KR20020073740A - 영구자석을 이용한 스테핑 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석의 세기에 의해 토오크 크기를 향상 시키는 스테핑 모터에 관한 것이다.

현재 활용되고 있는 스테핑 모터들은 코일의 전자력(암피어턴)만을 이용하거나 코일의 전자력과 영구자석의 자력과 작용에 의해 토오크를 유발시켰다.

본 발명의 스테핑 모터는 고정자도 회전자도 영구자석으로 만들어 토오크의 크기는 영구자석의 세기에 의해 결정되며 전원 장치는 스테핑 모터가 회전 할 수 있게 보조하여 주는 장치일 뿐이다.

이러한 기술적인 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 고정자 영구자석을 사각통 코일(bobbin)안에 놓이도록 하고 코일에 전류를 흐르게 한다. 다시 말하면, 고정자 영구자석을 사각통 코일로 감싸게 하여 코일에 전류가 흐르게 하면, 사각통 코일이 만드는 전자 자력선(암피어 턴)이 영구자석에 의해 형성되는 자력선 루우프 분포를 압축시킨다. 즉 코일을 감게 하는 합성수지 사각통 내측 벽면과 영구자석의 표면 사이에는 공간이 있고, 이 사이 공간에서 자력선들(코일이 만든 전자 자력선과 영구자석에서 나온 자력선)의 밀도가 높은 상태로 분포되는 것이다.

따라서 앞에서 언급한 작업에 의해 고정자 영구자석의 자력선이 사각통 코일 밖으로 나가는 것을 차단하는 작용을 한다. 이 작용은 고정자 영구자석이 회전자 영구자석의 끝을 끌어당기는 작용력을 상실하게 하고 이때 회전자 영구자석의 끝은 옆에 설치한 사각통 코일에 전류가 흐르지 않는 고정자 영구자석에 끌려가게 된다.이러한 원리로 본 발명의 스테핑 모터를 작동하게 한 것이다.

Description

영구자석을 이용한 스테핑 모터{STEPING MOTOR}

본 발명의 모터는 영구자석의 자력만을 이용하여 구동회로 스태핑 모터를 제공키 위한 것이다.

본 발명의 스테핑 모터는 고정자도, 회전자도 영구자석으로 만들어, 이들의 영구자석의 세기에 의해 서로 끌어당기는 힘이 발생된다. 이 힘은 토오크의 크기를 결정한다.

종래의 스테핑 모터는 고정자에도 코일을 감고 회전자에도 코일을 감게 하여 이들에 의한 전자 자력으로 회전하는 스테핑 모터가 있고, 고정자에만 코일을 감게하고 회전자에는 영구자석으로 하여 코일에서 나온 전자 자력선과 영구자석에서 나온 자력과의 작용에 의해 토오크가 발생 하도록 하는 스테핑 모터가 있다.

본 발명의 스테핑 모터는 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 세기에 의해 토오크가 만들어지고 사각통 코일에 흘려주는 전류는 모터가 회전 할 수 있도록 도와주는 작용만 할 뿐이다.

고정자 영구자석과 회전자 영구자석이 그림5와 같이 놓이게 되면 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 자력선은 가장 짧은 거리의 자력선 루우프를 만들게된다. 즉 고정자 영구자석과 회전자 영구자석은 서로 끌어당기는 작용을 하면서 그림5와 같은 형태를 유지하게 된다. 이때 고정자 영구자석과 회전자 영구자석 사이에 어떠한 이물질이 놓여진다 하더라도 자력선 루우프는 끊어지지 않는다. 즉 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 끌어당기는 작용을 방해하지 못한다. (그림6의 상태참조) 그러나 고정자 영구자석이 그림7과 같이 사각통 코일내에 놓이게 되도록 만들고 코일에 전류가 흐르도록 전원을 접속하면 사각통 코일이 만드는 전자 자력선(암피어 턴)에 의해 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 자력선 루우프는 끊어지면서 고정자 영구자석의 자력선은 사각통 코일 내에서만 자력선 루우프가 형성되게 되며 (사각통 코일내 벽면과 고정자 영구자석 표면과의 간격이 넓을수록 적은 전류로도 고정자 영구자석의 자력선을 쉽게 밖으로 못 나가게 함) 그림7과 같이 회전자 영구자석은 회전자 영구자석의 자력선만으로 자력선 루우프를 만들게 된다. 그러면서 사각통 코일이 만드는 전자 자력선의 반발력에 의해 회전자 영구자석의 끝은 그림7과 같이 회전축을 중심으로 하면서 약간 돌아간다. 본 발명의 사각통 코일에 흘려주는 전류의 크기는 다음의 두가지 조건을 만족시키는 전류의 값이어야 한다.

첫째, 코일에 의해 생성된 기자력의 세기가 고정자 영구자석의 보자력 보다 적어야 한다.

둘째, 코일에 의해 생성된 기자력의 세기는 고정자 영구자석의 자력선 루우프를 압축시켜 고정자 영구자석과 회전자 영구자석이 함께 만드는 자력선 루우프를 끊게 할 수 있어야 한다.

도 1은 본 발명의 구성을 보인 사시도

도 2는 본 발명의 영구자석을 코일통체에 삽입한 투시도

도 3은 도2의 측면도

도 4는 본 발명 회전자의 한 구성도

도 5는 한개의 고정자와 회전자간의 자력선도

도 6은 코일에 전류가 인가되지 아니하였을시 한개의 고정자와 회전자간의 자력선도

도 7은 코일에 전류가 인가되었을 시 한개의 고정자와 회전자 간의 자력선도

도 8은 본 발명 고정자를 펼친 상태도

도 9는 본 발명 코일에 순차 전원이 인가됨을 보이는 타임챠트

도 10은 본 발명 코일에 순차 전원을 인가하는 회로 구성도

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1-샤프트 2-회전자 영구자석 3-고정자 영구자석

5-사각통 6-코일 7-자력선

A₁,A₂,A₃,B₁,B₂,B₃,C₁,C₂,C₃-사각통 코일을 순차표시한 부호

Q₁∼Q₉,-발진회로의 펄스의 출력순차 터미날

본 발명의 스테핑 모터를 회전시키기 위해 회전신호 전원 유입 순서와 회전자 영구자석 끝 부분의 이동된 순서를 그림8에 의해 설명한다.

첫째 동작: 회전자 영구자석 끝 부분이 고정자 영구자석A₁과 가장 가까운 위치에 놓여 있을 때, 즉 회전자 영구자석 끝 부분이 S₁의 위치에 있을 때 고정자 사각통 코일 C₃과 A₁에 전원이 유입되면 고정자 영구자석 C₃과 A₁의 자력선이 차단되므로 회전자 영구자석 끝 부분은 고정자 영구자석 B₁과 서로 끌어당기는 힘에 의해 S₂의 위치로 돌아가게 된다.

둘째 동작: 회전자 영구자석 끝 부분이 S₂의 위치에 놓여 있을 때 전원이 투입되지 않으면 회전자 영구자석 끝 부분은 고정자 영구자석 B₁에 붙어 있으므로 회전자 축은 정지 상태에 있다가 다시 고정자 사각통 코일 A₁과 B₁에 전원이 유입되면 고정자 영구자석 A₁과 B₁의 자력선이 차단되므로 회전자 영구자석 끝 부분은 고정자 영구자석 C₁과 서로 끌어당기는 힘에 의해 S₃위치로 돌아가게 된다. 이때 전원이 OFF되면 회전자 영구자석 끝 부분은 고정자 영구자석 C₁에 붙어 있으므로 회전자 축은 정지 상태가 된다.

셋째동작: 회전자 영구자석 끝 부분이 S₃위치에 놓여 있을 때 다시 고정자사각통 코일 B₁과 C₁에 전원이 유입되면 고정자 영구자석 B₁과 C₁의 자력선이 차단되므로 회전자 영구자석 끝 부분은 고정자 영구자석 A₂와 서로 끌어당기는 힘에 의해 S₄위치로 돌아가게 된다. 위와 같은 동작은 그림 9의 타임차트와 그림 10의 전원장치 회로에 의해 고정자 사각통 코일 각각에 순차적으로 전원이 유입되고 앞에서 설명한 동작들이 반복되면서 회전자가 계속 회전하는 것이다(그림 9, 10은 고정자 영구자석을 9개로 하는 스테핑 모터의 타임차트와 전원장치 회로도임)

이러한 본원 발명은 고정자와 회전자를 바꾸워 구성할 수도있는 것이며, 또 필요시 회전자(내부 아마튜어)를 고정하고 고정자를 회전시킬 수 있는 구성을 유지할 수도 있는 것이다.

본 발명은 스테핑 모터의 고정자와 회전자를 모두 영구자석으로 만들고 둘 중 하나를 사각통 코일로 감싸게 하여 사각통 코일에 전류를 흐르게 한다. 고정자를 사각통 코일로 감싸게 할 경우에, 코일의 전자력선(암피어 턴)에 의해 고정자 영구자석과 회전자 영구자석이 직선 형태로 놓이게 하는 두 영구자석의 자력선 루우프를 끊게 하여 회전자 영구자석의 끝을 옆에 설치한 사각통 코일에 전류가 흐르지 않는 고정자 영구자석으로 이동하게 하는 것이 이 장치의 특징이다. 즉, 사각통 코일안에 영구자석을 놓았을 때 코일에 전류가 흐르는 순간 영구자석에서 나온 자력선은 사각통 코일 밖으로 못 나가게 되는 작용에 의해 다른 동작장치가 어떠한 일을 수행하게 할 수 있음이 본 발명의 핵심적 기술사상이다.

본 발명의 스테핑 모터는 고정자 영구자석과 회전자 영구자석의 세기에 의해 토오크 크기가 결정되고 사각통 코일에 의한 전자자력(암피어 턴)은 회전을 도와주는 역할을 한다. 또, 모터는 앞에서 설명한 두가지 조건을 만족하는 전류를 필요로 하므로 기존의 스테핑 모터보다 작은 전류로서 운전하게 된다.

그러므로 본 발명의 스테핑 모터는 전기 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 스테핑 모터에 있어서,

   고정자 및 회전자를 각각 영구자석으로 구성하며, 고정자의 영구자석은 코일이 감긴 사각통채에 코일에 의한 전자력선의 방향과 직각이 되도록 삽입하며, 다수의 고정자 코일에 순차로 전원이 공급되게 구성함을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 스태핑 모우터.