KR100313690B1

KR100313690B1 - 모터

Info

Publication number: KR100313690B1
Application number: KR1019980027079A
Authority: KR
Inventors: 히로아끼 마에가와; 지까라 아오시마
Original assignee: 미다라이 후지오; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2001-12-12
Also published as: EP0891032A3; CN1516327A; US6081053A; KR19990013623A; EP0891032A2; DE69841192D1; EP0891032B1; CN1147044C; CN100472918C; TW472429B; CN1211847A

Abstract

출력이 증가된 모터는 동일한 부분으로 원주상으로 분할되고 상이한 자극으로 교대로 자화되는 원통형 형태의 영구 자석으로 구성된 회전자를 형성하고, 제1 코일과 회전자와 제2 코일을 회전자의 축방향을 따라 배치하고, 제1 코일에 의해 자화되는 제1 외측 자극과 제1 내측 자극을 회전자의 외주면 및 내주면에 각각 대향 관계로 제공하고, 또한 제2 코일에 의해 자화되는 제2 외측 자극과 제2 내측 자극을 회전자의 외주면 및 내주면에 각각 대향 관계로 제공하고, 제1 외측 자극과 제2 외측 자극을 소정의 위상각만큼 상호 변위된 상태로 축방향 대향 관계로 배치하거나 제1 및 제2 외측 자극의 단부를 테이퍼 형태로 형성함으로써 제공하여 누설 자속을 줄인다.

Description

모터{MOTOR}

본 발명은 상호 대향하는 제1 및 제2 외측 자극의 상호 근접부 내에서 자기 저항이 큰 간극을 형성함으로써 누설 자속을 줄일 수 있고, 이에 의해 출력을 증가시킬 수 있는 모터에 관한 것이다.

종래의 소형 모터 중에는, 도24에 도시된 것과 같은 소형 원통형 스테핑 모터가 공지되어 있다. 그러한 모터에서, 고정자 코일(105)은 축방향으로 개재되어 두 개의 고정자 요크(106)에 의해 고정된 보빈(101) 상에 동심으로 권취된다. 고정자 요크(106)는 보빈(101)의 내주면을 따라 교대되는 고정자 극치(106a, 106b)를 각각 갖추고 있고, 고정자 극치(106a, 106b)와 일체인 고정자 요크(106)는고정자(102)를 구성하도록 케이스(103)에 고정된다.

플랜지(115)와 베어링(108)은 두 개의 케이스(103) 중 하나에 고정되고, 다른 베어링(108)은 다른 케이스(103)에 고정된다. 회전자(109)는 회전자 샤프트(110)에 고정된 회전자 자석(111)으로 구성되고, 회전자 자석(111)과 고정자(102)의 고정자 요크(106a)는 방사상 간극을 형성한다. 회전자 샤프트(110)는 두 개의 베어링(108)들 사이에서 회전식으로 지지된다.

카메라 렌즈의 구동을 위해 채용된 소형 스테핑 모터를 채용한 형태는 예를 들어 일본 특개평3-180823호에 공지되어 있다. 그러한 형태에서, 호형 스테핑 모터가 촬영 렌즈 주위에 제공되고, 암나사는 렌즈를 지지하는 렌즈 홀더에 고정되어 광축에 평행한 수나사를 이동시키기 위해 스테핑 모터의 출력 샤프트에 의해 구동된다.

그러나, 전술된 종래의 소형 스테핑 모터는 케이스(103)와, 보빈(101)과, 고정자 코일(105)과, 고정자 요크(106)등이 회전자 외부에 동심으로 제공되므로, 외부 치수가 큰 단점이 있다.

또한, 도25에 도시된 것처럼, 고정자 코일(105)의 통전에 의해 발생된 자속은 고정자 극치(106a)의 단부면(106a1)과 고정자 극치(106b)의 단부면(106b1)을 관통하여 회전자 자석(111) 상에 효과적으로 작용하지 않게 되어, 모터 출력이 증가하지 않는다.

본 출원은 미국 특허 출원 제08/831,863호(유럽 특허 출원 제97105567.8호)에서의 그러한 결함을 해결할 수 있는 모터를 제시한다.

제시된 모터에서, 원통형 회전자는 균등부로 원주상으로 교대로 자화되는 영구 자석과 제1 코일로 구성되고, 회전자와 제2 코일은 회전자의 축방향으로 연속적으로 제공된다. 제1 외측 자극과 제1 코일에 의해 자화되는 제1 내측 자극은 회전자의 외주면 및 내주면에 각각 대향되고, 제2 외측 자극과 제2 코일에 의해 자화되는 제2 내측 자극은 회전자의 외주면 및 내주면에 각각 대향되고, 회전식 회전자 샤프트는 원통형 영구 자석에 연결된다.

전술된 형태의 모터는 고출력 및 감소된 외부 치수를 나타내나, 극치 자극은 내측 자극의 제한된 직경으로 인해 제작이 어렵게 된다. 또한, 작은 직경의 모터로부터 진동이 없이 안정된 출력을 얻는 것이 바람직하다.

이러한 이유로 인해, 본 출원은 미국 특허 출원 제08/994,994호(유럽 특허 출원 제97122508.1호)에서의 용이하게 제작 가능한 형태의 내측 자극을 갖춘 모터와, 미국 특허 출원 제09/022,474호에서의 작은 직경의 회전 샤프트 상에 기어 또는 풀리와 같은 출력 전달 수단의 장착을 용이하게 하여 진동 없이 안정된 출력을 제공하는 회전자를 최근에 제시했다.

또한, 제1 및 제2 고정자의 관계를 기초로 하여 누설 자속을 줄임으로써 출력이 향상된 고성능의 모터를 얻는 것이 바람직하다.

선행 설명을 고려하여, 본 발명의 목적은 제1 외측 자극 및 제2 외측 자극의 단부에서의 누설 자속을 줄임으로써 출력을 향상시킬 수 있는 초소형 고성능 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제1 외측 자극 및 제2 외측 자극을 소정의 위상각만큼 상호 변위시킴으로써, 누설 자속을 줄여서 출력을 증가시킬 수 있는 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1 및 제2 외측 자극의 단부를 테이퍼 형태로 성형함으로써, 누설 자속을 줄여서 출력을 증가시킬 수 있는 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 다음의 실시예에 대한 설명으로부터 충분히 확실해질 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.

도2는 도1에 도시된 모터의 조립된 상태에서의 단면도.

도3a, 도3b, 도3c, 도3d, 도3e, 도3f, 도3g 및 도3h는 도1에 도시된 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.

도4는 도1에 도시된 모터의 고정자의 확대도.

도5a, 도5b, 도5c, 도5d, 도5e, 도5f, 도5g 및 도5h는 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.

도6은 본 발명의 제3 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.

도7은 도6에 도시된 모터의 조립된 상태에서의 단면도.

도8a, 도8b, 도8c, 도8d, 도8e, 도8f, 도8g 및 도8h는 도7에 도시된 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.

도9는 본 발명의 제4 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.

도10은 도9에 도시된 모터의 조립된 상태에서의 단면도.

도11은 도10에 도시된 모터의 단면과 비교 도시되어 있는 도7에 도시된 모터의 단면도.

도12는 도10에 도시된 모터의 회전자의 확대도.

도13a 및 도13b는 회전자의 제1 및 제2 자성층과 도10에 도시된 모터 내의 제1 및 제2 요크간의 관계의 제1 상태를 도시한 도면.

도14a 및 도14b는 회전자의 제1 및 제2 자성층과 도10에 도시된 모터 내의 제1 및 제2 요크간의 관계의 제2 상태를 도시한 도면.

도15a 및 도15b는 회전자의 제1 및 제2 자성층과 도10에 도시된 모터 내의 제1 및 제2 요크간의 관계의 제3 상태를 도시한 도면.

도16a 및 도16b는 회전자의 제1 및 제2 자성층과 도10에 도시된 모터 내의 제1 및 제2 요크간의 관계의 제4 상태를 도시한 도면.

도17은 본 발명의 제5 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.

도18은 도17에 도시된 모터의 조립된 상태에서의 단면도.

도19a, 도19b, 도19c, 도19d, 도19e, 도19f, 도19g 및 도19h는 도17에 도시된 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.

도20은 도1에 도시된 모터의 고정자 및 회전자를 도시한 도면.

도21a, 도21b, 도21c, 도21d, 도21e, 도21f, 도21g 및 도21h는 본 발명의 제6 실시예를 구성하는 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.

도22는 본 발명의 제7 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.

도23은 본 발명의 제8 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.

도24는 종래의 스테핑 모터를 도시한 단면도.

도25는 도24에 도시된 종래의 스테핑 모터의 자속을 도시한 도면.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 영구 자석

2 : 회전축

3, 4 : 원통형 코일

5 : 제1 요크

6 : 제2 요크

7 : 제3 요크

10 : 연결 링

18 : 제1 고정자

19 : 제2 고정자

이제 첨부 도면을 참고로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

[제1 실시예]

도1 내지 도4는 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 스테핑 모터를 도시하고, 여기서 도1은 스테핑 모터의 분해 사시도이고, 도2는 조립 상태에서의 스테핑 모터의 축방향 단면도이고, 도3a 내지 도3h는 도2의 선 A-A 또는 B-B를 따라 취한 단면도이고, 도4는 스테핑 모터의 조립 상태에서의 특정 구성 요소의 배열을 도시한 측면도이다.

도1 내지 도4를 참조하면, 회전자를 구성하는 중공 원통형 영구 자석(1)은 외주면을 n개의 부분 (본 실시예에서는 4개의 부분)으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분들을 S극과 N극으로 교대로 자화시킴으로써 형성된 자성부(1a, 1b, 1c, 1d)로 구성된 제1 자성층과, 외주면을 n개의 부분 (본 실시예에서는 4개의 부분)으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분들을 S극과 N극으로 교대로 자화시킴으로써 형성된 자성부(1e, 1f, 1g, 1h)로 구성된 축방향으로 인접한 제2 자성층을 갖추고 있다. 제1 자성층과 제2 자성층은 본 실시예에서 180°/n, 또는 45°의 위상으로 상호 변위되어 있다.

제1 자성층에서, 자성부(1a, 1c)는 S극으로 자화되고, 반면에 자성부(1b, 1d)는 N극으로 자화된다. 제2 자성층에서, 자성부(1e, 1g)는 S극으로 자화되고, 반면에 자성부(1f, 1h)는 N극으로 자화된다.

회전자 샤프트를 구성하는 회전 샤프트(2)는 영구 자석(1)에 고정되고, 회전 샤프트(2)와 영구 자석(1)은 회전자를 구성한다. 원통형 코일(3, 4)이 영구 자석(1)을 축방향으로 개재하는 위치에 영구 자석(1)을 동심으로 갖추고 있고, 영구 자석(1)의 외경과 실제로 동일한 외경을 갖는다.

연자성 재료의 제1 및 제2 고정자(18, 19) 각각은 외측 튜브 및 내측 튜브로 구성되고, 바람직하게 금속 사출 성형(MIM)에 의해 형성된다. 제1 고정자(18)의 외측 튜브와 내측 튜브 사이에는, 통전시에 제1 고정자(18)를 자화시키는 코일(3)이 제공된다. 제1 고정자(18)의 외측 튜브 및 내측 튜브는 그들의 단부에서 동일한 위상을 취하도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위된 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)을 구성한다. 외측 자극(18a)은 내측 자극(18c)에 대향되고, 외측 자극(18b)은 내측 자극(18d)에 대향된다. 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a,18b)과 내측 자극(18c, 18d)은 영구 자석(1)의 일단부의 외주면 및 내주면에 각각 대향하도록 배치된다. 제1 고정자(18)의 구멍(18e) 내에, 회전 샤프트(2)의 단부가 회전식으로 끼워 맞춰진다.

제2 고정자(19)의 외측 튜브와 내측 튜브 사이에는, 통전시에 제2 고정자(19)를 자화시키는 코일(4)이 제공된다. 제2 고정자(19)의 외측 튜브 및 내측 튜브는 그들의 단부에서 동일한 위상을 취하도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위된 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)을 구성한다. 외측 자극(19a)은 내측 자극(19c)에 대향되고, 외측 자극(19b)은 내측 자극(19d)에 대향된다. 제1 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)은 영구 자석(1)의 타단부의 외주면 및 내주면에 각각 대향하도록 배치된다. 제2 고정자(19)의 구멍(19e) 내에, 회전 샤프트(2)의 타단부가 회전식으로 끼워 맞춰진다.

비자성 재료의 원통형 연결 링(10)의 내주면의 일단부에는 홈(10a, 10b)이, 그리고 타단부에는 홈(10a, 10b)으로부터 360°/n (본 실시예에서는 90°)만큼 위상이 변위된 홈(10c, 10d)이 제공된다. 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)은 홈(10a, 10b) 내에 끼워 맞춰지고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)은 홈(10c, 10d) 내에 끼워 맞춰지며, 끼워 맞춰진 부분은 접착제로 고정되어 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)가 연결 링(10)에 장착된다.

제1 고정자(18)와 제2 고정자(19)는 외측 자극(18a, 18b) 및 내측 자극(18c, 18d)의 단부들이 외측 자극(19a, 19b) 및 내측 자극(19c, 19d)의 단부들로부터 360°/n (본 실시예에서는 90°) 만큼 위상이 변위되도록 상호 배치되고, 연결 링(10)의 내부 돌출부(10e, 10f)의 폭에 상응하는 상호 거리를 가지고 연결 링(10)에 의해 상호 고정된다.

도2는 스테핑 모터의 단면도이고, 도3a 내지 도3d는 도2의 선 A-A를 따른 단면도이고, 도3e 내지 도3h는 도2의 선 B-B를 따른 단면도이다. 도3a와 도3e는 동일 시기에서의 도면들이고, 도3b와 도3f는 다른 동일 시기에서의 도면들이고, 도3c와 도3g는 다른 동일 시기에서의 도면들이며, 도3d와 도3h는 다른 동일 시기에서의 도면들이다.

본 발명의 스테핑 모터의 기능에 대해서는 다음과 같이 설명하기로 한다. 도3a 및 도3e에 도시된 상태로부터 시작하여, 코일(3, 4)은 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 N극으로 자화시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 S극으로 자화시키고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 S극으로 자화시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 N극으로 자화시키도록 통전되어, 영구 자석(1)은 도3b 및 도3f에 도시된 상태를 취하도록 반시계 방향으로 45°만큼 회전한다.

그후, 코일(3)의 전류는 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 S극으로 자화시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 N극으로 자화시키고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 S극으로 자화시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 N극으로 자화시키도록 반전되어, 회전자(1)는 도3c 및 도3g에 도시된 상태를 취하도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다.

그후, 코일(4)의 전류는 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 S극으로 자화시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 N극으로 자화시키고, 제1 고정자(18)의 외측자극(18a, 18b)을 S극으로 자화시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 N극으로 자화시키도록 전도되어, 영구 자석(1)은 도3d 및 도3h에 도시된 상태를 취하도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다. 그후에, 코일(3, 4)의 전류 방향은 마찬가지로 연속 절환되어 영구 자석(1)은 통전의 위상에 대응하는 위치로 회전한다.

이하에서, 전술된 스테핑 모터의 형태가 모터 치수의 최소화를 위해 최적이라는 것이 설명될 것이다. 스테핑 모터 형태의 기본적 특징은 다음과 같다.

1) 영구 자석은 공동 실린더 형태이며,

2) 영구 자석의 외주면은 교대로 상이한 자극으로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할되고,

3) 제1 코일, 영구 자석, 제2 코일은 이러한 순서로 영구 자석의 축방향으로 배열되고,

4) 제1 및 제2 코일에 의해 자화되는 제1 및 제2 고정자의 외측 및 내측 자극은 영구 자석의 외주면 및 내주면에 각각 대향하고,

5) 도4에 도시된 것처럼, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)과 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)은 360°/n (본 실시예에서는 90°)의 상호 위상 변위로 축방향으로 상호 대향되고, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)의 단부와 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)의 단부들은 축방향으로 상호 근접 배치된다.

따라서, 현재의 스테핑 모터는 영구 자석의 외경 상에 상호 대향식으로 고정자의 자극을 장착하기에 충분한 직경을 필요로 할뿐이며, 스테핑 모터의 축방향 길이 또한 영구 자석의 길이와 제1 및 제2 코일의 길이로 제한된다. 따라서, 이러한 스테핑 모터의 치수는 영구 자석 및 코일의 직경 및 길이에 의해 결정되고, 스테핑 모터는 영구 자석 및 코일의 직경 및 길이를 매우 작은 크기로 줄임으로써 초소형화될 수 있다.

그러한 형태에서, 제1 코일에 의해 자화되는 제1 고정자의 외측 자극과 제2 코일에 의해 자화되는 제2 고정자의 외측 자극의 최근접 지점은 그러한 자극들의 모서리에 의해 구성된다. 따라서, 이러한 지점들은 누설 자속을 줄이는 상승된 자기 저항을 나타내게 되어, 제1 고정자 및 제2 고정자는 각각 모터의 출력을 증가시키기 위한 분리된 유효 자기 회로를 형성한다.

스테핑 모터의 출력 정밀도는 영구 자석 및 코일의 직경 및 길이가 매우 작을 때 유지하기가 어려우나, 그러한 결함은 영구 자석이 공동 실린더 형태로 형성되고 제1 및 제2 고정자의 외측 및 내측 자극이 공동 실린더 형태의 영구 자석의 외주면 및 내주면 상에 상호 대향식으로 제공된 간단한 구조에 의해 제거될 수 있다. 이러한 형태에서, 모터의 출력은 다음의 제2 실시예에서 설명되는 것처럼 영구 자석의 외주면뿐만 아니라 내주면을 원주상으로 자화시킴으로써 더 증가될 수 있다.

[제2 실시예]

도5a 내지 도5h는 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 스테핑 모터의 회전 작동을 도시한 것이다. 선행 제1 실시예에서, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)의 외주면은 S극과 N극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할되나, 본 제2 실시예에서는, 영구 자석(1)은 외주면뿐만 아니라 내주면 상에서 n개의 부분 (본 실시예에서는 4 개의 부분)으로 분할되고 S극과 N극으로 교대로 자화된다. 이러한 형태에서, 내주면의 극성은 그에 인접한 외주면의 극성과 반대로 되어, 예를 들어 자성부(1a, 1c)의 내주면은 N극으로 자화되고, 자성부(1b, 1d)의 내주면은 S극으로 자화된다.

제2 실시예에서, 영구 자석(1)은 외주면 상에서 뿐만 아니라 내주면 상에서 S극과 N극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할되므로, 모터의 출력은 영구 자석(1)의 내주면과 제1 고정자(18)의 내측 자극(18c, 18d) 및 제2 고정자(19)의 내측 자극(19c, 19d) 간의 상호 작용에 의해 증가될 수 있다.

[제3 실시예]

이하에서, 도6 내지 도8h를 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 구성하는 스테핑 모터가 설명될 것이고, 도1 내지 도4에 도시된 제1 실시예와 동일한 요소에는 동일한 도면 부호가 부기된다. 선행 제1 실시예에서, 제1 및 제2 고정자(18, 19) 각각에서 외측 튜브와 내측 튜브가 일체로 형성되나, 본 제3 실시예에서는 제1 및 제2 고정자(18, 19)의 외측 튜브는 도6에 도시된 것처럼 일체로 형성되지만 제1 및 제2 고정자(18, 19)의 내측 튜브는 별도로 형성된다.

도6은 본 발명의 제3 실시예를 구성하는 스테핑 모터의 분해 사시도이고, 도7은 스테핑 모터의 조립 상태에서의 축방향 단면도이고, 도8a 내지 도8h는 도7의선 A-A 또는 B-B를 따른 단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 공동 원통형 영구 자석(1)은 원주부를 n개의 부분 (본 실시예에서는 4개의 부분)으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분들을 S극과 N극으로 교대로 자화시킴으로써 형성된 자성부(1a, 1b, 1c, 1d)로 구성된 제1 자성층과, 마찬가지로 원주부를 4 개의 부분으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분들을 S극과 N극으로 교대로 자화시킴으로써 형성된 자성부(1e, 1f, 1g, 1h)로 구성된 제2 자성층을 갖추고 있다. 제1 자성층과 제2 자성층은 본 실시예에서 180°/n, 또는 45°만큼 위상이 상호 변위되어 있다. 본 실시예에서, 제1 자성층의 자성부(1a, 1c)와 제2 자성층의 자성부(1e, 1g)는 외주면 상에서는 S극을 그리고 내주면 상에서는 N극을 갖도록 자화되고, 제1 자성층의 자성부(1b, 1d)와 제2 자성층의 자성부(1f, 1h)는 외주면 상에서는 N극을 그리고 내주면 상에서 S극을 갖도록 자화된다.

회전 샤프트(2)는 영구 자석(1)에 고정되고, 회전 샤프트(2)와 영구 자석(1)은 회전자를 구성한다. 코일(3, 4)은 영구 자석(1)을 축방향으로 개재하는 위치에 영구 자석(1)을 동심으로 갖추고 있고, 영구 자석(1)의 외경과 실제로 동일한 외경을 갖는다. 연자성 재료의 제1 요크(5)는 코일(3)의 내부(3a)로 삽입되는 부분(5d)과 영구 자석(1)의 제1 자성층의 내부에 대향하는 극치(5b, 5c)를 갖추고 있다. 극치(5b, 5c)들은 제1 자성층의 극과 동일한 위상을 취하도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위된다. 회전 샤프트(2)의 일부(2a)가 제1 요크(5)의 구멍(5a) 내에 회전식으로 끼워 맞춰진다.

연자성 재료의 제2 요크(6)는 코일(4)의 내부(4a)로 삽입되는 부분(6d)과 영구 자석(1)의 제2 자성층의 내부에 대향하는 극치(6b, 6c)를 갖추고 있다. 극치(6b, 6c)들은 제2 자성층의 극과 동일한 위상을 취하도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위된다. 회전 샤프트(2)의 일부(2b)가 제2 요크(6)의 구멍(6a) 내에 회전식으로 끼워 맞춰진다.

코일의 삽입은, 제1 요크(5)에서 코일 삽입부(5d)와 극치(5b, 5c)가 동일 직경을 갖고 제2 요크(6)에서 코일 삽입부(6d)와 극치(6b, 6c)가 동일 직경을 갖기 때문에 용이하게 된다. 제1 요크(5)의 극치(5b, 5c)와 제2 요크(6)의 극치(6b, 6c)는 본 실시예에서 360°/n 또는 90°만큼 축방향으로 변위된다. 또한 연자성 재료의 제3 요크(7)가 제공된다. 코일(3, 4)과 영구 자석(1)이 실제로 동일한 외경을 갖기 때문에, 제3 요크는 코일(3, 4)과 영구 자석(1)의 외주면을 적절한 간극을 가지고 덮는 간단한 원통형 형태로 형성된다.

제3 요크(7)는 부분(7e)에서 제1 요크(5)의 부분(5e)과 결합되고, 부분(7f)에서 제2 요크(6)의 부분(6e)과 결합된다. 제3 요크(7)는 영구 자석(1)을 가로질러 제1 요크(5)의 극치(5b, 5c)에 대향된 위치에서의 부분(7a, 7b)과, 영구 자석(1)을 가로질러 제2 요크(6)의 극치(6b, 6c)에 대향된 위치에서의 부분(7c, 7d)과, 다른 위치에서의 개구(7g, 7h, 7i, 7j)를 더 갖추고 있다. 제1 요크(5)의 극치(5b, 5c)와 제2 요크(6)의 극치(6b, 6c)가 90°만큼 상호 변위되므로, 이들 극치에 대향되는 제3 요크(7)의 자극부(7a, 7c, 7d 및 7b, 7c, 7d)는 도6에 도시된 것처럼 상호 근접 단부면들의 일부를 일체로 연결함으로써 단일 원통형 요소로서준비될 수 있어서, 증가되고 안정된 강도를 갖는 요소가 용이하게 제작될 수 있다. 또한, 제1 요크(5)와 제3 요크(7) 사이의 공기 간극과 제2 요크(6)와 제3 요크(7) 사이의 공기 간극이 대부분 영구 자석(1)으로 채워지므로, 코일(3, 4)의 통전에 의해 발생된 자속은 출력을 증가시키도록 영구 자석 상에 효과적으로 작용한다.

도7은 스테핑 모터의 단면도이고, 도8a 내지 도8d는 도7의 선 A-A를 따른 단면도이고, 도8e 내지 도8h는 도7의 선 B-B를 따른 단면도이다. 도8a와 도8e는 동일 시기에서의 도면들이고, 도8b와 도8f는 다른 동일 시기에서의 도면들이고, 도8c와 도8g는 다른 동일 시기에서의 도면들이며, 도8d와 도8h는 다른 동일 시기에서의 도면들이다.

이하에서, 본 발명의 스테핑 모터의 기능에 대해서 설명될 것이다. 도8a 및 도8e에 도시된 상태로부터 시작하여, 코일(3, 4)은 제1 요크(5)의 극치(5b, 5c)를 S극으로 자화시키고, 극치(5b, 5c)에 대향된 제3 요크(7)의 부분(7a, 7b)을 N극으로 자화시키고, 제2 요크(6)의 극치(6b, 6c)를 N극으로 자화시키고, 극치(6b, 6c)에 대향된 제3 요크(7)의 부분(7c, 7d)을 S극으로 자화시키도록 통전되어, 영구 자석(1)은 도8b 및 도8f에 도시된 상태를 취하도록 반시계 방향으로 45°만큼 회전한다.

그후, 코일(3)의 전류는 제1 요크(5)의 극치(5b, 5c)를 N극으로 자화시키고, 극치(5b, 5c)에 대향된 제3 요크(7)의 부분(7a, 7b)을 S극으로 자화시키고, 제2 요크(6)의 극치(6b, 6c)를 N극으로 자화시키고, 극치(6b, 6c)에 대향된 제3 요크(7)의 부분(7c, 7d)을 S극으로 자화시키도록 반전되어, 회전자(1)는 도8c 및 도8g에도시된 상태를 취하도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다.

그후, 코일(4)의 전류는 제2 요크(6)의 극치(6b, 6c)를 S극으로 자화시키고, 극치(6b, 6c)에 대향된 제3 요크(7)의 부분(7c, 7d)을 S극으로 자화시키도록 반전되어, 영구 자석(1)은 도8d 및 도8h에 도시된 상태를 취하도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다. 그후에, 코일(3, 4)의 전류 방향은 마찬가지로 연속 절환되어 영구 자석(1)은 통전의 위상에 대응하는 위치로 회전한다.

본 발명의 제3 실시예에서, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)은 n개의 부분으로 원주상으로 분할되고 영구 자석(1)의 외주면 상에서뿐만 아니라 내주면 상에서도 S극과 N극으로 교대로 자화되나, 또한 제3 실시예에서 외주면만을 n개의 부분으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분들을 S극과 N극으로 교대로 자화시키는 것도 가능하다.

[제4 실시예]

도9 및 도10은 각각 본 발명의 제4 실시예를 구성하는 스테핑 모터의 분해 사시도 및 단면도이다. 도9 및 도10을 참조하면, 연자성 재료의 제1 외측 요크(8)는 영구 자석(1)의 제1 자성층을 가로질러 제1 요크(5)의 극치(5b, 5c)에 대향된 위치에서 극치(8b, 8c)를 갖추고 있다. 연자성 재료의 제2 외측 요크(9)는 영구 자석(1)의 제2 자성층을 가로질러 제2 요크(6)의 극치(6b, 6c)에 대향된 위치에서 극치(9b, 9c)를 갖추고 있다. 제1 외측 요크(8)는 코일(3)과 영구 자석(1)을 적절한 간극을 가지고 덮고, 제2 외측 요크(9)는 코일(4)과 영구 자석(1)을 적절한 간극을 가지고 덮는다. 코일(3)은 제1 외측 요크(8)와 제1 요크(5)가 일체로 성형될 때에도 조립될 수 있고, 코일(4)은 제2 외측 요크(9)와 제2 요크(6)가 일체로 성형될 때에도 조립될 수 있다. 제1 외측 요크(8)와 제1 요크(5)의 일체식 성형 또는 제2 외측 요크(9)와 제2 요크(6)의 일체식 성형으로 인해 극치(8a, 8b)와 극치(5b, 5c) 간의 정교한 위상 관계 또는 극치(9a, 9b)와 극치(6b, 6c) 간의 정교한 위상 관계를 얻을 수 있게 되어, 출력을 더 증가시킨다.

비자성 재료의 연결 링(10)은 제1 외측 요크(8)의 극치(8a, 8b)가 끼워 맞춰지는 홈(10a, 10b)과, 제2 외측 요크(9)의 극치(9a, 9b)가 끼워 맞춰지는 홈(10c, 10d)을 갖추고 있고, 제1 외측 요크(8) 및 제2 외측 요크(9)는 접착제와 같은 공지된 방법에 의해서 고정된다. 제1 외측 요크(8) 및 제2 외측 요크(9)는 연결 링(10)의 내부 돌출부(10e, 10f)에 의해 형성된 소정의 간격을 가지고 고정된다. 연결 링(10)의 홈(10a, 10b, 10c, 10d)들은 360°/n (본 실시예에서는 90°)의 위상만큼 상호 변위되어, 제1 외측 요크(8)의 극치(8a, 8b)와 제2 외측 요크(9)의 극치(9a, 9b)는 360°/n (본 실시예에서는 90°)의 상호 위상 변위각으로 축방향으로 상호 대향된다.

제1 외측 요크(8)와 제2 외측 요크(9)의 조합은 제3 실시예의 제3 요크(7)의 기능과 유사한 기능을 수행한다. 또한, 도10에 도시된 것처럼, 제1 외측 요크(8)는 그의 단부에서 제1 요크(5)에 연결되어 코일(3)의 외주면을 덮고, 타단부에서의 극치(8a, 8b)는 소정 간극을 가지고 영구 자석(1)의 외주면에 대향된다. 또한, 도10에 도시된 것처럼, 제2 외측 요크(9)는 그의 단부에서 제2 요크(6)에 연결되어코일(4)의 외주면을 덮고, 타단부에서의 극치(9a, 9b)는 소정 간극을 가지고 영구 자석(1)의 외주면에 대향된다.

도12는 회전자의 확대 사시도이고, 도13a, 도13b, 도14a, 도14b, 도15a, 도15b, 도16a 및 도16b는 영구 자석(1)의 상이한 회전 위상을 도시한 것이고, 도13a, 도14a, 도15a, 및 도16a는 제1 자성층을 도시하고, 도13b, 도14b, 도15b, 및 도16b는 제2 자성층을 도시한다. 제3 요크(7)가 도11에 도시된 제3 실시예에서처럼 일체형 요소로서 구성되는 경우에, 제3 요크(7)를 통해서 영구 자석(1)의 제1 자성층(C)과 제2 자성층(D) 사이에 자속의 연통이 이루어지게 된다. 따라서, 도13a, 도13b, 도15a, 도15b에 도시된 영구 자석(1)의 회전 위치에서, 코깅(cogging)에 의해 유도된 힘은 도14a, 도14b, 도16a 및 도16b에 도시된 회전 위치에서 보다 더 강해진다. 그러한 더 강한 코깅의 위상은 90°의 피치로 1회전에 4번 나타난다. 코일(3, 4)의 전류가 현재의 모터에서 연속 절환되는 경우에, 1회전은 8번의 절환 작동에 의해 달성되어, 코일(3, 4)의 통전에 의해 발생된 전자기력은 코깅력과 반드시 일치하지는 않는다.

이러한 이유로 인해, 발생된 구동력은 현저히 변동하고 회전은 매끄럽게 되지 않는다. 제4 실시예에서, 제1 외측 요크(8)와 제2 외측 요크(9)는 비자성 재료의 연결 링(10)에 의해 자기적으로 분리되어, 자속은 제1 및 제2 외측 요크(8, 9)를 통해 제1 및 제2 자성층 사이에서 거의 연통되지 않고, 이에 의해 코깅이 총 여덟번, 즉 90°의 피치로 제1 자성층에 의해 네번 그리고 45°만큼 위상이 변위된 위치에서 90°의 피치로 제2 자성층에 의해 네번 발생된다. 따라서 코깅이 45°의피치로 발생되므로, 발생된 구동력의 변동은 작아지고 매끄러운 회전을 얻을 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에서, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)은 n개의 부분으로 원주상으로 분할되고 영구 자석(1)의 외주면 상에서뿐만 아니라 내주면 상에서 S극과 N극으로 교대로 자화되나, 또한 제4 실시예에서 외주면만을 n개의 부분으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분들을 S극과 N극으로 교대로 자화시키는 것도 가능하다.

본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따르면, 앞서 설명한 대로, 공동 원통형 형태로 형성되고 적어도 외주면을 n개의 부분으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분들을 상이한 자극으로 교대로 자화시킴으로써 형성된 제1 자성층과, 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치되고 제1 자성층으로부터 180°/n의 위상 변위로 적어도 외주면을 n개의 부분으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분들을 상이한 자극으로 교대로 자화시킴으로써 형성된 제2 자성층을 갖추고 있는 영구 자석을 제공하고, 또한 제1 코일과 전술된 영구 자석과 영구 자석의 축방향을 따라 연속 배치된 제2 코일을 제공하고, 영구 자석의 제1 자성층의 외주면 및 내주면에 각각 대향하도록 제1 코일에 의해 자화되는 제1 외측 자극과 제1 내측 자극을 배치하고, 또한 영구 자석의 제2 자성층의 외주면 및 내주면에 각각 대향하도록 제2 코일에 의해 자화되는 제2 외측 자극과 제2 내측 자극을 배치하고, 제1 외측 자극과 제2 외측 자극을 360°/n의 상호 위상 변위로 축방향으로 상호 대향되어 제1 및 제2 외측 자극의 최근접 위치들이 자기 저항이 큰 간극을 형성하도록 배치함으로써, 효과적인 출력을얻을 수 있는 모터가 제공된다. 또한, 제1 및 제2 고정자가 단일 요소로서 구성될 수 있으므로, 용이한 조립 작업과 성능 변동이 줄어든 모터를 얻을 수 있게 된다.

[제5 실시예]

도17 내지 도20은 본 발명의 제5 실시예를 구성하는 스테핑 모터를 도시한 것이고, 여기서 도17은 스테핑 모터의 분해 사시도이고, 도18은 스테핑 모터의 조립 상태에서의 축방향 단면도이고, 도19a 내지 도19h는 도18에서의 선 A-A 또는 B-B를 따라 취한 단면도이고, 도20은 특정 구성 요소가 제거된 스테핑 모터의 평면도이다.

이들 도면을 참조하면, 회전자를 구성하는 원통형 자석(1)은 외주면을 n개의 부분 (본 실시예에서는 4개의 부분)으로 분할하고 그러한 부분을 S극과 N극으로 교대로 자화시킴으로써 형성된 자성층(1a, 1b, 1c, 1d)을 갖추고 있고, 자성부(1a, 1c)는 S극으로 자화되고 자성부(1b, 1d)는 N극으로 자화된다. 회전자 샤프트를 구성하는 출력 샤프트(2)는 자석(1)에 고정된다. 출력 샤프트(2)와 자석(1)은 회전자를 구성한다. 원통형 코일(3, 4)은 자석(1)을 축방향으로 개재하고 자석과 동심 위치에 제공된다. 코일(3, 4)은 자석(1)의 외경과 실제로 동일한 외경을 갖는다.

연자성 재료의 제1 및 제2 고정자(18, 19)는 180°/n 또는 45°의 위상각만큼 상호 변위되고, 제1 및 제2 고정자(18, 19) 각각은 외측 튜브와 내측 튜브로 구성된다. 제1 고정자(18)의 내측 튜브와 외측 튜브 사이에, 통전시에 제1 고정자(18)를 자화시키는 코일(3)이 제공된다. 제1 고정자(18)의 외측 튜브 및 내측 튜브는 그들의 단부에서 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)을 형성한다. 내측 자극(18c, 18d)들은 동일 위상을 취하도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위되고, 외측 자극(18a)은 내측 자극(18c)에 대향되고, 외측 자극(18b)은 내측 자극(18d)에 대향된다.

제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)은 영구 자석(1)의 단부의 외주면 및 내주면에 각각 대향하도록 제공되어, 전술된 자석(1)의 단부를 개재한다. 회전 샤프트(2)의 단부가 제1 고정자(18)의 구멍(18e) 내에 회전식으로 끼워 맞춰진다.

제2 고정자(19)의 외측 튜브와 내측 튜브 사이에, 통전시에 제2 고정자(19)를 자화시키는 코일(4)이 제공된다. 제2 고정자(19)의 외측 튜브 및 내측 튜브는 그들의 단부에서 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)을 형성한다. 내측 자극(19c, 19d)들은 동일 위상을 취하도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위되고, 외측 자극(19a)은 내측 자극(19c)에 대향되고, 외측 자극(19b)은 내측 자극(19d)에 대향된다. 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)은 영구 자석(1)의 타단부의 외주면 및 내주면에 각각 대향하도록 제공되어, 전술된 자석(1)의 타단부를 개재한다. 회전 샤프트(2)의 타단부가 제2 고정자(19)의 구멍(19e) 내에 회전식으로 끼워 맞춰진다.

따라서 코일(3)에 의해 발생된 자속은 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d) 사이에서 회전자를 구성하는 자석(1)을 가로질러서 자석(1) 상에 효과적으로 작용하고 코일(4)에 의해 발생된 자속은 외측 자극(19a, 19b)과 내측자극(19c, 19d) 사이에서 회전자를 구성하는 자석(1)을 가로질러서 자석(1) 상에 효과적으로 작용하여, 모터의 출력을 향상시킬 수 있다.

비자성 재료의 원통형 연결 링(10)의 내주면의 일단부에는 홈(10a, 10b)이, 그리고 타단부에는 홈(10a, 10b)으로부터 180°/n 또는 45°만큼 변위된 위치에 홈(10c, 10d)이 제공된다. 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)은 홈(10a, 10b) 내에 끼워 맞춰지고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)은 홈(10c, 10d) 내에 끼워 맞춰지며, 끼워 맞춰진 부분이 접착제로 고정되어 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)가 연결 링(10) 상에 장착된다. 제1 고정자(18)와 제2 고정자(19)는, 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)이 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)에 대향되고 연결 링(10)의 내부 돌출부(10e, 10f)에 의해 형성된 상호 거리를 가지고 고정되도록 배치된다.

도20은 연결 링이 생략된 본 실시예의 모터의 측면도이다. 도20에 도시된 것처럼, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a) 및 나타나지 않은 외측 자극(18b)과, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a) 및 나타나지 않은 외측 자극(19b)은 테이퍼 형태를 갖고, 단부에서의 폭(D2)은 기부에서의 폭(D1) 보다 더 작다. 그러한 형태에서, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a)과 실제로 대향된 제2 고정자(19)의 외측 자극 사이의 자기 저항은 각각의 외측 자극이 편평 단부를 갖는 경우에서 보다 더 커지게 된다. 따라서, 코일(3, 4)에 의해 발생된 자속은 상호 덜 영향을 받게 되어, 모터의 회전이 안정화되고 출력이 향상된다.

마찬가지로 도20에 도시되지 않은 제1 고정자(18)의 외측 자극(18b)과 제2고정자(19)의 외측 자극(19b) 또한 단부에서의 폭(D2)이 기부에서의 폭(D1) 보다 더 작은 테이퍼 형태를 갖는다. 따라서, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18b)과 실제로 대향된 제2 고정자(19) 사이의 자기 저항은 각각의 외측 자극이 편평 단부를 갖는 경우에서 보다 더 커지게 된다. 따라서, 코일(3, 4)에 의해 발생된 자속은 상호 덜 영향을 받게 되어, 모터의 회전이 안정화되고 출력이 향상된다.

도20으로부터 알 수 있는 것처럼, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b) 및 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)의 자석(1)에 대향된 면적은 테이퍼 형태를 얻기 위해 절단된 부분만큼 단지 약간 줄어든다. 따라서, 모터의 출력은 그러한 형태를 채택함으로써 약간 줄어들고 코일(3, 4) 간의 자속의 상호 영향의 감소에 의해 더 크게 증가된다.

도18은 스테핑 모터의 단면도이고, 도19a 내지 도19d는 도18의 선 A-A를 따른 단면도이고, 도19e 내지 도19h는 도18의 선 B-B를 따른 단면도이다. 도19a와 도19e는 동일 시기에서의 도면들이고, 도19b와 도19f는 다른 동일 시기에서의 도면들이고, 도19c와 도19g는 다른 동일 시기에서의 도면들이며, 도19d와 도19h는 다른 동일 시기에서의 도면들이다.

이하에서, 본 발명의 스테핑 모터의 기능이 설명된다. 도19a 및 도19e에 도시된 상태로부터 시작하여, 코일(3, 4)은 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 N극으로 자화시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 S극으로 자화시키고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 N극으로 자화시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 S극으로 자화시키도록 통전되어, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)은 도19b 및 도19f에 도시된상태를 취하도록 반시계 방향으로 45°만큼 회전한다.

그후, 코일(3)의 전류는 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 S극으로 자화시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 N극으로 자화시키고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 N극으로 자화시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 S극으로 자화시키도록 반전되어, 회전자를 구성하는 자석(1)은 도19c 및 도19g에 도시된 상태를 취하도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다.

그후, 코일(4)의 전류는 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 S극으로 자화시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 N극으로 자화시키고, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 S극으로 자화시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 N극으로 자화시키도록 반전되어, 회전자를 구성하는 자석(1)은 도19d 및 도19h에 도시된 상태를 취하도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다. 그후에, 코일(3, 4)의 전류 방향은 마찬가지로 연속 절환되어 자석(1)은 통전의 위상에 대응하는 위치로 회전한다.

1) 자석은 공동 실린더 형태이며,

2) 자석의 외주면은 교대로 상이한 자극으로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할되고,

3) 제1 코일, 자석, 제2 코일은 이러한 순서로 자석의 축방향으로 배치되고,

4) 제1 및 제2 코일에 의해 자화되는 제1 및 제2 고정자의 외측 및 내측 자극은 자석의 외주면 및 내주면에 각각 대향된다.

따라서, 현재의 스테핑 모터는 자석의 외경 상에서 상호 대향식으로 고정자의 자극을 장착하기에 충분한 직경을 필요로 할뿐이며, 스테핑 모터의 축방향 길이 또한 자석의 길이와 제1 및 제2 코일의 길이로 제한된다. 따라서, 이러한 스테핑 모터의 치수는 자석 및 코일의 직경 및 길이에 의해 결정되고, 스테핑 모터는 자석 및 코일의 그러한 직경 및 길이를 매우 작은 크기로 줄임으로써 초소형화될 수 있다.

스테핑 모터의 출력 정밀도는 자석 및 코일의 직경 및 길이가 매우 작을 때 유지하기가 어려우나, 그러한 결함은 자석이 공동 실린더 형태로 형성되고 제1 및 제2 고정자의 외측 및 내측 자극이 그러한 공동 실린더 형태의 자석의 외주면 및 내주면 상에 상호 대향식으로 제공된 간단한 구조에 의해 제거될 수 있다. 이러한 형태에서, 모터의 출력은 다음의 제6 실시예에서 설명되는 바와 같이 자석의 외주면뿐만 아니라 내주면을 원주상으로 자화시킴으로써 더 향상될 수 있다. 제1 및 제2 고정자(18, 19)는 금속 사출 성형(MIM)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

[제6 실시예]

도21a 내지 도21h는 본 발명의 제6 실시예를 도시한 것이다.

선행 제5 실시예에서, 회전자를 구성하는 자석(1)의 외주면은 S극과 N극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할되나, 본 제6 실시예에서는, 자석(1)은 외주면뿐만 아니라 내주면 상에서 n개의 부분 (본 실시예에서는 4개의 부분)으로 분할되고 S극과 N극으로 교대로 자화되어, 모터의 출력을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 이러한 형태에서, 내주면의 극성은 그에 인접한 외주면의 극성과 반대로 되어, 예를 들어 자성부(1a, 1c)의 내주면은 N극으로 자화되고, 자성부(1b, 1d)의 내주면은 S극으로 자화된다. 제2 실시예에서, 자석(1)은 외주면 상에서 뿐만 아니라 내주면 상에서 S극과 N극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할되기 때문에, 모터의 출력은 자석(1)의 내주면과 제1 고정자(18)의 내측 자극(18c, 18d) 및 제2 고정자(19)의 내측 자극(19c, 19d) 간의 상호 작용에 의해 증가될 수 있다.

[제7 실시예]

도22는 본 발명의 제7 실시예를 도시한다. 선행 제5 실시예에서, 외측 튜브와 내측 튜브는 제1 및 제2 고정자(18, 19) 각각에서 일체로 형성되나, 본 제7 실시예에서는, 외측 튜브 및 내측 튜브는 도22에 도시된 것처럼 각각의 제1 및 제2 고정자(18, 19)에서 별도로 형성된다. 더 구체적으로, 제1 고정자(18)의 내측 튜브는 단부에서 내측 자극(5b, 5c)과 함께 제1 요크를 구성하고, 제1 고정자(18)의 외측 튜브는 단부에서 외측 자극(8a, 8b)과 함께 제3 요크를 구성한다. 또한, 제2 고정자(19)의 내측 튜브는 단부에서 내측 자극(6b, 6c)과 함께 제2 요크를 구성하고, 제2 고정자(19)의 외측 튜브는 단부에서 외측 자극(9a, 9b)과 함께 제4 요크를 구성한다. 또한, 제7 실시예에서, 모터의 출력은 회전자를 구성하는 자석(1)의 외주면뿐만 아니라 내주면을 n개의 부분으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분들을 S극과 N극으로 교대로 자화시킴으로써 효과적으로 더욱 증가될 수 있다.

[제8 실시예]

도23은 영구 자석(1)의 자성 상태가 제1 고정자(18)에 대향된 범위와 제2 고정자(19)에 대향된 범위 사이에서 180°/n 또는 45°만큼 변위된 모터에 적용되는 제8 실시예를 도시한 것이고, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a)과 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a)은 상호 위상차가 없이 상호 대향하게 된다. 이러한 외측 자극(8a, 8b, 9a, 9b)들은 또한 제5 실시예와 유사한 효과를 제공하기 위해 테이퍼 형태를 갖는다.

본 발명의 제5 내지 제8 실시예에 따르면, 앞서 설명된 것처럼, 제1 및 제2 고정자의 외측 자극들은 그들의 단부에서 더 좁은 폭을 갖는 테이퍼 형태로 형성되어, 이러한 외측 자극들은 제1 코일과 제2 코일 사이의 상호 영향을 제거하도록 그들 사이에서 더 큰 자기 저항을 나타내어, 모터의 회전이 안정화될 수 있고 출력이 증가될 수 있다.

선행 실시예에서, 영구 자석은 4개의 극을 갖도록 자화되나, 본 발명은 결코 그러한 실시예에 한정되지 않는다. 더 구체적으로, 영구 자석의 자극의 개수는 4개 보다 더 많이 선택될 수 있고, 그러한 경우에 외부 및 내측 자극의 개수는 당연히 증가하게 된다.

선행 실시예들은 스테핑 모터에 의해 설명되었지만, 본 발명은 그러한 실시예로 한정되지 않고, 전류 공급이 예를 들어 홀(Hall) 요소를 이용하여 회전자 위치에 따라 전환되면 무브러쉬 모터에 마찬가지로 적용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 외측 자극들 사이에서 누설 자속을 줄여서 더 큰 자기 저항을 나타내어 모터의 회전이 안정화될 수 있고 출력이 증가될 수 있다.

Claims

원통형으로 형성되고, 적어도 외주면이 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할된 자석과,

상기 자석을 가로질러 축방향으로 제공된 제1 및 제2 코일과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 일단부에서 외주면에 대향된 제1 외측 자극과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 일단부에서 내주면에 대향된 제1 내측 자극과,

상기 제2 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 타단부의 외주면에 대향된 제2 외측 자극과,

상기 제2 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 타단부의 내주면에 대향된 제2 내측 자극을 포함하고,

상기 제2 외측 자극의 단부가 360°/n의 위상 변위를 가지고 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서, 누설 자속을 줄이기 위하여 제2 외측 자극의 단부와 제1 외측 자극의 단부의 축방향으로 대향된 배열은, 자기 저항을 증가시키도록 360°/n만큼 변위된 위치에 상기 단부들을 배치하여 간극을 형성함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 모터.
제2항에 있어서, 제2 내측 자극의 단부와 제1 내측 자극의 단부가 누설 자속을 줄이기 위해 소정의 위상각만큼 상호 변위된 상태로 축방향으로 대향되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서, 제1 외측 자극과 제1 내측 자극은 제1 고정자를 구성하고, 제2 외측 자극과 제2 내측 자극은 제2 고정자를 구성하며, 상기 제1 외측 자극과 상기 제2 외측 자극은 원통형 연결 부재에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서, 자석은 그의 내주면 상에서 상이한 자극으로 교대로 자화되며 각각 인접한 외주면의 자극과도 상이한 자극으로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할된 것을 특징으로 하는 모터.
원통형으로 형성되고, 적어도 외주면을 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제1 자성층과, 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치되고 적어도 외주면을 180°/n의 위상으로 변위되어 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제2 자성층을 포함하는 자석과,

상기 자석을 가로질러 축방향으로 제공된 제1 및 제2 코일과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 제1 자성층의 외주면에 대향된 제1 외측 자극과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 제1 자성층의 내주면에 대향된 제1 내측 자극과,

상기 제2 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 제2 자성층의 외주면에 대향된 제2 외측 자극과,

상기 제2 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 제2 자성층의 내주면에 대향된 제2 내측 자극을 포함하고,

상기 제2 외측 자극의 단부가 상기 제1 외측 자극의 단부로부터 360°/n의 위상 변위를 가지고 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되는 것을 특징으로 하는 모터.
제6항에 있어서, 제2 내측 자극의 단부는 360°/n의 위상 변위를 가지고 제1 내측 자극의 단부에 축방향으로 대향되는 것을 특징으로 하는 모터.
제7항에 있어서, 제1 외측 자극과 제1 내측 자극은 제1 고정자를 구성하고, 제2 외측 자극과 제2 내측 자극은 제2 고정자를 구성하는 것을 특징으로 하는 모터.
제8항에 있어서, 제1 고정자의 제1 외측 자극과 제2 고정자의 제2 외측 자극이 원통형 연결 부재에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 모터.
제7항에 있어서, 제1 및 제2 코일은 자석의 직경과 실제로 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
제7항에 있어서, 자석의 제1 및 제2 자성층의 내주면이 상이한 자극으로 교대로 자화되며 각각 인접한 외주면의 자극과도 상이한 자극으로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할된 것을 특징으로 하는 모터.
원통형으로 형성되고, 적어도 외주면을 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제1 자성층과, 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치되고 적어도 외주면을 180°/n의 위상으로 변위되어 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제2 자성층을 포함하는 자석과,

상기 자석을 가로질러 축방향으로 제공된 제1 및 제2 코일과,

상기 제1 코일 내에 삽입되어 상기 자석의 제1 자성층의 내주면에 대향된 제1 내측 자극을 구비한 제1 요크와,

상기 제2 코일 내에 삽입되어 상기 자석의 제2 자성층의 내주면에 대향된 제2 내측 자극을 구비한 제2 요크와,

상기 제1 코일의 외부면과 상기 자석의 외부면과 제2 코일의 외부면을 덮고,상기 자석의 제1 자성층의 외주면에 대향된 제1 외측 자극과 상기 자석의 제2 자성층의 외주면에 대향된 제2 외측 자극을 갖는 제3 요크를 포함하고,

상기 제2 외측 자극이 상기 제1 외측 자극에 대해 360°/n의 위상각만큼 회전 변위된 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 모터.
원통형으로 형성되고, 적어도 외주면을 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제1 자성층과, 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치되고 적어도 외주면을 180°/n의 위상으로 변위되어 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제2 자성층을 포함하는 자석과,

상기 자석을 가로질러 축방향으로 제공된 제1 및 제2 코일과,

상기 제1 코일 내에 삽입되어 상기 자석의 제1 자성층의 내주면에 대향된 제1 내측 자극을 구비한 제1 요크와,

상기 제2 코일 내에 삽입되어 상기 자석의 제2 자성층의 내주면에 대향된 제2 내측 자극을 구비한 제2 요크와,

일단부에서 상기 제1 요크에 연결되고, 상기 제1 코일의 외부면을 덮고, 타단부에서 상기 자석의 제1 자성층의 외주면에 대향된 제1 외측 자극을 갖추고 있는 제3 요크와,

일단부에서 상기 제2 요크에 연결되고, 상기 제2 코일의 외부면을 덮고, 타단부에서 상기 자석의 제2 자성층의 외주면에 대향된 제2 외측 자극을 갖추고 있는제4 요크와,

상기 제3 및 제4 요크를 동심으로 지지하기 위한 연결 부재를 포함하고,

상기 제2 외측 자극이 상기 제1 외측 자극에 대해 360°/n의 위상각만큼 회전 변위된 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 모터.
원통형으로 형성되고, 적어도 외주면이 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할된 자석과,

상기 자석을 가로질러 축방향으로 제공된 제1 및 제2 코일과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 일단부에서 외주면에 대향된 제1 외측 자극과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 일단부에서 내주면에 대향된 제1 내측 자극과,

상기 제2 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 타단부의 외주면에 대향된 제2 외측 자극의 단부와,

상기 제2 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 타단부의 내주면에 대향된 제2 내측 자극을 포함하고,

상기 제2 외측 자극의 단부와 상기 제1 외측 자극의 단부가 누설 자속을 줄이기 위해 자기 저항을 증가시키도록 테이퍼 형태로 형성되어 축방향으로 상호 대향되는 것을 특징으로 하는 모터.
제14항에 있어서, 제1 외측 자극과 제1 내측 자극은 제1 고정자를 구성하고, 제2 외측 자극과 제2 내측 자극은 제2 고정자를 구성하는 것을 특징으로 하는 모터.
제15항에 있어서, 자석은 내주면 상에서 상이한 자극으로 교대로 자화되며 각각 인접한 외주면의 자극과도 상이한 자극으로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할되는 것을 특징으로 하는 모터.
제15항에 있어서, 제1 고정자는 외측 튜브와 내측 튜브를 포함하고 제1 외측 자극은 상기 외측 튜브의 단부에 형성되며 제1 내측 자극은 상기 내측 튜브의 단부에 형성되고,

제2 고정자 또한 외측 튜브와 내측 튜브를 포함하고 제2 외측 자극은 상기 외측 튜브의 단부에 형성되며 제2 내측 자극은 상기 내측 튜브의 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
제17항에 있어서, 외측 튜브와 내측 튜브는 각각의 제1 및 제2 고정자에서 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
제17항에 있어서, 외측 튜브와 내측 튜브는 각각의 제1 및 제2 고정자에서 별도로 형성되어 상호 고정되는 것을 특징으로 하는 모터.
원통형으로 형성되고, 적어도 외주면을 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제1 자성층과, 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치되고 적어도 외주면을 180°/n의 위상으로 변위되어 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제2 자성층을 포함하는 자석과,

상기 자석을 가로질러 축방향으로 제공된 제1 및 제2 코일과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 일단부의 외주면에 대향된 제1 외측 자극과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 일단부의 내주면에 대향된 제1 내측 자극과,

상기 제2 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 타단부의 외주면에 대향된 제2 외측 자극과,

상기 제2 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 타단부의 내주면에 대향된 제2 내측 자극을 포함하고,

상기 제2 외측 자극의 단부가 상기 제1 외측 자극의 단부로부터 360°/n의 위상 변위를 가지고 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되어 상기 제2 외측 자극의 단부와 상기 제1 외측 자극의 단부가 누설 자속을 줄이기 위한 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
원통형으로 형성되고, 적어도 외주면이 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할된 자석과,

상기 자석을 가로질러 축방향으로 제공된 제1 및 제2 코일과,

상기 제1 코일 내에 삽입되어 상기 자석의 내주면에 대향된 제1 내측 자극을 구비한 제1 요크와,

상기 제2 코일 내에 삽입되어 상기 자석의 내주면에 대향된 제2 내측 자극을 구비한 제2 요크와,

상기 제1 코일의 외부면과 상기 자석의 외부면과 상기 제2 코일의 외부면을 덮고, 상기 자석의 일단부의 외주면에 대향된 제1 외측 자극과 상기 자석의 타단부의 외주면에 대향된 제2 외측 자극을 구비한 제3 요크를 포함하고,

상기 제2 외측 자극의 단부는 180°/n의 위상 변위를 가지고 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되어, 상기 제2 외측 자극의 단부와 상기 제1 외측 자극의 단부가 누설 자속을 줄이기 위한 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
원통형으로 형성되고, 적어도 외주면을 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제1 자성층과, 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치되고 적어도 외주면을 180°/n의 위상으로 변위되어 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 원주상으로 분할함으로써 형성된 제2 자성층을 포함하는 자석과,

상기 자석을 가로질러 축방향으로 제공된 제1 및 제2 코일과,

상기 제1 코일 내에 삽입되어 상기 자석의 제1 자성층의 내주면에 대향된 제1 내측 자극을 구비한 제1 요크와,

상기 제2 코일 내에 삽입되어 상기 자석의 제2 자성층의 내주면에 대향된 제2 내측 자극을 구비한 제2 요크와,

일단부에서 상기 제1 요크에 연결되고, 상기 제1 코일의 외부면을 덮고, 타단부에서 상기 자석의 제1 자성층의 외주면에 대향된 제1 외측 자극을 갖추고 있는 제3 요크와,

일단부에서 상기 제2 요크에 연결되고, 상기 제2 코일의 외부면을 덮고, 타단부에서 상기 자석의 제2 자성층의 외주면에 대향된 제2 외측 자극을 갖추고 있는 제4 요크와,

상기 제3 및 제4 요크를 동심으로 지지하기 위한 연결 부재를 포함하고,

상기 제2 외측 자극의 단부가 180°/n의 위상 변위를 가지고 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되어 상기 제2 외측 자극의 단부와 상기 제1 외측 자극의 단부가 누설 자속을 줄이기 위한 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
제21항, 제22항, 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 외측 자극의 단부와 상기 제2 외측 자극의 단부는 자기 저항을 증가시키기 위해 테이퍼진 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
원통형으로 형성되어 적어도 외주면이 상이한 자극으로 교대로 자화되는 n개의 부분으로 분할된 자석과,

상기 자석을 가로질러 축방향으로 제공된 제1 코일 및 제2 코일과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 외주면에 대향된 제1 외측 자극과,

상기 제1 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 내주면에 대향된 제1 내측 자극과,

상기 제2 코일에 의해 자화되며 상기 자석의 외주면에 대향된 제2 외측 자극과,

상기 제2 코일에 의해 자화되면 상기 자석의 내주면에 대향된 제2 내측 자극을 포함하고,

상기 제2 외측 자극의 단부가 누설 자속을 줄이기 위해 소정의 위상만큼 변위되어 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.