KR101027941B1 - Ｃ형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기 - Google Patents

Ｃ형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 관한 것으로서, 성층철심을 적용한 이동부 철심이 사용됨으로써, 철손 및 전류량을 줄일 수 있고, 소음 저감, 고속에서의 효율 개선, 권선의 온도 상승 문제 개선, 제작비 절감 등이 가능해지는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 관한 것이다. 이러한 본 발명에서는 이동부 철심, 영구자석, 권선의 주변이 비자성 및 비전도성 수지로 몰딩되고, 또한 고정부 철심을 비자성체 및 비전도체 수지로 몰딩하여 고정함으로써, 이동부와 고정부의 제작이 용이해지고, 제작비를 현저히 줄일 수 있는 장점도 가지게 된다. 또한 이동부와 고정부 철심에 치를 형성하여 힘 발생 면적을 크게 하므로 추력을 증가시킬 수 있으며, 추력 상승 구조와 더불어 흡인력 저감 구조를 적용할 경우 우수한 성능의 선형전동기를 구성할 수 있게 된다.
영구자석 여자, 횡자속, 선형전동기, C형, 성층철심, 이동부, 고정부

Description

Ｃ형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기{The PM-excited transverse flux linear motor structure with C-type laminated steel}
본 발명은 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성층철심을 적용한 이동부 철심이 사용됨으로써, 철손 및 전류량을 줄일 수 있고, 소음 저감, 고속에서의 효율 개선, 권선의 온도 상승 문제 개선, 제작비 절감 등이 가능해지는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 관한 것이다.
일반적으로 전동기는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 장치로서, 근본적으로 고출력(출력/전동기무게:kW/kg)과 고효율(출력/입력)의 성능을 요구하고 있다.
특히, 회전형 전동기와 볼 스크류 등의 동력전달장치를 이용하여 직선 동력을 얻을 경우에는 시스템이 복잡해지고 청정 이송시스템을 얻을 수 없기 때문에, 최근에는 선형전동기의 사용이 점차 증가하고 있다.
선형전동기는 자속의 흐름방향에 따라 종자속 전동기와 횡자속 전동기로 구분할 수 있다.
이때, 자속의 흐름방향이 전동기의 이동방향과 동일한 경우 종자속 전동기라 하고, 자속의 흐름방향이 전동기의 이동방향에 대해 횡방향인 경우 횡자속 전동기라 한다.
즉, 종자속 전동기에서는 인가되는 전류의 방향과 전동기의 이동방향이 수직이고, 횡자속 전동기에서는 인가되는 전류의 방향이 전동기의 이동방향과 일치한다.
여기서, 횡자속 전동기는 권선을 시행할 수 있는 공간(전기회로)과 자속이 흐를 수 있는 공간(자기회로)이 서로 분리되어 있기 때문에 전기회로와 자기회로가 서로 연성되어 있는 종자속 전동기에 비해 출력 밀도를 높일 수 있을 뿐 아니라 여러 형태의 형상 설계가 가능하다.
또한 횡자속 전동기는 링 형태로 권선을 시행하여 많은 엔드-와인딩(end-winding)을 가지고 있는 종자속 전동기에 비해 사용하는 동의 양과 손실이 적은 장점이 있다.
한편, 선형전동기는 부피가 크고 영구자석을 많이 사용하기 때문에 시스템이 크고 가격이 높다. 이러한 문제들을 해결하기 위해서는 단위무게 당 높은 추력과 고가의 영구자석을 적게 필요로 하는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 적용이 가능하다.
그러나, 기존의 영구자석 여자 횡자속 선형전동기는 3차원적으로 자속이 통과하여 이동부에 분말 코어 혹은 솔리드(solid) 형태의 철심을 사용하므로 가격이 높을 수밖에 없고, 고속에서 철손이 증가하여 많은 전류를 필요로 한다.
이에 소음이 크고, 특히 고속에서 효율이 낮은 문제점이 있다. 또한 전류량 증가시 권선의 온도가 상승할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 성층철심을 적용한 이동부 철심이 사용됨으로써, 철손 및 전류량을 줄일 수 있고, 소음 저감, 고속에서의 효율 개선, 권선의 온도 상승 문제 개선 등이 가능해지는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 서로 번갈아 배치된 철심과 영구자석, 상기 철심과 영구자석의 양쪽 다리부분을 감고 있는 권선으로 이루어진 이동부와, 상기 이동부와의 사이에 공극을 두고 있으면서 이동부의 이동방향을 따라 배치되는 고정부를 포함하는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 있어서,
상기 이동부의 철심이 C형의 철심을 적층하여 구성된 C형 성층철심으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 C형 성층철심은 C형으로 제작된 철심을 안팎으로 적층하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 C형 성층철심은 C형으로 제작된 철심을 전후로 적층하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이동부의 철심 및 영구자석에서 양쪽 다리부분의 끝단에 안쪽으로 들어간 홈 형상의 치(齒)가 형성되고, 상기 이동부의 치와 마주보는 고정부의 철심 부분에는 돌출 형상의 치가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정부의 철심이 상기 이동부의 철심 및 영구자석의 양쪽 다리부분 사이에 삽입되어 상기 이동부가 고정부를 감싸는 형태로 배치되고,
상기 고정부의 철심은 중앙부의 길이를 따라 복수개의 돌출부들이 돌출 형성되되, 상기 돌출부들이 중앙부에서 좌우로 번갈아 돌출된 구조의 요철 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이동부의 철심 및 영구자석의 양쪽 다리부분 끝단에 경사진 형상의 치가 형성되고,
상기 고정부 철심의 각 돌출부에서 상기 이동부의 경사진 치와 공극을 두고 마주보게 되는 부분이 경사진 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정부의 철심은,
좌우측으로 돌출 형성된 돌출부들이 중앙부의 길이를 따라 이동부의 극간격인 τP 간격으로 반복 형성되어, 좌측 및 우측에서 각각 같은 쪽 방향의 돌출부들 간에는 2τP의 간격으로 반복되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이동부 철심의 양쪽 다리부분 끝단부에서 τP 간격으로 형성된 홈부에 영구자석이 각각 삽입되어, 상기 양쪽 다리부분 끝단부에서 이동부 철심 치 부분과 영구자석이 번갈아 배치된 구조로 되어 있고, 이때 상기 홈부의 간격에 의해 영구자석이 τP 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이동부의 영구자석들이 이웃한 영구자석 간에 자극의 방향이 역방 향이 되도록 상기 홈부에 삽입되어, 상기 홈부 사이의 이동부 철심 치 부분에 N, S의 자극이 번갈아서 생기도록 하되,
상기 이동부의 양쪽 다리부분 중 일측 다리부분에 삽입된 영구자석들은 자극의 방향이 ←,→,←,→의 형태가 되도록 하고, 타측 다리부분에 삽입된 영구자석들은 자극의 방향이 →,←,→,←의 형태가 되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이동부와 공극을 가지는 고정부의 철심으로는 직선형 철심이 사용되고, 이때 직선형 철심이 2τP의 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정부는 고정부 철심의 주변이 비자성 및 비전도성 수지로 몰딩되어 상기 수지에 의해 고정부 철심이 고정 및 지지되는 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이동부는 이동부 철심, 영구자석, 권선의 주변이 비자성 및 비전도성 수지로 몰딩되어 상기 수지에 의해 이동부 철심, 영구자석, 권선이 고정 및 지지되는 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은, 서로 번갈아 배치된 철심과 영구자석, 상기 철심과 영구자석의 양쪽 다리부분을 감고 있는 권선으로 이루어진 이동부와, 상기 이동부와의 사이에 공극을 두고 있으면서 이동부의 이동방향을 따라 배치되는 고정부를 포함하는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 있어서,
상기 이동부 철심은 철심을 적층하여 구성된 양쪽의 다리부분과 철심을 적층하여 구성된 중간부분이 결합되어 전체적으로 C형을 형성하는 성층철심으로 이루어 지고,
상기 이동부 철심의 양쪽 다리부분 끝단부에서 τP 간격으로 형성된 홈부에 영구자석이 각각 삽입되어, 상기 양쪽 다리부분 끝단부에서 이동부 철심 치 부분과 영구자석이 번갈아 배치된 구조로 되어 있고, 이때 상기 홈부의 간격에 의해 영구자석이 τP 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 제공한다.
여기서, 상기 이동부의 영구자석들이 이웃한 영구자석 간에 자극의 방향이 역방향이 되도록 상기 홈부에 삽입되어, 상기 홈부 사이의 이동부 철심 치 부분에 N, S의 자극이 번갈아서 생기도록 하되,
상기 이동부의 양쪽 다리부분 중 일측 다리부분에 삽입된 영구자석들은 자극의 방향이 ←,→,←,→의 형태가 되도록 하고, 타측 다리부분에 삽입된 영구자석들은 자극의 방향이 →,←,→,←의 형태가 되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이동부와 공극을 가지는 고정부의 철심으로는 직선형 철심이 사용되고, 이때 직선형 철심이 2τP의 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정부는 고정부 철심의 주변이 비자성 및 비전도성 수지로 몰딩되어 상기 수지에 의해 고정부 철심이 고정 및 지지되는 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이동부는 이동부 철심, 영구자석, 권선의 주변이 비자성 및 비전도성 수지로 몰딩되어 상기 수지에 의해 이동부 철심, 영구자석, 권선이 고정 및 지지되는 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 의하면, 성층철심을 적용한 이동부 철심이 사용됨으로써, 철손 및 전류량을 줄일 수 있고, 소음 저감, 고속에서의 효율 개선, 권선의 온도 상승 문제 개선, 제작비 절감 등의 효과가 기대된다.
또한 이동부 철심, 이동부 영구자석, 이동부 권선 및 고정부 철심을 비자성체 및 비전도체 성질을 가지는 수지로 몰딩하여 고정하므로 이동부와 고정부의 제작이 용이해지고, 제작비를 현저히 줄일 수 있는 장점이 있게 된다.
또한 이동부와 고정부 철심에 치를 형성하여 힘 발생 면적을 크게 하므로 추력을 증가시킬 수 있으며, 추력 상승 구조와 더불어 흡인력 저감 구조를 적용할 경우 우수한 성능의 선형전동기를 구성할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명은 이동부에 C형 성층철심을, 고정부에는 기존의 성층철심을 사용하여, 이동부에서의 철손을 감소시키면서 높은 속도에서 고효율의 운전이 가능하도록 한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 관한 것이다.
또한 본 발명의 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에서는 고정부의 성층철심을 기계적으로 고정시키기 위해 고정부의 성층철심을 비자성 및 비전도성의 수지로 몰딩하여 고정부의 제작을 용이하게 한 것에 특징이 있다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제1실시예를 도시한 사시도로서, 이동부(10)에 C형 성층철심(11)을 사용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 보여주고 있다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 제1실시예의 고정부를 도시한 사시도로서, 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 형성한 철심 지지 구조물(22)을 가지는 고정부(20)를 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기는, 서로 번갈아 배치된 철심(11)과 영구자석(12), 상기 철심(11)과 영구자석(12)의 양쪽 다리부분을 감고 있는 권선(13)으로 이루어진 이동부(10)와, 상기 이동부(10)와의 사이에 공극을 두고 있으면서 이동부의 이동방향을 따라 배치되는 고정부(20)를 기본 구성으로 하며, 특히 상기 이동부(10)의 철심(11)은 C형의 철심이 적층되어 형성된 C형 성층철심이 사용된다.
또한 제1실시예의 이동부(10)에서 C형 성층철심(11)은 C형으로 제작된 철심을 안팎으로 적층하여 구성한 것이며, 다시 말해 상기 C형 성층철심(11)은 C형의 안쪽 철심에 바깥쪽으로 다른 C형의 철심을 반복적으로 적층하여 구성한 것이며, 이렇게 적층 형성한 C형 성층철심(11)과 영구자석(12)을 번갈아 배치하여 이동부(10)를 구성한다.
고정부(20)는 종래와 마찬가지로 성층철심을 그대로 이용하여 구성한다.
이렇게 구성된 이동부(10)와 고정부(20)는 힘 발생하는 공극을 두고 서로 마주보는 형태로 배치되며, 이동부(10)의 철심(11) 및 영구자석(12)의 양쪽 다리부분에는 이동부 권선(13)이 설치되어 구비된다.
이동부(10)에서 C형 성층철심을 적용한 철심(11) 사이에는 C형의 영구자석(12)을 삽입하여 배치하되, 이때 철심(11)을 사이에 두고 있는 이웃한 영구자석(12) 간에 자극의 방향이 역방향이 되도록 하여 배치, 즉 도시된 바의 순서대로 → ← 방향으로 번갈아 가면서 배치한다. 이러한 배치에 의하면, C형 성층철심을 적용한 이동부 철심(11)에 N, S의 자극이 번갈아서 생긴다.
또한 본 발명에서는, 도시한 바와 같이, 고정부(20)가 고정부 철심(21)과 고정부 철심 지지 구조물(22)로 구성되어 있으며, 이를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
고정부(20)는 공극을 사이에 두고 C형 성층철심을 적용한 이동부(10)의 아래에 설치되며(도 1 참조), 고정부 철심(21)은 양측 간 공극에서 발생하는 추력이 이동하고자 하는 방향으로 발생할 수 있도록 하기 위해 이동부의 극간격 만큼 비틀어진 형상(Skew 형상)으로 되어 있다. 즉, 각각의 고정부 철심(21)은 좌측단과 우측단이 서로 이동부의 극간격인 τp 간격으로 위치되게 비틀어진 구조(Skew 구조)로 되어 있는 것이다.
또한 고정부 철심(21)은 2τp의 간격으로 배치되며, 철심 전체가 고정부 철심 지지 구조물(22)에 둘러싸여 고정되어 있다. 여기서, 고정부 철심 지지 구조물(22)은 비자성체 및 비도체 성질을 가지는 수지로 형성하는데, 고정부(20)의 성층철심(21)을 기계적으로 고정시키기 위해 성층철심을 수지로 몰딩한 철심 지지 구조물(22)을 형성하며, 이에 고정부의 제작이 용이해지고, 제작비를 절감할 수 있다.
한편, 첨부한 도 3은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제2실시예를 도시한 사시도로서, 이동부(10)에 C형 성층철심(11)을 사용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 보여주고 있다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 제2실시예의 고정부를 도시한 사시도로서, 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 형성한 철심 지지 구조물(22)을 가지는 고정부(20)를 보여주고 있다.
도시한 바와 같이, 제2실시예에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기는, 서로 번갈아 배치된 철심(11)과 영구자석(12), 상기 철심(11)과 영구자석(12)의 양쪽 다리부분을 감고 있는 권선(13)으로 이루어진 이동부(10)와, 상기 이동부(10)와의 사이에 공극을 두고 있으면서 이동부의 이동방향을 따라 배치되는 고정부(20)를 기본 구성으로 하며, 이동부(10)에서 C형 성층철심(11)을 사용한 것과 고정부(20)의 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 철심 지지 구조물(22)을 형성한 점이 제1실시예와 동일하다.
다만, 치(齒)를 가진 이동부(10)와 고정부(20)로 구성되며, 이동부(10)와 고정부(20)에서 힘 발생의 면적을 늘리기 위해 이동부(10)의 양쪽 다리부분의 끝단에는 안쪽으로 들어간 홈 형상의 치가 형성되고, 이동부의 치와 마주보는 고정부 철심(21) 부분에는 상기 이동부의 치와 공극을 두고 있는 돌출 형상의 치가 형성된다.
일반적으로 추력은 힘 발생 면적에 비례하므로, 도 1의 제1실시예보다는 제2실시예에서 추력을 많이 발생시킨다. 이동부(10)와 고정부(20)에 상기와 같은 홈 형상의 치와 돌출 형상의 치를 형성한 것 외에는 이동부와 고정부의 구성이 도 1의 제1실시예와 동일하다.
도 4를 참조하면, 고정부 철심(21)들이 이동부 극간격 τp만큼 비틀어진 형상(Skew 형상)으로 되어 있고, 또한 고정부 철심(21) 간 간격이 2τp 간격으로 되어 있음을 볼 수 있다. 또한 고정부 철심(21) 전체가 수지로 몰딩하여 형성한 고정부 철심 지지 구조물(22)에 의해 고정됨을 볼 수 있다.
첨부한 도 5는 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제3실시예를 도시한 사시도로서, 이동부(10)에 C형 성층철심(11)을 사용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 보여주고 있다.
첨부한 도 6은 본 발명에 따른 제3실시예의 고정부를 도시한 사시도로서, 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 형성한 철심 지지 구조물(22)을 가지는 고정부(20)를 보여주고 있다.
도시한 바와 같이, 제3실시예에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기는, 서로 번갈아 배치된 철심(11)과 영구자석(12), 상기 철심(11)과 영구자석(12)의 양쪽 다리부분을 감고 있는 권선(13)으로 이루어진 이동부(10)와, 상기 이동부(10)와의 사이에 공극을 두고 있으면서 이동부의 이동방향을 따라 배치되는 고정부(20)를 기본 구성으로 하며, 이동부(10)에서 C형 성층철심(11)을 사용한 것과 고정부(20)의 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 철심 지지 구조물(22)을 형성한 점이 제1 및 제2실시예와 동일하다.
특히, 도 1의 제1실시예와 비교할 때 이동부(10)의 구성은 동일하나, 고정부(20)에서 직선형 철심(21)을 사용한 것에 차이가 있으며, 특히 양측 간의 공극에서 발생하는 추력이 이동하고자 하는 방향으로 발생할 수 있도록 하기 위해 상기 직선형 철심(21)을 경사지게 배치한다. 이때, 각각의 고정부 철심(21)은 좌측단과 우측단이 서로 이동부 극간격인 τp 간격으로 위치되게 경사져 배치하며, 철심 간 간격이 2τp 간격이 되도록 배치한다.
상기 직선형 철심(21)은 성층철심을 간단히 조립하여 사용하므로 제작이 용이하다.
도 6을 참조하면, 고정부 철심(21)들이 경사지게 배치되어 철심 간의 간격이 2τp로 유지됨을 볼 수 있다. 또한 고정부 철심(21) 전체가 수지로 몰딩하여 형성한 고정부 철심 지지 구조물(22)에 의해 고정됨을 볼 수 있다.
다음으로, 첨부한 도 7은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기 의 제4실시예를 도시한 사시도로서, 이동부(10)에 C형 성층철심(11)을 사용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 보여주고 있다.
첨부한 도 8은 본 발명에 따른 제4실시예의 고정부(20)를 도시한 사시도로서, 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 형성한 철심 지지 구조물(22)을 가지는 고정부(20)를 보여주고 있다.
도시한 바와 같이, 제4실시예에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기는, 서로 번갈아 배치된 철심(11)과 영구자석(12), 상기 철심(11)과 영구자석(12)의 양쪽 다리부분을 감고 있는 권선(13)으로 이루어진 이동부(10)와, 상기 이동부(10)와의 사이에 공극을 두고 있으면서 이동부의 이동방향을 따라 배치되는 고정부(20)를 기본 구성으로 하며, 이동부(10)에서 C형 성층철심(11)을 사용한 것과 고정부(20)의 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 철심 지지 구조물(22)을 형성한 점이 제1실시예 ~ 제3실시예와 동일하다.
다만, 도 5의 제3실시예와 비교할 때 이동부(10)와 고정부(20)가 도 3의 제2실시예와 유사하게 치(齒)를 가진 점에 차이가 있으며, 이동부(10)와 고정부(20)에서 힘 발생의 면적을 늘리기 위해 이동부(10)의 양쪽 다리부분의 끝단에는 안쪽으로 들어간 홈 형상의 치가 형성되고, 이동부(10)의 치와 마주보는 고정부(20) 부분에는 상기 이동부의 치와 공극을 두고 있는 돌출 형상의 치가 형성된다.
이동부(10)와 고정부(20)에 상기와 같은 홈 형상의 치와 돌출 형상의 치를 형성한 것 외에는 이동부(10)와 고정부(20)의 구성이 도 5의 제3실시예와 동일하다.
도 8을 참조하면, 고정부 철심(21)들이 경사지게 배치되어 철심 간의 간격이 2τp로 유지됨을 볼 수 있다. 또한 고정부 철심(21) 전체가 수지로 몰딩하여 형성한 고정부 철심 지지 구조물(22)에 의해 고정됨을 볼 수 있다.
제4실시예의 장점은 이동부(10)와 고정부(20)의 치 형성에 의해 도 1의 제1실시예보다 추력을 많이 발생시킬 수 있고, 특히 고정부(20)의 철심이 직선형이어서 성층철심을 간단히 조립하여 사용할 수 있기에 제작이 용이하다.
다음으로, 첨부한 도 9는 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제5실시예를 도시한 사시도로서, 이동부(10)에 C형 성층철심(11)을 사용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 보여주고 있다.
첨부한 도 10은 본 발명에 따른 제5실시예의 고정부를 도시한 사시도로서, 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 형성한 철심 지지 구조물(22)을 가지는 고정부(20)를 보여주고 있다.
도 9의 제5실시예는 흡인력 저감 구조가 적용된 영구자석 여자 횡자속 선형전동기로서, 고정부(20)의 철심 구조를 개선한 것이다. 즉, 제5실시예에서 고정부(20)의 철심(21)은 철손 저감을 위해 철판이 여러 겹으로 적층된 성층 구조로 되어 있으며, 중앙부의 길이를 따라 복수개의 돌출부들이 돌출 형성되어 있고, 상기 돌출부들이 중앙부에서 좌우로 번갈아 돌출된 요철 구조로 되어 있다.
이때, 이동부(10)와 고정부(20) 사이의 공극에서 발생하는 추력이 이동부가 이동하는 방향으로 발생할 수 있도록 하기 위하여, 고정부 철심(21)의 좌측과 우측 의 치, 즉 좌측과 우측의 돌출부는 이동부의 극간격 τp 만큼 비틀어지게(Skew) 설치된다.
다시 말해, 좌, 우측으로 돌출 형성된 돌출부들이 이동부의 극간격인 τp 간격으로 반복 형성되고, 좌측 및 우측에서 각각 같은 쪽 방향의 돌출부들 간에는 2τp의 간격으로 반복되도록 돌출부들이 배치된다.
또한 이동부(10)의 철심(11) 및 영구자석(12)은 양쪽의 다리부분이 고정부(20)를 양측에서 감싸는 구조로 되어 있고, 이에 이동부(10)의 양쪽 다리부분 사이에 고정부(20)의 철심(21)이 배치되는 구조가 된다.
그 밖에 이동부(10)의 철심(11)에 C형의 성층철심이 사용된 것, 이동부(10)의 철심(11)과 영구자석(12)의 배치형태 등이 앞서 설명한 실시예와 동일하다. 또한 고정부(20)가 철심(21)을 수지로 몰딩하여 형성한 철심 지지 구조물(22)을 가지는 점 역시 앞서 설명한 실시예와 동일하다.
이러한 구조의 고정부 철심(21)을 사용한 선형전동기에서는 고정부(20)가 이동부(10)의 철심(11) 및 영구자석(12)의 양쪽 다리부분 사이에 삽입되어 배치됨으로써 이동부(10)와 고정부(20) 사이에 발생하는 흡인력이 서로 상쇄될 수 있는 바, 흡인력 상쇄에 따른 소음 및 진동 저감의 효과를 얻을 수 있게 된다. 특히, 이동부(10)가 고정부(20)를 감싸는 형태로 서로의 흡인력은 상쇄되고 추력만 발생시킨다.
다음으로, 첨부한 도 11은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기 의 제6실시예를 도시한 사시도로서, 이동부(10)에 C형 성층철심(11)을 사용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 보여주고 있다.
첨부한 도 12는 본 발명에 따른 제6실시예의 고정부를 도시한 사시도로서, 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 형성한 철심 지지 구조물(22)을 가지는 고정부(20)를 보여주고 있다.
도 11의 제6실시예는, 도 9의 제5실시예와 비교할 때, 이동부(10)의 양쪽 다리부분 끝단에 경사진 형상의 치가 형성된 것과, 고정부 철심(21)의 각 돌출부에서 이동부(10)의 경사진 치와 공극을 두고 마주보는 부분이 경사진 형상으로 되어 있는 것에 차이가 있는 것이다.
이와 같이 흡인력 저감 구조와 더불어 경사형 치를 가진 이동부와 고정부 철심 구조에 의해 힘 발생 면적을 크게 할 수 있는 바, 추력을 증가시킬 수 있으면서 흡인력은 저감시킬 수 있다.
이동부(10)의 다리부분 끝단에 경사형 치를 형성한 것과 고정부 철심(21)에 경사형 치를 형성한 것을 제외하고는 나머지 부분에 대해서는 도 9의 제5실시예와 동일하다.
다음으로, 첨부한 도 13은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제7실시예를 도시한 사시도로서, 이동부(10)에 C형 성층철심(11)을 사용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 보여주고 있다.
첨부한 도 14는 본 발명에 따른 제7실시예의 고정부를 도시한 사시도로서, 성층철심(21)을 수지로 몰딩하여 형성한 철심 지지 구조물(22)을 가지는 고정 부(20)를 보여주고 있다.
첨부한 도 15는 본 발명에 따른 제7실시예에서 영구자석이 삽입될 홈부가 형성된 이동부 철심을 도시한 사시도이고, 도 16은 본 발명에 따른 제7실시예에서 이동부의 영구자석 및 극방향을 도시한 사시도이다.
도 13의 제7실시예는, 이동부 철심(11)으로 도 1의 제1실시예와 같이 C형의 철심(11)을 안팎으로 적층하여 구성한 성층철심을 사용하고, 이동부 철심(11)의 양쪽 다리부분 끝단부에 τP 간격으로 홈부(도 15에서 도면부호 11a임)를 형성한다.
이렇게 형성한 각 홈부(11a)에 영구자석(12)을 삽입하여 이동부(10)를 구성하는데, 이때 이동부(10)의 양쪽 다리부분 끝단부에서는 이동부 철심(11)의 치(도 15에서 11b임)와 영구자석(12)이 번갈아 배치되는 구조가 되며, 도 16에 나타낸 바와 같이 역방향의 영구자석(12)이 τP 간격으로 배치된다.
상기 이동부(10)의 홈부(11a)에 삽입되는 영구자석(12)들은 이웃한 영구자석 간에 자극의 방향이 서로 역방향이 되도록 배치하여, 홈부(11a) 사이 이동부 철심의 치(11a) 부분에 N, S의 자극이 번갈아 생기도록 한다.
이때, 이동부(10)의 일측(예, 좌측) 다리부분에 삽입된 영구자석(12)들은 자극의 방향이 ←,→,←,→의 형태가 되도록 하고, 타측(예, 우측) 다리부분에 삽입된 영구자석(12)들은 자극의 방향이 →,←,→,←의 형태가 되도록 한다.
또한 이동부(10)와 공극을 가지는 고정부(20)의 철심(21)으로는 직선형 성층철심이 사용되고, 이때 직선형 성층철심이 2τP의 간격으로 배치된다. 이동부(10) 에서 좌측과 우측의 영구자석 방향이 다르기 때문에, 고정부(20)에는 간단한 직선형 철심(21)을 배치하는 것이다.
고정부(20)의 철심(21)은 수지로 몰딩하여 철심 지지 구조물(22)을 형성하며, 이는 앞서 설명한 실시예와 동일하다.
한편, 첨부한 도 17은 본 발명의 선형전동기에서 영구자석이 삽입될 홈부가 형성된 이동부 철심의 다른 실시예를 도시한 사시도로서, 도 13의 제7실시예에서 이동부 철심(11)만을 도 17의 이동부 철심으로 대체하여 선형전동기를 구성할 수가 있다.
상기 이동부 철심(11)은 철심을 적층하여 구성된 하측의 양쪽 다리부분(11-1)과, 철심을 적층하여 구성된 상측의 중간부분(11-2)을 결합하여 구성한 것으로, 성층철심을 적용한 양쪽의 다리부분(11-1)과 성층철심을 적용한 중간부분(11-2)을 조립하여, 전체적으로 C형으로 제작한 성층철심이 사용된다.
상기와 같이 성층철심을 적용하여 상부와 하부를 별도 제작한 뒤 조립한 분할형 이동부 철심(11)을 사용하여 선형전동기를 구성할 수 있는 바, 이러한 이동부 철심(11)의 구조를 제외하고는 홈부(11a)를 형성하여 영구자석(12)을 삽입하는 것과 이때의 영구자석 배치상태, 이동부 철심(11) 및 철심 지지 구조물(22) 등의 구성은 도 13의 제7실시예와 동일하게 실시될 수 있다.
성층철심을 적용한 분할형 이동부 철심(11)은 도 1의 제1실시예에서 C형 철심을 안팎으로 적층하여 구성한 이동부 철심보다 제작이 간단하다는 장점이 있다.
다음으로, 첨부한 도 18a ~ 도 18e는 C형 철심을 전후로 적층하여 구성한 이 동부 철심의 사시도로서, 도 18a는 도 1의 제1실시예와 도 5의 제3실시예에서 C형 철심이 안팎으로 적층된 이동부 철심을 대신하여 사용될 수 있는 이동부 철심의 사시도이고, 도 18b는 도 3의 제2실시예와 도 7의 제4실시예에서 C형 철심이 안팎으로 적층된 이동부 철심을 대신하여 사용될 수 있는 이동부 철심의 사시도이다.
또한 도 18c는 도 9의 제5실시예에서 C형 철심이 안팎으로 적층된 이동부 철심을 대신하여 사용될 수 있는 이동부 철심의 사시도이고, 도 18d는 도 11의 제6실시예에서 C형 철심이 안팎으로 적층된 이동부 철심을 대신하여 사용될 수 있는 이동부 철심의 사시도이다.
또한 도 18e는 도 13의 제7실시예에서 C형 철심이 안팎으로 적층된 이동부 철심을 대신하여 사용될 수 있는 이동부 철심의 사시도이다.
도 18a ~ 도 18e에 도시한 이동부 철심(11)은 C형 철심이 이동부 진행방향인 전후로 적층되어 전체적인 형상이 C형을 가지도록 제작되는 C형 이동부 철심으로, 동일한 사이즈의 C형 철심을 전후로 적층하여 제작되므로 다양한 사이즈의 C형 철심을 제작한 뒤 이들을 사이즈에 따라 안팎으로 적층해야 하는 도 1의 C형 이동부 철심에 비해 제작이 간단하고, 제작비가 저렴한 장점이 있다. 또한 솔리드 형태의 철심보다 제작이 용이함은 물론 추력이 많이 발생한다.
한편, 첨부한 도 19a ~ 도 19e는 본 발명에서 철심과 영구자석, 권선을 수지로 몰딩하여 구성한 이동부의 사시도로서, 도시된 바와 같이, 제1실시예 ~ 제7실시예의 횡자속 선형전동기에서 이동부(10)는 철심과 영구자석, 권선 전체를 수지로 몰딩하여 구성할 수도 있다.
즉, 이동부(10)의 구성요소 전체를 둘러싸도록 비자성체 및 비도체 성질을 가지는 수지로 몰딩하여, 이동부의 철심과 영구자석, 권선을 기계적으로 고정시키는 지지 구조물(14)을 형성하며, 이에 이동부의 제작이 용이해지고, 제작비를 절감할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에서는 성층철심을 적용한 이동부 철심이 사용됨으로써, 철손 및 전류량 감소, 소음 저감, 고속에서의 효율 개선, 권선의 온도 상승 문제 개선 등 여러 장점이 있게 된다.
이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제1실시예를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 제1실시예의 고정부를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제2실시예를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 제2실시예의 고정부를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제3실시예를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 제3실시예의 고정부를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제4실시예를 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 제4실시예의 고정부를 도시한 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제5실시예를 도시한 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 제5실시예의 고정부를 도시한 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제6실시예를 도시한 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 제6실시예의 고정부를 도시한 사시도,
도 13은 본 발명에 따른 영구자석 여자 횡자속 선형전동기의 제7실시예를 도 시한 사시도,
도 14는 본 발명에 따른 제7실시예의 고정부를 도시한 사시도,
도 15는 본 발명에 따른 제7실시예에서 영구자석이 삽입될 홈부가 형성된 이동부 철심을 도시한 사시도,
도 16은 본 발명에 따른 제7실시예에서 이동부의 영구자석 및 극방향을 도시한 사시도,
도 17은 본 발명의 선형전동기에서 영구자석이 삽입될 홈부가 형성된 이동부 철심의 다른 실시예를 도시한 사시도,
도 18a ~ 도 18e는 본 발명에서 C형 철심을 전후로 적층하여 구성한 이동부 철심의 사시도,
도 19a ~ 도 19e는 본 발명에서 철심과 영구자석, 권선을 수지로 몰딩하여 구성한 이동부의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 이동부 11 : 이동부 철심
11a : 홈부 12 : 이동부 영구자석
13 : 이동부 권선 14 : 이동부 지지 구조물
20 : 고정부 21 : 고정부 철심
22 : 고정부 철심 지지 구조물

Claims (17)

  1. 서로 번갈아 배치된 철심과 영구자석, 상기 철심과 영구자석의 양쪽 다리부분을 감고 있는 권선으로 이루어진 이동부와, 상기 이동부와의 사이에 공극을 두고 있으면서 이동부의 이동방향을 따라 배치되는 고정부를 포함하는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 있어서,
    상기 이동부의 철심이 C형의 철심을 적층하여 구성된 C형 성층철심으로 이루어지며,
    상기 C형 성층철심은 C형의 안쪽 철심에 바깥쪽으로 다른 C형의 철심을 반복적으로 적층하여 구성되는 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동부의 철심 및 영구자석에서 양쪽 다리부분의 끝단에 안쪽으로 들어간 홈 형상의 치(齒)가 형성되고, 상기 이동부의 치와 마주보는 고정부의 철심 부분에는 돌출 형상의 치가 형성된 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정부의 철심이 상기 이동부의 철심 및 영구자석의 양쪽 다리부분 사이에 삽입되어 상기 이동부가 고정부를 감싸는 형태로 배치되고,
    상기 고정부의 철심은 중앙부의 길이를 따라 복수개의 돌출부들이 돌출 형성되되, 상기 돌출부들이 중앙부에서 좌우로 번갈아 돌출된 구조의 요철 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이동부의 철심 및 영구자석의 양쪽 다리부분 끝단에 경사진 형상의 치가 형성되고,
    상기 고정부 철심의 각 돌출부에서 상기 이동부의 경사진 치와 공극을 두고 마주보게 되는 부분이 경사진 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 고정부의 철심은,
    좌우측으로 돌출 형성된 돌출부들이 중앙부의 길이를 따라 이동부의 극간격인 τP 간격으로 반복 형성되어, 좌측 및 우측에서 각각 같은 쪽 방향의 돌출부들 간에는 2τP의 간격으로 반복되도록 형성된 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동부 철심의 양쪽 다리부분 끝단부에서 τP 간격으로 형성된 홈부에 영구자석이 각각 삽입되어, 상기 양쪽 다리부분 끝단부에서 이동부 철심 치 부분과 영구자석이 번갈아 배치된 구조로 되어 있고, 이때 상기 홈부의 간격에 의해 영구자석이 τP 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 이동부의 영구자석들이 이웃한 영구자석 간에 자극의 방향이 역방향이 되도록 상기 홈부에 삽입되어, 상기 홈부 사이의 이동부 철심 치 부분에 N, S의 자극이 번갈아서 생기도록 하되,
    상기 이동부의 양쪽 다리부분 중 일측 다리부분에 삽입된 영구자석들은 자극의 방향이 ←,→,←,→의 형태가 되도록 하고, 타측 다리부분에 삽입된 영구자석들은 자극의 방향이 →,←,→,←의 형태가 되도록 한 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 이동부와 공극을 가지는 고정부의 철심으로는 직선형 철심이 사용되고, 이때 직선형 철심이 2τP의 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정부는 고정부 철심의 주변이 비자성 및 비전도성 수지로 몰딩되어 상기 수지에 의해 고정부 철심이 고정 및 지지되는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동부는 이동부 철심, 영구자석, 권선의 주변이 비자성 및 비전도성 수지로 몰딩되어 상기 수지에 의해 이동부 철심, 영구자석, 권선이 고정 및 지지되는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석 여자 횡자석 선형전동기.
  13. 서로 번갈아 배치된 철심과 영구자석, 상기 철심과 영구자석의 양쪽 다리부분을 감고 있는 권선으로 이루어진 이동부와, 상기 이동부와의 사이에 공극을 두고 있으면서 이동부의 이동방향을 따라 배치되는 고정부를 포함하는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기에 있어서,
    상기 이동부 철심은 철심을 적층하여 구성된 양쪽의 다리부분과 철심을 적층하여 구성된 중간부분이 결합되어 전체적으로 C형을 형성하는 성층철심으로 이루어지고,
    상기 C형 성층철심은 C형의 안쪽 철심에 바깥쪽으로 다른 C형의 철심을 반복적으로 적층하여 구성되며,
    상기 이동부 철심의 양쪽 다리부분 끝단부에서 τP 간격으로 형성된 홈부에 영구자석이 각각 삽입되어, 상기 양쪽 다리부분 끝단부에서 이동부 철심 치 부분과 영구자석이 번갈아 배치된 구조로 되어 있고, 이때 상기 홈부의 간격에 의해 영구자석이 τP 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 이동부의 영구자석들이 이웃한 영구자석 간에 자극의 방향이 역방향이 되도록 상기 홈부에 삽입되어, 상기 홈부 사이의 이동부 철심 치 부분에 N, S의 자극이 번갈아서 생기도록 하되,
    상기 이동부의 양쪽 다리부분 중 일측 다리부분에 삽입된 영구자석들은 자극의 방향이 ←,→,←,→의 형태가 되도록 하고, 타측 다리부분에 삽입된 영구자석들은 자극의 방향이 →,←,→,←의 형태가 되도록 한 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 이동부와 공극을 가지는 고정부의 철심으로는 직선형 철심이 사용되고, 이때 직선형 철심이 2τP의 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 C형 성층철심을 이용한 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 고정부는 고정부 철심의 주변이 비자성 및 비전도성 수지로 몰딩되어 상기 수지에 의해 고정부 철심이 고정 및 지지되는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석 여자 횡자속 선형전동기.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 이동부는 이동부 철심, 영구자석, 권선의 주변이 비자성 및 비전도성 수지로 몰딩되어 상기 수지에 의해 이동부 철심, 영구자석, 권선이 고정 및 지지되는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석 여자 횡자석 선형전동기.
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