KR20040078164A - 편평형 스텝핑 모터 - Google Patents

Abstract

프린터, 팩시밀리, 플로피 디스크 드라이브와 같은 사이즈가 작고 측면치수가 작은 전자기구들에 바람직하게 사용되는 편평형 스텝핑 모터에 대해 개시한다. 상기 모터는 제 1 및 제 2 스테이터 유닛(A, B)으로 구성된 스테이터 조립체, 및 상기 스테이터 조립체 내에서 회전가능하게 배치되는 로터 조립체(50)를 포함한다. 스테이터 유닛(A, B)은 서로 동일한 형상과 구조를 가지며, 각각은 상부 및 하부 스테이터 요크(30/32, 31/33)로 구성되어 있으며, 상기 요크 각각은 일 측면을 따라 형성된 복수개의 극치를 구비하고, 상기 극치를 가지는 일측면의 반대편에 일 측면을 향해 배치된 여자 코일(40/42)을 가지며, 180°의 전기각만큼 이동된 위치에서 각자의 극치들이 서로 교차하면서 서로 결합된다. 이와 같은 구조의 상기 스테이터 유닛(A,B)은 서로 결합되어 서로 인접한 말단 극치들은 90°, 또는 270°의 전기각 만큼 서로 변위된 위치를 가지며, 이러한 방식으로 스테이터 조립체는 구성되어 진다.

Description

편평형 스텝핑 모터{LOW-PROFILE STEPPING MOTOR}

최근들어 프린터, 팩시밀리 및 플로피(상표명) 디스크 드라이버와 같은 다양한 전자기구에는 더욱더 고성능이 요구됨으로, 고토크와 같은 고성능과 저코깅 토크 및 저진동과 같은 고품질이 모두 제공될 수 있는 스텝핑 모터에 대한 요구가 증가되고 있다. 영구자석(Permanent Magnet,이하 'PM'이라 함) 타입 스텝핑 모터(PM type stepping motor)는 어느 정도까지 이러한 요구들을 만족시키면서, 전자기구들에 널리 사용되어 오고 있다.

도 1 내지 도 5 는 종래에 널리 사용되어 온 PM 타입 스텝핑 모터를 설명하기 위한 도면으로, 도 1 은 부분절개 사시도이며, 도 2 는 1개의 스테이터(고정자, stator) 유닛의 (부분) 단면도이고, 도 3 은 스테이터 조립체의 분해 사시도이며, 도 4 는 축방향 단면도이고, 도 5 는 스테이터 조립체의 내주 (극치)의 전개도이다.

도 1 을 참조하면, 스테인리스 스틸 플레이트가 펀칭 가공되어 형성된 프런트 플레이트(1; front plate); 오일 함유 합금으로 제조된 프런트 베어링(2; frontbearing); 연자성 스틸 플레이트(soft magnetic steel plate)가 펀칭가공되어, 내주에 절곡된 극치(10; pole teeth)를 구비한 도넛 형상으로 형성된 각각의 스테이터 요크(3, 3'; stator yoke); 각각이 폴리우레탄이 피복된 구리선이 둘러싸고 감겨진 보빈(5; bobbin)을 포함하는 코일(4, 4; coil); 각각이 코일(4)을 수용하고, 동일 중심을 갖도록 서로 부착되어 스테이터 조립체(7; stator assembly)를 구성하는 2 개의 스테이터 유닛(6, 6'; stator unit); 회전 중심이 되는 회전 샤프트(8; rotary shaft); 스테이터 요크(3, 3')의 극치(10)와 대향하고 외주상에 다수개의 자극(11,magnetic pole)을 가지는(도 4 참조) 계자용 로터 자석(9; filed rotor magnet); 및 로터 자석(9)과 샤프트(8)을 결합시켜 로터 조립체(22; rotor assembly)를 구성하는 슬리브(12;sleeve)(도 4 참조)가 개시되어 있다.

도 3 을 참조하면, 스테이터 유닛(6, 6') 각각은 스테이터 요크(3, 3')를 포함하고, 상기 스테이터 요크(3, 3') 각각의 극치(10)는 스테이터 요크(3, 3')가 서로 결합될 때, 도 2 에 도시된 바와 같이 등간격으로 서로 맞물릴 수 있도록 배치되며, 스테이터 요크(3)의 극치(10)의 위치는 180°의 전기각(electrical angle) 으로 스테이터 요크(3')의 극치(10)의 위치로부터 변위된 것이다. 스테이터 조립체(7)를 구성하는 2 개의 스테이터 유닛(6,6')은 고분자 물질를 이용한 몰딩 방법이나 플라즈마 용접 방법에 의해 동일 중심을 갖도록 서로 결합되므로, 스테이터 유닛(6, 6')의 맞물리는 각각의 극치(10)의 위치는 90°의 전기각으로 서로로부터 변위된 것이다.

도 4 를 참조하면, 로터 조립체(22)는 회전 중심축인 샤프트(8)가슬리브(12)에 압입 고정되고, 슬리브(12)는 자계 로터 자석(9) 안에 삽입되어 서로 동일 중심축을 갖도록 접착 고정된 구조를 구비한다. 따라서 다극(multi-pole)으로 여자화된 계자 로터 자석(9)을 구비한 구조의 로터 조립체(22)는, 회전 샤프트(8)이 오일 함유 합금으로 제조되고 프런트 플레이트(1) 및 리어 플레이트(15)에 각각 고정된 프런트 베어링(2) 및 리어 베어링(16)에 관통 삽입된 상태로, 스테이터 조립체(7) 내에 회전가능하게 유지되므로, 다수개의 자극(11)을 가진 계자 로터 자석(9)은 사이에 좁은 간격을 가지면서 스테이터 조립체(7)의 내주(극치(10)에 의해 정의됨)와 대향하고, 서로 동일 중심축을 갖도록 갖는다. 프런트 및 리어 플레이트(1, 15)는 플라즈마 용접 등에 의해 스테이터(6, 6')에 각각 고정적으로 접합된다.

도 5 를 참조하면, 스테이터 유닛(6, 6')의 극치(10)의 일 실시예가 전개된 형태로 도시되어 있다. 본 실시예에서, 스테이터 유닛(6, 6') 각각은 360°의 공간각안에 10 개의 극치(10)를 가지고, 상기 극치(10)는 로터 자석(9)의 자극(11)의 폭(미도시)과 동일한 피치 간격을 가진다.

전술한 전기기구들은 더욱더 사이즈가 축소되고 편평화되고 있으며, 따라서 PM 타입 스텝핑 모터를 포함하여 상기 기구들에 사용되는 구성요소들은 사이즈가 축소되고 편평화될 것이 요구되고 있다. 특히, PM 타입 스텝핑 모터는 비록 수평방향 면적의 치수가 증가되는 결과가 초래될지라도 감소된 측면 치수를 갖도록 즉, 편평화될 것이 강하게 요구되고 있다. 그러나, 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 전술된 종래의 PM 스텝핑 모터는 축 방향으로 서로 적층된 2 개의 스테이터 유닛(6,6')을 구비하고, 이러한 구조는 축방향 치수 즉, 측면 치수를 감소시키는데 한계를 갖고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 축 방향으로 보다 사이즈가 감소된 편평형 스텝핑 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 스텝핑 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축 방향으로 감소된 치수를 갖는 편평형 스텝핑 모터에 관한 것이다.

도 1 은 종래의 PM 타입 스텝핑 모터의 부분절개 사시도;

도 2 는 도 1 에 도시된 종래의 PM 타입 스텝핑 모터의 1개의 스테이터 유닛의 부분 단면도;

도 3 은 도 1 에 도시된 종래의 PM 타입 스텝핑 모터의 스테이터 조립체의 분해 사시도;

도 4 는 도 1 에 도시된 종래의 PM 타입 스텝핑 모터의 축방향 단면도;

도 5 는 도 1 에 도시된 종래의 PM 타입 스텝핑 모터의 스테이터 조립체의 내주 (극치)의 전개도;

도 6 은 본 발명의 실시예에 다른 편평형 스텝핑 모터의 부분 분해 사시도;

도 7A 및 도 7B 는 도 6 에 도시된 편평형 스텝핑 모터의 상부 스테이터 요크의 사시도 및 하부 스테이터 요크의 사시도; 및

도 8 은 도 6 에 도시된 편평형 스텝핑 모터의 축방향 단면도이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 스텝핑 모터는,

(a) 상부 및 하부 요크로서, 상기 요크 각각은 일측면을 따라 형성되고 서로를 향해 절곡된 복수개의 극치와, 상기 극치를 가진 일 측면의 반대편에 일측면을 향해 배열된 여자 코일을 구비하고, 상기 요크 각각의 극치들이 180°전기각 만큼 서로로부터 변위된 위치에서 서로 결합되는 상부 및 하부 요크로 각각 구성되고, 중간에 비자성 물질로된 스페이서가 개재된 상태로 각자의 선단부가 연결되어 상기 스페이서에 가장 밀접하게 위치하고 서로 인접한 각자의 말단 극치가 90°또는 270°의 전기각 만큼 서로로부터 변위된 위치에 위치하게 형성된 제 1 및 제 2 스테이터 유닛로 구성된 스테이터 조립체; 및 (b) 중공의 실린더형 자석을 포함하되, 상기 스테이터 조립체서 내에 동일 중심을 가지면서 회전가능하게 배치되고, 상기 자석이 중간에 좁은 공극을 가지고 상기 스테이터 요크의 극치와 대향하도록 구성된 로터 조립체를 포함한다. 이러한 구조의 스텝핑 모터는, 2개의 스테이터 유닛이 동일중심을 가지면서 서로 적층된 구성의 종래의 스텝핑 모터와 비교할 때 축방향(측면)으로 감소된 치수를 갖게 되는 바, 측면 치수가 감소된 편평형 스텝핑 모터를 제조하는 것이 가능하게 된다.

편평형 스텝핑 모터에 있어서, 상부 및 하부 스테이터 요크은 각각 내주를 따라 형성된 복수개의 극치를 구비하고, 상기 극치의 반대편 방향으로 돌출된 외주에 형성된 자기 통로 부분을 구비한 반원형 링 형상으로 형성되고, 상기 자기 통로는 둘레에 여자 코일이 감긴 보빈의 중공에 삽입된 말단부를 구비한다.

또한, 상기 편편형 모터에 있어서, 제 1 및 제 2 스테이터 유닛이 주입 수지에 의해 서로 고정적으로 결합될 때, 중간에 개재된 스페이서는 주입 수지에 의해 대체되거나 제거가능하며, 그로 의해 구성요소의 수를 줄이는 것이 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 자세히 설명된다.

도 6 을 참조하면, 본 발명에 의한 편평형 스텝핑 모터는, 2 차원적으로 서로 결합하여, 결합 라인에 대하여 실질적으로 대칭적 구조를 가지는 스테이터 조립체를 구성하는 2 개의 스테이터 유닛(A, B); 및 후술될 로터 조립체(50)를 포함한다. 스테이터 유닛(A)은 서로 결합된 상부 및 하부 스테이터 요크(30, 31)와, 보빈(41)의 둘레에 감긴 여자 코일(40)을 포함하고, 스테이터 유닛(B)은 서로 결합된 상부 및 하부 요크(32, 33)와, 보빈(43)의 둘레에 감긴 여자 코일(42)를 포함한다. 코일(40, 42)은 각자의 연결 터미널(40a, 42a)을 구비한다.

도 7A 및 도 7B 는 편평형 스텝핑 모터의 스테이터 요크를 설명하기 위한 것으로, 도 7A 는 서로 마주보고 배치된 상부 스테이터 요크(30, 32)를 보여주며, 도 7B 는 서로 마주보고 배치된 하부 스테이터 요크(31, 33)를 보여준다. 스테이터 요크(30, 32, 31, 33)는 각각이 연자성 스틸 플레이트로부터 펀칭 가공되어, 내주를 따라 배열되어 절곡되어 있는 극치를 구비하고 외주의 중간 부분에서 외측으로 연장되어 있는 자기 통로 부분을 구비한 반원형 링으로 가공된다.

스테이터 유닛(A)의 상부 및 하부 스테이터 요크(30, 31)는 각자의 극치 배열(30e, 31e)을 가지며, 스테이터 유닛(B)의 상부 및 하부 스테이터 요크(32, 33)는 각자의 극치 배열(32e, 33e)을 가진다. 극치 배열(30e)은 상부 스테이터 요크(30)의 반원형 링의 내주를 따라 규칙적인 간격으로 배치된 복수의 극치(30a내지 30d)로 구성되고, 극치 배열(31e, 32e, 33e)는 위에서 설명된 것과 동일한 방식으로 배치된 배치된 각자의 극치(31a 내지 31d, 32a 내지 32d, 33a 내지 33d)로 구성된다.

도 6, 도 7A 및 도 7B 를 참조하면, 스테이터 요크(30, 31, 32, 33)는 저마다의 자기 통로 부분(30b, 31b, 32b, 33b)을 가지며, 상기 각 자기 통로 부분의 말단부는 절곡되어 각자의 절곡부(30c, 31c, 32c 및 33c)를 형성한다. 스테이터 요크(30, 31, 32, 33)는 스텝핑 모터의 회전 당 요구되는 스텝 수에 따라 적절한 수로 형성되고, 규칙적인 간격으로 배열된 극치로 구성된 극치배열을 각각 구비하고, 상부 스테이터 요크(30, 32)의 극치의 위치는 180°의 전기각 만큼 하부 스테이터 요크(31,33)의 극치의 위치가 변위된 위치이다.

본 발명의 스텝핑 모터는 2 개의 상부 스테이터 요크는 각각이 2 개의 하부 스테이터 요크와 각각 결합하고, 이로 인해 각각 반원형 링과 같은 형상을 갖는 2 개의 스테이터 유닛을 구성하고, 스테이터 유닛 각각은 도 5 에 도시된 360°공간각 중에서 180°의 공간각을 커버하는 극치 배열을 구비하고, 독립된 자기 회로를 형성하는 구조를 가진다. 그리고, 상부 스테이터 요크의 극치는 하부 스테이터 요크의 극치와 180°전기각 변위로 교대로 맞물린다.

특히, 스테이터 유닛(A)는, 상부 스테이터 요크(30)가 180° 전기각만큼 각자의 극치가 서로로부터 변위된 위치를 가지면서 반원형의 링을 형성할 수 있도록 하부 스테이터 요그(31)와 결합하며, 절곡부(30c, 31c)는 둘레에 여자 코일(40)을 구비한 보빈(41)의 중공(41a)에 삽입되고, 각자의 단부는 서로 연결되도록 된 구조를 구비한다. 이와 동일한 방식으로, 스테이터 유닛(B)는 스테이터 유닛(A)는, 상부 스테이터 요크(32)가 180° 전기각만큼 각자의 극치가 서로로부터 변위된 위치를 가지면서 반원형의 링을 형성할 수 있도록 하부 스테이터 요그(33)와 결합하며, 절곡부(32c, 33c)는 둘레에 여자 코일(42)을 구비한 보빈(43)의 중공(43a)에 삽입되고, 각자의 단부는 서로 연결되도록 된 구조를 구비한다.

따라서 이러한 구조의 스테이터 유닛(A, B)은, 각자의 반원형 링의 단부가 상부 스테이터 요크(30, 32) 사이 및 하부 스테어터 요크(31, 34) 사이에 개재된 비장성 물질로 된 스페이서(60; spacer, 공간자)를 통하여 서로 연결되게 하고, 서로 인접하고 스페이서(60)에 가장 근접하여 위치하는 각자의 말단 극치는 90° 또는 270°의 전기각 만큼 서로로부터 변위된 위치를 가진다. 따라서, 실질적으로 환형인 스테이터 조립체가 형성된다. 특히, 도 7A 및 7B 에서 상부 스테이터 요크(30)의 말단에 위치된 극치(30a, 30d)는 상부 스테이터 요크(32)의 말단에 위치된 극치(32a, 32d) 로부터 90° 또는 270°전기각만큼 각각 변위된 위치를 가지고, 하부 스테이터 요크(31)의 말단에 위치한 극치(31a, 31d)는 하부 스테이터 요크 (33)의 말단에 위치한 극치(33a, 33d)로부터 각자 90° 또는 270°전기각만큼 각각 변위된 위치를 가진다. 이러한 연결에 의해, 스테이터 요크는 감소된 극치 수를 가지면서 형성될 수 있고, 90° 또는 270°전기각 만큼 변위된 위치를 가지는 상술한 전기 배열을 달성하게 된다.

회전축으로서 회전 샤프트(55)를 구비한 상기 로터 조립체(50)는 스테이터 유닛(A, B)의 극치 배열과 좁은 공극을 가지면서 스테이터 조립체 내부에 회전가능하게 수용된다. 로터 조립체(50)은 종래의 방식과 동일한 구조로 형성되고, 외주를 구성하는 중공의 실린더형 영구 자석을 구비하고, 외주에는 규치적인 간격으로 배치된 복수개의 자극이 형성되어 있다.

로터 조립체(50)가 규치적인 간격으로 여자화된 외주 다극을 구비하고, 스테이터 유닛(A, B)의 극치가 규칙적인 간격으로 배열되면, 스테이터 유닛(A, B)는 90°전기각 만큼 서로로부터 변위된 각각의 극치를 구비한 환형의 스테이터 조립체를 형성하기 때문에, 스테이터 유닛(A, B)은 극치의 수가 서로 동일하지 않는 경우가 발생할 수 있고, 이것은 스테이터 유닛(A, B)이 두 부분에서 서로 결합되어 일 부분에서는 서로 인접한 각자의 말단 극치가 90° 전기각 만큼 서로로부터 변위된 위치에 위치하고, 다른 부분에서는 270°전기각 만큼 변위된 위치에 위치하는 경우가 발생할 수 있다.

도 8 은 이러한 구조의 스텝핑 모터의 축 방향 단면도이다. 도면에 보이는 바와 같이, 본 발명에 스텝핑 모터는 종래의 스텝핑 모터의 축 방향 치수의 대략 반 정도에 해당하는 축방향 치수를 갖는 편평형 구조를 가진다.

도 8 에서 몰딩 수지(70)는 상부 요크(30/32) 및 하부 요크(31/33)를 일체화시키기 위해 이용되거, 스테이터 유닛(A,B) 역시 몰딩 수지에 의해 서로 고정적으로 조립될 수 있다. 특히, 비자성 스페이서(60)(도 7A 및 도 7B 참조)가 스테이터 유닛(A, B) 사이에 개재된 상태로 프런트 및 리어 플레이트(1, 15)를 매개로 용접에 의해 서로 고정적으로 일체화시키는 것이 가능한 스테이터 유닛(A, B)는, 대안적으로 비자성 물질로 제조된 스페이서(60)와 더불어 주입 몰딩에 의해 고정적으로수지성형될 수 있다. 이러한 연결에 의해, 스페이서(60)는 주입 수지에 의해 대체되거나 제거될수 있고, 이로 인해 구성요소의 수를 감소시키게 된다. 또한, 이러한 경우에, 스테이터( 30, 31, 32, 33) 고정시, 수지가 여자공 코일(40,42)을 구비한 보빈(41,43)을 커버하도록 보다 확대되어 충진되는 것이 가능하고, 이것은 내진동성 측면에서 보다 바람직하다. 폴리프로필렌 수지 및 폴리 우레탄 수지는 내열성에서 바람직하다.

본 발명에 따른 편평형 스텝핑 모터는 프린터, 팩시밀리, 플로피(상표명) 디스크 드라이브 및 그와 유사한 여러 전자기구들에 바람직하게 일체화되고, 감소된 측면치수를 구비하고 더욱더 소형화될 수 있게 한다.

Claims (7)

1. (a) 상부 및 하부 요크로서, 상기 요크 각각은 일측면을 따라 형성되고 서로를 향해 절곡된 복수개의 극치와, 상기 극치를 가진 일 측면의 반대편에 일측면을 향해 배열된 여자 코일을 구비하고, 상기 요크 각각의 극치들이 180°전기각 만큼 서로로부터 변위된 위치에서 서로 결합되는 상부 및 하부 요크로 각각 구성되고,

   중간에 비자성 물질로된 스페이서가 개재된 상태로 각자의 선단부가 연결되어 상기 스페이서에 가장 밀접하게 위치하고 서로 인접한 각자의 말단 극치가 90°또는 270° 의 전기각 만큼 서로로부터 변위된 위치에 위치하게 형성된 제 1 및 제 2 스테이터 유닛로 구성된 스테이터 조립체; 및

   (b) 중공의 실린더형 자석을 포함하되, 상기 스테이터 조립체서 내에 동일 중심을 가지면서 회전가능하게 배치되고, 상기 자석이 중간에 좁은 공극을 가지고 상기 스테이터 요크의 극치와 대향하도록 구성된 로터 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 편평형 스텝핑 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상부 및 하부 스테이터 요크 각각은 내주를 따라 복수개의 극치를 구비하고, 상기 극치의 반대편 방향으로 돌출되어 외주에 형성된 자기 통로 부분을 구비하는 반원형 링 형상으로 형성되고, 상기 자기 통로는 둘레에 여자 코일이 감긴 보빈의 중공에 삽입된 말단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 편평형 스텝핑 모터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 극치는 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 편평형 스텝핑 모터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 스테이터 유닛은 중간에 스페이서가 개재된 상태로 주입 수지에 의해 서로 고정적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 편평형 스텝핑 모터.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 제1 및 제 2 스테이터 유닛을 서로 결합시키기 위해 주입된 수지에 의해 대체되는 것을 특징으로 하는 편평형 스텝핑 모터.
6. 제 4 항에 있어서,

   둘레에 여자 코일을 구비한 상기 보빈은 상기 제 1 및 제 2 스테이터 유닛을 서로 고정적으로 결합시키기 위해 주입된 수지에 의해 상기 요크에 고정되는 것을 특징으로 하는 편평형 스텝핑 모터.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 스테이터 유닛은 중간에 스페이서가 배치된 상태로 플라즈마 용접에 의해 서로 고정적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 편평형 스텝핑 모터.