KR20150014392A

KR20150014392A - 리니어 모터

Info

Publication number: KR20150014392A
Application number: KR1020140095551A
Authority: KR
Inventors: 쇼고 마키노; 모토미치 오토; 유지 아리나가
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2015-02-06
Also published as: US20150028697A1; KR101647189B1; CN104348332B; CN104348332A; JP2015027230A; US9270156B2; JP5870973B2

Abstract

본 발명의 과제는 전기자에 대한 돌극의 상대위치를 단순한 구성으로 검출가능한 리니어 모터를 제공하는 것이다. 리니어 모터(1)는, 공극을 통하여 서로 대향하는 고정자(3) 및 전기자(2)를 구비한다. 고정자(3)는, 전기자(2)와의 대향방향에 교차하도록 연장되는 장척 형상을 나타내고, 상기 장척형상의 길이 방향을 따라 늘어서며, 또한 각각 전기자(2) 측으로 돌출하는 복수의 돌극(3b)을 가진다. 전기자92)는, 고정자(3) 측으로 돌출하는 티스(6)를 이루는 전기자 코어(4)와, 티스(6)에 감긴 전기자 권선(7)과, 고정자(3)의 길이 방향을 따라 늘어서도록 티스(6)의 선단측에 마련된 복수의 영구자석(8)과, 영구자석(8)에 의해 발생하여 돌극(3b)을 통하는 자계를 검출하는 자계센서(10)를 가진다.

Description

리니어 모터{LINEAR MOTOR}

본 발명은, 리니어 모터에 관한 것이다.

리니어 모터는, 공극을 통하여 서로 대향하는 전기자 및 장척의 고정자를 구비하여, 고정자의 길이 방향을 따라 전기자 및 고정자의 상대 운동을 발생시킨다. 이러한 리니어 모터의 일종으로서, 전기자에는 전기자 코어, 전기자 권선 및 복수의 영구 자석이 마련되고, 고정자에는 복수의 돌극이 마련된 것이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌1 참조). 전기자 코어는, 고정자 측으로 돌출하는 티스를 이루고, 전기자 권선은 티스에 감긴다. 복수의 영구 자석은 티스의 선단측에 마련되어, 고정자의 길이 방향을 따라 늘어서도록 배치된다. 복수의 돌극은, 고정자의 길이 방향을 따라 늘어섬과 함께, 각각 전기자 측으로 돌출한다. 전기자는, 전지가 코어, 전기자 권선 및 영구 자석을 협동시켜 진행 자계를 발생시킨다. 이 진행 자계가 고정자의 돌극으로 작용함으로써 상기 상대 운동이 생긴다.

일본국 특개2009-219199호 공보

상술한 리니어 모터에서는, 전기자에 대한 돌극의 상대 위치를 검출하여, 돌극의 위치에 맞추어 진행 자계를 발생시킬 필요가 있다. 그러나, 돌극은 영구 자석과 같은 자계 발생 요소가 아니기 때문에, 고정자측으로부터 발생하는 자계에 기초하여 돌극의 상대 위치를 검출하는 것은 불가능하다. 이 때문에, 자계센서를 이용한 단순한 구성으로 돌극의 상대 위치를 검출하는 것이 곤란하다.

여기서 본 발명은, 전기자에 대한 돌극의 상대 위치를 단순한 구성으로 검출가능한 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 공극을 통하여 서로 대향하는 고정자 및 전기자를 구비하고, 고정자는, 전기자와의 대향방향에 교차하도록 연장한 장척 형상을 나타내고, 상기 장척 형상의 길이 방향을 따라서 늘어서고, 또한 각각 전기자측으로 돌출하는 복수의 돌극을 가지며, 전기자는, 고정자 측으로 돌출하는 티스를 이루는 전기자 코어와, 티스에 감긴 전기자 권선과, 고정자의 길이 방향을 따라서 늘어서도록 티스의 선단부 측에 마련된 복수의 영구 자석과, 영구 자석에 의해 발생하여 돌극을 통과하는 자계를 검출하는 자계센서를 가진다.

본 발명에 따르면, 전기자에 대한 돌극의 상대 위치를 단순한 구성으로 검출가능하다.

도 1은 본 실시형태에 따른 리니어 모터의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 리니어 모터의 측면도이다.
도 4는 돌극에 의해 자계센서에 이끌리는 자계를 모식적으로 나타내는 확대도이다.
도 5는 자계센서의 다른 배치예를 나타내는 측면도이다.
도 6은 자계센서의 또다른 배치예를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 설명에서, 동일 요소 또는 동일 기능을 갖는 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.

본 실시형태에 따른 리니어 모터(1)는, 예를 들어 다양한 제조 장치 또는 가공 장치 등의 FA기기에서, 테이블 전송 등에 이용된다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 리니어 모터(1)는, 서로 공극을 통하여 대향하는 전기자(2) 및 고정자(3)를 구비한다. 고정자(3)는, 전기자(2)와의 대향 방향에 직교하도록 연장하는 장척 형상을 나타내고, 설치대상(예를 들어 FA기기의 본체부)에 고정된다. 전기자(2)는, 고정자(3)의 길이 방향을 따라 이동자재로 되도록, 리니어 가이드(도시하지 않음)에 의해 지지된다. 전기자(2)는, 구동대상(예를 들어 FA기기의 테이블)에 고정된다. 리니어 모터(1)는, 고정자(3)의 길이 방향을 따라, 고정자(3)에 대한 전기자(2)의 상대운동을 발생시킴으로써 구동대상을 이송한다. 한편, 전기자(2)가 설치대상에 고정되고, 고정자(3)가 구동대상에 고정되어도 좋다. 이 경우, 리니어 모터(1)는, 전기자(2)에 대한 고정자(3)의 상대운동을 발생시킴으로써 구동대상을 이송한다.

이어서, 고정자(3) 및 전기자(2)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 설명에서, "상하", "전후" 및 "좌우"는, 전기자(2) 측을 상측으로 하고, 고정자(3) 측을 하측으로 하며, 고정자(3)의 일단을 앞측으로 한 방향을 의미한다.

고정자(3)는, 요크(3a)와 복수의 돌극(3b)을 가진다. 요크(3a)는, 전후방향을 따라 연장함과 함께 좌우 방향을 따라 펼쳐진 띠형상을 나타낸다. 복수의 돌극(3b)은, 전후방향을 따라 늘어섬과 함께, 각각 요크(3a)로부터 상측으로 돌출한다. 돌극(3b)은, 좌우방향을 따라 연장하고, 사다리꼴의 단면형상을 나타낸다. 돌극(3b)의 단면 형상은 사다리꼴로 한정되지 않고, 예를 들어 직사각형 또는 반원형이어도 좋다.

고정자(3)는, 예를 들어 3% 규소철 등의 철계의 연자성 재료에 의해 구성된다. 고정자(3)는, 규소강판 등의 전자강판을 좌우 방향을 따라 적층한 것이라도 좋고, 연자성 복합재료(SMC)를 압축 성형한 것이어도 좋으며, 철계의 구성재에 의해 일체적으로 형성된 것이어도 좋다.

전기자(2)는, 전기자 코어(4, 6) 세트의 전기자 권선(7)과, 12 개의 영구 자석(8)과, 6 개의 자계센서(10)를 가진다.

전기자 코어(4)는, 요크(5)와, 6개소의 티스(6)를 가진다. 요크(5)는, 전후방향을 따라 연장함과 함께 좌우방향을 따라 펼쳐진 평판형상을 나타낸다. 6개소의 티스(6)는 전후방향을 따라 늘어섬과 함께 각각 요크(5)로부터 하측으로 돌출한다.

전기자 코어(4)는, 예를 들어 3% 규소철 등의 철계의 연자성 재료에 의해 구성된다. 전기자 코어(4)는, 규소강판 등의 전자강판을 좌우 방향을 따라 적층한 것이라도 좋고, 연자성 복합재료(SMC)를 압축 성형한 것이어도 좋다.

6 세트의 전기자 권선(7)은, 6개소의 티스(6)에 각각 감겨 있다. 가장 앞의 티스(6A)에 감긴 전기자 권선(7A)과, 앞에서부터 세 번째 티스(6C)에 감긴 전기자 권선(7C)과, 앞에서부터 다섯 번째 티스(6E)에 감긴 전기자 권선(7E)에는, 서로 위상이 1/3주기 벗어난 3상 교류가 각각 공급된다. 이하, 전기자 권선(7A)에 공급되는 교류를 "U상 교류"라고 하고, 전기자 권선(7C)에 공급되는 교류를 "V상 교류"라고 하고, 전기자 권선(7E)에 공급되는 교류를 "W상 교류"라고 한다.

앞에서부터 두 번째 티스(6B)에 감긴 전기자 권선(7B)과, 앞에서부터 네 번째 티스(6D)에 감긴 전기자 권선(7D)과, 앞에서부터 여섯 번째 티스(6F)에 감긴 전기자 권선(7F)에는, W상 교류와, U상 교류와, V상 교류가 각각 공급된다. 전기자 권선(7D, 7F, 7B)으로의 교류의 공급 방향은, 전기자 권선(7A, 7C, 7E)으로의 교류의 공급 방향에 대하여 각각 역방향이다.

전기자 코어(4) 및 전기자 권선(7)은, 몰드재(P)에 의해 일체화되어, 전자석 유닛(9)을 구성하고 있다. 몰드재(P1)는, 예를 들어 에폭시계 수지이다. 전자석 유닛(9)은, 전후 방향으로 연장한 직방체 형상을 나타낸다. 전자석 유닛(9)의 하면(9a)은, 티스(6)의 선단면(하단면)과 대략 면일(面一, 단차가 없는 상태)로 되어 있다.

12 개의 영구자석(8)은, 전후방향을 따라 늘어선 상태로, 접착 등에 의해 전자석 유닛(9)의 하면(9a)에 고정되어 있다. 각각의 영구자석(8)은, 좌우방향을 따라 연장하고, 직사각형의 단면형상을 나타낸다. 6 개의 영구자석(8A)은, 하측이 S극, 상측이 N극으로 되도록 배치되어 있다. 남은 6 개의 영구자석(8B)은, 하측이 N극, 상측이 S극으로 되도록 배치되어 있다. 영구자석(8A)과 영구자석(8B)은 교호로 늘어서 있고, 티스(6) 마다 한 쌍의 영구자석(8A, 8B)이 위치하고 있다. 즉, 각각의 티스(6)의 선단측에는, 전후방향을 따라 늘어서는 한 쌍의 영구자석(8A, 8B)이 마련되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 자계센서(10)는, 좌우방향(고정자(3)의 폭방향)에서 영구자석(8)의 외측에 배치되어 있다. 6개의 자계센서(10)는, 전후방향에서, 티스(6D)의 선단측의 영구자석(8A, 8B)과, 티스(6E)의 선단측의 영구자석(8A, 8B)과, 티스(6F)의 선단측의 영구자석(8A, 8B)에 각각 대응하도록 배치되어 있다. 즉, 2 개의 자계센서(10)는, U상 교류를 받아들이는 전기자 권선(7D)에 대응하고 있다. 2 개의 자계센서(10)는, W상 교류를 받아들이는 전기자 권선(7E)에 대응하고 있다. 남은 2 개의 자계센서(10)는, V상 교류를 받아들이는 전기자 권선(7F)에 대응하고 있다. 이와 같이, 자계센서(10)는, 3상 교류의 상마다 2 개씩 배치되어 있다. 이 상태로, 자계센서(10)는 전자석 유닛(9)에 고정되어 있다.

자계센서(10)는, 예를 들어 홀 소자 또는 홀 소자를 내장하는 홀 IC이고, 자계를 검출한다. 자계센서(10)의 감자면(10a)은, 상측 및 하측을 면한다. 감자면(10a)은, 자계센서(10)에 의해 검출가능한 자계의 방향으로 교차하는 면이다.

좌우방향에서 돌극(3b)의 폭(W1)은, 좌우방향에서 티스(6) 및 영구자석(8)의 폭(W2)보다 크다. 좌우방향에서, 돌극(3b)의 단부는 영구자석(8)의 단부보다 외측으로 내뻗고, 자계센서(10)의 하방에 위치하고 있다. 자계센서(10)의 감자면(10a)은 상측으로부터 돌극(3b)에 대향한다.

이러한 리니어 모터(1)에서는, 전기자(2)의 전기자 코어(4), 전기자 권선(7) 및 영구자석(8)의 협동에 의해 진행자계가 생기고, 이 진행자계가 돌극(3b)에 작용함으로써 추진력이 발생한다. 이 추진력에 의해, 고정자(3)의 길이 방향을 따라 전기자(2) 및 고정자(3)의 상대운동이 생긴다.

기대대로의 추진력을 발생하기 위해서는, 전기자(2)에 대한 돌극(3b)의 상대 위치를 검출하고, 돌극(3b)의 위치에 맞추어 진행자계를 발생시킬 필요가 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 영구자석(8)에 의해 발생한 자계(M)의 일부는, 자계센서(10)에 의한 검출 대상으로서도 이용된다. 자세히는, 좌우방향에서 영구자석(8)의 단부에서 발생한 자계(Ma)가 검출대상으로서 이용된다.

영구자석(8B)의 단부에서는, 영구자석(8B)으로부터 하측으로 나오는 자계(Ma)가 발생한다. 이 자계(Ma)는, 돌극(3b)에 의해 자계센서(10) 측에 인도되고, 하측으로부터 상측을 향하여 자계센서(10)의 감자면(10a)을 통과한다. 한편, 영구자석(8A)의 단부에서는, 하측으로부터 영구자석(8A)으로 들어가는 자계(Ma)가 발생한다. 이 자계(Ma)는, 돌극(3b)에 의해 자계센서(10) 측으로 인도되고, 상측으로부터 하측을 향하여 자계센서(10)의 감자면(10a)을 통과한다.

이와 같이, 검출대상의 자계는 돌극(3b)에 의해 자계센서(10) 측으로 인도되기 때문에, 돌극(3b)이 영구자석(8)으로 근접함과 함께 자계센서(10)에 의해 검출되는 자계가 강해진다. 이 때문에, 자계센서(10)에 의해 검출되는 자계의 크기에 기초하여, 영구자석(8)에 대한 돌극(3b)의 상대위치를 검출할 수 있다. 따라서, 자계센서(10)를 이용한 단순한 구성으로, 전기자(2)에 대한 돌극(3b)의 상대위치를 검출할 수 있다. 한편, 검출대상의 자계의 발생에서, 진행자계의 발생용 영구자석(8)이 겸용되고 있다. 이것도, 돌극(3b)의 상대위치를 검출하는 구성의 단순화에 기여하고 있다.

자계센서(10)는, 돌극(3b)에 공극을 가지고 대향하도록 배치되어 있다. 이 때문에, 영구자석(8)에 의해 발생한 자계를 돌극(3b)에 의해 더 효율좋게 자계센서(10) 측으로 인도하여, 영구자석(8)에 대한 돌극(3b)의 상대위치를 보다 고감도로 검출할 수 있다.

한편, 자계센서(10)를 돌극(3b)에 대향시키는 형태는, 상술한 것에 한정되지 않는다. 도 5는, 좌우방향의 외측으로부터 돌극(3b)에 대향하도록 자계센서(10)를 배치한 예를 나타내고 있다. 이 경우, 좌우방향에서 돌극(3b)의 폭은, 티스(6) 및 영구자석(8)의 폭(W2)에 비하여 클 필요는 없다. 여기서, 도 5의 예에서는, 돌극(3b)의 폭(W1)은 티스(6) 및 영구자석(8)의 폭(W2)에 대하여 동등하게 되어 있다. 자계센서(10)는, 좌우방향에서 돌극(3b)의 외측에 위치함과 함께, 돌극(3b)에 대응하는 높이에 위치한다. 자계센서(10)의 감자면(10a)은, 좌측 및 우측에 면한다. 이 상태에서, 자계센서(10)는, 연결부재(11)를 통하여 전기자 코어(4)에 고정된다. 연결부재(11)는, 예를 들어 철계의 연자성 재료로 이루어진다.

이 예에 의하면, 돌극(3b)의 측면을 유효하게 활용해서, 영구자석(8)에 대한 돌극(3b)의 상대위치를 검출할 수 있다. 또한, 연결부재(11)를 자계의 경로로서 이용할 수 있기 때문에, 영구자석(8)에 의해 발생한 자계를 더 효율 좋게 자계센서(10)로 인도하여, 영구자석(8)에 대한 돌극(3b)의 상대위치를 더 고감도로 검출할 수 있다.

자계센서(10)는, 전후방향에서 적어도 하나의 영구자석(8)에 대응하도록 배치됨과 함께, 좌우방향에서 상기 영구자석(8)의 외측으로 배치되어 있다. 이 때문에, 전기자(2) 및 고정자(3)가 상대운동하는 방향에서, 자계센서(10)가 전기자(2)의 외측으로 뻗어 나오지 않기 때문에, 자계센서(10)의 설치에 동반하는 운동스크로크의 저감을 방지할 수 있다.

좌우방향에서, 돌극(3b)의 단부는 영구자석(8)의 단부보다 외측으로 뻗어 나오고, 자계센서(10)는, 전기자(2)측으로부터 돌극(3b)으로 대향한다. 이 때문에, 자계센서(10)를 영구자석(8)의 근방에 배치하면서, 또한 돌극(3b)에 대향시키는 것이 가능하다. 따라서, 영구자석(8)에 의해 발생한 자계를 더 효율 좋게 자계센서(10)로 인도하여, 영구자석(8)에 대한 돌극의 상대위치를 더 고감도로 검출할 수 있다.

리니어 모터(1)는, 전후방향으로 늘어선 복수의 자계센서(10)를 구비한다. 이 때문에, 복수의 자계센서(10)를 이용함으로써, 전기자(2)에 대한 돌극(3b)의 상대위치를 보다 고감도로 검출할 수 있다.

전기자(2)는, 전후방향으로 늘어선 복수의 티스(6)와, 복수의 티스(6)에 각각 감기고, 복수상의 교류를 각각 받아들이는 복수의 전기자 권선(7)을 가지고, 자계센서(10)는 교류의 상마다 배치되어 있다. 이 때문에, 돌극(3b)이 어느 상의 전기자 권선(7)에 근접하고 있는 지를 고정밀도로 검출하여, 진행자계를 보다 확실하게 돌극(3b)의 위치에 맞추는 것이 가능하다.

한편, 자계센서(10)를 교류의 상마다 배치하는 형태는, 상술한 것에 한정되지 않는다. 도 6은, 3 개의 자계센서(10)를 교류의 상마다 배치한 예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 3 개의 자계센서(10)는, 티스(6C)의 선단측의 영구자석(8B)과, 티스(6D)의 선단측의 영구자석(8A)과, 티스(6E)의 선단측의 영구자석(8B)에 각각 대응하도록 배치되어 있다. 즉, 1 개의 자계센서(10)는, V상교류를 받아들이는 전기자 권선(7C)에 대응하고 있다. 1 개의 자계센서(10)는, U상교류를 받아들이는 전기자 권선(7D)에 대응하고 있다. 남은 1 개의 자계센서(10)는, W상교류를 받아들이는 전기자 권선(7E)에 대응하고 있다. 이와 같이, 자계센서(10)는, 3상교류의 상마다 1 개씩 배치되어 있다.

리니어 모터(1)는, 자계센서(10)의 출력에 기초하여, 전기자(2)와 고정자(3)의 상대이동량을 계측하는 계측부(20)를 더 구비해도 좋다(도 2 참조). 계측부(20)는, 예를 들어, 자계센서(10)의 출력을 취득하는 포트를 갖는 컴퓨터에 의해 구성가능하다. 이 경우, 상대이동량의 계측전용 계측기를 마련할 필요가 없기 때문에, 리니어 모터(1)를 이용하는 장치를 단순화시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 반드시 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 자계센서(10)의 수는 1 개이어도 좋다. 또한, 자계센서(10)는, 전후방향에서 영구자석(8)에 인접하도록 배치되어 있어도 좋다. 티스(6)의 수, 전기자 권선(7)의 수 및 3상교류의 할당은 편의변경가능하다. 영구자석(8)의 수 및 배치도 편의변경가능하다. 전기자 권선(7)에 공급되는 교류는, 반드시 3상으로 한정되지 않는다. 추진력을 계속적으로 발생시킬 수 있는 구성이라면, 단층, 2상 또는 4상 이상이어도 좋다.

1: 리니어 모터
2: 전기자
3: 고정자
3b: 돌극
4: 전기자 코어
6: 티스
7: 전기자 권선
8: 영구자석
10: 자계센서
11: 연결부재
20: 계측부

Claims

공극을 통하여 서로 대향하는 고정자 및 전기자를 구비하고,
상기 고정자는,
상기 전기자와의 대향 ?항으로 교차하도록 연장된 장척 형상을 나타내고, 상기 장척 형상의 길이 방향을 따라 늘어서며, 또한 각각 상기 전기자 측으로 돌출하는 복수의 돌극을 가지고,
상기 전기자는,
상기 고정자측으로 돌출하는 티스를 이루는 전기자 코어와,
상기 티스에 감긴 전기자 권선과,
상기 고정자의 상기 길이 방향을 따라 늘어서도록 상기 티스의 선단측에 마련된 복수의 영구자석과,
상기 영구자석에 의해 발생하여 상기 돌극을 통과하는 자계를 검출하는 자계센서를 갖는
리니어 모터.
제 1 항에 있어서,
상기 자계센서는, 상기 돌극에 공극을 통하여 대향하도록 배치되는
리니어 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 자계센서는, 상기 고정자의 길이 방향에서 적어도 한 개의 상기 영구자석에 대응하도록 배치됨과 함께, 상기 고정자의 폭 방향에서 상기 적어도 한 개의 상기 영구자석의 외측에 배치되어 있는
리니어 모터.
제 3 항에 있어서,
상기 고정자의 폭 방향에서 상기 돌극의 단부는 상기 영구자석의 단부보다 외측으로 뻗어 나오고, 상기 자계센서는, 상기 전기자측으로부터 상기 돌극에 대향하는
리니어 모터.
제 3 항에 있어서,
상기 자계센서는, 상기 고정자의 폭 방향의 외측으로부터 상기 돌극에 대향하는
리니어 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 자계센서는, 연자성재료로 이루어지는 연결부재를 통하여 상기 전기자 코어에 고정되는
리니어 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 고정자의 길이 방향으로 늘어서는 복수의 상기 자계센서를 구비하는
리니어 모터.
제 7 항에 있어서,
상기 전기자는, 상기 고정자의 길이 방향으로 늘어서는 복수의 상기 티스와, 복수의 상기 티스에 각각 감겨, 복수상의 교류를 각각 받아들이는 복수의 상기 전기자 권선을 가지며, 상기 자계센서는, 상기 교류의 상마다 배치되는
리니어 모터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 자계센서의 출력에 기초하여, 상기 전기자와 상기 고정자의 상대이동량을 계측하는 계측부를 더 구비하는
리니어 모터.