KR101338119B1 - 다극 바이패스 디스크 모터. - Google Patents

Abstract

본 발명은 다극 바이패스 디스크 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자속 통로인 자석코어와 자력의 바이패스를 위한 자력 바이패스 코어를 통하여 자석코어의 자력이 가감되는 효과로 적은 전기에너지로 모터를 효과적으로 구동할 수 있는 고효율의 모터를 발명하게 되었다.
모터의 구동과 동시에 코어리스 본딩 코일의 발전코일이 내장되어 발전 효과를 동시에 얻을 수 있게 되어 경제적인 동력을 얻을 수 있도록 하였다.

Description

다극 바이패스 디스크 모터.{ multipolar bypass disk moter.}

본 발명은 모터에 관한 것으로 영구자석을 이용한 DC모터에 관한 것으로 특히 바이패스 디스크 모터에 관한 것이다.

지금까지의 PMDC 모터는 대부분 소형으로 제작 되었으며, 효율은 50％내외이다. 코어리스모터의 경우에는 80％정도의 효율을 내지만 대형은 어렵고 소형에 집중되어 있는 실정이다.

브러시 타입에서 브러시리스(BLDC) 모터로 바뀌어 가고 있으며, 코어리스모터를 지향하여 효율을 올리고자 하지만 한계에 부딪치고 있다.

선행기술인 영구자석 바이패스 디스크 모터(공개특허 10-2011-0031573, 이하 "선행기술"이라 함.)에서, 자석코어와 바이패스 코어를 만들어서 자력을 바이패스 시켜 폐자로를 형성하고, 바이패스 코어에 진입한 자석코어의 자력이 감소되게 하여,

뒤따르는 코어에서 밀고 들어오는 살아있는 자석코어에 의하여, 선행자석 코어의 이탈을 쉽게 하여 모터의 효율을 높일 수 있도록 하고 있으나 그 구조상 코킹 현상이 발생하는 등 운전이 부드럽지 못하고, 모터의 제작, 조립에 어려운 문제점이 노출 되고 있다.

본 발명에서는 "선행기술"의 바이패스코어와 스테이터 코어, 자석코어의 구조를 개선하고 보완하여, 영구자석을 이용한 모터의 효율을 높이고, 겸하여 발전이 가능하며, 손쉽게 대형화가 가능한 다극 바이패스 디스크 모터의 발명을 개시 하고자 한다.

영구자석 바이패스 디스크 모터 (공개특허 10-2011-0031573)

본 발명에서는 자력이 자석코어와 바이패스코어를 통하여 폐자로가 형성되고, 자력이 바이패스 되어 자석코어의 자력이 감소 되도록 하는 자석코어와 바이패스코어, 스테이터 코어의 구조를 개선하여 효율을 높이고 생산과 조립이 쉽게 하여 생산성과 효율 향상에 도움이 되도록 하고자 한다.

"선행기술"의 스테이터 코어에 대응하는 자석코어의 극수를 본 발명에서는 두 배로 늘려서 효율을 배가 하며, 동시에 발전 효율도 향상 되도록 한다.

본 발명에서는 바이패스코어를 선행기술과 달리 그 위치와 구조를 달리한다.

"선행기술"에서는 바이패스코어를 회전자의 하우징과 고정자의 내부끝단의 2곳에 배치하고 있다. 자석코어의 자력을 바이패스 시키기 위하여 자석코어의 끝부분이 하우징 쪽의 a바이패스코어에 직각으로 정밀하게 밀착 되어야 하므로 회전자의 끝 부분을 감싸는 마감을 못하게 되어, 자석코어의 고정접착과 정밀한 제작이 어렵게 된다. 중심축의 영점을 맞추기도 여간 어려운 문제가 아니다.

내부의 바이패스코어도 회전자의 자석코어 밑으로 홈을 만들어야 하는 문제가 있으며 이는 정밀가공과 조립에 많은 도전이 되고 있다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 외부 a바이패스코어를 수지판 고정자의 외측에 링과 같은 원형의 형태로 접착하고, 내측의 b바이패스코어도 수지판 고정자 내측에 링과 같은 원형의 형태로 삽입 접착하도록 하였다.

회전자 자석코어의 외측 끝단을 회전자 베이스 내부에 삽입하게 되어 자석코어의 고정과 접착이 쉬워지고 가공조립도 편리해 진다. "선행기술"과 같은 자석코어를 위한 복잡한 내측의 홈파기도 필요가 없게 된다.

자석코어 극의 숫자를 "선행기술"의 스테이터 코어에 대한 비율보다 2배 다극으로 늘려서 출력과 효율, 발전 효과까지 올리게 한다. 자석코어의 극수가 증가함으로 인하여 스테이터 코어의 1/2행정에만 전기를 사용하게 되므로 권선코일에 흐르는 전기 에너지의 양을 줄이게 되어 효율을 배가 시킬 수 있게 된다.

a . b바이패스코어는 링 형태로 둥글게 만들고 자석코어와 접촉되는 부분만 돌출되게 하여 가공과 조립을 쉽게 하고 운전 및 제어에 필요한 전기 및 신호선의 배선 홈을 만든다.

부드러운 운전을 위하여 바이패스코어의 돌출된 접촉부를 예각으로 만들어서 회전자의 회전 시에 코킹 현상이 발생하는 것을 막도록 한다.

자석코어에의 순철판은 자력의 맴돌이를 막기 위하여 실선으로 컷팅하여 자력의 바이패스와 효율을 높이도록 한다.

본 발명에 의하여 다극 바이패스 디스크 모터의 가공이 쉬워지고, 조립도 손쉽게 되어 생산성 향상과 생산비의 감소 효과가 있게 되며 모터의 효율이 증가 하게 되어 효율 좋은 모터를 제공 하게 된다.

도 1. 다극 바이패스 디스크 모터의 측 단면도.
도 1-1. 자력바이패스 회로도.
도 2. 모터 고정자의 바이패스코어와 수지판 구조도.
도 3. 바이패스 코어의 구조 및 배선 홈.
도 4. 고정자 수지판 의 스테이터 코어, 발전코일, 홀소자의 배치 구조도.
도 5. 회전자의 다극 자석배열 및 냉각 홀 배치도.
도 6. 회전자의 다극 자석코어의 결합 배치도.
도 7. 자석코어의 구조도.
도 8. 스테이터 코어의 코킹 방지구조.
도 9. 발전코일의 구조도.

본 발명을 첨부된 도면을 사용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 "다극 바이패스 모터"(이하 "다극 모터"라 함)의 측 단면도이다.

모터는 회전자(200)와 고정자수지판(300)으로 구성되고 여기에 자력의 바이패스를 위하여 a바이패스코어(103)와 b바이패스코어(104)가 구비되는데, 먼저 조립방법에 대하여 살펴보기로 한다.

1. 회전자(200)의 조립을 위하여 회전축(500)에 선행회전자(200)와 후속 회전자(200)와의 간극제어를 위한 고정 링(502)을, a바이패스코어(103)와 두께가 같도록 만들어야 한다.

2. 회전자(200)는 회전축(500) 키홈(501)에 맞춰 삽입하고, 고정링(502)과 볼트(503)로 회전자(200)를 회전축(500)에 단단히 고정한다.

3. 고정자수지판(300)은 전류와 자력이 흐르지 않는 수지판으로 만들고, 도2와 같이, a바이패스코어(103), 스테이터 코어(301.)와 발전코일(305), b바이패스코어(104) 등을 조립한 상태로 볼트(102)로 하우징(100)에 고정한다. a, b 바이패스코어(103, 104)는 도2와 같이 자력의 흐름이 좋은 순철이나 규소강판으로 만든다.

적층하는...N개의 2차 디스크 세트는 위의 순서대로 필요한 만큼 적층한다.

위와 같이 조립하면, 도 1-1과 같이 회전자(200)의 자력이 자석코어(400)의 상하부에서 a, b바이패스코어(103, 104)를 통하여 회전자(200) 자석코어(400)로 바이패스 되면서 폐자로를 형성하게 되어 스테이터코어(302)에 미치는 자석코어(400)의 자력이 감소하게 된다.

뒤에 흡인되어 오는 자석코어(400)는 바이패스코어 접촉부(103-1, 104-1)의 위치에 있지 않기 때문에 자력이 감소되지 않은 살아있는 자력에 의하여 규소강판의 스테이터코어(301)에 강하게 흡인되어 들어오게 되고, 자력이 감소된 선행 자석코어(400)가 쉽게 이탈 하면서 회전하도록 하여, 전기에너지의 소모를 줄이고 효율을 높이게 된다.

자석코어(400)와 a, b바이패스코어(103, 104) 코어접촉부(103-1, 104-1)는 스테이터코어(302)와 자석코어(400) 사이보다 공극이 미세하게 해야만 자력의 바이패스 효과가 크다.

이러한 구조(도 2와 같은 구조)는 "선행기술"의 자석코어 상하 끝 측면을 통하여 바이패스 되는 것과 달리 옆면을 이용하여 바이패스를 이루는 효과를 얻기 때문에, 가공과 조립이 쉬워지고 생산비 절감과 효율 증대를 가져오게 된다.

도 2는 바이패스코어와 고정자의 구조도이다. 하우징(100)은 탄소강관으로 제작하며, 외측으로 전기선(103-2)과 신호선을 인출하기 위한 배선구(101)가 구비되고, a바이패스코어(103)를 고정하기 위한 다수의 고정 홈과 볼트(102)가 구비된다.

도 3은 바이패스코어의 구조도이다.

a, b바이패스코어(103. 104)에는 자력의 바이패스를 위한 돌출한 코어접촉부(103-1, 104-1)가 형성된다. 코어접촉부(103-1,104-1)의 양쪽 끝부분(103-3)은 자석코어(400)의 회전 시에 발생하는 코킹현상을 줄이기 위하여 예각으로 가공한다.

구동코일(302)과 홀소자(303)의 신호선을 위한 배선 홈(103-2)을 a바이패스코어(103)에 앞뒤로 만든다. 발전코일(305)을 위한 배선은 뒷면의 배선홈(103-2)을 이용한다. 발전코일(305)은 교류이고, 신호선과 구동코일(302)에는 직류가 흐르기 때문에 간섭을 막기 위하여 배선 홈(103-2)을 구분해서 사용하여야 한다.

도 4는 고정자수지판(300)의 구조도이다.

고정자수지판(300)은 고정자의 베이스로 사용한다. 비철금속 등은 자석이 회전할 때에 유도 자장이 발생하여 회전을 방해하게 되므로 고밀도 수지판을 사용하여야 한다.

고정자수지판(300)에는 스테이터코어(301)가 구비되고, 스테이터코어(301)에는 구동코일(302)이 감겨서 홀소자(303)의 신호에 의하여 대응하는 전류를 흐르게 하여 운전을 제어할 수 있도록 한다.

스테이터코어(301)는 규소강판으로 적층하여 만들고, 회전자의 회전 시에 발생하는 코킹현상을 줄이기 위하여, 스테이터코어(301)의 측면날개(304)부분을 자석코어(400)의 크기보다 경사지게 약간 키워서, 회전시에 자석코어(400)와 대응하는 스테이터코어(301)의 코킹현상을 줄이고 운전을 부드럽게 만든다.

고정자수지판(300)에는 스테이터코어(301)와 스테이터코어(301)사이에 발전코일(305)을 구비한다. 발전코일(305)은 철심코어가 없는 코어리스 본딩 코일을 사용해야 한다. 철심코어가 있으면 자석의 회전 시에 부하가 걸리게 되어 효율이 떨어진다. 코어리스 본딩 코일을 사용하면 쿨롱의 법칙(코일은 자력이 멀리 있으면 인력이 발생하고, 가까이 오면 척력이 발생한다)에 의하여 저부하의 운전이 가능해진다.

단, 코어리스 본딩 코일을 발전코일(305)로 사용하기 위해서는 감긴 코일의 두께가 얇아야 한다. 두꺼워서 자속의 흐름이 나빠지면 발전효율이 나빠진다.

모터의 회전 시에 발생한 전기는 교류로 발전이 되므로 다이오드로 정류하고, 배터리에 축전하여 DC로 운전에 사용하도록 하고 부족한 전기는 예비 배터리나 일반전기를 사용하도록 한다.

모터의 회전을 제어하기 위하여 홀소자(303)를 사용한다. BLDC 모터에 흔히 사용하는 바이폴로(bipolar) 홀소자로 자석의 N, S극을 구분하는 신호에 따라서, 대응하는 전류를 구동코일(302)에 흘려서 속도의 증감이나 브레이크 등의 운전을 제어하도록 한다.

도 5는 회전자의 구조도이다. 베이스는 알루미늄 같은 비철금속을 사용 하도록 한다. 본 발명에서는 "선행기술"과 달리 자석을 베이스 안에 자석코어(400)가 들어가도록 자석코어(400)와 같은 크기의 구멍을 뚫고 도 7과 같이 자석(401)을 양쪽으로 순철이나 적층 규소강판(402)으로 감싸고 접착한 자석코어(400)를 삽입하여 접착하도록 한다.

"선행기술"에서는 회전자((200) 베이스의 끝부분이 개방된 상태로 제작되어 자석코어(400)의 고정이 어려운 문제가 있었다. 자극의 배열을 스테이터코어(3010)에 대한 비율보다, "선행기술"에 비하여 2배 많은 다극으로 도 5와 같이 N, S극을 교차 배열하도록 한다.

자석코어(400)에 자석을 감싸고 접착되어 사용하는 순철판(402)은 효과적인 자력의 바이패스를 위하여, 자속의 맴돌이를 막도록 하기 위하여 도 7의 402-1과 같이, 순철판을 실선으로 컷팅 하여 사용하도록 한다. 양쪽 끝단은 일정 크기로 남겨서 자속이 모여 흐르도록 할 수도 있다.

자석코어(400)는 도 7과 같이 자석을 순철판(402)이나 규소강판으로 양쪽으로 감싸고 접착하여 자석코어(400)를 형성한다. 제작된 자석코어(400)는 도 6과 같이 다극으로 회전자(200)베이스에 삽입하여 배열한다.

회전자(200)에는 냉각을 위한 다수의 통풍구(202)를 가진다. 통풍구는 팬과 같은 빗살을 만들어 회전 시에 통풍이 되도록 하여 모터의 냉각을 돕도록 한다.

Claims (4)

1. A, B 바이패스코어를 원형의 링 형태로 제작하고 바이패스코어 접촉부를 돌출되게 하고, 접촉부의 시작과 끝부분을 예각으로 만들어서 코킹현상을 줄이도록 하고, A바이패스코어에 배선 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 다극 바이패스디스크 모터.
2. 원형으로 된 수지판 고정자에, 예각으로 돌출된 접촉부가 형성된 순철로 제작된 링 형태의 A, B바이패스코어가 수지판 고정자의 외측과 내측에 본드나 볼트 등으로 접착 결합되어, 회전자의 회전 시에 회전자 자석코어의 자력이 스테이터코어에 작용하는 자력을 감소시키기 위하여, 측면으로 자력이 바이패스 되도록 배치된 것을 특징으로 하는 다극바이패스 디스크 모터.
3. 링 형태의 A,B바이패스코어 대신에 고정자 수지판 베이스에, 바이패스코어접촉부의 위치에 돌출된 바이패스코어접촉부와 같은 크기의 구멍을 뚫고 바이패스코어접촉부를 삽입하고 고정되어 접착되는 구조로 만들 수 있으며, 자석코어의 자석을 감싸고 접착된 순철판에 바이패스자력의 맴돌이를 막기 위한 컷팅된 실선이 있는 것을 특징으로 하는 다극 바이패스 디스크 모터.
4. 회전자의 자석코어 측면에서 A, B 바이패스코어를 통하여 다른 회전자의 측면 자석코어로 자력이 바이패스 되어 폐자로를 형성하는 것을 특징으로 하는 다극 바이패스 디스크 모터.

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