KR100360259B1

KR100360259B1 - 2자유도형 전동기

Info

Publication number: KR100360259B1
Application number: KR1020000043065A
Authority: KR
Inventors: 김태형
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-11-09
Also published as: US20020047367A1; KR20020009704A; US6570275B2

Abstract

본 발명은 2자유도형 전동기에 관한 것으로, 본 발명은 모터 케이싱과 원통 형태로 그 내측에 다수개의 내측 티스가 형성되고 외측에 다수개의 티스가 형성되어 상기 모터 케이싱의 내부에 고정 결합되는 복합형 코어와 상기 복합형 코어의 내측 티스들에 권선되는 제1 권선 코일군과 상기 복합형 코어의 외측 티스들에 권선되는 제2 권선 코일군과 내부에 영구자석이 구비되며 상기 복합형 코어의 내부에 삽입되어 상기 제1 권선 코일군에 형성되는 플럭스와 상기 영구자석에 의한 상호작용에 의해 회전하는 회전운동자와 상기 제2 권선 코일군의 측부에 위치하여 상기 제2 권선 코일군에 형성되는 플럭스의 패스가 되면서 그 플럭스에 의해 직선 운동하는 직선운동자와 상기 회전운동자에 관통 결합됨과 아울러 상기 직선운동자에 관통 결합되어 회전 및 직선 운동하는 구동축과 상기 직선운동자의 직선 운동을 탄성에너지로 저장하였다가 직선 운동으로 방출하는 스프링을 포함하도록 구성하여 직선 왕복운동력과 회전 운동력을 동시에 발생시키게 될 뿐만 아니라 직선 왕복운동력 또는 회전 운동력을 선택적으로 각각 발생시킴으로써 직선 운동과 회전 운동을 동시에 필요로 하는 시스템에 별도의 전동기를 각각 사용하지 않고 하나의 전동기만 사용하게 될 뿐만 아니라 별도의 동력변환장치를 사용하지 않게 되어 시스템의 구성을 간단하게 할 수 있도록 한 것이다.

Description

2자유도형 전동기{TWO-FREE MOTION TYPE MOTOR}

본 발명은 2자유도형 전동기에 관한 것으로, 특히 직선 구동력과 회전 구동력을 동시에 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 직선 구동력 또는 회전 구동력을 각각 발생시킬 수 있도록 한 2자유도형 전동기에 관한 것이다.

시스템의 구동원이 사용되는 전동기(Motor)는 전기에너지를 운동에너지로 변환시키는 기기이며, 그 구성은 보통 고정자와 가동자로 이루어진다. 상기 전동기는 전원이 인가되면 고정자와 가동자의 상호작용력에 의해 가동자가 움직이면서 출력을 발생시키게 된다.

상기 전동기는 출력 형태에 따라 회전 구동력을 발생시키는 회전 구동형 전동기(이하, 회전 구동형 모터라 함)와 직선 구동력을 발생시키는 직선 구동형 전동기(직선 구동형 모터라 함)로 분류된다.

도 1은 상기 회전 구동력을 발생시키는 회전 구동형 모터로 비엘디시 모터의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 회전 구동형 모터는 소정 형상으로 형성된 모터 케이스(1)에 고정 결합되는 고정자(2)와 상기 고정자(2) 내부에 회전 가능하도록 결합되는 회전자(3)로 구성된다. 상기 고정자(2)는 다수개의 철판으로 적층된 적층코어에 형성된 다수개의 티스(미도시)에 코일(C1)이 권선되어 이루어지며 상기 회전자(3)는 원통 형태로 형성된 원통체의 내부에 영구자석(M1)이 삽입되어 이루어진다. 그리고 상기 회전자(3)에 구동축(4)이 압입된다.

상기 회전 구동형 모터는 고정자(2)의 권선 코일(C1)에 순차적으로 전류를 공급하게 되면 그 공급되는 전류에 의한 플럭스와 상기 회전자(3)의 영구자석(M1)에 의한 플럭스의 상호 작용에 의해 상기 회전자(3)가 회전하게 된다.

도 2는 직선 구동력을 발생시키는 직선 구동형 모터의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 직선 구동형 모터는 소정의 형상으로 형성되는 모터 케이스(10)에 고정 결합되는 아우터 코어(11) 및 그 아우터 코어(11)의 내부에 소정의 간격을 두고 고정 결합되는 이너 코어(12)로 이루어지는 고정자(13)와, 상기 아우터 코어(11)와 이너 코어(12)사이에 삽입되는 가동자(14)로 구성된다. 상기 고정자의 아우터 코어(11)와 이너 코어(12)는 적층체로 형성되며 그 아우터 코어(11) 또는 이너 코어(12)에 코일(C2)이 권선되며, 상기 가동자(14)는 원통 형태의 영구자석 홀더(15)에 다수개의 영구자석(M2)이 결합되어 이루어진다.

상기 직선 구동형 모터는 상기 권선 코일(C2)에 전류가 인가되면 그 권선 코일(C2)에 흐르는 전류에 의한 플럭스와 상기 영구자석(M2)들에 의해 형성되는 플럭스의 상호작용에 의해 상기 가동자(14)가 직선 운동하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 회전 구동형 모터의 경우 출력 형태가 회전 운동력이므로 직선 운동력을 필요로 할 경우 랙크와 피니언 등의 동력전환장치가 부가적으로 설치되어야 하고, 상기 직선 구동형 모터의 경우 출력 형태가 직선 운동력이므로 회전 운동력을 필요로 할 경우 별도의 동력전환장치가 부가적으로 설치되어야 하는 단점이 있다. 특히 회전 운동력과 직선 운동력을 동시에 필요로 할 경우 회전 구동형 모터와 직선 구동형 모터가 동시에 각각 사용되어야 하는 단점이 있다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 직선 구동력과 회전 구동력을 동시에 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 직선 구동력 또는 회전 구동력을 각각 발생시킬 수 있도록 한 2자유도형 전동기를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 회전 구동형 모터의 일례를 도시한 단면도,

도 2는 일반적인 직선 구동형 모터의 일례를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 2자유도형 전동기의 단면도,

도 4는 본 발명의 2자유도형 전동기를 구성하는 복합형 코어의 측면도,

도 5는 본 발명의 2자유도형 전동기의 작동상태를 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

20 ; 모터 케이싱 30 ; 복합형 코어

32 ; 내측 티스 33 ; 외측 티스

40 ; 제1 권선 코일군 50 ; 제2 권선 코일군

60 ; 회전운동자 70 ; 직선운동자

72 ; 패스부 80 ; 구동축

90 ; 스프링

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정 형상으로 형성되는 모터 케이싱과, 원통 형태로 그 내측에 다수개의 내측 티스가 형성되고 외측에 다수개의 티스가 형성되어 상기 모터 케이싱의 내부에 고정 결합되는 복합형 코어와, 상기 복합형 코어의 내측 티스들에 권선되는 제1 권선 코일군과, 상기 복합형 코어의 외측 티스들에 권선되는 제2 권선 코일군과, 내부에 영구자석이 구비되며 상기 복합형 코어의 내부에 삽입되어 상기 제1 권선 코일군에 형성되는 플럭스와 상기 영구자석에 의한 상호작용에 의해 회전하는 회전운동자와, 상기 제2 권선 코일군의 측부에 위치하여 상기 제2 권선 코일군에 형성되는 플럭스의 패스가 되면서 그 플럭스에 의해 직선 운동하는 직선운동자와, 상기 회전운동자에 관통 결합됨과 아울러 상기 직선운동자에 관통 결합되어 회전 및 직선 운동하는 구동축과, 상기 직선운동자의 직선 운동을 탄성에너지로 저장하였다가 직선 운동으로 방출하는 스프링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 2자유도형 전동기가 제공된다.

이하, 본 발명의 2자유도형 전동기를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 2자유도형 전동기의 일례를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 본 발명의 2자유도형 전동기는 소정 형상으로 형성된 모터 케이싱(20) 내부에 복합형 코어(30)가 결합된다. 상기 모터 케이싱(20)은 소정의 면적을 가지며 그 가운데 축 삽입구멍(21)이 형성됨과 아울러 그 측부에 걸이부(22)가 구비되는 베이스판부(23)와 일면이 막힌 원통 형태로 형성되며 그 막힌면(24)에 축 삽입구멍(25)이 구비되어 상기 베이스판부(23)에 복개 결합되는 커버부(26)로 구성된다.

그리고 상기 모터 케이싱(20)의 베이스판부(23)에 복합형 코어(30)가 고정 결합된다. 상기 복합형 코어(30)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 원통 형태로 형성된 원통체(31)의 내주면에 다수개의 내측 티스(32)들이 형성되고 그 원통체(31)의 외주면에 다수개의 외측 티스(33)들이 형성되어 이루어진다. 상기 복합형 코어(30)는 다수개의 얇은 철판이 적층되어 이루어진다. 그리고 상기 복합형 코어(30)의 내측 티스(32)들에 코일이 권선되며 그 권선된 코일은 제1 권선 코일군(40)을 이루게 되며 상기 복합형 코어(30)의 외측 티스(33)들에 코일이 권선되며 그 권선된 코일은 제2 권선 코일군(50)을 이루게 된다.

그리고 상기 복합형 코어(30)의 내부에 회전운동자(60)가 삽입된다. 상기 회전운동자(60)는 환봉 형태로 형성되며 그 가운데 축 결합구멍(61)이 형성되며 그 환봉 형태에 영구자석(62)이 압입되어 이루어진다. 상기 회전운동자(60)의 얇은 철판이 적층되어 이루어지며 그 길이는 상기 복합형 코어(30)의 길이보다 길게 형성된다.

그리고 상기 제2 권선 코일군(50)의 측부에 직선운동자(70)가 위치하게 된다. 상기 직선운동자(70)는 상기 복합형 코어(30)의 외경보다 크게 형성되는 원판부(71)와 그 원판부(71)의 가장자리에 일정 길이로 절곡 연장되어 원통 형태를 이루는 패스부(72)로 이루어지며 상기 원판부(71)의 가운데 축 결합구멍(73)이 형성된다. 상기 직선운동자(70)는 그 원통 형태의 패스부(72)가 상기 복합형 코어(30)의 외주면, 즉 제2 권선 코일군(50)에 대면되도록 복합형 코어(30)의 일측, 즉 커버부(26) 측에 위치하는 부분을 감싸도록 위치하게 된다. 상기 패스부(72)의 선단은 상기 복합형 코어(30)의 외주면에 위치하게 된다.

그리고 소정의 길이를 갖는 구동축(80)이 상기 회전운동자(60)의 축 결합구멍(61)에 압입되어 고정 결합됨과 아울러 상기 직선운동자(70)의 축 결합구멍(73)에 고정 결합된다. 이때 상기 구동축(80)은 상기 모터 케이싱(20)의 커버부(26)와 베이스판부(23)에 형성된 축 삽입구멍(21)(25)에 관통된 상태가 된다.

그리고 상기 모터 케이싱(20)의 베이스판부(23)와 상기 회전운동자(60) 사이에 스프링(90)이 위치하게 되며 그 스프링(90)은 상기 구동축(80)에 삽입된 상태에서 그 일측이 상기 베이스판부(23)에 형성된 걸이부(22)에 고정된다. 상기 스프링(90)은 압축형 코일 스프링으로 이루어짐이 바람직하다.

이하, 본 발명의 2자유도형 전동기의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시한 바와 같이, 먼저 상기 복합형 코어(30)에 권선된 제1 권선 코일군(40)과 회전운동자(60)는 기존 비엘디시 전동기와 동일한 구조로 영구자석(62)에 의한 자속과 제1 권선 코일군(40)에 흐르는 전류가 플레밍의 왼손법칙에 의해 회전력을 발생시켜 회전운동자(60) 및 그와 결합된 구동축(80)이 회전하게 된다.

상기 복합형 코어(30)에 권선된 제2 권선 코일군(50)과 직선운동자(70)는 전자석의원리로 상기 제2 권선 코일군(50)에 전류가 흐르게 되면 자속이 발생하게 되고 그 자속이 회전운동자(60)의 패스부(72)에 쇄교하게 되는데 이때 직선운동자(70)는 자기저항이 작은쪽(도면에서 우측)으로 움직이게 된다. 이때 상기 스프링은 압축된 상태가 된다. 그리고 상기 제2 권선 코일군(50)에 전류를 제거하게 되면 스프링(90)의 복원력에 의해 상기 직선운동자(70)는 원래의 위치로 돌아가게 되며, 이와 같은 과정으로 상기 직선운동자(70)가 직선 왕복 운동하게 되고 아울러 그 직선운동자(70)와 결합된 구동축(80)이 직선 왕복 운동하게 된다.

또한 상기 제1 권선 코일군(40)과 제2 권선 코일군(50)에 동시에 전류를 흘려주게 되면 상기 회전운동자(60)의 회전 운동과 직선운동자(70)의 직선 운동에 의해 구동자가 회전운동 및 직선운동이 동시에 이루어지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 2자유도형 전동기는 직선 왕복운동력과 회전 운동력을 동시에 발생시키게 될 뿐만 아니라 직선 왕복운동력 또는 회전 운동력을 선택적으로 각각 발생시키게 됨으로써 직선 운동과 회전 운동을 동시에 필요로 하는 시스템에 별도의 전동기를 각각 사용하지 않고 하나의 전동기만 사용하게 될 뿐만 아니라 별도의 동력변환장치를 사용하지 않게 되어 시스템의 구성을 간단하고 저렴하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims

소정 형상으로 형성되는 모터 케이싱과, 원통 형태로 그 내측에 다수개의 내측 티스가 형성되고 외측에 다수개의 외측 티스가 형성되어 상기 모터 케이싱의 내부에 고정 결합되는 복합형 코어와, 상기 복합형 코어의 내측 티스들에 권선되는 제1 권선 코일군과, 상기 복합형 코어의 외측 티스들에 권선되는 제2 권선 코일군과, 내부에 영구자석이 구비되며 상기 복합형 코어의 내부에 삽입되어 상기 제1 권선 코일군에 형성되는 플럭스와 상기 영구자석에 의한 상호작용에 의해 회전하는 회전운동자와, 상기 제2 권선 코일군의 측부에 위치하여 상기 제2 권선 코일군에 형성되는 플럭스의 패스가 되면서 그 플럭스에 의해 직선 운동하는 직선운동자와, 상기 회전운동자에 관통 결합됨과 아울러 상기 직선운동자에 관통 결합되어 회전 및 직선 운동하는 구동축과, 상기 직선운동자의 직선 운동을 탄성에너지로 저장하였다가 직선 운동으로 방출하는 스프링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 2자유도형 전동기.
제1항에 있어서, 상기 회전운동자의 길이는 상기 복합형 코어의 길이보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 2자유도형 전동기.
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