KR20080058572A - 횡자속 선형전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 횡자속 선형전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 횡자속 선형전동기의 간편한 권선 취부와 동량을 줄일 수 있도록 스테이터 코어 및 코일 권선을 구조를 개선한 횡자속 선형전동기에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 이동자의 상면과 접촉되는 제1좌측 코어 및 제1우측 코어가 양측단부에 배치되고, 그 사이에 제1코일권선단이 일체로 형성된 상부 스테이터 코어와; 상기 상부 스테이터 코어의 제1코일권선단에 종방향으로 권선되는 제1코일과; 이동자의 저면과 접촉되는 제2좌측 코어 및 제2우측 코어가 양측단부에 배치되고, 그 사이에 제2코일권선단이 결합된 형태의 하부 스테이터 코어와; 상기 하부 스테이터 코어의 제2코일권선단에 종방향으로 권선되는 제2코일과; 상기 상부 및 하부 스테이터 코어의 사이에 배치되는 이동자로 구성된 것을 특징으로 하는 횡자속 선형전동기를 제공한다.

횡자속 선형전동기, 스테이터 코어, 코일권선단, 코일, 이동자

Description

횡자속 선형전동기{Stator core shape of Transverse Flux Linear Motor reducing the simple winding and small volume}

도 1은 본 발명에 따른 횡자속 선형전동기를 나타내는 조립사시도,

도 2는 본 발명의 선형전동기와 기존의 선형전동기의 대비를 위한 도면으로서, 도 2a는 기존의 선형전동기의 하부 스테이터 코어를, 도 2b는 본 발명에 따른 선형전동기의 하부 스테이터 코어를 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 횡자속 선형전동기를 나타내는 분리사시도,

도 5는 본 발명에 따른 횡자속 선형전동기의 하부 스테이터 코어를 나타내는 분리사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 상부 스테이터 코어 10a : 제1좌측 코어

10b : 제1우측 코어 10c : 제1코일권선단

12 : 하부 스테이터 코어 12a : 제1좌측 코어

12b : 제1우측 코어 12c : 제2코일권선단

14 : 제1코일 16 : 제2코일

18 : 영구자석 20 : 이동자

22 : 받침단 24 : 비자성체

26 : N극으로 극성을 나타내는 코어

28 : S극으로 극성을 나타내는 코어

30 : 절개홈

본 발명은 횡자속 선형전동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 횡자속 선형전동기의 간편한 권선 취부와 동량을 줄일 수 있도록 스테이터 코어 및 코일 권선을 구조를 개선한 횡자속 선형전동기에 관한 것이다.

통상적으로, 선형전동기를 구성하고 있는 각 구성품은 크게 코어, 코일, 영구자석으로 구성되고, 이러한 부품을 고정하기 위한 지그류와 연결용 단자를 필요로 하며, 선형전동기의 구동을 원활하게 하기 위해서 리니어 모션 가이드(Linear motion guide)를 필요로 한다.

상기 선형전동기의 구성품중 영구자석의 가격이 단위무게당 가장 높은 가격이고, 그 다음으로 코일의 가격이라고 할 수 있다.

기존의 선형전동기는 코일이 권선되는 상부 스테이터 코어 및 하부 스테이터 코어, 그 사이에 배치되는 이동자로 구성되는 바, 상부 및 하부 스테이터 코어는 서로 상하로 대칭을 이루며 적층되는 배열을 갖기 때문에, 첨부한 도 2a에는 설명 의 용이함을 위하여 하부 스테이터 코어만을 도시하였다.

도 2a에서 보는 바와 같이, 상기 하부 스테이터 코어(1)는 별개로 구성된 3개의 수직판(2: 중앙의 것은 두껍고, 양끝쪽의 것은 얇은 수직판)으로 되어 있으며, 각 수직판(2)의 상단면에서 그 양쪽에는 코일(4)이 횡방향으로 권선될 수 있도록 한 코일 권선단(3)이 일체로 돌출 형성되어 있다.

이에, 상기 하부 스테이터 코어(1)의 코일 권선단(3)에 한 쌍의 코일(4)이 횡방향으로 권선되며, 도 2a에는 미도시되었지만 상부 스테이터 코어의 코일 권선단에도 한 쌍의 코일이 횡방향으로 권선되어, 총 4곳에 코일이 권선된다.

따라서, 이동자(미도시됨)와 접촉하는 면 즉, 상부 및 하부 스테이터의 각 코일 권선단의 상면과, 자속이 이루는 평면이 거의 수직을 이루게 된다.

그러나, 위와 같이 설명된 기존의 선형전동기용 스테이터 코어는 다음과 같은 단점이 있다.

상부 및 하부 스테이터 코어에 각 2개씩 총 4곳에 코일이 권선되고, 그 권선반경이 커서 코일이 다량 소모됨에 따라, 제작 비용이 많이 드는 단점이 있다.

즉, 상부 및 하부 스테이터 코어가 별개로 된 3개의 수직판으로 구성되는 동시에 코일권선단 형상이 코일의 권선반경을 크게 하는 구조로 되어 있어, 코어 자체의 부피가 증대되고, 권선 코일이 많이 들기 때문에 재료비 및 그 제작비용이 많이 드는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 횡자속 선형전동기의 구성품중 상부 및 하부 스테이터 코어 형상을 SMC(Soft Magnetic Composite)을 사용하여 권선취부의 부피를 감소시킬 수 있는 새로운 구조로 개선함으로써, 횡자속 선형전동기의 구성품중 영구자석 다음으로 높은 가격이면서 무게를 고려한다면 전체 가격에서 가장 큰 비중을 차지할 수 있는 권선 코일의 양을 기존 대비 30%이상 줄일 수 있고, 전체 선형전동기의 체적을 줄일 수 있으며, 결국 제작 비용 및 재료비를 크게 절감시킬 수 있는 횡자속 선형전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 이동자의 상면과 접촉되는 제1좌측 코어 및 제1우측 코어가 양측단부에 배치되고, 그 사이에 제1코일권선단이 일체로 형성된 상부 스테이터 코어와; 상기 상부 스테이터 코어의 제1코일권선단에 종방향으로 권선되는 제1코일과; 이동자의 저면과 접촉되는 제2좌측 코어 및 제2우측 코어가 양측단부에 배치되고, 그 사이에 제2코일권선단이 결합된 형태의 하부 스테이터 코어와; 상기 하부 스테이터 코어의 제2코일권선단에 종방향으로 권선되는 제2코일과; 상기 상부 및 하부 스테이터 코어의 사이에 배치되는 이동자로 구성된 것을 특징으로 하는 횡자속 선형전동기를 제공한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 상부 스테이터 코어의 제1좌측 코어 및 제1우측 코어의 형상은 부피 감소를 위하여 위로 볼록한 아치형 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 하부 스테이터 코어의 제2좌측 코어 및 제2우측 코어의 형상은 부피 감소를 위하여 위로 볼록한 아치형 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 하부 스테이터 코어의 제2좌측 코어 및 제2우측 코어의 중간부분에는 상기 이동자의 저면을 받쳐줄 수 있는 받침단이 위쪽으로 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 하부 스테이터 코어의 제2좌측 코어 안쪽면과 제2우측 코어 안쪽면에는 서로 밀착되면서 제2코일권선단을 형성하는 직사각체 블럭이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 하부 스테이터 코어의 제2좌측 코어 및 제2우측 코어의 각 안쪽면에는 한 쌍의 절개홈이 형성되고, 이 절개홈에 판형의 비자성체가 삽입되어, 제2좌측 코어 및 제2우측 코어가 서로 결합되도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 횡자속 선형전동기를 나타내는 조립사시도이고, 도 3은 분리사시도이다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 선형전동기의 구성품은 크게 상부 및 하부 스테이터 코어(10,12), 제1 및 제2코일(14,16), 영구자석(18)을 포함하는 이동자(20) 등으로 구성되며, 이러한 부품을 고정하기 위하여 미도시되었지만 지그 류와 연결용 단자가 부가되며, 또한 선형전동기의 구동을 원활하게 하기 위해서 리니어 모션 가이드(Linear motion guide)가 포함된다.

전술한 바와 같이, 상기 선형전동기를 구성하는 부품중 영구자석의 가격이 단위무게당 가장 높은 가격이며, 그 다음으로 코일의 가격이라고 할 수 있다.

본 발명은 이러한 고가의 부품, 즉 상부 및 하부 스테이터 코어 및 코일 등의 부피 및 소모량을 크게 줄여 제작 비용을 절감할 수 있도록 한 점에 주된 목적이 있다.

즉, 본 발명은 두 번째로 높은 가격이며 무게를 고려한다면 전체 가격에서 가장 큰 비중을 차지할 수 있는 권선 코일의 가격을 기존 대비 30% 이상 낮출 수 있는 방법을 제안하는 동시에 적층형 코어, 즉 상부 및 하부 스테이터 코어를 낮은 가격의 SMC(Soft Magnetic Composite)을 사용하여 제작 원가를 낮출 수 있도록 한 선형전동기를 제공하고자 한 것이다.

이를 위해, 본 발명의 선형전동기는 상부 및 하부 스테이터 코어의 구조를 부피를 줄일 수 있는 구조, 그리고 코일이 권선되는 권선취부의 구조를 코일 권선량을 줄일 수 있는 구조로 개선된다.

본 발명에 따른 상부 및 하부 스테이터 코어는 코일 권선량을 줄일 수 있는 형상으로 제작되는 바, 코일 량을 줄이기 위해서 필연적으로 SMC 코어를 사용하여야 한다는 기술적인 문제가 있지만, SMC 코어는 그 발달과 더불어 많은 분야에서 사용하고 있어 사용상 발생되는 문제는 없고, 다량으로 생산할 경우 가격 또한 기존 적층형 코어에 비해서 거의 같은 가격으로 제작이 가능한 것으로 알려져 있으므 로, 본 발명에 따른 상부 및 하부 스테이터 코어는 SMC 코어를 그 재질로 하여 제작된다.

본 발명의 상부 스테이터 코어(10)는 이동자(20)의 상면과 접촉되는 제1좌측 코어(10a) 및 제1우측 코어(10b)가 양측단부에 배치되고, 이 제1좌측 코어(10a) 및 제1우측 코어(10b)의 내표면에 보다 작은 단면적을 갖는 제1코일권선단(10c)이 일체로 형성된 구조로 제작된다.

이때, 상기 상부 스테이터 코어(10)의 제1좌측 코어(10a) 및 제1우측 코어(10b)의 형상은 부피 감소를 위하여 위로 볼록한 아치형 형상으로 형성되며, 그 저면은 평평하게 형성되어 이동자(20)의 상면과 접촉되는 면이 된다.

이에, 상기 제1코일권선단(10c)에 제1코일(14)이 권선되는 바, 종방향으로 다수회 감기게 되며, 권선된 제1코일(14)의 하단부는 제1좌측 코어(10a) 및 제1우측 코어(10b)의 저면보다 높게 위치되어, 이동자(20)의 상면과 접촉되지 않도록 한다.

본 발명의 하부 스테이터 코어(12) 또한, 이동자(20)의 저면과 접촉되는 제2좌측 코어(12a) 및 제2우측 코어(12b)가 양측단부에 배치되고, 이 제2좌측 코어(12a) 및 제2우측 코어(12b)의 내표면에 보다 작은 단면적을 갖는 사각 블럭 형태의 제2코일권선단(12c)이 일체로 형성된 구조로 제작된다.

즉, 상기 하부 스테이터 코어(12)의 제2좌측 코어(12a) 안쪽면과 제2우측 코어(12b) 안쪽면에는 서로 밀착되는 직사각체 블럭이 일체로 형성되는 바, 이 직사각체 블럭이 제2코일권선단(12c)으로 형성되며, 이에 제2코일권선단(12c)에 제2코 일(16)이 권선되되 종방향으로 다수회 감기게 되며, 권선된 제2코일(16)의 상단부는 제2좌측 코어(12a) 및 제2우측 코어(12b)의 상면보다 낮게 위치되어, 이동자(20)의 저면과 접촉되지 않도록 한다.

또한, 상기 하부 스테이터 코어(12)의 제2좌측 코어(12a) 및 제2우측 코어(12b)의 형상은 부피 감소를 위하여 위로 볼록한 아치형 형상으로 형성되며, 그 상면은 평평하게 형성되어 이동자(20)의 저면과 일정 간극을 두고 비접촉되는 면이 된다.

특히, 상기 하부 스테이터 코어(12)의 제2좌측 코어(12a) 및 제2우측 코어(12b)의 중간부분에는 상부 스테이터 코어(10a,10b)와 이동자 코어(26,28)을 통해서 고정자와 이동자사이의 자속면이 형성될 수 있는 형상을 가지고 있다.

또한, 상기 하부 스테이터 코어(12)의 제2좌측 코어(12a) 및 제2우측 코어(12b)의 각 안쪽면에는 한 쌍의 절개홈(30)이 형성되고, 이 절개홈(30)에 길다란 직사각판 형상을 갖는 비자성체(24)가 삽입되어, 제2좌측 코어(12a) 및 제2우측 코어(12b)가 서로 결합되는 상태가 된다.

이와 같은 형상으로 제작된 상기 상부 및 하부 스테이터 코어(10,12)는 이동자(20) 코어를 움직일 수 있는 자속 통로 역할을 한다.

한편, 상기 상부 및 하부 스테이터 코어(10,12)의 사이에는 이동자(20)가 배치되는 바, 상기 이동자(20)는 영구자석(18)과, 이 영구자석(18)의 자극의 방향에 따라 N극으로 극성을 나타내는 코어(26)와, S극으로 극성을 나타내는 코어(28)가 반복 배열된 구조로 제작되며, 이에 상기 이동자(20)는 전류의 인가없이 발생되는 디텐트력(detent force)이 변화하게 된다.

상기 이동자(20)는 상부 및 하부 스테이터 코어(10,12)의 사이에서 리니어 모션 가이드(Linear motion guide)에 의해서 구속되어 일정한 간격을 유지하면서 선형 운동을 하게 된다.

즉, 선형전동기에 전류가 인가되어, 권선된 제1 및 제2코일(14,16)에 전류가 흐르게 되면 코일에 흐르는 전류에 의해 상부 및 하부 스테이터 코어(10,12)에 흐르는 자속과, 영구자석에서 발생되는 자속의 상호 작용력에 의해 영구자석(18)을 포함하는 이동자(20)가 직선 왕복운동하게 된다.

첨부한 도 2는 본 발명의 선형전동기와 기존의 선형전동기의 대비를 위한 도면으로서, 도 2a는 기존의 선형전동기의 하부 스테이터 코어를, 도 2b는 본 발명에 따르 선형전동기의 하부 스테이터 코어를 나타내는 사시도이다.

도 2a에서 보는 바와 같이, 기존의 스테이터 코어(1)는 3개의 수직판(2)이 이동자와 접촉하는 면과 자속이 이루는 평면이 거의 수직으로 구성되어 있고, 3개의 수직판(2) 상단면에서 그 양쪽에 돌출 형성된 코일 권선단(3)에 코일(4)이 횡방향으로 권선되어, 스테이터 코어(1)의 부피가 클 뿐만아니라 코일 권선량이 많이 소요되는 단점이 있다.

이에 비해, 도 2b에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 상부 및 하부 스테이터 코어(10,12)는 재질을 SMC 코어를 사용하고 코어에서 만들어지는 자속의 흐름이 스테이터 코어의 곡면을 따라 흐르며, 이로 인해서 권선되는 코일의 회전반경을 줄여 코일 권선량 및 그 무게를 줄일 수 있다.

또한, 기존과 달리 권선된 코일이 외부로 벗어나는 부피가 크게 줄어서 전체 선형전동기의 체적을 줄일 수 있는 장점이 있으며, 결국 본 발명의 스테이터 코어는 코일량도 줄이고 선형전동기 전체의 체적도 줄이는 역할을 하게 되며, 동일 용량의 스테이터 코어 및 이동자를 갖는 기존과 본 발명의 선형전동기를 대비해보면, 기존에 비해서 본 발명의 스테이터 부피를 30.5%를 줄일 수 있다는 결과를 얻을 수 있었으며, 이를 근거로 전체 선형전동기에서 차지하는 코일량을 비교해 보면 10%이상 무게를 줄일 수 있다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 횡자속 선형전동기의 하부 스테이터 코어를 나타내는 분리사시도로서, 상기 하부 스테이터 코어의 제2좌측 코어 및 제2우측 코어가 비자성체로 결합되는 것을 보여주고 있으며, 상기 상부 및 하부 스테이터(10,12)에 대해 동일하게 적용할 수 있는 조립법을 도시하고 있다.

예를 들어, SMC 코어로 제작된 하부 스테이터코어(12)의 제2코일권선단(12c)에 미리 형틀에 의해서 제작된 제2코일(16)을 삽입 조립하고, 하부 스테이터 코어(12)의 제2좌측 코어(12a) 및 제2우측 코어(12b)의 자속 흐름을 원활하게 하는 동시에 전술한 바와 같이 제2좌측 코어(12a) 및 제2우측 코어(12b)간의 결합 용이성을 위해서 길다란 직사각판 형상의 비자성체(24)를 사용한 경우로서 각 코어(10,12)의 곡면(상부로 볼록한 아치형 형상의 원주방향 곡면)으로 흐르는 자속의 흐름 방향을 원활하게 도모할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 횡자속 선형전동기에 의하면, 횡자속 선형전동기의 구성품중 상부 및 하부 스테이터 코어 형상을 SMC(Soft Magnetic Composite)을 사용하여 권선취부의 부피를 감소시킬 수 있는 새로운 구조로 개선함으로써, 횡자속 선형전동기의 구성품중 영구자석 다음으로 높은 가격이면서 무게를 고려한다면 전체 가격에서 가장 큰 비중을 차지할 수 있는 권선 코일의 양을 기존 대비 30%이상 줄일 수 있다.

결국, 전체 선형전동기의 체적을 줄일 수 있으며, 그 제작 비용 및 재료비를 크게 절감시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 이동자의 상면과 접촉되는 제1좌측 코어 및 제1우측 코어가 양측단부에 배치되고, 그 사이에 제1코일권선단이 일체로 형성된 상부 스테이터 코어와;

   상기 상부 스테이터 코어의 제1코일권선단에 종방향으로 권선되는 제1코일과;

   이동자의 저면과 접촉되는 제2좌측 코어 및 제2우측 코어가 양측단부에 배치되고, 그 사이에 제2코일권선단이 결합된 형태의 하부 스테이터 코어와;

   상기 하부 스테이터 코어의 제2코일권선단에 종방향으로 권선되는 제2코일과;

   상기 상부 및 하부 스테이터 코어의 사이에 배치되는 이동자;

   로 구성된 것을 특징으로 하는 횡자속 선형전동기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 스테이터 코어의 제1좌측 코어 및 제1우측 코어의 형상은 부피 감소를 위하여 위로 볼록한 아치형 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 횡자속 선형전동기.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 하부 스테이터 코어의 제2좌측 코어 및 제2우측 코 어의 형상은 부피 감소를 위하여 위로 볼록한 아치형 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 횡자속 선형전동기.
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 하부 스테이터 코어의 제2좌측 코어 안쪽면과 제2우측 코어 안쪽면에는 서로 밀착되면서 제2코일권선단을 형성하는 직사각체 블럭이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 횡자속 선형전동기.
5. 청구항 5에 있어서, 상기 하부 스테이터 코어의 제2좌측 코어 및 제2우측 코어의 각 안쪽면에는 한 쌍의 절개홈이 형성되고, 이 절개홈에 판형의 비자성체가 삽입되어, 제2좌측 코어 및 제2우측 코어가 서로 결합되도록 한 것을 특징으로 하는 횡자속 선형전동기.

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