KR100428985B1 - 2상모터,특히시계용모터또는표시판의시침구동용모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 코일에 의해 자화된 고정자(1)와 자기를 띤 회전자(2)로 구성된 2상 모터에 관한 것이다. 회전자(2)의 경우 N쌍, 즉 3 또는 5쌍의 자극이 교대로 방사상 배열을 하고 있다. 반면, 고정자(1)는 각 중앙 레그(leg)(5,6) 둘레에 코일(20,21)이 감겨 있는 2개 이상의 W형 회로(3,4)로 이루어진다. W형 회로(3,4)의 중앙 레그 가운데 하나는 자기 천이와, 다른 중앙 레그는 어느 한 자극과 마주 보도록 배치한다. 한편, W형 회로 레그의 자극 개구 외측부는 π/4 만큼의 각도로 이격된다. 또한, 서로 다른 위상에 속한 2개의 W형 회로(3,4)의 중앙 레그 자극 개구 외측부도 π/2±kㆍπ/N 정도의 각도 만큼 이격되되, 자극 쌍의 개수 N값은 3 또는 5이고 k값은 0, 1 또는 2이다.

Description

2상 모터, 특히 시계용 모터 또는 표시판의 시침 구동용 모터
본 발명은 2상 전기모터, 특히 시계용 모터 또는 표시판 시침 구동용 모터에 관한 것이다.
본 발명 출원인의 유럽특허등록 EP 587685호에 상기 모터에 대한 내용이 언급되어 있다. 본 발명의 목적은 제작이 용이하고 저감기(reducers)와 같은 여러 부수 장치를 하나로 통합할 수 있다는 장점은 살리면서 우력(偶力)을 증대시키고 자속 차단편을 제거함으로써 상기 모터의 성능을 향상시키는데 있다.
따라서, 본 발명은 전기 코일에 의해 자화된 고정자와 N쌍, 즉 3 또는 5쌍의 자극이 교대로 방사상 배열을 하고 있는 자기 회전자로 구성된 2상 모터를 대상으로 한다. 고정자는 중앙 레그 둘레에 코일이 감겨 있는 2개 이상의 W형 회로로 이루어진다. W형 회로의 중앙 레그 가운데 하나는 자기 천이(magnetic transition)와, 다른 중앙 레그는 어느 한 자극(磁極)과 마주 보도록 배치한다. 한편, W형 회로 레그의 자극 개구(開口) 외측부는 π/4 만큼의 각도로 이격되어 있다. 서로 다른 위상에 속한 2개의 W형 회로(3,4) 중앙 레그의 자극 개구 외측부도 π/2±kㆍπ/N 정도의 각도 만큼 이격되어 있는데, 이때 자극 쌍의 개수 N값은 3 또는 5이고 k값은 0, 1 또는 2이다.
상기 모터는 실제 톱니 수의 증가(4개에서 6개)와 공기 중에서의 자계(磁界) 진로 단축 등으로 해서 본 발명의 목적에 부합하는 것이다. 고정자의 W형 회로는코일에 반응하는 중심 자극과 인접한 두 자극간의 자계 진로를 봉쇄할 수 있는 형태로 만든다.
특히, 2개의 W형 회로는 레그 하나를 공유한다. 따라서, 단일편(單一片)으로 고정자를 제작함으로써 지지판에 수개의 편(片)을 고정하여 만든 경우에 생길 수 있는 각 위치(angular position) 문제가 완전 해결될 수 있다.
우선 실시 방법에 의한 본 발명은 조립비용이 적게 들고 두께가 매우 얇은 초박형 모터에 관한 것이다.
제 1 실시예에 있어서, 2개의 W형 회로의 바깥 레그 각각은 원호(圓弧) 형상의 트리거에 의해 연결되는데, 특히 이 트리거에는 π/4 각도만큼 벌어진 고정자 톱니가 달려 있다. 이러한 실시예로써 단 2개의 코일을 지지하는 단일편 고정자와 회전자만을 가지고도 모터를 제작할 수 있다.
또한, 제작방법에 따라 모터에 불규칙한 변위현상이 발생하기도 하는데, 이는 회전자의 자극이 고정자 톱니와 마주보거나 두 자극 사이의 자기 천이가 고정자 톱니와 마주볼 때 회전자의 자극이 우선적으로 평형상태가 되기 때문이다. 그리하여, 우력이 자극과 고정자 극 개수에 따라 각 위치의 주파수가 변하는 각 위치에 대한 주기 함수(periodic function)의 요소로 작용하는 것이다. 문지르기(stroke) 방법의 경우 자극의 수가 증가할 때 주기 함수를 구할 수 있었다. 그러나, 이는 결국 장치 자체가 매우 복잡할 뿐 아니라 제작이나 조립 비용이 많이 든다는 문제점이 있다.
본 발명의 두 번째 목적은 바로 적당한 수의 자극 및 고정자 극을 사용하여우력을 크게 제한하는 조립법을 제시함으로써 이러한 불편을 해결하는데 있다.
본 발명은 서로 인접한 레그들을 공유하면서 이 레그들이 8개의 극을 갖는 고정자를 구성하고 있는 4개의 W형 회로의 실시 방법에 관한 것이다. 서로 반대쪽에 위치한 W형 회로의 중앙 레그에는 각각 동일 위상의 코일을 감는다.
이러한 구조상의 특징 때문에, (우력, 각 위치) 함수에서 2, 4 고조파(harmonics)를 0으로 함으로써 우력이 상당량 저감될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 모터는 자극 또는 고정자 극의 개수가 감소하더라도 규칙적인 변위현상을 보인다.
특히, 고정자 제작시 2개의 W형 회로가 서로 정반대 쪽에 놓이고 그 자극 단부는 각도로 이격되어 등거리 상에 위치하도록 절단하되 단일편으로 만든다. 코일을 먼저 레그판으로 인입한 후, 병진운동에 의해 해당 레그 둘레에 감기도록 고정자의 중심부에 적당한 크기의 구멍을 내고 그 안쪽으로 레그가 놓이게 한다.
코일은 복잡한 고정자에 감는 것보다 더 경제적인 방법을 이용하여 별도 제작후 해당 레그에 감도록 한다.
한편, 고정자는 간단한 방법으로 제작할 수 있으나 비용이 많이 드는 편이다. 단일편으로 제작하는 경우 조립의 정밀성이나 고장에 대한 우려 등을 하지 않아도 된다.
코일을 감는 레그는 방사상으로 배열한다. 특수한 실시예에 따라 박판을 적층한 것으로 고정자를 만든다. 이러한 실시 방법을 응용하면, 고정자 절단비용이 거의 들지 않을 뿐만 아니라, 고정자의 자기 성능도 향상시킬 수 있다.
한편, 극 개구 전단부는 코일 안쪽 전면판에 위치시키는 것이 좋다.
또 다른 특수한 실시예에 있어서, 회전자는 고정자 판의 수직방향으로 자화된 자석으로 구성하되 2개의 톱니바퀴형 원반 사이에 장착한다.
또 다른 특수 실시예에 있어서, 2상 모터에는 보조 자속 차단편, 특히 회전자와 동일 축 상에 있는 자성이 약한 소재의 자속 차단편을 장착한다.
제 1형태의 실시예에 있어서, 자속 차단편은 고리형 원통 편으로 한다. 이 고리는 회전자에 사용하거나 자석과 연결하여 장착 가능하다.
제 2 형태의 실시예에 있어서, 자속 차단편은 고정자 톱니와 마주보는 톱니의 세로 홈이 나있는 고리형 원통 편으로 한다.
본 발명에 대한 보다 신속한 이해를 위해, 다음의 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다:
- 도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 의한 모터의 제 1 변형예의 평면도와 횡단면도이다.
- 도 3은 본 발명에 의한 모터의 제 2 변형예의 평면도이다.
- 도 4는 본 발명에 의한 모터의 제 3 변형예의 평면도이다.
- 도 5는 본 발명에 의한 모터의 제 4 변형예의 평면도이다.
- 도 6은 본 발명에 의한 모터의 회전자의 횡단면도이다.
- 도 7은 상기 회전자의 평면도이다.
- 도 8은 또 다른 회전자 변형예의 횡단면도이다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 의한 모터의 평면도와 횡단면도이다. 이때,모터는 고정자(1)와 회전자(2)로 구성된다.
고정자(1)의 경우, 2 밀리미터 두께의 박판 한 장을 절단, 사용하거나 자성(磁性)이 약한 소재의 박판을 여러 장 적층하여 만든다. 고정자는 각각 중앙 레그(5,6) 1개와 양 측면 레그(7,8 및 9,10) 2개가 달린 2개의 W형 회로로 구성된다. 각 중앙 레그(5,6)의 끝에는 자극 개구 외측부(11,12)가 있다. 측면 레그에도 역시 자극 개구(14 내지 16)가 있으며, 각기 제 1 W형 회로(3)와 제 2 W형 회로(4)에 속한 두 레그(8,9)는 전술한 실시예에 따라 자극 개구를 공유하게 된다.
또한, 고정자(1)를 지지판에 고정시키기 위한 체결용 나사나 리벳(rivet) 구멍(17,18,19)을 구비하고 있다.
중앙 레그(5,6) 각각은 코일(20,21)로 감는다. 두 중앙 레그(5,6)는 방사상으로 배치한다.
반면, 회전자(2)는 5쌍의 자극을 갖는다. 그 바깥 면(26)은 S극과 N극이 교대로 나타나면서 방사상으로 배열된 자기 원통(25)으로 이루어져 있다. 자성부(磁性部)의 경우 원통 코어(core) 위에 부착된 기와 형태의 얇은 자석들과 교감시키거나 관 모양의 섹터를 자화시켜 만들 수 있다.
또 한 가지 방법은, 두 반대 극을 외주면 상의 인접 요소들로 형성하고 원통 내부를 관통하는 원호대(圓弧帶)에 의해 서로 연결되도록 원통 표면을 자화시키는 것이다.
회전자(2)는 도 2에 표시된 축(26,27)으로 지지한다.
각각 반대 위상에서 코일(20,21)을 지지하고 있는 중간 레그(5,6)의 경우 극개구 하나(12)가 어느 한 자극(30)과 마주볼 때 다른 극 개구(11)는 자기 천이(31)와 마주 놓이도록 위치를 정한다.
또한, 회전자(2) 둘레를 톱니 달린 고리(32)가 싸고 있어 기어장치(33 내지 35)의 구동에 적합하다. 이때, 기어는 회전력을 돌출형 축간(36)에 전달하는 역할을 한다.
한편, 전술한 실시예에 있어서, 고정자(1)는 기어(32 내지 35) 축을 고정해주는 2개의 몸체(37,38)로 구성된 케이스 안에 장치한다.
도 3은 두 회로의 바깥쪽 레그(7,10) 단부의 자극 개구(14,16)가 자극 톱니(41 내지 43)가 달린 트리거(40)에 의해 연결되도록 함으로써 전술한 도면과는 다른 실시예를 나타낸 그림이다. W형 회로(3,4)와 트리거(40)로 구성된 본 장치는 자성이 약한 소재의 박판 한 장을 절단하여 사용하거나 여러 장 적층한 것으로 만든다.
고정자(1)의 중심부(45)는 속을 파서 구멍을 낸다. 도 3에 해당하는 고정자 판과 수직으로 1차 변위한 후 코일(20,21)이 인입되면 방사상 병진운동에 의해 2차 변위가 진행되면서 코일이 중앙 레그(5,6) 둘레를 부드럽게 감는다. 물론, 이러한 과정은 회전자(2)의 작동 이전에 완료되어야 한다. 코어(46,47) 상에도 코일을 감을 수 있는데, 이때 코어부는 레그(5,6)를 보충하는 역할을 하며 레그(5,6)의 자극 개구(11,12) 단부를 평평하게 하는 면판(48,49)이 달려 있다.
도 4는 전술한 실시예들과는 다른 제 3 변형예에 따른 모터의 평면도로서, 두 개의 W형 회로(3,4)가 완전 분리되어 있다. 하나의 W형 회로(3)의 중앙 레그(5)의 자극 개구 외측부(11)가 자기 천이(31)와 마주볼 때 다른 W형 회로(4)의 중앙 레그(6)의 자극 개구 외측부(12)는 어느 한 자극(50) 앞에 오도록 그 위치를 정한다.
도 5는 전술한 실시예들과는 다른 제 4 변형예에 따른 모터의 평면도로서, 4개의 W형 회로(51,52,53,54)가 장착되어 있다. 서로 반대쪽에 위치한 두 회로는 동일 위상에 속한다. 한편, 중앙 레그(55,56,57,58)는 각각 코일(59,60,61,62)을 지지하고 있다. 그리고, 서로 연접한 두 측면 레그[(63,64), (66,67), (69,70), (72,73)]는 각기 자극 개구(65,68,71,74)를 공유한다. 연속하는 자극 개구(65,68,71,74,75 내지 78)는 π/4 만큼의 각도만큼 이격된다.
4개의 W형 회로(51 내지 54)로 구성된 고정자의 경우 박판 한 장으로 만들거나 여러 장을 적층하여 만들고, 중앙 레그(55 내지 58)에 코일(59 내지 62)을 감을 수 있을만한 크기와 형태의 구멍(80)을 고정자 중심부에 만들도록 한다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 의한 모터 회전자의 횡단면도와 평면도이다. 회전자(2)는 톱니(81,82)가 달린 톱니바퀴형 원반으로 이루어져 있으며, 톱니 사이에는 고정자 중간 판과 수직으로 자화된 자석(83)이 장착된다. 하나의 톱니바퀴형 원반(81)에 달린 톱니(89 내지 93)를 다른 톱니바퀴형 원반(82)의 연접한 톱니 사이 홈(94 내지 98)에 맞물리게 한다. 톱니바퀴형 원반(81,82) 각각에는 총 5개의 톱니가 있으며, 그 사이 사이에 5개의 홈이 나 있다.
도 8은 또 다른 회전자의 변형예에 대한 횡단면도이다. 회전자는 자성이 약한 소재의 고리(99)를 두르고 있으며 고리(99) 표면에는 S극과 N극이 교대로 나타나는 10개의 자기대(磁氣帶)(100 내지 109)가 형성되어 있다.
본 발명은 다양한 실시예로서 설명된다. 해당 분야에 대한 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명에 따른 다양한 형태의 고정자나 회전자를 제작할 수 있다.

Claims (13)

  1. 전기 코일에 의해 자화된 고정자(1)와 자기를 띤 회전자(2)로 구성된 2상 모터에 있어서, 회전자(2)의 경우 N쌍, 즉 3 또는 5쌍의 자극이 교대로 방사상 배열을 하고, 고정자(1)는 중앙 레그(5,6) 둘레에 코일(20,21)이 감겨 있는 2개 이상의 W형 회로(3,4)로 이루어지며, 그 W형 회로(3,4)의 중앙 레그 가운데 하나는 자기 천이와, 다른 중앙 레그는 어느 한 자극과 마주 보도록 배치하되, W형 회로 레그의 자극 개구 외측부는 π/4 만큼의 각도로 이격되고, 서로 다른 위상에 속한 2개의 W형 회로(3,4)의 중앙 레그의 자극 개구 외측부도 π/2±kㆍπ/N 정도의 각도 만큼 이격되되, 자극 쌍의 개수 N값은 3 또는 5이고 k값은 0, 1 또는 2인 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    연접한 2개의 W형 회로(3, 4, 51 내지 54)가 자극 개구(15, 65, 68, 71, 74)를 공유하는 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2개의 W형 회로(3, 4)의 외측 레그는 각각 원호 형상의 트리거(40)로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    트리거에 π/4 각도로 이격된 고정자 톱니(41 내지 43)가 달려 있는 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    고정자 제작시 2개의 W형 회로(3,4)는 서로 반대쪽에 놓이고 그 자극 개구는 π/4 만큼 각을 이루어 등거리 상에 위치하도록 절단하되 단일편을 사용하는 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  6. 제 1항, 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    코일을 레그 판으로 인입한 후 병진운동에 의해 해당 레그를 감을 수 있도록 고정자(1)의 중심부에 적당한 크기의 구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  7. 제 1항, 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    코일이 감긴 레그를 방사상으로 배열한 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  8. 제 1항, 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    고정자 제작시 박판을 적층하여 사용하는 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  9. 제 1항, 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    자극 개구의 전단부가 코일의 안쪽 정면 판에 위치하는 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  10. 제 1항, 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    고정자(1) 판의 수직방향으로 자화된 자석으로 이루어진 회전자(2)를 2개의 톱니바퀴형 원반 사이에 장착한 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  11. 제 1항, 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    회전자(2) 둘레에 자기 고리(99)가 형성된 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  12. 제 1항, 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    회전자에 보조 자속 차단편을 장착한 것을 특징으로 하는 2상 모터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    자속 차단편으로서 고정자 톱니와 마주보는 톱니의 세로 홈이 나 있는 고리형 원통편을 회전자에 장착한 것을 특징으로 하는 2상 모터.
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