KR20070078298A - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 모터는 회로기판과 회로기판에 수직인 축을 가지며, 축 외부에서 회로기판에 결합되고, 축을 중심으로 회전자계를 형성하는 스테이터와; 스테이터와 축 사이에 위치하는 내측 마그네트와; 스테이터의 외부에 위치하는 외측 마그네트와; 내측 마그네트와 외측 마그네트를 수용하여 스테이터와의 전자기력에 의해 회전하는 로터를 포함한다. 이에 의하여, 출력토크가 크고, 정속 도달 시간이 짧으며, 소비전류가 작은 모터를 제공할 수 있다.

Description

모터{Motor}

도 1은 종래 모터의 단면도,

도 2는 도 1의 모터의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 개략 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 모터의 단면도,

도 4는 도 3의 모터의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 개략 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 모터의 내측 마그네트와 외측 마그네트의 자극 배치 설명을 위한, 도 4의 모터의 일부 확대도,

도 6은 본 발명에 따른 모터가 레이저 프린터의 다각형 미러 구동부로 적용된 예시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 모터 10 : 회로기판

20 : 축부 21 : 축

22 : 축하우징 30 : 스테이터

31 : 코어 32 : 코일

40 : 로터 41 : 내측 마그네트

42 : 외측 마그네트 43 : 로터하우징

50 : 스페이서 200 : 다각형 미러 모터

210 : 다각형 미러 모터의 로터 211 : 다각형 미러 모터의 로터하우징

212 : 다각형 미러

본 발명은, 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 마그네트를 수용하도록 구조를 변경한 모터에 관한 것이다.

모터는 전원에 따라 직류모터(DC motor)와 교류 모터(AC motor)로 나눌 수 있다. 후자는 전자와 달리 정류자(commutator)와 브러쉬(brush)를 필요로 하지 않는다. 정류자와 브러쉬는 로터를 일정한 방향으로 회전하도록 하는 역할을 하지만, 브러쉬의 마모 때문에 모터의 수명이 짧아진다는 단점이 있다.

또한, 모터는 로터의 위치에 따라 스테이터 안쪽에서 회전하는 이너 로터형(inner rotor type)과 스테이터 바깥 쪽에서 회전하는 아우터 로터형 (outer rotor type)으로 분류된다. 후자는 전자에 비해 큰 회전관성 모멘트를 갖기 때문에 급격한 동작이나 정역회전을 빈번하게 반복하는 용도에는 적합하지 않고 정속성이 요구되는 용도에 알맞다.

모터는 크게 전원을 공급하는 전원부와, 로터의 회전속도 또는 토크를 제어하기 위한 제어부와, 기계적인 운동을 하는 구조부를 포함한다.

그리고 종래 모터(100)의 구조부는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 축부(110)와, 스테이터(120)와, 로터(130)와, 회로기판(140)을 포함한다.

축부(110)는 회로기판(140)에 수직인 축(111)과, 내면에 축이 자유롭게 회전할 수 있도록 베어링 등을 갖춘, 축을 수용하는 축하우징(112)을 포함한다. 스테이터(120)는 일체형의 코어(121)와, 코어(121)에 권선되어 있는 코일(122)을 포함하고, 축부(110)의 외주면에 끼워 맞춤식으로 결합된다.

로터(130)는 마그네트(131)와, 내주면에 마그네트(131)를 수용하고 있는 로터하우징(132)을 포함한다. 로터하우징(132)은 로터(130)가 축(111)을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록, 축(111)의 상부 외주면과 억지 끼워 ??춤식으로 결합된다.

따라서, 종래 모터(100)는 전원부에 전원이 공급되면 마그네트(131)와 스테이터(120) 사이의 전자기력에 의해 로터(130)가 회전하고, 제어부가 기준 회전수 또는 기준 출력을 유지하기 위해 적절한 제어를 담당한다.

그러나, 1개의 마그네트를 수용한 로터(130)의 경우에는 스테이터(120)에서 형성된 외측 회전자계만을 이용하기 때문에 효율이 떨어지고, 출력 토크가 작아서 소비전류가 많고 정속도달 시간이 길다는 단점이 있다.

또한, 코어를 포함하는 스테이터의 경우 코어 사이에 공간(gap)이 존재하여 자속 누설이 있고, 코어 내의 맴돌이 전류 손실(철손)에 의해 효율이 떨어지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 복수의 마그네트를 수용할 수 있도록 구조를 변경한 모터를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 회로기판과, 상기 회로기판에 수직인 축을 갖는 모터에 있어서, 상기 축 외부에서 상기 회로기판에 결합되고, 상기 축을 중심으로 회전자계를 형성하는 스테이터와; 상기 스테이터와 상기 축 사이에 위치하는 내측 마그네트와; 상기 스테이터 외부에 위치하는 외측 마그네트와; 상기 내측 마그네트와 상기 외측 마그네트를 수용하여 상기 스테이터와의 전자기력에 의해 회전하는 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 스테이터는 코일만으로 권선하여 형성될 수 있다.

그리고, 상기 내측 마그네트와 상기 스테이터와의 간격이 상기 외측 마그네트와 상기 스테이터와의 간격과 같은 것이 바람직하다.

또한, 상기 로터는 상기 내측 마그네트와 상기 외측 마그네트의 대향 자극의 극성이 반대가 되도록 상기 내측 마그네트와 상기 외측 마그네트를 수용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 로터의 상면에 안착된 다각형 미러를 포함할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 모터의 단면도이고, 도 4는 도 3의 모터의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 개략 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터(1)는 회로기판(10)과, 회로기판(10)에 수직으로 설치되는 축부(20)와, 축부(20)의 외부에서 회로기판(10)에 결합되는 스테이터(30)와, 스테이터(30)의 내측과 외측에 위치하는 마그네 트(41,42)를 수용한 로터(40)를 포함한다.

회로기판(10)은 축부(20)를 수직으로 수용하기 위한 축수용부(미도시)를 가진다.

축부(20)는 축(21)과 축을 수용하는 축하우징(22)을 포함한다. 축(21)은 일반적으로 탄소강의 재질로 만들어 진다. 축하우징(22)은 내부에 있는 축(21)이 자유롭게 회전할 수 있도록, 내면에 베어링을 포함한다. 축하우징(22)의 하단은 축(21)이 이탈하는 것을 방지하기 위해 막힘구조로 되어 있거나 막음재에 의해 막혀 있다.

그리고 축(21)의 회전에 의해서 축하우징(22)과 축(21) 하부의 접촉면이 마모되는 것을 방지하기 위해, 상기 접촉면에 와셔를 삽입하여 설치하는 것이 바람직하다. 한편, 로터의 내주면과 축의 외주면 사이에 베어링을 설치함으로써 축하우징(22)을 대체할 수도 있다.

스테이터(30)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 복수개의 코어(31)와, 각각의 코어에 권선되어 있는 코일(32)을 포함한다. 큰 토크 출력을 얻기 위해서, 각각의 코어(31)를 축(21)을 중심으로 방사상으로 배열하는 것이 바람직하다.

스테이터(30)는 축(21) 외부에서 회로기판(10)에 접착제 또는 체결구로 결합된다. 스테이터(30)를 회로기판(10)면에 바로 결합하는 것보다는 회로기판(10)과 간격을 두고 설치하는 것이 큰 출력토크를 얻을 수 있어서 바람직하다. 이를 위해서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 스페이서(50)를 스테이터(30)와 회로기판(10) 사이에 삽입한다. 스페이서(50)는 스테이터(30)와 회로기판(10)에 접착제로 결합된다. 그러나, 엄밀한 회전정밀도와 정속성이 요구되는 모터의 경우에는, 축부(20)의 외주면과 억지끼워 맞춤식으로 결합하기 위해서 스페이서(50)를 원통형으로 하는 것이 바람직하다.

스테이터(30)의 형상과 스테이터(30)의 회로기판(10)에 배열된 형태는 모터의 종류 또는 출력토크 또는 회전속도에 따라 적절하게 결정된다. 아우터 로터형이고 마그네트형 로터를 갖는 모터에 있어서, 스테이터 형상의 일례는 도 4에 도시한 바와 같다.

코어(31)는 보통 주철, 주강으로 만들어지나 압연강판을 적층하여 만들 수도 있다. 그러나, 철손을 줄이기 위해 규소강판으로 적층하는 것이 바람직하다. 그리고 인접 코어간의 간섭으로 효율이 떨어지는 것을 막기 위해서 코어와 코어 사이를 절연하는 것이 바람직하다. 코어의 개수는 마그네트의 자극수 및 구동 권선의 형상 등을 고려하여 적절한 개수로 한다.

코어(31)는 권선된 코일의 자속통로이고, 그 외주면에 코일이 권취되므로 구조적으로 안정된 형상을 유지하도록 해준다. 그러나, 코어(31) 내의 철손으로 인해 모터의 효율이 떨어지므로, 구조적 안정성이 유지되는 범위 내에서 코일(32) 만으로 권선하여 형성된 스테이터(30)가 바람직하다.

코일(32)은 일반적으로 전도율이 높은 구리나 알루미늄의 도체에 피복 절연된 전선이 사용된다. 그리고 코일(32)의 직경 및 길이는 정격출력이나 정격회전속도등을 고려하여 적절하게 선택한다.

로터(40)는 축(21)과 스테이터(30) 사이에 위치하는 내측 마그네트(41)와, 스테이터(30)의 외부에 위치하는 외측 마그네트(42)와, 내측 마그네트(41)와 외측 마그네트(42)를 수용하는 로터하우징(43)을 포함한다.

내측 마그네트(41)와 외측 마그네트(42)는 포화 자화된 영구자석으로서 재질은 페라이트계 자석, 알니코계 자석, 희토류계 자석을 포함한다. 또한 필요에 따라서는 마그네트를 포화 자화시키지 않고, 자기 히스테리시스 특성을 이용할 수도 있다.

내측 마그네트(41)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 스테이터(30)의 내측 회전자계와의 사이에서 전자기력이 발생하도록, 축(21)과 스테이터(30) 사이에 위치한다. 그리고 로터하우징(43)과 내측 마그네트(41)는 로터하우징(43)의 내면에서 접착제로 결합된다.

외측 마그네트(42)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 스테이터(30)의 외측 회전자계와 전자기력을 발생시킬 수 있도록, 스테이터(30)의 외부에 위치한다. 그리고 로터하우징(43)과 외측 마그네트(42)는 로터하우징(43)의 내면에서 접착제로 결합된다.

로터하우징(43)은 축(21)의 상부 외주면과 억지 끼워 맞춤으로 결합되어 축 방향으로 로터(40)를 지지할 수 있게 해준다. 그리고 로터하우징(43)은 도 3에 도시한 바와 같이, 작은 회전관성을 갖기 위해 뒤집은 컵(reverse cup)의 형상이 바람직하다.

내측 마그네트(41)와 외측 마그네트(42)는 각각, 모터의 회전속도가 일정하지 않은 현상(코깅 현상)을 줄이기 위해, 원통형이면서 자극 배열이 원주를 따라 균등한 것이 바람직하다. 여기서, 내측 마그네트(41)와 외측 마그네트(42)는 각각 복수개의 마그네트가 접촉 결합되어 형성된 원통형 마그네트일 수 있다. 필요에 따라서는, 복수개의 마그네트가 로터하우징(43)의 원주면을 따라 서로 이격 결합되어, 내측 마그네트(41) 또는 외측 마그네트(42)를 형성할 수 있다. 또한, 내측 마그네트(41)와 외측 마그네트(42)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 각각 1열의 마그네트로 이루어져 있으나, 복수열의 마그네트를 포함할 수 있다.

그리고, 내측 마그네트(41)와 외측 마그네트(42)는 동일한 자속 밀도를 갖는 범위 내에서 작은 회전관성 값을 갖기 위해 질량이 작은 것이 바람직하다.

로터하우징(43)에 내측 마그네트(41)와 외측 마그네트(42)를 결합할 때, 각 마그네트(41,42)의 대향 자극의 극성이 반대가 되도록 하는 것이 바람직하다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 스테이터(30)의 코일(32)에 형성되는 자기장은 내측이 S극

과 외측이 N극

으로 또는 그 반대로 서로 반대 극성을 가진다. 따라서, 내측 마그네트(41)와 외측 마그네트(42)의 대향 자극을 서로 반대가 되게 함으로써, 외측 마그네트(42)와 스테이터(30) 사이에 발생하는 전자기력에 의한 회전력 방향과 내측 마그네트(41)와 스테이터(30) 사이에 발생되는 전자기력에 의한 회전력 방향을 일치시킬 수 있고, 이로 인해 큰 출력토크를 얻을 수 있다.

또한 로터하우징(43)에 내측 마그네트(41)와 외측 마그네트(42)를 결합할 때, 도 3에 도시한 바와 같이, 내측 마그네트(41)와 스테이터(30)사이의 간격(h1)이 외측 마그네트(42)와 스테이터(30)사이의 간격(h2)과 같도록 하는 것이 진동을 최소화 할 수 있다는 점에서 바람직하다. 여기서, 상기 h1과 상기 h2는 필요에 따라 서 로터하우징(43)의 형상, 또는 스테이터(30)의 위치, 또는 내측 마그네트(41)의 형상, 또는 외측 마그네트(42)의 형상을 변경하여 조절할 수 있다.

이상, 종래 모터에서 스테이터(30)의 내측과 외측 양쪽 모두에 마그네트(41,42)가 위치하도록 구조를 변경함으로써 회전 구동력을 추가적으로 얻을 수 있으므로 출력토크가 증가한다.

도 6은 본 발명에 따른 모터가 레이저 프린터의 다각형 미러 구동부로 적용된 예시도이다. 레이저 프린터의 다각형 미러 모터(200)는 광원을 감광체로 주사하여 감광체의 표면에 출력 영상 패턴의 정전잠상이 형성되도록 하는 중요한 기능을 수행한다. 따라서, 다각형 미러 모터는 고도의 정속성과 회전정밀도 그리고 긴 수명을 요하며 경제적 측면에서 소비전류가 작은 것이 바람직하다.

상기 요구조건을 만족시키기 위해서, 일반적으로 레이저 프린터의 다각형 미러 모터(200)는 아우터 로터형이면서 브러쉬가 필요없는 동기모터나 브러쉬리스 직류모터 (brushless DC motor)가 사용된다.

여기서는 2개의 마그네트를 수용한 로터를 갖는 브러쉬리스 직류모터 (brushless DC motor)가 적용된 경우에 대해 설명한다. 설명에 앞서, 본 발명에서는 모터의 구조만을 변경한 것이므로, 종래 브러쉬리스 직류모터의 전원부와 제어부를 그대로 이용할 수 있으므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

다각형 미러 모터(200)의 구조는 도 6에 도시한 바와 같다. 앞서 설명한 모터의 구조와 상이한 점에 대해서만 설명키로 한다.

다각형 미러 모터의 로터(210)는 내측 마그네트(41)와, 외측 마그네트(42) 와, 다각형 미러 모터의 로터하우징(211)과, 다각형 미러(212)와, 미러정착물(213)을 포함한다. 여기서, 다각형 미러 모터(200)에 있어서는, 미러정착물(213)을 다각형 미러(212)의 상면에 설치하여 다각형 미러 모터의 로터(210) 회전시, 다각형 미러(212)의 진동을 흡수하도록 하는 것이 바람직하다. 필요에 따라서, 다각형 미러 모터의 로터하우징(211)은 상부에 미러정착물(213)을 지지하기 위한 돌출부를 가지고 있다.

다각형 미러(212)는 다각형의 판 형상이고, 다각형 미러 모터의 로터하우징(211)의 상면에 접착제 또는 체결구로 다각형 미러 모터의 로터하우징(211)과 결합된다. 그런데, 고도의 정속성 및 회전정밀도를 유지하기 위해서는 축(21)과 다각형 미러(212)와 다각형 미러 모터의 로터하우징(211)이 다같이 억지 끼워 맞춤식으로 결합되는 것이 바람직하다.

미러정착물(213)은 다각형 미러 모터의 로터하우징(211)의 돌출부와 다각형 미러(212)의 상면을 탄성 지지하도록 주름 형상으로 형성되는 것이 진동방지 측면에서 바람직하다.

상기 설명한 다각형 미러 모터(200)에 의할 경우, 내측 마그네트(41)와 스테이터(30)의 내측 회전자계 사이의 전자기력을 추가적인 회전 구동력으로 얻을 수 있으므로 출력토크가 증가된다. 또한, 그로 인해 소비전류가 감소되고, 정속도달 시간이 짧아진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 출력토크가 향상되고, 소비전류 가 작으면서, 정속도달 시간이 짧은 모터가 제공된다.

Claims (5)

1. 회로기판과, 상기 회로기판에 수직인 축을 갖는 모터에 있어서,

   상기 축 외부에서 상기 회로기판에 결합되고, 상기 축을 중심으로 회전자계를 형성하는 스테이터와;

   상기 스테이터와 상기 축사이에 위치하는 내측 마그네트와;

   상기 스테이터 외부에 위치하는 외측 마그네트와;

   상기 내측 마그네트와 상기 외측 마그네트를 수용하여 상기 스테이터와의 전자기력에 의해 회전하는 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스테이터는 코일만으로 권선하여 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 내측 마그네트와 상기 스테이터와의 간격이 상기 외측 마그네트와 상기 스테이터와의 간격과 같은 것을 특징으로 하는 모터.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 로터는 상기 내측 마그네트와 상기 외측 마그네트의 대향 자극의 극성이 반대가 되도록 상기 내측 마그네트와 상기 외측 마그네트를 수용하고 있는 것을 특징으로 하는 모터.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 로터의 상면에 안착된 다각형 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.

Images