KR100534109B1 - 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 리니어 모터에 관한 것으로서, 코어편이 다수개로 적층된 복수의 외측코어와, 상기 외측코어와 일정한 간격을 두고 마련되는 내측코어와, 상기 외측코어와 상기 내측코어 사이에 이동가능하게 마련되는 영구자석을 포함하며, 상기 영구자석은 상기 복수의 외측코어에 각각 대응하여 동일한 수를 가지는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 추력이 향상된 리니어 모터를 제공한다.

Description

리니어 모터{LINEAR MOTOR}

본 발명은, 리니어 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유효자속의 손실을 막아 추력을 향상시킨 리니어 모터에 관한 것이다.

일반적으로 리니어 모터는 영구자석을 포함한 가동자와 외측코어와 내측코어을 포함한 고정자로 형성된다.

상기한 바와 같은 종래의 리니어 모터는, 코일에 흐르는 전류에 의해 권선 주변에 자속이 형성되며 그 자속은 고정자인 외측코어 및 내측코어를 따라 흐르게 된다. 상기한 바와 같은 자속과 영구자석에 의해 형성되는 자속의 상호작용에 의하여 영구자석이 축방향으로 힘을 받아 외측코어와 내측코어 사이에서 직선운동을 하게 되며, 입력되는 극성을 바꾸게 되면 이와는 반대의 방향으로 운동한다.

도 1은 종래의 리니어 모터의 일례를 개략적으로 도시한 것으로, 내부에 권선코일이 결합되고 코어편(110)이 적층되어 형성된 복수의 외측코어(102)와, 외측코어(102)의 내측에 일정한 거리를 두고 마련된 내측코어(103)와, 외측코어(102)와 내측코어(103) 사이에 마련된 영구자석(101)을 포함한 가동자로 구성되어 있다.

상기한 바와 같은 종래의 리니어 모터는, 외측코어(102)의 수와 영구자석(101)의 수가 일치하지 않아 외측코어(102)와 영구자석(101)이 일대일로 서로 대응하지 못한다. 예를 들면 외측코어(102)가 8개이고 영구자석이 10개인 경우를 들 수 있다.

따라서, 각 외측코어(102)와 일대일로 대응하지 못하고 하나 이상의 외측코어(102)에 겹쳐서 위치하는 영구자석(101)에 의하여 외측코어(102) · 영구자석(101) · 내측코어(103)를 따라 형성되는 자속의 경로가 길어짐으로써 추력이 저하되어 모터의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

그리고, 종래의 리니어 모터에 마련된 고정자는 외측코어(102)와 내측코어(103)의 단면의 폭이 일정하게 형성되는데, 이렇게 외측코어(102)와 내측코어(103)의 각 단면의 폭이 일정하게 형성되기 때문에 전동기 부하의 변화에 따른 외측코어(102) 및 내측코어(103)의 자속의 포화로 인하여 철손이 증가되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 유효자속의 손실을 막아 추력이 향상된 리니어 모터를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 자속의 포화를 방지하고 자속의 흐름을 원활히 하여 모터의 효율을 높이는데 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 리니어 모터에 있어서, 코어편이 다수개로 적층된 복수의 외측코어와 상기 외측코어와 일정한 간격을 두고 마련되는 내측코어와 상기 외측코어와 상기 내측코어 사이에 이동가능하게 마련되는 영구자석을 포함하며,

상기 영구자석은 상기 복수의 외측코어에 각각 대응하여 동일한 수를 가지는 것을 특징으로 하는 리니어 모터에 의하여 달성된다.

상기 영구자석은 그 수를 짝수로 하는 것이 바람직하다.

상기 내측코어는 코어편이 적층된 복수의 단위 적층체로 마련될 수 있다.

상기 복수의 내측코어는 상기 복수의 영구자석에 각각 대응하여 동일한 수를 가지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 외측코어는 외측수직부와, 상기 외측수직부의 양단에서 가로방향으로 절곡 연장된 한 쌍의 수평부와, 상기의 수평부의 각 단에서 대향하도록 절곡 연장된 한 쌍의 내측수직부를 가지고, 상기 한 쌍의 내측수직부 사이에 개구홈이 형성되어 있을 수 있다.

상기 외측코어의 외측수직부와, 상기 외측코어의 수평부와, 상기 외측코어의 내측수직부와, 상기 내측코어의 단면의 폭은 서로 다른 것이 바람직하다.

상기 외측코어의 수평부의 단면의 폭은 상기 외측코어의 외측수직부의 단면의 폭보다 크고, 상기 외측코어의 내측수직부의 단면의 폭은 상기 외측코어의 수평부의 단면의 폭보다 크거나 같으며, 상기 내측코어의 단면의 폭은 상기 외측코어의 내측수직부의 단면의 폭보다 크거나 같은 것이 바람직하다.

한편, 상기 한 쌍의 내측수직부의 대향하는 각 단부는 개구홈의 형상이 상기 영구자석에 인접한 변이 짧게 되는 대략의 사다리꼴 모양을 형성하도록 경사를 이루는 것이 바람직하다.

상기한 외측코어의 내측수직부의 양단의 모서리는 모따기부가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 외측코어의 내측수직부의 양 모따기부 사이의 거리가 상기 내측코어의 길이와 대략 동일하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명의 도시에 따른 리니어 모터를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 리니어 모터는, 보빈(7)을 포함한 외측코어(2) 및 내측코어(3)로 형성된 고정자와, 영구자석(1)을 포함한 가동자로 마련된다.

보빈(7)은 권선코일(6) 및 권선코일(6)을 외부의 단자와 연결시키는 단자부로 구성된다.

외측코어(2)는 다수개의 코어편(10)이 적층된 단위 적층체이며 환형의 보빈(7)에 일정한 간격을 두고 복수개로 마련된다.

내측코어(3)는 외측코어(2)의 내측에 일정한 간격을 두고 마련된다.

영구자석(1)은 각 외측코어(2)와 내측코어(3) 사이에 흐르는 자속의 경로에 완전히 포함되어 영구자석(1)이 추력을 발생하는데 모두 이용될 수 있도록 복수의 외측코어(2)에 동일한 수로써 각각 일대일로 대응하도록 외측코어(2)와 내측코어(3) 사이에 이동 가능하게 마련된다.

상기한 가동자는 영구자석(1)을 지지하게 결합되며 공극에서의 자속밀도 불균일에 의한 추력특성이 저하되지 않게 균일한 간격의 에어갭(AIRGAP)(29)이 구비되도록 마련된다.

도 3에서는 권선코일(6)을 포함한 보빈(BOBBIN)(7)이 외측코어(2)에 마련된 경우를 도시하고 있으나 보빈(7)은 선택에 따라 내측코어(3)에도 마련될 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 리니어 모터의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 리니어 모터에 전원이 인가되어 권선코일(6)에 전류가 흐르게 되면 권선코일(6)에 흐르는 전류에 의하여 권선코일(6) 주변에 자속이 형성되고 그 자속은 고정자인 외측코어(2) 및 내측코어(3)를 따라 폐루프(CLOSED LOOP)를 형성하며 흐르게 된다.

외측코어(2)와 내측코어(3)에 형성된 자속과 영구자석(1)에 의하여 형성된 자속의 상호작용에 의하여 영구자석(1)이 축방향으로 힘을 받아 영구자석(1)은 외측코어(2)와 내측코어(3) 사이에서 직선운동을 하게 된다.

권선코일(6)에 인가되는 전류의 방향을 바꾸게 되면 영구자석(1)은 상기와는 반대의 방향으로 운동하게 되며, 전류의 방향을 번갈아 가며 바꾸어주게 되면 직선왕복운동이 구현된다.

상기한 리니어 모터의 구성과 작동과정을 거침으로써, 외측코어(2) · 영구자석(1) · 내측코어(3)를 따라 폐루프(Closed Loop)로 자속의 경로를 형성하게 되어 모든 영구자석(1)이 각각의 외측코어(2)와 일대일로 대응하여 이동하므로 유효자속의 감소를 줄여 리니어 모터의 추력을 향상시킬 수 있다.

도 4는 외측코어(2)와 영구자석(1)을 상기한 바와 같이 각각 대응하여 수를 같게 하였을 경우, 그 수에 따른 리니어 모터의 최대추력을 나타내고 있다. 도시된 그래프에서는 그 수가 짝수일 때 리니어 모터의 최대추력이 향상되고 있음을 나타낸다. 따라서, 리니어 모터의 외측코어(2)와 영구자석(1)은 그 수를 짝수개로 마련하는 것이 바람직하다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 리니어 모터의 내측코어(3a)는 외측코어(2)와 같이 코어편(10)이 적층된 복수의 단위 적층체로 마련한다.

그리고 상기에 서술한 복수의 외측코어(2)와 복수의 영구자석(1)이 대응된 것과 같이 복수의 내측코어(3a)도 복수의 영구자석(1)에 각각 상호 대응하여 동일한 수를 가지도록 구성한다.

이에, 제2실시예는 제1실시예에 따른 리니어 모터의 추력을 더욱 향상시켜 효율을 극대화 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 리니어 모터의 종단면을 도시하고 하고 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 리니어 모터에 있어서, 외측코어(2)는 외측수직부(31)와 내측수직부(32) 그리고 수평부(33)로 구성된다.

외측수직부(31)를 기준으로 하여, 수평부(33)는 외측수직부(31)의 양단에서 가로방향으로 절곡 연장되어 한 쌍을 이룬다.

이에 따라 외측코어(2)는 대략의 "ㄷ"자 모양을 형성하게 된다.

내측수직부(32)는 한 쌍의 수평부(33)의 각 단에서 대향하도록 절곡 연장된 한 쌍으로 형성되며, 상기한 한 쌍의 내측수직부(32) 사이에는 개구홈(4)이 마련되어 권선코일(6)이 노출되도록 형성된다.

또한, 일정한 두께를 가지고 있는 코어편(10)에서 외측코어의 외측수직부(31)와, 외측코어의 수평부(33)와, 외측코어의 내측수직부(32)와, 내측코어(3)의 단면의 폭을 서로 다르게 하여 상기한 각 부의 단면적을 다르게 형성한다.

구체적으로는, 외측코어의 수평부(33)의 단면의 폭(c)은 외측코어의 외측수직부(31)의 단면의 폭(b)보다 크고, 외측코어의 내측수직부(32)의 단면의 폭(d)은 외측코어의 수평부(33)의 단면의 폭(c)보다 크거나 같으며, 내측코어(3)의 단면의 폭(a)은 외측코어의 내측수직부의 단면의 폭(d)보다 크거나 같게 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 외측코어(2)의 각 부의 단면의 폭과 내측코어(3)의 단면의 폭을 다르게 함으로써, 단면을 통과 하는 자기유도선의 수인 자속의 양이 외부 부하의 변동이 많게 되어 증가될 때, 자속의 흐름을 원활히 하여 자속포화상태가 최소화되도록 작용한다.

한 쌍의 내측수직부(32)의 대향하는 각 단부는 개구홈(4)의 형상이 영구자석(1)에 인접한 변이 짧게 되는 대략의 사다리꼴 모양을 형성하도록 경사(26)를 이룬다.

한편, 외측코어의 내측수직부(32) 양단의 모서리는 모따기하여 모따기부(11)를 형성한다.

상기한 바와 같이, 외측코어의 내측수직부(32)의 대향하는 단부를 경사(26)지도록 형성하고, 상기 내측수직부(32)의 양단의 모서리(11)를 모따기하여 경사를 갖게 하는 것은 비교적 고가인 영구자석(1)의 부담을 최소화하여 영구자석(1)의 수명을 늘리도록 작용된다.

그리고, 외측코어(2)의 내측수직부(32)에 마련된 한 쌍의 모따기부(11)에서 중심방향의 양 단부 사이의 거리(e)는 내측코어(2)의 길이와 대략 동일하도록 마련한다.

이는 영구자석(1)이 끝단으로 이동하여 외측코어(2)와 내측코어(3)의 범위 밖으로 운동하였을 경우 발생하는 추력의 손실을 감소시킨다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유효자속의 손실을 막아 추력이 향상된 리니어 모터가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 영구자석의 부담을 줄이고, 모터에 가해지는 부하의 증가에 따른 자속량의 증가로 발생하는 자속의 포화를 방지하며, 자속의 흐름을 원활히 하여 리니어 모터의 효율을 높일 수 있다.

도 1은 종래의 리니어 모터의 개략적인 횡단면도,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 리니어 모터의 개략적인 횡단면도,

도 3은 도 2의 리니어 모터의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 종단면도,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 리니어 모터의 최대추력곡선도표,

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 리니어 모터의 횡단면도,

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 리니어 모터의 종단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 영구자석 2 : 외측코어

3 : 내측코어 4 : 개구홈

10 : 코어편 11 : 모따기부

26 : 경사부 31 : 외측수직부

32 : 내측수직부 33 : 수평부

Claims (10)

1. 리니어 모터에 있어서,

   코어편이 다수개로 적층되어 권선코일과 결합되며 복수로 마련되며, 외측수직부와, 상기 외측수직부의 양단에서 가로방향으로 절곡 연장된 한 쌍의 수평부와, 상기의 수평부의 각 단에서 대향하도록 절곡 연장된 한 쌍의 내측수직부와, 상기 한 쌍의 내측수직부 사이에 개구홈이 형성되어있는 외측코어와;

   상기 외측코어와 일정한 간격을 두어 자속이 폐루프를 형성하도록 마련된 내측코어와;

   유효자속을 줄여 추력을 향상시킬 수 있도록 상기 외측코어와 상기 내측코어 사이에 이동가능하게 마련되며, 상기 복수의 외측코어에 각각 대응하여 동일한 수를 가지는 영구자석과;

   상기 외측코어의 외측수직부와, 상기 외측코어의 수평부와, 상기 외측코어의 내측수직부와, 상기 내측코어의 단면의 폭은 서로 다른 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 영구자석은 추력이 향상되도록 그 수를 짝수로 형성하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 내측코어는 코어편이 적층된 복수의 단위 적층체로 마련되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
4. 제3항에 있어서,

   상기 복수의 내측코어는 상기 복수의 영구자석에 각각 대응하여 동일한 수를 가지는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,

   상기 외측코어의 수평부의 단면의 폭은 상기 외측코어의 외측수직부의 단면의 폭보다 크고,

   상기 외측코어의 내측수직부의 단면의 폭은 상기 외측코어의 수평부의 단면의 폭보다 크거나 같으며,

   상기 내측코어의 단면의 폭은 상기 외측코어의 내측수직부의 단면의 폭보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
8. 제1항에 있어서,

   상기 한 쌍의 내측수직부의 대향하는 각 단부는 개구홈의 형상이 상기 영구자석에 인접한 변이 짧게 되는 대략의 사다리꼴 모양을 형성하도록 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
9. 제1항에 있어서,

   상기 내측수직부의 양단의 모서리는 모따기부가 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
10. 제9항에 있어서,

    상기 외측코어의 내측수직부의 양 모따기부 사이의 거리가 상기 내측코어의 길이와 대략 동일하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.