KR101271950B1 - 중공형 모터축 및 이를 포함하는 모터장치 - Google Patents

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권현욱
최진태
염수진
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Abstract

제작이 단순화되고, 축의 회전관성 및 모터장치의 무게가 감소될 수 있는 중공형 모터축 및 이를 포함하는 모터장치가 개시된다.
개시되는 중공형 모터축은 코어 또는 마그네트로 구성되는 직접회전부의 중심에 결합되어 직접회전부와 일체로 회전가능하며 회전동력을 외부로 전달할 수 있는 중공형 모터축에 있어서, 모터 본체의 내측에서 회전가능하도록 각각 지지되는 전방부와 후방부; 및 상기 전방부와 후방부를 연결하되 상기 전방부와 후방부보다 확장된 직경을 가지며 직접회전부에 결합되는 확관부;를 포함한다.
또한, 개시되는 모터장치는 하우징; 상기 하우징의 중심부에 회동가능하도록 설치되는 상기 중공형 모터축; 코어 또는 마그네트를 포함하여 구성되며, 상기 중공형 모터축의 확관부 외주면에 고정결합되는 직접회전부; 및 상기 직접회전부의 외주면과 이격되어 대향하며 상기 하우징의 내측면에 설치되는 고정자;를 포함한다.
이러한 중공형 모터축 및 이를 포함하는 모터장치는 모터장치의 무게와 회전관성이 저감되어 모터장치의 회전 에너지 손실이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

Description

중공형 모터축 및 이를 포함하는 모터장치{Hollow motor shaft and motor having the same}
본 발명은 중공형 모터축 및 이를 포함하는 모터장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제작이 단순화되고, 축의 회전관성 및 모터장치의 무게가 감소될 수 있는 중공형 모터축 및 이를 포함하는 모터장치에 관한 것이다.
모터는 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로 바꾸는 장치로서, 회전축을 포함하는 회전자와 회전자에 대향하는 고정자를 포함하여, 회전자와 고정자 사이에 형성되는 전자기력에 의하여 회전자가 회전하고, 회전축을 통하여 회전력을 외부에 전달할 수 있다.
일반적으로 모터는 크게 직류모터와 교류모터로 구분될 수 있다.
먼저, 직류모터의 경우에, 회전자는 회전력을 외부에 전달하는 회전축과, 중심에 상기 회전축이 압입되는 코어, 상기 코어에 권선되는 코일로 구성된다. 또한, 고정자는 모터 하우징의 내측면에 코어와 일정간격을 가지고 대향되게 설치되며, 영구자석으로 구성된다.
이러한 직류모터에서, 코일에 전류가 공급되면 코일과 영구자석 사이에 형성되는 전자기력에 의하여 코일 및 코어가 회전하면서 회전축을 회전시킨다.
한편, 교류모터의 경우에, 회전자는 회전축과, 회전축의 외주면에 일정반경을 가지고 결합되는 영구자석으로 구성된다. 또한, 고정자는 모터 하우징의 내측면에 회전자의 영구자석과 일정간격을 가지고 대향되게 설치되는 코일로 구성된다.
이러한 교류모터에서는 직류모터와 달리 고정자의 코일에 전류가 공급되면 영구자석이 회전하면서 회전축을 회전시킨다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 직류모터를 부분 절개한 사시도로서, 도 1a는 모터축(10)에 코어(20)가 직접결합된 모터를 나타내고, 도 1b는 모터축(10)과 코어(20) 사이에 결합되는 어댑터(40)가 채용된 모터를 나타낸다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 모터축(10)은 중공부를 갖는 중공축으로 구성될 수 있고, 코어(20)의 중심에 압입되어 코어(20)와 회전 거동이 일체화될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 코어(20)에는 코일이 권선되어 있다. 여기서, 코어(20)는 철심이나 전기강판으로 구성될 수 있다.
또한, 고정자(30)는 코어(20)의 외주면에 일전한 간격을 가지고 대향하도록 모터 본체의 내측에 설치된다.
이와 같이, 코어(20)가 모터축(10)의 외주면으로부터 일정반경을 가지고 구성되는 경우 코어(20)의 무게로 인해 모터의 무게가 많이 나가게되고, 회전관성이 높은 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 도입된 방법이 도 1b에 도시된 바와 같이 모터축(10)용 어댑터(40)를 장착하는 것이다. 이 경우, 회전자는 회전 중심에 회전축이 위치하고, 회전축의 외주면에 일정간격의 공간을 갖는 어댑터(40)가 조립되고, 어댑터(40)의 외주면에 코어(20)가 조립되어 구성된다.
이러한 경우, 모터의 중량 및 회전관성의 저감에는 도움이 되지만 어댑터(40)의 추가로 인하여 부품수의 증가 및 조립 정밀도 확보를 위한 조립 공정의 추가와 어댑터(40)의 별도 제작으로 단가 상승의 요인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 모터장치의 무게와 회전관성이 저감되는 중공형 모터축 및 이를 포함하는 모터장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 측면으로서, 제작이 용이하고, 정밀한 제작이 가능한 중공형 모터축 및 이를 포함하는 모터장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 측면으로서, 조립공정이 단순해지고 모터장치의 제품 단가가 낮아질 수 있는 중공형 모터축 및 이를 포함하는 모터장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 코어 또는 마그네트로 구성되는 직접회전부의 중심에 결합되어 직접회전부와 일체로 회전가능하며 회전동력을 외부로 전달할 수 있는 중공형 모터축에 있어서, 모터 본체의 내측에서 회전가능하도록 각각 지지되는 전방부와 후방부; 및 상기 전방부와 후방부를 연결하되 상기 전방부와 후방부보다 확장된 직경을 가지며 직접회전부에 결합되는 확관부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 모터축을 제공한다.
바람직하게, 상기 확관부는 하이드로포밍법으로 형성될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 확관부의 외주면에는 결합되는 직접회전부와의 회전 거동이 일체화되도록 키가 결합가능한 키홈이 형성될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 확관부의 전방에는 결합되는 직접회전부의 축방향 결합위치가 고정되도록 직접회전부의 전단을 지지하는 단턱이 더 형성될 수 있다.
한편, 다른 일 측면으로서, 본 발명은 하우징; 상기 하우징의 중심부에 회동가능하도록 설치되는 상기 중공형 모터축; 코어 또는 마그네트를 포함하여 구성되며, 상기 중공형 모터축의 확관부 외주면에 고정결합되는 직접회전부; 및 상기 직접회전부의 외주면과 이격되어 대향하며 상기 하우징의 내측면에 설치되는 고정자;를 포함하는 모터장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 확관부의 외주면에 형성되는 상기 키홈은 상기 확관부와 후방부의 경계까지 연장 형성되고, 상기 직접회전부에는 상기 확관부와의 결합부위에 상기 키홈에 대응하는 돌출부가 형성되어, 상기 직접회전부는 상기 키홈에 상기 돌출부를 결합시켜 상기 중공형 모터축과 회전 거동이 일체화될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 중공형 모터축의 확관부와 상기 직접회전부의 결합부 전후단에 장착되어 상기 직접회전부의 전후단을 지지하는 고정디스크;를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 모터장치의 무게와 회전관성이 저감되어 모터장치의 회전 에너지 손실이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 중공형 모터축을 확관시키는 데에 있어서 하이드로포밍법을 사용하여, 제작이 용이하고, 정밀한 제작이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 어댑터와 같은 별도의 부품을 필요로 하지 않고 모터축 자체로서 동일한 효과를 구성할 수 있어 조립공정이 단순해지고 모터장치의 제품 단가가 낮아지는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 모터 회전자를 부분 절개한 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 중공형 모터축의 사시도 및 단면 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터장치의 부분을 절개한 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 모터장치의 측단면도.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그리고, 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다", "가지다(갖다)" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 중공형 모터축에 대해 살펴본다. 여기서, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 중공형 모터축의 사시도이고, 도 3은 일측을 절단한 단면 사시도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 중공형 모터축(100)은 전방부(110)와 후방부(120) 및 상기 전방부(110)와 후방부(120)를 연결하는 확관부(130)를 포함한다.
상기 전방부(110)와 후방부(120)는 중공형 모터축(100)의 길이방향으로 전후방 각각의 영역으로서, 모터 본체의 내측에서 회동가능하도록 각각 지지될 수 있다. 즉, 전방부(110)와 후방부(120)는 모터 본체의 내부에서 외주면을 지지한 채로 중심을 회전축으로 하여 회동가능하도록 모터 본체의 내부에 설치될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 전방부(110)와 후방부(120)에는 모터축의 회전력을 유지하며 회전 위치를 고정시킬 수 있는 베어링(150)이 장착될 수 있다.
여기서, 전방부(110)의 전단부분은 회전동력을 외부에 전달할 수 있도록 모터 본체의 외부로 노출되어 기어나 바퀴 등의 외부요소와 연결될 수 있다.
상기 확관부(130)는 중공형 모터축(100)에서 전방부(110)와 후방부(120)에 연속되는 본 발명의 일 실시예에 의한 중공형 모터축(100)의 중간영역으로서, 전방부(110)와 후방부(120)를 연결하되 전방부(110)와 후방부(120)보다 확장된 직경을 가진다.
일 실시예에서, 전방부(110)와 후방부(120)의 직경은 동일할 수 있고, 확관부(130)는 전방부(110)와의 경계부터 후방부(120)와의 경계까지 동일한 직경으로 형성될 수 있다.
또한, 전방부(110) 및 후방부(120)로부터 확관부(130)로 전이되는 부분은 직경이 연속적으로 완만하게 확장될 수 있다. 이 경우는 전방부(110) 및 후방부(120)로부터 확관부(130)로 전이되는 부분이 수직으로 형성되는 경우보다 축방향으로 작용하는 횡압력에 대한 저항력이 더 강할 수 있다.
이러한, 확관부(130)는 직접회전부(220)의 중심에 결합되어 직접회전부(220)와 일체로 회전가능하다. 여기서, 직접회전부(220)는 코어 또는 마그네트로 구성될 수 있으며, 모터에 설치된 고정자(230)와의 전자기력에 의해 직접 회전하여 결합된 모터축을 회전시킬 수 있다. 또한, 직접회전부(220)는 본 발명의 일 실시예에 의한 중공형 모터축(100)이 설치되는 모터가 직류모터인 경우 코어와 코어에 권선된 코일로 구성될 수 있고, 교류모터인 경우에는 확관부(130)의 외주를 따라 복수개 구비되는 영구자석으로 구성될 수 있다.
한편, 일 실시예에서 확관부(130)는 중공축의 내부에 고압 유체를 작용하여 유체의 압력으로 성형하는 하이드로포밍법으로 형성될 수 있다. 하이드로포밍법을 사용하는 경우 확관부(130) 형성 공정이 단순해질 수 있으며, 확관부(130)가 축방향으로 동일한 직경을 가지도록 정밀하게 형성될 수 있다.
이때, 형성되는 확관부(130)의 직경은 본 발명의 일 실시예에 의한 중공형 모터축(100)이 설치되는 모터의 사양에 따라 설정될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 확관부(130)의 외주면에는 결합되는 직접회전부(220)와의 회전 거동이 일체화되도록 키가 결합가능한 키홈(132)이 형성될 수 있다.
여기서, 키홈(132)은 하이드로포밍법을 통해 형성된 확관부(130)의 외주면 일부를 절삭가공하여 형성시킬 수 있다.
그리고, 일 실시예에서, 확관부(130)의 전방에는 결합되는 직접회전부(220)의 축방향 결합위치가 고정되도록 직접회전부(220)의 전단을 지지할 수 있는 단턱(134)이 추가로 형성될 수 있다. 여기서, 단턱(134)은 직접회전부(220)를 안정적으로 지지할 수 있도록 확관부(130)의 외주 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.
다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 모터장치에 대해서 살펴본다. 여기서, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터장치의 부분을 절개한 사시도이고, 도 5는 측단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 모터장치(200)는 하우징(210), 중공형 모터축(100), 직접회전부(220) 및 고정자(230)를 포함하며, 중공형 모터축(100)에서 직접회전부(220)를 지지하는 고정디스크(240)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 하우징(210)은 모터의 외형을 구성하며, 전후측에는 모터축에 장착된 베어링(150)을 지지할 수 있는 구조가 구성될 수 있다. 또한, 하우징(210)의 정면에는 모터축의 전단부가 외부로 노출될 수 있도록 홀이 형성되어 있다.
또한, 상기 중공형 모터축(100)은 하우징(210)의 중심부에 회동가능하도록 설치될 수 있다. 여기서, 중공형 모터축(100)은 도 2 및 도 3에 도시된 중공형 모터축(100)과 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.
그리고, 상기 직접회전부(220)는 코어 또는 마그네트를 포함하여 구성되며, 중공형 모터축(100)의 확관부(130) 외주면에 고정결합될 수 있다.
여기서, 직접회전부(220)는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터장치(200)가 직류모터로 구성되는 경우 코일이 권선된 코어로 구성될 수 있으며, 코어는 철심 또는 복수개가 적층된 디스크형 전기강판으로 구성될 수 있다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 의한 모터장치(200)가 교류모터로 구성되는 경우에 직접회전부(220)는 일정반경을 가지고 일정한 간격으로 복수개가 배치되는 마그네트로 구성될 수 있다.
이러한 직접회전부(220)는 중공형 모터축(100)의 확관부(130)에 고정결합될 수 있는데, 이를 위해 직접회전부(220)에 형성된 중공부에 중공형 모터축(100)의 확관부(130)를 압입시키는 방법을 취할 수 있다.
또한, 확관부(130)의 외주면에는 직접회전부(220)와의 회전 거동이 일체화되도록 키가 결합가능한 키홈(132)이 형성될 수 있는데, 일 실시예에서, 상기 키홈(132)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 확관부(130)와 후방부(120)의 경계까지 연장 형성될 수 있고, 직접회전부(220)에는 확관부(130)와의 결합부위 즉 중공부 측벽에 상기 키홈(132)에 대응하는 돌출부가 형성될 수 있다. 여기서, 직접회전부(220)는 키홈(132)에 돌출부를 결합시켜 중공형 모터축(100)과 회전 거동이 일체화될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 중공형 모터축(100)과 직접회전부(220)와의 결합에 별도의 부품인 키를 필요로 하지 않아 조립공정이 단순화되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 일 실시예에서 상기 고정디스크(240)는 중공형 모터축(100)의 확관부(130)와 직접회전부(220)의 결합부 전후단 각각에 장착될 수 있다. 고정디스크(240)는 확관부(130)의 외주 직경에 대응하는 직경의 중심공이 형성되어 중심공에 확관부(130)를 관통 결합시킬 수 있다.
이러한 고정디스크(240)는 직접회전부(220)의 전후단에 고정적으로 장착되어 직접회전부(220)를 지지할 수 있다. 일 실시예에서, 전단의 고정디스크(240)는 확관부(130)에 형성되어 있는 단턱(134)에 의해 지지될 수 있고, 후단의 고정디스크(240)는 확관부(130)의 외주에 고정되는 별도의 스냅링(250)에 의해 지지될 수 있다.
여기서, 고정디스크(240)는 직접회전부(220)의 전후단 면을 덮도록 구성될 수 있고, 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 의한 모터장치(200)가 교류모터로 구성되어 직접회전부(220)가 마그네트로 구성된 경우에, 마그네트의 자속이 고정자(230) 이외의 부분으로 누설되는 것을 방지할 수도 있다.
다만, 직접회전부(220)의 측방향 고정 방법과 자속 누설 방지 방법은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 고정자(230)는 직접회전부(220)의 외주면과 이격되어 대향하며 하우징(210)의 내측면에 설치된다. 고정자(230)는 본 발명의 일 실시예에 의한 모터장치(200)가 직류모터로 구성되는 경우에 마그네트로 구성될 수 있고, 모터장치(200)가 교류모터로 구성되는 경우에는 코일로 구성될 수 있다.
이러한 모터장치(200)에서, 중공형 모터축(100) 및 직접회전부(220)를 포함하여 구성된 회전자와 고정자(230) 간의 전자기력에 의해 회전자가 회전하는 경우에 직경이 확장된 중공형 모터축(100)의 확관부(130) 내부는 공간으로 구성되어 있고, 확관부(130)의 외주면에 코어 또는 마그네트가 결합되므로 회전자 전체의 무게가 적어서 회전 관성모멘트가 감소될 수 있다. 이로써, 회전자의 회전 및 정지 구동에서 필요한 회전에너지의 손실이 감소될 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
100 : 중공형 모터축 110 : 전방부
120 : 후방부 130 : 확관부
132 : 키홈 134 : 단턱
150 : 베어링 200 : 모터장치
210 : 하우징 220 : 직접회전부
230 : 고정자 240 : 고정디스크
250 : 스냅링

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 코어 또는 마그네트로 구성되는 직접회전부의 중심에 결합되어 직접회전부와 일체로 회전가능하며 회전동력을 외부로 전달할 수 있는 중공형 모터축에 있어서,
    모터 본체의 내측에서 회전가능하도록 각각 지지되는 전방부와 후방부; 및
    상기 전방부와 후방부를 연결하되 상기 전방부와 후방부보다 확장된 직경을 가지며 직접회전부에 결합되는 확관부;
    를 포함하되,
    상기 확관부는 하이드로포밍법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 중공형 모터축.
  3. 코어 또는 마그네트로 구성되는 직접회전부의 중심에 결합되어 직접회전부와 일체로 회전가능하며 회전동력을 외부로 전달할 수 있는 중공형 모터축에 있어서,
    모터 본체의 내측에서 회전가능하도록 각각 지지되는 전방부와 후방부; 및
    상기 전방부와 후방부를 연결하되 상기 전방부와 후방부보다 확장된 직경을 가지며 직접회전부에 결합되는 확관부;
    를 포함하되,
    상기 확관부의 전방에는 결합되는 직접회전부의 축방향 결합위치가 고정되도록 직접회전부의 전단을 지지하는 단턱이 더 형성된 것을 특징으로 하는 중공형 모터축.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 확관부의 외주면에는 결합되는 직접회전부와의 회전 거동이 일체화되도록 키가 결합가능한 키홈이 형성된 것을 특징으로 하는 중공형 모터축.
  5. 하우징;
    상기 하우징의 중심부에 회동가능하도록 설치되는 제4항에 기재된 중공형 모터축;
    코어 또는 마그네트를 포함하여 구성되며, 상기 중공형 모터축의 확관부 외주면에 고정결합되는 직접회전부; 및
    상기 직접회전부의 외주면과 이격되어 대향하며 상기 하우징의 내측면에 설치되는 고정자;
    를 포함하는 모터장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 확관부의 외주면에 형성되는 상기 키홈은 상기 확관부와 후방부의 경계까지 연장 형성되고,
    상기 직접회전부에는 상기 확관부와의 결합부위에 상기 키홈에 대응하는 돌출부가 형성되어,
    상기 직접회전부는 상기 키홈에 상기 돌출부를 결합시켜 상기 중공형 모터축과 회전 거동이 일체화되는 것을 특징으로 하는 모터장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 중공형 모터축의 확관부와 상기 직접회전부의 결합부 전후단에 장착되어 상기 직접회전부의 전후단을 지지하는 고정디스크;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터장치.
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