WO2011049298A2 - 선형 전동기 - Google Patents

선형 전동기 Download PDF

Info

Publication number
WO2011049298A2
WO2011049298A2 PCT/KR2010/006342 KR2010006342W WO2011049298A2 WO 2011049298 A2 WO2011049298 A2 WO 2011049298A2 KR 2010006342 W KR2010006342 W KR 2010006342W WO 2011049298 A2 WO2011049298 A2 WO 2011049298A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
permanent magnet
module
armature
modules
pole
Prior art date
Application number
PCT/KR2010/006342
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011049298A3 (ko
Inventor
김홍중
Original Assignee
주식회사 성진로얄모션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 성진로얄모션 filed Critical 주식회사 성진로얄모션
Publication of WO2011049298A2 publication Critical patent/WO2011049298A2/ko
Publication of WO2011049298A3 publication Critical patent/WO2011049298A3/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type

Definitions

  • the present invention relates to a linear motor that generates a linear motion.
  • a linear motor that is, a linear motor
  • a linear motor has a structure in which thrust is generated between a mover and a stator facing in a straight line shape.
  • Permanent magnet type linear motors have a fixed magnet on either the mover or the stator and send alternating polyphase power to the other side so that electromagnetic forces act between them to generate thrust in a certain direction.
  • the applicant of the present invention proposed a linear motor of a new structure through the application number 10-2009-0090806 on September 25, 2009, which offsets the strong magnetic attraction force between the pole of the armature core and the permanent magnet.
  • a cylindrical linear electric motor was proposed as the structure.
  • the secondary member which is a stator
  • the primary member which is a movable member
  • the stage 51 performs a linear motion in accordance with the guide of the guide rail 52 and the slide 53.
  • deflection may occur due to the load of the permanent magnet itself. do.
  • the cross-section of the secondary member is enlarged to have a structure that increases the cross-sectional secondary moment (the material exhibits the resistance to deformation when bending force is applied). Therefore, there is a limit in system configuration that satisfies a given condition.
  • the linear motor for long distance conveyance is mainly used for a planar linear motor that deploys a rotary motor and spreads it on a straight line. do.
  • the present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is to alleviate the problem of magnetic attraction force of the flat plate linear motor, and to solve the deflection caused by the load of the permanent magnet itself as a secondary member.
  • the present invention provides a linear motor capable of long-distance transfer.
  • Linear motor for achieving the above object, comprises a primary member including a plurality of armature module, a secondary member including a plurality of permanent magnet module and a support mechanism
  • Each armature module has two or more salient poles projecting from the arc-shaped magnetic body toward the secondary member, and coils in which currents of the same phase flow through each salient pole are wound, and each permanent magnet module includes salient poles included in each armature module.
  • the permanent magnets having the same number of poles are arranged, and have a predetermined phase difference such that thrust due to the traveling magnetic field is generated by using S armature modules arranged in the direction of travel and P permanent magnet modules that are multiples of 2 as one unit. Power is applied to each armature module and either one of the primary member or the secondary member is moved by the generated thrust with the mover. The other is that the stator is fixed to the support mechanism.
  • the coil may be wound such that neighboring poles in each armature module have different polarities.
  • each permanent magnet in each permanent magnet module may be arranged to be a different pole from the neighboring permanent magnets.
  • each permanent magnet in each permanent magnet module may be fixed to the magnetic surface or embedded within the magnetic body.
  • neighboring permanent magnet modules may be spaced at regular intervals or nonmagnetic materials may be installed therebetween.
  • the magnetic body of the armature module is advantageously at least linearly symmetrical structure
  • the magnetic body of the armature module is an arc shape, a polygonal arc shape consisting of a portion of a polygonal ring, a combination shape of different polygonal arcs, or at least one arc and at least one It can be any combination of polygonal arc shapes.
  • the salient pole of the armature module may be disposed on the magnetic body at least in line symmetry, the salient pole may be arranged in the point symmetry or in the vertical direction and the left and right direction symmetry.
  • the magnetic material of the armature module may be an arc shape of the shape surrounding the secondary member.
  • the secondary member may be assembled by fitting the permanent magnet module to at least one of the inner pipe and the outer pipe having a length in the advancing direction.
  • each permanent magnet in each permanent magnet module is different in polarity from neighboring permanent magnets in the travel direction.
  • the length of the primary member or the secondary member is longer than the length of one unit consisting of the S armature module and the P permanent magnet module.
  • S is determined as one of multiples of a constant that determines the predetermined phase difference
  • the constant may be an odd number of three or more.
  • the constant is 3 and the (S, P) may be any one of (3, 2), (3, 4), (9, 8), (9, 10).
  • the constant is 3 and S is 9, when three currents having a phase difference of 120 degrees are U, V, and W, respectively, nine consecutive armature modules are supplied with a current of UVWUVWUVW or a current of UuUVvVWwW. Can be supplied, where the lowercase letter is in reverse with the uppercase letter.
  • the magnetic material of the armature module may be formed in a stratified form.
  • the linear electric motor may further include a guide mechanism for moving the mover while each salient pole and each permanent magnet corresponding thereto maintain a constant gap.
  • the guide mechanism may consist of a guide rail and a roller or slide, the guide rail may be mounted to the stator or support mechanism and the roller or slide may be mounted to the mover.
  • the guide mechanism may be arranged at least linearly, at least one of the guide mechanism may be disposed between the salient pole and the salient pole.
  • each armature module may be formed on both ends of the arc of the magnetic body auxiliary auxiliary poles without sensing the coil, the auxiliary permanent magnet may be formed at a position corresponding to the auxiliary protrusion in each permanent magnet module.
  • the stator consists of a plurality of pieces, and each piece listed in the direction of travel of the mover may be secured to the support mechanism via a fastening tool.
  • Linear motor according to an embodiment of the present invention can solve the problem of the wear of the guide by the magnetic attraction force commonly generated in the flat plate linear motor, it is possible to obtain a large capacity thrust or a high feed speed with a small size, Since each element is modular, there is an advantage that it is easy to assemble and can be modified in various forms.
  • the linear motor according to the embodiment of the present invention has the advantage of solving the problem of sagging due to the load of the secondary member, and can be used for long distance transport.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of an armature module of an inner magnet type linear electric motor having a permanent magnet as the secondary member inside and an armature as the primary member outside,
  • Figure 2 shows an embodiment of a permanent magnet module of the inner magnet linear motor
  • FIG. 3 illustrates the principle of generating linear thrust by a combination of the armature module and the permanent magnet module of FIGS. 1 and 2;
  • Figure 6 shows a cross section of a linear motor according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 shows an embodiment of a transfer device in which a stage is mounted on a primary member consisting of an armature module U, an armature module V, an armature module W,
  • FIG. 8 illustrates an example of a method of connecting power to an armature module.
  • FIG. 11 illustrates embodiments in which the number of salient poles formed in the armature module is varied.
  • FIG. 12 illustrates an embodiment in which a guide mechanism for allowing the primary member to smoothly move in a travel direction is installed.
  • Figure 14 shows an embodiment in which the guide mechanism is installed in another form
  • FIG. 16 illustrates an embodiment in which the primary member is configured in a mold form
  • FIG. 17 illustrates an example in which a curved section electric motor is formed by arranging a curved section in a secondary member.
  • Figure 18 shows a simplified configuration of a servo system for driving a linear motor according to the present invention.
  • the linear motor according to the present invention except for the cross-sectional shape of the armature module and the permanent magnet module, the driving principle is almost the same as the driving principle of the linear motor described in the application number 10-2009-0090806, the first application number 10-2009 The structure and driving principle of the cylindrical linear motor described in -0090806 will be described.
  • the cylindrical linear electric motor described in Application No. 10-2009-0090806 may comprise a primary member, a secondary member and a support mechanism.
  • 1 and 2 show an armature and a permanent magnet of an inner magnet type linear electric motor having a permanent magnet as a secondary member inside and an armature as a primary member outside.
  • the primary member is composed of a plurality of armature modules 10 arranged in a line in the advancing direction, as shown in Figure 1, each armature module 10 in a radial direction to the ring-shaped magnetic core (1)
  • the coil 3 may be wound around four or more protrusions 2 protruding from each other.
  • the ring shape is not limited to the circular ring, and may be used as a rectangular ring, an octagonal ring, or the like, such as a rectangular shape, an octagonal shape, etc. forming a closed circuit.
  • the secondary member is composed of a plurality of permanent magnet modules 20 arranged at predetermined intervals in the advancing direction, and each permanent magnet module 20 includes a protrusion 2 wound around the coil 3.
  • the permanent magnets 4 can be formed in the circumferential direction with the same number of poles as the number of poles.
  • each armature module 10 a current is supplied to the coil 3 so that a traveling magnetic field is formed in each of the salient poles 2 on which the coils 3 are wound.
  • the coil 3 of the at least one armature module 10 includes a current having a phase difference from that of the other armature module 10 so that the thrust is generated by the suction force and the repulsive force between the corresponding permanent magnets 4. Can be supplied.
  • the support mechanism is connected to the stator using either the primary member or the secondary member as the stator and the rest as the mover so that the movable member maintains a constant gap between the pole 2 of the armature module 10 and the permanent magnet 4. Proceed relative to the stator.
  • the magnetic poles of neighboring poles 2 in the armature module 10 are different from each other so that magnetic flux of high density flows smoothly between the poles 2 of the armature module and the corresponding permanent magnets 4.
  • the polarity of the first salient pole and the third salient pole is the same in the clockwise direction from the predetermined reference position, and the second salient pole and the fourth salient pole are the same.
  • Each of the protrusions 2 may be wound by the coil 3 so that the poles have the same polarity.
  • the permanent magnet yoke and the second permanent magnet and the fourth permanent magnet to which the magnetic flux from the first or third salient pole corresponds
  • the cores can then reenter the first and third salient poles to form a flux closure loop.
  • the core 1 can be manufactured in an unstructured form, thereby reducing the production cost. In addition, mass production is possible with a more durable structure.
  • the core 1 manufactured in the laminated form is used to reduce the eddy current loss and hysteresis loss generated in the core 1. Can be reduced.
  • each permanent magnet module 20 has the same number as the salient poles 2 of the armature module 10, that is, four or more even number of permanent magnets 4 are arranged in the circumferential direction to form a ferromagnetic material. It is fixed to the yoke 5 and is arranged to be another pole between neighboring permanent magnets 3. At this time, each of the permanent magnets 3 enters the yoke 5 or passes through the corresponding permanent magnet 4 to which the magnetic flux from the salient pole 2 on which the coil 3 is wound corresponds.
  • the center direction that is, the radial direction, that is, magnetized in the outer circumference N pole / inner circumference S pole or the outer circumference S pole / inner circumference N pole. Since the direction of the permanent magnet magnetic field is formed in the circumferential center direction, and becomes perpendicular to the direction in which thrust is generated (moving direction of the actuator), the efficiency of the magnetic circuit is high.
  • Neighboring permanent magnet modules 20A and 20B are spaced apart at regular intervals or arranged with a non-magnetic spacer 6 interposed therebetween, so as to be a different pole between the two permanent magnets 4 positioned at corresponding positions in the circumferential direction. Is placed.
  • the permanent magnet module A 20A is formed with a permanent magnet 4 in the order of NSNS from a reference position in the circumferential direction, and the permanent magnet module adjacent to the permanent magnet module A 20A.
  • the permanent magnets 4 are formed in the B 20B in the SNSN order of opposite polarity. End stators 7 may be disposed at both ends of the secondary member.
  • FIG. 3 illustrates a principle in which thrust in a linear direction is generated by a combination of two or more armature modules 10 and two or more permanent magnet modules 20 described in FIGS. 1 and 2. Part of the cut section.
  • U, V, and W represent the poles 2 positioned at the same position with respect to the circumferential direction in the armature modules 10U, 10V, and 10W of FIG. 1, and S / N are the protrusions U, V.
  • FIG. Lists the permanent magnet (3) placed in the position opposite to W.
  • a single phase current may be supplied to a coil of each armature module 10, and three phase currents may be applied using one arm of three armature modules 10U, 10V, and 10W. . That is, in the three-phase case, a current having a phase difference of 120 degrees from a neighboring module is supplied to the coils of the armature modules 10U, 10V, and 10W.
  • the dolpoles U and W which have become S poles with smaller magnetic force than the N pole of the dolpole V, exert repulsive and suction forces on the permanent magnet S pole and the permanent magnet N pole, respectively, but cancel each other and do not affect the traveling direction.
  • the permanent magnet moves by 2/3 pole intervals, and this time, the pole pole W is positioned between the poles S and N of the permanent magnets.
  • a current of 120 degrees in phase is applied to the coil of each pole pole.
  • the alternating current of the peak value (P) flows to the wound coil in the (+) direction so that the protrusion W becomes the N pole, and the coil wound around the protrusions U and V has a peak value (P) / square root (2) magnitude in the (-) direction.
  • the alternating current flows through and U and V become S poles.
  • the N pole pole W moves the permanent magnet to the right by applying suction to the permanent magnet S pole and a repulsive force to the permanent magnet N pole.
  • the pole pole U which is smaller than the N pole of the pole pole W, becomes a S pole with a magnetic force smaller than the N pole.
  • V applies suction and repulsive force to the permanent magnet N pole and the permanent magnet S pole, respectively, but cancel each other out.
  • the permanent magnet moves to the right. That is, the three-phase current applied to each armature module generates a moving magnetic field in the salient poles U, V, and W, thereby generating a thrust moving to the right in the moving magnet.
  • the protrusions U, V, and W assume that the coils are wound in the same direction, but the coils may be wound in the opposite direction to the protrusions placed at the corresponding positions of the neighboring armature modules.
  • U and W can be wound in the same direction
  • V can be wound in the opposite direction to U and W.
  • power having a phase difference can be supplied to generate a thrust to move the permanent magnet in the same direction. have.
  • the thrust for moving the permanent magnets is increased in proportion to the sum of the surface areas of the protrusions and the permanent magnets, and in proportion to the number of armature modules 10 arranged in the traveling direction, and applied to the coil. It also has a proportional relationship with the magnitude of the current, the number of turns of the coil winding the pole, and the magnitude of the magnetic force of the permanent magnet.
  • the first example of FIG. 3 is an example of the basic combination of the armature module three phase and the permanent magnet two poles
  • the second example of FIG. 3 is an example of the armature module three phase and the permanent magnet four pole combination which is an extension of the first combination.
  • the principle of generating thrust is the same, and a combination of three-phase and eight-poles is also possible.
  • thrust occurs based on a combination of the number S of armature modules that are multiples of the motor constant and the number P of permanent magnet modules that are multiples of 2 (N pole and S pole), where the motor constant is a three-phase power source.
  • the motor constant is a three-phase power source.
  • driving an armature in case of driving with a three- or five-phase power source, it is generally set to an odd number of three or more, and the phase difference of the current applied to the coil of each armature module is determined by the motor constant.
  • Table 1 lists the combination of armature modules and permanent magnet modules for three-phase motors, where nine armature modules and eight or ten permanent magnet modules are advantageous in terms of efficiency or ripple.
  • the primary member or the plurality of armature modules composed of a plurality of armature modules
  • One of the secondary members of the permanent magnet module must be configured to be longer than the unit length to secure an effective distance capable of generating a thrust for moving the mover.
  • the length of the overlap between the primary member and the secondary member is longer than the unit length (the number of armature modules or the number of permanent magnet modules is P or more) to ensure the effective distance for generating thrust.
  • the thrust may increase in proportion to the overlap length.
  • the core 1 of the armature module 10 is circular, but a polygon of point symmetry or line symmetry is possible, for example, hexagonal, octagonal, or pentagonal, and the outer shape of the core 1 for a safe posture. It may be in the form of a square, a through hole may be formed in the corner of the rectangular core (1) in order to facilitate the coupling with the neighboring armature module (10).
  • the four slot type motor has four salient poles in the circumferential direction
  • eight thrust poles are formed. It can be transformed into slot type motor.
  • the number of protrusions is increased instead of raising the cross-sectional area of the poles, the amount of magnetic flux can be increased while maintaining the thickness of the core, which is advantageous for miniaturization of the motor or improvement of thrust.
  • FIG. 1 to 3 show an embodiment of the inner magnet type in which the primary member of the armature module is located outside the secondary member of the permanent magnet module, but FIG. 4 shows that the armature module has a permanent magnet module inside thereof. An embodiment of an outer permanent magnet linear motor located outside is illustrated.
  • the operation principle is the same as that of the inner magnet type, except that the salient pole is formed to protrude from the core in the radial direction (radiation) and the permanent magnet opposed to the salient pole is fixed inside the ring-shaped yoke.
  • FIG. 1 and 4 illustrate an embodiment in which three-phase current is applied to each armature module 10 of the primary member in the order of UVW, UVW, and UVW, but instead, three-phase current in the order of UuU, VvV, and WwW. It is also possible to apply, where the lower case means that the current in the opposite phase to the upper case is supplied.
  • the primary member is composed of independent armature modules (not ferromagnetic material, which is the same material as the core of the primary member), they are independent of each armature module if the same size of power is provided to each armature module. This flow causes less variation in thrust generated through each armature module, resulting in less ripple in thrust. Since the magnetic flux is distributed evenly through each salient pole without being biased to a specific salient pole, even though the cross-sectional area of the core of the armature module is small, many fluxes can flow.
  • the magnetic flux flows between the armature modules by independent magnetic circuits, there is no magnetic flux flowing in the same direction as the moving direction of the mover, so that the magnetic flux flows only in the direction perpendicular to the traveling direction, so that leakage is independent of thrust.
  • the magnetic flux is small and the motor efficiency can be improved.
  • the linear motor described in the application No. 10-2009-0090806 has a structure in which the armature module surrounds the permanent magnet module in a ring shape, and in the movable coil type motor, the secondary member of the permanent magnet is fixed only at both ends, so that high precision is achieved in a short section.
  • the transfer device that requires a long distance
  • the secondary member is applied to a long-distance transfer device, the deflection phenomenon may occur due to the load of the permanent magnet itself.
  • the cross section of the motor (progression direction) so that the secondary member can all be grounded in the traveling direction or supported on the floor at regular intervals.
  • FIG. 5 illustrates a linear motor according to an embodiment of the present invention.
  • the linear electric motor according to the present invention like the linear electric motors of FIGS. 1 to 3, includes a primary member composed of a plurality of armature modules arranged in a line in a travel direction, and a plurality of permanent magnet modules disposed at predetermined intervals in a travel direction. It may be configured to include a secondary member, and a support mechanism, the secondary member and the support mechanism may be combined into one.
  • the armature module according to the present invention unlike the armature module of FIG. 1 that forms a closed circuit in a ring shape, has an arc in which the circumferential section of the magnetic ring is omitted in the armature module of FIG. 1.
  • a plurality of protrusions protrude toward the permanent magnet module so as to be at least linearly symmetrical (centered on the BB ′ line) on the magnetic core having an arc shape or C shape, and coils are wound around each of the poles.
  • the arc may be an arc that is part of a circle, may be part of a non-circular polygonal closed loop, for example, a hexagonal, octagonal, or pentagonal ring, a combination of polygonal arcs or a polygonal arc. It is also possible to form a combination of and an arc, which is advantageously at least linearly symmetrical.
  • the placement of a plurality of salient poles symmetrically about the center of the permanent magnet module is advantageous to offset the magnetic suction forces generated between the salient poles and the permanent magnets. It is advantageous to arrange a plurality of salient poles so as to be linearly symmetrical with respect to the vertical direction).
  • the permanent magnet module has a shape in which the permanent magnets having the same number of poles as the number of the poles wound around the coil in the armature module are placed at positions facing the corresponding poles.
  • the secondary member composed of a plurality of permanent magnet modules may be fixed to the support mechanism (base) or to the support mechanism at regular intervals over the entire section in the advancing direction, and as shown in FIG. 5, the secondary member
  • the base serving as a support mechanism for fixing the can be fixed to the floor through a plurality of fixing bolts aligned in the advancing direction from side to side with respect to the secondary member.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a linear motor according to another embodiment of the present invention.
  • the armature module and the permanent magnet module of FIG. 5 are basic models in which coils are wound around all the poles.
  • the poles P1 or P4 are located farthest in the circumferential direction from the center of the C-shaped magnetic body. Since the magnetic flux flowing only toward the neighboring poles P2 or P3 close to the center of the C-shaped magnetic body is generated, that is, the closed loop of the magnetic flux is formed only in one direction at the pole pole P1 (or P4). Can't let this flow.
  • the auxiliary permanent poles P0 and P5 without coils are formed at both ends of the C-shaped magnetic body in the armature module, and the auxiliary permanent magnet at the position corresponding to the auxiliary protrusion in the permanent magnet module.
  • auxiliary salient pole type model so that the closed loop of magnetic flux can be formed in both directions even in the salient pole P1 or P4 which is located farthest in the circumferential direction from the center of the C-shaped magnetic body among the coiled salient poles. Can be.
  • the auxiliary permanent magnet of the permanent magnet module may be omitted.
  • a roller is formed on the primary member and a guide rail is formed on the secondary member so that the primary member can move in the advancing direction while maintaining a constant gap between the protrusion of the primary member and the corresponding permanent magnet of the secondary member.
  • Guide rail a plurality of rollers and guide rail pairs may be formed in a line symmetrical form around the BB 'line.
  • the rollers are formed between the salient poles in the armature module, and likewise the guide rails are formed between the permanent magnets in the permanent magnet module.
  • the armature module U, the armature module V, and the armature module W can be used as a transfer device by mounting a stage thereon.
  • FIG. 8 illustrates an example of a method of connecting power to an armature module.
  • the U-phase armature module is composed of a C-shaped magnetic body and a plurality of protrusions (four in FIG. 8) protrude in the direction toward the secondary member, and coils U1, U2, U3, U4 is wound up
  • the V phase armature module and the W phase armature module have the same structure as the U phase armature module.
  • connection method of the coil can be selected according to the design specification, such as series connection, parallel connection, serial and parallel connection.
  • the coils of the armature module may be wound so that neighboring poles may form different magnetic poles when currents of the same phase flow.
  • U2 and U4 may be wound counterclockwise.
  • neighboring salient poles may be connected so that different magnetic poles are formed.
  • FIG. 9 shows an example of a method of assembling a secondary member of a linear electric motor according to the present invention.
  • the permanently arranged permanent magnet module A and the permanent magnet module B have different poles between the two permanent magnets in corresponding positions, and a spacer is disposed between the permanent magnet modules so that neighboring permanent magnet modules maintain a constant distance. can do.
  • Permanent magnet modules and spacers can be embedded in the outer pipe or fitted into the inner pipe to simplify assembly and protect the permanent magnet.
  • only one of the inner pipe and the outer pipe may be used, or both.
  • the inner and outer pipes may be made of nonmagnetic material, or weak magnetic material may be used to reduce ripple.
  • the permanent magnet may be attached to the yoke surface of the magnetic material or embedded in the yoke. It is also possible to wear a permanent magnet protective cover to protect the permanent magnet attached to the yoke surface.
  • FIG. 11 illustrates embodiments in which the number of salient poles formed in the armature module is varied.
  • the salient poles are arranged in the point-symmetrical form in the ring-shaped armature module so that the magnetic attraction force generated between the salient poles and the permanent magnets is cancelled. Therefore, four or more even salient poles should be formed in the armature module.
  • a C-shaped armature module having at least linear symmetry is employed to prevent sagging while lengthening a secondary member composed of a plurality of permanent magnet modules.
  • the salient poles can be arranged to achieve symmetrical line symmetry in a state where the C-shaped armature module faces the open portion of the C-shaped downwards, and as shown in FIG. 11, the number of salient poles is 2; It is also possible to arrange more than one or an odd number.
  • the remaining even number of salient poles may be arranged to be vertically symmetrical and left-right linearly symmetrical to the extent possible.
  • the remaining number of even salient poles except for one salient pole is disposed symmetrically so that the left and right components of the magnetic suction force cancel each other (the one salient pole is as in FIG. Likewise, it is disposed at a position where magnetic suction force of the left and right components does not occur), and the vertical direction component of the magnetic suction force generated by the even number of salient poles (exactly between the salient poles and the corresponding permanent magnets) except for one salient pole
  • the magnetic suction force having only the vertical component generated in the one salient pole may be disposed at a position such that the magnetic suction force can be canceled as much as possible.
  • the position of the salient poles, the number of windings wound around the salient poles, and the strength of the permanent magnets corresponding to the salient poles may be adjusted so that the magnetic suction force generated between the salient poles and the corresponding permanent magnets cancel each other. have.
  • FIG. 12 illustrates an embodiment in which a guide mechanism for allowing a primary member, which is a mover, to move smoothly in a moving direction is installed.
  • a guide mechanism composed of a roller and a guide rail is illustrated.
  • the guide mechanism can be a guide rail and a roller, a guide rail and a slide.
  • the C-shaped magnetic body of the armature module extends to the vicinity of the base supporting the primary member even after the protrusion furthest from the center of the C-shape, and the rollers constituting the guide mechanism are mounted at the extended end thereof.
  • the guide rail is arrange
  • the roller is arrange
  • the spacer When the spacer is inserted to maintain a predetermined distance from the neighboring armature module, the spacer may have a cross-sectional shape similar to that of the armature module, and the roller may be mounted at the same position as the armature module for smooth movement of the primary member.
  • the rollers may be mounted only on the spacers between the armature modules without the rollers mounted on the armature module.
  • FIG 13 shows an embodiment in which the guide mechanism is installed in another form.
  • rollers are mounted at the center and the end of the C-shaped magnetic body, respectively, the guide rails corresponding to the rollers in the center are mounted on the secondary member, and the guide rails corresponding to the rollers or the slides at the ends fix the secondary members. Is mounted on the base.
  • the magnetic body forming the armature module can be extended to support the rollers or slides even after the salient pole farthest from the center of the C shape, and the armature module is placed after the salient pole farthest from the center of the C shape. It is also possible to extend the magnetic material and other materials to support the rollers or slides.
  • Fig. 14 shows an embodiment in which the guide mechanism is provided in another form, and is an embodiment in which the guide mechanism is mounted on the inside and the outside of the C-shaped magnetic body, respectively.
  • the roller and the guide rail are mounted on the inside of the C-shaped magnetic body, and the slide and the guide rail are mounted on the outside, and the outer guide rail is mounted on the base fixing the secondary member.
  • the rollers (or slides) are attached to the primary member which is the mover, and the guide rails are the secondary members or 2 which are the stators. It may be attached to a support mechanism for fixing the vehicle member.
  • the guide mechanism it is advantageous to arrange the guide mechanism so as to be linearly symmetrical when viewed from a cross section perpendicular to the advancing direction of the electric motor.
  • FIG. 15 illustrates an embodiment in which a secondary member consisting of a plurality of pieces is fixed to a base.
  • the pieces forming the secondary member are arranged in a traveling direction and each piece is fixed to a base using a fastening tool such as a fixing bolt.
  • a fastening tool such as a fixing bolt.
  • the fixing bolt may be fixed to the permanent magnet module or to a spacer disposed between the permanent magnet modules rather than the permanent magnet module.
  • FIG. 16 illustrates an embodiment in which the primary member is formed in a mold.
  • the primary member consists of an armature module U, an armature module V, and an armature module W
  • a spacer having a hole is arranged to maintain a constant distance between each armature module, and the magnetic core of each armature module.
  • the armature modules U, V, W, and spacers may be assembled through a through bolt in a predetermined number of holes, and then molded using a nonmagnetic material to form a mold primary member. Therefore, the magnetic material and the coil of the armature module can be prevented from being exposed to the outside.
  • FIG. 17 illustrates an example in which a curved drive type electric motor is configured by arranging a curved section on a secondary member.
  • the track for the mover (primary member) of the motor can be formed in various shapes such as circular or elliptical, and two or more primary members can be placed on the track to It can also be used as a mover driven type.
  • 5 to 17 illustrate embodiments in which the secondary member is fixed to the support mechanism and the primary member is movable, but the present invention is not so limited, and the primary member is fixed to the support mechanism and the secondary member is Embodiments of becoming a mover are also possible.
  • the cross section of the electric motor has been described for the embodiment of the shape (inner magnet type) in which the armature module wraps the permanent magnet module, the present invention is limited thereto. 4, an embodiment in which the cross section of the electric motor has a shape (outer magnet type) in which the permanent magnet module surrounds the armature module is possible.
  • the secondary member may be fixed to the support mechanism so that the primary member is a mover, or the primary member may be fixed to the support mechanism and the secondary member may be a mover.
  • Figure 18 shows a simplified configuration of a servo system for driving a linear motor according to the present invention. Other elements except for the linear motor in FIG. 18 may be used as they are applied to the conventional linear motor.
  • the servo system includes a drive amplifier for generating a current to be applied to the motor, a current sensor for detecting a current applied to the motor from the drive amplifier, a linear sensor for detecting a position or moving speed of the linear motor mover, a current sensor and / or a linear sensor. It may be configured to include a controller for controlling the driving amplifier according to the control command based on the signal detected by the.
  • the driving amplifier may include a converter for converting an AC power into a direct current and an inverter for generating a current required to drive a motor.
  • the inverter generates a power source suitable for the driving method of the linear motor according to the present invention, for example, two-phase alternating current, three-phase alternating current, two-phase rectified current, three-phase rectified current, and the like to be applied to the armature module of the linear motor.
  • a power source suitable for the driving method of the linear motor according to the present invention, for example, two-phase alternating current, three-phase alternating current, two-phase rectified current, three-phase rectified current, and the like to be applied to the armature module of the linear motor.
  • the amplitude of the current, frequency, etc. can be changed to adjust the position of the mover, the speed, the magnitude of the thrust for moving the mover, and the like.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 선형 전동기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 선형 전동기는 복수의 전기자 모듈을 포함하는 1차 부재, 복수의 영구 자석 모듈을 포함하는 2차 부재 및 지지 기구를 포함하여 구성되고, 각 전기자 모듈은 호 형상의 자성체로부터 2개 이상의 돌극이 상기 2차 부재를 향한 방향으로 돌출하고 각 돌극에 같은 위상의 전류가 흐르는 코일이 감기고, 각 영구 자석 모듈에는 각 전기자 모듈에 포함된 돌극의 개수와 동일한 극수의 영구 자석이 배치되고, 진행 방향으로 배치된 S개의 전기자 모듈과 2의 배수인 P개의 영구 자석 모듈을 한 단위로 하여 진행 자계에 의한 추력이 생성되도록 소정의 위상 차를 갖는 전원이 각 전기자 모듈에 인가되고, 상기 1차 부재 또는 상기 2차 부재 중 어느 하나가 가동자로 상기 생성되는 추력에 의해 이동하도록 다른 하나인 고정자가 상기 지지 기구에 고정될 수 있다. 따라서, 자기 흡인력에 의해 발생하는 문제를 해결하고, 조립이 용이하고 효율이 높고, 장거리 이송이 가능한 전동기를 제공할 수 있다.

Description

선형 전동기
본 발명은 직선 운동을 발생시키는 선형 전동기에 관한 것이다.
일반적으로 선형 전동기, 즉 리니어 모터는 직선 모양으로 면하는 가동자 및 고정자 사이에 추력(推力)을 발생하는 구조로 되어 있다. 영구 자석형 리니어 모터는 가동자 및 고정자 중 어느 한 쪽에 고정 자석을 놓고 나머지 한 쪽에 교번하는 다상 전력을 보내 양자 사이에 전자력이 작용하여 일정 방향으로 추력이 발생하도록 한다.
종래의 리니어 모터는, 회전 모터를 전개하여 직선상에 펼쳐 배치한 구조로 인하여, 전기자 코어의 돌극과 영구 자석간에는 강력한 자기 흡인력이 발생하여 시스템의 정밀도가 떨어지게 되는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 출원인은 2009년 9월 25일 출원 번호 10-2009-0090806을 통해 새로운 구조의 선형 전동기를 제시하였는데, 전기자 코어의 돌극과 영구 자석 사이의 강력한 자기 흡인력을 상쇄하는 구조로서 원통형 선형 전동기를 제안하였다.
출원 번호 10-2009-0090806의 원통형 선형 전동기에서 가동 코일형의 경우, 고정자인 2차 부재(영구 자석 부분)는 2개의 고정 스탠드(54)에 의해 양쪽에서 고정되고, 가동자인 1차 부재는 가동 스테이지(51)에 연결되어 가이드 레일(52)과 슬라이드(53)의 안내에 따라 직선 운동을 한다. 하지만, 장거리 이송용 선형 전동기를 구성할 때에는, 길다란 2차 부재(영구 자석 부분)의 양쪽만 고정하는 구조이기 때문에, 영구 자석 자체의 하중으로 인하여 처짐이 발생할 수 밖에 없고, 이에 관한 대책을 강구해야 한다.
일반적으로 단면 2차 모멘트(굽힘의 힘이 작용하였을 때 소재가 변형에 저항하는 성질을 나타내는 것)를 크게 하는 구조를 갖추기 위해서 2차 부재의 단면을 크게 하지만, 상대적으로 선형 전동기의 외형이 커지게 되므로 주어진 조건을 만족시키는 시스템 구성상 한계가 있다.
장거리 이송용 선형 전동기는, 2차 부재의 일부 단면을 길이 방향의 전부에 걸쳐서 접지하거나 또는 일정한 간격으로 지지하는 구조를 갖추기 위해서, 회전 모터를 전개하여 직선상에 펼쳐 배치하는 평면형 선형 전동기가 주로 쓰이게 된다.
하지만, 평면형 선형 전동기는, 구조상 전기자 코어의 돌극과 영구 자석간에는 강력한 자기 흡인력이 발생하여 시스템의 정밀도가 떨어지고, 일정한 공극을 유지하는 지지 기구의 마모가 심하게 되는 문제가 발생할 수 밖에 없다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은, 평판형 리니어 모터의 자기 흡인력 문제를 완화하고, 2차 부재인 영구 자석 자체의 하중으로 인한 처짐을 해결하여, 장거리 이송이 가능한 선형 전동기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기는, 복수의 전기자 모듈을 포함하는 1차 부재, 복수의 영구 자석 모듈을 포함하는 2차 부재 및 지지 기구를 포함하여 구성되고, 각 전기자 모듈은 호 형상의 자성체로부터 2개 이상의 돌극이 상기 2차 부재를 향한 방향으로 돌출하고 각 돌극에 같은 위상의 전류가 흐르는 코일이 감기고, 각 영구 자석 모듈에는 각 전기자 모듈에 포함된 돌극의 개수와 동일한 극수의 영구 자석이 배치되고, 진행 방향으로 배치된 S개의 전기자 모듈과 2의 배수인 P개의 영구 자석 모듈을 한 단위로 하여 진행 자계에 의한 추력이 생성되도록 소정의 위상 차를 갖는 전원이 각 전기자 모듈에 인가되고, 상기 1차 부재 또는 상기 2차 부재 중 어느 하나가 가동자로 상기 생성되는 추력에 의해 이동하도록 다른 하나인 고정자가 상기 지지 기구에 고정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 각 전기자 모듈에서 이웃하는 돌극의 극성이 서로 다르도록 코일이 감길 수 있다.
일 실시예에서, 각 영구 자석 모듈에서 각 영구 자석은 이웃하는 영구 자석과 서로 다른 극이 되도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 각 영구 자석 모듈에서 각 영구 자석은 자성체 표면에 고정되거나 자성체 내부에 매립될 수 있다.
일 실시예에서, 이웃하는 영구 자석 모듈은 일정한 간격으로 이격되거나 비자성체가 그 사이에 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전기자 모듈의 자성체는 적어도 선대칭 구조가 유리한데, 상기 전기자 모듈의 자성체는 원호 형상, 다각형 링의 일부로 이루어지는 다각형 호 형상, 서로 다른 다각형 호의 조합 형상, 또는 상기 원호와 적어도 하나 이상의 다각형 호의 조합 형상 중 어느 하나가 될 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 전기자 모듈의 돌극은 적어도 선대칭으로 상기 자성체에 배치될 수 있는데, 상기 돌극은 점대칭 또는 상하 방향과 좌우 방향 선대칭으로 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전기자 모듈의 자성체는 상기 2차 부재를 감싸는 형태의 호 형상일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 2차 부재는 상기 영구 자석 모듈을 진행 방향으로 길이가 형성되는 내측 파이프와 외측 파이프 중 적어도 하나 이상에 끼워 조립될 수 있다.
일 실시예에서, 각 영구 자석 모듈 내의 각 영구 자석은 진행 방향으로 이웃하는 영구 자석과 극성이 다르다.
일 실시예에서, 상기 1차 부재 또는 상기 2차 부재의 길이는 상기 S개의 전기자 모듈과 P개의 영구 자석 모듈로 이루어지는 한 단위의 길이보다 길게 된다.
상기 실시예에서, 상기 S는 상기 소정의 위상 차를 결정하는 상수의 배수 중 하나로 결정되고, 상기 상수는 3 이상의 홀수일 수 있다. 또한, 상기 상수는 3이고 상기 (S, P)는 (3, 2), (3, 4), (9, 8), (9, 10) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 상수가 3이고 상기 S가 9인 경우, 120도의 위상 차를 갖는 3개의 전류를 각각 U, V, W라 할 때, 연속되는 9개의 전기자 모듈에는 UVWUVWUVW의 전류가 공급되거나 UuUVvVWwW의 전류가 공급될 수 있는데, 여기서 소문자는 대문자와 위상이 반대이다.
일 실시예에서, 상기 전기자 모듈의 자성체는 성층되는 형태로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 선형 전동기는, 각 돌극과 이에 대응되는 각 영구 자석이 일정한 공극을 유지한 상태로 상기 가동자가 이동하도록 하는 안내 기구를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 안내 기구는 가이드 레일과 롤러 또는 슬라이드로 구성될 수 있고, 상기 가이드 레일은 상기 고정자 또는 지지 기구에 장착되고 상기 롤러 또는 슬라이드는 상기 가동자에 장착될 수 있다. 또한, 상기 안내 기구는 적어도 선대칭으로 배치될 수 있고, 상기 안내 기구 중 적어도 하나 이상은 돌극과 돌극 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 각 전기자 모듈에서 상기 자성체의 호 양쪽 말단에 코일을 감지 않은 보조 돌극이 형성될 수 있고, 각 영구 자석 모듈에서 상기 보조 돌극에 대응되는 위치에 보조 영구 자석이 형성될 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 고정자는 복수 개의 단편으로 구성되고, 가동자의 진행 방향으로 나열되는 각 단편은 체결 도구를 통해 상기 지지 기구에 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 선형 전동기는, 평판형 리니어 모터에서 흔히 발생하는 자기 흡인력에 의해 가이드가 마모되는 문제를 해결할 수 있고, 작은 크기로 큰 용량의 추력 또는 빠른 이송 속도를 얻을 수 있고, 또한 각 요소가 모듈화되어 있기 때문에 조립이 용이하고, 여러 형태로 변형이 가능하게 되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 선형 전동기는, 2차 부재의 하중으로 인한 처짐 문제를 해결하고, 장거리 이송에도 사용 가능하게 되는 장점이 있다.
도 1은 2차 부재인 영구 자석이 내부에 있고 1차 부재인 전기자가 바깥에 있는 이너 자석형 선형 전동기의 전기자 모듈의 일 실시예를 도시한 것이고,
도 2는 이너 자석형 선형 전동기의 영구 자석 모듈의 일 실시예를 도시한 것이고,
도 3은 도 1과 도 2의 전기자 모듈과 영구 자석 모듈의 조합에 의해 직선 방향의 추력이 발생하는 원리를 도시한 것이고,
도 4는 아우터 자석형 선형 전동기를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 전동기의 단면을 도시한 것이고,
도 7은 전기자 모듈 U, 전기자 모듈 V, 전기자 모듈 W으로 구성된 1차 부재 위에 스테이지를 탑재한 이송 장치에 대한 실시예를 도시한 것이고,
도 8은 전기자 모듈에 인가되는 전원의 연결 방법에 대한 예를 도시한 것이고,
도 9는 선형 전동기의 2차 부재를 조립하는 방법에 대한 예를 도시한 것이고,
도 10은 선형 전동기의 영구 자석의 다른 실시예를 도시한 것이고,
도 11은 전기자 모듈에 형성된 돌극의 수를 달리하는 실시예들을 도시한 것이다.
도 12는 1차 부재가 진행 방향으로 원활히 이동할 수 있도록 하는 안내 기구가 설치된 일 실시예를 도시한 것이고,
도 13은 안내 기구가 다른 형태로 설치된 실시예를 도시한 것이고,
도 14는 안내 기구가 또 다른 형태로 설치된 실시예를 도시한 것이고,
도 15는 복수 개의 단편으로 이루어지는 2차 부재를 베이스에 고정하는 실시예를 도시한 것이고,
도 16은 1차 부재를 몰드형으로 구성하는 실시예를 도시한 것이고,
도 17은 2차 부재에 곡선 구간을 배치하여 곡선 구동형 전동기를 구성한 실시예이고,
도 18은 본 발명에 따른 선형 전동기를 구동하는 서보 시스템에 대한 간략한 구성을 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 선형 전동기에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 선형 전동기는, 전기자 모듈과 영구 자석 모듈의 단면 모양을 제외하고는, 구동 원리가 출원 번호 10-2009-0090806에 기재된 선형 전동기의 구동 원리와 거의 동일하므로, 먼저 출원 번호 10-2009-0090806에 기재된 원통형 선형 전동기의 구조와 구동 원리에 대해서 설명한다.
출원 번호 10-2009-0090806에 기재된 원통형 선형 전동기는 1차 부재, 2차 부재 및 지지 기구를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1과 도 2는 2차 부재인 영구 자석이 내부에 있고 1차 부재인 전기자가 바깥에 있는 이너(Inner) 자석형 선형 전동기의 전기자와 영구 자석을 각각 도시한 것이다.
1차 부재는, 도 1에 도시한 바와 같이, 진행 방향으로 일렬로 배치되는 다수의 전기자 모듈(10)으로 구성되는데, 각 전기자 모듈(10)은 링 형상의 자성체 코어(1)에 반경 방향으로 돌출되는 4개 이상의 돌극(2)에 코일(3)이 감긴 형태가 될 수 있다. 여기서, 링 형상은 원형 링에 한정되지 않고 폐 회로를 이루는 사각형 모양, 팔각형 모양 등의 사각 링, 팔각 링 등으로 사용이 가능하다.
2차 부재는, 도 2에 도시한 바와 같이, 진행 방향으로 소정 간격으로 배치된 다수의 영구 자석 모듈(20)으로 구성되는데, 각 영구 자석 모듈(20)은 코일(3)이 감긴 돌극(2)의 개수와 동일한 극수로 원주 방향으로 영구 자석(4)이 형성될 수 있다.
각 전기자 모듈(10)에서 코일(3)이 감긴 각 돌극(2)에 진행 자계가 형성되도록 코일(3)에 전류가 공급되는데, 코일(3)이 감긴 돌극(2) 끝에 형성되는 전자극 및 이에 대응되는 영구 자석(4) 사이에 흡인력과 반발력에 의해 진행 추력이 발생하도록 적어도 하나의 전기자 모듈(10)의 코일(3)에는 다른 전기자 모듈(10)의 코일과는 위상 차를 갖는 전류가 공급될 수 있다.
지지 기구는 1차 부재와 2차 부재 중 어느 하나를 고정자로 나머지를 가동자로 하여 고정자에 연결되어 전기자 모듈(10)의 돌극(2)과 영구 자석(4) 사이에 일정한 공극을 유지하면서 가동자가 고정자와 상대적으로 진행하도록 한다.
각 전기자 모듈(10) 내에서 이웃하는 돌극(2)의 전자석 극성이 서로 다르게 되도록 하여 전기자 모듈의 돌극(2)과 이에 대응되는 영구 자석(4) 사이에 높은 밀도의 자속이 원활하게 흐르도록 하는데, 예를 들어 4개의 돌극(2)이 형성된 경우 코일(3)에 같은 위상의 전류를 흘릴 때 소정의 기준 위치로부터 시계 방향으로 첫 번째 돌극과 세 번째 돌극의 극성이 같고 두 번째 돌극과 네 번째 돌극의 극성이 같도록 각 돌극(2)을 코일(3)로 감을 수 있다.
예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 첫 번째 돌극 또는 세 번째 돌극에서 나온 자속이 대응되는 첫 번째 영구 자석 또는 세 번째 영구 자석, 영구 자석 요크 및 두 번째 영구 자석과 네 번째 영구 자석을 거쳐, 두 번째 돌극과 네 번째 돌극으로 들어온 후, 코어를 거쳐 다시 첫 번째 돌극과 세 번째 돌극으로 다시 들어와서, 자속 폐 루프가 형성되도록 할 수 있다. 또한, 각 전기자 모듈(10)마다 각 돌극(2)에 대해서 권선 방향을 바꿔 가면서 같은 위상의 전류가 흐르는 코일(3)로 감아서 전기자 모듈(10)의 조립 효율을 향상시킬 수 있다.
선형 전동기가 가동자의 진행 속도가 빠르지 않는 곳에 적용되는 경우, 코일(3)에 인가되는 전원의 주파수가 높지 않기 때문에, 코어(1)가 성층되지 않은 형태로 제조될 수 있고, 이에 따라 생산비가 절감되고 보다 내구성이 높은 구조로 양산이 가능하게 된다. 반면에, 선형 전동기에 빠른 이송 속도가 요구되는 경우에는, 인가되는 전원의 주파수가 높기 때문에, 성층된 형태로 제조된 코어(1)가 사용되어 코어(1)에서 발생하는 와전류 손실과 히스테리시스 손실을 줄일 수 있게 된다.
각 영구 자석 모듈(20)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 전기자 모듈(10)의 돌극(2)과 같은 개수, 즉 4개 이상 짝수 개의 영구 자석(4)이 원주 방향으로 배치되어 강자성체인 요크(5)에 고정되는데, 이웃하는 영구 자석(3) 사이에는 다른 극이 되도록 배치된다. 이때, 각 영구 자석(3)은, 코일(3)이 감긴 돌극(2)에서 나온 자속이 대응되는 해당 영구 자석(4)을 거쳐 요크(5)로 들어가거나 영구 자석(4)으로부터 나온 자속이 대응하는 돌극(2)으로 들어갈 수 있도록, 중심 방향, 즉 래디얼 방향으로 자화되는데, 즉 외주 N극/내주 S극 또는 외주 S극/내주 N극으로 자화된다. 영구 자석 자계 방향이 원주 중심 방향으로 형성되어 추력이 발생하는 방향(가동자의 진행 방향)과 직각이 되므로 자기 회로의 효율이 높게 된다.
이웃하는 영구 자석 모듈(20A, 20B)은, 일정한 간격으로 이격되거나 비자성체의 스페이서(6)가 사이에 설치되고, 원주 방향으로 대응되는 위치에 놓인 두 영구 자석(4) 사이에 다른 극이 되도록 배치된다. 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 영구 자석 모듈 A(20A)에는 원주 방향의 기준 위치로부터 N-S-N-S 순서로 영구 자석(4)이 형성되고, 영구 자석 모듈 A(20A)에 이웃하는 영구 자석 모듈 B(20B)에는 반대의 극성인 S-N-S-N 순서로 영구 자석(4)이 형성된다. 2차 부재의 양끝에는 단부 고정자(7)가 배치될 수 있다.
도 3은, 도 1과 도 2에 설명한, 2 이상의 전기자 모듈(10)과 2 이상의 영구 자석 모듈(20)의 조합에 의해 직선 방향의 추력이 발생하는 원리를 도시하고 있는데, A-A'으로 자른 단면의 일부이다.
도 3에서, U, V, W는 도 1의 전기자 모듈 10U, 10V, 10W에서 원주 방향을 기준으로 동일 위치에 놓인 돌극(2)을 진행 방향으로 나열한 것이고, S/N은 상기 돌극 U, V, W에 대치되는 위치에 놓인 영구 자석(3)을 나열한 것이다.
도 1에 대해서 설명한 바와 같이, 각 전기자 모듈(10)의 코일에 단일 위상의 전류를 공급하되, 3개의 전기자 모듈(10U, 10V, 10W)을 하나의 세트로 하여 3상의 전류를 인가할 수 있다. 즉, 3상인 경우 이웃하는 모듈과는 120도의 위상 차이가 나는 전류를 각 전기자 모듈(10U, 10V, 10W)의 코일에 공급한다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 진행 방향으로 번갈아 배치된 영구 자석 S 또는 N의 극 간격을 t(1/2 주기 180도)로 할 때, 3개의 전기자 모듈(10U, 10V, 10W)이 2/3t(120도)에 해당하는 간격으로 배치되어 있다.
영구 자석 S극과 N극 사이에 위치하는 돌극 V를 감은 코일에 (+) 방향으로 피크 값(P)의 교류 전류를 흘려 돌극 V가 N극이 될 때, 돌극 U와 W를 감은 코일에는 (-) 방향으로 피크 값(P)/제곱근(2) 크기의 교류 전류를 흘려 돌극 U와 W가 S극이 되므로, N극인 돌극 V가 영구 자석 S극에는 흡인력을 영구 자석 N극에는 반발력을 작용하여 영구 자석을 오른쪽으로 이동시킨다. 돌극 V의 N극보다는 작은 크기의 자력으로 S극이 된 돌극 U와 W는 각각 영구 자석 S극과 영구 자석 N극에 반발력과 흡인력을 작용하지만 서로 상쇄되어 진행 방향으로 영향을 미치지 않게 된다.
영구 자석이 2/3 극 간격만큼 이동하여 이번에는 돌극 W가 영구 자석 S극과 N극 사이에 위치하게 되고, 이 순간에는 각 돌극의 코일에 위상이 120도 진행한 전류를 흘리고, 돌극 W를 감은 코일에 (+) 방향으로 피크 값(P)의 교류 전류가 흘러 돌극 W가 N극이 되고, 돌극 U와 V를 감은 코일에는 (-) 방향으로 피크 값(P)/제곱근(2) 크기의 교류 전류가 흘러 돌극 U와 V가 S극이 된다. N극이 된 돌극 W가 영구 자석 S극에는 흡인력을 영구 자석 N극에는 반발력을 작용하여 영구 자석을 오른쪽으로 이동시키는데, 마찬가지로 돌극 W의 N극보다는 작은 크기의 자력으로 S극이 된 돌극 U와 V는 각각 영구 자석 N극과 영구 자석 S극에 흡인력과 반발력을 작용하지만 서로 상쇄된다.
이와 같은 과정을 반복하여 영구 자석은 오른쪽으로 이동하게 된다. 즉, 각 전기자 모듈에 인가되는 3상의 전류가 돌극 U, V, W에 이동 자계를 발생시키고 이에 따라 이동 자석에는 오른쪽으로 이동하는 추력이 발생한다.
돌극 U, V, W는 코일이 같은 방향으로 감긴 것으로 가정하고 있는데, 이웃하는 전기자 모듈의 대응되는 위치에 놓인 돌극에 반대 방향으로 코일이 감길 수도 있다. 즉, U와 W는 같은 방향으로 코일이 감기고 V는 U, W와 반대 방향으로 코일이 감길 수 있는데, 이 경우에도 영구 자석을 같은 방향으로 이동시키는 추력을 발생하도록 위상 차를 갖는 전원을 공급할 수 있다.
이상적인 모델인 경우, 영구 자석을 이동시키는 추력은, 돌극과 영구 자석이 접하는 표면적의 합에 비례하고, 또한 진행 방향으로 배치되는 전기자 모듈(10)의 개수에도 비례하여 커지게 되고, 코일에 인가되는 전류의 크기, 돌극을 감는 코일의 권선 수, 영구 자석의 자력 크기 등에도 비례 관계를 갖는다.
도 3의 첫 번째 예는 전기자 모듈 3상과 영구 자석 2극의 기본 조합에 대한 예이고, 도 3의 두 번째 예는 첫 번째 조합의 확장인 전기자 모듈 3상과 영구 자석 4극 조합에 대한 예로 추력이 발생하는 원리는 동일하고, 3상 8극 등의 조합도 가능하다.
일반화하면, 모터 상수의 배수가 되는 전기자 모듈의 수 S와 2(N극과 S극)의 배수인 영구 자석 모듈의 수 P의 조합을 기본으로 추력이 발생하는데, 여기서 모터 상수는 3상 전원으로 전기자를 구동하는 경우 3, 5상 전원으로 구동하는 경우 5로서, 3 이상의 홀수로 하는 것이 일반적이고, 모터 상수에 의해 각 전기자 모듈의 코일에 인가되는 전류의 위상 차이가 결정된다.
이때, S와 P의 최소 공배수가 커질수록 추력의 리플(ripple)이 줄게 된다. 또한, S와 P의 비를 권선 계수라 하는데 1에 가까울수록 자기 회로의 대칭 효율이 높아서 유리하다. 표 1에 3상 모터의 경우 전기자 모듈과 영구 자석 모듈의 조합 관계가 나열되어 있는데, 9개의 전기자 모듈과 8개 또는 10개의 영구 자석 모듈의 조합이 효율이나 리플 관점에서 유리하다.
표 1
전기자 모듈 개수 영구 자석 모듈 개수
3 2 4
6 4 8
9 6 8 10 12
12 8 10 14 16
물론, S개의 전기자 모듈과 P개의 영구 자석 모듈이 공극을 통해 대치하는 부분의 길이(이동 방향으로의 길이)를 모터의 단위 길이라고 할 때, 다수의 전기자 모듈로 구성되는 1차 부재 또는 다수의 영구 자석 모듈로 구성되는 2차 부재 중 어느 한쪽은 단위 길이보다는 길게 구성해야 가동자를 이동시키는 추력을 발생시킬 수 있는 유효 거리를 확보할 수 있게 된다. 즉, 1차 부재와 2차 부재가 겹치는 길이를 단위 길이보다 길게(전기자 모듈의 개수를 S개 이상 또는 영구 자석 모듈의 개수를 P개 이상) 구성해야 추력 발생을 위한 유효 거리를 확보하게 되고, 겹치는 길이에 비례하여 추력이 증가할 수 있다.
또한, 2상의 전원으로 전동기를 구동시킬 수도 있는데, 이 경우 각 전기자 모듈을 영구 자석의 극 간격의 절반(t/2)만큼 이격시킨 상태에서 90도 위상 차이가 나는 2상의 전류를 2개의 전기자 모듈에 흘리는 경우에도, 영구 자석을 한쪽으로 이동시키는 추력을 발생시킬 수 있다.
도 1과 도 2에 도시된 선형 전동기의 단면은 각 요소가 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 각 전기자와 영구 자석에 의해 생기는 자기 흡인력이 상쇄되고, 가동자의 직선 운동을 안내하는 가이드에 외력을 발생시키지 않아 가이드의 수명을 연장할 수 있게 된다.
도 1에서 전기자 모듈(10)의 코어(1)가 원형이지만 점대칭 또는 선대칭 형태의 다각형, 예를 들어 6각형, 8각형, 10각형 등이 가능하고, 안전한 자세를 위하여 코어(1)의 외곽 모양을 사각 형태로 할 수 있고, 이웃 전기자 모듈(10)과의 결합을 쉽게 하기 위하여 사각형 코어(1)의 귀퉁이에 관통 구멍을 형성할 수도 있다.
또한, 도 1 내지 도 3의 실시예에서는 원주 방향으로 4개의 돌극이 형성된 4 슬롯형 전동기이지만, 고용량, 고속 등과 같이 많은 자속이 필요하여 전동기의 단면적을 키워야 할 경우, 8개의 돌극을 형성하여 8 슬롯형 전동기로 변형이 가능하다. 전기자 모듈에 흐르는 자속의 양을 올리기 위해 돌극의 단면적을 키우면 이에 비례하여 자속이 흐를 코어도 반경 방향으로 커지게 되어 모터의 단면적이 커지게 된다. 이 경우, 돌극의 단면적을 올리는 대신 돌극의 개수를 늘리면 코어의 두께를 그대로 유지하면서 자속의 양을 올릴 수 있어서, 모터의 소형화 또는 추력의 향상에 유리하다.
도 1 내지 도 3은 전기자 모듈의 1차 부재가 외부에 영구 자석 모듈의 2차 부재가 내부에 위치하는 이너 자석형에 대한 실시예를 제시했지만, 도 4는 전기자 모듈이 내부에 영구 자석 모듈이 외부에 위치하는 아우터(Outer) 영구 자석형 선형 전동기에 대한 실시예를 도시한 것이다.
돌극이 코어로부터 외주를 향한 반경(방사) 방향으로 돌출하여 형성되고 돌극에 대치되는 영구 자석이 링 모양의 요크의 안쪽에 고정되는 점을 제외하고는, 이너 자석형과 동작 원리는 같다.
도 1과 도 4에는 1차 부재의 각 전기자 모듈(10)에 진행 방향으로 UVW, UVW, UVW 순서로 3상 전류가 인가되는 실시예가 도시되어 있지만, 대신 UuU, VvV, WwW 순서로 3상 전류를 인가하는 것도 가능한데, 여기서 소문자는 대문자와 반대 위상의 전류가 공급되는 것을 의미한다.
1차 부재는 (1차 부재의 코어와 같은 재질인 강자성체로) 서로 연결되지 않고 독립된 전기자 모듈로 구성되기 때문에, 같은 크기의 전원이 각 전기자 모듈에 제공된다면 각 전기자 모듈에는 독립되고 같은 크기의 자속이 흐르게 되어 각 전기자 모듈을 통해 생성되는 추진력에 편차가 적어 추력에 리플이 적게 된다. 자속이 특정 돌극에 편중되지 않고 각 돌극을 통해 균일하게 분배되어 흐르기 때문에 전기자 모듈의 코어의 단면적이 작더라도 많은 자속을 흐르게 할 수 있다. 또한, 각 전기자 모듈 사이에는 서로 독립된 자기 회로에 의한 자속이 흐르게 되므로, 가동자의 진행 방향과 동일한 방향으로 흐르는 자속이 없게 되어 진행 방향과 수직인 방향으로만 자속의 흐름이 발생하여 추력과 무관한 누설 자속이 적고, 모터 효율을 향상시킬 수 있다.
출원 번호 10-2009-0090806에 기재된 선형 전동기는, 전기자 모듈이 링 형상으로 영구 자석 모듈을 둘러싸고 있는 구조로, 가동 코일형 전동기에서 영구 자석의 2차 부재가 양끝에서만 고정되므로, 짧은 구간에서 높은 정밀도가 요구되는 이송 장치에는 큰 문제가 없지만, 2차 부재의 길이가 긴 장거리 이송 장치에 적용되는 경우에는 영구 자석 자체의 하중으로 처짐 현상이 발생하여 문제가 될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 출원 번호 10-2009-0090806에 기재된 선형 전동기의 동작 원리를 이용하되, 2차 부재를 진행 방향으로 전부 접지하거나 또는 일정한 간격으로 바닥에 지지할 수 있도록 전동기의 단면(진행 방향에 수직인 평면을 기준으로 하는 단면), 즉 전기자 모듈과 영구 자석 모듈의 단면 모양을 변형하는 실시예를 제시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 전동기를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 선형 전동기도, 도 1 내지 도 3의 선형 전동기와 같이, 진행 방향으로 일렬로 배치되는 다수의 전기자 모듈로 구성되는 1차 부재, 진행 방향으로 소정 간격으로 배치된 다수의 영구 자석 모듈로 구성되는 2차 부재, 및 지지 기구를 포함하여 구성될 수 있는데, 2차 부재와 지지 기구는 하나로 결합될 수도 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자 모듈은, 링 모양으로 폐 회로를 이루는 도 1의 전기자 모듈과는 달리, 도 1의 전기자 모듈에서 자성체 링의 일부 원주 구간이 빠진 호(弧, Arc) 형상 또는 C자 형상의 자성체 코어에 적어도 선대칭(B-B' 선을 중심으로)이 되도록 복수 개의 돌극이 영구 자석 모듈을 향해 돌출되고 각 돌극에 코일이 감긴 형태이다.
호는, 원의 일부인 원호(圓弧)가 될 수 있고, 원이 아닌 다각형 폐루프, 예를 들어 6각, 8각, 10각 링의 일부가 될 수도 있고, 다각형 호끼리의 결합 또는 다각형 호와 원호가 결합한 형태도 가능한데, 적어도 선대칭이 되게 하는 것이 유리하다.
가능하다면 복수 개의 돌극이 영구 자석 모듈의 중심을 기준으로 점대칭으로 배치되는 것이 돌극과 영구 자석 사이에 발생하는 자기 흡입력을 상쇄하는 데에 유리하고, 점대칭이 어려운 경우 좌우 방향 선대칭(B-B' 선을 중심으로)과 상하 방향 선대칭(B-B' 선과 직각을 이루는 선을 중심으로)이 되도록 복수 개의 돌극을 배치하는 것이 유리하다.
또한, 영구 자석 모듈은 전기자 모듈에서 코일이 감긴 돌극의 개수와 동일한 극수의 영구 자석이 각각 대응되는 돌극에 대면하는 위치에 놓인 형상이다.
복수의 영구 자석 모듈로 구성되는 2차 부재는, 진행 방향으로 전 구간에 걸쳐 지지 기구(베이스)에 고정되거나 일정한 간격으로 지지 기구에 고정될 수 있고, 도 5에 도시한 바와 같이, 2차 부재를 고정하는 지지 기구 역할을 하는 베이스는 2차 부재를 중심으로 좌우에 진행 방향으로 정렬된 다수의 고정 볼트를 통해 바닥에 고정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 전동기의 단면을 도시한 것으로, 이다.
도 5의 전기자 모듈과 영구 자석 모듈은 모든 돌극에 코일이 감긴 기본형 모델로, 도 6의 첫 번째 그림과 같이, C 형상의 자성체의 중심에서 원주 방향으로 가장 먼 곳에 위치하는 돌극(P1 or P4)에서는 C 형상 자성체의 중심에서 가까운 이웃하는 돌극(P2 or P3)을 향해서만 흐르는 자속이 발생하게 되므로, 즉 돌극 P1(또는 P4)에서는 한쪽 방향으로만 자속의 폐루프가 형성되므로, 많은 양의 자속이 흐르게 할 수 없다.
따라서, 도 6의 두 번째 그림과 같이, 전기자 모듈에서 C 형상의 자성체의 양쪽 말단에 코일을 감지 않은 보조 돌극(P0, P5)을 형성하고 영구 자석 모듈에서도 보조 돌극에 대응하는 위치에 보조 영구 자석을 형성하여(보조 돌극형 모델), 코일이 감긴 돌극 중에서 C 형상의 자성체의 중심에서 원주 방향으로 가장 먼 곳에 위치하는 돌극(P1 or P4)에도 양쪽 방향으로 자속의 폐루프가 형성될 수 있도록 할 수 있다. 이때, 영구 자석 모듈의 보조 영구 자석은 생략될 수도 있다.
한편, 제 1차 부재의 돌극과 제 2차 부재의 대응되는 영구 자석이 일정한 간격을 유지하면서 1차 부재가 진행 방향으로 이동할 수 있도록 1차 부재에는 롤러(Roller)가 2차 부재에는 가이드 레일(Guide Rail)이 형성될 수 있는데, 롤러와 가이드 레일 쌍이 B-B' 선을 중심으로 선대칭 형태로 복수 개 형성될 수 있다. 롤러는 전기자 모듈 내의 돌극 사이에 형성되고, 마찬가지로 가이드 레일도 영구 자석 모듈 내의 영구 자석 사이에 형성된다.
도 7에 도시한 바와 같이, 전기자 모듈 U, 전기자 모듈 V, 전기자 모듈 W를 하나의 그룹으로 하여 그 위에 스테이지(Stage)를 탑재하여 이송 장치로 이용할 수 있다.
도 8은 전기자 모듈에 인가되는 전원의 연결 방법에 대한 예를 도시한 것이다.
U상 전기자 모듈은 C 형상의 자성체로 구성되고 2차 부재를 향한 방향으로 다수의 돌극(도 8에서는 4개)이 돌출되어 있고, 각 돌극에는 같은 위상의 전류가 흐르는 코일 U1, U2, U3, U4가 감겨져 있다. V상 전기자 모듈과 W상 전기자 모듈도 U상 전기자 모듈과 같은 구조이다.
각 전기자 모듈에서 코일의 결선 방법으로는 설계 사양에 따라 직렬 연결, 병렬 연결, 직병렬 연결 등이 선택될 수 있다.
전기자 모듈의 각 돌극에 코일을 감는 방법으로는, 각 전기자 모듈의 코일에 같은 위상의 전류를 흘렸을 때 이웃하는 돌극끼리는 다른 자극이 형성될 수 있도록 코일을 감을 수 있다.
예를 들어, 코일 U1, U3을 시계 방향으로 감았다면 U2, U4는 반시계 방향으로 감을 수 있다. 물론, 코일 U1, U2, U3, U4 전부를 같은 방향으로 감고 나중에 리드(Lead) 선끼리 결선할 때 이웃하는 돌극끼리는 다른 자극이 형성되도록 결선할 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따른 선형 전동기의 2차 부재를 조립하는 방법에 대한 예를 도시한 것이다.
주기적으로 배치되는 영구 자석 모듈 A와 영구 자석 모듈 B는 대응되는 위치에 놓인 두 영구 자석 사이에 다른 극이 되도록 하고, 영구 자석 모듈 사이에 스페이서를 배치하여 이웃하는 영구 자석 모듈이 일정 간격을 유지하도록 할 수 있다.
영구 자석 모듈과 스페이서는 외측 파이프에 내장시키거나 내측 파이프에 끼워서 조립함으로써 조립을 간단하게 하고 영구 자석을 보호할 수 있다. 또한, 내측 파이프와 외측 파이프를 둘 중 하나만 사용하거나 양쪽 모두 사용할 수도 있다. 내측 파이프와 외측 파이프는 비자성체 물질로 만들 수도 있고, 약자성체 물질을 사용하여 리플을 줄일 수도 있다.
영구 자석 모듈에서 영구 자석은, 도 10에 도시한 바와 같이, 자성체의 요크 표면에 부착시키거나 요크 내부에 매립시킬 수도 있다. 또한, 요크 표면에 부착시킨 영구 자석을 보호하기 위하여 영구 자석 보호 커버를 입힐 수도 있다.
도 11은 전기자 모듈에 형성된 돌극의 수를 달리하는 실시예들을 도시한 것이다.
출원 번호 10-2009-0090806에 기재된 원통형 선형 전동기에서는 돌극과 영구 자석간에 발생하는 자기 흡인력이 상쇄되도록 링형의 전기자 모듈에 돌극이 점대칭 형태로 배치된다. 따라서, 전기자 모듈에 4개 이상의 짝수 개의 돌극이 형성되어야 한다.
하지만, 본 발명에서는, 복수의 영구 자석 모듈로 구성된 2차 부재를 길게 하면서 처지는 것을 막기 위해, 적어도 선대칭을 갖는 C자 형상의 전기자 모듈을 채용한다.
따라서, 본 발명에서는, C자 형상의 전기자 모듈에서 C자의 열린 부분을 아래로 향하게 한 상태에서 좌우 대칭의 선대칭을 이루도록 돌극을 배치할 수 있고, 도 11에 도시한 바와 같이, 돌극의 개수를 2개 이상 또는 홀수 개를 배치하는 것도 가능하다.
홀수 개의 돌극을 전기자 모듈에 배치하는 경우, 하나의 돌극을 제외하고 나머지 짝수 개의 돌극은 가능한 범위 내에서 상하 방향 선대칭과 좌우 방향 선대칭이 되도록 배치할 수 있다.
또는, 홀수 개의 돌극을 전기자 모듈에 배치하는 경우, 하나의 돌극을 제외한 나머지 짝수 개의 돌극을 좌우 방향 대칭으로 배치하여 자기 흡입력의 좌우 방향 성분이 서로 상쇄되도록 하되(상기 하나의 돌극은 도 11에서와 같이 좌우 방향 성분의 자기 흡입력이 발생하지 않는 위치에 배치함), 하나의 돌극을 제외한 나머지 짝수 개의 돌극에 의해 발생하는(정확히는 돌극과 이에 대응되는 영구 자석 사이에 발생하는) 자기 흡입력의 상하 방향 성분이 상기 하나의 돌극에서 발생하는 상하 방향 성분만이 있는 자기 흡입력을 최대한 상쇄할 수 있도록 하는 위치에 배치할 수도 있다.
또는, 각 돌극과 이에 대응하는 영구 자석 사이에 발생하는 자기 흡입력이 서로 상쇄될 수 있도록, 돌극들의 위치뿐만 아니라 각 돌극에 감기는 권선의 수, 각 돌극에 대응되는 영구 자석의 세기 등을 조절할 수도 있다.
한편, 도 12는 가동자인 1차 부재가 진행 방향으로 원활히 이동할 수 있도록 하는 안내 기구가 설치된 일 실시예를 도시한 것으로, 도 12에서는 롤러와 가이드 레일로 구성되는 안내 기구가 도시되어 있다. 안내 기구는, 가이드 레일과 롤러, 가이드 레일과 슬라이드 등이 가능하다.
도 12에서, 전기자 모듈의 C 형상의 자성체는 C 형상의 중앙에서 가장 먼 곳에 있는 돌극 이후에도 1차 부재를 지지하는 베이스 부근까지 연장되어 있고, 그 연장된 단부에 안내 기구를 구성하는 롤러가 장착되어 있다. 2차 부재에는 롤러에 대응되는 위치에 가이드 레일이 배치되어 있다. 자성체의 C 형상의 중앙에도 롤러가 배치되어 있고 대응되는 위치에 가이드 레일이 배치되어 있다.
이웃하는 전기자 모듈과 소정 간격을 유지하기 위하여 스페이서를 삽입하는 경우, 스페이서는 전기자 모듈과 유사한 단면 모양을 갖도록 하고, 1차 부재의 원활한 이동을 위하여 전기자 모듈과 동일한 위치에 롤러를 장착할 수 있다. 전기자 모듈에는 롤러를 장착하지 않고, 전기자 모듈 사이의 스페이서에만 롤러를 장착할 수도 있다.
도 13은 안내 기구가 다른 형태로 설치된 실시예를 도시한 것이다.
도 13에서 C 형상의 자성체의 중앙부와 단부에 각각 롤러가 장착되고, 중앙부의 롤러에 대응하는 가이드 레일은 2차 부재에 장착되고, 단부의 롤러 또는 슬라이드에 대응하는 가이드 레일은 2차 부재를 고정하는 베이스에 장착되어 있다.
도 12와 도 13에서, C 형상의 중앙에서 가장 먼 곳에 있는 돌극 이후에도 전기자 모듈을 이루는 자성체를 연장하여 롤러나 슬라이드를 지지할 수 있고, C 형상의 중앙에서 가장 먼 곳에 있는 돌극 이후에는 전기자 모듈을 이루는 자성체와 다른 재료를 연장하여 롤러나 슬라이드를 지지할 수도 있다.
도 14는 안내 기구가 또 다른 형태로 설치된 실시예를 도시한 것으로, C 형상 자성체의 안쪽과 바깥쪽에 각각 안내 기구를 장착한 실시예이다. 도 14에서 C 형상 자성체의 안쪽에는 롤러와 가이드 레일이 장착되고 바깥쪽에는 슬라이드와 가이드 레일이 장착되는데 바깥쪽의 가이드 레일은 2차 부재를 고정하는 베이스에 장착되어 있다.
도 12 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 안내 기구를 구성하는 롤러(또는 슬라이드)와 가이드 레일 중에서 롤러(또는 슬라이드)는 가동자인 1차 부재에 부착되고, 가이드 레일은 고정자인 2차 부재 또는 2차 부재를 고정하는 지지 기구에 부착될 수 있다. 또한, 도 12 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 안내 기구도 전동기의 진행 방향과 수직인 단면에서 보았을 때 선대칭이 되도록 배치하는 것이 유리하다.
도 15는 복수 개의 단편으로 이루어지는 2차 부재를 베이스에 고정하는 실시예를 도시한 것으로, 2차 부재를 이루는 단편들을 진행 방향으로 나열하고 각 단편을 고정 볼트와 같은 체결 도구를 이용하여 베이스에 고정함으로써 2차 부재를 진행 방향으로 용이하게 연장할 수 있다. 또한, 고정 볼트는 영구 자석 모듈에 고정되거나 또는 영구 자석 모듈이 아닌 영구 자석 모듈 사이에 배치되는 스페이서에 고정될 수도 있다.
도 16은 1차 부재를 몰드형으로 구성하는 실시예를 도시한 것이다. 도 16의 예에서, 1차 부재가 전기자 모듈 U, 전기자 모듈 V, 전기자 모듈 W로 이루어지는 경우, 각 전기자 모듈 사이에 일정 간격을 유지하기 위하여 구멍이 뚫린 스페이서를 배치하고, 각 전기자 모듈의 자성체 코어에 소정 개수의 구멍을 뚫고 관통 볼트를 통해 전기자 모듈 U, V, W 및 스페이서를 조립하고, 이를 비자성체 재료를 이용하여 주형(Mould) 처리하여 몰드형 1차 부재를 생성할 수 있다. 따라서, 전기자 모듈의 자성체나 코일이 외부에 노출되지 않게 할 수 있다.
도 17은 2차 부재에 곡선 구간을 배치하여 곡선 구동형 전동기를 구성한 실시예이다. 곡선형 2차 부재와 직선형 2차 부재를 조합하여 전동기의 가동자(1차 부재)가 진행할 트랙을 원형, 타원형 등 여러 모양으로 구성할 수 있고, 또한 트랙에 2개 이상의 1차 부재를 놓아 멀티 가동자 구동형으로 사용할 수도 있다.
도 5 내지 도 17은 2차 부재가 지지 기구에 고정되고 1차 부재가 가동자가 되는 실시예를 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 1차 부재가 지지 기구에 고정되고 2차 부재가 가동자가 되는 실시예도 가능하다.
또한, 도 5 내지 도 17은, 도 1 내지 도 3과 유사하게, 전동기의 단면이 전기자 모듈이 영구 자석 모듈을 감싸는 형상(이너 자석형)의 실시예에 대해서 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 도 4와 유사하게, 전동기의 단면이 영구 자석 모듈이 전기자 모듈을 감싸는 형상(아우터 자석형)의 실시예도 가능하다. 이 경우에도, 2차 부재가 지지 기구에 고정되어 1차 부재가 가동자가 되거나 또는 1차 부재가 지지 기구에 고정되어 2차 부재가 가동자가 될 수도 있다.
도 5 내지 도 17의 전동기의 구동 원리는 도 1 내지 도 4에 설명한 전동기의 구동 원리와 동일하므로, 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 구동 원리가 도 5 내지 도 17의 전동기에 적용될 수 있다.
도 18은 본 발명에 따른 선형 전동기를 구동하는 서보 시스템에 대한 간략한 구성을 도시한 것이다. 도 18에서 선형 전동기를 제외하고 다른 요소는 종래의 선형 전동기에 적용되는 그대로 사용 가능하다.
서보 시스템은, 모터에 인가할 전류를 생성하는 구동 앰프, 구동 앰프로부터 모터에 인가되는 전류를 감지하는 전류 센서, 선형 전동기 가동자의 위치 또는 이동 속도를 감지하는 리니어 센서, 전류 센서 및/또는 리니어 센서에서 검출되는 신호를 기초로 제어 명령에 따라 구동 앰프를 제어하는 제어기를 포함하여 구성될 수 있다. 구동 앰프는 교류 전원을 직류로 바꾸는 컨버터와 모터 구동에 필요한 전류를 생성하는 인버터를 포함하여 구성될 수 있다.
인버터는, 본 발명에 따른 선형 전동기의 구동 방식에 맞는 전원, 예를 들어 2상 교류 전류, 3상 교류 전류, 2상 정류 전류, 3상 정류 전류 등을 생성하여 선형 전동기의 전기자 모듈에 인가할 수 있는데, 제어기의 명령에 따라 전류의 진폭, 주파수 등을 바꾸어 가동자의 위치, 속도, 가동자를 이동시키는 추력의 크기 등을 조절할 수 있다.
이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

Claims (24)

  1. 복수의 전기자 모듈을 포함하는 1차 부재, 복수의 영구 자석 모듈을 포함하는 2차 부재 및 지지 기구를 포함하여 구성되고,
    각 전기자 모듈은 호 형상의 자성체로부터 2개 이상의 돌극이 상기 2차 부재를 향한 방향으로 돌출하고 각 돌극에 같은 위상의 전류가 흐르는 코일이 감기고,
    각 영구 자석 모듈에는 각 전기자 모듈에 포함된 돌극의 개수와 동일한 극수의 영구 자석이 배치되고,
    진행 방향으로 배치된 S개의 전기자 모듈과 2의 배수인 P개의 영구 자석 모듈을 한 단위로 하여 진행 자계에 의한 추력이 생성되도록 소정의 위상 차를 갖는 전원이 각 전기자 모듈에 인가되고,
    상기 1차 부재 또는 상기 2차 부재 중 어느 하나가 가동자로 상기 생성되는 추력에 의해 이동하도록 다른 하나인 고정자가 상기 지지 기구에 고정되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  2. 제 1항에 있어서,
    각 전기자 모듈에서 이웃하는 돌극의 극성이 서로 다르도록 코일이 감기는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  3. 제 1항에 있어서,
    각 영구 자석 모듈에서 각 영구 자석은 이웃하는 영구 자석과 서로 다른 극이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  4. 제 1항에 있어서,
    각 영구 자석 모듈에서 각 영구 자석은 자성체 표면에 고정되거나 자성체 내부에 매립되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  5. 제 1항에 있어서,
    이웃하는 영구 자석 모듈은 일정한 간격으로 이격되거나 비자성체가 그 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전기자 모듈의 자성체는 적어도 선대칭 구조인 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전기자 모듈의 자성체는 원호 형상, 다각형 링의 일부로 이루어지는 다각형 호 형상, 서로 다른 다각형 호의 조합 형상, 또는 상기 원호와 적어도 하나 이상의 다각형 호의 조합 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 전기자 모듈의 돌극은 적어도 선대칭으로 상기 자성체에 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 전기자 모듈의 돌극은 점대칭 또는 상하 방향과 좌우 방향 선대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전기자 모듈의 자성체는 상기 2차 부재를 감싸는 형태의 호 형상인 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 부재는 상기 영구 자석 모듈을 진행 방향으로 길이가 형성되는 내측 파이프와 외측 파이프 중 적어도 하나 이상에 끼워 조립되는 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  12. 제 1항에 있어서,
    각 영구 자석 모듈 내의 각 영구 자석은 진행 방향으로 이웃하는 영구 자석과 극성이 다른 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 부재 또는 상기 2차 부재의 길이는 상기 S개의 전기자 모듈과 P개의 영구 자석 모듈로 이루어지는 한 단위의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 S는 상기 소정의 위상 차를 결정하는 상수의 배수 중 하나로 결정되고, 상기 상수는 3 이상의 홀수인 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 상수는 3이고, 상기 (S, P)는 (3, 2), (3, 4), (9, 8), (9, 10) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 상수가 3이고 상기 S가 9인 경우, 120도의 위상 차를 갖는 3개의 전류를 각각 U, V, W라 할 때, 연속되는 9개의 전기자 모듈에는 UVWUVWUVW의 전류가 공급되거나 UuUVvVWwW의 전류가 공급되는데, 여기서 소문자는 대문자와 위상이 반대인 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 전기자 모듈의 자성체는 성층되는 형태인 것을 특징으로 하는 선형 전동기.
  18. 제 1항에 있어서,
    각 돌극과 이에 대응되는 각 영구 자석이 일정한 공극을 유지한 상태로 상기 가동자가 이동하도록 하는 안내 기구를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 할 선형 전동기.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 안내 기구는 가이드 레일과 롤러 또는 슬라이드로 구성되고, 상기 가이드 레일은 상기 고정자 또는 지지 기구에 장착되고, 상기 롤러 또는 슬라이드는 상기 가동자에 장착되는 것을 특징으로 하는 할 선형 전동기.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 안내 기구는 적어도 선대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 할 선형 전동기.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 안내 기구 중 적어도 하나 이상은 돌극과 돌극 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 할 선형 전동기.
  22. 제 1항에 있어서,
    각 전기자 모듈에서 상기 자성체의 호 양쪽 말단에 코일을 감지 않은 보조 돌극이 형성되는 것을 특징으로 하는 할 선형 전동기.
  23. 제 22항에 있어서,
    각 영구 자석 모듈에서 상기 보조 돌극에 대응되는 위치에 보조 영구 자석이 형성되는 것을 특징으로 하는 할 선형 전동기.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자는 복수 개의 단편으로 구성되고, 가동자의 진행 방향으로 나열되는 각 단편은 체결 도구를 통해 상기 지지 기구에 고정되는 것을 특징으로 하는 할 선형 전동기.
PCT/KR2010/006342 2009-10-20 2010-09-16 선형 전동기 WO2011049298A2 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2009-0099828 2009-10-20
KR1020090099828A KR100964539B1 (ko) 2009-10-20 2009-10-20 선형 전동기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011049298A2 true WO2011049298A2 (ko) 2011-04-28
WO2011049298A3 WO2011049298A3 (ko) 2011-07-14

Family

ID=42370186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2010/006342 WO2011049298A2 (ko) 2009-10-20 2010-09-16 선형 전동기

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR100964539B1 (ko)
TW (1) TW201136107A (ko)
WO (1) WO2011049298A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3261235A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-27 LG Electronics Inc. Transverse flux reciprocating motor and reciprocating compressor having the same
CN116388434A (zh) * 2022-11-21 2023-07-04 上海果栗自动化科技有限公司 定子及输送系统

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101732636B1 (ko) * 2010-08-23 2017-05-24 주식회사 코베리 선형 전동기
KR101798548B1 (ko) * 2011-03-08 2017-12-12 주식회사 코베리 선형 전동기
CN103163038B (zh) * 2013-04-02 2014-11-26 山东大学 电磁驱动高速切削模拟实验装置
KR20190128266A (ko) * 2015-05-29 2019-11-15 가부시키가이샤 야스카와덴키 반송 시스템 및 반송 시스템의 제어 방법
JP7048392B2 (ja) * 2018-03-30 2022-04-05 株式会社島精機製作所 横編機
KR102457073B1 (ko) * 2021-01-18 2022-10-24 주식회사 에스엔이노베이션 왕복동 스위치드 릴럭턴스 모터 구동식 엔진
CN113084536A (zh) * 2021-04-12 2021-07-09 南通佳润精密科技有限公司 一种角度可调的机床设备用磁悬浮导轨
KR102612375B1 (ko) * 2021-04-28 2023-12-11 주식회사 코베리 전동기

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980025941A (ko) * 1996-10-07 1998-07-15 김광호 직선운동형 스위치드 릴럭턴스 모터
JP4492118B2 (ja) * 2003-12-16 2010-06-30 株式会社安川電機 リニアモータおよび吸引力相殺形リニアモータ
KR100694673B1 (ko) * 2005-05-06 2007-03-14 주식회사 맥시스 원통형 영구자석을 이용한 리니어 모터
JP2008193760A (ja) * 2007-01-31 2008-08-21 Tsubakimoto Chain Co リニアモータ
EP2091137B1 (de) * 2008-02-18 2014-06-25 Siemens Aktiengesellschaft Primärteil und lineare elektrische Maschine mit Kraftwelligkeitsausgleich
KR20090094536A (ko) * 2008-03-03 2009-09-08 (주)이심기술 공작기계용 리니어모터

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3261235A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-27 LG Electronics Inc. Transverse flux reciprocating motor and reciprocating compressor having the same
EP3691097A1 (en) * 2016-06-23 2020-08-05 LG Electronics Inc. Transverse flux reciprocating motor and reciprocating compressor having the same
US10862383B2 (en) 2016-06-23 2020-12-08 Lg Electronics Inc. Transverse flux reciprocating motor and reciprocating compressor having a transverse flux reciprocating motor
CN116388434A (zh) * 2022-11-21 2023-07-04 上海果栗自动化科技有限公司 定子及输送系统
CN116388434B (zh) * 2022-11-21 2024-02-20 果栗智造(上海)技术股份有限公司 定子及输送系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011049298A3 (ko) 2011-07-14
TW201136107A (en) 2011-10-16
KR100964539B1 (ko) 2010-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011049298A2 (ko) 선형 전동기
WO2012026685A2 (ko) 선형 전동기
WO2011037360A2 (ko) 선형 전동기
US7696654B2 (en) Linear motor not requiring yoke
US8044541B2 (en) Multi-degree-of-freedom actuator and stage device
US6467584B2 (en) Door system including linear motor driving mechanism
US20190214896A1 (en) A linear electric machine and a power electronic converter for controlling the linear electric machine
CN105634241A (zh) 微纳定位装置及其音圈电机
JP3910938B2 (ja) 移送装置
KR20120068356A (ko) 선형 전동기
WO2014109499A1 (ko) 코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터
KR101798548B1 (ko) 선형 전동기
CN205544874U (zh) 微纳定位装置及其音圈电机
TW200415840A (en) Linear driving device, its controlling method, and XY table
US6975048B2 (en) Drive apparatus and XY table utilizing the same
JPWO2018167970A1 (ja) リニアモータ
JP3944471B2 (ja) 駆動装置及びそれを用いたｘｙテーブル
WO2023224144A1 (ko) 선형 전동기
WO2022231153A1 (ko) 전동기
JP3700883B2 (ja) リニアモータの固定子
JP3817484B2 (ja) 駆動装置，搬送装置及びドアシステム
WO2014046487A1 (ko) 가동자에 회전 가능하게 설치된 코어를 포함하는 전동기
KR100205332B1 (ko) 선형 모터 구동장치
JPH06105530A (ja) リニアモータ
JP2001231243A (ja) リニアスライダ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10825123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10825123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2