KR102181534B1 - 진공용 리니어 모터 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공용 리니어 모터 조립체에 관한 것이다. 이러한 진공용 리니어 모터는 진공챔버의 일면에 고정되는 테두리고정부, 내부에 코일을 포함하여 외부 전원으로부터 코일에 전류가 인가되는 코일모듈과, 복수 개의 타공홀이 형성되고 코일모듈을 덮어 타공홀에 접착제가 유입되며 코일모듈과 접착되는 타공망모듈과 타공망모듈을 덮는 커버모듈을 포함하여 테두리고정부에 고정되는 코일고정부; S극과 N극이 교차되며 배치된 복수 개의 자석모듈을 포함해 진공챔버의 내부 그리고 코일고정부의 외측에 위치하여 코일고정부와 자속(Magnetic flux)을 형성하면서 슬라이딩 이동하는 자석이동부를 포함한다.

Description

진공용 리니어 모터 조립체{Linear Motor Assembly For Vacuum}

본 발명은 리니어 모터와 관련된 기술이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 진공조건에서 사용될 수 있는 리니어 모터와 관련된 기술이다.

통상적으로 리니어 모터는 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 모터이다. 이러한 리니어 모터는 일반 회전형 모터를 축 방향으로 잘라서 펼쳐 놓은 형태이다. 리니어 모터는 일반 회전형 모터와 구성요소가 동일하며 작동원리 또한 동일하다.

보다 구체적으로, 리니어 모터는 코일 어셈블리와 자석 어셈블리를 구성요소로 포함한다. 여기서, 코일 어셈블리는 에폭시 또는 강으로 구리 코일을 감싼 형태로서, 구리 코일에 전류가 흐를 수 있도록 한다. 그리고 자석 어셈블리는 희토류 자석이 N극과 S극이 교차되어 철판에 부착되는 구조이며 이러한 구조로부터 자기장을 형성한다.

자석 어셈블리는 평면의 코일 어셈블리 위에 형성되는 자속(flux)의 변화에 따라서 평면 위를 직선 이동할 수 있다. 또는 코일 어셈블리는 평면의 자석 어셈블리 위에 형성되는 자속의 변화에 따라 평면 위를 직선 이동할 수 있다.

이와 같은 리니어 모터는 오랜 기간 사용하여도 마모가 없고 정도가 일정하다는 점, 가공 시 백래시가 없다는 점, 고속 가공 유지가 가능하다는 장점이 있다.

반면, 리니어 모터는 작동되며 발생되는 열 때문에 높은 추력을 발생시키는데 제약이 따른다. 또한, 발생되는 열에 의해 코일 어셈블리가 파손이 발생되지 않도록, 코일 어셈블리를 수용하는 수용부의 크기가 커지면서 자체의 크기가 크게 형성되는 문제를 가진다. 아울러, 수용부의 크기가 커짐에 따라 추력 효율이 낮아지는 문제를 발생시킨다.

대한민국 등록특허 제10-0418376호(공고일자: 2004.02.11.)

본 발명은 진공 조건에서는 일반 환경에서 나타나는 리니어 모터의 장점이 그대로 나타나지 않는 리니어 모터의 문제를 해결하고자 한다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 진공용 리니어 모터 조립체는, 진공챔버의 내부에 설치되어 진공 환경에서 작동하는 진공용 리니어 모터에 관한 것이다.

이러한 진공용 리니어 모터 조립체는 상기 진공챔버의 일면에 고정되는 테두리고정부;

내부에 코일을 포함하여 외부 전원으로부터 상기 코일에 전류가 인가되는 코일모듈과, 복수 개의 타공홀이 형성되고 상기 코일모듈을 덮어 상기 타공홀에 접착제가 유입되며 상기 코일모듈과 접착되는 타공망모듈과 상기 타공망모듈을 덮는 커버모듈을 포함하여 상기 테두리고정부에 고정되는 코일고정부;

S극과 N극이 교차되며 배치된 복수 개의 자석모듈을 포함해 상기 진공챔버의 내부 그리고 상기 코일고정부의 외측에 위치하여 상기 코일고정부와 자속(Magnetic flux)을 형성하면서 슬라이딩 이동하는 자석이동부를 포함한다.

상기 커버모듈의 상면은 상기 챔버의 진공환경에 노출되고,

상기 커버모듈의 양측면은 상기 테두리고정부에 고정될 수 있다.

상기 커버모듈의 양측면에 열전도 패드와 실링용수지 중 적어도 어느 하나가 부착될 수 있다.

상기 타공망모듈은,

원형의 제1타공홀과 다각형의 제2타공홀을 포함하는 구리 또는 알루미늄 또는 카본을 포함하는 섬유시트를 적어도 하나 포함할 수 있다.

본 발명의 진공용 리니어 모터 조립체는 코일고정부에 전류가 인가되면 발생되는 열을 진공 챔버의 벽으로 빠르게 전달되도록 열화에 의한 손상이 일어나지 않도록 한다. 아울러, 본 발명은 코일 어셈블리와 자석 어셈블리 간 거리를 최소화하며 큰 추력으로 자석 어셈블리가 이동될 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공용 리니어 모터 조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2를 I-I’선으로 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 진공용 리니어 모터 조립체가 진공 챔버에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 리니어 모터 조립체와 본 발명의 리니어 모터 조립체를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 본 발명의 리니어 모터 조립체의 코일고정부에서 출력하는 힘을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다.

이러한 본 발명의 청구 범위는 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시 예는 본 발명의 일례를 충실 및 완전하게 하여, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것일 뿐이다.

이에, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 부분이 있을 수도 있다. 아울러, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 ‘및/또는’ 은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 아울러, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 이상적인 실시 예들을 개략적으로 도시한 도면들을 참조하여 설명된다.

다만, 본 발명의 진공용 리니어 모터 조립체에 대한 설명이 간결하고 명확해질 수 있도록 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공용 리니어 모터 조립체에 대해 개략적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공용 리니어 모터 조립체의 사시도이다.

진공용 리니어 모터 조립체(1)는 코일고정부(30)에 전류가 인가되면서 발생되는 열을 진공챔버의 벽으로 빠르게 전달되도록 함으로써 코일고정부(30)가 냉각될 수 있도록 한다. 아울러, 코일고정부(20)의 양측면은 테두리고정부(10)에 고정되고 상측면은 진공환경에 노출되는 구조로 형성되며 코일고정부(20)의 크기가 종래의 코일 어셈블리(코일고정부)가 보다 작아지게 형성되면서 코일고정부(20)와 자석이동부(30)간 자속(Magnetic flux)이 증가될 수 있도록 한다.

그러면서, 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 자석이동부(30)가 큰 추력으로 이동될 수 있도록 한다.

이와 같은 특징을 갖는 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 테두리고정부(10), 코일고정부(20), 자석이동부(30)를 구성요소로 포함한다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 진공용 리니어 모터 조립체의 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2를 I-I’선으로 절단한 단면도이다.

테두리고정부(10)는 진공챔버(40)의 일면에 고정된다. 일례로, 테두리고정부(10)는 종단면의 형상이‘┛’와‘┗’로 형성되어 이격된 상태로 진공챔버(40)의 일면에 고정될 수 있다.‘┛’형상의 테두리고정부(10)와‘┗’형상의 테두리고정부(10)의 사이에는 코일고정부(20)가 고정될 수 있다.

이와 같은 테두리고정부(10)의 형상은 하나의 예시일 뿐, 테두리고정부(10)의 형상이 이로써 한정되는 것은 아니다.

코일고정부(20)는 외부 전원으로부터 전류가 인가되면 자기장을 형성하며 자석이동부(30)가 이동될 수 있도록 한다. 보다 구체적으로 코일고정부(20)는 외관이 철판으로 형성되고 내부에 코일을 포함한다.

코일고정부(20)는 제어부(미도시)에서 전류가 인가되면 전류의 크기 및 방향에 대응해 전기장을 형성한다. 이와 같은 코일고정부(20)는 진공챔버의 바닥면과 수평하게 배치되며 상측면에 자석이동부(30)가 이동할 수 있도록 한다.

이러한 코일고정부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 코일모듈(21), 타공망모듈(22), 커버모듈(23) 등으로 구성된다. 여기서, 코일모듈(21)은 내부에 코일을 포함하여 외부 전원으로부터 코일에 전류가 인가되며 자기장을 형성할 수 있다.

타공망모듈(22)은 열 전도용 메쉬망이다. 이러한 타공망모듈(22)은 원형의 구리 또는 알루미늄 또는 카본을 포함하는 섬유시트를 적어도 하나 포함할 수 있다. 여기서, 타공말모듈(22)은 열 전도성이 높은 구리, 알루미늄 등으로 형성되어 열을 빠르게 전도한다. 이와 같은 타공망모듈(22)의 상면에는 복수 개의 타공홀(220)이 형성된다. 여기서, 복수 개의 타공홀(220)은 원형의 제1타공홀과 다각형의 제2타공홀 등으로 형성될 수 있다.

이와 같은 구조 및 재질의 타공망모듈(22)은 코일에 전류가 인가되며 발생되는 열을 진공챔버(40)로 빠르게 전도하며 배출되도록 한다. 더욱이, 타공망모듈(22)은 에폭시 수지의 접착체(231)를 통해 코일모듈(21)에 견고하게 접착될 수 있다. 이때, 접착제(231)는 타공망모듈(22)의 복수 개의 타공홀(220)에 부어지면서 타공홀(220)의 내측테두리와 코일모듈(21)의 하측면이 연결되도록 한다. 일례로, 접착제(231)는 타공홀(220)과 코일모듈(21)에 부어져 단면이‘┴’와 같이 굳어지면서 타공망모듈(22)이 코일모듈(21)에 단단히 고정될 수 있도록 한다.

이때, 타공홀(220)은 다각형 일례로, 육각형으로 형성되며 외력이 가해질 때, 외력을 분산시키며 타공망모듈(22)이 코일모듈(21)에서 떨어지지 않도록 할 수 있다. 이와 같은 타공망모듈(22)은 접착제(231)를 통해 커버모듈(23)에 부착되며 진공 환경에 노출되지 않는다.

커버모듈(23)은 타공망모듈(22)을 덮는 커버가 된다. 이때, 커버모듈(23)은 타공홀에 충전된 접착제와 타공망모듈(22)의 표면 또는 커버모듈(23)의 하면에 발라진 접착제를 통해 타공망모듈(22)에 부착될 수 있다. 이와 같은 커버모듈(23)의 상면은 챔버의 진공환경에 노출되고, 커버모듈(23)의 양측면은 테두리고정부(10)에 고정된다. 이때, 테두리고정부(10)와 커버모듈(230) 사이에는 도 4에 도시된 바와 같이 열전도 패드(50)와 실링용수지(60) 등이 개재되어 코일모듈(21)에서 발생된 열이 커버모듈(23)을 통해 외부로 원활하게 배출시킨다.

자석이동부(30)는 진공챔버(40)의 내부 그리고 코일고정부(20)의 외측에 위치하며 코일고정부(20)와 자속을 형성한다. 이러한 자석이동부(30)는 S극과 N극이 교차되며 배치된 복수 개의 자석모듈을 포함해 코일고정부(20)와 자속(Magnetic flux)을 형성하면서 로렌츠(Lorentz)힘의 크기에 대응해 슬라이딩 한다.

즉, 자석이동부(30)는 코일고정부(20)와 자속(Magnetic flux)을 형성하며 코일고정부(20)의 상측면에서 이동한다.

이와 같은 자석이동부(30)의 일면에 엔코더스케일부가 형성될 수 있다. 그리고 타면에 운반대가 설치될 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 진공용 리니어 모터 조립체의 작동에 대해 구체적으로 설명한다.

도 4는 도 1의 진공용 리니어 모터 조립체가 진공 챔버에 설치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 종래의 리니어 모터 조립체와 본 발명의 리니어 모터 조립체를 비교하여 나타낸 도면이다. 그리고 도 6은 도 5의 본 발명의 리니어 모터 조립체의 코일고정부에서 출력하는 힘을 나타낸 그래프이다.

커버모듈(23)은 스테인레스 강 재질로 형성된 커버이다. 이러한 커버모듈(23)의 상면은 진공챔버의 진공환경에 노출되고, 커버모듈(23)의 양측면은 테두리고정부(10)에 고정된다. 이때, 테두리고정부(10)와 커버모듈(230) 사이에는 도 4에 도시된 바와 같이 열전도 패드(50)와 실링용수지(60) 등이 개재되어 커버모듈(23)이 커버모듈(23)에서 견고하게 부착되어, 코일모듈(21)에서 발생된 열이 커버모듈(23)을 통해 외부로 원활하게 배출될 수 있다. 또한, 커버모듈(23)은 상측면이 진공상태로 노출되며 커버모듈(23)과 자석이동부(30)가 3mm이격 되도록 하며 코일모듈(21)과 자석이동부(30)에 큰 자기장이 전달될 수 있도록 한다.

보다 구체적으로, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 코일모듈(21), 타공망모듈(22), 커버모듈(23)이 접착제로 부착되고 커버모듈(23)이 진공환경(40)에 노출되는 구조이다.

이와 같은 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 도 5의 (a)에 도시된 종래의 리니어 모터 조립체(A)가 갖는 0.2mm 정도의 공기층(C)과 ATM 박스(B)의 상면 두께를 필요로 하지 않는다.

종래의 리니어 모터 조립체(A)는 코일부가 진공챔버에 고정된 ATM 박스(B)에 들어간 구조를 나타낸다. 이러한 구조에서 코일부와 ATM 박스(B) 상에는 0.2mm정도의 공기층(C)이 형성된다. 이때, 형성된 공기층(C)은 코일부에서 발생되는 자기장이 많이 손실되며 진공환경에 노출될 경우 공기층(C)가 압력차로 인하여 변형되며 이로 이하여 설계상에서 ATM 박스의 상면 두께를 일정 수치 이상 가져가야 하기 때문에 진공 상태에 있는 자석이동부(30)에 가해지는 추력이 낮아지도록 한다.

반면, 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 코일고정부(20)의 양측면이 테두리고정부(10)에 고정되고 상측면이 진공환경에 노출된다. 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 종래의 리니어 모터 조립체(A)가 갖는 0.2mm 정도의 공기층(C)과 ATM 박스(B)의 상면 두께가 없어, 코일모듈(21)에서 발생되는 자기장이 적게 손실되면서 자석이동부(30)에 전달될 수 있다. 일례로, 진공용 리니어 모터 조립체(1)의 코일고정부 그리고 자석이동부와 동일한 코일부 및 이동부를 갖는 종래의 리니어 모터 조립체(A)는 코일부와 이동부 간 이격 거리가 0.2mm 간격의 공기층(C)에 의해 5mm 이격 될 수 있다.

이러한 종래의 리니어 모터 조립체(A)는 전기장의 70%가 손실되며 도 6에 도시된 바와 같이, 전체의 30%에 해당하는 힘으로만 이동부가 이동되도록 한다.

반면, 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 공기층(C)이 없어, 코일고정부(20)와 자석이동부(30)의 간격이 줄어 들어 전기장의 45%가 손실되며 도 6에 도시된 바와 같이 전체의 55%에 해당하는 힘으로 자석이동부(30)가 이동될 수 있도록 한다.

다시 말해, 자석이동부(30)의 이동을 위하여 100의 힘이 필요하다고 가정할 경우 종래의 리니어 모터 조립체(A)는 거리에 따른 힘의 감소를 고려하여 약 300 정도의 힘을 출력해야 하는 반면, 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 약 180 정도의 힘 만을 출력하면 된다. 즉, 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 종래의 리니어 모터 조립체(A) 대비 적은 힘을 출력하면서도 동일한 추력이 나타나도록 할 수 있다.

더욱이, 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 출력하는 힘의 크기가 줄어들게 되면서, 코일고정부(20)에 설치되는 코일의 양이 줄어들게 된다. 아울러, 그에 따라 코일고정부(20)의 크기가 줄어 들게 된다.

이와 같이, 진공용 리니어 모터 조립체(1)는 종래의 리니어 모터 조립체 대비 크기가 작으면서도 코일고정부(20)에 인가되는 전류량 대비 큰 추력이 발생될 수 있도록 한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

1: 진공용 리니어 모터 조립체
10: 테두리고정부 20: 코일고정부
21: 코일모듈 22: 타공망모듈
23: 커버모듈 231: 접착체
30: 자석이동부 40: 진공챔버
50: 열전도패드 60: 실링용수지

Claims (4)

1. 진공챔버(40)의 내부에 설치되어, 진공 환경에서 작동하는 진공용 리니어 모터에 있어서,
   상기 진공챔버(40)의 일면에 고정되는 테두리고정부(10);
   내부에 코일을 포함하여 외부 전원으로부터 상기 코일에 전류가 인가되는 코일모듈(21)과, 복수 개의 타공홀(220)이 형성되고 상기 코일모듈(21)을 덮어 상기 타공홀(220)에 접착제(231)가 유입되며 상기 코일모듈(21)과 접착되는 타공망모듈(22)과 상기 타공망모듈(22)을 덮는 커버모듈(23)을 포함하여 상기 테두리고정부(10)에 고정되는 코일고정부(20);
   S극과 N극이 교차되며 배치된 복수 개의 자석모듈을 포함해 상기 진공챔버(40)의 내부 그리고 상기 코일고정부(20)의 외측에 위치하여 상기 코일고정부(20)와 자속(Magnetic flux)을 형성하면서 슬라이딩 이동하는 자석이동부(30)를 포함하는, 진공용 리니어 모터 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 커버모듈(23)의 상면은 상기 챔버의 진공환경에 노출되고,
   상기 커버모듈(23)의 양측면은 상기 테두리고정부(10)에 고정되는, 진공용 리니어 모터 조립체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 커버모듈(23)의 양측면에 열전도 패드(50)와 실링용수지(60) 중 적어도 어느 하나가 부착되는, 진공용 리니어 모터 조립체.
4. 제1항에 있어서, 상기 타공망모듈(22)은,
   원형의 제1타공홀과 다각형의 제2타공홀을 포함하는 구리 또는 알루미늄 또는 카본을 포함하는 섬유시트를 적어도 하나 포함하는, 진공용 리니어 모터 조립체.

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