KR100364581B1

KR100364581B1 - 모터

Info

Publication number: KR100364581B1
Application number: KR1019990014098A
Authority: KR
Inventors: 아오시마지까라; 마에가와히로아끼
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2002-12-16
Also published as: KR19990083351A; TW459437B; CN1178368C; MY118952A; DE69930061D1; EP0952660A3; EP0952660B1; EP0952660A2; DE69930061T2; CN1233103A; SG94323A1; US6400055B1

Abstract

본 발명은 상이한 자성으로 교대로 자화되고 원주 방향으로 n개로 분할된 회전자 자석과, 이 회전자 자석의 축방향으로 배치된 코일과, 회전자의 외주면 및 내주면에 각각 대향하는 코일에 의해 여자된 외부 및 내부 자극과, 외부 자극 및 내부 자극이 여자되지 않았을 때 자극의 중심이 외부 자극의 중심과 자석의 회전 중심을 함께 연결하는 직선으로부터 이탈되게 되는 위치에서 회전자 자석을 유지하는 유지 수단을 구비한 모터에 관한 것으로, 상기 모터는 단상 모터로 제조될 수 있어서 회전자의 초기 위치 결정을 안정화시키고 모터를 고출력의 초소형으로 만들 수 있도록 되어 있다.

Description

모터{MOTOR}

본 발명은 초소형 모터에 관한 것이다.

지금까지 소형 모터로서 형성된 모터로는, 예컨대 첨부 도면 중 도24에 도시된 바와 같은 소형의 원통형 스텝 모터가 있다.

도24에서, 이 모터에는 모터의 축방향으로 배열된 2개의 고정자(102)가 마련되며, 각각의 고정자(102)는 축방향으로 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. 고정자 코일(105)이 권취된 각각의 보빈(101)은 2개의 고정자 요크(106)에 의해 축방향으로 개재되고 그에 의해 고정된다. 고정자 요크(106)의 각각에는 보빈(101)의 내주면의 원주 방향으로 교대로 배치된 고정자 치(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.

플랜지(115)와 베어링(108)이 두 세트의 케이스(103)들 중 하나(도24에 도시된 바와 같이 좌측 케이스) 상에 고정되며, 대향측 상의 베어링(108)이 다른 케이스(103)(도24에 도시된 바와 같이 우측 케이스) 상에 고정된다. 회전자(109)는 회전자 자석(111)이 회전자 축(110)에 고정된 구조로 되어 있다. 회전자 자석(111)의 외주면과 고정자(102)의 고정자 요크(106)의 내주면 사이에는 공극이 형성된다. 회전자 축(110)은 각각의 케이스(103)에 고정된 2개의 베어링(108)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

첨부 도면의 도26은 계시기(timepiece) 등에서 사용되는 코일에 의해 구동되는 스텝 모터를 예시하는 평면도이다. 도26에서, 참조 부호 201은 영구 자석을 포함하는 회전자를 가리키고, 참조 부호 202 및 203은 고정자를 나타내며, 도면 부호 204는 코일을 가리킨다.

그러나, 도24에 도시된 종래 기술의 소형 스텝 모터에 있어서는 케이스(103), 보빈(101), 고정자 코일(105), 고정자 요크(106)가 회전자 둘레에 동심으로 배치되며, 이것은 모터의 외부 치수가 커지는 불편함을 초래한다. 또한, 고정자 코일(105)에 대한 전기 공급에 의해 생성되는 자속이 첨부 도면의 도25에 도시된 바와 같이 주로 고정자 치(106a)의 단부면(106a₁)과 고정자 치(106b)의 단부면(106b₁)을 통과하므로 회전자 자석(111)에 효과적으로 작용하지 않으며, 모터의 출력이 높지 않다는 해결되어야 할 문제점이 남게 된다. 또한, 도26에 도시된 모터에서, 코일(204)에 대한 전기 공급에 의해 생성되는 자속이 회전자(201)와 고정자(202) 사이의 작은 간극 부분에 집중해서 자석(201)에 효과적으로 작용하지 않는 해결되어야 할 문제점이 남게 된다.

일본에 기초 출원을 한 출원인은 미국 특허 제5,831,356호로서 그러한 문제점을 해결한 모터를 제안했다.

이와 같이 제안된 모터는 원주 방향으로 등간격으로 분할되고 교대로 상이한 극으로 자화된 영구 자석을 포함하는 회전자가 원통 형상으로 형성되고, 제1 코일과 회전자와 제2 코일이 회전자의 축방향으로 지명된 순서대로 배치되고, 제1 코일에 의해 여자되는 제1 외부 자극과 제1 내부 자극이 회전자의 외주면과 내주면에 각각 대향하고, 제2 코일에 의해 여자되는 제2 외부 자극과 제2 내부 자극이 회전자의 외주면과 내주면에 각각 대향하며, 회전자 축인 회전축이 원통형으로 형성된 영구 자석으로부터 빼내어지도록 설계된다.

그러한 구성의 모터는 출력이 높으며 작은 외측 치수를 가질 수 있지만, 그 내부 자극의 직경 치수가 작기 때문에 자극 치의 작용이 곤란하며, 소직경 치수의 모터로부터 변동이 없는 안정된 출력을 얻는 것이 요구되어 왔다.

따라서, 일본에 출원된 기초 출원의 출원인은 최근에 미국 특허 출원 제08/994,994호로서 내부 자극의 형상이 쉽게 만들어질 수 있는 모터를 제안했으며, 기어 및 풀리 등의 출력 전달 수단이 소직경 치수의 회전축에 쉽게 장착됨으로써 변동이 없는 안정된 출력을 얻을 수 있는 회전자가 미국 특허 출원 제09/022,474호로서 제안되었다.

최근에는 초소형으로 구성될 수 있는 고출력을 갖는 모터가 요구되어 왔다.

본 발명은 상술한 배경에서 제조되었으며, 그 목적은 출력이 크고 더욱 초소형으로 제조된 모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 모터가 단상 모터로 만들어 졌을 때 회전자의 위치 설정을 안정시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 소정의 특정 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 분해 사시도.

도2는 조립 중의 도1에 도시된 모터의 단면도.

도3은 도2에 도시된 모터의 회전자와 고정자 사이의 위치 관계와, 코일에 전기가 공급되지 않을 때 회전자의 상태를 도시한 단면도.

도4는 도3의 상태로부터 코일에 전기가 공급될 때 회전자의 상태를 도시한 단면도.

도5는 도4의 상태에서 코일에 대한 전기 공급이 중단될 때 회전자의 상태를 도시한 단면도.

도6은 도5의 상태에서 코일에 대한 전기 공급이 역으로 될 때, 회전자의 상태를 도시한 단면도.

도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 분해 사시도.

도8은 조립 중의 도7에 도시된 모터의 단면도.

도9는 도8에 도시된 모터의 회전자와 고정자 사이의 위치 관계와, 코일에 전기가 공급되지 않을 때 회전자의 상태를 도시한 단면도.

도10은 도9의 상태로부터 코일에 전기가 공급될 때 회전자의 상태를 도시한 단면도.

도11은 도10의 상태에서 코일에 대한 전기 공급이 중단되었을 때 회전자의 상태를 도시한 단면도.

도12는 도11의 상태에서 코일에 대한 전기 공급이 역으로 될 때 회전자의 상태를 도시한 단면도.

도13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 모터의 분해 사시도.

도14는 조립 중의 도13에 도시된 모터의 단면도.

도15는 도14에 도시된 자석의 자속의 상태를 도시한 단면도.

도16은 도14에 도시된 모터의 회전자와 고정자 사이의 위치 관계와, 코일에 전기가 공급되지 않을 때 회전자의 상태를 도시한 단면도.

도17은 도16의 상태로부터 코일에 전기가 공급될 때, 회전자의 중간 상태를 도시한 단면도.

도18은 도16의 상태로부터 코일에 전기가 공급될 때, 회전자의 최종 상태를 도시한 단면도.

도19는 도18의 상태에서 코일에 대한 전기 공급이 역으로 될 때, 회전자의 제1 중간 상태를 도시한 단면도.

도20은 도18의 상태에서 코일에 대한 전기 공급이 역으로 될 때, 회전자의 제2 중간 상태를 도시한 단면도.

도21은 도18의 상태에서 코일에 대한 전기 공급이 역으로 될 때, 회전자의 최종 상태를 도시한 단면도.

도22는 본 발명의 대안이 적용되지 않은 모터의 회전자와 고정자 사이의 위치 관계와, 코일에 전기가 공급되지 않을 때 회전자의 제1 안정 상태를 도시한 단면도.

도23은 도22의 코일에 전기가 공급되지 않을 때, 회전자의 제2 안정 상태를 도시한 단면도.

도24는 종래 기술에 따른 스텝 모터를 도시한 단면도.

도25는 도24에 도시된 종래 기술에 따른 스텝 모터의 자속을 도시하는 도면.

도26은 종래 기술에 따른 단상 모터를 도시한 평면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 회전자 자석

2 : 코일

1e : 끼움부

7 : 회전자 축(출력축)

18 : 고정자

18a, 18b : 외부 자극

18c, 18d : 내부 자극

21, 22 : 위치 결정 고정자

본 발명의 소정의 특정 실시예를 이하에서 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예 1이 설명되기 전에, 먼저 본 발명에 따른 스텝 모터의 기본 구성을 도1 및 도2를 참조하여 설명하기로 한다. 도1은 스텝 모터의 분해 사시도이고, 도2는 도1에 도시된 모터의 조립 중의 단면도이다,

도1 및 도2에서, 본 발명에 따른 모터에는 원주 방향으로 교대로 상이한 극으로 자화되는 회전 가능한 회전자 자석(1)과, 회전자 자석(1)과의 사이에서 간극을 가지고 회전자 자석(1)에 대향한 원통 형상 고정자(18)와, 고정자(18)의 내부에 장착된 코일(2)이 제공되며, 코일(2)은 회전자 자석(1)의 축방향으로 배치되고, 코일(2)에 의해 여자되는 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)은 회전자 자석(1)의 외주면에 대향하며, 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d)은 회전자 자석(1)의 내주면에 대향하고, 자석의 극의 중심이 외부 자극의 중심과 자석의 회전 중심을 함께 연결하는 직선으로부터 벗어나는 위치에서 자석을 유지하기 위한 유지 수단이 제공된다. 이하에서 본 발명은 모터가 스텝 모터인 경우에 대하여 설명될 것이다.

도1 및 도2에서, 회전자를 구성하는 자석(회전자 자석)(1)은 원주 방향으로 복수개의 부분(본 실시예에서는 4개의 부분)으로 분할되고 S극 및 N극으로 교대로 자화되는 외주면을 갖는다. 자화부(1a, 1b, 1c, 1d) 중에서, 자화부(1a, 1c)는 S극으로 자화되고, 자화부(1b, 1d)는 N극으로 자화된다. 자화부(1a, 1b, 1c, 1d)의 극들의 중심은 도3에서 K₁, K₂, K₃, 및 K₄로 도시되어 있다. 또한, 자석(1)은 사출 성형에 의해 형성된 플라스틱 자석 재료로 제조된다. 이렇게 플라스틱 자석 재료로 제조된 자석(1)에 의해, 회전자 자석(1)의 원통 형상의 반경 방향에 대한 두께는 매우 작게 될 수 있다.

회전자 자석(1)의 중앙부에는 축방향 관통 구멍이 형성되고, 내경이 작게 된 끼움부(1e)가 이러한 관통 구멍의 축방향으로 중간인 부분에 형성된다. 회전자 축인 출력축(7)은 회전자 자석(1)의 끼움부(1e) 내로 가압되어 자석(1)에 고정된다. 자석(1)은 사출 성형에 의해 성형된 플라스틱 자석으로 구성되며, 따라서 회전자 축(7)을 끼움부 내로 압입하는 등의 조립 방법에 의해서도 파손되지 않는다. 또한, 자석(1)이 관통 구멍의 축방향 중앙부에 작은 내경을 갖는 끼움부(1e)를 구비하는 복잡한 형상의 것일지라도, 용이하게 제조될 수 있다. 또한, 출력축(7) 및 자석(1)은 가압하여 넣어짐으로써 함께 조립되고 고정되며, 따라서 그 조립이 용이하게 되고 모터를 저렴하게 제조할 수 있다. 회전자(1, 자석 회전자)는 출력축(7) 및 자석(1)으로 구성된다.

자석(1)의 재료로서, 예컨대 Nd-Fe-B 희토류 자석 분말과 폴리아미드 등의 열가소성 수지 결합재의 혼합물을 사출 성형함으로써 형성된 플라스틱 자석이 사용된다. 따라서, 압축 성형된 자석의 굽힘 강도는 500 kgf/cm²정도이며, 반면에 예컨대 폴리아미드 수지가 결합재로서 사용될 때 800 kgf/cm²이상의 굽힘 강도가 얻어질 수 있으며, 따라서 압축 성형에 의해 실현될 수 없는 박벽 원통 형상이 제공될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 자석을 박벽 원통 형상으로 제조하는 것은 모터의 성능을 향상시킨다. 또한, 전술한 플라스틱 자석을 사용함으로써, 자석의 형상은 자유롭게 선택될 수 있으며, 압축 성형에 의해 제공될 수 없는 효과, 즉 회전자 축(7)을 고정하도록 형상을 통합하는 것이 실현될 수 있고, 충분한 회전자 축 고정 강도가 얻어질 수 있다. 또한, 자석(1)은 강도가 우수하며, 따라서 회전자 축(7)을 압입하는 방법이 사용되더라도 회전자 축(7)은 손상(파손)되지 않을 것이다.

동시에, 회전자 축(7)의 고정부가 일체로 성형되고, 이로써 회전자 축에 대한 자석부의 동축 정밀도가 개선되고 자석(1)과 고정자 부분 사이의 틈새 간격과 진동을 줄일 수 있고, 사출 성형 자석 특성이 5 내지 7 MGOe에 속하는 것에 비해 압축 성형 자석의 자석 특성은 8 MGOe 또는 그 이상이지만 모터의 충분한 출력 토크가 얻어질 수 있다. 또한, 사출 성형 자석은 그 표면 상에 성형된 박형 수지 피막을 가지고 따라서 압축 성형 자석에 비해 부식 생성이 크게 감소하고 코팅과 같은 방식 공정이 생략될 수 있다. 또한, 압축 자석에서 문제점을 발생시킨 자석 분말의 점착이 없고 부식 방지 코팅 중 발생할 수 있는 표면의 융기도 없으며, 이로써 품질이 향상될 수 있다.

도1 및 도2에서, 원통 형상 코일(2)은 자석(1)과 동심 상에서 축방향 배치된다. 코일(2)의 외경은 사실상 자석(1)의 외경과 동일하다. 고정자(18)는 연자성 재료로 이루어지고 외측 원통부와 내측 원통부를 포함한다. 코일(2)은 고정자(18)의 외측 원통부와 내측 원통부의 사이에 장착된다. 이 코일(2)에 전기를 흐르게 함으로써 고정자(18)가 여자된다. 고정자(18)의 외측 원통부의 전방 단부는 외부 자극(18a, 18b)을 형성하고 고정자(18)의 내측 원통부의 전방 단부는 내부 자극(18c, 18d)을 형성한다. 내부 자극(18a)과 내부 자극(18b)은 서로 동일 위상에 있도록 본 실시예에서와 같이 자극수가 4개 일 때, 360/0.5 n。, 즉 180。의 편차로 형성된다. 외부 자극(18a)은 내부 자극(18c)과 대향된 관계로 배치되고, 외부 자극(18b)은 내부 자극(18d)과 대향된 관계로 배치된다.

고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)은 절결 개구와 축에 평행한 방향으로 연장된 치에 의해 형성된다. 이러한 구성에 의해, 모터의 크기를 최소화시키면서 자극을 형성할 수 있게 된다. 즉, 외부 자극들이 방사상으로 계속 고르지 못하게 형성될 경우, 모터의 직경은 이에 대응하여 커질 것이나, 본 실시예에서, 외부 자극은 절결 개구와 축에 평행한 방향으로 연장된 치에 의해 형성되며, 따라서 모터의 직경은 최소화될 수 있다.

고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)과 내부 자극(18c, 18d)에는 회전자 자석(1)의 일 단부가 그 사이에 개재되도록 대향된 관계로 회전자 자석(1)의 일 단부의 외주면 및 내주면이 마련되어 있다. 또한, 출력축(7)의 일단부(7b)는 고정자(18)의 구멍(18e)에 회전 가능하게 끼워진다. 따라서, 코일(2)에 의해 생성된 자속은 외부 자극(18a, 18b)과 내부 자극(18c, 18d) 사이의 회전자인 자석(1)을 횡단하고, 따라서, 회전자인 자석 상에 효과적으로 작용하고 모터의 출력을 높인다. 또한, 전술한 바와 같이, 자석(1)은 사출 성형에 의해 성형된 플라스틱 자석 재료로 형성되고, 이로써 방사상 방향에 대한 원통 형상의 두께는 매우 작게 만들어질 수 있다. 따라서, 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)과 내부 자극(18c, 18d) 사이의 거리는 매우 작게 만들어질 수 있고, 코일(2)과 제1 고정자에 의해 형성된 자기 회로의 자기 저항이 작게 만들어질 수 있다. 이로써, 다량의 자속이 작은 전류에 의해 생성될 수 있고, 따라서 모터의 증가된 출력과 낮은 전력 소모와 코일의 축소화가 달성된다.

참조 부호 20은 비자성 재료로 성형된 원통형 부재로서 커버를 표시하고, 고정자(18)의 외경부(외부 자극(18a, 18b)이 형성된 부분)는 커버(20)의 내경부(20a)에 끼워지고, 점착식으로 또는 다른 방법으로 고정된다. 출력축(7)의 끼움부(7a)는 커버(20)의 끼움 구멍(20b)에 회전 가능하게 끼워지고, 출력축(7)의 일단부(7b)는 고정자(18)의 끼움 구멍(18e)에 회전 가능하게 끼워진다.

도3 내지 도6은 도2의 선 3-3을 따라 취한 단면도를 사용하여 도2의 모터의 작동을 순차적으로 보여주는 도면이다. 도3 내지 도6에서, Q₁은 고정자(18)의 외부 자극(18a)의 중심을 표시하고, Q₂는 고정자(18)의 외부 자극(18b)의 중심을 표시하고, Q₃은 회전자 자석(1)의 회전의 중심을 표시한다. 도면 부호 21 및 22는 연자성 재료로 형성된 위치 결정 고정자를 나타낸다. 이들 위치 결정 고정자(21, 22)는 커버(20)의 내경부(20a; 도2 참조)에 결합된다.

위치 결정 고정자(21, 22)는 회전자 자석(1)의 외주면에 대향한다. 도3에 도시된 바와 같이, 하나의 위치 결정 고정자(21)는 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b) 사이에서 외부 자극(18a)의 근처에 위치된다. 도3에 도시된 바와 같이, 다른 위치 결정 고정자(22)는 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b) 사이에서 외부 자극(18b)의 근처에 위치된다. 이들 위치 결정 고정자(21, 22)는 고정자(18)와 접촉하지 않고, 내부 자극(18c, 18d)에 대향하지 않거나 내부 자극(18c, 18d)으로부터 충분히 이격되어서, 코일(2)에 전기가 공급되더라도 외부 자극(18a, 18b)에 비해 거의 자화되지 않아서 회전자 자석(1)을 회전 구동하는 데에 기여하지 않는다.

위치 결정 고정자(21, 22)를 제공함으로써, 코일(2)에 전기가 공급되지 않을때의 자석의 정지된 위치는 도3에 도시된 위치로 설정된다. 즉, 자석(1)은 자석(1)의 자화부의 자극 중심(K₁, K₂, K₃, K₄)이 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)의 중심과 자석(1)의 회전 중심을 상호 연결시키는 직선(L₁)으로부터 벗어난 위치(도3에 도시된 위치)에 정지되도록 설정된다. K₂에 관해서 언급하면, 자석은 각도(θ)만큼 벗어난 위치에 정지된다. 코일(2)에 이 위치로부터 전기가 공급될 때, 위치 결정 고정자(21, 22)는 전술한 바와 같이 여자되지 않으나 외부 자극(18a, 18b)과 내부 자극(18c, 18d)은 여자되며, 여자된 외부 자극(18a, 18b)이 자석(1)의 자화부 상에 작용하는 경우의 작용력은 항상 자석(1)의 회전 방향으로 향한다. 따라서, (회전자 자석인) 자석(1)은 원활하게 작동된다.

위치 결정 고정자(21, 22)를 갖지 않는 모터의 경우에, 코일(2)에 전기가 공급되지 않을 때 자석(1)이 안정적으로 정지하는 위치는 도22 및 도23에 도시된 위치이다. 도22 및 도23은 자석(1)이 안정적으로 정지하는 이들 2개의 위치를 도시한 전형적인 단면도이다. 도22의 위치에 있어서, 자석(1)의 자화부의 자극의 중심(K₁, K₂, K₃, K₄)이 외부 자극의 중심(Q₁, Q₂)과 자석(1)의 회전 중심(Q₃)을 상호 연결시키는 직선 상에 위치하고, 따라서 코일(2)에 전기가 공급되더라도 전자기력이 자석(1)을 회전시키는 방향으로 작용하지 않는다.

도23의 위치에서, 자석(1)의 작동은 코일(2)에 전기가 공급되어 가능하게 되지만, 전기 공급이 특정 시기에 변경되지 않는다면 자석(1)은 안정 상태로 회전할 수 없다. 즉, 자석(1)이 도22의 위치와 동일한 위치에 정지된 후 코일(2)에 대한 전기 공급이 역으로 변경되더라도 도23의 상태로부터 외부 자극(18a, 18b)이 예컨대 N극으로 여자되고 또한 외부 자극(18a, 18b)이 S극으로 여자될 때, 도22와 관련하여 설명된 바와 같이 전자기력이 자석(1)을 회전시키는 방향으로 작용하지 않는다. 위치 결정 고정자(21, 22)는 자석(1)을 유지시키기 위한 유지 수단을 형성하기 위해 회전자 자석(1)과 상호 작용한다. 또한, 위치 결정 고정자(21, 22)는 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b) 사이에 위치하고, 따라서 모터의 크기를 크게 하지 않고서도 구성될 수 있다.

본 발명의 전술한 실시예 1에 의한 스텝 모터의 작동을 도3 내지 도6을 참조하여 설명한다. 도3의 상태로부터 코일(2)에 전기가 공급되어 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 N극으로 여자시키고 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d)을 S극으로 여자시킬 때, 회전자인 자석(1)은 도3에 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 회전하고 도4에 도시된 상태가 된다. 위치 결정 고정자(21, 22)가 코일(2)에 의해 거의 여자되지 않으므로, 자석(1)의 위치는 코일(2)에 의한 자석(1)의 자화부와 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b) 및 내부 자극(18c, 18d)의 여자 상태에 의해 사실상 결정되며, 상기 자석은 도4에 도시된 상태가 된다. 이 상태로부터 코일에 전기가 공급되지 않을 때, 자석(1)의 자기력에 의해 안정화되는 상태(도5의 위치)가 야기된다.

다음으로, 코일(2)에 대한 전기 공급이 역으로 되어서 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 S극으로 및 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d)을 N극으로 여자시킬 때, 회전자인 자석(1)은 반시계 방향으로 더 회전되고 도6에 도시된 상태를 취한다. 그 이후에, 코일(2)에 대한 전기 공급 방향이 순차적으로 뒤바뀜으로써, 회전자인 자석(1)에 대한 전기 공급의 위상에 순응하는 위치로 회전된다. 즉, 모터가 회전된다. 코일(2)에 대한 전기 공급이 모터가 회전되는 상태로부터 중단될 때, 모터는 회전자 자석(1)의 자력에 의해 안정되는 도3의 위치에서 정지된다.

전술한 실시예 1에 의하면, 모터의 직경은 자석(1)의 외주면에 대해 고정자(18)의 자극을 대향하기에 충분한 크기로 이루어질 수 있고, 모터의 길이는 자석(1)의 길이와 코일(2)의 길이를 합한 것일 수 있다. 따라서, 모터의 크기는 자석(1)과 코일(2)의 직경 및 길이에 의해 결정되고, 자석(1) 및 코일(2)의 직경 및 길이를 매우 작게 제조함으로써 모터는 초소형으로 제조될 수 있다. 즉, 모터의 직경은 실질적으로 회전자 자석(1)의 외주면에 대향된 외부 자극(18a, 18b)에 의해 결정되고, 모터의 축방향 길이는 코일(2)에 의해 결정되며, 회전자 자석(1)은 그 축방향으로 배열(배치)되고, 모터는 초소형으로 제조될 수 있다.

또한, 코일(2)에 의해 생성된 자속은 외부 자극 및 내부 자극 사이에서 자석을 횡단함으로써 효과적으로 작용한다. 또한, 회전자 자석(1)과 자석(1)의 외주면에 대향 배치된 위치 결정 고정자(21, 22)로 구성된 유지 수단이 제공되므로, 코일(2)에 전기가 공급되지 않는 동안 자석(1)은 자석(1)의 자극의 중심이 외부 자극들의 중심들과 자석의 회전 중심(Q₃)을 함께 연결하는 직선으로부터 벗어난 위치에 보유될 수 있다. 따라서, 코일(2)의 제1 여자에 대한 모터의 정지 중에, 코일(2)에 의해 생성된 자속이 자석(1) 상에 작용하는 힘은 자석(1)의 회전 중심으로 향하지 않게 되고, 따라서 원활하고 안정되게 모터를 작동할 수 있게 된다.

또한, 모터는 회전자 자석(1), 코일(2), 고정자(18) 및 출력축(7)과 같은 매우 작은 수의 부품들로 구성될 수 있으므로, 비용이 감소될 수 있다. 또한, 회전자 자석(1)은 중공 원통 형상으로 형성되고, 외부 자극(18a, 18b) 및 내부 자극(18c, 18d)은 중공 원통 형상으로 형성된 상기 회전자 자석(1)의 외주면과 내주면의 각각에 대향 배치됨으로써, 모터로서 효과적인 출력이 얻어질 수 있다. 출력축(회전자 축, 7)은 가압에 의해 회전자인 자석(1)의 중심 구멍의 끼움부(1e)에 고정된다. 회전자 자석(1)이 사출 성형에 의해 형성된 플라스틱 자석으로 구성되므로, 회전자 자석(1)은 가압해서 조립하더라도 파손되지 않고, 소경의 끼움부(1e)가 축방향 중심에 제공된 복잡한 형상도 용이하게 제조될 수 있다. 또한, 출력축(7)과 자석(1)이 가압에 의해 조립 및 고정되므로, 그 조립이 용이하고 제조 비용이 낮아질 수 있다.

실시예 1에서 설명된 구성의 스텝 모터가 모터를 초소형으로 만드는 데 가장 적합한 구성인 점에 대해 설명된다. 즉, 이러한 점은 스텝 모터의 기본 구성에서, 첫째, 회전자 자석(1)이 중공 원통 형상으로 제조되고, 둘째, 회전자 자석(1)의 외주면이 원주방향으로 복수로 분할되어 상이한 자극들로 교대로 자화되며, 셋째, 코일(2)이 회전자 자석(1)의 축방향으로 배치되며, 넷째, 코일(2)에 의해 여자된 고정자(18)의 외부 자극 및 내부 자극이 회전자 자석(1)의 외주면 및 내주면에 각각 대향되고, 다섯째, 외부 자극(18a, 18b)은 축에 평행한 방향으로 연장된 절결 개구 및 치에 의해 형성되고, 여섯째, 코일(2)에 전기가 공급되지 않을 때 회전자 자석(1)의 자극의 중심이 외부 자극(18a, 18b)의 중심과 자석(1)의 회전 중심(Q₃)을 함께 연결하는 직선으로부터 벗어난 지점에 회전자 자석(1)을 보유하는 유지 수단이 제공되는 점을 포함한다.

스텝 모터(모터)의 직경은 고정자(18)의 자극을 회전자 자석(1)의 직경에 대하여 대향시키기에 충분한 크기를 가질 수 있으며, 이 스텝 모터의 길이는 회전자 자석(1)의 길이와 코일(2)의 길이를 더한 길이로 될 수 있다. 따라서, 스텝 모터의 크기는 회전자 자석(1)과 코일(2)의 직경 및 길이에 의해 결정되고, 회전자 자석(1) 및 코일(2)의 직경 및 길이가 매우 작게 만들어지면 스텝 모터는 초소형으로 만들어질 수 있다.

이때, 회전자 자석(1) 및 코일(2)의 직경 및 길이는 초소형으로 제조되며, 이는 스텝 모터로서의 정밀도를 유지하기 어렵게 되지만, 상기 실시예에서 스텝 모터의 정밀도에 관한 문제는, 회전자 자석(1)이 중공 원통 형상으로 형성되고 고정자(18)의 외부 자극 및 내부 자극이 중공 원통 형상으로 형성된 회전자 자석(1)의 외주면 및 내주면에 대하여 각각 대향하는 간단한 구조로 해결할 수 있다. 이 경우, 회전자 자석(1)의 외주면뿐만 아니라 회전자 자석(1)의 내주면도 여러 개로 분리되어 자화되며, 모터의 출력도 더욱 증진된다. 또한, 회전자 자석을 이탈된 위치에 보유하는 유지 수단이 마련됨으로써, 코일(2)이 모터의 정지 중에 전기가 공급되었을 때(제1 전기 여자) 코일(2)로부터의 자속이 자석(1) 상에 작용하게 되는 힘이 자석(1)의 회전 중심 쪽으로 향하지 않게 되고, 따라서 모터의 매끄럽고 안정된 작동을 얻을 수 있다.

또한, 회전자 자석(1)은 앞에서 설명한 것처럼 사출 성형에 의해 형성된 플라스틱 재료로 형성되고, 이로써 원통 형상의 반경 방향에 대한 회전자 자석의 두께는 매우 작아질 수 있다. 따라서, 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)과 내부 자극(18c, 18d) 사이의 거리는 매우 작게 될 수 있으며, 코일(2) 및 고정자(18)에 의해 형성된 자기 회로의 자기 저항은 작아질 수 있다. 이로써, 작은 전기 회로에 의해 큰 자속이 생성될 수 있으며, 이는 모터의 출력을 증가시키고 소비 전력을 낮추며 코일의 크기를 작게 할 수 있게 해준다.

본 발명의 실시예 2에 대하여 도7 내지 도12를 참조하여 설명하는데, 실시예 1에서와 동일한 실시예 2의 부분들에 대해서는 동일한 부호를 사용하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다.

도7은 본 발명의 실시예 2에 따른 모터의 분해 사시도, 도8은 도7에 도시된 모터의 조립중의 단면도, 도9 내지 도12는 도7 및 도8에 도시된 모터의 작동을 연속으로 도시하기 위해 도8의 선 9-9를 따라 취한 단면도이다. 실시예 2도 모터가 스텝 모터인 경우를 도시한다. 실시예 2에서 유지 수단은 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 더 연장시킴으로써 구성된다. 외부 자극(18a, 18b)은 내부 자극(18c, 18d)에 대향하는 부분(18a₁, 18b₁) 및 연장부(18a₂, 18b₂)를 포함한다. 이들 연장부(18a₂, 18b₂)는 내부 자극(18c, 18d)에 대향하지 않으며, 따라서 코일(2)에 전기가 공급되더라도 이들은 대향 부분(18a₁, 18b₁)에 비해서 거의 자화되지 않으며 이로써 구동력을 생성하지 않게 된다.

도7에 도시된 것처럼 회전자 자석(1)은 외부 자극(18a, 18b)의 부분(18a₁, 18b₁)에 대향한 부분(E)과 연장 부분(18a₂, 18b₂)에 대향한 부분(D) 사이에서 상이한 자화 위상으로 만들어진다. 이로써, 도9에 도시된 것처럼 코일(2)에 전기 공급되지 않았을 때 자석(1)의 부분(E)은 코일(2)에 의해 자화된 외부 자극(18a, 18b)의 자화부(18a₁, 18b₁)의 중심과 자석(1)의 회전 중심(Q₃)을 연결하는 직선으로부터 이탈된 위치에 유지된다. 한편, 연장부(18a₂, 18b₂)는 내부 자극(18c, 18d)에 대향하지 않으며, 따라서 코일(2)에 전기가 공급되더라도 자화부(18a₁, 18b₁)에 비해 거의 자화되지 않으며 구동력을 생성하지 않게 된다. 따라서, 코일(2)에 대한 전기 공급에 의해 코일(2)로부터 생성된 자속은 자화부(18a₁, 18b₁) 및 내부 자극(18c, 18d)을 사실상 통과하고, 따라서 회전자 자석(1) 상에 작용하는 힘이 회전자 자석의 회전 중심 쪽으로 향하지 않게 된다. 따라서, 모터는 안정되고 매끄럽게 작동할 수 있다.

연장부(18a₂, 18b₂)는 코일(2)에 전기가 공급되더라도 자화부(18a₁, 18b₁)에 비해서 거의 자화되지 않으며, 코일(2)에 대한 전기 공급에 의해 생성된 구동력에 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서, 모터로부터 충분하고 안정적인 출력을 얻을 수 있다. 실시예 2에서, 자석(1)의 극의 중심이 자석(1)의 회전 중심(Q₃)과 외부 자극(18a, 18b)의 중심을 잇는 직선으로부터 벗어난 위치에 자석을 유지하기 위한 유지 수단은 자석(1)과, 자석(1)의 외주면과 대향한 연장부(18a, 18b)로 구성된다. 이들 연장부(18a₂, 18b₂)는 상술한 위치 결정 고정자(21, 22)와 대응하며, 외부 자극(18a, 18b)과 일체로 형성된 위치 결정 고정자를 형성한다.

본 실시예 2에 따르는 모터(스텝 모터)의 작동을 이하에 도9 내지 도12를 참조하여 기술하기로 한다. 도9의 상태로부터, 코일(2)에 전기 공급되어 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 N극으로 여자시키고 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d)은 S극으로 여자시키면 회전자인 자석(1)은 도9에 도시한 바와 같은 반시계 방향으로 회전되고 도10에 도시한 상태로 된다. 상술한 위치 결정 고정자(21, 22)에 대응하는 연장부(18a₂, 18b₂)는 코일(2)에 의해 여자되기 어려우므로 자석(1)의 위치는 자석(1)의 자화부의 여자 상태에 의해 실제로 결정되며, 코일(2)과 자석에 의해 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)과 내부 자극(18c, 18d)은 도10에 도시한 위치가 된다. 이 상태에서, 코일(2)에 대한 전기 공급이 차단되면 자석(1)의 자력에 의해 안정화된 상태인 도11의 상태가 된다.

다음에, 코일(2)에 대한 전기 공급이 역전되어 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)을 S극으로 여자시키고 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d)을 N극으로 여자시키면 회전자인 자석(1)은 반시계 방향으로 더욱 회전되고 도12의 상태가 된다. 그 후, 코일(2)에 대한 전기 공급 방향을 차례로 변경함으로써, 회전자인 자석(1)은 전기 공급의 위상에 상응하는 위치로 회전된다. 즉, 모터가 회전된다. 코일(2)에 대한 전기 공급이 모터가 회전하는 상태로부터 차단되면 모터는 회전자 자석(1)의 자력에 의해 안정화된 상태인 도9의 위치에서 정지된다.

도7 내지 도12의 실시예 2는 도1 내지 도6의 실시예 1과는 상술한 바와 같은 점에서 차이가 있다. 따라서, 도7 내지 도12의 실시예 2에 따르면, 도1 내지 도6의 실시예 1과 유사한 효과를 얻을 수 있고 또 이하와 같은 효과를 달성할 수 있다. 도7 내지 도12의 실시예 2에 따르면, 유지 수단은 고정자(18)와 자석(1)의 외부 자극과 일체로 형성된 연장부(18a₂, 18b₂)로 구성되고, 따라서 부품 개수가 감소되고 조립이 용이해지며 비용 또한 저감될 수 있다. 따라서, 상술한 실시예 1에서와 같이, 스텝 모터의 직경은 고정자(18)의 자극을 자석(1)의 외주면에 대향시킬 수 있을 정도로 할 수 있고, 모터의 길이는 자극(1)의 길이와 코일(2)의 길이의 합이 될 수 있다. 따라서, 모터의 크기는 자석(1)과 코일(2)의 직경 및 길이에 의해 결정되고 자석(1)과 코일(2)의 직경 및 길이를 극히 작게 제작하여 모터를 초소형으로 제작할 수 있다.

이때, 자석(1)과 코일(2)의 직경과 길이를 극히 작게 하면 스텝 모터로서의 정밀성 유지가 어려워지지만, 스텝 모터의 정밀성 문제는 자석(1)이 중공 원통 형상으로 형성되고 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)과 내부 자극(18c, 18d)이 중공 원통 형상으로 형성된 자석(1)의 외주면 및 내주면에 각각 대향하게 되는 간단한 구조로써 해결될 수 있다. 이 경우, 자석(1)의 외주면뿐만 아니라 내주면도 복수개의 자화된 상태로 분할될 수 있으며, 모터의 출력도 더욱 향상될 수 있다.

본 발명의 실시예 3은 도13 내지 도21에 대해 기술하기로 하고, 실시예 1과 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 부여하고 특별히 설명하지 않기로 한다.

도13은 본 발명의 실시예 3에 따른 모터의 분해 사시도이고, 도14는 그 조립 중의 도13에 도시한 모터의 단면도이다. 도13 및 도14에서, 연자성 재료로 형성된 원통형 부재(11)는 회전자 자석(1)의 내주면에 고정되며, 코일(2)은 회전자 자석(1)의 축방향으로 배치되며, 코일(2)에 의해 여자되는 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)은 자석(1)의 외주면에 대향하며, 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d)은 원통형 부재(11)의 내주면에 대향된다. 원통형 부재(11)는 전자기 연철 또는 순철과 같은 연자성 재료로 형성된다. 따라서, 자석(1)의 자속이 원통형 부재(11)의 내경부로 누출되는 일은 발생하지 않는다. 도15는 원통형 부재(11)가 고정된 자석(1)의 자속의 상태를 도시한다.

도16 내지 도21은 도14의 선 4-4를 따라 취한 단면도를 이용함으로써 도13 내지 도15의 모터의 작동을 연속으로 도시한 도면이다. 도16 내지 도21에서, Q₁은 고정자(18)의 외부 자극(18a)의 중심을 나타내며, Q₂는 고정자(18)의 외부 자극(18b)의 중심을 나타내며, Q₃는 회전자 자석(1)의 회전 중심을 나타낸다. 도13 내지 도21에서, 연자성 재료로 형성된 원통형 부재(11)는 회전자 자석(1)의 내경부에 고정되며, 따라서 회전자 자석(1)의 자속이 원통형 부재(11) 및 내부 자극(18c, 18d)의 내경부에 누출되는 일은 발생하지 않는다. 따라서, 도16에 도시된 바와 같이 코일(2)에 전기가 공급되지 않는 동안에 회전자 자석(1)의 정지된 위치는 각 극의 자화부의 중심이 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)의 중심(Q₁, Q₂)과 자석(1)의 회전 중심(Q₃)을 함께 연결하는 직선으로부터 벗어난 위치에 위치된다. 이런 위치로부터 코일(2)에 전기가 공급될 때, 여자된 외부 자극(18a, 18b)이 자석(1)의 자화부 상에 작용시키는 힘은 실패 없이 자석(1)의 회전 방향으로 회전시킨다. 따라서, 자석(회전자 자석)(1)은 원활하게 작동된다.

원통형 부재(11)가 제공되지 않은 모터에서, 코일(2)에 전기가 공급되지 않을 때 자석(1)이 안정적으로 정지된 위치는 도22에 도시된 위치이거나, 도23에 도시된 위치이다. 도22 내지 도23은 이러한 2개의 위치를 나타내는 전형적인 단면도이다. 따라서, 도13 내지 도21을 참조하여 설명된 스텝 모터에 원통형 부재(11)가 제공되지 않는다면, 코일(2)에 전기가 공급되지 않을 때 자석(1)이 안정적으로 정지된 위치는 도22 또는 도23에 나타난 위치이다. 자석(1)이 도22에 도시된 바와 같이, 자석(1)이 안정적으로 정지되면 자극의 자화부의 중심이 외부 자극의 중심(Q₁)과 자석(1)의 회전 중심(Q₃)을 함께 연결하는 직선 상에 있으며, 따라서 코일(2)에 전기가 공급될지라도, 전자기력은 자석(1)을 회전시키는 방향으로 작용하지 않으며, 따라서 자석은 작동될 수 없다.

도13 내지 도15와 관련하여 설명된 본 발명의 제3 실시예에 따른 스텝 모터의 작동은 이제 도16 내지 도21을 참조하여 설명될 것이다. 도16의 상태로부터, 코일(2)에 전기가 공급됨으로써 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)이 N극으로 여자되고 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d)이 S극으로 여자될 때, 회전자인 자석(1)은 도16에 나타난 바와 같이 반시계 방향으로 45°만큼 회전되고 도17에 도시된 상태가 되며, 관성에 의해 도18에 도시된 위치로 추가로 회전된다. 도18의 상태에서, 극의 자화부의 중심은 외부 자극의 중심과 자석(1)의 회전 중심을 함께 연결하는 직선 상에 있지 않으며, 따라서 코일(2)에 대한 전기 공급은 도18의 시점에서 절환됨으로써, 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)이 S극으로, 그리고 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d)이 N극으로 여자되며, 회전자 자석(1)은 회전 구동력을 수용하여 회전된다.

이럼으로써, 자석(1)은 도19의 상태를 지나고 시계 방향으로 추가로 회전되며, 도20에 도시된 전기 공급 상태에서 순간적으로 안정 상태를 지나며, 관성에 의해 추가로 회전되어 도21에 도시된 위치로 회전된다. 도21의 상태에서, 극의 자화부의 중심은 외부 자극의 중심과 자석(1)의 회전 중심을 함께 연결하는 직선 상에 있지 않으며, 따라서 코일(2)에 대한 전기 공급은 도21의 시점에서 절환됨으로써, 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b)이 N극으로, 그리고 고정자(18)의 내부 자극(18c, 18d)이 S극으로 여자되며, 회전자 자석(1)은 회전 구동력을 수용하여 회전된다. 그후에, 도16 내지 도21과 관련하여 설명한 바와 같은 전기 공급이 반복적으로 수행됨으로써, 회전자 자석(1)이 회전된다. 즉, 모터가 회전된다. 모터가 회전되는 상태로부터 코일(1)에 대한 전기 공급이 차단된 경우에, 모터가 회전자 자석(1)의 자력에 의해 안정되는 상태인 도16 또는 도19의 안정적인 상태가 초래된다. 이러한 상태에서, 전술한 바와 같이, 코일(2)에 전기가 공급되면, 전자기력은 자석(1)을 회전시키는 방향으로 작용하므로, 자석이 다시 작동될 때 매끄럽게 작동될 수 있다.

이상 설명한 실시예 3에 따르면, 모터의 직경은 대체로 회전자 자석(1)의 외주면에 대향한 외부 자극(18a와 18b)에 의해 결정되고, 모터의 축 길이는 코일(2)과 회전자 자석(1)의 축방향 배열(배치)에 의해 결정되고, 모터는 초소형으로 만들어질 수 있다. 또한, 코일(2)에 의해 생성되는 자속은 외부 자극과 내부 자극 사이에서 자석을 횡단하므로, 효과적으로 작용한다. 또한, 원통형 부재(11)는 회전자 자석(1)의 내경부로부터 생성된 자속이 내부 자극(18c와 18d)으로 돌아가는 것을 방지하고, 코일(2)에 전기가 공급되지 않는 중에, 회전자 자석(1)을 외부 자극의 중심과 자석의 회전 중심을 잇는 직선으로부터 벗어난 한 지점에 보유하므로, 코일의 제1 전기 여자 시의 모터의 중단 중에, 자석 상에 작용하는 코일(2)로부터 생성되는 자속이 자석의 회전 중심을 향하지 않게 됨으로써, 원활하고 안정적으로 회전을 시작할 수 있게 된다.

또한, 모터는 회전자 자석(1), 코일(2), 고정자(18), 출력축(7) 및 원통형 부재(11) 등의 매우 적은 수의 부품으로 구성될 수 있어서, 비용을 낮출 수 있다. 또한, 회전자 자석(1)은 중공 원통 형상으로 형성되고, 외부 자극(18a, 18b)과 내부 자극(18c, 18d)은 중공 원통 형상으로 형성된 회전자 자석(1)의 외주면과 내주면에 각각 대향함으로써, 모터로서의 효과적인 출력이 달성될 수 있다. 출력축(회전자 축(7))은 가압에 의해 회전자인 자석(1)의 중심 구멍의 끼움부(1e)에 고정된다. 회전자 자석(1)은 사출 성형에 의해 형성되는 플라스틱 자석을 포함하므로, 회전자 자석(1)은 가압에 의해 조립체에 의해서도 파손되지 않고, 축방향 중심부에 작은 내경의 끼움부(1e)가 마련된 복잡한 형상으로도 쉽게 제조될 수 있다. 또한, 출력축(7)과 자석(1)은 가압에 의해 조립 및 고정되므로, 조립이 용이하고 쉽게 제조될 수 있다.

이하 실시예 3에서 설명한 구성의 스텝 모터가 모터를 초소형으로 만들기 위한 최적의 구성임을 상세히 설명하기로 한다. 즉, 스텝 모터의 기본적인 구성은, 첫번째, 회전자 자석(1)은 중공 원통 형상으로 만들어지고, 두번째, 회전자 자석(1)의 외주면은 복수개로 분할되고 상이한 자성으로 교대로 자화되고, 세번째, 코일(2)은 회전자 자석(1)의 축방향으로 배치되고, 네번째, 코일(2)에 의해 여자되는 고정자(18)의 외부 자극 및 내부 자극은 회전자 자석(1)의 내주면과 외주면에 각각 대향하며, 다섯번째, 외부 자극(18a, 18b)은 축에 평행하게 연장된 절결 개구 및 치로 형성되고, 여섯번째, 연자성 재료로 형성된 원통형 부재(11)는 회전자 자석(1)의 내경부에 고정되는 사실을 포함한다.

이와 같은 스텝 모터(모터)의 직경은 회전자 자석(1)의 직경으로 고정자(18)의 자극에 대향하기에 충분한 크기일 수 있으며, 이러한 스텝 모터의 길이는 회전자 자석(1)의 길이와 코일(2)의 길이를 더한 것일 수 있다. 따라서, 스텝 모터의 크기는 회전자 자석(1)과 코일(2)의 직경 및 길이에 의해 결정되며, 회전자 자석(1)과 코일(2)의 직경 및 길이가 매우 작게 만들어지면, 스텝 모터는 초소형으로 만들어질 수 있다.

이 때, 회전자 자석(1) 및 코일(2)의 직경 및 길이가 매우 작게 제조되면, 스텝 모터로서의 정확성을 유지하기는 어렵게 되지만, 상기 실시예에서, 회전자 자석이 중공 원통 형상으로 형성되고 고정자(18)의 외부 자극 및 내부 자극이 중공 원통 형상으로 형성된 회전자 자석(1)의 각각의 외주면 및 내주면에 대향된 간단한 구성에 의해 스텝 모터의 정확성 문제는 해결된다. 그러한 경우에, 회전자 자석(1)의 외주면뿐만 아니라 회전자 자석(1)의 내주면도 또한 원주를 따라 복수개로 분할되어 자화되면, 모터의 출력은 추가로 향상될 수 있다.

또한, 회전자 자석(1)의 자속이 원통형 부재(11)에 의해 원통형 부재(11)의 내경부와 내부 자극(18c 및 18d)으로 누설되는 것도 방지될 수 있다. 따라서, 도16에 도시된 바와 같이, 코일(2)에 전기가 공급되지 않을 때의 회전자 자석(1)의 정지 위치는 회전자 자석의 자화부의 각각의 자극의 중심이 고정자(18)의 자극(18a 및 18b)의 중심(Q₁및 Q₂)과 회전자 자석(1)의 회전 중심(Q₃)을 서로 연결하는 직선으로부터 벗어난 위치로 설정된다. 이러한 위치(이탈 위치)로부터, 코일(2)에 전기가 공급될 때, 여자된 외부 자극(18a 및 18b)에 의해 회전자 자석(1)의 자화부 상에 작용하는 힘은 회전자 자석(1)의 회전 방향으로 변화된다. 따라서, 회전자 자석(1)은 매끄럽게 작동된다.

또한, 상기된 바와 같이, 회전자 자석(1)은 사출 성형에 의해 형성된 플라스틱 자석 재료로 형성되어, 원통형 형상의 직경 방향에 대한 회전자 자석의 두께는 매우 작게 제조될 수 있다. 따라서, 고정자(18)의 외부 자극(18a, 18b) 및 내부 자극(18c, 18d) 사이의 거리는 매우 작게 제조될 수 있고, 코일(2) 및 고정자(18)에 의해 형성된 자기 회로의 자기 저항은 매우 작게 될 수 있다. 따라서, 작은 전류에 의해 대량의 자속이 생성될 수 있고, 모터의 출력 증가 및 전력 소비 감소와 코일 소형화를 이루는 것이 가능해진다.

또한, 회전자 자석(1)의 기계적 강도는 원통형 부재(11)에 의해 증가될 수 있으므로, 회전자 자석(1)은 얇게 제조될 수 있다. 회전자 자석(1)이 얇게 제조되면, 고정자(18)의 외부 자극 및 내부 자극 사이의 간극은 좁아지므로, 자기 저항은 감소될 수 있다. 따라서, 작은 전류에 의해 회전자 자석을 구동시키는 것이 가능해진다.

상기 각각의 실시예에서, 회전자 자석의 외주면은 원주를 따라 n개로 분할되어 각각 S극 및 N극으로 교대로 자화되고, 회전자 자석의 내주면도 또한 원주를 따라 n개로 분할되어 각각 인접한 외주면과 다르도록 S극 및 N극으로 교대로 자화되지만, 회전자 자석의 외주면만이 원주를 따라 n개로 분할되어 각각 S극 및 N극으로 교대로 자화될 수도 있다.

상기 설명으로부터 분명하겠지만, 본 발명에 따르면, 모터는 상이한 극성으로 원주 방향으로 교대로 자화된 회전 가능한 회전자와, 소정의 간격으로 회전자 자석에 대향된 원통형 고정자와, 고정자의 내부에 코일이 장착되어 제공된 구조로 되어 있으며, 상기 코일은 상기 회전자 자석의 축방향으로 배치되고, 상기 코일에 의해 여자된 상기 고정자의 외부 자극은 상기 회전자 자석의 외주면에 대향되고, 상기 고정자의 내부 자극은 상기 회전자 자극의 내주면에 대향되고, 상기 회전자 자석의 자극의 중심이 상기 고정자의 외부 자극의 중심과 상기 회전자 자석의 회전 중심을 서로 연결하는 직선으로부터 벗어난 위치에 상기 회전자 자석을 유지시키는 유지 수단이 구비되며, 모터의 직경은 고정자의 자극이 상기 회전자 자석의 직경과 대향되기에 충분한 크기일 수 있고, 모터의 길이는 상기 회전자 자석의 길이와 상기 코일의 길이의 합일 수 있으며, 회전자 자석 및 코일의 직경 및 길이는 모터를 초소형으로 제조하도록 매우 작게 제조될 수 있고, 상기 유지 수단을 제공함으로써, 상기 코일에 전기가 제공되지 않을 때의 회전자 자석의 정지 위치는 상기 회전자 자석의 자화부의 각각의 자극의 중심이 상기 고정자의 외부 자극의 중심과 상기 회전자 자석의 회전 중심을 서로 연결하는 직선으로부터 벗어난 위치이고, 이러한 위치로부터, 코일에 전기가 공급되면, 여자된 외부 자극에 의해 회전자 자석의 자화부 상에 작용하는 힘은 회전자 자석의 회전 방향이며, 회전자 자석을 매끄럽게 작동시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따르면, 원주 방향으로 교대로 상이한 자성으로 자화된 회전식 회전자 자석과, 이 회전자 자석과의 사이에 간극을 갖고 대향하여 배치된 원통 형상 고정자와, 고정자의 내부에 장착된 코일을 구비하며, 연자성 재료로 형성된 원통형 부재가 회전자 자석의 내경부에 고정되어 있고, 상기 코일이 회전자 자석의 축방향을 배치되고, 코일에 의해 여자된 고정자의 외부 자극이 자석의 외주면에 대향하고, 고정자의 내부 자극이 원통형 부재의 내주면에 대향하도록 된 모터가 마련되며, 이로써 모터의 내경이 고정자의 자극을 회전자 자석의 직경에 대하여 대향시키기에 충분한 크기로 될 수 있고, 모터의 길이가 회전자 자석의 길이와 코일의 길이를 더한 길이로 될 수 있어서, 회전자 자석 및 코일의 길이를 매우 작게 할 수 있으며, 이에 의해서 모터를 초소형으로 할 수 있고, 회전자 자석의 자속을 원통형 부재에 의해 원통형 부재의 내경부 및 고정자의 내부 자극으로 누설되는 것을 방지할 수 있으며, 코일에 전지가 공급되지 않았을 때 회전자 자석의 정지 위치가 회전자 자석의 자화부의 각 자극의 중심이 외부 자극의 중심과 회전자 자석의 회전 중심을 함께 연결하는 직선으로부터 벗어나지 않는 위치에 있게 되고, 이 위치로부터 코일에 전기가 공급되어 여자된 외부 자극이 회전자 자석의 자화부 상에 작용되는 힘이 회전자 자석의 회전 방향으로 전향되어 회전자 자석이 매끄럽게 작동된다.

Claims

적어도 외주면이 원주 방향으로 상이한 극으로 교대로 자화되어 원통 형상으로 형성된 자석과,

상기 자석의 축방향으로 마련된 코일과,

상기 코일에 의해 여자되고 상기 자석의 외주면에 대향하며 축방향으로 연장된 개구 및 치로 구성된 외부 자극과,

상기 코일에 의해 여자되고 상기 자석의 내주면에 대향한 내부 자극과,

상기 외부 자극 및 상기 내부 자극이 코일에 의해 여자되지 않았을 때 상기 자석의 극의 중심이 상기 외부 자극의 중심과 상기 자석의 회전 중심을 연결하는 선으로부터 벗어난 위치에 상기 자석을 유지하는 유지 수단을 포함하는 모터.
제1항에 있어서, 상기 외부 자극 및 상기 내부 자극은 함께 고정자를 형성하고, 상기 유지 수단은 상기 고정자의 상기 외부 자극에 인접하게 마련된 위치 결정 고정자를 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
제2항에 있어서, 상기 고정자의 외부 자극은 원통형 커버의 내측면에 고정되고, 상기 자석에 고정된 회전축이 상기 커버에서 빼내어지는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서, 위치 결정 고정자가 상기 자석의 외주면에 대향하고 외부 자극에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서, 상기 자석은 원주 방향으로 교대로 상이한 극으로 자화되고 인접 외주면과는 상이한 극으로 자화된 내주면을 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서, 유지 수단은 연자성 재료로 형성되고 상기 자석의 내주면 상에 마련된 원통형 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서, 상기 자석은 외주면이 원주 방향으로 상이한 극으로 교대로 자화되어 있는 자화층과, 상기 자화층에 대하여 위상차를 갖고 적어도 외주면이 원주 방향으로 상이한 극으로 교대로 자화되어 있는 갖는 다른 자화층을 가지며,

상기 유지 수단은 상기 외부 자극으로부터 외부로 연장되고 상기 자석의 상기 다른 자화층의 외주면에 대향하는 외부 연장부를 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
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적어도 외주면이 원주 방향으로 상이한 극으로 교대로 자화되어 있는 제1 자화층 및 적어도 외주면이 원주 방향으로 상이한 극으로 교대로 자화되어 있으며 제1 자화층과 위상이 다른 제2 자화층을 갖는 원통 형상으로 형성된 자석과,

자석의 축방향으로 마련된 코일과,

상기 코일에 의해 여자되고 상기 자석의 제1 자화층 및 제2 자화층의 외주면에 대향하며 축방향으로 연장된 개구 및 치로 구성된 외부 자극과,

상기 코일에 의해 여자되고 상기 자석의 제1 자화층의 내주면에 대향한 내부 자극을 포함하고,

상기 제1 자화층과 상기 제2 자화층은 위상차를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 모터.
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