KR20020081891A - 냉각장치를 구비한 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철심형 리니어 모터를 보다 손쉽고 효과적으로 냉각시키기 위한 것으로, 자성판 상에 복수개의 자석이 일정간격을 두고 배설되어진 자석트랙을 구비한 고정자와, 이 고정자 상을 고정자의 자석트랙과 일정한 틈새를 형성하면서 자석트랙을 따라 이동하는 가동자를 구비한 리니어 모터에 있어서, 이 고정자와 자성판의 사이에 내부로 냉각유체가 흐르는 냉각블럭을 배설하되, 이 냉각블럭은 내부의 냉각유체가 상기 고정자와 가동자 사이의 틈새로 분사되어 가동자를 냉각시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 리니어 모터에 관한 것이다.

Description

냉각장치를 구비한 리니어 모터 {Linear motor with cooling device}

본 발명은 리니어 모터의 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철심형 리니어 모터에 있어서 냉각유체를 이용하여 가동자의 주위를 냉각시킬 수 있는 리니어 모터의 냉각장치에 관한 것이다.

근래에 들어 고정밀도 및 고속을 요하는 장비들의 직선운동 시스템으로 사용되고 있는 리니어 모터는 전기적 입력에 대해 직접적으로 직선력을 얻을 수 있어 회전운동을 직선운동으로 변환시키기 위한 별도의 변환기구가 필요하지 않고, 비접촉방식으로 직선구동을 하기 때문에 노광기, 와이어 본더, 표면실장기, 각종 측정기기 등 점점 더 그 응용분야가 확대되고 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 일반적인 철심형 리니어 모터의 사시도 및 정면도이다. 철심형 리니어 모터(100)는 크게 가동자(110)와 고정자(120)로 구성되며, 고정자(120)를 구성하는 자석 트랙(121) 상을 가동자(110)가 일정 간격 이격되어 직선운동하는 것이다. 도 1a에서 볼 수 있는 바와 같이 가동자(120)는 자석 트랙(121)을 따라 그림의 화살표 방향으로 이동한다. 도 1b를 봤을 때, 고정자(120)는 자성판(123) 상에 자석(122)이 부착되어 있는 구조이고, 이 자석(122)이 직선상의 자성판(123) 위에 일정간격을 두고 일렬로 배열되어 자석 트랙(121)을 형성한다(도 1a 참조). 가동자(110)는 다수의 슬롯 형상의 박판이 적층되어 있는 구조를 가지는 요크(111)와 에폭시(112)로 구성되어 있고, 그 내부로 코일을 포함한 절연지 등이 가동자 하부로 그 길이방향을 따라 배설되어 있다(미도시). 에폭시(112)는 가동자(110)에서 요크(111), 절연지, 코일을 제외한 공간을 채우게 되며 가동자(110)의 기계적 강성을 유지하고 전기적 절연을 유지하는 목적으로 사용된다. 이와 같은 구성에서 코일에 전류를 인가하면 가동자는 직선운동을 하게 되는 것이다. 철심형 리니어 모터에서는 가동자와 고정자 사이에 상당한 흡인력이 존재하며, 이를 지지하기 위해 리니어 가이드, 또는 지지 안내대가 사용된다(미도시).

그러나 이러한 리니어 모터는 코일에 전류를 인가하면 저항손실이 발생하고 이로 인한 발열에 의해 코일 절연막이 파괴되거나, 모터 구성재료 접합부분의 균열 및 손상을 가져올 수 있고, 전체 시스템으로의 열전달에 따라 기구물 열변형을 유발하여 장비의 정밀도를 악화시키는 문제를 가지고 있다. 따라서 리니어 모터를 사용한 시스템에 있어서 리니어 모터의 냉각은 시스템 설계에 있어 중요한 요소가 된다.

리니어 모터의 냉각을 위한 방법은 크게 2가지로 구분할 수 있는 데, 모터 및 부가물의 설계에 있어 열전달 면적을 늘리는 방법과 냉각용 유체를 사용하는 방법이 그것이다. 근래에는 이 2가지 방법을 혼용하는 경우가 많이 사용되고 있다. 이와 같이 리니어 모터의 냉각을 위한 방법들 중 첫번째 방법으로, 미국 특허 제5,998,889호에서는 코일의 양면으로 냉각유체가 흐르는 냉각판을 부착하여 냉각하는 구조가 개시되어 있다. 그러나 이러한 방법은 코일과 자석사이의 거리를 증가시켜 모터의 효율을 감소시키며, 결과적으로 노광기 등에는 사용할 수 있으나, 고속의 표면 실장기 등에는 사용하기가 곤란한 문제가 있다. 한편 미국특허 제 4,916,340호에는 절연체를 가동자 내부의 코일 상부나 코일 주위에 부착시켜 열을 고립시키는 방법이 제시되고 있으나. 이 방법 역시 고속의 부하가 많이 걸리는 시스템에서는 모터 자체의 발열량이 문제가 되어 한계가 있게 된다.

다음, 냉각용 유체를 사용하는 방법으로 미국특허 제 5,864,187호에 개시되어 있는 기술은 중앙 챔버와 냉각유로를 구비한 저면부를 가진 밀봉 케이스가 구비된 리니어 모터의 구조에 대한 것이다. 이는 냉각유로가 코일을 직접 냉각시켜주는 구조이다. 또한 미국특허 제 4,839,545호는 요크를 구성하는 강판에 일정한 형상을 부여하여 강판의 적층 후에 냉각유로를 형성할 수 있는 구조에 대해 언급하고 있으며, 미국특허 제 5,850,112호는 공기 출입통로를 가지고 있는 냉각판과 이 냉각판 및 케이스에 의해 모터가 완전히 덮히면서 그 내부가 냉각되는 구조에 대해 언급하고 있다. 그러나 이들 방법들은 모두 가동자의 내부 구조에서 직접적으로 냉각시키는 것으로 이는 구조적 한계가 있다고 할 것이다. 이는 철심형 리니어 모터에서 코일은 대부분 코어 내부에 에폭시로 둘러 싸여 있어 이를 직접 냉각시키는 것이 용이하지 않기 때문이다. 에폭시를 사용하지 않고 완전히 모터 코어를 감싸는 케이스를 사용하여 내부에 냉각유체를 순환시키는 방법도 생각해 볼 수 있으나, 이 경우 구조가 복잡해지고 코일의 고정이 완전치 않게 되어 곤란하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 철심형 리니어 모터에서 가동자와 고정자 사이의 틈새를 통해 냉각유체를 강제 분사시킴으로서 리니어 모터의 냉각효율을 향상시킨 리니어 모터의 냉각장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 가동자 상부에 내부에 냉각유체 순환로를 구비한 열전달판을 부착 병용하여 가동자 상하부의 냉각효과를 일층 높일 수 있어 보다 균일하고 낮은 온도분포를 갖도록 하여 냉각효율을 한층 향상시킨 리니어 모터의 냉각장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1a는 일반적인 철심형 리니어 모터의 사시도.

도 1b는 일반적인 철심형 리니어 모터의 정면도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각장치를 구비한 리니어 모터의 정면도.

도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 냉각장치를 구비한 리니어 모터의 정면도.

도 4a는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 냉각장치를 구비한 리니어 모터의 고정자를 도시한 평면도.

도 4b는 도 4a의 A-A'의 단면도.

도 4c는 도 4a에 나타난 실시예를 좀 더 보완한 냉각장치를 구비한 리니어 모터의 고정자를 도시한 평면도.

도 5는 본 발명의 냉각장치를 가동자에 부착시킨 일실시예에 대한 정면도.

도 6은 본 발명의 냉각장치를 가동자에 부착시킨 다른 일실시예에 대한 정면도.

도 7a는 본 발명의 자석트랙의 자석간 간격을 메우는 방법을 나타낸 단면도.

도 7b는 본 발명의 자석트랙의 자석간 간격을 메우는 다른 방법을 나타낸 단면도.

도 8a는 본 발명의 냉각블럭의 홀형 제 2 냉각유체 통로를 나타낸 사시도.

도 8b는 본 발명의 냉각블럭의 슬롯형 제 2 냉각유체 통로를 나타낸 사시도.

도 9a는 가동자 상부의 냉각을 위한 구조를 나타내는 부분 단면도.

도 9b는 도 9a에 따른 실시예의 냉각효과를 더욱 향상시킬 수 있는 구조를 나타내는 부분 단면도.

도 9c는 도 9a에 따른 실시예에 있어 열전달핀이 부착된 일실시예를 나타내는 부분 단면도.

도 9d는 도 9a에 따른 실시예에 있어 열전달핀이 부착된 다른 일실시예를 나타내는 부분 단면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 리니어 모터 110: 가동자

111: 요크112: 에폭시

120: 고정자121: 자석트랙

122: 자석123: 자성판

130: 틈새 200: 냉각장치

210: 냉각블럭 211: 비자성질 블럭

212: 커버213: 고정블럭

220: 제 1 냉각유체 통로 221: 냉각유체 입구

222: 냉각유체 출구223: 냉각유체 체임버

230: 제 2 냉각유체 통로 240: 냉각유체의 흐름

250: 냉각판260: 열절연판

270: 취부판280: 열전달 핀

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자 등은 리니어 모터에서 온도가 가장 높은 부분인 코일을 직접적으로 냉각시키는 것이 원활치 않다고 보아 코일과 가장 가까운 부분을 냉각유체로 냉각시키는 방법으로 가동자 아래면 즉 영구자석과 마주하는 면을 주로 냉각시켜 냉각 효율을 높일 수 있는 리니어 모터의 냉각장치를 고안하게 되었다.

이를 위하여, 본 발명은 자성판 상에 복수개의 자석이 일정간격을 두고 배설되어진 자석트랙을 구비한 고정자와, 이 고정자 상을 고정자의 자석트랙과 일정한 틈새를 형성하면서 자석트랙을 따라 이동하는 가동자를 구비한 리니어 모터에 있어서, 이 고정자와 자성판의 사이에 내부로 냉각유체가 흐르는 냉각블럭을 배설하되, 이 냉각블럭은 내부의 냉각유체가 상기 고정자와 가동자 사이의 틈새로 분사되어가동자를 냉각시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 리니어 모터를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면 이러한 냉각블럭은 자성판 상에 부착될 수도 있고, 또는 가동자의 하면에 부착될 수도 있다.

본 발명의 또다른 특징에 의하면, 가동자의 상부면에 내부로 냉각유체가 흐르도록 형성된 냉각판을 더 부착하여 가동자의 냉각효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 이러한 냉각판의 하면 끝단으로 가동자의 적어도 일 측면을 따라 연장된 열전달핀을 부착하되, 이 열전달핀은 가동자의 측면과 일정거리 이격 설치되고, 이 이격된 틈으로 냉각유체가 분사되어 가동자의 측면부를 냉각시키도록 할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 냉각장치는 내부로 냉각유체가 흐르는 냉각블럭을 구비하며, 이 냉각블럭 내의 냉각유체를 소정 위치로 분사함으로써 냉각효과를 얻도록 고안된 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어 이렇게 냉각유체를 분사시키기 위한 수단으로 냉각블럭에 제 1 냉각유체 통로 및 제 2 냉각유체 통로를 구비시켰다. 이하 설명되는 본 발명의 실시예들에 있어, 제 1 냉각유체 통로는 냉각유체 체임버(미도시)로부터 공급되는 냉각유체가 냉각블럭이나 냉각판에서 흐를 수 있도록 형성된 통로를 칭하는 것이고, 제 2 냉각유체 통로는 제 1 냉각유체 통로로부터 외부로 분사되어 나갈 수 있도록 형성된 통로를 칭하는 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 리니어 모터의 구조를 개략적으로 나타낸 정면도이다. 그림에서 볼 수 있듯이, 고정자(120)의 자석트랙(121)을 이루는 자석(122)의 양 측면으로 자성판(123) 상에 냉각블럭(210)을 설치한다. 이때, 냉각블럭(210)은 가동자(110)의 직선운동을 방해하지 않도록 고정자(120)의 자석(122)의 높이와 같거나 이보다 낮게 형성시키는 것이 바람직하다. 냉각블럭(210)의 내부로는 제 1 냉각유체 통로(220)와 제 2 냉각유체 통로(230)가 형성된다. 제 1 냉각유체 통로(220)는 냉각블럭(210)을 따라 그 길이방향으로 형성되며, 그 내부로 냉각유체가 흐르도록 한 것이다. 이 제 1 냉각유체 통로(220)로부터 가동자(110)의 하부면을 향하여 냉각유체가 분사될 수 있도록 제 2 냉각유체 통로(230)가 관통 형성된다. 이 때, 제 2 냉각유체 통로(230)는 가동자의 코일이 배설되어 있는 중심부를 향하여 냉각유체를 분사할 수 있도록 중심을 향하여 비스듬히 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 냉각블럭(210)은 일단이 냉각유체 입구가 되고 타단은 막혀있는 구조로 형성할 수 있으며, 또는 타단을 출구로 하여 냉각유체를 순환시킬 수도 있다.

이렇게 형성된 냉각장치(200)를 통해 냉각유체를 분사시키면, 냉각유체는 제 2 냉각유체 통로(230)를 통해 가동자(110)의 하부면으로 분사되고, 그림에서 화살표(240)와 같이 냉각유체가 흘러 가동자(110)의 하부면을 냉각시키게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 리니어 모터의 구조를 개략적으로 도시한 정면도이다. 이 실시예도 냉각블럭(210)을 자성판(123) 상에 설치한 것으로, 먼저 고정자(120)의 자석(122)을 둘로 분할하여 중앙에 틈새가 형성되도록 하고, 자석트랙(121)은 이렇게 둘로 나뉜 자석들(122a, 122b)이 일정간격을 두고 배치됨으로 이루어 지도록 한다. 따라서 자석트랙(121) 또한 둘로 나뉘어 중앙에 트랙을 따라 통로가 형성되도록 하는 것이다. 이렇게 형성된 자석트랙(121)의 틈새에 본 발명의 제 1 냉각유체 통로(220) 및 제 2 냉각유체 통로(230)를 구비한 냉각블럭(210)을 삽입한다. 이 때, 냉각블럭(210)의 높이는 자석(122)보다 높지 않도록 하며, 제 2 냉각유체 통로(230)는 냉각유체가 좌우로 퍼져나갈 수 있도록 양쪽으로 비스듬한 방향으로 형성되도록 한다. 따라서 냉각유체는 가동자(110)의 하부면을 화살표 방향으로 이동하면서 냉각시키게 된다.

도 4a는 본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 리니어모터의 구조를 설명하기 위한 고정자의 평면도이다. 그림에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서는 상술한 냉각장치(200)를 자석트랙(121)과 같은 방향, 즉 가동자(110)의 직선운동방향으로 자석트랙(121)의 양 측면이나, 중앙부에 설치한 것과는 달리, 자석트랙(121)의 자석(122)들 사이에 설치하였다. 이렇게 자석(122)들 사이에 설치된 냉각블럭(210)은 서로 연속적으로 연결되도록 할 수 있고, 일측 끝단에서 냉각유체를 주입하고(화살표 방향), 타단은 막아 놓으면 전체적으로 냉각유체를 공급할 수 있게 된다.

도 4b는 도 4a의 A-A'부의 단면을 나타낸 그림이다. 그림에서와 같이 본 발명의 일실시예에서는 연속적으로 연결된 냉각블럭(210)을 손쉽게 제공하기 위하여, 일체형으로 제작된 튜브형 냉각블럭(210)을 사용하였으며, 자석(122)들 사이에 배설된 튜브형 냉각블럭(210)과 자석(122)의 사이로 냉각유체가 스며들어 손실되는 것을 막기 위하여, 그 틈새에 고정블럭(213)을 형성하였다. 고정블럭(213)은 에폭시로 주입시키는 것이 바람직하다. 그러나 이와 같은 튜브형 냉각블럭(210) 대신 위에서 사용한 블럭 형상의 냉각블럭을 사용하여 자성판상의 자석들 사이로 부착시켜도 무방하다. 또한 그림에서와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 제 2 냉각유체 통로(230)를 직상부로 형성하였으나, 이를 도 3에서 나타낸 실시예와 같이 경사지도록 형성시키는 것도 무방하다.

그러나, 이와 같은 실시예의 경우에는 냉각블럭(210)의 길이가 매우 길어질 경우에는 냉각유체가 제 1 냉각유체 통로(220)를 지나는 동안 압력강하를 일으키게 되고, 따라서 불균일한 냉각유체의 분사가 일어날 수 있다. 이는 전체적으로 불균일한 냉각효과를 유발할 것이다. 도 4c는 이와 같은 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 연속적으로 연결되어 있는 냉각블럭(210)을 여러 개의 냉각블럭으로 분할하고, 각각의 냉각블럭은 각각 냉각유체 입구(221a, 221b, 221c)와 냉각유체 출구(222a, 222b, 222c)를 갖도록 형성하되, 각 냉각유체 입구(221a, 221b, 221c)는 병렬로 연결되도록 하였다. 물론 각 냉각유체 출구(222a, 222b, 222c)는 밀폐시켜 냉각유체의 손실을 막도록 하는 것이 바람직하다. 병렬로 연결한 냉각유체 입구는 충분한 유량을 가지고 있는 냉각유체 체임버(223)와 연결하여 냉각유체가 각 냉각블럭으로 고르게 공급될 수 있도록 한다. 이렇게 복수개의 단위 냉각블럭을 병렬로 연결함으로써, 냉각블럭의 길이가 길어짐에 따라 발생하는 냉각유체의 압력강하를 방지할 수 있다. 이렇게 냉각블럭을 분할한 후 그 입구를 병렬로 연결하는 방법은 상술한 도 2 및 도 3의 실시예에도 적용할 수 있음은 물론, 냉각장치(200)가 고정자(120)에 형성된 모든 응용예에도 적용할 수 있으며, 다음에서 설명하는 바와같이 냉각장치(200)가 가동자(110)에 형성된 실시예의 경우(도 5 및 도 6 참조)에도 가동자(110)의 길이가 충분히 길어 냉각유체의 압력손실이 예상될 경우에는 적용시킬 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 냉각장치를 구비한 리니어 모터의 실시예들은 냉각장치(200)의 냉각블럭(210)을 고정자(120)에 설치하여 냉각유체를 가동자의 하부면으로 분사시키도록 한 것이다. 그러나, 이렇게 냉각장치(200)를 고정자(120)에 설치하였을 경우에는 일반적으로 가동자(110)의 길이가 고정자(120)의 길이에 비해 짧기 때문에 가동자(110)와 고정자(120)가 겹치는 부분에서의 냉각유체의 손실이 지나치게 많아질 수 있게 된다. 또한 경우에 따라서는 냉각유체에 의한 소음문제를 일으킬 수도 있다.

이를 위하여, 본 발명자 등은 본 발명의 냉각장치(200)를 고정자(120)가 아닌 가동자(110)에 부착시켰다. 도 5는 본 발명의 냉각장치를 리니어 모터의 가동자에 부착시킨 일실시예를 도시한 정면도로서, 도 2에 나타낸 실시예에서 냉각장치(200)를 고정자(120)가 아닌 가동자(110)에 부착시킨 것이다. 곧, 가동자(110) 하부면의 양단에 냉각블럭(210)을 설치하고, 내면에 설치된 제 1 냉각유체 통로(220)로부터 가동자의 하부면 중심부를 향하여 냉각유체를 분사시킬 수 있도록, 제 2 냉각유체 통로(230)를 형성한다. 따라서 냉각유체를 제 1 냉각유체 통로(220)를 통해 분사하면 냉각유체는 제 2 냉각유체 통로(230)를 통과하여 화살표 방향(240)으로 유동 분사되어 가동자(110)가 냉각되게 된다.

도 6은 냉각장치를 가동자에 부착시킨 다른 일실시예에 대한 정면도를 나타낸 것이다. 가동자(110)의 하부 중앙면에 냉각블럭(210)을 설치하고, 이로부터 냉각유체가 분사될 수 있도록 제 1 냉각유체 통로(220)로부터 제 2 냉각유체 통로(230)를 형성한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 제 2 냉각유체 통로(230)는 양쪽으로 냉각유체가 분사될 수 있도록 양방향으로 경사지게 형성하는 것이 바람직하다. 또한 이렇게 형성된 냉각블럭이 지날 수 있도록 고정자(120)의 자석트랙(121)은 이를 둘로 분할하여 두래의 트랙으로 분리시키며, 그 틈새 사이로 본 발명의 냉각블럭이 지날 수 있도록 형성한다. 이렇게 형성된 냉각장치(200)를 통해 냉각유체는 화살표 방향(240)으로 분사되어 가동자(110)의 하부면을 냉각시키게 된다.

상술한 바와 같은 고정자(120) 상에 자석트랙(121)을 따라 가동자(110)의 직선운동방향으로 냉각장치(200)를 부착시킨 실시예(도 2 및 도 3 참조)의 경우나, 가동자(110)의 하부면에 냉각장치(200)를 부착시킨 실시예(도 5 및 도 6 참조)의 경우에 있어서, 이러한 구조의 냉각장치에서는 제 2 냉각유체 통로(230)를 통해 분사되는 냉각유체가 고정자(120) 자석트랙(121)의 자석(122)들 사이의 간격으로도 배출된다. 이로 인하여 냉각장치(200)의 냉각효율은 저하될 수 있다. 따라서, 냉각장치(200)의 냉각효율을 보다 향상시키도록 하기 위하여, 자석트랙(121)의 자석(122)들 사이의 간격을 막아 불필요한 공간으로 냉각유체가 흘러들어가는 것을 방지할 필요가 있게 된다. 도 7a 및 도 7b는 이와 같은 자석트랙(121)의 자석(122)간 간격을 막기 위한 방법을 도시한 것으로서, 도 7a는 자석(122)과 자석(122)의 간격을 비자성질 블럭(211)을 이용하여 메우는 방법을 나타낸 것이다. 비자성질 재료를 이용하는 것은 자석(122)들의 극성에 영향을 주어서는 않되기 때문에다. 이와 같은 블럭(211)은 에폭시 등으로 몰딩하여 형성할 수도 있고, 비자성질 재료로 만들어진 블럭을 본딩 또는 볼트 체결 등의 방법으로 형성시킬 수 있다. 도 7b는 이 간격을 자석트랙(121)의 전면에 걸쳐 박판의 커버(212)를 씌워 냉각유체의 손실을 막는 방법에 대해 도시한 그림이다. 이외에도 자석(122)간 간격을 메워 냉각유체의 손실을 방지하는 방법에는 여러가지가 있을 수 있으며, 이와 유사한 기타의 방법들도 본 발명의 기술적 사상과 동일한 것으로 볼 수 있다.

냉각블럭(210)에 형성되는 제 2 냉각유체 통로(230)의 형상은 여러가지가 가능하다. 도 8a 및 도 8b는 이러한 제 2 냉각유체 통로(230)의 여러가지 형상에 대해 도시한 것이다. 도 8a의 제 2 냉각유체 통로(230)는 제 1 냉각유체 통로(220)로부터 가동자(110)의 하부면을 향하여 적어도 하나 이상의 홀이 관통 형성되어 있는 것이다. 이러한 홀은 냉각블럭(210)의 제 1 냉각유체 통로(220)를 따라서 배열되도록 한다. 도 8b의 제 2 냉각유체 통로(230)는 홀 형식이 아닌 슬롯 형식으로 형성된 것으로 공급되는 냉각유체의 양이 많은 경우에는 이러한 형식의 제 2 냉각유체 통로(230)를 사용하는 것도 바람직하다.

이렇게 본 발명에 따른 냉각장치는 가동자의 하부면을 냉각시키는 것인 데, 이러한 냉각장치의 냉각효과를 높이기 위하여 본 발명에 따른 실시예들에 있어서는 가동자(110)의 하부면에 열전도성 재질의 박판을 부착시킨 다음 본 발명에 따른 냉각장치(200)를 부착하는 것이 바람직하다. 일반적으로 가동자(110) 하부면은 요크(111)와 에폭시(112)가 교차하는 구조로 되어 있다. 그런데, 에폭시(112)는 열전달계수가 요크(111)를 이루는 재료의 열전달계수보다 크기 때문에 에폭시(112) 부분의 열저항이 훨씬 커서 원활한 연전달을 방해하게 된다. 따라서 이러한 경우에 가동자(110) 하부면에 열전달계수가 높은 박판을 덧대면 냉각효율이 크게 향상될 수 있는 것이다.

이상에서는 가동자(110) 하부면으로 냉각유체를 분사시켜 가동자(110)를 냉각시키는 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였다. 이렇게 본 발명에 따른 냉각장치를 통해 가동자의 하부면을 냉각시킴과 아울러, 본 발명의 냉각장치와 유사한 기술적 원리를 갖는 냉각설비를 가동자의 상부면에 부착시켜, 가동자의 상부면도 동시에 냉각시킨다면 리니어 모터의 냉각효율은 더욱 뛰어날 것이다.

도 9a는 이와 같이 가동자(110) 상부의 냉각을 위한 구조를 나타내는 부분 단면도이다. 그림에서와 같이 가동자(110)의 상부면에는 요크(111)부와 에폭시(112)부에 걸쳐 냉각판(250)이 부착된다. 냉각판(250)의 내부로는 냉각블럭(210)에서와 같은 제 1 냉각유체 통로(220)가 형성되도록 한다. 냉각판(250)은 제 1 냉각유체 통로(220)를 지나는 냉각유체와 가동자(110)의 상부면이 충분히 열전달을 할 수 있도록 열전도성 재질로 형성함이 바람직하다. 또한 냉각판(250)에 형성된 제 1 냉각유체 통로(220)는 이와 같이 별도의 냉각판(250)에 형성시킬 수도 있고, 모터의 성능에 지장을 주지 않는 범위 내에서 요크(111)에 지접 형성할 수도 있다. 또한 가동자(110)의 상부면에 부착되는 냉각판(250)의 하부면에 냉각판(250)에 형성된 제 1 냉각유체 통로(220)와 연통되도록 홈을 형성하여 냉각유체가 직접 가동자 상부면을 흐르도록 형성할 수도 있다.

도 9b는 가동자 상부의 냉각을 위한 구조를 나타내는 다른 실시예에 대한 부분 단면도로서, 리니어 모터의 상부에 부착되어질 시스템 기구물로의 열전달에 의한 기구변형을 방지하기 위한 개량된 실시예에 대한 것이다. 곧, 그림에서와 같이 가동자(110)의 상부면에 시스템과의 연결을 위한 취부판(270)이 부착되어진 경우 이 취부판(270)과 가동자(110) 상부에 형성된 냉각판(250)과의 사이에 열절연판(260)을 부착하여 리니어 모터의 열이 취부판(270)으로 전달되지 못하도록 한다. 이는 취부판(270)을 직접 열절연성 재질로 제작하여 사용함으로 대체할 수도 있다.

도 9c는 가동자 상부의 냉각을 위한 구조에 있어 열전달핀을 사용하여 가동자의 상부 측면에 대해 냉각시킬 수 있는 일실시예의 구조를 나타낸 부분 단면도이다. 가동자(110)의 상부면에 부착된 냉각판(250)의 하부 측면으로 가동자(110)의 적어도 일 측면과 틈새를 이루도록 열전달핀(280)을 형성한다. 냉각판(250)에 형성되어 있는 제 1 냉각유체 통로(220)로부터 열전달핀(280)과 가동자(110)가 이루는 틈새로 냉각유체가 분사될 수 있도록 제 2 냉각유체 통로(230)가 형성된다. 따라서 가동자의 상부면을 냉각시키는 냉각유체는 가동자의 양측면으로도 분사되어 결국에는 가동자의 아래, 위 및 양 측면을 모두 냉각시켜 냉각효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

도 9d는 가동자 상부의 냉각을 위한 구조에 있어 열전달핀을 사용하여 가동자의 상부 측면에 대해 냉각시킬 수 있는 다른 일실시예의 구조를 나타낸 부분 단면도이다. 이는 가동자(110)의 상부 측면에 형성시킨 열전달핀(280)에 별도의 제 1냉각유체 통로를 형성시키고, 이렇게 열전달핀(280)에 형성된 제 1 냉각유체 통로(220)로부터 열전달핀(280)과 가동자(110)의 측면이 이루는 틈새로 냉각유체가 분사될 수 있도록 제 2 냉각유체 통로(230)가 형성된다. 이를 통해 냉각유체는 화살표 방향(240)으로 흐르게 되고, 가동자(110)의 양 측면을 냉각시키게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 냉각장치에서는 냉각유체를 분사시켜 냉각효과를 얻는 방법을 사용하고 있으나, 반도체 장비와 같이 고도의 청정환경에서 사용되는 경우 냉각유체를 분사하게 되면 가동자의 동작영역으로 냉각유체에 함유된 미세한 먼지들이 확산되어 오염문제를 일으킬 수 있다. 이러한 경우에는 냉각효율이 다소 떨어지더라도 제 1 냉각유체 통로에 음압을 발생시켜 제 2 냉각유체 통로로부터 공기를 흡입하여 가동자를 냉각시킬 수도 있다. 이러한 경우에는 공기의 유동방향은 위에서 설명한 냉각유체의 분사방향(240)과 반대의 방향이 될 것이다.

상기와 같은 본 발명의 냉각장치를 구비한 리니어 모터에 있어서 리니어 모터의 온도를 균일하게 유지하도록 하기 위해서는 위의 실시예들에 제어 시스템을 추가할 수 있다. 즉, 코일이나 요크 또는 온도를 일정하게 유지시키고자 하는 부분에 온도센서를 설치하고, 냉각유체의 유량 및 온도를 제어하는 시스템을 구성하여 궤환제어를 하는 방법으로 리니어 모터의 온도를 일정범위내에서 부하에 관계없이 유지할 수 있게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명한 것이나, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는 다양한 변형 및 다른 실시예가 가능하다는 점이 이해될 것이다. 따라서 본원 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해질 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 리니어 모터의 가동자와 고정자의 사이를 냉각시킴으로서 보다 손쉽고, 효과적으로 리니어 모터를 냉각시킬 수 있으며, 이와 같은 장치를 가동자의 상부에 병용함으로써 가동자 전체에 걸쳐 냉각효과를 높일 수 있으며, 아울러 가동자의 열이 모터에 연결되는 시스템으로 전달되는 것을 방지하여, 시스템이 변형되는 것을 사전에 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 자성판 상에 복수개의 자석이 일정간격을 두고 부착되어 순차적으로 극성이 바뀌도록 이루어진 자석트랙을 구비한 고정자와, 상기 고정자 상을 상기 자석트랙과 일정한 틈새를 형성하면서 상기 자석트랙을 따라 이동하는 가동자를 구비한 리니어 모터에 있어서,

   상기 고정자와 자성판의 사이에 내부로 냉각유체가 흐르는 냉각블럭을 배설하되, 상기 냉각블럭은 내부의 냉각유체가 상기 고정자와 가동자 사이의 틈새로 분사되어 상기 가동자를 냉각시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 리니어 모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각블럭은 상기 자성판 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 리니어 모터.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각블럭은 상기 가동자의 하면에 부착되는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 리니어 모터.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가동자의 상부면에 내부로 냉각유체가 흐르도록 형성된 냉각판이 부착된 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 리니어 모터.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 냉각판의 하면 끝단에 가동자의 적어도 일 측면을 따라 연장된 열전달핀을 부착하되, 상기 열전달핀은 상기 가동자의 측면과 일정거리 이격 설치되고, 상기 이격된 틈으로 냉각유체가 분사되어 가동자의 측면부를 냉각시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 냉각장치를 구비한 리니어 모터.