KR20010055264A - 로터리/리니어 유도 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 작동축을 통해 회전운동과 직선운동을 모두 수행할 수 있는 로터리/리니어(rotary/linear) 유도전동기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 로터리/리니어 유도전동기는 작동축(31)과, N극과 S극이 번갈아 배열되는 형태로 상기 작동축(31)에 끼워지는 다수개의 자성체링(32)과, 상기 자성체링(32)의 표면에 소정의 간격을 두고 부착되는 자성체 시트(33)로 구성된 로터 어셈블리(30)와; 내면에 원주방향으로 다수개의 요홈부(41a)가 형성된 소구경 원형편(411)과 대구경 원형편(412)의 조합으로 구성되며, 내면에 등간격 배치되는 다수개의 권선 장착홈(41b)이 구비된 스테이터 코어(40)와, 상기 스테이터 코어(40)를 종방향으로 관통하는 형태로 권선된 회전운동용 자계코일(42)과, 상기 스테이터 코어(41) 내면의 권선 장착홈(41b)에 권선된 직선운동용 자계코일(43)로 구성된 스테이터 어셈블리(40)를 포함하여 이루어진다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 로터리/리니어 유도전동기에 의하면 단일구조의 로터 어셈블리를 통해 회전운동과 직선운동을 모두 수행하는 구조로서, 구성이 간단하여 제작이 용이하며, 회전작동 및 직선작동에 대한 제어가 용이하다는 이점을 가지고 있다.

Description

로터리/리니어 유도 전동기{ROTARY/LINEAR INDUCTION MOTOR}

본 발명은 전동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 작동축을 통해 회전운동과 직선운동을 모두 수행할 수 있는 로터리/리니어(rotary/linear) 유도 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 로터리 유도 전동기는 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 축과 함께 회전하는 영구자석 구조체로 된 스테이터와, 상기 스테이터가 회전할 수 있도록 회전자계를 형성하는 권선코일 구조체로 된 로터로 구성되어 있다.

그리고, 리니어 전동기는 동기 전동기의 1차측 권선 및 2차측 권선을 축방향으로 전개한 것으로 회전운동을 직선운동으로 변환한 전동기이다.

이와 같은 로터리 유도 전동기 및 리니어 전동기는 각각 회전운동과 직선운동만을 하는 것으로서, 회전운동과 직선운동이 모두 필요한 장치나 설비에 있어서는 상기 두 가지 전동기를 개별적으로 조합하여 사용하거나, 두개의 로터리 유도 전동기를 사용할 경우에는 일측 로터리 유도 전동기의 회전운동을 직선운동으로 변환해주는 별도의 운동방향 전환기구를 필요로 하게 된다.

그러나, 하나의 작동축에 의해 직선운동과 회전운동이 동시에 수행되어야 하는 경우에는 상술한 바와 같이 개별적인 두 종류의 전동기를 조합하거나 별도의 운동방향 전환기구를 사용하더라도 제대로 된 작동효과를 얻기 어렵고, 구성이 복잡해지는 등 여러가지 기술적인 어려움이 따른다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 로터리/리니어 유도 전동기(rotary/linear induction motor)가 개발되었는 바, 상기 로터리/리니어 유도 전동기에는 작동축을 회전운동시키기 위한 회전구동부와, 직선운동시키기 위한 직선구동부가 마련되어 있으며, 상기 각 구동부에 의해 상기 작동축이 회전운동과 직선운동을 수행하게 된다.

이러한 로터리/리니어 유도 전동기의 구조를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 1에 나타난 것과 같이 종래 로터리/리니어 유도 전동기(10)는 로터 겸용의 작동축(11)과 상기 작동축(11)을 에워싸는 구조의 스테이터(12)와, 작동축(11) 및 스테이터(12)로 이루어진 구조체 전체를 감싸는 외부 하우징(13)으로 크게 구성되어 있다. 여기서, 작동축(11)은 로터코어(11a)와 상기 로터코어(11a)를 감싸는 다수의 단위 영구자석편(미도시)들의 중첩 구조체로 된 로터 컨덕터(rotor conductor)(11b)로 구성되어 있다. 또한, 스테이터(12)는 스테이터 코어(12a)와 작동축(11)의 회전운동용 자계를 형성해주기 위한 로터리 권선(12b) 및 직선운동용 자계를 형성해주기 위한 리니어 권선(12c)으로 구성되어 있다.

그리고, 또 다른 형태의 종래 로터리/리니어 유도 전동기는 도 1에 나타난 로터리/리니어 유도 전동기와 크게 다르지 않으며, 단지 도 1에 나타난 로터리/리니어 유도 전동기에 있어서는 로터리 권선(12b)과 리니어 권선(12c)이 작동축(11)을 중심으로 작동축(11)의 반경방향으로 중첩되게 설치된 반면, 도 2에 나타난 것과 같은 로터리/리니어 유도 전동기는 로터리 권선(23)과 리니어 권선(25)이 작동축(21)을 일정 영역만큼씩 양분하여 작동축(21)의 길이방향으로 나란히 설치된 구조라는 점에 차이가 있다.

그리고, 이와 같은 권선 배치에 따라 작동축 둘레에의 영구자석의 배치에 있어서도 도 1의 로터리/리니어 유도 전동기와 약간 차이가 있다. 도 2에서 참조번호 21a는 로터코어, 21b는 로터 컨덕터, 22는 로터리 권선용 스테이터 코어, 24는 리니어 권선용 스테이터 코어, 26은 외부 하우징을 각각 나타낸다.

이상과 같은 구성을 갖는 종래 로터리/리니어 유도 전동기에 있어서, 상기 작동축(11)(21)을 회전 운동시키고자 할 경우, 리니어 권선(12c)(25)으로의 전원 인가는 차단하고 로터리 권선(12b)(23)에 교류 전원(예컨대, 3상 교류 전원)을 인가하게 된다. 그러면, 로터리 권선(12b)(23)에 의해 형성되는 회전자계와 작동축 (11)(21)둘레에 마련되어 있는 영구자석에 의한 자계와의 상호 작용력에 의해 작동축(11)(21)이 회전하게 된다. 또한, 작동축(11)(21)을 직선 운동시키고자 할 경우, 로터리 권선(12b)(23)으로의 전원 인가는 차단하고, 리니어 권선(12c)(25)에 직류 전원을 인가하게 된다. 그러면, 리니어 권선(12c)(25)에 의해 형성되는 자계와 작동축(11)(21)의 둘레의 영구자석에 의한 자계와의 상호 작용력에 의해 작동축(11)(21)이 직선 운동하게 된다.

한편, 이상과 같은 종래 로터리/리니어 유도 전동기에 있어서, 작동축(11)(21)에 임의의 부하가 걸린 상태에서 리니어 구동이 이루어질 경우, 작동축(11)(21)의 왕복 직선운동에 따라 전동기측 및 부하측에 모두 진동이 발생된다. 즉, 전동기측과 부하측은 서로 다른 진동주파수로 진동을 하게 되는 것이다. 이와 같이 서로 다른 진동주파수가 하나의 진동계내에 공존할 경우, 어떤 동작이나 기능 수행을 위한 최적의 상태는 공진 조건을 조성해주는 것이다. 그러나, 종래 로터리/ 리니어 유도 전동기에는 이에 대한 수단이 마련되어 있지 않아 대개의 경우 진동이 한층 증폭되게 되며, 그로 인해 전동기 혹은 부하측의 기기가 손상을 입을 수 있다. 또한, 요구되는 동작이나 작업을 원활히 수행할 수 없게 되는 문제가 있다.

뿐만 아니라. 상술한 바와 같은 종래 기술에 따른 로터리/리니어 유도전동기는 회전운동부의 구성요소와 직선운동부의 구성요소가 별도로 제작 조합되어야 하므로 그 제작이 어렵고, 많은 제작비용을 필요로 하는 등 생산성이 낮다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 단일구조의 로터 어셈블리를 통해 회전운동과 직선운동을 모두 수행하는 구조로서, 구성이 간단하여 제작이 용이하며, 회전작동 및 직선작동에 대한 제어가 용이한 로터리/리니어 유도전동기의 제공을 목적으로 한다.

도 1은 종래기술에 따른 로터리/리니어 유도전동기의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 2는 종래기술에 따른 다른 형태의 로터리/리니어 유도전동기의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로터리/리니어 유도전동기의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 4a, 4b는 본 발명의 실시예에 따른 로터리/리니어 유도전동기에 적용되는 스테이터 코어를 구성하는 원형편의 구조를 나타낸 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30: 로터 어셈블리 31: 작동축

32: 자성체링 33: 자성체 시트

40: 스테이터 어셈블리 41: 스테이터 코어

41a: 요홈부 41b: 권선 장착홈

411: 소구경 원형편 412: 대구경 원형편

42: 회전운동용 자계코일 43: 직선운동용 자계코일

상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 로터리/리니어 유도전동기는 작동축과, N극과 S극이 번갈아 배열되는 형태로 상기 작동축에 끼워지는 다수개의 자성체링과, 상기 자성체링의 표면에 소정의 간격을 두고 부착되는 자성체 시트로 구성된로터 어셈블리와; 내면에 원주방향으로 다수개의 홈이 배열된 형태의 소구경 원형편과 대구경 원형편의 조합으로 구성되며, 내면에 등간격 배치되는 다수개의 권선 장착홈이 구비된 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어를 종방향으로 관통하는 형태로 권선된 회전운동용 자계코일과, 상기 스테이터 코어 내면의 권선 장착홈에 권선된 직선운동용 자계코일로 구성된 스테이터 어셈블리를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 3부터 도 4b까지를 참조로 하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시예에 따른 로터리/리니어 유도전동기는 회전운동과 직선운동에 필요한 자계를 동시에 형성하는 스테이터 어셈블리와, 상기 스테이터 어셈블리에 의해 형성되는 자계에 의해 회전운동 및 직선운동을 동시에 수행하는 로터 어셈블리로 이루어진다.

여기서, 도 3에 나타난 것과 같이 상기 로터 어셈블리(30)는 작동축(31)과, N극과 S극이 번갈아 배열되는 형태로 상기 작동축(31)에 끼워지는 다수개의 자성체링(32)과, 상기 자성체링(32)의 표면에 소정의 간격을 두고 부착되는 자성체 시트(33)(도면상 빗금표시)로 구성되는데, 상기 자성체 시트(33)는 알루미늄 등의 전기 전도율이 높은 재질로 제작된다.

스테이터 어셈블리(40)는 스테이터 코어(41)와 상기 스테이터 코어(41)에 권선된 회전운동용 자계코일(42) 및 직선운동용 자계코일(43)로 이루어지는데, 상기 스테이터 코어(41)는 외경이 동일하고 내경이 다른 소구경 원형편(411)(도 4a 참조)과 대구경 원형편(412)(도 4a 참조)의 조합으로 구성된다. 상기 각원형편(411)(412)은 내면에 원주방향으로 다수개의 요홈부(41a)가 형성된 형태로 이루어진다.

그리고, 상기 회전운동용 자계코일(42)은 각 원형편(411)(412)의 조합으로 형성되는 걸림라인을 따라 스테이터 코어(41)를 종방향으로 관통하는 형태로 권선되며, 직선운동용 자계코일(43)은 각 원형편(411)(412)의 조합으로 형성되는 권선 장착홈(41b)을 통해 스테이터 코어(41)의 내주면에 서로 교차되는 하나의 장방형 코일체를 이루는 형태로 권선된다. 도 3에서 직선운동용 자계코일(43)에 표시된 영문자는 자계코일(43)의 권선방향을 나타내는데, 대문자는 상기 자계코일(43)의 인출을 나타내고, 상기 대문자에 해당하는 소문자는 자계코일(43)의 인입을 나타낸다.

즉, 일측의 권선 장착홈(41b)을 통해 나온 직선운동용 자계코일(43)은 소정의 간격을 두고 타측의 권선 장착홈(41b)으로 인입되고, 또 다른 권선 장착홈(41b)을 통해 나온 직선운동용 자계코일(43) 역시 동일한 간격을 두고 또 다른 권선 장착홈(41b)으로 인입됨으로써 각각의 코일조합체가 부분적으로 교차되는 형태로 권선된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 로터리/리니어 유도전동기의 작동에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 작동축(31)을 회전시키고자 할 경우, 직선운동용 자계코일(43)로의 전원인가를 차단하고, 회전운동용 자계코일(42)에만 전원을 인가하게 된다. 그러면, 회전운동용 자계코일(42)에 의해 형성되는 회전자계와 작동축(31)의 둘레에 마련되어 있는 자성체 시트(33)와의 상호작용에 의해 작동축(31)이 회전 운동하게 된다. 또한, 작동축(31)을 직선 운동시키고자 할 경우, 상기 회전운동용 자계코일(42)로의 전원인가는 차단하고, 직선운동용 자계코일(43)에만 전원을 인가하게 되는데, 이와 같이 하면 직선운동용 자계코일(43)의 권선구조상 작동축(31)에 장착된 자성체링(32)과의 사이에 법선 방향의 자력선이 형성됨으로써 작동축(31)이 직선운동하게 된다.

여기서, 작동축(31)의 이동량 및 이동방향은 직선운동용 자계코일(43)로 이루어지는 각 코일조합체에 인가되는 전원을 스위칭작용 등을 통해 제어함으로써 조절 가능하기 때문에 요구되는 부하에 대한 적절한 작동을 수행할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 로터리/리니어 유도전동기는 단일구조의 로터 어셈블리를 통해 회전운동과 직선운동을 모두 수행하는 구조로서, 구성이 간단하여 제작이 용이하며, 회전작동 및 직선작동에 대한 제어가 용이하다는 이점을 가지고 있다.

Claims (1)

1. 작동축과,

   N극과 S극이 번갈아 배열되는 형태로 상기 작동축에 끼워지는 다수개의 자성체링과,

   상기 자성체링의 표면에 소정의 간격을 두고 부착되는 자성체 시트

   로 구성된 로터 어셈블리와;

   내면에 원주방향으로 다수개의 요홈부가 형성된 소구경 원형편과 대구경 원형편의 조합으로 구성되며, 내면에 등간격 배치되는 다수개의 권선 장착홈이 구비된 스테이터 코어와,

   상기 스테이터 코어를 종방향으로 관통하는 형태로 권선된 회전운동용 자계코일과,

   상기 스테이터 코어 내면의 권선 장착홈에 권선된 직선운동용 자계코일로 구성된 스테이터 어셈블리

   를 포함하는 로터리/리니어 유도전동기.