KR101979341B1 - 축방향 권선형 모터 - Google Patents

축방향 권선형 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축방향 권선형 모터에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적 효율을 향상시킨 축방향 권선형 모터에 대한 것이다.
본 발명에 따른 축방향 권선형 모터는 모터하우징과, 샤프트와, 스테이터수단과, 로터수단을 포함한다. 상기 모터하우징은 내부에 수용부가 형성된다. 상기 샤프트는 상기 수용부에 회전 가능하게 장착된다. 상기 스테이터수단은 복수의 스테이터 코어와, 코일과, 한 쌍의 스테이터 브라킷을 구비하여 상기 모터하우징에 고정결합된다. 상기 스테이터 코어는 상기 사프트를 중심으로 원주 방향을 따라 일정간격 이격하여 배치된다. 상기 코일은 상기 샤프트의 축방향으로 자속을 발생시킬 수 있게 상기 스테이터 코어에 권선된다. 상기 스테이터 브라킷은 상기 스테이터 코어의 단부가 삽입고정될 수 있게 고정홈이 형성되어 상기 스테이터 코어의 양단을 지지하는 절연체로 형성된다. 상기 로터수단은 한 쌍의 원판 형상의 로터판과, 복수의 자력부를 구비한다. 상기 로터판은 상기 스테이터 코어와 마주보는 일측면에 상기 스테이터 코어에 대응되는 복수의 장착부를 구비하여 상기 샤프트의 축방향을 따라 상기 스테이터 코어의 양측에서 상기 샤프트에 결합된다. 상기 자력부는 상기 장착부에 장착된다.
본 발명에 의하면, 스테이터 코어의 양단을 지지하는 스테이터 브라킷이 절연체로 이루어짐으로써, 스테이터 브라킷에 발생되는 와전류손을 용이하게 저감시킬 수 있다. 이로 인한여 모터의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 한 극을 이루도록 로터판에 장착되는 자력부가 복수의 영구자석셀로 형성됨으로써, 가공이 용이하고 표준화가 쉬워 생산원가를 줄일 수 있다. 그리고 장기간 사용으로 인한 영구자석의 파손 위험을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 장착부의 중심에서 원주 방향의 양단으로 갈수록 자력의 크기가 작아지도록 영구자석셀이 장착되므로써, 로터의 회전이 원활하게 이루어진다. 그래서 모터의 토크를 향상시켜 모터의 성능을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 자력부가 장착되는 장착부가 로터판에 탈착가능학게 장착되고, 스테이터 코어가 스테이터 브라킷의 반경방향에서 삽입되어 고정결합되도록 고정홈이 형성됨으로써, 영구자석이 파손되더라도 용이하게 교체할 수 있으며, 조립이 용이하다.

Description

축방향 권선형 모터{Permanent axial flux magnet motor}
본 발명은 축방향 권선형 모터에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적 효율을 향상시킨 축방향 권선형 모터에 대한 것이다.
축방향 권선형 모터는 자속의 흐름이 축방향으로 형성된 모터로서, 출력밀도가 높고 축방향 길이에 비해 모터 직경이 커서 상대적으로 많은 극 수를 설계할 수 있으므로 고주파수 또는 저속 구동에 적합한 구조를 가진다. 이러한 축방향 권선형 모터 역시 자기장을 형성하는 스테이터 및 스테이터에 대하여 회전 가능하게 이루어지는 로터를 포함한다. 스테이터는 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 동시에 축방향으로 일정 높이로 돌출되는 다수의 코어를 포함하며, 코어는 스테이터 브라킷에 형성된 홈에 축 방향으로 결합된다. 로터는 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열된 영구자석을 포함하며, 스테이터와 일정한 공극(gap)을 형성하면서 회전하도록 이루어진다. 축방향 권선형 모터는 코어에 권선된 코일에 흐르는 전류의 방향을 전환시킴으로써 코어와 로터의 영구자석 사이에 반발력 또는 흡인력을 생성하여 회전 토크를 발생시키게 된다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0034348호 (공개일 2015.04.03) 대한민국 등록특허 제10-1436584호 (등록일 2014.08.26)
종래의 경우, 축방향 권선형 모터의 스테이터 브라킷은 도전성 금속제로 이루어졌다. 이로 인하여 스테이터 브라킷에서의 와전류손이 커지고, 회전 토크를 생성하는 과정에서 코일로부터 방출되는 열과 더해져 축방향 권선형 모터의 효율이 저하된다는 문제점이 있었다. 또한, 영구자석은 코어에 대응할 수 있도록 코어 단부의 단면적에 맞춰 하나의 크기로 형성되었다. 그래서 높은 자력이 요구될 경우, 영구자석의 크기도 커져야 하며, 영구자석의 크기가 커질수도록 가공이 힘들어질 뿐만 아니라 파손이 쉬워서 파손의 위험성이 커진다는 문제점이 있었다. 또한, 영구자석의 크기가 달라질 경우, 표준화가 어려워 생산원가가 올라가고 일부가 파손되더라도 영구자석 전체를 교체해야하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 스테이터 브라킷에서 발생되는 와전류손을 저감시켜 전기적 효율을 높일 수 있는 축방향 권선형 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 높은 자력이 요구되더라도 파손의 위험성이 작을 뿐만 아니라 가공이 용이하고 표준화될 수 있는 영구자석을 구비한 축방향 권선형 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가공 및 조립이 용이하며, 모터의 토크를 향상시켜 모터의 성능을 높일 수 있는 축방향 권선형 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 축방향 권선형 모터는 모터하우징과, 샤프트와, 스테이터수단과, 로터수단을 포함한다. 상기 모터하우징은 내부에 수용부가 형성된다. 상기 샤프트는 상기 수용부에 회전 가능하게 장착된다. 상기 스테이터수단은 복수의 스테이터 코어와, 코일과, 한 쌍의 스테이터 브라킷을 구비하여 상기 모터하우징에 고정결합된다. 상기 스테이터 코어는 상기 사프트를 중심으로 원주 방향을 따라 일정간격 이격하여 배치된다. 상기 코일은 상기 샤프트의 축방향으로 자속을 발생시킬 수 있게 상기 스테이터 코어에 권선된다. 상기 스테이터 브라킷은 상기 스테이터 코어의 단부가 삽입고정될 수 있게 고정홈이 형성되어 상기 스테이터 코어의 양단을 지지하는 절연체로 형성된다. 상기 로터수단은 한 쌍의 원판 형상의 로터판과, 복수의 자력부를 구비한다. 상기 로터판은 상기 스테이터 코어와 마주보는 일측면에 상기 스테이터 코어에 대응되는 복수의 장착부를 구비하여 상기 샤프트의 축방향을 따라 상기 스테이터 코어의 양측에서 상기 샤프트에 결합된다. 상기 자력부는 상기 장착부에 장착된다.
또한, 상기의 축방향 권선형 모터에 있어서, 상기 자력부는 복수의 영구자석셀로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 축방향 권선형 모터에 있어서, 상기 자력부는 상기 장착부의 중심에서 원주 방향의 양단으로 갈수록 자력의 크기가 작아지도록 상기 영구자석셀이 장착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 축방향 권선형 모터에 있어서, 상기 스테이터 브라킷은 상기 스테이터 코어의 단부가 반경방향에서 삽입되도록 상기 고정홈의 원주면이 개방되고, 상기 고정홈에서 상기 스테이터 코어가 상기 스테이터 브라킷의 축방향으로 이탈하지 않도록 상기 고정홈의 내측면에서 돌출된 이탈방지돌기가 형성되는 것이 바람직하며, 상기 스테이터 코어는 상기 단부가 상기 고정홈에 삽입되어 장착될 수 있도록 상기 이탈방지돌기에 형합하는 이탈방지홈이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 축방향 권선형 모터에 있어서, 상기 장착부는 상기 로터판에 탈착가능하게 장착되는 것이 바람직하다.
또는, 상기의 축방향 권선형 모터에 있어서, 상기 스테이터 브라킷은 세라믹 또는 열경화성 수지 또는 코팅된 스테인리스 스틸로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 축방향 권선형 모터에 있어서, 상기 스테이터수단은 상기 스테이터 코어가 상기 모터하우징에 볼트로 고정결합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 스테이터 코어의 양단을 지지하는 스테이터 브라킷이 절연체로 이루어짐으로써, 스테이터 브라킷에 발생되는 와전류손을 저감시킬 수 있다. 이로 인한여 모터의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 한 극을 이루도록 로터판에 장착되는 자력부가 복수의 영구자석셀로 형성됨으로써, 가공이 용이하고 표준화가 쉬워 생산원가를 줄일 수 있다. 그리고 장기간 사용으로 인한 영구자석의 파손 위험을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 장착부의 중심에서 원주 방향의 양단으로 갈수록 자력의 크기가 작아지도록 영구자석셀이 장착되므로써, 로터의 회전이 원활하게 이루어진다. 그래서 모터의 토크를 향상시켜 모터의 성능을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 자력부가 장착되는 장착부가 로터판에 탈착가능하게 장착되고, 스테이터 코어가 스테이터 브라킷의 반경방향에서 삽입되어 고정결합되도록 고정홈이 형성됨으로써, 영구자석이 파손되더라도 용이하게 교체할 수 있으며, 조립이 용이하다.
도 1은 본 발명에 따른 축방향 권선형 모터의 일 실시예의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 분해사시도,
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 모터하우징의 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 실시예의 로터수단의 평면도,
도 5는 도 4에 도시된 실시예의 측면도,
도 6은 도 1에 도시된 실시예의 평단면도,
도 7은 본 발명에 따른 축방향 권선형 모터의 다른 실시예의 스테이터 브라킷의 평면도,
도 8은 도 7에 도시된 실시예의 스테이터 브라킷 및 스테이터 코어의 측면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 축방향 권선형 모터의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 축방향 권선형 모터는 모터하우징(10)과, 샤프트(20)와, 스테이터수단(30)과, 로터수단(40)을 포함한다.
모터하우징(10)은 내부에 수용부(11)가 형성되어, 샤프트(20)와 스테이터수단(30) 및 로터수단(40)을 수용한다.
샤프트(20)는 수용부(11)에 회전 가능하게 장착된다.
스테이터수단(30)은 모터하우징(10)에 고정결합되어 회전자계를 형성한다. 이를 위하여 스테이터수단(30)은 복수의 스테이터 코어(31)와, 코일(33) 및 한 쌍의 스테이터 브라킷(35)을 구비한다.
스테이터 코어(31)는 샤프트(20)를 중심으로 원주 방향을 따라 일정간격 이격하여 복수개가 배치된다. 이때 스테이터 코어(31)는 모터하우징(10)에 볼트(B)로 고정결합된다.
코일(33)은 샤프트(20)의 축방향으로 자속을 발생시킬 수 있게 스테이터 코어(31)에 권선된다.
스테이터 브라킷(35)은 스테이터 코어(31)의 단부가 삽입고정되는 고정홈(36)이 형성되며, 스테이터 코어(31)의 양단을 지지할 수 있게 한 쌍이 구비된다. 여기서 스테이터 브라킷(35)은 절연체로 형성되며, 본 실시예에서는 세라믹 또는 열경화성 수지인 베이클라이트 또는 코팅된 스테인리스 스틸로 형성되는 것이 바람직하다.
로터수단(40)은 스테이터수단(30)에 전원이 공급되면 스테이터수단(30)과 상호작용하여 샤프트(20)를 회전시키는 역할을 한다. 이를 위하여 로터수단(40)은 한 쌍의 로터판(41)과 복수의 자력부(43)를 구비한다.
로터판(41)은 원판 형상으로, 스테이터 코어(31)와 마주보는 일측면(41a)에 스테이터 코어(31)에 대응되는 위치에 자력부(43)가 배치되도록 장착부(42)를 구비한다. 여기서 장착부(42)는 로터판(41)에 일체로 형성될 수 있고, 탈착가능하게 장착될 수도 있다. 본 실시예에서는 장착부(42)가 탈착가능하게 장착된다. 그래서 자력부(43)를 로터판(41)에 용이하게 장착할 수 있다.
자력부(43)는 장착부(42)에 원주 방향을 따라 N극과 S극이 교번되게 노출되도록 배치되어 장착된다. 그리고 각각의 자력부(43)는 복수의 영구자석셀(44)로 형성된다. 이때, 자력부(43)는 장착부(42)의 중심에서 원주 방향의 양단으로 갈수록 자력의 크기가 작아지도록 영구자석셀(44)이 장착된다. 즉, 높은 자력이 필요한 장착부(42)의 중심에는 두께가 두꺼운 영구자석셀(44)이 장착되고, 상대적으로 낮은 자력이 필요한 장착부(42)의 원주 방향의 양단에는 두께가 얇은 영구자석셀(44)이 장착된다. 그러면 서로 이웃하는 자력부(43)들 사이에는 낮은 자력이 형성되므로 스테이터 코어(31)와 자력부(43) 사이의 반발력 또는 흡인력의 크기 차이가 작게 형성되어 로터판(31)의 회전이 원활하게 이루어진다.
본 실시예의 경우, 스테이터수단(30)에 전원이 공급되면 스테이터 코어(31)에 권선된 코일(33)에 유입되는 전류에 의하여 코일(33)의 극성이 순차적으로 변하면서 회전자계가 형성된다. 그러면 로터수단(40)에는 로터판(41)에 복수의 자력부(43)의 의한 전자기력이 형성되어 척력과 인력에 의해 로터수단(40)에 회전력이 발생된다. 로터수단(40)의 회전력은 로터판(41)에 의하여 샤프트(20)로 전달된다. 즉, 로터판(41)이 일정 공극을 기준으로 스테이터수단(30)에 대응되어 회전하는 동안 샤프트(20) 역시 로터판(41)의 회전에 따라 회전하게 된다. 이때, 코일(33)로부터 열이 방출되고, 스테이터 코어(31)의 양단을 지지하는 스테이터 브라킷(35)에서는 와전류손이 발생하게 된다.
종래의 경우, 스테이터 브라킷은 도전성 금속제로 이루어졌다. 이로 인하여 스테이터 브라킷에서의 와전류손이 커지고, 회전력을 생성하는 과정에서 코일로부터 방출되는 열과 더해져 모터의 효율이 저하된다는 문제점이 있었다. 반면, 본 발명의 경우에는 스테이터 코어(31)의 양단을 지지하는 스테이터 브라킷(35)이 절연체인 세라믹 또는 열경화성 수지 또는 코팅된 스테인리스 스틸로 이루어져 스테이터 브라킷(35)에 발생되는 와전류손을 저감시킬 수 있다. 이로 인하여 축방향 권선형 모터의 효율을 높일 수 있다.
또한, 종래에는 영구자석이 코어에 대응할 수 있도록 코어 단부의 단면적에 맞춰 하나의 영구자석으로 형성되었다. 그래서 높은 자력이 요구될 경우 영구자석의 크기도 커져야 하며, 영구자석의 크기가 커질수록 가공이 힘들어 질 뿐만 아니라 파손이 쉬워서 파손의 위험성이 커진다는 문제점이 있었다. 또한, 영구자석의 크기가 달라질 경우, 표준화가 어려워 생산원가가 올라가고, 파손된 영구자석을 교체하기 위하여 로터 전체를 교체해야하는 문제점이 있었다. 반면, 본 발명의 경우에는 자력부(43)가 복수의 영구자석셀(44)로 형성된다. 즉, 영구자석을 일정한 크기의 영구자석셀(44)로 만들어서 높은 자력이 요구될 경우에는 영구자석셀(44)이 많이 장착되고, 낮은 자력이 요구될 경우에는 영구자석셀(44)이 적게 장착된다. 그래서 높은 자력이 요구되더라도 파손의 위험이 적을 뿐만 아니라 가공이 용이하고 표준화 될 수 있으므로 생산원가를 줄일 수 있다. 그리고 장착부(42)가 로터판(41)에 탈착가능하게 장착된다. 그래서 영구자석셀(44)이 파손될 경우에는 파손된 영구자석셀(44)이 장착된 장착부(42)만 교체하면 되므로 교체비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 자력부(43)는 도 5에 도시된 바와 같이, 영구자석셀(44)이 장착부(42)의 중심에서 원주 방향의 양단으로 갈수록 자력의 크기가 작아지도록 장착된다. 그래서 예를 들어 N극의 자력부(43)와 서로 이웃하는 S극의 자력부(43) 사이인 척력에서 인력 또는 인력에서 척력으로 넘어가는 A부분과 B부분의 자력이 작게 형성되므로, 자력이 일정한 자력부(43)로만 이루어진 로터수단(40)에 비하여 원활하게 로터판(41)이 회전하게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 축방향 권선형 모터의 다른 실시예이다. 도 7 및 도 8을 참고하여 본 발명에 따른 축방향 권선형 모터의 다른 실시예를 설명한다.
도 1에 도시된 실시예의 스테이터 브라킷(35)은 고정홈(36)이 스테이터 브라킷(35)의 일면에서 타면까지 관통되도록 형성되지만, 도 6에 도시된 실시예의 스테이터 브라킷(35)은 고정홈(36)의 원주면이 외부와 연통되도록 개방되고, 고정홈(35)에서 스테이터 코어(31)가 스테이터 브라킷(35)의 축방향으로 이탈하지 않도록 고정홈(35)의 내측면에서 돌출된 이탈방지돌기(38)가 형성된다. 또한, 도 1에 도시된 실시예의 스테이터 코어(31)는 단면이 'Ⅰ'형상으로 단부가 고정홈(36)에 삽입되지만, 도 8에 도시된 실시예의 스테이터 코어(36)는 단부에 이탈방지돌기(38)가 삽입될 수 있게 형합하는 이탈방지홈(32)이 형성된다. 그래서 스테이터 브라킷(35)에 스테이터 코어(31)를 장착하거나 제거할 경우, 스테이터 코어(31)를 스테이터 브라킷(35)의 반경방향에서 삽입하여 용이하게 조립할 수 있다. 나머지 구성요소는 도 1에 도시된 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
10 : 모터하우징 11 : 수용부
20 : 샤프트 30 : 스테이터수단
31 : 스테이터 코어 32 : 이탈방지홈
33 : 코일 35 : 스테이터 브라킷
36 : 고정홈 38 : 이탈방지돌기
40 : 로터수단 41 : 로터판
42 : 장착부 43(43a,43b,43c) : 자력부
44 : 영구자석셀

Claims (7)

  1. 내부에 수용부가 형성된 모터하우징과,
    상기 수용부에 회전 가능하게 장착된 샤프트와,
    상기 샤프트를 중심으로 원주 방향을 따라 일정간격 이격하여 배치된 복수의 스테이터 코어와, 상기 샤프트의 축방향으로 자속을 발생시킬 수 있게 상기 스테이터 코어에 권선되는 코일과, 상기 스테이터 코어의 단부가 삽입고정될 수 있게 고정홈이 형성되어 상기 스테이터 코어의 양단을 지지하는 절연체로 된 한 쌍의 스테이터 브라킷을 구비하여 상기 모터하우징에 고정결합된 스테이터수단과,
    상기 스테이터 코어와 마주보는 일측면에 상기 스테이터 코어에 대응되는 복수의 장착부를 구비하여 상기 샤프트의 축방향을 따라 상기 스테이터 코어의 양측에서 상기 샤프트에 결합된 한 쌍의 원판 형상의 로터판과, 상기 장착부에 장착된 복수의 자력부를 구비한 로터수단을 포함하며,
    상기 스테이터 브라킷은 상기 스테이터 코어의 단부가 반경방향에서 삽입되도록 상기 고정홈의 원주면이 개방되고, 상기 고정홈에서 상기 스테이터 코어가 상기 스테이터 브라킷의 축방향으로 이탈하지 않도록 상기 고정홈의 내측면에서 돌출된 이탈방지돌기가 형성되며,
    상기 스테이터 코어는 상기 단부가 상기 고정홈에 삽입되어 장착될 수 있도록 상기 이탈방지돌기가 형합하여 삽입되는 이탈방지홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 축방향 권선형 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자력부는 복수의 영구자석셀로 형성되는 것을 특징으로 하는 축방향 권선형 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자력부는 상기 장착부의 중심에서 원주 방향의 양단으로 갈수록 자력의 크기가 작아지도록 상기 영구자석셀이 장착되는 것을 특징으로 하는 축방향 권선형 모터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 장착부는 상기 로터판에 탈착가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 축방향 권선형 모터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이터 브라킷은 세라믹 또는 열경화성 수지 또는 코팅된 스테인리스 스틸로 형성되는 것을 특징으로 하는 축방향 권선형 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스테이터수단은 상기 스테이터 코어가 상기 모터하우징에 볼트로 고정결합되는 것을 특징으로 하는 축방향 권선형 모터.
  7. 삭제
KR1020180062346A 2018-05-31 2018-05-31 축방향 권선형 모터 KR101979341B1 (ko)

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