KR20160062465A - 회전형 리니어 모터 장치 - Google Patents

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KR20160062465A
KR20160062465A KR1020140165227A KR20140165227A KR20160062465A KR 20160062465 A KR20160062465 A KR 20160062465A KR 1020140165227 A KR1020140165227 A KR 1020140165227A KR 20140165227 A KR20140165227 A KR 20140165227A KR 20160062465 A KR20160062465 A KR 20160062465A
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Abstract

본 발명은 회전형 리니어 모터 장치에 관한 것으로서, 원통 형상으로 이루어진 하우징; 상기 하우징의 내부에서 대칭으로 배치되는 적어도 한 쌍의 코어부; 상기 각각의 코어부의 내측을 통과하도록 배치되는 적어도 한 쌍의 마그네트 모듈; 상기 마그네트 모듈이 결합되고, 상기 마그네트 모듈을 회전하도록 상기 하우징의 중심에 회전 가능하게 배치되는 회전부; 및 상기 회전부의 상부에 결합되는 회전플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전형 리니어 모터 장치{ROTARY LINEAR MOTOR APPARATUS}
본 발명은 회전형 리니어 모터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체나 액정제조장치 등을 위한 회전형 리니어 모터 장치에서 회전자의 일부를 구성하는 마그네트 모듈의 회전 관성모멘트를 줄임으로써 고정확도의 위치 결정이 가능하게 하는 회전형 리니어 모터 장치에 관한 것이다.
반도체나 액정제조공정 등 정밀 기계의 가공을 위해 부하 테이블을 회전시키는 장치로 DD 모터(DIRECT DRIVE MOTOR)가 많이 사용되어 왔다. 이는 DD 모터가 전동기의 회전력을 기어박스 등과 같은 별도의 동력전달기구를 사용하지 않고도 직접 구동 대상에 전달하는 방식의 모터로서 정밀 회전에 적합한 모터이기 때문이다.
그러나, 종래의 DD 모터는 저속 정밀 회전에는 적합하나, 고속 정밀 회전을 위해서는 통상의 전동모터보다 전체적으로 장비의 높이를 증가시킬 필요가 있으며, 장치의 무게중심이 높아짐으로써 진동특성 또한 나빠질 수 있다는 문제점이 있었다.
이러한 종래의 DD 모터의 단점을 개선한 박형구조의 테이블 모터 구조가 개시되었으나, 디스크의 양면에 마그네트를 부착하거나 2 개의 마그네트를 부착하기 위한 별도의 부재가 필요하게 되었다. 이에 따라 디스크(회전자)의 회전관성모멘트가 증가하여 정밀한 위치 제어가 불가능하였다.
또한, 디스크(회전자)가 하나의 원형으로 성형되어 연속회전을 위한 용도에는 적합하였으나, 정밀한 위치 결정을 위한 용도에는 불필요한 부재를 사용함으로써 생산비용의 낭비를 초래하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 회전관성모메트를 최소화하여 정밀한 위치 제어를 가능하게 하는 회전형 리니어 모터 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 회전형 리니어 모터 장치는, 원통 형상으로 이루어진 하우징; 상기 하우징의 내부에서 대칭으로 배치되는 적어도 한 쌍의 코어부; 상기 각각의 코어부의 내측을 통과하도록 배치되는 적어도 한 쌍의 마그네트 모듈; 상기 마그네트 모듈이 결합되고, 상기 마그네트 모듈을 회전하도록 상기 하우징의 중심에 회전 가능하게 배치되는 회전부; 및 상기 회전부의 상부에 결합되는 회전플레이트;를 포함할 수 있다.
상기 마그네트 모듈은, 마그네트; 및 상기 마그네트가 수용되며 원호형상의 플레이트 부재로 구성된 마그네트 지지부;를 포함하며, 상기 마그네트는 상기 코어부에 슬릿 형상으로 이루어진 마그네트 모듈 통과부를 통과하도록 배치될 수 있다.
상기 각 마그네트의 높이와 상기 마그네트 지지부의 두께는 동일하게 형성될 수 있다.
상기 마그네트 모듈 통과부의 폭은 상기 마그네트 및 마그네트 지지부의 두께보다 크도록 형성될 수 있다.
상기 마그네트 모듈의 반지름에 대한 상기 마그네트 지지부의 두께의 비는 1/30 내지 1/15일 수 있다.
상기 코어부는 상기 하우징의 중심을 기준으로 짝수 또는 홀수로 대칭 형성될 수 있다.
상기 마그네트 모듈은 위치결정을 위해 적어도 한 쌍으로 형성되며, 연속회전을 위해 원형을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 회전부는 상기 베어링부에 삽입되어 회전하는 돌출부를 형성할 수 있다.
상기 회전부의 외주면을 따라 배치되는 띠 형상의 리니어 스케일; 및 상기 리니어 스케일을 감지하는 엔코더;를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 마그네트 모듈의 질량과 부피를 최소화하여 마그네트 모듈의 회전 관성모멘트를 줄임으로써 반도체 장치 등에서 정밀한 위치 결정을 가능하게 한다.
또한, 위치 결정용도의 경우, 회전자의 마그네트가 수용되는 부분을 모듈화 함으로써 마그네트 모듈의 일부만 배치하여 정밀하게 위치결정을 가능하게 할 수 있을 뿐만 아니라 불필요하게 낭비되는 부재를 없도록 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치를 나타내는 사시도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치의 후면을 나타내는 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 리니어 모터 장치의 내부를 나타내는 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 리니어 모터 장치의 분해 사시도이다.
도 2c는 도 1a의 A-A축을 따라 자른 회전형 리니어 모터 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내륜에 마그네트 모듈이 결합된 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1a 내지 도 2c를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 리니어 모터 장치(100)는 하우징(110), 전면커버(120), 회전플레이트(130), 케이블홀부(140), 코어부(150), 마그네트 모듈(160), 회전부(170), 베어링부(180) 및 리니어 스케일부(190)를 포함한다.
하우징(110)은 전체적으로 대략 높이가 낮은 원통형상으로 이루어지며, 측면커버(111), 전면커버 결합부(112), 후면커버(113), 후면커버 중공부(115), 엔코더 안착부(117) 및 베어링부 고정부(119)를 포함한다.
측면커버(111)는 하우징(110)의 측면부를 커버하기 위한 것으로, 측면커버(111)의 일측에 케이블홀부(140)가 형성된다. 또한 측면커버(111)의 내측으로 적어도 한 쌍의 코어부(150)가 형성되며, 상부에는 전면커버(120)가 고정되도록 전면커버 결합부(112)가 형성된다.
전면커버 결합부(112)는 전면커버(120)가 복수의 스크류 결합에 의해 고정될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 통상의 스냅 핏(snap fit) 결합구조를 채용하는 것도 물론 가능하다.
후면커버(113)는 하우징(110)의 하부를 커버하기 위한 것으로, 후면커버(113)의 중앙에는 후면커버 중공부(115)가 형성되며, 후면커버 중공부(115)의 주변에는 베어링부(180)가 고정되는 베어링부 고정홈(119)이 형성된다.
후면커버 중공부(115)는 베어링부(180)의 후면의 일부가 삽입되는 곳이며, 베어링부(180)의 후면의 나머지 부분은 베어링부 고정홈(119)에 고정될 수 있다.
엔코더 안착부(117)는 하우징(110)의 내부 즉 후면커버(113)의 내측으로 형성된다.
전면커버(120)는 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치(100)의 전면을 커버하기 위한 것으로, 전면커버 중공부(121), 전면커버 고정부(122) 및 중공커버(123)로 구성된다.
전면커버 중공부(121)는 회전플레이트(130)가 관통하도록 형성되며, 회전플레이트(130)가 마찰 없이 회전하도록 회전플레이트(130)와 소정거리 이격되도록 형성된다.
전면커버 고정부(122)는 전면커버(120)를 하우징(110)에 대하여 고정하도록 형성되며, 하우징(110)의 전면커버 결합부(112)와 복수의 스크류 결합으로 고정되거나 통상의 스냅 핏 결합구조에 의해 고정 될 수 있다.
회전플레이트(130)는 마그네트 모듈(160)과 연결되어 인덱스 테이블에 사용되는 경우 즉, 위치결정용도일 경우 일정 각도만 회전하며, 반도체 웨이퍼 연마와 같은 연속회전용도일 경우 일정시간 연속하여 회전할 수 있다. 회전플레이트(130)는 처크 플레이트 장착홈(131), 회전부 결합홈(133) 및 회전플레이트 중공부(135)로 구성된다.
처크 플레이트 장착홈(131)은 처크 플레이트(미도시)가 회전플레이트(130)의 상부에서 회전할 수 있도록 처크 플레이트(미도시)를 회전플레이트(130)에 고정하는 역할을 한다.
회전부 결합홈(133)은 처크 플레이트 장착홈(131) 주변에 형성되어, 회전플레이트(130)와 마그네트 플레이트(160)를 결합하며, 회전플레이트 중공부(135)는 회전플레이트(130)의 중앙부분에 형성된다.
케이블홀부(140)는 코어부(150)와 리니어 스케일부(190)로 연결되는 케이블(미도시)을 통과시키도록 측면커버(111)에 형성되며, 케이블홀부(140)가 형성되는 곳은 이곳에 한정되지 않는다.
도 4를 참조하면, 코어부(150)는 코일(미도시)이 감겨진 전기자로서, 전류가 3상의 U,V,W에 기자력을 발생시키고, 그 기자력에 의해서 발생한 자속이 마그네트 모듈(160)에 유도 전류를 야기시킨다. 이에 따라 유도 전류 및 자속의 상호작용에 의해 마그네트 모듈(160)을 회전시키는 토크가 발생한다.
코어부(150)는 ㄷ자 형상의 3 상 U,V,W(151a,151b,151c)으로 구성되며, 각 상(U,V,W)은 각 코일(미도시)에 의해 권선되어 있다. 코어부(150)에는 슬릿 형상을 이루도록 ㄷ자 단면으로 형성된 마그네트 모듈 통과부(153)가 형성되어, 마그네트 모듈(160)의 영구자석이 마그네트 모듈 통과부(153)를 통과하면서 토크를 얻게 된다.
코어부(150)의 마그네트 모듈 통과부(153)는 마그네트 지지부(161)의 두께에 대응하도록 형성될 수 있으며, 마그네트 지지부(161)와 간섭을 일으키지 않을 최소두께로 형성될 수 있다. 이에 따라, 코어부(150)의 전체적인 두께가 감소할 수 있으며, 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치(100)는 더욱 콤팩트한 구성이 가능하게 된다.
이상의 설명과 도면에서 설명의 편의를 위하여, 일반적인 회전형 리니어 모터 장치가 구비하는 코어부(150)에 전원을 공급하고 신호를 주고받는 케이블(미도시)과 리니어 모터를 제어하는 제어부(미도시)는 종래 기술과 동일 하므로 상세한 설명은 생략하였다.
코어부(150)는 하우징(110)의 양측으로 서로 대칭으로 배치되며 적어도 한 쌍으로 형성된다. 이에 따라, 마그네트 모듈(160)에 가해지는 토크가 균일해진다. 또한, 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치(100)의 토크를 키우기 위하여 코어부(150)의 개수를 증가시킬 수 있으며, 이 경우 마그네트 모듈(160)의 지름을 크게 제작 할 필요가 없으므로 회전형 리니어 모터 장치(100)의 크기를 전체적으로 콤팩트하게 형성할 수 있다.
아울러, 코어부(150)의 개수를 증가시키는 경우, 짝수로 증가시키되 하우징(110)의 중심을 기준으로 대칭이 되도록 배열하는 것이 바람직하다. 또한, 코어부(150)를 홀수로 증가시키는 것도 물론 가능하며, 이 경우에도 홀수의 코어부(150)가 하우징(110)의 중심을 기준으로 서로 동일한 각도로 배열되는 것이 바람직하다.
마그네트 모듈(160)은 회전부(170)의 상부에 결합하여 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치(100)에서 코어부(150)와의 상호작용에 의해 회전력을 발생시키는 부재이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트 모듈(160)의 구성을 나타낸다. 마그네트 모듈(160)은 각 마그네트 지지부(161a,161b,161c,161d), 마그네트(163), 마그네트 수용부(165) 및 회전부 결합부(167)를 포함한다.
본 발명에 따른 마그네트 지지부(161)는 원호 형상의 플레이트로 구성되어, 목적에 맞게 구성할 수 있다. 즉, 위치결정용도를 위하여 마그네트 모듈(160)은 일부만 필요하게 되며, 연속회전용도를 위해서는 원을 형성하도록 복수의 마그네트 모듈(160)을 연결할 수 있다. 이에 따라, 구성을 보다 콤팩트하게 할 수 있으며, 원를 절감할 수 있다. 특히, 위치결정용도일 경우 회전관성모멘트가 줄어들게 되어 정밀한 위치 제어가 가능하다.
본 발명에서는 4개의 마그네트 지지부(161a,161b,161c,161d)로 구성되는 마그네트 모듈(160)을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 3 개도 물론 가능하다.
마그네트 모듈(160)의 마그네트(163)는 N극과 S극이 원주단에 교번하도록 배치된다. 마그네트 수용부(165)는 각 마그네트(163)가 각 마그네트 지지 부(161a,161b,161c,161d)와 동일한 높이를 형성하도록 마그네트(163)를 수용한다. 즉, 마그네트 수용부(165)를 마그네트(163)와 같은 높이로 함으로써, 마그네트(163)가 마그네트 수용부를(165)를 관통하며 마그네트(163)를 마그네트 수용부(165)에 삽입본딩할 수 있다.
마그네트 모듈(160)의 두께를 작게 하기 위하여, 마그네트 모듈(160)의 반지름에 대한 마그네트 지지부(161)의 두께의 비는 1/30 내지 1/15로 하는 것이 바람직하다.
또한, 마그네트 모듈(160)의 재질은 스테인리스 스틸(SUS)로 구성할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 마그네트 모듈(160)의 강도가 보장되는 한도에서 수지계열의 재질로도 구성할 수 있다.
한편, 마그네트가 원주단에서 상하로 배치되거나, 마그네트를 배치하기 위하여 추가적인 부재가 필요함에 따라 회전관성모멘트가 컸던 종래 발명과 달리, 본 발명은 마그네트 모듈(160)의 두께와 질량이 줄어들게 되어 회전관성모멘트가 작아지게 된다. 이에 따라, 본 발명은 정밀한 위치 결정 및 제어면에서 유리하다.
또한, 마그네트 지지부(161)의 두께에 따라 코어부(150)의 두께도 작게 구성할 수 있으므로 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치(100)는 전체적으로 두께가 줄어들게 되어 공간이용의 면에서 유리하다.
회전부(170)는 마그네트 모듈(160)을 지지하며, 베어링부(180)와 함께 회전한다. 회전부(170)는 베어링부 결합부(171), 마그네트 모듈 결합부(173), 돌출부(175) 및 회전부의 외주면(177)으로 구성된다.
베이링부 결합부(171)는 베어링부 내륜(181)의 상부에 형성되는 결합공(183)과 결합되며, 회전플레이트(130)의 회전부 결합부(133)과 결합되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 회전플레이트(130), 회전부(170) 및 베어링부 내륜(181)은 함께 회전할 수 있다.
마그네트 모듈 결합부(173)는 마그네트 모듈(173)의 일부가 대칭으로 결합할 수 있으며, 마그네트 모듈(173) 전부가 원형을 이루도록 결합할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 돌출부(175)는 베어링부(180)의 중공으로 관통하도록 형성되어, 회전부(170)가 보다 안정적으로 베어링부(180)에 결합된다. 회전부의 외주면(177)은 회전부(170)의 외측에 형성되어 베어링부의 외륜(185)을 감싸도록 구성된다. 띠 형상의 리니어 스케일(190b) 회전부의 외주면(177)을 따라 부착된다.
베어링부(180)는 회전부(170)를 회전할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 회전부(170) 및 회전플레이트(130)를 지지하도록 구성된다. 베어링부(180)는 내륜(181), 결합공(183), 외륜(185) 및 하우징 결합부(187)로 구성된다.
내륜(181)의 중공부분에는 회전부의 돌출부(175)가 관통형성되고, 내륜(181)의 둘레를 따라 마그네트 모듈 결합부(173)와 결합하는 결합공(183)이 형성된다. 내륜(181)은 외륜(185)에 대하여 회전하며, 본 발명에서는 크로스로울러링을 사용하였으나 이에 한정되지 않고, 일반 볼베어링을 사용하는 것도 물론 가능하다.
외륜(185)은 내륜(181)을 지지하며, 외륜(185)의 둘레를 따라 하우징 결합부(187)이 형성된다. 하우징 결합부(187)는 하우징(110) 하부의 베어링부 고정홈(119)와 결합하여 베어링부(180)를 하우징(110)에 대하여 고정 지지하도록 한다.
회전부(170)는 내륜(181)과 결합하며, 외륜(181)을 감싸도록 구성되나, 회전부(170)와 베어링부(180)부가 마찰 없이 회전할 수 있도록, 각 부재들이 간섭하지 않게 구성될 수 있다.
리니어 스케일부(190)는 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치(100)의 회전 각도 및 위치를 정밀하게 제어하기 위한 것으로, 엔코더(190a)와 리니어 스케일(190b)로 구성된다.
대략 띠 형상으로 이루어진 리니어 스케일(190b)은 ㎛단위의 고정밀 위치결정을 할 때 사용되는 부재로, 스케일(190b)에 형성된 인덱스를 엔코더(190a)를 통해 센싱하여 이를 거리로 환산하고 그에 따른 각도 및 위치를 제어부(미도시)에서 정밀하게 제어할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치(100)의 동작에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
회전형 리니어 모터 장치(100)에 전원이 인가되면, 회전형 리니어 모터 장치(100)의 코어부(150)에 전류가 3상의 U,V,W에 기자력을 발생시키고, 그 기자력에 의해 발생한 자속이 마그네트 모듈(160)에 유도 전류를 야기시킨다. 유도 전류 및 자속의 상호작용에 의해 마그네트 모듈(160)을 회전시키는 토크가 발생하게 된다.
회전형 리니어 모터 장치(100)의 제어부(미도시)는 코어부(150)에 인입하는 전류의 방향을 제어함으로써, 마그네트 모듈(160)의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감속하거나 가속할 수 있다.
본 발명에 따른 회전형 리니어 모터 장치(100)를 위치결정의 용도로 사용할 경우, 코어부(150)와 마그네트 모듈(160)의 일부만을 설치할 수 있으므로 회전관성모멘트의 감소에 따른 위치결정 정확도가 향상된다. 또한, 일부 모듈만을 사용함으로써 원가절감에도 기여할 수 있다.
한편, 본 발명에 회전형 리니어 모터 장치(100)를 연속회전의 용도로 사용할 경우, 마그네트 모듈(160)은 원형을 이루도록 설치해야 한다. 그러나, 코어부(150)는 요구되는 토크에 따라 자유자재로 배치할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100: 회전형 리니어 모터 장치 110: 하우징
120: 전면커버 130: 회전플레이트
140: 케이블홀부 150: 코어부
160: 마그네트 모듈 170: 회전부
180: 베어링부 190: 리니어 스케일부

Claims (9)

  1. 원통 형상으로 이루어진 하우징;
    상기 하우징의 내부에서 대칭으로 배치되는 적어도 한 쌍의 코어부;
    상기 각각의 코어부의 내측을 통과하도록 배치되는 적어도 한 쌍의 마그네트 모듈;
    상기 마그네트 모듈이 결합되고, 상기 마그네트 모듈을 회전하도록 상기 하우징의 중심에 회전 가능하게 배치되는 회전부; 및
    상기 회전부의 상부에 결합되는 회전플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 리니어 모터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트 모듈은,
    마그네트; 및
    상기 마그네트가 수용되며 원호형상의 플레이트 부재로 구성된 마그네트 지지부;를 포함하며,
    상기 마그네트는 상기 코어부에 슬릿 형상으로 이루어진 마그네트 모듈 통과부를 통과하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 회전형 리니어 모터 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 마그네트의 높이와 상기 마그네트 지지부의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 회전형 리니어 모터 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마그네트 모듈 통과부의 폭은 상기 마그네트 및 마그네트 지지부의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 회전형 리니어 모터 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 마그네트 모듈의 반지름에 대한 상기 마그네트 지지부의 두께의 비는 1/30 내지 1/15인 것을 특징으로 하는 회전형 리니어 모터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코어부는 상기 하우징의 중심을 기준으로 짝수 또는 홀수로 대칭 형성되는 것을 특징으로 하는 회전형 리니어 모터 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트 모듈은 위치결정을 위해 적어도 한 쌍으로 형성되며, 연속회전을 위해 원형을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 회전형 리니어 모터 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전부는 상기 베어링부에 삽입되어 회전하는 돌출부를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전형 리니어 모터 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전부의 외주면을 따라 배치되는 띠 형상의 리니어 스케일; 및
    상기 리니어 스케일을 감지하는 엔코더;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 리니어 모터 장치.
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