KR100429616B1 - 로터리 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직선운동용 마그네트에서 발생되는 자속이 직선운동용 스테이터 코어의 권선코일 주위로 효과적으로 통과할 수 있도록 하여 직선 운동시 직선 구동력을 증대시킬 수 있는 로터리 리니어 모터를 제공하는 데 목적이 있다.

이러한 로터리 리니어 모터는 직선운동 및 회전운동되는 샤프트와, 상기 샤프트가 회전운동되도록 회전운동력을 발생시키는 회전 구동부와, 상기 샤프트가 직선운동되는 직선운동력을 발생시킬 수 있도록 상하 극성이 다른 다수개로 분할되는 직선운동용 마그네트와, 상기 직선운동용 마그네트와 소정의 간격으로 두고 감긴방향이 서로 반대인 분할된 상태로 배치되는 직선운동용 스테이터 코어로 이루어지는 직선 구동부를 포함하여 이루어진다.

Description

로터리 리니어 모터 { Rotary linear motor }

본 발명은 직선운동 및 회전운동이 가능한 로터리 리니어 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직선 운동시 운동력을 증가시킬 수 있는 로터리 리니어 모터에 관한 것이다.

일반적으로 로터리 리니어 모터는 회전축과, 그 회전축에 결합되어 축과 함께 회전하는 것으로 영구자석 구조체로 형성된 회전자와, 그 회전자가 회전할 수 있도록 회전자계를 형상해 주는 권선코일 구조체로 형성된 고정자로 구성된다.

이상과 같은 로터리 리니어 전동기는 각각 회전운동과 직선운동만을 하는 것으로, 회전운동과 직선운동을 동시에 필요로 하는 설비일 경우 회전운동을 하는 모터와 직선운동을 하는 모터를 같이 사용하거나, 하나의 전동기를 사용할 경우 회전동을 직선운동으로 변환해주는 별도의 장치요소가 수반되어야 한다. 특히 동일축 에 의해 회전운동과 직선운동이 모두 요구될 경우 상기와 같은 전동기로는 요구 사항을 충족시키지 못하는 어려움이 따른다.

이와 같은 문제의 대안으로 제시된 것이 축을 회전운동시키기 위한 회전 구동부와, 직선운동시키기 위한 직선 구동부가 일체로 마련되어 동일축을 회전운동과 직선운동을 시킬 수 있는 로터리 리니어 모터가 개발되었다.

종래의 로터리 리니어 모터는 회전자 겸용 샤프트가 로터 프레임과 일체로 연결되고, 이 로터 프레임의 외측 둘레방향으로 샤프트를 직선운동시키는 직선 구동부가 배치되고, 상기 로터 프레임의 내측 둘레방향으로 샤프트를 회전운동시키는 회전 구동부가 배치되어 구성된다.

도 1은 종래의 로터리 리니어 모터의 회전 구동부를 나타낸 절개 사시도이다.

상기 직선 구동부는 상기 로터 프레임의 외측 둘레면에 연결되는 로터 요크(102)와 상기 로터 요크(102)의 내주면에 배치되어 직선운동을 위한 자계를 형성하는 직선운동용 마그네트(104)와, 이 직선운동용 마그네트(104)의 내측 둘레면에 소정의 간격을 두고 배치되어 전원이 인가되면 직선운동력을 발생시키는 직선운동용 스테이터 코어(106)와, 상기 직선운동용 스테이터 코어(106)의 권선코일이 감겨지도록 상기 직선운동용 스테이터 코어(106)의 내측면 및 상하면을 감싸도록 형성되는 스테이터 요크(108)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 직선 운동부는 직선운동용 스테이터 코어(106)에 전원이 인가되면 직선운동용 스테이터 코어(106)에 형성되는 자계와 직선운동용 마그네트(104)에 의해 형성되는 자계의 상호 작용력에 의해 샤프트가 직선 운동하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 로터리 리니어 모터는 직선운동용 마그네트가 반경방향으로 자화되어 마그네트의 안쪽면과 바깥쪽면에서 동일한 극성이 발생되기 때문에 마그네트에서 발생되는 자속 중 일부만이 직선운동용 스테이터 코어를 통과하여 자계를 형성하므로 직선 운동시 직선 구동력이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 직선운동용 마그네트에서 발생되는 자속이 직선운동용 스테이터 코어의 권선코일 주위로 효과적으로 통과할 수 있도록 하여 직선 운동시 직선 구동력을 증대시킬 수 있는 로터리 리니어 모터를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 로터리 리니어 모터의 직선 구동부를 나타낸 절개 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 로터리 리니어 모터의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 리니어 모터의 직선 구동부를 나타낸 절개 사시도이다.도 4는 본 발명에 따른 리니어 모터의 직선 구동부의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 샤프트 4 : 로터 프레임

16 : 회전운동용 마그네트 20 : 회전운동용 스테이터 코어

24,26 : 직선운동용 마그네트 28,30 : 직선운동용 스테이터 코어

32 : 스테이터 요크

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 로터리 리니어 모터는 직선운동 및 회전운동되는 샤프트와, 상기 샤프트가 회전운동되도록 회전운동력을 발생시키는 회전 구동부와, 상기 샤프트가 직선운동되는 직선운동력을 발생시킬 수 있도록 상하 극성이 다른 다수개로 분할되는 직선운동용 마그네트와, 상기 직선운동용 마그네트와 소정의 간격을 두고 감긴방향이 서로 반대인 분할된 상태로 배치되는 직선운동용 스테이터 코어로 이루어지는 직선 구동부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 회전운동 및 직선운동이 가능한 로터리 리니어 모터의 단면도이다.

도 2를 참조하면 로터리 리니어 모터는 직선 운동 및 회전 운동되는 샤프트(2)와, 상기 샤프트(2)와 일체로 연결되는 로터 프레임(4)과, 이 로터 프레임(4)의 내측 둘레방향으로 장착되어 상기 샤프트(4)가 회전운동되도록 회전운동력을 발생시키는 회전 구동부와, 상기 로터 프레임(4)의 외측 둘레방향으로 장착되어 상기 샤프트(4)가 직선운동되도록 직선운동력을 발생시키는 직선 구동부로 구성된다.

상기 샤프트(2)는 회전 및 직선 왕복운동이 가능하도록 상기 모터 하우징(6)의 상단과 하단에 슬리브 베어링(8a,8b)이 샤프트(2)에 슬라이딩 접촉 가능하게 설치되고, 그 외부로 상하측에 각각 레이디얼 베어링(10) 및 스러스트 베어링(12)이 설치된다.

그리고, 샤프트(2)의 주변 소정 부위에는 샤프트(2)의 왕복 직선 운동에 따른 직선 운동력에 일정 크기의 탄성력을 부가하기 위해 샤프트(2)와 연결되는 로터 프레임(4)의 일측면과 슬리브 베어링(8a) 사이에 제1 압축스프링(14a)이 장착되고, 로터 프레임(4)의 타측과 슬리브 베어링(8b) 사이에 제2 압축스프링(14b)이 장착된다.

상기 회전 구동부는 회전운동을 위한 자계를 형성하는 회전운동용 마그네트(16)와, 이 회전운동용 마그네트(16)의 외측 둘레방향으로 소정의 간격을 두고 장착되고 모터 하우징(6)에 고정되어 전원이 인가되면 회전운동력을 발생시키는 회전운동용 스테이터 코어(20)로 이루어진다.

상기 직선 구동부는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 로터 프레임(4)의 외측 둘레방향으로 연결되는 로터 요크(22)와, 상기 로터 요크(22)의 내주면에 분할된 상태로 배치되어 직선운동을 위한 자계를 형성하는 직선운동용 마그네트(24,26)와, 상기 직선운동용 마그네트(24)와 소정의 간격으로 두고 내주면에 분할된 상태로 배치되어 전원이 인가되면 직선운동력을 발생시키는 직선운동용 스테이터 코어(28,30)와, 상기 직선운동용 스테이터 코어(28,30)의 내주면에 배치되어 권선코일이 감겨지는 스테이터 요크(32)로 구성된다.

상기 직선 운동용 마그네트(24,26)는 상기 로터 요크(22)의 내주면에 소정의간격을 두고 두 개로 분할된 상태로 상하 각기 다른 극성을 갖도록 배치된다.

이러한 직선 운동용 마그네트(24,26)는 상하방향으로 각기 다른 극성을 갖도록 배치되어 마그네트에서 발생되는 자속이 상부 마그네트(24)와 하부 마그네트(26)를 폐회로를 구성하면서 형성되기 때문에 직선운동용 스테이터 코어(28,30)의 권선코일을 통과율을 향상시킬 수 있다.

상기 직선운동용 스테이터 코어(28,30)는 상하측 각각 일정 간격을 두고 분할된 상태로 배치되고, 권선 코일의 감기는 방향을 서로 반대로 하여 상기 분할되어 각기 다른 극성을 갖도록 배치되는 마그네트에서 발생되는 자속과 상호 작용이 이루어지도록 한다.

상기 스테이터 요크(32)는 분할된 직선운동용 스테이터 코어(28,30)의 권선 코일이 상하 반대방향으로 감겨질 수 있도록 평면 형태로 철심으로 형성된다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 로터리 리니어 모터의 작용을 다음에서 설명한다.

먼저, 샤프트(2)의 회전운동을 시킬 경우 회전운동용 스테이터 코어(20)에 전원이 인가되고, 이때 회전운동용 스테이터 코어(20)의 권선 코일에 형성되는 회전자계와 회전운동용 마그네트(16)에 의한 자계와의 상호 작용력에 의해 로터 프레임(4)이 회전되고, 이때 로터 프레임(4)과 일체로 연결된 샤프트(2)가 회전운동된다.

그리고, 이와 반대로 샤프트(2)를 직선운동시킬 경우 분할된 직선운동용 스테이터 코어(28,30)에 각각 전원이 인가되면, 감기는 방향이 상하 반대인 권선 코일의 각각에 전원이 인가되어 직선 자계가 형성되고, 다수개로 분할된 상태로 각기 다른 극성을 갖는 직선운동용 마그네트(24,26)에서 발생되는 자속에 의한 자계가 형성되어 두 자계의 상호 작용에 의해 샤프트(2)가 직선 운동된다.

이때, 직선운동용 마그네트에서 발생되는 자속이 상부와 하부의 마그네트(24,26)를 폐회로를 구성하면서 형성되기 때문에 권선 코일의 주위로 효과적으로 통과할 수 있다.즉, 도 4의 본 발명에 따른 리니어 모터의 직선 구동부의 단면도에 나타난 바와 같이, 상부 마그네트(24)와 상부 스테이터 코어(28)와의 상호작용력과, 상기 상부 마그네트(24)와 극성이 반대인 하부 마그네트(26)와 상기 상부 스테이터 코어(28)와 전류의 방향이 반대인 하부 스테이터 코어(30)와의 상호작용력의 합(F)은 동시에 일정한 방향으로 향하고, 그 상호작용력의 합(F)의 반작용력(F')이 로터 프레임(4)에 작용하여 상기 로터 프레임(4)과 일체로 된 상기 샤프트(2)가 직선이동하게 된다.또한, 상기 스테이터 요크(32)를 통과하는 자계는 폐곡선을 형성하게 된다.

따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 로터리 리니어 모터는 직선운동용 마그네트를 상하 극성이 다르게 분할된 상태로 배치하고, 이와 상호 작용 가능토록 직선운동용 권선코일을 감기는 방향이 서로 반대되도록 분할된 상태로 형성함으로써, 직선운동용 마그네트에서 발생되는 자속이 직선운동용 스테이터 코어의 권선코일 주위로 효과적으로 통과할 수 있도록 하여 직선 구동력을 증대시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 직선운동 및 회전운동되는 샤프트와;

   상기 샤프트가 회전운동되도록 회전운동력을 발생시키는 회전 구동부와;

   상기 샤프트가 직선운동되는 직선운동력을 발생시킬 수 있도록 상하 극성이 다른 다수개로 분할되는 직선운동용 마그네트와, 상기 직선운동용 마그네트와 소정의 간격을 두고 감긴방향이 서로 반대인 분할된 상태로 배치되는 직선운동용 스테이터 코어로 이루어지는 직선 구동부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 로터리 리니어 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 직선 운동용 마그네트는 상하부에 소정의 간격을 두고 두 개로 분할된 상태로 배치되며, 상하부 마그네트가 서로 다른 극성을 갖도록 배치되어짐을 특징으로 하는 로터리 리니어 모터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 직선운동용 스테이터 코어는 상기 직선 운동용 마그네트와 동일한 폭으로 상하측에 분할된 상태로 배치되고 스테이터 요크에 감긴 방향이 서로 반대가 되도록 형성되어짐을 특징으로 하는 로터리 리니어 모터.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 스테이커 요크는 분할된 직선운동용 스테이터 코어의 권선 코일이 상하 반대방향으로 감겨질 수 있도록 평면 형태의 철심으로 형성되어짐을 특징으로 하는 로터리 리니어 모터.