KR102563853B1

KR102563853B1 - 그래핀적용 bldc 모터

Info

Publication number: KR102563853B1
Application number: KR1020220189809A
Authority: KR
Inventors: 최준호
Original assignee: 최준호
Priority date: 2022-12-29
Filing date: 2022-12-29
Publication date: 2023-08-07

Abstract

본 발명은 케이스와 그 일측에 구비되면서 그래핀을 포함하는 마그네트로 이루어진 회전자와 상기 회전자의 내측에 에어갭을 갖도록 설치되면서 코일이 권취되는 고정자로 이루어지고, 상기 고정자에는 전원을 공급하는 제어기판이 브라켓을 통하여 지지되며, 상기 브라켓에 자유회전토록 설치되는 회전축의 단부가 케이스에 결합되어 전원의 공급시 케이스가 회전축과 동시에 회전토록 설치되는 그래핀적용 BLDC 모터에 관한 것이다.

Description

그래핀적용 BLDC 모터{BLDC Motor using graphene}

일반적으로, 전동기는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용되고 있다.

한편, 이러한 다양한 전동기 중에서 현재에는 BLDC 모터(Brushless DC Motor)가 많이 사용되고 있으며, 상기 BLDC모터는 브러시와 정류자 등의 기계적인 요소 대신 스위칭 소자로 구성된 정류 회로를 사용하는 직류 전동기로서, 마모에 따른 브러시의 교체가 필요없으며, 구동소음이 적은 것이 특징이다.

그리고, 상기 BLDC 전동기는 회전자에 계자, 고정자에 전기자 권선을 설치하고, 센서등을 이용하여 권선의 전류방향을 결정함으로써 브러시형의 전동기와 같은 특성을 갖도록 한 전동기로서, 일반적인 유도전동기나 교류 전동기가 전류의 방향 전환을 위해 3상 또는 4상 인버터를 이용하고 있는 것과는 달리 내부 드라이브에서 손쉽게 방향전환이 가능하고, 저속 및 고속에서 토오크가 비교적 높으며, 고속회전이 가능하고, 무접점의 반도체 소자로 코일의 전류를 드라이브할 수 있어 그 수명이 매우 길뿐만 아니라 소음과 전자적인 잡음을 거의 발생시키지 않으며, 모터 드라이브 회로 자체에서 직접 속도 조절을 할 수 있는 장점을 가지고 있다.

이와같은 기술과 관련되어 종래의 특허 제1919976호에 BLDC모터 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 회전자(600)는 링 형태의 회전자 몸체(610)와, 회전자 몸체(610)의 내주면에 등간격으로 배치되도록 결합되는 복수개의 마그네트(620)로 이루어지고, 상기 회전자 몸체(610)는 글래스파이버를 포함하는 금속(Metal)의 혼합물로 형성되며, 상기 회전자(600)는 고정자(700)에 대해 회전가능하게 설치된다.

그리고, 상기 고정자(700)는 회전자(600)의 내측에 고정되도록 설치되는 고정자 코어(710)와, 고정자 코어(710)에 권취되는 고정자 권선코일(미도시)과, 고정자 코어(710)에 권취된 보상 권선코일(미도시)을 구비한다.

이때, 상기 고정자 코어(710)는 링 형태의 요크부(711)와, 요크부(711)로부터 돌출되어서 형성되는 복수개의 고정자 치부(715)들과, 요크부(711)로부터 돌출되어서 형성되는 복수개의 보상코일 권취부(718)들을 구비하고, 상기 고정자 치부(715)들 각각은 요크부(711)의 외주면으로부터 돌출되어서 반경방향 바깥쪽으로 연장되는 고정자코일 권취부(716)와, 고정자코일 권취부(716)의 끝단에 형성되는 외측 요크(717)를 구비한다.

그러나, 상기와 같은 BLDC모터는, 에어갭을 감소시키는 구성이 없어 모터의 성능향상을 가져올 수 없음은 물론 모터의 진동과 소음이 증가되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 효율적인 방열기능을 구현하여 모터의 수명을 증가시킬 수 있도록 하고, 진동 및 소음을 감소시킬 수 있도록 하며, 간단한 구성으로 조립이 용이하도록 하고, 코일의 과열을 방지하여 소비전력을 줄일 수 있도록 하는 그래핀적용 BLDC 모터를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 케이스와 그 일측에 구비되면서 그래핀을 포함하는 마그네트로 이루어진 회전자와

상기 회전자의 내측에 에어갭을 갖도록 설치되면서 코일이 권취되는 고정자로 이루어지고,

상기 고정자에 전원을 공급하는 제어기판이 브라켓을 통하여 지지되며,

상기 브라켓에 자유회전토록 설치되는 회전축의 단부가 케이스에 결합되는 그래핀적용 BLDC 모터를 제공한다.

그리고, 상기 케이스는, 내경 또는 외경측에 그래핀층이 더 형성되고, 상기 그래핀층은 그래핀수지가 코팅되는 구성으로 이루어진 그래핀적용 BLDC 모터를 제공한다.

또한, 상기 브라켓은, 탄성을 갖는 밀착돌기가 구비되어 제어기판 및 고정자의 고정홀에 구비되는 복수의 지지홈에 결합되는 그래핀적용 BLDC 모터를 제공한다.

더하여, 상기 고정자는, 슈에 요홀 및 돌기부가 구비되면서 에어갭이 편차를 갖도록 설치되고, 내경측에는 베어링이 고정토록 그래핀블럭이 구비되는 그래핀적용 BLDC 모터를 제공한다.

계속하여, 상기 마그네트는, 둘레에 복수의 에어홀이 일체로 구비되면서 보조마그네트가 구비되는 그래핀적용 BLDC 모터를 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 효율적인 방열기능을 통하여 모터의 수명을 증가시키고, 진동 및 소음을 감소시키며, 간단한 구성으로 조립이 용이하고, 코일의 과열을 방지하여 소비전력을 줄이는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 BLCD모터를 도시한 요부 단면도이다.
도2는 본 발명에 따른 BLCD모터를 도시한 외부 사시도이다.
도3 및 도4는 각각 본 발명에 따른 BLCD모터의 분해상태도 및 결합상태 단면도이다.
도5는 본 발명에 따른 BLCD모터의 케이스를 도시한 요부 단면도이다.
도6 및 도7은 각각 본 발명에 따른 BLCD모터의 고정자를 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2 내지 도7에서 도시한 바와같이 본 발명의 모터(M)는, 케이스(370)와 그 일측에 구비되면서 그래핀층(371)을 포함하는 마그네트(115)로 이루어진 회전자(110)와 상기 회전자(110)의 내측에 에어갭(200)을 갖도록 설치되면서 코일(137)이 권취되는 코어(132)를 갖는 고정자(130)의 조립구조로 이루어진다.

이때, 상기 고정자(130)에 전원을 공급하는 제어기판(310)이 브라켓(330)을 통하여 지지토록 설치된다.

그리고, 상기 브라켓(330)에는 자유회전토록 설치되는 회전축(350)의 단부가 케이스(370)에 일체로 결합되어 회전축과 케이스(370)가 동시에 회전토록 설치된다.

한편, 상기 케이스(370)는, 내경 또는 외경측에 그래핀층(371)이 형성되고, 상기 그래핀층(371)은 케이스의 내측 또는 외측에 그래핀수지가 코팅되는 구성으로 이루어진다.

그리고, 상기 케이스(370)는, 회전시 내부공기의 배출이 가능토록 에어홀(372)이 구비되면서 그 일측에 일정 경사를 갖도록 돌출되는 날개(374)가 일체로 형성된다.

더하여, 상기 그래핀층(371)은, 그래핀수지가 링형상으로 고형화되는 구성으로 이루어져 케이스의 내측 또는 외측에 접합되거나 밀착되는 구성으로 이루어져도 좋다.

또한, 상기 브라켓(330)은, 탄성을 갖는 밀착돌기(331)가 구비되어 제어기판 (310)및 고정자에 형성되는 고정홀(351)에 구비되는 하나 이상의 지지홈(352)에 압착되어 결합토록 설치된다.

그리고, 상기 브라켓(330)에 밀착되는 베어링(360)을 통하여 자유회전토록 설치되는 회전축(350)의 단부는 케이스(370)에 결합된다.

더하여, 상기 고정자(130)는, 슈(131)에 요홀(134) 및 돌기부(136)가 구비되면서 에어갭(200)의 편차를 갖도록 설치된다.

또한, 상기 고정자(130)는, 내경측 둘레를 따라 회전축이 자유회전토록 베어링이 고정되는 그래핀블럭(138)이 구비된다.

계속하여, 상기 마그네트(115)는, 둘레에 복수의 에어홀(115a)이 일체로 구비되면서 그 일측에 보조마그네트(117)가 더 구비되어도 좋다.

더하여, 상기 마그네트(115)는 분할되는 단위블럭이 조립되는 구성으로 원하는 용량의 자력을 형성토록 설치되어도 좋다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도7에서 도시한 바와같이 본 발명의 모터(M)는, 케이스(370)와 그 일측에 밀착연결되면서 그래핀층(371)을 포함하는 마그네트(115)로 이루어진 회전자(110)와 상기 회전자(110)의 내측에 에어갭(200)을 갖도록 설치되면서 코일(137)이 권취되는 코어(132)로 이루어진 고정자(130)의 조립구조로 이루어져 전원의 공급시 고정자(130)를 중심으로 회전자(110)가 회전토록 된다.

이때, 상기 고정자(130)의 내경측에 자유회전가능토록 연결되면서 케이스(370)에 결합되는 회전축(350)이 동시에 회전되고, 상기 회전축은 모터(M)의 적용상태에 따라 칼날이나 팬등이 연결되어 이를 회전시키게 된다.

더하여, 상기 코일(137)의 전원공급을 제어하기 위한 제어기판(310)이 외부의 하우징(미도시)에 결합토록 되는 브라켓(330)을 통하여 지지토록 된다.

이때, 상기 브라켓(330)에는 제어기판(310) 및 코어(132)가 일체로 연결토록 되어 결합이 용이하게 된다.

또한, 상기 브라켓(330)은, 탄성을 갖는 복수의 밀착돌기(331)가 단차를 갖도록 각각 구비되어 고정자(130)의 코어(132) 내경측 중심에 구비되는 고정홀(351)의 지지홈(352)에 압착되어 위치결정토록 된다.

이때, 상기 제어기판(310) 역시 위치결정홈(315)이 구비되어 탄성을 갖는 복수의 밀착돌기(331)가 압착고정토록 된다.

그리고, 상기 브라켓(330)에 밀착되는 베어링(360)을 통하여 회전축(350)이 자유회전토록 된다.

한편, 상기 케이스(370)는, 내경 또는 외경측에 다공상으로 이루어진 그래핀층(371)이 일체로 코팅되는 구성으로 케이스의 냉각효과를 높혀 모터의 수명을 높이도록 하고, 상기 그래핀층(371)은 액상의 그래핀수지에 케이스를 침지시켜 코팅한다.

그리고, 상기 케이스(370)는, 일측에 경사를 갖도록 돌출되는 날개(374)를 갖는 복수의 에어홀(372)이 구비되어 회전시 내부공기의 배출이 가능토록 하여 냉각효과를 높혀 온도상승을 방지하게 된다.

더하여, 상기 고정자(130)는, 슈(131)의 중심에 양측으로 요홀(134)을 갖는 돌기부(136)가 구비되어 균일한 에어갭(200)에 의한 저항을 완화시키면서 자속분포를 균일하고 연속적인 정현파 형태로 형성시키고, 에어갭의 간격을 최소화 시켜 코킹토크를 저감시킴으로써 성능을 향상토록 한다.

그리고, 상기 에어갭(200)은 양측에서 편차(T,t)를 갖도록 설치되어 회전시 자속밀도가 완만하게 변화되도록 함으로써 회전자의 급격한 토크변동이 억제되어 진동을 저감토록 한다.

더하여, 상기 슈(131)는 전체적으로 호형상이면서 서로 다른원(a,b,c)이 서로 연결되면서 그 중심을 연결하는 선(d)이 서로 모이도록 설치되어 에어갭의 공극을 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기 고정자(130)는, 내경측 둘레를 따라 회전축이 자유회전토록 베어링이 고정되는 그래핀블럭(138)이 구비되어 전원의 공급에 의해 코일에서 발생되는 자력을 보완토록 하여 에너지의 효율적인 활용이 가능하게 된다.

계속하여, 상기 마그네트(115)는, 둘레에 복수의 에어홀(115a)이 일체로 구비되어 그래핀에 의한 냉각효과를 극대화 시키게 되고, 그 일측에 보조마그네트(117)가 더 구비되어 그래핀이 포함되는 수지재 마그네트에 의한 자력을 보완토록 하여 모터의 성능을 높이게 된다.

더하여, 상기 마그네트(115)는 분할되면서 서로결합토록 양측에 대응되는 요철을 갖는 단위블럭의 조립구조로 이루어져 복수개를 서로 조립할 때 원하는 용량의 자력을 형성토록 되어 다양한 용량에 적용이 가능하게 되는 것이다.

110...회전자 130...고정자
115...마그네트 200...에어갭
330...브라켓 350...회전축
370...케이스

Claims

케이스와 그 일측에 구비되면서 그래핀을 포함하는 마그네트로 이루어진 회전자와
상기 회전자의 내측에 에어갭을 갖도록 설치되면서 코일이 권취되는 고정자의 조립구조로 이루어지고,
상기 고정자에는 전원을 공급하는 제어기판이 브라켓을 통하여 지지되며,
상기 브라켓에는 자유회전토록 설치되는 회전축의 단부가 케이스에 결합되어 전원의 공급시 회전축과 케이스가 동시에 회전토록 설치되고,
상기 고정자는,
a) 슈에 요홀이 양측에 구비되는 돌기부가 형성되면서 에어갭이 편차를 갖도록 설치되며,
b) 내경측에 베어링이 고정되는 그래핀블럭이 더 구비되고,
c) 슈가 전체적으로 호형상이면서 서로 다른원이 서로 연결되면서 그 중심을 연결하는 선이 서로 모이도록 설치되며,
상기 케이스는, 내경 또는 외경측에 그래핀층이 일체로 형성되고,
상기 그래핀층은 그래핀수지가 코팅되는 구성으로 이루어지며,
상기 브라켓은, 탄성을 갖는 밀착돌기가 단차를 갖도록 각각 구비되어 제어기판에 형성되는 하나 이상의 위치결정홈 및 고정자의 고정홀에 구비되는 하나 이상의 지지홈에 각각 압착되어 결합토록 설치되는 것을 특징으로 하는 그래핀적용 BLDC 모터.
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제1항에 있어서, 상기 마그네트는, 둘레에 복수의 에어홀이 일체로 구비되면서 보조마그네트가 구비되는 것을 특징으로 하는 그래핀적용 BLDC 모터.
제1항에 있어서, 상기 케이스는, 회전시 내부공기의 배출이 가능토록 에어홀이 구비되면서 그 일측에 일정 경사를 갖도록 날개가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀적용 BLDC 모터.