KR20030066321A

KR20030066321A - 영구자석형 동기 리니어모터

Info

Publication number: KR20030066321A
Application number: KR1020027013888A
Authority: KR
Inventors: 오토모토미치; 다나베마사히코; 미야모토야스히로; 이노쿠치히로후미
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2003-08-09
Also published as: US6831379B2; JP4103066B2; KR100720753B1; EP1283586A1; WO2001080408A1; US20030098620A1; EP1283586A4; CN1265535C; TW506182B; CN1430805A; EP1283586B1

Abstract

교대로 다른 극성이 되도록 계자극을 구성하는 복수의 영구자석(2)을 직선 형태로 나란히 배치한 계자 요크(1)와, 영구자석(2)의 자석열과 자기적 공극을 통해 대향하는 전기자(3)를 구비하며, 전기자(3)는 주톱니(4b)와 슬롯(4a)을 갖는 전기자 코어(4)와, 전기자 코어(4)의 슬롯(4a)에 감은 전기자 권선(5)과, 전기자 코어(4)의 양단에 배치한 보조톱니(6)로 구성되어 있으며, 보조톱니의 중심간의 거리(τ_P)와 계자극 피치(τ_m)의 관계가 τ_P= (2n-1)×τ_m/2(n은 양의 정수) 인 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서, 보조톱니(6)의 영구자석열과 직교하는 방향의 길이를 Hd, 주톱니(4b)의 영구자석열과 직교하는 방향의 길이를 Ht로 했을 때 보조톱니의 길이를 0 < Hd < Ht의 범위로 설정했다.

이로써 코깅 추진력이 작고 고성능의 영구자석형 동기 리니어모터를 제공할 수 있다.

Description

영구자석형 동기 리니어모터{Permanent magnet synchronous linear motor}

본 발명은 코깅추진력이 작고 고성능의 영구자석형 동기 리니어모터에 관한 것이다.

종래 공작기계의 전달기구나 반도체 제조장치의 위치결정장치에 이용됨과 동시에 계자극을 구성하는 영구자석과, 영구자석의 자극면에 공극을 통해 대향하며 전기자 코어의 슬롯 내에 전기자 권선을 감아 이루어진 전기자를 구비한 영구자석형 동기 리니어모터가 알려져 있다.

이와 같은 구성의 리니어모터의 전기자 권선에 통전되지 않은 상태에서 영구자석과의 전자작용에 의해 전기자를 영구자석의 자석열의 길이방향으로 이동시킬 때 전기자 코아 양단부의 에지효과에 의해 코깅추진력이 발생한다. 이 코깅추진력을 줄이기 위해서는 전기자 코어의 양단에 보조톱니를 구비한 것이 이하의 종래기술로서 제안되어 있다.

도 5는 제1의 종래기술을 도시한 영구자석형 동기 리니어모터의 측단면도로서, 8폴, 9슬롯의 갭 대향형의 예를 이용한 것이다(예컨대 일본 실용공개공보 평7-053427호).

도 5에 있어서 1은 평판형 계자요크, 2는 계자요크(1)에 극성이 서로 다르게 여러개 장착한 영구자석, 10은 영구자석(2)의 자극면에 공극을 통해 대향하는 전기자, 11은 전기자 코어로서, 전자망판을 빗살모양으로 구멍을 뚫고 슬롯(11a)을 형성하는 주톱니(11b)와, 주톱니(11b)를 연결하는 계철부(繼鐵部)(11c)를 갖는 전기자 철판을 적층고정한 것이다. 12는 슬롯(11a)에 감아 수납한 전기자 권선이다. 13은 전기자 코어(11)의 양단에 구비한 보조톱니로서 주톱니(11b)의 길이(Ht)와 보조톱니(13)의 길이(Hd)는 동일하다. 이 리니어모터는 계자요크(1)에 설치한 영구자석(2)을 고정자로 하고 전기자(10)를 가동자로 하여 전기자(10)를 계자요크(1)의 길이방향에 대해 주행하는 것이다.

이 구성의 리니어모터는 전기자 양단에 설치된 보조톱니의 중심간의 거리를 τ_PO로 하고, 계자극 피치를 τ_m으로 한 경우, 보조톱니의 중심간의 거리(τ_PO)는 계자극 피치의 반피치의 홀수배, 즉 τ_PO= (2n-1)×τ_m/2 라는 관계로 되어 있다. 즉 도 5는 n=9의 예를 도시하고 있다.

그 밖에 제2의 종래기술로서 일본 특허공개공보 소60-30195호에 개시된 리니어모터를 들 수 있다.

이 리니어모터는 전기자 양단에 설치된 보조톱니의 중심간의 거리(τ_PO)를 계자극 피치(τ_m)의 홀수배로 한 것이며 τ_PO= (2n-1)×τ_m이라는 관계가 되고 있다.

그런데 종래 기술에서는 전기자 코어의 단부의 에지효과를 제거하는 대책으로서 상기와 같은 보조톱니의 중심간 거리를 규정하고 있는데 리니어모터의 용도에 따라 고성능화를 꾀하려고 하면 반대로 설계의 자유도가 줄어들기 때문에 코깅추진력을 줄일 수 없어 리니어모터의 고성능화에 지장을 초래한다는 문제가 있었다.

또 종래기술이 규정하고 있는 보조톱니의 중심간 거리는 1자극 피치에 대해 1주기분의 변화하는 일차성분을 고려하여 구해진 것이다. 따라서 일차성분에 대해서는 큰 저감효과가 있으나, 코깅파형에 2차성분이나 고차성분이 포함되는 경우에는 고차성분에 대한 저감효과가 적어 코깅을 줄일 수 없는 경우가 있었다.

또 전기자의 톱니간의 슬롯 형상 등의 영향에 의해 코깅 저감효과가 최대가 되는 보조톱니간 피치가 상기 종래기술에서 규정한 피치에서 벗어나는 경우가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 도시한 자석형 동기 리니어모터로서, 제1 내지 제3실시예에서의 주톱니와 보조톱니의 관계를 설명할 때 공통되는 리니어 모터의 측단면도이고,

도 2는 보조톱니의 중심간 거리(τ_p)와 보조톱니의 길이를 파라미터로 하여 코깅 추진력을 수치해석으로 계산한 해석결과를 도시한 것이고,

도 3은 전기자의 보조톱니와 주톱니의 길이비에 대한 코깅추진력과의 관계를 모식적으로 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명의 제4실시예를 도시한 영구자석형 동기 리니어모터로서, 분할 코어를 갖는 리니어 모터의 측단면도이고,

도 5는 제1의 종래기술을 도시한 영구자석형 동기 리니어모터의 측단면도이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서 코깅추진력이 작고 고성능의 영구자석형 동기 리니어모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 청구항 1의 본 발명은 교대로 다른 극성이 되도록 계자극을 구성하는 복수의 영구자석을 직선 형태로 나란히 배치한 계자 요크와, 상기 영구자석의 자석열과 자기적 공극을 통해 대향하도록 배치한 전기자를 구비하며, 상기 전기자는 주톱니와 슬롯을 갖는 전기자 코어와, 상기 전기자 코어의 슬롯에 코일을 감은 전기자 권선과, 상기 전기자 코어의 양단에 배치한 보조톱니로 구성되어 있으며, 상기 보조톱니의 중심간의 거리(τ_P)와 상기 계자극 피치(τ_m)의 관계가 τ_P= (2n-1)×τ_m/2(n은 양의 정수) 이고 상기 계자극과 상기 전기자의 어느 한쪽을 고정자로, 다른쪽을 가동자로 하여 상기 계자극과 상기 전기자를 상대적으로 주행하도록 한 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서, 상기 보조톱니의 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Hd, 상기 주톱니의 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Ht로 했을 때 상기 보조톱니의 길이를 0<Hd<Ht의 범위로 설정한 것이다.

청구항 2의 본 발명은 청구항 1에 기재된 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서 상기 보조톱니의 영구자석의 자석열의 길이방향을 따른 폭(Bd)을 상기 주톱니의 영구자석열의 길이방향을 따른 폭(Bt)보다 좁게 한 것이다.

청구항 3의 본 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서, 상기 보조톱니의 길이(Hd)와, 상기 주톱니의 길이(Ht)의 비 Hd/Ht를 0.5 ≤Hd/Ht < 1 로 설정한 것이다.

청구항 4의 본 발명은, 청구항 1 내지 3의 어느 한 항에 기재된 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서, 상기 전기자 코어는 복수의 분할코어로 구성됨과 동시에 상기 분할코어를 구성하는 계철부의 한쪽 측면에 볼록한 계합부를, 다른쪽 측면에 오목한 계합부를 설치하여 이웃하는 각각의 계합부를 끼워맞추어 결합한 것이다.

청구항 5의 본 발명은, 교대로 다른 극성이 되도록 계자극을 구성하는 복수의 영구자석을 직선형태로 나란히 배치한 계자 요크와, 상기 영구자석의 자석열과 자기적 공극을 통해 대향하도록 배치한 전기자를 구비하며 상기 전기자는 주톱니와 슬롯을 갖는 전기자 코어와, 상기 전기자 코어의 슬롯에 코일을 감은 전기자 권선과, 상기 전기자 코어의 양단에 배치한 보조톱니로 구성되어 있으며 상기 보조톱니의 중심간의 거리(τ_P)와 상기 계자극 피치(τ_m)의 관계가 τ_P≠(2n-1)×τ_m/2(n은양의 정수) 이고 상기 계자극과 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른쪽을 가동자로 하여 상기 계자극과 상기 전기자를 상대적으로 주행하도록 한 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서, 상기 보조톱니의 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Hd, 상기 주톱니의 영구자석열과 직교하는 방향의 길이를 Ht로 했을 때 상기 보조톱니의 길이를 0 < Hd≤Ht의 범위로 설정한 것이다.

청구항 6의 본 발명은, 청구항 5에 기재된 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서, 상기 보조톱니의 길이(Hd)와 상기 주톱니의 길이(Ht)의 비 Hd/Ht를 0.5 ≤ Hd/Ht ≤1로 설정한 것이다.

청구항 7의 본 발명은, 청구항 5 또는 6에 기재된 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서, 상기 전기자 코어는 복수의 분할코어로 구성됨과 동시에 상기 분할코어를 구성하는 계철부의 한쪽 측면에 볼록한 계합부를, 다른쪽 측면에 오목한 계합부를 설치하여 이웃하는 각각의 계합부를 끼워맞추어 결합한 것이다.

청구항 8의 본 발명은, 교대로 다른 극성이 되도록 계자극을 구성하는 복수의 영구자석을 직선형으로 배열한 계자 요크와, 상기 영구자석의 자석열과 자기적 공극을 통해 대향하도록 배치한 전기자를 구비하며,

상기 전기자는 주톱니와 슬롯을 갖는 전기자 코어와, 상기 전기자 코어의 슬롯에 코일을 감은 전기자 권선과, 상기 전기자 코어의 양단에 배치한 보조톱니로 구성되어 있으며,

상기 계자극과 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 한쪽을 가동자로 하여 상기 계자극과 상기 전기자를 상대적으로 주행시킨 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서,

계자극 피치(τ_m)와 보조톱니의 중심간 거리(τ_p)의 관계가

(2n-1)τ_m/8 ≤τ_p≤(2n-1) τ_m/ 2(n은 양의 정수) 이고,

상기 보조톱니가 상기 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Hd, 상기 주톱니가 상기 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Ht로 했을 때 상기 보조톱니의 길이를 0 < Hd ≤Ht 의 범위로 설정한 것이다.

청구항 9의 본 발명은, 청구항 8의 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서, 상기 보조톱니가 상기 영구자석의 자석열의 길이방향을 따른 폭(Bd)을 상기 주톱니가 상기 영구자석의 자석열의 길이방향을 따른 폭(Bt)보다 좁게 한 것이다.

청구항 10의 본 발명은 청구항 9의 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서 상기 전기자 코어는 복수의 분할 코어로 구성됨과 동시에 상기 분할코어를 구성하는 계철부의 한쪽 측면에 볼록한 계합부와, 다른쪽 측면에 오목한 계합부를 설치하여 이웃하는 각각의 계합부를 끼워맞추어 결합한 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

<제1실시예>

도 1은 본 발명의 실시예를 도시한 영구자석형 동기 리니어모터로서, 제1 내지 제3실시예에 있어서 주톱니와 보조톱니의 관계를 설명할 때 공통되는 리니어 모터의 측면도이다.

본 발명이 종래와 동일한 구성요소에 대한 동일 부호에 대해서는 설명을 생략하고 다른 점만 설명하기로 한다. 본 리니어 모터는 종래 기술과 동일하게 8폴, 9슬롯의 갭 대향형의 예를 도시하고 있다.

도 1에 있어서, 3은 전기자, 4는 전기자 코어, 4a는 슬롯, 4b는 주톱니, 4c는 계철부, 5는 전기자 권선, 6은 보조톱니이다.

본 실시예에서는 리니어 모터가 계자극이 되는 영구자석(2)으로 구성된 고정자와, 슬롯(4a) 및 주톱니(4b)를 구비하며 또 전기자 권선(5)을 감은 전기자 코어(4)의 양단에 보조 톱니(6)를 구비한 전기자(3)로 구성된 가동자를 구비한 것으로 되어 있으며 종래 기술과 기본적으로 동일한 구성이다.

다음에 본 실시예에 있어서, 보조톱니(6)의 중심간 거리를 τ_p, 도 4의 종래기술에 도시한 보조톱니(6)의 중심간 거리를 τ_po로 했을 때 보조톱니(6)의 중심간 거리(τ_p)와 보조톱니(6)의 길이(Hd)를 파라미터로 하여 코깅 추진력을 유한요소법을 이용한 수치해석으로 계산했다. 보조톱니(6)가 영구자석(2)의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Hd, 주톱니(4b)가 영구자석(2)의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Ht로 한 것이다.

도 2는 보조톱니(6)의 중심간 거리(τ_p)와 보조톱니(6)의 길이(Hd)를 파라미터로 하여 코깅 추진력을 수치해석으로 계산한 해석결과를 나타낸 것이다.

종축은 코깅 추진력이며 횡축으로는 도 1에 도시한 보조톱니(6)의 중심간 거리(τ_p)와 도 4에 도시한 보조톱니(6)의 중심간 거리(τ_po)의 비 τ_p/ τ_po및 보조톱니(6)의 길이(Hd)와 주톱니(4b)의 길이(Ht)의 비 Hd/Ht 이다. 각 계산점을 격자모양으로 연결하여 코깅 추진력값이 같은 등고선을 표시하고 있다. 도 2에서는 코깅 추진력의 방향을 고려하여 코깅 추진력에 양음의 부호를 더해 표시하고 있다.

도 2의 예에서는 τ_p/τ_po가 약 0.98 이상의 범위에 있어서 보조톱니(6)의 길이(Hd)를 적절히 설정함으로써 코깅 추진력이 거의 제로가 되는 점이 존재하며 설계에서는 종래에 비해 설계의 자유도를 확대할 수 있다.

이 예에서는 τ_p/ τ_po가 약 0.98 이상에서 코깅 추진력이 거의 제로가 되는 점이 존재했는데 계자극의 피치나 전기자의 톱니 폭·형상에 따라 변한다. 도 2와 같은 변화는 수치해석이나 실험에 의해 알 수 있다.

또 이 예에 있어서, 일본실용신안 공개공보 평7-053427호에 도시하고 있는 보조톱니(6)의 길이와 주톱니(4b)의 길이가 동일하여 보조톱니(6)의 중심간 거리(τ_po)라는 조건하에서는 코깅 추진력이 약간 발생한다. 이것은 주톱니(4b)의 선단 형상에 의한 영향이며 최적점이 일본 실용신안 공개공보 평7-053427호에서 규정한 피치(τ_po)에서도 벗어나는 경우가 있다는 것을 나타내고 있다.

이와 같은 경우에도 본 발명은 보조톱니(6)의 중심간 거리(τ_p)와 계자극의 피치(τ_m)의 관계를 τ_p= (2n-1)×τ_m/2 (n은 양의 정수)로 한 조건하에서 보조톱니(6)의 길이(Hd)를 0 < Hd < Ht 의 범위로 적절히 설정함으로써 코깅 추진력을 거의 제로의 수치까지 줄일 수 있다.

다음에 보조톱니(6)의 움직임에 대해 설명하기로 한다. 리니어모터의 코깅 추진력(F)는 주톱니에 작용하는 추력을 F1, 보조톱니(6)에 작용하는 추력을 F2로 하면 다음 수학식 1로 표시된다.

F= F1+F2

도 3은 전기자의 보조톱니(6)와 주톱니(4b)의 길이비에 대한 코깅 추진력의 관계를 모식적으로 도시한 도면이다.

횡축은 전기자의 보조톱니(6)의 길이와 주톱니(4b)의 길이비, 종축은 코깅추진력이다. 도 2와 마찬가지로 도 3에서는 코깅 추진력의 방향을 고려하여 코깅 추진력에 양음의 부호를 더해 표시하고 있다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이 보조톱니(6)에 작용하는 코깅 추진력(F2)과 전기자(3)에 작용하는 추진력(F1)은 보조톱니(6)의 움직임에 따라 변화한다. 보조톱니(6)의 길이를 적절히 함으로써 주톱니(4b)에 작용하는 추진력을 제거할 수 있어 전체의 코깅 추진력(F)(=F1+F2)을 제로로 할 수 있다.

코깅 추진력이 제로가 되는 보조톱니(6)의 길이의 최적치는 보조톱니(6)의 중심간 거리, 계자극 피치, 전기자 코어(4)의 길이, 보조톱니(6)의 폭 등에 따라 다르다. 그 최적치는 도 3의 해석결과에서 보조톱니의 길이(Hd)와, 주톱니의 길이(Ht)의 비 Hd/Ht를 0.5 ≤Hd/Ht ≤1로 설정하면 코깅 추진력을 거의 제로로 줄일 수 있다. 또 상기 조건하에서 보조톱니(6)가 영구자석(2)의 자석열의 길이방향을 따른 폭을 Bd로 하고, 주톱니(4b)가 영구자석의 자석열의 길이방향을 따른 폭을 Bt로 했을 때 Bd를 Bt보다 좁히면 코깅 추진력 저감에 더욱 효과가 있는 것으로 검증되었다.

따라서 본 리니어 모터는 보조톱니(6)의 중심간 거리(τ_p)와 계자극의 피치(τ_m)의 관계를 τ_p= (2n-1)×τ_m/2 (n은 양의 정수)로 한 조건하에서 보조톱니(6)의 길이(Hd)와 주톱니(4b)의 길이(Ht)의 관계를 0 < Hd < Ht의 범위로 적절히 설정하도록 했기 때문에 코깅 추진력을 거의 제로로 할 수 있어 코깅 추진력이 작고 고성능의 영구자석형 동기 리니어모터를 제공할 수 있다.

상기 수치해석에서는 상기 조건 외에 다음과 같은 코깅 추진력 저감에 효과가 있다는 것을 알 수 있었다.

<제2실시예>

다음에 제2실시예에 대해 도 1을 이용하여 설명하기로 한다.

즉 보조톱니(6)의 중심간 거리(τ_p)와 계자극의 피치(τ_m)의 관계를 τ_p≠ (2n-1)×τ_m/2 (n은 양의 정수)로 한 조건하에서 보조톱니(6)가 영구자석(2)의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Hd, 주톱니(4b)가 영구자석(2)의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Ht로 했을 때 보조톱니(6)의 길이를 0<Hd≤Ht의 범위로 설정한 점이다.

또 상기 구성에서 보조톱니(6)의 길이(Hd)와 주톱니(4b)의 길이(Ht)의 비 Hd/Ht를 0.5 ≤Hd/Ht ≤1로 설정한 것이다.

제2실시예는 주톱니(4b)의 길이(Ht)와 보조톱니(6)의 길이(Hd)의 관계를 상기와 같이 설정하면 제1실시예와 같이 코깅 추진력을 거의 제로로 줄일 수 있어 고성능의 영구자석형 동기 리니어모터를 제공할 수 있다.

<제3실시예>

이어서 제3실시예에 대해 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

종래 기술에서도 설명한 바와 같이 리니어 모터의 코깅파형에는 자극피치에 대해 1차 성분 외에 2차 성분 이상의 고차 성분이 포함되어 있다. 차수가 작을수록 진폭이 커진다. 그래서 코깅 저감시에는 주로 1차 성분과 2차 성분을 줄여야 한다.

다음에 보조톱니(6)에 의한 1차 성분이나 2차 성분의 저감효과에 대해 설명하기로 한다. 우선 보조톱니(6)의 중심거리와 코깅의 관계를 설명하기로 한다.

1차 성분을 저감시키려면 일본 실용신안공보 평7-053427호에 도시되어 있는 바와 같이 보조톱니(6)의 중심간 거리를

τ_p= (2n-1)·τ_m/2

로 하면 된다.

2차 성분을 제거하는 보조톱니(6)의 중심간 거리는 다음과 같다.

좌우의 보조톱니(6)에 작용하는 힘을 FL, FR로 하면 각각 다음과 같이 표시된다.

FL= Fo sin[(2×/τ_m) 2π]

FL= Fo sin[(2×/ τ_m) 2π+ (2τ_p/ τ_m) 2π]

여기에서 Fo 는 2차 성분의 진폭, x는 전기자 코어(4)의 위치이다.

FL과 FR의 합력이 제로가 되면 되기 때문에

Fs= Fo sin[(2×/τ_m) 2π] + Fo sin[(2×/τ_m) 2π+ (2τ_p/ τ_m) 2π]= 0

즉 (2τ_p/ τ_m) 2π= (2n-1) π/2 를 만족하면 된다.

따라서 τ_p=(2n-1) τ_m/8 이 된다.

이와 같이 1차 성분과 2차 성분을 최소화하는 보조톱니(6)의 중심간 거리가 다르지만 보조톱니(6)의 길이를 조정하여 1차성분과 2차성분을 동시에 최소화할 수있다.

이것은 보조톱니(6)의 길이는 1차성분으로의 영향이 커서 임의의 보조톱니(6)의 중심간 거리라도 보조톱니(6)의 길이를 적절히 설정함으로써 1차 성분을 줄일 수 있다. 이 때 보조톱니(6)의 길이에 의해 2차 성분의 크기도 변화된다. 유한요소법을 이용한 해석결과로는,

(2n-1) τ_m/ 8 ≤τ_p(2n-1) τ_m/2

의 범위에 있어서 2차성분도 동시에 최소화되는 위치가 존재하는 것을 확인했다.

즉 1차성분과 2차성분을 동시에 작게 하려면 보조톱니(6)의 중심간 거리를 (2n-1) τ_m/ 8 ≤τ_p(2n-1) τ_m/2로 설정하면 된다. 이로써 최적의 보조톱니(6)의 중심간 거리는 유한요소법 등의 수치해석이나 실험에 의해 구할 수 있다.

제3실시예는 계자극 피치(τ_m)와 보조톱니의 중심간 거리(τ_p)와의 관계를 상기와 같이 설정하면 코깅 파형의 1차성분과 2차성분을 동시에 줄일 수 있기 때문에 제1, 제2 실시예와 동일하게 코깅 추진력을 거의 제로로 줄일 수 있음과 동시에 고성능의 영구자석형 동기 리니어모터를 제공할 수 있다.

<제4실시예>

제4실시예에 대해 설명하기로 한다.

제1 내지 제3실시예에서는 전기자 코어를 일체형으로 한 예를 도시했으나, 일체형 전기자 코어로 바꾸어 복수의 분할 코어로 구성하도록 해도 좋다. 도 4는분할 코어를 갖는 영구자석형 동기 리니어모터의 측단면도를 도시한 것이다.

구체적으로는 이 리니어 모터의 전기자(3)는 전기자 코어(4)를 복수의 코어블럭으로 분할하고, 분할된 코어 블록을 구성하는 계철부(4c)의 한쪽 측면에 볼록한 계합부(4d)를 설치하고 또 다른쪽 측면에 오목한 계합부(3e)를 설치함과 동시에 코어 블록의 슬롯(4a)에 전기자 권선(5)을 정렬 권취하여 수납하고, 블록 코어의 이웃하는 각가의 계합부(4d), (4e)를 끼워맞추어 계합하고 마지막으로 결합된 블록 코어를 이동자(7)의 하면에 고정하도록 한 것이다.

제4실시예는 리니어 모터의 사양에 따라 전기자의 길이를 자유자재로 증감시킬 수 있기 때문에 제4실시예를 제1∼제3실시예에서의 구성의 특징과 조합시킴으로써 리니어 모터의 길이 스트로크화의 요구가 있을 때 설계의 자유도를 늘려 코깅 추진력을 저감시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 보조톱니의 중심간의 거리(τ_p)와 종래 기술에서 도시한 보조톱니의 중심간의 거리(τ_po)의 관계를 τ_p= τ_po×0.99로 하면 된다.

또 본 실시예에서는 톱니를 오픈슬롯으로 했는데 예컨대 도 4에 도시한 바와 같이 세미오픈 슬롯으로 해도 상관 없으며 보조톱니를 적절히 설정함으로써 코깅 추진력을 저감시킬 수 있다.

또 본 리니어모터는 갭 대향형의 예를 이용하여 설명했는데 전기자의 양측에 자기적 공극을 통해 2열로 이루어진 계자극을 설치하여 자속관통형의 것으로 교체해도 상관 없다.

또 보조톱니의 재질은 전기자부와 달라도 상관 없으며 적당히 선택해도 된다.

또 본 발명은 전기자 코어의 양단에 설치한 보조톱니를 적절히 선택해도 된다.

또 본 발명은 전기자 코어의 양단에 설치한 보조톱니를 최적의 형상으로 설정함으로써 전기자 권선 간의 임피던스 불평형을 억제하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 영구자석형 동기 리니어모터는 FA기기의 반송시스템, 예컨대 공작기의 테이블 전달이나 반도체 제조장치의 스테퍼 구동기구 등에 이용되는 것으로서 유용하다.

Claims

교대로 다른 극성이 되도록 계자극을 구성하는 복수의 영구자석을 직선 형태로 나란히 배치한 계자 요크와, 상기 영구자석의 자석열과 자기적 공극을 통해 대향하도록 배치한 전기자를 구비하며,

상기 전기자는 주톱니와 슬롯을 갖는 전기자 코어와, 상기 전기자 코어의 슬롯에 코일을 감은 전기자 권선과, 상기 전기자 코어의 양단에 배치한 보조톱니로 구성되어 있으며,

상기 보조톱니의 중심간 거리(τ_P)와 상기 계자극 피치(τ_m)의 관계가 τ_P= (2n-1)×τ_m/2(n은 양의 정수) 이고,

상기 계자극과 상기 전기자의 어느 한쪽을 고정자로, 다른쪽을 가동자로 하여 상기 계자극과 상기 전기자를 상대적으로 주행하도록 한 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서,

상기 보조톱니가 상기 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Hd, 상기 주톱니가 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Ht로 했을 때 상기 보조톱니의 길이를 0<Hd<Ht의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기 리니어모터.
제1항에 있어서, 상기 보조톱니가 상기 영구자석의 자석열의 길이방향을 따른 폭(Bd)을, 상기 주톱니가 상기 영구자석의 자석열의 길이방향을 따른 폭(Bt)보다 좁게 한 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기 리니어모터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보조톱니의 길이(Hd)와, 상기 주톱니의 길이(Ht)의 비 Hd/Ht를 0.5≤Hd/Ht<1 로 설정한 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기 리니어모터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 코어는 복수의 분할코어로 구성됨과 동시에 상기 분할코어를 구성하는 계철부의 한쪽 측면에 볼록한 계합부를, 다른쪽 측면에 오목한 계합부를 설치하여 이웃하는 각각의 계합부를 끼워맞추어 결합한 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기 리니어모터.
교대로 다른 극성이 되도록 계자극을 구성하는 복수의 영구자석을 직선형태로 나란히 배치한 계자 요크와, 상기 영구자석의 자석열과 자기적 공극을 통해 대향하도록 배치한 전기자를 구비하며,

상기 전기자는 주톱니와 슬롯을 갖는 전기자 코어와, 상기 전기자 코어의 슬롯에 코일을 감은 전기자 권선과, 상기 전기자 코어의 양단에 배치한 보조톱니로 구성되어 있으며,

상기 보조톱니의 중심간의 거리(τ_P)와 상기 계자극 피치(τ_m)의 관계가 τ_P≠(2n-1)×τ_m/2(n은 양의 정수) 이고,

상기 계자극과 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른쪽을 가동자로 하여 상기 계자극과 상기 전기자를 상대적으로 주행하도록 한 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서,

상기 보조톱니의 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Hd, 상기 주톱니의 영구자석열과 직교하는 방향의 길이를 Ht로 했을 때 상기 보조톱니의 길이를 0<Hd≤Ht의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기 리니어모터.
제5항에 있어서, 상기 보조톱니의 길이(Hd)와 상기 주톱니의 길이(Ht)의 비 Hd/Ht를 0.5 ≤Hd / Ht ≤1로 설정한 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기 리니어모터.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 전기자 코어는 복수의 분할코어로 구성됨과 동시에 상기 분할코어를 구성하는 계철부의 한쪽 측면에 볼록한 계합부를, 다른쪽 측면에 오목한 계합부를 설치하여 이웃하는 각각의 계합부를 끼워맞추어 결합한 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기 리니어모터.
교대로 다른 극성이 되도록 계자극을 구성하는 복수의 영구자석을 직선형으로 나란히 배열한 계자 요크와, 상기 영구자석의 자석열과 자기적 공극을 통해 대향하도록 배치한 전기자를 구비하며,

상기 전기자는 주톱니와 슬롯을 갖는 전기자 코어와, 상기 전기자 코어의 슬롯에 코일을 감은 전기자 권선과, 상기 전기자 코어의 양단에 배치한 보조톱니로 구성되어 있으며,

상기 계자극과 상기 전기자 중 어느 한쪽을 고정자로, 다른 한쪽을 가동자로 하여 상기 계자극과 상기 전기자를 상대적으로 주행하도록 한 영구자석형 동기 리니어모터에 있어서,

계자극 피치(τ_m)와 보조톱니의 중심간 거리(τ_p)의 관계가

(2n-1)τ_m/8 ≤τ_p≤(2n-1)τ_m/2(n은 양의 정수) 이고,

상기 보조톱니가 상기 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Hd, 상기 주톱니가 상기 영구자석의 자석열과 직교하는 방향의 길이를 Ht로 했을 때 상기 보조톱니의 길이를 0< Hd ≤Ht 의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기 리니어모터.
제8항에 있어서, 상기 보조톱니가 상기 영구자석의 자석열의 길이방향을 따른 폭(Bd)을, 상기 주톱니가 상기 영구자석의 자석열의 길이방향을 따른 폭(Bt)보다 좁게 한 것을 특징으로 하는 영구자석형 동기 리니어모터.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 전기자 코어는 복수의 분할 코어로 구성됨과 동시에 상기 분할코어를 구성하는 계철부의 한쪽 측면에 볼록한 계합부를, 다른쪽 측면에 오목한 계합부를 설치하여 이웃하는 각각의 계합부를 끼워맞추어 결합한 것을 특징으로 하는 자석형 동기 리니어모터.