KR19990013623A - 모터 - Google Patents

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KR19990013623A
KR19990013623A KR1019980027079A KR19980027079A KR19990013623A KR 19990013623 A KR19990013623 A KR 19990013623A KR 1019980027079 A KR1019980027079 A KR 1019980027079A KR 19980027079 A KR19980027079 A KR 19980027079A KR 19990013623 A KR19990013623 A KR 19990013623A
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미따라이후지오
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  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
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Abstract

출력이 증가된 모터는 동일한 섹션으로 원주상으로 분할되고 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 원통형 형태의 영구 자석으로 구성된 회전자를 형성하고, 제1 코일과 회전자와 제2 코일을 회전자의 축방향을 따라 배치하고, 제1 코일에 의해 자화된 제1 외측 자극과 제1 내측 자극을 회전자의 외주부 및 내주부에 각각 대향 관계로 제공하고, 또한 제2 코일에 의해 자화된 제2 외측 자극과 제2 내측 자극을 회전자의 외주부 및 내주부에 각각 대향 관계로 제공하고, 제1 외측 자극과 제2 외측 자극을 소정의 위상각 만큼 상호 변위된 상태로 축방향 대향 관계로 배치하고, 또는 제1 및 제2 외측 자극의 단부를 테이퍼 형태로 형성함으로서 제공되어, 누설 자속을 감소시킨다.

Description

모터
본 발명은 상호 대향 제1 및 제2 외측 자극의 상호 근접부 내의 큰 자기 저항의 간극을 형성함으로서 누설 자속을 줄일 수 있고, 이에 의해 출력을 향상시킬 수 있는 모터에 관한 것이다.
종래의 소형 모터 중에는, 도24에 도시된 것과 같은 공지된 소형의 원통형 스테핑 모터가 존재한다. 그러한 모터에서, 고정자(stator) 코일(105)은 축방향으로 개재되고 두 개의 고정자 요오크(106)에 의해 고정되는 보빈(101) 상에 동심원상으로 권취된다. 고정자 요오크(106)는 보빈(101)의 내주부를 따라 교호되는 고정자 치형(106a, 106b)을 각각 갖추고 있고, 고정자 치형(106a, 106b)과 일체형인 고정자 요오크(106)는 고정자(102)를 구성하도록 케이스(103)에 고정된다.
플랜지(115)와 베어링(108)은 두 개의 케이스(103) 중 하나의 케이스에 고정되고, 또 다른 베어링(108)은 다른 케이스(103)에 고정된다. 회전자(rotor)(109)는 회전자축(110)에 고정된 회전자 자석(111)으로 구성되고, 회전자 자석(111)과 고정자(102)의 고정자 요오크(106a)는 방사상 간극을 형성한다. 회전자축(110)은 두 개의 베어링(108) 사이에서 회전식으로 지지된다.
카메라 렌즈의 구동을 위해 채용된 그러한 소형 스테핑 모터를 채용한 형태는 일예로 일본 특개평3-180823호의 공보에 개시되어 있다. 그러한 형태에서, 호형 스테핑 모터는 촬영(image taking) 렌즈 주위에 마련되고, 암형 나사는 렌즈를 지지하는 렌즈 홀더에 고정되고 광축에 평행한 수형 나사를 이동시키기 위해 스테핑 모터의 축력축에 의해 구동된다.
그러나, 전술된 종래의 소형 스테핑 모터는 케이스(103)와, 보빈(101)과, 고정자 코일(105)과, 고정자 요오크(106)등이 회전자 외부에 동심원상으로 마련되기 때문에, 외부 치수가 큰 결함의 문제점을 갖게 된다.
또한 도25에 도시된 대로, 고정자 코일(105)의 통전에 의해 발생된 자속은 고정자 치형(106a)의 단부면(106a1)과 고정자 치형(106b)의 단부면(106b1)을 관통하고 회전자 자석(111) 상에서 효과적으로 작용하지 않게 되어, 모터 출력이 증가하지 않는다.
본 출원은 미국 특허 출원 제08/831,863호(유럽 특허 출원 제 97105567.8호)에서의 그러한 결함을 해결할 수 있는 모터를 제시한다.
제시된 모터에서, 원통형 회전자는 균등부로 분할되고 교호식으로 자화되는 동심원상의 영구 자석과 제1 코일로 이루어지고, 그 회전자와 제2 코일은 회전자의 축방향으로 연속적으로 마련된다. 제1 외측 자극과 제1 코일에 의해 자화된 제1 내측 자극은 회전자의 외주부 및 내주부로 각각 대향되고, 제2 외측 자극과 제2 코일에 의해 자화된 제2 내측 자극은 회전자의 외주부 및 내주부로 각각 대향되고, 회전식 회전자축은 원통형 영구 자석에 연결된다.
전술된 형태의 모터는 고출력 및 외부 치수가 줄어든 형태를 나타내나, 치형 자극은 내측 자극의 제한된 직경으로 인해 제작이 어렵게 된다. 또한, 작은 직경의 모터로부터의 진동 없이 안정된 출력을 얻는 것이 바람직하다.
이러한 이유로 인해, 본 출원은 미국 특허 출원 제08/994,994호(유럽 특허 출원 제 97122508.1호)에서의 용이하게 제작 가능한 형태의 내측 자극을 갖춘 모터와, 미국 특허 출원 제09/022,474호에서 작은 직경의 회전축 상에 기어 또는 풀리와 같은 출력 전달 수단의 장착을 용이하게 하여 진동 없이 안정된 출력을 제공하는 회전자를 최근에 제시해 왔다.
또한 제1 및 제2 고정자의 관계를 기초로 하여 누설 자속을 줄임으로서 출력이 향상된 고성능의 모터를 얻는 것이 바람직하다.
선행 설명을 고려하여, 본 발명의 목적은 제1 외측 자극과 제2 외측 자극의 단부에서의 누설 자속을 줄임으로서 출력을 향상시킬 수 있는 초소형의 고성능 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제1 외측 자극과 제2 외측 자극을 소정의 위상각 만큼의 상호 이동에 의해, 누설 자속을 줄임으로서 출력을 향상시킬 수 있는 모터를 제공하기 위한 것이다.
계속해서 본 발명의 또 다른 목적은 제1 및 제2 외측 자극의 단부를 테이퍼 형태로의 성형에 의해, 누설 자속을 줄임으로서 출력을 향상시킬 수 있는 모터를 제공하기 위한 것이다.
계속해서 본 발명의 다른 목적은 다음과 같은 실시예에 대한 설명으로부터 충분히 알 수 있게 된다.
도1은 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.
도2는 그 조립 상태에서의 도1에 도시된 모터의 단면도.
도3a, 도3b, 도3c, 도3d, 도3e, 도3f, 도3g 및 도3h는 도1에 도시된 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.
도4는 도1에 도시된 모터의 고정자를 확대 도시한 도면.
도5a, 도5b, 도5c, 도5d, 도5e, 도5f, 도5g 및 도5h는 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.
도6은 본 발명의 제3 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.
도7은 그 조립 상태에서의 도6에 도시된 모터의 단면도.
도8a, 도8b, 도8c, 도8d, 도8e, 도8f, 도8g 및 도8h는 도7에 도시된 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.
도9는 본 발명의 제4 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.
도10은 그 조립 상태에서의 도9에 도시된 모터의 단면도.
도11은 도10에 도시된 모터의 단면과 비교 도시된, 도7에 도시된 모터의 단면도.
도12는 도10에 도시된 모터의 회전자를 확대 도시한 도면.
도13a 및 도13b는 회전자의 제1 및 제2 자성층과 도10에 도시된 모터 내의 제1 및 제2 요오크 간의 관계의 제1 상태를 도시한 도면.
도14a 및 도14b는 회전자의 제1 및 제2 자성층과 도10에 도시된 모터 내의 제1 및 제2 요오크 간의 관계의 제2 상태를 도시한 도면.
도15a 및 도15b는 회전자의 제1 및 제2 자성층과 도10에 도시된 모터 내의 제1 및 제2 요오크 간의 관계의 제3 상태를 도시한 도면.
도16a 및 도16b는 회전자의 제1 및 제2 자성층과 도10에 도시된 모터 내의 제1 및 제2 요오크 간의 관계의 제4 상태를 도시한 도면.
도17은 본 발명의 제5 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.
도18은 그 조립 상태에서의 도17에 도시된 모터의 단면도.
도19a, 도19b, 도19c, 도19d, 도19e, 도19f, 도19g 및 도19h는 도17에 도시된 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.
도20은 도1에 도시된 모터의 고정자 및 회전자를 도시한 도면.
도21a, 도21b, 도21c, 도21d, 도21e, 도21f, 도21g 및 도21h는 본 발명의 제6 실시예를 구성하는 모터의 회전자의 회전 작동을 도시한 도면.
도22는 본 발명의 제7 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.
도23은 본 발명의 제8 실시예를 구성하는 모터의 분해 사시도.
도24는 종래의 스테핑 모터를 도시한 단면도.
도25는 도24에 도시된 종래의 스테핑 모터의 자속을 도시한 도면.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 영구 자석
2 : 회전축
3, 4 : 원통형 코일
5 : 제1 요오크
6 : 제2 요오크
7 : 제3 요오크
10 : 연결 링
18 : 제1 고정자
19 : 제2 고정자
이제 첨부 도면을 참고로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
[제1 실시예]
도1 내지 도4는 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 스테핑 모터를 도시한 것이고, 여기에서 도1은 스테핑 모터의 분해 사시도이고, 도2는 조립 상태에서의 스테핑 모터의 축방향 단면도이고, 도3a 내지 도3h는 도2에서의 선 A-A 또는 B-B를 따라 취한 단면도이고, 도4는 스테핑 모터의 조립 상태에서의 특정 구성 요소의 배치를 도시한 측방향 도면이다.
도1 내지 도4를 참조하면, 회전자를 구성하는 중공 원통형 영구 자석(1)은 외주부를 n개의 섹션 (본 실시예에서는 4 개의 섹션)으로 원주상으로 분할하고 그러한 섹션을 S극과 N극으로 교호식으로 자화함으로서 형성된 자성부(1a, 1b, 1c, 1d)로 구성된 제1 자성층과, 외주부를 n개의 섹션 (본 실시예에서는 4 개의 섹션)으로 원주상으로 분할하고 그러한 섹션을 S극과 N극으로 교호식으로 자화함으로서 형성된 자성부(1e, 1f, 1g, 1h)로 구성된 축방향 인접 제2 자성층을 갖추고 있다. 제1 자성층과 제2 자성층은 본 실시예에서 180°/n, 또는 45°의 위상으로 상호 배치된다.
제1 자성층에서, 자성부(1a, 1c)는 S극으로 자화되고, 반면에 자성부(1b, 1d)는 N극으로 자화된다. 제2 자성층에서, 자성부(1e, 1g)는 S극으로 자화되고, 반면에 자성부(1f, 1h)는 N극으로 자화된다.
회전자축을 구성하는 회전축(2)은 영구 자석(1)에 고정되고, 회전축(2)과 영구 자석(1)은 회전자를 구성한다. 원통형 코일(3, 4)은 영구 자석(1)을 축방향으로 개재하는 위치에 영구 자석(1)을 동심원상으로 갖추고 있고, 영구 자석(1)의 외경과 실제로 동일한 외경을 갖는다.
연자성 재료로 된 제1 및 제2 고정자(18, 19)의 각각은 외부관 및 내부관으로 구성되고, 바람직하게 금속 사출 성형(MIM)에 의해 형성된다. 제1 고정자(18)의 외부관과 내부관 사이에는, 통전시에 제1 고정자(18)를 자화시키는 코일(3)이 마련된다. 제1 고정자(18)의 외부관 및 내부관은 그 단부에서 동일한 위상이 되도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 이동되는 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)을 구성한다. 외측 자극(18a)은 내측 자극(18c)에 대향 배치되고, 외측 자극(18b)은 내측 자극(18d)에 대향 배치된다. 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)은 영구 자석(1)의 단부의 외주부 및 내주부에 각각 대향하도록 배치된다. 제1 고정자(18)의 구멍(18e) 내에, 회전축(2)의 단부가 회전식으로 끼워맞춰진다.
제2 고정자(19)의 외부관과 내부관 사이에는, 통전시에 제2 고정자(19)를 자화시키는 코일(4)이 마련된다. 제2 고정자(19)의 외부관 및 내부관은 그 단부에서 동일한 위상이 되도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 이동되는 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)을 구성한다. 외측 자극(19a)은 내측 자극(19c)에 대향 배치되고, 외측 자극(19b)은 내측 자극(19d)에 대향 배치된다. 제1 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)은 영구 자석(1)의 타단부의 외주부 및 내주부에 각각 대향하도록 배치된다. 제2 고정자(19)의 구멍(19e) 내에, 회전축(2)의 타단부가 회전식으로 끼워맞춰진다.
비자성 재료로 된 원통형 연결 링(10)의 내주부의 일단부에는 홈(10a, 10b)이, 그리고 타단부에는 홈(10a, 10b)으로부터 360°/n (본 실시예에서는 90°)만큼의 위상이 변위된 홈(10c, 10d)이 마련된다. 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)은 홈(10a, 10b) 내에 끼워맞춰지고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)은 홈(10c, 10d) 내에 끼워맞춰지며, 끼워맞춰진 부분은 접착제로 고정되어, 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)는 연결 링(10)에 장착된다.
제1 고정자(18)와 제2 고정자(19)는 상호 배치되어 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)의 단부들이 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)의 단부들로부터 360°/n (본 실시예에서는 90°) 만큼의 위상이 변위되고, 연결 링(10)에 의해 상호 고정되고 상호 간격은 연결 링(10)의 내부 돌기(10e, 10f)의 폭에 해당한다.
도2는 스테핑 모터의 단면도이고, 도3a 내지 도3d는 도2의 선 A-A를 따르는 단면도이고, 도3e 내지 도3h는 도2의 선 B-B를 따르는 단면도이다. 도3a와 도3e는 동일 시기에서의 도면들이고, 도3b와 도3f는 또 다른 동일 시기에서의 도면들이고, 도3c와 도3g는 또 다른 동일 시기에서의 도면들이며, 도3d와 도3h는 또 다른 동일 시기에서의 도면들이다.
본 발명의 스테핑 모터의 기능에 대해서는 다음과 같이 설명하기로 한다. 도3a 및 도3e에 도시된 상태로부터 시작하여, 코일(3, 4)은 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 N극으로 자하시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 S극으로 자화시키고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 S극으로 자하시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 N극으로 자화시키도록 통전되어, 영구 자석(1)은 도3b 및 도3f에 도시된 상태로 되도록 반시계 방향으로 45°만큼 회전한다.
그후, 코일(3)의 전류는 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 S극으로 자하시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 N극으로 자화시키고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 S극으로 자하시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 N극으로 자화시키도록 전도되어, 회전자(1)는 도3c 및 도3g에 도시된 상태로 되도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다.
그후, 코일(4)의 전류는 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 S극으로 자하시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 N극으로 자화시키고, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 S극으로 자하시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 N극으로 자화시키도록 전도되어, 영구 자석(1)은 도3d 및 도3h에 도시된 상태로 되도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다. 그후에, 코일(3, 4)의 전류 방향은 마찬가지로 연속 전환되어 영구 자석(1)은 통전의 위상에 대응하는 위치로 회전한다.
모터 치수의 최소화를 위해 최적인 전술된 스테핑 모터의 형태에 대해서는 다음과 같이 설명하기로 한다. 스테핑 모터 형태의 기본적 특징은 다음과 같으며, 즉 1) 영구 자석이 공동 실린더 형태이며, 2) 영구 자석의 외주부가 교호식으로 상이한 자극으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되고, 3) 제1 코일과, 영구 자석 및 제2 코일은 이러한 순서로 영구 자석의 축방향으로 배치되고, 4) 제1 및 제2 코일에 의해 자화된 제1 및 제2 고정자의 외부 및 내측 자극은 영구 자석의 외주부 및 내주부에 각각 대향하고, 5) 도4에 도시된 대로, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)과 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)은 360°/n (본 실시예에서는 90°)의 상호 위상 변위로 축방향으로 상호 대향되고, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)의 단부와 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)의 단부는 축방향으로 상호 근접 배치된다.
따라서, 현재의 스테핑 모터는 영구 자석의 외경 상에서 상호 대향식으로 고정자의 자극을 장착하기에 충분한 직경을 단지 필요로 하고, 스테핑 모터의 축방향 길이는 또한 영구 자석의 길이와 제1 및 제2 코일의 길이로 제한된다. 따라서, 이러한 스테핑 모터의 치수는 영구 자석 및 코일의 직경 및 길이에 의해 결정되고, 스테핑 모터는 영구 자석 및 코일의 그러한 직경 및 길이를 매우 작은 크기로 줄임으로서 초소형화될 수 있다.
그러한 형태에서, 제1 코일에 의해 자화된 제1 고정자의 외측 자극과 제2 코일에 의해 자화된 제2 고정자의 외측 자극의 가장 가까운 점은 그러한 자극의 모서리에 의해 구성된다. 따라서, 이러한 점들은 누설 자속을 줄이는 상승된 자기 저항을 나타내게 되어, 제1 고정자 및 제2 고정자는 각각 모터의 출력을 증가시키기 위해 별도의 유효 자기 회로를 형성한다.
스테핑 모터의 출력 정밀도는 영구 자석 및 코일의 직경 및 길이가 매우 작을 때 유지하기가 어려우나, 그러한 결함은 영구 자석이 공동 실린더 형태로 형성되고 제1 및 제2 고정자의 외부 및 내측 자극이 그러한 공동 실린더 형태의 영구 자석의 외주부 및 내주부 상에 상호 대향식으로 마련된 간단한 구조에 의해 피할 수 있게 된다. 이러한 형태에서, 모터의 출력은 다음의 제2 실시예에서 설명되는 바와 같이 영구 자석의 외주부 뿐만 아니라 내주부를 원주상으로 자화시킴으로서 더 증가될 수 있다.
[제2 실시예]
도5a 내지 도5h는 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 스테핑 모터의 회전 작동을 도시한 것이다. 선행 제1 실시예에서, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)의 외주부는 S극과 N극으로 교호 자화되는 n개의 섹션으로 원주상으로 분할되나, 본 제2 실시예에서는, 영구 자석(1)은 외주부 뿐만 아니라 내주부 상에서 n 개의 섹션 (본 실시예에서는 4 개의 섹션)으로 분할되고 S그과 N극으로 교호식으로 자화된다. 이러한 형태에서, 내주부의 극성은 그에 인접한 외주부의 극성과 반대로 되어, 일예로 자성부(1a, 1c)의 내주부는 N극으로 자화되고, 자성부(1b, 1d)의 내주부는 S극으로 자화된다.
제2 실시예에서, 영구 자석(1)은 외주부 상에서 뿐만 아니라 내주부 상에서 S극과 N극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되기 때문에, 모터의 출력은 영구 자석(1)의 내주부와 제1 고정자(18)의 내측 자극(18c, 18d) 및 제2 고정자(19)의 내측 자극(19c, 19d) 간의 상호 작용에 의해 증가될 수 있다.
[제3 실시예]
본 발명의 제3 실시예를 구성하는 스테핑 모터에 대해서는 도6 내지 도8h를 참고로 하여 다음과 같이 설명하기로 하고, 도1 내지 도4에 도시된 제1 실시예와 동일한 요소에는 동일한 도면 부호가 부기된다. 선행 제1 실시예에서, 각각의 제1 및 제2 고정자(18, 19)에서, 외부관과 내부관은 일체로 형성되나, 제3 실시예에서는 제1 및 제2 고정자(18, 19)의 외부관은 도6에 도시된 대로 일체로 형성되나, 제1 및 제2 고정자(18, 19)의 내부관은 별도로 형성된다.
도6은 본 발명의 제3 실시예를 구성하는 스테핑 모터의 분해 사시도이고, 도7은 그 조립 상태의 스테핑 모터의 축방향 단면도이고, 도8a 내지 도8h는 도7의 선 A-A 또는 B-B를 따르는 단면도이다.
이러한 도면을 참조하면, 공동 원통형 영구 자석(1)은 원주부를 n개의 섹션 (본 실시예에서는 4 개의 섹션)으로 원주상으로 분할하고 그러한 섹션을 S극과 N극으로 교호식으로 자화함으로서 형성된 자성부(1a, 1b, 1c, 1d)로 구성된 제1 자성층과, 마찬가지로 원주부를 4 개의 섹션으로 원주상으로 분할하고 그러한 섹션을 S극과 N극으로 교호식으로 자화함으로서 형성된 자성부(1e, 1f, 1g, 1h)로 구성된 제2 자성층을 갖추고 있다. 제1 자성층과 제2 자성층은 본 실시예에서 180°/n, 또는 45°의 위상으로 상호 변위된다. 이러한 실시예에서, 제1 자성층의 자성부(1a, 1c)와 제2 자성층의 자성부(1e, 1g)는 외주부 상에서 S극을 그리고 내주부 상에서는 N극을 갖도록 자화되고, 반면에 제1 자성층의 자성부(1b, 1d)와 제2 자성층의 자성부(1f, 1h)는 외주부 상에서 N극을 그리고 내주부 상에서 S극을 갖도록 자화된다.
회전축(2)은 영구 자석(1)에 고정되고, 회전축(2)과 영구 자석(1)은 회전자를 구성한다. 원통형 코일(3, 4)은 영구 자석(1)을 축방향으로 개재하는 위치에 영구 자석(1)을 동심원상으로 갖추고 있고, 영구 자석(1)의 외경과 실제로 동일한 외경을 갖는다. 연자성 재료로 된 제1 요오크(5)는 코일(3)의 내부(3a) 안으로 삽입될 부분(5d)과 영구 자석(1)의 제1 자성층의 내부에 대향하는 치형(5b, 5c)을 갖추고 있다. 치형(5b, 5c)은 제1 자성층의 극과 동일한 위상이 되도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위된다. 회전축(2)의 일부(2a)는 제1 요오크(5)의 구멍(5a) 내에 회전식으로 끼워맞춰진다.
연자성 재료로 된 제2 요오크(6)는 코일(4)의 내부(4a) 안으로 삽입될 부분(6d)과 영구 자석(1)의 제2 자성층의 내부에 대향하는 치형(6b, 6c)을 갖추고 있다. 치형(6b, 6c)은 제2 자성층의 극과 동일한 위상이 되도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위된다. 회전축(2)의 일부(2b)는 제2 요오크(6)의 구멍(6a) 내에 회전식으로 끼워맞춰진다.
코일의 삽입은 제1 요오크(5)에서 코일 삽입부(5d)와 치형(5b, 5c)이 동일 직경을 갖고 제2 요오크(6)에서 코일 삽입부(6d)와 치형(6b, 6c)이 동일 직경을 갖기 때문에 용이하게 된다. 제1 요오크(5)의 치형(5b, 5c)과 제2 요오크(6)의 치형(6b, 6c)은 본 실시예에서 360°/n 또는 90°만큼 축방향으로 변위된다. 또한 연자성 재료로 된 제3 요오크(7)가 마련된다. 코일(3, 4)과 영구 자석(1)이 실제로 동일한 외경을 갖기 때문에, 제3 요오크는 코일(3, 4)과 영구 자석(1)의 외주부를 적절한 간극으로 덮는 간단한 원통형 형태로 형성된다.
제3 요오크(7)는 부분(7e)에서 제1 요오크(5)의 부분(5e)에 결합되고, 부분(7f)에서 제2 요오크(6)의 부분(6e)에 결합된다. 제3 요오크(7)는 영구 자석(1)을 가로질러 제1 요오크(5)의 치형(5b, 5c)에 대향된 위치에서 부분(7a, 7b)과, 영구 자석(1)을 가로질러 제2 요오크(6)의 치형(6b, 6c)에 대향된 위치에서 부분(7c, 7d), 및 다른 위치에서 개구(7g, 7h, 7i, 7j)를 더 갖추고 있다. 제1 요오크(5)의 치형(5b, 5c)과 제2 요오크(6)의 치형(6b, 6c)이 90°만큼 상호 변위될 때, 이러한 치형에 대향될 제3 요오크(7)의 자극부(7a, 7c, 7d 및 7b, 7c, 7d)는 도6에 도시된 대로 상호 근접 단부면의 일부를 일체로 연결함으로서 단일 원통형 요소로서 준비될 수 있어, 강도가 향상되고 안정된 요소를 용이하게 제작할 수 있다. 또한 제1 요오크(5)와 제3 요오크(7) 사이의 공기 틈새와 제2 요오크(6)와 제3 요오크(7) 사이의 공기 틈새가 거의 영구 자석(1)으로 채워질 때, 코일(3, 4)의 통전에 의해 발생된 자속은 출력을 증가시키기 위해 영구 자석 상에서 효과적으로 작용한다.
도7은 스테핑 모터의 단면도이고, 도8a 내지 도8d는 도7의 선 A-A를 따르는 단면도이고, 도8e 내지 도8h는 도7의 선 B-B를 따르는 단면도이다. 도8a와 도8e는 동일 시기에서의 도면들이고, 도8b와 도8f는 또 다른 동일 시기에서의 도면들이고, 도8c와 도8g는 또 다른 동일 시기에서의 도면들이며, 도8d와 도8h는 또 다른 동일 시기에서의 도면들이다.
본 발명의 스테핑 모터의 기능에 대해서는 다음과 같이 설명하기로 한다. 도8a 및 도8e에 도시된 상태로부터 시작하여, 코일(3, 4)은 제1 요오크(5)의 치형(5b, 5c)을 S극으로 자하시키고, 치형(5b, 5c)에 대향된 제3 요오크(7)의 부분(7a, 7b)을 N극으로 자화시키고, 제2 요오크(6)의 치형(6b, 6c)을 N극으로 자하시키고, 치형(6b, 6c)에 대향된 제3 요오크(7)의 부분(7c, 7d)을 S극으로 자화시키도록 통전되어, 영구 자석(1)은 도8b 및 도8f에 도시된 상태로 되도록 반시계 방향으로 45°만큼 회전한다.
그후, 코일(3)의 전류는 제1 요오크(5)의 치형(5b, 5c)을 N극으로 자하시키고, 치형(5b, 5c)에 대향된 제3 요오크(7)의 부분(7a, 7b)을 S극으로 자화시키고, 제2 요오크(6)의 치형(6b, 6c)을 N극으로 자하시키고, 치형(6b, 6c)에 대향된 제3 요오크(7)의 부분(7c, 7d)을 S극으로 자화시키도록 전도되어, 회전자(1)는 도8c 및 도8g에 도시된 상태로 되도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다.
그후, 코일(4)의 전류는 제2 요오크(6)의 치형(6b, 6c)을 S극으로 자하시키고, 치형(6b, 6c)에 대향된 제3 요오크(7)의 부분(7c, 7d)을 S극으로 자화시키도록 전도되어, 영구 자석(1)은 도8d 및 도8h에 도시된 상태로 되도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다. 그후에, 코일(3, 4)의 전류 방향은 마찬가지로 연속 전환되어 영구 자석(1)은 통전의 위상에 대응하는 위치로 회전한다.
본 발명의 제3 실시예에서, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)은 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되고 영구 자석(1)의 외주상에서 뿐만 아니라 그 내주부 상에서도 S극과 N극으로 교호식으로 자화되나, 또한 제3 실시예에서 외주부만을 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할하고 그러한 부분을 S극과 N극으로 교호식으로 자화시키는 것이 가능하다.
[제4 실시예]
도9 및 도10은 각각 본 발명의 제4 실시예를 구성하는 스테핑 모터의 분해 사시도 및 단면도이다. 도9 및 도10을 참조하면, 연자성 재료로 된 제1 외부 요오크(8)는 영구 자석(1)의 제1 자성층을 가로질러 제1 요오크(5)의 치형(5b, 5c)에 대향된 위치에서 치형(8b, 8c)을 갖추고 있다. 연자성 재료로 된 제2 외부 요오크(9)는 영구 자석(1)의 제2 자성층을 가로질러 제2 요오크(6)의 치형(6b, 6c)에 대향된 위치에서 치형(9b, 9c)을 갖추고 있다. 제1 외부 요오크(8)는 코일(3)과 영구 자석(1)을 적절한 간극으로 덮고, 제2 외부 요오크(9)는 코일(4)과 영구 자석(1)을 적절한 간극으로 덮는다. 코일(3)은 제1 외부 요오크(8)와 제1 요오크(5)가 일체로 성형될 때에도 조립될 수 있고, 코일(4)은 제2 외부 요오크(9)와 제2 요오크(6)가 일체로 성형될 때에도 조립될 수 있다. 제1 외부 요오크(8)와 제1 요오크(5)의 일체식 성형 또는 제2 외부 요오크(9)와 제2 요오크(6)의 일체식 성형으로 인해 치형(8a, 8b)과 치형(5b, 5c) 간의 정교한 위상 관계 또는 치형(9a, 9b)과 치형(6b, 6c) 간의 정교한 위상 관계를 얻을 수 있게 되어, 출력을 더 증가시킨다.
비자성 재료로 된 연결 링(10)은 제1 외부 요오크(8)의 치형(8a, 8b)이 끼워맞춰지는 홈(10a, 10b)과, 제2 외부 요오크(9)의 치형(9a, 9b)이 끼워맞춰지는 홈(10c, 10d)을 갖추고 있고, 제1 외부 요오크(8) 및 제2 외부 요오크(9)는 접착제와 같은 공지된 방법에 의해서 고정된다. 제1 외부 요오크(8) 및 제2 외부 요오크(9)는 연결 링(10)의 내부 돌기(10e, 10f)에 의해 형성된 소정의 간격을 둔 채로 고정된다. 연결 링(10)의 홈(10a, 10b, 10c, 10d)들은 360°/n (본 실시예에서는 90°)의 위상 만큼 상호 변위되어, 제1 외부 요오크(8)의 치형(8a, 8b)과 제2 외부 요오크(9)의 치형(9a, 9b)은 360°/n (본 실시예에서는 90°)의 상호 위상 변위각으로 축방향으로 상호 대향된다.
제1 외부 요오크(8)와 제2 외부 요오크(9)를 결합함으로서 제3 실시예에서의 제3 요오크(7)의 기능과 유사한 기능을 수행한다. 또한, 도10에 도시된 대로, 제1 외부 요오크(8)는 그 단부에서 제1 요오크(5)에 연결되고 코일(3)의 외주부를 덮고, 타단부에서의 치형(8a, 8b)은 소정 간극을 두고 영구 자석(1)의 외주부에 대향된다. 또한, 도10에 도시된 대로, 제2 외부 요오크(9)는 그 단부에서 제2 요오크(6)에 연결되고 코일(4)의 외주부를 덮고, 타단부에서의 치형(9a, 9b)은 소정 간극을 두고 영구 자석(1)의 외주부에 대향된다.
도12는 회전자의 확대 사시도이고, 도13a, 도13b, 도14a, 도14b, 도15a, 도15b, 도16a 및 도16b는 영구 자석(1)의 상이한 회전 위상을 도시한 것이고, 도13a, 도14a, 도15a, 및 도16a는 제1 자성층을 도시하고, 도13b, 도14b, 도15b, 및 도16b는 제2 자성층을 도시한다. 제3 요오크(7)가 도11에 도시된 제3 실시예에서와 같이 일체형 요소로서 제작될 때, 제3 요오크(7)를 통하는 영구 자석(1)의 제1 자성층(c)과 제2 자성층(d) 사이의 자속의 연통이 이루어지게 된다. 따라서, 도13a, 도13b, 도15a, 도15b에 도시된 영구 자석(1)의 회전 위치에서, 코깅(cogging)에 의해 유도된 힘은 도14a, 도14b, 도16a 및 도16b에 도시된 회전 위치에서 보다 더 강해진다. 그러한 더 강한 코깅의 위상은 90°의 피치로 1회전에 4번 나타난다. 코일(3, 4)의 전류가 현재의 모터에서 연속 전환되는 경우에, 1회전은 여덟 번의 전환 작동에 의해 달성되어, 코일(3, 4)의 통전에 의해 발생된 전자기력은 코깅력과 반드시 일치하지는 않는다.
이러한 이유로 인해, 발생된 구동력은 현저히 변동되고 그 회전은 매끄럽게 되지 않는다. 제4 실시예에서, 제1 외부 요오크(8)와 제2 외부 요오크(9)는 비자성 재료의 연결 링(10)에 의해 자기적으로 분리되어, 자속은 제1 및 제2 외부 요오크(8, 9)를 통해 제1 및 제2 자성층 사이에서 거의 연통되지 않아, 코깅이 전체적으로 여덟 번, 즉 90°의 피치로 제1 자성층에 의해 네 번 그리고 45°의 위상 변위된 위치에서 90°의 피치로 제2 자성층에 의해 네 번 발생된다. 따라서 코깅이 45°의 피치로 발생될 때, 발생된 구동력의 변동은 작아지고 매끄러운 회전을 얻을 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에서, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)은 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되고 영구 자석(1)의 외주부 상에서 뿐만 아니라 그 내주부 상에서 S극과 N극으로 교호식으로 자화되나, 또한 제4 실시예에서 외주부만을 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할하고 그러한 섹션을 S극과 N극으로 교호식으로 자화시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따라, 앞서 설명한 대로, 공동 원통형 형태로 형성되고 적어도 그 외주부를 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성된 제1 자성층과, 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치되고 제1 자성층으로부터 180°/n의 위상 변위로 적어도 그 외주부를 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할하고 그러한 섹션을 상이한 자극으로 교호식으로 자화시킴으로서 형성된 제2 자성층을 갖추고 있는 영구 자석을 제공하고, 또한 제1 코일과 전술된 영구 자석과 영구 자석의 축방향을 따라 잇달아 배치된 제2 코일을 제공하고, 영구 자석의 제1 자성층의 외주부 및 내주부에 각각 대향하도록 제1 코일에 의해 자화된 제1 외측 자극과 제1 내측 자극을 배치하고, 또한 영구 자석의 제2 자성층의 외주부 및 내주부에 각각 대향하도록 제2 코일에 의해 자화된 제2 외측 자극과 제2 내측 자극을 배치하고, 360°/n의 상호 위상 변위로 축방향으로 상호 대향되고 제1 및 제2 외측 자극의 가장 가까운 위치가 큰 자기 저항의 간극을 형성하도록 제1 외측 자극과 제2 외측 자극을 배치함으로서 효과적인 출력을 얻을 수 있는 모터가 제공된다. 또한, 제1 및 제2 고정자가 단일 요소로서 구성될 때, 용이한 조립 작업과 성능 변화가 줄어든 모터를 얻을 수 있게 된다.
[제5 실시예]
도17 내지 도20은 본 발명의 제4 실시예를 구성하는 스테핑 모터를 도시한 것이고, 여기에서 도17은 스테핑 모터의 분해 사시도이고, 도18은 조립 상태에서의 스테핑 모터의 축방향 단면도이고, 도19a 내지 도19h는 도18에서의 선 A-A 또는 B-B를 따라 취한 단면도이고, 도20은 특정 구성 요소가 제거된 스테핑 모터의 평면도이다.
이러한 도면을 참조하면, 회전자를 구성하는 원통형 자석(1)은 외주부를 n개의 섹션 (본 실시예에서는 4 개의 섹션)으로 분할하고 그러한 섹션을 S극과 N극으로 교호식으로 자화함으로서 형성된 자성층(1a, 1b, 1c, 1d)을 갖추고 있고, 자성부(1a, 1c)는 S극으로 자화되고 자성부(1b, 1d)는 N극으로 자화된다. 회전자축을 구성하는 출력축(2)은 자석(1)에 고정된다. 출력축(2)과 자석(1)은 회전자를 구성한다. 원통형 코일(3, 4)은 자석(1)을 축방향으로 개재하고 자석과 동심원상 위치에 마련된다. 코일(3, 4)은 자석(1)의 외경과 실제로 동일한 외경을 갖는다.
연자성 재료로 된 제1 및 제2 고정자(18, 19)는 180°/n 또는 45°의 위상각 만큼 상호 변위되고, 제1 및 제2 고정자(18, 19)의 각각은 외부관과 내부관으로 구성된다. 통전될 때 제1 고정자(18)를 자화시키는 코일(3)은 제1 고정자(18)의 내부관과 외부관 사이에 마련된다. 제1 고정자(18)의 외부관 및 내부관은 그 단부에서 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)을 형성한다. 내측 자극(18c, 18d)은 동일한 위상이 되도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위되고, 외측 자극(18a)은 내측 자극(18c)에 대향 배치되고, 외측 자극(18b)은 내측 자극(18d)에 대향 배치된다.
제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)은 영구 자석(1)의 단부의 외주부 및 내주부에 각각 대향하도록 제공되어, 전술된 자석(1)의 단부를 개재한다. 제1 고정자(18)의 구멍(18e) 내에, 회전축(2)의 단부가 회전식으로 끼워맞춰진다.
제2 고정자(19)의 외부관과 내부관 사이에는, 통전시에 제2 고정자(19)를 자화시키는 코일(4)이 마련된다. 제2 고정자(19)의 외부관 및 내부관은 그 단부에서 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)을 형성한다. 내측 자극(19c, 19d)은 동일한 위상이 되도록 360°/(n/2) = 180°만큼 상호 변위되고, 외측 자극(19a)은 내측 자극(19c)에 대향 배치되고, 외측 자극(19b)은 내측 자극(19d)에 대향 배치된다. 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)은 영구 자석(1)의 타단부의 외주부 및 내주부에 각각 대향하도록 제공되어, 전술된 자석(1)의 타단부를 개재한다. 제2 고정자(19)의 구멍(19e) 내에, 회전축(2)의 타단부가 회전식으로 끼워맞춰진다.
따라서 코일(3)에 의해 발생된 자속은 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d) 사이에서 회전자를 구성하는 자석(1)과 교차하여, 자석(1) 상에서 효과적으로 작용하고, 코일(4)에 의해 발생된 자속은 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d) 사이에서 회전자를 구성하는 자석(1)과 교차하고, 자석(1) 상에서 효과적으로 작용하여 모터의 출력을 향상시킬 수 있다.
비자성 재료로 된 원통형 연결 링(10)의 내주부의 일단부에는 홈(10a, 10b)이, 그리고 타단부에는 홈(10a, 10b)으로부터 180°/n 또는 45°만큼 변위된 위치에 홈(10c, 10d)이 마련된다. 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)은 홈(10a, 10b) 내에 끼워맞춰지고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)은 홈(10c, 10d) 내에 끼워맞춰지며, 끼워맞춰진 부분은 접착제로 고정되어, 제1 고정자(18) 및 제2 고정자(19)는 연결 링(10) 상에 장착된다. 제1 고정자(18)와 제2 고정자(19)는 외측 자극(18a, 18b)과 내측 자극(18c, 18d)이 외측 자극(19a, 19b)과 내측 자극(19c, 19d)에 대향되고 연결 링(10)의 내부 돌기(10e, 10f)에 의해 형성된 상호 간격을 둔 채로 고정되도록 배치된다.
도20은 연결 링이 생략된 본 실시예의 모터의 측방향 도면이다. 도20에 도시된 대로, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a)과 나타나지 않은 외측 자극(18b)과, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a)과 나타나지 않은 외측 자극(19b)은 테이퍼 형태를 갖고, 단부에서의 폭(d2)은 기부에서의 폭(d1) 보다 더 작다. 그러한 형태에서, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a)과 실제로 대향된 제2 고정자(19)의 외측 자극 사이의 자기 저항은 각각의 외측 자극이 편평 단부를 갖는 경우에서 보다 더 커지게 된다. 따라서, 코일(3, 4)에 의해 발생된 자속은 상호 덜 영향을 받게 되어, 모터의 회전은 안정화되고 그 출력은 향상된다.
마찬가지로 도20에 도시되지 않은 제1 고정자(18)의 외측 자극(18b)과 제2 고정자(19)의 외측 자극(19b)은 또한 단부에서의 폭(d2)이 기부에서의 폭(d1) 보다 더 작은 테이퍼 형태를 갖는다. 따라서, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18b)과 실제로 대향된 제2 고정자(19) 사이의 자기 저항은 각각의 외측 자극이 편평 단부를 갖는 경우에서 보다 더 커지게 된다. 따라서, 코일(3, 4)에 의해 발생된 자속은 상호 덜 영향을 받게 되어, 모터의 회전은 안정화되고 그 출력은 향상된다.
도20으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)과 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)의 자석(1)에 대향된 면적은 테이퍼 형태를 얻기 위해 절단된 부분 만큼 단지 약간 줄어든다. 따라서, 모터의 출력은 그러한 형태를 채택함으로서 약간 줄어들고 코일(3, 4) 간의 자속의 상호 영향의 감소에 의해 더 크게 증가된다.
도18은 스테핑 모터의 단면도이고, 도19a 내지 도19d는 도18의 선 A-A를 따르는 단면도이고, 도19e 내지 도19h는 도18의 선 B-B를 따르는 단면도이다. 도19a와 도19e는 동일 시기에서의 도면들이고, 도19b와 도19f는 또 다른 동일 시기에서의 도면들이고, 도19c와 도19g는 또 다른 동일 시기에서의 도면들이며, 도19d와 도19h는 또 다른 동일 시기에서의 도면들이다.
본 발명의 스테핑 모터의 기능에 대해서는 다음과 같이 설명하기로 한다. 도19a 및 도19e에 도시된 상태로부터 시작하여, 코일(3, 4)은 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 N극으로 자하시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 S극으로 자화시키고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 N극으로 자하시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 S극으로 자화시키도록 통전되어, 회전자를 구성하는 영구 자석(1)은 도19b 및 도19f에 도시된 상태로 되도록 반시계 방향으로 45°만큼 회전한다.
그후, 코일(3)의 전류는 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 S극으로 자하시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 N극으로 자화시키고, 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 N극으로 자하시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 S극으로 자화시키도록 전도되어, 회전자를 구성하는 자석(1)은 도19c 및 도19g에 도시된 상태로 되도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다.
그후, 코일(4)의 전류는 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a, 19b)을 S극으로 자하시키고, 내측 자극(19c, 19d)을 N극으로 자화시키고, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a, 18b)을 S극으로 자하시키고, 내측 자극(18c, 18d)을 N극으로 자화시키도록 전도되어, 회전자를 구성하는 자석(1)은 도19d 및 도19h에 도시된 상태로 되도록 반시계 방향으로 45°만큼 더 회전한다. 그후에, 코일(3, 4)의 전류 방향은 마찬가지로 연속 전환되어 자석(1)은 통전의 위상에 대응하는 위치로 회전한다.
모터 치수의 최소화를 위해 최적인 전술된 스테핑 모터의 형태에 대해서는 다음과 같이 설명하기로 한다. 스테핑 모터 형태의 기본적 특징은 다음과 같으며, 즉 1) 자석이 공동 실린더 형태이며, 2) 자석의 외주부가 교호식으로 상이한 자극으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되고, 3) 제1 코일과, 자석 및 제2 코일은 이러한 순서로 자석의 축방향으로 배치되고, 4) 제1 및 제2 코일에 의해 자화된 제1 및 제2 고정자의 외부 및 내측 자극은 자석의 외주부 및 내주부에 각각 대향 배치된다.
따라서, 현재의 스테핑 모터는 자석의 외경 상에서 상호 대향식으로 고정자의 자극을 장착하기에 충분한 직경을 단지 필요로 하고, 스테핑 모터의 축방향 길이는 또한 자석의 길이와 제1 및 제2 코일의 길이로 제한된다. 따라서, 이러한 스테핑 모터의 치수는 자석 및 코일의 직경 및 길이에 의해 결정되고, 스테핑 모터는 자석 및 코일의 그러한 직경 및 길이를 매우 작은 크기로 줄임으로서 초소형화될 수 있다.
스테핑 모터의 출력 정밀도는 자석 및 코일의 직경 및 길이가 매우 작을 때 유지하기가 어려우나, 그러한 결함은 자석이 공동 실린더 형태로 형성되고 제1 및 제2 고정자의 외부 및 내측 자극이 그러한 공동 실린더 형태의 자석의 외주부 및 내주부 상에 상호 대향식으로 마련된 간단한 구조에 의해 피할 수 있게 된다. 이러한 형태에서, 모터의 출력은 다음의 제6 실시예에서 설명되는 바와 같이 자석의 외주부 뿐만 아니라 내주부를 원주상으로 자화시킴으로서 더 향상될 수 있다. 제1 및 제2 고정자(18, 19)는 금속 사출 성형(MIM)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
[제6 실시예]
도21a 내지 도21h는 본 발명의 제6 실시예를 도시한 것이다.
선행 제5 실시예에서, 회전자를 구성하는 자석(1)의 외주부는 S극과 N극으로 교호 자화되는 n개의 섹션으로 원주상으로 분할되나, 본 제6 실시예에서는, 자석(1)은 외주부 뿐만 아니라 내주부 상에서 n 개의 섹션 (본 실시예에서는 4 개의 섹션)으로 분할되고 S극과 N극으로 교호식으로 자화되어, 모터의 출력을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이러한 형태에서, 내주부의 극성은 그에 인접한 외주부의 극성과 반대로 되어, 일예로 자성부(1a, 1c)의 내주부는 N극으로 자화되고, 자성부(1b, 1d)의 내주부는 S극으로 자화된다. 제2 실시예에서, 자석(1)은 외주부 상에서 뿐만 아니라 내주부 상에서 S극과 N극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되기 때문에, 모터의 출력은 자석(1)의 내주부와 제1 고정자(18)의 내측 자극(18c, 18d) 및 제2 고정자(19)의 내측 자극(19c, 19d) 간의 상호 작용에 의해 증가될 수 있다.
[제7 실시예]
도22는 본 발명의 제7 실시예를 도시한다. 선행 제5 실시예에서, 외부관과 내부관은 제1 및 제2 고정자(18, 19)의 각각에 일체로 형성되나, 본 제7 실시예에서, 외부관 및 내부관은 도22에 도시된 대로 각각의 제1 및 제2 고정자(18, 19) 내에 별도로 형성된다. 더 구체적으로, 제1 고정자(18)의 내부관은 단부에서 내측 자극(5b, 5c)과 함께 제1 요오크를 구성하고, 제1 고정자(18)의 외부관은 단부에서 외측 자극(8a, 8b)과 함께 제3 요오크를 구성한다. 또한, 제2 고정자(19)의 내부관은 단부에서 내측 자극(6b, 6c)과 함께 제2 요오크를 구성하고, 제2 고정자(19)의 외부관은 단부에서 외측 자극(9a, 9b)과 함께 제4 요오크를 구성한다. 또한, 제7 실시예에서, 모터의 출력은 회전자를 구성하는 자석(1)의 외주부 뿐만 아니라 내주부를 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할하고 그러한 섹션을 S극과 N극으로 교호식으로 자화함으로서 효과적으로 더 향상될 수 있다.
[제8 실시예]
도23은 영구 자석(1)의 자성 상태가 제1 고정자(18)의 대향 범위와 제2 고정자(19)의 대향 범위 사이에서 180°/n 또는 45°만큼 변위되는 모터에 적용되는 제8 실시예를 도시한 것이고, 제1 고정자(18)의 외측 자극(18a)과 제2 고정자(19)의 외측 자극(19a)은 어떠한 상호 위상 차이 없이 상호 대향하게 된다. 이러한 외측 자극(8a, 8b, 9a, 9b)은 또한 제5 실시예와 유사한 효과를 제공하기 위해 테이퍼 형태를 갖는다.
본 발명의 제5 내지 제8 실시예에 따라, 앞서 설명된 대로, 제1 및 제2 고정자의 외측 자극은 그 단부에서 더 좁은 폭을 갖는 테이퍼 형태로 형성되어, 이러한 외측 자극은 제1 코일과 제2 코일 간의 상호 영향을 피하도록 그 사이의 더 큰 자기 저항을 나타내어, 모터의 회전을 안정화할 수 있고 그 출력을 향상시킬 수 있다.
선행 실시예에서, 영구 자석은 4 개의 극을 갖도록 자화되나, 본 발명은 결코 그러한 실시예에 한정되지 않는다. 더 구체적으로, 영구 자석의 자극의 개수는 4 개 보다 더 많이 선택될 수 있고, 그러한 경우에, 외부 및 내측 자극의 개수는 당연히 증가하게 된다.
선행 실시예는 스테핑 모터에 의해 설명되었지만, 본 발명은 그러한 실시예로 한정되지 않고, 전류 공급이 일예로 홀(Hall) 요소를 이용하여 회전자 위치에 따라 전환되면 브러시리스(brushless) 모터에 마찬가지로 적용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 원통형으로 형성되고, 적어도 그 외주부를 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되는 자석과,
    상기 자석을 가로질러 축방향으로 마련된 제1 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 단부에서 외주부에 대향 배치된 제1 외측 자극과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 단부에서 내주부에 대향 배치된 제1 내측 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 타단부의 외주부에 대향 배치되고, 그 단부가 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되고, 자기 저항을 증가하도록 하는 간극을 형성하여 누설 자속을 감소시키는 제2 외측 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 타단부의 내주부에 대향 배치된 제2 내측 자극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  2. 제1항에 있어서, 누설 자속을 감소시키기 위한 제2 외측 자극의 단부와 제1 외측 자극의 단부의 축방향 대향 배치는 자기 저항을 증가시키도록 간극을 형성하고 상기 단부를 소정의 위상각 만큼 상호 변위된 위치 내에 배치함으로서 달성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  3. 제2항에 있어서, 제2 내측 자극의 단부와 제1 내측 자극의 단부는 누설 자속을 감소시키도록 소정의 위상각 만큼 상호 변위된 상태로 축방향으로 대향되는 것을 특징으로 하는 모터.
  4. 제1항에 있어서, 제1 외측 자극과 제1 내측 자극은 제1 고정자를 구성하고, 제2 외측 자극과 제2 내측 자극은 제2 고정자를 구성하며, 상기 제1 외측 자극과 상기 제2 외측 자극은 원통형 접속 부재에 의해 접속되는 것을 특징으로 하는 모터.
  5. 제1항에 있어서, 자석은 그 내주부 상에서 상이한 자극으로 교호식으로 자화되고 그 각각이 인접 외주부의 자극과는 상이한 자극으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되는 것을 특징으로 하는 모터.
  6. 원통형으로 형성되고, 적어도 그 외주부를 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성된 제1 자성층과, 적어도 그 외주부를 180°/n의 위상으로 변위되고 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성되고 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치된 제2 자성층을 포함하는 자석과,
    상기 자석을 가로질러 축방향으로 마련된 제1 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 제1 자성층의 외주부에 대향 배치된 제1 외측 자극과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 제1 자성층의 내주부에 대향 배치된 제1 내측 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 제2 자성층의 외주부에 대향 배치되고, 그 단부가 그 단부로부터 360°/n의 위상 만큼 변위된 상태로 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되는 제2 외측 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 제2 자성층의 내주부에 대향 배치된 제2 내측 자극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  7. 제6항에 있어서, 제2 내측 자극의 단부는 360°/n의 위상 만큼 변위된 상태로 제1 내측 자극의 단부에 축방향으로 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 모터.
  8. 제7항에 있어서, 제1 외측 자극과 제1 내측 자극은 제1 고정자를 구성하고, 제2 외측 자극과 제2 내측 자극은 제2 고정자를 구성하는 것을 특징으로 하는 모터.
  9. 제8항에 있어서, 제1 고정자의 제1 외측 자극과 제2 고정자의 제2 외측 자극은 원통형 접속 부재에 의해 접속되는 것을 특징으로 하는 모터.
  10. 제7항에 있어서, 제1 및 제2 코일은 자석의 직경과 실제로 동일한 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  11. 제7항에 있어서, 자석의 제1 및 제2 자성층의 내주부는 상이한 자극으로 교호식으로 자화되고 그 각각이 인접 외주부의 자극과는 상이한 자극으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되는 것을 특징으로 하는 모터.
  12. 원통형으로 형성되고, 적어도 그 외주부를 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성된 제1 자성층과, 적어도 그 외주부를 180°/n의 위상으로 변위되고 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성되고 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치된 제2 자성층을 포함하는 자석과,
    상기 자석을 가로질러 축방향으로 마련된 제1 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일 내에 삽입되고 상기 자석의 제1 자성층의 내주부에 대향된 제1 내측 자극을 구비한 제1 요오크와,
    상기 제2 코일 내에 삽입되고 상기 자석의 제2 자성층의 내주부에 대향된 제2 내측 자극을 구비한 제2 요오크와,
    상기 제1 코일의 외부면과 상기 자석의 외부면 및 제2 코일의 외부면을 덮고, 상기 자석의 제1 자성층의 외주부에 대향된 제1 외측 자극과 상기 자석의 제2 자성층의 외주부에 대향된 제2 외측 자극을 구비한 제3 요오크를 포함하고,
    상기 제2 외측 자극은 상기 제1 외측 자극에 대해 360°/n의 위상각 만큼 회전식으로 변위된 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 모터.
  13. 원통형으로 형성되고, 적어도 그 외주부를 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성된 제1 자성층과, 적어도 그 외주부를 180°/n의 위상으로 변위되고 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성되고 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치된 제2 자성층을 포함하는 자석과,
    상기 자석을 가로질러 축방향으로 마련된 제1 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일 내에 삽입되고 상기 자석의 제1 자성층의 내주부에 대향된 제1 내측 자극을 구비한 제1 요오크와,
    상기 제2 코일 내에 삽입되고 상기 자석의 제2 자성층의 내주부에 대향된 제2 내측 자극을 구비한 제2 요오크와,
    그 일단부가 상기 제1 요오크에 연결되고, 상기 제1 코일의 외부면을 덮고, 그 타단부가 상기 자석의 제1 자성층의 외주부에 대향된 제1 외측 자극을 갖추고 있는 제3 요오크와,
    그 일단부가 상기 제2 요오크에 연결되고, 상기 제2 코일의 외부면을 덮고, 그 타단부가 상기 자석의 제2 자성층의 외주부에 대향된 제2 외측 자극을 갖추고 있는 제4 요오크와,
    상기 제3 및 제4 요오크를 동심원상으로 지지하기 위한 접속 부재를 포함하고,
    상기 제2 외측 자극은 상기 제1 외측 자극에 대해 360°/n의 위상각 만큼 회전식으로 변위된 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 모터.
  14. 원통형으로 형성되고, 적어도 그 외주부를 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되는 자석과,
    상기 자석을 가로질러 축방향으로 마련된 제1 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 단부에서 외주부에 대향 배치된 제1 외측 자극과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 단부에서 내주부에 대향 배치된 제1 내측 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 타단부의 외주부에 대향 배치되고, 그 단부와 상기 제1 외측 자극의 단부가 누설 자속을 감소시키도록 하는 형태로 형성되고 축방향으로 상호 대향 배치되는 제2 외측 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 타단부의 내주부에 대향 배치된 제2 내측 자극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  15. 제14항에 있어서, 제1 외측 자극의 단부와 제2 외측 자극의 단부는 자기 저항을 증가시키도록 테이퍼 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  16. 제15항에 있어서, 제1 외측 자극과 제1 내측 자극은 제1 고정자를 구성하고, 제2 외측 자극과 제2 내측 자극은 제2 고정자를 구성하는 것을 특징으로 하는 모터.
  17. 제16항에 있어서, 자석은 그 내주부 상에서 상이한 자극으로 교호식으로 자화되고 그 각각이 인접 외주부의 자극과는 상이한 자극으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할되는 것을 특징으로 하는 모터.
  18. 제16항에 있어서, 제1 고정자는 외부관과 내부관을 포함하고 제1 외측 자극은 상기 외부관의 단부에 형성되고 제1 내측 자극은 상기 내부관의 단부에 형성되며, 제2 고정자는 또한 외부관과 내부관을 포함하고 제2 외측 자극은 상기 외부관의 단부에 형성되고 제2 내측 자극은 상기 내부관의 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  19. 제18항에 있어서, 외부관과 내부관은 각각의 제1 및 제2 고정자 내에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  20. 제18항에 있어서, 외부관과 내부관은 각각의 제1 및 제2 고정자 내에 별도로 형성되어 상호 고정되는 것을 특징으로 하는 모터.
  21. 원통형으로 형성되고, 적어도 그 외주부를 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성된 제1 자성층과, 적어도 그 외주부를 180°/n의 위상으로 변위되고 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성되고 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치된 제2 자성층을 포함하는 자석과,
    상기 자석을 가로질러 축방향으로 마련된 제1 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 단부의 외주부에 대향 배치된 제1 외측 자극과,
    상기 제1 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 단부의 내주부에 대향 배치된 제1 내측 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 타단부의 외주부에 대향 배치되고, 그 단부가 그 단부로부터 360°/n의 위상 만큼 변위된 상태로 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되고, 그 단부와 상기 제1 외측 자극의 단부가 누설 자속을 감소시키도록 하는 형태로 형성되는 제2 외측 자극과,
    상기 제2 코일에 의해 자화되고 상기 자석의 타단부의 내주부에 대향 배치된 제2 내측 자극을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  22. 원통형으로 형성되고, 적어도 그 외주부를 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할된 자석과,
    상기 자석을 가로질러 축방향으로 마련된 제1 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일 내에 삽입되고 상기 자석의 내주부에 대향된 제1 내측 자극을 구비한 제1 요오크와,
    상기 제2 코일 내에 삽입되고 상기 자석의 내주부에 대향된 제2 내측 자극을 구비한 제2 요오크와,
    상기 제1 코일의 외부면과 상기 자석의 외부면 및 상기 제2 코일의 외부면을 덮고, 상기 자석의 단부의 외주부에 대향된 제1 외측 자극과 상기 자석의 타단부의 외주부에 대향된 제2 외측 자극을 구비한 제3 요오크를 포함하고,
    상기 제2 외측 자극의 단부는 180°/n의 위상 만큼 변위된 상태로 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되고, 상기 제2 외측 자극의 단부와 상기 제1 외측 자극의 단부는 누설 자속을 감소시키는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  23. 원통형으로 형성되고, 적어도 그 외주부를 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성된 제1 자성층과, 적어도 그 외주부를 180°/n의 위상으로 변위되고 상이한 자극으로 교호식으로 자화되는 n 개의 섹션으로 원주상으로 분할함으로서 형성되고 상기 제1 자성층에 축방향으로 인접 배치된 제2 자성층을 포함하는 자석과,
    상기 자석을 가로질러 축방향으로 마련된 제1 및 제2 코일과,
    상기 제1 코일 내에 삽입되고 상기 자석의 제1 자성층의 내주부에 대향된 제1 내측 자극을 구비한 제1 요오크와,
    상기 제2 코일 내에 삽입되고 상기 자석의 제2 자성층의 내주부에 대향된 제2 내측 자극을 구비한 제2 요오크와,
    그 일단부가 상기 제1 요오크에 연결되고, 상기 제1 코일의 외부면을 덮고, 그 타단부가 상기 자석의 제1 자성층의 외주부에 대향된 제1 외측 자극을 갖추고 있는 제3 요오크와,
    그 일단부가 상기 제2 요오크에 연결되고, 상기 제2 코일의 외부면을 덮고, 그 타단부가 상기 자석의 제2 자성층의 외주부에 대향된 제2 외측 자극을 갖추고 있는 제4 요오크와,
    상기 제3 및 제4 요오크를 동심원상으로 지지하기 위한 접속 부재를 포함하고,
    상기 제2 외측 자극의 단부는 180°/n의 위상 만큼 변위된 상태로 상기 제1 외측 자극의 단부에 축방향으로 대향되고, 상기 제2 외측 자극의 단부와 상기 제1 외측 자극의 단부는 누설 자속을 감소시키는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
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