KR20050059241A

KR20050059241A - 직렬 배치 리니어 모터

Info

Publication number: KR20050059241A
Application number: KR1020057005917A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 미야모토; 다카히사 야마다
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2005-06-17
Also published as: CN100576705C; WO2004034556A1; KR100983764B1; JP2004135384A; CN1703822A; TW200410473A; TWI323545B; JP4120787B2; US20050280315A1; DE10393464T5; US7291941B2

Abstract

다상 평형 권선(Ru∼Rw)을 가지는 전기자로 구성되는 복수의 가동자(1a∼1c)와, 영구자석 혹은 2차 도체를 가지는 고정자로 이루어지는 리니어 모터로서, 복수의 가동자(1a∼1c)를 상기 동일한 고정자 상에 배치하고, 또 해당 각 가동자(1a∼1c)의 각 다상 평형 권선(Ru∼Rw)을 직접 접속시켰다. 이것에 의해, 대형 기계를 구동할 수 있으며, 더욱이 코깅(cogging)을 상쇄하여 가동자 조립이 용이하고, 가동자의 열보호를 용이하게 할 수 있는 저렴한 직렬 배치 리니어 모터를 얻을 수 있다.

Description

직렬 배치 리니어 모터{TANDEM ARRANGEMENT LINEAR MOTOR}

본 발명은, 대추력(大推力)을 필요로 하는 어플리케이션에 적용한 경우에도, 복수개의 리니어 가동자의 구동 구조에 의해 조립시의 핸들링을 용이하게 행할 수 있는 동시에, 코깅(cogging)력의 상쇄 및 가동자의 온도 보호가 가능한 직렬 배치 리니어 모터에 관한 것이다.

도 6은 종래의 리니어 모터를 나타내고 있다.

도 6에 있어서, 1'는 1개의 전기자(電機子)로 구성되는 종래의 리니어 모터의 가동자, 6'는 복수의 영구 자석으로 이루어지는 계자로 구성되는 고정자이다. 또, 전기자는 다상 평형 권선을 가지는 것으로 되어 있고, 리니어 모터는 가동자(1')와 고정자(6')가 갭을 통해 대향 배치되어 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 종래의 리니어 모터는 하나의 이동체에 대하여 하나의 리니어 모터 가동자(1')로 구동하는 기구로 되어 있었다(예를 들면, 일본 특허공개 2000-308328호 공보를 참조).

이것은 전기자 코일의 이동선 및 중성점의 접속 처리를 용이하게 하고, 코어 블록(core block)의 단위 체적당의 추력을 크게 할 수 있는 리니어 모터로 하기 위해서, 계자용(界磁用)의 영구 자석과 자기적 공극(空隙)을 개재하여 대향하는 전기자를 구비하고, 이 전기자가, 추력 방향으로 복수로 분할된 코어 블록으로 구성하여 이루어지는 전기자 코어와 전기자 코일을 가지는 것으로, 각각의 코어 블록에 감겨지는 전기자 코일은, 코일 도체의 감김 시작 부분과 감김 종료 부분이 배선 패턴을 가지는 배선 기판에 접속된 것이다.

그러나, 추력을 크게 할 수 있는 이러한 리니어 모터에도 한계가 있다.

대형의 공작 기계 등의 구동에 리니어 모터가 이용된 경우, 필요 추력이 40000 N이 되는 것도 있고, 이 경우, 자석과 코어 간의 자기 흡인력도 120000 N(12t)으로 강대하게 된다. 그런데, 도 6과 같은 1개의 전기자를 구비하는 리니어 모터로 상기 필요 추력을 얻으려고 하면, 추력의 증대에 수반하는 코깅의 문제나, 전기자의 발열의 문제가 생기거나 하여, 이러한 대형 기계의 구동에 대처해 나갈 수 없었다.

만일 1개의 전기자로 설계하면, 가동자(전기자) 중량이 250 kg 이상이 되어, 핸들링 등의 문제가 커진다. 또, 모터의 자석의 흡인력 증대에 의해, 자석의 조립에 시간이 걸린다고 하는 문제가 있었다.

또한, 고장의 경우, 그 피해 금액도 커졌다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 대형 기계의 구동이 가능하고 게다가 코깅력를 상쇄하여, 가동자 조립이 용이하고, 가동자의 열보호를 용이하게 할 수 있는 염가의 직렬 배치 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터의 개념 사시도이다.

도 2는 도 1의 리니어 모터 가동자군(群)의 각 리니어 가동자 단체(單體)에 실시되는 평형 3상 권선의 접속예이다.

도 3은 도 2의 리니어 가동자의 위에서 본 외관도이다.

도 4는 도 2의 가동자를 3개 직렬로 접속한 경우의 각 가동자 간의 접속 관계도이다.

도 5는 가동자의 코깅 추력과 코깅 상쇄의 관계를 나타낸 도면이다.

도 6은 종래의 리니어 모터의 외관 사시도이다.

상기 문제를 해결하기 위해서, 청구항 1의 직렬 배치 리니어 모터에 관한 발명은, 다상 평형 권선을 가지는 전기자로 구성되는 복수의 가동자와, 영구 자석 혹은 2차 도체를 가지는 고정자로 이루어지는 리니어 모터로서, 상기 복수의 가동자를 동일한 상기 고정자 상에 갭을 개재하여 대향 배치하고, 또한, 해당 각 가동자의 각 다상 평형 권선을 직렬 접속시킨 것을 특징으로 하고 있다.

또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1 기재의 직렬 배치 리니어 모터에 있어서, 상기 복수의 가동자가 모두 동일 구성인 것을 특징으로 하고 있다.

또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 2 기재의 직렬 배치 리니어 모터에 있어서, 상기 가동자의 전후단에 접속용 단자를 배치하고, 최종 가동자의 후단 단자의 다층 권선 단자를 서로 단락 접속(중성점) 처리한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4의 발명은, 청구항 1 또는 2 기재의 직렬 배치 리니어 모터에 있어서, 상기 복수의 가동자의 상수(相數)를 3상으로 하고, 가동자수를 3의 배수개로 한 가운데, 각 가동자 간의 위상차가 전기각 120˚혹은 240˚의 위상 어긋남도 갖게 하며, 또한 각 가동자의 전후단에 있는 접속 단자의 연결도 120˚혹은 240˚위상을 갖게 하는 접속으로 한 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5의 발명은, 청구항 1 또는 2 기재의 직렬 배치 리니어 모터에 있어서, 상기 복수의 가동자에는 각각 서미스터(thermistor)가 내장되어 있고, 해당 각 서미스터도 모두 직렬 접속시키도록 외부 단자를 상기 가동자 전후단에 접속 단자를 배치시킨 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 본 발명은, 동일 고정자 상에 복수의 가동자를 배치시켜, 이들 가동자의 다상 평형 권선을 직렬 접속시킴으로써, 하나의 이동체를 구동할 수 있는 직렬 배치 리니어 모터가 되고 있다.

그리고, 직렬 접속을 함으로써, 병렬 접속의 경우에 일어나는 각 가동자의, 약간의 위상 어긋남에 의한 순환 전류의 발생을 방지할 수 있고, 또 추력 용량이 상이한 리니어 가동자를 조합한 배열이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1에 있어서, 1a∼1c는 전기자로 구성되는 제 1 리니어 모터 가동자군, 1d∼1f는 전기자로 구성되는 제 2 리니어 모터 가동자군, 2A 및 2B는 각각 제 1 및 제 2의 상기 리니어 모터 가동자군을 구동하는 파워 앰프(power amplifier), 6A 및 6B는 각각 제 1 및 제 2의 상기 리니어 모터 가동자군을 재치(載置)하는 고정자이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 이 리니어 모터는 도 1에서 좌우의 고정자(6A 및 6B) 상에 2개의 가동자군(1a∼1c, ld∼1f)을 드라이버인 2개의 파워 앰프(2A 및 2B)로 구동하는 예이다.

도 2는 도 1의 리니어 모터 가동자군의 각 리니어 가동자 단체(單體)에 실시되는 평형 3상 권선의 예이다.

도 2에 있어서, 리니어 가동자 단체(單體)에는 전단(前端)(도 2에서 좌측)에 단자 U, V, W와 후단(도 2에서 우측)의 단자 X, Y, Z가 있으며, 단자 U와 X 간에 3상 권선 중 1상의 코일이 2개(RU1, RU2), 동일하게, 단자 V와 Y 간에 3상 권선 중 다른 1상의 코일이 2개(RV1, RV2), 그리고 단자 W와 Z 간에 3상 권선의 나머지 1상의 코일이 2개(RW1, RW2)가 각각 병렬로 접속되어 있다.

또, 리니어 가동자 단체(單體)의 전단의 단자 A와 후단의 단자 a와의 사이에, 2개의 서미스터(41(THa), 42(THb))가 직렬 접속되어 있으며, 한 쪽의 서미스터(4l)는 단자 U-V 간에, 다른 쪽의 서미스터(42)는 V-W 간에 배치되어, 각각의 온도를 검지하고 있다.

그리고, 서미스터선의 바이패스선도 전단의 단자 B와 후단의 단자 b 간에 접속되어 있다.

또한, 전단의 단자 E와 후단의 단자 e 간에는, 전기자 코어(도시하지 않음)에 접속된 어스(earth)선이 접속되어 있다.

도 3은, 도 2의 리니어 가동자의 위에서 본 외관을 나타낸다.

도 3에 있어서, 1은 리니어 가동자 단체(單體)이고, 51은 전단 단자(도 3에서 좌측), 52는 후단 단자(도 3에서 우측)이다.

내부에는 도 2에서 설명한 바와 같이, 단자 U와 X 간에 2개의 U상 코일, 단자 V와 Y 간에 2개의 V상 코일, 그리고 단자 W와 Z 간에 2개의 W상 코일이 각각 병렬로 접속되어 있다. 또, 단자 A와 단자 a와의 사이에 2개의 서미스터가 직렬 접속되어 있고, 단자 B와 단자 b 간에 이 서미스터선의 바이패스선이 접속되어 있다. 전단의 단자 E와 후단의 단자 e 간에는 전기자 코어(도시하지 않음)에 접속된 어스선이 접속되어 있다.

도 4는, 도 2의 가동자를 3개 직렬로 접속한 경우의 각 가동자 간의 접속 관계를 나타낸다.

각 가동자(1a∼1c) 간은, 240˚의 정수배 n의 전기각 위상으로 배치되어 있다.

선단의 가동자(1a)의 전단 단자(51a)의 단자 U, 단자 V, 단자 W로 외부로부터 급전된다.

가동자(1a) 내에서는, 도 2에서 설명한 바와 같이, 단자 U는 2개 병렬로 접속된 상(相)코일 Ru1, Ru2를 거쳐 후단 단자(52a)의 단자 X에 접속되고, 단자 V는 2개 병렬로 접속된 상코일 Rv1, Rv2를 거쳐 후단 단자(52a)의 단자 Y에 접속되며, 단자 W는 2개 병렬로 접속된 상코일 Rw1, Rw2를 거쳐 후단 단자(52a)의 단자 Z에 접속되어 있다.

다음에, 가동자(1a)의 후단 단자(52a)의 단자 X, Y, Z는 각각 다음의 가동자(1b)의 전단 단자(51b)의 단자 U, V, W에 접속된다. 그런데, 가동자(1b) 내에서는, 단자 U는 가동자(1a)의 경우의 상코일 Ru1, Ru2가 아니라, 전기각으로 120˚근처의 상코일 Rv1, Rv2를 거쳐 후단 단자(52b)의 단자 X에 접속되어 있다. 이하 마찬가지로, 단자 V는 120˚근처의 상코일 Rw1, Rw2를 거쳐 후단 단자(52b)의 단자 Y에 접속되며, 단자 W는 120˚근처의 상코일 Ru1, Ru2를 거쳐 후단 단자(52b)의 단자 Z에 접속되어 있다.

그리고, 가동자(1b)의 후단 단자(52b)의 단자 X, Y, Z는 각각 다음의 가동자(1c)의 전단 단자(51c)의 단자 U, V, W에 접속된다. 그런데, 가동자(1c) 내에서는, 단자 U는 가동자(1b)의 경우의 상코일 Rv1, Rv2가 아니라, 그것보다 전기각으로 120˚근처의 상코일 Rw1, Rw2를 거쳐 후단 단자(52c)의 단자 X에 접속되어 있다. 이하 마찬가지로, 단자 V는 120˚근처의 상코일 Ru1, Ru2를 거쳐 후단 단자(52c)의 단자 Y에 접속되며, 단자 W는 120˚근처의 상코일 Rv1, Rv2를 거쳐 후단 단자(52c)의 단자 Z에 접속되어 있다.

이와 같이, 각 가동자(1a∼1c)의 각 상(相)권선의 상 Ru, Rv, Rw의 각 차례는, 제 1 가동자(1a)가 Ru-Rv-Rw로 되면, 제 2 가동자(1b)는 Rw-Ru-Rv, 제 3 가동자(1c)는 Rv-Rw-Ru가 되도록 접속선으로 접속되어 있다.

그리고, 최종 가동자가 되는 제 3 가동자(1c)의 후단 단자(52c)의 X, Y, Z 단자는 각각 단락됨으로써 중성점 처리되고 있다.

또, 각 가동자(1a∼1c)의 각 서미스터(4)의 전후의 단자도 각각 접속되어, 최종 가동자가 되는 제 3 가동자(1c)의 a-b 단자를 단락함으로써, 모든 서미스터 소자가 직렬 접속된다.

이것에 의해, 어떤 가동자의, 어떤 상권선 온도가 이상하게 되어도, 올바르게 검지하여, 온도 보호를 하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 각 가동자(1a∼1c) 간은 240˚(또는 120˚)의 정수배 n의 전기각 위상으로 배치 접속함으로써, 코깅력를 상쇄하는 것이 가능하게 된다.

도 5는, 코깅 상쇄의 관계를 나타낸 도면이다.

도 5에 있어서, 세로축은 코깅 추력(N), 가로축은 이동 거리를 나타내고 있다.

예를 들면, 도 1에 나타낸 각 가동자(1a∼1c)의 코깅 추력은, 전후 단부의 자기 회로의 불평형에 의해, 도 5와 같은 각각 위상 및 가로축의 시프트한 사인파형의 코깅 추력이 생기고 있다.

그런데, 이것을 도 4에서 설명한 바와 같이, 각 가동자(1a∼1c) 간의 위상을 240˚어긋나게 함으로써, 각 코깅 추력은 서로 상쇄하기 때문에, 결과적으로 도 5의 총합 상쇄 데이터와 같이 약간의 변동으로 억제할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 직렬 배치 리니어 모터는, 예를 들면, 하나의 이동체를 복수의 리니어 모터 가동자로 구동하는 경우의 장치로서 유용하다.

Claims

다상 평형 권선을 구비하는 전기자로 구성되는 복수의 가동자와, 영구 자석 혹은 2차 도체를 구비하는 고정자로 이루어지는 리니어 모터에 있어서,

상기 복수의 가동자를 동일한 상기 고정자 상에 갭을 개재하여 대향 배치하고, 또한, 상기 각 가동자의 각 다상 평형 권선을 직렬 접속시킨 것을 특징으로 하는 직렬 배치 리니어 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 가동자가 모두 동일 구성인 것을 특징으로 하는 직렬 배치 리니어 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 가동자의 전후단에 접속용 단자를 배치하고, 최종 가동자의 후단 단자의 다층 권선 단자를 서로 단락 접속(중성점) 처리한 것을 특징으로 하는 직렬 배치 리니어 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 복수의 가동자의 상의 수를 3상으로 하고, 가동자 수를 3의 배수개로 한 가운데, 각 가동자 간의 위상차가 전기각(電氣角) 120˚혹은 240˚의 위상 엇갈림을 갖게 하며, 또한 각 가동자의 전후단에 어떤 접속 단자의 연결도 120˚혹은 240˚위상을 갖게 하는 접속으로 한 것을 특징으로 하는 직렬 배치 리니어 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 복수의 가동자에는 각각 서미스터가 내장되어 있고, 상기 각 서미스터도 모두 직렬 접속시키도록 외부 단자를 상기 가동자 전후단에 접속 단자를 배치시킨 것을 특징으로 하는 직렬 배치 리니어 모터.