KR20040087756A

KR20040087756A - 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조

Info

Publication number: KR20040087756A
Application number: KR1020030021824A
Authority: KR
Inventors: 권대갑; 이문구; 김기현
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-10-15
Also published as: KR100497730B1

Abstract

본 발명은 다극자석배열의 조립구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인접한 자석간에 강한 반발력이 발생하는 다극자석배열을 제작하기 위해, 각각의 자석을 고정하도록 턱이 형성된 지그에 자석을 삽입하여 구속하는 구성을 채택한 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조는 판상이며 양측 가장자리에 중앙부분보다 작은 두께의 결합부가 형성된 복수의 자석; 상기 자석이 삽입되며, 상기 자석을 구속하기 위해 상기 결합부의 길이보다 같거나 작은 걸림턱이 형성된 복수의 지그; 일면에 상기 복수의 지그가 소정 간격을 두고 2열로 평행하게 배치되는 평판인 지지판; 및 상기 자석이 상기 지그를 이탈하지 않도록 하기 위해 상기 평행하게 배치된 지그 양 쪽 가장자리에 설치되는 고정부를 포함하여 구성된다.

Description

지그를 이용한 다극자석배열 조립구조{MULTI POLE MAGNET ARRAY ASSEMBLING STRUCTURE USING JIG}

본 발명은 다극자석배열의 조립구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다극자석배열의 생성시에 자석들 사이에서 발생되는 반발력으로 인한 자석들의 이탈을 방지하기 위해 지그를 사용하여 자석들을 구속한 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조에 관한 것이다.

산업 현장에서 빠른 속도와 저소음, 그리고 고정밀도를 요구하는 시스템이 점차적으로 증가하고 있다. 이러한 현상은 자석과 코일을 이용한 선형모터와 여러 가이드 시스템의 사용 증가를 유도하고 있다. 특히, 반도체 장비들, PDP,LCD 조립 및 검사장비들, 칩 마운트, 그리고 여러 가지의 높은 생산성을 요구하는 고정밀 장비들은 선형모터를 요구한다. 실제 산업현장은 선형모터의 활용의 증가에 따라 보다 고효율의 선형모터를 요구한다.

도 6은 종래의 자석배열을 갖는 선형모터를 나타낸 평면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 자석배열을 갖는 선형모터는 요크(50)상에 일정간격을 두고 순차적으로 S극과 N극이 교대하도록 자석들(51a, 51b)이 배치되고, 그 위로 선형모터의 코일구조(52)가 설치된다. 선형모터의 코일구조(52)에 전류가 흐르면 선형모터 코일구조(52)는 자석들(51a, 51b)이 배치된 요크(50)상을 직선운동한다.

이러한 선형모터를 위한 통상의 자석배열은 자석간의 간격이 어느 정도 존재하여 자석사이에 작용하는 힘이 크지 않고, 따라서 자석배열을 위해 자석을 조립할 때 접착물질로 접착함에 의해 신속하고 간단하게 조립할 수 있었다.

그러나, 소형이면서도 강한 구동력을 제공하는 다극자석배열이 고안되어 이를 선형모터에 적용하게 되었는데, 다극자석배열에서는 자석들 간의 간격이 거의 없어지고 따라서 자석들 사이에 작용하는 반발력이 매우 크게 된다. 따라서, 자석들 사이의 반발력을 이겨내면서 자석을 하나씩 조립하는 작업에는 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 자석의 조립시 일반적으로 사용되는 접착제에 의한 고정은 자석사이의 반발력을 충분히 감당할 정도로 강하지 못하여, 약간의 충격에도 조립된 자석이 떨어져 나가는 등 다극자석배열의 채택을 기피하는 하나의 원인이 되었다.

도 7은 종래의 레진을 이용한 자석배열의 조립구조를 나타낸 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 종래의 레진을 이용한 자석배열의 조립구조는 결합날개(62)가 형성된 요크(61)에 레진(resin: 63)을 통해 자석(64a, 64b)을 고정한 필드폴(60)과 복수의 필드폴(60)이 삽입되어 구속되는 가이드(65) 및 구속바(66)로 구성된다.

이러한 자석배열의 조립구조는 수 개의 자석이 결합된 필드폴(60)을 필요한 만큼 사용하여 간단히 제작할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 각각의 필드폴(60)을제작하기 위해 레진(63)을 사용하는 것은, 종래에 자석을 고정시키기 위해 접착제를 사용하던 방식과 유사하여 여전히 자석을 고정하는 것이 번거롭고 장시간을 요하는 문제점을 갖는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자석간의 반발력이 매우 강한 다극자석배열을 형성하기 위해 영구자석이 배치되는 지지판에 자석이 삽입되어 구속될 수 있는 지그를 설치하는 구조를 도입하여 다극자석배열을 단시간에 견고하게 형성할 수 있도록 하는 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적은 판상이며 양측 가장자리에 중앙부분보다 작은 두께로 결합부가 형성된 복수의 자석; 상기 자석이 삽입되며, 상기 자석을 구속하기 위해 상기 결합부의 길이보다 같거나 작은 걸림턱이 형성된 복수의 지그; 일면에 상기 복수의 지그 중 절반이 일렬로 배치되어 고정되며, 상기 일면에 상기 나머지 절반의 지그가 상기 일렬로 배치된 지그와 소정 간격을 두고 일렬로 평행하게 배치되어 고정되는 지지판; 및 상기 자석이 상기 지그를 이탈하지 않도록 하기 위해 상기 평행하게 설치된 지그의 양 쪽 가장자리에는 설치되는 고정부를 포함하여 구성되는 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조에 의해 달성된다.

상기 목적을 달성하기 위해 상기 지지판에는 상기 지그를 볼트로 고정하기 위해 복수의 볼트공이 형성된 것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 목적은 판상이며 양측 가장자리에 중앙부분보다 작은 두께로 결합부가 형성된 복수의 자석; 상기 자석이 삽입되며, 상기 자석을 구속하기 위해 상기 결합부의 길이보다 같거나 작은 걸림턱이 형성된 복수의 지그; 일면에 상기 복수의 지그 중 절반이 일렬로 배치되어 고정되며, 상기 일면에 상기 나머지 절반의 지그가 상기 일렬로 배치된 지그와 소정 간격을 두고 일렬로 평행하게 배치되어 고정되는 한 쌍의 지지판; 및 상기 자석이 상기 지그를 이탈하지 않도록 하기 위해 상기 평행하게 설치된 지그의 양 쪽 가장자리에는 설치되는 고정부를 포함하여 구성되며, 상기 한 쌍의 지지판은 소정의 간격만큼 떨어져서 상기 지그가 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조에 의해서도 달성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 상기 배치된 한 쌍의 지지판의 사이에는 상기 지지판 사이의 간격을 유지하기 위해 중간바가 더 설치되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위해 상기 지그의 양 쪽 가장자리에 설치되는 고정부는 막대형상의 고정편인 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위해 상기 지지판에 설치된 상기 지그에 조립되는 상기 복수의 자석은 다극자석배열방식으로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조에 사용된 다극자석배열의 원리를 나타낸 도면이고,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조를 나타낸 일부의 분해결합도이고,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조에 사용되는 자석을 나타낸 사시도이고,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조의 지그가 설치된 지지판의 구성을 나타낸 측면도이고,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조를 적용한 선형모터를 나타낸 사시도이고,

도 6은 종래의 자석배열을 갖는 선형모터를 나타낸 평면도이고,

도 7은 종래의 레진을 이용한 자석배열의 조립구조를 나타낸 사시도이다.

* 주요 도면 부호의 설명 *

1, 2: 지지판 3, 8, 11: 볼트공

7: 중간바 9: 중간편

10: 지그 12: 걸림턱

13, 14: 볼트 20: 다극자석배열

21: 자석 22: 결합부

23: 자기력 방향 30: 선형모터 코일부

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.

우선 본 발명의 다극자석배열 조립구조를 설명하기에 앞서 다극자석배열의 원리를 간략히 살펴본다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조에 사용된 다극자석배열의 원리를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다극자석배열(20)을 구성하는 베이스(45)에 설치된 영구자석(21a, 21b, 21c)은 수직 자속분포(23a)와 수평 자속분포(23b)를 갖는 것이고, N극에서 S극으로 향하는 자력선(44)과 수직한 방향(42, 43)을 갖도록 선형모터의 구동코일(41)이 배치된다.

다극자석배열이란 높은 자속 밀도를 얻을 수 있는 Halbach 자석배열을 나타내며 이는 USP 6,057,656 등을 통하여 알려져 있다. Halbach 자석배열의 특징은 기존 선형모터(미도시)에서 자속의 흐름을 원활하게 하는데 사용하는 요크를 상하의 자속분포(23a)를 갖는 자석들(21a, 21c) 가운데 위치한 수평의 자속분포(23b)자석 (21b)들이 대체하게 되어 높은 자속 밀도를 얻으면서도 중량은 크게 감소하게 된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조를 나타낸 일부의 분해결합도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조는 폭에 비해 길이가 긴 한 쌍의 지지판(1, 2)에 각각 지그(10)를 통해 다극자석배열(20)이 조립된 것이다. 지지판(1, 2)의 재질은 자속의 흐름을 원활하게 하는 철 등의 금속이 적절하다.

일측의 지지판(1)의 전면 하부에는 타측 지지판(2)과의 간격을 유지하기 위해 직각으로 형성된 중간바(7)가 고정되어 있다. 중간바(7)에는 타측 지지판(2)과 볼트(13)를 통해 결합하기 위해 복수의 볼트공(8)이 형성되어 있고, 지지판(1)의 일측에는 타측 중간편(9)과 볼트(13)를 통해 결합하기 위해 볼트공(3)이 형성되어 있다.

지그(10)는 지지판(1, 2)에 결합하여 자석(21)을 수용하기 위한 것으로서, 볼트(14)를 통해 평행한 2열의 쌍을 이루며 고정되고, 이러한 수 개의 지그(10)의 쌍이 소정의 길이만큼 일직선상에 배치되도록 형성된다. 직선상으로 배치된 지그(10)의 양측에는 지그(10)로부터 자석(21)의 이탈을 방지하고 지그(10)의 간격을 유지하기 위한 고정편(18)이 볼트(19)로 고정된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조에 사용되는 자석을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조의 지그가 설치된 지지판의 구성을 나타낸 측면도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다극자석배열 조립구조에 사용되는 자석(21)은 사각의 판상이며, 지그(10)의 걸림턱(12)의 안쪽으로 삽입되도록 하기 위해 양측 가장자리에는 두께가 작은 결합부(22)가 형성되어 있다.

자석(21)을 지지판(1)에 고정하는 지그(10)는 2번 절곡된 형상으로, 지지판(1)의 볼트공(4)과 연결되는 볼트공(11)이 형성된 부분과 이로부터 연장되어 자석(21)의 결합부(22)를 구속하는 걸림턱(12)의 부분으로 이루어진다. 절곡에 의해 걸림턱(12)을 형성하였기 때문에, 걸림턱(12)의 안쪽에는 자석(21)의결합부(22)가 삽입될 수 있는 공간이 형성된다.

지그(10)는 한 쌍이 결합부(22) 사이에 해당하는 자석(21)의 폭만큼 떨어져서 지지판(1)에 평행하게 설치되고, 이 때 각각의 지그(10)의 걸림턱(12)은 자석(21)을 삽입할 공간을 마련하기 위해 서로 마주보는 상태이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조를 적용한 선형모터를 나타낸 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조를 적용한 선형모터는 베이스(35)의 위로 다극자석배열의 조립구조가 형성된 한 쌍의 지지판(1, 2)이 설치되고, 지지판(1, 2)의 사이에 선형모터의 코일부(30)가 삽입되도록 설치된다. 선형모터의 코일부(30)는 이동하는 스테이지(미도시) 등에 결합되는 것이 일반적이며, 본 실시예에서는 스테이지의 결합부(31)만을 나타내었다. 따라서 선형모터의 코일부(30)는 선형모터 가이드(32)상을 이동하기 위해 선형모터 가이드(32)에 설치된 스테이지 결합부(31)의 일측에 결합되어 있다. 베이스(35)의 위로 선형모터 가이드(32)와 지지판(1, 2)의 측면을 고정하기 위한 고정부(33)가 설치된다.

이하에서는 상기한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조의 작동방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조의 제작은, 우선 선형모터의 코일부(30)의 두께에 맞추어 지지판(1)에 적절한 두께의 중간바(7)를 설치하고, 중간바(7)의 위쪽으로 볼트(14)를 사용하여 지그(10)를 고정한다. 다극자석배열(20)에 사용되는 자석(21)의 수에 따라 위와 같은 방식으로 지그(10)를 복수개 설치한다.

지그(10)의 설치가 끝나면, 지그(10)의 일측끝에 고정편(18)을 설치하여 자석(21)이 빠져나가지 않도록 한다. 그 후 다극자석배열(20)을 형성할 자석(21)을 지그(10)의 측방향에서 삽입한다. 모든 자석(21)의 삽입이 끝나면 지그(10)의 타측 끝을 고정편(18)으로 폐쇄한다. 고정편(18)의 설치는 볼트(19)로 지그에 고정하는 방식을 사용한다.

위와 같은 방법으로 타측 지지판(2)에도 다극자석배열(20)을 조립하고, 지지판(1, 2)들은 일측의 지지판(1)에 설치된 중간바(7)와 타측 지지판(2)을 볼트(13)로 결합하여 고정한다. 이렇게 완성된 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조는 선형모터를 이용하는 장치에 설치되어 사용된다.

본 발명의 따른 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조에서 다극자석배열(20)이 형성된 2개의 지지판(1, 2)을 사용한 것은, 자기력을 2배로 발생시켜 선형모터의 코일부(30)에 강한 구동력을 제공함과 동시에 자기력이 양쪽에서 작용하도록 하여 선형모터의 코일부(30)에 미치는 자기력의 균형을 이루기 위한 것이다.

또한, 1개의 선형모터의 코일부(30)를 중심으로 다극자석배열(20)이 서로 다른 쪽에 위치하므로 동일한 방향의 구동력을 발생시키기 위해서는, 각각의 지지판(1, 2)에 형성되는 다극자석배열(20)은 마주보는 자석(21)이 서로 다른 극을 갖도록 배치된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 2개의 지지판을 대향하도록 설치하는 구조를 채택하였으나 이는 구동력을 크게 하고 자기력의 균형을 이루기 위한 것을 채택한 것이며, 본 발명은 이에 한하지 않고, 다극자석배열을 형성한 1개의 지지판만을 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 중간바에 볼트공을 형성하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 지지판의 측면에서만 볼트로 조립하는 구조를 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 자석의 결합부를 얇게 형성하였으나 이는 다극자석배열 조립구조의 크기를 최소로 하면서 자석의 크기를 최대로 하는 구조를 채택한 것이므로, 본 발명은 이에 한하지 않고, 가공의 편의상 자석의 두께를 전부 동일하게 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 양 쪽의 지지판의 간격을 유지하기 위해 직각으로 형성된 중간바를 설치하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 소정의 두께를 유지할 수 있는 어떠한 형태도 가능하며 예를 들면 직선형 중간바를 설치하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 다극자석배열을 형성하기 위한 목적으로 지그를 이용한 조립구조를 채택하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않는 것이고, 일반적인 자석배열을 형성하는 것에도 본 발명이 이용될 수 있음은 물론이다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조에 따르면, 자석을 지그에 삽입한 후 지그의 양측을 폐쇄하는간단한 작업에 의해 다극자석배열을 조립할 수 있으므로, 다극자석배열을 형성하는데 소요되는 작업시간이 크게 단축되는 효과가 있다.

또한, 자석을 고정하는데 접착제를 사용하지 않으므로, 이물질이 부착하는 등의 번거로움 없이 작업이 용이하게 이루어지는 효과가 있다.

또한, 지그는 볼트에 의해 지지판에 고정되므로, 볼트고정이 자석의 반발력을 충분히 감당할 수 있고 외부의 충격이 있을 때에도 자석이 이탈하지 않는 견고한 구조를 제공하는 효과가 있다.

고정판 사이의 결합, 고정판과 중간바 또는 지그의 결합이 볼트를 이용하여 이루어지므로 조립과 분해가 간단하고, 분해시에도 지그나 지지판을 손상하지 않으므로 반복하여 재사용할 수 있는 효과가 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims

판상이며 가장자리에 중앙부분보다 작은 두께의 결합부(22)가 형성된 복수의 자석(21);

상기 자석(21)이 삽입되며, 상기 자석(21)을 구속하기 위해 상기 결합부(22)의 길이보다 같거나 작은 걸림턱(12)이 형성된 복수의 지그(10);

일면에 상기 복수의 지그(10)가 소정 간격을 두고 2열로 평행하게 배치되는 지지판(1); 및

상기 자석(21)이 상기 지그(10)를 이탈하지 않도록 하기 위해 상기 평행하게 배치된 지그(10)의 양 쪽에 설치되는 고정부(18)를 포함하여 구성되는 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조.
제 1 항에 있어서,

상기 지지판(1)에는 상기 지그(10)를 볼트(14)로 고정하기 위해 복수의 볼트공(4)이 형성되는 것을 특징으로 하는 지그를 이용한 다극자석배열의 조립구조.
판상이며 가장자리에 중앙부분보다 작은 두께의 결합부(22)가 형성된 복수의 자석(21);

상기 자석(21)이 삽입되며, 상기 자석(21)을 구속하기 위해 상기 결합부(22)의 길이보다 같거나 작은 걸림턱(12)이 형성된 복수의 지그(10);

평판의 일면에 상기 복수의 지그(10)가 소정 간격을 두고 2열로 평행하게 배치되는 한 쌍의 지지판(1, 2); 및

상기 자석(21)이 상기 지그(10)를 이탈하지 않도록 하기 위해 상기 평행하게 배치된 지그(10)의 양 쪽에 설치되는 고정부(18)를 포함하여 구성되며,

상기 한 쌍의 지지판(1, 2)은 상기 지그(10)가 마주보며 소정의 간격만큼 떨어지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조.
제 3 항에 있어서,

상기 배치된 한 쌍의 지지판(1, 2)의 사이에는 상기 지지판(1, 2) 사이의 간격을 유지하기 위해 중간바(7)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조.
제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,

상기 지그(10)의 양 쪽 가장자리에 설치되는 고정부(18)는 막대형상으로 상기 지그(10)에 볼트(19)로 고정되는 것을 특징으로 하는 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조.
제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,

상기 지지판(1, 2)에 조립되는 상기 복수의 자석(21)은 다극자석배열(20)방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 지그를 이용한 다극자석배열 조립구조.