KR101228453B1 - 전기 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전기 모터는 다수개의 티스가 형성되는 스테이터코어와 상기 티스에 감겨 인가된 전원에 의하여 회전자속을 형성하는 코일을 포함하는 스테이터와; 상기 스테이터코어의 티스로부터 소정의 공극을 갖도록 배치됨과 아울러 그 둘레방향으로 마그네트가 삽입되는 삽입슬롯이 형성되는 로터코어를 갖는 로터를 포함하고, 상기 로터코어에 대향하는 상기 티스의 끝단에는 미리 설정된 곡률로 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 로터코어를 향하여 중앙이 볼록하게 돌출되는 제1곡면부가 형성되고, 상기 로터코어의 둘레에는 상기 삽입슬롯과 대응하여 미리 설정된 곡률로 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 티스를 향하여 중앙이 볼록하게 돌출되는 복수의 제2곡면부가 형성됨으로써, 스테이터와 로터의 사이의 공극의 자속 밀도 분포를 개선하여 작동 소음 및 진동을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

전기 모터, 공극, 자속 밀도

Description

전기 모터{ELECTRIC MOTOR}

도 1은 일반적인 전기 모터가 도시된 사시도이다.

도 2는 도 1의 전기 모터의 스테이터코어 및 로터코어가 도시된 부분 확대도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 모터의 스테이터코어 및 로터코어가 도시된 부분 확대도이다.

도 4는 도 3의 전기모터의 스테이터코어의 제작 과정이 도시된 평면도이다.

도 5는 도 3의 전기 모터의 로터코어의 제작 과정이 도시된 평면도이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 모터의 스테이터코어 및 로터코어가 도시된 부분 확대도이다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 모터의 스테이터코어 및 로터코어가 도시된 부분 확대도이다.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 모터의 로터코어의 제작과정이 도시된 평면도이다.

도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 전기 모터의 공극의 자속 밀도 분포가 종래의 전기 모터와 비교되어 도시된 그래프이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

101, 201, 301: 스테이터 102, 202, 302: 로터

110, 210, 310: 스테이터코어 120, 220, 320: 로터코어

111, 211, 311: 티스 121, 221, 321: 삽입슬롯

113, 213, 313: 제1곡면부 122, 222, 322: 제2곡면부

본 발명은 전기 모터 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로터와 스테이터 사이의 공극 자속 밀도 분포를 개선하여 작동 소음 및 진동을 저감시킬 수 있는 전기 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 비엘디씨 모터(BRUSHLESS MOTOR)는 브러시와 정류자에 의하여 기계적으로 행해지던 정류작용을 반도체 스위치를 이용하여 전기적으로 대체한 모터이다.

이와 같은 비엘디씨 모터는 마그네트가 로터의 표면에 부착되는 표면부착자석형(Surface Permanent Magnet)과, 마그네트가 로터에 매입되는 매입자석형(Interior Permanent Magnet)으로 구분되며, 또한, 스테이터를 기준으로 로터가 외측에 배치되는 외전형과, 스테이터를 기준으로 로터가 내측에 배치되는 내전형으로 구분된다.

도 1은 일반적인 모터가 도시된 사시도이고, 도 2는 도 1의 전기 모터의 스테이터코어 및 로터코어가 도시된 부분 확대도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 전기 모터는 스테이터(10)와, 상기 스테이터(10)로부터 소정의 공극을 두고 이격되게 배치되어 상기 스테이터(10)와의 상호 작용에 의하여 회전되는 로터(20)를 포함하여 구성된다.

상기 스테이터(10)는 복수개의 강판이 적층되어 형성되는 스테이터코어(11)와, 상기 스테이터코어(11)에 권회되는 코일(15)을 포함하여 구성된다.

상기 스테이터코어(11)의 외주면에는 반경 방향으로 돌출됨과 아울러 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 이격되게 배치되는 복수의 티스(12)가 형성되고, 상기 코일(15)은 상기 티스(12)에 권회된다.

상기 로터(20)는 환형의 로터프레임(21)과, 상기 로터프레임(21)의 내주면에 부착되는 마그네트(22)를 포함하여 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 전기 모터는 스테이터의 티스 구조에 의하여 발생되는 코깅 토크의 저감 및 공극 자속의 밀도 분포를 보다 더 정현적인 분포로 만들고, 자력선의 변화를 둔감하게 하여 전기 모터에서 발생되는 진동 또는 소음을 줄이기 위하여 상기 티스(12)의 끝단인 자극면(13)의 양측 모서리를 깍아 챔퍼부(14)를 형성하게 된다.

그러나, 상기와 같은 표면부착자석형 전기 모터의 경우에는 상기 티스(12)의 자극면(13) 양측에 챔퍼부(14)를 형성시키는 것이 비교적 용이하지만, 마그네트에 챔퍼링을 하는 것은 재료비가 크게 상승한다는 문제점이 있다.

한편, 표면부착자석형 전기 모터의 경우에는 상기 스테이터코어(11)를 제작하는 방법으로 띠형의 강판에 티스(12)를 형성하고 상기 강판을 환형으로 감는 스 파이럴 공법을 적용하고, 로터는 프레임에 마그네트를 부착하여 제작하여, 재료비 절감과 작업능률을 향상시키고 있다.

또한, 매입자석형 전기 모터의 경우에는 스테이터코어는 스파이럴 공법으로 제작하는 것이 가능하나, 로터의 경우에는 강판에 환형의 로터코어의 형상을 프레스하여 2열 내지 3열의 금형으로 제작하고 있다.

그러나, 매입자석형 전기 모터의 로터코어를 금형으로 제작하는 경우에는 스크랩이 대량으로 발생되어 재료비가 상승하고, 더욱이 비교적 큰 회전반경을 갖는 모터를 제작하는 경우에는 표면부착자석형 모터의 비하여 재료비가 크게 증가하는 문제점이 있다.

한편, 이와 같은 재료비 상승을 줄이고자 로터코어를 여러 개의 세그먼트를 조립하여 제작하는 경우도 있으나, 이와 같은 경우에는 작동 소음 또는 진동면에서 매우 불리하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 스테이터코어의 티스의 로터코어에 대향하는 면을 라운드되게 형성시킴과 아울러 상기 로터코어의 상기 티스에 대향하는 면을 라운드되게 형성시킴으로써, 스테이터와 로터의 사이의 공극의 자속 밀도 분포를 개선하여 작동 소음 및 진동을 저감시킬 수 있는 전기 모터를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 상기 스테이터코어뿐만 아니라 상기 로터코어를 띠형의 강판을 환형으로 감는 스파이럴 공법에 의하여 형성시킴으로써 구조강도를 높 일 수 있고, 스크랩을 줄여 제조비용을 절감할 수 있는 전기 모터를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 모터는 다수개의 티스가 형성되는 스테이터코어와 상기 티스에 감겨 인가된 전원에 의하여 회전자속을 형성하는 코일을 포함하는 스테이터와; 상기 스테이터코어의 티스로부터 소정의 공극을 갖도록 배치됨과 아울러 그 둘레방향으로 마그네트가 삽입되는 삽입슬롯이 형성되는 로터코어를 갖는 로터를 포함하고, 상기 로터코어에 대향하는 상기 티스의 끝단에는 미리 설정된 곡률로 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 로터코어를 향하여 중앙이 볼록하게 돌출되는 제1곡면부가 형성되고, 상기 로터코어의 둘레에는 상기 삽입슬롯과 대응하여 미리 설정된 곡률로 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 티스를 향하여 중앙이 볼록하게 돌출되는 복수의 제2곡면부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 모터에 대하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 모터는 내전형 전기 모터로서, 스테이터(101)와, 상기 스테이터(101)의 내측에 소정의 공극을 두고 배치되어 상기 스테이터(101)와의 상호 작용에 의하여 회전되는 로터(102)를 포함하여 구성된다.

상기 스테이터(101)는 다수개의 티스(111)가 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 돌출 형성되는 스테이터코어(110)와, 상기 티스(111)에 감겨 인가된 전원에 의하여 회전자속을 형성하는 코일(105)을 포함하여 구성된다.

상기 로터(102)는 상기 스테이터코어(110)의 티스(111)로부터 소정의 공극을 갖도록 배치됨과 아울러 그 둘레방향으로 마그네트가 삽입되는 삽입슬롯(121)이 형성되는 로터코어(120)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 전기 모터는 상기 스테이터와 상기 로터와의 사이의 공극의 자속 밀도 분포를 정현파에 가깝도록 개선하여 작동 소음 및 진동을 저감시킬 수 있도록, 상기 티스(111)의 상기 로터코어(120)에 대향하는 면 및 상기 로터코어(120)의 상기 티스(111)에 대향하는 면이 라운드되게 형성된다.

즉, 상기 티스(111)의 상기 로터코어(120)에 대향하는 면인 자극면(112)에는 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 로터코어(120)를 향하여 중앙이 볼록하게 돌출되는 제1곡면부(113)가 형성되고, 상기 로터코어(120)의 둘레에는 상기 삽입슬롯(121)에 대응하는 폭을 갖고 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 티스(111)를 향하여 중앙이 볼록하게 돌출되는 제2곡면부(122)가 형성된다.

여기에서, 상기 제1곡면부(113)의 곡률의 중심(CR1)은 상기 티스(111)와 상기 로터코어(120)의 사이의 공극을 이루는 원(O)의 외측에 위치되고, 상기 제2곡면부(122)의 곡률의 중심(CR2)은 상기 공극을 이루는 원(O)의 내측에 배치된다.

또한, 상기 제1곡면부(113) 및 상기 제2곡면부(122)는 하나의 중심을 갖는 원호형이나, 두 개의 중심을 갖는 타원호형으로 형성된다. 이때, 상기 제1곡면부(113)의 곡률의 중심(CR1)은 상기 로터(120)의 회전 중심(C)과 상기 제1곡면부(113)의 폭방향 중심(C1)을 잇는 직선(L1)상에 위치되고, 상기 제2곡면부(122)의 곡률의 중심(CR2)은 상기 로터(120)의 회전 중심(C)과 상기 제2곡면부의 폭방향 중 심(C2)을 잇는 직선(L2)상에 위치된다.

한편, 상기 삽입슬롯(121)은 상기 로터코어(120)의 둘레 방향으로 다수개로 형성되며, 상기 삽입슬롯(121)의 길이 방향의 중심선(S2)은 상기 복수의 제2곡면부(122)의 사이의 골(T)을 연결하는 직선(S1)과 평행하게 형성된다.

상기와 같이 구성되는 전기 모터는 스크랩의 발생을 줄여 재료비가 상승되는 것을 방지하고, 작업능률을 향상시킬 수 있도록 상기 스테이터코어(110) 및 상기 로터코어(120)는 띠형의 강판을 프레스 가공한 후 환형으로 감는 스파이럴 공법으로 제작되는 것이 바람직하다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터코어(110)는 띠형의 강판에 상기 제1곡면부(113)를 갖는 티스(111)를 프레스 가공하여 형성시킨 후, 환형으로 절곡하는 것에 의하여 형성된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 로터코어(120)는 띠형의 강판에 상기 삽입슬롯(121) 및 상기 제2곡면부(122)를 형성시킨 후, 환형으로 절곡하는 것에 의하여 형성된다. 이때, 상기 로터코어(120)의 제작 시 띠형의 강판이 파손없이 용이하게 절곡될 수 있도록, 상기 로터코어(120)의 둘레 방향으로 소정의 폭과 깊이를 갖는 슬릿(123)이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 슬릿(123)은 상기 삽입슬롯(121)과 연통되고, 외측으로 개방되게 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 모터에 대하여 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 모터는 외전형 전기 모터로서, 스테이터(201)와 상기 스테이터(201)의 외측에 소정의 공극을 두고 배치되어 상기 스테이터(201)와의 상호 작용에 의하여 회전되는 로터(202)를 포함하여 구성된다.

상기 스테이터(201)는 다수개의 티스(211)가 둘레 방향으로 형성되는 스테이터코어(210)와, 상기 티스(211)에 감겨 인가된 전원에 의하여 회전자속을 형성하는 코일(205)을 포함하여 구성된다.

상기 로터(202)는 상기 스테이터코어(210)의 티스(211)로부터 소정의 공극을 갖도록 배치됨과 아울러 그 둘레방향으로 마그네트가 삽입되는 삽입슬롯(221)이 형성되는 로터코어(220)를 포함하여 구성된다.

상기 티스(211)의 상기 로터코어(220)에 대향하는 면인 자극면(212)에는 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 로터코어(220)를 향하여 돌출되는 제1곡면부(213)가 형성되고, 상기 로터코어(220)의 둘레에는 상기 삽입슬롯(221)에 대응하는 폭을 갖고 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 티스(211)를 향하여 돌출되는 제2곡면부(222)가 형성된다.

여기에서, 상기 제1곡면부(213)의 곡률의 중심(CR1)은 상기 티스(211)와 상기 로터코어(220)의 사이의 공극을 이루는 원(O)의 내측에 위치되고, 상기 제2곡면부(222)의 곡률의 중심(CR2)은 상기 공극을 이루는 원(O)의 외측에 배치된다.

또한, 상기 제1곡면부(213) 및 상기 제2곡면부(222)는 하나의 중심을 갖는 원호형이나, 두 개의 중심을 갖는 타원호형으로 형성된다. 이때, 상기 제1곡면부(213)의 곡률의 중심(CR1)은 상기 로터(220)의 회전 중심(C)과 상기 제1곡면 부(213)의 폭방향 중심(C1)을 잇는 직선(L1)상에 위치되고, 상기 제2곡면부(222)의 곡률의 중심(CR2)은 상기 로터(220)의 회전 중심(C)과 상기 제2곡면부의 폭방향 중심(C2)을 잇는 직선(L2)상에 위치된다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 모터는 전술한 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 모터와 그 구성 및 제작 방법에 있어서 동일하다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 모터에 대하여 설명한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 모터는 내전형 전기 모터로서, 스테이터(301)와 상기 스테이터(301)의 내측에 소정의 공극을 두고 배치되어 상기 스테이터(301)와의 상호 작용에 의하여 회전되는 로터(302)를 포함하여 구성된다.

상기 스테이터(301)는 다수개의 티스(311)가 둘레 방향으로 형성되는 스테이터코어(310)와, 상기 티스(311)에 감겨 인가된 전원에 의하여 회전자속을 형성하는 코일(305)을 포함하여 구성된다.

상기 로터(302)는 상기 스테이터코어(310)의 티스(311)로부터 소정의 공극을 갖도록 배치됨과 아울러 그 둘레방향으로 마그네트가 삽입되는 삽입슬롯(321)이 형성되는 로터코어(320)를 포함하여 구성된다.

상기 티스(311)의 상기 로터코어(320)에 대향하는 면인 자극면(312)에는 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 로터코어(320)를 향하여 돌출되는 제1곡면부(313)가 형성되고, 상기 로터코어(320)의 둘레에는 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 티 스(311)를 향하여 돌출되는 제2곡면부(322)가 형성된다.

여기에서, 상기 제1곡면부(313)의 곡률의 중심(CR1)은 상기 티스(311)와 상기 로터코어(320)의 사이의 공극을 이루는 원(O)의 외측에 위치되고, 상기 제2곡면부(322)의 곡률의 중심(CR2)은 상기 공극을 이루는 원(O)의 내측에 배치된다.

또한, 상기 제1곡면부(313) 및 상기 제2곡면부(322)는 하나의 중심을 갖는 원호형이나, 두 개의 중심을 갖는 타원호형으로 형성된다. 이때, 상기 제1곡면부(313)의 곡률의 중심(CR1)은 상기 로터(320)의 회전 중심(C)과 상기 제1곡면부(313)의 폭방향 중심(C1)을 잇는 직선(L1)상에 위치되고, 상기 제2곡면부(322)의 곡률의 중심(CR2)은 상기 로터(320)의 회전 중심(C)과 상기 제2곡면부의 폭방향 중심(C2)을 잇는 직선(L2)상에 위치된다.

한편, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 모터는 마그네트가 그 길이방향이 상기 로터(302)의 반경방향과 일치되도록 매입되는 스포크 타입 전기 모터로서, 상기 삽입슬롯(321)은 상기 로터코어(320)의 둘레 방향으로 다수개로 형성되며, 상기 삽입슬롯(321)의 길이 방향의 중심선(S4)은 상기 로터(302)의 회전 중심(C)과 상기 복수의 제2곡면부(322)의 사이의 골(T)을 연결하는 직선(S3)상에 위치된다.

한편, 상기 스테이터코어(310) 및 상기 로터코어(320)는 스크랩의 발생을 줄여 재료비가 상승되는 것을 방지하고, 작업능률을 향상시킬 수 있도록 스파이럴 공법으로 제작되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 스테이터코어(310)는 띠형의 강판에 상기 제1곡면부(313)를 갖는 티스(311)를 프레스 가공하여 형성시킨 후, 환형으로 절곡하는 것에 의하여 형성된 다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 로터코어(320)는 띠형의 강판에 상기 삽입슬롯(321) 및 상기 제2곡면부(322)를 형성시킨 후, 환형으로 절곡하는 것에 의하여 형성된다. 이때, 상기 로터코어(320)의 제작 시 띠형의 강판이 파손없이 용이하게 절곡될 수 있도록, 상기 로터코어(320)의 둘레 방향으로 소정의 폭과 깊이를 갖는 슬릿(323)이 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기 모터의 효과에 대하여 설명한다.

도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 전기 모터의 공극의 자속 밀도 분포가 종래의 전기 모터와 비교되어 도시된 그래프로서, 티스의 로터코어에 대향하는 면 및 로터코어의 티스에 대향하는 면이 라운드되게 형성된 본 발명에 따른 전기 모터는 로터의 회전각에 따른 공극의 자속 밀도가 스테이터코어의 티스의 자극면 양측 모서리에 챔퍼만 형성된 종래의 전기 모터의 공극 자속 밀도에 비하여 파형이 더 정현파에 근접되어 있음을 알 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따른 전기 모터는 자속 밀도의 집중에 따른 피크 플럭스에 의한 로터의 반경방향의 충격력이 저감됨에 따라 로터의 구동 시 발생되는 진동 및 소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 전기 모터는 로터의 로터코어 및 스테이터의 스테이터코어가 스파이럴 공법으로 제작되므로 종래의 분할 조립 방식에 비하여 구조의 강 도 면에서 유리하고, 소음 및 진동 특성이 양호하다는 효과가 있으며, 스크랩의 발생을 줄일 수 있으므로 제조비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 다수개의 티스가 형성되는 스테이터코어와 상기 티스에 감겨 인가된 전원에 의하여 회전자속을 형성하는 코일을 포함하는 스테이터와;

   상기 스테이터코어의 티스로부터 소정의 공극을 갖도록 배치됨과 아울러 그 둘레방향으로 마그네트가 삽입되는 삽입슬롯이 형성되는 로터코어를 갖는 로터를 포함하고,

   상기 로터코어에 대향하는 상기 티스의 끝단에는 미리 설정된 곡률로 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 로터코어를 향하여 중앙이 볼록하게 돌출되는 제1곡면부가 형성되고,

   상기 로터코어의 둘레에는 상기 삽입슬롯과 대응하여 미리 설정된 곡률로 라운드되게 형성됨과 아울러 상기 티스를 향하여 중앙이 볼록하게 돌출되는 복수의 제2곡면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 로터는 상기 스테이터를 기준으로 내측에 배치되고, 상기 제1곡면부의 곡률의 중심은 상기 공극을 이루는 원의 외측에 위치되고, 상기 제2곡면부의 곡률의 중심은 상기 공극을 이루는 원의 내측에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
3. 제1항에 있어서, 상기 로터는 상기 스테이터를 기준으로 외측에 배치되고, 상기 제1곡면부의 곡률의 중심은 상기 공극을 이루는 원의 내측에 위치되고, 상기 제2곡면부의 곡률의 중심은 상기 공극을 이루는 원의 외측에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1곡면부의 곡률의 중심은 상기 로터의 중심과 상기 제1곡면부의 중심을 잇는 선상에 위치되고,

   상기 제2곡면부의 곡률의 중심은 상기 로터의 중심과 상기 제2곡면부의 중심을 잇는 선상에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터코어는 띠형의 강판에 상기 티스를 형성시킨 후, 환형으로 절곡하는 것에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터코어는 띠형의 강판에 상기 삽입슬롯을 형성시킨 후, 환형으로 절곡하는 것에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 삽입슬롯의 길이방향 중심선은 상기 복수의 제2곡면부사이의 골을 연결하는 직선과 평행한 것을 특징으로 하는 전기 모터.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 삽입슬롯의 길이방향 중심선은 상기 로터의 중심과 상기 복수의 제2곡면부사이의 골을 연결하는 직선상에 위치되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.

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