KR101415059B1 - 모터, 모터의 제조방법 및 모터를 구비한 세탁기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 모터, 모터의 제조방법 및 모터를 구비한 세탁기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 모터는, 고정자와; 고정자와 공극을 두고 배치되고 고정자를 향해 돌출된 자극 중심과, 자극 중심으로부터 양 단부까지 고정자에 대해 각각 오목하게 형성되는 자극면을 가지는 복수의 자극부를 구비한 회전자를 포함하여 구성됨으로써, 영구자석의 자속밀도 분포를 정현적으로 할 수 있어 구동 시 진동 및 소음 발생을 억제할 수 있다. 또한, 영구자석의 사용량을 저감할 수 있으며, 제조공정을 단축하여 제조비용을 저감할 수 있다.

Description

모터, 모터의 제조방법 및 모터를 구비한 세탁기{ELECTRIC MOTOR, MANUFACTURING METHOD FOR ELECTRIC MOTOR AND WASHING MACHINE WITH ELECTRIC MOTOR}

본 발명은, 모터, 모터의 제조방법 및 모터를 구비한 세탁기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자속밀도 분포를 정현적으로 하여 진동 및 소음을 저감시킬 수 있도록 한 모터, 모터의 제조방법 및 모터를 구비한 세탁기에 관한 것이다.

도 1은 종래 모터의 일 예의 고정자 및 회전자의 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 회전자의 부분 평단면도이며, 도 3은 종래 모터의 다른 예의 회전자의 영구자석의 부분 평단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모터는, 고정자(10)와, 상기 고정자(10)와 소정의 공극(air gap)을 두고 배치되는 영구자석(30)을 가지는 회전자(20)를 구비하고 있다.

상기 고정자(10)는, 외측으로 돌출된 복수의 티스부(12)를 구비한 고정자코어(11)와, 상기 고정자코어(11)에 권선되는 고정자코일(13)을 구비한다. 상기 고정자(10)에는 상기 회전자(20)의 영구자석(30)의 회전 위치를 검출할 수 있도록 홀센서 등을 포함하여 구성되는 위치검출부(15)가 구비된다.

상기 회전자(20)는, 원통 형상의 회전자프레임(21)과, 상기 회전자프레임(21)의 내경면에 부착되는 영구자석(30)을 구비하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석(30)은 이방성(anisotropic) 자석인 페라이트(ferrite) 소결 자석 또는 네오디뮴(Nd) 소결 자석을 이용하여 동일한 두께를 가지도록 형성된다. 여기서, 상기 영구자석(30)은 원통 형상을 가지도록 형성하여 복수의 자극부를 구비하도록 착자되거나, 복수로 분할된 원호형상으로 형성되고 서로 다른 자극을 가지도록 착자되어 교호적으로 배치되는 복수의 세그먼트로 구성될 수 있다.

상기 회전자프레임(21)의 중앙에는 회전축(미도시)이 결합될 수 있도록 결합부(23)가 형성되어 있으며, 상기 결합부(23)의 주변에는 공기의 유동을 촉진시킬 수 있게 돌출 형성된 복수의 블레이드(25)가 구비된다.

그런데, 이러한 종래의 비엘디시 모터에 있어서는, 상기 영구자석(30)으로 이방성 자석을 이용하는 경우, 공극의 자속밀도 분포가 각 자극의 중심에서 피크값을 가지는 정현적인 분포를 이루도록 하는 데에는 한계가 있고, 이에 기인하여 진동 및 소음이 발생하게 된다고 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 고려하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 공극의 자속밀도 분포가 정현적인 분포를 이루도록 하기 위해, 중앙부가 고정자(10)를 향해 볼록하게 돌출되게 형상 가공된 영구자석(40)을 이용하는 방법이 있다. 이렇게 영구자석(40)의 각 자극부의 중앙부가 양 단부에 비해 고정자(10) 측으로 볼록하게 영구자석(40)을 형상 가공할 경우, 공수가 추가되어 제작시간이 연장될 뿐만 아니라 제조비용이 상승하게 된다고 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은, 영구자석의 자속밀도 분포를 정현적으로 할 수 있는 모터, 모터의 제조방법 및 모터를 구비한 세탁기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 구동 시 진동 및 소음 발생을 억제할 수 있는 모터, 모터의 제조방법 및 모터를 구비한 세탁기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 영구자석의 사용량을 저감할 수 있는 모터, 모터의 제조방법 및 모터를 구비한 세탁기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 제조공정을 단축하여 제조비용을 저감할 수 있는 모터, 모터의 제조방법 및 모터를 구비한 세탁기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 목적 달성을 위해, 고정자와; 상기 고정자와 공극을 두고 배치되고 상기 고정자를 향해 돌출된 자극 중심과, 상기 자극 중심으로부터 양 단부까지 상기 고정자에 대해 각각 오목하게 형성되는 자극면을 가지는 복수의 자극부를 구비한 회전자를; 포함하는 모터를 제공한다.

여기서, 상기 회전자는 상기 자극부를 지지하는 프레임을 더 포함할 수 있다.

상기 자극부는 상기 프레임의 내측에 배치되게 형성될 수 있다.

상기 자극부는 상기 프레임에 일체로 사출 성형될 수 있다.

상기 자극부는 원통형으로 형성될 수 있다.

상기 자극부는 네오디뮴 본드 자석으로 형성될 수 있다.

상기 각 자극면은 원호 형상의 단면을 가지게 형성될 수 있다.

상기 자극면과 상기 고정자 사이의 틈새가 작아지게 상기 자극면에 형성되는 충전부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 원형의 지지면을 구비하며 고정자에 대해 회전가능하게 배치되는 프레임을 마련하는 단계와; 상기 프레임의 지지면에 상기 고정자를 향해 돌출되는 자극 중심과 상기 자극 중심으로부터 양 단부까지 상기 고정자에 대해 오목하게 형성되는 자극면을 구비한 복수의 자극부를 형성하는 단계를; 포함하는 모터의 제조방법이 제공된다.

상기 프레임을 마련하는 단계에서, 상기 지지면은 상기 프레임의 내면에 형성될 수 있다.

상기 프레임을 마련하는 단계에서, 상기 지지면은 상기 프레임의 외면에 형성될 수 있다.

상기 자극부를 형성하는 단계 후, 상기 자극면과 상기 고정자 사이의 틈새가 작아지게 충전부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 상기 모터를 구비한 세탁기가 제공된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 각 자극의 중심이 고정자를 향해 돌출되고 자극의 중심에서 양 단부까지 고정자에 대해 오목한 자극면을 가지는 복수의 자극부를 구비함으로써 공극의 자속밀도를 정현적으로 할 수 있어 진동 및 소음 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 자극의 중심에서 양 단부까지 고정자에 대해 오목한 자극면을 가지는 자극부를 프레임에 일체로 사출성형함으로써, 제조공정을 단축할 수 있고 제작을 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 자극의 중심에서 양 단부까지 고정자에 대해 오목한 자극면을 가지는 자극부를 원통형으로 제작함으로써 제조가 용이하고 제조 공수 및 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 자극의 중심에서 양 단부까지 고정자에 대해 오목한 자극면이 원호 단면 형상을 가지도록 함으로써, 공극의 자속밀도를 더욱 정현파에 근접시킬 수 있어 진동 및 소음 발생을 현저하게 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 자극의 중심에서 양 단부까지 고정자에 대해 오목한 자극면을 가지는 자극부의 표면에 자극면과 고정자 사이의 공극이 작아지게 충전부를 형성함으로써 공기 유동 및 진동 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 구비한 세탁기의 단면도이고, 도 5는 도 4의 모터의 분리사시도이며, 도 6은 도 5의 결합상태의 평면도이고, 도 7은 도 6의 요부확대도이며, 도 8은 도 4의 모터와 종래 및 비교예의 모터의 각 공극의 자속밀도 분포의 프로파일을 비교 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 모터를 구비한 세탁기는, 캐비넷(110)과, 상기 캐비넷(110)의 내부에 설치되는 터브(121)와, 상기 터브(121)의 내부에 회전가능하게 수용되는 이너터브(131)와, 상기 터브(121)에 결합되어 상기 이너터브(131)를 회전시키는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터(140)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 캐비넷(110)의 전면에는 세탁물을 인입 또는 인출할 수 있게 개구(112) 및 도어(114)가 형성되어 있으며, 상기 캐비넷(110)의 내부에는 내부에 세탁수를 수용할 수 있게 터브(121)가 구비된다. 상기 터브(121)는 스프링(122) 및 댐퍼(124)에 의해 지지되며, 상기 터브(121)의 하부영역에는 배수펌프(127)를 구비한 배수유로(125)가 형성된다. 상기 터브(121)의 내부에는 회전이 가능하게 이너터브(131)가 설치되어 있으며, 상기 터브(121)의 후방 단부에는 상기 이너터브(131)를 회전시키는 모터(140)가 마련된다. 상기 모터(140)의 회전축(171)은 상기 터브(121)를 통과하여 상기 이너터브(131)의 후방 단부에 일체로 결합되어 있다.

상기 모터(140)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 고정자(141)와; 상기 고정자(141)와 공극(air gap)(G)을 두고 배치되고 상기 고정자(141)를 향해 돌출된 자극 중심(164a)과, 상기 자극 중심(164a)으로부터 자극의 양 단부(164b)까지 상기 고정자(141)에 대해 각각 오목하게 형성되는 자극면(164c)을 가지는 복수의 자극부(163)를 구비한 영구자석(161)을 가지는 회전자(151)를; 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 모터(140)는 상기 고정자(141)의 외 측에 상기 회전자(151)가 배치되어 회전하는 소위 아웃터 로터 타입 모터(outer rotor type motor)로 구성되어 있으나, 상기 회전자(151)가 상기 고정자(141)의 내측에 배치되어 회전되는 소위 이너 로터 타입 모터(inner rotor type motor)로 구성될 수도 있다.

상기 고정자(141)는, 반경방향을 따라 외측으로 돌출되고 둘레방향을 따라 서로 이격된 복수의 티스(144)를 구비한 고정자코어(143)와, 상기 고정자코어(143)에 권회되는 고정자코일(145)을 구비한다. 상기 고정자코어(143)는 전기강판을 절연 적층하여 형성되며, 상기 고정자코어(143)의 일 측에는 상기 회전자(151)의 위치를 검출할 수 있도록 위치검출부(147)가 구비된다.

상기 회전자(151)는, 일 측이 개방된 원통 형상의 프레임(153)과, 상기 프레임(153)에 고정 결합되는 영구자석(161)을 구비하고 있다. 상기 프레임(153)의 중심부에는 회전축(171)이 결합될 수 있도록 축결합부(157)가 형성되어 있으며, 상기 프레임(153)의 원통부의 내측에는 상기 영구자석(161)을 지지할 수 있도록 지지면(154)이 형성된다. 상기 프레임(153)에는 회전 시 공기 유동을 촉진시킬 수 있게 돌출된 복수의 블레이드(156)가 구비된다.

한편, 상기 영구자석(161)은 네오디뮴 본드 자석(Nd Bond Magnet)을 상기 프레임(153)에 인서트(insert) 사출 성형하여 제작될 수 있다. 이는 제조 공정을 단축하여 제조 비용을 저감시킬 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 상기 영구자석(161)은 원통 형상을 가지게 별도로 제작되어 상기 프레임(153)의 내면에 일체로 결합되게 구성할 수도 있다. 또한, 상기 영구자석(161)은 원주방향을 따라 서로 다른 자극(N,S)이 교호적으로 배치되게 복수의 자극부(163)를 가지도록 착자된다. 여기서, 상기 영구자석(161)은 원주방향을 따라 복수로 분할된 원호형상의 세그먼트(segments)로 구성될 수도 있다.

상기 영구자석(161)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 프레임(153)의 지지면(154)에 면접촉될 수 있게 상기 지지면(154)의 내경에 대응되는 외경(D)을 가진다. 상기 영구자석(161)의 각 자극부(163)는, 상기 고정자(141)를 향해 돌출된 자극의 중심(164a)과, 상기 자극의 중심(164a)에서 양 단부(164b)까지 상기 고정자(141)에 대해 각각 오목하게 형성되는 두 자극면(164c)을 구비한다. 여기서, 상기 각 자극면(164c)은 상기 자극의 중심(164a)에 대해 대칭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 각 자극면(164c)은 서로 동일한 반경(r1,r2)을 가지는 원호 단면 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 이는 공극(G)의 자속밀도 분포를 더욱 정현파 형상에 근접하게 할 수 있어 진동 및 소음 발생을 더욱 억제할 수 있도록 하기 위함이다. 상기 각 자극부(163)는 양 단부(164b)의 두께(t2)가 대략 1mm인 경우, 상기 자극의 중심(164a)의 두께(t1)는 대략 1.8mm 정도로 형성된다.

또한, 상기 각 자극부(163)는 동일한 자극의 중심(164a)의 두께(t1) 및 양 단부(164b)의 두께(t2)를 가지며 중앙이 고정자(141)측으로 돌출되게 볼록한 형상으로 가공된 비교예의 자극부(181)에 비해 재료(자석물질)의 소요량을 줄일 수 있다. 즉 본 발명의 각 자극부(163)는 반경 r3를 가지는 자극면을 구비한 비교예의 자극부(181)에 비해 빗금친 부분(183)만큼 재료 소요량을 저감할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 동일한 두께를 가지는 영구자석을 구비한 종래의 모터는, 상대적으로 구형(矩形)에 근접한 프로파일(C1)을 가진다. 그리고, 중앙이 볼록하게 돌출된 영구자석을 가지는 비교예의 모터는, 종래 모터의 프로파일(C1)에 비해 피크(peak)치가 약간 상승 되지만, 정현파 형상에는 근접하지 못한 프로파 일(C2)을 가진다. 한편, 본 발명의 모터(140)는, 종래의 모터 및 비교예의 모터의 프로파일들(C1,C2)에 비해 피크치가 더욱 상승되고 전반적으로 정현파에 가장 근접한 프로파일(C3)을 가짐을 알 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 고정자코일(145)에 전원이 인가되면 자기력이 발생되고, 고정자코일(145)에 의해 발생된 자기력은 영구자석(161)의 자기력과 상호 작용하여 회전자(151)는 회전축(171)을 중심으로 회전하게 된다. 이때, 상기 영구자석(161)은 상기 고정자(141)에 대해 오목한 두 자극면(164c)을 구비함으로써 정현파에 근접한 공극 자속 밀도 분포를 이루게 되어 진동 및 소음 발생이 억제되며 이에 의해 정숙한 운전이 가능하게 된다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 분리사시도이고, 도 10은 도 9의 결합상태의 부분 평면도이다. 전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 동일한 참조부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 모터(140)는, 고정자(141)와; 상기 고정자(141)와 공극을 두고 배치되고 상기 고정자(141)를 향해 돌출된 자극 중심(164a)과, 상기 자극 중심(164a)으로부터 양 단부까지 상기 고정자(141)에 대해 각각 오목하게 형성되는 자극면(164c)을 가지는 복수의 자극부(163)와, 상기 자극면(164c)과 상기 고정자(141) 사이의 틈새가 작아지게 상기 자극면(164c)에 형성되는 충전부(191)를 구비한 회전자(151)를 포함하여 구성된다.

상기 고정자(141)는, 고정자코어(143)와, 상기 고정자코어(143)에 권선되는 고정자코일(145)을 구비한다.

상기 회전자(151)는, 일 측이 개방된 원통형상의 프레임(153)과, 상기 프레임(153)의 내부에 결합되는 원통형상의 영구자석(161)을 구비하고 있다.

상기 영구자석(161)은 원주방향을 따라 분할되고 서로 다른 자극이 교호적으로 배치되게 형성되는 복수의 자극부(163)를 가진다.

상기 영구자석(161)의 각 자극부(163)는, 상기 고정자(141)를 향해 돌출되는 자극의 중심(164a)과, 상기 자극의 중심(164a)에서 양 단부(164b)까지 상기 고정자(141)에 대해 오목하게 형성되는 두 자극면(164c)을 구비한다.

한편, 상기 영구자석(161)에는 상기 각 자극부(163)의 자극면(164c)과 상기 고정자(141) 사이의 틈새(C)가 작아짐과 아울러 회전자(151)와 고정자(141) 사이의 공극(G)이 일정하게 형성되게 하는 충전부(191)가 형성되어 있다. 이는 상기 영구자석(161)의 회전 시 상기 자극면(164c)의 형상, 자극면(164c)과 고정자(141) 사이의 틈새(C)의 불균일 등에 의해 발생되는 공기의 유동 소음 및 진동을 효과적으로 억제할 수 있도록 하기 위함이다.

이러한 구성에 의하여, 고정자코일(145)에 전원이 인가되면 자기력이 발생되고, 상기 고정자코일(145)에 의해 발생된 자기력은 영구자석(161)의 자기력과 상호 작용하여 회전자(151)는 회전축(171)을 중심으로 회전하게 된다. 이때, 상기 영구자석(161)은 상기 고정자(141)에 대해 오목한 자극면(164c)을 가짐으로써 진동 및 소음 발생이 억제되며, 상기 충전부(191)는 공기 유동 소음 및 진동 발생을 억제하게 된다.

이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 하며, 또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.

도 1은 종래 모터의 일 예의 고정자 및 회전자의 분리 사시도,

도 2는 도 1의 회전자의 부분 평단면도,

도 3은 종래 모터의 다른 예의 회전자의 영구자석의 부분 평단면도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 구비한 세탁기의 단면도,

도 5는 도 4의 모터의 분리사시도,

도 6은 도 5의 결합상태의 평면도,

도 7은 도 6의 요부확대도,

도 8은 도 4의 모터와 종래 및 비교예의 모터의 각 공극의 자속밀도 분포의 프로파일을 비교 도시한 도면,

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 분리사시도,

도 10은 도 9의 결합상태의 부분 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 캐비넷 121 : 터브

131 : 이너터브 140 : 모터

141 : 고정자 143 : 고정자코어

145 : 고정자코일 151 : 회전자

153 : 프레임 161 : 영구자석

163 : 자극부 164a : 자극 중심

164b : 자극 양 단부 164c : 자극면

Claims (13)

1. 고정자와;

   원통형상을 구비하여 상기 고정자와 공극을 두고 반경방향을 따라 상기 고정자의 외측 또는 내측에 이격 배치되는 영구자석을 구비한 회전자를; 포함하고,

   상기 영구자석은, 상기 고정자를 향해 가장 돌출되고 상기 공극의 자속밀도가 주변에 비해 가장 높게 형성되는 자극 중심과, 상기 자극 중심으로부터 상기 회전자의 원주방향을 따라 양 단부까지 상기 고정자에 대해 각각 오목하게 형성되는 2개의 자극면을 각각 가지게 구성되는 복수의 자극부를 구비한 것을 특징으로 하는 모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 회전자는, 상기 자극부를 지지하는 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 자극부는 상기 프레임의 내측에 배치되게 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
4. 제2항에 있어서,

   상기 자극부는 상기 프레임에 일체로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 모터.
5. 제1항에 있어서,

   상기 자극부는, 원통형으로 일체로 형성되거나, 원주방향을 따라 분할되고 원통형상을 이루게 배치되는 복수의 세그먼트를 구비하게 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
6. 제1항에 있어서,

   상기 자극부는 네오디뮴 본드 자석으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각 자극면은 원호 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 모터.
8. 제7항에 있어서,

   상기 자극면과 상기 고정자 사이의 틈새가 작아지게 상기 자극면에 형성되는 충전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
9. 원형의 지지면을 구비하며 고정자에 대해 회전가능하게 배치되는 프레임을 마련하는 단계와;

   상기 고정자와 공극을 두고 반경방향을 따라 이격 배치되게 상기 프레임의 지지면에 상기 고정자를 향해 가장 돌출되고 상기 공극의 자속밀도가 주변에 비해 가장 높게 형성되는 자극 중심과 상기 자극 중심으로부터 원주방향을 따라 양 단부까지 상기 고정자에 대해 오목하게 형성되는 2개의 자극면을 각각 구비한 복수의 자극부를 구비한 영구자석을 형성하는 단계를;

   포함하는 모터의 제조방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 프레임을 마련하는 단계에서, 상기 지지면은 상기 프레임의 내면에 형성되는 것을 특징으로 하는 모터의 제조방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 프레임을 마련하는 단계에서, 상기 지지면은 상기 프레임의 외면에 형성되는 것을 특징으로 하는 모터의 제조방법.
12. 제10항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 자극부를 형성하는 단계 후, 상기 자극면과 상기 고정자 사이의 틈새가 작아지게 충전부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 제조방법.
13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 모터를 구비한 세탁기.

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