KR20010081633A

KR20010081633A - 리니어 모터의 고정자 구조

Info

Publication number: KR20010081633A
Application number: KR1020000007544A
Authority: KR
Inventors: 송계영; 박정식
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2001-08-29

Abstract

본 발명은 리니어 모터의 고정자 구조에 관한 것으로, 본 발명은 아우터 코어와 그 아우터 코어내부에 소정의 간격을 두고 결합되는 이너 코어 그리고 상기 아우터 코어와 이너 코어 중 하나의 코어에 결합되는 권선 코일로 구성되는 고정자와 상기 아우터 코어와 이너 코어사이에 직선 움직임 가능하도록 결합되는 가동자를 포함하여 구성된 리니어 모터에서, 상기 이너 코어가 다수개의 적층체로 이루어지는 다중 원통형 적층체로 이루어지도록 구성하여 아우터 코어의 내부에 위치하는 이너 코어의 면적을 상대적으로 증가시킴과 동시에 플럭스가 흐르는 면적을 증가시킴으로써 모터에 과부하가 작용함에 따라 증가하게 되는 플럭스의 흐름이 원활하게 하여 코어 새츄레이션(Core Saturation)의 발생을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

Description

리니어 모터의 고정자 구조{STATOR OF LINEAR MOTOR}

본 발명은 리니어 모터에 관한 것으로, 특히 플럭스가 흐르는 이너 코어의 면적을 증가시킬 수 있도록 한 리니어 모터의 고정자 구조에 관한 것이다.

일반적으로 리니어 모터(Linear Motor)는 입체적인 구조를 갖는 보통 모터의 자속을 평면 형태로 만든 것으로, 평면 형태의 가동부가 평면의 고정부 위에 형성되는 자속(flux)의 변화에 따라서 평면 위를 직선적으로 움직이도록 한 것이다.

상기 리니어 모터의 일예로, 도 1a, 1b에 도시한 바와 같이, 원통형으로 형성된 아우터 코어(Outer Core)(10) 및 상기 아우터 코어(10)의 내부에 삽입되도록 원통형으로 형성된 이너 코어(Inner Core)(20)로 구성되는 고정자(S)와, 상기 아우터 코어(10) 또는 이너 코어(20)내부에 결합되는 권선 코일(30)과, 영구자석(41)을 포함하도록 구성되어 상기 아우터 코어(10)와 이너 코어(20)사이에 움직임 가능하도록 삽입되는 가동자(40)를 포함하여 구성되어 있다. 제시된 도면에서는 권선 코일이 아우터 코어에 결합된 구조이다.

상기한 바와 같은 리니어 모터는 권선 코일(30)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(30)에 흐르는 전류에 의해 권선 코일(30) 주변에 플럭스(Flux)가 형성되며 그 플럭스는 아우터 코어(10) 및 이너 코어(20)를 따라 폐 루프(Closed Loop)를 형성하게 되고, 상기 아우터 코어(10) 및 이너 코어(20)에 형성된 플럭스와 영구자석(41)에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해서 영구자석(41)이 축 방향으로 힘을 받아, 도 2에 도시한 바와 같이, 가동자(40)가 아우터 코어(10)와 이너 코어(20)사이에서 축 방향으로 직선 운동하게 되며, 상기 권선 코일(30)에 인가되는 전류의 방향을 번갈아 가며 바꾸어주게 되면 상기 가동자(40)가 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 아우터 코어(10)는 그 일례로 소정 형상의 박판으로 형성된 복수개의 라미네이션 시트(11)가 원통형을 이루도록 방사상으로 적층된 적층체로 이루어진다. 상기 아우터 코어(10)에 권선 코일(30)이 결합될 경우 전기적인 절연 뿐만 아니라 제작의 간편성을 위하여 보빈(Bobbin)(50)이 사용되며 상기 보빈(50)은 소정의 직경을 갖도록 환형 형상으로 형성된 코일권선부(51)의 내부에 코일이 권선되는 환형 홈이 형성되고 상기 코일권선부(51)의 측부에 외부의 전원 단자와 연결되는 단자부(52)가 형성되어 이루어진다. 상기 권선 코일(30)은 보빈(50)의 환형 홈에 코일이 다층으로 권선되어 이루어지며 그 권선된 코일은 상기 단자부(52)에 연결된다. 그리고 상기 아우터 코어(10)를 구성하는 박판 형태의 다수개 라미네이션 시트(11)는 보빈의 코일권선부(51)에 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층되어 이루어진다.

상기 이너 코어(20)는 소정 형상의 박판으로 형성된 다수개의 라미네이션 시트(21)가 원통형을 이루도록 방사상으로 적층된 적층체로 이루어지며 그 적층체로 형성된 이너 코어(20)는 상기 아우터 코어(10)의 내부에 소정의 간격을 두고 삽입된다.

상기 가동자(40)는 원통 형태로 형성된 영구자석 홀더(42)에 다수개의 영구자석(41)이 등간격을 이루도록 결합되어 이루어지며 그 가동자(40)는 상기 아우터 코어(10)와 이너 코어(20)사이에 직선 움직임 가능하도록 삽입된다.

한편, 상기한 바와 같은 리니어 모터는 구동시 플럭스가 아우터 코어(10)와 이너 코어(20)를 통해 폐 루프를 형성하면서 흐르게 되는데, 모터에 걸리는 부하가 많게 되면 플럭스의 양도 증가하게 된다. 이때, 플럭스가 흐르는 이너 코어(20)의 면적이 아우터 코어(10)의 면적보다 작아 모터에 과부하가 걸리게 될 경우 코어 새츄레이션(Core Saturation)이 발생하게 된다. 이와 같은 코어 새츄레이션을 방지하기 위해서는 이너 코어(20)의 자로, 즉 플럭스가 흐르는 면적을 증가시켜야 되며 그 이너 코어(20)의 면적을 증가시키는 방법으로 이너 코어(20)의 내경을 감소시키거나 이너 코어(20)의 외경을 증가시키는 방법이 있으나, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 이너 코어(20)의 외경을 증가시키게 될 경우 영구자석(41) 및 아우터 코어(10)의 체적이 증가하게 되어 제작비용이 크게 증가하게 되고 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 이너 코어(20)의 내경을 감소시킬 경우 면적을 증가시키는데 한계가 있을 뿐만 아니라 이너 코어(20)를 구성하는 라미네이션 시트(21)의 갯수가 줄어들게 되는 단점이 있다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 전체 체적은 동일하게 유지하는 상태에서 플럭스가 흐르는 면적을 상대적으로 극대화할 수 있도록 한 리니어 모터의 고정자 구조를 제공함에 있다.

도 1a,1b는 일반적인 리니어 모터의 일예를 도시한 정단면도 및 측면도,

도 2는 상기 리니어 모터의 작동상태를 도시한 단면도,

도 3,4는 종래 리니어 모터의 고정자 구조를 도시한 정면도,

도 5a,5b는 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조가 구비된 리니어 모터의 정단면도 및 측면도,

도 6,7은 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조의 실시례를 각각 도시한 사시도,

도 8은 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조의 면적 증가상태를 도시한 자유도,

도 9는 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조의 면적 증가율을 도시한 그래프.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 ; 아우터 코어 30 ; 권선코일

40 ; 가동자 60 ; 이너 코어

61 ; 제1 적층체 62 ; 제2 적층체

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 아우터 코어와 그 아우터 코어내부에 소정의 간격을 두고 결합되는 이너 코어 그리고 상기 아우터 코어와 이너코어 중 하나의 코어에 결합되는 권선 코일로 구성되는 고정자와 상기 아우터 코어와 이너 코어사이에 직선 움직임 가능하도록 결합되는 가동자를 포함하여 구성된 리니어 모터에 있어서, 상기 이너 코어가 복수개의 원통형 적층체로 이루어지는 다중 원통형 적층체로 구성됨을 특징으로 하는 리니어 모터의 고정자 구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 5a, 5b는 본 발명의 리니어 모터 가동자 구조의 일례가 구비된 리니어 모터의 일례를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 원통형으로 형성된 아우터 코어(Outer Core)(10) 및 상기 아우터 코어(10)의 내부에 삽입되도록 원통형으로 형성된 이너 코어(Inner Core)(60)로 구성되는 고정자(S)와, 상기 아우터 코어(10) 또는 이너 코어(60)내부에 결합되는 권선 코일(30)과, 영구자석(41)을 포함하도록 구성되어 상기 아우터 코어(10)와 이너 코어(60)사이에 움직임 가능하도록 삽입되는 가동자(40)를 포함하여 구성되어 있다. 본 발명에서는 아우터 코어(10)에 권선 코일(30)이 결합된 구조를 적용하여 설명한다.

상기 아우터 코어(10)는 소정 형상의 박판으로 형성된 복수개의 라미네이션 시트(11)가 원통형을 이루도록 방사상으로 적층된 적층체로 이루어진다. 상기 아우터 코어(10)는 코일이 권선되는 보빈(50)에 원통 형태를 이루도록 적층되어 구성된다. 상기 보빈(50)은 환형 형상으로 형성되는 코일권선부(51)와 그 코일권선부(51)에 측부에 형성되는 단자부(52)를 구비하여 이루어지며 상기 권선 코일(30)은보빈(50)의 코일권선부(51)에 코일이 다층으로 권선되어 이루어지며 그 권선된 코일은 상기 단자부(52)에 연결된다. 그리고 상기 아우터 코어(10)를 구성하는 박판 형태의 다수개 라미네이션 시트(11)는 보빈의 코일권선부(51)에 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층되어 이루어진다. 상기 보빈(50)은 권선 코일(30)의 전기적인 절연 뿐만 아니라 제작의 간편성을 위해 사용된다.

그리고 상기 이너 코어(60)는 복수개의 원통형 적층체로 이루어지는 다중 원통형 적층체로 구성된다. 상기 이너 코어(60)의 일례로, 도 6에 도시한 바와 같이, 이중 원통형 적층체로 구성될 경우 소정 형상을 갖는 박판인 라미네이션 시트가 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층된 제1 적층체(61)와 박판인 다수개의 라미네이션 시트가 제1 적층체(61)의 외경과 상응하는 내경을 갖는 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층된 제2 적층체(62)로 구성되어 제2 적층체(62)에 제1 적층체(61)가 삽입되어 결합됨에 의해 구성된다. 이때, 상기 제1 적층체(61)를 구성하는 라미네이션 시트의 폭과 제2 적층체(62)를 구성하는 라미네이션 시트의 폭을 합한 길이가 종래 이너 코어(20)를 구성하는 라미네이션 시트(21)의 폭과 같게 된다.

그리고 상기 이너 코어(60)의 다른 변형례로, 도 7에 도시한 바와 같이, 삼중 원통형 적층체로 구성된다. 상기 삼중 원통형 적층체는 3개의 원통형 적층체가 각각 그 내경과 외경을 달리하도록 라미네이션 시트로 적층체를 구성하여 그 세개의 적층체가 결합되어 구성된다. 이때, 삼중 원통형 적층체의 폭은 종래 이너 코어(20)의 폭과 같게 된다.

또한, 상기 이너 코어(60)의 다른 변형례로 네개 이상의 원통형 적층체가 결합하여구성된다.

상기 다중 원통형 적층체로 구성되는 이너 코어(60)는 아우터 코어(10)의 내부에 소정의 간격을 두고 삽입되어 결합된다.

그리고 상기 가동자(40)는 원통 형태로 형성된 영구자석 홀더(42)에 다수개의 영구자석(41)이 등간격을 이루도록 결합되어 이루어지며 그 가동자(40)는 상기 아우터 코어(10)와 이너 코어(60)사이에 직선 움직임 가능하도록 삽입된다.

이하, 본 발명의 리니어 모터의 고정자 구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전원이 인가되어 권선 코일(30)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(30)에 흐르는 전류에 의해 권선 코일(30) 주변에 플럭스(Flux)가 형성되며 그 플럭스는 아우터 코어(10) 및 이너 코어(60)를 따라 폐 루프(Closed Loop)를 형성하게 되고, 상기 아우터 코어(10) 및 이너 코어(60)에 형성된 플럭스와 영구자석(41)에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해서 영구자석(41)이 축 방향으로 힘을 받아 가동자(40)가 아우터 코어(10)와 이너 코어(60)사이에서 축 방향으로 직선 운동하게 된다.

상기 과정에서 모터에 걸리는 부하가 많게 되면 플럭스의 양도 증가하게 되며 이때 플럭스가 흐르는 이너 코어(60)가 다중 원통형 적층체로 이루어져 플럭스가 흐르는 면적이 증가하게 되어 코어 새츄레이션(Core Saturation)의 발생을 최소화하게 된다.

상기 이너 코어(60)의 면적이 증가하게 되는 것을 이중 원통형 적층체를 예를 들어 설명하면, 도 8에 도시한 바와 같이, 이너 코어(60)의 면적은 라미네이션 시트의개수에 (Do-Di)/2를 곱한 값에 의해 결정되며 따라서 이너 코어(60)의 면적은 Di에 비례하게 된다. 상기 Do는 이중 적층체의 외경이고, Di는 이중 적층체의 내경이며, Dm은 이중 적층체의 경계선 즉 제2 적층체의 내경임과 동시에 제1 적층체의 외경이다.

따라서, Di를 감소시키면 적층될 수 있는 라미네이션 시트의 개수가 감소하게 되므로 이너 코어(60) 면적을 큰 폭으로 증가시킬 수 없다. 그러므로 이너 코어(60)를 두 부분으로 나누어 라미네이션 시트의 개수를 증가시키면서 (Do-Di)값도 증가시키게 되어 이너 코어(60)의 면적을 증가시키게 된다. 도 9는 이너 코어의 증가율을 도시한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 리니어 모터 고정자 구조는 아우터 코어의 내부에 위치하는 이너 코어의 면적을 상대적으로 증가시키게 됨과 아울러 플럭스가 흐르는 면적이 증가시키게 되어 모터에 과부하가 작용함에 따라 증가하게 되는 플럭스의 흐름이 원활하게 됨으로써 코어 새츄레이션의 발생을 억제하게 되어 모터의 효율 및 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

아우터 코어와 그 아우터 코어내부에 소정의 간격을 두고 결합되는 이너 코어 그리고 상기 아우터 코어와 이너 코어 중 하나의 코어에 결합되는 권선 코일로 구성되는 고정자와 상기 아우터 코어와 이너 코어사이에 직선 움직임 가능하도록 결합되는 가동자를 포함하여 구성된 리니어 모터에 있어서, 상기 이너 코어가 다수개의 적층체로 이루어지는 다중 원통형 적층체로 구성됨을 특징으로 하는 리니어 모터의 고정자 구조.
제1항에 있어서, 상기 다중 원통형 적층체는 박판인 다수개의 라미네이션 시트가 원통형태를 이루도록 방사상으로 적층된 제1 적층체와 박판인 다수개의 라미네이션 시트가 제1 적층체의 외경과 상응하는 내경을 갖는 원통형태를 이루도록 방사상으로 적층된 제2 적층체로 구성되어 제2 적층체에 제1 적층체가 삽입되어 결합됨을 특징으로 하는 리니어 모터의 고정자 구조.