KR19980046512A - 하이브리드 스테핑 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 스테핑 모터에 관한 것이다. 본 발명의 하이브리드 스테핑 모터는 고정축상에 장착된 한쌍의 베어링, 상기 베어링상에 회전가능하게 지지된 회전자 케이스, 복수개의 치 (TEETH) 를 갖고 상기 회전자 케이스의 내표면에 배치된 회전자 요크, 상기 고정축상에 장착된 자석판을 사이에 갖는 제 1 및 제 2 고정자 요크, 각 고정자 요크의 외주상에 형성된 복수개의 치, 각 고정자 요크의 외주에서 길이방향 중심에 형성된 1차 및 2차 코일 설치부, 및 상기 1차 및 2차 코일 설치부 각각에 장착된 1차 코일 및 2차 코일로 구성된다. 상기 고정자 요크들은 극성이 서로 다르다. 본 발명의 하이브리드 스테핑 모터는 제조가 용이하고 제조비용이 더 적으면서도 높은 코일밀도를 가진 우수한 동작특성을 제공한다.

Description

하이브리드 스테핑 모터

본 발명은 하이브리드 스테핑 모터에 관한 것으로, 특히 코일 권선과 장착을 단순히 하고 코일 밀도를 증대시킴으로서 고효율과 저비용 디자인을 제공하여 스테핑 모터를 향상시키는 것에 관한 것이다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 종래의 하이브리드 스테핑 모터는 고정자 케이싱 (4) 의 양단부에서 한쌍의 베어링 (2, 3) 에 의해 회전가능하게 지지된 회전축 (1) 을 갖는다. 고정자 케이싱 (4) 의 내표면상에 배치된 것은 일반적으로 고정자 코일 (5) 을 갖는 링형상 고정자 요크 (6) 이다. 고정자 요크 (6) 의 내표면상에 배치된 것은 원둘레로부터 동일하게 이격되고 각각이 복수개의 고정자 치 (TEETH) (7) 를 갖는 복수개의 극 (POLE) (11) 이다. 베어링 (2, 3) 사이의 회전축 (1) 상에 일체로 장착된 것은 자석판 (8) 을 사이에 갖는 링형상의 제 1 및 제 2 요크 (9, 10) 이다. 각 회전자 요크 (9, 10) 는 둘레에 각각 복수개의 회전자 치 (9a, 10a) 를 가지며, 회전자 요크 (9, 10) 는 서로에 대해 극성이 다르다. 미도시된 구동회로를 통하여 구동펄스를 고정자 코일 (5) 로 공급함으로써, 회전자 요크 (9, 10) 는 스텝 회전된다.

이와 같이 구성된 종래 하이브리드 모터는 하기와 같은 문제점을 갖는다.

자석판이 회전자 요크 사이에 끼워진 상술한 종래 기술의 하이브리드 스테핑 모터에서, 고정자 요크의 각 치의 둘레에 감긴 고정자 코일은 케이싱 내부에 배치된다. 따라서, 각각의 치에 대한 코일 권선 동작은 매우 어려운 작업이며, 게다가 코일권선의 밀도를 증가시키기가 어렵다.

따라서, 본 발명은 상술한 불편함을 해결하기 위하여 개발되었으며, 본 발명의 목적은 코일권선과 장착을 단순화하고 코일권선의 밀도를 증가시킴으로써 고효율 및 저가의 하이브리드 스테핑 모터를 제공하는데 있다.

도 1 은 종래의 스테핑 모터를 도시한 종단면도.

도 2 는 종래의 스테핑 모터를 도시한 횡단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 하이브리드 스테핑 모터를 도시한 종단면도.

도 4 는 도 3 의 하이브리드 스테핑 모터를 도시한 횡단면도.

도 5 는 자석판에 의해 형성된 자속을 나타낸 도면.

도 6 은 코일에 의해 형성된 자속을 나타낸 도면.

도 7 은 전류가 공급되는 코일과 자석판의 결합 자속 및 회전자 요크의 스텝 회전운동을 나타낸 도면.

도 8 은 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 단면도.

도 9 는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 단면도.

도 10 는 도 7 의 자석판에 의해 형성된 자속을 나타낸 도면.

도 11 는 도 7 의 코일에 의해 형성된 자속을 나타낸 도면.

도 12 는 전류가 공급되는 코일과 자석판의 결합 자속 및 회전자 요크의 스텝 회전운동을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 회전축2, 3 : 베어링

4 : 고정자 케이싱4a : 고정자 케이싱 내표면

5 : 고정자 코일6 : 고정자 요크

7 : 고정자 치8 : 자석판

9, 10 : 회전자 요크9a, 10a : 회전자 치

20a : 1차 코일21a : 2차 코일

22 : 1차 코일 설치부23 : 2차 코일 설치부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드 스테핑 모터는 고정축상에 상호 이격, 장착된 한 쌍의 베어링,상기 베어링상에 회전가능하게 지지된 회전자 케이스, 복수개의 회전자 치를 갖고 회전자 케이스의 내표면에 배치된 링형상의 회전자 요크, 고정축상에 장착된 자석판을 사이에 갖는 제 1 및 제 2 고정자 요크, 각 고정자 요크의 외주상에 형성된 복수개의 고정자 치, 각 고정자 요크의 외주에서 길이방향의 중심에 형성된 1 차 및 2 차 코일 설치부, 및 1차 및 2차 코일설치부내에 각각 장착되어 고정자 요크들의 극성이 서로 다른 1차 및 2차 코일을 구비한다.

본 발명에 따른 하이브리드 스테핑 모터는 케이싱 양단부에 배치된 한쌍의 베어링, 각 베어링상에 회전가능하게 지지된 회전축, 케이싱내에서 케이싱의 축방향을 따라 링형상의 자석판을 사이에 장착한 링형상의 제 1 및 제 2 고정자 요크, 각 링형상 고정자 요크의 내표면상에 형성된 복수개의 고정자 치, 각 고정자 요크의 내주에서 길이방향에 형성된 1차 및 2차 코일 설치부, 1차 및 2차 코일 설치부에 각각 장착된 1차 및 2차 코일, 회전축상의 각 회전자 요크에 대응하는 위치에 장착된 회전자 요크 및 각 회전자 요크의 외주에 형성된 복수개의 회전자 치를 구비한다.

본 발명에 따른 하이브리드 스테핑 모터는 고정축상에 상호 이격, 장착된 한쌍의 베어링, 상기 베어링상에 회전가능하게 지지된 회전자 케이스, 복수개의 회전자 치를 갖고 상기 회전자 케이스의 내표면에 배치된 링형상 회전자 요크, 상기 고정축의 외주에 배치된 자석 원통, 자석 원통의 외주와 결합된 한쌍의 링형상의 제 1 및 제 2 고정자 요크, 각 링형상 고정자 요크의 외주상에 형성된 복수개의 고정자 치, 각 고정자 요크 외주의 길이방향의 중심에 형성된 1차 및 2차 코일 설치부, 및 1 차 및 2 차 코일 설치부에 각각 장착되어 링형상 고정자 요크의 극성이 서로 다른 1차 및 2차 코일을 구비한다.

이제 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

종래기술에 참고로 기술된 구성요소들과 동등한 구성요소는 하기 설명에서 같은 도면부호로 표시된다.

도 3 은 외측 회전자 디자인형 하이브리드 스테핑 모터를 도시한 것이다. 1 로 표시된 것은 비자성물질로 제조된 고정축이다. 상기 고정축 (1) 상에 지지된 것은 상호 이격된 한쌍의 베어링 (2, 3) 이다. 통상, 상기 한쌍의 베어링 (2, 3) 은 실질적으로 원통형 회전자 케이스 (4) 를 회전가능하게 지지한 다. 상기 회전자 케이스 (4) 의 내표면에 배치된 것은 복수개의 회전자 치 (7) 를 갖는 링형상의 회전자 요크 (6) 이다.

제 1 및 제 2 링형상 고정자 (9, 10) 는 자석판 (8) 을 사이에 가지고 고정축 (1) 상에서 고정축 (1) 의 축방향을 따라서 배열된다. 자석 (8) 을 사이에 갖는 제 1 및 제 2 고정자 요크 (9, 10) 는 일체형 구조이다. 제 1 및 제 2 고정자 요크 (9, 10) 는 각각 그들의 테두리 둘레에서 축방향의 중간위치에 1차 및 2 차 코일 설치부 (20a, 20b) 를 갖는다. 코일 설치부 (20a, 20b) 는 1 차 및 2 차 보빈 (BOBBIN) 형 권선 코일 (각 코일 (22, 23) 은 코일 권선 장치에 의해 감겨짐) (22, 23) 을 갖는다. 제 1 고정자 요크는 외주상에서 1차 코일 (22) 을 사이에 갖는 제 1 및 제 2 N 극 (N1, N2) 을 갖고, 제 2 고정자 요크 (10) 는 외주상에서 2차 코일 (23) 을 사이에 갖는 제 1 및 제 2 S 극 (S1, S2) 을 갖는다. 극 N1, N2, S1 및 S2 는 각각 회전자 치 (7) 과 대향하며, 각 극 N1, N2, S1 및 S2 는 회전자 치 (7) 와 같은 피치로 형성된 복수개의 고정자 치 (9a, 10a) 를 갖는다. 도 7 의 다이아그램에 도시된 바와 같이, N 극 (N1 및 N2) 양자는 각각 서로에 대해 1/2치 만큼 상호 오프 정렬된 고정자 치 (9a) 를 갖고, S 극 (S1 및 S2) 양자는 각각 서로에 대해 1/2치 만큼 상호 오프 정렬된 고정자 치 (10a) 를 갖는다. 1/4 치는 각각 N 극(N1, N2) 상의 고정자 치 (9a) 와 S 극 (S1, S2) 상의 고정자 치 (10a) 사이에서 오프 정렬된다.

이제, 스테핑 모터의 동작을 설명한다.

도 5 는 자석판 (8) 에 의해 형성된 자속을 도시한 것이다. 도 6 은 1차 코일 (22) 과 2차 코일 (23) 에 의해 형성된 자속을 도시한 것으로, 여기서 자속의 방향은 각 코일 (22, 23) 을 통과하는 전류의 흐름방향에 의존한다. 도 7 에서, 미도시된 구동회로는 전류가 그 사이에 있는 자석판 (8) 과 정렬된 1차 코일 (22) 및 2차 코일 (23) 을 통과하여 A 방향으로 표시된 방향으로 흐르도록 하며, 회전자 요크 (6) 는 주지의 자기효과에 의해 상태 0 에 머무른다. 그후, 전류가 도시된 바와 같이 B 방향으로 관통하여 흐를 때 회전자 요크 (6) 는 상태 0 으로부터 상태 Ⅰ 로 회전한다. 다음으로, 구동회로가 A 바 방향으로 코일 (22, 23) 을 통과하여 흐르도록 전류를 유발하고 그후 B 바 방향으로 코일 (22, 23) 을 통과하여 흐르도록 전류를 유발할 때, 회전자 요크 (6) 는 상태 Ⅱ 로 회전하고 그후 상태 Ⅲ 으로 회전한다. 다시, 전류가 방향 A 로 도시된 바와 같이 흐르게 될 때, 회전자 요크는 그후 상태 0 으로 되돌아 간다. 따라서, 모터는 회전자 치 (7) 의 1 피치 만큼 회전되었다.

도 8 은 내측 회전자형 디자인의 하이브리드 스테핑 모터를 도시한 것으로, 본 발명이 도 1 및 도 2 의 종래 기술의 내측 회전자 설계형의 하이브리드 스테핑 모터에 적용된 것이다. 비자성 고정자 케이스 (104) 의 내표면상에 배치된 것은 케이스 (104) 의 축방향을 따라 그들 사이에 일체구조의 링형상 자석판 (30) 을 갖는 링형상의 한쌍의 제 1 및 제 2 고정자 요크 (106, 106A) 이다. 고정자 요크 (106, 106A) 는 극성이 서로 다르다. 고정자 요크 (106, 106A) 에는 각각 코일 설치부 (20a, 21a) 가 설치되며, 그 내부에 1 차 및 2 차 보빈형 권선 코일 (22, 23) 이 각각 장착된다. 자성물질의 회전축 (100) 상에 배치된 것은 앞에서 설명한 고정자 요크 (106, 106A) 와 마주보는 회전자 요크 (109) 이다. 회전자 요크 (109) 는 외주부상에 복수개의 회전자 치 (109a) 를 갖는다. 도 8 에서, 모터는 도 3 의 디자인과 반대방향인 내측 회전자형 디자인을 갖는다. 그러나, 도 5 내지 도 7 에 설명된 스텝 회전 동작 원리는 도 8 의 스테핑 모터에 동일하게 적용된다. 상술한 설명은 코일 (22, 23) 이 공지된 쌍극성 권선에 의해 감겨진다는 것을 가정하여 이루어졌다. 공지된 단극성 권선이 사용된다면, 이와 같은 이점을 얻을 수 있을 것이다. 게다가, 상술한 설명은 단상여기를 가정하였다. 또한, 2상 여기 또는 단상/이상 여기도 작동할 수 있을 것이다. 종래 기술의 하이브리드 스테핑 모터가 마이크로-스텝 구동 또는 SIN/COS 구동으로 동작하는 것과 마찬가지로, 본 발명의 하이브리드 모터도 마이크로-스텝 구동 또는 SIN/COS 구동으로 작동한다. 치들 (7, 9a, 10a 107 및 109a) 사이의 이치 (OFF-TOOTH) 정렬은 상대적이며, 임의의 치의 측면이 이치 정렬될 경우에도 동일한 이점이 얻어질 수 있을 것이다.

도 9 내지 도 10 을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 선행 실시예에 참고로 기술된 구성요소들과 동일한 구성요소들은 동일한 도면부호로 표시된다.

도 9 에서 1 로 표시된 것은 그 상부에 한쌍의 상호 이격된 베어링 (2, 3) 이 고정된 고정축 (1) 이다. 통상, 실질적으로 원통형인 회전자 케이스 (4) 는 한쌍의 베어링 (2, 3) 에 의해 지지된다. 회전자 케이스 (4) 의 내표면상에 배치된 것은 복수개의 회전자 치 (7) 를 갖는 링형상 회전자 요크 (6) 이다.

고정축 (1) 의 테두리상에 배치된 자석 원통 (8) 은 고정축을 따라 정렬된 간격 (1A) 이 사이에 형성된 제 1 및 제 2 링형상 고정자 요크 (9, 10) 를 갖는다. 그 상부의 자석 원통 (8) 및 고정자 요크 (9, 10) 는 단일 구조체를 형성한다.

고정자 요크 (9, 10) 는 테두리 둘레에서 길이방향 중앙부에 1차 및 2 차 코일 설치부 (20a, 21a) 가 설치된다. 1 차 및 2 차 코일 설치부 (20a, 21a) 는 각각 코일 권선 장치에 의해 자동적으로 감겨질 수 있는 1 차 및 2 차 보빈형 권선코일 (22, 23) 을 갖는다. 제 1 링형상 고정자 요크 (9) 는 외주에서 1 차 코일 (22) 을 사이에 갖는 제 1 및 제 2 N 극 (N1, N2) 을 갖고, 제 2 링형상 고정자 요크 (10) 는 외주에서 2 차 코일 (23) 을 사이에 갖는 제 1 및 제 2 S 극 (S1, S2) 을 갖는다. 극 (N1, N2, S1, 및 S2) 은 회전자 치 (7) 를 각각 마주보며, 극 (N1, N2, S1, 및 S2) 의 각각은 회전자 치 (7) 의 피치와 같은 피치로 형성된 복수개의 고정자 치 (9a, 10a) 를 갖는다. 도 12 의 다이아그램에 도시된 바와 같이, N 극 (N1, N2) 양자는 각각 서로에 대해 1/2 치 만큼 상호 오프 정렬된 고정자 치 (9a) 를 갖고, S 극인 S1 과 S2 양자는 각각 서로에 대해 1/2 치 만큼 상호 오프 정렬된 고정자 치 (10 a) 를 갖는다. N 극 (N1, N2) 상의 고정자 치 (9a) 와 S 극상의 고정자 치 (10a) 사이에 각각 1/4 치가 오프 정렬된다.

이제, 스테핑 모터의 동작을 설명한다.

도 10 은 자석 원통 (8) 에 의해 형성된 자속을 도시한 것이다. 도 11 은 1차 및 2차 코일 (22, 23) 에 의해 형성된 자속을 도시한 것으로, 여기서 자속의 방향은 각 코일 (22, 23) 을 통하여 흐르는 전류의 방향에 의존한다. 도 12 에서, 미도시된 구동회로는 자석 원통 (8) 상에 정렬된 1차 및 2차 코일 (22, 23) 을 통하여 도시된 바와 같이 A 방향으로 전류가 흐르도록 할 때, 회전자 요크 (6) 는 기존의 자기효과에 의해 상태 0 에 머무른다. 그후, 전류가 도시된 바와 같이 B 방향으로 흐를 때, 회전자 (6) 는 상태 0 으로부터 상태 Ⅰ 로 회전한다. 다음으로, 구동회로가 A 바 방향으로 코일 (22, 23) 을 통과하여 전류가 흐르도록 하고, 그후 B 바 방향으로 코일 (22, 23) 을 통과하여 전류가 흐르도록 할 때, 회전자 (6) 는 상태 Ⅱ 로 회전하고, 그후 상태 Ⅲ 으로 회전한다. 다시 전류가 A 방향으로 도시된 바와 같은 방향으로 흘려질 때, 그후 회전자 요크 (6) 는 상태 0 으로 되돌아 간다. 따라서, 모터는 회전자 치 (7) 의 1 피치 만큼 회전되었다.

본 발명에 따라, 이와 같이 구성된 외측 회전자 디자인형의 하이브리드 스테핑 모터는 하기의 이점, 즉 코일이 도 3 에 도시된 구조에서 고정자 요크의 주변부상에 장착되므로 코일 권선 작업이 매우 용이하며, 관련 제조비용이 실질적으로 감소되며, 또한 코일이 보빈형으로 쉽게 감겨지며 코일 권선의 장착밀도 또는 코일 부피를 매우 증가시킴으로서 스테핑 모터의 실질적인 동작특성을 향상시킨다는 이점을 제공한다.

Claims (4)

1. 고정축상에 상호 이격, 장착된 한 쌍의 베어링,

   상기 베어링상에 회전가능하게 지지된 회전자 케이스,

   복수개의 회전자 치를 갖고 회전자 케이스의 내표면에 배치된 링형상 회전자 요크,

   고정축상에 장착된 자석판을 사이에 갖는 제 1 및 제 2 고정자 요크,

   각 고정자 요크의 외주상에 형성된 복수개의 고정자 치,

   제 1 및 제 2 고정자 요크의 외주에서 길이방향으로 중심위치에 각각 형성된 1 차 및 2 차 코일 설치부, 및

   1 차 및 2 차 코일설치부 내에 각각 장착되어 고정자 요크들의 극성이 서로 다른 1 차 및 2 차 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스테핑 모터.
2. 케이싱 양단부에 배치된 한쌍의 베어링,

   각 베어링상에 회전가능하게 지지된 회전축,

   케이싱내에 케이싱의 축방향을 따라 링형상 자석판을 사이에 장착한 링형상 제 1 및 제 2 차 고정자 요크,

   각 링형상 고정자 요크의 내표면상에 형성된 복수개의 고정자 치,

   제 1 및 제 2 고정자 요크의 내주에서 길이방향으로 중심위치에 각각 형성된 1차 및 2차 코일 설치부,

   1차 및 2차 코일 설치부에 각각 장착된 1차 및 2차 코일,

   고정자 요크에 대응하는 위치에서 회전축에 장착된 회전자 요크 및

   각 회전자 요크의 외주에 형성된 복수개의 회전자 치를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스테핑 모터.
3. 고정축상에 상호 이격, 장착된 한쌍의 베어링,

   상기 베어링상에 회전가능하게 지지된 회전자 케이스,

   복수개의 회전자 치를 갖고 상기 회전자 케이스의 내표면에 배치된 링형상 회전자 요크,

   상기 고정축의 외주에 배치된 자석 원통,

   자석 원통의 외주와 결합된 한 쌍의 제 1 및 제 2 링형상 고정자 요크,

   각 링형상 고정자 요크의 외주상에 형성된 복수개의 고정자 치,

   제 1 및 제 2 고정자 요크의 내주에서 길이방향으로 중심위치에 각각 형성된 제 1 및 제 2 코일 설치부, 및

   1차 및 2차 코일 설치부에 각각 장착되어 링형상 고정자 요크의 극성이 서로 다른 1차 및 2차 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스테핑 모터.
4. 제 1 항에 있어서, 고정자 요크 사이에 간격이 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 스테핑 모터.