KR102175934B1 - 로터 및 이를 포함하는 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 회전축이 삽입되는 관통홀을 포함하는 비자성부재와, 상기 비자성부재 내측에 수용되고, 상기 관통홀을 기준으로 방사상으로 배치되어 포켓을 형성하는 복수 개의 코어부재, 및 상기 포켓에 삽입되는 복수 개의 마그넷을 포함하고, 상기 마그넷의 외주면은 상기 비자성부재에 커버된 로터 및 이를 포함하는 모터를 개시한다.

Description

로터 및 이를 포함하는 모터{ROTOR AND MOTOR INCLUDING THE SAME}

본 발명은 모터에 장착되는 로터에 관한 것이다.

일반적으로, 모터는 로터와 스테이터의 전자기적 상호작용에 의해 로터가 회전하게 된다. 이때, 로터에 삽입된 회전축도 회전하게 되어 회전 구동력을 발생시킨다.

로터는 로터 코어와 마그넷으로 구성되며, 로터의 종류는 회전자 코어에 설치되는 마그넷의 결합구조에 따라 표면 부착형(SPM 타입)과 매립형(IPM 타입)으로 구분된다.

이 중, IPM 타입의 로터는 회전축이 삽입되는 원통형상의 허브와, 허브에 방사상으로 결합되는 코어부재, 및 코어부재 사이에 삽입되는 마그넷을 포함한다.

그러나, 조립공정에서 코어부재가 허브에 강제 압입될 때 파손되는 우려가 있다. 또한, 허브와, 코어부재, 및 마그넷을 수작업으로 조립하므로 동심도가 틀어지는 문제가 있으며, 조립 부품이 많아 생산 단가가 높아지는 문제가 있다.

본 발명은 조립 공정이 단순한 로터 및 이를 포함하는 모터를 제공한다.

또한, 본 발명은 마그넷의 이탈이 방지된 로터 및 이를 포함하는 모터를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 로터는, 회전축이 삽입되는 관통홀을 포함하는 비자성부재; 상기 관통홀을 기준으로 방사상으로 배치되어 포켓을 형성하는 복수 개의 코어부재; 및 상기 포켓에 삽입되는 복수 개의 마그넷을 포함하고, 상기 비자성부재는, 상기 관통홀을 포함하는 중심부, 및 상기 마그넷의 외주면을 커버하는 외측부를 포함한다.

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 중심부의 두께는 하기 관계식 1을 만족한다.

[관계식 1]

중심부의 두께(mm) ≥ (MW ×MH ×Br) / K

(여기서, MW는 마그넷의 길이(mm)이고, MH는 마그넷의 폭(mm)이고, Br은 마그넷의 자속밀도(T)이고, K는 상수로서 5≤ K ≤50을 만족하고 단위는 mm-T이다.)

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 중심부의 두께는 2mm 이상의 두께를 갖는 로터.

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 코어부재의 외주면은 상기 비자성부재의 외부로 노출될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 코어부재는 외주면에서 서로 마주보는 방향으로 돌출 형성된 걸림턱을 포함하고, 상기 걸림턱 사이로 노출된 상기 마그넷의 외주면은 상기 비자성부재의 외측부에 의해 커버된다.

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 비자성부재는, 상기 중심부와 상기 외측부를 연결하는 연결부를 포함한다.

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 연결부는 로터의 일면과 타면 중 적어도 어느 하나의 면에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 중심부는 외주면에 형성되어 상기 코어부재의 끝단과 결합되는 복수 개의 삽입홈을 포함한다.

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 삽입홈은 축방향으로 연장형성되고, 상기 중심부의 외주면을 따라 복수 개 형성될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 삽입홈은 상기 중심부의 내측으로 갈수록 폭이 넓게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 로터에서, 상기 비자성부재는 상기 코어부재 및 마그넷과 일체로 사출 성형되어 형성될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 모터는, 하우징; 상기 하우징의 내측에 배치된 스테이터; 로터; 및 상기 로터에 관통 삽입되어 상기 로터와 일체로 회전하는 회전축을 포함한다.

본 발명에 따르면, 마그넷이 비자성부재에 의해 커버되므로 누설자속이 방지되는 장점이 있다.

또한, 로터 부품이 일체형으로 조립되므로 치수 정밀도가 향상되고 슬립토크를 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 로터 부품이 일체로 조립되므로 마그넷의 삽입시 치수 정밀도가 향상되는 장점이 있다.

또한, 일체형 조립에 의해 생산 단가를 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터의 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터의 일부 평면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성부재의 두께를 설명하기 위한 개념도이고,
도 5는 종래 로터가 장착된 모터와 본 발명에 따른 로터가 장착된 모터의 자속 밀도(Flux density)를 측정한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터와 회전축이 결합된 상태를 보여주는 사시도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터와 회전축이 결합된 상태를 다른 방향에서 보여주는 사시도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성부재가 사출성형된 상태를 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 개념도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 하우징(100)과, 하우징(100)의 내측에 배치된 스테이터(300)와, 스테이터(300)에 회전 가능하게 배치된 로터(200), 및 로터(200)에 관통 삽입되어 일체로 회전하는 회전축(400)을 포함한다.

하우징(100)은 원통형상으로 형성되어 내부에 스테이터(300)와 로터(200)가 장착될 수 있는 공간이 마련된다. 이때, 하우징(100)의 형상이나 재질은 다양하게 변형될 수 있으나 고온에서도 잘 견딜 수 있는 금속재질이 선택될 수 있다.

하우징(100)은 커버(110)와 결합되어 스테이터(300)와 로터(200)를 외부로부터 차폐한다. 또한, 내부 열을 용이하게 배출할 수 있도록 냉각 구조(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다. 이러한 냉각 구조는 공냉 또는 수냉 구조가 선택될 수 있으며, 냉각 구조에 따라 하우징(100)의 형상은 적절히 변형될 수 있다.

스테이터(300)는 하우징(100)의 내부 공간에 삽입된다. 스테이터(300)는 스테이터 코어(320) 및 스테이터 코어(320)에 권취되는 코일(310)을 포함한다. 스테이터 코어(320)는 링 형상으로 형성된 일체형 코어이거나, 또는 복수 개의 분할 코어가 결합된 코어일 수도 있다.

스테이터(300)는 모터의 종류에 따라 적절히 변형될 수 있다. 예를 들면, DC 모터인 경우에는 일체형 스테이터 코어에 코일이 권취될 수 있으며, 3상 제어 모터인 경우에는 복수 개의 코일에 U, V, W 상이 각각 입력되도록 제작될 수도 있다.

로터(200)는 스테이터(300)와 회전 가능하게 배치된다. 로터(200)는 마그넷이 장착되어 스테이터(300)와의 전자기적 상호작용에 의해 회전한다.

로터(200)의 중심부에는 회전축(400)이 결합된다. 따라서, 로터(200)가 회전하는 경우 회전축(400)도 같이 회전한다. 이때, 회전축(400)은 일측에 배치된 제1베어링(500)과 타측에 배치된 제2베어링(600)에 의해 지지된다.

회로기판(700)은 복수의 전자 부품이 내장된다. 일 예로, 회로기판(700)에는 로터(200)의 회전을 감지하는 홀 IC(도시되지 않음)가 실장되거나, 3상 제어를 위한 인버터가 장착될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터의 일부 평면도이다.

도 2와 도 3을 참고하면, 로터(200)는 원통 형상의 비자성부재(210)와, 방사상으로 배치되어 포켓(P)을 형성하는 복수 개의 코어부재(220), 및 포켓(P)에 삽입되는 복수 개의 마그넷(230)을 포함한다.

비자성부재(210)는 코어부재(220) 및 마그넷(230)을 고정할 수 있는 구성이면 특별한 제한이 없다. 예를 들면, 비자성부재(210)는 금형 내부에 코어부재(220)가 방사상으로 배치된 상태에서 사출 성형하여 제작될 수 있다. 이후, 마그넷(230)은 포켓(P)에 삽입된다. 또 다른 예로, 비자성부재(210)는 코어부재(220) 및 마그넷(230)과 함께 일체로 사출 성형되어 형성될 수도 있다. 또 다른 예로, 복수의 삽입홀이 형성된 원통 형상의 비자성부재(210)를 미리 제작한 후 코어부재(220)와 마그넷(230)을 각각 삽입하는 것도 가능하다.

비자성부재(210)의 재질은 자력을 차폐할 수 있는 재질이면 제한 없이 적용 가능하다. 본 실시예에서는 레진(Resin)을 이용한 비자성부재로 설명한다.

구체적으로, 비자성부재(210)는 회전축(400)이 삽입되는 관통홀(211a)을 포함하는 중심부(211)와, 마그넷(230)의 외주면을 커버하는 외측부(212), 및 중심부(211)와 외측부(212)를 연결하는 연결부를 포함한다.

중심부(211)는 회전축(400)이 삽입되는 관통홀(211a)이 형성된다. 관통홀(211a)은 내벽에 평탄면(211c)이 형성되거나 장공 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 회전축(400)의 슬립을 방지할 수 있는 장점이 있다.

중심부(211)는 마그넷(230)의 내측 끝단과 접촉되어 마그넷(230)을 고정시키는 동시에 자속이 관통홀(211a)을 통해 외부로 누설되는 것을 방지한다. 또한, 중심부(211)의 외주면에는 코어부재(220)의 끝단이 결합되는 복수 개의 삽입홈(211b)이 형성된다. 삽입홈(211b)은 축방향으로 연장 형성된다.

따라서, 모터의 고속 회전시에도 코어부재(220)가 비자성부재(210)에 견고히 고정되기 때문에 마그넷(230)이 이탈되는 문제가 방지된다. 삽입홈(211b)은 관통홀 (211a)측으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성(테이퍼 형상)되어 코어부재(220)와 중심부(211)의 결합력을 증가시킬 수 있다.

외측부(212)는 복수 개의 코어부재(220) 사이에 형성되어 코어부재의 외주면(222)은 노출시키고, 마그넷(230)의 외주면(231)을 커버하도록 형성된다. 따라서, 마그넷(230)이 포켓(P)으로부터 이탈되는 문제 및 누설자속 문제가 방지된다. 제작 형태에 따라 외측부(212)가 마그넷(230)의 외주면(231)과 접착될 수도 있다.

코어부재(220)는 비자성부재(210)의 내측에 배치되며 관통홀(211a)을 기준으로 방사상으로 배치된다. 포켓(P)은 비자성체의 중심부(211)와, 외측부(212), 및 이웃하는 코어부재(220)에 의해 형성된 공간으로 정의될 수 있다.

코어부재(220)는 금속재질로 형성되어 마그넷(230) 사이의 자속 경로를 형성한다. 코어부재(220)의 내측 끝단은 중심부(211)의 삽입홈(211b)에 고정되며, 외주면(222)은 비자성부재(210)의 외부로 노출된다. 이때, 노출된 외주면(222)은 비자성부재(210)의 외경 곡률과 동일한 곡률을 갖는다.

코어부재(220)의 외주면(222)에는 서로 마주보는 방향으로 연장되어 마그넷(230)이 수용되는 걸림턱(221)이 형성될 수 있다. 걸림턱(221)은 모터 회전시 마그넷(230)이 이탈되지 않도록 구속한다.

마그넷(230)은 자속 집중형 스포크 타입(spoke type)으로 배치될 수 있다. 구체적으로 마그넷(230)은 원주 방향으로 착자되고 이웃한 마그넷과 동일 극성이 마주보도록 배치된다. 마그넷(230)은 관통홀(211a)의 직경보다 큰 직경을 갖는 가성선(C1)과 교차하는 지점에서 관통홀(211a)로 갈수록 폭(W)이 감소하도록 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성부재의 두께를 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 종래 로터가 장착된 모터와 본 발명에 따른 로터가 장착된 모터의 자속 밀도(Flux density)를 측정한 그래프이다.

도 4를 참고하면, 중심부(211)는 마그넷(230)의 내측 끝단과 접촉되어 마그넷(230)의 자속이 관통홀(211a)을 통해 외부로 누설되는 것을 방지한다. 따라서, 중심부(211)는 마그넷의 자속이 투과할 수 없을 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로 중심부의 두께(D)는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.

[관계식 1]

중심부의 두께(mm) ≥ (MW ×MH ×Br) / K

여기서, MW는 마그넷(230)의 길이(mm)이고, MH는 마그넷(230)의 폭(mm)이고, Br은 마그넷(230)의 자속밀도(Tesla, T)이다. K는 상수로서 5≤ K ≤50을 만족하는 임의의 값을 가질 수 있고 단위는 mm-T이다. 상수 K는 중심부의 적정 두께를 만족하기 위해 5≤ K ≤50를 만족하는 임의의 값으로 조절될 수 있다.

즉, 마그넷(230)의 길이와 폭, 및 자속밀도가 증가할수록 비자성부재의 중심부 두께(D)는 그에 비례하여 증가한다. 이때, 중심부의 두께는 2mm이상을 갖는 것이 바람직하다. 중심부의 두께가 2mm미만 인 경우에는 다이 캐스팅 또는 사출성형에 의해 중앙부를 제작하는 것이 어려우며, 충분한 강도를 갖지 못하는 문제가 있다.

도 5를 참조하면, 종래 로터가 장착된 모터와 본 발명에 따른 로터가 장착된 모터의 자속 밀도(Flux density)를 측정한 결과, 거의 전 구간에서 본 발명에 따른 로터의 자속밀도가 높음을 알 수 있다.

구체적으로 기존 모터는 약 1.17[Tesla]의 자속밀도가 측정된 반면, 본 발명에 따른 로터가 장착된 모터는 약 1.24[Tesla]의 자속밀도가 측정되어 약 6%의 자속 밀도가 상승하였음을 확인하였다. 따라서, 향상된 자속 밀도만큼 모터의 출력을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터와 회전축이 결합된 상태를 보여주는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터와 회전축이 결합된 상태를 다른 방향에서 보여주는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성부재가 사출성형된 상태를 설명하기 위한 개념도이다.

도 6 내지 도 8을 참고하면, 비자성부재(210)의 연결부(213)는 로터(200)의 하부면 전체에 형성되어 중심부(211)과 외측부(213)을 연결한다. 연결부(213)가 형성되는 하부면은 사출 성형시 레진이 주입되는 방향과 마주보는 면일 수 있다.

마그넷(230)과 코어부재(220)는 비자성체의 중심부(211)와, 연결부(213), 및 외측부(212)에 의해 밀폐된다. 필요에 따라 연결부(213)는 로터(200)의 상면까지 형성될 수도 있다.

이러한 구성에 의하면, 사출성형에 의해 원통 형상의 비자성부재(210)와 코어부재(220)가 일체로 형성되므로 조립이 용이한 장점이 있으며, 슬립 토크를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

100: 하우징
200: 로터
210: 비자성부재
220: 코어부재
230: 마그넷
300: 스테이터
400: 회전축

Claims (12)

1. 회전축이 삽입되는 관통홀을 포함하는 비자성부재;
   상기 관통홀을 기준으로 방사상으로 배치되어 포켓을 형성하는 복수 개의 코어부재; 및
   상기 포켓에 삽입되는 복수 개의 마그넷을 포함하고,
   상기 비자성부재는 상기 관통홀을 포함하는 중심부, 상기 복수개의 마그넷의 외주면에 배치되는 외측부 및 상기 중심부와 상기 외측부를 연결하는 연결부를 포함하고,
   상기 연결부는 상기 중심부의 일단부와 상기 외측부의 일단부를 연결하고,
   상기 외측부의 타단부는 상기 중심부의 타단부보다 축방향으로 돌출되고,
   상기 중심부의 두께는 하기 관계식 1을 만족하는 로터.
   [관계식 1]
   중심부의 두께(mm) ≥ (MW×MH×Br)/K
   (여기서, MW는 마그넷의 길이(mm)이고, MH는 마그넷의 폭(mm)이고, Br은 마그넷의 자속밀도(T)이고, K는 상수로서 5≤ K ≤50을 만족하고 단위는 mm-T이다.)
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 코어부재의 외주면은 상기 비자성부재의 외부로 노출된 로터.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 코어부재는 외주면에서 서로 마주보는 방향으로 돌출 형성된 걸림턱을 포함하고,
   상기 걸림턱 사이로 노출된 상기 마그넷의 외주면은 상기 비자성부재의 외측부에 의해 커버된 로터.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 중심부는 외주면에 형성되어 상기 코어부재의 끝단과 결합되는 복수 개의 삽입홈을 포함하는 로터.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 삽입홈은 축방향으로 연장형성되고, 상기 중심부의 외주면을 따라 복수 개 형성된 로터.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 삽입홈은 상기 중심부의 내측으로 갈수록 폭이 넓어지는 로터.
   
9. 하우징;
   상기 하우징의 내측에 배치된 스테이터;
   제1항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 로터; 및
   상기 로터에 관통 삽입되어 상기 로터와 일체로 회전하는 회전축을 포함하는 모터.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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