KR100857798B1 - 영구자석 회전자 모터 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석 회전자 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전자에 구비되는 영구자석을 보다 안정적으로 결합시키고, 효율을 향상시킨 영구자석 회전자 모터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 원주 방향을 따라 매립부가 복수 개 형성된 회전자 코어; 상기 매립부와의 사이에 일정한 간격이 형성되도록 상기 매립부에 삽입되는 복수 개의 영구자석; 상기 회전자 코어의 상부에서 상기 영구자석을 지지하는 제1사출부; 그리고 상기 회전자 코어의 하부에서 상기 영구자석을 지지하며, 상기 제1사출부와는 상기 간격에 충진되는 사출물을 통하여 연결된 제2사출부를 포함하여 이루어지는 영구자석 회전자 모터가 제공된다.

영구자석회전자모터, 영구자석, 사출부

Description

영구자석 회전자 모터 및 이의 제조방법{Permanent magnet rotor-type motor and manufacturing method of the same}

도 1은 종래의 영구자석 회전자 모터의 영구자석 회전자를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 영구자석 회전자의 상부 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 영구자석 회전자의 하부 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

100 : 회전자 20 : 제1사출부

25 : 제2사출부 30 : 회전자 코어

35 : 관통 슬롯 40 : 관통홀

50 : 체결홀 60 : 매립부

65 : 간격 70 : 내측 매립부

80 : 외측 매립부 90 : 영구자석

본 발명은 영구자석 회전자 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전자에 구비되는 영구자석을 보다 안정적으로 결합시키고, 효율을 향상시킨 영구자석 회전 자 모터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

이러한 영구자석 회전자 모터의 대표적인 예로 BLDC 모터(Brushless DC motor)와 스위치드 릴럭턴스 모터가 있다. 상기 BLDC 모터는 전자적으로 전류의 흐름 방향을 바꿔 자기장의 방향을 절환시킴으로 하여 영구자석 회전자가 회전하게 된다. 그리고 상기 스위치드 릴럭턴스 모터는 고정자에 각 상의 교류 전압을 가하고, 회전자의 영구자석과 고정자에 설치된 각 상의 코일에 흐르는 통전 전류를 단속함으로써 발생되는 자기장의 릴럭턴스의 변화에 의해서 영구자석 회전자가 회전하게 된다. 이러한 BLDC 모터는 회전 속도 및 회전 방향을 제어가 용이한 가변속 모터로서 가전기기 등의 구동장치에 많이 사용된다.

보다 구체적으로, 상기 BLDC 모터는 계자(field)를 형성하고 토오크를 외부로 전달하기 위한 회전자, 상기 계자와의 상호작용에 의해 회전 자계가 발생되도록 하여 토오크를 발생시키는 고정자 코일이 권선됨과 동시에 자로를 형성하는 고정자, 그리고 상기 회전자의 회전 위치를 검출하기 위한 위치검출장치를 포함하여 이루어진다.

상기 영구자석 회전자 모터에 있어서의 회전자는 고속 회전으로 작동되기 때문에, 이들 모터에 채택하고 있는 회전자는 고속 회전 시 전기적 손실과 진동없이 회전하도록 구성되어야 한다. 또한, 상기 회전자에 구비되는 영구자석은 이러한 고속 회전에도 상기 회전자에서 이탈되지 않도록 견고히 고정되는 것이 바람직하다. 따라서 종래에는 회전자의 외면에 영구자석이 부착되었으나 최근에는 회전자 내부에 영구자석이 매립된 형태의 영구자석 회전자가 많이 사용되고 있다.

도 1을 참조하여 종래의 영구자석 회전자 모터에 있어서의 영구자석 회전자에 대해서 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 회전자(10)는 얇은 규소 강판으로 이루어진 회전자 철판(2)을 적층하여 하나의 회전자 코어(3)를 형성한다. 상기 회전자 코어의 중심에는 관통홀(4)이 형성되어 회전축(미도시)이 압입되어 상기 회전자와 일체로 상기 회전축이 회전하게 된다.

한편, 상기 관통홀의 주위에는 상기 철판(2)들을 적층시키기 위한 리벳 용접부 또는 각각의 철판들을 고정시켜 체결하기 위한 체결공(5)이 형성된다.

그리고, 상기 회전자 코어의 원주 방향을 따라 영구자석(9)이 매립되기 위한 복수 개의 매립부(6)가 형성되며, 이러한 매립부의 개수는 영구자석 회전자 모터의 자극 수와 동일하게 된다. 또한, 상기 매립부(6)는 각 자극 당 한 세트로 이루어질 수 있고, 한 세트의 매립부(6) 내측 매립부(7)와 외측 매립부(8)로 이루어질 수 있다.

도 1에는 6극의 자극이 형성되도록 매립부(6)가 형성되어 있으며, 각 매립부에는 한 자극 당 서로 독립적인 두 개의 폐자로를 형성하기 위하여 내측 매립부(7)와 외측 매립부(8)가 형성되어 있다. 물론, 상기 한 세트의 매립부(6)는 반드시 두 개의 매립부(7, 8)가 형성될 필요는 없고 하나 또는 두 개 이상의 매립부들로 이루어질 수도 있다. 그리고 상기 매립부(6)에는 영구자석(9)이 압입되어 고정되게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이 매립부의 형상은 원호 형태로 형성됨이 바람직하 다. 그리고 이에 대응하여 영구자석(9)의 형상도 원호 형태로 형성됨이 바람직하다. 이는 이상적인 자로의 형태와 부합되도록 하여 자속 누설을 최소화하기 위함이다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같은 매립부의 형상과 영구자석의 형상을 형성하기에는 많은 어려움이 있다. 설령 이러한 형상의 매립부와 영구자석을 형성한다고 하더라도 양자간의 곡률 반경의 미세한 차이로 인하여 영구자석이 상기 매립부로 압입되는 것이 용이하지 않다.

또한, 한 세트의 매립부(6)가 내측 매립부(7)와 외측 매립부(8)들로 이루어진 경우에는 이들 각각에 압입되는 영구자석(9)의 형상도 달라지기 때문에 다양한 형태의 영구자석이 필요로 하게 된다. 따라서 재료비의 상승 및 제조 공정의 복잡화가 초래된다.

한편, 상기 매립부(6) 내로 영구자석(9)을 압입한다고 하더라도 상기 회전자 코어(3)의 상면이나 하면으로부터 상기 영구자석이 이탈될 수 있는 문제도 있다.

본 발명은 재료비가 절감되며, 제조가 용이한 영구자석 회전자 모터를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 영구자석이 보다 견고히 고정되어 이탈이 방지될 수 있는 영구자석 회전자 모터를 제공하는 데 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 영구자석 회전자 모터, 특히 영구자석 회전자를 용이하게 제조할 수 있는 영구자석 회전자 모터의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원주 방향을 따라 매립부가 복수 개 형성된 회전자 코어; 상기 매립부와의 사이에 일정한 간격이 형성되도록 상기 매립부에 삽입되는 복수 개의 영구자석; 상기 회전자 코어의 상부에서 상기 영구자석을 지지하는 제1사출부; 그리고 상기 회전자 코어의 하부에서 상기 영구자석을 지지하며, 상기 제1사출부와는 상기 간격에 충진되는 사출물을 통하여 연결된 제2사출부를 포함하여 이루어지는 영구자석 회전자 모터를 제공한다.

여기서, 상기 매립부는 하나의 자극을 형성하는 한 세트의 매립부가 복수 세트 형성될 수 있다. 이 경우 상기 한 세트의 매립부는 상기 영구자석을 통하여 한 자극 당 서로 독립적인 두 개의 폐자로를 형성하기 위하여 내측 매립부와 외측 매립부로 이루어질 수 있다.

상기 제1사출부는 상기 회전자 코어 상부의 매립부를 모두 덮도록 형성되고, 상기 제1사출부는 환형으로 형성됨이 바람직하다. 이러한 제1사출부의 형상은 회전자의 회전 시 공기 저항으로 인한 진동 및 소음을 최소화하기 위함이다.

또한, 상기 제2사출부는 상기 회전자 코어 하부의 매립부의 일부만을 덮도록 형성되고, 상기 제2사출부는 환형으로 형성됨이 바람직하다. 이러한 제2사출부의 형상 또한 회전자의 회전 시 공기 저항으로 인한 진동 및 소음을 최소화하기 위함이다.

여기서, 상기 제2사출부가 상기 회전자 코어 하부의 매립부 일부만을 덮는 것은 사출된 사출물이 빠져나와 상기 제2사출부가 형성되도록 함과 동시에 사출로 인하여 영구자석이 매립부에서 빠지지 않도록 하기 위함이다. 다시 말하면 상기 제2사출부가 상기 회전자 코어 하부의 매립부 중 덮지 않는 부분에는 금형이 위치하게 되어 상기 영구자석이 매립부에서 빠지지 않도록 지지하게 된다. 따라서, 상기 제2사출부는 상기 복수 개의 영구자석 각각의 일부분만을 덮도록 형성되는 것이다.

한편, 상기 복수 개의 영구자석은 모두 동일한 크기임이 바람직하다. 이를 통해서 한 종류의 영구자석만을 사용하여 영구자석 회전자를 형성할 수 있으므로 재료비가 절감되고, 제조 공정이 단순화될 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한, 회전자 코어의 원주 방향을 따라 복수 개 형성된 매립부에 복수 개의 영구자석을 삽입하는 제1단계; 사출 시 상기 회전자 코어의 하부에서 영구자석이 빠지지 않도록 상기 복수 개의 영구자석 각각의 일부분을 지지하는 금형에 상기 회전자 코어를 위치시키는 제2단계; 그리고 상기 회전자 코어의 상부에서 상기 매립부와 상기 영구자석 사이의 간격으로 사출물을 사출하는 제3단계를 포함하여 이루어지는 영구자석 회전자의 제조방법을 제공한다. 여기서 상기 복수 개의 매립부는 각각 한 세트의 매립부로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 제3단계는, 사출물이 상기 회전자 코어 상부의 매립부를 모두 덮고, 상기 회전자 코어 하부의 매립부의 일부만을 덮도록 수행됨이 바람직하다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한, 원주 방향을 따라 복수개의 매립부가 형성되는 회전자 코어를, 사출시 상기 매립부 단면의 일부를 막을 수 있도록 형성된 금형에 위치시키는 제1단계, 상기 매립부에 복수 개의 영구자석을 삽입하는 제2단계, 그리고 상기 고정자의 상부에서 상기 매립부와 상기 영구자석 사이의 간격으로 사출물을 사출하는 제3단계를 포함하여 이루어지는 영구자석 회전자의 제조방법을 제공한다.

따라서, 전술한 본 발명에 따르면 제조가 용이하고, 보다 견고히 영구자석이 고정될 수 있는 영구자석 회전자 모터가 제공된다.

이하에서는 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 영구자석 회전자 모터, 특히 영구자석 회전자 및 이의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 영구자석 회전자의 상부 사시도이며, 도 3은 하부 사시도이다.

본 발명에 따른 영구자석 회전자 모터의 회전자(100)는 회전자 코어(30), 제1사출부(20), 그리고 제2사출부(25)로 이루어진다.

상기 회전자 코어(30)는 규소 강판을 적층하여 형성되며, 중앙부에는 관통홀(40)이 형성되어 회전축(미도시)가 압입된다. 그리고, 상기 관통홀(40) 주위에는 회전자 코어의 적층을 위한 리벳 용접부 또는 각각의 철판들을 고정시켜 체결하기 위한 체결공(50)이 형성된다.

그리고, 상기 회전자 코어의 원주 방향을 따라 복수 개의 매립부(60)가 형성된다. 상기 매립부(60)는 원주 방향을 따라 복수 개의 세트로 형성될 수 있다. 이 경우 하나의 매립부 세트에는 내측 매립부(70)와 외측 매립부(80)가 형성될 수 있다. 물론, 하나의 매립부 세트는 하나의 매립부만 형성될 수도 있으며, 셋 이상의 매립부들로 이루어질 수 있다. 여기서 하나의 매립부 세트는 하나의 자극을 형성하 게 된다.

도 2 내지 도 3에는 6개의 자극을 형성하기 위하여 매립부가 6 개의 세트로 이루어진 실시예가 도시되어 있으며, 하나의 세트 당 두 개의 매립부가 형성된 실시예가 도시되어 있다. 여기서, 상기 내측 매립부(70)와 상기 외측 매립부(80)에 구비되는 영구자석들은 각각 서로 독립적인 두 개의 폐자로를 형성하게 된다.

한편, 상기 매립부(60) 내에는 영구자석(90)이 삽입된다. 여기서 상기 영구자석(90)은 제조의 용이를 위하여 모두 동일한 크기로 형성되며, 그 형상은 막대 형태로 형성됨이 바람직하다.

상기 내측 매립부(70)에는 상기 영구자석(90)이 3개 삽입되며 이를 위해서 상기 내측 매립부(70)의 형상은 3단으로 형성된다. 그리고, 상기 외측 매립부(80)에는 상기 영구자석(90)이 1개 삽입된다.

상기 회전자 코어(30)에는 적층되어 형성되는 회전자 코어의 결합을 더욱 견고히 할 수 있는 관통 슬롯(35)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 관통 슬롯(35) 내부로 사출물이 관통되어 회전자 코어의 결합력을 더욱 증진시키는 것이 가능하다. 여기서 상기 관통 슬롯의 형상은 다양하게 변형될 수 있을 것이다.

상기 회전자 코어(30)의 상면에는 제1사출부가 형성되고, 하면에는 제2사출부가 형성된다. 상기 사출물의 재질은 절연 재질이며 비자성 재질임이 바람직하다. 이는 상기 사출물을 통하여 유도 전류가 흐르는 것을 방지하고, 자속이 누설되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 제1사출부(20)와 상기 제2사출부(20)는 환형으로 형성됨이 바람직하다. 그리고, 이들의 종단면 형상은 반원이나 호 형상일 수 있으며, 마름모꼴 형상일 수도 있다. 이러한 단면 형상은 회전자(100)의 회전 시 소음이나 진동을 방지하기 위함이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1사출부는 상기 회전자 코어의 상부에서 매립부를 모두 덮도록 형성된다. 또한, 상기 제1사출부는 관통 슬롯(35)도 모두 덮도록 형성된다. 이러한 제1사출부의 형상은 사출 시 상부 금형(미도시)의 형상과 대응된다. 즉, 상기 제1사출부가 상기 회전자 코어의 상부에서 돌출된 형상에 대응하여 상기 상부 금형의 형상은 상기 회전자 코어의 상부에서 함몰되도록 형성된다. 결국, 상기 상부 금형의 함몰 부분으로 사출물이 채워져 상기 제1사출부가 형성되는 것이다.

따라서, 상기 제1사출부를 통해서 영구자석이 상기 회전자 코어의 상부로 이탈되는 것이 방지된다.

그리고, 상기 상부 금형의 함몰 부분으로 채워지는 사출물은 매립부(60)에 형성된 간격, 즉 매립부와 상기 매립부에 삽입된 영구자석 사이의 간격(65)과 관통 슬롯(35)을 관통하여 상기 회전자 코어의 하부로 나온다.

따라서, 상기 간격(65)와 상기 관통 슬롯(35)에 채워지는 사출물들로 하여 상기 영구자석(90)이 상기 매립부(60) 내에 견고히 고정되며, 상기 회전자 코어(30)의 각 철판들끼리의 결합도 견고하게 유지된다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 제2사출부는 상기 회전자 코어(30)의 하부에서 상기 영구자석(90)을 지지하며, 상기 제1사출부와는 상기 간격(65)에 의해 충진 되는 사출물을 통하여 연결된다.

여기서, 상기 제2사출부의 형상은 전술한 제1사출부와 동일하게 형성될 수 있다. 그러나, 상기 제2사출부는 상기 제1사출부와는 달리 상기 복수 개의 영구자석 각각의 일부분만 덮도록 형성된다.

만약, 상기 제2사출부가 상기 영구자석 각각의 전부를 덮도록 형성되는 경우에는 사출 시 상기 영구자석(90)이 상기 매립부(60)에서 이탈될 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 상기 제2사출부는 상기 영구자석 각각의 일부만을 덮도록 형성됨이 바람직하다.

이를 다른 관점에서 설명하면 다음과 같다.

상기 제2사출부의 형상과 대응되어 하부 금형의 형상이 형성된다. 즉, 상기 회전자 코어의 하면에서 돌출되어 형성되는 제2사출부의 형상과 대응되어 상기 하부 금형에는 함몰 부분이 형성된다. 상기 함몰 부분에 사출물이 채워져 상기 제2사출부가 형성되는 것이다.

이 경우 상기 함몰 부분 이외의 하부 금형 부분은 상기 복수 개의 영구자석 각각의 일부분을 지지하게 된다. 따라서 강한 압력으로 사출물이 상기 간격(65)를 통하여 유입이 되더라도 상기 복수 개의 영구자석(90)은 상기 매입부(60)에서 이탈되지 않는다.

결국, 상기 제2사출부는 모든 영구자석의 일부분을 덮고 있기 때문에 상기 회전자의 하부에서 상기 영구자석이 이탈되는 것을 방지하게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 제1사출부와 상기 제2사출부는 환형으로 연속 되게 형성됨이 바람직하다. 물론, 연속되게 형성되지 않을 수도 있으나, 소음이나 진동을 고려하면 연속되게 형성된 환형 형태가 바람직할 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 영구자석 회전자 모터의 영구자석 회전자의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 매립부가 형성된 회전자 코어를 제작한다. 이 경우 규소 철판을 적층하여 회전자 코어를 제작할 수 있다. 그리고, 상기 매립부에 복수 개의 영구자석을 삽입한다.

이 후, 상기 영구자석이 삽입된 회전자 코어를 사출 금형(미도시)에 위치시킨다. 여기서, 상기 금형의 형상은 전술한 바와 같이 제1사출부와 제2사출부의 형상과 대응되도록 형성되며, 사출 시 상기 영구자석이 회전자 코어의 하부에서 빠지지 않도록 상기 영구자석의 일부분을 지지하도록 형성된다.

예를 들어, 하부 금형의 단면 형상은 도 3에 도시된 회전자 코어(30)의 하부면에 대응되어 반경 방향 내측과 외측에는 평면 부분이 형성되고, 상기 내측과 외측 사이에는 함몰 부분이 형성될 수 있다.

이러한 하부 금형은 사출 시 회전자 코어와 영구자석이 이동되는 것을 방지하게 된다.

상기 회전자 코어(30)가 사출 금형에 고정되면, 상기 회전자 코어(30)의 상부에서 사출물을 사출하게 된다. 이러한 사출물은 제1사출부(20)를 형성하고, 상기 매립부와 상기 영구자석 사이의 간격(65)으로 사출되어 결국 회전자 코어(30)의 하부에서 제2사출부(25)를 형성하게 된다.

따라서, 이러한 사출 과정을 통하여 사출물은 상기 회전자 코어 상부의 매립부를 모두 덮고, 상기 회전자 코어 하부의 매립부는 일부분만 덮도록 형성된다.

한편, 전술한 영구자석 회전자(100)의 제조방법은 회전자 코어(30)에 영구자석(90)을 삽입한 후 회전자 코어가 금형에 고정되었다. 그러나 이와는 반대로 먼저 회전자 코어가 금형에 고정된 후 매립부(60)에 영구자석이 삽입되는 것도 가능할 것이다.

본 발명에 따르면, 매립된 영구자석이 매립부 내에서 사출물을 통하여 고정되므로 보다 견고히 영구자석이 고정될 수 있는 영구자석 회전자 모터를 제공할 수 있다. 또한, 회전자 코어의 상부와 하부에 각각 영구자석이 매립부에서 이탈되는 것을 방지하기 위한 사출부가 형성되므로, 이러한 사출부를 통하여 더욱 더욱 견고하고 신뢰성이 있도록 영구자석이 고정된 영구자석 회전자 모터를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 동일한 영구자석만을 사용할 수 있으므로 재료비가 절감되고, 제조가 용이한 영구자석 회전자 모터의 제조방법을 제공할 수 있다. 아울러 상기 영구자석을 일반적인 막대 자석 형태로 용이하게 형성할 수 있으므로 영구자석 형성에 소요되는 비용을 절감하는 것이 가능하다.

Claims (7)

1. 원주 방향을 따라 매립부가 복수 개 형성되며, 상기 매립부는 한 자극 당 서로 독립적인 폐자로를 형성하기 위하여 내측 매립부와 외측 매립부로 이루어진 회전자 코어;

   상기 매립부와의 사이에 일정한 간격이 형성되도록 상기 매립부에 삽입되는 복수 개의 영구자석;

   상기 회전자 코어의 상부에서 상기 영구자석을 지지하는 제1사출부; 그리고

   상기 회전자 코어의 하부에서 상기 영구자석 각각의 일부만을 지지하며, 상기 제1사출부와는 상기 간격에 충진되는 사출물을 통하여 연결된 제2사출부를 포함하여 이루어지는 영구자석 회전자 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1사출부는 환형으로 형성됨을 특징으로 하는 영구자석 회전자 모터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2사출부는 환형으로 형성됨을 특징으로 하는 영구자석 회전자 모터.
4. 회전자 코어의 원주 방향을 따라 복수 개 형성된 매립부에 복수 개의 영구자석을 삽입하는 제1단계;

   사출 시 상기 회전자 코어의 하부에서 영구자석이 빠지지 않도록 상기 복수 개의 영구자석 각각의 일부분을 지지하는 금형에 상기 회전자 코어를 위치시키는 제2단계; 그리고

   상기 회전자 코어의 상부에서 상기 매립부와 상기 영구자석 사이의 간격으로 사출물을 사출하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 영구자석 회전자의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제3단계는,

   사출물이,

   상기 회전자 코어 상부의 매립부를 모두 덮고, 상기 회전자 코어 하부의 매립부의 일부만을 덮도록 수행됨을 특징으로 하는 영구자석 회전자의 제조방법.
6. 원주 방향을 따라 복수개의 매립부가 형성되는 회전자 코어를, 사출시 상기 매립부 단면의 일부를 막을 수 있도록 형성된 금형에 위치시키는 제1단계;

   상기 매립부에 복수 개의 영구자석을 삽입하는 제2단계; 그리고

   상기 회전자 코어의 상부에서 상기 매립부와 상기 영구자석 사이의 간격으로 사출물을 사출하는 제3단계를 포함하여 이루어지는 영구자석 회전자의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제3단계는,

   상기 사출물이, 상기 회전자 코어 상부의 매립부를 모두 덮고, 상기 회전자 코어 하부의 매립부의 일부만을 덮도록 수행됨을 특징으로 하는 영구자석 회전자의 제조방법.

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