KR100479166B1 - 4극 영구자석 이용한 갈바노 미터의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 갈바노 미터에 관한 것으로, 4극 영구자석을 이방성 페라이트 성형으로 구성하고 철심에 구동코일을 형성하는 것으로 4극의 철심 고정자 각각에 구동코일을 구성하여 구동 코일을 구동함으로써 발생하는 구동전류에 대한 구동 토크의 직선성 특성이 좋은 장점이 있다. 철심 고정자의 구성방법은 하나의 철심으로 구성하여 갈바노 미터의 케이스에 에폭시로 몰딩 고정한 후에 4극의 영구자석의 직경에 필요로 하는 공극 폭을 더하여 원형으로 가공하므로 쉽게 구현할 수 있다. 회전자를 영구자석으로 구성한 후 철심 고정자를 구성하면 영구 자석과 철심 고정자간의 인력으로 복원력을 구성할 수 있으나, 철심 고정자와 영구자석 사이의 구조적인 복원력만으로는 직선성이 좋지 않아 직석성을 높이기 위하여 구동회로가 복잡하게 된다. 본 발명에서는 4극 영구 자석과 4극 철심 고정자에 의한 인력뿐만 아니라, 4극 영구 자석내부에 복원력이 매우 강한 강선 철선을 구성하여 갈바노 미터를 구성하면, 갈바노 미터를 구동시에 구동전류에 따른 구동 토크의 직선성이 증가되고 구동 주파수 특성이 증가되는 것을 특징으로 한다.

더욱 상세하게는 4극 영구자석으로 원통형 회전자로 구성하고, 4극 철심에 구동코일을 감은 고정자에 구동전류를 변화 시켜줌으로써 회전력을 형성하는 것과 회전자의 내부에 강선 철선을 구성하여 복원력이 큰 것을 특징으로 하는 갈바노 미터를 제공한다.

Description

4극 영구자석 이용한 갈바노 미터의 제작 방법{A fabrication method of Galvanic meter using 4 pole magnets}

본 발명은 스캐너 등에 널리 사용되는 갈바노 미터에 대한 것으로 갈바노 미터는 구동전류에 따른 축의 회전력을 이용하는 것이다.

일반적인 갈바노 미터의 구조는 도 1에 예시한 것과 같이 2극의 영구자석(1)으로 회전자를 구성하고, 철심으로 고정자(3)를 구성하여 영구자석과 철심 고정자 사이에 자연적인 자력(4)으로 인한 회전 토크가 발생되며 회전의 영점은 복원력과 영점 조정이 가능한 유사의 구조로 구성되어서 그 목적을 달성하고 있다. 종래는 2극 자석의 자연적인 토크에 대하여 고정자인 철심에 구성된 구동코일(2)에 전류를 흘리면 철심과 영구자석 사이의 자력에 의하여 유사 구조의 복원력을 극복하고 회전하며, 전류방향에 따라 방향을 바꿀 수 있는 갈바노 미터에 대한 것이다.

일반적으로 검류계에 사용하는 갈바노 미터의 경우는 구동하고자 하는 전류의 양이 적어 회전자의 구조로 인한 마찰력 때문에 구동 토크가 도 2와 같이 구동전류에 따라 일정하지 않을 뿐만 아니라 응답 속도는 최대 초 단위로 매우 늦은 응답 속도 특성을 가지고 있다.

도 2에서와 같이 일반적인 갈바노 미터의 토크 특성을 보면 구동전류에 따른 구동 토크의 직선성이 매우 나쁜 것을 알 수 있다.

일반적인 갈바노 미터의 경우는 구동 전류가 매우 낮을 뿐만 아니라, 갈바노 미터가 철심과 영구자석과의 자연적인 복원력과 스프링 형태로 구성된 유사로 구성되어 회전자의 마찰력 등에 의하여 직선성이 매우 나쁘다.

본 발명에서는 도 3에서와 같이 갈바노 미터(6)의 회전축(8)에 반사경(9)을 구성하여 인입되는 빛(100)의 방향 각도를 편향시켜 편향되는 빛(101)을 출력하는 장치 등에 사용하는 스캐너에 사용할 경우 반사경을 구성하는 축은 토크가 크게 필요로 할 뿐만 아니라, 갈바노 미터의 구동 단자(7)의 구동 전류에 따른 편향각도의 높은 직선성이 필요로 하며, 동작시키는 회전 주파수도 최대 수백 Hz까지 요구되는 특징이 있다.

본 발명에서는 구동전류에 따른 회전각의 직선성과 수백 Hz의 회전 주파수 특성을 달성하기 위한 갈바노 미터의 구조로 회전 가능한 4극의 영구자석으로 회전자(10)로 구성하고 구동 코일(12)을 감은 4극의 철심 고정자(11)를 구성하는 갈바노 미터를 제공한다.

특히 본 발명에서는 철심 고정자(11)와 영구 자석 회전자(10)간의 복원력에 더불어 4극 영구자석의 회전축(8) 내에 강선의 철선(피아노선)을 구성하여 강선 철선의 비틀림력을 이용한 강한 복원력을 구성하는 것을 그 특징으로 한다.

상기의 철심 고정자(11)와 영구자석 회전자(10)간의 복원력은 강선 철선을 고정하지 않을 경우 회전자는 영구 자석으로 도 10과 같이 4극 영구자석의 중심이 철심 고정자 각각의 중앙으로 회전하는 평형상태가 된다. 이는 철심 고정자(11) 서로 사이의 공극(300)에는 자력이 미치지 못하고 영구 자석 회전자(10) 자력이 철심 고정자(11)를 당기는 인력에 기인한다. 도 10과 같은 영구자석의 회전자(10)의 각도를 도 4와 같이 45도 반시계 방향으로 회전시켜 강선 철선을 고정하면 도 10과 같은 형태의 평형상태로 되는 복원력이 발생한다.

본 발명에서는 강선의 철선에 의한 비틀림 복원력은 강선 철선으로 구성되는 고정자의 구동코일에 구동 전류를 흘려 구동함으로써 회전축에 형성되는 베어링의 마찰력에 의한 직선성을 보완하는 구조를 그 특징으로 한다.

본 발명에서 사용하는 강선 철선으로 인한 강한 복원력은 갈바노 미터의 동작특성을 수백 Hz까지 높일 수 있는 것을 목적으로 한다.

4극의 철심 고정자를 사용하는 경우 철심 고정자의 위치를 정확히 하는 것이 중요한 특성중의 하나이다. 본 발명에서는 구성하고자 하는 철심 고정자의 위치를 정확히 하는 철심고정자의 구성 방법이 필요로 한다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4에서 보면 도면의 중앙부에 위치한 이방성 페라이트로 구성된 4극의 영구자석 회전자(10)는 회전자 내부의 회전축(8)에 고정되어 회전 가능하게 구성되어 있다.

4극의 영구자석 회전자(10)를 상세하게 설명하면 도 6에서와 같은 회전자(10)는 4등분하여 페라이트의 외각에 각각 N(10-2, 10-4),S(10-1, 10-3)로 교번 되게 자화된 이방성 페라이트 영구 자석 회전자(10)의 구조로 되어 있으며 내부에 회전축(8)을 끼워서 사용할 수 있는 회전자 구멍(14)이 있는 구조이다. 회전축(8)은 도 7에서와 같이 환봉으로 구성되며 내부에 강선 철선(30)이 있으며 후면 고정축(8-1)과 강선철선으로 연결된다. 회전축(8)과 후면 고정축(8-1)의 양 끝점에서 강선철선(30)과 각각 용접(31) 하여 사용한다. 회전축(8)은 영구자석 회전자(10)에 움직이지 않게 끼워서 사용한다.

본 발명의 갈바노 미터는 도 4에서와 같이 4개의 구동코일(12)이 감겨지는 철심 고정자(11)로 구성되어 있으며, 구동코일(12)에 도 4에서의 철심 고정자(11)에 표시된 자화 극성과 같이 구동 코일을 구동하면 시계방향으로 4극의 자석으로 구성된 회전자(10)와 회전축(8)을 회전하게 된다.

회전하는 양은 구동코일(12)에 흘려주는 전류량과 구동코일의 턴수와 철심의 면적에 의한 자력에 의하여 결정되며 철심 고정자(11)는 갈바노 미터의 케이스 본체(20-1)에 고정 설치된다.

도 5에서는 본 발명에서의 갈바노 미터의 측면도를 나타내고 있으며, 갈바노 미터의 외부 케이스는 케이스 본체(20-1)와 후부 케이스(20-2)로 구성되며, 케이스 본체(20-1)와 후부 케이스(20-2)는 접합점(20-4)에서 결합되며 고정나사(26)로 고정된다.

도 4와 같이 갈바노 미터의 케이스 본체(20-1)에 도 4의 구동코일(12)이 감긴 철심 고정자(11)를 구성하는 방법은 도 8과 같은 철심구조의 철심 고정자(11)에 구동코일(12)를 감고, 갈바노 미터의 케이스 본체(20-1)에 고정하고, 도 4의 철심 고정자(11)의 자화극과 같은 형태로 교번되게 구동코일을 도면 3의 구동단자(7)와 같이 단자 처리한다. 케이스 본체에 고정된 철심 고정자를 포함하는 갈바노 미터의 케이스 본체(20-1)의 내부에 비자성체인 에폭시로 몰딩한 후, 회전축과 공극 폭(32)을 감안한 도 8의 "L" (110) 반지름으로 중심 축을 가공하면 4개의 철심 고정자(11)는 정확한 위치에 각각 구성되며 옆의 고정자와 떨어지게 되는 구조의 구성 방법이 된다.

환봉으로 구성된 회전자(8)는 도 5에서와 같이 케이스 본체(20-1)와 후부 케이스(20-2)에 구성되는 베어링(25)을 통하여 원활히 움직일 수 있는 구조로 구성된다.

도 5의 후면 고정축 고정쇠(20-3)는 갈바노 미터의 후부 케이스(20-2)에 구성하며, 후부 케이스(20-2)와 고정쇠 고정나사(28)에 의하여 고정되게 된다. 또한 후면 고정축(8-1)은 후면 고정축 고정쇠(20-3)에 체결되고 후면 고정축 고정나사(29)를 통하여 후면 고정축 고정쇠(20-3)에 고정되어 본 발명의 갈바노 미터의 구성이 완료된다.

본 발명에서는 도 5 와 도 7의 강선 철선(30)의 비틀림 복원력을 이용하여 갈바노 미터의 구동전류에 따른 회전각의 높은 직선성과 주파수의 특성을 높일 수 있는 강선 철선은 다음과 같다. 일반적으로 강선 철선(30)은 피아노선이라 부르기도 하며 지름이 0.2mm, 0.3mm, .....수 mm 단위로 사용할 수 있다. 강선 철선의 지름이 커질 수록 비틀림 복원력은 기하급수적으로 늘어나므로 적은 구동전류로 구동 회적각(27)을 높일 경우에는 0.2mm 지름의 강선철선을 사용한다. 회전 주파수 특성이 높아지는 사용되는 갈바노 미터에는 0.2mm 지름의 강선 철선(30)을 사용하는 대신에는 0.4～0.6mm의 지름을 갖는 강선 철선(30)을 사용하며, 강선 철선(30)의 지름이 크질수록 동일 구동전류에 대하여 회전각이 줄어드는 특징이 있다.

본 발명의 갈바노 미터의 구동코일의 자체적인 전기저항으로 인하여 구동시 열이 발생하므로, 구동코일에서 발생되는 열과 구동요구 회전각을 고려하여 강선 철선(30)의 지름을 선택적으로 설정하여 회전각, 주파수특성을 고려한 설계 및 제작이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명에서는 이방성 페라이트를 성형하고, 페라이트의 외부 면에 4개의 자성을 갖게 자화시켜 영구 자석을 형성함으로써 쉽게 갈바노 미터의 회전자를 구성하고 구동코일이 감긴 철심 고정자를 구성함으로써 구동전류에 따른 회전력의 변화를 주며 회전축 내부에 강선철선을 구성하여 비틀림 복원력으로 구동전류에 따른 회전량의 직선성과 높은 회전 주파수 특성을 가질 수 있는 특징이 있다.

또한 도 8에서와 같이 하나의 철심 금형으로 철심 고정자(11)을 구성하여 구동코일을 감은 후에 갈바노 미터의 케이스에 에폭시로 몰딩하고, 중심축을 회전자와 철심 공극 폭(도 5의 32)을 감안한 원형가공을 함으로써, 쉽게 철심 고정자의 위치가 정확한 구성을 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 높은 토크 및 수백 Hz의 주파수 특성을 갖는 갈바노 미터의 제작방법에 관한 것으로, 도 9에서와 같이 구동코일의 구동전류에 따른 편향특성(500) 직선성이 매우 양호함을 알 수 있다.

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도 1은 일반적인 갈바노 미터의 단면도

도 2는 일반적인 갈바노 미터의 구동 토크 특성

도 3은 검류계와 용도가 다른 높은 속도 및 높은 구동 토크 특성이 요구되는 갈바노 미터의 활용예

도 4는 본 발명에서의 갈바노 미터의 단면도

도 5는 본 발명에서의 갈바노 미터의 측면도

도 6는 본 발명에서의 이방성 페라이트 구조의 4극 자석의 단면도

도 7은 본 발명에서의 강선 철선이 내부에 구성되는 회전자 축 구조도

도 8은 본 발명에서의 가공전의 철심 고정자의 구조

도 9는 본 발명에서의 구동 코일전류에 따른 구동 편향 직선성 특성도 10은 강선 철선을 임의로 고정하지 않은 경우에 철심 고정자에 대한 4극 영구 자석 회전자의 평형상태

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 이방성 페라이트로 구성된 4극 영구자석 회전자

11 : 철심 고정자

8 : 강선 철선을 내부에 갖는 회전자 회전축

500 : 본 발명에서의 구동전류에 따른 회전각 특성

Claims (2)

1. 영구자석으로 구성된 회전자와, 고정된 철심에 구성된 구동 코일에 구동전류를 공급하여 발생하는 자력으로 회전자를 구동하는 갈바노 미터의 구성에 있어서,

   상기 영구자석은 원형형태에 4극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구성단계;

   상기 영구자석으로 구성된 회전자의 회전축은 베어링으로 원활히 구동 가능하게 고정하고, 회전축과 후부 고정축 내부에 강선 철선을 넣어 그 한 끝을 회전축에 고정하고 다른 한 끝은 후부 고정축에 고정시키고 후부 고정축은 갈바노 미터의 케이스에 고정하는 구조의 단계;

   상기 구동코일이 구성된 철심으로 구성되는 유도 철심 고정자는 4개의 고정자로 구성되며 갈바노 미터의 케이스에 고정하는 단계;

   상기의 단계로 구성하는 갈바노 미터를 특징으로 하는 갈바노 미터의 제작 방법.
2. 청구항 1에 있어서 구동코일을 감은 철심 고정자의 구성방법에 있어서,

   여러 개의 자속 극성의 철심판의 구성을 하나의 금형으로 제작하고 구동코일을 감은 후에 갈바노 미터의 케이스에 구성하고 비 자성이며 경화되는 물질로 몰딩하는 단계;

   상기 몰딩 단계 후에 철심 고정자의 중심을 영구자석 회전자의 지름과 영구자석 회전자와 철심 고정자 간의 공극을 더한 값으로 가공하여 철심 고정자를 가공하는 방법.