KR100770156B1

KR100770156B1 - 리니어 모터 및 흡인력 상쇄형 리니어 모터

Info

Publication number: KR100770156B1
Application number: KR1020067008838A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 미야모토
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2007-10-25
Also published as: CN100557925C; US20070247008A1; KR20060086389A; CN1890862A; JP2005184878A; JP4492118B2; TWI338431B; DE112004002489T5; WO2005060076A1; US7696651B2; TW200533036A

Abstract

모터의 손실을 저감하고, 모터 효율이 향상된 리니어 모터를 제공한다.

I자 형상 자성 철심(1)의 주위에 절연 수지(3)를 통해 감겨지는 한 종류의 전기자 권선(2)으로 이루어지는 전기자 모듈을 복수개, 스트로크(stroke) 방향으로 비자성재 홀더(4)에 배치하고, 이 비자성재 홀더(4)의 상부와 하부를 각각 베이스 상판(8a)과 베이스 하판(8b)에 부착한 가동자부와, I자 형상 자성 철심(1)과 자기적 공극을 통해 대향 배치되는 복수의 계자 영구자석(10)을 지지하는 계자 요크(9)를 구비하는 고정자부로 리니어 모터를 구성하고, 비자성재 홀더(4)에 I자 형상 자성 철심(1)의 형상과 배치 피치에 맞춘 발취 구멍(41)을 마련하고, 이 발취 구멍(41)에 볼트(5)를 삽입하여 비자성 홀더를 베이스 상판(8a)과 베이스 하판(8b)에 고정하였다.

리니어 모터, 자성 철심, 전기자 권선, 스트로크, 비자성재 홀더, 상판, 하판, 가동자부, 계자 영구자석, 계자 요크, 고정자부, 피치, 발취 구멍

Description

리니어 모터 및 흡인력 상쇄형 리니어 모터{LINEAR MOTOR AND ATTRACTION-COMPENSATING TYPE LINEAR MOTOR}

본 발명은 리니어 모터 및 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 전기자 구조에 관한 것으로, 특히 분할되어 있는 전기자 모듈의 고정에 관한 것이다.

종래의 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 전기자는, 그 전기자를 모듈로 분할하고 있고, 각 전기자 모듈은, 전기자 모듈 코어 사이에 배치한 각주(角柱)에 마련된 탭(tap) 구멍을 이용하여 전기자 베이스(base) 상하에 볼트 고정하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조)

　　<특허문헌 1> 특개평 10-323011호 공보(도 1, 도 3)

도 6은 특허문헌 1에 기재의 리니어 모터를 긴 방향으로 자른 단면을 위로부터 본 도이다. 고정자는 좌측 고정자(55)와 우측 고정자(56)의 2개로 이루어지고, 동일한 구조의 것이 대향하도록 배치되어 있다. 각각의 고정자(55, 56)는 계자 영구자석(56b)과 그것을 부착하고 있는 계자 백요크(56a)로 구성된다. 가동자(51)는 이들 2개의 고정자(55, 56) 사이에 있고, 그 상면은 부하로 고정되고, 긴 방향(즉, 도면의 상하 방향)으로 이동 자유롭게 지지되어 있다. 가동자(51)의 구조는, I형 전기자 티스(teeth)(52a)에 전기자 권선(53)을 감아서 구성한 전기자 부 품(piece)(52)과, 이러한 선단의 치아(齒牙)의 사이에 삽입된 비자성재의 각주(54)와, 이 각주(54)를 고정하고 있는 베이스로 구성되어 있다. 이 각주(54)의 외형은 전기자 부품(52) 선단의 형태를 따라 형성되고, 전기자 부품(52)의 선단과 각주(54)는 접착 고정되어 있다. 또한, 이 각주(54)에는 그 상하면에 탭 구멍(54d)이 가공되고, 각주(54)의 모든 것이 볼트에 의해 베이스에 장착된다.

도 7은 동일한 특허문헌 1에 기재의 리니어 모터의 다른 예로 그 정단면도이다.

도에 있어서, (61)은 가동자, (62)는 전기자 모듈부, (63)은 전기자 권선, (64)는 각주, (65)는 좌측 고정자, (66)은 우측 고정자, (67)은 베이스, (67a)는 상베이스(upper base), (67b)는 하베이스(lower base), (68)은 자켓이다. 가동자 (61)의 구조는 상베이스(67a)와 하베이스(67b)를 전기자 모듈부(62)의 상하로 배치하여 고정하고 있고, 하베이스(67b)의 상면과 상베이스(67a)의 하면을 사용하여 부하를 고정할 수 있도록 되어 있다. 이와 같이 상베이스(67a), 하베이스(67b)를 전기자부 상하로부터 붙이고 고정용 각주(64c)와 볼트에 의해 고정하는 구조로 되어 있다.

이와 같이 종래의 흡인력 상쇄형 리니어 모터는, 전기자 모듈 사이에 배치한 고정용 각주에 마련된 탭(tap) 구멍을 이용하여 각 전기자 모듈을 위치 결정 고정하는 것이다.

<발명이 해결하고자 하는 과제>

종래의 흡인력 상쇄형 리니어 모터는, 전기자 모듈 사이의 권선 배치 부분의 스페이스를 희생시켜 여기에 탭 가공한 고정용 각주를 배치한 구조로 되어 있어, 이 고정용 각주 부분에는 권선을 배치할 수가 없기 때문에, 손실이 증가하고 리니어 모터의 효율이 저하한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 상기 각 전기자 모듈을 위치 결정 고정함과 아울러, 권선 배치 스페이스를 희생시키는 일 없이, 권선 점적율을 한계까지 크게 할 수가 있고, 따라서 리니어 모터의 효율이 향상되는 흡인력 상쇄형 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 문제를 해결하기 위해, 청구항 1에 기재의 발명은 리니어 모터에 관한 것으로, I자 형상 자성 철심과 이 I자 형상 자성 철심의 주위에 감겨지는 한 종류의 전기자 권선으로 이루어지는 전기자 모듈과, 이러한 전기자 모듈을 복수개, 스트로크(stroke) 방향으로 배치하는 비자성재 홀더(holder)와, 이 비자성재 홀더를 상부와 하부에서 각각 부착하는 베이스 상판과 베이스 하판을 구비하는 가동자부와, 상기 I자 형상 자성 철심과 자기적 공극(空隙)을 통해 대향 배치되는 복수의 계자 영구자석과, 이들 계자 영구자석을 지지하는 계자 요크를 구비하는 고정자부로 이루어지는 리니어 모터로서, 상기 비자성재 홀더에는, 그 양단부에 상기 I자 형상 자성 철심의 형상과 배치 피치에 맞춘 발취 구멍을 마련하고, 이 발취 구멍에 볼트를 삽입하여 상기 비자성 홀더를 상기 베이스 상판과 베이스 하판에 고정한 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재의 발명은 리니어 모터와 관련되어, I자 형상 자성 철심과 이 I자 형상 자성 철심의 주위에 감겨지는 한 종류의 전기자 권선으로 이루어지는 전기자 모듈과, 이러한 전기자 모듈을 복수개, 스트로크(stroke) 방향으로 그 상부와 하부에서 각각 부착하는 베이스 상판과 베이스 하판을 구비하는 가동자부와, 상기 I자 형상 자성 철심과 자기적 공극을 통해 대향 배치되는 복수의 계자 영구자석과, 이들 계자 영구자석을 지지하는 계자 요크를 구비하는 고정자부로 이루어지는 리니어 모터로서, 상기 베이스 상판과 베이스 하판 및 상기 I자 형상 자성 철심의 양단부에, 이 I자 형상 자성 철심의 형상과 배치 피치에 맞춘 핀 구멍을 마련하고, 이 핀(pin) 구멍에 핀을 삽입하여 상기 I자 형상 자성 철심을 상기 베이스 상판과 베이스 하판의 사이에 고정한 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재의 발명은, 청구항 2에 기재의 리니어 모터에 있어서, 상기 핀 구멍이 상기 I자 형상 자성 철심을 관통하는 구멍이고, 한편 상기 핀이 상기 베이스 상판으로부터 상기 베이스 하판에 이르는 길이를 가지는 관통 핀(pin)인 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재의 발명은, 청구항 2 또는 3에 기재의 리니어 모터에 있어서, 상기 전기자 모듈군의 스트로크(stroke) 방향의 전후단에, 전기자 양단에 생기는 단효과(端效果)에 의한 코깅(cogging)을 상쇄시키는 서브티스(sub-teeth)를 마련하고, 그때 상기 베이스 상판과 베이스 하판 및 상기 서브티스의 양단부에 핀 구멍을 마련하고, 이 핀(pin) 구멍에 핀을 삽입하여 상기 서브티스를 상기 베이스 상판과 베이스 하판의 사이에 고정한 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재의 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재의 리니어 모터에 있어서, 상기 전기자 권선과의 간극부에 몰드 수지를 충전시킨 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재의 발명은, 흡인력 상쇄형 리니어 모터에 관한 것으로, 청구항 1∼5의 어느 한 항에 기재의 리니어 모터에, 또한 상기 가동자부를 끼워서, 상기 고정자부측의 반대측에 이와 동일한 고정자부를 상기 가동자부에 대해서 대칭 위치에 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재의 발명은, 청구항 6에 기재의 흡인력 상쇄형 리니어 모터에 있어서, 상기 베이스 하판의 하부측에, 리니어 가이드(linear guide)의 가이드부를 고정시킨 것을 특징으로 한다.

<발명의 효과>

이상의 구성에 의해, 권선 스페이스를 희생시키는 것이 없어지게 되어, 권선 점적율을 한계까지 크게 할 수 있고 효율이 높은 리니어 모터를 실현할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련되는 자기 흡인력 상쇄형 리니어 모터로, (a)는 정면도, (b)는 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예와 관련되는 자기 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예와 관련되는 자기 흡인력 상쇄형 리니어 모터로, (a)는 정면도, (b)는 측단면도이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예와 관련되는 자기 흡인력 상쇄형 리니어 모터로, (a)는 정면도, (b)는 측단면도이다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예와 관련되는 자기 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 평면도이다.

도 6은 제1 종래예의 자기 흡인력 상쇄형 리니어 모터를 긴 방향으로 자른 단면을 위로부터 본 도이다.

도 7은 제2 종래예의 자기 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 정단면도이다.

<부호의 설명>

1 I자 형상 자성 철심

1a, 1a＇ 핀 구멍

2　 전기자 권선 3　 절연 수지

4　 비자성 홀더 41　 발취 구멍

5　 볼트

6　 모터 단자부 7　 모터 리드

8　 베이스판(base plate)

8a　 베이스 상판 8b　 베이스 하판

9　 계자 요크 10　 계자 영구자석

11　 몰드 수지

21　 핀(pin) 21＇ 긴 관통 핀(pin)

31　 리니어 가이드 블록(linear guide block)

32　 리니어 가이드 레일(linear guide rail)

51 서브티스(sub-teeth)

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

<실시예 1>

도 1은 본 발명의 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 제1 실시예로, (a)는 정면도, (b)는 측면도이다.

도에 있어서, (1)은 I자 형상 자성 철심, (2)는 전기자 권선, (3)은 절연 수지, (4)는 비자성 홀더, (5)는 볼트, (6)은 모터 단자부, (7)은 모터 리드, (8)은 베이스판, (8a)는 베이스 상판, (8b)는 베이스 하판, (9)는 계자 요크, (10)은 계자 영구자석이다.

도에서 알 수 있듯이, I자 형상 자성 철심(1)에 절연 수지(3)를 얇은 두께로 성형 몰드함으로써 전기 절연층을 확보하고, 그 위에 전기자 권선(2)이 감겨짐으로써 전기자 모듈을 구성하고 있다. 이러한 전기자 모듈을 복수개, 비자성재 홀더(4)(좌측 비자성재 홀더가 (4a), 우측 비자성재 홀더가 (4b))에 스트로크(stroke) 방향으로 부착하고, 또한 이 비자성재 홀더(4)의 상부와 하부를 각각 베이스 상판(8a)과 베이스 하판(8b)에 부착하고 있다.

그 경우, 비자성재 홀더(4)에는, 그 양단부에 I자 형상 자성 철심의 형상과 배치 피치에 맞춘 발취 구멍(41)을 마련하고, 그 발취 구멍(41)에 볼트(5)를 삽입하여 비자성 홀더(4)를 베이스 상판(8a)과 베이스 하판(8b)에 고정하고 있다.

또, 간극 부분에는 몰드 수지(11)가 주입됨으로써, 전기자부의 기계적 강도를 얻고 있다.

또, 도와 같이 전기자 권선(2)의 양단에는, 계자 요크(9)에 계자 영구자석(10)을 고정시킨 계자부가 공극을 통해 배치되어 있다.

도 2는 도 1의 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 평면도이다.

도에 있어서, 서로 평행으로 뻗은 2개의 계자 요크(9)의 서로의 내측에 계자 영구자석(10)이 다수, 극성을 이웃한 영구자석끼리 달리하여 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 이 2개의 계자 요크(9)의 서로의 내측에 가동자가 서로 계자 영구자석(10)과 공극을 통해 배치되어 있다.

본 발명의 제1 실시예가 특허문헌 1에 기재의 리니어 모터와 다른 부분은, 제1 실시예에서는 전기자 모듈(1)이 I자 형상 자성 철심의 선단부에서(볼트에 의해) 고정되어 있으므로, 권선 스페이스(space)를 희생시키는 일 없이 고정되어 있는 점이다.

따라서, 권선 점적율을 한계까지 크게 할 수가 있고 효율이 좋은 리니어 모터가 얻어지게 된다.

<실시예 2>

도 3은 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 제2 실시예로, (a)는 정면도, (b)는 측면도이다. 도 3에 있어서 도 1 및 도 2와 동일 부호는 동일한 것을 나타내고 있으므로 중복된 설명은 생략한다. (11)은 몰드 수지, (21)은 핀이다.

제2 실시예에 의하면, 제1 실시예와 동일한 I자 형상 자성 철심(1)의 주위에 절연재를 통해 한 종류의 전기자 권선(2)를 감아서 전기자 모듈로 하고, 이러한 전기자 모듈을 복수개, 스트로크(stroke) 방향으로 배치해, 그 상부와 하부에서 각각 베이스 상판(8a)과 베이스 하판(8b)에 핀으로 부착하고 있다. 핀 구멍(1a)은 I자 형상 자성 철심의 형상과 배치 피치에 맞추어 설치되어 있다.

이와 같이 도 1 및 도 2에 나타내는 제1 실시예에서는, 비자성재 홀더(4)에 전기자 모듈의 위치 결정 고정을 하고 있었지만, 제2 실시예에서는 핀(21)에 의해 위치 결정 고정을 행하는 점이 차이가 난다. 이와 같이 함으로써, 2매의 비자성재 홀더(도 1(b)의 (4a, 4b))가 불필요하게 되어 부품 점수 및 비용이 저감될 수 있도록 된다.

<실시예 3>

도 4는 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 제3 실시예로, (a)는 정면도, (b)는 측면도이다. 도 4에 있어서 도 3과 동일 부호는 동일한 것을 나타내고 있으므로 중복된 설명은 생략한다. (21＇)은 관통 핀이다.

제3 실시예에 의하면, 제1 실시예와 동일한 I자 형상 자성 철심(1)의 주위에 절연재를 통해 한 종류의 전기자 권선(2)을 감아서 전기자 모듈로 하고, 이러한 전기자 모듈을 복수개, 스트로크(stroke) 방향으로 배치하고, 그 상부에서 하부로 관통하는 관통공을 뚫어, 베이스 상판(8a)으로부터 베이스 하판(8b)에 이르는 길이가 긴 관통 핀(21＇)으로 전기자 모듈을 베이스 상판(8a) 및 베이스 하판(8b)에 부착하고 있다. 핀 구멍(1a＇)은 I자 형상 자성 철심의 형상과 배치 피치에 맞추어 설치되어 있다.

또, 이는 제1 실시예 및 제2 실시예의 구조의 어디라도 가능한 것이지만, 베이스 하판(8b)의 하면에는 리니어 가이드 블록(31)이 고정되어 있고, 이는 기후부 (機後部)에 고정되어 있는 리니어 가이드 레일(32)과 조합됨으로써 슬라이딩(sliding) 자유롭게 지지되어 있다.

이와 같이 제3 실시예에서는 길이가 긴 관통 핀을 이용하므로, 제2 실시예에 의한 핀 고정과 비교하여, I자 형상 자성 철심(1)과 베이스 상판(8a)과 베이스 하판(8b)에 위치 결정 고정이 보다 강고한 것으로 된다.

<실시예 4>

도 5는 제4 실시예와 관련되는 흡인력 상쇄형 리니어 모터의 평면도이다.

도에 있어서, (51)은 전기자 전후 단부의 단효과에 의한 코깅을 상쇄시키기 위한 서브티스로, 다른 통상의 I자 형상 자성 철심(티스)과 비교하여 폭 방향(진행 방향)의 치수가 반으로 되어 있다. 이러한 서브티스(51)를 베이스 상판(8a) 및 베이스 하판(8b)(도에서는 안 보인다)에 부착할 때도, 제2 실시예 및 제3 실시예의 방식으로 핀(21)이나 관통 핀(21＇)을 이용함으로써, 전기자 권선을 감는 스페이스를 넓혀 모터 효율을 향상시키고, 또한, 부품 점수를 적게 한편 확실하게 부착할 수가 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면, I자 형상 자성 철심(1)의 선단부를 베이스 상판 및 베이스 하판에 의해 고정시키므로, 전기자 권선을 감는 것이 가능한 스페이스 모두에 감을 수가 있어 모터의 손실을 저감하고, 모터 효율을 향상시킬 수 있도록 된다. 또, 이에 의해 구동 듀티(duty)를 올려 택트타임(tact time)을 단축할 수 있으므로 전자 부품 실장기와 같은 용도에도 적용할 수 있게 된다.

이상의 실시예에서는 모두 가동자부에 대해서 2개의 고정자부를 대칭 위치에 구비한 흡인력 상쇄형 리니어 모터에 대한 예로 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

가동자부에 대해서 1개의 고정자부이어도 리니어 모터는 가동되므로, 그 경우 I자 형상 자성 철심을 사용하는 것이면, 본 발명을 적용할 수 있기 때문에, 그 선단부를 베이스 상판 및 베이스 하판에 의해 고정시킴으로써, 전기자 권선을 감는 것이 가능한 스페이스 모두에 감을 수가 있어 모터의 손실을 저감하고, 모터 효율을 향상시킬 수 있도록 되는 것은 말할 필요도 없다.

이와 같이 본 발명은 효율이 높은 리니어 모터를 실현할 수가 있기 때문에, 정밀 위치 결정을 필요로 하는 직동(直動) 스테이지 장치, 및 그러한 직동 스테이지(stage) 장치를 필요로 하는 각종 반도체 제조 장치 등에 유용하다.

Claims

I자 형상 자성 철심과 이 I자 형상 자성 철심의 주위에 절연재를 통해 감겨지는 한 종류의 전기자 권선으로 이루어지는 전기자 모듈과, 이러한 전기자 모듈을 복수개, 스트로크(stroke) 방향으로 배치하는 비자성재 홀더와, 이 비자성재 홀더를 상부와 하부에서 각각 부착하는 베이스 상판과 베이스 하판을 구비하는 가동자부와,

상기 I자 형상 자성 철심과 자기적 공극을 통해 대향 배치되는 복수의 계자 영구자석과, 이러한 계자 영구자석을 지지하는 계자 요크를 구비하는 고정자부로 이루어지는 리니어 모터로서,

상기 비자성재 홀더에는, 그 양단부에 상기 I자 형상 자성 철심의 형상과 배치 피치에 맞춘 발취 구멍을 마련하고, 이 발취 구멍에 볼트를 삽입하여 상기 비자성 홀더를 상기 베이스 상판과 베이스 하판에 고정한 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
I자 형상 자성 철심과 이 I자 형상 자성 철심의 주위에 절연재를 통해 감겨지는 한 종류의 전기자 권선으로 이루어지는 전기자 모듈과, 이러한 전기자 모듈을 복수개, 스트로크(stroke) 방향으로 그 상부와 하부에서 각각 부착하는 베이스 상판과 베이스 하판을 구비하는 가동자부와,

상기 I자 형상 자성 철심과 자기적 공극을 통해 대향 배치되는 복수의 계자 영구자석과, 이러한 계자 영구자석을 지지하는 계자 요크를 구비하는 고정자부로 이루어지는 리니어 모터로서,

상기 베이스 상판과 베이스 하판 및 상기 I자 형상 자성 철심의 양단부에, 이 I자 형상 자성 철심의 형상과 배치 피치에 맞춘 핀 구멍을 마련하고, 이 핀(pin) 구멍에 핀을 삽입하여 상기 I자 형상 자성 철심을 상기 베이스 상판과 베이스 하판의 사이에 고정한 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제2항에 있어서,

상기 핀 구멍은 상기 I자 형상 자성 철심을 관통하는 구멍이고, 한편 상기 핀은 상기 베이스 상판으로부터 상기 베이스 하판에 이르는 길이를 가지는 관통 핀인 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 전기자 모듈군(module group)의 스트로크(stroke) 방향의 전후단에, 전기자 양단에 생기는 단효과에 의한 코깅을 상쇄시키는 서브티스를 마련하고, 그때 상기 베이스 상판과 베이스 하판 및 상기 서브티스의 양단부에 핀 구멍을 마련하고, 이 핀(pin) 구멍에 핀을 삽입하여 상기 서브티스를 상기 베이스 상판과 베이스 하판의 사이에 고정한 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전기자 권선의 간극부에 몰드 수지를 충전시킨 것을 특징으로 하는 리 니어 모터.
제5항에 기재의 리니어 모터에, 또한 상기 가동자부를 끼워서, 상기 고정자부측의 반대측에 이와 동일한 고정자부를 상기 가동자부에 대해서 대칭 위치에 구비한 것을 특징으로 하는 흡인력 상쇄형 리니어 모터.
제6항에 있어서,

상기 베이스 하판의 하부측에, 리니어 가이드의 가이드부를 고정시킨 것을 특징으로 하는 흡인력 상쇄형 리니어 모터.