KR20070019887A - 자속 선형전동기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 받침대에 고정된 한쌍의 레일에 지지되는 이송대를 그 레일상에서 선형적으로 이송시키기 위한 것으로서, 상기 레일 사이의 받침대에 설치되는 고정자와, 상기 이송대를 지지하는 이동자를 포함하는 자속 선형전동기에 있어서, 상기 이동자는, 이동자권선에 전류를 흘릴 때 자속 Φ 가 이동자철심, 영구자석 및 고정자철심을 통해 발생하면서, 이동자철심이 두 개의 영구자석 방향사이를 이동하면서 교번 자극을 가지고, 양측의 공극에서 같은 방향으로 힘을 발생시키기 위해서 이동자철심과 영구자석을 τp 만큼 비틀어지게 배열되고, 상기 이동자는 철심과 영구자석이 결합부재를 매개로 블록 단위로 결합된 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자속 선형전동기를 제공한다.

Description

자속 선형전동기{Linear Motor with permanent magnet excitation}
도 1은 본 발명에 따른 자속 선형전동기가 채용된 선형이송장치의 사시도,
도 2는 도 1의 자속 선형이송장치에 채용되는 자속 선형전동기의 분해사시도,
도 3은 도 2의 자속 선형전동기에 채용되는 고정자의 분해사시도,
도 4는 도 2의 자속 선형전동기에 채용되는 이동자의 분해사시도,
도 5는 도 2의 자속 선형전동기에 있어서, 이동자철심 및 영구자석과, 고정자철심을 발췌하여 상대적 배치관계를 도시한 도면,
도 6a, 6b 및 6c는, 도 2의 자속 선형전동기 힘발생 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도 6a는 이동자권선(11)에 전류를 흘릴 때 자속 Φ 가 이동자철심, 영구자석 및 고정자철심을 통해 발생하는 것을 도시한 도면이고, 도 6b는 도 6a의 고정자철심을 중간에서 잘라 상,하로 펼친 형태로 힘 발생을 이해하기 쉽도록 나타낸 도면이며, 도 6c는 도 6b에서 이동자철심이 τp 만큼 이동하였을 때 위치를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
R ... 레일 10 ... 받침대
20 ... 이송대 100 ... 고정자
110 ... 고정자철심 111 ... 철판
111a ... 철판홈 120,120' ... 수지블럭
120a ... 헤드구멍 120b ... 나사구멍
130 ... 결합부재 131 ... 헤드부
132 ... 나사부 200 ... 이동자
210 ... 이동자철심 211 ... 다리
212 ... 몸체 213 ... 사이드브라켓
214a ... 헤드구멍 214b ... 나사구멍
214c ... 구멍 220 ... 영구자석
221 ... 다리 222 ... 몸체
230 ... 결합부재 231 ... 헤드부
232 ... 볼트부 240 ... 이동자권선
본 발명은 선형 운동을 제공하는 선형이송장치용 자속 선형전동기에 관한 것이다.
일반적으로 직선 동력을 얻기 선형이송장치는, 회전운동을 발생하는 회전형 전동기와, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 볼스크류등과 같은 직선변환기를 포 함함으로써, 회전운동으로부터 직선 동력을 얻을 수 있었다.
그런데, 회전형 전동기와 직선변화기로 구성되는 선형이송장치는 전체적인 시스템 구성이 복잡해지고, 크기가 커질 수 밖에 없다라는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점에 의거하여, 보다 간단한 구조로서 크기를 줄일 수 있는 선형이송장치를 구현하고자, 회전운동이 아닌 직접 직선운동을 발생하는 선형전동기를 채용하고 있다.
선형전동기는, 한쌍의 레일을 가지는 받침대와, 레일 상에서 이송 가능하게 설치되는 이송대 사이에 설치되어, 이송대를 레일상에서 직선 운동시킨다. 이러한 선형전동기는 레일 사이의 받침대에 설치되는 고정자와, 이송대의 하부에 설치되어 고정자에 대하여 이송방향 추력을 발생함으로써 이송대를 직선 이송시키는 이동자로 구성된다.
그런데, 상기와 같은 선형전동기의 경우에, 이동자를 이루는 이동자철심과 영구자석을 교호적으로 견고하게 고정시키는 것이 용이하지 않았고, 또한 이동자를 비롯한 고정자를 이루는 고정자철심을 일정간격을 이루며 길게 배치시키는 것이 용이하지 않았다라는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용이하게 조립되고 간격이 균일한 구조가 획득될 수 있도록 이동자와 고정자의 구성이 개선된 선형이송장치용 자속 선형전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 선형이송장치용 자속 선형전동기는, 받침대에 고정된 한쌍의 레일에 지지되는 이송대를 그 레일상에서 선형적으로 이송시키기 위한 것으로서, 상기 레일 사이의 받침대에 설치되는 고정자와, 상기 이송대를 지지하는 이동자를 포함하는 자속 선형전동기에 있어서, 상기 이동자는, 이동자권선에 전류를 흘릴 때 자속 Φ 가 이동자철심, 영구자석 및 고정자철심을 통해 발생하면서, 이동자철심이 두 개의 영구자석 방향사이를 이동하면서 교번 자극을 가지고, 양측의 공극에서 같은 방향으로 힘을 발생시키기 위해서 이동자철심과 영구자석을 τp 만큼 비틀어지게 배열되고, 상기 이동자는 철심과 영구자석이 결합부재를 매개로 블록 단위로 결합된 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 이동자철심은, 상기 다리를 제외한 몸체의 양 가장자리에서 이송 방향으로 절곡되는 사이드브라켓을 포함하며, 상기 사이드브라켓에는 상기 결합부재가 관통하는 복수개의 구멍이 형성된다. 이때, 상기 영구자석은, 상기 양 사이드브라켓 사이의 이동자철심 사이 사이에 끼어져 밀착된다.
본 발명에 있어서, 상기 고정자는, 고정자철심과 비자성체블럭이 교호적으로 배치된 상태에서 그 고정자철심과 수지블럭이 결합부재에 의하여 체결된다. 이때, 상기 고정자철심은, 전체적으로 직사각형 형상인 다수개의 철판이 밀착됨으로써 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 선형이송장치용 자속 선형전동기를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 자속 선형전동기가 채용된 선형이송장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 자속 선형이송장치에 채용되는 자속 선형전동기의 분해사시도이다. 또, 도 3은 도 2의 자속 선형전동기에 채용되는 고정자의 분해사시도이고, 도 4는 도 2의 자속 선형전동기에 채용되는 이동자의 분해사시도이며, 도 5는 도 2의 자속 선형전동기에 있어서, 이동자철심 및 영구자석과, 고정자철심을 발췌하여 상대적 배치관계를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선형이송장치용 자속 선형전동기는, 받침대(10)에 고정된 한쌍의 레일(R)에 지지되는 이송대(20)를 그 레일(R)상에서 선형적으로 이송시키기 위한 것으로서, 레일(R) 사이의 받침대(10)에 설치되는 고정자(100)와, 이송대(20)를 지지하는 이동자(200)를 포함한다. 이때 레일(R)은 이송대(20)가 받침대(10)에 원활하게 미끄러져 이송되도록 하는 선형베어링이 설치된다.
고정자(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 고정자철심(110)과 수지블럭(120)이 교호적으로 배치된 상태에서 그 고정자철심(110)과 수지블럭(120)을 결합부재(130)를 이용하여 결합함으로써 선형적으로 형성된다. 여기서, 설명을 보다 용이하게 하기 위하여, 2개의 수지블럭(120)(120') 사이에 고정자철심(110)을 개재하는 것을 예로써 설명한다.
고정자철심(110)은 전체적으로 직사삭형 형상인 다수개의 철판(111)이 밀착됨으로써 이루어진다. 이러한 고정자철심(110)을 이루는 철판(111)의 모시리측에는 후술할 결합부재(130)의 볼트부(132)가 관통되는 철판홈(111a) 또는 철판구멍이 형성된다.
수지블럭(120)(120')은 고정자철심(110) 사이의 간격을 이격시킴과 동시에 견고하게 위치고정시킨다. 이러한 수지블럭(120)(120')의 모서리측에는 후술할 결합부재(130)의 헤드부(131) 또는 볼트부(132)가 관통되는 구멍이 형성된다. 여기서, 선단의 수지블럭(120)과 후단의 수지블럭(120')에는 결합부재(130)의 헤드부(131)가 내장될 수 있도록 큰 직경의 헤드구멍(120a)이나 볼트부(132)가 체결될 수 있도록 작은 직경의 나사구멍(120b)이 형성된다.
결합부재(130)는 여러개의 철판(111)이 밀착되어 이루어진 고정자철심(110)과, 수지블럭(120)(120')을 밀착시켜 블록 상태를 유지할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 결합부재(130)는 다양한 형태의 것을 사용할 수 있는데, 본 실시예에서는 선단에 헤드부(131)가 형성되고, 후단에 볼트부(132)가 형성된 몸체부로 이루어진 것을 사용한다.
고정자(100)는, 고정자철심(110)의 양측에 수지블럭(120)(120')을 결합부재(130)로 결합시킴으로써 이루어진 블록단위를 여러개 배치함으로써 구현된다.
이동자(200)는, 다리(211)가 전,후방향으로 일정 극간격 τp 만큼 비틀어지게 형성한 전체적으로 ∩ 형상인 다수의 이동자철심(210)과, 이동자철심(210)과 교번적으로 서로 밀착 결합될 수 있도록 다리(221)가 전,후방향으로 일정 극간격 τp 만큼 비틀어지게 형성된 전체적으로 ∩ 형상인 영구자석(220)과, 다수의 이동자철심(210)과 영구자석(220)이 상호 밀착되어 블록을 형성하도록 결합시키는 결합부재(230)와, 다수의 이동자철심(210) 및 영구자석(220) 결합구조의 동일방향 다리들을 각각 감싸는 이동자권선(240)을 포함한다
이동자철심(210)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 다리(211)를 제외한 몸체(212)의 양 가장자리에서 이송 방향으로 절곡되는 사이드브라켓(213)을 포함하며, 사이드브라켓(213)에는 결합부재(230)가 관통하는 복수개의 구멍이 형성된다.
이때 구멍은 다양한 형상을 가지는데, 예를 들면 첫 번째 이동자철심에 형성된 구멍은 후술할 결합부재(230)의 헤드부(231)가 내장될 수 있도록 큰 직경의 헤드구멍(214a)이고, 마지막 이동자철심에 형성된 구멍은 결합부재(230)의 볼트부(232)가 결합되는 나사구멍(214b)이며, 중간에 위치되는 이동자철심에 형성된 구멍은 결합부재(230)의 몸체부(233)가 관통하는 관통구멍(214c)이다.
영구자석(220)은 이동자철심의 사이드브라켓(213) 부분을 제외한 나머지 부분, 즉 다리(221)나 몸체(222)의 형상은 거의 동일하다. 이러한 영구자석(220)은 양 사이드브라켓(213) 사이의 이동자철심(210) 사이 사이에 끼어져 밀착된다.
결합부재(230)는 이동자철심(210)과 영구자석(220)이 여러개가 밀착되어 블록이 되었을 때, 그 블록 상태를 유지할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 결합부재(230)는 다양한 형태의 것을 사용할 수 있는데, 본 실시예에서는 선단에 헤드부(231)가 형성되고, 후단에 볼트부(232)가 형성되며, 헤드부(231)와 볼트부(232) 사이에 몸체부(233)가 형성된 것을 사용하고 있다.
결합부재(230)는 헤드부(231)가 첫 번째 철심의 헤드구멍(214a)에 내장되고, 볼트부(232)가 마지막 철심의 나사구멍(214b)에 결합됨으로써, 여러개의 이동자철심(210)과 영구자석(220)을 블록을 이룰 수 있게 한다.
이동자권선(240)은 여러개의 이동자철심(210) 및 영구자석(220)이 블록형태를 이루는 결합구조에 있어서 동일방향의 다리(211)(221)들 각각을 감싼다.
이동자(200)는, 다리(211) 부분이 전,후방향으로 τp 만큼 비틀어지게 한 ∩ 형상을 가지는 여러개의 이동자철심(210) 사이사이에, 다리(221) 부분 전,후방향으로 τp 만큼 비틀어지게 한 ∩ 형상의 영구자석(220)을 개재시킨 후, 결합부재(230)를 이용하여 이동자철심(210)들과 영구자석(220)들을 밀착 고정시킨다. 이후에, 다수의 이동자철심(210) 및 영구자석(220)의 결합구조의 동일방향 다리들을 이동자권선(240)으로 각각 감쌈으로써 완성된다. 이때, 이동자철심(210) 사이의 영구자석(220)은 도 5에 도시된 바와 같이, 자극(=>,<=)을 번갈아 가면서 배치함으로써, 이동자철심(210)에 N, S의 자극이 번갈아 생기도록 한다.
본 발명의 자속 선형전동기는 보다 큰 출력을 얻기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 여러개의 선형전동기를 링크(L)로 연결하여 사용할 수도 있다.
다음 상기와 같은 구조의 자속 선형전동기의 동작을 설명한다.
도 6a, 6b 및 6c는, 도 2의 자속 선형전동기 힘발생 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도 6a는 이동자권선(11)에 전류를 흘릴 때 자속 Φ 가 이동자철심, 영구자석 및 고정자철심을 통해 발생하는 것을 도시한 도면이고, 도 6b는 도 6a의 고정자철심을 중간에서 잘라 상,하로 펼친 형태로 힘 발생을 이해하기 쉽도록 나타낸 도면이며, 도 6c는 도 6b에서 이동자철심이 τp 만큼 이동하였을 때 위치를 나타내는 도면이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 자속 선형전동기의 이동자권선(240)에 전류 Ix1a를 흘리면 자속 Φ 가 이동자철심(210) 및 영구자석(220)과, 고정자철심(110)을 통해 발생한다.
이때, 이동자철심(210)이 두 개의 영구자석 방향(=>,<=) 사이에 있을 때 N극, 두 개의 영구자석 방향(<=,=>) 사이에 있을 때 S극을 가지고, 양측의 공극에서 같은 방향으로 힘을 발생시키기 위해서 이동자철심(210)과 영구자석(220)을 τp 만큼 비틀어지게(Skew) 배치되어 있다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 이동자권선(240)에 전류 Ix1a를 흘리면 고정자철심(110)의 상측에 N극, 하측에 S극의 자속이 발생할 때 고정자철심(110)의 자극과 이동자철심(210)의 자극 상호 작용에 의하여 자극의 방향이 같으면 반발력, 자극의 방향이 다르면 흡인력이 발생하여 도면에서와 같이 힘 Fx1, Fx2, Fx3, Fx4가 생겨 우측 방향의 합성된 힘 Fx가 발생한다.
도 6c는 도 6b에서 이동자철심(210)이 τp 만큼 이동하였을 때 위치를 나타내고 있는데, 이때 전류 Ix1a의 방향을 변경하여 Ix2a를 흘리면 고정자철심(110)의 상측에 S극, 하측에 N극의 자속이 발생하여 마찬가지로 고정자철심(110)의 자극과 이동자철심(210)의 자극 상호 작용에 의하여 힘 Fx5, Fx6, Fx7, Fx8의 합성 힘 Fx가 생겨 우측으로 일정한 방향의 힘이 발생한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 자속 선형전동기에 따르면, 고정자는 고정자철심의 양측에 수지블럭을 결합부재로 결합시킴으로써 이루어진 블록단위를 여러개 배치함으로써 구현하고, 이동자는 여러개의 이동자철심 사이사이에 영구자석을 개재시킨 후 결합부재를 이용하여 이동자철심들과 영구자석들을 밀착 고정시켜 구현함으로써, 결과적으로 고정자와 이동자의 조립을 용이하게 할 수 있어 선형전동기의 전체적인 조립성을 향상시킬 수 있다라는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 받침대에 고정된 한쌍의 레일에 지지되는 이송대를 그 레일상에서 선형적으로 이송시키기 위한 것으로서, 상기 레일 사이의 받침대에 설치되는 고정자와, 상기 이송대를 지지하는 이동자를 포함하는 자속 선형전동기에 있어서, 상기 이동자는, 이동자권선에 전류를 흘릴 때 자속 Φ 가 이동자철심, 영구자석 및 고정자철심을 통해 발생하면서, 이동자철심이 두 개의 영구자석 방향사이를 이동하면서 교번 자극을 가지고, 양측의 공극에서 같은 방향으로 힘을 발생시키기 위해서 이동자철심과 영구자석을 τp 만큼 비틀어지게 배열되고, 상기 이동자는 철심과 영구자석이 결합부재를 매개로 블록 단위로 결합된 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자속 선형전동기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이동자철심은,
    상기 다리를 제외한 몸체의 양 가장자리에서 이송 방향으로 절곡되는 사이드브라켓을 포함하며, 상기 사이드브라켓에는 상기 결합부재가 관통하는 복수개의 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 자속 선형전동기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 영구자석은,
    상기 양 사이드브라켓 사이의 이동자철심 사이 사이에 끼어져 밀착되는 것을 특징으로 하는 자속 선형전동기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고정자는,
    고정자철심과 수지블럭이 교호적으로 배치된 상태에서 그 고정자철심과 수지블럭이 결합부재에 의하여 체결되는 것을 특징으로 하는 자속 선형전동기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고정자철심은,
    전체적으로 직사삭형 형상인 다수개의 철판이 밀착됨으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 자속 선형전동기.
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