KR100375618B1 - 로터리 리니어 전동기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 로터리 리니어 전동기는, 회전운동 및 직선운동을 수행하는 축과; 축에 압입 고정되며 그 몸체 중앙의 소정 부위에는 축의 회전운동용 자계의 형성을 위한 영구자석이 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단에는 축의 직선운동용 자계의 형성을 위한 영구자석이 마련된 로우터와; 몸체 중앙의 소정 부위에는 로우터의 회전운동용 자계의 형성을 위한 코일이 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단에는 로우터의 직선운동용 자계의 형성을 위한 코일이 마련된 스테이터와; 제구성요소들의 고정 및 보호를 위한 외부 하우징과; 축과 외부 하우징 사이에 구비되어 축을 지지하는 한편 축의 회전운동 및 직선운동을 원활하게 하기 위한 베어링 수단 및 로우터와 외부 하우징 사이에 구비되어 로우터를 지지하는 한편 축의 직선운동시 탄성력에 의한 복원력에 의하여 로우터의 위치를 조정하는 탄성 수단을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 축에 대한 회전운동력과 직선운동력을 발생시키기 위하여 마련되는 스테이터 및 로우터를 각각 일체형으로 형성하여 소형화시킴으로써, 축의 회전운동 및 직선운동에 따른 진동을 감소시키며, 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

로터리 리니어 전동기{Rotary linear motor}
본 발명은 전동기에 관한 것으로서, 더 상세히는 동일 축에 의해 회전운동 및 직선운동이 모두 가능한 로터리 리니어 전동기(rotary linear motor)에 관한 것으로, 특히 축의 회전운동 및 직선운동에 따른 진동에 적절히 대응할 수 있는 수단이 마련되어 있는 소형화된 로터리 리니어 전동기에 관한 것이다.
일반적으로, 로터리 유도 전동기는 회전축과, 그 회전축에 결합되어 축과 함께 회전하는 것으로 보통 영구자석 구조체로 된 로우터(rotor)와, 그 로우터가 회전할 수 있도록 회전자계를 형성해주는 것으로 권선코일 구조체로 된 스테이터 (stator)로 구성되어 있다. 그리고, 리니어 전동기는 동기 전동기의 1차측 권선코일 및 2차측 권선코일을 축방향으로 전개한 것으로 회전운동을 직선운동으로 변환한 전동기이다.
도 1은 종래의 로터리 리니어 전동기의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 리니어 전동기(100)는 회전 및 직선이동을 위한 축(101)과, 그 축(101)의 주변 소정 부위에 마련되며 축(101)의 회전운동을 위한 회전운동력을 발생시키는 회전운동용 스테이터 코어(core)(102)와, 상기 축(101)의 주변 소정 부위에 마련되며 축(101)의 직선운동을 위한 직선운동력을 발생시키는 직선운동용 스테이터 코어(103)와, 상기 축(101)의 주변 소정 부위에 마련되며 축의 왕복 직선운동에 따른 직선운동력에 일정 크기의 탄성력을 부가하기 위한 탄성 수단 및 상기 제구성요소들의 고정 및 보호를 위한 외부 하우징(housing)(105)을 포함한다.
여기서, 상기 탄성 수단으로는 2개의 압축스프링(104a)(104b)이 사용되며, 도시된 바와 같이 상기 회전운동용 스테이터 코어(102) 및 직선운동용 스테이터 코어(103)에 대응되는 축부위에 각각 설치된다. 또한, 축(101)의 대략 양단부위에는 축(101)을 지지하는 한편 축(101)의 직선운동 및 회전운동을 원활하게 하기 위한 베어링(bearing) 수단이 마련되는데, 도시된 것처럼 슬리브(sleeve) 베어링(106a) (106b)이 축(101)에 슬라이딩(sliding) 접촉가능하도록 설치되고, 그 외부로 스러스트(thrust) 베어링(107a)(107b)이 설치되어 전체적으로 하나의 베어링 구조체를 이루게 된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 종래의 로터리 리니어 전동기의 동작에 대해 설명해 보기로 한다.
먼저, 축(101)을 회전운동시키고자 할 경우, 직선운동용 스테이터 코어(103)로의 전원 인가는 차단하고, 회전운동용 스테이터 코어(102)에만 전원을 인가하게 된다. 그러면, 회전운동용 스테이터 코어(102)의 권선 코일에 의해 형성되는 회전 자계와 축(101) 둘레에 마련되어 있는 영구자석(마그네트)에 의한 자계와의 상호 작용력에 의해 축(101)이 회전하게 된다.
또한, 축(101)을 직선운동시키고자 할 경우, 상기 회전운동용 스테이터 코어 (102)로의 전원 인가는 차단하고, 직선운동용 스테이터 코어(103)에만 전원을 인가하게 된다. 그러면, 직선운동용 스테이터 코어 (103)의 권선 코일에 의해 형성되는 자계와 축(101) 둘레의 영구자석에 의한 자계와의 상호 작용력에 의해 축(101)이 직선운동하게 된다.
그런데, 이상과 같은 종래의 로터리 리니어 전동기는 회전운동용 스테이터와 직선운동용 스테이터가 상하로 구성되어 그 크기가 커지며, 비용이 상승되는 단점이 있다. 또한 축방향으로 회전운동용 및 직선운동용 전동기가 구성되어 축의 길이가 길어져, 전자기력 또는 기계적 가진력에 의하여 축의 휨이 발생됨으로써 진동 소음이 생기는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 축의 회전운동 및 직선운동에 따른 진동에 적절히 대응할 수 있는 수단이 마련되어 있는 소형화된 로터리 리니어 전동기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 로터리 리니어 전동기의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 종단면도.
도 2는 본 발명에 따른 로터리 리니어 전동기의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 종단면도.
도 3은 도 2에 나타낸 A-A 선에 따른 단면을 나타낸 로터리 리니어 전동기의 횡단면도.
도 4는 도 2에 나타낸 B-B 선에 따른 단면을 나타낸 로터리 리니어 전동기의 횡단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200... 로터리 리니어 전동기 101, 201... 축
102... 회전운동용 스테이터 코어 103... 직선운동용 스테이터 코어
104a, 104b ... 압축스프링 105... 외부 하우징
106a, 106b... 슬리브 베어링 107a, 107b... 스러스트 베어링
202... 로우터 202_1... 회전운동용 로우터 요크
202_2... 직선운동용 로우터 요크 203... 스테이터
204... 상부 브라켓트 205... 하부 브라켓트
206... 상부 코일 스프링 207... 하부 코일 스프링
208... 볼 베어링 209... 스러스트 베어링
210... 슬라이드 부싱 211... 스테이터 체결수단
212... 브라켓트 체결수단 221... 회전운동용 영구자석
222... 직선운동용 영구자석 223... 회전운동용 코일
231... 직선운동용 토로이달 코일
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 로터리 리니어 전동기는,
회전운동 및 직선운동을 수행하는 축과;
상기 축에 압입 고정되며, 그 몸체 중앙의 소정 부위에는 상기 축의 회전운동용 자계의 형성을 위한 영구자석이 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단에는 상기 축의 직선운동용 자계의 형성을 위한 영구자석이 마련된 로우터와;
몸체 중앙의 소정 부위에는 상기 로우터의 회전운동용 자계의 형성을 위한 코일이 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단에는 상기 로우터의 직선운동용 자계의 형성을 위한 코일이 마련된 스테이터와;
상기 제구성요소들의 고정 및 보호를 위한 외부 하우징과;상기 축과 외부 하우징 사이에 구비되어 상기 축을 지지하는 한편 축의 회전운동 및 직선운동을 원활하게 하기 위한 베어링 수단; 및상기 로우터와 외부 하우징 사이에 구비되어 상기 로우터를 지지하는 한편 상기 축의 직선운동시 탄성력에 의한 복원력에 의하여 상기 로우터의 위치를 조정하는 탄성 수단을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 로우터의 몸체 중앙의 소정 부위에는 상기 축의 회전운동용 자계의 형성을 위한 영구자석이 원주방향으로 교대로 극성을 갖도록 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단에는 원주방향으로 동일 극성을 갖는 영구자석이 상기 축의 직선운동용 자계의 형성을 위하여 마련된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 축에 대한 회전운동력과 직선운동력을 발생시키기 위하여 마련되는 스테이터 및 로우터를 각각 일체형으로 형성하여 소형화시킴으로써, 축의 회전운동 및 직선운동에 따른 진동을 감소시키며, 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 로터리 리니어 전동기의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 종단면도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 A-A 선에 따른 단면을 나타낸 로터리 리니어 전동기의 횡단면도이며, 도 4는 도 2에 나타낸 B-B 선에 따른 단면을 나타낸 로터리 리니어 전동기의 횡단면도이다.
도 2와, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 로터리 리니어 전동기 (200)는 회전운동 및 직선운동을 수행하는 축(201)과, 상기 축(201)에 압입 고정되며, 그 몸체 중앙의 회전운동용 로우터 요크(yoke)(202_1)에는 상기 축(201)의 회전운동용 자계의 형성을 위한 회전운동용 영구자석(221)이 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단의 직선운동용 로우터 요크(202_2)에는 상기 축(201)의 직선운동용 자계의 형성을 위한 직선운동용 영구자석(222)이 마련되어 있는 로우터(202)와, 몸체 중앙의 소정 부위에는 상기 로우터(202)의 회전운동용 자계의 형성을 위한 회전운동용 코일(223)이 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단에는 상기 로우터(202)의 직선운동용 자계의 형성을 위한 직선운동용 토로이달(toroidal) 코일(231)이 마련된 스테이터(203) 및 상기 제구성요소들의 고정 및 보호를 위한 외부 하우징을 포함한다.
여기서, 상기 로우터(202)의 몸체 중앙의 회전운동용 로우터 요크(202_1)에는 상기 축(201)의 회전운동용 자계의 형성을 위한 회전운동용 영구자석(221)이 원주방향으로 교대로 극성을 갖도록 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단의 직선운동용 로우터 요크(202_2)에는 원주방향으로 동일 극성을 갖는 직선운동용 영구자석(222)이 상기 축(201)의 직선운동용 자계의 형성을 위하여 마련된다.
또한, 상기 외부 하우징은 상부 브라켓트(204)와 하부 브라켓트(205)로 구성되며 브라켓트 체결수단(212)에 의하여 체결된다. 그리고, 상기 축(201)과 브라켓트(204)(205) 사이에는 상기 축(201)을 지지하는 한편 축(201)의 회전운동 및 직선운동을 원활하게 하기 위한 볼 베어링(208), 스러스트 베어링(209) 및 슬라이드 부싱(210)이 구비된다.
또한, 상기 로우터(202)의 중심부에는 그 상하측에 홈이 형성되어 있으며 탄성 수단, 예컨대 코일 스프링(206)(207)이 상기 축(201)을 감싸며, 상기 로우터 (202)에 형성된 상하측의 홈과 상기 베어링(208)(209)(210)의 회전 수단 사이에 압축상태로 조립되어져 있다. 이에 따라, 상기 코일 스프링(206)(207)은 상기 로우터 (202)의 위치를 잡아주며 회전운동이 가능한 상태로 되어 있어, 상기 로우터(202)는 직선운동시 상기 코일 스프링(206)(207)의 복원력에 의하여 자동으로 초기 위치로 이동하게 된다. 여기서, 도면부호 211은 상기 스테이터(203)를 상기 상부 브라켓트(204)에 체결시키는 체결수단이다.
그러면, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 로터리 리니어 전동기의 직선운동 및 회전운동의 동작에 대하여 설명해 보기로 한다.
먼저, 상기 로우터(202) 몸체의 반경방향 끝단의 직선운동용 로우터 요크(202_2)에 마련된 직선운동용 영구자석(222)과, 상기 스테이터(203) 몸체의 반경방향 끝단에 마련된 직선운동용 토로이달 코일(231)에 인가되는 전류 방향의 변화에 따라 발생되는 자계 변화에 의한 상호 작용에 의하여 상기 축(201)이 상하로 움직이며 직선운동을 하게 된다.
한편, 상기 로우터(202) 몸체 중앙의 회전운동용 로우터 요크(202_1)에 마련된 회전운동용 영구자석(221)과, 상기 스테이터(203) 몸체의 중앙 소정 부위에 마련된 회전운동용 자계의 형성을 위한 회전운동용 코일(223)에 인가되는 전류에 의한 자계의 상호 작용에 의하여 상기 축(201)은 회전운동을 수행한다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 로터리 리니어 전동기는 축에 대한 회전운동력과 직선운동력을 발생시키기 위하여 마련되는 스테이터 및 로우터를 각각 일체형으로 형성하여 소형화시킴으로써, 축의 회전운동 및 직선운동에 따른 진동을 감소시키며, 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 스테이터 및 로우터를 일체로 형성함에 따라 제조 비용도 절감할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 회전운동 및 직선운동을 수행하는 축과;
    상기 축에 압입 고정되며, 그 몸체 중앙의 소정 부위에는 상기 축의 회전운동용 자계의 형성을 위한 영구자석이 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단에는 상기 축의 직선운동용 자계의 형성을 위한 영구자석이 마련된 로우터와;
    몸체 중앙의 소정 부위에는 상기 로우터의 회전운동용 자계의 형성을 위한 코일이 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단에는 상기 로우터의 직선운동용 자계의 형성을 위한 코일이 마련된 스테이터와;
    상기 제구성요소들의 고정 및 보호를 위한 외부 하우징과;
    상기 축과 외부 하우징 사이에 구비되어 상기 축을 지지하는 한편 축의 회전운동 및 직선운동을 원활하게 하기 위한 베어링 수단; 및
    상기 로우터와 외부 하우징 사이에 구비되어 상기 로우터를 지지하는 한편 상기 축의 직선운동시 탄성력에 의한 복원력에 의하여 상기 로우터의 위치를 조정하는 탄성 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 리니어 전동기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 로우터의 몸체 중앙의 소정 부위에는 상기 축의 회전운동용 자계의 형성을 위한 영구자석이 원주방향으로 교대로 극성을 갖도록 마련되어 있으며, 그 몸체의 반경방향 끝단에는 원주방향으로 동일 극성을 갖는 영구자석이 상기 축의 직선운동용 자계의 형성을 위하여 마련되는 것을 특징으로 하는 로터리 리니어 전동기.
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