KR102154159B1

KR102154159B1 - 전동자전거용 액셜모터

Info

Publication number: KR102154159B1
Application number: KR1020200006119A
Authority: KR
Inventors: 장이수
Original assignee: 주식회사 로이테크
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2020-09-09

Abstract

본 발명은 전동자전거의 바퀴에 결합되어 상기 바퀴를 회전시키는 전동자전거용 액셜모터에 관한 것으로서, 외주연에 상기 바퀴가 결합되는 휠결합프레임이 구비되며, 일측면에 제1축삽입공(116)이 형성된 로터(110)와; 상기 로터(110)의 타측면에 결합되며 제2축삽입공(121)이 형성되는 커버(120)와; 상기 로터(110)의 내벽면에 결합되는 마그넷(130)과; 상기 로터(110)와 상기 커버(120)로 형성된 내부공간에 수용되며 판면에 제3축삽입공(151)이 형성되는 코어(150)와, 상기 코어(150)의 외주연에 결합되어 상기 마그넷(130)에 회전자계를 부여하는 코일(180)이 구비된 고정자(190)와; 상기 제1축삽입공(116)과 제3축삽입공(151) 및 상기 제2축삽입공(121)을 관통하여 삽입되는 축(160)을 포함하며, 상기 로터(110)의 내벽면에 상기 마그넷(130)과 접촉되는 영역에는 자성체로 형성된 백요크(140)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

전동자전거용 액셜모터{AXIAL MOTOR FOR ELECTRIC BICYCLE}

본 발명은 전동자전거용 모터에 관한 것으로서, 보다 자세히는 전동자전거에 적용되는 액셜모터에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 근거리 이동수단의 하나이며, 최근에는 건강 등의 목적으로 운동 또는 취미용으로 널리 이용되고 있다.

이러한 자전거는 사용자가 걷거나 달리는 것보다 체력을 적게 소모하면서 짧은 시간에 이동할 수 있으므로 노약자도 큰 무리 없이 이용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 자전거는 사용자의 체력을 단련시켜 주는 한편 교통문제와 환경오염까지 억제할 수 있어 매우 유용하다.

최근에는 발로 페달을 돌리는 힘과 함께 전동기의 동력을 이용하는 전동자전거가 개발되고 있다. 이러한 전동자전거는 모터를 이용해 휠을 회전시키고 있다 종래 전동자전거에 사용되는 모터는 대부분 래디얼타입으로 구현된다. 래디얼타입 모터는 장점이 있는 반면 전체 부피를 줄일 수 없는 단점이 있다.

한편, 종래 액셜모터는 축이 회전되므로, 휠이 회전되어야 하는 자전거에 적용되기 어려움이 있었다.

이에 전동자전거에 적용될 수 있는 새로운 형태의 액셜모터의 개발이 요구되고 있다.

공개특허 제2011-0136559호 "전동자전거"

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로 전동자전거에 적용될 수 있는 새로운 형태의 액셜모터를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 전동자전거의 바퀴에 결합되어 상기 바퀴를 회전시키는 전동자전거용 액셜모터에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 전동자전거용 액셜모터는, 외주연에 상기 바퀴가 결합되는 휠결합프레임이 구비되며, 일측면에 제1축삽입공(116)이 형성된 로터(110)와; 상기 로터(110)의 타측면에 결합되며 제2축삽입공(121)이 형성되는 커버(120)와; 상기 로터(110)의 내벽면에 결합되는 마그넷(130)과; 상기 로터(110)와 상기 커버(120)로 형성된 내부공간에 수용되며 판면에 제3축삽입공(151)이 형성되는 코어(150)와, 상기 코어(150)의 외주연에 결합되어 상기 마그넷(130)에 회전자계를 부여하는 코일(180)이 구비된 고정자(190)와; 상기 제1축삽입공(116)과 제3축삽입공(151) 및 상기 제2축삽입공(121)을 관통하여 삽입되는 축(160)을 포함하며, 상기 로터(110)의 내벽면에 상기 마그넷(130)과 접촉되는 영역에는 자성체로 형성된 백요크(140)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 코어(150)의 제3축삽입공(151)에는 반경방향 외측으로 연통되게 형성된 제1키홈(153)이 구비되고, 상기 축(160)의 외주연에는 상기 제1키홈(153)에 대응되는 영역에 반경방향 내측으로 함몰되게 형성된 제2키홈(161)이 구비되고, 상기 축(160)이 상기 제3축삽입공(151)에 삽입될 때, 상기 제1키홈(153)과 상기 제2키홈(161)은 서로 마주보게 배치되고, 상기 제1키홈(153)과 상기 제2키홈(161)으로 키(170)가 삽입되어 상기 코어(150)와 상기 축(160)은 고정결합되며, 상기 코어(150)의 외주연에는 원주방향을 따라 일정간격으로 보빈삽입용 돌출부(155)과 코일수용홈(157)이 교번적으로 형성되고, 상기 보빈삽입용 돌출부(155)에는 외주연에 코일(180)이 권취된 코일보빈(181)이 결합된다.

본 발명에 따른 전동바이크용 액셜모터는 키를 이용해 축을 코어에 고정결합하고, 축을 중심으로 로터와 커버가 회전되게 하였다. 이에 의해 로터에 결합된 전동자전거 바퀴가 회전되며 주행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 전동바이크용 액셜모터는 마그넷과 접하는 로터의 내벽면에 자성체인 백요크를 구비하여 자기저항의 감소와 자기력선이 누설되는 것을 줄여 효율과 출력을 상승시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전동자전거용 액셜모터의 단면구성을 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 전동자전거용 액셜모터의 로터의 구성을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 전동자전거용 액셜모터의 커버의 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 전동자전거용 액셜모터의 고정자의 구조를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 전동자전거용 액셜모터의 고정자의 코어와 코일보빈의 결합구조를 도시한 분해사시도,
도 6 과 도 7은 본 발명에 따른 전동자전거용 액셜모터의 조립과정을 도시한 예시도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어 지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 전동자전거용 액셜모터(100)의 전체 단면구성을 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이 전동자전거용 액셜모터(100)는 전체 외관을 형성하며 회전되는 로터(110) 및 커버(120)와, 로터(110)의 내측벽에 결합되는 마그넷(130)과, 마그넷(130)과 접촉되는 로터(110)의 내측벽에 구비되는 백요크(140)와, 로터(110)와 커버(120) 내부에 수용되어 로터(110)가 회전되도록 회전자계를 형성하는 고정자(190)와, 로터(110) 및 커버(120)가 회전되도록 지지하는 축(160)을 포함한다.

본 발명에 따른 전동자전거용 액셜모터(100)는 전동자전거 및 오토바이에 적용된다. 이를 위해 본 발명에 따른 전동자전거용 액셜모터(100)는 축(160)이 고정되고, 휠이 결합되는 로터(110) 및 커버(120)가 회전된다.

도 2는 본 발명에 따른 로터(110)의 단면구성을 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이 로터(110)는 일정 직경을 갖게 형성된 로터본체(111)와, 로터본체(111)의 외주연에 연장되어 형성되어 바퀴(200)를 지지하는 휠결합프레임(113)과, 로터본체(111)의 일측면을 커버하는 측면판(115)과, 마그넷(130)이 결합되는 마그넷결합홈(118)을 포함한다.

로터본체(111)의 일측은 측면판(115)이 결합되고, 타측은 개방되어 커버(120)와 결합된다. 로터본체(111)의 외주연에는 도시된 바와 같이 반경방향 외측으로 연장형성된 휠결합프레임(113)이 구비된다. 휠결합프레임(113)은 단면이 "U"자 형태로 형성되어 자전거 휠의 타이어(미도시)가 결합된다.

로터본체(111)는 축(160)을 기준으로 회전되므로, 로터본체(111)에 일체로 결합된 휠결합프레임(113)과 타이어(미도시)도 함께 회전하게 된다.

측면판(115)은 로터본체(111)의 일측면을 커버하여 내부로 이물질이 유입되는 것을 차단한다. 측면판(115)의 가운데 영역에는 제1축삽입공(116)이 형성된다. 측면판(115)은 로터본체(111)의 일측단에서 가운데영역으로 일정 각도 경사지게 형성된다. 이 때, 로터본체(111)와 측면판(115)의 경계영역에는 내측으로 함몰 형성된 마그넷결합홈(118)이 구비된다. 마그넷결합홈(118)에는 마그넷(130)과 백요크(140)가 결합된다.

로터(110)는 무게를 경량화하고 내구성을 갖게 하기 위해 알루미늄 재질로 형성된다.

도 3의 (a)는 커버(120)의 측단면구성이 도시된 단면도이고, 도 3의 (b)는 커버(120)의 평면구성을 도시한 평면도이다.

커버(120)는 로터본체(111)의 타측에 결합된다. 커버(120)는 외주연이 도 1에 도시된 바와 같이 체결부재(125)에 의해 로터본체(111)에 결합되어 로터(110)와 함께 축(160)을 중심으로 회전된다.

커버(120)의 중심영역에는 제2축삽입공(121)이 형성된다. 제1축삽입공(116)과 제2축삽입공(121)을 관통하여 축(160)이 삽입된다.

여기서, 제1축삽입공(116)과 제2축삽입공(121)에는 각각 제1베어링(117)과 제2베어링(123)이 구비되어 축(160)을 중심으로 로터(110)와 커버(120)가 회전될 수 있게 지지한다.

마그넷(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 로터(110)의 마그넷결합홈(118)에 결합된다. 마그넷(130)은 코어(150)와 대응되게 배치된다.

백요크(140)는 마그넷결합홈(118)에 마그넷(130)의 후면에 위치된다. 즉, 백요크(140)가 마그넷결합홈(118)에 직접 결합되고, 백요크(140)의 전면에 마그넷(130)이 결합된다.

로터(110)는 알루미늄 재질로 형성된다. 알루미늄 재질의 로터(110) 내벽면에 마그넷(130)이 결합될 경우, 마그넷(130)의 N극에서 발생된 자기력선(자속)이 양측의 S극으로 형성되는 경로가 알루미늄 재질의 로터(110)와 공기를 경유하게 된다. 알루미늄과 공기는 자성체가 아니므로 자기저항의 증가와 자기력선(자속)의 누설에 의한 손실이 크다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 알루미늄 재질의 로터(110)와 마그넷(130) 사이에 백요크(140)를 구비하였다. 백요크(140)는 마그넷(130)에서 발생된 자기력선의 통로 역할을 한다. 이를 위해 백요크(140)는 자성체로 구비된다. 백요크(140)의 배치에 의해 도 2에 확대된 바와 같이 N극에서 발생된 자기력선이 S극으로 경로가 백요크(140)를 통해 형성된다. 이에 의해 자기저항의 감소와 자기력선이 누설되는 것을 줄일 수 있어 자로를 원활하게 형성할 수 있고 효율과 출력의 상승을 이끌 수 있다.

고정자(190)는 로터(110)와 커버(120)로 형성된 내부 공간에 수용된다. 도 4는 고정자(190)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 5는 고정자(190)의 코어(150)와 코일보빈(181)의 결합구조를 도시한 분해사시도이고, 도 6의 (a)는 도 4의 A-A선에 따른 고정자(190)의 단면구성을 도시한 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 고정자(190)는 코어(150)의 외주연에 복수개의 코일보빈(181)이 결합되어 형성된다. 코일보빈(181)의 외주연에는 회전자계가 발생되어 토오크를 발생시키는 코일(180)이 권취된다.

코어(150)는 SMC(Soft Magnet Material Composite)를 적용하여 축방향으로 성형, 소결의 제조공정을 통해 제작된다.

코어(150)의 가운데 영역에는 축(160)이 삽입되는 제3축삽입공(151)이 관통 형성된다. 여기서, 제3축삽입공(151)에는 제1키홈(153)이 반경방향 외측으로 일정 면적 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같이 코어(150)의 외주연에는 원주방향을 따라 보빈삽입용 돌출부(155)과 코일수용홈(157)이 교번적으로 형성된다. 보빈삽입용 돌출부(155)은 로터(110)에 결합된 마그넷(130)을 향해 돌출되게 형성되고, 코일수용홈(157)은 함몰되게 형성된다. 보빈삽입용 돌출부(155)에는 코일보빈(181)의 코어삽입공(183)이 결합되고, 코일수용홈(157)에는 코일보빈(181)이 수용된다.

코일보빈(181)은 외주연에 코일(180)이 권취된다. 도면에 도시되지 않았으나 코일(180)의 양단은 제어기판(미도시)에 결합되어 코일(180)로 전압을 공급하게 된다. 코일보빈(181)의 내부에는 보빈삽입용 돌출부(155)에 삽입되는 코어삽입공(183)이 관통형성된다.

제어기판(미도시)에서 각 상에 전압을 인가하여 각 상의 코일(180)에 흐르는 통전 전류를 단속함으로써 발생되는 자기장의 변화에 의해서 고정자(190)에 회전자계가 발생되어 로터(110)가 회전하게 된다.

도 6의 (b)는 축(160)과 키(170)가 도시된 측면도이다. 축(160)은 도 1에 도시된 바와 같이 제1축삽입공(116), 제3축삽입공(151), 제2축삽입공(121)을 순차적으로 관통하여 로터(110)와 커버(120)에 삽입된다.

이 때, 축(160)의 외주연에는 제1키홈(153)에 대응되는 위치에 제2키홈(161)이 일정깊이 함몰되게 형성된다.

축(160)이 제3축삽입공(151)에 삽입될 때, 제1키홈(153)과 제2키홈(161)은 서로 마주보게 형성되고, 제1키홈(153)과 제2키홈(161)으로 키(170)가 삽입된다.

도 7에 도시된 바와 같이 로터(110)에 축(160)이 삽입되면, 축(160)이 키(170)에 의해 코어(150)에 고정된다. 이에 의해 고정자(190)의 코일(180)로 전원이 공급되고 코일(180)에 전류가 흐르게 된다. 전류에 의해 형성된 자기장에 의해 회전자계가 발생되고, 로터(110)가 축(160)을 중심으로 회전된다. 이 때, 로터(110)와 일체로 결합된 커버(120)도 회전된다.

로터(110)의 외주연의 휠결합프레임(113)에 결합된 바퀴(200)도 함께 회전하게 된다. 이에 의해 전동자전거가 주행하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 전동바이크용 액셜모터는 키를 이용해 축을 코어에 고정결합하고, 축을 중심으로 로터와 커버가 회전되게 하였다. 이에 의해 로터에 결합된 전동자전거 바퀴가 회전되며 주행할 수 있게 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 전동바이크용 액셜모터의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100 : 액셜모터 110 : 로터
111 : 로터본체 113 : 휠결합프레임
115 : 측면판 116 : 제1축삽입공
117 : 제1베어링 118 : 마그넷결합홈
120 : 커버 121 : 제2축삽입공
123 : 제2베어링 125 : 체결부재
130 : 마그넷 140 : 백요크
150 : 코어 151 : 제3축삽입공
153 : 제1키홈 155 : 보빈삽입용 돌출부
157 : 코일수용홈 160 : 축
161 : 제2키홈 170 : 키
180 : 코일 181 : 코일보빈
183 : 코어삽입공 190 : 고정자
200 : 바퀴

Claims

전동자전거의 바퀴에 결합되어 상기 바퀴를 회전시키는 전동자전거용 액셜모터에 있어서,
외주연에 상기 바퀴가 결합되는 휠결합프레임이 구비되며, 일측면에 제1축삽입공(116)이 형성된 로터(110)와;
상기 로터(110)의 타측면에 결합되며 제2축삽입공(121)이 형성되는 커버(120)와;
상기 로터(110)의 내벽면에 결합되는 마그넷(130)과;
상기 로터(110)와 상기 커버(120)로 형성된 내부공간에 수용되며 판면에 제3축삽입공(151)이 형성되는 코어(150)와, 상기 코어(150)의 외주연에 결합되어 상기 마그넷(130)에 회전자계를 부여하는 코일(180)이 구비된 고정자(190)와;
상기 제1축삽입공(116)과 제3축삽입공(151) 및 상기 제2축삽입공(121)을 관통하여 삽입되는 축(160)을 포함하며,
상기 로터(110)의 내벽면에 상기 마그넷(130)과 접촉되는 영역에는 자성체로 형성된 백요크(140)가 구비되고,
상기 로터(110)는,
일정 직경을 갖게 형성된 로터본체(111)와,
상기 로터본체(111)의 외주연에 연장되어 형성되어 바퀴(200)를 지지하는 휠결합프레임(113)과,
상기 로터본체(111)의 일측면을 커버하고, 가운데 영역에 상기 제1축삽입공(116)이 형성된 측면판(115)과,
상기 로터본체(111)와 상기 측면판(115)의 경계영역에 내측으로 함몰형성되어 상기 마그넷(130)이 결합되는 마그넷결합홈(118)을 포함하고,
상기 백요크(140)가 상기 마그넷결합홈(118)에 결합되고, 상기 백요크(140)의 전면에 상기 마그넷(130)이 결합되고, 상기 마그넷(130)은 상기 코어(150)에 대응되게 배치되고,
상기 코어(150)는 연자성 복합재료(SMC, Soft Magnet Material Composite)를 축방향으로 성형 및 소결하여 제조되며,
상기 코어(150)의 제3축삽입공(151)에는 반경방향 외측으로 연통되게 형성된 제1키홈(153)이 구비되고,
상기 축(160)의 외주연에는 상기 제1키홈(153)에 대응되는 영역에 반경방향 내측으로 함몰되게 형성된 제2키홈(161)이 구비되고,
상기 축(160)이 상기 제3축삽입공(151)에 삽입될 때, 상기 제1키홈(153)과 상기 제2키홈(161)은 서로 마주보게 배치되고, 상기 제1키홈(153)과 상기 제2키홈(161)으로 키(170)가 삽입되어 상기 코어(150)와 상기 축(160)은 고정결합되며, 상기 축(160)을 중심으로 상기 로터(110) 및 상기 커버(120)가 회전되는 것을 특징으로 하는 전동자전거용 액셜모터.
제1항에 있어서,
상기 코어(150)의 외주연에는 원주방향을 따라 일정간격으로 보빈삽입용 돌출부(155)과 코일수용홈(157)이 교번적으로 형성되고,
상기 보빈삽입용 돌출부(155)에는 외주연에 코일(180)이 권취된 코일보빈(181)이 결합되는 것을 특징으로 하는 전동자전거용 액셜모터.