KR100942437B1 - 브러시리스 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 브러시리스 모터는 모터드라이버에 의해 제어되는 브러시리스 모터에 있어서, 양단면 중의 어느 하나 이상에 커버가 설치되는 하우징, 상기 하우징의 내부 일측에 고정 내장되는 코일설치부재, 상기 코일설치부재의 한쪽에 고정 설치되어 외부 전기에 의해 자기력을 발생하는 원통형상의 고정자코일, 상기 코일설치부재의 다른쪽에 고정 설치되어 상기 고정자코일과 외부의 모터드라이버 사이를 연결하여 상기 모터드라이버에서 출력되는 전기를 고정자코일에 공급하는 기판, 상기 하우징의 양단부에 각각 설치되는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지됨과 더불어 상기 고정자코일의 중앙부를 관통하는 모터축, 상기 고정자코일 내부에 위치되는 모터축의 중앙부에 고정 설치되는 영구자석, 상기 영구자석의 양단부에 위치한 모터축 상에 각각 고정 설치되는 밸런스, 상기 모터축에 고정 설치되어 상기 고정자코일의 외부를 감싸는 회전체로 이루어진다.

따라서 본 발명은 자성체인 회전체가 영구자석과 함께 회전되는 회전자로 구성됨과 더불어 코어없이 코일을 권선한 고정자코일이 구성되면서 브러시와 코어를 제거한 구조이기 때문에, 히스테리시스 손실과 에디커런트 손실을 크게 저감하여 고속회전을 용이하게 실현함과 더불어 열의 발생을 방지할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

모터, 브러시리스, 코어리스, 원통형 고정자코일

Description

브러시리스 모터{BRUSHLESS MOTOR}

본 발명은 코어와 브러시를 구비하지 않는 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전자와 고정자의 구조를 개선함으로써 히스테리시스 손실과 에디커런트 손실을 매우 저감하여 고속회전을 용이하게 실현함과 더불어 열의 발생을 방지할 수 있도록 하는 브러시리스 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 가변하는 것으로, 핸드피스, 자동차, 장난감 등과 같이 널리 사용되는 바, 이는 브러시와 정류자를 통해 회전자에 전원을 공급하여 회전자와 고정자 사이에서 발생되는 자기력에 의해 회전자가 회전되는 구조이다.

그러나 상기와 같이 브러시와 정류자를 구비한 모터는 고속회전시 브러시의 마모에 의해 전기적 장애를 일으키고, 브러시에 의한 소음을 발생시키는 등의 단점이 있었다.

그래서 종래에는 브러시리스 모터를 개발하였는 바, 이는 센서를 이용하여 회전자의 위치를 검출하고, 브러시리스 모터와 연결되는 모터드라이버가 상기 센서에서 검출된 정보를 통해 고정자의 각상에 전원을 공급하며, 이에 따라 모터가 구 동하게 된다.

물론 상기와 같은 종래 모터의 하우징의 내부에는 다수겹의 강판이 적층되어 이루어진 코어에 코일이 권선되어 이루어진 고정자가 설치되고, 상기 하우징의 양측에는 각각 모터커버가 결합되어 있으며, 상기 모터커버에는 베어링이 각각 설치되어 회전축의 양단을 회전 가능하게 지지하고, 상기 회전축의 중앙부에는 고정자와 상호 작용을 통해 회전되는 회전자코어가 고정되어 있고, 상기 회전자코어에는 다수의 영구자석이 극을 달리하도록 교번되게 부착되어 회전자를 구성하고 있다.

그래서 상기와 같은 모터는 수명이 매우 길고, 소음과 전자적인 잡음을 거의 발생시키지 않으며, 모터 드라이브 회로 자체에서 직접 속도조절을 할 수 있는 것이다.

그러나 종래의 브러시리스 모터는 코일이 강판의 코어에 권선되어 있기 때문에, 맴돌이 전류가 발생되면서 열이 발생할 수 있고, 에디커런트 손실이 발생되며, 고정되어 있는 코어가 자성체로 구성되어 있어 자화되는 속도의 차이로 인하여 히스테리시스 손실이 발생되어 고속 회전에 지장을 초래한다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 회전자와 고정자의 구조를 개선함과 더불어 브러시와 코어를 제거함으로써 히스테리시스 손실과 에디커런트 손실을 매우 저감하여 고속회전을 용이하게 실현함과 더불어 열의 발생을 방지할 수 있는 브러시리스 모터를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모터드라이버에 의해 제어되는 브러시리스 모터에 있어서, 양단면 중의 어느 하나 이상에 커버가 설치되는 하우징, 상기 하우징의 내부 일측에 고정 내장되는 코일설치부재, 상기 코일설치부재의 한쪽에 고정 설치되어 외부 전기에 의해 자기력을 발생하는 원통형상의 고정자코일, 상기 코일설치부재의 다른쪽에 고정 설치되어 상기 고정자코일과 외부의 모터드라이버 사이를 연결하여 상기 모터드라이버에서 출력되는 전기를 고정자코일에 공급하는 기판, 상기 하우징의 양단부에 각각 설치되는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지됨과 더불어 상기 고정자코일의 중앙부를 관통하는 모터축, 상기 고정자코일 내부에 위치되는 모터축의 중앙부에 고정 설치되는 영구자석, 상기 영구자석의 양단부에 위치한 모터축 상에 각각 고정 설치되는 밸런스, 상기 모터축에 고정 설치되어 상기 고정자코일의 외부를 감싸는 회전체로 이루어지는 브러시리스 모터를 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 브러시리스 모터는 자성체인 회전체가 영구자석과 함께 회전되는 회전자로 구성됨과 더불어 코어없이 코일을 권선한 고정자코일이 구성되면서 브러시와 코어를 제거한 구조이기 때문에, 히스테리시스 손실과 에디커런트 손실을 크게 저감하여 고속회전을 용이하게 실현함과 더불어 열의 발생을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1과 도 2는 본 발명에 의한 브러시리스 모터를 나타내는 도면으로서, 상기 브러시리스 모터는 별도로 구비된 모터드라이버(미도시)에 의해 제어되는 회전력을 발생하는 구조이다.

그리고 본 발명의 모터는 하우징(1)의 내부에 코일설치부재(2)와 고정자코일(3), 기판(4)이 설치되고, 상기 하우징(1)의 내부에서 회전 가능하게 설치되는 모터축(5) 상에 영구자석(6)과 두 개의 밸런스(7), 회전체(8)이 고정 설치되는 구조로 이루어진다.

본 실시예에서는 상기 하우징(1)의 한쪽면에 커버(1a)가 설치되며, 도시하지 않았지만 상기 하우징(1)의 양단면 중의 어느 하나 이상에 커버가 설치될 수 있다.

상기 코일설치부재(2)는 상기 하우징(1)의 내부 일측에 고정 내장되며, 상기 코일설치부재(2)의 한쪽에는 고정자코일(3)이 고정 설치되어 상기 모터드라이버에 서 출력되는 전기에 의해 고정자코일(3)이 자기력을 발생하게 되며, 상기 코일설치부재(2)의 다른쪽 내부에는 기판(4)이 고정 설치되어 상기 고정자코일(3)과 모터드라이버 사이를 연결하여 상기 모터드라이버에서 출력되는 전기를 고정자코일에 공급하는 중간자 역할을 하게 된다.

여기서 상기 코일설치부재(2)는 알루미늄과 같은 금속으로 형성할 수 있으나, 모터 전체의 무게와 하우징 내부에서 고정 부착성을 감안하여 합성수지로 형성함이 바람직하다.

더우기 상기 고정자코일(3)은 일 예로서 본 출원인에 의해 제10-2007-118579호로 출원된 바, 도시하지 않았지만 직경이 가변되는 다각형 단면을 구비한 지그 상에 코일선을 권취하면서 다수의 단자선을 등간격으로 돌출 형성하고, 상기 지그에 권취된 권취코일을 지그로로부터 분리하여 상기 권취코일의 양측을 가압지그로 가압하여 다수의 단자선이 한쪽방향으로 형성되도록 납짝하게 형성하여 누름권취코일을 형성한 뒤, 원형단면을 구비한 성형지그로 눌러서 도 3에 도시한 바와 같이 원통 형상으로 형성되는 구조이다.

한편 상기 모터축(5)은 상기 하우징(1)의 양단부에 각각 설치되는 베어링(1b)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 상기 고정자코일(3)의 중앙부를 관통하게 된다.

상기 영구자석(6)은 상기 고정자코일(3) 내부에 위치되는 모터축(5)의 중앙부에 고정 설치되며, 상기 밸런스(7)는 상기 영구자석(6)의 양단부에 위치한 모터축(5) 상에 각각 고정 설치된다.

상기 회전체(8)는 도 2와 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 모터축(5)에 고정 설치되어 상기 고정자코일(3)의 외부를 감싸는 구조이다.

더우기 상기 회전체(8)를 모터축(5)에 완전히 고정 설치한 뒤에는 두 개의 밸런스(7) 중의 하나가 상기 회전체(8)에 의해 밀폐되기 때문에, 모터축(5)에 영구자석(6), 밸런스(7), 회전체(8)이 모두 결합한 뒤에 최종적으로 완전한 밸런싱 작업을 수행할 수 없게 된다.

따라서 본 발명에서는 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 회전체(8)의 모퉁이 부위에 다수의 구멍(8a)을 형성하며, 다수의 구멍(8a)이 회전체(8)의 둘레면을 따라 상호 등간격으로 이격 형성되는 구조를 포함한다.

이와 같이 회전체(8)에 구멍(8a)을 형성하면 밸런싱을 최종적으로 완벽하게 할 수 있음은 물론 모터축(5)에 결합된 구성요소의 질량을 줄여서 관성력을 떨어뜨려서 출발 또는 정지시의 반응 속도를 증대할 수 있는 것이다.

물론 상기 영구자석(6)의 회전에 따라 상기 고정자코일(3)에 공급되는 전류를 제어하기 위하여, 본 발명에 의한 브러시리스 모터는 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 영구자석(6)과 대응하는 극성을 띠는 센싱자석(9)이 상기 기판(4)에 근접한 밸런스(7)의 일측에 위치한 모터축(5) 상에 고정 설치함을 자명한 사실이다.

여기서 상기 영구자석(6)의 둘레면에는 양극과 음극이 반복적으로 형성되는 바, 상기 센싱자석(9)의 둘레면에도 상기 영구자석(6)의 양극과 음극과 동일한 극성 또는 반대 극성으로 반복적으로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 센싱자석(9)의 극성을 감지하는 다수의 센서(10)가 상호 이격되어 상기 기판(4)에 설치되며, 상기 센싱자석(9)의 둘레에 배치되는 것이다.

미설명부호인 11은 스프링을 지칭하는 것이며, 본 발명의 모터가 핸드피스 등에 사용될 때에 모터축(5)에 공구를 착탈하거나 모터축(5)를 고정하는 작업을 수행하게 되는 바, 이 때 모터축(5)에 길이 방향으로 힘이 작용되는 바, 이에 대한 충격을 완충하기 위하여 상기 스프링(11)이 모터축(5)을 지지하도록 설치되어 있는 것이다.

다른 한편 상술한 바와 같이 상기 코일설치부재(2)로 고정자코일(3)의 한쪽에서 일부가 부착 지지하게 되면 고정자코일(3)이 견고하게 설치될 수 없으므로, 고정자코일(3)을 견고하게 부착 설치하면서 오랜 사용으로 고정자코일(3)의 형상 변화를 방지하기 위하여, 본 실시예에서는 도 7에 도시한 바와 같이 상기 고정자코일(3)의 내부면을 지지하는 코일지지부(2a)가 상기 코일설치부재(2)의 일측에 모터축(5)의 길이 방향으로 돌출 형성하는 구조를 포함하며, 상기 코일설치부재(2)를 합성수지로 형성할 수 있다.

아무튼 이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 브러시리스 모터는 다음과 같이 작용한다.

모터드라이버에서 출력되는 전기가 기판(4)를 통하여 고정자코일(3)에 공급되면 상기 고정자코일(3)에 자기력이 발생되어 영구자석(6)을 회전하게 되며, 이에 따라 회전자의 구성요소인 영구자석(6)과 밸런스(7), 회전체(8)과 함께 모터축(5)가 회전되는 것이다.

여기서 상기 고정자코일(3)은 코일이 권취된 형태로 구성되어 있으므로 맴돌 이 전류가 발생하지 않게 되어 맴돌이 전류에 의한 열의 발생을 방지할 수 있으며, 에디커런트 손실이 발생하지 않게 된다.

더우기 상기 고정자코일(3)의 안쪽에는 영구자석(6)이 배치되고 바깥쪽에는 회전체(8)에 의해 감싸진 형태이면서 자성체인 회전체(8)가 영구자석(6)과 함께 회전되기 때문에, 히스테리시스 손실이 매우 저감되어 모터드라이버의 제어에 따라 모터축(5)이 고속으로 회전된 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 브러시리스 모터의 사시도,

도 2는 본 발명에 의한 브러시리스 모터의 일 예를 나타내는 도 1의 A - A선 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 브러시리스 모터에 적용되는 고정자코일을 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명에 의한 브러시리스 모터에 적용되는 회전체의 일 예를 나타내는 사시도,

도 5는 본 발명에 의한 브러시리스 모터의 다른 예를 나타내는 도 1의 A - A선 단면도,

도 6은 본 발명에 의한 브러시리스 모터에 적용되는 회전체의 다른 예를 나타내는 사시도,

도 7은 본 발명에 의한 브러시리스 모터의 또다른 예를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 하우징 2 : 코일설치부재

3 : 고정자코일 4 : 기판

5 : 모터축 6 : 영구자석

7 : 밸런스 8 : 회전체

9 : 센싱자석 10 : 센서

Claims (4)

1. 모터드라이버에 의해 제어되는 브러시리스 모터에 있어서,

   양단면 중의 어느 하나 이상에 커버가 설치되는 하우징,

   상기 하우징의 내부 일측에 고정 내장되는 코일설치부재,

   상기 코일설치부재의 한쪽에 고정 설치되어 외부 전기에 의해 자기력을 발생하는 원통형상의 고정자코일,

   상기 코일설치부재의 다른쪽에 고정 설치되어 상기 고정자코일과 외부의 모터드라이버 사이를 연결하여 상기 모터드라이버에서 출력되는 전기를 고정자코일에 공급하는 기판,

   상기 하우징의 양단부에 각각 설치되는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지됨과 더불어 상기 고정자코일의 중앙부를 관통하는 모터축,

   상기 고정자코일 내부에 위치되는 모터축의 중앙부에 고정 설치되는 영구자석,

   상기 영구자석의 양단부에 위치한 모터축 상에 각각 고정 설치되는 밸런스,

   상기 모터축에 고정 설치되어 상기 고정자코일의 외부를 감싸는 회전체로 이루어지는 브러시리스 모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 회전체에 의해 감싸여진 밸런스를 노출시키는 다수의 구멍을 상기 회전 체에 상호 이격 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 브러시리스 모터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 고정자코일의 내부면을 지지하는 코일지지부가 상기 코일설치부재의 일측에 모터축의 길이 방향으로 돌출 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 브러시리스 모터.
4. 제1항에 있어서,

   상기 고정자코일은 직경이 가변되는 다각형 단면을 구비한 지그 상에 코일선을 권취하면서 다수의 단자선을 등간격으로 돌출 형성하고, 상기 지그에 권취된 권취코일을 지그로로부터 분리하여 상기 권취코일의 양측을 가압지그로 가압하여 다수의 단자선이 한쪽방향으로 형성되도록 납짝하게 형성하여 누름권취코일을 형성한 뒤, 원형단면을 구비한 성형지그로 눌러서 원통 형상으로 형성되는 것으로 이루어지는 브러시리스 모터.

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