KR20070080931A - Linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 의한 선형전동기 구성을 개략적으로 나타낸 도면,1 is a view schematically showing a configuration of a linear motor according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 선형전동기 구성을 개략적으로 나타낸 도면,2 is a view schematically showing a linear motor configuration according to the present invention;
도 3은 도 2의 선형전동기의 측면도,3 is a side view of the linear motor of FIG.
도 4는 도 3의 선형전동기의 회로 구성도, 및4 is a circuit diagram of the linear motor of FIG. 3, and
도 5는 공극의 크기에 대한 추진력의 효율을 그래프로 나타낸 도면이다.5 is a graph showing the efficiency of the driving force against the size of the void.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 회전자 20 : 고정자10: rotor 20: stator
30 : 공극제어부 40 : 부하30: air gap control unit 40: load
21 : 철심 22 : 권선21: iron core 22: winding
31 : 제어기 32 : 센서31
35 : 변위조절기 36 : 압전모터35: displacement controller 36: piezo motor
37 : 전력증폭기 41 : 레일37: power amplifier 41: rail
42 : 바퀴42: wheels
본 발명은 이동하는 전기차량 및 컨베이어 등을 이동하기 위하여 선형 추진력을 발생시키는 선형전동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정자와 회전자 사이의 공극의 크기를 소정의 크기로 유지하고 최소화 함으로써 효율을 극대화 할 수 있는 선형전동기에 관한 것이다. The present invention relates to a linear motor for generating a linear propulsion force for moving a moving electric vehicle and a conveyor, and more particularly, to maximize the efficiency by maintaining and minimizing the size of the gap between the stator and the rotor to a predetermined size A linear motor that can be done.
생산라인이나 물류산업 등에서 물품의 반송 또는 물품의 위치결정 등의 작업에 있어서, 일정 경로를 이동하는 반송차 등의 이동체를 구비한 이동시스템이 널리 이용되고 있다. 이동체를 이동하기 위한 추진력을 발생하는 방법으로는 회전형모터로부터 발생하는 회전력을 이동체의 바퀴에 전달하는 방법이 사용되어 왔으나, 그 구조가 복잡하고 소음이 심하며 고장이 잦고 추진 효율이 떨어진다는 문제점이 있었다. BACKGROUND OF THE INVENTION In a production line, a logistics industry, or the like, a moving system including moving bodies such as a conveying vehicle moving a certain path is widely used in operations such as conveying an article or positioning an article. As a method of generating propulsion force for moving the moving body, a method of transmitting the rotating force generated from the rotating motor to the wheel of the moving body has been used, but its structure is complicated, noisy, frequent breakdown, and low propulsion efficiency. there was.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 비교적 그 구조가 단순하고 고장이 적으며 추진 효율이 좋은 선형전동기가 널리 이용되는 추세이다. In order to solve the above problems, a linear motor having a relatively simple structure, fewer failures, and good propulsion efficiency is widely used.
선형전동기는 크게 고정자 및 회전자의 배치구조에 따라, 선형유도전동기와 선형동기전동기로 나눌 수 있다. Linear motors can be largely divided into linear induction motors and linear synchronous motors according to the arrangement of stators and rotors.
선형유도전동기는 고정자(이동자계를 발생하는 철심 및 권선)가 이동하는 부하(전기차량)에 배치되며, 회전자(알루미늄 플레이트)가 레일에 배치된다. 이와 같은 선형유도전동기는 건설비가 저렴하다는 장점이 있지만 차량에 전자석 코일이 설치되므로 차체가 무거워지고 소음이 상대적으로 크며 속도도 빠르지 않다는 단점이 있다.The linear induction motor is disposed in a load (electric vehicle) to which stators (iron cores and windings generating a moving magnetic field) move, and a rotor (aluminum plate) is disposed on a rail. Such a linear induction motor has the advantage of low construction cost, but the electromagnetic coil is installed in the vehicle has the disadvantage that the body is heavy, the noise is relatively high and the speed is not fast.
한편, 선형동기전동기는 고정자(전자석)가 레일에 배치되며, 회전자(영구자 석)가 이동하는 부하에 배치된다. 이와 같은 선형동기전동기는 계자와 전기자 사이에 전력의 교환이 없기 때문에 공극을 크게 할 수 있고, 단효과(ending effect)가 없기 때문에 효율이 좋으며, 선형유도전동기 방식에 비해 추진력이 매우 커서 시속 500㎞의 고속용에 적합하다. 그러나 동기를 위한 위치신호가 필요하며, 레일 전체에 걸쳐 전자석 코일을 설치해야 하므로 건설비용이 높아져 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.On the other hand, in a linear synchronous motor, a stator (electromagnet) is disposed on a rail, and a rotor (permanent magnet) is disposed on a load to which it moves. Such a linear synchronous motor has a large air gap because there is no exchange of electric power between the field and the armature, and the efficiency is good because there is no ending effect. Suitable for high speed use. However, there is a disadvantage in that the position signal for synchronization is required, and the electromagnetic coil must be installed over the entire rail, thereby increasing the construction cost and lowering the economic efficiency.
상기한 선형유도전동기 및 선형동기전동기는 이동시의 충격 및 진동으로 인하여 고정자와 회전자 사이의 공극의 크기가 약 9 ~ 15 mm 이다. 이러한 공극의 크기는 추진력의 효율 저하를 발생시키는 문제점이 있었다.The linear induction motor and the linear motor are about 9 to 15 mm in size between the stator and the rotor due to shock and vibration during movement. The size of these voids had a problem of causing a decrease in the efficiency of the driving force.
도 1을 참조하여 종래기술의 선형전동기의 동작을 간략히 설명한다. 도 1은 종래기술에 의한 선형전동기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 회전자(10)는 일반적으로 알루미늄 재질의 플레이트로서 차량이 주행하는 궤도 또는 도로에 설치되어 있다. 회전자(10)와 소정의 거리를 두고 부하(40)의 저면에 설치되는 고정자(20)는 여러 겹의 철심(21)과, 철심(21)에 코일이 감겨진 권선(22)으로 구성된다. 고정자(20)에 소정 주파수의 교류전력이 공급되면서 발생하는 이동자계가 회전자(10)에 유도되어, 고정자(20)와의 사이에 추진력이 발생하게 된다.Referring to Figure 1 will be briefly described the operation of the linear motor of the prior art. 1 is a view schematically showing the configuration of a linear motor according to the prior art. As shown, the
하지만 이와 같은 종래의 선형전동기는 선로의 굴곡 등으로 인하여 부하(40)의 이동에 지장을 주지 않을 만큼 충분한 크기의 공극(S)을 확보해야 하므로 추진력의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.However, such a conventional linear motor has a problem that the efficiency of the propulsion force is lowered because the air gap (S) of a sufficient size does not interfere with the movement of the
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노면의 변화 및 이동하는 부하의 고주파 진동에 실시간 반응하여 공극을 일정 크기로 유지 및 최소화함으로써 추진력의 효율을 극대화할 수 있는 선형전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the above problems, to provide a linear motor capable of maximizing the efficiency of the propulsion force by maintaining and minimizing the gap to a certain size in real time in response to changes in the road surface and high frequency vibration of the moving load. For the purpose of
본 발명에 따른 선형전동기는 The linear motor according to the present invention
부하에 선형 추진력을 공급하는 선형전동기에 있어서, 상기 부하의 이동방향을 따라 평행하게 배치되어 있는 회전자; 상기 회전자와 대향하여 소정의 공극을 형성하도록 상기 부하의 저면에 지지되어 이동자계를 발생하는 고정자; 및 상기 공극의 크기가 기설정된 값을 유지하도록 상기 고정자의 위치를 제어하는 공극 제어부;를 포함한다. A linear motor for supplying linear thrust force to a load, the linear motor comprising: a rotor disposed in parallel along a moving direction of the load; A stator that is supported on a bottom of the load to generate a moving field so as to form a predetermined gap against the rotor; And a pore control unit controlling the position of the stator such that the size of the pore maintains a preset value.
바람직하게 상기 공극 제어부는 상기 공극의 크기정보를 검출하여 출력하는 센서; 상기 센서로부터 상기 공극의 크기정보를 입력받아 기설정된 크기정보와 비교하고, 상기 공극이 기설정된 값을 유지하도록 하는 제어신호를 출력하는 제어기; 및 상기 제어기로부터 입력되는 상기 제어신호에 근거하여 상기 부하에 지지되어 있는 상기 고정자의 위치를 상하로 가변하는 변위조절기;를 구비한다.Preferably, the air gap control unit includes a sensor for detecting and outputting the size information of the air gap; A controller which receives the size information of the gap from the sensor and compares it with preset size information, and outputs a control signal for maintaining the gap at a preset value; And a displacement controller configured to vertically change a position of the stator supported by the load based on the control signal input from the controller.
그리고, 상기 센서는 초음파센서 및 광센서 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the sensor is preferably any one of an ultrasonic sensor and an optical sensor.
바람직하게 상기 변위조절기는 상기 부하에 대한 상기 고정자의 변위를 가변 하는 압전모터; 및 상기 제어기로부터 입력되는 제어신호에 근거하여 상기 압전모터에 전력을 공급하는 전력증폭기;를 구비한다.Preferably the displacement controller comprises a piezoelectric motor for varying the displacement of the stator with respect to the load; And a power amplifier supplying power to the piezoelectric motor based on a control signal input from the controller.
바람직하게 상기 압전모터의 위치에 대한 상기 센서의 위치는 상기 압전모터의 반응시간 동안 상기 부하가 최대로 이동할 수 있는 거리만큼 상기 부하의 진행방향에 대하여 전방으로 이격 되어 배치되는 것이 바람직하다.Preferably, the position of the sensor with respect to the position of the piezoelectric motor is preferably spaced forward in the forward direction of the load by the distance that the load can move to the maximum during the reaction time of the piezoelectric motor.
그리고, 상기 제어기는 상기 부하가 이동하는 속도정보를 입력받고 이에 근거하여 상기 전력증폭기로 출력하는 동작제어신호를 가변적으로 지연시켜 출력하되, 상기 지연시간은 부하의 이동속도에 반비례하도록 하는 것이 바람직하다.The controller may be configured to delay the operation control signal outputted to the power amplifier based on the received speed information and output the variable speed information, wherein the delay time is inversely proportional to the moving speed of the load. .
바람직하게 상기 제어기는 상기 부하가 이동하는 속도정보를 입력받고 이에 근거하여, 상기 압전모터의 위치에 대한 상기 센서의 위치를 상기 부하의 진행 방향으로 가변하기 위한 제어신호를 상기 센서로 출력하되, 상기 압전모터의 위치에 대한 상기 센서의 이격 거리가 상기 부하의 속도에 비례하도록 한다.Preferably, the controller receives the speed information at which the load moves, and outputs a control signal to the sensor to change the position of the sensor with respect to the position of the piezoelectric motor in the direction in which the load travels. The distance of the sensor relative to the position of the piezoelectric motor is proportional to the speed of the load.
또한, 상기 센서는 상기 제어기로부터 입력되는 제어신호에 근거하여 상기 센서의 위치를 상기 부하의 진행방향에 대하여 전후로 가변하기 위한 이송용 모터를 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the sensor is preferably provided with a transfer motor for varying the position of the sensor back and forth with respect to the traveling direction of the load based on the control signal input from the controller.
그리고, 상기 하나의 고정자는 상기 다수의 센서 및 변위조절기를 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the one stator is preferably provided with the plurality of sensors and displacement controller.
본 발명의 다른 실시예로서의 선형전동기는 부하에 선형 추진력을 공급하는 선형전동기에 있어서, 상기 부하의 이동방향을 따라 평행하게 배치되어 이동자계를 발생하는 고정자; 상기 고정자와 대향하여 소정의 공극을 형성하도록 상기 부하의 저면에 지지되어 자계를 발생하는 회전자; 및 상기 공극의 크기가 기설정된 값을 유지하도록 상기 회전자의 위치를 제어하는 공극 제어부;를 포함한다.In another embodiment of the present invention, the linear motor includes a linear motor for supplying a linear propulsion force to a load, the linear motor being disposed in parallel along a moving direction of the load to generate a moving magnetic field; A rotor which is supported on the bottom of the load to generate a magnetic field so as to form a predetermined gap facing the stator; And a pore control unit controlling the position of the rotor so that the size of the pore maintains a preset value.
바람직하게 상기 공극 제어부는 상기 공극의 크기정보를 검출하여 출력하는 센서; 상기 센서로부터 상기 공극의 크기정보를 입력받아 기설정된 크기정보와 비교하고, 상기 공극이 기설정된 값을 유지하도록 하는 제어신호를 출력하는 제어기; 및 상기 제어기로부터 입력되는 상기 제어신호에 근거하여 상기 부하에 지지되어 있는 상기 회전자의 위치를 상하로 가변하는 변위조절기;를 구비한다.Preferably, the air gap control unit includes a sensor for detecting and outputting the size information of the air gap; A controller which receives the size information of the gap from the sensor and compares it with preset size information, and outputs a control signal for maintaining the gap at a preset value; And a displacement controller configured to vertically change a position of the rotor supported by the load based on the control signal input from the controller.
이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 선형전동기의 동작에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the linear motor according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 5.
도 2는 본 발명에 따른 선형전동기 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 3은 도 2의 선형전동기의 측면도, 도 4는 도 3의 선형전동기의 회로 구성도, 및 도 5는 공극의 크기에 대한 추진력의 효율을 그래프로 나타낸 도면이다.Figure 2 is a schematic view showing the configuration of a linear motor according to the present invention, Figure 3 is a side view of the linear motor of Figure 2, Figure 4 is a circuit diagram of the linear motor of Figure 3, and Figure 5 is the driving force for the size of the air gap A graph showing the efficiency of the graph.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 일실시예는 지정된 괘도를 운행하는 산업용 컨베이어 등과 같은 부하(차량)를 이동시키기 위한 선형유도전동기에 대한 실시예이다.2 and 3 is an embodiment of a linear induction motor for moving a load (vehicle), such as an industrial conveyor running a designated trajectory.
본 발명의 구성요소는 크게 레일(41) 내측에 배치되어 있는 회전자(10), 부하(40)의 저면에 지지되어 회전자(10)로부터 소정 간격의 공극을 두고 이동자계를 발생하는 고정자(20), 회전자(10)와 고정자(20) 사이의 공극을 일정간격으로 제어하는 공극제어부(30)로 구성된다.The components of the present invention are largely supported on the
회전자(10)는 레일(41)의 내측에 배치되어 있는 알루미늄 재질의 평판(플레 이트)이다. 부하(40)는 통상의 컨베이어나 전기차량으로서 레일(41)에 의해 경로가 가이드 되고 하단부에 설치된 바퀴(42)에 의해 레일(41)을 따라 이동한다. 부하(40)의 저면에는 회전자(10)와 소정의 공극을 두고 상호 대향하도록 배치된 고정자(20)가 지지되어 있다. 고정자(20)는 다수의 얇은 철편으로 구성된 철심(21)과 철심(21)에 이동자계를 발생시키는 권선(22)으로 구성된다. The
상기한 고정자(20)는 부하(40)의 저면에 지지되어 있어, 회전자(10)와 소정의 공극을 형성한 상태로 고정자(20)에 전력이 공급되어 이동자계가 발생하면, 회전자(10)에 유도되어 발생하는 자계와의 반발력을 추진력으로 부하(40)와 함께 이동된다.The
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 공극제어부(30)는 고정자(20)의 저면과 회전자(10) 간의 공극을 측정하여 공극(S)의 크기정보를 출력하는 센서(32), 센서(32)로부터 출력되는 공극의 크기정보를 기설정된 크기정보와 비교하여 측정된 공극의 크기가 기설정된 값을 유지하도록 하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기(31), 제어기(31)로부터 출력되는 제어신호에 근거하여 고정자(20)를 상하로 이동함으로써 고정자(20)의 상하 변위를 조절하는 변위조절기(35)를 구비한다. 변위조절기(35)는 철심(21)의 상면과 부하(40)의 저면을 상호 연결하도록 고정되어 있고, 상기한 센서(32)와 한 조로 구성된다. 변위조절기(35) 및 센서(32)는 부하(40)의 진행방향에 대하여 전면의 좌/우측단 및 후면의 좌/우측단에 각각 하나씩 총 4개를 구비한다. 상기한 변위조절기(35)는 도 4에 도시된 바와 같이, 압전모터(32)와 이를 구동하는 전력증폭기(37)를 사용하는 것이 바람직하다. 압전모터는 전압이 인 가되면 압전세라믹 소자로부터 발생되는 초음파 진동으로부터 선형 구동력 및 회전력을 얻을 수 있는 구동원이다. 따라서 변위조절기(35)는 선형(Linear)구동형 압전모터를 사용하는 것이 바람직하다. 선형 구동형 압전모터의 동작범위는 수 Cm에 이를 뿐만 아니라 반응속도가 매우 빨라 레일(41)을 따라 이동하는 부하(40)의 고주파 진동뿐 아니라 레일(41)상의 이물질로 인한 차체의 상하 진동에도 실시간으로 반응하여 동작할 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 4, the air
노면을 운행하는 전기 자동차와 달리 지정된 괘도를 운행하는 산업용 이송장치나 전기차량의 공극(S)의 크기는 일반적으로 9mm 내외의 크기를 갖는다. 이는 이송장치의 운행에 수반되는 상하 진동 및 선로의 평탄도 등을 고려한 최소한의 크기이다.Unlike an electric vehicle driving on a road surface, the size of the air gap S of an industrial vehicle or an electric vehicle driving a designated trajectory generally has a size of about 9 mm. This is the minimum size in consideration of the up and down vibration and the flatness of the track accompanying the transport device.
하지만, 본 발명을 지정된 괘도를 운행하는 산업용 이송장치나 전기차량에 이용할 경우, 공극(S)의 크기를 최소 3mm 로 유지할 수 있어 추진력 발생 효율을 극대화 할 수 있다.However, when the present invention is used in an industrial vehicle or an electric vehicle that runs a designated trajectory, the size of the air gap S can be maintained at a minimum of 3 mm to maximize the propulsion force generation efficiency.
도 5를 참조하여 추진력 발생 효율의 특성에 대하여 간략히 설명한다. 도 5는 공극(S)의 크기에 대한 효율의 변화를 그래프로 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 선형전동기를 추진력으로 이용한 산업용 이송장치에서 9mm의 공극을 유지할 경우 효율이 약 50% 이지만, 본 발명의 선형전동기를 이용하여 3mm의 공극을 유지할 경우 효율을 약 70% 까지 높일 수 있어 약 20% 정도 효율이 상승하게 된다.The characteristics of the propulsion force generation efficiency will be briefly described with reference to FIG. 5. 5 is a graph showing a change in efficiency with respect to the size of the air gap (S). As shown, the efficiency is about 50% when maintaining the air gap of 9mm in the industrial feeder using the linear motor as a driving force according to the prior art, the efficiency is about 70 when maintaining the air gap of 3mm by using the linear motor of the present invention It can be increased to about 20%, increasing the efficiency by about 20%.
한편, 본 발명의 다른 실시 예로서, 압전모터(36)의 반응시간 및 부하(40)의 최대 이동속도를 고려하여 센서(32)를 부하(40)의 진행방향에 대하여 압전모터(36)의 위치보다 적당한 거리만큼 전면에 배치할 수도 있다. 즉, 압전모터(36)의 최장 반응시간 동안 부하(40)가 이동할 수 있는 최대 이동 거리 이상으로 압전모터(36)의 위치와 센서(32)의 위치를 부하(40)의 진행방향으로 이격시킨다. 이 경우, 제어기(31)는 부하(40)의 속도를 고려하여 압전모터(36)의 동작제어신호를 가변적으로 지연시키되, 지연시간을 부하(40)의 속도에 반비례하도록 하여 출력함으로써 센서(32)가 감지한 공극(S)의 변화에 미리 대응할 수 있다. On the other hand, in another embodiment of the present invention, considering the reaction time of the
본 발명의 또 다른 실시 예로서, 압전모터(36)의 위치에 대한 센서(32)의 위치를 부하(40)의 이동 방향에 대하여 전후로 가변적으로 이동할 수도 있다. 즉, 평면상에서 보았을 때 부하(40)의 이동 선상에서 압전모터(36)의 위치에 대한 센서(32)의 이격 거리가 부하(40)의 속도에 비례하도록 제어기(31)가 센서(32)의 위치를 제어한다. 이 경우, 센서(32)는 센서(32)의 위치를 이송하기 위한 이송용 모터(미도시)를 구비한다. 제어기(31)는 부하(40)가 이동하는 속도정보를 외부(또는 속도계(미도시))로부터 입력받고, 이를 고려하여 부하(40)의 진행방향에 대하여 압전모터(36)의 위치보다 센서(32)가 전면에 위치하도록 이송모터로 제어신호를 출력한다. As another embodiment of the present invention, the position of the
상기한 본 발명의 실시예는 선형유도전동기의 공극을 제어하는 과정에 한하여 설명하였지만, 선형동기전동기의 경우도 상술한 바와 동일한 과정으로 본 발명이 적용될 수 있다. 선형동기전동기의 공극 제어과정은 회전자(10) 및 고정자(20)의 배치가 상호 바뀌는 구조에서 회전자(10)와 고정자(20) 사이의 공극을 제어하는 과정은 상기한 바와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.The embodiment of the present invention described above is limited to the process of controlling the air gap of the linear induction motor, but the case of the linear synchronous motor can be applied to the same process as described above. In the air gap control process of the linear synchronous motor, the process of controlling the air gap between the
본 발명의 기술적 사상은 노면을 주행하는 전기 자동차 및 그 밖의 선형전동기가 활용되는 분야에 다양하게 적용할 수 있는 것이다. The technical idea of the present invention can be applied to various fields in which electric vehicles and other linear electric motors traveling on the road surface are utilized.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.Specific embodiments shown and described in the accompanying drawings are only to be understood as an example of the present invention, not to limit the scope of the invention, but also within the scope of the technical spirit described in the present invention in the technical field to which the present invention belongs As various other changes may occur, it is obvious that the invention is not limited to the specific constructions and arrangements shown or described.
이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명은 노면의 변화 및 이동하는 부하의 고주파 진동에 실시간 반응하여 공극을 일정 크기로 유지 및 최소화함으로써 발생되는 추진력을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the present invention provides an effect capable of maximizing the driving force generated by maintaining and minimizing the gap to a certain size in real time in response to changes in the road surface and high frequency vibration of the moving load.
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