KR100765110B1

KR100765110B1 - 슬림형 스텝핑 모터

Info

Publication number: KR100765110B1
Application number: KR1020040090428A
Authority: KR
Inventors: 양응모
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2007-10-08
Also published as: KR20060041363A

Abstract

본 발명은 슬림형 스텝핑 모터에 관한 것으로, 본 발명에 의한 슬림형 스텝핑 모터는 피봇고정부, 피봇베어링 및 볼베어링으로 구성되는 제1샤프트고정부; 샤프트 및 마그넷으로 구성되는 로터부; 상기 로터부의 회전공간을 제공하고, 모터를 고정하도록 하는 브라켓부; 보빈구조를 형성하고 결합측면에 요철돌기를 형성하는 하우징부; 가이드베어링 및 트러스트홀더를 구비하고 상기 요철돌기를 인서트사출하여 결합되는 제2샤프트고정부; 및 상기 가이드베어링에 결착되고 상기 트러스트 홀더를 압착하는 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 스텝핑 모터의 고도한 제작 정밀도를 지양하고 조립 공정을 용이하게 하여 조립 누적 공차를 최소화함으로써 제품의 불량 발생률을 현저히 낮출 수 있고, 신속한 품질 관리가 가능하게 된다. 또한, 안정적인 성능을 유지하고 상대적으로 수명이 긴 스텝핑 모터를 제공하고, 스텝핑 모터의 소형화를 수월하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

슬림형 스텝핑 모터{Slim type of stepping motor}

도 1은 기존의 스텝핑 모터의 결합 구조를 도시한 측단면도.

도 2는 기존의 스텝핑 모터가 조립되는 형태를 도시한 측단면도.

도 3은 기존의 스텝핑 모터의 상기 제2샤프트고정부가 상기 판스프링을 결착하는 형태를 도시한 측단면도.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 슬림형 스텝핑 모터의 결합 상태를 도시한 측단면도.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 하우징부 및 제2샤프트고정부가 결합되는 측면에서 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 하우징부 및 제2샤프트고정부가 결합되는 형태를 도시한 측단면도.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 하우징부 및 제2샤프트고정부가 결합되는 형태를 도시한 측단면도.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 의한 하우징부 및 제2샤프트고정부가 결합되는 형태를 도시한 측단면도.

도 9는 본 발명의 실시예에 의한 제2샤프트고정부 및 판스프링이 결합되는 형태를 도시한 측단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10: 제1샤프트고정부 20: 브라켓부

30: 로터부 40: 하우징부

43, 45, 54: 요철돌기 44, 55: 걸림편

50: 제2샤프트고정부 51: 가이드베어링

52: 트러스트홀더 600: 판스프링

본 발명은 슬림형 스텝핑 모터(Stepping motor)의 결합구조에 관한 것이다.

스텝핑 모터는 일반적으로 저렴하고, 각도 제어가 용이하다는 등의 장점으로 인하여 여러 종류의 사무자동화(OA: Office Automation)장비 및 공장자동화(FA: Factory Automation)장비에 이용되고 있다. 스텝핑 모터는 샤프트 위치 검출을 위한 별도의 센서가 없어도 디지털 펄스를 이용함으로써 필요로 하는 각도를 유지하여 정지할 수 있으므로 특히 개인용 컴퓨터에서 널리 사용되고 있다.

현재, 개인용 컴퓨터는 데스크탑형 컴퓨터에서 노트북형 컴퓨터로 그 이용이 확산되고 있는데, 다른 부품과 마찬가지로 노트북형 컴퓨터에 이용되는 스텝핑 모터도 경박단소(輕薄短小)의 부품 형태로 개발되고 있는 추세이다.

도 1은 기존의 스텝핑 모터의 결합 구조를 도시한 측단면도이다.

도 1에 의하면, 기존의 스텝핑 모터는 제1샤프트고정부(100), 브라켓부(200), 하우징부(400), 로터부(300), 제2샤프트고정부(500) 및 판스프링(600)으로 이루어진다.

우선, 상기 제1샤프트고정부(100)는 상기 브라켓부(200)와 결착되고, 로터부(300)와 회전가능하게 결합된다. 상기 로터부(300)에는 샤프트, 마그넷 및 볼베어링이 구비되고, 상기 하우징부(400)는 내부에 보빈구조를 형성한다. 상기 제2샤프트고정부(500)는 상기 제1샤프트고정부(100)와 그 기능이 유사한 것으로, 가이드베어링(501)과 샤프트의 볼베어링을 고정지지하는 트러스트홀더(502)가 구비된다.

상기 가이드베어링(501)은 상기 트러스트홀더(502)를 후방으로 노출시키고 상기 판스프링(600)은 상기 가이드베어링(501)에 결착되는데, 소결 형태인 상기 가이드베어링(501)은 고가의 제조 공정을 거친 것으로, 전기적으로 통전되며 상기 하우징부(400)와 레이저 용접, 또는 스포트 용접에 의하여 융착된다.

이러한 일반적 구성을 가지는 스텝핑 모터는 시스템 구성이 단순하고, 펄스신호의 주파수에 비례한 회전속도를 얻을 수 있으므로 속도제어가 광범위하다. 또한, 저속으로 높은 토크(torque) 운전을 할 수 있으며, 모터의 구성장치가 적기 때문에 신뢰성이 높다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 스텝핑 모터를 조립하는 과정에서 성능을 저하시키는 요인이 발생하는데, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 기존의 스텝핑 모터가 조립되는 형태를 도시한 측단면도이다.

도 2에 의하면, 상기 브라켓부(200)는 하우징부의 제1하우징(401)과 조립되고(A), 상기 제1하우징(401)에 보빈 구조물의 일단이 내삽된다. 보빈 구조물의 나 머지 부분이 내삽되는 제2하우징(402)은 제1하우징(401)과 조립된다(B). 이때, 브라켓부(200)와 제1하우징(401)의 조립(A), 제1하우징(401)과 제2하우징(402)의 조립(B)은 레이저 용접, 스포트 용접 혹은 코킹 등의 공정을 거치게 된다. 예시한 조립 공정을 위해서 각 구성부는 정밀한 치형 설계 및 제작을 거쳐야 하고, 이러한 조립 공정 자체가 공차를 가지게 될 확률은 매우 높다.

이어서, 상기 하우징부(400)는 전술한 결합 공정 등을 통하여 상기 제2샤프트고정부(500)와 조립되고(C), 상기 제2샤프트고정부(500)는 최종적으로 상기 판스프링(600)을 결착함으로써(D) 스텝핑 모터의 전체 구성을 형성한다.

도 3은 기존의 스텝핑 모터의 상기 제2샤프트고정부(500)가 상기 판스프링(600)을 결착하는 형태를 도시한 측단면도이다.

도 3에 의하면, 기존의 제2샤프트고정부(500)는 끝단에 걸림턱을 형성하고 판스프링(600)의 절곡가공된 걸림부(601)가 걸림턱에 끼워짐으로써 조립된다. 이러한 구조는 상기 절곡가공된 걸림부(601)가 상기 제2샤프트고정부(500)의 걸림턱 한측면에 의지하는 구조로써 상기 판스프링(600)이 이탈되기 쉽다. 즉, 교류 모터 혹은 직류 모터와 비교하여 스텝핑 모터는 특정 주파수에서 공진 현상이 발생하기 쉽고, 스텝핑 모터는 고속 운전시에 판스프링의 탈조(로터부의 불규칙한 회전 혹은 정지 상태를 유발한다) 현상을 쉽게 일으킨다.

이상에서 설명한 바와 같이, 기존의 스텝핑 모터는 제조 공정에서 4단 결합구조(A, B, C, D)를 가지는데, 이때, 각 구성부의 치수 공차 정밀도와 결합 공차에 의하여 발생된 누적 오차는 전술한 스텝핑 모터의 기능 이상을 초래한다. 예를 들 면, 누적 오차는 로터부의 처짐과 마그넷(302)의 간섭, 무여자 유지 토크(Detent Torque)의 증가 등을 초래한다.

이러한 이유로 점차 소형화되는 스텝핑 모터는 각 부품의 높은 치수 정밀도 및 결합 정밀도를 요구하고 이러한 조립 설비를 구비하기 위해서는 고가의 비용을 들여야 한다. 또한, 보다 높은 정밀도와 토크/충격 강도를 요구하는데 비하여, 치형 설계, 금형 및 프레스 기술, 조립 기술은 부족한 면이 많은 실정이다.

본 발명은 종래의 4단 결합 구조를 지양하고, 다양한 융착 혹은 결착 구조를 이용하여 결합 구조를 단순화함로써 공진 현상에 안정적이고, 고속 운전시에 로터부의 탈조 현상을 방지할 수 있으며, 치수 공차 정밀도와 결합 공차에 의하여 발생된 누적 오차를 감소시키는 슬림형 스텝핑 모터를 제공하는 것을 제1목적으로 한다.

또한, 본 발명은 치수 정밀도 및 결합 정밀도를 유지하기 위하여 별도의 조립 설비와 치형 설계, 금형 및 프레스 기술을 이용하지 않고 단순한 공정으로 높은 정밀도로 조립되고 토크/충격에 강한 슬림형 스텝핑 모터를 제공하는 것을 제2목적으로 한다.

또한, 본 발명은 로터부의 불규칙한 회전 및 정지 상태를 유발시키는 판스프링의 탈조 현상을 억제시키는 판스프링 및 가이드베어링 구조를 가지는 슬리형 스텝핑 모터를 제공하는 것을 제3목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 슬림형 스텝핑 모터는 피봇고정부, 피봇베어링 및 볼베어링으로 구성되는 제1샤프트고정부; 샤프트 및 마그넷으로 구성되는 로터부; 상기 로터부의 회전공간을 제공하고, 모터를 고정하도록 하는 브라켓부; 보빈구조를 형성하고 결합측면에 요철돌기를 형성하는 하우징부; 가이드베어링 및 트러스트홀더를 구비하고 상기 요철돌기를 인서트사출하여 결합되는 제2샤프트고정부; 및 상기 가이드베어링에 결착되고 상기 트러스트 홀더를 압착하는 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 슬림형 스텝핑 모터는 보빈구조를 형성하고 결합측면에 제1요철편을 형성하는 하우징부; 및 가이드베어링 및 트러스트홀더를 구비하고 상기 제1요철편에 대응하는 제2요철편이 형성되어 상기 하우징부와 립융착되는 제2샤프트고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 슬림형 스텝핑 모터는 가이드베어링 및 트러스트홀더를 구비하고 결합측면에 걸림편이 형성된 요철돌기를 구비하는 제2샤프트고정부; 및 보빈구조를 형성하고 결합측면에 상기 요철돌기가 내삽되는 활주공을 형성하는 하우징부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 요철결합구조를 가지는 슬림형 스텝핑 모터의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 슬림형 스텝핑 모터의 결합 상태를 도시한 측단면도이다.

도 4에 의하면, 본 발명의 제1실시예에 의한 슬림형 스텝핑 모터는 제1샤프 트고정부(10), 로터부(30), 브라켓부(20), 하우징부(40), 제2샤프트고정부(50) 및 판스프링(60)으로 구성된다.

상기 제1샤프트고정부(10)는 피봇고정부(11), 피봇베어링(12) 및 볼베어링(13)으로 이루어지는데, 상기 피봇고정부(11)는 상기 브라켓부(20)에 결착되어 상기 로터부(30)를 지지하고 상기 피봇베어링(12)과 볼베어링(13)에 의하여 상기 로터부(30)와 회전가능하게 결합된다.

상기 브라켓부(20)는 상기 로터부(30)의 회전 공간을 제공하는 일종의 하우징(22)과 스텝핑 모터 몸체를 고정지지하도록 하는 모터고정부(bracket)(21)로 이루어진다.

이어서, 상기 로터부(30)는 샤프트(31), 마그넷(32) 및 볼베어링(33)으로 구성되고, 상기 로터부(30)는 상기 제1샤트프고정부(10)와 제2샤프트고정부(50)에 의하여 양측단이 회전가능하게 고정지지되고 상기 하우징부(40)의 전자석이 제어됨으로써 자기장을 받아 회전된다.

상기 하우징부(40)는 내부에 보빈구조를 형성하는데, 통상 2개의 보빈 하부 구조물과 투쓰 요크(Tooth Yoke)로 구성된다. 가령, 하우징부(40)는 개인컴퓨터의 집적회로에 연결되어 여자 방식의 펄스신호를 전달받음으로써 제어될 수 있다.

상기 제2샤프트고정부(50)는 상기 하우징부(40)와 결합되는 가이드베어링(51)과 샤프트의 볼베어링(33)을 고정지지하는 트러스트홀더(52)로 구성된다.

또한, 상기 가이드베어링(51)은 상기 판스프링(60)은 상기 가이드베어링(51)에 결착되어 노출된 상기 트러스트홀더(52)에 압력을 가함으로써 상기 샤프트(31)를 상기 제1샤프트고정부(10) 방향으로 밀착시키고 완충 작용을 한다.

여기서, 상기 하우징부(40)와 가이드베어링(51)이 결합되는 구조에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 하우징부(40) 및 제2샤프트고정부(50)가 결합되는 측면에서 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 하우징부(40) 및 제2샤프트고정부(50)가 결합되는 형태를 도시한 측단면도이다.

도 5 및 도 6에 의하면, 하우징부(40)는 제2샤프트고정부(50)와 결합되는 측면에 다수개의 요철돌기(43)가 형성되고, 요철돌기(43) 끝단부에는 걸림편(44)이 양방향으로 형성되어 있다. 상기 하우징부(40)는 얇은 금속판형 재질로써 상기 하우징부(40) 후방에 개방구가 절단되는 경우, 상기 요철돌기(43) 및 걸림편(44) 모양을 남기고 절단된다. 오려진 상기 요철돌기(43)는 수직으로 굴곡되어 도 5에 도시된 것과 같은 형상을 갖게 된다.

플라스틱 재질인 상기 가이드베어링(51)은 사출되는 과정에서 상기 요철돌기(43)상에서 사출(요철돌기(43)를 인서트사출)됨으로써 상기 하우징부(40)와 결합된다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 하우징부(40) 및 제2샤프트고정부(50)가 결합되는 형태를 도시한 측단면도이다.

도 7에 의하면, 상기 하우징부(40)는 제1요철편(45)을 형성하고, 상기 가이드베어링(51)은 상기 제1요철편(45)에 대응되는 제2요철편(53)이 형성되어 상기 하우징부(40)와 립융착된다.

이러한 경우, 상기 제1요철편(45)은 전술한 제1실시예에 의한 상기 요철돌기(43)와 동일한 과정으로 제작될 수 있으나 상기 걸림편(44)은 형성되지 않는다.

상기 가이드베어링(51)은 상기 제2요철편(53)이 홈의 형태로 형성되어 사출제작되고, 제작된 가이드베어링(51)은 상기 제1요철편(45)을 내삽하여 립융착된다. 이때, 융착을 위하여 레이저 용접 혹은 스포트 용접 등이 이용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 의한 하우징부(40) 및 제2샤프트고정부(50)가 결합되는 형태를 도시한 측단면도이다.

도 8에 의하면, 제2샤프트고정부(50)에 걸림편(55)이 구비된 요철돌기(54)가 형성되어 있고, 하우징부(40)에 활주공(46)이 형성되어 있다. 상기 요철돌기(54)는 원기둥 형태를 가지고, 걸림편(55)은 리벳의 끝단처럼 요철돌기(54)에 형성되어 있다. 상기 하우징부(40)의 활주공(46)은 탄력성이 있는 얇은 금속판형 상에 형성되므로, 상기 요철돌기(54)는 걸림편(55)의 제재없이 상기 활주공(46)에 끼워질 수 있다.

그러나, 상기 금속판형이 두꺼운 재질이라면 전술한 대로 상기 활주공(46)이 끼워지기 곤란하므로, 이러한 경우 상기 요철돌기(54)는 상기 활주공(46)에 내삽된 후, 초음파 가공과 같은 투시형 가공을 통하여 상기 걸림편을 형성시킬 수 있을 것이다.

여기서, 전술한 요철돌기(43, 45, 54)의 걸림편(44, 55)과 활주공(46, 53)은 그 개수 및 형상에 있어서 다양한 형태로 구성될 수 있을 것이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 의한 제2샤프트고정부(50) 및 판스프링(600)이 결합되는 형태를 도시한 측단면도이다.

도 9에 의하면, 상기 제2샤프트고정부(50)의 가이드베어링(51)은 판스프링(60)의 절곡된 걸림부(61, 62, 63)가 결착되도록 걸림턱(56)을 형성하고 있는데, 상기 걸림턱(56)외에 이탈방지턱(57)을 더 구비하고 있다.

상기 판스프링(60)은 상기 이탈방지턱(57)까지 결착됨에 있어서 조립이 용이하도록 결착되는 부분이 3차 절곡(61, 62, 63)되어 있다.

이렇게 상기 가이드베어링(51)에 이중 턱 구조(걸림턱(56) 및 이탈방지턱(57))를 형성함으로써 상기 판스프링(60)은 강한 충격에도 쉽게 이탈되지 않게 된다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 첫째, 스텝핑 모터의 고도한 제작 정밀도를 지양하고 조립 공정을 용이하게 하여 조립 누적 공차를 최소화함으로써 제품의 불량 발생률을 현저히 낮출 수 있고, 신속한 품질 관리가 가능하게 된 다.

둘째, 로터부의 처짐을 방지하고 보다 강한 토오크 및 충격에 견딜 수 있으므로, 안정적인 성능을 유지하고 상대적으로 수명이 긴 스텝핑 모터를 제공할 수 있게 된다.

셋째, 치형 설계와 프레스 부품에 따른 비용을 절감하고, 고가의 소결 베어링을 배재함으로써 스텝핑 모터의 소형화를 보다 수월히 실행할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 작은 충격에도 판스프링이 슬림형 스텝핑 모터로부터 이탈되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

샤프트 및 마그넷으로 구성되는 로터부;

피봇고정부, 피봇베어링 및 볼베어링으로 구성되어 상기 샤프트의 전치부를 회전가능하게 지지시키는 제1샤프트고정부;

상기 로터부의 회전공간을 제공하고, 모터를 고정하도록 하는 브라켓부;

보빈구조를 형성하고 결합측면에 요철돌기를 형성하는 하우징부;

가이드베어링 및 트러스트홀더를 구비하고 상기 요철돌기를 인서트사출하여 결합되는 제2샤프트고정부; 및

상기 가이드베어링에 결착되고 상기 트러스트 홀더를 압착하는 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 스텝핑 모터.
샤프트 및 마그넷으로 구성되는 로터부;

피봇고정부, 피봇베어링 및 볼베어링으로 구성되어 상기 샤프트의 전치부를 회전가능하게 지지시키는 제1샤프트고정부;

상기 로터부의 회전공간을 제공하고, 모터를 고정하도록 하는 브라켓부;

보빈구조를 형성하고 결합측면에 요철편을 형성하는 하우징부;

가이드베어링 및 트러스트홀더를 구비하고 상기 요철편에 대응하는 요철홈이 형성되어 상기 하우징부와 립융착되는 제2샤프트고정부; 및

상기 가이드베어링에 결착되고 상기 트러스트 홀더를 압착하는 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 스텝핑 모터.
제2항에 있어서, 상기 제2샤프트고정부는

상기 하우징부와 립융착됨에 있어서, 레이저 용접에 의하여 융착되는 것을 특징으로 하는 슬림형 스텝핑 모터.
제2항에 있어서, 상기 제2샤프트고정부는

상기 하우징부와 립융착됨에 있어서, 스포트 용접에 의하여 융착되는 것을 특징으로 하는 슬림형 스텝핑 모터.
샤프트 및 마그넷으로 구성되는 로터부;

피봇고정부, 피봇베어링 및 볼베어링으로 구성되어 상기 샤프트의 전치부를 회전가능하게 지지시키는 제1샤프트고정부;

상기 로터부의 회전공간을 제공하고, 모터를 고정하도록 하는 브라켓부;

가이드베어링 및 트러스트홀더를 구비하고 결합측면에 걸림편이 형성된 요철돌기를 구비하는 제2샤프트고정부;

보빈구조를 형성하고 결합측면에 상기 요철돌기가 내삽되는 활주공을 형성하는 하우징부; 및

상기 가이드베어링에 결착되고 상기 트러스트 홀더를 압착하는 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 스텝핑 모터.
샤프트 및 마그넷으로 구성되는 로터부;

피봇고정부, 피봇베어링 및 볼베어링으로 구성되어 상기 샤프트의 전치부를 회전가능하게 지지시키는 제1샤프트고정부;

상기 로터부의 회전공간을 제공하고, 모터를 고정하도록 하는 브라켓부;

보빈구조를 형성하고 결합측면에 활주공을 형성하는 하우징부;

가이드베어링 및 트러스트홀더를 구비하고, 결합측면에 요철돌기를 구비하며, 상기 요철돌기는 상기 활주공에 내삽된 후 투시형 가공을 통하여 걸림편이 형성되는 제2샤프트고정부; 및

상기 가이드베어링에 결착되고 상기 트러스트 홀더를 압착하는 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 스텝핑 모터.
제6항에 있어서, 상기 투시형 가공은

초음파 가공인 것을 특징으로 하는 슬림형 스텝핑 모터.
제1항, 제2항, 제5항 혹은 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 제2샤프트고정부는 상기 판스프링의 절곡된 걸림부가 삽입되는 부분에 걸림턱, 이탈방지턱 중 하나 이상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬림형 스텝핑 모터.
제8항에 있어서, 상기 판스프링의 걸림부는

3차 절곡되는 것을 특징으로 하는 슬림형 스텝핑 모터.