KR20160043683A - 마그네트 어셈블리 및 그 제조방법과 이를 이용한 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트 노출 구조 및 일체형의 프레임을 통해 마그네트 접착력이 우수하고 모터 효율이 좋은 마그네트 어셈블리를 제공하고, 마그네트 결합체 및 프레임의 제조 및 결합 시 사출 성형을 통해 공정을 단순화하여 높은 생산성을 가지면서도 품질이 균일한 제품을 생산할 수 있는 마그네트 어셈블리 제조방법과 이를 이용하는 리니어 모터를 제공한다.

Description

마그네트 어셈블리 및 그 제조방법과 이를 이용한 리니어 모터{Magnet assembly and method of manufacturing the same, and linear motor using the same}

본 발명은 마그네트 어셈블리 및 그 제조방법과 이를 이용한 리니어 모터에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 리니어 모터의 가동자 역할을 하는 마그네트 및 이를 포함하는 조립체의 구조 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 또한 본 발명에 의한 마그네트 어셈블리(가동자) 및 고정자를 포함한 리니어 모터에 관한 것이다.

리니어 모터(Linear motor)는 대상 물체를 선형으로 이동시키는 구동장치로서, 볼 스크류나 체인 등을 이용한 기존의 선형 운동 시스템에 비하여 구조가 간단하고 차지하는 공간이 적으며, 동작상에 있어서도 이동속도와 추력, 위치제어의 정밀성 및 소음특성 등이 우수하여, 반도체 제조 장비 및 테스트 장비 분야를 비롯하여 선형 운동이 필요한 모든 산업분야에서 다양하게 응용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 모터를 측면에서 개략적으로 보인 반단면도이고, 도 2a는 종래의 마그네트 어셈블리의 부분절개도이며, 도 2b는 종래의 마그네트 어셈블리의 수직 단면도이고, 도 3은 종래의 마그네트 어셈블리의 제조방법을 나타내는 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 리니어 모터는 고정자(stator, 10)와 고정자의 자속 변화에 따라 이동하는 마그네트 어셈블리(magnet assembly, 20)의 2부분으로 구성된다. 원통형의 외측 고정자(outer stator, 11)와 내측 고정자(inner stator, 12)는 일정 공극을 두고 겹치도록 배치되고, 내측 고정자(12)와 외측 고정자(11) 사이의 공극에 왕복운동을 하는 마그네트 어셈블리(magnet assembly, 20)가 위치하게 된다. 외측 고정자(11)와 내측 고정자(12) 중 어느 한 쪽의 고정자에는 권선코일(C)이 장착되며, 이에 대응되는 마그네트 어셈블리(20)에는 영구자석(22)들을 부착시켜 마그네트 어셈블리(20)가 권선코일(C)의 플럭스(flux)에 의해 축방향으로 왕복운동 하도록 하는 왕복동식 모터이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 마그네트 어셈블리(20)는 원통형으로, 내벽(inner winding, 21) 및 외벽(outer winding, 24)을 가지고, 내벽과 외벽 사이에 영구자석(magnet, 22), 탑프레임(top frame, 23)이 위치한다.

또한 『한국등록특허 제10-1135931호』에서 개시된 것과 같이 도 3의 순서로 이와 같은 구조의 마그네트 어셈블리를 형성한다. 구체적으로는 형성된 내벽의 하단면에 영구자석의 위치를 고정시키는 플라스틱링을 삽입하고, 내벽의 중간면에 복수의 마그네트를 접합시키고, 내벽의 상단면에 탑프레임을 장착한 후, 외벽을 형성시키는 제조방법을 개시하고 있다.

그러나, 종래 기술과 같은 방법으로 마그네트 어셈블리를 제조하는 경우, 내벽 및 외벽에 사용되는 재료로 주로 유리섬유에 수지가 함침된 복합재료를 사용하는데, 이 복합재료의 특성이 온도 및 습도에 민감하고 계절에 따른 변화가 크기 때문에 작업 현장에서의 재료 컨트롤에 상당한 어려움이 있다.

또한 복합재료 내에 함침되어 있는 수지의 양이 많을 경우, 탑프레임과 내벽의 경계면 이상으로 침범하여(overflow) 불량이 대량으로 발생하고 발생한 불량에 대하여 인원을 투입하여 수지를 긁어내야하므로 생산성이 떨어지는 문제가 있고, 함침되어 있는 수지의 양이 적을 경우 탑프레임과의 접합력이 떨어져 구조적으로 약해지고, 특히 완제품의 운전 중에 탑프레임이 탈락될 수 있어 제품 신뢰성에 큰 문제가 발생한다. 따라서 날씨나 계절에 따라 복합재료에 함침되는 수지의 양을 별도로 수정하는 작업이 필요하여 인원 투입으로 생산비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한 전체적으로 공정수가 많아 생산소요 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.

종래의 마그네트 어셈블리에 사용되는 영구자석은 주로 니오듐(niodymium, Nd)계 자석을 사용하는데, 자성이 강한 장점이 있으나 원료가 고가이며 가격과 수급이 불안정한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 모터 효율이 좋은 마그네트 어셈블리 및 높은 생산성을 가지면서도 품질이 균일한 제품을 생산할 수 있는 마그네트 어셈블리 제조방법과 이를 이용하는 리니어 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예는 적어도 4개 이상의 부착홀을 구비하는 프레임; 및 상기 프레임의 각 부착홀에 결합되는 마그네트;를 포함하는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리로서, 상기 마그네트는 상기 프레임의 적어도 1면에서 상기 프레임과 일체로 형성되어 상기 마그네트의 적어도 일부를 덮는 결합리브에 의해 상기 프레임에 부착되는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리를 제공한다.

상기 프레임은 측부면을 갖는 원통형이며, 상기 측부면에 높이, 너비, 두께를 갖는 적어도 4개 이상의 부착홀을 일정 간격으로 구비할 수 있으며, 부착홀은 4 내지 12개 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 프레임; 및 상기 프레임에 부착되는 적어도 4개 이상의 마그네트;를 포함하는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리로서, 상기 마그네트는 접합부재에 의해 서로 연결된 마그네트 결합체로 구비되며, 상기 마그네트 결합체는 상기 프레임과 일체로 형성되어 상기 접합부재 및 상기 마그네트의 적어도 일부를 덮는 결합리브에 의해 상기 프레임에 부착되는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리를 제공한다.

상기 마그네트 결합체는 상기 접합부재의 두께가 상기 마그네트의 두께보다 얇게 구비되어 일정 간격으로 홈을 구비하고, 상기 홈에 상기 결합리브가 위치하여 접합부재 및 상기 마그네트의 적어도 일부를 덮는다. 또한 상기 결합리브는 내측 결합리브 및 외측 결합리브를 포함하며, 상기 내측 결합리브는 상기 마그네트의 내측면의 적어도 일부를 덮으며, 상기 외측 결합리브는 상기 마그네트의 외측면의 적어도 일부를 덮는다.

상기 프레임과 상기 결합리브는 플라스틱 소재로 일체로 사출성형된 것일 수 있으며, 상기 마그네트는 네오디움 마그네트 또는 페라이트 마그네트일 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서 적어도 4개 이상의 마그네트를 1차 금형에 삽입하고, 1차 사출을 진행하여 마그네트들간 서로 결합되는 마그네트 결합체를 성형하는 1차 성형단계; 및 상기 마그네트 결합체를 2차 금형에 삽입하고, 2차 사출을 진행하여 프레임과 상기 프레임과 일체로 형성되는 결합리브를 상기 마그네트 결합체에 성형시키는 2차 성형단계를 포함하는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리 제조방법을 제공한다.

상기 1차 사출은 1차 금형에 삽입된 적어도 4개 이상의 마그네트 사이에 접합부재를 형성하는 공정이며, 상기 2차 사출은 2차 금형에 삽입된 마그네트 결합체에 프레임 및 결합리브를 일체로 형성하는 공정이다. 또한 상기 1차 사출은 1차 금형에 삽입된 적어도 2 이상의 마그네트에 접합부재 및 제2 접합부재를 일체로 형성하는 공정일 수 있다.

본 발명은 마그네트 어셈블리의 마그네트가 표면에 노출된 구조로서 마그네트의 두께를 최대화할 수 있고, 카트리지 형태의 마그네트 결합체를 사용하여 정확한 배열 간격을 유지할 수 있게 함으로써 리니어 모터의 효율을 높일 수 있다.

또한 가격이 낮아 생산비용을 낮출 수 있고, 설계가 용이한 페라이트 마그네트를 사용하고, 마그네트를 표면에 노출시킨 구조, 즉 마그네트의 두께를 최대화한 구조를 제공함으로써 자성을 보완할 수 있다.

또한 마그네트가 노출됨에도 불구하고 접속부재 및 결합리브를 통하여 접착력을 보완하고, 마그네트가 부착되는 프레임과 결합리브를 동일재질로 일체로 형성된 구조로서 모터에 사용되기에 적합한 접합력을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 마그네트 어셈블리 제조방법으로서 별도의 와인딩, 조립 과정이 없이, 2단계의 사출 성형으로 공정을 단순화하여 마그네트 어셈블리의 생산성을 높일 수 있고, 불필요한 재료 소모를 절감하며 투입되는 인원을 줄여 원가 절감이 가능하다.

또한 동일 재질을 사용하여 프레임과 결합리브를 일체로 제조함에 따라 품질이 균일한 제품을 제공하여 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 접합부재 및 프레임, 결합리브의 사출에 사용되는 재료의 컨트롤이 용이하여 우수한 품질의 제품 생산이 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 모터를 측면에서 개략적으로 보인 반단면도이다.
도 2a는 종래의 마그네트 어셈블리의 부분절개도이다.
도 2b는 종래의 마그네트 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 3은 종래의 마그네트 어셈블리의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 판형 마그네트(31)의 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예인 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)의 제1 실시예의 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 일실시예인 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)의 제2 실시예의 수평단면도이다.
도 5c는 본 발명의 일실시예인 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)의 제3 실시예의 수평단면도이다.
도 5d는 본 발명의 일실시예인 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)의 제4 실시예의 사시도이다.
도 6a은 본 발명의 일 실시예인 마그네트 어셈블리(50)의 제1 실시예의 수평 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예인 마그네트 어셈블리(50)의 제2 실시예의 수평 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예인 프레임(40)의 사시도이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예인 프레임(40)의 수직 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예인 마그네트 어셈블리(50)의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예인 마그네트 어셈블리 제조방법의 순서도이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.

본 발명은 마그네트(Magnet) 및 마그네트가 부착되는 프레임(Frame)을 포함하며, 마그네트는 결합리브(Combining rib)에 의해 프레임에 부착되는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리(Magnet assembly)를 제공한다. 본 발명에 의한 마그네트 어셈블리는 마그네트가 표면에 노출되며, 프레임과 일체로 형성되며 마그네트의 적어도 일부를 덮는 결합리브를 갖는 것을 특징으로 한다.

일 측면에서 본, 본 발명의 일실시예인 마그네트 어셈블리(50)는 프레임(40)과 프레임(40)에 부착되는 적어도 2개 이상의 마그네트(31)를 포함한다.

적어도 2개 이상의 마그네트(31)는 제1 접합부재(32)에 의해 서로 연결된 마그네트 결합체(30)로 프레임(40)에 부착된다.

마그네트 결합체(30)는 제1 접합부재(32) 및 마그네트(31)의 적어도 일부를 덮는 결합리브(42)에 의해 프레임(40)에 부착될 수 있으며, 결합리브(42)는 프레임(40)과 일체로 형성된다.

결합리브(42)는 프레임(40)과 한쪽 또는 양쪽 단부가 연결된 형태로 일체로 형성되어, 마그네트(31)의 가장자리의 일부를 덮어 마그네트 결합체(30)로 프레임(40)에 부착시킨다.

마그네트 결합체(30)는 적어도 2개 이상의 마그네트(31)가 제1 접합부재(32)에 의해 연결된 카트리지(Cartridge) 형태의 마그네트 결합체(30)일 수 있다.

마그네트(31)는 높이(h), 너비(w), 두께(t)를 가지는 판형태이며, 편평하거나 굴곡질 수 있다. 마그네트(31)의 높이(h), 너비(w), 두께(t) 등은 사용될 리니어 모터의 규격에 따라 결정될 수 있으며, 마그네트(31)는 규격이 동일한 것을 사용하여 마그네트 어셈블리(50) 내에서 정확한 배열 간격을 유지할 수 있게 함으로써 리니어 모터의 효율을 좋게 할 수 있다. 도 4에 마그네트(31)의 사시도로서, 일 실시예인 굴곡진 판형태인 마그네트를 도시하였다.

도 5a는 본 발명의 일실시예인 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)의 제1 실시예의 사시도이며, 도 5b는 본 발명의 일실시예인 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)의 제2 실시예의 수평 단면도이고, 도 5c는 본 발명의 일실시예인 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)의 제3 실시예의 수평단면도이다. 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 것과 같이 본 발명의 일 실시예인 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)는 적어도 2개 이상의 마그네트(31)가 오목한 부분(편평한 판형태의 경우 편평한 부분)이 동일한 중심축을 향하도록 각 마그네트의 두께(t)에 대향하는 면이 연결되도록 배치되고 제1 접합부재(32)에 의해 연결된다.

마그네트 결합체(30)를 이루는 마그네트(31)는 4개 내지 12개인 것이 바람직하다. 4개 미만인 경우, 연결되는 접합부재가 적어 접합력이 약해져 모터 내에서 사용될 경우 마그네트가 이탈되거나 위치가 변경될 수 있으며, 굴곡진 정도가 큰 마그네트를 사용하여야 하는데, 이는 가공이 쉽지 않은 문제점이 있다. 12개 초과인 경우, 비교적 가공이 쉬운 편평한 정도가 큰 마그네트를 사용할 수 있으나, 마그네트에 대하여 접합부재의 비율이 높아 모터의 효율이 떨어지는 문제가 있다. 더욱 바람직하게는 6개 내지 12개인 것이 좋다.

마그네트(31)는 네오디움(NdFeB) 또는 페라이트(ferrite) 마그네트를 사용할 수 있다. 자성이 가장 우수한 희토류계 마그네트인 네오디움(NdFeB) 마그네트를 주로 사용하지만 네오디움 마그네트는 전량 수입에 의존하므로 환율변동에 민감하고, 가격이 높고 수급이 불안정한 문제점이 있기 때문에 본 발명에서는 국내 생산이 가능하고, 가격이 낮아 생산비용을 낮출 수 있고, 설계가 용이한 페라이트 마그네트를 사용할 수 있으며, 마그네트를 표면에 노출시킨 구조, 즉 마그네트의 두께를 최대화한 구조를 제공함으로써 자성을 보완할 수 있다.

제1 접합부재(32)는 마그네트 결합체(30) 내에서 각각의 마그네트(31)의 두께(t)가 대향하는 면 사이에 위치하여 마그네트(31)를 연결하는 기능을 가지며, 높이(h) 방향으로 전부 또는 일부 차지할 수 있으나 전부 차지하는 것이 바람직하다. 제1 접합부재(32)는 마그네트(31)의 개수와 동일한 개수로 구비된다.

제1 접합부재(32)의 두께는 마그네트(31)의 두께보다 얇게 구비되어, 마그네트 결합체(30)의 내면 또는 외면, 내면 및 외면 전부에 일정 간격으로 마그네트 결합체(30)에 제1 홈(33)을 구비할 수 있다. 제1 홈(33)에 후술할 결합 리브(42)가 위치하여 제1 접합부재(32) 및 마그네트(31)의 적어도 일부를 덮음으로써 결합리브(42)가 밀착되는 면적을 넓혀 접착력을 높일 수 있다. 이로써 마그네트(31)의 위치 이탈을 방지할 수 있다.

또한 제1 접합부재(32)는 마그네트와 접하지 않은 측면에 제2 홈(321)을 구비할 수 있다. 제1 접합부재가 제2 홈(321)을 구비함으로써 후술할 결합리브(42)와 밀착되는 면적을 더욱 넓혀 밀착력을 더욱 높일 수 있다. 도 5b에는 내면에 제2 홈(321)을 구비한 제1 접합부재(32)를 구비하고 제1 홈(33)을 갖는 마그네트 결합체(30)의 일 실시예를 도시하였다. 이외에도 외면에 홈을 구비하거나 내면, 외면 모두에 홈을 구비할 수 있음은 물론이다.

제1 접합부재(32)는 엔지니어링 플라스틱 소재를 이용하여 사출성형된 것일 수 있다. 예를 들면, 폴리아미드(Poly amide), 폴리부틸렌 텔레브탈레이트(PBT, Polybutylene Terephthalate), 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate), 폴레에테르이미드(PEI, Polyetherimide), 폴리페닐렌설파이드(PPS, Polyphenylene Sulfide), 폴리에테르술폰(PES, Polyether Sulfone), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyether ether Ketone), 폴리아세탈(Polyacetal) 등으로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 엔지니어링 플라스틱은 강도 탄성뿐만 아니라, 내충격성, 내마소모성, 내열성, 내한성, 내약품성, 전기전열성 등이 뛰어나 제1 접합부재(32)로 사용되기에 적합하다.

도 5d에 본 발명의 일실시예인 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)의 제4 실시예의 사시도를 나타내었다. 도 5d에 도시된 것과 같이 카트리지 형태의 마그네트 결합체(30)는 제2 접합부재(34)를 더 포함할 수 있다.

제2 접합부재(34)는 제1 접합부재(32)의 한쪽 단부가 확장되어 연결된 것으로 각 마그네트(31)의 가장자리들을 전체적으로 덮음으로써 마그네트 어셈블리(50) 내의 마그네트(31) 접합력을 더욱 높일 수 있다. 제2 접합부재(34)는 제1 접합부재(32)와 일체로 형성될 수 있다.

프레임(40)은 마그네트 결합체가 부착되는 구조로 측부면(432)만 갖는 원통형일 수 있고, 상부면(431)을 더 포함하여 일면이 폐쇄된 원통형일 수 있다. 상부면(431)이 있는 경우 상부면(431)에 리니어 모터에 사용되기 위한 중심부를 관통하는 구멍(433)이 형성될 수 있다. 측부면(432)은 일정 간격을 두고 형성된 복수의 결합리브(42)와 연결된다.

결합리브(42)는 내측 결합리브(421) 및 외측 결합리브(422)를 포함하며, 내측 결합리브(421)는 마그네트 결합체(30)의 내면에서 마그네트의 적어도 일부를 덮고, 외측 결합리브(422)는 마그네트 결합체(30)의 외면에서 마그네트의 적어도 일부를 덮는다.

마그네트 어셈블리(50) 내의 마그네트 결합체(30) 접합력을 높이기 위하여 프레임(40)은 하측부면(433)을 더 포함하는 구조일 수 있다.

결합리브(42)의 한쪽 단부는 프레임의 측부면(432)과 연결되고, 다른 한쪽 단부는 하측부면(433)과 연결된다. 이때, 내측 결합리브(421)와 외측 결합리브(422)가 모두 측부면(432) 및 하측부면(433)과 연결될 필요는 없으며, 내측 결합리브(421) 또는 외측 결합리브(422) 중 어느 것이든 측부면(432) 및 하측부면(433)과 연결되어 있으면 되지만, 내측 결합리브(421) 및 외측 결합리브(422) 모두가 측부면(432)과 분리되어 있거나, 하측부면(433)과 분리되어 있는 구조는 허용되지 않는다. 다만, 접합력 측면에서는 결합리브가 많을수록 좋고, 생산비용 측면에서는 결합리브가 적을수록 좋으므로 필요에 따라 결합리브의 개수를 결정할 수 있다.

결합리브(42)는 마그네트 결합체(30)의 제1 홈(33)의 위치에 형성되어 제1 접합부재(32) 및 마그네트(31)의 적어도 일부를 덮음으로써 마그네트 어셈블리 내의 마그네트 결합체(30) 접합력을 높일 수 있다.

프레임(40)과 결합리브(42)는 동일부재로 일체로 형성된 것일 수 있다. 소재는 각각 전술한 엔지니어링 플라스틱 등의 동일 소재를 사용하여 일체로 형성된 것일 수 있다. 또한 제1 접합부재(32)와 동일한 소재로 형성될 수 있다.

도 6a 및 도 6b에 본 발명의 일 실시예인 마그네트 어셈블리(50)의 제1 실시예 및 제2 실시예의 수평 단면도를 나타내었다.

마그네트 어셈블리(50)의 성능을 결정하는 매우 중요한 인자는 마그네트 어셈블리(50)의 강도 및 마그네트(30)와 프레임(40)의 접합력인데, 본 발명에 따른 마그네트 어셈블리(50)는 이러한 접합력을 확보하기 위하여 마그네트(31)는 접합부재(32, 34)에 의해 서로 연결되고 홈(33, 321)을 구비하는 마그네트 결합체(30)로 프레임(40)에 부착되고, 프레임(40)과 일체로 형성되어 제1 접합부재(32) 및 마그네트(31)의 적어도 일부를 덮는 결합리브(42)에 의해 기존의 와인딩 방법을 통해 제조된 마그네트 어셈블리와 동등한 정도의 접합력을 가지면서도, 마그네트(31)를 노출하는 구조를 가져 본 발명에 의한 마그네트 어셈블리(50)를 사용한 리니어 모터의 효율을 높일 수 있다.

또한 마그네트 어셈블리(50)는 리니어 모터 내에서 내측 고정자 및 외측 고정자 사이에 형성되는 유도자기에 의해 두 고정자 사이에서 고속으로 직선운동을 하는 것으로 마그네트가 어셈블리에서 이탈되지 않아야 함은 물론, 고정자 사이의 공극을 최소화하여야 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 모터상수(α) = f(t/g) ( t : 마그네트 두께, g : 공극 길이 )로서,

리니어 모터의 성능을 향상시키기 위해서는 공극길이에 비해 마그네트의 두께가 상대적으로 두꺼워야 한다. 본 발명에 의한 구조를 갖는 마그네트 어셈블리(50)는 접착력 및 공극의 길이(g)를 기존의 것과 동등한 정도로 유지하면서도 마그네트(31)를 마그네트 어셈블리(50)의 표면에 노출함으로써 마그네트(31)의 두께(t)를 최대로 할 수 있는 장점이 있다.

따라서 본 발명에 의한 마그네트 어셈블리(50)의 마그네트(31)의 두께(t)는 프레임(40)의 두께와 동일한 정도까지 형성될 수 있다.

또 다른 측면에서 본, 본 발명의 일실시예인 마그네트 어셈블리(50)는 적어도 2개 이상의 부착홀을 구비하는 프레임(40)과 프레임(40)의 각 부착홀(44)에 결합되는 마그네트(31)를 포함한다. 도 7a, 도 7b에 본 발명의 일 실시예인 부착홀(44)을 구비하는 프레임(40)의 사시도 및 수직단면도를 나타내었다.

마그네트(31)는 프레임(40)의 적어도 1면에서 프레임(40)과 일체로 형성되어 마그네트(31)의 적어도 일부를 덮는 결합리브(42)에 의해 프레임(40)에 구비된다.

마그네트(31)는 부착홀(44)의 높이(h), 너비(w), 두께(t)와 동일한 규격의 구조로 프레임(40)에 부착된다. 부착홀(44)의 높이(h), 너비(w), 두께(t) 등은 사용될 리니어 모터의 규격에 따라 결정될 수 있으며, 마그네트(31)는 규격이 동일한 것을 사용하여 마그네트 어셈블리(50) 내에서 정확한 배열 간격을 유지할 수 있게 함으로써 리니어 모터의 효율을 좋게 할 수 있다.

프레임(40)의 부착홀(44)은 4개 내지 12개인 것이 바람직하다. 4개 미만인 경우, 마그네트(31)와 프레임(40)이 부착되는 면적이 적어 접합력이 약해져 모터 내에서 사용될 경우 마그네트가 이탈되거나 위치가 변경될 수 있으며, 굴곡진 정도가 큰 마그네트를 사용하여야 하는데, 이는 가공이 쉽지 않은 문제점이 있다. 12개 초과인 경우, 비교적 가공이 쉬운 편평한 정도가 큰 마그네트를 사용할 수 있으나, 부착되는 마그네트(31)가 작아져 모터의 효율이 떨어지는 문제가 있다. 더욱 바람직하게는 6개내지 12개인 것이 좋다.

마그네트(31)는 네오디움(NdFeB) 또는 페라이트(ferrite) 마그네트를 사용할 수 있다. 자성이 가장 우수한 희토류계 마그네트인 네오디움(NdFeB) 마그네트를 주로 사용하지만 네오디움 마그네트는 가격이 높고 수급이 불안정한 문제점이 있기 때문에 본 발명에서는 가격이 낮아 생산비용을 낮출 수 있고, 설계가 용이한 페라이트 마그네트를 사용할 수 있고, 마그네트를 표면에 노출시킨 구조, 즉 마그네트의 두께를 최대화한 구조를 제공함으로써 자성을 보완할 수 있다.

프레임(40)은 마그네트(31)가 부착되는 부착홀(44)을 적어도 4개 이상 가지는 구조로 측부면(432)만 갖는 원통형일 수 있고, 상부면(431)을 더 포함하여 일면이 폐쇄된 원통형일 수 있다. 측부면(432)에 높이, 너비, 두께를 갖는 적어도 4개 이상의 부착홀(44)이 일정 간격으로 형성된다. 상부면(431)이 있는 경우 상부면(431)에 리니어 모터에 사용되기 위한 중심부를 관통하는 구멍(433)이 형성될 수 있다.

마그네트(31)는 프레임(40)의 부착홀(44)에 부착되고, 결합리브(42)는 프레임과 일체로 형성되어 마그네트(31)의 적어도 일부를 덮는다. 결합리브(42)는 내측 결합리브(421) 및 외측 결합리브(422)를 포함하며, 내측 결합리브(421)는 마그네트(31)가 부착된 프레임(40)의 내면에서 마그네트(31)의 적어도 일부를 덮고, 외측 결합리브(422)는 마그네트가 부착된 프레임(40)의 외면에서 마그네트의 적어도 일부를 덮는다.

프레임(40)과 결합리브(42)는 동일부재로 일체로 형성된 것일 수 있다. 소재는 각각 전술한 엔지니어링 플라스틱 등의 동일 소재를 사용하여 일체로 형성된 것일 수 있다.

도 8에 본 발명에 의한 마그네트 어셈블리(50)의 일실시예로 마그네트와 프레임 및 결합리브가 모두 구비된 마그네트 어셈블리(50)를 도시하였다.

본 발명의 다른 일측면에 있어서 리니어 모터의 마그네트 어셈블리 제조방법을 제공한다. 마그네트 결합체를 성형하는 1차 성형단계 및 마그네트 결합체에 프레임과 결합리브를 성형시키는 2차 성형단계를 포함하여 단순화된 공정으로 생산성이 향상된 마그네트 어셈블리의 제조방법을 제공한다. 도 9에 본 발명의 일실시예인 마그네트 어셈블리 제조방법의 순서도를 나타내었다.

1차 성형단계는 4개 내지 12개의 마그네트를 1차 금형에 삽입하고, 1차 사출을 진행하여 마그네트들간 서로 결합되는 카트리지 형태의 마그네트 결합체를 성형하는 단계이다.

1차 금형은 마그네트들 사이에 접합부재를 형성하기 위한 금형으로 1차 금형에는 적어도 2개 이상의 마그네트가 동일한 원주상에 일정 간격으로 삽입될 수 있고, 각각의 마그네트가 접하는 측면 사이에 접합부재를 형성하도록 하는 금형이다.

또한 1차 금형은 마그네트의 두께보다 두께가 얇은 접합부재를 형성시켜 마그네트 결합체가 내측면 또는 외측면, 내측면 및 외측면 전부에 일정 간격의 홈이 형성되도록 하는 금형일 수 있다.

또한 1차 금형은 접합부재의 마그네트와 접하지 않은 내측면 또는 외측면에 홈을 형성하도록 하는 금형일 수 있다.

또한 1차 금형은 접합부재의 한쪽 단부와 연결되는 제2 접합부재를 더 형성하도록 하는 금형일 수 있다.

1차 금형 내에 편평하거나 굴곡진 판형태로 규격이 동일한 적어도 2개 이상의 마그네트를 동일한 원주상에 일정 간격으로 삽입한 후, 플라스틱 소재로 사출 성형을 진행하여 접합부재 또는 제2 접합부재를 형성시킴으로써 마그네트를 연결한 반제품의 카트리지 형태의 마그네트 결합체를 제조한다.

2차 성형단계는 1차 성형단계로 제조된 카트리지 형태의 마그네트 결합체를 2차 금형에 삽입하고, 2차 사출을 진행하여 마그네트 어셈블리를 제조하는 단계이다.

2차 금형은 마그네트 결합체에 프레임 및 결합리브를 형성하기 위한 금형으로 2차 금형에는 마그네트 결합체가 삽입될 수 있고, 마그네트 결합체에 프레임과 프레임과 일체로 형성되는 결합리브를 형성하도록 하는 금형이다.

또한 2차 금형은 마그네트 결합체에 상부면, 측부면, 하측부면을 갖는 구조의 프레임을 형성하도록 하는 금형일 수 있고, 내측 결합리브, 외측 결합리브를 형성하도록 하는 금형일 수 있다.

2차 금형 내에 1차 성형단계에서 제조된 마그네트 결합체를 삽입한 후 플라스틱 소재로 사출 성형을 진행하여 프레임 및 결합리브를 형성시킴으로써 마그네트 가 부착된 완제품의 마그네트 어셈블리를 제조한다.

사출 성형 방법은 기존에 사용되는 사출 성형 방법을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 1차 성형단계에서의 마그네트 삽입 및 2차 성형단계에서의 마그네트 결합체 삽입 공정 등을 자동화하여 생산성을 더욱 높일 수 있다.

본 발명에 의한 마그네트 어셈블리의 제조방법은 기존의 방법이 다수의 와인딩(winding) 과정과 그 사이에 지지링, 마그네트, 탑 프레임 등 삽입 하는 과정을 포함한 복잡한 공정으로 제조되는 것과는 달리 별도의 조립 과정 없이 공정을 단순화하여 마그네트 어셈블리의 생산성을 높일 수 있고, 불필요한 재료 소모를 절감할 수 있으며, 제조 공정 및 불량발생시 투입되는 인원을 줄여 원가 절감도 가능하다.

또한 동일 재질을 사용하여 프레임을 일체로 제조함에 따라 품질이 균일한 제품을 제공하여 제품의 신뢰성을 향상할 수 있고, 프레임에 사용되는 재료의 컨트롤이 용이하여 우수한 품질의 제품 생산이 가능하다.

또한 제품의 형상 및 소형화 또는 대형화하기 어려운 기존 제품에 유연하게 대처 가능하다.

본 발명의 또 다른 일측면에 있어서 본 발명에 의한 마그네트 어셈블리를 포함하는 리니어 모터를 제공한다. 본 발명의 일 실시예인 리니어 모터는 고정자(stator, 10)와 고정자의 자속 변화에 따라 이동하는 본 발명에 의한 마그네트 어셈블리(30)를 포함한다.

고정자(10)는 원통형으로 외측 고정자(outer stator, 11)와 내측 고정자(inner stator, 12)를 포함하며, 외측 고정자(11)와 내측 고정자(12)는 일정 공극을 두고 겹치도록 배치되고, 내측 고정자(12)와 외측 고정자(11) 사이의 공극에 왕복운동을 하는 마그네트 어셈블리(30)가 위치하게 된다.

외측 고정자(11)와 내측 고정자(12) 중 어느 한 쪽의 고정자에는 권선코일(C)이 장착되며, 이에 대응되는 마그네트 어셈블리(30)에 부착된 마그네트(31)들을 통해 마그네트 어셈블리(30)가 권선코일(C)의 플럭스(flux)에 의해 축방향으로 왕복운동 하도록 하는 왕복동식 모터인 리니어 모터를 제공한다.

실험예

본 발명에 의한 결합리브(42)를 포함하는 마그네트 어셈블리(50) 완성품 3개(실시예 1 내지 3)를 제작하여 150℃에서 20분 방치 후 인장 시험을 3회 실시하였다. 비교예로서 결합리브(42)를 포함하지 않은 마그네트 어셈블리 완성품 5개(비교예 1 내지 5)를 제작하여 동일한 조건에서 인장 시험을 1회 실시하였다. 표 1에 인장 시험 결과를 나타내었다.

(단위 : kgf)	1회	2회	3회
실시예 1	485	421	533
실시예 2	426	488	473
실시예 3	462	399	408
비교예 1	221	-	-
비교예 2	139	-	-
비교예 3	167	-	-
비교예 4	138	-	-
비교예 5	248	-	-

표 1의 인장 시험 결과와 같이 결합리브를 포함하지 않는 마그네트 어셈블 리가 300kgf 이상의 인장력을 견디지 못하는 반면, 본 발명에 의한 결합리브를 포함하는 마그네트 어셈블리는 약 400kgf 이상의 인장력을 견딜 수 있는 것으로 나타났다.

리니어 모터를 제조과정 중 도장 후 건조로에 투입되는 과정에서 휴식시간(중식)의 경우 설비가공이 중단되어 건조로 내부에 제품이 머물러 있게 되는데, 이때의 리니어 모터 내부의 온도가 150℃까지 상승된 상태로 약 20분간 방치된다. 또한 리니어 모터를 부품으로 포함하여 사용되는 경우에도 온도가 -20℃에서 130℃까지 가동되어 고온에서의 노출이 빈번하게 일어난다.

리니어 모터 내에서 피스톤 등이 왕복동 운동할 때, 프레임을 상하로 당기는 힘이 작용하는데 마그네트와 분리되는 경우 리니어 모터가 동작 불능 상태가 되기 때문에 상기와 같은 고온 상태를 거치고도, 300kgf 이상의 인장력을 견딜 수 있어야할 필요가 있으며, 본 발명에 의한 마그네트 어셈블리는 상기 인장 시험 결과를 통해 이의 기준을 만족하고 있음을 알 수 있다.

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. 적어도 4개 이상의 부착홀을 구비하는 프레임; 및
   상기 프레임의 각 부착홀에 결합되는 마그네트;를 포함하는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리로서,
   상기 마그네트는 상기 프레임의 적어도 1면에서 상기 프레임과 일체로 형성되어 상기 마그네트의 적어도 일부를 덮는 결합리브에 의해 상기 프레임에 부착되는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프레임은 측부면을 갖는 원통형이며, 상기 측부면에 높이, 너비, 두께를 갖는 적어도 4개 이상의 부착홀을 일정 간격으로 구비하는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프레임은 부착홀을 4 내지 12개 구비하는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리.
4. 프레임; 및
   상기 프레임에 부착되는 적어도 4개 이상의 마그네트;를 포함하는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리로서,
   상기 마그네트는 접합부재에 의해 서로 연결된 마그네트 결합체로 구비되며,
   상기 마그네트 결합체는 상기 프레임과 일체로 형성되어 상기 접합부재 및 상기 마그네트의 적어도 일부를 덮는 결합리브에 의해 상기 프레임에 부착되는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리.
5. 제4항에 있어서,
   상기 마그네트 결합체는 상기 접합부재의 두께가 상기 마그네트의 두께보다 얇게 구비되어 일정 간격으로 홈을 구비하고,
   상기 홈에 상기 결합리브가 위치하여 접합부재 및 상기 마그네트의 적어도 일부를 덮는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 결합리브는 내측 결합리브 및 외측 결합리브를 포함하며,
   상기 내측 결합리브는 상기 마그네트의 내측면의 적어도 일부를 덮으며,
   상기 외측 결합리브는 상기 마그네트의 외측면의 적어도 일부를 덮는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리.
7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 프레임과 상기 결합리브는 플라스틱 소재로 일체로 사출성형된 것인 리니어 모터용 마그네트 어셈블리.
8. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 마그네트는 네오디움 마그네트 또는 페라이트 마그네트인 리니어 모터용 마그네트 어셈블리.
9. 적어도 4개 이상의 마그네트를 1차 금형에 삽입하고, 1차 사출을 진행하여 마그네트들간 서로 결합되는 마그네트 결합체를 성형하는 1차 성형단계; 및
   상기 마그네트 결합체를 2차 금형에 삽입하고, 2차 사출을 진행하여 프레임과 상기 프레임과 일체로 형성되는 결합리브를 상기 마그네트 결합체에 성형시키는 2차 성형단계를 포함하는 리니어 모터용 마그네트 어셈블리 제조방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 1차 사출은 1차 금형에 삽입된 적어도 4개 이상의 마그네트 사이에 접합부재를 형성하는 공정이며,
    상기 2차 사출은 2차 금형에 삽입된 마그네트 결합체에 프레임 및 결합리브를 일체로 형성하는 공정인 리니어 모터용 마그네트 어셈블리 제조방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 1차 사출은 1차 금형에 삽입된 적어도 2 이상의 마그네트에 접합부재 및 제2 접합부재를 일체로 형성하는 공정인 리니어 모터용 마그네트 어셈블리 제조방법.
    
    
    
    
    

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