KR102143030B1 - 하이브리드 고정자, 이를 이용한 모터 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차, 세탁기 등의 회전 구동을 위해 사용되는 하이브리드 고정자 및 이를 이용한 모터에 관한 것으로, 제조가 용이하되, 철손을 줄여 모터의 성능을 극대화 할 수 있는 하이브리드 고정자 및 이를 이용한 모터를 제공하는 데 그 목적이 있다. 본 발명에 따른 하이브리드 고정자는 중심부에 관통홀이 형성되고, 외주면에 일정 간격으로 복수의 돌출부가 형성되는 제1 코어부, 복수의 돌출부 각각의 외측면을 감싸도록 삽입되는 코일부, 코일부의 내측면과 돌출부의 외측면 사이로 삽입되어, 복수의 돌출부 각각에 삽입 고정되는 제2 코어부를 포함한다.

Description

하이브리드 고정자, 이를 이용한 모터 및 그의 제조 방법{Hybrid stator, motor using the same, and manufacturing method thereof}

본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성형하는데 용이한 연자성 분말(Soft Magnetic Composite : SMC)과, 자기적 특성이 뛰어난 전기강판을 혼용하여 형성한 하이브리드 고정자 및 이를 이용한 모터에 관한 것이다.

평판형 모터는 자기장을 형성하는 고정자 및 고정자에 대하여 회전 가능하게 이루어지는 회전자를 포함한다. 고정자는 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 동시에 축방향으로 일정 높이로 돌출되는 다수의 코어를 포함하며, 코어는 고정자 바디에 형성된 홈에 축 방향으로 결합된다. 회전자는 원주방향을 따라 일정간격으로 배열된 영구자석을 포함하며, 고정자와 일정한 공극(gap)을 형성하면서 회전하도록 이루어진다. 평판형 모터는 권선에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 코어와 회전자의 영구자석 사이에 반발력 또는 흡인력을 생성하여 회전 토크를 발생시키게 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-1207608호에는 상술 바와 같은 평판형 회전기기에 관하여 개시하고 있다. 개시된 평판형 회전기기는 하우징, 상기 하우징의 일면 및 타면에 일측 부위 및 타측 부위가 각각 지지되어 회전가능하게 설치된 회전축, 상기 하우징에 결합된 링형상의 제 1 받침판, 상기 제 1 받침판의 중심을 기준으로 방사상으로 상기 제 1 받침판에 일면이 결합된 복수의 제 1 치코어(Tooth Core), 상기 제 1 치코어의 타면측 외면에 각각 결합된 보빈, 상기 보빈에 권선된 코일을 가지면서 상기 하우징의 내부에 설치된 평판 링형상의 고정자, 상기 하우징의 내부에 위치된 상기 회전축에 결합되며 상기 고정자와 작용하여 회전하면서 상기 회전축을 회전시키는 평판 링형상의 회전자를 구비하는 평판형 회전기기에 있어서, 상기 제 1 받침판에는 폭방향 횡단면(橫斷面) 형상이 "T" 형상인 제 1 결합레일이 설치되고, 상기 제 1 결합레일은 체결부재에 의하여 상기 제 1 받침판에 결합되며, 상기 제 1 치코어의 일단면(一端面)에는 상기 제 1 결합레일과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 제 1 결합레일에 압입 결합되는 제 1 압입홈이 형성되고, 상기 제 1 받침판에 결합된 상기 제 1 치코어의 일면측 외면은 타면측 외면 보다 외측으로 더 돌출되어 상호 접촉되며, 상기 제 1 치코어의 타면측 외면은 상호 이격되어 상기 보빈이 결합된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 구성된 평판형 회전기기는 서로 다른 크기의 규소강판을 적층하여 치 형상의 코어를 제작하게 된다. 이로 인해, 서로 다른 크기의 규소강판을 성형하기 위해서는 각각의 모양에 맞는 금형을 제작하거나, 서로 동일한 크기의 규소강판을 적층한 후 절단하는 공정 등이 필요하기 때문에, 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 이로 인한 제조 단가가 높아 지는 문제점이 있었다.

이에 따라 최근에는 분말을 압분하여 형상을 만들기 때문에 복잡한 형상을 성형하는데 용이한 연자성 분말(Soft Magnetic Composite : SMC)이 사용되고 있다.

그러나 연자성 분말을 사용하여 성형 압출하는 일체형 코어를 사용할 경우, 제조가 용이한 장점이 있지만, 전기강판을 적층하여 형상한 코어에 대비하여 높은 철손(Core loss)이 발생하여 자기적 특성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 제조가 용이하되, 철손을 줄여 모터의 성능을 극대화 할 수 있는 하이브리드 고정자 및 이를 이용한 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 고정자는 중심부에 관통홀이 형성되고, 외주면에 일정 간격으로 복수의 돌출부가 형성되는 제1 코어부, 보빈과 코일을 구비하며, 상기 코일이 상기 보빈의 외부면을 감싸면서 권선된 상태로 상기 복수의 돌출부 각각의 외측면을 감싸도록 삽입되는 코일부, 상기 코일부의 내측면과 상기 돌출부의 외측면 사이로 삽입되어, 상기 복수의 돌출부 각각에 삽입 고정되는 제2 코어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 고정자에 있어서, 상기 제1 코어부는 동일한 크기의 복수의 전기 강판이 수직 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 고정자에 있어서, 상기 제2 코어부는 상기 돌출부와 대응되는 크기의 삽입홈이 형성되어 상기 코일부의 내측면과 상기 돌출부의 외측면 사이로 삽입 고정되는 삽입부, 상기 삽입부의 끝단으로부터 양측부로 연장되는 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 고정자에 있어서, 상기 제2 코어부는 연자성 분말(Soft Magnetic Composite : SMC)을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 고정자에 있어서, 상기 제2 코어부는 하부면이 개방된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터는 중심부에 관통홀이 형성되고, 외주면에 일정 간격으로 복수의 돌출부가 형성된 제1 코어부, 보빈과 코일을 구비하며, 상기 코일이 상기 보빈의 외부면을 감싸면서 권선된 상태로 상기 복수의 돌출부 각각에 상기 돌출부의 외측면을 감싸도록 삽입되는 코일부, 상기 코일부의 내측면과 상기 돌출부의 외측면 사이로 삽입되어 상기 제1 코어부의 상기 복수의 돌출부 각각에 삽입 고정되는 제2 코어부를 포함하는 하이브리드 고정자, 상기 고정자 코어에 회전 가능하도록 결합되고, 상기 고정자 코어의 외주면을 감싸도록 형성되는 영구자석을 구비하는 회전자를 포함한다.
본 발명에 따른 하이브리드 고정자의 그의 제조 방법은 중심부에 관통홀이 형성되고, 외주면에 일정 간격으로 복수의 돌출부가 형성되는 제1 코어부를 준비하는 단계, 코일부는 보빈과 코일을 구비하며, 상기 코일이 상기 보빈의 외부면을 감싸면서 권선된 상태로 상기 복수의 돌출부 각각의 외측면을 감싸도록 상기 코일부를 삽입하는 단계 및 제2 코어부가 상기 코일부의 내측면과 상기 돌출부의 외측면 사이로 삽입되어, 상기 복수의 돌출부 각각에 삽입 고정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 하이브리드 고정자는 자기적 특성이 뛰어난 전기강판을 통해 제1 코어부를 형성하고, 와전류 손실을 최소화 할 수 있는 연자성 분말을 통해 제2 코어부를 형성하여 제1 코어부와 제2 코어부를 조립하도록 구성함으로써, 전기강판의 특성과 연자성 분말의 특성을 동시에 가져갈 수 있어 철손을 줄여 효율을 높힐 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 고정자는 제1 코어부, 코일부 및 제2 코어부를 조립 가능하도록 구성하기 때문에, 코일을 권선하기 위한 별도의 공간 확보가 필요 하지 않아 슬롯 폭을 최소화하여 토크 리플을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터의 구성을 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터의 3-3선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터를 나타낸 분해사시도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터의 구성을 나타낸 분해사시도이고, 도 3은 도 1에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터의 3-3선 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터는 하이브리드 고정자(100) 및 회전자(200)를 포함한다.

하이브리드 고정자(100)는 제1 코어부(10), 코일부(20) 및 제2 코어부(30)를 포함한다.

제1 코어부(10)는 중심부에 축 삽입홀이 형성되는 원형의 몸체부(11)와, 몸체부(11)의 외주면을 따라 일정 간격으로 형성되는 돌출부(12)를 포함한다. 돌출부(11)는 일정한 간격으로 형성되어, 코일부(20) 및 제2 코어부(30)와의 조립을 위한 공간을 형성할 수 있다.

이러한 제1 코어부(10)는 서로 동일한 크기의 전기강판(규소강판)을 적층하여 형성된다. 즉 제1 코어부(10)는 몸체부(11)와 돌출부(12)가 형성된 전기강판을 수직으로 적층하여 형성할 수 있다.

제1 코어부(10)는 연자성 분말에 대비하여 뛰어난 자기적 특성을 가지고 철손이 적은 전기강판을 사용하여 제작하기 때문에, 연자성 분말을 사용하여 성형된 제2 코어부(30)와 대비하여 높은 자기적 특성을 갖는다.

코일부(20)는 제1 코어부(10)에 형성된 복수의 돌출부(12) 각각에 돌출부(12)의 외측면을 감싸도록 삽입될 수 있다. 이러한 코일부(20)는 보빈과, 코일을 포함한다.

보빈은 후술할 제2 코어부(30)의 삽입부(31) 보다 더 크게 형성되어 삽입부(31)가 삽입되도록 형성될 수 있다. 외부면에 권선되는 코일의 내측면에 위치하여 코일을 지지하면서, 코일과 제1 코어부(10) 및 제2 코어부(30) 사이에서 발생하는 쇼트(short)를 방지할 수 있다.

코일은 보빈의 외부면을 감싸면서 권선된다. 코일은 보빈에 권선된 상태로 제2 코어부(30)에 결합되어 돌출부(12)와 조립되거나, 돌출부(12)에 삽입된 상태에서 제2 코어부(30)의 결합에 의해 조립될 수 있다.

제2 코어부(30)는 삽입부(31) 및 슬롯(32)을 포함한다.

삽입부(31)는 상술한 제1 코어부(10)의 돌출부(12) 보다는 크고, 코일부(20)의 보빈 보다는 작게 형성될 수 있다. 즉 삽입부(31)는 돌출부(12) 보다는 크고, 보빈 보다는 작게 형성되어 돌출부(12)와 보빈 사이에 위치하게 된다. 삽입부(31)의 내측에는 돌출부(12)와 대응되도록 형성된 삽입홈(31a)이 형성된다.

슬롯(32)은 삽입부(31)의 끝단으로부터 양측부로 연장되어 형성된다. 슬롯(32)은 인접한 슬롯(32)과 최대한 밀착되어 형성될 수 있다. 또한 슬롯(32) 삽입부(31)의 외측면을 감싸도록 삽입되는 코일부(20)가 외측으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

이러한 제2 코어부(30)는 연자성 분말을 사용하여 성형된다. 이와 같은 연자성 분말은 철(Fe) 분말에 절연이 되어 있어서 와전류 손실을 최소화 할 수 있으며, 분말을 압분 하여 형상을 제작하기 때문에, 복잡한 형상을 성형하는데 용이하다.

즉 본 실시예에서는 전기강판을 이용하여 제작하기 용이한 제1 코어부(10)를 전기강판을 적층하여 형성하고, 전기강판을 이용하여 적층하여 형성하기 어려운 제2 코어부(30)를 연자성 분말을 사용하여 성형함으로써, 제조가 용이하면서 전기강판의 특성과 연자성 분말의 특성을 동시에 가져갈 수 있어 철손을 줄여 효율을 높힐 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 고정자(100)는 자기적 특성이 뛰어난 전기강판을 통해 제1 코어부(10)를 형성하고, 와전류 손실을 최소화 할 수 있는 연자성 분말을 통해 제2 코어부(20)를 형성하여, 제1 코어부(10)와 제2 코어부(20)를 조립하도록 구성함으로써, 전기강판의 특성과 연자성 분말의 특성을 동시에 가져갈 수 있어 철손을 줄여 효율을 높힐 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 고정자(100)는 제1 코어부(10), 코일부(20) 및 제2 코어부(30)를 조립 가능하도록 구성하기 때문에, 코일을 권선하기 위한 별도의 공간 확보가 필요 하지 않아 슬롯(32) 폭을 최소화하여 토크 리플을 줄일 수 있다.

한편 회전자(200)는 하이브리드 고정자(100)와 회전 가능하도록 결합되어, 하이브리드 고정자(100)의 외주면을 감싸도록 형성되는 영구자석(130)을 구비한다. 이러한 회전자(200)는 케이스(110) 및 축계(120)를 포함한다.

케이스(110)는 하부몸체(111)와 상부몸체(112)로 구성된다. 하부몸체(111)는 회전자(200)의 바닥면을 형성한다. 하부몸체(111)는 하이브리드 고정자(100)와 대응되는 형상인 원형으로 형성될 수 있다.

상부몸체(112)는 하부몸체(111)의 외주면으로부터 수직 연장되어 회전자(200)의 측면을 형성한다. 상부몸체(112)의 내측면에는 영구자석(130)이 부착될 수 있다.

축계(120)는 하무몸체(111)의 중심부로부터 수직 상승되어, 하이브리드 고정자(110)의 제1 코어부(10)에 구비되는 관통홀에 삽입될 수 있다. 이때 하이브리드 고정자(110)는 베어링(121)에 의해 축계(120)와 회전 가능하도록 결합될 수 있다.

즉 회전자(200)는 상부몸체(112)의 내측면에 구비되는 영구자석(130)과 전류가 인가된 하이브리드 고정자(100)로부터 생성되는 자기장 사이의 관계에 의해 회전하게 된다.

이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 고정자(400)에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.

한편 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 고정자(400)는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 고정자(100)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 고정자를 이용한 모터를 나타낸 분해사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 고정자(400)는 제1 코어부(10), 코일부(20) 및 제2 코어부(330)를 포함할 수 있다.

제2 코어부(330)는 삽입부(331) 및 슬롯(332)을 포함한다.

삽입부(331)는 상술한 제1 코어부(10)의 돌출부(12) 보다는 크고, 코일부(20)의 보빈 보다는 작게 형성될 수 있다. 즉 삽입부(331)는 돌출부(12) 보다는 크고, 보빈 보다는 작게 형성되어 돌출부(12)와 보빈 사이에 위치하게 된다. 삽입부(331)의 내측에는 돌출부(12)와 대응되도록 형성된 삽입홈(331a)이 형성된다. 여기서 본 발명의 다른 실시예에서는 삽입홈(331a)의 하부면이 개방된 상태로 형성될 수 있다.

슬롯(332)은 삽입부(331)의 끝단으로부터 양측부로 연장되어 형성된다. 슬롯(332)은 인접한 슬롯(332)과 최대한 밀착되어 형성될 수 있다. 또한 슬롯(332) 삽입부(331)의 외측면을 감싸도록 삽입되는 코일부(20)가 외측으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

이러한 제2 코어부(330)는 연자성 분말을 사용하여 성형된다. 이와 같은 연자성 분말은 철(Fe) 분말에 절연이 되어 있어서 와전류 손실을 최소화 할 수 있으며, 분말을 압분 하여 형상을 제작하기 때문에, 복잡한 형상을 성형하는데 용이하다.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 고정자(400)를 이용한 모터(500)는 전기강판을 이용하여 제작하기 용이한 제1 코어부(10)를 전기강판을 적층하여 형성하고, 전기강판을 이용하여 적층하여 형성하기 어려운 제2 코어부(330)를 연자성 분말을 사용하여 성형함으로써, 제조가 용이하면서 전기강판의 특성과 연자성 분말의 특성을 동시에 가져갈 수 있어 철손을 줄여 효율을 높힐 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 고정자(400)를 이용한 모터(500)는 자기적 특성이 뛰어난 전기강판을 통해 제1 코어부(10)를 형성하고, 와전류 손실을 최소화 할 수 있는 연자성 분말을 통해 제2 코어부(320)를 형성하여, 제1 코어부(10)와 제2 코어부(320)를 조립하도록 구성함으로써, 전기강판의 특성과 연자성 분말의 특성을 동시에 가져갈 수 있어 철손을 줄여 효율을 높힐 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 고정자(400)를 이용한 모터(500)는 제1 코어부(10), 코일부(20) 및 제2 코어부(320)를 조립 가능하도록 구성하기 때문에, 코일을 권선하기 위한 별도의 공간 확보가 필요 하지 않아 슬롯(332) 폭을 최소화하여 토크 리플을 줄일 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 제1 코어 11 : 몸체부
12 : 돌출부 20 : 코일부
30, 330 : 제2 코어부 31, 331 : 삽입부
32, 332 : 슬롯 31a, 331a : 삽입홈
100 : 하이브리드 고정자 110 : 케이스
111 : 하부몸체 112 : 상부몸체
120 : 축계 130 : 영구자석
200 : 회전자

Claims (7)

1. 중심부에 관통홀이 형성되고, 외주면에 일정 간격으로 복수의 돌출부가 형성되는 제1 코어부;
   보빈과 코일을 구비하며, 상기 코일이 상기 보빈의 외부면을 감싸면서 권선된 상태로 상기 복수의 돌출부 각각의 외측면을 감싸도록 삽입되는 코일부;
   상기 코일부의 내측면과 상기 돌출부의 외측면 사이로 삽입되어, 상기 복수의 돌출부 각각에 삽입 고정되는 제2 코어부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고정자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 코어부는 동일한 크기의 복수의 전기 강판이 수직 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고정자.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 코어부는,
   상기 돌출부와 대응되는 크기의 삽입홈이 형성되어 상기 코일부의 내측면과 상기 돌출부의 외측면 사이로 삽입 고정되는 삽입부;
   상기 삽입부의 끝단으로부터 양측부로 연장되는 슬롯;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고정자.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 코어부는 연자성 분말(Soft Magnetic Composite : SMC)을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고정자.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 코어부는 하부면이 개방된 것을 특징으로 하는 하이브리드 고정자.
6. 중심부에 관통홀이 형성되고, 외주면에 일정 간격으로 복수의 돌출부가 형성된 제1 코어부, 보빈과 코일을 구비하며, 상기 코일이 상기 보빈의 외부면을 감싸면서 권선된 상태로 상기 복수의 돌출부 각각에 상기 돌출부의 외측면을 감싸도록 삽입되는 코일부, 상기 코일부의 내측면과 상기 돌출부의 외측면 사이로 삽입되어 상기 제1 코어부의 상기 복수의 돌출부 각각에 삽입 고정되는 제2 코어부를 포함하는 하이브리드 고정자;
   상기 고정자 코어에 회전 가능하도록 결합되고, 상기 고정자 코어의 외주면을 감싸도록 형성되는 영구자석을 구비하는 회전자;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 고정자를 이용한 모터.
7. 중심부에 관통홀이 형성되고, 외주면에 일정 간격으로 복수의 돌출부가 형성되는 제1 코어부를 준비하는 단계;
   코일부는 보빈과 코일을 구비하며, 상기 코일이 상기 보빈의 외부면을 감싸면서 권선된 상태로 상기 복수의 돌출부 각각의 외측면을 감싸도록 상기 코일부를 삽입하는 단계; 및
   제2 코어부가 상기 코일부의 내측면과 상기 돌출부의 외측면 사이로 삽입되어, 상기 복수의 돌출부 각각에 삽입 고정하는 단계;
   를 포함하는 하이브리드 고정자의 그의 제조 방법.
   

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