JP2020529186A

JP2020529186A - ナノ素材基盤の高分子化合物を用いたｂｌｄｃモータ

Info

Publication number: JP2020529186A
Application number: JP2020504371A
Authority: JP
Inventors: ドンスシン; ジェウォンリー
Original assignee: S Plus Comtech Co Ltd
Current assignee: S Plus Comtech Co Ltd
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-10-01
Also published as: CN110915102B; CN110915102A; KR101862214B1; WO2019022448A1; DE112018003813T5

Abstract

本発明によれば、固定子コアと固定子巻線コイルとを備える固定子；及び胴体部と、胴体部に結合される複数個のマグネットと、を備え、固定子に対して回転する回転子；を含み、固定子コアは、ヨーク部と、ヨーク部から突出し、固定子巻線コイルが巻き取られる複数個の固定子コイル巻き取り部と、を備え、固定子コアは、導電性ナノ素材を基盤とする高分子化合物の複合素材からなるＢＬＤＣモータが提供される。

Description

本発明は、ナノ素材高分子化合物を用いたＢＬＤＣモータに係り、より詳細には、重量を減少させて、軽量スリム型に形成され、モータの性能及び効率を向上させうるナノ素材高分子化合物を用いたＢＬＤＣモータに関する。

一般的に、モータは、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換させて回転力を得る装置であって、家庭用電子製品だけではなく、産業用機器などに広範囲に使われている。
一方、このような多様なモータのうちからＢＬＤＣモータ（ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣＭｏｔｏｒ）は、ブラシと整流子などの機械的な要素の代わりに、スイッチング素子で構成された整流回路を使用する直流モータであって、摩耗によるブラシの交替が不要であり、駆動騒音が少ないことが特徴である。このようなＢＬＤＣモータは、ローターに界磁、ステータに電気子巻線を設置し、ホールセンサー（ｈａｌｌｓｅｎｓｏｒ）、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を用いて巻線の電流方向を決定することにより、ブラッシュ型のモータのような特性を有させたモータであって、一般的な誘導電動機やＡＣモータが電流の方向転換のために、３相または４相インバータを利用していることとは異なって、内部ドライブで容易に方向転換が可能であり、低速及び高速でトルクが比較的高く、高速回転が可能であり、無接点の半導体素子でコイルの電流をドライブすることができて、その寿命が非常に長いだけではなく、騒音と電子的な雑音とをほとんど発生させず、モータドライブ回路自体で直接速度調節ができる長所を有している。特に、ＢＬＤＣモータは、最近、ホールセンサーの信頼度が向上しながら、非常にさまざまな形態で開発されている。

ところで、従来のＢＬＤＣモータは、ステータ部とハウジングなどを含む構成のほとんどが金属素材からなるために、重量が重くて、超軽量スリム型モータの製造には難点があり、高重量による慣性効果などによって、モータの性能及び効率が低下するという問題点があった。

本発明は、重量を減少させて、超軽量スリム型モータを成し、重量を減らして慣性効果を減らし、モータの性能及び効率を向上させうるナノ素材高分子化合物を用いたＢＬＤＣモータを提供することを目的とする。

前記本発明の目的を果たすために、本発明の一側面によれば、固定子コアと固定子巻線コイルとを備える固定子；及び胴体部と、前記胴体部に結合される複数個のマグネットと、を備え、前記固定子に対して回転する回転子；を含み、前記固定子コアは、ヨーク部と、前記ヨーク部から突出し、前記固定子巻線コイルが巻き取られる複数個の固定子コイル巻き取り部と、を備え、前記固定子コアは、導電性ナノ素材を基盤とする高分子化合物の複合素材からなるＢＬＤＣモータが提供される。

本発明によるナノ素材基盤の高分子化合物を用いたＢＬＤＣモータは、次のような効果を提供する。

第１に、重量を減少させて、超軽量スリム型モータで製造し、このように重量を低減させることにより、慣性効果を減らし、コーキング減少効果によるモータの性能及び効率を向上させることができる。

第２に、表面積を広げたアルミニウムの素材に放熱フィルム層が形成されたハウジングを通じて放熱ピンのような別途の放熱手段なしに固定子と回転子から発生する熱を効果的に放熱させ、発熱によるモータ性能の低下を防止するだけではなく、重量を減少させることができる。

第３に、超軽量スリム型高効率モータでロボットや電気自動車などに適用されて電気効率及びモータ効率を高めうる軽量スリム型に形成されうる。

本発明の実施形態によるナノ素材基盤の高分子化合物を用いたＢＬＤＣモータを示す分解斜視図である。図１のＢＬＤＣモータで固定子と回転子とを示す平面図であって、固定子巻線コイル及び補償巻線コイルを省略して図示したものである。

以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。
図１には、本発明の一実施形態によるナノ素材基盤の高分子化合物を用いたＢＬＤＣモータ（以下、「ＢＬＤＣモータ」と称する）が分解斜視図として示されている。図１を参照すれば、ＢＬＤＣモータ１００ａは、ハウジング１００と、ハウジング１００の内部に固定されるように収容される固定子２００と、ハウジング１００の内部に固定子２００に対して回転軸線（Ｘ）を中心に回転するように収容される回転子３００と、回転子３００の位置を感知するセンサーモジュール４００と、を含む。図１に示されたＢＬＤＣモータ１００ａは、回転子３００が固定子２００の内部に位置する内転型である。

ハウジング１００は、回転軸線（Ｘ）を中心とする円筒状であって、内部に固定子２００と回転子３００とが収容される収容空間１０１を提供する。ハウジング１００は、回転軸線（Ｘ）方向に沿って位置する第１ケース１１０と第２ケース１２０とを備える。２つのケース１１０、１２０が結合されて収容空間１０１が形成される。第１ケース１１０には、中心軸線（Ｘ）上に位置する第１貫通孔１０２が形成され、第２ケース１２０には、中心軸線（Ｘ）上に位置する第２貫通孔１０３が形成される。第２ケース１２０には、センサーモジュール４００が設けられる。

ハウジング１００は、表面積を広げたアルミニウムの素材で形成されることが望ましい。しかし、これは、重量を減らし、放熱効果を向上させるための実施形態の１つであって、アルミニウム以外に他の金属または非金属もハウジング１００の素材として使われ、これも、本発明の範囲に属するものである。

ハウジング１００の表面には、放熱効果を極大化するために放熱フィルム層が形成されることが望ましい。放熱フィルム層によって放熱効果だけではなく、耐久性も向上するように、放熱フィルム層は、グラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）とアルミニウム（Ａｌ）との混合物を蒸着して形成されるか、グラファイトと銅（Ｃｕ）との混合物を蒸着して形成されうる。放熱フィルム層は、２００μｍ以下の厚さに形成されることが望ましい。それにより、ハウジング１００は、放熱ピンのような別途の放熱手段がなくても、固定子２００と回転子３００から発生する熱を効果的に放熱させることができる。

固定子２００は、ハウジング１００の内部に形成される収容空間１０１に収容され、ハウジング１００に対して回転しないように固定される。図２には、固定子２００と回転子３００とが平面図で示されている。図１及び図２を参照すれば、固定子２００は、固定子コア２１０と、固定子コア２１０に巻き取られた固定子巻線コイル２２０と、固定子コア２１０に巻き取られた補償巻線コイル５１０と、を備える。固定子２００の内部には、回転子３００が固定子２００に対して回転軸線（Ｘ）を中心に回転するように配される。
固定子コア２１０は、リング状のヨーク部２１１と、ヨーク部２１１から突設される複数個の固定子歯部２１５と、ヨーク部２１１から突設される複数個の補償コイル巻き取り部２１８と、を備える。固定子コア２１０の材質は、導電性ナノ素材を基盤とする高分子化合物であって、導電性ナノ素材と樹脂とを含む複合素材である。本実施形態において、固定子コア２１０に使われる導電性ナノ素材は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン及びグラファイトのうち選択された１つまたは複数を含むものと説明するが、本発明は、これに制限されるものではなく、公知の導電性ナノチューブ、導電性ナノ粒子及び導電性ナノ繊維をいずれも含み、これも、本発明の範囲に属するものである。本実施形態において、固定子コア２１０に使われる樹脂は、フェノール系の樹脂であると説明するが、本発明は、これに制限されるものではない。

ヨーク部２１１は、回転軸線（Ｘ）を中心とするリング状であって、ヨーク部２１１の内周面に複数個の固定子歯部２１５と複数個の補償コイル巻き取り部２１８とが位置する。

複数個の固定子歯部２１５は、ヨーク部２１１の内周面に円周方向に沿って等間隔に位置する。本実施形態では、固定子歯部２１５が４つであると説明するが、本発明は、これに制限されるものではない。複数個の固定子歯部２１５のそれぞれは、ヨーク部２１１の内周面から突出して回転軸線（Ｘ）に向けて半径方向内側に延びる固定子コイル巻き取り部２１６と、固定子コイル巻き取り部２１６の先端に形成される内側ヨーク２１７と、を備える。

固定子コイル巻き取り部２１６は、ヨーク部２１１の内周面から回転軸線（Ｘ）に向けて突出して半径方向内側に延びる。固定子コイル巻き取り部２１６に固定子巻線コイル２２０が巻き取られる。

内側ヨーク２１７は、固定子コイル巻き取り部２１６の内側先端に位置し、固定子コイル巻き取り部２１６から円周方向両側に延設される。

複数個の補償コイル巻き取り部２１８は、ヨーク部２１１の内周面に等間隔に位置し、複数個の補償コイル巻き取り部２１８のそれぞれは、隣接する２つの固定子歯部２１５の間に配される。本実施形態では、補償コイル巻き取り部２１８が４つであると説明するが、本発明は、これに制限されるものではなく、固定子歯部２１５の個数に対応して変更されうる。補償コイル巻き取り部２１８は、ヨーク部２１１の内周面から突出して回転軸線（Ｘ）に向けて半径方向内側に延びる。複数個の補償コイル巻き取り部２１８のそれぞれに補償巻線コイル５１０が巻き取られる。

固定子巻線コイル２２０は、複数個の固定子歯部２１５のそれぞれのコイル巻き取り部２１６に巻き取られる。固定子巻線コイル２２０は、導電性ナノ素材を基盤とする高分子化合物の複合素材からなる。より詳細には、固定子巻線コイル２２０は、柔軟な電気絶縁性の樹脂材からなる基地材（マトリックス）の内部に導電性ナノ素材が電気的ネットワークを形成するものである。固定子巻線コイル２２０に使われる導電性ナノ素材としては、グラファイト、カーボン繊維、グラフェン繊維またはカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）繊維などの導電性ナノ繊維であり得る。

補償巻線コイル５１０は、複数個の補償コイル巻き取り部２１８のそれぞれに巻き取られる。補償巻線コイル５１０は、導電性ナノ素材を基盤とする高分子化合物の複合素材からなる。より詳細には、補償巻線コイル５１０は、柔軟な電気絶縁性の樹脂材からなる基地材（マトリックス）の内部に導電性ナノ素材が電気的ネットワークを形成するものである。補償巻線コイル５１０に使われる導電性ナノ素材としては、グラファイト、カーボン繊維、グラフェン繊維またはカーボンナノ繊維などの導電性ナノ繊維であり得る。補償巻線コイル５１０は、補償形態によって設定された特定角度を有して巻き取られる。

回転子３００は、固定子２００の内側に位置し、固定子２００に対して回転軸線（Ｘ）を中心に回転する。回転子３００は、回転軸線（Ｘ）を中心とするディスク状の胴体部３１０と、胴体部３１０の中心を通り過ぎながら回転軸線（Ｘ）に沿って延び、回転軸線（Ｘ）を中心に軸回転する回転シャフト３２０と、胴体部３１０の外周面に円周方向に沿って等間隔に配されるように結合される複数個のマグネット３３０と、を備える。

胴体部３１０と回転シャフト３２０は、ＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓ）またはＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓ）と金属（Ｍｅｔａｌ）との混合物で形成されて、重量を低減させることはもとより、剛性も増大させることができる。胴体部３１０と回転シャフト３２０は、前記混合物を引抜工法によって製造されるか、またはシートローリング工法またはフィラメントワインディング工法によって中空状に製造可能である。本実施形態では、胴体部３１０と回転シャフト３２０が、ＧＦＲＰまたはＣＦＲＰと金属との混合物からなるものと説明するが、これとは違って、ＧＦＲＰまたはＣＦＲＰのような繊維強化プラスチック複合素材からなり、これも、本発明の範囲に属するものである。

マグネット３３０は、ネオジム（Ｎｄ−Ｆｅ−ＢＮｅｏｄｙｍｉｕｍ）またはサマリウムコバルト（Ｓａｍａｒｉｕｍｃｏｂａｌｔ）またはフェライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ）またはアルニコ（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）磁石またはゴム磁石またはボンド磁石のうち何れか１つで形成されうる。

センサーモジュール４００は、マークネット３３０の磁力をセンシングして回転子３００の位置を感知し、このような信号を整流回路に送信する役割を果たす。

センサーモジュール４００は、第２ケース１２０の内側に設けられて回転子３００の位置を感知するホールセンサー４１０と、ホールセンサー４１０が結合されてホールセンサー４１０を保護し、ハウジング１００に連結されるホールセンサーカバー４２０と、を備える。

ホールセンサーカバー４２０は、重量低減のために、軽くて絶縁体からなるガラス繊維とＰＡ６系の樹脂との混合物の材質で形成されることが望ましいが、これに限定するものではない。

センサーモジュール４００は、ホールセンサー４１０以外にリゾルバ（Ｒｅｓｏｌｖｅｒ）またはエンコーダ（Ｅｎｃｏｄｅｒ）を含み、超軽量スリム型に対応して精密に回転子３００の位置を感知することもできる。ここで、センサーモジュール４００は、ホールセンサー４１０と、リゾルバとエンコーダとを適用する場合に対して示したが、前記目的を果たすことができるならば、それ以外の多様な構成が適用可能であるということはいうまでもない。

前記実施形態において、本発明は、ＢＬＤＣモータが回転子が固定子の内側に位置する内転型である場合について説明したが、これとは違って、本発明は、固定子が回転子の内側に位置する外転型のＢＬＤＣモータにも同様に適用され、これも、本発明の範囲に属するものである。

本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。

Claims

固定子コアと固定子巻線コイルとを備える固定子と、
胴体部と、前記胴体部に結合される複数個のマグネットと、を備え、
前記固定子に対して回転する回転子と、を含み、
前記固定子コアは、ヨーク部と、前記ヨーク部から突出し、前記固定子巻線コイルが巻き取られる複数個の固定子コイル巻き取り部と、を備え、
前記固定子コイル巻き取り部は、導電性ナノ素材を基盤とする高分子化合物の複合素材からなるＢＬＤＣモータ。
前記導電性ナノ素材は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン及びグラファイトのうち選択された１つまたは複数を含む請求項１に記載のＢＬＤＣモータ。
前記固定子巻線コイルは、導電性ナノ素材を基盤とする高分子化合物の複合素材からなる請求項１に記載のＢＬＤＣモータ。
前記導電性ナノ素材は、導電性ナノ繊維である請求項３に記載のＢＬＤＣモータ。
前記導電性ナノ繊維は、グラファイト、カーボン繊維、グラフェン繊維またはカーボンナノチューブ繊維である請求項４に記載のＢＬＤＣモータ。
前記胴体部は、ＧＦＲＰまたはＣＦＲＰと金属との混合物で形成される請求項１に記載のＢＬＤＣモータ。
前記固定子と前記回転子とが収容される収容空間を提供するハウジングをさらに含み、
前記ハウジングは、アルミニウムの素材の表面に放熱フィルム層が形成される請求項１に記載のＢＬＤＣモータ。
前記放熱フィルム層は、グラファイトとアルミニウムとの混合物が蒸着されて形成された請求項７に記載のＢＬＤＣモータ。
前記放熱フィルム層は、グラファイトと銅との混合物が蒸着されて形成された請求項７に記載のＢＬＤＣモータ。
前記回転子の位置をセンシングするリゾルバまたはエンコーダをさらに含む請求項１に記載のＢＬＤＣモータ。
前記マグネットの磁力をセンシングして、前記回転子の位置をセンシングするホールセンサーと、前記ホールセンサーが結合されるホールセンサーカバーと、をさらに含む請求項１に記載のＢＬＤＣモータ。
前記ホールセンサーカバーは、ガラス繊維と樹脂との混合物で形成される請求項１１に記載のＢＬＤＣモータ。
内部に収容空間が設けられた円筒状のハウジングと、
固定子コアと固定子巻線コイルとを備え、前記収容空間に収容されて位置が固定される固定子と、
前記固定子の内側に回転自在に設けられる回転子と、を含み、
前記固定子コアは、ヨーク部と、前記ヨーク部から突出し、前記固定子巻線コイルが巻き取られる複数個の固定子コイル巻き取り部と、を備え、
前記複数個の固定子コイル巻き取り部のそれぞれは、導電性のナノ素材を基盤とする化合物または高分子化合物からなり、
前記回転子は、前記収容空間の中心軸上に配されて軸回転する胴体部と、前記胴体部の外周面に円周方向に沿って等間隔に結合されて配される複数個のマグネットと、を備え、
前記導電性のナノ素材は、カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボン、カーボン繊維、グラファイトのうち選択された１つまたは複数を含み、
前記胴体部は、ＧＦＲＰまたはＣＦＲＰと金属との混合物で形成されるＢＬＤＣモータ。
前記固定子巻線コイルは、導電性ナノ素材を基盤とする高分子化合物の複合素材からなり、
前記固定子コアは、ヨーク部と、前記ヨーク部から突出し、前記固定子巻線コイルが巻き取られる複数個の固定子コイル巻き取り部と、を備え、
前記ヨーク部と前記固定子コイル巻き取り部は、導電性ナノ素材を基盤とする高分子化合物の複合素材からなる請求項１３に記載のＢＬＤＣモータ。