KR100284853B1 - 무정류자 전동기의 회전자구조 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 무정류자 전동기의 회전자 구조에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 영구자석과, 테두리부에 영구자석이 지지되는 영구자석지지부와 중앙부에 축지지부를 갖는 철재로 된 프레임과, 축지지부에 지지되는 축과, 프레임의 외측에 설치되어 프레임의 강도를 보강하는 보조프레임을 포함한 것을 특징으로 하며,

이에 따라, 진동 및 이로 인한 소음을 줄일 수 있음은 물론 제조원가도 절감할 수 있으며, 축을 프레임에 지지시킴에 있어 그 구조를 단순하면서도 강도를 강하게 할 수 있어 생산성 및 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Description

무정류자 전동기의 회전자구조{Structure of rotor in BLDC motor}

본 발명은 무정류자 전동기의 회전자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고정자의 외측에 회전자가 있는 아우터로터타입 무정류자 전동기에서 회전자의 구조적인 강도를 보강하여 진동 및 소음을 줄이기 위한 회전자구조에 관한 것이다.

일반적으로, 무정류자 전동기(blushless motor)는 교류를 직류로 변환함에 있어 브러쉬가 아닌 구동회로를 이용하는 것이며, 브러쉬가 없기 때문에 스파크가 발생하지 않고 가스 폭발의 위험도 적은 것은 주지된 사실이다.

이러한 무정류자 전동기로는 세탁기 등에 사용되는 아우터로터타입 무정류자 전동기가 있으며, 이는 고정자의 외측에 회전자가 위치하는 구조이다.

도 1은 아우터로터타입 무정류자 전동기의 회전자를 보인 것으로, 외형을 이루는 수지로 된 프레임(1)과, 프레임(1)의 안쪽 내벽에 장착되는 링 형상의 백요크(2)와, 백요크(2)와 프레임(1)이 이루는 공간에 장착되는 영구자석(3)이 적층 단면형태로 조합되어 있다.

여기서, 영구자석(3)은 'C'형상을 가진 복수의 세그먼트(자석)로 구성되어 있으며, 원주방향으로 백요크(2)에 밀착된 상태에서 영구자석(3) 세그먼트마다 일정한 간극을 두고 프레임(1)에 고정된다.

이때, 백요크(2)는 영구자석(3)의 외경부에 자기저항이 작도록 철판을 말아 용접하여 링 형상으로 구성한 것으로, 영구자석(3)의 자기회로를 형성하는 역할을 하게 된다.

또한, 회전자의 중앙부에는 세레이션 홀(4)이 형성되어 있어 축(5)을 이 세레이션 홀(4)에 삽입한 상태로 고정볼트(6)로써 축(5)과 프레임(1)을 체결·고정하게 되며, 축(5)은 다시 세탁기 등의 구동축과 연결되어 회전자의 구동력을 축(5)을 통해 세탁기 등의 기기에 전달할 수 있는 것이다.

한편, 회전자의 회전과정에서는 필연적으로 열이 발생되며, 이러한 열을 효과적으로 냉각시키는 것은 모터의 수명 및 효율에 중요한 인자가 되므로 프레임(1)의 하부면측에 수직방향으로 복수의 방열팬 브레이드(7)를 설치하여 회전자의 회전시 외부공기를 유입, 이 열을 냉각시키고 있다.

그러나, 아우터로터타입 무정류자 전동기는 구조적으로 컵형상을 이루게 되므로 운전중 고유 진동모드를 갖게 된다.

이러한 진동모드는 외형을 이루는 프레임이 철판의 15% 정도의 강성을 가진 수지로 구성됨에 따라 더욱 심해지며, 특히 반경방향의 진동은 그 성형 구조상 매우 취약하여 진동 및 이에 따른 소음의 원인이 된다.

또한, 철판에 비하여 약 5배 이상 고가(高價)인 수지를 사용한 것과, 자기회로를 형성하기 위해 별도의 백요크를 설치함에 따른 생산 및 조립 비용이 증가되는 문제점이 있다.

아울러, 회전자의 축 삽입부 즉, 세레이션 홀의 강도가 취약하여 고온 및 고토크, 충격하중이 가해지는 운전조건에서 마모가 발생됨에 따라 수명 및 신뢰성이 저하되는 문제가 내재되어 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 회전자의 구조적인 강도를 보강하여 진동 및 이로 인한 소음을 최소화하는 무정류자 전동기의 회전자구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

다른 견지로는, 강도는 높고 코스트는 낮은 재료를 사용함과 아울러 부품수를 줄여 제조원가를 절감하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 무정류자 전동기의 회전자 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 무정류자 전동기의 회전자 구성도이고,

도 3은 본 발명의 다른 실시 예시도로서,

도 3a는 보조프레임을 'ㄱ'형으로 구성한 경우이고,

도 3b는 프레임을 'U'형으로 구성한 경우이고,

도 3c는 중공 원판형 보조프레임을 프레임의 상단부에 체결한 경우이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

3 : 영구자석 5 : 축

101 : 프레임 101a : 돌출부

101b : 축안착부 101c : 체결홀

102 : 보조프레임 103 : 고정볼트

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무정류자 전동기의 회전자구조는, 고정자의 외곽측에 회전자가 위치한 무정류자 전동기에 있어서;

(1) 영구자석;

(2) 테두리부에 상기 영구자석이 지지되는 영구자석지지부와, 중앙부에 축지지부를 갖는 철재로 된 프레임;

(3) 상기 축지지부에 지지되는 축; 및

(4) 상기 프레임의 외측에 설치되어 상기 프레임의 강도를 보강하는 보조프레임을 포함한다.

바람직하기로, 상기 영구자석지지부는 자체의 탄성력으로 상기 영구자석을 지지하도록 상단부를 내측으로 소정각 절곡·구성한 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 축지지부는 상기 축과의 동심유지를 위해 상기 축에 삽입되는 돌출부, 상기 축이 안착되도록 평평하게 형성된 축안착부, 및 상기 축안착부에 형성된 적어도 하나의 체결홀을 포함하며, 상기 축은 상기 축지지부의 형상과 대응되는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 보조프레임은 단면으로 보아 다단 절곡되어 상기 프레임의 하면 및 측면을 감싸면서 외측으로 돌출된 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 프레임은 단면으로 보아 외측으로 돌출되며; 상기 보조프레임은 단면으로 보아 상기 프레임의 하면 및 측면을 감싸는 'ㄱ' 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 프레임은 단면으로 보아 외측으로 'U'형으로 절곡된 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 보조프레임은 중공 원판형으로 구성되어 상기 프레임의 상부에 체결된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 프레임이 저가이면서도 강도는 높은 철재로 구성됨에 따라 자체의 강도가 높아짐은 물론 프레임의 외측에 보조프레임을 설치함에 따라 그 강도가 더욱 증가되는 것을 알 수 있다.

그 결과, 운전중 발생되는 진동모드에 원활하게 대처할 수 있어 진동 및 이로 인한 소음을 최소화할 수 있으며, 저가의 재료를 사용함과 아울러 자기회로를 형성하기 위한 백요크 등의 부품을 줄일 수 있어 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 무정류자 전동기의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 도 1과 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

또한, 이하에서는 설명의 이해를 돕기 위해 아우터로터타입 무정류자 전동기에 적용한 예를 고려한다.

도 2는 본 발명에 따른 무정류자 전동기의 회전자 구성도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예시도로서, 도 3a는 보조프레임을 'ㄱ'형으로 구성한 경우이고, 도 3b는 프레임을 'U'형으로 구성한 경우이고, 도 3c는 중공 원판형 보조프레임을 프레임의 상단부에 체결한 경우이다.

본 실시 예에 따른 무정류자 전동기의 회전자는 종래 수지를 사용하여 프레임(1)을 형성한 것과 달리 철재를 사용하여 프레임(101)을 형성한 것이 특징이다,

먼저, 철재는 수지에 비해 가격이 1/5 정도의 수준인 반면 강도는 6배 이상 높음은 전술한 바 있다.

따라서, 프레임(101)으로 철재를 사용한 것이며, 프레임(101)이 원통형으로 구성됨에 따라 영구자석(3)의 자계에 대해 자기회로를 이룰 수 있어 종래 자기회로를 형성하는 백요크(2)도 필요없게 된다.

여기서, 회전자를 이루는 가장 중요한 부품인 영구자석(3)은 종래와 마찬가지로 'C'형상을 가진 복수의 세그먼트(자석)로 구성되며, 영구자석(3)이 지지되는 부위의 상부에서 프레임(101)을 내측으로 절곡하여 영구자석(3)이 프레임(101) 자체의 탄성력에 의해 지지되도록 한다.

아울러, 철재로 된 프레임(101)의 반경방향 강도를 보강하기 위해 보조프레임(102)을 프레임(101)의 외측에 설치하게 되며, 그 구조는 아래와 같이 다양하게 표현될 수 있다.

즉, 도 2와 같이 보조프레임(102)이 다단 절곡되어 프레임(101)의 하면 및 측면을 감싸면서 외측으로 돌출된 형상을 갖도록 할 수도 있으며, 도 3a와 같이 프레임(101)을 외측으로 돌출시키고 보조프레임(102)을 프레임(101)의 하면 및 측면을 감싸는 'ㄱ' 형상을 갖도록 할 수도 있고, 도 3b와 같이 프레임(101) 자체를 외측으로 'U'형으로 절곡하여 구성할 수도 있으며, 도 3c와 같이 보조프레임(102)을 중공 원판형으로 구성하여 프레임(101)의 상부에 체결할 수도 있는 것이다.

이와 같이 하면, 상기한 각 실시예에 따른 보조프레임(102)들은 단면으로 보아 프레임(101)의 내측 또는 외측으로 돌출된 형상을 하게 되고 전체적으로는 프레임(101)의 주위에서 원판 링 형상이 되므로 구조적으로 반경방향에 대한 강도를 충분히 보강할 수 있게 된다.

한편, 회전자의 축 지지부 구조에 있어 종래에는 세레이션 홀(4)에 축(5)이 삽입된 상태에서 고정볼트(6)로써 체결·고정하였는데 이러한 구조는 강도가 취약하여 고온 및 고토크, 충격하중이 가해지는 운전조건에서 마모가 심하게 발생됨은 전술한 바 있으며, 따라서 이 부위의 강도를 보강할 필요가 있다.

본 발명에서는 이를 해결하기 위해 프레임(101)의 중앙부에 축(5)에 삽입되는 돌출부(101a)를 형성하고, 그 주위로 평평하게 축안착부(101b)를 형성하며, 축안착부(101b)에 다수의 고정볼트(103)에 의해 체결되는 다수의 체결홀(101c)을 형성한 것이다.

물론, 축(5)은 프레임(101)의 구조와 대응되는 구조를 가져야 함은 자명한 일이다.

이와 같이 하면, 비교적 간단한 방법으로 축(5)과 프레임(101)을 고정할 수 있을 뿐만 아니라 축(5)이 프레임(101)과 다수의 고정볼트(103)에 의해 체결됨과 아울러 돌출부(101a)에 의해 프레임(101)과 동심을 유지한 상태가 되므로 구조적으로도 강도가 강화됨을 알 수 있다.

한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 강도는 약한 반면 고가인 수지재를 사용하여 프레임을 구성하고 자기회로를 이루기 위해 별도의 링형상의 백요크를 구비한 것과 달리, 본 발명은 강도가 강한 반면 저가인 철재로써 프레임을 구성하고 부가적으로 보조프레임을 구비한 것을 알 수 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 무정류자 모터의 운전중 발생되는 진동모드, 특히 반경방향의 진동모드에 대해 원활히 대처할 수 있으므로 진동 및 이로 인한 소음을 최소화할 수 있는 이점이 있으며, 저가의 재료 및 부품수의 감소를 통해 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명은 철재를 이용하여 프레임을 구성하고 프레임의 외측에 보조프레임을 구비함에 따라 진동 및 이로 인한 소음을 줄일 수 있음은 물론 제조원가도 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 축을 프레임에 지지시킴에 있어 그 구조를 단순하면서도 강도를 강하게 할 수 있어 생산성 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다는 것이다.

Claims (7)

1. 고정자의 외곽측에 회전자가 위치한 무정류자 전동기에 있어서;

   (1) 영구자석;

   (2) 테두리부에 상기 영구자석이 지지되는 영구자석지지부와, 중앙부에 축지지부를 갖는 철재로 된 프레임;

   (3) 상기 축지지부에 지지되는 축; 및

   (4) 상기 프레임의 외측에 설치되어 상기 프레임의 강도를 보강하는 보조프레임을 포함한 무정류자 전동기의 회전자구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 영구자석지지부는 자체의 탄성력으로 상기 영구자석을 지지하도록 상단부를 내측으로 소정각 절곡·구성한 것을 특징으로 하는 무정류자 전동기의 회전자구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 축지지부는,

   (1) 상기 축과의 동심유지를 위해 상기 축에 삽입되는 돌출부;

   (2) 상기 축이 안착되도록 평평하게 형성된 축안착부; 및

   (3) 상기 축안착부에 형성된 적어도 하나의 체결홀을 포함하며;

   상기 축은 상기 축지지부의 형상과 대응되는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 무정류자 전동기의 회전자구조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조프레임은 단면으로 보아 다단 절곡되어 상기 프레임의 하면 및 측면을 감싸면서 외측으로 돌출된 형상을 갖는 것을 특징으로 무정류자 전동기의 회전자구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 프레임은 단면으로 보아 외측으로 돌출되며;

   상기 보조프레임은 단면으로 보아 상기 프레임의 하면 및 측면을 감싸는 'ㄱ' 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 무정류자 전동기의 회전자구조.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 프레임은 단면으로 보아 외측으로 'U'형으로 절곡된 것을 특징으로 하는 무정류자 전동기의 회전자구조.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조프레임은 중공 원판형으로 구성되어 상기 프레임의 상부에 체결된 것을 특징으로 하는 무정류자 전동기의 회전자구조.