KR101028129B1 - 유체펌프용 브러쉬리스모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정자와 회전자 사이에 유체의 유동을 도모할 수 있는 공간을 확보하면서도 모터의 구동 특성을 우수하게 확보 및 유지할 수 있어서, 종래 DC모터에 의한 내구성 문제와 에너지 효율저하의 문제를 극복하고 우수한 작동특성을 제공하는 유체펌프를 구성할 수 있는 유체펌프용 브러쉬리스모터를 제공한다.

회전자, 고정자, 영구자석, 브리지, 코깅

Description

유체펌프용 브러쉬리스모터{Brushless Motor for Fluid Pump}

본 발명은 브러쉬리스모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체를 펌핑하여 송출하는 유체펌프에 사용되는 브러쉬리스모터에 관한 기술이다.

유체를 펌핑하여 송출하는 유체펌프 중에는 차량의 연료탱크에 탑재되어 연료를 펌핑하는 연료펌프가 있으며, 종래에 상기 연료펌프에는 통상 정류자를 구비하고 있는 일반적인 DC모터가 사용되고 있다.

상기 DC모터는 정류자와 브러쉬를 통해 구동에 필요한 전기를 공급받도록 되어 있어서, 상기 브러쉬의 마모에 의한 접촉불량 등으로 그 내구성에 근본적인 문제가 있고, 상기 정류자와 브러쉬의 접촉에 의한 전기 공급 방식은 DC모터의 효율을 저하시켜 구동시 전력소모가 많아 에너지 효율이 낮은 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 DC모터의 단점을 극복할 수 있는 것으로 브러쉬리스모터가 있는데, 영구자석 매입형 브러쉬리스모터는 고정자와 회전자 사이의 공극이 작은 것이 모터의 구동에 유리한 특성이 있어서, 대체로 고정자와 회전자 사이의 공극이 매우 작게 구비되어 있는데, 이는 고정자와 회전자 사이로 연료가 펌핑되어 유동되도록 해야 하는 유체펌프에는 적용되기 부적합한 요인이 된다.

따라서, 본 발명은 고정자와 회전자 사이에 유체의 유동을 도모할 수 있는 공간을 확보하면서도 모터의 구동 특성을 우수하게 확보 및 유지할 수 있어서, 종래 DC모터에 의한 내구성 문제와 에너지 효율저하의 문제를 극복하고 우수한 작동특성을 제공하는 유체펌프를 구성할 수 있는 유체펌프용 브러쉬리스모터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 유체펌프용 브러쉬리스모터는

원의 중심을 향하여 대칭되게 돌출된 6개의 코어슈에 의해 상기 코어슈들 사이에 권선을 위한 6개의 슬롯이 형성되는 단면 구조의 고정자코어를 구비하고;

상기 각 코어슈의 내측면에는 고정자코어의 길이방향을 따라 함몰되게 형성된 코어슈홈이 적어도 2개 이상 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 코어슈홈은 2개가 상기 고정자코어의 중심으로부터 상기 코어슈의 중심을 관통하는 직선에 대하여 8.4°±1° 이격된 코어슈홈중앙선을 중심으로 형성 되고;

상기 코어슈홈의 폭은 1.5mm±0.5mm이고 그 깊이는 0.53mm±0.1mm로 형성된 구조로 할 수 있다.

상기 고정자코어의 내부에 삽입되는 회전자코어는 회전자코어의 중심을 기준으로 원주방향에 4개의 영구자석이 매립되는 영구자석구멍이 구비되고;

상기 영구자석구멍의 양단에는 대칭 형상의 브리지구멍이 더 구비된 구조로 할 수 있다.

상기 영구자석구멍은 직사각형 형상으로 형성되고;

상기 브리지구멍은 상기 회전자코어의 중심으로부터 인접한 두 영구자석구멍 사이의 중앙을 관통하는 직선에 대하여 14.7°±2°이격된 제1벽면과, 상기 제1벽면에 연결되고 상기 회전자코어의 외주면으로부터 0.6mm±0.1mm의 일정한 두께를 형성하면서 내측으로 이격된 제2벽면과, 상기 제2벽면에 연결되고 상기 회전자코어의 중심으로부터 인접한 두 영구자석구멍 사이의 중앙을 관통하는 직선에 대하여 0.3mm±0.1mm 평행하게 이격된 제3벽면과, 상기 영구자석구멍의 상기 회전자코어 중심측 벽면으로부터 0.35mm±0.1mm 평행하게 이격되어 상기 제1벽면에 연결되는 제4벽면을 포함하여 구성되며;

상기 브리지구멍을 형성하는 상기 제4벽면의 길이는 0.41mm±0.1mm로 설정되도록 할 수 있다.

상기 브리지구멍을 형성하는 제1벽면 내지 제4벽면은 제4벽면-제1벽면-제2벽면-제3벽면의 순서로 연결되고;

상기 제4벽면과 제3벽면 사이는 상기 영구자석구멍과 연통되는 구조로 할 수 있다.

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본 발명은 고정자와 회전자 사이에 유체의 유동을 도모할 수 있는 공간을 확보하면서도 모터의 구동 특성을 우수하게 확보 및 유지할 수 있어서, 종래 DC모터에 의한 내구성 문제와 에너지 효율저하의 문제를 극복하고 우수한 작동특성을 제공하는 유체펌프를 구성할 수 있는 유체펌프용 브러쉬리스모터를 제공한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면 본 발명 실시예의 브러쉬리스모터는 원의 중심을 향하여 대칭되게 돌출된 6개의 코어슈(1)에 의해 상기 코어슈(1)들 사이에 권선을 위한 6개의 슬롯(3)이 형성되는 단면 구조의 고정자코어(5)를 구비하고, 상기 각 코어슈(1)의 내측면에는 고정자코어(5)의 길이방향을 따라 함몰되게 형성된 코어슈홈(7)이 2개씩 형성된 구조이다.

상기 코어슈홈(7)은 2개가 상기 고정자코어(5)의 중심으로부터 상기 코어슈(1)의 중심을 관통하는 직선 A에 대하여 8.4°이격된 코어슈홈중앙선 B를 중 심으로 형성되고, 상기 코어슈홈(7)의 폭은 1.5mm이고 그 깊이는 0.53mm로 형성된다.

상기 고정자코어(5)의 내부에 삽입되는 회전자코어(9)는 회전자코어(9)의 중심을 기준으로 원주방향에 4개의 영구자석이 매립되는 영구자석구멍(11)이 구비되고, 상기 영구자석구멍(11)의 양단에는 상기 영구자석구멍(11)의 중간부분을 중심으로 양쪽으로 대칭 형상을 이루는 브리지구멍(13)이 더 구비되어 있다.

상기 영구자석구멍(11)은 직사각형 형상으로 형성되고, 상기 브리지구멍(13)은 상기 회전자코어(9)의 중심으로부터 인접한 두 영구자석구멍(11) 사이의 중앙을 관통하는 직선 C에 대하여 14.7°이격된 제1벽면(15)과, 상기 제1벽면(15)에 연결되고 상기 회전자코어(9)의 외주면으로부터 0.6mm의 일정한 두께를 형성하면서 내측으로 이격된 제2벽면(17)과, 상기 제2벽면(17)에 연결되고 상기 회전자코어(9)의 중심으로부터 인접한 두 영구자석구멍(11) 사이의 중앙을 관통하는 직선 C에 대하여 0.3mm 평행하게 이격된 제3벽면(19)과, 상기 영구자석구멍(11)의 상기 회전자코어 중심측 벽면 W로부터 0.35mm 평행하게 이격되어 상기 제1벽면(15)에 연결되는 제4벽면(21)을 포함하여 구성되며, 상기 브리지구멍(13)을 형성하는 상기 제4벽면(21)의 길이는 0.41mm로 설정된다.

상기 브리지구멍(13)을 형성하는 제1벽면(15) 내지 제4벽면(21)은 제4벽면- 제1벽면(15)-제2벽면(17)-제3벽면(19)의 순서로 연결되고, 상기 제4벽면(21)과 제3벽면(19) 사이는 상기 영구자석구멍(11)과 연통되는 구조이다.

한편, 본 발명에 따른 브러쉬리스모터를 이용한 유체펌프의 실시예는 상기와 같은 구조의 브러쉬리스모터(23)와; 상기 브러쉬리스모터(23)를 내부에 장착하는 커버(25)와; 상기 커버(25)의 일측을 밀폐하도록 장착되어, 상기 브러쉬리스모터(23)로 전기를 공급할 수 있는 단자(27)를 구비함과 아울러 펌핑된 유체를 토출하는 체크밸브(29)가 구비된 커넥터(31)와; 상기 커넥터(31)에 대해 상기 브러쉬리스모터(23)의 회전축을 탄성 지지하도록 설치된 스프링버퍼(33)와; 상기 커버(25)의 타측을 밀폐하도록 구비된 로워케이싱(35)과; 상기 로워케이싱(35)의 상측에 구비된 어퍼케이싱(37)과; 상기 로워케이싱(35)과 어퍼케이싱(37) 사이에 위치하고 상기 브러쉬리스모터(23)의 회전축(39)으로부터 회전력을 전달 받아 유체를 펌핑하는 임펠러(41)를 포함하여 구성된다.

참고로, 본 실시예의 상기 유체펌프는 차량의 연료탱크에 장착되는 연료펌프로 사용되는 것이다.

상기 스프링버퍼(33)는 상기 커넥터(31)에 형성된 스프링장착홈(43)에 삽입된 코일스프링(45)과; 상기 코일스프링(45)의 탄성력을 상기 브러쉬리스모터(23)의 회전축(39) 단부에 전달하도록 형성된 가압부재(47)로 이루어져 있다.

상기 로워케이싱(35)에는 연료와 같은 유체를 흡입하는 유입구(49)가 구비되어 있고, 상기 어퍼케이싱(37)에는 도면에 명확히 나타나지 않았지만, 상기 임펠러(41)가 회전되면서 펌핑한 유체를 토출하는 토출구가 구비되어 있다.

따라서, 상기 토출구로 토출된 유체는 상기 어퍼케이싱(37)과 상기 브러쉬리스모터(23)의 사이에 형성된 공간에 저장되면서 상기 브러쉬리스모터(23)의 고정자와 회전자 사이의 공간을 통해 상기 커넥터(31)쪽으로 이동하여, 상기 커넥터(31)의 체크밸브(29)를 통해 외부로 송출되게 된다.

특히, 본 발명에서는 상기 유체가 상기 고정자와 회전자 사이를 통과할 때, 상기 코어슈홈(7)을 통하여 유동하게 되므로, 종래의 브러쉬리스모터(23)에서 충분한 유로를 형성하지 못하였던 문제점을 개선하여 원활한 유체의 유동이 가능하게 된다.

상기 코어슈홈(7)은 이외에도 상기 회전자의 영구자석의 자장과 상기 고정자코어(5)에서 형성되는 자장의 관계에 의하여, 상기 회전자가 부드럽게 회전하지 못하고 턱턱 걸리면서 회전하게 되는 코깅현상을 발생시키는 코깅토크를 저감시키는 역할을 하여, 상기 회전자의 원활한 회전이 가능하도록 하는 기능을 한다.

한편, 상기 스프링버퍼(33)는 상기와 같은 유체의 펌핑시에 상기 어퍼케이싱(37)과 상기 브러쉬리스모터(23) 사이의 공간에 형성되는 압력의 변화에 의해 상기 회전자가 축방향으로 유동하게 되는 것을 안정되게 지지하여 상기 회전자의 안정되고 원활한 회전이 이루어지도록 하는 역할을 한다.

또한, 상기 회전자코어(9)의 브리지구멍(13)의 구체적인 구조는, 브러쉬리스모터(23)의 효율을 높이고 센서가 없이 브러쉬리스모터(23)를 용이하게 제어하기 위한 역기전력파형을 개선하도록 하는 역할을 한다.

즉, 별도의 센서에 의한 신호 없이 상기 브러쉬리스모터(23)의 고정자권선에 공급되는 전류를 제어함에 있어서, 상기 고정자의 권선으로 출력되는 역기전력의 파형을 심한 변동 없이 부드러운 곡선 형상으로 형성하도록 하면, 그 제어가 더욱 용이하게 이루어질 수 있게 되는 것이다.

도 6과 7에는 종래의 단순한 브러쉬리스모터의 모델과, 상기 종래모델로부터 코어슈홈을 추가로 형성한 1차수정모델 및 상기 1차수정모델에 상기 브리지구멍의 형상까지 변경한 본 발명모델에 대한 시험 결과를 도시하고 있는바, 각 모델에 대한 코깅토크와 작동토크 및 역기전력의 파형을 비교하여 도시하고 있으며, 참고로, 도 8 내지 16은 도 6과 7에 사용된 그래프의 상세도를 각각 도시하고 있다.

먼저 코깅토크와 작동토크를 비교하여 보면, 1차수정모델과 같이 코어슈홈을 형성하면 코깅토크와 토크리플의 크기는 종래모델에 비하여 저감되지만, 코깅토크의 경우 리플이 발생되고, 작동토크의 경우 토크파형이 찌그러진 형상이 되므로 모터의 진동 및 소음 발생의 우려가 있다.

따라서, 다시 본발명모델과 같이 브리지구멍의 형상을 추가로 변경하면, 도시된 바와 같이 코깅토크는 상기 1차수정모델보다는 커지지만 종래모델보다 작아지 면서 리플이 발생되지 않는 부드러운 파형을 이루게 되고, 작동토크는 그 크기가 종래모델보다 크게 증대되고 토크리플은 1차수정모델보다는 크지만 종래모델보다 크게 저감되어 종합적으로 우수한 모터의 특성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 센서 없이 고정자 권선에 가해지는 전류를 제어하기 위한 역기전력의 상태를 도 7을 통해 비교해보면, 종래모델의 경우 역기전력이 가장 크게 나오면서 그 파형도 이상적이지만, 상기한 바와 같이 코깅토크 및 토크리플이 매우 크게 발생되므로, 전체적인 모터의 특성 측면에서 바람직하지만은 않은 바, 코깅토크 및 노크리플을 우수하게 하기 위해 상기 1차수정모델과 같이 변경하면 도시된 바와 같이 역기전력의 파형이 다소 날까롭게 찌그러져서 제어가 까다롭게 되는데, 이를 다시 변경하여 본 발명 모델과 같이 하면, 도시된 바와 같이 종래모델보다는 못하지만 찌그러짐이 없는 부드러운 파형이 형성되어 제어에 보다 용이한 특성을 제공하게 되는 것이다.

결과적으로 본 발명 모델은 코깅토크와 토크리플, 작동토크 및 역기전력 등의 여러 가지 특성을 적절히 최적화한 모델로서, 제어가 용이하고, 안정되고 정숙하며 상대적으로 큰 작동토크를 발생시키는 우수한 내구성을 가진 모터로서의 특성을 제공할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 브러쉬리스모터를 사용한 유체펌프의 구조를 도시한 단면도,

도 2는 도 1의 브러쉬리스모터에 사용되는 고정자코어의 단면형상을 설명한 도면,

도 3은 도 2의 고정자코어의 주요부를 상세히 도시한 도면,

도 4는 도 1의 브러쉬리스모터에 사용되는 회전자코어의 단면형상을 설명한 도면,

도 5는 도 4의 회전자코어의 주요부를 상세히 도시한 도면,

도 6과 도 7은 종래모델과 1차수정모델 및 본 발명모델에 대한 시험 결과를 비교하여 도시한 그래프,

도 8은 도 6의 종래모델의 코깅토크에 대한 그래프의 상세도,

도 9는 도 6의 종래모델의 작동토크에 대한 그래프의 상세도,

도 10은 도 6의 종래모델의 역기전력에 대한 그래프의 상세도,

도 11은 도 6의 1차수정모델의 코깅토크에 대한 그래프의 상세도,

도 12는 도 6의 1차수정모델의 작동토크에 대한 그래프의 상세도,

도 13은 도 6의 1차수정모델의 역기전력에 대한 그래프의 상세도,

도 14는 도 6의 본 발명모델의 코깅토크에 대한 그래프의 상세도,

도 15는 도 6의 본 발명모델의 작동토크에 대한 그래프의 상세도,

도 16은 도 6의 본 발명모델의 역기전력에 대한 그래프의 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 코어슈 3; 슬롯

5; 고정자코어 7; 코어슈홈

9; 회전자코어 11; 영구자석구멍

13; 브리지구멍 15; 제1벽면

17; 제2벽면 19; 제3벽면

21; 제4벽면 23; 브러쉬리스모터

25; 커버 27; 단자

29; 체크밸브 31; 커넥터

33; 스프링버퍼 35; 로워케이싱

37; 어퍼케이싱 39; 회전축

41; 임펠러 43; 스프링장착홈

45; 코일스프링 47; 가압부재

49; 유입구

Claims (6)

1. 삭제
2. 원의 중심을 향하여 대칭되게 돌출된 6개의 코어슈에 의해 상기 코어슈들 사이에 권선을 위한 6개의 슬롯이 형성되는 단면 구조의 고정자코어를 구비하고;

   상기 각 코어슈의 내측면에는 상기 고정자코어의 길이방향을 따라 함몰되게 형성된 코어슈홈이 적어도 2개 이상 형성되며;

   상기 코어슈홈은 2개가 상기 고정자코어의 중심으로부터 상기 코어슈의 중심을 관통하는 직선에 대하여 8.4°±1° 이격된 코어슈홈중앙선을 중심으로 형성되고;

   상기 코어슈홈의 폭은 1.5mm±0.5mm이고 그 깊이는 0.53mm±0.1mm로 형성된 것

   을 특징으로 하는 유체펌프용 브러쉬리스모터.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 고정자코어의 내부에 삽입되는 회전자코어는 회전자코어의 중심을 기준으로 원주방향에 4개의 영구자석이 매립되는 영구자석구멍이 구비되고;

   상기 영구자석구멍의 양단에는 대칭 형상의 브리지구멍이 더 구비된 것

   을 특징으로 하는 유체펌프용 브러쉬리스모터.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 영구자석구멍은 직사각형 형상으로 형성되고;

   상기 브리지구멍은 상기 회전자코어의 중심으로부터 인접한 두 영구자석구멍 사이의 중앙을 관통하는 직선에 대하여 14.7°±2°이격된 제1벽면과, 상기 제1벽면에 연결되고 상기 회전자코어의 외주면으로부터 0.6mm±0.1mm의 일정한 두께를 형성하면서 내측으로 이격된 제2벽면과, 상기 제2벽면에 연결되고 상기 회전자코어의 중심으로부터 인접한 두 영구자석구멍 사이의 중앙을 관통하는 직선에 대하여 0.3mm±0.1mm 평행하게 이격된 제3벽면과, 상기 영구자석구멍의 상기 회전자코어 중심측 벽면으로부터 0.35mm±0.1mm 평행하게 이격되어 상기 제1벽면에 연결되는 제4벽면을 포함하여 구성되며;

   상기 브리지구멍을 형성하는 상기 제4벽면의 길이는 0.41mm±0.1mm로 설정되는 것

   을 특징으로 하는 유체펌프용 브러쉬리스모터.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 브리지구멍을 형성하는 제1벽면 내지 제4벽면은 제4벽면-제1벽면-제2벽면-제3벽면의 순서로 연결되고;

   상기 제4벽면과 제3벽면 사이는 상기 영구자석구멍과 연통되는 것

   을 특징으로 하는 유체펌프용 브러쉬리스모터.
6. 삭제

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