KR20170044149A - 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

무버와 스테이터를 포함하고, 무버는 길쭉한 원형 보어(31)를 형성하는 실린더형 몸체(33)을 구비하고, 스테이터는 보어 내에 배치된 길쭉한 샤프트를 구비하는 리니어 모터(30). 실린더형 몸체(33)는 복수의 전기 와인딩을 포함하고 샤프트는 동기형 또는 가변형 릴럭턴스 토폴로지를 포함하거나 복수의 자석을 포함한다.와인딩의 전기적 에너지 공급은 실린더형 몸체와 샤프트 사이에 상대적인 움직임 및/또는 힘으로 귀결된다. 실린더형 몸체는 실린더형 몸체(33) 및 내측으로 면하는 하우징(37)의 실린더형 표면(38) 사이에 형성된 냉각수 공간(35)을 구비한 하우징(37) 내에 배치된다. 냉각수 공간(35)은 실린더형 몸체(33)의 길이의 적어도 주요 부분을 따라 형성되며, 냉각수 공간(35)은 실질적으로 실린더형이고 실질적으로 일정한 단면의 것이다.

Description

리니어 모터 {LINEAR MOTOR}

본 발명은 리니어 모터에 관한 것이다.

리니어 모터는 다양한 기계 및 장치들에 널리 사용되고 있다. 리니어 모터의 형태에는 플랫 베드 리니어 모터(flat-bed linear motor) 및 튜블러 리니어 모터(tubular linear motor)가 포함된다. 리니어 모터는 기어 또는 스크류, 벨트 또는 풀리와 같이 회전 움직임을 선형 움직임으로 전환하는 회전형 모터에 의해 제공되는 선형 움직임과 달리 직접적인 선형 움직임을 제공한다. 회전 움직임을 선형 움직임으로 전환하는 장치의 생략은 구동 장치의 복잡성과 비용을 감소시킨다. 리니어 모터는 매우 높은 속도에서 높은 가속도를 가지고 작동될 수 있다. 리니어 모터는 또한 움직이는 부품이 적고 매우 정확하며 낮은 진동으로 작동할 수 있다는 점에서 매우 신뢰성이 높다.

리니어 모터는 포서(forcer) 또는 무버(mover)와 스테이터(stator)를 포함한다. 무버는 모터의 움직이는 부품이며 스테이터는 고정적이다. 무버는 코일을 포함하고 스테이터는 자석을 포함하는 것들에 대해 반응하는 자성이거나 자기장이어서, 코일에 에너지가 공급될 때, 무버와 스테이터 사이에서 상대적인 움직임 및/또는 힘이 발생한다.

전형적인 리니어 모터는 단면이 정사각형이고, 원형인 중앙 보어(bore)를 포함하는 하우징을 포함한다. 하우징은 보어 둘레에 감긴 와인딩(winding)을 포함한다. 원형 단면의 샤프트가 보어를 통과하여 연장되고 다른 단부에서 돌출된다. 샤프트는 자석들을 수용한다(자석들이 사용된다면). 하우징 또는 샤프트 중 하나는 고정되어서 하우징이나 샤프트 중 다른 하나가 움직이거나 힘을 제공할 수 있다. 결과적인 움직임 및/또는 힘은 선형적이다.

리니어 모터는 작동하면서 열을 발생시키며, 따라서 열을 발산하기 위한 냉각수 시스템을 종종 포함한다. 몇몇 종래기술에 따른 장치에서, 냉각수 시스템은 하우징의 하나 또는 그 이상의 표면들에 적용된 냉각수 부가장치를 포함하고, 냉각수가 열을 발산하기 위해 부가장치를 통해 흐른다. 몇몇 장치들에서, 냉각수 부가장치가 정사각 하우징의 한 측면에 적용되고 하우징의 길이에 걸쳐 연장된다. 다른 장치들에서, 냉각수 부가장치는 하우징의 둘 또는 그 이상의 측면에 적용되고 각각의 부가장치가 하우징의 길이에 걸쳐 연장된다. 하우징은 종종 기계류나 장치들에 장착되기 위한 부품들과 같은 외부 피팅(fitting) 또는 연결부를 갖고 있다는 점에서, 냉각수 부가장치가 하우징의 모든 4 측면에 적용되는 것은 통상적이지 않으며, 따라서 냉각수 부가장치는 종종 하우징 측면들 중 하나만 또는 둘에만 적용된다. 이는 냉각수 부가장치 또는 부가장치들이 냉각수 부가장치 또는 부가장치들이 적용된 곳으로부터 떨어져 있거나 먼 리니어 모터의 부분들에서 발생된 열을 발산하기에 덜 효율적일 수 있다는 것을 의미한다.

종래기술의 리니어 모터(10)의 개략적인 단면도를 나타낸 도 1의 예를 보자. 리니어 모터(10)는 원형 코일 또는 와인딩(12)을 둘러싸는 정사각 하우징(11)을 구비하고 있다. 냉각수 부가장치(13)가 하우징(11)의 정상 벽체(14)에 적용되어 있다. 도 1에서, 바닥 벽체(15)는 냉각수 부가장치(13)로부터 가장 멀리 떨어져 있다는 것을 알 수 있다. 결과적으로 바닥 벽체(15)에 인접한 와인딩(12)에서 발생된 열은 정상 벽체(14)에 인접하거나 측면 벽체들(16 또는 17)에 인접하여 발생된 열에 비해 발산되기 어렵다.

또한, 냉각수 부가장치에 가까운 리니어 모터의 부분들에서도 코일들과 하우징의 외부 측면 벽체들 사이의 간격이 달라진다. 예를 들어, 도 1은 와인딩(12)이 도시된 코너들 사이보다 하우징(11)의 코너들에서 더 큰 값으로 하우징(11)의 정상 벽체, 바닥 벽체 및 측면 벽체들로부터 떨어져 있어서, 냉각수 부가장치가 제공된 하우징의 벽체들에서조차도 열의 발산이 다를 수 있다는 것을 보여준다.

따라서, 종래기술의 몇몇 형태들에서, 리니어 모터에서 발생된 열은 균등하게 발산되지 않으며, 게다가 모터 내에서 발생된 열에서 큰 온도 변화가 있을 수 있는데, 이는 모두 리니어 모터의 바로 근처에서 열적으로 민감한 부품들에 영향을 줄 수 있다. 이것은 작은 온도 변동조차도 기계의 정밀도에 영향을 줄 수 있는 고정밀 연마(grinding) 및 밀링(milling) 기계와 같은 고정밀 기계류에 리니어 모터가 채용될 때 특히 문제가 된다.

리니어 모터는 또한 볼 스크류와 같은 다른 액츄에이터보다 더 효율적이며, 그것이 발생시키는 열이 적절히 발산된다면 그 이용이 더 선호될 것이다.

리니어 모터는 또한 기계류나 장치들에 장착하기가 어려울 수 있다. 출원인에게 알려져 있는 대부분의 리니어 모터는, 모터가 사용될 기계류의 일면에 대해 모터의 하우징의 일면을 장착하는 것을 의미하는 "페이스 장착형"이다. 도 2는 이런 장착을 도시하고 있으며, 정사각 단면의 직사각 하우징(21)과 하우징(21)을 통과하여 연장된 길쭉한 샤프트(22)를 가진 리니어 모터(20)를 보여주고 있다. 해칭된 하우스 표면(23)이 장착 페이스를 형성하며, 리니어 모터(2)를 기계에 고정하는 고정구들을 수용하기 위한 4개의 나사산 가공된 개구들(24)을 포함한다. 4개의 추가적인 나사산 가공된 개구들(26)(도 2에서는 3개만이 보임)이 리니어 모터(20)를 전방 표면으로부터 기계에 고정하기 위해 하우징(21)의 전방 표면(27)에 형성되어 있다. 표면(23 또는 27)은 견고한 고정을 제공하는 반면, 리니어 모터(20)를 기계에 고정하는 고정구들에 대한 용이한 접근은 종종 제공되지 않아서, 리니어 모터(20)를 기계류에 설치하거나 기계류로부터 제거하는 것이 쉽지 않다.

종래기술의 장치들과 관련된 문제점들의 하나 또는 그 이상을 극복하거나 또는 적어도 완화하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 일 실시예에서, 무버와 스테이터를 포함하고, 무버는 길쭉한 원형 보어를 형성하는 실린더형 몸체를 구비하며 스테이터는 보어 내에 배치된 길쭉한 샤프트이고, 실린더형 몸체는 복수의 전기 와인딩을 포함하고 샤프트는 동기형(synchronous) 또는 가변형(variable) 릴럭턴스 토폴로지(reluctance topology)를 포함하거나 복수의 자석을 포함하되, 이로써 와인딩의 전기적 에너지 공급이 실린더형 몸체와 샤프트 사이에 상대적인 움직임 및/또는 힘으로 귀결되고, 샤프트 및 실린더형 몸체는 실린더형 몸체 및 내측으로 면하는 하우징의 실린더형 표면 사이에 형성된 냉각수 공간을 구비한 하우징 내에 배치되고, 냉각수 공간은 실린더형 몸체의 길이의 적어도 주요 부분을 따라 형성되며, 냉각수 공간은 실질적으로 실린더형이고 실질적으로 일정한 단면의 것인 리니어 모터가 제공된다.

위와 같은 타입의 리니어 모터는 와인딩 둘레에서까지 열 발산을 제공하기 때문에 종래 기술보다 좋은 장점을 제공할 것으로 예상된다. 말하자면, 와인딩과 냉각수 공간 사이의 간격이 일정한 방식, 바꾸어 말해 와인딩의 냉각수 공간에 대한 근접도가 일정하거나 변화하지 않는 방식으로 실린더형 냉각수 공간이 와인딩을 둘러싼다. 유리하게도 이는 와인딩의 모든 부분들이 동등하게 냉각되어서 리니어 모터가 다른 것들에 비해 모터의 일부 부분들에서 더 큰 열을 생성시키지 않는다. 이는 본 발명에 따른 리니어 모터가 열적으로 민감한 구성들의 바로 근처에 그 구성들의 작동에 영향을 주지 않으면서, 또는 그 구성들에 더욱 예측 가능한 방식으로 영향을 미치면서 손쉽게 설치될 수 있도록 해준다. 본 발명의 채용에 따라 리니어 모터의 바로 근처에 있는 구성들에 대한 열적 영향이 무시할 수 있거나 예측 가능하다면, 리니어 모터를 채용하는 기계류 또는 장비의 디자인이 훨씬 수월할 수 있다는 점에서 두 결과 모두 유리하다. 이에 더하여, 리니어 모터의 사용으로부터 나오는 장점들은, 종래기술의 리니어 모터와 관련된 문제들로 인해 그렇지 않았다면 리니어 모터를 사용할 수 없었을 기계류나 장비에서 획득될 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 위에서 설명된 종류의 냉각수 부가장치의 부재로 인해 하우징의 형태가 더욱 컴팩트해질 수 있으므로 종래기술의 리니어 모터에 비해 더욱 컴팩트한 형상의 것일 수도 있다. 이에 더하여, 하우징의 내부 직경을 증가시킨 후와 같이 필요에 따라 하우징에 적절한 변형을 가한 후에 하우징에 실린더형 몸체를 슬라이딩 삽입함으로써, 볼 스크류 하우징과 같은 기존의 액츄에이터 하우징에 리니어 모터의 실린더형 몸체가 끼워맞춰져 배열될 수 있다. 이것은 개장(retrofit)이 가능하며, 따라서 이전에는 다른 형태의 구동기를 사용했던 기계류 또는 장비에 통합될 리니어 모터의 사용으로부터 얻어지는 장점들이 가능하다는 것을 의미한다.

예를 들어, 향상된 열 발산 및 개장의 용이성으로 인해 본 발명에 따른 리니어 모터는 향상된 성능을 위해 현존하는 볼 스크류 액츄에이터들의 상대적으로 손쉬운 대체를 가능하게 할 것으로 기대된다.

위에서 논의된 냉각수 배열은 리니어 모터와 주변 구성들 사이에 열적 배리어(barrier)를 형성할 수 있다. 냉각수 공간(실질적으로 실린더형인)으로 와인딩의 완벽히 둘러쌈으로써 리니어 모터로부터의 열전달이 최소화되거나 무시가능해질 수 있다. 이것은 정사각 하우징의 단 한 측면 또는 하우징의 두 측면이나 세 측면에만 적용된 냉각수 부가장치를 채용한 종래기술과 다르며, 이로써 냉각수 부가장치를 구비하지 않은 하우징의 측면들을 통해 열 탈출이 발생할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명에 따른 리니어 모터에서, 냉각수 공간으로부터 리니어 모터 외부로의 열전달을 감소시키는 목적을 위해 단열 레이어가 냉각수 공간 내에 하우징의 내측으로 면한 실린더형 표면에 대해서와 같이 배치될 수 있다. 이것은 리니어 모터의 냉각수 시스템이 냉각수 공간 내에 포획된 발생된 열의 전부 또는 실질적으로 전부를 제거할 수 있는 경우에 적합하다. 단열 레이어는 낮은 열전도도의 것이어야 한다. 단열 레이어는 예컨대 고무 또는 세라믹으로 만들어질 수 있다. 다른 가능성으로는 플라스틱, 복합소재(유리섬유, G11, 탄소섬유)나 에폭시가 포함된다.

또한, 리니어 모터의 반대되는 단부들은 단열 및/또는 절연된 레이어 또는 소재로 만들어져 모터의 각 단부에서 단열 및/또는 절연 배리어를 형성하고, 따라서 냉각수 공간에서 발생된 열을 더 포획할 수 있다. 단열 및/또는 절연된 레이어 또는 소재는 단열 레이어와 관련하여 위에서 나열된 것과 동일한 소재들로 만들어질 수 있다.

냉각수 공간은 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 본 발명의 몇몇 형태에서, 실린더형 몸체의 와인딩은 와인딩의 길이만큼 연장된 실린더 내에 위치되며, 냉각수 공간은 실린더의 와인딩에 대한 반대편 측에 형성된다. 본 발명의 이 형태에서, 실린더형 하우징은 실린더 둘레로 연장되며 실린더로부터 이격되어서 냉각수 공간을 형성한다. 실린더는 알루미늄 또는 다른 적절한 금속 또는 기타 비자성 소재로 형성될 수 있다. 실린더는 와인딩의 외측 표면과 접촉 또는 가능한 한 그 표면에 근접할 수 있어서, 와인딩으로부터의 열이 냉각수 공간으로의 발산을 위해 실린더로 직접 전도된다. 본 발명의 몇몇 형태에서, 와인딩은 에폭시 레진과 같은 레진 내에 합입되거나 매입되어 있고 실린더는 최외곽 와인딩의 레진 코팅과 접촉하고 있을 수 있다.

실린더형 몸체의 와인딩이 실린더 내에 배치된 본 발명의 위 형태에서, 실린더형 몸체에는 추후 다른 하우징으로의 삽입을 위해 하우징이 제공되지 않을 수 있다. 이것은 예를 들어 하우징이 기계의 주조 부분의 일부인 것과 같이 기계의 일체형 일부분일 경우 적절할 수 있다. 이것은 또한 본 발명의 리니어 모터가 볼 스크류를 대체하여 채용되고 볼 스크류의 하우징이 실린더형 몸체를 수용하기 위해 사용될 예정(몇 가지 변형을 가하여)인 경우 적절할 수 있다. 본 발명은 이 측면에서, 즉 출원인에게 알려진 어떤 리니어 모터도 본 발명에서 제안된 방식으로 기존의 하우징에 삽입될 수 없다는 점에서 독특하다.

냉각수 공간은 적어도 하나의 인입구와 배출구를 구비할 수 있어서 냉각수가 인입구를 통해 냉각수 공간으로 도입되고 배출구를 통해 배출될 수 있다. 냉각수는 인입구를 통해 냉각수 공간으로 재도입되기 전에 냉각될 수 있다. 또는 냉각수는 예컨대 물과 같이 재사용되지 않는 종류의 것일 수 있다.

냉각수 공간은 그 길이에 걸쳐 개방될 수 있거나, 냉각수 공간을 통과하는 냉각수의 흐름을 인도하거나 방해하기 위한, 또는 그 흐름을 난류로 만들기 위한 통로 또는 교란물을 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 형태에서, 냉각수 공간은 냉각수가 인입구와 배출구 사이에서 나선형 경로로 흐르도록 나선을 포함할 수 있다. 이것은 냉각수가 배출구에 도달하기 전에 냉각수 공간에서 머무르게 될 시간을 증가시킨다.

이를 대체하여, 냉각수 공간은 냉각수가 인입구와 배출구 사이에서 그 주변을 흐를 필요가 있는 돌기를 포함할 수 있다. 다른 구조에는 리니어 모터의 길이방향으로 연장된 핀(fin)이 포함된다. 핀은 냉각수를 인접한 한 쌍의 핀들 사이에서 한 방향으로만 인도할 수 있다. 또는 핀은 인접한 한 쌍의 핀을 따라 냉각수의 복귀 움직임을 위해 구축되어 있을 수 있다. 냉각수는 액체가 가장 유력하지만, 액체 또는 기체 일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예들에서, 무버와 스테이터를 포함하되, 무버는 길쭉한 원형 보어를 형성하는 실린더형 몸체를 구비하고, 스테이터는 보어 내에 배치된 길쭉한 샤프트이며, 실린더형 몸체는 복수의 전기 와인딩을 포함하고, 샤프트는 동기형 또는 가변형 릴럭턴스 토폴로지를 포함하거나 복수의 자석들을 포함하며, 이로써 와인딩의 전기적 에너지 공급이 실린더형 몸체와 샤프트 사이의 상대적인 움직임 및/또는 힘의 발생으로 귀결되고, 실린더형 몸체는 반대되는 제1 및 제2 단부들을 가진 하우징 내에 배치되며, 이로써 실린더형 몸체는 하우징 내로의 실린더형 몸체의 장착을 위해 제1 및 제2 단부들 중 하나로의 부착을 위한 플랜지를 포함하는 리니어 모터가 제공된다.

제1 및 제2 단부들 중 하나에 형성된 플랜지의 사용은 리니어 모터가 제자리에 안정적으로 고정되도록 해주지만, 이에 더하여 리니어 모터를 기계류에 고정하는 고정구로의 용이한 접근을 허용한다. 이것은 리니어 모터의 설치 및 기계류로부터 리니어 모터의 제거가 페이스 장착을 채용한 종래기술의 리니어 모터에 비해 쉽다는 것을 의미한다.

하우징을 기계에 장착하기 위해 하우징이 제1 및 제2 단부들 중 하나에 형성된 플랜지를 포함하는 본 발명의 실시예에서, 하우징은 실린더형 하우징일 수 있으며, 또는 역시 페이스 장착을 채택하고 있는 종래기술의 리니어 모터에 따른 정사각 하우징일 수도 있다. 어느 형태에서든 리니어 모터의 설치 및 제거를 위한 고정구로의 향상된 접근이라는 혜택이 제공된다.

본 발명이 더욱 완전히 이해되도록 하기 위해, 몇몇 실시예들이 도면들을 참조로 설명될 것이다.
도 1은 종래기술의 냉각수 부가장치를 가진 리니어 모터 장치를 단면으로 개략적으로 나타내고 있다.
도 2는 페이스 장착 배열을 가진 종래기술의 리니어 모터를 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 모터의 단면도이다.
도 4는 기계 부품에의 장착을 위한 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 모터의 분해도이다.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 모터에서의 사용을 위한 실린더형 몸체의 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 리니어 모터에서의 사용을 위한 실린더형 몸체의 대안적인 도면이다.
도 6a는 도 6의 실린더형 몸체의 일부의 상세도이다.

도 3을 참조하면, 리니어 모터(30)의 단면도가 도시되어 있는데, 여기서 단면은 모터의 길이방향 축에 수직하게 취해진 것이다. 모터(30)는 전기 와인딩(32)(예컨대 구리 와인딩)에 의해 형성된 길쭉한 원형 보어(31)와, 와인딩(32)의 외측면(34)과 접촉하여 맞물린 상태인 것으로 나타내었으나 대안적인 실시예들에서는 외측면(34)으로부터 약간 이격될 수 있는 실린더 또는 실린더형 몸체(33)를 포함한다.

냉각수 공간(35)이 몸체(33)를 둘러싸며 와인딩(32)에 의해 생성된 열을 발산하기 위해 냉각수가 흐를 수 있는 공간을 형성한다. 냉각수는 액체가 가장 유력하지만 액체 또는 기체일 수 있다. 냉각수 공간(35)은 몸체(33)의 외측 표면(36)과 실린더형 하우징(37)의 마주보는 내측 표면(38) 사이에 형성된다. 도 3에서, 하우징(37)은 내측 표면(38) 뿐만 아니라 외측 표면(39)도 실린더형인 것으로 나타내어져 있다. 그러나 외측 표면에 관하여는 하우징의 형상이 본 발명에서 특별히 중요하지 않으며 예컨대 하우징이 예를 들어 정사각형 또는 직사각형이거나 또는 다른 형상일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 유사하게, 외측 표면은 열 발산을 위한 핀(fin), 장착용 러그(lug) 또는 기계 또는 기계 부품에 대해 하우징을 제자리에 고정하는데 필요할 수 있는 것들과 같은 기타 피팅(fitting)을 포함할 수 있다.

단열 레이어가 하우징(37)의 내부 표면(38)에 대해 냉각수 공간 내에 배치될 수 있다. 단열 레이어는 낮은 열전도율을 가질 수 있으며 예컨대 고무 또는 세라믹으로 만들어질 수 있다. 단열 레이어는 냉각수 공간(35)으로부터 하우징(37)을 통과해 리니어 모터(30)의 외부로의 열전달을 감소시킬 것이다.

리니어 모터(30)는 또한 보어(31) 내에 밀착되어 배치된 길쭉한 샤프트를 포함할 것이다. 도면에 도시된 것으로 제한되지 않는 본 발명의 형태들에서, 샤프트는 비자성이며 희토류 자석과 같은 복수의 자석을 포함하는 중공 샤프트일 수 있으며, 본 발명의 몇몇 형태에서 이들은 스틸 스페이서들로 이격되어 있을 수 있다. 샤프트는 반대방향 자석 극성으로 나란히 조립된 자석들을 포함할 수 있다. 몇몇 장치들에서, 둘 또는 그 이상의 자석들이 같은 방향으로 자석 극성을 가지고 나란히 배치될 것이며, 그리고 나서 다음 세트의 자석들은 첫 번째 세트와 반대방향으로의 극성을 가지고 인접하여 조립될 것이다. 스페이서들이 인접한 자석들 또는 인접한 자석 세트들 사이에 개입될 수 있다. 도 3과 관련하여 이런 배열에서 와인딩(32)에 에너지가 공급될 때, 샤프트가 보어(31) 내에서 움직이거나, 또는 샤프트가 고정되어 있다면 와인딩(32) 및 와인딩(32) 둘레로 연장된 것으로 묘사된 나머지 다른 구성들이 모두 샤프트에 대해 움직일 것이다. 와인딩(32)으로의 에너지 공급의 제어는 샤프트와 와인딩 사이의 상대적인 움직임 및/또는 힘의 제어로 귀결된다.

냉각수 공간(35)은 와인딩(32) 내부에서 발생한 열을 발산하는 목적을 위해 냉각수가 인입구 및 배출구 사이에서 흐를 수 있는 공간을 형성한다. 실린더형 하우징(37)은 효율적으로 냉각 자켓을 형성하여 냉각수를 몸체(33)의 외측 표면(36)과 하우징(37)의 내측 표면(38) 사이로 가둔다. 냉각수의 유입 및 배출을 용이하게 하는 냉각수 공간(35) 이내로부터의 인입구와 배출구는 임의의 적당한 위치에 배치될 수 있고 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 냉각수는 압력이 가해진 상태에서 포트를 통해 냉각수 공간(35)으로 주입될 수 있거나, 또는 중력공급(gravity feed)될 수 있다.

냉각수 공간(35)은 도 3에서 개방 공간인 것으로 나타내어져 있다. 이것도 받아들일 수 있는 한편, 바람직한 배열이 도 4에 도시되어 있는데, 여기서 나선형(helix 또는 helical) 구조(40)는 몸체(33)의 길이를 따라 연장되며, 냉각수가 그 안에서 흐를 수 있는 길이를 따라 나선형(spiral 또는 helical) 경로를 형성한다. 이것은 냉각수가 냉각수 공간(35)를 빠져나가는 데에 걸리는 시간을 증가시킬 수 있으며, 따라서 이 공간(35) 내의 냉각수가 발산을 위한 더 많은 양의 열을 흡수하도록 할 수 있다. 이런 나선형(helical 또는 spiral) 구조에 대한 대안적인 배열은 리니어 모터의 마주보는 단부들 사이에서 평행하고 이격되어 있는 일련의 실린더형 플랜지 또는 핀을 포함하며, 이 플랜지 또는 핀은 냉각수가 리니어 모터의 마주보는 단부들 사이에서 플랜지나 핀들을 통과해 흐를 수 있도록 하는 개구 또는 단절부를 포함한다. 이런 배열은 수냉 또는 공냉식에 사용될 수 있다. 냉각수 공간을 통과하여 흐르는 속도를 늦추고 난류를 생성하는 목적을 위하여, 또는 냉각수가 냉각수 공간(35) 주변, 따라서 와인딩(32)의 주변을 완전히 균일하게 흐르는 것을 보장하기 위하여 냉각수 공간에 소용돌이꼴 경로를 생성하는 데에 다른 배열들이 채택될 수 있다.

중요한 것은, 위에서 설명한 바와 같은 나선형 구조 또는 플랜지나 핀의 존재에도 불구하고 냉각수 공간(35) 역시 실질적으로 실린더형으로 형성되며 와인딩(32)의 길이 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 단면의 것이도록, 내부 표면(38)이 실질적으로 실린더형이라는 것이다.

도 4를 참조하면, 실린더형 몸체(33)의 외측 표면(36)에 형성된 나선(40)을 설명하기 위해, 실린더형 몸체(33)가 실린더형 하우징(37)으로부터 분리되어 도시되어 있다. 나선(40)의 외측 표면(41)은 하우징(37)의 내부 표면(38)에 매우 밀착된 끼워맞춤이거나 근접한 높이에 있다. 이 끼워맞춤은 외측 표면들(41)의 정상 너머로 나선(40)을 지나는 냉각수 유체의 누설을 방지하기 위한 것이다. 일부 누설은 감내될 수 있으나, 이 의도는 냉각수 유체의 대부분이 리니어 모터(30)의 한 단부로부터 다른 단부로 나선(40)을 따라 나선형 경로를 취하도록 하는 것이다.

반경방향으로 실린더형 몸체(33) 내부에 있는 와인딩(32)은 도 4에서 명확하지는 않다.

냉각수 공간(35)으로부터 리니어 모터(30)의 외부로의 열전달을 감소시키는 목적을 위하여 하우징(37)의 내부 표면(38)에 적용된 단열 레이어 역시 도 4에서는 명확하지 않다.

도 4는 또한 실린더형 하우징(37)이 통합적으로 형성되는 기계 부품(45)도 도시하고 있다. 하우징(37)의 내부 표면(38) 및 외부 표면(39)도 도 4에 식별되어 있다.

도 4의 배열을 대체하여, 하우징(37)은 적절한 고정구에 의해 단부 표면 또는 저면에서 기계 부품(45)에 부착될 수 있다.

리니어 모터(30)의 다른 구성들은 하우징(37)의 외부에서 조립되며, 도 4에서는 하우징(37)으로의 삽입에 대해 준비되어 있다. 도 4는 하우징(37)의 외부 표면(39)이 실린더형일 필요가 없으며, 오히려 기계 부품(45)에의 부착에 적합하고 냉각수 인입구 및 배출구 포트와 같은 다른 구성들의 하우징(37)에 대한 부착에 적합한 형상 또는 외곽선을 포함할 수 있다.

도 5는 도 4의 실린더형 몸체(33)과 매우 유사한 실린더형 몸체(47)의 한 형태를 도시하고 있지만, 몸체(47)의 길이방향으로 연장된 핀(48)의 이용을 도시하고 있다. 핀(48)은 인접한 한 쌍의 핀들 사이에서 냉각수를 단일한 방향으로만(도시된 실시예에서 축방향으로) 유도하는데 그 도시된 단부 지점들에 앞서 핀들의 일부를 차단함으로써 인접한 한 쌍의 핀들을 따른 냉각수의 복귀 움직임을 위해 구성될 수 있다.

도 4로 돌아가면, 이것은 역시 본 발명의 제2 실시예의 일례를 도시하는데, 여기서 리니어 모터(30)는 실린더형 몸체(33)의 한 단부에 부착되고 하우징(37)의 장착 표면(54)의 나사산 가공된 개구들(53) 내로의 나사 결합을 위한 스크류(52)의 수용을 위한 스크류 개구들(51)을 포함하는 장착 플랜지(50)를 포함한다. 스크류(52)의 대체수단에는 스터드(stud), 용접 또는 접착이 포함된다. 도시된 배열은 실린더형 몸체(33)와, 하우징(37) 내의, 그리고 하우징으로서, 따라서 기계 부품으로의 구성들의 견고한 고정을 가능하게 한다. 도시된 배열에서 스쿠류들(52)에 대한 접근이 스크류 접근이 더욱 어려운 도 2의 배열과 비교하여 훨씬 용이하게 도모되어 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

명백하게도, 플랜지(50)의 형상은 다른 형태를 취할 수 있으며 더 많거나 더 적은 수의 스크류 개구들 및 스크류들이 채용될 수 있다.

도 6 및 도 6a는 도 4의 실린더형 몸체(33)과 매우 유사한 실린더형 몸체(60)를 도시하고 있는데, 이것은 마주보는 단부들(62, 63) 사이에서 몸체(60) 전체를 통해 길이방향 슬릿 또는 간극(G)을 포함하고 있다(간극(G)에 대한 추가 설명을 위해 도 6a를 참조). 실린더형 몸체의 이 형태는 실린더형 몸체(60)에서 전자기 유도의 형성을 제거하여 그렇지 않다면 리니어 모터의 무버 및 스테이터 사이의 상대적인 움직임을 방해할 자기장이 성장되지 않는다. 바꾸어 말해, 본 발명에 따른 리니어 모터에서, 실린더형 몸체는 원형으로 형성될 수 있지만, 전자기 유도(큰 맴돌이 전류(eddy current))를 방지하기 위해 길이방향으로 분할되어 있는데, 이는 고속 적용예에서 큰 코깅력(cogging force)을 유리하게 제거할 것이다.

도 3 및 도 4의 리니어 모터(30)의 구조로부터 모터(30)가 와인딩(32)의 주변 전체에서 열 발산을 제공할 수 있다는 것을 알 거이다. 이에 더하여, 개시된 배열에 의해, 냉각수 공간은 리니어 모터(30)와 기계 부품(45)과 같은 다른 기계 구성들 사이의 열 장벽을 형성한다. 따라서 기계 구성들이 열적으로 민감한 경우 리니어 모터(30)에 의해 생성된 열이 이들 구성에 영향을 주는 곳에 축적되거나 잔존하지 않는다. 위에 설명된 바와 같이 하우징(37)의 내부 표면과 접촉하는 단열 레이어의 사용이 모터(30)의 각 단부에서 열 배리어의 사용과 마찬가지로 이를 보조할 것이다. 나아가서, 실린더형 몸체(33)의 일체로 된(예컨대 기계가공 또는 주조에 의해 형성된) 부분으로써 형성된 나선(40)의 제공은 냉각수 공간(35)이 리니어 모터(30)에 손쉽게 통합되는 것을 허용한다. 이것은 종래기술들과 대비되는데, 종래기술에서는 냉각수 부가장치가 리니어 모터의 하우징의 벽체에 부착되어(도 1에 나타낸 바와 같이) 위에서 묘사된 결과적인 단점들을 가진다.

도 3 및 도 4에 개시된 리니어 모터는 동일한 크기의 종래기술의 모터에 비해 출력이 증대될 것으로 기대된다. 이것은 출력이 모터가 끌어들인 전류의 양에 비례하기 때문이다. 전류와 출력이 증대됨에 따라 열도 증가한다. 열이 일부 제거되면 전류는 열축적과 관련된 문제들이 실현되지 않기 때문에 전류가 증대될 수 있다.

게다가, 장착 플랜지(50)를 채택한 개시된 배열은 또한 본 발명의 리니어 모터가 향상된 성능을 위해 볼 스크류 및 볼 너트를 대체할 수 있을 것으로 기대되기도 한다.

도 3 및 도 4의 실시예들에 따른 것을 포함하여 본 발명에 따른 리니어 모터에 사용될 수 있는 냉각수는 임의의 적절한 형태의 냉각 액체일 수 있거나, 또는 공기 냉각이 채용될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 냉각수 경로는 반드시 나선형 형태를 취할 필요가 없으며, 오히려 냉각수 공간은 단순히 개방된 실린더형 공간일 수 있거나, 냉각수 공간을 통한 흐름의 방향을 변경하거나 또는 그 유동에 난류를 형성하기 위한 돌기, 핀 또는 다른 장애물(disruptor) 또는 교란물(disturbance)을 포함할 수 있다.

본 발명은 냉각수 공간 또는 재킷을 리니어 모터로 유리하게 통합할 수 있으며 대안적인 형태에서 플랜지 장착을 제공한다. 이들 개선예 각각은 공작기계 산업에서 리니어 모터의 사용에 특히 적합하다. 리니어 모터는 리니어 모터가 그것이 주는 열 발열 및 그 장착의 어려움의 관점에서 불리하다는 전제에서 그것이 제공하는 장점에도 불구하고 오늘날까지 공작기계 산업에 통례적으로 채용되지 않아 왔다. 리니어 모터의 열 발열은 고정밀 기계에서, 특히 이 기계들이 고도로 정밀한 반복성을 제공할 필요가 있는 경우에 특히 문제이다. 이런 타입의 기계에서, 리니어 모터로부터의 열 발열의 결과로서 기계의 구성들에서의 열 성장은 감내할 수 없다. 리니어 모터가 공작기계 산업에서 사용되는 경우, 오늘날까지 제공되고 있는 미흡한 열 발산은 모터와 기계 구성들 사이에서 열 전달을 최소화하기 위해 채용되는 별도의 칠러(chiller) 시스템의 필요로 이끌어 왔다. 불리하게도, 이는 비용 및 복잡성을 증가시킨다.

여기서 설명된 발명은 특정적으로 설명된 것들 이외의 변형, 개조 및/또는 추가가 가능하며, 본 발명은 본 개시의 범위 및 사상에 속하는 모든 변형, 개조 및/또는 추가를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

이 명세서의 설명에 걸쳐 "포함하다"는 단어 및 "포함하다", "포함하는"과 같은 그 단어의 변형은 다른 추가사항 또는 구성 또는 숫자를 배제하기 위해 의도된 것이 아니다.

Claims (15)

1. 무버와 스테이터를 포함하고, 무버는 길쭉한 원형 보어를 형성하는 실린더형 몸체를 구비하며 스테이터는 보어 내에 배치된 길쭉한 샤프트이고, 실린더형 몸체는 복수의 전기 와인딩을 포함하고 샤프트는 동기형(synchronous) 또는 가변형(variable) 릴럭턴스 토폴로지(reluctance topology)를 포함하거나 복수의 자석을 포함하되, 이로써 와인딩의 전기적 에너지 공급이 실린더형 몸체와 샤프트 사이에 상대적인 움직임 및/또는 힘 발생으로 귀결되고 샤프트 및 실린더형 몸체는 실린더형 몸체 및 내측으로 면하는 하우징의 실린더형 표면 사이에 형성된 냉각수 공간을 구비한 하우징 내에 배치되고, 냉각수 공간은 실린더형 몸체의 길이의 적어도 주요 부분을 따라 형성되며, 냉각수 공간은 실질적으로 실린더형이고 실질적으로 일정한 단면의 것인 리니어 모터.
2. 제1항에 있어서, 실린더형 몸체는 실린더 및 실린더 내에 배치된 와인딩을 포함하고, 냉각수 공간은 와인딩에 대해 실린더의 반대편 측에 형성되는 리니어 모터.
3. 제2항에 있어서, 실린더는 와인딩의 외측 표면과 접촉하고 있어서, 냉각수 공간으로의 발산을 위해 와인딩으로부터의 열이 와인딩으로부터 실린더로 직접 전도되는 리니어 모터.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 와인딩은 레진(resin) 내에 함입되어 있고 실린더는 와인딩의 최외곽 표면에서 레인과 접촉하고 있는 리니어 모터.
5. 제2항에 있어서, 실린더는 와인딩의 외측 표면으로부터 이격되어 있어서 실린더와 와인딩의 마주보는 표면들 사이에 실림더형 간극을 형성하는 리니어 모터.
6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 단열 레이어가 내측으로 마주보는 하우징의 실린더형 표면에 적용되어 있고, 단열 레이어는 낮은 열전도도를 가진 리니어 모터.
7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 리니어 모터의 반대되는 단부들은 단열된 레이어 또는 소재로 만들어져서 모터의 각 단부에서 열적 배리어를 형성하는 리니어 모터.
8. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 리니어 모터의 반대되는 단부들은 절연된 레이어 또는 소재로 만들어져서 모터의 각 단부에서 전도 배리어를 형성하는 리니어 모터.
9. 제1항 내지 제8항 중 한 항에 있어서, 냉각수 공간은 인입구와 배출구를 포함하는 리니어 모터.
10. 제1항 내지 제9항 중 한 항에 있어서, 냉각수 공간은 그 길이에 걸쳐 개방되어 있는 리니어 모터.
11. 제1항 내지 제9항 중 한 항에 있어서, 냉각수 공간은 냉각수 공간을 통한 냉각수의 흐름을 인도하거나 방해하기 위한 통로들 또는 교란물들을 포함하는 리니어 모터.
12. 제1항 내지 제9항에 있어서, 냉각수 공간은 나선형을 포함하여 인입구와 배출구 사이에서 냉각수 흐름을 나선형 경로로 인도하는 리니어 모터.
13. 제1항 내지 제12항 중 한 항에 있어서, 실린더형 몸체는 실린더형 몸체의 반대되는 단부들 사이에서 길이방향으로 분할되어 전자기 유도를 방지하기 위해 실린더형 몸체에 길이방향 간극을 형성하는 리니어 모터.
14. 제1항 내지 제13항 중 한 항에 있어서, 하우징은 마주보는 제1 및 제2 단부들과, 하우징 내에 실린더형 몸체의 장착을 위해 제1 및 제2 단부들 중 하나로의 부착을 위한 플랜지를 포함하는 실린더형 몸체를 구비하는 리니어 모터.
15. 길쭉한 원형 보어를 형성하는 실린더형 몸체와 보어 내에 배치된 길쭉한 샤프트를 포함하되, 실린더형 몸체는 복수의 전기적 와인딩을 포함하고, 샤프트는 복수의 자석을 포함하며, 이로써 와인딩의 전기적 에너지 공급이 실린더형 몸체와 샤프트 사이에 상대적인 움직임으로 귀결되고, 실린더형 몸체는 마주보는 제1 및 제2 단부들을 구비한 하우징 내에 배치되어 있되, 이로써 실린더형 몸체는 하우징 내에 실린더형 몸체의 장착을 위해 제1 및 제2 단부들 중 하나로의 부착을 위한 플랜지를 포함하는 리니어 모터.

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