KR102207210B1 - 전자석 구조를 포함하는 구동 장치 및 이를 이용한 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 구동 장치는, 코어와 상기 코어에 복수의 코일들이 동일한 방향으로 자기력선을 형성하도록 감기고, 상기 복수의 코일들이 병렬로 배선되게 배치된 것으로, 상기 코어의 수평 단면과 대향 배치된 대상체와의 전자기력에 의해 상기 대상체를 구동시키는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 구동 장치를 포함하는 베어링은, 상기 구동 장치를 전자석 구조체로 갖고, 상기 전자석 구조체의 상기 전자석 구조체의 자극과 대향 배치되는 대상체 및 상기 대상체와 상기 전자석 구조체 사이의 이격 거리를 감지하고 상기 전자석 구조체로의 전류 공급을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자석 구조를 포함하는 구동 장치 및 이를 이용한 베어링{Driving device including electromagnet and bearing using the same}

본 발명의 기술적 사상은 구동 장치에 관한 것으로, 특히 새로운 전자석 구조를 포함하는 구동 장치 및 이를 이용한 베어링에 관한 것이다.

구동 장치는 물체의 하중을 견딜 수 있도록 힘을 발생시켜야 한다. 전자기 구동 장치는 전자석을 이용하여 전자기력을 발생시킨다. 참고로, 전자석은 코어 및 코어를 감는 코일을 포함하며, 이러한 구조의 일 예시는 2001년 1월 19일에 개시된 일본 특허 2001-16837에서 개시한다. 전자기 구동 장치의 지지 하중을 높이기 위한 방법으로 전자석을 구성하는 코어의 단면적을 늘리거나, 권선수를 늘리거나, 전류를 높이는 방법이 있다. 권선수를 늘리는 것은 전자기력을 높이는 매우 유용한 방법이지만 권선수가 증가함에 따라 동적 응답 특성을 방해하는 인덕턴스가 동시에 커지게 되므로 빠른 응답 특성을 갖기 어려워진다. 또한 늘어난 권선수에 따라 코일의 임피던스 값도 증가하여 전력 손실이 커진다. 이 때 발생한 열은 장치를 구성하는 재질의 열변형을 야기시켜 장치의 동작에 신뢰성을 떨어뜨리는 문제가 있다.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 빠른 동적 특성을 가지는 동시에 열변형을 최소화하는 구동 장치의 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 사상의 일 양태에 따른 구동 장치는 코어; 및 상기 코어에 감기고 병렬로 배선된 복수의 코일들;을 포함하며, 상기 복수의 코일들은 동일한 방향으로 자기력선을 형성하도록 감기고, 상기 구동 장치는 인접하게 배치된 대상체의 상하 운동을 제어하는 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 복수의 코일들은 코일 권선 방향과 수직한 방향으로 배열되어 코일 적층 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 복수의 코일들 사이에 배치된 적어도 하나의 제1 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 냉각 장치는 복수의 쿨링 핀들이 형성된 판을 포함하고, 상기 판이 상기 코일에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 냉각 장치는 복수의 펠티어 모듈을 포함하고, 상기 코어의 둘레를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 냉각 장치는 복수의 제1 냉각 장치이고, 상기 복수의 제1 냉각 장치는 코일 권선 방향과 수직 방향으로의 상기 코일의 양측 단면에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 코일의 권선 방향과 수직한 방향으로의 상기 코일의 길이는 상기 복수의 코일들 중 서로 인접하는 두 코일 사이의 이격 거리보다 큰 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

일부 실시에들에서, 상기 코어는 C자 형상으로 두 개의 돌출부들을 포함하고, 상기 코일 적층 구조는 두 개의 돌출부들 각각에 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.

일부 실시예들에서, 상기 코어는 복수의 돌출부들을 포함하고, 상기 코일 적층 구조는 상기 복수의 돌출부들의 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 코일 적층 구조는 복수의 코일 적층 구조들이고, 상기 복수의 코일 적층 구조들 중 인접한 두 개의 코일 적층 구조들 사이에 배치되는 제2 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 양태에 따른 구동 장치는 코어와, 상기 코어에 감긴 복수의 코일들로서, 상기 코일의 권선 방향과 수직한 방향으로 배치되고, 서로 병렬로 배선된 복수의 코일들과 상기 복수의 코일들 사이에 적어도 하나 배치되는 제1 냉각 장치를 포함하는 전자석 구조체;와 상기 전자석 구조체와 상기 전자석 구조체의 자극(magnetic pole)과 대향 배치되는 대상체 사이의 이격 거리를 감지하고 상기 전자석 구조체로의 전류 공급을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 베어링은 대상체의 표면과 대향하는 표면을 갖는 본체를 더 포함하고, 상기 전자석 구조체는 상기 전자석 구조체의 자극이 형성되는 수평 단면을 노출하면서 상기 본체와 연결되는 것을 특징으로 하는 베어링일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 베어링은 상기 대상체가 이동 가능하게 형성된 레일을 더 포함하고, 상기 전자석 구조체는 상기 전자석 구조체의 자극이 형성되는 수평 단면을 노출하면서 상기 레일에 연결된 것을 특징으로 하는 베어링일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 베어링은 중공 원통체를 더 포함하고, 상기 중공 원통체의 내벽과 연결된 상기 전자석 구조체는 상기 중공 원통체의 중심축을 향하여 돌출되게 배치되고, 상기 대상체는 상기 중공 원통체와 동일한 중심축을 갖는 회전체인 것을 특징으로 하는 베어링일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 전자석 구조체는 복수의 전자석 구조체들이고, 상기 복수의 전자석 구조체들 사이에 배치되고 상기 중공 원통체의 내벽과 연결된 제2 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링일 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 구동 장치는 높은 지지 하중의 확보가 가능함과 동시에 총 인덕턴스를 낮춰 빠른 동적 특성을 가질 수 있다. 또한 코일 사이에 배치된 냉각 장치는 방열을 더욱 촉진시켜 구동 장치의 열변형을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기 구동 장치를 포함한 베어링은 일정한 궤도 운동을 필요로 하는 대상체가 궤도 이탈을 했을 때에, 보다 빠르고 안정적으로 본래 궤도로의 복귀를 보장할 수 있다.

도 1a 내지 도 2b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동 장치의 사시도 및 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동 장치에 포함되는 냉각 장치의 단면도이다.
도 5a 내지 도 6c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동 장치의 사시도 및 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 직선 운동용 베어링의 사시도 및 단면도이다.
도 8은 도 7a 및 도 7b에 의한 실시예에 따른 직선 운동용 베어링의 전자석 구조체 및 제어기를 확대한 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 직선 운동용 베어링의 사시도 및 단면도이다.
도 10a 내지 도 11b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 회전 운동용 베어링의 사시도 및 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.

첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동 장치(1)의 사시도이다.

도 1a를 참조하면, E자 형상의 코어(10)의 중심 돌출부(11)에 제1 코일(21), 제2 코일(23) 및 제3 코일(25)이 서로 이격되게 감겨 있다. 상기 코일(21, 23, 25)은 오버랩되어 감길 수 있다. 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)은 병렬로 배선되어 있다.

구동 장치(1)에 의해 지지될 대상체(30)는 상기 코어(10)의 수평 단면에 대향 배치된다. 도 1a에서는 표현의 편의를 위해 상기 대상체(30)를 파선으로 연장한 위치에 도시하였으나, 실제 구성에서는 상기 대상체(30)는 상기 구동 장치(1)의 상기 코어(10)의 수평 단면과 대향 배치되는 곳에 배치되어, 상기 구동 장치(1)로부터 받는 전자기력에 의해 상하 운동이 제어된다.

도 1b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동 장치(1)의 단면도이다. “A-A’”는 도 1a에 도시된 구동 장치(1)의 A-A’선 단면에 대응하는 단면임을 표시한 것이다.

도 1b를 참조하면, 코어(10)는 E자 형상일 수 있으며, 상기 코어(10)의 E자 형상의 중심 돌출부(11)에 상기 제1 코일(21), 제2 코일(23) 및 제3 코일(25)이 서로 이격되게 감기어, 코일 적층 구조(20)를 이룬다. 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)은 통전시에 서로 동일한 방향으로 자기력선을 형성하도록 감긴다. 상기 자기력선은 상기 코어(10)를 통해 환 형상의 자속 루프를 형성한다. 이에 따라, 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25) 각각은 상기 코어(10)의 수평 단면에 동일한 종류의 자극(magnetic pole)을 형성하고, 동일한 방향으로 전자기력을 발생시킨다.

상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)은 병렬로 배선되어 전류를 공급받는다. 병렬로 배선된 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)의 총 인덕턴스 값은 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)의 각각의 권선수의 합과 동일한 권선수를 갖는 하나의 코일의 인덕턴스 값보다 작아서 빠른 동적 특성을 나타낸다. 또한 복수의 코일들(20)로 분리됨에 따라 각각의 코일이 갖는 권선수를 줄일 수 있어서 각 코일의 전력 손실의 감소에 따른 발열량이 감소되는 동시에, 코일의 방열 면적은 넓어져서 구동 장치(1)의 열변형을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1a 및 도 1b에서는 상기 코어(10)에 세 개의 코일들(21, 23, 25)로 표현되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 상기 코어(10)에 감기는 코일의 수는 2개, 4개 또는 그 이상의 복수의 코일들일 수 있다. 또한, 도 1b에서는 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)에 감긴 각각의 권선수가 동일한 정도로 표현되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 각각의 권선수는 서로 상이할 수도 있고 서로 동일할 수도 있다.

상기 구동 장치(1)는 상기 코어(10)의 수평 단면에 형성되는 자극과 대향 배치된 대상체(30)와의 전자기력에 의해 상기 대상체(30)의 상하 운동을 제어한다. 구체적으로, 상기 대상체(30)에 포함된 자성체는 상기 코어(10)에 형성된 자극으로부터 전자기력을 받는다. 이에 따라, 상기 대상체(30)가 상기 구동 장치(1)에 의해 상호 이격된 상태에서 지지될 수 있다. 또한, 상기 복수의 코일들(20)의 통전량을 조절함으로써 상기 전자기력의 세기가 조절되어 상기 구동 장치(1)와 상기 대상체(30)간의 이격 거리를 조절할 수 있다.

도 2a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동 장치(2)의 사시도이다.

도 2a를 참조하면, E자 형상의 코어(10)의 중심 돌출부(11)에 제1 코일(21), 제2 코일(23) 및 제3 코일(25)이 서로 이격되게 감기어 코일 적층 구조(20)를 이루고, 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일의 사이 각각에는 제1 냉각 장치(40)가 배치되어 있다. 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)은 서로 병렬로 배선되어 있다. 대상체(30)는 상기 코어(10)의 수평 단면에 대향 배치되어 상기 구동 장치(2)에 의해 지지될 수 있다. 상기 대상체(30)를 상기 구동 장치(2)로부터 파선으로 연장한 위치에 도시한 것은 표현상의 편의를 위한 것이다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 냉각 장치(40)는 방열 효과가 높은 재질의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 제1 냉각 장치(40)는 알루미늄 금속을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 냉각 장치(40)는 쿨링핀(Cooling Fin)을 포함하는 구조일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 냉각 장치(40)는 강제적 냉각 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 냉각 장치(40)는 수냉식(Water Cooling) 냉각 장치로서, 실린더에 냉각수를 채워 냉각수 순환회로로 구성될 수 있다. 상기 냉각수는 구동 장치(2)를 순환하면서 흡수한 열을 방열기로 통과하면서 대기로 방출할 수 있다. 또한 상기 제1 냉각 장치(40)는 공냉식(Air Cooling) 냉각 장치로서, 구동 장치(2) 표면으로부터 직접 주위 공기로 열을 방출할 수 있다. 이 경우, 구동 장치(2)의 표면에는 쿨링핀을 설치하여 표면적을 넓혀 방열 효율을 더 높일 수 있다.

또한 상기 제1 냉각 장치(40)는 펠티어 효과(Peltier effect)를 이용한 냉각 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 냉각 장치(40)는 펠티어 소자 또는 펠티어 모듈을 포함할 수 있다.

도 2a에서는 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25) 사이마다 상기 제1 냉각 장치(40)가 배치된 것으로 표현되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 상기 제1 냉각 장치(40)는 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25) 사이들 중 적어도 하나에 배치되는 구동 장치일 수 있다.

대상체의 지속적인 자기 부상을 위한 지속적인 전기 인가는 장치의 구동에 적지 않은 전력 소비를 야기하고 이에 의한 코일의 저항열은 코일의 권취 상태를 와해시켜서 정밀한 자력 발생에 열화를 초래한다. 또한, 코일의 발열에 의한 열변형이 극미하더라도, 구동 장치가 적용되는 초정밀 가공 장비는 피가공물의 가공 정밀도에 매우 큰 영향을 줄 수 있다. 따라서, 본 발명과 같이 코일 사이에 냉각 장치를 구비하는 것은 열방출에 매우 효과적이어서, 높은 신뢰성을 갖는 구동 장치를 제공할 수 있다.

도 2b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동 장치(2)의 단면도이다. “B-B’”는 도 2a에 도시된 구동 장치(2)의 B-B’선 단면에 대응하는 단면임을 표시한 것이다. 2a 내지 도 2b, 도 5a 내지 도 6c에 있어서, 도 1a 및 도 1b와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 중복 설명을 피하기 위하여 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2b를 참조하면, E자 형상의 코어(10)의 중심 돌출부(11)에 제1 코일(21), 제2 코일(23) 및 제3 코일(25)이 복수의 제1 냉각 장치(40)를 각각의 사이에 두고 이격되게 감겨 있다. 이러한 구조는 각각의 상기 코일(21, 23, 25)에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있게 한다.

일부 실시예들에서, 상기 코일(21, 23, 25)은 상기 코일(21, 23, 25)의 양측 단면에 상기 제1 냉각 장치(40)와 각각 연결될 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 냉각 장치(40)는 상기 코어(10)의 둘레를 따라 배치될 수 있다.

도 2b에서는 상기 코일(21, 23, 25)의 지름 방향 길이(D1)가 상기 제1 냉각 장치(40)의 지름 방향으로의 길이(D2)보다 크게 도시되어 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 상기 제1 냉각 장치(40)의 지름 방향의 길이(D2)는 상기 상기 코일(21, 23, 25)의 지름 방향의 길이(D1)보다 크게 배치될 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동 장치(2)의 냉각 장치(40a, 40b)의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 도 2a 및 도 2b에 도시된 제1 냉각 장치(40)의 일부 실시예인 복수의 쿨링 핀들(41)이 형성된 판(42)을 포함하는 냉각 장치(40a)를 도시한 것이다. 상기 복수의 쿨링핀들(41)이 형성된 판들(42)은 제1 코일(21)의 하면에 연결되고, 제2 코일(23)의 상면에 각각 연결되어 있다. 상기 복수의 쿨링핀들(41)은 상기 판(42)에 돌기 모양으로 촘촘히 형성된 것으로, 표면적을 넓혀 냉각 효과를 높일 수 있다.

도 4를 참조하면, 도 2a 및 도 2b에 도시된 제1 냉각 장치(40)의 일부 실시예인 복수의 복수의 펠티어 모듈(43)이 형성된 판을 포함하는 냉각 장치(40b)이다. N형 반도체(43a)와 P형 반도체(43b)는 각각 제1 전극(43c) 및 제2 전극(43d)과 연결되고, 상기 제1 전극(43c)은 제1 절연체(43e)에 연결되고, 제2 전극(43d)은 제2 절연체(43f)에 연결된다. 펠티어 모듈(43)의 열을 흡수하는 제2 전극(43d)이 연결된 제2 절연체(43f)를 코일(21, 23)에 인접하게 배치하며, 열을 방출하는 제1 전극(43c)이 연결된 제1 절연체(43e)가 공기 중에 놓일 수 있도록 배치한다. P형 반도체(43b)에서는 더 높은 전위를 갖는 전극 쪽에서 정공이 생성되어 더 낮은 전위를 갖는 전극 쪽으로 정공이 이동한다. 이 때에 정공은 더 높은 전위를 갖는 전극 쪽에서 열을 흡수하여, 더 낮은 전위를 갖는 전극 쪽에서 열을 방출한다. 이것은 전하가 전위차가 있는 두 금속 사이를 움직이기 위해서 에너지를 필요로 하고 여기에 필요한 에너지를 금속이 가지고 있는 에너지에서 뺏어간다는 것을 기본 원리로 한다.

파선으로 표시된 부분(44)을 구체적으로 설명하면, 코일(21)과 접한 제2 절연체(43f)는 제1 전극(43c)보다 높은 전위를 갖는 제2 전극(43d)에 연결되고, 상기 제2 전극(43d)은 P형 반도체(43b)에 연결된다. 상기 P형 반도체(43b)는 높은 전위를 갖는 상기 제2 전극(43d)으로부터 낮은 전위를 갖는 상기 제1 전극(43c)으로 정공을 이동시킨다. 이 때에 높은 전위의 상기 제2 전극(43d)과 상기 P형 반도체(43b)가 접한 곳에서 정공을 생성하며 열을 흡수하고, 낮은 전위의 상기 제1 전극(43c)와 상기 P형 반도체(43b)가 접한 곳에서 정공이 없어지며 열을 방출시킨다.

일부 실시예들에서, 상기 전극(43c)은 구리이고, 상기 절연체(43d)는 세라믹일 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동 장치(3)의 사시도 및 단면도이다. “C-C’”는 도 5a에 도시된 구동 장치(3)의 C-C’선 단면에 대응하는 단면임을 표시한 것이다.

도 5a를 참조하면, C자 형상의 코어(10)의 두 개의 돌출부들(12)에 제1 코일(21), 제2 코일(23) 및 제3 코일(25)이 서로 이격되게 감긴 코일 적층 구조(20)가 각각 배치된다. 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)은 통전시에 서로 동일한 방향으로 자기력선을 형성하도록 감기고, 상기 코어(10)를 통해 환 형의 자기력선을 형성한다. 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)은 병렬로 배선된 형태이다. 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)의 사이에는 제1 냉각 장치(40)가 배치되어 있다.

도 5b를 참조하면, 구동 장치(3)는 두 개의 돌출부(12)가 형성되어 있는 C자 형상의 코어(10)와, 상기 두 개의 돌출부(12)에 각각 배치된 코일 적층 구조(20)와, 상기 코일 적층 구조(20)를 이루는 제1 코일(21), 제2 코일(23), 제3 코일(25) 사이에 배치된 제1 냉각 장치(40)를 포함하고, 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23) 및 상기 제3 코일(25)은 병렬로 배선되어 있다. 상기 구동 장치(3)의 상기 두 개의 돌출부(12)의 수평 단면에 형성되는 자극들과 대향 배치되는 곳에 대상체(30)가 위치할 수 있으며, 상기 구동 장치(3)로부터 받는 전자기력에 의해 상기 대상체(30)의 상하 운동이 제어될 수 있다.

도 5a 및 도 5b에서는 코어(10)의 권선 방향과 수평한 방향으로 배치된 2개의 코일 적층 구조(20)만이 표현되었으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 코일 적층 구조(20)가 코일의 권선 방향과 수평한 방향으로 3개 또는 그 이상으로 배치되는 구동 장치가 있을 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 코어는 복수의 돌출부들을 포함하고, 상기 코일 적층 구조는 상기 복수의 돌출부들의 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 코어는 복수의 돌출부들과 상기 복수의 돌출부들을 잇는 적어도 하나의 연결부를 포함하고, 상기 코일 적층 구조는 상기 연결부에 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치일 수 있다. 구체적으로, 상기 코어는 두 개의 돌출부들을 갖는 C자 형상이고, 상기 두 개의 돌출부들을 잇는 연결부에 상기 코일 적층 구조가 배치된 구동 장치일 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 구동장치(4)의 사시도 및 사시도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 코어(10)와, 코일 적층 구조(20) 및 제1 냉각 장치(40)를 포함하는 구동 장치(3)에 있어서, 제2 냉각 장치(45)를 더 포함한 구동 장치(4)가 도시되어 있다. C자 형상의 코어(10)의 두 개의 돌출부들(12)에 제1 코일(21), 제2 코일(23) 및 제3 코일(25)로 이루어진 코일 적층 구조 (20)가 각각 배치되고, 상기 코일 적층 구조(20) 사이로 적어도 하나의 제2 냉각 장치(45)가 배치 될 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제2 냉각 장치(45)는 알루미늄 등의 방열 효과가 높은 재료로 이루어질 수 있고, 쿨링핀을 포함하여 표면적을 넓힌 형태일 수 있으며, 수냉식 냉각 장치, 공냉식 냉각 장치, 펠티어 모듈 등의 강제적 냉각 장치일 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제2 냉각 장치(45)는 상기 제1 냉각 장치(40)의 종류와 상이할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제2 냉각 장치(45)는 상기 코일 적층 구조(20)가 한정되도록 코일 외의 공간을 채우는 형태로 배치될 수 있다.

도 6c를 참조하면, 코어(10)와, 코일 적층 구조(20), 제1 냉각 장치(40) 및 제2 냉각 장치(45)를 포함하는 구동 장치(4)에 있어서, 상기 구동 장치(4)를 수평 방향으로 복수개 연결하고 그 사이에 제3 냉각 장치(47)를 더 포함한 구동 장치(5)를 나타낸 것이다. 복수의 상기 구동 장치(4)는 복수의 코어(10)의 수평 단면과 대향 배치된 대상체(30)에 전자기력을 작용하여 구동시키게 된다. 따라서, 복수의 상기 구동 장치(4)는 서로 동일한 방향으로 전자기력을 형성하도록 배치된다.

도 7a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 직선 운동용 베어링(6)의 사시도이다.

도 7a를 참조하면, 직선 운동용 베어링(6)은 전자석 구조체(110) 및 제어기(130)를 포함하는 본체(140)를 포함한다.

상기 전자석 구조체(110)와 상기 대상체(120) 사이에 작용하는 전자기력은 상기 전자석 구조체(110)와 연결된 상기 본체(140)가 상기 대상체(120)로부터 이격되도록 부상시킨다. 상기 전자석 구조체(110)를 포함하는 상기 본체(140)가 상기 대상체(120)와의 접촉없이 지속적인 자기 부상 상태를 유지하기 위해서는, 상기 대상체(120)와 마주하면서 서로 대향하는 상기 본체(140)의 각 일면에 상기 전자석 구조체(110)가 장착되어야 한다. 이에 따라, 상기 대상체(120)와 상기 본체(140)의 각 일면에 설치된 상기 전자석 구조체(110)는 상하 방향 및 양 쪽 방향으로의 지지력을 발생시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 본체(140)는 H자 형상의 단면 구조를 이루고, H자 형상을 이루는 상부 패널, 하부 패널 및 그 연결체 각각의 면에 독립된 상기 전자석 구조체(110)가 각각 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 상부 패널, 상기 하부 패널 및 상기 연결체 각각의 내벽에 패인 홈(142) 안에 상기 전자석 구조체(110)가 각각 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 전자석 구조체(110)의 코어의 단면이 노출되도록 하여야 한다. 상기 전자석 구조체(110)는 도 1a 내지 도 6c에서 설명한 구동 장치들(1, 2, 3, 4, 5)일 수 있다.

상기 대상체(120)는 상기 전자석 구조체(110)에 형성되는 자극과 대향 배치된다. 상기 본체(140)의 형상에 대응하여, 상기 대상체(120)는 H자 형상의 상기 본체(140)를 감싸는 C자 형상일 수 있다. 상기 대상체(120)는 상기 본체(140)가 상기 대상체(120) 위에서 직선 운동할 수 있도록 직선형 레일 형태를 가질 수 있다.

상기 직선 운동용 베어링(6)은 거리센서 및 전류증폭기로 구성된 제어기(130)를 포함한다. 상기 제어기(130)는 상기 전자석 구조체(110)와 상기 대상체(120)와의 이격 거리를 감지하여 상기 전자석 구조체(110)로의 전류 공급을 제어하고, 상기 전자석 구조체(110)의 자력을 조정할 수 있도록 한다.

이 경우, 상기 본체(140)가 상기 대상체(120)와의 접촉없이 지속적인 부상 상태를 유지하기 위해서는 상하 방향 및 양 쪽 방향으로의 균형을 맞추는 것이 필요하다. 하나의 상기 제어기(130)는 하나의 상기 전자석 구조체(110)에 대한 동작 정보를 수집하는 것이므로, 복수의 상기 전자석 구조체(110) 각각에 수반하여 복수의 상기 제어기(130)가 설치된다. 이에 따라, 독립된 6개의 상기 전자석 구조체(110) 및 상기 제어기(130) 쌍이 각각 개별적으로 조립 및 운용될 수 있다.

도 7b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 직선 운동용 베어링(6)의 단면도이다. 도 7b의“E-E’”는 도 7a에 도시된 직선 운동용 베어링(6)의 E-E’선 단면에 대응하는 단면임을 표시한 것이다.

도 7b를 참조하면, 전자석 구조체(110)는 E자 형상의 코어(10)와, 상기 코어(10)의 중심 돌출부에 배치된 제1 코일(21), 제2 코일(23), 제3 코일(25)로 구성된 코일 적층 구조(20)와, 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23), 상기 제3 코일(25) 각각의 사이에 배치된 제1 냉각 장치(40)를 포함한다. 상기 제1 코일(21), 상기 제2 코일(23), 상기 제3 코일(25)은 서로 이격되어 배치되고, 통전시에 서로 동일한 방향으로 자기력선을 형성하도록 감기고, 서로 병렬로 배선된다. 상기 제1 냉각 장치(40)는 복수의 제1 냉각 장치(40)들일 수 있다. 상기 전자석 구조체(110)는 도 1a 내지 도 6c에서 설명한 구동 장치들(1, 2, 3, 4, 5)일 수 있다.

상기 전자석 구조체(110)는 H자 형상을 갖는 본체(140)의 내벽에 형성된 복수의 홈(142)에 각각 삽입되는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 전자석 구조체(110)의 자극이 형성되는 면이 노출되도록 배치된다.

대상체(120)는 상기 본체(140)에 삽입된 상기 전자석 구조체(110)와 대향 배치되도록 상기 본체(140)를 감싸는 형상이다. C자 형상의 단면을 갖는 대상체(120)와 대향 배치된 H자 형상의 직선 운동용 베어링(6)은 상기 대상체(120)로부터 이격되어 운동할 수 있다.

도 7b는 전원을 인가하여 통전된 상태를 나타낸 것으로, 상기 전자석 구조체(110)는 상기 대상체(120)와의 전자기력에 의해 상기 대상체(120)와의 접촉없이 부양되고 있다.

도 8은 도 7a 및 도 7b에 의한 실시예에 따른 직선 운동용 베어링(6)의 일부를 확대한 사시도이다.

도 8을 참조하면, 도 7a의 본체(140)에 삽입된 전자석 구조체(110) 및 제어기(130) 구조가 도시되어 있다. 상기 본체(140)의 하부 패널에는 상술한 바와 같은 전자석 구조체(110)가 코어(10)의 단면이 노출되도록 배치되어 있다. 또한 상기 본체(140)의 상부 패널과 하부 패널의 연결체에도 상기 전자석 구조체(110) 및 상기 제어기(130)가 삽입되어 있다.

도 9a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 다른 형태의 직선 운동용 베어링(7)의 사시도이다.

도 9a를 참조하면, 전자석 구조체(210) 및 제어기(230)와 연결되어 있는 본체(240)는 H자 형상의 단면을 갖는 대상체(220)의 내벽을 감싸도록 C자 형상의 단면을 가지면서, 레일 형태로 연장되어 있다. 그리고 상기 대상체(220)를 부상시키기 위해 상기 대상체(220)와 대향하는 상기 본체(240)의 내벽, 즉 상부 패널, 하부 패널 및 상/하부 패널의 양 쪽 연결체의 내벽 각 일면에 상기 전자석 구조체(210)를 장착한다. 이 경우, 상기 상부 패널, 상기 하부 패널 및 상기 상/하부 패널의 양 쪽 연결체 각각의 내벽에 패인 홈(242) 안에 상기 전자석 구조체(210)가 각각 설치될 수 있고, 상기 전자석 구조체(210)의 상기 코어의 단면이 노출되도록 하여야 한다. 이에 따라, 상기 본체(240)의 각 일면에 설치된 상기 전자석 구조체(210)는 상하 방향 및 양 쪽 방향으로의 지지력을 발생시켜 상기 대상체(220)가 상기 본체(240)와의 접촉없이 지속적인 자기 부상 상태를 유지할 수 있게 한다.

복수의 상기 전자석 구조체(210) 각각에 수반하여 복수의 상기 제어기(230)가 설치된다. 상기 대상체(220)가 상기 본체(240)와의 접촉없이 상하 방향 및 양 쪽 방향으로의 균형을 맞추도록 독립된 6개의 상기 전자석 구조체(210) 및 상기 제어기(230) 쌍이 각각 개별적으로 조립 및 운용될 수 있다.

요약하면, 도 7a 내지 도 8에서 설명한 직선 운동용 베어링(6)은 전자석 구조체(110)를 포함하는 본체(140)가 가동하는 부분이고 레일 형상의 대상체(120)가 고정된 부분인 것이고, 도 9a 및 도 9b에서 설명하는 직선 운동용 베어링(7)은 전자석 구조체(210)를 포함하는 레일 형상의 본체(240)가 고정된 부분이 되고 이와 대향한 대상체(220)가 가동하는 부분이 되는 실시예를 나타낸 것이다.

도 9b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 다른 형태의 직선 운동용 베어링(7)의 단면도이다. 도 9b의“F-F’”는 도 9a에 도시된 직선 운동용 베어링(7)의 F-F’선 단면에 대응하는 단면임을 표시한 것이다.

도 9b를 참조하면, 도 7b에서 상술한 바와 같이 C자 형상의 본체(240)는 대상체(220)와 대향하는 내벽 각 일면에 전자석 구조체(210)의 코어(10)의 단면이 노출되게끔 배치된다. 직선 운동용 베어링(7)과 대향 배치된 H자 형상의 대상체(220)는 C자 형상의 상기 본체(240)로부터 이격되어 운동할 수 있다. 상기 전자석 구조체(210)는 도 1a 내지 도 6c에서 설명한 구동 장치들(1, 2, 3, 4, 5)일 수 있다.

도 9b는 전원을 인가하여 통전된 상태를 나타낸 것으로, 상기 대상체(220)는 상기 전자석 구조체(210)와의 전자기력에 의해 상기 상기 전자석 구조체(210)와의 접촉없이 지지되고 있다.

도 10a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 회전 운동용 베어링(8)의 사시도이다.

도 10a를 참조하면, 회전 운동용 베어링(8)은 통전시 발생하는 전자기력에 의해서 회전 대상체가 접촉하지 않고 지지되도록 회전축 주변에 배치된 장치이다.

코어(50), 코일 적층 구조(60) 및 제1 냉각 장치(80)로 구성되는 전자석 구조체(85)가 중공 원통체(55)의 내벽에 일정한 간격을 두고 중심축을 향해서 돌출되게끔 연결되어 있다. 구체적으로, 상기 전자석 구조체(85)의 상기 코어(50)는 제1 코일(61), 제2 코일(63), 제3 코일(65)로 서로 이격되어 코일 적층 구조(60)를 이루도록 감겨 있고, 상기 제1 코일(61), 상기 제2 코일(63) 및 상기 제3 코일(65) 각각의 사이에는 제1 냉각 장치(80)가 배치되고, 상기 제1 코일(61), 상기 제2 코일(63) 및 상기 제3 코일(65)은 서로 병렬로 배선되어 있다.

일부 실시예들에서, 상기 중공 원통체(55)에 연결되는 상기 전자석 구조체(85)는 적어도 두 개 이상일 수 있다.

회전 대상체(70)는 상기 중공 원통체(55)와 동일한 중심축을 갖도록 상기 중공 원통체(55)의 내부에 삽입되어 있다. 통전시에 상기 중공 원통체(55)에 연결된 복수의 상기 전자석 구조체(85)와의 전자기력에 의해서, 상기 회전 대상체(70)는 자기 부상하여 지지될 수 있다.

제어기(90)는 상기 중공 원통체(55)의 중심부에 배치되는 회전 대상체(70)의 외주면과 상기 전자석 구조체(85) 사이의 이격 거리를 측정한다. 상기 회전 대상체(70)가 상기 전자석 구조체(85)가 연결된 상기 회전 중공체(55)와의 접촉없이 지속적인 부상 상태를 유지하기 위해서는 상하 방향 및 양 쪽 방향으로의 균형을 맞추는 것이 필요하다. 이에 따라 복수의 상기 제어기(90)를 통해 상기 전자석 구조체(85)로의 전류 공급을 제어하고, 상기 전자석 구조체(85)의 자력을 조정할 수 있도록 한다.

도 10a에서는 상기 회전 대상체(70)를 지지하게 하는 전자석 구조체(85)를 상기 코어(50), 상기 코일 적층 구조(60) 및 상기 제1 냉각 장치(80)로 이루어지는 것으로 표현하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전자석 구조체는 도 1a 내지 도 6b에서 설명한 전자석 구조체(1, 2, 3, 4,5) 중 어느 하나 일 수 있다.

도 10b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 회전 운동용 베어링(8)의 단면도이다.

도 10b를 참조하면, 코어(50)와, 코일 적층 구조(60)와, 제1 냉각 장치(80)로 구성된 전자석 구조체(85)는 일정한 간격을 두고 대칭적으로 중공 원통체(55)에 장착되어 있다.

도 10b는 전원을 인가하여 통전된 상태를 나타낸 것으로, 회전 대상체(70)는 전자석 구조체(85)와의 전자기력에 의해 상기 전자석 구조체(85)와의 접촉없이 지지되어 상기 중공 원통체(55)와 중심축을 동일하게 가질 수 있다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 회전 운동용 베어링(9)의 사시도 및 단면도이다.

도 11a를 참조하면, 코어(50), 코일 적층 구조(60) 및 제1 냉각 장치(80)로 구성되는 복수의 전자석 구조체(85) 와, 상기 복수의 전자석 구조체(85)가 연결된 중공 원통체(55)로 구성된 회전 운동용 베어링(8)에 있어서, 상기 복수의 전자석 구조체(85)가 이격된 사이에 제2 냉각 장치(95)를 더 포함하는 회전 운동용 베어링(9)이다. 상기 제2 냉각 장치(95)는 중공 원통체(55)의 내벽과 연결될 수 있다.

도 11b를 참조하면, 상기 복수의 전자석 구조체(85)의 이격된 공간 사이마다 제2 냉각 장치(95)가 배치되어 있다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 복수의 전자석 구조체(85) 사이의 공간에 적어도 하나의 제2 냉각 장치(95)가 포함되는 회전 운동용 베어링일 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

10: 코어, 20: 코일 적층 구조, 21: 제1 코일, 23: 제2 코일, 25: 제3 코일, 30: 대상체, 40: 제1 냉각 장치, 41: 쿨링핀, 43: 펠티어 모듈, 110: 전자석 구조체, 120: 대상체, 130: 제어기, 140: 본체, 210: 전자석 구조체, 220: 대상체, 230: 제어기, 240: 대상체, 50: 코어, 55: 중공 원통체, 60: 복수의 코일들, 61:제1 코일, 63: 제2 코일, 65:제3 코일, 70: 회전 대상체, 80: 제1 냉각 장치, 90: 제어기

Claims (10)

1. 구동 장치에 있어서,
   제1 돌출부를 포함하는 코어; 및
   상기 제1 돌출부에 감기고 서로 병렬로 배선된 제1 내지 제3 코일들; 및
   상기 제1 및 제2 코일들의 사이 및 상기 제2 및 제3 코일들의 사이에 배치되고, 상기 제1 돌출부를 둘러싸는 제1 냉각 장치를 포함하되,
   상기 구동 장치는 인접하게 배치된 대상체의 상하 운동을 제어하되,
   상기 제1 내지 제3 코일들은 각각 서로 동일한 전위가 인가되도록 구성되고, 동일한 방향으로 자기력선을 형성하도록 감기며, 상기 제1 내지 제3 코일들 전체의 인덕턴스는 상기 제1 내지 제3 코일들 각각의 인덕턴스 중 가장 작은 것보다 더 작은 것을 특징으로 하는 구동 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코어는 제2 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 돌출부에 감기고, 서로 병렬로 연결된 제4 내지 제6 코일들; 및
   상기 제4 및 제5 코일들의 사이 및 상기 제5 및 제6 코일들의 사이에 배치되고, 상기 제2 돌출부를 둘러싸는 제2 냉각 장치를 포함하되,
   상기 제4 내지 제6 코일들은 각각 서로 동일한 전위가 인가되도록 구성되고, 동일한 방향으로 자기력선을 형성하도록 감기며, 상기 제4 내지 제6 코일들 전체의 인덕턴스는 상기 제4 내지 제6 코일들 각각의 인덕턴스 중 가장 작은 것보다 더 작은 것을 특징으로 하는 구동 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 돌출부들 사이에 배치된 제3 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 냉각 장치들은 복수의 쿨링핀들을 포함하고, 상기 제3 냉각 장치는 복수의 펠티어 모듈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 냉각 장치들은 복수의 펠티어 모듈들을 포함하고, 상기 제3 냉각 장치는 복수의 쿨링핀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 냉각 장치들은 동일한 냉각 장치인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 냉각 장치들은 복수의 쿨링핀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 냉각 장치들은 복수의 펠티어 모듈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
    
    
    

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