KR102492064B1 - Rotor for Wound Rotor Synchronous Motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 계자 권선형 모터용 로터에 관한 것으로서, 로터의 회전시 로터 코일의 비산을 방지할 수 있고, 로터의 사이즈 축소가 가능하며, 로터의 제조비용을 절감시킬 수 있는 계자 권선형 모터용 로터에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명에 따른 계자 권선형 모터용 로터는, 복수의 티스부가 형성된 내측 코어와, 코일이 권선되며 상기 티스부에 삽입되는 보빈과, 보빈이 삽입된 티스부와 결합되는 외측 코어를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a rotor for a field winding type motor, which can prevent the rotor coil from scattering during rotation of the rotor, can reduce the size of the rotor, and can reduce the manufacturing cost of the rotor. It is about. For this purpose, the rotor for a field winding type motor according to the present invention includes an inner core having a plurality of teeth formed thereon, a bobbin on which a coil is wound and inserted into the tooth part, and an outer core coupled to the tooth part into which the bobbin is inserted. characterized in that it consists of
Description
본 발명은 계자 권선형 모터용 로터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로터의 회전시 로터 코일의 비산을 방지할 수 있고, 로터의 사이즈 축소가 가능하며, 로터의 제조비용을 절감시킬 수 있는 계자 권선형 모터용 로터에 관한 것이다.
The present invention relates to a rotor for a field winding motor, and more particularly, to prevent scattering of rotor coils during rotation of the rotor, to reduce the size of the rotor, and to reduce the manufacturing cost of the rotor. It relates to a rotor for a linear motor.
일반적으로, 친환경 자동차로 언급되고 있는 하이브리드 차량 또는 전기 자동차는 전기 에너지로 회전력을 얻는 전기 모터에 의해 구동된다.In general, a hybrid vehicle or an electric vehicle referred to as an eco-friendly vehicle is driven by an electric motor that obtains rotational force with electrical energy.
하이브리드 차량은 전기모터의 동력만을 이용하는 순수 전기 자동차 모드인 EV(Electric Vehicle)모드로 주행하거나 엔진과 구동모터의 회전력을 모두 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)모드로 주행한다. 그리고 일반적인 전기 자동차는 구동모터의 회전력을 동력으로 이용하여 주행한다.Hybrid vehicles drive in EV (Electric Vehicle) mode, which is a pure electric vehicle mode using only power from an electric motor, or in HEV (Hybrid Electric Vehicle) mode, which uses both engine and driving motor torque as power. In addition, a general electric vehicle drives by using rotational force of a driving motor as power.
이와 같이 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 구동모터는 대부분 영구자석형 동기모터(PMSM)를 사용한다. 이러한 영구자석형 동기모터는 제약된 레이아웃 조건에서 최대의 성능을 발휘하기 위해 영구자석의 성능을 극대화할 필요가 있다.Most of the drive motors used as a power source for eco-friendly vehicles use permanent magnet synchronous motors (PMSM). These permanent magnet type synchronous motors need to maximize the performance of the permanent magnets in order to achieve maximum performance under limited layout conditions.
여기서, 영구자석 내의 네오디뮴(Nd)은 영구자석의 세기를 개선하며, 디스프로슘(Dy)은 고온 감자(Demagnetization) 내성을 개선한다. 그러나 이러한 영구자석의 희토류(Nd, Dy) 금속은 중국 등 일부 국가에 제한적으로 매장되어 있고, 매우 고가이며 가격 변동이 심하다.Here, neodymium (Nd) in the permanent magnet improves the strength of the permanent magnet, and dysprosium (Dy) improves demagnetization resistance. However, these rare earth (Nd, Dy) metals of permanent magnets are limitedly deposited in some countries such as China, and are very expensive and fluctuate greatly in price.
이를 개선하기 위해 최근에는 유도 전동기의 적용을 검토하고 있으나, 동일한 모터 성능을 발휘하기 위해서 부피, 중량 등의 사이즈 증대량이 과다한 제약이 있다.In order to improve this, the application of an induction motor is recently being reviewed, but there are excessive limitations in size increase such as volume and weight in order to exhibit the same motor performance.
한편, 관련 업계에서는 친환경 자동차의 동력원으로 이용되는 전기모터로서 영구자석형 동기모터(PMSM)를 대체할 계자권선형(WRSM) 구동모터에 대한 개발이 더욱 활발하게 진행되고 있다.Meanwhile, in related industries, as an electric motor used as a power source for eco-friendly vehicles, development of a field winding type (WRSM) drive motor to replace a permanent magnet type synchronous motor (PMSM) is being actively pursued.
계자 권선형 모터는 영구자석형 동기모터(PMSM) 대비 약 10%의 최적 증대로 모터의 성능 발휘가 가능한데, 회전자에 코일을 권선하여 전류 인가 시 회전자를 전자석화시켜 영구자석형 동기모터(PMSM)의 영구자석을 대체하고 있다.The field winding type motor can exhibit the performance of the motor with an optimal increase of about 10% compared to the permanent magnet type synchronous motor (PMSM). PMSM) is replacing permanent magnets.
이와 같은 계자 권선형 모터는 로터에 자속을 발생하기 위해 코일이 감겨져 있고, 자속 발생을 위해 모터 하우징 외부에 브러쉬 및 슬립링이 구비되어, 이를 통해 전류를 인가한다.In such a field winding type motor, a coil is wound around a rotor to generate magnetic flux, and a brush and a slip ring are provided outside the motor housing to generate magnetic flux, through which current is applied.
한편, 도 1은 종래의 계자 권선형 모터에 구비되는 로터(Rotor)의 구조를 보여주는 것이다.Meanwhile, FIG. 1 shows the structure of a rotor provided in a conventional field winding type motor.
종래의 계자 권선형 모터용 로터는, 도 1에 도시된 바와 같이, 로터의 샤프트가 삽입되는 중공(13)이 형성된 베이스부(11)와, 베이스부(11)의 둘레로부터 외측으로 연장되어 서로 소정 간격 이격되도록 형성된 복수 개의 티스부(14)와, 티스부(14)보다 넓은 폭을 가지며 상기 티스부(14)의 끝단에 구비되는 폴슈(12)를 포함하여 구성된다. 그리고, 복수의 티스부(14)에는 전류가 인가되는 코일(18)이 권선된다.As shown in FIG. 1, a conventional field wound motor rotor includes a
또한, 서로 이웃하는 폴슈(12) 사이에는 제1공간부(15)가 형성되고, 코일(18)이 권선된 이웃하는 티스부(14) 사이에는 제2공간부(16)가 형성된 구조로 이루어져 있다.In addition, the
그러나, 상기와 같은 구성을 가지는 종래의 계자 권선형 모터는 로터의 축방향에 대한 고정구조가 마련되어 있지 않기 때문에 로터의 고속 회전시 코일(18)이 비산될 가능성이 있다.However, since the conventional field winding type motor having the above configuration does not have a fixed structure for the axial direction of the rotor, there is a possibility that the
즉, 로터의 고속 회전시 티스부(14)에 권선된 코일(18)이 풀어져 인접한 폴슈(12) 사이에 형성된 제1공간부(15)를 통해 외부로 비산되는 문제가 발생할 수 있다. 이렇게 코일(18)이 비산될 경우, 로터의 회전 밸런스가 어긋나게 되며, 코일(18)의 절연성이 파괴되어 모터가 본래의 성능을 구현하지 못하게 되거나 심지어 사용이 불가능하게 되는 상황이 발생된다. 이로 인해 로터 코일 구조에 대한 신뢰성이 떨어지게 되는 문제가 있었다. That is, when the rotor rotates at a high speed, the
아울러, 종래의 계자 권선형 모터는 로터의 티스부(14)에 코일(18)을 권선하기 위해서는 권선기의 노즐(미도시)이 폴슈(12) 사이의 좁은 제1공간부(15)를 관통하여 권선 작업을 해야만 하는데, 이러한 경우 코일을 권선할 수 있는 공간적인 제약으로 인해 권선 노즐의 이동 공간이 제약되어 코일의 권선 작업이 무척 까다롭고, 코일 권선에 따른 공간적 제약으로 인해 코일 점적률(코일을 만들고 있는 도체의 단면적과 코일 전체의 단면적의 비)이 떨어지게 되는 문제가 있었다.In addition, in the conventional field winding type motor, in order to wind the
아울러, 코일(18)의 권선 작업 전에 절연지를 로터의 티스부(14) 외면에 감는 작업을 해야 하는데, 이러한 경우 상기와 같은 협소한 공간적인 제약에 의해 절연지를 감는 작업이 용이하지 못하여 생산성을 떨어뜨리게 되는 문제가 있었다.
In addition, it is necessary to wind the insulating paper on the outer surface of the
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 로터의 회전시 코일이 비산될 수 있는 공간을 완전히 차단하도록 구성하여 로터의 회전에 따른 코일의 비산을 원천적으로 방지할 수 있는 계자 권선형 모터용 로터를 제공하는 데에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to completely block the space in which the coil can scatter when the rotor rotates, thereby providing a rotor for a field wound motor that can fundamentally prevent the coil from scattering due to the rotation of the rotor. is in
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 기존의 계자 권선형 모터의 로터보다 간단한 형상구조와 간단한 조립구조를 가지는 계자 권선형 모터용 로터를 제공하는 데에 있다.In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide a rotor for a field winding type motor having a simpler shape structure and a simpler assembly structure than the rotor of an existing field winding type motor.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 기존의 로터 코일보다 점적률을 크게 향상시킬 수 있고, 이를 통해 모터의 전체 사이즈의 축소가 가능해질 수 있는 계자 권선형 모터용 로터를 제공하는 데에 있다.In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide a rotor for a field winding type motor that can significantly improve the space factor compared to the existing rotor coil, and through which the overall size of the motor can be reduced. is in
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 로터 코어의 티스부에 저가형 페라이트 자석을 삽입하여 구성함으로써, 로터 코일과 삽입된 자석의 자속을 이용하여 구동효율을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 로터의 사이즈를 더욱 저감시킬 수 있으며, 저가형 구동모터를 필요로 하는 EV/HEV 및 ISG(Integrated Starter Generator) 모터에 유용하게 사용할 수 있는 계자 권선형 모터용 로터를 제공하는 데에 있다.In addition, another technical problem to be solved in the present invention is configured by inserting a low-cost ferrite magnet into the tooth portion of the rotor core, so that the driving efficiency can be improved using the magnetic flux of the rotor coil and the inserted magnet, through which It is an object of the present invention to provide a rotor for a field wound motor that can further reduce the size of the rotor and can be usefully used for EV/HEV and ISG (Integrated Starter Generator) motors requiring low-cost drive motors.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 계자 권선형 모터용 로터는, 복수의 티스부가 형성된 내측 코어와, 코일이 권선되며 상기 티스부에 삽입되는 보빈과, 보빈이 삽입된 티스부와 결합되는 외측 코어를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The rotor for a field winding type motor of the present invention for solving the above technical problem is an inner core having a plurality of teeth formed thereon, a bobbin in which a coil is wound and inserted into the tooth part, and a bobbin coupled to the tooth part in which the bobbin is inserted. Characterized in that it is configured to include an outer core.
상기 내측 코어는 외측 코어에 축방향으로 압입하여 결합될 수 있다.The inner core may be coupled to the outer core by press fitting in an axial direction.
그리고, 상기 내측 코어의 티스부와 외측 코어 중 어느 일측에 결합돌기를 형성되고 다른 일측에 결합홈을 형성하여, 상기 결합돌기와 결합홈이 축방향 압입에 의해 상호 맞물려 결합되도록 구성할 수 있다.In addition, a coupling protrusion may be formed on one side of the tooth portion of the inner core and the outer core, and a coupling groove may be formed on the other side so that the coupling protrusion and the coupling groove are mutually engaged by axial press-fitting.
이때, 상기 내측 코어 및 외측 코어는 동일 재질의 강판이 적층된 형태로 구성할 수 있다.At this time, the inner core and the outer core may be configured in the form of stacking steel plates of the same material.
그리고, 상기 외측 코어에는 두꺼운 두께를 갖는 후육부와 얇은 두께를 갖는 박육부가 원주방향을 따라 번갈아 배열되어 서로 연결되도록 형성되되, 상기 내측 코어의 티스부가 상기 후육부 부분에 맞물려 결합되도록 구성할 수 있다.In addition, the outer core is formed such that a thick portion having a thick thickness and a thin portion having a small thickness are alternately arranged in a circumferential direction and connected to each other, and the tooth portion of the inner core may be configured to be engaged and coupled to the thick portion. there is.
여기서, 상기 박육부 부분에는 상기 박육부 부분을 통해 누설되는 자속을 방지하기 위한 자속누설방지홈이 추가적으로 형성될 수 있다.Here, a magnetic flux leakage prevention groove may be additionally formed in the thin-walled portion to prevent magnetic flux leaking through the thin-walled portion.
이때, 상기 자속누설방지홈은 복수 개로 구비되어 상기 박육부의 내,외측 부분에 지그재그 형태로 번갈아 배치되도록 구성될 수 있다.At this time, the magnetic flux leakage prevention grooves may be provided in plural and arranged alternately in a zigzag shape on inner and outer portions of the thin portion.
한편, 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 계자 권선형 모터용 로터 조립방법은, (a)보빈에 코일을 권선하는 단계와, (b)상기 코일이 권선된 보빈을 내측 코어에 삽입하는 단계와, (c)상기 보빈이 삽입된 내측 코어에 외측 코어를 결합하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.On the other hand, the method of assembling a rotor for a field winding motor of the present invention for solving the above technical problem is to (a) winding a coil on a bobbin, (b) inserting the bobbin on which the coil is wound into an inner core and (c) coupling the outer core to the inner core into which the bobbin is inserted.
여기서, 상기 (c)단계는 내측 코어의 티스부를 외측 코어의 후육부 부분에 축방향으로 압입하여 결합될 수 있다.
Here, in step (c), the tooth portion of the inner core may be axially press-fitted into the thick portion of the outer core to be coupled.
본 발명에 따른 계자 권선형 모터용 로터 구조에 의하면 다음과 같은 유용한 효과를 얻을 수 있다.According to the rotor structure for a field winding type motor according to the present invention, the following useful effects can be obtained.
첫째, 기존의 로터 구조와 달리 로터 코일이 비산될 수 있는 공간 자체가 형성되어 있지 않기 때문에 로터의 회전시 코일이 로터 외부로 비산되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다. 따라서, 기존과 같이 로터 코일의 비산에 의해 발생되던 로터의 회전 밸런스 불안정과, 코일의 절연 파괴에 따른 모터의 성능저하 등의 문제점을 완전하게 극복할 수 있기 때문에 모터 성능에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.First, unlike the conventional rotor structure, since the space itself in which the rotor coils can be scattered is not formed, it is possible to fundamentally prevent the coils from being scattered outside the rotor during rotation of the rotor. Therefore, it is possible to completely overcome problems such as rotational balance instability of the rotor caused by scattering of the rotor coil and deterioration of motor performance due to insulation breakdown of the coil, as in the prior art, so that the reliability of the motor performance can be improved. there is.
둘째, 코일이 권선된 보빈을 내측 코어의 티스부에 삽입한 후 외측 코어를 내측 코어에 결합하는 간단한 방식을 통해 로터의 조립이 가능하기 로터의 조립이 용이하고 조립에 따른 시간 및 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.Second, it is possible to assemble the rotor through a simple method of inserting the coil-wound bobbin into the teeth of the inner core and then coupling the outer core to the inner core, which makes it easy to assemble the rotor and reduces assembly time and cost. There are advantages to being able to
셋째, 코일이 권선된 보빈을 내측 코어의 티스부에 삽입하는 방식으로 코일의 권선작업이 이루어지도록 구성됨으로써, 기존처럼 로터 코어의 좁은 폴슈 사이의 공간에 권선기 노즐을 삽입하여 코일을 권선할 필요가 없기 때문에 코일 권선시 작업성을 크게 향상시킬 수 있고, 로터 코일 점적률을 크게 향상시켜 모터의 사이즈 축소가 가능해지는 장점이 있다.Third, the coil winding operation is performed by inserting the coil-wound bobbin into the tooth part of the inner core, so that the coil is wound by inserting a winding machine nozzle into the space between the narrow pole shoes of the rotor core as before. Since there is no coil winding, it is possible to greatly improve workability during coil winding, and it is possible to reduce the size of the motor by greatly improving the rotor coil space factor.
아울러, 공간적 제약이 전혀 없는 외부공간에서 코일의 권선작업이 이루어지기 때문에 로터 코일의 권선면적 증가가 가능해지고, 이로 인해 모터의 구동력 향상이 가능하게 되어 필요에 따라 모터의 사이즈 축소가 가능해지는 장점이 있다.In addition, since the winding of the coil is performed in an external space with no spatial restrictions, the winding area of the rotor coil can be increased, thereby improving the driving force of the motor and reducing the size of the motor as needed. there is.
넷째, 로터의 내측 코어 티스부에 저가형 페라이트 자석을 추가 삽입하여 구성됨에 따라, 페라이트 자석으로부터 발생되는 자속과 로터 코일로부터 발생되는 자속이 동시에 작용하게 됨으로써 로터의 구동력을 한층 향상시킬 수 있다. Fourth, as the low-cost ferrite magnet is additionally inserted into the inner core teeth of the rotor, the magnetic flux generated from the ferrite magnet and the magnetic flux generated from the rotor coil act simultaneously, so that the driving force of the rotor can be further improved.
다섯째, 상기와 같이 로터의 구동력 향상이 가능해짐에 따라, 로터의 크기를 필요 이상으로 크게 형성하지 않아도 원하는 모터의 성능을 충분히 얻는 것이 가능하기 때문에 모터의 소형화가 가능하고, 저가형 모터를 필요로 하는 EV/HEV 및 ISG(Integrated Starter Generator) 모터에 유용하게 사용할 수 있게 되는 장점이 있다.Fifth, as the driving force of the rotor can be improved as described above, it is possible to obtain the desired performance of the motor without making the size of the rotor larger than necessary. It has the advantage of being useful for EV/HEV and ISG (Integrated Starter Generator) motors.
여섯째, 외측 코어의 두께가 얇은 박육부 부분에 자속누설방지홈을 형성함으로써, 상기 박육부 부분을 통해 누설되는 자속을 최소화시킬 수 있기 때문에 누설자속에 다른 토크 저감 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.Sixth, by forming a magnetic flux leakage prevention groove in the thin part of the outer core having a thin thickness, magnetic flux leaking through the thin part can be minimized, so there is an effect of preventing other torque reduction phenomena in the leakage magnetic flux. .
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 종래의 계자 권선형 모터용 로터의 구조를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 계자 권선형 모터용 로터의 구조를 보여주는 사시도.
도 3은 도 2의 분리 사시도.
도 4는 로터의 내측 코어와 외측 코어가 돌기 및 홈에 의해 결합된 모습을 보여주는 상세도.
도 5는 기존 로터의 폴 아크 값과 본 발명에 따른 로터의 폴 아크 값을 비교 도시한 비교도.
도 6은 보빈에 코일이 조립되는 모습을 보여주는 조립도.
도 7은 내측 코어에 코일이 권선된 보빈을 삽입한 후 외측 코어를 조립하는 모습을 보여주는 조립도.
도 8은 로터의 회전 시 외측 코어의 박육부 부분을 통해 누설 자속이 발생되는 현상을 개념적으로 도시한 개념도.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예로서, 외측 코어의 박육부 부분에 자속누설방지홈이 형성된 구조를 나타낸 상세도. 1 is a view showing the structure of a rotor for a conventional field winding type motor.
2 is a perspective view showing the structure of a rotor for a field winding type motor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exploded perspective view of Figure 2;
4 is a detailed view showing a state in which the inner core and the outer core of the rotor are coupled by protrusions and grooves;
5 is a comparison diagram showing a comparison between a pole arc value of a conventional rotor and a pole arc value of a rotor according to the present invention.
6 is an assembly view showing how a coil is assembled to a bobbin;
7 is an assembly view showing a state in which an outer core is assembled after inserting a bobbin in which a coil is wound on an inner core;
8 is a conceptual diagram conceptually illustrating a phenomenon in which leakage magnetic flux is generated through a thin portion of an outer core during rotation of a rotor.
9 is a detailed view showing a structure in which magnetic flux leakage prevention grooves are formed in a thin portion of an outer core as another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 계자 권선형 모터의 로터의 바람직한 일실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a rotor of a field winding type motor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 계자 권선형 모터용 로터의 구조를 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2의 분리 사시도이다. 그리고, 도 4는 로터의 내측 코어와 외측 코어가 돌기 및 홈에 의해 결합된 모습을 보여주는 상세도이다.2 is a perspective view showing the structure of a rotor for a field winding type motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 2 . And, FIG. 4 is a detailed view showing a state in which the inner core and the outer core of the rotor are coupled by protrusions and grooves.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 계자 권선형 모터용 로터(100)는, 복수의 티스부(111)가 형성된 내측 코어(110)와, 코일(140)이 권선되며 티스부(111)에 삽입되는 보빈(130)과, 보빈(130)이 삽입된 티스부(111)와 결합되는 외측 코어(120)를 포함하여 구성된다.2 to 4, the
본 발명에 따른 계자 권선형 모터용 로터(100)의 하나의 특징적 구조는 기존의 로터와 달리 로터 코어가 내측 코어(110)와 외측 코어(120)의 2개의 분리된 구조를 갖는 것이다.One characteristic structure of the
여기서, 내측 코어(110)는 얇은 규소강판을 다수 개 적층하여 구성한 것으로서, 중심부에는 로터(100)의 샤프트(미도시)가 삽입되는 중공(112)이 형성되고, 중공(112)의 주변으로는 방사상으로 외측방향으로 복수의 티스부(111)가 형성된다.Here, the
이때, 상기 복수의 티스부(111)는 직육면체 형태의 외형을 가지며, 서로 등간격을 이루며 소정 거리 이격된 구조로 배치된다.At this time, the plurality of
본 발명에 따른 로터(100)가 가지는 또 하나의 특징적 구조는 기존의 로터 구조와 달리 외부에서 권취된 코일(140)이 내측 코어(110)의 티스부(111)에 삽입되는 것이다.Another characteristic structure of the
즉, 코일(140)이 권취된 보빈(130)을 내측 코어(110)의 티스부(111)에 삽입하여 티스부(111) 둘레에 코일(140)을 형성하게 된다.That is, the
보빈(Bobbin;130)은 티스부(111)의 형상과 대응하는 사각관 형태를 갖도록 형성된다. The bobbin (Bobbin; 130) is formed to have a square tube shape corresponding to the shape of the
즉, 상기 보빈(130)은 티스부(111)에 삽입될 수 있도록 서로 마주보는 양쪽 면이 개방된 구조로 이루어져 있다.That is, the
이때, 코일(140)이 귄취된 보빈(130)이 티스부(111)에 삽입된 상태에서 쉽게 빠지지 않도록 하기 위하여 상기 티스부(111)와 보빈(130) 사이는 일정수준의 마찰력이 부여되도록 공차 설계를 두는 것이 바람직하다.At this time, in order to prevent the
코일(140)은 사각형 외형을 갖는 보빈(130)의 둘레에 귄선되기 때문에, 상기 코일(140)이 보빈(130)이 둘레에 완전히 권선된 외형 역시 사각형 모양을 형성하게 된다.Since the
이러한 코일(140)은 로터(100)의 외측에 설치된 브러쉬 및 슬립링을 통해 전류가 인가될 경우 티스부(111) 주위로 자속을 발생시키도록 한다.The
여기서, 도면상에 나타내지는 않았으나, 내측 코어(110)의 각 티스부(111) 부분에 추가적인 자속 발생을 위한 별도의 영구자석을 설치하여 자속을 증대시킴으로써 토크 향상에 기여할 수 있다.Here, although not shown in the drawing, it is possible to contribute to torque improvement by installing a separate permanent magnet for generating additional magnetic flux to each
이때, 상기 영구자석으로는 고성능 모터에 통상적으로 적용되고 있는 희토류 영구자석이 아닌 상대적으로 가격이 저렴한 저가형 페라이트(ferrite) 영구자석이 채용될 수 있으며, 이러한 영구자석은 내측 코어(110)의 각 티스부(111)마다 한 쌍이 평행을 이루도록 설치될 수 있다.At this time, as the permanent magnet, a relatively inexpensive low-cost ferrite permanent magnet may be employed instead of the rare earth permanent magnet commonly applied to high-performance motors, and each tooth of the
도 5는 기존 로터의 폴 아크 값과 본 발명에 따른 로터의 폴 아크 값을 비교 도시한 것으로서, 도 5의 (a)에 도시된 기존의 로터 구조에서는 공간부(15)를 사이에 두고 이웃하는 폴슈(12) 사이가 서로 떨어져 이격된 구조를 형성하기 때문에 폴 아크(Pole Arc) 값이 35.029° 정도로 작다. 이에 반하여, 본 발명의 로터는 도 5의 (b)에 도시된 것과 같이 이웃하는 폴슈 부분이 박육부(123) 부분을 통해 서로 연결된 구조를 갖기 때문에 상기 추가적인 박육부(123) 형성으로 인해 폴 아크 값이 45° 정도로 기존의 로터보다 한층 크게 형성될 수 있다. 5 is a comparison between the pole arc value of the conventional rotor and the pole arc value of the rotor according to the present invention, and in the conventional rotor structure shown in FIG. Since the pole shoes 12 form a spaced structure apart from each other, the pole arc value is as small as 35.029°. In contrast, since the rotor of the present invention has a structure in which adjacent pole shoe parts are connected to each other through the
이와 같은 폴 아크 값은 모터의 토크 향상 및 토크 리플(torque ripple) 저감에 기여하는 모터의 중요한 인자 중 하나로서, 폴 아크 값이 증가하게 되면 정현파인 자속밀도의 고조파 성분이 저감되어 토크 리플이 저감되는 효과를 발휘할 수 있는데, 도 5의 (a)와 같은 기존 로터 구조의 경우에는 코일 권선을 위한 권선기 노즐이 삽입될 수 있는 공간을 확보하기 위해 공간부(15)가 마련되어야 하기 때문에 폴 아크 값이 제한적일 수 밖에 없었고, 좁은 공간부(15)를 통해 권선기의 노즐을 삽입하여 코일을 권선하는 관계로 각 티스부(14)에 권선되는 권선 턴수에 제약이 가해져서 점적율이 제한되는 등의 제작상의 한계점이 있었지만, 본 발명의 로터 구조에서는 외측 코어(120)의 박육부(123) 부분 추가로 인한 폴 아크 값 증대로 인해 토크리플을 크게 저감시킬 수 있고, 외측 코어(120)를 내측 코어(110)에 결합하기 전에 공간적 제약이 없는 자유로운 상태에서 내측 코어(110)의 티스부(111) 부분에 코일이 권선되기 때문에 기존의 로터보다 코일의 점적율 향상에 기여할 수 있다. Such a pole arc value is one of the important factors contributing to the improvement of motor torque and the reduction of torque ripple. When the pole arc value increases, the harmonic component of magnetic flux density, which is a sine wave, is reduced, reducing torque ripple. However, in the case of the existing rotor structure as shown in (a) of FIG. 5, since the
한편, 외측 코어(120)는 내측 코어(110)와 동일한 재질로 구성되며, 상기 내측 코어(110)와 마찬가지로 얇은 규소강판이 다수 개 적층된 형태로 구성된다.Meanwhile, the
그리고, 외측 코어(120)는 두꺼운 두께를 갖는 부분인 후육부(121)와 얇은 두께를 갖는 부분이 박육부(123)가 외측 코어(120)의 원주방향을 따라 번갈아 배치된 구조를 갖는다.In addition, the
이때, 상기 박육부(123)는 외측 코어(120)의 원래 두께를 형성하고 있는 얇은 부분이고, 상기 후육부(121)는 외측 코어(120)의 내면에서 안쪽 방향으로 소정 폭만큼 돌출된 부분을 형성하고 있다.At this time, the
따라서, 내측 코어(110)를 외측 코어(120)에 결합할 경우, 내측 코어(110)의 티스부(111)를 외측 코어(120)의 후육부(121) 부분에 위치하도록 배치한 상태에서 축방향으로 밀어 넣어 외측 코어(120) 내부에 압입하여 결합하게 된다.Therefore, when the
이 경우, 외측 코어(120)의 후육부(121) 안쪽 면은 평평한 평면상태로 형성되어 내측 코어(110)의 티스부(111) 끝단면이 상기 후육부(121)의 평평한 면에 밀착되며 결합될 수 있다.In this case, the inner surface of the
이때, 내측 코어(110)의 티스부(111)가 밀착 결합하게 되는 외측 코어(120)의 후육부(121) 내면에는 중심 방향을 향하여 일정 폭으로 돌출된 결합돌기(124)가 구비되는데, 이러한 결합돌기(124)는 외측 코어(120)의 축방향과 평행하도록 길게 배치된 구조로 형성된다.At this time, the inner surface of the
아울러, 내측 코어(110)의 티스부(111) 끝단 면에는 상기 결합돌기(124)의 외형과 대응되는 형상을 가지도록 함몰된 결합홈(114)이 형성되어, 내측 코어(110)와 외측 코어(120)의 결합시 상기 결합돌기(124)가 상기 결합홈(114) 내에 축방향으로 압입되어 상호 요철구조로 맞물려 결합되도록 형성된다.In addition, a
그리고, 상기와 같은 방식으로 결합된 내측 코어(110) 및 외측 코어(120)의 평평한 측면 부분에는 원판 형상을 갖는 커버 부재인 엔드플레이트(end plate)가 결합된다.In addition, end plates, which are disc-shaped cover members, are coupled to the flat side surfaces of the
이때, 상기 엔드플레이트(미도시)의 표면에는 방열을 위한 복수의 방열부(미도시)와 상기 방열부에 의한 방열성능을 향상시키기 위한 로터팬(미도시)이 구비될 수 있다.At this time, a plurality of heat dissipation units (not shown) for heat dissipation and a rotor fan (not shown) for improving heat dissipation performance by the heat dissipation unit may be provided on the surface of the end plate (not shown).
이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 계자 권선형 모터용 로터의 조립방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of assembling a rotor for a field winding type motor of the present invention having the above configuration will be described.
도 6은 보빈(130)에 코일(140)이 조립되는 모습을 보여주는 조립도이고, 도 7은 도 6의 조립과정을 통해 코일(140)이 권선된 보빈(130)을 내측 코어(110)에 삽입한 후 외측 코어(120)를 조립하는 모습을 보여주는 조립도이다.6 is an assembly view showing how the
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 계자 권선형 모터용 로터(100)의 조립은, 6 and 7, the assembly of the field winding
먼저, 도 6에서와 같이 보빈(130)의 둘레에 코일(140)을 다수 회 권선하여 코일(140)과 보빈(130)이 일체화된 코일조립체를 준비한다.First, as shown in FIG. 6 , a coil assembly in which the
이 경우, 상기 보빈(130)에 권선되는 코일(140)은 모터의 최적 성능을 발휘할 수 있는 충분한 권선 횟수로 권선된다.In this case, the
그런 다음, 상기 코일(140)이 권선된 보빈(130)을 도 7과 같이 내측 코어(110)의 각 티스부(111)에 차례로 압입하여 결합한다.Then, as shown in FIG. 7 , the
이와 같이 내측 코어(110)의 각 티스부(111)에 코일(140)의 삽입이 완료되면, 마지막으로, 내측 코어(110)의 티스부(111)를 외측 코어(120)의 후육부(121) 부분에 위치하도록 배치한 상태에서, 내측 코어(110)를 외측 코어(120)의 내부에 축방향으로 압입하여 결합함으로써 로터(100)의 조립을 완성하게 된다. 또는, 이와 반대로, 외측 코어(120)를 내측 코어(110)에 축방향으로 압입하여 결합할 수도 있다.When the insertion of the
이때, 상기 내측 코어(110)와 외측 코어(120)의 상호 결합은, 외측 코어(120)의 결합돌기(124)가 내측 코어(110)의 결합홈(114) 내에 축방향으로 압입되어 상호 맞물리게 됨으로써, 손쉽게 결합이 이루어지게 되는 것이다.At this time, the mutual coupling of the
여기서, 상기 실시 예에서는 코일(140)이 권선된 보빈(130)을 내측 코어(110)의 각 티스부(111)에 차례로 압입하여 결합하는 방식을 통해 코일(140)을 각 티스부(111)에 권선하였지만, 이와 달리 코일(140)이 권선되지 않은 보빈(130)을 먼저 각 티스부(111)에 끼워 넣은 다음 상기 보빈(130) 주위에 코일(140)을 권선한 후 외측 코어(120)를 결합하거나, 또는 상기 보빈(130)을 사용하지 않고 코일(140)을 각 티스부(111) 주위에 권선한 후 외측 코어(120)를 결합할 수도 있다.Here, in the above embodiment, the
한편, 도 8은 로터의 회전 시 외측 코어의 박육부 부분을 통해 누설 자속이 발생되는 현상을 개념적으로 도시한 것으로서, 모터의 작동 시 로터(100)의 N극으로부터 발생된 자속은 로터(100)의 외측에 위치된 스테이터(stator; 200)를 통과하여 인접한 S극 부분로 돌아와서 도 8의 실선 부분과 같이 폐루프(closed loop)를 형성하게 된다. On the other hand, FIG. 8 conceptually illustrates a phenomenon in which leakage magnetic flux is generated through the thin-walled portion of the outer core when the rotor rotates, and the magnetic flux generated from the N pole of the
이때, 상술한 본 발명에 따른 로터 구조에서는 이웃하는 폴슈 부분(후육부 부분)이 박육부(123)을 통해 서로 연결된 구조를 형성하기 때문에 상기 얇은 박육부(123) 부분을 통하여 점선으로 표시된 형태와 같은 방향으로 어느 정도의 누설자속(LF)이 발생될 수 있다. 이렇게 발생되는 누설자속은 모터의 토크를 저감시킬 수도 있기 때문에 이에 대한 개선작업이 필요할 수 있다. At this time, in the rotor structure according to the present invention described above, since the neighboring pole shoe parts (thick part part) form a structure connected to each other through the
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 로터 구조를 보여주는 것으로서, 상기와 같이 외측 코어(120)의 박육부(123)을 통해 누설되는 자속을 최대한 억제하기 위하여, 외측 코어(120)의 박육부(123) 부분에 도 9에 도시된 형태와 같은 별도의 자속누설방지홈(125)을 형성할 수 있다. 9 shows a rotor structure according to another embodiment of the present invention, in order to maximally suppress magnetic flux leaking through the
즉, 외측 코어(120)의 박육부(123)의 내측 및 외측 방향에서 각각 직사각형 형태의 자속누설방지홈(125)을 형성하되, 이들 자속누설방지홈(125)이 상기 박육부(123)의 길이방향을 따라 지그재그 형태로 번갈아 배치되도록 형성할 수 있다. 이와 같은 자속누설방지홈(125) 배치 구조에 의하면, 모터의 작동 시 외측 코어(120)의 박육부(123) 부분을 통과하는 누설자속이 복수의 자속누설방지홈(125)에 의해 형성된 박육부(123) 내의 복잡한 통로 구조에 의해 원활한 이동이 제한되기 때문에 박육부(123)를 통한 누설자속 발생을 최소화할 수 있고, 이로 인해 모터의 토크가 저감되는 것을 방지할 수 있다. That is, rectangular magnetic flux
이때, 상기한 자속누설방지홈(125)의 형상, 개수 및 배치 형태는 상기한 실시 예의 구조에 한정하지 않고 모터의 설계사양에 맞게 다양한 형상, 개수 및 배치 형태로 변경 적용할 수 있다. 아울러, 상기 자속누설방지홈(125)이 형성된 박육부(123) 부분의 두께(t)는 로터의 원심력에 의한 부재 균열/파단 등의 강도 보완을 고려하여 적절한 두께(t)를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.At this time, the shape, number, and arrangement of the magnetic flux
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 계자 권선형 모터용 로터(100)는, 링 형상을 가지는 외측 코어(120) 구조에 의해 로터 코일(140)이 비산될 수 있는 공간이 원천적으로 차단되어 있기 때문에, 로터(100)의 회전시 코일(140)이 로터 외부로 비산되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다. 따라서, 기존에 로터 코일의 비산에 의해 빈번하게 발생되던 로터의 회전 밸런스 불안정과, 코일의 절연 파괴에 따른 모터의 성능저하 등의 문제점을 완전하게 극복할 수 있고, 모터 성능에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, in the
또한, 코일(140)이 권선된 보빈(130)을 내측 코어(110)의 티스부(111)에 삽입 후 외측 코어(120)를 내측 코어(110)에 결합하는 간단한 조립방식을 통해 로터의 조립이 완성되기 때문에, 로터의 조립에 따른 조립성을 향상시킬 수 있고, 로터의 조립에 소요되는 시간 및 비용을 크게 절감시킬 수 있다.In addition, the rotor is assembled through a simple assembly method in which the
또한, 코일(140)이 권선된 보빈(130)을 내측 코어(110)의 티스부(111)에 삽입하는 간단한 방식으로 티스부(111)에 대한 코일(140)의 권선 작업이 완료되기 때문에, 코일 권선에 따른 작업성을 크게 향상시킬 수 있고, 로터 코일 점적률을 크게 향상시켜 모터의 전체 사이즈를 축소시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, since the winding operation of the
또한, 공간적 제약이 전혀 없는 로터의 외부공간에서 코일(140)의 권선작업이 이루어지기 때문에, 로터 코일(140)의 권선면적을 증대시킬 수 있고, 이를 통해 모터의 구동력 향상이 가능한 장점이 있다.In addition, since the winding work of the
또한, 로터의 내측 코어 티스부(111)에 저가형 페라이트 영구자석이 추가적으로 삽입됨에 따라, 페라이트 영구자석으로부터 발생되는 자속과 로터 코일(140)로부터 발생되는 자속을 통해 로터의 구동력을 한층 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 아울러, 상기와 같은 로터의 구동력 향상에 의해, 굳이 로터의 크기를 필요 이상으로 크게 형성하지 않더라도 원하는 모터의 성능을 충분히 얻는 것이 가능해지기 때문에 궁극적으로 모터의 소형화가 가능하고, 저가형 모터를 필요로 하는 EV/HEV 및 ISG(Integrated Starter Generator) 모터에 유용하게 사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, as low-cost ferrite permanent magnets are additionally inserted into the inner
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in this specification and the accompanying drawings merely illustrate some of the technical ideas included in the present invention by way of example. Therefore, since the embodiments disclosed in this specification are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present invention, it is obvious that the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. All modified examples and specific examples that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 로터 110 : 내측 코어
111 : 티스부 112 : 중공
114 : 결합홈 120 : 외측 코어
121 : 후육부 123 : 박육부
124 : 결합돌기 125 : 자속누설방지홈
130 : 보빈 140 : 코일 100: rotor 110: inner core
111: tooth part 112: hollow
114: coupling groove 120: outer core
121: thick part 123: thin part
124: coupling protrusion 125: magnetic flux leakage prevention groove
130: bobbin 140: coil
Claims (9)
코일(140)이 권선되며 상기 티스부(111)에 삽입되는 보빈(130); 및
상기 보빈(130)이 삽입된 상기 티스부(111)와 결합되는 외측 코어(120);
를 포함하고,
상기 외측 코어(120)에는 두꺼운 두께를 갖는 후육부(121)와 얇은 두께를 갖는 박육부(123)가 원주방향을 따라 번갈아 배열되어 서로 연결되도록 형성되고,
상기 내측 코어(110)의 티스부(111)는 상기 후육부(121) 부분에 맞물려 결합되고,
상기 박육부(123) 부분에는 상기 박육부(123) 부분을 통해 누설되는 자속을 방지하기 위한 복수의 자속누설방지홈(125)이 형성되고,
상기 복수의 자속누설방지홈(125)은 상기 박육부(123)의 내측 및 외측에 번갈아 배치되는 계자 권선형 모터용 로터.
an inner core 110 having a plurality of teeth portions 111;
a bobbin 130 on which the coil 140 is wound and inserted into the tooth portion 111; and
an outer core 120 coupled to the tooth portion 111 into which the bobbin 130 is inserted;
including,
In the outer core 120, a thick portion 121 having a thick thickness and a thin portion 123 having a small thickness are alternately arranged in a circumferential direction and connected to each other,
The tooth portion 111 of the inner core 110 is engaged and coupled to the thick portion 121,
A plurality of magnetic flux leakage prevention grooves 125 are formed in the thin portion 123 to prevent magnetic flux leaking through the thin portion 123,
The plurality of magnetic flux leakage prevention grooves 125 are alternately disposed on the inside and outside of the thin portion 123. The rotor for a field winding type motor.
The rotor for a field winding type motor according to claim 1, wherein the inner core (110) is press-fitted and coupled to the outer core (120) in an axial direction.
상기 결합돌기(124)와 상기 결합홈(114)은 축방향 압입에 의해 상호 맞물려 결합되는 것을 특징으로 하는 계자 권선형 모터용 로터.
The method of claim 2, wherein a coupling protrusion 124 is formed on one side of the tooth portion 111 of the inner core 110 and the outer core 120, and a coupling groove 114 is formed on the other side,
The coupling protrusion 124 and the coupling groove 114 are mutually engaged and coupled by axial press-fitting, characterized in that the field winding type motor rotor.
The rotor for a field winding type motor according to claim 1, wherein the inner core (110) and the outer core (120) are formed by stacking steel plates of the same material.
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