KR101789817B1 - 스텝핑 모터 - Google Patents

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이명석
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

스텝핑 모터는 마그네트가 배치된 회전축을 포함하는 회전자, 상기 회전자를 감싸며 코일이 권선된 고정자 및 상기 회전축의 단부를 서포트하는 스러스트 베어링을 수납하는 하우징을 포함하는 스텝핑 모터부; 상기 스러스트 베어링을 덮고 상호 마주하는 슬릿홀들이 형성된 가이드 유닛; 및 상기 각 슬릿홀을 통과하며 상기 가이드 유닛에 걸리는 절곡부 및 상기 스러스트 베어링을 가압하는 탄성부가 형성된 판 스프링을 포함하며, 상기 가이드 유닛에는 상기 절곡부의 이탈을 방지하는 이탈 방지부가 형성된다.

Description

스텝핑 모터{STEPPING MOTOR}
본 발명은 스텝핑 모터에 관한 것이다.
일반적으로 스텝핑 모터는 회전축의 매우 정밀한 회전수를 구현하기에 적합한 모터로서, 스텝핑 모터는 광학 디스크 드라이브(ODD)의 광 픽업 모듈을 구동 또는 정밀 이송 기기에서 작업 대상물의 정밀한 이송에 널리 사용되고 있다.
스텝핑 모터는 하우징 내벽에 코일이 권선 된 고정자가 배치 및 고정자에 의하여 형성된 중공 내에 마그네트가 장착된 회전축이 배치되는 구조를 가지며, 회전축의 단부는 하우징에 고정된 스러스트 베어링에 회전 가능하게 지지 된다.
종래 기술에 의한 스텝핑 모터는 다양한 원인들에 의하여 스러스트 베어링 및 회전축 사이에 갭이 발생 될 수 있고, 이로 인해 회전축이 회전축의 축 방향으로 유동 되어 대상물을 이송 정밀도가 크게 감소 되는 문제점을 갖는다.
본 발명은 스텝핑 모터의 회전축 및 스러스트 베어링 사이에서 갭이 발생하는 것을 방지하며 조립 도중 스러스트 베어링에 가해지는 압력이 감소 되는 것을 방지한 스텝핑 모터를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일실시예로서, 스텝핑 모터는 마그네트가 배치된 회전축을 포함하는 회전자, 상기 회전자를 감싸며 코일이 권선된 고정자 및 상기 회전축의 단부를 서포트하는 스러스트 베어링을 수납하는 하우징을 포함하는 스텝핑 모터부; 상기 스러스트 베어링을 덮고 상호 마주하는 슬릿홀들이 형성된 가이드 유닛; 및 상기 각 슬릿홀을 통과하며 상기 가이드 유닛에 걸리는 절곡부 및 상기 스러스트 베어링을 가압하는 탄성부가 형성된 판 스프링을 포함하며, 상기 가이드 유닛에는 상기 절곡부의 이탈을 방지하는 이탈 방지부가 형성된다.
본 발명에 따른 스텝핑 모터에 의하면, 회전축을 지지하는 스러스트 베어링에 압력을 가하여 회전축 및 스러스트 베어링 사이의 갭이 발생되지 않도록 할 뿐만 아니라 조립을 진행할 때 스러스트 베어링을 누르는 압력의 변화가 발생 되지 않도록 하여 스텝핑 모터의 회전 성능을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스텝핑 모터의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스텝핑 모터의 분해 단면도이다.
도 3은 판 스프링 가이드의 후면 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 판 스프링 가이드 및 판 스프링의 결합 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스텝핑 모터의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 스텝핑 모터의 분해 단면도이다. 도 3은 판 스프링 가이드의 후면 사시도이다. 도 4는 도 1에 도시된 판 스프링 가이드 및 판 스프링의 결합 사시도이다.
도 1 내지 도 4들을 참조하면, 스텝핑 모터(200)는 회전자(10), 고정자(20), 스러스트 베어링(30) 및 하우징(40)을 포함하는 스텝핑 모터부(45), 가이드 유닛(50) 및 판 스프링(60)을 포함한다.
스텝핑 모터부(45)를 이루는 하우징(40)은 통 형상으로 형성되며, 하우징(40)은 회전자(10), 고정자(20) 및 스러스트 베어링(30)을 수납 및 고정하는 역할을 한다.
하우징(40)은 하우징 몸체(42) 및 수납부(48)를 포함한다.
하우징 몸체(42)는 바닥판(43) 및 바닥판(43)의 에지로부터 연장된 측면판(45)을 포함하며, 바닥판(43)의 중앙부 및 측면판(45)의 일부에는 각각 개구가 형성된다. 하우징 몸체(42)는 제1 직경을 갖는 원통 형상으로 형성될 수 있다.
수납부(48)는 하우징 몸체(42)의 바닥판(43)의 개구와 대응하는 위치에 형성된다. 수납부(48)는 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 원통 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 수납부(48)는 하우징 몸체(42)와 일체로 형성되며, 수납부(48)는, 예를 들어, 딥 드로잉 공정(Deep Drawing process)에 의하여 형성된다. 하우징 몸체(42) 및 수납부(48)들을 포함하는 하우징(40)은, 예를 들어, 금속판을 가공하여 형성될 수 있다.
스텝핑 모터부(45)를 이루는 고정자(20)는 하우징(40) 중 하우징 몸체(42)의 내부에 배치 및 고정된다.
고정자(20)는 한 쌍의 보빈(22), 각 보빈(22)과 결합 되는 투스 요크(tooth yoke;24)들 및 코일(26)을 포함한다.
각 보빈(22)은 코일(26)을 권선 하기에 적합한 통 형상으로 형성되며, 보빈(22)의 외측면에는 코일(26)이 권선 된다. 보빈(22)에 권선 된 코일(26)에 전류와 같은 구동 신호가 인가됨에 따라 코일(26)로부터는 자기장이 발생 된다.
투스 요크(24)는 보빈(22)의 양쪽 단부를 통해 보빈(22)의 내측면으로 삽입되고, 투스 요크(24)는 보빈(22)의 내측면에서 2 개가 상호 맞물리게 결합되며, 각 투스 요크(24)의 사이에는 갭이 형성된다.
하우징(40) 중 하우징 몸체(42)의 내측면에는, 예를 들어, 투스 요크(24)가 결합된 2 개의 보빈(22)들이 직렬 방식으로 배치된다.
보빈(22), 투스 요크(24) 및 코일(26)을 포함하는 원통 형상의 고정자(20)가 하우징 몸체(42) 내측면에 배치됨에 따라 하우징 몸체(42) 내부에는 중공이 형성된다.
스텝핑 모터부(45)를 이루는 회전자(10)는 원통 형상의 고정자(20)의 내부에 배치되며, 회전자(10)는 회전축(13) 및 마그네트(15)를 포함한다. 회전축(13)은, 예를 들어, 제1 회전축부(11) 및 제2 회전축부(12)를 포함한다.
제1 회전축부(11)는 하우징(40)의 외부에 배치되고, 제2 회전축부(12)는 하우징(40)의 내부에 배치된다. 하우징(40)의 외부에 배치된 제1 회전축부(11)에는 리드 스크류를 구성하기 위한 나사산이 형성될 수 있다.
마그네트(15)는 하우징(40)의 내부에 배치되는 제2 회전축부(12) 상에 고정되며, 마그네트(15)는, 예를 들어, 제2 회전축부(12) 중 각 보빈(22)과 대응하는 위치에 배치된다.
마그네트(15)로부터 발생 된 자기장 및 보빈(22)에 권선된 코일(26)로부터 발생된 자기장의 작용에 의하여 발생 된 회전력에 의하여 회전축(13)은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전된다.
본 발명의 일실시예에서, 회전자(10) 및 고정자(20) 사이에는 일정 간극이 형성된다. 회전자(10) 및 고정자(20) 사이의 간극이 매우 좁거나 간극이 형성되지 않을 경우, 회전자(10)의 회전축(13)의 회전 성능이 현저하게 감소 또는 회전축(13)의 정지되거나 회전자(10) 및 고정자(20)의 접촉에 따른 소음이 발생 된다.
고정자(20)에 대하여 회전자(10)가 일정한 간극을 유지하도록 하기 위해, 하우징(40)의 외부에 배치된 회전축(13)의 일측 단부에는 피봇 베어링(미도시)이 결합되고, 하우징(40)의 내부에 배치되며 회전축(13)의 상기 일측 단부와 대향 하는 타측 단부에는 스러스트 베어링(30)이 배치된다.
스러스트 베어링(30)은 하우징(40)의 수납부(48) 내에 배치되며, 스러스트 베어링(30)은, 예를 들어, 원판 형상으로 형성된다. 스러스트 베어링(30)은 회전축(13)의 단부를 회전 가능하게 지지한다. 이하, 수납부(48) 내에 배치된 회전축(13)의 단부와 접촉되는 부분은 스러스트 베어링(30)의 상면으로서 정의된다.
스러스트 베어링(30)의 상기 상면과 마주하는 회전축(13)의 단부에는 볼(ball;14)이 배치될 수 있고, 이로 인해 회전축(13)의 단부는 스러스트 베어링(30)의 상기 상면과 점 접촉된다. 이와 다르게, 스러스트 베어링(30)의 상기 상면과 마주하는 회전축(13)의 단부는 반구 형상으로 가공되고, 반구 형상을 갖는 회전축(13)의 단부는 스러스트 베어링(30)의 상면과 점 접촉될 수 있다.
스러스트 베어링(30) 및 회전축(13)의 단부 사이에 갭이 발생 될 경우, 회전축(13)이 회전축(13)의 축 방향을 따라 좌우로 이동될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 스러스트 베어링(30)은 가이드 유닛(50) 및 판 스프링(60)에 의하여 가압되어 회전축(13)의 축 방향 움직임은 제한된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 가이드 유닛(50)은 스러스트 베어링(30)을 덮는 형상으로 형성될 수 있고, 가이드 유닛(50)에는 후술 될 판 스프링(60)이 통과하는 슬릿 홀(57)들이 형성될 수 있다.
가이드 유닛(50)은 커버부(52), 결합부(54,56) 및 이탈 방지부(59)들을 포함한다.
커버부(52)는 플레이트 형상으로 형성되며, 커버부(52)는 하우징(40)의 하우징 몸체(42)의 바닥판(43)과 마주하게 배치되며, 커버부(52)에는 수납부(48) 내에 삽입된 스러스트 베어링(30)을 노출하는 개구(53)가 형성된다.
결합부(54,56)들은 커버부(52)의 일측 단부(52a) 및 상기 일측 단부(52a)와 대향 하는 타측 단부(52b)로부터 연장 및 상호 마주하게 절곡 된 형상으로 형성된다. 결합부(54,56)들의 일부는 하우징(40)의 바닥판(43)과 평행하게 절곡 된다.
각 결합부(54,56)들은 하우징 몸체(42)의 바닥판(43)에 스폿 용접, 레이저 용접과 같은 용접 또는 접착제에 의하여 접착될 수 있다.
각 결합부(54,56)들에는 후술 될 판 스프링(60)이 삽입되도록 슬릿 홀(57)들이 각각 형성되며, 각 결합부(54,56)들에 형성된 각 슬릿 홀(57)들은 판 스프링(60)이 통과할 수 있도록 상호 마주하게 배치된다.
이탈 방지부(59)는 후술 될 판 스프링(60)이 가이드 유닛(50)에 결합된 후 임의로 가이드 유닛(50)으로부터 이탈되는 것을 방지한다. 본 발명의 일실시예에서, 이탈 방지부(59)는 가이드 유닛(50)의 일부에 형성된다.
본 발명의 일실시예에서는 이탈 방지부(59)가 가이드 유닛(50)에 일체로 형성되는 것이 도시 및 설명되고 있지만, 이와 다르게, 이탈 방지부(59)는 가이드 유닛(50)에 부착 또는 조립되어도 무방하다.
본 발명의 일실시예에서, 이탈 방지부(59)는 가이드부(59a) 및 고정부(59b)를 포함할 수 있다.
가이드부(59a)는 커버부(52)의 일측 단부(52a) 및 타측 단부(52b)와 수직하게 배치된 측면(52c,52d)들로부터 각각 하우징 몸체(42)의 바닥판(43)과 수직한 방향으로 연장 또는 절곡 되며, 가이드부(59a)는 플레이트 형상으로 형성된다. 가이드부(59a)는 각 결합부(54,56)들에 형성된 슬릿 홀(57)에 원활하게 판 스프링(60)이 삽입되도록 판 스프링(60)을 가이드 하는 역할을 한다.
고정부(59b)는 가이드부(59a)로부터 결합부(54,56)들의 외측으로 연장되며, 고정부(59b)는 후술 될 판 스프링(60)을 고정하는 역할을 한다.
판 스프링(60)은 판 스프링 몸체(62) 및 탄성부(64)를 포함한다. 이에 더하여, 판 스프링(60)은 판 스프링 몸체(62)로부터 절곡된 절곡부(66)를 더 포함할 수 있다.
판 스프링 몸체(62)는 플레이트 형상으로 형성된다. 본 발명의 일실시예에서, 판 스프링 몸체(62)는 얇은 두께를 갖는 금속 플레이트를 포함할 수 있고, 판 스프링 몸체(62)는 가이드 유닛(50)의 각 슬릿 홀(57)에 삽입되는 폭으로 형성된다.
탄성부(64)는 판 스프링 몸체(62)의 일부를 절개 및 절곡하여 형성된다. 탄성부(64)는, 평면상에서 보았을 때, 'U' 자 형상으로 절개 및 절곡하여 형성된다.
판 스프링 몸체(62)와 연결된 탄성부(64)는 판 스프링 몸체(62)에 대하여 스러스트 베어링(30)을 향하는 방향으로 절곡 되고, 이로 인해 스러스트 베어링(30)의 하면은 탄성부(64)에 의하여 탄력적으로 가압된다.
본 발명의 일실시예에서, 탄성부(64) 및 판 스프링 몸체(62)는 예각의 각도로 형성되고, 탄성부(64) 중 스러스트 베어링(30)과 접촉되는 부분은 스러스트 베어링(30)의 하면과 평행하게 형성된다.
탄성부(64)가 스러스트 베어링(30)을 가압함으로써 스러스트 베어링(30)은 회전축(13)의 단부를 가압하고, 이로 인해 회전축(13)은 스러스트 베어링(30)에 회전 가능하게 지지 된다.
판 스프링(60)의 절곡부(66)는 판 스프링 몸체(62)의 일부를 절곡 하여 형성되며, 판 스프링(60)의 절곡부(66)는 판 스프링(60)이 가이드 유닛(50)의 슬릿 홀(57)로부터 판 스프링(60)이 임의로 분리되는 것을 방지한다.
판 스프링(60)의 절곡부(66)가 슬릿 홀(57)에 결합 된 상태에서 절곡부(66)가 형성된 판 스프링(60)의 일측 단부와 대향 하는 타측 단부는 슬릿 홀(57)로부터 돌출된다.
그러나, 단순히 판 스프링(60)에 절곡부(66)를 형성할 경우, 진동 및 외부에서 인가된 충격에 의하여 판 스프링(60)이 가이드 유닛(50)으로부터 분리되어 스러스트 베어링(30)이 하우징(40)으로부터 이탈되는 치명적인 불량이 발생 될 수 있다.
이를 방지하기 위해서, 판 스프링(60)의 판 스프링 몸체(62) 중 절곡부(66)가 형성된 단부와 대향 하는 단부를 절곡하여 판 스프링(60)이 가이드 유닛(50)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있지만, 이와 같이 판 스프링 몸체(62) 중 절곡부(66)가 형성된 단부와 대향 하는 단부를 절곡 할 경우, 탄성부(64) 및 판 스프링 몸체(62)의 각도가 요구되는 각도보다 작거나 커질 수 있고, 이로 인해 스러스트 베어링(30)이 회전축(13)을 누르는 예압(pre-load)이 변경될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 판 스프링(60)이 가이드 유닛(50)으로부터 분리되지 않을 뿐만 아니라 탄성부(64) 및 판 스프링 몸체(62)가 이루는 각도의 변화가 발생되지 않도록 판 스프링(60)의 절곡부(66)는 가이드 유닛(50)의 이탈 방지부(59)에 의하여 고정된다.
도 4에 도시된 바와 같이 판 스프링(60)의 절곡부(66)는 가이드 유닛(50)의 이탈 방지부(59)의 고정부(59b)의 절곡에 의하여 고정된다. 본 발명의 일실시예에서, 판 스프링(60)의 절곡부(66)의 외측면은 절곡된 고정부(59b)와 접촉된다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 회전축을 지지하는 스러스트 베어링에 압력을 가하여 회전축 및 스러스트 베어링 사이의 갭이 발생되지 않도록 할 뿐만 아니라 조립을 진행할 때 스러스트 베어링을 누르는 압력의 변화가 발생 되지 않도록 하여 스텝핑 모터의 회전 성능을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
200...스텝핑 모터 10...회전자
20...고정자 30...스러스트 베어링
40...하우징 45...스텝핑 모터부
50...가이드 유닛 60...판 스프링

Claims (10)

  1. 고정자, 회전축을 포함하는 회전자 및 상기 회전축의 단부를 서포트하는 스러스트 베어링을 각각 수납하는 하우징을 포함하는 스텝핑 모터부;
    상기 스러스트 베어링을 노출하는 개구가 형성된 커버부, 상기 커버부의 일측 에지로부터 절곡되며 제1 슬릿 홀이 형성된 제1 결합부 및 상기 커버부의 타측 에지로부터 절곡되며 상기 제1 슬릿 홀과 마주하는 제2 슬릿 홀이 형성된 제2 결합부를 포함하는 가이드 유닛; 및
    상기 제1 및 제2 슬릿 홀을 통과하는 판 스프링 몸체 및 상기 판 스프링 몸체로부터 절개되어 상기 스러스트 베어링을 누르는 탄성부를 포함하는 판 스프링을 포함하며,
    상기 가이드 유닛은, 상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부의 배치 방향과 수직하는 상기 커버부의 측면에 형성되어 내측으로 상기 판 스프링 몸체를 가이드하는 가이드부와, 상기 가이드부의 단부로부터 상기 제1 결합부 또는 상기 제2 결합부 방향으로 연장되는 고정부를 포함하는 이탈 방지부를 포함하고,
    상기 판 스프링은 상기 고정부의 내측에 수용되도록 상기 판 스프링 몸체의 일단으로부터 절곡되는 절곡부를 더 포함하는 스텝핑 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 스러스트 베어링을 수납하기 위한 통 형상의 수납부를 포함하는 스텝핑 모터.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 2결합부 및 상기 하우징은 용접 및 본딩 중 어느 하나에 의하여 상호 결합되는 스텝핑 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이탈 방지부는 상기 절곡부의 외측면과 마주하게 절곡된 스텝핑 모터.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 판 스프링 및 상기 탄성부는 예각의 각도로 형성되며, 상기 탄성부는 상기 스러스트 베어링과 접촉되는 부분에 상기 스러스트 베어링과 평행하게 형성된 가압부를 포함하는 스텝핑 모터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 판 스프링의 상기 절곡부가 형성된 일측 단부와 대향 하는 타측 단부는 슬릿홀로부터 돌출된 스텝핑 모터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005269733A (ja) * 2004-03-17 2005-09-29 Canon Electronics Inc モータ保持装置
JP2009005578A (ja) * 2007-05-23 2009-01-08 Nidec Sankyo Corp モータ

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