainly applies pressure at the end of the movement to the closed position and the additional contact required for the flow contact to effectively contact the fixed contact. Provide driving force.

그러나 이러한 하이브리드 액추에이터의 문제점은 전기역학적 동작에서 릴럭 턴스 타입 동작으로의 전환이 항상 명확하게 이루어지지 않는다는 점이다. 실제로는, 한 종류의 동작에서 다른 종류의 동작으로의 전환이 충분히 신속하게 일어나기 위해서는 액추에이터의 구동력의 움직임을 최적화하는 것이 필요하다.The problem with such hybrid actuators, however, is that the transition from electrodynamic operation to reluctance type operation is not always clear. In practice, it is necessary to optimize the movement of the driving force of the actuator in order for the transition from one type of operation to another kind of operation to occur quickly enough.

따라서 에어 갭의 값이 최소값에 가까워지는 접촉부의 닫힌 위치로의 움직임의 끝 부분에도 영구 자석의 자기장이 코일을 계속 흐르게 되어 전기역학적 동작이 계속 남아 있게 되므로 릴럭턴스 타입의 동작을 방해하게 된다.Therefore, the magnetic field of the permanent magnet continues to flow through the coil at the end of the movement to the closed position of the contact where the value of the air gap is close to the minimum value, thereby preventing the reluctance type operation.

또한, 이 자석으로 인해 영구적인 유인력이 발생하여 코일에 전류가 전혀 흐르지 않을 때에도 에어 갭을 최소값으로 유지하려는 경향을 갖게 한다. 이러한 효과는 액추에이터가 열려 있을 때 부담으로 작용하는데 접촉부를 열기 위해 더 강력한 복원 수단이 필요하게 되고 따라서 필연적으로 액추에이터의 저항력을 증가시키기 때문이다.In addition, the magnet creates a permanent attracting force, which tends to keep the air gap to a minimum even when no current flows through the coil. This effect acts as a burden when the actuator is open because more powerful restoring means are needed to open the contact and thus inevitably increase the resistance of the actuator.

따라서 본 발명의 목적은 액추에이터의 유동부의 위치에 따라 릴럭턴스 모드 또는 전기역학 모드에서 동작할 수 있으면서 상기 기술한 결점을 보이지 않는 하이브리드 전자기적 액추에이터를 디자인하는 것이다. 따라서 본 발명은 액추에이터의 구동력의 움직임을 최적화하고 에너지 소비를 최소화하며 액추에이터의 릴럭턴스 부분의 크기를 최적화하는 것을 가능하게 한다.It is therefore an object of the present invention to design a hybrid electromagnetic actuator that can operate in reluctance mode or electrodynamic mode depending on the position of the flow section of the actuator and does not exhibit the drawbacks described above. The present invention thus makes it possible to optimize the movement of the driving force of the actuator, to minimize energy consumption and to optimize the size of the reluctance portion of the actuator.

이를 위해 본 발명은 자화 조립체, 제어 전류가 흐르는 여기 코일 및 고정 요크와 유동부로 구성되는 자기 회로를 포함하며, 여기 코일과 자화된 조립체는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 서로 상대적으로 움직일 수 있도록 구성되고, 자기 회로는 고정 요크와 유동부를 포함하며, 유동부는 상기 자화된 조립체 또는 코일에 결합되어 고정 요크와 함께 자기 에어 갭을 제공하며, 이 에어 갭의 값은 제 1 위치에서 최소, 제 2 위치에서 최대가 되도록 구성되는 전기적 스위칭 장치를 위한 전자기적 액추에이터를 개시한다. 이 액추에이터는 코일에 고정되는 자기 스플리터를 포함하고, 자기 스플리터는 제 1 위치에서는 코일 및 서로 대향하는 자기화된 조립체의 표면들로 경계지워지는 영역에 부분적으로 위치하여 자화 조립체로부터의 자기장의 방향을 변화시키는 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention includes a magnetic circuit comprising a magnetization assembly, an excitation coil through which a control current flows, and a fixed yoke and a flow portion, wherein the excitation coil and the magnetized assembly can be moved relative to each other between the first position and the second position. And a magnetic circuit comprising a fixed yoke and a flow portion, wherein the flow portion is coupled to the magnetized assembly or coil to provide a magnetic air gap with the fixed yoke, the value of the air gap being minimum, second in the first position. Disclosed is an electromagnetic actuator for an electrical switching device that is configured to maximize in position. The actuator includes a magnetic splitter that is secured to the coil, the magnetic splitter being partially positioned in an area bounded by surfaces of the coil and opposing magnetized assemblies in a first position to direct the direction of the magnetic field from the magnetization assembly. It is characterized by changing.

본 발명의 한 특성에 따르면, 본 발명의 전자기적 액추에이터는 자기 스플리터가 제 1 위치에서는 코일 및 서로 대향하는 자화 조립체의 표면들로 경계지워지는 영역에 대부분 위치하고, 제 2 위치에서는 위 영역의 외부에 대부분 위치하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the invention, the electromagnetic actuator of the invention is located mostly in the region where the magnetic splitter is bounded by the coil and the surfaces of the opposing magnetization assemblies in the first position, and outside the upper region in the second position. It is characterized by being located mostly.

본 발명의 다른 특성에 따르면, 본 발명의 전자기적 액추에이터는 자기 스플리터가 제 1 위치에서 위 영역에 전적으로 위치하고, 본 발명의 또 다른 특성에 따르면 자기 스플리터가 제 2 위치에서 위 영역의 외부에 전적으로 위치하는 것을 특징으로 한다.According to another feature of the invention, the electromagnetic actuator of the invention has a magnetic splitter located entirely in the upper region in the first position, and in accordance with another feature of the invention the magnetic splitter is positioned entirely outside the upper region in the second position. Characterized in that.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 자화 조립체는 고정 요크에 결합되고, 코일은 자기 회로의 유동부에 결합되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 코일은 고정 요크에 결합되고, 자화 조립체는 자기 회로의 유동부에 결합되는 것을 특징으로 한다. According to a first embodiment of the invention, the magnetization assembly is coupled to the fixed yoke and the coil is coupled to the flow section of the magnetic circuit. According to a second embodiment of the invention, the coil is coupled to the stationary yoke and the magnetization assembly is coupled to the flow section of the magnetic circuit.

본 발명을 이용함으로써, 자기 스플리터는 자화 조립체로부터 발생하여 코일을 흐르는 전부 또는 일부의 자기장을 바람직한 방향으로 방향을 바꾸어 통과시킴으로써 특히 이 자기장이 닫힌 위치의 근처에서 릴럭턴스 시스템을 교란시키지 않고 또한 액추에이터를 열린 위치로 시작할 때 코일의 전류가 흐르지 않더라도 자기장에 의한 유인력을 감소시킬 수 있다.By employing the present invention, the magnetic splitter is directed from the magnetizing assembly and through all or part of the magnetic field flowing in the desired direction in a preferred direction so that the actuator does not disturb the reluctance system, especially in the vicinity of the closed position. At the start of the open position, the attraction force due to the magnetic field can be reduced even if no current flows in the coil.

본 발명은 또한 고정 접촉부를 포함하는 전기 스위칭 장치로서 이 고정 접촉부는 유동 접촉부와 협력하여 전기 부하로의 전력 공급 장치를 전환시키며 스위칭 장치는 이 유동 접촉부를 구동하기 위하여 적어도 하나의 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스위칭 장치에 관한 것이다.The invention also provides an electrical switching device comprising a stationary contact, the stationary contact cooperating with the flow contact to switch the power supply to the electrical load and the switching device comprising at least one actuator to drive the flow contact. An electric switching device characterized by the above-mentioned.

본 발명의 다른 특성 또는 이점들은 하기 첨부된 도면을 참조한 본 발명의 실시예를 통한 구체적인 구현에 대한 상세한 설명에 의해 보다 분명해 질 것이다.Other features or advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of specific implementation through embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 자기 스플리터를 갖지 않는 종래 하이브리드 액추에이터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional hybrid actuator without a magnetic splitter.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터의 닫힌 위치에서의 단면도이다.2 is a cross-sectional view in the closed position of the hybrid actuator according to the first embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 액추에이터의 열린 위치에서의 단면도이다.3 is a cross-sectional view in the open position of the actuator shown in FIG. 2.

도 4는 도 2에 도시된 액추에이터의 변형 액추에이터의 상세도이다.FIG. 4 is a detail view of the deformation actuator of the actuator shown in FIG. 2.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 액추에이터의 제 2 실시예에서 닫힌 위치 및 열린 위치 각각에서의 단면도이다.5 and 6 are cross-sectional views in each of the closed and open positions in the second embodiment of the hybrid actuator according to the invention.

도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 액추에이터의 힘의 커브를 나타내는 그래 프이다.7 is a graph showing the curve of the force of the hybrid actuator according to the present invention.

도 1은 접촉기, 접촉기차단기 또는 릴레이 타입의 스위칭 장치에 사용되는 종래 하이브리드 전자기적 액추에이터의 예이다. 이미 설명한 대로, 이러한 액추에이터는 릴럭턴스 시스템과 전기역학적 시스템의 장점을 같이 가지고 있어 액추에이터 구동력의 커브 프로파일이 저항력 커브 프로파일에 더 잘 매칭된다.1 is an example of a conventional hybrid electromagnetic actuator used in a contactor, contactor breaker or relay type switching device. As already explained, these actuators have the advantages of a reluctance system and an electrodynamic system, so that the curve profile of the actuator drive force is better matched to the resistive curve profile.

이 액추에이터는 강자성 물질로 만들어지며 고정 요크(10) 와 유동부(20)로 구성된 자기 회로로 구성된다. 고정 요크(10)는 두 측면(12, 13)으로 형성되는 측부, 중앙 코어(15) 및 조립체가 설치되는 공동 기반부(14)로 구성된다. 중앙 코어(15)는 전부 또는 부분적으로 여기 코일(30)로 둘러싸여 지며 상기 여기 코일은 제어 전류가 흐를 때 길이 방향 변위 축인 X축을 따라 평행이동 할 수 있다. 중앙 코어(15)와 여기 코일(30)은 사각형 또는 원형의 단면을 가질 수 있으나 이는 중요 요소는 아니다. 전기 장치는 액추에이터에 의해 움직이는 유동 접촉부와 협동하여 작용하는 고정접촉부를 포함한다.This actuator is made of ferromagnetic material and consists of a magnetic circuit consisting of a fixed yoke 10 and a flow section 20. The fixed yoke 10 consists of a side formed by two sides 12 and 13, a central core 15 and a cavity base 14 on which the assembly is installed. The central core 15 is surrounded in whole or in part by an excitation coil 30 which can move in parallel along the X axis, which is the longitudinal displacement axis when the control current flows. The central core 15 and the excitation coil 30 may have a square or circular cross section but this is not critical. The electrical device includes a stationary contact that cooperates with the flow contact that is moved by the actuator.

자기회로의 유동부(20)는 예를 들어 간단한 유동 블레이드로 구성된다. 동등한 방식으로 상기 유동부(20)는 고정 요크와 유사한 구성을 가질 수 있는데 이 경우 고정 요크와 대향하여 위치하는 측부와 중앙코어를 가질 수 있으며 접촉기 등에서 많이 사용된다. 유동부(20)인 유동 블레이드는 다양한 종래의 연결 수단에 의해 여기 코일(30)에 기계적으로 연결된다. 장치의 유동 접촉부 또는 접촉부들은(미도시) 유동부(20)와 기계적으로 커플링되된다. 따라서 유동 블레이드와 여기 코일(30)은 유동 접촉부가 고정 접촉부에 눌리어 지는 제1 닫힌 위치와, 유동 접촉부가 장치의 고정 접촉부와 분리되는 제2 열린 위치 사이에서 X 축을 따라 움직인다. 자기 회로는 유동 블레이드와 고정 요크(10)에 대향하는 서로 다른 면들 사이의 공간에 의해 형성되는 자기 에어 갭 E를 가진다. 이 에어 갭은 열린 위치에서 최대값을 닫힌 위치에서 최소값을 가진다.The flow section 20 of the magnetic circuit consists of a simple flow blade, for example. In an equivalent manner, the flow part 20 may have a configuration similar to that of the fixed yoke. In this case, the flow part 20 may have a side portion and a central core that are located opposite to the fixed yoke and are widely used in contactors. The flow blade 20, which is the flow section 20, is mechanically connected to the excitation coil 30 by various conventional connecting means. Flow contacts or contacts of the device (not shown) are mechanically coupled to the flow section 20. The flow blade and excitation coil 30 thus move along the X axis between a first closed position where the flow contact is pressed against the stationary contact and a second open position where the flow contact separates from the stationary contact of the device. The magnetic circuit has a magnetic air gap E formed by the space between the flow blades and the different faces opposite the fixed yoke 10. This air gap has a maximum in the open position and a minimum in the closed position.

설명되지는 않았지만 복원 수단(예를 들어 복원 스프링)을 통해 액추에이터는 닫힌 위치에서 열린 위치로 전환된다. 이러한 열린 위치로의 움직임을 코일에 역방향의 전류를 흘림으로써 더욱 쉽게 하는 것도 생각할 수 있다.Although not described, the restoring means (for example restoring springs) switch the actuator from the closed position to the open position. It is also conceivable that such movement to the open position is made easier by flowing a reverse current through the coil.

액추에이터는 또한 측면(12, 13) 안쪽 벽에 여기 코일(30)의 길이 방향 변위축 X축에 대하여 대칭되며 여기 코일(30)에 대향되게 각각 고정되는 두 개의 자석으로 이루어지는 자기를 가지는 자화조립체(32, 33)를 포함한다. 자석들로 이루어지는 자화조립체(32, 33)의 자기화 축들은 서로 수직이고 X축에 대하여 대칭이며 X축 쪽 방향 또는 X축 반대쪽 방향을 향한다. 자기화 방향과 코일 내를 흐르는 전류의 방향은 "여기 코일(30)과 유동부(20)"의 조립체가 원하는 움직임을 얻을 수 있도록 선택된다.The actuator also has a magnetization assembly having magnets consisting of two magnets symmetrical about the longitudinal axis of displacement X of the excitation coil 30 on the inner wall of the side 12, 13 and fixed respectively opposite the excitation coil 30. 32, 33). The magnetization axes of the magnetization assemblies 32 and 33 made of magnets are perpendicular to each other, symmetrical with respect to the X axis, and face in the X-axis direction or in the direction opposite to the X-axis. The magnetization direction and the direction of the current flowing in the coil is selected so that the assembly of " excited coil 30 and flow portion 20 " can achieve the desired movement.

유동부(20)의 고정 요크(10)에 대한 X축으로의 움직임은 액추에이터가 열린 위치와 닫힌 위치 사이에서 움직이는 것을 나타낸다. 열린 위치에서 닫힌 위치로 전환하기 위해서 전류가 코일 내로 흐르도록 하며 다음과 같은 과정이 이루어진다:Movement of the flow portion 20 in the X axis relative to the fixed yoke 10 indicates that the actuator moves between the open and closed positions. In order to switch from the open position to the closed position, a current flows into the coil, and the process is as follows:

- 액추에이터의 릴럭턴스 효과에 의해 발생하는 제 1자속 Br. 이 릴럭턴스 자속 Br에 의해 유동 블레이드를 움직이는 힘 Fr이 발생하며 그 크기는 표면 S에서 여기 코일(30)에 의해 제공되는 전류와 감긴 수의 곱 n*I에 비례하고 에어 갭에 의해 형성된 거리 E의 제곱에 반비례한다. 이 힘은 따라서 액추에이터의 움직임에 대해 비선형적이다. 이 힘은 당연히 거리 E가 최소가 되는 닫힌 위치 근처에서 매우 커지게 된다.The first magnetic flux Br caused by the reluctance effect of the actuator. This reluctance flux Br produces a force Fr for moving the flow blade, the magnitude of which is proportional to the current n provided by the excitation coil 30 at the surface S times the number of turns n * I and formed by the air gap E Inversely proportional to the square of. This force is therefore nonlinear to the movement of the actuator. This force, of course, becomes very large near the closed position where the distance E is minimum.

- 액추에이터의 전기역학적 효과에 의해 발생하는 제 2자속 Be. 이 자속 Be에 의해 라플라스 힘 Fe가 발생하며 이 힘에 의해 코일이 X축 방향으로 움직이려 하게 된다. 이 힘 Fe는 여기 코일(30)에 흐르는 전류 I의 세기, 자석에 의해 생성된 자기장 B의 세기 및 이 자기장이 수직으로 통과하는 코일의 길이 L에 비례한다. 따라서 이 힘은 액추에이터의 움직임에 따라 선형적이며 액추에이터의 움직임에 대하여 상대적으로 일정한 값을 갖는다.The second flux Be. Generated by the electrodynamic effect of the actuator. Laplace force Fe is generated by this magnetic flux Be, and this force causes the coil to move in the X-axis direction. This force Fe is proportional to the strength of the current I flowing through the excitation coil 30, the strength of the magnetic field B generated by the magnet, and the length L of the coil through which this magnetic field passes vertically. This force is therefore linear with the movement of the actuator and has a relatively constant value with respect to the movement of the actuator.

도 1에서 닫힌 위치에서의 자속 Br과 Be를 나타내었다. 이 위치에서 에어 갭은 최소값 E를 가지며 이는 액추에이터를 포화시키기 않기 위해 구조적으로 유지되는 잔류 에어 갭에 해당한다. 자속 Br은 유동부(20) 요크와 각각의 고정 요크(15, 14, 12, 13) 사이에서 액추에이터의 에어 갭 E를 통과하여 흐른다. 자속 Be는 자화조립체(32: 각각 33)의 S-N극들을 지나 변위 축 X축에 수직으로 여기 코일(30)을 통과한 후, 한 편으로는 액추에이터의 한 부분(15, 14, 12: 각각 13)으로, 다른 한 편으로는 액추에이터의 다른부분(15, E, 20, E, 12: 각각 13)으로 순환된다.In Fig. 1 the magnetic fluxes Br and Be in the closed position are shown. In this position the air gap has a minimum value E, which corresponds to a residual air gap that is structurally maintained to not saturate the actuator. The magnetic flux Br flows through the air gap E of the actuator between the flow portion 20 yoke and each fixed yoke 15, 14, 12, 13. The magnetic flux Be passes through the excitation coil 30 perpendicular to the displacement axis X axis past the SN poles of the magnetization assembly 32 (33 respectively), and then on one side of the actuator 15, 14, 12: 13 each. ), On the other hand, is circulated to the other parts of the actuator (15, E, 20, E, 12: 13 respectively).

도 1에 의하면, 닫힌 위치에서 자속 Be는 액추에이터의 유동부(20) 상에서 자속 Br과 반대의 방향을 가질 수 있으며 이는 유동 접촉부가 효율적인 접촉 압력을 가지는데 악영향을 미친다. 또한, 코일에 전류가 흐르지 않을 때에도 자화조립체(32, 33) 자석 자기장이 유인력을 발생하여 유동부(20)와 고정 요크(중앙 코어 15, 측면 12,13) 사이의 에어 갭 E를 최소값으로 유지토록 하기 때문에 액추에이터가 열기 운동을 할 때 이 힘을 극복하여야 한다. 또한 닫힌 위치에서, 릴럭턴스 자속 Br의 일부가 에어 갭 E를 거치지 않고 자화조립체(32, 33) 자석을 통해 흐르면서 여기 코일(30)의 감김 전류 n*I의 효율을 감소시킨다.According to FIG. 1, in the closed position the magnetic flux Be can have a direction opposite to the magnetic flux Br on the flow 20 of the actuator, which adversely affects the effective contact pressure of the flow contact. In addition, even when no current flows in the coil, the magnet magnetic field of the magnetization assemblies 32 and 33 generates a attracting force to maintain the air gap E between the flow section 20 and the fixed yoke (center core 15, side 12, 13) to a minimum value. Because of this, the actuator must overcome this force when it is performing a thermal motion. Also in the closed position, a portion of the reluctance magnetic flux Br flows through the magnetization assembly 32 and 33 magnets without passing through the air gap E, thereby reducing the efficiency of the winding current n * I of the excitation coil 30.

이를 해결하기 위해 본 발명은 이러한 하이브리드 액추에이터에 강자성 물질(예를 들어 뮤-메탈(mu-metal) 또는 철과 같은 물질)로 만들어져 여기 코일에 고정되는 자기 스플리터를 추가하는 것을 제안한다. 이 자기 스플리터는 액추에이터의 닫힌 위치에서 자화 조립체의 자기장의 전부 또는 일부의 방향을 변화시킴으로써 이 자기장이 특히 코일을 통해 흐르지 않도록 한다.To solve this problem, the present invention proposes to add a magnetic splitter made of ferromagnetic material (for example, a material such as mu-metal or iron) to the hybrid actuator and fixed to the excitation coil. This magnetic splitter changes the direction of all or part of the magnetic field of the magnetization assembly in the closed position of the actuator so that this magnetic field does not particularly flow through the coil.

도 2와 3은 본 발명의 제 1 실시예로서, 자기 스플리터(35, 36)는 여기 코일(30)의 외벽에 X축에 대해 대칭되도록 고정되는 두 개의 판으로 구성된다. 이 두 개의 판(35, 36)은 따라서 여기 코일(30)과 함께 움직인다. 도시된 액추에이터는 도 1에 도시된 액추에이터와 같은 종류이다. 본 발명에 따르면, 자기 스플리터는 액추에이터의 닫힌 위치에 해당하는 제 1 위치에서 여기 코일(30)과 자화 조립체(32, 33) 사이에 부분적으로 위치하도록 배치된다(도 2 참조).2 and 3 show the first embodiment of the present invention, wherein the magnetic splitters 35 and 36 are composed of two plates fixed to the outer wall of the excitation coil 30 to be symmetrical about the X axis. These two plates 35, 36 thus move with the excitation coil 30. The actuator shown is of the same kind as the actuator shown in FIG. According to the invention, the magnetic splitter is arranged to be partly located between the excitation coil 30 and the magnetization assemblies 32, 33 in a first position corresponding to the closed position of the actuator (see FIG. 2).

제 1 위치에서, 자기 스플리터는 주로 코일과 자화 조립체 사이에 위치하는데, 이는 자기 스플리터(35, 36) 각각의 판 대부분 즉 중앙부가 서로 대향하는 여기 코일(30)과 각각의 자화 조립체(32, 33)의 표면으로 경계지워지는 각각의 영역(37, 38) 내에 위치함을 의미한다. 바람직하게는, 상기 각각의 자기 스플리터(35, 36)는 액추에이터의 닫힌 위치에서 상기 각각의 영역(37, 38) 내에 완전히 위치한다.In the first position, the magnetic splitter is mainly located between the coil and the magnetization assembly, which means that most of the plates of each of the magnetic splitters 35 and 36, i. In each of the areas 37, 38 bounded by the surface. Preferably, each said magnetic splitter 35, 36 is located completely within each said area 37, 38 in the closed position of the actuator.

반대로, 액추에이터의 열린 위치에 해당하는 제 2 위치에서는(도 3 참조), 상기 자기 스플리터는 코일과 자기화된 조립체 사이에 주로 위치하지 않으며 , 이는 각각의 자기 스플리터(35, 36) 중앙부가 서로 대향하는 여기 코일(30)과 각각의 자화 조립체(32, 33)의 표면으로 경계지워지는 각각의 영역(37, 38)의 외부에 위치함을 의미한다. 바람직하게는, 상기 각각의 자기 스플리터(35, 36)는 액추에이터의 열린 위치에서 상기 각각의 영역(37, 38)의 외부에 완전히 위치한다.Conversely, in the second position corresponding to the open position of the actuator (see FIG. 3), the magnetic splitter is not mainly located between the coil and the magnetized assembly, which is central to each magnetic splitter 35, 36 facing each other. This means that it is located outside of each of the regions 37, 38 bounded by the excitation coil 30 and the surfaces of the respective magnetization assemblies 32, 33. Preferably, each said magnetic splitter 35, 36 is located completely outside of each said area 37, 38 in the open position of the actuator.

자기 스플리터(35)가 상기 영역(37)의 외부에 대부분 위치할 때는 자화조립체(32)로부터의 자속선들의 방향이 상기 자기 스플리터(35)로 인해 거의 또는 전혀 변하지 않기 때문에 하이브리드 액추에이터의 동작에 거의 영향을 끼치지 않는다. 이는 열린 위치에서 도 2와 도 3의 액추에이터의 동작이 도 1의 액추에이터의 동작과 실질적으로 동일함을 의미한다. 따라서 도 3은 열린 위치에서 에어 갭 E 가 높은 값을 가지는 경우, 주된 구동력은 전류가 여기 코일(30)을 흐를 때 발생하여 소자들(32/33, 30, 15, 14, 12/13)을 흐르며 라플라스 힘 Fe를 발생시켜 "여기 코일(30)과 유동부(20)"의 조립체를 변위시키는 전기역학적 자속 Be로부터 비롯됨을 보여준다.When the magnetic splitter 35 is mostly located outside of the region 37, the direction of the magnetic flux lines from the magnetization assembly 32 is hardly changed at all due to the magnetic splitter 35, and thus is almost unaffected by the operation of the hybrid actuator. Does not affect This means that the operation of the actuators of FIGS. 2 and 3 in the open position is substantially the same as the operation of the actuator of FIG. 1. 3 shows that when the air gap E has a high value in the open position, the main driving force is generated when the current flows through the excitation coil 30 to drive the elements 32/33, 30, 15, 14, 12/13. It is shown that it originates from an electrodynamic flux Be that flows and generates a Laplace force Fe to displace the assembly of the “excitation coil 30 and the flow section 20”.

그러나, 자기 스플리터(35)가 상기 영역(37) 내에 대부분 위치할 때, 자화조립체(32)로부터의 자기장의 자속선들의 대부분의 방향이 유리한 방향, 즉 가장 가까운 자성 물질, 이 경우에는 유동부(20) 쪽으로 바뀌게 되는데, 이는 자기 스플리터가 포화되지 않는 한, 경로(32, 30, 15, 14, 12)를 흐르는 자속 Be의 효과는 무시할 정도로 작음을 의미한다. 따라서 자속 Be의 주요 부분은 여기 코일(30)을 수직으로 통과하지 않게 되며 이로 인해 라플라스 힘 Fe는 실질적으로 상당히 감소하게 된다. 따라서 닫힌 위치에서 유동부(20)에 작용하는 구동력은 주로 저항력 Fr로 남아 있게 된다.However, when the magnetic splitter 35 is located mostly in the region 37, the direction of most of the magnetic flux lines of the magnetic field from the magnetization assembly 32 is advantageous, i.e. the closest magnetic material, in this case the flow part ( 20), which means that the effect of flux Be on the paths 32, 30, 15, 14, 12 is negligible unless the magnetic splitter is saturated. Thus, the main part of the magnetic flux Be does not pass vertically through the excitation coil 30, which causes the Laplace force Fe to be substantially reduced. Therefore, the driving force acting on the flow part 20 in the closed position mainly remains the resistance force Fr.

또한, 각각의 자기 스플리터(35, 36)는 각각의 자화조립체(32, 33)으로부터의 자기장이 더 이상 중앙 코어(15)와 유동부(20) 사이에 위치하는 에어 갭을 통하여 흐르지 않도록 하는 효과를 가진다. 따라서 코일 전류가 흐르지 않을 때 자화 조립체로 인해 생기는 유인력은 자기 스플리터를 포함하지 않는 같은 종류의 하이브리드 액추에이터에 비하면 높지 않게 된다.In addition, the respective magnetic splitters 35 and 36 prevent the magnetic field from each of the magnetization assemblies 32 and 33 from flowing through the air gap located between the central core 15 and the flow section 20 anymore. Has Therefore, the attractive force caused by the magnetization assembly when the coil current does not flow is not high compared to the same kind of hybrid actuators that do not include the magnetic splitter.

도 2에 도시된 액추에이터의 변형 액추에이터가 도 4에 도시되었다. 이 변형 액추에이터에서 자기 스플리터는 강자성 물질로부터 만들어지고 여기 코일(30)의 외벽에 X축에 대해 대칭되도록 고정되는 두 개의 소자(35', 36')로 구성된다. 각각의 소자(35', 36')의 형태는 상기 소자들이 자기 스플리터를 고정 요크(10)의 각각의 측면(12, 13)에 가능한한 가까이 가도록 해주는 플랜지를 포함하는 점에서 도 2의 각각의 플레이트(35, 36)와는 다른 형태이다.A variant actuator of the actuator shown in FIG. 2 is shown in FIG. 4. The magnetic splitter in this deformable actuator consists of two elements 35 ', 36' made from ferromagnetic material and fixed to the outer wall of the excitation coil 30 to be symmetrical about the X axis. The shape of each element 35 ', 36' each of FIG. 2 in that the elements comprise flanges that bring the magnetic splitter as close to each side 12, 13 of the fixed yoke 10 as possible. It is a different form from the plates 35 and 36.

이 플랜지의 목적은 닫힌 위치에서 각각의 스플리터(35, 36)가 자기 회로의 유동부(20)보다는 고정 요크(10)의 각각의 측면(12, 13)에 가까와 지도록 하는 것이다. 이는 닫힌 위치에서 각각의 스플리터(35, 36)와 각각의 측면(12, 13) 사이의 에어 갭이 각각의 스플리터(35, 36)와 유동부(20) 사이의 에어 갭보다 작아 짐을 의미한다.The purpose of this flange is to allow each splitter 35, 36 in the closed position to be closer to each side 12, 13 of the fixed yoke 10 than to the flow 20 of the magnetic circuit. This means that in the closed position the air gap between each splitter 35, 36 and each side 12, 13 is smaller than the air gap between each splitter 35, 36 and flow 20.

따라서 이러한 변형 액추에이터에서 자기 스플리터는 자화 조립체로부터의 자기장을 유동부(20)를 거치지 않고 직접 고정 요크(10)로 되돌려서 반복시킬 수 있다. 이때, 자기장은 짧은 회로를 경과하게 되어 더 이상 중앙 코어(15)와 유동 코일(20) 사이에 위치하는 에어 갭이나 각각의 측면(12, 13)과 유동부(20) 사이에 위치하는 에어 갭을 지나지 않게 된다. 코일에 전류가 흐르지 않을 때 자화 조립체의 유인력으로 인한 영향은 더욱 감소하며, 따라서 액추에이터의 열린 위치로의 움직임을 더욱 쉽게 해준다.Therefore, in such a deformable actuator, the magnetic splitter can repeat the magnetic field from the magnetization assembly directly to the fixed yoke 10 without passing through the flow portion 20. At this time, the magnetic field passes through a short circuit and is no longer an air gap located between the central core 15 and the flow coil 20 or an air gap located between each of the side surfaces 12 and 13 and the flow portion 20. Will not pass. The influence of the attraction force of the magnetization assembly is further reduced when no current flows in the coil, thus making it easier to move the actuator to the open position.

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 액추에이터의 제 2 실시예를 보여준다. 도시된 액추에이터는 강자성 물질로부터 만들어지고 고정 요크(40)와 중앙 피스톤 코어 형태의 유동부(41)를 포함하며 길이 방향의 변위축 X축으로 평행이동할 수 있는 자기회로를 포함한다. 고정 여기 코일(44)은 고정 요크(40) 면의 안쪽에 위치한다. 코어로 된 유동부(41)와 코일(44)은 사각 또는 원 형태의 단면을 가지나 이는 중요 요소는 아니다.5 and 6 show a second embodiment of a hybrid actuator according to the invention. The illustrated actuator comprises a magnetic circuit made from a ferromagnetic material and comprising a fixed yoke 40 and a flow portion 41 in the form of a central piston core and capable of parallel translation in the longitudinal axis of displacement X-axis. The fixed excitation coil 44 is located inward of the surface of the fixed yoke 40. The core flow section 41 and coil 44 have a square or circular cross section but this is not critical.

상기 액추에이터는 또한 유동 코어(41)의 측면에 길이 방향 변위 축 X축에 대칭되게 고정되는 자화조립체(42, 43)을 포함하는 자화 조립체를 포함한다. 자화조립체(42, 43)의 자화 축들은 서로 수직이며 X축에 대해 대칭이고 X축 쪽 방향 또는 X축 반대 방향을 향한다. 자기 회로의 유동부(41)는 따라서 자화 조립체(42, 43)에 결합된다.The actuator also includes a magnetization assembly that includes magnetization assemblies 42 and 43 that are symmetrically fixed to the longitudinal axis of displacement X axis on the side of the flow core 41. The magnetization axes of the magnetization assemblies 42 and 43 are perpendicular to each other, symmetrical with respect to the X axis, and face in the X-axis direction or the X-axis direction. The flow portion 41 of the magnetic circuit is thus coupled to the magnetization assemblies 42, 43.

따라서 상기 두 실시예 모두에서 코일은 여전히 자화 조립체에 대하여 상대적으로 움직일 수 있다. 그러나 제 2 실시예에서 코일(44)은 고정되고 자화조립체(42, 43)은 움직일 수 있다. 이러한 구조는 고정된 코일을 가질 수 있는 이점이 있어 전기적 연결을 쉽게 해 준다.Thus, in both of these embodiments the coil can still be moved relative to the magnetization assembly. However, in the second embodiment the coil 44 is fixed and the magnetization assemblies 42 and 43 are movable. This structure has the advantage of having a fixed coil, which facilitates electrical connection.

액추에이터는 또한 뮤메탈이나 철과 같은 강자성 물질로 만들어지고 코일(44)의 내벽에 고정되는 두 개의 자화조립체(42, 43)으로 구성된 자기 스플리터를 포함한다. 제 1 실시예에 있어서, 닫힌 위치 또는 제 1 위치에서 각각의 자기 스플리터(45, 46)는 서로 대향하는 코일(44)과 각각의 자화 조립체(42, 43)의 표면으로 경계지워지는 영역의 내부에 대부분 위치한다. 반대로, 열린 위치 또는 제 2 위치에서는 상기 각각의 자기 스플리터(45, 46)는 코일(44)과 자화 조립체(42, 43)의 표면으로 경계지워지는 영역의 외부에 대부분 위치한다.The actuator also includes a magnetic splitter composed of two magnet assemblies 42 and 43 made of ferromagnetic material such as mumetal or iron and fixed to the inner wall of the coil 44. In the first embodiment, in the closed position or the first position each magnetic splitter 45, 46 is inside of an area bounded by the surfaces of the coils 44 and the respective magnetization assemblies 42, 43 facing each other. Mostly located at In contrast, in the open position or the second position, the respective magnetic splitters 45 and 46 are mostly located outside of the area bounded by the surface of the coil 44 and the magnetization assemblies 42 and 43.

도 5 및 도 6에 도시된 실시예는 각각의 자기 스플리터(45, 46)가 닫힌 위치에서 상기 각각의 자기 스플리터(45, 46)가 자기회로의 고정 요크(40)보다는 유동 부(41)에 좀더 가깝게 되는 것을 가능하게 하는 이점을 가지고 있음을 보여준다. 이는 닫힌 위치에서 각각의 자기 스플리터(45, 46)와 유동부(41) 사이의 에어 갭이 각각의 자기 스플리터(45, 46)와 고정 요크(40) 사이의 에어 갭보다 작아 열린 위치로의 움직임 시에 자화조립체(42, 43)으로부터의 자기장의 영향을 줄일 수 있음을 의미한다.5 and 6 show that each magnetic splitter 45, 46 is in the flow portion 41 rather than the fixed yoke 40 of the magnetic circuit in the closed position of each magnetic splitter 45, 46. It has the advantage of making it possible to get closer. This is because the air gap between each magnetic splitter 45 and 46 and the flow portion 41 in the closed position is smaller than the air gap between each magnetic splitter 45 and 46 and the fixed yoke 40 to the open position. This means that the influence of the magnetic field from the magnetization assemblies 42 and 43 can be reduced.

열린 위치에서 상기 액추에이터는 전기역학적 액추에이터처럼 동작하며 도 6에 도시된 바와 같이 자속 Be는 코일(40)을 수직으로 통과하여 고정 요크(40), 유동부(41) 및 자화조립체(42, 43)을 지나게 된다. 닫힌 위치에서는, 고정 요크(40)와 유동부인 중앙 코어 사이의 자기 에어 갭이 최소가 되며 릴럭턴스 자속 Br이 고정 요크(40)와 중앙 코어를 통과하게 된다. 그러나 자화조립체(42, 43)으로부터의 자기장은 자기 스플리터(45, 46)로 인해 코일 및 고정 요크(40)와 중앙 코어 사이의 에어 갭을 지나지 않고 중앙 코어로 대부분 되돌려져 순환된다.In the open position the actuator behaves like an electrodynamic actuator and as shown in FIG. 6 the magnetic flux Be passes vertically through the coil 40, such as the fixed yoke 40, the flow 41 and the magnet assembly 42, 43. Will pass. In the closed position, the magnetic air gap between the fixed yoke 40 and the central core, which is the flow portion, is minimal and the reluctance flux Br passes through the fixed yoke 40 and the central core. However, the magnetic field from the magnetization assemblies 42 and 43 is circulated mostly back to the central core without passing through the air gap between the coil and stationary yoke 40 and the central core due to the magnetic splitters 45 and 46.

따라서 본 발명을 이용함으로써, 액추에이터에 의해 생성되는 구동력의 커브를 자기 회로의 유동부의 움직임 X에 따라서 최적화하여 전기 장치의 저항력을 최선으로 근사하는 것이 가능하다. 이러한 커브의 예가 움직임 X의 함수로서 변화하는 힘 F를 보여주는 그래프로서 도 7에 도시되었다. 커브 F1은 종래의 릴레이 타입 스위칭 장치의 저항력을 나타낸다. 저항력 F1은 열린 위치(X가 최대일 때 -도 7에서 Off)에서 최소가 되고, 장치의 유동 접촉부들과 고정 접촉부가 서로 연결되는 점을 나타내는 임계값까지 서서히 증가하며, 이후 움직임 X가 감소함에 따라 (닫힌 위치에 이르기까지 - 도 7에서 On) 좀더 빠른 속도로 계속 증가하는데 이는 유동 접촉부의 접촉 압력 스프링이 압축되는 것에 해당한다.Therefore, by using the present invention, it is possible to optimize the curve of the driving force generated by the actuator according to the movement X of the flow portion of the magnetic circuit to best approximate the resistance of the electric device. An example of such a curve is shown in FIG. 7 as a graph showing the changing force F as a function of motion X. FIG. Curve F1 represents the resistance of the conventional relay type switching device. The resistive force F1 becomes minimum at the open position (off when X is maximum-Off in FIG. 7) and gradually increases to a threshold indicating the point at which the floating and fixed contacts of the device are connected to each other, after which the movement X decreases. It continues to increase at a faster rate (up to the closed position-On in FIG. 7), corresponding to the contact pressure spring of the flow contact being compressed.

커브 F2는 종래의 전기역학적 액추에이터의 구동력을 나타낸다. 이 힘 F2는 유동부의 전체 움직임에 걸쳐 작용하지만, 닫힌 위치로 접근할 때 추가적인 저항력을 극복하지는 못한다. 커브 F3는 종래의 릴럭턴스 타입 액추에이터의 구동력을 나타낸다. 이 힘 F3는 닫힌 위치 근처에서 매우 강하지만 액추에이터의 자기회로의 에어 갭이 증가함에 따라 급격히 감소한다.엑추에이터의 구동력을 보여주며 열린 위치 근처(에어 갭이 크므로 힘 F3의 영향력은 무시할 수 있다.)에서의 힘 F2와 닫힌 위치 근처에서의 (자기 스플리터의 사용에 따른) 힘 F3의 조합으로 이루어진다.Curve F2 represents the driving force of a conventional electrodynamic actuator. This force F2 acts over the entire motion of the flow but does not overcome the additional resistance when approaching the closed position. Curve F3 represents the driving force of a conventional reluctance type actuator. This force F3 is very strong near the closed position, but decreases rapidly as the air gap in the actuator's magnetic circuit increases, showing the driving force of the actuator and near the open position (the large air gap is negligible). Force F2 at) and force F3 (according to the use of the magnetic splitter) near the closed position.

형태의 조정과 관련해서 자화 조립체와 자기 스플리터의 크기와 위치를 조정 함으로써 릴럭턴스 타입 동작과 전기역학 타입 동작간의 전환 시간과 경과를 정확하게 조절할 수 있다. 이러한 조절은 이러한 액추에이터를 포함하는 전기 장치의 동작을 원하는 대로 조정할 수 있도록 행해져야 한다.By adjusting the size and position of the magnetization assembly and the magnetic splitter in relation to the shape adjustment, it is possible to accurately control the transition time and elapse between the reluctance type operation and the electrodynamic type operation. Such adjustments should be made to adjust the operation of the electrical device including such actuators as desired.

자기 스플리터를 조정함으로써 하이브리드 액추에이터의 각 부분을 해당 부분이 작동하는 영역, 즉 릴럭턴스 영역에서의 커브 F3와 음성 코일 영역에서의 커브 F2에서 다른 부분과 관계없이 정량화하고 최적화하는 것도 또한 가능하며 따라서 장치 디자인과 점검 작업을 간단하게 해 준다.By adjusting the magnetic splitter it is also possible to quantify and optimize each part of the hybrid actuator independently of the other parts in the area in which it operates, ie curve F3 in the reluctance area and curve F2 in the voice coil area, and thus the device Simplify design and inspection work.

또한, 본 발명을 이용함으로써 저항력 커브 F1에 대하여 최적화되어 코일을 제어하는 전류가 액추에이터의 전 움직임에 대하여 일정하게 유지되는 구동력 움직임 F4를 얻을 수 있으며 이로 인해 코일의 전자적 제어의 복잡함이 상당량 감소될 수 있다.In addition, by using the present invention, it is possible to obtain a driving force movement F4 which is optimized for the resistance curve F1 so that the current controlling the coil is kept constant with respect to the entire movement of the actuator, which can significantly reduce the complexity of the electronic control of the coil. have.

물론, 본 발명의 틀에서 벗어나지 않는 범위에서 다른 변형이나 상세한 부분의 조절 또는 균등한 수단의 사용 또한 가능할 것이다.Of course, other modifications or adjustments of detail or use of equivalent means would be possible without departing from the scope of the present invention.

Claims

전기적 스위칭 장치에 이용하기 위한 전자기적(전기자기적) 액추에이터로서,An electromagnetic (electromagnetic) actuator for use in an electrical switching device,

자화 조립체(32, 33, 42, 43),Magnetization assemblies 32, 33, 42, 43,

여기 코일과 자화 조립체가 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 서로 상대적으로 움직일 수 있도록 구성되며 제어 전류가 흐르는 여기 코일(30, 44) 및The excitation coils 30 and 44 configured to move the excitation coil and the magnetization assembly relative to each other between the first position and the second position and through which a control current flows;

유동부가 상기 자화 조립체 또는 상기 여기 코일에 결합되어 고정 요크와 함께 자기 에어 갭을 제공하고 상기 에어 갭의 값은 제 1 위치에서 최소, 제 2 위치에서 최대가 되도록 구성되며 고정 요크(10, 40)와 유동부(20, 41)로 구성되는 자기 회로를 포함하며,A flow portion is coupled to the magnetization assembly or the excitation coil to provide a magnetic air gap with a fixed yoke and the value of the air gap is configured such that the value of the air gap is minimum in the first position and maximum in the second position and the fixed yoke 10, 40. And a magnetic circuit composed of flow portions 20 and 41,

상기 액추에이터는 여기 코일(30, 44)에 고정되는 자기 스플리터(35, 36, 35', 36', 45, 46)를 포함하고, 상기 자기 스플리터는:The actuator includes magnetic splitters 35, 36, 35 ′, 36 ′, 45, 46 secured to excitation coils 30, 44, wherein the magnetic splitter includes:

제 1 위치에서는 여기 코일(30, 44) 및 서로 대향하는 자화 조립체(32, 33, 42, 43)의 표면들로 경계지워지는 영역(37, 38)에 최소한 부분적으로 위치하여 자화 조립체(32, 33, 42, 43)로부터의 자기장의 방향을 변화시키고, In the first position, the magnetization assembly 32 (at least partially) is located at least partially in the regions 37, 38 bounded by the surfaces of the excitation coils 30, 44 and the opposing magnetization assemblies 32, 33, 42, 43. 33, 42, 43 change the direction of the magnetic field,

제 2 위치에서는 자기 스플리터의 중앙부가 상기 영역(37, 38)의 외부에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.Electromagnetic actuator, characterized in that in the second position the central portion of the magnetic splitter is arranged outside of the area (37, 38).

제 1항에 있어서,The method according to claim 1,

제 1 위치에서 상기 자기 스플리터(35, 36, 35', 36')의 중앙부가 상기 영역(37, 38)의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.Electromagnetic actuator, characterized in that the central portion of the magnetic splitter (35, 36, 35 ', 36') is located inside the region (37, 38) in a first position.

제 1항에 있어서,The method according to claim 1,

제 1 위치에서 상기 자기 스플리터(35, 36, 35', 36') 전부가 상기 영역(37, 38)의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.Electromagnetic actuator, characterized in that all of the magnetic splitters (35, 36, 35 ', 36') are located inside the region (37, 38) in a first position.

제 1항에 있어서,The method according to claim 1,

제 2 위치에서 상기 자기 스플리터(35, 36, 35', 36') 전부가 상기 영역(37, 38)의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.Electromagnetic actuator, characterized in that in the second position all of the magnetic splitters (35, 36, 35 ', 36') are located outside of the area (37, 38).

제 1항에 있어서,The method according to claim 1,

자화 조립체(32, 33)는 고정 요크(10)에 결합되고, 여기 코일(30)은 자기 회로의 유동부(20)에 결합되는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.Electromagnetic actuator, characterized in that the magnetization assembly (32, 33) is coupled to the fixed yoke (10) and the excitation coil (30) is coupled to the flow section (20) of the magnetic circuit.

제 5항에 있어서,6. The method of claim 5,

상기 고정 요크(10)는 측면부(12, 13)와 중앙 코어(15)를 포함하고, The fixed yoke 10 includes side portions 12, 13 and a central core 15,

상기 자화 조립체(32, 33)는 코일의 변위 축(X)에 대하여 대칭되게 측면부(12, 13)에 고정되는 두 개의 영구자석으로 구성되며, The magnetization assembly (32, 33) is composed of two permanent magnets fixed to the side portions (12, 13) symmetrically with respect to the displacement axis (X) of the coil,

상기 자기 스플리터는 여기 코일(30)의 외벽에 고정되는 강자성 물질로 만들어진 두 개의 소자들(35, 36, 35',36')로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.The magnetic splitter is characterized in that it consists of two elements (35, 36, 35 ', 36') made of ferromagnetic material fixed to the outer wall of the excitation coil (30).

제 6항에 있어서,The method according to claim 6,

상기 자기 스플리터(35', 36')는 제 1 위치에서 상기 자기 스플리터와 상기 고정 요크의 측면부(12, 13) 사이의 에어 갭이 상기 자기 스플러터와 상기 자기 회로의 유동부(20) 사이의 에어 갭보다 작게 되는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.The magnetic splitters 35 'and 36' have an air gap between the magnetic splitter and the side portions 12, 13 of the fixed yoke in a first position between the magnetic splitter and the flow section 20 of the magnetic circuit. Electromagnetic actuator characterized by being smaller than the air gap.

제 1항에 있어서,The method according to claim 1,

상기 여기 코일(44)이 상기 고정 요크(10)에 결합되고, 상기 자화 조립체(42, 43)는 상기 자기 회로의 유동부(41)에 결합되는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.The excitation coil (44) is coupled to the stationary yoke (10), and the magnetization assembly (42, 43) is coupled to the flow section (41) of the magnetic circuit.

제 8항에 있어서,9. The method of claim 8,

상기 자기 회로의 유동부(41)는 유동 중앙 코어를 포함하고, The flow portion 41 of the magnetic circuit comprises a flow center core,

상기 자화 조립체(42, 43)는 코일의 변위 축(X)에 대하여 대칭되게 유동부(41)에 고정되는 두개의 영구 자석으로 구성되며, The magnetization assemblies 42 and 43 are composed of two permanent magnets fixed to the flow portion 41 symmetrically with respect to the displacement axis X of the coil,

상기 자기 스플리터는 여기 코일(44)의 내벽에 고정되는 강자성체로 만들어진 두 개의 소자(45, 46)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.The magnetic splitter is characterized in that it consists of two elements (45, 46) made of ferromagnetic material fixed to the inner wall of the excitation coil (44).

제 9항에 있어서,10. The method of claim 9,

상기 자기 스플리터는 제 1 위치에서 상기 자기 스플리터와 유동 중앙 코어(41) 사이의 에어 갭이 상기 자기 스플리터와 상기 고정 요크(40) 사이의 에어 갭보다 작게 되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 전자기적 액추에이터.The magnetic splitter is characterized in that the air gap between the magnetic splitter and the floating central core (41) in the first position is arranged such that the air gap between the magnetic splitter and the fixed yoke (40) is smaller.

전기 부하에로의 전력을 전환시키기 위하여, 유동접촉부와 협력하는 고정접촉부를 포함하는 전기 스위칭 장치로서, An electrical switching device comprising a stationary contact that cooperates with a flow contact to convert power to an electrical load,

상기 스위칭 장치는 상기 유동 접촉부를 구동하기 위하여 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항의 전자기적 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스위칭 장치.The switching device comprises the electromagnetic actuator of any one of claims 1 to 10 for driving the flow contact.