Development of the Design Algorithm Using the Equivalent Magnetic Circuit Method for Colenoid Type Electromagnetic Linear Actuator

This study proposes the design algorithm of an electromagnetic linear actuator with a divided coil excitation system, such as the colenoid (COL) system, using the equivalent magnetic circuit (EMC) method. Nowadays, the clamping device is used to hold workpiece in the electrically driven chucking system and is needed to produce a huge clamping force of 40 kN like hydraulic system. The design algorithm for electromagnetic linear actuator can be obtained using the EMC method. At first, the parameter map is used to decide the slot width ratio in the initial design. Next, to make the magnetic flux density uniform at each pole, the pole width is adjusted by the pole width adjusting algorithm with EMC. When the dimensions of the electromagnetic linear actuator are decided, the clamping force is calculated to check the desired clamping force. The design results show that it can be used to hold a workpiece firmly instead of using a hydraulic cylinder in a chucking system.

등가자기회로를 활용한 콜레노이드 타입 선형 액츄에이터 설계 알고리즘 개발

본 논문에서는 설계변수 변화에 따른 특성을 빠른 시간 내에 파악할 수 있는 등가자기회로법(equivalent magnetic circuit method)을 활용하여 콜레노이드(colenoid) 타입의 선형 액츄에이터 설계 알고리즘을 제시하였다. 우선 선형 액츄에이터의 중요치수가 결정되면 등가자기회로법에 의해 슬롯 폭 비율 및 인가전류에 따른 클램핑력으로 파라미터 맵(parameter map)을 완성하고 이를 활용하여 효율적인 슬롯 폭 비율을 결정하였다. 또한 최대 클램핑력(clamping force)을 얻기 위해 극 폭 조절 알고리즘을 수행하여 최적의 극 폭 치수를 선정하였으며 이를 바탕으로 인가전류에 따른 클램핑력을 계산하여 40 kN 이상 출력하기 위한 최적의 극 수, 극 폭 치수 및 인가전류를 결정하였다. 제안된 설계 알고리즘은 최적설계 방법인 반응표면법(response surface method)과 비교하여 제안한 설계 알고리즘의 타당성을 검증하였다.