KR101448649B1 - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자의 구조를 개선하여 모터의 고속회전에 따른 신뢰성을 개선하고 효율을 높일 수 있는 모터를 개시한다.

본 발명에 따른 모터는 하우징과, 상기 하우징 내부에 안착되며 고정자 코일이 권선되는 복수개의 티스를 구비하는 고정자와, 상기 고정자의 내부에 수용되며 상기 티스와 자기 플럭스에 의하여 회전력을 발생시키며 리벳이 삽입되는 리벳홀이 마련된 회전자를 구비하는 모터에 있어서, 상기 회전자의 반지름에 대한 상기 회전자의 중심에서 상기 리벳홀의 중심까지 거리의 비를 L라고 할 때, 0.72 ≤L≤ 0.81을 만족한다.

모터, 고정자, 회전자, 리벳홀

Description

모터{MOTOR}

본 발명은 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전자의 구조를 개선하여 모터의 신뢰성 및 효율을 높일 수 있는 모터를 개시한다.

일반적으로 모터는 전기에너지를 기계에너지로 바꾸는 장치로서, 냉장고, 압축기 등과 같이 다양한 기계에 사용된다.

이러한 모터의 종류 중 하나로 브러쉬리스 모터가 있다.

일반적으로 브러쉬리스 모터는 모터에서 브러쉬와 정류자를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치하여 기계적 또는 전기적인 노이즈를 발생시키지 않을 뿐만 아니라 저속부터 고속까지 다양한 속도로 모터의 제어가 가능하다. 또한, 다극으로 회전토크가 안정적이며, 긴 수명을 가지는 장점을 가진다.

도 1 내지 도 2는 종래의 브러쉬리스 모터를 도시한 것으로서, 도 1은 종래의 브러쉬리스 모터의 종단면도이고, 도 2는 종래의 브러쉬리스 모터의 측단면도 및 자속을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 브러쉬리스 모터는 소정의 내부 공간을 갖는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 내부에 고정 결합되는 고정자(20)와, 상기 고 정자(20)의 내부에 회전 가능하도록 삽입되는 회전자(30)와, 상기 회전자(30)의 내부에 압입 고정되어 상기 회전자(30)와 함께 회전하는 회전축(미도시)을 구비한다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 고정자(20)는 내주면에 돌출 형성된 복수개의 티스(21)를 구비하고, 각 티스(21) 사이에 요홈지게 형성된 슬롯(22)이 형성되며, 상기 티스(21)의 내측 양단에 돌출 형성된 팁(23) 사이에 슬롯 개구부(24)가 형성된 고정자 코어(25)와, 상기 고정자 코어의 티스(21)에 권선되는 고정자 코일(26)로 구성된다.

상기 회전자(30)는 중심부에 회전축(40)을 압입 고정하기 위한 축공(31)을 구비하고, 상기 축공(31) 외측에 영구자석(50)을 고정하기 위한 자석 삽입공(32)이 원주 방향으로 4개가 형성된 회전자 코어(35)를 적층시키고 리벳팅 작업을 하게 된다.

리벳팅 작업을 하는 이유는 회전자 코어(35)를 결합시키는 동시에 밸런스 웨이트(미도시) 등을 고정하기 위함이다. 이와 같이 리벳팅 작업을 하기 위하여 회전자 코어(35)에는 리벳홀(37)이 마련된다.

이와 같은 리벳팅 작업을 하기 위해 회전자 코어(35)에 마련되는 리벳홀(37)의 크기 및 위치는 밸런스 웨이트와 회전자 코어(35)의 결착력 등을 고려하여 설계한다.

또한, 상기 리벳홀(37)의 설계시 모터 공극에서 발생하는 자속 밀도의 저하 및 회전자가 고속으로 회전할 때 발생할 수 있는 크랙 등과 같은 점을 고려하여야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 회전자의 구조를 변경하여 회전자의 고속회전시에도 회전자의 신뢰성을 보장할 수 있는 모터를 제공한다.

또한, 리벳홀이 회전자의 최적 위치에 마련되도록 하여 자속 밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있는 모터를 제공한다.

본 발명에 따른 모터는 하우징과, 상기 하우징 내부에 안착되며 고정자 코일이 권선되는 복수개의 티스를 구비하는 고정자와, 상기 고정자의 내부에 수용되며 상기 티스와 자기 플럭스에 의하여 회전력을 발생시키며 리벳이 삽입되는 리벳홀이 마련된 회전자를 구비하는 모터에 있어서, 상기 회전자의 반지름에 대한 상기 회전자의 중심에서 상기 리벳홀의 중심까지 거리의 비를 L이라고 할 때, 0.72 ≤L≤ 0.81을 만족한다.

또한, 상기 리벳홀은 상기 회전자의 원주방향으로 분산 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전자가 4극을 갖도록 상기 자석 삽입공은 4개로 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하나의 자석 삽입공에는 2개의 영구자석이 삽입되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 리벳홀은 상기 자석 삽입공을 기준으로 상기 회전자의 가장자리 측에 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 리벳홀은 4개로 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 모터에 의하면 회전자의 구조, 특히 리벳홀이 최적의 위치에 구비되도록 함으로써 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 리벳홀이 최적의 위치에 구비되도록 함으로써 모터의 신뢰성을 확보할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 모터에 대해 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모터는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 내부에 고정 결합되는 고정자(200)와, 상기 고정자(200)의 내부에 회전 가능하도록 삽입되는 회전자(300)와, 상기 회전자(300)의 내부에 압입 고정됨과 아울러 회전자(300)의 회전력을 외부로 전달하는 회전축(미도시)을 구비한다.

고정자(200)는 고정자 코어(210)와 티스(211)를 포함하여 이루어진다.

상기 고정자 코어(210)는 도시된 바와 같이 환형으로 이루어질 수 있으며, 자로를 형성하게 된다. 그리고, 상기 티스(211)는 상기 고정자 코어(210)의 반경 방향으로 돌출되며, 상기 티스(211)에 고정자 코일(220)이 권선된다. 도시된 모터는 일례로 고정자 코어(210)의 내부에 회전자(300)가 위치하는 타입의 모터이므로, 상기 티스(211)는 상기 고정자 코어(210)의 반경 방향 내측으로 돌출되어 형성된다.

상기 고정자 코어(210)는 단위 고정자 코어를 적층하여 형성될 수 있다. 얇은 단위 고정자 코어를 복수 개 적층하여 소정 높이를 갖는 고정자 코어(210)를 형성할 수 있다.

이러한 적층 형태로 고정자 코어(210)를 형성하는 경우 상기 단위 고정자 코어들을 일체로 결합시킬 필요가 있다. 따라서, 이러한 단위 고정자 코어들을 결합시키기 위한 코킹(caulking)부(미도시)가 필요하다. 이러한 코킹부는 고정자 코어(210)의 상, 하부를 관통하여 형성되는 것이 바람직하다.

상기 고정자 코일(220)은 상기 티스(211)에 분산권으로 권선된다. 이때 고정자(200)는 4개의 극을 가져 4개의 자속 경로를 형성하도록 권선된다. 즉, 환형을 이루는 복수개의 티스(211)를 4등분하여 하나의 등분이 하나의 극을 가지도록 고정자 코일(220)이 권선된다.

상기 티스(211)에 권선되는 고정자 코일(220)에 전원이 인가되면, 하나의 극과 이웃하는 극에는 각각 N극과 S극의 자극이 교대로 형성된다. 이때, 티스(211)를 중심으로 자극이 형성되는데, 상기 티스(211)와 티스(211) 사이의 거리가 멀어질수록 누설되는 자속이 증가한다. 따라서, 누설 자속을 최소화하기 위하여 상기 티스(211)의 선단부에는 마주보는 회전자(300)의 외주면과 부합되도록 양측 원주 방향으로 일정 길이 연장되도록 폴슈(212)가 형성되는 것이 바람직하다. 이를 통해 이웃하는 티스(211) 사이에 발생하는 누설 자속을 최소화할 수 있다.

상기와 같이 형성된 고정자(200)를 하우징(100)에 고정시키기 위해 상기 고정자(200)는 복수개의 고정부(250)를 구비한다. 상기 각 고정부(250)는 서로 90° 간격을 가지도록 형성될 수 있다. 그리고 각 고정부(250) 사이에는 냉매와 같은 유체가 순환할 수 있도록 에어갭(260)이 형성된다.

도 4는 도 3에서 회전자를 확대하여 나타낸 도면이다.

상기 회전자(300)는 중심부에 회전축을 압입 고정하기 위한 축공(301) 및 상기 축공(301) 외측에 각각 2개의 영구자석(350)이 삽입되는 4개의 'V'자 형상의 자석 삽입공(302)이 원주 방향을 따라 마련된 회전자 코어(303)를 적층하여 형성된다.

서로 이웃하는 자석 삽입공(302)에 삽입되는 영구자석(350)끼리는 서로 다른 극성을 갖고, 서로 마주보는 자석 삽입공(302)에 삽입되는 영구자석(350)끼리는 서로 동일한 극성을 갖는다.

자석 삽입공(302)에 삽입되는 영구자석(350)의 외측 단부에 대응하는 부분에 형성된 호를 제 1곡선부(310)라하고, 자석 삽입공(302)에 삽입되는 영구자석(350)의 내측 단부에 대응하는 부분에 형성된 호를 제 2곡선부(320)라고 정의한다.

이때, 제 1곡선부(310)의 곡률 반경은 제 2곡선부(320)의 곡률 반경보다 크게 형성된다. 그리고, 제 1곡선부(310)의 길이는 제 2곡선부(320)의 길이보다 길게 형성된다.

이와 같이 제 1곡선부(310)를 형성하는 이유는 회전자(300)가 회전할 때 자극이 바뀌는 부분에서 극격한 자극의 변화로 인해 회전자(300)와 회전축에서 발생 하는 코깅 토크나 토크 리플을 감소시키기 위함이다.

상기 회전자(300)가 회전자 코어(303)를 적층하여 형성하는데, 적층된 회전자 코어(303)를 일체화시키고 밸런스 웨이트(미도시) 등을 고정하기 위한 리벳이 삽입되는 리벳홀(330)을 구비한다.

상기 리벳홀(330)은 상기 회전자(300)의 원주방향으로 분산되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 리벳홀(330)이 회전자 코어(303)에서 분산 배치되므로 자속의 누설을 최소화할 수 있다

그리고, 상기 리벳홀(330)은 상기 자석 삽입공(302)을 기준으로 회전자(300)의 가장자리 측에 구비되는 것이 바람직하다.

도 5는 도 4에 도시된 회전자를 채용한 모터에서 발생하는 자기 플럭스를 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이 제 1곡선부(310)와 고정자(200) 사이의 공극(A)에 형성된 자기 플럭스의 밀도는 제 2곡선부(320)와 고정자(200) 사이의 공극(B)에 형성된 자기 플럭스의 밀도보다 낮은 것을 알 수 있다.

그리고, 상기 리벳홀(330) 주위에는 자속이 누설되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명인은 상기 리벳홀(330) 주위에 자속이 누설되므로, 리벳홀(330)의 위치가 중요하다는 점에 착안하여 상기 회전자(300)의 반지름(L1)에 대한 상기 회전자(300)의 중심(O)에서 상기 리벳홀(330)의 중심까지 거리(L2)의 비를 L이라 할 때, 상기 L값의 변화에 따른 자속 밀도 및 회전자에 발생하는 응력에 관하여 실험을 하였다.

도 6은 L의 변화에 따른 모터 공극에서 자속 밀도의 변화를 도시한 것이고, 도 7은 L의 변화에 따라 회전자에 발생하는 응력의 변화를 도시한 것이다.

도 6에서 종래의 모터 공극에서 발생하는 자속 밀도를 1로 하였을 때, 본 발명에 따른 모터에서 L의 변화에 따라 모터 공극에서 발생하는 자속 밀도가 1보다 큰 범위의 L값을 구하였다.

도 6에 도시된 바와 같이, L값의 변화에 따라 종래의 모터보다 모터 공극에서 발생하는 자속 밀도가 큰 구간은 0.72에서 0.90이라는 것을 알 수 있다.

도 7에서는 회전자(300)가 고속으로 회전할 때 회전자가 견딜 수 있는 응력의 2.5배의 안전율을 곱한 기준 응력을 94Mpa로 설정하고, L의 변화에 따라 회전자(300)에 발생하는 응력을 측정하였다.

도 7에 도시된 바와 같이 회전자(300)에 발생하는 응력이 기준 응력보다 적은 L의 범위는 0.69에서 0.81이라는 것을 알 수 있다.

따라서, 종래의 모터에 비해 공극에서의 자속 밀도가 증가하고, 2.5배의 안전율이 적용된 기준 응력보다 회전자(300)에 발생하는 응력이 작은 L의 범위는 0.72이상, 0.81이하인 것을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예 따른 모터에서는 리벳홀이 회전자의 최적 위치에 구비되도록 함으로써 모터의 효율을 향상시킬 수 있음과 동시에 모터의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

도 1은 종래 모터의 종단면도.

도 2는 도 1에 도시된 모터의 횡단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 횡단면도.

도 4는 도 3에서 회전자를 확대하여 도시한 확대도.

도 5는 도 3에 도시된 모터에 발생하는 자기 플럭스를 나타낸 도면.

도 6은 L값의 변화에 따른 모터 공극에서의 자속 밀도를 나타낸 도면.

도 7은 L값의 변화에 따른 회전자에서의 응력을 나타낸 도면.

** 도면의 주요 부분에 대한 설명 **

100: 하우징 200: 고정자

300: 회전자 330: 리벳홀

Claims (6)

1. 하우징과,

   상기 하우징 내부에 안착되며 고정자 코일이 권선되는 복수개의 티스를 구비하는 고정자와,

   상기 고정자의 내부에 수용되며 상기 티스와 자기 플럭스에 의하여 회전력을 발생시키며 리벳이 삽입되는 리벳홀이 마련된 회전자를 구비하는 모터에 있어서,

   상기 회전자의 반지름에 대한 상기 회전자의 중심에서 상기 리벳홀의 중심까지 거리의 비를 L이라고 할 때,

   0.72 ≤L≤ 0.81을 만족하는 것을 특징으로 하는 모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 리벳홀은 상기 회전자의 원주방향으로 분산 배치되는 것을 특징으로 하는 모터.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 회전자가 4극을 갖도록 상기 자석 삽입공은 4개로 구비되는 것을 특징으로 하는 모터.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 하나의 자석 삽입공에는 2개의 영구자석이 삽입되는 것을 특징으로 하는 모터.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 리벳홀은 상기 자석 삽입공을 기준으로 상기 회전자의 가장자리 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 모터.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 리벳홀은 4개로 구비되는 것을 특징으로 하는 모터.

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