KR20050004279A - 보이스 코일 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가동 코일의 강성이 높은 코일형 보이스 코일 모터를 제공한다.

계자가 되는 영구 자석(3)을 고정자(1)에, 전기자 권선(6)을 가동자(7)에 구비한 가동 코일형 보이스 코일 모터에 있어서, 상기 전기자 권선(8)을 공동부(5)가 있는 코일 형상으로 형성하고, 이 공동부(5)의 거의 중심에 비자성 또한 고강성 재료로 형성한 보강 빔(10)을 구비함으로써, 보강 빔(l0)이 코일의 변형을 방지하므로, 가동 코일(8)의 강성 향상에 크게 공헌하게 된다.

Description

보이스 코일 모터{VOICE COIL MOTOR}

보이스 코일 모터는, 계자(界磁)가 되는 영구 자석을 고정자에, 전기자 권선을 가동자에 구비한 가동 코일형의 것이 주류이다.

고정자로서는, (1)측면에서 본 형상이 「E」자 형상을 하고, 요크의 일단이 개방 상태이며, 가동자의 떼어냄이 가능한 것과, (2)측면에서 본 형상이 「日」자 형상을 하고, 요크가 닫혀 있으며, 가동자의 떼어냄이 가능하지 않은 것으로 크게 나뉜다.

가동자로서는, 원통 형상 혹은 각통(角筒) 형상으로 성형(成形)한 공심 코일, 또는, 엔지니어링 플라스틱, 경량 금속 등으로 성형된 비자성 얇은 보빈에 권회한 코일을 갖고 있다.

도 4는 고정자 측면 형상이 「日」자 형상을 한 보이스 코일 모터의 종래 기술을 도시하는 투영도로서, (a)는 일부 단면 정면도, (b)는 측면도이다.

도 4에서, 고정자(41)는, 철계 부재인 요크(42)와 영구 자석(43)과 센터 요크(44)로 구성된다. 또, 센터 요크(44)에는 인덕턴스를 저감시키기 위해서, 얇은동판(46)이 감기는 경우가 많다.

가동자(47)는 코일(48)과 가동자 장착 부재(49)로 구성된다. 또, 코일(48)을 감기 위한 보빈(52)(도 5 참조)을 갖는 경우도 있다.

가동자(47)는, 도시하지 않은 직동(直動) 가능한 베어링에 의해 유지되고, 코일(48)에 직류 통전함으로써 플레밍의 왼손 법칙에 의해 화살표(도 4(a))의 방향으로 가동한다. 또, 전류 극성의 반전에 의해 이동 방향이 역전된다.

그러나, 상기의 종래 기술의 보이스 코일 모터에는 다음과 같은 문제가 있었다.

도 5는 종래의 보이스 코일 모터의 가동자의 사시도를 도시하고 있다. 도 5에서, 코일(48)의 적층 방향의 두께(t)는 고정자의 자기 회로에 크게 영향을 미치므로, 극단적으로 두껍게 할 수 없다. 따라서, 가동자의 강성은 비자성 얇은 보빈(52) 또는 코일을 감을 때의 바니시, 함침 수지에 의존할 수 밖에 없어, 비교적 저강성이며, 보이스 코일 모터의 제어 특성 향상의 장애가 되어 왔다.

본 발명은, 특히 반도체 관련 장치나 공작 기계에 사용되는 가동(可動) 코일형 보이스 코일 모터에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에서의 보이스 코일 모터 전체의 투영도로서, (a)는 측면도, (b)는 일부 단면 정면도,

도 2는 도 1의 보이스 코일 모터 가동자의 사시도,

도 3은 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 보이스 코일 모터 가동자의 사시도,

도 4는 고정자 측면 형상이 「日」자 형상을 한 보이스 코일 모터의 종래 기술을 도시하는 투영도로서, (a)는 일부 단면 정면도, (b)는 측면도,

도 5는 도 4의 보이스 코일 모터 가동자의 사시도,

도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 가동자의 고유 진동수의 측정 결과,

도 7은 종래 기술에 관한 가동자의 고유 진동수의 측정 결과이다.

그러므로 본 발명의 목적은, 최근 높아지고 있는 보이스 코일 모터의 강성 특성을 자기 회로에 영향을 미치지 않고 향상시키는 것에 있다.

상기 문제를 해결하기 위해서, 본원 청구항 1 기재의 보이스 코일 모터의 발명은, 계자가 되는 영구 자석을 고정자에, 전기자 권선을 가동자에 구비한 가동 코일형 보이스 코일 모터에 있어서, 상기 전기자 권선을 공동(空洞)부가 있는 코일 형상으로 형성하고, 이 공동부의 거의 중심에 비자성 또한 고강성 재료로 형성한보강 빔을 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의해, 가동자의 강성 향상을 도모할 수 있다.

또, 청구항 2 기재의 보이스 코일 모터의 발명은, 계자가 되는 영구 자석을 고정자에, 전기자 권선을 가동자에 구비한 가동 코일형 보이스 코일 모터에 있어서, 상기 코일의 단면(端面)에 코일 단면(斷面)과 동등 형상의 고강성 보강 부재를 배치한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 3 기재의 보이스 코일 모터의 발명은, 계자가 되는 영구 자석을 고정자에, 전기자 권선을 가동자에 구비한 가동 코일형 보이스 코일 모터에 있어서, 상기 전기자 권선을 공동부가 있는 코일 형상으로 형성하고, 이 공동부의 거의 중심에 비자성 또한 고강성 재료로 형성한 보강 빔을 갖으며, 또한 상기 코일의 단면에 코일 단면과 동등 형상의 고강성 보강 부재를 배치한 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, 더욱 가동자의 고강성화를 도모하는 것이다.

코일의 공동부의 거의 중앙에 배치한 비자성 고강성으로 형성한 보강 빔은, 코일의 훼손, 비틀림을 방지하는 효과가 있다.

또, 코일 양 단면에 배치한 고강성 보강 부재도, 동일하게 코일의 훼손을 방지하는 효과가 있다. 그 결과, 가동 코일의 강성이 향상한다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 계자가 되는 영구 자석을 고정자에, 전기자 권선을 가동자에 구비한 가동 코일형 보이스 코일 모터에 있어서, 상기 전기자 권선을 공동부가 있는 코일 형상으로 형성하고, 이 공동부의 거의 중심에 비자성 또한 고강성 재료로 형성한 보강 빔을 구비하는 것이나, 혹은 상기 코일의단면에 코일 단면과 동등 형상의 고강성 보강 부재를 배치함으로써, 보강 빔이나 보강 링이 코일의 변형을 방지하므로, 가동 코일의 강성 향상에 크게 공헌하게 된다.

이하, 본 발명에 관해서 도면에 근거하여 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에서의 보이스 코일 모터 전체의 투영도로서, (a)는 측면도, (b)는 일부 단면 정면도이다. 도 2는 도 1의 보이스 코일 모터의 가동자의 사시도를 도시한다. 종래 기술의 도 4 및 도 5에서는 가동자를 각통 형상 코일로 설명하였지만, 도 1에서의 실시예는 원통 형상 코일로 설명한다.

도 1에서, 1은 고정자, 2는 요크, 3은 영구 자석, 4는 센터 요크, 5는 공극, 6은 얇은 동판, 7은 가동자, 8은 코일, 9는 가동자 장착 부재, 10은 보강 빔, 11은 보강 링이다.

고정자(1)는 요크(2)와 영구 자석(3)과 센터 요크(4)와 얇은 동판(6)에 의해 구성되어 있다. 본 발명에 의하면, 센터 요크(4)는, 보강 빔(10)의 통로가 되는 공극(5)을 확보하기 위해, 이분할 구조로 되어 있다.

가동자(7)는 코일(8)과 가동자 장착 부재(9)와 보강 빔(10)과 보강 링(11)에 의해 구성된다. 본 실시 형태에서는, 가동자 장착 부재(9)는 코일 단면(端面)에서의 고강성 보강 부재를 겸하고 있다.

또, 가동자 장착 부재(9), 보강 빔(10), 보강 링(11)은 코일(8)에 대하여 접착 혹은 감을 때의 바니시, 함침 수지에 의해서 강고하게 고착되어 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 전기자 권선(가동자(7))을 공동부가 있는 코일 형상으로 형성하고, 그 공동부의 거의 중심에 비자성 또한 고강성 재료로 형성한 보강 빔(10)을 설치함으로써, 보강 빔(10)이 가동 코일(8)의 변형을 방지하므로, 가동 코일(8)의 강성 향상에 크게 공헌하게 된다.

또, 코일(8)의 단면에 코일 단면과 동등 형상의 고강성 보강 부재(11)를 배치함으로써, 보강 빔(10)이나 보강 링(11)이 코일(8)의 변형을 방지하므로, 가동 코일(8)의 강성 향상에 크게 공헌하게 된다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 보이스 코일 모터 가동자의 사시도를 도시한다. 도 3에서, 8’는 가동 코일, 10’은 보강 빔, 11’은 보강 링이다.가동자(7)는, 코일(8’)과 보강 빔(10’)과 보강 링(11’)에 의해서 구성되고, 각각은 접착 혹은 감을 때의 바니시, 함침 수지에 의해 강고하게 고착되어 있다. 도 3에서는, 보강 빔(10’)이 보강 링(11’, 11’)의 범위를 초과하여 스트로크 방향으로 연장되어 있고, 직접, 피가동체와 체결되므로 도 2와 같은 가동자 장착 부재(9)를 필요로 하지 않는다.

이상과 같이 함으로써, 보강 빔(10), 보강 링(11)이 코일(8)의 변형을 방지하므로, 가동 코일의 강성 향상에 크게 공헌한다.

또한, 여기서는, 비자성 고강성 부재인 필요성으로부터, 가동자 링(9)을 알루미나 세라믹으로, 보강 빔(10)과 보강 링(11)을 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 구성하였다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 전기자 권선(가동자(7’))을 공동부가 있는 코일 형상으로 형성하고, 그 공동부의 거의 중심에 비자성 또한 고강성 재료로 형성한 보강 양(10’)를 설치함으로써, 보강 빔(10’)이 가동 코일(8’)의 변형을 방지하므로, 가동 코일(8’)의 강성 향상에 크게 공헌하게 된다.

또, 코일(8’)의 양 단면에 코일 단면과 동등 형상의 고강성 보강 부재(11’, 11’)를 배치함으로써, 보강 빔(10’)이나 보강 링(11’)이 코일(8’)의 변형을 방지하므로, 가동 코일(8’)의 강성 향상에 크게 공헌하게 된다.

도 6은 본 발명을 실시한 보이스 코일 모터 가동자의 자유 진동에서의 고유 진동수 결과를 도시한다. 세로축은 게인, 가로축은 주파수를 각각 나타내고 있다.

또, 도 7은 종래 기술의 보이스 코일 모터 가동자의 자유 진동에서의 고유진동수 결과를 도시한다. 세로축은 게인, 가로축은 주파수를 각각 나타내고 있다.

양자를 비교하면, 모터의 여러가지 특성은 양자가 거의 동등이지만, 일차 고유 진동수에 관해서는, 본 발명을 실시한 도 6에서는 일차 고유 진동수는 1275Hz, 최대 게인의 주파수는 2975Hz이다.

한편, 종래 기술의 보이스 코일 모터 가동자에 관한 도 7에서는, 일차 고유 진동수는 700Hz, 최대 게인의 주파수는 962.5Hz이고, 따라서, 본 발명에 관한 보이스 코일 모터 가동자(도 6)는, 종래의 것(도 7)과 비교하여, 큰 강성에 대한 향상을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 단, 여기서는 측정 시의 가진력(加振力)가 상이하므로, 게인의 비교는 할 수 없다.

본 발명은, 특히 반도체 관련 장치나 공작 기계에 사용되는 가동 코일형 보이스 코일 모터에 적용하여, 강성 특성을 자기 회로에 영향을 미치지 않고 향상시킬 수 있는 보이스 코일 모터를 제조, 제공하는 분야에 이용할 수 있다.

Claims (3)

1. 계자가 되는 영구 자석을 고정자에, 전기자 권선을 가동자에 구비한 가동 코일형 보이스 코일 모터에 있어서, 상기 전기자 권선을 공동부가 있는 코일 형상으로 형성하고, 이 공동부의 거의 중심에 비자성 또한 고강성 재료로 형성한 보강 빔을 갖는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
2. 계자가 되는 영구 자석을 고정자에, 전기자 권선을 가동자에 구비한 가동 코일형 보이스 코일 모터에 있어서,

   상기 코일의 단면(端面)에 코일 단면(斷面)과 동등 형상의 고강성 보강 부재를 배치한 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
3. 계자가 되는 영구 자석을 고정자에, 전기자 권선을 가동자에 구비한 가동 코일형 보이스 코일 모터에 있어서, 상기 전기자 권선을 공동부가 있는 코일 형상으로 형성하고, 이 공동부의 거의 중심에 비자성 또한 고강성 재료로 형성한 보강 빔을 갖으며, 또한 상기 코일의 단면에 코일 단면과 동등 형상의 고강성 보강 부재를 배치한 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.