KR20010109919A - 고효율을 갖는 브러시레스 직류모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 체적대비 추력성능을 향상시킨 리니어 직류모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가동코일형 리니어 직류모터는, 1개의 요크내에서 인접하는 자석의 극성을 서로 다르게 하고, 공극을 사이에 두고 마주보는 자석의 극성도 서로 다르게 배치한 고정자와, 편평코일과 성형코일의 조합으로 단위길이당 코일의 유효 턴(turn)수를 크게 하여 체적대비 추력을 향상시킨 이동자로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

가동코일형 리니어 직류모터 {A MOVING-COIL TYPE LINEAR DIRECT CURRENT MOTOR}

본 발명은 영구자석의 N, S극을 인접방향과 대향방향으로 서로 상반되게 배열한 요크 2개를 일정간격으로 서로 마주보게 하고, 그 사이를 다상의 코일로 구성된 이동자가 직선운동하는 가동코일형 리니어 직류모터에 관한 것이다.

미국 특허 제4,758,750호와 대한민국 특허 제87-615호에 개시된 "가동코일형 리니어 직류모터"에 있어서, 본 발명과 유사한 종래의 이동자의 구성은, 절곡이 된 코일 2종과 편평한 코일 1종을 고정틀 구조에 나란히 겹쳐 배치하고, 양단에 별도의 냉각핀을 설치한 구조로 되어 있다. 여기에서, 구성코일의 유지강도는 고정틀에 의존하고 있어서 큰 추력을 얻기 위해 코일수를 많이 하면 이동자의 길이는 길어지고, 상대적으로 고정틀의 강도가 약하게 되면 별도의 고정틀을 이동자에 적용해야 하기 때문에 제작비용이 더 소요될 뿐 아니라, 이동자의 관성이 커지게 되는 부담이 있었다. 그리고, 절곡으로 성형된 코일이 2종이므로 양단의 두께 치수는 두껍고, 제작후 코일표면이 노출되어 있어 외부 전도성 이물질이 자석에 닿게 되면 누전이 생길 수 있다는 문제점을 가지고 있다.

미국 특허 제Re.34674호에는, 유지 바(retaining bar)에 영구자석을 특정간격을 두고 정렬하고 양쪽에는 자성재를 자석의 길이만큼 설치한 후, 그 사이 두 공간에 코일을 배치하여 직선운동을 할 수 있게 한 구조로 되어 있다. 이러한 구조는 자석을 양쪽으로 설치하는 경우에 비해 자석수를 줄일 수 있다는 점에서 저가의 제작비가 들지만, 자석 대신 자성재 플레이트를 적용함으로써 동일한 체적과 중량대비 추력성능이 낮게 나타난다는 문제점을 가지고 있다. 또, 코일의 배열방식은 상기 미국 특허 제4,758,750호와 동일하고, 성형코일의 종류가 3종으로 코일양단이 3층으로 적층되기 때문에 코일양단에서는 코일 1개의 두께보다 3배이상 두꺼운 외형을 가지게 된다는 문제점도 가지고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 체적대비 추력성능을 향상시킨 리니어 직류모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 리니어 직류모터(LM)의 정면도이고,

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 코일적층 배치도,

도 4는 도 3의 B지점에서의 관측도,

도 5는 본 발명에 따른 리니어 직류모터의 동작을 나타낸 설명도,

도 6은 본 발명에 따른 리니어 직류모터의 응용례를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 -- 고정자, 2a -- 상부요크,

2b -- 하부요크, 3 -- 영구자석,

4 -- 사이드 캡, 5 -- 공극,

6 -- 에폭시, 10 -- 이동자,

11 -- 상부 코일고정블록, 11a -- 냉각구멍,

12 -- 하부 코일고정블록, 13 -- PCB,

14a, 14b, 14c, 15a, 15b, 15c -- 전기코일,

20 -- 베이스 프레임, 21 -- 이송테이블,

22 -- LM가이드, 22a -- LM가이드 블록,

23a -- 리니어스케일 헤드, 23b -- 리니어스케일 리본.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가동코일형 리니어 직류모터는, 도 1에 나타낸 바와 같이 1개의 요크내에서 인접하는 자석의 극성을 서로 다르게 하고, 공극을 사이에 두고 마주보는 자석의 극성도 서로 다르게 배치한 고정자와, 편평코일과 성형코일의 조합으로 단위길이당 코일의 유효 턴(turn)수를 크게 하여 체적대비 추력을 향상시킨 이동자로 구성된 것을 특징으로 한다.

(발명의 실시형태)

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 고정자(1)에서는 1개의 요크(2a 또는 2b)내에 복수의 영구자석 (3; 이하, "자석"이라 칭함)을 서로 다른 극성으로 순차적으로 부착하고, 에폭시(6)를 충전하여 고정시킨다. 또, 서로 마주보는 자석도 극성을 서로 다르게 하여 배치한 후, 상하부요크를 볼트로 고정시킨다. 이와 같은 구조에 있어서는, 요크가 자력간의 흡인력으로 서로 붙게 되기 때문에, 요크는 자력전도성이 좋으면서 강도를 유지할 수 있는 재질로 제작하고, 자석은 기존의 재질보다 자속밀도가 높은 재질을 사용하여 추력성능을 높여야만 한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 이동자(10)는 전기코일(14a, 14b, 14c, 15a, 15b, 15c; 이하, "코일"이라 칭함)의 조합으로 구성되는데, 도 2에 나타낸 바와 같이 상하 코일고정블록(11, 12)으로 고정시키고, 코일배치에 맞추어 배선을 용이하게 하면서 공간을 최소화하기 위해 PCB(13)를 넣어 코일의 양선을 배선한다. 이렇게 조립이 완료된 이동자는 전용 몰딩금형에 넣어 에폭시 충전후, 굳혀서 최종 완성시킨다.

코일은 그 형상에 따라 편평코일(14b, 15a, 15c)과 성형코일(14a, 14c, 15b)로 구분되고, 이들의 순차적인 배열로 단위길이당 추력에 기여하는 유효 코일 턴(turn)수를 크게 할 수 있으며, 도 4에 나타낸 바와 같이 자속이 생기는 공극(5; 도 1참조) 사이에 있는 코일의 두께도 코일 1개의 두께인 t가 되기 때문에, 요크간 자석의 거리를 최대한 가깝게 할 수 있어 큰 자속밀도를 얻을 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 코일고정은 구성된 코일의 한쪽단을 도 2에 나타낸 바와 같이 등간격으로 가공된 상부 코일고정블록(11)의 사각의 돌출홈을 성형코일의 내부폭 사이로 끼우고, 하부 코일고정블록(12)으로 볼트고정시켜 코일간 간격을 정확히 유지함과 동시에 확실한 체결이 되게 한다. 또, 작동으로 생기는 코일의 열을 효과적으로 방출하기 위해, 코일과 코일고정블록의 접촉면에는 볼트 체결전에 전도성이 뛰어난 접착제로 붙인다. 여기에서, 코일고정블록은 열전도성이 좋은 알루미늄 등과 같은 방열재를 사용하여, 방열면적을 높이고 필요시 공기 및 물과 같은 유체에 의한 강제냉각을 위해 냉각구멍(11a)을 설치한다.

이동자가 고정자 사이를 이동할 때 닿거나 외부의 이물질에 의한 누전 등의 문제로부터 코일을 보호하고, 일체화된 이동자를 만들기 위해 전용 몰딩금형에 넣고 열전도성과 접착강도가 뛰어난 에폭시를 충전한 후 몰딩한다.

도 5는 본 발명에 따른 리니어 직류모터의 동작을 나타낸 설명도이다. 코일(14a, 14b, 14c)은 각각 A상, B상, C상에 연결되어 있어 제어기에서 A, B, C상에 순차적으로 전원을 공급하면 코일 1개의 선폭 Wc/4만큼 한 피치씩 이동하게 된다. 보다 큰 추력을 얻기 위해, 전기코일(15a, 15b, 15c)을 A, B, C상인 전기코일(14a, 14b, 14c)에 연결하게 되면 유효 턴수가 2배가 되어 추력도 2배로 커지게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 이동자는 코일의 배열수를 증가시키면 이에 비례하는 크기의 추력을 간단히 얻을 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 리니어 직류모터의 응용례를 나타낸 도면이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 고정자를 베이스 프레임(20)에 고정시키고, 이동자(10)를 이송테이블(21)에 고정시켜 LM가이드(22, 22a)를 통해 직선이송이 자유롭게 될 수 있는 구조로 구성하며, 방열과 관성을 줄이기 위해 알루미늄 재질을 적용한다. 이동위치를 검출하기 위해 적용하는 리니어 스케일은, 리본을 베이스 프레임에, 또 헤드를 이동자에 부착하여 간결한 구조를 실현한다.

상기 기술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 자속이 흐르는 공극 사이의 간격을 최소화하여 자속밀도를 높이고 코일의 배치밀도를 높여 체적대비 추력을 향상시킬 수 있다.

또한, 코일의 배치를 직렬로 연결하여 그 수에 비례하는 크기의 추력을 얻을 수 있다.

또한, PCB를 적용하여 코일 배선작업을 용이하게 할 수 있고, 이동자의 크기를 최소화할 수 있다.

더욱이, 에폭시 몰딩을 함으로써 적층코일간의 구속력을 높임과 동시에, 외부의 물리적인 힘에 대한 보호기능이 강화된다.

Claims (10)

1개의 요크내에서 인접하는 자석의 극성을 서로 다르게 하고, 공극을 사이에 두고 마주보는 자석의 극성도 서로 다르게 배치한 고정자와, 편평코일과 성형코일의 조합으로 단위길이당 코일의 유효턴수를 크게 하여 체적대비 추력을 향상시킨 이동자를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.

제1항에 있어서, 상기 이동자는 단위길이당 코일의 유효 턴수를 크게 하기 위해 적층배치구조의 코일형상과 배열구조를 갖춘 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.

제1항에 있어서, 상기 이동자는 코일형상의 외부폭(Wc)이 자석폭(Wm)의 4/3가 되고, 코일내부폭이 외부폭의 1/2이 되는 편평코일과 성형코일의 2종의 조합으로 구성된 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.

제1항에 있어서, 상기 코일은 3상이 한 조가 되고, 추력향상을 위해 코일을 3n(n: 정수)개로 늘이면 코일수에 비례하는 추력을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.

제1항에 있어서, 상기 이동자는 적층된 양단부에 각 상의 상기 코일들의 배열을 일정간격으로 배치하고 고정하기 위한 코일고정블록을 갖춘 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.

제1항에 있어서, 상기 이동자는 상기 코일의 발열을 쉽게 방출하기 위해, 상기 코일과 코일고정블록간을 전도성 높은 에폭시로 부착하고, 상기 코일고정블록을 방열부재로 하며, 방열면적을 높이고 강제냉각을 위해 냉각구멍을 갖춘 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.

제1항에 있어서, 상기 이동자는 용이한 배선과 이에 필요한 공간을 최소화하기 위해, 상기 코일의 배열에 맞추어 바로 배선할 수 있는 PCB를 적용한 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.

제1항에 있어서, 적층된 상기 코일의 구속력을 부여하고, 외부 긁힘에 대해 상기 코일피복이 벗겨지는 것을 방지하기 위해, 에폭시 몰딩구조를 갖춘 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.

이동위치를 검출하기 위해 적용하는 리니어 스케일의 리본을 베이스부 내부에 설치하고, 헤드를 이동자에 고정한 형태를 갖춘 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.

안내가이드를 LM가이드로 하면서 고정자를 2열의 LM가이드 사이에 배치하고, 이동자는 LM가이드 블록에 연결된 테이블에 고정한 형태를 갖춘 것을 특징으로 하는 가동코일형 리니어 직류모터.