KR20210056032A - 엘리베이터용 리니어 모터 - Google Patents

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KR20210056032A
KR20210056032A KR1020190142614A KR20190142614A KR20210056032A KR 20210056032 A KR20210056032 A KR 20210056032A KR 1020190142614 A KR1020190142614 A KR 1020190142614A KR 20190142614 A KR20190142614 A KR 20190142614A KR 20210056032 A KR20210056032 A KR 20210056032A
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주대석
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Abstract

본 발명은 엘리베이터용 리니어 모터에 관한 것으로, 이동자에 이격 배치되는 복수개의 영구 자석 사이사이에 별도의 보조 자극을 장착함으로써, 서로 인접한 영구 자석 사이에서 발생하는 자속 누설을 차단하고, 이동자와 고정자 사이의 자속 흐름을 집중 유도할 수 있고, 이에 따라 전자기력을 증가시켜 전체적인 출력을 향상시킬 수 있고, 보조 자극과 영구 자석이 돌출 끝단에서 서로 맞물림되도록 형성함으로써, 자속 누설을 더욱 완벽하게 차단함과 동시에 영구 자석의 조립 작업을 더욱 용이하게 수행할 수 있고 구조를 단순화할 수 있어 전체적인 출력 및 제작성을 향상시킬 수 있는 엘리베이터용 리니어 모터를 제공한다.

Description

엘리베이터용 리니어 모터{Linear Motor for Elevator}
본 발명은 엘리베이터용 리니어 모터에 관한 것이다. 보다 상세하게는 이동자에 이격 배치되는 복수개의 영구 자석 사이사이에 별도의 보조 자극을 장착함으로써, 서로 인접한 영구 자석 사이에서 발생하는 자속 누설을 차단하고, 이동자와 고정자 사이의 자속 흐름을 집중 유도할 수 있고, 이에 따라 전자기력을 증가시켜 전체적인 출력을 향상시킬 수 있고, 보조 자극과 영구 자석이 돌출 끝단에서 서로 맞물림되도록 형성함으로써, 자속 누설을 더욱 완벽하게 차단함과 동시에 영구 자석의 조립 작업을 더욱 용이하게 수행할 수 있고 구조를 단순화할 수 있어 전체적인 출력 및 제작성을 향상시킬 수 있는 엘리베이터용 리니어 모터에 관한 것이다.
엘리베이터는 건물의 상하방향을 따라 형성된 승강로를 따라 승객 또는 화물을 승강시키는 장치로서, 일반적인 엘리베이터는 승강로 내에 승강 가능하도록 배치되는 엘리베이터 카와, 엘리베이터 카와 와이어로프(wire rope)에 의해 연결되어 있는 균형추(counterweight)와, 승강로의 상측에 와이어로프와 마찰 접촉되어 정역 회전함으로써 엘리베이터 카 및 균형추를 승강 구동시키는 권상기를 구비한 소위 로프식 엘리베이터가 널리 이용되고 있다.
그러나 로프식 엘리베이터는 엘리베이터 카가 로프에 매달린 상태이므로 승강되는 높이가 높을 경우에는 로프의 길이가 길어지게 되어 효율과 안정성 면에서 문제가 있다. 무엇보다도 현재 기술로는 하나의 승강로에 일반적으로 1대의 카만 운전할 수 있고, 수직이동만 가능하여 운송 효율성 측면에서 여러 가지로 불리한 점이 많다. 또한, 로프와 부속 부품의 무게와 안전 문제로 인해 승강로의 높이 또한 제한을 받게 되며, 이러한 이유로 건물의 높이 또한 제한을 받는 등의 문제가 발생한다.
이에 건물의 초 고층화 추세에 부응하여 건물 내부의 인력 수송을 위한 엘리베이터에 관한 기술 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
초고층 건물에 적합한 엘리베이터 시스템을 운용하기 위해서는 기존의 로프 구동방식에 있어서의 한계성을 극복할 수 있어야 하고, 새로운 액추에이터에 의해 구동되는 신개념의 엘리베이터가 도입되어야 한다.
또한, 구동방식 및 그 구동원으로서의 액추에이터에 대한 관련 문제 이외에도, 건물 구조에 적합한 운송효율성 및 공간 활용성을 극대화할 수 있는 새로운 형태의 엘리베이터가 필연적으로 요구되고 있다.
이러한 조건들을 감안해 볼 때, 초고층 건물에 적용할 수 있는 엘리베이터는 단일 통로 내에서 복수대의 엘리베이터 카를 동시에 운행할 수 있고, 엘리베이터 카가 건물 내부의 입체 통로를 따라 수직/수평 방향으로 자유롭게 이동할 수 있으며, 인근 건물 및 지하도 등에도 연계되어 활용할 수 있는 종합 운송시스템으로서의 기능을 발휘할 수 있는 것이라야 한다.
현재 사용되고 있는 엘리베이터는 로프의 견인에 의한 승강 구동방식을 채택하고 있어, 설계시 층수에 비례한 엘리베이터 카의 하중 및 진동 특성을 고려하여야 할 뿐만 아니라, 엘리베이터 카의 수직/수평 방향전환이 불가능한 점 등의 한계성을 갖고 있으므로, 이를 극복하기 위한 대체 구조가 시급히 마련되어야 할 것이다.
이러한 문제들을 해결하기 위한 방안으로, 최근에는 리니어 모터를 이용한 엘리베이터가 활발히 연구되고 있다. 리니어 모터를 이용하여 엘리베이터를 구동하게 되면, 기존의 와이어로프 등이 불필요하여 더욱 다양한 운행 방식을 구현할 수 있다.
리니어 모터 방식의 엘리베이터는 일반적으로 승강로의 가이드 레일을 따라 고정자를 설치하고, 엘리베이터 카에는 이동자를 설치하는 방식으로 이루어지며, 고정자와 이동자의 전자기력을 이용하여 엘리베이터 카를 수직 및 수평 이동할 수 있도록 구성된다.
고정자에는 복수개의 돌극부가 양방향으로 돌출되게 일정 간격으로 설치되고, 이동자에는 서로 다른 극성을 갖는 자석이 돌극부와 대향되게 돌극부와 동일 간격으로 돌출 형성된다. 이러한 이동자와 고정자 사이에서는 자석에 의한 자속 흐름이 생성되는데, 이러한 자속 흐름은 이동자에 장착된 복수개 자석의 상호 작용 등 그 구조상 자속 흐름의 누설이 발생하게 된다.
이러한 자속 흐름의 누설이 발생하면, 리니어 모터에서 발생하는 기전력의 크기가 감소하여 효율이 저하되는 등의 문제가 발생한다.
국내등록특허 제10-0214692호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 이동자에 이격 배치되는 복수개의 영구 자석 사이사이에 별도의 보조 자극을 장착함으로써, 서로 인접한 영구 자석 사이에서 발생하는 자속 누설을 차단하고, 이동자와 고정자 사이의 자속 흐름을 집중 유도할 수 있고, 이에 따라 전자기력을 증가시켜 전체적인 출력을 향상시킬 수 있는 엘리베이터용 리니어 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보조 자극과 영구 자석이 돌출 끝단에서 서로 맞물림되도록 형성함으로써, 자속 누설을 더욱 완벽하게 차단함과 동시에 영구 자석의 조립 작업을 더욱 용이하게 수행할 수 있고 구조를 단순화할 수 있어 전체적인 출력 및 제작성을 향상시킬 수 있는 엘리베이터용 리니어 모터를 제공하는 것이다.
본 발명은, 엘리베이터 카의 주행 방향을 따라 설치되는 고정자 모듈과, 상기 고정자 모듈에 대향되게 위치하도록 엘리베이터 카에 결합되는 이동자 모듈을 포함하는 엘리베이터용 리니어 모터로서, 상기 고정자 모듈은 상기 이동자 모듈을 향해 돌출 형성되는 돌극부를 포함하고, 상기 이동자 모듈은, 중간 영역에 중간 슬롯이 형성되고 상기 중간 슬롯을 중심으로 양측 영역에 상기 고정자 모듈을 향해 돌출되는 제 1 및 제 2 이동자 치가 형성되는 전기자 철심; 상기 중간 슬롯을 통해 상기 전기자 철심에 권취되는 전기자 권선; 및 상기 전기자 철심의 제 1 및 제 2 이동자 치에 상기 고정자 모듈과 대향되게 장착되는 자석 모듈을 포함하고, 상기 자석 모듈은 서로 상이한 극성을 갖는 영구 자석이 서로 이격되게 교번하여 일렬 배치되는 형태로 형성되며, 상기 영구 자석의 사이사이에는 자속 누설을 차단할 수 있도록 보조 자극이 장착되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터를 제공한다.
이때, 상기 보조 자극은 자성체 재질로 적용될 수 있다.
또한, 상기 영구 자석 및 상기 보조 자극은 상기 제 1 및 제 2 이동자 치에 상기 고정자 모듈을 향해 돌출되는 형태로 장착되고, 상기 보조 자극은 상기 영구 자석의 돌출 높이와 동일하거나 더 낮은 돌출 높이를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 보조 자극은 상기 전기자 철심과 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 보조 자극은 상기 고정자를 향해 돌출되는 돌출 끝단부에서 끝단으로 갈수록 폭이 확장되는 확장 영역부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 영구 자석은 상기 고정자를 향해 돌출되는 돌출 끝단부에서 끝단으로 갈수록 폭이 축소되는 축소 영역부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 영구 자석은 상기 보조 자극과 맞물림되어 이탈 방지되는 형태로 결합 고정될 수 있다.
또한, 상기 고정자 모듈은 복수개의 고정자가 일렬 배치된 형태로 설치되며, 상기 고정자는 상기 엘리베이터 카의 주행 방향을 따라 길게 배치되는 중심 계자 철심부에 상기 돌극부가 형성되는 형태로 형성되며, 상기 돌극부는 상기 중심 계자 철심부의 양측편에 각각 등간격으로 다수개씩 서로 어긋나게 배치되도록 돌출 형성되는 제 1 및 제 2 돌극부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동자 모듈은 상기 고정자 모듈을 중심으로 양측에 서로 대향되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 자석 모듈은, 서로 상이한 극성을 갖는 영구 자석이 상기 제 1 및 제 2 돌극부의 배치 간격인 돌극 피치(P)와 동일한 배치 간격으로 서로 이격되게 교번하여 배치되는 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 이동자에 이격 배치되는 복수개의 영구 자석 사이사이에 별도의 보조 자극을 장착함으로써, 서로 인접한 영구 자석 사이에서 발생하는 자속 누설을 차단하고, 이동자와 고정자 사이의 자속 흐름을 집중 유도할 수 있고, 이에 따라 전자기력을 증가시켜 전체적인 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 보조 자극과 영구 자석이 돌출 끝단에서 서로 맞물림되도록 형성함으로써, 자속 누설을 더욱 완벽하게 차단함과 동시에 영구 자석의 조립 작업을 더욱 용이하게 수행할 수 있고 구조를 단순화할 수 있어 전체적인 출력 및 제작성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 설치 구조를 개념적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 내부 구조를 설명하기 위해 도 1의 "A-A"선을 따라 취한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 고정자 모듈에 대한 구성을 개념적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 이동자 모듈에 대한 구성을 개념적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 자속 흐름에 대한 원리를 설명하기 위한 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 자속 흐름 상태를 개념적으로 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 자속 누설 차단 구조를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 보조 자극 장착 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 보조 자극 장착 구조에 대한 또 다른 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 설치 구조를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 내부 구조를 설명하기 위해 도 1의 "A-A"선을 따라 취한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 고정자 모듈에 대한 구성을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 이동자 모듈에 대한 구성을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 자속 흐름에 대한 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터는 엘리베이터 카(10)의 진행 방향을 따라 승강로에 길게 배치되는 고정자 모듈(40)과, 고정자 모듈(40)의 길이 방향을 따라 고정자 모듈(40)의 양측편에 서로 대향되게 위치하도록 엘리베이터 카(10)에 결합되는 이동자 모듈(50)을 포함하여 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이 건물 내부에는 엘리베이터 카(10)가 이동할 수 있는 승강로가 설치되는데, 리니어 모터 방식의 엘리베이터 장치에서는 승강로가 수직 뿐만 아니라 수평 방향, 경사진 방향으로도 설치될 수 있다. 엘리베이터 카(10)는 리니어 모터 등을 통해 승강로를 따라 이동하게 된다.
승강로의 승강로 벽(20)에는 승강로의 방향을 따라 가이드 레일(30)이 설치될 수 있고, 가이드 레일(30)이 설치된 경우, 승강로 내에서는 가이드 레일(30)을 따라 엘리베이터 카(10)가 이동하는데, 이때, 엘리베이터 카(10)는 리니어 모터(60)에 의해 이동하게 된다.
리니어 모터(60)는 고정자 모듈(40)과 이동자 모듈(50)을 포함하여 구성되는데, 고정자 모듈(40)은 엘리베이터 카(10)의 진행 방향을 따라 승강로에 길게 설치된다. 고정자 모듈(40)은 승강로의 승강로 벽(20)에 직접 설치될 수도 있으며, 승강로 벽(20)에 가이드 레일(30)이 설치된 경우, 가이드 레일(30)을 따라 길게 형성되어 가이드 레일(30)의 일단부에 결합 고정되는 형태로 설치될 수 있다. 이동자 모듈(50)은 고정자 모듈(40)의 길이 방향을 따라 고정자 모듈(40)의 양측면에 위치하도록 엘리베이터 카(10)에 결합 고정된다. 고정자 모듈(40)과 이동자 모듈(50) 사이에 발생하는 전자기력에 의해 추진력이 발생하며, 이러한 추진력에 의해 이동자 모듈(50) 및 엘리베이터 카(10)가 고정자 모듈(40)을 따라 이동한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 모듈(40)은 가이드 레일(30)을 따라 복수개의 고정자(100)가 일렬 배치된 형태로 설치되는데, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 고정자(100)가 일정 간극(d)을 갖도록 이격되게 일렬 배치된 형태로 설치될 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서는 복수개의 고정자(100)가 서로 용접 등의 접합 방식으로 연결되어 하나의 일체형으로 형성될 수도 있으나, 설치 작업 등의 편의를 위해 고정자(100)가 상대적으로 짧은 길이로 복수개 구비되어 일정 간극(d)을 갖는 분리된 형태로 설치될 수도 있다.
복수개의 고정자(100)가 일정 간극(d)을 갖는 분리된 형태로 설치되는 경우, 이동자 모듈(50)과 고정자 모듈(40)은 이동자 모듈(50)과 고정자 모듈(40)을 통해 형성되는 자속의 흐름이 고정자(100)의 간극(d)을 통과하지 않는 형태로 이루어지도록 형성된다.
이와 같이 이동자 모듈(50)과 고정자 모듈(40)을 통한 자속 흐름이 고정자(100)의 간극(d)을 통과하지 않도록 형성됨으로써, 고정자 모듈(40)에 간극(d)이 존재하더라도 자속 흐름의 중단이나 급격한 저하 없이 안정적으로 자속 흐름이 발생하여 전자기력에 의한 추진력이 안정적으로 발생하게 된다.
또한, 승강로를 따라 길게 설치되는 고정자 모듈(40)이 복수개의 고정자(100)에 의해 분리 설치되므로, 고정자 모듈(40)의 제작 및 설치 작업이 용이할 뿐만 아니라 설치 작업 시간을 현저히 단축할 수 있다.
이와 같이 복수개의 고정자(100)를 일정 간극(d)을 갖는 형태로 분리 설치하는 방식으로 고정자 모듈(40)을 형성함으로써, 설치 작업시 별도의 연결 작업이 불필요하여 설치 작업이 용이할 뿐만 아니라 간극(d) 조절을 통해 오차 수정이 용이하며, 고정자 모듈(40)에 대한 수리 교체 작업시에도 일부 구간의 고정자(100)를 단순히 부분 제거 교체할 수 있어 보수 작업 및 기타 점검 작업 또한 매우 신속하고 편리하게 이루어질 수 있다. 또한, 열변형이 발생하더라도 간극(d)에 의해 열변형량을 보상할 수 있어 전체적인 치수 변화를 최소화할 수 있고, 이에 따라 항상 안정적인 주행 성능을 유지할 수 있다.
세부 구성을 좀더 자세히 살펴보면, 먼저, 복수개의 고정자(100)는 모두 동일한 형태로 형성될 수 있으며, 각각의 고정자(100)는, 엘리베이터 카(10)의 진행 방향을 따라 길게 형성되는 중심 계자 철심부(110)와, 중심 계자 철심부(110)의 양측편에 각각 다수개씩 돌출 형성되는 제 1 돌극부(120) 및 제 2 돌극부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 제 1 돌극부(120)와 제 2 돌극부(130)는 중심 계자 철심부(110)의 폭 방향을 따라 서로 어긋나게 배치된다. 좀더 구체적으로는, 제 1 돌극부(120)는 중심 계자 철심부(110)의 일측면에 돌출되게 형성되고, 제 2 돌극부(130)는 중심 계자 철심부(110)의 타측면에 돌출되게 형성되며, 제 1 돌극부(120)와 제 2 돌극부(130)는 동일한 돌출 형상으로 형성된다. 다수개의 제 1 돌극부(120)는 동일한 배치 간격(2P)을 갖도록 이격되게 배치되며, 다수개의 제 2 돌극부(130)는 제 1 돌극부(120)의 이격 간격 사이에 위치하도록 동일한 배치 간격(2P)으로 이격되게 배치된다. 또한, 제 2 돌극부(130)가 제 1 돌극부(120)의 이격 간격 중간 지점에 위치하여 제 1 돌극부(120)와 제 2 돌극부(130)의 배치 간격 또한 동일한 배치 간격(P)을 갖는다.
이러한 다수개의 제 1 돌극부(120) 및 제 2 돌극부(130)를 갖는 고정자(100)가 서로 간극(d)을 가지며 다수개 일렬 배치되는데, 제 1 돌극부(120)의 배치 간격(2P)이 서로 이웃하는 2개의 고정자(100) 사이에서도 동일하게 유지되도록 배치된다. 제 2 돌극부(130)의 배치 간격(2P) 또한 마찬가지로 서로 이웃하는 2개의 고정자(100) 사이에서 동일하게 유지되도록 배치된다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 서로 어긋나게 배치되는 제 1 돌극부(120)와 제 2 돌극부(130)의 배치 간격은 P 이고, 제 1 돌극부(120) 끼리의 배치 간격 및 제 2 돌극부(130) 끼리의 배치 간격은 2P 이다. 이때, 서로 인접한 고정자(100) 사이에는 간극 d가 존재하는데, 이러한 간극(d)이 존재하더라도, 서로 인접한 고정자(100) 중 상측 고정자(100)의 맨 하단 제 1 돌극부(120)와, 하측 고정자(100)의 맨 상단 제 2 돌극부(130)의 배치 간격은 P 로 동일하게 유지되고, 서로 인접한 고정자(100) 중 상측 고정자(100)의 맨 하단 제 2 돌극부(130)와, 하측 고정자(100)의 맨 상단 제 2 돌극부(130)의 배치 간격은 2P 로 동일하게 유지된다.
이와 같이 서로 인접한 고정자(100) 사이에서도 제 1 돌극부(120) 및 제 2 돌극부(130) 사이의 배치 간격(P, 2P)이 일정하게 유지되도록 하기 위해 복수의 고정자(100) 사이의 간극(d)을 조절할 수 있다. 이때, 고정자(100) 사이 간극 d는 (0 < d < P) 의 범위로 결정될 수 있다.
이동자 모듈(50)은, 고정자 모듈(40)을 중심으로 양측에 서로 대향되게 배치되며 중간 영역에 중간 슬롯(203)이 형성되고 중간 슬롯(203)을 중심으로 양측 영역에 고정자 모듈(40)을 향해 돌출되는 제 1 및 제 2 이동자 치(204,205)가 형성되는 2개의 전기자 철심(201,202)과, 2개의 전기자 철심(201,202)의 제 1 및 제 2 이동자 치(204,205)에 각각 서로 대향되게 장착되는 자석 모듈(M)과, 중간 슬롯(203)을 통해 전기자 철심(201,202)에 권취되는 전기자 권선(230,240)을 포함하여 구성될 수 있다.
2개의 전기자 철심(201,202)은 제 1 전기자 철심(201)이 고정자 모듈(40)의 일측편에 배치되고 제 2 전기자 철심(202)이 고정자 모듈(40)의 타측편에 배치되는 형태로 서로 대향 배치되게 이루어질 수 있다.
자석 모듈(M)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 전기자 철심(201,202)에 각각 형성된 제 1 및 제 2 이동자 치(204,205)에 각각 서로 대향되게 형성되는데, 각 자석 모듈(M)은, 서로 상이한 극성(N극,S극)을 갖는 영구 자석(210: 211,212)이 돌극 피치(P)와 동일한 배치 간격으로 서로 이격되게 교번하여 일렬 배치되는 형태로 구성된다.
한편, 제 1 이동자 치(204)에 장착되는 다수개의 영구 자석(210) 중 제 2 이동자 치(205)에 인접한 영구 자석(210)과, 제 2 이동자 치(205)에 장착되는 다수개의 영구 자석(210) 중 제 1 이동자 치(204)에 인접한 영구 자석(210) 사이의 배치 간격은 돌극 피치(P)의 n배(여기서, n은 자연수)로 형성된다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 이동자 치(204)의 영구 자석(210) 중 최하단에 위치한 영구 자석(210)과 제 2 이동자 치(205)의 영구 자석(210) 중 최상단에 위치한 영구 자석(210) 사이의 배치 간격은 돌극 피치(P)의 3배인 3P로 형성될 수 있다.
이를 통해 제 1 이동자 치(204)에 장착된 영구 자석(210)과 제 2 이동자 치(205)에 장착된 영구 자석(210)은 고정자(100)의 제 1 돌극부(120) 및 제 2 돌극부(130)에 대해 서로 다른 상대 위치를 갖게 된다.
즉, 도 4에 도시된 상태를 기준으로, 전기자 철심(201,202)의 제 1 이동자 치(204)에 위치한 영구 자석(210)은 제 2 돌극부(130)와 동일 직선상에 위치하게 되고, 전기자 철심(201,202)의 제 2 이동자 치(205)에 위치한 영구 자석(210)은 제 1 돌극부(120)와 동일 직선상에 위치하게 된다.
이러한 구성에 따라 2개의 전기자 철심(201,202)의 제 1 및 제 2 이동자 치(204,205)에 장착된 영구 자석에 의한 자속의 흐름은 도 5에 도시된 바와 같이 나타난다. 예를 들면, 제 2 전기자 철심(202)의 제 1 이동자 치(204)에 장착된 영구 자석(210) 중 N극 자석(211)으로부터 흘러나오는 자속 흐름은 해당 N극 자석(211)에 인접한 고정자(100)의 제 2 돌극부(130)로 유입되고, 중심 계자 철심부(110)에서 분기되어 제 2 돌극부(130)의 상하부에 이격되게 위치한 제 1 돌극부(120)로 흘러가며, 제 1 전기자 철심(201)의 제 1 이동자 치(204)에 장착된 영구 자석(210) 중 S극 자석(212)으로 유입되는 흐름을 나타낸다. 제 2 전기자 철심(202)의 N극 자석(211)으로부터 나오는 자속 흐름은 제 1 전기자 철심(201)의 N극 자석(211)에 의한 반발력이 작용하여 자속 흐름의 분기 과정이 더욱 원활하게 이루어지고, 이에 따라 제 1 전기자 철심(201)의 S극 자석(212) 측으로의 자속 흐름 유입이 더욱 원활하게 이루어진다.
한편, 전기자 권선(230,240)은 제 1 이동자 치(204)와 제 2 이동자 치(205)에서 서로 반대 방향으로 권취된다. 2개의 전기자 철심(201,202)의 상호 대향면 중심부에는 중간 슬롯(203)이 형성되는데, 이러한 중간 슬롯(203)을 중심으로 양측에 제 1 이동자 치(204) 및 제 2 이동자 치(205)가 형성되며, 전기자 권선(230,240)은 중간 슬롯(203)을 통해 제 1 이동자 치(204) 및 제 2 이동자 치(205)를 각각 감싸는 형태로 서로 반대 방향으로 권취될 수 있다. 각각의 전기자 권선(230,240)은 독립적으로 권취되는 형태로 형성된 후, 별도로 직렬 연결되도록 구성될 수도 있다.
이상에서 설명한 구조에 따라 전체적인 자속 흐름을 살펴보면, 먼저, 도 6에 도시된 바와 같이 제 2 전기자 철심(202)의 제 2 이동자 치(205)에 장착된 다수개의 N극 자석(211)으로부터 자속 흐름이 방출되어 고정자(100)의 제 2 돌극부(130)로 유입되고, 각각의 자속 흐름은 고정자(100)의 중심 계자 철심부(110)에서 분기된 후 제 1 돌극부(120)를 통해 제 1 전기자 철심(201)으로 유입된다. 이때, 제 1 전기자 철심(201)의 제 2 이동자 치(205)에 장착된 S극 자석(212)으로 유입된다. 이러한 자속의 분기 및 흐름은 도 5에서 설명한 원리에 따른 것이므로, 여기에서 상세한 설명은 생략한다.
또한, 제 1 전기자 철심(201)의 제 1 이동자 치(204)에 장착된 다수개의 N극 자석(211)으로부터도 자속 흐름이 방출되어 고정자(100)의 제 1 돌극부(120)로 유입되고, 각각의 자속 흐름은 고정자(100)의 중심 계자 철심부(110)에서 분기된 후 제 2 돌극부(130)를 통해 제 2 전기자 철심(202)으로 유입된다. 이때, 제 2 전기자 철심(202)의 제 1 이동자 치(204)에 장착된 S극 자석(210)으로 유입된다.
따라서, 제 2 전기자 철심(202)의 제 2 이동자 치(205)의 N극 자석(211)으로부터 방출된 자속 흐름은 제 1 전기자 철심(201)의 제 2 이동자 치(205)의 S극(212)으로 유입된 후, 제 1 전기자 철심(201)에서 전체적으로 제 1 이동자 치(204)의 N극 자석(211) 측으로 흘러가고, 이후, 제 1 전기자 철심(201)의 제 1 이동자 치(204)의 N극 자석(211)으로부터 방출되어 제 2 전기자 철심(202)의 제 1 이동자 치(204)의 S극 자석(212)으로 유입되며, 제 2 전기자 철심(202)에서 전체적으로 제 2 이동자 치(205)의 N극 자석(211) 측으로 흘러간 후, 다시 방출되는 순환 흐름을 나타낸다.
이러한 자속 흐름에 따라 전기자 철심(201,202)의 제 1 이동자 치(204)와 제 2 이동자 치(205)에서 자속의 흐름이 반대이고, 이에 대응하여 전기자 권선(230,240)의 권취 방향이 제 1 이동자 치(204)와 제 2 이동자 치(205)에서 반대이므로, 이동자 모듈(50)에는 전자기력에 의한 추진력이 모두 동일하게 발생하게 된다.
또한, 이와 같이 하나의 전기자 철심(201,202)의 영구 자석(210)으로부터 방출된 자속 흐름이 고정자(100)에서 분기되어 어긋나게 배치된 돌극부(120,130)를 통해 나머지 하나의 전기자 철심(201,202)으로 유입되며, 2개의 전기자 철심(201,202)에서 전체적으로 제 1 이동자 치(204)와 제 2 이동자 치(205)을 순차적으로 통과하는 커다란 순환 흐름을 나타내므로, 고정자(100)가 간극(d)을 통해 분리되어 있더라도, 고정자(100)의 간극(d)을 통과하는 자속 흐름이 방지되며, 간극(d)를 통과하는 자속 흐름이 발생한다고 하더라도, 매우 미미하여 이는 무시할만한 수준이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 모듈(40)은 복수개의 고정자(100)를 간극(d)를 통해 분리 설치하더라도, 자속 흐름에 전혀 영향이 없어 리니어 모터의 주행 성능이 안정적으로 유지된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 자속 누설 차단 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 보조 자극 장착 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터의 보조 자극 장착 구조에 대한 또 다른 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 리니어 모터는 영구 자석(210)의 사이사이에 자속 누설을 차단할 수 있도록 자성체 재질의 보조 자극(250)이 장착된다.
전술한 바와 같이 제 2 전기자 철심(202)의 N극 자석(211)에서 방출되는 자속 흐름은 고정자(100)의 제 2 돌극부(130)로 유입된 후, 분기되어 제 1 돌극부(120)를 통해 제 1 전기자 철심(201)의 S극 자석(212)으로 유입되는데, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 제 2 전기자 철심(202)의 N극 자석(211)에서 방출되는 자속 흐름 중 일부는 제 2 전기자 철심(202)의 인접한 S극 자석(212)으로 흘러가며 자속 누설이 발생하게 된다. 결과적으로 제 2 전기자 철심(202)의 N극 자석(211)으로부터 고정자(100) 및 제 1 전기자 철심(201)으로 흘러가는 자속량이 감소하게 되고, 전체적으로 리니어 모터의 출력이 감소하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 영구 자석(210)의 사이사이에 보조 자극(250)을 장착함으로써, 제 2 전기자 철심(202)의 N극 자석(211)에서 방출되어 제 2 전기자 철심(202)의 S극 자석(212)으로 유입되는 자속 흐름을 N극 자석(211)에 인접한 보조 자극(250)으로 유도하고, 유도된 자속 흐름을 다시 N극 자석(211)을 통해 고정자(100)의 제 2 돌극부(130)로 흘러가도록 유도할 수 있다. 따라서, 제 2 전기자 철심(202)의 N극 자석(211)으로부터 고정자(100) 및 제 1 전기자 철심(201)으로 흘러가는 자속량의 감소 현상을 방지하거나 최소화할 수 있다.
보조 자극(250)은 제 1 이동자 치(204) 및 제 2 이동자 치(205)에 고정자(100)를 향해 돌출되는 형태로 형성되며, 영구 자석(210)의 돌출 높이(X1)와 동일하거나 더 큰 돌출 높이를 갖도록 형성되고, 또한, 엘리베이터 카의 주행 방향에 대한 직각 방향인 영구 자석(210)의 두께(X2)와 동일하거나 더 큰 두께를 갖도록 형성된다. 이러한 구조를 통해 영구 자석(210) 사이 공간을 보조 자극(250)을 통해 완벽하게 차단할 수 있어 영구 자석(210)의 자속 누설을 더욱 완벽하게 방지할 수 있다.
이러한 보조 자극(250)은 전기자 철심(201,202)에 별도로 결합 장착할 수도 있으나 전기자 철심(201,202)의 제작 과정에서 전기자 철심(201,202)과 일체로 형성되도록 제작될 수도 있다.
한편, 보조 자극(250)은 도 10에 도시된 바와 같이 고정자(100)를 향해 돌출되는 돌출 끝단부에서 끝단으로 갈수록 폭이 확장되는 확장 영역부(251)가 형성되고, 영구 자석(210)은 보조 자극(250) 사이사이에 두께 방향으로 슬라이드 삽입될 수 있도록 고정자(100)를 향해 돌출되는 돌출 끝단부에서 끝단으로 갈수록 폭이 축소되는 축소 영역부(210-1)가 형성될 수 있다.
이때, 영구 자석(210)은 보조 자극(250) 사이사이에 슬라이드 삽입 결합된 상태에서 축소 영역부(210-1)가 보조 자극(250)의 확장 영역부(251)와 맞물림되어 이탈 방지되는 형태로 결합 고정될 수 있다.
이러한 구조에 따라 보조 자극(250)이 영구 자석(210) 사이 공간을 완벽하게 차단할 수 있을 뿐만 아니라 영구 자석(210)을 전기자 철심(201,202)에 결합시키는 과정에서 영구 자석(210)의 단순 슬라이드 작업만으로 영구 자석(210)을 장착할 수 있어 더욱 편리하고 신속한 조립 작업이 가능하며, 단순한 구조를 통한 제작 작업 또한 용이하게 수행할 수 있다.
한편, 보조 자극(250)은 영구 자석(210)의 배치 간격인 돌극 피치(P)와 동일한 배치 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 보조 자극(250)은 그 중심이 영구 자석(210) 사이 간격의 중심에 위치하도록 배치되며, 서로 이웃하는 영구 자석(210)의 어느 한 측으로 편심되지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
40: 고정자 모듈 50: 이동자 모듈
60: 리니어 모터
100: 고정자
110: 중심 계자 철심부
120: 제 1 돌극부
130: 제 2 돌극부
201: 제 1 전기자 철심
202: 제 2 전기자 철심
203: 중간 슬롯
204: 제 1 이동자 치
205: 제 2 이동자 치
210: 영구 자석
220: 돌극
230, 240: 전기자 권선
250: 보조 자극
251: 확장 영역부

Claims (10)

  1. 엘리베이터 카의 주행 방향을 따라 설치되는 고정자 모듈과, 상기 고정자 모듈에 대향되게 위치하도록 엘리베이터 카에 결합되는 이동자 모듈을 포함하는 엘리베이터용 리니어 모터로서,
    상기 고정자 모듈은 상기 이동자 모듈을 향해 돌출 형성되는 돌극부를 포함하고,
    상기 이동자 모듈은
    중간 영역에 중간 슬롯이 형성되고 상기 중간 슬롯을 중심으로 양측 영역에 상기 고정자 모듈을 향해 돌출되는 제 1 및 제 2 이동자 치가 형성되는 전기자 철심;
    상기 중간 슬롯을 통해 상기 전기자 철심에 권취되는 전기자 권선; 및
    상기 전기자 철심의 제 1 및 제 2 이동자 치에 상기 고정자 모듈과 대향되게 장착되는 자석 모듈을 포함하고,
    상기 자석 모듈은 서로 상이한 극성을 갖는 영구 자석이 서로 이격되게 교번하여 일렬 배치되는 형태로 형성되며,
    상기 영구 자석의 사이사이에는 자속 누설을 차단할 수 있도록 보조 자극이 장착되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 자극은 자성체 재질인 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 영구 자석 및 상기 보조 자극은 상기 제 1 및 제 2 이동자 치에 상기 고정자 모듈을 향해 돌출되는 형태로 장착되고,
    상기 보조 자극은 상기 영구 자석의 돌출 높이와 동일하거나 더 낮은 돌출 높이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 자극은 상기 전기자 철심과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 보조 자극은 상기 고정자를 향해 돌출되는 돌출 끝단부에서 끝단으로 갈수록 폭이 확장되는 확장 영역부가 형성되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 상기 고정자를 향해 돌출되는 돌출 끝단부에서 끝단으로 갈수록 폭이 축소되는 축소 영역부가 형성되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 상기 보조 자극과 맞물림되어 이탈 방지되는 형태로 결합 고정되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자 모듈은 복수개의 고정자가 일렬 배치된 형태로 설치되며,
    상기 고정자는 상기 엘리베이터 카의 주행 방향을 따라 길게 배치되는 중심 계자 철심부에 상기 돌극부가 형성되는 형태로 형성되며, 상기 돌극부는 상기 중심 계자 철심부의 양측편에 각각 등간격으로 다수개씩 서로 어긋나게 배치되도록 돌출 형성되는 제 1 및 제 2 돌극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동자 모듈은 상기 고정자 모듈을 중심으로 양측에 서로 대향되게 배치되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 자석 모듈은
    서로 상이한 극성을 갖는 영구 자석이 상기 제 1 및 제 2 돌극부의 배치 간격인 돌극 피치(P)와 동일한 배치 간격으로 서로 이격되게 교번하여 배치되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 리니어 모터.
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