KR930001777B1

KR930001777B1 - 스텝핑 모우터

Info

Publication number: KR930001777B1
Application number: KR1019860700030A
Authority: KR
Inventors: 랄프 호버; 존 캠블
Original assignee: 시그마 인스트루먼트스 인코포레이티드; 토마스 이. 벨링
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1985-05-21
Publication date: 1993-03-13
Also published as: EP0183792B1; JPS61502232A; EP0183792A1; ATE67632T1; AU4409685A; WO1985005507A1; DE3584144D1; EP0183792A4; JPH078126B2; KR860700187A

Abstract

내용 없음.

Description

스텝핑 모우터

제1도는 모우터 시스템의 블록도.

제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 모우터의 단면도.

제3도는 제2도의 3-3선 단면도.

제4도는 제2도와 제3도에 도시된 고정자의 극들을 에너지화 하는 방법을 보인 개략도.

제5도는 제2도와 제3도의 각 부분이 자화되는 상태를 도시한 단면도.

제6도는 본 발명 다른 실시예에 따른 모우터의 단면도.

제7도는 제6도의 7-7선 단면도.

제8도는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 단면도.

제9도는 제2도 내지 제7도에 도시된 모우터의 전류에 대한 토르크의 관계를 보인 그래프.

제10도는 제1도 내지 제9도에 보인 모우터의 주어진 전류에서 속도에 관련되어 유발되는 토르크를 보인 그래프.

제11도 및 제12도는 본 발명 선형모우터의 구성도.

제13도 내지 제15도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 요부 구성을 보인 개략도.

제16도 및 제17도는 본 발명 선형모우터의 요부개략도.

본 발명은 전기 모우터에 관한 것으로, 특히 스텝핑 모우터에 관한 것이다.

통상의 스텝핑 모우터는 고정자의 치(齒)와 상호 작용하는 회전자의 치가 외주면에 일정간격을 두고 외향 돌설되어 길이방향으로 연장된 회전자로 구성되고, 그 고정자 치는 고정자의 내주면에 일정간격을 두고 내향 돌설되어 길이방향으로 연장된 다수개의 고정자 극의 내측단부에 길이방향으로 일정간격을 두고 내향 돌출형성되고, 하나의 고정자 극에 형성된 고정자 치들과 대향되는 회전자 치가 배열되어 있고, 한편으로는 인접된 극의 고정자 치들이 회전자 치와 부분적으로 어긋나게 배열되어 있으며 다음 극의 고정자 치들은 대향되는 회전자 치들의 사이에 형성된 요부에 배열되어 있다.

그리고, 소위 하이브리드 모우터(hybrid motor)로 일컬어지는 모우터에서의 회전자는 한 부분의 치가 다른 부분의 요부에 대응하도록 2개의 축방향으로 배열된 섹션을 포함하고, 2개의 회전자 섹션사이의 영구자석은 섹션들을 서로 반대되는 자극으로 자화시키게 된다.

적절하게 에너지화 되는 고정자 극의 권선들은 회전자를 회전시키는 고정자와 회전자의 치들이 상호 작용하도록 한다.

또한, 소위 가변 리럭턴스 스텝핑 모우터에서는 회전자 치를 갖는 회전자가 연성 자성물질로 구성되고 고정자의 권선들은 점차적으로 회전자를 작동시키는 회전영역을 형성한다.

이와 같은 종래 모우터들에는 효율이 제한되는 등의 여러가지 결함이 유발된다.

따라서, 고정자 치의 피치를 회전자 치의 피치와 다르게 형성함에 의하여 그러한 모우터의 효율을 증가시키고 그들의 구동에 의해 유발되는 소음을 감소시키기 위한 연구가 시도되고, 또한 강력한 영구자석으로 자장을 증가시킴으로서 토르크를 증가시키고자 하는 연구가 행하여지고 있으며, 에너지화 하는 고정자 권선의 여러가지 기술에 대하여 더욱 많은 노력이 경주되고 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 모우터들의 제반 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 주어진 권선전류에서 높은 토르크를 갖는 우수한 모우터를 제공하고자 함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 고정자부와 회전자부를 갖는 모우터에서 상기 각 부분들중의 일측 또는 양측에 있는 치들 사이 또는 인접한 공간에 자성물질을 재치하고 이 자성물질을 상기 부분 이외의 대응되는 부분에서의 자속(磁束)을 반대방향으로 향하게 재치함으로서 전체적 또는 부분적으로 달성된다.

본 발명의 또 한가지 특징으로서, 영구적으로 자화되는 물질의 특성과 규격은 그것의 자속이 부근의 회전자 치의 것 보다 크다는 사실이다.

본 발명의 또 다른 특징으로서, 자성물질이 축방향으로 자화된 회전자를 갖는 모우터의 고정자 치들의 사이 또는 인접한 부위에 재치되어 있다는 사실이다.

본 발명의 또 한가지 특징은 자성물질이 축방향으로 자화되는 고정자를 갖는 모우터의 회전자 치들 사이 또는 인접된 부위에 재치되어 있고 또한 그 자성물질이 고정자와 회전자 치들의 사이 또는 인접한 부위에 재치되어 있다는 사실이다.

본 발명의 또 다른 특징은 자성물질이 축방향으로 자화되는 고정자를 갖는 모우터의 회전자 치의 사이 또는 인접한 부위에 사용되며, 또 다른 특징은 자성물질이 고정자와 회전자의 사이 또는 인접한 부위에 재치되어 있다는 사실이다.

본 발명의 또 다른 특징은 자성물질이 고정자의 치 사이 또는 인접한 부위와 일부 회전자의 치 사이 또는 인접한 부위에 재치되고, 회전자 치들 사이에 재치된 자성물질은 고정자 치들 사이의 물질을 조력(助力)하기 위하여 극화, 즉 S극에 대향하는 N극으로 극화된다는 사실이다.

본 발명의 또 다른 특징은 각 치의 공간에 재치된 물질의 지름은 적어도 주위폭의 0.5배 정도로 설정된다는 사실이다.

본 발명의 또 다른 특징은 자성물질이 희토 코발트, 특히 사마리움 코발트가 사용된다는 사실이다.

본 발명의 또 다른 특징은 자성물질이 네오디뮴 보론 철 합금이라는 사실이다.

본 발명의 또 다른 특징은 영구자석 물질이 회전자 또는 고정자 치들의 사이, 또는 선형모우터의 양측에 재치될 뿐 아니라, 경사된 치를 갖는 모우터에도 재치된다는 사실이다.

본 발명의 상기한 여러가지 특징과 그의 다른 목적은 청구범위에 기재된다.

이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시한 바와 같이, 드라이버(D)는 외부전원(도시되지 않음)에서 제어 펄스를 수용하고 그 드라이버(D)는 모우터(M)을 구동시킨다.

또한 그 드라이버(D)에는 그가 모우터(M)을 일측방향 또는 타측방향으로 회전시키도록 지시하는 회전방향 제어신호가 인가된다.

그 모우터(M)는 제2도 및 제3도에 상세히 도시되어 있다.

제2도 및 제3도에서 회전자(10)은 하우징(14) 내부에 설치된 고정자(12)안에서 회전한다.

회전축(16)은 하우징(14) 외부로 관출되고 회전할 수 있도록 회전자(10)의 키박음등으로 고정되어 있다. 도시되지는 않았으나 적절한 축수가 회전자(10)와 회전축(16)이 하우징(14) 내부에서 회전할 수 있도록 설치된다.

제3도에 도시한 바와 같이 회전자(10)는 회전축에 축착된 영구자석(24)과 상기 축의 단부에 축착되어 영구자석(24)을 감싸는 전·후부의 캡형상 회전극슈스(shoes)(28), (30)로 구성된다. 이하, 간단히 표면하기 위하여 극슈스(28)과 (30)을 회전부로 약칭한다.

회전부(28)의 외주면에는 제2도에 도시한 바와 같이 50개의 치(36)가 일정간격을 두고 방사성으로 외향돌출되게 형성되어 인접한 각 치(36)의 동일한 부위 사이는 각각 7.2°가 유지된다.

이와 같은 치(36)의 수는 일실시예를 들어 보인 것이며 다른 실시예에서는 40개 또는 48개를 구비한 회전체가 적용될 수도 있다.

제3도에서 확인할 수 있는 바와 같이 전체 회전부(28)는 영구자석(24)에 의하여 N극으로 자화되고 각 치(36)들은 회전부(28)의 축길이방향으로 형성되어 있으며 회전부(30)는 회전부(28)와 동일한 형성이고 그 회전부(30)의 외주면에도 치(38)가 방사상으로 일정간격을 두고 형성되어 각 치(38)들은 회전부(28)의 치(36)와 2피치 간격으로 상위(相位)되어 치(38)들은 치(36)의 사이에 위치하도록 되어 있다.

이와 같은 회전자의 치(36)의 하부 각 치(36)의 사이에 위치하는 회전자의 치(38)는 제2도에서 도면을 간단히 하기 위하여 부분적으로 도시 하였으나 그 구성은 정확하게 표현되어 있다.

제2도에 도시한 바와 같이 고정자(12)의 몸체(56) 내주면에는 고정자 극(40), (42), (44), (46), (48), (50), (52) 및 (54)가 일정간격을 두고 방사상으로 형성되어 각 고정자 극(40)-(54)들은 회전자(10)의 외측에 위치하는 고정자(12)의 내주면에 축길이방향으로 배열되고, 각 고정자 극(40)-(54)의 내측단부에는 각각 5개의 고정자 치가 형성되는 동시에 그 고정자 치들은 회전자(10)와 동심을 가지는 동심원통상 표면에 형성되어 회전자 치(36), (38)와 일정 미소간격을 유지하고 있다.

이 실시예에서 고정자 치들은 회전자 치(36), (38)와 동일하게 7.2°의 피치로 형성되어 있으나, 다른 실시예에서 고정자 극(40)-(54)과 고정자 치(58)를 형성함에 있어서 상호 대향되어 있는 고정자 극(40), (48)의 치(58)가 그와 90°상위되어 있는 고정자 극(44), (52)의 고정자 치(58)와 회전부(28)의 회전자 치(36)가 완전히 일치되는때에 반대로 배열될 수 있도록 형성되며 고정자 치(58)는 회전자(10)의 일측단부에서 타측단부까지 회전축(16)에 평행하게 길이방향으로 연장되어 있다.

고정자 극(52), (44)의 치(58)가 전방회전부(28)의 치(36)와 전기적 180°에 위치할때에 그들은 후방회전부(30)의 치(38)와 완전히 일치하며 동시에, 고정자 극(40), (48)의 치(58)는 치(38)와 완전히 상이하게 위치한다.

그리고, 고정자 극(40)-(54)을 자화하기 위하여 사용되는 고정자 권선(60)은 회전자(10)의 회전을 유발시키게 되며 이 고정자 권선(6)은 제4도에 도시한 바와 같이 8개의 권선(82), (84), (86), (88), (90), (92), (94) 및 (96)으로 이루어져 있다.

전형적인 모우터에서 이와 같은 극들의 일부는 에너지화 되지 않고 일부는 자기적 N극과 S극을 발생하도록 에너지화되어 한 극에 인접한 극들이 S-O-N-O-S-O-N-O의 순서로 자화되어지며, 드라이버(D)에 자극순서를 변화시키기 위한 펄스가 인가되면 상기 극들은 O-S-O-N-O-S-O-N로 자화되고 다음 펄스로는 N-O-S-O-N-O-S-O, 다음에는 O-N-O-S-O-N-O-S 등으로 자화되어 결과적으로 회전자가 각 펄스에 의하여 1/4 회전자 치의 피치, 즉 인접한 회전자 치의 일치되는 부위 사이의 각 간격의 1/4을 회전하게 된다.

여기서 각 펄스는 결과적으로 자기적 벡터 45°를 이동시키거나 회전자는 오직 1/4 회전자 치의 피치만큼 이동된다.

이 1/4 회전자 치의 피치는 8극 모우터에서 1로우터 스텝으로 불리어진다.

또한 극들의 자극화는 고정자 극의 권선에 흐르는 전류의 극성이 전기적으로 역전되는 제4도에 도시된 서키트에 의하거나, 2개의 권선 즉 그들의 관계와 권선방향이 동일한 에너지화에 일치되도록 반대 자기극성을 발생시킬 수 있게 배열된 2개의 권선으로 각 고정자 극을 권회함에 의하거나, 권선사이의 스위칭에 의하여 성취될 수 있으며, 권선의 전형적인 방법과 여러가지의 권선 배열은 잘 알려져 있고, 예를들자면 죤 에이치. 필드씨의 미국특허 제4,255,696호에 기재되어 있다.

본 발명에 의한 고정자 치들의 사이의 요부(凹部)에는 사마리움 코발트(SmCo₅)와 같은 고 보자력(保磁力)물질이 충전되고 본 발명의 다른 실시예에서는 어떤 자성체의 희토류-코발트 또는 네오디움 보론 철 합금 또는 패라이트 또는 알니코스(Alnicos)가 사용되며, 알려진 마그네틱 희토류물질중에는 Nd와 Sm이 있다. 고정자 치 요부의 자석은 제5도에 도시한 바와 같이 자화되고 모우터는 앞에서 설명한 바와 같이 구동되거나 다른 2상 하이브라이드 스텝 모우터와 같이 구동된다.

자성물질(110), (120)는 인접 회전자 치로부터 자속을 배척하고 또한 인접 회전자 치와 교접하도록 인접 회전자 치에서 자속을 모으는 효과가 있다. 제2도에 도시한 극(40), (48)에서 보인 것처럼 고정자 요부안에 있는 자성물질(110)의 내측표면은 N극이고, 대향되는 회전자 치는 자석(24)의 자화력으로 역시 N극으로 자화되며, 이때에 자성물질(110)은 치(36)에서 자속을 배척하고 그것을 치(58)안으로 모으는 경향이 있다.

처음 펄스가 인가되면 극(40), (48)의 치(58)는 권선(60)에 의하여 S극으로 자화되고 극(44), (52)는 N극, 나머지 극(42), (46), (50) 및 (54)의 치(58)는 비에너지화되며 치(36)들은 자성물질(110)의 효과에 의하여 극(40), (48)의 치(58)에 아주 강하게 끌리게 된다.

이것은 정지토르크, 즉 회전자(10)가 특정한 각 위치에서 정지하는 경향을 증가한다. 극(44), (52)의 N극 자화는 치(58)와 자성물질(110)에 의하여 고정자 극(44)과 회전부(28)의 완전한 반발작용의 원인이 되고, 그 회전자 자속은 근접된 S극성의 치(예를들어 2극 떨어진 S극성의 치)들을 향하여 회전하게 된다.

본 발명의 일실시예에서 도시한 바와 같이 자극이 형성된 영구자석물질(110)은 이와 같은 성질의 결과를 유발하게 되며, 더욱이, 상기 실시예에서 고정자 치 요부내의 물질(110), (120) 자속은 회전자 치로부터 유기되는 자속보다 크다.

드라이버(D)에 의하여 극(42), (50)의 치는 S극으로 자화되고 극(46), (54)의 치는 N극으로 자화되며, 그의 나머지 극은 자화되지 않도록 권선(60)의 에너지화가 변환되는 경우에는, 물질(110)의 N극 표면은 회전자(10)의 치(36)로부터 N극의 자속을 극(42), (50)의 치(58)를 향하여 모으고, 극(46), (54)에는 척력이 유발되며 자화되지 않는 자극에도 척력이 유발된다. 극(42), (50)의 치들에 흐르는 자속은 회전자의 치(36)와 극(42), (50)의 치(58)가 마주보게 배열되도록 회전자(10)를 시계방향으로 흡인하는 작용을 한다.

만일 그러한 배열이 발생하는 때에 계속되는 펄스가 극(44), (52)의 치(58)을 S극으로 변환시키면 극(44), (52)의 배열은 극(42), (50)에서 선행펄스가 인가되는 동안에 발생된 것과 동일하게 된다.

이 결과에 의해 회전자(10)가 시계방향으로 더 회전하게 된다. 그후 계속되는 펄스는 회전자(10)을 연속으로 회전시킨다.

바꾸어 말하면 극(40)-(54)의 자화가 S-O-N-O-S-O-N-O에서 O-S-O-N-O-S-O-N, O-N-O-S-O-N-O-S으로 변환됨에 따라 회전자는 시계방향으로 계속 회전하게 된다.

한편 회전자의 반대측 단부에는 치(38)들이 치(36)와 1/2 패스 위상차이에 의하여 오프세트되어 있으므로, 극(40), (48)의 치(58)가 치(36)와 마주보게 위치하는 때에 극(52), (44)의 치(58)는 회전부(30)의 치(38)전면에 위치하며, 회전자 후방의 극(44), (52)이 회전자의 회전에 미치는 영향은 회전자 전방의 극(40), (48)의 효과와 동일하다. 포괄적으로 말하자면 전방회전부(28)에 대한 고정자 극, 즉 극(42), (50)의 효과는 그로부터 90°위상차이로 형성된 극, 즉 후방회전부(30)의 극(46), (54)와 같다.

2상 바이어스에서 극들을 에너지화 하는 것은 S-S-N-N-S-S-N-N, N-S-S-N-N-S-S-N, N-N-S-S-N-N-S-S등으로 자화를 유발하는 것으로 알려져 있다. 이러한 에너지화의 유형은 잘알려져 있고 또한 본 발명에는 이와 같은 공지의 에너지화가 적용된다.

본 발명 모우터의 작업은 자성삽입물(110)이 없는 모우터의 작업과 유사하지만, 반면에 자성삽입물은 실제적으로 동일 전류를 사용하는 삽입물이 개입되지 않는 동종 모우터의 토르크를 증가시킨다.

일예를 들자면 동일 비율의 전류가 사용되는 경우에 자성삽입물(110)이 사용된 모우터의 토르크는 자성삽입물을 사용하지 않는 동종 모우터 보다 약 50%이상 높게 된다.

본 발명에 의한 영구자석의 계산점은 네거티브 토르크의 구성요인을 극복하고, 각 펄스가 인가되는 동안에 발생하는 것으로 생각되는 포지티브 토르크를 증가시킨다는 사실이다.

제6도 및 제7도에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있고 여기에서 모우터는 그의 회전자(10)가 전방부에서 후방부에 걸쳐 연성자성물질로 구성된 가변 리럭턴스 모우터이다. 연성자성물질은 박판상의 형상으로 사용될 수 있고 회전자(130)는 제2도의 치(36)에 일치하는 치(136)을 포함한다. 회전자의 전방부에서 후방부까지 연장된 삽입물은 치(136) 사이에 배치되며, 도면에 도시된 바와 같이 N극은 내주면에 발생하고 S극은 치(136) 사이의 요부에 발생하도록 자화된다.

제6도의 극(40)-(54)과 권선(60)은 제2도와 일치하고 고정자 치(58) 사이의 요부들은 도시한 바와 같이 치의 내측단부 측으로 S극이, 요부내측에는 N극이 되도록 자화되는 삽입물로 충진되어 고정자 삽입물(140)이 회전자 삽입물(138)과 마주보게 배열되어지는 때에 자장은 S극에 대향하는 N극을 조력한다.

따라서 고정자 치의 요부로부터 시작되어 방사방향으로 회전자 치 요부에서 끝나는 자석극들은 N-S-N-S 순서로 되고 다른 실시예에 의하면 극들이 S-N-S-N 순서로 된다. 각 경우에서 이러한 자화는 회전자와 고정자의 전방부에서 그들의 후방부까지 축길이방향으로 확장되며, 제6도에서 극(40), (48)의 자성삽입물(140)은 대향되는 회전자 섹션들의 삽입물(138)의 자화를 돕게된다.

한편 극(44), (52)의 요부의 자성삽입물(140)에 대향되는 회전자 섹션들의 치를 향하여 있는 극(42), (50)의 삽입물은 회전자를 시계방향으로 구동시키도록 회전자 삽입물을 흡인하는 경향이 있으며, 극(46), (54)에 일치된 삽입물은 회전자에서 반시계방향의 구동을 유발하는 경향이 있다.

실제 작동에 있어서, 권선(60)들은 회전자 주위의 회전자장을 유발하도록 여기되어진다. 예를들어 고정자의 치(58)는 한 펄스가 인가되는 때에 극(40)-(54)에서 극성 S-N-N-S...S-N-N-S을 유발하는 권선(60)의 여기에 의하여 자극화되어지며 다음 펄스가 인가되면 극(40)-(54)의 극성은 S-S-N-N-S-S-N-N로 되고, 또 다음 펄스가 인가되면 N-S-S-N-N-S-S-N 등으로 권선(60)의 여기에 의하여 자극화되어진다.

처음 펄스가 인가되어지는 때에 극(40)의 치(58)의 S극성은 극(40)의 내주면에 발생되고 또한 극(48)의 S극성도 동일하게 발생되며, 그로인하여 극(40)의 삽입물(140)과 회전자의 삽입물(138)에 의하여 유발되는 조력된 자장의 정지 효과가 감소된다.

동시에 극(42), (50)의 치의 N극 자화는 회전자(10)가 시계방향으로 회전되도록 회전자(10)의 치를 흡인하고, 극(42), (50)의 삽입물(140)과 삽입물(138)의 대응을 돕는다. 아울러 극(44), (52)의 N극치는 인접된 회전자의 치를 흡인하고 시계방향 토르크를 돕는다.

반면에 극(46), (54)의 S극 치는 극들의 전체 내주면을 S극성으로 만든다. 결과적으로 이 펄스단계에서 회전자는 시계방향으로 회전한다.

다음 펄스단계에서 극(40)-(54)의 S-S-N-N-S-S-N-N 자성은 동일한 효과를 갖으며 시계방향으로 계속되는 극들의 변화는 회전자를 역시 시계방향으로 구동하도록 한다.

본 발명은 고정자의 치 사이의 요부와 회전자의 치사이 요부에 삽입물이 사용되는 제2도와 제3도 모우터에 실용되어질 수 있으며 이 실시예의 전류에 대한 토르크 관계가 제9도에 도시되어 있다.

삽입물(110), (138), (140)의 물질은 사마리움 코발트이고 다른 실시예에서 삽입물질은 네오디뮴 보론 철합금이 사용되며 물론 알니코(Alnico)와 같은 물질도 사용될 수 있다.

상기 사마리움 코발트는 SmCo₅및 Sm₂Co₁₇이다.

자성 삽입물(110), (138), (140)은 혼합물을 분말로 형성한 후 압축하고 소결함에 의하여 적합하게 성형되며 그들을 요부에 교착(gluing)하여 사용한다.

제1도 내지 제8도의 모우터에서 삽입물(110), (138)로 사용되는 영구자석 물질의 보자력은 삽입물(110),(138) 내측단의 폭에 대한 축깊이의 비(比)과 관계가 있다.

보다 강한 보자력을 갖는 삽입물질은 가장적합한 작업을 위하여 보다 적은 깊이 대 폭비를 필요로하며 적은 보자력의 물질들은 보다 큰 깊이 : 폭의 비를 필요로 한다. 바꾸어 말하면 큰 깊이 : 폭의 비를 갖는 모우터는 적은 보자력을 갖는 물질로 제조될 수 있고 보다 적은 깊이 : 폭의 비를 갖는 모우터는 보다 높은 보자력 물질을 필요로 한다.

다음 표에는 폭에 대한 깊이의 범위와 여러물질에 대한 보자력이 표시되어 있다.

표에서 깊이는 내측단의 폭을 표시하고 깊이는 축의 깊이를 표시하며, 보자력의 단위는 Oe(Oersted)로 표시되어 있다.

[표]

표에서의 범위는 동일규격 및 중량과 전기적 입력을 가지는 제2도와 제3도에 도시한 바와 같은 하이브리드 모우터의 제조에 있어서 중요한 증진을 발생하기 위하여 필요한 것으로 인식되며 중대한 증진은 동일전류에 의하여 동일 규격 동일 중량의 종래기술 하이브리드(예를들어 축방향으로 자화되는 회전자) 모우터 보다 20% 이상으로 토르크가 증가된 것이다.

제9도와 제10도에는 종래기술에 의하여 제조한 모우터와 제2도, 제3도, 제7도, 그리고, 제9도의 본발명 실시예에 의하여 제조된 모우터의 작업 성격이 도시되어 있다. 제9도에는 정류에 대한 모우터의 정지 토르크가 비교되어 있고 제10도에는 3.5V, 5.82A로 구동되는 모터들에서의 매초당 풀 스텝에서의 속도가 정지 토르크와 비교되어 oz-inch로 표시되어 있다.

정지토르크는 브레이크를 적용하여 정지하기전 최대토르크를 측정한 것이다.

도시한 곡선들은 스텝핑 토르크가 정지 토르크의 0.707과 같을때 스텝핑 토르크와 정지토르크 사이에 관계를 보인 것이다.

제9도와 제10도에서 곡선 A는 사마리움 코발트(SmCo₅)를 사용하지 않는 제2도와 제3도의 종래기술 하이브리드 모우터의 작동을 표시하고, 곡선 B 영구자석 삽입물(SmCo₅)을 사용한 제2도와 제3도의 본 발명 실시예에 의한 모우터의 작동을 표시하며, 곡선 C는 회전자와 고정자의 치 요부에 삽입물(SmCo₅)을 구비한 하이브리드 모우터를 사용한 제8도에 도시한 본 발명 다른 실시예의 작동을 표시한다.

그리고 곡선 D는 고정자와 회전자, 즉 전·후방 회전자부 사이에 자석이 없이 축방향으로 배열된 회전자 치의 요부에 사마리움 코발트 삽입물(138), (140)이 구비된 제6도와 제7도의 모우터의 작동을 표시한다.

도면에서 매우 높은 속도와 정지토르크를 제외하면 본 발명 실시예에 따른 모우터의 스텝핑 토르크가 종래기술에 의한 모우터 보다 상당히 증가된 것을 알 수 있다.

제6도, 제7도의 모우터에서 모우터의 최초 펄스의 방향은 회전의 방향을 결정한다는 것을 인식해야 하며 또한, 이와같은 본 발명은 선형 모우터에서도 적용되어질 수 있다. 제10도에는 선형 모우터가 도시되어 있으며 여기서 고정자의 극치 요부에는 도시한 바와같이 자화되는 자성물질이 포함되어 있다.

제12도에는 제6도, 제7도에 일치하는 선형 모우터가 도시되어 있고 여기서 회전자는 소프트 자성물질로 구성되어 있다.

본 발명의 실시예에 의하여 영구자석 물질은 고정자 극들의 치에 인접하여 사용되어질 수 있으며 이것은 제13도에 도시되어 있다. 또, 고정자 극이 오직 하나의 치열을 갖으며 자성 물질은 인접한 단일치에 고착된 실시예가 제14도에 도시되어 있다.

이러한 고정자 치들은 도시되어진 다른 실시예들의 어떤 모우터에도 사용될 수 있다.

본 발명은 회전축에 평행한 치를 구비한 고정자와 회전자에만 적용되는 것은 아니고 제15도에 도시한 바와같이 치간 피치가 미소하게 경사진 치를 구비한 고정자와 회전자에도 적용되어지며 경사진 치들은 회전자의 회전을 부드럽게 하는 효과가 있다.

제9도와 제10도와 관련되어 사용된 사마리움 코발트는 SmCo₅로 언급되어 있다. 그러나, 본 발명은 높은 보자력을 위하여 Sm₂Co₁₇을 사용할 수 있다. 따라서 제1도 내지 제8도에 관하여 사용된 사마리움 코발트는 SmCo₅와 Sm₂Co₁₇두가지임을 의미한다.

수년동안 여러가지로 사용되는 스텝핑 모우터는 토르크 출력을 증가시키고자 시도되었으며, 본 발명은 실질적으로 무게, 규격, 전기적 입력이 동일한 종래기술의 모우터보다 증가된 토르크 출력을 제공한다.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명을 실시함에 있어서는 본 발명의 정신과 범위에 위배되지 않는 범위에서 다른 방법으로 실시될 수 있다는 사실은 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자에게는 명백한 사실이 된다.

본 발명의 실시예에서 경성 영구자석 물질은 열가소성 프라스틱과 열경화성 프라스틱의 매트릭스 및 다른 매트릭스 물질중에 분포되어 있으며 치사이의 고정자 또는 회전자 스로트에 와이핑(Wiping)된 자성물질은 그후에 자화되어 진다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서 고정자의 극 구조는 제16도에 도시한 형태를 가지며 이 도면에는 회전자(10)의 부분과 제2도의 극(40)-(54)에 일치하는 하나의 고정자 극, 고정자(160)가 되시되어 있다.

고정자와 그들의 극들은 박판에 구멍(162)을 천공함에 의하여 분리 성형되고 그 구멍들은 박판을 적층하여 정렬되며 자성물질(164)의 막대는 개구부에 설치된 후 뒤이어 자화된다. 그러한 구조에서 고정자치는 막대(164)와 막대(164)의 외부에 인접한 단부(168) 사이의 간격(166)에 일치하며 고정자의 모든 극들이 제16도에 도시한 구조와 일치되게 구성되어 있는 그러한 구조로부터 높이 평가될 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 의하여 프라스틱 자성물질은 박판이 적층되고, 건조되기전에 구멍(162)에 와이핑되고 이 자성물질은 그 후에 자화되어 진다.

본 발명의 또 다른 실시예는 박판을 적층하고 물질을 자화하기 전에 배열된 구멍속에 와이핑하는 것을 포함한다.

본 발명의 또 한가지 실시예에서 회전자의 치와 자석은 제6, 7도의 구조를 위하여 제16도에 보인것과 유사한 방법으로 형성된다. 제17도에는 치사이에 자성물질을 포함하는 회전자와 고정자가 도시된 제6, 7도의 모우터 원리를 사용한 모우터 부분이 도시되어 있으며 제17도에서 고정자(169)는 제16도의 고정자(160)에 일치한다.

회전자(170)는 자성삽입물 또는 자성물질(174)의 사이에 형성된 치(172)를 포함하고, 제16, 제17도에서 자성물질들은 도시한 바와 같이 방사상으로 자화된다.

Claims

고정자, 고정자에 형성된 다수개의 극, 상기 각 극상의 권선, 한개 이상의 치를 갖는 상기 각 극에 형성한 다수개의 고정자 치, 상기 고정자와 관련되어 구동되는 회전자, 상기 고정자 치들 처음에서 끝까지 구동을 위하여 설치된 다수개의 회전자 치를 구비한 회전자, 관련된 회전자-고정자의 구동패스 및 이 구동 패스와 직교하는 깊이를 따라 공간을 형성하는 회전자 치와 고정자 치, 다수개의 회전자 치 또는 다수개의 고정자 치에 인접되게 설치되고 공간의 깊이의 방향으로 설치된 다수개의 영구자성 삽입물로 구성됨을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 삽입물을 고정자 치에 인접한 공간에 재치시켜된 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 삽입물을 모우터 치에 인접한 공간에 재치시켜된 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 상기 삽입물이 회전자 치와 고정자 치에 인접한 공간에 재치된 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 상기 회전자 치가 구동의 패스에 직교되는 깊이의 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 회전자 치가 치 피치의 일부분에 의해 장치의 패스에 직교되는 방향에 대하여 경사되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 상기 영구자석 삽입물이 사마리움 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 상기 영구자석 삽입물이 네오디뮴-보론 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제2항에 있어서, 상기 회전자 치들이 구동부의 패스에 직교되는 깊이의 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 상기 회전자 치들이 치 피치의 일부분에 의해 구동부의 패스 방향에 직교되는 방향에 대하여 경사되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제9항에 있어서, 사용되는 자성 삽입물이 사마리움 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제10항에 있어서, 상기 회전자 치가 구동부의 패스에 직교되는 깊이의 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제9항에 있어서, 사용되는 자성 삽입물이 네오디뮴 보론 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제10항에 있어서, 사용되는 자성삽입물이 네오디뮴-보론 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 상기 회전자가 선형이고 상기 극들이 선적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 상기 회전자가 상기 고정자가 관련된 축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제2항에 있어서, 상기 회전자가 상기 고정자와 관련된 축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제3항에 있어서, 상기 회전자가 상기 고정자가 관련된 축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제16항에 있어서, 상기 회전자 치들이 축방향으로 연장되고 각각 방사상으로 설치된 2개의 세트에 분리형성되고 그 세트들이 서로 반대로 자화됨과 아울러, 상기 고정자 치들이 서로 대향되는 세트들의 어느 하나에 삽입되는 삽입물이 깊이를 따라 일방향으로 자화되며, 다른 세트에 삽입된 삽입물이 깊이를 따라 다른 방향으로 자화되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제19항에 있어서, 자화되는 회전자 치의 세트를 향하는 각 삽입물들의 자극이 삽입물을 향하는 회전자 치의 세트와 같이 자화되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제2항에 있어서, 상기 회전자 치들이 축방향으로 연장되고 각각 방사상으로 배열된 2개의 세트에 분리 형성되고, 세트들이 반대 방향으로 자화되며, 또한, 상기 고정자 치가 세트들의 각각 대향되는 부분안에 분리되고 상기 세트의 어느 하나에 삽입된 삽입물이 깊이를 따라 한방향으로 자화되며 상기 세트들의 다른 것에 삽입된 삽입물이 깊이를 따라 반대방향으로 자화되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제5항에 있어서, 상기 회전자 치들이 축방향으로 연장된 2개의 세트에 각각 방사상으로 설치되고 상기 세트들이 반대방향으로 자화되는 동시에, 상기 고정자 치가 세트들의 서로 대향되는 어느하나의 부분으로 분리되고 상기 세트들의 어느 하나에 삽입된 삽입물이 깊이를 따라 한방향으로 자화되며 상기 세트들의 다른 하나에 삽입된 삽입물이 깊이를 따라 한방향으로 자화되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제2항에 있어서, 자화되는 회전자 치의 세트를 향한 각각의 삽입물들의 자극이 삽입물을 향한 회전자 치의 세트와 같이 자화됨을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제3항에 있어서, 자화된 회전자 치의 세트를 향한 삽입물 각각의 자극이 삽입물을 향한 회전자 치의 세트와 같이 자화되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제16항에 있어서, 상기 고정자 요부의 삽입물들과 상기 회전자 요부의 삽입물들이 회전자 삽입물이 고정자 삽입물을 향하는 때에 대향되는 극들의 자화가 서로 반대로 자화되도록 자화되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제1항에 있어서, 보자력과 삽입물의 규격이 규격, 중량, 전기적 입력이 동일한 하이브리드 모우터의 작동에서 중대한 증진을 유발하도록 충분히 큰 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
고정자, 상기 고정자에 관련되어 유동가능하고 그 고정자를 향하는 표면이 구비된 구동부, 구동면을 구비하는 다수개의 극, 회전자를 향하는 상기 표면, 상기 각각의 극에 권회된 권선, 상기 극들의 표면에 설치된 연성 자성물질을 구비하는 다수개의 고정자 섹션, 적어도 하나의 섹션을 갖는 상기한 각각의 극, 등을 포함하는 한편, 상기 구동부가 고정자를 향한 표면에 설치된 다수개의 연성 자성물질의 섹션들을 포함하는 동시에 상기 고정자 극 섹션들의 처음에서 끝까지 구동을 위하여 배치되며, 상기 회전자 섹션들과 고정자 섹션들이 구동부-고정자 간의 구동 패스를 따라 구동 패스에 직교되는 깊이 방향으로 공간을 형성하고, 또한 다수개의 영구자성 삽입물이 다수개의 구동부 섹션들과 고정자 섹션들에 인접하여 배치되어 공간의 깊이 방향으로 자화되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제27항에 있어서, 상기 고정자의 공간이 구동부의 구동방향에 직교되는 공간의 깊이 방향으로 천공된 다수개의 구멍을 구비하고 그 구멍들에 상기 삽입물이 삽입되는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제28항에 있어서, 상기 구동부가 자성물질이 삽입되는 다수개의 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.
제27항에 있어서, 상기 구동부가 회전자인 것을 특징으로 하는 스텝핑 모우터.