KR102199538B1 - 무브러시 전기 기계용 회전자 및 무브러시 전기 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 무브러시 전기 기계용 회전자로서, 회전자 코어; 및 상기 회전자 코어 내부에 설치된 회전자 샤프트를 포함하고; 영문자 U와 유사한 형상의 다수의 U 자형 구멍이 상기 회전자 코어에 형성되고, 각각의 상기 U 자형 구멍은 제1 자석 설치 구멍, 제2 자석 설치 구멍, 및 상기 U 자형 구멍의 바닥 공간에 의해 형성된 경화 물질 충전 구멍을 포함하는, 상기 무브러시 전기 기계용 회전자에 관한 것이다. 상기 경화 물질 충전 구멍의 제1 표면을 형성하는 상기 회전자 코어 상에 그루브 구조가 형성되고, 상기 그루브 구조의 그루브 개구의 폭은 상기 그루브의 바닥의 폭보다 더 작다. 본 발명에 제공되는 무브러시 전기 기계용 회전자는 내부 자기 회로 손실이 적고 기계적 구조가 안정적이라는 장점을 갖는다.

Description

무브러시 전기 기계용 회전자 및 무브러시 전기 기계

본 발명은 전기 기계 분야에 관한 것으로, 특히 무브러시(brushless) 전기 기계용 회전자 및 무브러시 전기 기계에 관한 것이다.

무브러시 전기 기계 분야에는 내부 영구 자석이라고 불리는 회전자 설계가 있는데, 이는 실제 회전자 구조 내부에 자석을 배치하는 것을 수반한다. 이러한 구조는 회전자 직경을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보다 중요하게는 자기 집중 작용을 가져서 공기 갭의 자속 밀도를 증가시키고 전기 기계의 약한 자기 제어(magnetic control)를 용이하게 한다.

기존의 내부 영구 자석 회전자 설계는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다: 1) 내부 영구 자석의 내부 자기 회로(magnetic circuit)에 손실이 있어 유효 자석 토크와 자기 저항 토크가 매우 작아져서 성능이 현저히 저하된다; 2) 일단 내부 영구 자석이 설치되면, 원심력의 영향으로 회전자의 고속 회전 동안 회전자의 기계적 구조에 불안정성이 발생한다.

본 발명의 목적은 내부 영구 자석과 그 회전자를 갖는 기존의 무브러시 전기 모터에 영향을 미치는 과도한 내부 자기 회로 손실과 불안정한 기계적 구조의 문제를 해결하는 무브러시 전기 기계용 회전자 설계 및 이 회전자 설계를 포함하는 무브러시 전기 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태는, 무브러시 전기 기계용 회전자로서, 회전자 코어; 및 상기 회전자 코어 내부에 설치되는 회전자 샤프트를 포함하고; 영문자 U와 유사한 형상의 다수의 U 자형 구멍이 상기 회전자 코어에 형성되고, 상기 U 자형 구멍 각각은 제1 자석 설치 구멍, 제2 자석 설치 구멍, 및 상기 U 자형 구멍의 바닥 공간에 의해 형성된 경화 물질 충전 구멍을 포함하고, 상기 경화 물질 충전 구멍은 상기 제1 자석 설치 구멍과 상기 제2 자석 설치 구멍에 개별적으로 연결된, 상기 무브러시 전기 기계용 회전자를 제공한다. 상기 경화 물질 충전 구멍의 제1 표면을 형성하는 상기 회전자 코어 상에 그루브(groove) 구조가 형성되고, 상기 그루브 구조의 그루브 개구의 폭은 상기 그루브의 바닥의 폭보다 더 작다.

또한, 상기 경화 물질 충전 구멍의 제2 표면을 형성하는 상기 회전자 코어 상에는 아치형 브리지(arcuate bridge)가 형성되고, 상기 아치형 브리지와 상기 회전자 코어 사이에 형성되는 브리지 구멍은 상기 경화 물질 충전 구멍의 제2 표면을 형성한다. 상기 아치형 브리지의 개수는 복수 개이고 상기 아치형 브리지는 서로 이격되도록 분배된다.

또한, 상기 U 자형 구멍 각각의 상기 제1 자석 설치 구멍과 상기 제2 자석 설치 구멍에는 자석이 끼워지고, 상기 자석은 영구 자석이다.

또한, 상기 경화 물질 충전 구멍, 그루브 구조 및 브리지 구멍은 경화 물질로 단일체로 충전되고, 상기 경화 물질은 사출 성형에 의해 형성된 엔지니어링 플라스틱이다.

또한, 상기 제1 자석 설치 구멍과 상기 제2 자석 설치 구멍은 직사각형 구멍 구조이고, 각각의 자석 설치 구멍은 상기 회전자의 반경 방향으로 연장되는 선 상에 위치된다.

또한, 임의의 인접한 쌍의 상기 제1 자석 설치 구멍과 제2 자석 설치 구멍 사이의 상기 회전자 코어 상에는 관통 구멍이 형성되고, 상기 관통 구멍은 상기 회전자 코어의 축 방향으로 연장되고 상기 회전자 코어를 관통한다.

또한, 상기 U 자형의 구멍은 상기 회전자 코어의 축 방향으로 상기 회전자 코어의 전체를 관통한다.

또한, 상기 그루브 구조는 상기 회전자 코어의 축 방향으로 연장된다.

또한, 상기 다수의 U 자형 구멍이 상기 회전자 코어의 원주 방향으로 균일하게 분배된다.

본 발명의 제2 양태는 본 발명의 제1 양태에 따른 회전자를 포함하는 무브러시 전기 기계를 더 제공한다.

종래 기술에 비해, 본 발명에 제공된 무브러시 전기 기계용 회전자 및 상기 회전자를 포함하는 전기 기계는 내부 자기 회로 손실이 적고 기계적 구조가 안정적이라는 장점을 갖는다.

본 출원의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위해 의도된 것이다. 본 발명의 개략적인 실시예 및 그 설명은 본 발명의 부적절한 제한을 구성함이 없이 본 발명을 설명하기 위해 의도된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 코어의 3차원 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 회전자 코어의 정면도;
도 3은 도 1에 도시된 회전자 코어의 3차원 단면도;
도 4는 도 2에 도시된 회전자 코어 상의 그루브 구조의 확대 개략도;
도 5는 도 1에 도시된 회전자 코어에 자석을 끼우고 나서 경화 물질을 충전한 후의 3차원 개략도;
도 6은 회전자 샤프트 및 도 5에 도시된 회전자 코어에 의해 형성된 회전자의 분해도; 및
도 7은 도 6에 도시된 회전자를 조립한 후의 3차원 개략도.

본 발명에 따른 무브러시 전기 기계용 회전자 및 상기 회전자를 포함하는 무브러시 전기 기계는 첨부 도면을 참조하여 실시예에 의해 이하에서 설명된다.

실시예 1

도 1 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 이 실시예에 따른 무브러시 전기 기계용 회전자는 회전자 코어(1) 및 회전자 샤프트(2)를 포함하고, 회전자 샤프트(2)는 회전자 코어(1)의 내부에 설치되고; 구체적으로는, 회전자 샤프트(2)는 회전자 코어와 함께 회전하기 위해 회전자 코어(1)가 회전자 샤프트(2)를 추진시킬 수 있도록 회전자 코어(1)의 샤프트 구멍(13)에 고정식으로 설치된다. 회전자 코어(1)의 물질은 실리콘 강(silicon steel)인 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회전자의 기능을 실현하기 위해 자석을 끼우기 위해, 영문자(U)와 유사한 형상의 다수의 U 자형 구멍(5)이 회전자 코어(1)에 형성되고, 각각의 U 자형 구멍(5)은 제1 자석 설치 구멍(6), 제2 자석 설치 구멍(7), 및 U 자형 구멍(5)의 바닥 공간에 의해 형성된 경화 물질 충전 구멍(8)을 포함하고, 경화 물질 충전 구멍(8)은 제1 자석 설치 구멍(6) 및 제2 자석 설치 구멍(7)과 개별적으로 연통한다.

도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 U 자형 구멍(5)의 제1 자석 설치 구멍(6)과 제2 자석 설치 구멍(7) 내부에는 자석(3)이 설치되고, 자석(3)은 바람직하게는 영구 자석이다. 바람직하게는, 제1 자석 설치 구멍(6)과 제2 자석 설치 구멍(7)은 직사각형 구멍 구조이고, 이들 자석 설치 구멍은 회전자 코어(1)의 반경 방향으로 균일하게 분배되고; 이에 대응하여 제1 자석 설치 구멍(6)과 제2 자석 설치 구멍(7)의 내부에 배치된 자석(3)은 또한 직사각형 스트립 형상의 영구 자석이다. 자석(3)이 회전자 코어(1) 내부에 반경 방향으로 배치되는 이러한 설계는 회전자에 추가적인 자기 저항 토크를 제공함과 동시에 약한 자기 제어를 실현할 수 있다.

이 경우, 경화 물질 충전 구멍(8)의 하나의 기능은 다음과 같다: 일단 U 자형 구멍(5) 각각의 제1 자석 설치 구멍(6)과 제2 자석 설치 구멍(7) 내부에 자석(3)이 배치되면, 경화 물질 충전 구멍(8)은 제1 자석 설치 구멍(6)과 제2 자석 설치 구멍(7) 사이에 자기장 루프가 형성되는 것을 차단하여, 이에 의해 회전자 내부의 코어에서 에너지 손실과 자기 회로의 고갈을 상당히 감소시킨다.

회전자 코어(1)의 고속 회전 동안 기계적 구조의 신뢰성을 더욱 향상시키기 위해, 다음의 구조 및 방법이 이 실시예에서 사용되는데, 즉 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 경화 물질 충전 구멍(8)의 제1 표면(81)(U 자형 구멍(5)의 바닥 표면)을 형성하는 회전자 코어 상에 그루브 구조(9)가 형성되고; 그루브 구조(9)는 바람직하게는 도브테일(dovetail) 그루브와 유사한 형상이고, 도 4에 도시된 바와 같이, 그루브 개구의 폭(W1)은 그루브의 바닥의 폭(W2)보다 더 작다.

또한, 아치형 브리지(10)는 경화 물질 충전 구멍(8)의 제2 표면(82)을 형성하는 회전자 코어 상에 형성되고, 아치형 브리지(10)와 회전자 코어 사이에 형성된 브리지 구멍(11)은 경화 물질 충전 구멍(8)의 제2 표면(82)을 형성한다. 이 실시예에서, 아치형 브리지(들)(10)의 개수는 한 개 또는 복수 개일 수 있다(도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개인 경우에, 이들 브리지는 서로 이격되도록 제2 표면(82) 상에 분배된다). 이에 대응하여, 아치형 브리지(10)의 개수가 복수 개인 경우, 이에 대응하여 브리지 구멍(11)의 개수도 이와 같다. 또한, 전술한 구조에 기초하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 경화 물질 충전 구멍(8)과 그 안에 형성된 그루브 구조(9) 및 브리지 구멍(11)은 경화 물질(4)로 단일체로 충전되거나 밀봉되고; 경화 물질(4)은 사출 성형에 의해 형성된 엔지니어링 플라스틱 또는 경화된 접착제와 같이 매우 낮은 투자율을 갖는 물질이다. 전술한 구조와 경화 물질(4)의 기능은 다음과 같다: 내부의 비효율적인 자기 회로 고갈이 감소될 수 있을 뿐만 아니라, 경화 물질과 도브테일 그루브 형상의 그루브 구조(9) 사이의 협력을 통해, 아치형 브리지(10)와 브리지 구멍(11) 사이의 협력을 통해, 경화 물질(4)이 그루브 구조(9)에 고착되어 회전자가 동작할 때 아치형 브리지(10)를 덮을 수 있어서, 회전자의 고속 회전 동안 기계적 구조의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

바람직하게는, 자기 회로의 국부적인 포화를 감소시키고, 전기 기계가 작동할 때 토크의 변동을 감소시키기 위해, 도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 임의의 인접한 쌍의 제1 자석 설치 구멍(6)과 제2 자석 설치 구멍(7) 사이의 회전자 코어 상에 관통 구멍(12)이 형성되고; 바람직하게는, 관통 구멍(12)의 개수는 복수 개이고 이 관통 구멍은 회전자 코어(1)의 축 방향으로 연장되고 회전자 코어(1)를 관통한다. 유사하게, 도 5에 도시된 바와 같이, 기계적 구조의 안정성을 보장하기 위해, 관통 구멍(12)은 또한 경화 물질로 충전되거나 밀봉될 수 있다.

바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 U 자형 구멍(5)은 회전자 코어(1)의 축 방향으로 회전자 코어(1)의 전체를 관통하고; 다수의 U 자형 구멍(5)은 회전자 코어(1)의 원주 방향으로 균일하게 분배된다.

바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 그루브 구조(9)는 회전자 코어(1)의 축 방향으로 연장된다.

실시예 2

이 실시예는, 고정자, 지지 베어링, 단부 커버, 인쇄 회로 기판, 및 전기 커넥터를 포함하고 또한 실시예 1에 설명된 회전자를 포함하는 무브러시 전기 기계이다.

본 발명은 앞에서 바람직한 실시예를 통해 설명되었지만, 본 발명은 이것으로 제한되는 것은 아니다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 사상 및 범위 내에서 이루어진 모든 종류의 변경 및 수정은 본 발명의 보호 범위에 포함되어야 한다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의해 한정된 범위이어야 한다.

Claims (13)

1. 무브러시(brushless) 전기 기계용 회전자로서,
   회전자 코어; 및
   상기 회전자 코어 내부에 설치된 회전자 샤프트를 포함하되;
   영문자 U와 유사한 형상의 다수의 U 자형 구멍이 상기 회전자 코어에 형성되고, 상기 U 자형 구멍 각각은 제1 자석 설치 구멍, 제2 자석 설치 구멍, 및 상기 U 자형 구멍의 바닥 공간에 의해 형성된 경화 물질 충전 구멍을 포함하고, 상기 경화 물질 충전 구멍은 상기 제1 자석 설치 구멍과 상기 제2 자석 설치 구멍과 개별적으로 연결되고,
   상기 경화 물질 충전 구멍의 제1 표면을 형성하는 상기 회전자 코어 상에 그루브 구조가 형성되고,
   상기 경화 물질 충전 구멍의 제2 표면을 형성하는 상기 회전자 코어 상에는 아치형 브리지가 형성되고, 상기 아치형 브리지와 상기 회전자 코어 사이에 형성된 브리지 구멍은 상기 경화 물질 충전 구멍의 제2 표면을 형성하고,
   상기 경화 물질 충전 구멍, 그루브 구조 및 브리지 구멍은 경화 물질로 단일체로 충전되는 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
2. 제1항에 있어서, 상기 그루브 구조의 그루브 개구의 폭은 상기 그루브의 바닥의 폭보다 더 작은 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
3. 제1항에 있어서, 상기 아치형 브리지의 개수는 복수 개이고 상기 아치형 브리지는 서로 이격되도록 분배된 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
4. 제1항에 있어서, 상기 U 자형 구멍 각각의 상기 제1 자석 설치 구멍과 상기 제2 자석 설치 구멍에는 자석이 끼워지는 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
5. 제4항에 있어서, 상기 자석은 영구 자석인 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 경화 물질은 사출 성형에 의해 형성된 엔지니어링 플라스틱인 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 자석 설치 구멍과 상기 제2 자석 설치 구멍은 직사각형 구멍 구조이고, 각각의 자석 설치 구멍은 상기 회전자 코어의 반경 방향으로 위치되는 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
9. 제1항에 있어서, 임의의 인접한 쌍의 상기 제1 자석 설치 구멍과 제2 자석 설치 구멍 사이의 상기 회전자 코어 상에는 관통 구멍이 형성되고, 상기 관통 구멍은 상기 회전자 코어의 축 방향으로 연장되고 상기 회전자 코어를 관통하는 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
10. 제1항에 있어서, 상기 U 자형 구멍은 상기 회전자 코어의 축 방향으로 상기 회전자 코어의 전체를 관통하는 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
11. 제1항에 있어서, 상기 그루브 구조는 상기 회전자 코어의 축 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
12. 제1항에 있어서, 상기 다수의 U 자형 구멍은 상기 회전자 코어의 원주 방향으로 균일하게 분배된 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계용 회전자.
13. 고정자, 단부 커버, 지지 베어링, 및 전기 커넥터를 포함하는 무브러시 전기 기계로서, 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 회전자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무브러시 전기 기계.

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