KR20050002932A - 리니어모터의 가동자 방열구조 - Google Patents

리니어모터의 가동자 방열구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리니어모터의 가동자 방열구조에 관한 것으로, 리니어모터 가동자의 구성을 복잡하게 하지 않고 가동자의 코일에서 발생하는 열을 외부로 신속하고 효과적으로 방출할 수 있도록 한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 판상의 슈(shoe)와, 상기 슈에 고정되는 코어와, 상기 코어에 일정간격으로 감겨진 복수개의 코일과, 상기 코어와 코일을 둘러싸도록 형성되는 절연성 재질의 몰딩부를 포함하여 구성된 리니어모터의 가동자에 있어서, 상기 몰딩부의 외면에 접촉하도록 상기 슈에 고정되게 부착되는 금속재질, 예컨대 열전도성이 우수한 알루미늄 재질의 방열판을 구비한 것을 특징으로 하는 리니어모터의 가동자 방열구조를 제공한다.

Description

리니어모터의 가동자 방열구조{Heat Radiation Structure for Mover of Linear Motor}
본 발명은 리니어모터의 가동자에 관한 것으로, 특히 리니어모터의 가동자(mover)에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출시켜 냉각시킬 수 있도록 함과 동시에 제작성을 향상시킨 리니어모터의 가동자 방열구조에 관한 것이다.
일반적으로 회전형 모터를 이용하는 직선운동 시스템은 대부분의 경우, 벨트시스템이나 볼스크류 시스템과 같은 동력전환장치를 통해 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 사용되고 있다.
하지만, 이러한 동력전환장치를 이용한 직선운동 시스템들은 동력전달장치가 모터의 동력전달계통에 추가적으로 부가된 시스템이기 때문에 전체 직선운동 시스템의 에너지 효율을 저하시키고, 마찰이나 진동과 같은 2차적인 문제들을 야기하는 단점이 있다.
이에 근래들어 리니어모터를 이용한 직선운동 시스템이 고정밀도 및 고속을 요하는 장비들의 직선운동 시스템으로서 각광받고 있는 바, 리니어모터는 전기적 입력에 대해 직접적으로 직선력을 얻을 수 있어 회전 운동을 직선운동으로 변환시키기 위한 별도의 동력전환장치를 필요로 하지 않고, 비접촉식 운동방식으로 직선구동을 하기 때문에 고속 운전 및 정숙 운전을 할 수 있으며, 전체 시스템의 소형화를 구현하기가 쉬운 장점이 있다.
이러한 리니어모터의 구성에 대해 첨부된 도면의 도 1과 도 2를 참조하여 간략하게 설명하면, 리니어모터는 크게 고정자(1)(stator)와 가동자(2)(mover) 및 상기 고정자(1)에 대해 가동자(2)의 이동을 안내하는 엘엠가이드(3a)(LM Guide)와 엘엠블럭(3b)으로 구성되며, 고정자(1)를 구성하는 자석 트랙(11) 상을 가동자(2)가 일정 공극 이격되어 엘엠가이드(3a)를 따라 직선운동하도록 된 것이다.
여기서, 상기 고정자(1)는 기다란 판상의 코어(12) 상에 자석(13)이 일정 간격으로 배치되어 자석 트랙(11)을 구성하고, 이 자석 트랙(11)이 기다란 판상의 프레임(14) 상에 부착되며, 상기 프레임(14)의 양측으로 2개의 엘엠가이드(3a) 및 이 엘엠가이드(3a)를 따라 이동하도록 결합된 엘엠블럭(3b)이 설치된 구조로 이루어진다.
그리고, 상기 가동자(2)는 코어(21)에 일정 간격으로 코일(22)이 감겨지고, 상기 코어(22)가 판상의 슈(23)(shoe)에 부착된 구조로 이루어져, 상기 슈(23)가 상기 엘엠블럭(3b) 상에 고정된다.
상기 가동자(2)는 코일(22)에 전류를 흘림으로써 전자기력을 발생시키고, 이렇게 발생된 전자기력에 의해 고정자(1)와 상호 작용하여 선형 운동을 하게 되는 바, 상기 가동자(2)에는 코어(21)에 감겨진 코일(22)을 보호하기 위하여 코어(21)와 코일(22)을 감싸도록 절연성의 에폭시 수지로 된 몰딩부(24)가 형성된다.
그런데, 상기와 같이 구성된 리니어모터는 전자기력 생성을 위해 가동자(2)의 코일(22)에 전류를 인가함에 따라 열이 발생하게 되고, 이 열은 일부가 몰딩부(24)를 거쳐 공기로 방열되지만 대부분이 코어(21)로 전달되어 리니어모터의 성능에 악영향을 미치게 된다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 가동자(2)의 코일(22)에서 발생된 열은몰딩부(24)와 코어(21)로 전달되는데, 상기 몰딩부(24)는 표면적이 적을 뿐만 아니라 열전도율이 매우 낮은 공기와 접하고 있으므로 열 방출이 매우 느리게 진행된다. 그 결과, 코일(22)에서 발생되는 열의 대부분이 코어(21) 및 이 코어(21)가 접하고 있는 슈(23)로 전달된다.
이와 같이 가동자의 열방출이 원활히 이루어지지 않으면, 이 열에 의해 자계특성이 영향을 받아 정밀 제어가 어려워질 뿐만 아니라, 슈(23)로 전달된 많은 열이 엘엠가이드(3a) 및 엘엘블럭(3b)을 변형시키고 마찰력을 증대시키거나, 상기 슈(23)에 연결되는 이동 대상물에 변형 등을 야기하여 전제 시스템의 동작, 안정성, 정밀도 등의 저하를 일으키게 되는 문제가 있다.
이에 종래에는 상기와 같은 가동자의 냉각을 위하여 별도의 냉매관로가 형성된 냉각수단을 추가적으로 구성하기도 하였으나, 이 경우 냉매관로를 확보하기 위한 추가적인 공정이 필요하고, 확보된 냉매관로가 막히지 않도록 몰딩하는 어려움이 수반되며, 이후 냉매의 공급을 위한 추가적인 장치를 필요로 하는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 리니어모터 가동자의 구성을 복잡하게 하지 않고 가동자의 코일에서 발생하는 열을 외부로 신속하고 효과적으로 방출할 수 있도록 한 리니어모터의 가동자 방열구조를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 리니어모터의 구성을 나타낸 정면도
도 2는 종래의 리니터모터의 가동자의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도
도 3은 본 발명에 따른 리니어모터의 가동자의 일 실시예의 구성을 나타낸 사시도
도 4는 도 3의 리니어모터 가동자의 측면도
도 5는 도 3의 리니어모터 가동자의 정면도
도 6은 도 3의 리니어모터 가동자의 저면도
도 7은 본 발명에 따른 리니어모터의 가동자의 다른 실시예의 구성을 나타낸 도면으로, 가동자의 코어 부분을 제거하여 나타낸 사시도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 가동자 201 : 코어
202 : 코일 203 : 슈
204 : 몰딩부 210 : 방열판
211 : 홈 212 : 홈
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 판상의 슈(shoe)와, 상기 슈에 고정되는 코어와, 상기 코어에 일정간격으로 감겨진 복수개의 코일과, 상기 코어와 코일을 둘러싸도록 형성되는 절연성 재질의 몰딩부를 포함하여 구성된 리니어모터의 가동자에 있어서, 상기 몰딩부의 외면에 접촉하도록 상기 슈에 고정되게 부착되는 금속재질, 예컨대 열전도성이 우수한 알루미늄 재질의 방열판을 구비한 것을 특징으로 하는 리니어모터의 가동자 방열구조를 제공한다.
본 발명의 한 형태에 의하면, 상기 방열판은 역'U'자형으로 형성되어, 폐쇄된 부분의 외측면이 슈에 부착되고 내측 공간부에 몰딩부가 삽입되어 고정된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 리니어모터의 가동자 방열구조의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 리니어모터의 가동자 구조를 나타낸 도면들로, 이 도면들에 도시된 바와 같이 본 발명의 리니어모터 가동자(200)는 금속재로 된 판상의 슈(203)의 하부면에 역'U'자형으로 된 방열판(210)이 고정되게 부착되고, 이 방열판(210)의 내측면에 코어(201)가 부착되며, 상기 코어(201)에 일정 간격으로 복수개의 코일(202)이 감겨진 구조로 이루어진다.
그리고, 상기 방열판(210)의 내측 공간부에는 상기 코어(201) 및 코일(202)들을 둘러싸도록 에폭시 수지와 같은 절연성 재료의 몰딩부(204)가 채워져, 상기 몰딩부(204)의 양측 외면이 방열판(210)의 내면과 연접하는 구조로 이루어진다.
상기 방열판(210)은 양단부가 개방된 역'U'자형의 방열부재로, 열전도성이 우수한 알루미늄 등의 금속으로 만들어진 것이 바람직하나, 이에 한정하지는 않으며 열전도성이 우수한 재질이라면 어떠한 재질을 사용해도 무방하다.
또한, 상기 방열판(210)은 열전달 면적을 넓히기 위하여 외표면에 복수개의 홈(211)이 연속적으로 형성되어 요철면으로 형성되거나, 이와 다르게 복수개의 돌출부가 소정 형태로 형성되거나 엠보싱이 형성될 수도 있다.
이와 더불어, 상기 방열판(210) 내측의 양측 모서리를 따라 대략 원형의 홈(212)이 형성되고, 이 홈(212)에 몰딩부(204)의 양측 모서리부분이 삽입되도록 되어 있는데, 여기서 상기 홈(212)은 코일(202)과 연결되는 선을 외부로 인출하기 위한 통로 역할과 함께 몰딩부(204)가 방열판(210) 내측에 견고하게 고정될 수 있게 지지하는 역할도 하게 된다.
즉, 상기 방열판(210) 내부에 몰딩재를 주입하여 몰딩부(204)를 형성할 때 몰딩재가 상기 홈(212) 내부로 인입되어 경화된다. 따라서, 상기 홈(212) 내부에 채워진 부분에 의해 몰딩부(204) 전체가 방열판(210) 내측에 견고하게 지지되는 것이다.
한편, 상기 방열판(210)은 슈(203)와 개별체로 되어 슈(203)의 일면에 고정되게 부착될 수 있으나, 이와는 다르게 도 7의 실시예에 도시된 것처럼 슈(231)와 방열판(232)이 일체형으로 제작될 수 있다.
이 경우, 슈(231)와 방열판(232)이 함께 제작되므로 별도의 고정작업을 수행할 필요가 없게 되어 제작성이 향상되는 이점을 얻을 수 있다.
이 실시예에서도 열전달 면적 확대를 위해 방열판(232)의 외면에 복수개의 홈(233)이 형성되고, 내부에 설치되는 몰딩부(204: 도 3참조)가 견고히 지지됨과함께 코일(202; 도 3참조)과 연결되는 전선의 인출을 위해 방열판(232) 내측 모서리부를 따라 홈(234)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 리니어모터 가동자에서의 방열작용은 다음과 같이 이루어진다.
가동자(200)의 구동을 위해 코일(202)에 전류가 흐르게 되면 코일(202) 내부에서 발열이 있게 되고, 이렇게 발생된 열은 일차적으로 코어(201)와 몰딩부(204)로 전달된 후 다시 방열판(210)으로 전도되는데, 이 때 상기 방열판(210)이 열전도성이 크기 때문에 방열판(210)으로의 열전달이 신속하게 이루어지게 된다. 방열판(210)으로 전도된 열은 외부의 공기중으로 전도된다.
이와 같이 가동자에서 발생된 열이 열전도성이 우수한 방열판(210)으로 빠르게 전달된 후 이 방열판(210)을 통해서 외부로 방열되므로 가동자(200) 내부의 열방출이 신속하게 이루어지게 되고, 따라서 가동자 내부의 열은 낮은 수준으로 유지될 수 있게 된다.
또한, 상기 방열판(210)이 슈(203)에 부착되어 있는 상태이므로, 상기 코어(201)에서 발생한 열은 방열판(210)으로 전달되어 대부분이 이 방열판(210)을 통해서 외부로 신속히 방출되고, 미량의 잔류 열만이 슈(203)로 전달되는 바, 결과적으로 열에 의한 슈(203)의 온도 상승도 억제할 수 있게 되어, 슈(203)에 연결되어 있는 엘엠블럭(3b; 도 1참조)과 엘엠가이드(3a; 도 1참조) 및 이동 대상물의 열에 의한 변형을 방지하고, 시스템 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 의하면, 상기 몰딩부(204)가 방열벽(210)의 내측 공간에 형성되기 때문에 별도의 금형을 사용하지 않고도 가동자의 제작이 가능한 제작상의 이점도 추가적으로 얻을 수 있다.
즉, 기존에는 코어(201)를 슈(203)에 부착한 상태에서 코일(202)을 감은 다음, 이를 별도의 금형에 장착하고 몰딩재를 주입하여 몰딩부(204)를 형성하였으나, 본 발명에 의하면 상기 방열판(210)이 금형의 역할을 하게 되므로 방열판(210) 내측면에 코어(201)와 코일(202)을 장착한 다음, 방열판(210)의 개방된 양단을 막고 방열판(210)의 내부 공간에 몰딩재를 주입함으로써 몰딩부(204)를 형성할 수 있다.
따라서, 몰딩부(204) 형성을 위한 별도의 고가의 금형이 필요없게 되므로 제작 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제작 과정도 줄일 수 있는 이점도 얻을 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 방열판(210)은 다이캐스팅에 의해 기다란 바아형태로 제작된 것을 윈하는 길이대로 절단하여 사용할 수 있으므로 비용을 크게 상승시키지 않고 효과적인 방열구조를 구현할 수 있다.
한편, 전술한 실시예들의 리니어모터 가동자의 설명에서는 방열판을 역'U'자 형으로 형성하였으나, 이와는 다르게 슈(203)의 일면에서 바로 수직하게 일체형으로 형성하거나, 복수개로 분할하여 형성할 수도 있을 것이다.
또한, 전술한 실시예에서는 상기 방열판의 양단부가 개방된 것으로 설명하였으나, 이와는 다르게 방열판의 4면이 모두 막혀 박스 형태로 구성할 수도 있음은 물론이다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 가동자의 코일에서 발생된 열이 몰딩부와 코일을 거쳐 열전도성이 우수한 방열판으로 신속하게 전도된 후 이 방열판을 통해 외부로 방출되므로 신속한 방열이 이루어질 수 있게 되고, 따라서 자계 특성에 큰 영향을 미치지 않게 되어 정밀하고 안정적인 동작 제어를 보장할 수 있게 되며, 시스템 전체의 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 방열판 자체가 금형의 역할도 할 수 있게 되므로 별도의 고가의 금형 없이 바로 몰딩부를 제작할 수 있고, 따라서 제작 과정을 단축시키고 비용도 절감할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 판상의 슈(shoe)와, 상기 슈에 고정되는 코어와, 상기 코어에 일정간격으로 감겨진 복수개의 코일과, 상기 코어와 코일을 둘러싸도록 형성되는 절연성 재질의 몰딩부를 포함하여 구성된 리니어모터의 가동자에 있어서,
    상기 몰딩부의 외면에 접촉하도록 상기 슈에 고정되게 부착되는 금속재질의 방열판을 구비한 것을 특징으로 하는 리니어모터의 가동자 방열구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 방열판은 역'U'자형으로 형성되어, 폐쇄된 부분의 외면이 슈에 부착되고 내측 공간부에 몰딩부가 삽입된 상태로 고정된 것을 특징으로 하는 리니어모터의 가동자 방열구조.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방열판은 슈에 일체형으로 된 것을 특징으로 하는 리니어모터의 가동자 방열구조.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방열판 내측의 모서리를 따라 몰딩부의 모서리부분이 삽입되도록 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 가동자 방열구조.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방열판은 알루미늄으로 된 것을 특징으로 하는 리니어모터의 가동자 방열구조.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방열판의 표면에 적어도 한 개의 홈 또는 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 리니어모터의 가동자 방열구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100899279B1 (ko) * 2007-01-26 2009-05-27 창원대학교 산학협력단 상면 평판냉각기와 측면 열유도판을 결합한 리니어모터의 냉각장치
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KR102181534B1 (ko) * 2020-07-15 2020-11-20 주식회사 대곤코퍼레이션 진공용 리니어 모터 조립체

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