KR20240001446A

KR20240001446A - Coil moving type small size linear motor for high thrust force

Info

Publication number: KR20240001446A
Application number: KR1020220078097A
Authority: KR
Inventors: 윤인한; 윤석한
Original assignee: 윤인한; 윤석한
Priority date: 2022-06-27
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2024-01-03

Abstract

정밀 기기 산업에서 필요한 고속화, 고정밀화, 고추력화 및 부품의 초소형화를 추구할 수 있도록, 철심 코어의 양 측면 및 저면에 각각 설치되는 코일 가동자와, 상기 각각의 코일 가동자에 대향하여 각각 고정 설치되는 영구자석 고정자를 포함하는, 소형 고추력의 리니어 모터가 제공된다.In order to pursue the high speed, high precision, high force, and miniaturization of parts required in the precision equipment industry, coil movers are installed on both sides and bottom of the iron core, and each coil mover is fixed opposite to each of the above. A compact, high thrust linear motor including an installed permanent magnet stator is provided.

Description

Coil moving small high thrust linear motor {COIL MOVING TYPE SMALL SIZE LINEAR MOTOR FOR HIGH THRUST FORCE}

본 발명은 철심형 리니어 모터(iron core type linear motor)로서, 코일 이동형 소형 고추력 리니어 모터에 관한 것이다.The present invention is an iron core type linear motor and relates to a coil moving type small high thrust linear motor.

리니어 모터(Linear Motor)는 직선 구동력을 직접 발생시킬 수 있기 때문에 별도의 기계적인 변환장치를 필요로 하지 않고, 비접촉식 운동방식으로 직선구동을 하기 때문에 고속 운전 및 정숙 운전을 할 수 있으며, 정밀한 운전이 가능하고 운전 속도에도 제한을 받지 않는 등의 장점으로 인해 각종 산업분야에서 널리 사용되고 있다.Linear motors do not require a separate mechanical conversion device because they can generate linear driving force directly. Since they drive linearly using a non-contact motion method, they can operate at high speeds and quietly, and enable precise operation. It is widely used in various industrial fields due to its advantages such as being possible and not limited by operating speed.

현재는 산업현장에서 제품의 정밀화, 소형화 등의 시장대응을 위해 정밀 제조장비의 수요가 증가했으며, 이에 대한 해결책으로 리니어 모터가 개발되고 발전해 왔으며, 리니어 모터는 고속화, 고정밀화, 고추력화 및 청정성 등의 장점으로 SMT 관련 정밀 기기 산업을 비롯한 반도체, 디스플레이, 자동차, 카메라 렌즈 및 검사장비 분야에서 다른 응용분야로 활용폭을 지속적으로 넓혀가고 있다.Currently, the demand for precision manufacturing equipment has increased in the industrial field to respond to the market, such as precision and miniaturization of products, and linear motors have been developed and developed as a solution to this. Linear motors have high speed, high precision, high power, and cleanliness, etc. Due to its advantages, its use is continuously expanding to other application fields in the semiconductor, display, automobile, camera lens, and inspection equipment fields, including the SMT-related precision equipment industry.

일반적으로 이와 같은 리니어 모터는 극성이 교번되게 영구자석이 배치된 고정자 및 가동자 코어에 가동자 코일이 권선된 가동자를 포함하여 구성되며, 상기 가동자 코일에 전류가 인가됨에 따라 가동자 코일에서 발생하는 자기력과 영구자석의 자기력 사이의 상호 작용에 의해 직선의 추력이 발생하게 된다.In general, such a linear motor is composed of a stator in which permanent magnets are arranged with alternating polarities, and a mover in which a mover coil is wound around a mover core. As current is applied to the mover coil, electricity is generated in the mover coil. A linear thrust is generated by the interaction between the magnetic force and the magnetic force of the permanent magnet.

최근에는 의료용, 로봇 등과 같은 다양한 산업분야에서 리니어 모터가 사용되고 있으며, 그에 따라 리니어 모터의 부피의 슬림화 및 무게의 경량화와 동시에 충분한 구동력을 제공하는 것이 중요하다.Recently, linear motors have been used in various industrial fields such as medical and robotics, and accordingly, it is important to provide sufficient driving force while slimming the volume and weight of the linear motor.

그러나, 종래의 리니어 모터는 필요한 구동력 요건을 충족시키기 위해서는 리니어 모터의 부피가 크거나 무게가 무거워 작동 저항도 큰 문제점이 있었으며, 이와 같은 문제점의 해결과 함께, 보다 제조 비용이 저렴하여 보다 다양한 분야에 사용할 수 있는 소형 고추력의 리니어 모터에 대한 요구도 높아지고 있는 실정이다.However, in order to meet the necessary driving force requirements, the conventional linear motor had the problem of large operating resistance due to the large volume or heavy weight of the linear motor. In addition to solving these problems, the manufacturing cost is lower and it can be used in a wider range of fields. Demand for small, high-force linear motors that can be used is also increasing.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정밀 기기 산업에서 필요한 고속화, 고정밀화, 고추력화 및 부품의 초소형화를 추구할 수 있는 소형 고추력의 리니어 모터를 제공하기 위한 것이다.The present invention is intended to solve the above problems and to provide a compact, high-force linear motor that can pursue the high-speed, high-precision, high-force, and miniaturization of parts required in the precision equipment industry.

본 발명의 일 측면에 따르면, 정밀 기기 산업에서 필요한 고속화, 고정밀화, 고추력화 및 부품의 초소형화를 추구할 수 있도록, 철심 코어의 양 측면 및 저면에 각각 설치되는 코일 가동자와, 상기 각각의 코일 가동자에 대향하여 각각 고정 설치되는 영구자석 고정자를 포함하는, 소형 고추력의 리니어 모터가 제공된다.According to one aspect of the present invention, in order to pursue the high speed, high precision, high force, and miniaturization of parts required in the precision equipment industry, a coil mover installed on both sides and the bottom of the iron core, respectively, and each of the above A compact, high thrust linear motor is provided, comprising a permanent magnet stator each fixedly mounted opposite a coil mover.

본 발명의 실시예에 의하면, 정밀 기기 산업에서 필요한 고속화, 고정밀화, 고추력화 및 부품의 초소형화를 추구할 수 있는 소형 고추력의 리니어 모터를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, there is an effect of providing a compact, high-force linear motor that can pursue high speed, high precision, high force, and ultra-miniaturization of parts required in the precision equipment industry.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 고추력 리니어 모터의 구조를 설명하기 위한 측면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 고추력 리니어 모터의 구조를 설명하기 위한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 고추력 리니어 모터의 구조를 설명하기 위한 상면도.
도 4 내지 도 13은 도 1 ~ 도 3의 소형 고추력 리니어 모터에 관한 테스트 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들.1 is a side view for explaining the structure of a small high-thrust linear motor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view illustrating the structure of a small high-thrust linear motor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a top view for explaining the structure of a small high-thrust linear motor according to an embodiment of the present invention.
Figures 4 to 13 are diagrams showing test simulation results for the small high thrust linear motor of Figures 1 to 3.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be modified in various ways and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, numbers (eg, first, second, etc.) used in the description of this specification are merely identifiers to distinguish one component from another component. In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 고추력 리니어 모터의 구조를 설명하기 위한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 고추력 리니어 모터의 구조를 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 고추력 리니어 모터의 구조를 설명하기 위한 상면도이다. 또한, 도 4 내지 도 13은 도 1 ~ 도 3의 소형 고추력 리니어 모터에 관한 테스트 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면들이다.Figure 1 is a side view for explaining the structure of a small high-thrust linear motor according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view for explaining the structure of a small high-thrust linear motor according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a top view for explaining the structure of a small high-thrust linear motor according to an embodiment of the present invention. Additionally, FIGS. 4 to 13 are diagrams showing test simulation results for the small high thrust linear motor of FIGS. 1 to 3.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1 ~ 도 3을 참조하면, 정밀 기기 산업에서 필요한 고속화, 고정밀화, 고추력화 및 부품의 초소형화를 추구할 수 있도록, 철심 코어(10)의 양 측면 및 저면에 각각 설치되는 코일 가동자(40A, 40B, 40C)와, 상기 각각의 코일 가동자에 대향하여 각각 고정 설치되는 영구자석 고정자(50A, 50B, 50C)를 포함하는, 소형 고추력의 리니어 모터가 제공된다.Referring to FIGS. 1 to 3, in order to pursue the high speed, high precision, high force, and miniaturization of parts required in the precision equipment industry, coil movers (installed on both sides and bottom of the iron core 10, respectively) 40A, 40B, 40C) and a permanent magnet stator (50A, 50B, 50C) respectively fixedly installed opposite each of the coil movers. A compact, high-force linear motor is provided.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 소형 고추력 리니어 모터는, 철심 코어(10); 철심 코어(10)의 양 측면 및 저면에 각각 고정 설치되는 복수의 코일을 포함하는 코일 가동자(40A, 40B, 40C); 상기 코일 가동자(40A, 40B, 40C) 각각과 대향하는 위치에 사전 지정된 거리만큼씩 이격되어 고정 설치되고, 극성이 교번되도록 일렬 배치되는 복수의 영구자석 고정자(50A, 50B, 50C); 상기 복수의 영구자석 고정자(50A, 50B, 50C)가 각각 설치되는 레일형의 고정 플레이트(30A, 30B, 30C); 상기 코일 가동자(40A, 40B, 40C)가 상기 레일형의 고정 플레이트(30A, 30B, 30C)에 설치된 상기 복수의 영구자석 고정자(50A, 50B, 50C)와 상기 지정된 이격 거리 만큼을 유지하면서 전후 이동되도록, 상기 철심 코어(10)를 전후로 이동시키는 이동형 플레이트(20A);를 포함하여 구성될 수 있다.That is, the small high-force linear motor according to an embodiment of the present invention includes an iron core 10; Coil movers (40A, 40B, 40C) including a plurality of coils fixedly installed on both sides and bottom of the iron core 10, respectively; A plurality of permanent magnet stators (50A, 50B, 50C) fixedly installed at positions opposite each of the coil movers (40A, 40B, 40C) at a predetermined distance apart, and arranged in a line so that their polarities are alternated; Rail-type fixing plates (30A, 30B, 30C) on which the plurality of permanent magnet stators (50A, 50B, 50C) are respectively installed; The coil mover (40A, 40B, 40C) moves back and forth while maintaining the specified separation distance from the plurality of permanent magnet stators (50A, 50B, 50C) installed on the rail-type fixing plate (30A, 30B, 30C). It may be configured to include a movable plate (20A) that moves the iron core 10 back and forth so that it can be moved.

상술한 구조의 소형 고추력 리니어 모터에 관한 테스트 시뮬레이션 결과는 도 4 ~ 도 13과 같다. 여기서, 도 4는 Input Current = 1 Arms@1m/s를 인가하였을 때의 입력 전류 파형을 도시한 것이고, 도 5는 그때의 역기전력을 도시한 것이며, 도 6은 그때의 X축 진행 방향에서의 추력을 도시한 것이고, 도 7은 그때의 Y축 방향에서 발생하는 힘을 도시한 것이며, 도 8은 그때의 Z축 방향에서 발생하는 힘을 도시한 것이다. 또한, 도 9는 Input Current = 2, 3, 4 Arms@1m/s로 하였을 때의 각각의 입력 전류별 추력을 도시한 것이다. 아울러, 도 10 ~ 도 13은 그 순서대로 Input Current = 1, 2, 3, 4 Arms@1m/s로 하였을 때의 각각의 입력 전류별 자력분포를 도시한 것이다.The test simulation results for the small high-force linear motor of the above-described structure are shown in Figures 4 to 13. Here, Figure 4 shows the input current waveform when Input Current = 1 Arms@1m/s is applied, Figure 5 shows the back electromotive force at that time, and Figure 6 shows the thrust in the X-axis direction at that time. , Figure 7 shows the force generated in the Y-axis direction at that time, and Figure 8 shows the force generated in the Z-axis direction at that time. Additionally, Figure 9 shows the thrust for each input current when Input Current = 2, 3, 4 Arms@1m/s. In addition, Figures 10 to 13 show the magnetic force distribution for each input current when Input Current = 1, 2, 3, 4 Arms@1m/s in that order.

이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to embodiments, those skilled in the art can modify the present invention in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be easy to understand that and can be changed.

Claims

As a small high-force linear motor,
iron core (10);
Coil movers (40A, 40B, 40C) including a plurality of coils fixedly installed on both sides and bottom of the iron core 10, respectively;
A plurality of permanent magnet stators (50A, 50B, 50C) fixedly installed at positions opposite each of the coil movers (40A, 40B, 40C) at a predetermined distance apart, and arranged in a line so that their polarities are alternated;
Rail-type fixing plates (30A, 30B, 30C) on which the plurality of permanent magnet stators (50A, 50B, 50C) are respectively installed;
The coil mover (40A, 40B, 40C) moves back and forth while maintaining the specified separation distance from the plurality of permanent magnet stators (50A, 50B, 50C) installed on the rail-type fixing plate (30A, 30B, 30C). A coil-movable compact high-thrust linear motor comprising a movable plate (20A) that moves the iron core 10 back and forth so that it moves.