KR100398659B1 - 횡자속 선형 전동기식 가진기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발생 추력이 크고 동력 발생 효율을 높일 수 있는 횡자속 선형 전동기식 가진기에 관한 것으로, 소정 공극을 유지하면서 길이방향으로 배열된 복수의 고정부 철심, 상기 각 고정부 철심의 양측에 권선된 고정부 권선, 및 상기 복수의 고정부 철심이 대향되게 설치됨에 따라 형성된 중공(中空)의 이동로를 갖춘 고정부; 및 상호 등간격을 유지하면서 길이방향으로 배열된 복수의 이동부 철심, 및 상기 복수의 이동부 철심 사이에 마주보게 배치된 영구자석과 비자성체 지지대에 의해 길이방향의 양측으로 분리된 철심과 영구자석을 갖추고서, 상기 이동로를 따라 이동하는 이동부를 구비하되, 상기 고정부 철심의 양측 공극에서 고정부의 자속 및 상기 이동부의 자속에 의해 같은 방향으로 힘을 발생시키기 위해 소정간격 비틀어지게 배치됨으로써, 에너지 밀도가 높은 영구자석에서 큰 무부하 공극 자속을 얻을 수 있고, 권선 전류에 의해서 발생하는 자속을 이용하기 때문에 높은 추진력을 발생시킨다.

Description

횡자속 선형 전동기식 가진기{Vibrator with transverse flux linear motor}

본 발명은 횡자속 선형 전동기식 가진기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고출력 및 고효율의 영구자석 횡자속 선형 전동기에서 직선의 왕복 추력을 발생시키도록 한 횡자속 선형 전동기식 가진기에 관한 것이다.

일반적으로, 가진기는 진동을 발생시키는 장치로서, 가진력을 얻기 위하여 유압식 또는 전기식을 사용하고 있다.

유압식 가진기는 높은 가진력 때문에 대형 가진기에 적용하나, 기름을 사용하여야 하므로 배관작업이 필요하고 유지보수 비용이 많이 소요된다.

그에 반해, 전기식 가진기는 이동 코일(moving coil)형의 선형 전동기에서 직선운동을 직접 발생시키기 때문에 동력전달 장치가 필요없으며 구조가 간단하다.

도 1은 종래의 전기식 가진기의 일 예를 나타낸 도면으로서, 도 1의 전기식 가진기는 원통형의 고정부 철심(3)의 양측에 각각 삽입된 영구자석(6)에서 주자속을 발생시키고, 이동부 권선(11)에 전류를 흘리면 플레밍의 왼손법칙에 의해 그 이동부 권선이 설치된 시험대(15)가 상기 고정부 철심(3)내의 이동공간내에서 상하 왕복운동을 한다. 그 이동부 권선(11)은 판스프링 지지대(12)와 판스프링(13)에 의해 상기 고정부 철심(3)에 대해 일정한 공극을 유지한다. 시험대(15)와 상기 고정부 철심(3)의 중앙부 사이에는 코일형 스프링(14)이 설치되는데, 그 코일형스프링(14)은 공진 작용에 의해 적은 힘으로 빠른 왕복운동을 얻을 수 있고, 시험대상 물체는 상기 시험대(15)위에 놓이게 된다.

이와 같은 종래의 전기식 가진기는 동력전달 장치가 필요없고 구조가 간단하다는 이점이 있는 반면에 공극이 크고, 발생 추력이 적으며, 효율이 낮은 문제점이 있을 뿐만 아니라 이동부에 권선을 설치해야 되는 번거러움이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 발생 추력이 크고 동력 발생 효율을 높일 수 있는 횡자속 선형 전동기식 가진기를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동부에 권선을 설치하지 않아도 되는 횡자속 선형 전동기식 가진기를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 전기식 가진기의 구성도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 횡자속 선형 전동기식 가진기의 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 이동부의 상세도,

도 4는 도 2에 도시된 고정부의 상세도,

도 5는 도 2에 도시된 고정부 철심의 상세도,

도 6은 도 3에 도시된 이동부 철심과 자성체가 고정부 철심 사이에 설치되어 있는 상태도,

도 7은 도 2에 도시된 고정부 권선에서의 전류방향을 설명하는 도면,

도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시된 고정부 권선에서의 전류방향에 따른 힘 발생을 설명하는 도면,

도 9는 본 발명이 채용된 전원공급장치를 설명하는 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정부 2 : 이동부

3 : 고정부 철심 4 : 고정부 권선

5 : 이동부 지지 스프링 6 : 영구자석

7 : 이동부 철심 8 : 비자성체 지지대

9 : 전원 10 : 전원공급장치 소자(예, IGBT)

11 : 이동부 권선 12 : 판스프링 지지대

13 : 판스프링 14 : 코일형 스프링

15 ; 시험대

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 횡자속 선형 전동기식 가진기는, 소정 공극을 유지하면서 길이방향으로 배열된 복수의 고정부 철심, 상기 각 고정부 철심의 양측에 권선된 고정부 권선, 및 상기 복수의 고정부 철심이 대향되게 설치됨에 따라 형성된 중공(中空)의 이동로를 갖춘 고정부; 및 상호 등간격을 유지하면서 길이방향으로 배열된 복수의 이동부 철심, 및 상기 복수의 이동부 철심 사이에 마주보게 배치된 영구자석과 비자성체 지지대에 의해 길이방향의 양측으로 분리된 철심과 영구자석을 갖추고서, 상기 이동로를 따라 이동하는 이동부를 구비하되,

상기 고정부 철심측과 이동부 철심측이 마주보는 양측 공극에서 상기 고정부의 자속 및 상기 이동부의 자속에 의해 같은 방향으로 힘을 발생시키기 위해 상기 복수의 고정부 철심이 소정간격 비틀어지게(skew) 배치된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 횡자속 선형 전동기식 가진기에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 횡자속 선형 전동기식 가진기의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 이동부의 상세도이며, 도 4는 도 2에 도시된 고정부의 상세도이고, 도 5는 도 2에 도시된 고정부 철심의 상세도이며, 도 6은 도 3에 도시된 이동부 철심과 영구자석이 고정부 철심 사이에 설치되어 있는 상태도이다. 본 발명의 실시예에 따른 횡자속 선형 전동기식 가진기는 복수의 고정부 철심(3) 및 고정부 권선(4)으로 된 고정부(1); 및 복수의 이동부 철심(7)과 그 복수의 이동부 철심(7) 사이에 배치된 영구자석(6)으로 된 이동부(2)를 구비한다.

상기 복수의 고정부 철심(3)은 U자 형태로서 소정 극간격(2τ_P)을 유지하면서 길이방향으로 배열되고, 상기 각 고정부 철심(3)의 양측에는 동일한 권선수의 상기 고정부 권선(4)이 권선된다. 상기 각각의 고정부 권선(4)의 전류 방향은 도 7에서와 같이 I₁또는 I₂처럼 항상 자속이 합하게 되는 방향이다. 그리고, 상기 복수의 고정부 철심(3)이 대향되게 설치됨에 따라 그 대향된 고정부 철심(3) 사이에는 중공(中空)의 이동로가 형성된다.

상기 복수의 이동부 철심(7)은 상호 등간격을 유지하면서 길이방향으로 배열된다. 상기 영구자석(6)은 상기 복수의 이동부 철심(7) 사이에 마주보게 배치되되 비자성체 지지대(8)에 의해 길이방향의 양측으로 분리되어 각각 독립되게 작용하며, 상기 이동로를 따라 이동한다. 상기 영구자석(6)을 마주보게 배치시킴으로써 높은 공극 자속을 만들게 된다.

그리고, 상기 고정부(1)와 이동부(2) 사이에는 판스프링 형태의 이동부 지지 탄성부재(5)이 설치되는데, 상기 이동부 지지 탄성부재(5)의 일단은 상기 고정부(1)의 일측에 결합되고 그 이동부 지지 탄성부재(5)의 타단은 상기 이동부(2)의 일측에 결합되어 상기 이동부(2)의 일정한 공극을 유지시키며, 공진 작용에 의해 적은 힘으로 빠른 가진운동을 얻을 수 있다.

한편, 상기 복수의 고정부 철심(3)은 도 5에 도시된 바와 같이, 고정부 철심측과 이동부 철심측이 마주보는 양측 공극에서 상기 고정부(1)의 자속 및 상기 이동부(2)의 자속에 의해 같은 방향으로 힘을 발생시키기 위해 소정간격(τ_P) 비틀어지게(skew) 배치된다.

도 3 및 도 6에 도시된 화살표는 상기 영구자석(6)에서 발생하는 자속의 방향을 나타낸다.

실질적으로, 도 6에서는 도 3에서와 같이 비자성체 지지대(8)에 대해 양측으로 갈라진 사각형 형태의 영구자석(6) 및 이동부 철심(7)이 모두 도시되어야 하는데, 도면의 간략화를 위해서 양측중 어느 한 측의 영구자석(6)과 이동부 철심(7)만을 도시하였다.

도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시된 고정부 권선에서의 전류방향에 따른 힘 발생을 설명하는 도면이다.

도 8a에서, 상기 고정부 권선(4)에 I₁방향의 전류를 흘리면 암페어 주회로 법칙(Ampere's circuital law)에 의해 고정부 철심(3)의 상측에는 S극의 자속이 생기고, 그 고정부 철심(3)의 하측에는 N극의 자속이 생긴다.

즉, 고정자(1)의 자극과 이동자(2)의 자극과의 상호 작용에 의해서 자극의 방향이 동일하면 반발력이 발생하고, 자극의 방향이 틀리면 흡인력이 발생하므로, 도 8a의 경우 힘 F_1a, F_2a, F_3a, F_4a가 생겨 우측 방향의 합성된 힘 F_a가 발생한다. 그로 인해, 상기 이동자(2)는 우측으로 이동하게 된다.

도 8b에서, 상기 고정부 권선(4)에 I₂방향의 전류를 흘리면 암페어 주회로 법칙(Ampere's circuital law)에 의해 고정부 철심(3)의 상측에는 N극의 자속이 생기고, 그 고정부 철심(3)의 하측에는 S극의 자속이 생긴다.

즉, 고정자(1)의 자극과 이동자(2)의 자극과의 상호 작용에 의해서 자극의 방향이 동일하면 반발력이 발생하고, 자극의 방향이 틀리면 흡인력이 발생하므로, 도 8b의 경우 힘 F_1b, F_2b, F_3b, F_4b가 생겨 우측 방향의 합성된 힘 F_b가 발생한다. 그로 인해, 상기 이동자(2)는 좌측으로 이동하게 된다.

이와 같이 상기 고정부 권선(4)에 I₁및 I₂방향의 전류를 교번되게 흘리게 되면 상기 이동자(2)는 상기 고정자(1)의 이동로내에서 왕복 직선 운동을 한다.

도 9는 본 발명이 채용된 전원공급장치를 설명하는 도면이다. 그 전원공급장치는 같은 전동기 A와 B를 동시에 여자한다. 전원공급장치가 I₁방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전원공급장치 소자(10)에서 S₁및 S₃을 도통시키면 되고, 전원공급장치가 I₂방향으로 전류를 발생시키기 위해서는 전원공급장치 소자(10)에서 S₂및 S₄를 도통시키면 된다. 미 설명 부호 9는 전원이다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 에너지 밀도가 높은 영구자석에서 큰 무부하 공극 자속을 얻을 수 있고, 권선 전류에 의해서 발생하는 자속을 이용하기 때문에 높은 추진력을 발생시킨다.

또한, 고출력이기 때문에 사용 철심과 권선의 량이 절약되므로 자재비가 적게 요구되고 동력 발생 효율을 높일 수 있다.

따라서, 높은 추력이 요구되고 설치가 제한된 장소에 설치가능하고, 특히 유압에 의해서 동력을 얻을 수 있는 시스템의 많은 부분을 간단한 전기식으로 대체시킬 수 있으며, 이동부에 영구자석이 있으므로 권선을 이동부에 설치할 필요가 없다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (3)

1. 소정 공극을 유지하면서 길이방향으로 배열된 복수의 고정부 철심, 상기 각 고정부 철심의 양측에 권선된 고정부 권선, 및 상기 복수의 고정부 철심이 대향되게 설치됨에 따라 형성된 중공(中空)의 이동로를 갖춘 고정부; 및

   상호 등간격을 유지하면서 길이방향으로 배열된 복수의 이동부 철심, 및 상기 복수의 이동부 철심 사이에 마주보게 배치된 영구자석과 비자성체 지지대에 의해 길이방향의 양측으로 분리된 철심과 영구자석을 갖추고서, 상기 이동로를 따라 이동하는 이동부를 구비하되,

   상기 고정부 철심측과 이동부 철심측이 마주보는 양측 공극에서 상기 고정부의 자속 및 상기 이동부의 자속에 의해 같은 방향으로 힘을 발생시키기 위해 상기 복수의 고정부 철심이 소정간격 비틀어지게(skew) 배치된 것을 특징으로 하는 횡자속 선형 전동기식 가진기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 고정부 및 이동부 사이에 설치되어 상기 이동부의 일정한 공극을 유지시키며 공진 작용에 의해 적은 힘으로 빠른 가진운동을 얻기위한 이동부 지지 탄성부재를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 횡자속 선형 전동기식 가진기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 이동부 지지 탄성부재는 판스프링인 것을 특징으로 하는 횡자속 선형 전동기식 가진기.