KR100682661B1 - 모터 및 상기 모터를 포함하는 세탁기 - Google Patents

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전차승
민병욱
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세히는, 모터 및 상기 모터를 포함하는 세탁기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 모터는 고정자와, 상기 고정자에 대하여 회전되는 회전자를 포함하는 것으로서, 상기 회전자의 골조인 회전자 프레임; 상기 회전자 프레임에 설치되고, N극과 S극이 교번 착자된 영구 자석; 및 상기 영구 자석의 극 사이에 배치되고, 상기 영구 자석보다 약자성체인 물질로 이루어지는 돌극부가 형성된 돌극 코어;를 포함한다.
본 발명에 따른 모터 및 그를 포함하는 세탁기에 의하면, 모터의 제조 비용이 감소되고, 모터의 동작시 진동/소음이 저감될 수 있는 장점이 있다.
회전자 프레임, 영구 자석, 돌극 코어, 돌극부

Description

모터 및 상기 모터를 포함하는 세탁기{Motor, and washing machine comprising the same}
도 1은 본 발명에 따른 세탁기를 보이는 수직 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 모터를 보이는 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 모터에 채용되는 회전자를 보이는 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 I-I'선에 따른 단면도.
도 5는 본 발명에서의 회전자에 설치되기 전의 영구 자석을 보이는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200 : 모터 210 : 구동축
220 : 회전자 221 : 회전자 프레임
225 : 맞춤 홀 230 : 돌극 코어
232 : 돌극부 240 : 영구 자석
242 : 영구 자석 돌극부 250 : 고정자
본 발명은 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세히는, 모터 및 상기 모터를 포함 하는 세탁기에 관한 것이다.
모터는 전기에너지를 기계에너지로 바꾸는 기계로, 전동기라고도 한다. 모터는 전자유도현상을 응용한 것이다. 거의 대부분이 회전운동의 동력을 만들지만, 직선운동의 형식으로 하는 것도 있다. 전동기는 전원(電源)의 종별에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류된다.
세탁기는 주로 상기와 같은 모터를 주동력으로 하며, 세제와 물의 적용을 이용하여 의복에 묻어 있는 오염을 떼어 내도록 세탁과 헹굼, 탈수의 과정을 진행하게 되는 장치이다. 이러한 세탁기의 구성요소로는 동력장치인 모터와 세탁물에 에너지를 전달하는 기계부, 세탁과정을 조정하는 제어부, 그리고 물을 넣고 빼는 급수장치와 배수장치들로 이루어진다. 현재 사용되는 세탁기는 드럼식과, 교반식, 그리고 와권식의 세 가지로 크게 분류된다.
상기와 같은 모터는 부하 조건에 따라 영구 자석에 의한 자석과 일정 위상각만큼 차이가 발생되도록 전류를 인가함에 따라 플레밍의 왼손법칙에 의해 모터에 회전력이 발생된다. 특히, 세탁시에는 최대 토크 발생을 위하여, 각 상의 역기전력과 동상이 되도록 각 상의 전류를 제어하고, 탈수시는 고속운전을 위하여 역기전력보다 앞선 전류를 투입하여 운전된다.
종래에는 모터에 영구 자석이 다량 사용되었다. 상기 영구 자석은 무게당 재료비가 비싼 고가의 재료로, 이로 인해 모터의 제조 비용이 증대되는 단점이 있다.
또한, 종래의 모터에 이용되는 회전자 프레임은 얇은 강판을 프레스 가공한 것으로, 강성이 약하고, 직경이 커서 동심도와 진원도가 저하된다. 따라서, 모터의 동작 시에 진동/소음이 발생되는 단점이 있다.
본 발명은 모터의 성능이 개선되면서, 영구 자석의 이용량이 감소된 구조를 가지는 모터 및 상기 모터를 포함하는 세탁기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 모터는 고정자와, 상기 고정자에 대하여 회전되는 회전자를 포함하는 것으로서, 상기 회전자의 골조인 회전자 프레임; 상기 회전자 프레임에 설치되고, N극과 S극이 교번 착자된 영구 자석; 및 상기 영구 자석의 극 사이에 배치되고, 상기 영구 자석보다 약자성체인 물질로 이루어지는 돌극부가 형성된 돌극 코어;를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 세탁기는 케이싱; 상기 케이싱 내에 설치되어, 세탁수가 수용되는 터브; 상기 터브 내에 설치되어, 세탁물이 수용되는 드럼; 및 N극과 S극이 교번 착자된 영구 자석과, 상기 영구 자석의 극 사이에 배치되고, 상기 영구 자석보다 약자성체인 물질로 이루어지는 돌극부가 형성된 돌극 코어를 구비하는 회전자와, 상기 회전자와 연계되어 상기 드럼에 대한 회전력을 발생시키는 고정자를 구비하는 모터;를 포함한다.
본 발명에 따른 모터 및 그를 포함하는 세탁기에 의하면, 회전자 프레임에 돌극부를 가진 돌극 코어가 설치되고, 영구 자석 돌극부를 가진 영구 자석이 그에 맞추어짐으로써, 모터의 성능이 유지/개선되면서, 영구 자석의 사용량이 감소될 수 있다. 따라서, 모터의 제조 비용이 감소될 수 있다.
또한, 상기 모터 및 그를 포함하는 세탁기에 의하면, 돌극 코어가 보강되어, 회전자 프레임의 강성이 증대된다. 따라서, 모터의 동심도/진원도가 개선되어, 모터의 동작시 진동/소음이 저감될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시예에 제한된다고 할 수 없으며, 또다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제등에 의해서, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 세탁기를 보이는 수직 단면도이다.
도 1을 참조하면, 드럼 세탁기의 본체(100)는 상판 플레이트(101)와 하판 플레이트(102)에 캐비넷(103)이 고정되어 내부에 공간이 형성되도록 설치되며, 상기 공간에는 모터(200)와 드럼(140)과 같은 세탁물을 세탁하는 직접적인 장치가 내설된다. 상기 모터(200)는 전원부로 부터 인가되는 전류에 의하여 구동축(210)을 회전시키게 된다. 상기, 구동축(210)은 터브(160)을 관통하여 드럼(140)의 후면에 고정되어 회전시키게 되며, 상기 드럼(140)은 구동축(210)이 고정된 타측으로 즉, 상기 본체에 형성된 도어(114)측으로 개구된 형상을 갖는다. 또한, 상기 드럼(140)을 터브(160)가 감싸게 되는데, 상기 터브(160)에 집수되는 세척수가 누수 되지 않도록 기밀을 유지하게 된다. 이러한, 터브(160)의 외부에 모터(200)가 설치되며, 상기 모터(200)로 부터 연장된 구동축(210)이 드럼에 고정되도록 터브(160)를 관통하여 설치하게 된다.
한편, 본체(100)에 내설되며, 송풍덕트(130)와 일측이 연통되는 터브(160) 는, 대략 원통의 형상을 갖고, 정면이 개방되며, 후방은 구동축(210)이 관통되는 구조를 갖는다. 또한, 상기 터브(160)는 세탁시 세탁수가 집수되어야 하기 때문에 기밀을 유지하게 된다. 여기서, 드럼(140)은 터브(160)의 내부에 위치하게 되는데, 상기 드럼(140)은 모터(200)로부터 연장되는 구동축(210)에 고정되어 회전 가능하게 설치된다. 또한, 상기 드럼(140)에는 다수의 통공(141)이 형성되는데, 상기 통공(141)은 터브(160)에 드럼(140)이 설치되어 급수구(125)로부터 세탁수가 공급되어 상기 드럼(160)의 일정부위까지 급수되기 위한 것이다. 또한, 상기 통공(141)에 의하여, 세탁 행정 후 탈수시 회전되는 드럼(140)으로부터 세탁수가 원활히 배수되기 위한 것이다. 아울러, 건조시 송풍덕트(130)에서 공급되는 열기가 터브(160)로 유입되면 드럼(140)에 형성된 통공(141)을 지나 세탁물을 건조시키게 된다.
터브(160)의 일측에는 송풍덕트(130)와 연통되는데, 송풍덕트(130)는 크게 바람을 터브(160)측에 공급하기 위한 송풍팬(132)이 설치되고, 상기 송풍팬(132)에서 발생된 바람에 열과 함께 송풍구(135)에 공급하기 위한 히터(131)가 설치된다.
상기 터브(160)의 일측에 형성된 송풍구(135)의 타측으로는 배기 덕트(170)가 형성된다. 상기 배기 덕트(170)는 송풍덕트(130)에서 터브(160)로 공급된 열기가 세탁기 외부로 배기되는 것으로 상기 배기 덕트(170)는 세탁기의 외부로 연장된다.
그리고, 급수배관(180)을 따라, 세제 투입함(120)이 설치되는데, 세제 투입함(120)은, 세탁기 전면의 상판 플레이트(101) 하부에 위치하게 되며, 세제 투입함(120)은 일측이 개구된 상자로 착탈되는 구조를 갖는다. 상기 세제 투입함(120)은 타측에 냉/온수가 공급되는 급수배관(180)과 결합되어, 상기 급수배관(180)으로 부터 냉/온수가 유입되어 세제 및 섬유 유연제와 혼합되어 터브(160)에 공급되는 급수구(125)와 연결된다.
도 2는 본 발명에 따른 모터를 보이는 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 모터(200)는 회전자(220)와, 고정자(250)를 구비한다. 상기 회전자(220)에는 돌극코어(230)가 설치되고, 상기 돌극코어(230)에는 영구 자석(240)이 맞추어진다.
상기 고정자(250)는 고정자 프레임(251)을 포함한다. 상기 고정자 프레임(251)에는 고정자 고정홀(252)이 형성되어, 별도의 고정 부재가 삽입된다. 그러면, 상기 고정자 프레임(251)이 터브(160)에 고정된다. 상기 고정자 프레임(251)의 신뢰성있는 고정을 위하여, 상기 고정자 고정홀(252)은 복수 개 형성되고, 상호 간에 등간격을 이루는 것이 바람직하다. 상기 고정자 프레임(251)의 외주면에는 복수 개의 피권취부(253)가 소정 길이로 돌출된다. 상기 피권취부(253)는 코일(254)이 감긴 부분이다. 상기 모터(200)에 전원이 인가되면, 상기 코일(254)에 통전되어, 상기 피권취부(253)가 전자석이 된다. 그러면, 상기 피권취부(253)와 상기 영구 자석(240) 사이에 인력/반력이 발생되어, 상기 회전자(220)의 회전력이 발생된다. 한편, 도면 상의 참조 번호 255는 홀 센서이다. 상기 홀 센서(255)는 상기 회전자(220)의 위치와 속도를 감지한다.
상기 회전자(220)는 회전자 프레임(221)을 포함한다. 상기 회전자 프레임(221)은 소정 직경를 가지고, 일측이 개방된 원통 형상을 이룬다. 상기 회전자 프 레임(221)의 중심부에는 구동축 관통홀(222)이 형성된다. 상기 구동축 관통홀(222)은 구동축(210)이 관통되는 부분이다. 상기와 같이 구동축(210)이 상기 구동축 관통홀(222)에 관통되면, 상기 구동축(210)은 상기 회전자 프레임(221)에 고정된다. 그러면, 상기 회전자(220)가 회전될 때, 상기 회전력(210)이 함께 회전되어, 상기 모터(200)의 회전력을 드럼(140)으로 전달한다. 상기 회전자 프레임(221)의 저면에는 복수 개의 방열 핀(223)과, 그와 인접된 방열 홀(224)이 형성된다. 상기 회전자(220)가 회전되면, 상기 방열 핀(223)은 난류를 발생시키고, 상기 방열 홀(224)로 공기가 유동되어, 상기 모터(200) 내의 열기가 외부로 배출될 수 있다.
상기 회전자 프레임(221)의 내주면에는 돌극 코어(230)가 설치된다. 상기 돌극 코어(230)는 상기 회전자 프레임(221)에 압입 또는 용접에 의해 안착될 수 있다. 상기 돌극 코어(230)는 소정 직경을 가진 몸체(231)를 포함한다. 상기 몸체(231)는 소정 직경을 가진 링 형상으로 일체를 이룬다. 상기 몸체(231)에는 복수 개의 돌극부(232)가 소정 길이로 돌출된다. 상기 돌극부(232) 사이는 돌극부 홀(233)로 정의될 수 있다. 균일한 극성의 배치를 위하여, 상기 돌극부(232) 및 상기 돌극부 홀(233)은 동일한 크기로 균일하게 배치되는 것이 바람직하다. 상기 돌극부(232)는 상기 영구 자석(240)의 극 사이에 배치되고, 상기 영구 자석(240)보다 약자성체인 물질로 이루어진다. 상기 돌극 코어(230)는 보자력이 200kA/m 이하인 자성체로 이루어진다. 상기 돌극 코어(230)는 상기 모터(200)의 동작 시에, 릴럭턴스 토크(reluctance torque)를 발생시킨다.
상기 돌극 코어(230)에는 상기 영구 자석(240)이 맞추어진다. 상기 영구 자 석(240)에는 N극과 S극이 교번 착자된다. 상기 영구 자석(240)은 몸체(241)를 포함한다. 상기 몸체(241)는 상기 돌극 코어(230)의 몸체(231)와 동일한 직경을 가진 링 형상으로 일체를 이룬다. 상기 몸체(241)에는 복수 개의 영구 자석 돌극부(242)가 소정 길이로 돌출된다. 상기 영구 자석 돌극부(242) 사이는 영구 자석 돌극부 홀(243)로 정의될 수 있다. 상기 영구 자석(240)은 고자력의 희토류계 강자성체 물질로 이루어진다. 상세히, 상기 영구 자석(240)은 희토류계 강자성체 물질과 고무 또는 플라스틱이 혼합된 재질로 이루어진다. 그러면, 상기 영구 자석(240)은 소정 자력을 유지하면서, 유연성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 영구 자석(240)은 긴 띄 형상으로 제조될 수 있어, 상기와 같이 소정 직경을 가진 형상으로 용이하게 변형될 수 있다. 상기 영구 자석 돌극부(242)의 개수는 상기 모터(200)의 극수를 결정한다. 상기 영구 자석(240)은 상기 회전자 프레임(220)의 내측면에 점착된 다음, 반경 방향으로 착자될 수 있다. 착자된 영구 자석(240)은 자속을 발생시킨다. 즉, 상기 영구 자석(240)은 상기 모터(200)의 회전력 발생을 위한 자속 성분을 형성한다. 한편, 도면 상의 참조 번호 225는 맞춤 홀이다. 상기 맞춤 홀(225)은 상기 회전자 프레임(220의 저면에 형성된 것으로, 상기 돌극 코어(230)와 상기 영구 자석(240)의 용이한 조립을 위한 것이다.
여기서, 상기 돌극 코어(230)와 상기 영구 자석(240)의 비는 1/17 내지 6/12, 2/16 내지 5/13 및 3/15 내지 4/14 중 어는 하나의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 모터에 채용되는 회전자를 보이는 사시도이고, 도 4 는 도 3에 도시된 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 회전자(220)는 원통형의 회전자 프레임(221)을 포함한다. 상기 회전자 프레임(221)은 일측이 개방된 형상을 이룬다. 상기 회전자 프레임(221)에는 돌극 코어(230)와, 영구 자석(240)이 설치된다. 상기 돌극 코어(230)에는 돌극부(232)와, 돌극부 홀(233)이 형성되고, 상기 영구 자석(240)에는 영구 자석 돌극부(242)와, 영구 자석 돌극부 홀(243)이 형성된다. 상기와 같이 형성된 돌극 코어(230)와, 영구 자석(240)은 상호간에 맞물리도록 설치된다.
본 실시예에서, 상기 돌극부(232)는 상기 회전자 프레임(221)의 개방면을 향하도록 설치된다. 그리고, 상기 영구 자석 돌극부(242)는 상기 영구 자석(240)의 하부에 하방으로 형성되어, 상기 돌극부(232)와 맞물린다. 상기와 같이 형성되면, 상기 영구 자석(240) 사이, 상세히는 상기 영구 자석 돌극부(242) 사이에 약자성체인 상기 돌극 코어(230), 상세히는 상기 돌극부(232)가 배치된다. 그러면, 상기와 같은 배치에서 릴럭턴스 토크가 이용될 수 있어, 상기 모터(200)의 성능이 유지/개선되면서, 상기 영구 자석(240)의 사용량이 감소될 수 있다. 따라서, 상기 모터(200)의 제조 비용이 감소될 수 있다. 또한, 상기 돌극 코어(230)가 보강되어, 회전자 프레임(221)의 강성이 증대된다. 따라서, 상기 모터(200)의 동심도/진원도가 개선되어, 상기 모터(200)의 동작시 진동/소음이 저감될 수 있다.
한편, 상기 돌극부(232)는 상기 회전자 프레임(221)의 저면을 향하도록 설치되고, 상기 영구 자석 돌극부(242)는 상기 영구 자석(240)의 상부에 상방으로 형성될 수도 있다.
도 5는 본 발명에서의 회전자에 설치되기 전의 영구 자석을 보이는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 영구 자석(240)은 몸체(241)를 포함한다. 상기 몸체(241)에서는 영구 자석 돌출부(241)가 소정 길이로 규칙적으로 돌출된다. 상기와 같이 형성되면, 상기 영구 자석(240)의 사용량이 감소되어, 모터(200)의 제조 비용이 감소될 수 있다.
상기 영구 자석(240)은 희토류계 강자성체 물질로 이루어진다. 그러면, 상기 영구 자석(240)은 고무 등의 물질과 혼합되어 제조될 수 있다. 따라서, 상기 영구 자석(240)은 요구되는 자력을 가지면서, 유연성을 가지도록 제조될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 영구 자석(240)은 소정 길이로 형성된 긴 띠 형상으로 제조되어, 소정 직경을 가진 원형으로 감길 수 있다. 한편, 상기 영구 자석(240)은 할박(halbach) 착자될 수 있다.
이하에서 상기 모터(200)의 동작을 간단히 설명한다.
먼저, 상기 영구 자석(240)에 의하여 계자 자속이 발생된다. 그리고, 자속의 위상에 대하여 전기각으로 90도 앞선 역기전력이 상기 코일(254)에 유기된다. 한편, 상기 고정자(250)에 설치된 홀 센서(255)에 의해 회전자(220)의 위치 및 속도가 감지된다.
부하 조건에 따른 상기 자속과 일정 위상각만큼 차이가 발생되는 전류가 인가됨에 따라, 플레밍의 왼손법칙에 의해 상기 회전자(220)가 회전된다. 그러면, 상기 모터(200)에 회전력이 발생된다.
특히, 상기 모터(200)가 채용된 세탁기(100)는 세탁시에 최대 토크 발생을 위하여 각 상의 역기전력보다 일정각도만큼 앞서도록 각 상의 전류가 진상 제어된다. 그리고, 탈수시에는 고속 운전을 위하여, 역기전력에 대한 전류의 위상각이 세탁시보다 더 큰 진상각으로 운전된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 모터 및 그를 포함하는 세탁기에 의하면, 회전자 프레임에 돌극부를 가진 돌극 코어가 설치되고, 영구 자석 돌극부를 가진 영구 자석이 그에 맞추어짐으로써, 모터의 성능이 유지/개선되면서, 영구 자석의 사용량이 감소될 수 있다. 따라서, 모터의 제조 비용이 감소될 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 모터 및 그를 포함하는 세탁기에 의하면, 돌극 코어가 보강되어, 회전자 프레임의 강성이 증대된다. 따라서, 모터의 동심도/진원도가 개선되어, 모터의 동작시 진동/소음이 저감될 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 고정자와, 상기 고정자에 대하여 회전되는 회전자를 포함하는 모터에 있어서,
    상기 회전자의 골조인 회전자 프레임;
    상기 회전자 프레임에 설치되고, N극과 S극이 교번 착자된 영구 자석; 및
    상기 영구 자석의 극 사이에 배치되고, 상기 영구 자석보다 약자성체인 물질로 이루어지는 돌극부가 형성된 돌극 코어;를 포함하는 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌극 코어의 보자력은 200kA/m보다 작은 것을 특징으로 하는 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌극 코어와 상기 영구 자석의 비는 1/17 내지 6/12, 2/16 내지 5/13 및 3/15 내지 4/14 중 어는 하나의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌극 코어는 링 형상으로 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌극부는 상기 회전자 프레임의 개방면을 향하도록 설치되고, 상기 영구 자석의 하부에는 상기 돌극부와 맞물리도록 하방으로 형성된 영구 자석 돌극부가 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌극부는 상기 회전자 프레임의 저면을 향하도록 설치되고, 상기 영구 자석의 상부에는 상기 돌극부와 맞물리도록 상방으로 형성된 영구 자석 돌극부가 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 희토류계 강자성체 물질로 이루어지고, 소정 길이를 가진 긴 띠 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 할박(halbach) 착자된 것을 특징으로 하는 모터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자 프레임에는 상기 돌극 코어와 상기 영구 자석의 조립을 위한 맞춤 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
  10. 케이싱;
    상기 케이싱 내에 설치되어, 세탁수가 수용되는 터브;
    상기 터브 내에 설치되어, 세탁물이 수용되는 드럼; 및
    N극과 S극이 교번 착자된 영구 자석과, 상기 영구 자석의 극 사이에 배치되고, 상기 영구 자석보다 약자성체인 물질로 이루어지는 돌극부가 형성된 돌극 코어를 구비하는 회전자와,
    상기 회전자와 연계되어 상기 드럼에 대한 회전력을 발생시키는 고정자를 구비하는 모터;를 포함하는 세탁기.
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