KR100631533B1

KR100631533B1 - 비엘디시 모터의 회전자 구조

Info

Publication number: KR100631533B1
Application number: KR1020040073080A
Authority: KR
Inventors: 김영관; 김덕진; 이성호; 박진수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-10-09
Also published as: JP2006081384A; CN100568668C; US7362024B2; RU2005103643A; CN1750359A; KR20060024191A; US20060055263A1

Abstract

본 발명에 의한 비엘디시 모터의 회전자 구조는, 소정의 간격을 두고 방사상으로 배열하여 자로를 이루도록 다수 개의 치부를 구비하는 코어체와, 원주방향으로 착자되어 동일 극성이 마주보도록 상기한 코어체의 각 치부 사이에 삽입하여 고정자의 코일과 함께 자속을 형성하는 다수 개의 영구자석을 포함함으로써, 코일의 권선량을 늘리지 않고도 자속밀도를 크게 높여 모터의 성능을 향상시키고 이를 통해 모터를 소형화하여 생산비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 이 모터를 적용하는 전기제품의 용량을 늘릴 수 있다.

Description

비엘디시 모터의 회전자 구조{ROTOR STRUCTURE FOR BLDC MOTOR}

도 1은 종래 외전형 비엘디시 모터의 일례를 분해하여 보인 사시도,

도 2는 종래 외전형 비엘디시 모터의 일례를 보인 평면도,

도 3은 종래 외전형 비엘디시 모터의 자속 분포도,

도 4는 종래 외전형 비엘디시 모터에서 오버행 길이에 따른 고정자 치 자속밀도를 보인 그래프,

도 5는 본 발명 내전형 비엘디시 모터의 일례를 보인 사시도,

도 6은 도 5의 "A"부를 확대하여 보인 상세도,

도 7은 본 발명 내전형 비엘디시 모터의 회전자를 보인 평면도,

도 8은 본 발명 내전형 비엘디시 모터의 자속 분포도,

도 9는 본 발명 내전형 비엘디시 모터의 회전자 제작 과정을 보인 블록도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 고정자 111 : 코어적층체

112 : 코일 120 : 회전자

121 : 코어체 121a : 치부

121b : 걸림턱부 121c : 지지턱부

122 : 영구자석 123 : 프레임

123a : 고정턱부

본 발명은 비엘디시 모터의 회전자에 관한 것으로, 특히 영구자석의 자속누설을 최대한 억제할 수 있는 비엘디시 모터의 회전자 구조에 관한 것이다.

일반적으로 영구자석형 비엘디시 모터(BLDC Motor)는 자기회로 구성에 따라서 표면부착형(Surface Mounted Magnet)과 매입형(Interior Permanent Magnet)으로 분류할 수 있다. 표면부착형 전동기의 발생토오크는 마그네트에 의한 플럭스와 고정자 권선전류의 상호작용에 의하여 발생되는 마그네트 토오크인 반면 매입형 회전자와 같은 전동기는 마그네트를 회전자 철심의 내부에 삽입하는 구조로 구성하고 있다. 이때 발생토오크는 상기와 같은 마그네트 토오크(Magnet Torque) 이외에 고정자 전류에 의한 자극과 회전자 마그네트에 의한 자극의 상대적인 위치에 따라서 자기저항의 차이가 발생하여 이러한 자기저항의 차이에 의하여 발생되는 자기저항 토오크(Reluctance Torque)의 중첩에 의하여 토오크가 발생된다. 예컨대, 종래의 세탁기는 구동용 직접구동모터인 외전형(Outer Rotor Type)의 표면부착형 전동기를 이용하고 있다. 이는 회전자가 고정자 외측에 설치되어 있는 외전형의 구조를 지닌 전동이다.

도 1은 종래 세탁기에 사용하고 있는 외전형 표면부착형 모터의 일례를 분해하여 보인 사시도이고, 도 2는 종래 도 1의 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 외전형 표면부착형 모터는, 환형으로 형성하여 세탁기의 고정구조물에 고정 결합하는 고정자(10)와, 고정자(10)의 바깥쪽에 일정 공극을 두고 외삽하여 세탁조 등을 회전시키는 회전자(20)로 구성하고 있다.

고정자(10)는 그 내주면에 반경방향으로 절개한 다수 개의 치부(Tooth)(11a)를 원주방향으로 형성하여서 된 다수 장의 얇은 코어를 축방향으로 적층하는 코어적층체(11)와, 코어적층체(11)의 각 치부(11a)에 일정량씩 집중권 방식으로 권회하는 코일(12)로 이루어져 있다.

회전자(20)는 고정자(10)를 수용할 수 있도록 일정면적을 갖고 그 가장자리가 일정높이로 절곡하여 백요크(back yoke)를 이루도록 자석지지부(미부호)를 형성하는 회전자하우징(21)과, 회전자하우징(21)의 자석지지부 내주면에 고르게 장착하는 다수 개의 영구자석(22)으로 이루어져 있다.

영구자석(22)은 도 1 및 도 2에서와 같이 원호형상으로 형성하여 반경방향으로 착자시켜 원주방향을 따라 배열하고 있다.

상기와 같은 종래 외전형 표면부착형 모터는 다음과 같이 동작한다.

즉, 회전자(20)의 영구자석(22)에 의해 발생하는 플럭스가 고정자(10)의 코일(12)과 상호작용을 일으켜 마그네트 토오크를 발생하고, 이와 함께 고정자(10)의 코일(12)에 인가되는 전류에 의한 자극과 상기 영구자석(22)의 자력에 의한 자극의 상대적인 위치에 따라서 자기저항의 차이가 발생하며, 이 자기저항의 차이에 의한 자기저항 토오크가 발생하여 도 3에서와 같은 자력분포도를 형성하면서 상기한 회전자(20)가 회전을 하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 외전형 표면부착형 모터는, 역기전력을 증가시키기 위하여 회전자(20)를 고정자(10)의 길이에 비하여 크게 설치하는데 이를 통상 '오버행'이라 한다. 이 오버행은 고정자(10)의 코일(12)과 쇄교하는 영구자석(22)의 자속을 일정량만큼 증가시켜서 역기전력을 향상시키는 역할을 한다. 표면부착형 영구자석(22)의 경우 회전자(20)의 오버행 길이에 따라서 발생되는 역기전력은 증가하지만 오버행의 길이가 일정량 이상이 되면 더 이상 증가하지 않고 동등한 수준을 유지하여 모터의 토오크를 높이는데 한계가 있었다. 예컨대, 도 4에서와 같이 치자속밀도는 오버행의 길이가 증가함에 따라서 증가하지만 오버행의 길이가 약 6mm 이상이 되면 더 이상 증가하지 않고 포화되는 현상을 나타낸다. 이는 전술한 바와 같이 오버행의 길이가 증가하면서 코일(12)과 쇄교하는 유효자속 이외에 기타부분으로 누설되는 자속의 양이 증가했기 때문이다.

또, 오버행의 길이 만큼 코일(12)의 필요량이 증가함에 따라 모터의 성능향상에 비해 비용이 과다할 뿐만 아니라 체적이 비대해지는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 표면부착형 비엘디시 모터가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 유효자속 이외의 부분으로 누설되는 자속의 양을 최소화하여 모터의 성능을 높일 수 있는 비엘디시 모터의 회전자 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 오버행의 길이를 최소화하여 모터의 크기를 줄이고 이에 따른 비용을 절감할 수 있는 비엘디시 모터의 회전자 구조를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 소정의 간격을 두고 방사상으로 배열되어 자로를 이루는 다수 개의 치부와, 동일 극성이 마주보도록 각 치부 사이에 배열되는 다수 개의 영구자석과, 상기 각 치부에 구비된 걸림턱부를 걸어 원심방향으로 지지하도록 고정턱부가 형성되는 프레임을 포함한 비엘디시 모터의 회전자 구조를 제공한다.

삭제

이하, 본 발명에 의한 비엘디시 모터의 회전자 구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명 내전형 비엘디시 모터의 일례를 보인 사시도이고, 도 6은 도 5의 "A"부를 확대하여 보인 상세도이며, 도 7은 본 발명 내전형 비엘디시 모터의 회전자를 보인 평면도이고, 도 8은 본 발명 내전형 비엘디시 모터의 자속 분포도이 다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 비엘디시 모터는, 환형으로 형성하여 그 내주면에 코일(112)을 집중권 형태로 권회하는 고정자(110)와, 고정자(110)의 안쪽에 회전 가능하게 배치하여 회전축(미도시)에 결합하는 회전자(120)를 포함한다.

고정자(110)는 그 내주면에 반경방향으로 절개한 다수 개의 치부(Tooth)(111a)를 원주방향으로 형성하여 얇은 코어를 축방향으로 적층하여서 된 코어적층체(111)와, 코어적층체(111)의 각 치부(111a)에 일정량씩 집중권 방식으로 권회하는 코일(112)로 이루어진다.

회전자(120)는 소정의 간격을 두고 방사상으로 절개 배열하여 자로를 이루는 코어체(121)와, 원주방향으로 착자되어 동일 극성이 마주보도록 상기한 코어체(121)에 삽입하여 고정자(110)의 코일(112)과 함께 자속을 형성하는 다수 개의 영구자석(122)과, 코어체(121)와 영구자석(122)을 고정하여 회전축에 결합하는 비자성체로 된 프레임(123)으로 이루어진다.

코어체(121)는 다수 개의 치부(121a)를 낱개로 배열하여 상기한 프레임(123)으로 영구자석(122)과 함께 고정하는 것으로, 각 치부(121a)는 규소강판을 판금 제작하거나 자성분말을 소결 제작하여 단품으로 형성하는 것이 자속누설을 최소화하는데 바람직하다. 또, 치부(121a)는 영구자석(122)의 원주방향 양 측면이 밀착하도록 외경으로 갈수록 넓은 마름모 형상으로 형성하되, 그 내주단에 축방향으로 단차진 걸림턱부(121b)를 돌출 형성하여 상기한 프레임(123)의 고정턱부(123a)에 걸려 원심력 방향으로 지지되도록 하는 반면 그 외주단에는 원주방향으로 지지턱부(121c)를 돌출 형성하여 영구자석(122)이 원심방향으로 이탈되는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

영구자석(122)은 평면투영시 원주방향 폭 보다 반경방향 길이가 긴 직사각형 모양으로 형성하되, 전술한 바와 같이 상기한 각 치부(121a) 사이에 원주방향으로 서로 동일한 극성을 가지도록 배열하는 것이 바람직하다. 또, 영구자석(122)의 내주단은 상기한 프레임(123)의 고정턱부(123a)에 치부(121a)와 함께 걸려 고정되도록 걸림턱부(미도시)를 돌출 형성할 수도 있다.

프레임(123)은 상기한 치부(121a)와 영구자석(122)의 내주측 일부를 함께 몰딩하여 결합하되, 그 내주단에는 상기한 치부(121a)의 걸림턱부(121b)와 영구자석(122)의 걸림턱부(미도시)를 걸어 원심방향을 지지하는 고정턱부(123a)를 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명 비엘디시 모터의 회전자는 다음과 같이 제작한다.

즉, 도 9에서와 같이 규소강판이나 자성분말을 소정의 형상으로 형성하여 단품의 치부(121a)를 다수 개 제작한다.(S1)

다음, 소정 형상의 금형에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 방사상으로 배열하는 동시에 각 치부(121a) 사이에 영구자석(122)을 삽입한다. 이때, 치부(121a)는 영구자석(122)이 직사각형임을 감안하여 외경측이 넓은 마름모 형상으로 형성함과 아울러 각 치부(121a)의 외주단에는 원주방향으로 지지턱부(121c)를 돌출 형성하여 상기한 영구자석(122)이 탈거되지 않도록 하는 것이 바람직하다.(S2)

다음, 금형에 플라스틱과 같은 비자성체의 융탕을 주입함으로써 이 융탕이 각 치부(121a)와 영구자석(122)의 내주단을 함께 몰딩하여 프레임(123)으로 결합하도록 한다. 이때, 치부(121a)의 내주단에는 축방향으로 걸림턱부(121b)를 돌출 형성하여 상기한 프레임(123)의 고정턱부(123a)에 걸려 원심력방향으로 이탈되지 않도록 하는 것이 바람직하다.(S3)

이러한 본 발명의 비엘디시 모터는 다음과 같은 작용효과를 가진다.

즉, 고정자(110)의 코일(112)에 전원을 인가하면, 회전자(120)의 영구자석(122)에 의해 발생하는 플럭스가 고정자(110)의 코일(112)과 상호작용을 일으켜 마그네트 토오크를 발생하고, 이와 함께 고정자(110)의 코일(112)에 인가되는 전류에 의한 자극과 상기 영구자석(122)의 자력에 의한 자극의 상대적인 위치에 따라서 자기저항의 차이가 발생하며, 이 자기저항의 차이에 의한 자기저항 토오크가 발생하여 도 8에서와 같이 자속밀도가 크게 증가한 자력분포도를 형성하면서 상기한 회전자(120)가 회전을 하게 된다. 예컨대, 동일한 적층 및 체적의 표면부착형 영구자석 전동기와 대비할 때 토오크가 크게 증가하여 모터의 성능이 향상되는 것은 물론 동일한 토오크의 부하에 적용할 경우 고정자(110)의 오버행 길이를 최소화할 수 있고 이로 인해 코일의 필요 권선량이 줄어 생산비용을 크게 절감할 수 있을 뿐만 아니라 모터의 크기를 줄여 드럼 세탁기 등에 적용할 경우 세탁기의 용량을 늘릴 수 있다.

본 발명에 의한 비엘디시 모터의 회전자 구조는, 단품으로 된 치부를 낱개씩 제작하여 방사상으로 배열하고 그 사이에 영구자석을 동일한 극성이 마주보도록 배열하며 치부와 영구자석을 함께 몰딩 결합함으로써, 코일의 권선량을 늘리지 않고도 자속밀도를 크게 높여 모터의 성능을 향상시키고 이를 통해 모터를 소형화하여 생산비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 이 모터를 적용하는 전기제품의 용량을 늘릴 수 있다.

Claims

소정의 간격을 두고 방사상으로 배열되어 자로를 이루는 다수 개의 치부와,

동일 극성이 마주보도록 각 치부 사이에 배열되는 다수 개의 영구자석과,

상기 각 치부에 구비된 걸림턱부를 걸어 원심방향으로 지지하도록 고정턱부가 형성되는 프레임을 포함한 비엘디시 모터의 회전자 구조.
제1항에 있어서,

상기 프레임에는 회전축에 결합되는 축구멍이 형성되는 비엘디시 모터의 회전자 구조.
제1항에 있어서,

상기 프레임은 비자성체인 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 회전자 구조.
제1항에 있어서,

상기 프레임은 상기한 치부와 영구자석의 내주측 일부를 함께 몰딩하여 결합하는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 회전자 구조.
제1항에 있어서,

상기 치부는 소정의 두께로 된 규소강판을 판금 가공하여 단품으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 회전자 구조.
제1항에 있어서,

상기 치부는 자성분말을 소결하여 단품으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 회전자 구조.
제1항에 있어서,

상기 걸림턱부는 각 치부의 내주단에 형성되는 비엘디시 모터의 회전자 구조.
제1항에 있어서,

상기 각 치부는 영구자석을 원심력 방향으로 지지하도록 그 외주단에 원주방향으로 지지턱부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 회전자 구조.
제1항에 있어서,

상기 영구자석은 그 내주단에 프레임의 고정턱부에 걸려 원심방향으로 지지되도록 걸림턱부가 형성되는 비엘디시 모터의 회전자 구조.
제9항에 있어서,

상기 영구자석은 평면투영시 직사각형 모양으로 형성하고, 상기 치부는 평면투영시 영구자석의 원주방향 양측면에 밀착하도록 외경으로 갈수록 넓은 마름모 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비엘디시 모터의 회전자 구조.
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