KR101243491B1 - 모터의 로터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 로터는 외주부에 측벽부(11)를 갖는 컵형상의 로터 하우징(1); 상기 로터 하우징(2)의 측벽부 내측에 위치하고, 복수 개의 U형 삽입홈(21)을 갖는 로터 코어(2); 및 상기 복수 개의 U형 삽입홈(21)에 각각 삽입되는 복수 개의 U형 마그넷(3)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

모터의 로터{Rotor for Motor}
본 발명은 모터에 적용되는 로터에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 코깅 토크와 소음을 저감시킬 수 있는 로터에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 스테이터(stator)와 이 스테이터의 외주 또는 내주부에 위치하여 회전하는 로터(rotor)로 이루어진다. 이 중에서 로터는 고속 회전을 하기 때문에 회전 시에 발생하는 소음이나 코깅 토크(cogging torque)를 줄여 모터의 작동시 안정성이나 내구성을 향상시키기 위한 노력이 계속 되어 왔다.
이러한 목적을 달성하기 위한 종래기술 중의 하나로서 미국특허 제5,907,206호를 들 수 있다. 이 특허에서는 로터 하우징 내에 자성체로 이루어진 로터 코어를 설치하고, 이 로터 코어의 내측면에 로터 마그네트를 설치한 다음 이들 전체를 수지로 몰딩한 구조를 갖는 로터를 개시하고 있다. 이 특허에 따른 로터는 링부재에 마그네트를 결합하는 공정과 수지로 몰딩하는 공정을 거치기 때문에 제조공정이 복잡해지고 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다. 또한, 위치센서의 위치가 스테이터와 로터 코어 사이에 위치하기 때문에 위치센서가 스테이터의 자속의 영향을 받아 센싱에 문제가 생길 수 있다. 나아가, 로터 코어의 축방향 높이가 스테이터 코어와 동일한 높이로 되어 있어 위치센서에 작용하는 로터로부터의 자속이 약하기 때문에 위치센서의 위치 검출을 충분하게 하지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 미국특허 제7,317,272호에서는 로터 코어의 높이를 스테이터 코어보다 높게 하도록 로터 코어에 돌출부를 형성하고, 위치센서의 위치를 돌출부에 대해서 직경방향 또는 축방향으로 대향되도록 위치시킴으로써 상술한 문제점을 해결하고 있다.
그러나, 상기 미국특허 제7,317,272호는 로터 코어에 돌출부를 형성해야 하기 때문에 로터 코어에 사용되는 강판의 양이 증대되고, 로터에 삽입되는 마그네트의 양도 증대된다. 또한, 일반 페라이트 영구자석을 사용하면 원하는 자속의 양이 검출되지 않기 때문에 네오듐(Nd) 마그넷을 사용해야 충분한 성능을 얻을 수 있다. 이에 따라 생산 단가가 가중된다. 더욱이, 마그넷을 고정하기 위해 수지 몰딩을 적용해야 하는데 이 또한 생산 비용의 증대 및 추가 공정을 필요로 한다.
이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 새로운 구조를 갖는 로터 코어 및 마그넷을 도입함으로써 로터 코어에 별도의 돌출부를 형성하거나 위치센서의 위치를 변경하지 않더라도 충분한 자속 특성을 얻을 수 있으며, 수지 몰딩을 적용하지 않아도 되므로 제조 비용 감소 및 공정을 단순화시킬 수 있는 로터를 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 회전 시에 충분한 자속 특성을 얻을 수 있어 코깅 토크와 소음을 저감시킬 수 있는 로터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생산 단가를 낮출 수 있는 로터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조 공정이 단순화된 로터를 제공하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 로터는
외주부에 측벽부(11)를 갖는 컵형상의 로터 하우징(1);
상기 로터 하우징(1)의 측벽부 내측에 위치하고, 복수 개의 U형 삽입홈(21)을 갖는 로터 코어(2); 및
상기 복수 개의 U형 삽입홈(21)에 각각 삽입되는 복수 개의 U형 마그넷(3);
으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 U형 삽입홈(21)은 원호 형상의 내측부(21a), 이 내측부(21a) 보다 호의 길이가 길고 외측 방향에 위치하는 외측부(21b) 및 내측부(21a)와 외측부(21b)의 양 끝부분을 연결하고 있는 양측부(21c)로 이루어지고, 상기 U형 마그넷(3)은 상기 내측부(21a)와 그 일부 또는 전부가 접하는 내면부(3a), 상기 외측부(21b)와 그 일부 또는 전부가 접하는 외면부(3b) 및 상기 양측부(21c)와 그 일부 또는 전부가 접하는 측면부(3c)로 이루어지도록 하여도 좋다.
또한, 본 발명에서, 상기 양측부(21c) 및 측면부(3c)는 내측 방향을 향하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 로터 코어(2), 상기 U형 마그넷(3) 및 스테이터 코어(4)의 축방향 길이는 모두 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 U형 마그넷(3)은 경화성 접착제에 의하여 결합되어도 좋다.
본 발명에서 사용되는 U형 마그넷은 페라이트(ferrite) 마그넷이어도 무방하다.
본 발명은 회전 시에 충분한 자속 특성을 얻을 수 있어 코깅 토크와 소음을 저감시킬 수 있고, 생산 단가를 낮출 수 있으며, 제조 공정이 단순화된 모터의 로터를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 로터를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로터에 적용되는 로터 코어를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 U형 마그넷을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 로터와 스테이터가 결합된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 로터를 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 로터에 적용되는 로터 코어(2)를 나타낸 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로터는 로터 하우징(1), 로터 코어(2) 및 U형 마그넷(3)으로 이루어진다. 로터 하우징(1)은 그 외주부를 따라 측벽부(11)가 형성되어 있어, 전체적인 형상이 컵과 같은 형상을 이루게 된다. 로터 코어(2)는 자성체로 이루어지며, 바람직하게는 박형의 강판을 타발하여, 다수의 강판을 적층한 형태로 구성한다. 로터 코어(2)에는 복수의 U형 마그넷(3)이 삽입될 수 있도록 U형 삽입홈(21)이 형성되어 있다. 로터 코어(2)의 형상은 도 2에 도시되어 있다.
바람직하게, 도 2에 도시된 로터 코어(2)는 로터 하우징(1)의 측벽(11) 내측부에 강제 압입됨으로써 로터 하우징(1)과 결합된다. 따라서, 로터 하우징(1)과 로터 코어(2)를 결합시키기 위하여 인서트 사출이나 별도의 수지 몰딩재 등을 사용하지 않아도 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로터 코어(2)에는 복수 개의 U형 삽입홈(21)이 둘레를 따라 형성되어 있다. U형 삽입홈(21)은 원호 형상의 내측부(21a)와 이 내측부(21a) 보다 호의 길이가 길고 외측 방향에 위치하는 외측부(21b) 및 내측부(21a)와 외측부(21b)의 양 끝부분을 연결하고 있는 양측부(21c)로 이루어진다. 본 명세서에서 외측 방향은 로터의 중심부(축부)로부터 바깥쪽으로 나오는 방향을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 '축방향'이란 회전축이 향하는 방향, 즉 도 1 또는 도 2에서 지면(紙面)을 향하는 방향을 말한다. 만일, 도면이 그려진 평면을 xy평면이라고 하면 축방향은 z축 방향을 의미하며, 외측 방향은 x축 또는 y축의 절대값이 증가하는 방향을 의미한다. 내측 방향은 외측 방향의 반대방향을 의미한다.
이와 같이, U형 삽입홈(21)은 축방향에서 바라보았을 때 U자 형태를 가지게 된다. 바람직하게, U형 삽입홈(21)의 양측부(21c)는 내측 방향을 향하도록 함으로써 U형 마그넷과 함께 자속 특성을 향상시킬 수 있다. U형 마그넷(3)의 형상은 도 3에 도시되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 U형 마그넷(3)을 나타낸 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 U형 마그넷(3)은 내면부(3a), 외면부(3b) 및 측면부(3c)로 이루어진다.
U형 마그넷은 축방향으로 바라보았을 때 U자 형태를 가지므로, 내면부(3a)의 호의 길이는 외면부(3b)의 호의 길이보다 작다. 또한, 내면부(3a)와 외면부(3b)를연결하며 축방향으로 형성된 측면부(3c)는 바람직하게 내측 방향을 향하도록 한다. 내면부(3a)는 로터 코어(2)의 U형 삽입홈(21)의 내측부(21a)와 그 일부 또는 전부가 접하도록 결합되며, 외면부(3b)는 외측부(21b)와, 측면부(3c)는 양측부(21c)에 그 일부 또는 전부가 접하도록 결합된다. U형 마그넷(3)이 보다 견고하게 결합될 수 있도록, 마그넷(3)의 내면부(3a), 외면부(3b) 또는 측면부(3c)의 일부 또는 전부에 접착제를 사용하여도 좋다. 접착제는 바람직하게 상온에서 경화될 수 있는 경화성 접착제를 사용하며, 필요에 따라 열경화성 등의 접착제를 사용할 수도 있다.
U형 마그넷(3)의 축방향 길이, 즉 도 3의 길이 h는 로터 코어(2)의 축방향길이 및 스테이터 코어의 축방향 길이와 실질적으로 동일하다. 따라서, 본 발명의 구조에서는 자속의 감소 현상이 없으므로 자속의 감소를 방지하기 위하여 길이 h를 스테이터 코어의 축방향 길이보다 크게 할 필요가 없다. 또한, 자속을 검출하기 위한 홀센서의 위치를 로터의 외측이나 축방향 상부로 이동할 필요도 없다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 인접하는 U형 삽입홈(21) 사이에 갭(22)이 내측 방향을 향하여 개구되도록 형성되어 있다. 이 갭(22)으로 인하여 자속이 안정적으로 확보되며 이로 인해 고속회전시 코깅 토크와 소음을 줄일 수 있다.
이와 같이, U형 마그넷(3)이 로터 코어(2)의 U형 삽입홈(21)에 삽입되는 구조와 인접하는 U형 삽입홈 사이에 갭(22)을 가짐으로써 충분한 자기적 특성을 가질 수 있기 때문에, U형 마그넷(3)을 네오듐(Nd) 마그넷을 사용하지 않고 페라이트 마그넷을 적용하더라도 종래 구조의 로터에서 네오듐 마그넷을 적용한 것만큼 또는 그 이상의 자속을 얻을 수 있다. 따라서, 제조 비용과 공정을 단순화할 수 있다. 나아가, 모터의 고속 회전시 코깅 토크와 소음을 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 로터와 스테이터 코어가 결합된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 로터 코어(2)의 내측에 스테이터 코어(4)가 위치하며, 스테이터 코어(4)의 외주부를 따라 복수 개의 티스(41)가 형성되어 있다. 각각의 티스(41)에는 코일(도시되지 않음)이 권선되어 있다. 각각의 티스(41)의 말단부는 로터 코어(2)의 내측부와 마주보고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 스테이터 코어(4)의 축방향 길이는 로터 코어(2) 및 U형 마그넷(3)의 축방향 길이와 실질적으로 동일하다. 따라서, 마그넷과 로터 코어(2)에 소요되는 재료를 절감할 수 있다.
아래 특허청구범위에 기재된 본 발명의 균등 범위의 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
1: 로터 하우징 2: 로터 코어
3: U형 마그넷 3a: 내면부
3b: 외면부 3c: 측면부
4: 스테이터 코어 11: 측벽부
21: U형 삽입홈 21a: 내측부
21b: 외측부 21c: 양측부
41: 티스

Claims (7)

  1. 외주부에 측벽부(11)를 갖는 컵형상의 로터 하우징(1);
    상기 로터 하우징(1)의 측벽부 내측에 위치하고, 복수 개의 U형 삽입홈(21)을 갖는 로터 코어(2); 및
    상기 복수 개의 U형 삽입홈(21)에 각각 삽입되는 복수 개의 U형 마그넷(3);
    으로 이루어지고, 상기 로터 코어(2), 상기 U형 마그넷(3) 및 스테이터 코어(4)의 축방향 길이는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 로터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 U형 삽입홈(21)은 원호 형상의 내측부(21a), 이 내측부(21a) 보다 호의 길이가 길고 외측 방향에 위치하는 외측부(21b) 및 내측부(21a)와 외측부(21b)의 양 끝부분을 연결하고 있는 양측부(21c)로 이루어지고,
    상기 U형 마그넷(3)은 상기 내측부(21a)와 그 일부 또는 전부가 접하는 내면부(3a), 상기 외측부(21b)와 그 일부 또는 전부가 접하는 외면부(3b) 및 상기 양측부(21c)와 그 일부 또는 전부가 접하는 측면부(3c)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 양측부(21c) 및 측면부(3c)는 내측 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 로터.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 U형 마그넷(3)은 경화성 접착제에 의하여 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 로터.
  6. 제1항 내지 제3항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 U형 마그넷은 페라이트(ferrite) 마그넷인 것을 특징으로 하는 로터.
  7. 복수 개의 U형 삽입홈(21)을 갖는 동일한 박형의 강판을 다수 개 적층하여 이루어지고,
    상기 U형 삽입홈(21)은 원호 형상의 내측부(21a), 이 내측부(21a)의 외측 방향에 위치하는 외측부(21b) 및 내측부(21a)와 외측부(21b)의 양 끝부분을 연결하고 있는 양측부(21c)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로터 코어.
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