KR20060079250A - 구형파형 도선을 이용한 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직류전원을 이용하는 모터에 관한 것으로, 간단한 구조로, 소형, 경량화함으로써 제조비용의 저감도 기대할 수 있다. 이를 위해, 본 발명은 가동측의 전자부재로서 영구자석을 이용하여 N극과 S극을 번갈아 배열한 직선자극열(2) 또는 환상자극열(4)을 구성한다. 고정측의 전자부재로서 무철심의 구형파형 도선을 2조 설치한다. 자극열이 반피치만큼 움직일때마다 상기 2조의 파형도선의 한쪽에서 다른쪽으로 통전을 전환한다. 따라서, 본 발명은 리니어모터로서 가옥의 창호, 그 밖의 일반적인 반송용 기기에 이용되며, 회전모터로서 각종 전자기기 및 가전기구에 이용된다.

구형파형 도선, 리니어모터, 회전모터, 환상자극열, 직선자극열

Description

구형파형 도선을 이용한 모터{Motor using rectangualar waveform conductor}

본 발명은 가동부재에 대하여 통전할 필요가 없고, 더구나 고정부재가 소형경량이며 제조비용을 저감할 수 있도록 개량한 모터에 관한 것으로서, 회전모터에도 리니어모터에도 적용할 수 있다.

모터는 종래 일반적으로 고정측의 전자석과 가동측의 전자석 사이의 자력 흡인과 자력 반발력에 의해 구동되는 구조이다.

가동측의 전자석이 회전 가능하게 지지되고, 전자구동력이 원호방향(또는 접선방향)으로 작용하면 회전모터가 구성된다.

또, 가동측의 전자석이 직선을 따라 안내되어, 전자구동력이 그 안내방향으로 작용하면 리니어모터가 구성된다.

(종래기술의 결함)

종래예의 모터는 리니어형이든 회전형이든 전자석끼리의 자력작용에 의한 것이었기 때문에, 전자석의 철심이 대중량이고, 모터장치 전체가 대형대중량이고, 제조비용이 고액이었다.

게다가, 가동측의 전자석에 통전하기 위한 도전구조를 필요로 하고, 또는 전자유도작용을 행하게 하기 위해 교류전원을 필요로 하였다.

(본 발명의 목적)

본 발명은 이상 설명한 사항을 감안하여 이루어진 것으로, 소형경량이고 저가격인, 직류전원으로 구동할 수 있는 리니어모터, 및 소형경량이고 저가격인, 직류전원으로 구동할 수 있는 회전형 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(목적을 달성하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위해 안출한 본 발명의 기본적인 원리에 대하여 도 1을 참조하여 대략 설명하면 다음과 같다.

도 1은 미닫이(1)를 움직이는 리니어모터로서 구성한 일례이다.

Z축은 미닫이의 작동방향, Y축은 미닫이의 두께방향, Z축은 상하방향이다.

다수의 자극이 N, S 번갈아 배열되어 직선자극열(2)을 형성하고 있다.

상기 직선자극열의 자극배열피치에 맞추어 X-Y 평면과 평행하게, 또 X측방향으로 구형파형 도선(3)이 배치되고, 이 구형파형 도선은 고정부재(예를 들면 상인방)에 설치된다.

상기의 구형파형 도선(3)에 화살표 E-E'와 같이 통전하면, Y축방향의 전류(i, j)가 흐르고, 전자작용에 의해 상기 구형파형 도선(3)은 화살표 f방향의 힘을 받는다.

그러나, 구형파형 도선은 고정된 부재이기때문에 움직이지 않고, 그 반동에 의해 가동부재인 미닫이(1)에 장착된 직선자극열(2)이 화살표 F방향으로 구동된다.

도 1에 대하여 이상 설명한 바는, 본 발명에 관한 리니어모터의 작동원리이다.

상기의 구조기능에서 알 수 있는 바와 같이, 구형파형 도선(3) 중에서 Y축방향의 부분이 구동력 발생을 위해 중요하다. 이 Y축방향의 부분을 구형파형 도선의 엘리먼트라 칭한다.

마찬가지의 원리를 적용하여 회전모터를 구성하면 도 2와 같이 된다. Z은 수직축, H는 수평면이다.

다수의 자극 N, S를 번갈아, 면 H를 따라, X축을 중심으로 하여 원형으로 배열하고, 환상자극열(4)이 형성되어 있다.

부호 4로 나타낸 것은 상기 도 1에서의 직선자극열(2)에 대응하는 환상자극열이다.

부호 5로 나타낸 것은 상기 도 1에서의 구형파형 도선(3)에 대응하는 구형파형 코일이다. 이 구형파형 코일(5)에 화살표 a, b, c~h와 같이 통전하면 환상자극열(4)이 화살표 F'와 같이 회전된다.

도 2에 대하여 이상 설명한 바는, 본 발명에 따른 회전모터의 작동원리이다.

상기의 구조기능에서 알 수 있는 바와 같이, 구형파형 코일(5) 중에서 Z축을 중심으로 하는 방사상 부분이 구동력 발생을 위해 중요하다. 이 방사상 부분을 구형파형 코일의 엘리먼트라 한다.

본 발명에서의 구동력의 발생원리는, 도 1, 도 2에 대하여 설명한 바와 같지만, 이 구성만으로는 자극배열의 1피치만큼밖에 움직이지 않는다.

1피치만큼 움직이고 멈추어버린 이유 및 연속운동시키기 위한 구성에 대하여 다음에 설명한다.

도 3의 (A)는 앞서 설명한 도 1과 동일한 구성부분을 나타낸 평면도(단, 미닫이(1)는 도시 생략)이다. 설명의 편의상, 구형파형 도선을 점선으로 나타내고 부호 3A를 붙인다. 이 구형파형 도선에 화살표를 붙여서 나타낸 바와 같이 통전하면, 직선자극열(2)은 도면의 우측으로 움직여진다.

직선자극열(2)이 우측으로 반피치(p/2)만큼 움직이면, 구형파형 도선(3A)(점선)와 직선자극열(2)의 관계는 도 3의 (B)와 같이 된다. 이와 같이, 구형파형 도선의 엘리먼트가 자극의 경계선에 일치하면 X축방향의 힘이 작용하지 않게 된다.

따라서, 미리 실선으로 나타낸 것과 같은 구형파형 도선(3B)도 설치해 둔다.

3A를 제 1상 구형파형 도선이라 칭하고, 3B를 제 2상 구형파형 코일이라 칭한다. 양자는 X축방향으로 반피치(p/2)만큼 어긋나 있다.

가. 제 1상 구형파형 도선(3A)을 통전하고, 직선자극열(2)이 p/2만큼 움직여서 구동력이 소실되었을 때, 통전을 제 2상 구형파형 코일(3B)로 전환한다.

나. 제 2상 구형파형 코일(3B)에 통전하여 p/2만큼 움직이면 다시 제 1상 구형파형 도선(3A)로 전환한다. 단, 상기 가.항과 반대방향으로 통전한다(그 이유는 대향하는 자극의 극성이 교체되어 있기 때문이다).

다. 상기 나.항에 의해 p/2만큼 움직이면, 통전을 제 2상 구형파형 코일(3B)로 전환한다. 이로써, 1사이클을 마친다.

상기와 같이 하여 통전을 전환하려면 직선자극열(2)의 이동을 검지할 필요가 있다.

미닫이에 고정되어 있는 직선자극열(2)에 측정자(7)를 설치하고, 상기 측정자의 움직임을 광학센서(8)로 판독하여 전환스위치(도시생략)를 작동시킨다.

상기 측정자(7) 및 광학센서(8)의 설치위치에 대해서는 도 6을 참조하여 나중에 상세히 설명한다.

리니어 모터에 대하여 연속운전시키기 위한 구성은 도 3을 참조하여 이상에 설명한 바와 같지만, 회전모터의 경우에 대하여 이하에 설명한다.

도 4의 (A)와 같이 구형파형 코일의 엘리먼트가 자극에 대향하고 있을 때는 화살표 a, b~h의 통전에 의해 환상자극열(4)이 화살표 F'방향으로 회전하지만, 도 4의 (B)와 같이 구형파형 코일의 엘리먼트가 자극의 경계선에 정면으로 대향하면 회전구동력이 소실된다. 따라서, 미리 다음과 같이 구성해 둔다.

도 5의 (B)는 구형파형 코일(5)의 상세도이다. 구형파형 코일(5)은 제 1상 구형파형 코일(5A)과 제 2상 구형파형 코일(5B)을 회전각 피치의 1/2만큼 어긋나게 배치함으로써 구성되어 있다. 그리고, 반피치각(p/2) 회전함으로써 통전을 전환한다.

도 5의 (A)는 환상자극열(4)의 평면도이다. 자극에 대향시켜서 2개의 홀센서(18)가 피치각도(p)의 1/4만큼 어긋나게(상세하게는 p/4의 홀수배만큼 어긋나게) 배치되어 있다. 이 홀센서(18)의 검출신호에 기초하여, 제 1상 구형파형 코일(5A)과 제 2상 구형파형 코일(5B)의 통전 전환을 통전전환 스위치(도시생략)에 의해 행한다.

회전모터에서의 통전전환은 원리적으로는 리니어모터와 동일하므로 상세한 것은 생략한다.

도 1은 본 발명을 적용하여 구성한 리니어모터의 작동원리를 설명하기 위한 모식적인 사시도이다.

도 2은 본 발명을 적용하여 구성한 회전모터의 작동원리를 설명하기 위한 모식적인 사시도이다.

도 3은 리니어모터를 연속적으로 작동시키기 위한 구성을 나타낸 사시도이다.

도 4는 회전모터에 발생하는 구동력을 설명하기 위한 모식적인 사시도이다.

도 5는 회전모터를 연속적으로 작동시키기 위한 구성을 나타낸 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 리니어모터의 일실시예를 나타낸 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 회전모터의 일실시예를 나타낸 단면도이다

도 6은 미닫이에 본 발명을 적용한 일실시예를 나타낸 수직단면도이다.

미닫이(1)의 작동방향인 X축은 지면에 수직이다.

상인방(9)에는 X축방향의 홈(9a)이 형성되고, 이 홈에 레일 겸 케이스(10)가 끼워넣어져 있다.

상기 레일 겸 케이스는 네모진 C형의 단면을 갖고 있다. 본 예에서는 시판하는 레일(커튼 레일과 유사한 미닫이용 레일)을 이용하였다.

미닫이(1)에 대하여 지지구(12)를 개재하여 롤러(11)가 설치되어 있고, 레일 겸 케이스의 레일면을 주행한다.

상기 레일 겸 케이스(10)의 천정면에 구형파형 도선(3)(앞서 설명한 도 1에 나타낸 부재)이 장착되어 있다. 부호 17은 도자판(導磁板)이다.

상기 구형파형 도선(3)이 소형경량(특히, 박형)의 부재이기 때문에 통상 시판되고 있는 미닫이용 레일 내에 알맞게 수납된다.

상기 지지구(12)에 X축방향의 직선자극열(2)이 장착되어 상기 구형파형 도선(3)에 대향하고 있다. 이 직선자극열(2)은 앞서 설명한 도 1에 나타낸 부재이지만, 본 도 6의 실시예에서는 가늘고 긴 자석강판에 착자(着磁)하여 구성하였다. 부호 13은 덮개판이다. 이 덮개판은 도자판을 겸할 수도 있다.

상기 미닫이(1)의 중력하중은 롤러(11)로 지지된다. 상기 미닫이의 Y축방향의 위치결정지지는 가이드홀(14)에서 담당하고 있다.

상기 레일 겸 케이스(10)에 광학센서(8)가 설치되고, 지지구(12)에 측정자(7)가 설치되어 있다.

측정자는 전선을 접속할 필요가 없으므로 가동부재측(미닫이(1))에 설치해도 도선에 관한 어려움은 없다.

도시를 생략하지만, 광학센서(8)에는 신호선을 개재하여 스위치회로가 접속되어 있어, 구형팡형 도선(3)의 통전전환을 행한다.

이 도 6에 나타나 있는 부재중에서 상인방(9)과 미닫이(1)를 제외하고, 필요하다면 전기적 제어 부재를 가하여 어셈블리 부품을 구성하면 시장유통성이 있고, 가옥건축산업의 발전에 기여하는 바가 크다.

도 7은 본 발명을 적용하여 구성한 회전모터의 일실시예를 나타낸 횡단면도이다.

도시하는 부호 H 및 Z은 모식적인 원리도인 도 2와 대조하기 위해 부기한 것이다. 회전축(6a)은 Z축과 동심으로 배치되어 있다.

상기 회전축(6a)에 의해 로터(6)가 지지되어 있다.

상기 로터(6)는 허브(6b)에 의해 고리형상 철판(6c)을 지지하고, 이 고리형상 철판에 환상(環狀)착자강판(6d)이 장착되어 있던 구조로서, 상기 환상착자강판의 자극면(도면에서 하면)은 평면 H에 평행한다.

한편, 상기 회전축(6a)은 베어링(16)에 의해 스테이터(15)에 대하여 회전이 자유롭게 지지되어 있다.

스테이터(15)는 원반상 수지 플레이트(15a)에 구형파형 코일(5)(앞서 설명한 도 2 및 도 5에 나타낸 부재)을 장착한 구조이다.

본 발명을 실시할 경우, 상기 원반상 수지 플레이트는 반드시 문자대로 수지제가 아니어도 되지만, 렌츠(Lenz) 손실을 방지하기 위해 전기절연성재료로 구성하는 것이 바람직하다.

원반상 수지 플레이트(15a)를 사이에 두고 구형파형 코일(5)과 대향하는 위치에 가상선으로 나타낸 도자판(17)을 설치할 수도 있다. 이 도자판을 설치하는데에는 장단점이 있는데, 도자저항이 감소하여 플레이밍력(fleming force)이 증가하는 반면, 환상착자강판(6d)과 도자판(17) 사이에 자기흡인력이 작용하여 베어 링(16)에 드러스트력(thrust force)이 걸린다.

본 발명의 모터는 가옥건축산업 등에 폭넓게 이용될 수 있는 것이며, 또 리니어모터 등의 분야에서도 이용될 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 미닫이를 전동으로 개폐하는 장치에 있어서, 상기 미닫이의 개폐작동방향을 X축으로 하고, 수직한 Z축을 갖는 직교 3축 X, Y, Z을 설정하고, 미닫이의 상단부에 설치되는 [N극과 S극을 일정한 피치(p)로 번갈아 나열한 직선자극열(2)]과, 상기 직선자극열(2)에 대항시켜 건조물에 고정되는 [Y축방향의 엘리먼트가 일정한 피치(p)로 X축방향으로 나열된 구형파형 도선의 2조(3A, 3B)]와, 상기 2조의 구형파형 도선(3A, 3B)에 통전하는 수단을 구비하고 있고, 상기 2조의 구형파형 도선(3A, 3B)이 상호 X축방향으로 반피치(p/2) 어긋나 있고, 또 상기 미닫이에 고정된 직선자극열(2)이 반피치(p/2) 이동할 때마다 상기 통전수단이 어느 한 조의 구형파형 도선의 통전을 다른쪽 조의 구형파형 도선으로 번갈아 전환하는 기능을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 구형파형 도선을 이용한 모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 통전수단이 미닫이에 설치되는 X축방향의 측정자(7)와, 건조물에 설치되는 [상기 측정자의 이동거리를 판독하는 광학센서(8)]를 구비하고 있고, 상기 광학센서는 상기 측정자가 반피치(p/2) 이동할 때마다 검출신호를 출력하는 기능을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 구형파형 도선을 이용한 모터.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   네모진 C자형의 횡단면을 갖는, 커튼레일 형상의 레일 겸 케이스(10)를 구비하고 있고, 상기 레일 겸 케이스의 내면에 상기 구형파형 도선(3)이 설치되어 있고, 또 상기 레일 겸 케이스 내의 공간을 상기 직선자극열(2)이 X축방향으로 통행할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 구형파형 도선을 이용한 모터.
4. 좌표축 Z과, 이것에 직교하는 평면 H를 상정하고, Z축과 동심으로 회전 자유롭게 지지되어 있는 회전축(6a)과, 상기 회전축(6a)에 의해 평면 H와 평행하게 지지되어 있는 환상자극열(4)과, 상기 환상자극열과 평행하게 대향이간하여 설치되어 있는, 정지부재인 구형파형 코일(5)을 구비하고 있고, 또 상기 환상자극열은 N극, S극이 일정한 각도피치(p)로 번갈아 배치된 것이며, 상기 구형파형 코일은 Z축을 중심으로 하는 방사상의 엘리먼트가 피치 p로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 구형파형 도선을 이용한 모터.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 구형파형 코일은 제 1상 구형파형 코일(5A)과 제 2상 구형파형 코일(5B)이 각도피치 p/4만큼 어긋나게 배치된 것이며, 또 상기 환상자극열(4)의 회전각도를 p/4마다 검출하는 홀센서(18)를 구비하는 동시에, 상기 홀센서의 검출신호에 기초하여 제 1상 구형파형 코일(5A)의 통전과 제 2상 구형파형 코일(5B)의 통전을 번갈아 전환하는 스위치회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 구형파형 도선을 이용한 모터.

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