KR100528406B1

KR100528406B1 - 리니어 모터

Info

Publication number: KR100528406B1
Application number: KR10-2000-0019616A
Authority: KR
Inventors: 김덕용
Original assignee: 주식회사 케이엠더블유
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2005-11-17
Also published as: KR20010096740A

Abstract

본 발명은 리니어 모터 전체적인 크기를 작게할 수 있고, 리럭턴스힘이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 운전효율을 향상시킬 수 있는 리니어 모터에 관한 것이다.

본 발명은 하우징과;상기 하우징의 좌우 양 단부에 삽입되어 형성되는 제1,제2 실린더와; 상기 제1,제2실린더 사이에 적층되는 제1-제3고정자와; 상기 제1,제2실린더내에서 각기 직선 왕복 운동을 하는 제1,제2피스톤을 연결하는 원형축과; 상기 제1,제2피스톤 사이의 원형축에 적층되는 제1-제4영구자석으로 구성구성하고,

피스톤이 좌측으로 이동시 제1영구자석의 우측단부가 제1고정자의 좌측단부에 일치되도록하고, 제2-제4영구자석의 좌측단부는 제1-제3고정자의 중간부분을 넘지 않도록 하며, 제4영구자석의 우측단부는 제3고정자의 우측단부에 일치되도록 한 것을 특징으로 하는 리니어 모터를 제공한다.

Description

리니어 모터{Linear motor}

본 발명은 리니어 모터에 관한 것으로, 특히 고정자와 구동자의 배열을 달리하여 고정자와 구동자 사이에 발생하는 상호 전자기력의 방향이 피스톤의 이동방향과 동일하게 형성되도록 함으로써, 모터의 운전효율을 향상시킬 수 있도록 한 리니어 모터에 관한 것이다.

압축기 등에 사용되는 일반적인 리니어 모터는 고정자와 구동자를 구비하여 구동자가 직선왕복운동을 하도록 된 것으로, 고정자에는 코일이 권선되어 구동자의 외측에 설치되며, 구동자는 영구자석이 결합되어 고정자의 내측에 설치되어 있다.

이때, 코일에 전류가 인가되면 고정자와 구동자(영구자석) 사이의 상호 전자기력에 의하여 구동자가 직선 왕복 운동을 하게 되며, 그 직선운동이 피스톤에 전달되어,

피스톤이 실린더 내부를 직선 왕복 운동을 하게 된다.

이때, 종래 대부분의 리니어 모터 특히 압축기용으로 사용되는 리니어 모터는 도1에 도시된 바와 같이,

고정자를 외측 고정자(1)와 내측 고정자(2)로 구성한 다음 외측 고정자(1)와 내측 고정자(2) 사이에 소정의 간격을 두고, 그 간격사이를 구동자(영구자석)(3)가 직선 왕복 운동하도록 구성하고 있다.

그리고 상기 구동자(영구자석)(3)와 피스톤(4)과는 소정의 연결부재(5)를 이용하여 연결함으로써 구동자(영구자석)(3)와 피스톤(4)이 연동되어 움직이도록 구성하고 있다.

다시말하면, 도2에 도시된 바와같이 권선코일에 전류가 흐르면 그 전류에 의해 권선코일 주변에 자속이 형성되며, 그 자속은 외측고정자(1)와 내측고정자(2)를 따라 폐루프를 형성하면서 흐르게 된다.

즉, 구동자(영구자석)(3)에 의해 형성되는 자속과 내,외측고정자(1)(2) 사이에 형성되는 자속(점선화살표)에 의한 상호작용력에 의해 구동자(영구자석)(3)가 축방향(실선화살표)으로 직선운동을 하게 된다.

그러나, 상기와 같이 외측고정자와 내측고정자를 구비하고 그 사이에 소정의 간격을 두어 그 간격사이를 구동자(영구자석)가 이동하도록 한 종래의 구성은 하우징내 불필요한 공간이 발생하게 되어 결과적으로 리니어 모터의 전체크기가 커지는 문제점이 있었다.

또한, 코일에 인가되는 전류에 의해 구동자(영구자석)가 직선 왕복 운동하는 과정에서 구동자(영구자석)가 고정자의 극 바깥 가장자리에 근접하게 될 때, 고정자 극의 바깥쪽으로 벗어나려는 리럭턴스(Reluctance)힘이 발생하게 된다. 이로 인해 구동자(영구자석)과 연동되는 피스톤이 토출측과 충돌하는 문제점이 있었다.

또한, 고정자와 구동자의 상호작용에 의해 형성되는 자속의 방향이 피스톤의 이동방향과 수직인 방향이기 때문에 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 리니어 모터 전체적인 크기를 작게할 수 있고, 리럭턴스힘이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 운전효율을 향상시킬 수 있는 리니어 모터를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하우징과; 상기 하우징의 좌우 양 단부에 삽입되어 형성되는 제1,제2 실린더와; 상기 제1,제2실린더 사이에 적층되는 제1-제3고정자와; 상기 제1,제2실린더내에서 각기 직선 왕복 운동을 하는 제1,제2피스톤을 연결하는 원형축과; 상기 제1,제2피스톤 사이의 원형축에 적층되는 제1-제4영구자석으로 구성구성하고,피스톤이 좌측으로 이동시 제1영구자석의 우측단부가 제1고정자의 좌측단부에 일치되도록하고, 제2-제4영구자석의 좌측단부는 제1-제3고정자의 중간부분을 넘지 않도록 하며, 제4영구자석의 우측단부는 제3고정자의 우측단부에 일치되도록 한 것을 특징으로 하는 리니어 모터를 제공한다.

이하, 본 발명의 1실시 예를 첨부한 도3내지 도6를 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 1실시 예를 나타낸 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이

하우징(100)과; 상기 하우징(100)의 좌우 양 단부에 삽입되어 형성되는 제1,제2 실린더(121,122)와; 상기 제1,제2실린더(121,122) 사이에 적층되는 제1-제3고정자(131-133)와; 상기 제1,제2실린더(121,122)내에서 각기 직선 왕복 운동을 하는 제1,제2피스톤(141,142)을 연결하는 원형축(150)과; 상기 제1,제2피스톤(141,142) 사이의 원형축(150)에 적층되는 제1-제4영구자석(161-164)으로 구성한다.

이때, 상기 제1-제3고정자(131-133)는 내부에 코일이 권선되는 소정의 홈(H)이 있고, 외주면은 원형의 철판으로 복개하여 구성하는데, 소정의 폭을 갖는 제1,제2아우터스페이서(171,172)에 의해 소정 간격 이격 되게 적층된다.

제1-제4영구자석(161-164) 역시 소정의 폭을 갖는 제1-제3이너스페이서(181-183)에 의해 소정 간격 이격되게 적층된다.

상기 원형축(150)과 제1-제4영구자석(161-164) 및 제1-제3이너스페이서(181-183)는 일반적인 리니어 모터에 있어서, 구동자의 역할을 하는 것이다.

이와 같이 피스톤(141)과 피스톤(142)을 연결하는 원형축(150)에 영구자석(161-164)을 적층하여 구동자로 이용하기 때문에 하우징(100)내 면적을 효율적으로 이용하는 것이 가능하다.

또한 별도의 연결부재 없이 구동자가 직접 피스톤을 이동시키기 때문에 구조적으로 안정적이다.

그리고 제1-제3고정자(131-133)와 제1-제4영구자석(161-164)과의 위치배열은, 제1,제2피스톤(141,142)이 최대로 좌측으로 이동시 제1영구자석(161)의 우측단부가 제1고정자(131)의 좌측단부에 일치되도록하고, 제2-제4영구자석(161-164)의 좌측단부는 제1-제3고정자(131-133)의 중간지점을 넘지 않도록 하며, 제4영구자석(164)의 우측단부는 제3고정자(133)의 우측단부에 일치되도록 한다.

제1,제2피스톤(141,142)이 최대로 우측으로 이동시에는 상기 배열과 반대로 되도록 배열한다.

즉, 상기와 같은 배열이 되도록 제1-제3고정자(131-133), 제1-제4영구자석(161-164),제1,제2아우터스페이서(171,172),제1-제3이너스페이서(181-183)의 크기 및 길이를 정한다. 그리고, 상기 하우징(100), 제1,제2아우터스페이서(171,172), 제1-제3이너스페이서(181-183) 및 원형축(150) 등은 알루미늄같은 자화되지 않는 소재를 사용한다.

이하, 동작을 설명을 하면 다음과 같다.

먼저, 제1-제4영구자석(161-164)의 자극은 도4 및 도5에 도시한 바와 같이 형성되도록 구성한다.

이와 같이 구성한 상태에서 코일에 전류를 인가하여 제1-제3고정자(131-133)의 자속이 도4에 도시한 바와 같이 발생하도록 한다.

그러면 제1영구자석(161)의 S극과 제1고정자(131)의 N극, 제2영구자석(162)의 N극과 제2고정자(132)의 S극, 제3영구자석(163)의 S극과 제3고정자(133)의 N극은 서로 인력이 작용하고, 제2영구자석(162)의 S극과 제1고정자(131)의 S극, 제3영구자석(163)의 N극과 제2고정자(132)의 N극, 제4영구자석(164)의 S극과 제3고정자의(133) S극은 서로 척력이 작용한다.

이로 인해 제1-제4영구자석(161-164)은 우측으로 이동하고, 제1,제2피스톤(141,142) 역시 우측으로 이동한다. 반대로, 코일에 전류를 인가하여 제1-제3고정자(131-133)의 자속이 도5에 도시한바와 같이 발생하도록 하면, 제1고정자(131)의 N극과 제2영구자석(162)의 S, 제2고정자(132)의 S극과 제3영구자석(163)의 N극, 제3고정자(133)의 N극과 제4영구자석(164)의 S극은 서로 인력이 작용하고, 제1고정자(131)의 S극과 제1영구자석(161)의 S극, 제2고정자(132)의 N극과 제2영구자석(162)의 N극, 제3고정자(133)의 S극과 제3영구자석(163)의 S극은 서로 척력이 작용한다.

이로 인해, 제1-제4영구자석(161-164)은 좌측으로 이동하고, 제1,제2피스톤(141,142) 역시 좌측으로 이동한다.

한편, 도4에서, 제1-제3고정자(131-133)와 제1-제4영구자석(161-164)의 전자기적 작용에 의해 원형축(150)이 우측으로 이동할 때, 다시말하면, 제1영구자석(161)의 S극과 제1고정자(131)의 N극, 제2영구자석(162)의 N극과 제2고정자(132)의 S극, 제3영구자석(163)의 S극과 제3고정자(133)의 N극 사이에 서로 인력이 작용하여 원형축(150)이 우측으로 이동하다가, 제1영구자석(161)의 S극이 제1고정자(131)의 중간부분 즉, 제1고정자(131)의 N극이 S극으로 바뀌는 지점에 도달하면 이때는 인력이 아니라 척력이 발생하여 더 이상 이동하지 않게 된다.

제2,제3영구자석(162,163)과 제2,제3고정자(132,133)와의 관계도 같은 원리이다.

상기와 같은 원리에 의해 영구자석이 직선 왕복운동하는 과정에서 고정자의 극 바깥 가장자리에 근접하게 될 때, 고정자 극의 바깥쪽으로 벗어나려는 리럭턴스힘이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 고정자와 같이 가운데가 비어있는 중공상태의 고정자인 경우에는 자장의 방향이 도6에 도시한 바와 같이 형성된다. 즉, 고정자의 좌측이 N극, 우측이 S극으로 형성될 때, 중공에서의 자장의 방향은 실선화살표 방향으로 형성된다.

그리고 본 발명의 경우 영구자석의 극성이 좌측과 우측으로 구분되어 있기 때문에 자석에 의해 형성되는 자장의 방향은 점선화살표 방향으로 형성된다.

다시 말하면, 고정자와 영구자석에 의해 형성되는 자장의 방향이 피스톤의 이동방향과 수평인 방향이 된다.

상기와 같이 고정자와 영구자석에 의해 형성되는 자장의 방향이 피스톤의 이동방향과 수평인 방향이 되면, 영구자석의 직선운동이 더욱 효율적이 된다.

도7은 본 발명의 제2실시 예를 나타낸 단면도로서, 이에 도시한 바와같이

하우징(100)의 타측단부를 원형커버(200)로 복개하고,

원형축(150)내의 임의의 지점을 막은다음 상기 원형커버(200)의 내측면과 원형축(150)과의 사이에 피스톤스프링(210)을 설치하여 구성한다.

이때, 제1-제3고정자(131-133), 제1-제2아우터스페이서(171,172), 제1-제4영구자석(161-164) 및 제1-제3이너스페이서(181-183)의 구성은 동일하다.

도8은 본 발명의 제3실시 예를 나타낸 단면도로서, 원형축(150)내의 일측단부의 소정지점을 실린더(220)로 이용할 수도 있다.

즉, 원형축(150)내의 일부를 실린더(220)로 구성하고, 그 실린더(220)내에 피스톤(230)을 삽입하되 피스톤(230)의 타측단부는 하우징(100)의 일측단부에 고정되도록 한다.

이와 같이 구성하면 피스톤은 고정되어 있고, 실린더 자체가 직선 왕복 운동을 하게된다. 즉, 동일한 직선 왕복운동을 하면서도 면적을 줄일 수 있다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 피스톤과 피스톤을 연결하는 원형축에 영구자석을 적층하여 구동자로 이용하기 때문에 하우징내 면적을 효율적으로 이용하는 것이 가능하고, 구조적으로 리니어 모터 전체 크기를 작게 할 수 있으며,

고정자와 영구자석에 의해 형성되는 상호 전자기력 방향이 피스톤의 이동방향과 수평인 방향이기 때문에 효율을 향상시킬 수 있고, 리럭턴스힘이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도1은 일반적인 리니어 모터를 나타낸 단면도.

도2는 도1에 있어서 고정자와 구동자 사이의 자극방향을 나타낸 단면도.

도3은 본 발명의 1실시 예를 나타낸 단면도.

도4는 도3에 있어서, 피스톤이 우측이동시를 나타낸 단면도.

도5는 도3에 있어서, 피스톤이 좌측이동시를 나타낸 단면도.

도6은 도3에 있어서, 고정자와 구동자와의 상호 전자기력 방향을 나타낸 도.

도7은 본 발명의 2실시 예를 나타낸 단면도.

도8은 본 발명의 3실시 예를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 설명*

100 : 하우징 121,122 : 제1,제2 실린더

131-133 : 제1-제3고정자 141,142 : 제1,제2피스톤

150 : 원형축 161-164 : 제1-제4영구자석

171,172 : 제1,제2아우터스페이서 181-183 : 제1-제3이너스페이서

Claims

하우징과;상기 하우징의 좌우 양 단부에 삽입되어 형성되는 제1,제2 실린더와;

상기 제1,제2실린더 사이에 적층되는 제1-제3고정자와;

상기 제1,제2실린더내에서 각기 직선 왕복 운동을 하는 제1,제2피스톤을 연결하는 원형축과;

상기 제1,제2피스톤 사이의 원형축에 적층되는 제1-제4영구자석으로 구성하고,

피스톤이 좌측으로 이동시 제1영구자석의 우측단부가 제1고정자의 좌측단부에 일치되도록하고, 제2-제4영구자석의 좌측단부는 제1-제3고정자의 중간부분을 넘지 않도록 하며, 제4영구자석의 우측단부는 제3고정자의 우측단부에 일치되도록 한 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서, 상기 제1-제3고정자는 코일이 권선된 솔레노이드에 원형의 철판을 씌어 구성하는데, 제1,제2아우터스페이서에 의해 소정 간격 이격 되게 적층되고, 제1-제4영구자석 역시 제1-제3이너스페이서에 의해 소정 간격 이격되게 적층된 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서, 상기 고정자와 상기 영구자석에 의한 자장은 피스톤의 이동방향과 수평방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
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