KR20030000392A - 고추력용 철심형 리니어모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철심형의 리니어모터에 관한 것으로, 고정자에는 마그네트가 길이방향으로 N극과 S극으로 인접하게 연속적으로 배열된 편측식이고, 가동자는 철심의 철심코어(이하 코어)에 전기가 공급되는 전기코일(이하 코일)이 권선되어있는 철심형 리니어모터의 구조에서, 그 길이방향으로의 확장에 있어 유연성을 가진 코어의 구조를 제공하고 고추력을 실현하기 위한 코일의 형상과 배열방법을 특징으로 하는 고효율성을 가진 고추력용 리니어모터에 관한것으로서,

자세하게는 철심형 리니어모터에서 추력의 크기에 따라 코어 길이의 가변되는 다양한 형태의 모델이 필요한데, 3상의 코일을 적층해서 사용하는 철심형 리니어모터 구조에서 고정코어와 가변코어의 2종을 조합하여 사용함에 따라 다양한 모델에 대응할수 있으며, 긴 코어가 필요한 경우에도 적용할 수 있는 조합형 구조를 가지면서 효율을 높인 고추력용 철심형 리니어모터를 제공한다.

Description

고추력용 철심형 리니어모터{Iron core type linear motor for high thrust force}

본 발명은 철심형의 리니어모터에 관한 것으로, 고정자에는 마그네트가 길이방향으로 N극과 S극으로 인접하게 연속적으로 배열된 편측식이고, 가동자는 철심의 철심코어(이하 코어)에 전기가 공급되는 전기코일(이하 코일)이 권선되어있는 철심형 리니어모터의 구조에서, 그 길이방향으로의 확장에 있어 유연성을 가진 코어의 구조를 제공하고 고추력을 실현하기 위한 코일의 형상과 배열방법을 특징으로 하는 고효율성을 가진 고추력용 리니어모터에 관한 것이다.

본 발명과 유사한 코일의 배열을 가진 구조는 미국 특허 제4,868,431호에서 제시하고 있는 것으로서, 코어에 권선된 3상의 코일들이 지그-재그로 배열하는 형태를 취하고 있다.

3상의 코일이 동일한 형태를 가지고 코어의 사각 슬롯 사이에 들어가기 위해서는 슬롯 사이에 삽입되는 코일의 단면은 원형을 가져야하는데 이는

고추력을 얻기에는 부족한 형상이 된다.

왜냐하면, 추력은 가속시키는 힘의 반력이고 힘은 질량이 일정한 같은 물체에서 단위 길이에 비례하므로 원형은 단위 공간내에 최대의 점유율을 가지기 위해서는 불리하기 때문이다.

또 양단에는 반드시 6군데에서 슬롯 높이의 절반이 되는 공간이 활용되지 못하므로 이 또는 불리한 구조라고 할 수 있다.

그리고 폭방향은 적층의 두께에 따라 조정이 가능하지만 길이 방향은 금형에서 타발시 특정의 길이로 제작됨으로 길이방향에 따라 모델이 다양하게 구비되어야 할 경우 여러종의 코어가 필요함으로 금형 제작비용이 많이 들고, 특히 긴 경우에는 금형 제작뿐만 아니라 프레스 금형작업이 어렵다는 문제점이 있다.

철심형 리니어모터에서 추력의 크기에 따라 코어 길이의 가변되는 다양한 형태의 모델이 필요한데, 3상의 코일을 적층해서 사용하는 철심형 리니어모터 구조에서 고정코어와 가변코어의 2종을 조합하여 사용함에 따라 다양한 모델에 대응할수 있으며, 긴 코어가 필요한 경우에도 적용할 수 있는 조합형 구조를 가지면서 효율을 높인 고추력용 철심형 리니어모터를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 철심형 리니어모터의 가동자의 조립도

도 2는 본 발명 코일체를 이루는 편평코일과 성형코일의 사시도

도 3은 본 발명 3상 1조로 된 코일의 조립 상태도

도 4는 본 발명 철심코어의 분해 사시도

도 5는 본 발명 고정코어와 가변코어의 조립 상태도

도 6은 본 발명 고정코어와 가변코어의 연결 사용시의 코일 삽입 상태도

도 7은 본 발명 고정코어의 조립 상태를 나타낸 도면

도 8은 본 발명 철심형 리니어모터의 단면 상태도

도 9는 본 발명 코어가 상부 플레이트에 취부되는 상태를 나타내는 도면

도 10은 본 발명의 조립된 철심형 리니어모터의 사시도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1a: 편평코일 1b: 성형코일 2: 낱장의 코어

3a: 고정코어 3b : 가변코어 4: 절연 테이프

5: T형 너트 6: 볼트 7: 상부 플레이트

8: 에폭시 9: 가동자 10: 마그네트

11: 마그네트 고정플레이트 12 : 고정자

이하, 본 발명의 구성을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 철심형 리니어모터의 가동자의 조립도이고

도 2는 본 발명 코일체를 이루는 편평코일과 성형코일의 사시도이고

도 3은 본 발명 3상 1조로 된 코일의 조립 상태도이고

도 4는 본 발명 철심코어의 분해 사시도이고

도 5는 본 발명 고정코어와 가변코어의 조립 상태도이고

도 6은 본 발명 고정코어와 가변코어의 연결 사용시의 코일 삽입 상태도이고

도 7은 본 발명 고정코어의 조립 상태를 나타낸 도면이고

도 8은 본 발명 철심형 리니어모터의 단면 상태도이고

도 9는 본 발명 코어가 상부 플레이트에 취부되는 상태를 나타내는 도면이고

도 10은 본 발명의 조립된 철심형 리니어모터의 사시도면이다.

(발명의 구성)

마그네트와 마그네트 고정플레이트로 구성되는 고정자와;

코어와 코일 그리고 상부 플레이트로 구성되는 가동자;로 된 철심형 리니어모터에 있어서,

추력 향상을 위하여 편평코일과 성형코일 2종의 코일을 적층한 형태로 A, B, C의 3상이 1조가 되게 단위 코일로 구성하며, 3n(n:정수)개 단위로 코일의 수를 늘리도록 하며,

상기에 있어서 코어의 슬롯 사이의 차지하는 단면의 점유율을 높여 단위 체적당 추력의 크기를 크게 하도록 코일의 단면이 사각 형상을 가진 정렬 권선으로 하고,

또한 코어 사이에 조립되는 코일의 보호와 절연을 위해 코일에 절연 테이프를 붙여서 조립하도록 한다.

성형코일 또는 편평코일의 외관 폭 Wc는 마그네트 폭 Wm에 대해서 3/2 배가 되고, 마그네트의 극피치 t에 대해서 6/5가 되도록 한다.

코어는 고정코어와 가변코어로 구성하되,

고정코어는 3상의 구조에서 단위 코일이 적용될 수 있는 특정의 치수로 제작하고 단수의 고정코어만으로도 사용할 수 있으며,

상기의 고정코어 치수에서 연속적으로 배치되는 코일간에 중첩영역인 d만큼 짧게 가변코어를 제작하여 필요에 따라 고정코어에 더하여 길이 방향으로 확장할 수 있도록 하며, 상부 플레이트와 코어를 T형 너트로 고정할 수 있도록 T 홈의 취부 형상을 가진 코어로 구성된다.

그리고 조합된 코어들 간의 틈새를 없애고 추력방향으로 지지하기 위해 양단에 단차를 가진 상부 플레이트를 사용하며,

형상 안정성도 매우 좋고 기계적 안정성이 우수한 에폭시로 조립된 가동자를 외부로부터 보호하고 절연을 시키기 위해 몰딩하며,

1차측 가동자인 가동코일(Moving Coil)형과 더불어, 1차측 고정자인 마그네트를 이동하는 가동자석(Moving Magnet)형으로 활용 가능하도록 한다.

(발명의 실시형태)

일반적으로 고추력을 실현하기 위하여 코어(철심)에 코일을 권선하거나 권선된 코일을 삽입하는 구조가 된다. 여기에 사용되는 코어는 특정한 외형치수로 금형에서 타발하여 낱장을 여러장 적층하여 코어를 만들며, 추력의 크기에 따라 폭방향의 적층두께를 조정하거나 길이 방향으로 길이를 조정하여 용이하게 사용하도록 코어는 기본이 되는 고정코어와 고정코어에 길이방향으로 더하여서 추력향상을 위한 가변코어 2종의 코어로 구성되는데,

도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에서와 같이 코어 사이에 삽입되는 코일은 정형화된 치수로 권선한 상태의 편평코일(1a)과 편평코일(1a)을 지그를 사용하여 성형한 성형코일(1b)로 구분된다. 코일은 3상 전원방식임으로 A,B,C 상으로 3개가 1조가 되어 단위코일을 이루며, 단위 체적당 추력을 높이기 위해서 편평코일과 성형코일을 적층하여 코어 슬롯사이에 빈틈이 없이 순차적으로 A, B, C상으로 배열하게 된다.

따라서 3n(n:정수) 단위로 코일을 늘일 수 있도록 하여 길이방향으로 용이하게 확장할 수 있도록 한다.

또 다른 실시 예로서 전원이 공급되는 가동자를 고정하고, 마그네트와 마그네트고정플레이트로 구성된 고정자가 이동되도록 구성하는 것인데,

전원이 공급되는 가동자를 1차측 가동자라고 하는데, 1차측 가동자가 이동하도록 구성하는 것이 일반적이나, 필요에 따라 상기와 같이 구성할 수도 있는 것이다.

도 3에서는 3개가 1조인 코일들의 배열 형태를 나타내었다.

도 4은 코어의 제작 설명도인데, 보통 0.2 ~ 1mm의 얇은 낱장의 코어를 수 십장에서 수 백장을 적층한후 상부와 좌우측에 용접하여 일체화시킨다. 코어는 빗살모양을 하고 있는 무수한 치형을 가지고 있는데 그 요철부의 홈 사이인 슬롯에 도3과 같은 코일군들이 차례로 삽입되는데,

도 5에서 나타낸 것과 같이 큰 추력이 필요한 경우 길이방향으로 길어져야 하는데 이와 같은 경우에 있어서 고정코어(3a)에 복수의 가변코어(3b)를 조합하여 길이 방향으로 연장해 사용하게 될 때의 조합 예를 나타내고 있다.

도 6은 이렇게 조합된 코어에 도 3에서와 같은 코일군들을 차례로 삽입하여 조립한 상태도이다. 조립시 코일의 긁힘을 방지하고 코어와 절연시키기 위하여 별도의 절연테이프(4)를 붙인다.

도 7에서는 가변코어를 조합하지 않은 최소 단위길이인 고정코어만으로 구성하여 사용하는 경우를 나타낸다.

도 8은 본 발명 철심형 리니어모터의 단면 상태도로서,

좌우측에 Blank 1, 2에서와 같이 슬롯사이에 코일이 삽입되지 않는 공간이 2곳 생기는데, 코어에 조립되는 코일군인 코일(coil)1과 코일 2가 있고 d와 같이 중첩의 영역이 생기는데 이 때문에 고정코어 좌측에 가변코어가 조합되게 되면 현 위치의 Blank 2는 메워지지만 가변코어 끝단에 Blank 2와 같은 공간이 생긴다. 중첩구간인 d의 영역 때문에 가변코어는 고정코어에 비해 d 만큼 향상 짧은 치수를 가지도록 제작한다.

따라서 본 발명에서는 도 3과 같이 3개가 1조가 되는 3상의 철심형 모터에서 코일수가 늘어나도 슬롯 사이에 코일이 삽입되지 않는 수가 2개로 최소화되기 위해 기본적으로 고정코어(3a) 1개와 필요시 다수의 가변코어(3b)들로 구성된다. 단 도 7에서는 고정코어에 코일이 2조(6개, 3개/조)가 적용된 경우를 나타내었지만 실제 제작형태는 1, 2, 3, ... , n(정수)조가 적용되도록 제작되며, 가변코어도 독립적으로 1, 2, 3, ... , n(정수)조의 고정코어 길이에서 d만큼의 짧게 제작하면 된다.

도 9는 조합된 코어를 고정하고 일체화시키기 위해 T형 너트(5)를 사용하여 체결용 볼트(6)로 상부 플레이트(7)에 고정하는 상태를 나타낸다. 이때 상부 테이블은 조합되는 코어의 간격을 줄이고 추력방향으로 미끄럼이 발생하지 않도록 양단에 단차를 주어 제작한다.

상기와 같이 구성된 부품들을 외부로부터 전기적인 절연과 보호를 위해 에폭시로 몰딩하면 가동자(9)가 완성되는데 그 상대 구성품인 고정자(12)와 일체화한 리니어모터의 사용예를 나타낸 외형도가 도10 이다. 여기서 고정자(12)는 영구자석인 마그네트(10)와 이들을 배열시키고 고정하는 마그네트 고정플레이트(11)로 구성된다.

본 발명은 상기 기술한 바와 같이 특정치수의 코어 2종을 조합하여 3상의 코일을 배열하여 길이방향으로 자유롭게 늘려 가동자를 구성할수 있어 다양한 모델에 대응이 가능하고 길이가 긴 경우 코어 제작의 어려움을 해결할 수 있다.

Claims (9)

1. 코어, 코일, 상부 플레이트로 구성되며 전원이 공급되도록 한 가동자와;

   마그네트와 마그네트 고정플레이트로 구성되는 고정자로 된 철심형 리니어모터에 있어서,

   추력 향상을 위하여 편평코일과 성형코일, 2종의 코일을 적층한 형태로 A, B, C의 3상이 1조가 되게 단위코일로 구성하며, 3n(n:정수)개 단위로 코일의 수를 늘릴수 있도록 한 것을 특징으로 하는 철심형 리니어모터.
2. 제1항에 있어서,

   전원이 공급되는 가동자를 고정하여 고정자로 하고, 고정자인 마그네트를 이동할수 있도록 구성할수 있는 것을 특징으로 하는 철심형 리니어모터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   슬롯 사이의 차지하는 단면의 점유율을 높여 단위 체적당 추력의 크기를 크게 하도록 코일의 단면이 사각 형상을 가진 정렬 권선으로 한 것을 특징으로 하는 철심형 리니어모터.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   코어 사이에 조립되는 코일의 보호와 절연을 위해 코일에 절연 테이프를 붙여서 조립되는 것을 특징으로 하는 철심형 리니어모터.
5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   성형코일 또는 편평코일의 외관 폭 Wc는 마그네트 폭 Wm에 대해서 3/2 배가 되고, 마그네트의 극피치 t에 대해서 6/5가 된 것을 특징으로 하는 철심형 리니어모터.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   코어는 고정코어와 가변코어로 구성하되,

   고정코어는 3상의 구조에서 단위 코일이 적용될 수 있는 특정의 치수로 제작하고 단수의 고정코어만으로도 사용할 수 있으며,

   상기의 고정코어 치수에서 연속적으로 배치되는 코일간에 중첩영역인 d만큼 짧게 가변코어를 제작하여 필요에 따라 고정코어에 더하여 길이 방향으로 확장할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 철심형 리니어모터.
7. 제6항에 있어서,

   상부 플레이트와 코어를 T형 너트로 고정할 수 있도록 T 홈의 취부 형상을 가진 코어로 구성된 것을 특징으로 하는 가동코일형의 철심형 리니어모터.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   조합된 코어들간의 틈새를 없애고 추력방향으로 지지하기 위해 양단에 단차를 가진 상부 플레이트를 사용하는 것을 특징으로 하는 철심형 리니어모터.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   조립된 가동자를 외부로부터 보호하고 절연을 위해 기계적성질이 우수한 에폭시로 몰딩한 철심형 리니어모터.