KR100434068B1 - 영구자석형 리니어모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석형 리니어모터에 관한 것으로서, 긴판상의 전기자요크와, 상기 전기자요크의 적어도 일측 면으로부터 소정 돌출되고 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 이격형성되는 복수의 전기자코어와, 상기 전기자코어에 권회되는 전기자코일을 구비한 전기자와; 상기 전기자요크와 대면되게 배치되는 계자요크와, 상호 다른 자극을 가지도록 착자되어 상기 전기자코어와 소정의 공극을 두고 상기 계자요크의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 이격배치되는 복수의 영구자석과, 상호 인접되게 배치된 영구자석의 사이에 자기저항이 작아지도록 상기 계자요크로부터 상기 전기자요크를 향해 일체로 돌출되게 형성되는 복수의 계자코어를 구비한 적어도 하나의 계자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 추력을 향상시킬 수 있으며 방열을 촉진시킬 수 있는 영구자석형 리니어모터가 제공된다.

Description

영구자석형 리니어모터{PERMANENT MAGNET TYPE LINEAR MOTOR}

본 발명은, 영구자석형 리니어모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 추력을 향상시킬 수 있으며 방열을 촉진시킬 수 있도록 한 영구자석형 리니어모터에 관한 것이다.

리니어모터는 직선형 전동기라고도 하며 직선모양으로 면하는 가동자 및 고정자사이에 추력(推力)을 발생하는 구조를 구비하고 있다. 영구자석형 리니어모터는 가동자 및 고정자 중 어느 한 쪽에 고정된 자극을 놓고 나머지 한 쪽에 교번하는 전력을 보내 양자 사이에 전자력이 작용하도록 하고, 일측 방향으로 추력이 작용할 수 있도록 하기 위해 항상 자극의 극성을 검출하여 검출된 극성에 대응되게 전류의 방향을 바꾸어 준다.

도 1은 종래의 영구자석형 리니어모터의 개략적인 부분종단면도이고, 도 2는 도 1의 가동자의 저면도이며, 도 3은 도 1의 가동자 및 고정자사이의 자속밀도를 설명하기 위한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 영구자석형 리니어모터는, 소정의 공극을 두고 상호 대면하도록 배치된 고정자(111) 및 가동자(121)를 구비하고 있다. 고정자(111)는, 긴판상의 고정자요크(112)와, 고정자요크(112)의 일측면으로부터 돌출되고 길이방향을 따라 소정 이격배치되는 복수의 고정자코어(114)와, 각 코어의 둘레에 권회되는 고정자코일(116)을 가진다.

가동자(121)는 고정자요크(112)와 대면하도록 배치되는 긴판상의가동자요크(122)와, 상호 다른 극성을 가지도록 착자되고 가동자요크(122)의 길이방향을 따라 고정자코어(114)와 소정의 공극을 두고 상호 이격배치되는 복수의 영구자석(124)을 구비하고 있다.

이러한 구성에 의하여, 도시 않은 위치검출수단에 의해 가동자(121)의 각 영구자석(124)의 위치를 검출하고, 각 영구자석(124)의 자극에 대응되게 각 고정자코일(116)에 전원을 인가하면 가동자(121)는 영구자석(124)의 자기장과 각 고정자코일(116)의 자기장의 상호 작용, 즉 흡인 및 반발작용에 의해 고정자(111)에 대해 상대 이동하게 된다. 이 때, 이동되는 가동자(121)의 영구자석(124)의 위치를 검출하여 해당 코일에 영구자석(124)의 자극에 대응되게 전원을 교번적으로 인가하게 되면 가동자(121)는 고정자(111)의 길이방향을 따라 일측으로 계속해서 이동하게 된다.

그런데, 이러한 종래의 영구자석형 리니어모터에 있어서는, 각 영구자석(124)은 가동자요크(122)의 판면으로부터 소정 돌출되고 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 상호 이격되어 있어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상호 인접된 영구자석(124)의 사이 영역(a)은 자기저항이 상대적으로 크게 되어 고정자(111)로부터의 자속이 흐를수 없게 되어 실질적으로 추력에 기여하지 못하게 되어 추력이 상대적으로 작아지게 된다고 하는 문제점이 있다.

또한, 가동자(121) 및 고정자(111)는 소정의 공극을 두고 상호 대면하도록 되어 있어, 코일에 전원이 인가되어 온도가 상승될 경우 방열이 효과적으로 이루어지지 못한다고 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 추력을 향상시킬 수 있으며 방열을 촉진시킬 수 있는 영구자석형 리니어모터를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 영구자석형 리니어모터의 개략적인 부분종단면도,

도 2는 도 1의 가동자의 저면도,

도 3은 도 1의 가동자와 고정자사이의 자속밀도를 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석형 리니어모터의 부분 종단면도,

도 5는 도 4의 가동자의 저면도,

도 6 및 도 7은 각각 도 4의 가동자 및 고정자의 기자력을 모식적으로 도시한 도면,

도 8은 도 4의 가동자 및 고정자사이의 자속밀도를 설명하기 위한 도면이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

11 : 고정자 13 : 고정자요크

15 : 고정자코어 17 : 고정자코일

21 : 가동자 23 : 가동자요크

25 : 가동자코어 27 : 영구자석

상기 목적은, 본 발명에 따라, 긴판상의 전기자요크와, 상기 전기자요크의 적어도 일측 면으로부터 소정 돌출되고 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 이격형성되는 복수의 전기자코어와, 상기 전기자코어에 권회되는 전기자코일을 구비한 전기자와; 상기 전기자요크와 대면되게 배치되는 계자요크와, 상호 다른 자극을 가지도록 착자되어 상기 전기자코어와 소정의 공극을 두고 상기 계자요크의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 이격배치되는 복수의 영구자석과, 상호 인접되게 배치된 영구자석의 사이에 자기저항이 작아지도록 상기 계자요크로부터 상기 전기자요크를 향해 일체로 돌출되게 형성되는 복수의 계자코어를 구비한 적어도 하나의 계자를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 리니어모터에 의해 달성된다.

여기서, 상기 전기자는 고정배치되며, 상기 계자는 상기 전기자에 대해 상대운동 가능하게 배치되는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영구자석형 리니어모터의 부분 종단면도이고, 도 5는 도 4의 가동자의 저면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시 예의 영구자석형 리니어모터는, 복수의 영구자석(27)을 구비한 가동자(21)와, 영구자석(27)과 상호 작용할 수 있도록 코일을 구비한 고정자(11)를 포함하여 구성되어 있다.

고정자(11)는, 긴판상을 가지는 고정자요크(13)와, 고정자요크(13)로부터 소정 돌출되고 길이방향을 따라 상호 이격배치된 복수의 고정자코어(15)와, 각 고정자코어(15)의 둘레방향을 따라 권취되어 주변에 자기장을 형성하는 복수의 고정자코일(17)을 구비하고 있다.

가동자(21)는 긴판상을 가지고 고정자요크(13)의 일측에 소정 간격을 두고 배치되는 긴판상의 가동자요크(23)와, 가동자요크(23)의 일측 판면으로부터 고정자요크(13)를 돌출되고 길이방향을 따라 상호 이격배치되는 복수의 영구자석(27)과, 상호 인접된 영구자석(27)사이영역으로부터 소정 돌출된 복수의 가동자코어(25)를 포함하여 구성되어 있다.

고정자요크(13) 및 가동자요크(23)는 강판을 소정 형상으로 펀칭하여 상호 절연되도록 적층하여 일체로 고정되도록 결합하거나, 단일체로 형성된다.

영구자석(27)은 상호 다른 자극을 가지도록 착자되어 가동자요크(23)의 길이방향을 따라 상호 교번적으로 소정 간격을 두고 배치되어 있으며, 각 영구자석(27) 사이영역에는 가동자요크(23)로부터 고정자(11)측을 향해 돌출됨으로써 가동자(21)와 고정자(11)사이의 공극을 감소시켜 자기저항을 감소시킴과 동시에 고정자코일(17)에 의해 발생된 열의 방열을 촉진시킬 수 있도록 가동자코어(25)가 각각 형성되어 있다.

도 6 및 도 7은 각각 도 4의 가동자 및 고정자의 기자력을 모식적으로 도시한 도면이고, 도 8은 도 4의 가동자 및 고정자사이의 자속밀도를 설명하기 위한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 가동자(21)의 상호 다른 자극을 가지는영구자석(27)으로부터는 크기는 거의 동일하고 방향이 상호 다른 자속이 발생되며, 각 영구자석(27)사이의 가동자코어(25)는 실질적으로 자속을 발생시키지 아니하므로 점(b)에서의 자속은 “0”으로 도시되어 있다.

각 고정자코일(17)에 해당 영구자석(27)에 대응되게 전원이 인가될 경우 고정자(11)에 의해 발생되는 기자력은, 도 7에 도시된 바와 같이, 각 영구자석(27)의 중심영역에 대응되는 영역의 점(c)에서 “0”이고 각 가동자코어(25)의 중심영역에 대응되는 영역의 점(c')에서는 방향은 상호 반대이고 절대치는 최대가 되도록 형성된다.

이에 따라, 가동자(21)와 고정자(11)사이의 자속은, 도 8에 도시된 바와 같이, 가동자(21) 및 고정자(11)의 기자력의 합으로 도시되며, 이 때 각 영구자석(27)사이에 돌출형성된 가동자코어(25)는 고정자코일(17)과의 사이의 자기저항을 감소시키게 되어 고정자코일(17)로부터 발생된 자속이 가동자코어(25)에 대응되는 영역(d,d')을 통해 흐르게 되어 추력에 기여하는 유효자속을 증대시키게 된다.

이러한 구성에 의하여, 도시 않은 위치검출수단에 의해 가동자(21)의 영구자석(27)의 위치를 검출하고, 각 고정자코일(17)에 각 영구자석(27)의 자극에 대응되게 전원을 인가하면 가동자(21)는 영구자석(27)의 자기장과 각 고정자코일(17)의 자기장의 상호 작용, 즉 흡인 및 반발작용에 의해 고정자(11)에 대해 상대 이동하게 된다.

이 때, 각 영구자석(27)사이에 형성된 가동자코어(25)는 가동자(21) 및 고정자(11)사이에 형성되는 자로의 자기저항을 감소시킴으로써, 도 8에 도시된 바와 같이, 유효자속을 증가시키게 되어 고정자(11) 및 가동자(21)사이의 추력을 증대시키게 된다. 또한, 각 가동자코어(25)는 고정자(11)측으로 돌출되게 형성되어 있어 고정자코일(17)로부터 발생된 열의 전달을 촉진시켜 고정자코일(17)의 온도가 상승되는 것을 억제시키게 된다.

전술 및 도시한 실시 예에서는, 고정자 및 가동자를 각각 전기자 및 계자의 형태로 구성된 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 계자를 고정시켜 고정자로 하고 전기자를 가동자의 형태로 구성할 수 있음은 물론이다.

또한, 전술 및 도시한 실시 예에서는, 고정자의 일측에 가동자가 상대이동 가능학 배치된 경우를 예을 들어 설명하고 있지만, 고정자의 양측에 가동자가 배치되도록 구성할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 긴판상을 가지는 계자요크와, 계자요크의 일측면으로부터 소정 돌출되고 계자요크의 길이방향을 따라 상호 다른 자극을 가지도록 교번적으로 소정 간격을 두고 배치되는 복수의 영구자석과, 상호 인접된 영구자석의 사이영역에 계자요크의 판면으로부터 돌출되도록 형성되는 계자코어를 형성하여 전기자 및 계자사이의 공극을 감소시킴으로써 유효자속을 증대시켜 추력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기자의 방열을 촉진시킬 수 있는 영구자석형 리니어모터가 제공된다.

Claims (2)

1. 긴판상의 전기자요크와, 상기 전기자요크의 적어도 일측 면으로부터 소정 돌출되고 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 이격형성되는 복수의 전기자코어와, 상기 전기자코어에 권회되는 전기자코일을 구비한 전기자와; 상기 전기자요크와 대면되게 배치되는 계자요크와, 상호 다른 자극을 가지도록 착자되어 상기 전기자코어와 소정의 공극을 두고 상기 계자요크의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 이격배치되는 복수의 영구자석과, 상호 인접되게 배치된 영구자석의 사이에 자기저항이 작아지도록 상기 계자요크로부터 상기 전기자요크를 향해 일체로 돌출되게 형성되는 복수의 계자코어를 구비한 적어도 하나의 계자를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구자석형 리니어모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전기자는 고정배치되며, 상기 계자는 상기 전기자에 대해 상대운동 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석형 리니어모터.