KR100896261B1 - 브러시리스 직류 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공조기기나 각종 산업기기 등에 사용되는 브러시리스 직류 모터에 관한 것으로, 특히 본 발명은 리벳 홀의 위치를 조정하여 자속의 흐름이 방해되는 것을 최소화하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 내주면에 개구부를 가진 슬롯이 마련되는 고정자와 복수개의 영구자석이 매설되고, 상기 이웃한 영구자석의 단부 사이에 자속 단락 방지 홈이 형성되며, 영구자석 매립 홀의 내측에 복수의 리벳 홀이 형성되는 회전자를 포함하는 브러시리스 직류 모터에 있어서,상기 리벳홀은 회전축 홀의 외주면에서 0.5mm, 상기 영구자석 매립 홀에서 상기 회전축 홀의 방향으로 0.5mm, 상기 영구자석의 중심에서 단부방향으로 상기 영구자석의 길이(L)의 L/6의 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

브러시리스 직류 모터{Brushless DC motor}

도 1은 종래의 브러시리스 직류 모터의 단면도이다.

도 2는 종래의 브러시리스 직류 모터의 magnetic flux line의 해석 결과이다.

도 3은 종래의 브러시리스 직류 모터의 자기력선속밀도(magnetic flux density)의 해석 결과이다.

도 4는 리벳 홀을 제거한 후의 magnetic flux line의 해석 결과이다.

도 5는 본 발명에 의한 브러시리스 직류 모터의 단면도이다.

도 6은 본 발명에 의한 브러시리스 직류 모터의 magnetic flux line의 해석 결과이다.

도 7은 본 발명에 의한 브러시리스 직류 모터의 자기력선속밀도의 해석 결과이다.

도 8은 종래의 브러시리스 직류 모터의 모터 성능의 테스트 결과이다.

도 9는 본 발명에 의한 브러시리스 직류 모터의 모터 성능의 테스트 결과이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

102: 고정자

104: 회전자

108: 영구 자석

109: 영구 자석 매립 홀

110: 자속 단락 방지 홈

112: 슬롯

114: 공간부

116: 회전축 홀

118: 리벳 홀

본 발명은 공조기기나 각종 산업기기 등에 사용되는 브러시리스 직류 모터에 관한 것으로,특히 본 발명은 리벳 홀의 위치를 조정하여 자속의 흐름을 최적화하여 종래의 브러시리스 직류 모터보다 높은 효율을 발생하는 것을 목적으로 한다.

일반적으로 BLDC모터로 알려진 브러시리스 직류 모터는 통상의 직류 모터에서 브러시와 정류자를 삭제하고 이를 전자적인 정류 기구로 대체한 것으로, 기계적 또는 전기적인 노이즈를 감소시키며 다양한 속도로 제어가 가능하여 냉동사이클의 압축기 등에 많이 사용되고 있으며, 브러시리스 직류 모터는 필드를 형성하고 토크를 외부로 전달하기 위한 회전자와 필드와의 상호 작용에 의해 토크를 발생하는 아마추어 코일, 아마추어 코일을 조정함과 동시에 자로를 형성하는 회전자 코어와 회전자의 위치를 검출하기 위한 위치검출소자 등을 구비한다.

도 1은 종래의 브러시리스 직류 모터의 단면도로서, 대한민국 공개특허공보 2005-0116677호에는 내주면에 개구부를 가진 슬롯이 마련되는 고정자와 복수개의 영구자석이 매설되고, 상기 이웃한 영구자석의 단부 사이에 자속 단락 방지 홈이 형성되며, 상기 고정자의 내주면으로부터 이격되어 그 사이에 공간부(114)가 형성되도록 설치되는 회전자를 포함하는 직류 모터가 도시되어 있다.

종래의 브러시리스 직류 모터는 고리 형상의 고정자를 구비하는데, 이 고정자의 내주면에는 개구부를 구비하는 반폐형 슬롯이 형성되며, 6개의 슬롯이 등간격으로 고정자의 내주면에 원주상으로 형성된다. 그리고 이 슬롯에는 3상(u상, v상, w상)의 고정자 코일이 권선되어 수납배치되며, 고정자 코일은 제어 회로의 인버터로부터 3상 전원을 공급받는다.고정자의 동심원 내주부에는 회전자가 배치되고, 이 회전자는 얇은 규소강판이 다수 적층되어 전체적으로 원통 형상으로 이루며, 고정자의 내주면과의 사이에 약간의 공간부(114)가 균일하게 존재하도록 배치된다. 그리고 회전자의 중심에는 회전축이 축설되고 회전자의 외주면보다 지름 방향으로 약간 들어간 위치에는 중심각이 약 90°정도로 형성된 4개의 페라이트제 영구 자석이 서로 등간격을 이루도록 설치된다.회전자에 설치되는 4개의 영구자석 중에서 서로 마주보는 영구 자석은 같은 극으로 착자되어 N극과 S극이 교대로 배치되며 회전자에서 이웃한 영구 자석 사이에는 자속 단락 방지 홈이 형성된다.

그런데 이러한 브러시리스 직류 모터는 종래의 브러시리스 직류 모터의 magnetic flux line 해석 결과를 도시한 도 2와 종래의 자기력선속밀도 해석결과를 도시한 도 3에서 나타난 바와 같이, 리벳 홀로 인하여 자속의 흐름이 방해를 받게 된다는 문제점이 있다. 하지만 리벳 홀은 영구자석 및 커버 플레이트의 고정을 위하여 필수 불가결한 것이므로, 이 리벳 홀이 자속의 흐름에 방해가 되는 것을 최소화하기 위하여 리벳홀의 위치를 조정하는 것이다.

이와 같은 종래의 브러시리스 직류 모터는 리벳 홀로 인하여 자속 흐름이 방해를 받게 되나, 리벳 홀은 영구자석 및 커버 플레이트의 고정을 위하여 필요한 부분이나 이 리벳 홀로 인하여 모터의 효율 손실이 발생하게 되는 문제가 있다. 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 리벳 홀의 위치를 조정하여 영구자석 및 커버플레이트를 고정하면서도 자속의 흐름을 최적화하여 종래의 브러시리스 직류 모터보다 높은 효율을 발생하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 브러시리스 직류 모터는 내주면에 개구부를 가진 슬롯(112)이 마련되는 고정자(102)와, 외주면에 인접하게 둘레방향을 따라 상호 등각도 간격을 가지고 상호 이격 배치되는 영구자석(108)이 수용될 수 있도록 관통된 영구자석 매립 홀(109)과 상기 영구자석의 단부 사이에는 복수의 자속 단락 방지 홈(110)이 형성되며, 상기 고정자(108)의 내주면으로부터 이격되어 그 사이에 공간부(114)가 형성되도록 설치되는 회전자(104)를 포함하고,상기 회전자(104)는 반경 방향을 따라 상기 영구자석 매립 홀(109)의 내측에 회전축의 축선 방향을 따라 리벳이 통과하여 결합될 수 있게 관통된 복수의 리벳 홀(118)을 포함하고,상기 리벳 홀(118)은 자속의 흐름이 방해되는 것을 최소화하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 브러시리스 직류 모터의 복수의 리벳 홀(118)은 회전축 홀(116)의 외주면에서 0.5mm, 상기 영구자석 매립 홀(109)에서 상기 회전축 홀(116)의 방향으로 0.5mm, 상기 영구자석(108)의 중심에서 단부 방향으로 상기 영구자석의 길이(L)의 L/6의 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브러시리스 직류 모터는 상기 각각의 자속 단락 방지 홈(110)의 외주단의 한 쪽 끝이 대향하는 고정자 슬롯(112)의 개구부의 중심에 위치하도록 형성되고, 상기 영구자석(108)의 양 단부와 상기 자속 단락 방지 홈(110) 사이의 간격 및 상기 회전자(104)의 외주면과 상기 자속 단락 방지 홈(110) 사이의 간격은 상기 고정자(102)와 상기 회전자(104) 사이의 공간부(114)의 간격보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브러시리스 직류 모터의 상기 영구자석 매립 홀(109)은 사각 구조로서 상호 등각도 간격을 가지고 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브러시리스 직류 모터의 상기 영구자석 매립 홀(109) 및 리벳 홀(118)은 4개소 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 브러시리스 직류 모터의 회전자 코어에는 영구자석의 매입을 위한 영구자석 매립 홀이 위치하고 그 주변으로 영구자석의 이탈을 방지하고 상.하 커버 플레이트를 고정하기 위한 리벳 홀(118)이 존재하게 된다. 이 리벳 홀(118)로 인하여 자속(magnetic flux)의 흐름에 영향을 받게 되고 모터의 성능에 영향을 미치게 된다.

우선 본 발명은 회전자 코어의 자속의 흐름을 해석한 다음 그 뒤에 상기 자속의 흐름에 가장 영향을 미치지 않는 위치에 리벳 홀(118)을 위치시키고자 하는 것을 목적으로 한다. 또한 영구자석(108)의 이탈을 방지하기 위하여 리벳의 체결력을 고려하여 리벳 홀 주변부가 일정한 두께 이상이 유지되어야 본 발명이 이루고자 하는 바를 달성할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 고정자(102)와 고정자(102)에 대해 회전 가능하게 설치되는 회전자(104)를 포함하여 구성된다.

고정자(102)는 다수의 자성 강판을 원통형상이 되도록 적층하여 만들어지며, 그 내주벽에는 원주방향으로 일정 간격으로 복수의 슬롯(112)이 형성되어서 각각의 슬롯(112) 사이에 다수의 코일이 권선되어 구성된다.

회전자(104)는 동일한 형상의 다수의 자성 강판을 적층하여 만들어져서 회전자 코어를 형성하게 되며, 회전자 코어의 중심부에는 축방향으로 회전축 홀(116)이 형성되어 이 회전축 홀(116) 안에 회전축이 압입되어 회전자(104)와 함께 회전하게 되며, 회전자 코어의 중심부의 외측으로서는 원주방향으로 복수의 영구자석 매립 홀(109)이 형성되어 이 영구자석 매립 홀(109) 안에 회전자(104)와 함께 회전하는 영구 자석(108)이 매립되어 설치된다.

회전자 코어로부터의 영구자석(108)의 이탈을 방지하기 위해 회전자 코어의 상.하부에 플레이트를 설치하고 수개의 리벳에 의해서 회전자 코어 안에서 영구자석(108)이 고정된다. 또한, 복수의 영구자석 매립 홀(109)은 사각 구조로 배치되며 회전자 코어에는 상.하 커버 플레이트와 리벳 결합하기 위한 리벳 홀(118)이 복수개 형성되어 있다.

자속 단락 방지 홈(110)은 이웃한 영구 자석(108)의 양 단부 사이에 형성되어 영구자석의 양 단부에서의 영구 자석(108)의 자속의 단락을 방지함으로써 영구 자석(108)의 자속이 고정자(102)을 쇄교하여 토크 발생에 유효하게 작용할 수 있도록 하여, 모터의 효율을 높임과 동시에 코킹 토크와 진동, 소음을 감소시킨다.

리벳 홀(118)은 영구자석(108)의 고정을 위하여 필요한 부분이나 이 리벳 홀(118)로 인하여 모터의 효율 손실이 발생하게 되는 문제가 있다. 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 리벳 홀(118)의 위치를 조정하여 영구자석(108)을 고정하면서도 자속의 흐름을 최적화하여 종래의 브러시리스 직류 모터보다 높은 효율을 발생하도록 한다.

바람직한 상기 리벳 홀(118)의 위치는 도 5에 도시되어 있으며 상기 리벳 홀(118)은 회전축 홀(116)의 외주면에서 0.5mm, 상기 영구자석 매립 홀(109)에서 상기 회전축 홀(116)의 방향으로 0.5mm, 상기 영구자석의 중심에서 단부 방향으로 상기 영구자석의 길이(L)의 L/6의 위치에 형성되도록 한다.

도 4는 리벳 홀(118)을 제거한 다음의 magnetic flux line의 해석 결과를 나타내는 것으로서 자속의 흐름이 원할하게 진행하는 가장 바람직한 해석결과를 제시 하고 있다.

도 6은 본 발명에 따른 리벳 홀(118)의 위치를 조정한 브러시리스 직류 모터의 magnetic flux line의 해석 결과이며, 도 7은 본 발명에 따른 리벳 홀(118)의 위치를 조정한 브러시리스 직류 모터의 자기력선속밀도(magnetic flux density)의 해석 결과를 나타낸다. 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 브러시리스 직류 모터의 자속의 흐름은 리벳 홀을 제거한 도 3의 FLUX LINE에 가장 가까운 해석결과를 제시하고 있으며 도 2에 나타난 종래의 브러시리스 직류 모터와 비교하여서도 자속의 흐름이 개선되고 있음을 확인할 수 있다.

바람직하게는 본 발명의 브러시리스 직류 모터의 회전자 코어에는 영구자석을 매립하기 위한 영구자석 매립 홀을 4개소 설치하고 상기 영구자석 매립 홀에 각각 영구자석을 매립하고 영구자석의 양 단부에 근접하도록 자속 단락 방지 홈(110)을 수 개소 형성하도록 하여 영구자속의 양 단부 자속의 단락을 방지하는 구조로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터를 작동하기 위하여 고정자(102)의 복수의 슬롯(112)에 감겨진 복수의 코일에 전류를 인가하게 되면, 각 코일의 극성이 순차적으로 변하게 되면서 각 코일에 대응하는 각각의 영구자석(108)의 극성과 각 코일에 형성되는 극성이 동일한 경우에 발생되는 척력과 상이한 경우에 발생되는 인력에 의해 원심력이 발생하게 되며, 이에 따라 회전자(104)가 회전축과 함께 회전하면서 회전 구동력을 발생시키게 된다. 이러한 작동과정에서 각 영구 자석 매립 홀(109) 사이에서 회전자 코어의 외주연에 걸쳐서 배 치된 복수의 자속 단락 방지 홈(110)의 작용에 의해 자속의 단락이 방지됨과 동시에 누설자속을 최소화하고 쇄교자속을 최대화할 수 있게 되며, 또한 모터 효율에 영향을 미치는 리벳 홀(118)을 자속의 흐름에 가장 적게 영향을 미치는 부분으로 적용하여 모터의 효율을 극대화할 수 있게 된다. 도 8 및 도 9는 종래의 브러시리스 직류 모터와 본 발명에 의한 브러시리스 직류 모터의 모터 성능의 테스트 결과로서 리벳 홀의 위치를 변경하여 모터의 효율이 향상되고 있음을 나타내고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고정자(102) 내부의 리벳 홀(118) 위치 주변에서 자속의 흐름이 방해되는 것을 최소화하고 고정자(102)의 포화를 줄이는 효과를 가지며 모터 구동시 발생하는 리벳 홀(118)에 의한 모터 효율의 손실을 최소화하여 효율 하락을 방지한다.

Claims (5)

1. 내주면에 개구부를 가진 슬롯이 마련되는 고정자와;

   복수개의 영구자석이 매설되고, 상기 이웃한 영구자석의 단부 사이에 자속 단락 방지 홈이 형성되며, 영구자석 매립 홀의 내측에 복수의 리벳 홀이 형성되는 회전자를 포함하는 브러시리스 직류 모터에 있어서,

   상기 리벳 홀은 회전축 홀의 외주면에서 0.5mm, 상기 영구자석 매립 홀에서 상기 회전축 홀의 방향으로 0.5mm, 상기 영구자석의 중심에서 단부 방향으로 상기 영구자석의 길이(L)의 L/6의 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 모터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 자속 단락 방지 홈의 외주단의 한 쪽 끝이 대향하는 고정자 슬롯의 개구부의 중심에 위치하도록 형성되는 브러시리스 직류 모터.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 영구자석 매립 홀은 사각 구조로서 상호 등각도 간격을 가지고 마련되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 모터.
4. 제 3항에 있어서, 상기 영구자석 매립 홀 및 리벳 홀은 4개소 설치되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 모터.
5. 내주면에 개구부를 가진 슬롯이 마련되는 고정자와;

   외주면에 인접하게 둘레방향을 따라 상호 등각도 간격을 가지고 상호 이격배치되는 영구자석이 수용될 수 있도록 관통된 영구자석 매립 홀과, 상기 영구자석의 단부 사이에는 복수의 자속 단락 방지 홈이 형성되며, 상기 고정자의 내주면으로부터 이격되어 그 사이에 공간부가 형성되도록 설치되는 회전자를 포함하는 브러시리스 직류 모터에 있어서,

   상기 회전자는 반경방향을 따라 상기 영구자석 매립 홀의 내측에 회전축의 축선방향을 따라 리벳이 통과하여 결합될 수 있게 관통된 리벳 홀을 포함하고,

   상기 리벳 홀은 회전축 홀의 외주면에서 0.5mm, 상기 영구자석 매립 홀에서 상기 회전축 홀의 방향으로 0.5mm, 상기 영구자석의 중심에서 단부방향으로 상기 영구자석의 길이(L)의 L/6의 위치에 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 모터.

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