KR101595834B1 - 리니어 동기 모터 - Google Patents

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유키 탕
사토시 스기타
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산요 덴키 가부시키가이샤
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
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Abstract

[과제] 고정자의 제조 비용을 저감하고, 자기 손실이 적은 리니어 동기 모터를 제공한다.
[해결 수단] 한쪽의 단부 자극부(33)의 제 1 한쌍의 피연결 부분(47), 엔드 브래킷(35)의 제 1 한쌍의 피연결 부분(51), 단부 자극부(37)의 제 1 한쌍의 피연결 부분(55), 및 5개의 자극부(39)의 제 1 한쌍의 피연결 부분(59)을 한쌍의 자성 통체(41)에 의해 접속한다. 한쪽의 단부 자극부(33)의 제 2 한쌍의 피연결 부분, 단부 자극부(37)의 제 2 한쌍의 피연결 부분, 및 5개의 자극부(39)의 제 2 한쌍의 피연결 부분을 한쌍의 도자성 성형품(43)에 의해 접속한다. 한쌍의 자성 통체(41)에 리니어 베어링(65)을 통하여 한쌍의 가이드축(9)을 슬라이딩 가능하게 감합한다. 한쌍의 자성 통체(41) 및 한쌍의 도자성 성형품(43)에 의해 요크를 구성한다. 5개의 자극부(39) 각각을 복수매의 자성 강판을 축선 방향으로 적층하여 구성한다.
리니어 동기 모터, 가동자, 고정자, 자극부, 요크

Description

리니어 동기 모터{LINEAR SYNCHRONOUS MOTOR}
본 발명은 가동자가 고정자에 대하여 직선 운동하는 리니어 동기 모터에 관한 것이다.
일본 특허 공개 2001-286122호 공보에는 고정자, 및 그 고정자에 대하여 직선 운동하는 가동자를 갖는 리니어 동기 모터가 개시되어 있다. 가동자는 축선 방향으로 왕복 이동하는 직동축, 및 그 직동축에 고정된 복수개의 영구 자석으로 이루어진 영구 자석 열을 구비하고 있다. 고정자는 가동자의 주위를 둘러싸도록 권선 도체가 환상으로 권회되어 형성된 복수개의 환상 권선, 및 그 복수개의 환상 권선을 수용하는 슬롯이 형성된 고정자 코어 유닛을 구비하고 있다. 고정자 코어 유닛은 복수개의 고정자 코어 분할체가 축선 방향으로 조합되어 구성되어 있다. 고정자 코어 분할체는 절삭 가공에 의해 형성되고 가동자의 영구 자석 열과 대향하는 자극부, 및 다른 고정자 코어 분할체와 조합되어 복수개의 자극부를 자기적으로 연결하는 요크를 구성하는 요크 구성 부분을 갖는다. 그리고, 인접하는 2개의 자극부 사이에 1개의 환상 권선이 배치되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2001-286122호 공보
종래의 리니어 동기 모터에서는 고정자의 제조 비용이 높은데다가 자기 손실이 커진다는 문제가 있었다. 그래서, 복수개의 고정자 코어 분할체를 각각 자성 강판을 적층하여 형성하는 것도 고려되었다. 그러나, 복수개의 고정자 코어 분할체를 각각 자성 강판으로 형성하는 경우에는 복수개의 고정자 코어 분할체 사이를 자기적으로 연결하기 위한 요크의 구조가 복잡해진다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 고정자의 제조 비용을 억제할 수 있고, 또한 자기 손실을 저감할 수 있으며, 게다가 철손을 억제할 수 있는 리니어 동기 모터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적에 추가해서 요크의 구성을 단순하게 할 수 있는 리니어 동기 모터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적에 추가해서 고정자에 대하여 가동자를 왕복 이동가능하게 지지하는 리니어 베어링에 윤활유를 주입하는 것이 용이한 리니어 동기 모터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적에 추가해서 직동축이 상하 방향으로 왕복 이동하도록 리니어 동기 모터를 배치하여도 한쪽의 연결부재가 고정자 코어 유닛측에 낙하되는 것을 방지할 수 있는 리니어 동기 모터를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 대상으로 하는 리니어 동기 모터는 축선 방향으로 왕복 이동하는 직동축 및 그 직동축에 장착된 복수개의 영구 자석으로부터 이루어지는 1 이상의 영구 자석 열을 구비하여 이루어지는 가동자, 및 복수개의 권선과 고정자 코어 유 닛을 구비한 고정자를 구비하고 있다. 또한, 1 이상의 영구 자석 열은 직동축에 직접적으로 장착하는 것이어도 좋고, 자석 장착부 등을 통하여 직동축에 간접적으로 장착하는 것이어도 좋다. 복수개의 권선은 권선 도체가 환상으로 권회되어 형성되어 있다. 그리고, 복수개의 권선은 축선 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되고, 또한 직동축의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 고정자 코어 유닛은 가동자의 영구 자석 열과 소정의 간극을 사이에 두고 대향하는 자극면을 갖고, 또한 직동축의 주위를 둘러싸도록 직동축과 동심적으로 배치되는 복수개의 자극부 및 복수개의 자극부를 자기적으로 연결하는 요크를 갖고 있다. 인접하는 2개의 자극부 사이에 1개의 권선이 배치되는 스페이스를 형성하도록 복수개의 자극부가 축선 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.
본 발명에서 복수개의 자극부는 1개 이상의 피연결 부분을 구비하고 있다. 또한 복수개의 자극부의 주요부 또는 전부는 소정 형상의 복수매의 자성 강판이 축선 방향으로 적층되어서 구성되어 있다. 그리고 복수개의 자극부는 피연결 부분이 상기 직동축을 따라 정렬되어 1개 이상의 피연결 부분 열을 구성하도록 배치되어 있다. 요크는 도자성 재료에 의해 형성되어 1개 이상의 피연결 부분 열을 각각 구성하는 복수개의 피연결 부분을 기계적으로 또한 자기적으로 연결하는 요크 구성체로 구성되어 있다.
보다 구체적인 본 발명의 리니어 동기 모터에서 복수개의 자극부는 한쌍 이상의 피연결 부분을 구비하고 있다. 복수개의 자극부의 주요부 또는 전부는 소정 형상의 복수매의 자성 강판이 축선 방향으로 적층되어 구성되고, 복수개의 자극부 는 한쌍 이상의 피연결 부분이 직동축을 따라 정렬되어 한쌍 이상의 피연결 부분 열을 구성하도록 배치되어 있다. 또한, 여기서 「복수개의 자극부의 주요부」는 예를 들면, 직동축 축선 방향의 양단부에 위치하는 단부 자극부를 제외한 복수개의 중간 자극부 등이다. 요크는 도자성 재료에 의해 일체로 형성되어 한쌍 이상의 피연결 부분 열을 각각 구성하는 복수개의 피연결 부분을 기계적으로 또한 자기적으로 연결하는 한쌍 이상의 요크 구성체로 구성되어 있다. 또한, 여기서 「도자성 재료」는 자로(磁路)를 형성할 수 있는 자성 재료이다.
본 발명에서는 복수개의 자극부와 요크를 개별적으로 형성하고, 복수개의 자극부의 주요부 또는 전부를 복수매의 자성 강판을 적층하여 구성할 수 있도록 하였다. 이 때문에, 종래와 같이 자성 재료에 절삭 가공을 행하여 모든 자극부를 형성하는 경우에 비해 고정자의 제조 비용을 낮게 할 수 있다. 또한, 고정자 코어 유닛 내에서 발생하는 자기 손실 및 철손를 작게 할 수 있다. 또한, 복수개의 자극부의 주요부 또는 전부를 복수매의 자성 강판을 적층하여 구성하여도 복수개의 자극부에 한쌍 이상의 피연결 부분(구체적인 것으로는 제 1 및 제 2 한쌍의 피연결 부분)을 형성하고, 그 한쌍 이상의 피연결 부분에 연결되는 한쌍 이상의 요크 구성체(구체적인 것으로는 제 1 및 제 2 한쌍의 요크 구성체)로 요크를 구성함으로써 복수개의 자극부를 자기적으로 연결하는 요크의 구성을 단순한 것으로 할 수 있다. 또한, 요크를 도자성 재료에 의해 일체로 형성함으로써 이것에 의해서도 자기 손실을 억제할 수 있다.
또한, 복수개의 자극부의 주요부를 각각 자성 강판을 적층하여 구성하는 경 우에 있어서는 축선 방향의 양단에 위치하는 2개의 자극부로서 도자성의 판 재료에 절삭 가공이 행해져 형성된 자극부를 사용해도 좋다. 그리고, 축선 방향의 양단에 위치하는 2개의 자극부에 요크 구성체를 예를 들면, 나사 고정에 의해 고정할 수 있다. 이와 같이 하면, 요크 구성체의 고정자 코어 유닛에 대한 기계적 고정을 확실하게 실현할 수 있다.
제 1 한쌍의 피연결 부분 열은 직동축을 중심으로 하여 기계각으로 180° 떨어진 위치에 배치되고, 제 2 한쌍의 피연결 부분 열을 직동축을 중심으로 하여 기계각으로 180° 떨어지고 또한 제 1 한쌍의 피연결 부분 열과 기계각으로 90° 떨어진 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 그리고, 제 1 한쌍의 요크 구성체는 제 1 한쌍의 피연결 부분 열을 각각 구성하는 복수개의 제 1 피연결 부분을 접속하는 한쌍의 자성 통체에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 한쌍의 자성 통체의 내부에는 각각 리니어 베어링을 배치하고, 한쌍의 자성 통체에는 리니어 베어링을 통하여 한쌍의 가이드축을 슬라이딩 가능하게 감합하고, 직동축 및 한쌍의 가이드축 각각의 양단부를 한쌍의 연결부재에 연결하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 「리니어 베어링」은 축체를 피지지부에 대하여 축선 방향으로 왕복 이동으로 지지하는 리니어 가이드 등의 베어링이다. 이와 같이 하면, 직동축을 고정자 코어 유닛의 양단에서 지지할 필요가 없고 리니어 동기 모터의 축선 방향의 길이를 종래보다 짧게 할 수 있다. 또한, 직동축으로부터 떨어진 한쌍의 자성 통체(한쌍의 요크 구성체)에 가동자의 한쌍의 가이드축이 슬라이딩 가능하게 지지되게 된다. 그 때문에, 직동축으로부터 떨어진 위치에서 가동자를 고정자에 대하여 왕복 이동가능하게 지지할 수 있다. 그 결과, 가동자를 지지하는 리니어 베어링에 윤활유를 주입하여도 윤활유가 자극부의 자극면 주위나 직동축 주변의 부재에 부착된다는 문제는 발생하지 않는다. 또한, 한쌍의 가이드축을 복수개의 제 1 피연결 부분을 접속하는 한쌍의 자성 통체로 지지함으로써 자성 통체가 요크 구성체와 가이드축을 지지하는 지지부재의 양쪽의 기능을 완수한다. 그 때문에, 한쌍의 가이드축을 설치하는 경우에 있어서 그 지지 구조를 적은 부품으로 구성할 수 있다.
또한, 제 2 한쌍의 요크 구성체는 각각 1매의 도자성 판에 제 2 한쌍의 피연결 부분 열을 각각 구성하는 복수개의 제 2 피연결 부분이 감합되는 복수개의 감합 홈이 형성된 한쌍의 도자성 성형품에 의해 구성될 수 있다. 이 경우, 한쌍의 도자성 성형품은 복수개의 감합 홈에 복수개의 제 2 피연결 부분이 각각 감합된 상태로 고정자 코어 유닛에 대하여 기계적으로 연결되면 좋다. 이와 같이 하면, 도자성 성형품의 복수개의 감합 홈의 피치에 의해 복수개의 자극부의 간격 치수가 결정되므로 복수개의 감합 홈의 피치를 적절하게 설정함으로써 복수개의 자극부의 위치 결정을 용이하게 또한 정확하게 행할 수 있다.
한쌍의 연결부재의 한쪽의 연결부재와 고정자 코어 유닛 사이에는 한쪽의 연결부재가 고정자 코어 유닛에 근접했을 때에 한쪽의 연결부재를 고정자 코어 유닛으로부터 떨어지는 방향의 바이어싱 포오스(biasing force)를 축세(蓄勢)하는 스프링 기구를 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 직동축이 상하 방향으로 왕복 이동하도록 리니어 동기 모터를 배치한 경우에는 한쪽의 연결부재를 상방에 위치시킴으로써 스프링 기구에 의해 한쪽의 연결부재가 고정자 코어 유닛측에 낙하되 는 것을 방지할 수 있다.
리니어 베어링은 가이드축 축선 방향으로 떨어져 배치된 한쌍의 분할 리니어 베어링에 의해 구성될 수 있다. 이와 같이 하면, 가이드축을 축선 방향으로 떨어져 배치된 한쌍의 분할 리니어축에 의해 확실하게 지지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태의 일례를 상세하게 설명한다. 도 1 ~ 도 3은 본 발명의 리니어 동기 모터의 실시형태의 일례의 정면도, 좌측면도 및 우측면도이다. 또한, 도 1은 직동축(5)의 축선을 중심으로 90°의 각도 범위에서 일부를 파단한 상태로 나타내고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 예의 리니어 동기 모터는 가동자(1)와 고정자(3)를 갖고 있다. 가동자(1)는 직동축(5), 영구 자석 열(7), 한쌍의 가이드축(9), 한쌍의 연결부재(11A,11B), 및 피검출용 영구 자석(73)을 갖고 있다. 직동축(5)은 가늘고 긴 원통형이며, 축선 방향으로 왕복 이동한다. 영구 자석 열(7)은 직동축(5)의 외주에 감합되어 직동축(5)의 축선 방향으로 정렬된 8개의 원환상의 영구 자석(15)에 의해 구성되어 있다. 8개의 영구 자석(15)은 직동축(5)의 직경 방향의 외면에 N극이 나타나도록 착자(着磁)된 4개의 원환상의 영구 자석, 및 S극이 나타나도록 착자된 4개의 원환상의 영구 자석을 갖고 있다. 그리고, 8개의 영구 자석은 N극과 S극이 축선 방향으로 교대로 나란하게 배치되어 있다. 본 예에서 1개의 영구 자석(15)은 원호 형상의 6개의 영구 자석편이 직동축(5)의 둘레 방향으로 나란하게 배치되어서 구성되어 있다. 영구 자석편은 접착제를 통하여 직동축(5)에 고정되어 있다. 또한, 8개의 영구 자석(15)이 장착된 직동축(5)의 외측에 열 수축 튜브를 씌운 후 열 수축 튜브를 가열하여 열 수축시켜서 영구 자석(15)을 전체적으로 감싸도록 해도 좋다. 또한, 영구 자석은 본 예와 같이 직동축(5)의 외주에 직접적으로 장착되어도 좋고, 간접적으로 장착되어도 좋다. 예를 들면, 직동축(5)의 외주에 자석 장착부를 고정하고, 그 자석 장착부에 영구 자석 열(복수개의 영구 자석)을 고정할 수 있다.
한쌍의 가이드축(9)은 가늘고 긴 원통형이다. 한쌍의 가이드축(9)은 직동축(5)과 평행하게 연장되도록 배치되고, 한쌍의 연결부재(11A,11B)를 통하여 직동축(5)에 접속되어 있다. 한쌍의 가이드축(9)은 후술하는 한쌍의 자성 통체(41) 내에 배치된 리니어 베어링(65)에 의해 슬라이딩 가능하게 각각 지지되어 있다. 한쌍의 가이드축(9)이 한쌍의 자성 통체(41) 내를 슬라이딩하는 구조에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다.
한쌍의 연결부재(11A,11B)의 한쪽의 연결부재(11A)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 중앙부(19), 및 중앙부(19)로부터 도 3의 지면에 있어서 상하 방향으로 연장되는 윤곽 형상이 직사각형인 2개의 연신부(21)를 일체로 갖고 있다. 중앙부(19)에는 4개의 나사(13)에 의해 직동축(5)의 한쪽의 단부가 연결되어 있고, 2개의 연신부(21)의 단부(21a)에는 나사(17)에 의해 한쌍의 가이드축(9) 각각의 한쪽의 단부가 연결되어 있다. 다른 쪽의 연결부재(11B)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 중앙부(23), 및 중앙부(23)로부터 도 2의 지면에 있어서 상하 방향으로 연장되는 윤곽 형상이 직사각형인 2개의 연신부(25)를 일체로 갖고 있다. 중앙부(23)에는 4개의 나사(13')에 의해 직동축(5)의 다른 쪽의 단부가 연결되어 있고, 2개의 연신부(25) 의 단부(25a)에는 나사(17')에 의해 한쌍의 가이드축(9) 각각의 다른 쪽의 단부가 연결되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 한쪽의 연결부재(11A)의 연신부(21)의 양단부(21a)에는 후술하는 고정자 코어 유닛(31)과 대향하는 대향면(21b)이 형성되어 있다. 그리고, 한쪽의 연결부재(11A)의 대향면(21b)과 고정자 코어 유닛(31) 사이에는 스프링 기구를 구성하는 한쌍의 코일 용수철(27)이 각각 배치되어 있다. 한쌍의 코일 용수철(27)은 한쪽의 연결부재(11A)가 고정자 코어 유닛(31)에 근접했을 때에 한쪽의 연결부재(11A)를 고정자 코어 유닛(31)으로부터 떨어지는 방향의 바이어싱 포오스를 축세하고 있다. 이 때문에, 직동축(5)이 상하 방향으로 왕복 이동하도록 리니어 동기 모터를 배치했을 경우에는 한쪽의 연결부재(11A)를 상방에 위치시킴으로써 코일 용수철(27)의 바이어싱 포오스에 의해 한쪽의 연결부재(11A)가 고정자 코어 유닛(31)측에 낙하되는 것을 방지할 수 있다.
고정자(3)는 6개의 환상 권선(29)과 고정자 코어 유닛(31)을 갖고 있다. 6개의 환상 권선(29)은 권선 도체가 환상으로 권회되어 형성되고, 직동축(5)의 축선 방향으로 간격을 두고 배치되고, 또한 직동축(5)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다.
고정자 코어 유닛(31)은 엔드 브래킷(35), 한쌍의 단부 자극부(33 및 37), 5개의 중간 자극부(39), 한쌍의 자성 통체(41), 및 한쌍의 도자성 성형품(43)을 갖고 있다. 본 예에서는 한쌍의 단부 자극부(33 및 37) 및 5개의 중간 자극부(39)로 복수개의 자극부가 구성되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 단부 자극 부(33 및 37)의 한쪽의 단부 자극부(33)는 윤곽이 대략 직사각형 형상인 본체부(45), 및 도 3의 지면에 있어서 본체부(45)의 상하 방향으로 위치하는 제 1 한쌍의 피연결 부분(47)을 갖고 있고, 소정의 두께의 자성 강재에 절삭 가공이 행해져 형성되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본체부(45)의 중앙부에는 직동축(5)이 관통하는 관통 구멍(45a)이 형성되어 있다. 또한, 도 3의 지면에 있어서 본체부(45)의 좌우 방향에는 축선 방향과 제 1 한쌍의 피연결 부분(47)이 대향하는 방향에 직교하는 방향의 외측으로 개구되어 제 2 한쌍의 피연결 부분을 구성하는 오목부(45b)가 형성되어 있다. 이와 같이, 제 1 한쌍의 피연결 부분(47)은 직동축(5)을 중심으로 하여 대향하고 있고, 제 2 한쌍의 피연결 부분[오목부(45b)]도 직동축(5)을 중심으로 하여 대향하고 있다. 본 예에서 한쪽의 단부 자극부(33)는 직동축(5)의 축선 방향의 한쪽의 단부에 위치하는 자극부를 구성하고 있다. 그 때문에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(45a)의 내주 벽면이 자극면(45c)을 구성하고 있다. 자극면(45c)은 인접하는 중간 자극부(39)로부터 축선 방향으로 떨어짐에 따라서 영구 자석 열(7)과의 사이의 간극 치수가 커지도록 구성되어 있다. 제 1 한쌍의 피연결 부분(47)의 중앙에는 한쌍의 가이드축(9)이 각각 관통하는 관통 구멍(47a)이 형성되어 있다. 그리고, 제 1 한쌍의 피연결 부분(47)에는 관통 구멍(47a)과 동심적으로 형성되고, 또한 엔드 브래킷(35)측을 향하여 개구하는 환상의 오목부(47b)가 형성되어 있다. 오목부(47b)에는 한쌍의 자성 통체(41)의 한쪽의 단부가 각각 감합되어 있다. 또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 단부 자극부(33)에는 복수개의 환상 여자 권선의 리드 선이 다발로 되어 구성되는 리드선 다발(30)이 관 통하는 관통 구멍(48)이 형성되어 있다. 또한, 단부 자극부(33)의 외면에는 홀 소자(71)가 고정되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 엔드 브래킷(35)은 윤곽이 대략 직사각형 형상인 본체부(49), 및 도 2의 지면에 있어서 본체부(49)의 상하 방향으로 위치하는 제 1 한쌍의 피연결 부분(51)를 갖고 있다. 엔드 브래킷(35)은 비자성의 알루미늄 등에 절삭 가공이 행해져 형성되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본체부(49)의 중앙부에는 직동축(5)이 관통하는 관통 구멍(49a)이 형성되어 있다. 이 때문에, 제 1 한쌍의 피연결 부분(51)은 직동축(5)을 중심으로 하여 대향하게 된다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본체부(49)의 4개의 모서리에는 장착 도구 관통 구멍(49c)이 형성되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 제 1 한쌍의 피연결 부분(51)의 중앙에는 한쌍의 가이드축(9)이 각각 관통하는 관통 구멍(51a)이 형성되어 있다. 그리고, 제 1 한쌍의 피연결 부분(51)에는 관통 구멍(51a)과 동심적으로 형성되고 단부 자극부(33)측을 향하여 개구하는 환상의 오목부(51b)가 각각 형성되어 있다. 이들 오목부(51b)에는 한쌍의 자성 통체(41) 각각의 다른 쪽의 단부가 감합되어 있다.
엔드 브래킷(35)에 인접하는 다른 쪽의 단부 자극부(37)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 윤곽이 직사각형 형상인 본체부(53), 및 도 4의 지면에 있어서 본체부(53)의 상하 방향으로 위치하는 제 1 한쌍의 피연결 부분(55)을 갖고 있다. 단부 자극부(37)도 단부 자극부(33)와 같이, 자성 강재에 절삭 가공이 행해져 형성되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본체부(53)의 중앙부에는 직동축(5)이 관통하는 관통 구멍(53a)이 형성되어 있다. 또한, 도 4의 지면에 있어서 본체부(53)의 좌우 방향에는 축선 방향과 제 1 한쌍의 피연결 부분(55)이 대향하는 방향에 직교하는 방향의 외측으로 개구하여 제 2 한쌍의 피연결 부분을 구성하는 오목부(53b)가 형성되어 있다. 이와 같이, 제 1 한쌍의 피연결 부분(55)은 직동축(5)을 중심으로 하여 대향하고 있고, 제 2 한쌍의 피연결 부분[오목부(53b)]도 직동축(5)을 중심으로 하여 대향하게 된다. 본 예에서 다른 쪽의 단부 자극부(37)는 다른 쪽의 단부에 위치하는 자극부를 구성하고 있다. 그 때문에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(53a)의 내주 벽면이 자극면(53d)을 구성하고 있다. 자극면(53d)은 인접하는 중간 자극부(39)로부터 축선 방향으로 떨어짐에 따라 영구 자석 열(7)과의 사이의 간극 치수가 커지도록 구성되어 있다. 제 1 한쌍의 피연결 부분(55)의 중앙에는 한쌍의 자성 통체(41)가 각각 관통하는 관통 구멍(55a)이 형성되어 있다.
5개의 중간 자극부(39)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 윤곽이 직사각형 형상인 본체부(57), 및 도 5의 지면에 있어서 본체부(57)의 상하 방향으로 위치하는 제 1 한쌍의 피연결 부분(59)을 갖고 있다. 중간 자극부(39)는 각각 복수매의 자성 강판이 직동축(5)의 축선 방향으로 적층되어 구성되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 5개의 중간 자극부(39)는 한쪽의 단부 자극부(33)와 다른 쪽의 단부 자극부(37) 사이에 축선 방향으로 나란히 배치되어 있다. 본체부(57)의 중앙부에는 직동축(5)이 관통하는 관통 구멍(57a)이 형성되어 있다. 관통 구멍(57a)의 내주면은 가동자(1)의 영구 자석 열(7)과 소정의 간극을 사이에 두고 대향하는 자극면을 구성하고 있다. 또한, 도 5의 지면에 있어서 본체부(57)의 좌우 방향에는 축선 방향과 제 1 한쌍의 피연결 부분(59)이 대향하는 방향에 직교하는 방향의 외측으로 개 구하여 제 2 한쌍의 피연결 부분을 구성하는 오목부(57b)가 형성되어 있다. 이와 같이, 제 1 한쌍의 피연결 부분(59)은 직동축(5)을 중심으로 하여 대향하고 있고, 제 2 한쌍의 피연결 부분[오목부(57b)]도 직동축(5)을 중심으로 하여 대향하게 된다. 또한, 본체부(57)의 4개의 모서리에는 수지 관통 구멍(57c)이 형성되어 있다. 관통 구멍(57a)과 1개의 수지 관통 구멍(57c) 사이에는 보빈의 일부가 감합되는 보빈 감합 홈(57d)이 형성되어 있다. 보빈 감합 홈(57d)은 관통 구멍(57a)과 연통되고 또한 그 관통 구멍(57a)으로부터 외측으로 떨어지는 방향으로 연장되어 있다. 제 1 한쌍의 피연결 부분(59)의 중앙에는 한쌍의 자성 통체(41)가 각각 관통하는 관통 구멍(59a)이 형성되어 있다. 본 예에서는 5개의 중간 자극부(39)가 복수개의 자극부(33,39,37)의 주요부를 구성하고 있다.
본 예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 한쪽의 단부 자극부(33), 5개의 중간 자극부(39), 및 다른 쪽의 단부 자극부(37)는 인접하는 2개의 자극부(33,39,37) 사이에 1개의 환상 권선(29)이 배치되는 스페이스를 형성하도록 축선 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.
엔드 브래킷(35), 단부 자극부(33,37), 5개의 중간 자극부(39), 및 6개의 환상 권선(29)이 조합된 상태로 한쪽의 단부 자극부(33)의 제 1 한쌍의 피연결 부분(47), 엔드 브래킷(35)의 제 1 한쌍의 피연결 부분(51), 단부 자극부(37)의 제 1 한쌍의 피연결 부분(55), 및 5개의 중간 자극부(39)의 제 1 한쌍의 피연결 부분(59)이 직동축(5)을 따라 정렬되어 제 1 한쌍의 피연결 부분 열(61)(도 3)이 구성된다. 또한, 한쪽의 단부 자극부(33)의 제 2 한쌍의 피연결 부분[오목부(45b)], 다른 쪽의 단부 자극부(37)의 제 2 한쌍의 피연결 부분[오목부(53b)], 및 5개의 중간 자극부(39)의 제 2 한쌍의 피연결 부분[오목부(57b)]이 직동축(5)을 따라 정렬되어 제 2 한쌍의 피연결 부분 열(63)(도 3)이 구성된다. 제 1 한쌍의 피연결 부분 열(61)은 도 3의 지면에 있어서 직동축(5)을 중심으로 상하 방향으로 연장되는 가상선(L1) 상에 존재하고 있다. 이 때문에, 제 1 한쌍의 피연결 부분 열(61)은 직동축(5)을 중심으로 하여 기계각으로 180° 떨어진 위치에 존재하게 된다. 또한, 제 2 한쌍의 피연결 부분 열(63)은 도 3의 지면에 있어서 직동축(5)을 중심으로 수평 방향으로 연장되는[가상선(L1)에 직교하는] 가상선(L2) 상에 존재하고 있다. 이 때문에, 제 2 한쌍의 피연결 부분 열(63)은 직동축(5)을 중심으로 하여 기계각으로 180° 떨어지고 또한 제 1 한쌍의 피연결 부분 열(61)과는 기계각으로 90° 떨어진 위치에 배치되게 된다. 제 1 한쌍의 피연결 부분 열(61)을 각각 구성하는 제 1 한쌍의 피연결 부분(47,51,55,59)은 한쌍의 자성 통체(41)에 의해 접속되어 있다. 구체적으로는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 자성 통체(41)의 양단이 한쪽의 단부 자극부(33)의 오목부(47b)과 엔드 브래킷(35)의 오목부(51b)에 각각 감합되어 있다. 한쌍의 자성 통체(41)의 중간부가 단부 자극부(37)의 관통 구멍(55a)과 5개의 중간 자극부(39)의 관통 구멍(59a)을 관통하고 있다. 그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 자성 통체(41)의 한쪽의 단부와 한쪽의 단부 자극부(33)는 나사(58)에 의해 고정되어 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 자성 통체(41)의 다른 쪽의 단부와 엔드 브래킷(35)은 나사(60)에 의해 고정되어 있다. 한쌍의 자성 통체(41)는 자성 재료로 일체로 형성되어 있고, 원통형이다. 도 1에 나 타낸 바와 같이, 한쌍의 자성 통체(41)의 내부에는 각각 리니어 베어링(65)이 배치되어 있다. 본 예에서는 한쌍의 자성 통체(41)의 내주부의 양단에 직경 방향 내측과 축선 방향 외측으로 개구하는 오목부(41a)가 각각 형성되어 있다. 오목부(41a)에는 한쌍의 분할 리니어 베어링(65a)이 각각 감합되어 있다. 이 때문에, 1개의 자성 통체(41)의 양단부에 가이드축(9)의 축선 방향으로 떨어져 한쌍의 분할 리니어 베어링(65a)이 배치되게 된다. 그리고, 한쌍의 자성 통체(41) 내에는 리니어 베어링(65)을 통하여 가동자(1)의 한쌍의 가이드축(9)이 슬라이딩 가능하게 감합되어 있다. 이 지지 구조에 의해 가동자(1)의 직동축(5)은 고정자 코어 유닛(31)의 중심의 관통 구멍(45a, 49a 등)의 중심에 위치 결정된다.
제 2 한쌍의 피연결 부분 열(63)을 각각 구성하는 제 2 한쌍의 피연결 부분(45b,53b,57b)은 한쌍의 도자성 성형품(43)에 의해 접속되어 있다. 1개의 도자성 성형품(43)은, 도 6(A) 및 도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 각각 1매의 도자성 재료의 판에 복수개의 감합 홈(43a,43b,43c)이 형성되어 구성되어 있다. 한쪽의 단부에 위치하는 감합 홈(43a)에는 한쪽의 단부 자극부(33)의 제 2 피연결 부분을 구성하는 오목부(45b)가 감합되어 있다. 다른 쪽의 단부에 위치하는 감합 홈(43b)에는 다른 쪽의 단부 자극부(37)의 제 2 피연결 부분을 구성하는 오목부(53b)가 감합되어 있다. 중간부에 위치하는 5개의 감합 홈(43c)에는 5개의 중간 자극부(39)의 제 2 피연결 부분을 각각 구성하는 오목부(57b)가 감합되어 있다. 도자성 성형품(43)의 4개의 모서리에는 관통 구멍(43d)이 형성되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 도자성 성형품(43)은 관통 구멍(43d)을 관통하여 한쪽의 단부 자극부(33) 및 다 른 쪽의 단부 자극부(37)에 형성된 나사 구멍에 나사 결합되는 나사(67)에 의해 각각 나사 고정되어 있다.
본 예에서는 한쌍의 자성 통체(41)에 의해 제 1 한쌍의 요크 구성체로 구성되고, 한쌍의 도자성 성형품(43)에 의해 제 2 한쌍의 요크 구성체로 구성되어 있다. 이 결과, 제 1 및 제 2 한쌍의 요크 구성체(41,43)에 의해 자극부(33,39,37)를 자기적으로 연결하는 요크가 형성되어 있다.
또한, 한쌍의 단부 자극부(33,37), 5개의 중간 자극부(39), 한쌍의 자성 통체(41), 한쌍의 도자성 성형품(43), 및 6개의 환상 권선(29)이 조합된 상태로 6개의 환상 권선(29)의 직경 방향 외측에 위치하는 인접하는 2개의 자극부(33,39,37) 사이의 부분 및 5개의 중간 자극부(39)의 수지 관통 구멍(57c) 내에는 1액성의 열변화성 합성 수지(69)가 충전되어 있다. 본 예에서는 이하와 같이 수지를 충전하였다. 우선, 한쌍의 단부 자극부(33,37), 5개의 중간 자극부(39), 한쌍의 자성 통체(41), 한쌍의 도자성 성형품(43), 및 6개의 환상 권선(29)을 조합하여 조합체를 제작하였다. 그 다음에, 조합체의 중앙의 관통 구멍(45a, 49a 등) 내에 심재를 삽입하고, 심재를 삽입한 조합체를 금형 내에 배치한 후 용해한 합성 수지를 금형의 주입구를 통해서 조합체 내에 압입하였다. 그리고, 합성 수지가 열경화한 후 조합체를 금형으로부터 인출하고 심재를 분리하여 합성 수지(69)의 충전을 완료하였다.
본 예에서는, 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 고정자 코어 유닛(31)의 한쪽의 단부 자극부(33)의 외면에 홀 소자(71)가 설치되어 있고, 직동축(5)에는 홀 소자(71)와 대향하도록 피검출용 영구 자석(73)이 설치되어 있다. 그리고, 홀 소 자(71)와 피검출용 영구 자석(73)에 의해 자극 검출이 행해진다.
본 예의 리니어 동기 모터는 직동축(5)이 고정자(3)에 대하여 축선 방향으로 왕복 이동하면 한쌍의 연결부재(11A,11B)를 통하여 직동축(5)에 접속된 한쌍의 가이드축(9)이 리니어 베어링(65)을 통하여 한쌍의 자성 통체(41)에 대하여 슬라이딩한다.
본 예의 리니어 동기 모터에 의하면, 5개의 중간 자극부(39)를 복수매의 자성 강판을 적층하여 구성하므로 고정자의 제조 비용을 낮게 할 수 있다. 또한, 고정자 코어 유닛 내에서 발생하는 자기 손실과 철손을 작게 할 수 있다.
또한, 직동축(5)으로부터 떨어진 한쌍의 자성 통체(41)로 가동자(1)를 고정자(3)에 대하여 왕복 이동가능하게 지지하므로 가동자(1)를 지지하는 리니어 베어링(65)에 윤활유를 주입하여도 윤활유가 자극부(33,39,37)의 자극면이나 직동축 주변의 부재에 부착되는 문제는 발생하지 않는다. 또한, 한쌍의 가이드축(9)을 복수개의 제 1 피연결 부분(47,51,55,59)을 접속하는 한쌍의 자성 통체(41)로 지지함으로써 자성 통체(41)가 요크 구성체와 가이드축(9)을 지지하는 지지부재의 양쪽의 기능을 완수한다. 그 때문에, 한쌍의 가이드축(9)을 설치하는 경우에 있어서 그 지지 구조를 적은 부품으로 구성할 수 있다.
또한, 본 예에서는 복수개의 자극부의 주요부[5개의 자극부(39)] 각각을 복수매의 자성 강판을 축선 방향으로 적층하여 구성하였지만, 복수개의 자극부 전부를 복수매의 자성 강판을 축선 방향으로 적층하여 구성하여도 좋은 것은 물론이다.
또한, 본 예에서 제 1 한쌍의 피연결 부분(47,51,55,59)은 직동축(5)을 중심 으로 하여 대향하고 있고 제 2 한쌍의 피연결 부분(45b,53b,57b)도 직동축(5)을 중심으로 하여 대향하고 있지만, 제 1 한쌍의 피연결 부분 및 제 2 한쌍의 피연결 부분의 위치는 임의이다. 예를 들면, 제 1 한쌍의 피연결 부분을 고정자의 가장자리부에 나란히 배치하여도 좋고, 제 2 한쌍의 피연결 부분을 고정자의 가장자리부에 나란히 배치하여도 좋다.
또한, 본 예에서는 한쌍의 피연결 부분을 2개의 한쌍의 피연결 부분[제 1 한쌍의 피연결 부분(47,51,55,59), 제 2 한쌍의 피연결 부분(45b,53b,57b)]으로 구성하였지만, 피연결 부분은 한쌍 이상이면 좋고, 1개의 한쌍의 피연결 부분으로만 한쌍의 피연결 부분을 구성하여도 좋다.
또한, 피연결 부분은 1개 이상으로 구성하여도 좋고, 1개의 피연결 부분으로만 피연결 부분을 구성하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 복수개의 자극부와 요크를 개별적으로 형성하고 복수개의 자극부의 주요부 또는 전부를 복수매의 자성 강판을 적층하여 구성하므로 고정자의 제조 비용을 낮게 할 수 있다. 또한, 자기 손실과 철손을 종래보다 작게 할 수 있다.
또한, 직동축으로부터 떨어진 위치에서 가동자를 고정자에 대하여 왕복 이동가능하게 지지하므로 가동자를 지지하는 리니어 베어링에 윤활유를 주입하여도 윤활유가 자극부의 자극면이나 직동축 주변의 부재에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태의 리니어 동기 모터를 일부 파단 상태로 나타낸 정면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 리니어 동기 모터의 좌측면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 리니어 동기 모터의 우측면도다.
도 4는 도 1에 나타낸 리니어 동기 모터의 단부 자극부의 평면도이다.
도 5는 제 1에 나타낸 리니어 동기 모터의 자극부의 평면도이다.
도 6(A) 및 도 6(B)는 도 1에 나타낸 리니어 동기 모터에 사용되는 도자성 성형품의 평면도 및 저면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 가동자 3: 고정자
5: 직동축 7: 영구 자석 열
9: 한쌍의 가이드축 11A,11B: 한쌍의 연결부재
27: 코일 용수철(스프링 기구) 29: 환상 권선
31: 고정자 코어 유닛 35: 엔드 브래킷
33,37: 단부 자극부 39: 중간 자극부
41: 한쌍의 자성 통체 43: 한쌍의 도자성 성형품
47,51,55,59: 제 1 한쌍의 피연결 부분
57d: 보빈 감합 홈 61: 제 1 한쌍의 피연결 부분 열
63: 제 2 한쌍의 피연결 부분 열 65: 리니어 베어링
65a: 한쌍의 분할 리니어 베어링 43a,43b,43c: 감합 홈

Claims (8)

  1. 축선 방향으로 왕복 이동하는 직동축 및 상기 직동축에 장착된 복수개의 영구 자석으로 이루어지는 1 이상의 영구 자석 열을 구비하여 이루어지는 가동자; 및
    상기 축선 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되고 또한 상기 직동축의 주위를 둘러싸도록 배치된 복수개의 권선과, 상기 직동축의 주위를 둘러싸도록 상기 직동축과 동심적으로 배치되는 복수개의 자극부 및 상기 복수개의 자극부를 자기적으로 연결하는 요크를 갖고, 인접하는 2개의 상기 자극부 사이에 1개의 상기 권선이 배치되는 스페이스를 형성하도록 상기 복수개의 자극부가 상기 축선 방향으로 간격을 두고 배치되어 이루어진 고정자 코어 유닛을 구비한 고정자를 구비하는 리니어 동기 모터로서,
    상기 복수개의 자극부는 1개 이상의 피연결 부분을 구비하고,
    상기 복수개의 자극부의 주요부 또는 전부는 소정 형상의 복수매의 자성 강판이 상기 축선 방향으로 적층되어서 구성되며,
    상기 복수개의 자극부는 상기 피연결 부분이 상기 직동축을 따라 정렬되어 1개 이상의 피연결 부분 열을 구성하도록 배치되고,
    상기 요크는 도자성 재료에 의해 형성되며, 상기 1개 이상의 피연결 부분 열을 각각 구성하는 복수개의 상기 피연결 부분을 기계적으로 또한 자기적으로 연결하는 1개 이상의 요크 구성체로 구성되고,
    상기 1개 이상의 피연결 부분은 한쌍 이상의 피연결 부분으로 이루어지고,
    상기 1개 이상의 피연결 부분 열은 한쌍 이상의 피연결 부분 열로 이루어지며,
    상기 요크는 상기 한쌍 이상의 피연결 부분 열을 각각 구성하는 복수개의 상기 피연결 부분을 기계적으로 또한 자기적으로 연결하는 한쌍 이상의 요크 구성체로 구성되고,
    상기 한쌍 이상의 피연결 부분은 제 1 한쌍의 피연결 부분과 제 2 한쌍의 피연결 부분으로 이루어지고,
    상기 한쌍 이상의 피연결 부분 열은 제 1 한쌍의 피연결 부분 열과 제 2 한쌍의 피연결 부분 열로 이루어지며,
    상기 한쌍 이상의 요크 구성체는 제 1 한쌍의 요크 구성체와 제 2 한쌍의 요크 구성체로 이루어지고,
    상기 제 1 한쌍의 피연결 부분 열은 상기 직동축을 중심으로 하여 기계각으로 180° 떨어진 위치에 존재하며, 상기 제 2 한쌍의 피연결 부분 열은 상기 직동축을 중심으로 하여 기계각으로 180° 떨어지고 또한 상기 제 1 한쌍의 피연결 부분 열과 기계각으로 90° 떨어진 위치에 배치되어 있으며,
    상기 제 1 한쌍의 요크 구성체는 상기 제 1 한쌍의 피연결 부분 열을 각각 구성하는 복수개의 상기 제 1 한쌍의 피연결 부분을 접속하는 한쌍의 자성 통체에 의해 구성되고,
    상기 한쌍의 자성 통체의 내부에는 각각 리니어 베어링이 배치되며,
    상기 한쌍의 자성 통체에는 상기 리니어 베어링을 통하여 한쌍의 가이드축이 슬라이딩 가능하게 감합되어 있고,
    상기 직동축 및 상기 한쌍의 가이드축 각각의 양단부가 한쌍의 연결부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 동기 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 자극부 중 상기 축선 방향의 양단에 위치하는 2개의 자극부는 도자성의 판 재료에 절삭 가공이 행해져 형성되어 있고,
    상기 축선 방향의 양단에 위치하는 2개의 상기 자극부에 상기 요크 구성체가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 동기 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 한쌍의 요크 구성체는 각각 1매의 도자성 재료의 판에 상기 제 2 한쌍의 피연결 부분 열을 각각 구성하는 복수개의 상기 제 2 한쌍의 피연결 부분이 감합된 복수개의 감합 홈이 형성된 한쌍의 도자성 성형품에 의해 구성되어 있고,
    상기 한쌍의 도자성 성형품은 상기 복수개의 감합 홈에 복수개의 상기 제 2 한쌍의 피연결 부분이 각각 감합된 상태로 상기 고정자 코어 유닛에 대하여 기계적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 동기 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 한쌍의 연결부재의 한쪽의 연결부재와 상기 고정자 코어 유닛 사이에는 상기 한쪽의 연결부재가 상기 고정자 코어 유닛에 근접했을 때에 상기 한쪽의 연결부재를 상기 고정자 코어 유닛으로부터 떨어지는 방향의 바이어싱 포오스를 축세하는 스프링 기구가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 동기 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리니어 베어링은 상기 가이드축의 축선 방향으로 떨어져 배치된 한쌍의 분할 리니어 베어링에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 동기 모터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 요크 구성체는 도자성 재료에 의해 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 동기 모터.
  7. 삭제
  8. 삭제
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