KR100624796B1 - 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기에 관한 것으로서, 특히 방사형으로 배치된 복수의 티스에 코일이 권선된 스테이터와; 상기 스테이터의 바깥쪽 둘레에 소정의 공극을 갖도록 위치되고 내측에는 상기 스테이터의 적층된 길이보다 긴 마그네트가 부착된 로터와; 상기 스테이터와 로터 사이의 공극에 위치하며 상기 마그네트에서 발생하여 상기 스테이터로 쇄교하는 유효자속이 증가하도록 하는 플레이트를 포함하여 구성되어, 전동기의 마그네트 오버행 구조로 인한 상기 공극에서 누설되는 자속의 일부를 상기 플레이트를 통하여 상기 스테이터로 쇄교하도록 함으로써 전동기의 효율을 향상시키는 효과가 있다.

전동기, 로터, 스테이터, 오버행, 스틸 플레이트, 누설자속, 유효자속

Description

전동기{Motor}

도 1은 종래 기술에 따른 전동기의 분해 사시도,

도 2는 종래 기술에 따른 전동기의 측단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 전동기의 측단면에서의 자속 분포도,

도 4는 종래 기술에 따른 전동기에서 오버행 길이에 따른 티스의 자속밀도를 도시한 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 전동기의 분해 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 전동기의 측단면도,

도 7은 본 발명에 따른 전동기의 측단면에서의 자속 분포도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

40 : 스테이터 42 : 스테이터 코어

44 : 슬롯 46 : 티스

48 : 코일 50 : 로터

51 : 마그네트 53 : 플레이트

55 : 공극 30 : 로터 프레임

본 발명은 전동기에 관한 것으로서, 특히 BLDC 전동기의 성능을 향상시키는 마그네트 오버행 구조에서 스틸 플레이트를 추가로 구비하여 유효자속량을 증가시키는 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 자기장 속에 도체를 자기장과 직각으로 놓고 여기에 전류를 통하면 자기장에도 직각 방향으로 전자기적인 힘이 발생한다는 전자 유도 현상을 응용한 것으로 전원의 종별에 따라 직류 전동기와 교류 전동기로 분류된다.

유도전동기는 교류 전동기의 일종으로 단상 유도전동기 및 3상 유도전동기로 구분되며, 단상 유도전동기는 비교적 작은 출력을 갖는 전기 제품에 널리 사용되며, 3상 유도전동기는 고출력의 전기 제품에 널리 이용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전동기의 분해 사시도, 도 2는 종래 기술에 따른 전동기의 측단면도, 도 3은 종래 기술에 따른 전동기의 측단면에서의 자속 분포도, 도 4는 종래 기술에 따른 전동기에서 오버행 길이에 따른 티스의 자속밀도를 도시한 그래프이다.

종래 기술에 따른 일반적인 BLDC 전동기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 스테이터(10)와, 상기 스테이터(10)의 외측에 반경방향으로 소정의 공극(25)을 두고 회전 가능하게 설치된 로터(20)와, 상기 로터의 외주면이 고정되어 상기 로터(20)와 일체로 회전되는 로터 프레임(30)으로 이루어진다.

상기 스테이터(10)는 링형의 코어(12)와, 상기 링형의 코어(12) 외주면에 소정의 슬롯(14)을 사이에 두고 원주방향으로 상호 이격되어 방사형으로 배열된 복수개의 티스(16)와, 상기 티스(16)에 각각 권선되어 외부 전원과 연결된 코일(18)로 구성된다.

상기 로터(20)는 N극과 S극이 다중으로 교번된 링형상의 마그네트(21)로 구성되어, 상기 코일(18)에 전류가 흐르면 상기 스테이터(10)와 전자기적으로 상호 작용하여 회전한다.

여기서 상기 마그네트(21)에서 발생하여 상기 스테이터(10)의 티스(16)로 쇄교하는 유효자속을 늘리기 위하여 상기 마그네트(21)의 높이를 상기 스테이터(10)의 적층 방향의 길이보다 크게 구성하는데, 이를 오버행이라고 한다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 마그네트(21)의 오버행의 길이를 증가시키면 상기 마그네트(21)의 양이 증가함에 따라 자속이 증가하지만, 상기 티스(16)로 쇄교하지 않고 상기 공극(25)에서 발산하는 등의 이유로 누설되는 누설자속도 함께 증가하게 된다.

즉, 상기 오버행의 길이가 증가함에 따라 상기 마그네트(21)의 길이 방향의 상, 하의 끝부분에서 발생하는 자속의 경우 상기 티스(16)까지의 공극(25)이 증가하여 자기저항이 증가하므로 누설되는 자속이 증가하게 된다.

상기 누설 자속을 측정하기 위하여 오버행의 길이에 따른 상기 티스(16)의 자속밀도를 3차원 해석한 도 4의 그래프에서 도시된 바와 같이, 오버행의 길이가 처음 증가함에 따라서 상기 티스(16)의 자속 밀도가 증가하지만, 오버행의 길이가 일정 길이보다 길어지는 경우에는 자속 밀도가 포화되어 더 이상 증가하지 않는 현상을 나타낸다.

결국, 종래 기술에 따른 전동기의 경우에는 상기 티스(16)에서의 자속 밀도를 증가시키기 위하여 오버행 구조를 사용하는데, 오버행의 길이에 따라 상기 마그네트(21)의 제작 비용은 선형적으로 증가하지만 상기 마그네트(21)에서 발생되는 자속이 상기 티스(16)와 쇄교되는 유효 자속량은 비선형적으로 증가되므로, 제작 비용 대비 유효 자속량을 비교해 볼 때 오버행의 길이를 증가시키는 것만으로는 유효자속량을 효과적으로 높이지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, BLDC 전동기의 마그네트 오버행 구조에서 로터와 스테이터 사이에 스틸 플레이트를 구비하여 공극에서 누설되는 자속의 일부가 스테이터로 쇄교하도록 하여 효율을 향상시키는 전동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전동기는 방사형으로 배치된 복수의 티스에 코일이 권선된 스테이터와; 상기 스테이터의 바깥쪽 둘레에 소정의 공극을 갖도록 위치되고 내측에는 상기 스테이터의 적층된 길이보다 긴 마그네트가 부착된 로터와; 상기 스테이터와 로터 사이의 공극에 위치하며 상기 마그네트에서 발생하여 상기 스테이터로 쇄교하는 유효자속이 증가하도록 하는 플레이트를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 플레이트는 스틸(steel) 플레이트이고, 상기 플레이트는 상기 로터의 마그네틱 표면에 부착되어 있다.

또한, 상기 플레이트의 높이는 상기 로터의 마그네틱의 높이와 동일하다.

여기서 상기 플레이트는 스파이럴(spiral) 공법으로 제조한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 전동기의 분해 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 전동기의 측단면도, 도 7은 본 발명에 따른 전동기의 측단면에서의 자속 분포도이다.

본 발명에 따른 전동기는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 일반적으로 판상부재를 적층하여 성형하는 스테이터(40)와, 상기 스테이터(40)의 외측에 반경방향으로 소정의 공극(55)을 두고 회전 가능하게 설치된 로터(50)와, 상기 로터의 외주면이 고정되어 상기 로터(50)와 일체로 회전되는 로터 프레임(60)으로 이루어진다.

상기 스테이터(40)는 링형의 코어(42)와, 상기 링형의 코어(42) 외주면에 소정의 슬롯(44)을 사이에 두고 원주방향으로 상호 이격되어 방사형으로 배열된 복 수개의 티스(46)와, 상기 티스(46)에 각각 권선되어 외부 전원과 연결된 코일(48)로 구성된다.

상기 로터(50)는 N극과 S극이 다중으로 교번된 링형상의 마그네트(51)가 부착되어, 상기 코일(48)에 전류가 흐르면 상기 스테이터(40)와 전자기적으로 상호 작용하여 회전한다.

그리고 상기 마그네트(51)의 표면에는 링형의 플레이트(53)가 부착되어 있다.

상기 플레이트(53)는 자속의 투자율이 높은 스틸 플레이트(steel plate)로 구성되는 것이 전동기의 효율을 높이는데 바람직하다.

또한, 상기 스틸 플레이트(53)는 보다 저비용으로 제조하기 위해서는 상기 스테이터(40)를 제작하는 과정에서 상기 스틸 플레이트(53)를 함께 제조하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 스테이터(40)를 스파이럴(spiral) 공법을 이용하여 제조하는 경우, 스틸 시트를 절단하는 때 상기 스테이터의 구성 부분을 제외한 부분(scrap)을 이용하여 상기 스틸 플레이트(53)를 스파이럴 공법으로 제작할 수 있다.

그리고 상기 마그네트(51)는 그 높이가 상기 스테이터(10)의 적층 방향의 길이보다 크게 구성되는 오버행 구조로 구비되고, 아울러 상기 스틸 플레이트(53)도 상기 마그네트(51)의 높이와 동일한 높이를 갖는다.

상기 전동기의 측단면에서의 자속 분포를 도시한 도 7에서와 같이, 상기 마 그네트(51)의 오버행에 따라 상기 마그네트(51)의 길이 방향의 상, 하의 끝부분에서 발생하는 자속은 상기 마그네트(51)에서 상기 티스(46)까지의 상대적으로 큰 공극(25)에도 불구하고 투자율이 높은 상기 스틸 플레이트(53)로 인하여 자기 저항이 줄어들게 된다.

따라서 상기 스틸 플레이트(53)가 구비된 전동기에서는 누설되는 자속의 일부가 상기 스틸 플레이트(53)를 통과하여 상기 티스(46)로 쇄교하게 되어 유효자속량이 증가하게 된다.

한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 상기 플레이트(53)가 상기 로터(50)의 마그네트(51)의 표면에 부착되지 않고 스테이터(40)의 표면에 부착되는 등 상기 전동기의 형상 및 구조에 따라 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 변경할 수 있을 정도에 해당하는 발명은 본 발명의 기술 범위에 속한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전동기는 마그네트 오버행 구조로 인하여 마그네트에서 발생하는 자속 중 공극에서 누설되는 자속의 일부를 로터와 스테이터 사이에 위치하는 투자율이 높은 플레이트를 통하여 상기 스테이터로 쇄교하도록 함으로써 전동기의 효율을 향상시키는 이점이 있다.

또한, 상기 오버행 구조에 있어서 오버행의 길이를 크게 하는 대신에 일정 길이의 오버행 구조에서 스틸 플레이트를 추가 구비함으로써 비용의 증가가 크지 않는 범위에서 전동기의 효율을 극대화시키는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 방사형으로 배치된 복수의 티스에 코일이 권선된 스테이터와; 상기 스테이터의 바깥쪽 둘레에 소정의 공극을 갖도록 위치되고 내측에는 상기 스테이터의 적층된 길이보다 긴 마그네트가 부착된 로터와; 상기 스테이터와 로터 사이의 공극에 위치하며 상기 마그네트에서 발생하여 상기 스테이터로 쇄교하는 유효자속이 증가하도록 하는 플레이트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 플레이트는 스틸(steel) 플레이트인 것을 특징으로 하는 전동기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 플레이트는 상기 로터의 마그네틱 표면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 플레이트의 높이는 상기 로터의 마그네틱의 높이와 동일한 것을 특징으 로 하는 전동기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 플레이트는 스파이럴(spiral) 공법으로 제조하는 것을 특징으로 하는 전동기.

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