KR100438950B1 - 왕복동식 모터의 가동자 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 모터의 가동자 구조에 관한 것으로, 본 발명은 고정자를 구성하는 아우터 코어와 이너 코어 사이에 삽입되는 원통 형태의 자석 홀더와 그 자석 홀더의 자석 결합영역에 결합되는 다수개의 영구자석을 포함하여 구성된 왕복동식 모터의 가동자에 있어서, 상기 자석 홀더의 자석 결합영역에 그 자석 홀더의 길이방향으로 한쪽이 완전히 개구되도록 절개 형성된 길이방향 개구 슬릿을 원주 방향으로 소정의 간격을 두고 다수개 형성하도록 구성하여 모터 구동시 발생되는 와전류에 의한 손실을 최소화함으로써 모터의 효율을 높이고, 또한 가공 구조를 간단하게 함으로써 가공 공구의 파손을 억제하고 자석 홀더의 가공 변형을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

Description

왕복동식 모터의 가동자 구조{STRUCTURE FOR REDUCING EDDY CURRENT LOSS IN RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 모터의 가동자 구조에 관한 것으로, 특히 모터 구동시 발생되는 에디 커런트 손실을 최소화할 뿐만 아니라 가공 변형을 최소화할 수 있도록 한 왕복동식 모터의 가동자 구조에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 전기에너지를 운동에너지로 변환시키는 기기이며, 이와 같은 모터는 전기에너지를 회전 운동으로 변환시키는 회전형 모터와 전기에너지를 직선 왕복 운동으로 변환시키는 왕복동식 모터 등으로 분류된다.

상기 모터는 동력원으로서 그 사용되는 분야가 다양하다. 특히 가전제품에서는 냉장고, 에어컨, 세탁기, 선풍기 등 거의 모든 제품에 장착되어 있다. 상기 냉장고와 에어컨의 경우 송풍 팬을 회전시키는데 사용되기도 하지만 그 냉장고와 에어컨을 구성하는 냉장사이클장치의 압축기에 장착되어 동력원으로 사용된다.

도 1, 2는 종래 왕복동식 모터의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 왕복동식 모터는 원통 형태로 형성된 아우터 코어(100) 및 그 아우터 코어(100)와 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 코어(200)로 구성되는 고정자(S)와, 상기 아우터 코어(100)내부에 결합되는 권선 코일(300)과, 상기 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)사이에 직선 왕복 운동 가능하도록 삽입되는 가동자(400)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 아우터 코어(100)는 디귿자 형상의 박판으로 형성된 라미네이션시트(110)가 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층된 원통형 적층체로 형성되고 그 적층체의 양측에 고정링(R)이 각각 결합되어 있다. 상기 라미네이션 시트(110)의 디귿자 부분은 플럭스가 흐르는 패스부(111)를 이루게 되고 그 양단은 극을 형성하는 폴부(112)를 이루게 되며 상기 패스부(111)의 내부에 형성되는 개구된 공간은 상기 권선 코일(300)이 결합되는 개구부(113)를 이루게 된다.

상기 권선 코일(300)은 코일이 환형을 이루도록 다수회 권회되어 그 단면 형상이 상기 개구부(113)의 형상과 상응하게 형성되며 그 권선 코일(300)은 상기 아우터 코어(100)의 개구부(113)에 고정 결합된다.

상기 이너 코어(200)는 상기 아우터 코어(100)의 길이와 상응하는 길이를 갖는 사각 형태의 박판으로 형성된 라미네이션 시트(210)가 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층된 원통형 적층체로 형성되며 그 적층체의 양측에 고정링(R)이 결합되어 있다.

상기 가동자(400)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)사이에 삽입되도록 원통 형태로 형성된 자석 홀더(410)의 외주면에 일정 폭과 길이를 갖는 다수개의 영구자석(420)이 결합되어 이루어진다.

상기 자석 홀더(410)는 그 일측에 원주 방향으로 일정 폭을 갖는 자석 결합영역(F)이 구획되며 그 자석 결합영역(F)에 상기 영구자석(420)들이 원주방향으로 일정 간격을 이룸과 아울러 그 자석 홀더(410)의 길이방향으로 결합되어 있다. 그리고 상기 자석 홀더(410)의 자석 결합영역(F)에 일정 폭과 길이를 갖는 슬릿(Slit)(411)이 원주방향으로 일정 간격을 두고 다수개 관통 형성되어 있다. 상기 슬릿(411)은 그 길이 방향이 상기 자석 홀더(410)의 길이방향이 같도록 형성되며 그 자석 결합영역(F)의 길이 방향 중간에 위치하도록 형성되어 있다.

미설명 부호 310은 보빈이며, 412은 공기 통공이다.

상기한 바와 같은 왕복동식 모터의 작동은, 도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 상기 권선 코일(300)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(300)에 흐르는 전류에 의해 권선 코일(300)의 주변에 플럭스가 형성되고 그 플럭스는 상기 고정자(S)를 구성하는 아우터 코어(100)의 패스부(111)와 이너 코어(200)를 따라 폐루프를 형성하게 된다.

상기 권선 코일(300)에 흐르는 전류에 의한 플럭스와 상기 가동자(400)를 구성하는 영구자석(420)의 상호작용에 의해 상기 영구자석(420)이 축방향으로 움직이게 된다. 그리고 상기 권선 코일(300)에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어주게 되면 상기 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)에 형성되는 플럭스의 방향이 바뀌게 되면서 상기 영구자석(420)이 반대방향으로 움직이게 된다.

이와 같이 전류의 방향을 번갈아 가며 바꾸어 공급하게 되면 상기 영구자석(420)이 상기 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)사이에서 직선 왕복 운동하게 되며 이에 따라 상기 가동자(400)가 직선 왕복 구동력을 발생시키게 된다.

한편, 상기 권선 코일(300)에 인가되는 전류의 방향이 번갈아 가며 바뀌어 공급되면서 상기 고정자인 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)를 통해 형성되는 플럭스의 변화에 따라 상기 가동자(400)를 구성하는 자석 홀더(410)의 원주방향을 따라 와전류(Eddy Current)가 발생되며 그 와전류에 의한 손실(Eddy Current Loss)은그 자석 홀더(410)에 길이 방향으로 형성된 다수개의 슬릿(411)에 의해서 감소된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 상기 자석 홀더(410)에 형성되는 슬릿(411)들이 그 자석 홀더의 자석 결합영역(F)의 중간 부분에 걸쳐 형성되므로 구동시 상기 자석 홀더(410)의 원주방향을 따라 발생되는 와전류가 슬릿(411)의 양측에 위치하는 부분으로 흐르게 되어 와전류에 의한 손실을 발생시키게 되는 단점이 있었다.

또한, 상기 자석 홀더(410)의 슬릿(411) 가공시 보통 그 슬릿(411)의 형상과 상응하도록 일정 폭과 길이를 갖는 펀치 및 그와 쌍을 이루는 다이에 의해 펀칭되어 제작하게 되는데 상기 펀치 및 다이가 얇은 폭 혹은 두께와 길이를 갖는 단면이 직사각형 형태로 형성되어 각 모서리의 파손이 쉽게 발생되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 모터 구동시 발생되는 에디 커런트 손실을 최소화할 뿐만 아니라 가공 변형을 최소화할 수 있도록 한 왕복동식 모터의 가동자 구조를 제공함에 있다.

도 1,2는 종래 왕복동식 모터를 도시한 정단면도 및 측면도,

도 3은 상기 왕복동식 모터를 구성하는 가동자의 분해 사시도,

도 4는 상기 왕복동식 모터의 작동상태를 도시한 단면도,

도 5,6은 본 발명의 왕복동식 모터 가동자 구조가 구비된 왕복동식 모터의 정단면도 및 측면도,

도 7은 본 발명의 왕복동식 모터 가동자 구조를 분해하여 도시한 사시도,

도 8은 본 발명의 왕복동식 모터 가동자 구조의 변형예를 분해하여 도시한 사시도,

도 9는 본 발명의 왕복동식 모터 가동자 구조의 변형예를 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

100 ; 아우터 코어 200 ; 이너 코어

500 ; 가동자 510 ; 자석 홀더

511 ; 길이방향 개구 슬릿 520 ; 영구자석

513 ; 안착홈 F ; 자석 결합영역

S ; 고정자

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 고정자를 구성하는 아우터 코어와 이너 코어 사이에 삽입되는 원통 형태의 자석 홀더와 그 자석 홀더의 자석 결합영역에 결합되는 다수개의 영구자석을 포함하여 구성된 왕복동식 모터의 가동자에 있어서, 상기 자석 홀더의 자석 결합영역에 그 자석 홀더의 길이방향으로 한쪽이 완전히 개구되도록 절개 형성된 길이방향 개구 슬릿을 원주 방향으로 소정의 간격을 두고 다수개 형성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 가동자 구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 왕복동식 모터 가동자 구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 5, 6은 본 발명의 왕복동식 모터 가동자 구조의 일예가 구비된 왕복동식 모터를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저, 상기 왕복동식 모터는 원통 형태로 형성된 아우터 코어(100)의 내부에 일정 간격을 두고 원통 형태의 이너 코어(200)가 삽입되어 결합된다. 상기 아우터 코어(100) 또는 이너 코어(200)에 권선 코일(300)이 결합되며 그 아우터 코어(100)와 이너 코어(200) 그리고 권선 코일(300)이 고정자(S)를 구성하게 된다. 제시된 도면에는 아우터 코어(100)에 권선 코일(300)이 결합되어 있다.

그리고 상기 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)사이에 본 발명의 가동자(500)가 직선 왕복 운동 가능하도록 삽입된다. 상기 가동자(500)는 상기 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)의 사이에 삽입되도록 원통 형태로 형성된 자석 홀더(510)의 외주면에 다수개의 영구자석(520)이 결합된다.

상기 자석 홀더(510)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 원통 형상으로 형성된 원통체의 일측에 원주 방향으로 일정 폭을 갖는 자석 결합영역(F)이 구획되며 그 자석 결합영역(F)에 그 자석 홀더(510)의 길이방향으로 한쪽이 완전히 개구되도록 절개 형성된 길이방향 개구 슬릿(511)이 형성된다. 즉, 상기 길이방향 개구 슬릿(511)은 일정 폭과 자석 홀더(510)의 길이방향으로 일정 길이를 갖는 사각 형태의 관통된 구멍으로 그 일측끝이 개구되도록 형성된다. 상기 길이방향 개구 슬릿(511)은 상기 자석 홀더(510)의 자석 결합영역(F)에 원주 방향으로 일정 간격을 두고 다수 개 형성된다.

상기 영구자석(520)은 일정 두께와 폭과 길이를 갖는 사각 형태, 즉 육면체 형태로 형성된다.

상기 영구자석(520)은 상기 길이방향 개구 슬릿(511)을 포함하도록 상기 자석 홀더(510)의 자석 결합영역(F)에 다수개 결합된다. 상기 영구자석(520)은 그 길이방향이 상기 자석 홀더(510)의 길이방향과 동일 선상에 위치하도록 상기 자석 홀더(510)의 자석 결합영역(F)에 결합된다.

그리고 다른 변형예로, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 영구자석(520)이 상기 길이방향 개구 슬릿(511)들사이에 위치하도록 상기 자석 홀더(510)의 자석 결합영역(F)에 다수개 결합된다. 상기 영구자석(520)은 그 길이방향이 상기 자석 홀더(510)의 길이방향과 동일 선상에 위치하도록 상기 자석 홀더(510)의 자석 결합영역(F)에 결합된다.

그리고 상기 영구자석(520)이 결합되는 자석 홀더(510)의 자석 결합영역(F)에 상기 영구자석(520)의 결합 상태를 견고하게 하기 위하여, 도 9에 도시한 바와 같이, 그 자석 홀더의 자석 결합영역(F)에 안착홈(513)이 형성된다.

이하, 본 발명의 왕복동식 모터 가동자 구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 왕복동식 모터의 작동은 위에서 설명한 바와 같이, 상기 권선 코일(300)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(300)에 흐르는 전류에 의해 권선코일(300)의 주변에 플럭스가 형성되고 그 플럭스는 상기 고정자(S)의 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)를 따라 폐루프를 형성하면서 흐르게 된다.

상기 권선 코일(300)에 흐르는 전류에 의한 플럭스와 상기 영구자석(520)의 상호작용에 의해 상기 영구자석(520)이 축 방향으로 움직이게 된다. 그리고 상기 권선 코일(300)에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어주게 되면 상기 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)에 형성되는 플럭스의 방향이 바뀌게 되면서 상기 영구자석(520)이 반대방향으로 움직이게 된다.

이와 같이 전류의 방향을 번갈아 가며 바꾸어 공급하게 되면 상기 영구자석(520)이 상기 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)사이에서 직선 왕복 운동하게 된다.

그리고 상기 권선 코일(300)에 인가되는 전류의 방향이 번갈아 가며 바뀜에 의해 상기 고정자인 아우터 코어(100)와 이너 코어(200)를 통해 형성되는 플럭스의 변화에 따라 상기 가동자(500)를 구성하는 자석 홀더(510)의 원주방향을 따라 와전류(Eddy Current)가 발생되는데 그 와전류는 자석 홀더(510)에 형성된 다수개의 길이방향 개구 슬릿(511)에 의해 흐름이 억제된다.

즉, 상기 길이방향 개구 슬릿(511)은 자석 홀더(510)의 한쪽 끝은 완전 개구된 상태로 형성되므로 그 자석 홀더(510)에 형성된 길이방향 개구 슬릿(511)이 저항요소로 작용하여 그 자석 홀더(510)를 따라 흐르는 와전류의 흐름을 억제하게 됨으로써 그 와전류로 인한 손실(Eddy Current Loss)을 최소화시키게 된다.

그리고 상기 자석 홀더(510)의 자석 결합영역(F)에 형성되는 길이방향 개구슬릿(511)을 가공시 그 길이방향 개구 슬릿(511)이 한쪽 끝이 개구된 형태로 형성되므로 그 길이방향 개구 슬릿(511)을 가공하는 펀치 및 다이가 두 개의 모서리부분만을 구비하게 되어 그 펀치 및 다이의 모서리부분 파손으로 인한 제작 공구의 손상을 감소시키고 또한 그 길이방향 개구 슬릿(511)의 가공 변형이 적게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 왕복동식 모터의 가동자 구조는 모터 구동시 발생되는 와전류에 의한 손실을 최소화하게 됨으로써 모터의 효율을 높일 수 있고, 또한 가공 구조가 간단하게 되어 가공 공구의 파손이 줄어들 뿐만 아니라 자석 홀더의 가공 변형이 최소화됨으로써 상기 자석 홀더의 가공 정밀도를 높이고 가공 공구의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 고정자를 구성하는 아우터 코어와 이너 코어 사이에 삽입되는 원통 형태의 자석 홀더와 그 자석 홀더의 자석 결합영역에 결합되는 다수개의 영구자석을 포함하여 구성된 왕복동식 모터의 가동자에 있어서,

   상기 자석 홀더의 자석 결합영역에 그 자석 홀더의 길이방향으로 한쪽이 완전히 개구되도록 절개 형성된 길이방향 개구 슬릿을 원주 방향으로 소정의 간격을 두고 다수개 형성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 가동자 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수개의 영구자석들은 상기 길이방향 개구 슬릿에 중첩되는 상태로 상기 자석 결합영역에 결합된 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 가동자 구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 다수개의 영구자석들은 상기 길이방향 개구 슬릿들사이에 위치하도록 상기 자석 홀더의 자석 결합영역에 결합된 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 가동자 구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 영구자석이 결합되는 자석 홀더의 자석 결합영역에 상기 영구자석이 삽입되어 결합되도록 안착홈이 구비된 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 가동자 구조.