KR101464887B1 - 원통형 리니어 모터의 가동자 및 이를 이용한 원통형 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 리니어 모터의 가동자 및 이를 이용한 원통형 리니어 모터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 원통형 리니어 모터의 가동자는 양측이 개방된 개구를 갖는 원통 형상의 파이프 케이스와; 상기 파이프 케이스 내부에 상기 파이프 케이스의 길이 방향으로 순차적으로 수용되고, 상기 길이 방향으로 관통된 관통공이 형성된 복수의 영구 자석과; 양측 말단이 상기 파이프 케이스의 양측 개구를 통해 외부로 노출되도록 상기 파이프 케이스 내부에 수용되되 상기 복수의 영구 자석의 상기 관통공을 관통한 상태로 수용되고, 외경에 나사산이 형성된 나사축부와; 내경에 나사산이 형성된 제1 체결홀이 형성되어 상기 나사축부의 일측 말단으로 체결되어 상기 파이프 케이스의 일측 개구를 밀폐하는 제1 밀폐 캡과; 내경에 나사산이 형성된 제2 체결홀이 형성되어 상기 나사축부의 타측 말단으로 체결되어 상기 파이프 케이스의 타측 개구를 밀폐하는 제2 밀폐 캡과; 상기 파이프 케이스의 내부 공간에 충진되는 몰딩재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 원통 형상의 가동자의 조립이 용이하고, 길이의 제약을 줄일 뿐만 아니라, 방진 및 방수가 가능하게 된다.

Description

원통형 리니어 모터의 가동자 및 이를 이용한 원통형 리니어 모터{ROTOR FOR CYLINDRICAL LINEAR MOTOR AND LINEAR MOTOR USING THE SAME}

본 발명은 원통형 리니어 모터의 가동자 및 이를 이용한 원통형 리니어 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통 형상의 가동자의 조립이 용이하고, 길이의 제약을 줄일 뿐만 아니라, 방진 및 방수가 가능한 원통형 리니어 모터의 가동자 및 이를 이용한 원통형 리니어 모터에 관한 것이다.

리니어 모터(linear motor)는 비접촉식 운동방식으로 직선 구동력을 발생시킬 수 있기 때문에 별도의 기계적인 변환장치를 필요로 하지 않고, 고속 운전 및 정속 운전을 행할 수 있으며, 정밀한 운전이 가능하다는 장점으로 인해 각종 산업현장에서나 공장 시스템에서 이송 시스템으로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 리니어 모터 중 원통형 리니어 모터는 원통 형상을 갖는 고정자와 가동자로 구성되는데, 도 1은 한국등록특허 제10-1230070호에 개시된 원통형 리니어 모터를 나타내고 있다. 이하에서는, 원통형 리니어 모터의 기본 구조와 동작 원리를 도 2를 참조하여 설명한다.

원통형 리니어 모터의 가동자는 관 형상의 파이프 케이스와, 파이프 케이스의 내부에 복수의 영구 자석이 수용된다. 이 때, 영구 자석은, 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 동일한 극성이 마주하도록 배치된다. 영구 자석이 수용된 상태에서 파이프 케이스의 양측은 밀폐 캡에 의해 밀폐된다.

고정자는 가동자가 통과할 수 있는 원통형의 고정자 케이스와, 고정자 케이스의 내부에 배치되는 코일을 포함한다. 여기서, 코일에 전원이 공급되면 코일에 의해 발생하는 자기장과 가동자의 영구자석에서 발생하는 자기장 간의 상호 작용에 의해 가동자의 길이 방향으로의 출력이 발생하여, 가동자가 그 길이 방향으로 선형 이동하게 된다.

그런데, 종래의 원통형 리니어 모터를 구성하는 가동자는 다수의 영구 자석이 파이프 케이스 내부에 수용된 상태로 선형 이동하게 되는데, 진동 등의 원인으로 길이 방향과 직교하는 방향으로 작용하는 힘에 의해 가동자의 휨 현상이나 파손 등의 우려가 있어, 가동자의 길이에 제약을 받게 된다.

또한, 원통형의 파이프 케이스 내부에 수용되는 다수의 영구 자석이 파이프 내부에서 유동하는 경우, 가동자 전체에 진동을 유발하는 원인으로 작용하게 되어 상기와 같은 문제점을 가중시키게 된다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 원통 형상의 가동자의 조립이 용이하고, 길이의 제약을 줄일 뿐만 아니라, 방진 및 방수가 가능한 원통형 리니어 모터의 가동자 및 이를 이용한 원통형 리니어 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 원통형 리니어 모터의 가동자에 있어서, 양측이 개방된 개구를 갖는 원통 형상의 파이프 케이스와; 상기 파이프 케이스 내부에 상기 파이프 케이스의 길이 방향으로 순차적으로 수용되고, 상기 길이 방향으로 관통된 관통공이 형성된 복수의 영구 자석과; 양측 말단이 상기 파이프 케이스의 양측 개구를 통해 외부로 노출되도록 상기 파이프 케이스 내부에 수용되되 상기 복수의 영구 자석의 상기 관통공을 관통한 상태로 수용되고, 외경에 나사산이 형성된 나사축부와; 내경에 나사산이 형성된 제1 체결홀이 형성되어 상기 나사축부의 일측 말단으로 체결되어 상기 파이프 케이스의 일측 개구를 밀폐하는 제1 밀폐 캡과; 내경에 나사산이 형성된 제2 체결홀이 형성되어 상기 나사축부의 타측 말단으로 체결되어 상기 파이프 케이스의 타측 개구를 밀폐하는 제2 밀폐 캡과; 상기 파이프 케이스의 내부 공간에 충진되는 몰딩재를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 리니어 모터의 가동자에 의해서 달성된다.

여기서, 상기 몰딩재는 에폭시 수지로 마련될 수 있다.

또한, 상기 제1 밀폐 캡과 상기 제2 밀폐 캡 중 적어도 어느 일측에는 공압에 의한 흡착이 가능하도록 외경으로부터 내측으로 타공된 흡착공이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 밀폐 캡 또는 상기 제2 밀폐 캡 방향에 상기 나사축부 방향으로 결합하는 흡착 캡을 더 포함하며; 상기 흡착 캡에는 공압에 의한 흡착이 가능하도록 외경으로부터 내측으로 타공된 흡착공이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 영구 자석은 상호 동일한 극성이 마주하도록 상기 파이프 케이스의 내부에 수용될 수 있다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 상기의 가동자와; 상기 가동자가 통과하는 통과공이 형성된 고정자 케이스와, 상기 고정자 케이스의 내부에 배치되어 상기 가동자의 상기 영구 자석과의 전자기력에 의해 상기 가동자를 상기 통과공에 삽입된 상태로 선형 이동시키는 코일을 갖는 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 리니어 모터에 의해서도 달성될 수 있다.

상기와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따르면, 원통 형상의 가동자의 조립이 용이하고, 길이의 제약을 줄일 뿐만 아니라, 방진 및 방수가 가능한 원통형 리니어 모터의 가동자 및 이를 이용한 원통형 리니어 모터가 제공된다.

도 1은 한국등록특허 제10-1230070호에 개시된 원통형 리니어 모터를 나타낸 도면이고,
도 2는 원통형 리니어 모터의 기본 구조와 동작 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 원통형 리니어 모터의 가동자의 사시도이고,
도 4는 도 3의 원통형 리니어 모터의 가동자의 부분 분해 사시도이고,
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면도이고,
도 6본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리니어 모터의 가동자의 단면을 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 원통형 리니어 모터의 단면을 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 원통형 리니어 모터의 가동자(10)의 사시도이고, 도 4는 도 3의 원통형 리니어 모터의 가동자(10)의 부분 분해 사시도이고, 도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 원통형 리니어 모터의 가동자(10)는 파이프 케이스(11), 복수의 영구 자석(13), 나사축부(14), 제1 밀폐 캡(12a), 제2 밀폐 캡(12b), 및 몰딩재(15)를 포함한다.

파이프 케이스(11)는 가동자(10)의 전체 외관을 형성하며, 양측이 개방된 개구를 갖는 원통 형상을 갖는다. 본 발명에서는 파이프 케이스(11)가 스테인리스 스틸 재질로 마련되는 것을 예로 한다.

복수의 영구 자석(13)은 파이프 케이스(11)의 내부에 파이프 케이스(11)의 길이 방향으로 순차적으로 수용된다. 여기서, 각각의 영구 자석(13)에는 파이프 케이스(11)의 길이 방향으로 관통된 관통공(13a)이 형성된다. 그리고, 영구 자석(13)들은 도 2에 도시된 바와 같이, 상호 동일한 극성이 마주하도록 파이프 케이스(11)의 내부에 수용된다.

나사축부(14)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 양측 말단이 파이프 케이스(11)의 양측 개구를 통해 외부로 노출되도록 파이프 케이스(11) 내부에 수용된다. 여기서, 나사축부(14)는 파이프 케이스(11) 내부에 수용된 복수의 영구 자석(13)에 형성된 각각의 관통공(13a)을 통과한 상태로 수용된다.

이에 따라, 파이프 케이스(11)에 수용되는 복수의 영구 자석(13)이 나사축부(14)를 축으로 하여 파이프 케이스(11) 내부에 수용됨으로써 파이프 케이스(11) 내부에 보다 안정적으로 수용 가능하게 된다.

또한, 종래의 가동자(10)는 축 방향과 교차하는 방향으로 작용하는 힘, 예컨대 진동이나 하중에 따른 힘이 파이프 케이스(11)에만 작용하였으나, 본 발명에 따른 가동자(10)는 파이프 케이스(11)와 나사축부(14)에 분산되어 보다 안정적인 동작이 가능하게 된다. 또한, 진동이나 하중에 따른 가동자(10)의 길이의 제약도 현저하게 줄어드는 효과가 제공된다.

한편, 나사축부(14)의 외경에는 나사산이 형성되어 파이프 케이스(11)의 외부로 노출된 양측에 제1 밀폐 캡(12a)과 제2 밀폐 캡(12b)이 각각 체결된다.

도 4 및 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 제1 밀폐 캡(12a)에는 그 내경에 나사산이 형성된 제1 체결홀(12a')이 마련된다. 이를 통해, 파이프 케이스(11)의 일측으로 노출된 나사축부(14)의 일측 말단에 체결되어, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 파이프 케이스(11)의 일측 개구를 밀폐한다.

마찬가지로, 제2 밀폐 캡(12b)에는 그 내경에 나사산이 형성된 제2 체결홀(12b')이 마련된다. 이를 통해, 파이프 케이스(11)의 타측으로 노출된 나사축부(14)의 타측 말단에 체결되어 파이프 케이스(11)의 타측 개구를 밀폐한다.

그리고, 파이프 케이스(11)의 내부 공간은 몰딩재(15)로 충진됨으로써, 파이프 케이스(11)의 내부에 수용된 영구 자석(13)의 유동이 차단되어 유동에 따른 진동을 제거할 수 있음과 동시에, 방수 기능도 함께 제공될 수 있다. 본 발명에서는 몰딩재(15)로 에폭시 수지가 적용되는 것을 예로 한다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 가동자(10)의 제작 방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 나사축부(14)의 일측 말단에 제1 밀폐 캡(12a)(또는 제2 밀폐 캡(12b))을 장착한 후, 나사축부(14)의 타측으로부터 파이프 케이스(11)를 삽입하여 제1 밀폐 캡(12a)과 파이프 케이스(11)를 체결한다. 여기서, 제1 밀폐 캡(12a)과 파이프 케이스(11) 간의 체결은 나사 결합(내경과 외경 간의 나사 결합), 용접 등의 다양한 방법이 적용 가능하며, 몰딩재(15)의 고착에 따라 결합될 수도 있다.

그런 다음, 파이프 케이스(11)의 타측 개구를 통해 영구 자석(13)을 해당 개수 만큼 삽입한 후, 몰딩재(15)를 파이프 케이스(11) 내부로 주입한다. 그리고, 일정 량의 몰딩재(15)의 주입이 완료되면, 제2 밀폐 캡(12b)(또는 제1 밀폐 캡(12a))을 나사축부(14)의 타측에 체결하게 된다.

이 때, 제2 밀폐 캡(12b)을 체결 방향으로 계속 회전시키게 되면, 제1 밀폐 캡(12a)과 제2 밀폐 캡(12b) 사이의 영구 자석(13)들은 상호 다른 극성이 마주하는 상태이더라도 제2 밀폐 캡(12b)의 체결에 따라 상호 근접하게 배치 가능하게 된다. 그리고, 파이프 케이스(11) 내부의 몰딩재(15)가 완전히 굳어지면, 가동자(10)의 제작이 완료된다.

한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동자(10a)의 예를 도시한 단면도이다. 도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동자(10a)는 흡착공(16a)이 형성된 흡착 캡(16)을 포함할 수 있다.

흡착 캡(16)은 제1 밀폐 캡(12a) 또는 제2 밀폐 캡(12b)에 나사축부(14) 방향으로 결합된다. 도 6에서는 흡착 캡(16)이 제1 밀폐 캡(12a)에 결합되는 것을 예로 하고 있다.

여기서, 흡착 캡(16)에 형성된 흡착공(16a)은 공압에 의해 흡착이 가능하도록 외부 표면으로부터 내측으로 타공되어 형성되는데, 도 6에서는 나사축부(14) 방향 외측으로부터 타공되어 외경 방향으로 연통되도록 형성되는 것을 예로 하고 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 리니어 모터의 가동자(10a)는 픽-앤-플레이스(Pick-and-Place) 공정의 용도로 사용 가능하게 된다. 도 6에 도시된 실시예에서는 흡착 캡(16)의 단면이 외측으로 갈수록 넓어지는 도브 테일(Dove tail) 형상을 가지며, 픽-앤-플레이스(Pick-and-Place)의 대상이 나사축부(14) 방향으로 흡착공(16a)을 통해 흡착 캡(16)을 흡착하는 것을 예로 하고 있다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 가동자(10)를 이용한 원통형 리니어 모터의 단면을 도시한 도면이다. 도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 원통형 리니어 모터는 고정자(30)와 가동자(10)를 포함한다. 여기서, 가동자(10)는 상술한 바와 같은 바, 그 상세한 설명은 생략한다.

고정자(30)는 가동자(10)가 통과하는 통과공(33)이 형성된 원통형의 고정자 케이스(31)와, 고정자 케이스(31)의 내부에 배치되는 코일(32)을 포함한다. 여기서, 코일(32)에 전원이 공급되면 코일(32)에 의해 발생하는 자기장과 가동자(10)의 영구 자석(13)에서 발생하는 자기장 간의 상호 작용에 의해 가동자(10)의 길이 방향으로의 출력이 발생하여, 가동자(10)가 고정자(30)의 통과공(33)에 삽입된 상태에서 그 길이 방향으로 선형 이동하게 된다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

10 : 가동자 11 : 파이프 케이스
12a : 제1 밀폐 캡 12a': 제1 체결홀
12b : 제2 밀폐 캡 12b': 제2 체결홀
13 : 영구 자석 13a : 관통공
14 : 나사축부 15 : 몰딩재
16 : 흡착 캡 16a : 흡착공
30 : 고정자
31 : 고정자 케이스 32 : 코일

Claims (6)

1. 원통형 리니어 모터의 가동자에 있어서,
   양측이 개방된 개구를 갖는 원통 형상의 파이프 케이스와;
   상기 파이프 케이스 내부에 상기 파이프 케이스의 길이 방향으로 순차적으로 수용되고, 상기 길이 방향으로 관통된 관통공이 형성된 복수의 영구 자석과;
   양측 말단이 상기 파이프 케이스의 양측 개구를 통해 외부로 노출되도록 상기 파이프 케이스 내부에 수용되되 상기 복수의 영구 자석의 상기 관통공을 관통한 상태로 수용되고, 외경에 나사산이 형성된 나사축부와;
   내경에 나사산이 형성된 제1 체결홀이 형성되어 상기 나사축부의 일측 말단으로 체결되어 상기 파이프 케이스의 일측 개구를 밀폐하는 제1 밀폐 캡과;
   내경에 나사산이 형성된 제2 체결홀이 형성되어 상기 나사축부의 타측 말단으로 체결되어 상기 파이프 케이스의 타측 개구를 밀폐하는 제2 밀폐 캡과;
   상기 파이프 케이스의 내부 공간에 충진되는 몰딩재를 포함하고,
   상기 제1 밀폐 캡과 상기 제2 밀폐 캡 중 적어도 어느 일측에는 공압에 의한 흡착이 가능하도록 외경으로부터 내측으로 타공된 흡착공이 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 리니어 모터의 가동자.
   
2. 원통형 리니어 모터의 가동자에 있어서,
   양측이 개방된 개구를 갖는 원통 형상의 파이프 케이스와;
   상기 파이프 케이스 내부에 상기 파이프 케이스의 길이 방향으로 순차적으로 수용되고, 상기 길이 방향으로 관통된 관통공이 형성된 복수의 영구 자석과;
   양측 말단이 상기 파이프 케이스의 양측 개구를 통해 외부로 노출되도록 상기 파이프 케이스 내부에 수용되되 상기 복수의 영구 자석의 상기 관통공을 관통한 상태로 수용되고, 외경에 나사산이 형성된 나사축부와;
   내경에 나사산이 형성된 제1 체결홀이 형성되어 상기 나사축부의 일측 말단으로 체결되어 상기 파이프 케이스의 일측 개구를 밀폐하는 제1 밀폐 캡과;
   내경에 나사산이 형성된 제2 체결홀이 형성되어 상기 나사축부의 타측 말단으로 체결되어 상기 파이프 케이스의 타측 개구를 밀폐하는 제2 밀폐 캡과;
   상기 파이프 케이스의 내부 공간에 충진되는 몰딩재와;
   상기 제1 밀폐 캡 또는 상기 제2 밀폐 캡 방향에 상기 나사축부 방향으로 결합하는 흡착 캡을 포함하며,
   상기 흡착 캡에는 공압에 의한 흡착이 가능하도록 외경으로부터 내측으로 타공된 흡착공이 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 리니어 모터의 가동자.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 몰딩재는 방수 및 방진이 가능한 에폭시 수지로 마련되는 것을 특징으로 하는 원통형 리니어 모터의 가동자.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 영구 자석은 상호 동일한 극성이 마주하도록 상기 파이프 케이스의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 원통형 리니어 모터의 가동자.
   
5. 제1항 또는 제2항에 따른 원통형 리니어 모터의 가동자와;
   상기 가동자가 통과하는 통과공이 형성된 고정자 케이스와, 상기 고정자 케이스의 내부에 배치되어 상기 가동자의 상기 영구 자석과의 전자기력에 의해 상기 가동자를 상기 통과공에 삽입된 상태로 선형 이동시키는 코일을 갖는 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 리니어 모터.
6. 삭제

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