KR100556834B1

KR100556834B1 - 왕복동식 모터의 고정자 구조

Info

Publication number: KR100556834B1
Application number: KR1020040058399A
Authority: KR
Inventors: 정상섭; 이혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20060009721A

Abstract

본 발명은 왕복동식 모터의 고정자 구조에 관한 것으로서, 본 발명은 권선코일을 구비하는 외측고정자와, 외측고정자의 안쪽에 소정의 공극을 두고 배치하는 내측고정자와, 외측고정자와 내측고정자 사이에 마그네트를 구비하여 두 고정자와의 플럭스에 의해 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 포함한 왕복동식 모터에 있어서, 내측고정자는 연질자성분말(Soft Magnetic Composite)을 이용한 분말야금공법으로 제작하는 고정자블록과, 다수 장의 얇은 스테이터코어를 적층하여 상기 고정자블록에 결합하는 수 개의 고정자적층체로 구성함으로써, 고정자의 조립공정을 훨씬 간소화하여 생산성을 높이면서도 고가의 분말금속을 적게 사용하여 생산비용이 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 자로면적이 확대되어 모터효율이 향상된다. 또, 내측고정자의 양쪽에 프레임을 배치하고 이 내측고정자를 관통하는 체결볼트로 상기한 프레임에 체결 고정함으로써 외측고정자는 물론 내측고정자로 견고하게 고정하여 모터의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

왕복동식 모터의 고정자 구조{STATER STRUCTURE FOR RECIPROCATING MOTOR}

도 1은 종래 왕복동식 모터의 일례를 보인 단면도,

도 2 및 도 3은 종래 왕복동식 모터의 내측고정자에 대한 일례들을 각각 보인 사시도와 정면도,

도 4는 본 발명 왕복동식 모터의 내측고정자를 보인 사시도,

도 5는 본 발명 내측고정자를 보인 측면도,

도 6은 본 발명 내측고정자를 외측고정자와 함께 고정한 단면도,

도 7은 도 6의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

100 : 내측고정자 110 : 고정자블록

111 : 적층체삽입홈 112 : 관통구멍

113 : 걸림턱 120 : 고정자적층체

121 : 스테이터코어 210,220 : 프레임

211 : 볼트구멍 221 : 체결홈

212,222 : 지지돌기 230 : 체결볼트

본 발명은 왕복동식 모터의 고정자에 관한 것으로서, 특히 내측고정자를 적층체와 소결체를 혼합하여 형성하는 왕복동식 모터의 고정자 구조에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 모터는 입체적인 구조를 갖는 모터의 자장(Magnet Field)을 평판 형상으로 변형시킨 것으로, 평판으로 형성된 가동자조립체를 역시 평판으로 형성된 고정자조립체의 상측에 얹어 자장 변화에 따라 직선으로 움직이도록 한 것이다.

이러한 왕복동식 모터는 고정자조립체를 원통모양의 외측고정자와 내측 고정자로 분리하여 일정 공극을 두고 겹치도록 배치하고, 외측고정자와 내측 고정자 사이에 가동자조립체를 움직일 수 있도록 배치하며, 외측고정자와 내측 고정자 중에서 어느 한 쪽의 고정자에 권선코일을 장착하고, 이에 대응하는 가동자조립체에는 마그네트들을 부착시켜 가동자가 권선코일의 플럭스(flux)에 의해 축방향으로 왕복운동하도록 이루어져 있다.

도 1은 종래 왕복동식 모터의 일례를 보인 단면도이고, 도 2 및 도 3은 종래 왕복동식 모터의 내측고정자에 대한 일례들을 각각 보인 사시도와 정면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 모터는, 플럭스를 형성하는 고정자조립체(10)와, 고정자조립체(10)의 플럭스에 따라 직선으로 왕복운동을 하는 가동자조립체(20)로 구성하고 있다.

고정자조립체(10)는 가동자조립체(20)의 바깥쪽에 위치하도록 원통모양으로 형성하는 외측고정자(11)와, 외측고정자(11)의 안쪽에 일정한 코어간 거리를 두고 배치하도록 원통모양으로 형성하는 내측고정자(12)로 이루어져 있다.

외측고정자(11)는 얇은 스테이터코어를 "디귿자" 형상으로 제작하여 권선코일(C)을 감은 보빈(미부호)의 외주면에 방사상으로 적층 형성하거나, 또는 얇은 스테이터코어(미부호)를 "기억자"와 "역기억자" 형상으로 제작하여 각각 여러 장을 겹겹이 적층한 코어블록(미부호)을 형성한 후 이를 서로 대칭되게 방사상으로 적층할 수도 있다.

내측고정자(12)는 도 2에서와 같이 얇은 스테이터코어(12a)를 직사각판 형상으로 제작하여 방사상으로 적층 형성하거나, 또는 도 3에서와 같이 점적률을 최대로 넓히기 위하여 얇은 스테이터코어(12b)(12c)를 "기억자"와 "역기억자" 형상으로 제작하여 서로 대칭되게 방사상으로 적층하고 있다.

가동자조립체(20)는 외측고정자(11)와 내측 고정자(12) 사이에서 움직일 수 있도록 배치하는 마그네트프레임(21)과, 고정자조립체(10)의 권선코일(C)에 대응하도록 마그네트프레임(21)의 외주면에 등간격으로 고정하는 다수 개의 마그네트(22)로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 13은 고정링이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 모터는 다음과 같이 동작한다.

즉, 외측고정자(11)의 권선코일(C)에 전류를 인가하면, 권선코일(C) 주변에 플럭스가 형성되어 외측고정자(11)의 일측 경로(path)를 따라 내측고정자(12)로 흘렀다가 다시 외측고정자(11)의 타측 경로로 흐르는 일종의 '폐루프(closed loop)'를 형성한다.

이때, 권선코일(C)에 의해 형성되는 플럭스 상에 가동자조립체(20)의 마그네트(22)가 놓이면 그 마그네트(22)가 상기한 권선코일(C)의 플럭스와 상호 작용하여 권선코일(C)의 플럭스 방향에 따라 밀리거나 당겨지면서 마그네트프레임(21)이 직선으로 왕복운동을 하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 모터에 있어서는, 교류자속에 의한 철손을 감소시키고 자속이 통과하는 자로면적을 넓히기 위하여 얇은 강판(12a)을 낱개씩 방사상으로 적층하거나 두 개 한쌍씩 얇은 강판(12b)(12c)을 방사상으로 적층하는 것이었으나, 이는 얇은 강판(12a)(12b)(12c)을 방사상으로 적층하는 것이 복잡하고 자동화하는데 한계가 있어 생산성이 낮은 것은 물론 생산비용이 과다하게 되는 문제점이 있었다.

또, 내측고정자(12)를 얇은 강판(12b)(12c)으로 적층하여 제작하는 경우 얇은 강판 사이에 볼트를 통과시킬 공간이 없어 상기 내측고정자(12)를 양쪽 프레임 사이에 직접 고정하지 못하고 외측고정자(11)를 조이는 힘으로 상기한 내측고정자(12)를 고정함에 따라 그만큼 내측고정자(12)에 대한 고정력이 저하되어 모터의 신뢰성이 저하될 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 모터가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 내측고정자를 용이하면서도 자동화가 가능하여 생산성을 높이고 생산비용을 절감할 수 있는 왕복동식 모터의 고정자 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 외측고정자는 물론 내측고정자도 양쪽 프레임 사이에 견고하게 고정할 수 있는 왕복동식 모터의 고정자 구조를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 권선코일을 구비하는 외측고정자와, 외측고정자의 안쪽에 소정의 공극을 두고 배치하는 내측고정자와, 외측고정자와 내측고정자 사이에 마그네트를 구비하여 두 고정자와의 플럭스에 의해 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 포함한 왕복동식 모터에 있어서, 내측고정자는 연질자성분말(Soft Magnetic Composite)을 이용한 분말야금공법으로 제작하는 고정자블록과, 다수 장의 얇은 스테이터코어를 적층하여 상기 고정자블록에 결합하는 수 개의 고정자적층체로 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 고정자 구조를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 모터의 고정자 구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 왕복동식 모터의 내측고정자를 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 내측고정자를 보인 측면도이며, 도 6은 본 발명 내측고정자를 외측고정자와 함께 고정한 단면도이고, 도 7은 도 6의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 왕복동식 모터의 고정자조립체는 가동자조립체(20)의 바깥쪽에 위치하도록 원통모양으로 형성하는 외측고정자(11)와, 외측고정자(11)의 안쪽에 일정한 코어간 거리를 두고 배치하도록 원통모양으로 형성하는 내측고정자(100)로 이루어진다.

외측고정자(11)는 얇은 스테이터코어를 "디귿자" 형상으로 제작하여 권선코 일(C)을 감은 보빈(미부호)의 외주면에 방사상으로 적층 형성하거나 또는 또는 얇은 스테이터코어(미부호)를 "기억자"와 "역기억자" 형상으로 제작하여 각각 여러 장을 겹겹이 적층한 코어블록(미부호)을 형성한 후 이를 서로 대칭되게 방사상으로 적층할 수도 있다.

내측고정자(100)는 도 4에서와 같이 연질자성분말(Soft Magnetic Composite)로 제작하는 고정자블록(110)과, 다수 장의 얇은 스테이터코어(121)를 적층하여 상기 고정자블록(110)에 결합하는 수 개의 고정자적층체(120)로 이루어진다.

고정자블록(110)은 그 재질은 분말금속의 일종으로 모터 등의 전자기 시스템에 응용하기 위해 전기적 자기적 특성을 향상시켜 절연코팅재를 입힌 연질자성분말을 분말야금공법으로 형성한다.

또, 내측고정자(100)는 도 4 및 도 5에서와 같이 원통모양으로 형성하되 그 외주면에는 상기한 고정자적층체(120)를 삽입할 수 있도록 축방향으로 긴 적층체삽입홈(111)을 원주방향을 따라 등간격으로 형성한다. 적층체삽입홈(111)은 측면투영시 내외경이 동일한 원호형 단면 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

고정자적층체(120)는 직육면체의 얇은 스테이터코어를 측면투영시 원호형상으로 겹겹이 적층하여 형성하는 것으로, 그 양측면을 용접(W)하여 각각의 스테이터코어(121)를 상호 고정 결합한다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 모터의 고정자 구조는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 권선코일(C)에 전원을 인가하여 외측고정자(11)와 내측고정자(100) 사이에 플럭스(flux)가 형성되면, 그 외측고정자(11)와 내측고정자(100) 사이의 공극에 놓인 가동자조립체(20)가 플럭스의 방향을 따라 움직이면서 지속적으로 왕복운동을 한다.

여기서, 내측고정자(100)는 연질자성분말을 소정 형상의 금형에 넣고 적정온도로 가열하면서 가압하는 소위 분말야금공법으로 제작한 고정자블록(110)의 적층체삽입홈(111)에 스테이터코어(121)를 적층하여 제작한 고정자적층체(120)를 방사상으로 삽입하여 제작함으로써, 낱장의 스테이터코어(121)를 방사상으로 적층하여 원통형으로 형성하던 것에 비해 내측고정자를 용이하게 제작할 수 있다.

또, 내측고정자(100) 전체를 고가의 연질자성분말로 제작하는 경우에는 재료비용이 과도하게 소요되어 제조원가가 크게 상승할 수 있으나, 본 발명에서와 같이 내측고정자(100)의 일부, 즉 고정자블록(110)만 연질자성분말로 제작하고 나머지는 상대적으로 저렴한 스테이터코어(121)를 적층한 고정자적층체(120)를 사용함에 따라 내측고정자에 대한 생산비용을 절감할 수 있다.

또, 내측고정자(100)의 자로면적이 넓어져 자성체의 자기적 포화현상을 방지할 수 있고 이를 통해 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 외측고정자(11)와 내측고정자(100)를 고정하기 위하여는 도 6 및 도 7에서와 같이 두 고정자(11)(100)의 양측면에 각각 프레임(210)(220)을 밀착시키고 그 중 내측고정자(100)를 관통하는 긴 체결볼트(230)를 이용하여 상기한 두 프레임(210)(220)을 조이면서 외측고정자(11)와 내측고정자(100)를 고정하는 것이다.

이를 위해, 내측고정자(100)의 고정자블록(110)에는 상기한 긴 체결볼트(230)가 관통하도록 축방향으로 복수 개의 관통구멍(112)을 형성하고, 이에 대향하는 한 쪽 프레임(210)에는 볼트구멍(211)과 다른 한 쪽 프레임(220)에는 체결홈(221)을 형성한다.

또, 내측고정자(100)의 외주면 모서리에는 걸림턱(113)(113)을 단차지게 형성하고, 이에 대향하는 양쪽 프레임(210)(220)의 내측면에는 상기 걸림턱(113)(113)이 걸리도록 지지돌기(212)(222)를 형성하는 것이 상기한 내측고정자(100)가 양쪽 프레임(210)(220) 사이에서 견고하게 고정할 수 있어 바람직하다.

여기서, 외측고정자(11)는 전술한 바와 같이 낱장을 적층한 경우에는 양쪽 프레임(210)(220)을 그 외측고정자(11)의 바깥쪽에서 체결볼트(14)로 조여 고정하는 반면, 여러 장의 얇은 스테이터코어(121)를 적층하여 코어블록(미부호)을 형성한 후 이를 방사상으로 적층한 경우에는 그 코어블록 사이를 통과하는 체결볼트(14)로 상기한 양쪽 프레임(210)(220)을 조여 외측고정자(11)를 고정함으로써 상기한 외측고정자(11)를 보다 견고하게 고정할 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 모터의 고정자 구조는, 내측고정자를 분말야금공법으로 고정자블록을 형성하고 여러 장의 스테이터코어를 원호형으로 적층한 고정자적층체를 상기 고정자블록의 적층체삽입홈에 삽입하여 고정함으로써, 고정자의 조립공정을 훨씬 간소화하여 생산성을 높이면서도 고가의 분말금속을 적게 사용하여 생산비용이 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 자로면적이 확대 되어 모터효율이 향상된다.

또, 내측고정자의 양쪽에 프레임을 배치하고 이 내측고정자를 관통하는 체결볼트로 상기한 프레임에 체결 고정함으로써 외측고정자는 물론 내측고정자로 견고하게 고정하여 모터의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims

권선코일을 구비하는 외측고정자와, 외측고정자의 안쪽에 소정의 공극을 두고 배치하는 내측고정자와, 외측고정자와 내측고정자 사이에 마그네트를 구비하여 두 고정자와의 플럭스에 의해 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 포함한 왕복동식 모터에 있어서,

내측고정자는 연질자성분말(Soft Magnetic Composite)을 이용한 분말야금공법으로 제작하는 고정자블록과, 다수 장의 얇은 스테이터코어를 적층하여 상기 고정자블록에 결합하는 수 개의 고정자적층체로 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 고정자 구조.
제1항에 있어서,

고정자블록은 원통모양으로 형성하되 그 외주면에 원주방향을 따라 수 개의 적층체삽입홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 고정자 구조.
제2항에 있어서,

적층체삽입홈은 측면투영시 원호형상으로 형성하고, 이에 삽입하는 고정자적층체 역시 측면투영시 동일한 크기의 원호형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 고정자 구조.
제1항에 있어서,

고정자적층체는 양측면을 용접하여 각각의 스테이터코어를 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 고정자 구조.
제1항에 있어서,

외측고정자와 내측고정자의 양측에는 프레임을 각각 배치하고, 그 중 내측고정자의 고정자블록을 관통하는 긴 체결볼트으로 양측 프레임을 체결하여 상기한 외측고정자와 내측고정자를 지지하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 고정자 구조.
제5항에 있어서,

고정자블록과 고정자적층체의 외측모서리면에는 걸림턱을 단차지게 형성하고, 그 걸림턱에 대응하는 프레임의 내측면에는 상기한 걸림턱에 맞물리도록 지지돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 고정자 구조.
제5항에 있어서,

고정자블록에는 상기한 체결볼트가 축방향으로 관통하도록 복수 개의 관통구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 고정자 구조.