WO2014109499A1 - 코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터 - Google Patents

코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터 Download PDF

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WO2014109499A1
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coil
armature
linear motor
array
unit
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PCT/KR2013/012193
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Inventor
허훈
김홍윤
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고려대학교 산학협력단
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • 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
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    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
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    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors

Definitions

  • the present invention relates to an armature of a coreless linear motor and a coreless linear motor using the same, and more particularly, to form a unit coil train by superimposing a plurality of coil trains, and to have a high output and a fast acceleration force, and to have a compact size.
  • the present invention relates to an armature of a coreless linear motor that can be used and a coreless linear motor using the same.
  • a linear motor can generate a linear driving force, it does not require a separate mechanical converter, and can perform high speed operation and constant speed operation because the linear drive is performed in a non-contact motion method. As a result, precision operation is widely used in various industrial fields.
  • the linear motor includes a stator having permanent magnets arranged alternately in polarity, and a mover (an armature) in which a mover coil is wound around the mover core.As a current is applied to the mover coil, The thrust of the straight line is generated by the interaction between the magnetic force generated and the magnetic force of the permanent magnet.
  • the armature coil stably maintains the winding state of the mover coil and improves structural rigidity.
  • Configured coreless linear motors are also known.
  • U.S. Patent No. 4,318,038 discloses a moving coil type linear motor that generates high acceleration, static force and speed, has no ripple effect, and does not require a large number of expensive magnets to easily overheat the coil assembly.
  • the present invention discloses a coreless linear motor in the form of a moving coil having a magnetic flux penetrating structure in which field magnetic poles constituting a stator are arranged on both sides of an armature constituting a movable element.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a general coreless linear motor, such as the coreless linear motor disclosed in the Korean Laid-Open Patent
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • a general coreless linear motor is a linear coil having a magnetic flux penetrating structure in which a magnetic pole 8 constituting a stator is disposed on both sides of an armature 1 constituting a movable element. It is a motor.
  • the field magnetic pole 8 includes a field yoke 9 having a 'c' cross section and permanent magnets 10a and 10b arranged in a row in a direction different from each other in a direction perpendicular to the ground inside the side surface thereof. .
  • the armature 1 is arranged to face the magnet rows of the permanent magnets 10a and 10b and the magnetic voids, and are arranged in the wiring board 16 so as to be wound around the plurality of coil rows 5a.
  • a coolant passage 13 is formed in a portion surrounded by the molding 7, the cans 2a and 2b and the frame 3.
  • Reference numeral 4 in the drawings is a base.
  • Each coil array 5a of the armature winding 5 is arranged spaced apart from each other at a predetermined interval, as shown in FIG.
  • reference numeral 12 denotes a power supply line for supplying current to the armature winding 5.
  • the armature (by the electromagnetic force between the magnetic force generated in the armature winding 5 and the magnetic flux of the permanent magnets 10a and 10b) 1) moves in a linear direction in which the armature winding 5 is installed. That is, the thrust of the straight line is generated.
  • linear motors used for conveying purposes in conveying devices, machine tool shafts, semiconductor manufacturing devices, optical inspection equipment, and liquid crystal inspection devices, especially armature structures require constant thrust ripple and low heat generation. In determination, higher thrust and precision and faster acceleration force are required, and a compact size is required.
  • the armature of most existing coreless linear motors has a structural form, as shown in FIG. 3, in which the coil rows 5a are arranged in a line, thereby limiting the size of the armature. There is a limit to increasing thrust and acceleration.
  • the present invention has been made to meet the recent demands as described above, when the same size as the conventional coreless linear motor, the armature of the coreless linear motor that can have a higher thrust and faster acceleration force and the core using the same
  • the object is to provide a lease linear motor.
  • another object of the present invention is to reduce the number of processes of the armature winding than the coreless linear motor arranged in a conventional mold or coil, armature of the coreless linear motor that can improve the workability and reduce cost
  • another object to provide a coreless linear motor using the same.
  • the object includes an armature winding having at least one unit coil string formed by overlapping a plurality of coil strings, and a molding unit surrounding the armature winding;
  • Each of the coil trains includes a first coil part and a second coil part of which winding directions are opposite to each other;
  • the plurality of coil trains forming one of the unit coil trains is achieved by an armature of the coreless linear motor, wherein the first coil parts are sequentially arranged and the second coil parts are sequentially stacked. do.
  • the plurality of coil trains forming one unit coil train includes a first coil train, a second coil train, and a third coil train that overlap each other;
  • the second coil row overlaps the first coil row such that the first coil part and the second coil part of the second coil row are arranged on one side of the first coil part and the second coil part of the first coil row, respectively;
  • the third coil array may overlap the first coil array such that the first coil unit and the second coil unit of the third coil array are arranged on the other side of the first coil unit and the second coil unit, respectively.
  • first coil row is wound to have a race track shape;
  • Each of the second coil string and the third coil string may have a bent portion in which both edge regions of the first coil portion and the second coil portion are bent to overlap the first coil string.
  • the bent portions of the second coil array and the third coil array may be bent in opposite directions to overlap each other in the opposite directions to the first coil array.
  • the second coil array and the third coil array may overlap the first coil array such that the lateral shape in the arrangement direction of the first coil units and the second coil units has an I shape.
  • the stator having a plurality of permanent magnets arranged so that the polarity facing each other and the N pole and the S pole are alternately arranged, and the above It can also be achieved by a coreless linear motor characterized by including an armature.
  • an armature of a coreless linear motor and a coreless linear motor using the same which can obtain a higher output even in the same size by overlapping the coil array inside.
  • the molding may be molded using only epoxy, or after molding, epoxy molding or die casting may be used as the case and epoxy molding inside, the number of processes can be produced simultaneously with the mold process for fixing the armature winding. It is possible to reduce the cost, improve workability and reduce costs.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration of a general coreless linear motor such as a coreless linear motor disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 2010-84120,
  • FIG. 3 is a view showing a cross section of an armature of a conventional coreless linear motor
  • FIG. 4 is a perspective view of an armature according to the invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4,
  • FIG. 6 is a perspective view of a unit coil array of armature according to the present invention.
  • FIG. 7 is a side view as viewed in direction A of FIG. 6,
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a coreless linear motor according to the present invention.
  • the armature of the coreless linear motor includes an armature winding having at least one unit coil string formed by overlapping a plurality of coil strings, and a molding part surrounding the armature winding;
  • Each of the coil trains includes a first coil part and a second coil part of which winding directions are opposite to each other;
  • the plurality of coil trains forming one unit coil train may be overlapped such that the first coil parts are sequentially arranged and the second coil parts are sequentially arranged.
  • FIG. 4 is a perspective view of the armature 100 according to the present invention
  • Figure 5 is a view showing a cross-section along the line V-V of Figure 4
  • Figure 6 is a unit coil array of the armature 100 according to the present invention ( 120 is a perspective view
  • FIG. 7 is a side view as viewed in the direction A of FIG. 6.
  • the armature 100 of the coreless linear motor according to the present invention includes an armature winding 120a and a molding unit 110.
  • the armature winding 120a includes at least one unit coil array 120
  • the molding unit 110 is configured to surround the armature winding 120a.
  • the molding part 110 may be molded using only epoxy or may be formed through epoxy molding after injection.
  • the molding part 110 may be formed by using die casting as a case, an epoxy molding therein, and may be manufactured simultaneously with a mold process to fix the armature winding 120a, thereby reducing the number of processes.
  • the unit coil train 120 constituting the armature winding 120a is formed by overlapping a plurality of coil trains 121, 122, and 123. In the present invention, as shown in FIGS. 4 to 7, three coil trains 121, 122, and 123 overlap to form one unit coil train 120.
  • each of the coil trains 121, 122, and 123 includes first coil parts 121a, 122a, 123a and second coil parts 121b, 122b, and 123b in which winding directions thereof are opposite to each other.
  • the first coil units 121a, 122a, 123a are sequentially arranged, and the second coil units 121b, 122b, 123b are sequentially formed in the plurality of coil arrays 121, 122, and 123 forming one unit coil array 120. Stacked so as to be arranged in, one unit coil row 120 is formed.
  • the plurality of coil trains 121, 122, and 123 forming one unit coil train 120 will be defined as a first coil train 121, a second coil train 122, and a third coil train 123.
  • the first coil part 122a and the second coil part 122b of the second coil row 122 may be the first coil part 121a and the second coil part 121 of the first coil row 121.
  • the second coil train 122 overlaps the first coil train 121 so as to be arranged on one side of the coil part 121b (the left direction in FIG. 6).
  • the first coil part 123a and the second coil part 123b of the third coil row 123 are formed of the first coil part 121a and the second coil part 121b of the first coil row 121.
  • the third coil train 123 overlaps the first coil train 121 so as to be arranged on the other side (the right direction in FIG. 6).
  • the first coil portion 122a of the second coil string 122, the first coil portion 121a of the first coil string 121, and the first coil portion 123a of the third coil string 123 are sequentially arranged, the second coil portion 122b of the second coil string 122, the second coil portion 121b of the first coil string 121, and the second coil portion of the third coil string 123.
  • 123b is arranged in sequence.
  • the first coil array 121 has a race track shape so that the second coil array 122 and the third coil array 123 overlap the first coil array 121.
  • Each of the second coil array 122 and the third coil array 123 may have both sides of the first coil units 122a and 123a and the second coil units 122b and 123b to overlap the first coil array 121.
  • the bent portions 122c and 123c in which the edge region is bent are formed.
  • the bent portions 122c and 123c of the second coil array 122 and the third coil array 123 are bent in opposite directions to each other to form the first coil array 121. It is configured to overlap in the opposite direction. Accordingly, the second coil array 122 and the third coil array 123 have side shapes in the arrangement direction of the first coil units 121a, 122a, 123a and the second coil units 121b, 122b, 123b. As shown in FIG. 7, the first coil train 121 overlaps the first coil train 121 to have an I-shape.
  • FIG. 8 is a view comparing the structure of the armature winding (120a) and the conventional armature winding (120a) according to the present invention.
  • 8 (a) is a view showing the arrangement of the armature winding (120a) according to the present invention
  • Figure 8 (b) is a view showing the arrangement of the conventional armature winding (120a).
  • the armature winding (120a) according to the present invention can be confirmed that the size is significantly reduced compared to the conventional armature winding (120a) of the same size as a plurality of coil arrays are overlapped.
  • the phases in the horizontal direction are arranged in the order U +, V +, W +, U-, V-, W-.
  • U +, U-, V +, V-, W +, W- in the horizontal direction.
  • the coreless linear motor according to the present invention includes a stator 200 and the armature 100 described above.
  • the stator 200 includes a plurality of permanent magnets 210 arranged so that the N poles and the S poles are alternately arranged to face each other.
  • the permanent magnets 210 are fixed to the fixing plate 220 to face each other and face each other.
  • the armature 100 is disposed between the permanent magnets 210 of the stator 200, when a current is applied to the armature winding 120a of the armature 100, the magnetic force and permanent magnet 210 generated in the armature winding 120a Due to the electromagnetic action between the magnetic fluxes of the armature 100, the armature 100 moves in a linear direction in which the armature winding 120a is installed. That is, the thrust of the straight line is generated.
  • the first coil array 121, the second coil array 122, and the third coil array 123 are wound using a jig (not shown).
  • the number and structure of the windings of the first coil array 121, the second coil array 122, and the third coil array 123 may vary according to required conditions and design specifications.
  • both edge regions of the second coil row 122 and the third coil row 123 of the first coil row 121, the second coil row 122, and the third coil row 123 are respectively wound. It is bent to form bent portions 122c and 123c. Then, when the bent portions 122c and 123c of the second coil string 122 and the third coil string 123 are formed, the second coil string 122 and the third coil string ( As described above, the unit coil train 120 is fabricated.
  • Injection molding or epoxy molding is performed so that one or more unit coil rows 120 manufactured through the above process are surrounded by a balling unit using an I-shaped molding jig (not shown).
  • stator 210 permanent magnet
  • the armature of the coreless linear motor according to the present invention and the coreless linear motor using the same generate linear driving force, can perform high speed operation and constant speed operation, and can be widely used in various industrial fields in that they can be operated precisely. .

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Abstract

본 발명은 코어리스 리니어 모터의 전기자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기자는 복수의 코일열이 겹쳐져 형성된 적어도 하나의 단위 코일열을 갖는 전기자 권선과, 상기 전기자 권선을 감싸는 몰딩부를 포함하고; 상기 각 코일열은 권선 방향이 상호 반대인 제1 코일부 및 제2 코일부를 포함하며; 하나의 상기 단위 코일열을 형성하는 상기 복수의 코일열은 상기 제1 코일부들이 순차적으로 배열되고 상기 제2 코일부들이 순차적으로 배열되도록 겹쳐지는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 내부에 코일열을 겹쳐 제작함으로써 동일한 사이즈에서도 더 높은 출력을 얻을 수 있다.

Description

코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터
본 발명은 코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 코일열을 겹쳐서 단위 코일열을 형성하여, 높은 출력과 빠른 가속력을 내면서도 컴팩트한 사이즈로 구성할 수 있는 코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 리니어 모터(Linear motor)는 직선 구동력을 발생시킬 수 있기 때문에 별도의 기계적인 변환장치를 필요로 하지 않고, 비접촉식 운동 방식으로 직선구동을 하기 때문에 고속 운전 및 정속 운전을 행할 수 있으며, 정밀한 운전이 가능하다는 장점으로 인해 각종 산업분야에서 널리 사용되고 있다.
일반적으로 리니어 모터는 극성이 교번되게 영구자석이 배치된 고정자, 가동자 코어에 가동자 코일이 권선된 가동자(전기자)를 포함하여 구성되며, 가동자 코일에 전류가 인가됨에 따라 가동자 코일에서 발생하는 자기력과 영구자석의 자기력 사이의 상호 작용에 의해 직선의 추력이 발생하게 된다.
한편 가동자 코어를 사용하지 않고, 몰딩체를 권선된 가동자 코일 및 가동자 코일의 둘레를 감싸도록 사출 성형시킴에 따라 가동자 코일의 권선 상태를 안정적으로 유지하고, 구조적 강성을 향상시킨 전기자로 구성된 코어리스 리니어 모터도 알려져 있다.
미국등록특허 제제4,318,038호에는 높은 가속도, 정적력 및 속도를 발생하고, 그 위에 리플 효과가 없고, 고가인 다수의 자석을 필요로 하지 않으면서 용이하게 과열하는 코일 어셈블리가 없는 이동 코일형 리니어 모터가 개시되어 있고, 한국공개특허 제2010-84120호에는 가동자를 구성하는 전기자의 양측에 고정자를 구성하는 계자극을 배치한 자속 관통형 구조의 가동 코일 형태의 코어리스 리니어 모터가 개시되어 있다.
도 1은 상기 한국공개특허에 개시된 코어리스 리니어 모터와 같은 일반적인 코어리스 리니어 모터의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면을 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 일반적인 코어리스 리니어 모터는 가동자를 구성하는 전기자(1)의 양측에 고정자를 구성하는 계자극(8)을 배치한 자속 관통형 구조의 가동 코일 형태의 리니어 모터이다.
계자극(8)은 'ㄷ'자 단면을 가지는 계자 요크(9)와 그 측면의 내측에 지면과 수직 방향을 향하여 극성이 서로 다르게 복수개를 늘어 놓아서 배치된 영구자석(10a, 10b)을 포함한다.
전기자(1)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 영구자석(10a, 10b)의 자석열과 자기적 공극을 두고 대향 배치되어 결선기판(16)에 정렬되어 권선되어 있는 복수의 코일열(5a)을 가지도록 배치되는 전기자 권선(5)과, 각 코일열(5a)과 코일열(5a) 사이의 간극 및 표면에 몰드 수지를 충진하여 고착함으로써 전기자 권선(5)을 감싸도록 사출 성형되는 T자형의 몰딩체(7)를 포함한다. 그리고, 몰딩체(7)와 캔(2a,2b)과 프레임(3)으로 둘러싸인 부분에 냉매통로(13)가 형성되어 있다. 도면 중 미설명 부호 4는 베이스이다.
전기자 권선(5)의 각 코일열(5a)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상호 소정 간격을 두고 이격되어 배치된다. 도 3에 있어서, 미설명 부호 12는 전기자 권선(5)에 전류를 공급하는 전원선을 나타낸다.
상기와 같은 구성의 일반적인 코어리스 리니어 모터의 전기자 권선(5)에 전류가 통전되면, 전기자 권선(5)에서 발생하는 자기력과 영구 자석(10a, 10b)의 자속 사이의 전자기 작용에 의해, 전기자(1)는 전기자 권선(5)이 설치된 직선 방향으로 이동한다. 즉 직선의 추력이 발생하게 된다.
근래에 이송 장치나 공작 기계의 축, 반도체 제조장치, 광학검사장비 및 액정 검사 장치 등에서 이송을 목적으로 이용되는 리니어 모터, 특히 그 전기자 구조에 있어서, 추력 리플 및 낮은 발열이 요구되는 등속 운동 및 위치 결정시, 더욱 높은 추력과 정밀도 및 빠른 가속력이 요구되고 있고, 또한 컴팩트한 사이즈가 요구되고 있다.
그런데, 기존의 대부분의 코어리스 리니어 모터의 전기자는 구조적 형태가, 도 3에 도시된 바와 같이, 코일열(5a)을 일렬로 배치시키고 있어 그 크기를 줄이는데 한계가 있어, 동일한 사이즈의 전기자 구조에서 추력이나 가속력을 높이는데 한계가 있게 된다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 최근의 요구에 부합하고자 안출된 것으로서, 종래의 코어리스 리니어 모터와 같은 사이즈였을 때, 더 높은 추력과 빠른 가속력을 가질 수 있는 코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 종래의 몰드형이나 코일 하나로 배열되는 코어리스 리니어 모터보다 전기자 권선의 공정의 수를 줄일 수 있으며, 작업성이 개선되고 비용을 절감할 수 있는 코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 복수의 코일열이 겹쳐져 형성된 적어도 하나의 단위 코일열을 갖는 전기자 권선과, 상기 전기자 권선을 감싸는 몰딩부를 포함하고; 상기 각 코일열은 권선 방향이 상호 반대인 제1 코일부 및 제2 코일부를 포함하며; 하나의 상기 단위 코일열을 형성하는 상기 복수의 코일열은 상기 제1 코일부들이 순차적으로 배열되고 상기 제2 코일부들이 순차적으로 배열되도록 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 코어리스 리니어 모터의 전기자에 의해서 달성된다.
여기서, 하나의 상기 단위 코일열을 형성하는 상기 복수의 코일열은 상호 겹쳐지는 제1 코일열, 제2 코일열 및 제3 코일열을 포함하고; 상기 제2 코일열의 제1 코일부 및 제2 코일부가 상기 제1 코일열의 제1 코일부 및 제2 코일부의 일측에 각각 배열되도록 상기 제2 코일열이 상기 제1 코일열에 겹쳐지며; 상기 제3 코일열의 제1 코일부 및 제2 코일부가 상기 제1 코일열의 제1 코일부 및 제2 코일부의 타측에 각각 배열되도록 상기 제3 코일열이 상기 제1 코일열에 겹쳐질 수 있다.
또한, 상기 제1 코일열은 레이스 트랙 형상을 갖도록 권선되며; 상기 제2 코일열 및 상기 제3 코일열 각각은 상기 제1 코일열과 겹쳐지도록 제1 코일부 및 제2 코일부의 양측 가장자리 영역이 절곡된 절곡부가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제2 코일열 및 상기 제3 코일열의 상기 절곡부는 상호 반대 방향으로 절곡되어 각각 상기 제1 코일열에 반대 방향으로 겹쳐질 수 있다.
그리고, 상기 제2 코일열 및 상기 제3 코일열은 상기 제1 코일부들 및 상기 제2 코일부들의 배열 방향으로의 측면 형상이 I 자 형상을 갖도록 상기 제1 코일열에 겹쳐질 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, N극과 S극이 교대로 배열되되 마주하는 극성이 대응하도록 배치된 복수의 영구 자석을 갖는 고정자와, 상기 영구 자석 사이에 배치되는 상기의 전기자를 포함하는 것을 특징으로 하는 코어리스 리니어 모터에 의해서도 달성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라 본 발명에 따르면, 내부에 코일열을 겹쳐 제작함으로써 동일한 사이즈에서도 더 높은 출력을 얻을 수 있는 코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터가 제공된다.
또한, 몰딩부의 제작시 에폭시만 이용하여 몰딩하거나, 사출 후 에폭시 몰딩, 다이캐스팅을 케이스로 하고 내부에 에폭시 몰딩을 하여 구성할 수 있으므로, 전기자 권선의 고정을 위해 몰드 공정과 동시에 제작할 수 있으므로 공정의 수를 줄일 수 있으며, 작업성이 개선되고 비용을 삭감할 수 있는 효과가 제공된다.
도 1은 한국공개특허 제2010-84120호에 개시된 코어리스 리니어 모터와 같은 일반적인 코어리스 리니어 모터의 구성을 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면을 도시한 도면이고,
도 3은 종래의 코어리스 리니어 모터의 전기자의 단면을 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 전기자의 사시도이고,
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면을 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 전기자의 단위 코일열의 사시도이고,
도 7은 도 6의 A 방향으로 바라본 측면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 전기자 권선과 종래의 전기자 권선의 구성을 비교한 도면이고,
도 9는 본 발명에 따른 코어리스 리니어 모터의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 코어리스 리니어 모터의 전기자는 복수의 코일열이 겹쳐져 형성된 적어도 하나의 단위 코일열을 갖는 전기자 권선과, 상기 전기자 권선을 감싸는 몰딩부를 포함하고; 상기 각 코일열은 권선 방향이 상호 반대인 제1 코일부 및 제2 코일부를 포함하며; 하나의 상기 단위 코일열을 형성하는 상기 복수의 코일열은 상기 제1 코일부들이 순차적으로 배열되고 상기 제2 코일부들이 순차적으로 배열되도록 겹쳐지는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 전기자(100)의 사시도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 전기자(100)의 단위 코일열(120)의 사시도이고, 도 7은 도 6의 A 방향으로 바라본 측면도이다.
본 발명에 따른 코어리스 리니어 모터의 전기자(100)는 전기자 권선(120a)과 몰딩부(110)를 포함한다. 여기서, 전기자 권선(120a)은 적어도 하나의 단위 코일열(120)을 포함하며, 몰딩부(110)는 전기자 권선(120a)을 감싸도록 구성된다.
몰딩부(110)는 에폭시만 이용하여 몰딩하거나, 사출 후 에폭시 몰딩을 통해 형성될 수 있다. 또한, 몰딩부(110)는 다이캐스팅을 케이스로 하고, 내부에 에폭시 몰딩을 통해 형성될 수 있으며, 전기자 권선(120a)의 고정을 위해 몰드 공정과 동시에 제작할 수 있으므로 공정의 수를 줄일 수 있다.
*전기자 권선(120a)을 구성하는 단위 코일열(120)은 복수의 코일열(121,122,123)이 겹쳐져 형성된다. 본 발명에서는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 3개의 코일열(121,122,123)이 겹쳐져 하나의 단위 코일열(120)을 구성하는 것을 예로 하고 있다.
여기서, 각각의 코일열(121,122,123)은 권선 방향이 상호 반대인 제1 코일부(121a,122a,123a) 및 제2 코일부(121b,122b,123b)를 포함한다. 그리고, 하나의 단위 코일열(120)을 형성하는 복수의 코일열(121,122,123)은 제1 코일부(121a,122a,123a)들이 순차적으로 배열되고 제2 코일부(121b,122b,123b)들이 순차적으로 배열되도록 겹쳐져서, 하나의 단위 코일열(120)을 형성하게 된다.
이하에서는 하나의 단위 코일열(120)을 형성하는 복수의 코일열(121,122,123)을 제1 코일열(121), 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123)이라 정의하여 설명한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 제2 코일열(122)의 제1 코일부(122a) 및 제2 코일부(122b)가 제1 코일열(121)의 제1 코일부(121a) 및 제2 코일부(121b)의 일측(도 6의 좌측 방향)에 각각 배열되도록 제2 코일열(122)이 제1 코일열(121)에 겹쳐진다.
그리고, 제3 코일열(123)의 제1 코일부(123a) 및 제2 코일부(123b)가 제1 코일열(121)의 제1 코일부(121a) 및 제2 코일부(121b)의 타측(도 6의 우측 방향)에 각각 배열되도록 제3 코일열(123)이 제1 코일열(121)에 겹쳐진다.
이에 따라, 제2 코일열(122)의 제1 코일부(122a), 제1 코일열(121)의 제1 코일부(121a) 및 제3 코일열(123)의 제1 코일부(123a)가 순차적으로 배열되고, 제2 코일열(122)의 제2 코일부(122b), 제1 코일열(121)의 제2 코일부(121b) 및 제3 코일열(123)의 제2 코일부(123b)가 순차적으로 배열되는 형태가 된다.
여기서, 제1 코일열(121)에 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123)이 겹쳐지도록 제1 코일열(121)은 레이스 트랙 형상을 갖는다. 그리고, 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123) 각각은 제1 코일열(121)과 겹쳐지도록 제1 코일부(122a,123a) 및 제2 코일부(122b,123b)의 양측 가장자이 영역이 절곡된 절곡부(122c,123c)가 형성된다.
이 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123)의 절곡부(122c,123c)는 상호 반대 방향으로 절곡되어 각각 제1 코일열(121)의 반대 방향으로 겹쳐지도록 구성된다. 이에 따라, 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123)은 제1 코일부(121a,122a,123a)들 및 제2 코일부(121b,122b,123b)들의 배열 방향으로의 측면 형상이, 도 7에 도시된 바와 같이, I 자 형상을 갖도록 제1 코일열(121)에 겹쳐진다.
도 8은 본 발명에 따른 전기자 권선(120a)과 종래의 전기자 권선(120a)의 구성을 비교한 도면이다. 도 8의 (a)는 본 발명에 따른 전기자 권선(120a)의 배열 상태를 나타낸 도면이고, 도 8의 (b)는 종래의 전기자 권선(120a)의 배열 상태를 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자 권선(120a)은 복수의 코일열이 겹쳐져 구성됨에 따라 동일한 사이즈의 종래의 전기자 권선(120a)에 비해 그 사이즈가 현저히 감소되었음을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기자 권선(120a)이 3상(U, V, W)으로 마련되는 경우, 가로 방향으로의 상이 U+, V+, W+, U-, V-, W- 순으로 배열되는 반면, 종래의 전기자 권선(120a)의 경우 가로 방향으로 U+, U- , V+, V-, W+, W- 순으로 배열됨을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 코어리스 리니어 모터의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 코어리스 리니어 모터는 고정자(200)와, 상술한 전기자(100)를 포함한다.
고정자(200)는 N극과 S극이 교대로 배열되되 마주하는 극성이 대응하도록 배치된 복수의 영구 자석(210)을 포함한다. 영구 자석(210)은 상호 마주하며 대향하게 배치되도록 고정 플레이트(220)에 고정된다.
전기자(100)는 고정자(200)의 영구 자석(210) 사이에 배치되어 전기자(100)의 전기자 권선(120a)에 전류가 인가되면, 전기자 권선(120a)에서 발생하는 자기력과 영구 자석(210)의 자속 사이의 전자기 작용에 의해, 전기자(100)는 전기자 권선(120a)이 설치된 직선 방향으로 이동한다. 즉 직선의 추력이 발생하게 된다.
이하에서는 상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 코어리스 리니어 모터의 전기자(100)의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 제1 코일열(121), 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123)을 지그(미도시)를 이용하여 권선한다. 이 때, 제1 코일열(121), 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123)의 권선 수 및 구조는 요구되는 조건과 설계 사양에 따라 달라질 수 있다.
그런 다음, 각각 권선된 제1 코일열(121), 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123) 중 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123)의 양측 가장자리 영역을 절곡하여 절곡부(122c,123c)를 형성한다. 그리고, 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123)의 절곡부(122c,123c)가 형성되면, 제1 코일열(121)에 제2 코일열(122) 및 제3 코일열(123)을 상술한 바와 같이, 겹쳐서 단위 코일열(120)을 제작한다.
상기와 같은 과정을 통해 제작된 단위 코일열(120)을 필요한 사양에 따라 하나 또는 복수개를 I자형 몰딩 지그(미도시)를 이용하여 볼딩부로 둘러싸이도록 사출 성형 또는 에폭시 몰딩을 수행하게 된다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
<부호의 설명>
100 : 전기자 120a : 전기자 권선
120 : 단위 코일열 121 : 제1 코일열
122 : 제2 코일열 123 : 제3 코일열
121a, 122a,123a : 제1 코일부
121b, 122b,123b : 제2 코일부
122c,123c : 절곡부
200 : 고정자 210 : 영구 자석
220 : 고정 플레이트
본 ㅂ라명에 따른 코어리스 리니어 모터의 전기자 및 이를 이용한 코어리스 리니어 모터는 직선 구동력을 발생시키며, 고속 운전 및 정속 운전을 행할 수 있으며, 정밀한 운전이 가능하다는 점에서 각종 산업분야에서 널리 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 복수의 코일열이 겹쳐져 형성된 적어도 하나의 단위 코일열을 갖는 전기자 권선과,
    상기 전기자 권선을 감싸는 몰딩부를 포함하고;
    상기 각 코일열은 권선 방향이 상호 반대인 제1 코일부 및 제2 코일부를 포함하며;
    하나의 상기 단위 코일열을 형성하는 상기 복수의 코일열은 상기 제1 코일부들이 순차적으로 배열되고 상기 제2 코일부들이 순차적으로 배열되도록 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 코어리스 리니어 모터의 전기자.
  2. 제1항에 있어서,
    하나의 상기 단위 코일열을 형성하는 상기 복수의 코일열은 상호 겹쳐지는 제1 코일열, 제2 코일열 및 제3 코일열을 포함하고;
    상기 제2 코일열의 제1 코일부 및 제2 코일부가 상기 제1 코일열의 제1 코일부 및 제2 코일부의 일측에 각각 배열되도록 상기 제2 코일열이 상기 제1 코일열에 겹쳐지며;
    상기 제3 코일열의 제1 코일부 및 제2 코일부가 상기 제1 코일열의 제1 코일부 및 제2 코일부의 타측에 각각 배열되도록 상기 제3 코일열이 상기 제1 코일열에 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 코어리스 리니어 모터의 전기자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 코일열은 레이스 트랙 형상을 갖도록 권선되며;
    상기 제2 코일열 및 상기 제3 코일열 각각은 상기 제1 코일열과 겹쳐지도록 제1 코일부 및 제2 코일부의 양측 가장자리 영역이 절곡된 절곡부가 형성되는 것을 특징으로 하는 코어리스 리니어 모터의 전기자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 코일열 및 상기 제3 코일열의 상기 절곡부는 상호 반대 방향으로 절곡되어 각각 상기 제1 코일열에 반대 방향으로 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 코어리스 리니어 모터의 전기자.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 코일열 및 상기 제3 코일열은 상기 제1 코일부들 및 상기 제2 코일부들의 배열 방향으로의 측면 형상이 I 자 형상을 갖도록 상기 제1 코일열에 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 코어리스 리니어 모터의 전기자.
  6. N극과 S극이 교대로 배열되되 마주하는 극성이 대응하도록 배치된 복수의 영구 자석을 갖는 고정자와,
    상기 영구 자석 사이에 배치되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 전기자를 포함하는 것을 특징으로 하는 코어리스 리니어 모터.
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