KR100580524B1 - 축향자속전기모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자의 요크에 보조 프레임을 설치하여 회전자의 강성을 증대시킴으로써 고속 신뢰성을 향상시킨 축향자속전기모터에 관한 것으로서, 회전축에 고정되는 상,하부 요크에 각각 영구자석이 부착된 회전자와, 케이스의 중간부에서 내부로 돌출 형성된 지지판에 고정자권선이 감겨져 있는 고정자로 이루어지는 축향자속 전기모터에 있어서, 상기 요크의 강성을 증대시키기 위해 상부 요크와 하부 요크 사이에 보조프레임이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 회전자의 강성을 증대시켜 회전자와 고정자 사이의 공극이 항상 일정하게 유지하므로 모터의 고속 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 고출력시에도 모터 파손을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

축향자속 전기모터, 회전자, 고정자, 요크, 보조 프레임

Description

축향자속전기모터{Electric motor with Axial Magnetic Flux}

도 1은 종래 기술에 따른 축향자속 전기모터의 구성을 나타내는 측단면도,

도 2는 도 1의 B-B'선의 평단면도,

도 3은 본 발명에 따른 보조 프레임의 설치상태를 나타내는 측단면도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 보조 프레임이 설치된 축향자속 전기모터의 내부구조를 나타내는 평단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기둥형 보조 프레임이 설치된 축향자속 전기모터의 내부구조를 나타내는 평단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 회전축 12: 베어링

14: 케이스 16: 상부 요크

18: 하부 요크 20: 영구자석

22: 지지판 24: 고정자권선

30: 내부공간 40: 보조 프레임

본 발명은 축향자속전기모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전자의 요크에 보조 프레임을 설치하여 회전자의 강성을 증대시킴으로써 고속 신뢰성을 향상시킨 축향자속전기모터에 관한 것이다.

일반적으로, 전기모터는 전기적인 에너지를 기계적인 회전운동으로 변환시키는 장치로서, 전원공급에 의해 자기를 발생시키는 여자코일을 갖는 고정자와 이 고정자내에 회전가능하게 수용되는 회전자로 이루어져 있다. 회전자는 고정자와의 자기적 상호작용을 위해 원주 방향을 따라 다수의 영구자석이 장착되어 있거나, 혹은 여자코일을 구비하여 공급되는 전기적 에너지를 자기적 에너지로 변환되도록 되어 있다.

특히, 다양한 종류의 전동기가 동력원으로 사용하기 위하여 제안되어 있으나, 종래의 전동기는 대부분 레이디얼(Radial) 방향으로 자석을 배설하고 이 자석이 만드는 자속과 전류의 상호 전자력을 이용하여 구성함으로써 전체적으로 길이가 길어지고 그 폭의 축소가 한정되므로, 협소한 공간에 장착하기가 용이하지 않고 구동축과 평행하거나 직각으로 배설되어 연결기구를 구비하여야 하므로, 불필요한 연결부재가 사용되어 비용이 상승하고 컴팩트화에도 제한이 따른다.

그러나, 최근의 다양한 제어기구등에 사용되는 전동기는 더욱 컴팩트하고도 소형화, 정밀화, 고효율화의 구성을 요구하고 있다.

또한, 전동휠체어 또는 전기 자동차와 같이 저속을 요구하는 기계에서는 속도제어를 위해 감속용 기어 어레이 또는 풀리 등을 이용하므로 부수적인 장치로 인한 설치면적의 증가와 중량의 증가는 물론 효율의 감소 및 에너지 소비가 증가된 다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 동력원으로서, 전동기의 형태가 과거 전동기의 주종을 이루던 레이디얼 형이 아닌, 구동바퀴와 일체로 구성할 수 있는 일체식의 축방향 자속 영구자석(Axial Flux Permanent Magnet : AFPM)형 전동기가 이미 공지되어 있다.

종래의 축향자속 전기모터는, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전축(10)에 고정 내지 지지되는 회전자와 케이스(14)에 고정되는 고정자로 구성되며, 상기 회전자는 상,하부 요크(16,18)와 이 요크상에 장착되는 영구자석(20)으로 이루어지고, 상기 고정자는 케이스(14) 내부로 돌출 형성되어 있는 지지판(22)과 상기 지지판의 상측에 배설된 고정자권선(24)으로 이루어져 있다.

상기 영구자석(20)과 상기 고정자권선(24) 사이에는 소정의 공극을 두어 간섭을 방지하고 있고, 상기 회전축(10)과 케이스(14) 사이에는 베어링(12)이 설치되어 회전에 따른 마찰을 감소시키는 구조로 되어 있다.

또한, 종래의 축향자속 전기모터의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 중앙부의 회전축(10)과 고정자권선(24) 사이에는 간섭을 방지하기 위한 내부공간(30)이 형성되어 있다.

상기한 종래 축향자속 전기모터는 모터의 고속 회전시 높은 자력을 갖게 되어 회전자의 외경부분에서 스트레스가 발생하고 회전자의 상측부와 하측부의 거리가 좁아져 결국 공극 거리가 확보되지 못하는 문제점이 발생한다.

이러한 경우 모터의 신뢰성을 저하시키고 전기적인 설계에 영향을 미쳐 고출력을 발생시킬 수 없으며, 특히 회전자에 부착되는 영구자석으로 고 에너지 밀도를 가지는 희토류 자석류(Nd-Fe-B)를 사용하거나 모터의 외경을 넓혀 설계해야 하는 경우에는 회전자 외경부분에 발생하는 스트레스는 더욱 심화된다.

또한, 상기 스트레스가 매우 심한 경우 회전자와 고정자간에 접촉이 발생하게 되어 모터가 파손될 우려도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 회전자의 요크에 보조 프레임을 설치하여 회전자의 강성을 증대시킴으로써, 회전자의 상측요크와 하측 요크간의 공극을 유지하여 고출력, 고속회전시에도 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 축향자속 전기모터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축에 고정되는 상,하부 요크에 각각 영구자석이 부착된 회전자와, 케이스의 중간부에서 내부로 돌출 형성된 지지판에 고정자권선이 감겨져 있는 고정자로 이루어지는 축향자속 전기모터에 있어서, 상기 요크의 강성을 증대시키기 위해 상부 요크와 하부 요크 사이에 보조프레임이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은 상기 보조 프레임은 원통형태 또는 다수개의 기둥형태로 이루어지는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 보조 프레임의 설치상태를 나타내는 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 보조 프레임이 설치된 축향자속 전기모터의 내부구조를 나타내는 평단면도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기둥형 보조 프레임이 설치된 축향자속 전기모터의 내부구조를 나타내는 평단면도이다.

본 발명에 따른 축향자속 전기모터는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 회전자의 상부 요크(16) 및 하부 요크(18) 사이에 보조 프레임(40)을 설치하여 회전자의 강성을 증대시키도록 한 것이다.

더욱 상세히 설명하면, 축향자속 전기모터는 회전축(10)에 고정되는 상,하부 요크(16,18)에 각각 영구자석(20)이 부착된 회전자와, 케이스(14)의 중간부에서 내부로 돌출 형성된 지지판(22)에 고정자권선(24)이 배설되어 있는 고정자로 이루어진다.

즉, 상기 회전자는 디스크 형태를 갖는 상부 요크(16)와 하부 요크(18)로 나뉘어 있고, 상기 상,하부 요크(16,18)의 사이에는 케이스(14)에 고정 연결된 지지판(22)의 상측에 코일로 이루어진 고정자권선(24)이 배설되어 있다.

또한, 상기 회전자의 상,하부 요크(16,18)상에 부착된 영구자석(20)은 한쌍으로서 서로 대립하는 자극으로서 반대극을 갖도록 구성되어 있다.

상기 고정자권선(24)은 철심이 없는 코어리스형으로서 상기 상,하부 요크(16,18)상의 영구자석(20)과 협동하여 폐쇄자로를 구성한다.

그리고, 상기 상부 요크(16)와 고정자권선(24) 사이 및 상기 하부 요크(18) 와 지지판(22)의 사이에는 일정한 간격의 공극이 형성되어 있어서, 회전자와 고정자의 간섭이 일어나지 않도록 되어 있다.

통상적으로 축향자속 전기모터는 고정자권선(24)이 철심이 없는 코어리스형으로서 상기 회전자의 상,하부 요크(16,18)상의 영구자석(20)과 협동하여 폐쇄자로를 구성하게 되고, 이때 상기 회전자의 요크상에 부착된 영구자석(20)은 서로 대립하는 반대자극을 갖도록 구성되어 있는 바, 상기 영구자석(20)에 의해 발생하는 회전축과 평행한 방향의 자속과 고정자 권선에 흐르는 전류에 의해 토크가 발생하는 것이다.

그러나, 고속 회전시 상기 고정자권선(24)에 큰 전류가 흐르게 되어 전자기력이 커짐에 따라 상기 상부 요크(16)와 하부 요크(18) 사이에 스트레스가 증가하게 되어 고정자권선(24)과 간섭우려가 있으므로 공극을 크게 설계해야되거나 고출력을 얻을 수 없는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명에서는 상기 상부 요크(16)와 하부 요크(18) 사이에 보조 프레임(40)을 설치하여 회전자 요크의 강성을 증대시켰다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 모터 중심의 회전축(10)과 고정자권선(24) 및 지지판(22) 사이에는 내부공간(30)이 확보되어 있으므로, 그 내부공간(30)에 회전자의 강성을 증대시키는 동시에 고정자권선(24)과 간섭되는 것이 방지될 수 있도록, 중앙의 회전축(10)으로부터 일정 간격 떨어진 위치에 보조 프레임(40)을 설치한다.

축향자속 전기모터의 외경이 작은 경우에는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 제1 실시예에서와 같이, 보조 프레임(40)의 형태를 원통형태로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 보조 프레임(40)의 형태를 원통형태로 함으로써 보조 프레임(40)의 설치가 간편하고 제조비용을 절감시킬 수 있다.

한편, 축향자속 전기모터의 외경이 큰 경우에는 도 5에 도시된 본 발명에 따른 제2 실시예에서와 같이, 보조 프레임(40)의 형태를 다수개의 기둥형태로 하는 것이 바람직하다.

이는, 만일 이러한 경우에도 원통형 보조 프레임을 사용할 경우 모터의 전체중량이 증대되기 때문이다.

여기서, 상기 기둥형 보조 프레임의 개수는 모터의 외경크기 또는 고출력시 발생하는 스트레스의 양에 따라 다르게 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 보조 프레임(40)이 회전자의 상,하부 요크(16,18) 사이에 설치된 후에는, 고속 회전시 회전자의 외경부분에서 발생하는 스트레스가 감소하고, 회전자와 고정자 사이의 공극이 항상 일정하게 유지되므로 모터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형실시가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술사상은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다.

상술한 본 발명에 따른 축향자속 전기모터에 의하면, 회전자의 상부 요크와 하부 요크 사이에 보조 프레임을 설치함으로써 회전자의 강성을 증대시켜 회전자의 외경부분에서 발생하는 스트레스의 양을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 회전자와 고정자 사이의 공극이 항상 일정하게 유지되므로 모터의 고속 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 고출력시에도 모터 파손을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 더 나아가 모터 설계시 외경의 크기를 임의로 조절할 수 있으므로, 다양한 형태의 전기모터 개발이 가능해진다.

Claims (3)

1. 회전축에 고정되는 상,하부 요크에 각각 영구자석이 부착된 회전자와, 케이스의 중간부에서 내부로 돌출 형성된 지지판에 고정자권선이 감겨져 있는 고정자로 이루어지는 축향자속 전기모터에 있어서,

   상기 요크의 강성을 증대시키기 위해 상부 요크와 하부 요크 사이에 보조프레임이 설치되는 것을 특징으로 하는 축향자속 전기모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보조 프레임은 원통형태 또는 다수개의 기둥형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축향자속 전기모터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보조 프레임은 회전자의 강성을 증대시키는 동시에 고정자 권선과 간섭되는 것이 방지될 수 있도록, 회전축으로부터 일정 거리만큼 떨어져 설치되는 것을 특징으로 하는 축향자속 전기모터.

Images