KR101939693B1 - 스포크 타입 모터의 로터 제조방법 - Google Patents

스포크 타입 모터의 로터 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중공체 형상의 코어의 중심부에는 샤프트가 삽입장착되고, 상기 샤프트를 중심으로 복수의 자석이 방사형으로 매입되는 스포크 타입 모터의 로터 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 코어의 상·하단에 원판링 형상의 고정판을 접착하는 1단계; 상기 코어와 고정판에 형성된 중공홀을 관통하게 샤프트를 삽입장착하는 2단계; 상기 고정판의 슬롯을 통해 자석을 삽입하는 3단계;공정을 포함하여 제조되는 것을 특징인 스포크 타입 모터의 로터 제조방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명 스포크 타입 모터의 로터 제조방법은 자속의 누설을 저감시켜 출력이 높고, 조립공정이 단순하고, 또한 제조비용이 적게 든다는 등의 현저한 효과가 있다.

Description

스포크 타입 모터의 로터 제조방법{Method for manufacturing rotor spoke type motor}
본 발명은 중공체 형상의 코어의 중심부에는 샤프트가 삽입장착되고, 상기 샤프트를 중심으로 복수의 자석이 방사형으로 매입되는 스포크 타입 모터의 로터 제조방법에 관한 것이다.
스포크 타입 모터란 자석이 바퀴휠처럼 방사형으로 구성되어 있는 것으로, 스포크 타입 모터의 로터에 대한 종래기술로는 공개실용신안공보 제2015-0003587호에 샤프트에 결합 고정된 코어(1)에 수개의 페라이트마그넷이 방사상의 스포크타입으로 매입되도록 형성된 수개의 슬롯과, 코어의 각 슬롯 단부에 로터의 고속회전 시 페라이트마그넷이 코어에서 분리되지 않도록 양측에서 내향 돌출되게 형성된 걸림턱과, 수개의 슬롯에 매입되게 고정 설치된 수개의 페라이트마그넷이 포함되며, 상기 코어는 3단의 코어부재로 분할되어 샤프트에서 각 코어부재가 페라이트마그넷이 일치하지 않도록 비틀어진 스큐형태로 적층 구성되며, 페라이트마그넷 사이에서 부채꼴 형상을 갖도록 이루어진 코어의 자속장벽이 구비되며, 자속장벽의 외곽인 자극면의 양측 단부는 자극면의 원호와 편심되면서 자극면의 원호보다 반경이 작은 원호를 갖도록 하여 페라이트마그넷의 외측 단부에서 자극면까지의 거리가 좁아지게 구성되며, 코어의 자속장벽 내측에 상하로 관통되는 장공형태의 홀이 형성되어 하나의 모터 로터를 이루도록 구성된 것을 특징으로 하는 스포크타입의 모터 로터가 등록공개되어 있다
또 다른 종래기술로는 공개특허공보 제2015-0080843호에 회전축을 중심으로 방사상으로 형성되는 고정자 코어를 구비한 스테이터; 상기 회전축을 따라 상기 스테이터와 나란하게 배치되며, 방사상으로 배치된 회전자 코어 및 상기 회전자 코어
사이에 방사상으로 배치된 영구자석을 구비한 로터; 및 상기 로터의 반경방향 외주면을 감싸도록 형성되어 상기 로터가 회전될 때 상기 영구자석의 비산을 방지하는 비산방지용 로터하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 스포크 타입 전동기가 공개되어 있다.
또한, 스포크 타입 모터의 로터 및 그 제조방법에 관한 종래기술로서 등록특허공보 제0624817호에 스테이터와; 상기 스테이터의 내부에 상기 스테이터와 소정의 공극을 두고 원주 방향으로 상호 이격되어 방사형으로 배치된 복수개의 로터 티스가 위치하고, 상기 로터 티스의 사이에 마그네트가 삽입된 로터를 포함하여 구성된 스포크 타입 전동기에 있어서; 상기 로터의 중심부에는 상기 복수개의 로터 티스의 일측을 결합하는 비자성체의 백요크(back yoke)가 구비된 것을 특징으로 하되, 자성체 시트와 비자성체 시트가 길이 방향으로 결합된 결합 시트를 결합된 부분으로부터 상기 자성체 면에는 결합시트의 길이 방향으로 연속하여 로터 티스가 형성되고, 상기 비자성체 면에는 결합시트의 길이 방향으로 연속하여 백요크가 형성되도록 절단하는 절단과정과; 상기 절단된 시트를 원주방향으로 스파이럴공법으로 적층하는 적층과정과; 상기 적층된 시트가 소정의 두께를 형성할 때 적층방향으로 결합하는 조립과정과; 상기 로터 티스부 사이에 마그네트를 압입하는 압입과정으로 구성된 것을 특징으로 하는 스포크 타입 전동기 로터의 제조방법이 등록공개되어 있다.
그러나 종래의 스포크 타입 모터의 로터는 자속의 누설이 많아 출력이 저감되고, 또한 조립공정이 복잡하여 제조비용이 많이 든다는 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자속의 누설이 적어 출력이 높고, 조립공정이 단순하고, 또한 제조비용이 적게 드는 스포크 타입 모터의 로터 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 중공체 형상의 코어의 중심부에는 샤프트가 삽입장착되고, 상기 샤프트를 중심으로 복수의 자석이 방사형으로 매입되는 스포크 타입 모터의 로터의 제조방법에 있어서, 상기 코어의 상·하단에 원판링 형상의 고정판을 접착하는 1단계; 상기 코어와 고정판에 형성된 중공홀을 관통하게 샤프트를 삽입장착하는 2단계; 상기 고정판의 슬롯을 통해 자석을 삽입하는 3단계;공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명 스포크 타입 모터의 로터 제조방법은 자속의 누설을 저감시켜 출력이 높고, 조립공정이 단순하고, 또한 제조비용이 적게 든다는 등의 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명 스포크 타입 모터의 로터의 제조공정도.
도 2는 인서터 몰딩된 본 발명 스포크 타입 모터의 로터의 사시도.
도 3은 본 발명 스포크 타입 모터에 장착되는 로터에서 코어와 고정판의 적층구조를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명 스포크 타입 모터의 로터에서 코어의 평면도.
도 5는 본 발명에서 안출된 코어형상으로 인한 자속의 흐름도.
도 6은 본 발명 스포크 타입 모터의 로터에서 고정판의 평면도.
도 7은 본 발명에서 안출된 고정판형상으로 인한 자속의 흐름도.
도 8은 본 발명 스포크 타입 모터의 로터에 장착되는 고정판의 또 다른 실시에 따른 평면도.
도 9는 본 발명 스포트 타입 모터에 장착되는 코어형상의 해석도.
도 10은 코어의 치폭 두께 변화에 따른 자속흐름도.
도 11은 종래 스포트 타입 모터에 장착된 코어형상에 따른 코깅 토크(Cogging Torque)를 측정한 데이터.
도 12는 본 발명 스포트 타입 모터에 장착되는 코어형상에 따른 코깅 토크(Cogging Torque)를 측정한 데이터.
도 13은 본 발명 스포트 타입 모터에 장착되는 코어형상에 따른 코깅 토크(Cogging Torque)를 측정한 그래프.
본 발명은 중공체 형상의 코어(110)의 중심부에는 샤프트(200)가 삽입장착되고, 상기 샤프트(200)를 중심으로 복수의 자석(130)이 방사형으로 매입되는 스포크 타입 모터의 로터의 제조방법에 있어서, 상기 코어(110)의 상·하단에 원판링 형상의 고정판(120)을 접착하는 1단계; 상기 코어(110)와 고정판(120)에 형성된 중공홀(113, 123)을 관통하게 샤프트(200)를 삽입장착하는 2단계; 상기 고정판(120)의 슬롯(124)을 통해 자석(130)을 삽입하는 3단계;공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 1단계에서 코어(110)가 복수 개일 경우 상기 코어(110)를 적층하되, 상기 코어(110)의 상·하단과 코어(110) 사이에 원판링 형상의 고정판(120)을 접착하는 것이 특징이다.
그리고 상기 3단계 후에는 상기 코어(110)와, 코어(110)에 체결된 샤프트(200)와, 코어(100)에 매입된 복수의 자석(130)을 인서터몰딩에 의해 서로 체결하는 4단계 공정이 추가되는 것이 특징이다.
이하, 본 발명 스포크 타입 모터의 로터 제조방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 스포크 타입 모터의 로터의 제조공정도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 스포트 타입 모터의 로터(100)는 상기 코어(110)의 상·하단에 원판링 형상의 고정판(120)을 접착하는 1단계; 상기 코어(110)와 고정판(120)에 형성된 중공홀(113, 123)을 관통하게 샤프트(200)를 삽입장착하는 2단계; 상기 고정판(120)의 슬롯(124)을 통해 자석(130)을 삽입하는 3단계;공정을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
즉, 중공체 형상의 코어(110)의 중심부에는 샤프트(200)가 삽입장착되고, 상기 샤프트(200)를 중심으로 복수의 자석(130)이 방사형으로 매입되는 스포크 타입 모터의 로터의 제조방법에 있어서, 1단계 공정으로서 코어(110)의 상·하단에 원판링 형상의 고정판(120)을 접착한다.
그리고 2단계 공정으로서 상기 코어(110)와 고정판(120)에 형성된 중공홀(113, 123)을 관통하게 샤프트(200)를 삽입장착하도록 한다.
또한, 3단계 공정으로서 상기 고정판(120)의 슬롯(124)을 통해 자석(130)을 삽입
이때, 상기 1단계에서 코어(110)가 복수 개일 경우 상기 코어(110)를 적층하되, 상기 코어(110)의 상·하단과 코어(110) 사이에 원판링 형상의 고정판(120)을 접착하게 된다.
또한, 상기 3단계 후에는 상기 코어(110)와, 코어(110)에 체결된 샤프트(200)와, 코어(100)에 매입된 복수의 자석(130)을 인서터몰딩에 의해 서로 체결하는 4단계 공정이 추가하여 코어(110)와, 코어(110)에 체결된 샤프트(200)와, 코어(100)에 매입된 복수의 자석(130)을 견고하게 고정하였다.
즉, 자속의 누설을 저감시키기 위해 설계된 본 발명의 로터(100)는 물리적인 결합 또는 서로 구속되는 결합구성이 작기 때문에 기계적 강성은 자연 작아질 수밖에 없다.
이에, 인서터몰딩으로 부족한 기계적 강성을 보완하였다.
인서터몰딩에 사용되는 합성수지는 가격 및 사출 조건을 고려하여 PA 또는 와 나일론을 사용하는 것으로, 더욱 상세하게는 PA66 GF30% 또는 NYLON 66G를 사용하도록 한다.
도 2는 인서터 몰딩된 본 발명 스포크 타입 모터의 로터의 사시도, 도 3은 본 발명 스포크 타입 모터에 장착되는 로터에서 코어와 고정판의 적층구조를 나타낸 사시도, 도 4는 본 발명 스포크 타입 모터의 로터에서 코어의 평면도, 도 5는 본 발명에서 안출된 코어형상으로 인한 자속의 흐름도, 도 6은 본 발명 스포크 타입 모터의 로터에서 고정판의 평면도, 도 7은 본 발명에서 안출된 고정판형상으로 인한 자속의 흐름도이다.
도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 스포크 타입 모터의 로터(100)는 중공체 형상의 코어(110)의 중심부에는 샤프트(200)가 삽입장착되고, 상기 샤프트(200)를 중심으로 복수의 자석(130)이 방사형으로 매입되는 것을 특징으로 한다.
더욱 상세하게 설명하면, 상기 코어(110)는 동심원상을 이루는 내부코어(111)와 외부코어(112)로 이루어지는 것으로, 상기 내부코어(111)의 중공홀(113)에는 샤프트(200)가 삽입장착되고, 외부코어(112)에는 복수의 자석(130)이 방사형으로 매입되며, 상기 코어(110)의 양단에는 내부코어(111)와 외부코어(112)를 고정하는 고정판(120)이 장착된다.
이때, 상기 고정판(120)은 원판링 형상의 내부고정판(121)과 외부고정판(122)이 동심원상에 위치하고 있되, 내부고정판(121)과 외부고정판(122)은 원주방향을 따라 형성된 복수의 연결부재(125)에 의해 서로 고정된다.
그리고 상기 외부고정판(122)에는 자석(130)이 매입될 수 있도록 복수의 슬롯(124)이 방사형으로 형성되어 있다.
한편, 상기 슬롯(124)은 내부고정판(121)을 향해서 개구되고, 상기 내부고정판(121)의 외주연에는 슬롯(124)에 매입된 자석(130)이 개구된 공간을 통해 이탈되지 않도록 자석(130)을 고정하기 위해 복수의 돌기(126)가 형성되어 있다.
특히, 상기 내부코어(111)와 외부코어(112) 및 내부코어(111)에 체결된 샤프트(200)와 외부코어(112)에 매입된 복수의 자석(130)은 인서터몰딩에 의해 서로 체결됨으로써 견고하게 고정되는 것이다.
상기 코어(110)와 고정판(121)은 S18을 사용하도록 한다.
또 다른 실시로서 상기 코어(110)를 복수 개가 되도록 적층할 수 있는 것으로, 적층된 코어(110) 간에는 고정판(120)이 장착되어 적층된 코어(110)를 고정하는 것이다.
또한, 상기 외부코어(112)는 원호형으로 분할된 복수의 분할편의 조합으로 이루어지는 것이다.
상기 분할편 간에는 일정간격 이격된 공간부(114)가 형성되고, 상기 공간부(114)에는 자석(130)이 장착되며, 분할편의 끝단부에는 원주방향으로 돌출된 걸림턱(115)이 형성되어 있다.
그리고 상기 외부코어(112)가 내부코어(111)와 결합된 후, 샤프트(200)에 의해 회전시 원심력에 의해 자석(130)이 외부로 이탈되지 않도록 하였다.
상기 자석(130)은 페라이트 자석을 사용하도록 한다.
한편, 상기 내부코어(111)와 외부코어(112) 및 내부코어(111)에 체결된 샤프트(200)와 외부코어(112)에 매입된 복수의 자석(130)은 인서터몰딩에 의해 서로 체결됨으로써 견고하게 고정된다.
즉, 상기 로터(100)는 코어(110)와 샤프트(200)를 결합 후, 인서터 몰딩함으로써 코어(110)의 표면에는 몰딩부(140)가 형성되는 것이다.
도 8은 본 발명 스포크 타입 모터의 로터에 장착되는 고정판의 또 다른 실시에 따른 평면도.
도 8에 도시된 바와 같이 고정판(120)의 또 다른 실시에 따른 내부고정판(121)의 중공홀(123)에는 톱니형상(세레이션:Serratiom) 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 내부고정판(121)의 중공홀(123)로 샤프트(200)를 억지끼움하게 된다.
더욱 상세하게 설명하면, 종래에는 샤프트(200)의 외주연에 펀칭(Punching) 또는 세레이션(Serration)을 형성하였지만 본 발명에서는 내부고정판(121)의 중공홀(123)에는 톱니형상(세레이션:Serratiom) 형성함으로써 샤프트(200)의 압입공정을 삭제함으로써 원가를 절감할 수 있도록 하였다.
바람직하게는 상기 내부고정판(121)의 중공홀(123)인 내주연에 형성되는 세레이션의 홈부와 내부고정판(121)의 외주연에 형성되는 돌기(126)는 서로 동수(同數)로 형성하는 것이다.
즉, 내부고정판(121)의 중공홀(123)인 내주연에 형성되는 세레이션의 홈부와 내부고정판(121)의 외주연에 형성되는 돌기(126)는 내부고정판(121)의 중심부로부터 동일 방사선상에 위치하도록 형성하고, 또한 상기 돌기(126) 사이에 내부고정판(121)과 외부고정판(122)을 연결하는 연결부재(125)가 형성되어 있음으로 인해 코어(110)와 결속시 비틀림을 방지함으로써 제품 생산시 불량률을 줄일 수 있게 된다.
도 9는 본 발명 스포트 타입 모터에 장착되는 코어형상의 해석도이다.
도 9에 도시된 바와 같이 코어(110)는 원주방향을 따라 원호형의 분할편과 자석이 내입되는 공간부(114)가 교변하여 형성되는 것으로, 연결부재(125)인 치폭의 두께를 1.0mm로 하고, 치폭 간의 각은 36°로 하고, 치폭의 중심과 자석(130)이 내입되는 공간부(114)의 중심과의 각은 10∼18°로 설계하였다.
그리고 코어(110)의 중심부에서 내부코어(111)의 외주연 까지의 거리 즉, 내부코어(111)의 반지름은 9.5mm, 코어(110)의 중심부에서 자석(130)이 내입되는 공간부(114)의 끝단부 까지 즉, 걸림턱(115) 까지는 25mm가 되도록 설계하였다.
이는 반복된 실험에 의해 최적의 치수를 도출하여 설계한 것이다.
한편, 복수의 코어(110)가 적층되고, 코어(110)의 상·하단과 코어(110) 사이에 고정판(120)이 장착될 때, 코어(110)의 두께는 33mm로 하고, 고정판(120)의 두께는 1mm로 설계하였다.
도 10은 코어의 치폭의 두께 변화에 따른 자속흐름도이다.
코어(110)의 두께 변화에 따른 자속의 상관관계를 확인하기 위하여 다음과 같은 조건으로 실험하였다.
NO 구분 RMS BEMF(V/s/turns/m) 비고
1 치폭:1.5mm 0.900e-3 -
2 치폭: 1.0mm 1.018e-3 1번 대비 13% 상승
3 치폭: 0.5mm 1.091e-3 2번 대비 7% 상승
표 1에서와 같이 치폭이 1.5mm, 1.0mm, 0.5mm인 경우를 실험했을 때, 치폭의 두께가 얇은 수록 역기전력이 상승한다는 것을 알 수 있다.
도 11은 종래 스포트 타입 모터에 장착된 코어형상에 따른 코깅 토크(Cogging Torque)를 측정한 데이터, 도 12는 본 발명 스포트 타입 모터에 장착되는 코어형상에 따른 코깅 토크(Cogging Torque)를 측정한 데이터, 도 13은 본 발명 스포트 타입 모터에 장착되는 코어형상에 따른 코깅 토크(Cogging Torque)를 측정한 그래프이다.
참고로, 코깅(Cogging)은 보통 발전기 모터에서 자계의 불균형으로 발생되는 현상으로, 발전기나 모터의 축을 잡고 돌리면 부드럽게 돌아가지 않고, ‘턱턱’ 걸리면서 불균일하게 돌아가는 현상을 가리킨다.
또한, 코깅토크(Cogging Torgeu)란 발전기나 모터의 축을 저rpm으로 돌릴 때, 코크의 변화량 중 가장 클 때와 작을 때의 차이를 일컫는 용어이다.
상술한 바와 같이 본 발명 스포크 타입 모터의 로터 제조방법은 자속의 누설을 저감시켜 출력이 높고, 조립공정이 단순하고, 또한 제조비용이 적게 든다는 등의 현저한 효과가 있다.
100. 로터
110. 코어 111. 내부코어 112. 외부코어
113. 중공홀 114. 공간부 115. 걸림턱
120. 고정판 121. 내부고정판 122. 외부고정판
123. 중공홀 124. 슬롯 125. 연결부재
126. 돌기
130. 자석
140. 몰딩부
200. 샤프트

Claims (3)

  1. 중공체 형상의 코어(110)의 중심부에는 샤프트(200)가 삽입장착되고, 상기 샤프트(200)를 중심으로 복수의 자석(130)이 방사형으로 매입되는 스포크 타입 모터의 로터의 제조방법에 있어서,
    상기 코어(110)의 상·하단에 원판링 형상의 고정판(120)을 접착하는 1단계; 상기 코어(110)와 고정판(120)에 형성된 중공홀(113, 123)을 관통하게 샤프트(200)를 삽입장착하는 2단계; 상기 고정판(120)의 슬롯(124)을 통해 자석(130)을 삽입하는 3단계;공정을 포함하되,
    상기 1단계에서 코어(110)가 복수 개일 경우 상기 코어(110)를 적층하되, 상기 코어(110)의 상·하단과 코어(110) 사이에 원판링 형상의 고정판(120)을 접착하는 것이고,
    상기 3단계 후에는 상기 코어(110)와, 코어(110)에 체결된 샤프트(200)와, 코어(100)에 매입된 복수의 자석(130)을 인서터몰딩에 의해 서로 체결하는 4단계 공정이 추가되는 것이되,
    외부코어(112)는 원호형으로 분할된 복수의 분할편의 조합으로 이루어지는 것으로, 상기 분할편 간에는 일정간격 이격된 공간부(114)가 형성되고, 상기 공간부(114)에는 자석(130)이 위치하되, 분할편의 끝단부에는 원주방향으로 돌출된 걸림턱(115)이 형성되어 상기 외부코어(112)가 내부코어(111)와 결합된 후, 샤프트(200)에 의해 회전시 원심력에 의해 자석(130)이 외부로 이탈되지 않도록 하는 것이며,
    내부고정판(121)의 중공홀(123)에는 톱니형상이 형성되어 있어, 상기 내부고정판(121)의 중공홀(123)로 샤프트(200)를 억지끼움하는 것으로,
    상기 내부고정판(121)의 중공홀(123)인 내주연에 형성되는 세레이션의 홈부와 내부고정판(121)의 외주연에 형성되는 돌기(126)는 서로 동수로 형성함으로써,
    상기 내부고정판(121)의 중공홀(123)인 내주연에 형성되는 세레이션의 홈부와 내부고정판(121)의 외주연에 형성되는 돌기(126)는 내부고정판(121)의 중심부로부터 동일 방사선상에 위치하도록 형성하고, 상기 돌기(126) 사이에 내부고정판(121)과 외부고정판(122)을 연결하는 연결부재(125)가 형성되어 있음으로 인해 코어(110)와의 결속시 비틀림을 방지하는 것이며,
    상기 코어(110)는 원주방향을 따라 원호형의 분할편과 자석이 내입되는 공간부(114)가 교변하여 형성되는 것으로, 연결부재(125) 사이의 각은 36°로 하고, 연결부재(125)의 중심과 자석(130)이 내입되는 공간부(114)의 중심 사이의 각은 10∼18°로 하는 것이 특징인 스포크 타입 모터의 로터 제조방법.

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