KR102176057B1 - 모터용 회전자 - Google Patents

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Abstract

모터용 회전자에 대한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 모터용 회전자는: 회전몸체; 상기 회전몸체의 측면을 감싸게 설치되고, 양단에 원주 방향을 따라서 복수 개의 고정홀이 형성되는 회전자 코어; 회전자 코어의 측면에 배치되는 복수 개의 영구자석; 및 영구자석을 감싸고, 고정홀에 체결되는 고정단부가 양단에 형성되는 고정부재;를 포함한다.

Description

모터용 회전자{ROTOR FOR MOTOR}
본 발명은 모터용 회전자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전자 코어에 배치되는 영구자석의 이탈을 방지하고, 영구자석이 회전자 코어에 용이하게 조립되어 생산성을 향상시킬 수 있는 모터용 회전자에 관한 것이다.
모터는 전기에너지를 역학에너지로 변환시키는 장치로, 각종 기기에서 구동원으로 사용된다. 일반적으로 모터는 외관을 형성하는 케이싱의 내측에 코일이 권선된 고정자가 설치되고, 그 내측에는 소정의 간격을 두고 회전자가 회전가능하게 설치된다. 회전자의 중앙부에는 회전축이 설치되고, 회전축의 외주면은 회전자 코어가 감싸고 있으며, 회전자 코어에는 회전자의 구동을 위해 자력을 생성하는 영구자석이 설치된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0439716호(2004.07.12. 공고, 발명의 명칭: 파워스티어링 모터 회전자)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 회전자 코어에 배치되는 영구자석의 이탈을 방지하고, 영구자석이 회전자 코어에 용이하게 조립되어 생산성을 향상시킬 수 있는 모터용 회전자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 모터용 회전자는: 회전몸체; 상기 회전몸체의 측면을 감싸게 설치되고, 양단에 원주 방향을 따라서 복수 개의 고정홀이 형성되는 회전자 코어; 상기 회전자 코어의 측면에 배치되는 복수 개의 영구자석; 및 상기 영구자석을 감싸고, 상기 고정홀에 체결되는 고정단부가 양단에 형성되는 고정부재;를 포함한다.
본 발명에서, 상기 회전자 코어는 외측면에 복수 개의 고정돌기가 돌출 형성되고, 상기 영구자석은 상기 고정돌기 사이에 끼워진다.
본 발명에서, 상기 고정부재는, 상기 영구자석을 길이 방향으로 감싸는 지지부; 및 상기 지지부의 양단에 각각 형성되고, 일단은 상기 지지부로부터 굽혀지게 형성되고, 타단에 상기 고정단부가 형성되는 꺽임부;를 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 고정단부는 상기 꺽임부로부터 돌출되고, 상기 고정단부의 폭은 상기 꺽임부의 폭보다 좁게 형성된다.
본 발명에서, 상기 고정단부는 상기 꺽임부로부터 굽혀져 상기 고정홀에 삽입 가능하도록 상기 고정홀의 크기보다 작게 형성된다.
본 발명에서, 상기 고정부재는 비자성 물질을 포함한다.
본 발명에서, 상기 회전몸체의 중심으로부터 상기 고정부재의 외측면까지의 거리는 상기 회전몸체의 중심으로부터 상기 영구자석의 모서리까지의 거리보다 짧다.
본 발명에 따른 모터용 회전자는 영구자석을 회전자 코어에 견고하고 용이하게 조립함으로써, 영구자석의 이탈을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면 영구자석을 회전자 코어에 고정부재에 의해 체결함으로써 조립 공정 시간을 절감하고 생산 단가를 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면 영구자석이 회전자 코어에 설치되는 공극의 감소로 영구자석의 사용량을 감소시키거나 출력밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자에서 고정부재가 고정홀에 체결 전을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에서 체결 전의 고정부재를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자에서 고정부재가 고정홀에 체결 후를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6는 도 5에서 체결 후의 고정부재를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7은 도 1에서 "A"의 부분을 개략적으로 도시한 부분 확대도이다.
도 8은 도 7에서 "B"의 부분을 개략적으로 도시한 부분 확대도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모터용 회전자를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자에서 고정부재가 고정홀에 체결 전을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에서 체결 전의 고정부재를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자에서 고정부재가 고정홀에 체결 후를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6는 도 5에서 체결 후의 고정부재를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 7은 도 1에서 "A"의 부분을 개략적으로 도시한 부분 확대도이고, 도 8은 도 7에서 "B"의 부분을 개략적으로 도시한 부분 확대도이다.
도 1, 도 2, 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자는 회전몸체(10), 회전자 코어(20), 영구자석(30), 및 고정부재(40)를 포함하여 이루어진다.
회전몸체(10)는 샤프트(11)가 설치되는 원통형으로 이루어진다. 샤프트(11)는 중공형으로 이루어지고, 회전몸체(10)의 종 방향으로 관통 형성된다. 샤프트(11)의 외경은 회전몸체(10)의 내경에 상응되게 형성된다. 회전몸체(10)는 샤프트(11)가 축회동함에 따라, 샤프트(11)와 같이 축회동된다.
회전자 코어(20)는 회전몸체(10)의 외측면을 감싸게 설치된다. 회전자 코어(20)의 내경의 크기는 회전몸체(10)의 외경의 크기에 상응한다. 회전자 코어(20)의 양단에는 원주 방향을 따라서 복수 개의 고정홀(21)이 형성된다. 고정홀(21)은 회전자 코어(20)의 양단에 일정 깊이로 형성된다. 또는 고정홀(21)은 회전자 코어(20)에 관통 형성된다. 고정홀(21)에는 후술하는 고정부재(40)의 고정단부(43)가 삽입·체결된다. 고정홀(21)은 원형 또는 사각형으로 형성되고, 고정단부(43)의 크기와 같게 또는 더 크게 형성된다.
회전자 코어(20)의 외측면에는 일정 간격을 두고 회전자 코어(20)의 길이 방향을 따라서 복수 개의 고정돌기(22)가 돌출 형성된다. 고정돌기(22)는 영구자석(30)의 두께의 1/4 ~ 1/3에 상응하는 높이로 회전자 코어(20)의 측면에서 돌출 형성된다.
복수 개의 고정홀(21)은 회전자 코어(20)의 양단에 각각 형성된다. 각 고정홀(21)은 각각의 고정돌기(22)의 사이에 위치된다. 고정홀(21)은 고정단부(43)와 체결되어 영구자석(30)이 회전자 코어(20)의 측 방향으로 이탈되는 것을 방지하고, 고정돌기(22)는 영구자석(30)이 회전자 코어(20)의 원주 방향으로 이탈되는 것을 방지한다.
영구자석(30)은 회전자 코어(20)의 측면에 배치되는 직육면체의 블럭 형상으로 이루어진다. 영구자석(30)의 예로는 알니코계 자석, 페라이트계 자석, 철-크롬-코발트계 자석, 네오듐-철-붕소계자석 등의 철을 주성분으로 하는 금속재로 이루어진 자석류와, 서미륨-코발트계 자석, 망간-알루미늄-카본계 자석 등의 비철계 자석류와, 기타의 각종 자성금속제와 유기고분자로 이루어진 본드자석류 등이 있다. 철을 주성분으로 하는 금속제로 된 자석류는 녹이 쓰는 문제가 잇어서 통상은 자석 표면에 방청처리가 실시된다.
영구자석(30)은 N극과 S극으로 이루어지고, N극과 S극의 영구자석(30)은 회전자 코어(20)에 교대로 배치된다. 영구자석(30)의 크기는 각 고정돌기(22)의 간격과 회전자 코어(20)의 길이에 상응되게 이루어진다. 즉, 영구자석(30)은 회전자 코어(20)에 복수 개로 이격 형성된 고정돌기(22) 사이에 밀착되게 끼움(fit) 결합되어, 영구자석(30)이 고정돌기(22) 사이에 견고하게 고정된다. 따라서, 영구자석(30)은 회전몸체(10)가 회전축의 축회동으로 회전할 때, 고정돌기(22)에 의하여 회전자 코어(20)의 원주 방향으로 이탈되는 것이 방지된다. 영구자석(30)은 정형화된 크기의 직육면체의 블럭 형상으로 이루어져 영구자석(30)의 가공비가 절감될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 도 1, 도 2, 도 3, 및 도 5에서 회전자 코어(20)가 회전몸체(10)에 단층으로 이루어진 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고 회전자 코어(20)는 영구자석(30)이 회전몸체(10)의 길이 방향을 따라서 일렬로 배치되지 않도록 각각의 회전자 코어(20)가 서로 다른 각도로 회전되어 복수 개가 적층될 수 있다. 회전자 코어(20)가 일렬로 정열되어 적층되면, 영구자석(30)도 회전몸체(10)의 길이 방향을 따라서 일렬로 정열되어 영구자석(30) 간의 자기저항의 변화로 인한 코깅토크(COGGING TORQUE)가 발생하면서 소음 및 진동이 발생하게 된다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 고정부재(40)는 길이 방향으로 영구자석(30)을 감싸도록 측단면의 형상이 'ㄷ'으로 형성된다. 고정부재(40)와 영구자석(30) 사이에는 이격된 공간이 없도록, 고정부재(40)는 영구자석(30)의 표면에 밀착되게 설치된다. 고정부재(40)의 갯수는 영구자석(30)과 고정홀(21)의 갯수에 상응하게 이루어진다. 고정부재(40)는 스테인레스 스틸과 같은 비자성 물질을 포함하여 이루어진다. 비자성 물질을 포함하는 고정부재(40)는 영구자석(30)의 자력에 영향을 주지 않게 되어, 영구자석(30)은 자력이 저하되지 않고 정상적으로 작동될 수 있다. 고정부재(40)는 지지부(41), 꺽임부(42), 및 고정단부(43)를 포함하여 이루어진다.
지지부(41)는 일정 폭과 길이를 구비하고 영구자석(30)을 길이 방향으로 감싸면서 지지한다.
꺽임부(42)는 일단(도 4 참조 우측)이 지지부(41)로부터 굽혀지게 연장 형성되고, 타단(도 4 참조 좌측)에 고정단부(43)가 형성된다. 꺽임부(42)는 지지부(41)의 양단에 각각 형성된다. 꺽임부(42)의 일단과 지지부(41)가 만나는 부분은 'ㄱ' 형상을 이룬다.
고정단부(43)는 꺽임부(42)에서 돌출 형성된 부분으로, 꺽임부(42)에서 'ㄱ'으로 굽혀져 고정홀(21)에 체결된다. 고정단부(43)는 꺽임부(42)로부터 폭이 좁아지면서 돌출 형성된다. 고정단부(43)의 폭(도 4 참조 'c')은 꺽임부(42)의 폭(도 4 참조 'a') 보다 더 작게 형성된다. 고정단부(43)와 꺽임부(42)가 만나는 부분은 단차지게 형성되어, 고정단부(43)가 꺽임부(42)에서 굽혀지는 것이 용이하게 이루어진다.
고정단부(43)의 크기는 고정홀(21)의 크기를 고려하여 이루어지고, 고정홀(21)의 크기와 같게 또는 더 작게 형성된다.
고정단부(43)는 굽힘 가능한 금속 재질을 포함하여 이루어진다. 고정단부(43)는 굽힘 가능한 금속 재질을 포함하여 이루어짐으로써, 고정단부(43)는 고정홀(21)에 굽혀져서 체결된다. 고정단부(43)는 굽혀져서 고정홀(21)에 체결된 상태에서 펴지게 되면, 고정홀(21)과의 체결이 해제된다.
고정부재(40)에 의하여, 영구자석(30)이 회전자 코어(20)에 밀착·고정됨으로써, 자기적 공극이 감소될 수 있다. 자기적 공극의 감소로, 모터의 출력 밀도는 증가된다.
도 4, 도 6, 도 7, 및 도 8을 참조하여 본 발명에서 각 구성요소의 설계 사이즈를 구체적으로 살펴본다.
도 7 및 도 8에서 가상의 선 h는 모터용 회전자의 최대 외경을 의미한다. 도 8에서 점 C는 회전몸체(10)의 중심을 의미한다.
고정부재(40)의 폭(a)과 두께(b)는 영구자석(30)의 두께를 포함하는 모터용 회전자의 최대 외경(h)에 의하여 제한된다. 고정부재(40)의 폭(a)은 영구자석(30)을 견고하게 지지할 수 있도록 영구자석(30)과 접촉하는 면이 넓도록 형성된다. 즉, 고정부재(40)의 두께(b)에 의하여 최대 외경(h)이 결정되고, 고정부재(40)의 폭(a)은 최대 외경(h)의 범위 내에 있도록 결정된다. 고정부재(40)의 폭(a)이 최대 외경(h)의 범위를 벗어나게 되면, 회전자가 회전하면서 고정부재(40)에 의하여 마찰이 증가되어, 기계손실이 증가하여 효율이 낮아지거나 심할 경우 모터의 기계적 손상이 발생한다.
본 발명의 일 실시예에서, 회전자의 최대 외경(h)은 회전몸체(10)의 중심(C)으로부터 영구자석(30)의 모서리까지의 거리(j)를 기준으로 한다.
회전몸체(10)의 중심(C)으로부터 고정부재(40)의 외측면까지의 거리(i)는 회전몸체(10)의 중심(C)으로부터 영구자석(30)의 모서리까지의 거리(j)보다 짧게 이루어진다(i < j). 이때, 고정부재(40)의 폭(a)은 회전자의 최대 외경(h)의 범위 내에 있도록 설정된다. 따라서, 고정부재(40)는 회전하는 회전몸체(10)의 회전 반경 범위 내에 위치하여 기계적 공극을 일정하게 유지시킬 수 있다.
고정부재(40)의 고정단자(43)는 고정홀(21)에 체결되는 조립 공차를 고려하여 설계된다. 고정단자(43)의 가로(c)와 세로(d)의 길이는 고정홀(21)의 가로(e)와 세로(f)의 길이보다 작게 설계된다. 즉, 고정단자(43)의 세로(d)는 고정홀(21)에 굽혀져 삽입될 수 있도록 고정홀(21)의 세로(f)의 길이보다 작게 형성된다.
고정홀(21)의 가로(e)와 세로(f)의 길이는 영구자석(30)의 자력에 영향을 받지 않는 범위 내에서 결정된다. 고정홀(21)과 영구자석(30)의 이격된 거리(g)도 영구자석(30)의 자력에 영향을 받지 않는 범위 내에서 결정된다.
한편, 회전자의 최대 외경(h)을 회전몸체(10)의 중심(C)으로부터 고정부재(40)의 모서리까지의 거리를 기준으로 하게 되면, 영구자석(30)의 폭과 두께가 회전자의 최대 외경(h)의 범위 이내에 있도록 설정되어야 한다. 따라서, 영구자석(30)은 회전하는 회전몸체(10)의 회전 반경 범위 내에 위치하여 기계적 공극을 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 2, 도 4, 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모터용 회전자의 조립 과정을 설명한다.
회전몸체(10)는 회전자 코어(20)에 의하여 측면이 감싸진다.
영구자석(30)은 회전자 코어(20)의 측면에 복수 개로 돌출 형성되는 고정돌기(22) 사이에 배치된다. 이때, 각 고정부재(40)의 지지부(41)는 각 영구자석(30)의 길이 방향을 따라서 영구자석(30)을 감싸게 배치되고, 고정부재(40)의 고정단부(43)는 각 고정홀(21)에 상응되는 위치에 배치된다. 고정부재(40)는 영구자석(30)의 표면에 밀착된다.
고정단부(43)는 상응하는 고정홀(21)에 꺽여서 삽입된다. 따라서, 본 발명은 접착제 등을 이용하지 않고도 영구자석(30)을 회전자 코어(20)에 부착할 수 있게 된다. 영구자석(30)은 고정단부(43)와 고정홀(21)의 체결로 회전자 코어(20)에 견고하게 고정된다.
영구자석(30)은 고정부재(40)와 회전자 코어(20)에서 돌출 형성된 고정돌기(22)에 의하여 회전자 코어(20)에 고정된다. 따라서, 영구자석(30)은 회전몸체(10)가 회전하여도 고정부재(40)와 고정돌기(22)에 의하여 이탈되는 것이 방지된다.
본 발명의 일 실시예에서, 영구자석(30)이 고정부재(40)에 의하여 회전자 코어(20)에 밀착·고정됨으로써, 자기적 공극이 감소되고, 회전하는 회전몸체(10)에서 영구자석(30)이 이탈되는 것을 방지할 수 있으므로, 모터의 출력 밀도 향상을 이룰 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 회전몸체 11: 중공부
20: 회전자 코어 21: 고정홀
22: 고정돌기 30: 영구자석
40: 고정부재 41: 지지부
42: 꺽임부 43: 고정단부

Claims (7)

  1. 회전몸체;
    상기 회전몸체의 측면을 감싸게 설치되고, 양단에 원주 방향을 따라서 복수 개의 고정홀이 형성되는 회전자 코어;
    상기 회전자 코어의 측면에 배치되는 복수 개의 영구자석; 및
    상기 영구자석을 감싸고, 상기 고정홀에 체결되는 고정단부가 양단에 형성되는 고정부재;를 포함하고,
    상기 고정부재는,
    상기 영구자석을 길이 방향으로 감싸는 지지부; 및
    상기 지지부의 양단에 각각 형성되고, 일단은 상기 지지부로부터 굽혀지게 형성되고, 타단에 상기 고정단부가 형성되는 꺽임부;를 더 포함하고,
    상기 고정단부는 상기 꺽임부로부터 돌출되고, 상기 고정단부의 폭은 상기 꺽임부의 폭보다 좁게 형성되고,
    상기 고정단부와 상기 꺽임부가 만나는 부분은 단차지게 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 코어는 외측면에 복수 개의 고정돌기가 돌출 형성되고,
    상기 영구자석은 상기 고정돌기 사이에 끼워지는 것을 특징으로 하는 모터용 회전자.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정단부는 상기 꺽임부로부터 굽혀져 상기 고정홀에 삽입 가능하도록 상기 고정홀의 크기보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 모터용 회전자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 비자성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터용 회전자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전몸체의 중심으로부터 상기 고정부재의 외측면까지의 거리는 상기 회전몸체의 중심으로부터 상기 영구자석의 모서리까지의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 모터용 회전자.
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