KR20240034490A - 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 모터의 코일에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각모듈을 포함하는 리니어 모터에 관한 것으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 모터는 일면에 영구자석이 설치되고, 길이방향으로 연장되는 금속 소재의 베이스와 상기 베이스의 길이방향을 따라 일방향 또는 양방향으로 이동가능하게 결합되는 이동부재와 외부 전원으로부터 전류가 인가되어 자력을 발생시킴으로써 상기 영구자석과의 상호작용에 의해 상기 이동부재가 상기 베이스의 길이방향을 따라 움직이도록 상기 이동부재 내부에 구비되는 코일 조립체 및 상기 이동부재에 결합되어, 상기 코일 조립체에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각모듈을 포함할 수 있다.

Description

리니어 모터{linear motor}

본 발명은 리니어 모터의 코일에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각모듈을 포함하는 리니어 모터에 관한 것이다.

리니어 모터는 회전형 모터를 축 방향으로 잘라서 펼쳐 놓은 형태로써, 회전형 모터와 구성요소와 작동원리는 동일하다.

보다 구체적으로, 리니어 모터는 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.

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.

리니어 모터는 일반적으로 코일 어셈블리와 자석 어셈블리를 구성요소로 포함한다. 여기서 코일 어셈블리는 에폭시 또는 강으로 구리 코일을 감싼 형태로써, 구리 코일에 전류가 흐를 수 있도록 한다. 그리고 자석 어셈블리는 희토류 자석이 N극과 S극이 교차되어 철판에 부착되는 구조이며 이러한 구조로부터 자기장을 형성한다.

자석 어셈블리는 평면의 코일 어셈블리 위에 형성되는 자속(flux)의 변화에 따라서 평면 위를 직선 이동할 수 있다. 또는 코일 어셈블리는 평면의 자석 어셈블리 위에 형성되는 자속의 변화에 따라 평면 위를 직선 이동할 수 있다. 이와 같은 리니어 모터는 오랜 기간 사용하여도 마모가 없고 정도가 일정하다는 점, 가공 시 백래시가 없다는 점, 고속 가공 유지가 가능하다는 장점이 있다.

리니어 모터는 그 장치의 특성상 코일에서 열이 많이 발생하고, 코일에서 발생하는 열이 주변 구성을 가열하여 열변형을 시킴으로써 작동 정밀도를 저하시키는 주된 원인이 된다.

이러한 열변형을 방지하기 위하여 고정밀도의 장비에서는 석정반을 이용하는 방법이 많이 사용된다. 이와 같이 석정반을 베이스로 사용하는 경우 코일에서 발생하는 열에 의한 열변형을 감소시켜 작동 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 석정반을 사용하는 방법은 제조 원가가 높아지고 장비 전체의 무게가 무거워지는 문제점이 있다.

또한, 리니어 모터가 작동되며 발생되는 열 때문에 높은 추력을 발생시키는데 제약이 따른다. 또한, 발생되는 열에 의해 코일 어셈블리의 파손이 발생되지 않도록 코일 어셈블리를 수용하는 하우징의 크기가 커지면서 자체의 크기가 크게 형성되는 문제를 가진다. 덧붙여 하우징의 크기가 커짐에 따라 추력 효율이 낮아지는 문제가 존재한다.

따라서 본 발명은, 상술한 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 리니어 모터의 작동 시 발열의 원인이 되는 코일 어셈블리를 직접 냉각시킬 수 있는 냉각모듈을 포함하는 리니어 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 리니어 모터의 사용환경에 따라 사용자가 직접 냉각모듈을 선택적으로 결합시킬 수 있는 구조의 리니어 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 다양한 실시예는 일면에 영구자석이 설치되고, 길이방향으로 연장되는 금속 소재의 베이스와 상기 베이스의 길이방향을 따라 일방향 또는 양방향으로 이동가능하게 결합되는 이동부재와 외부 전원으로부터 전류가 인가되어 자력을 발생시킴으로써 상기 영구자석과의 상호작용에 의해 상기 이동부재가 상기 베이스의 길이방향을 따라 움직이도록 상기 이동부재 내부에 구비되는 코일 조립체 및 상기 이동부재에 결합되어, 상기 코일 조립체에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각모듈을 포함하는 리니어 모터를 제공한다.

상기 냉각모듈은 상기 이동부재에 탈착 가능하게 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 베이스에 결합되어 상기 이동부재의 이동범위를 설정하는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 영구자석과 상기 코일 조립체의 상대 위치를 통해 상기 이동부재의 위치 및 속도를 측정하는 제1 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 코일 조립체에서 발생하는 열을 측정하는 제2 센서를 더 포함하고, 상기 제2 센서에서 측정된 열을 기준으로 상기 냉각모듈을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1 센서로부터 측정된 상기 이동부재의 속도와 상기 제2 센서를 통해 측정된 열을 기준으로 상기 냉각모듈을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 냉각모듈은, 팬과 모터를 포함하고, 상기 제어부는 상기 팬의 제2 센서에서 측정된 열을 기준으로 상기 팬의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1 센서로부터 측정된 상기 이동부재의 속도와 상기 제2 센서를 통해 측정된 열을 기준으로 상기 팬의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상술한 실시예들의 각각의 특징들은 다른 실시예들과 모순되거나 배타적이지 않는 한 다른 실시예들에서 복합적으로 구현될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 의하면, 리니어 모터의 열변형 방지를 위한 소재변경 없이 리니어 모터의 작동 시 발열의 원인이 되는 코일 조립체를 직접적으로 냉각시킬 수 있어 제조 원가가 높아지는 것과 장비 전체의 무게가 무거워지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 코일 어셈블리를 수용하는 하우징에 착탈 가능하게 냉각모듈이 구비되므로써 리니어 모터의 공용성을 높일 수 있다.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

이하 도면은 본 발명의 예시적인 실시예를 나타내기 위한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B,(a),(b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

본 실시예의 리니어 모터는 베이스, 이동부재, 코일 조립체 및 냉각모듈을 포함할 수 있다. 베이스는, 일면에 영구자석이 설치되고 길이방향으로 연장되는 금속소재로 이루어질 수 있으며, 한 쌍의 가이드 레일이 길이방향을 따라 설치될 수 있다. 상기 한 쌍의 가이드 레일을 통해 상기 이동부재가 상기 베이스의 길이방향을 따라 이동가능하게 구비될 수 있다.

상기 베이스는 상측에 배치될 다른 구성들을 지지하는 역할을 수행할 수 있으며, 본 실시예의 베이스는 알루미늄 합금을 압출하여 길이방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 베이스를 알루미늄 합금을 압출하여 형성하는 과정에서 베이스의 길이방향을 따라 베이스의 내측에 중공의 빈공간이 복수개 형성될 수 있다. 상기 중공의 빈공간이 형성됨으로써 베이스 제조 원가를 낮추고 장비의 무게를 줄일 수 있다.

또한 상기 중공의 빈공간은 코일 조립체에 전원이 인가되어 열이 발생할 시 베이스의 열변형에 의한 형태변형에 있어 여유공간을 형성할 수 있어 베이스가 열변형에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.

상기 베이스의 일면에는 영구자석이 설치될 수 있다. 영구자석은 베이스의 상면에 고정될 수 있으며, 상기 베이스의 상면은 베이스의 일면 중 상기 이동부재와 마주하는 면을 의미할 수 있다. 베이스의 상면에는 영구자석이 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있으며, 영구자석이 베이스의 상면에서 영구자석이 노출되는 표면이 베이스의 상면 표면과 동일한 높이의 평면을 이루도록 고정될 수 있다.

상기 영구자석은 서로 다른 극이 교차되며 상기 베이스의 길이방향을 따라 설치될 수 있다.

이동부재는, 상기 베이스의 길이방향을 따라 일방향 또는 양방향으로 이동가능하게 결합될 수 있다.

이동부재의 내부에는 코일 조립체가 구비된다. 상기 코일 조립체는 코일이 코일 고정블록을 매개로 권선되어 형성될 수 있으며, 이동부재의 내부에 구비될 수 있다. 상기 코일 고정블록은 이동부재의 내부에 고정될 수 있다. 상기 코일 고정블록은 복수개가 구비될 수 있으며 상기 코일이 상기 코일 고정블록에 권선되어 복수개의 코일 조립체를 형성할 수 있다.

코일 조립체는 외부 전원으로부터 전류가 인가되어 자력을 발생시킴으로써 상기 영구자석과의 상호작용에 의해 상기 이동부재를 상기 베이스의 길이방향을 따라 움직이도록 할 수 있다.

베이스에는 상기 이동부재의 이동범위를 설정하는 스토퍼가 구비될 수 있다. 상기 스토퍼는 상기 베이스의 일측 혹은 양측에 형성될 수 있다. 상기 스토퍼를 통해 상기 이동부재의 이동범위가 설정될 수 있다. 즉, 상기 이동부재는 상기 베이스의 길이방향을 따라 이동가능하게 구비되되 이동범위는 상기 일측 또는 양측에 형성된 스토퍼에 의해 형성될 수 있다.

베이스에는 인코더 헤드가 인코더 스케일을 읽어 작동 변위를 알 수 있도록 인코더 스케일이 설치될 수 있다. 이동부재는 한쌍의 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능하게 가이드 레일에 설치된다. 즉, 이동부재는 한 쌍의 가이드 레일에 대해 슬라이딩하면서 베이스에 대해 상대 이동하게 되며, 이 경우 인코더 헤드는 이동부재에 설치되어 베이스에 설치된 인코더 스케일을 읽게 될 수 있다.

또는 코일 조립체와 영구자석의 상대위치, 속도 등을 검출하기 위한 다른 실시예로써 홀센서가 채택될 수 있다. 상술한 인코더 구성 또는 홀센서는 모두 이동부재의 속도, 위치, 코일 조립체와 영구자석의 상대위치 등을 검출하기 위해 구비되는 제1 센서로 정의될 수 있으며 상기 제1 센서는 상술한 목적을 달성하기 위한 다양한 구조가 채택될 수 있음은 물론이다.

냉각모듈은 이동부재에 탈착 가능하게 구비될 수 있다. 냉각모듈은 팬(공냉식) 냉각, 유냉식 냉각, PCT 냉각, 수냉식 냉각, 방열판 냉각 등의 방식중 적어도 어느 하나가 채택될 수 있다. 냉각모듈은 리니어 모터 또는 이동부재와 독립적인 구성으로써, 사용자의 선택에 따라 이동부재에 탈착 가능하게 구비될 수 있다.

상기 냉각모듈과 이동부재의 결합은 다양한 방식이 채택될 수 있다. 일 예로써, 결합홈과 걸림부재 등에 의해 끼움결합될 수도 있으며, 또는 상술한 결합구조 대신 자성에 의해 냉각모듈이 이동부재에 결합되어 고정될 수도 있으며, 또는 이동부재 또는 냉각모듈 중 어느 하나에 홈이 형성되어 있고 이동부재 또는 냉각모듈 중 나머지 하나에 상기 홈에 슬라이딩 방식으로 끼움 결합되는 결합부재가 형성되어 냉각모듈이 이동부재에 결합되어 고정될 수도 있다.

또한, 본 발명의 예시적인 실시예는 냉각모듈이 이동부재의 상면, 측면 중 어느 하나에 결합되거나 또는 상면과 측면을 모두 커버하며 면접촉되는 구조로 결합될 수도 있다. 본 실시예의 리니어 모터 구동 시 이동부재는 사용환경 또는 이동부재의 소재, 코일 조립체와 영구자석의 비율 또는 개수, 출력 등의 다양한 환경에 따라 발열이 집중되는 부분이 다르게 형성될 수 있다.

따라서, 본 실시예의 냉각모듈은 이동부재의 상면 또는 측면 중 어느 한면이 결합되어 고정되거나 또는 이동부재의 상면 및 측면을 모두 커버하면서 결합되어 고정될 수도 있다.

상술한 방식으로 냉각모듈과 이동부재의 결합방식이 제한되는 것은 아니며 다양한 방식을 구현하기 위한 다양한 구조가 채택될 수 있음은 물론이다.

냉각모듈은 코일 조립체에서 발생하는 발열량, 온도 등을 기준으로 작동될 수 있다. 이를 위해 본 실시예는 상기 코일 조립체에서 발생하는 열을 측정하는 제2 센서를 더 포함할 수 있으며 제2 센서에서 측정된 열을 기준으로 제어부는 냉각모듈의 작동을 제어할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 실시예의 제어부는 출력모듈, 입력모듈, 저장모듈, 측정모듈 및 제어모듈을 포함할 수 있다. 제1 센서에서 측정된 이동부재의 속도, 상대위치 등은 입력모듈을 통해 제어부로 입력될 수 있다. 제2 센서에서 측정된 코일 조립체의 온도는 측정모듈을 통해 제어부로 입력될 수 있다. 제어모듈은 제1 센서 또는 제2 센서를 통해 입력된 값을 기준으로 출력모듈을 통해 냉각모듈을 제어할 수 있다.

일 예로, 냉각모듈은 팬과 모터를 포함하는 공냉식 구조가 채택될 수 있다. 제2 센서를 통해 측정된 온도 또는 발열량이 소정의 범위를 벗어나거나 또는 일정 기준치를 초과한 경우, 상기 제어모듈은 출력모듈을 통해 냉각모듈을 제어할 수 있으며 공냉식 구조에서 제어모듈은 팬의 회전수를 제어할 수 있다. 팬의 회전수는 일정범위를 기준으로 다르게 제어될 수도 있음은 물론이다.

또한, 제1 센서를 통해 측정된 상기 이동부재의 속도와 제2 센서를 통해 측정된 열을 기준으로 상기 팬의 회전수를 제어할 수도 있다. 보다 구체적으로 제1 센서를 통해 측정된 이동부재의 속도가 가속되고 있는 경우에 있어서, 상기 제2 센서를 통해 측정된 온도 또는 발열량이 소정의 범위를 벗어나거나 또는 일정 기준치를 초과한 경우, 상기 제어모듈은 출력모듈을 통해 냉각모듈을 제어할 수 있으며 공냉식 구조에서 제어모듈은 팬의 회전수를 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이 팬의 회전수는 일정범위를 기준으로 다르게 제어될 수도 있음은 물론이다.

반면, 제1 센서를 통해 측정된 이동부재의 속도가 감속되고 있는 경우에 있어서, 상기 제2 센서를 통해 측정된 온도 또는 발열량이 소정의 범위를 벗어나거나 또는 일정 기준치를 초과한 경우에는 냉각모듈을 작동시키지 않을 수도 있다. 이 경우 시간이 지나면서 출력량의 감소 및 이동부재의 감속으로 인해 제2 센서를 통해 측정된 온도 또는 발열량이 정상운영범위 내로 들어올 수 있기 때문이다. 보다 정밀한 제어를 위해 상술한 범위에 있어서 제어모듈을 출력모듈을 통해 냉각모듈을 제어할 수 있으며 팬의 회전수를 제어할 경우 상술한 제1 센서가 가속되고 있는 경우와는 다른 회전수로 제어할 수도 있을 것이다.

또한, 상술한 바와 같이 냉각모듈은 수냉식, 공냉식 등의 다양한 구성이 이동부재와는 독립적으로 이동부재에 탈착 가능하게 구비되므로, 냉각모듈을 구성하는 구조에 따라 제어모듈의 제어대상이 달라질 수 있음은 자명하다. 또한 이 경우에도 상술한 바와 같이 제1 센서 또는 제2 센서에서 측정된 값을 기준으로 냉각모듈이 제어될 수 있음은 물론이다.

이상에서 본 발명의 다양한 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 리니어 모터

Claims (9)

1. 일면에 영구자석이 설치되고, 길이방향으로 연장되는 금속 소재의 베이스;
   상기 베이스의 길이방향을 따라 일방향 또는 양방향으로 이동가능하게 결합되는 이동부재;
   외부 전원으로부터 전류가 인가되어 자력을 발생시킴으로써 상기 영구자석과의 상호작용에 의해 상기 이동부재가 상기 베이스의 길이방향을 따라 움직이도록 상기 이동부재 내부에 구비되는 코일 조립체; 및
   상기 이동부재에 결합되어, 상기 코일 조립체에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각모듈;을 포함하는 리니어 모터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각모듈은 상기 이동부재에 탈착 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 베이스에 결합되어 상기 이동부재의 이동범위를 설정하는 스토퍼;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 영구자석과 상기 코일 조립체의 상대 위치를 통해 상기 이동부재의 위치 및 속도를 측정하는 제1 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
5. 제4항에 있어서,
   상기 코일 조립체에서 발생하는 열을 측정하는 제2 센서;를 더 포함하고,
   상기 제2 센서에서 측정된 열을 기준으로 상기 냉각모듈을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 제1 센서로부터 측정된 상기 이동부재의 속도와 상기 제2 센서를 통해 측정된 열을 기준으로 상기 냉각모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
7. 제4항에 있어서,
   상기 냉각모듈은, 팬과 모터를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 팬의 제2 센서에서 측정된 열을 기준으로 상기 팬의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 제1 센서로부터 측정된 상기 이동부재의 속도와 상기 제2 센서를 통해 측정된 열을 기준으로 상기 팬의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
9. 제2항에 있어서,
   상기 냉각모듈은, 공냉식 냉각모듈, 유냉식 냉각모듈, 수냉식 냉각모듈, PCT 냉각모듈, 방열판 냉각모듈 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.