KR20090126463A

KR20090126463A - 리니어 모터

Info

Publication number: KR20090126463A
Application number: KR1020080052551A
Authority: KR
Inventors: 김승종; 이종민; 김우연
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-09
Also published as: EP2131477A3; JP5124530B2; US20090302786A1; JP2009296874A; US7990084B2; EP2131477A2; KR100984488B1

Abstract

본 발명은 가이드, 베어링 등의 지지요소가 없이도 이동자의 위치를 제어할 수 있는 리니어 모터에 관한 것이다.

본 발명은 평판의 고정자와; 상기 고정자 상하부에 배치되는 복수개의 코어를 구비한 제1 이동자 및 제2 이동자와; 상기 제1 이동자 및 제2 이동자의 복수개의 코어에 권선되는 복수개의 코일과; 상기 고정자와 제1 및 제2 이동자 사이의 간극을 감지하는 위치센서와; 상기 위치센서에서 감지한 간극에 따라 상기 제1 코일 및 제2 코일에 인가되는 전류의 크기를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 제1 및 제2 이동자가 고정자로부터 자기부상하여 일정간극이 유지되도록 전류의 크기를 제어하는 리니어 모터를 제공한다.

따라서, 베어링이나 가이드 장치 없이도 이동자와 고정자의 간극을 정밀하게 유지시킬 수 있는 자기부상력을 제공하여, 이동자의 이동시 저마찰, 무윤활, 저소음의 구동을 구현할 수 있고, 모터의 크기를 소형화할 수 있다.

리니어 모터, 자기부상, 제어전류, 삼상전류, 제어기, 증폭기, 돌출치, 고정자, 이동자

Description

리니어 모터{LINEAR MOTOR}

본 발명은 선형 구동을 수행하는 리니어 모터에 관한 것으로서, 특히, 이동자가 가이드 없이도 고정자와 충돌없이 일정 간극을 유지하며 이동하는 베어링리스 리니어 모터에 관한 것이다.

리니어 모터는 선형 구동력을 얻기 위한 구동요소이며, 제어기에 의해 공급되는 입력 전류의 위상차에 의해 일정피치씩 직선 운동을 하는 구조적 특성상 자체 위치 결정기능이 있기 때문에 폐루프 제어 시스템 없이도 위치 제어가 가능하다. 따라서, 소형 경량화가 가능하고 오차가 거의 없어 정밀한 위치제어를 수행할 수 있으므로, 프린터 헤드, 인공심장기, 생산라인의 이동 및 위치제어기, 디스크 드라이브, 반도체 방비 등 여러 분야에서 사용되고 있다.

고정자와 이동자 사이에 일정한 간극을 유지하기 위한 지지요소는 필수적이다. 종래에는 이러한 지지요소로서, 베어링, 롤러, 가이드 등을 사용하는 기계식 지지요소, 정압 슬라이드를 사용하여 고정자와 이동자 사이에 공압을 제공하는 공기식 지지요소, 자기장을 이용하여 이동자에 자기력을 제공하는 자기부상식 등이 있다.

이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래기술에 따른 양측식 리니어 스텝모터를 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 스텝모터의 일부를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 리니어 스텝모터의 이동자와 고정자를 도시한 측단면도이다. 도 1 내지 도 2의 리니어 스텝모터는 기계식 지지요소를 사용한 것이다.

도 1에서 고정자(40)와 제1 및 제2 이동자(10, 20)의 구조가 드러나도록 고정자(40)의 좌측 요크 및 하우징이 제거되어 도시되었다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 리니어 스텝모터는 상측에서 하측으로 돌출된 두 개의 제1 및 제2 코어(11, 11')를 갖는 제1 이동자(10)와, 하측에서 상측으로 돌출된 제3 및 제4 코어(21, 21')를 갖는 제2 이동자(20)와, 제1 이동자(10)의 제1 코어(11)에 권선되는 제1 코일(30)과, 제1 이동자(10)의 제2 코어(11')에 권선되는 제2 코일(30')과, 제2 이동자(20)의 제3 코어(21)에 권선되는 제3 코일(31)과 제2 이동자(20)의 제4 코어(21')에 권선되는 제4 코일(31')와, 제1 이동자(10)의 제1 및 제2 코어(11, 11')와 제2 이동자(20)의 제3 및 제4 코어(21, 21') 사이에 위치하는 평판형 고정자(40)를 포함한다. 상기 제1 이동자(10) 및 제2 이동자(20)는 측면에서 요크(50)로 서로 연결되어, 고정자(40)를 사이에 두고 함께 이동한다.

제1 코어(11)의 단부에는 일정피치를 갖고 하부로 돌출된 복수개의 제1 돌출치(齒)(12)가 형성되며, 마찬가지로 제2 코어(11')의 하단부에 제2 돌출치(12')가 형성된다. 제3 코어(21)의 상단부에는 일정피치를 갖고 상부로 돌출된 복수개의 제3 돌출치(22)가 형성되며, 마찬가지로 제4 코어(21')의 상단부에 제4 돌출 치(22')가 형성된다. 고정자(40)의 상하면 각각에 일정피치의 돌출치(41)가 형성된다.

요크(50)에서 가이드(51)가 연장되며, 하우징(60)에는 가이드(51)가 삽입되는 가이드홈(61)이 형성된다. 사이드 홈(61)에는 가이드(51)를 이동 가능하게 지지하는 베어링(62)이 구비된다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 코일에 인가되는 전류의 상을 도시한 그래프이다. 도 3의 A상 전류는 제1 이동자(10)의 제1 코어(11)에 권선되는 제1 코일(30) 및 제2 이동자(20)의 제3 코어(21)에 권선되는 제3 코일(31)에 인가되고, B상 전류는 제1 이동자(10)의 제2 코어(11')에 감긴 제2 코일(30') 및 제2 이동자(20)의 제4 코어(21')에 감긴 제4 코일(31')에 인가된다. A상과 B상 전류의 위상차에 따라 인가되는 전계는 4개의 모드를 갖는다.

상기 코일들에 인가되는 전계의 모드에 따라 고정자와 이동자 사이에 전자기력이 일정한 주기로 변화하고, 전자기력의 변화에 따라 이동자가 일정 피치만큼 선형 이동한다. 도 1 및 도 2에서 돌출치의 피치 차이에 의해 고정자는 입력 전계의 모드 절환시에 1/4피치씩 이동한다.

도 1에서 알 수 있듯이, 가이드(50)와 가이드 레일(13) 및 이들 사이를 지지하는 베어링이 이동자와 고정자의 마찰을 방지하기 위하여 반드시 필요하다. 도시된 바와 같은 기계적인 베어링을 사용하지 않는 경우라 하더라도, 고정자를 일정 위치에 지지하기 위해서 동압 형성을 위한 포일 베어링 요소, 또는 자기부상을 위한 솔레노이드 장치 또는 마그네틱 장치 등 추가적인 지지요소가 필요하다. 따라 서, 리니어 스텝모터의 구조가 복잡해지고 크기가 커지는 문제점이 있다.

또한, 기계적인 베어링 장치를 사용하는 경우, 가이드, 가이들 레일 및 베어링 등의 요소들이 서로 마찰하여 고정자의 이동에 저항이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 구형파 펄스 전류가 인가되는 경우에는 코깅(cogging) 현상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 가이드, 베어링 등의 지지요소가 없이도 이동자가 고정자와 접촉 없이 일정 간극을 유지하도록 제어할 수 있는 리니어 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 평판의 고정자와; 상기 고정자 상부에 배치되는 복수개의 제1 코어를 구비한 제1 이동자와; 상기 고정자 하부에 상기 고정자를 중심으로 대칭되게 직렬로 배치되는 복수개의 제2 코어를 구비한 제2 이동자와; 상기 제1 이동자 및 제2 이동자를 연결하는 요크부와, 상기 제1 이동자의 복수개의 코어에 권선되는 복수개의 제1 코일과; 상기 제2 이동자의 복수개의 코어에 권선되는 복수개의 제2 코일과; 상기 고정자와 제1 및 제2 이동자 사이의 간극을 감지하는 위치센서와; 상기 위치센서에서 감지한 간극에 따라 상기 제1 코일 및 제2 코일에 인가되는 전류의 크기를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 제1 코일과 제2 코일에는 위상차를 갖는 전류가 인가되고, 상기 제어 기는 제1 및 제2 이동자가 고정자로부터 자기부상하여 일정간극이 유지되도록 전류의 크기를 제어하는 리니어 모터를 제공한다.

상기 복수개의 제1 코일에 인가되는 전류와 제2 코일에 인가되는 전류는 인접한 코일에 인가되는 전류에 대해 차례로 일정한 위상차를 갖는 정현파 전류인 것이 바람직하다. 상기 제1 및 제2 코일에 인가되는 전류는 복수개의 코일에 1/3 주기만큼의 위상차를 갖는 삼상전류일 수 있다.

상기 제어기는, 상기 위치센서가 감지한 고정자와 제1 및 제2 이동자의 위치가 정상상태의 위치에 비해 수직방향의 변위를 갖는 경우에 상기 고정자와 제1 및 제2 이동자 중 간극이 커진 이동자 측의 코일들에 정상상태의 기준전류에서 제어전류만큼 진폭이 추가된 상전류를 인가하고, 간극이 작아진 이동자 측의 코일들에 정상상태의 기준전류에서 제어전류만큼 진폭이 차감된 상전류를 인가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어기는, 상기 위치센서가 감지한 이동자의 위치가 기준위치에 비해 기울어진 경우에 상기 고정자와 간극이 커진 제1 및 제2 이동자의 세 개의 코일 한 조에 정상상태의 기준전류에서 제어전류만큼 진폭이 추가된 삼상전류를 인가하고, 간극이 작아진 제1 및 제2 이동자의 세 개의 코일 한 조에 정상상태의 기준전류에서 제어전류만큼 진폭이 차감된 삼상전류를 인가하는 것이 바람직하다.

상기 제어기는 상기 각 제1 및 제2 코일에 개별적으로 연결되어 상전류를 상기 각 코일에 개별적으로 인가하는 복수개의 증폭기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 각 제1 및 제2 코일에 인가되는 전류의 진폭에 추가되거나 차감될 제어전류를 개별적으로 결정하는 것이 바람직하다.

상기 고정자의 상부 및 하부에는 일정한 피치로 돌출치가 형성되고, 상기 제1 이동자의 제1 코어는 상기 고정자의 상부에 형성된 돌출치 피치의 4/3 피치로 배열되고, 상기 제2 이동자의 제2 코어는 상기 고정자의 하부에 형성된 돌출치 피치의 4/3 피치로 배열될 수 있다.

또한, 상기 고정자의 상부 및 하부에는 일정한 피치로 돌출치가 형성되고, 상기 제1 코어 및 제2 코어에는 상기 고정자의 돌출치와 동일한 피치의 돌출치가 구비되며, 상기 제1 코어의 돌출치가 인접한 제1 코어의 돌출치에 대해 1/3 피치만큼 어긋나도록 제1 코어의 배치간격이 결정되고, 상기 제2 코어의 돌출치가 인접한 제2 코어의 돌출치에 대해 1/3 피치만큼 어긋나도록 제2 코어의 배치간격이 결정될 수 있다.

또한, 상기 고정자 내부에 양극이 상하를 향하도록 배치되어 바이어스 자속을 형성하는 영구자석을 더 포함하거나, 상기 제1 이동자 및 제2 이동자 내부에 양극이 상하를 향하도록 배치되어 바이어스 자속을 형성하는 영구자석을 더 포함하여 하이브리드 방식으로 제어할 수 있다.

본 발명에 따르면, 각 코일에 인가되는 전류의 진폭을 제어하여 베어링이나 가이드 장치 없이도 이동자와 고정자의 간극을 정밀하게 유지시킬 수 있는 자기부상력을 제공할 수 있어서, 이동자의 이동시 저마찰, 무윤활, 저소음의 구동을 구현할 수 있고, 정밀도를 요하는 청정 또는 진공환경 내에서의 저속, 단거리 이송/검 사 장비 또는 액츄에이터로 사용되는데 적합한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 자기 부상력으로 이동자의 위치를 정밀하게 유지하여, 이동자를 지지하기 위한 지지요소를 추가로 장착할 필요가 없으므로 경량화, 소형화가 가능하고 자기부상을 위한 제어전류를 제공하기 위한 별도의 장치가 필요 없기 때문에 초소형, 저가의 비접촉 지지 방식의 리니어 모터를 제공할 수 있으며 효율이 높은 또 다른 효과가 있다.

또한, 각 코일에 인가되는 전류가 개별적으로 제어되기 때문에, 이동자의 위치를 개별적으로 정밀하게 제어할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 베어링리스 리니어 모터를 설명한다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 베어링리스 리니어 모터의 일 실시예를 설명한 측단면도 및 정단면도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 베어링리스 리니어 모터는 상측에서 하측으로 돌출된 복수개의 제1 코어(111)를 갖는 제1 이동자(110)와, 제1 이동자(110)의 복수개의 제1 코어(111)에 각각 권선되는 복수개의 제1 코일(130)과, 하측에서 상측으로 돌출된 복수개의 제2 코어(121)를 갖는 제2 이동자(120)와, 제2 이동자(120)의 복수개의 제2 코어(121)에 각각 권선되는 복수개의 제2 코일(131)과, 제1 코어(111)와 제2 코어(121) 사이에 배치되는 자성체로 이루어진 고정자(140)를 포함한다. 고정자(140)에는 상하방향으로 돌출된 돌출치(141) 가 형성된다. 제1 코어(111)과 제2 코어(121)는 각각 여섯 개이며 서로 대향하게 배치된다. 즉, 제1 코어(111)와 제2 코어(121)는 고정자(140)를 중심으로 대칭적으로 돌출되며, 각 이동자의 코어에서 발생하는 전자기력의 방향이 서로 반대가 된다.

돌출치(141)는 제1 코어(111) 및 제2 코어(121)와 상이한 피치를 가지도록 형성되며, 본 실시예에서 제1 및 제2 코어(111, 121)의 피치에 대해 4/3 피치로 형성된다. 이는 제1 코일(130) 및 제2 코일(131)에 3상의 교류전류가 입력되는 경우 이동자가 선형으로 이동하게 하기 위함이다.

각 코일에는 정현파 상전류가 인가된다. 제1 이동자(110)와 제2 이동자(120)의 대향하는 제1 및 제2 코어(111, 121)에 권선된 제1 및 제2 코일(130, 131)에는 동일한 위상의 교류전류가 인가된다. 본 실시예에서 제1 및 제2 코어(130, 131)의 개수는 각각 여섯 개이고, U, V, W의 3상 전류가 각 코일에 인가된다.

제1 및 제2 이동자(110, 120)와 이들을 연결하는 요크(190)는 자기장의 경로가 된다.

고정자(140)의 돌출치(141)는 제1 및 제2 코일(130)에 전류가 인가된 경우 각 코일에 인가되는 전류의 위상차에 의한 전자기력의 구배에 따라 일정하게 교류전류의 주기마다 일정한 피치로 이동한다. 따라서, 고정자(140)의 돌출치(141)는 제1 및 제2 코어(111, 121)와 일정 피치만큼 차이가 있다. 본 실시예에서 제1 코어(110)와 제2 코어(120)의 피치는 고정자(140) 돌출치(141) 피치의 4/3이다. 즉, 각 이동자의 돌출치가 3개 배치된 구간에는 고정자(140)의 돌출치(141)가 4개 형성된다. 따라서, 3상의 전류가 인가되어 전자기력이 생성되면, 전류의 주기마다 이동자가 전자기력의 변화에 따라 코어와 1/3피치만큼 이동한다.

이동자는 베어링과 같은 지지요소 없이 자기부상 되어야 하므로 제1 코일(130)과 제2 코일(131)에 인가되는 전류의 크기는 이동자와 고정자 사이의 간극에 따라 제어되어야 한다. 고정자(140)와 제1 및 제2 이동자(110, 120) 사이에 발생하는 인력(attractive force)은 간극이 작아질수록 증가하므로, 제1 및 제2 이동자(110, 120)의 부상상태 유지를 위해 간극 변화를 감지하여 피드백 제어를 수행할 필요가 있다.

이를 위해 고정자(140) 상면과 제1 이동자(110) 사이의 간극(G1) 및 고정자(140) 하면과 제2 이동자(120) 사이의 간극(G2)을 감지하는 위치센서(150)와, 위치센서(150)에서 감지한 간극(G1, G2)에 따라 제1 코일(130) 및 제2 코일(130, 131)에 인가될 전류의 크기를 제어하는 제어기(160)와, 제어기(160)에 연결되어 제1 코일(130)에 전류를 인가하는 상부증폭기(170)와, 제어기(160)에 연결되어 제2 코일(131)에 전류를 인가하는 하부증폭기(180)가 구비된다. 각 코일들은 독립적인 증폭기에 연결되어 각 코일에 인가되는 전류가 독립적으로 제어된다.

상부증폭기(170)는 복수개의 제1 코일(130)에 차례로 U상, V상, W상의 전류를 인가한다. 하부증폭기(180)는 복수개의 제2 코일(131)에 차례로 U상, V상, W상의 전류를 인가한다. 따라서, 고정자(140)를 기준으로 마주하는 제1 코일 및 제2 코일에 인가되는 전류는 동일한 위상이다. 다만, 이동자의 자기부상을 위해 그 크 기가 달라지므로, 도 4에서는 제1 코일(130)에 인가되는 전류에는 하첨자 'up'을 제2 코일(131)에 인가되는 전류에는 하첨자 'down'을 부가하여 표시하였다.

제어전류 i_c는 위치센서(150)에서 측정한 수직 방향으로의 이동자 변위와 이동 방향으로 기울어진 각도를 통해 적절하게 결정된다. 즉, 수직 방향 변위가 발생한 경우에는 간극이 줄어든 (자중에 의한 변위인 경우 하측)의 6개 코일에 흐르는 전류의 진폭을 초기 설정치에서 제어 전류 i_c만큼 감하고 간극이 늘어난 (자중에 의한 변위인 경우 상측)의 6개 코일에 흐르는 상전류의 진폭은 제어 전류만큼 가해줌으로써 멀어진 쪽의 전자기력을 증가시켜 이동자를 원위치로 귀환시킨다. 또한, 이동자가 기울어진 경우에는 상대적으로 간극이 줄어든 방향의 한 조의 코일(U, V, W상 3개의 코일)에 흐르는 전류에는 제어전류를 감하고, 간극이 커진 다른 한 조의 코일에 흐르는 전류에는 제어전류를 가함으로써 고정자와 제1 및 제2 이동자 간의 간극을 다시 균일하게 하는 복원력을 발생시킨다.

각각의 상 증폭기(171, 172, 173, 181, 182, 183)증폭기는 여러 개의 채널을 구비하여 여러 조의 코일에 동일한 전류가 흐르도록 할 수 있다.

도 6은 이동자가 하부로 이동한 경우 이동자의 위치를 제어하기 위해 제1 코일(130) 및 제2 코일(131)에 인가되는 전류를 도시한 그래프이다. 도 6에서 I₀ 는 고정자와 제1 및 제2 이동자 사이의 간극이 일정한 정상상태인 경우에 각 코일에 인가되는 기준전류의 진폭이고 i_c는 고정자와 이동자 사이에 부가되거나 차감되는 제어전류이다. 또한, 제1 및 제2 이동자(110, 120)의 이동시 구형파가 코일에 입 력되는 경우 발생하는 코깅 현상(cogging)을 방지하기 위하여 구형파 전류가 아니라 정현파 전류가 인가된다.

제1 코일(130)에 인가되는 전류는 다음과 같으며, 도 6에서 실선으로 나타내었다.

U_up = (I₀ + i_c) * cos(wt)

V_up = (I₀ + i_c) * cos(wt + 2π/3)

W_up = (I₀ + i_c) * cos(wt + 4π/3)

제2 코일(131)에 인가되는 전류는 다음과 같으며, 도 6에서 파선으로 나타내었다.

U_down = (I₀ - i_c) * cos(wt)

V_down = (I₀ - i_c) * cos(wt + 2π/3)

W_down = (I₀ - i_c) * cos(wt + 4π/3)

상기와 같이, U상과 V상은 주기의 1/3만큼 위상차가 있고, V상과 W상 또한 주기의 1/3만큼 위상차가 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 고정자(140)의 돌출치(141)와 제1 코어(111) 및 제2 코어(121)의 피치 차이에 따라, 제1 및 제2 이동자(110, 120)는 인가되는 전류의 1/3 주기마다 고정자(140)의 돌출치(141) 피치의 1/3만큼 이동한다. 이러한, 선형 이동과정에서는 이동자와 고정자의 접촉이 없으므로 저항이 적어 효율이 높고 소음이 거의 발생하지 않는다.

한편, 횡방향을 비롯한 다른 방향으로의 거동은 상기 2-자유도 부상 제어의 안정성을 충분조건으로 하는 수동적 안정성(passive stability)을 유지한다. 그러나 수동적 안정성의 경우 낮은 감쇠 특성을 향상시키기 위해서는 별도의 마그네틱 베어링 또는 마그네틱 댐퍼를 장착하여 능동 제어 기법을 적용할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 베어링리스 리니어 모터의 제2 실시예를 도시한 측단면도이고, 도 8은 도 7의 베어링리스 리니어 모터에서의 바이어스 자속의 경로를 나타낸 것이다. 도 7의 베어링리스 리니어 모터는 영구자석을 이용하여 바이어스 자속을 형성하는 하이브리드 방식이다. 이러한 하이브리드 방식은 인가전류에 대하여 비교적 높은 추력을 얻기 위한 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 고정자(240)를 관통하여 배치되고 양극이 상하를 향하는 영구자석(242)이 구비된다. 즉, 영구자석이 이동자들 사이에 배치되어 바이어스 자속을 형성한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 바이어스 자속은 영구자석(242)의 N극으로부터 고정자(240)의 돌출치와, 제1 이동자(210)의 제1 코어와 요크(290)를 거쳐 제2 이동자(220)의 제2 코어를 경유하여 영구자석(242)의 S극으로 들어가는 경로를 거친다. 코일(230)에 동일한 전류가 인가된 경우, 영구자석에 의한 바이어스 자속이 형성되므로, 이동자의 수평 이동력이 더 커진다. 또한, 바이어스 자속이 형성되기 때문에, 인가전류에 비하여 비교적 높은 이동자의 자기부상력을 얻을 수 있으므로, 이동자(210, 220)의 자기부상을 위한 제어전류를 줄일 수 있다. 다만, 부드러운 수평 이동을 위해서, 영구자석이 있는 하이브리드 방식의 베어링리스 리니어 모터의 경우에는 인가전류에 오프셋을 추가할 수 있다.

한편, 고정자(240)의 상면 및 하면에는 제1 및 제2 이동자(210, 220)를 향해 일정피치로 돌출된 복수개의 돌출치(241)가 형성된다. 제1 코어(211) 및 제2 코어(221)에도 고정자(240)의 돌출치(241)와 동일한 피치의 돌출치(212, 222)가 구비된다. 선형 이동을 위해 각 코어들은 해당 코어의 단부에 형성된 돌출치가 이동 방향으로 인접한 코어의 돌출치(241)에 비해 1/3피치 어긋나도록 배치된다. 즉, 각 코어의 돌출치의 간격은 일정하지만, 각 코어의 간격이 달라져 돌출치의 피치가 어긋남으로써, 3상의 전류가 각 코일에 인가되면 추력이 발생한다.

상기의 영구자석은 고정자(240)에 배치되었으나, 이는 예시적인 것이고 자속을 증대시킬 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 자기장의 방향을 따라 극을 배열하여 제1 이동자(210)와 제2 이동자(220) 사이를 연결하며 자속 경로를 이루는 요크(290)에 구비될 수도 있고, 제1 이동자(210) 내부 및 제2 이동자 (220) 내부에 배치될 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 스텝모터의 일부를 도시한 사시도,

도 2는 도 1의 리니어 스텝모터의 이동자와 고정자를 도시한 측단면도,

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 코일에 인가되는 전류의 상을 도시한 그래프,

도 4 및 도 5은 본 발명에 따른 베어링리스 리니어 모터의 일 실시예를 설명한 측단면도 및 정단면도.

도 6은 도 4 및 도 5의 리니어 모터의 고정자에 대해 이동자가 하부로 이동한 경우 이동자의 위치를 제어하기 위해 제1 코일 및 제2 코일에 인가되는 전류를 도시한 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 베어링리스 리니어 모터의 제2 실시예를 도시한 측단면도, 그리고

도 8은 도 7의 베어링리스 리니어 모터에서의 바이어스 자속의 경로를 나타내기 위한 리니어 모터의 정단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

110, 210: 제1 이동자 111, 211: 제1 코어

120, 220: 제2 이동자 121, 221: 제2 코어

130, 230: 제1 코일 131, 231: 제2 코일

140: 고정자 141, 241: 고정자 돌출치

150: 위치센서 160: 제어기

170: 상부증폭기 180: 하부증폭기

171, 181: U상증폭기 172, 182: V상 증폭기

173, 183: W상증폭기 190, 290: 요크

242: 영구자석

Claims

평판의 고정자와;

상기 고정자 상부에 배치되는 복수개의 코어를 구비한 제1 이동자와;

상기 고정자 하부에 상기 고정자를 중심으로 대칭되게 배치되는 복수개의 코어를 구비한 제2 이동자와;

상기 제1 이동자 및 제2 이동자를 연결하는 요크부와,

상기 제1 이동자의 복수개의 코어에 권선되는 복수개의 제1 코일과;

상기 제2 이동자의 복수개의 코어에 권선되는 복수개의 제2 코일과;

상기 고정자와 제1 및 제2 이동자 사이의 간극을 감지하는 위치센서와;

상기 위치센서에서 감지한 간극에 따라 상기 제1 코일 및 제2 코일에 인가되는 전류의 크기를 제어하는 제어기를 포함하며,

상기 제1 코일과 제2 코일에는 위상차를 갖는 전류가 인가되고,

상기 제어기는 제1 및 제2 이동자가 고정자로부터 자기부상하여 일정간극이 유지되도록 전류의 크기를 제어하는

리니어 모터.
제1항에 있어서,

상기 복수개의 제1 코일에 인가되는 전류는 인접한 제1 코일에 인가되는 전류에 대해 차례로 일정한 위상차를 갖는 정현파 전류이며,

상기 복수개의 제2 코일에 인가되는 전류는 상기 제1 코일과 동일한 위상차를 갖는 정현파 전류인,

리니어 모터.
제2항에 있어서,

상기 복수개의 제1 코일에는 1/3 주기만큼의 위상차를 갖는 삼상전류가 인가되고,

상기 복수개의 제2 코일에는 대응하는 제1 코일과 동일한 위상의 삼상전류가 각각 인가되는

리니어 모터.
제3항에 있어서,

상기 제어기는, 상기 위치센서가 감지한 고정자와 제1 및 제2 이동자의 위치가 정상상태의 위치에 비해 수직방향의 변위를 갖는 경우에 상기 고정자와 제1 및 제2 이동자 중 간극이 커진 이동자 측의 코일들에 정상상태의 기준전류에서 제어전류만큼 진폭이 추가된 삼상전류를 인가하고, 간극이 작아진 이동자 측의 코일들에 정상상태의 기준전류에서 제어전류만큼 진폭이 차감된 삼상전류를 인가하는

리니어 모터.
제3항에 있어서,

상기 제어기는, 상기 위치센서가 감지한 이동자의 위치가 기준위치에 비해 기울어진 경우에 상기 고정자와 간극이 커진 제1 및 제2 이동자의 세 개의 코일 한 조에 정상상태의 기준전류에서 제어전류만큼 진폭이 추가된 삼상전류를 인가하고, 간극이 작아진 제1 및 제2 이동자의 세 개의 코일 한 조에 정상상태의 기준전류에서 제어전류만큼 진폭이 차감된 삼상전류를 인가하는

리니어 모터
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 제어기는 상기 각 제1 및 제2 코일에 개별적으로 연결되어 상전류를 상기 각 코일에 개별적으로 인가하는 복수개의 증폭기를 더 포함하고,

상기 제어기는 상기 각 제1 및 제2 코일에 인가되는 전류의 진폭에 추가되거나 차감될 제어전류를 개별적으로 결정하는

리니어 모터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고정자의 상부 및 하부에는 일정한 피치로 돌출치가 형성되고,

상기 제1 이동자의 제1 코어는 상기 고정자의 상부에 형성된 돌출치 피치의 4/3 피치로 배열되고,

상기 제2 이동자의 제2 코어는 상기 고정자의 하부에 형성된 돌출치 피치의 4/3 피치로 배열되는

리니어 모터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고정자의 상부 및 하부에는 일정한 피치로 돌출치가 형성되고,

상기 제1 코어 및 제2 코어에는 상기 고정자의 돌출치와 동일한 피치의 돌출치가 구비되며,

상기 제1 코어의 돌출치가 인접한 제1 코어의 돌출치에 대해 1/3 피치만큼 어긋나도록 제1 코어의 배치간격이 결정되고,

상기 제2 코어의 돌출치가 인접한 제2 코어의 돌출치에 대해 1/3 피치만큼 어긋나도록 제2 코어의 배치간격이 결정되는

리니어 모터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 한에 있어서,

상기 고정자 내부에 양극이 상하를 향하도록 배치되어 바이어스 자속을 형성하는 영구자석을 더 포함하는 리니어 모터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 한에 있어서,

상기 제1 이동자 및 제2 이동자 내부에 양극이 상하를 향하도록 배치되어 바이어스 자속을 형성하는 영구자석을 더 포함하는 리니어 모터.