KR20180090944A

KR20180090944A - 스텝 모터

Info

Publication number: KR20180090944A
Application number: KR1020170015872A
Authority: KR
Inventors: 정미희
Original assignee: 정미희
Priority date: 2017-02-04
Filing date: 2017-02-04
Publication date: 2018-08-14

Abstract

본 발명의 기술이 적용되는 스텝 모터는 원통의 영구자석에 중앙이 관통되어 샤프트와 조립하고 영구자석의 상 측면과 하 측면에 고정용 와셔를 조립한 회전자, 영구자석을 감싸면서 위치한 좌측과 우측에 대칭 하도록 위치한 요크와 요크의 돌출판을 감싸면서 전자기력을 발생하는 코일과 요크에 결합한 코일을 고정하기 위한 베이스로 구성된 고정자, 내측이 비어있으면서 원통형으로 구성된 케이스와 케이스 중심부위에 결합되어진 상측 베어링으로 구성된 케이스 조립체,
상기 케이스 조립체의 메탈베어링에 결합하여진 회전자와 고정자로 최종 결합 구성되도록 한 스텝 모터로 코일이 회전체인 영구자석의 회전자 둘레에 동심으로 배치되지 않고 회전자와 고정자를 분리함으로 인해서 모터의 외부 둘레가 커지는 문제점을 해결하여 소형화가 가능한 구조이며 입력신호의 지령에 의해 회전 각도가 크게 동작할 수 있도록 고정자의 구동부를 분리함으로써 고정자 요크의 간격을 크게 하여 제조상의 어려움을 극복하는 구조이다.

Description

스텝 모터 {step motor}

본 발명은 초소형 모터에 관한 것으로 입력신호에 의해 일정 회전 각도만큼 회전하는 소형 스텝모터이다.

본 발명은 소형 스텝 모터에 관한 것으로 지금까지 소형 스텝 모터로는 예컨대 첨부 도면 도 7은 도시된 바와 같으며 이 모터에는 모터의 축 방향으로 배열된 2개의 고정자(102)가 마련되며, 각각의 고정자(102)는 축 방향으로 서로 대향 배치된 2개의 고정자 요크(106)를 갖는다. 각각의 고정자(102)에는 고정자 코일(105)이 2개의 고정자 요크(106)에 의해 유지된 보빈(101) 상에 동심으로 권취된다. 고정자코일(105)이 권취된 각각의 보빈(101)은 2개의 고정자 요크(106)에 의해 축 방향으로 개재되고 그에 의해 고정된다. 고정자 코어(106)의 각각에는 보빈(101)의 내주면의 원주 방향으로 교대로 배치된 고정자치(106a, 106b)가 형성된다. 한편, 고정자 치(106a, 106b)를 갖는 고정자 요크(106, 106)의 쌍은 각각의 고정자(102)의 케이스(103)에 고정된다. 따라서, 고정자(102)가 구성된다.

이런 방식의 모터는 코일이, 고정자 요크(106)가 영구자석으로 구성된 회전자 둘레에 동심으로 배치되며, 이것은 모터의 외부 치수가 커지는 문제점이 발생하여 소형화가 어렵다.

따라서, 이를 해결하면서 초소형으로 구성될 수 있는 고출력을 갖는 모터를 요구되어 진다.

또한, 상기와 같은 방식은 입력신호에 의해 일정 회전 각도만큼 회전하며 회전 각도가 작은 경우에는 유리하지만 90도 이상의 회전각도를 유지하기 위해서는 고정자 요크를 간격이 커야하므로 제조상의 어려움이 있다.

본 발명은 상술한 문제점인 영구자석으로 구성된 회전자 둘레에 동심으로 코일로 구성된 고정자가 배치되지 않고 회전자와 고정자를 분리함으로 인해서 모터의 외부 둘레가 커지는 문제점을 해결하여 소형화가 가능한 구조를 제공하는 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 입력신호의 지령에 의해 회전 각도가 크게 동작할 수 있도록 고정자의 구동부를 분리함으로써 요크의 간격을 크게 하여 제조상의 어려움을 극복하는 구조를 제공하는 목적이 있다.

이를 해결하기 위해서 본 발명의 기술이 적용되는 스텝 모터는 원통 모양의 영구자석(22)에 중앙이 관통되어 샤프트(21)와 조립하고 영구자석(22)의 상 측면과 하 측면에 고정용 와셔(23)를 결합하여진 회전자(20), 영구자석(22)을 감싸면서 위치한 좌측과 우측에 대칭 하도록 위치한 편심 요크(14)와 전자기력을 발생하는 코일(12)을 편심 요크(14)에 결합하고 베이스(13)로 고정 조립한 고정자(10), 내측이 비어있으면서 원통형으로 구성된 케이스(31)와 케이스 중심부위에 결합하여진 상측 베어링(32)으로 구성된 케이스 조립체(30), 상기 케이스 조립체(31)와 결합하여진 회전자(20)와 고정자(10)와 결합 구성되도록 한 스텝 모터이다.

상기 편심 요크(14)는 영구자석(22)을 감싸면서 위치하게끔 한 집중판(14a)과 연결된 연결 기둥(14b_과 일측 단부가 대략 90도로 절곡 되면서 전자기력을 발생하는 코일(12) 내측에 결합되어지는 돌출판(13c)으로 구성되도록 한다.

상기 편심 요크(14)의 집중판(14a)의 형태는 특정 회전 방향으로 사선 형태의 모습으로 편심되게 하여 회전 방향을 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 고정자(10)의 중심부에는 회전자(20)의 샤프트(21)와 결합하여지면서 회전자(20) 원활한 회전이 되도록 하측 베어링(15)을 결합되도록 한다.

본 발명은 영구자석(22)으로 구성된 회전자(20)의 둘레에 코일(12)로 구성된 고정자(10)가 동심으로 배치되지 않고 회전자(20)와 고정자(10)를 분리함으로 인해서 모터의 외부 둘레가 커지는 문제점을 해결하여 소형화가 가능한 구조가 가능하며 입력신호의 지령에 의해 회전 각도가 크게 동작할 수 있도록 고정자(10)의 구동부를 전자기력 발생 부와 90도 절곡을 통해서 집중판(14a)으로 분리함으로써 편심 요크(14)의 간격을 크게 하여 제조상의 어려움을 극복하는 구조로 필요로 하는 분야에 다양하게 사용할 수 있도록 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 관한 스텝 모터의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 스텝 모터의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 설명한 편심 요크를 설명한 도면.
도 4는 본 발명에 설명한 베이스를 설명한 도면.
도 5는 코일에 인가되는 순방향 전압에 의한 동작을 설명을 도시한 도면.
도 6은 코일에 인가되는 역방향 전압에 의한 동작을 설명을 도시한 도면.
도 7은 종래의 기술에 따른 스텝 모터를 도시한 단면도.

이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 관한 스텝 모터의 단면도, 도 2는 도 1에 도시된 스텝 모터의 분해 사시도, 도 3은 본 발명에 설명한 편심 요크를 설명한 도면, 도 4는 본 발명에 설명한 베이스를 설명한 도면, 도 5는 코일에 인가되는 순방향 전압에 의한 동작을 설명을 도시한 도면, 도 6은 코일에 인가되는 역방향 전압에 의한 동작을 설명을 도시한 도면이다.

본 실시 예에 따른 스텝 모터는 원통의 영구자석(22)에 중앙이 관통되어 샤프트(21)와 조립하고 영구자석(22)의 상 측면과 하 측면에 고정용 와셔(23)를 조립한 회전자(20), 영구자석(22)을 감싸면서 위치한 좌측과 우측에 동심으로 대칭 하도록 위치한 편심 요크(14)의 돌출판(14c)과 편심 요크(14)의 돌출판(14c)을 감싸면서 전자기력을 발생하는 코일(12)과 베이스(13)로 구성된 고정자(10), 내측이 비어있으면서 원통형으로 구성된 케이스(31)와 케이스(31) 중심부위에 결합하여진 상측 베어링(32)으로 구성된 케이스 조립체(30), 상기 케이스 조립체(30)와 결합하여진 회전자(20)와 고정자(10)에 결합 구성되도록 한 스텝 모터이다.

상기 편심 요크(14)는 영구자석(22)을 감싸면서 위치하게끔 한 집중판(14a)과 집중판(14a)에 연결된 연결 기둥(14b)과 일측 단부가 대략 90도로 절곡되어지면서 전자기력을 발생하는 코일(12) 형태로 코일(12) 내측에 결합되어지는 돌출판(14c)으로 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 편심 요크(14)의 집중판(14a)의 형태는 도 3에서 보여주듯이 특정 회전 방향으로 사선 형태의 모습으로 비대칭으로 우측 집중판(14a1)과 좌측 집중판(14a2)로 하여 특정 회전 방향으로 코일(12)에서 발생한 전자기력을 좌측에서 우측으로 회전되도록 구성한다.

상기 베이스(13)의 중심부에는 회전자(20)의 샤프트(21)와 결합하여지면서 회전자(20)의 원활한 회전이 되도록 하측 베어링(15)을 결합하기 위해 고정턱 (13a)을 구비하고 편심 요크(12)와 결합하기 위해서 결합 홀(13b)을 갖추는 것을 특징으로 한다.

상기 전자기력을 발생하는 코일(12)은 연결되도록 PCB와 결합하고 베이스(13)에 결합되는 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 스텝 모터의 영구자석(22)은 수평방향으로 2극으로 분할되며 분할된 2극에 대칭 하도록 편심 요크(14)도 영구자석을 감싸면서 동심으로 180도 대칭되면서 2개로 배치되어진다.

도 5와 같이 순방향 전압이 코일(12)에 인가되면 코일(12)에는 전자기력이 발생하고 발생한 전자기력은 코일(12) 내측에 삽입된 좌측 편심 요크(14)의 돌출 판(14a)에 집중되고 집중된 전자기력은 연결기둥(14b)을 통해서 영구자석(22)을 감싸고 배치된 비대칭구조의 전자기력 집중(14a)판에 집중되고 우측에 배치된 편심 요크(14)에 집중판(14a)과 연결 기둥(14b)을 통해 우측 돌출판(14c)으로 형성되는 전자기력선이 발생하여지고 전자기력 안에 있는 수평방향으로 2극으로 착자된 영구자석(22)의 자기력과의 인력과 척력에 의해 발생하여진 힘은 샤프트(21)를 중심으로 회전력이 발생하여 회전체는 전자기력의 방향에 따라서 회전방향이 결정되어 전자기력과 자기력이 일치하는 지점에서 멈추게 된다.

도 6과 같이 역방향 전압이면 코일(12)에 인가되면 전자기력은 코일(12) 내측에 삽입된 우측 편심 요크(14)의 돌출판(14c)에 집중되고 집중된 전자기력은 연결기둥(14b)을 통해서 영구자석(22)을 감싸고 배치된 비대칭구조의 전자기력 집중 판(14a)에 집중되고 좌측에 배치된 편심 요크(14)에 집중판(14a)과 연결 기둥(14b)을 통해 좌측 돌출판(14c)으로 이동되어지는 전자기력선이 발생하여지고 전자기력 안에 있는 수평방향으로 2극으로 착자된 영구자석(22)의 자기력과의 인력과 척력에 의해 발생하여진 힘은 샤프트(21)를 중심으로 회전력이 발생하여 회전자(20)는 전자기력의 방향에 따라서 회전방향이 결정되어 전자기력과 자기력이 일치하는 지점에서 멈추게 된다

이때, 케이스(31)는 코일(12)에 의해 발생한 전자기력이 편심 요크(14)에 의해 집중되면서 전자기력을 유지하기 위해서는 편심 요크(14)의 재질은 자성재료로 구성하며 편심 요크(14)에 집중된 전자기력이 인접한 케이스(31)를 통해서 영향을 받지 않기 위해서는 케이스(31)의 재질은 비자성재료로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 영구자석(22)의 착자된 극 분할을 4등분으로 구성할 경우 좌우로 회전하는 각도는 90도로 회전 반복함으로 영구자석(22)의 극 분할에 맞추어 회전각도는 정해지게 되며 이때 영구자석의 극 분할의 숫자여 편심 요크(14)의 숫자는 같아야 한다.

도 5와 도 6에서 보여주듯이 코일(12)에 입력 전원 신호가 인가되면 코일(12)에서 발생한 전자기력은 좌측에 배치된 편심 요크(14)와 우측에 배치된 편심 요크(14)에 의해서 전자기력선을 형성하게 되고 전자기력선 내에 있는 수평방향으로 2극으로 형성된 영구자석(22)은 입력 전압에 의해서 회전하게 된다.

본 발명의 실시 예에 따른 스텝 모터는 영구자석(22)으로 구성된 회전자(20)의 둘레에 코일(12)로 구성된 고정자(10)가 동심으로 배치되지 않고 회전자(20)와 고정자(20)를 분리함으로 인해서 모터의 외부 둘레가 커지는 문제점을 해결하여 소형화가 가능한 구조가 가능하며 입력신호의 지령에 의해 회전 각도가 크게 동작할 수 있도록 고정자(10)의 구동부를 전자기력 발생 부와 90도 절곡을 통해서 집중판(14a)으로 분리함으로써 고정자(10) 편심 요크(14)의 간격을 크게 하여 제조상의 어려움을 극복하는 구조로 필요로 하는 분야에 다양하게 사용이 가능하도록 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

또한, 도면의 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

10 : 고정자 11 : PCB 12 : 코일
13 : 베이스 13a : 고정턱 13b : 결합 홀
14 : 편심 요크 14a : 집중판 14a1 : 우측 집중판
14a2 : 좌측 집중판 14b: 연결 기둥 14c : 돌출판
15 : 하측 베어링
20 : 회전자 21 : 샤프트 22 : 영구자석
23 : 고정용 와샤
30 : 케이스 조립체 31 : 케이스 31a : 안착홀
32 :상측 베어링

Claims

원통 모양의 영구자석(22)과 회전축을 형성하는 샤프트(21)와 결합하여진 회전자(10), 영구자석(22)을 감싸면서 좌측과 우측에 대칭 위치한 편심 요크(14)와 전자기력을 발생하는 코일(12)과 결합하고 베이스(13)로 결합하여진 고정자(10), 내측이 비어있는 케이스(31)와 케이스(31) 중심부위에 결합하여진 상측 베어링(32)으로 구성된 케이스 조립체(30), 상기 케이스 조립체(30) 내부의 공간에 상기 회전자(20)를 수용하고 고정자(10)와 결합하여진 스텝 모터.
제 1항에 있어서,
상기 원통형 영구자석(22)은 회전 방향으로 서로 다른 자기 극성이 교대로 배치하되, N극과 S극 사이의 분할 각은 180도로 형성되어 2극을 형성하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
제 1항에 있어서,
상기 회전자(20)는 회전 마찰음을 줄이기 위하여 영구자석 상 측면과 하 측면에 고정용 와샤(23)를 조힘하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
제 1항에 있어서,
상기 고정자(10)는 중심축인 샤프트(21)로 구성된 회전자(20)를 잡아주기 위하여 하측 베어링(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스템 모터.
제 1항에 있어서,
상기 편심 요크(14)의 집중판(14a)은 회전 방향을 결정하기 위해서 사선 형태의 모습으로 비대칭으로 우측 집중판(14a1)과 좌측 집중판(14a2)을 구성하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
제 5항에 있어서,
상기 편심 요크(14)는 집중판(14a)과 연결 기둥(14b)을 구성하고 90도로 절곡되어지면서 전자기력을 발생하는 코일 내측에 결합하여지는 돌출판(14c)으로 구성하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
제 1항에 있어서,
상기 고정자(10)는 전자기력을 발생하는 코일(12)과 결합하여 외부 전원을 인가해 주는 PCB(11)와 결합하여지는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.
제 1항에 있어서,
편심 요크(14)는 코일(12)의 전자기력을 집중되면서 유지되기 위해서 편심 요크(14)의 재질은 자성재료로 구성하고 편심 요크(14)에 집중된 전자기력이 케이스(31)에 의해 영향을 받지 않기 위해서 케이스(31)의 재질은 비자성 재료로 구성하는 것을 특징으로 하는 스텝 모터.