KR100246091B1 - 스테핑 모터 - Google Patents

Abstract

임의로 분주율(dividing rate) 제어가 가능한 케스케이드형(cascade type) 스테핑 모터가 제안된 바, 상기 스테핑 모터는 샤프트에 압입되고 다수개의 자극이 교번적으로 배열 형성되며 상기 자극 사이에 요홈부를 갖는 다수개의 로터 코어와; 상기 로터 코어 사이를 절연하는 비자성체와; 상기 로터 코어와 일정한 공극을 유지하여 내주면에 코일들이 권선된 다수개의 스테이터 코어와; 상기 스테이터 코어와 로터 코어를 보호하며 모터의 강성을 크게 하는 프레임과; 상기 프레임을 샤프트에 베어링으로 고정 지지하기 위한 브라켓으로 구성된다. 따라서 스테핑 모터는 고출력을 얻음과 동시에 위치제어에 따른 모터의 정밀도를 높힐수 있다.

Description

스테핑 모터{stepping motor}

본 발명은 스테핑 모터에 관한 것으로써, 특히 분주율(dividing rate) 제어가 가능한 케스케이드형(cascade type) 스테핑 모터에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 스테핑 모터는 입력펄스신호로 여자상태가 변화할 때마다 일정한 각도만큼 회전하고, 여자상태가 변화하지 않으면 일정 위치를 유지하여 정지하는 모터를 말한다. 이러한 스테핑 모터는 각도 정밀도를 중요시하는 OA(office automation)기기, FA(factory automation)기기, 단말기 등의 분야에서 제어 및 구동모터로 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 스테핑 모터를 나타낸 횡단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선으로 절단한 종단면도로써, 4단 구조의 가변 릴럭턴스(variable reluctance)형 스테핑 모터에 관한 것이다..

도 1을 참조하면, 종래의 스테핑 모터는 크게 샤프트(11)에 압입되고 다수개의 돌출부(12a)를 갖는 로터 코어(12)와, 상기 로터 코어(12)와 대향된 위치에 장착되고 그 내주면에 코일(17)이 권선된 스테이터 코어(16)와, 상기 스테이터 코어(16)와 로터 코어(12)를 보호하며 모터의 강성을 크게 하기 위한 프레임(15)과, 상기 프레임(15)을 샤프트(11)에 베어링(13)으로 고정 지지하기 위한 브라켓(14)으로 구성되어 있다. 이때 상기 로터 코어(12)와 스테이터 코어(16)는 4단으로 적층되고 상기 로터 코어(12)의 사이에는 비자성체(18)가 삽입되어 코어 사이를 절연하고 있다.

이와 같이 구성된 종래의 스테핑 모터는 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이터 코어(16)에 권선된 코일(17)에 구동전류를 인가하면, 상기 스테이터 코어(16)의 외주연에서 여자된 자계에 의해 소정의 자로가 형성되고, 상기 자로에 의해 로터 코어(12)의 마그네트와 밀고 당기는 힘(f=1/2·μ₀·t·i²·N²/l_g)에 의해 로터 코어(16)가 한 스텝씩 이동하며, 결국 샤프트(11)가 회전함으로써 소정의 토크(torque)를 얻는다. 여기서 μ₀는 공기중의 투자율,t는 철편의 두께, i는 구동전류, N은 극수, l은 공극을 각각 나타낸다.

그러나 종래의 스테핑 모터는 외부 구동회로와 스위칭 회로에 의해 코일(17)의 상전류를 교번적으로 인가하기 때문에 모터의 고속 회전시 스테이터 코어(16)의 사이에서 형성되는 잔류자속과 로터 코어(12)의 자기 흡인력에 의해 많은 열이 발생되는 문제점이 있다.

또한 이러한 열에 의해 모터의 효율을 저감시키기 때문에 고출력을 얻어낼 수 없고 또 위치제어용 구동모터로 사용시 정밀도가 떨어지는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로써, 본 발명의 목적은 각각의 극수에 적합하도록 로터 코어 및 스테이터 코어의 형상을 변경하고 변경된 형상에 따라 모터의 회전시 필요한 분주율을 제어함으로써 모터의 효율을 높이는데 적당한 스테핑 모터를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 고출력을 얻음과 동시에 위치제어에 따른 모터의 정밀도를 높힐수 있도록 한 스테핑 모터를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 스테핑 모터를 나타낸 횡단면도

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선으로 절단한 종단면도

도 3은 본 발명에 따른 스테핑 모터를 나타낸 요부 절개 사시도

도 4는 본 발명에 따른 스테핑 모터의 일 실시예를 나타낸 횡단면도

도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ선으로 절단한 종단면도

도 6은 본 발명에 따른 스테핑 모터의 다른 실시예를 나타낸 요부 종단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 21 : 샤프트 12, 22 : 로터 코어

13, 23 : 베어링 14, 24 : 브라켓

15, 25 : 프레임 16, 26 : 스테이터 코어

17, 27 : 코일 18, 28 : 비자성체

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스테핑 모터는 샤프트에 압입되고 다수개의 자극이 교번적으로 배열 형성되고 상기 자극 사이에 요홈부를 갖는 다수개의 로터 코어와; 상기 로터 코어 사이를 절연하는 비자성체와; 상기 로터 코어와 일정한 공극을 유지하여 내주면에 코일들이 권선된 다수개의 스테이터 코어와; 상기 스테이터 코어와 로터 코어를 보호하며 모터의 강성을 크게 하는 프레임과; 상기 프레임을 샤프트에 베어링으로 고정 지지하기 위한 브라켓으로 구성된 점에 그 특징이 있다.

이하, 본 발명에 따른 스테핑 모터의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 스테핑 모터를 나타낸 요부 절개 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스테핑 모터의 일 실시예를 나타낸 횡단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 스테핑 모터는 부하와 연결되는 소정모양의 샤프트(21)와, 상기 샤프트(21)에 압입되고 다수개의 S극 또는 N극이 교번적으로 배열 형성되며 상기 S극과 N극 사이에 요홈부(20)를 갖는 로터 코어(22)와, 상기 로터 코어(22) 사이를 절연하는 비자성체(28)와, 상기 로터 코어(22)와 일정한 공극을 유지하여 내주면에 코일(27)들이 권선된 스테이터 코어(26)와, 상기 스테이터 코어(26)와 로터 코어(22)를 보호하며 모터의 강성을 크게 하는 프레임(25)과, 상기 프레임(25)을 샤프트(21)에 베어링으로 고정 지지하는 브라켓(24)으로 구성되어 있다.

이때 상기 로터 코어(22)와 스테이터 코어(26)는 샤프트(21)를 중심으로 인라인(inline) 형태로 배열되어 있으며 유저의 선택에 따라 2단, 3단, 4단 또는 그 이상으로 조립 제조함으로써 효율이 높고 고출력을 낼 수 있는 모터로 구현할 수 있다.

본 실시 예에서는 로터 코어(22)와 스테이터 코어(26)를 2단으로 구성한 일 실시예를 나타낸 것으로써, 도 5를 참조하여 본 발명의 스테핑 모터의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 스테이터 코어(26)에 권선된 다수개의 코일(27)에 구동전류를 인가하면, 상기 스테이터 코어(26)의 외주연에서 여자된 자계에 의해 소정의 자로가 형성되므로 각각의 스테이터 코어(26)의 슬롯에는 로터 코어(22)에 근접된 극성과 반대 극성을 갖는 N/S 자극이 형성된다.

이어서 상기 N/S 자극에 의해 로터 코어(12)의 N극 또는 S극이 밀고 당기는 힘(f)에 의해 로터 코어(22)가 한 스텝씩 이동하는 동작(1회전)을 반복함으로써 소정의 토크(torque)가 출력된다. 이때 로터 코어(12)에 착자된 N극과 S극의 개수에 따라 임의로 분주율(dividing rate)을 제어할 수 있는데, 예를 들어, 구동전류의 입력주파수를 120Hz라고 하면 5번째의 극수에는 120Hz/5=24Hz의 펄스를 공급하면 된다. 이러한 펄스 제공방법을 적용하면 외부의 펄스폭 변조회로는 스테이터 코어(26)에 권선된 코일(27)에 상기와 같은 임의의 펄스를 공급할 수 있기 때문에 펄스수의 제어는 별 문제가 되지 않는다.

그러나 상기 로터 코어(22)가 한 스텝씩 이동할 때마다 발생되는 스테이터 코어(26)의 슬롯(26a) 양단에서 발생하는 잔류자속들은 한 스텝 이동후 다음 스텝으로 이동시 로터 코어(22)의 S극 또는 N극의 슬롯(22)에 형성된 상시자속(도면의 화살표 방향)과 상쇄되어 버린다. 따라서 모터의 고속 회전시 열이 적게 발생되기때문에 고효율의 토크(torque)를 얻을 수 있고, 로터 코어(22)의 각 스텝들의 이동이 매우 정확하므로 모터의 정밀 제어가 가능하다.

또한 도 6을 참조하면, 스테핑 모터에서 가장 문제시되는 잔류자속에 의한 모터의 효율 저하를 방지하기 위하여 스테이터 코어(26)의 요홈부(26a)와 대향되도록 로터 코어(22)의 S극과 N극의 중심부에 슬롯(22a)을 형성한다. 상기 슬롯(22a)은 로터 코어(22)의 고속 회전시 잔류자속이 완전히 상쇄되도록 잔류자속 상쇄수단으로 작용한다. 이에 대한 작용은 도 5와 동일하므로 구체적인 동작설명은 생략한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스테핑 모터는 다수개의 N/S극이 교번적으로 배열 형성되고 상기 N/S극 사이에 요홈부를 갖는 다수개의 로터 코어와, 상기 로터 코어와 일정한 공극을 유지하여 내주면에 코일들이 권선된 다수개의 스테이터 코어에 의해 상기 스테이터 코어에서 발생되는 잔류자속에 의한 모터의 효율 저하를 방지할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

또한 본 발명의 스테핑 모터에 의하면 각각의 극수에 적합하도록 임의로 분주율을 제어할 수 있기 때문에 스테핑 모터에서 고출력을 얻음과 동시에 위치제어에 따른 모터의 정밀도를 향상시킬수 있다.

본 발명의 스테핑 모터는 유저의 선택 사양에 따라 스테이터 코어 또는 로터 코어의 형상 변경 및 설계 변경이 가능하므로 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의거 본 발명에서 제시된 실시 예들에 한정되거나 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변조 변화가 가능함은 명백하다.

Claims (3)

1. 샤프트에 압입되고 자극의 중심부에 제1 슬롯이 형성됨과 동시에 상기 자극이 교번적으로 배열 형성되며 그 사이에 형성된 요홈부를 갖는 다수개의 로터 코어와;

   상기 로터 코어 사이를 절연하는 비자성체와;

   상기 로터 코어와 일정한 공극을 유지하고 상기 제1 슬롯과 상응한 제2 슬롯을 가지며 그 내주면에 코일들이 권선된 다수개의 스테이터 코어와;

   상기 스테이터 코어와 로터 코어를 보호하며 모터의 강성을 크게하는 프레임과;

   상기 프레임을 샤프트에 베어링으로 고정 지지하기 위한 브라켓으로 구성된 것을 특징으로 하는 스테핑 모터.
2. (삭제)
3. 제 1 항에 있어서, 상기 로터 코어와 스테이터 코어는 인라인으로 배열되고 상기 로터 코어는 사프트에 압입되며, 상기 스테이터 코어는 프레임의 내주연에 장착됨을 특징으로 하는 스테핑 모터.

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