KR102091358B1 - 리니어 모터 및 이를 적용한 로봇 장치 - Google Patents

Abstract

리니어 모터 및 이를 적용한 로봇 장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 리니어 모터는 실질적인 직사각 기둥 형상의 보빈, 상기 보빈의 외주를 둘러싸도록 배치된 것으로 상기 보빈의 형상에 컨포멀하게(conformally) 직사각 기둥 형상으로 구비된 코일 및 상기 보빈의 관통홀 내에 삽입되어 배치된 것으로 실질적 직사각 기둥 모양을 갖는 마그넷 부재를 포함할 수 있다. 상기 보빈은 제1 방향에 따른 폭이 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 따른 길이보다 짧을 수 있고, 상기 제1 및 제2 방향과 수직한 제3 방향으로 상기 관통홀이 형성되어 있을 수 있다.

Description

리니어 모터 및 이를 적용한 로봇 장치{Linear motor and robotic apparatus adopting the same}

본 발명은 모터 및 이를 적용한 장치, 보다 상세하게는 리니어 모터 및 이를 적용한 로봇 장치에 관한 것이다.

반도체 공정, 카메라 렌즈 제조 공정 등에서 다양한 제품 또는 반제품에 대하여 P&P(pick-up and place), 흡착, 이송, 회전, 압입 등의 공정이 사용되고, 이러한 공정은 조작 아암(arm)을 갖는 로봇 장치에 의해 수행될 수 있다.

반도체 소자나 카메라의 사이즈가 감소하고 관련 기술이 진전됨에 따라, 다양한 제품 및 반제품의 사이즈도 감소하고 있고, 이들에 대한 P&P, 흡착 및 이송 등의 공정시 정밀한 위치 제어, 포스(force) 제어 등이 요구되고 있다. 특히, 대량 공정을 위해서는 좁은 공간에 다수의 로봇 장치를 사용할 수 있어야 하기 때문에, 로봇 장치의 사이즈를 줄일 필요가 있다.

일반적으로, 로봇 장치에는 소정의 모터 장치가 사용되므로, 로봇 장치의 성능은 이에 적용된 모터 장치와 밀접하게 관련될 수 있다.

특허문헌 1. 대한민국 등록특허 10-844759 (2006.09.25)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소정 방향으로의 사이즈(두께)를 줄이면서도 파워를 증가시킬 수 있는 리니어 모터(linear motor)를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 리니어 모터를 적용하여 개선된 성능을 갖는 로봇 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 방향에 따른 폭이 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 따른 길이보다 짧고, 상기 제1 및 제2 방향과 수직한 제3 방향으로 관통홀이 형성된 실질적 직사각 기둥 형상의 보빈(bobbin); 상기 보빈의 외주를 둘러싸도록 배치된 것으로, 실질적으로 상기 보빈의 형상에 컨포멀하게(conformally) 직사각 기둥 형상으로 구비된 코일; 및 상기 보빈의 관통홀 내에 삽입되어 배치된 것으로, 상기 관통홀의 형상을 따라 직사각 모양을 갖고, 복수의 마그넷층이 적층된 구성을 갖는 마그넷 부재;를 포함하는 리니어 모터(linear motor)가 제공된다.

상기 보빈의 상기 제1 방향에 따른 폭(x)과 상기 제2 방향에 따른 길이(y)의 비율(x:y)은 약 1:1.7 이상 1:10 이하일 수 있다.

상기 마그넷 부재에 상기 복수의 마그넷층을 관통하는 적어도 하나의 홀이 형성될 수 있고, 상기 홀 내에 삽입되어 상기 복수의 마그넷층을 압착 및 고정하는 전산볼트(stub bolt)가 더 구비될 수 있다.

상기 마그넷 부재의 일단에 구비된 제1 클램프 블록; 및 상기 마그넷 부재의 타단에 구비된 제2 클램프 블록;이 더 구비될 수 있고, 상기 전산볼트는 상기 제1 클램프 블록, 상기 마그넷 부재 및 상기 제2 클램프 블록을 고정하도록 구비될 수 있다.

상기 코일의 적어도 일부를 감싸도록 구비된 코일 하우징을 더 포함할 수 있다.

상기 코일 하우징은 상기 제1 방향에 따른 상기 코일의 외주면은 커버하고, 상기 제2 방향에 따른 상기 코일의 외주면은 노출하도록 디자인될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 전술한 리니어 모터; 상기 리니어 모터에 연결된 것으로, 상기 리니어 모터의 직선 운동을 가이드하도록 구성된 가이드 부재; 상기 리니어 모터의 직선 운동 거리를 센싱하기 위한 리니어 위치 센서; 및 상기 가이드 부재에 연결된 것으로, 상기 리니어 모터의 직선 운동을 이용해서 정해진 대상물에 대한 공정을 수행하는 조작 아암(arm);을 포함하는 로봇 장치(robotic apparatus)가 제공된다.

상기 리니어 모터는 제1 방향에 따른 폭이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에 따른 길이보다 짧은 구성을 가질 수 있고, 상기 가이드 부재 및 상기 리니어 위치 센서는 상기 리니어 모터에 대하여 상기 제1 방향에 수직한 방향이면서 상기 제2 방향에 평행한 방향으로 분리 배치될 수 있다.

상기 가이드 부재에 연결된 스프링 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 스프링 부재의 일단은 상기 가이드 부재에 연결될 수 있고, 상기 스프링 부재의 타단은 상기 가이드 부재와 이격된 위치에 고정될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 소정 방향으로의 사이즈(두께)를 줄이면서도 파워를 증가시킬 수 있는 리니어 모터(linear motor)를 구현할 수 있고, 상기한 리니어 모터를 적용하여 개선된 성능을 갖는 로봇 장치를 구현할 수 있다. 이러한 리니어 모터 및 로봇 장치를 이용하면, 반도체나 카메라 렌즈와 같은 다양한 제품의 제조공정에서 포스(force) 제어, 위치 제어 등의 정밀성 및 정확성을 개선할 수 있고, 생산성 향상 및 제조원가 절감의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터(linear motor)를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터에 적용될 수 있는 코일의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터에 적용될 수 있는 마그넷층을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 모터를 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 리니어 모터를 적용한 로봇 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 리니어 모터를 적용한 로봇 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 로봇 장치를 촬영한 사진 이미지이다.

본 발명의 이점, 특징 및 이들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들에 의해 명확해질 수 있다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 개시된 실시예는 단지 본 발명의 개시 내용을 보다 명확하게 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 내용을 보다 명료하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 수 있다.

본원 명세서에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 본원 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서 사용되는 "약", "실질적으로" 등의 정도의 용어는 고유한 제조 및 물질 허용 오차를 감안하여, 그 수치나 정도의 범주 또는 이에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 제공된 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터(linear motor)를 보여주는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 리니어 모터는 보빈(bobbin)(10), 코일(coil)(20) 및 마그넷 부재(30)를 포함한다.

보빈(10)은 관통홀에 의해 내부가 비어 있는 실질적인(혹은 대략적인) 직사각 기둥 형상을 가질 수 있다. 보빈(10)의 제1 방향(예컨대, X축 방향)에 따른 폭(두께)은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향(예컨대, Y축 방향)에 따른 길이보다 짧을 수 있다. 따라서, 보빈(10)은 한쪽으로 길쭉한 비등방 구조를 갖는다고 할 수 있고, 이러한 보빈(10)의 형상에 의해 리니어 모터 전체의 형상이 대략 좌우될 수 있다. 보빈(10)의 관통홀은 상기 제1 및 제2 방향과 수직한 제3 방향(예컨대, Z축 방향)으로 형성될 수 있다.

보빈(10)의 상기 제1 방향에 따른 폭(x)과 상기 제2 방향에 따른 길이(y)의 비율(x:y)은, 예컨대, 약 1:1.7 이상 1:10 이하일 수 있다. 이와 관련해서, 리니어 모터의 두께 감소 및 파워 증가와 같은 이점을 효과적으로 달성할 수 있다. 그러나 상기 비율(x:y)은 전술한 범위에 한정되지 않고, 경우에 따라, 달라질 수 있다.

코일(20)은 보빈(10)의 외주를 둘러싸도록 배치될 수 있고, 실질적으로(혹은 대략적으로) 보빈(10)의 형상에 컨포멀하게(conformally) 직사각 기둥 형상으로 구비될 수 있다. 따라서, 코일(20)의 경우도 보빈(10)과 유사하게, 상기 제1 방향(X축 방향)에 따른 폭(두께)이 상기 제2 방향(Y축 방향)에 따른 길이보다 짧을 수 있다. 코일(20)에서의 폭과 길이의 비율은 보빈(10)의 폭과 길이의 비율에 의해 결정될 수 있다. 즉, 코일(20)에서의 상기 비율은 보빈(10)의 비율과 동일하거나 유사할 수 있다. 코일(20)은 거의 완전한 직사각 기둥 형상을 가질 수도 있지만, 완전한 직사각 형상이 아닌 대략적인 직사각 형상을 가질 수 있다.

마그넷 부재(30)는 보빈(10)의 관통홀 내에 삽입되어 배치될 수 있다. 마그넷 부재(30)는 보빈(10)을 사이에 두고 코일(20)에 의해 둘러싸여 있다고 할 수 있다. 마그넷 부재(30)의 Z축 방향으로의 높이(길이)는 보빈(10)의 그것보다 클 수 있다. 따라서, 마그넷 부재(30)는 보빈(10)의 관통홀 외부로 연장 돌출된 구조를 가질 수 있다.

마그넷 부재(30)는 상기 관통홀의 형상을 따라 실질적인 직사각 모양을 가질 수 있다. 마그넷 부재(30)의 폭(X축)과 길이(Y축)의 비율은 보빈(10) 또는 보빈(10)에 형성된 관통홀의 폭(X축)과 길이(Y축)의 비율과 유사할 수 있다. 또한, 마그넷 부재(30)는 복수의 마그넷층(31)이 반복 적층된 구성을 가질 수 있다. 마그넷층(31) 각각은 N/S극을 갖는 영구자석의 형태를 가질 수 있다. 따라서, 마그넷 부재(30)는 N/S극을 갖는 마그넷층(31) 복수 개가 반복 적층된 구조일 수 있고, 예컨대, N/S/N/S/N/S… 배열을 가질 수 있다.

마그넷 부재(30)에 복수의 마그넷층(31)을 관통하는 적어도 하나의 홀(hole), 예컨대, 두 개의 홀이 형성될 수 있고, 상기 홀 내에 삽입되어 복수의 마그넷층(31)을 압착 및 고정하는 체결요소, 예컨대, 전산볼트(stub bolt)(50)가 더 구비될 수 있다. 각각의 전산볼트(50) 일단에는 그에 맞는 너트(60)를 사용할 수 있다. 전산볼트(50)에 의해 복수의 마그넷층(31)이 물리적으로 매우 단단히 고정될 수 있다.

코일(20)에 인가되는 전류에 의해 코일(20)과 마그넷 부재(30) 사이에 전자기력이 발생하여, 코일(20)에 대하여 마그넷 부재(30)가 Z축 방향으로 직선 운동할 수 있다. 직선 운동의 방향 및 이동량은 코일(20)에 인가되는 전류의 방향 및 크기에 의해 제어될 수 있다. 본 실시예에 따른 리니어 모터는 Z축 방향으로 리니어 운동하는 모터라고 할 수 있다. 이러한 리니어 타입의 모터는 Z축 방향으로의 압력(가압하는 힘) 조절이 가능한 이점이 있다. 또한, 상기 리니어 모터는 피드백 제어에 의해 자동 제어가 가능한 서보 모터(servo motor), 즉, 리니어 서보 모터일 수 있다. 서보 모터의 동작 방식은 잘 알려진 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 직사각 형태의 보빈(10)에 코일(20)을 직사각 형태로 와인딩(winding)(권선)하고, 보빈(10)의 형태에 따라 마그넷 부재(30)의 모양도 직사각 형태로 제조할 수 있다. 따라서, 리니어 모터의 X축 방향으로의 폭, 즉, 두께를 상당히 얇게 만들 수 있고, 아울러, Y축 방향으로의 길이가 길기 때문에 코일(20)의 권선량을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 리니어 모터의 두께 감소는 다수의 리니어 모터(또는, 리니어 모터를 포함하는 다수의 로봇 장치)를 좁은 공간에 인접하여 배치하기가 유리하다는 것을 의미하고, 이는 반도체나 카메라 렌즈 공정 등에서 제품/반제품의 사이즈 감소에 대응하기가 유리하고, 생산성 증가 및 제조원가 절감에 유리하다는 것을 의미할 수 있다. 또한, 코일(20)의 권선량을 용이하게 증가시킬 수 있다는 것은 리니어 모터의 파워를 쉽게 증가시킬 수 있음을 의미한다. 원형이나 ㄷ자 형태나 평면형으로 코일을 권선할 경우, 코일의 권선량을 증가시키기 어렵기 때문에, 모터의 파워를 증가시키기가 어려울 수 있다. 본원에서는 리니어 모터의 두께를 감소시키면서도 코일의 권선량을 효율적으로 증가시켜 모터의 파워를 용이하게 증대할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 마그넷 부재(30)에 홀을 뚫고 전산볼트(50) 등을 사용해서 복수의 마그넷층(31)을 압착 및 고정하기 때문에, 복수의 마그넷층(31)을 용이하게 조합/결합 및 고정할 수 있다. 복수의 마그넷층(31)을 일렬로 배열 및 접합할 경우, N극과 S극이 교대로 배치되면서 인접한 N극들 및 인접한 S극들이 상호 반발하여 접합 및 고정이 용이하지 않을 수 있다. 예를 들어, 자석들을 접착제(본드)로 접합하여 결합하는 경우, 접합이 어렵고 시간이 많이 소요되기 때문에 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 그러나, 본 실시예에서와 같이 마그넷 부재(30)에 홀을 뚫고 전산볼트(50) 등을 이용해서 복수의 마그넷층(31)을 물리적으로 압착 및 고정할 경우, 복수의 마그넷층(31)을 매우 쉽고 빠르게 그리고 단단히 결합 및 고정할 수 있다. 이와 관련해서, 생산성이 향상되고 리니어 모터의 신뢰성, 내구성 등이 개선될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터에 적용될 수 있는 코일의 일부를 보여주는 사시도이다.

도 2를 참조하면, 대략적인 직사각 형상을 갖는 코일부(21)을 확인할 수 있다. 코일부(21)는 보빈(도 1의 10)의 외주를 따라 권선하여 형성하므로, 코일부(21)의 안쪽에는 보빈(도 2에서 미도시)이 배치된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터에 적용될 수 있는 마그넷층을 보여주는 사시도이다.

도 3을 참조하면, 직사각 형상을 갖는 마그넷층(31)을 확인할 수 있다. 마그넷층(31)에 복수의 홀(h1, h2)이 형성될 수 있다. 복수의 홀(h1, h2)에는 도 1에서 설명한 전산볼트(50)가 삽입될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 모터를 보여주는 사시도이다. 본 실시예의 리니어 모터는 도 1의 구조에 제1 및 제2 클램프 블록(40a, 40b) 및 코일 하우징(70)이 부가된 구성을 가질 수 있다. 부가된 구성을 위주로 본 실시예를 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 리니어 모터는 마그넷 부재(30)의 일단에 구비된 제1 클램프 블록(40a) 및 마그넷 부재(30)의 타단에 구비된 제2 클램프 블록(40b)을 더 포함할 수 있다. 전산볼트(50)는 제1 클램프 블록(40a), 마그넷 부재(30) 및 제2 클램프 블록(40b)을 고정하도록 구비될 수 있다.

제1 클램프 블록(40a)에는 전산볼트(50)가 삽입되는 관통홀이 형성될 수 있다. 제2 클램프 블록(40b)에는 관통되지 않은 홈이 형성될 수 있고, 상기 홈에 나사산이 형성될 수 있으며, 상기 나사산에 전산볼트(50)가 체결될 수 있다. 그러나 실시예는 이에 한정되지 않으며, 제2 클램프 블록(40b)에도 관통홀이 형성되어, 관통홀에 전산볼트(50)가 체결될 수도 있다. 그 밖에도 다양한 변형이 가능하다.

전산볼트(50)를 먼저 제2 클램프 블록(40b)에 체결한 후, 복수의 마그넷층(31)을 홀을 이용해서 전산볼트(50)에 차례로 끼워주고, 제1 클램프 블록(40a)과 너트(60)를 이용해서 복수의 마그넷층(31)을 압착 및 고정시킬 수 있다. 이때, 필요한 경우, 너트(60)의 위쪽으로 돌출된 전산볼트(50) 부분을 절단할 수도 있다.
본 실시예에 따른 리니어 모터는 코일(20)의 보호 및 형상 유지를 위한 코일 하우징(70)을 더 포함할 수 있다. 코일 하우징(70)은 코일(20)의 적어도 일부를 감싸도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 코일 하우징(70)은 제1 방향(X축 방향)에 따른 폭이 상기 코일(20)의 제1 방향(X축 방향) 폭에 대응하도록 설정되고, 제1 방향(예컨대, X축 방향)에 따른 코일(20)의 외주면은 커버하고, 제2 방향(예컨대, Y축 방향)에 따른 코일(20)의 외주면은 노출하도록 디자인될 수 있다. 구체적으로 상기 코일 하우징(70)은 상기 코일(20)을 수용하는 수용공간과 상기 코일(20)의 상기 제2 방향에 따른 외주면을 노출하는 개구부가 마련되도록 상기 제1 방향에 따른 상기 코일의 외주면을 커버하는 프레임과, 코일 하우징(70) 내부와 코일(20)의 노출된 외면에 도포되는 에폭시 또는 실리콘 등의 보호물질을 포함할 수 있다.
즉, 보빈(10)을 사각형 형태로 제조한 후, 보빈(10)의 외주에 코일(20)을 사각형으로 형성한 다음, 코일(20)이 감긴 보빈(10)을 코일 하우징(70)에 안착하고, 에폭시 또는 실리콘 등의 보호물질을 코일 하우징(70) 내부와 코일(20)의 노출된 외면에 도포할 수 있다.

상기와 같이 코일 하우징(70)은 코일(20)의 적어도 일부를 감싼 상태에서 코일(20)이 지지되는 보빈(10)에 고정될 수 있으며, 상기 코일(20)은 상기 코일 하우징(70)에 의해 형상 유지 및 보호될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 리니어 모터를 적용한 로봇 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 로봇 장치는 실시예에 따른 리니어 모터(100)를 포함할 수 있다. 리니어 모터(100)는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 구성을 가질 수 있다. 여기서는, 리니어 모터(100)의 코일(20) 및 마그넷 부재(30)를 단순화하여 표현하였지만, 구체적인 구성은 도 1 내지 도 4 및 이들에 대한 설명으로부터 이해될 수 있다. 리니어 모터(100)는 로봇 장치에서의 일종의 '구동부(동력제공부)'라고 할 수 있다. 또한, 리니어 모터(100)는 Z축 방향으로의 직선 운동을 위한 모터라고 할 수 있다.

상기 로봇 장치는 리니어 모터(100)에 연결된 것으로, 리니어 모터(100)의 직선 운동을 가이드하도록 구성된 가이드 부재를 포함할 수 있다. 상기 가이드 부재는, 예컨대, 가이드 블록(110) 및 정밀 가이드 레일(120)을 포함할 수 있다. 정밀 가이드 레일(120)은 리니어 모터(100)의 동력을 정밀하게 상하로(Z축 방향) 가이드해주는 역할을 할 수 있다. 가이드 블록(110)은 정밀 가이드 레일(120) 상에 배치되고 리니어 모터(100)와 물리적으로 연결되어, 리니어 모터(100)의 동력에 따라 정밀 가이드 레일(120) 상에서 이동될 수 있다. 리니어 모터(100)와 가이드 블록(110)은 제1 및 제2 연결요소(115a, 115b)에 의해 결합될 수 있다. 제1 연결요소(115a)는 꺾쇠 모양을 가지고 마그넷 부재(30)의 일단에서 제1 클램프 블록(도 4의 40a)에 체결되고 또한 가이드 블록(110)의 일단에 체결될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 연결요소(115b)는 꺾쇠 모양을 가지고 마그넷 부재(30)의 타단에서 제2 클램프 블록(도 4의 40b)에 체결되고 가이드 블록(110)의 타단에 체결될 수 있다. 따라서, 마그넷 부재(30)의 직선 운동이 가이드 블록(110)에 전달될 수 있다.

상기 로봇 장치는 리니어 모터(100)의 직선 운동 거리를 센싱하기 위한 리니어 위치 센서(130)를 더 포함할 수 있다. 리니어 위치 센서(130)는 리니어 모터(100)의 직선 운동 거리를 정밀하게 제어할 수 있도록 정밀한 위치를 측정하기 위한 리니어 스케일을 포함할 수 있다.

상기 로봇 장치는 가이드 블록(110)에 연결된 것으로, 리니어 모터(100)의 직선 운동을 이용해서 정해진 대상물(미도시)에 대한 공정을 수행할 수 있는 조작 아암(arm)(140)을 포함할 수 있다. 조작 아암(140)은, 예컨대, 상기 대상물에 대한 흡착, 상하 이동, 회전, 압입, P&P(pick-up and place) 등의 공정을 수행할 수 있고, 구체적인 예로, 중공축 샤프트를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 로봇 장치는 리니어 모터(100), 가이드 블록(110), 정밀 가이드 레일(120), 리니어 위치 센서(130) 등을 물리적으로 결합, 보호, 케이싱할 수 있도록 구성된 프레임(150)을 더 포함할 수 있다. 조작 아암(140)은 프레임(150) 외부로 돌출되어 소정의 대상물에 대한 다양한 공정을 수행할 수 있다.

본 실시예에서 리니어 모터(100)는 제1 방향(예컨대, X축 방향)에 따른 폭(두께)이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향(예컨대, Y축 방향)에 따른 길이보다 상당히 짧을 수 있다. 따라서, 리니어 모터(100) 및 이를 포함하는 로봇 장치의 X축 방향으로의 두께를 얇게 만들 수 있다. 이와 관련해서, 상기한 가이드 부재(110 + 120) 및 리니어 위치 센서(130)는 리니어 모터(100)에 대하여 상기 제1 방향(X축 방향)에 수직한 방향이면서 상기 제2 방향(Y축 방향)에 평행한 방향으로 분리 배치할 수 있다. 따라서, 로봇 장치의 X축 방향으로의 두께를 얇게 만들 수 있다.

이와 같이, 실시예에 따른 로봇 장치는 얇은 두께를 갖기 때문에, 좁은 간격으로 복수의 로봇 장치를 용이하게 배치할 수 있고, 소형 대상물(제품/반제품)에 대하여 정밀한 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 대량 작업에 의해 생산성 증대 및 원가 절감 효과를 기할 수 있다. 또한, 리니어 모터(100)의 코일(20)의 권선량 증가에 의해 파워 증가가 용이하기 때문에, 두께는 얇으면서도 파워 및 제어력이 우수한 로봇 장치를 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 리니어 모터를 적용한 로봇 장치를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예의 로봇 장치는 도 5의 구조에 스프링 부재(160)가 부가된 구성을 갖는다.

도 6을 참조하면, 가이드 블록(110)에 연결된 스프링 부재(160)가 더 구비될 수 있다. 스프링 부재(160)의 일단은 가이드 블록(110)에 연결될 수 있고, 스프링 부재(160)의 타단은 가이드 블록(110)과 이격된 위치, 예컨대, 프레임(150)의 천정부에 고정될 수 있다. 가이드 블록(110)에는 스프링 부재(160)의 일단을 걸어서 연결할 수 있는 제1 고정요소(170a)가 구비될 수 있고, 프레임(150)이 천정부에는 스프링 부재(160)의 타단을 걸어서 연결할 수 있는 제2 고정요소(170b)가 구비될 수 있다.

스프링 부재(160)는 유사시에 조작 아암(140)의 원치 않는 하강이나 오작동을 방지할 수 있도록 가이드 블록(110)을 잡아주는 역할을 할 수 있다. 그러나 정상적인 동작 상황에서는 스프링 부재(160)가 리니어 모터(100)의 직선 운동을 실질적으로 방해하지 않을 수 있다. 스프링 부재(160)의 탄성은 유사시에 가이드 블록(110)이 소정 높이 이하로 급하강하지 않도록 잡아줄 수 있는 정도의 크기로 정해질 수 있고, 정상 동작시에는 리니어 모터(100)의 동력을 거의 저해하지 않을 수 있다.

도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 제조된 로봇 장치를 촬영한 사진 이미지이다. 도 7의 구성은 도 6을 참조하여 설명한 바와 유사하다. 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 내용으로부터 도 7의 구성이 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 리니어 모터를 포함하는 로봇 장치는, 예컨대, P&P(pick-up and place) 장치일 수 있지만, 로봇 장치의 종류는 다양하게 변화될 수 있다. 따라서, 로봇 장치를 구성하는 요소들의 종류, 형태 및 배열 방식 등은 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 바에 한정되지 않고, 다양하게 변화될 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 리니어 모터의 구성은 다양하게 변형될 수 있고, 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 리니어 모터를 적용한 장치의 구성도 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10 : 보빈 20 : 코일
30 : 마그넷 부재 31 : 마그넷층
40a : 제1 클램프 블록 40b : 제2 클램프 블록
50 : 전산볼트 60 : 너트
70 : 코일 하우징 100 : 리니어 모터
110 : 가이드 블록 120 : 정밀 가이드 레일
130 : 리니어 위치 센서 140 : 조작 아암
150 : 프레임 160 : 스프링 부재

Claims (9)

1. 제1 방향에 따른 폭이 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 따른 길이보다 짧고, 상기 제1 및 제2 방향과 수직한 제3 방향으로 관통홀이 형성된 직사각 기둥 형상의 보빈(bobbin);
   상기 보빈의 외주를 둘러싸도록 배치된 것으로, 상기 보빈의 형상에 컨포멀하게(conformally) 직사각 기둥 형상으로 구비된 코일;
   상기 보빈의 관통홀 내에 삽입되어 배치된 것으로, 상기 관통홀의 형상을 따라 직사각 모양을 갖고, 복수의 마그넷층이 적층된 구성을 갖는 마그넷 부재; 및
   상기 코일의 적어도 일부를 감싼 상태로 상기 보빈에 고정되는 코일 하우징;을 더 포함하되,
   상기 코일 하우징은, 제1 방향에 따른 폭이 상기 코일의 제1 방향 폭에 대응하도록 설정되고, 상기 코일을 수용하는 수용공간과 상기 코일의 상기 제2 방향에 따른 외주면을 노출하는 개구부가 마련되도록 상기 제1 방향에 따른 상기 코일의 외주면을 커버하는 프레임과, 상기 수용공간의 내부와 상기 코일의 노출된 외면에 도포되는 보호물질을 포함하는, 리니어 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보빈의 상기 제1 방향에 따른 폭(x)과 상기 제2 방향에 따른 길이(y)의 비율(x:y)은 1:1.7 이상 1:10 이하인 리니어 모터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 마그넷 부재에 상기 복수의 마그넷층을 관통하는 적어도 하나의 홀이 형성되고,
   상기 홀 내에 삽입되어 상기 복수의 마그넷층을 압착 및 고정하는 전산볼트(stub bolt)를 더 포함하는 리니어 모터.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 마그넷 부재의 일단에 구비된 제1 클램프 블록; 및 상기 마그넷 부재의 타단에 구비된 제2 클램프 블록;을 더 포함하고,
   상기 전산볼트는 상기 제1 클램프 블록, 상기 마그넷 부재 및 상기 제2 클램프 블록을 고정하도록 구비된 리니어 모터.
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 리니어 모터;
   상기 리니어 모터에 연결된 것으로, 상기 리니어 모터의 직선 운동을 가이드하도록 구성된 가이드 부재;
   상기 리니어 모터의 직선 운동 거리를 센싱하기 위한 리니어 위치 센서; 및
   상기 가이드 부재에 연결된 것으로, 상기 리니어 모터의 직선 운동을 이용해서 정해진 대상물에 대한 공정을 수행하는 조작 아암(arm);을 포함하는,
   로봇 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 리니어 모터는 제1 방향에 따른 폭이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에 따른 길이보다 짧은 구성을 갖고,
   상기 가이드 부재 및 상기 리니어 위치 센서는 상기 리니어 모터에 대하여 상기 제1 방향에 수직한 방향이면서 상기 제2 방향에 평행한 방향으로 분리 배치된 로봇 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 가이드 부재에 연결된 스프링 부재를 더 포함하고,
   상기 스프링 부재의 일단은 상기 가이드 부재에 연결되고, 상기 스프링 부재의 타단은 상기 가이드 부재와 이격된 위치에 고정된 로봇 장치.

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