KR20030069690A - 리니어 모터의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 모터의 냉각장치에 관한 것으로, 리니어 모터의 모든 부분을 균일하게 냉각할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

개시된 본 발명에 따른 리니어 모터의 냉각장치는, 코일 유니트(6)의 상단이 고정되는 가동자 백 아이언(10)의 내부에는 그 길이방향을 따라 제1에어 홀(20)이 형성되며, 상기 코일 유니트의 저부에는 프레임(30)이 설치되고, 상기 프레임의 내부에는 상기 제1에어 홀에서 분기된 제2에어 홀(40)이 형성되며, 상기 코일 유니트의 상하부에 각각 배치되는 상기 제1 및 제2에어 홀에는 냉각 공기를 서로 마주보는 방향을 향해 분사하는 제1,2에어 노즐(21)(41)이 각각 형성된다. 이에 의하여, 코일 유니트의 상하부에 배치된 제1,2에어 노즐을 통하여 냉각 공기가 코일 유니트와 영구자석(4) 사이의 공극(C) 상하부에서 공급되어 리니어 모터의 모든 부분을 균일하게 냉각할 수 있다.

Description

리니어 모터의 냉각장치{Cooling Apparatus for Linear Motor}

본 발명은 리니어 모터의 냉각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리니어 모터의 모든 부분을 균일하게 냉각할 수 있도록 한 리니어 모터의 냉각장치에 관한 것이다.

가동 코일형 리니어 모터는 회전운동을 하는 일반모터와 달리 직선상에서 직접 움직이기 때문에 빠른 동작속도와 정밀한 위치제어가 가능한 차세대 모터제품으로 각광받고 있다.

가동 코일형 리니어 모터는, 코일 유니트와 영구자석 사이에 발생되는 추력에 의해 가동자가 직선 이동하는 것으로, 영구자석의 설치 수량, 위치에 따라 편측식과 양측식으로 구분되며, 가동 코일형 리니어 모터는 고정자인 영구자석이 코일유니트의 일측, 양측에 설치되는 가에 따라 편측식과 양측식으로 구분되어진다.

본 발명은 양측식에 관한 것인 바, 양측식 리니어 모터에 대해 설명한다.

양측식 리니어 모터는, 도 1에서 보이는 바와 같이, 고정자(1)와 가동자(2)로 이루어진다.

고정자(1)는 대략 디귿자 형태로 이루어진 고정자 백 아이언(3)과, 고정자 백 아이언(3)의 마주보는 면에 대향되도록 순차 배열되는 동시에 N,S 극성이 교번하여 설치되는 다수의 영구자석(4)으로 이루어진다.

가동자(2)는 고정자 백 아이언(3)의 상측 개구부측에 배치되는 가동자 백 아이언(5)과, 가동자 백 아이언(5)의 저부에 양측의 영구자석(4) 사이에 일정 공극(C)을 두고 설치되는 코일 유니트(6)로 이루어진다.

고정자(1)와 가동자(2)는 소정 간격인 공극(C)만큼 이격된 상태에서 코일 유니트(6)에 전류를 인가하면 마주 설치된 영구자석(4) 사이에 플레밍의 왼손법칙에 의해 추력이 발생되고, 이 추력에 의해 가동자(2)가 다이렉트 직선 운동을 실시하게 된다.

상기한 바와 같은 리니어 모터의 동작을 설명하면, 도시되지 않은 제어장치에서 코일 유니트(6)에 전류를 인가하면, 코일 유니트(6)를 이루고 있는 코일에 전류가 인가됨과 아울러 자계와 고정자 백 아이언(3)의 내측에 설치된 영구자석(4)과 코일 유니트(6) 사이에 추력이 발생하여 가동자(2)가 전후로 이동하게 된다. 그리고, 가동자(2)의 이동 속도와 이동에 따른 추력 등은 코일의 감긴수와, 공급되는 전류 등에 따라 도시되지 않은 제어 장치에 의해 제어된다.

이와 같이 가동자(2)가 고정자(1)의 일측에서 반복 이동함에 따라 코일 유니트(6)와 영구자석(4)의 사이에서는 코일에 흐르는 전류 등에 의해 비교적 높은 열이 발생하게 된다. 이 열에 의해 고정자, 가동자의 자계 특성이 변화되고, 이로 인해 리니어 모터의 특성이 변화되어 정밀한 제어가 어려운 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위한 리니어 모터의 냉각장치가 제안된 바 있다.

리니어 모터의 냉각장치의 일 예로, 도 1에서 보이는 바와 같이, 가동자 백 아이언(3)의 내부에는 길이 방향을 따라 하나 이상의 에어 홀(7)이 형성되며, 이 에어 홀(7)에는 고정자(1)측을 향해 개구되어 에어 홀(7)을 따라 흐르는 냉각 공기를 영구자석(4)과 코일 유니트(6) 사이의 공극(C)에 분사하는 다수개의 에어 노즐(8)이 일정 간격을 두고 형성된다.

즉, 리니어 모터의 온도가 설정치보다 상승하면 제어장치에 의해 에어 펌프가 작동하여 냉각 공기가 에어 홀(7)에 공급되고, 이 공기는 각각의 에어 노즐(8)을 통해 그 하측의 영구자석(4)과 코일 유니트(6) 사이의 공극(C)에 공급되어 이들을 냉각함으로써 리니어 모터를 적정 온도로 유지한다.

그러나, 종래 기술에 따른 리니어 모터의 냉각장치에 의하면, 냉각 공기가 영구자석(4)과 코일 유니트(6) 사이의 공극(C)에 공급되어 이들 영구자석(4)과 코일유닛(6)을 냉각하도록 구성되어 있지만, 냉각 공기가 상측의 에어 노즐(8)에서만 공급되며, 냉각 공기가 공급되는 공극(C)이 작아 냉각 공기가 공극(C)의 하단부까지 도달하지 못하기 때문에 리니어 모터의 모든 부분의 온도가 균일하지 못하다. 따라서, 리니어 모터가 오동작될 수 있으며, 리니어 모터의 냉각장치로서의 신뢰성이 떨어진다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 리니어 모터의 모든 부분을 균일하게 냉각할 수 있도록 한 리니어 모터의 냉각장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 냉각장치가 적용된 양측식 리니어 모터의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 양측식 리니어 모터의 냉각장치가 적용된 리니어 모터의 정면도.

도 3은 본 발명에 따른 양측식 리니어 모터의 냉각장치가 적용된 가동자의 평면도.

도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명에 따른 양측식 리니어 모터 냉각장치에 의한 온도 분포와 종래안에 따른 온도 분포를 비교한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 리니어 모터 냉각장치에 의한 온도 분포와 종래안에 따른 온도 분포를 비교한 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 리니어 모터 냉각장치에 의한 온도 분포와 종래안에 따른 온도 분포를 비교한 그래프.

도 7은 본 발명의 리니어 모터 냉각장치에 따른 냉각 공기의 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

4 : 영구자석6 : 코일 유니트

10 : 가동자 백 아이언20,40 : 에어 홀

21,41 : 에어 노즐30 : 프레임

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리니어 모터의 냉각장치는, 대략 디귿자 형태로 이루어진 고정자 백 아이언과, 상기 고정자 백 아이언의마주보는 내측면에 각각 설치되는 영구자석으로 이루어진 고정자와; 상기 고정자의 영구자석 사이에 일정 공극을 사이에 두고 설치되는 코일 유니트와, 상기 코일 유니트의 상부에 고정되는 가동자 백 아이언으로 이루어진 가동자; 를 포함하는 리니어 모터에 있어서,

상기 가동자 백 아이언의 내부에 그 길이 방향을 따라 형성되는 하나 이상의 제1에어 홀과; 상기 제1에어 홀에 연통되며 냉각 공기를 상기 코일 유니트의 상측에서 하측을 향해 분사하는 제1에어 노즐과; 상기 코일 유니트의 저부에 배치되는 프레임의 내부에 그 길이방향을 따라 형성되며 냉각 공기가 공급되는 제2에어 홀과; 상기 제2에어 홀에 연통되며 냉각 공기를 상기 코일 유니트의 하측에서 상측을 향해 분사하는 제2에어 노즐을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 프레임은 대략 디귿자 형태로 이루어져 양측의 수직부가 상기 가동자 백 아이언의 전후방에 각각 연결되어 상기 제2에어 홀이 상기 제1에어 홀의 양측에서 분기된다.

상기 제2에어 홀은 상기 프레임의 중앙 1개소에 형성되며, 상기 제2에어 노즐은 냉각 공기가 상기 코일 유니트의 양측으로 분사되도록 상기 제2에어 홀의 양측에서 각각 관출될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2는 본 발명에 의한 리니어 모터의 냉각장치가 적용된 리니어 모터의 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 리니어 모터의 냉각장치가 적용된 가동자의 측면도이다.

도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 리니어 모터의 냉각장치는, 리니어 모터의 코일 유니트(6)의 상부에 설치되는 가동자 백 아이언(10)의 내부에 그 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 제1에어 홀(20)과, 제1에어 홀(20)에 일정 간격을 두고 하측(코일 유니트(6)와 고정자의 영구자석(4) 사이의 공극(C)측)을 향해 개구되도록 형성되어 냉각 공기를 하측으로 분사하는 제1에어 노즐(21)과, 코일 유니트(6)의 저부에 배치되는 프레임(30)과, 프레임(30)의 내부에 그 길이방향을 따라 형성되는 제2에어 홀(40)과, 제2에어 홀(40)에 일정 간격을 두고 상측(코일 유니트(6)와 영구자석(4) 사이의 공극(C)측)을 향해 개구되도록 형성되어 냉각 공기를 상측으로 분사하는 제2에어 노즐(41)과, 상기 제1,2에어 홀(20)(40)에 냉각 공기를 공급하는 펌프(미도시)와, 리니어 모터의 온도를 적정 수준으로 유지하기 위하여 냉각 공기의 공급을 제어하는 밸브(미도시)를 포함하여 구성된다.

제1,2에어 노즐(21)(41)은 코일 유니트(6)의 상하부에 배치되면서 서로 독립된 유로를 통하여 냉각 공기가 공급될 수 있으며, 도 3에서 보이는 바와 같이, 프레임(30)이 대략 디귿자 형태로 이루어져 제2에어 홀(40)이 프레임(30)의 양측 수직부(31)를 따라 제1에어 홀(20)에서 분기 형성됨으로써 하나의 공급원에 의해 냉각공기를 공급받을 수 있다.

제1에어 홀(20)은 가동자 백 아이언(10)의 내부에 복수개가 나란하게 형성될 수 있으며, 바람직하게 2개소에 형성될 수 있다. 제1에어 홀(20)의 제1에어 노즐(21)은 공극(C)을 향해 소정 각도로 경사질 수 있다.

제2에어 홀(40)은 프레임(30) 내부의 중앙 1개소에 형성될 수 있으며, 제2에어 홀(40)이 하나인 경우 코일 유니트(6)의 양측에 냉각 공기를 공급할 수 있도록 제2에어 노즐(41)은 제2에어 홀(40)의 양측에서 각각 도출되어 코일 유니트(6)의 양측을 향하게 형성된다.

냉각 공기는 제1에어 홀(20)의 양측 도입부(22)를 통해 공급되는데, 이 양측의 도입부(22)에 각각 펌프가 연결될 수 있고, 양측의 도입부(22)가 하나의 펌프로 연결될 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 리니어 모터의 냉각장치의 작용은 다음과 같다.

리니어 모터를 동작시키기 위하여 코일 유니트(6)에 전류를 인가하면 코일 유니트(6)와 영구자석(4) 사이에 추력이 발생되고, 이로 인해 가동자(2)가 이동하게 된다.

이때, 코일 유니트(6)에서 고온의 열이 발생되며, 이 온도가 설정치보다 높으면 본 발명에 따른 냉각 장치가 작동된다.

제어장치에 의해 펌프가 가동되어 이 펌핑력에 의해 냉각 공기가 미도시된 에어 순환관을 따라 제1에어 홀(20)의 양측 도입부(22)에 공급된다.

도입부(22)에 공급된 냉각 공기 중 일부는 제1에어 홀(20)을 따라 흐르게 되고, 나머지는 제1에어 홀(20)에서 분기된 제2에어 홀(40)에 공급되며, 각 에어 홀(20)(40)에 공급된 냉각 공기는 제1 및 제2에어 노즐(21)(41)을 통하여 코일 유니트(6)와 영구자석(4) 사이의 공극(C)에 분사된다.

도 7에서 보이는 바와 같이, 제1에어 노즐(21)에서 분사된 냉각 공기는 공극(C)의 상측에서 중앙측으로 흐르고, 제2에어 노즐(41)에서 분사된 냉각 공기는 공극(C)의 하측에서 중앙측으로 흘러 코일 유니트(5)와 영구자석(4) 전체를 냉각하게 된다.

코일 유니트(6), 영구자석(4) 및 그 사이의 공극(C)이 정상 온도를 유지하면, 제어장치에 의해 밸브가 에어 순환관을 폐쇄하고, 펌프의 구동을 정지시킨다.

본 발명의 리니어 모터 냉각장치에 따른 리니어 모터의 온도와 종래 기술에 따른 리니어 모터의 온도를 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 이해하기 쉽게 수치로 비교하여 설명하면 다음과 같다.

도 4a 내지 도 4c는 냉각 공기를 공급하지 않을 때, 가동자의 상측에서만 냉각 공기를 공급할 때 및 본 발명에 따라 가동자의 상하 양측에서 냉각 공기를 공급할 때의 가동자의 온도 분포를 보인 것으로, 도면에서 보이듯이 냉각 공기를 공급하지 않는 A 타입보다는 가동자의 상측에서만 냉각공기를 공급하는 B타입의 온도가 낮으며, 그리고, B 타입보다는 본 발명에 따라 상하 양측에서 냉각 공기를 공급하는 C 타입의 온도가 낮음을 알 수 있다.

도 5는 전술한 A, B 및 C 타입의 각 부분(가동자, 공극, 고정자)별 온도를 비교하기 위한 그래프로, 이 그래프에서 보이는 바와 같이, 각각 가동자 코어의 온도는 A 타입의 경우 137℃ 까지 상승하였으나, B 의 경우 A 의 경우보다 대략 5.5℃ 가량 낮은 분포가 나타나며, 본 발명에 따른 C 의 경우에는 B 의 경우보다 대략 3℃가량 낮은 온도 분포를 보이고 있다.

그리고, 고정자의 표면온도는 A 의 경우 45℃의 온도를 나타내며, B 의 경우에는 41℃로 A 보다 약 4℃가량 낮아지고, 본 발명에 따른 C 의 경우에는 B 의 경우보다 3℃가량 낮은 온도분포를 보이는 것을 알 수 있다.

도 6은 가동자의 표면온도, 가동자 및 고정자의 온도를 비교한 그래프로, A의 경우 106.6℃(max) 가량의 온도분포가 넓은 영역에서 나타나고 있으나, B의 경우에는 표면온도가 약 4.2가량 낮은 102.4℃(max)가량의 온도분포가 중앙 이하 하부쪽에 존재하고, 본 발명에 따른 C의 경우에는 표면온도가 B의 경우보다 대략 4.6℃ 낮은 97.8℃(max) 가량의 온도분포가 중앙부위에만 분포되어 있음을 알 수 있다.

따라서, 냉각 공기가 코일 유니트(6)의 상하부에서 공급되어 중앙으로 흐르게 되어 코일 유니트(6)와 영구자석(4) 사이의 공극(C)이 작더라도 코일 유니트(6)와 영구자석(4)의 모든 부분을 균일하게 냉각할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리니어 모터의 냉각장치에 의하면, 냉각 공기가 가동자의 상하부에서 동시에 공급되어 가동자와 고정자의 모든 부분을 균일하게 냉각할 수 있으므로 리니어 모터의 신뢰성, 내구성을 향상할 수 있으며, 리니어 모터의 냉각장치로서의 신뢰성을 향상할 수 있는 등의 효과가 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (3)

1. 대략 디귿자 형태로 이루어진 고정자 백 아이언과, 상기 고정자 백 아이언의 마주보는 내측면에 각각 설치되는 영구자석으로 이루어진 고정자와; 상기 고정자의 영구자석 사이에 일정 공극을 사이에 두고 설치되는 코일 유니트와, 상기 코일 유니트의 상부에 고정되는 가동자 백 아이언으로 이루어진 가동자; 를 포함하는 리니어 모터에 있어서,

   상기 가동자 백 아이언의 내부에 그 길이 방향을 따라 형성되는 하나 이상의 제1에어 홀과; 상기 제1에어 홀에 연통되며 냉각 공기를 상기 코일 유니트의 상측에서 하측을 향해 분사하는 복수개의 제1에어 노즐과; 상기 코일 유니트의 저부에 배치되는 프레임의 내부에 그 길이방향을 따라 형성되며 냉각 공기가 공급되는 제2에어 홀과; 상기 제2에어 홀에 연통되며 냉각 공기를 상기 코일 유니트의 하측에서 상측을 향해 분사하는 복수개의 제2에어 노즐을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임은 대략 디귿자 형태로 이루어져 양측의 수직부가 상기 가동자 백 아이언의 전후방에 각각 연결되어 냉각공기가 상기 제2에어 홀과 상기 제1에어 홀의 양측에서 분기되도록 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 냉각장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제2에어 홀은 상기 프레임의 중앙 1개소에 형성되며, 상기 제2에어 노즐은 냉각 공기가 상기 코일 유니트의 양측으로 분사되도록 상기 제2에어 홀의 양측에서 각각 관출되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터의 냉각장치.