KR101942457B1 - 곡사포탄용 bldc 모터 - Google Patents

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Abstract

회전자축이 삽입되어 관통하되 커버부와 삽입부로 구성되는 후면부 커버, 상기 커버부 끝단에 상기 회전자축 사이에 개재된 후면부 베어링과 상기 삽입부 끝단에 상기 회전자축 사이에 개재된 전면부 베어링, 및 상기 삽입부를 감싸는 권선으로 구성되는 고정자 조립체; 관통 홀이 중심에 위치하는 전면부 커버, 상기 전면부 커버의 원주 영역에 연결되는 원기둥 모양의 회전자, 상기 회전자의 내부면을 따라 위치하는 자석 고정링 및 상기 자석 고정링과 상기 회전자 사이에 일정 간격 삽입 고정된 영구자석으로 구성되는 회전자 조립체; 및 상기 권선이 상기 자석 고정링과 배치되도록 상기 고정자 조립체를 상기 회전자 조립체 내부로 삽입하여 결합하되, 상기 회전자축은 상기 회전자 조립체의 홀을 관통함으로써 결합되고, 상기 후면부 커버의 커버부와 상기 회전자 사이에 외륜형 베어링이 개재되는 것을 특징으로 하는 곡사포탄용 BLDC 모터를 제공한다.

Description

곡사포탄용 BLDC 모터{The BLDC motor for shell of howitzer}
본 발명은 곡사포탄용 BLDC 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포탄 발사의 충격을 분산시키는 내고충격 구조를 구비하는 곡사포탄용 BLDC 모터에 관한 것이다.
포탄은 발사 직후 기저면 후방에서 폭발적으로 생성되는 압력에 의해 후진 관성력이 발생한다. 예를 들어 155밀리 곡사포탄의 후진 관성력은 최대 20000G 정도의 크기를 가지는데, 충격은 십여ms 정도 지속된다. 최근 지능탄에 대한 필요성이 대두되면서 특수임무를 수행하기 위한 포발사 환경에 강인한 모터가 필요하다.
외전형 BLDC 모터는 고정자와 회전축 그리고 상기 고정자에 대해 상대적으로 회전 운동을 하는 회전자로 구성이 된다. 상기 회전축은 상기 고정자를 관통하여 상기 회전자와 결합되되, 상기 회전자는 상기 고정자를 감싸는 형태로 위치한다. 상기 회전자 내부에 구비된 영구자석으로 인해 자기장이 발생하고, 상기 고정자에 위치하는 권선들에 전류를 흘려주면, 플레밍의 왼손법칙에 의해 토크가 발생하여 회전자가 회전함으로써 모터가 구동하게 된다.
상기 포탄 발사 시 후진 관성력으로 인한 충격은 포탄의 반경으로 배치된 상기 외전형 BLDC 모터에도 가해지게 된다. 이로 인해 고정자의 조립체가 순간적으로 상기 회전자 내부에 위치하는 영구자석에 충격을 주게 되고, 상기 영구자석은 파손될 수 있다. 상기 파손된 영구자석의 조각들이 자리를 이탈하게 되면 상기 회전자의 회전운동을 방해할 수 있다.
또한, 상기 영구 자석에 손상이 가해지지 않더라도 회전자 및 회전축에 충격이 가해짐으로써 편심 운동을 하게 되어 상기 외전형 BLDC 모터의 구동에 불안정성을 유발할 수 있다.
한국 등록특허 제 10-1355253호(등록일 : 2014.01.17.) 한국 등록특허 제 10-0481048호(등록일 : 2005.03.25.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 회전자의 영구자석이 고충격에 의해 파손 또는 이탈되는 것을 방지하는 곡사포탄용 BLDC 모터를 제공하는 것에 목적이 있다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 고정자에 외부 충격에도 내구성을 유지할 수 있는 내고충격 구조를 구비함으로써 회전자 및 회전축을 보호하는 구조의 곡사포탄용 BLDC 모터를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 회전자축이 삽입되어 관통하되 커버부와 삽입부로 구성되는 후면부 커버, 상기 커버부 끝단에 상기 회전자축 사이에 개재된 후면부 베어링과 상기 삽입부 끝단에 상기 회전자축 사이에 개재된 전면부 베어링, 및 상기 삽입부를 감싸는 권선으로 구성되는 고정자 조립체; 관통 홀이 중심에 위치하는 전면부 커버, 상기 전면부 커버의 원주 영역에 연결되는 원기둥 모양의 회전자, 상기 회전자의 내부면을 따라 위치하는 자석 고정링 및 상기 자석 고정링과 상기 회전자 사이에 일정 간격 삽입 고정된 영구자석으로 구성되는 회전자 조립체; 및 상기 권선이 상기 자석 고정링과 배치되도록 상기 고정자 조립체를 상기 회전자 조립체 내부로 삽입하여 결합하되, 상기 회전자축은 상기 회전자 조립체의 홀을 관통함으로써 결합되고, 상기 후면부 커버의 커버부와 상기 회전자 사이에 외륜형 베어링이 개재되는 것을 특징으로 하는 곡사포탄용 BLDC 모터를 제공한다.
상기 외륜형 베어링의 외측 단면부에 위치하되 상기 후면부 커버의 끝단 측면을 감싸는 베어링 스토퍼를 포함할 수 있다.
상기 회전자, 상기 영구자석 및 상기 자석 고정링은 서로 밀착 결합되며, 상기 자석 고정링은 상기 영구자석의 단부를 부분적으로 감싸는 구조를 가질 수 있다.
상기 자석 고정링은 상기 영구자석의 배열과 크기에 부합하는 영역에 요철 구조를 가질 수 있다.
상기 자석 고정링은 비자성체 소재로 구성된 것일 수 있다.
상기 회전자축은 상기 전면부 베어링이 위치하는 저널에 단차를 구비할 수 있다.
상기 전면부 베어링은 자동조심 볼 베어링(Self-Aligning Ball Bearing) 또는 앵귤러 볼 베어링(angular contact ball bearing)의 조합을 사용할 수 있다.
상기 외륜형 베어링 또는 상기 후면부 베어링은 자동조심 볼 베어링(Self-Aligning Ball Bearing), 앵귤러 볼 베어링 (angular contact ball bearing) 또는 롤러 베어링 중 하나 이상 선택하여 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 곡사포탄용 BLDC 모터는 위치와 구조가 서로 상이한 복수개의 베어링을 구비하여 모터에 가해지는 충격을 분산시키는 구조로 구성함으로써, 이로 인해 포탄 발사 시 모터의 회전자축에 가해지는 충격이 완화될 수 있는 장점이 있다.
또한, 자석 고정링을 회전자 조립체에 구비함으로써, 고충격에 의해 영구자석이 파손 또는 이탈이 되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 곡사포탄용 BLDC 모터의 축방향 단면에 대한 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 곡사포탄용 BLDC 모터의 축방향에 대한 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회전자 조립체의 조립과정을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 곡사포탄용 BLDC 모터의 조립과정을 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 곡사포탄용 BLDC 모터의 축방향 단면에 대한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 곡사포탄용 BLDC 모터의 축방향에 대한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 곡사포탄용 BLDC 모터는 고정자 조립체(100), 회전자 조립체(200), 및 회전자축(300)으로 구성된다.
상기 고정자 조립체(100)은 후면부 커버(110), 후면부 베어링(120), 전면부 베어링(130), 및 권선(140)으로 이루어진다.
상기 후면부 커버(110)는 상기 회전자축(300)이 삽입되어 관통하되 커버부(110a)와 삽입부(110b)로 구성되고, 상기 커버부(110a) 끝단에 상기 회전자축(300) 사이에는 후면부 베어링(120)이 개재된다. 또한, 상기 삽입부(110b) 끝단에는 상기 회전자축(300) 사이에 전면부 베어링(130)이 개재된다.
상기 회전자축(300)은 상기 전면부 베어링(130)이 위치하는 저널에 단차를 구비할 수 있다. 즉, 상기 회전자축(300)과 상기 후면부 커버(110)의 삽입부(110b) 사이의 틈새로 상기 전면부 베어링(130)이 삽입됨으로써 조립되는 구조를 가진다. 또한, 상기 전면부 베어링(130)은 자동조심 볼 베어링(Self-Aligning Ball Bearing) 또는 앵귤러 볼 베어링(angular contact ball bearing)의 조합을 사용하는 것일 수 있다. 따라서 포탄 발사 시 충격에 의해 회전축에 미소한 변동이 생기는 상황이 있더라도 상기 자동조심 볼 베어링에 의해 일정 수준 자기 정렬이 가능한 장점이 있다. 또한 앵귤러 볼 베어링의 조합으로 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 함께 받게 함으로써 포탄 발사 시의 충격을 완화시킬 수 있다. 상기 전면부 베어링(130)은 안전율을 고려하여 2개의 베어링을 적용할 수 있다.
상기 후면부 베어링(120)은 자동조심 볼 베어링(Self-Aligning Ball Bearing), 앵귤러 볼 베어링 (angular contact ball bearing) 또는 롤러 베어링 중 하나 이상 선택하여 구성할 수 있다. 예를 들어, 상기 후면부 베어링(120)이 롤러 베어링인 경우, 상기 곡사포탄용 BLDC 모터의 후면부에 충격하중, 고속회전에 적합한 원통형의 롤러 베어링을 구비함으로써 포탄 발사 시 오는 충격을 완화시키는데 도움을 줄 수 있다.
상기 후면부 커버(110)의 상기 삽입부(110b)에는 그를 감싸는 권선(140)이 위치한다. 상기 권선(140)은 상기 곡사포탄용 BLDC 모터의 외부(미도시)로부터 전류를 공급받게 된다.
상기 회전자 조립체(200)는 전면부 커버(210), 회전자(215), 자석 고정링(220) 및 영구자석(230)을 구비한다.
상기 전면부 커버(210)는 관통 홀(h)이 중심에 위치하고, 상기 전면부 커버(210)의 원주 영역에는 원기둥 모양의 회전자(215)가 연결된다. 상기 회전자(215)의 내부면은 상기 영구자석(230)의 배열과 대응되는 요철구조를 구비할 수 있다. 상기 회전자(215)의 내부면을 따라 자석 고정링(220)이 위치한다. 상기 자석 고정링(220) 또한 원기둥 모양의 일체형 구조로써, 상기 자석 고정링(220)과 상기 회전자(215) 사이에 영구자석(230)이 일정 간격 삽입 고정된다.
상기 회전자(215), 상기 영구자석(230) 및 상기 자석 고정링(220)은 서로 밀착 결합되며, 상기 자석 고정링(220)은 상기 영구자석(230)의 단부를 부분적으로 감싸는 구조를 가질 수 있다.
따라서 상기 영구자석(230)의 위치를 고정하고, 발사 시의 충격에 의해 영구자석(230)의 일부가 파손된다하더라도 회전자의 회전 운동에 주는 영향을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 자석 고정링(220)은 상기 영구자석(230)의 배열 및 크기에 부합하는 영역에 요철 구조를 가질 수 있다. 따라서 상기 영구자석(230)이 배열된 위치에 고정되는 힘이 더욱 증가함으로써 발사 시 충격이 주는 영향을 더욱 감소시킬 수 있다.
상기 자석 고정링(220)은 비자성체로 구성된 것일 수 있으며, 나아가서 알루미늄 비자성체로 구성된 것일 수 있다. 따라서 상기 자석 고정링(220)이 상기 회전자(215)의 내부에 위치함으로써 모터의 구동과 관련된 전류 또는 전자기장에 영향을 주지 않음과 동시에 상기 영구자석(230)을 보호할 수 있으며, 그로 인해 상기 곡사포탄용 BLDC 모터 회전의 안정성에 도움을 줄 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회전자 조립체의 조립과정을 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 상기 전면부 커버(210)와 상기 회전자(215)가 결합되고, 이 후 영구자석이 조립된다. 이때 상기 전면부 커버(210)의 내측면에는 상기 영구자석(230)의 간격에 대응되는 돌출부(210a)가 규칙적인 간격으로 위치할 수 있다. 따라서 상기 영구자석(230)이 정확한 간격으로 조립될 수 있다.
다음으로, 상기 회전자(215) 내부로 상기 자석 고정링(220)을 삽입하고 고정시킨다. 상기의 조립 과정 중 필요에 따라 접착제를 적용할 수도 있다. 상기의 과정으로 회전자 조립체(200)가 완성된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 곡사포탄용 BLDC 모터의 조립과정을 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 권선(140)이 상기 자석 고정링(220)과 배치되도록 상기 고정자 조립체(100)를 상기 회전자 조립체(200) 내부로 삽입하여 결합하되, 상기 회전자축(300)은 상기 회전자 조립체(200)의 홀(h)을 관통함으로써 결합된다. 또한 상기 결합 시 상기 후면부 커버(110)의 커버부(110a)와 상기 회전자(215) 사이에 외륜형 베어링(400)이 개재됨으로써 곡사포탄용 BLDC 모터가 구성된다.
상기 전면부 커버(210)의 원통형의 측부에는 볼트 조립부(b)가 위치하여 상기 회전자 조립체(200)와 상기 고정자 조립체(100)의 조립 고정을 수행할 수 있다.
상기 곡사포탄용 BLDC 모터는 상기 외륜형 베어링(400)의 외측 단면부에 위치하되 상기 후면부 커버(110)의 끝단 측면을 감싸는 베어링 스토퍼(500)를 포함할 수 있다. 상기 베어링 스토퍼(500)는 마개의 역할을 수행하며 외부 충격 시 베어링이 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
상기 외륜형 베어링(400)은 자동조심 볼 베어링(Self-Aligning Ball Bearing), 앵귤러 볼 베어링 (angular contact ball bearing) 또는 롤러 베어링 중 하나 이상 선택하여 구성할 수 있다. 예를 들어, 상기 외륜형 베어링(400)은 깊은 홈 볼 베어링(deep groove ball bearing) 또는 앵귤러 볼 베어링(angular contact ball bearing)일 수 있다. 상기 깊은 홈 볼 베어링(deep groove ball bearing)은 구조가 간단하고 정밀도가 높으므로, 고속회전용에 적합한 볼 베어링을 사용함으로써 상기 곡사포탄용 BLDC 모터의 안정적인 회전에 도움을 줄 수 있다. 또한 상기 조합 앵귤러 볼 베어링(angular contact ball bearing)은 구름 피로강도가 크고 높은 경도, 내마모성, 및 치수 안정성이 있으며 기계적 강도가 큰 고탄소크롬베어링강으로 이루어질 수 있으며, 따라서 외부 충격에 대한 모터 구동 유지에 도움을 줄 수 있다.
또한, 상기 외륜형 베어링(400)은 테이퍼 베어링일 수 있다. 상기 회전자축(300)의 축선에 직각 방향으로 작용하는 하중과 축선과 같은 방향으로 작용하는 하중을 모두 지지하는 베어링 구조를 택함으로써 포탄 발사 시 가해지는 충격을 완화 또는 분산시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 곡사포탄용 BLDC 모터는 위치와 구조가 서로 상이한 전면부 베어링(130), 후면부 베어링(120) 및 외륜형 베어링(400)을 구비함으로써 모터의 반경 방향으로 가해지는 충격을 완화시킬 수 있는 구조로 구성할 수 있다. 이로 인해 상기 회전자축(300)에 가해지는 포탄 발사 시의 충격이 완화될 수 있다. 이는 곡사포탄의 조종 날개의 구동에 가해지는 충격의 영향을 감소시킴으로써, 곡사포탄의 타격 정밀도를 높여줄 수 있다.
또한, 자석 고정링(220)을 회전자 조립체(200)에 구비함으로써, 상기 영구자석(230)이 포탄 발사 시의 고충격에 의해 파손 및 이탈이 되는 것을 방지하여 회전자(215)의 회전에 주는 영향을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
고정자 조립체; 100, 회전자 조립체; 200,
회전자축; 300, 외륜형 베어링; 400,
후면부 베어링; 120, 전면부 베어링; 130
자석 고정링; 220

Claims (8)

  1. 회전자축이 삽입되어 관통하되 커버부와 삽입부로 구성되는 후면부 커버, 상기 커버부 끝단에 상기 회전자축 사이에 개재된 후면부 베어링과 상기 삽입부 끝단에 상기 회전자축 사이에 개재된 전면부 베어링, 및 상기 삽입부를 감싸는 권선으로 구성되는 고정자 조립체;
    관통 홀이 중심에 위치하는 전면부 커버, 상기 전면부 커버의 원주 영역에 연결되는 원기둥 모양의 회전자, 상기 회전자의 내부면을 따라 위치하는 자석 고정링 및 상기 자석 고정링과 상기 회전자 사이에 일정 간격 삽입 고정된 영구자석으로 구성되는 회전자 조립체; 및
    상기 권선이 상기 자석 고정링과 배치되도록 상기 고정자 조립체를 상기 회전자 조립체 내부로 삽입하여 결합하되, 상기 회전자축은 상기 회전자 조립체의 홀을 관통함으로써 결합되고, 상기 후면부 커버의 커버부와 상기 회전자 사이에 외륜형 베어링이 개재되며,
    상기 자석 고정링은 비자성체 소재로 구성되고,
    상기 회전자축은 상기 전면부 베어링이 위치하는 저널에 단차를 구비하여 상기 회전자축과 상기 삽입부 사이의 틈새로 상기 전면부 베어링이 삽입되며,
    상기 전면부 베어링은 2개의 베어링으로 구성되고, 자동조심 볼 베어링(Self-Aligning Ball Bearing)과 앵귤러 볼 베어링(angular contact ball bearing)을 조합하여 사용하며,
    상기 후면부 베어링은 자동조심 볼 베어링(Self-Aligning Ball Bearing), 앵귤러 볼 베어링 (angular contact ball bearing) 또는 롤러 베어링 중 하나 이상 선택하여 구성하고,
    상기 외륜형 베어링은 고탄소크롬베어링강으로 이루어진 앵귤러 볼 베어링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 곡사포탄용 BLDC 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외륜형 베어링의 외측 단면부에 위치하되 상기 후면부 커버의 끝단 측면을 감싸는 베어링 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡사포탄용 BLDC 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자, 상기 영구자석 및 상기 자석 고정링은 서로 밀착 결합되며, 상기 자석 고정링은 상기 영구자석의 단부를 부분적으로 감싸는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 곡사포탄용 BLDC 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석 고정링은 상기 영구자석의 배열과 크기에 부합하는 영역에 요철 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 곡사포탄용 BLDC 모터.
  5. 삭제
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