KR100302241B1

KR100302241B1 - 모터

Info

Publication number: KR100302241B1
Application number: KR1019970074429A
Authority: KR
Inventors: 지까라 아오시마
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2001-10-19
Also published as: EP0851560A1; MY119353A; DE69707829T2; US5925945A; KR19980064701A; HK1014628A1; SG55442A1; EP0851560B1; TW372373B; CN1190277A; CN1140041C; DE69707829D1

Abstract

원주방향으로 균등하게 분할되어서 다른 극으로 번갈아 자화되는 영구 자석의 회전자가 원통형으로 형성되고, 제1 코일, 회전자, 제2 코일이 순서대로 축방향으로 위치되고, 제1 코일에 의해 여기되는 제1 외측 극 및 제1 내측 극이 회전자의 외측 및 내측 주연 표면에 대향되고, 제2 코일에 의해 여기되는 제2 외측 극 및 제2 내측 극이 회전자의 외측 및 내측 주연 표면에 대향되는 구조의 모터가 형성되는데, 여기서 모터의 제1 및 제2 내측 극을 형성하는 요크는 회전자의 축에 대해 수직 방향으로의 단면이 큰 외측 치수와 작은 외측 치수를 갖도록 형성되고, 이에 의해 가공성이 양호한 형상으로 모터가 형성된다. 또한, 외측 극을 형성하기 위한 요크의 가공 또한 용이하다.

Description

모터{Motor}

본 발명은 가공성이 향상된 미소 구조로 구성될 수 있는 모터에 관한 것이다.

종래의 소형 모터들 중에는, 일례로 도13에 도시된 바와 같은 소형의 원통형 스텝 모터가 있다. 고정자 코일(105)은 각각의 보빈(101)에 동심으로 권취되고, 보빈(101) 각각은 2개의 고정자 요크(106)들 사이에 축방향으로 삽입되어 고정된다. 고정자 요크(106)는 보빈(101)의 구멍 표면의 원주 방향을 따라서 교차하는 방식으로 배열된 고정자 톱니(106a, 106b)를 갖는다. 고정자 톱니(106a 또는106b)와 일체로 된 고정자 요크(106)는 케이스(103)에 고정되어서 고정자(102)를 구성한다.

플랜지(115)와 베어링(108)은 두 세트의 케이스(103) 중 하나의 케이스에 고정되고, 또 다른 베어링(108)은 또 다른 케이스(103)에 고정된다. 회전자(109)는 회전자 샤프트(110)에 고정된 회전자 자석(111)으로 구성되고, 회전자(102)의 회전자 자석(111)과 회전자 요크(106)는 반경방향 갭 부분을 형성한다. 회전자 샤프트(110)는 2개의 베어링(108)들 사이에서 회전 가능하게 지지된다.

그러나, 이상에서 설명한 종래의 소형 스텝 모터는, 케이스(103), 보빈(101), 고정자 코일(105), 요크(106) 등이 회전자 외측에 동심으로 위치하기 때문에 모터의 외관 치수가 큰 단점이 있다. 또한, 고정자 코일(105)을 활성화시킴으로써 발생하는 자속이 도14에 도시된 바와 같이 고정자 톱니(106a)의 단부면(106a1)과 고정자 톱니(106b)의 단부면(106b1)을 주로 통과하게 되어 회전자 자석(111) 상에 효과적으로 작용하지 않으므로, 모터의 출력이 높지 않다는 단점도 있다.

본 출원인은 미국 특허 출원 제08/831,863호(출원일: 1997년 4월 2일)에서 이러한 문제점들을 해결한 모터를 제안하였다.

이와 같이 제안된 모터는, 원주 방향으로 등간격으로 번갈아서 다른 극으로 분할되고 자화되는 영구 자석의 회전자가 원통형으로 형성되고, 제1 코일과 회전자와 제2 코일이 회전자의 축방향으로 차례로 위치되고, 제1 코일에 의해 여기되는 제1 외측 극 및 제1 내측 극이 회전자의 외측 주연 표면 및 내측 주연 표면에 대향되며, 제2 코일에 의해 여기되는 제2 외측 극 및 제2 내측 극이 회전자의 외측 주연 표면 및 내측 주연 표면에 대향되는 구조로 구성된다.

이러한 구조의 모터는 고출력을 제공하고 작은 외측 치수의 모터를 갖지만, 분리된 선단부를 갖는 한 쌍의 자석 톱니를 포함하는 제1 내측 극과 제2 내측 극의 반경방향 치수 또한 아주 작다. 이러한 극치가 프레스 가공에 의해 가공될 경우, 주형의 강도, 칩의 배출 등과 같은 문제점이 있다. 따라서, 가공이 용이하지 않으며 고강도의 톱니를 얻는 것이 상당히 어렵다. 제1 외측 극과 제2 외측 극을 용이하게 가공하는 것에 대한 요구도 있다.

본 발명의 목적은 상기의 단점을 극복하기 위한 것으로 내측 극이 높은 가공성을 갖는 형상으로 형성되는 미소 구조로 구성될 수 있는 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 외측 극의 가공이 용이한 미소 구조로 구성될 수 있는 모터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 기타 다른 목적은 이하에서 설명하는 특정 실시예에 의해 보다 명확해질 것이다.

도1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 모터의 분해 사시도.

도2는 도1에 도시된 모터의 조립된 상태에서의 단면도.

도3a, 도3b, 도3c, 도3d, 도3e, 도3f, 도3g, 도3h는 도2에 도시된 모터의 회전자 회전 작동을 설명하는 도면.

도4는 도2에 도시된 모터 내의 내측 극인 요크의 확대도.

도5는 도2에 도시된 모터 내의 내측 극인 요크의 다른 예를 도시하는 도면.

도6은 도5에 도시된 요크의 단면도.

도7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 모터의 분해 사시도.

도8은 도7에 도시된 모터의 조립된 상태에서의 단면도.

도9a, 도9b, 도9c, 도9d, 도9e, 도9f, 도9g, 도9h는 도7에 도시된 모터의 회전자 회전 작동을 설명하는 도면.

도10은 도7에 도시된 모터의 평면도.

도11은 도7에 도시된 모터의 다른 예를 도시하는 분해 사시도.

도12는 도11에 도시된 모터의 조립된 상태에서의 평면도.

도13은 종래의 스텝 모터를 도시하는 단면도.

도14는 도13에 도시된 종래의 스텝 모터 내의 자속을 도시하는 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 영구 자석

2: 회전 축

3, 4: 코일

5: 제1 요크

6: 제2 요크

7, 8: 제3 요크

7c, 7d: 구멍

7i, 7j: 노치 부분

9: 제4 요크

이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.

(실시예 1)

도1 내지 도4는 실시예 1을 도시하는 도면이다. 도면 부호 1은 원통형 영구자석을 나타내는 것으로, 이 영구 자석은 원주를 4분할하여 얻어진 것으로 S극과 N극으로 번갈아서 자화되는 4개의 부분(1a, 1b, 1c, 1d)을 갖는 제1 자성 층과, 원주를 상기와 유사하게 4분할하여 얻어진 것으로 S극과 N극으로 번갈아서 자화되는 4개의 부분(1e, 1f, 1g, 1h)을 갖는 제2 자성 층으로 구성된다. 제1 자성 층과 제2 자성 층은 서로로부터 45°만큼 회전된 각각의 위상에서 자화된다.

제1 자성 층의 부분(1a, 1c) 및 제2 자성 층의 부분(1e, 1g)의 외측 주연 표면은 S극으로 자화되며 그들의 내측 주연 표면은 N극으로 자화되고, 제1 자성 층의 부분(1b, 1d) 및 제2 자성 층의 부분(1f, 1h)의 외측 주연 표면은 N극으로 자화되면 그들의 내측 주연 표면은 S극으로 자화된다.

도면 부호 2는 영구 자석(1)이 고정되는 회전 샤프트를 표시한다. 회전 샤프트(2)와 영구 자석(1)은 회전자를 구성한다. 도면 부호 3과 도면 부호 4는 영구 자석(1)과 동심이 되도록 그리고 영구 자석(1)을 축방향으로 삽입하도록 위치되는 코일을 표시한다. 도면 부호 5는 연자성 재료로 제조된 제1 요크를 나타내는 것인데, 이 제1 요크는 코일(3)의 구멍 부분(3a) 내에 설치된 부분(5d)과, 영구 자석(1)의 제1 자성 층의 구멍 부분에 대향된 극 부분을 갖는다.

도4에 도시된 바와 같이, 극 부분 내에, 큰 외경을 갖는 부분(5b, 5c)과 작은 외경을 갖는 부분(5e, 5f)이 축에 대해 수직 방향으로 취한 단면에서 번갈아서 형성되어 있다. 부분(5b, 5c)은 제1 자성 층의 극에 대해서 동일한 위상으로 형성되어 있다. 즉, 부분(5b)과 부분(5c)은 서로로부터 180°만큼 회전되어 위치된다. 회전 샤프트(2)의 부분(2a)은 제1 요크의 구멍(5a) 내에 회전 가능하게 끼워 맞춰진다.

도면 부호 6은 연자성 재료로 제조된 제2 요크를 나타내는데, 이 제2 요크는 코일(4)의 구멍 부분(4a) 내에 설치된 부분(6d)과 영구 자석(1)의 제2 자성 층의 구멍 부분에 대향된 극 부분을 갖는다. 극 부분 내에, 큰 외경을 갖는 부분(6b, 6c)과 작은 외경을 갖는 부분(6e, 6f)이 제1 요크(5)에서와 마찬가지로 번갈아서 형성되어 있다. 부분(6b, 6c)은 제2 자성 층의 극에 대해서 동일한 위상으로 형성되어 있다. 즉, 부분(6b)과 부분(6c)은 서로로부터 180°만큼 회전되어 위치된다. 회전 샤프트(2)의 부분(2b)은 제2 요크의 구멍(6a) 내에 회전 가능하게 끼워 맞춰진다. 제1 요크(5)의 대직경부(5b, 5c)와 제2 요크(6)의 대직경부(6b, 6c)는 동일 위상으로 즉, 축 방향에 대해 서로 대향되게 위치된다.

도면 부호 8은 연자성 재료로 제조된 제3 요크를 나타내는 것인데, 이 요크 안에는 톱니(8a, 8b)가 제1 요크(5)의 부분(5b, 5c)과 영구 자석(1)의 제1 자성 층을 삽입시키는 위치에 형성된다. 도면 부호 9는 연자성 재료로 제조된 제4 외측 요크를 나타내는 것으로, 이 요크 안에는 톱니(9a, 9b)가 제2 요크(6)의 부분(6b, 6c)과 영구 자석(1)의 제2 자성 층을 삽입시키는 위치에 형성된다.

도면 부호 10은 비자성 재료로 제조된 커플링 링을 나타내는 것으로, 이 커플링 링은 제3 요크(8)의 톱니(8a, 8b)와 결합되는 홈(10a, 10b)과 제4 요크의 톱니(9a, 9b)와 결합되는 홈(10c, 10d)을 갖는다. 제3 요크(8)와 제4 요크(9)는 일례로 접착 등과 같은 종래의 방법에 의해 커플링 링(10)에 고정된다. 제3 요크(8)와 제4 요크(9)는 소정의 공간을 가지고서 커플링 링(10)의 부분(10e, 10f)을 통해서 고정된다. 제3 요크(8)의 톱니(8a, 8b)는 제4 요크(9)의 톱니(9a, 9b)와 대면하도록 배열된다.

제3 요크(8)는 도2에 도시된 바와 같이, 일단부가 제1 요크(5)에 연결되어서 코일(3)의 외경부를 덮고 타단부의 톱니(8a, 8b)가 영구 자석(1)의 외측 주연부에 대해 소정의 간극을 가지고 대향되도록 배열된다. 제4 요크(9)는 도2에 도시된 바와 같이, 일단부가 제2 요크(6)에 연결되어서 코일(4)의 외경부를 덮고 타단부의 톱니(9a, 9b)가 영구 자석(1)의 외측 주연부에 대해서 소정의 간극을 가지고 대향되도록 배열된다.

도2는 조립된 상태의 단면도이고, 도3a, 도3b, 도3c 및 도3d는 도2의 선 A-A를 따른 단면도이며, 도3e, 도3f, 도3g 및 도3h는 도2의 선 B-B를 따른 단면도이다. 도3a 및 도3e는 한 순간에서의 단면도이고, 도3b 및 도3f는 다른 순간에서의 단면도이고, 도3c 및 도3g는 다른 순간에서의 단면도이며, 도3d 및 도3h는 다른 순간에서의 단면도이다. 제1 요크(5)의 극 부분(5b, 5c, 5e, 5f)을 S극으로 여기시키고, 부분(5b, 5c)에 대향된 제3 요크의 부분(8a, 8b)은 N극으로 여기시키고, 제2 요크(6)의 극 부분(6b, 6c, 6e, 6f)을 S극으로 여기시키고, 부분(6b, 6c)에 대향된 제4 요크(9)의 부분(9a, 9b)을 N극으로 여기시키도록, 도3a 및 도3e의 상태로부터 코일(3, 4)이 활성화되면, 영구 자석(1)은 반시계 방향으로 45°회전되어 도3b 및 도3f에 도시된 상태가 된다.

제1 요크(5)의 극 부분 내의 소직경부(5e, 5f)가 제1 자성 층의 내측 주연 표면으로부터 부분(5b, 5c)보다 더 멀리 떨어져 있으므로, 소직경부(5e, 5f)에서발생하는 극은 제1 자성 층에 거의 작용을 하지 않아서 발생되는 구동력에 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서, 제1 요크(5)는 한 쌍의 분리된 자석 톱니를 구비하는 내측 자기 극을 포함하는 본 출원인의 선행 미국 특허 출원 제08/831,863호(출원일: 1997년 4월 2일)의 경우와 동일한 방식으로 기능할 수 있다. 제1 요크(5)의 형상은 프레스 가공에 의해 제조될 경우 칩을 형성하지 않는다. 따라서, 칩의 배출을 고려할 필요가 없게 되어 제조가 용이해진다. 부분(5b, 5e, 5c, 5f)이 원주부 전체에 걸쳐 결합되므로, 강도가 높으며 조립 중에 변형될 가능성도 없다.

이러한 것은 제2 요크(6)에 대해서도 마찬가지이다. 제2 요크(6)의 극 부분 내의 소직경부(6e, 6f)가 제2 자성 층의 내측 주연 표면으로부터 부분(6b, 6c)보다 더 멀리 떨어져 있으므로, 소직경부(6e, 6f)에서 발생하는 극은 제2 자성 층에 거의 작용을 하지 않아서 발생되는 구동력에 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서, 제2 요크(6)는 전술한 미국 특허 출원 제08/831,863호의 경우와 동일한 방식으로 기능할 수 있다. 제2 요크(6)의 형상은 프레스 가공에 의해 제조될 경우 칩을 형성하지 않는다. 따라서, 칩의 배출을 고려할 필요가 없게 되어 제조가 용이해진다. 부분(6b, 6e, 6c, 6f)은 원주부 전체에 걸쳐 결합되므로, 강도가 높으며 조립 중에 변형될 가능성도 없다.

그 다음 제1 요크(5)의 극 부분(5b, 5c, 5e, 5f)을 N극으로 여기시키고, 부분(5b, 5c)에 대향된 제3 요크의 부분(8a, 8b)을 S극으로 여기시키고, 제2 요크(6)의 극 부분(6b, 6c, 6e, 6f)을 S극으로 여기시키고, 부분(6b, 6c)에 대향된 제4 요크의 부분(9a, 9b)을 N극으로 여기시키도록, 코일(3)로의 전력 공급이 반전되고,이 때 영구 자석(1)은 반시계 방향으로 45°더 회전되어 도3c 및 도3g에 도시된 바와 같은 상태가 된다.

그 다음 제2 요크(6)의 극 부분(6b, 6c, 6e, 6f)을 N극으로 여기시키고, 부분(6b, 6c)에 대향된 제4 요크의 부분(9a, 9b)을 S극으로 여기시키도록, 코일(4)로의 전력 공급이 반전되고, 이 때 영구 자석(1)은 반시계 방향으로 45°더 회전된다. 이와 같은 방식으로 코일(3)과 코일(4)로의 전력 공급의 방향을 성공적으로 절환시킴으로써, 영구 자석(1)과 회전 샤프트(2)로 구성된 회전자는 전력 공급의 위상에 따른 위치로 회전하게 된다.

이하에서는 상기한 바와 같은 스텝 모터가 모터의 초소형화에 있어 최적이 되는 이유에 대해 설명한다.

스텝 모터의 기본 구조의 특징은 다음과 같다.

첫째로, 자석이 중공 원통형 형상으로 형성된다.

둘째로, 자석의 외측 주연 표면은 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되고, n개의 부분들은 번갈아서 다른 극으로 자화된다.

셋째로, 제1 코일, 자석 및 제2 코일이 자석의 축 방향에서 차례로 위치된다.

넷째로, 제1 및 제2 코일에 의해 여기되는 제1 및 제2 고정자의 외측 극과 내측 극은 각각 자석의 외측 주연 표면과 내측 주연 표면에 대향된다.

따라서, 이와 같은 스텝 모터의 필요한 직경은 고정자의 극을 자석의 직경에 대해 대향시키기에 충분한 크기이고, 스텝 모터의 필요한 축방향 길이는 자석의 길이와 제1 및 제2 코일의 길이의 합이다. 따라서, 스텝 모터의 치수는 자석 및 코일의 직경과 길이에 의하여 결정되고, 스텝 모터는 자석 및 코일의 직경과 길이를 아주 작은 값으로까지 감소시킴으로써 초소형화될 수 있다.

자석 및 코일의 직경과 길이가 아주 작으면, 스텝 모터의 출력 정밀성을 유지하는 것이 어렵다. 스텝 모터의 출력 정밀성에 관한 이와 같은 문제는, 자석이 중공 원통형 형상으로 형성되고 제1 및 제2 고정자의 외측 극과 내측 극이 중공 원통형 형상으로 형성된 자석의 외측 주연 표면과 내측 주연 표면에 대향되는 간단한 구조에 의해 해결된다.

이하에서는 제1 및 제2 요크의 형상이 변형된 다른 실시예에 대하여 설명한다.

도5 및 도6은 제1 실시예의 다른 예를 도시하는 도면이다.

도5는, 제1 자성 층의 내측 주연 표면에 대향하는 극 부분이 축에 수직한 단면에서 타원(5g)(A>B: 여기서 A는 장축, B는 단축) 형상으로 형성된 제1 요크의 사시도이다. 도6은 제1 요크(5)가 합체된 모터에 대한 측방향 단면도이다. 제1 요크(5)는 장축(A)이 제3 요크(8)의 톱니(8a, 8b)에 대향된 위치를 향하도록 위치된다. 이와 유사하게, 도시되지 않았지만, 제2 요크 또한 적어도 극 부분의 외측 주연 표면에서 장축(A)과 단축(B)(A>B)을 갖는 타원형으로 형성되고, 장축은 제4 요크의 톱니(9a, 9b)에 대향된 위치를 향하도록 배치된다.

단축 방향에서의 제1 요크(5)와 제2 요크(6)의 외측 주연 표면은 각각 제1 자성 층과 제2 자성 층의 원주방향 표면으로부터 떨어져 있고, 따라서 제1 실시예의 부분(5e, 5f, 6e, 6f)과 유사하게 모터의 출력에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 제1 요크와 제2 요크의 극 부분이 전체 원주부에 걸쳐 연속적이므로, 강도가 높으며 프레스 가공 중에 칩이 발생하지 않게 되어 높은 가공성을 얻을 수 있다.

앞에서 설명한 제1 실시예에서, 제1 내지 제4 요크(5, 6, 7, 8)는 분리된 부재이지만, 제1 및 제3 요크(5, 8)가 제1 고정자 요크 내로 합체되고 제2 및 제4 요크(6, 9)가 제2 고정자 요크 내로 합체된 구조로 형성될 수 있다.

제1 자석(1)은, 위상이 180/n도(여기서, n은 영구 자석의 자극의 수) 즉, 45°만큼 이동된 제1 자성 층과 제2 자성 층으로 구성된 이중층 구조로 구성되지만, 본 발명은 여기에 제한되지 않고 제2 및 제4 요크(6, 9)의 위상이 제1 및 제3 요크(5, 8)의 위상에 대해 180/n 즉, 45°만큼 이동되는 영구 자석(1) 내의 단일층 구조의 자성 층에도 적용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.

(실시예 2)

도7 내지 도10은 본 발명의 실시예 2를 도시하는 도면이다. 도7 내지 도10에서, 도면 부호 1은 영구 자석으로 제조된 원통형의 자석 링을 나타내는 것으로, 이 자석 링은 원주를 n분할(본 실시예에서는 4분할)하여 얻어진 것으로 S극과 N극으로 번갈아서 자화되는 부분(1a, 1b, 1c, 1d)을 갖는 제1 자성 층과, 상기와 유사하게 원주를 4분할하여 얻어진 것으로 S극과 N극으로 번갈아서 자화되는 부분(1e, 1f, 1g, 1h)을 갖는 제2 자성 층으로 구성된다. 제1 자성 층과 제2 자성 층의 위상은 서로로부터 180/n 즉, 45°만큼 회전된다. 본 실시예에서, 제1 자성 층의 부분(1a, 1c) 및 제2 자성 층의 부분(1e, 1g)의 외측 주연 표면은 S극으로 자화되며 그들의 내측 주연 표면은 N극으로 자화되고, 제1 자성 층의 부분(1b, 1d) 및 제2 자성 층의 부분(1f, 1h)의 외측 주연 표면은 N극으로 자화되며 그들의 내측 주연 표면은 S극으로 자화된다.

도면 부호 2는 영구 자석(1)이 고정되는 회전 샤프트를 나타낸다. 회전 샤프트(2)와 영구 자석(1)은 회전자를 구성한다. 도면 부호 3과 도면 부호 4는 영구 자석(1)과 동심으로 그리고 영구 자석(1)을 축방향으로 삽입시키도록 위치되는 코일을 나타낸다. 도면 부호 5는 연자성 재료로 제조된 제1 요크를 나타내는 것인데, 이 제1 요크는 코일(3)의 구멍 부분(3a) 내에 설치된 부분(5d)과 영구 자석(1)의 제1 자성 층의 구멍 부분에 대향된 톱니(5b, 5c)를 갖는다. 톱니(5b, 5c)는, 제1 자성 층의 극에 대해 동일 위상이 되도록, 서로로부터 360/(n/2)도 즉, 180°만큼 이동되어 형성된다. 회전 샤프트(2)의 부분(2a)은 제1 요크의 구멍(5a) 내에 회전 가능하게 끼워 맞춰진다.

도면 부호 6은 연자성 재료로 제조된 제2 요크를 나타내는데, 이 제2 요크는 코일(4)의 구멍 부분(4a) 내에 설치된 부분(6d)과 영구 자석(1)의 제2 자성 층의 구멍 부분에 대향된 톱니(6b, 6c)를 갖는다. 톱니(6b, 6c)는, 제2 자성 층의 극에 대해서 동일한 위상이 되도록, 서로로부터 360/(n/2)도 즉, 180°만큼 이동되어 형성된다. 회전 샤프트(2)의 부분(2b)은 제2 요크(6)의 구멍(6a) 내에 회전 가능하게 끼워 맞춰진다. 제1 요크(5)의 톱니(5b, 5c)와 제2 요크(6)의 톱니(6b, 6c)는 동일 위상으로 즉, 축방향에 대해 서로 대향된 위치에서 위치된다.

도면 부호 7은 연자성 재료로 제조된 제3 요크를 나타낸다. 제3 요크는 배럴(barrel) 형상이고, 이 요크는 코일(3, 4)의 외측 주연 표면과 영구 자석(1)을 덮도록 구성된다. 제3 요크(7)는 부분(7e)에서 제1 요크(5)의 부분(5h)에 연결되고 부분(7f)에서 제2 요크(6)의 부분(6h)에 연결된다. 제3 요크(7)는, 영구 자석(1)의 일측면 상에서 제1 요크(5)의 톱니(5b, 5c)와 제2 요크(6)의 톱니(6b, 6c)에 대향된 위치에 있는 부분(7a, 7b)과, 부분(7a, 7b)이 아닌 다른 부분에 형성된 구멍(7c, 7d)을 갖는다. 제1 요크(5)의 톱니(5b, 5c)와 제2 요크(6)의 톱니(6b, 6c)가 위상이 동일하므로, 이들 톱니에 대면하는 제3 요크(7)의 극 부분(7a, 7b)은 도7에 도시한 바와 같은 연속 부품의 극 부분(7a, 7b)으로 구성된 간단한 형상을 가지므로, 프레스 등에 의한 제조가 용이하다. 제3 요크(7)의 연속 부품을 형성하는 극치(7a, 7b) 내에서, 구멍(7g, 7h)은 자석 링(1)의 제1 자성 층과 제2 자성 층 사이의 경계부 근처에서 서로에 대해 대향된 위치에서 형성된다.

이는 제3 요크(7) 근처에서의 자기 저항을 높게 만들어서, 코일(3)로부터 발생된 자속은 코일(4), 자석 링(1)의 제2 자성 층, 제2 요크(6) 등에 작용하는 자기 저항이 되고 그리고 코일(4)로부터 발생한 자속은 코일(3), 자석 링(1)의 제1 자성 층, 제1 요크(5) 등에 작용하는 자기 저항이 된다. 따라서, 회전자는 이하에서 설명하는 작동에 따라서 원활하게 회전할 수 있게 되므로, 이에 의해 모터의 출력을 증가시킨다.

도8은 조립된 상태의 단면도이고, 도9a, 도9b, 도9c 및 도9d는 도8의 선 A-A를 따른 단면도이며, 도9e, 도9f, 도9g 및 도9h는 도8의 선 B-B를 따른 단면도이다. 도9a 및 도9e는 한 순간에서의 단면도이고, 도9b 및 도9f는 다른 순간에서의 단면도이고, 도9c 및 도9g는 다른 순간에서의 단면도이고, 도9d 및 도9h는 다른 순간에서의 단면도이다.

제1 요크(5)의 톱니(5b, 5c)를 S극으로 여기시키고, 톱니(5b, 5c)에 대향된 제3 요크(7)의 톱니(7a, 7b)를 N극으로 여기시키고, 제2 요크(6)의 톱니(6b, 6c)를 S극으로 여기시키고, 톱니(6b, 6c)에 대향된 제3 요크(7)의 톱니(7a, 7b)를 N극으로 여기시키도록, 도9a 및 도9e의 상태로부터 코일(3, 4)이 활성화되면, 자석 링(1)은 왼쪽 방향(반시계 방향)으로 45°만큼 회전되어 도9b 및 도9f에 도시된 상태가 된다.

그 다음 제1 요크(5)의 톱니(5b, 5c)를 N극으로 여기시키고, 톱니(5b, 5c)에 대향된 제3 요크(7)의 부분(7a, 7b)을 S극으로 여기시키고, 제2 요크(6)의 톱니(6b, 6c)를 S극으로 여기시키고, 톱니(6b, 6c)에 대향된 제3 요크(7)의 부분(7a, 7b)을 N극으로 여기시키도록, 코일(3)로의 전력 공급이 반전되고, 이 때 자석 링(1)은 반시계 방향으로 45°더 회전되어 도9c 및 도9g에 도시된 바와 같은 상태가 된다.

그 다음 제2 요크(6)의 톱니(6b, 6c)를 N극으로 여기시키고, 톱니(6b, 6c)에 대향된 제3 요크(7)의 부분(7a, 7b)을 S극으로 여기시키도록, 코일(4)로의 전력 공급이 반전되고, 이 때 자석 링(1)은 반시계 방향으로 45°더 회전하게 된다. 이와 같은 방식으로 코일(3)과 코일(4)로의 전력 공급의 방향을 성공적으로 절환시킴으로써, 자석 링(1)과 회전 샤프트(2)로 구성된 회전자는 전력 공급의 위상에 따른위치까지 회전하게 된다. 도10은 이러한 모터의 평면도이다.

이하에서는 제3 요크의 형상이 변형된 다른 예에 대하여 설명한다.

도11 및 도12는 실시예 2의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도11 및 도12에서, 도면 부호 1은 영구 자석으로 제조된 원통형의 자석 링을 나타내는 것으로, 이 자석 링은 원주를 n분할(본 실시예에서는 4분할)하여 얻어진 것으로 S극과 N극으로 번갈아서 자화되는 부분(1a, 1b, 1c, 1d)을 갖는 제1 자성 층과, 상기와 유사하게 원주를 4분할하여 얻어진 것으로 S극과 N극으로 번갈아서 자화되는 부분(1e, 1f, 1g, 1h)을 갖는 제2 자성 층으로 구성된다. 제1 자성 층과 제2 자성 층의 위상은 서로 180/n 즉, 45°만큼 이동된다. 본 실시예에서, 제1 자성 층의 부분(1a, 1c) 및 제2 자성 층의 부분(1e, 1g)의 외측 주연 표면은 S극으로 자화되며 그들의 내측 주연 표면은 N극으로 자화되고, 제1 자성 층의 부분(1b, 1d) 및 제2 자성 층의 부분(1f, 1h)의 외측 주연 표면은 N극으로 자화되며 그들의 내측 주연 표면은 S극으로 자화된다.

도면 부호 2는 영구 자석(1)이 고정되는 회전 샤프트를 나타낸다. 회전 샤프트(2)와 영구 자석(1)은 특허 청구 범위에 청구되어 있는 회전자를 구성한다. 도면 부호 3과 도면 부호 4는 영구 자석(1)과 동심으로 그리고 영구 자석(1)이 축방향으로 삽입되도록 위치되는 코일을 나타낸다. 도면 부호 5는 연자성 재료로 제조된 제1 요크를 나타내는 것인데, 이 제1 요크는 코일(3)의 구멍 부분(3a) 내에 설치된 부분(5d)과 영구 자석(1)의 제1 자성 층의 구멍 부분에 대향된 톱니(5b, 5c)를 갖는다. 톱니(5b, 5c)는, 제1 자성 층의 극에 대해 동일 위상이 되도록, 서로로부터 360/(n/2)도 즉, 180°만큼 이동되어 형성되고, 회전 샤프트(2)의 부분(2a)은 제1 요크의 구멍(5a) 내에 회전 가능하게 끼워 맞춰진다.

도면 부호 6은 연자성 재료로 제조된 제2 요크를 나타내는데, 이 제2 요크는 코일(4)의 구멍 부분(4a) 내에 설치된 부분(6d)과 영구 자석(1)의 제2 자성 층의 구멍 부분에 대향된 톱니(6b, 6c)를 갖는다. 톱니(6b, 6c)는, 제2 자성 층의 극에 대해서 동일한 위상이 되도록, 서로로부터 360/(n/2)도 즉, 180°만큼 이동되어 형성된다. 회전 샤프트(2)의 부분(2b)은 제2 요크(6)의 구멍(6a) 내에 회전 가능하게 끼워 맞춰진다. 제1 요크(5)의 톱니(5b, 5c)와 제2 요크(6)의 톱니(6b, 6c)는 동일 위상으로 즉, 축 방향에 대해 서로 대향된 위치에 위치된다.

도면 부호 7은 연자성 재료로 제조된 제3 요크를 나타낸다. 제3 요크는, 코일(3, 4)의 외측 주연 표면과 영구 자석(1)을 덮도록 배럴 형상으로 형성된다. 제3 요크(7)는 부분(7e)에서 제1 요크(5)의 부분(5h)에 연결되고 부분(7f)에서 제2 요크(6)의 부분(6h)에 연결된다. 제3 요크(7)는, 영구 자석(1)의 일측면 상에서 제1 요크(5)의 톱니(5b, 5c)와 제2 요크(6)의 톱니(6b, 6c)에 대향된 위치에 있는 부분(7a, 7b)과, 부분(7a, 7b)이 아닌 다른 부분에 형성된 구멍(7c, 7d)을 갖는다. 제1 요크(5)의 톱니(5b, 5c)와 제2 요크(6)의 톱니(6b, 6c)는 위상이 동일하고, 이들 톱니와 대면하는 제3 요크(7)의 극 부분(7a, 7b)은 도11에 도시한 바와 같은 연속 부품의 극 부분인 간단한 형상을 가진다. 따라서, 프레스 등에 의한 제조가 용이해진다. 제3 요크(7)의 연속 부품을 형성하는 극치(7a, 7b) 내에서, 다른 위치에서의 폭보다 좁은 폭을 갖는 노치 부분(7i, 7j)이 자석 링(1)의 제1 자성 층과제2 자성 층 사이의 경계부 근처에서 대향된 위치에 형성된다.

이는 제3 요크(7) 근처에서 자기 저항을 높게 만들어서, 코일(3)로부터 발생된 자속은 코일(4), 자석 링(1)의 제2 자성 층, 제2 요크(6) 등에 작용하는 자기 저항이 되고 그리고 코일(4)로부터 발생한 자속은 코일(3), 자석 링(1)의 제1 자성 층, 제1 요크(5) 등에 작용하는 자기 저항이 된다. 따라서, 회전자는 제1 실시예에서 이미 설명한 작동에 따라서 원활하게 회전할 수 있게 되므로, 이에 의해 모터의 출력을 증가시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이, 요크들이 양호한 가공성과 고 강도를 갖는 형상으로 형성되므로 본 발명은 저렴한 모터를 제공할 수 있다. 본 발명은 또한 용이하게 제조되고 작은 직경을 가지며 부드럽게 회전하는 고출력 모터를 제공할 수 있다.

상기한 여러 실시예에서, 회전자를 형성하는 영구 자석은, 외측 주연 표면을 원주방향으로 n개의 부분으로 분할하여 이들 n개의 부분을 S극과 N극으로 자화시킴으로써 그리고 내측 주연 표면이 인접하는 외측 주연 표면의 극과는 다른 극으로 자화될 수 있도록 내측 주연 표면을 원주방향으로 n개의 부분으로 분할하여서 이 n개의 부분을 S극과 N극으로 자화시킴으로써 얻어지는 것이다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는 것으로, 영구 자석은 외측 주연 표면만을 원주방향으로 n개의 부분으로 분할하여 S극과 N극으로 자화시킴으로써 얻어진 것일 수 있다.

상기한 여러 실시예에서, 영구 자석의 극 수는 4개이지만, 본 발명은 이러한것에 제한되지 않고 영구 자석의 극 수가 4 이상인 경우에도 적용할 수 있다. 영구 자석의 극 수가 4 이상인 경우에, 외측 및 내측 극도 그에 따라 증가한다.

Claims

적어도 외측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 번갈아서 다른 극으로 자화되도록 자화되는 원통형으로 형성된 자석과,

상기 자석의 축방향으로 배치되며 상기 자석의 양측면 상에 배치되는 제1 코일 및 제2 코일과,

상기 제1 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 일단부의 측면 상에서 자석의 외측 주연 표면에 대향하는 제1 외측 극과,

상기 제1 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 일단부의 측면 상에서 자석의 내측 주연 표면에 대향하는, 상기 자석의 축에 대해 수직 방향으로의 단면이 큰 외측 치수와 작은 외측 치수를 구비하는 영역들이 번갈아 형성된 영역을 포함하는 형상을 갖는 제1 요크로서 형성된 제1 내측 극과,

상기 제2 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 타단부의 측면 상에서 자석의 외측 주연 표면에 대향하는 제2 외측 극과,

상기 제2 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 타단부의 측면 상에서 자석의 내측 주연 표면에 대향하는, 상기 자석의 축에 대해 수직 방향으로의 단면이 큰 외측 치수와 작은 외측 치수를 구비하는 영역들이 번갈아 형성된 영역을 포함하는 형상을 갖는 제2 요크로서 형성된 제2 내측 극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서, 상기 자석은, 그의 내측 주연 표면이 원주방향으로 n개의부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 인접하는 외측 주연 표면 내의 극과도 다르며 서로 번갈아서 다른 극으로 자화되도록, 자화되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서, 상기 제1 외측 극은 제3 요크로서 형성되고, 상기 제2 외측 극은 제4 요크로서 형성되고, 상기 제1 요크와 상기 제3 요크는 제1 고정자를 형성하고, 상기 제2 요크와 제4 요크는 제2 고정자를 형성하는 것을 특징으로 하는 모터.
제3항에 있어서, 상기 제3 요크와 상기 제4 요크는 원통형의 연결 부재에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 모터.
제3항에 있어서, 상기 제1 요크 및/또는 상기 제2 요크는, 상기 자석의 축에 대해 수직 방향으로의 단면의 형상이 제3 요크와 제4 요크의 극에 대향되게 위치되도록 배열된 장축(A)과, 단축(B)(B>A)을 갖는 타원형 형상인 것을 특징으로 하는 모터.
적어도 외측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 번갈아서 다른 극으로 자화되도록 자화되는 원통형으로 형성된 자석과,

상기 자석의 축방향으로 배치되며 상기 자석의 양측면 상에 배치되는 제1 코일 및 제2 코일과,

상기 제1 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 일단부의 측면 상에서 상기 자석의 외측 주연 표면에 대향하는 제1 외측 극과,

상기 제1 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 일단부의 측면 상에서 상기 자석의 내측 주연 표면에 대향하는, 상기 자석의 축에 대해 수직 방향으로의 단면이 큰 외측 치수와 작은 외측 치수를 구비하는 영역들이 번갈아 형성된 영역을 포함하는 형상을 갖는 제1 요크로서 형성된 제1 내측 극과,

상기 제2 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 타단부의 측면 상에서 자석의 내측 주연 표면에 대향하는, 상기 자석의 축에 대해 수직 방향으로의 단면이 큰 외측 치수와 작은 외측 치수를 구비하는 영역들이 번갈아 형성된 영역을 포함하는 형상을 갖는 제2 요크로서 형성된 제2 내측 극과,

상기 제2 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 타단부의 측면 상에서 자석의 외측 주연 표면에 대향하는 제2 외측 극을 포함하고,

상기 제2 외측 극과 상기 제1 외측 극은 제3 요크를 형성하고, 상기 제3 요크는 제1 외측 극과 제2 외측 극의 극 부분을 형성하는 연속 부분과 구멍 부분을 구비한 배럴 형상으로 형성되고, 연속 부분의 중앙에 또 다른 구멍 부분이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
제6항에 있어서, 상기 자석은, 적어도 외측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 다른 극으로 번갈아서 자화되는 제1 자성 층과, 적어도 외측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의부분이 다른 극으로 번갈아서 자화되는 제2 자성 층을 가지며, 상기 제2 자성 층은 제1 자성 층에 축방향으로 인접한 위치에서 상기 제1 자성 층의 위상으로부터 180/n도로 이동된 위상에서 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
제7항에 있어서, 상기 자석은, 그의 내측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 인접하는 외측 주연 표면의 극과도 다르면 서로 번갈아서 다른 극으로 자화되도록, 자화되는 것을 특징으로 하는 모터.
적어도 외측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 번갈아서 다른 극으로 자화되도록 자화되는 원통형으로 형성된 자석과,

상기 자석의 축방향으로 배치되며 상기 자석의 양측면 상에 배치되는 제1 코일 및 제2 코일과,

상기 제1 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 일단부의 측면 상에서 자석의 외측 주연 표면에 대향하는 제1 외측 극과,

상기 제1 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 일단부의 측면 상에서 자석의 내측 주연 표면에 대향하는, 상기 자석의 축에 대해 수직 방향으로의 단면이 큰 외측 치수와 작은 외측 치수를 구비하는 영역들이 번갈아 형성된 영역을 포함하는 형상을 갖는 제1 요크로서 형성된 제1 내측 극과,

상기 제2 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 타단부의 측면 상에서 상기 자석의 내측 주연 표면에 대향하는, 상기 자석의 축에 대해 수직 방향으로의 단면이큰 외측 치수와 작은 외측 치수를 구비하는 영역들이 번갈아 형성된 영역을 포함하는 형상을 갖는 제2 요크로서 형성된 제2 내측 극과,

상기 제2 코일에 의해 여기되며 상기 자석의 타단부의 측면 상에서 자석의 외측 주연 표면에 대향하는 제2 외측 극을 포함하고,

상기 제2 외측 극과 상기 제1 외측 극은 제3 요크를 형성하고, 상기 제3 요크는 제1 외측 극과 제2 외측 극의 극 부분을 형성하는 연속 부분과 구멍 부분을 구비하는 배럴 형상으로 형성되고, 연속 부분의 중앙에는 상기 구멍 부분으로부터 연속하는 노치 부분이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
제9항에 있어서, 상기 자석은, 적어도 외측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 다른 극으로 번갈아서 자화되는 제1 자성 층과, 적어도 외측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 다른 극으로 번갈아서 자화되는 제2 자성 층을 가지며, 상기 제2 자성 층은 제1 자성 층에 축방향으로 인접한 위치에서 상기 제1 자성 층의 위상으로부터 180/n도로 이동된 위상에서 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
제9항에 있어서, 상기 자석은, 그의 내측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 인접하는 외측 주연 표면의 극과도 다르며 서로 번갈아서 다른 극으로 자화되도록, 자화되는 것을 특징으로 하는 모터.
적어도 외측 주연 표면이 원주방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 다른 극으로 번갈아서 자화되는 제1 자성 층과, 적어도 외측 주연 표면이 원주 방향으로 n개의 부분으로 분할되어 상기 n개의 부분이 다른 극으로 번갈아서 자화되는 제2 자성 층을 구비하고, 상기 제2 자성 층은 제1 자성 층에 축방향으로 인접한 위치에 위치되고 상기 제1 자성 층의 위상으로부터 180/n도로 이동된 위상을 갖는, 원통형으로 형성된 자석과,

상기 자석의 축방향으로 배치되며 상기 자석의 양측면 상에 배치되는 제1 코일 및 제2 코일과,

상기 제1 코일의 내측에 설치되고, 상기 자석의 제1 자성 층의 내측면에 대해 간극을 가지고 대향되며, 상기 자석의 축에 대해 수직 방향으로의 단면이 큰 외측 치수와 작은 외측 치수를 구비하는 영역들이 번갈아 형성된 영역을 포함하는 극 부분을 형성하는, 배럴 형상의 제1 요크와,

상기 제2 코일의 내측에 설치되고, 상기 자석의 제2 자성 층의 내측면에 대해 간극을 가지고 대향되며, 상기 자석의 축에 대해 수직 방향으로의 단면이 큰 외측 치수와 작은 외측 치수를 구비하는 영역들이 번갈아 형성된 영역을 포함하는 극 부분을 형성하는, 배럴 형상의 제2 요크와,

상기 제1 요크에 연결되어 상기 제1 코일의 외측면을 덮는 일단부와, 상기 자석의 제1 자성 층의 외측 주연 표면에 대향된 극 부분을 구비하는 타단부를 포함하는 제3 요크와,

상기 제2 요크에 연결되어 상기 제2 코일의 외측면을 덮는 일단부와, 상기자석의 제2 자성 층의 외측 주연 표면에 대향된 극 부분을 구비하는 타단부를 포함하는 제4 요크와,

상기 제3 요크와 상기 제4 요크를 서로에 대해 동심으로 유지시키는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.