KR102113229B1

KR102113229B1 - 모터

Info

Publication number: KR102113229B1
Application number: KR1020180147669A
Authority: KR
Inventors: 김재호; 나민수; 남혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-05-20

Abstract

본 발명의 모터는, 스테이터; 및 상기 스테이터의 내측 또는 외측에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함하고, 상기 로터는, 복수의 영구 자석 배치 슬롯을 형성하도록 상기 스테이터의 내측 또는 외측에 상기 로터의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 배열되는 복수의 로터 코어 세그먼트; 상기 로터의 원주 방향을 따라 상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 하나씩 교번적으로 배열되도록 상기 복수의 영구 자석 배치 슬롯에 하나씩 삽입되는 복수의 영구 자석; 상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 상기 복수의 영구 자석을 일체화 시키도록 상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 상기 복수의 영구 자석을 고정하는 로터 프레임; 및 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 상기 복수의 영구 자석의 외측단을 감싸도록 형성되며, 비자성체로 이루어지는 외부링을 포함한다.

Description

모터{MOTOR}

본 발명은 모터에 관한 것이다.

모터는 스테이터와 로터의 전자기적 상호 작용에 의해 발생하는 회전력을 회전축에 제공하는 장치를 가리킨다. 회전력의 발생을 위해 스테이터에는 코일이 권선되고, 코일에 전류가 인가되면 로터가 회전하게 된다. 모터는 세탁기, 냉장고, 압축기, 및 청소기 등 다양한 분야에서 이용될 수 있다. 예를 들어 모터는 회전축에 의해 세탁기의 드럼에 연결되어 드럼의 회전을 구현할 수 있다.

일반적으로 영구 자석형 모터는 영구 자석의 부착 형태에 따라 표면부착형(Surface Mounted Magnet)과 매입형(Interior Permanent Magnet)으로 분류될 수 있다. 표면부착형이란 로터 코어의 표면에 영구 자석이 부착되어 있는 형태를 가리킨다. 매입형이란 로터 코어 안에 영구 자석이 매입되어 있는 형태를 가리킨다. 매입형 중에서도 로터 코어와 영구 자석이 회전축의 축 방향과 평행한 높이 방향을 따라 세워져 있는 형태는 스포크형(spoke type)으로 하위 분류될 수 있다.

스포크형 모터는 로터 코어를 이용한 자속의 집중 효과를 통해 로터의 효율과 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 스포크형 모터에서 발생하는 회전축의 회전속도가 과도하게 빠른 경우 로터의 구조 강도가 저하될 우려가 있다. 예컨대 세탁기에 설치된 모터의 회전축은 탈수 행정 시 다른 행정에서보다 빠른 속도로 회전하게 되고, 1,200rpm을 상회하기도 한다.

모터의 회전축이 과도하게 회전하게 되면 모터의 로터에 강한 원심력이 작용한다. 그리고 이 강한 원심력으로 인해 로터의 영구 자석이나 로터 코어가 로터의 방사 방향으로 분리되는 파손이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하고자 선행 특허문헌인 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0110275호(2012.10.10.)에서는 제1 체결부재(152)로 영구 자석(140)과 로터 코어(131)의 상하에 배치하고, 제2 체결부재(153)로 로터 코어(131)를 관통하게 배치하는 구조가 개시되어 있다.

모터의 회전축이 느린 속도로 회전하는 경우, 상기 선행 특허문헌에 개시된 구조는 두 체결부재(152, 153)와 로터 하우징(150)을 이용하여 영구 자석(140)과 로터 코어(131)의 이탈을 방지할 수 있다. 그러나 제1 체결부재(152), 제2 체결부재(153) 및 로터 하우징(150)이 서로 개별적인 부품으로 구성되어 있으므로, 모터의 회전축이 매우 빠른 속도로 회전하는 경우 각 부품 간의 물리적 결합력 부족으로 인해 파손 발생 가능성이 매우 높다.

또한, 제1 체결부재(152)는 영구 자석(140)과 로터 코어(131)의 상하에 각각 배치되므로 모터의 크기 증가를 유발하는 원인이 된다.

또한, 상기 선행 특허문헌의 구조를 제작하기 위해서는 로터 하우징(150), 로터 코어(131), 영구 자석(140), 제1 체결부재(152) 및 제2 체결부재(153) 등이 정해진 순서에 따라 순차적으로 조립되어야 한다. 이러한 점에서 생산성이 매우 낮고, 특히 체결부재의 수가 늘어날수록 대량 생산에 불리하다.

이와 같이 이 기술분야의 통상의 기술자(당업자, one of ordinary skill in the art)는 로터를 구성하는 본래의 부품들 외에 체결부재 등과 같은 구조물들을 도입하여 영구 자석이나 로터 코어를 구속하려고 한다. 그러나 체결부재 등과 같은 구조물들의 단순 도입만으로는 여전히 고속으로 회전하는 로터의 크기 증가나 성능 저하 없이 구조 강도를 개선하기 어렵다.

체결부재 등과 같은 구조물들의 단순 도입에 의해 로터의 구조 강도를 보강하고자 하는 경우 로터 코어 세그먼트에 구멍을 형성하여 체결 부재를 삽입하고, 체결부재들끼리의 체결 과정을 거쳐야 한다. 체결부재 스스로의 강성을 증가시키기 위해 체결부재의 크기가 증가하게 되면 로터 코어 세그먼트의 크기 감소가 불가피하므로 모터의 성능 저하와 모터의 크기 증가를 일으키게 된다. 이는 모터의 성능을 향상시키되, 모터의 크기는 점차 감소시키는 방향으로 기술이 개발되어 가고 있는 이 기술분야의 기술 개발 경향성에 반한다. 이에 본 발명은 모터의 성능 저하나 크기 증가를 일으키지 않으면서 모터의 구조 강도를 개선할 수 있는 구조를 제안하고자 한다.

체결부재들끼리의 연결 강도가 부족하게 되면, 모터의 고속 작동 시 로터에 작용하는 강한 원심력이 로터의 파손을 유발하게 된다. 특히 세탁기, 청소기 등 고속으로 작동하는 모터의 필요성이 지속적으로 증가하고 있는 것을 고려할 때 저속 작동 시에만 구조 강도가 확보되는 것 만으로는 불충분하다. 이에 본 발명은 모터의 고속 작동 시에도 로터에 작용하는 강한 원심력으로 인해 영구 자석과 로터 코어 세그먼트가 방사 방향으로 파손되는 것을 방지할 수 있는 구조의 모터를 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 개별 부품 간 물리적 결합력 부족으로 인해 발생하는 모터의 파손 문제를 해결할 수 있는 구조를 제시하고자 한다.

본 발명은 체결부재들의 도입을 통해 로터의 구조 강도를 개선하고자 하는 통상의 기술자의 수준을 넘어, 부품들의 일체화를 통해 모터의 생산성을 향상시킬 수 있는 구조를 제안하기 위한 것이다.

나아가 본 발명은 모터의 제작 과정에서 로터 코어 세그먼트와 영구 자석이 로터 프레임의 정위치에 안정적으로 장착되고, 견고하게 결합 상태를 유지할 수 있는 구성을 제시하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 모터는 스테이터와 로터를 포함하고, 상기 로터는 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 복수의 영구 자석의 외측단을 감싸도록 형성되는 외부링(outer ring)을 포함한다. 상기 외부링은 비자성체로 형성된다. 상기 외부링은 복수의 로터 코어 세그먼트와 복수의 영구 자석을 방사 방향에서 구속하는 반면, 로터 코어 세그먼트를 관통하지 않는다는 점에서 로터 코어 세그먼트의 크기 감소로 인한 성능 저하를 유발하지 않는다. 또한 외부링은 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 복수의 영구 자석의 외측단에 압입될 수 있으므로, 별도의 체결이 불필요하다.

특히 외부링은 로터 프레임에 의해 복수의 로터 코어 세그먼트, 그리고 복수의 영구 자석과 일체화될 수 있다. 복수의 로터 코어 세그먼트, 복수의 영구 자석, 그리고 외부링이 일체화 되면, 로터는 더욱 강한 구조 강도를 가질 수 있다.

상기 로터는 스테이터의 내측에 회전 가능하게 배치되는 이너 로터, 스테이터의 외측에 회전 가능하게 배치되는 아우터 로터 모두 가능하다.

상기 복수의 로터 코어 세그먼트는 복수의 영구 자석 배치 슬롯을 형성하도록 상기 스테이터의 내측 또는 외측에 상기 로터의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 배열된다.

상기 복수의 영구 자석은 상기 로터의 원주 방향을 따라 상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 하나씩 교번적으로 배열되도록 상기 복수의 영구 자석 배치 슬롯마다 하나씩 삽입된다.

상기 로터 프레임은 상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 상기 복수의 영구 자석을 일체화 시키도록 상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 상기 복수의 영구 자석을 고정한다. 나아가 상기 로터 프레임은 상기 복수의 로터 코어 세그먼트, 상기 복수의 영구 자석 및 상기 외부링을 일체화 시키도록 상기 복수의 로터 코어 세그먼트, 상기 복수의 영구 자석 및 상기 외부링을 고정한다.

상기 외부링의 비투자율은 1 내지 1.05 이다.

상기 로터 프레임의 방사 방향(radial direction)을 기준으로 하는 상기 외부링의 두께는 0.5mm 내지 3.5mm 이다.

상기 로터 프레임은 상기 스테이터를 관통하는 회전축과 연결되고, 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 하는 상기 외부링의 길이(h)와 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 길이(A)의 비(h/A)는 0.3 내지 1.5 이다. 더욱 바람직하게는 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 상기 외부링의 길이(h)와 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 길이(A)의 비(h/A)는 0.66 내지 1 이다.

상기 외부링은 제1 단과 제2 단을 구비하는 띠를 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 상기 복수의 영구 자석의 외측단에 말아 형성될 수 있다.

상기 제1 단과 상기 제2 단은 서로 용접에 의해 결합된다. 상기 제1 단과 상기 제2 단의 연결 부위에는 용접부가 형성된다.

상기 제1 단과 상기 제2 단 각각은, 상대 단을 향해 상기 외부링의 원주 방향으로 돌출되는 원주 방향 돌출부; 및 각각의 원주 방향 돌출부에서 상기 원주 방향에 교차하는 방향으로 돌출되는 교차 방향 돌출부를 구비한다.

상기 제1 단의 교차 방향 돌출부와 상기 제2 단의 교차 방향 돌출부는 서로 엇갈리게 결합된다.

상기 외부링은 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 상기 복수의 영구 자석의 외측단에 밀착되고, 상기 로터 프레임은 상기 외부링을 감싸도록 형성된다.

상기 복수의 로터 코어 세그먼트 각각은, 상기 로터의 원주 방향에서 상기 영구 자석을 마주보도록 형성되는 바디; 상기 바디의 내측단에서 상기 로터의 원주 방향을 따라 양측으로 돌출되는 헤드; 및 상기 바디의 외측단에서 돌출되며, 로터 코어 슬롯을 형성하도록 서로 멀어지는 방향을 향해 두 갈래로 연장되는 돌기를 포함한다.

상기 복수의 영구 자석 배치 슬롯 각각은 상기 복수의 영구 자석 중 어느 하나를 기준으로 상기 어느 하나의 영구 자석의 양측에 배치되는 두 로터 코어 세그먼트의 상기 바디, 상기 헤드 및 상기 돌기에 의해 형성된다.

이와 반대로, 상기 로터 프레임은 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 상기 복수의 영구 자석의 외측단에 밀착되고, 상기 외부링은 상기 로터 프레임을 감싸도록 형성되는 것도 가능하다.

상기 복수의 로터 코어 세그먼트, 상기 복수의 영구 자석 및 상기 외부링은 인서트 사출에 의해 상기 로터 프레임과 일체화 된다.

상기 로터 프레임은 상기 스테이터에 의해 감싸이는 영역을 관통하는 회전축과 연결되고, 상기 로터 프레임은 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 상기 외부링의 제1 단과 제2 단을 덮도록 형성된다.

상기 로터 프레임은 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 제1 단과 제2 단, 그리고 상기 복수의 영구 자석의 제1 단과 제2 단을 덮도록 형성되며, 상기 로터 프레임은, 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 향해 상기 복수의 로터 코어 세그먼트마다 형성되는 홀 또는 로터 코어 슬롯에 삽입되는 로터 프레임 핀; 및 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 상기 로터 프레임 핀과 대향하는 위치마다 형성되는 로터 프레임 홀을 구비한다.

상기 로터 프레임 핀과 상기 로터 프레임 홀은 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 서로 이격된다.

상기 로터 프레임은, 회전축과 연결되는 회전축 연결부; 상기 회전축 연결부의 주위에 방사 방향으로 형성되는 스포크(spoke); 상기 스포크의 외측에 원주 방향을 따라 형성되며, 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 제1 단, 상기 복수의 영구 자석의 제1 단을 덮도록 형성되는 제1 단 베이스; 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 제1 단 베이스를 마주보도록 배치되며, 및 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 제2 단, 상기 복수의 영구 자석의 제2 단을 덮도록 형성되는 제2 단 베이스를 포함한다.

상기 로터 프레임은 외벽을 포함하고, 상기 외벽은, 상기 로터 프레임의 방사 방향에서 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단, 상기 복수의 영구 자석의 외측단 및 상기 외부링을 감싸도록 형성되며, 상기 제1 단 베이스와 상기 제2 단 베이스를 연결하도록 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 연장된다.

상기 로터 프레임은 내측 기둥을 포함하고, 상기 내측 기둥은 상기 제1 단 베이스의 내측단과 상기 제2단 커버의 내측단을 서로 연결하도록 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 연장된다.

상기 내측 기둥은 복수로 구비되고, 복수의 상기 내측 기둥은 상기 제1 단 베이스의 내측단과 상기 제2단 커버의 내측단을 따라 서로 이격되게 배치된다.

두 내측 기둥 사이마다 개구가 형성되고, 상기 개구를 통해 상기 로터 코어 세그먼트의 내측단이 노출된다. 복수의 상기 영구 자석은 복수의 상기 내측 기둥에 의해 가려진다.

상기 내측 기둥과 상기 제1 단 베이스의 경계 또는 상기 내측 기둥과 상기 제2 단 베이스의 경계에는 영구 자석 고정 지그 홀이 형성되고, 상기 영구 자석은 상기 영구 자석 고정 지그 홀을 통해 시각적으로 노출된다.

각각의 상기 로터 코어 세그먼트는, 낱장의 전기강판의 적층에 의해 형성되며, 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 형성되는 홀(hole); 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 상기 로터 코어 세그먼트의 외측단에 형성되는 로터 코어 슬롯; 및 각 전기강판의 일 면에서 돌출되며, 동일한 위치의 타면에서 리세스되는 돌기 형상의 맥(mac)을 포함한다.

복수의 상기 로터 코어 세그먼트의 외측단과 복수의 상기 영구 자석의 외측단에 의해 형성되는 원주는 상기 외부링의 내주면과 원주 방향을 따라 면접된다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 복수의 체결 부재에 의존하지 않고 복수의 로터 코어 세그먼트와 복수의 영구 자석을 감싸도록 형성되는 외부링의 도입을 통해 모터의 성능 저하나 크기 증가를 유발하지 않으면서도 로터의 구조 강도를 크게 개선할 수 있다.

특히 외부링은 로터 프레임에 의해 복수의 로터 코어 세그먼트, 그리고 복수의 영구 자석과 일체화 될 수 있다. 로터를 구성하는 부품들이 일체화 됨에 따라 모터의 고속 작동 시에도 로터의 파손을 방지할 수 있는 구조 강도가 확보된다. 나아가 로터를 구성하는 부품들이 일체화는 개별 부품 간 물리적 결합력 부족으로 인한 로터의 파손 문제를 근본적으로 해결 가능하다.

외부링은 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 복수의 영구 자석의 외측단에 압입될 수 있으므로, 압입 외에 별도의 체결 과정이 불필요하다. 이에 따라 외부링은 로터의 생산성 저하를 일으키지 않는다. 특히 로터가 인서트 사출에 의해 제작되면 로터의 생산성이 더욱 향상될 수 있다.

또한 본 발명은, 로터 프레임 핀과 로터 프레임 홀 등, 로터의 제작 과정에서 로터 코어 세그먼트와 영구 자석이 로터 프레임의 정위치에 안정적으로 장착될 수 있는 구조를 제안 하였는 바, 제작 완료된 로터의 부품들이 견고하게 결합 상태를 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 모터의 일 실시예를 보인 사시도다.
도 2는 도 1에 도시된 로터를 축 방향을 따라 절단한 모습을 보인 사시도다.
도 3은 로터의 분해 사시도다.
도 4는 도 3에 도시된 IV 부분을 확대하여 보인 부분 사시도다.
도 5는 도 2에 도시된 V 부분의 단면도다.
도 6은 인서트 사출되기 전 로터 코어 세그먼트, 영구 자석, 외부링, 부싱의 위치와 결합 상태를 보인 사시도다.
도 7a는 외부링의 제1 단과 제2 단을 연결하기 전의 개념도다.
도 7b는 외부링의 제1 단과 제2 단을 연결한 후의 개념도다.
도 8은 본 발명의 효과를 설명하기 위해 자속의 흐름을 나타낸 개념도다.

이하, 본 발명에 관련된 모터에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명과 관련된 모터(100)의 일 실시예를 보인 사시도다.

모터(100)는 스테이터(stator)(110)와 로터(rotor)(120)를 포함한다.

스테이터(110)는 스테이터 코어(stator core)(111), 절연체(insulator)(112) 및 코일(coil)(113)을 포함한다.

스테이터 코어(111)는 모터(100)에 결합되는 회전축의 축 방향을 따라 낱장의 전기강판(자성체)들이 다수 적층되어 형성된다. 스테이터 코어(111)는 상기 회전축으로부터 이격된 위치에서 상기 회전축을 감싸도록 구성될 수 있다.

절연체(112)는 회전축(미도시)의 축 방향에 평행한 방향(도 1에서 상하 방향)을 따라 일측과 타측에서(상하에서) 스테이터 코어(111)에 결합된다. 절연체(112)는 전기적 절연 소재로 형성된다. 절연체(112)는 스테이터 고정부(112a)와 티스 절연부(112b)를 갖는다.

스테이터 고정부(112a)는 절연체(112)의 원주에서 회전축을 향해 돌출된다. 스테이터 고정부(112a)는 복수로 형성된다. 복수의 스테이터 고정부(112a)는 절연체(112)의 원주를 따라 서로 이격된 위치에 형성된다. 스테이터 고정부(112a)에는 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 향해 개구되는 체결부재 고정홀이 형성된다. 상기 체결부재 고정홀에 체결부재가 결합됨에 따라 스테이터(110)의 위치가 고정된다.

티스 절연부(112b)는 절연체(112)의 원주에서 방사 방향으로 돌출된다. 티스 절연부(112b)는 코일(113)이 감길 티스(teeth)(미도시)를 감싸 요크(yoke)(미도시)에 연결되는 티스로부터 코일(113)을 절연시킨다.

코일(113)은 각각의 티스 절연부(112b)에 권선된다. 도 1에서는 집중권을 보이고 있다. 코일(113)은 전류를 인가 받는다. 코일(113)에 인가되는 전류에 의해 모터(100)가 작동하게 된다.

로터(120)는 스테이터(110)의 내측 또는 외측에 회전 가능하게 배치된다. 내측과 외측이란 로터(120)의 방사 방향에서 중심에 배치되는 회전축을 향하는지 그 반대 방향을 향하는지로 결정된다. 회전축을 향하는 방향은 내측이고, 회전축으로부터 멀어지는 방향은 외측이다. 도 1에서는 로터(120)가 스테이터(110)의 외측에 배치되는 아우터 로터(120)(outer rotor)를 보이고 있다.

로터(120)는 로터 프레임(rotor frame)(121)을 포함한다. 로터 프레임(121)은 로터 하우징(rotor housing)으로 명명될 수도 있다. 로터 프레임(121)은 스테이터(110)를 감싸도록 형성된다.

로터 프레임(121)은 부싱 결합부(121a), 스포크(spoke)(121b), 및 외벽(121e)을 포함한다.

부싱 결합부(121a)는 스테이터(110)에 의해 감싸이는 영역을 관통하는 회전축과 결합되도록 형성된다. 부싱 결합부(121a)는 로터(120)의 방사 방향에서 로터 프레임(121)의 중심에 형성된다. 로터 프레임(121)의 중심은 스테이터(110)에 의해 감싸이는 영역을 마주보는 위치에 해당한다.

부싱 결합부(122a)는 부싱(122)과 결합되도록 형성된다. 부싱(bushing)(122)이란 회전축과 연결되는 부품을 가리킨다. 회전축의 일 단은 상기 부싱(122)에 결합되고, 타 단은 세탁기의 드럼 등 모터(100)의 회전력을 공급받는 대상에 직접 연결될 수 있다.

부싱(122)은 속이 빈 원기둥에 준하는 형상을 가질 수 있다. 부싱(122)은 회전축과 결합 가능하도록 중공의 내주면에 나사산(122a)을 구비한다. 회전축은 부싱(122)에 직접 삽입된다. 회전축과 로터 프레임(121)은 부싱(122)을 통해 서로 결합된다.

부싱 결합부(122a)의 주위에는 보강 리브(121a1)가 형성된다. 보강 리브(121a1)는 부싱 결합부(122a)의 둘레에 복수로 형성되며, 복수의 보강 리브(121a1)는 회전축에 경사진 방향을 따라 부싱 결합부(122a)와 스포크(121b)의 경계에서 돌출된다.

스포크(121b)는 부싱 결합부(121a)에서 방사 방향으로 연장되거나, 상기 방사 방향에 대하여 예각으로 경사진 방향을 향해 연장된다. 스포크(121b)는 복수로 구비되며, 서로 다른 방향을 향하도록 부싱 결합부(121a)의 둘레에 배열될 수 있다. 스포크(121b)는 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 스테이터(110)의 일 측 또는 타 측을 덮는 위치에 형성된다. 도 1을 기준으로 한다면 스테이터(110)의 하측이 상기 일 측에 해당하고, 스테이터(110)의 상측이 상기 타측에 해당한다고 볼 수 있다. 이 경우 스포크(121b)는 스테이터(110)의 하측을 아래에서 덮는 위치에 형성된다.

부싱 결합부(122a)의 둘레에 복수의 스포크(121b)가 방사 방향으로 형성되면, 복수의 스포크(121b)의 사이로 방열홀(121b1)이 형성된다. 모터의 작동으로 인해 모터에서 발생된 열은 상기 방열홀(121b1)을 통해 배출될 수 있다.

외벽(121e)은 로터(120)의 방사 방향에서 스테이터(110)를 감싸도록 형성된다. 외벽(121e)의 내측에는 후술하게 될 복수의 로터 코어(혹은 로터 코어 블럭, 혹은 로터 코어 세그먼트)(123)와 복수의 영구 자석(124)이 설치된다.

참고로, 도 1에서는 아우터 로터(120)(outer rotor)를 갖는 스포크(121b)형 모터(100)에 대하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 아우터 로터(120)를 갖는 스포크(121b)형 모터(100)에만 한정되는 것은 아니다. 이를테면 본 발명은 이너 로터(120)는 갖는 매입형 모터에 적용될 수 있다.

도 1에서 미설명된 도면 부호의 구성요소에 대하여는 스테이터(110)를 제외시키고 로터(120)만을 도시한 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 로터(120)를 축 방향을 따라 절단한 모습을 보인 사시도다.

도 3은 로터(120)의 분해 사시도다.

도 4는 도 3에 도시된IV 부분을 확대하여 보인 부분 사시도다.

로터(120)는 복수의 로터 코어(123), 복수의 영구 자석(124), 및 로터 프레임(121)을 포함한다.

복수의 로터 코어(123)는 영구 자석 배치 슬롯(MS)을 형성하도록 스테이터(110)의 외측에 로터(120)의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 배열된다. 복수의 로터 코어(123)가 로터(120)의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 배열됨에 따라 두 로터 코어(123)의 사이마다 영구 자석 배치 슬롯(MS)이 형성된다. 영구 자석 배치 슬롯(MS)은 상기 영구 자석 배치 슬롯(MS)에 인접하게 배치되는 두 로터 코어(123)의 측면, 두 로터 코어(123)의 헤드(123b), 그리고 두 로터 코어(123)의 돌기(123c)에 의해 감싸이는 영역이다.

복수의 로터 코어(123)는 낱장의 전기강판(자성체)들을 회전축의 축 방향과 평행한 방향을 따라 다수 적층하여 형성된다. 낱장의 전기강판들은 서로 같은 형상을 가질 수 있다. 다만, 전기강판의 적층 방향을 기준으로 하단에 배치되는 적어도 하나의 전기강판과 상단에 배치되는 적어도 하나의 전기강판은 영구 자석(124)의 지지를 위해 다른 전기강판들에 비해 클 수 있다.

만일 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 0.5mm의 두께를 갖는 낱장의 전기강판으로 39mm의 높이를 갖는 로터 코어(123)를 구성하고자 하는 경우 78장의 전기강판을 적층하면 된다.

로터 코어(123)는 영구 자석(124)의 힘을 집중시키는 역할을 한다. 로터 코어(123)에 영구 자석(124)의 힘이 집중되면 모터(100)의 성능이 비약적으로 상승하게 된다. 하지만 복수의 로터 코어(123)끼리 서로 연결되어 있다면, 모터(100)의 효율이 감소하게 된다. 따라서 모터(100)의 효율 향상을 위해서는 복수의 로터 코어(123)는 서로 이격되어 있는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 각 로터 코어(123)는 바디(123a), 헤드(123b), 돌기(123c), 홀(hole)(123d), 로터 코어 슬롯(123e), 및 맥(mac(123f)을 구비한다.

바디(123a)는 로터 코어(123)의 가장 큰 체적을 차지하는 부분에 해당한다. 바디(123a)는 로터(120)의 원주 방향에서 영구 자석(124)을 마주보도록 배치된다. 바디(123a)의 양 측면은 영구 자석(124)의 제1 작용면(124a)을 마주보도록 배치되며, 상기 제1 작용면(124a)과 면접촉한다.

복수의 로터 코어(123)는 속이 빈 원기둥의 옆면을 따라 배열되는 것을 이해될 수 있다. 상기 원기둥의 내경과 대응되는 원주에 위치하는 부분이 바디(123a)의 내측단에 해당한다. 그리고 바디(123a)의 외측단은 후술하게 될 돌기(123c)와 로터 코어 슬롯(123e)이 형성되는 부분을 가리킨다. 바디(123a)의 내측단은 스테이터(110)로부터 이격된 위치에서 상기 스테이터(110)를 마주보도록 배치된다.

로터(120)의 원주 방향을 기준으로 하는 바디(123a)의 폭은 바디(123a)의 내측단에서 외측단으로 갈수록 점차 넓어지도록 형성될 수 있다. 이를테면 로터(120)의 원주 방향에서 바디(123a)의 양 측면 간의 직선 거리가 바디(123a)의 내측단에서 외측단으로 갈수록 점차 멀어진다.

로터 코어(123)의 내측단에 대응되는 가상의 제1 원주와 로터 코어(123)의 외측단에 대응되는 가상의 제2 원주를 비교하면, 제2 원주가 제1 원주에 비해 크다. 영구 자석(124)의 제1 작용면(124a)이 로터(120)의 방사 방향에 평행한 방향을 따라 연장된다면, 제1 원주와 제2 원주의 차이에 따른 면적은 로터 코어(123)에 의해 채워져야 한다. 상기 면적을 채우기 위해 로터(120)의 원주 방향을 기준으로 하는 바디(123a)의 폭은 내측단에서 외측단으로 갈수록 점차 넓어지도록 형성된다. 이에 따라 로터(120)의 원주 방향에서 복수의 로터 코어(123)와 복수의 영구 자석(124)은 빈 공간 없이 배열될 수 있다.

헤드(123b)는 로터(120)의 원주 방향을 향해 바디(123a)의 내측단으로부터 양측으로 돌출된다. 하나의 로터 코어(123)에는 두 개의 헤드(123b)가 형성된다.

하나의 영구 자석(124)을 기준으로 상기 영구 자석(124)의 내측면을 마주보는 위치에는 두 개의 헤드(123b)가 형성된다. 이 두 헤드(123b)는 회전축을 향하는 영구 자석(124)의 이동을 제한한다. 두 개의 헤드(123b) 중 어느 하나는 상기 영구 자석(124)의 일측에 배치되는 로터 코어(123)의 헤드(123b)에 해당하고, 다른 하나는 상기 영구 자석(124)의 타측에 배치되는 로터 코어(123)의 헤드(123b)에 해당한다.

이 두 헤드(123b)는 로터(120)의 원주 방향에서 서로 이격되게 배치된다. 두 헤드(123b)가 서로 연결되어 있으면 모터(100)의 성능 저하를 일으키게 된다. 모터(100)의 성능을 극대화하기 위해서는 모든 로터 코어(123)끼리 서로 이격되어 있고, 모든 영구 자석(124)끼리 서로 이격되어 있는 것이 바람직하다. 따라서 이 두 헤드(123b)도 서로 이격되어 있는 것이 모터(100)의 성능 관점에서 바람직하다.

돌기(123c)는 바디(123a)의 외측단에서 돌출된다. 돌기(123c)는 로터 코어 슬롯(123e)을 형성하도록 서로 멀어지는 방향을 향해 두 갈래로 연장된다. 하나의 로터 코어(123)에는 두 개의 돌기(123c)가 형성된다. 두 돌기(123c)는 로터(120)의 방사 방향에 경사진 방향을 향해 돌출된다. 돌기(123c)의 양 측면은 영구 자석(124)의 제2 작용면(124b)을 마주보도록 배치되며, 상기 제2 작용면(124b)과 면접촉된다.

하나의 영구 자석(124)을 기준으로 상기 영구 자석(124)의 외측면을 마주보는 위치에는 두 개의 돌기(123c)가 형성된다. 이 두 돌기(123c)는 모터(100)의 작동 시 원심력에 의해 회전축으로부터 멀어지는 방향을 향해 이동하려고 하는 영구 자석(124)을 구속한다. 두 개의 돌기(123c) 중 어느 하나는 상기 영구 자석(124)의 일측에 배치되는 로터 코어(123)의 돌기(123c)에 해당하고, 다른 하나는 상기 영구 자석(124)의 타측에 배치되는 로터 코어(123)의 돌기(123c)에 해당한다.

이 두 돌기(123c)는 로터(120)의 원주 방향에서 서로 이격되게 배치된다. 두 돌기(123c)가 서로 연결되어 있으면 모터(100)의 성능 저하를 일으키게 된다. 모터(100)의 성능을 극대화하기 위해서는 모든 로터 코어(123)끼리 서로 이격되어 있고, 모든 영구 자석(124)끼리 서로 이격되어 있는 것이 바람직하다. 따라서 이 두 돌기(123c)도 서로 이격되어 있는 것이 모터(100)의 성능 관점에서 바람직하다.

홀(123d)은 바디(123a)에 형성된다. 홀(123d)은 회전축의 축 방향에 평행한 방향(도 2와 도 3에서 상하 방향)을 향해 개구된다. 홀(123d)은 로터(120)의 방사 방향에서 바디(123a)의 내측단과 외측단의 사이에 형성된다. 바디(123a)의 외측단에는 로터 코어 슬롯(123e)이 형성되므로, 홀은 로터(120)의 방사 방향에서 바디(123a)의 내측단과 로터 코어 슬롯(123e)의 사이에 형성된다.

로터 코어 슬롯(123e)은 로터(120)의 원주 방향에서 두 돌기(123c) 사이에 형성된다. 로터 코어 슬롯(123e)은 로터(120)의 방사 방향을 기준으로 두 돌기(123c)의 사이에서 바디(123a)를 향해 리세스된 형상으로 이해될 수 있다. 로터 코어 슬롯(123e)의 둘레는 반원 또는 반원에 준하는 형상의 단면을 갖는 곡면으로 형성된다.

홀(123d)과 로터 코어 슬롯(123e)은 후술하게 될 인서트 사출 과정에서 금형핀을 수용하거나, 용융된 사출 원료를 수용하는 영역이다. 인서트 사출을 위해서는 복수의 로터 코어(123)가 금형 내에 안착되어야 하며, 복수의 로터 코어(123)는 금형 내에서 정위치에 고정되어 있어야 한다. 각 로터 코어(123)를 정위치에 고정시키기 위해 금형에는 다수의 금형핀이 형성된다. 각 금형핀이 상기 홀(123d) 또는 로터 코어 슬롯(123e)에 삽입되도록 로터 코어(123)를 금형 내에 배치시키면, 각 로터 코어(123)의 고정이 완료된다.

금형핀을 이용하여 복수의 로터 코어(123)를 금형 내의 정위치에 안착시킨 후, 상기 금형 내에 용융 상태의 사출 원료를 투입하게 되면 홀(123d)과 로터 코어 슬롯(123e)에는 사출 원료가 채워지게 된다. 인서트 사출이 완료되고 금형으로부터 사출물(성형품)을 분리시키면, 금형핀이 존재하던 영역에는 홀(123d)과 로터 코어 슬롯(123e)이 잔류하게 된다. 그리고 사출 원료로 채워졌던 영역에는 후술하게 될 로터 프레임 핀(121g)과 핀 보강 리브(121h)가 형성된다.

맥(123f)은 각 로터 코어(123)를 구성하는 낱장의 전기강판마다 형성된다. 맥(123f)은 각 전기강판의 일 면에서 돌출되며, 이 돌출 위치와 동일한 위치의 타면에서 리세스(recess)되는 돌기 형상으로 형성된다. 맥(123f)은 홀(123d)의 주위에 복수로 형성될 수 있으며, 도면에서는 세 개의 맥(123f)이 각 전기강판에 형성되는 구성을 보이고 있다.

맥(123f)은 낱장의 전기강판들을 서로 대응하는 위치에 정렬시켜 적층하기 위한 구성이다. 서로 마주보도록 배치되는 두 전기강판 중 어느 하나의 돌출된 맥(123f)이 다른 하나의 리세스 된 맥(123f)에 삽입되는 방식으로 다수의 전기강판들이 적층되면, 로터 코어(123)를 구성하는 전기강판들이 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 서로 정렬될 수 있다.

복수의 로터 코어(123)는 로터(120)의 방사 방향에서 로터(120)의 내측에 노출된다. 여기서 로터(120)의 내측이란 부싱(122)이 설치되는 위치를 가리킨다.

로터 코어(123)의 외측단에는 후술하게 될 외부링(125)이 밀착된다.

한편, 복수의 영구 자석(124)은 로터(120)의 원주 방향을 따라 복수의 로터 코어(123)와 하나씩 교번적으로 배열되도록 상기 복수의 로터 코어(123)에 의해 형성되는 복수의 영구 자석 배치 슬롯(MS)에 하나씩 삽입된다. 복수의 영구 자석(124)과 복수의 로터 코어(123)는 하나씩 교번적으로 배열되므로, 로터(120)에는 같은 수의 영구 자석(124)과 로터 코어(123)가 구비된다.

각각의 영구 자석(124)은 제1 작용면(124a)과 제2 작용면(124b)을 갖는다. 영구 자석(124)의 자기력선은 제1 작용면(124a)과 제2 작용면(124b)에서 발생한다.

제1 작용면(124a)은 영구 자석(124)의 가장 넓은 면에 해당한다. 제1 작용면(124a)은 로터(120)의 원주 방향을 향한다. 제1 작용면(124a)은 로터(120)의 방사 방향과 평행할 수 있다. 제1 작용면(124a)은 로터(120)의 원주 방향에서 바디(123a)의 측면을 마주본다. 제1 작용면(124a)은 바디(123a)의 측면과 면접촉된다.

제2 작용면(124b)은 제1 작용면(124a)과 둔각의 경계를 형성한다. 제2 작용면(124b)이 제1 작용면(124a)과 둔각의 경계를 형성하게 되면, 제2 작용면(124b)은 로터(120)의 방사 방향에 경사지게 형성된다. 회전축을 향하는 방향으로 로터(120)의 내측 방향이라고 하고, 회전축으로부터 멀어지는 방향을 로터(120)의 외측 방향이라고 할 때 제2 작용면(124b)은 제1 작용면(124a)에 비해 로터(120)의 외측 방향에 형성된다.

제1 작용면(124a)과 제2 작용면(124b)이 둔각의 경계를 형성하게 되면 제1 작용면(124a)과 제2 작용면(124b)의 경계에는 모서리가 형성된다. 상기 모서리는 회전축의 축 방향과 평행하다.

제1 작용면(124a)과 제2 작용면(124b)이 둔각의 경계를 형성하게 되면, 로터(120)의 원주 방향을 기준으로 하는 영구 자석(124)의 폭이 상기 제1 작용면(124a)과 상기 제2 작용면(124b)의 경계로부터 영구 자석(124)의 외측단으로 갈수록 점진적으로 좁아진다. 제2 작용면(124b)에 의해 점진적으로 좁아지는 영구 자석(124)의 외측단은, 로터 코어(123)의 점진적으로 넓어지는 돌기(123c)에 대응된다.

로터(120)의 방사 방향을 기준으로 로터(120)의 내측에서 복수의 영구 자석(124)을 바라보면, 복수의 영구 자석(124)은 복수의 로터 코어(123) 그리고 로터 프레임(121)의 내측 기둥(121f)에 의해 가려진다. 그리고 로터(120)의 외측에서 복수의 영구 자석(124)을 바라보면, 복수의 영구 자석(124)은 로터 프레임(121)의 외벽(121e)에 의해 가려진다. 여기서 로터(120)의 내측이란 부싱(122)이 설치되는 위치를 가리킨다. 그리고 로터(120)의 외측이란 복수의 로터 코어(123)나 복수의 영구 자석(124)을 기준으로 방사 방향에서 부싱(122)의 반대쪽에 해당하는 위치를 가리킨다.

복수의 로터 코어(123)와 복수의 영구 자석(124) 각각은 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 제1 단과 제2 단을 구비한다. 여기서 제1 단이란 도 2에 도시된 방향을 기준으로 복수의 로터 코어(123)의 하단, 복수의 영구 자석(124)의 하단을 가리킨다. 그리고 제2 단이란 복수의 로터 코어(123)의 상단, 복수의 영구 자석(124)의 상단을 가리킨다.

다만, 제1 과 제2 라는 서수는 서로를 구분하기 위해 부기된다는 점에서 서수에 특별한 의미가 내포되는 것은 아니다. 따라서 복수의 로터 코어(123)의 상단, 복수의 영구 자석(124)의 상단을 제1 단이라고 하더라도 무방하다. 또한. 로터 코어(123)의 하단, 복수의 영구 자석(124)의 하단을 제2 단이라고 하더라도 무방하다.

로터 프레임(121)의 세부 구조는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

로터 프레임(121)은 스테이터(110)의 중심을 마주보는 위치에서 부싱 결합부(121a)에 설치되는 부싱(122)을 통해 회전축과 연결된다. 로터 프레임(121)은 복수의 로터 코어(123)와 복수의 영구 자석(124)을 고정하도록 형성된다. 복수의 로터 코어와 복수의 영구 자석(124)을 금형에 투입하고 로터 프레임(121)을 형성하게 되면, 로터 프레임(121)은 상기 복수의 로터 코어(123) 및 상기 복수의 영구 자석(124)과 일체화된다.

여기서 일체화 된다는 의미는 후술하게 될 인서트 사출에 의해 하나의 바디를 형성한다는 것을 의미한다. 조립체는 부품들을 순차적으로 서로 결합시켜 형성되고, 결합의 반대 순서로 해체될 수 있다. 이와 반대로 일체화 된 바디에는 조립이나 분해라는 개념이 없으므로 임의로 파손을 일으키지 않는 한 해체되지 않는다는 점에서 조립체와 차이가 있다.

로터 프레임(121)은 전체적으로 속이 비어 있고 어느 하나의 밑면을 갖는 원기둥 형상으로 형성된다. 로터 프레임(121)은 부싱 결합부(121a), 스포크(spoke)(121b), 제1 단 베이스(121c), 제2 단 베이스(121d), 외벽(121e), 복수의 내측 기둥(121f), 로터 프레임 핀(121g), 핀 보강 리브(121h), 로터 프레임 홀(121i), 복수의 로터 코어 고정 지그 홀(121j), 및 복수의 영구 자석 고정 지그 홀(121k)을 포함한다.

부싱 결합부(121a)와 스포크(121b)에 대하여는 앞서 도 1을 참조하여 이미 설명하였다.

제1 단 베이스(121c)는 복수의 로터 코어(123)의 제1 단과 복수의 영구 자석(124)의 제1 단을 덮도록 환형으로 형성된다. 제1 단 베이스(121c)는 스포크(121b)의 외곽 둘레에 형성된다. 제1 단 베이스(121c)는 회전축의 축 방향에 평행한 방향(하측)에서 복수의 로터 코어(123)의 제1 단과 복수의 영구 자석(124)의 제1 단을 덮는다. 제1 단 베이스(121c)는 복수의 로터 코어(123)의 제1 단과 복수의 영구 자석(124)의 제1 단을 지지한다.

제2 단 베이스(121d)는 복수의 로터 코어(123)의 제2 단과 복수의 영구 자석(124)의 제2 단을 덮도록 환형으로 형성된다. 제2 단 베이스(121d)는 회전축의 축 방향에 평행한 방향(상측)에서 복수의 로터 코어(123)의 제2 단과 복수의 영구 자석(124)의 제2 단을 덮는다. 제2 단 베이스(121d)는 복수의 로터 코어(123)의 제2 단과 복수의 영구 자석(124)의 제2 단을 지지한다.

제1 단 베이스(121c)와 제2 단 베이스(121d)는 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 서로 이격된 위치에 형성된다. 제1 단 베이스(121c)와 제2 단 베이스(121d)는 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 서로 마주보도록 배치된다. 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 향하는 복수의 로터 코어(123)의 이동과 복수의 영구 자석(124)의 이동은 제1 단 베이스(121c)와 제2 단 베이스(121d)에 의해 방지된다.

외벽(121e)은 로터(120)의 방사 방향에서 복수의 로터 코어(123)의 돌기(123c)와 복수의 영구 자석(124)의 외측단을 감싸도록 형성된다. 후술하게 될 바와 같이 로터 코어 슬롯(123e)에는 로터 프레임 핀(121g)이 삽입되며, 외벽(121e)은 로터(120)의 방사 방향에서 로터 코어(123)와 로터 프레임 핀(121g)의 외측을 감싸도록 형성된다. 이를테면 외벽(121e)은 제1 단 베이스(121c)와 제2 단 베이스(121d)를 서로 연결하도록 회전축의 축 방향에 평행한 방향으로 연장되고, 제1 단 베이스(121c)의 외측단과 제2 단 베이스(121d)의 외측단을 따라 연장된다.

외벽(121e)은 로터 프레임(121)의 최외곽에 형성된다. 따라서 로터(120)의 외측에서 복수의 로터 코어(123), 복수의 영구 자석(124)은 모두 외벽(121e)에 의해 가려진다.

복수의 내측 기둥(121f)은 제1 단 베이스(121c)의 내측단과 제2 단 베이스(121d)의 내측단을 서로 연결하도록 회전축의 축 방향에 평행한 방향으로 연장된다. 여기서 내측단이란 로터 프레임(121)의 내경에 대응되는 원주 부분을 가리킨다.

복수의 내측 기둥(121f)은 로터 프레임(121)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 위치에 형성된다. 여기서 로터 프레임(121)의 원주 방향이란 상기 제1 단 베이스(121c)의 내측단의 원주 방향 및/또는 제2 단 베이스(121d)의 내측단의 원주 방향을 가리킨다.

복수의 내측 기둥(121f)은 서로 이격되어 있으므로 제1 단 베이스(121c)의 내측단, 제2 단 베이스(121d)의 내측단, 그리고 내측 기둥(121f)에 의해 정의되는 영역마다 개구(O)가 형성된다.

복수의 로터 코어(123)의 내측단은 개구(O)를 통해 로터(120)의 방사 방향에 노출된다. 로터 코어(123)의 내측단이란 바디(123a)의 내측단을 가리킨다. 로터(120)의 방사 방향으로 노출된 로터 코어(123)의 내측단은 스테이터(110)를 마주보게 된다.

도 2를 참조하면, 복수의 로터 코어(123)와 복수의 내측 기둥(121f)은 제1 프레임(121)의 원주 방향을 따라 하나씩 교번적으로 형성된다. 그리고 복수의 영구 자석(124)은 제1 프레임(121)의 방사 방향에서 복수의 로터 코어(123)와 상기 복수의 내측 기둥(121f)에 의해 가려진다.

각 로터 코어(123)의 헤드(123b)와 각 내측 기둥(121f)은 로터 프레임(121)의 방사 방향에 대해 경사진 방향에서 면 접촉한다. 따라서 복수의 내측 기둥(121f)은 복수의 로터 코어(123)를 방사 방향에서 지지하게 된다. 그리고 로터 프레임(121)의 내측을 향하는(회전축을 향하는) 복수의 로터 코어(123)의 이동은 복수의 내측 기둥(121f)에 의해 방지된다.

복수의 로터 프레임 핀(121g)은 제1 단 베이스(121c)에서 제2 단 베이스(121d)를 향해 돌출된다. 복수의 로터 프레임 핀(121g)은 회전축의 축방향에 평행한 방향을 따라 연장된다. 경우에 따라 복수의 로터 프레임 핀(121g)이 제2 단 베이스(121d)에서 제1 단 베이스(121c)를 향해 돌출되는 것도 가능하다.

복수의 로터 프레임 핀(121g)은 로터 프레임(121)의 방사 방향에서 제1 단 베이스(121c)의 내측단과 외벽(121e)의 사이에 형성된다. 그리고 복수의 로터 프레임 핀(121g)은 로터 프레임(121)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 위치에 형성될 수 있다. 동일한 방사 방향에 두 개 이상의 로터 프레임 핀(121g)이 형성되는 것도 가능하다.

동일한 방사 방향에서 두 개 이상의 로터 프레임 핀(121g)이 형성되는 경우, 어느 하나는 상대적으로 외벽(121e)으로부터 먼 위치에 형성되고, 다른 하나는 상대적으로 외벽(121e)에 가까운 위치에 형성된다. 상대적으로 외벽(121e)으로부터 먼 위치에 형성되는 로터 프레임 핀(121g)은 로터 코어(123)의 홀(123d)에 삽입된다.

동일한 방사 방향에서 상대적으로 외벽(121e)에 가깝게 형성되는 로터 프레임 핀(121g)의 주위에는 외벽(121e)과의 연결 강도 보강을 위한 핀 보강 리브(121h)가 형성될 수 있다. 핀 보강 리브(121h)는 각 로터 프레임 핀(121g)의 양 측에 각각 형성될 수 있다. 핀 보강 리브(121h)는 로터 프레임 핀(121g)과 외벽(121e)을 연결하도록 형성된다. 핀 보강 리브(121h)는 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 로터 프레임 핀(121g)과 같은 높이를 가질 수 있다. 상대적으로 외벽(121e)에 가깝게 형성되는 로터 프레임 핀(121g)과 그 주위의 핀 보강 리브는 로터 코어의 로터 코어 슬롯(123e)에 삽입된다.

후술하게 될 외부링(125)이 외벽(121e)의 내부에 형성되는 경우에는 핀 보강 리브(121h)가 회전축의 축 방향을 따라 외벽과 연결된다. 만일 외부링(125)이 로터 코어(123)의 외측단에 밀착되는 경우라면, 핀 보강 리브(121h)는 제1 단 베이스(121c)를 통해 외벽(121e)에 연결될 수 있다.

로터 프레임(121)이 인서트 사출에 의해 형성되는 경우 용융된 사출 원료로 채워졌던 영역에는 로터 프레임 핀(121g)과 핀 보강 리브(121h)가 형성된다. 따라서 상대적으로 외벽(121e)으로부터 먼 위치에 형성되는 로터 프레임 핀(121g)은 로터 코어(123)의 홀(123d)에 대응되는 형상을 갖는다. 또한 상대적으로 외벽(121e)에 가깝게 형성되는 로터 프레임 핀(121g)과 그 주위의 핀 보강 리브(121h)는 로터 코어 슬롯(123e)에 대응되는 형상을 갖는다.

로터 프레임 홀(121i)은 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 상기 로터 프레임(121)과 대향하는 위치에 형성된다. 로터 프레임 핀(121g)이 제1 단 베이스(121c)에 형성되면, 로터 프레임 홀(121i)은 제2 단 베이스(121d)에 형성된다. 반대로 로터 프레임 핀(121g)이 제2 단 베이스(121d)에 형성되면, 로터 프레임 홀(121i)은 제1 단 베이스(121c)에 형성된다.

로터 프레임 홀(121i)은 본래 로터(120)의 제작을 위한 인서트 사출 시 금형핀이 배치되던 자리다. 인서트 사출을 위한 용융된 원료가 금형 내에 채워지더라도, 용융된 사출 원료는 금형핀의 위 또는 아래에만 채워질 뿐, 금형핀이 존재하는 위치에는 용융된 사출 원료가 존재할 수 없다. 그러므로 인서트 사출 결과 용융된 사출 원료가 존재하던 영역에는 로터 프레임 핀(121g)과 핀 보강 리브가 잔류하게 되고, 금형핀이 존재하던 영역에는 로터 프레임 홀(121i)이 남게 된다.

인서트 사출이 완료된 로터(120)가 금형으로부터 분리될 때 로터(120)는 금형핀으로부터 이탈된다. 로터 프레임 핀(121g)과 로터 프레임 홀(121i) 사이의 간격은 금형핀의 길이에 해당하는 것으로 이해될 수 있다. 그리고 금형핀의 길이와 로터 프레임 핀(121g)의 길이의 합이 곧 제1 단 베이스(121c)와 제2 단 베이스(121d) 사이의 거리라고 이해될 수 있다. 따라서 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 로터 프레임 핀(121g)의 길이는 제1 단 베이스(121c)와 제2 단 베이스(121d) 사이의 거리보다 짧다.

복수의 로터 코어 고정 지그 홀(121j)은 제1 단 베이스(121c)와 제2 단 베이스(121d) 중 어느 하나에 형성될 수 있다. 복수의 로터 코어 고정 지그 홀(121j)은 외벽(121e)과 내측 기둥(121f) 사이의 원주를 따라 형성될 수 있다. 복수의 로터 코어 고정 지그 홀(121j)은 서로 이격된 위치에 형성된다.

로터(120)의 제작을 위한 금형에는 복수의 로터 코어(123)를 고정하기 위한 로터 코어 고정 지그가 형성될 수 있다. 로터 코어 고정 지그는 금형핀에 안착된 각각의 로터 코어(123)들을 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 금형핀에 밀착시킨다. 따라서 이 방향을 따라 각각의 로터 코어(123)가 고정될 수 있다.

인서트 사출을 위한 용융된 원료가 금형 내에 채워지더라도 로터 코어 고정 지그가 존재하는 위치에는 용융된 원료가 존재할 수 없다. 그러므로 인서트 사출 결과 로터 코어 고정 지그 홀(121j)이 남게 된다.

영구 자석 고정 지그 홀(121k)은 제1 단 베이스(121c)와 내측 기둥(121f)의 경계에 형성되거나, 제2 단 베이스(121d)와 내측 기둥(121f)의 경계에 형성된다. 영구 자석 고정 지그 홀(121k)은 로터 프레임(121)의 방사 방향에서 각각의 영구 자석(124)과 대응되는 위치마다 형성된다.

로터(120)의 제작을 위한 금형에는 복수의 영구 자석(124)을 고정하기 위한 영구 자석 고정 지그가 형성될 수 있다. 영구 자석 고정 지그는 금형핀에 안착된 각각의 영구 자석(124)들을 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 금형핀에 밀착시킨다. 따라서 이 방향을 따라 각각의 영구 자석(124)이 고정될 수 있다.

인서트 사출을 위한 용융된 원료가 금형 내에 채워지더라도 영구 자석 고정 지그가 존재하는 위치에는 용융된 원료가 존재할 수 없다. 그러므로 인서트 사출 결과 영구 자석 고정 지그 홀(121k)이 남게 된다. 영구 자석 고정 지그 홀(121k)을 통해 영구 자석(124)이 시각적으로 노출되므로, 영구 자석 고정 지그 홀(121k)을 통해 로터 프레임(121)의 외측에서 영구 자석(124)의 위치가 시각적으로 확인될 수 있다.

로터 코어(123)에 헤드(123b)가 형성되면 금형 내에서 회전축 방향을 향하는 영구 자석(124)의 기울어짐이 방지될 수 있다. 따라서 제1 단 베이스(121c)와 외벽(121e)의 경계나, 제2 단 베이스(121d)와 외벽(121e)의 경계에는 상기 영구 자석 고정 지그 홀(121k)이 형성되지 않는다.

한편, 외부링(125)은 복수의 로터 코어(123)의 외측단과 복수의 영구 자석(124)의 외측단을 감싸도록 형성된다. 외부링(125)은 로터(120)의 원주 방향을 따라 환형으로 형성되며, 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 일정한 길이(높이)를 갖는다. 외부링(125)의 길이(높이)는 원주를 따라 일정할 수 있다.

외부링(125)은 복수의 로터 코어(123)의 외측단과 복수의 영구 자석(124)의 외측단에 밀착되도록 배치될 수 있다. 로터 코어(123)의 외측단이란 돌기(123c)의 외측단을 가리킨다. 이 경우 로터 프레임(121)의 외벽(121e)은 외부링(125)을 감싸게 된다. 도 2에는 이러한 구조가 도시되어 있다.

로터 프레임(121)은 복수의 로터 코어(123), 복수의 영구 자석(124), 그리고 외부링(125)을 일체화 시키도록 복수의 로터 코어(123), 복수의 영구 자석(124) 그리고 외부링(125)을 고정한다. 로터 프레임(121)은 축 방향과 방사 방향에서 복수의 로터 코어(123), 복수의 영구 자석(124) 그리고 외부링(125)을 구속하도록 형성된다.

이를테면 로터 프레임(121)의 제1 단 베이스(121c)는 축 방향에 평행한 방향(높이 방향)에서 복수의 로터 코어(123)의 제1 단, 복수의 영구 자석(124)의 제1 단 그리고 외부링(125)의 제1 단을 감싼다. 제2 단 베이스(121d)는 축 방향에 평행한 방향에서 복수의 로터 코어(123)의 제2 단, 복수의 영구 자석(124)의 제2 단 그리고 외부링(125)의 제2 단을 감싼다. 도면과 같은 높이 방향을 기준으로 한다면, 여기서 각각의 제1 단이란 하단, 제2 단이란 상단이라는 개념으로 이해될 수도 있다. 이에 따라 복수의 로터 코어(123)와, 복수의 영구 자석(124) 그리고 외부링(125)이 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 고정된다.

또한 로터 프레임(121)의 외벽(121e)은 로터(120)의 방사 방향에서 복수의 로터 코어(123)의 외측단, 복수의 영구 자석(124)의 외측단, 그리고 외부링(125)의 외측단을 감싼다. 이에 따라 복수의 로터 코어(123)와, 복수의 영구 자석(124) 그리고 외부링(125)은 로터 프레임(121)의 방사 방향에서 고정된다.

로터 프레임(121)에 의해 로터(120)의 다른 구성요소들(elements)과 일체화되는 외부링(125)이 도입되면, 로터 프레임(121)의 구조 강도와 나아가 모터(100)의 구조 강도를 증가시켜 회전 강성에 대한 안전율을 증가시킬 수 있다.

낱장의 전기강판이 축 방향을 따라 다수 적층되어 형성되는 로터 코어(123)는 영구 자석(124)에서 발생하는 자속을 집중시켜 자속의 누설을 억제한다. 만일 복수의 로터 코어(123)의 외측단에 밀착되는 외부링(125)이 자성체로 형성된다면 자속이 외부링(125)으로 누설된다. 이러한 관점에서 외부링(125)은 비자성체(non-magnetic material, non-magnetic substance, 非磁性體)로 형성되어야 한다.

모터(100)의 자계 특성은 비투자율(relative permeability) 값에 영향을 받는다. 비자성체의 비투자율은 1에 가까운 값이며, 자성체의 비투자율은 1보다 아주 큰 값이다. 본 발명에서 외부링(125)의 비투자율은 1 내지 1.05 인 것이 바람직하다. 외부링(125)의 비투자율이 1.05 이하인 경우 모터(100)의 자계 특성에 변화가 없어, 외부링(125) 도입에도 모터(100)의 성능 저하가 발생하지 않는다.

또한 로터 프레임(121)의 구조 강도 증가를 위해 외부링(125)은 600MPa 이상의 인장 강도를 갖는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 외부링(125)이 700MPa의 인장 강도를 가질 수 있다. 로터 프레임(121)의 구조 강도 증가 여부는 안전율이라는 개념을 통해 판단할 수 있는데, 안전율은 인장 강도에 비례한다. 따라서 외부링(125)의 인장 강도가 클수록 안전율이 증가한다. 안전율에 대한 더욱 자세한 설명은 후술한다.

여러 종류의 스테인리스 스틸(stainless steel)이 약 1.02 정도의 비투자율을 갖는다. 또한 스테인리스 스틸 중에는 600MPa 이상, 더 나아가 700MPa 이상의 인장 강도를 갖는 종류가 다양하게 존재한다. 따라서 스테인리스 스틸 중에서 상기 비투자율 조건과 상기 인장 강도 조건을 만족하는 종류를 선정하고, 그 중에서 경제성과 생산성이 우수한 종류를 선정하면, 선정된 그 종류의 스테인리스 스틸이 외부링(125)의 소재로 이용될 수 있다.

다음으로, 외부링(125)의 크기에 대하여는 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 도 2에 도시된 V 부분의 단면도다.

외부링(125)은 로터 프레임(121)의 방사 방향에서 복수의 로터 코어(123)와 복수의 영구 자석(124)을 감싸도록 환형으로 형성된다. 외부링(125)은 로터 프레임(121)의 방사 방향에서 복수의 로터 코어(123)와 로터 프레임(121)의 사이에 배치된다. 특히 로터 프레임(121)의 외벽(121e)이 외부링(125)를 감싼다는 점에서, 상기 외부링(125)은 복수의 로터 코어(123)와 외벽(121e)의 사이에 배치된다. 또한 외부링(125)은 로터 프레임(121)의 방사 방향에서 복수의 영구 자석(124)과 로터 프레임(121)의 사이에 배치된다.

다만, 외부링(125)의 위치가 반드시 이 위치로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대 외부링(125)은 외벽(121e)의 내부에 배치되거나 외벽(121e)을 감싸는 위치에 배치될 수도 있다. 이 경우 외벽(121e)의 내주면은 복수의 로터 코어(123)의 외측단과 복수의 영구 자석(124)의 외측단에 밀착된다.

외부링(125)의 크기는 로터 프레임(121)의 방사 방향을 기준으로 하는 두께(t), 축 방향에 평행한 방향(도 5에서 상하 방향)을 기준으로 하는 길이(h)로 설명될 수 있다.

외부링(125)의 두께(t)는 0.5mm 내지 3.5mm인 것이 바람직하다. 외부링(125)의 두께(t)가 0.5mm 보다 작으면 외부링(125)에 의한 구조 강도 보완 효과가 불충분하다. 반대로 외부링(125)의 두께(t)가 3.5mm를 초과하게 되면, 과도한 두께로 인해 로터 프레임(121)의 크기 나아가 모터(100)의 크기를 증가시키는 원인이 된다. 나아가 외부링(125)은 도 7a와 도 7b에서 후술하게 될 바와 같이 제1 단(125a)과 제2 단(125b)을 갖는 띠를 환형으로 말아 형성되는데, 외부링(125)의 두께(t)가 3.5mm를 초과하게 되면 제작에 어려움을 일으킨다.

본 발명은 외부링(125)을 도입하더라도 모터(100) 본래의 성능에는 영향이 없는 것을 목적으로 하므로, 외부링(125)으로 인해 모터(100)의 크기가 증가하게 되는 것은 바람직하지 못하다.

한편 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 외부링(125)의 길이(h)와 로터 코어(123)의 길이(A)의 비(h/A)는 0.3 내지 1.5이다.

상기 비(h/A)가 0.3보다 작으면, 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 외부링(125)의 길이가 로터 코어(123)의 길이보다 짧다는 것을 의미하며, 외부링(125)에 의한 로터(120)의 구조 강도 보완 효과가 불충분하다.

반대로 상기 비(h/A)가 1.5를 초과하게 되면, 로터 코어(123)에 비해 외부링(125)의 길이가 과도하게 길다는 것을 의미한다. 이 경우 로터 프레임(121)의 크기 나아가 모터(100)의 크기가 불필요하게 증가할 우려가 있다.

더욱 바람직하게는 외부링(125)의 길이(h)와 로터 코어(123)의 길이(A)의 비(h/A)는 0.66 내지 1이다. 외부링(125)에 의한 로터(120)의 구조 강도 보강 효과(안전율)는 상기 비(h/A)에 선형적으로 비례하지만, 비례 관계를 나타내는 그래프의 기울기가 0.66을 경계로 작아진다. 따라서 0.66 미만의 범위에서는 외부링(125)에 의한 로터(120)의 구조 강도 보강 효과가 상대적으로 크며, 0.66 이상의 범위에서는 외부링(125)에 의한 로터(120)의 구조 강도 보강 효과가 상대적으로 작다. 이러한 관점에서 상기 비(h/A)는 최소 0.66 이상인 것이 바람직하다.

외부링(125)의 길이(h)와 로터 코어(123)의 길이(A)의 비(h/A)가 1이라는 것은 외부링(125)의 길이(h)와 로터 코어(123)의 길이(A)가 동일하다는 것을 의미한다. 외부링(125)이 없는 경우의 로터 프레임(121)과 외부링(125)이 있는 경우의 로터 프레임(121)을 비교한다면, 상기 비(h/A)가 1을 초과하는 순간부터 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 외벽(121e)의 길이가 증가하기 시작한다. 따라서 외부링(125)의 도입에도 외벽(121e)의 길이를 그대로 유지하기 위해서는 상기 비(h/A)가 최대 1인 것이 바람직하다.

한편, 모터(100)의 회전축이 회전할 때 로터 프레임(121)에 가해지는 데미지(damage)를 안전율에 근거해 해석할 수 있다. 외부링(125)의 도입으로 인해 안전율이 높아진다면, 로터 프레임(121)에 가해지는 데미지가 작다는 것을 의미한다.

안전율은 인장강도(B)와, 모터(100)의 작동 시 로터 프레임(121)에 가해지는 응력(C)의 비(B/C)로 정의될 수 있다. 로터 프레임(121)의 인장강도가 크다면 안전율이 크고, 로터 프레임(121)에 가해지는 응력이 크다면 안전율이 작다. 본 발명에서 제시하는 외부링(125)의 도입 결과를 외부링(125)이 없는 종래 구조와 비교하여 실험적으로 해석한 결과, 로터 프레임(121)의 안전율이 최대 4배 이상까지 비약적으로 상승하였다. 그리고 외부링(125)의 도입에도 불구하고 모터(100) 본래의 성능에는 영향이 없었다.

한편, 복수의 로터 코어(123), 복수의 영구 자석(124) 및 외부링(125)은 인서트 사출에 의해 로터 프레임(121)과 일체화된다. 이 과정에 대하여는 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 인서트 사출되기 전 로터 코어(123), 영구 자석(124), 외부링(125), 부싱(122)의 위치와 결합 상태를 보인 사시도다.

사출(injection molding)이란 수지를 성형 가공하는 방법의 일종으로, 용융된 원료를 금형(金型) 내에서 고압으로 냉각 고화시켜 금형에 대응되는 형상의 성형품을 제작하는 방법을 가리킨다. 사출에 의해 제작된 성형품을 사출물이라고 한다.

인서트 사출이란 인서트물을 용융된 원료와 함께 금형에 투입하여 성형품을 제작하는 방법을 가리킨다. 사출물은 금형에 대응되는 형상을 가지며, 사출물의 내부에 인서트물이 사출물과 일체화 된 채로 제작된다.

인서트 사출 전 복수의 로터 코어(123), 복수의 영구 자석(124)은 금형 내에서 외부링(125)의 내측면을 따라 하나씩 교번적으로 배열된다. 더욱 구체적으로는 금형의 정해진 위치에 복수의 로터 코어(123)가 일정한 원주를 따라 서로 이격되게 배열된다. 그리고 영구 자석(124)은 두 로터 코어(123)의 사이마다 하나씩 배열된다.

외부링(125)은 복수의 로터 코어(123)의 외측단과 복수의 영구 자석(124)의 외측단에 밀착되도록 축 방향을 따라 압입된다. 그리고 부싱(122)은 금형 내에서 복수의 로터 코어(123)와 복수의 영구 자석(124)에 의해 감싸이는 영역의 가운데에 배치한다.

복수의 로터 코어(123), 복수의 영구 자석(124), 외부링(125) 그리고 부싱(122)이 금형 내에서 이와 같이 배치된 상태에서 금형에 용융된 원료를 투입하고, 인서트 사출을 실시하면, 도 2에 도시된 로터(120)가 제작된다.

다음으로는 복수의 로터 코어(123)의 외측단과 복수의 영구 자석(124)의 외측단에 압입되는 외부링(125)의 구조와 제조 과정은 도7a와 도 7b를 참조하여 설명한다. 외부링(125)의 제조는 인서트 사출에 선행되어야 한다.

도 7a는 외부링(125)의 제1 단(125a)과 제2 단(125b)을 연결하기 전의 개념도다. 도 7b는 외부링(125)의 제1 단(125a)과 제2 단(125b)을 연결한 후의 개념도다.

외부링(125)은 제1 단(125a)과 제2 단(125b)을 구비하는 띠를 환형으로 말아 형성된다. 외부링(125)이 로터 프레임(121)의 외벽(121e)의 내측에 배치되는 경우, 외부링(125)은 상기 띠를 복수의 로터 코어(123)의 외측단과 복수의 영구 자석(124)의 외측단에 말아 형성된다. 만일 외부링(125)이 로터 프레임(121)의 외벽(121e)의 외측에 배치되는 경우, 외부링(125)은 상기 외벽(121e)의 외주면에 말아 형성된다.

말려진 외부링(125)의 제1 단(125a)과 제2 단(125b)은 서로 용접된다. 이에 따라 외부링(125)의 제1 단(125a)과 제2 단(125b)의 사이에는 용접부가 형성된다.

외부링(125)은 용접에 의한 물리적 결합력을 보완할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 도 7a와 도 7b에 도시된 것과 같이 제1 단(125a)과 제2 단(125b)은 각각 원주 방향 돌출부(125a1, 125b1)와 교차 방향 돌출부(125a2, 125b2)를 구비한다.

제1 단(125a)의 원주 방향 돌출부(125a1)는 제2 단(125b)을 향해 외부링(125)의 원주 방향으로 돌출된다. 그리고 제1 단(125a)의 교차 방향 돌출부(125a2)는 제1 단(125a)의 원주 방향 돌출부(125a1)에서 외부링(125)의 원주 방향에 교차하는 방향으로 돌출된다. 상기 교차하는 방향이 상기 원주 방향에 직교한다면, 상기 교차하는 방향은 회전축의 축 방향에 평행한 방향이다.

제2 단(125b)의 원주 방향 돌출부(125b1)는 제1 단(125a)을 향해 외부링(125)의 원주 방향으로 돌출된다. 그리고 제2 단(125b)의 교차 방향 돌출부(125b2)는 제2 단(125b)의 원주 방향 돌출부(125b1)에서 외부링(125)의 원주 방향에 교차하는 방향으로 돌출된다. 상기 교차하는 방향이 상기 원주 방향에 직교한다면, 상기 교차하는 방향은 회전축의 축 방향에 평행한 방향이다.

외부링(125)의 제1 단(125a)과 제2 단(125b)이 서로 결합되기 위해 제1 단(125a)이 제2 단(125b)을 수용하도록 형성되거나, 제2 단(125b)이 제1 단(125a)을 수용하도록 형성될 수 있다. 이를테면 도면에 도시된 바와 같이 제1 단(125a)의 원주 방향 돌출부(125a1)는 제1 단(125a)에서 하나만 돌출되는 반면, 제2 단(125b)의 원주 방향 돌출부(125b1)는 제2 단(125b)에서 두 개가 돌출된다. 제1 단(125a)의 교차 방향 돌출부(125a2)가 서로 반대쪽을 향해 양측으로 형성되는 반면, 제2 단(125b)의 교차 방향 돌출부(125bb2)는 제2 단(125b)의 원주 방향 돌출부(125b1)마다 하나씩 형성된다.

이러한 구조에 의해 제1 단(125a)의 교차 방향 돌출부(125a2)와 제2 단(125b)의 교차 방향 돌출부(125b2)는 서로 엇갈리게 결합된다. 이에 따라 외부링(125)의 원주 방향에서 제1 단(125a)과 제2 단(125b)이 서로 구속될 수 있다. 제1 단(125a)과 제2 단(125b)이 서로 구속된 외부링(125)을 복수의 로터 코어(123)의 외측단과 복수의 영구 자석(124)의 외측단에 압입하게 되면, 인서트 사출을 실시하기 위한 1차적 준비가 완료된다. 이후에는 앞서 도 6에서 설명된 인서트 사출로 로터(120)가 제작된다.

도 8은 본 발명의 효과를 설명하기 위해 자속의 흐름을 나타낸 개념도다.

영구 자석(124)의 제1 작용면(124a)과 제2 작용면(124b)에서 발생된 자속은 로터 코어(123)에 의해 집중되어 스테이터(110) 쪽으로 흘러야 한다. 그런데 만일 외부링(125)이 자성체로 형성된다면 스테이터(110)쪽으로 흘러야 할 자속이 로터(120)의 밖으로 누설되어 모터의 성능 저하가 유발된다. 따라서 외부링(125)은 비자성체로 형성되어야 함을 앞서 설명하였다.

본 발명의 구성에 따른 자속의 흐름을 시뮬레이션 한 결과 도 8에 도시된 바와 같이 외부링이 자속의 흐름에 영향을 미치지 않는다는 것을 확인하였다. 특히 외부링이 비자성체로 형성되기만 한다면 외부링의 세부 소재, 크기, 위치 등에 관계 없이 자속의 흐름에 영향을 미치지 않는다. 따라서 본 발명에서 제안하면 외부링(125)이 로터에 도입되면 모터의 성능에는 영향이 없으면서 로터(120)의 구조 강도는 향상될 수 있다.

도 8에서 미설명된 도면부호 113은 코일, 114는 티스, 123a는 바디, 123b는 헤드, 123c는 돌기, 123d는 홀, 123e는 로터 코어 슬롯, 123f는 맥을 가리킨다.

이상에서 설명된 모터는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

스테이터; 및
상기 스테이터의 내측 또는 외측에 회전 가능하게 배치되는 로터를 포함하고,
상기 로터는,
복수의 영구 자석 배치 슬롯을 형성하도록 상기 스테이터의 내측 또는 외측에 상기 로터의 원주 방향을 따라 서로 이격되게 배열되는 복수의 로터 코어 세그먼트;
상기 로터의 원주 방향을 따라 상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 하나씩 교번적으로 배열되도록 상기 복수의 영구 자석 배치 슬롯에 하나씩 삽입되는 복수의 영구 자석;
상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 상기 복수의 영구 자석을 일체화 시키도록 상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 상기 복수의 영구 자석을 고정하는 로터 프레임; 및
상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 상기 복수의 영구 자석의 외측단을 감싸도록 형성되며, 비자성체로 이루어지는 외부링을 포함하며,
상기 복수의 로터 코어 세그먼트, 상기 복수의 영구 자석 및 상기 외부링은 인서트 사출에 의해 로터 프레임과 일체로 이루어지며,
상기 외부링은, 상기 로터 프레임에 밀착되어, 상기 복수의 로터 코어 세그먼트와 상기 로터 프레임의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 외부링의 비투자율은 1 내지 1.05 인 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 로터 프레임의 방사 방향(radial direction)을 기준으로 하는 상기 외부링의 두께는 0.5mm 내지 3.5mm 인 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 로터 프레임은 상기 스테이터를 관통하는 회전축과 연결되고,
상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 하는 상기 외부링의 길이(h)와 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 길이(A)의 비(h/A)는 0.3 내지 1.5 인 것을 특징으로 하는 모터.
제4항에 있어서,
상기 로터 프레임은 상기 스테이터를 관통하는 회전축과 연결되고,
상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 상기 외부링의 길이(h)와 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 길이(A)의 비(h/A)는 0.66 내지 1 인 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 외부링은 제1 단과 제2 단을 구비하는 띠를 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 상기 복수의 영구 자석의 외측단에 말아 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
제6항에 있어서,
상기 제1 단과 상기 제2 단은 서로 용접에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 모터.
제6항에 있어서,
상기 제1 단과 상기 제2 단 각각은,
상대 단을 향해 상기 외부링의 원주 방향으로 돌출되는 원주 방향 돌출부; 및
각각의 원주 방향 돌출부에서 상기 원주 방향에 교차하는 방향으로 돌출되는 교차 방향 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터.
제8항에 있어서,
상기 제1 단의 교차 방향 돌출부와 상기 제2 단의 교차 방향 돌출부는 서로 엇갈리게 결합되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 외부링은 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 상기 복수의 영구 자석의 외측단에 밀착되고,
상기 로터 프레임은 상기 외부링을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
삭제
제10항에 있어서,
상기 로터 프레임은 상기 스테이터에 의해 감싸이는 영역을 관통하는 회전축과 연결되고,
상기 로터 프레임은 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 상기 외부링의 제1 단과 제2 단을 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
제12항에 있어서,
상기 로터 프레임은 상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향에서 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 제1 단과 제2 단, 그리고 상기 복수의 영구 자석의 제1 단과 제2 단을 덮도록 형성되며,
상기 로터 프레임은,
상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 향해 상기 복수의 로터 코어 세그먼트마다 형성되는 홀 또는 로터 코어 슬롯에 삽입되는 로터 프레임 핀; 및
상기 회전축의 축 방향에 평행한 방향을 따라 상기 로터 프레임 핀과 대향하는 위치마다 형성되는 로터 프레임 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 로터 프레임은 상기 복수의 로터 코어 세그먼트의 외측단과 상기 복수의 영구 자석의 외측단에 밀착되고,
상기 외부링은 상기 로터 프레임을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 로터 코어 세그먼트 각각은,
상기 로터의 원주 방향에서 상기 영구 자석을 마주보도록 형성되는 바디;
상기 바디의 내측단에서 상기 로터의 원주 방향을 따라 양측으로 돌출되는 헤드; 및
상기 바디의 외측단에서 돌출되며, 로터 코어 슬롯을 형성하도록 서로 멀어지는 방향을 향해 두 갈래로 연장되는 돌기를 포함하고,
상기 복수의 영구 자석 배치 슬롯 각각은 상기 복수의 영구 자석 중 어느 하나를 기준으로 상기 어느 하나의 영구 자석의 양측에 배치되는 두 로터 코어 세그먼트의 상기 바디, 상기 헤드 및 상기 돌기에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.