KR100279847B1

KR100279847B1 - 밸런스조정된돌극형모터회전자와그밸런싱방법

Info

Publication number: KR100279847B1
Application number: KR1019980002417A
Authority: KR
Inventors: 신두진
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR19990066476A

Abstract

본 발명은 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자와 이의 밸런싱방법에 관한 것으로서, 종래에 불가능했던 돌극을 갖는 회전자의 구조적 단점을 극복하여 밸런스조정을 가능케 하는 것이다. 본 발명의 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자는 돌극(12)을 갖는 철심(11)의 회전축(13)이 관통하는 양쪽 측면에 밸런스조정을 위한 웨이트부재로서의 부시(14,15)를 가지고 있다. 먼저 통상의 밸런싱머신에서 질량불균형점을 찾고 필요한 절삭량을 구하는 과정을 실시하고, 다음으로 해당부위에 대응하는 부시(14,15)를 부분적으로 절삭함으로써 밸런스조정을 행하는 것이다. 즉, 돌극(12)의 형태를 변형시키지 않으므로 본래의 모터특성에는 영향을 미치지 아니하면서 그 밸런스조정을 할 수 있게된 것이다. 따라서 모터의 안정된 특성과 함께 진동문제를 간단히 해결하여 모터, 특히 가변릴럭턴스모터의 저진동설계가 가능한 것이다.

Description

밸런스조정된 돌극형 모터 회전자와 그 밸런싱방법{BALANCED SALIENT-POLE ROTOR FOR MOTOR AND BALANCING METHOD THEREOF}

본 발명은 밸런스조정된(balanced) 돌극형 모터 회전자와 그 밸런싱방법에 관한 것으로서, 상세하게는 가변릴럭턴스모터(switched reluctance motor)의 회전자와 같이 고정자에 대하여 돌극을 갖는 돌극형 회전자에 대하여 균형잡힌 회전을 위한 밸런스조정을 가능하게 하는 밸런싱(balancing)방법과 이에 의하여 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자에 관한 것이다.

가변릴럭턴스모터는 다른 형식의 모터에 비하여 구조가 간단하고 제조가 용이하며 저렴한 장점을 가진다. 이러한 장점 때문에 가변릴럭턴스모터는 진공청소기, 전기자동차, 항공기, 직결구동(DD; direct drive) 로봇 등 여러 기계기구의 동력원으로 사용되는 등 그 수요가 증가하고 있다.

가변릴럭턴스모터의 구조와 그 동작원리를 간단히 설명하면, 도 1에 보여진 바와 같이, 고정자(1)와 회전자(2) 양측에 돌극(3,4)이 형성되어 있다. 고정자(1)의 돌극(3)에는 권선(5,5',6,6',7,7')이 각각 감기는데, 회전자(2)는 권선이나 영구자석이 없이 단지 자계내에서 자화될 수 있는 자기이방성 연자성체인 철심으로 제작된다. 고정자(1) 돌극(3)에 감긴 권선(5,5',6,6',7,7')을 선택적으로 여자시키면 그 여자된 권선을 감고 있는 돌극(3)이 그 권선(5)을 흐르는 전류의 방향(권선방향)에 따라 자극(N극 또는 S극)을 띠면서 회전자(2)의 돌극(4)중 가장 인접해 있는 것을 자화하여 끌어당김으로써 회전자(2)가 한 스텝 회전하게 된다.

구체적으로 예를 들어 설명하면, 도 1은 제1상 권선(5,5')과 제3상 권선(7,7')이 동시에 여자된 상태이다. 이 상태에서 제1상 권선(5,5')만을 여자시키면 회전자는 반시계방향으로 15°회전하게 된다. 이어, 제1상 권선(5,5') 및 제2상 권선(6,6')을 여자시키고, 다음으로 제2상 권선(6,6')을, 그 다음으로 제2상 권선(6,6')과 제3상 권선(7,7')을, 그 다음으로 제3상 권선(7,7')을 순차적으로 여자시킴으로써 회전자(2)를 연속적으로 회전시킬 수 있는 것이다.

상기와 같은 가변릴럭턴스모터 동작시 발생되는 진동에는 여러 가지 원인이 있겠으나 대체로 회전체인 상기 회전자의 불균형(unbalance) 회전이 가장 큰 요인으로 작용한다. 따라서 이러한 회전자의 불균형 회전에 의한 진동 문제를 해결하기 위하여는 그 회전자에 대한 밸런스 조정이 선행되어야 하는 것이다. 일반적으로 회전체에 대한 밸런스 조정은 밸런싱 머신(balanceing machine)에서 회전체의 질량불균형 위치를 찾아내고 그 질량불균형을 보상하는 질량만큼 해당되는 부위를 깎아내거가 거기에 웨이트(weight)를 붙이는 식의 질량가감을 통해 이루어진다.

그러나 가변릴럭턴스모터의 회전자는 도 2와 같이 두께가 얇은 규소강판을 원주방향으로 돌출한 돌극(4)을 갖는 형태로 형에 찍어 되는 다수의 코어피이스(core piece)로 적층된 성층철심(laminated core; 8)에 회전축(9)을 끼운 구조로서, 가변릴럭턴스모터의 구조적 특성상 그 성층철심의 돌극 형태를 유지하여야 하기 때문에, 각 돌극에서의 불균형 문제가 있을 경우에 그 부위에 대한 질량가감이 곤란한 것이다.

따라서 종래에는 전술한 회전자의 회전불균형에 의한 진동문제를 질량가감을 통한 밸런스조정을 실시하지 못하고, 단지 치수정밀도에만 의존하고 있었으므로 진동문제를 근본적으로 해결하기 어려웠으며, 이에 따라 품질 및 성능이 저하되고 불량이 높게 나타나는 문제점이 있는 것이다.

본 발명의 목적은 가변릴럭턴스모터와 같이 구조적으로 밸런스조정이 곤란한 돌극형 회전자를 갖는 모터에서의 회전자의 불균형 회전에 기인하는 진동 문제를 해결할 수 있도록 그 구조적 단점을 극복하여 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 가변릴럭턴스모터와 같이 구조적으로 밸런스조정이 곤란한 돌극형 회전자를 갖는 모터에서의 회전자의 불균형 회전에 기인하는 진동문제를 해결할 수 있도록 그 구조적 단점을 극복하여 돌극형 모터 회전자의 밸런스조정을 가능하게 하는 밸런싱방법을 제공하는 것이다.

도 1은 돌극형 회전자를 갖는 가변릴럭턴스모터의 구조와 동작원리를 설명하기 위해 나타낸 평면도.

도 2는 도 1에 도시된 가변릴럭턴스모터에 사용되는 돌극형 회전자의 외관을 보인 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자의 외관을 보인 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자를 갖는 가변릴럭턴스모터를 장착한 진공청소기 모터의 구조를 보인 반단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자의 외관을 보인 사시도.

도 6a 및 6b는 도 5에 도시된 회전자 철심 및 보조철심 성층에 각각 사용되는 코어피이스들을 보인 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 회전자 철심 12 : 돌극

13 : 회전축 14,15 : 부시

16,17 : 베어링 28,29 : 보조철심

상기한 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원통형으로서 원주면에 원주방향으로 일정간격을 두고 각각 방사방향으로 돌출된 복수의 돌극을 가지는 철심에 회전축을 끼워되는 돌극형 모터 회전자에 있어서, 상기 철심의 돌극을 제외한 원통형 이하의 직경을 가지며 철심과 동일 재질의 보조철심으로 된 밸런스 조정용 웨이트부재를 상기 철심의 축방향 양쪽 측면중 적어도 한쪽 측면에 구비하여 이 웨이트부재의 질량가감으로 밸런스조정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자를 제공한다.

또한 상기한 두 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원통형으로서 원주면에 원주방향으로 일정간격을 두고 각각 방사방향으로 돌출한 복수의 돌극을 가지는 철심에 회전축을 끼워되는 가변릴럭턴스모터의 회전자를 그 회전축에 대해 밸런싱하는 방법에 있어서, 상기 철심의 돌극을 제외한 원통형 이하의 직경을 가지며 철심과 동일 재질의 보조철심으로 된 밸런스 조정용 웨이트부재를 상기 철심의 축방향 양쪽 측면중 적어도 한쪽 측면에 결합하고, 그 밸런스조정용 웨이트부재를 포함한 전체의 상기 회전축에 대한 질량불균형 위치를 찾아낸 다음, 그 밸런스조정용 웨이트부재를 상기 찾아진 질량불균형 위치에 대응하여 부분절삭하는 것을 특징으로 하는 돌극형 모터 회전자의 밸런싱방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명을 실시함에 있어서, 바람직하게는 상기한 밸런스조정을 위한 웨이트부재로서, 상기한 회전축 양단을 지지하기 위한 베어링의 간격유지를 위하여 그 회전축에 주위에 끼워지는 부시(bush)를 사용하거나, 또는 상기한 철심의 돌극을 제외한 원주면 이하의 직경을 가지며 그 철심과 동일 재질의 보조철심을 사용하는 것이다.

이와 같이 본 발명은 돌극형 모터 회전자에 대하여 고정자에 대응하는 돌극의 형태를 본래대로 유지시킨 채, 축방향으로 회전자 철심에 더하여 상기한 밸런스조정을 위한 웨이트부재로서 베어링 간격유지를 위해 부시나 동일재질의 보조철심을 일체적으로 결합시킴으로써 그 전체에 대한 밸런스조정을 가능케 하는 것이다. 이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 첫 번째 실시예에 의하여 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자의 외관을 보인다. 도시된 회전자는 전술한 도 1의 가변릴럭턴스모터에 사용되는 것으로서, 통상과 같이 다수의 코어피이스로 성층된 돌극(12)을 갖는 철심(11)과, 이 철심(11)의 중심에 끼워진 회전축(13)과, 축방향에 있는 철심(12)의 양쪽 측면으로 관통하는 회전축(13) 주위에 각각 끼워진 동시에 그 철심(12)의 각 측면에 밀착하여 일체적으로 결합되는 부시(14,15)로 구성된다. 여기에 사용된 부시(14,15)는 밸런스조정을 위한 웨이트부재로 구비된 것이다. 또한 그 부시(14,15)는 회전축(13) 양단을 지지할 베어링(16,17)과 간격유지를 위해 축방향의 적당한 길이를 가진다. 이러한 부시(14,15)의 재질은 밸런스조정에 필요한 중량을 가지는 것이라면, 금속이나 합성수지 등 어떠한 재질로도 가능한 것이다.

도면중 미설명된 부호 18 및 19는 상측의 부시(14)가 회전축(13)을 따라 유동되지 않게 고정하기 위해 그 회전축(13) 주위를 홈가공한 고정홈과 이 고정홈(18)에 끼워서 부시(14)를 가두는 스톱링이다.

상기와 같은 밸런스조정을 위한 웨이트부재로서 부시(14,15)를 구비하는 회전자에 대한 밸런스조정은, 그 부시(14,15)가 일체적으로 결합된 상태의 회전자 전체를 도시하지 않은 통상의 밸런싱머신에 장착하여 그 전체를 회전축(13)에 대해 회전시키면서 전체에 대한 질량불균형 위치를 찾고 동시에 그 질량불균형을 보상할 수 있는 절삭량을 측정한다. 물론 이러한 과정은 밸런싱머신에서 자동적으로 수행되는 것이다. 다음에 질량불균형 위치에 대응하는 부분, 그 질량불균형을 보상하도록 절삭할 부분에 대응하는 부시(14,15)의 일부분을 그 절삭량만큼 절삭하는 공정을 수행한다. 비록 그 질량불균형 위치에 대응하여 절삭되어야 하는 부분이 철심(11)에 형성되어 있는 돌극(12)에 해당되는 경우일지라도 부시(14,15)의 적소를 부분절삭하는 것으로 그 밸런스조정이 가능하게 되는 것이다. 즉, 구조적으로 모터의 동작특성을 변화시키지 않고 그 질량불균형에 의한 진동문제를 해결할 수 있는 것이다.

도 4는 상기한 밸런싱방법으로 밸런스조정된 도 3의 회전자를 갖는 가변릴럭턴스모터를 장착한 가정용 진공청소기 모터를 보인 것이다. 가변릴럭턴스모터의 고정자 철심(21)은 캔(can)형의 하우징(22)의 내벽측 정위치에 압입되고, 돌극형 회전자 철심(11)은 고정자 철심(21)과 대응한 위치에 삽입되어 거기에 끼워진 회전축(13) 양단에 끼워진 베어링(16,17)에 회전가능하게 지지된다. 베어링(16,17)은 하우징(22)과 하우징덮개(23)에 각각 형성된 베어링수납부(25,26)에 수납되어 있다. 여기서 회전자는 그 철심(11)과 양측 베어링(16,17) 사이에 끼워진 밸런스조정된 부시(14,15)에 의하여 고정자 철심(11)과 잘 정렬된 위치에 놓이게 된다. 이 도면에 의하여 알 수 있는 바와 같이, 본래의 가변릴럭턴스모터를 구성하는 회전자 철심(11)이 고정자 철심(21)에 대응되고, 베어링간격을 유지하는 그리고 밸런스조정된 부시부재(14,15)는 그 모터 동작에 어떠한 영향을 초래하지는 않는 것이다.

도면에 있어서, 가상선으로 도시된 부호 27은 하우징덮개(23)의 베어링수납부(26)를 관통하여 돌출한 회전축(13) 단부에 체결되는 도시하지 않은 흡기용 임펠러(impeller)를 수용하는 임펠러커버를 나타낸다.

다음, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의하여 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자를 보인다. 본 실시예에 의한 회전자는 앞서 실시한 회전자와 똑같은 형태의 돌극(12)을 갖는 철심(11)과, 이 철심(11)의 회전축(13)이 관통하는 양쪽 측면에 동일한 재질로서 모터동작과는 무관하게 순수 밸런스조정을 위한 웨이트부재로서 결합된 보조철심(28,29)을 더 갖는 구조로 된 것이다. 철심(11)과 보조철심(28,29)은 다같은 두께가 얇은 규소강판을 형에 찍어되는 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같은 각각의 코어피이스(30,31)로 성층되는 것이다. 도 6a는 철심(11)용 코어피이스(30)를, 도 6b는 보조철심(28,29)용 코어피이스(31)를 나타낸다. 바람직하기로는, 보조철심용 코어피이스(31)의 직경을 철심(11)의 돌극(12) 부위를 점유하지 않도록 그 돌극(12) 부위를 제외한 원형부분의 직경과 같거나 그보다 약간 작게 한다. 이렇게 조보철심(28)을 통한 밸런스조정의 방법은 전술한 앞의 실시예에서의 그것과 동일하다.

이상에 설명한 바와 같이 본 발명은 종래에 불가능했던 돌극형 모터 회전자에 대하여 본래의 모터 동작에 영향을 주지 않으면서 밸런스조정이 가능한 구조를 제안함으로써, 그 밸런스조정을 통해 회전불균형에 따른 진동문제를 근본적으로 해결할 수 있게 한다. 따라서 본 발명은 모터, 특히 가변릴럭턴스모터의 저진동설계에 기여하는 바가 크고, 아울러 그 가변릴럭턴스모터를 장착하는 진공청소기 등의 제품 또는 기계기구의 정숙운전을 가능케 하는 등 각 제품의 고품질화에도 효과적인 발명이다.

Claims

원통형으로서 원주면에 원주방향으로 일정간격을 두고 각각 방사방향으로 돌출된 복수의 돌극을 가지는 철심에 회전축을 끼워되는 돌극형 모터 회전자에 있어서,

상기 철심의 돌극을 제외한 원통형 이하의 직경을 가지며 철심과 동일 재질의 보조철심으로 된 밸런스 조정용 웨이트부재를 상기 철심의 축방향 양쪽 측면중 적어도 한쪽 측면에 구비하여 이 웨이트부재의 질량가감으로 밸런스조정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸런스조정된 돌극형 모터 회전자.
원통형으로서 원주면에 원주방향으로 일정간격을 두고 각각 방사방향으로 돌출한 복수의 돌극을 가지는 철심에 회전축을 끼워되는 가변릴럭턴스모터의 회전자를 그 회전축에 대해 밸런싱하는 방법에 있어서,

상기 철심의 돌극을 제외한 원통형 이하의 직경을 가지며 철심과 동일 재질의 보조철심으로 된 밸런스 조정용 웨이트부재를 상기 철심의 축방향 양쪽 측면중 적어도 한쪽 측면에 결합하고, 그 밸런스조정용 웨이트부재를 포함한 전체의 상기 회전축에 대한 질량불균형 위치를 찾아낸 다음, 그 밸런스조정용 웨이트부재를 상기 찾아진 질량불균형 위치에 대응하여 부분절삭하는 것을 특징으로 하는 돌극형 모터 회전자의 밸런싱방법.