KR102319618B1 - 리니어 서보 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 서보 모터에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 리니어 서보 모터는 복수의 관통홀이 형성된 코일하우징과, 상기 관통홀의 내주면에 각각 배치된 가동자코일을 구비한 가동자; 및 상기 관통홀을 각각 관통하여 설치되고, 길이방향을 따라 복수의 영구자석이 배치된 샤프트 형상의 고정자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리니어 서보 모터{LINEAR SERVO MOTOR}

본 발명은 리니어 서보 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가동자코일 및 고정자를 분산 배치하여 일반적인 리니어 모터에 비해 코일의 권선량과 자석의 면적을 증가시킬 수 있는 리니어 서보 모터에 관한 것이다.

리니어 서보모터는 공작기계나 반도체 제조장비 또는 LCD, PDP 등의 디스플레이 검사장비 등 각종 산업장의 자동화 시스템에서 고속 고정밀 위치결정과 제어, 그리고 정밀반송 등에 주로 많이 이용되고 있다.

이러한 리니어 서보모터는 대략 이동자와 고정자 사이에서 추력을 발생하는 구조로 구성되어 있는 것으로, 더 상세하게는 이동 또는 고정자 측 어느 한쪽에 길이방향을 따라 일정간격으로 극성이 교번되게 마그넷들을 적절히 배열시키고 다른 한쪽에는 교번하는 전력이 공급되는 코일을 갖추어 양자 사이에서 작용하는 전자력에 의해 일 방향성 추력을 얻어 소기의 기계적인 운전을 이루게 된다.

그런데 이러한 리니어 서보모터에서 큰 자력 발생을 위해 이동자와 고정자가 가능한 근접하는, 다시 설명하면 이동자와 고정자 사이의 거리가 약 0.8mm 정도에 불과하기 때문에 구조적으로 제한적이고 정밀도가 요구되고 있는 것이다.

일례로 마그넷을 이용한 리니어 서보모터의 경우를 보면, 베이스의 상면 양측에 소정의 길이를 가지고 한 쌍으로 배치되는 가이드레일들과 이들 가이드레일들의 사이에는 요크를 매개체로 하여 마그넷들을 길이방향을 따라 일정간격으로 극성이 교번되게 배열시킨 고정자를 갖는 고정유닛과, 이 고정유닛 상에 가이드레일을 타고 자유로이 이동가능하게 탑재되며 고정자의 마그넷 직 상부에서 소정의 간극을 유지해 설치되어 교번하는 전력이 공급되는 코일의 가동자를 갖춘 가동유닛으로 구성된다.

이렇게 고정유닛 상에 가동유닛을 자유로이 이동가능하게 설치시키고 가동자의 코일에 교번하는 전력이 공급되는 것으로 양자 사이에서 작용하는 전자력에 의해 발생하는 추력이 가동유닛을 고정유닛 상에서 이동시켜 기계적인 운전을 이루게 되는 것이다.

하지만, 일반적인 리니어 모터의 경우 추력과 코일의 권선량이 비례하므로, 큰 추력이 요구되는 경우 장치의 크기가 커져야 하고, 리니어 모터의 가감속 특성상 짧은 거리에서는 고속 이동이 어려운 문제가 있다.

특히, 짧은 구간을 고속이동, 정밀제어하기 위해서는 코일과 자석의 크기가 커져야하므로, 크기가 작으면서도 짧은 구간에서의 고속이동과 정밀제어가 가능한 리니어 서보 모터의 개발이 요구된다.

대한민국 등록특허 제10-1993174호 (2015.04.01)

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가동자코일 및 고정자를 분산 배치하여 일반적인 리니어 모터에 비해 코일의 권선량과 자석의 면적을 증가시킬 수 있으므로, 짧은 이동구간에서도 고속 및 고정밀 제어가 가능한 것은 물론, 장치의 소형화가 가능한 리니어 서보 모터를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 복수의 관통홀이 형성된 코일하우징과, 상기 관통홀의 내주면에 각각 배치된 가동자코일을 구비한 가동자; 및 상기 관통홀을 각각 관통하여 설치되고, 길이방향을 따라 복수의 영구자석이 배치된 샤프트 형상의 고정자;를 포함하는 리니어 서보 모터에 의해 달성된다.

또한, 상기 복수의 관통홀은 상기 코일하우징 상에 대칭이 되는 형태로 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가동자는 상기 관통홀의 양측 개구에 배치되는 캡을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 복수 마련되는 고정자의 단부를 각각 고정할 수 있는 고정홀이 마련되어, 베이스 상에서 고정자를 지지하는 브라켓을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 브라켓은, 상기 고정홀의 일부를 구성하는 제1고정홈이 형성된 몸체부, 상기 고정홀의 나머지를 구성하는 제2고정홈이 형성된 고정블록 및 상기 고정블록을 몸체부에 체결하는 체결스크류를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 몸체부는 상기 제1고정홈으로부터 상기 고정자의 축방향으로 이격된 위치에서 고정자의 반대편 영역을 감싸는 지지홈을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 몸체부에는 고정블록이 수용될 수 있는 수용공간이 마련되고, 상기 고정블록은 상기 수용공간 내에서 고정홀의 반경 방향으로 이동 가능하게 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베이스의 판면에는 상기 몸체부의 수용공간에 수용된 고정블록을 고정하기 위한 체결스크류가 통과할 수 있는 통공이 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정자를 지지하는 베이스 상에서 상기 가동자의 직선 왕복 이동을 안내하는 가이드;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 가동자코일 및 고정자를 분산 배치하여 일반적인 리니어 모터에 비해 코일의 권선량과 자석의 면적을 증가시킬 수 있으므로, 짧은 이동구간에서도 고속 및 고정밀 제어가 가능한 것은 물론, 장치의 소형화가 가능한 리니어 서보 모터가 제공된다.

도 1은 본 발명 리니어 서보 모터의 사시도,
도 2는 도 1에서 브라켓과 고정자를 제외한 상태의 분해사시도,
도 3은 도 1에서 가동자를 제외한 상태의 분해사시도,
도 4는 본 발명 리니어 서보 모터의 평단면도,
도 5는 도 4의 A-A'선 단면도,
도 6은 도 5의 B-B'선 단면도,
도 7은 도 6의 C-C'선 단면도,
도 8은 도 7의 D-D'선 단면도,
도 9 내지 도 11은 본 발명 리니어 서보 모터의 조립 과정을 나타낸 단면도이다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 외부 미세먼지 집진장치에 대하여 상세하게 설명한다.

첨부도면 중, 도 1은 본 발명 리니어 서보 모터의 사시도, 도 2는 도 1에서 브라켓(140)과 고정자(130)를 제외한 상태의 분해사시도, 도 3은 도 1에서 가동자(120)를 제외한 상태의 분해사시도, 도 4는 본 발명 리니어 서보 모터의 평단면도, 도 5는 본 발명 리니어 서보 모터의 측단면도, 도 6은 도 4의 A-A'선 단면도, 도 7은 도 4의 B-B'선 단면도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같은 본 발명 리니어 서보 모터는 크게 베이스(110), 가동자(120), 상기 가동자(120)를 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 복수의 고정자(130), 브라켓(140), 가이드(150)를 포함하여 구성된다.

상기 베이스(110)는 상기 브라켓(140) 및 가이드(150)의 하부를 지지하는 것으로서, 판형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 가동자(120)는 가이드(150)에 의해 고정자(130)와 나란한 방향으로 직선 왕복 이동이 안내되고, 상기 복수의 고정자(130)는 상기 브라켓(140)에 의해 베이스(110)의 상면으로부터 이격된 위치에서 서로 나란하게 위치 고정된다.

상기 가동자(120)는 복수의 관통홀(121a)이 형성된 코일하우징(121), 상기 관통홀(121a)의 내주면에 각각 배치되는 가동자코일(122) 및 상기 관통홀(121a)의 양측 개구에 배치되는 캡(123)을 포함하며, 상기 복수의 관통홀(121a)은 상기 코일하우징(121) 상에 대칭이 되는 형태로 배치된다.

아울러, 상기 가동자코일(122)의 내주면과 캡(123)의 중앙에는 고정자(130)가 관통할 수 있도록 중공홀이 형성되고, 상기 중공홀의 내주면은 상기 고정자(130)의 외주면과 일정간격 이격되도록 설정된다.

또한, 상기 관통홀(121a) 내에 가동자코일(122)과 캡(123)이 조립된 상태에서, 코일하우징(121)의 내부에 실리콘을 충진한 뒤 경화시킴으로써 방수 및 방진특성을 향상시킬 수 있다.

상기 고정자(130)는 대략 원형의 단면을 갖는 샤프트의 형상을 갖는 것으로, 일방향으로 복수 배치되는 링형의 영구자석(131)을 포함하며, 복수 마련되어 상기 가동자(120)의 코일하우징(121)에 형성된 관통홀(121a)에 각각 관통 설치된다.

상기 복수의 영구자석(131)은 영구자석(131)의 중앙을 관통하는 코어샤프트(132)에 의해 축방향으로 고정될 수 있다.

상기 브라켓(140)은 상기 복수의 고정자(130)를 베이스(110)의 상면으로부터 이격된 위치에서 서로 나란하게 위치 고정하는 것으로서, 상기 베이스(110)의 상면 양측에 각각 배치되며, 판면에는 상기 복수의 고정자(130)의 단부가 삽입 고정될 수 있는 고정홀이 다수 형성된다.

구체적으로, 상기 브라켓(140)은 상기 고정홀의 일부를 구성하는 제1고정홈(141a)이 다수 형성된 몸체부(141), 상기 고정홀의 나머지를 구성하는 제2고정홈(142a)이 형성되고 다수의 제1고정홈(141a)에 대응하는 위치에 각각 배치되는 고정블록(142) 및 상기 고정블록(142)을 몸체부(141)에 체결하는 체결스크류(143)를 포함하여 구성된다.

상기 고정홀을 구성하는 제1고정홈(141a)과 제2고정홈(142a)은 상기 고정자(130)의 외주면에 밀착할 수 있는 호형의 형상으로 이루어진다.

상기 몸체부(141)는 상기 제1고정홈(141a)으로부터 상기 고정자(130)의 축방향으로 이격된 위치에서 고정자(130)의 반대편 영역을 감싸는 지지홈(141b)을 더 포함하고, 상기 제1고정홈(141a)의 맞은편에는 고정블록(142)이 수용될 수 있는 수용공간(141c)이 마련되며, 상기 수용공간(141c)은 수용공간(141c) 내에 수용된 고정블록(142)이 고정홀의 반경 방향으로 이동할 수 있는 크기로 형성된다.

즉, 상기 지지홈(141b)은 고정자(130)의 조립과정에서 고정자(130)의 타측을 임시로 지지하여 상기 고정자(130)의 외주면 일측을 제1고정홈(141a) 내에 위치시킬 수 있으므로, 고정자(130)의 분해 조립이 용이할 뿐만 아니라, 장치의 유지보수 편의를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 실시예의 도면에는 상기 지지홈(141b)이 몸체부(141)의 중앙 하부에 위치하는 고정홀에만 배치된 것으로 예를 들어 도시하였으나, 필요에 따라 나머지 고정홀에도 각각 지지홈(141b)을 배치하는 것도 가능할 것이다.

아울러, 상기 베이스(110)에는 상기 몸체부(141)의 중앙 하부에 배치된 고정블록(142)을 고정하는 체결스크류(143)에 대응하는 위치에 통공(111)이 마련되며, 상기 통공(111)을 통해 수용공간(141c) 내부로 체결스크류(143)를 반입/반출하거나 스크류드라이버와 같은 공구를 삽입하여 수용공간(141c) 내에 위치한 체결스크류(143)를 조이거나 풀 수 있으므로, 수용공간(141c) 내에 삽입된 고정블록(142)의 조립 및 분해가 용이하다.

상기 가이드(150)는 상기 베이스(110) 상에서 상기 가동자(120)의 직선 왕복 이동을 안내하는 것으로서, 베이스(110)의 중앙 양측에서 상기 고정자(130)의 축방향과 나란하게 배치되는 가이드레일(151)과, 상기 가이드레일(151)과 맞물려 직선 왕복 이동이 안내되고 상기 가동자(120)에 고정되는 이동블록(152)을 포함한다. 즉, 상기 가동자(120)는 가이드(150)에 의해 직선 왕복 운동이 안내되므로, 가동자코일(122)과 고정자(130)의 사이 간격이 일정하게 유지될 수 있으며, 고속 구동에도 안정적인 움직임을 확보할 수 있다.

한편, 상기 베이스(110)에는 상기 가동자(120)의 이동 위치를 감지할 수 있는 센서(160)가 마련될 수 있고, 상기 가이드(150)의 이동블록(152)에는 상기 센서(160)의 감지를 위한 감지편이 마련될 수 있다.

지금부터는 상술한 본 발명 리니어 서보 모터의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.

첨부도면 중, 도 9 내지 도 11은 본 발명 리니어 서보 모터의 조립 과정을 나타낸 단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 브라켓(140)의 몸체부(141)는 베이스(110)의 상면에 고정되고, 몸체부(141)의 중앙 하부에 위치한 제1고정홈(141a)은 고정자(130)의 상면 일부를 감쌀 수 있는 형태로 이루어지고, 제1고정홈(141a)의 맞은편에서 고정자(130)의 축방향으로 이격 배치된 지지홈(141b)은 고정자(130)의 하면 일부를 감싸 지지할 수 있는 형태로 이루어진다.

이어, 도 10에 도시된 바와 같이, 원형의 단면을 갖는 샤프트의 형상으로 이루어진 고정자(130)를 제1고정홈(141a)과 지지홈(141b) 사이의 공간으로 축방향으로 삽입하면, 고정자(130)의 하부가 지지홈(141b)에 안착 지지됨에 따라 고정자(130)의 단부가 제1고정홈(141a) 내에 위치하게 된다. 이러한 상태에서, 몸체부(141)의 전면에 함몰 형성된 수용공간(141c)으로 고정블록(142)을 삽입하면, 고정블록(142)에 형성된 제2고정홈(142a)이 고정자(130)를 사이에 두고 제1고정홈(141a)과 마주하는 형태가 된다.

이어, 도 11에 도시된 바와 같이, 베이스(110)에 형성된 통공(111)으로 체결스크류(143)를 삽입한 다음, 스크류드라이버와 같은 공구를 이용해 체결스크류(143)를 조임 방향으로 축회전시키면, 고정블록(142)을 몸체부(141)에 고정할 수 있으며, 이에 따라 고정자(130)의 단부가 제1고정홈(141a)과 제2고정홈(142a) 사이에 위치 고정된다.

이와 같은 본 실시예에 따르면, 고정자(130)를 조립하는 과정에서 지지홈(141b)에 의해 고정자(130)의 단부를 제1고정홈(141a) 내에 위치시킬 수 있으므로, 고정자(130)의 조립과정에서 고정자(130)의 단부가 제1고정홈(141a)과 제2고정홈(142a) 사이에서 임의로 이동하지 않도록 할 수 있으며, 이에 따라 고정자(130)의 조립이 용이한 이점을 제공할 수 있다.

아울러, 상기 고정블록(142)이 수용되는 수용공간(141c)이 몸체부(141)의 중앙 하부에 위치하는 경우, 베이스(110)에 형성된 통공(111)을 통해 체결스크류(143)를 수용공간(141c)으로 반입/반출할 수 있으므로, 수용공간(141c)의 크기를 최소화할 수 있어 몸체부(141)의 크기가 불필요하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 지지홈(141b)이 형성되지 않은 나머지 위치에서는, 몸체부(141)의 제1고정홈(141a)과 고정블록(142)의 제2고정홈(142a) 사이에 고정자(130)를 위치시킨 다음, 체결스크류(143)를 이용해 고정블록(142)을 몸체부(141)에 고정함으로써 제1고정홈(141a)과 제2고정홈(142a) 사이에 고정자(130)가 위치 고정되도록 할 수 있다.

상기와 같이, 다수의 고정자(130)를 병렬로 배치하고 가동자(120)에 각각의 고정자(130)를 감싸는 가동자코일(122)을 배치하여 가동자코일(122)과 고정자(130)를 분산 배치(도 4 내지 도 6 참조)하는 경우, 일반적인 리니어 모터에 비해 코일의 권선량과 자석의 면적을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 짧은 이동구간에서도 고속 및 고정밀 제어가 가능한 것은 물론, 장치의 소형화가 가능한 이점을 제공할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110:베이스, 111:통공, 120:가동자,
121:코일하우징, 121a:관통홀, 122:가동자코일,
123:캡, 130:고정자, 131:영구자석,
132:코어샤프트, 140:브라켓, 141:몸체부,
141a:제1고정홈, 141b:지지홈, 141c:수용공간,
142:고정블록, 142a:제2고정홈, 143:체결스크류,
150:가이드, 151:가이드레일, 152:이동블록,
160:센서

Claims (9)

1. 복수의 관통홀이 형성된 코일하우징과, 상기 관통홀의 내주면에 각각 배치된 가동자코일을 구비한 가동자; 및
   상기 관통홀을 각각 관통하여 설치되고, 길이방향을 따라 복수의 영구자석이 배치된 샤프트 형상의 고정자; 및
   복수 마련되는 고정자의 단부를 각각 고정할 수 있는 고정홀이 마련되어, 베이스 상에서 고정자를 지지하는 브라켓;을 포함하고,
   상기 브라켓은, 상기 고정홀의 일부를 구성하는 제1고정홈이 형성된 몸체부, 상기 고정홀의 나머지를 구성하는 제2고정홈이 형성된 고정블록 및 상기 고정블록을 몸체부에 체결하는 체결스크류를 포함하고,
   상기 몸체부는 상기 제1고정홈으로부터 상기 고정자의 축방향으로 이격된 위치에서 고정자의 반대편 영역을 감싸는 지지홈을 포함하고,
   상기 몸체부에는 고정블록이 수용될 수 있는 수용공간이 마련되고, 상기 고정블록은 상기 수용공간 내에서 고정홀의 반경 방향으로 이동 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 서보 모터.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 복수의 관통홀은 상기 코일하우징 상에 대칭이 되는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 서보 모터.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가동자는 상기 관통홀의 양측 개구에 배치되는 캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 서보 모터.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   상기 베이스의 판면에는 상기 몸체부의 수용공간에 수용된 고정블록을 고정하기 위한 체결스크류가 통과할 수 있는 통공이 마련되는 것을 특징으로 하는 리니어 서보 모터.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 고정자를 지지하는 베이스 상에서 상기 가동자의 직선 왕복 이동을 안내하는 가이드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 서보 모터.

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