JP2016226261A - ロータアッセンブリーおよびこれを含むモータ - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程が少なく、材料費も少なくなる、表面付着型マグネット回転子を提供する。
【解決手段】回転軸１３０が貫通するホール１１１を具備する円筒形のヨーク部材１１０、前記ヨーク部材の外周面に付着する複数のマグネット群１２０、１２０Ａおよび前記ヨーク部材の内周面に沿って形成され、中心部に回転軸の配置ホールが設けられる第１モールディング部１５０より構成される。
【選択図】図２

Description

本発明の実施例はロータアッセンブリーおよびこれを含むモータに関するものである。

一般的に、モータはロータとステータの電磁気的相互作用によって回転軸の回転力を発生させる装置であり、産業全般の多様な動力源として用いられている。

このようなモータは、上部が開放された円筒状のハウジングとハウジングの上部に結合するブラケットとがその外形をなし、ハウジングとブラケットとによって回転軸が支持される。回転軸の外周面にはマグネットを具備するロータが配置され、ハウジングの内周面にはステータコアとコイルとからなるステータが結合する。ステータに電流が印加されると、ロータとステータとの電磁気的相互作用によって回転軸が回転して動力を発生させることができる。

このようなモータはマグネットの配置によって埋込型モータ(IPM type Motor)と表面付着型モータ(SPM Type Motor)とに区分される。埋込型モータの場合、マグネットはロータコアの内部に挿入され、マグネットとロータコアは接着剤を通じて固定されるのが一般的である。

特に、表面付着型モータ(SPM Type Motor)の場合、マグネットが付着されるロータコアを製造する場合、磁性を有する電気鋼板を分割製作し、これを積層して製造するので、工程に要される時間が多くなり、全体的に材料費用も大きくなる問題がある。

本発明の実施例は前述した問題を解決するために案出されたもので、特にモータに用いられるロータコアの構造を積層型構造で具現せず、磁性を有する一体型のヨーク部材で具現してロータコアの構造を単純化できるようにし、ひいては、ヨーク部材にマグネットを配置した後、シャフトとロータコアを一体型でモールディングするモールディング部を具現することによって、シャフトとロータコアを圧入する工程なしでモールディング工程だけでシャフトをロータコアと結着することができ、材料費用および工程費用を節減できるロータアッセンブリーを提供することができるようにする。

前述した課題を解決するための手段として、本発明の実施例では、回転軸が貫通するホールを具備する円筒形のヨーク部材、前記ヨーク部材の外周面に付着される複数のマグネット群および前記ヨーク部材の内周面に沿って形成され、中心部に回転軸の配置ホールが設けられる第１モールディング部を含むロータアッセンブリーを提供することができるようにする。

また、モータハウジングの内周面に沿って巻線されるコイル部と前記ハウジングの中心部にベアリングを媒介として回転可能に装着された回転軸および前記回転軸が貫通する構造に結合される前述したロータアッセンブリーを含むモータを具現することができるようにする。

本発明の実施例によれば、モータに用いられるロータコアの構造を積層型の構造で具現せず、磁性を有する一体型のヨーク部材で具現することによって、積層型の構造に独立製作され複数個が接着されるロータコアの構造に比べて製造費用が顕著に節減される効果がある。

合わせて、本発明の実施例に係る一体型構造のヨーク部材にマグネットを配置した後、シャフトとロータコアを一体型でモールディングするモールディング部を具現することによって、シャフトとロータコアを圧入する工程なしでモールディング工程だけでシャフトをロータコアと結着することができ、工程費用を節減できる効果もある。

本発明の実施例と比較構造としてのロータアッセンブリーの製造工程図を図示した図面。 本発明の実施例に係るロータアッセンブリーの製造工程図を図示した図面。 図１のロータアッセンブリーと図２のロータアッセンブリーの構造の差を図示した断面概念図。 電子系シミュレーションツールを利用して電気鋼板の積層構造である図１のロータと一体型ヨーク構造を有する図２の本発明の実施例に係るロータに対する電磁界イメージ図。 電子系シミュレーションツールを利用して電気鋼板の積層構造である図１のロータと一体型ヨーク構造を有する図２の本発明の実施例に係るロータに対する電磁界イメージ図。 図４および図５の実験結果を比較したグラフ。 図４および図５の実験結果を比較したグラフ。 本発明の実施例に係るロータアッセンブリーを適用したモータの具現例示図。

以下では、添付した図面を参照して本発明に係る構成および作用を具体的に説明する。添付図面を参照して説明するにおいて、図面符号にかかわらず同一の構成要素は同一の参照符号を付与し、これに対する重複説明は省略する。第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するために用いることができるが、前記構成要素は前記用語によって限定されるものではない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられる。

図１は本発明の実施例と比較構造としてのロータアッセンブリーの製造工程図を図示したものである。

一般的にロータは、図１に示されたように、まず、(a)ロータコア１０を用意し、(b)前記ロータコア１０の外周面にドライブマグネット２０を接着剤を利用して付着する。このように製造される単位ロータコア(x１)と同じ大きさの単位ロータコアを(c)のように、複数個(x１〜x３)を積層してロータコアを具現する。その後、図１の(d)に示されたように、回転軸３０を前記ロータコアの中心部のホールに圧入し、(e)その後、ロータの外周面をモールディング処理４０してロータアッセンブリーを製造する。

図１にて詳述したロータコアの製造方式は、マグネット３０が付着されるロータコアを複数個に分割製造するところ、単位ロータコアのコア部材を製作する過程で磁性を有する電気鋼板を分割製作して単位ロータコアを具現し、また、これを積層して製造するので、工程に要される時間が多くなり、全体的に材料費用も大きくなる。

本発明の実施例では、図２に示されたように、別途の電気鋼板を分割製造してマグネットを付着する構造ではなく、後で回転軸が貫通するホールを具備する円筒形上のヨーク部材１１０を利用してマグネットを具現し、これを利用して回転軸とロータコアを単一工程でモールディングすることによって構造の単純化および工程の効率性を高めることができる構造で具現される。

具体的に図２は本発明の実施例に係るロータアッセンブリーの製造工程図であり、各図面の上の部分は上部平面図、下の部分は側面図である。図２の(a)のように、まず、円筒形状で中心部が上下に貫き開けられているホール１１１が備えられるヨーク部材１１０が用意される。この場合、前記ヨーク部材１１０は磁性体材質で形成され得る。すなわち、本発明のヨーク部材１１０は、図１の構造における単位ロータコアを分割製作してマグネットを付着した後、さらに積層して圧着結合をさせるのではなく、円筒形のヨーク部材を一体型で具現する点に特徴がある。

その後、(b)前記ヨーク部材１１０の外周面に複数のマグネット群１２０を付着する。前記マグネット群１２０は前記ヨーク部材１１０の外周面に複数個が接着剤を利用して付着されて配列され得る。特に、前記ヨーク部材１１０の長さ方向に配列されるマグネット群１２０は、複数の単位マグネット１２１、１２２、１２３を含み、相互隣接する単位マグネット１２１、１２２、１２３は境界部を相互ずらして配置するようにする。すなわち、図２の(b)に示されたように、前記ヨーク部材１１０の長さ方向に配列されるマグネット群１２０を例にすると、上部の単位マグネット１２１とその下部に隣接して付着される他の単位マグネット１２２とは隣接する面をずらして配置するようにして、磁化特性を強化することができるようにする。さらに、図２の(b)に示されたように、前記ヨーク部材の長さ方向に配列されるマグネット群１２０、１２０Aは複数個を配置することができ、相互隣接する複数のマグネット群１２０、１２０Aは互いに離隔して配置することができるようにする。

次いで、図２の(c)に示されたように、回転軸１３０は前記ヨーク部材１１０内部のホール１１１の中心部に整列される。前記回転軸１３０が前記ホール１１１の中心部に整列される場合、前記回転軸の外周面と前記ヨーク部材１１０の内周面には離隔空間が形成される。この離隔空間と前記ヨーク部材１１０および前記複数のマグネット群１２０の外周面をモールディング工程を通じてモールディングする。このように、モールディングを行うと、前記ヨーク部材内部の回転軸が第１モールディング部１５０を媒介として前記ヨーク部材１１０の内部面と強く密着して接着され、前記ヨーク部材１１０の外周面部分も第２モールディング部１４０を通じて全体的にモールディングがなされてマグネットを保護する一方、マグネットがヨーク部材で離脱することを防止することができる。合わせて、前記第１モールディング部１５０と第２モールディング部１４０とは、同時に一つのモールディング工程、同一材質で具現することができるところ、工程の便宜性が向上し、材料費も節減することができる。

図３は図１のロータアッセンブリーと図２のロータアッセンブリーの構造の差を図示した断面概念図である。

図３を参照すれば、(a)一般的なロータの場合、回転軸３０にロータコア１０が圧着されて結合し、したがって電気鋼板の内面と回転軸とが接触する構造で具現される。そして、前記ロータコア１０の外周面にはマグネット２０が配置され、そのマグネット２０の外周面にモールディング部材４０が塗布される。このような構造は特に、図１の(c)のように、複数の単位ロータコアが独立的に製作された後、積層工程を通じて接合される。

反面、図３の(b)のように、本発明の実施例に係るロータは、回転軸１３０とヨーク部材１１０とが相互離隔し、離隔する空間に第１モールディング部１５０が充填される構造で配置されるので、前記回転軸１３０と前記ヨーク部材１１０を強く結着させることができる。この場合、モールディング部を形成する材料は非磁性体材質を適用することができる。

また、前記ヨーク部材１１０は円筒状の部材で具現され、その外周面にマグネット群１２０が配置され、前記マグネットの外周面に第２モールディング部１４０が形成される。このような構造は、ロータコアの構造を図１の構造のように積層型構造で具現せず、磁性を有する一体型のヨーク部材で具現することによって、複数の積層のための電気鋼板の加工工程が不要となり、製造費用および工程時間が節減される。

図４および図５は電磁界シミュレーションツールを利用して電気鋼板の積層構造である図１のロータと一体型ヨーク構造を有する図２の本発明の実施例に係るロータに対する電磁界イメージ図である。

すなわち、図４は図１のロータの構造でシャフトとロータコアが接触する一般構造であり、図５は回転軸と磁性を有するヨーク部材の間に非磁性のモールディング部材が配置される図２の構造の磁界特性をシミュレーションしたもので、磁化密度や方向、均一度の側面でそれほど差がないことを確認することができる。より具体的にこれらの磁界特性に対する比較シミュレーションデータを詳察すると、図６は図１および図２のロータアッセンブリーを利用してモータを具現し、１０００rpmでモータを駆動させて発生するモータの誘起電圧を比較したものである。図１の構造では誘起電圧が最大２４６２Vpk/krpm、図２の構造での誘起電圧も２４６２Vpk/krpmの最大値を表し、誘起電圧特性が同じであることを確認することができる。さらに、図７は図６で実験した２個の比較群に対して最大電流を印加した場合、各モータで発生するトルクを比較した結果を示したグラフである。すなわち、同一最大電流と速度条件でモータ運転時のトルクを見てみると、図１の構造によるモータの平均トルクは６.６Nm、図２の構造によるモータの平均トルクも６.６Nmを表し、発生するトルクも差がないことを確認することができる。

すなわち、電磁界解釈を通じて図１の方式と図２の方式によるモータの特性を比較した結果、本発明の実施例に係るロータアッセンブリーの構造で既存の一般ロータアッセンブリーと比較して性能が低下することなく同等な特性を具現することを確認することができる。したがって、本発明の実施例に係るロータアッセンブリーの場合、同等な性能を保有しながらも工程条件や材料費を削減する側面で非常に優秀なモータを具現することができる。

図８は図２で詳述した本発明の実施例に係るロータアッセンブリーを利用して製造されるモータの構造を実施例として提示した概念図である。

具体的には、本発明の実施例に係るロータアッセンブリーを利用して製造されるSPMタイプのモータは、図１に図示された通り、上部が開放されたモータハウジング２００の中心部にベアリング２２０、２４０を媒介として回転軸１３０が回転可能に装着されており、モータハウジング２００の内周面に沿ってコイル４０が一定厚さに巻かれている。ここで、前記コイル４０は外部の電源と電気的に連結されて電流の印加を受けるようになっていて、前記モータハウジング２００と共にモータの固定子(Stator)の役割をする。

前記回転軸１３０は図２および図８に図示された通り、外周に一定長さのヨーク部材１１０が円筒形で具現され、回転軸と前記ヨーク部材の間に第１モールディング部１５０が設置されており、前記ヨーク部材の外周面に沿って複数のマグネット群１２０が等間隔で設置されている。ここで、前記ヨーク部材１１０とマグネット群１２０は前記回転軸１３０と共にモータの回転子(Rotor)の役割をする。そして、回転軸１３０は軸先端にギア部２３０が装着されて操向軸(図時されず)と噛合するようになっている。

一方、前記モータハウジング２００の上部に前記マグネット群１２０と一定距離を置いて第２ヨーク部材１７０が備えられ得る。前記第２ヨーク部材１７０は前記マグネット群１２０で生成される磁力の流れ、すなわち磁束を制御するために導電性の物質で製作され得る。したがって、コイル４０に電流を供給する場合、マグネット群１２０で発生する電磁気力によって磁気力に垂直のローレンツ力が発生してモータの回転子が回転する。

前述したモータの具現例は本発明の実施例に係るロータアッセンブリーを適用した一つの適用例示であり、多様なタイプのモータに適用することができることはいうまでもない。前述したような本発明の詳細な説明では具体的な実施例に関して説明した。しかし、本発明の範疇から逸脱しない限度内では多様な変形が可能である。本発明の技術的思想は本発明の記述した実施例に限定されて定められるものではなく、特許請求の範囲だけでなくこの特許請求の範囲と均等物などによって定められるべきである。

１１０：ヨーク部材、
１１１：ホール、
１２０：マグネット群、
１３０：回転軸、
１４０、１５０：モールディング部。

Claims (11)

1. 回転軸が貫通するホールを具備する円筒形のヨーク部材；
   前記ヨーク部材の外周面に付着される複数のマグネット群；および
   前記ヨーク部材の内周面に沿って形成され、中心部に回転軸の配置ホールが設けられる第１モールディング部；
   を含む、ロータアッセンブリー。
2. 前記ヨーク部材は磁性体材質で形成される、請求項１に記載のロータアッセンブリー。
3. 前記マグネット群は、
   前記ヨーク部材の長さ方向に配列される複数の単位マグネットを含み、
   複数の前記単位マグネットは相互隣接する単位マグネットの境界部が相互ずれて配置される、請求項２に記載のロータアッセンブリー。
4. 複数の前記マグネット群は、
   前記ヨーク部材の外周面に沿って相互離隔するように配置される、請求項３に記載のロータアッセンブリー。
5. 前記モールディング部は非磁性体材質で形成される、請求項３に記載のロータアッセンブリー。
6. 前記ヨーク部材および複数の前記マグネット群の外周面を密封する第２モールディング部をさらに含む、請求項１に記載のロータアッセンブリー。
7. 前記第１モールディング部と前記第２モールディング部は同一材質の物質からなる、請求項６に記載のロータアッセンブリー。
8. 前記第１モールディング部と前記第２モールディング部は一つのモールディング工程を通じて形成される、請求項７に記載のロータアッセンブリー。
9. モータハウジング；
   前記モータハウジングの内周面に沿って巻線されるコイル部；
   前記モータハウジングの中心部にベアリングを媒介として回転可能に装着された回転軸；および
   前記回転軸が貫通する構造に結合されるロータアッセンブリー；を含み、
   前記ロータアッセンブリーは、
   貫通するホールを具備する円筒形のヨーク部材と、
   前記回転軸と密着して前記ヨーク部材の内周面に沿って前記ホールの内部に充填される第１モールディング部；
   前記ヨーク部材の外周面に沿って配置される複数のマグネット群；
   を含む、モータ。
10. 前記マグネット群は、
    前記ヨーク部材の長さ方向に配列される複数の単位マグネットを含み、
    複数の前記単位マグネットは相互隣接する単位マグネットの境界部が相互ずれて配置される、請求項９に記載のモータ。
11. 前記第１モールディング部と同一材質で具現され、
    前記ヨーク部材および複数の前記マグネット群の外周面を密封する第２モールディング部をさらに含む、請求項１０に記載のモータ。