KR101771713B1 - 모터의 절연구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정자의 티스에 구비된 모터의 절연구조에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예는, 통전시 회전자기장을 발생시키는 마그넷 코일이 권취된 고정자와, 상기 고정자의 회전자기장에 의해 발생된 회전력을 부하로 전달하는 회전자를 포함하여 구성되는 모터에 있어서, 상기 고정자를 구성하는 고정자 코어에는 방사상으로 형성된 다수개의 티스(Theeth); 상기 티스의 표면에는 절연처리를 위해 도포되는 절연 바니쉬(Varnish)층;과 상기 티스의 상측과 하측에 위치하고, 절연재질로 만들어진 상측 및 하측 엔드 인슐레이터(End insulator);를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 절연구조에 관한 것이다.

Description

모터의 절연구조 { Insulation structure of motor }

본 발명은 모터에 관한 것이다.

상세하게는 모터를 구성하는 고정자에 관한 것으로써, 고정자 코어와 상기 고정자 코어에 권취되는 마그넷 코일 사이에 필수적으로 구성되는 절연구조에 관한 것이다.

모터(Motor)라고 하는 것은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전동력을 얻는 장치로서, 이러한 모터는 그 인가되는 전원의 종류에 따라서 교류모터와 직류모터로 구별되며, 일반적으로 모터는 에어컨,냉장고 등의 가전제품의 구동을 위하여 많이 사용되고 있다.

이러한 모터는 고정자 (Stator,이하 스테이터)와 회전자(Rotor 또는 Armature, 이하 로터)를 포함해서 이루어지며, 스테이터의 권선(Coil)에 전류가 흐를 때 발생하는 회전 자기장(Rotating Magnetic Field)에 의해서 로터에 회전 토크(Torque)가 발생하는 원리로 작동하며, 상기 토크에 의해 로터가 회전하는 힘을 회전동력으로 이용하게 된다.

그 중에서도 리니어 모터는 입체적인 구조를 갖는 모터의 자장을 평판의 형상으로 변형시킨 것으로서, 이 평면 형상의 가동자가 역시 평면 형상의 고정자 상측에 얹혀져 그 고정자의 자기장의 변화에 따라서 직선적으로 움직이는 모터의 한 종류이다.

최근 들어서는 상기 고정자가 인너 스테이터(Inner-Stator)와 아우터 스테이터(Outer-Stator)를 갖는 원통형으로 형성되고, 그 인너 스테이터와 아우터 스테이터 중에서 어느 한 쪽에 유도자기를 발생시키기 위한 마그넷 코일이 권취,장착되며, 상기 인너 스테이터와 아우터 스테이터 사이에 마그네트(Magnet)가 게재되고 그 마그네트의 극성이 고정자의 축방향으로 배열되도록 하여 가동자를 배치시킨 압축기용 리니어 모터가 소개되고 있다.

대표적으로, 대한민국 등록특허 제 10-0793804호에는 고정자가 원통형의 인너 스테이터와 아우터 스테이터를 가지고, 보빈에 마그넷 코일이 권취된 후 그 외부면을 사출물로 감싸서 구성하는 리니어 모터의 구조가 개시되어 있다.

이와 같은 리니어 모터의 경우 유도 자기를 발생시키기 위해서 아우터 스테이터의 보빈의 외주면에 마그넷 코일을 권취하게 된다. 그런 다음에, 사출금형을 이용한 몰딩작업을 통해서 상기의 코어를 고정시키서 그 외형을 형성시킨다.

그리고, 리니어 모터의 가동자는 원통형 형상의 바디부와 탑부에 의해서 구성되며, 바디부의 외주면에 다수개의 마그네트가 방사상으로 결합된다.

종래의 리니어 모터를 구성하는 아우터 스테이터, 인너 스테이터 그리고 가동자의 외면 및 내면은 원통형의 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 이를 제조하는 과정에서 내면 및 외면을 원형으로 가공하는 별도의 공정이 필요하고, 또한 정확한 공극을 유지하기 위해서 정밀한 가공에 필요하므로 이에 따른 시간 및 비용의 손실발생하는 문제점이 있었다.

본 실시 예의 목적은, 모터를 구성하는 고정자에 있어서, 고정자를 구성하는 도전성을 지닌 고정자 코어와, 통전시 전류가 흐르는 마그넷 코일 간에 필수적 요소인 절연구조를 간단하면서도 보다 명확하게 확보하는 모터의 절연구조를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터의 절연구조는, 통전시 회전자기장을 발생시키는 마그넷 코일이 권취된 고정자와, 상기 고정자의 회전자기장에 의해 발생된 회전력을 부하로 전달하는 회전자를 포함하여 구성되는 모터에 있어서, 상기 고정자를 구성하는 고정자 코어에는 방사상으로 형성된 다수개의 티스(Theeth); 상기 티스의 표면에는 절연처리를 위해 도포되는 절연 바니쉬(Varnish)층;과 상기 티스의 상측과 하측에 위치하고, 절연재질로 만들어진 상측 및 하측 엔드 인슐레이터(End insulator);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 상측 및 하측 엔드 인슐레이터는 동일한 형상 및 구조를 가지고 있으며, 상호 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 모터의 절연구조.

그리고, 상기 상측 및 하측 엔드 인슐레이터는, 상기 티스 양단부에 밀착하여 안착하는 안착부; 상기 안착부의 유동을 방지하고 고정시키는 고정걸이부;와 상기 안착부에 일방향으로 돌출되어 형성되는 탑(Top)부;를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 탑부의 폭은 상기 티스부의 폭보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 모터의 절연구조.

그리고, 상기 안착부의 두께는 0.71mm 이상인 것을 특징으로 하는 모터의 절연구조.

그리고, 상기 고정걸이부가 상기 티스의 양측면으로 일정두께 만큼 외측으로 돌출되는 구조로 인해서 상기 상측 및 하측 인슐레이터 감싸도록 권취되는 마그넷 코일이 상기 티스부에 직접 접촉되지 않도록 소정의 절연공간을 형성되는 것을 특징으로 한다.

제안되는 본 실시 예에 의하면, 상기와 같은 모터의 절연구조에 의할 때, 절연에 소요되는 구성을 최소화하여 재료비 및 인건비를 최소화할 수 있으며, 절연성능 또한 기존 대비 보다 효율적이고 안정적으로 제공할 수 있다는 이점을 가지고 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 모터의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 고정자 코어의 낱장의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고정자의 상측면도이다.
도 4는 일반적인 인슐레이터의 구성을 나타낸 A-A'부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인슐레이터의 구성을 나타낸 A-A'부의 단면도이다.
도 6에서는 상기 엔드 인슐레이터의 구성을 나타낸 단면도이다.

이하에서는, 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가,변경,삭제 등에 의해서, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예에서는 이해와 설명의 편의를 위해서 유도모터에 적용되는 고정자에 대해서 설명하고 있으나, 다른 종류의 모터에 관해서도 모두 적용 가능함을 미리 밝혀 둔다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 모터의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 모터(1)는 대략 원통형 형상으로 형성되는 상,하 브라켓(100,600)의 결합에 의해서 외형이 형성된다.

보다 상세하게 살펴보면, 상기 모터(1)의 구성은 다음과 같다.

우선, 원판형 형상의 얇은 강판을 적층해서 구성된 고정자 코어(310)의 안쪽의 원주상에 방사상으로 구비된 다수개의 티스(312) 내부를 인슐레이터(Insulator)(320)로 감싸서 절연을 한 다음에, 전원이 인가되면 자기장을 형성하는 마그넷 코일(330)을 권취해서 구성된 고정자(300)가 가운데 위치한다.

상기한 고정자(300)의 속이 빈 내경부에는 회전자(200)가 위치한다.

상기 회전자(200)는 상기한 회전자 코어(미도시)와 동일한 두께를 가진 원통형상의 회전자 코어(220)를 적층한 후, 상기 회전자 코어(미도시)에 형성된 슬롯(311)의 내부공간에 금속 도체로 제조된 다수개의 도체바(260)가 구비되고, 상기 도체바(260)의 상,하측으로 엔드링(240)이 결합하여서 구성된다.

그런 다음에는 상기 회전자 코어(220)의 축중심에는 샤프트(230)를 축결합시키고, 상기 회전자 코어(미도시)의 상,하측으로 부터 이격된 거리에는, 원활한 회전운동을 위해서 베어링(Bearing)(400)을 구비하여서 회전자(200)를 구성한다.

그리고, 상기 고정자(300)의 상,하 어느 일측에 모터의 구동을 제어하기 위한 PCB 아셈블리(500)가 구비된다.

상기 PCB 아셈블리(500)는 복수개의 회로 소자의 조합으로 구비되어 있고, 전원의 인가로 인해서 상기 고정자(300)에 형성된 자기장과 상기 회전자(200)의 (222)슬롯(311) 내부에 구비된 도체바(260)와 엔드링(240)에 의해서 회전자계를 형성하고, 이렇게 형성된 회전자계에 의해서 동작하는 상기 회전자(200)의 회전 속도(rpm)과 회전방향을 제어하는 기능을 수행하게 된다.

다음으로, 상기 회전자(200)의 상측에는 상기 고정자(300)의 외주면을 감싸면서, 내부에 위치하는 모터 구성부품을 외부 환경으로 부터 차폐하는 기능을 수행하는 상측 브라켓(Bracket)(100)이 위치한다.

상기 상측 브라켓(Bracket)(100)은 상기 고정자(300)의 형상과 대응되는 원통형 형상을 가지며, 축중심에는 샤프트가 관통할 수 있도록 샤프트 게이트(120)가 구비된다.

그리고 일측의 외주면상으로는 하측 브라켓(600)과의 스크류(Screw)(700) 결합을 위한 다수개의 보스(Boss)부(110)가 구비된다.

다음으로, 상기 고정자(300)의 하측에는 상기 상측 브라켓 (100)과 대응되는 형상을 가진 하측 브라켓(600)이 구비된다.

상기 하측 브라켓(600)은 상기 고정자(300)와 회전자(200)를 외부환경으로 부터 보호하는 기능과 아울러 사용되는 제품상에 취부결합해서 고정되는 역할을 수행한다.

상기 하측 브라켓(600)은 상기 상측 브라켓(100)과 대응되는 형상을 가지며, 외주면상의 일측에는 상기 상측 브라켓(100)과의 결합을 위한 다수개의 보스(Boss)부(610)가 구비된다.

또한, 외주면의 일측면에는 상기 고정자(300)의 권취된 마그넷 와이어에 전원을 연결시킬 하네스(미도시)가 통과하도록 구비된 "U"형태의 하네스 게이트(620)가 구비된다.

그리고, 상기 회전자로 사용제품에의 취부결합을 위한 다수개의 제품 결합부(630)가 구비된다.

상기 상,하측 브라켓(100,600)은 외부환경으로 부터 내부 구성부품들을 보호하기 위해서 일정한 강도와 내구성을 필요로 하므로, 그 재질은 알루미늄,철판 또는 강화 플라스틱 등이 사용된다.

이렇게 구비된 구성 부품들이 상기 상,하측 브라켓(100,600)의 내부에 위치하며, 상기한 보스부(110,610)를 다수개의 스크류(700)를 이용해서 결합,고정된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 고정자 코어(310)의 낱장의 평면도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고정자의 상측면도이다.

살펴보면, 상기 고정자 코어(310)의 낱장은 대략 5mm 두께의 강판을 프레스 작업을 통해서 제조된다. 상기 고정자 코어(310)의 낱장은 대략 원판형의 외관을 구비하며, 중심부에는 회전자가 안착되는 회전자홀이 형성되고 상기 회전자홀의 외경부에는 방사상으로 다수개의 슬롯(311)이 형성된다. 상기 슬롯(311)은 티스(312)(Teeth)에 의해 구획된다. 상기 티스(312)는 상기 고정자 코어(310)의 중심축에서 방사상으로 형성되고 바(Bar)의 형상을 가진다. 상기 티스(312)는 소정의 두께를 가지고 형성되며, 단부에는 좌우 양측으로 소정의 길이만큼 외측방향으로 돌출 형성된 티스 엔드(Teeth End)(313)가 형성된다. 따라서 상기 티스 엔드(313)와 티스(312) 사이에 형성되는 소정의 공간이 상기 슬롯(311)을 형성하게 된다.

다음으로 상기 고정자 코어(310)의 낱장을 소정으로 두께만큼 적층해서 만든 고정자 코어(310)에 절연을 위한 인슐레이터(320)를 장착한 후, 마그넷 코일(330)을 권취함으로써 상기 고정자(300)가 구성된다.

상기 고정자 코어(310)는 대략 원통형의 외관을 구비하며, 중심부에는 상기 회전자가 장착가능한 내경을 가진 회전자 장착홀이 형성되고, 상기 회전자 장착홀의 외경에는 방사상으로 하나 이상의 슬롯(Slot)(311)과 상기 슬롯(311)을 구획하는 티스(312)(Teeth)가 형성된다.

상기 티스(312)의 둘레를 따라서 마그넷 코일(330)이 권취되고, 상기 티스(312)가 구획하여 형성되는 슬롯(311)에 마그넷 코일(330)이 권취되게 된다. 이때, 상기 티스(312)와 마그넷 코일(330)간의 통전으로 인한 쇼트 등과 같은 감전 및 화재 등의 문제발생을 방지하기 위해 상기 티스(312)와 마그넷 코일(330)사이에는 인슐레이터(320)가 구비된다.

상기 인슐레이터(320)는 일반적으로 상기 고정자 코어(310)와 마그넷 코일(330)사이에 개재되는 절연물로 구성된다. 도 3에서는 상기의 일반적인 인슐레이터(320)의 구성을 구비한 고정자를 나타내고 있다. 상기 고정자 코어(310)의 중심축으로 부터 방사상으로 형성된 상기 티스(312)에 상기 인슐레이터(320)가 구비된 후에, 상기 마그넷 코일(330)이 권취되어 상기 고정자(300)가 구성된다.

상기 인슐레이터(320)의 구성은 모터의 수명과 품질을 좌우하는 주요한 요소이므로, 그 구성 및 해당 공정이 복잡하여 그 재료비 및 제조원가 비싸며, 그 구비에 소요되는 공간으로 인해서 상기 마그넷 코일(330)이 권취되는 공간이 좁아지게 됨으로써 원하는 전기적 성능의 구현에 문제점이 있다.

상기 인슐레이터(320)의 구성은 A-A'부의 단면도를 통해서 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

도 4는 일반적인 인슐레이터(320)의 구성을 나타낸 A-A'부의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인슐레이터(320)의 구성을 나타낸 A-A'부의 단면도이다.

우선 도 4를 살펴보면, 이는 일반적인 상기 인슐레이터(320)의 구성을 나타낸 것으로써, 상기 티스(312)의 상하에 각각 엔드(End) 인슐레이터가 구비되고, 다음으로 상기 티스(312)의 양측면에 각각 월(Wall) 인슐레이터가 구비된다. 상기 인슐레이터(320)가 구비되면, 상기 인슐레이터(320)의 외측면에 상기 마그넷 코일(330)이 권취됨으로써 상기 고정자가 완성된다.

상기과 같은 인슐레이터(320)의 구성은 그 구성이 복잡하고, 구비에 따른 공간의 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다. 따라서, 상기 인슐레이터(320)의 구성을 보다 최소화시키고 또한 구성에 필요한 공간을 최소화해야 할 필요성이 있다.

도 5에서는, 상기와 같은 문제점을 해결한 본 발명의 실시 예를 나타낸 상기 인슐레이터(320)의 구성을 살펴보기로 한다.

우선, 상기 고정자 코어(310)를 절연성을 가진 바니쉬(Varnish)액에 함침후에 소정의 시간동안 열을 가함으로써, 표면에 바니쉬층(324)을 형성시킨다. 상기 바니쉬층(324)은 1차적으로 상기 고정자 코어(310)와 마그넷 코일(330)간의 절연을 구성한다.

다음으로, 상기 티스(312)의 양단부에 상기 엔드 인슐레이터(321)가 구비된다. 그런 다음에, 상기 바니쉬층(324)과 엔드 인슐레이터(321)가 구비된 티스(312)의 외면에 상기 마그넷 코일(330)이 권취됨으로써 상기 고정자가 완성된다.

본 발명에서는 상기 바니쉬 층과 엔드 인슐레이터(321)만으로 절연성능을 확보하고 그리고 공간활용성을 확보할 수 있게 된다. 여기에 상기 엔드 인슐레이터(321)의 구성을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

도 6에서는 상기 엔드 인슐레이터(321)의 구성을 나타낸 단면도이다.

살펴보면, 상기 엔드 인슐레이터(321)는 다음과 같이 구성된다. 우선, 소정의 두께를 가지고, 상기 티스(312)의 양단부의 폭에 안착되도록 형성된 안착부(321'')와, 상기 안착부(321'')의 양단에 상기 티스(312)의 양측면과 결합하여 걸림에 의한 고정을 확보하기 위한 고정걸이부(321''')와, 상기 안착부(321'')의 일방향으로 소정의 두께만큼 돌출형성된 탑부(321')에 의해 상기 엔드 인슐레이터(321)는 구성된다.

상기 안착부(321'')는 소정의 두께를 가지며, 상기 티스(312)의 폭에 대응되는 폭을 가지도록 형성되며 양단부에는 고정을 위한 상기 고정걸이부(321''')가 형성된다.

상기 고정걸이부(321''')는 상기 엔드 인슐레이터(321)가 상기 티스(312)의 단부로부터 이탈을 방지하는 기능을 수행함과 더불어 상기 티스(312)와 상기 마그넷 코일(330)간에 일정한 공간거리를 형성시킴으로써 이차적인 절연성능을 확보하게 된다.

살펴보면, 상기 고정걸이부(321''')를 포함한 상기 엔드 인슐레이터(321)의 전체 폭이 상기 티스(312)의 폭보다 크게 된다. 따라서, 상기 엔드 인슐레이터(321)를 포함하여 권취되는 마그넷 코일(330)과 상기 티스(312) 사이에는 소정의 공간거리가 확보됨으로써 이차적인 절연성능을 확보하게 된다.

한편, 상기 안착부(321'')의 일방향으로 소정의 폭과 높이를 가진 탑부(321')가 형성된다. 상기 탑부(321')는 상기 마그넷 코일(330)이 권취되는 과정에서 직각으로 꺽여서 권취되는 것을 방지함으로써 마그넷 코일(330)의 단선 및 상기 마그넷 코일(330)에 형성된 코팅층의 파손을 방지함과 더불어, 상기 티스(312)로부터 소정의 공간거리를 형성하여 절연성능을 확보하는 기능을 수행하게 된다.

요약하면, 상기 티스(312)와 마그넷 코일(330)간의 절연성능을 확보하는 데 필요한 인슐레이터(320)의 구성과 관련해서, 우선 상기 고정자 코어(310)의 표면에 절연성을 가진 바니쉬층(324)을 형성시킨 후, 본 발명에 의한 상기 엔드 인슐레이터(321)를 구비함으로써 절연성을 확보하고, 구성에 필요한 재료비 및 작업에 따른 제조비용을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 모터 100 상측 브라켓
200 회전자 300 고정자
310 고정자 코어 320 인슐레이터
321 엔드 인슐레이터 321' 탑부
321'' 안착부 321''' 고정걸이부
324 바니쉬층

Claims (6)

1. 통전시 회전자기장을 발생시키는 마그넷 코일이 권취된 고정자와, 상기 고정자의 회전자기장에 의해 발생된 회전력을 부하로 전달하는 회전자를 포함하여 구성되는 모터에 있어서,
   상기 고정자를 구성하는 고정자 코어에는 방사상으로 형성된 다수개의 티스(Theeth);
   절연처리를 위해 상기 티스의 표면에 도포되어 형성되는 절연 바니쉬(Varnish)층; 및
   상기 티스의 상측과 하측에 위치하고, 절연재질로 만들어진 상측 및 하측 엔드 인슐레이터(End insulator);를 포함하고,
   상기 상측 및 하측 엔드 인슐레이터는,
   상기 티스의 양단부에 안착되는 안착부와,
   상기 엔드 인슐레이터가 상기 티스의 단부로부터 이탈되는 것을 방지하기 위하여, 상기 안착부의 양측으로부터 연장되어 상기 티스의 양측에 각각 결합하는 고정걸이부를 포함하고,
   상기 고정걸이부의 내측에는 상기 티스의 표면에 도포된 절연 바니쉬층이 접촉되는 것을 특징으로 하는 모터의 절연구조.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 상측 및 하측 엔드 인슐레이터는 동일한 형상 및 구조를 가지고 있으며, 상호 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 모터의 절연구조.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 상측 및 하측 엔드 인슐레이터는 상기 안착부의 일방향으로 돌출되는 탑부를 더 포함하고,
   상기 탑부의 폭은 상기 티스부의 폭보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 모터의 절연구조.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 안착부의 두께는 0.71mm 이상인 것을 특징으로 하는 모터의 절연구조.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정걸이부가 상기 티스의 양측면으로 일정두께 만큼 외측으로 돌출되는 구조로 인해서, 상기 상측 및 하측 인슐레이터를 감싸도록 권취되는 마그넷 코일은 상기 티스부에 직접 접촉되지 않도록 소정의 절연공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 모터의 절연구조.
   
   

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