KR102295120B1 - 보빈 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 권취면을 포함하는 원통형 몸체;및 상기 몸체의 양 측면에 형성된 측판을 포함하고, 상기 측판은 방사 방향을 기준으로 경사지도록 상기 측판의 내측면에 오목하게 형성되어 상기 측판의 에지에서 상기 권취면까지 배치되는 간섭제거홈을 포함하는 보빈을 제공하여, 첫번째 권선층에서 코일과 보빈의 측판 사이의 틈이 없도록 권선 작업을 유도함으로써, 보빈에 정렬 권선이 이루어지도록 하는 유리한 효과를 제공한다.

Description

보빈 및 이를 포함하는 모터{BOBBIN HAVING THE SAME}

본 발명은 보빈 및 이를 포함하는 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 코일이 권선되는 보빈 및 이를 포함하는 모터에 관한 것이다.

스텝 모터(Step motor, 또는 Stepping motor)는 일정한 각도씩 회전 또는 직선 운동하는 디지털 엑추에이터(Actuator)라 할 수 있다. 일반적으로 회전운동을 하는 경우를 스텝 모터라 하고, 직선운동을 하는 경우에는 리니어 스텝 모터라고 한다. 리니어 스텝 모터는 입력펄스 수와 모터의 회전각도가 비례하므로 회전각도를 정확하게 제어할 수 있다는 장점이 있어 차량, 공작기계, 및 산업용 로봇 등에 다양하게 활용되고 있다.

이러한 스텝 모터의 토크의 성능은 보빈에 감기는 코일의 굵기와 권선수에 비례하는 특성이 있다. 코일의 굵기와 권선수는 모터 내부의 공간과 저항값에 의해 설계 제한이 따른다. 또한, 코일의 굵기와 권선수를 설계하는데 있어서, 권선 공간의 빈 공간을 확보하게 되는데 이는 절연 성능을 보증하기 위함이다. 이때, 절연 성능을 위해 확보하는 빈 공간은 최소화하는 것이 좋다. 동일 공간에서 코일의 굵기와 권선수를 최대한 확보하여 모터의 성능을 높이기 위해서 이다.

빈 공간을 최소화하기 위해서는 보빈에 코일을 정렬 권선하는 것이 매우 중요하다. 코일이 보빈에 정렬 권선이 되지 않은 경우, 권선 모양이 틀어지면서 권선층의 개수가 본래 설계치 보다 많아 지게 된다. 그 결과, 절연 성능을 확보하는 빈 공간이 줄어들면서, 코일과 금속으로 된 하우징이 접촉되어 쇼트가 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위해 절연 처리를 추가로 수행하는 것은 제조 공수 및 제조 비용을 증가시키는 추가적인 문제점을 야기시킨다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코일을 정렬 권선할 수 있는 보빈 및 이를 포함하는 모터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 권취면을 포함하는 원통형 몸체;및

상기 몸체의 양 측면에 형성된 측판을 포함하고, 상기 측판은 방사 방향을 기준으로 경사지도록 상기 측판의 내측면에 오목하게 형성되어 상기 측판의 에지에서 상기 권취면까지 배치되는 간섭제거홈을 포함하는 보빈을 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 간섭제거홈은 상기 측판의 에지에서 시작되는 제1 홈과 상기 제1 홈에서 시작하여 상기 권취면까지 배치되는 제2 홈을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 홈의 폭은 상기 제2 홈의 폭보다 크게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 홈의 폭은 상기 측판의 에지로 갈수록 폭이 증가할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 홈의 양 측판 중 어느 하나는 상기 재2 홈의 양측 벽 중 어느 하나와 연속되게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 홈의 양 측판 중 다른 하나는 상기 재2 홈의 양측 벽 중 다른 하나와 꺽여 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 홈과 상기 측판의 외측면은 관통될 수 있다.

바람직하게는, 상기 권취면은 오목하게 형성되어 원주 방향을 따라 배치되는 코일안착홈을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 권취면은 원주방향을 따라 일정 간격마다 평평하게 형성되는 적어도 하나의 교차영역을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 간섭제거홈은 상기 교차영역과 연결될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 발명은, 코일을 권취되는 보빈을 포함하는 스테이터와, 상기 스테이터 내측에 배치되는 로터와, 상기 로터에 결합하는 회전축을 포함하고, 상기 보빈은 권취면을 포함하는 원통형 몸체와, 상기 몸체의 양 측면에 형성된 측판을 포함하고, 상기 측판은 방사 방향을 기준으로 경사지도록 상기 측판의 내측면에 오목하게 형성되어 상기 측판의 에지에서 상기 권취면까지 배치되는 간섭제거홈을 포함하는 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 보빈의 측판 내측면에 코일이 수용되는 간섭제거홈을 구비하여, 첫번째 권선층에서 코일과 보빈의 측판 사이의 틈이 없도록 권선 작업을 유도함으로써, 보빈에 정렬 권선이 이루어지도록 하는 유리한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 코일안착홈이 형성되지 않은 교차영역에 간섭제거홈이 연결되도록 형성됨으로써, 정렬 권선이 더욱 원활하게 이루어지도록 하는 유리한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 간섭제거홈이 제1 홈과 2 홈으로 이루어지고, 제2 홈이 측판의 외측면과 관통하도록 형성되어 간섭제거홈을 보다 용이하게 구현시킬 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

도 1은 스텝 모터를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 보빈을 도시한 정면도,
도 3은 도 2에서 도시한 보빈의 사시도,
도 4는 코일안착홈을 도시한 도면,
도 5는 보빈에 코일이 감기는 과정을 도시한 도면,
도 6은 간섭제거홈을 도시한 도면,
도 7은 간섭제거홈에 삽입되는 코일을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

도 1은 스텝 모터를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 스텝 모터는 하우징(10)과, 하우징(10) 내에 배치되는 스테이터부(20)와, 스테이터부(20)와 회전 가능하게 배치되는 로터부(30)와, 로터부(30)의 회전에 의해 직선 운동하는 회전축(40: 리드 스크류)를 포함할 수 있다. 하우징(00)은 스테이터부(20)와 로터부(30)를 수용하는 공간이 마련된다. 하우징(100)의 형상은 스텝 모터의 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 스테이터부(20)는 한 쌍의 투스요크(21)와, 투스요크(21)의 외부에 나란하게 각각 안착되는 보빈(100)을 포함할 수 있다. 회전축(40)은 로터부(30)의 회전에 의해 직선운동(진퇴운동)할 수 있다.

스텝모터는 보빈(100)에 권취된 코일(11)에 전류의 방향이 정 또는 역인 전원을 인가하면 플레밍의 오른손 법칙에 의해 보빈(100)의 양단부에 N극 또는 S극의 자성이 교번적으로 발생된다. 이와 같이 교번적으로 발생되는 자성은 서로 끌어당기거나 미는 힘이 발생하여 로터부(30)에 회전력을 발생시키게 된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 보빈을 도시한 정면도이고,도 3은 도 2에서 도시한 보빈의 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 보빈(100)은 권취면을 포함하는 원통형 몸체(110)와, 몸체(110)의 양측에 각각 결합하는 측판(120)을 포함할 수 있다.

몸체(110)는 중심이 비어 있어 외주면과 내주면을 갖는 원통형으로 형성될 수 있으며, 외주면에는 코일(110이 감기는 권취면으로 사용될 수 있다. 그리고, 몸체(110)는 축 중심(CL)을 중심으로 회전하고, 회전하는 몸체(110)의 권취명에 코일(11)이 권선된다.

도 4는 코일안착홈을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 몸체(110)의 외주면에는 권선되는 코일(11)의 권선위치를 잡아주는 코일안착홈(111)이 형성될 수 있다. 코일안착홈(111)은 코일(11)의 외주면을 따라 형성될 수 있다. 그리고, 코일(11)과 밀착되도록 몸체(110)의 외주면에서 라운드 형태로 오목하게 형성될 수 있다.

이러한 코일안착홈(111)은 몸체(110)의 외주면과 접촉하는 최하 권선층의 위치를 정렬하기 위한 것으로, 코일과 코일 사이에 틈이 발생하지 않도록 코일의 권선 위치를 잡아 주게 된다.

한편, 몸체(110)의 외주면에는 원주 방향을 기준으로 일정 간격마다 코일안착홈(111)이 형성되지 않고 평평하게 형성되는 교차영역(112)이 형성될 수 있다. 교차영역(112)은 권선 위치의 여유를 확보하기 위한 공간으로, 권선 조건에 띠라 이 공간에서 코일(11) 권선의 위치가 변경될 수 있다.

측판(120)은 중심부가 비어 있는 링형 원판 형태로 형성되어 몸체(110)의 양측에 각각 결합한다. 몸체(110)를 중심으로 대향하여 배치되며, 반경 방향을 기준으로 측판(120)의 외주면이 몸체(110)의 외주면 보다 외측에 배치되기 때문에, 측판(120)을 측벽으로 하는 코일 권선 공간을 형성하게 된다.

별도의 송급장치로부터 공급되는 코일은 보빈(100)이 회전하면서 코일이 권선된다.

도 5는 보빈에 코일이 감기는 과정을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 최하층에 위치한 첫번째 권선층(L1)의 코일(11)은 도면을 기준으로 좌측에 위치한 측판(120)에서 우측에 위치한 측판(120)을 향하도록 권선 작업이 진행될 수 있다. 첫번째 권선층(L1)에서 정렬권선되는 것이 전체 코일(11)의 정렬권선에 매우 중요한 역할을 하게 된다. 첫번째 권선층(L1)를 기준으로 두번째 권선층(L2) 및 세번재 권선층(L3)이 적층되어 권선되기 때문이다.

이때, 첫번째 권선층(L1)에서는 도 1의 A,B,C 위치 순으로 코일(11)이 감기게 되는데 도 1의 A와 같이. 코일(11)의 첫번째 와인딩 위치가 매우 중요하다. 도 1의 1이 나타내는 영역에서, 첫번째 와인딩 위치(A)의 코일(11)과 측판(120) 사이에 틈이 없어야 첫번째 권선층(L1)에서 코일(11) 사이에 빈 공간이 없게 되며 정렬권선이 이루어질 수 있다.

본 발명에서는 이렇게 첫번째 와인딩 위치(A)의 코일(11)과 측판(120) 사이에 틈을 최소화하기 위하여 측판(120)에 간섭제거홈(130)을 마련한다.

도 6은 간섭제거홈을 도시한 도면이고, 도 7은 간섭제거홈에 삽입되는 코일을 도시한 도면이다. 도 6 및 도 7은 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 간섭제거홈(130)은 코일(11)을 측벽(120) 내측으로 가이드 하여, 몸체(110)의 권취면에 최초 감기는 코일(11)의 위치를 정렬시키고, 차후 감기는 코일(11)의 권선 경로에 대한 간섭을 방지하는 역할을 한다. 이러한 간섭제거홈(130)은 측판(120)의 내측면에서 외측면을 향하여 오목하게 형성되며, 방사 방향을 기준으로 경사지게 형성될 수 있다.

구체적으로, 보빈의 중심(C)과 측판(120)의 에지의 어느 한 점(P)을 잇는 가상의 기준선(L)에 대하여, 간섭제거홈(130)의 길이 방향이 소정의 각도(R)만큼 기울어질 수 있도록 간섭제거홈(130)은 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 간섭제거홈(130)은 권취 방향을 향하여 기울어지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 기준으로, 권취 방향은 시계 방향이며, 간섭제거홈(130)은 우측을 향하여 기울어지도록 형성될 수 있다.

이러한 간섭제거홈(130)은 상호 연결되는 제1 홈(131)과 제2 홈(132)으로 이루어질 수 있다.

제1 홈(131)은 측판(120)의 에지 즉, 외측단에서 시작되며, 제2 홈(132)은 제1 홈(131)과 연결되어 몸체(110)의 권취면 즉, 외주면까지 형성될 수 있다.

제1 홈(131)은 공급장치에서 공급되는 코일(11)이 보빈(100)에 최초 삽입되도록 유도하는 입구 역할을 한다. 그리고 제1 홈(131)은 그 폭이 제2 홈(132)의 폭 보다 크게 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 홈(131)의 폭은 측판(120)의 에지를 향할수록 증가하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 홈(131)은 보빈의 중심(C)에 상대적으로 가까운 내벽(131a)과 보빈의 중심(C)에 상대적으로 먼 외벽(131b)을 경계로 형성될 수 있는데. 이 내벽(131a)과 외벽(131b)의 거리가 측판(120)의 에지로 갈수록 멀어지도록 형성될 수 있다. 이는 코일(11)이 간섭제거홈(130)에 용이하게 삽입되도록 유도하기 위함이다.

제2 홈(132)은 제1 홈(131)에서 시작하여 몸체(110)의 권취면까지 이어지도록 형성될 수 있다. 그리고, 제2 홈(132)은 보빈의 중심(C)에 상대적으로 가까운 내벽(132a)과 보빈의 중심(C)에 상대적으로 먼 외벽(132b)을 경계로 형성될 수 있는데. 제2 홈(132)의 내벽(132a)은 제1 홈(131)의 내벽(131a)과 연속되게 형성될 수 있다. 그리고, 제1 홈(131)의 외벽(131b)은 제2 홈(132)의 외벽(132b)에 꺽여 형성될 수 있다.

한편, 제2 홈(132)은 측판(120)의 외측면이 관통되도록 형성될 수 있다. 이는 사출핀이 측판(120)의 외측면에서 삽입되어 제2 홈(132)을 구현하는 결과로 형성되는 구조이다.

이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1 홈(131)과 제2 홈(132)은 2개의 사출핀을 통해 각각 구현될 수 있는데, 제1 홈(131)은 사출핀이 측판(120)의 내측면을 따라 경사지게 슬라이드 되어 성형될 수 있으며, 제2 홈(132)은 측판(120)의 외측면에서 삽입되어 측판(120)의 내측면까지 관통되도록 슬라이드 되어 성형될 수 있다. 폭이 상이한 제1 홈(131)과 제2 홈(132)이 이렇게 각각의 사출핀이 슬라이드 되어 성형되기 때문에 제품의 양산성을 높일 수 있게 된다.

도 7을 참조하면, 간섭제거홈(130)에 삽입된 코일(11)은 측판(120)의 내부로 수용되어 교차영역(112)을 지나, 코일안착홈(111) 중 측판(120)에 가장 인접한 최외측 코일안착홈(111a)으로 안내될 수 있다. 간섭제거홈(130)의 단부에 교차영역(112)이 연결될 수 있는데, 이는 코일(11)이 용이하게 최외측 코일안착홈(111a) 안내될 수 있도록 유도하기 위함이다.

이렇게 코일(11)이 측판(120)의 내측으로 수용되어 최외측 코일안착홈(111a)으로 안내되기 때문에 첫번째 와인딩 위치의 코일(11)과 측판(120) 사이의 틈이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 7의 2와 같은 영역에서 최외측 코일안착홈(111a)에 바로 인접한 코일안착홈으로 안내되는 코일의 권선 경로의 간섭을 최소화 하여, 최하층에 위치한 권선층에서 권선 정렬이 되도록 유도하게 되는 이점이 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 보빈 및 이를 포함하는 모터에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 하우징
11: 코일
20: 스테이터부
30: 로터부
40: 회전축
100: 보빈
110: 몸체
111: 코일안착홈
112: 교차영역
120: 측판
130: 간섭제거홈
131: 제1 홈
132: 제2 홈
131a,132a: 내벽
131b,132b: 외벽

Claims (11)

1. 권취면을 포함하는 원통형 몸체;및
   상기 몸체의 양 측면에 형성된 측판을 포함하고,
   상기 측판은 방사 방향을 기준으로 경사지도록 상기 측판의 내측면에 오목하게 형성되어 상기 측판의 에지에서 상기 권취면까지 배치되는 간섭제거홈을 포함하고,
   상기 권취면은 원주 방향을 따라 배치되는 제1 코일안착홈 및 제2 코일안착홈을 포함하고,
   상기 권취면은 상기 제1 코일안착홈 및 상기 제2 코일안착홈 사이에 배치되는 교차영역을 포함하고,
   상기 간섭제거홈은 상기 교차영역과 연결되고,
   상기 간섭제거홈은 상기 제1 코일안착홈에서 상기 제2 코일안착홈으로 갈수록 상기 교차영역과 가까워지도록 경사진 보빈.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 간섭제거홈은 상기 측판의 에지에서 시작되는 제1 홈과 상기 제1 홈에서 시작하여 상기 권취면까지 배치되는 제2 홈을 포함하는 보빈.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 홈의 폭은 상기 제2 홈의 폭보다 크게 형성되는 보빈.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제1 홈의 폭은 상기 측판의 에지로 갈수록 폭이 증가하는 보빈.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 홈의 양 측판 중 어느 하나는 상기 제2 홈의 양측 벽 중 어느 하나와 연속되게 형성되는 보빈.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 제1 홈의 양 측판 중 다른 하나는 상기 제2 홈의 양측 벽 중 다른 하나와 꺽여 형성되는 보빈.
7. 제2 항에 있어서,
   상기 제2 홈과 상기 측판의 외측면은 관통되는 보빈.
8. 삭제
9. 제1 항에 있어서,
   상기 교차영역은 복수개이고,
   상기 복수의 교차영역은 원주방향을 따라 일정 간격마다 배치되는 보빈.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 간섭제거홈은 상기 교차영역과 연결되는 보빈.
11. 코일이 권취되는 보빈을 포함하는 스테이터;
    상기 스테이터 내측에 배치되는 로터;및
    상기 로터에 결합하는 회전축을 포함하고,
    상기 보빈은
    권취면을 포함하는 원통형 몸체와, 상기 몸체의 양 측면에 형성된 측판을 포함하고, 상기 측판은 방사 방향을 기준으로 경사지도록 상기 측판의 내측면에 오목하게 형성되어 상기 측판의 에지에서 상기 권취면까지 배치되는 간섭제거홈을 포함하고,
    상기 권취면은 오목하게 형성되어 원주 방향을 따라 배치되는 제1 코일안착홈 및 제2코일 안착홈을 포함하고,
    상기 권취면은 상기 제1 코일안착홈 및 상기 제2 코일안착홈 사이에 배치되는 교차영역을 포함하고,
    상기 간섭제거홈은 상기 교차영역과 연결되고,
    상기 간섭제거홈은 상기 제1 코일안착홈에서 상기 제2 코일안착홈으로 갈수록 상기 교차영역과 가까워지도록 경사진 모터.

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