KR100901192B1 - Stator and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
스테이터 및 그 제조방법이 개시된다. 스테이터 코어와, 스테이터 코어의 내측으로 연장되는 복수의 티스(teeth) 및 인접한 티스 사이의 스테이터 코어에 절단면이 접하도록 스테이터 코어의 중심 방향으로 형성되는 컷(cut)을 포함하는 스테이터는, 코일 권선을 효율적으로 수행할 수 있고, 티스의 수를 증가시킬 수 있어, 마그넷과 스테이터 간의 자속밀도가 증가해 전동기의 토크상수를 증대시킬 수 있다.A stator and a method of manufacturing the same are disclosed. The stator includes a stator core and a cut formed in the direction of the center of the stator core such that a cutting surface is in contact with a plurality of teeth extending inwardly of the stator core and the stator core between adjacent teeth. It can be carried out efficiently and the number of teeth can be increased, so that the magnetic flux density between the magnet and the stator can be increased to increase the torque constant of the motor.
스테이터, 코일, 권선, 컷 Stator, coil, winding, cut
Description
본 발명은 스테이터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stator and a method of manufacturing the same.
여러 가지 전동기중 최근 많이 사용되고 있는 브러시리스 DC 모터는 레이저 프린터용 레이저 빔 스캐너 모터, 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)용 모터, CD(Compact Disk)나 DVD(Digital Versatile Disk)와 같은 광디스크 드라이브용 모터 등의 정밀함이 요구되는 스핀들 모터의 구동원으로 널리 사용되고 있다. 특히 하드 디스크 드라이브에 사용되는 스핀들 모터는 높은 회전 정밀도가 요구되므로 일반적으로 회전 정밀도가 높은 유체 동압 베어링(fluid dynamic bearing)을 사용하고 있다.Among the many electric motors, brushless DC motors, which are widely used in recent years, include laser beam scanner motors for laser printers, motors for hard disk drives (HDDs), and optical disk drives such as compact disks (CDs) or digital versatile disks (DVDs). It is widely used as a driving source for spindle motors that require precision, such as a motor. In particular, spindle motors used in hard disk drives require high rotational precision, and thus, fluid dynamic bearings having high rotational accuracy are generally used.
그러나 유체 동압 베어링은 구동속도가 증가하거나 유체 동압 베어링의 간극이 감소함에 따라 마찰토크가 증가하는 특징을 가지며 그 결과 브러시리스 DC 모터의 효율이 감소하게 된다.However, the hydrodynamic bearing has the characteristic that the friction torque increases as the driving speed increases or the clearance of the hydrodynamic bearing decreases, and as a result, the efficiency of the brushless DC motor is reduced.
도 1에는 종래 유체 동압 베어링을 적용한 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터는 베이스(10), 슬리브(sleeve, 12), 샤프트(shaft, 20) 및 허브(hub, 24)를 구비한다.1 shows a spindle motor for a hard disk drive employing a conventional hydrodynamic bearing. Referring to FIG. 1, a conventional spindle motor for a hard disk drive includes a
베이스(10)의 중앙부에는 스테이터(31)가 설치되며 스테이터(31)의 슬롯 부분에는 고정자 코일(14)이 마련되어 있다. 슬리브(12)는 베이스(10)에 고정 설치되는 것으로, 그 중앙부에는 중공부가 형성되어 있으며, 중공부 내부에는 샤프트(20)가 회전 가능하게 설치된다. 그리고 샤프트(20)와 슬리브(12) 사이에는 샤프트(20)의 회전 시 슬리브(12)와의 마찰을 방지하기 위한 베어링 간극(bearing clearance)이 형성되며, 이 베어링 간극에는 윤활 유체가 채워진다.The
샤프트(20)의 상부에는 디스크가 안착되는 허브(24)가 결합된다. 그리고 이 허브(24)의 양측 하부에는 고정자 코일 (14)에 대응하는 자석(26)이 마련되어 있다. 고정자 코일(14) 및 자석(26)은 서로의 상호 작용에 의하여 전자기 토크(electromagnetic torque)를 발생시켜 샤프트(20)를 회전시키게 된다. The upper portion of the shaft 20 is coupled to the
한편, 샤프트(20)의 하부에는 샤프트(20)를 축 방향으로 지지하도록 쓰러스트(thrust, 40)가 마련되어 있다. 여기서, 쓰러스트(40), 슬리브(12)와 쓰러스트 패드(43) 사이에도 베어링 간극이 형성되며, 이 베어링 간극에는 윤활 유체가 채워진다. 와 같은 스핀들 모터의 회전부는 샤프트(20)의 상하부에 형성된 상부 및 하부 저널 베어링(21, 22)에 의해서 반경방향으로 지지되고, 슬리브(12) 하부에 형성된 상부 및 하부 쓰러스트 베어링(41, 42)에 의하여 축 방향으로 지지된다.On the other hand, a
도 2는 inner rotor type 모터의 입체도로 영구자석(51)과 맞닿아 자속의 경로를 형성하는 티스(52)와 티스 사이를 연결하는 스테이터 코어(53)와 코일(54)로 구성되어 있다. FIG. 2 is composed of a
스테이터-코일 구조를 갖는 전동기중 예를 들어 브러시리스 DC 모터는 영구자석(51)과 코일(54)을 흐르는 전류로부터 발생된 자속이 공극을 통해 고정자와 회전자를 거쳐 흐르는 전체 자속 밀도에 따라 성능이 결정된다. 즉 코일(54)로부터 발생하는 자속의 양이 증가해서 자속밀도가 높아지면 높은 토크를 발생하게 되며 이 때 코일(54)을 흐르는 전류에 따라 효율이 결정된다. Among motors having a stator-coil structure, brushless DC motors, for example, perform according to the total flux density through which the magnetic flux generated from the current flowing through the
그러나, 스테이터의 재질 특성에 스테이터에 형성된 자계강도에 대한 자속 밀도가 달라진다. 자기포화가 일어나지 않는 한 코일(54)로부터 발생되는 자속의 양을 증가시켜 자계 강도를 증가시키도록 설계하는 편이 높은 효율을 보장 할 수 있다. 따라서 티스(52)의 수를 증가시켜 설계하면 상당 코일(54)의 감은수가 증가하게 되어 전동기의 토크상수와 효율이 증가한다. However, the magnetic flux density with respect to the magnetic field strength formed in the stator varies with the material properties of the stator. As long as magnetic saturation does not occur, designing to increase the magnetic field strength by increasing the amount of magnetic flux generated from the
그리고, 기존의 방법으로 제작할 때, 슬롯의 개구부는 티스(52)의 수가 늘어남에 따라 좁아지는 문제가 있다. 슬롯의 개구부는 티스(52)에 코일(54)을 감는 권선기의 성능에 따라 물리적인 제약을 가지게 된다. 따라서 슬롯의 수를 증가시키는 데는 한계가 따르며 최근 유체 동압 베어링을 사용한 스핀들 모터에서는 속도증가와 간극의 감소에 따라 증가하는 마찰 손실을 극복하기 어려운 문제가 있었다. And, when manufactured by the conventional method, there is a problem that the opening of the slot narrows as the number of
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 권선작업이 힘든 슬롯 개구부를 가지는 치에 대해서도 효율적으로 권선작업을 수행할 수 있도록 함으로써, 모터의 크기 변화 없이 토크상수를 증대시켜 모터의 효율을 증가시킬 수 있는 스테이터 및 스테이터 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the above problems, it is possible to efficiently perform the winding operation even for teeth having a slot opening is difficult to winding, thereby increasing the torque constant without changing the size of the motor efficiency of the motor It is to provide a stator and a stator manufacturing method that can increase the.
본 발명의 일 측면에 따르면, 스테이터 코어와, 스테이터 코어의 내측으로 연장되는 복수의 티스(teeth) 및 인접한 티스 사이의 스테이터 코어에 절단면이 접하도록 스테이터 코어의 중심 방향으로 형성되는 컷(cut)을 포함하는 스테이터가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a cut is formed in the direction of the center of the stator core so that the cutting surface is in contact with the stator core, a plurality of teeth extending inwardly of the stator core and the stator core between adjacent teeth. A stator is provided.
여기서, 컷은 스테이터 코어의 내측에 형성되는 제1 컷과 스테이터 코어의 외측에 형성되는 제2 컷을 포함할 수 있으며, 제1 컷은 스테이터 코어의 원주 방향으로 제1 컷의 인접한 양측에 형성될 수 있다. Here, the cut may include a first cut formed inside the stator core and a second cut formed outside the stator core, and the first cut may be formed at both adjacent sides of the first cut in the circumferential direction of the stator core. Can be.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 스테이터 코어의 내측으로 연장되는 복수의 티스에 코일을 권선하여 스테이터를 제조하는 방법으로서, 티스에 인접한 양측의 슬롯(slot)이 확장되도록 스테이터 코어에 외력을 가하는 단계, 티스에 코일을 권선하는 단계 및 슬롯이 복원되도록 외력을 제거하는 단계를 포함하는 스테이터 제조방법이 제공된다.In addition, according to another aspect of the present invention, a method for manufacturing a stator by winding a coil in a plurality of teeth extending inwardly of the stator core, the external force is applied to the stator core so that the slots on both sides adjacent to the teeth is expanded There is provided a stator manufacturing method comprising the steps of: winding a coil on the tooth and removing external force so that the slot is restored.
여기서, 외력을 가하는 단계는 스테이터 코어의 양측에 스테이터 코어의 중심방향으로 외력을 가할 수 있다. Here, the external force may be applied to both sides of the stator core in the direction of the center of the stator core.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 코일 권선을 효율적으로 수행할 수 있고, 티스의 수를 증가시킬 수 있어, 공극의 자속밀도가 증가해 전동기의 토크상수를 증대시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the coil winding can be efficiently performed, and the number of teeth can be increased, so that the magnetic flux density of the air gap can be increased, thereby increasing the torque constant of the electric motor.
본 발명의 특징, 이점이 이하의 도면과 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become apparent from the following drawings and detailed description of the invention.
이하, 본 발명에 따른 스테이터 및 그 제조방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of a stator according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and Duplicate explanations will be omitted.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 나타낸 사시도이다. 도 3 내지 도 4를 참고하면, 스테이터(300), 스테이터 코어(302), 티스(304), 제1 컷(306), 제2 컷(308), 슬롯(310), 코일(400), 마그넷(402), 백요크(404)가 도시되어 있다. 3 is a plan view showing a stator according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a perspective view showing a motor according to an embodiment of the present invention. 3 to 4, the
본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터는, 스테이터 코어와, 스테이터 코어의 내측으로 연장되는 복수의 티스(teeth) 및 인접한 티스 사이의 스테이터 코어에 절단면이 접하도록 스테이터 코어의 중심 방향으로 형성되는 컷(cut)을 포함함으로 써, 코일 권선을 효율적으로 수행할 수 있고, 티스의 수를 증가시킬 수 있어, 마그넷과 스테이터 간의 자속밀도가 증가해 전동기의 토크상수를 증대시킬 수 있다.Stator according to an embodiment of the present invention, the cut is formed in the center direction of the stator core so that the cutting surface is in contact with the stator core, a plurality of teeth extending inwardly of the stator core and the stator core between adjacent teeth ( By including a cut, the coil winding can be efficiently performed and the number of teeth can be increased, so that the magnetic flux density between the magnet and the stator increases, thereby increasing the torque constant of the motor.
도 3에 도시된 바와 같이, 스테이터(300)는 환형의 몸체를 이루는 스테이터 코어(302)와 스테이터 코어(302)의 내측으로 연장되는 복수의 티스(304)를 포함할 수 있다. 티스(304) 사이에는 슬롯(slot, 310)이 형성되어 있다. As shown in FIG. 3, the
컷(cut)는 인접한 티스(304) 사이의 스테이터 코어(302)에, 스테이터 코어(302)의 중심 방향으로 절단면이 접하도록 형성된다. 컷은 스테이터(300)에 코일(400)을 권선하는데 있어서, 스테이터(300)에 외력을 가함으로써 슬롯(310)을 확대하여 티스(304)에 권선을 하거나, 티스(304)를 들어 올려 권선을 시행하는 경우에 있어서, 그 변형이 용이 하도록 하기 위해 형성된다. 한편, 스테이터(300)는 상술한 방법으로 권선을 할 수 있을 정도의 탄성을 가질 수 있다. The cut is formed so that the cut surface abuts on the
스테이터(300)는 동일한 단면을 가지는 철판을 적층하여 형성할 수 있고, 각각의 철판은 프레스 가공 등을 이용하여 컷을 형성할 수 있다. The
스테이터 코어(302)에 컷을 형성함으로써, 티스(304)에 코일(400)을 보다 용이하게 권선할 수 있게 되고, 스테이터(300)의 티스(304)의 수를 증가시킬 수 있게 된다. 티스(304)의 수의 증가는 모터의 토크와 효율의 증가와 연결된다. 특히, 공간적인 제약이 따르는 소형 스핀들 모터에 본 발명을 적용할 경우, 코일(400)의 권선밀도를 향상시킬 수 있을 것이다. By forming a cut in the
도 4에 도시된 바와 같이, 스테이터(300)의 내측에는 마그넷(402)과 백요크(404)가 형성되어 있다. 권선 작업이 끝난 스테이터(300)는 마그넷(402)과 백요 크(404)가 조립된 로터와 공극을 형성하도록 조립되어 코일(400)에 인가되는 전류에 따라 상호작용하여 회전 토크를 발생하게 된다. As shown in FIG. 4, a
기존의 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터와 본 실시예에 따른 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터의 토크상수를 유한요소법으로 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 본 실시예에 따른 스핀들 모터는 12극 18슬롯(310)의 구조이고, 기존 스핀들 모터는 12극 9슬롯(310)의 구조인 경우, 각 티스(304)에 동일한 코일(400)수로 권선하면, 기존 스핀들 모터의 토크 상수는 2.286mNm이고, 본 실시예에 따른 스핀들 모터의 토크 상수는 4.618mNm이다. 기존의 스테이터(300)를 이용한 스핀들 모터의 토크 상수 보다 본 실시예에 따른 스핀들 모터의 토크 상수가 향상되었음을 보여주고 있다. The torque constants of the conventional spindle motor for hard disk drive and the spindle motor for hard disk drive according to the present embodiment were compared by the finite element method, and the following results were obtained. The spindle motor according to the present embodiment has a structure of 12 poles 18
컷은 스테이터 코어(302)의 내 외측에 형성될 수 있다. 제1 컷(306)은 스테이터 코어(302)의 내측에 형성되고, 제2 컷(308)은 스테이터 코어(302)의 외측에 형성될 수 있다. 그리고, 제1 컷(306)은 스테이터 코어(302)의 원주 방향으로 제2 컷(308)의 인접한 양측에 형성될 수 있다. 한편, 컷이 형성되는 방향이나, 그 개수는 스테이터 코어(302)의 변형이 용이하게 될 수 있는 다른 형태로 구현될 수 있다. The cut may be formed on the inside or outside of the
컷의 절단면은 맞닿아 있다. 이로써, 컷의 형성으로 자기포화로 인한 효율의 저하를 방지할 수 있다. 소형 스핀들 모터의 경우 스테이터(300)의 사이즈가 크지 않고, 컷의 형성으로 인해 자기포화가 발생할 수 있으나, 그 절단면이 맞닿도록 형성함으로써 컷의 절단면에 자속경로의 릴럭턴스가 높아지는 것을 방지할 수 있게 되고, 이로 인한 효율의 저하를 방지할 수 있다. The cut surface of a cut is in contact. Thereby, the fall of the efficiency by self saturation by the formation of a cut can be prevented. In the case of the small spindle motor, the size of the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터(300) 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터(300)를 나타낸 평면도이다. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the
본 실시예에 따른 스테이터(300) 제조방법은, 스테이터 코어(302)의 내측으로 연장되는 복수의 티스(304)에 코일(400)을 권선하여 스테이터(300)를 제조하는 방법으로서, 티스(304)에 인접한 양측의 슬롯(310)(slot)이 확장되도록 스테이터 코어(302)에 외력을 가하는 단계, 티스(304)에 코일(400)을 권선하는 단계 및 슬롯(310)이 복원되도록 외력을 제거하는 단계를 포함하여 코일(400) 권선을 효율적으로 수행할 수 있고, 티스(304)의 수를 증가시킬 수 있어, 마그넷(402)과 스테이터(300) 간의 자속밀도가 증가해 전동기의 토크상수를 증대시킬 수 있다.The
본 실시예에 따른 스테이터(300) 제조방법은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터(300)를 이용하여 수행되는 것을 예로 들어 설명한다. 따라서, 본 실시예의 스테이터(300)의 구조는 상술한 스테이터(300)의 구조와 동일하다. The method of manufacturing the
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 티스(304)에 인접한 양측의 슬롯(slot, 310)이 확장되도록 스테이터 코어(302)의 일측에 스테이터 코어(302)의 중심 방향으로 외력을 가한다. (S100) 권선을 시행하고자 하는 티스(304)가 위치한 스테이터 코어(302)의 외주연에 외력을 가한다. 이 때, 권선을 시행하고자 하는 티스(304) 주변에 형성된 컷이 변형되면서, 권선을 시행하고자 하는 티스(304)의 양측의 슬롯(310)이 확장되어 권선을 시행할 수 있는 공간이 확보된다. First, as shown in FIG. 6, an external force is applied to one side of the
다음으로, 양측에 공간이 확보된 티스(304)에 권선을 수행한다. (S200) 도 7에 도시된 바와 같이, 티스(304)의 양측에 슬롯(310)이 확대되어 보다 용이하게 권선을 수행할 수 있게 되고, 다수의 티스(304)가 형성된 스테이터(300)에 대해서도 적용될 수 있을 것이다. 또한, 권선을 수행할 티스(304)의 양측에 공간이 마련되어 코일(400)의 권선 수를 증가시켜 권선밀도도 향상될 수 있을 것이다. Next, winding is performed on the
다음으로, 슬롯(310)이 회복되도록 외력을 제거한다. (S300) 외력이 제거되면 상술한 단계에서 변형된 컷이 원래의 형상으로 복귀되면서, 전체적으로 스테이터(300)는 원래의 형상으로 복귀된다. 스테이터(300)는 외력을 가하는 단계에서 발생한 변형량 내에서는 탄성을 가지는 재질일 수 있고, 이 외력이 제거되면, 스테이터(300)는 원래의 형상으로 복귀된다. Next, the external force is removed to recover the
한편, 스테이터(300)의 외주연의 양측에 스테이터 코어(302)의 중심 방향으로 외력을 가하는 경우라면, 스테이터(300)의 양측에 대칭되는 위치에 티스(304)의 양측의 슬롯(310)이 확대되어, 상술한 코일(400)을 권선하는 단계는 두 개의 티스(304)에 동시에 권선을 시행할 수 있게 될 것이다.On the other hand, if the external force is applied to both sides of the outer periphery of the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.
도 1은 스핀들 모터를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a spindle motor.
도 2는 종래기술에 따른 inner rotor type 모터를 나타낸 사시도.Figure 2 is a perspective view of the inner rotor type motor according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터를 나타낸 평면도.3 is a plan view showing a stator according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 나타낸 사시도.4 is a perspective view of a motor according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터 제조방법을 나타낸 순서도.5 is a flow chart showing a stator manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터를 나타낸 평면도.6 to 8 is a plan view showing a stator according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
300 : 스테이터 302 : 스테이터 코어300: stator 302: stator core
304 : 티스 306 : 제1 컷304: Teeth 306: First Cut
308 : 제2 컷 310 : 슬롯308: second cut 310: slot
400 : 코일 402 : 마그넷400: coil 402: magnet
404 : 백요크404: Back York
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- 2007-10-22 KR KR1020070106020A patent/KR100901192B1/en not_active IP Right Cessation
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