KR100279634B1 - 디스크형 모터구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스크형 모터구조에 관한 것으로, 종래에는 복수개의 스테이터 디스크로 구성되는 스테이터에 자로를 형성하는 요크가 결합되어 있어 회전속도가 5000rpm이상의 고속 운전시 고주파의 전원을 인가하게 되므로 발생되는 교번자계에 의하여 철심인 요크내에서의 와전류(Eddy current)가 급격히 증가하여 철손을 발생시키게 되고, 또한 스테이터 디스크에 코일과 요크를 절연시키는 상태에서 일체형으로 제작하기가 어려운 문제점이 있었는 바, 본 발명은 자로를 형성하는 자기패스부재를 로터를 구성하는 복수개의 로터 디스크의 최외각에 결합하여 로터와 함께 회전하도록 함으로써 자기패스부재에 와전류가 유기되지 않도록 하여 철손이 발생하는 것을 방지하고, 또한 제작 및 조립 공정을 수월하게 할 뿐만 아니라 절연성을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

디스크형 모터구조

본 발명은 디스크형 모터구조에 관한 것으로, 특히 고속 회전시 발생되는 철손을 최소화할 뿐만 아니라 제작을 간편하게 할 수 있도록 한 디스크형 모터구조에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 전기적인 에너지를 운동에너지로 전환시켜 외부로 동력을 출력하게 된다. 상기 모터는 그 종류가 다양하며, 그 모터의 일예로 비엘디시 형태의 디스크형 모터(Disk type motor; 일명 Axial-flux type motor)는 보통 철심이 없기 때문에 저진동이며 토오크 맥동이 없어 VTR 헤드 구동용 모터 등의 소형 공간이 필요로 하는 용도에 사용된다.

상기 디스크형 모터는, 도 1에 도시한 바와 같이, 피시비(P.C.B; Printed Circuit Board)기판위에 권선 코일(10)을 에칭(Etching)기법으로 접착시킨 디스크 형태의 스테이터(100)와 영구자석(20)으로 구성되는 디스크 형태의 로터(200)와 자기회로를 구성시키기 위한 스테이터 요크(300) 및 로터 요크(400)를 포함하여 구성되어 있다. 상기 영구자석(20)은 페라이트(Frrite) 혹은 Nd-Fe-B의 재질로 되어 있으며 로터 요크(400)에 견고히 부착되어 로터 요크(400)와 함께 회전하게 된다.

미설명 부호 500은 홀센서이고, 600은 모터축이다.

상기 디스크형 모터의 자기회로는, 도 2에 도시한 바와 같이, 영구자석(20) N극 - 로터 요크(400) - 영구자석(20) S극 - 공극 - 스테이터 요크(300) - 공극 - 영구자석(20) S극의 폐회로를 형성하게 되며, 이와 같이 1단의 스테이터(100)와 로터(200) 디스크는 자기회로를 구성하기 위하여 스테이터(100)와 로터(200)의 양측에 철심재료인 요크(300)(400)를 설치하게 된다.

상기 디스크형 모터의 회전원리는 스테이터(100)를 구성하는 권선 코일(10)에 순차적으로 전류를 흘려주게 되면 공극의 자속과 코일에 흐르는 전류의 상호작용력에 의하여 연속적으로 회전하는 힘이 발생되어 로터(200)가 회전하게 된다.

상기 디스크형 모터는 일반적인 철심을 이용하는 회전기에 비하여 철심이 없기 때문에 저진동이며 토오크 맥동이 없어서 주로 전자기기 등에 많이 사용되고 있다. 그러나 에너지 저장장치, 청소기, 소형 터보 압축기 등에 적용하기 위해서는 출력을 증가시켜야 하며 출력을 높이기 위하여 스테이터(100) 및 로터(200)의 수를 증가시키게 된다.

도 3은 다단의 디스크로 이루어진 디스크형 모터의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 다단의 디스크형 모터는 소정의 두께와 외경을 갖는 디스크(110)에 복수개의 권선 코일(10)이 삽입되어 이루어진 스테이터 디스크(120)가 일정 간격을 두고 복수개 모터케이스(700)에 고정 결합되며, 상기 복수개의 스테이터 디스크(120)는 스테이터(stator)(100)를 구성하게 된다. 그리고 소정의 두께와 외경을 갖는 디스크(210) 내부에 영구자석(20)이 상기 권선 코일(10)과 대응되도록 삽입되어 이루어진 로터 디스크(220)가 상기 스테이터 디스크(120)의 사이에 교번되게 위치함과 아울러 그 중심에 삽입되는 모터축(600)에 고정 결합되며, 상기 복수개의 로터 디스크는 로터(rotor)(220)를 구성하게 된다.

상기 스테이터 디스크(120)에 결합된 권선 코일(10)은 디스크(110)의 내부에 동일 원상으로 일정 간격을 두고 복수개 결합되며, 상기 로터 디스크(220)에 결합된 영구자석(20)은 상기 권선 코일(10)과 상응하도록 복수개 결합되어 있다.(도 1,2는 스테이터 디스크가 3개이며, 로터 디스크(220)가 2개인 디스크형 모터를 도시한 것이다)

이와 같은 디스크형 모터의 회전원리는 위에서 서술한 1단의 디스크로 구성되는 디스크형 모터와 동일하며, 자기회로를 형성하기 위하여 스테이터(100)를 구성하는 스테이터 디스크(120)에 철심재료로서 백요크(800)가 결합되어 있다. 이와 같이 다단의 디스크형 모터를 구성하는 스테이터(100)에 결합되는 백요크(800)는 일반적인 강판 혹은 규소강판을 스파이어럴(Spiral) 형상으로 감아서 제작하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 디스크형 모터는 회전속도가 5000rpm이상의 고속 운전시 고주파의 전원을 인가하게 되므로 인하여 발생되는 교번자계에 의하여 철심인 요크 내에서의 와전류(Eddy current)가 급격히 증가하여 효율 특성이 저하되는 단점이 있었다.

또한 스테이터 디스크(120)는 디스크(110)와 권선 코일(10)을 일체형으로 몰딩(Molding)하여 제작하는 것이 일반적이므로 스테이터 디스크(120)에 권선 코일(10)과 요크(800)를 절연시키는 상태에서 일체형으로 제작하기가 어려운 문제점이 있었다.

따라서 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 고속 회전시 발생되는 철손을 최소화할 뿐만 아니라 제작을 간편하게 할 수 있도록 한 디스크형 모터구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 디스크형 모터를 도시한 사시도,

도 2는 상기 디스크형 모터의 자속의 경로를 도시한 스테이터 및 로터 디스크 측면도,

도 3는 종래 다단 디스크형 모터를 도시한 정단면도,

도 4는 본 발명의 디스크형 모터구조를 도시한 정단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 ; 권선 코일 20 ; 영구자석

100 ; 스테이터 130,230 ; 디스크

140 ; 스테이터 디스크 200 ; 로터

240 ; 로터 디스크 600 ; 모터축

700 ; 모터케이스 900 ; 자기패스부재

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 디스크에 복수개의 권선 코일을 삽입하여 이루어진 스테이터 디스크를 일정 간격을 두고 모터케이스에 복수개 고정 결합하여 구성된 스테이터와, 디스크에 영구자석을 상기 권선 코일과 대응되도록 삽입하여 이루어진 로터 디스크를 상기 스테이터 디스크사이에 교번되게 위치하면서 스테이터 디스크의 양외측에 로터 디스크가 위치하도록 모터축에 복수개 고정 결합하여 구성된 로터와, 로터의 양외측에 위치하는 로터 디스크에 각각 결합하여 자기회로를 형성하는 자기패스부재를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 디스크형 모터구조를 제공함에 있다.

이하, 본 발명의 디스크형 모터구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 디스크형 모터구조는, 도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 상기 스테이터(100)는 일정 두께를 갖는 원판형으로 형성된 디스크(130)에 복수개의 권선 코일(10)을 삽입하여 이루어진 복수개의 스테이터 디스크(140)로 구성된다. 상기 스테이터(100)를 구성하는 복수개의 스테이터 디스크(140)는 내부에 모터실(M)이 형성된 모터케이스(700)의 모터실(M)내에 서로 일정 간격을 두고 고정 결합된다.

상기 로터(200)는 일정 두께를 갖는 원판형으로 형성된 디스크(230)에 상기 권선 코일(10)과 대응하도록 영구자석(20)이 삽입되어 이루어진 복수개의 로터 디스크(240)로 구성된다. 상기 로터 디스크(240)는 상기 스테이터 디스크(140)에 교번되게 스테이터 디스크(140)사이에 삽입되어 모터축(600)에 결합된다. 상기 로터 디스크(240)는 스테이터 디스크(140)보다 바깥측에 위치하게 되며, 로터 디스크(240)의 수는 스테이터 디스크(140)의 수보다 많게 된다. 즉 로터 디스크(240)사이에 스테이터 디스크(140)가 삽입된 형태가 된다.

상기 자기패스부재(900)는 상기 양외측에 위치하는 로터 디스크(240)에 각각 결합된다. 상기 자기패스부재(900)는 철심재료로 일정 두께를 갖는 원판 형태로 형성됨이 바람직하고, 결합시 로터 디스크(240)에 결합된 영구자석(20)을 감싸도록 결합됨이 바람직하다.

도 4에 제시된 도면은 스테이터 디스크(140)가 2개이고 로터 디스크(240)가 3개인 구성을 도시한 것이다. 이는 일실시예를 도시한 스테이터 디스크(140)를 2개 이상 구성할 수 있고 스테이터 디스크(140)를 2개 이상 구성할 경우 로터 디스크(240)는 스테이터 디스크(140)보다 1개 더 많게 하여 로터 디스크(240)가 양외측에 위치하도록 한다. 그리고 양외측에 위치하는 로터 디스크(240)에 자기패스부재(900)를 각각 결합하게 된다.

이하, 본 발명의 디스크형 모터구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 자기회로는 영구자석(20) N극 - 자기패스부재(900) - 영구자석(200) S극 - 공극 - 자기패스부재(900) - 공극 - 영구자석(20) S극의 폐회로를 형성하게 된다. 그리고 회전원리는 스테이터(100)의 각 권선 코일(10)에 순차적으로 변화되는 전류를 인가하게 되면 권선 코일(10)에 흐르는 전류와 영구자석(20)의 자속에 의한 상호작용력에 의해 로터 디스크(240)가 회전력을 받아 회전하게 되고, 상기 각 로터 디스크(240)로 구성되는 로터(200)의 회전력이 모터축(600)에 전달되어 모터축(600)이 회전하게 된다. 이때 로터(200)를 구성하는 로터 디스크(240)의 회전에 따라 그에 부착된 자기패스부재(900)도 함께 회전하게 된다.

상기 자기패스부재(900)가 로터(200)와 함께 동시에 회전하게 되므로 로터(200)에는 항상 시간에 따라 자속의 세기가 일정한 정자계만이 존재하게 되어 자기패스부재(900)에 와전류가 유기되지 않게 됨으로써 철손이 발생하지 않게 된다.

상기 자기패스부재(900)가 일정 두께를 갖는 얇은 판으로 자속이 흐르는 철심재료로 제작이 가능하게 되므로 종래 스파이어럴 형태로 제작하는 것에 비해 제작이 간단하게 된다.

또한 본 발명은 영구자석(20)이 결합된 로터 디스크(240)에 자로를 형성하는 자기패스부재(900)를 결합하게 되므로 권선 코일(10)과의 절연 문제를 배제하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 디스크형 모터구조는 자기회로를 형성하는 자기패스부재가 로터에 결합되어 함께 회전하게 되므로 항상 시간에 따라 자속의 세기가 일정한 정자계만이 존재하게 되어 자기패스부재에 와전류가 유기되지 않게 됨으로써 철손이 발생하지 않게 되어 모터의 효율을 향상시키게 되고, 또한 제작 및 조립 공정이 수월하게 되어 조립 생산성을 높이게 되며 아울러 절연성이 좋아 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 디스크에 복수개의 권선 코일을 삽입하여 이루어진 스테이터 디스크를 일정 간격을 두고 모터케이스에 복수개 고정 결합하여 구성된 스테이터와, 디스크에 영구자석을 상기 권선 코일과 대응되도록 삽입하여 이루어진 로터 디스크를 상기 스테이터 디스크사이에 교번되게 위치하면서 스테이터 디스크의 양외측에 로터 디스크가 위치하도록 모터축에 복수개 고정 결합하여 구성된 로터와, 로터의 양외측에 위치하는 로터 디스크에 각각 결합하여 자기회로를 형성하는 자기패스부재를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 디스크형 모터구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 자기패스부재는 일정 두께를 갖는 철심 원판 형태로 형성됨을 특징으로 하는 디스크형 모터구조.