KR100453660B1 - 스텝 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스텝모터의 외경이 작으면서도 고출력의 토오크를 발생시킬 수 있는 소형화된 스텝모터의 구조에 관한 것으로서, 자계를 발생시키는 폴피스의 돌기가 마그네틱 로터의 외주면에 위치하도록 하여 고출력의 토오크가 발생되고, 외형을 소형화시킬 경우에도 출력값의 저하가 발생하지 않으며, 내구성이 향상되고, 조립이 용이하여 생산성이 향상되는 스텝모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스텝모터는 모터 케이스 내에 회전가능하게 설치된 샤프트에 마그네틱 로터가 고정되고 내부에 코일이 권취되어있는 보빈이 구비된 폴피스를 포함하는 스텝모터에 있어서, 상기 폴피스는 제1폴피스부재와 제2폴피스부재를 포함하고, 상기 제1폴피스부재에는 상기 마그네틱 로터의 외주면에 인접하게 위치되는 복수의 제1폴피스 돌기가 형성되고, 상기 제2폴피스부재에는 상기 제1폴피스 돌기 사이에 위치되는 제2폴피스 돌기가 형성된다.

Description

스텝 모터 {STEP MOTOR}

본 발명은 스텝모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스텝모터의 외경이작으면서도 고출력의 토오크를 발생시킬 수 있는 스텝모터의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 스텝모터는 인가되는 전원에 대해 일정한 각도로 회전하는 모터로서, 전자제품의 위치를 제어하는 용도로 사용된다. 이러한 스텝모터는 사무기기 제품에서부터 공장 자동화기기까지 넓은 범위에 걸쳐 사용되고 있으며, 최근에는 기술발전 추세가 소형화, 정밀화됨에 따라 휴대용 전자기기까지 매우 다양하게 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 스텝모터의 분해사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 스텝모터의 케이스가 제거된 상태의 분해사시도이다.

종래의 스텝모터(10)는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 모터 케이스(12)와, 상기 모터 케이스(12) 내에 각각 설치되어 고정자로 사용되는 2개의 폴피스(30) 및 회전자로 사용되는 마그네틱 로터(20)를 포함한다. 상기 마그네틱 로터(20)의 중심부에는 샤프트(22)가 결합되어 상기 모터 케이스(12)의 양단부에 장착된 베어링(14)에 의해 회전가능하게 결합된다.

그리고, 상기 폴피스(30)는 제1폴피스부재(32)와 제2폴피스부재(37)가 그 내부에 코일이 권선된 보빈을 수용하여 결합된 것으로서 폴피스(30)의 중심에는 제1, 2폴피스부재(32, 37)의 폴피스 돌기(33, 38)에 의해 관통공이 형성되며, 이 폴피스(30)의 중심 관통공에 상기 마그네틱 로터(20)가 폴피스 돌기(33,38)와 간격을 두고 수용되도록 위치한다.

또한, 상기 제1폴피스부재(32)와 제2폴피스부재(37)에 각각 형성된 다수개의 폴피스 돌기(33, 38)는 제1폴피스부재(32)와 제2폴피스부재(37)의 결합시에 서로일정한 간격으로 엇갈리도록 결합된다.

전술된 바와 같이 구성된 스텝모터(10)는 상기 보빈(40)에 감긴 코일(42)에 전원을 인가하면 다수개의 제1폴피스 돌기(33)와 제2폴피스 돌기(38)에 N극 또는 S극의 자계가 교번적으로 발생되고, 상기 마그네틱 로터(20)의 자계와 반응하며 자계 간에 발생되는 반발력 또는 인력에 의해 상기 마그네틱 로터(20)가 회전한다.

그런데, 상기와 같은 종래의 스텝모터(10)는 고출력의 회전을 얻기 위해 상기 마그네틱 로터(20)의 직경을 크게 하거나 상기 보빈(40)에 권취된 코일(42)의 권선수를 증가시키는 방법이 사용된다.

그러나, 종래의 스텝모터(10)는 마그네틱 로터(20)의 원주에 인접하여 폴피스 돌기(33, 38)가 위치해 있고 또 폴피스 돌기(33,38)의 원주상 외측에 반경방향으로 코일이 권취된 보빈이 위치해 있는 구조이어서 제한된 모터 외경 크기 하에서는 상기 코일(42)의 권선수와 상기 마그네틱 로터(20)의 직경 크기가 반비례적인 관계를 가지기 때문에 스텝모터를 소형화하는데 한계가 있다.

일예로, 상기 마그네틱 로터(20)의 직경을 크게 할 경우 커진 직경에 비례하여 보빈(40) 및 폴피스(30)의 내경과 외경을 크게 해야 하므로 상기 스텝모터(10) 외경 또한 따라서 커져 스텝모터(10)의 소형화가 요원해진다. 반면에, 상기 스텝모터(10)의 외경을 변화시키지 않고 상기 마그네틱 로터(20)의 직경을 크게 할 경우, 마그네틱 로터(20)의 직경이 커진 만큼 폴피스(30)의 중심 관통공의 직경이 커지므로 상대적으로 보빈의 코일 권취 면적이 줄어 코일(42)의 권선수가 감소되므로 스텝모터(10)의 출력이 증가되지 않게 되고, 또 스텝모터(10)의 외경을 변화시키지않고 상기 보빈(40)에 권취된 코일(42)의 권선수를 증가시키기 위해 상기 폴피스(30)의 중심 관통공 직경을 작게 할 경우, 상기 마그네틱 로터(20)의 직경이 작아져 출력값이 감소될 뿐만 아니라 상기 마그네틱 로터(20)의 내구성이 저하된다.

또한, 상기 마그네틱 로터(20)의 직경이 작아질 경우 상기 보빈(40) 및 폴피스(30)와 마그네틱 로터의 샤프트(22)의 조립공정이 용이하지 않게 되고, 생산성이 저하되며, 불량 발생률이 증가된다.

그리고, 종래의 스텝모터(10)는 조립공정시 정밀성이 요구되므로 이를 위한 설비투자에 많은 비용이 소요되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자계를 발생시키는 폴피스의 돌기를 마그네틱 로터의 외주면에 반경방향으로 소정의 간격을 두고 인접하게 위치시키고 폴피스를 마그네틱 로터의 측면에 인접하게 위치시킴으로써 고출력의 토오크가 발생되고, 외형을 소형화시킬 경우에도 출력값의 저하가 발생하지 않으며, 내구성이 향상되고, 조립이 용이하여 생산성이 향상되는 스텝모터를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 스텝모터의 분해사시도.

도 2는 종래 기술에 따른 스텝모터의 케이스가 제거된 상태의 분해사시도.

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 스텝모터가 도시된 사시도와 단면도.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 스텝모터의 케이스가 제거된 상태의 사시도, 정면도, 분해사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 스텝모터 112 : 모터 케이스

114 : 베어링 120 : 마그네틱 로터

122 : 샤프트 130 : 폴피스

132 : 제1폴피스부재 133 : 제1폴피스 돌기

137 : 제2폴피스부재 138 : 제2폴피스 돌기

140 : 보빈 142 : 코일

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스텝모터는 모터 케이스와, 모터 케이스 내에 회전가능하게 설치된 마그네틱 로터와, 내부에 코일이 권취된 보빈이 구비된 폴피스를 포함하는 스텝모터에 있어서, 상기 폴피스는 제1폴피스부재와제2폴피스부재를 포함하되, 상기 제1폴피스부재에는 상기 마그네틱 로터의 외주면에 반경방향으로 일정 간격을 두고 인접하게 위치되는 복수의 제1폴피스 돌기가 형성되고, 상기 제2폴피스부재에는 상기 제1폴피스 돌기 사이에 위치되는 제2폴피스 돌기가 형성되며, 상기 코일이 권취된 보빈은 마그네틱 로터의 축방향 측면의 폴피스 내부에 위치된다.

또한, 상기 제1폴피스부재와 제2폴피스부재 사이에 코일이 권취된 보빈이 위치하게 된다. 더불어, 상기 폴피스는 상기 마그네틱 로터의 좌우측 샤프트 상에 각각 위치된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 스텝모터가 도시된 사시도와 단면도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 스텝모터의 케이스가 제거된 상태의 사시도, 정면도, 분해사시도이다.

본 발명에 따른 스텝모터(110)는 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 모터 케이스(112) 내에 자성체로 이루어진 마그네틱 로터(120)가 위치되고, 상기 마그네틱 로터(120)의 중심부에는 샤프트(122)가 결합되어 상기 모터 케이스(112)의 양단부에 장착된 베어링(114)에 의해 회전가능하게 결합된다. 상기 마그네틱 로터(120)의 축방향 양편의 샤프트(122)에는 원통형으로 형성된 폴피스(130)가 삽입된다.

상기 폴피스(130)는 제1폴피스부재(132)와 제2폴피스부재(137)가 결합되어 이루어지고, 중앙부에는 상기 샤프트(122)가 삽입될 수 있도록 관통홀이 형성된다.

또한, 상기 제1폴피스부재(132)의 외주면 가장자리에는 상기 마그네틱 로터(120)를 향하여 일정간격으로 배치된 복수의 제1폴피스 돌기(133)가 일체로 돌출 형성되고, 상기 제2폴피스부재(137)의 외주면 가장자리에도 상기 제1폴피스 돌기(133)와 동일한 방향으로 복수의 제2폴피스 돌기(138)가 돌출 형성된다. 제1폴피스부재(132)와 제2폴피스부재(137)의 결합시, 상기 제2폴피스 돌기(138)는 상기 제1폴피스 돌기(133) 사이에 배치된다.

한편, 상기 제1폴피스부재(132)와 제2폴피스부재(137) 사이에는 원통형의 보빈(140)이 수용된다. 여기서, 상기 보빈(140)에는 코일(142)이 권취되어 있어 전원의 인가시 전자장을 형성하며 상기 제1폴피스부재(132)와 제2폴피스부재(137)에 서로 다른 극성을 형성한다. 또한, 상기 제1폴피스부재(132)와 제2폴피스부재(137)의 외주면 가장자리에 각각 형성된 제1, 2폴피스부재 돌기(133, 138)는 상기 제1폴피스부재(132)와 제2폴피스부재(137)의 극성과 동일한 극성으로 대전된다. 이를 위해 상기 제1폴피스 돌기(133) 및 제2폴피스 돌기(138)는 서로 이격되게 배치된다.

전술된 바와 같이 구성된 폴피스(130)는 상기 마그네틱 로터(120)의 샤프트(122)에 삽입시 상기 제1폴피스 돌기(133) 및 제2폴피스 돌기(138)가 상기 마그네틱 로터(120)의 외주면에 위치하고, 상기 마그네틱 로터(120)가 회전할 수 있도록 상기 마그네틱 로터(120)의 반경방향으로 소정 간격 이격되게 설치된다.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 스텝모터(110)의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 스텝모터(110)는 보빈(140)에 권취된 코일(142)에 전류의 방향이 정 또는 역인 전원을 인가하면 플레밍의 오른손 법칙에 의해 상기 보빈(140)의 양단부에 N극 또는 S극의 자성이 교번적으로 발생된다. 이와 같이 교번적으로 발생되는 자성은 상기 보빈(140)을 그 내부에 수용하고 있는 제1폴피스부재(132)와 제2폴피스부재(137)를 서로 다른 극성으로 대전시킨다. 이에 따라 상기 제1폴피스부재(132)와 제2폴피스부재(137)의 제1, 2폴피스 돌기(133, 138)가 각각 다른 극성으로 대전된다. 이때, 일정한 자성을 갖는 마그네틱 로터(120)와 상기 제1폴피스 돌기(133) 또는 제2폴피스 돌기(138) 사이에는 서로 끌어당기거나 미는 힘이 발생하여 상기 마그네틱 로터(120)에 회전력이 발생된다.

이와 같이 상기 보빈(140)에 공급되는 전원을 제어할 경우 상기 마그네틱 로터(120)를 정방향 또는 역방향으로 회전시킬 수 있으며, 상기 마그네틱 로터(120)의 회전 속도를 임의로 제어할 수 있다.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 스텝 모터는 제1폴피스부재와 제2폴피스부재의 가장자리에 형성된 각각의 폴피스 돌기가 자성체인 마그네틱 로터의 외주면에 반경방향으로 위치되므로 각각의 폴피스 돌기에 발생된 자력과 마그네틱 로터의 자력이 서로 직접적으로 작용되고, 상기 폴피스부재 돌기와 마그네틱 로터의 직경을 스텝모터의 외경 크기에 근접하는 크기로 형성할 수 있으므로 종래의 스텝모터에 비해 훨씬 큰 토오크의 회전력을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 종래의 스텝모터와 동일한 토오크를 갖는 스텝모터를 제작할 경우 스텝모터의 크기를 한층더 소형화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 스텝모터는 조립성이 우수하고, 토오크값을 증가시키기 위해 샤프트 직경을 감소시키지 않아도 되므로 내구성이 저하되지 않는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 스텝 모터를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형 실시가 가능한 범위까지 될 수 있음은 물론이다.

Claims (4)

1. 모터 케이스와, 모터 케이스 내에 회전가능하게 설치된 마그네틱 로터와, 내부에 코일이 권취된 보빈이 구비된 폴피스를 포함하는 스텝모터에 있어서,

   상기 폴피스는 상기 마그네틱 로터의 축방향 측면에 소정 간격을 두고 이격되어 위치하고,

   상기 폴피스의 돌기는 상기 마그네틱 로터의 원주면에 반경방향으로 소정 간격을 두고 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 스텝모터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 폴피스는 제1폴피스부재와 제2폴피스부재를 포함하되,

   상기 제1폴피스부재에는 상기 마그네틱 로터의 외주면에 반경방향으로 소정 간격을 두고 인접하게 위치되는 복수의 제1폴피스 돌기가 형성되고,

   상기 제2폴피스부재에는 상기 제1폴피스 돌기 사이에 위치되는 제2폴피스 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 스텝모터.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1폴피스부재와 제2폴피스부재 사이에는 코일이 권취된 보빈이 위치하는 것을 특징으로 하는 스텝모터.
4. 청구항 1 내지 3 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 폴피스는 상기 마그네틱 로터의 좌우측 샤프트 상에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 스텝모터.