KR101106648B1 - 모터의 회전자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

영구자석의 자속 누설을 최소화할 수 있도록 하는 모터의 회전자 및 그 제조방법을 개시한다. 개시한 모터의 회전자는 비자성재료로 된 원통형 지지부재와, 지지부재 외면에 각각 결합되며 회전중심을 기준으로 방사형으로 배치된 다수의 철심과, 각 철심 사이에 설치된 다수의 영구자석을 포함한다.

Description

모터의 회전자 및 그 제조방법{ROTOR OF MOTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 모터의 회전자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자속의 누설을 최소화할 수 있는 모터의 회전자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

대한민국 등록특허공보 10-548716호(2006년 2월 5일 공고)에 개시된 바와 같은 자속 집중형 모터(SPOKE TYPE MOTOR)는 도 1에 도시한 바와 같이, 다수의 영구자석(3)을 갖춘 회전자(1)와, 회전자(1) 외측을 포위하는 형태로 배치되며 코일이 권선되는 다수의 슬롯(2a)을 갖춘 고정자(2)를 구비한다.

회전자(1)의 영구자석들(3)은 회전축(미도시)을 중심으로 방사형으로 배치된다. 회전자(1)는 이러한 영구자석들(3)을 지지함과 동시에 자속의 통로를 이루는 원통형 철심(4)을 구비한다. 철심(4)은 다수의 철판이 축방향으로 적층된 형태로 이루어지고, 다수의 영구자석들(3)의 결합을 위한 다수의 자석결합공들(4a)을 구비한다. 또 철심(4)은 회전축과 가까운 내주부에 자석들(3)을 지지하기 위한 지지부(4b)를 구비한다. 이러한 철심(4)은 지지부(4a)에 의해 일체로 연결된 형태이다.

전술한 모터의 회전자는 회전축과 가까운 철심의 내주부가 지지부(4a)에 의해 연결된 형태이기 때문에 지지부(4a)를 통하여 자속 누설이 생기는 문제가 있었다. 즉 자성체인 지지부(4a)를 통하여 자속이 흐르기 때문에 자속 누설이 있었다. 종래에는 이러한 자속 누설을 감안하여 그 만큼 자석(3)의 크기를 크게하거나 자석의 사용량을 늘리기도 하였으나, 이럴 경우 회전자(1)의 부피가 커지고 제조비용도 상승하는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 영구자석의 자속 누설을 최소화할 수 있도록 하는 모터의 회전자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 자속 누설을 줄여 그 성능을 향상시킴으로써 크기를 줄일 수 있도록 하는 모터의 회전자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터의 회전자는 비자성재료로 된 원통형 지지부재와, 상기 지지부재 외면에 각각 결합되며 회전중심을 기준으로 방사형으로 배치된 다수의 철심과, 상기 각 철심 사이에 설치된 다수의 영구자석을 포함한다.

상기 회전자는 상기 지지부재 외면과 상기 각 철심에 상호 대응하여 결합되도록 마련된 결합턱와 결함홈을 더 포함한다.

상기 결합턱과 결합홈은 단면이 도브테일형태이다.

상기 각 철심은 조립용 지그의 결합안내돌기와 결합될 수 있도록 그 외측 단부에 마련된 위치결정홈을 포함한다.

상기 회전자는 상기 각 철심들과 상기 영구자석들의 결합 후 이들 사이에 채워져 이들을 결속하는 수지재 결속부를 더 포함한다.

또한 본 발명에 따른 모터의 회전자 제조방법은 비자성재료로 원통형 지지부재를 만들고, 상기 지지부재 외면에 상호 분리된 다수의 철심들을 방사형으로 결합시키고, 상기 각 철심들 사이에 다수의 영구자석을 결합시키고, 수지재 인서트사출을 통해 상기 철심들과 상기 영구자석들을 결속하는 공정을 포함한다.

상기 다수의 철심들과 상기 지지부재를 결합시키는 공정은 원통형의 조립용 지그 내에 상기 다수의 철심들을 방사형으로 배치하고, 상기 방사형으로 배치된 철심들 내측에 상기 지지부재를 압입하여 상기 각 철심에 마련된 결합홈과 상기 지지부재 외면에 마련된 다수의 결합턱이 상호 결속되도록 한다.

또한 본 발명에 따른 모터의 회전자 제조방법은 원통형의 조립용 지그 내에 다수의 철심들을 방사형으로 배치하고, 상기 각 철심들 사이에 다수의 영구자석을 결합시키고, 상기 다수 철심들과 상기 다수의 영구자석이 결합된 상태에서 이를 금형 내에 삽입한 후 수지재 사출을 통하여 상기 철심들과 상기 영구자석들을 결속하는 결속부 및 상기 철심들의 내측 단부를 지지하는 원통형 지지부를 성형하는 공정을 포함한다.

본 발명에 따른 모터의 회전자는 각 영구자석의 내측 단부를 지지하는 지지부재가 비자성체로 이루어지기 때문에 지지부재를 통한 자속의 흐름을 차단할 수 있어 지지부재를 통한 자속 누설을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또 본 발명에 따른 모터의 회전자는 자속 누설을 줄이는 만큼 출력을 높일 수 있으므로 회전자 크기를 줄일 수 있고, 사용하는 영구자석의 수도 줄일 수 있게 되므로 제조비용도 줄일 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명이 적용되는 모터는 도 2에 도시한 바와 같이, 회전축(10)에 결합되는 회전자(30)와, 회전자(30)를 포위하는 형태로 회전자(30) 외측에 설치된 고정자(20)를 구비한다. 고정자(20)는 다수의 철심들(21)이 적층된 형태이며 코일(23)을 권선하기 위한 다수의 슬롯(22)을 구비한다. 고정자(20) 내면과 회전자(30) 외면 사이에는 회전자(30)의 회전을 위해 공극(t)이 마련된다.

회전자(30)는 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 원통형 지지부재(31)와, 지지부재(31)의 외측에 결합되는 다수의 철심들(33), 그리고 각 철심들(33) 사이에 설치되는 다수의 영구자석(37)을 포함한다.

지지부재(31)는 자속의 흐름을 차단할 수 있는 비자성재료로 마련된다. 지지부재(31) 외면에는 다수의 철심들(33)을 결합시킬 수 있도록 회전축(10)의 길이방향으로 길게 연장되며 상호 회전방향으로 이격된 다수의 결합턱(32)이 형성된다. 이러한 지지부재(31)는 수지재 사출성형에 의하여 다수의 결합턱(32)과 함께 일체로 성형될 수 있다. 또 지지부재(31)는 그 내부에 설치되는 축연결부재(미도시)나 지지부재(31)에 양단에 각각 결합되는 커버(미도시) 등에 의하여 회전축(10)과 결합될 수 있다.

다수의 철심들(33)은 상호 분리된 형태이다. 각 철심(33)은 다수의 철판이 적층되어 구성되며, 회전중심으로부터 외측방향으로 갈수록 그 폭이 점차 확장되는 형태이다. 즉 부채꼴형태이다.

각 철심(33)의 내측 단부에는 지지부재(31)의 결합턱(32)에 대응하여 결합될 수 있도록 길이방향으로 길이가 긴 결합홈(34)이 형성된다. 결합턱(32)과 결합홈(34)은 단면이 도브테일(Dovetail) 형태로 이루어짐으로써 상호 끼워져서 결속될 수 있다. 각 철심(33)의 외측 단부 양쪽 모서리에는 영구자석들(37)의 이탈방지를 위해 영구자석(37)의 외측 단부를 지지하는 걸림부들(35)이 마련된다.

영구자석들(37)은 각 철심(33) 사이에 형성되는 자석결합공간(39)에 삽입되는 방식으로 설치된다. 영구자석들(37)은 자석결합공간(39)에 조립 후 내측 단부(37a)가 지지부재(31)의 외면에 지지되고 외측 단부(37b)가 철심(33)의 걸림부(35)에 지지됨으로써 견고한 결합을 유지할 수 있다. 영구자석들(37)과 철심들(33) 사이의 공간, 특히 빈 공간에는 도 3에 도시한 바와 같이, 수지재 결속부(38)가 채워짐으로써 상호 더욱 견고한 결합이 이루어지도록 한다. 수지재 결속부(38)는 지지부재(31), 철심들(33), 영구자석들(37)을 조립한 상태에서 통상의 인서트 사출방식으로 각 틈새에 용융수지를 주입시킨 것이다.

이러한 회전자(30)는 각 영구자석(37)의 내측 단부(37a)를 지지하는 지지부재(31)가 비자성체로 이루어지기 때문에 지지부재(31)를 통한 자속의 흐름을 차단할 수 있어 자속 누설을 최소화할 수 있다. 따라서 이 회전자(30)를 채용하는 모터는 그 만큼 출력을 높일 수 있게 되므로 회전자(30) 크기를 줄일 수 있다. 또 사용하는 영구자석(37)의 수도 줄일 수 있게 되므로 제조비용도 줄일 수 있다.

다음은 이러한 모터의 회전자(30)를 제조하는 방법에 관하여 설명한다.

회전자(30)를 제조할 때는 각각 별도의 공정을 통하여 지지부재(31)와 다수의 철심(33)을 제조한 후 이들을 결합시킨다. 철심들(33)과 지지부재(31)를 결합시킬 때는 도 4에 도시한 바와 같이, 원통형으로 된 별도의 조립용 지그(40)를 이용한다. 즉 조립용 지그(40)의 내면에 다수의 철심들(33)을 방사형으로 배치한 상태에서 그 내측에 지지부재(31)를 압입하는 방식으로 결합시킨다.

이때 각 철심들(33)이 정확한 위치에 배치될 수 있도록 하기 위해 지그(40)의 내면에는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 각 철심(33)의 위치를 안내하는 결합안내돌기들(41)이 형성되고, 각 철심(33)의 외측 단부에는 결합안내돌기(41)와 결합되는 위치결정홈(36)이 형성된다. 이는 각 철심들(33)을 지그(40) 내에 배치할 때 각 철심(33)의 위치결정홈(36)이 지그(40)의 결합안내돌기(41)에 결함됨으로써 철심들(33)이 정확한 위치에 배치될 수 있도록 한 것이다. 지지부재(31)는 이처럼 철심들(33)이 방사형으로 배치된 상태에서 철심들(33) 내에 압입한다. 이렇게 하면, 지지부재(31)의 결합턱들(32)이 각 철심(33)의 결합홈(34)에 삽입됨으로써 상호 견고한 결합이 이루어진다. 또 이렇게 조립하면, 다수의 철심들(33)과 지지부 재(31)를 한 번의 공정으로 조립할 수 있으므로 손쉬운 조립이 가능하다.

영구자석들(37)은 철심들(33)과 지지부재(31)를 결합시킨 후 각 철심들(33) 사이의 자석결합공간(39)에 삽입시킨다. 물론 조립순서를 바꾸어 지지부재(31)를 장착하기 전에 각 철심들(33) 사이에 영구자석(37)을 조립할 수도 있을 것이다.

지지부재(31), 다수의 철심(33), 다수의 영구자석(37)이 상호 결합된 후에는 이를 금형(미도시) 내에 넣어 수지재 결속부(38)를 성형한다. 즉 인서트 사출방식으로 수지재 결속부(38)를 성형함으로써 영구자석(37)과 철심들(33) 및 지지부재(31)가 상호 견고하게 결합되도록 한다. 조립용 지그(40)는 사출성형 전 단계에서 분리하거나 사출성형 이후 단계에서 분리할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 회전자 제조방법의 다른 실시 예이다. 도 6의 회전자(130)는 철심들(133)과 영구자석들(137)을 먼저 조립한 후 사출성형을 통하여 지지부(131) 및 결속부(138)를 성형한 것이다. 이러한 방식으로 회전자(130)를 제조할 때는 조립용 지그(40)에 다수의 철심들(133)을 방사형으로 배치하고, 각 철심들(133) 사이에 다수의 영구자석(137)을 설치한다. 그리고 다수의 철심들(133)과 영구자석들(137)이 결합된 상태에서 이를 지그(40)와 함께 금형(미도시)에 삽입한 후 수지재 사출성형을 통하여 결속부(138) 및 원통형의 지지부(131)를 성형한다. 이러한 회전자(130)도 지지부(131)가 비자성체로 이루어지므로 지지부(131)를 통한 자속 누설을 최소화할 수 있다.

도 1은 종래 모터의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 회전자가 적용된 모터의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 모터의 회전자를 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 모터 회전자의 분해 사시도로, 조립상태를 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명에 모터 회전자의 지지부재와 철심의 결합구조 및 조립용 지그와 철심의 결합구조를 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 모터 회전자의 단면도로, 다른 실시 예이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 회전축, 20: 고정자,

30: 회전자, 31: 지지부재,

32: 결합턱, 33: 철심,

34: 결합홈, 35: 걸림부,

36: 위치결정홈, 37: 영구자석,

38: 결속부, 39: 자석결합공간,

40: 조립용 지그, 41: 결합안내돌기.

Claims (8)

1. 비자성재료로 된 원통형 지지부재와, 상기 지지부재 외면에 각각 결합되며 회전중심을 기준으로 방사형으로 배치된 다수의 철심과, 상기 각 철심 사이에 설치된 다수의 영구자석을 포함하고,

   상기 각 철심은 조립용 지그의 결합안내돌기와 결합될 수 있도록 그 외측 단부에 마련된 위치결정홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 지지부재 외면과 상기 각 철심에 상호 대응하여 결합되도록 마련된 결합턱와 결함홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
3. 제2항에 있어서,

   상기 결합턱과 결합홈은 단면이 도브테일형태 인 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 각 철심들과 상기 영구자석들의 결합 후 이들 사이에 채워져 이들을 결 속하는 수지재 결속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
6. 비자성재료로 원통형 지지부재를 만들고,

   상기 지지부재 외면에 상호 분리된 다수의 철심들을 방사형으로 결합시키고,

   상기 각 철심들 사이에 다수의 영구자석을 결합시키고,

   수지재 인서트사출을 통해 상기 철심들과 상기 영구자석들을 결속하는 공정을 포함하고,

   상기 다수의 철심들과 상기 지지부재를 결합시키는 공정은, 원통형의 조립용 지그 내에 상기 다수의 철심들을 방사형으로 배치하고, 상기 방사형으로 배치된 철심들 내측에 상기 지지부재를 압입하여 상기 각 철심에 마련된 결합홈과 상기 지지부재 외면에 마련된 다수의 결합턱이 상호 결속되도록 하는 것을 포함하며,

   상기 조립용 지그는 상기 철심들의 위치를 안내하도록 그 내면에 형성된 결합안내돌기들을 포함하고, 상기 각 철심은 상기 조립용 지그의 결합안내돌기들과 결합될 수 있도록 그 외측 단부에 마련된 위치결정홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자 제조방법.
7. 삭제
8. 원통형의 조립용 지그 내에 다수의 철심들을 방사형으로 배치하고,

   상기 각 철심들 사이에 다수의 영구자석을 결합시키고,

   상기 다수 철심들과 상기 다수의 영구자석이 결합된 상태에서 이를 금형 내에 삽입한 후 수지재 사출을 통하여 상기 철심들과 상기 영구자석들을 결속하는 결속부 및 상기 철심들의 내측 단부를 지지하는 원통형 지지부를 성형하는 공정을 포함하고,

   상기 조립용 지그는 상기 철심들의 위치를 안내하도록 그 내면에 형성된 결합안내돌기들을 포함하고, 상기 각 철심은 상기 조립용 지그의 결합안내돌기들과 결합될 수 있도록 그 외측 단부에 마련된 위치결정홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자 제조방법.

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