KR102339601B1

KR102339601B1 - 간격조절이 가능한 선형모터를 이용한 구동장치

Info

Publication number: KR102339601B1
Application number: KR1020200166482A
Authority: KR
Inventors: 구노림; 전병호
Original assignee: 알루인터 주식회사; 구노림
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-12-16

Abstract

장치의 구동을 원활하게 유지하면서 고정자 사이의 간격을 자유롭게 조절할 수 있는 선형모터를 이용한 구동장치를 제시한다. 그 장치는 3상 전원으로 제어되는 복수개의 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수)를 포함한 고정부(S) 및 영구자석이 배열된 구비한 가동부(R)를 포함하는 선형장치를 포함하고, 고정부(S)를 이루는 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수) 각각은 공통파형을 이루는 단위구조체(U)가 반복되어 이루어지고, 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수) 각각은 고정자 간격(D)을 이루며, 고정자 간격(D)은 단위구조체(U)의 폭인 제4 폭(W_U)의 양의 정수배를 가지는 스페이서에 의해 조절되며, 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수) 각각의 폭은 제3 폭(W_S)을 가지며, 제3 폭(W_S)은 적어도 가동부(R)와 중첩된다.

Description

간격조절이 가능한 선형모터를 이용한 구동장치{Apparatus of operating using linear motor capable of adjusting gap}

본 발명은 선형모터를 이용한 구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선형모터를 이용하면서 고정자 사이의 간격을 정확하게 조절할 수 있는 구동장치에 관한 것이다.

선형모터(linear motor)는 직선 형태로 펼쳐진 구조로써, 전기에너지를 직선 운동에너지로 변환시키는 기기이다. 선형모터는 회전모터로 직선운동을 출력하는 방식에 비해 감속기어, 벨트 구동장치 등 보조적인 에너지 변환장치가 필요치 않아 구조가 복잡하지 않고, 변환과정의 에너지 손실이나 소음을 발생하지 않으며, 운전속도 조절이 자유로운 등과 같은 장점이 있다. 선형모터는 회전형 기기에 비해 직선형 계통의 운전과 기능이 매우 효율적이다. 선형모터는 육상운송 계통에서의 자기부상열차, 대규모의 공장이나 산업시설에서의 컨베이어 시스템, NC 공작기계, 승강기, 자동문 등 광범위한 분야에서 직선형 구동장치로 개발되고 있다. 선형모터는 자동문에 적용하는 시도들이 계속 있어 왔으며, 이는 국내공개특허 제2008-0077871호 등에 의해 확인할 수 있다.

선형모터를 이용한 구동장치(이하, 선형장치)는 복수개의 고정자(stator)가 채택된 자동문을 예를 들면, 국내등록특허 제10-1891538호에서와 같이 고정부 사이에는 일정한 크기를 가진 컨트롤러(controller)가 결합된다. 즉, 고정자 사이의 간격은 자동문이 원활하게 구동하도록 사전에 설계된 고정값으로 고정되므로, 필요에 따라 상기 간격을 조절할 수 없다. 하지만, 선형장치는 적용되는 대상, 출력의 크기, 대상의 형태 등에 따라 상기 간격을 조절하는 경우가 발생한다. 다시 말해, 선형장치의 구동은 원활하게 유지하면서, 고정자 사이의 간격을 자유롭게 조절할 필요가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 장치의 구동을 원활하게 유지하면서 고정자 사이의 간격을 자유롭게 조절할 수 있는 선형모터를 이용한 구동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 간격조절이 가능한 선형모터를 이용한 구동장치는 3상 전원으로 제어되는 복수개의 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수)를 포함한 고정부(S) 및 영구자석이 배열된 구비한 가동부(R)를 포함하는 선형장치를 포함하고, 상기 고정부(S)를 이루는 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수) 각각은 공통파형을 이루는 단위구조체(U)가 반복되어 이루어지고, 상기 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수) 각각은 고정자 간격(D)을 이루며, 상기 고정자 간격(D)은 상기 단위구조체(U)의 폭인 제4 폭(W_U)의 양의 정수배를 가지는 스페이서에 의해 조절되며, 상기 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수) 각각의 폭은 제3 폭(W_S)을 가지며, 상기 제3 폭(W_S)은 적어도 상기 가동부(R)와 중첩된다.

본 발명의 장치에 있어서, 상기 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수)는 공통으로 제어되거나 또는 분리되어 제어될 수 있다. 상기 스페이서는 스페이서 몸체 및 상기 스페이서 몸체의 양측으로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 스페이서 몸체 및 상기 돌출부 중의 하나는 단위구조체(U) 폭인 제4 폭(W_U)의 양의 정수배의 폭을 가진다. 상기 돌출부는 상기 3상 전원을 이루는 각 상 사이의 간격이다. 상기 돌출부가 겹쳐지면서 조립된다. 상기 스페이서는 제어부를 구현하는 커넥터를 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 결합부에 의해 결합될 수 있다.

본 발명의 간격조절이 가능한 선형모터를 이용한 구동장치에 의하면, 공통파형을 구현하는 단위구조체를 고려한 스페이서(spacer)를 활용함으로써, 장치의 구동을 원활하게 유지하면서 고정부 사이의 간격을 자유롭게 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 선형장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 선형장치를 설명하기 위한 하나의 사례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 선형장치를 설명하기 위한 다른 사례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 고정부 간격을 조절하는 스페이서를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 스페이서를 활용하여 고정부 간격을 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 스페이서의 다른 사례인 제2 스페이서를 나타내는 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 과장되게 표현하였다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 구동장치는 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 구동장치의 방향 및 회전에 따라 변한다.

본 발명의 실시예는 공통파형을 구현하는 단위구조체를 고려한 스페이서(spacer)를 활용함으로써, 장치의 구동을 원활하게 유지하면서 고정부 사이의 간격을 자유롭게 조절할 수 있는 선형모터를 이용한 구동장치를 제시한다. 이를 위해, 공통파형에 해당하는 단위구조체를 고려한 스페이서를 활용한 선형모터를 이용한 구동장치(이하, 선형장치)에 대하여 구체적으로 알아보고, 선형장치에서의 고정부 사이의 간격을 조절하는 방법을 상세하게 살펴보기로 한다. 선형장치는 육상운송 계통에서의 자기부상열차, 대규모의 공장이나 산업시설에서의 컨베이어 시스템, NC 공작기계, 승강기, 자동문 등 광범위한 분야에서 직선형 구동장치로 적용될 수 있다. 여기서는 자동문을 사례로 들어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 선형장치(100)를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 다만, 엄밀한 의미의 도면을 표현한 것이 아니며, 설명의 편의를 위하여 도면에 나타나지 않은 구성요소가 있을 수 있다.

도 1에 의하면, 선형장치(100)는 복수개의 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수)을 포함한 고정부(S) 및 영구자석이 배열된 구비한 가동부(R, runner)를 포함한다. 선형장치(100)는 고정부(S)의 전자석과 가동부(R)의 영구자석 사이에 작용하는 자력에 의해 직선 운동에너지를 획득한다. 상기 직선 운동에너지는 도어(DR)가 장착된 가동부(R)가 이동하는 레일(도시되지 않음)을 따라 움직이도록 한다. 고정부(S) 및 가동부(R)를 포함한 선형장치(100)의 사례인 자동문은 공지된 방법이 모두 적용될 수 있으며, 여기서는 설명의 편의를 위하여 개념적으로 간략하게 표현한 데에 불과하다. 이때, 도어(DR)는 제1 폭(W_D)을 가지며, 자동문 전체는 제2 폭(W_T)을 가진다. 복수개의 고정자(S, …, Sn)의 개수는 제2 폭(W_T) 및 고정부(S)의 크기 등을 고려하여 설정될 수 있다. 도면에서는 선형장치(100)는 도어(DR)의 상부에 배치된 상태를 표현하였으나, 도어(DR)의 하부에 배치될 수 있다.

한편, 도어(DR)는 선형장치(100)에 의해, 개방상태(OP)가 되거나 폐쇄상태(CL)로 전환된다. 이를 위해, 도어(DR)가 완전히 개방상태(OP) 및 폐쇄상태(CL)에 위치하였을 때, 고정자(S, …, S_N)의 제3 폭(W_S) 이상이 가동부(R)와 중첩되어야 한다. 제3 폭(W_S)은 고정자(S, …, S_N) 각각의 폭에 해당된다. 고정자(S, …, S_N)의 제3 폭(W_S) 이상이 가동부(R)에 중첩되지 않으면, 도어(DR)는 완전한 개방상태(OP) 및 폐쇄상태(CL)를 구현하지 못하고 불완전한 개방상태(OP) 및 폐쇄상태(CL)에 그칠 수 있다. 고정자(S, …, S_N)의 제3 폭(W_S) 이상이 중첩된다는 의미는 도어(DR)가 개방상태(OP) 및 폐쇄상태(CL)와의 전환이 이루어지는 과정에서, 임의의 위치에서 고정자(S, …, S_N)의 제3 폭(W_S) 이상은 반드시 가동부(R)와 중첩된다는 것이다.

본 발명의 실시예는 완전한 개방상태(OP) 및 폐쇄상태(CL)를 구현하기 위하여, 제2 폭(W_T)을 고려하여 고정자(S, …, S_N)의 제3 폭(W_S), 고정자(S, …, S_N)의 개수 및 고정자 간격(D)을 조절한다. 복수개의 고정자(S, …, S_N)는 연속적으로 연결되지 않더라도, 가동부(R)의 영구자석과 연속적으로 작용할 수 있도록 일정한 크기의 고정자 간격(D)이 요구된다. 이에 대해서는, 이하에서 상세하게 설명하기로 한다.

이때, 선형장치(100)의 사례로써 자동문을 제시하였으나, 선형장치(100)는 컨베이어 시스템, NC 공작기계, 승강기, 자동문 등에서 직선형 구동장치에 적용된다. 자동문의 도어(DR)는 선형장치(100)에 의해 구동되는 피구동체 중의 하나이다. 도어(DR)의 제1 폭(W_D)은 상기 피구동체의 폭을 말하고, 자동문 전체의 제2 폭(W_T)은 본 발명의 선형장치(100)가 동작되는 구동장치의 폭을 지칭할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 선형장치를 설명하기 위한 하나의 사례(100)를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 다른 사례(100a)를 설명하기 위한 도면이다. 이때, 선형장치의 기본구조는 도 1을 참고하기로 하며, 고정자(S, …, S_N)는 2개의 고정자(S1, S2)를 예로 들기로 한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 선형장치(100, 100a)는 예컨대 2개 고정자(S1, S2)를 공통제어부(I_C)에 의해 공통으로 제어하는 선형장치(100)이거나, 각각의 고정자(S1, S2)를 분리제어부(Ip)에 의해 분리하여 제어하는 선형장치(100a)이다. 공통제어부(I_C) 및 분리제어부(I_P)는 2개 고정자(S1, S2)를 공통 또는 분리하여 제어되는 것으로 제외하고 동일한 방식으로 제어된다. 제어부(I_C, I_P)는 다양한 방식이 가능하지만, 인버터를 활용한 3상(u, v, w) 전원이 바람직하다. 상기 인버터 방식은 공지된 바와 같이, 직류전원으로 브리지 회로를 구성하고 제어소자에 의해 3상 전원을 공급할 수 있다. 상기 인버터 방식으로 3상 전원을 제어하는 방식은 이미 잘 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 여기서는, 제어부(I_C, I_P)를 간략하게 표현하였지만, 본 발명의 범주에서 선형장치(100, 100a)의 효과적인 제어를 위한 다양한 요소를 포함할 수 있다.

선형장치(100, 100a)는 각각의 고정자(S1, S2)는 제3 폭(W_S)을 가지며, 각각의 고정자(S1, S2)는 3상 전원(u, v, w) 방식으로 공통파형을 구현하는 단위구조체(U)가 반복된다. 도면에서 3개의 단위구조체(U)를 가진 고정자(S1)를 가지며, 단위구조체(U)는 제4 폭(W_U)을 이룬다. 고정자(S1, S2)는 고정자 간격(D)을 이루면서 분리된다. 고정자 간격(D)는 앞에서 설명한 바와 같이, 고정자(S1, S2)의 제3 폭(W_S) 이상이 가동부(R)와 중첩되는 조건을 만족시킨다. 즉, 고정자 간격(D)은 제2 폭(W_T)가 고려되어, 고정자(S1, S2)의 제3 폭(W_S) 및 고정자(S1, S2)의 개수에 의해 결정된다. 고정자 간격(D)는 선형장치(100, 100a)가 원활하게 구동되기 위하여, 단위구조체(U)의 제4 폭(W_U)의 양의 정수배를 가진다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 고정자 간격(D)을 조절하는 제1 스페이서(10)를 나타내는 도면이다. 이때, 선형장치는 상술하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4에 의하면, 제1 스페이서(10)는 스페이서 몸체(11) 및 스페이서(11)의 양측으로 돌출된 돌출부(12, 13)를 포함한다. 이때, 스페이서 몸체(11) 및 돌출부 중의 하나(예컨대, 12)의 합은 단위구조체(U) 폭인 제4 폭(W_U)의 양의 정수배를 가진다. 돌출부(12, 13)는 3상 전원을 이루는 각 상(u, w, v) 사이의 간격인 제5 폭(W_P)을 가진다. 제1 스페이서(10)를 조립할 때, 돌출부(12, 13)는 서로 겹쳐진다. 제1 스페이서(10)가 없으면, 제2 폭(W_T)을 고려하여 제3 폭(W_S)의 고정부(S) 및 고정부(S)의 개수에 부합하도록 고정자 간격(D)을 계산한 후, 계산된 고정자 간격(D)만큼 고정부(S) 각각을 별도의 장치를 이용하여 분리시켜야 한다. 그런데, 제1 스페이서(10)를 활용하면, 단위구조체(U)의 양의 정수배에 해당하는 고정자 간격(D)을 쉽게 구현할 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 사례를 들어 설명하기로 한다.

한편, 앞에서는 돌출부(12, 13)가 존재하는 제1 스페이서(10)를 제시하였으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 즉, 제1 스페이서(10)는 단위구조체(U)의 양의 정수배에 해당하는 고정자 간격(D)을 구현하는 형태이면, 형상에 굳이 제한을 받지 않는다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 제1 스페이서(10)를 활용하여 고정자 간격(D)을 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 3개의 제1 스페이서(10)에 의해 제4 폭(W_U)의 3배인 고정자 간격(D=3W_U)이 결정되는 과정을 사례로 들었다.

도 5에 의하면, 단위구조체(U)의 3배인 고정자 간격(D=3W_U)이 결정되는 과정은 3개의 스페이서(10_a, 10_b, 10_c)가 결합되어 이루어진다. 이때, 서로 다른 스페이서, 예컨대 스페이서(10_a, 10_b)의 돌출부(12, 13)는 서로 겹쳐진다. 이와 같은 방식으로, 3개의 스페이서(10_a, 10_b, 10_c)가 결합되면, 단위구조체(U)의 3배인 고정부 간격(D=3W_U)을 구현할 수 있다. 제1 스페이서(10)를 활용하면, 선형장치(100, 100a)마다 제2 폭(W_T)을 고려하여 고정자(S, …, S_N)의 제3 폭(W_S) 및 고정자(S, …, S_N)의 개수에 부합하도록 고정자 간격(D)을 계산하여 별도의 장치에 의해 설정할 필요가 없다. 다시 말해, 제1 스페이서(10)가 없으면 고정자 간격(D)을 미리 설정된 치수대로 별도의 장치로 조절해야 하지만, 본 발명의 실시예는 제1 스페이서(10)를 고정자(S, …, S_N) 사이에 삽입하면 고정자 간격(D)이 조절된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 스페이서의 다른 사례인 제2 스페이서(20)를 나타내는 사시도이다. 이때, 제2 스페이서(20)는 스페이서의 형태가 다른 것을 제외하고, 앞에서 설명한 제1 스페이서(10)와 동일하다. 이에 따라, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 여기서, 2개의 제2 스페이서(20)에 의해 제4 폭(W_U)의 2배인 고정자 간격(D=2W_U)이 결정되는 과정을 사례로 들었다.

도 6에 의하면, 제2 스페이서(20)는 자체적으로 커넥터(23)를 내장한다. 커넥터(23)를 내장하면, 제2 스페이서(20)를 결합하면 전력과 신호선을 연장할 수 있다. 이렇게 되면, 앞에서 설명한 제어부(I_C, I_P)를 제2 스페이서(20)에 구현할 수 있다. 제2 스페이서(20)의 몸체(21)는 제4 폭(W_U)을 가지며, 제2 스페이서(20)를 단독으로 사용하거나 제2 스페이서(20)와 같이 결합하면, 고정자 간격(D)이 결정된다. 결합부(22)는 제2 스페이서(20)를 레일 등에 결합시킨다. 제2 스페이서(20)는 제1 스페이서(10)에서의 돌출부(12, 13)을 대신하여 제2 스페이서(20)의 돌출부(24)가 제2 스페이서(20)에서의 삽입부(25)으로 삽입되어 연속으로 조립되는 형태로 고정자 간격(D)을 구현할 수 있는 사례를 제시한 것이다. 물론, 제1 스페이서(10)에도 커넥터(23)를 내장할 수 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10, 20; 스페이서
12, 13; 돌출부
21; 제2 스페이서 몸체 22; 결합부
23; 커넥터 24; 돌출부
25; 삽입부
D; 고정자 간격 S; 고정부
R; 가동부
W_D, W_T, W_S, W_U, W_P; 제1 내지 제5 폭
I_C, I_P; 공통 및 분리제어부

Claims

3상 전원으로 제어되는 복수개의 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수)를 포함한 고정부(S) 및 영구자석이 배열된 구비한 가동부(R)를 포함하는 선형장치를 포함하고,
상기 고정부(S)를 이루는 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수) 각각은 공통파형을 이루는 단위구조체(U)가 반복되어 이루어지고, 상기 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수) 각각은 고정자 간격(D)을 이루며, 상기 고정자 간격(D)은 상기 단위구조체(U)의 폭인 제4 폭(W_U)의 양의 정수배를 가지는 스페이서에 의해 조절되며,
상기 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수) 각각의 폭은 제3 폭(W_S)을 가지며, 상기 제3 폭(W_S)은 적어도 상기 가동부(R)와 중첩되고,
상기 스페이서는 스페이서 몸체 및 상기 스페이서 몸체의 양측으로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 스페이서 몸체 및 상기 돌출부 중의 하나의 합은 단위구조체(U) 폭인 제4 폭(W_U)의 양의 정수배 폭을 가지고, 상기 돌출부는 상기 3상 전원을 이루는 각 상 사이의 간격인 제5폭(Wp)을 가지는 것을 특징으로 하는 간격조절이 가능한 선형모터를 이용한 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 고정자(S, …, S_N,N은 양의 정수)는 공통으로 제어되거나 또는 분리되어 제어되는 것을 특징으로 하는 간격조절이 가능한 선형모터를 이용한 구동장치.
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제1항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 돌출부가 겹쳐지면서 조립되는 것을 특징으로 하는 간격조절이 가능한 선형모터를 이용한 구동장치.
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