KR100292261B1 - 리니어모터의속도제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 모터의 속도 제어 장치에 관한 것으로, 리니어 모터의 코일측과, 상기 코일측의 내부에서 시간에 경과에 따라 요구되는 추력의 변화를 실현하기 위하여 상기 모터의 코일측(9)의 코어단부와의 공극 및 코일측과 교차되는 자속단면적을 변경하여 자성체와 비자성체를 결합하여 이루어지는 가동체(30)와, 상기 가동체(30)에 전력을 공급하여 가동체를 움직이는 모터 정,역운동 지령부(40)를 포함하여서 구성함으로써 추력변화에 따른 무전류 속도 제어가 가능해지도록 한 것이다.

Description

리니어 모터의 속도 제어 장치

본 발명은 리니어 모터의 속도 제어 장치에 관한 것으로, 특히 모터의 일반적인 특성인 공극과 자속면적을 변경함으로써 제품에서 요구하는 속도 패턴을 시간에 대한 추력의 변화와 상응되게 구성하여 일정 전압의 공급으로 시간에 따른 가동체의 위치변경에 따라 설정추력이 발생되어 전류제어 없이도 속도제어가 가능하도록 한 리니어 모터의 속도 제어 장치에 관한 것이다.

최근 리니어 모터의 확산 보급에 따라 기존의 회전에너지를 링크, 체인 등의 기타 기구부의 설치운영에 의해 직선계 에너지로 변환하여 사용하던 것을 직접 선형의 에너지 발생이 운동체에 적용가능하도록 하고 있다. 이에 따라 시스템이 더욱 간소화되고, 경량화되어 에너지 및 스페이스를 줄이는데 공헌하고 있어 반복적인 운동이 이루어지는 기구부 및 운송수단인 컨베이어, 엘리베이터 등 폭넓은 산업분야에서 이러한 리니어 기술이 실용화되고 있는 실정이다.

이러한 리니어 모터 속도 제어 장치의 일례를 도 1에 도시한 엘리베이터에 적용된 상태를 참조하여 설명하면, 엘리베이터 승강구조체(1)에서 좌우이동되어 승강차를 개폐하는 좌,우측 도어(2)(3)의 상부에 도어를 개폐하기 위한 동력을 전달하는 구동력 전달판(4)(5)이 도어(2)(3)와 연결되어 있고, 상기 구동력 전달판(4)(5)이 연결되는 로우프(8)가 구조체(1)의 상측양단부에 설치된 보조풀리(6)(7)에 설치되어 있다. 상기 좌측 구동력 전달판(4)은 로우프(8)의 상측에 연결되고, 우측 구동력 전달판(5)은 로우프(6)의 하측에 연결고정되어 있다.

또한, 상기 좌,우측 구동력 전달판(4)(5)을 이동시키는 리니어 모터로서 리니어 모터의 코일(9)이 설치되어 있고, 이 코일(9)과 소정의 공극을 유지하여 상기 좌,우측 구동력 전달판(4)(5)에 리니어 모터 가동체(10)가 설치되어 있다. 상기 리니어 모터의 코일(9)에 공급되는 전력을 제어하는 제어장치(20)가 연결되어 있고, 상기 보조풀리(8)의 축에 제어장치(20)와 연결되어 속도를 검출하는 로터리 엔코더(21)가 취부되어 있다.

상기 리니어 모터(9)(10)의 상세한 구조는 도 2a, 2b에 도시한 바와 같이, 리니어 모터의 각상에 권회된 코일(11)과, 적층코어(12)와, 가동체(10)로 구성되는 바, 상기 가동체(10)는 자성체로 형성된 돌기부(10a)와, 일반 금속으로 형성된 보강판(1Ob)으로 이루어져 있다. 상기 적층코어(12)의 단부(12a)와 가동체(10)의 돌기부(10a)는 소정의 공극을 유지하도록 하고, 가동체(10)와 코어(12) 사이에는 일정한 공극을 유지하기 위하여 롤러(13)가 구비되어 있다.

도 3은 제어장치(20)의 상세도로서, 전원(22)과, 이 전원(22)과 다이오드 브릿지로 연결시킨 콘버터(23)와, 트랜지스터 등의 스위칭소자로 구성되어 상기 콘버터(23)에서 직류로 변환된 전압을 다시 소정 주파수의 3상 교류 전류로 변환하여 리니어 모터의 코어(12)의 각 권선(u,v,w)으로 흘려주는 인버터(24)와, 도어(2)(3)의 개폐지령을 발생하는 장치(25)와, 가동체(10)의 위치를 검출하는 검출기(26)와, 상기 검출기(26)의 신호를 받아 가동체(10)의 위치를 판정하는 자극처리부(27)와, 상기 자극처리부(27)의 신호에 의해 리니어 모터의 권선의 여자를 지령하는 지령분배기(28)와, 개폐지령 발생장치(25)의 신호와 지령분배기(28)의 신호를 입력해서 인버터(24)의 트랜지스터군의 점호순서와 시간을 연산하는 연산부(29) 및 가동체(10)의 위치를 검출하는 엔코더(21)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 엘리베이터에 적용된 리니어 모터의 속도 제어 장치에 의하면 엘리베이터가 지정된 층에 도착되어 도어 개방 지령이 발생되면, 제어장치(20)로부터 리니어 모터 코어(12)에 좌측에서 우측으로 가동체(10)를 동작시키는 전력이 공급된다. 이에 따라 가동체(10)는 우측으로 이동되고, 우측 구동력 전달판(5)을 따라서 우측 도어(3)가 이동되며, 우측 도어(3)의 이동에 의해 로우프(8)가 회전되어 좌측 구동력 전달판(4)이 좌측으로 이동되어 좌측 도어(2)도 개방된다. 이때, 로터리 엔코더(21)도 반시계 방향으로 회전되어 도어(2)(3)의 이동량을 검출하게 되고, 이와 같이 검출된 신호는 제어장치(20)에 전달되어 도어의 주행속도, 접지의 제어 등에 이용된다.

도어(2)(3)가 완전히 개방되면 제어장치(20)로부터 전력이 끊기고, 도어는 접지된다. 도어(2)(3)가 닫히는 동작은 도어가 개방되는 동작의 역순으로 실시된다.

상기한 바와 같이 구성되어 동작되는 엘리베이터에서 도어의 개폐 속도 제어는 토오크를 변환시키기 위하여 전류의 가변제어를 사용하는 방법이 일반적이므로, 상기한 바와 같이 별도의 제어장치(20)를 구비하고 있어야 한다.

그러나 이와 같은 별도의 전기적 속도 제어장치(20)를 구비함에 따라 원가가 현저하게 상승되고, 생산성의 크게 저하되는 문제가 있다.

이러한 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 전기적 속도제어방식을 배제한 무제어방식의 속도제어장치를 제공하여 원가 절감 및 생산성을 향상시키도록 한 리니어 모터의 속도 제어 장치를 제공함에 있다.

제1도는 종래 리니어 모터의 속도 제어 장치가 적용된 엘리베이터 승강구조체의 정면도.

제2a도는 종래 기술에 의한 리니어 모터의 정면도, 제2b도는 단면도.

제3도는 종래 기술에 의한 리니어 모터의 속도 제어 장치의 상세도.

제4도는 본 발명 리니어 모터의 속도 제어 장치가 적용된 엘리베이터 승강구조체의 정면도.

제5도는 본 발명에 의한 모터 정,역 지령부의 상세도.

제6도는 일반적인 엘리베이터 도어의 속도 패턴을 보인 그래프.

제7도는 본 발명 리니어 모터에 의한 가동체의 구성의 특징을 보인 단면도.

제8a,8b,8c,8d,8e도는 평판형 가동체의 실시례를 보인 사시도.

제9a,9b,9c도는 평판형 가동체의 다른 실시례를 보인 사시도.

제10도는 원통형 가동체가 코일측과 결합된 상태의 사시도.

제11a,11b,11c,11d도는 원통형 가동체의 실시례를 보인 사시도.

제12a,12b,12c도는 본 발명의 리니어모터의 가동체가 코일측과 동작되는 상태를 순차적으로 보인 평면도 및 측면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 엘리베이터 승강 구조체 2,3 : 도어

4,5 : 구동력 전달판 9 : 리니어 모터 코일

30 : 가동체 31,33 : 비자성체 금속

32,34 : 자성체 금속 40 : 모터 정, 역운동 지령부

41 : 위치검출기 42 : 전원

43 : 모터정역지령장치 44 : 스위치부

50 : 캠 60 : 리미트 스위치

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 리니어 모터의 코일과; 상기 코일에 대향 설치되어 자성체와 비자성체로 이루어지며 코일에 대한 자성체의 자속 단면적을 중앙부에서 작고 양단부에서 크게 되도록 형성된 자성체와; 전원의 전력을 가동체로 전달하는 스위치부와, 상기 가동체의 위치를 검출하여 모터를 정,역운동시키는 모터 정,역 지령장치로 이루어지는 모터 정,역운동 지령부;를 포함하여서 구성함을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치가 제공된다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명을 첨부도면에 도시한 일실시례에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 리니어 모터의 속도 제어 장치는 코일과 자성체 사이의 공극과/또는 코일에 대한 자성제의 자속단면적을 변경함으로써 제품에서 요구하는 속도패턴을 시간에 대한 추력의 변화와 상응되게 구성시킴으로써 일정 전압의 공급으로 시간에 따른 가동체의 위치변경에 따라 설정추력이 발생되어 전류제어 없이도 속도 제어가 가능하도록 한 특징이 있다.

이러한 특징을 갖는 리니어 모터의 속도 제어 장치를 엘리베이터에 적용한 일실시례는 도 4에 도시한 바와 같이, 종래 기술의 제어장치를 대신하여 모터 정,역운동 지령부(40)를 설치하고, 리니어 모터의 가동체(30)의 중간부에 리미트 스위치(60)를 작동시키기 위한 캠(50)을 형성하여 상기 가동체(30)와 리미트 스위치(60)를 모터 정,역운동 지령부(40)와 연결하여 구성한 것이다.

상기 모터 정,역운동 지령부(40)는 도 5에 도시한 바와 같이, 전원(42)과, 모터 정,역 지령장치(43)와, 스위치부(44)로 구성되어 있다. 부호 41은 위치검출기이다.

본 발명은 도 6의 일반적인 도어의 속도 패턴에서 시간에 대한 추력의 변화 및 속도그래프에서와 같이, 모터의 추력이 일반적으로 입력전류가 동일할 때, 모터의 코일측의 코어(12)의 단부와 가동체(30)와의 공극(δ)량에 반비례하고, 양측이 만나는 자속단면적(S)에 비례하는 것에 착안한 것이다.

즉, 도어의 개폐시간에 따른 요구 추력을 공극(δ)과 자속면적(S)의 관계에서 미리 계산되어진 두께 및 폭을 소정의 기울기를 갖고 함몰시켜 추력의 변화가 가능하도록 한 것이다.

따라서, 리니어 모터의 코일측은 일반적인 리니어 코일(9)측의 구성과 동일하며, 다만 가동체의 형상을 도 7에서와 같이, 비자성체 금속(Al, Cu etc)(31)과, 자성체 금속(32)으로 형성하였는 바, 비자성체 금속(31)의 상면에서 자성체 금속(32)의 상면까지의 깊이(δ1,δ2)의 차이 또는 자성체 금속(32) 및 비자성체 금속(31)의 자속의 단면적을 변화시켜 의해 모터의 추력을 요구 추력으로 변화시키게 된다.

이와 같은 가동체의 실시례를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

도 8a는 자성체 금속(32-1)의 중앙부의 두께를 소정의 기울기만큼 하측으로 함몰시키고, 그 상면에 비자성체 금속(31-1)은 함몰시키지 않은 상태로 수평하게 형성시킨 구조로서, 비자성체 금속(31-1)의 표면에서 자성체 금속(32-1)의 표면까지의 깊이의 차이(δ1,〈δ2)를 이용하여 요구 추력을 얻도록 한 예이다.

도 8b는 자성체 금속(32-2)과 비자성체 금속(31-2)의 중앙부를 동일하게 폭방향으로 함몰시킨 구조로서, 자속의 발생면적(S1〉S2)을 변화시킴으로써 요구추력을 얻은 예이다.

또한, 도 8c는 도 8a와 8b를 동시에 실현한 구조로서, 자성체 금속(32-3)의 중앙부의 두께를 소정의 기울기만큼 상측으로 항몰시키고, 그 위에 비자성체 금속(31-3)을 함몰시키지 않은 상태로 수평하게 형성함과 아울러 자성체 금속(32-3)과 비자성체 금속(31-3)의 중앙부를 폭방향으로 함몰시킨 구조이다.

도 8d와, 8e는 각각 도 8a와 8c를 변형시킨 변형례로서, 자성체 금속(32-4)(32-5)의 상면에 판형의 비자성체 금속(31-4)(31-5)을 접합시킨 구조이다.

도 9a는 자성체 금속(32-6)의 상면에 비자성체 금속편(31-6)을 소정의 폭(t)을 갖고 다수개 함입한 구조이며, 이때 각각의 비자성체 금속편(31-6) 간의 간격은 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 작아지도록 형성한(P1〈P2〈P3) 구조이다. 이와 같은 구조에서는 리니어 모터의 코일측의 코일(11)에 전류가 인가되면 가동체의 비자성체 금속편(31-6)에 와전류가 형성되고 이러한 와전류에 의해 추력이 발생되는 바, 이때 코일의 적층코어(12)와 교차하는 비자성체(31-6)의 면적을 변화시키게 됨으로 써 추력의 변화를 얻도록 한 것이다.

도 9b는 도 9a의 구조에서 자성체 금속(32-7)의 중앙부를 폭방향으로 함몰시킨 구조로서, 급격한 속도변화를 실현하도록 자속면적을 변경시켰다.

도 9c는 도 9b의 변형례로서, 비자성 금속편(31-8) 간의 간격을 동일한 피치로 형성하여 자속면적의 변화에 의해 추력의 변화를 가져오도록 한 것이다.

도 10은 원통형으로 가동체를 형성한 구조를 도시한 것으로서, 원통형의 자성체 금속(34)의 외주면에 비자성체 금속(33)을 형성하였다.

이러한 원통형 가동체의 실시례를 설명하면, 도 11a는 자성체 금속(34-1)의 중앙부를 함몰시킨 상태에서 자성체 금속(34-1)의 외주면에 비자성체 금속(33-1)을 수평상태로 형성한 구조로서, 자성체 금속(34-1)의 단면적을 변화시켜 코일측의 적층코어(12)와의 공극의 크기를 변화시켜 추력의 변화를 얻게 된다.

도 11b는 자성체 금속(34-2)의 외주면에 비자성체 금속(33-2)을 동일한 두께로 형성한 것이고, 도 11c는 제작상의 편의를 위해 비자성체 금속(33-3)을 원통형 파이프 형상으로 형성한 것이다.

한편, 도 11d는 자성체 금속(34-4)의 외주면에 비자성체 금속편(33-4)을 원주방향으로 소정의 폭(t')을 갖고 다수개 함입한 구조이다. 이때 각각의 비자성체 금속편(33-4) 간의 간격은 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 작아지도록 형성한(P1〈P2〈P3) 구조이다. 이와 같은 구조는 코일측의 적층코어(12)와 교차하는 비자성체 금속편(33-4)의 면적을 변화시키기 위하여 비자성체의 간격의 차이를 두어 추력의 변화를 갖도록 한 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 리니어 모터의 속도 제어 장치의 작용을 설명한다.

엘리베이터가 지정된 층에 도착하여 도어의 개방명령이 내려지면, 모터 정,역운동 지령부(40)로부터 리니어 모터 코일(9)측으로 좌측에서 우측으로 가동체(30)를 동작시키는 전력이 공급되어 가동체(30)가 우측으로 이동되고, 이에 따라 우측 구동력 전달판(5)이 이동되어 우측 도어(3)가 개방된다. 이와 동시에 상기 우측 구동력 전달판(5)이 우측으로 이동됨에 따라 로우프(8)가 회전되어 좌측 구동력 전달판(4)이 좌측으로 이동됨으로써 좌측 도어(2)도 개방된다. 이때, 개방되는 좌,우측 도어(2,3)의 속도제어는 리니어 모터 가동체(30)의 형성된 형상에 따라 추력 변동에 의한 제어를 실시하게 되는 것이다. 도 12a,12b,12c는 가동체(30)가 좌측으로 이동됨에 따라 코일(9)측과의 자속면적(S1,S2,S3)과 공극(δ1,δ2,δ3)의 변화를 보여 주고 있다. 여기서 자성체는 자속면적이 작거나 공극이 큰 중앙부보다 자속면적이 크거나 공극이 작은 양단부에 빠른 속도로 이동하게 된다.

여기서 모터의 감속을 위한 결상 변경은 리니어 모터 가동체(30) 중앙에 설치된 캠(50)이 리미트 스위치(60)를 구동시켜 모터의 추력발생의 방향을 전환함으로써 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 리니어 모터의 속도 제어 장치는 리니어 모터에 있어서 시간에 따라 가동체에서 요구되는 추력의 변화를 모터 코일측의 코어 단부와 가동체와의 소정거리인 공극(δ)과, 양측이 만나는 자속단면적(S)의 변화를 이용하기 위하여 가동체의 형상을 변경시킨 것으로서, 추력변화에 따른 무전류 속도 제어가 가능해지도록 한 것이다.

본 발명에 의한 리니어 모터의 속도 제어 장치는 엘리베이터에만 국한되는 것이 아니라 본 발명의 기술사상 범위 내에서 리니어 모터를 사용하는 기계 일반에 적용가능한 것이다.

Claims (18)

1. 리니어 모터의 코일과; 상기 코일에 대향 설치되어 자성체와 비자성체로 이루어지며 코일에 대한 자성체의 자속단면적을 중앙부에서 작고 양단부에서 크게 되도록 형성된 자성체와; 전원의 전력을 가동체로 전달하는 스위치부와, 상기 가동체의 위치를 검출하여 모터를 정,역운동시키는 모터 정,역 지령장치로 이루어지는 모터 정,역운동 지령부; 를 포함하여서 구성함을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 코일측에는 리미트 스위치가 설치되고, 상기 가동체에는 상기 리미트 스위치를 작동시키는 캠이 형성되어 상기 리미트 스위치와 캠이 모터 정,역운동 지령부와 연결되어 모터추력발생의 방향을 전환토록 함으로써 모터의 감속을 위한 결상 변경이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가동체는 판상의 자성체의 상면에 비자성체를 형성시킨 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 자성체의 두께를 중앙부로 갈수록 얇아지도록 형성하여 자성체의 자속단면적이 중앙부로 갈수록 작아지도록 함과 아울러 코일의 코어단부와 자성체간의 공극이 중앙부로 갈수록 커지도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 자성체 및 비자성제의 폭을 중앙부로 갈수록 좁아지도록 형성하여 자성체의 자속단면적이 중앙부로 갈수록 작아지도록 함과 아울러 코일의 코어단부와 자성체간의 공극은 일정하게 되도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 자성체의 두께를 중앙부로 갈수록 얇아짐과 아울러 자성체 및 비자성체의 폭을 중앙으로 갈수록 좁아지도록 형성하여 자성체의 자속단면적이 중앙부로 갈수록 작아지도록 함과 아울러 코일의 코어단부와 자성체간의 공극이 중앙부로 갈수록 커지도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 가동체는 판상의 자성체의 상면에 판상의 비자성체를 접합시킨 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
8. 제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 자성체의 두께를 중앙부로 갈수록 얇아지도록 형성하여 자성체의 자속단면적이 중앙부로 갈수록 작아지도록 함과 아울러 코일의 코어단부와 자성체간의 공극이 중앙부로 갈수록 커지도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
9. 제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 자성체의 두께를 중앙부로 갈수록 얇아짐과 아울러 자성체 및 비자성체의 폭을 중앙으로 갈수록 좁아지도록 형성하여 자성체의 자속단면적이 중앙부로 갈수록 작아지도록 함과 아울러 코일의 코어단부와 자성체간의 공극이 중앙부로 갈수록 커지도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 가동체는 판상의 자성체의 상면에 다수개의 편상의 비자성체가 접합된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 자성체의 폭을 중앙부로 갈수로 좁아지도록 형성하여 자성체의 자속단면적이 중앙부로 갈수록 작아지도록 함과 아울러 코일의 코어단부와 자성체간의 공극은 일정하게 되도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 비자성체 간의 간격은 중앙으로 갈수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 비자성체 간의 간격이 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 가동체는 봉상의 자성체의 외주면에 비자성체가 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 가동체는 봉상의 자성체의 외주면에 파이프형의 비자성체가 결합된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 자성체의 반경이 중앙부로 갈수록 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 가동체는 봉상의 자성체의 외주면에 편상의 다수개의 비자성체가 접합된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 비자성체 간의 간격은 중앙으로 갈수록 넓어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 속도 제어 장치.