KR200368401Y1 - 영구자석을 이용한 스테핑 모터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 영구자석의 세기에 의해 토오크 크기를 향상시키는 스테핑 모터에 관한 것으로 종래에 활용되고 있는 스테핑 모터들은 코일의 전자력(암피어 턴)만을 이용하거나 코일의 전기력과 영구자석의 자력과 작용에 의해 토오크를 유발 시켰으나, 본 고안의 스테핑 모터는 고정자도 회전자도 영구자석으로 만들어 토오크의 크기는 영구자석의 세기에 영향을 주어 공급되는 보다 낮은 전력을 사용하여 스테핑 모터가 회전 할 수 있게 함으로써 보조전력에 의한 효율성을 높여주는 장치인 것이다.

이러한 기술적인 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 도 1과 같이 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 배치 및 각 극의 위치 상태에서 고정자 영구자석(3a) 앞의 고정자 코일(A₁)에 직류전원이 ON 되면 코일(A₁)이 만든 전자력에 의해 회전자 영구자석(2a)이 반발되여 화살방향으로 회전 할 때 회전자 영구자석C는 고정자 영구자석(3c)의 끌어당기는 작용력에 이끌려, 고정자 영구자석(3c)에 붙게되며, 이때 회전자 영구자석B는 고정자 영구자석(3a)과 고정자 영구자석(3b)의 중간 위치에 멈추게 된다, 다시 고정자 코일(A₃)에 직류 전원이 ON 되면 코일(A₃)에 만들어진 전자력에 의해 회전자 영구자석C는 반발되어 화살방향으로 회전할 때 회전자 영구자석(2a)은 고정자 영구자석(3b)의 W 자기력에 의해 회전자 영구자석(2a)은 고정자 영구자석(3b)에 붙게되며 이때 회전자 영구자석(2b)은 고정자 영구자석(3a)과고정자 영구자석(3c)의 중간 위치에 멈추게 된다.

또한 회전자 위치 센서(4)의 신호에 의해 고정자 코일(A₁~ A₃)들에 순차적으로 전원이 인가되면, 상기 동작상태가 반복적으로 이루어지면서 본 고안에 의한 스테핑 모터의 회전자 축(1)을 계속 회전시킴으로 종래의 모터에 비하여 전력소모가 낮을 뿐만 아니라 효율성이 뛰어난 것이다.

Description

영구자석을 이용한 스테핑 모터{THE STEPING MOTOR}

본 고안의 스테핑 모터는 영구자석의 자력을 이용하여 구동하게하는 스테핑모터에 관한 것으로 특히 고정자 및 회전자를 영구자석으로 구성하여 자석의 세기에 의해 서로 끌어당기는 힘과 보조적으로 공급되는 전류의 스위칭에 의해 토오크의 크기가 만들어지도록 한 스테핑 모터에 관한 것이다.

종래의 스테핑 모터는 고정자에도 코일에 감고 회전자에도 코일을 감게 하여 이들에 의한 전자력으로 토오크의 크기가 발생되게 한 스테핑 모터가 있으며, 고정자에만 코일을 감게 하고 회전자는 영구자석으로 구성되게 하여 코일에서 나온 전자력과 영구자석의 자력에 의해 토오크 크기가 발생하도록 하는 스테핑 모터가 현재 사용되고 있다, 그러므로 상기 스테핑 모터는 회전자와 고정자에 전력을 공급하거나 회전자나 고정자 한곳은 전력을 공급하도록 한 스테핑 모터이므로 발생 토오크 크기에 비하여 소모되는 전력이 많아 스테핑 모터의 사용자로 하여금 전력손실에 대한 부담을 가중시켰으며, 산업현장의 활용도가 떨어져 효율적이지 못한 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 고안은 스테핑 모터가 정지하고 있을 때는 고정자 영구자석의 자극(3b)과 자극(3c) 중간 위치점에 회전자 영구자석(2b)이 놓이게 되고 다른 회전자 영구자석(2a)은 고정자 영구자석의 자기력(회전자 S극 과 고정자 N극의 끌어당기는 작용력)에 의해 고정자 영구자석(3a) 끝과 회전자 영구자석(2a)의 S극 끝은 밀착되어 놓이게 된다.

본 고안 스테핑 모터의 축이 회전하기 위해서 스위치를 ON으로 하여 고정자코일(A₁)에 전원이 인가되면 고정자 코일(A₁)에 의한 전자력으로 고정자 영구자석(3a) 끝과 회전자 영구자석B의 S극 끝의 끌어당기는 작용력이 끊어지면서 회전자 영구자석B 끝을 밀어내게 된다.

동시에 다른 회전자 영구자석(2b)은 고정자 영구자석(3c)의 자기력에 의해 끌려오게 되며 회전자 영구자석(2b)의 S극 끝은 고정자 영구자석(3c) 끝에 위치하게 되며 또한 끌려오게 되는 방향이 축의 회전하는 방향이 되며, 상기 동작상태가 반복되면서 회전자축은 계속 회전하게 된다.

상기 작용 원리에 의해 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 세기는 회전체에서 발생되어 작용점이 고정부로부터 멀어질수록, 또한 힘의 세기가 클수록 높아지는 토오크 크기에 영향을 주게되며, 이는 직류전원이 스테핑 모터가 순차적으로 회전할 수 있도록 전원공급의 보조하에 있게 하여 직류전원에만 의존적이었던 종래 장치에 비하여 효율성을 배가할 수 있도록 하는 모터를 제공하는 데에 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 고안에서 구성을 도시해 보인 평면도.

도 2는 본 고안에서 고정자 코일에 순차로 전원이 인가됨을 도시한 블록도.

도 3은 본 고안에서 고정자 코일에 순차로 전원을 인가하는 전기 회로도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 샤프트 축

2a, 2b : 회전자 영구자석

3a, 3b, 3c : 고정자 영구자석

4 : 고정자 코일

5 : 회전자 위치 센서

A₁- A₃: 고정자 코일을 순차 표시한 부호

Q₁- Q₃: 발진회로의 펄스출력 순차 터미널

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 모터 내부에서 지지되는 샤프트 축과; 상기 샤프트 축에 체결되어진 복수의 회전자 영구자석과; 상기 복수의 회전자 영구자석의 회전 반경을 중심으로 회전 반경의 인접위치에 상기 회전자 영구자석의 양끝과 동일 극성으로 고정되어진 고정자 영구자석과; 상기 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 사이에 위치하며 고정자 영구자석에 접하고 회전자 영구자석에 거의 밀착되어지는 고정자 코일과; 상기 복수의 고정자 코일과 복수의 고정자 영구자석이 일체로 결합되어 위치하는데 있어, 120˚의 각도를 유지하며 회전자 영구자석의 회전 반경 외부에 3개가 존재하며 이때 회전자 영구자석이 회전시 그 끝단의 위치가 상기 3개의 고정자 영구자석중 어디에 위치하고 있는지를 감지하는 회전자 위치 센서로 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.

또한 본 고안은 고정자 영구자석(3a)(3b)(3c), 고정자 코일(4), 회전자 영구자석(2a)(2b) 들의 배치에 의한 구조 및 구성상태와 이들 각 구성요소들이 상호 동작할 때의 작동 관계를 보면 다음과 같다.

1 단계로 회전자 영구자석(2a)(2b)을 회전 샤프트 축(1)에 부착시킬 때, 샤프트 축(1)에서 방사형 쪽의 자극 극성을 동일한 극성(본 고안에서는 S극성이 되게 설치하였음)이 되게 고정시키며, 고정자 영구자석(3a)(3b)(3c)들과 극 간격의 1 ½의 넓이가 되게 고정시킨다.

2 단계로 고정자 영구자석(3a)(3b)(3c) 들은 원 둘레의 n등분 위치점에 설치하며, 이때 원 안쪽 자극 극성을 동일한 극성(본 고안에서는 N극성이 되게 설치하였음)이 되게 고정시키고, 고정자 영구자석(3a)(3b)(3c)의 자화선을 회전자 영구자석(2a)(2b)의 자화선과 Θ[각도]가 있도록 위치한 후 고정시킨다.

3 단계로 고정자 영구자석(3a)(3b)(3c) 앞에 위치하는 고정 공심코일(4)은 코일에서 나온 자력선이 회전방향쪽으로 향하는 자력선 루우프가 되도록 고정시키며 이때 상기의 배치관계를 고정자 영구자석(3a)(3b)(3c)과 회전자 영구자석(2a)(2b)의 연관된 관계로 설명하면 다음과 같다.

회전자 영구자석(2a)의 S극이 고정자 영구자석(3a)의 인력에 의해 고정자 영구자석(3a)과 회전자 영구자석(2a)의 S극은 밀착되어 멈추게 되었을 때 회전자 영구자석(2b)의 S극은 고정자 영구자석의 자극(3b)과 자극(3c) 중간 위치점에 놓이게 된다.

이때 회전자 영구자석(2b)의 S극은 자극(3b)에서 끌어당기는 힘과 자극(3c)에서 끌어당기는 힘이 같게 되는 중성 위치점에 놓이게 되는 상태가 되는 것이다.

이와 같이 본 고안은 영구자석의 세기에 의해 토오크 크기를 향상시키는 스테핑 모터에 관한 것으로 종래에 활용되고 있는 스테핑 모터들은 코일(4)의 전자력(암피어 턴)만을 이용하거나 코일(4)의 전자력과 영구자석의 자력과 작용에 의해 토오크를 유발시켰으나, 본 고안의 스테핑 모터는 고정자도 회전자도 영구자석으로 만들어 토오크의 크기는 영구자석의 세기에 영향을 주어 공급되는 보다 낮은 전력을 사용하여 스테핑 모터가 회전 할 수 있게 함으로써 보조전력에 의한 효율성을 높여주는 장치인 것이다.

이러한 기술적인 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 도 1과 같이 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 배치 및 각 극의 위치 상태에서 고정자 영구자석(3a) 앞의 고정자 코일(A₁)에 직류전원이 ON 되면 코일(A₁)이 만든 전자력에 의해 회전자 영구자석(2a)이 반발되여 화살방향으로 회전할 때 회전자 영구자석(2b)은 고정자 영구자석(3c)의 끌어당기는 작용력에 의해 고정자 영구자석(3c)에 인접하게 되며, 이때 회전자 영구자석(2b)은 고정자 영구자석(3a)과 고정자 영구자석(3b)의중간 위치에 멈추게 된다.

이로써, 고정자 코일(A₃)에 직류 전원이 ON 되면 코일(A₃)에 만들어진 전자력에 의해 회전자 영구자석(2b)은 반발되어 화살방향으로 회전하고 회전자 영구자석(2a)은 고정자 영구자석(3b)의 W자기력에 의해 회전자 영구자석(2a)은 고정자 영구자석(3b)에 붙게되며, 회전자 영구자석(2b)은 고정자 영구자석(3a)과 고정자 영구자석(3c)의 중간 위치에 멈추게 된다.

또한 회전자 위치 센서(5)의 신호에 의해 고정자 코일(4)들에 순차적으로 전원이 인가되면, 상기 동작상태가 반복적으로 이루어지면서 본 고안에 의한 스테핑 모터의 회전자 축(1)을 계속 회전시킴으로 종래의 모터에 비하여 전력소모가 낮을 뿐만 아니라 효율성이 뛰어난 것이다.

본 고안에 의한 영구자석을 이용한 스테핑 모터에 있어, 상기 2 단계로 고정자 영구자석(3a)(3b)(3c) 들은 원 둘레의 n 등분 위치점에 설치하며, 이때 원 안쪽 자극 극성을 동일한 극성(본 고안에서는 N 극성이 되게 설치하였음)이 되게 고정시키고, 고정자 영구자석(3a)(3b)(3c)의 자화선을 회전자 영구자석(2a)(2b)의 자화선과 Θ[각도]가 있도록 위치한 후 고정시키는 것은 고정자 코일(4)에 전류를 공급하여 상기 고정자 영구자석의 자력선과 고정자 코일(4)의 전기력선 사이에서 형성되는 전자기력선의 자화선 진행방향에 의하여 회전자 영구자석이 보다 원활히 회전하도록 하는 것으로 Θ[각도]는 조절이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이 본 고안의 스테핑 모터는 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 세기에 의해 토오크 크기가 결정되며 고정자 코일의 전자력(암피어 턴)은 회전을 도와주는 역할을 하므로 전력 소모를 적게 하여 상기 스테핑 모터를 구동시킬 수 있으므로 에너지 절감에 매우 뛰어난 절전효과를 거둘 수 있는 유용한 고안인 것이다.

본 고안은 기재된 구체예에 대하여 상세히 기술되었지만 본 고안의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 통상의 견해이며 이러한 변형 및 수정이 첨부된 실용신안등록청구범위에 속하는 것은 명백한 것이라 할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 영구자석의 세기에 의해 토오크 크기를 향상시키는 스테핑 모터에 있어서;

   모터 내부에서 지지되는 샤프트 축과; 상기 샤프트 축에 체결되어진 복수의 회전자 영구자석과; 상기 복수의 회전자 영구자석의 회전 반경을 중심으로 회전 반경의 인접위치에 상기 회전자 영구자석의 양끝과 동일 극성으로 고정되어진 고정자 영구자석과; 상기 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 사이에 위치하며 고정자 영구자석에 접하고 회전자 영구자석에 거의 밀착되어지는 고정자 코일과; 상기 복수의 고정자 코일과 복수의 고정자 영구자석이 일체로 결합되어 위치하는데 있어, 120˚의 각도를 유지하며 회전자 영구자석의 회전 반경 외부에 3개가 존재하며 이때 회전자 영구자석이 회전시 그 끝단의 위치가 상기 3개의 고정자 영구자석중 어디에 위치하고 있는지를 감지하는 회전자 위치 센서로 이루어지는 것을 그 특징으로 하는 영구자석을 이용한 스테핑 모터.
2. 제 1항에 있어서;

   상기 고정자 영구자석과 고정자 코일은 회전자 영구자석과의 극성차를 이용하여 고정자 코일에 전력이 공급되어짐에 따라 발생되는 자화선의 힘의 방향을 유용하게 변화시키기 위하여 회전자 영구자석과 Θ각으로 기울어져 구비되어지는 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 스테핑 모터.