KR20160081133A - 선형모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축계 하중을 효율적으로 지지하며, 회전운동의 신뢰성을 확보할 수 있는 모터의 구조에 대한 것으로, 로터와 스테이터를 포함하는 모터의 에서 로터의 회전에 따라 상기 로터에 결합된 축이 선형적으로 구동하는 모터에서 축하중을 받는 부분에 4축베어링 부재를 배치하여 축하중의 지지를 효율화할 수 있도록 한다.

Description

선형모터{Linear Motor}

본 발명은 축계 하중을 효율적으로 지지하며, 회전운동의 신뢰성을 확보할 수 있는 모터의 구조에 대한 것이다.

선형 모터는 로터와 스테이터를 가지고 로터의 회전에 따라 로터에 결합한 축이 선형적으로 구동하는 작용을 하는 모터이다. 스테이터는 고정자에 코일이 권취되고 회전자는 마그네트가 결합되어 상호 전자기적 상호작용에 의해 로터가 회전한다. 이러한 스테이터는 단위 코어와 코일로 이루어지는데, 최근에는 일반적으로 복수개의 분할 코어를 환형상으로 연결하여 사용한다.

그러나 상술한 선형 모터의 경우 축의 상하의 왕복 이동을 구현하는 구조로 구현되는바, 축 하중을 받는 특성을 강하게 나타내며, 이러한 축 하중을 지지하며 회전 운동을 구현하는 경우, 축계 베어링을 채용하게 되나, 현재 모터의 빠른 응답성을 요구하는 추세에 부응하기 위해서는 관성이나 마찰의 저감 설계구조가 필요한 상황이다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 로터와 스테이터를 포함하는 모터의 에서 로터의 회전에 따라 상기 로터에 결합된 축이 선형적으로 구동하는 모터에서 축하중을 받는 부분에 4축베어링 부재를 배치하여 축하중의 지지를 효율화할 수 있으며, 너트부재와 로터의 결합력을 견고히 할 수 있는 결합부를 구현하여 너트부재와 로터의 회전시 이탈이나 슬립현상을 방지하여 회전효율을 증대할 수 있는 선형모터를 제공할 수 있도록 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명의 실시예에서는 외주면에 스크류가 형성되는 축부재와 상기 축부재가 관통하며, 내주면에 상기 스크류와 대응되는 홈패턴을 포함하는 너트부재 및 상기 너트부재를 수용하는 지지부재를 포함하는 로터모듈, 그리고 상기 로터모듈의 외측에 결합하는 스테이터모듈을 포함하며, 상기 너트부재와 상기 지지부재 상호간을 결착하는 결합부를 포함하는 선형모터를 제공할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 로터와 스테이터를 포함하는 모터의 에서 로터의 회전에 따라 상기 로터에 결합된 축이 선형적으로 구동하는 모터에서 축하중을 받는 부분에 4축베어링 부재를 배치하여 축하중의 지지를 효율화할 수 있도록 한다.

특히, 축계지지를 로터의 상부 부분으로 이동하고, 너트부재와 로터의 결합력을 견고히 할 수 있는 결합부를 구현하여 너트부재와 로터의 회전시 이탈이나 슬립현상을 방지하여 회전효율을 증대할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선형 모터의 구조를 설명하기 위한 단면 개념도이다.
도 2는 도 1에서의 결합부를 확대한 요부 확대도이다.
도 3은 도 1에서의 결합부의 다른 구현예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 4점 접촉 베어링 제1부재의 예시도를 도시한 개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선형 모터의 구조를 설명하기 위한 단면 개념도이며, 도 2는 도 1에서의 결합부를 확대한 요부 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선형 모터는, 외주면에 스크류가 형성되는 축부재(110)와 상기 축부재(110)가 관통하며, 내주면에 상기 스크류와 대응되는 홈패턴을 포함하는 너트부재(120) 및 상기 너트부재를 수용하는 지지부재(130)를 포함하는 로터모듈(R), 상기 로터모듈의 외측에 결합하는 스테이터모듈(140)을 포함하며, 상기 너트부재(120)와 상기 지지부재(130) 상호간을 결착하는 결합부(P)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 선형 모터는 도 1에 도시된 것과 같이, 로터모듈(R)과 스테이터(140)을 포함하여 구성되며, 상기 스테이터(140)과 상기 로터모듈(R)의 상호작용에 따라 상기 로터모듈이 회전하게 되며, 이에 따라 축부재(110)가 상하로 선형 이동하게 된다. 즉, 스테이터에서 발생하는 전기장과 마그네트에서 발생되는 자기장이 상호작용하여 상기 마그네트(132)와 너트부재(120)가 회전하게 되며, 이에 따른 상호 작용으로 상기 너트부재(120)과 결합하는 축부재(110)가 축방향을 따라 선형 운동을 하게 된다.

특히, 상기 로터모듈의 회전은 일명 로터튜브로 불리는 지지부재(131)와 마그네트(132)의 회전과 이에 상응하게 회전하는 너트부재(120)의 회전으로 이어지게 되며, 이때, 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 지지부재(131)와 상기 너트부재(120)와의 결합을 강화할 수 있는 결합부(P)를 구현하여 회전운동시 슬립현상이나 이탈을 방지할 수 있도록 한다.

상기 결합부(P)의 형상이나 구현 방법은 다양한 형상이나 방식으로 변형될 수 있으며, 이러한 일 예로 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 상기 너트부재의 표면에 대응하는 상기 지지부재의 표면 상호간에 대응하는 스크류패턴(124)을 구현하여 볼트와 너트의 나사 결합과 같은 결합으로 견고한 결합이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

물론, 이러한 결합을 구현하는 너트부재와 지지부재에 마련되는 결합패턴은 상술한 스크류패턴의 형상 뿐만아니라, 상호 암수의 홈과 돌출부를 형성하는 구조, 슬라이딩 결합이 가능하도록 결합패턴을 변형 형성하는 구조 등 다양한 형태로 변형될 수 있다.

또는, 상기 결합부의 구현을 상술한 구조와 같이 결합패턴의 결합구조로 구현하는 것과 병행하거나 또는 독립적으로 도 3과 같은 방식으로 독립적인 결합부재(210)를 이용하여 너트부재(121)와 지지부재(130)를 결합시키는 구조로 구현하는 것도 가능하다. 도 3에 도시된 구조는 결합패턴(124)를 형성하는 것과 병행하여 결합부재(210)를 함께 적용한 것을 예시한 것이나 이에 한정되지 않음은 상술한 바와 같다.

또는, 본 발명의 실시예에 따른 너트부재와 지지부재의 회전에 따른 슬립현상이나 결합력을 높이기 위한 구조로, 상기 지지부재의 내부의 관통홀의 단면의 형상이 다각형 구조이며, 상기 너트부재의 외부 형상은 상기 관통홀의 형성에 대응되는 다각형 구조로 구현하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 실시예에서의 지지부재(120)의 형상이 튜브형상으로 내부가 중공되는 구조의 원통형상이나, 내부의 형상은 예를 들어 단면이 육각형 형상은 구조로 구현하고, 여기에 결합하는 너트부재의 외주면도 이에 대응되도록 육각경 형상으로 구현하여 회전에 따른 슬립이나 이탈의 방지를 더욱 공고히 할 수 있도록 할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선형모터는, 상기 로터모듈(R)의 상부에 4점 접촉 베어링 제1부재(150)를 배치하여 회전 및 지지력을 구현할 수 있도록 한다. 도 1에 도시된 구조에서는 상기 축부재(110)가 상, 하로 이동하는 작용이 구현되는바, 축하중을 받게 되는데, 축하중을 받는 특성상 축하중을 지지하는 구성으로 4점 접촉 베어링 제1부재(150)를 배치함으로써 관성을 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 모터의 응답성을 향상할 수 있게 된다. 특히, 본 발명의 실시예에서는, 상기 너트부재의 상부에 상기 4점 접촉 베어링 제1부재(150)의 제1수용부를 마련된다, 상기 제1수용부의 일예로는, 도 1에 도시된 것과 같이 상기 너트부재(120) 중 상부 너트부재(121) 상단에 외부 방향으로 돌출되는 지지돌기(124)를 형성하여, 4점 접촉 베어링 제1부재(150)가 안정적으로 지지될 수 있도록 하며, 이에 따라 본 발명의 실시예에서의 축계 지지력은 모터 전체의 구조에서 상부에서 주로 이루어질 수 있도록 한다. 이에 따라, 4점 접촉 베어링 제1부재(150)는 상기 지지부재의 상면과 상기 지지돌기 사이에 배치될 수 있도록 한다.

물론, 이 경우 상기 4점 접촉 베어링 제1부재(150)는 도 2에 도시된 구조와 같이, 4점 접촉 볼 베어링(4 point bearing)을 사용할 수 있으며, 이는 중심축에 수직인 평면으로 내륜이 2 분할되어 있는 구조를 구비한다. 즉, 내륜과 외륜 분리형의 단열 앵귤러 볼 베어링에 해당한다. 특히, 레이디얼 하중과 양쪽 방향의 액셜 하중을 부하할 수가 있는 볼과 내륜·외륜 과는 35°의 접촉각을 갖고 있는 구조를 가진다. 본 발명에 적용되는 4점 접촉 베어링 제1부재(150)는, 베어링 1개로 정면조합 또는 배면조합 앵귤러 볼 베어링을 대신할 수 있다.

특히, 기존에 모터에 사용되는 DA(double angular) 베어링을 사용하는 경우, 축하중에 따른 관성의 증가에 효율적으로 대응하기 어려우며, 전체적인 하중이 증가하는 문제를 본 발명의 실시예에서의 4점 접촉 베어링 제1부재(150)를 사용하는 경우 일소할 수 있는 장점이 구현된다. 특히 모터의 마찰저항도 감소시킬 수 있게 되며, 전체적인 비용의 절감도 구현할 수 있게 된다.

또한, 도 1에서 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 선형 모터는 상술한 축부재(110)의 상하 이동을 구현하는 로터모듈(R)과 스테이터(140)을 구비하며, 특히 상기 축부재(110)의 표면에 형성되는 스크류(111)와 대응되는 스크류 패턴(123)이 마련되는 너트부재(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

이 경우, 상기 너트부재(120)는 상기 축부재(110)의 스크류와 대응되는 스크류 패턴을 구비하고, 상호간의 나사골이 서로 대향되도록 형성되며, 경우에 따라 상호간의 나사골 사이에는 마찰을 저감하기 위한 볼(미도시)이 다수가 배치되어 축부재(110)의 이동을 효율화할 수도 있다. 이러한 상기 축부재(110)의 스크류와 너트부재의 채용으로 인해 소음 및 진동의 발생을 크게 절감함은 물론, 보다 정확하고 정밀한 축부재의 이동을 제어할 수 있게 되며, 이에 따라 발생하는 축부재의 축하중은 상술한 4점 접촉 베어링 제1부재(150)를 사용하여 크게 절감할 수 있게 된다.

아울러, 상기 지지부재의 하부(131)에 4축베어링 제2부재(160)의 제2수용부가 마련되도록 하며, 상술한 본 발명의 실시예에서의 지지부재와 너트부재의 회전을 더욱 효율화할 수 있도록 할 수도 있다.

상술한 본 발명이 실시예에서의 로터모듈(R)과 스테이터모듈(140)의 구성은 상부가 개구되는 하우징(180)의 내부에 수용되는 구조로 구비될 수 있으며, 상기 하우징(180)의 하부에는 브라켓(200)이 결합하며, 브라켓의 내부에는 아울러 다양한 자기신호를 출력하는 버스바 어셈블리(210)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 로터모듈(R)은 상기 축부재(110)와 결합하는 너트부재(120)와 일면에 상기 너트부재(120)의 외면과 결합하며, 상기 일면에 대향하는 타면에 마그네트(132)와 결합하는 튜브 형상의 지지부재(131)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 마그네트(132)가 일명 로터튜브인 지지부재의 외주면에 결합하는 구조를 예로 들었으나, 이와는 달리 로터코어 내부에 마그네트가 삽입되는 구조로 구현된 구조를 적용할 수도 있다.

상기 지지부재는 일체형 튜브 구조로 구현할 수 있으며, 상부의 너트부재(121)의 일부를 수용함과 동시에 하부의 너트부재(122) 전체를 수용하는 구조로 형성될 수 있다.

상기 로터모듈(R)의 외측에는 스테이터(140)가 배치되며, 상기 스테이터(140)는 스테이터코어(141)에 권선되는 코일(142)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우 상기 스테이터 코어와 코일 사이에는 절연체가 더 포함될 수 있다.

상기 축부재(110)의 하부에는 센싱부재(170)가 결합되며, 상기 축부재(110)와 함께 회전하고, 상기 센싱부재(170)에는 센싱 마그네트가 설치된다. 그리고, 센싱 마그네트하부에는 회로기판이 설치되고, 상기 회로기판에는 상기 센싱 마그네트를 대향하는 센싱 소자가 설치될 수 있다. 상기 센싱 소자는 상기 센싱 마그네트가 회전된 정도를 감지하여 상기 센싱 마그네트가 결합된 상기 센싱부재(170) 및 상기 축부재(110)의 회전된 정도를 감지할 수 있도록 한다. 이러한 회전의 감지로 인해 정확한 선형모터의 제어가 가능하게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 축부재
120: 너트부재
130: 로터
140: 스테이터
150: 4점 접촉 베어링 제1부재
160: 4점 접촉 베어링 제2부재
170: 센싱모듈
180: 하우징
190: 버스바 어셈블리
200: 브라켓
210: 버스바 어셈블리
220: 모터커버
210: 결합부재

Claims (10)

1. 외주면에 스크류가 형성되는 축부재;
   상기 축부재가 관통하며, 내주면에 상기 스크류와 대응되는 홈패턴을 포함하는 너트부재 및 상기 너트부재를 수용하는 지지부재를 포함하는 로터모듈;
   상기 로터모듈의 외측에 결합하는 스테이터모듈;을 포함하며,
   상기 너트부재와 상기 지지부재 상호간을 결착하는 결합부를 포함하는 선형모터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 결합부는,
   상기 너트부재의 표면에 대응하는 상기 지지부재의 표면 상호 간에 결합이 가능하도록 결합패턴이 마련되어 결합하는 선형모터.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 결합패턴은 상기 너트부재의 표면에 대응하는 상기 지지부재의 표면 상호간에 대응하는 스크류패턴인 선형모터.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 결합부는,
   상기 너트부재와 상기 지지부재를 외부에서 전부 또는 일부를 관통하여 결합시키는 결합부재를 더 포함하는 선형모터.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지부재의 내부의 관통홀의 단면의 형상이 다각형 구조이며,
   상기 너트부재의 외부 형상은 상기 관통홀의 형성에 대응되는 다각형 구조인 선형모터.
   
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로터모듈의 상부에 배치되는 4점 접촉 베어링 제1부재가 배치되는 선형모터.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 너트부재의 상부에 상기 4점 접촉 베어링 제1부재의 제1수용부가 마련되는 선형모터.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 너트부재 상단에 외부 방향으로 돌출되는 지지돌기가 마련되며,
   상기 지지부재의 상면과 상기 지지돌기 사이에 4점 접촉 베어링 제1부재가 배치되는 선형모터.
   
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 지지부재의 하부에 4점 접촉 베어링 제2부재의 제2수용부가 마련되는 선형모터.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 4점 접촉 베어링 제2부재는 상기 지지부재와 접촉하도록 배치되는 선형모터.
    

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