KR102473976B1 - Hybrid Type Permanent Magnet Torque Motor - Google Patents

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권순오
이호영
신진영
윤주섭
이수웅
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Abstract

본 발명은, 양측에서 서로 대향하며 결합되는 제1 하우징 커버와 제2 하우징 커버를 포함하는 모터 하우징, 상기 모터 하우징의 내측 중앙부에 배치되어 회전될 수 있는 영구자석을 포함하는 로터, 상기 모터 하우징의 내부에서 로터의 외측에 배치되고, 외주면에 코일이 권선되는 보빈 및 상기 모터 하우징과 일체로 상기 모터 하우징의 내측을 향하여 돌출 형성되되, 상기 보빈과 상기 로터의 사이에 배치되어 상기 로터의 외면을 감싸도록 배치되는 스테이터를 포함하는 하이브리드형 영구자석 토크모터를 제공한다.In the present invention, a motor housing including a first housing cover and a second housing cover coupled to each other facing each other on both sides, a rotor including a rotatable permanent magnet disposed in the inner center of the motor housing, and a motor housing It is disposed on the outer side of the rotor from the inside and protrudes toward the inside of the motor housing integrally with the bobbin and the motor housing on which the coil is wound on the outer circumferential surface, and is disposed between the bobbin and the rotor to cover the outer surface of the rotor. Provided is a hybrid permanent magnet torque motor including a stator arranged so as to

Description

하이브리드형 영구자석 토크모터{ Hybrid Type Permanent Magnet Torque Motor}Hybrid Type Permanent Magnet Torque Motor}

본 발명은 구조적으로 간단하면서도 기존에 존재하는 유형의 모터들의 장점을 결합한 하이브리드형 영구자석 토크모터의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a hybrid permanent magnet torque motor that is structurally simple and combines the advantages of existing types of motors.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this part simply provide background information on the present invention and do not constitute prior art.

전기를 공급하여 특정 각도 이내 토크를 발생시키는 모터는 크게 코일 타입과 자석 타입으로 나눌 수 있다. 코일 타입은 코일을 와인딩하여 작동하는 모터로서 높은 점적률을 확보할 수 있는 장점이 있다. 자석 타입은 영구자석을 사용하므로 높은 Flux(유효자속량)를 확보하여 토크(회전력)의 크기를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.Motors that generate torque within a specific angle by supplying electricity can be largely divided into coil type and magnet type. The coil type is a motor that operates by winding a coil, and has the advantage of securing a high space factor. Since the magnet type uses a permanent magnet, it has the advantage of increasing the size of torque (rotational force) by securing high flux (effective magnetic flux).

그러나, 코일 타입은 고정자와 회전자 사이의 공극으로 인해 구조적으로 제작이 어려운 단점이 있고, 자석 타입은 협소한 공극 영역에 코일이 배치되기 때문에 와인딩 작업성이 낮은 단점이 있다.However, the coil type has a disadvantage in that it is structurally difficult to manufacture due to the gap between the stator and the rotor, and the magnet type has a disadvantage in that winding workability is low because the coil is disposed in a narrow gap area.

이러한 종래의 모터들의 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 각 타입의 모터들의 단점은 제거하면서도 장점만을 살릴 수 있는 하이브리드형 토크모터를 제안하게 되었다.In order to solve the problems of these conventional motors, the present applicant has proposed a hybrid torque motor that can take advantage of only the advantages while removing the disadvantages of each type of motor.

특허문헌 1 한국공개특허 제1996-0039560호Patent Document 1 Korea Patent Publication No. 1996-0039560

본 발명에 의해 해결하고자 하는 과제는, 상기 언급한 종래기술의 단점을 보완하고, 간단한 구조에 의하여 코일 타입의 장점인 높은 점적률을 확보하면서도 자석 타입의 장점인 높은 Flux(유효자속량)를 얻을 수 있는 양 자의 장점만을 결합한 하이브리드형 토크 모터를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to compensate for the above-mentioned disadvantages of the prior art, and to obtain a high flux (effective magnetic flux), which is an advantage of a magnet type, while securing a high space factor, which is an advantage of a coil type, by a simple structure. It is to provide a hybrid torque motor that combines only the advantages of both possible.

본 발명은, 양측에서 서로 대향하며 결합되는 제1 하우징 커버와 제2 하우징 커버를 포함하는 모터 하우징, 상기 모터 하우징의 내측 중앙부에 배치되어 회전될 수 있는 영구자석을 포함하는 로터, 상기 모터 하우징의 내부에서 로터의 외측에 배치되고, 외주면에 코일이 권선되는 보빈 및 상기 모터 하우징과 일체로 상기 모터 하우징의 내측을 향하여 돌출 형성되되, 상기 보빈과 상기 로터의 사이에 배치되어 상기 로터의 외면을 감싸도록 배치되는 스테이터를 포함하는 하이브리드형 영구자석 토크모터를 제공한다.In the present invention, a motor housing including a first housing cover and a second housing cover coupled to each other facing each other on both sides, a rotor including a rotatable permanent magnet disposed in the inner center of the motor housing, and a motor housing It is disposed on the outer side of the rotor from the inside and protrudes toward the inside of the motor housing integrally with the bobbin and the motor housing on which the coil is wound on the outer circumferential surface, and is disposed between the bobbin and the rotor to cover the outer surface of the rotor. Provided is a hybrid permanent magnet torque motor including a stator arranged so as to

본 발명의 해결수단은 여기 기재된 것에 한정되는 것은 아니고, 추가적인 해결수단이 아래에서 더 설명될 것이다. 추가적인 해결수단은 아래의 설명으로부터 용이하게 확인하거나 지득될 수 있다.The solutions of the present invention are not limited to those described herein, and additional solutions will be further described below. Additional solutions can be readily ascertained or learned from the description below.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시적이고 설명을 위한 것이며 청구범위에 기재된 본 발명을 제한하지 않는다.Both the foregoing general description and the following detailed description are illustrative and explanatory only and do not limit the invention described in the claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 토크모터는 코일 타입의 장점인 높은 점적률을 확보하면서도 자석 타입의 장점인 높은 Flux(유효자속량)를 얻을 수 있는 장점이 있다.The hybrid torque motor according to an embodiment of the present invention has the advantage of obtaining high flux (effective magnetic flux), which is an advantage of a magnet type, while securing a high space factor, which is an advantage of a coil type.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 토크모터는 종래의 자석 타입의 토크모터 대비 출력 토크를 증대시킬 수 있다.In addition, the hybrid type torque motor according to an embodiment of the present invention can increase the output torque compared to the conventional magnet type torque motor.

도 1은 종래의 자석 타입의 모터의 분해도이다.
도 2는 종래의 코일 타입의 모터의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터의 보빈의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터의 스테이터, 로터, 보빈의 크기관계를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터의 정면 또는 배면의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터와 자석 타입의 모터의 출력 토크를 비교한 그래프이다.1 is an exploded view of a conventional magnet-type motor.
2 is an exploded view of a conventional coil type motor.
3 is a perspective view of a hybrid motor according to an embodiment of the present invention.
4 is an exploded perspective view of a hybrid motor according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view of a bobbin of a hybrid motor according to an embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view for explaining a size relationship between a stator, a rotor, and a bobbin of a hybrid motor according to an embodiment of the present invention.
7 is a front or rear cross-sectional view of a hybrid motor according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph comparing output torque of a hybrid type motor and a magnet type motor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태에 대하여 상세하게 서술하도록 한다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예 들을 포함할 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 단지 명세서를 용이하게 작성하기 위해 사용되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미나 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 종래의 자석 타입의 모터의 분해도이다.
도 2는 종래의 코일 타입의 모터의 분해도이다.
도 1 및 2는 각각 종래의 자석 타입과 코일 타입의 모터의 구조를 파악할 수 있는 분해도이다.
종래의 Limited angle torque motor(LATM, 토크모터)는 특정한 각도에서 회전하면서 높은 토크를 발생시키는 액츄에이터를 지칭하는 것으로, 발생되는 토크의 종류에 따라 영구자석 타입(마그네틱 토크)과 코일 타입(릴럭턴스 토크)으로 나누어질 수 있다.
도 1을 참조하면 종래의 자석 타입(마그네틱 토크)의 모터는 내부에 영구자석으로 구성되어 회전되는 로터(20)와 로터를 감싸는 스테이터가 포함되고 스테이터는 고정자 요크(11)와 전기전도성 코일(10)을 포함할 수 있다. 자석타입의 토크모터는 고정자 요크(11)에 와인딩 되는 전기전도성 코일(10)에 전류가 인가되면, 고정자 요크는 전자석이 되어 가상의 N, S극이 형성된다. 따라서, 그 내측에 배치된 자석으로 구성된 로터(20)는 인력으로 인해 회전하게 되어 토크가 발생된다.
도 2를 참조하면 종래의 코일 타입(릴럭턴스 토크)의 모터는 하나의 예로서, 4개의 pole로 구성된 고정자(10)와 그 사이에 배치되는 2개의 pole과 샤프트 체결부를 포함하는 회전자(20)를 포함하여 구성될 수 있다. 이는 자기저항이 최소가 되는 방향으로 힘을 받아 회전자(20)가 고정자(10)와 정렬되는 방향으로 회전되어 작동될 수 있다.
도 1에 도시된 종래의 영구자석 타입의 모터는 코일을 와인딩 할 수 있는 영역이 협소한 단점이 있어, 와인딩 작업성이 떨어지는 단점이 있다. 도 2에 도시된 코일 타입의 모터는 고정자와 회전자 pole 사이의 공극을 유지하도록 제작되어야 되기 때문에 그 구조제작의 난이도가 높은 단점이 있다.
아래에서는 위의 종래의 토크모터들의 단점을 보완한 본 발명에 따른 하이브리드형 토크 모터의 구조를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)의 분해사시도이다. 구체적으로 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)를 외부에서 보이는 그대로 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 구조를 가시적으로 더 잘 파악하기 위해서 각 구성요소를 분해하여 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)는 모터 하우징(100), 로터(200)(회전자), 보빈(300) 및 스테이터(고정자)(115, 125)를 포함할 수 있다.
모터 하우징(100)은 제1 하우징 커버(110), 제2 하우징 커버(120), 중앙 커버(121)를 포함할 수 있다. 제1 하우징 커버(110)와 제2 하우징 커버(120)는 서로 대향하여 한 쌍을 이루어 배치될 수 있다. 중앙 커버(121)는 제1 하우징 커버(110)와 제2 하우징 커버(120)의 사이에서 양 자를 연결하여 모터 하우징(100)의 외주면을 형성할 수 있다. 도 4에는 중앙 커버(121)가 제2 하우징 커버(120)에 연결된 것으로 도시되어 있으나, 중앙 커버(121)는 제1 하우징 커버(110)에 연결될 수도 있고 별도로 분리 및 결합 가능하게 이루어질 수도 있다.
로터(200)는 모터 하우징(100)의 내측에 배치된다. 구체적으로 모터 하우징(100)의 내측 중앙부에 배치될 수 있다. 로터(200)는 후술하는 스테이터(115, 125)에 전력이 인가되어 스테이터(115, 125)가 극성을 띠면 극성에 의하여 회전운동이 가능할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 로터(200)는 중심에 중공을 포함하는 영구자석일 수 있고, 중공에는 후술하는 샤프트(400)가 연결될 수 있다.
보빈(300)은 모터 하우징(100)의 내부에 배치되고, 전기 전도성 코일(310)이 와인딩될 수 있다. 보빈(300)은 모터 하우징(100)의 내부에서 로터(200)의 외측에 배치될 수 있다. 보빈(300)의 상세한 구조에 대해서는 도면을 참조하여 후술한다.
스테이터(115, 125)에 전류가 인가되어 제1 스테이터(115)와 제2 스테이터(125)가 각각 다른 극성(N극, S극)을 띠게 됨에 따라 회전운동될 수 있다. 여기서 로터(200)는 중공형의 영구자석으로 구성될 수 있다.
스테이터(115, 125)는 모터 하우징(100)과 일체로 이루어질 수 있다. 스테이터(115, 125)는 모터 하우징(100)의 내측을 향하여 돌출 형성되되, 보빈(300)과 로터(200)의 사이에 배치됨으로써 로터(200)의 외면을 감싸도록 배치될 수 있다. 전력이 인가되면 스테이터(115, 125)는 서로 다른 극성(N극, S극)을 띠는 부분이 형성되고, 서로 다른 극성에 의하여 로터(200)를 회전시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 스테이터(115, 125)는 제1 스테이터(115)와 제2 스테이터(125)를 포함할 수 있다. 제1 스테이터(115)는 제1 하우징 커버(110)와 연결되어 하나의 부재를 이룰 수 있고, 제2 스테이터(125)는 제2 하우징 커버(120)와 연결되어 하나의 부재를 이룰 수 있다. 제1 스테이터(115)는 제1 하우징 커버(110)에서 내측을 향하여 소정의 높이로 돌출형성되는 호의 형상으로 형성될 수 있다. 제2 스테이터(125)는 제2 하우징 커버(120)에서 내측을 향하여 소정의 높이로 돌출되고, 제1 스테이터(115)와 대향하는 호의 형상으로 형성될 수 있다. 이에 의하여 제1 스테이터(115)와 제2 스테이터(125)는 로터(200)의 외주면 둘레를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
제1 스테이터(115)와 제2 스테이터(125)는 그 양 단이 서로 인접하되 서로 접촉하지는 않도록 소정의 간격을 두어 이격배치될 수 있다. 이는 전력이 인가되는 경우 서로 다른 극성(N극, S극)을 형성하기 위함이다. 예를 들면, 제1 스테이터(115)가 N극을 띠면 제2 스테이터(125)는 S극을 띨 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)는 샤프트(400), 베어링(410, 420), 고정볼트(131, 132)를 더 포함할 수 있다.
샤프트(400)는 모터 하우징(100)을 관통하여 배치되며, 로터(200)의 중심축을 관통하여 로터(200)에 연결되어 회전 가능하게 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 로터(200)는 중공을 포함할 수 있고 샤프트(400)는 로터(200)의 중공을 관통하여 배치될 수 있다. 스테이터(115, 125)에 전력이 인가되어 로터(200)가 회전하면서 샤프트(400)가 함께 회전할 수 있다. 따라서 샤프트(400)를 이용하여 액츄에이터로 기능할 수 있다.
베어링(410, 420)은 샤프트(400)에 대하여 회전 가능하게 연결됨으로써 샤프트(400)의 회전운동을 안내할 수 있다. 베어링(410, 420)은 로터(200)를 가운데 두고 샤프트(400)의 양측에 배치될 수 있다.
고정볼트(131, 132)는 제1 하우징 커버(110)와 제2 하우징 커버(120)를 고정하는 기능을 수행할 수 있다. 고정볼트(131, 132)는 제1 하우징 커버(110)에 삽입되는 제1 고정볼트(131)와 제2 하우징 커버(120)에 삽입되는 제2 고정볼트(132)를 포함할 수 있다. 제1 고정볼트(131)와 제2 고정볼트(132)는 모터 하우징(100)의 내부에서 로터(200)를 가운데 두고 양측에 배치될 수 있다. 또한, 제1 고정볼트(131)와 제2 고정볼트(132)는 로터(200)와 보빈(300)의 사이에 삽입되어 제1 하우징 커버(110)와 제2 하우징 커버(120)를 고정할 수 있다. 다시 말해, 제1 고정볼트(131)는 제1 하우징 커버(110)의 단부에서 삽입되어 모터 하우징(100)의 내부로 삽입되되, 로터(200)와 보빈(300)의 사이로 삽입될 수 있다. 마찬가지로, 제2 고정볼트(132)는 제2 하우징 커버(120)의 단부에서 삽입되어 모터 하우징(100)의 내부로 삽입되되, 로터(200)와 보빈(300)의 사이로 삽입될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드형 토크모터는 기존의 영구자석 타입 모터의 단점과 코일(310) 타입의 단점을 모두 제거하고 각각의 장점인 높은 Flux와 높은 점적률 모두를 확보한 장점이 있다. 또한, 매우 심플한 구조로 구성되면서도 코일(310)의 와인딩 작업성이 높아 제작하기에 용이한 장점까지 갖춘 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)의 보빈(300)의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)의 보빈(300)은 서로 대향하여 배치되는 제1 플랜지부(301), 제2 플랜지부(303) 및 제1 플랜지부(301)와 제2 플랜지부(303)의 사이에 연결되는 링 형상의 바디(302)를 포함할 수 있다. 코일(310)은 보빈(300)의 바디(302)에 권선되어 중앙 커버(121)와 스테이터(115, 125)의 사이에 배치될 수 있다.
바디(302)의 외주면에는 코일(310)이 권선될 수 있다. 코일(310)은 복수의 층을 이루면서 권선될 수 있다. 바디(302)의 반경은 제1 플랜지부(301)와 제2 플랜지부(303)의 반경보다 작게 이루어져 반경의 차이만큼 코일(310)이 층을 이루면서 권선될 수 있다. 코일(310)의 직경에 따라 권선되는 코일(310)의 턴수가 조절될 수 있고, 바디(302)의 반경과 제1 플랜지부(301) 및 제2 플랜지부(303)의 반경의 차이에 따라 권선되는 코일(310)의 턴수가 조절될 수 있다. 코일의 턴수가 증가하면 토크가 크고, 회전 속도가 느리며, 지원 가능한 전압이 높아지므로 사용 목적에 따라 코일의 턴수가 조절될 수 있도록 보빈(300)의 플랜지부(301, 303)와 바디(302)의 반경을 설정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)의 스테이터(115, 125), 로터(200), 보빈(300)의 크기관계를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 6을 참조하면, 스테이터(115, 125)의 반경(a, a')은 로터(200)의 반경(b)보다 크고, 보빈(300)(c)의 반경은 스테이터(115, 125)의 반경(a, a')보다 크거나 같을 수 있다.
제1 스테이터(115)의 반경(a) 또는 제2 스테이터(125)의 반경(a')은 로터(200)의 반경(b)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서 제1 하우징 커버(110)와 제2 하우징 커버(120)가 연결되었을 때 스테이터(115, 125)는 로터(200)의 외주면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이와 같은 크기관계에 의하여 로터(200)는 스테이터(115, 125)에 둘러싸여 회전될 수 있다.
또한 보빈(300)의 바디(302)의 반경(c)은 제1 스테이터(115)의 반경(a) 또는 제2 스테이터(125)의 반경(a')보다 크거나 같을 수 있다. 따라서 스테이터(115, 125)는 보빈(300)의 바디(302) 내부에 배치될 수 있다. 이와 같은 크기관계에 의하여 제한된 공간에 각각의 구성요소가 적절하게 배치될 수 있고, 토크 모터가 최대 효율을 낼 수 있는 구조를 가질 수 있다. 결론적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)의 정면 또는 배면의 단면도를 참조하면, 샤프트(400) - 로터(200) - 스테이터(115, 125) - 보빈(300) - 코일(310) - 모터 하우징(100) 순서대로 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)의 정면 또는 배면의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 최외곽에 중앙커버가 배치되고, 그 내측에 코일(310)과 보빈(300)이 배치될 수 있다. 보빈(300)의 내측에는 서로 다른 극성을 가지는 제1 스테이터(115)와 제2 스테이터(125)가 배치되며, 스테이터(115, 125)의 내측에는 로터(200)가 배치될 수 있다. 로터(200)의 중심측에는 샤프트(400)가 배치될 수 있다. 전력이 인가되면 제1 스테이터(115)와 제2 스테이터(125)가 서로 다른 극성을 띠고, 로터(200)가 회전하면서 로터(200)와 연결된 샤프트(400)가 회전할 수 있다. 상술한 구성요소들간의 직경 크기 관계에 의하여 효율적으로 배치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 모터(1000)와 자석 타입의 모터의 출력 토크를 비교한 그래프이다.
그래프(1)는 본 발명에 따른 하이브리드형 모터(1000)에 의한 출력 토크를, 그래프(2)는 종래의 영구자석 타입의 모터에 의한 출력 토크를 나타낸 것이다.
양자를 비교해보면, 본 발명에 따른 하이브리드형 모터(1000)에 의한 출력 토크가 영구자석 타입의 모터에 의한 출력 토크에 비해 월등히 높게 나타나는 것을 파악할 수 있다. 계산해보면 본 발명에 따른 하이브리드형 모터(1000)에 의한 출력 토크는 평균 331.5(gf.cm)이고 영구자석 타입의 모터에 의한 출력 토크는 평균 249.5(gf.cm)으로 양 자가 확연히 차이 나는 것을 파악할 수 있다. 동일한 체적 대비 토크의 크기를 비교해보면, 종래의 코일 타입 대비 종래의 영구자석 타입이 약 50% 증가된 토크를 출력할 수 있고, 종래의 영구자석 타입 대비 본 발명에 따른 하이브리드형 모터(1000)가 약 33% 증가된 토크를 출력할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 하이브리드형 모터(1000)는 종래의 코일 타입 대비 약 99.5% 증가된 토크를 출력할 수 있다.
결과적으로 본 발명에 따른 하이브리드형 모터(1000)는 비교적 심플한 구조로 구성되며 제작하기에 용이하면서도 종래기술 대비 최대 약 99.5%증가된 토크를 출력할 수 있는 장점이 있는 모터이다.
본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 본 실시예의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 따라서 본 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등하거나 균등하다고 인정되는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
The foregoing objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention can apply various changes and can include various embodiments. Hereinafter, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.
If it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the numbers used in the description process of this specification are only identifiers for distinguishing one component from another component.
In addition, the suffix "part" for components used in the following description is used or used interchangeably only to easily compose the specification, and does not itself have a meaning or role distinct from each other.
1 is an exploded view of a conventional magnet-type motor.
2 is an exploded view of a conventional coil type motor.
1 and 2 are exploded views showing the structure of a conventional magnet type and coil type motor, respectively.
A conventional limited angle torque motor (LATM, torque motor) refers to an actuator that generates high torque while rotating at a specific angle, and depending on the type of torque generated, permanent magnet type (magnetic torque) and coil type (reluctance torque) ) can be divided into
Referring to FIG. 1, a conventional magnet type (magnetic torque) motor includes a rotating rotor 20 composed of permanent magnets and a stator surrounding the rotor, and the stator includes a stator yoke 11 and an electrically conductive coil 10 ) may be included. In the magnet-type torque motor, when current is applied to the conductive coil 10 wound around the stator yoke 11, the stator yoke becomes an electromagnet to form virtual N and S poles. Therefore, the rotor 20 composed of magnets disposed inside rotates due to attractive force, and torque is generated.
Referring to FIG. 2, as an example, a conventional coil type (reluctance torque) motor includes a stator 10 composed of 4 poles and a rotor 20 including 2 poles and a shaft coupling part disposed therebetween. ). This may be operated by receiving force in a direction in which magnetic resistance is minimized and rotating in a direction in which the rotor 20 is aligned with the stator 10.
The conventional permanent magnet-type motor shown in FIG. 1 has a disadvantage in that the area in which the coil can be wound is narrow, resulting in poor winding workability. Since the coil-type motor shown in FIG. 2 must be manufactured to maintain an air gap between the stator and the rotor pole, the difficulty of manufacturing the structure is high.
Hereinafter, the structure of the hybrid torque motor according to the present invention, which compensates for the above disadvantages of the conventional torque motors, will be described in detail.
3 is a perspective view of a hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3 is a perspective view showing a hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention as seen from the outside, and FIG. 4 is a disassembled view of each component in order to visually better understand the structure of the present invention. it is depicted
3 and 4, the hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention includes a motor housing 100, a rotor 200 (rotor), a bobbin 300 and a stator (stator) 115, 125) may be included.
The motor housing 100 may include a first housing cover 110 , a second housing cover 120 , and a central cover 121 . The first housing cover 110 and the second housing cover 120 may be disposed as a pair to face each other. The central cover 121 may form an outer circumferential surface of the motor housing 100 by connecting both of the first housing cover 110 and the second housing cover 120 . Although the central cover 121 is shown as being connected to the second housing cover 120 in FIG. 4 , the central cover 121 may be connected to the first housing cover 110 or may be separately separated and combined.
The rotor 200 is disposed inside the motor housing 100. Specifically, it may be disposed in the inner central portion of the motor housing 100 . When power is applied to the stators 115 and 125 to be described later and the stators 115 and 125 are polarized, the rotor 200 may rotate according to the polarity. As shown in FIG. 4 , the rotor 200 may be a permanent magnet having a hollow at the center, and a shaft 400 to be described below may be connected to the hollow.
The bobbin 300 may be disposed inside the motor housing 100, and the electrically conductive coil 310 may be wound. The bobbin 300 may be disposed outside the rotor 200 inside the motor housing 100 . A detailed structure of the bobbin 300 will be described later with reference to the drawings.
As current is applied to the stators 115 and 125, the first stator 115 and the second stator 125 have different polarities (N pole and S pole), so that they can be rotated. Here, the rotor 200 may be composed of a hollow permanent magnet.
The stators 115 and 125 may be integrally formed with the motor housing 100 . The stators 115 and 125 protrude toward the inside of the motor housing 100 and are disposed between the bobbin 300 and the rotor 200 so as to surround the outer surface of the rotor 200 . When power is applied, the stators 115 and 125 are formed with parts having different polarities (N pole and S pole), and the rotor 200 can be rotated by the different polarities.
Referring to FIG. 4 , the stators 115 and 125 may include a first stator 115 and a second stator 125 . The first stator 115 may be connected to the first housing cover 110 to form one member, and the second stator 125 may be connected to the second housing cover 120 to form one member. The first stator 115 may be formed in the shape of an arc protruding from the first housing cover 110 toward the inside at a predetermined height. The second stator 125 protrudes inward from the second housing cover 120 to a predetermined height and may be formed in an arc shape facing the first stator 115 . Accordingly, the first stator 115 and the second stator 125 may be arranged to surround the outer circumference of the rotor 200 .
The first stator 115 and the second stator 125 may be spaced apart from each other at a predetermined interval such that both ends thereof are adjacent to each other but do not contact each other. This is to form different polarities (N pole, S pole) when power is applied. For example, if the first stator 115 has an N pole, the second stator 125 can have an S pole.
In addition, the hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention may further include a shaft 400, bearings 410 and 420, and fixing bolts 131 and 132.
The shaft 400 may pass through the motor housing 100 and pass through the central axis of the rotor 200 to be rotatably connected to the rotor 200 . As described above, the rotor 200 may include a hollow, and the shaft 400 may be disposed through the hollow of the rotor 200 . Power is applied to the stators 115 and 125 so that the rotor 200 rotates while the shaft 400 rotates together. Therefore, it can function as an actuator using the shaft 400.
The bearings 410 and 420 may be rotatably connected with respect to the shaft 400 to guide rotational motion of the shaft 400 . The bearings 410 and 420 may be disposed on both sides of the shaft 400 with the rotor 200 in the middle.
The fixing bolts 131 and 132 may perform a function of fixing the first housing cover 110 and the second housing cover 120 . The fixing bolts 131 and 132 may include a first fixing bolt 131 inserted into the first housing cover 110 and a second fixing bolt 132 inserted into the second housing cover 120 . The first fixing bolt 131 and the second fixing bolt 132 may be disposed on both sides of the motor housing 100 with the rotor 200 in the middle. In addition, the first fixing bolt 131 and the second fixing bolt 132 are inserted between the rotor 200 and the bobbin 300 to fix the first housing cover 110 and the second housing cover 120. can In other words, the first fixing bolt 131 is inserted from the end of the first housing cover 110 and inserted into the motor housing 100, and may be inserted between the rotor 200 and the bobbin 300. Similarly, the second fixing bolt 132 is inserted from the end of the second housing cover 120 and inserted into the motor housing 100, and may be inserted between the rotor 200 and the bobbin 300.
The hybrid type torque motor according to the present invention has the advantage of removing both the disadvantages of the existing permanent magnet type motor and the disadvantages of the coil 310 type, and securing both high flux and high space factor, which are advantages of each. In addition, while having a very simple structure, the winding workability of the coil 310 is high, and it has the advantage of being easy to manufacture.
5 is a perspective view of the bobbin 300 of the hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 5, the bobbin 300 of the hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention includes a first flange portion 301, a second flange portion 303, and a first planar portion disposed to face each other. A ring-shaped body 302 connected between the branch 301 and the second flange portion 303 may be included. The coil 310 may be wound around the body 302 of the bobbin 300 and disposed between the central cover 121 and the stators 115 and 125 .
A coil 310 may be wound on an outer circumferential surface of the body 302 . The coil 310 may be wound while forming a plurality of layers. The radius of the body 302 is made smaller than the radii of the first flange portion 301 and the second flange portion 303 so that the coil 310 can be wound while forming layers by the difference in radius. The number of turns of the coil 310 wound according to the diameter of the coil 310 may be adjusted, and according to the difference between the radius of the body 302 and the radii of the first flange portion 301 and the second flange portion 303 The number of turns of the coil 310 to be wound may be adjusted. As the number of turns of the coil increases, the torque is large, the rotation speed is low, and the voltage that can be supported increases. Therefore, the flange parts 301 and 303 of the bobbin 300 and the body 302 can adjust the number of turns of the coil according to the purpose of use. You can set the radius of
6 is an exploded perspective view for explaining the size relationship of the stators 115 and 125, the rotor 200, and the bobbin 300 of the hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 6, the radii (a, a') of the stators 115 and 125 are greater than the radius (b) of the rotor 200, and the radius of the bobbin 300 (c) is the radius of the stators 115 and 125. It can be greater than or equal to the radius (a, a').
The radius (a) of the first stator 115 or the radius (a') of the second stator 125 may be larger than the radius (b) of the rotor 200 . Accordingly, when the first housing cover 110 and the second housing cover 120 are connected, the stators 115 and 125 may be disposed to surround the outer circumferential surface of the rotor 200 . Due to this size relationship, the rotor 200 can be rotated surrounded by the stators 115 and 125.
In addition, the radius (c) of the body 302 of the bobbin 300 may be greater than or equal to the radius (a) of the first stator 115 or the radius (a′) of the second stator 125 . Accordingly, the stators 115 and 125 may be disposed inside the body 302 of the bobbin 300. Each component can be appropriately arranged in a limited space by this size relationship, and the torque motor can have a structure capable of producing maximum efficiency. In conclusion, referring to the front or rear cross-sectional view of the hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention, the shaft 400 - rotor 200 - stator 115, 125 - bobbin 300 - coil ( 310) - The motor housing 100 may be arranged in order.
7 is a front or rear cross-sectional view of a hybrid motor 1000 according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 7 , a central cover may be disposed on the outermost side, and a coil 310 and a bobbin 300 may be disposed on the inside thereof. A first stator 115 and a second stator 125 having different polarities may be disposed inside the bobbin 300 , and a rotor 200 may be disposed inside the stators 115 and 125 . A shaft 400 may be disposed at the center of the rotor 200 . When power is applied, the first stator 115 and the second stator 125 have different polarities, and the shaft 400 connected to the rotor 200 may rotate while the rotor 200 rotates. It can be efficiently arranged by the diameter-size relationship between the above-mentioned components.
8 is a graph comparing the output torque of a hybrid type motor 1000 and a magnet type motor according to an embodiment of the present invention.
Graph (1) shows the output torque by the hybrid type motor 1000 according to the present invention, and graph (2) shows the output torque by the conventional permanent magnet type motor.
Comparing the two, it can be seen that the output torque of the hybrid motor 1000 according to the present invention is much higher than that of the permanent magnet type motor. Calculation shows that the average output torque of the hybrid motor 1000 according to the present invention is 331.5 (gf.cm) and the average output torque of the permanent magnet type motor is 249.5 (gf.cm), which is significantly different between the two. can Comparing the magnitude of torque with respect to the same volume, the conventional permanent magnet type can output about 50% increased torque compared to the conventional coil type, and the hybrid motor 1000 according to the present invention compared to the conventional permanent magnet type About 33% increased torque can be output. That is, the hybrid motor 1000 according to the present invention can output about 99.5% increased torque compared to the conventional coil type.
As a result, the hybrid motor 1000 according to the present invention has a relatively simple structure, is easy to manufacture, and has the advantage of outputting a maximum of about 99.5% increased torque compared to the prior art.
This embodiment is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations of this embodiment can be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. It will be possible.
This embodiment is not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and therefore, the scope of the present invention is not limited by this embodiment.
The protection scope of the present invention should be interpreted according to the claims, and all technical ideas recognized as equivalent or equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

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1000: 하이브리드형 모터
100: 모터 하우징
110: 제1 하우징 커버
115: 제1 스테이터
120: 제2 하우징 커버
125: 제2 스테이터
131: 제1 고정볼트
132: 제2 고정볼트
200: 로터
300: 보빈
301: 제1 플랜지부
302: 바디
303: 제2 플랜지부
310: 코일
400: 샤프트
410, 420: 베어링1000: hybrid motor
100: motor housing
110: first housing cover
115: first stator
120: second housing cover
125: second stator
131: first fixing bolt
132: second fixing bolt
200: rotor
300: bobbin
301: first flange portion
302: body
303: second flange portion
310: coil
400: shaft
410, 420: bearing

Claims (11)

양측에서 서로 대향하며 결합되는 제1 하우징 커버와 제2 하우징 커버를 포함하는 모터 하우징;
상기 모터 하우징의 내측 중앙부에 배치되어 회전될 수 있는 영구자석을 포함하는 로터;
상기 모터 하우징의 내부에서 로터의 외측에 배치되고, 외주면에 코일이 권선되는 보빈; 및
상기 모터 하우징과 일체로 상기 모터 하우징의 내측을 향하여 돌출 형성되되, 상기 보빈과 상기 로터의 사이에 배치되어 상기 로터의 외면을 감싸도록 배치되는 스테이터;
를 포함하며,

상기 모터 하우징은 상기 제1 하우징 커버와 상기 제2 하우징 커버의 사이에서 양 자를 연결하여 외주면을 형성하는 중앙 커버를 포함하고,
상기 코일은 상기 보빈에 권선되어 상기 중앙 커버와 상기 스테이터의 사이에 배치되며,
상기 제1 하우징 커버와 상기 제2 하우징 커버를 연결하여 고정시키는 복수의 고정볼트;를 더 포함하고,
상기 고정볼트는 상기 제1 하우징 커버에 삽입되는 제1 고정볼트 및 상기 제2 하우징 커버에 삽입되는 제2 고정볼트를 포함하며, 상기 제1 고정볼트 및 상기 제2 고정볼트는 상기 로터와 상기 보빈의 사이에 배치되는 하이브리드형 영구자석 토크모터.
A motor housing including a first housing cover and a second housing cover coupled to each other and facing each other on both sides;
a rotor including a rotatable permanent magnet disposed in the inner central portion of the motor housing;
a bobbin disposed on the outside of the rotor inside the motor housing and having a coil wound on an outer circumferential surface of the bobbin; and
a stator integrally formed with the motor housing and protruding toward the inside of the motor housing, disposed between the bobbin and the rotor to surround an outer surface of the rotor;
Including,

The motor housing includes a central cover connecting both the first housing cover and the second housing cover to form an outer circumferential surface,
The coil is wound on the bobbin and disposed between the central cover and the stator,
A plurality of fixing bolts connecting and fixing the first housing cover and the second housing cover; further comprising,
The fixing bolt includes a first fixing bolt inserted into the first housing cover and a second fixing bolt inserted into the second housing cover, and the first fixing bolt and the second fixing bolt include the rotor and the bobbin. A hybrid permanent magnet torque motor disposed between
 제1항에 있어서,
상기 보빈은 서로 대향하여 배치되는 제1 플랜지부 및 제2 플랜지부와, 상기 제1 플랜지부 및 상기 제2 플랜지부의 사이에 연결되는 링 형상의 바디를 포함하고,
상기 바디의 반경은 상기 제1 플랜지부와 상기 제2 플랜지부의 반경보다 작으며 상기 바디의 외주면에 상기 코일이 권선되는 하이브리드형 영구자석 토크모터.According to claim 1,
The bobbin includes a first flange portion and a second flange portion disposed to face each other, and a ring-shaped body connected between the first flange portion and the second flange portion,
A hybrid type permanent magnet torque motor in which a radius of the body is smaller than radii of the first flange portion and the second flange portion, and the coil is wound on an outer circumferential surface of the body. 제1항에 있어서,
상기 모터 하우징을 관통하여 배치되되, 상기 로터의 중심축을 관통하며 상기 로터와 연결되는 샤프트;를 더 포함하는 하이브리드형 영구자석 토크모터.According to claim 1,
The hybrid type permanent magnet torque motor further comprising a shaft disposed through the motor housing, passing through a central axis of the rotor and connected to the rotor. 제3항에 있어서,
상기 샤프트는 회전운동을 안내하는 베어링을 포함하는 하이브리드형 영구자석 토크모터.According to claim 3,
The shaft is a hybrid permanent magnet torque motor including a bearing for guiding rotational motion. 제1항에 있어서,
상기 스테이터는,
상기 제1 하우징 커버에서 내측을 향하여 소정의 높이로 돌출형성되는 호의 형상으로 형성되는 제1 스테이터; 및
상기 제2 하우징 커버에서 내측을 향하여 소정의 높이로 돌출되고 상기 제1 스테이터와 대향하는 호의 형상으로 형성되는 제2 스테이터;
를 포함하는 하이브리드형 영구자석 토크모터.According to claim 1,
The stator is
a first stator formed in the shape of an arc protruding inward from the first housing cover at a predetermined height; and
a second stator protruding inward from the second housing cover at a predetermined height and formed in an arc shape facing the first stator;
A hybrid permanent magnet torque motor comprising a. 제5항에 있어서,
상기 제1 스테이터와 제2 스테이터는 상기 로터를 사이에 두고 서로 대향배치되어 상기 로터의 외주면을 둘러 감싸는 하이브리드형 영구자석 토크모터.According to claim 5,
The first stator and the second stator are disposed opposite to each other with the rotor interposed therebetween and surround the outer circumferential surface of the rotor. 제5항에 있어서,
상기 보빈에 권선되는 코일에 전력이 인가되는 경우 상기 제1 스테이터와 제2 스테이터는 서로 다른 극성을 가지는 하이브리드형 영구자석 토크모터.According to claim 5,
When power is applied to the coil wound on the bobbin, the first stator and the second stator have different polarities. 제5항에 있어서,
상기 제1 스테이터와 제2 스테이터는 그 양 단에서 서로 접촉되지 않도록 소정의 간격으로 이격배치되는 하이브리드형 영구자석 토크모터.According to claim 5,
The first stator and the second stator are spaced apart from each other at predetermined intervals so as not to contact each other at both ends thereof. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 스테이터의 반경은 상기 로터의 반경보다 크고,
상기 보빈의 반경은 상기 스테이터의 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 하이브리드형 영구자석 토크모터.
According to claim 1,
The radius of the stator is greater than the radius of the rotor,
Hybrid type permanent magnet torque motor, characterized in that the radius of the bobbin is larger than the radius of the stator.
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