KR100408996B1 - Rotary linear motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직선운동용 마그네트와 스테이터 코어의 권선코일에서 발생되는 자계의 상호작용에 의한 힘뿐만 아니라 권선코일에 흐르는 전류에 의한 자기장이 로터 요크에 작용하는 힘이 동시에 작용토록 하여 직선운동시 구동력을 증대시킬 수 있는 로터리 리니어 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention provides a driving force during linear motion by simultaneously acting a force acting on the rotor yoke by a magnetic field caused by current flowing through the winding coil as well as a force due to the interaction of the magnetic field generated in the coil for the linear motion and the stator core. The purpose is to provide a rotary linear motor that can be increased.
이러한 로터리 리니어 모터는 직선운동 및 회전운동되는 샤프트와, 상기 샤프트가 회전운동되도록 회전운동력을 발생시키는 회전 구동부와, 상기 샤프트가 직선운동되는 직선운동력을 발생시킬 수 있도록 직선운동을 위한 자계를 형성하는 직선운동용 마그네트와, 상기 직선운동용 마그네트와 소정의 간격으로 두고 배치되는 직선운동용 스테이터 코어와, 상기 직선운동용 마그네트의 외주면에 배치되어 상기 직선운동용 스테이터 코어에 흐르는 전류에 의해 릴럭턴스 포스를 발생시키는 로터 코어와, 상기 직선운동용 스테이터 코어의 내주면에 배치되어 권선코일이 감겨지는 스테이터 요크로 이루어지는 직선 구동부를 포함하여 이루어진다.The rotary linear motor has a shaft for linear movement and rotational movement, a rotation drive unit for generating a rotational movement force to rotate the shaft, and a magnetic field for linear movement to generate a linear movement force for the linear movement of the shaft. Reluctance force is generated by a linear motion magnet, a linear motion stator core disposed at a predetermined distance from the linear motion magnet, and a current disposed on an outer circumferential surface of the linear motion magnet and flowing through the linear motion stator core. It comprises a rotor core for generating a linear drive portion made of a stator yoke, which is disposed on the inner circumferential surface of the stator core for linear motion is wound.
Description
본 발명은 로터리 리니어 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직선운동 및회전운동이 가능한 로터리 리니어 모터의 직선 운동시 직선 구동력을 증대시킬 수 있는 로터리 리니어 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a rotary linear motor, and more particularly, to a rotary linear motor capable of increasing linear driving force during linear movement of a rotary linear motor capable of linear and rotational movements.
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.In general, a rotary linear motor is composed of a rotating shaft and a stator formed of a rotor formed by a permanent magnet structure coupled to the rotating shaft and rotating together with the shaft, and a winding coil structure forming a rotor magnetic field so that the rotor can rotate. do.
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.The rotary linear motor as described above performs rotational motion and linear motion only, respectively, and in the case of equipment requiring rotational motion and linear motion at the same time, the motor that uses the rotational motion and the motor that performs the linear motion together or use one motor If used, it shall be accompanied by a separate device element that converts the rotary motion into linear motion. In particular, when both the rotary motion and the linear motion are required by the same axis, the motor does not meet the requirements.
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.As an alternative to such a problem, a rotary linear motor capable of rotating and linearly rotating the same axis has been developed, in which a rotary drive unit for rotating the shaft and a linear drive unit for linear movement are integrally provided.
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.In the conventional rotary linear motor, a combined rotor shaft is integrally connected to the rotor frame, and a linear drive unit for linearly moving the shaft in the outer circumferential direction of the rotor frame is disposed, and the shaft is rotated in the inner circumferential direction of the rotor frame. The rotary drive unit is arranged to be configured.
도 1은 종래의 로터리 리니어 모터의 회전 구동부를 나타낸 절개 사시도이다.1 is a cutaway perspective view showing a rotational drive of a conventional rotary linear motor.
상기 직선 구동부는 직선운동을 위한 자계를 형성하는 직선운동용 마그네트(104)와, 이 직선운동용 마그네트의 외측면에 배치되어 직선운동용 마그네트에서 발생되는 자기장의 통로가 되는 로터 요크와, 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.The linear drive unit includes a linear motion magnet 104 for forming a magnetic field for linear motion, a rotor yoke disposed on an outer surface of the linear motion magnet to become a path of a magnetic field generated in the linear motion magnet, and a linear motion. The winding coil of the stator core 106 for linear motion and the stator core 106 for linear motion that are arranged at predetermined intervals on the inner circumferential surface of the magnetic magnet 104 and generate power when linear power is applied are wound up. It is composed of a stator yoke 108 formed to surround the inner surface and the upper and lower surfaces of the stator core 106 for linear motion.
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.When the linear motion part configured as described above is applied with power to the stator core 106 for linear motion, the magnetic force formed by the stator core 106 for linear motion and the magnetic field formed by the magnet 104 for linear motion are generated by the interaction force. The shaft will move linearly.
그러나, 상기한 바와 같은 로터리 리니어 모터는 마그네트의 자계와 스테이터 코어에 전원이 인가되면 권선코일에서 발생되는 자계의 상호 작용에 의해서만 샤프트를 직선운동시키는 구동력이 발생되기 때문에 구동력을 일정 이상 증대시킬 수 없는 문제점이 발생된다.However, in the rotary linear motor as described above, when power is applied to the magnetic field of the magnet and the stator core, the driving force for linearly moving the shaft is generated only by the interaction of the magnetic field generated in the winding coil, and thus the driving force cannot be increased by a certain amount. Problems arise.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 직선운동용 마그네트와 스테이터 코어의 권선코일에서 발생되는 자계의 상호작용에 의한 힘뿐만 아니라 권선코일에 흐르는 전류에 의한 자기장이 로터 요크에작용하는 힘이 동시에 작용토록 하여 직선운동시 구동력을 증대시킬 수 있는 로터리 리니어 모터를 제공하는 데 있다.The present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is not only a force due to the interaction of the magnetic field generated in the coil for linear motion and the winding coil of the stator core, but also a magnetic field due to the current flowing in the winding coil. The present invention provides a rotary linear motor capable of simultaneously acting on the rotor yoke to increase the driving force during linear motion.
도 1은 종래 기술에 따른 로터리 리니어 모터의 직선 구동부를 나타낸 절개 사시도이다.1 is a cutaway perspective view showing a linear drive of a rotary linear motor according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 로터리 리니어 모터의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a rotary linear motor according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 모터의 직선 구동부를 나타낸 절개 사시도이다.Figure 3 is a cutaway perspective view showing a linear drive of the linear motor according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
2 : 샤프트 4 : 로터 프레임2: shaft 4: rotor frame
16 : 회전운동용 마그네트 20 : 회전운동용 스테이터 코어16: magnet for rotational movement 20: stator core for rotational movement
24 : 직선운동용 마그네트 26 : 직선운동용 스테이터 코어24: magnet for linear motion 26: stator core for linear motion
30 : 스테이터 요크 32 : 돌출부30: stator yoke 32: protrusion
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 로터리 리니어 모터는 샤프트와; 상기 샤프트가 회전운동되도록 회전운동력을 발생시키는 회전 구동부와; 상기 샤프트가 직선운동되는 직선운동력을 발생시킬 수 있도록 직선운동을 위한 자계를 형성하는 직선운동용 마그네트와, 상기 직선운동용 마그네트와 소정의 간격으로 두고 배치되는 직선운동용 스테이터 코어와, 상기 직선운동용 마그네트의 외주면에 배치된 로터 요크와, 상기 직선운동용 스테이터 코어의 내주면에 배치되어 권선코일이 감겨지는 스테이터 요크로 이루어진 직선 구동부를 포함하여 구성되고, 상기 로터 요크는 상기 직선운동용 마그네트의 상측 및 하측면이 감싸지는 방향으로 그 상단 및 하단에 각각 일정 폭만큼 돌출부가 형성되고, 상기 직선운동용 스테이터 코어에 흐르는 전류에 의해 릴럭턴스 포스를 발생시킬 수 있도록 상기 돌출부의 상측면이 상기 권선코일이 감겨지는 스테이터 요크와 축방향으로 일정 단차를 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다.Rotary linear motor according to the present invention for realizing the above object is a shaft; A rotation drive unit generating a rotational motion force such that the shaft is rotated; A linear motion magnet for forming a magnetic field for linear motion so as to generate a linear motion force in which the shaft is linearly moved, a stator core for linear motion disposed at a predetermined distance from the magnet for linear motion, and the linear motion The rotor yoke is disposed on the outer circumferential surface of the magnet and a linear drive unit comprising a stator yoke disposed on the inner circumferential surface of the stator core for linear motion and the winding coil is wound. And a protrusion is formed on the top and bottom of the lower side in a direction in which the lower side is wrapped, and the upper side of the protrusion is configured to generate a reluctance force by a current flowing through the stator core for linear motion. Mold to have a constant step in the axial direction with the wound stator yoke It is characterized by.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 회전운동 및 직선운동이 가능한 로터리 리니어 모터의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a rotary linear motor capable of a rotary motion and a linear motion according to the present invention.
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 장착되어상기 샤프트(4)가 직선운동되도록 직선운동력을 발생시키는 직선 구동부로 구성된다.Referring to FIG. 2, a rotary linear motor includes a shaft 2 that is linearly and rotationally moved, a rotor frame 4 integrally connected to the shaft 2, and an inner circumferential direction of the rotor frame 4. And a rotation drive unit generating a rotational motion force to rotate the shaft 4 and a linear drive unit mounted in an outer circumferential direction of the rotor frame 4 to generate a linear motion force to linearly move the shaft 4. do.
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.The shaft 2 is provided with a sleeve bearing (8a, 8b) in the upper and lower ends of the motor housing (6) so as to allow sliding and linear reciprocating movement in sliding contact with the shaft (2), the upper and lower sides of the shaft (2) Radial bearings 10 and thrust bearings 12 are respectively installed in the shafts.
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.In addition, one side surface of the rotor frame 4 connected to the shaft 2 and the sleeve bearing are connected to the shaft 2 in order to add a predetermined magnitude of elastic force to the linear motion force according to the reciprocating linear motion of the shaft 2 at a predetermined portion around the shaft 2. The first compression spring 14a is mounted between 8a, and the second compression spring 14b is mounted between the other side of the rotor frame 4 and the sleeve bearing 8b.
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.The rotary drive unit is provided with a rotary motion magnet 16 for forming a magnetic field for the rotary motion, and a predetermined distance in the outer circumferential direction of the rotary motion magnet 16 and fixed to the motor housing 6 to supply power. When it is applied is made of a rotary motion stator core 20 for generating a rotary motion force.
상기 직선 구동부는 도 3에 도시된 바와 같이, 직선운동을 위한 자계를 형성하는 직선운동용 마그네트(24)와, 상기 직선운동용 마그네트(24)와 소정의 간격으로 두고 배치되어 전원이 인가되면 직선운동력을 발생시키는 직선운동용 스테이터 코어(26)와, 상기 직선운동용 마그네트(24)의 외주면에 배치되어 상기 직선 운동용 스테이터 코어(26)의 권선 코일에 흐르는 전류에 의해 릴럭턴스 포스를 발생시키는로터 요크(28)와, 상기 직선운동용 스테이터 코어(26)의 내주면에 배치되어 권선코일이 감겨지는 스테이터 요크(30)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the linear driving unit is disposed at a predetermined interval from the linear movement magnet 24 and the linear movement magnet 24 to form a magnetic field for linear movement. It is arranged on the outer peripheral surface of the linear motion stator core 26 for generating the kinetic force and the magnet 24 for linear motion to generate a reluctance force by a current flowing through the winding coil of the stator core 26 for linear motion. The rotor yoke 28 and the stator yoke 30 disposed on the inner circumferential surface of the stator core 26 for linear motion are wound.
상기 로터 요크(28)는 직선운동용 마그네트(24)의 상측 및 하측면이 감싸지는 방향으로 그 상단 및 하단에 각각 일정 폭만큼 돌출부(32)가 형성되고, 상측면이 상기 권선코일이 감겨지는 스테이터 요크(30)와 축방향으로 일정 단차를 갖도록 형성된다.The rotor yoke 28 has protrusions 32 formed on the upper and lower ends of the linear motion magnet 24 in a direction in which the upper and lower surfaces thereof are wrapped, and the winding coil is wound on the upper side thereof. It is formed to have a constant step in the axial direction with the stator yoke 30.
즉, 상기 돌출부(32)는 로터 요크(28)의 내측 둘레방향으로 그 상단 및 하단이 각각 소정의 폭만큼 직각으로 돌출되어 있는 부분으로, 상기 스테이터 요크(30)의 돌출된 부위와 일정간격을 갖도록 형성되고, 그 상측면은 스테이터 요크(30)와 소정의 단차를 형성할 수 있도록 스테이터 코어의 높이에 비해 일정 폭(L)만큼 낮게 형성된다.That is, the protrusion 32 is a portion in which the upper and lower ends of the rotor yoke 28 protrude at right angles to the inner circumferential direction by a predetermined width, respectively, and have a predetermined distance from the protruding portion of the stator yoke 30. It is formed to have, and the upper side is formed by a predetermined width (L) lower than the height of the stator core to form a predetermined step with the stator yoke 30.
이와 같이, 상기 직선 구동부는 직선운동용 스테이터 코어(26)와 직선운동용 마그네트(24)에서 형성되는 자계의 상호작용에 의한 구동력에 의해 샤프트(2)를 직선운동시키는 구동력을 발생하고, 직선운동용 스테이터 코어(26)와 로터 요크(28) 사이에 자기회로를 형성하여 릴럭턴스 포스를 발생시켜 샤프트(2)의 직선운동시키는 구동력을 배가시킬 수 있다.As described above, the linear driving unit generates a driving force for linearly moving the shaft 2 by the driving force caused by the interaction of the magnetic field formed in the stator core 26 for linear motion and the magnet 24 for linear motion. A magnetic circuit is formed between the stator core 26 and the rotor yoke 28 to generate a reluctance force, thereby doubling the driving force for linear movement of the shaft 2.
좀더 자세히 설명하면, 직선운동용 스테이터 코어(26)에서 발생되는 전류에 의한 자기장이 로터 요크의 돌출부(32)에 작용하여 상호 자기회로를 형성하게 되고 이 자기 회로 내에서 저기저항이 최소인 위치로 돌출부(32)가 이동되는 릴럭턴스 포스가 발생되어 샤프트(2)가 직선동되는 구동력이 발생된다.In more detail, the magnetic field due to the current generated in the stator core 26 for linear motion acts on the protrusion 32 of the rotor yoke to form a mutual magnetic circuit, and to the position where the low resistance is minimum in the magnetic circuit. A reluctance force at which the protrusion 32 is moved is generated to generate a driving force at which the shaft 2 linearly moves.
따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 로터리 리니어 모터는 로터 코어에 직선운동용 마그네트를 감싸는 방향으로 돌출부를 형성하고 일정 단차를 형성하여 직선 운동용 스테이터 코어의 권선 코일에 흐르는 전류에 의해 릴럭턴스 포스를 발생시킬 수 있도록 함으로써, 직선운동시 직선운동용 마그네트에서 형성되는 자계와 권선 코일에 형성되는 자계의 상호 작용에 의한 구동력 뿐만 아니라 로터 코일의 릴럭턴스 포스에 의해 직선운동시 구동력을 증대시킬 수 있다.Therefore, the rotary linear motor according to the present invention constructed and operated as described above forms a protrusion in the direction surrounding the magnet for linear motion in the rotor core and forms a predetermined step by the current flowing in the winding coil of the stator core for linear motion. By enabling the generation of reluctance force, the driving force is increased by the reluctance force of the rotor coil as well as the driving force by the interaction between the magnetic field formed in the magnet for linear movement and the magnetic field formed in the winding coil during linear movement. You can.
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