KR100947518B1 - 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터 및 그 모터를 사용한구동장치 - Google Patents

다단 회전자를 구비한 코어리스 모터 및 그 모터를 사용한구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동심으로 배치된 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터 및 그 모터를 구비한 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 중심축을 중심으로 다단으로 배치된 자석과 코일을 구비한 코어리스(Coreless) 모터 및 이를 구비한 구동장치에 관한 것이다.
본 발명의 일측에 의하면, 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터는 회전자와 고정자를 포함한다. 상기 회전자는 반경방향으로 다단 배치된 복수의 원통형 계철(Yoke)과, 상기 각 단의 계철에 원주방향으로 서로 극성이 교차되게 고정된 복수의 자석을 구비한다. 그리고 고정자는 복수의 전기자코일이 결합되며, 상기 계철에 대향 되도록 다단 배치된 복수의 원통형 전기자코일집합체를 구비한다. 상기의 전기자코일은 에폭시 수지로 굳혀서 강성이 유지될 수 있다. 따라서 상기의 모터는 다단의 회전자 및 고정자를 구비하므로, 고효율의 동력을 생산할 수 있다. 또한, 상기의 모터는 코어를 구비하고 있지 아니하므로 코깅 토크(Cogging Torque)를 방지하여 출력 토크의 감소를 방지하고, 출력 토크를 일정하게 하여 소음 및 진동을 억제시킬 수 있다.
전동기, 발전기, 모터, 코어리스, 다단, 회전자, 고정자, 구동장치

Description

다단 회전자를 구비한 코어리스 모터 및 그 모터를 사용한 구동장치{CORELESS MOTOR HAVING ROTORS ARRANGED CONCENTRICALLY AND DRIVING APPARATUS HAVING THE MOTOR}
도 1은 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 일실시예의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 측단면도,
도 3은 도 1에 도시된 실시예에서 전기자코일집합체와 자석의 배치 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 다른 실시예의 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 실시예의 측단면도,
도 6은 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 다른 실시예의 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 또 다른 실시예의 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 또 다른 실시예의 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 또 다른 실시예의 단면도,
도 10은 도 4에 도시된 실시예의 모터를 사용한 구동장치의 정단면도,
도 11은 도 10에 도시된 실시예의 측단면도,
도 12는 종래의 모터의 개념도이다.
<도면부호의 간단한 설명>
10 : 회전축 20 : 회전자
21 : 제1계철 23 : 제2계철
25 : 제3계철 27 : 제4계철
29 : 제1자석 31 : 제2자석
33 : 제3자석 35 : 제4자석
37 : 제5자석 39 : 제6자석
41 : 회전디스크 43 : 볼트
50 : 고정자 51 : 제3전기자코일집합체
53 : 제2전기자코일집합체 55 : 제1전기자코일집합체
57 : 고정디스크 59 : 코일금구
61 : 볼트 63 : 베어링
170 : 모터 171 : 휠
173 : 타이어 175 : 캘리퍼
177 : 브레이크디스크
본 발명은 동심으로 배치된 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터 및 그 모터 를 구비한 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 중심축을 중심으로 다단으로 배치된 자석과 코일을 구비한 코어리스(Coreless) 모터 및 이를 구비한 구동장치에 관한 것이다.
도 12는 종래의 모터의 개념도이다. 종래의 모터는 중심축(1)과, 고정자(5)와, 회전자(3)로 구성되어 있다. 회전자(3)는 계철(4)과, 상기 계철(4)에 고정된 영구자석(2)으로 구성되며, 회전가능하도록 중심축(1)에 베어링(6)으로 결합된다. 영구자석(2)은 계철(4)에 극성을 달리하여 결합된다.
고정자(5)는 전기자 철심에 코일이 권선되어 형성되며, 중심축(1)에 고정결합된다. 따라서 상기 코일에 전류가 공급되면 코일에 자기장이 발생되며, 상기 코일에 발생된 자속과 영구자석(2)에 의한 자속이 상쇄 및 중첩되어 자속의 밀도차에 의하여 기자력이 발생한다. 이 기자력에 의하여 회전자(3)는 중심축(1)을 중심으로 회전된다.
대기오염 문제로 인한 환경의 영향과 화석연료의 고갈로 인하여 전기 모터를 이용한 구동장치가 큰 주목을 받고 있다. 따라서 엔진을 주동력원으로 하고 전기 모터를 보조 동력원으로 이용하는 하이브리드자동차(Hybrid Vehicle) 등이 개발되어 상용화되고 있으며, 더 나아가 전기 모터를 주동력원으로 이용하는 전기자동차가 개발되고 있다. 따라서 갈수록 큰 출력을 낼 수 있는 전기 모터가 요구되고 있다.
그런데 종래의 모터는 영구자석 및 코일이 각각 1단으로 구성되어 있다. 따 라서 종래의 모터는 기자력이 매우 작아서 토크(torgue)가 작다는 문제점이 있었다. 그리고 충분한 출력을 얻기 위해서는 부피가 커져야 하지만, 이 경우 자동차의 동력원으로 활용하기가 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 모터는 코일이 코어인 전기자 철심에 권선 되었다. 따라서 종래의 모터는 전기자 철심의 존재로 인하여 모터의 무게가 무겁다는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라 상기 전기자 철심의 존재로 인하여 모터의 출력 토크가 일정하지 아니하여 회전자가 고정자에 덜거덕거리면서 회전하는 코깅(Cogging)이 발생하였다. 코깅현상에 의하여 종래의 모터는 출력손실이 발생하였으며, 모터의 회전시 진동 및 소음이 발생한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉 모터를 소형으로 하더라도 강력한 출력을 내기 위하여 다단의 회전자 및 고정자를 구비한 모터를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 상기의 모터를 자동차, 모터사이클 및 기타 승물의 동력원으로 사용함으로써, 상기 모터를 이용한 구동장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 무게가 가벼우며, 코깅토크를 발생시키지 않는 코어리스 모터 및 상기 모터를 이용한 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측에 의하면, 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터는 회전자와 고정자를 포함한다. 상기 회전자는 반경방향으로 다단 배치된 복수의 원통형 계철(Yoke)과, 상기 각 단의 계철에 원주방향으로 서로 극성이 교차되 게 고정된 복수의 자석을 구비한다. 그리고 고정자는 복수의 전기자코일이 결합되며, 상기 계철에 대향 되도록 다단 배치된 복수의 원통형 전기자코일집합체를 구비한다. 상기의 전기자코일은 에폭시 수지로 굳혀서 강성이 유지될 수 있다. 따라서 상기의 모터는 다단의 회전자 및 고정자를 구비하므로, 고효율의 동력을 생산할 수 있다. 또한, 상기의 모터는 코어를 구비하고 있지 아니하므로 코깅 토크(Cogging Torque)를 방지하여 출력 토크의 감소를 방지하고, 출력 토크를 일정하게 하여 소음 및 진동을 억제시킬 수 있다.
또한, 상기의 모터는 상기 반경방향으로 대향된 계철의 원주면에 상기 자석이 고정된 것이 바람직하다. 즉 대향된 계철의 원주면에 자석이 고정되고, 상기 자석에 대응되도록 전기자코일이 배치됨으로써, 소형의 부피로 다단의 회전자 및 고정자를 구비한 모터를 구현할 수 있다.
또한, 상기의 모터는 상기 회전자의 회전 중심에 위치한 고정축을 더 포함하는 것이 가능하다. 이 경우 상기의 회전자는 상기 각각의 계철을 상기 고정축에 회전 가능하게 결합시키기 위한 계철결합수단을 더 구비하며, 상기 고정자는 상기 각각의 전기자코일집합체를 상기 고정축에 고정결합 시키기 위한 코일결합수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 회전자를 타이어의 휠 등에 연결하여, 상기 모터를 자동차, 스쿠터 모터, 전기자전거 등의 차량이나, 풍력발전기, 기타 산업기계의 구동장치로 사용할 수 있다. 이 경우 축이 고정되고, 하우징이 회전하므로 상기 모터를 특히 모터사이클과 같이 2륜 차량의 타이어 휠에 연결하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 각각의 전기자코일집합체는 상기 코일결합수단에 탈착 가능하게 결합된 것이 바람직하다. 또한, 상기 전기자코일집합체의 내경의 내부에 위치한 계철은 상기 계철결합수단에 탈착 가능하게 결합 된 것이 바람직하다. 또한, 상기 코일결합수단은 일면이 상기 각각의 전기자코일집합체의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 상기 고정축에 고정결합된 고정디스크인 것이 더 바람직하다. 그리고 상기 계철결합수단은 일면이 상기 각각의 계철의 일측과 결합되며, 상기 고정축에 회전 가능하게 결합된 회전디스크인 것이 더 바람직하다. 이와 같이 전기자코일집합체 및 계철이 고정디스크 및 회전디스크의 일면에 탈착이 가능할 경우 상기 모터의 분해 및 조립이 용이하기 때문이다.
한편, 상기의 모터는 상기 고정축 대신 회전축을 더 포함하는 것이 가능하다. 이 경우 상기 회전자는 상기 각각의 계철을 상기 회전축에 고정결합시키기 위한 계철결합수단을 더 구비하며, 상기 고정자는 상기 각각의 전기자코일집합체를 상기 회전축에 회전 가능하게 결합시키기 위한 코일결합수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기의 모터는 상기 회전축을 회전시킨다. 따라서 상기 모터의 회전축을 차축으로 사용할 경우 상기 모터는 차량의 구동장치로 사용될 수 있다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 각각의 전기자코일집합체는 상기 코일결합수단에 탈착 가능하게 결합된 것이 바람직하며. 상기 코일결합수단은 일면이 상기 각각의 전기자코일집합체의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 상기 회전축에 회전가능하게 결합된 고정디스크인 것이 바람직하다. 또한, 상기 계철결합수단은 일 면이 상기 각각의 계철의 일측과 결합되며, 상기 회전축에 고정결합된 회전디스크인 것이 바람직하다. 그리고 상기 회전자는 상기 회전축에 고정된 계철을 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 이웃한 상기 전기자코일집합체의 사이에 위치한 계철은 상기 회전디스크의 일면에 탈착 가능하게 결합된 것이 바람직하다.
상기 모터는 반경방향으로 다단의 회전자 및 고정자를 구비하였다. 또한, 상기의 모터는 축방향으로 다단의 회전자 및 고정자를 더 구비할 수 있다.
이를 위하여 상기의 모터에 있어서, 상기 회전자는 축방향으로 적어도 1단 이상 더 배치된 각각의 상기 계철과, 각각의 상기 자석을 더 구비하는 것이 가능하다. 그리고 상기 고정자는 상기 더 배치된 계철에 대향 되도록 다단 배치된 복수의 상기 전기자코일집합체를 더 구비하는 것이 가능하다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 반경방향으로 대향된 계철의 원주면에는 상기 자석이 고정된 것이 바람직하다. 따라서 반경방향 뿐만 아니라 축방향으로 회전자 및 고정자를 다단으로 배치할 수 있으므로 높은 출력의 모터를 구현할 수 있다.
또한, 상기 모터에 있어서, 상기 회전자의 회전 중심에 위치한 고정축을 더 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 이 경우 상기 회전자는 각각의 상기 계철을 상기 고정축에 회전 가능하게 결합시키기 위한 계철결합수단을 더 구비하며, 상기 고정자는 각각의 상기 전기자코일집합체를 상기 고정축에 고정결합시키기 위한 코일결합수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 각각의 상기 전기자코일집합체는 상기 코일결 합수단에 탈착 가능하게 결합된 것이 바람직하다. 그리고 각각의 상기 계철은 상기 계철결합수단에 탈착 가능하게 결합된 것이 바람직하다. 또한, 상기 코일결합수단은 일면이 상기 반경방향으로 다단 배치된 전기자코일집합체의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 축방향으로 다단 배치된 복수의 회전디스크인 것이 바람직하다. 또한, 상기 계철결합수단은 일면에 상기 반경방향으로 다단 배치된 상기 계철의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 축방향으로 다단 배치된 복수의 고정디스크인 것이 바람직하다.
한편, 상기의 모터에 있어서, 상기 회전자는 회전 중심에 위치한 회전축을 더 포함하는 것도 가능하다. 이 경우 상기 회전자는 각각의 상기 계철을 상기 회전축에 고정결합시키기 위한 계철결합수단을 더 구비하며, 상기 고정자는 각각의 상기 전기자코일집합체를 상기 회전축에 회전가능하게 결합시키기 위한 코일결합수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 각각의 상기 전기자코일집합체는 상기 코일결합수단에 탈착 가능하게 결합된 것이 바람직하다. 또한, 상기 계철결합수단은 각각의 상기 계철을 상기 회전축에 탈착 가능하게 결합시키는 것이 바람직하다. 그리고 상기 코일결합수단은 일면이 상기 반경방향으로 다단 배치된 전기자코일의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 축방향으로 다단 배치된 복수의 회전디스크인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명에 따른 구동장치는 상기에서 설명한 어느 한 모터와, 상기 모터의 회전자에 고정 결합된 브레이크디스크와, 상기 브레이크디스크의 회전을 구속시키기 위하여 상기 브레이크디스크의 일측에 설치된 캘 리퍼를 포함한다.
또한, 상기의 구동장치에 있어서, 상기 캘리퍼는 상기 고정축의 일측에 고정된 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터 및 구동장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 일실시예의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예의 측단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 실시예에서 전기자코일집합체와 자석의 배치 사시도이다.
도 1에 도시된 모터(70)는 회전축(10)과, 회전자(20)와, 고정자(50)를 포함한다.
회전자(20)는 계철(Yoke;21, 23, 25, 27)과, 자석(29, 31, 33, 35, 37, 39)과, 회전디스크(41)를 포함한다. 회전디스크(41)는 회전축(10)에 고정결합된다. 계철(21, 23, 25, 27)은 원통형이며, 반경방향으로 4단으로 배치된다. 즉 직경이 가장 큰 제1계철(21)과, 크기의 순서대로 제2계철(23), 제3계철(25) 및 제4계철(27)로 구성된다. 본 실시예에서 계철은 반경방향으로 4단 배치되었으나 실시예에 따라 임의의 단으로 배치될 수 있다. 제2계철(23) 및 제3계철(25)은 일측이 회전디스크(41)의 일면에 볼트(43)로 결합된다. 따라서 제2계철(23) 및 제3계철(25)은 탈착이 가능하여 분해 조립이 용이하다. 또한, 제1계철(21)은 회전디스크(41)와 일체로 결합되어 하우징을 형성하며, 제4계철(27)은 회전축(10)에 고정된다. 자석(29, 31, 33, 35, 37, 39)은 제1자석(29), 제2자석(31), 제3자석(33), 제4자석(35), 제5자석(37) 및 제6자석(39)으로 구성된다. 물론 자석도 상기의 계철과 마찬가지로 실시예에 따라 임의의 단으로 구성될 수 있다. 상기 자석은 대향된 계철의 원주면에 고정된다. 즉 제1자석(29) 및 제2자석(31)은 대향된 제1계철(21) 및 제2계철(23)의 원주면에 고정결합된다. 더욱 상세하게는 제1자석(29)은 제1계철(21)의 내주면에 원주방향을 따라 복수 개가 고정결합되고, 제2자석(31)은 제2계철(23)의 외주면에 고정결합된다. 따라서 제1자석(29)과 제2자석(31)은 서로 마주 보도록 배치된다. 이와 동일하게 제3자석(33)은 제2계철(23)의 내주면에 고정결합되며, 제4자석(35)은 제3자석(33)과 마주 보도록 제3계철(25)의 외주면에 고정결합된다. 그리고 제5자석(37)은 제3계철(25)의 내주면에 고정결합되며, 제6자석(39)은 제5자석(37)과 마주 보도록 제4계철(27)에 고정결합된다. 그리고 상기의 각각의 자석(29, 31, 33, 35, 37, 39)들은 상기 각각의 계철(21, 23, 25, 27)의 원주면에서 원주방향을 따라 복수 개가 극성이 교차되도록 고정된다. 또한, 상기의 각각의 자석(29, 31, 33, 35, 37, 39)은 서로 마주보는 극이 다르도록 배치된다.
고정자(50)는 고정디스크(57)와, 전기자코일집합체(51, 53, 55)를 포함한다. 고정디스크(57)는 회전축(10)에 베어링(63)으로 결합된다. 따라서 회전축(10)은 고정디스크(57)에 대하여 자유롭게 회전을 할 수 있다. 전기자코일집합체(51, 53, 55)는 제1전기자코일집합체(55)와, 제2전기자코일집합체(53)와, 제3전기자코일집합체(51)로 구성된다. 각각의 전기자코일집합체(51, 53, 55)는 원통형이며, 원통의 길이를 따라 반경방향으로 권선된 3개의 전기자코일(R, S, T)이 결합되어 형성된다. 그리고 각각의 전기자코일집합체(51, 53, 55)는 일정한 강성을 유지하기 위하여 전기자코일(R, S, T)이 권선 된 후 에폭시 등의 수지에 의해 딱딱하게 고정된다. 제1전기자코일집합체(55)는 제1자석(29) 및 제2자석(31)과 대향 되도록 제1자석(29)과 제2자석(31)의 사이에 배치되며, 일측이 고정디스크(57)의 일면에 고정된다. 도 3을 참조하면, 제1전기자코일집합체(55)를 형성하는 전기자코일은 제1자석(29)과 평행하게 길이방향을 따라가다가 반경방향으로 꺾인 후 제2자석(31)을 따라가면서 권선 된다. 제2전기자코일집합체(53)는 제3자석(33)과 제4자석(35) 사이에 배치되도록 고정디스크(57)의 일면에 고정되며, 제3전기자코일집합체(51)는 제5자석(37)과 제6자석(39) 사이에 배치되도록 고정디스크(57)의 일면에 고정된다. 그리고 상기 전기자코일집합체(51, 53, 55)는 코일금구(59)에 고정된 후 볼트(61)로 고정디스크(57)에 체결된다. 따라서 상기 전기자코일집합체(51, 53, 55)는 상기 제2계철(23) 및 제3계철(25)과 동일하게 고정디스크(57)에 탈착이 가능하다. 상기의 전기자코일은 직렬 또는 병렬 연결이 가능하며, Δ결선이나 Y결선 모두 사용 가능하다.
상기의 전기자코일집합체(51, 53, 55)에 전류가 공급될 경우 자기장이 발생되며, 상기 전기자코일집합체(51, 53, 55)에 의하여 발생된 자기장은 상기 자석(29, 31, 33, 35, 37, 39)에 의하여 형성된 자기장과 상호작용되어 회전력이 발생된다. 따라서 회전자(20) 및 회전축(10)이 일체로 되어 회전된다. 그러므로 상기 회전자(20) 또는 회전축(10)을 차량의 바퀴 등에 연결하여 구동원으로 사용할 수 있다.
한편, 상기의 모터(70)는 발전기로 이용될 수도 있다. 즉 상기 회전자(20)가 회전운동을 하게 되면 회전자(20)에 고정된 자석(29, 31, 33, 35, 37, 39)에 의하여 상기 전기자코일집합체(51, 53, 55)에 유도전류가 발생된다.
도 4는 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 다른 실시예의 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 실시예의 측단면도이다. 도 1에 도시된 실시예의 모터는 회전축을 구비하였으나, 도 4에 도시된 실시예의 모터는 고정축을 구비한다.
도 4에 도시된 모터는 고정축(110)과, 회전자(120)와, 고정자(150)를 포함한다.
회전자(120)는 회전디스크(141)와, 계철(121, 123, 125, 127)과, 자석(129, 131, 133, 135, 137, 139)을 포함한다. 회전디스크(141)는 고정축(110)에 베어링(163)으로 결합된다. 계철(121, 123, 125, 127)은 원통형이고, 반경방향으로 배치되며, 직경의 크기 순으로 제1계철(121)과, 제2계철(123)과, 제3계철(125) 및 제4계철(127)의 4단으로 구성된다. 물론 상기 계철은 실시예에 따라 다단으로 구성될 수 있다. 제1계철(121)은 회전디스크(141)에 고정결합되지만, 제2계철(123), 제3계철(125) 및 제4계철(127)은 볼트(143)에 의하여 회전디스크(141)에 탈착 가능하게 결합된다. 자석(129, 131, 133, 135, 137, 139)은 제1자석(129), 제2자석(131), 제3자석(133), 제4자석(135), 제5자석(137) 및 제6자석(139)로 구성된다. 도 1에 도시된 실시예와 동일하게 상기의 자석(129, 131, 135, 137, 139)은 상기의 계철(121, 123, 125, 127)에 고정결합된다.
고정자(150)는 고정디스크(157)와, 전기자코일집합체(151, 153, 155)를 포함한다. 고정디스크(157)는 고정축(110)에 고정결합된다. 전기자코일집합체(151, 153, 155)는 도 1에 도시된 실시예와 동일한 구성을 가진다. 즉 전기자코일집합체(151, 153, 155)는 제1전기자코일집합체(155), 제2전기자코일집합체(153) 및 제3전기자코일집합체(151)로 구성된다. 제1전기자코일집합체(155)는 제1자석(129)과 제2자석(131)의 사이에 배치되며, 제2전기자코일집합체(153)는 제3자석(133)과 제4자석(135)의 사이에 배치되며, 제3전기자코일집합체(151)는 제5자석(137)과 제6자석(139)의 사이에 배치된다. 그리고 상기의 전기자코일집합체(151, 153, 155)는 도 1에 도시된 실시예와 동일하게 코일금구(159) 및 볼트(161)에 의하여 고정디스크(157)에 탈착 가능하게 결합된다.
상기 모터(170)의 전기자코일집합체(151, 153, 155)에 전원이 공급되면, 토크가 발생되며, 상기의 토크에 의하여 회전자(120)는 고정축(110)을 중심으로 회전하게 된다. 따라서 상기 회전자(120)를 차량 등의 바퀴에 연결하여 상기 모터(170)를 차량 등의 구동장치로 사용할 수 있다. 뿐만 아니라 외력으로 상기 회전자(120)를 구동시킬 경우 전기자코일집합체(151, 153, 155)에 유도전류가 발생되므로 상기 모터(170)를 발전기로 사용할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 또 다른 실시예의 단면도이다. 도 1 및 도 4에 도시된 실시예의 모터는 반경방향으로 다단의 회전자 및 고정자를 구비하였으나, 도 6에 도시된 실시예는 반경방향 뿐만 아니라 축방향으로 다단의 회전자 및 고정자를 구비한 모터이다.
도 6에 도시된 모터는 고정축(310)과, 회전자(320)와, 고정자(350)를 포함한다.
회전자(320)는 회전디스크(341, 342)와, 제1열의 계철(321, 323, 325, 327)과, 제2열의 계철(322, 324, 326, 328), 제1열의 자석(329, 331, 333, 335, 337, 339)과, 제2열의 자석(330, 332, 334, 336, 338, 340)을 포함한다. 회전디스크는 제1회전디스크(341)과, 제2회전디스크(342)를 포함하며, 축방향으로 배치되어 고정축(310)에 회전 가능하도록 결합된다. 제1열의 계철(321, 323, 325, 327)은 복수의 계철이 반경방향으로 다단 배치되며, 제1회전디스크(341)에 볼트(343)로 탈착 가능하게 결합된다. 제2열의 계철(322, 324, 326, 328)은 복수의 계철이 반경방향으로 다단 배치되며, 제2회전디스크(342)에 볼트(343)로 탈착 가능하게 결합된다. 그리고 제1열의 계철(321, 323, 325, 327) 및 제2열의 계철(322, 324, 326, 328)은 반경방향으로 배치된 각각의 계철이 축방향으로 2단으로 형성되도록 배치된다. 그리고 본 실시예에서 반경방향으로 최외단의 계철(321)과 계철(322)은 분리가능하게 결합되어 하우징을 형성한다. 제1열의 자석(329, 331, 333, 335, 337, 339)은 제1열의 계철(321, 323, 325, 327)에 고정결합되며, 제2열의 자석(330, 332, 334, 336, 338, 340)은 제2열의 계철(322, 324, 326, 328)에 고정결합된다. 따라서 회전자(320)는 축방향 뿐만 아니라 반경방향으로 다단으로 배치된다.
고정자(350)는 고정디스크(357, 358)와, 제1열의 전기자코일집합체(351, 353, 355)와, 제2열의 전기자코일집합체(352, 354, 356)를 포함한다. 고정디스크(357, 358)는 제1고정디스크(357)와, 제2고정디스크(358)를 포함하며, 축방향으 로 배치되어 고정축(310)에 고정결합된다. 제1열의 전기자코일집합체(351, 353, 355)는 제1열의 자석(329, 331, 333, 335, 337, 339)의 사이에 배치되며, 제2열의 전기자코일집합체(352, 354, 356)는 제2열의 자석(330, 332, 334, 336, 338, 340)의 사이에 배치된다. 그리고 상기 제1열의 전기자코일집합체(351, 353, 355) 및 제2열의 전기자코일집합체(352, 354, 356)는 코일금구(359)에 고정된 후 볼트(363)로 고정디스크(357, 358)에 체결된다.
미설명부호인 301은 전기자코일집합체의 R.S.T. 전선이며, 303은 상기 모터를 전동기로 사용시 전력공급 트리거링(Triggering) 시점을 확인하기 위한 센서이다. 따라서 도 6에 도시된 모터는 축방향 뿐만 아니라 반경방향으로 다단의 회전자(320) 및 고정자(350)를 구비한다.
도 7은 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 또 다른 실시예의 단면도이다. 도 6에 도시된 실시예는 고정축(310)을 구비한 모터의 실시예이나, 도 7에 도시된 실시예는 회전축을 구비한 모터의 실시예이다.
도 7에 도시된 모터는 회전축(410)과, 회전자(420)와, 고정자(450)를 구비한다.
회전자(420)는 축방향으로 2단으로 배치된 계철(421)이 반경방향으로 다단 배치된다. 그리고 반경방향으로 다단 배치된 계철은 탈착 가능하게 결합된다.
고정자(450)는 고정디스크(457, 458)와, 전기자집합체를 구비한다. 고정디스크(457, 458)는 축방향으로 2단으로 배치되며, 회전축(410)에 회전가능하게 결합된다. 전기자집합체는 반경방향으로 다단 배치된 제1열의 전기자집합체(455)와, 제2 열의 전기자집합체(456)가 축방향으로 배치된다. 제1열의 전기자집합체(455)는 제1고정디스크(457)에 탈착 가능하게 결합되며, 제2열의 전기자집합체(456)는 제2고정디스크(458)에 탈착 가능하게 결합된다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 실시예는 반경방향으로 자석 및 전기자코일집합체가 동일한 두께로 형성되어 있다. 그러나 상기의 모터는 실시예에 따라서 자석 및 전기자코일집합체의 두께가 반경방향으로 달라질 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 실시예는 직경이 작아질수록 두께가 얇아지는 자석 및 전기자코일집합체를 구비한 모터이다.
다음 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터를 구비한 구동장치에 대하여 설명한다.
도 10은 도 5에 도시된 실시예의 모터를 사용한 구동장치의 정단면도이고, 도 11은 도 10에 도시된 실시예의 측단면도이다.
도 10에 도시된 구동장치는 도 5에 도시된 모터(170)와, 브레이크디스크(177)와, 캘리퍼(175)를 포함한다. 브레이크디스크(177)는 모터(170)의 회전디스크(141)의 일측에 고정결합된다. 그리고 캘리퍼(175)는 상기 브레이크디스크(177)의 일측에 설치되며, 일측이 상기 고정축(110)에 고정된다. 모터(170)의 회전자(120)가 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 타이어(173)의 휠(171)에 고정하면, 모터는 자동차 또는 승물(vehicle)의 구동장치로 사용될 수 있다. 따라서 전기자코일(151, 153, 155)에 전원이 공급되면 회전자(120)의 회전에 의하여 타이어(173)가 회전하게 되며, 캘리퍼(175)를 사용하여 브레이크디스크(177)를 가압하면 회전자(120)는 정지하게 된다. 도 10에 도시된 실시예에서 구동장치는 도 5에 도시된 모터를 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 다른 실시예에 모터를 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 다단 및 다수 열로 구성된 고정자와 회전자를 구비한 모터를 제공함으로써 모터의 부피를 작게 할 수 있으며, 모터의 출력을 크게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 코어리스 모터를 제공함으로써 모터의 무게를 가볍게 할 수 있을 뿐만 아니라 코깅토크를 방지할 수 있다. 따라서 모터의 출력 감소를 방지하여, 모터의 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 모터의 회전을 부드럽게 하여 모터의 소음 및 진동을 억제할 수 있다.
또한, 상기의 모터를 사용한 구동장치를 제공하여 구동성능이 우수한 자동차 , 승물 또는 모터사이클을 구현할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (28)

  1. 반경방향으로 다단 배치된 복수의 원통형 계철(Yoke)과, 반경방향으로 상기 각 단의 계철의 서로 마주보는 원주면에 원주방향을 따라 서로 극성이 교차하게 고정되고 반경방향으로 서로 마주보도록 배치된 복수의 자석을 구비한 회전자와,
    반경방향으로 서로 마주보는 자석 모두에 대향하도록 권선된 복수의 전기자코일이 원주방향으로 결합된 다단의 원통형 전기자코일집합체를 구비한 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반경방향으로 대향된 계철의 원주면에는 상기 자석이 고정된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전자의 회전 중심에 위치한 고정축을 더 포함하며,
    상기 회전자는 상기 각각의 계철을 상기 고정축에 회전 가능하게 결합시키기 위한 계철결합수단을 더 구비하며,
    상기 고정자는 상기 각각의 전기자코일집합체를 상기 고정축에 고정결합 시키기 위한 코일결합수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각각의 전기자코일집합체는 상기 코일결합수단에 탈착 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 코어리스 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전기자코일집합체의 내경의 내부에 위치한 계철은 상기 계철결합수단에 탈착 가능하게 결합 된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코일결합수단은 일면이 상기 각각의 전기자코일집합체의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 상기 고정축에 고정결합된 고정디스크인 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 계철결합수단은 일면이 상기 각각의 계철의 일측과 결합되며, 상기 고정축에 회전 가능하게 결합된 회전디스크인 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 회전자의 회전 중심에 위치한 회전축을 더 포함하며,
    상기 회전자는 상기 각각의 계철을 상기 회전축에 고정결합시키기 위한 계철결합수단을 더 구비하며,
    상기 고정자는 상기 각각의 전기자코일집합체를 상기 회전축에 회전 가능하게 결합시키기 위한 코일결합수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 각각의 전기자코일집합체는 상기 코일결합수단에 탈착 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 코어리스 모터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코일결합수단은 일면이 상기 각각의 전기자코일집합체의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 상기 회전축에 회전가능하게 결합된 고정디스크인 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 계철결합수단은 일면이 상기 각각의 계철의 일측과 결합되며, 상기 회전축에 고정결합된 회전디스크인 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 회전축에 고정된 계철을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  13. 제12항에 있어서,
    이웃한 상기 전기자코일집합체의 사이에 위치한 계철은 상기 회전디스크의 일면에 탈착 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 축방향으로 적어도 1단 이상 더 배치된 각각의 상기 계철과, 각각의 상기 자석을 더 구비하며,
    상기 고정자는 상기 더 배치된 계철에 대향되도록 다단 배치된 복수의 상기 전기자코일집합체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반경방향으로 대향된 계철의 원주면에는 상기 자석이 고정된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 회전자의 회전 중심에 위치한 고정축을 더 포함하며,
    상기 회전자는 각각의 상기 계철을 상기 고정축에 회전 가능하게 결합시키기 위한 계철결합수단을 더 구비하며,
    상기 고정자는 각각의 상기 전기자코일집합체를 상기 고정축에 고정결합시키기 위한 코일결합수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  17. 제16항에 있어서,
    각각의 상기 전기자코일집합체는 상기 코일결합수단에 탈착 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  18. 제17항에 있어서,
    각각의 상기 계철은 상기 계철결합수단에 탈착 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 코일결합수단은 일면이 상기 반경방향으로 다단 배치된 전기자코일집합체의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 축방향으로 다단 배치된 복수의 회전디스크인 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 계철결합수단은 일면에 상기 반경방향으로 다단 배치된 상기 계철의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 축방향으로 다단 배치된 복수의 고정디스크인 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 회전자의 회전 중심에 위치한 회전축을 더 포함하며,
    상기 회전자는 각각의 상기 계철을 상기 회전축에 고정결합시키기 위한 계철결합수단을 더 구비하며,
    상기 고정자는 각각의 상기 전기자코일집합체를 상기 회전축에 회전가능하게 결합시키기 위한 코일결합수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  22. 제21항에 있어서,
    각각의 상기 전기자코일집합체는 상기 코일결합수단에 탈착 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 계철결합수단은 각각의 상기 계철을 상기 회전축에 탈착 가능하게 결합 시키는 것을 특징으로 하는 다단회전자를 구비한 코어리스 모터.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 코일결합수단은 일면이 상기 반경방향으로 다단 배치된 전기자코일의 일측과 탈착 가능하게 결합되며, 축방향으로 다단 배치된 복수의 회전디스크인 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터.
  25. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 모터와,
    상기 모터의 회전자에 고정 결합된 브레이크디스크와,
    상기 브레이크디스크의 회전을 구속시키기 위하여 상기 브레이크디스크의 일측에 설치된 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 캘리퍼는 상기 고정축의 일측에 고정된 것을 특징으로 하는 구동장치.
  27. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항의 모터와,
    상기 모터의 회전자에 고정 결합된 브레이크디스크와,
    상기 브레이크디스크의 회전을 구속시키기 위하여 상기 브레이크디스크의 일측에 설치된 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 캘리퍼는 상기 고정축의 일측에 고정된 것을 특징으로 하는 구동장치.
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