KR100550140B1

KR100550140B1 - 모터

Info

Publication number: KR100550140B1
Application number: KR1020040007474A
Authority: KR
Inventors: 미즈마키마사오
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: US20040212274A1; EP1445851B1; JP4298311B2; CN1521921A; CN100477455C; MY136315A; TWI232019B; KR20040072041A; TW200419876A; EP1445851A2; EP1445851A3; JP2004242453A; US7164215B2

Abstract

모터는, 마그넷(6)의 내경부에 고정된 회전자 축(7)과, 상기 회전자 축의 축방향으로 상기 마그넷에 인접하게 배치된 제 1 코일(2)과, 그 제 1 코일에 의해 여자되고, 그 제 1 코일의 내주면측에 삽입되고, 제 1 외측자극부와 상기 마그넷의 외주면 사이에 소정 갭이 설치되면서 상기 마그넷의 외주면의 소정 각도 범위에 대향되도록 배치된 제 1 외측자극부(1a)와, 상기 회전자 축의 축방향으로 상기 마그넷에 인접되도록 제 1 코일과 거의 동일한 평면 상에 배치된 제 2 코일(4)과, 제 2 코일에 의해 여자되고, 제 2 코일의 내주면측에 삽입되고, 제 1 외측자극부로부터 상기 마그넷의 자화부에 대해 (180/N)도까지 위상이 변동하는 상태에서 제 2 외측자극부와 상기 마그넷의 외주면 사이에 소정 갭이 설치되면서 상기 마그넷의 외주면의 소정 각도 범위에 대향되도록 배치된 제 2 외측자극부(1b)를 구비한다.

모터, 마그넷, 제 1 코일, 제 2 코일, 외측자극부, 회전자 축

Description

모터{MOTOR}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 분해 사시도,

도 2는 도 1의 모터의 회전자 축 방향과 평행한 평면의 단면도,

도 3은 도 1의 모터의 마그넷과 고정자 사이의 위치관계를 나타낸 평면도,

도 4는 도 3의 상태로부터 코일 통전을 전환하여 마그넷을 30도 회전한 상태를 나타낸 평면도,

도 5는 도 3의 상태로부터 코일 통전을 전환하여 마그넷을 30도 더 회전한 상태를 나타낸 평면도,

도 6은 도 3의 상태로부터 코일 통전을 전환하여 마그넷을 30도 더 회전한 상태를 나타낸 평면도,

도 7a는 종래의 스텝 모터의 일 구성예를 나타낸 개략적인 횡단면도,

도 7b는 도 7a의 스텝 모터의 통전에 의해 발생된 자속을 나타낸 부분 단면도,

도 8은 종래 원통형 스텝 모터의 다른 구성예를 나타낸 개략적인 횡단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 고정자 1a : 제 1 외측자극부

1b : 제 2 외측자극부 1c : 평판부

1d : 베어링 장착부 2 : 제 1 코일

3 : 제 1 보빈 4 : 제 2 코일

5 : 제 2 보빈 6 : 마그넷

7 : 회전자 축 8 : 덮개

9 : 베어링

본 발명은 소형 크기로 형성하는데 적합한 원통형 모터에 관한 것이다.

도 7a는 종래의 스텝 모터의 일 구성예를 나타낸 개략적인 횡단면도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 스텝 모터의 고정자로부터 흐르는 자속의 상태를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.

도 7a에서, 고정자 코일(105)이 보빈(101)을 동심형으로 각기 감은 2개의 보빈(101)은, 축방향으로 배치되고, 각 2개의 보빈(101)은 별도의 고정자 요크(106)에 의해 고정되어 보관 유지된다. 상기 보빈(101)의 내경면 상의 원주방향으로 교대로 배치된 고정자 이빨(106a, 106b)을 상기 고정자 요크(106)의 내경면 상에 형성한다. 2개의 케이스(103) 각각에, 고정자 이빨 106a 또는 106b와 일체로 된 고정자 요크(106)를 고정한다. 그래서, 여자하기 위해 2개의 고정자 코일(105)에 대응한 2개의 고정자(102)를 형성한다.

그 2개의 케이스(103) 중 한 개에는 플랜지(115)와 베어링(108)을 고정하고, 그 나머지에는 다른 베어링(108)을 고정한다. 회전자(109)는, 회전자 축(rotor shaft)(110)에 고정된 회전자 마그넷(111)으로 이루어지고, 반경방향 갭은 상기 회전자 마그넷(111)과 상기 각 고정자(102)의 고정자 요크(106) 사이에 형성된다. 그 2개의 베어링(108)에 의해 상기 회전자 축(110)을 회전 가능하게 지지한다.

상술한 종래의 소형 스텝 모터에서는, 케이스(103), 보빈(101), 고정자 코일(105) 및 고정자 요크(106)를 동심형으로 배치하여, 모터의 외형 치수가 증가하는 문제점을 나타낸다. 또한, 고정자 코일(105)의 통전에 의해 발생된 자속이 고정자 이빨 106a의 단면 106a1과 고정자 이빨 106b의 단면 106b1을 주로 통과하여, 또한 상기 회전자 마그넷(111)에 자속을 효과적으로 인가하지 않는 문제점을 나타내어, 모터 출력이 증가하지 않는다.

이 문제점들을 해결하기 위해서, 본 발명의 출원인은, 일본특개평 H9-331666에 개시된 구성의 모터를 제안하였다. 이러한 제안에 관련된 모터는, 원통형 영구자석을 원주방향으로 등분할하여 교대로 극이 다르도록 마그넷을 자화시켜 회전자(회전자 마그넷)를 형성하고, 제 1 코일, 회전자 및 제 2 코일을 상기 회전자 축방향(모터의 축방향)의 순서로 배치하고, 제 1 코일에 의해 여자된 제 1 외측자극부와 제 1 내측자극부를 상기 회전자의 축방향의 일측의 외주면과 내주면에 대향하고, 상기 제 2 코일에 의해 여자된 제 2 외측자극부와 제 2 내측자극부를 상기 회전자의 축방향의 타측의 외주면과 내주면에 대향하도록 구성된다. 이러한 구성에서는, 회전자 축인 회전축을 상기 원통형 영구자석(마그넷)으로부터 제거한다.

이러한 구성의 모터에 의하면, 출력을 증가시키고, 또한 외형 치수도 작게 할 수 있다. 또한, 마그넷을 얇게 하여, 제 1 외측자극부와 제 1 내측자극부간의 거리와 제 2 외측자극부와 제 2 내측자극부간의 거리를 짧게 할 수 있어, 자기회로의 자기저항을 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 제 1 및 제 2 코일에 흐르는 전류가 작더라도 많은 자속을 발생할 수 있어, 출력을 높게 유지할 수 있다.

도 8은 상술한 구성의 모터의 개략적인 횡단면도이다.

도 8에서, 도면부호 201은 마그넷, 202는 제 1 코일, 203은 제 2 코일을 나타낸다. 제 1 고정자(204)는, 제 1 외측자극부(204a, 204b)와 제 1 내측자극부(204c, 204d)를 갖는다. 제 2 고정자(205)는, 제 2 외측자극부(205a, 205b)와 제 2 내측자극부(205c, 205d)를 갖는다. 마그넷(201)에 고정한 출력축(206)은 마그넷(201)과 일체로 회전한다. 제 1 고정자(204)와 제 2 고정자(205)의 베어링부(204e, 205e)가 출력축(206)을 각각 회전가능하게 지지한다. 도면부호 207은 제 1 고정자(204)와 제 2 고정자(205)를 보관 유지하는 연결링을 나타낸다.

또한, 본 발명의 출원인은, 일본특개평 H10-229670에서 상술한 모터에 관한 개선을 제안하였다. 이 개선된 모터에서는, 원통형상으로 내측자극을 형성하고, 상기 내측자극의 내경부에 삽입된 출력축을 연자성재료로 형성하고, 고정자 상에 출력축을 회전 가능하게 보관 유지하도록 설치된 베어링을 비자성재료로 형성한다.

이 제안에 의하면, 자기회로로서 상기 출력축을 사용할 수도 있기 때문에 모터 출력은 증가한다. 또한, 자기에 의한 고정자와 상기 출력축간의 인력은, 베어링 의 비자성재로 방지한다.

그러나, 상술한 일본특개평 H9-33166 및 H10-229670에 설명된 모터는, 도 7a에 도시된 종래 스텝 모터처럼 모터의 축방향 길이가 증가하는 단점이 있다.

또한, 도 7a, 도 7b 및 도 8에 도시된 모터에서는, 제 1 코일의 통전에 의해 발생된 자속을 마그넷에 인가하는 위치와 제 2 코일의 통전에 의해 발생된 자속을 마그넷에 인가하는 위치가 마그넷의 축방향으로 서로 변동한다. 이 때문에, 축과 평행한 방향의 위치(도 8에서 204측의 위치와 205측의 위치)에서 마그넷을 고르지 않게 자화시켜, 그 마그넷의 회전 정지위치의 정확도가 종종 감소된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 출원인은 일본특허공개 제 2001-206302호에 기재된 모터를 제안하였다. 이 모터는, 극이 교대로 다르게 자화되도록 원주방향으로 분할된 원통형 마그넷부를 갖는 회전가능한 회전자와, 마그넷부의 외주면의 제 1 소정 각도범위에 대향되어 제 1 코일에 의해 여자되는 제 1 외측자극부와, 마그넷부의 내주면에 대향되어 제 1 코일에 의해 여자되는 제 1 내측자극부와, 마그넷부의 외주면의 제 2 소정 각도범위에 대향되어 제 2 코일에 의해 여자되는 제 2 외측자극부와, 마그넷부의 내주면에 대향되어 제 2 코일에 의해 여자되는 제 2 내측자극부를 상기 제 1 외측자극부와 제 2 외측자극부는, 마그넷부가 중심이면서 동일한 원주 상에 배치된다.

그러나, 상술한 문헌에서 제안한 모터에서는, 마그넷의 내경과 그 대향된 내측자극간의 소정 갭을 설치할 필요가 있어, 제조시에 갭의 제어는 제조비용을 증가시킨다.

또한, 마찬가지로, 고정자의 형상에 관해, 원통형 내측자극부와 외측자극부가 필요하고, 부품 제조면에서 이들 자극부를 일체로 제조하는데 어려움이 있다. 또한, 이들 자극부를 따로따로 제조한 후, 그들을 서로 조립하는 경우에, 그 부품수가 증가하여 비용이 증가하게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 소형화와 축방향 길이가 짧은 저비용 및 고출력 모터를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는, 원주방향으로 N분할되어 다른 극으로 교대로 자화되는 원통형상의 마그넷과, 연자성재로 형성되고 상기 마그넷의 내경부에 고정된 회전자 축과, 상기 회전자 축의 축방향으로 상기 마그넷에 인접하도록 배치된 제 1 코일과, 상기 제 1 코일에 의해 여자되고, 상기 제 1 코일의 내주면측에 삽입되고,상기 마그넷의 외주면과의 사이에 소정의 갭을 갖고, 상기 마그넷의 외주면의 소정 각도 범위에 대향하도록 배치된 제 1 외측자극부와, 상기 회전자 축의 축방향으로 상기 마그넷에 인접하도록 상기 제 1 코일과 동일한 평면 상에 배치된 제 2 코일과, 상기 제 2 코일에 의해 여자되고, 상기 제 2 코일의 내주면측에 삽입되고, 상기 마그넷의 외주면과의 사이에 소정 갭을 갖고, 상기 마그넷의 외주면의 소정 각도 범위에 대향하도록 배치된 제 2 외측자극부를 구비한다.

본 발명의 다른 목적 및 특징은, 상세한 설명과 첨부도면으로 더욱 명백해질 것이다.

[실시예]

본 발명의 일 실시예를 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 나타낸 도면이다. 도 1은 모터의 분해 사시도이고, 도 2는 코일과 회전자 축을 통과하고 상기 회전자 축 방향과 평행한 평면의 단면도이다.

도 1 및 도 2에서, 도면부호 1은 연자성재로 이루어진 고정자를 나타낸다. 이 고정자(1)는, 제 1 외측자극부(1a)와, 제 2 외측자극부(1b)와, 상기 제 1 외측자극부(1a)의 일단과 상기 제 2 외측자극부(1b)의 일단을 서로 접속하는 평판부(1c)와, 후술하는 베어링(10)을 장착한 베어링 장착부(1d)를 구비한다. 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)는, 후술하는 회전자 축(7)과 평행한 방향으로 연장하는 빗살 이빨 형상으로 형성된다.

본 실시예의 고정자(1)에 대해, 일본특개평 H9-331666에 기재된 고정자와 달리, 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)는 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 일체로 형성되어 있다. 이 때문에, 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)간의 상호 오류를 감소시켜서, 조립에 의해 모터 성능의 변동을 최소값으로 유지할 수 있다.

도면부호 2는 도전선으로 감아 형성된 제 1 코일을 나타내고, 3은 제 1 코일(2)을 감은 제 1 보빈을 나타낸다. 상기 제 1 코일(2)은, 제 1 보빈(3)에 고정된 상태에서 그 내주면에 제 1 외측자극부(1a)를 배치하도록 고정된다. 제 1 코일(2)을 통전함으로써, 제 1 외측자극부(1a)를 여자한다. 도면부호 4는 도전선으로 감아 형성된 제 2 코일을 나타내고, 5는 제 2 코일(4)을 감은 제 2 보빈을 나타낸다. 상기 제 2 코일(4)은, 제 2 보빈(5)에 고정된 상태에서 그 내주면에 제 2 외측자극부(1b)를 배치하도록 고정된다. 제 2 코일(4)을 통전함으로써, 제 2 외측자극부(1b)를 여자한다.

고정자(1)의 평판부(1c)의 평탄면에 인접하게 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4)을 배치하여, 그 모터의 축방향의 길이를 단축할 수 있다.

도면부호 6은 영구자석으로 형성된 원통형 마그넷(얇은 환형상을 갖는 마그넷 링)을 나타낸다. 자화극수가 N(본 실시예에서는 6개의 부분, 즉 N=6으로 분할)이되도록 원주방향으로 마그넷(6)의 외주면을 다수의 부분으로 분할하되, 이때의 마그넷은 S극과 N극이 교대로 되도록 자화된다. 이 마그넷(6)은 주입성형 등에 의해 성형된 플라스틱 마그넷재료로 형성되어서, 그 원통형상의 반경방향의 두께를 매우 작게 만들 수 있다. 또한, 마그넷(6)의 내주면은, 그 외주면보다 자화 분포가 약하거나 전혀 자화되지 않거나, 혹은 외주면의 자극과 반대의 자극을 갖도록 자화되는, 즉 외주면이 S극일 경우, 이 범위 내에서 내주면이 N극을 갖도록 자화된다.

회전자 축(7)은, 연자성재로 이루어지고, 그 회전자 축의 제 1 기둥부(7a)는 본딩, 프레스 피팅 또는 다른 수단에 의해 마그넷(6)의 내주면(6a)에 부착 고정된다. 이때, 회전자 축(7)은, 제 1 기둥부(7a)의 상부면과 마그넷(6)의 축방향의 일단과 통하도록 마그넷(6)에 고정된다(도 2 참조). 회전자 축(7)은, 후술하는 베어링(9, 10)에 의해 회전가능하게 유지되도록 출력 축부(7c)와 홀딩 축부(7d)로 구성된다. 이때, 도 2에 도시된 것처럼, 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4) 사이에 인접하게 회전자 축(7)의 제 2 기둥부(7b)를 배치한다.

제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)는, 그 사이에 소정 갭이 설치되면서 마그넷(6)의 외주면에 대향되도록 배치된다. 제 1 내측자극부는, 제 1 기둥부(7a)가 제 1 외측자극부(1a)와 대향하는 부분과, 제 2 기둥부(7b)가 제 1 코일(2)의 외주에 인접한 부분으로 구성된다. 이와 마찬가지로, 제 2 내측자극부는, 제 1 기둥부(7a)가 제 2 외측자극부(1b)와 대향하는 부분과, 제 2 기둥부(7b)가 제 2 코일(4)의 외주에 인접한 부분으로 구성된다.

제 1 코일(2)을 통전함으로써, 제 1 외측자극부(1a)와 제 1 내측자극부를 여자하여, 자극들 사이에서 마그넷(6)을 횡단하는 자속을 발생하여, 마그넷(6)에 효과적으로 인가한다. 이때, 제 1 외측자극부(1a)와 제 1 내측자극부를 여자하여 서로 반대의 극을 갖는다. 제 2 코일(4)을 통전함으로써, 제 2 외측자극부(1b)와 제 2 내측자극부를 여자하여, 자극들 사이에서 마그넷(6)을 횡단하는 자속을 발생하여, 마그넷(6)에 효과적으로 인가한다. 이때, 제 2 외측자극부(1b)와 제 2 내측자극부를 여자하여 서로 반대의 극을 갖는다.

상술한 것처럼, 주입성형 또는 다른 수단에 의해 성형된 원통형 플라스틱 마 그넷재로 마그넷(6)을 형성하기 때문에, 원통형상의 반경방향의 두께를 매우 작게 할 수 있고, 또한 마그넷(6)의 내주면에 대향되도록 내측자극부를 구성하는 제 1 기둥부(7a)와 상기 마그넷(6)의 내주면 사이의 갭을 설치할 필요가 없다. 이 때문에, 제 1 외측자극부(1a)와 제 1 기둥부(7a)간의 거리와 제 2 외측자극부(1b)와 제 1 기둥부(7a)간의 거리를 매우 작게 할 수 있다. 그 결과, 제 1 코일(2), 제 1 외측자극부(1a) 및 제 1 내측자극부로 구성된 자기회로와, 제 2 코일(4), 제 2 외측자극부(1b) 및 제 2 내측자극부로 구성된 자기회로와의 자기저항을 감소시킬 수 있어, 모터 출력을 증가시킬 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 것처럼 마그넷(6)의 내경부가 회전자 축(7)으로 채워지기 때문에, 일본특개평 H9-331666에서 제안한 모터보다도 마그넷의 기계적 강도가 높다. 또한, 상기 회전자 축(7)이 소위 백(back) 메탈로서 작용하여, 마그넷(6)의 내경부에 나타나는 S극과 N극간의 자기저항을 감소시키므로, 자기회로의 성능계수를 높게 설정하여, 모터가 고온환경에서 사용되더라도, 감자화로 인한 자기 열화가 거의 없다.

일본특개평 H9-331666에서 제안한 모터는, 마그넷의 외경부와 외측자극부간의 갭을 고정밀도로 유지하면서 모터를 조립할 필요가 있고, 또한, 소정 갭을 상기 내측자극부와 마그넷 사이에 설치하면서 마그넷의 내경부에 대향된 위치에 설치된 내측자극부를 설치할 필요가 있다. 그러므로, 부품 정밀도가 변하거나 조립 정밀도가 나쁠 경우, 이들 갭을 유지할 수 없어, 내측자극부가 마그넷과 접촉할 가능성이 높다. 한편, 본 실시예에서는, 마그넷(6)의 외경부측만의 갭을 조절하기만 하므로, 조립이 쉽다.

또한, 일본특개평 H9-331666에서는, 마그넷과 출력 축이 서로 접속하는 부분과 접촉하지 않도록 내측자극부를 구성해야 하므로, 마그넷에 내측자극부가 대향하는 부분의 축방향 길이를 충분히 늘릴 수 없다. 한편, 본 실시예에서는, 출력 축도 내측자극부로서 기능하기 때문에, 마그넷(6)에 내측자극부를 대향하는 부분의 축방향 길이를 충분히 길게 할 수 있다. 이 때문에, 제 1 외측자극부(1a), 제 2 외측자극부(1b) 및 마그넷(6)을 효과적으로 사용함으로써, 모터 출력을 증가시킬 수 있다.

제 1 외측자극부(1a) 및 제 2 외측자극부(1b)가 모터 축과 평행한 방향으로 연장하는 빗살 이빨형상으로 구성되므로, 모터의 최외경(후술하는 도 3의 L1참조)을 최소값으로 유지할 수 있다. 예를 들면, 외측자극부가 마그넷의 반경방향으로 연장하는 요크 판으로 형성되는 경우, 상기 마그넷은 평면모드로 개발되어야 하고 코일은 반경방향으로 감기므로, 비록 축방향 길이는 짧지만 모터의 최외경은 증가한다. 이에 반하여, 본 실시예의 모터의 최외경(L1)은, 제 1 외측자극부(1a) 및 제 2 외측자극부(1b)의 두께와, 제 1 코일(2) 및 제 2 코일(4)의 권선폭에 의해 구해진다.

또한, 제 1 외측자극부(1a) 및 제 2 외측자극부(1b)가 모터 축과 평행한 방향으로 연장하는 빗살 이빨 형상이기 때문에, 제 1 코일(2), 제 2 코일(4), 마그넷(6)과 회전자 축(7)으로 이루어진 회전자 모두는 일방향으로부터(도 1의 상부방향에서 하부방향으로) 조립될 수 있어, 조립 가공성이 높다.

도면부호 8은 덮개이다. 이 덮개(8)는, 고정자(1)의 제 1 외측자극부(1a)의 선단에 설치한 돌출부 1e 상에 맞물림 구멍 8b를 끼워 맞추고, 제 2 외측자극부(1b)의 선단에 설치한 돌출부 1f 상에 맞물림 구멍 8c를 끼워 맞춤으로써 위치결정되고, 상기 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)의 선단이 상기 덮개(8)의 이면과 접촉한 상태에서 고정자(1)에 고정된다. 덮개(8)의 베어링 장착부(8a)에는 스테이킹(staking), 본딩 또는 다른 수단에 의해 베어링(9)을 고정하고, 그 베어링(9) 내에는 회전자 축(7)의 홀딩 축부(7d)를 끼워 맞추어서, 그 회전자 축(7)을 회전 가능하게 보관 유지한다.

스테이킹, 본딩 또는 다른 수단에 의해 고정자(1)의 베어링 장착부(1d)에 고정된 베어링 9 및 베어링 10은, 상기 고정자(1)에 덮개(8)를 고정한 상태에서 상기 회전자 축(7)을 회전가능하게 끼워 맞추어 보관 유지하고, 상기 회전자 축(7)의 축방향 이동을 소정 범위 내로 되도록 조절한다. 이 상태에서, 도 2에 도시된 것처럼, 회전자 축(7)에 고정된 마그넷(6)은, 마그넷(6)의 외주면과 상기 제 1 외측자극부(1a) 및 제 2 외측자극부(1b) 사이에 소정 갭을 형성하고, 마그넷(6)의 축방향의 일단과 상기 덮개(8)의 이면 사이에 소정 갭을 형성하고, 마그넷(6)의 축방향의 타단과 제 1 코일(2)을 감은 보빈 3 및 제 2 코일(4)을 감은 보빈 5 사이에 소정 갭을 형성하도록 설치된다. 이 때문에, 제 1 코일(2) 및 제 2 코일(4)에 축방향으로 인접하게 마그넷(6)을 배치하고, 상기 축방향에 수직한 평면에 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4)이 서로 인접하여, 축방향 길이가 짧은 모터를 제공할 수 있다.

도 3은 마그넷(6)과 고정자(1)의 위치관계를 나타낸 평면도이다.

도 3으로부터 알 수 있듯이, 마그넷(6)에 대해, 그 외주면과 내주면은 균일하게 원주방향으로 다수의 부분으로 분할하고(본 실시예에서는 6개의 부분으로 분할), S극과 N극이 교대로 자화하는 자화부를 형성한다. 외주면이 S극일 경우, 내주면은 N극이고, 외주면이 N극일 경우 내주면은 S극이다.

여기서, 마그넷(6)과 외부자극부(1a, 1b)간의 위치관계를 설명한다.

제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)는, 마그넷(6)의 회전중심을 기준으로 할 경우 θ 각도까지 위상이 변동하는 위치에 배치된다. 여기서, 각도 θ(도)은 (180도-180도/N)(N=자화 분할수)이다. 본 실시예에서는, N=6이므로, θ가 150도이다. 이러한 방법으로 각도 θ를 θ(도)=(180도-180도/N)가 되도록 설정함으로써, 도 3의 L2의 치수는, 매우 작게 설정할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)는, 마그넷(6)의 자화 위상에 대해, (180/N)도, 본 실시예에서는 30도까지 위상이 변동하도록 배치되어야 한다. 마그넷(6)의 회전중심을 기준으로 하는 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)간의 각도 θ는 (B×360/N-180/N)의 식으로 표현되고, 여기서 B는 N보다 크지 않은 양의 정수이다. 이 때문에, 마그넷(6)의 회전중심을 기준으로 하여 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b) 사이의 각도 θ는, 30도, 90도, 150도, 210도, 270도 및 330도 중 임의의 것이어도 된다. 그러나, 30도 및 330도일 경우에, 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4)을 배치하는 것이 곤란하다. 또한, 90도 및 270도일 경우에, 마그넷(6)의 자력과 전자기력의 위치는 균형이 맞지 않아서 그 마그넷(6)의 회전은 진동이 생기기 쉽거나, L2의 치수가 감소될 수 없다. L2 치수를 감소시키기 위해서는, B=N/2, 즉 B=3의 관계가 제공되어야 하고, 각도 θ는 (180도-180도/N), 즉 상술한 150도가 되도록 설정되야 한다. 이때, 마그넷(6)의 자력 및 전자기력의 위치는 좌우방향으로 거의 대칭인 상태이므로, 진동 생성이 최소값으로 유지된다.

또한, 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)가 360도/N(N=자화 분할수)의 각도 범위내에서 마그넷(6)의 외주면에 각각 대향되는 각도 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, N=6이므로, 그 각도 범위는 60도 내로 설정되어야만 한다. 실제로, 그 각도 범위는, 크기와 토오크간의 균형 관점에서 45도로 설정된다.

상술한 구성에 의하면, 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)는, 상기 동일 마그넷(6)에 대해 축방향에 수직한 방향으로 동일 평면 상에 θ(=180도-180도/N)까지 위상이 변동하는 위치에서 소정 각도 범위 내(본 실시예에서는 45도)로 서로 대향하도록 형성된다. 그러므로, 종래의 모터는, 위상이 변동하도록 축방향으로 변동하는(즉, 그들이 마그넷의 동일 표면에 대향되지 않는) 위치에 자극부를 배치하기 때문에, 모터의 축방향 길이가 증가하는 단점이 있지만, 본 실시예에서는 축방향으로 마그넷(6)을 짧게 만들 수 있어, 축방향과 평행한 방향의 길이가 짧은 모터를 제공할 수 있다.

상술한 구성의 특징으로서 마그넷(6)의 외주면의 일부를 설명하면, 제 1 코일(2)에 의해 여자된 제 1 외측자극부(1a)의 자속과 제 2 코일(4)에 의해 여자된 제 2 외측자극부(1b)의 자속을, 마그넷(6)의 회전에 의해, 마그넷(6)의 상기 일부에 교대로 인가한다. 이들 외측자극부는 자속을 마그넷(6)의 동일 위치에 가하기 때문에, 마그넷(6)은 자화 변동에 의해 악영향을 받지 않아, 안정된 성능의 모터를 제공할 수 있다.

다음에, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터의 동작을 설명한다.

도 3은 N극을 갖도록 제 1 외측자극부(1a)를 여자하고, 제 1 코일(2)을 통전하여 S극을 갖도록 제 1 내측자극부(제 1 기둥부(7a)와 제 2 기둥부(7b)가 제 1 외측자극부(1a)와 대향되는 부)를 여자하고, N극을 갖도록 제 2 외측자극부(1b)를 여자하고, 제 2 코일(4)을 통전하여 S극을 갖도록 제 2 내측자극부(제 1 기둥부(7a)와 제 2 기둥부(7b)가 제 2 외측자극부(1b)와 대향되는 부)를 여자하는 모터의 상태를 나타낸다.

S극을 갖도록 제 1 외측자극부(1a)를 여자하고, 도 3에 도시된 상태로부터 제 1 코일(2)의 통전 방향만을 반대로 하여 N극을 갖도록 제 1 내측자극부를 여자하면, 도 4에 도시된 것처럼 마그넷(6)은 반시계방향으로 30도 회전한다.

다음에, S극을 갖도록 제 2 외측자극부(1b)를 여자하고, 도 4에 도시된 상태로부터 제 2 코일(4)의 통전방향만을 반대로 하여 N극을 갖도록 제 2 내측자극부를 여자하면, 도 5에 도시된 것처럼 마그넷(6)은 반시계방향으로 30도 더 회전한다.

그리고, N극을 갖도록 제 1 외측자극부(1a)를 여자하고, 도 5에 도시된 상태로부터 제 1 코일(2)의 통전방향만을 반대로 하여 S극을 갖도록 제 1 내측자극부를 여자하면, 도 6에 도시된 것처럼 마그넷(6)은 반시계방향으로 30도 더 회전한다.

이어서, 상술한 것처럼 연속적으로 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4)의 통전방향을 전환함으로써, 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)의 여자에 의해 서로 다른 타이밍에서 전환하여, 마그넷(6)은 통전 위상에 대응한 위치로 회전한다.

상술한 실시예에서는, 제 1 통전상태로서 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4) 모두는 정방향으로 통전되고, 제 2 통전상태로서 제 1 코일(2)은 역방향으로 통전되고 제 2 코일(4)은 정방향으로 통전되며, 제 3 통전상태로서 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4) 모두는 역방향으로 통전되며, 제 4 통전상태로서 제 1 코일(2)은 정방향으로 통전되고 제 2 코일(4)은 역방향으로 통전되고, 통전상태는 제 1 통전상태로부터 제 2 통전상태, 제 3 통전상태 및 제 4 통전상태로 전환되어 마그넷(6)을 회전시킨다. 그러나, 제 5 통전상태로서 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4) 모두가 정방향으로 통전되고, 제 6 통전상태로서 제 1 코일(2)이 통전되지 않고 제 2 코일(4)이 정방향으로 통전되며, 제 7 통전상태로서 제 1 코일(2)이 역방향으로 통전되고 제 2 코일(4)이 정방향으로 통전되고, 제 8 통전상태로서 제 1 코일(2)이 역방향으로 통전되고 제 2 코일(4)이 통전되지 않고, 상기 통전상태는, 제 5 통전상태로부터 제 6 통전상태, 제 7 통전상태 및 제 8 통전상태로 전환되도록 동작이어도 된다. 마찬가지로 이러한 동작에 의해, 마그넷(6)은 통전위상에 대응한 회전위치로 회전된다.

이하, 마그넷(6)과 제 1 외측자극부(1a) 및 제 2 외측자극부(1b)간의 위치관계를 설명한다.

상술한 것처럼 통전상태를 제 1 통전상태로부터 제 2 통전상태, 제 3 통전상태 및 제 4 통전상태로 전환하면, 제 1 외측자극부(1a) 및 제 2 외측자극부(1b)의 극성은, 교대로 여자되어 전환된다.

도 3에 도시된 것처럼, 제 1 코일(2)의 정상통전에 의해 N극을 갖도록 제 1 외측자극부(1a)를 여자하면, 도면에서 시계방향의 회전력이 마그넷(6) 상에 발생하여 제 1 외측자극부(1a)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 일치한다. 이와 동시에, 제 2 코일(4)의 정상통전에 의해 N극을 갖도록 제 2 외측자극부(1b)를 여자하면, 도면에서 반시계방향의 회전력이 마그넷(6) 상에서 발생하여, 제 2 외측자극부(1b)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 일치하고, 양 코일의 통전시에, 마그넷(6)은 회전력이 균형이 맞는 상태로 계속 유지한다. 이 상태는 도 3에 도시되어 있다. 양 코일에 대한 통전량이 같으면, 제 1 외측자극부(1a)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(S극의 중심) 사이의 위상차와 제 2 외측자극부(1b)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(S극의 중심) 사이의 위상차 모두는 약 15도이다.

제 1 코일(2)이 도 3에 도시된 상태로부터 역통전으로 전환하면, S극을 갖도록 제 1 외측자극부(1a)를 여자하고, 도면에서 반시계방향의 회전력이 마그넷(6) 상에서 발생하여 제 1 외측자극부(1a)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 일치한다. 여기서, 제 2 코일(4)을 정상 통전상태로 유지함으로써, 마찬가지로 반시계방향의 회전력은, 마그넷(6) 상에서 발생하여 제 2 외측자극부(1b)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 일치하여서, 도 3에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 마그넷(6)은 회전하기 시작한다.

도 3에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 마그넷(6)이 약 15도 회전하면, 제 2 외측자극부(1b)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 일치하는 상태가 된다. 이때에, 제 1 외측자극부(1a)의 중심이 상기 마그넷(6)의 자화부 경계(S극과 N극간의 경계)와 일치하는 상태에 있고, 반시계방향으로 마그넷(6)을 더 회전시키는 힘이 발생된다. 마그넷(6)이 이 상태로부터 반시계방향으로 약 15도 더 회전하면(도 3에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 약 30도 회전), 양 코일의 회전력이 균형이 맞는 상태가 되어, 이 위치에서 마그넷(6)은 계속 유지한다. 이 상태는 도 4에 도시되어 있다.

도 4에 도시된 상태로부터 역통전으로 제 2 코일(4)이 전환되면, S극을 갖도록 제 2 외측자극부(1b)가 여자되고, 도면에서 반시계방향의 회전력은 마그넷(6) 상에 발생하여 제 2 외측자극부(1b)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 일치한다. 여기서, 제 1 코일(2)을 역통전상태로 유지함으로써, 마찬가지로 반시계방향의 회전력은, 마그넷(6) 상에서 발생하여 제 1 외측자극부(1a)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 일치하여서, 도 4에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 마그넷(6)은 회전하기 시작한다.

도 4에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 마그넷(6)이 약 15도 회전하면, 제 1 외측자극부(1a)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 일치하는 상태가 된다. 이때에, 제 2 외측자극부(1b)의 중심이 상기 마그넷(6)의 자화부 경계(S극과 N극간의 경계)와 일치하는 상태에 있고, 반시계방향으로 마그넷(6)을 더 회전시키는 힘이 발생된다. 마그넷(6)이 이 상태로부터 반시계방향으로 약 15도 더 회전하면(도 4에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 약 30도 회전), 양 코일의 회 전력이 균형이 맞는 상태가 되어, 이 위치에서 마그넷(6)은 계속 유지한다. 이 상태는 도 5에 도시되어 있다.

도 5에 도시된 상태로부터 정상통전으로 제 1 코일(2)이 전환되면, N극을 갖도록 제 1 외측자극부(1a)가 여자되고, 도면에서 반시계방향의 회전력은 마그넷(6) 상에 발생하여 제 1 외측자극부(1a)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 일치한다. 여기서, 제 2 코일(4)을 역통전상태로 유지함으로써, 마찬가지로 반시계방향의 회전력은, 마그넷(6) 상에서 발생하여 제 2 외측자극부(1b)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 일치하여서, 도 5에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 마그넷(6)은 회전하기 시작한다.

도 5에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 마그넷(6)이 약 15도 회전하면, 제 2 외측자극부(1b)의 중심과 마그넷(6)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 일치하는 상태가 된다. 이때에, 제 1 외측자극부(1a)의 중심이 상기 마그넷(6)의 자화부 경계(S극과 N극간의 경계)와 일치하는 상태에 있고, 반시계방향으로 마그넷(6)을 더 회전시키는 힘이 발생된다. 마그넷(6)이 이 상태로부터 반시계방향으로 약 15도 더 회전하면(도 5에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 약 30도 회전), 양 코일의 회전력이 균형이 맞는 상태가 되어, 이 위치에서 마그넷(6)은 계속 유지된다. 이 상태는 도 6에 도시되어 있다.

상술한 실시예에 의하면, 상기 제 1 코일(2)에 의해 발생된 자속은 제 1 외측자극부(1a)와 제 1 내측자극부 사이에 위치된 마그넷(6)을 횡단하고, 상기 제 2 코일(4)에 의해 발생된 자속은 제 2 외측자극부(1b)와 제 2 내측자극부 사이에 위 치된 마그넷(6)을 횡단하여, 그 자속은 효과적으로 인가될 수 있다. 그 결과, 모터 출력은 증가될 수 있다.

마그넷(6)이 주입성형 또는 다른 수단에 의해 성형된 원통형 플라스틱 자석재료로 이루어지고, 그 원통형상의 반경방향의 두께는 매우 작게 할 수 있고, 또한 마그넷(6)의 내주면에 대향되도록 내측자극부를 구성하는 제 1 기둥부(7a)와 상기 마그넷(6)의 내주면과의 사이에 갭을 설치할 필요가 없다. 이 때문에, 제 1 외측자극부(1a)와 제 1 기둥부(7a)간의 거리와 제 2 외측자극부(1b)와 제 1 기둥부(7a)간의 거리를 매우 작게 할 수 있다. 그 결과, 제 1 코일(2), 제 1 외측자극부(1a) 및 제 1 내측자극부로 구성된 자기회로와, 제 2 코일(4), 제 2 외측자극부(1b) 및 제 2 내측자극부로 구성된 자기회로와의 자기저항을 감소시킬 수 있어, 모터 출력을 더 증가시킬 수 있다.

또한, 마그넷(6)의 내경부가 회전자 축(7)으로 채워져 있으므로, 마그넷(6)의 기계적 강도는 높다. 또한, 회전자 축(7)이 백 메탈로서 작용하므로, 마그넷(6)의 자기열화도 거의 없다.

본 실시예에서는 마그넷(6)의 외경부측만의 갭을 제어하기만 하므로, 조립이 쉽다. 또한, 출력 축도 내측자극부로서 기능하므로, 마그넷(6)에 내측자극부가 대향하는 부분의 축방향 길이는 충분히 길게 할 수 있다. 이 때문에, 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)를 효과적으로 사용할 수 있어, 모터출력을 증가시킬 수 있다.

또한, 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)가 회전자 축(7)과 평행한 방향으로 연장하는 빗살 이빨 형상으로 형성되므로, 상기 모터의 축과 수직인 방향으로의 치수는 최소값으로 유지할 수 있고, 또한 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4)의 조립이 쉽다.

또한, 동일한 마그넷(6)에 대해 축방향에 수직한 방향으로 동일 평면 상에서 위상이 θ(=180도-180도/N)까지 변동하는 위치에서 소정 각도 범위 내로 서로 대향되도록 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)를 형성하기 때문에, 마그넷(6)은 축방향으로 짧게 할 수 있어, 축방향과 평행한 방향으로 길이가 짧은 모터를 제공할 수 있다.

구체적으로, 그 구성은, 제 1 코일(2)과 상기 제 1 외측자극부(1a) 및 제 1 내측자극부로 구성된 자기회로에서 발생된 자속과, 상기 제 2 코일(4)과 제 2 외측자극부(1b)와 제 2 내측자극부로 구성된 자기회로에서 발생된 자속이 동일 마그넷(6)에 인가되도록 하는 것이다. 마그넷(6)의 회전으로 인해, 자기회로는 마그넷(6)의 동일한 원주 상에 작용하여, 마그넷(6)의 동일한 위치를 사용한다. 이러한 방법으로 마그넷(6)의 동일한 위치를 사용하므로, 마그넷(6)은 자화변동에 악영향을 받지 않아, 성능이 안정된 모터를 제공할 수 있다.

또한, 제 1 외측자극부(1a)와 제 2 외측자극부(1b)가 동일한 부재로 구성되면, 상호 위치의 오류를 작게 유지할 수 있고, 부품의 수를 감소할 수 있다. 이 때문에, 모터의 구성을 단순하게 할 수 있고, 비용을 줄일 수 있다.

또한, 마그넷의 외주면상의 자화극의 수를 N으로 하면, 제 1 외측자극부(1a)는, 제 2 외측자극부(1b)에 대해 위상이 (180/N)도 변동하도록 구성된다. 따라서, 서로 다른 타이밍에서 제 1 코일(2)과 제 2 코일(4)의 통전방향을 바꿈으로써, 마그넷(6)을 통전상태에 대응한 위치로 회전할 수 있어, 상기 모터를 양방향으로 회전할 수 있는 스텝 모터로서 사용할 수 있다.

다음에, 본 발명과 실시예간의 일치 내용을 설명한다.

상술한 실시예에서는, 도 1 내지 도 6의 마그넷(6)이 본 발명의 마그넷에 해당하고, 도 1 내지 도 6의 회전자 축(7)이 본 발명의 회전자 축에 해당하며, 도 1 내지 도 6의 제 1 코일(2)은 본 발명의 제 1 코일에 해당하고, 도 1 내지 도 6의 제 1 외측자극부(1a)는 본 발명의 제 1 외측자극부에 해당하고, 도 1 내지 도 6의 제 2 코일(4)은 본 발명의 제 2 코일에 해당하며, 도 1 내지 도 6의 제 2 외측자극부(1b)는 본 발명의 제 2 외측자극부에 해당한다. 또한, 본 발명의 소정 각도 범위는, 360도/N(N=자화 분할 수)에 해당한다.

상기 내용은 본 실시예의 구성요소와 본 발명의 구성요소간에 일치하지만, 본 발명은 이 실시예로 한정되는 것은 아니다. 청구범위에 설명되거나 실시예에서 제공한 기능을 수행할 수 있는 임의의 구성요소를 사용할 수 있는 것은 당연한 것이다.

이상과 같은 본 발명은, 소형화와 축방향 길이가 짧은 저비용 및 고출력 모터를 제공할 수 있다.

Claims

원주방향으로 N분할되어 다른 극으로 교대로 자화되는 원통형상의 마그넷과,

연자성재로 형성되고 상기 마그넷의 내경부에 고정된 회전자 축과,

상기 회전자 축의 축방향으로 상기 마그넷에 인접하도록 배치된 제 1 코일과,

상기 제 1 코일에 의해 여자되고, 상기 제 1 코일의 내주면측에 삽입되고,상기 마그넷의 외주면과의 사이에 소정의 갭을 갖고, 상기 마그넷의 외주면의 소정 각도 범위에 대향하도록 배치된 제 1 외측자극부와,

상기 회전자 축의 축방향으로 상기 마그넷에 인접하도록 상기 제 1 코일과 동일한 평면 상에 배치된 제 2 코일과,

상기 제 2 코일에 의해 여자되고, 상기 제 2 코일의 내주면측에 삽입되고, 상기 마그넷의 외주면과의 사이에 소정 갭을 갖고, 상기 마그넷의 외주면의 소정 각도 범위에 대향하도록 배치된 제 2 외측자극부를 구비한 것을 특징으로 하는 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 외측자극부와 상기 제 2 외측자극부는, 동일한 부재로 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 외측자극부와 상기 제 2 외측자극부는, 상기 회전자 축의 축방향 및 동일한 방향으로 연장하는 빗살 이빨 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일의 여자는, 서로 다른 타이밍에서 전환되는 것을 특징으로 하는 모터.
제 1 항에 있어서,

상기 회전자 축의 회전중심을 기준으로 하여 상기 제 1 외측자극부와 상기 제 2 외측자극부간의 각도 θ는, θ=(180-180/N)도인 것을 특징으로 하는 모터.