KR100830647B1 - 구동유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 수평방향으로 응력이 발생될 때, 가동부가 수평방향으로 이동하는 것을 막기 위하여 가동부를 지지하는 지지기구에 의하여 지지되는 부하를 감소시키기 위하여, 주위에 코일이 감겨진 자성체를 갖고 있는 1차측 및 복수의 영구자석을 갖고 있는 2차측을 포함하는 구동유닛이 제공되고, 상기 1차측은 자기극 및 자기극상에 제공된 단부를 포함한다. 각각의 단부의 너비는 각각의 영구자석의 너비보다 작다.

Description

구동유닛 {DRIVE UNIT}

도 1a 및 도 1b는 비교예에 따른 리니어모터의 구성도,

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 실시예의 구성도,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에서 복원력이 생성되는 원리를 예시하는 도면이다.

본 발명은 가동부 및 정치부로 구성된 구동유닛에 관한 것이다.

최근 몇년 동안에, 리니어모터로 대표되는 리니어구동을 활용하는 구동유닛에 대한 수요가 증가해 왔다. 리니어모터는 고속 및 고정밀도로 위치설정될 수 있고, 리니어구동이 요구되는 분야에서 회전식 모터에 비해 유지보수가 용이한 장점을 갖기 때문에, 반도체 제조장치, 작업기계 등의 분야에서 특히 요구되고 있다. 그러나, 상기 리니어모터는 상기 분야에 국한되는 것은 아니며, 상기 이점이 사용될 수 있는 여타의 응용분야에 사용될 것으로 기대된다.

리니어모터에 대한 다양한 시스템이 있다. 예를 들어, (종래의 예시(1)로서 이하에 참조되는) JP-A-10-174418호에는 그 주위에 코일이 감긴 복수의 C형 철심으로 구성되는 정치부 및 그 위에 배치된 복수의 영구자석을 구비한 판형상 부재로 구성되는 가동부가 개시되어 있고, 상기 가동부는 정치부 철심의 간극에 배치된다. 또한 (종래의 예시(2)로서 이하에 참조되는) JP-A-2001-28875호에는 제조를 용이하게 하고 공간을 절약하며, 전기효율을 향상시키기 위하여 단지 하나의 코일만이 정치부 주위를 감고 있는 리니어모터가 개시되어 있고, 두가지의 형상을 갖고 있는 철심이 정치부에 교대로 배치된다.

상기 종래의 예시에 따른 리니어모터가 작업기계 등에 사용되는 경우, 수평방향으로 응력이 발생될 때, 가동부가 수평방향으로 이동하는 것을 막기 위하여 가동부를 지지하는 지지기구에 의하여 부하가 지지되어야 하는 문제점이 있어, 지지기구용 강성부재(rigid member)를 사용해야할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 구동유닛의 가동부상에 수평방향으로 발생되는 응력을 감소시키고, 간단한 지지기구가 가동부에 사용될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 주위에 코일이 감겨진 자성체를 갖는 1차측 및 복수의 영구자석, 불규칙 자석판 또는 도체판을 갖는 2차측을 포함하는 구동유닛에 있어서, 상기 1차측은 그 위에 단부(step portion)가 제공되는 자기극을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 2차측은 1차측의 대향 자기극들 사이에 배치된다. 단부는 적어도 하나의 대향 자기극상에 제공될 수 있다. 단부는 2차측을 향하여 자기극으로부터 돌출 하는 돌출부일 수 있다. 상기 돌출부의 너비는 대향 자기극들 사이를 통과하는 자속의 너비가 좁아지도록 상기 2차측의 너비보다 작은 것이 바람직하다. 이러한 특징에 의하여, 기준위치를 향하여 2차측을 복귀시키는 힘, 즉 복원력이 증대될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은, 제1대향부를 갖는 제1코어, 제2대향부를 갖는 제2코어, 주위에 코일이 감겨진, 제1코어와 제2코어로 이루어진 1차측 및 제1대향부들 사이와 제2대향부들 사이에 배치된 2차측을 포함하는 구동유닛에 있어서, 상기 1차측이 단부를 갖는다는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 제1대향부를 갖는 제1코어, 제2대향부를 갖는 제2코어, 주위에 코일이 감겨진, 제1코어와 제2코어로 이루어진 1차측 및 제1대향부들 사이와 제2대향부들 사이에 배치된 2차측을 포함하는 구동유닛에 있어서, 상기 제1대향부 및 제2대향부 중의 적어도 하나에 단부가 제공된다는 것이다.

본 발명의 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 이하의 본 발명의 실시예의 설명으로 명확해진다.

또한, 본 발명의 기타 특징들은 본 발명의 청구항에 기술된다.

도 1a 및 도 1b는 비교예에 따른 리니어모터를 보여준다. 도 1a는 리니어모터의 일반적인 도면이고, 도 1b는 리니어모터에서 자속의 흐름을 보여주는 도면이다. 리니어모터의 2차측에 해당하는 가동부(6)에는, N극 및 S극이 교번하도록 복수의 영구자석(34)이 배치된다. 리니어모터의 1차측(그 주위에 코일이 감겨있는 자성체를 갖는 쪽)에 해당하는 정치부(3)는 도체로 구성되는 코어(51, 52) 및 코일(4)을 포함한다. 제1코어(51)는 제1대향부(61)를 포함하고, 제2코어(52)는 제2대향부(62)를 포함한다. 상기 코어(51, 52)는 자성체로 만들어지며, 상부 및 하부 자기극이 교번하도록 배치된다. 상기 도면에서, 코어(51)의 상부 자기극 티스(11a) 및 하부 자기극 티스(21b)는 제1대향부(61)로 형성되고, 코어(52)의 하부 자기극 티스(12b) 및 상부 자기극 티스(22a)는 제2대향부(62)로 형성된다. 따라서, 정치부(3)는 (2n-1)번째 코어가 제1대향부(61)를 갖고, (2n)번째 코어가 제2대향부(62)를 갖도록 구성된다(여기서 n=1, 2, 3,...). 사전설정된 간극(8)은 상기 코어(51, 52)의 각각의 대향부의 상부 자기극 티스와 하부 자기극 티스 사이에 제공되고, 이 간극(8)을 통하여, 상기 가동부(6)가 연장되어, 상기 가동부(6)는 제1대향부(61)들 사이와 제2대향부(62)들 사이에 이동가능하게 지지될 수 있다. 가동부(6)와 정치부(3)간의 상대위치에 따라 단상교류가 코일(4)을 통과하면, 리니어모터의 각각의 대향부의 상부 및 하부 자기극 티스 사이의 간극(8)에서 자속이 상부방향 및 하부방향으로 교대로 지나간다. 즉, 제1대향부(61)와 제2대향부(62)를 통과하는 자속의 방향이 반대가 된다(화살표(47)는 자속의 방향을 나타낸다). 제1대향부(61) 및 제2대향부(62)를 통과하는 자속과 영구자석(34)에 의하여 생성된 자속의 상호작용을 통하여, 전자기력에 의하여 생성된 구동력이 가동부(6)에 x방향으로 발생되어, 가동부(6)가 왕복운동된다.

상기 비교예에 따른 리니어모터가 작업기계에 사용되는 경우에는, 기계가공시의 충격 등으로 인하여 가동부(6)의 y방향으로 응력이 발생되는 문제점이 있고, 이 응력은 y방향으로 가동부(6)를 지지하는 지지기구에 가해지는 부하를 증가시키 므로, 지지기구가 견고하게 제작되어야 한다.

제1실시예

도 2a는 본 발명의 제1실시예에 사용되는 정치부를 보여주는 사시도이고, 도 2b는 제1실시예에 따른 리니어모터를 보여주는 단면도이다. 상기 비교예와의 차이점은 코어(51)의 상부 자기극 티스(11a) 및 하부 자기극 티스(21b)가 간극(8)이 존재하는 면에 단부(31, 32)를 갖는다는 것이다.

도 3a 및 도 3b는 제1실시예의 작동을 예시하는 도면으로서, 도 3a는 가동부(6)가 기준위치(reference position)에 위치되어 있는 상태를 나타낸다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 가동부(6)가 음의 y방향을 향하여 기준위치로부터 변위되도록 구동되면, 화살표(41, 42)로 표시되는 방향으로 가동부(6)상에 전자기력이 발생된다. 따라서, 기준위치를 향하여 가동부(6)를 복귀시키는 (화살표(45)로 표시된 방향으로) 지향되는 힘이 y방향으로 발생된다. 달리 말하면, 복원력이 가동부(6)상에 작용한다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 가동부(6)가 양의 y방향을 향하여 기준위치로부터 변위되는 경우에, 화살표(46)로 표시된 방향으로 복원력이 또한 발생된다.

따라서, 가동부(6)가 y방향으로 변위될 때, 복원력이 가동부(6)상에 작용하기 때문에, y방향으로 가동부(6)를 지지하는 지지기구에 가해지는 부하를 감소시킬 수 있다. 따라서, 가동부(6)를 지지하는 지지기구가 간단하게 만들어질 수 있다. 또한, 가동부(6)와 지지기구간의 마찰에 의하여 발생되는 마모가 감소될 수 있으므로, 부품의 교체 등과 같은 유지보수에 필요한 노동력을 감소시킬 수 있으며, 교체 되는 부품의 경비 등의 비용도 감소시킬 수 있다.

본 실시예에서, 상부 자기극 티스(11a) 및 하부 자기극 티스(11b) 양자 모두에 단부가 제공될 수 있지만, 본 발명은 단지 상부 자기극 티스(11a) 또는 하부 자기극 티스(11b)에만 단부가 제공될 때에도 효과적이다. 그러나, 큰 복원력이 가동부상에 작용하기 때문에, 상부 자기극 티스(11a) 및 하부 자기극 티스(11b) 양자 모두가 단부를 갖는 것이 바람직하다. 단부가 가동부에 배치되는 영구자석의 너비(w2)보다 큰 너비(w1)를 갖는 경우에, 복원력이 가동부(6)상에 거의 작용하지 않는 범위가 생성된다. 따라서, 단부의 너비(w1)는 영구자석의 너비(w2)와 실질적으로 같거나 작은 것이 바람직하다. 후술되는 바와 같이, 가동부(6)용으로 불규칙 자석판(즉, 고르지 않은 면을 갖는 자석판)을 사용하는 경우에, 단부의 너비(w1)는 자석판의 너비보다 작은 것이 바람직하다.

단부의 높이(H1)가 낮으면, 가동부(6)가 y방향으로 변위될 때에도, 충분한 복원력을 얻을 수 없다. 따라서, 단부의 높이(H1)가 가동부(6)와 단부 사이의 공극의 거리(g)보다 큰 것이 바람직하다. 한편, 단부의 높이(H1)가 너무 커지면, 정치부(3)의 높이(Ht)가 증가되어, 리니어모터의 프레임이 커진다. 따라서, 단부의 높이(H1)는 상부 자기극 티스(11a)의 너비(w3)보다 작은 것이 바람직하다.

상기 실시예의 단부는 실질적으로 직사각형이지만, 실질적으로 사다리꼴 등일 수도 있다.

본 실시예에서는 정치부(3)가 1차측(그 주위에 코일이 감겨지는 코어를 갖는 쪽)이고, 가동부(6)가 2차측이지만, 본 발명은 정치부(3)가 2차측이고, 가동부(6)가 1차측이 되는 형태로 적용될 수도 있다. 이러한 형태에서는, 가동부(6)가 단부를 가질 것이다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 따른 리니어모터시스템에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어, 2차측이 둘레가 코일로 감겨진 자석판, 불규칙 자석판(릴럭턴스 모터), 도체판(유도모터) 등인 시스템에 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 구동유닛에서, 가동부의 수평방향으로 발생되는 응력을 줄일 수 있고, 가동부를 위한 지지기구에 가해지는 부하를 감소시킬 수 있다.

상기의 설명이 본 발명의 실시예에 대하여 이루어졌다고 하더라도, 당업자들은 본 발명이 상기 실시예에 국한되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 청구항에 첨부된 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 두 개의 자기극 티스가 대향되는 제1대향부를 갖는 제1코어;

   두 개의 자기극 티스가 대향되는 제2대향부를 갖는 제2코어;

   주위에 코일이 감겨져 있고, 상기 제1대향부와 상기 제2대향부를 포함하는 1차측;

   상기 제1대향부와 상기 제2대향부 사이에 위치하는 2차측으로 이루어지되,

   상기 2차측은 복수의 영구자석을 포함하고,

   상기 제1대향부 또는 상기 제2대향부 중 하나 이상은 단부를 포함하고,

   상기 단부의 높이는 상기 자기극 티스의 너비보다 작은 것을 특징으로 하는 구동유닛.
2. 두 개의 자기극 티스가 대향되는 제1대향부를 갖는 제1코어;

   두 개의 자기극 티스가 대향되는 제2대향부를 갖는 제2코어;

   주위에 코일이 감겨져 있고, 상기 제1대향부와 상기 제2대향부를 포함하는 1차측;

   상기 제1대향부와 상기 제2대향부 사이에 위치하는 2차측으로 이루어지되,

   상기 2차측은 복수의 영구자석을 포함하고,

   상기 제1대향부 또는 상기 제2대향부 중 하나 이상은 단부를 포함하고,

   상기 단부의 높이는 상기 1차측과 상기 2차측 사이의 공극(air gap)의 거리보다 큰 것을 특징으로 하는 구동유닛.
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