KR101341629B1 - 리니어 모터 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단하고 경제적이면서도 마그넷 트랙을 효율적으로 감쇠할 수 있는 리니어 모터 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리니어 모터 시스템은 전자석을 포함하는 이동자와, N극과 S극이 교번적으로 배치되어 있으며 이동자와의 사이에 전자기력을 형성하여 이동자를 직선으로 이동시키되 이동자의 이동시 발생되는 반발력에 의해 이동자의 이동방향의 반대 방향으로 직선 이동되는 마그넷 트랙과, 일단부는 마그넷 트랙에 고정되고 타단부는 고정단에 지지되며, 마그넷 트랙에 복원력을 인가하는 스프링을 포함하되, 마그넷 트랙의 직선 이동시, 마그넷 트랙의 이동량과 스프링의 변형량이 비선형적인 관계를 가지도록 스프링은 마그넷 트랙의 이동 방향에 대하여 교차하는 방향으로 배치된다.

Description

리니어 모터 시스템{Linear motor system}

본 발명은 리니어 모터 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스프링을 이용하여 반발력을 보상하는 리니어 모터 시스템에 관한 것이다.

리니어 모터 시스템은 원형 모터의 회전 구동력을 직선운동으로 변형한 것으로, 이와 같은 리니어 모터 시스템은 반도체 장비 등 다양한 분야에 많이 적용되고 있으며, 그 일례로 공개특허 10-2011-0023329호 등이 공개된바 있다.

이와 같은 리니어 모터 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 전자석을 포함하는 이동자(1)와, N극과 S극이 교번적으로 일렬로 배치되어 있으며 이동자와의 사이에 전자기력을 발생시켜 이동자를 직선이동시키는 마그넷 트랙(2)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 리니어 모터 시스템에 있어서, 이동자(1)가 일방향으로 직선 이동될 때 반발력(즉, 반작용의 힘)에 의해 마그넷 트랙(2)은 이동자의 반대방향으로 이동하게 된다. 이때, 마그넷 트랙(2)을 원위치로 이동시키기 위하여 마그넷 트랙에는 마그넷 트랙의 이동방향과 동일한 방향으로 스프링(3)이 연결되어 있다.

이때, 마그넷 트랙(2)은 한정된 공간(예를 들어, 모션 스테이지 내부)에서만 이동가능하므로, 이를 만족시키기 위해서는 마그넷 트랙에 연결된 스프링(3)이 일정 크기 이상의 강성(탄성계수)을 가져야 한다. 하지만, 마그넷 트랙(2)의 이동변위를 감소시키기 위해 스프링(3)의 강성이 커질수록 반발력의 보상률이 낮아지게 되는 문제가 있다.

한편, 미설명 도면부호 4는 마그넷 트랙의 이동을 위한 가이드 레일이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 마그넷 트랙을 한정된 구간 안에서만 이동시키면서도 높은 반발력 보상률을 가질 수 있도록 구조가 개선된 리니어 모터 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 리니어 모터 시스템은 전자석을 포함하는 이동자와, N극과 S극이 교번적으로 배치되어 있으며 상기 이동자와의 사이에 전자기력을 형성하여 상기 이동자를 직선으로 이동시키되 상기 이동자의 이동시 발생되는 반발력에 의해 상기 이동자의 이동방향의 반대 방향으로 직선 이동되는 마그넷 트랙과, 일단부는 상기 마그넷 트랙에 고정되고 타단부는 고정단에 지지되며, 상기 마그넷 트랙에 복원력을 인가하는 스프링을 포함하되, 상기 마그넷 트랙의 직선 이동시, 상기 마그넷 트랙의 이동량과 상기 스프링의 변형량이 비선형적인 관계를 가지도록 상기 스프링은 상기 마그넷 트랙의 이동 방향에 대하여 교차하는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 마그넷 트랙의 이동 방향과 동일한 방향으로 배치되는 스프링을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 스프링의 변위량이 마그넷 트랙의 이동량에 대하여 비선형적으로 변화되므로, 마그넷 트랙을 한정된 구간 안에서만 이동시키면서도 높은 반발력 보상률을 가질 수 있다.

도 1은 종래의 리니어 모터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 마그넷 트랙의 이동량과 스프링의 변형량의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리니어 모터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리니어 모터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리니어 모터 시스템의 개략적인 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일 와전류 감쇠기에 관하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 3은 마그넷 트랙의 이동량과 스프링의 변형량의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저 본 실시예에 따른 리니어 모터 시스템(100) 이동자(10)와, 마그넷 트랙(20)과, 스프링(30)을 포함한다.

이동자(10)는 코어와 이 코어 둘레에 감겨진 코일을 포함하며, 전자석의 구조로 이루어진다. 도 2에 화살표로 도시된 바와 같이, 이동자(10)는 직선 이동할 수 있도록 배치되며, 이때 이동자의 이동을 위해 가이드 레일(도면 미도시)이 설치될 수 있다.

마그넷 트랙(20)은 복수의 N극과 S극이 교번적으로 일렬로 배치된 구조를 가지며, 이동자의 하측(또는, 상측)에 배치된다. 도 2에 화살표로 도시된 바와 같이, 마그넷 트랙(20)은 가이드 레일(4)에 결합되어 직선 이동할 수 있도록 배치된다. 이때, 마그넷 트랙(20)과 이동자(10)는 서로 반대 방향으로 이동된다.

스프링(30)은 마그넷 트랙이 원위치로 복원되도록 마그넷 트랙에 복원력을 인가하기 위한 것이다. 본 실시예의 경우 스프링은 4개 구비되며, 마그넷 트랙의 양측 단부의 측면에 하나씩 배치된다. 그리고, 각 스프링의 일단부는 마그넷 트랙에 고정되고 타단부는 고정단(5)에 고정된다. 이때, 스프링의 길이 방향(변형되는 방향)과 마그넷 트랙의 이동 방향은 서로 교차되는 방향으로 배치되는데, 특히 본 실시예의 경우 스프링의 길이 방향과 마그넷 트랙의 이동 방향이 서로 직교하도록 배치된다.

이와 같이 구성된 리니어 모터 시스템에 있어서 이동자의 코일에 전류가 인가되면, 이동자와 마그넷 트랙 사이에 전자기력이 발생되고, 이에 따라 이동자(10)가 직선이동된다. 그리고, 이동자와의 사이에 발생되는 반발력에 의해 마그넷 트랙(20)은 이동자와 반대 방향으로 직선이동되는데, 마그넷 트랙(20)에 결합된 스프링(30)이 마그넷 트랙에 복원력을 인가하므로, 마그넷 트랙은 진동하게 된다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이 스프링(30)과 마그넷 트랙(20)의 이동 방향이 서로 직교하게 배치되면, 스프링의 변형량과 마그넷 트랙의 이동량이 비선형적인 관계를 가지게 된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 초기 위치로부터 마그넷 트랙이 d_S 만큼 이동하였을 때 스프링의 변형량 △d₁과, 마그넷 트랙이 2d_S 만큼 이동하였을 때 스프링의 변형량 △d₂를 비교하면, 마그넷 트랙의 이동량이 2배가 되었을 때 스프링의 변형량은 2배 보다 훨씬 더 증가하였음을 확인할 수 있다(즉, △d₂ > 2△d₁).

다시 말해서, 마그넷 트랙의 이동 초기시(즉, 이동량이 적은 상태로 도 3의 θ가 작은 경우)에는 스프링의 길이 변화율은 낮은 반면, 마그넷 트랙이 이동량이 커지면(θ가 큰 경우) 이에 따라 스프링이 길이가 마그넷 트랙의 이동량에 비례하여 선형적으로 증가하는 것이 아니라, 스프링의 길이 변화율 자체가 증가하므로 스프링이 변형량은 비선형적으로 급격하게 증가하게 된다.

한편, 마그넷 트랙으로 전달되는 복원력은 스프링의 변형량에 비례하므로, 마그넷 트랙의 이동량이 적은 상태에서는 마그넷 트랙으로 전달되는 복원력이 크지 않고, 따라서 높은 수준의 반발력 보상률을 유지할 수 있다. 그리고, 마그넷 트랙의 이동량이 커지면 스프링의 변형량이 급격히 증가하면서 마그넷 트랙으로 전달되는 복원력 역시 급격히 증가하므로, 마그넷 트랙이 제한된 구간 내에서만 진동하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 마그넷 트랙의 진폭이 작은 상태에서는 높은 수준의 반발력 보상률을 유지하면서 마그넷 트랙의 진동을 감쇠할 수 있고, 마그넷 트랙의 진폭이 커지면 마그넷 트랙에 인가되는 복원력이 급격하게 증가하여 마그넷 트랙이 제한된 구간 내에서 진동하게 되므로, 마그넷 트랙의 진동을 효율적으로 감쇠할 수 있다.

특히, 본 실시예의 경우에는 탄성계수 자체가 비선형성을 가지는 고가의 스프링을 사용하는 것이 아닌, 스프링의 배치를 변경함으로써 이러한 효과를 얻을 수 있으므로, 제작단가 및 제작의 용이성 측면에서 뛰어난 경쟁력을 확보할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 모터 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 리니어 모터 시스템(100A)은 마그넷 트랙의 이동방향과 직교하는 방향으로 배치된 스프링(30) 뿐 아니라, 마그넷 트랙의 이동방향과 동일한 방향으로 배치된 스프링(40)을 포함한다.

그리고, 이와 같이 서로 다른 방향으로 배치된 스프링을 함께 구성하면, 마그넷 트랙에 인가되는 강성을 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 따라서 마그넷 트랙의 진동을 보다 더 효율적으로 감쇠할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리니어 모터 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 5를 참조하면, 스프링(30)은 2개 구비되며, 마그넷 트랙의 양측에 하나씩 배치된다. 그리고, 각 스프링의 일단부는 마그넷 트랙에 고정되고 타단부는 고정단(5)에 고정된다. 이때, 스프링의 길이 방향(변형되는 방향)과 마그넷 트랙의 이동 방향은 서로 교차되는 방향으로 배치되는데, 특히 본 실시예의 경우 스프링의 길이 방향과 마그넷 트랙의 이동 방향이 서로 직교하지 않고 일정한 각도를 이루면서 배치된다. 그리고, 이와 같이 마그넷 트랙의 이동 방향과 스프링 사이의 각도가 변경되면, 마그넷 트랙의 이동량과 스프링의 변형량 사이의 비선형성이 변하게 된다.

즉, 앞서 도 3에서 검토한 바와 같이, 도 3의 θ가 큰 상태일수록 스프링의 길이 변화율 자체가 증가한다. 따라서, 마그넷 트랙의 이동 방향과 스프링이 이루는 초기각도(증, 평형상태에서의 각도)를 변화시키면 마그넷 트랙의 이동량과 스프링의 변형량 사이의 비선형성이 변하게 되며, 이와 같은 현상을 이용하여 마그넷 트랙의 진동을 효율적으로 감쇠할 수 있다.

또한, 스프링의 초기 변형량 즉 평형상태에서 스프링이 변형된 길이를 변경하면, 마그넷 트랙에 인가되는 탄성력이 변화되므로, 이를 이용하여 마그넷 트랙의 진동을 효율적으로 감쇠할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 스프링(30)만을 설치하더라도 마그넷 트랙의 진동을 감쇠할 수 있다. 또한, 마그넷 트랙과 동일 평면 상이 아니라, 마그넷 트랙이 배치된 평면에 대하여 수직인 방향으로도 스프링을 설치할 수 있다.

100...리니어 모터 시스템 10...이동자
20...마그넷 트랙 30,40...스프링
4...가이드 레일 5...고정단

Claims (4)

1. 전자석을 포함하는 이동자와,
   N극과 S극이 교번적으로 배치되어 있으며 상기 이동자와의 사이에 전자기력을 형성하여 상기 이동자를 직선으로 이동시키되 상기 이동자의 이동시 발생되는 반발력에 의해 상기 이동자의 이동방향의 반대 방향으로 직선 이동되는 마그넷 트랙과,
   일단부는 상기 마그넷 트랙에 고정되고 타단부는 고정단에 지지되며, 상기 마그넷 트랙에 복원력을 인가하는 스프링을 포함하되,
   상기 마그넷 트랙의 직선 이동시, 상기 마그넷 트랙의 이동량과 상기 스프링의 변형량이 비선형적인 관계를 가지도록 상기 스프링은 상기 마그넷 트랙의 이동 방향에 대하여 교차하는 방향으로 배치되며,
   상기 마그넷 트랙의 이동방향과 상기 스프링이 배치되는 방향 사이의 각도 또는 상기 스프링의 초기 변형량을 변경함으로써 상기 마그넷 트랙의 이동량과 상기 스프링의 변형량 사이의 비선형성을 변경하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마그넷 트랙의 이동 방향과 동일한 방향으로 배치되는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 스프링은 상기 마그넷 트랙의 양측에 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 시스템.

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