KR0183284B1

KR0183284B1 - 무 브러시 직류 선형 구동 제어 시스템

Info

Publication number: KR0183284B1
Application number: KR1019960015385A
Authority: KR
Inventors: 김용일; 노덕문
Original assignee: 박원훈; 한국과학기술연구원
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1999-05-01
Also published as: KR970073859A; JPH1052022A

Abstract

본 발명은 무 브러시 선형 구동 제어 시스템에 관한 것이다. 한 쌍의 구동장치(3)는 본체(2) 중앙에 위치한 리니어 스케일(4)에 대하여 좌우 대칭이 되도록 설치되어 있다. 구동장치(3)의 요크(11)에는 영구 자석(12)이 도브테일 홈(11a)에 의해 고정되고, 영구 자석(12) 사이에서 선형 작동되는 가동자(13)의 내부에는 종방향부(14c, 14d)가 동일 평면상에 위치하도록 각각 구성된 다수의 권취 코일(14)이 내장되어 있다.

이러한 구성에 의해, 리니어 스케일(4)에 대한 측면력의 영향을 배제시킬 수 있고, 요크(11)에 대하여 영구 자석(12)을 확실히 고정시킬 수 있으며, 대향한 영구 자석(12)간의 간격을 최소화할 수 있어서 자속 밀도를 증가시키고 작동 효율을 향상시킨다.

Description

무 브러시 직류 선형 구동 제어 시스템

제1도 및 제2도는 본 발명에 의한 무 브러시 선형 구동 제어 시스템의 사시도 및 부분 정면도.

제3도 및 제4도는 본 발명의 시스템에 사용되는 요크에 영구 자석을 고정시키는 두가지 방법을 개략적으로 각각 도시한 사시도.

제5도(a) 및 (b)는 본 발명에 의한 가동자 내의 코일의 형상 및 그 배치 방법을 도시한 사시도 및 측면도.

제5도(c)는 제5도(a)의 선(A-A)에 의한 단면도.

제6도(a)는 종래 기술에 의한 가동자 내의 코일의 형상 및 그 배치 방법을 도시한 평면도.

제6도(b)는 제6도(a)의 선(B-B)에 의한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 무 브러시 선형 구동 제어 시스템 2 : 본체

3 : 구동 장치 4 : 리니어 스케일

5 : 슬라이드부 6 : 베어링 가이드

11 : 요크 12 : 영구자석

13 : 가동자 14,22 : 권취 코일

15 : 고정 부재

본 발명은 무 브러시 선형 구동 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 새로운 형태의 권취 코일을 사용하는 가동자를 갖는 무 브러시 선형 구동 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 선형 구동 제어 시스템은 공작 기계 및 직선형 3축 로봇등에 직각 좌표에 따른 위치 및 속도제어를 하는데 사용된다. 이러한 시스템으로는 모터의 회전 운동을 볼 스크류를 이용하여 기계적으로 직선운동으로 변환시키는 직선형 유니트가 있다. 이러한 직선형 유니트는 자체 관성 및 기계적인 마찰등의 이유를 고속 서보 작동에는 한계가 있기 때문에, 선형 운동을 직접 구동할 수 있는 리니어 모터 또는 선형 구동 제어 시스템을 필요로 하였다. 최근에 실용화되어 사용되는 스텝 방식의 선형 구동 제어 시스템은 직접 구동식이기는 하지만 전기 펄스에 의해 작동이 이루어지므로 노이즈 및 외력에 의한 오작동 등의 위험이 있었다.

최근에는 고정밀도의 위치 및 속도 제어기술의 채용으로 고속 서보가 가능한 무 브러시 선형 구동 제어 시스템이 개발되어 있다. 이러한 무 브러시 선형 구동 시스템의 경우에는, 가동자 내에 권취 코일을 사용하는데 이러한 권취 코일을 가동자내에 배치할 때 배치된 권취 코일들의 폭을 최대한 작게 하여 자속 손실을 최소화하여야 한다. 또한, 고정자로 사용되는 영구 자석을 요크에 적절히 고정시키기 위해서 에폭시등의 접착제등을 사용하였지만, 이는 그 작업이 어렵고 고속 및 고 토오크 발생시 및 장시간 사용후에 영구 자석이 요크로부터 떨어지는 등의 문제점이 있었다. 이러한 구동 시스템의 경우에는 또한 위치 측정기로 사용되는 리니어 스케일에 측면에서 힘이 작용하여 정확한 제어가 불가능하거나 기계 자체가 손상이 발생하는 치명적인 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하고 보다 고속 및 고가속 성능을 유지하며, 위치 및 속도 그리고 힘등을 정확히 제어할 수 있도록 설계된 무 브러시 직류 선형 구동 시스템을 마련하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 본체에 대하여 슬라이드부를 직선 구동시키기 위한 구동 장치와, 슬라이드부의 이동을 제어하도록 그 위치를 측정하기 위한 리니어 스케일과, 슬라이드부를 본체에 대하여 베어링 지지하는 직선형 베어링 가이드를 포함하는 무 브러시 선형 구동 제어 시스템에 있어서, 상기 리니어 스케일은 본체의 중앙에 위치하고, 한쌍의 구동 장치를 본체에 상기 리니어 스케일을 중심으로 좌우 대칭이 되도록 설치한 무 브러시 선형 구동 제어 시스템을 제공함으로써 달성될 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면과 함께 하나의 예로써 보다 상세히 설명한다.

제1도에는 본 발명의 무 브러시 선형 구동 제어 시스템(1)의 개략도가 도시되어 있다. 구동 제어 시스템(1)은 본체(2)와, 이 본체(2)의 양측면으로 대칭으로 설치된 구동 장치(3)와, 본체(2)의 중앙에 위치한 리니어 스케일(4)과, 구동 장치(3)에 의해 직선 구동되는 슬라이드부(5)와, 슬라이드부(5)를 본체(2)에 대하여 베어링지지하는 직선형 베어링 가이드(6)를 포함한다.

각 구동 장치(3)는, 제2도에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 요크(11)와, 이 요크(11)에 고정되어 구동 장치의 고정자 역할을 하는 다수의 영구 자석(12)과, 영구 자석(12) 사이에서 선형으로 이동 작동하는 가동자(13)와, 이 가동자(13) 내부에 설치된 권취 코일(14)로 구성된다. 가동자(13) 상부에는 슬라이드부(5)가 고정지지되어 있다.

구동 장치(3)의 요크(11)에 영구자석(12)을 고정시키는 방법을 종래에는 에폭시등의 접착제등을 사용하여 서로 측면이 닿도록 고정하였다. 그러나, 본 발명에서는 제3도에 잘 도시된 바와 같이 요크(11)에 도브테일 홈(11a)을 형성하고 영구자석(12)의 형상이 도브테일 홈(11a)과 조화되도록 구성하여, 영구 자석(12)을 도브테일 홈(11a)의 한 측면을 통해 연속적으로 끼워지도록 구성하였다. 따라서, 영구 자석(12)들은 도브테일 홈(11a) 또는 요크(11)에 기계적으로 단단히 고정되어 영구 자석(12)이 요크(11)로부터 우발적으로 또는 고속 및 고 토오크 발생시에도 떨어지지 않게 된다. 이렇게 고정된 영구 자석(12)들은 필요하다면 기계적으로 결합된 요크와 영구 자석간에 그리고 영구 자석들간에 형성된 틈에 접착제를 주입하여 결합 성능을 향상시키는 것도 가능하다. 또한, 제4도에 잘 도시된 바와 같이, 도브테일 홈의 한 측면이 형성된 요크(11)에 영구 자석(12)을 끼운 후에, 도브테일 홈의 다른 측면이 형성된 고정부재(15)를 볼트(16)등으로 요크(11)에 결합시킴으로써, 요크(11)에 영구 자석(12)을 고정하는 것도 가능하다. 이는 영구 자석(12)을 요크(11)에 보다 밀착되게 고정하는 것을 가능케 한다.

가동자(13)의 내부에는 거의 직사각형 형태로 제5도(a)에 도시된 바와 같이 화살표(F)방향 또는 그 역방향으로 권취된 권취 코일(14)이 내장되어 있다. 권취코일(14)은 제5도(b)에 도시된 바와같이 상부 및 하부의 횡방향부(14a,14b)는 그 사이의 종방향부(14c,14d)에 대하여 동일 방향으로 절곡되어 단을 형성하고 있다. 이와는 달리, 종래의 권취 코일(22)는 제6도(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 횡방향부(22a,22b)와 종방향부(22c,22d)가 동일 평면상에 위치하도록 구성되어 있다. 이러한 권취 코일(14,22)들을 가동자(13) 내부에 배열하는 방법을 살펴보면, 종래의 권취 코일(22)은 제6도(a)에 잘 도시된 바와 같이 종방향부(22c,22d)가 가동자(13)의 직선 운동 방향(L)으로 엇갈리게 위치되어 전체 가동자(13)의 폭(D)은 권취 코일(22)의 2배 이상이 되게 된다. 따라서, 영구 자석(12)사이의 간격을 넓게 하여 자속 밀도를 감소시키고 구동력을 감소시키게 된다. 그러나, 본 발명의 권취 코일(14)은 각각의 횡방향부(14a,14b)를 외측으로 하고 각 권취 코일(14)의 종방향부(14c,14d)를 서로 사이에 끼워지도록 중첩시키면 제5도(b)와 같은 형태로 겹쳐지게 된다. 즉, 각 권취 코일(14)의 종방향부(14c,14d)는 제5도(c)에 도시된 바와 같이 서로 측면이 연속해서 맞닿도록 배치될 수 있다. 이러한 배치에 따라, 제2도에 도시된 바와 같이 영구 자석(12) 사이의 간격 또는 가동자(13)의 폭을 권취 코일(14)의 두께(d)와 거의 같도록 설계할 수 있고, 이에 따라 작동 효율이 매우 높으면서도 구동 장치 자체를 소형화할 수 있다.

또한, 각 구동 장치(3)은 전체 시스템 구조상 리니어 스케일(4)에 대하여 좌·우 대칭으로 배치됨으로써, 두 개의 구동 장치에 의해 지지되는 슬라이드부(5)를 지지하는 두 베어링 가이드(6)에는 구동 합력이 각각 균등하게 작용하고, 위치 측정기로써 사용되는 리니어 스케일(4)에 대하여 치명적인 측면에서 작용하는 힘을 서로 상쇄하여 근본적으로 측면력에 의한 영향을 배제시킬 수 있도록 되어 있다.

리니어 스케일(4)은 공지되어 있고 구동 장치(3) 또는 구동 제어 시스템(1)의 위치를 측정 및 제어하는 것을 본 발명에 관한 것이 아니므로 상세히 설명하지 않는다.

슬라이드부(5)와 직선형 베어링 가이드(6) 또한 공지된 것을 본 발명에 관한 것이 아니므로 상세히 설명하지 않는다.

이러한 구성에 의하면, 본원 발명은 리니어 스케일(4)에 가해지는 구동 장치(3)으로부터의 측면력의 영향을 배제시킬 수 있을 뿐 아니라 요크(11)에 대하여 영구 자석(12)을 확실히 고정시킬 수 있다. 또한, 권취 코일(14)을 서로 중첩되도록 위치시킬 때, 그 종방향부(14c,14d)가 서로 끼워져서 동일 평면상에 위치함으로써 대향한 영구 자석(12)간의 간격을 최소화하여 자속 밀도를 증가시켜 작동 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims

본체(2)에 대하여 슬라이드부(5)를 직선 구동시키기 위한 구동 장치(3)와, 슬라이드부(5)의 이동을 제어하도록 그 위치를 측정 및 제어하기 위한 리니어 스케일(4)과, 슬라이드부(5)를 본체(2)에 대하여 베어링 지지하는 직선형 베어링 가이드(6)를 포함하는 무 브러시 선형 구동 제어 시스템에 있어서, 상기 리니어 스케일(4)은 본체(2)의 중앙에 위치하고, 한 쌍의 구동 장치(3)를 본체에 상기 리니어 스케일(4)을 중심으로 좌우 대칭이 되도록 설치한 것을 특징으로 하는 무 브러시 선형 구동 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 구동 장치(3)는, 요크(11)와, 이 요크(11)에 형성된 한 쌍의 대향한 도브테일 홈(11a)에 삽입 장착되는 다수의 영구 자석(12)과, 이 영구 자석(12) 사이에서 선형으로 이동 작동하는 가동자(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무 브러시 선형 구동 제어 시스템.
제2항에 있어서, 상기 도브테일 홈(11a)의 한 측면은 요크(11)에 형성되고, 다른 한 측면은 요크(11)에 분리 가능하게 고정 장착되는 고정 부재(15)의 한 측면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 무 브러시 선형 구동 제어 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 가동자(13)의 내부에는 다수의 권취 코일(14)이 설치되고, 상기 권취 코일(14)은 그 상부 및 하부의 횡방향부(14a, 14b)가 이들 양단에 연결된 종방향부(14c,14d)에 대하여 동일 방향으로 단을 형성하도록 절곡 및 권취되어 있고, 다수의 권취 코일(14)는 종방향부(14c,14d) 사이에 인접한 권취 코일(14)의 종방향부(14c,14d)가 서로 끼워져서 동일 평면상에 위치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 무 브러시 선형 구동 제어 시스템.