KR100511272B1 - 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브러쉬리스 직류 모터에 관한 것으로서, 내부에 일정 수용공간을 갖는 하우징과, 상기 하우징 내부에 안착 고정됨과 아울러 고정자 코일이 권취되어 인가된 전원에 의해 교번 자성을 갖는 복수개의 티스가 내주면에 구비된 고정자와; 상기 고정자의 티스와 미소 공극을 유지하도록 삽입 고정됨과 아울러 회전중심을 기준으로 내측변부와 외측변부를 가지는 복수개의 v자형 자석 결합홈과 상기 v자형 자석 결합홈의 끝단에 형성되는 자속 단락 방지 공극부를 구비한 로터 코어와, 상기 v자형 자석 결합홈에 교번 극성을 갖도록 삽입 고정되어 자기력에 의하여 회전력을 발생시키는 영구자석이 구비된 회전자와; 상기 회전자의 중심부를 관통하여 상기 하우징에 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 회전축을; 포함하는 브러쉬리스 직류 모터에 있어서, 상기 v자형 자석 결합홈의 외측변부측에서 상기 자속 단락 방지 공극부에 인접하여 상기 v자형 자석 결합홈의 중간부를 기준으로 대칭으로 형성되는 자속 단락 방지공을 더 구비하여 고정자와 회전자 사이의 자속 밀도 변화를 완만하게 하여 회전자의 구동 시 코깅 토크를 저감시킴으로써 진동 및 소음을 저감시키는 효과를 갖는다.

Description

브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조{STRUCTURE OF ROTOR FOR MAGNETIC TYPE MOTOR}

본 발명은 브러쉬리스 직류 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터 구동시 발생되는 코깅 토크를 저감하여 진동 및 소음을 저감시키기 위한 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 브러쉬리스 직류 모터(Brushless Direct Currency Motor)는 직류 모터에서 브러시와 정류자(Commutator)를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치하여 기계적 또는 전기적인 노이즈를 발생시키지 않을 뿐만 아니라 저속부터 고속까지 다양한 속도의 모터가 제작 가능하고, 다극으로 회전토크가 안정적이며, 긴 수명의 모터가 간단하게 만들 수 있는 특징을 갖는다.

도 1 및 도 2는 종래의 브러쉬리스 직류 모터를 도시한 것으로서, 도 1은 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 종단면도이고, 도 2는 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 측단면도이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 종래의 브러쉬리스 직류 모터는 소정의 내부 공간을 갖는 하우징(11)과 상기 하우징(11)의 개방부를 폐쇄하는 하우징 커버(12)가 구비된 모터 하우징(10)과, 상기 모터 하우징(10)의 내부에 고정 결합되는 고정자(20)와, 상기 고정자(20)의 내부에 회전 가능하도록 삽입되는 회전자(30)와, 상기 회전자(30)의 내부에 압입 고정됨과 아울러 상기 모터 하우징(10)에 베어링(42)(42)에 의해 회전 가능하게 지지되어 회전자(30)의 회전력을 외부로 전달하는 회전축(40)으로 구성된다

도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 고정자(20)는 내주면에 돌출 형성된 복수개의 티스(Teeth; 21)가 형성되고, 각 티스(21) 사이가 요홈지게 슬롯(22)이 형성되며, 상기 티스(21)의 끝단 양측에 돌출 형성된 각 팁(25)들 사이에 슬롯 개구부(23)가 형성된 고정자 코어(26)와 상기 고정자 코어(26)의 티스(21)의 양측 슬롯(22)에 권선되는 고정자 코일(24)로 구성된다.

상기 회전자(30)는 중심부에 회전축(40)을 압입 고정하기 위한 축공(31)이 형성되며, 상기 축공(31) 외측에 두개의 자기 중심이 직교하도록 각 자극 중심선(x-x)(y-y)에 대칭되게 영구자석(33)을 고정하기 위한 "V"자 형상의 자석 결합홈(32)이 원주를 따라 4개가 형성된 회전자 코어(36)를 적층시켜 이 회전자 코어(36)에 형성된 리벳체결공(35)에 끼워지는 리벳(미도시)에 의해 체결되도록 구성된다.

상기 영구자석(33)은 상기 자석 결합홈(32)의 외측에 동일 극성을 갖도록 안착 결합되며, 인접한 자석 결합홈(32)에 고정된 영구자석(33)과는 다른 극성을 갖도록 한다.

상기 자석 결함홈(32)의 원주방향 끝단에는 영구자석(33)의 자속을 단락하기 위한 연속된 홈이 가공되는 자속 단락 방지 공극부(34)가 구비된다.

이와 같은 구성에 있어서, 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 작동은 전류인가 회로가 회전자의 위치에 따라 상기 고정자(20)의 각 티스(21)에 권취된 고정자 코일에 전류를 인가하면, 각 티스(21)가 순차적으로 N극과 S극의 교번 극성을 갖게 된다.

상기 고정자(20)의 티스(21)와, 상기 티스(21)에 인접하는 회전자(30)의 자석 결합홈(32)에 삽입 결합된 영구자석(33)과의 자기력에 의해 발생되는 인력 또는 척력의 자력이 상기 회전자(30)의 접선방향으로 작용하여 상기 회전자(30)가 회전되도록 작동한다.

그러나, 상기 고정자(20)의 슬롯 개구부(23)가 형성된 각 티스(21)의 팁(25) 부분에 서로 다른 극성이 형성되어 이에 접하여 회전자(30)의 영구자석(33)과의 자기력에 의한 자속 밀도의 편차가 크게 발생하게 되어 회전자(30)가 균일한 토크를 발생시키지 못하는 코깅 토크(Cogging Torque)가 발생하게 되어 모터의 진동 및 이에 따른 진동 소음이 발생되는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따르면 모터 구동 시 발생되는 코깅 토크를 저감시켜 전동기의 진동 및 진동 소음을 저감시키기 위한 브러쉬리스 모터의 회전자 구조의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부에 일정 수용공간을 갖는 하우징과, 상기 하우징 내부에 안착 고정됨과 아울러 고정자 코일이 권취되어 인가된 전원에 의해 교번 자성을 갖는 복수개의 티스가 내주면에 구비된 고정자와; 상기 고정자의 티스와 미소 공극을 유지하도록 삽입 고정됨과 아울러 회전중심을 기준으로 내측변부와 외측변부를 가지는 복수개의 v자형 자석 결합홈과 상기 v자형 자석 결합홈의 끝단에 형성되는 자속 단락 방지 공극부를 구비한 회전자 코어와, 상기 v자형 자석 결합홈에 교번 극성을 갖도록 삽입 고정되어 자기력에 의하여 회전력을 발생시키는 영구자석이 구비된 회전자와; 상기 회전자의 중심부를 관통하여 상기 하우징에 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 회전축을; 포함하는 브러쉬리스 직류 모터에 있어서, 상기 v자형 자석 결합홈의 외측변부측에서 상기 자속 단락 방지 공극부에 인접하여 상기 v자형 자석 결합홈의 중간부를 기준으로 대칭으로 형성되는 자속 단락 방지공을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조를 제공한다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조를 도시한 도면에 따라 그 구성 및 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조를 도시한 것으로서, 도 3은 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 회전자의 측단면도이며, 도 5는 도 5의 A부분 확대 단면도이고, 도 6은 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 코깅 토크를 비교한 그래프이다.

도 3 또는 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 고정자(20)는 내주면에 돌출 형성된 복수개의 티스(Teeth; 21)가 형성되고, 각각의 티스(21) 사이가 요홈지게 슬롯(Slot; 22)이 형성되며, 상기 티스(21)의 끝단 양측에 돌출 형성된 각각의 팁(Tip; 25) 사이에 슬롯 개구부(23)가 형성된 고정자 코어(26)와, 상기 고정자 코어(26)의 티스(21)의 양측 슬롯(22)에 고정자 코일(24)이 권선되어 형성된다.

상기 회전자(30)는 중심부에 회전축(40)을 압입 고정하기 위한 축공(31)이 형성되며, 상기 축공(31)의 외측으로 중심에서 직교하는 각각의 자극 중심선(x-x)(y-y)에 대칭으로 4개가 배치됨과 아울러 각각 두개의 영구자석(33)을 삽입 고정하기 위한 "V"자 형상의 자석 결합홈(32)이 구비된 낱장의 회전자 코어(36)를 적층 고정되어 형성된다. 상기 "V"자형상의 자석 결합홈(32)은 그 내측변부와 외측변부를 가지며, 내측변부는 "V"자의 꼭지쪽이고, 외측변부는 "V"자의 홈쪽이다.

상기 자석 결합홈(32)에 고정되는 두개의 영구자석(33)이 원주 방향으로 동일 극성을 갖도록 안착 고정되며, 인접한 자석 결합홈(32)에 고정된 영구자석(33)과는 다른 극성을 갖도록 배치된다.

상기 자석 결함홈(32)의 원주방향 끝단에 연속되게 홀을 뚫어 영구자석(33)의 자속을 단락하기 위한 자속 단락 방지 공극부(34)가 형성된다.

또한, 상기 슬롯 개구부(23)를 사이에 두고 서로 다른 극성을 갖는 각 티스(21)의 팁(25) 사이의 자속 밀도 변화를 완만하게 하여 상기 회전자(30)의 구동 시 발생하는 코깅 토크를 저감시키기 위해 상기 회전자(30)의 원주면에 근접하게 복수개의 자속 단락 방지공(50)이 형성된다. 상기 자속 단락 방지공(50)은 v자형 자석 결합홈(32)의 외측변부측에서 상기 자속 단락 방지 공극부(34)에 인접하여 상기 v자형 자석 결합홈의 중간부를 기준으로 대칭으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 자속 단락 방지공(50)은 각각의 자속 단락 방지 공극부(34)와 자극 중심선(x-x)(y-y) 사이의 일정 반경 선상에 형성됨이 바람직하며, 더욱 바람직하기는 상기 자속 단락 방지 공극부(34)에 근접하게 형성되는 것이다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 자속 단락 방지 공극부(34)와 자속 단락 방지공(50)의 이격 거리(x)는 2 내지 3mm 이내가 가장 바람직하며 상기 자속 단락 방지공(50)의 내부는 자력을 단락 하기 위해 공기를 포함한 비 자성체로 충전됨이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조는 전류인가 회로가 회전자의 위치에 따라 상기 고정자(20)의 각 티스(21)에 권취된 고정자 코일(24)에 전류를 인가시키면, 각 티스(21)가 순차적으로 N극과 S극의 교번 극성을 갖게 된다.

상기 고정자(20)의 슬롯 개구부(23)를 사이에 두고 서로 다른 극상을 갖는 각 티스(21)의 팁(25) 사이에 대응하는 회전자(30)의 원주면에 근접하게 형성된 자속 단락 방지공(50)이 각 티스(21)와 이에 접하는 영구자석(33)과의 자속 밀도의 변화를 완만하게 분포하도록 하여 상기 회전자(30)가 부드럽게 회전하도록 코깅 토크를 저감시킨다.

도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 회전자(30)의 각 자속 단락 방지부(34)로부터 자기 중선선(x-x)(y-y) 방향으로 2.5mm의 이격 거리(X)를 가지고 2π의 직경(d)을 갖는 자속 단락 방지공(50)이 8개 형성된 회전자의 회전각에 따른 코깅 토크(1)와, 자속 단락 방지공을 갖지 않는 종래의 회전자의 회전각에 따른 코깅 토크(2)를 비교하여 보면, 본 발명의 회전자 구조를 갖는 모터의 코깅 토크(1)는 종래의 회전자 구조를 갖는 모터에서 발생되는 코깅 토크(2)에 비해 20%가 감소되었고, 파형이 정형파에 근접되게 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 상기 모터의 구동 시 코깅 토크가 저감됨에 따라 코깅 토크에 의해 발생되는 회전자의 구동시 발생되는 진동 및 이에 의한 소음을 저감시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 고정자와 회전자 사이의 자속 밀도 변화를 완만하게 하여 회전자의 구동 시 코깅 토크를 저감시킴으로써 코깅 토크에 의한 발생 진동 및 진동 소음을 저감시키는 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 종단면도,

도 2는 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 측단면도,

도 3은 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 측단면도,

도 4는 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 회전자의 측단면도,

도 5는 도 5의 A부분 확대 단면도.

도 6은 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 코깅 토크를 비교한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

10: 모터 하우징 20: 고정자

21: 티스 22: 슬롯

23: 슬롯 개구부 24: 고정자 코일

25: 티스 26: 고정자 코어

30: 회전자 31: 축공

32: 자석 결합홈 33: 영구자석

34: 자속 단락 방지 공극부 36: 회전자 코어

40: 회전축 50: 자속 단락 방지공

Claims (5)

1. 내부에 일정 수용공간을 갖는 하우징과, 상기 하우징 내부에 안착 고정됨과 아울러 고정자 코일이 권취되어 인가된 전원에 의해 교번 자성을 갖는 복수개의 티스가 내주면에 구비된 고정자와;

   상기 고정자의 티스와 미소 공극을 유지하도록 삽입 고정됨과 아울러 회전중심을 기준으로 내측변부와 외측변부를 가지는 복수개의 v자형 자석 결합홈과 상기 v자형 자석 결합홈의 끝단에 형성되는 자속 단락 방지 공극부를 구비한 회전자 코어와, 상기 v자형 자석 결합홈에 교번 극성을 갖도록 삽입 고정되어 자기력에 의하여 회전력을 발생시키는 영구자석이 구비된 회전자와;

   상기 회전자의 중심부를 관통하여 상기 하우징에 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 회전축을; 포함하는 브러쉬리스 직류 모터에 있어서,

   상기 v자형 자석 결합홈의 외측변부측에서 상기 자속 단락 방지 공극부에 인접하여 상기 v자형 자석 결합홈의 중간부를 기준으로 대칭으로 형성되는 자속 단락 방지공을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 자속 단락 방지공은 상기 자속 단락 방지 공극부로부터 2 내지 3mm 이격되어 형성됨을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 자속 단락 방지공은 비 자성체로 충전됨을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조.