KR101679511B1

KR101679511B1 - 로터 코어의 적층 구조

Info

Publication number: KR101679511B1
Application number: KR1020150065109A
Authority: KR
Inventors: 장정철; 이지민; 김남종
Original assignee: 뉴모텍(주)
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2016-11-24
Also published as: KR20160132512A; US20180048200A1; US10811918B2; CN107735924A; WO2016182117A1

Abstract

본 발명은 스포크형 영구자석 모터에서 누설자속을 최소화하기 위한 로터 코어의 적층 구조에 관한 것으로, 중심부에 샤프트 관통홀을 갖는 환형 형상의 베이스; 상기 베이스의 원주 방향을 따라 배열되고 마그넷을 수용하기 위한 복수의 마그넷 삽입부를 형성하도록 서로 이격되어 배치되는 복수의 요크; 및 상기 베이스와 각각의 요크를 연결하는 복수의 브릿지;를 포함하는 제1 코어 낱장을 적층하여 형성된 제1 코어층과, 상기 제1 코어 낱장에서 상기 베이스와 브릿지가 제거된 상태로 복수의 요크만을 포함하는 제2 코어 낱장을 적층하여 형성된 제2 코어층이 교대로 적층되어 형성됨으로써, 모터의 출력을 높이고 무게를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

Description

로터 코어의 적층 구조{LAMINATED STRUCTURE OF ROTOR CORE}

본 발명은 스포크형 영구자석 모터에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 스포크형 영구자석 모터에서 누설자속을 최소화하기 위한 로터 코어의 적층 구조에 관한 것이다.

모터는 전기에너지로부터 회전력을 얻는 기계로서, 스테이터와 로터를 구비한다. 로터는 스테이터와 전자기적으로 상호 작용하도록 구성되고, 자기장과 코일에 흐르는 전류 사이에서 작용하는 힘에 의해 회전한다.

자계를 발생시키기 위해 영구자석을 사용하는 영구자석 모터는 표면 부착형 영구자석 모터표면 부착형 영구자석 모터(surface mounted permanent magnet motor), 매입형 영구자석 모터(interior type permanent magnet motor)로 구분될 수 있다.

특히, 매입형 영구자석 모터의 한 형태로서, 스포크형 영구자석 모터(spoke type permanent magnet motor)는 구조적으로 자속 집중도가 높기 때문에 고 토크, 고 출력을 발생시킬 수 있으며, 동일 출력에 대해 모터를 소형화할 수 있다는 장점을 가지기 때문에 고 토크, 고 출력 특성이 요구되는 세탁기나 전기자동차 등의 구동모터에 적용될 수 있다.

일반적으로 스포크형 영구자석 모터의 로터(rotor)는 한국 공개특허 제10-2013-0085336호에서 개시되어 있는 바와 같이, 샤프트(shaft)를 중심으로 방사 형태로 배치되는 마그넷(magnet)과, 마그넷들을 지지하고 자속의 통로를 형성되도록 마련되는 로터 코어(rotor core)를 구비한다. 로터 코어는 각 마그넷들 사이에 배치되는 요크(yoke)들과, 샤프트와 마그넷들 사이에서 위치하고 각 요크들과 연결되는 원통형 베이스(base)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 이와 같은 종래의 스포크형 영구자석 모터에서는 자속의 일부가 로터 코어의 베이스를 통해 샤프트 쪽으로 누설될 수 있는데, 이러한 누설자속이 증가하면 출력은 떨어 질수 밖에 없고, 동일 출력의 모터에 비하여 영구자석의 사용량이 증가하므로 재료비나 모터의 소형화 측면에서 불리하게 된다.

이에 본 발명자들은 위와 같은 실정을 감안하여 누설자속을 최소화할 수 있는 로터 코어의 적층구조를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 마그넷의 누설자속을 최소화하여 출력이 향상된 로터 코어의 적층구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 로터 코어의 지지돌기를 최소화하여 출력이 향상된 로터 코어의 적층구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 내재되어 있는 목적은 아래에서 설명하는 본 발명에 의하여 모두 용이하게 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 로터 코어의 적층구조는

중심부에 샤프트 관통홀을 갖는 환형 형상의 베이스;

상기 베이스의 원주 방향을 따라 배열되고 마그넷을 수용하기 위한 복수의 마그넷 삽입부를 형성하도록 서로 이격되어 배치되는 복수의 요크; 및

상기 베이스와 각각의 요크를 연결하는 복수의 브릿지;

를 포함하는 제1 코어 낱장을 적층하여 형성된 제1 코어층과,

상기 제1 코어 낱장에서 상기 베이스와 브릿지가 제거된 상태로 복수의 요크만을 포함하는 제2 코어 낱장을 적층하여 형성된 제2 코어층이 교대로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제1 코어 낱장의 베이스에는 인접한 두 브릿지 사이에 형성되는 돌기형성부가 복수로 구비되고, 상기 복수의 돌기형성부 중 일부에서만 지지돌기가 베이스로부터 마그넷 삽입부 공간으로 돌출 형성되며, 상기 제1 코어층의 베이스 측면부에는 축방향으로 지지돌기가 불연속적으로 나타날 수 있다.

본 발명에서, 상기 제1 코어층은 제1 코어 낱장을 일정 각도로 회전시키면서 적층함으로써 형성될 수 있다.

본 발명에서, 상기 요크는 8개로 구성되고, 상기 지지돌기는 베이스의 원주방향으로 제1, 3, 5 및 7 번째 돌기형성부에서 형성되며, 상기 각도는 45°가 될 수 있다.

본 발명에서, 상기 요크는 8개로 구성되고, 상기 지지돌기는 베이스의 원주방향으로 제1, 2, 3 및 4 번째 돌기형성부에서 형성되며, 상기 각도는 180°가 될 수 있다.

본 발명에서, 상기 로터 코어의 최상단과 최하단에는 제1 코어층이 배치되며, 적어도 하나 이상의 제2 코어층이 포함될 수 있다.

본 발명은 공간부가 형성된 제2 코어층을 포함하여 마그넷의 누설자속을 최소화하고, 제1 코어층의 베이스 측면부에 형성되는 지지돌기를 최소화함으로써 모터의 출력을 높이고 무게를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로터 코어를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A` 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 코어 낱장을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 제1 코어 낱장을 적층하여 형성된 제1 코어층을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 코어 낱장을 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 5의 제1 코어층 상부에 도 6의 제2 코어 낱장을 적층하여 형성된 제2 코어층을 나타낸 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로터 코어를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A` 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터는 샤프트(1)와, 로터 코어(2)와, 마그넷(3)을 포함하여 이루어진다.

로터 코어(2)는 다수의 얇은 강판을 적층하여 제조하며, 복수의 마그넷(3)이 내부에 삽입될 수 있는 구조를 갖는다. 또한, 로터 코어(2)의 중심부에는 샤프트(1)가 관통할 수 있는 구멍을 가지고 있으며. 샤프트(1)는 로터 코어(2)와 함께 회전하도록 로터 코어(2)의 중심부에 고정된다.

로터 코어(2)는 두 개의 서로 다른 코어층, 즉 제1 코어층(L1)과 제2 코어층(L2)이 교대로 적층되어 형성된다. 이때, 로터 코어(2)의 최상단과 최하단에는 제1 코어층(L1)이 배치되는 것이 바람직하며, 적어도 하나 이상의 제2 코어층(L2)을 포함하게 된다.

제1 코어층(L1)은 도 2에 도시된 바와 같이 베이스(11) 측면부에서 마그넷(3)을 지지하기 위한 지지돌기(14)들이 회전축 방향으로 불연속적으로 나타나는 지지돌기 패턴(P)을 형성하는 특징이 있으며, 제2 코어층(L2)은 도 3에 도시된 바와 같이 베이스(11)를 제거하여 샤프트(1)와 접촉되지 않도록 하는 공간부(21)가 형성되는 특징을 갖는다.

이러한 제1 및 제2 코어층(L1)(L2)으로 구성된 본 발명에 따른 로터 코어는 누설자속 특히, 베이스(11)를 통해 회전축 쪽으로 누설되는 누설자속을 줄일 수 있게 되며, 또한 모터 전체의 무게 감소에도 영향을 미치게 되어 출력 및 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 제1 코어층(L1)과 제2 코어층(L2)으로 구성된 로터 코어(2)의 적층 구조에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 코어 낱장을 나타낸 평면도이이고, 도 5는 도 4의 제1 코어 낱장을 적층하여 형성된 제1 코어층(L1)을 나타낸 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 제1 코어 낱장(10)은 얇은 강판을 타발하여 제조될 수 있으며, 이러한 제1 코어 낱장(10)을 적층함으로써 제1 코어층(L1)을 형성하게 된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제1 코어 낱장(10)은 베이스(11), 요크(12), 브릿지(13) 및 지지돌기(14)를 포함하여 이루어진다.

제1 코어 낱장(10)의 중심부에는 샤프트 관통홀(15)이 형성된 환형의 링 형상의 베이스(11)가 위치하게 된다. 샤프트 관통홀(15)은 샤프트(1)가 관통하여 고정되는 부분이다.

베이스(11)의 외주면 주위에는 복수의 요크(12)가 배치된다. 요크(12)의 형상과 그 개수는 다양하게 변경될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 부채꼴 형상을 갖는 8개의 요크(12)를 예시하고 있다.

각각의 요크(12)들은 마그넷(3)을 지지하며, 마그넷(3)으로부터 발생되는 자속의 통로를 형성한다. 요크(12)들은 베이스(11)의 원주방향을 따라 배열되고, 마그넷(3)을 수용하기 위한 마그넷 삽입부(16)들이 형성되도록 서로 이격되어 배치된다.

일례로, 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 요크(12)는 베이스(11)의 원주를 균등 분할한 곳에 각각 위치할 수 있다. 즉, 각각의 요크의 원호 중심점으로부터 환형링의 중심점을 연결할 경우, 이웃하는 연결선이 이루는 각도가 일정하도록 위치하게 된다. 도 3 에서 같이 8개의 요크를 배열하는 경우, 이웃하는 연결선이 이루는 각도는 45°가 된다.

요크(12)의 내부에는 요크 관통홀(17)이 형성될 수 있으며, 이러한 요크 관통홀(17)에는 리벳이 삽입되거나 로터 커버의 결합돌기가 삽입될 수 있다. 또한, 요크(12)의 외측단의 양측 가장자리 부분에는 원호 방향으로 돌출되어 있는 제1 고정돌기(18) 및 제2 고정돌기(19)가 형성될 수 있다. 제1 및 제2 고정돌기(18)(19)는 마그넷(3)이 마그넷 삽입부(16)에 삽입되어 있을 때, 지지돌기(14)와 함께 마그넷의 위치를 고정시켜 주며, 로터의 회전시 마그넷의 비산을 방지하는 역할을 한다.

요크(12)들은 브릿지(13)들을 통해 베이스(11)에 연결될 수 있다. 브릿지(13)들은 각각의 요크(12)에 대응하여 베이스(11)의 원주방향을 따라 배열된다. 브릿지(13)들은 베이스(11)의 외측둘레로부터 반경방향 외측으로 연장되어 대응되는 요크(12)의 내측 단부에 연결될 수 있다.

지지돌기(14)는 베이스(11)의 원주방향으로 인접한 두 브릿지(13)들 사이에서 베이스(11)로부터 마그넷 삽입부(16) 공간으로 돌출되어 형성될 수 있다.

이때, 인접한 두 브릿지(13)들 사이를 잇는 베이스(11) 외측 둘레를 돌기형성부(11a)라고 정의할 때, 지지돌기(14)는 모든 돌기형성부(11a)에서 형성되는 것은 아니며, 적어도 하나 이상의 돌기형성부(11a)에서는 지지돌기(14)가 형성되지 않게 된다.

제1 실시예로, 도 3에 도시된 바와 같이 8개의 돌기형성부(11a)들 중에서 베이스(11)의 원주방향을 따라 홀수 번째인 제1, 3, 5, 7 돌기형성부(11a)에서는 지지돌기(14)가 형성되어 있는 반면, 짝수 번째인 제2, 4, 6, 8 돌기형성부(11a)에서는 지지돌기(14)가 형성되지 않을 수 있다.

또한, 제2 실시예로, 도 3에 도시된 것과 달리 8개의 돌기형성부(11a)들 중에서 베이스(11)의 원주방향을 따라 제1, 2, 3, 4 돌기형성부(11a)에만 지지돌기(14)가 형성될 수 있다.

그 밖에 적어도 하나 이상의 돌기형성부(11a)에서 지지돌기(14)가 형성되지 않는다면, 돌기형성부(11a)의 개수와 제1 코어층(L1)의 두께 등에 따라 얼마든지 다양한 형태로 선택된 돌기형성부(11a)에 지지돌기(14)가 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 제1 코어 낱장(10)는 복수의 돌기형성부(11a)들 중 일부에만 지지돌기(14)가 형성되고, 제1 코어 낱장(10)이 일정 각도로 회전하면서 적층됨에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 코어층(L1) 베이스 측면부에서 지지돌기(14)가 불연속적으로 나타내게 된다.

즉, 제1 실시예에서와 같이 홀수 번째인 제1, 3, 5, 7 돌기형성부(11a)에 지지돌기(14)가 형성되는 경우, 하나의 제1 코어 낱장(10) 위에 적층되는 다른 제1 코어 낱장(10)은 회전축을 중심으로 45°만큼 회전된 상태로 적층될 수 있다. 이와 같은 과정을 반복하게 되면, 제1 코어층(L1)의 베이스(11) 측면부에는 축방향으로 지지돌기(14)가 형성된 돌기형성부(11a)와 지지돌기(14)가 없는 돌기형성부(11a)가 교대로 나타나는 불연속적인 지지돌기 패턴(P)을 형성하게 된다.

또한, 제2 실시예서와 같이 제1, 2, 3, 4 돌기형성부(11a)에만 지지돌기(14)가 형성된 경우에는 제1 코어 낱장(10)을 180°만큼 회전하여 적층함으로서 앞선 경우와 동일한 형태의 지지돌기 패턴(P)을 형성할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 제1 코어층(L1)은 지지돌기(14)의 개수를 줄여 로터 코어의 출력 및 효율을 높이기 위한 것일 뿐, 상기의 지지돌기 패턴(P)에 반드시 한정되는 것은 아니며, 제1 코어 낱장(10)에서 지지돌기(14)가 형성되는 위치와 제1 코어 낱장(10)이 적층될 때 회전되는 각도에 따라 다양한 지지돌기 패턴(P)이 형성될 수 있다.

예를 들어 제2 실시예에서 회전 각도를 90°로 한 경우, 지지돌기(14)가 형성된 돌기형성부(11a)가 두 번 연속하여 나타난 후 지지돌기(14)가 없는 돌기형성부(11a)가 두 번 연속하여 나타나는 방식으로 앞서와 다른 지지돌기 패턴(P)이 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 코어 낱장을 나타낸 평면도이고, 도 7은 도 5의 제1 코어층(L1) 상부에 도 6의 제2 코어 낱장을 적층하여 형성된 제2 코어층(L2)을 나타낸 사시도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제2 코어 낱장(20)은 베이스(11)와 브릿지(13)가 제거된 상태로 복수의 요크(12)만으로 구성되며, 요크(12)들은 제1 코어 낱장(10)의 요크(12)와 동일한 형상으로 동일한 위치에 배치된다.

제2 코어 낱장(20)은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 코어층(L1) 상부에 적층되어 제2 코어층(L2)을 형성하게 되며, 제2 코어층(L2)은 제1 코어층(L1)과 달리 베이스(11)와 브릿지(13)가 제거됨으로써 샤프트(1)와 접촉되지 않는 빈 공간부(21)를 형성하게 된다.

이와 같이 제2 코어층(L2)은 빈 공간을 형성함으로써, 스포크형 영구자속 모터(spoke type permanent magnet motor)에서 자속의 일부가 로터 코어의 베이스(11)를 통해 샤프트(1) 쪽으로 누설되는 것을 저감할 수 있는 효과가 있게 된다.

한편, 제2 코어층(L2)은 제1 코어층(L1)들 사이에 형성되는 것이 바람직하며, 전체 로터 코어에서 하나 이상의 층을 구성할 수 있다. 도 2에 도시된 로터 코어는 제1 코어층(L1)과 제2 코어층(L2)을 반복하여 적층한 것으로, 5개의 제1 코어층(L1)과 4개의 제2 코어층(L2)으로 구성되어 있다. 이때, 각 층의 두께와 개수는 필요에 따라 얼마든지 조정할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이러한 설명에 의하여 한정되거나 제한 해석되지 않는다. 위 설명은 본 발명을 단순히 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위는 아래 기재된 청구범위에 의하여 정하여지며, 이 범위 내에서의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다.

1 : 샤프트 2 : 로터 코어
3 : 마그넷 10 : 제1 코어 낱장
11 : 베이스 11a : 돌기형성부
12 : 요크 13 : 브릿지
14 : 지지돌기 15 : 샤프트 관통홀
16 : 마그넷 삽입부 17 : 요크 관통홀
18 : 제1 고정돌기 19 : 제2 고정돌기
21 : 공간부 P : 지지돌기 패턴
L1 : 제1 코어층 L2 : 제2 코어층

Claims

중심부에 샤프트 관통홀을 갖는 환형 형상의 베이스;
상기 베이스의 원주 방향을 따라 배열되고 마그넷을 수용하기 위한 복수의 마그넷 삽입부를 형성하도록 서로 이격되어 배치되는 복수의 요크; 및
상기 베이스와 각각의 요크를 연결하는 복수의 브릿지;
를 포함하는 제1 코어 낱장을 적층하여 형성된 제1 코어층과,
상기 제1 코어 낱장에서 상기 베이스와 브릿지가 제거된 상태로 복수의 요크만을 포함하는 제2 코어 낱장을 적층하여 형성된 제2 코어층이 교대로 적층되어 형성되되,
상기 제1 코어 낱장의 베이스에는 인접한 두 브릿지 사이에 형성되는 돌기형성부가 복수로 구비되고, 상기 복수의 돌기형성부 중 일부에서만 지지돌기가 베이스로부터 마그넷 삽입부 공간으로 돌출 형성되며,
상기 제1 코어층의 베이스 측면부에는 축방향으로 지지돌기가 형성된 돌기형성부와 지지돌기가 없는 돌기형성부가 교대로 나타나는 불연속적인 지지돌기 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 코어의 적층구조.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 코어층은 제1 코어 낱장을 일정 각도로 회전시키면서 적층함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 코어의 적층구조.
제3항에 있어서,
상기 요크는 8개로 구성되고, 상기 지지돌기는 베이스의 원주방향으로 제1, 3, 5 및 7 번째 돌기형성부에서 형성되며, 상기 각도는 45°인 것을 특징으로 하는 로터 코어의 적층구조.
제3항에 있어서,
상기 요크는 8개로 구성되고, 상기 지지돌기는 베이스의 원주방향으로 제1, 2, 3 및 4 번째 돌기형성부에서 형성되며, 상기 각도는 180°인 것을 특징으로 하는 로터 코어의 적층구조.
제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 로터 코어의 최상단과 최하단에는 제1 코어층이 배치되며, 적어도 하나 이상의 제2 코어층이 포함되는 것을 특징으로 하는 로터 코어의 적층구조.