KR20110081811A

KR20110081811A - 자석 가동형 리니어 모터

Info

Publication number: KR20110081811A
Application number: KR1020117007208A
Authority: KR
Inventors: 샌더 마콘; 엔더 카잔; 아멧 오낫
Original assignee: 사반치 유니버시티; 후지텍크가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2011-07-14
Also published as: WO2010038325A1; EP2333942A4; EP2333942A1; JP2010088189A; CN102171915B; US8502421B2; CN102171915A; JP5357485B2; US20110221282A1; KR101321253B1; EP2333942B1; PL2333942T3

Abstract

본 발명은 종래보다도 큰 추력을 얻을 수 있는 자석 가동형 리니어 모터를 제공하는 것이다. 본 발명에 관한 자석 가동형 리니어 모터는 복수의 코일을 일방향으로 배열하여 이루어지고, 상기 일방향과는 직교하는 방향의 양단부가 지지된 양단부 지지 구조의 고정자(7)와, 고정자(7)의 양면에 대향하여 각각 복수의 영구 자석을 배치하여 이루어지고, 상기 일방향을 따라서 서로 상대 이동이 가능한 한 쌍의 가동자(5, 6)와, 양 가동자(5, 6)를 각각 독립으로, 상기 일방향의 이동이 가능하게 안내하는 가이드 기구(3, 4)를 구비하고, 어느 한쪽의 가동자(6)가 부하에 연결되어 있다.

Description

자석 가동형 리니어 모터 {MAGNET MOVABLE LINEAR MOTOR}

본 발명은 리니어 모터에 관한 것으로, 특히 궤도를 따라서 일방향으로 부하를 구동하는 자석 가동형의 리니어 모터에 관한 것이다.

고정자측에 코어리스 코일 또는 코어 코일을 배치하는 동시에 가동자측에 영구 자석을 배치한 자석 가동형의 리니어 모터는, 고가의 자석을 긴 궤도 상에 배열할 필요가 없고, 또한 가동자측에서 열이 발생하지 않고, 또한 가동자측에 전력을 공급할 필요가 없으므로, 특히 궤도가 긴 반송 기구의 구동원으로서 널리 응용되고 있다.

자석 가동형의 리니어 모터에는 고정자의 양측에 영구 자석을 배치한 양측 방식과, 고정자의 편측에만 자석을 배치한 편측 방식이 있고, 양측 방식에 따르면, 고정자와 가동자 사이에 발생하는 수직력을 상쇄하는 것이 가능하다.

도 5는 베이스(8) 상의 궤도를 따라서 물체, 부하를 반송하는 양측 방식의 자석 가동형 리니어 모터를 도시하고 있다.

상기 자석 가동형 리니어 모터에 있어서는, 베이스(8) 상에 복수의 코일을 일방향으로 배열하여 이루어지는 코일체(80)가 지지 부재(81)를 통해 지지되고, 상기 코일체(80)에 의해 고정자가 구성되어 있다. 또한, 베이스(8) 상에는 코일체(80)를 포위하는 단면 U자 형상의 요크(9)가 차륜(93)을 통해 이동 가능하게 지지되고, 상기 요크(9)의 내면에는 코일체(80)의 양면에 각각 대향시켜 복수의 영구 자석(91)(92)이 고정되어 있고, 상기 요크(9)와 복수의 영구 자석(91)(92)에 의해 가동자가 구성되어 있다(일본 공개 특허 공보 2005-86858호, 일본 특허 공보 제3698585호, 일본 특허 공보 제3478084호, 일본 특허 공보 제3387324호).

상기한 자석 가동형 리니어 모터에 있어서는, 고정자를 구성하는 코일에 다상 교류 전류를 흘림으로써 이동 자계가 형성되고, 이에 의해, 가동자에는 이동 자계와 동일 방향의 추력이 발생하게 된다.

따라서, 도 5에 도시하는 자석 가동형 리니어 모터에 있어서는, 가동자를 구성하는 요크(9)에 부하를 연결함으로써, 상기 부하를 일방향으로 반송할 수 있다.

그런데, 리니어 모터에 있어서는, 고정자의 양측에 배치되는 한 쌍의 영구 자석의 간격(자기 갭)이 작을수록, 자석 사이의 자속의 자기 회로의 자기 저항이 적어지고, 그 결과, 자속 밀도가 높아져 큰 추력이 얻어진다. 한 쌍의 영구 자석의 간격을 좁히기 위해서는, 코일체의 두께를 작게 할 필요가 있다.

그러나, 종래의 자석 가동형 리니어 모터에 있어서는, 도 5에 도시한 바와 같이 요크(9)가 상하의 수평벽부(9a)(9b)를 수직벽(9c)에 의해 연결한 형상을 갖고 있으므로, 코일체(80)는 그 기단부(83)만이 지지 부재(81)에 연결되고, 선단부(82)는 자유단부로 될 수밖에 없다. 이와 같은 일단부 지지 구조에서는, 코일체(80)의 박형화에 수반하여 코일체(80)의 지지 강도는 크게 저하되게 된다.

따라서, 코일체(80)로 이루어지는 고정자는, 급전에 수반하는 온도 상승이나 추력에 대한 반력의 영향을 받아 변형될 우려가 있다. 고정자가 변형되면, 가동자의 이동 중에 고정자가 가동자와 접촉하여, 코일의 파손이나 단락을 발생하게 된다.

따라서 종래부터, 코일 전체를 수지 등에 의해 몰드함으로써 강도의 증대를 도모하는 것도 행해지고 있었지만, 그 결과, 자기 갭의 증대를 초래하고, 추력의 저하를 초래하고 있었다.

본 발명의 목적은 종래보다도 큰 추력을 얻을 수 있는 자석 가동형 리니어 모터를 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 자석 가동형 리니어 모터는,

복수의 코일을 일방향으로 배열하여 이루어지고, 상기 일방향과는 직교하는 방향의 양단부가 지지된 양단부 지지 구조의 고정자(7)와,

상기 고정자(7)의 양면에 대향하여 각각 복수의 영구 자석을 배치하여 이루어지고, 상기 일방향을 따라서 서로 상대 이동이 가능한 한 쌍의 가동자(5)(6)와,

양 가동자(5)(6)를 각각 독립으로, 상기 일방향의 이동이 가능하게 안내하는 안내 기구를 구비하고, 어느 한쪽의 가동자(6)가 부하에 연결되어 있다.

구체적으로는, 상기 한 쌍의 가동자(5)(6)는 각각, 상기 복수의 영구 자석에 요크를 접합하여 구성되거나, 혹은 상기 복수의 영구 자석을 할바흐 배열(halbach array) 또는 적절한 자계를 발생시키는 유사한 수단에 따라서 배열하여 구성되어 있다.

상기 본 발명의 자석 가동형 리니어 모터에 있어서는, 고정자를 양측으로부터 끼워 넣도록 배치되어야 할 가동자 부분이 2개로 분리되고, 고정자의 양측에 한 쌍의 가동자(5)(6)를 배치한 분할 구조가 채용되어, 상기 한 쌍의 가동자(5)(6)는 서로 상대 이동이 가능하게 되어 있다.

한 쌍의 가동자(5)(6)가 분할 구조를 갖고 있으므로, 고정자(7)는 그 양단부를 고정 부재에 연결한 양단부 지지 구조를 채용하는 것이 가능하게 되어 있다.

이와 같이 고정자(7)가 양단부 지지 구조를 갖고 있으므로, 종래와 같이 일단부 지지 구조의 고정자와 비교하여 지지 강도가 증대되게 된다.

따라서, 고정자(7)는 급전에 수반하는 온도 상승이나 추력에 대한 반력이나, 그 밖의 운동 방향에 수직인 유사한 힘의 영향을 받았다고 해도, 휨량은 약간이고, 그 휨량의 한도 내에서 양 가동자(5)(6)의 간격을 좁혔다고 해도, 가동자(5)(6)의 이동 중에 상기 가동자(5)(6)와 고정자(7)가 서로 접촉할 우려는 없다.

상기 본 발명의 자석 가동형 리니어 모터에 있어서는, 고정자(7)를 구성하는 복수의 코일에 다상 교류 전류를 흘림으로써, 상기 고정자(7)의 양측에 이동 자계가 형성되고, 이 결과, 한 쌍의 가동자(5)(6)에는 이동 자계와 동일 방향의 추력이 발생하게 된다.

여기서, 한 쌍의 가동자(5)(6)는 서로 분리되어 있지만, 동시에 동일 방향의 이동 자계를 받으므로, 각각 안내 기구로 안내되어 동일 방향으로 이동하게 된다.

따라서, 한쪽의 가동자(6)에 부하를 연결하면, 상기 가동자(6)의 구동에 의해 부하를 이동시킬 수 있다. 또한, 다른 쪽의 가동자(5)는 부하가 연결되어 있지 않으므로, 상기 한쪽의 가동자(6)의 이동에 따라서, 자유롭게 이동한다.

구체적 구성에 있어서, 상기 고정자(7)는 상기 일방향과는 직교하는 방향으로 장력이 가해진 상태에서, 양단부가 각각 고정 부재에 연결되어 있다.

상기 구체적 구성에 따르면, 고정자(7)에 항상 인장력이 작용하고 있으므로, 외력의 작용에 의한 휨 방향의 변형량은 인장력이 작용하지 않는 경우보다도 감소하여, 더욱 양 가동자(5)(6)의 간격을 좁힐 수 있다.

본 발명에 관한 자석 가동형 리니어 모터에 따르면, 고정자(7)가 양단부 지지 구조를 갖고 높은 지지 강도를 발휘하므로, 고정자(7)의 박형화가 가능하고, 이에 의해 양 가동자(5)(6)의 간격을 좁혀, 종래보다도 큰 추력을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 자석 가동형 리니어 모터의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 자석 가동형 리니어 모터의 사시도이다.
도 3은 가동자를 생략한 자석 가동형 리니어 모터의 사시도이다.
도 4는 고정자의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 5는 종래의 자석 가동형 리니어 모터의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면에 따라서 구체적으로 설명한다.

본 발명에 관한 자석 가동형 리니어 모터는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 베이스(1) 상에서 가동대(2)를 소정의 궤도를 따라서 왕복 이동시키는 것으로, 후술하는 바와 같이 복수의 코일을 일방향으로 배열하여 이루어지는 고정자(7)와, 상기 고정자(7)의 상하 양측에 배치된 제1 가동자(5) 및 제2 가동자(6)를 구비하고 있다.

그리고, 제2 가동자(6) 상에 가동대(2)가 배치되어 있다.

베이스(1) 상에는 고정자(7) 및 가동자(5)(6)의 좌우 양측에 지지 부재(11)(11)가 세워 설치되고, 각 지지 부재(11)의 내측에는 고정 부재(12)가 배치되고, 양측의 고정 부재(12)(12)에 의해, 고정자(7)의 양단부(7a)(7a)가 궤도 전체 길이에 걸쳐서 지지되어 있다.

여기서, 고정자(7)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 양측의 고정 부재(12)(12)에 의해 인장력을 작용시킨 상태에서 고정 부재(12)(12)에 연결되어 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 베이스(1) 상에는 상기 소정의 궤도를 따라서 신장되는 좌우 한 쌍의 레일(31)(31)이 배치되고, 양 레일(31)(31)에는 슬라이더(32)(32)가 각각 미끄럼 이동 가능하게 결합하고, 양 슬라이더(32)(32)가 제1 가동자(5)에 연결되어 있다.

이와 같이 하여, 제1 가동자(5)의 왕복 이동을 안내하는 제1 가이드 기구(3)(3)가 구성된다.

또한, 양 지지 부재(11)(11) 상에는 상기 소정의 궤도를 따라서 신장되는 좌우 한 쌍의 레일(41)(41)이 배치되고, 양 레일(41)(41)에는 슬라이더(42)(42)가 미끄럼 이동 가능하게 결합하여, 양 슬라이더(42)(42)가 가동대(2)에 연결되어 있다.

이와 같이 하여, 가동대(2) 및 제2 가동자(6)의 왕복 이동을 안내하는 제2 가이드 기구(4)(4)가 구성된다.

고정자(7)는, 도 4에 도시한 바와 같이 폭 방향으로 긴 판 형상의 U상, V상, W상의 코일체(72)(73)(74)를 1개의 코일조(71)로 하여, 복수의 코일조(71)를 궤도 방향에 연접하여 구성되어 있다. 여기서, 복수의 코일체(72)(73)(74)는 동상끼리가 연결 부재(70)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있다.

또한, 복수의 코일체(72)(73)(74)는 각각 알루미늄이나 구리로 이루어지는 띠형판으로 형성하는 구성이나, 코일 도선을 권취한 것을 수지 등에 의해 판 형상으로 몰드한 구성을 채용할 수 있다.

상기 자석 가동형 리니어 모터에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 제1 가동자(5)와 제2 가동자(6)가 서로 분리되어 있으므로 고정자(7)의 양단부를 양측의 고정 부재(12)(12)에 연결하는 것이 가능하게 되어 있고, 이에 의해 고정자(7)의 양단부 지지 구조가 실현되어 있다.

이 결과, 종래와 같이 일단부 지지 구조의 고정자와 비교하여, 고정자(7)의 지지 강도는 큰 것으로 되어 있다. 또한, 고정자(7)에 항상 인장력이 작용하고 있으므로, 외력의 작용에 의한 휨량은 인장력이 작용하지 않는 경우보다도 감소하게 된다.

따라서, 고정자(7)는 급전에 수반하는 온도 상승이나 추력에 대한 반력의 영향을 받았다고 해도, 휨량은 약간이다.

또한, 고정자(7)의 양측에 제1 가동자(5)와 제2 가동자(6)를 배치한 양측 방식이 채용되어 있고, 고정자(7)와 제1 가동자(5) 사이에 발생하는 수직력과, 고정자(7)와 제2 가동자(6) 사이에 발생하는 수직력은 서로 상쇄되므로, 수직력에 견딜 수 있는 과대한 강도를 고정자(7)에 부여할 필요는 없다.

따라서, 양 가동자(5)(6)의 이동 중에 고정자(7)와 가동자(5)(6)가 서로 접촉하는 일이 없는 한도 내에서, 고정자(7)의 박형화와, 고정자(7)와 각 가동자(5)(6) 사이의 갭의 협소화가 도모되고 있다.

상기 본 발명의 자석 가동형 리니어 모터에 있어서는, 고정자(7)를 구성하는 복수의 코일에 다상 교류 전류를 흘림으로써, 상기 고정자(7)의 양측에 이동 자계가 형성되고, 이 결과, 제1 가동자(5)와 제2 가동자(6)에는 이동 자계와 동일 방향의 추력이 발생하게 된다.

여기서, 제1 가동자(5)와 제2 가동자(6)는 서로 분리되어 있지만, 동시에 동일 방향의 이동 자계를 받으므로, 각각 제1 가이드 기구(3) 및 제2 가이드 기구(4)로 안내되어 동일 방향으로 이동하게 된다.

이 제2 가동자(6)의 이동에 수반하여, 가동대(2)가 궤도 상을 이동한다.

한편, 제1 가동자(5)는 부하가 연결되어 있지 않으므로, 제2 가동자(6)의 이동에 따라서 자유롭게 이동한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 자석 가동형 리니어 모터에 따르면, 고정자(7)가 양단부 지지 구조를 갖고 높은 지지 강도를 발휘하므로, 고정자(7)의 박형화가 가능하고, 이에 의해 제1 가동자(5) 및 제2 가동자(6)의 간격을 좁혀, 종래보다도 큰 추력을 얻을 수 있다.

또한, 고정자(7)의 유효 길이(궤도 방향과는 직교하는 폭 방향의 길이)를 증대시키는 것이 가능하고, 이에 의해 고정자(7)를 구성하는 코일이나 반송 스페이스의 이용 효율이 향상된다.

또한, 본 발명의 각 부 구성은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 제1 가동자(5) 및 제2 가동자(6)는 각각 복수의 영구 자석(51)(61)에 요크(52)(62)를 접합하여 구성하는 예로 한정되지 않고, 복수의 영구 자석을 할바흐 배열에 따라서 배열한 구성을 채용하고, 이에 의해 요크를 생략하거나, 혹은 요크를 비자성체로 치환하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 관한 자석 가동형 리니어 모터는 부하를, 궤도를 따라서 수평 방향으로 왕복 이동시키는 차량이나 대차의 반송 기구로 한정되지 않고, 엘리베이터와 같이 부하를 수직 방향으로 왕복 이동시키는 반송 기구에 응용하는 것도 가능하다.

또한 본 발명은 리니어 동기형 모터로 한정되지 않고, 리니어 직류 모터에 실시하는 것도 가능하다.

1 : 베이스
2 : 가동대
3 : 제1 가이드 기구
4 : 제2 가이드 기구
5 : 제1 가동자
51 : 영구 자석
52 : 요크
6 : 제2 가동자
61 : 영구 자석
62 : 요크
7 : 고정자
71 : 코일조
72 : 코일체
73 : 코일체
74 : 코일체

Claims

복수의 코일을 일방향으로 배열하여 이루어지고, 상기 일방향과는 직교하는 방향의 양단부가 지지된 양단부 지지 구조의 고정자(7)와,
상기 고정자(7)의 양면에 대향하여 적어도 그 중 1개가 각각 복수의 영구 자석을 배치하여 이루어지고, 상기 일방향을 따라서 서로 상대 이동이 가능한 한 쌍의 가동자(5)(6)와,
양 가동자(5)(6)를 각각 독립으로, 상기 일방향의 이동이 가능하게 안내하는 안내 기구를 구비하고, 어느 한쪽의 가동자(6)가 부하에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 자석 가동형 리니어 모터.
제1항에 있어서, 상기 고정자(7)는, 상기 일방향과는 직교하는 방향으로 장력이 가해진 상태에서, 양단부가 각각 고정 부재에 연결되어 있는, 자석 가동형 리니어 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 한 쌍의 가동자(5)(6)는 각각, 상기 복수의 영구 자석에 요크를 접합하여 구성되어 있는, 자석 가동형 리니어 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 한 쌍의 가동자(5)(6)는 각각, 상기 복수의 영구 자석을 할바흐 배열에 따라서 배열하여 구성되어 있는, 자석 가동형 리니어 모터.