KR20110084103A

KR20110084103A - 선형 구동장치

Info

Publication number: KR20110084103A
Application number: KR1020110001145A
Authority: KR
Inventors: 알렉시스 볼레티스; 휴고 프리치; 레모 홉스테터; 젠스 올리버 슐체; 라니에로 피티니; 데이비드 라몬; 맥스 에릭 붓세-그라비츠
Original assignee: 맥슨 모터 아게
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2011-07-21
Also published as: ATE557464T1; JP5279095B2; US20110175462A1; KR20120112338A; JP5665201B2; CN102130566A; TW201203796A; JP2013085471A; KR101214870B1; US8791607B2; KR101297114B1; TWI492488B; EP2346148A1; EP2346148B1; CN102130566B; JP2011147333A

Abstract

본 발명은 전기적 선형 구동장치에 관한 것으로, 특히 회전식 리프팅 모터에 관한 것이다. 이러한 선형 구동장치는 서로 동축을 이루도록 축 방향으로 연속하여 배치된 복수의 권선형 코일을 구비하는 권취 장치 및 상기 권취 장치에 대해 축 방향으로 이동 가능하고 축 방향으로 연속된 복수의 영구 자석을 구비하는 자화 장치를 포함한다. 상기 권취 장치는 통상적으로 제어 변환기에 의해 급전된다. 상기 권취 장치의 상기 코일과 상기 자화 장치의 상기 복수의 영구 자석은 그들 사이에 에어 갭을 형성한다. 또한, 상기 권취 장치와 상기 자화 장치의 상대적인 이동을 검출하고 상기 권취 장치와 상기 자화 장치의 상대적인 위치를 검출하기 위한 센서가 제공되며, 상기 센서는 상기 자화 장치의 외주 상에 장착된 타이밍 룰러를 판독하는데 사용된다. 상기 자화 장치는 상기 권취 장치 내부에서 반경 방향으로 더 정렬되고, 상기 타이밍 룰러는 상기 자화 장치의 외주 일부에 대해서만 외주 방향으로 연장된다. 본 발명에 따르면, 타이밍 룰러를 수용하기 위한 방사상의 돌출부를 구비하는 권취 장치의 코일 또는 타이밍 룰러를 수용하기 위한 평면 형상의 방사상 돌출부를 구비하는 자화 장치 중 하나가 제공된다.

Description

선형 구동장치{LINEAR DRIVE}

본 발명은 전기적 선형 구동장치에 관한 것으로, 특히 청구항 1의 전제부에 따른 회전식 리프팅 모터(rotary-lifting motor)에 관한 것이다.

그러한 선형 구동장치는 서로 동축이 되도록 축 방향으로 연속적으로 배치된 복수의 권선형 코일(wound coils)을 구비하는 권취 장치(winding system)와 상기 권취 장치에 대해 축 방향으로 이동 가능하고 축 방향으로 연속적인 복수의 영구 자석을 구비하는 자화 장치(magnet system)를 포함한다. 권취 장치는 통상 제어 변환기(controlled converter)에 의해 급전(fed)된다. 권취 장치의 코일과 자화 장치의 영구 자석들 사이에는 에어 갭(air gap)이 형성된다. 또한, 권취 장치와 자화 장치의 상대적 이동과 이들 두 장치의 상대적 위치를 각각 검출하는 센서가 제공되며, 센서는 자화 장치의 외주 상에 장착된 타이밍 룰러(timing ruler)를 판독(scanning)하는데 사용된다. 상기 자화 장치는 상기 권취 장치의 내측에 방사 방향으로(radially) 배치되고, 상기 타이밍 룰러는 상기 자화 장치의 외주의 일부분에서만 원주 방향으로 연장된다.

미국 등록 특허 제 5,952,744 호는 결합된 회전식 리니어 엑츄에이터(combined rotary-linear actuator)를 개시하고 있다. 상기 엑츄에이터의 중공 실린더형 하우징은 그 내부에 회전자(rotor)를 수용하며, 상기 회전자는 축 방향으로 연이어, 다른 극성으로 자화된 자기 링(magnet ring)들로 구성된다. 따라서, 회전자는 하우징에 대해 회전 가능하고 축 방향으로 이동 가능하도록 에어 베어링(air bearing)을 통해 탑재된 중공 실린더형 슬리브이다. 하우징 측에서, 회전자는 다른 극성으로 권선된 코일들로 둘러싸여 있다. 엑츄에이터의 축 방향에서 세로로(longitudinally) 권선된 코일들은 토크(torque)를 생성하도록 에너지를 받는 것에 비해, 축 방향으로 약간의 연장부를 가지며 축 방향으로 서로 교대로 배치된 복수의 코일들은 축 방향으로 구동력을 생성한다. 하우징 측의 코일들과 회전자의 영구 자석들 사이에는 작은 에어 갭이 존재한다. 하우징의 일단이 폐쇄되어, 회전자는 한쪽 방향으로만 하우징의 밖으로 이동할 수 있다. 하우징 측의 코일들은 하우징의 일측 개방 단부 상에만 배치되며, 이에 따라 코일들과 하우징의 폐쇄 단부 사이의 하우징 내부에서 회전자와 하우징 벽 사이에 간격이 존재하며 이 간격은 회전자와 코일들 사이의 에어 갭보다 더 크다. 회전자의 위치를 검출하는데 사용되는 센서는 이 간격에 배치된다. 위치는 회전자 상에 탑재된 슬리브의 바-패턴(bar-pattern)을 판독함으로써 검출된다.

종래 기술을 통해 알 수 있는 선형 구동장치들 대부분의 문제점은 권취 장치와 자화 장치 사이의 자기력(magnetic interaction)이 에어 갭에 위치한 타이밍 룰러에 의해 손상되며, 이에 따라 선형 구동장치의 효율이 타이밍 룰러를 구비하지 않는 선형 구동장치에 비해 매우 떨어진다는 것이다. 회전자의 위치가 회전자 자체 상에서 판독되지 않고 중공 실린더형 회전자 내부에 배치된 샤프트 상에서 판독되는 그러한 선형 구동장치 또한 알려져 있다. 그러한 위치 검출부를 구비하는 엑츄에이터는 일본 공개 특허 제 2004-040894 호를 통해 알려져 있다. 그러나 이러한 유형의 위치 검출은 센서의 복잡한 설치를 필요로 하며, 이는 매우 넓은 설치 공간을 필요로 한다. 게다가, 이러한 위치 검출 방식은 회전자 자체 상에서 회전자의 위치를 직접 판독하는 것에 비해 정확도가 매우 떨어진다.

미국 공개 특허 제 5,990,583 호는 자화 장치 타이밍 룰러를 수용하기 위한 홈(groove) 형태의 방사상의 오목부를 포함하는 전술한 유형의 선형 구동장치에 대해 개시하고 있다. 타이밍 룰러는 상기 홈에 내장된다. 이 구조는 일반적으로 사용되는 자성 물질(magnetic materials)로는 그러한 홈을 제작하기 어렵고 또한 자화 장치의 취급이 시간 및 비용 집약적(time- and cost-intensive)이라는 문제점이 있다. 게다가, 그러한 홈은 자속(magnetic flux)에도 좋지 못한 영향을 끼칠 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 콤팩트한 형상(compact design)이고, 센서를 통해 정확한 위치 검출이 가능하며, 가능한, 센서 및 타이밍 룰러에 의해 선형 구동장치의 효율이 저하되지 않는 전술한 유형의 전기적 선형 구동장치를 제공하는 것이다. 또한, 단순하고 저렴하며 신속한 제조가 가능한 자화 장치를 구현할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 독립항들에 개시된 특징들에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 상기 목적은 권취 장치의 코일들이 타이밍 룰러를 수용하기 위한 방사상의 돌출부를 구비하는 본 발명에 따라 달성될 수 있다. 권취 장치의 코일들과 자화 장치의 영구 자석들 사이의 에어 갭은 원주 대부분에 걸쳐 극도로 작게 유지될 수 있고, 방사상의 돌출부는 타이밍 룰러를 수용할 수 있는 공간을 부여한다. 이에 따라 고 효율의 선형 구동장치를 구현할 수 있다. 권취 장치와 자화 장치 사이의 자기력은 타이밍 룰러에 의해 커버 되지 않은 영역에서 타이밍 룰러에 의해 악영향을 받지 않는다. 효율을 강화하기 위해 자화 장치와 권취 장치 사이의 에어 갭을 이 영역에서 매우 작게 유지할 수 있게 된다.

에어 갭의 내측 경계를 형성하는 자화 장치의 외주가 실린더 형상이고 권취 장치의 코일들이 원형 부분과 사다리꼴 부분을 구비하는 폐쇄된 말발굽 형상으로 권선 되고, 타이밍 룰러가 말발굽 형상의 사다리꼴 부분 내부에 위치하는 경우 특히 이점이 있음이 입증되었다. 이와 같이, 사다리꼴 부분은 앞서 언급한 상기 권취 장치 코일들의 방사상 돌출부를 형성하게 된다.

다른 방법으로, 자화 장치는 권취 장치에 대해 편심(eccentrically)으로 배치되며, 이에 의해 일측에 타이밍 룰러를 수용할 수 있는 공간이 형성되고, 반대측에 매우 작은 에어 갭이 형성된다.

또 다른 방법으로, 자화 장치는 평면 형상(flat portion)으로 타이밍 룰러를 수용하기 위한 방사상의 돌출부를 포함한다. 이 경우에도, 권취 장치와 자화 장치 사이의 에어 갭은 원주 상의 넓은 부분에 걸쳐 매우 작게 유지할 수 있고, 이에 의해 자화 장치의 평면 형상의 돌출부는 타이밍 룰러를 수용하기 위한 공간을 제공한다. 종래 기술을 통해 알려진 홈(groove)에 비해, 평면 형상의 돌출부는 용이하고 저렴하면서도 신속하게 제조할 수 있고, 자기장에는 거의 영향을 미치지 않는다.

본 발명의 설계상의 이점은 종속항들의 주제가 된다.

광학 센서에 의해 매우 정확한 판독이 이루어진다. 다른 방법으로, 캐패시턴스형 센서(capacitive sensor) 또는 인덕턴스형 센서(inductive sensor)가 또한 해당 타이밍 룰러를 정확하게 판독하는데 적합하다.

바람직한 실시 예에서, 센서는 권취 장치에서 에어 갭 상에 배치되며, 권취 장치의 적어도 하나의 코일은 센서의 양쪽에 권취 장치의 축 방향으로 각각 배치된다. 예를 들면, 센서는 오염이나 외부 충격으로부터 최적으로 보호된다. 바람직하게는, 센서는 권취 장치의 중앙에 축 방향으로 배치된다. 센서가 에어 갭에 직접 배치되기 때문에, 매우 정확한 위치 검출이 가능하다.

바람직하게는, 타이밍 룰러는 자화 장치의 원주 방향으로 자화 장치의 원주의 20% 이하를 따라 신장 된다. 이에 따라, 원주의 매우 넓은 부분에 걸쳐 권취 장치와 자화 장치 사이의 자기력(magnetic interaction)은 에어 갭에 위치한 타이밍 룰러에 의해 손상되지 않는다. 이에 따라 선형 구동장치의 구동력과 추진력이 각각 향상될 수 있다.

더욱 바람직한 실시 예에서 센서를 수용하기 위해 권취 장치에 일체화된(integrated) 센서 캐리어는 타이밍 룰러를 가이드 하기 위해 축 방향으로 신장되는 홈을 포함한다. 이는 권취 장치에 대한 자화 장치의 원치 않는 회전을 방지한다. 센서 캐리어는 권취 장치에 일체화되기 때문에 매우 정확한 센서 위치 설정이 가능하고 또한 다양한 외부 영향, 특히 오염에 대해 센서를 최적으로 보호할 수 있다. 다른 방법으로, 자화 장치는 하나 또는 복수의 슬라이드 핀에 의해 권취 장치에 대해 비-회전식으로 가이드 될 수 있다.

더욱 바람직한 실시 예에서, 상기 자화 장치는 볼 베어링 또는 복식 베어링(duplex bearings)에 의해 샤프트 상에 회전 가능하게 지지된다. 이는 자화 장치가 권취 장치에 대하여 회전 방향에서 고정되는(rotationally fixed) 방식으로 동시에 고정되는 동안 자화 장치와 함께 축 방향으로 이동하는 샤프트가 회전하는 것을 가능하게 한다. 샤프트가 회전하도록 만들어지면, 함께 회전하는 자화 장치에 비해 관성이 더 작다.

바람직하게는, 상기 전기적 선형 구동장치는 일체화된 선형 가이드를 구비하는 회전식 모터와 함께 제공된다.

본 발명의 더욱 바람직한 실시 예에서, 분진 필터(dust filter)가 설비된 적어도 하나의 개구가 전기적 선형 구동장치의 양쪽 축 단부에 각각 제공된다. 이에 따라, 베어링, 가이드 및 다양한 케이블 부싱 내 나머지 통로를 통해 흐름이 거의 없도록 하고, 환기된 공기에 오염이 낮아지도록 압력 보상을 위한 환기(air exchange)가 선택적인 방법으로 바깥쪽으로 유도될 수 있다.

상기 권취 장치는 하우징에 열적으로 연결될 수 있고, 권취 장치는 하우징에 의해 둘러싸이며, 하우징은 높은 열 전도 물질로 이루어지며, 하우징은 또한 냉각 리브 및/또는 내측 냉각 채널 및/또는 외측 냉각 채널을 구비하는 냉각체(cooling body)에 연결될 수 있다. 따라서 선형 구동장치가 구동되는 동안 열 방출(heat evolving)은 최적인 방법으로 외부로 전도 또는 방출된다. 이러한 열 방출은 전기적 선형 구동장치의 성능을 크게 향상시킨다.

이하에서는 다음과 같은 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 좀더 상세하게 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시 예의 선형 구동장치의 종단면도이고;
도 2는 본 발명에 따른 제 2 실시 예의 선형 구동장치의 종단면도이다;
도 3은 본 발명에 따른 제 3 실시 예의 선형 구동장치의 종단면도이다;
도 4는 본 발명에 다른 제 4 실시 예의 선형 구동장치의 종단면도이다;
도 5는 도 4에 도시된 선형 구동장치를 도 4의 VI-VI 선에 따라 자른 횡단면도이다;
도 6은 도 4에 도시된 선형 구동장치를 도 4의 VII-VII 선에 따라 자른 횡단면도이다;
도 7은 도 4에 도시된 본 발명에 따른 선형 구동장치의 변형된 형태의 종단면도이다;
도 8은 도 7에 도시된 선형 구동장치가 일체화된 회전식 리프팅 모터의 종단면도이다;
도 9a는 본 발명에 따른 추가적인 선형 구동장치의 횡단면도이다;
도 9b는 본 발명에 따른 추가적인 선형 구동장치의 횡단면도이다;
도 9c는 본 발명에 따른 추가적인 선형 구동장치의 횡단면도이다.

본 발명을 설명함에 있어서, 동일한 구성요소는 동일한 참조부호로 표시된다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시 예의 선형 구동장치(1)를 나타낸다. 선형 구동장치(1)의 중공 실린더형 권취 장치(winding system)(2)는 회전 방향에서 고정되는 방식으로, 중공 실린더형의 하우징(7)에 동축으로 연결된다. 상기 권취 장치(2)는 서로 동축이 되도록 축 방향으로 연속하여 순차적으로 정렬된 복수의 코일(37)로 구성된다. 선형 구동장치(1)의 하우징(7)은 왼쪽은 밀폐형이고 오른쪽은 하우징 두껑(15)에 의해 밀폐된다. 하우징(7)에 동축으로 정렬된 선형 구동장치(1)의 샤프트(8)는 왼쪽 폐쇄된 하우징 측 및 하우징 뚜껑(15)의 2개의 슬라이드 베어링 또는 볼 부싱(6) 각각을 통해 회전 가능하면서 축 방향으로 이동 가능하도록 지지된다. 상기 샤프트(8)에 회전 방향에서 고정되는 방식으로 연결된 중공 실린더형 자화 장치(magnet system)(3)에 의해 선형 구동장치(1)의 샤프트(8)의 중간 부분 일부가 둘러싸여 있다. 상기 자화 장치(3)의 축 방향 길이는 권취 장치(2)와 하우징(7) 각각의 축 방향 길이보다 더 작으므로 자화 장치(3)를 구비하는 샤프트(8)가 축 방향으로 왕복할 수 있다. 상기 자화 장치(3)는 환형(annular)이면서, 서로 번갈아가며 연속적으로 정렬된, 축 방향으로 자화된 영구 자석(4)들과 반경 방향(방사상)으로(radially) 자화된 영구 자석(5)들로 구성된다.

축 방향으로 자화된 영구 자석(4)들과 반경 방향으로 자화된 영구 자석(5)들에 그려진 화살표들 각각은 자화 방향을 나타내고, 따라서 자기장의 자속 방향을 나타낸다. 축 방향 및 반경 방향으로 자화된 자기 링(magnet rings)이 교대로 배열되어 있기 때문에 소위 할바흐 배열(Halbach array)에 가깝다. 상기 순환식 배열은 각각 왼쪽에서 오른쪽으로 축 방향으로 자화된 링, 반경 방향 바깥쪽으로 자화된 링, 오른쪽에서 왼쪽으로 축 방향으로 자화된 링 및 반경 방향 안쪽으로 자화된 링의 순서로 연속적으로 구성된다. 선형 구동장치(1)를 구동시키기 위해 축 방향으로 작용하는 힘은 교대로 활성화되는 권취 장치(2)의 다양한 코일들에 의해 생성되고, 따라서 전류 흐름에 의해 생성되는 권취 장치 코일의 자기장에 의해 생성되어 자화 장치(3)의 영구 자석에 작용한다. 자화 장치(3)와 주위의 권취 장치(2) 사이의 에어 갭(9)이 작을수록 상기 권취 장치(2)의 코일들에 의해 발생되는 자기장과 상기 자화 장치(3)의 영구 자석들 사이에서 구동력으로 변환되는 자기력(magnetic interaction)이 더 우수할 수 있다. 도시된 바와 같이 권취 장치(2)의 축 방향 중앙에 자화 장치(3) 및 자화 장치(3)에 연결된 샤프트(8) 각각의 위치를 검출하기 위한 센서가 에어 갭(9) 상에 정렬된다. 상기 센서(10)는 예를 들면, 광학형(optical type), 캐패시턴스형(capacitive type), 인덕턴스형(inductive type) 또는 자기형(magnetic type)으로 구성될 수 있으며, 센서 신호를 평가 및 전송하기 위해 인쇄회로기판(12) 상에 장착된다. 센서(10) 및 인쇄회로기판(12)은 권취 장치(2)의 원주 방향으로 작은 연장부를 구비하며, 권취 장치(2) 또는 하우징(7)에 견고하게 연결된 실질적으로 환상의 센서 캐리어(11)에 의해 제 위치에 유지된다.

도 1에 도시된 바와 같이 2개의 슬라이드 베어링에 의해 샤프트(8)를 지지하는 것은 제조가 용이하지만, 구동(play) 하기 쉽다.

도 2는 구동하지 않는(without play) 선형 가이드의 예를 나타낸다. 도시된 선형 구동장치(1)는 도 1에 도시된 일실시 예의 구성과 실질적으로 동일하다.

도 2 및 후속 도면들에서, 권취 장치(2)의 코일은 도시하지 않지만 코일의 배열은 다른 모든 도면들에서 도 1과 유사하다. 그러나 도 2에서, 선형 구동장치(1)의 샤프트는 볼 스플라인(ball spline)(8a)으로 구성된다. 상기 선형 가이드는 구동하지 않는 2개의 볼 스플라인 가이드(13)를 통해 구현된다. 도 2에 도시된 선형 구동장치(1)의 샤프트(8a)는 따라서 회전할 수 없고, 다만 축 방향으로 슬라이딩할 수 있도록 선형 구동장치(1)의 하우징(7)에 지지된다. 이러한 유형의 선형 구동장치는 순수하게 선형 구동장치(pure linear drive)로 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 선형 구동장치(1)가 회전식 리프팅 모터에 사용되면, 선형 구동장치(1)의 축 방향으로 이동 가능한 샤프트(8a)는 회전식 모터의 고정자에 연결된다. 이 경우 회전식 모터 전체가 선형 구동장치(1)에 의해 축 방향으로 왕복운동을 하므로 상기와 같은 결합은 소규모에 적합하며 따라서 경량의 회전식 모터에 적합하다.

도 3에 도시된 본 발명의 선형 구동장치의 실시 예는 도 1에 도시된 실시 예와 유사한 구조이다. 도 1에 도시된 실시 예와 대조적으로, 선형 구동장치(1)의 샤프트는 자화 장치(3) 자체로 구성된다. 상기 자화 장치(3)는 축 방향으로 연속적으로 정렬된 디스크로 구성되며, 집속계(flux collector)로서, 축 방향으로 교대로 자화된 영구 자석 디스크 및 연속된 연자성체 디스크(magnetically soft disk)(16) 이루어진 축 방향으로 연속적으로 정렬된 디스크로 구성된다. 2개의 연속하는 축 방향으로 자화된 영구 자석 디스크(4)의 자화 방향(magnetization direction)은 서로 반대 방향을 향하며, 도 3에 작은 화살표로 도시어 있다. 전체적으로 실린더형인 상기 자화 장치(3)는 센서(10)를 위한 타이밍 룰러로서 얇은 슬리브(sleeve) 또는 코팅(coating)(17)으로 둘러싸여 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 선형 구동장치(1)의 다른 실시 예를 나타낸 것으로, 구조상 주요 부분은 도 1에 도시된 장치와 유사하다. 본 실시 예에서, 또한, 선형 구동장치의 샤프트(8)는 하우징(7)과 하우징의 뚜껑(15) 상에서 슬라이드 베어링 또는 볼 부싱(ball bushings)(6)을 통해 축 방향으로 이동 및 회전 가능하도록 각각 지지된다. 자화 장치(3)는 2개의 볼 베어링(14)을 통해 샤프트(8)에 대해 회전 가능하게 지지되며, 따라서 자화 장치(3)는 샤프트(8)와 함께 회전하지 않는다. 이에 따라 센서를 위한 타이밍 룰러를 갖는 원주 전체에 걸쳐 장착되는 자화 장치 없이도 회전식 모터에 의한 샤프트의 회전을 가능하게 한다. 이와는 별도로, 회전 관성(rotational inertia)이 감소하게 된다. 자화 장치(3)는 적당한 회전방지 수단에 의해 하우징(7)에 대해 회전 방향에서 고정된다. 센서 캐리어(11) 내에서 하우징 상에 배치된 센서(10)가 위치하는 원주 위치에, 신장된 타이밍 룰러(18)가 자화 장치(3) 상에 배치된다. 타이밍 룰러(18)는 센서로 하여금 가능한 한 정확하게 위치 검출을 수행할 수 있게 한다. 타이밍 룰러가 축 방향을 가로지르는 방향으로 신장된 라인을 갖는 높은 해상도의 선형 패턴을 구비하고 있으면 광학 센서의 도움으로 매우 정확한 위치 검출이 이루어진다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 권취 장치(2)는 저부 원형 부분(23)에서 내부에 위치하는 자화 장치(3)를 매우 좁은 간격으로 감싸고 있으며, 이에 따라 권취 장치(2)와 자화 장치(3) 사이의 에어 갭(9)은 원주 방향으로 넓은 부분에 걸쳐 가능한 작게 유지된다. 권취 장치(2)의 코일-상기 코일은 말발굽 형상으로 감겨 있으며-의 사다리꼴 부분(24)은 권취 장치(2) 내에 타이밍 룰러(18) 장착에 필요한 공간을 제공하는 돌출부(bulge)를 생성한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 타이밍 룰러(18)를 구비하는 자화 장치(3)는 하우징(7)에 대해 회전 방향에서 고정되고 축 방향으로 이동 가능하도록 안내된다. 센서 캐리어(11)의 축 방향으로 신장된 홈(22)에 의해 안내 동작(guiding)이 실행되며, 이에 따라 자화 장치(3)가 홈(22)에서 신장되는 타이밍 룰러 위로 회전하는 것을 방지한다.

선형 구동장치(1)의 하우징(7) 전체 길이에 걸쳐 신장되는 냉각체(cooling body)(19)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 선형 구동장치(1)의 하우징(7) 상에 설치된다. 상기 하우징(7)은 상기 냉각체(19)에 열적으로 연결된다. 상기 냉각체(19)는 방열(heat discharge)을 위해 축 방향으로 신장된 냉각 리브(20)들을 포함한다. 상기 냉각체(19)는 냉각 리브 대신, 방열을 위해 냉각 유체가 순환할 수 있도록 하는 축 방향으로 신장된 외측 및/또는(and/or) 내측 냉각 채널(도시하지 않음)을 구비할 수도 있다. 원칙적으로, 도시된 실시 예 각각에 그러한 냉각체(19)를 제공할 수 있다.

도 7은 도 4 내지 도 6에 도시된 실시 예의 구성을 조금 변형한 것으로, 본 발명에 따른 선형 구동장치를 나타낸다. 샤프트와 평행하게 신장되는 긴 슬라이드 핀(25)이 자화 장치(3)에 연결된다. 상기 슬라이드 핀(25)은 하우징 뚜껑(15)의 구멍(corresponding bore)을 통해 안내된다. 슬라이드 핀(25)은 자화 장치(3)가 하우징에 대해 회전하는 것을 방지하고, 도 6에 도시된 바와 같이 센서 캐리어(11)의 축 방향 홈에서 신장되는 타이밍 룰러(18)를 구비하는 실시 예에 선택적으로 또는 부가적으로 제공될 수 있다. 슬라이드 핀(25)을 이용한 단일 안내 구조(sole guidance)는 타이밍 룰러 및 센서 캐리어(11) 각각의 마모를 방지하며 이에 따라 센서가 오염되는 것을 방지한다. 선형 구동장치(1)의 샤프트(8)는 연속된 구멍(bore)(36)을 포함함으로써 샤프트(8)를 통해 제작 중인 제품을 수용하는 진공 연결(vacuum connection)이 용이하게 유도될 수 있도록 한다. 분진 필터(dust filter)(35)를 구비하는 개구부가 선형 구동장치(1)의 양쪽 단부에 각각 축 방향으로 제공된다. 이에 따라, 베어링, 가이드 및 다양한 케이블 부싱에서의 나머지 통로를 통해 흐름이 거의 없도록 하고, 환기된 공기에 오염이 낮아지도록 하는 선택적인 방법으로 압력 보상을 위한 환기(air exchange)가 바깥쪽으로 유도된다.

끝으로, 도 8은 회전식 리프팅 모터(rotary-lifting motor)(33)가 결합된 도 7에 도시된 선형 구동장치(1)를 나타낸다. 회전식 모터(27)는 왼쪽에서 선형 구동장치(1)까지 플랜지(flange) 된다. 선형 구동장치의 샤프트(8)는 왼쪽으로 신장되고, 이에 따라 회전식 모터(27)의 샤프트를 동시에 형성한다. 회전식 모터(27) 영역에서 샤프트(8)는 볼 스플라인(ball spline)(8a)으로 설계된다. 상기 회전식 모터(27)는 하우징(28), 하우징에 의해 둘러싸인 중공 실린더형 권선(29) 및 회전 방향에서 고정되는 방식으로 샤프트에 연결되고 복수의 영구자석을 구비하는 자성 캐리어(magnet carrier)(30)로 구성된다. 자성 캐리어(30)의 비-회전식 지지(non-rotational support)는 2개의 볼 스플라인 가이드(13)에 의해 제공된다. 자성 캐리어(30)는 볼 베어링(14)에 의해 하우징에 회전 가능하게 지지된다. 따라서 샤프트(8, 8a)는 각각 볼 스플라인 가이드(13)들을 통해 자성 캐리어(30)에 대해 축 방향으로 이동 가능하고 자성 캐리어(30)와 함께 회전하도록 만들어진다. 따라서 샤프트(8, 8a)는 각각 회전식 모터(27)에 의해 회전 방향으로 이동하고, 선형 구동장치(1)에 의해 축 방향으로 이동한다. 회전식 모터(27)는 또한 각도 위치(angular position)를 검출하고 회전 속도를 측정하기 위한 센서(31)를 포함한다. 상기 센서(31)는 센서 캐리어(32)를 통해 회전식 모터(27)의 하우징(28)에 연결되어, 자성 캐리어(30)와 연결되어 마그넷 캐리어(30)와 함께 회전하는 엔코더 디스크(encoder disk)(34)를 판독한다. 도 7을 조금 변형하여 선형 구동장치(1)는 샤프트를 추가적으로 지지하기 위해 방사상으로 조절 가능한 또는 자기-정렬식(self-aligning) 플랜지(26)를 오른 쪽에 포함한다. 도시된 선형 구동장치는 도 4 내지 도 6에 도시된 실시 예의 장치와 유사하게 냉각체(29)를 더 포함한다. 회전식 리프팅 모터(33)의 샤프트(8, 8a) 각각은 바람직하게는 도 7에 도시된 구멍(36)과 유사한 연속적인 구멍(도시하지 않음)을 포함하며, 이에 의해 용이하게 제품을 수용하기 위하여 샤프트(8, 8a) 각각을 통해 진공 연결이 유도될 수 있다. 이를 위해 흡입장치가 샤프트의 제품 단부에 제공된다. 또한, 회전식 리프팅 모터(33)는 바람직하게는 정지위치(parking position)를 포함한다. 상기 정지위치에서 샤프트(8, 8a)는 리트랙트(retract) 된 위치에 있으며 거기에서 샤프트는, 예를 들면 자기(magnet)에 의해 제 위치를 유지한다.

도시된 실시 예의 장치에서는 샤프트가 하우징의 양쪽에서 돌출되어 있지만, 하우징의 일측 단부 바깥으로만 돌출되는 분리된 샤프트 또한 가능하다. 이와 유사한 다양한 변경이 당업자에 의해 이루어질 수 있다.

도 9a, 9b, 9c 각각은 선형 구동장치(1)의 개략적인 횡단면도이다. 세 도면 모두 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 말발굽 형상으로 권선된 권취 장치(2)의 선택 가능한 코일의 다른 예를 나타낸다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 말발굽 형상으로 권선된 코일은 타이밍 룰러(18)를 수용하기 위한 돌출부를 구비하는 것에 비해 도 9a 및 도 9b에 따라 타이밍 룰러(18)를 수용하기 위한 공간은 자화 장치(3)의 오목부(indentation)에 의해 제공된다. 종래기술 및 도 9a로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 오목부는 자화 장치(3)의 홈(groove)일 수 있다. 그러나 본 발명에 따르면, 도 9b에 도시된 바와 같이 자화 장치(3)의 평편한 부분이 제공됨이 바람직하다. 양자의 경우, 권취 장치(2)는 중공 실린더 형상으로 배치되며 타이밍 룰러를 수용하기 위한 돌출부를 구비할 필요가 없다. 도 9c는 타이밍 룰러(18)를 수용하기 위한 공간을 더 제공하는 또 다른 예를 나타낸다. 권취 장치(2) 및 자화 장치(3)는 모두 어떠한 돌출부나 오목부도 구비하고 있지 않은 중공 실린더 형상이다. 타이밍 룰러(18)를 수용하기 위한 공간은 자화 장치(3) 및 권취 장치(2)를 약간 편심 배치함으로써 획득할 수 있다. 저부에서, 자화 장치(3) 및 권취 장치(2)는 나란하게 근접하며, 이에 따라 사이의 에어 갭은 저부에서 작다. 상부에서 약간의 편심 배치에 의해 자화 장치(3)와 권취 장치(2) 사이의 간격이 증가하며, 이에 의해 자화 장치(3)의 외주에 부착된 타이밍 룰러를 수용하기 위한 공간이 생성된다. 도 9a 내지 도 9c는 도 1에 도시된 선형 모터(1)의 개략적인 횡단면도이다. 도 9a 내지 도 9c에 도시된 실시 예는 말발굽 형상으로 권선된 권취 장치(2)의 코일에 따라 선택적으로 나타낸 것으로, 예를 들면, 도 4 내지 도 8의 선형 모터에 적용될 수 있다.

Claims

서로 동축을 이루도록 축 방향으로 연속하여 배치된 복수의 권선형 코일(37)을 구비하는 권취 장치(2) 및 상기 권취 장치(2)에 대해 축 방향으로 이동 가능하고 축 방향으로 연속된 복수의 영구 자석(4, 5)을 구비하는 자화 장치(3)를 포함하며, 상기 권취 장치(2)의 상기 코일(37)과 상기 자화 장치(3)의 상기 복수의 영구 자석(4, 5) 사이에 에어 갭(9)을 형성하고, 상기 권취 장치(2)와 상기 자화 장치(3)의 상대적인 이동을 검출하고 상기 권취 장치(2)와 상기 자화 장치(3)의 상대적인 위치를 검출하기 위한 센서(10)가 제공되며, 상기 센서(10)는 상기 자화 장치(3)의 외주 상에 장착된 타이밍 룰러(18)를 판독(scanning)하는데 사용되며, 상기 자화 장치(3)는 상기 권취 장치(2) 내에 반경 방향으로 더 정렬되고, 상기 타이밍 룰러(18)는 상기 자화 장치(3)의 외주 일부에 대해서만 외주 방향으로 연장되는, 전기적 선형 구동장치(linear drive)(1)에 있어서,
상기 권취 장치(2)의 상기 코일(37)은 상기 타이밍 룰러(18)를 수용하는 방사상의 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 에어 갭(9)의 내측 경계를 형성하는 상기 자화 장치(3)의 외주는 원통형이며, 상기 권취 장치(2)의 상기 코일(37)은 원형 부분(23)과 사다리꼴 부분(24)을 구비하는 말발굽 형상으로 권선되고, 상기 타이밍 룰러(18)는 상기 말발굽 형상의 상기 사다리꼴 부분(24) 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.
서로 동축을 이루도록 축 방향으로 연속하여 배치된 복수의 권선형 코일(37)을 구비하는 권취 장치(2) 및 상기 권취 장치(2)에 대해 축 방향으로 이동 가능하고 축 방향으로 연속된 복수의 영구 자석(4, 5)을 구비하는 자화 장치(3)를 포함하며, 상기 권취 장치(2)의 상기 코일(37)과 상기 자화 장치(3)의 상기 복수의 영구 자석(4, 5) 사이에 에어 갭(9)을 형성하고, 상기 권취 장치(2)와 상기 자화 장치(3)의 상대적인 이동을 검출하고 상기 권취 장치(2)와 상기 자화 장치(3)의 상대적인 위치를 검출하기 위한 센서(10)가 제공되며, 상기 센서(10)는 상기 자화 장치(3)의 외주 상에 장착된 타이밍 룰러(18)를 판독하는데 사용되며, 상기 자화 장치(3)는 상기 권취 장치(2) 내에 반경 방향으로 더 정렬되고, 상기 타이밍 룰러(18)는 상기 자화 장치(3)의 외주 일부에 대해서만 외주 방향으로 연장되는, 전기적 선형 구동장치(linear drive)(1)에 있어서,
상기 자화 장치(3)는 상기 권취 장치(2)에 대해 편심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.
서로 동축을 이루도록 축 방향으로 연속하여 배치된 복수의 권선형 코일(37)을 구비하는 권취 장치(2) 및 상기 권취 장치(2)에 대해 축 방향으로 이동 가능하고 축 방향으로 연속된 복수의 영구 자석(4, 5)을 구비하는 자화 장치(3)를 포함하며, 상기 권취 장치(2)의 상기 코일(37)과 상기 자화 장치(3)의 상기 복수의 영구 자석(4, 5) 사이에 에어 갭(9)을 형성하고, 상기 권취 장치(2)와 상기 자화 장치(3)의 상대적인 이동을 검출하고 상기 권취 장치(2)와 상기 자화 장치(3)의 상대적인 위치를 검출하기 위한 센서(10)가 제공되며, 상기 센서(10)는 상기 자화 장치(3)의 외주 상에 장착된 타이밍 룰러(18)를 판독하는데 사용되며, 상기 자화 장치(3)는 상기 권취 장치(2) 내에 반경 방향으로 더 정렬되고, 상기 타이밍 룰러(18)는 상기 자화 장치(3)의 외주 일부에 대해서만 외주 방향으로 연장되는, 전기적 선형 구동장치(linear drive)(1)에 있어서,
상기 자화 장치는 상기 타이밍 룰러를 수용하는 평탄한 형상의 방사상의 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 센서(10)는 광학 센서, 캐패시턴스형 센서 또는 인덕턴스형 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 센서(10)는 상기 권취 장치(2) 내에 상기 에어 갭(2) 상에 배치되며, 상기 권취 장치(2)의 적어도 하나의 코일은 상기 권취 장치(2)에 축 방향으로 상기 센서(10)의 양쪽에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 센서(10)를 수용하기 위해 상기 권취 장치(2)에 일체화된 센서 캐리어(11)를 더 포함하며, 상기 센서 캐리어는 상기 타이밍 룰러(18)를 안내하기 위한 축 방향으로 신장되는 홈(22)을 포함하거나 상기 자화 장치(3)는 하나 또는 복수의 슬라이딩 핀(25)에 의해 상기 권취 장치(2)에 대해 비-회전식으로 안내되는 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 자화 장치(3)는 볼 베어링(14) 또는 복식 베어링에 의해 샤프트(8) 상에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전기적 선형 구동장치(1)는 일체화된 선형 안내 구조(integrated linear guidance)를 구비하는 회전식 모터(27)와 결합하여 제공되는 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분진 필터(35)를 구비하는 적어도 하나의 개구부가 상기 선형 구동장치(1)의 양쪽 축 단부에 제공되는 것을 특징으로 하는 전기적 선형 구동장치.