KR100973686B1 - 코어리스 모터의 고정자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코어리스 모터에서 고정자를 제조하는 코어리스 모터의 고정자에 관한 것으로서 상호간에 마주 바라보며 배치되는 2개의 단일 코일체들을 내경이 각기 상이한 원형으로 결합하여 원형 코일체를 형성하고, 내경이 큰 원형 코일체의 내측에 순차적으로 내경이 작은 원형 코일체를 삽입하여 고정자를 구성하는 것으로 U상, V상 및 W상을 구성하는 복수의 단일 코일체들의 수평 폭의 전체 합이 모두 동일하게 하여 U상, V상 및 W상의 자기장 세기가 평형을 이루고, 설계자의 의도에 맞게 정확히 고정자를 제조할 수 있음은 물론 조립 과정을 대폭 단순화할 수 있다.
코어리스 모터, 코일, 고정자, 단일 코일체, 원형 코일체, 절연도선

Description

코어리스 모터의 고정자{Stator of coreless motor}
본 발명은 코어리스 모터의 고정자에 관한 것이다. 보다 상세하게는 절연도선을 권선하여 복수의 단일 코일체를 형성하고, 그 복수의 단일 코일체만을 결합시켜 형성하는 코어리스 모터의 고정자에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 영구자석이 설치된 회전자와, 상기 회전자의 외부 둘러 쌓여지며 코일이 권선된 고정자로 구성된다. 상기 회전자는 고정자 내에서 회전이 가능하도록 장착된다.
이러한 구성을 가지는 모터는 코일에 전류가 인가될 경우에 자기장이 형성되고, 형성된 자기장과 회전자의 영구자석의 자기장의 상호작용에 의해 회전자가 회전하게 된다.
여기서, 상기 고정자는 일정한 간격으로 코어(core)가 구비되고, 그 코어에 절연도선을 권선하여 고정자코일을 형성하는 것이 일반적이다. 그러나 이와 같이 고정자의 내부에 코어가 구비될 경우에 상기 코어에 절연도선을 권선하는 것이 용 이하지 않을 뿐만 아니라 코어에 의해 모터의 효율이 저하된다.
그러므로 코어를 사용하지 않고, 절연도선을 권선한 코일만으로 고정자로 형성하는 코어리스 모터(coreless motor)가 개발되었다.
상기 코어리스 모터는 구조가 간단하고, 별도로 코어를 사용하지 않아 제작비용을 절감할 수 있다. 또한 코어리스 모터는 코일이 고밀도로 균등하게 배열하여 고정자를 구성함으로써 맥동현상으로 인한 진동 및 소음이 코어를 사용하는 모터보다 영향을 적게 받으며, 효율이 높은 이점이 있다.
이러한 코어리스 모터의 고정자를 제조함에 있어서, 종래에는 절연도선을 사각형 또는 마름모형 등과 같은 소정의 형상으로 권선하여 단일 코일체를 형성하고, 복수의 단일 코일체를 원주 방향으로 엇갈리게 배치하여 하나의 단일 코일체의 변이 앞뒤로 위치되도록 고정자를 제조하였다. 그리고 상기 복수의 단일 코일체들 각각에 오프셋을 두어 단일 코일체의 양측 변이 상하로 위치되게 하였다.
그러나 상기한 종래의 기술은 복수의 단일 코일체의 정확한 배치를 위하여 오프셋의 정밀 설계와 제작과정이 요구되며, 복수의 단일 코일체를 연속적으로 겹치는 과정에서 발생하는 단일 코일체들 간의 상대적인 거리 오차가 발생하여 모터의 출력특성을 저하시키게 된다.
그러므로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수의 단일 코일체를 간단하고 정확하게 결합할 수 있는 코어리스 모터의 고정자를 제공한다.
본 발명의 코어리스 모터의 고정자에 따르면, 상호간에 마주 바라보며 위치하는 2개의 단일 코일체들의 양측 단부를 상호간에 결합시켜 원형 코일체를 형성한다.
상기 복수의 원형 코일체들은 상호간에 결합할 수 있도록 결합할 수 있도록 내경이 각기 상이하게 형성한다. 내경이 큰 원형 코일체의 내측에 내경이 작은 원형 코일체를 순차적으로 삽입하여 고정자를 구성한다.
복수의 원형 코일체의 내경이 각기 상이하게 하기 위하여 본 발명에서는 단일 코일체의 수평 폭이 상이하게 권선한다.
그리고 U상, V상 및 W상을 구성하는 복수의 단일 코일체들의 수평 폭을 합한 전체 폭은 U상, V상 및 W상이 모두 동일하게 하여 U상, V상 및 W상의 자기장이 평형을 이룰 수 있도록 한다.
그러므로 본 발명의 코어리스 모터의 고정자는, 상호간에 마주 바라보며 배치되는 각기 2개의 단일 코일체들의 양측단부를 상호간에 결합하여 내경이 각기 상이한 복수의 원형 코일체를 형성하고, 내경이 큰 원형 코일체의 내측에 순차적으로 내경이 작은 원형 코일체를 삽입하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 원형 코일체들 각각은 상기 단일 코일체의 수평 폭을 상이하게 형성하여 내경이 상이하게 되도록 한다.
상기 원형 코일체는 수평 폭이 큰 단일 코일체의 양측 단부 내측에 수평 폭이 작은 단일 코일체의 양측 단부를 중첩시켜 원형 코일체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 단일 코일체들은 복수 개씩 결합되어 U상, V상 및 W상을 이루고, 그 U상, V상 및 W상을 이루는 복수의 단일 코일체들의 수평 폭을 합한 전체 폭이 모두 동일하게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상호간에 마주 바라보며 배치되는 2개의 단일 코일체의 양측 단부를 상호간에 결합한 복수의 원형 코일체를 형성하고, 그 복수의 원형 코일체를 일체로 결합하여 고정자를 구성하며, 각 상을 구성하는 복수의 단일 코일체의 수평 폭을 합한 폭이 모두 동일하게 함으로써 고정자의 조립 과정을 대폭 단순화할 수 있고, 고정자를 정확한 내경 및 외경 치수로 제조할 수 있음은 물론 각 상에서 발생되는 자기장의 세기가 평형을 이루어 코어리스 모터의 구동이 균일하게 된다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에서 사용되는 단일 코일체들의 구성을 예로 들어 보인 도면이다. 본 발명에서는 먼저 절연도선을 권선하여 복수의 단일 코일체(100)를 형성한다. 상기 복수의 단일 코일체(100)들 각각은 예를 들면, 도 1a에 도시된 바와 같이 마름모형으로 절연도선을 권선하여 권선하여 구성할 수 있다.
또한 상기 복수의 단일 코일체(100)는 도 1b에 도시된 바와 같이 절연도선을 육각형으로 권선하여 형성할 수도 있다. 또한 상기 단일 코일체(100)는 상기한 마름모형 및 육각형 이외에 원형 및 사각형을 비롯하여 여러 가지의 형상으로 권선하여 구성할 수 있다.
그리고 상기 단일 코일체(100)는 도 1c에 도시된 바와 같이 절연도선을 2층 또는 3층 등으로 권선하여 소정의 두께(t)를 갖는다.
이러한 단일 코일체를 구성함에 있어서, 본 발명은 상기 두께(t)는 모두 동일하고, 수평 폭은 서로 상이하게 권선한다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 U상, V상 및 W상 각각은 2개의 단일 코 일체(200, 202)(204, 206)(208, 210)로 이루어진다.
상기 단일 코일체(200, 202)(204, 206)(208, 210)의 두께(t)는 모두 동일하게 구성되나, 수평 폭은 서로 상이하게 구성된다. 즉, 상기 단일 코일체(202, 204, 206, 208, 210)의 수평 폭은 각기 L+a, L+2a, L+3a, L, L+a 및 L+2a로 권선하여 서로 마주보는 위치 즉, 상호간에 180°의 간격으로 위치하는 단일 코일체(200, 206)(202, 208)(204, 210)들 상호간에는 수평 폭이 a씩 차이가 있고, U상, V상 및 W상 각각은 단일 코일체(200, 202)(204, 206)(208, 210)의 수평 폭을 합한 전체 폭은 2L+3a가 되게 권선한다.
여기서, 상기 L은 제조하고자 하는 고정자에 따라 미리 설정되는 값이고, 상기 a는 후술하는 바와 같이 두 개의 단일 코일체의 양측 단부를 상호간에 중첩시켜 원형 코일체를 형성할 경우에 그 원형 코일체의 내경이 2t만큼 커지는 값 즉, πt(여기서, π는 원주율임)이다.
상기 상호간에 마주 바라보며 위치하는 U상의 제 1 단일 코일체(200)와 V상의 제 2 단일 코일체(206)는 도 3a에 도시된 바와 같이 원형으로 결합하여 원형 코일체를 형성한다. 즉, 수평 폭이 L인 V상의 제 2 단일 코일체(206)의 양측 단부의 외측에 수평 폭이 L+a인 U상의 제 1 단일 코일체(200)의 양측 단부가 중첩되게 결합하여 원형 코일체를 형성한다.
그리고 상호간에 마주 바라보며 위치하는 U상의 제 2 단일 코일체(202)와 W상의 제 1 단일 코일체(208)는 도 3b에 도시된 바와 같이 원형으로 결합하여 원형 코일체를 형성한다. 즉, 수평 폭이 L+a인 W상의 제 1 단일 코일체(208)의 양측 단 부의 외측에 수평 폭이 L+2a인 W상의 제 1 단일 코일체(202)의 양측단부가 중첩되게 결합하여 원형 코일체를 형성한다.
또한 상호간에 마주 바라보며 위치하는 V상의 제 1 단일 코일체(204)와 W상의 제 2 단일 코일체(210)는 도 3c에 도시된 바와 같이 원형으로 결합하여 원형 코일체를 형성한다. 즉, 수평 폭이 L+2a인 W상의 제 2 단일 코일체(210)의 양측 단부의 외측에 수평 폭이 L+3a인 V상의 제 1 단일 코일체(204)의 양측단부가 중첩되게 결합하여 원형 코일체를 형성한다.
이와 같이 U상의 제 1 단일 코일체(200) 및 V상의 제 2 단일 코일체(206)로 이루어진 원형 코일체와, U상의 제 2 단일 코일체(202) 및 W상의 제 1 단일 코일체(208)로 이루어진 원형 코일체와, V상의 제 1 단일 코일체(204) 및 W상의 제 2 단일 코일체(210)로 이루어진 원형 코일체를 상호간에 결합하여 고정자를 구성한다.
즉, V상의 제 1 단일 코일체(204) 및 W상의 제 2 단일 코일체(210)로 이루어져 내경이 가장 큰 원형 코일체의 내측에 U상의 제 2 단일 코일체(202) 및 W상의 제 1 단일 코일체(208)로 이루어져 내경이 중간인 원형 코일체를 삽입하고, 또한 U상의 제 2 단일 코일체(202) 및 W상의 제 1 단일 코일체(208)로 이루어진 원형 코일체의 내측에 V상의 제 1 단일 코일체(204) 및 W상의 제 2 단일 코일체(210)로 이루어져 내경이 가장 작은 원형 코일체를 삽입하여 고정자를 구성한다.
이 때, 상기 U상의 제 1 단일 코일체(200) 및 V상의 제 2 단일 코일체(206) 로 이루어진 원형 코일체를 기준으로 하여 U상의 제 2 단일 코일체(202) 및 W상의 제 1 단일 코일체(208)로 이루어진 원형 코일체를 60°의 각도로 위치시키고, V상의 제 1 단일 코일체(204) 및 W상의 제 2 단일 코일체(210)로 이루어진 원형 코일체를 -60°의 각도로 위치시킨 후 그 원형 코일체들을 상호간에 결합시킨다.
이와 같이 구성된 본 발명의 고정자는 U상을 이루는 단일 코일체(200, 202)와, V상을 이루는 단일 코일체(204, 206)와, W상을 이루는 단일 코일체(208, 210)의 수평 폭을 합한 전체 폭이 동일하고, 또한 미리 원형 코일체로 구성하여 결합시킴으로써 단일 코일체(200, 202)(204, 206)(208, 210)들을 정확한 위치에 배치시켜 고정자를 구성할 수 있다.
그러므로 U상, V상 및 W상을 이루는 단일 코일체(200, 202)(204, 206)(208, 210)에 전류를 공급하여 자기장을 발생시킬 경우에 U상, V상 및 W상의 단일 코일체(200, 202)(204, 206)(208, 210)에서 발생되는 자기장의 세기가 평형을 이루게 된다.
즉, 본 발명은 U상을 이루는 단일 코일체(200, 202)의 수평 폭 L+a 및 L+2a를 합한 전체 수평 폭이 2L+3a이고, V상을 이루는 단일 코일체(204, 206)의 수평 폭 L+3a 및 L을 합한 전체 수평 폭이 2L+3a이며, W상을 이루는 단일 코일체(208, 210)의 수평 폭 L+a 및 L+2a를 합한 전체 수평 폭이 2L+3a로서 모두 동일하다.
그러므로 U상, V상 및 W상을 이루는 단일 코일체(200, 202)(204, 206)(208, 210)에 전류를 공급하여 자기장을 발생시킬 경우에 U상, V상 및 W상의 단일 코일 체(200, 202)(204, 206)(208, 210)에서 발생되는 자기장의 세기가 평형을 이루게 되고, 이로 인하여 코어리스 모터의 회전력이 균일하게 발생된다.
한편, 상기에서는 U상, V상 및 W상 각각이 2개의 단일 코일체를 구비하여 6개의 단일 코일체로 고정자를 구성하는 것을 예로 들어 설명하였다. 본 발명을 실시함에 있어서는 U상, V상 및 W상 각각이 4개 또는 6개의 단일 코일체 등과 같이 짝수 개의 코일로 구성될 경우에도 간단히 적용하여 실시할 수 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 코어리스 모터의 고정자에 관한 것으로서 상호간에 마주 바라보며 배치되는 단일 코일체들의 양 단부를 상호간에 중첩 결합하여 복수의 원형 코일체를 형성하고, 그 복수의 원형 코일체를 결합하여 고정자를 형성하는 것으로서 고정자를 간단히 조립할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에서 사용되는 단일 코일체의 여러 가지 형상과 두께를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 고정자를 전개하여 보인 도면, 및
도 3a 내지 도 3c는 상호간에 마주 바라보며 위치하는 2개의 단일 코일체를 결합하여 원형 코일체를 형성하는 구성을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (4)

  1. 상호간에 마주 바라보며 배치되는 각기 2개의 단일 코일체들의 양측단부를 상호간에 결합하여 내경이 각기 상이한 복수의 원형 코일체를 형성하고, 내경이 큰 원형 코일체의 내측에 순차적으로 내경이 작은 원형 코일체를 삽입하여 구성된 코어리스 모터의 고정자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 원형 코일체들 각각은;
    상기 단일 코일체의 수평 폭을 상이하게 형성하여 내경이 상이하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 코어리스 모터의 고정자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    수평 폭이 큰 단일 코일체의 양측 단부 내측에 수평 폭이 작은 단일 코일체의 양측 단부를 중첩시켜 원형 코일체를 형성하는 것을 특징으로 하는 코어리스 모터의 고정자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 단일 코일체들은 복수 개씩 결합되어 U상, V상 및 W상을 이루고, 그 U상, V상 및 W상을 이루는 복수의 단일 코일체들의 수평 폭을 합한 전체 폭이 모두 동일하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 코어리스 모터의 고정자.
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