KR101821817B1 - 리니어 스텝모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 리니어 스텝모터는 링 형상의 스테이터가 내주면에 고정 설치되고, 개구부를 가지는 모터 하우징; 상기 스테이터 중앙에 형성된 공간부에 회전 가능하게 설치되는 로터; 상기 개구부를 폐쇄하며, 베어링이 결합되는 커버부재; 상기 로터의 중앙에 배치되어 끝단이 상기 베어링의 내륜 중앙에 형성된 샤프트 홀을 통과하여 상기 커버부재 바깥쪽에서 결합되고, 외주면에는 마그네트가 결합되며, 내주면에 숫 나사부가 형성된 리드 스크류 부재와 기어 결합되는 암 나사부가 형성된 너트 샤프트; 및 상기 너트 샤프트와 일체로 형성되어, 상기 너트 샤프트를 상기 커버부재에 결합되는 베어링에 고정하는 고정유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리니어 스텝모터{Linear Step Motor}
본 발명은 리니어 스텝모터에 관한 것이다.
스텝모터(Step motor, 또는 Stepping motor)는 일정한 각도씩 회전 또는 직선 운동하는 디지털 액추에이터(Actuator)라 할 수 있다. 일반적으로 회전운동을 하는 경우를 스텝모터라 하고, 직선운동을 하는 경우에는 리니어 스텝모터라고 한다.
리니어 스텝모터는 입력 펄스 수와 모터의 회전각도가 비례하므로 회전각도를 정확하게 제어할 수 있다는 장점이 있어, 수치제어 공작기계(NC machine)나 산업용 로봇, 프린터나 복사기 등의 OA기기에 주로 활용되고 있다.
일반적으로 리니어 스텝모터의 구조는 하우징과, 상기 하우징의 외부에 설치되는 컨트롤 파트, 상기 하우징의 내부에 설치되는 스테이터 파트와, 상기 스테이터 파트의 내부에 전자기력에 의해 회전 가능하게 설치되는 로터 모듈과, 상기 로터 모듈의 회전운동에 연동하여 직선운동 가능하게 설치되는 리드스크류로 구성된다.
로터 모듈은 상기 스테이터를 구성하는 투스 요크(tooth yoke)의 내부에 소정 간극을 두고 회전 가능하게 설치되는 마그네트와, 상기 마그네트의 내부에 마그네트와 함께 연동 회전되게 설치되며 내주면에 암 나사산이 형성된 너트 샤프트(Nut shaft)로 구성된다.
상기 리드스크류는 그 외주면에 상기 너트 샤프트의 암 나사산과 치합되는 숫 나사산이 형성되어 있어서 상기 너트 샤프트의 회전에 의해 직선운동(진퇴운동)이 가능하다.
그런데, 이와 같은 로터 모듈은 리니어 스텝모터 하우징의 개구부를 폐쇄하는 커버부재에 상기 너트 샤프트를 고정하기 위해, 상기 커버부재에 설치되는 베어링을 가운데로 웨이브 와셔와 스페이서 및 E-링(E-ring)과 같은 조립부품을 필요로 한다. 이와 같이 복수 개의 조립 부품을 구비할 경우, 조립 과정의 효율성이 떨어짐은 물론, 조립 과정 중에 해당 부품들을 망실할 우려가 있으며, 많은 수의 부품을 유지해야 하므로, 부품 관리의 어려움이 있다. 또한, 조립 과정에서 부품 누락의 위험도 존재하므로, 로터 모듈의 조립 공정의 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 부품수를 줄일 수 있으며, 조립 공정을 간소화 할 수 있도록 구조가 개선된 리니어 스텝모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 리니어 스텝모터는 링 형상의 스테이터가 내주면에 고정 설치되고, 개구부를 가지는 모터 하우징; 상기 스테이터 중앙에 형성된 공간부에 회전 가능하게 설치되는 로터; 상기 개구부를 폐쇄하며, 베어링이 결합되는 커버부재; 상기 로터의 중앙에 배치되어 끝단이 상기 베어링의 내륜 중앙에 형성된 샤프트 홀을 통과하여 상기 커버부재 바깥쪽에서 결합되고, 외주면에는 마그네트가 결합되며, 내주면에 숫 나사부가 형성된 리드 스크류 부재와 기어 결합되는 암 나사부가 형성된 너트 샤프트; 및 상기 너트 샤프트와 일체로 형성되어, 상기 너트 샤프트를 상기 커버부재에 결합되는 베어링에 고정하는 고정유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고정유닛은, 상기 너트 샤프트 끝단에 일체로 형성되는 복수 개의 후크부재; 상기 너트 샤프트 끝단과 상기 후크부재 사이에 형성되어, 상기 너트 샤프트가 상기 커버부재의 결합위치 이상 삽입되는 것을 방지하는 스토퍼; 및 상기 후크부재들이 서로 마주보는 면에 형성되는 가이드 면;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 후크부재는, 상기 너트 샤프트와 일체로 형성되는 후크 몸체; 상기 후크 몸체의 끝단의 상기 커버부재와 마주보는 면에 형성된 슬라이딩 경사면; 및 상기 커버부재의 너트 샤프트 고정위치에서 상기 커버부재에 결합되는 베어링의 내륜에 후킹되는 걸림턱;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 후크부재는, 상기 가이드 면이 서로 평행하게 마주보는 한 쌍씩 상기 너트 샤프트의 끝단에 돌출 형성되는 것이 좋으며, 상기 너트 샤프트의 상측 둘레에 90도 간격으로 배치되어, 총 2쌍이 상기 너트 샤프트의 끝단에 돌출 형성되는 것이 좋다.
이때, 상기 스토퍼에서 걸림턱까지의 길이는 상기 베어링의 두께와 대응되는 것이 바람직하다.
상기 가이드 면은, 마주보는 후크부재에 형성된 가이드 면과의 거리를 지름으로 하는 가상의 원과 대응되는 형상의 곡선(arc)을 가지는 것이 좋다.
상기 너트 샤프트는, 내주면의 일부 구간에 암 나사부가 형성되며, 몰딩 공정으로 상기 고정유닛과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 모터 하우징은, 상기 스테이터가 설치되며, 상기 스테이터의 크기와 대응되는 개구부를 가지는 제 1 하우징; 및 상기 제 1 하우징의 상측에 결합되며, 상기 로터의 지름과 대응되는 상측 개구부를 가지는 제 2 하우징;을 포함하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 웨이브 와셔나, 스페이서, E-링과 같은 체결 부품 없이, 너트 샤프트를 직접 커버부재에 결합할 수 있으므로, 조립공정이 간소화되며, 부품수 감소에 따른 제조비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
또한, 조립공정을 위해 별도 부품을 필요로 하지 않으므로, 조립공정 중에 부품 누락에 따른 제품 불량 발생을 방지할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 리니어 스텝모터의 사시도,
도 2는 도 1의 분해 사시도, 그리고,
도 3은 도 1의 A-A 단면도 이다.
이하, 본 발명에 의한 리니어 스텝모터를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 리니어 스텝모터의 사시도 이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도, 도 3은 도 1의 A-A 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리니어 스텝모터는, 모터 하우징(10), 로터(12), 커버부재(20) 및 베어링을 포함한다.
모터 하우징(10)는 제 1 및 제 2 하우징(10a)(10b)을 포함한다.
제 1 하우징(10a)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상측이 개구된 원통형상으로 마련되며, 상기 제 1 하우징(10a)의 내부에는 스테이터(11)가 설치된다. 상기 스테이터(11)는 대략 링 형상(ring shape)으로 마련되어, 중앙에 형성된 원통형의 공간부(cylindrical space)에 상기 로터(12)가 회전 가능하게 지지된다. 상기 스테이터(11)는 일반적으로 2개로 나누어져 설치되는데, 이 중 하나는 상기 제 1 하우징(10a) 측에 설치되고, 다른 하나는 상기 제 2 하우징(10b) 측에 설치된다. 이때, 상기 2개의 스테이터(11)는 동일한 크기 및 형상으로 상하 대칭으로 설치되므로, 상기 제 2 하우징(10b)의 상기 제 1 하우징(10a)을 마주보는 면의 지름 또한 상기 제 1 하우징(10a)의 지름과 대응되도록 구성된다.
제 2 하우징(10b)은 상기 제 1 하우징(10a)의 상측에 고정 결합되는데, 일반적으로 용접 등과 같은 방법으로 상기 제 1 및 제 2 하우징(10a)(10b)을 결합/고정한다. 즉, 상기 제 2 하우징(10b)의 상기 제 1 하우징(10a)과 마주보는 면은 상기 제 1 하우징(10a)의 개구부와 대응되는 원형의 개구부를 형성하고, 상기 제 2 하우징(10b)의 상기 개구부의 타 측면에는 상기 로터(12)의 지름과 대응되는 크기의 지름을 가지는 상측 개구부(10c)가 형성된다.
한편, 제 1 및 제 2 하우징(10a)(10b)의 결합으로 형성되는 모터 하우징(10)의 일 측면에는 제어모듈(1)이 고정되는데, 상기 제어모듈(1)은 상기 스테이터(11)에 전원을 공급을 단속하여, 스텝모터의 구동을 제어하는 역할을 수행한다.
로터(12)는 상기 스테이터(11)의 중앙에 형성된 원통형의 공간부에 회전 가능하게 설치되며, 너트 샤프트(100)와 마그네트(101)로 구성된다.
너트 샤프트(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 대략 원통형상으로 마련되며, 내주면의 일부 구간에 암 나사부(201)가 형성되어, 미도시된 리드 스크류의 숫 나사부와 기어 결합 가능하게 형성된다. 상기 너트 샤프트(100)의 외주면에는 상기 마그네트(101)가 상기 너트 샤프트(100)에서 아이들 회전하는 것을 방지하기 위한 복수 개의 돌기부가 마련되고, 상기 마그네트(101)의 고정 위치를 구속하기 위한 스토퍼가 상기 복수 개의 돌기부들 사이에 마련될 수 있다.
마그네트(101)는 상기 너트 샤프트(100)의 외주면에 결합되는 것으로, 원통형상으로 마련된다. 이때, 상기 마그네트(101)의 중앙에는 상기 너트 샤프트(100)의 외주면과 대응되는 지름을 가지는 통공이 형성되어, 이 통공을 통해 상기 너트 샤프트(100)가 상측에서 하측으로 삽입 결합된다. 이때, 상기 돌기부와 상보적으로 형성되는 돌기 수용홈이 상기 마그네트(101)의 통공 내주면에 형성되는 것이 바람직하다.
커버부재(20)는 상기 제 2 하우징(10b)의 상측에 고정/결합되는 것으로, 상기 베어링(30)의 외륜(32)의 지름과 대응되는 지름을 가지며, 상기 베어링(30)이 하측에서 상측으로 삽입 결합되는 베어링 안착부(21)가 중앙에 돌출 형성된다. 이때, 상기 베어링 안착부(21)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베어링의 높이와 대응되는 높이만큼 상측으로 돌출 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 너트 샤프트(100)는 상기 커버부재(20)에 결합된 베어링(30)의 내륜(31)에 고정유닛(200)으로 후킹 결합된다.
상기 고정유닛(200)은 후크부재(210), 스토퍼(220) 및 가이드 면(230)을 포함한다.
후크부재(210)는 상기 너트 샤프트(100)의 끝단에 일체로 형성되는 것으로, 후크 몸체(211), 슬라이딩 경사면(212) 및 걸림턱(213)을 포함한다.
후크 몸체(211)는, 상기 너트 샤프트(100)와 일체로 형성되며, 상기 너트 샤프트(100)의 일 측 끝단으로부터 소정의 길이만큼 연장 형성된다.
슬라이딩 경사면(212)은 상기 후크 몸체(211)의 끝단의 상기 커버부재(20)와 마주보는 면에 형성되며, 상기 후크부재(210)의 삽입방향에 대하여 미끄러짐이 일어날 수 있도록 형성된다.
걸림턱(213)은 상기 슬라이딩 경사면(212)이 끝나는 지점에 마련되어, 상기 상기 커버부재(20)의 상기 너트 샤프트(100) 고정위치에서 상기 커버부재(20)에 결합되는 베어링(30)의 내륜(31)과 면 접촉하여, 상기 후크부재(210)가 상기 베어링(30)의 내륜(31)에 후킹 될 수 있도록 한다.
한편, 상기 후크부재(210)는, 상기 가이드 면(230)이 서로 평행하게 마주보는 한 쌍씩 상기 너트 샤프트(100)의 끝단에 돌출되도록 형성되는 것이 좋으며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 너트 샤프트(100)의 상측 둘레에 90도 간격으로 배치되어, 총 2쌍이 상기 너트 샤프트의 끝단에 돌출 형성되는 것이 좋다.
스토퍼(220)는 상기 너트 샤프트(100)의 끝단으로서, 상기 너트 샤프트(100)와 상기 후크부재(210)의 후크 몸체(211) 사이에 마련된다. 상기 스토퍼(220)는 상기 로터(12)가 스테이터(11)의 중앙에 결합되고, 상기 제 2 하우징(10b)이 결합되었을 때, 상기 제 2 하우징(10b)의 상측 개구부(10c)의 상측으로 노출된다. 상기 스토퍼(220)는 상기 후크부재(210)가 상기 베어링(30)의 내륜(31) 중앙에 형성된 샤프트 홀을 관통하되, 상기 걸림턱(213)이 상기 내륜(31)에 면접 촉 상태를 유지할 수 있도록 하기 위한 것이다. 따라서 상기 스토퍼(220)는 상기 내륜(31)의 걸림턱(213)과 면 접촉하는 면의 반대편 면과 면 접촉한다. 따라서 상기 내륜(31)의 양 측면은 각각 상기 스토퍼(220)와 걸림턱(213)에 면 접촉되어, 상기 너트 샤프트(100)를 상기 베어링(30)이 고정 결합된 커버부재(20) 측에 고정 결합한다. 이때, 상기 너트 샤프트(100)가 요동 없이 고정되기 위해, 상기 스토퍼(220)에서 걸림턱(213)까지의 길이가 상기 베어링(30)의 두께와 대응되는 것이 바람직하다.
상기 가이드 면(230)은, 마주보는 후크부재(210)에 형성된 가이드 면(230)과의 거리를 지름으로 하는 가상의 원과 대응되는 형상의 곡선(arc)을 가지는 것이 좋다. 이는 미도시된 리드 스크류의 지름이 상기 가이드 면(230)들 사이의 거리와 대응되도록 하기 위함으로, 이와 같이 상기 가이드 면(230)을 곡선으로 마련할 경우, 상기 리드 스크류와의 마찰을 최소화한 상태로, 상기 리드 스크류의 왕복 이동을 가이드 할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이 구성된 고정유닛(200)은 상기 너트 샤프트(100)와 일체로 형성되는 것이 바람직한데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 너트 샤프트(100)를 몰딩 형성할 때, 금형에 상기 고정유닛(200)의 형상을 함께 구성하여, 한번에 사출 성형하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 리니어 스텝모터의 조립방법을 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 리니어 스텝모터의 경우, 하우징(10)의 내부에 스테이터(11)를 고정하고, 상기 하우징(10)의 측면에는 제어모듈(1)이 상기 스테이터(11)와 통전 가능하게 연결된다.
그리고, 상기 스테이터(11)의 중앙에 마련된 원통형의 공간에 로터(12)를 삽입한다. 이때, 상기 로터(12)를 구성하는 너트 샤프트(100)와 마그네트(101)가 결합된 상태로 상기 공간에 삽입하는 것이 아니라, 상기 제2 하우징(10b)의 상측에 베어링(30)을 설치한 커버부재(20)를 결합하고, 이 커버부재(20)가 결합된 제 2 하우징(10b)의 아래에서 위로 상기 너트 샤프트(100)를 삽입한다. 그러면, 상기 너트 샤프트(100)의 끝단에 일체로 형성된 고정유닛(200)으로 상기 너트 샤프트(100)가 상기 커버부재(20) 내측에 결합된 베어링(30)의 내륜(31)에 후킹 고정된다. 이와 같이 제 2 하우징(10b)의 아래에서 위로 상기 너트 샤프트(100)가 삽입 고정되면, 상기 로터(12)를 상기 제 1 하우징(10a)의 내부에 설치된 상기 스테이터(11)의 중앙에 형성된 공간부에 삽입하고, 상기 제 1 및 제 2 하우징(10a)(10b)을 용접하여 고정을 마무리한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 별도의 체결부품 없이, 상기 너트 샤프트(100)의 끝단에 후크부재(210)를 가지는 고정유닛(200)을 일체로 구성하여, 상기 너트 샤프트(100)를 상기 커버부재(20)에 결합된 베어링(30)에 후킹 하여 고정할 수 있기 때문에, 조립이 간편하고 조립 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
또한, 종래와 같이 스프링 와셔, 스페이서, E-링과 같은 체결부품을 삭제할 수 있기 때문에, 부품수 감소에 따른 생산비용 절감이 가능하다.
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.
1; 제어모듈 10; 하우징
10a; 제 1 하우징 10b; 제 2 하우징
11; 스테이터 12; 로터
20; 커버부재 21; 베어링 안착부
30; 베어링 31; 내륜
32; 외륜 100; 너트 샤프트
101; 마그네트 부재 200; 고정유닛
210; 후크부재 211; 후크 몸체
212; 슬라이딩 경사면 213; 걸림턱
220; 스토퍼 230; 가이드 면

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 스테이터;
    상기 스테이터 내에 배치되고 마그네트를 포함하는 로터;
    상기 하우징의 일측에 결합되는 커버부재;
    상기 커버부재 내에 배치되고 내륜과 외륜을 포함하는 베어링;
    상기 마그네트와 결합하는 너트 샤프트; 및
    상기 너트 샤프트와 결합하는 리드 스크류를 포함하고,
    상기 너트 샤프트는 상기 베어링의 내륜을 관통하며, 상기 베어링의 내륜을 고정하는 고정유닛을 포함하고,
    상기 고정유닛은 후크부재 및 제1 스토퍼를 포함하고,
    상기 후크부재는 상기 베어링의 일면과 접촉하는 걸림턱을 포함하며,
    상기 제1 스토퍼는 상기 걸림턱과 접촉하는 상기 베어링의 일면과 반대되는 타면과 접촉하고,
    상기 너트 샤프트와 상기 고정유닛은 일체로 형성되는 리니어 스텝모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 너트 샤프트는 복수 개의 돌기부를 포함하는 제1 외주면을 포함하고,
    상기 제1 스토퍼는 상기 제1 외주면보다 직경이 작은 리니어 스텝모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 개의 돌기부 사이에 상기 마그네트의 위치를 구속하는 제2 스토퍼를 포함하는 리니어 스텝모터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 후크부재의 끝단의 외주면은 축방향에 대하여 경사진 슬라이딩 경사면을 포함하는 리니어 스텝모터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 후크부재는 상기 너트 샤프트의 상측 둘레에 90도 간격으로 4개가 배치되는 리니어 스텝모터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스토퍼에서 걸림턱까지의 길이는 상기 베어링의 높이와 대응되는 리니어 스텝모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 후크부재는 가이드 면을 포함하고,
    상기 가이드 면은 마주보는 후크부재에 형성된 가이드 면과의 거리를 지름으로 하는 가상의 원과 대응되는 형상의 아크(arc)를 가지는 리니어 스텝모터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 너트 샤프트는 숫나사부가 형성된 리드 스크류와 나사 결합하도록 내주면의 일부 구간에 암 나사부가 형성되는 리니어 스텝모터.
  9. 삭제
  10. 삭제
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