KR20090066369A - 공극조정장치를 포함한 리니어모터 - Google Patents

공극조정장치를 포함한 리니어모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예압을 이용하여 고정자와 가동자 사이의 공극을 조정하는 공극조정장치를 구비한 리니어모터(100)에 관한 것으로서, 고정자(102)와; 상기 고정자(102)를 따라 이동 가능하도록 상기 고정자성체(102b) 쪽의 일면에 가동자성체(104b)가 설치된 가동자(104)와; 예압을 이용하여 상기 고정자(102)의 고정 구조체(102a)와 상기 고정자성체(102b) 사이의 간격을 조절하여 상기 고정자성체(102b)와 상기 가동자성체(104b) 사이의 공극(G)을 조정하도록 상기 고정자(102)의 고정 구조체(102a)와 상기 고정자성체(102b) 사이에 장착된 공극조정장치(110)를 포함한다. 본 발명은 예압을 이용하여 고정자와 가동자 사이의 공극을 적절히 조정함으로써 리니어모터의 성능을 최적할 수 있다.
공작기계, 리니어모터, 고정자, 가동자, 공극, 예압

Description

공극조정장치를 포함한 리니어모터{LINEAR MOTOR HAVING AIR GAP ADJUSTING APPARATUS}
본 발명은 리니어모터에 관한 것이며, 구체적으로는 예압을 이용하여 고정자와 가동자 사이의 공극(air gap)을 조정하는 공극조정장치를 구비한 리니어모터에 관한 것이다.
공작기계 고속화에 대한 시장의 요구가 증가함에 따라 기준의 볼 스크루를 이용한 이송 시스템은 속도와 가속도의 한계로 인해 시장의 요구를 만족시키지 못하고 있다. 이에 따라, 공작기계 이송 시스템에 리니어모터를 이용하여 속도와 가속도를 높임으로써 생산성을 높이고자 하는 기술이 보편화되고 있다.
리니어모터는 전기적 입력에 대해 직접적으로 직선력을 얻을 수 있어 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키기 위한 별도의 동력 전환 장치를 필요로 하지 않고, 비접촉식 운동 방식으로 직선 구동을 하기 때문에 고속 운전 및 정숙 운전을 할 수 있으며, 전체 시스템의 소형화를 구현하기가 쉬운 장점이 있다.
이하 도 1과 2를 참조하여 일반적인 리니어모터의 구성을 설명한다.
종래의 리니어모터(10)는 판 형상의 고정자(12)의 고정 구조체(12a) 위에 판 상 자석(12b)을 일렬로 설치하고, 그 위에 자석(12a)에 대향하도록 코일(14b)이 권선된 가동자(14)가 배치되어 이 가동자(14)의 코일(14b)에 전류를 공급하면 고정자(12)의 자석(12b)이 전자기 작용을 하여 추력을 일으킨다.
또, 고정자(12)에는 자석(12b)의 양측으로 2개의 가이드(12c)가 설치된다. 가동자(14)에서, 코일(14b)은 슈(14a)에 설치되고 코일(14b) 양쪽에는 고정자 가이드(12c)를 따라 활주하도록 결합된 슬라이드 블록(12c)이 설치된 구조이다.
이에 따라, 코일(14b)의 전류 방향을 바꾸면 가동자(14)의 운동 방향도 바뀌게 된다. 이때, 가동자(14)의 코일(14b)은 고정자(12)의 자석(12b)에 일정 공극(air gap)(G)만큼 이격된 상태로 직선운동을 한다.
이와 같은 고정자(12)와 가동자(14) 사이의 공극(G)은 리니어모터의 성능을 결정하는 중요한 인자이다. 이는 특히 리니어모터가 공작기계와 같은 대형 장치에 사용되는 경우 더욱 중요하다.
공작기계에 사용되는 리니어모터의 경우, 자석과 코일이 마주하는 면적이 매우 커서(예컨대 260mm X 537mm) 공극 측정이 거의 불가능하여 이송 시스템을 구성하기 전에는 공극의 크기를 알 수 없다는 문제가 있다.
통상 리니어모터를 조립할 때, 고정자의 구조물을 먼저 조립한 후 자석과 코일이 부착될 가공면의 거리를 기준으로 하고 있다. 하지만, 큰 구조물의 조립 공차로 인해 (업체마다 다르며, 통상 1mm 이내인) 공극을 맞추기 어렵고, 수정이 거의 불가능하며, 큰 흡인력 때문에 접근하기도 어렵다. 예컨대, 최대추력이 9000N일 때, 흡인력은 27,000N으로 무게로 환산하면 2.7톤에 이른다.
이에 따라, 공작기계와 같은 대형 장치에 사용되는 리니어모터의 공극을 정확히 측정하고 이를 조정할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 예압을 이용하여 고정자와 가동자 사이의 공극을 적절히 조정함으로써 리니어모터의 성능을 최적화하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비자성체 게이지를 이용하여 공극을 측정하여 적절히 조정함으로써 리니어모터에서 자석의 균일한 자장을 최대한 활용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공극을 조정하지 못한데 따른 누적 공차로 인한 리니어모터의 성능 저하를 방지하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리니어모터는 고정구조체(120a)와, 상기 고정구조체(120a)의 상면에 설치되어 높이를 조절하는 높이조절수단과, 상기 높이조절수단의 상단에 일렬로 배치되는 복수의 고정자성체(102b)를 포함하여 구성되는 고정자(102)와; 상기 고정자(102)의 상면을 따라 이동 가능하도록 상기 고정자성체(102b)의 상면과 공극(G)을 두고 배치되는 가동자성체(104b)를 구비하는 가동자(104)와; 예압을 이용하여 상기 고정 구조체(102a)와 상기 고정자성체 (102b) 사이에 설치된 높이조절수단의 높이를 조절함으로서 상기 고정자성체(102b)와 상기 가동자성체(104b) 사이의 공극(G)을 조정하는 공극조정장치(110)를 포함한다.
이러한 구성에 의해 상기 공극조정장치(110)는, 상기 고정자성체(102b)의 평 면과 평행한 방향으로 상기 높이조절수단에 힘을 가하며 신축가능한 커넥팅로드(114)를 구비한 구동기(112)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정자(102)의 높이조절수단은 상기 고정자성체(102b)와 상기 고정 구조체(102a)의 대향면에 각각 고정 부착되고, 적어도 하나가 웨지 형태인 한 쌍의 판상부재(118a, 118b)와, 상기 한 쌍의 판상부재(118a, 118b)의 대향면을 따라 이동하도록 상기 구동기(112)의 커넥팅로드(114)의 외측 단부에 부착된 웨지 형태의 가동부재(116)를 포함하며, 상기 공극조정장치(110)는 상기 커넥팅로드(114)의 이동을 안내하기 위한 가이드(120)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공극조정장치(110)는 판상부재(118a, 118b)와 가이드(120) 사이의 초기 위치를 잡아주는 예압 스프링(126)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 판상부재(118a, 118b) 중의 적어도 하나의 내부에 형성된 냉매 유로(118c)에 냉매를 공급하는 냉각기(150)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정자성체(102b)와 상기 가동자성체(104b) 사이에 배치된 판상의 공극 게이지(130)를 더 포함하며, 상기 공극 게이지(130)는 비자성체로 구성되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명의 리니어모터는 예압을 이용하여 고정자와 가동자 사이의 공극을 적절히 조정함으로써 그 성능을 최적화할 수 있다. 또, 비자성체 게이지를 이용하여 공극을 측정하여 적절히 조정함으로써 리니어모터에서 자석의 균일한 자장을 최대한 활용할 수 있다. 아울 러, 공극을 조정하지 못한데 따른 누적 공차로 인한 리니어모터의 성능 저하를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
먼저, 도 3과 4를 참조하면, 본 발명의 리니어모터(100)는 고정자(102), 가동자(104) 및 이들 사이의 공극을 조정하는 공극조정장치(110)로 이루어진다.
고정자(102)는 고정 구조체(102a)와 그 일면에 트랙 형태로 배치된 복수의 고정자성체(102b)를 포함한다.
가동자(104)는 고정자(102)를 따라 이동 가능하도록 구성된 슈(104a)와, 슈(104a)의 하부면에 부착되어 고정자성체(102b)에 대해 상대적으로 수평방향으로 이동가능한 가동자성체(104b)로 구성된다.
일반적으로, 고정자성체(102b)는 영구 자석으로 이루어지고 가동자성체(104b)는 전자석으로 이루어지지만 그 역도 성립한다. 물론, 양자 공히 전자석으로 구성할 수도 있다.
한편, 공극조정장치(110)는 고정자(102)의 구조체(102a)와 고정자성체(102b) 사이의 간격을 조절하여 고정자성체(102b)와 상기 가동자성체(104b) 사이의 공극(G)을 조정하기 위한 장치로서, 고정자(102)의 고정 구조체(102a)와 고정자성체(102b) 사이에 장착된다.
상기 공극조정장치(110)는, 상기 고정자성체(102b)의 평면과 평행한 방향으로 힘을 가하는 구동기(112)와, 상기 고정자성체(102b)와 상기 고정 구조체(102a)의 대향면에 각각 고정 부착되고 웨지 형태를 가지는 한 쌍의 판상부재(118a, 118b)와, 상기 한 쌍의 판상부재(118a, 118b)의 대향면을 따라 이동하도록 상기 구동기(112)의 커넥팅로드(114)의 외측 단부에 부착된 웨지 형태의 가동부재(116)와, 상기 구동기(112)에 연결된 커넥팅로드(114)의 이동을 안내하기 위한 가이드(120)를 포함한다.
여기서, 한 쌍의 판상부재(118a, 118b)와 가동부재(116)는 상기 구동기(112)의 힘의 방향을 직각으로 전환하여 상기 고정자성체(102b)를 상기 고정 구조체(102a)에 대해 변위시키는 힘변환수단을 형성하게 된다. 즉, 도 3에 도시된 예의 경우, 구동기(112) 및 그에 연결된 가동부재(116)가 수평방향으로 전후진하면, 가동부재(116)와 웨지 형태로 접하고 있는 판상부재(118a, 118b)가 수직 방향으로 상하이동하게 되므로, 결국 고정자성체(102b)가 가동자성체(104b)에 근접하거나 멀어지게 됨으로써, 양자 사이의 공극(G)을 변동시킬 수 있게 된다.
한편, 도 3에 도시된 예에서는 한 쌍의 판상부재(118a, 118b)는 양자 공히 웨지 형태이지만 적어도 하나가 웨지 형태일 수도 있다.
가이드(120)에는 가동부재(116)에 연결된 구동기(112)의 커넥팅로드(114)를 안내하도록 슬롯(도시 생략)이 형성되어 있다. 또, 가이드(120)는 볼트(124)와 스프링(126)에 의해 판상부재(116)에 고정되어 상측 판상부재(116)와 그 위의 고정자성체(102b)를 고정 구조체(102a)에 구속시킴으로써, 고정자성체(102b)와 가동자성체(104b) 사이의 흡인력에 의해 고정자성체(102b)가 위치 이동하지 않도록 한다.
구체적으로, 도 3의 D 부분을 확대한 도 4에 도시한 것과 같이, 볼트(124)는 가이드(120)를 관통하여 판상부재(118a)에 고정되어 있으나, 가이드(120)의 T 슬롯(122)은 볼트(124)의 직경보다 크므로, 볼트(124)는 가이드(120)에 대해 고정되지 않는다. 따라서, 스프링(126)이 판상부재(118a)와 가이드(120)에 팽창력을 가함으로써 볼트(124)와 스프링(126)에 의해 가이드(120)와 판상부재(118a)가 서로 고정된다.
즉, 스프링(126)은 자력에 의해 고정자성체(102b)나 상측 판상부재(118a)가 이동하지 않도록 상측 판상부재(118a)를 가이드(120)에 대해 고정시킴으로써, 가이드(120)와 판상부재(118a) 사이의 초기 위치를 설정하게 된다. 따라서, 스프링(126)의 압력을 초과하는 힘을 가할 때만 가이드(120)와 판상부재(118a)가 서로에 대해 이동할 수 있다. 한편, 이와 같은 구성은 하측 판상부재(118a) 쪽에도 설치할 수 있다.
이와 같이 구성됨으로써, (예컨대 유압 실린더인) 구동기(112)가 작동하여, 커넥팅로드(114)가 가이드(120)의 슬롯을 통해 화살표(B)를 따라 이동하여 가동부재(116)가 화살표(B)를 따라 이동하면, 상측의 판상부재(118a)가 화살표 방향(C)으로 상하로 이동하여 공극(G)을 조정하게 된다.
즉, 웨지 형태의 가동부재(116)가 판상부재(118a, 118b)의 경사면을 따라 이동함에 따라 상측의 판상부재(118a)가 상하로 이동하여 고정자성체(102b)를 고정된 하측의 고정 구조체(102a)에 대해 변위시킴으로써, 공극(G)을 조정하게 된다.
또, 고정자성체(102b)와 가동자성체(104b) 사이의 공극을 측정하기 위해 판상의 공극 게이지(130)를 이용한다. 공극 게이지(130)는 고정자성체(102b)와 상기 가동자성체(104b) 사이에 삽입되어 이들 사이의 공극을 측정하기 위한 것으로, 이들의 자력에 영향을 받지 않도록 비자성체로 구성된다. 이와 같이 공극 게이지(130)를 고정자성체(102b)와 상기 가동자성체(104b) 사이에 삽입함으로서 목표 공극을 측정하고 조정할 수 있다.
이하 도 5를 앞선 도 3과 함께 참조하여 본 발명의 작동 원리를 설명한다.
구동기(112)가 유압 실린더인 경우, 구동기(112)에 유압을 공급하기 위한 유압 공급 장치(140)가 설치된다. 유압 공급 장치(140)는 유체 라인(142)으로 구동기(112)에 연결되어 필요한 압력의 유체를 공급하고, 유체 라인(142)에 설치된 유압 밸브(144)가 유체의 흐름을 단속한다.
이와 같이 구성함으로써, 구동기(112)에 적절한 유압을 제공하여 공극조정장치(110)를 원활히 구동시킬 수 있다.
한편, 판상부재(118a, 118b)에는 냉매 유로(118c)가 형성되어 있다. 냉매 유로(118c)는 한 쌍의 판상부재(118a, 118b) 전체에 형성된 것으로 도시되었지만, 어느 하나의 판상부재(118a, 118b)에 형성할 수도 있다. 물론, 양쪽의 판상부재(118a, 118b)에 형성하는 것이 냉각에 유리하다. 또, 냉매 유로(118c)에 냉매를 공급하기 위한 냉각기(150)가 설치되며, 냉각기(150)와 냉매 유로(118c)를 연결하는 냉매 라인(152)이 제공된다.
이와 같이 함으로써, 공극조정장치(110)를 적절히 냉각시켜 과열을 방지할 수 있다.
본 발명의 리니어모터는 도 6에 도시한 것과 같이 공작기계와 같은 대형 장치에 장착될 수 있다.
공작기계는 베드(200) 중앙에 테이블(202)이 장착되고, 3 세트의 이송 시스템(100A, 100B, 100C)에 의해 공구 매거진(204)을 이송하게 된다. 각각의 이송 시스템(100A, 100B, 100C)은 공구 매거진(204)을 X축, Y축 및 Z 축으로 이송하기 위한 것으로, 본 발명의 공극조정장치를 구비한 리니어모터를 채용함으로써 그 공극이 적절히 측정되고 조정되는 특징을 가질 수 있다. 또, 공작기계의 일측에는 조작반(206)이 설치되어 기계의 전반적인 동작을 조작할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 종래기술에 따른 리니어모터의 사시도.
도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 자른 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 공극조정장치를 구비한 리니어모터의 단면도.
도 4는 도 3의 D 부분의 확대도.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 리니어모터가 장착된 공작기계의 정면도.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100: 리니어모터　　　　　 102a: 고정 구조체
102b: 고정자성체 104b: 가동자성체
110: 공극조정장치　　　　　　　　　　　　　　 112: 실린더
116: 가동부재　　　　　　　　　 118a, 118b: 판상부재
118c: 냉매 유로　　　　　　　　　　　　　　　 120: 가이드
122: T 슬롯　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 124: 볼트
126: 스프링　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 130: 공극 게이지
140: 유압 공급 장치　　　　　　　　　　　 150: 냉각기

Claims (5)

  1. 고정구조체(120a)와, 상기 고정구조체(120a)의 상면에 설치되어 높이를 조절하는 높이조절수단과, 상기 높이조절수단의 상단에 일렬로 배치되는 복수의 고정자성체(102b)를 포함하여 구성되는 고정자(102)와;
    상기 고정자(102)의 상면을 따라 이동 가능하도록 상기 고정자성체(102b)의 상면과 공극(G)을 두고 배치되는 가동자성체(104b)를 구비하는 가동자(104)와;
    예압을 이용하여 상기 고정 구조체(102a)와 상기 고정자성체 (102b) 사이에 설치된 높이조절수단의 높이를 조절함으로서 상기 고정자성체(102b)와 상기 가동자성체(104b) 사이의 공극(G)을 조정하는 공극조정장치(110)를 포함하며,
    상기 공극조정장치(110)는, 상기 고정자성체(102b)의 평면과 평행한 방향으로 상기 높이조절수단에 힘을 가하며 신축가능한 커넥팅로드(114)를 구비한 구동기(112)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어모터(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정자(102)의 높이조절수단은 상기 고정자성체(102b)와 상기 고정 구조체(102a)의 대향면에 각각 고정 부착되고, 적어도 하나가 웨지 형태인 한 쌍의 판상부재(118a, 118b)와, 상기 한 쌍의 판상부재(118a, 118b)의 대향면을 따라 이동하도록 상기 구동기(112)의 커넥팅로드(114)의 외측 단부에 부착된 웨지 형태의 가동부재(116)를 포함하며, 상기 공극조정장치(110)는 상기 커넥팅로드(114)의 이 동을 안내하기 위한 가이드(120)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어모터(100).
  3. 제2항에 있어서, 상기 공극조정장치(110)는 판상부재(118a, 118b)와 가이드(120) 사이의 초기 위치를 잡아주는 예압 스프링(126)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어모터(100).
  4. 제2항에 있어서, 상기 판상부재(118a, 118b) 중의 적어도 하나의 내부에 형성된 냉매 유로(118c)에 냉매를 공급하는 냉각기(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어모터(100).
  5. 제1항에 있어서, 상기 고정자성체(102b)와 상기 가동자성체(104b) 사이에 배치된 판상의 공극 게이지(130)를 더 포함하며, 상기 공극 게이지(130)는 비자성체로 구성된 것을 특징으로 하는 리니어모터(100).
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