KR0137193B1

KR0137193B1 - 스텝핑 모터

Info

Publication number: KR0137193B1
Application number: KR1019930011237A
Authority: KR
Inventors: 히로시 미야자와; 아쓰시 나가이
Original assignee: 야마다 로꾸이찌; 가부시기가이샤 산교세이기세이사꾸쇼
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1993-06-19
Publication date: 1998-06-15
Also published as: JP2640073B2; CN1084682A; JPH0678513A; CN1044955C; KR940008198A

Abstract

영구자석형의 스텝핑 모터에 있어서 비통전시의 로터의 디텐트토오크를 크게 하고 안정화시키는데 목적이 있으며, 원주형의 로터의 영구자석에 대향하는 빗산형의 자그게를 중심부에 가지며 이들 자극을 번갈아 위치시킨 상하 스테이터 사이에 코일을 설치하여 스테이터조를 구성하고 인을 로터의 축방향으로 2개를 줄지어 세우고 캡모양의 케이스내에 소정의 위상으로 배치한 스텝핑 모터에 있어서 캡모양의 케이스에 자극을 형성하여 스테이터를 겸용시키고 이 스테이터와 코일을 개재시켜 겹쳐지는 스테이터로 안쪽 즉, 캡모양의 케이스의 바닥쪽의 스테이터조를 형성시켜 이 스테이터조의 자극면적의 합계와 바도 앞쪽 즉 캡모양의 케이스 개구측의 스테이터조의 자극면적의 합계를 다르게 되도록 설정하는 구성으로 되어 있다.

Description

스텝핑 모터

제1도는 본 발명의 스텝핑 모터의 수직단면도 .

제2도는 2개의 스테이터조(固定子組)의 자극배치의 전개도.

제3도는 로터의 각 회전위상에서의 자속의 발생상황에 의한 토크의 발생상황을 도시한 설명도.

제4도는 로터의 또다른 회전위상에서의 자속의 발생상황에 의한 토크의 발생상황을 도시한 설명도.

제5도는 상부스테이터조(4)에서 발생하는 토크커브의 파형도.

제6도는 하부스테이터조(3)에서 발생하는 토크커브의 파형도.

제7도다른 실시예에서의 자극의 전개도.

제8도는 또다른 실시예에서의 자극의 전개도.

제9도는 또다른 실시예에서의 자극의 전개도.

제10도는 케이스의 바닥부분의 일부 단면도.

제11도는 케이스의 바닥부분의 또다른 일부 단면도.

제12도는 또다른 실시예에서의 자극의 전개도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스텝핑 모터2 : 도터

3,4 : 하부 및 상부스테이터조(固定子組)9 : 케이스

21,22,23,24 : 스테이터(固定子)25,26 : 하부 및 상부 코일

27,28,29,30 : 자극

본 발명은 커다란 정지토크를 가지는 영구자석형의 스텝핑 모터의 개량에 관한 것이다.

종래, 영구자석형의 스텝핑 모터에 있어서 비통전시에 발생하는 로터의 정지토크는 로터의 영구자석과 스테이터의 극치(極齒)와의 사이의 자기적 흡착력에 의하여 발생한다. 스테이터가 두개의 스테이터조(固定子組)로 구성되어 있으며, 그 스테이터조가 전기각으로 하여 π/2의 위상만 어긋나 있을 때 정지토크의 주기가 π이기 때문에 정지토크는 양자의 스테이터조사이에서 서로 상쇄되어 비교적 작은 값으로 설정되어 있다.

통상적으로 정밀도가 높은 정지위치를 추구하는 모터에서는 정지토크가 회전(통전)시에 부하가 되기 때문에 정지토크가 작아지도록 설계되어 있다. 그러나 용도에 따라서는 비통전시의 정지토크에 의하여 부하를 확실히 정지시키는 경우에 커다란 정지토크가 필요하게 된다.

일본 특개소 60-43059호 공보는 스테이터의 극치의 폭을 고르지 못하게 하므로서 비통전시에 있어서 각상(各相)에서의 토크의 발생패턴을 변화시켜 정지토크를 향상시키는 것을 보여되고 있다. 그러나 상기 기술에 의하면, 각상에서의 토크의 불균형상태가 불확실하고, 제조과정에서 일정한 정지토크가 확보되기 어렵고 기대하는 바의 제품을 얻을 수 없다.

본 발명의 목적은 이런 종류의 영구자석형의 스텝핑 모터에 있어서, 비통전시의 로터의 정지토크를 크게하거나 또는 적절한 크기로 하여 더욱 안정화시키는 것이다.

상기 목적하에서 본 발명은 원주형상의 로터의 영구자석에 대향하는 빗살형상의 자극을 중심부에 가지며, 이들의 자극을 번갈아서 위치시킨 상하 스테이터 사이에 코일을 설치하여 스테이터조(組)를 구성하고, 이 스테이터조를 로터의 축방향으로 2개를 나란히 캡모양의 케이스내에 소정의 위상으로 배치한 스텝핑 모터에 있어서, 캡모양의 케이스바닥부에 자극을 형성하여 스테이터를 겸용시키고, 이스테이터와 코일을 개재하여 겹쳐지는 스테이터로서 안쪽, 즉 캡모양의 케이스의 바닥측의 하부스테이터조을 형성시켜, 이 안쪽의 하부스테이터조의 자극면적의 합계가 바로 앞쪽, 즉 캡모양의 케이스의 입구측의 상부스테이터조의 자극면적의 합계와 다르게 되도록 설정하고 있다. 바람직한 실시예에서는, 정지토크를 크게하기 위하여 자극의 폭을 좁게하는 것에 의해 안쪽의 하부스테이터조의 자극면적의 합계가 바로 앞쪽의 상부스테이터조의 자극면자의 합계보다도 작게 형성된다.

상기 구성에 의하면 각 하부 및 상부스테이터조와 영구자석의 로터와의 사이의 토크커브가 변화하여 양 토크의 합성과정에서 토크가 가산되는 상태로 설정되기 때문에, 이것에 의해 필요한 정지토크가 확보될 수 있다.

제1도는 본 발명의 스텝핑 모터(1)를 도시하고 있다. 이 스텝핑 모터(1)는 원주형의 영구자석의 로터(2)와, 이 로터(2)의 외주를 둘러싸는 2개의 하부 및 상부스테이터조(3)(4)로서 구성되어 있다.

상기 로터(2)는 축(5)에 대하여 피니온(6)을 겸용하는 회전체(7)에 의하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 지 회전체(7)의 외주에 환상의 영구자석(8)이 짜맞추어져 있다.

영구자석(8)은 제7~8도에 도시한 바와같이 외주의 원주방향에서 N극과 S극을 번갈아 형성하고 있다.

또한 상기 축(5)은 캡모양의 케이스(9)의 바닥과 이 케이스(9)의 입구면을 막는 덮개케이스(10)와의 사이에 고정되어 있다.

또 상기 피니온(6)의 회전은 감속기어(11), 도시하지 않은 중간기어, 최종기어(13)를 개재하여 출력축(14)에 전달된다. 감속기어(11)는 축(15)으로부터 회전가능하게 지지되어 있다. 이 축(15)은 덮개케이스(10)와 케이스(9)의 내부에 끼워 넣은 칸막이판(17)에 의하여 지지되어 있고, 또 출력축(14)은 칸막이판(17)에 형성된 축받이부(18)와 덮개케이스(10)의 구멍에 끼워넣은 축받이 (19)에 의하여 회전가능하게 지지되어 있다.

그리고, 하부 및 상부스테이터조(3)(4)는 각각 환상의 스테이터(21)(22)(23)(24)또는 스테이터(21)(22)의 사이와 스테이터(23)(24)의 사이에 짜넣어지는 하부 및 상부코일(25)(26)과 하부 및 상부코일보빈(36)(37)에 의하여 조립되어 있다. 각각의 스테이터(22)(23)(24)는 환산으로, 케이스(9)의 내부에 들어가는 크기로 스테이터(21)와 함께로터(2)와 대향하는 내주부분으로 각각 자극(27)(28)(29)(30)을 형성하고 있다.

이들 자극(27)(28)과 자극(29)(30)은 각각의 스테이터(21)(22)와 스테이터(23)(24)와 내주부분의 일부를 직각으로 절국하여 로터(2)의 외주의 N,S극과 대향하는 상태로 번갈아 마주 향하고 있다. 2개의 하부 및 상부스테이터조(3)(4)는 전기각으로 하여 π/2만 어긋난 상태로 배치되어 있다. 이와같이 케이스(9)는 바닥부에 최하부의 스테이터(21)를 겸용하고 있다.

특히, 본 발명에서는 제2도에 도시한 바와같이 캡형상의 케이스(9)내부의 안쪽, 즉 바닥쪽에 위치한 하부스테이터조(3)의 스테이터(21)(22)의 자극(27)(28)의 면적합계가 케이스(9)의 입구쪽 즉 상부스테이터조(4)의 스테이터(23)(24)의 자극(29)(30)의 면적 합계보다도 작게 되도록 설정되어 있다. 또 그 반대로 하여도 좋다. 즉 케이스(9)의 바닥쪽의 하부스테이터조(3)의 스테이터(21)(22)의 자극(27)(28)의 면적합계가 케이스(9)의 입구측의 상부스테이터조(4)의 스테이터(23)(24)의 자극(29)(30)의 면적합계보다 크게되도록 설정되어 있어도 좋다. 이 실시예에서는 하부스테이터조(3)의 스테이터(21)(22)의 자극(27)(28)의 폭이 상부스테이터조(4)의 스테이터(23)(24)의 자극(29)(30)의 폭보다도 작고 거의 1/2정도로 설정되어 있으므로 자극(27)(28)의 면적합계가 자극(29)(30)의 면적합계보다 작게되어 있다.

다음에 제3도 제4도는 하부 및 상부스테이터조(3)(4)에 대하여 비통전시의 정지토크의 발생상황을 도시하고 있다. 로터(2)의 N극에서 나온 자속은 로터(2)의 회전위치에 따라 자극(27)(28)(29)(30)중 어느 하나만을 통과하여 S극으로 되돌아 가든지 또는 대향한 자극(28)을 지나서 케이스(9)에 이르러 자극(27)을 거쳐 S극으로 되돌아가든지 또는 대향한 자극(28)을 지나서 케이스(9)에 이르러 자극(27)을 거쳐 S극으로 되돌아가든지 또는 대향한 자극(28)을 지나서 케이스(9)에 이르러 자극(27)을 거쳐 S극으로 되돌아가든지 대향한 자극(27)를 지나서 케이스(9)에 이르러 자극(28)을 거쳐 S극으로 되돌아가든지, 혹은 대향한 자극(30)을 지나서 케이스(9)에 이르러 자극(29)을 거쳐 S극에 되돌아가든지, 대향의 자극(29)을 지나 케이스(9)에 이르러 자극(30)을 거쳐 S극에 되돌아간다. 자극(27)(28)(29)(30)의 1개만을 지나서 닫히는 자속을 Øa로 하고 자극(27)(28)(29)(30)의 둘 또는 케이스(9)를 지나는 자속을 Øa로 나타내면, 이 자속 Øa,Øb들에 의하여 로터(2)에 CW(시계방향) 또는 CCW(반시계방향)의 토크가 발생한다.

상부스테이터조(4)의 폭넓은 자극(29)(30)에서는 제3도에 도시한 바와같이 자속 Øa가 다른 Øb보다 크게되기 때문에, 로터(2)가 도시한 위치에서 정지하며 그때의 토크의 방향 및 그 크기는 제5도의 그래프와 같이 된다. 토크커브가 오른쪽으로 내려가는 토크0의 전을 통과하는 포인트가 전기각=0, , π,2π,3π····로 된다. 한편 하부스테이터조(3)의 폭이 좁은 자극(27)(28)에서는 제4도에 도시한 바와같이 자속 Øb가 다른 자속Øa보다도 커지므로 이 자속Øb가 형성되는 위치에서 로터(2)가 정지한다. 이때문에 제6도와 같이 토크커브가 오른쪽으로 내려가며 토크 0의 선을 요 통과하는 포인트가 전기각θ =0, , π,2π,3π····로 된다. 이 결과 하부 및 상부스테이터조(3)(4)의 토크의 합성 즉, 로터(2)의 정지토크는 상기 2개의 토크커브의 가산에 의하여 큰값으로 된다. 또 제6도에서 점선의 토크커브는 자극(27)(28)의 폭이 넓은 경우를 도시하고 있다.

여기서 커다란 정지토크를 얻기 위하여는 케이스(9)가 캡형이므로 안쪽(케이스(9)의 바닥)의 하부스테이터조(3)의 자극(27)(28)의 면적이 케이스(9)의 바깥쪽(입구)의 상부스테이터조(4)의 자극(29)(30)의 면적보다도 작아지도록 구성되어야 한다. 그 이유는 안쪽의 하부스테이터조(3)에서는 스테이터(21)와 케이스(9)가 일체이며 자속Øb의 경로에서 접촉부가 1개소만이므로 그 경로에서의 자기저항이 작고, 제6도에 도시한 값의 토크커브가 얻어지기 때문이다. 한편, 캡형의 케이스(9)의 입구쪽에서는 상부스테이터조(4)의 2매의 스테이터(23)(24)로 외측의 케이스(9)와 접촉부를 가지며, 외측의 케이스(9)를 지나서 닫히는 자로(磁路)의 저항이 크고 자극(29)(30)의 폭을 좁게 하면 제6도에서 도시한 값의 토크커브가 얻어지지 않고 소망의 기능을 얻는 것이 곤란해지기 때문이다.

제7,8,9도는 커다란 정지토크를 얻기 위하여 안쪽의 하부스테이터조(3)의 자극(27)(28)의 면적합계를 바로 앞쪽의 상부스테이터조(4)의 자극(29)(30)의 면적합계보다도 작게 형성하는 다른 수단을 도시하고 있다. 제7도는 스테이터(22)의 자극(28)만을 폭이 좁은 것으로 한 구성예이고, 또 제8도는 스테이터(21)의 자극(27)의 일부만을 좁은폭의 것으로서 구성하는 예이며, 또 제9도는 스테이터(21)(22)(23)의 자극(27)(28)(29)을 같은 폭의 것으로 하고 다른 스테이터(24)의 자극(30)의 일부만을 폭이 넓은 것으로 하여 구성하는 예이다. 물론 이들 자극(27)(28)(29)(30)은 사다리꼴이 아니고 직사각형 또는 기타의 형상이여도 좋다.

또 제10,11도는 캡모양의 케이스(9)의 다른 구조를 로시하고 있다. 제10도는 통형상의 케이스(9)의 바닥의 외주부분에 부풀어오른 부분을 형성하고 스테이터(21)를 별도 부재로서 구성하여 양자를 큰 면적에서 눌러넣는 방법등에 의하여 면에서 접촉시키므로써 자기적인 결합을 잘하는 예이며, 또 11도는 접촉부를 스테이터(21)의 외면측에 대고 용접등에 의하여 고착하는 예이다. 이들 실시예에서도 케이스(9)는 별도부재의 것과 함께 최종적으로 캡형상으로 되어 있다.

다음에 제12도의 실시예는 하부 및 상부코일(25)(26)의 사이에 등을 마주대게 배치한 2매의 스테이터(22)(23)의 한쪽의 자극(27)(28)의 면적합계와 다른쪽의 자극(29)(30)의 면적 합계를 다르게 한 구성에 있어서, 특히 세개의 자극(27)(28)(30)의 면적을 같게 형성하고 다른쪽 자극(29)의 면적을 작게 형성한 것이다. 이 구조의 것은 모터의 조립과정에서 제7도의 구체예의 스테이터(22)(23)을 바꿔 넣는 것에 상당한다. 따라서 2매의 스테이터(22)(23)의 짜넣는 위치를 단지 바꿔넣은 것 뿐이며 두개의 다른 정지토크를 선택하여 얻는 효과가 있고 모터의 용도에 따라서 적절히 대응할 수 있다.

본 발명에서는 비통전시의 정지토크가 크게 되고 정지위치의 유지능력이 증가하기 때문에, 스텝핑 모터에 의하여 구동되는 부분에 복귀방향의 힘이나 하중이 걸렸다하더라도 돌기 시작하지 않는다. 더구나 이 커다란 정지토크가 자속형성이 서로 다름에 따라 간단하게 얻어지므로 특성상의 흐트러짐로 없고 안정된 정지토크가 얻어진다.

특히 본 발명에서는 자속의 루프형성방법이 다른것을 이용하여 각상에서의 토크를 더해주도록 하여 정지토크를 확보하고 있으므로 종래예의 것과 비교하여 커다란 정지토크를 확실하게 확보할 수 있다.

Claims

원주형상의 로터(2)의 영구자석(8)에 대향하는 빗살형의 자극(27)(28)(29)(30)을 중심부에 가지며, 이 자극(27)(28)(29)(30)을 번갈아서 위치시킨 스테이터(21)(22)(23)(24)사이에 코일을 설치한 하부 및 상부스테이터조(3)(4)를 로터(2)의 축방향으로 줄지어 세운 스텝핑 모터(1)이 있어서,

캡모양의 케이스(9)에 자극(27)(28)(29)(30)을 형성하여 스테이터를 겸용시키고 이 스테이터와 코일을 개재하여 겹쳐지는 스테이터로서 안쪽의 하부스테이터조(3)를 구성하고 이 안쪽의 하부스테이터조(3)의 자극면적의 합계와 바로 앞쪽의 상부스테이터조(4)의 자극면적의 합계를 각기 다르게 하여 형성한 것을 특징으로 하는 스텝핑 모터.
제1항에 있어서, 안쪽의 하부스테이터조(3)의 자극면적의 합계를 바로 앞쪽의 상부(4)의 자극면적의 합계보다도 적게 형성한 것을 특징으로 하는 스텝핑 모터.
제2항에 있어서, 자극(27)(28)(29)(30)의 폭을 좁게 하는 것에 의하여 자국가의 면적을 적게하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모터.