KR20100081936A

KR20100081936A - 리니어 모터

Info

Publication number: KR20100081936A
Application number: KR1020100000378A
Authority: KR
Inventors: 사토시 스기타; 야스시 미사와; 유키 탕
Original assignee: 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2010-07-15
Also published as: JP5484861B2; EP2207256A2; CN101771323B; TWI459684B; US8198760B2; TW201027881A; US20100171374A1; JP2010183823A; EP2207256A3; CN101771323A

Abstract

[과제] 자기 저항을 크게 증가시키지 않고, 여자 권선의 권선량을 늘려서 모터의 사이즈당 최대 추력을 높일 수 있는 리니어 모터를 제공한다.
[해결 수단] 가동자(1)는 이 가동자(1)의 운동 방향과 직교하는 직교 방향으로 착자되고, 또한 운동 방향을 따라 교대로 다른 극성의 자극이 자극면에 나타나도록 착자된 복수의 영구자석(13)이 나열된 영구자석열(9)을 갖고 있다. 고정자(3)는 제 1 자극부열(15)과 제 2 자극부열(17)과 3개의 여자 권선(19A∼19C)을 갖고 있다. 제 1 및 제 2 자극부열(15, 17)은 영구자석열(9)의 운동 방향과 직교하는 직교 방향의 양측에 각각 배치된 복수의 판형상의 자극부(21)를 구비하고 있다. 3개의 여자 권선(19A∼19C)은 각 여자 권선에 의해 여자되는 제 1 자극부열(15)에 포함되는 2개의 자극부(21)와 제 2 자극부열(17)에 포함되는 2개의 자극부(21)가 내부 공간내에 위치하도록 권선 도체가 권선상으로 권회되어 구성된 공심 구조를 갖고 있다.

Description

리니어 모터{LINEAR MOTOR}

본 발명은 리니어 모터에 관한 것이다.

일본 특허 제3906443호 공보(특허문헌 1)에는 고정자에 대하여 가동자가 왕복 운동을 하는 리니어 모터가 개시되어 있다. 가동자는 이 가동자가 왕복 운동을 하는 운동 방향으로 복수의 영구자석이 열을 이루도록 늘어서서 구성된 한쌍의 영구자석열을 갖고 있다. 고정자는 고정자 코어와 여자 권선을 가진 전기자를 구비하고 있다. 고정자 코어는 복수의 영구자석의 자극면과 대향하는 제 1 및 제 2 자극부열과, 제 1 자극부열과 제 2 자극부열을 연결하는 연결부를 갖고 있다. 여자 권선은 고정자 코어의 연결부에 권회되어 복수의 자극부를 여자한다.

일본 특허 제3906443호 공보

이러한 종래의 리니어 모터에서는 여자 권선에서 발생한 자속은 연결부와 제 1 자극부열과 제 2 자극부열 사이를 흐른다. 그러나, 종래의 리니어 모터에서는 자로가 길고, 여자 권선의 권선량을 늘려도 자기 저항이 증가하여 자기포화를 일으키기 쉬워져서 모터의 사이즈당 최대 추력을 높이는데도 한계가 있었다.

본 발명의 목적은 자기 저항을 크게 증가시키지 않고, 여자 권선의 권선량을 늘려서 모터의 사이즈당 최대 추력을 높일 수 있는 리니어 모터를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 사용하는 철량을 적게 하여 소형화를 도모할 수 있는 리니어 모터를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 개량 대상으로 삼는 리니어 모터는 고정자에 대하여 가동자가 왕복 운동을 하도록 구성되어 있다. 고정자 및 가동자 중 한쪽은 1 이상의 영구자석열을 갖고 있다. 영구자석열은 가동자가 왕복 운동을 하는 운동 방향으로 복수의 영구자석이 열을 이루도록 늘어서서 구성되고, 복수의 영구자석이 운동 방향과 직교하는 직교 방향으로 착자되고, 또한 복수의 영구자석이 운동 방향을 따라 교대로 다른 극성의 자극이 자극면에 나타나도록 착자되어 있다. 고정자 및 가동자 중 다른쪽은 제 1 및 제 2 자극부열과, n상분(n은 3 이상의 정수)의 여자 권선을 가진 전기자를 구비하고 있다. 제 1 및 제 2 자극부열은 영구자석열의 직교 방향의 양측에 배치되어서 복수의 영구자석의 자극면과 대향하는 복수의 자극부를 각각 구비하고 있다. n상분의 여자 권선은 제 1 및 제 2 자극부열을 구성하는 복수의 자극부를 여자한다. n상분의 여자 권선의 각각은 각 여자 권선에 의해 여자되는 제 1 자극부열에 포함되는 p개(p는 1 이상의 정수)의 자극부와 제 2 자극부열에 포함되는 q개(q는 1 이상의 정수)의 자극부가 내부 공간내에 위치하도록 권선 도체가 권선상으로 권회되어 구성된 공심 구조를 갖고 있다. 각 여자 권선에 의해 여자되는 제 1 자극부열에 포함되는 p개의 자극부는 제 2 자극부열에 포함되는 q개의 자극부에 대하여 운동 방향으로 시프팅된 상태로 배치되어 있다. n상분의 여자 권선은 각각 전기각로 360°/n 시프팅된 위상을 가지고 여자된다. 또한, p개와 q개는 같은 수이어도 상관없다.

한편, 구체적인 본 발명의 리니어 모터에서는 각 여자 권선에 의해 여자되는 제 1 자극부열에 포함되는 자극부가 제 2 자극부열에 포함되는 자극부에 대하여 운동 방향으로 시프팅된 상태(교대로 시프팅된 상태)로 배치되어 있다.

여자 권선에 전류가 흐르면, 1개의 여자 권선에 여자되는 제 1 자극부열에 포함되는 자극부와 제 2 자극부열에 포함되는 자극부 사이를 교대로 건너서 자속이 사행(蛇行)하여 흐른다. 이 자속의 흐름의 변화에 의해 자극부와 영구자석열 사이에 반발ㆍ흡인이 발생하여 가동자가 이동한다. 이와 같이 하여 가동자는 고정자에 대하여 왕복 운동을 행한다.

본 발명에 의하면, 각 여자 권선에 의해 여자되는 제 1 자극부열의 복수의 자극부와 제 2 자극부열의 복수의 자극부가 내부 공간내에 위치하도록 권선 도체가 권선상으로 권회되어 구성된 공심 구조를 갖고 있으면 여자 권선에서 발생한 자속의 대부분이 직접적으로 제 1 자극부열의 복수의 자극부와 제 2 자극부열의 복수의 자극부를 흐른다. 따라서, 자기 저항을 크게 증가시키지 않고, 여자 권선의 권선량을 늘릴 수 있다. 그 결과, 모터의 사이즈당 최대 추력을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에서는 자극부를 작게 형성할 수 있기 때문에 철량을 적게 하여 리니어 모터의 소형화를 도모할 수 있다.

제 1 자극부열에 포함되는 자극부는 제 2 자극부열에 포함되는 자극부에 대하여, 영구자석열을 구성하는 복수의 영구자석이 인접한 2개의 영구자석의 중심간의 피치(τp)만큼 운동 방향으로 시프팅시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 한쪽의 자극부와 다른쪽의 자극부 사이를 교대로 건너서 사행하는 자속이 흐르기 용이해진다.

제 1 및 제 2 자극부열을 구성하는 각각의 복수의 자극부의 운동 방향의 길이 치수를 TL이라고 했을 때에 τp <TL<2τp의 관계를 성립시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고정자에 대하여 가동자를 원활하게 왕복 운동시킬 수 있다.

n상분의 여자 권선의 외측에는 영구자석열 및 여자 권선에서 발생하는 자속의 흐름을 촉진하는 백 요크(back yoke)를 배치할 수 있다. 이와 같이 하면 여자 권선에서 발생해서 여자 권선의 외측으로 흐르는 자속이 백 요크를 통해 흐른다. 따라서, 모터의 사이즈당 정격 추력 및 최대 추력을 한층 높일 수 있다.

이 경우, 백 요크는 n상분의 여자 권선의 양측에 서로 대향하도록 배치되고, 또한 제 1 및 제 2 자극부열을 따라 각각 연장된 한쌍의 백 요크 부재로 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 백 요크의 철량을 적게 하여 리니어 모터의 소형화를 도모할 수 있다.

1상분의 여자 권선의 운동 방향의 양단 외부에는 백 요크 부재에 연결되어서 백 요크 부재로부터 복수의 자극부측으로 연장되고, 영구자석열 및 여자 권선에서 발생해서 제 1 및 제 2 자극부열을 지나는 자속의 흐름을 촉진하는 한쌍의 보조 요크를 배치할 수 있다. 이와 같이 하면 여자 권선에서 발생해서 여자 권선의 외측으로 흐르는 자속이 백 요크 부재를 통해 흘러서 여자 권선의 운동 방향의 양단 외부에 흘러드는 자속이 보조 요크를 통해 흐른다. 따라서, 모터의 사이즈당 정격 추력 및 최대 추력을 한층 높일 수 있다.

복수의 자극부와 여자 권선은 절연 수지에 의해 몰딩할 수 있다. 이와 같이 하면 복수의 자극부와 여자 권선을 용이하게 위치 결정하여 배치할 수 있다.

또한, 가동자와 고정자 사이에는 슬라이딩성과 내마모성을 가진 성형 부재를 배치해도 좋다. 이 경우, 성형 부재에 의해 가동자가 슬라이딩 가능하게 지지된다.

[도 1] 본 발명의 일실시형태의 리니어 모터의 구조를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
[도 2] 도 1에 도시된 리니어 모터를 도 1의 좌측으로부터 본 경우의 정면도이다.
[도 3] 도 2의 III-III선 단면도이다.
[도 4] 도 3에 도시된 상태의 리니어 모터가 작동하는 실시형태를 설명하기 위해서 사용한 도면이다.
[도 5] 도 1에 도시된 리니어 모터의 가동자가 이동한 상태의 도면이다.
[도 6] 도 5에 도시된 상태의 리니어 모터가 작동하는 실시형태를 설명하기 위해서 사용한 도면이다.
[도 7] 본 발명의 다른 실시형태의 리니어 모터의 정면도이다.
[도 8] 본 발명의 또 다른 실시형태의 리니어 모터의 구조를 나타낸 모식도이다.
[도 9] 도 8에 도시된 리니어 모터를 도 8의 하방측으로부터 보았을 경우의 정면도이다.
[도 10] 본 발명의 또 다른 실시형태의 리니어 모터의 구조를 나타낸 모식도이다.
[도 11] 도 10에 도시된 리니어 모터를 도 10의 하방측으로부터 보았을 경우의 정면도이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태의 일례를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태의 리니어 모터의 구조를 모식적으로 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 리니어 모터를 도 1의 좌측으로부터 본 경우의 정면도이며, 도 3은 도 2의 III-III선 단면도이다. 단, 도 3에는 이해를 쉽게 하기 위해서 단면부분을 나타내는 해칭은 도시하지 않고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 예의 리니어 모터는 가동자(1)와, 고정자(3)와, 4개의 가이드 레일(2)과, 4개의 캐스터(caster)(4)를 갖고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가동자(1)는 직사각형상의 프레임체(5)와 프레임체(5)의 내부에 배치된 영구자석열(9)을 갖고 있다. 프레임체(5)의 내부의 영구자석열(9)은 알루미늄, 합성 수지 등의 비자성 재료로 이루어진 몰딩재(6)(도 3 참조)를 이용해서 프레임체(5)내에 고정되어 있다. 예를 들면, 프레임체(5)를 알루미늄에 의해 형성할 경우에는 영구자석열(9)을 구성하는 복수의 영구자석(13)을 인서트로 하여 프레임체(5)를 인서트 성형하면 좋다. 이 경우의 몰딩재는 알루미늄이다. 영구자석열(9)을 구성하는 복수의 영구자석(13)은 가동자(1)의 운동 방향과 직교하는 직교 방향으로 착자되고, 또한 운동 방향을 따라 교대로 다른 극성의 자극이 자극면에 나타나도록 착자되어 있다. 본 실시형태에서는 영구자석열(9)을 구성하는 복수의 영구자석(13)이 전술한 직교 방향의 양면에 각각 자극면을 노출시키고 있다. 이와 같이, 복수의 영구자석(13)이 가동자(1)의 운동 방향으로 열을 이루도록 늘어서서 영구자석열(9)이 구성되어 있다.

프레임체(5)의 네 구석에는 도 1에 있어서 상하 방향으로 대향하는 위치에 캐스터(4)가 고정되어 있다. 캐스터(4)는 롤러(31)와 롤러(31)를 회전 가능하게 고정하는 롤러 지지부(33)로 구성되어 있다. 롤러 지지부(33)는 프레임체(5)의 운동 방향으로 연장된 한쌍의 대향면(5a)의 양단에 고정되어 있다.

가이드 레일(2)은 홈(35)을 구비하고 있고, 횡단면이 ㄷ자형을 갖고 있다. 가이드 레일(2)은 도시되지 않은 피고정부에 고정되어서 고정자(3)의 양측에 가동자(1)의 운동 방향으로 연장되도록 1대씩 배치되어 있다. 1대의 가이드 레일(2)은 홈(35)이 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 캐스터(4)의 롤러(31)가 가이드 레일(2)의 홈(35)내에 삽입되어 있다. 이에 따라, 가동자(1)는 4개의 가이드 레일(2)에 왕복 운동 가능하게 지지되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 고정자(3)는 제 1 자극부열(15)과 제 2 자극부열(17)과 3개의 여자 권선(19A∼19C)을 가진 전기자를 구비하고 있다. 제 1 및 제 2 자극부열(15, 17)은 영구자석열(9)의 운동 방향과 직교하는 직교 방향의 양측에 각각 배치된 복수의 자극부(21)를 구비하고 있다. 1개의 자극부(21)는 자성 재료 또는 도자성 재료인 철에 의해 형성되어 있고, 가늘고 긴 판형상을 갖고 있다. 도 3 중의 하측 영역에 위치하는 자극부(21)에 부호를 붙여서 설명하면, 자극부(21)는 영구자석열(9)에 약간의 간극을 사이에 두어서 대향하는 자극면(21e)과, 여자 권선(19C)측에 위치하는 대향 자극면(21f)을 갖고 있다. 대향 자극면(21f)의 운동 방향에 있어서의 양단부에는 자극부(21)의 중심으로부터 벗어남에 따라 여자 권선(19C)로부터 떨어지도록 경사진 한쌍의 경사면(21g)이 형성되어 있다. 제 1 자극부열(15)의 복수의 자극부(21)의 자극면(21e)은 영구자석열(9)의 한쪽의 자극면(9a)과 대향하고 있고, 제 2 자극부열(17)의 복수의 자극부(21)의 자극면(21e)은 영구자석열(9)의 다른쪽의 자극면(9b)과 대향하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 자극부(21)와 여자 권선(19A∼19C)은 복수의 자극부(21)의 자극면(21e)이 노출되도록 에폭시 수지로 이루어진 절연 수지(23)(점으로 도시)에 의해 몰딩되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서는 제 1 및 제 2 자극부열(15, 17)을 구성하는 복수의 자극부(21)의 운동 방향의 길이 치수를 TL로 정의하고, 영구자석열(9)을 구성하는 복수의 영구자석(13)이 인접한 2개의 영구자석(13)의 중심간의 피치를 τp라고 했을 때에 τp <TL<2τp의 관계가 성립하도록 제 1 및 제 2 자극부열(15, 17) 및 영구자석열(9)이 구성되어 있다.

그리고, 각 여자 권선(19A∼19C)에 의해 여자되는 제 1 자극부열(15)에 포함되는 2개(p개)의 자극부(21)와 제 2 자극부열(17)에 포함되는 2개(q개)의 자극부(21)는 상호의 자극부의 단부가 가동자(1)를 통해 대향하고, 한쪽의 자극부열에 포함되는 자극부(21)가 다른쪽의 자극부열에 포함되는 자극부(21)에 대하여 운동 방향으로 시프팅된 상태(위치를 옮긴 상태)로 배치되어 있다. 본 예에서는 제 1 자극부열(15)에 포함되는 복수의 자극부는 제 2 자극부열(17)에 포함되는 복수의 자극부에 대하여 영구자석(13)의 중심간의 피치(τp)만큼 운동 방향으로 시프팅되어 있다. 또한, 본 예에서는 제 1 자극부열(15)에 포함되는 자극부(21)의 개수(p개)와 제 2 자극부열(17)에 포함되는 자극부(21)의 개수(q개)는 동일하게 되어 있다.

3개의 여자 권선(19A∼19C)은 왕복 운동의 운동 방향으로 나열되어 배치되어 있고, 복수의 자극부(21)를 여자하는 3상분(n상분)의 여자 권선에 의해 구성되어 있다. 본 예에서는 3개의 여자 권선(19A∼19C)이 전기각으로 120°(360°／3) 시프팅된 U상, V상, W상의 위상을 각각 가져서 복수의 자극부(21)를 여자하고 있다. 여자 권선(19A∼19C)의 각각의 운동 방향의 피치 치수는 2개의 영구자석(13)의 중심간의 피치를 τp이라고 했을 때에 (r±1/3)τp가 되는 치수이다. 여기서, r은 1 이상의 정수이지만 실용성을 고려하면 3∼10이 된다. 여자 권선(19A∼19C)은 각 여자 권선에 의해 여자되는 제 1 자극부열(15)에 포함되는 2개의 자극부(21)와 제 2 자극부열(17)에 포함되는 2개의 자극부(21)가 내부 공간내에 위치하도록 권선 도체가 권선상으로 권회되어 구성된 공심 구조를 갖고 있다. 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 여자 권선(19A∼19C)은 그 일부가 자극부(21)의 비자극면(21f)과 평행하게 연장되도록 타원형에 가까운 형상의 공심 구조를 갖고 있다. 그리고, 여자 권선(19A∼19C)의 내부에 배치된 제 1 자극부열(15)과 제 2 자극부열(17) 사이에는 가동자(1)가 배치되어 있다. 본 예에서는 각 여자 권선(19A∼19C)에 의해 여자되는 제 1 자극부열(15)에 포함되는 2개의 자극부(21) 중 1개의 자극부(21)[도 3을 향해서 각 여자 권선내의 상방측의 자극부(21)]는 그 한쪽의 단부가 여자 권선의 외측으로 벗어나도록 배치되어 있다. 또한, 각 여자 권선에 의해 여자되는 제 2 자극부열(17)에 포함되는 2개의 자극부(21) 중 1개의 자극부(21)[도 3을 향해서 각 여자 권선내의 하방측의 자극부(21)]는 그 단부가 여자 권선의 외측으로 벗어나도록 배치되어 있다.

이어서, 본 예의 리니어 모터가 작동하는 실시형태에 대해서 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 여자 권선(19A)(U상)에 있어서, 한 방향(본 예에서는 도 4의 좌측으로부터 보아서 반시계 회전 방향)으로 전류가 흐른 상태에서는 여자 권선(19A)에 둘러싸여진 제 1 자극부열(15)을 구성하는 2개의 자극부(21A, 21B)와 제 2 자극부열(17)을 구성하는 2개의 자극부(21C, 21D)는 모두 한쪽의 단부(21x)가 S극이 되고, 다른쪽의 단부(21y)가 N극이 된다. 자극부(21A 및 21B)의 단부(21y)에 나타나는 극성(N극)과 자극부(21A 및 21B)의 단부(21y)와 대향하는 자극부(21C 및 21D)의 단부(21x)에 나타나는 극성(S극)은 다르게 되어 있다. 또한, 자극부(21B)의 단부(21x)에 나타나는 극성(S극)과 자극부(21B)의 단부(21x)와 대향하는 자극부(21C)의 단부(21y)에 나타나는 극성(N극)은 다르게 되어 있다. 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 자극부(21A)→자극부(21C)→자극부(21B)→자극부(21D)의 순번으로 자속이 사행하여 흐른다(화살표 A1). 또한, 도 3에 도시된 상태에서는 여자 권선(19B)(V상) 및 여자 권선(19C)(W상)에서는 여자 권선(19A)(U상)과 역방향으로 전류가 흐르고, 여자 권선(19B) 및 여자 권선(19C)에 둘러싸여진 자극부(21)에서는 여자 권선(19A)에 둘러싸여진 자극부(21A∼21D)와는 역방향으로 자속이 사행하여 흐르고 있다. 그 후, 여자 권선(19A∼19C)의 전류량 및 전류 방향의 변화에 의한 자속의 변화에 의해 자극부(21)와 영구자석열(9)에 반발ㆍ흡인이 발생하고, 도 5에 도시된 바와 같이, 가동자(1)가 인접하는 영구자석(13)의 피치 분(τp)만큼 여자 권선(19C)로부터 여자 권선(19A)을 향하는 방향(도 5를 향해서 상방)으로 이동한다. 도 5에 도시된 상태에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 여자 권선(19A)에는 도 4에 도시된 예와 역의 방향(도 6의 좌측으로부터 보아서 시계 회전 방향)으로 전류가 흐르고 있다. 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 자극부(21D)→자극부(21B)→자극부(21C)→자극부(21A)의 순번(도 3에 도시된 예와는 역방향)으로 자속이 사행하여 흐르고 있다(화살표 A2). 또한, 이 상태로부터 여자 권선(19A∼19C)의 전류량 및 전류 방향의 변화에 의해 자극부(21)와 영구자석열(9)에 반발ㆍ흡인이 발생하고, 가동자(1)가 영구자석(13)의 피치 분(τp)만큼 여자 권선(19C)로부터 여자 권선(19A)을 향하는 방향으로 더욱 이동한다. 이와 같이 하여 가동자(1)는 고정자(3)에 대하여 일정 방향의 운동을 행한다. 또한, 이러한 운동을 역전시키면 가동자(1)는 역방향으로 운동한다.

본 예의 리니어 모터에 의하면, 각 여자 권선(19A∼19C)에 의해 여자되는 제 1 자극부열(15)에 포함되는 2개의 자극부(21)와 제 2 자극부열(17)에 포함되는 2개의 자극부(21)가 내부 공간내에 위치하도록 권선 도체가 권선상으로 권회되어 구성된 공심 구조를 갖고 있으므로 여자 권선(19A∼19C)에서 발생한 자속의 대부분이 직접적으로 제 1 자극부열(15)에 포함되는 2개의 자극부(21)와 제 2 자극부열(17)에 포함되는 2개의 자극부(21)를 흐른다. 따라서, 자기 저항을 크게 증가시키지 않고, 여자 권선의 권선량을 늘려서 모터의 사이즈당 최대 추력을 높일 수 있다. 또한, 자극부(21)를 작게 형성할 수 있기 때문에 철량을 적게 하여 리니어 모터의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 상기 예의 리니어 모터의 가동자(1)는 4개의 캐스터(4)을 사용하여 4개의 가이드 레일(2)에 지지시키는 구조를 갖고 있다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 슬라이딩성과 내마모성을 가진 폴리아세탈, 폴리페놀 등의 수지로 이루어진 성형 부재(37)를 고정자(3)에 대한 가동자(1)의 지지 구조로서 이용해도 좋다. 도 7의 예에서는 성형 부재(37)는 여자 권선(19A∼19C)의 내측에 위치하는 제 1 및 제 2 자극부열 사이에 위치하고, 또한 제 1 및 제 2 자극부열과 결합된 상태로 배치되어 있다. 즉, 수지 몰딩재(M)에 의해 성형 부재(37)는 고정자(3)측에 고정되어 있다. 그리고, 성형 부재(37)는 영구자석열(9)을 슬라이딩 가능하게 지지하고 있다. 그 결과, 가동자(1)는 고정자(3)에 대하여 성형 부재(37)에 의해 슬라이딩 가능하게 지지된다. 또한, 이 경우에는 영구자석열(9)의 양단에는 각각 빠짐 방지 구조를 형성해 두면 좋다. 성형 부재(37)를 형성하기 위해서 사용하는 슬라이딩성과 내마모성을 가진 수지로서는 듀폰(DuPont)사로부터 판매되고 있는 델린(Delrin) 등을 사용할 수 있다. 또한, 성형 부재(37)는 가동자(1)측, 즉 영구자석열(9)의 외측에 고정되어 있어도 좋다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태의 리니어 모터의 구조를 나타낸 모식도이며, 도 9는 도 8에 도시된 리니어 모터를 도 8의 하방측으로부터 보았을 경우의 정면도이다. 본 예의 리니어 모터는 고정자(103)에 백 요크를 구성하는 한쌍의 백 요크 부재(125A, 125B)가 설치되어 있고, 그 밖의 구성은 도 1∼도 6에 도시된 리니어 모터와 마찬가지 구조를 갖고 있다. 따라서, 도 1∼도 6에 도시된 리니어 모터와 동일 부재에는 도 1∼도 6에 붙인 부호에 100을 더한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 백 요크 부재(125A, 125B)는 자성 재료인 철에 의해 형성된 판형상을 갖고 있고, 여자 권선(119A∼119C)의 직경 방향 외측에 배치되어 있다. 그리고, 백 요크 부재(125A, 125B)는 여자 권선(119A∼119C)의 양측에 위치하고, 또한 제 1 및 제 2 자극부열(115, 117)을 따라 각각 연장되어 있다. 환언하면, 백 요크 부재(125A)는 여자 권선(119A∼119C)의 권선속부를 통해 제 1 자극부열(115)과 대향하고, 백 요크 부재(125B)는 여자 권선(119A∼119C)의 권선속부를 통해 제 2 자극부열(117)과 대향하고 있다. 백 요크 부재(125A, 125B)에는 여자 권선(119A∼119C)에서 발생한 자속이 흐른다. 복수의 자극부(121)와 여자 권선(119A∼119C)과 백 요크 부재(125A, 125B)는 에폭시 수지 등의 절연 수지(123)에 의해 몰딩되어 있다.

본 예의 리니어 모터에 의하면, 영구자석열(109) 및 여자 권선(119A∼119C)에서 발생해서 여자 권선의 외측으로 흐르는 자속이 백 요크 부재(125A, 125B)를 통해 흐른다. 따라서, 모터의 사이즈당 정격 추력 및 최대 추력을 한층 높일 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태의 리니어 모터의 구조를 나타낸 모식도이며, 도 11은 도 10에 도시된 리니어 모터를 도 10의 하방측으로부터 보았을 경우의 정면도이다. 본 예의 리니어 모터는 고정자(203)에 보조 요크(227A∼227H)가 설치되어 있고, 그 밖의 구성은 도 8 및 도 9에 도시된 리니어 모터와 마찬가지 구조를 갖고 있다. 따라서, 도 8 및 도 9에 도시된 리니어 모터와 동일 부재에는 도 8 및 도 9에 붙인 부호에 100을 더한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 보조 요크(227A∼227H)는 자성 재료인 철에 의해 형성된 판형상을 갖고 있고, 각 여자 권선(219A∼219C)의 운동 방향의 양측 외측에 각각 배치되어 있다. 보조 요크(227A∼227D)는 한쪽의 단부(227x)가 백 요크 부재(225A)에 연결되어서 백 요크 부재(225A)로부터 제 1 자극부열(215)을 구성하는 복수의 자극부(221)측으로 연장되어 있다. 그리고, 보조 요크(227A∼227D) 중 3개의 보조 요크(227A∼227C)의 다른쪽의 단부(227y)는 여자 권선(219A∼219C)의 외측으로 벗어난 제 1 자극부열(215)의 자극부(221)의 단부에 각각 접속되어 있다. 또한, 보조 요크(227E∼227H)는 한쪽의 단부(227x)가 백 요크 부재(225B)에 연결되어서 백 요크 부재(225B)로부터 제 2 자극부열(217)을 구성하는 복수의 자극부(221)측으로 연장되어 있다. 그리고, 보조 요크(227E∼227H) 중 3개의 보조 요크(227F∼227H)의 다른쪽의 단부(227y)는 여자 권선(219A∼219C)의 외측으로 벗어난 제 2 자극부열(217)의 자극부(221)의 단부에 각각 접속되어 있다. 보조 요크(227A, 227B)를 예로 해서 설명하면 보조 요크(227A, 227B)에는 영구자석열(209) 및 여자 권선(219A)에서 발생하여 여자 권선(219A)에 의해 여자되는 제 1 및 제 2 자극부열(215, 217)의 자극부(221)를 지나가는 자속이 흐른다.

본 예의 리니어 모터에 의하면, 영구자석열(209) 및 여자 권선(219A∼219C)에서 발생해서 여자 권선의 외측으로 흐르는 자속이 백 요크 부재(225A, 225B)를 통해 흐르고, 각 여자 권선(219A∼219C)의 운동 방향의 양단 외부에 흘러드는 자속이 보조 요크(227A∼227H)를 통해 흐른다. 따라서, 모터의 사이즈당 정격 추력 및 최대 추력을 한층 높일 수 있다.

또한, 상기 각 예에서는 고정자(3)가 전기자를 구비하고, 가동자(1)가 영구자석열(9)을 구비하고 있지만 고정자가 영구자석열을 구비하고, 가동자가 전기자를 구비하도록 구성해도 상관없다.

또한, 상기 각 예에서는 제 1 자극부열에 포함되는 자극부의 개수(p개)와 제 2 자극부열에 포함되는 자극부의 개수(q개)는 모두 2개로 동일 개수이지만 제 1 자극부열에 포함되는 자극부의 개수(p개)와 제 2 자극부열에 포함되는 자극부의 개수(q개)는 1 이상의 임의의 수를 선택할 수 있다. 또한, 제 1 자극부열에 포함되는 자극부의 개수(p개)와 제 2 자극부열에 포함되는 자극부의 개수(q개)가 다르게 되어 있어도 상관없다.

본 발명에 의하면, 각 여자 권선에 의해 여자되는 제 1 자극부열에 포함되는 자극부와 제 2 자극부열에 포함되는 자극부가 내부 공간내에 위치하도록 권선 도체가 권선상으로 권회되어 구성된 공심 구조를 갖고 있으므로 여자 권선에서 발생한 자속의 대부분이 직접적으로 제 1 자극부열에 포함되는 자극부와 제 2 자극부열에 포함되는 자극부를 흐른다. 따라서, 자기 저항을 크게 증가시키지 않고, 여자 권선의 권선량을 늘릴 수 있다. 그 결과, 모터의 사이즈당 최대 추력을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 자극부를 작게 형성할 수 있기 때문에 철량을 적게 하여 리니어 모터의 소형화를 도모할 수 있다.

1 : 가동자 3 : 고정자
9 : 영구자석열 13 : 영구자석
15 : 제 1 자극부열 17 : 제 2 자극부열
19A∼19C : 여자 권선 20 : 전기자
21 : 자극부 9a, 9b : 자극면
125A, 125B : 백 요크 부재 227A∼227H : 보조 요크

Claims

고정자에 대하여 가동자가 왕복 운동을 하도록 구성되어 있는 리니어 모터로서:
상기 고정자 및 상기 가동자 중 한쪽은 상기 가동자가 상기 왕복 운동을 하는 운동 방향으로 복수의 영구자석이 열을 이루도록 늘어서서 구성되고, 상기 복수의 영구자석이 상기 운동 방향과 직교하는 직교 방향으로 착자되고, 또한 상기 복수의 영구자석이 상기 운동 방향을 따라 교대로 다른 극성의 자극이 자극면에 드러나도록 착자되어 있는 1 이상의 영구자석열을 갖고,
상기 고정자 및 가동자 중 다른쪽은 상기 영구자석열의 상기 직교 방향의 양측에 배치되어서 상기 복수의 영구자석의 상기 자극면과 대향하는 복수의 자극부를 각각 구비한 제 1 및 제 2 자극부열과, 상기 제 1 및 제 2 자극부열을 구성하는 복수의 상기 자극부를 여자하는 n상분(n은 3 이상의 정수)의 여자 권선을 가진 전기자를 구비하고,
상기 n상분의 여자 권선의 각각은 각 여자 권선에 의해 여자되는 상기 제 1 자극부열에 포함되는 p개(p는 1 이상의 정수)의 상기 자극부와 상기 제 2 자극부열에 포함되는 q개의 상기 자극부(q는 1 이상의 정수)가 내부 공간내에 위치하도록 권선 도체가 권선상으로 권회되어 구성된 공심 구조를 갖고 있고,
각 여자 권선에 의해 여자되는 상기 제 1 자극부열에 포함되는 p개의 상기 자극부는 상기 제 2 자극부열에 포함되는 q개의 상기 자극부에 대하여 상기 운동 방향으로 시프팅된 상태로 배치되고 있고,
상기 n상분의 여자 권선이 각각 전기각으로 360°/n 시프팅된 위상을 가져서 여자되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 영구자석열을 구성하는 복수의 상기 영구자석이 인접한 2개의 영구자석의 중심간의 피치를 τp로 정의했을 때에,
상기 제 1 자극부열에 포함되는 상기 복수의 자극부는 상기 제 2 자극부열에 포함되는 상기 복수의 자극부에 대하여 상기 피치(τp)만큼 상기 운동 방향으로 시프팅되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 자극부열을 구성하는 각각의 상기 복수의 자극부의 상기 운동 방향의 길이 치수를 TL로 정의했을 때에 τp <TL<2τp의 관계가 성립하고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 n상분의 여자 권선의 외측에는 상기 영구자석열 및 상기 여자 권선에서 발생하는 자속의 흐름을 촉진하는 백 요크가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제 4 항에 있어서,
상기 백 요크는 상기 n상분의 여자 권선의 양측에 서로 대향하도록 배치되고, 또한 상기 제 1 및 제 2 자극부열을 따라 각각 연장된 한쌍의 백 요크 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제 5 항에 있어서,
1 상분의 상기 여자 권선의 상기 운동 방향의 양단의 외부에는 상기 백 요크 부재에 연결되어서 상기 백 요크 부재로부터 상기 복수의 자극부측으로 연장되고, 상기 영구자석열 및 상기 여자 권선에서 발생해서 상기 제 1 및 제 2 자극부열을 지나는 자속의 흐름을 촉진하는 한쌍의 보조 요크가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 자극부열을 구성하는 상기 복수의 자극부와 상기 여자 권선이 절연 수지에 의해 몰딩되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가동자와 상기 고정자 사이에는 슬라이딩성과 내마모성을 가진 성형 부재가 배치되어 있고, 상기 성형 부재에 의해 상기 가동자가 슬라이딩 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.