KR100731191B1

KR100731191B1 - 구동장치

Info

Publication number: KR100731191B1
Application number: KR1020060034414A
Authority: KR
Inventors: 마사오 미즈마키
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2007-06-22
Also published as: KR20060109353A; US7843093B2; TWI344741B; DE602006001243D1; MY147616A; JP2006304405A; TW200701602A; EP1713166A1; JP4748649B2; CN1848603A; EP1713166B1; US20060232144A1

Abstract

소형이면서 축방향의 길이가 짧은, 저비용, 고출력의 구동장치. 이러한 구동장치로서의 스텝핑 모터에 있어서, 스테이터는, 평판부와, 이 평판부에서 축방향으로 연장된 제1 및 제2 외측 자극부를 갖는다. 로터는, 연자성 재료로 이루어진 회전축 및 코어로 형성되어 있고, 제1 및 제2 외측 자극부 사이에 설치되어 있다. 또한, 로터는 평판부에 축방향 일단부가 회전가능하게 지지되어 있다. 마그넷은, 로터의 외주부에 단단히 끼워 맞춰지며, 원주 방향으로 서로 다른 극이 교대로 자화되어 있다. 상판은, 제1 및 제2 외측 자극부의 각각의 선단에 단단히 고정되며, 로터의 축방향 타단부를 회전가능하게 지지한다. 제1 및 제2 외측 자극부는 보빈과 맞물리며, 보빈은 마그넷의 외주면을 덮는 커버부를 갖는다. 제1 및 제2 코일은, 축방향으로 마그넷과 평판부 사이에서, 제1 및 제2 외측 자극부에 보빈을 통해서 각각 감겨 있다.

스텝핑 모터, 스테이터, 자극부, 마그넷

Description

구동장치{DRIVING DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스텝핑 모터의 분해 사시도다.

도 2는 도 1의 스텝핑 모터를 조립한 상태에 있어서의 내부구조를 나타내는 종단면도다.

도 3은 도 1의 스텝핑 모터의 제1 통전상태를 나타내는 평면도다.

도 4는 도 1의 스텝핑 모터의 제2 통전상태를 나타내는 평면도다.

도 5는 도 1의 스텝핑 모터의 제3 통전상태를 나타내는 평면도다.

도 6은 도 1의 스텝핑 모터의 제4 통전상태를 나타내는 평면도다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스텝핑 모터의 분해 사시도다.

도 8은 도 7의 스텝핑 모터를 조립한 상태의 외관을 나타내는 사시도다.

도 9는 도 7의 스텝핑 모터를 조립한 상태에 있어서의 내부구조를 나타내는 종단면도다.

도 10은 제1 종래 예에 관련되는 스텝핑 모터의 분해 사시도다.

도 11은 도 10의 스텝핑 모터를 조립한 상태에 있어서의 내부구조를 나타내는 종단면도다.

본 발명은 스텝핑 모터에 적용되는 구동장치에 관한 것이다.

종래부터, 여러 가지 기구의 구동원으로서 사용되는 각종 스텝핑 모터가 제안되고 있다. 스텝핑 모터의 제1 종래 예로서, 회전축을 중심으로 하는 직경을 작게 하는 동시에, 출력 파워를 높이는 것이 제안되어 있다(예를 들면 일본국 특개평9-331666호 공보 참조).

도 10은, 제1 종래 예에 관련되는 스텝핑 모터의 구성을 나타내는 분해 사시도이며, 도 11은, 도 10의 스텝핑 모터를 조립한 상태에 있어서의 내부구조를 나타내는 종단면도다.

도 10 및 도 11에 있어서, 제1 종래 예에 관련되는 스텝핑 모터는, 로터(201), 제1 코일(202), 제2 코일(203), 제1 스테이터(stator;204), 제2 스테이터(205), 출력 축(206), 및 연결 링(207)을 구비하고 있다.

제1 스테이터(204) 및 제2 스테이터(205)는, 연자성 재료로 형성된다. 이 2개의 로터(204, 205)는 스텝핑 모터의 축방향으로 그들 사이에 소정의 간격을 두고 서로 대향하는 상태로 배치된다. 연결 링(207)은, 비자성 재료로 형성되고, 제1 스테이터(204)와 제2 스테이터(205) 사이에 소정의 간격을 제1 스테이터(204)와 제2 스테이터(205)를 유지한다. 출력 축(206)은, 제1 스테이터(204)의 베어링(204E) 및 제2 스테이터(205)의 베어링(205E)에 의해 회전가능하게 지지되어 있다. 로터(201) 는 출력 축(206)에 단단히 고정되고, 원주방향으로 4분할되어 서로 다른 극이 교대로 자화되어 있는 마그넷(영구 자석)으로 구성되어 있다.

제1 스테이터(204)는, 도 11에 나타낸 바와 같이 선단부가 빗살형상을 갖는 동시에, 제1 외측 자극부(204A, 204B)와 로터(201)의 외주면 사이에 소정의 간격을 두고 로터(201)의 외주면에 대향하는 제1 외측 자극부(204A, 204B)와, 제1 내측 자극부(204C, 204D)와 로터(201)의 내주면 사이에 소정의 간격을 두고 로터(201)의 내주면에 대향하는 제1 내측 자극부(204C, 204D)를 구비한다. 제2 스테이터(205)는, 제2 외측 자극부(205A, 205B)와 로터(201)의 외주면 사이에 소정의 간격을 두고 로터(201)의 외주면에 대향하는 제2 외측 자극부(205A, 205B)와, 제2 내측 자극부(205C, 205D)와 로터(201)의 내주면 사이에 소정의 간격을 두고 로터(201)의 내주면에 대향하는 제2 내측 자극부(205C, 205D)를 구비한다.

제1 내측 자극부(204C, 204D)에는, 로터(201)에 대하여 모터 축방향으로 인접해서, 제1 스테이터(204)를 자화하는 제1 코일(202)이 감겨 있다. 제2 내측 자극부(205C, 205D)에는, 로터(201)에 대하여 모터 축방향으로 인접해서, 제2 스테이터(205)를 자화하는 제2 코일(203)이 감겨 있다.

스텝핑 모터의 로터(201)를 회전시키는 경우에는 다음과 같이 행한다. 제1 코일(202)과 제2 코일(203)로의 통전 방향을 전환함으로써 제1 외측 자극부(204A, 204B), 제1 내측 자극부(204C, 204D), 제2 외측 자극부(205A, 205B), 및 제2 내측 자극부(205C, 205D)의 각 극성을 전환한다. 이것에 의해 로터(201)를 회전시킨다.

상기 구성의 스텝핑 모터에서는, 제1 및 제2 코일(202, 203)의 통전에 의하 여 발생한 자속이 외측 자극부에서 반경 방향으로 그것에 대향하는 내측 자극부로, 또는 내측 자극부에서 반경 방향으로 그것에 대향하는 외측 자극부로 흐름으로써, 외측 자극부와 각 관련된 내측 자극부 사이에 위치하는 로터(201)(마그넷)에 자속이 효율적으로 작용한다. 또한 외측 자극부와 관련된 내측 자극부 사이의 간격을 중공의 원통 형상의 로터(201)의 두께와 거의 같은 값으로 설정할 수 있으므로, 외측 자극부와 내측 자극부로 구성되는 자기회로의 저항을 작게 할 수 있다. 적은 전류로 많은 자속을 발생시켜서, 스텝핑 모터의 출력 파워를 향상시킬 수 있다.

한편, 스텝핑 모터의 제2 종래 예로서, PM형 스텝핑 모터가 제안되어 있다(예를 들면 특허 제3327406호, 일본국 실용신안공개(Kokai) 평성 제5-91191호 공보 참조). PM형 스텝핑 모터에서는, 스테이터부와, 보빈부와, 스테이터부의 일단면에 대향하는 위치에 한 개의 베어링을 보유하는 구멍을 갖는 커버부가, 합성 수지에 의해 일체로 형성되어 있다.

스테이터부는, 2쌍의 스테이터 요크의 각 쌍의 내주가 원통면으로 되도록 동 축 상에 배치된 2쌍의 스테이터 요크를 구비한다. 보빈부는, 2쌍의 스테이터 요크의 각각의 칼라(collars) 사이에 스테이터 코일을 내부에 보유하는 스페이스를 갖는다. 커버부는, 스테이터부의 일단면에 대향하는 위치에 회전축과, 상기 회전축을 지지하는 한 개의 베어링을 보유하는 베어링 끼워맞춤 구멍이 형성되어 있다. 스테이터 유닛은, 커버부로부터 회전축과 동일한 방향으로 튀어나온 복수 개의 단자 핀을 구비한다. 로터는, 스테이터 유닛의 중공의 원통부의 내측에 설치되고, 회전축과 마그넷으로 구성되어 있다. 외부 요크는, 다른 베어링이 단단히 고정된 플랜지 와, 스테이터 유닛의 외주부에 끼워 맞춰지는 케이스로 이루어진다. 상기 스텝핑 모터에서는, 스테이터 요크의 내주와 베어링의 내주 간의 동축 편차를 최소화하는 것이 가능하다.

그러나, 상기 제1 종래 예에 관련되는 스텝핑 모터는, 로터(마그넷)의 내주면과 그것에 대향하는 내측 자극부의 외주면과의 사이에 소정의 간격이 필요하다. 따라서, 상기 간격이 형성되도록 스텝핑 모터의 제조를 관리하는 것은 그것의 제조비용의 상승을 초래한다. 또한, 스테이터는, 중공의 원통형 내측 자극부와 외측 자극부를 일체화한 형상으로 구성하는 것이 필요해, 내측 자극부 및 외측 자극부를 일체로 구성하는 것은 부품제조상 어렵다.

또한, 내측 자극부 및 외측 자극부를 개별적으로 제조하고, 나중에 일체로 조립하는 경우에는, 부품 수가 많아져서, 제조비용의 상승을 초래한다. 또한, 스텝핑 모터의 축방향 치수는, 2개의 코일의 축방향 길이와, 마그넷의 축방향 길이와, 스테이터의 두께로 결정되기 때문에, 스텝핑 모터는 스텝핑 모터의 소정의 출력 파워를 확보하려면, 큰 축방향 치수를 필요로 한다. 반대로, 코일이나 마그넷 등의 축방향 길이를 짧게 하면, 스텝핑 모터의 출력 파워가 대폭 저하한다.

또한, 상기 제2 종래 예에 관련되는 스텝핑 모터는, 제조상, 스테이터부와 보빈부를 일체로 형성하기 위한 설비인 인서트(insert) 성형기가 필요하다. 그 때문에 설비투자가 상당히 증가하게 되어, 제조비용에 영향을 준다. 즉, 스테이터부와 보빈부를 일체로 형성한 구조의 스텝핑 모터는, 상기와 같은 큰 설비투자가 필요하기 때문에, 대량생산을 전제로 하는 경우에만 실용적일 수 있다.

또한, 마그넷은 코일을 포함하는 스테이터 유닛의 내부에 배치되기 때문에, 마그넷의 외경은 스텝핑 모터의 외경보다 작아야 한다. 스텝핑 모터의 외경을 작게 하면, 불가피하게 마그넷의 외경도 작아져, 스텝핑 모터의 출력 파워가 대폭 저하한다.

본 발명의 목적은, 소형이면서 축방향의 길이가 짧은, 저비용, 고출력 구동장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 국면에 의하면, 기부(base)와 상기 기부로부터 축방향으로 연장되는 제1 및 제2 외측 자극부를 갖는 스테이터와, 상기 제1 및 제2 외측 자극부 사이에 설치되며, 상기 기부에 축방향 일단부가 회전가능하게 지지되는 연자성 재료로 이루어진 로터와, 상기 로터의 외주부에 단단히 끼워 맞춰지고, 원주방향으로 서로 다른 극이 교대로 자화되어 있는 마그넷과, 상기 제1 및 제2 외측 자극부의 각각의 선단에 단단히 고정되고, 상기 로터의 축방향 타단부를 회전가능하게 지지하는 덮개 부재와, 상기 제1 및 제2 외측 자극부와 맞물리고, 상기 마그넷의 외주면을 덮는 커버부를 갖는 보빈과, 상기 마그넷과 상기 기부 사이의 축방향 위치에서, 상기 보빈을 통해서 상기 제1 외측 자극부에 감겨 있는 제1 코일과, 상기 마그넷과 상기 기부 사이의 축방향 위치에서, 상기 제2 외측 자극부에 상기 보빈을 통해서 감겨 있는 제2 코일을 구비하는 구동장치가 제공된다.

본 발명의 제1 국면에 따른 구동장의 구성에 의하면, 스테이터의 제1 및 제2 외측 자극부 사이에 배치한 로터의 외주부에 마그넷을 단단히 끼워 맞추기 때문에, 마그넷의 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 동시에, 로터가 내측자극으로서 기능하게 한다. 이것에 의해 마그넷과 내측 자극부 사이에 간격을 설치하는 것이 불필요하게 되고, 자기 저항을 저감할 수 있어, 구동장치의 출력 파워를 향상시킬 수 있다.

또한, 구동장치의 외경을 마그넷의 외경과 보빈의 커버부의 두께로 결정가능하고, 스테이터의 제1 및 제2 외측 자극부를 각각 축방향으로 연장한 빗살형상을 갖도록 형성하기 때문에, 구동장치의 외경 및 축방향 길이를 최소화할 수 있어, 소형화를 달성할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 코일이 모두 보빈에 감겨 있고, 보빈이 마그넷의 외주면을 덮는 커버로서 기능한다. 따라서, 부품 수 및 제조비용을 삭감할 수 있다.

바람직하게는, 상기 로터는, 중공의 원통 형상의 코어와, 상기 코어의 내경부에 단단히 끼워 맞춰진 회전축을 구비한다.

더 바람직하게는, 상기 로터의 구조는, 상기 회전축과 상기 코어를 일체로 형성한 구조와, 상기 회전축과 상기 코어를 개별적인 부재로서 형성한 구조를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2 국면에 의하면, 기부와 상기 기부로부터 축방향으로 연장된 제1 및 제2 외측 자극부를 갖는 스테이터와, 상기 제1 및 제2 외측 자극부 사이에 설치되고, 상기 기부에 축방향 일단부가 회전가능하게 지지되는 연자성 재료로 이루어진 로터와, 상기 로터와 일체로 회전하는 리드 스크루 축과, 상기 로터의 외주부에 단단히 끼워 맞춰지고, 원주 방향으로 서로 다른 극이 교대로 자화되어 있는 마그넷과, 상기 제1 및 제2 외측 자극부의 각각의 선단에 단단히 고정되고, 상기 리드 스크루 축의 축방향 일단부를 회전가능하게 지지하는 앵글과, 상기 제1 및 제2 외측 자극부와 맞물리고, 상기 마그넷의 외주면을 덮는 커버부를 갖는 보빈과, 상기 마그넷과 상기 기부 사이의 축방향 위치에서, 상기 보빈을 통해서 상기 제1 외측 자극부에 감겨 있는 제1 코일과, 상기 마그넷과 상기 기부 사이의 축방향 위치에서, 상기 보빈을 통해서 상기 제2 외측 자극부에 감겨 있는 제2 코일을 구비하는 구동장치가 제공된다.

본 발명의 제2 국면에 따른 구동장치의 구성에 의하면, 본 발명의 제1 국면에 의해 제공된 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

바람직하게는, 상기 로터는, 중공의 원통 형상을 구비한다.

더 바람직하게는, 상기 리드 스크루 축과 상기 코어의 구조는, 상기 리드 스크루 축과 상기 코어를 일체로 형성한 구조와, 상기 리드 스크루 축과 상기 코어를 개별적인 부재로서 형성한 구조를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.

또한, 바람직하게는, 상기 리드 스크루 축과 맞물리고, 상기 리드 스크루 축의 회전에 따라 축방향으로 이동하는 랙과, 상기 앵글에 단단히 고정되어, 상기 랙을 회전 가능하게 지지하는 지지부재를 더 구비한다.

본 발명의 상기의 목적, 특징 및 이점과 그외의 목적, 특징 및 이점은 첨부도면을 참조하여 설명한 아래의 상세한 설명으로부터 더 분명해질 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조해서 설명한다.

우선, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스텝핑 모터에 관해서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스텝핑 모터의 분해 사시도이며, 도 2는, 도 1의 스텝핑 모터를 조립한 상태에 있어서의 내부구조를 나타내는 종단면도다.

도 1 및 도 2에 있어서, 스텝핑 모터는, 스테이터(1), 제1 베어링(2), 제2 베어링(11), 제1 코일(3), 제2 코일(4), 보빈(5), 마그넷(8), 코어(9), 회전축(10), 상판(top plate; 12)을 구비하고 있다.

스테이터(1)는, 연자성 재료로 형성되어 있고, 제1 외측 자극부(1a), 제2 외측 자극부(1b), 평판부(1c), 구멍(1d), 및 돌기부(1e, 1f)를 구비하고 있다. 평판부(1c)는, 평면 시야에서 개구각 θ(도 3 참조)를 지닌 일반적으로 역 V자형을 갖는 판 모양이고, 평판부(1c)의 중앙에는, 제1 베어링(2)이 끼워 맞춰지는 구멍(1d)이 형성되어 있다. 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)는, 각각 빗살 형상을 갖고, 평판부(1c)의 양단부에서 위쪽을 향해 단순하게 구부림으로써 상기 평판부(1c)와 일체로 형성되고, 로터를 구성하는 회전축(10)과 평행하게 연장된다. 돌기부(1e)는, 제1 외측 자극부(1a)의 선단에 일체로 형성되어 있고, 돌기부(1f)는, 제2 외측 자극부(1b)의 선단에 일체로 형성되어 있다.

스테이터(1)는, 상기 제1 종래 예에 있어서의 스테이터와는 다르며, 제1 외 측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)가 평판부(1c)와 일체로 구성되어 있다. 이 때문에, 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b) 간의 상호 위치 오차가 적어, 조립된 스텝핑 모터의 성능의 편차를 최소화할 수 있다.

제1 베어링(2)은, 연자성 재료에 의해 중공의 원통 형상으로 형성되어 있다. 제1 베어링(2)은 그 중앙부에 축 구멍(2a)을 구비하고, 축방향 일방의 단부에 고정부(2b)를 구비하고 있다. 축 구멍(2a)에 회전축(10)이 끼워 맞춰지고, 스테이터(1)의 구멍(1d)에 고정부(2b)가 끼워 맞춰짐으로써, 회전축(10)이 회전할 수 있도록 제1 베어링(2)이 회전축(10)을 지지한다.

제2 베어링(11)은, 환형 모양으로 형성되어 있고, 그 중앙부에 축 구멍(11a)을 구비하고 있다. 제2 베어링(11)은, 축 구멍(11a)에 회전축(10)이 끼워 맞춰짐으로써 회전축(10)을 회전가능하게 지지한다.

보빈(5)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 제1 보빈부(5a), 제2 보빈부(5b), 커버부(5c), 및 도웰(dowels; 5d, 5e)을 구비하고 있다. 커버부(5c)는 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)가 끼워 맞춤 가능한 형상을 갖는다.. 커버부(5c)는, 스테이터(1)의 평판부(1c)의 상면에 배치되어, 마그넷(8)의 외주면을 덮는 동시에, 스텝핑 모터의 외관의 일부를 구성한다.

제1 코일(3)이 감겨 있는 제1 보빈부(5a)는, 커버부(5c)와 일체로 형성되어 있다. 또한, 제1 보빈부(5a)는, 그 내측에, 평판부(1c)에 인접한 제1 외측 자극부(1a)의 축방향의 부분이 끼워 맞춰지는 컷아웃(cutout)을 갖는다. 제2 코일(4)이 감겨 있는 제2 보빈부(5b)는, 커버부(5c)와 일체로 형성되어 있다. 또한, 제2 보 빈(5b)는, 그 내측에, 평판부(1c)에 인접한 제2 외측 자극부(1b)의 축방향의 부분이 끼워 맞춰지는 컷아웃을 갖는다.

또한, 제1 코일(3)의 코일 단자가 묶여 있는(접속되는) 2개의 단자 핀(6)(하나만 도시), 및 제2 코일(4)의 코일 단자가 묶여 있는(접속되는) 2개의 단자 핀(7)이 보빈(5)의 커버부(5c)의 길이방향 양측에서 바깥쪽으로 돌출되어 있다. 또한, 상판(12)의 위치를 결정할 때 사용하는 2개의 도웰(5d, 5e)이 보빈(5)의 커버부(5c)의 상면에서 위쪽으로 돌출되어 있다.

제1 코일(3)은, 제1 외측 자극부(1a)의 외주측에 있어서, 마그넷(8)과 스테이터(1)의 평판부(1c) 사이의 축방향 위치에 있는 제1 보빈부(5a)에 감겨 있다. 제1 코일(3)의 양단의 코일 단자가 보빈(5)으로부터 돌출한 2개의 단자 핀(6)에 묶여 있음으로써 제1 코일(3)이 전기적으로 통하게 된다. 이것에 의해, 제1 코일(3)이 통전될 때, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)가 자화된다.

제2 코일(4)은, 제2 외측 자극부(1b)의 외주측에 있어서, 마그넷(8)과 스테이터(1)의 평판부(1c) 사이의 축방향 위치에 있는 제2 보빈부(5b)에 감겨 있다. 제2 코일(4)의 양단의 코일 단자가 보빈(5)으로부터 돌출한 상기 2개의 단자 핀(7)에 묶여 있음으로써 제2 코일(4)이 전기적으로 통하게 된다. 이것에 의해, 제2 코일(4)이 통전될 때, 스테이터(1)의 제2 외측 자극부(1b)가 자화된다.

제1 코일(3) 및 제2 코일(4)은, 스테이터(1)의 평판부(1c)의 상면에 인접해서 배치되고, 제1 코일(3) 및 제2 코일(4) 사이에는, 회전축(10) 및 제1 베어링(2)이 인접해서 배치된다. 이것에 의해 2개의 코일 및 마그넷을 모터 축방향으로 각 코일과 마그넷 사이에 간격을 두고 배치한 상기 제1 종래 예에서의 구조와 비교해, 스텝핑 모터의 축방향 길이를 짧게 할 수 있다.

마그넷(8)은, 중공의 원통 형상으로 형성되어 있고, 코어(9)가 끼워 맞춤 가능한 내경부(8a)를 구비하고 있다. 마그넷(8)은, 원주방향으로 n분할되어(자화된 분할수:n)(본실시예에서는 6분할(자화된 분할수:6)), S극과 N극이 교대로 자화되어 있다(도 3 참조). 마그넷(8)의 내주면은, 그것의 외주면보다 약한 자화 분포를 갖거나, 또는 전혀 자화되어 있지 않거나, 또는 각 자화된 부분이 자화된 부분의 외주면과 반대의 극(즉, 자화된 부분의 외주면이 S극으로 자화된 경우에는 그것의 내주면이 N극으로 자화됨)을 갖도록 자화되어 있다.

코어(9)는, 연자성 재료에 의해 중공의 원통 형상으로 형성되어 있고, 회전축(10)이 끼워 맞춤 가능한 구멍(9a)을 구비하고 있다. 코어(9)는, 마그넷(8)의 내경부(8a)에 접착 등에 의해 고정된다. 마그넷(8)과 코어(9)는, 서로의 축방향 치수가 동일하게 형성되어 있고, 서로의 축방향 단면이 동일하게 되도록 단단히 고정된다.

회전축(10)은, 연자성 재료로 형성되어 있다. 회전축(10)은 제1 베어링(2)의 축 구멍(2a), 코어(9)의 구멍(9a), 및 제2 베어링(11)의 축 구멍(11a)에 삽입되어 고정되고, 제1 베어링(2) 및 제2 베어링(11)에 의해 회전가능하게 지지된다. 또한, 회전축(10)은, 제2 베어링(11)에 의해 지지되는 부분으로부터 축방향 외측으로 돌출하는 회전축(10)의 선단부에, 도면에 나타내지 않은 기어 레버 스크루(gear lever screw) 등의 전달 부재를 고정하는 것이 가능하다. 이것에 의해 상기 전달 부재를 통해서 회전축(10)으로부터의 회전 출력을 얻을 수 있다.

상기의 코어(9)와 회전축(10)에 의하여 로터가 구성된다. 상기 로터를 구성하는 코어(9)는 제1 베어링(2)과 제2 베어링(11)에 의하여 소정의 간격을 두고 그것의 위치가 규제됨으로써, 로터는, 스텝핑 모터의 축방향으로 위치가 정해진다.

또한, 본 실시예에서는, 코어(9)와 회전축(10)을 개별적인 부재로서 일체로 결합하고 있지만, 코어(9)와 회전축(10)을 일체로 형성해도 좋다. 코어(9)와 회전축(10)을 개별적으로 구성하는 경우에는, 강도가 강해서 내마모성이 뛰어난 SUS 등의 재료를 사용하여 회전축(10)을 형성하는 것이 가능하고, 자기 효율이 좋은 SUY 등의 연자성 재료를 사용하여 코어(9)를 형성하는 것이 가능하다. 한편, 코어(9)와 회전축(10)을 일체로 형성하는 경우에는, 부품 수를 줄임으로써 제조비용을 줄일 수 있는 동시에, 코어(9)와 회전축(10)과의 동축 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.

상판(12)은, 평판 형상으로 형성되어 있고, 돌기용 구멍(12a, 12b), 위치 결정용 구멍(12c, 12d), 베어링용 구멍(12e)을 구비하고 있다. 돌기용 구멍(12a, 12b)에는, 각각 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)의 선단에서 돌출하는 돌기부(1e)와, 제2 외측 자극부(1b)의 선단에서 돌출하는 돌기부(1f)가 삽입되고, 레이저 용접이나 코킹(caulking) 등에 의해 고정된다. 위치 결정용 구멍(12c, 12d)에는, 각각 보빈(5)의 도웰(5d, 5e)이 끼워 맞춰진다. 이와 같이, 상판(12)에 보빈(5)의 위치를 결정할 수 있다. 베어링용 구멍(12e)에는, 제2 베어링(11)이 삽입되어 고정된다.

본 실시예에서, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)는, 제1 및 제2 외측 자극부(1a, 1b)와 마그넷(8)의 외주면 사이에 소정의 간격을 두고 마그넷(8)의 외주면에 대향하고 있다. 제1 외측 자극부(1a)에 대향하는 코어(9)의 부분과, 회전축(10)과, 제1 베어링(2)에 의하여, 제1 내측 자극부가 형성된다. 마찬가지로, 제2 외측 자극부(1b)에 대향하는 코어(9)의 부분과, 회전축(10)과, 제1 베어링(2)에 의하여, 제2 내측 자극부가 형성된다.

이것에 의해, 제1 코일(3)을 통전함으로써 제1 외측 자극부(1a)와 제1 내측 자극부를 각각 반대의 극으로 자화시켜, 그 자극 간에 마그넷(8)을 통과하는 자속을 발생시켜서, 자속을 효과적으로 마그넷(8)에 작용시킨다. 마찬가지로, 제2 코일(4)을 통전함으로써 제2 외측 자극부(1b)와 제2 내측 자극부를 각각 반대의 극으로 자화시켜, 그 자극 간에 마그넷(8)을 통과하는 자속을 발생시켜서, 자속을 효과적으로 마그넷(8)에 작용시킨다.

또한, 본 실시예에서는, 마그넷(8)의 내측에서 내측 자극부를 구성하는 코어(9)와 마그넷(8)의 내주면 사이에, 공극을 설치할 필요가 없기 때문에, 제1 외측 자극부(1a)와 코어(9) 사이의 간격 및 제2 외측 자극부(1b)과 코어(9) 사이의 간격을 작게 할 수 있다. 따라서, 제1 코일(3), 제1 외측 자극부(1a), 및 제1 내측 자극부로 형성되는 자기회로와, 제2 코일(4), 제2 외측 자극부(1b), 및 제2 내측 자극부로 형성되는 자기회로의 자기 저항을 작게 할 수 있어, 스텝핑 모터의 출력 파워를 높일 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 제1 내측 자극부 및 제2 내측 자극부를, 코어(9), 회전축(10), 및 제1 베어링(2)으로 구성하기 때문에, 로터가 내측 자극부의 역할을 겸함으로써, 스텝핑 모터의 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한 스테이터(1)는 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)를 평판부(1c)와 직교하는 방향으로 간단히 구부리는 것만으로 구성되기 때문에, 스테이터의 제조가 용이해서, 제조 비용을 저감할 수 있다.

한편, 상기 제1 종래 예에서, 제1 스테이터 및 제2 스테이터는 그것의 내측 자극부를 외측 자극부와 일체로 구성해야만 한다. 그러나, 내측 자극부를 외측 자극부와 동일부품으로 구성하는 것은 제조상 어렵다. 예를 들면, 메탈 인젝션 몰딩(metal injection molding)에 의해 성형하는 것은 가능하지만, 이것은 비용을 증가시킨다. 프레스(press)에 의해 내측 자극부와 외측 자극부를 일체로 제조하는 것은, 외측 자극부만을 구성하는 부품을 제조하는 경우와 비교해서 부품이 작을수록 더 어렵다. 또한, 내측 자극부와 외측 자극부를 개별적으로 제조하고나서, 코킹, 용접 또는 접착 등에 의해 일체로 고정하는 경우도, 제조비용이 증가한다.

또한, 본 실시예에서, 도 2에 나타낸 바와 같이 마그넷(8)은, 코어(9)에 단단히 끼워 맞춰져 있기 때문에, 상기 제1 종래 예의 마그넷보다, 마그넷(8)의 기계적 강도가 크다. 또한, 코어(9)는, 마그넷(8)의 내경부에 나타나는 S극과 N극 사이의 자기 저항을 작게 하는 소위 백 메탈(back metal)로서 작용한다. 따라서, 자기회로의 퍼미언스(permeance) 계수가 높은 값으로 설정되어, 본 스텝핑 모터가 고온의 환경 하에서 사용된 경우에도 자성을 없애는 것에 의한 자기적 열화도 적다.

또한, 상기 제1 종래 예에서는, 마그넷의 외경부와 외측 자극부 간의 간격을 정밀도 좋게 유지해서 스텝핑 모터를 조립할 뿐만 아니라, 마그넷의 내경부에 대향하는 위치에 있는 내측 자극부를, 내측 자극부와 마그넷에 사이에 소정의 간격을 두고 배치할 필요가 있다. 그 때문에, 부품 치수 정밀도의 편차나 조립 정밀도가 나쁠 경우에 이 간격을 확보할 수 없어, 내측 자극부가 마그넷에 접촉하는 등의 불량이 생길 가능성이 높다.

이에 반하여, 본 실시예에서는, 마그넷(8)의 외경부와 외측 자극부 사이의 간격만을 관리하는 것만으로도 충분하므로, 스텝핑 모터를 구성하는 각 부품의 조립이 용이하다.

또한, 상기 제1 종래 예에 따른 스텝핑 모터는, 내측 자극부가 마그넷과 출력 축을 연결하는 부분과 접촉하지 않도록 구성되어야 하므로, 스텝핑 모터는 내측 자극부와 마그넷이 서로 대향하는 축방향의 길이를 충분히 길게 할 수 없다.

이에 반하여, 본 실시예에서는, 로터가 내측 자극부의 역할을 겸하고 있기 때문에, 스텝핑 모터는 내측 자극부와 마그넷(8)이 서로 대향하는 축방향의 길이를 충분히 길게 확보할 수 있다. 이것에 의해 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)와 마그넷(8)을 유효하게 이용하는 것이 가능해져, 스텝핑 모터의 출력 파워를 높일 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)는, 스텝핑 모터의 축방향으로 연장되는 빗살 형상이므로, 스텝핑 모터의 최외경(도 3의 L1)을 최소화할 수 있다.

예를 들면, 외측 자극부를 마그넷의 반경 방향으로 연장되는 스테이터 판으 로 구성하면, 평면적인 연장 구성을 갖는 마그넷을 형성해야 하고, 반경 방향을 향해서 코일을 감게 된다. 그 때문에, 스텝핑 모터가 짧은 축방향의 길이를 갖더라도, 스텝핑 모터의 최외경은 불가피하게 증가한다.

이에 반하여, 본 실시예에서, 스텝핑 모터의 최외경(도 3의 L1)은, 마그넷(8)의 직경과, 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)의 두께와, 제1 코일(3) 및 제2 코일(4)의 권선 폭으로 결정된다. 이 경우, 제1 및 제2 코일(3, 4)의 권선의 한쪽 부분(제1 베어링(2)측의 부분)은, 실질적으로 마그넷(8)과 같은 반경 위치에 있기 때문에(도 2 참조), 스텝핑 모터의 최외경을 최소화할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)를, 스텝핑 모터의 축방향으로 연장하는 빗살 형상으로 구성하기 때문에, 제1 코일(3), 제2 코일(4), 마그넷(8), 및, 코어(9)와 회전축(10)으로 이루어진 로터를, 모두 일방향(도 1의 상측에서 하측으로)으로 조립하는 것이 가능해져, 조립 작업성이 향상된다.

또한, 본 실시예에서, 보빈(5)은, 제1 코일(3)과 제2 코일(4)의 양쪽이 감겨 있고, 또한 마그넷(8)의 외주면을 덮는 커버의 역할도 겸하고 있기 때문에, 제1 및 제2 코일을 서로 다른 보빈에 감는 경우나, 커버를 별개로 설치하는 경우와 비교해, 부품 수 및 제조비용을 삭감할 수 있다.

또한, 상기 제2 종래 예에서는, 스테이터부, 보빈부, 및, 스테이터부의 일단면에 대응하는 위치에 한 개의 베어링을 보유하는 구멍을 갖는 커버부가 합성 수지에 의해 일체로 형성되어 있으므로, 본 실시예와 같이 커버부와 보빈부는 일체로 형성된다. 그러나, 스테이터부, 보빈부, 및 커버부를 일체로 형성하기 위한 인서트 성형기가 필요하므로, 설비투자가 상당히 증가하여, 제조비용에도 영향을 준다. 즉, 그러한 스텝핑 모터의 제조는 대량생산을 전제로 할 경우에만 실용적일 수 있다.

이에 반하여, 본 실시예에서, 제1 베어링(2)은 스테이터(1)에 단단히 장착되기 때문에, 상기 제2 종래 예와 같이, 스테이터부를, 베어링을 보유하는 구멍을 가진 커버부와 일체로 형성하여, 스테이터부에 대한 베어링의 위치 정밀도를 향상시킬 필요가 없다. 따라서, 인서트 성형기를 사용할 필요가 없어, 제조비용의 저감에 연결된다.

또한, 상기 제2 종래 예에서, 마그넷은 코일을 포함하는 스테이터 유닛의 내경에 배치되기 때문에, 스텝핑 모터의 외경보다 마그넷의 외경이 작아야 한다. 그 때문에, 스텝핑 모터의 외경을 소형화하면, 스텝핑 모터의 출력 파워가 대폭 감소된다.

이에 반하여 본 실시예에서, 스텝핑 모터의 외경(도 3의 L2)은, 마그넷(8)의 직경과, 보빈(5)의 커버부(5c)의 두께만으로 결정되기 때문에, 마그넷(8)의 외경이 스텝핑 모터의 외경에 상당히 가까워질 수 있다. 이것에 의해 스텝핑 모터의 외경의 소형화가 유리하다.

또한, 본 실시예에서는, 스테이터(1)에 장착되는 제1 베어링(2)과, 스테이터(1)에 고정된 상판(12)에 장착되는 제2 베어링(11)으로, 로터(코어(9)와 회전축(10))를 지지하기 때문에, 2개의 지지부의 동축 편차를 최소화할 수 있다. 이것 에 의해 마그넷(8)의 외주면과 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)의 내주면 사이의 갭의 균일화를 달성할 수 있고, 스텝핑 모터의 회전을 안정화할 수 있다.

다음에, 본 실시예에 따른 스텝핑 모터의 특징 및 동작에 관해서 도 3 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.

우선, 스텝핑 모터의 특징에 관해서 설명한다.

도 3은, 스텝핑 모터의 제1 통전상태의 스텝핑 모터의 평면도다. 도 4는, 제2 통전상태의 스텝핑 모터의 평면도다. 도 5는, 제3 통전상태의 스텝핑 모터의 평면도다. 도 6은, 제4 통전상태의 스텝핑 모터의 평면도다.

도 3 내지 도 6에 있어서, 마그넷(8)은, 그 외주측 표면 및 내주측 표면이 원주방향으로 동일한 각도 간격으로 복수 개로 분할(본 실시예에서는 6분할)되어, S극과 N극이 교대로 자화되어 있다. 외주측 표면이 S극을 갖도록 자화된 부분은 내주측 표면이 N극을 갖지만, 외주측 표면이 N극을 갖도록 자화된 부분은 내주측 표면이 S극을 갖는다.

또한, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)는, 도 3에 나타낸 바와 같이 마그넷(8)의 회전 중심을 기준으로 θ도의 위상 차를 갖는 각 위치에 배치되어 있다. 여기에서, θ도의 위상 차는 (180°-180°/n)로서 산출되어 있다(n=자화 분할수). 본 실시예에서는, N=6이므로, θ는 150이다. 이와 같이, θ도를 (180°-180°/n)으로 설정함으로써, 도 3 중의 치수 L2(스텝핑 모터의 최소 외경)를 작게 할 수 있다.

상기한 바와 같이, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)는, 마그넷(8)의 축방향과 직교하는 동일면에 있어서, 서로 다른 각도 범위(즉, θ도의 위상 차를 갖는 각 위치)에서 마그넷(8)의 외주면에 대향하도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 마그넷(8)의 축방향 치수를 줄일 수 있고, 나아가서는 스텝핑 모터의 축방향 치수도 줄일 수 있다.

상기와 같이 구성된 스텝핑 모터의 주요 특징 중 하나로서, 마그넷(8)의 외주면의 일부분에 자속이 다음과 같이 작용한다. 즉, 마그넷(8)의 회전에 따라, 마그넷(8)의 일부분에 대하여, 제1 코일(3)에 의해 자화되는 제1 외측 자극부(1a)의 자속과, 제2 코일(4)에 의해 자화되는 제2 외측 자극부(1b)의 자속이 교대로 작용하게 된다. 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)가 각각 마그넷(8)의 같은 개소에 대하여 자속을 작용시키기 때문에, 자화의 편차 등에 의한 악영향을 받지 않고, 스텝핑 모터의 성능을 안정화시킬 수 있다.

다음에 스텝핑 모터의 동작에 관해서 설명한다.

도 3의 상태에서, 제1 코일(3)이 정방향으로 통전됨으로써, 제1 외측 자극부(1a)가 N극으로 자화되고, 제1 내측 자극부(제1 외측 자극부(1a)에 대향하는 코어(9)의 부분)은 S극으로 자화되어 있다. 마찬가지로, 제2 코일(4)이 정방향으로 통전됨으로써, 제2 외측 자극부(1b)는 N극으로 자화되고, 제2 내측 자극부 (제2 외측 자극부(1b)에 대향하는 코어(9)의 부분)은 S극으로 자화되어 있다(제1 통전상태).

다음에, 도 3의 상태로부터, 제2 코일(4)의 통전 방향만 역방향으로 전환해 서, 제2 외측 자극부(1b)를 S극으로 자화하고, 제2 내측 자극부를 N극으로 자화한다. 이것에 따라, 도 4에 나타낸 바와 같이, 마그넷(8)은 시계방향으로 30도 회전한다(제2 통전상태).

또한, 도 4의 상태로부터, 제1 코일(3)의 통전 방향만 역방향으로 전환해서, 제1 외측 자극부(1a)를 S극으로 자화하고, 제1 내측 자극부를 N극으로 자화한다. 이것에 따라, 도 5에 나타낸 바와 같이, 마그넷(8)은 시계방향으로 더욱더 30도 회전한다(제3 통전상태).

또한, 도 5의 상태로부터, 제2 코일(4)의 통전 방향만 정방향으로 전환해서, 제2 외측 자극부(1b)를 N극에 자화하고, 제2 내측 자극부를 S극으로 자화한다. 이것에 따라, 도 6에 나타낸 바와 같이, 마그넷(8)은 시계방향으로 더욱더 30도 회전한다(제4 통전상태).

이후, 상기와 마찬가지로, 제1 코일(3) 및 제2 코일(4)의 통전 방향을 순차 전환함으로써, 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)의 극성이 서로 다른 타이밍에서 전환된다. 이것에 의해 마그넷(8)은 통전 위상에 의존한 위치로 순차 회전한다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에서는, 제1 통전상태로서, 제1 코일(3)과 제2 코일(4)을 모두 정방향으로 통전한다. 제2 통전상태로서, 제1 코일(3)을 정방향으로 통전하고, 제2 코일(4)을 역방향으로 통전한다. 제3 통전상태로서, 제1 코일(3)과 제2 코일(4)을 모두 역방향으로 통전한다. 제4 통전상태로서, 제1 코일(3)을 역방향으로 통전하고, 제2 코일(4)을 정방향으로 통전한다. 이와 같이, 제1 통전상태 →제2 통전상태→제3 통전상태→제4 통전상태의 순으로 통전상태를 전환해서, 마그넷(8)을 회전시키고 있다.

상기의 통전상태는 다음과 같이 전환되어도 좋다. 즉, 제5 통전상태로서, 제1 코일(3)과 제2 코일(4)을 모두 정방향으로 통전한다. 제6 통전상태로서, 제1 코일(3)을 정방향으로 통전하고, 제2 코일(4)을 비통전상태로 한다. 제7 통전상태로서, 제1 코일(3)을 정방향으로 통전하고, 제2 코일(4)을 역방향으로 통전한다. 제8 통전상태로서, 제1 코일(3)을 비통전상태로 하고, 제2 코일(4)을 역방향으로 통전한다. 이와 같이, 제5 통전상태→제6 통전상태→제7 통전상태→제8 통전상태의 순으로 통전상태를 전환해도 좋다. 이것에 의해 마그넷(8)은 통전 위상에 의존한 회전 위치로 순차 회전한다.

다음에, 마그넷(8)과 스테이터(1)의 제1 및 제2 외측 자극부(1a, 1b)와의 위상관계에 관해서 설명한다.

상기한 바와 같이, 제1 통전상태, 제2 통전상태, 제3 통전상태, 및 제4 통전상태의 순으로 통전상태를 순차적으로 전환하면, 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)의 극성이, 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)를 교대로 자화시킴으로써 전환된다.

도 3의 상태에서, 제1 코일(3)이 정방향으로 통전하여 제1 외측 자극부(1a)를 N극으로 자화하면, 마그넷(8)에는, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 반경방향으로 일치하도록 도 3에 나타낸 바와 같이, 시계방향의 회전력이 발생한다. 동시에, 제2 코일(4)도 정방향으로 통전하여 제2 외측 자극부(1b)를 N극으로 자화하면, 마그넷(8)에는, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 마그넷(8)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 반경방향으로 일치하도록 도 3에 나타낸 바와 같이, 반시계 방향의 회전력이 발생한다.

양 코일의 통전 중에는, 마그넷(8)은 양 코일로부터의 회전력의 밸런스가 유지된 상태에서 정지한다. 도 3은 이 상태를 나타낸다. 양 코일의 각각에 공급되는 전류의 양이 같을 때는, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 자화부의 중심(S극의 중심)과의 위상차, 및 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 마그넷(8)의 자화부의 중심(S극의 중심)과의 위상차는, 모두 약 15도가 된다.

도 3의 상태로부터, 제2 코일(4)의 통전 방향을 역방향으로 전환하면, 제2 외측 자극부(1b)는 S극으로 자화되고, 마그넷(8)에는, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 상기 마그넷(8)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 반경 방향으로 일치하도록 도 3에 나타낸 바와 같이, 시계 방향의 회전력이 발생한다. 이때, 제1 코일(3)은 정방향으로 통전된 채로 유지된다. 그 결과, 마그넷(8)에는, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 상기 마그넷(8)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 반경방향으로 일치하도록 시계방향의 회전력이 발생한다. 이것에 의해 도 3의 상태로부터, 마그넷(8)은 시계방향으로 회전을 시작한다.

도 3의 상태로부터, 마그넷(8)이 시계방향으로 약 15도 회전하면, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 반경방향으로 서로 일치하게 된다. 이때, 제2 외측 자극부(1b)의 중심은, 마그넷(8)의 자화부의 경계(S극, N극의 경계)와 반경방향으로 일치한 상태이며, 이 상태에서, 마그넷(8)을 더욱더 시계방향으로 회전시키는 회전력이 발생하고 있다. 그리고, 마그넷(8)은, 그 상태로부터 더욱더 시계방향으로 약 15도 회전(즉, 마그넷(8)이 도 3의 상태로부터 시계방향으로 약 30도 회전)하면, 마그넷(8)은 양 코일의 회전력의 밸런스가 유지된 상태가 되고, 그 위치에서 정지한다. 도 4는 이 상태를 나타낸다.

도 4의 상태로부터, 제1 코일(3)의 통전방향을 역방향으로 전환하면, 제1 외측 자극부(1a)는 S극으로 자화되고, 마그넷(8)에는, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 상기 마그넷(8)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 반경방향으로 일치하도록 도 4에 나타낸 바와 같이 시계방향의 회전력이 발생한다. 이때, 제2 코일(4)은 역방향으로 통전된 채로 유지된다. 그 결과, 마그넷(8)에는, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 상기 마그넷(8)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 반경방향으로 일치하도록 도 4에 나타낸 바와 같이 시계방향의 회전력이 발생한다. 이것에 의해 도 4의 상태로부터, 마그넷(8)은 시계방향으로 회전을 시작한다.

도 4의 상태로부터, 마그넷(8)이 시계방향으로 약 15도 회전하면, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 마그넷(8)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 반경방향으로 일치하게 된다. 이때, 제1 외측 자극부(1a)의 중심은, 마그넷(8)의 자화부의 경계(S극, N극의 경계)와 반경방향으로 일치한 상태이며, 이 상태에서, 마그넷(8)을 더욱더 시계방향으로 회전시키는 회전력이 발생하고 있다. 그리고, 마그넷(8)은, 그 상태로부터 더욱더 시계방향으로 약 15도 회전(즉, 마그넷(8)이 도 4의 상태로부터 시계방향으로 약 30도 회전)하면, 마그넷(8)은 양 코일의 회전력의 밸런스가 유지된 상태가 되고, 그 위치에서 정지한다. 도 5는 이 상태를 나타낸다.

도 5의 상태로부터, 제2 코일(4)의 통전방향을 정방향으로 전환하면, 제2 외측 자극부(1b)는 N극에 자화되고, 마그넷(8)에는, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 상기 마그넷(8)의 자화부의 중심(S극의 중심)이 반경방향으로 일치하도록 도 5에 나타낸 바와 같이 시계방향의 회전력이 발생한다. 이때, 제1 코일(3)은 역방향으로 통전된 채로 유지된다. 그 결과, 마그넷(8)에는, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 상기 마그넷(8)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 반경방향으로 일치하도록 도 5에 나타낸 바와 같이 시계방향의 회전력이 발생한다. 이것에 의해 도 5의 상태로부터, 마그넷(8)은 시계방향으로 회전을 시작한다.

도 5의 상태로부터, 마그넷(8)이 시계방향으로 약 15도 회전하면, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 자화부의 중심(N극의 중심)이 반경방향으로 일치하게 된다. 이때, 제2 외측 자극부(1b)의 중심은, 마그넷(8)의 자화부의 경계(S극, N극의 경계)와 반경방향으로 일치한 상태이며, 이 상태에서, 마그넷(8)을 더욱더 시계방향으로 회전시키는 회전력이 발생하고 있다. 그리고, 마그넷(8)은, 그 상태로부터 더욱더 시계방향으로 약 15도 회전(즉, 마그넷(8)이 도 5의 상태로부터 시계방향으로 약 30도 회전)하면, 마그넷(8)은 양 코일의 회전력의 밸런스가 유지된 상태가 되고, 그 위치에서 정지한다. 도 6은 이 상태를 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b) 사이에 배치한 로터(회전축(10) 및 코어(9))에, 마그넷(8)이 단단히 끼워 맞춰져 있다. 이것에 의해, 마그넷(8)의 기계적 강도를 향상할 수 있는 동시에, 로터가 내측 자극부의 역할을 할 수 있으며, 마그넷(8)과 내측 자극부와의 사이에 간격을 형성하는 것이 불필요하다. 그 결과, 자기 저항을 저감할 수 있으므로, 스텝핑 모터의 출력 파워를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 스텝핑 모터를, 그 외경이 마그넷(8)의 직경과 보빈(5)의 커버부(5c)의 두께만으로 결정가능한 구조로 하고, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)를, 스텝핑 모터의 축방향으로 연장한 빗살형상으로 형성한다. 이것에 의해, 스텝핑 모터의 외경 및 축방향 길이를 최소화할 수 있어, 소형화를 달성할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 외측 자극부(1a, 1b)에 대향하는 코어(9)의 부분과, 회전축(10)과, 제1 베어링(2)으로 형성된 내측 자극부의 길이를, 마그넷(8)의 축방향 길이와 같은 길이로 설정함으로써, 제1 및 제2 외측 자극부(1a, 1b)와 마그넷(8)을 유효하게 이용할 수 있다. 이것에 의해 외측 자극부와 내측 자극부를 접속 또는 일체로 구성하는 경우와 비교하여, 스텝핑 모터의 제조가 용이하다.

또한, 본 실시예에서는, 마그넷(8)의 외경부와 외측 자극부 간의 간격만을 관리하는 것만으로도 충분하기 때문에, 종래와 같이 마그넷의 외경부와 외측 자극부 사이 및 마그넷의 내경부와 내측 자극부 사이에 간격을 확보할 필요가 있는 경우보다, 스텝핑 모터를 구성하는 각 부품의 조립이 용이하다. 또한, 구조의 간이화 및 조립의 용이화에 의해, 불량율도 저감할 수 있다.

또한, 보빈(5)은, 제1 코일(3)과 제2 코일(4)의 양쪽이 감겨 있는 동시에, 마그넷(8)의 외주면을 덮는 커버의 역할도 겸하고 있기 때문에, 부품수 및 제조비용을 삭감할 수 있다.

또한, 스테이터(1)에 장착한 제1 베어링(2)과, 스테이터(1)에 고정된 상판(12)에 장착한 제2 베어링(11)으로 로터를 지지하기 때문에, 2개의 지지부의 동축 편차를 최소화할 수 있다. 그 결과, 마그넷의 외주면과 제1 및 제2 외측 자극부의 내주면 간의 갭의 균일화를 달성할 수 있어, 스텝핑 모터의 안정한 회전을 얻을 수 있다.

상기의 효과를 정리하면, 본 발명은 소형이면서 축방향의 길이가 짧은, 저비용 고출력의 스텝핑 모터를 제공할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 스텝핑 모터에 관하여 설명한다.

도 7은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 스텝핑 모터의 구성을 나타내는 분해 사시도다. 도 8은, 스텝핑 모터를 조립한 상태의 외관을 나타내는 사시도다. 도 9는, 스텝핑 모터를 조립한 상태에 있어서의 내부구조를 나타내는 종단면도다.

도 7 내지 도 9에 있어서, 스텝핑 모터는, 스테이터(1), 제1 베어링(21), 제2 베어링(24), 제1 코일(3), 제2 코일(4), 보빈(5), 마그넷(8), 코어(9), 리드 스크루 축(lead screw shaft;22), 앵글(angle;23), 랙(rack;27)을 구비하고 있다.

본 실시예는, 전술한 제1 실시예와는, 리드 스크루 축(22)을 스텝핑 모터의 회전축으로서 사용하고, 앵글(23) 및 랙(27)을 설치한 점에서 상위하다. 본 실시예의 그 밖의 구성요소는, 전술한 제1 실시예(도 1)에서 대응하는 것과 동일하므로, 공통되는 구송요소에는 동일한 참조부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 이하에서는 제1 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

제1 베어링(21)은, 연자성 재료로 형성되어 있고, 제1 코일(3)과 제2 코 일(4) 사이에 배치되어 스테이터(1)의 구멍(1d)에 압입이나 코킹이나 레이저 용접 등에 의해 단단히 고정된다. 제1 베어링(21)은, 리드 스크루 축(22)을 회전가능하게 지지한다.

리드 스크루 축(22)은, 연자성 재료로 형성되어 있고, 제1 축부(22a), 제2 축부(22b), 및 수나사부(22c)를 구비하고 있다. 제1 축부(22a)는, 선단부 이외의 부분이 코어(9)의 구멍(9a)에 끼워 맞춰져 고정되고, 구면(구 R) 형상을 갖는 선단부가 제1 베어링(21)에 의해 회전가능하게 지지된다. 제2 축부(22b)는, 구면(구 R) 형상을 갖는 선단부가 제2 베어링(24)에 의해 회전가능하게 지지된다. 수나사부(22c)는, 후술하는 랙(27)의 돌기부(27b)와 맞물려서, 리드 스크루 축(22)의 회전에 따라, 랙(27)을 축방향으로 직진 이동시킨다.

앵글(23)은, 평판 모양의 상판부(23a), 암(arm)부(23b), 및 홀딩부(23c)를 구비하고, 이들 모두는 일체로 형성되어 있다. 또한, 상판부(23a)는, 구멍(23d, 23e), 위치 결정부(23f, 23g), 및 구멍(23h, 23i)을 구비하고 있다. 또한, 홀딩부(23c)는, 구멍(23j, 23k)을 구비하고 있다.

상판부(23a)의 구멍(23d, 23e)에는, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)의 선단으로부터 돌출한 돌기부(1e)와, 제2 외측 자극부(1b)의 선단으로부터 돌출한 돌기부(1f)가 각각 삽입되고, 레이저 용접이나 코킹 등에 의해 고정된다. 암부(23b)는, 도 7에 도시한 바와 같이 상판부(23a)의 단부로부터 직각으로 구부러져 연장된 상태(조립 상태에서 리드 스크루 축(22)과 평행한 방향)에서 상판부(23a)와 일체로 형성되어 있다. 홀딩부(23c)는, 암부(23b)의 단부로부터 직각으로 구부러져 연장된 상태(상판부(23a)와 평행한 방향)에서 암부(23b)와 일체로 형성되어 있다.

상판부(23a)는, 상기 상판부(23a)와 스테이터(1) 사이에 보빈(5)을 삽입한 상태에서 스테이터(1)에 단단히 고정된다. 상판부(23a)의 위치 결정부(23f, 23g)에는, 보빈(5)의 도웰(5d, 5e)이 끼워 맞춰짐으로써, 상판부(23a)에 보빈(5)의 위치가 정해진다. 또한, 구멍(23h)은, 대략 상판부(23a)의 중앙부에 형성되어 있고, 구멍(23h)의 직경은 리드 스크루 축(22)의 수나사부(22c)의 외경보다도 크다.

또한, 본 실시예에서, 리드 스크루 축(22)과 코어(9)는 개별적인 부재로서 일체로 접합되어 있지만, 리드 스크루 축(22)과 코어(9)를 일체로 형성해도 좋다. 리드 스크루 축(22)과 코어(9)를 개별적으로 형성하는 경우에는, 강도가 강하고 내마모성이 좋은 SUS 등의 재료를 사용하여 리드 스크루 축(22)을 형성하는 것이 가능하고, 자기 효율이 좋은 SUY 등의 연자성 재료를 사용하여 코어(9)를 형성하는 것이 가능하다. 한편, 리드 스크루 축(22)과 코어(9)를 일체로 형성하는 경우에는, 부품수의 삭감에 의한 제조비용 저감을 달성할 수 있는 동시에, 코어(9)와 리드 스크루 축(22)과의 동축 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.

제2 베어링(24)은, 앵글(23)의 홀딩부(23c)에 형성된 구멍(23k)에 장착될 수 있다. 제2 베어링(24)은, 리드 스크루 축(22)의 제2 축부(22b)를 회전가능하게 지지한다.

축 압착기 스프링(25)은, 앵글(23)의 홀딩부(23c)에 장착되어, 리드 스크루 축(22)의 제2 축부(22b)의 구 R 형상의 선단부를 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이 축방향으로 아래를 향하여 가압하는 동시에, 랙 지지 바(26)가 빠지는 것을 방 지하기 위한 스톱퍼(stopper)부로서 기능한다.

랙 지지 바(26)는, 상판부(23a)의 구멍(23i)과 지지부(23c)의 구멍(23j)을 통해서 앵글(23)에 장착될 수 있어, 랙(27)을 회전 가능하게 지지한다.

랙(27)은, 축 구멍(27a), 돌기부(27b), 암부(27c), 출력부(27d), 및 스프링 걸이부(27e)를 구비하고 있다. 축 구멍(27a)에는, 랙 지지 바(26)가 삽입되어 끼워 맞춰져 있다. 돌기부(27b)는, 리드 스크루 축(22)의 수나사부(22c)와 맞물린다. 암부(27c)는, 탄성을 갖고, 돌기부(27b)와 연동해서 리드 스크루 축(22)의 수나사부(22c)를 돌기부(27b)와 암부(27c) 사이에 삽입한다. 또한, 암부(27c)에는, 랙 압착기 스트링(28)의 일단부(28a)가 걸려 있다. 출력부(27d)는, 리드 스크루 축(22)의 토크를 구동력으로서 스텝핑 모터로부터 외부장치로 전달한다. 스프링 걸이부(27e)에는, 랙 압착기 스프링(28)의 타단부(28b)가 걸려 있다.

랙 압착기 스프링(28)은 일단부(28a)를 랙(27)의 암부(27c)에 걸고, 타단부(28b)를 랙(27)의 스프링 걸이부(27e)에 걸어서, 랙(27)의 돌기부(27b)를 리드 스크루 축(22)의 수나사부(22c)에 가압한다.

본 실시예에서, 리드 스크루 축(22)의 축방향 위치는, 제1 축부(22a)의 구면(구 R) 형상의 선단이 제1 베어링(21)의 구멍(21a)의 저면에 접촉함으로써 결정된다. 그 결과, 리드 스크루 축(22)의 회전 시에 야기된 리드 스크루 축(22)의 축방향으로의 변위가 억제되어, 리드 스크루 축(22)의 수나사부(22c)와 맞물리는 랙(27)의 축방향 이동 정밀도가 향상된다. 또한, 축 압착기 스프링(25)은, 제2 베어링(24)이 앵글(23)의 구멍(23k)으로부터 빠지는 것을 방지하기 위한 스톱퍼로서 작용한다.

또한, 본 실시예에서, 앵글(23)은, 리드 스크루 축(22)을 지지하는 동시에, 상기 제1 실시예의 상판(12)과 마찬가지로, 마그넷(8)의 축방향의 일단면을 덮고, 스테이터(1)와 상판부(23a) 사이에 보빈(5)을 삽입한 상태로 스테이터(1)에 고정되는 기능을 겸하고 있다.

앵글로부터 개별적으로 설치된 상판에, 즉, 상기 제1 실시예에 따른 스텝핑 모터와 같은 스텝핑 모터의 독립된 유닛에 앵글을 추가 고정시킨 구조를 갖는 스텝핑 모터보다, 상기와 같이 구성된 스텝핑 모터가 더 많은 이점을 제공한다. 우선, 부품 수가 적어지므로, 제조비용을 저감할 수 있는 동시에, 스텝핑 모터의 축방향 길이를 보다 짧게 할 수 있다.

또한, 스테이터(1)와, 상기 스테이터(1)에 단단히 고정된 앵글(23)에 의하여, 리드 스크루 축(22)을 지지하기 때문, 2개의 지지부 간의 동축 편차를 최소화할 수 있다. 그 결과, 마그넷(8)의 외주면과 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)의 내주면 사이의 갭의 균일화를 달성할 수 있어, 스텝핑 모터의 안정한 회전을 얻을 수 있다.

또한, 리드 스크루 축(22)이 스텝핑 모터의 회전축의 역할을 하기 때문에, 예를 들면 리드 스크루 축과 회전축을 개별적인 부재로서 갖는 스텝핑 모터와 다르게, 리드 스크루 축과 회전축을 접합할 필요가 없다. 이와 같이, 접합에 의한 중심의 편차가 없어짐으로써, 스텝핑 모터의 안정한 회전을 얻을 수 있는 동시에, 대폭 제조비용의 저감을 달성할 수 있다.

또한, 스텝핑 모터가, 리드 스크루 축(22)과 맞물리는 랙(27)과 랙 지지 바(28)도 구비하기 때문에, 마그넷(8)의 회전을, 리드 스크루 축(22)을 통해서 랙(27)의 축방향 이동으로 변환할 수 있다. 이것에 의해, 본 스텝핑 모터만으로, 감속기 등의 또 다른 기구를 이용하지 않고, 렌즈 등의 직진 구동을 스텝 제어로 행하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시예의 스텝핑 모터의 회전 구동방법은, 상기 제1 실시예와 같으므로, 그것의 설명을 생략한다는 점에 주의해야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 리드 스크루 축(22)을 지지하는 앵글(23)이 마그넷(8)의 일단면을 덮고 있기 때문에, 상판을 설치할 필요가 없다. 또한, 앵글이 추가로 장착되어 있는 스텝핑 모터와 비교하여, 스텝핑 모터의 축방향 길이를 보다 짧게 할 수 있어, 스텝핑 모터의 소형화와 제조비용의 저감을 달성할 수 있다.

또한, 스테이터(1)와, 상기 스테이터(1)에 단단히 고정된 앵글(23)에 의하여, 리드 스크루 축(22)을 지지하기 때문에, 2개의 지지부 간의 동축 편차를 최소화할 수 있다. 그 결과, 마그넷 외주면과 제1 및 제2 외측 자극부의 내주면 사이의 갭의 균일화를 달성할 수 있어, 스텝핑 모터의 안정한 회전을 얻을 수 있다.

또한, 스텝핑 모터는 랙(27)과 랙 지지 바(28)도 구비하기 때문에, 마그넷(8)의 회전을, 리드 스크루 축(22)을 통해서 랙(27)의 축방향 이동으로 변환할 수 있다. 이것에 의해, 본 스텝핑 모터만으로, 감속기 등의 또 다른 기구를 이용하지 않고, 렌즈 등의 직진 구동을 스텝 제어로 행하는 것이 가능하다.

상기의 효과를 정리하면, 본 실시예는 소형이면서 축방향의 길이가 짧은 리드 스크루를 가진 저비용 고출력의 스텝핑 모터를 제공할 수 있다.

상기 제1 및 제2 실시예에서는, 스텝핑 모터 및 리드 스크루를 가진 스텝핑 모터를 예로서 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에서 나타낸 기능 또는 상기 실시예의 구성에 의해 행해진 기능을 달성할 수 있는 구성이면, 본 발명의 요지에 근거해 다양한 방식으로 변형될 수 있다.

상기 제1 및 제2 실시예에서는, 본 발명은 스텝핑 모터의 독립된 유닛에 적용되지만, 본 발명은, 본 발명에 따른 스텝핑 모터를 예를 들면 촬상장치 등의 전자기기에 탑재하고, 렌즈 등의 기구의 직진 구동을 스텝 제어로 행하는 경우에도 적용될 수 있다.

본 출원은 본 명세서에 참고로 통합되어 있는 2005년 4월 15일자로 출원된 일본 특허출원번호 제2005-118468호로부터 우선권을 주장한다.

본 발명에 의하면, 소형이면서 축방향의 길이가 짧은, 저비용, 고출력 구동 장치를 제공할 수 있다.

Claims

기부와, 상기 기부로부터 축방향으로 연장되는 제1 및 제2 외측 자극부를 갖는 스테이터와,

상기 제1 및 제2 외측 자극부 사이에 배치되고, 상기 기부에 축방향 일단부가 회전가능하게 지지되는 연자성 재료로 이루어진 로터와,

상기 로터의 외주부에 단단히 끼워 맞춰지고, 원주방향으로 서로 다른 극이 교대로 자화되어 있는 마그넷과,

상기 제1 및 제2 외측 자극부의 각각의 선단에 단단히 고정되고, 상기 로터의 축방향 타단부를 회전가능하게 지지하는 덮개 부재와,

상기 제1 및 제2 외측 자극부와 맞물리고, 상기 마그넷의 외주면을 덮는 커버부를 갖는 보빈과,

상기 마그넷과 상기 기부 사이의 축방향 위치에서 상기 보빈을 통해서 상기 제1 외측 자극부에 감겨 있는 제1 코일과,

상기 마그넷과 상기 기부 사이의 축방향 위치에서 상기 보빈을 통해서 상기 제2 외측 자극부에 감겨 있는 제2 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 로터는, 중공의 원통 형상의 코어와, 상기 코어의 내경부를 관통하여 단단히 끼워 맞춰지는 회전축을 구비하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 2 항에 있어서,

상기 로터의 구조는, 상기 회전축과 상기 코어를 일체로 형성한 구조와, 상기 회전축과 상기 코어를 개별적인 부재로서 형성한 구조를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구동장치.
기부와, 상기 기부로부터 축방향으로 연장된 제1 및 제2 외측 자극부를 갖는 스테이터와,

상기 제1 및 제2 외측 자극부 사이에 설치되고, 상기 기부에 축방향 일단부가 회전가능하게 지지되는 연자성 재료로 이루어진 로터와,

상기 로터와 일체로 회전하는 리드 스크루 축과,

상기 로터의 외주부에 단단히 끼워 맞춰지고, 원주 방향으로 서로 다른 극이 교대로 자화되어 있는 마그넷과,

상기 제1 및 제2 외측 자극부의 각각의 선단에 단단히 고정되고, 상기 리드 스크루 축의 축방향 일단부를 회전가능하게 지지하는 앵글과,

상기 제1 및 제2 외측 자극부와 맞물리고, 상기 마그넷의 외주면을 덮는 커버부를 갖는 보빈과,

상기 마그넷과 상기 기부 사이의 축방향 위치에서 상기 보빈을 통해서 상기 제1 외측 자극부에 감겨 있는 제1 코일과,

상기 마그넷과 상기 기부 사이의 축방향 위치에서 상기 보빈을 통해서 상기 제2 외측 자극부에 감겨 있는 제2 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 4 항에 있어서,

상기 로터는 중공의 원통 형상의 코어를 구비하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 5 항에 있어서,

상기 리드 스크루 축과 상기 코어의 구조는, 상기 리드 스크루 축과 상기 코어를 일체로 형성한 구조와, 상기 리드 스크루 축과 상기 코어를 개별적인 부재로서 형성한 구조를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 4 항에 있어서,

상기 리드 스크루 축과 맞물려서, 상기 리드 스크루 축의 회전에 따라 축방향으로 이동하는 랙과,

상기 앵글에 단단히 고정되고, 상기 랙을 회전 가능하게 지지하는 지지부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 구동장치.