KR101704119B1 - 클로 폴형 회전자 및 이를 적용한 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 클로 폴형 회전자에 관한 것으로서, 더 상세하게는 코일로부터 발생한 자속의 이동을 방해하지 않도록 하여 성능은 유지하되 불필요한 부분을 제거한 클로 폴형 회전자 및 이를 적용한 모터에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 회전자 치의 하측에 다수의 홈을 형성함으로써 코일로부터 발생한 자속의 이동을 방해하지 않으면서도 성능을 유지하되 불필요한 부분을 제거하여 중량을 저감할 수 있다.

Description

클로 폴형 회전자 및 이를 적용한 모터{Claw pole type rotor and Motor having the same}
본 발명은 클로 폴형 회전자에 관한 것으로서, 더 상세하게는 코일로부터 발생한 자속의 이동을 방해하지 않도록 하여 성능은 유지하되 불필요한 부분을 제거한 클로 폴형 회전자 및 이를 적용한 모터에 대한 것이다.
일반적으로 모터(MOTOR)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자 제품, 산업용 기기뿐만 아니라 환경 차량 등에도 광범위하게 사용되고 있다.
환경 차량의 구동 모터는 전력 밀도를 높게 해야 모터 및 전기 파워트레인의 무게를 줄일 수 있다. 이러한 요구 조건에 의해 토크를 작게 하고, 속도 영역을 크게 설계하는 경향이 있다.
이러한 구동 모터에는 여러 종류가 있으며, 대표적으로 클로 폴(Claw Pole) 모터 등을 들 수 있다. 클로 폴(Claw Pole) 모터는 클로(Claw) 모양의 회전자에 코일을 감아 자속을 발생시켜 토크를 발생시키는 형태이다. 이를 보여주는 도면이 도 3에 도시된다. 도 3을 참조하면, 주 자속의 이동 경로는 화살표 방향인데 회전자의 상측 치 부분에 비해 하측 치의 폭이 넓다는 것을 알 수 있다.
따라서, 불필요한 부분을 포함하게 되어 대체적으로 회전자의 중량이 증가하는 단점이 있다.
또한, 공기와 접촉하는 단면적이 감소되어 있는 상태이므로 회전에 따른 발열이 해소되지 않아 열이 많이 발생하는 구조라는 단점이 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2006-0111655호 2. 한국공개특허번호 제10-2006-0094747호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 코일로부터 발생한 자속의 이동을 방해하지 않으면서도 성능을 유지하되 불필요한 부분을 제거하여 중량을 저감하는 클로 폴형 회전자 및 이를 적용한 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 코일로부터 발생한 자속의 이동을 동일하게 유지하면서 회전자의 단면적을 넓혀 발열을 용이하게 함으로써 냉각이 우수한 클로 폴형 회전자 및 이를 적용한 모터를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 일측면은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 코일로부터 발생한 자속의 이동을 방해하지 않으면서도 성능을 유지하되 불필요한 부분을 제거하여 중량을 저감하는 클로 폴형 회전자를 제공한다.
상기 클로 폴형 회전자는, 상기 코일로부터 발생하는 자속의 이동을 동일하게 유지하도록 다수의 홈이 표면상에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 클로 폴형 회전자는 단면 폭이 다른 상단 회전자치 및 하단 회전자치로 이루어지며, 상기 다수의 홈은 상기 상단 회전자치보다 폭이 넓은 하단 회전자치에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 홈은 상기 상단 회전자치와 엇나가게 상기 하단 회전자치에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 달리, 상기 다수의 홈은 상기 상단 회전자치와 일직선상으로 상기 하단 회전자치에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 홈은 원형인 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 달리, 상기 다수의 홈은 다각형인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일측면은, 위에서 기술한 클로 폴형 회전자; 및 상기 클로 폴형 회전자가 내부에 조립되는 고정자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터를 제공한다.
이때, 상기 고정자에 설치되는 자석은 매입형 영구 자석인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 매입형 영구 자석은 희토류 자석인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전자 치의 하측에 다수의 홈을 형성함으로써 코일로부터 발생한 자속의 이동을 방해하지 않으면서도 성능을 유지하되 불필요한 부분을 제거하여 중량을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 회전자 치의 하측에 다수의 홈을 형성함으로써 코일로부터 발생한 자속의 이동을 동일하게 유지하면서 회전자의 단면적을 넓혀 발열을 통해 냉각 효과를 극대화할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 클로 폴 모터의 개념을 보여주는 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 클로 폴 모터의 개념을 보여주는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 클로 폴 모터의 개념을 보여주는 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 삼각형 홈이 형성되는 회전자의 사시도이다.
도 5는 도 4와 달리 삼각형 홈이 다른 위치에 형성되는 회전자의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 원형 홈이 형성되는 회전자의 사시도이다.
도 7은 도 6과 달리 원형 홈이 다른 위치에 형성되는 회전자의 사시도이다.
도 8은 도 4 내지 도 7에 도시된 홈의 형상에 따라 실험된 토크 크기의 변화를 보여주는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
최근 환경문제 및 화석연료 고갈 등의 이유로 차량의 증가는 여러 가지 심각한 문제를 야기하고 있다. 이로 인해 차 시장에서의 많은 비율을 차지하고 있는 내연기관 자동차의 효율 개선이 필요하다.
이런 대안으로 환경 차량의 개발이 국내뿐만 아니라 국외에서도 많이 이루어지고 있다. 이에 따라 환경 차량에 적용되는 모터에 관해서도 많이 연구가 진행되고 있다. 환경 차량의 예로서는 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 전기차(EV: Electric Vehicle), 저속 전기 자동차(NEV: Neighborhood Electric Vehicle), 연료 전지 자동차(FCV: Fuel-Cell Vehicle), 청정 디젤 자동차(CDV: Clean Diesel Vehicle) 등을 들 수 있다.
도 2는 이러한 환경 차량에 적용되는 모터 중 클로 폴 모터(20)의 구조를 보인 것이다. 부연하면, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 클로 폴 모터(20)의 개념을 보여주는 부분 단면도이다. 도 2를 참조하면, 클로 폴 모터(20)는, 고정자(230)와, 이 고정자(230) 내부에 삽입되어 회전하는 클로 폴형 회전자(200)를 포함하여 구성된다.
회전자(200)는 단면 폭이 다른 상단 회전자치 및 하단 회전자치로 이루어진다. 즉, 하단에 폭이 넓은 하단 회전자치(201)가 구성되고, 상단에 단면 폭이 좁은 상단 회전자치(202)가 형성된다.
따라서, 상대적으로 폭이 넓은 하단 회전자치(201)의 표면상에 다수의 홈(210,220)이 형성된다. 이러한 다수의 홈(210,220)으로 인해, 코일(미도시)로부터 발생한 자속의 이동(화살표)을 방해하지 않으면서도 성능을 유지하고 불필요한 부분을 제거하는 것이 가능하다.
고정자(203)의 내측에는 N극 또는 S극을 띠는 자석(231)이 교대로 설치된다. 자석(231)은 매입형 영구 자석이 될 수 있다.
이러한 상기 매입형 영구 자석으로는 희토류 자석이 사용될 수 있다. 부연하면, R-Co계 영자재료, R-Fe-B계 영구 자석 재료 등이 사용된다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 클로 폴 모터의 개념을 보여주는 부분 단면도이다. 도 3을 참조하면, 도 2와 달리 홈(310)이 상단 회전자치(202)와 일직선상에 위치한다. 부연하면, 도 2의 경우 홈(210,220)이 상단 회전자치(202)와 엇갈리는 방향으로 형성되나, 도 3의 경우 홈(310)이 상단 회전자치(20)와 일직선 방향으로 형성된다. 그러나, 이 경우에도 코일(미도시)로부터 발생한 자속의 이동(화살표)은 일정하게 유지됨을 볼 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 삼각형 홈이 형성되는 회전자의 사시도이고, 도 5는 도 4와 달리 삼각형 홈이 다른 위치에 형성되는 회전자의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 원형 홈이 형성되는 회전자의 사시도이고, 도 7은 도 6과 달리 원형 홈이 다른 위치에 형성되는 회전자의 사시도이다.
도 8은 도 4 내지 도 7에 도시된 홈의 형상에 따라 실험된 토크 크기의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 도 4 내지 도 7에 도시된 홈의 형상에 대한 토크 해석 결과 평균 토크가 동등 수준임을 확인할 수 있다. 즉, 일반적 형상(810), 도 4에 따른 홈의 형상(820), 도 5에 따른 홈의 형상(830), 도 6에 따른 홈의 형상(840) 및 도 7에 따른 홈의 형상(850)의 그래프가 유사하다. 따라서, 각 용도에 맞는 모터에 대해 최적화 과정을 거치면 회전자의 중량 저감 및/또는 발열을 위한 최적의 형상이 도출된다.
이해를 위해 도 8에 도시된 홈의 형상 및 위치에 따른 평균 토크를 나타내면 다음표와 같다.
형상 일반적 형상 도 4의 형상 도 5의 형상 도 6의 형상 도 7의 형상
평균토크(N/m) 32.7 32.5 32.3 32.2 32.1
20: 모터
200: 회전자
201: 하단 회전자치
202: 상단 회전자치
210,220: 홈
230: 고정자
231: 자석

Claims (9)

  1. 코일이 권선되는 클로 폴형 회전자에 있어서,
    상기 코일로부터 발생하는 자속의 이동을 동일하게 유지하도록 다수의 홈이 표면상에 형성되며,
    상기 클로 폴형 회전자는 단면 폭이 다른 상단 회전자치 및 하단 회전자치로 이루어지며, 상기 클로 폴형 회전자의 중량을 저감하고 단면적을 넓혀 발열을 용이하게 하도록 상기 다수의 홈은 상기 상단 회전자치보다 폭이 넓은 하단 회전자치에 형성되는 것을 특징으로 하는 클로 폴형 회전자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 홈은 상기 상단 회전자치와 엇나가게 상기 하단 회전자치에 형성되는 것을 특징으로 하는 클로 폴형 회전자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 홈은 상기 상단 회전자치와 일직선상으로 상기 하단 회전자치에 형성되는 것을 특징으로 하는 클로 폴형 회전자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 홈은 원형인 것을 특징으로 하는 클로 폴형 회전자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 홈은 다각형인 것을 특징으로 하는 클로 폴형 회전자.
  7. 제 1 항, 및 제3항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 클로 폴형 회전자; 및
    상기 클로 폴형 회전자가 내부에 조립되는 고정자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정자에 설치되는 자석은 매입형 영구 자석인 것을 특징으로 하는 모터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 매입형 영구 자석은 희토류 자석인 것을 특징으로 하는 모터.


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