KR101372664B1

KR101372664B1 - 리니어 모터

Info

Publication number: KR101372664B1
Application number: KR1020120115069A
Authority: KR
Inventors: 공경철; 나병훈
Original assignee: 서강대학교산학협력단
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-03-11

Abstract

본 발명은 충분한 구동력을 발생시킴과 동시에 슬림화 또는 리니어 모터의 미작동시의 작동 저항을 최소화 또는 최적화할 수 있는 리니어 모터에 관한 것이다.

Description

리니어 모터{Linear motor}

본 발명은 리니어 모터에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 충분한 구동력을 발생시킴과 동시에 슬림화 또는 리니어 모터의 미작동시의 작동 저항을 최소화 또는 최적화할 수 있는 리니어 모터에 관한 것이다.

리니어 모터(linear motor)는 유도 전동기를 축을 따라 절개한 평면상에 전개한 것 같은 모터로서, 고정 자석이 구비된 고정부와 전자석이 구비된 구동부가 구비되고, 상기 구동부가 미리 결정된 방향으로 구동되도록 구동력이 발생되는 모터를 의미한다. 이와 같은 리니어 모터는 구동 대상물을 직선 왕복 구동하는 경우 다양한 분야에 적용되고 있다.

이러한 리니어 모터의 적용 분야는 무수히 많으며, 최근 다족(多足) 보행 또는 주행 로봇 또는 의료용 보행 보조장치 등에서도 적용될 수 있다. 이와 같은 기술분야에서는 리니어 모터의 부피를 슬림화하고 무게를 경량화함과 동시에 충분한 구동력을 확보하는 것이 중요하다.

그러나, 종래의 리니어 모터 등을 적용하려는 경우, 어느 정도의 구동력 요건을 충족시키기 위해서는 리니어 모터의 부피가 크거나 무게가 무겁고 불필요하게 작동저항이 큰 경우가 많아서 실제로 적용되기 쉽지 않았다.

그러나, 사용자의 움직임 또는 생활을 보조하는 로봇 또는 사용자의 작업이 위험한 영역에서 사용자의 움직임 또는 생활을 보조하거나 위험한 작업을 대신 수행하는 로봇의 활용이 크게 증가되는 추세이므로, 전술한 문제점들을 해결하기 위한 로봇의 구동장치로서의 리니어 모터가 요구된다.

대한민국 공개특허공보 10-2011-0089950호(2011년 8월 20일 공개)

본 발명은 충분한 구동력을 발생시킴과 동시에 슬림화 또는 리니어 모터의 미작동시의 작동 저항을 최소화 또는 최적화할 수 있는 리니어 모터를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명에 따른 리니어 모터는 복수 개의 전자석이 일렬로 배치된 구동부가 복수 개 평행하게 구비되는 구동유닛, 복수 개의 자석이 일렬로 배치되는 고정부가 복수 개 평행하게 구비되는 고정유닛, 상기 구동유닛의 각각의 전자석의 상면에 구비되어 각각의 전자석에 전기적으로 연결된 복수 개의 전원단자 및, 상기 고정유닛의 각각의 고정부 사이에 구비되어 상기 구동유닛의 이송시 상기 구동유닛의 전원단자와 접촉되어 전류를 공급하는 복수 개의 브러쉬 단자를 포함하고, 상기 구동유닛을 구성하는 복수 개의 구동부는 상기 고정유닛을 구성하는 복수 개의 고정부 사이에 각각 슬라이딩 가능하게 배치되어 함께 구동되는 리니어 모터를 제공한다.

이 경우, 상기 구동유닛을 구성하는 각각의 구동부를 상기 고정유닛을 구성하는 각각의 고정부 사이에 배치하며, 최외곽에는 고정부가 배치될 수 있다.

또한, 상기 구동유닛의 구동부는 N(N은 2이상의 자연수)개 구비되고, 상기 고정유닛의 고정부는 N+1개 구비될 수 있다.

상기 N은 2일 수 있다.

그리고, 상기 고정유닛은 상기 구동유닛의 구동부가 슬라이딩 가능하게 삽입 장착되는 장착부를 구비하며, 상기 장착부 내측 상면에 상기 브러쉬 단자가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 브러쉬 단자는 상기 전원단자와 면접촉되는 플레이트 형태로 구비될 수 있다.

또한, 상기 브러쉬 단자는 상기 전원단자와 구름 접촉되는 롤러 형태로 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 롤러 형태의 브러쉬 단자 및 상기 브러쉬 단자를 회전 가능하게 지지하는 회전축은 금속 재질로 구성되며, 상기 브러쉬 단자로 공급되는 전류는 상기 회전축을 통해 공급될 수 있다.

이 경우, 상기 고정유닛을 구성하는 복수 개의 평행하고 이격되어 배치된 고정부 사이에 상기 구동유닛의 구동부가 배치되어 슬라이딩 이송되는 장착부를 구비하며, 상기 장착부의 상부에 상기 브러쉬 단자가 구비될 수 있다.

또한, 상기 브러쉬 단자는 상기 고정유닛의 고정부의 길이 방향으로 각각의 자석의 경계 영역에 배치될 수 있다.

그리고, 상기 구동유닛을 구성하는 복수 개의 구동부의 길이방향 일단을 연결하며, 구동대상 물체가 연결되는 장착부재를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 장착부재는 상기 구동유닛의 각각의 구동부의 복수 개의 전자석 중 대응되는 위치에 구비된 전자석을 전기적으로 연결하기 위한 전기 배선의 배치 경로로 사용될 수 있다.

또한, 상기 구동유닛을 구성하는 복수 개의 구동부의 상면 또는 하면이 연결된 연결부가 구비되며, 상기 연결부는 상기 구동유닛의 각각의 구동부의 복수 개의 전자석 중 대응되는 위치에 구비된 전자석을 전기적으로 연결하기 위한 전기 배선의 배치 경로로 사용될 수 있다.

그리고, 상기 구동유닛의 구동부의 길이는 상기 고정유닛의 고정부의 길이보다 길고, 상기 구동유닛의 구동부를 구성하는 전자석의 직경은 상기 고정유닛을 구성하는 고정부를 구성하는 자석의 직경보다 작을 수 있다.

여기서, 상기 구동부의 전자석의 직경(D)과 상기 고정부의 자석의 직경(L)은 M1*D= M2*L (M1> M2, M1 및 M2는 자연수)의 관계가 성립할 수 있다.

또한, 상기 구동유닛의 구동부를 구성하는 각각의 전자석은 수지 재질의 코어 프레임에 상기 전원단자와 연결된 코어 와이어가 권선될 수 있다.

이 경우, 상기 M1는 3이며, M2는 2일 수 있다.

이 경우, 상기 코어 프레임은 한 쌍의 마주보는 측벽부와 상기 측벽부를 연결하는 연결바를 포함하여 구성되며, 상기 측벽부와 상기 연결바는 합성 수지 재질로 구성될 수 있다.

또한, 상기 연결바 내부에 자성체 금속 재질의 코어바가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 코어바는 상기 코어 프레임에 착탈 가능하게 장착될 수 있다.

여기서, 상기 코어바는 원기둥 또는 파이프 형태로 구성될 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 모터는 복수 개의 전자석 및 각각의 전자석에 전기적으로 연결된 복수 개의 전원단자를 구비하며, 평행하고 이격된 상태로 배치되는 N (N은 2이상의 자연수) 개의 구동부;

복수 개의 자석이 자석의 극성이 반대가 되도록 번갈아 배치되며, 복수 개의 상기 구동부가 장착된 상태로 슬라이딩 가능하도록 장착공간인 장착부가 N개 형성되도록 평행해게 이격되어 배치되는 N+1 개의 고정부; 및,

상기 구동부의 전원단자에 접촉되어 전류를 공급하기 위하여, 상기 고정부 상면에 설치되는 복수 개의 브러쉬 단자;를 포함하는 리니어 모터를 제공한다.

그리고, 상기 고정유닛은 복수 개의 고정부를 평행하고 이격된 상태로 지지하기 위한 상판부재 및 하판부재를 더 포함하고, 상기 장착부는 상기 고정부, 상기 상판부재 및 상기 하판부재에 의하여 구획되며, 상기 브러쉬 단자는 상기 장착부 측으로 노출되도록 상기 상판부재 또는 상기 하판부재에 장착될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 합성 수지 재질의 코어 프레임에 코어 와이어가 권선된 복수 개의 전자석 및 각각의 전자석에 전기적으로 연결된 복수 개의 전원단자를 구비하는 적어도 1개 이상의 구동부, 복수 개의 자석이 자석의 극성이 반대가 되도록 번갈아 배치되며, 상기 구동부가 장착된 상태로 슬라이딩 가능한 장착공간을 상기 구동부의 개수만큼 구비하도록 평행하게 이격되어 구비되는 복 수 개의 고정부 및, 상기 구동부의 이송방향을 따라 상기 고정부의 이격에 의하여 형성되는 장착공간에 복수 개 이격되어 구비되는 브러쉬 단자를 포함하는 리니어 모터를 제공한다.

여기서, 상기 코어 프레임은 한 쌍의 마주보는 측벽부와 상기 측벽부를 연결하는 연결바를 포함하여 구성되며, 상기 연결바 내부에 자성체 금속 재질의 코어바가 구비될 수 있다.

또한, 상기 코어바는 상기 코어 프레임에 착탈 가능하게 장착될 수 있다.

이 경우, 상기 코어바는 기둥 또는 파이프 형태로 상기 연결바를 관통하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 모터에 의하면, 복수 개로 분할된 구동유닛과 복수 개로 분할된 고정유닛을 채용하여, 충분한 구동력을 확보할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 리니어 모터는 고정유닛을 구성하는 고정부를 N+1 열로 배치하며, 각각의 고정부 사이에 N 열의 구동부를 배치하여, 고정부의 자석 중 최외곽 열 이외의 열에 배치되는 고정부의 자석에서 제공하는 자력을 손실없이 모두 구동부의 구동에 적용할 수 있으므로, 동일한 구동력을 제공하는 하나의 구동부를 갖는 리니어 모터에 비해 슬림화될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 리니어 모터에 의하면, 복수 개로 분할된 구동유닛과 복수 개로 분할된 고정유닛을 채용하여, 구동력에 비해 리니어 모터를 슬림화 또는 경량화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 리니어 모터에 의하면, 구동유닛에 구비되는 전자석을 구성하는 코어 프레임을 합성 수지 재질로 구성할 수 있으므로, 리니어 모터의 전자석과 자석 간의 불필요한 작동저항을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 리니어 모터에 의하면, 구동유닛에 구비되는 전자석을 구성하는 코어 프레임을 합성 수지 재질로 구성하고 필요에 따라 코어 프레임 내측에 금속 재질의 코어바를 구비하여, 리니어 모터의 전자석과 자석 간의 작동저항을 최적화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 리니어 모터에 의하면, 브러쉬 단자를 롤러 형태로 구성하는 경우, 가동유닛의 이송시 발생될 수 있는 저항을 최소화하여 브러쉬 단자의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 리니어 모터의 하나의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터의 구동부와 고정부의 분리도를 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터의 작동상태를 도시한다.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터의 구동부의 분해 사시도를 도시한다.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터의 구동부의 전자석을 도시한다.
도 6은 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터의 고정부의 분해 사시도를 도시한다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터의 고정부의 평면 구성도를 도시한다.
도 8은 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터의 작동 상태의 개념도를 도시한다.
도 9는 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터의 작동 상태의 개념도를 도시한다.
도 10는 본 발명에 따른 리니어 모터의 다른 실시예를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 리니어 모터의 다른 실시예를 도시한다.
도 12는 도 11에 도시된 리니어 모터의 구동유닛의 분해 사시도를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 리니어 모터(1000)의 하나의 실시예의 사시도를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터(1000)의 구동유닛(100)과고정유닛(200)의 분리된 사시도를 도시한다.

본 발명에 따른 리니어 모터(1000)는 자석(영구자석)을 구비하는 고정유닛(200)과 전자석이 구비된 구동유닛(100)을 구비한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 리니어 모터(1000)의 고정유닛(200)은 박스 형태로 구성되며, 내부를 관통하여 구동유닛이 슬라이딩 가능하게 장착되도록 장착부(220, 240)가 구비될 수 있다.

상기 고정유닛(200) 및 상기 구동유닛(100)은 어느 쪽이 고정되느냐에 따라 그 역할은 변경될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 리니어 모터(1000)의 구동유닛(100)은 복수 개의 구동부(100a, 100b)를 구비하는 특징을 갖는다.

즉, 하나의 고정유닛(200)에 장착되어 구동대상 물체를 구동시키는 구동유닛(100)이 복수 개의 구동부(100a, 100b)로 분할 구성된다.

이는 구동유닛의 출력을 충분히 보장함과 동시에 리니어 모터를 슬림하게 하고자, 구동유닛 및 고정유닛의 자석 및 전자석을 복수 열로 구성하기 때문이다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 상기 구동유닛(100)은 2개로 분할 구성되어 상기 고정유닛(200)에 구비된 2개의 장착부(220, 240)에 슬라이딩 가능하도록 각각 삽입된다.

분할 구성된 2개의 구동부(100a, 100b)는 각각의 동일방향 단부에 장착부재(120)에 의하여 연결되며, 상기 장착부재(120)는 구동대상 물체가 장착되어 구동력을 전달할 수 있다.

상기 장착부재(120)에 장착된 구동대상 물체는 상기 구동유닛의 직선 왕복운동에 따라 구동될 수 있다.

상기 구동유닛(100)을 구성하는 각각의 구동부(100a, 100b)는 내부에 일렬로 전자석이 매립되어 있으며, 상면으로 전력 공급을 위한 전원단자(후술함)가 노출되어 있다.

각각의 구동부(100a, 100b)에는 복수 개의 전자석(미도시)이 구비되며, 전자석의 자기력선의 방사방향은 평행한 구동부 코어의 대응되는 위치에 구비된 전자석의 자기력선의 방향이 동일한 방향이 되도록 각각의 전자석은 배치될 수 있다.

도 3은 도 1 및 2에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터(1000)의 작동상태를 도시한다.

구체적으로 도 3(a)는 본 발명에 따른 리니어 모터(1000)의 구동유닛(100)이 고정유닛(200)에 대해 후진 구동된 상태를 도시하며, 도 3(b)는 본 발명에 따른 리니어 모터(1000)의 구동유닛(100)이 고정유닛(200)에 대해 전진 구동된 상태를 도시한다.

전술한 바와 같이, 상기 고정유닛(200)은 고정된 상태로 설치되는 경우, 상기 구동유닛(100)은 인가되는 전류의 방향 등에 따라 상기 고정유닛(200)에 대하여 왕복 구동될 수 있다.

도 3에 도시된 실시예에서, 상기 구동유닛(100)은 구동유닛을 구성하는 제1 및 제2 구동부(100a, 100b)를 구비하며, 상기 제1 및 제2 구동부(100a, 100b)는 각각의 단부에 구비된 장착부재(120)에 연결되어 함께 구동될 수 있다.

상기 장착부재(120)의 고리 등에는 구동 대상물이 연결되어 고속 왕복 이송이 가능하게 된다. 물론, 상기 구동유닛(100)이 고정된 상태로 유지되고, 상기 고정유닛(200)이 왕복 이송이 가능하도록 구성될 수 있음은 전술한 바와 같다.

그리고, 상기 장착부재(120)는 후술하는 바와 같이, 전력 배선의 배치경로로 사용될 수 있음과 동시에 단부를 연결하는 역할은 별도의 장착부재 형태가 아니라 구동부의 이송방향과 수직한 방향으로 연결되는 연결부 형태로 대체(도 11의 130 참조)될 수 있다. 전력 배선의 배치경로로 상기 장착부재(120)가 사용될 수 있으나, 도 11 및 도 12를 참조하여 후술하는 바와 같이, 전기적 배선의 길이 등을 고려하여 연결부 등을 전력 배선의 배치경로로 사용될 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터(1000)의 구동유닛(100)의 분해 사시도를 도시한다.

본 발명에 따른 구동유닛은 2개의 구동부(100a, 100b)를 구비하며, 각각의 구동부(100a, 100b)는 단부에 장착부재(120)를 통해 연결되어 함께 구동된다.

상기 장착부재(120)는 구동 대상 물체가 연결되어 구동력을 공유하고, 분할된 구동부(100a, 100b)를 연결하며, 각각의 구동부(100a, 100b)의 대응되는 위치의 전자석을 전기적으로 연결하는 전선 연결통로로 사용될 수 있다. 각각의 구동부(100a, 100b)에 구비된 전자석(300)들에 각각 2개의 전극을 구비하여 전자석화하는 방법이 사용될 수 있으나, 후술하는 바와 같이 각각의 구동부(100a, 100b)의 대응되는 위치에 구비되는 전자석을 전선으로 연결하는 방법을 선택하면 각각의 구동부(100a, 100b) 및 고정유닛에 구비되는 전원단자 또는 브러쉬 단자의 개수를 최소화할 수 있으므로 구조가 단순해질 수 있으며, 그에 따른 제조비용 및 작업공수를 줄일 수 있다.

각각의 구동부(100a, 100b)는 복수 개의 전자석(300)이 일렬로 배치될 수 있다.

각각의 구동부(100a, 100b)의 전자석(300)은 그 상부의 대응되는 위치에 구비되는 전원단자(113a, 113b)에서 공급되는 전류의 방향에 따라 자기력의 방향이 변경될 수 있다.

또한, 각각의 구동부(100a, 100b)의 대응되는 위치의 전자석(300)은 전기적 배선 등으로 연결되지만, 물리적으로 이격된 위치에 배치되므로, 각각 N 및 S 극을 구비한 독립된 자석처럼 자력이 발생될 수 있다.

그리고, 각각의 구동부(100a, 100b)에 구비되는 전자석(300)는 원통형으로 구성됨이 도시되었으나 형태의 제한은 없다.

각각의 구동부(100a, 100b)는 각각의 전자석(300)을 수용하여 안정적으로 장착함과 동시에 전원단자(113a, 113b)의 장착공간을 제공하기 위하여 복수 개의 전자석(300)을 함께 장착하며, 상기 고정유닛(200)에 의하여 구동되는 구동체로서 역할하기 위하여 브라켓 부재를 구비할 수 있다.

각각의 구동부(100a, 100b)에 구비되는 상기 브라켓 부재는 제1 및 제2 브라켓 부재(111, 115)를 포함할 수 있다.

각각의 구동부(100a, 100b)의 제1 및 제2 브라켓 부재 중 제1 브라켓 부재(111a, 111b)의 상면에는 각각의 전원단자(113a, 113b)가 안착되어 장착되기 위한 장착홈(111ag, 111bg)이 구비될 수 있다.

또한, 각각의 구동부(100a, 100b)에 구비되는 제1 및 제2 브라켓 부재(111, 115)는 복수 개의 전자석이 함께 수용되어 장착되기 위한 삽입홈(111as, 111bs, 115as, 115bs 중 111as와 115bs는 미도시)이 구비될 수 있다.

그리고, 상기 장착홈(111ag, 111bg) 및 상기 삽입홈(111as, 111bs, 115as, 115bs)에는 각각의 전자석(300)과 각각의 전원단자(113a, 113b)의 연결 및 각각의 구동부(100a, 100b)의 대응되는 위치에 구비되는 전자석(300)를 연결하기 위한 전선을 배치하기 위한 배선홈(도면부호 미도시)이 구비될 수 있다.

전술한 바와 같이, 각각의 구동부(100a, 100b)의 대응되는 위치에 구비되는 전자석(300)을 연결하는 전선 등은 상기 배선홈 및 상기 장착부재(120 또는 연결부(130, 도 11))을 통해 연결될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 리니어 모터의 구동부의 전자석(300)의 몇 가지 실시예를 도시한다.

본 발명에 따른 리니어 모터의 전자석(300)은 각각의 코어 프레임(310)에 코어 와이어(320)가 복수 회 권선된 형태를 갖을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 리니어 모터의 구동부를 구성하는 각각의 전자석은 코어 와이어가 권선되는 코어 프레임이 스틸과 같은 자성체 금속 재질이 아닌 합성수지 재질로 구성될 수 있다.

코어 와이어를 권선하는 코어 프레임을 수지 재질로 구성하는 이유는 다음과 같다.

만일 코어 와이어 브라켓을 자성체 금속 재질, 예를 들면 스틸 재질로 구성하는 경우, 전자석에 전류 인가시 자력이 강화되는 효과를 얻어 리니어 모터의 구동력을 향상시킬 수 있는 장점은 있지만, 전자석의 코어 와이어에 전류의 공급과 무관하게 리니어 모터의 고정유닛에 구비된 자석(고정자석)의 인력이 인가된다. 따라서, 리니어 모터가 작동하지 않는 경우, 즉 전자석에 전류가 인가되지 않는 경우에도 구동유닛의 움직임이 어렵다. 즉, 불필요한 구동저항이 커지게 되어 리니어 모터의 미작동 등의 경우에도 부드러운 작동이 필요한 경우, 예를 들면 의료용 보행 보조장치 등의 경우에는 보행자의 자력 보행을 어렵게 할 수 있다.

또한, 리니어 모터에 의한 구동 목적이 큰 힘이 아닌 빠른 속도 등의 경우에는 자석과 전자석 간의 자력에 의한 작동 저항은 방해가 될 수 있다. 예를 들면, 다족(多足) 보행 또는 주행 로봇 등의 경우, 리니어 모터를 각각의 족(足)의 구동장치로 사용 경우, 로봇의 목적이 화물의 운송이 아니라 고속 보행 또는 주행인 경우에는 구동장치에서 제공되는 구동력의 크기보다 정밀하고 부드러운 작동일 수 있으며 이러한 경우 리니어 모터의 자석 및 전자석 자체의 물성에 의하여 발생되는 자력에 의한 작동저항이 커지는 것은 바람직하지 않다.

즉, 리니어 모터를 구동하여 큰 힘 또는 큰 출력을 얻어야 하는 경우에는 코어 와이어 브라켓을 자성체 금속 재질로 구성할 수 있지만, 리니어 모터를 큰 출력을 목적으로 하지 않는 고속으로 구동되는 로봇 등의 구동장치 또는 의료용 보행 보조장치 등의 구동장치로 리니어 모터가 사용되는 경우 리니어 모터는 구동하려는 구동 대상물을 부드럽고 응답성을 극대화하며 작동시키거나, 미작동시의 작동저항을 최소화(역구동성의 확보)할 수 있어야 한다.

따라서, 본 발명에 따른 리니어 모터는 고속으로 구성되는 로봇 또는 의료용 보행 보조장치의 구동장치로 사용될 수 있으므로, 본 발명에 따른 리니어 모터의 전자석을 구성하는 코어 프레임은 비자성체 재질, 구체적으로는 수지(예를 들면, 플라스틱 재질) 재질로 구성될 수 있다.

이와 같은 전자석은 구동유닛을 구성하는 구동부가 복수 개인 경우에만 국한되어 적용되지 않고, 구동부가 하나인 종래의 리니어 모터의 경우에도 적용되면 구동력 또는 작동저항을 적절히 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 리니어 모터는 합성 수지 재질의 코어 프레임(310)에 코어 와이어(320)가 권선된 복수 개의 전자석(300) 및 각각의 전자석에 전기적으로 연결된 복수 개의 전원단자를 구비하는 적어도 1개 이상의 구동부 및 복수 개의 자석이 자석의 극성이 반대가 되도록 번갈아 배치되며, 상기 구동부가 장착된 상태로 슬라이딩 가능한 장착공간을 상기 구동부의 개수만큼 구비하도록 평행하게 이격되어 구비되는 복 수 개의 고정부 및, 상기 구동부의 이송방향을 따라 상기 고정부의 이격에 의하여 형성되는 장착공간에 복수 개 이격되어 구비되는 브러쉬 단자를 포함하는 리니어 모터를 포함할 수 있다.

도 5(a)에 도시된 전자석(300a)은 수지 재질의 코어 프레임(310a)을 구비한다.

상기 코어 프레임(310a)는 한쌍의 마주보는 측벽부(312a)와 상기 측벽부(312a)를 연결하는 연결바(314a)로 구성될 수 있으며, 상기 연결바(314a)에 코어 와이어(320)가 권선될 수 있다. 각각의 구동부의 대응되는 위치에 구비되는 각각의 전자석에 권선된 코어 와이어(320)의 일단은 도 4의 각각의 전원단자와 연결되며, 타단은 상호 연결될 수 있다.

도 5(a)에 도시된 전자석(300a)의 코어 프레임(310a)을 스틸 등의 금속 재질로 구성하지 않고 수지 재질 등으로 구성하는 방법에 의하여 리니어 모터의 미작동시 움직임의 저항을 최소화하며, 응답성 등을 향상시킬 수 있다.

그러나, 전자석을 구성하는 코어 프레임(310)을 수지 재질로만 구성하는 경우, 부드러운 작동 또는 응답성을 향상시킬 수 있으나, 충분한 구동력을 유도하기 어려운 경우가 있다.

즉, 코어 와이어에 전류가 공급되면 코어 와이어를 관통하는 자기장이 발생하는데, 이 자기장이란 공간 상에 분포하는 방향성 있는 힘을 말하는 것으로, 마치 눈에 보이지 않는 가상의 선, 즉 자기력선의 간격이 코어 와이어 내부에서는 촘촘하지만 외측으로 갈수록 그 밀도가 감소된다고 이해할 수 있다.

이러한 자기력선이 촘촘한 곳이 소위 자력이 강한 곳이고, 밀도가 감소되는 곳이 자력이 약한 곳이다.

이러한 자기력선은 진공이나 공기를 투과할 수 있으나, 그 보다 스틸과 같은 자성체 내부에서는 투과하는 비율이 월등하다. 즉, 자기력선에 대한 저항이 낮은 쪽으로 자기력선이 집중되며, 자기력선이 집중되는 부분은 자기력이 강하다고 할 수 있다.

이는 투자율(magnetic permeability , 透磁率)이란 개념으로 설명될 수 있으며, 전류와 저항의 관계와 비슷하며, 저항이 낮은 쪽으로 전류가 흐르듯이 자기력선이 투과되는 비율, 즉 투자율이 높은 쪽으로 자기력선이 집중되려는 성향을 갖고 그 부분에서 큰 자기력이 발생된다.

따라서, 수지 재질로 코어 프레임을 형성하는 것보다 코어 프레임을 자성체 금속 재질로 구성하는 경우 투자율이 증가되어 코어 와이어 내측의 자기력선의 밀도가 향상되어 자기력이 강해질 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 모터의 전자석은 그 코어 프레임의 재질을 스틸과 같은 자성체 금속과 플라스틱과 같은 수지 재질의 비자성체의 단점을 적절히 보완하며, 리니어 모터의 목적에 따른 작동시 구동력 및 미작동시의 작동저항을 적절히 조화시키기 위하여, 수지 재질의 코어 프레임 내부에 자성체 금속 재질의 코어바를 삽입하는 방법을 취할 수 있다.

도 5(b)에 도시된 전자석(300b)의 전체적인 구성은 도 5(a)에 도시된 전자석(300a)와 동일하지만, 수지 재질로 구성된 코어 프레임(310b)의 연결바(314b) 내부에 코어바(316b)를 삽입하여 장착한다는 점에서 구별된다.

상기 코어바(316b)를 연결바(314b)에 삽입하여 장착하는 방법 이외에도 단순 자성체 금속 와이어를 상기 코어 와이어(320)와 절연된 상태로 연결바(314b)에 추가하는 방법이라면 그 형태에 제한은 없다.

그리고, 상기 코어바는 상기 코어 프레임의 연결바 등에 착탈 가능하게 장착될 수도 있다. 리니어 모터의 미작동시 자석과 전자석에 발생되는 불필요한 자력에 의하여 발생되는 작동저항 등을 최소화 또는 최적화하기 위함이다.

이 경우, 상기 코어 프레임의 연결바 내측에 상기 코어바의 삽입 장착공간을 구비하여 필요에 따라 실험적으로 작동저항을 최적화하기 위한 코어바를 삽입할 수 있다. 상기 코어바는 기둥 또는 파이프 형태로 구성될 수도 있으며, 상기 코어바는 기둥 또는 파이프 형태로 상기 연결바를 관통하도록 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 코어 프레임의 연결바 내측에 상기 코어바의 삽입 장착공간은 일정한 내측 직경을 갖도록 구성되는 경우, 상기 코어바는 중공 형상의 파이프 형태(예를 들면, 원형 파이프)로 구성하고 필요한 작동저항에 따라 중공부의 내측 직경을 증감시켜 최적화하는 방법도 적용이 가능하다.

즉, 작동저항을 키우려면 동일한 코어바의 삽입 장착공간에 장착되는 코어바의 중공부 내측 직경을 감소시킬 수 있고, 반대의 경우에는 중공부의 내측 직경을 증가시킬 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여 원기둥 형태로 권선된 코어 와이어의 내측에 분포되어 투과되는 자기력선을 연결바(314b) 내측의 코어바(316b) 측으로 집중되도록 할 수 있으며, 원기둥 형태로 권선된 코어 와이어의 중심부위에 더 많은 자기력선이 투과되도록 하여 전자석(300b)의 자기력을 더욱 강화시킬 수 있다.

또한, 원기둥 형태로 권선된 코어 와이어의 내측으로 수렴되지 못한 자기력선을 코어바(316b)를 추가하는 방법에 의하여 코어 와이어의 내측으로 자기력선의 수렴시킬 수도 있으므로, 코어바(316b)를 추가하는 방법에 의한 전자석(300b)의 자기력은 강화될 수 있다.

상기 코어바(316b)를 연결바(314b)에 장착하여 전자기력이 강화될 수 있으며, 전자기력의 강화 정도는 리니어 모터의 목적 또는 용도 등을 고려하여 실험적으로 결정된 후 연결바(314b)의 재질, 길이 또는 직경(파이프 형태인 경우에는 내측 직경 등) 등을 조절하여 최적의 전자기력을 확보할 수 있다.

도 5(c)는 도 5(b)에 도시된 전자석(300b)와 전체적인 구성이 동일하지만, 코어 프레임(310c)을 구성하는 측벽부(312c)와 상기 측벽부(312c)를 연결하는 연결바(314c)를 사각형으로 구성하여, 코어 와이어(320)이 권선된 상태의 전자석(300c)을 직육면체 또는 정육면체 형태로 구성할 수 있다.

구동유닛을 구성하는 구동부의 삽입홈 등이 직육면체 또는 정육면체 형태로 구성되는 경우, 장착의 편의성과 전자석의 장착상태의 신뢰성 등을 향상시킬 수 있다.

물론, 구동유닛을 구성하는 구동부의 삽입홈 등의 형태는 직육면체 또는 정육면체에 한정되지 않고 다각기둥 형태로 구성될 수 있으며, 이 경우 코어 프레임을 구성하는 측벽부와 상기 측벽부를 연결하는 연결바의 단면 형상을 구동유닛을 구성하는 구동부의 삽입홈의 단면형상에 대응되는 다각형으로 구성하면 된다.

도 6은 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터(1000)의 고정유닛(200)의 분해 사시도를 도시한다.

본 발명에 따른 리니어 모터(1000)는 복수 개의 자석이 일렬로 배치되는 고정부가 복수 개 평행하게 구비되는 고정유닛(200)이 구비될 수 있다.

도 6에 도시된 실시예에서, 상기 고정부는 3개의 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)가 평행하고 이격된 상태로 구비됨이 도시된다.

그리고, 각각의 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)는 5개의 자석(영구자석)이 일렬로 배치되어 있으며, 복수 개의 자석은 각각 자력의 방향이 교번하여 반대가 되도록 일렬로 배치될 수 있다.

도 6에 도시된 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)의 각각의 자석(211, 231, 251)들은 5개씩 인접하여 배열됨이 도시된다.

상기 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)는 평행하고 이격된 상태로 배치되어 도 2에 도시된 장착부(220, 240)를 형성하여 상기 구동유닛(100)의 구동부(100a, 100b)가 장착된 상태로 슬라이딩 구동이 가능하게 한다.

상기 제1 및 제3 고정부(210, 250)의 자석(211,251)은 직육면체 자석들로 구성되어 별도의 삽입용 브라켓 없이 측면 지지용 브라켓 부재(213, 253)만 채용되지만 일렬로 나란히 배치되만, 제2 고정부(230)은 원판 형태의 자석(231)로 구성되므로, 이를 지지하기 위한 브라켓 부재(233, 235)가 구비되고, 상기 브라켓 부재(233, 235)는 각각 제2 고정부(230)의 제1 내지 제5 자석(231(1) 내지 231(5))가 삽입되기 위한 관통홀(233h, 235h)이 형성될 수 있다.

상기 제2 고정부(230)의 브라켓 부재(233, 235)가 각각 관통홀(233h, 235h)을 갖도록 구성되는 이유는 관통홀(233h, 235h)을 통해 각각의 제1 내지 제5 자석(231(1) 내지 231(5))이 노출되도록 하기 위함이다.

상기 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)는 평행하고 이격된 상태로 배치되어 도 2에 도시된 장착부(220, 240)를 형성하여 상기 구동유닛(100)의 구동부(100a, 100b)가 장착된 상태로 슬라이딩 구동되므로, 각각의 구동부(100a, 100b)의 전자석이 각각의 제1 내지 제5 자석(231(1) 내지 231(5))의 양측면에 직접 노출되도록 하여 구동력을 극대화할 수 있다.

마찬가지로, 상기 제1 및 제3 고정부(210, 250)의 자석(211,251)은 직육면체 자석들로 구성되어 별도의 삽입용 브라켓 없이 측면 지지용 브라켓 부재(213, 253)에 의하여 지지되므로 제1 및 제3 고정부(210, 250)의 자석(211,251)의 일측면은 각각의 구동부(100a, 100b)의 전자석에 노출되어 자력의 손실을 최소화할 수 있다.

상기 제1 및 제3 고정부(210, 250)는 각각 그 길이방향 양단을 차폐하는 마감부재(215, 255)를 구비할 수 있으며, 제2 고정부(230)는 별도의 마감부재 없이 브라켓 부재(233, 235)의 양단부가 마감부재 역할을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 모터(1000)의 고정유닛(200)은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)는 평행하고 이격된 상태로 지지하기 위한 상판부재(290a) 및 하판부재(290b)가 구비될 수 있으며, 상기 상판부재(290a) 및 하판부재(290b)에 의하여 상기 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)는 상기 상판부재(290a) 및 하판부재(290b)에 의하여 지지됨과 동시에 평행하고 이격된 상태로 그 사이에 복수 개의 구동부의 장착공간인 장착부를 형성하도록 조립될 수 있다.

그리고, 상기 상판부재(290a)의 하면에는 도 4의 구동부의 전원단자(113a, 113b)와 접촉되어 전류를 인가하기 위한 브러쉬 단자(270)가 구비될 수 있다.

구체적으로는 상기 브러쉬 단자(270)는 각각 상기 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)가 평행하고 이격된 상태로 배치되어 형성되는 도 2에 도시된 장착부(220, 240)의 상부에 노출되도록 구비될 수 있다.

그리하면, 상기 구동유닛의 구동시 각각의 구동부의 전원단자는 고정된 위치의 브러쉬 단자를 일렬로 접촉하며 이송될 수 있으므로, 각각의 브러쉬 단자(270)에서 공급되는 전류의 방향에 따라 각각의 구동부의 자기력의 방향이 변경될 수 있다. 이에 대한 설명은 후술한다.

도 7은 도 1에 도시된 실시예에 따른 리니어 모터(1000)의 고정유닛(200)의 평면 구성도를 도시한다.

본 발명에 따른 리니어 모터(1000)는 전자석이 일렬로 구비되는 구동부가 복수 개 구비되는 구동유닛과 자석이 일렬로 구비되는 고정부가 복수 개 구비되는 고정유닛(200)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 모터(1000)의 고정유닛(200)은 3개의 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)를 포함하며, 각각 복수 개의 자석(211, 231, 251)을 구비하며, 본 명세서에 도시된 리니어 모터(1000)의 경우 각각의 고정부에 5개의 자석(211, 231, 251)이 구비되는 예를 도시한다.

각각의 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)를 구성하는 자석은 자력의 반대방향이 되도록 방향이 교번하여 배치(도 8 및 도 9 참조)될 수 있으며, 각각의 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)의 대응되는 위치(구동유닛의 이송방향과 수직한 방향의 대응위치)에 배치되는 자석의 자력 방향은 동일한 방향이 되도록 배치될 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 리니어 모터(1000)는 그 구동유닛을 구성하는 구동부에 일렬로 배치된 전자석(300)에 전류를 선택적으로 공급하기 위한 브러쉬 단자(270)가 구비되며, 상기 브러쉬 단자(270)는 각각 상기 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250)가 평행하고 이격된 상태로 배치되어 형성되는 도 2에 도시된 장착부(220, 240)의 상부에 노출될 수 있도록 구비될 수 있다.

도 7에 도시된 평면 구성도 상에서 확인할 수 있듯이 상기 브러쉬 단자(270)는 구동유닛의 이송방향에서 각각 자력의 방향이 반대로 배치된 고정부의 자석(211, 231, 251) 사이에 배치될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 장착부(220, 240)의 상면에 구비된 제1 내지 제6 브러쉬 단자(270(1) 내지 270(6))은 제1 장착부(도 2의 220 참조) 상부에 구비되고 제7 내지 제12 브러쉬 단자(270(7) 내지 270(12))는 제2 장착부(도 2의 240 참조)의 상부에 구비된다.

그리고, 인접한 브러쉬 단자(270)에 인가되는 전류의 방향이 반대가 되도록 제1 내지 제6 브러쉬 단자(270(1) 내지 270(6))와 제7 내지 제12 브러쉬 단자(270(7) 내지 270(12))를 지그재그로 연결하기 위한 전력 배선(280)이 구비된다. 그리고, 각각의 구동부(100a, 100b)의 대응되는 위치에 구비되는 전자석(300)은 도 2의 장착부재(120)를 경유하는 배선 등으로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 각각의 대응되는 위치에 구비되는 전자석은 2개의 분할된 전자석화 될 수 있으며, 전자기력의 방향도 동일한 방향이 되도록 구성할 수 있다.

또한 상기 전력 배선(280)이 지그재그로 배치되므로 장착부(220, 240) 중 특정 장착부의 길이방향을 따라 인접하게 배치된 브러쉬 단자(270)는 상기 전력 배선(280)을 통해 직류전류가 공급되는 경우, 그 극성이 번갈아(+극 또는 -극) 반복하도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 브러쉬 단자(270)는 구동유닛의 이송방향에서 각각 자력의 방향이 반대로 배치된 고정부(210, 250)의 자석 사이에 배치되므로, 특정 방향으로 이송되는 구동부(100a 또는 100b)의 전자석(300)는 각각의 브러쉬를 경계로 서로 다른 방향의 자기력에 노출된다.

물론, 브러쉬 단자가 구동유닛의 이송방향으로 일정한 폭을 갖으므로 특정 전자석(300)의 전원단자(113)와 특정 브러쉬 단자(270)의 접촉이 유지되는 동안에는 전류가 공급되어 특정 방향의 전자기력이 발생되지만, 구동유닛의 이송에 따라 인접한 다른 브러쉬 단자(270)에 접촉하면, 전자기력의 방향도 바뀌게 된다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 브러쉬 전극은 일정한 폭을 갖으므로, 브러쉬 단자 접촉되는 전원단자가 1개 또는 2개인 경우가 있다. 하나의 브러쉬 단자 접촉되는 전원단자가 2개인 경우에는 인접한 전자석의 자기력선의 방향이 일치될 수 있으나, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 각각의 전자석은 항상 구동유닛의 이송방향으로 추진될 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 리니어 모터(1000)의 구동유닛은 2개의 구동부(100a, 100b)로 분할되어 구성되고, 상기 구동유닛을 구동하는 고정유닛은 3개의 고정부(210, 230, 250)로 구성될 수 있다.

이렇게 구동부의 개수보다 고정부의 개수를 많게 구성하면 다음과 같은 이득을 얻을 수 있다.

즉, 상기 고정유닛(200)을 구성하는 제1 내지 제3 고정부(210, 230, 250) 중 제1 및 제3 고정부의 자석(211, 251)의 경우 각각의 자석에서 발생되는 자기력선은 각각 각각 구동부 측으로만 투사되어 자기력을 발생시키는 것으로 이해될 수 있다.

즉, 자석의 N극과 S극 방향에 전자석이 모두 배치되지 않는 한 하나의 영구자석에서 발생되는 자기력을 온전히 사용할 수 없다.

예를 들면, 고정부를 2열로 평행하게 배치하고, 하나의 구동부를 그 사이에 샌드위치 타입으로 배치하는 리니어 모터 등의 경우에는 각각의 열에 배치된 자석의 자기력이 각각 반씩만 사용될 수 있으므로, 자기력의 관점에서의 효율은 50 퍼센트(%)이다.

그러나, 본 발명에 리니어 모터의 실시예는 3열의 고정부와 각각의 고정부 사이에 2열의 구동부를 구비하는 구조를 갖는다.

따라서, 고정부에 구비되는 자석의 자기력의 효율적인 측면에서는 제2 고정부(230)의 자석들의 자기력이 온전히 사용될 수 있으므로, 이론적으로는 자기력의 관점에서 약 66 퍼센트(%)의 효율을 얻을 수 있다고 설명할 수 있다.

즉, 리니어 모터의 구동유닛 및 고정유닛(200)을 각각 복수 개의 구동부와 고정부로 분할하고, 각각의 구동부를 각각의 고정부 사이에 배치하며 최외곽에는 고정부가 배치되도록 구성하면, 상기 고정부 중 최외곽 2열의 고정부를 제외한 고정부들에 구비되는 자석의 자기력 측면의 효율은 더욱 상승(예를 들면, 4열의 고정부와 3열의 구동부를 구성하면, 고정부들에 구비되는 자석의 자기력 측면의 효율은 75 퍼센트(%)라고 볼 수 있음)될 수 있다.

즉, 고정부의 개수가 증가하면서 리니어 모터의 자기력의 효율은 원통형 모터의 자기력의 효율에 근접할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 리니어 모터는 3열의 고정부와 2열의 구동부로 제한되어 해석되지 않고, 복수 개의 구동부와 복수 개의 고정부를 번갈아 배치하되, 최외곽에는 고정부가 배치되도록 하는 구조의 리니어 모터라면 본 발명의 범위로 해석되어야 한다.

예를 들면, 본 발명에 따른 리니어 모터는 구동유닛의 구동부는 N(N은 2 이상의 자연수)개 구비되고, 상기 고정유닛(200)의 고정부는 N+1개 구비될 수 있으며, 각각의 고정부 사이에 구동부가 배치되도록 구성됨을 특징으로 할 수 있다. 도 7에 도시된 실시예의 경우, N은 2인 실시예라 할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 리니어 모터의 작동상태를 도시한다. 구체적으로, 도 8은 본 발명에 따른 리니어 모터의 구동유닛을 구성하는 구동부(100a, 100b)가 우측에서 좌측으로 이송되는 과정이 도시되었으며, 도 8(a)는 3개의 전자석으로 포함하는 구동부(100a, 100b)의 좌측단부가 좌측으로 추진되는 과정을 도시하며, 도 8(b)는 6개의 전자석으로 포함하는 구동부(100a, 100b)가 좌측으로 추진되는 과정을 도시한다.

상기 고정부(210, 230, 250)에 구비되는 각각의 자석(211, 231, 251) 및 상기 구동부(100a 및 100b)에 구비되는 각각의 전자석(300)은 각각의 관점에서 각각 N극와 S극을 구비하는 독립된 자석화되며, 자석(211, 231, 251)의 N극 또는 S극과 전자석(300)의 S극 또는 N극 사이에는 인력, 자석(211, 231, 251)의 N극 또는 S극과 전자석(300)의 N극 또는 S극 사이에는 척력이 작용된다.

따라서, 도 8(a)에 도시된 각각의 구동부(100a 및 100b)의 전자석(300)들은 각각 좌측으로 추진될 수 있으므로, 구동유닛이 고정유닛(200)에 대하여 좌측으로 이송될 수 있다.

그리고, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 상기 리니어 모터(1000)는 하나의 브러쉬 단자는 인접한 전자석에 동일 방향 전류를 공급하므로 각각의 구동부(100a 및 100b)의 좌측으로부터 3번째 전자석은 고정부의 자석에 의하여 좌측으로 인력이 인가되고, 좌측으로부터 4번재 전자석은 좌측으로 척력이 인가될 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 8에 도시된 실시예에서, 상기 구동유닛의 구동부(100a, 100b)의 길이는 상기 고정유닛의 고정부(210, 230, 250)의 길이보다 길고, 상기 구동유닛의 구동부를 구성하는 전자석의 직경(D)은 상기 고정유닛의 고정부(L)를 구성하는 자석의 직경(L)보다 작을 수 있다.

즉, 리니어 모터의 구동유닛 등을 슬림하게 구성하기 위하여 전자석의 직경을 자석의 직경보다 작게 구성하는 경우에도, 고정부의 자석의 직경을 전자석의 직경과 같이 축소시키지 않아도 된다.

이와 같이, 도 2의 장착부(220, 240)에 구비되는 브러쉬 단자(270)의 길이 및 위치를 조절하여, 상기 전자석(300)의 구동부 이송방향 직경(D)과 상기 자석의 구동부 이송방향 직경(L)은 M1*D=M2*L (M1>M2, M1 및 M2는 자연수)의 관계가 성립하여도 구동부를 구성하는 모든 전자석이 구동부의 이송방향으로 추진되도록 전자기력이 발생될 수 있기 때문이다.

도 1 내지 도 8에 도시된 실시예에서, M1=3 및 M2=2의 관계가 성립하지만, 다양한 조합에 의하여 가동부를 슬림하게 하기 위하여 전자석의 직경을 최소화하고, 동시에 충분한 구동력 확보를 위하여 그보다 큰 직경을 갖는 자석을 채용할 수도 있다.

이와 같은 특징들과 더불어 복수 개의 분할된 가동부를 구비하는 가동유닛과 복수 개의 고정부를 구비하는 고정유닛을 구비하는 본 발명에 따른 리니어 모터는 리니어 모터를 더욱 더 슬림하게 구성할 수 있다.

따라서, 리니어 모터의 목적 또는 디자인 등을 고려하여, 각각 전자석 및 자석의 직경 등을 결정한 뒤, 브러쉬 단자의 위치, 간격 또는 길이 등을 조절하면, 모든 전자석이 구동유닛의 이송방향으로 추진이 가능하도록 구성할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 리니어 모터의 작동상태를 도시한다. 구체적으로, 도 9는 본 발명에 따른 리니어 모터의 구동유닛을 구성하는 구동부(100a, 100b)가 좌측에서 우측으로 이송되는 과정이 도시되었으며, 도 8(a)는 3개의 전자석으로 포함하는 구동부(100a, 100b)의 우측단부가 우측으로 추진되는 과정을 도시하며, 도 8(b)는 6개의 전자석으로 포함하는 구동부(100a, 100b)가 우측으로 추진되는 과정을 도시한다.

도 8에 도시된 작동상태와 달리, 각각의 브러쉬 단자(270)에 공급되는 전류의 방향이 변경되어 동일한 위치에 배치된 브러쉬 단자(270)에서 전류를 공급받는 전자석(300)의 극성이 변경됨을 확인할 수 있다. 따라서, 각각의 전자석에 인가되는 추진력은 구동유닛을 좌측으로 이송이 가능하게 된다.

도 8 및 도 9에 도시된 방법으로 본 발명에 따른 리니어 모터를 구성하는 구동유닛은 고정유닛(200)에 대하여 왕복 이송될 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 리니어 모터의 다른 실시예를 도시한다. 도 1 내지 도 9를 참조한 설명과 중복된 설명은 생략하며, 차이점을 중심으로 설명한다.

도 10에 도시된 실시예는 고정유닛(200)에 구비되는 브러쉬 단자(270')가 롤러 형태로 구성됨이 도시된다.

도 6를 참조한 전술한 실시예의 브러쉬 단자(270)는 고속으로 왕복 이송되는 구동유닛(100)의 전원단자(113)과 접촉(면접촉)되는 플레이트 형태로 구성되므로 마찰에 의한 마모, 손상 또는 진동이 발생될 수 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 도 10에 도시된 실시예는 브러쉬 단자(270')를 금속 재질의 롤러로 구성하고 구동유닛(100)의 전원단자(113)와 접촉 또는 마찰시 회전이 가능한 구름접촉이 되어 마찰에 의한 마모, 손상 또는 진동을 최소화할 수 있다.

여기서, 상기 브러쉬 단자(270')를 전도성 금속 재질로 구성하고 마찬가지로 전도성 금속 재질로 구성된 회전축(272')을 통해 전류가 흐르도록 하면, 전류 공급 수단이 복잡한 구조를 갖지 않을 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 리니어 모터의 다른 실시예를 도시한다. 도 1 내지 도 10을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.

도 11에 도시된 실시예는 전술한 실시예들과 마찬가지로 구동유닛(100')을 구성하는 2개의 구동부(100a, 100b)를 구비하고, 고정유닛(200')을 구성하는 고정부(210, 230, 250)가 복수 개가 분할구성된다는 점에서는 전술한 실시예들과 일치하지만, 상기 구동유닛(100)을 구성하는 구동부(100a, 100b)가 대응되는 단부에서 장착부재(도 2의 120 참조)에 의하여 연결되지 않고, 구동유닛(100)을 구성하는 구동부(100a, 100b)의 하부가 직접 연결되는 연결부(130)를 구성하는 방식이라는 점에서 구별된다.

상기 연결부(130)은 고속으로 구동유닛(100)의 이송시 발생될 수 있는 구동유닛(100)을 구성하는 구동부(100a, 100b) 간의 비틀림 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

특히, 구동유닛(100)을 구성하는 구동부(100a, 100b)가 슬림화됨과 동시에 길이가 길어지면 이와 같이 분할 구성된 구동유닛(100)의 기구적 약점이 더 문제될 수 있으나, 상기 구동유닛(100)을 구성하는 구동부(100a, 100b)의 상면 또는 하면이 직접 연결되는 연결부(130)를 구성하여 이와 같은 문제를 해소할 수 있다.

이 경우, 도 2에 도시된 한 쌍의 브라켓 부재(115a, 115b)를 도 12에 도시된 바와 같이 하나의 브라켓 부재(115)로 구성하는 방법으로 상기 연결부(130)를 구성할 수 있다.

이와 같은 연결부(130)는 도 2에 도시된 실시예에서 각각의 구동부의 전자석을 연결하기 위한 연결 경로로 도 2의 장착부재(120)을 사용하지 않을 수 있다.

즉, 상기 구동유닛(100)을 구성하는 구동부(100a, 100b)의 상면 또는 하면이 직접 연결되는 연결부(130)를 형성함과 동시에 상기 구동유닛(100)을 구성하는 구동부(100a, 100b)의 길이방향으로 대응되는 위치에 구비되는 전자석의 전기적 연결을 위한 배선 경로를 상기 연결부(130)를 사용할 수 있다.

결과적으로, 3열의 고정부(210, 230, 250)와 2열의 구동부(100a, 100b)는 'ㅌ' 및 'ㄷ' 형태로 구성되어 형합되는 구조를 갖을 수 있다. 이 경우, 도 6에 도시된 고정유닛의 상판 또는 하판 구조는 그에 대응하여 변경될 수 있다.

도 12는 도 11에 도시된 리니어 모터의 구동유닛의 분해 사시도를 도시한다. 도 4를 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.

도 12에 도시된 리니어 모터의 구동유닛(100)는 도 4에 도시된 구동유닛과 마찬가지로 2개의 구동부를 구비하지만, 구동부가 각각 분리되어 구성된 후 장착부재(120)에 의해서만 연결되는 도 4에 도시된 구조와 달리, 구동부를 구성하는 브라켓 부재(115)가 하나로 구성되거 각각의 구동부의 전자석을 수용함과 동시에 전자석을 여결하는 전기 배선의 배치경로로 사용될 수 있다.

즉, 상기 장착부재(120)는 단지 구동대상물과 상기 구동유닛(100)를 연결하는 장착수단으로만 사용되고, 상기 연결부(130)를 통해 전기적 배선의 배치경로로 사용하여 상기 장착부재(120)를 경유하도록 하여 불필요하게 전기 배선이 길어지거나 배선이 장착부재(120) 근방에서 밀집되는 문제점을 해소할 수 있고, 구동유닛을 구성하는 구동부의 길이가 길어져도 비틀림 등에 의한 작동오류 등을 최소화할 수 있다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

1000 : 리니어 모터
100 : 구동유닛
100a, 100b : 구동부
200 : 고정유닛
210, 230, 250 : 고정부
300 : 전자석

Claims

복수 개의 전자석이 일렬로 배치된 구동부가 복수 개 평행하게 구비되는 구동유닛;
복수 개의 자석이 일렬로 배치되는 고정부가 복수 개 평행하게 구비되는 고정유닛;
상기 구동유닛의 각각의 전자석의 상면에 구비되어 각각의 전자석에 전기적으로 연결된 복수 개의 전원단자; 및,
상기 고정유닛의 각각의 고정부 사이에 구비되어 상기 구동유닛의 이송시 상기 구동유닛의 전원단자와 접촉되어 전류를 공급하는 복수 개의 브러쉬 단자;를 포함하고,
상기 구동유닛의 구동부의 길이는 상기 고정유닛의 고정부의 길이보다 길고, 상기 구동유닛의 구동부를 구성하는 전자석의 직경은 상기 고정유닛을 구성하는 고정부를 구성하는 자석의 직경보다 작으며, 상기 구동부의 전자석의 직경(D)과 상기 고정부의 자석의 직경(L)은 M1*D= M2*L (M1> M2, M1 및 M2는 자연수)의 관계가 성립하고,
상기 구동유닛을 구성하는 복수 개의 구동부는 상기 고정유닛을 구성하는 복수 개의 고정부 사이에 각각 슬라이딩 가능하게 장착되어 함께 구동되는 리니어 모터.
제1항에 있어서,
상기 구동유닛을 구성하는 각각의 구동부는 상기 고정유닛을 구성하는 각각의 고정부 사이에 배치하며, 최외곽에는 고정부가 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제2항에 있어서,
상기 구동유닛의 구동부는 N(N은 2이상의 자연수)개 구비되고, 상기 고정유닛의 고정부는 N+1개 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제3항에 있어서,
상기 N은 2인 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서,
상기 고정유닛은 상기 구동유닛의 구동부가 슬라이딩 가능하게 삽입 장착되는 장착부를 구비하며, 상기 장착부 내측 상면에 상기 브러쉬 단자가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제5항에 있어서,
상기 브러쉬 단자는 상기 전원단자와 면접촉되는 플레이트 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제5항에 있어서,
상기 브러쉬 단자는 상기 전원단자와 구름 접촉되는 롤러 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제7항에 있어서,
상기 롤러 형태의 브러쉬 단자 및 상기 브러쉬 단자를 회전 가능하게 지지하는 회전축은 금속 재질로 구성되며, 상기 브러쉬 단자로 공급되는 전류는 상기 회전축을 통해 공급되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서,
상기 고정유닛을 구성하는 복수 개의 평행하고 이격되어 배치된 고정부 사이에 상기 구동유닛의 구동부가 배치되어 슬라이딩 이송되는 장착부를 구비하며, 상기 장착부의 상부에 상기 브러쉬 단자가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제9항에 있어서,
상기 브러쉬 단자는 상기 고정유닛의 고정부의 길이 방향으로 각각의 자석의 경계 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서,
상기 구동유닛을 구성하는 복수 개의 구동부의 길이방향 일단을 연결하며, 구동대상 물체가 연결되는 장착부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제11항에 있어서,
상기 장착부재는 상기 구동유닛의 각각의 구동부의 복수 개의 전자석 중 대응되는 위치에 구비된 전자석을 전기적으로 연결하기 위한 전기 배선의 배치 경로로 사용되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서,
상기 구동유닛을 구성하는 복수 개의 구동부의 상면 또는 하면이 연결된 연결부가 구비되며, 상기 연결부는 상기 구동유닛의 각각의 구동부의 복수 개의 전자석 중 대응되는 위치에 구비된 전자석을 전기적으로 연결하기 위한 전기 배선의 배치 경로로 사용되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
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제1항에 있어서,
상기 M1는 3이며, M2는 2인 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서,
상기 구동유닛의 구동부를 구성하는 각각의 전자석은 수지 재질의 코어 프레임에 상기 전원단자와 연결된 코어 와이어가 권선되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제17항에 있어서,
상기 코어 프레임은 한 쌍의 마주보는 측벽부와 상기 측벽부를 연결하는 연결바를 포함하여 구성되며, 상기 측벽부와 상기 연결바는 합성 수지 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제18항에 있어서,
상기 연결바 내부에 자성체 금속 재질의 코어바가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제19항에 있어서,
상기 코어바는 상기 코어 프레임에 착탈 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제19항에 있어서,
상기 코어바는 원기둥 또는 파이프 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
합성 수지 재질의 코어 프레임에 코어 와이어가 권선된 복수 개의 전자석 및 각각의 전자석에 전기적으로 연결된 복수 개의 전원단자를 구비하며, 평행하고 이격된 상태로 배치되는 N (N은 2이상의 자연수) 개의 구동부;
복수 개의 자석이 자석의 극성이 반대가 되도록 번갈아 배치되며, 복수 개의 상기 구동부가 장착된 상태로 슬라이딩 가능하도록 장착공간인 장착부가 N개 형성되도록 평행해게 이격되어 배치되는 N+1 개의 고정부; 및,
상기 구동부의 전원단자에 접촉되어 전류를 공급하기 위하여, 상기 고정부 상면에 설치되는 복수 개의 브러쉬 단자;를 포함하며,
상기 코어 프레임은 한 쌍의 마주보는 측벽부와 상기 측벽부를 연결하는 연결바를 포함하여 구성되며, 상기 연결바 내부에 자성체 금속 재질의 코어바가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제22항에 있어서,
복수 개의 상기 고정부를 평행하고 이격된 상태로 지지하기 위한 상판부재 및 하판부재를 더 포함하고, 상기 장착부는 상기 고정부, 상기 상판부재 및 상기 하판부재에 의하여 구획되며, 상기 브러쉬 단자는 상기 장착부 측으로 노출되도록 상기 상판부재 또는 상기 하판부재에 장착되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
합성 수지 재질의 코어 프레임에 코어 와이어가 권선된 복수 개의 전자석 및 각각의 전자석에 전기적으로 연결된 복수 개의 전원단자를 구비하는 적어도 1개 이상의 구동부;
복수 개의 자석이 자석의 극성이 반대가 되도록 번갈아 배치되며, 상기 구동부가 장착된 상태로 슬라이딩 가능한 장착공간을 상기 구동부의 개수만큼 구비하도록 평행하게 이격되어 구비되는 복 수 개의 고정부; 및,
상기 구동부의 이송방향을 따라 상기 고정부의 이격에 의하여 형성되는 장착공간에 복수 개 이격되어 구비되는 브러쉬 단자;를 포함하며,
각각의 상기 구동부의 길이는 각각의 상기 고정부의 길이보다 길고, 상기 구동부를 구성하는 전자석의 직경은 상기 고정부를 구성하는 자석의 직경보다 작으며, 상기 구동부의 전자석의 직경(D)과 상기 고정부의 자석의 직경(L)은 M1*D= M2*L (M1> M2, M1 및 M2는 자연수)의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제24항에 있어서,
상기 코어 프레임은 한 쌍의 마주보는 측벽부와 상기 측벽부를 연결하는 연결바를 포함하여 구성되며, 상기 연결바 내부에 자성체 금속 재질의 코어바가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제25항에 있어서,
상기 코어바는 상기 코어 프레임에 착탈 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제25항 또는 제26항에 있어서,
상기 코어바는 기둥 또는 파이프 형태로 상기 연결바를 관통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.