KR101389396B1

KR101389396B1 - 소형 구형 모터

Info

Publication number: KR101389396B1
Application number: KR1020120130502A
Authority: KR
Inventors: 김홍철; 권대갑; 김효영; 김현창; 김명현
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-05-30

Abstract

본 발명의 소형 구형 모터는 자기루프를 형성하는 영구자석이 구비된 고정부와, 고정부(10)의 공극에서 균일하게 생성된 자기장과 가해진 전류로 로렌츠 힘에 의한 토크가 출력되는 회전부(20)와, 회전부(20)가 힘을 받을 때 원하는 방향으로 출력 토크를 가이드해주고 피드백 제어를 신호가 생성되는 가이드 기구부와, 회전부(20)에서 발생된 토크를 출력해주도록 회전부(20)에 결합된 중심샤프트(30)로 구성됨으로써, 보이스 코일(Voice Coil)의 원리에 따른 로렌츠 힘(Lorentz Force)을 이용함으로써 2자유도의 서로 독립된(Decoupled) 선형적인 토크 출력과 함께 제어의 고 정밀성과 용이성이 구현되고, 특히 홀 센서(Hall Effect Sensor)가 적용된 짐벌 형태의 가이드기구가 적용됨으로써 모터 내부공간 활용도가 대폭 증강될 수 있고 군사 분야에서 활용도가 크게 높아지는 특징을 갖는다.

Description

소형 구형 모터{Minimum Size type Spherical Motor}

본 발명은 구형 모터에 관한 것으로, 특히 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)와 홀 센서(Hall Effect Sensor)를 이용함으로써 제어의 고 정밀성과 용이성이 구현되면서 크기도 소형화되어 산업분야 특히 군사 분야에서 활용도가 높은 소형 구형 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 1자유도(1방향회전)로 회전 구동이 이루어지고, 이러한 1자유도 회전 모터를 기어와 링크로 여러 개 결합할 경우 2자유도(2방향회전)나 3자유도(3방향회전)로 회전되는 모터로 구성될 수 있다.

그러나, 이와 같이 다수의 1자유도 회전 모터와 기어 및 링크로 2자유도 이상 회전 모터가 구성 될 경우, 모터 구성은 복잡해질 수밖에 없다.

반면, 구형모터는 여러 방향 회전을 위한 링크 및 기어 부품이 없이 1개의 모터만으로 3자유도로 회전 구동이 가능함으로써 제조 어려움이 해소될 수 있고, 특히 모터의 공간 효율성 측면에서 매우 우수한 특성을 가질 수 있다.

통상, 구형모터는 자기력을 발생하는 코일과, 자기장을 발생하는 영구자석으로 구성되고, 코일과 영구자석의 인력이나 척력을 토크로 발생시키도록 서로 연관(coupling)된 구동축으로 구성된다.

국내특허공개 10-2009-0093523(2009년09월02일)

하지만, 구형모터는 코일에서 발생하는 자기장과 영구 자석간의 상호력으로 토크를 발생시켜줌으로써 다자유도 회전 구동이 구현되는 동기 구동형이고, 이로 인한 정밀 제어의 어려움과 실적용성의 어려움이 있다.

일례로, 정밀 제어의 어려움은 구형모터에 적용된 영구 자석과 코일은 위치 제어가 용이하지 않음에 기인된 것으로서, 이로 인해 구형모터에서는 정확한 회전 구동과 정밀한 분해능 구현이 어려울 수밖에 없다.

또한, 실적용성의 어려움은 구형모터에서는 서로 연관(coupling)된 구동축에 따른 커플링 문제와 함께 비선형적인 토크 특성을 나타내고, 이로 인해 구형모터가 실제 적용되는데 있어 상당히 어려울 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 보이스 코일(Voice Coil)의 원리에 따른 로렌츠 힘(Lorentz Force)을 이용함으로써 2자유도의 서로 독립된(Decoupled) 선형적인 토크가 발생되고, 이를 통한 제어의 고 정밀성과 용이성이 구현되는 소형 구형 모터를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)와 함께 적용된 홀 센서(Hall Effect Sensor)가 적용된 짐벌 형태의 가이드기구가 적용됨으로써, 모터 내부공간 활용도가 크게 증강됨으로써 크기가 소형화되고, 이로부터 산업분야 특히 군사 분야에서 활용도가 크게 높아지는 소형 구형 모터를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소형 구형 모터는 자기루프를 형성하는 영구자석이 구비된 고정부와;

상기 고정부의 공극에서 균일하게 생성된 자기장과 가해진 전류로 로렌츠 힘에 의한 토크가 출력되는 회전부와;

상기 회전부가 힘을 받을 때 원하는 방향으로 출력 토크를 가이드해주고 피드백 제어 신호가 생성되는 가이드 기구부와;

상기 회전부에서 발생된 토크를 출력해주도록 상기 회전부에 결합된 중심샤프트; 가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 고정부는 상기 영구자석이 결합된 구형의 내부 요크와, 상기 내부 요크를 감싸는 구형의 외부 요크로 구성되고, 상기 영구자석은 상기 내부 요크에서 상기 외부 요크로 상기 자기루프를 형성해준다.

상기 내부 요크는 적어도 1개 이상으로 분할된 내부 요크 요소로 이루어져 서로 순차적으로 조립됨으로써 구형을 이루고, 상기 내부 요크 요소의 내주면에는 홈이 형성된다.

상기 영구자석은 적어도 1개 이상으로 분할된 내부 요크 요소로 이루어진 상기 내부 요크와 동일한 수량으로 구성된다. 상기 외부 요크는 적어도 1개 이상으로 분할된 내부 요크 요소로 이루어진 상기 내부 요크와 동일한 수량으로 구성된다.

상기 내부 요크와 상기 외부 요크는 상기 중심 샤프트에 의하여 서로 결합된다.

상기 회전부는 구 형상을 이루고 상기 중심 샤프트가 결합된 코일 지그와, 좌표계에서 Y축 회전 후 X축 회전을 하기 위한 로렌츠 힘을 발생시키는 X축 코일과, 상기 좌표계에서 Y축으로의 회전을 구현하는 Y축 코일로 구성된다.

상기 X축 코일은 제1 X축 코일요소와 제2 X축 코일요소로 한쌍을 이루고, 상기 Y축 코일은 제1 Y축 코일요소와 제2 Y축 코일요소로 이루어지며, 상기 X축 코일에 흐르는 전류가 자기장 배열에 수직하게 놓여 로렌츠 힘을 발생시킨다.

상기 가이드 기구부는 상기 회전부가 힘을 받을 때 원하는 방향으로 출력 토크를 가이드해주는 짐벌 형태로 이루어지고, 상기 피드백 제어를 위한 신호가 생성되는 홀센서 자석과 홀 센서가 함께 구성된다.

상기 가이드 기구부는 상기 회전부를 감싸는 환형 링 형상의 원형 프레임과, 서로 대칭을 이루도록 상기 원형 프레임에 구비되어 상기 고정부에 회전되도록 지지되는 한쌍의 회전 베어링으로 구성된다.

상기 홀센서 자석은 X축 홀 센서 자석과 Y축 홀 센서 자석으로 한쌍을 이루며, 상기 X축 홀 센서 자석은 상기 고정부를 이루는 내부 요크의 적어도 1개 이상으로 분할된 내부 요크 요소로 위치되고, 상기 Y축 홀 센서 자석은 상기 회전부를 이루고 상기 중심샤프트가 결합된 코일지그의 외부로 위치된다.

상기 X축 홀 센서 자석의 N극에서 생성된 자기장이 공극에서 상기 내부 요크를 감싼 외부 요크로 흐른 후 상기 Y축 홀 센서 자석의 S극으로 들어오며, 상기 X축 홀 센서 자석과 상기 Y축 홀 센서 자석을 이루는 쌍들중 2쌍은 N-S 순이고 2쌍은 S-N 순으로 배열된다.

상기 홀 센서는 상기 가이드 기구부를 이루어 상기 회전부를 감싸는 환형 링 형상의 원형 프레임에 설치되고, 상기 원형 프레임의 외주면에 형성된 홈으로 결합된다.

이러한 본 발명의 구형모터는 보이스 코일(Voice Coil)의 원리에 따른 로렌츠 힘(Lorentz Force)을 이용함으로써 2자유도의 서로 독립된(Decoupled)되면서 선형적인 토크가 발생됨으로써, 분리된 구동에 의한 토크 제어의 용이성과 함께 토크의 선형적인 특성에 의한 정밀한 회전 모션과 균일한 성능이 구현되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 구형 모터는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)와 함께 홀 센서(Hall Effect Sensor)가 적용됨으로써 대폭 증강된 모터 내부 공간 활용으로 크기를 소형화할 수 있고, 특히 소형의 크기에 비해 높은 토크가 구현되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 구형 모터는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)와 홀 센서(Hall Effect Sensor)가 적용된 짐벌 형태의 가이드기구로 모터 내부 공간 활용성을 크게 높여줌으로써, 피드백 제어를 위한 부가적인 센싱 시스템이 모두 모터 내부 공간에 설치될 수 있고, 이를 통해 응용 가능성이 크게 높아지는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 구형 모터는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)와 함께 홀 센서(Hall Effect Sensor)가 적용되어 크기를 소형화 할 수 있고, 피드백 제어를 위한 부가적인 센싱 시스템이 모두 모터 내부 공간에 설치됨으로써, 산업분야 특히 군사 분야에서 활용도를 크게 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 소형으로 구성된 구형 모터의 외관 및 내부 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 소형 구형 모터를 이루는 고정부 구성도이며, 도 3은 도 2의 고정부를 이루는 영구자석과 내부 요크의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 도 2의 고정부를 이루는 외부 요크의 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 소형 구형 모터를 이루는 회전부 구성도이고, 도 6은 도 5의 회전부를 이루는 X축 코일과 Y축 코일의 구성도이며, 도 7은 본 발명에 따른 소형 구형 모터를 이루는 홀센서 자석의 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 소형 구형 모터를 이루는 가이드 기구부 및 홀 센서의 구성도이며, 도 9는 본 발명에 따른 소형 구형 모터가 외부 요크와 조립되기 전 상태를 나타낸 조립도이고, 도 10은 도 9의 조립 상태에서 홀센서 자석(40)이 결합된 후 외부 요크(17)와 조립됨으로써 소형 구형모터로 완성되는 상태이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1(가),(나)는 본 실시예에 따라 소형으로 구성된 구형 모터의 외관 및 내부 구성을 나타낸다.

도 1(가)와 같이, 소형을 이루는 구형 모터(Spherical Motor)는 자기루프를 형성하는 고정부(10)와, 고정부(10)의 공극에서 균일하게 생성된 자기장과 가해진 전류로 로렌츠 힘에 의한 토크를 출력하는 회전부(20)와, 회전부(20)가 힘을 받을 때 원하는 방향으로 출력 토크를 가이드해주고 피드백 제어 신호가 생성되는 짐벌형태로 이루어진 가이드 기구부(50)로 구성된다.

도 1(나)에 도시된 바와 같이, 상기 고정부(10)는 내부 요크(11)와 외부 요크(17)와 함께 내부 요크(11)에서 외부 요크(17)로 자기루프를 형성해주는 영구자석(15)을 갖춘다.

상기 회전부(20)는 전류가 가해져 로렌츠 힘에 의한 토크를 발생시키는 한쌍의 X축 Y축 코일이 고정부(10)의 공극에서 균일하게 생성된 자기장 아래로 위치되고, 토크가 출력되는 중심 샤프트(30)가 외부로 노출되어진다.

상기 가이드 기구부(50)는 회전부(20)가 힘을 받을 때 원하는 방향으로 출력 토크를 가이드해주는 짐벌형태로 이루어지고, 피드백 제어를 위한 신호가 생성되는 홀센서 자석(40)과 홀 센서(60)와 함께 구성된다.

한편, 도 2내지 도 4는 본 실시예에 따른 고정부(10)의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 고정부(10)는 구 형태를 이루도록 적어도 1개 이상의 조각으로 이루어진 내부 요크(11)와, 내부 요크(11)의 외부에서 내부 요크(11)를 감싸는 구 형태를 이루도록 적어도 1개 이상의 조각으로 이루어진 외부 요크(17)와, 내부 요크(11)에 고정되어 내부 요크(11)에서 외부 요크(17)로 자기루프를 형성해주는 영구자석(15)으로 구성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 내부 요크(11)는 제1내부 요크 요소(11a)와 제2내부 요크 요소(11b), 제3내부 요크 요소(11c) 및 제4 내부 요크 요소(11d)로 구성되고, 각각은 90도 단위로 동일한 크기와 형상으로 이루어진다.

통상, 내부 요크(11)는 중심 샤프트(30)에 의하여 서로 결합된다.

특히, 상기 제1,2,3,4 내부 요크 요소(11a,11b,11c,11d)에는 그 내주면으로 인서트 홈(13)이 각각 형성되고, 상기 인서트 홈(13)에는 홀센서 자석(40)을 이루는 X축 홀 센서 자석(41)이 결합된다. 상기 X축 홀 센서 자석(41)은 이후 상세히 설명된다.

또한, 상기 내부 요크(11)의 내주면에는 가이드 기구부(50)를 이루는 한쌍의 회전 베어링(52)이 결합되며, 상기 가이드 기구부(50)는 이후 상세 설명된다.

한편, 상기 영구자석(15)은 제1영구자석(15a)과 제2영구자석(15b), 제3영구자석(15c) 및 제4영구자석(15d)으로 구성되고, 각각은 제1내부 요크 요소(11a)와 제2내부 요크 요소(11b), 제3내부 요크 요소(11c) 및 제4 내부 요크 요소(11d)의 곡률에 맞춰 곡률을 형성한다.

그러므로, 제1영구자석(15a)은 제1내부 요크 요소(11a)의 외주면으로 고정되고, 제2영구자석(15b)은 제2내부 요크 요소(11b)의 외주면으로 고정되며, 제3영구자석(15c)은 제3내부 요크 요소(11c)의 외주면으로 고정되고, 제4영구자석(15d)은 제4 내부 요크 요소(11d)의 외주면으로 고정된다.

이로 인해, 영구자석(15)은 내부 요크(11)에서 외부 요크(17)로 자기루프를 형성하게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 외부 요크(17)는 제1외부 요크 요소(17a)와 제2외부 요크 요소(17b), 제3외부 요크 요소(17c) 및 제4외부 요크 요소(17d)로 구성되고, 각각은 90도 단위로 동일한 크기와 형상으로 이루어진다.

통상, 외부 요크(17)는 중심 샤프트(30)에 의하여 서로 결합되어 있다.

한편, 도 5 및 도 6은 본 실시예에 따른 회전부(20)의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 회전부(20)는 구 형상을 이루는 코일 지그(21)와, 좌표계에서 Y축 회전 후 X축 회전을 하기 위한 로렌츠 힘을 발생시키는 X축 코일(23)과, 좌표계에서 Y축으로의 회전을 구현하는 Y축 코일(25)과, 코일 지그(21)에 결합되어 토크를 출력하는 중심 샤프트(30)로 구성된다.

상기 코일 지그(21)는 알루미늄 재질로 이루어진다.

상기 X축 코일(23)은 제1 X축 코일요소(23a)와 제2 X축 코일요소(23b)로 한쌍을 이루며, 공극에서의 자기장 배열이 상하 대칭적으로 배열됨으로써 이러한 자기장의 배열에 따라 수직하게 상하 대칭적인 전류가 흐르고, 특히 Y축 코일(25)의 회전에 무관하게 독립적으로 자기장과의 위치가 변하지 않으며 동일한 힘을 낼 수 있다.

이로부터, 본 실시예에 따른 구형모터에서는 로렌츠 힘이 발생됨으로써 회전구동이 이루어질 수 있다

상기 Y축 코일(25)은 제1 Y축 코일요소(25a)와 제2 Y축 코일요소(25b)로 한쌍을 이루며, 공극에서의 자기장 배열이 상하 대칭적으로 배열됨으로써 이러한 자기장의 배열에 따라 수직하게 상하 대칭적인 전류를 가해줄 수 있다.

본 실시예에서 상기 X축 코일(23)과 상기 Y축 코일(25)은 서로 다른 형상으로 이루어진다.

한편, 도 7은 본 실시예에 따른 홀센서 자석(40)과 가이드 기구부(50) 및 홀 센서(60)의 구성을 나타낸다.

도 7(가)에 도시된 바와 같이, 홀센서 자석(40)은 X축 홀 센서 자석(41)과 Y축 홀 센서 자석(42)으로 한쌍을 이루며, 상기 X축 홀 센서 자석(41)은 고정부(10)를 이루는 내부 요크(11)의 내주면에 형성된 인서트 홈(13)을 이용해 결합되고, 상기 Y축 홀 센서 자석(42)은 회전부(20)를 이루는 코일 지그(21)의 외주면으로 결합된다.

상기 X축 홀 센서 자석(41)은 내부 요크(11)를 이루는 제1내부 요크 요소(11a)와 제2내부 요크 요소(11b), 제3내부 요크 요소(11c) 및 제4 내부 요크 요소(11d)에 각각 구비되고, 상기 Y축 홀 센서 자석(42)은 상기 X축 홀 센서 자석(41)과 동일한 수량으로 구성된다.

이로 인해, 상기 홀센서 자석(40)은 내부 요크(11)에서 외부 요크(17)로 자기루프를 형성할 수 있다.

일례로, X축 홀 센서 자석(41)의 N극에서 생성된 자기장이 공극에서 외부 요크(17)로 흐르게 되고, 이는 다시 Y축 홀 센서 자석(42)의 S극으로 들어오며, 이러한 작용에서 상기 X축 홀 센서 자석(41)이 부착되어있는 내부 요크(11)는 자기장을 강화하는 역할을 수행할 수 있다.

본 실시예에서, X축 홀 센서 자석(41)과 Y축 홀 센서 자석(42)은 구형 모터의 위쪽을 기준으로 할 때, 2쌍은 N-S 순이고 2쌍은 S-N 순으로 부착된다. 따라서 N극에서 나온 자속이 바로 인접하여 있는 S극으로 들어감으로써 공극에서의 자속 방향이 서로 다른 2개의 자기장 배열이 구현될 수 있다.

한편, 도 8은 본 실시예에 따른 가이드 기구부(50) 및 홀 센서(60)의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 가이드 기구부(50)는 짐벌 형태를 취함으로써 그 내부 공간의 활용성이 최대화될 수 있고, 그 내부 공간으로는 센서들이 부착될 수 있다.

이를 위해, 상기 가이드 기구부(50)는 회전부(20)를 이루는 구 형상의 코일 지그(21)가 내부로 수용되는 환형링 형상의 원형 프레임(51)과, 서로 대칭을 이루도록 원형 프레임(51)에 구비된 한쌍의 회전 베어링(52)과, 회전 베어링(52)에 간격을 두고 원형 프레임(51)에 결합된 홀 센서(60)로 구성된다.

상기 한쌍의 회전 베어링(52)은 원형 프레임(51)에 끼워져 결합되며, 이러한 결합상태에서 내부 요크(11)에 부착됨으로써 회전을 가이드 할 수 있고, 특히 중심 샤프트(30)를 고정시켜 주며 원하는 방향으로만 회전 시켜줄 수 있게 된다.

상기 홀 센서(60)는 원형 프레임(51)의 외주면에 파여진 그루브를 이용해 결합되고, 규칙적으로 배열된 X축 홀 센서 자석(41)과 Y축 홀 센서 자석(42)에서 생성되는 자기장이 회전에 의해 변화되는 정도를 측정함으로써 회전 각도가 측정될 수 있다.

상기와 같이 홀 센서(60)가 회전 운동시 회전 각도를 측정하고, 이를 이용함으로써 소형 구형모터에 대한 피드백 제어가 정밀하게 이루어질 수 있다.

한편, 도 9는 본 발명에 따른 소형 구형 모터가 조립되는 과정으로서, 고정부(10)의 구성요소가 조립되고, 회전부(20) 및 가이드 기구부(50)가 조립된 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 고정부(10)는 외부 요크(17)가 결합되지 않은 내부 요크(11)와 영구자석(15)이 서로 조립된 상태로서, 내부 요크(11)는 제1내부 요크 요소(11a)와 제2내부 요크 요소(11b), 제3내부 요크 요소(11c) 및 제4 내부 요크 요소(11d)가 서로 순차적으로 이어지면서 구형상으로 만들어지고, 상기 제1내부 요크 요소(11a)에 제1영구자석(15a)이 결합되며, 상기 제2내부 요크 요소(11b)에 제2영구자석(15b)이 결합되고, 상기 제3내부 요크 요소(11c)에 제3영구자석(15c)이 결합되며, 상기 제4 내부 요크 요소(11d)에 제4영구자석(15d)이 결합된다.

또한, 회전부(20)에는 코일 지그(21)로 X축 코일(23)과 Y축 코일(25)이 쌍을 이루어 결합되고, 중심 샤프트(30)가 코일 지그(21)의 외부로 노출되어진다.

또한, 가이드 기구부(50)는 원형 프레임(51)이 코일 지그(21)를 감싸도록 결합되고, 원형 프레임(51)에는 한쌍의 회전 베어링(52)과 홀 센서(60)가 결합된다.

한편, 도 10은 도 9의 조립 상태에서 홀센서 자석(40)이 결합된 후 외부 요크(17)와 조립됨으로써 소형 구형모터로 완성되는 상태이다.

도시된 바와 같이, 홀센서 자석(40)을 이루는 X축 홀 센서 자석(41)은 고정부(10)를 이루는 내부요크(11)의 인서트홈(13)으로 위치되고, Y축 홀 센서 자석(42)은 회전부(20)를 이루는 코일 지그(21)의 외부로 위치된다.

이러한 조립상태에서, 상기 X축 홀 센서 자석(41)은 홀 센서(60)의 설치위치를 지나게 된다.

한편, 외부요크(17)는 제1외부 요크 요소(17a)와 제2외부 요크 요소(17b), 제3외부 요크 요소(17c) 및 제4외부 요크 요소(17d)가 서로 순차적으로 이어지면서 구 형상으로 만들어지고, 그 내부 공간으로는 영구자석(15)과 결합된 내부 요크(11)가 위치되고, 내부 요크(11)의 내부 공간으로는 회전부(20)와 함께 홀 센서 자석(40)과 가이드 기구부(50) 및 홀 센서(60)가 위치된다.

또한, 중심 샤프트(30)는 회전부(20)에 결합되어 외부로 노출됨으로써 토크가 출력될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 소형 구형 모터는 자기루프를 형성하는 영구자석이 구비된 고정부와, 고정부(10)의 공극에서 균일하게 생성된 자기장과 가해진 전류로 로렌츠 힘에 의한 토크가 출력되는 회전부(20)와, 회전부(20)가 힘을 받을 때 원하는 방향으로 출력 토크를 가이드해주고 피드백 제어 신호가 생성되는 가이드 기구부와, 회전부(20)에서 발생된 토크를 출력해주도록 회전부(20)에 결합된 중심샤프트(30)로 구성됨으로써, 보이스 코일(Voice Coil)의 원리에 따른 로렌츠 힘(Lorentz Force)을 이용함으로써 2자유도의 서로 독립된(Decoupled) 선형적인 토크 출력과 함께 제어의 고 정밀성과 용이성이 구현되고, 특히 홀 센서(Hall Effect Sensor)가 적용된 짐벌 형태의 가이드기구가 적용됨으로써 모터 내부공간 활용도가 대폭 증강될 수 있고 군사 분야에서 활용도가 크게 높아질 수 있다.

10 : 고정부 11 : 내부 요크
11a,11b,11c,11d : 제1,2,3,4 내부 요크 요소
13 : 인서트 홈 15 : 영구자석
15a,15b,15c,15d : 제1,2,3,4 영구자석
17 : 외부 요크
17a,17b,17c,17d : 제1,2,3,4 외부 요크 요소
20 : 회전부 21 : 코일 지그
23 : X축 코일 23a,23b : 제1,2 X축 코일요소
25 : Y축 코일 25a,25b : 제1,2 Y축 코일요소
30 : 중심 샤프트 40 : 홀센서 자석
41 : X축 홀 센서 자석 42 : Y축 홀 센서 자석
50 : 가이드 기구부 51 : 원형 프레임
52 : 회전 베어링 60 : 홀 센서

Claims

자기루프를 형성하는 영구자석이 구비된 고정부와;
상기 고정부의 공극에서 균일하게 생성된 자기장과 가해진 전류로 로렌츠 힘에 의한 토크가 출력되는 회전부와;
상기 회전부가 힘을 받을 때 원하는 방향으로 출력 토크를 가이드해주고 피드백 제어 신호가 생성되는 가이드 기구부와;
상기 회전부에서 발생된 토크를 출력해주도록 상기 회전부에 결합된 중심샤프트;가 포함되고,
상기 고정부는 상기 영구자석이 결합된 구형의 내부 요크와, 상기 내부 요크를 감싸는 구형의 외부 요크로 구성되고, 상기 내부 요크와 상기 외부 요크는 상기 중심 샤프트에 의하여 서로 결합된 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 영구자석은 상기 내부 요크에서 상기 외부 요크로 상기 자기루프를 형성해주는 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 2에 있어서, 상기 내부 요크는 적어도 1개 이상으로 분할된 내부 요크 요소로 이루어져 서로 순차적으로 조립됨으로써 구형을 이루고, 상기 내부 요크 요소의 내주면에는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 2에 있어서, 상기 영구자석은 적어도 1개 이상으로 분할된 내부 요크 요소로 이루어진 상기 내부 요크와 동일한 수량으로 구성된 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 2에 있어서, 상기 외부 요크는 적어도 1개 이상으로 분할된 내부 요크 요소로 이루어진 상기 내부 요크와 동일한 수량으로 구성된 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
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청구항 1에 있어서, 상기 회전부는 구 형상을 이루고 상기 중심 샤프트가 결합된 코일 지그와, 좌표계에서 Y축 회전 후 X축 회전을 하기 위한 로렌츠 힘을 발생시키는 X축 코일과, 상기 좌표계에서 Y축으로의 회전을 구현하는 Y축 코일로 구성된 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 7에 있어서, 상기 X축 코일은 제1 X축 코일요소와 제2 X축 코일요소로 한쌍을 이루고, 상기 Y축 코일은 제1 Y축 코일요소와 제2 Y축 코일요소로 이루어지며, 상기 X축 코일에 흐르는 전류가 자기장 배열에 수직하게 놓여 로렌츠 힘을 발생시키는 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 8에 있어서, 상기 X축 코일과 상기 Y축 코일은 서로 다른 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 가이드 기구부는 상기 회전부가 힘을 받을 때 원하는 방향으로 출력 토크를 가이드해주는 짐벌 형태로 이루어지고, 상기 피드백 제어를 위한 신호가 생성되는 홀센서 자석과 홀 센서가 함께 구성된 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 10에 있어서, 상기 가이드 기구부는 상기 회전부를 감싸는 환형 링 형상의 원형 프레임과, 서로 대칭을 이루도록 상기 원형 프레임에 구비되어 상기 고정부에 회전되도록 지지되는 한쌍의 회전 베어링으로 구성된 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 10에 있어서, 상기 홀센서 자석은 X축 홀 센서 자석과 Y축 홀 센서 자석으로 한쌍을 이루며, 상기 X축 홀 센서 자석은 상기 고정부를 이루는 내부 요크의 적어도 1개 이상으로 분할된 내부 요크 요소로 위치되고, 상기 Y축 홀 센서 자석은 상기 회전부를 이루고 상기 중심샤프트가 결합된 코일지그의 외부로 위치되는 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 12에 있어서, 상기 X축 홀 센서 자석의 N극에서 생성된 자기장이 공극에서 상기 내부 요크를 감싼 외부 요크로 흐른 후 상기 Y축 홀 센서 자석의 S극으로 들어오며, 상기 X축 홀 센서 자석과 상기 Y축 홀 센서 자석을 이루는 쌍들중 2쌍은 N-S 순이고 2쌍은 S-N 순으로 배열된 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.
청구항 10에 있어서, 상기 홀 센서는 상기 가이드 기구부를 이루어 상기 회전부를 감싸는 환형 링 형상의 원형 프레임에 설치되고, 상기 원형 프레임의 외주면에 형성된 홈으로 결합된 것을 특징으로 하는 소형 구형 모터.