KR102656082B1 - 코깅토크 저감을 위한 회전자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존 영구자석 동기 전동기 구조와 같이 회전자 코어를 분할하여 스큐를 적용해 회전자를 조립하더라도 조립성이 저하되지 않고, 생산성을 향상시킬 수 있는 코깅토크 저감을 위한 회전자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 제1영구자석 삽입홀이 형성되는 제1회전자 코어, 상기 제1회전자와 동일 축상에 구비되고, 상기 제1회전자 코어의 일측에 배치되고, 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 상기 제1영구자석과 정렬된 제2영구자석 삽입홀을 포함하는 제2회전자 코어 및 서로 정렬된 상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀에 삽입되는 영구자석을 포함하고, 코깅토크를 저감시키기 위해, 상기 제1회전자 코어는, 상기 제2회전코어의 테이퍼링 영역과 어긋난 테이퍼링 영역을 구비한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 모터의 회전자에 관한 것으로, 보다 상세히는 코깅토크 저감을 위한 구조가 적용된 회전자에 관한 것이다.
최근 고효율 및 출력 밀도 향상 등을 목적으로 영구자석 모터가 사용되고 있다.
영구자석 모터에서 구조적으로 발생하는 코깅 토크는 진동 및 소음의 원인 되며, 이러한 코깅 토크로 인한 진동 및 소음은 차량용, 생활가전용 등 사용자에게 밀접한 환경에서 모터를 사용하는 경우, 사용자에게 불편함을 야기하고 있어 이를 해결하기 위한 각종 방법이 소개되고 있다.
도 1은 일반적인 영구자석 동기 전동기의 회전자를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같은 종래의 회전자는, 회전자 코어(10), 회전자 코어(10)에 삽입되는 영구자석(11)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같은 종래 일반적인 영구자석 동기 전동기의 회전자를 사용할 경우 영구자석의 주 자속축인 d축과, d축보다 전기적으로 90도 앞선 q축의 인덕턴스 차이를 이용한 릴럭턴스 토크를 활용할 수 있어, 마그네틱 코트만 사용하는 전동기보다 고효율화가 가능하고, 출력 밀도를 높일 수 있는 효과가 있다. 단, 영구자석이 위치한 d축의 자기저항과 철심으로 구성되어 있는 q축의 자기저항의 크기가 다르므로 회전 시 회전자 위치에 대한 자기저항의 변화율이 커, 코깅 토크가 크게 발생한다.
종래 이러한 코깅 토크의 원인이 되는 회전자 위치에 대한 자기저항의 변화율을 줄이기 위해, 도 2와 같이 제1회전자 코어(10)의 외주면 중, 폴 피스를 깎아 테이퍼부(12)를 형성하여 d축과 q축의 자기저항의 차이를 줄이는 방법인 테이퍼링 방법이 사용되고 있다. 일반적인 테이퍼링은 회전자의 중심에서 d축 방향으로 테이퍼링 길이만큼 중심을 이용하여, 회전자의 반지름에서 테이퍼링의 길이만큼의 차이를 가진 원을 그려, 극호각 내에서 바깥 부분을 깎아내는 방법을 사용한다.
도 2에 도시된 테이퍼링의 길이가 클수록 코깅 토크의 감소율은 높아지지만, 일정 수준 이상 코깅 토크 감소를 위해 테이퍼링을 적용하면 영구자석(11)의 크기와 위치에 영향을 끼칠 수 있으며, 이는 전동기 출력 저하의 원인이 될 수 있다. 즉, 테이퍼링이 적용된 제1회전자 코어(10)만으로는 출력을 유지하면서 일정 수준 이상의 코깅 토크의 감소를 기대하긴 어려운 문제점이 있다.
테이퍼링 적용보다 더욱 코깅 토크를 줄이기 위해서는, 도 3에 도시된 바와 같이 제1회전자 코어(10)와 제2회전자 코어(20)가 서로 일정 각도 회전하여 결합되는 방식으로 조립되는 스큐(skew) 방법을 사용한다. 스큐를 적용하는 방식은 각 단의 코깅 토크의 최대 발생 지점을 어긋나게 하여 전동기 전체의 코깅 토크를 감소시키는 방법이며, 코깅 토크의 최대 발생 지점은 스큐 각도에 의해 조절이 가능하다. 일반적으로 코깅 토크의 최소화를 위한 각도는 360도를 전동기의 극, 슬롯 수의 최소공배수와 단수의 곱으로 나눈 값을 적용하여 구할 수 있다.
이러한 스큐를 적용한 회전자의 생산시, 스큐각 적용을 위해 각 단이 나누워져, 전기강판 적층시 일정 각도만큼 회전하여 적층을 해야 하기 때문에, 생산과정이 복잡한 문제점이 있다. 또한 각 단에 스큐각을 적용하기 위해 전기강판을 회전하여 적층해야 하기 때문에, 영구자석 삽입 공간이 막히게 되므로 제1영구자석(21) 및 제2영구자석(22)과 같이 제1회전자 코어(10) 및 제2회전자 코어(20) 각각에 영구자석을 분할하여 적용해야 한다. 이러한 분할형 영구자석 조립 시, 앞, 뒤 부분을 각각 조립해야 하는데 수직으로 삽입할 시 밑 부분의 영구자석이 빠지게 되어, 이를 해결하기 위한 추가적인 작업 또는 지지구조가 필요한 문제점이 있다. 또한, 이러한 분할형 영구자석은 조립 후 착자가 용이하지 않은 문제점 또한 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 목적은, 기존 영구자석 동기 전동기 구조와 같이 회전자 코어를 분할하고, 분할된 회전자 코어에 스큐를 적용하여 조립하더라도 조립성이 저하되지 않으며, 생산성을 향상시킬 수 있는 코깅토크 저감을 위한 회전자를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자는, 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 제1영구자석 삽입홀이 형성되는 제1회전자 코어, 상기 제1회전자 코어와 동일 축상에 구비되고, 상기 제1회전자 코어의 일측에 배치되고, 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 상기 제1영구자석 삽입홀과 정렬된 제2영구자석 삽입홀을 포함하는 제2회전자 코어 및 서로 정렬된 상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀에 삽입되는 영구자석을 포함하고, 코깅토크를 저감시키기 위해, 상기 제1회전자 코어는, 상기 제2회전자 코어의 테이퍼링 영역과 어긋난 테이퍼링 영역을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1회전자 코어 및 상기 제2회전자 코어는 각각 적층되는 다수개의 강판으로 구성되고, 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어 사이에서 상기 제1회전자 코어를 바라봤을 때, 상기 제1회전자 코어의 강판의 일면은 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어 사이에서 상기 제2회전자 코어를 바라봤을 때, 상기 제2회전자 코어의 일면과 동일한 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1회전자 코어의 외주면에 테이퍼링이 적용되어 형성된 상기 제1회전자 코어의 테이퍼부는, 상기 제1회전자 코어의 중심점과 제1영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 잇는 가상의 직선인 제1가상선을 기준으로 일측과 타측이 서로 비대칭으로 형성되고, 상기 제2회전자 코어의 외주면에 테이퍼링이 적용되어 형성된 상기 제2회전자 코어의 테이퍼부는, 상기 제2회전자 코어의 중심점과 제2영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 잇는 가상의 직선인 제2가상선을 기준으로 일측과 타측이 서로 비대칭으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1영구자석 삽입홀은, 상기 제1가상선을 기준으로 일측과 타측이 서로 대칭이고, 상기 제2영구자석 삽입홀은, 상기 제2가상선을 기준으로 일측과 타측이 서로 대칭인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1가상선을 기준으로 상기 제1회전자 코어의 일측과 상기 제2가상선을 기준으로 상기 제2회전자 코어의 타측은 서로 대칭인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1회전자 코어를 구성하는 강판은, 상기 제1회전자 코어의 중심점과 제1영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 잇는 가상의 직선인 제1가상선을 기준으로, 일측의 일면에는 상측으로 돌출된 제1돌기가 형성되고, 타측의 일면에는 함몰 형성된 제1홈이 형성되며, 일측의 타면 중, 상기 제1돌기가 형성된 위치에는 제2홈이 함몰 형성되고, 타측의 타면 중, 상기 제1홈이 형성된 부분에는 하측으로 돌출된 제2돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2회전자 코어를 구성하는 강판은, 상기 제2회전자 코어의 중심점과 제2영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 잇는 가상의 직선인 제2가상선을 기준으로, 일측의 일면에는 상측으로 돌출된 제1돌기가 형성되고, 타측의 일면에는 함몰 형성된 제1홈이 형성되며, 일측의 타면 중, 상기 제1돌기가 형성된 위치에는 제2홈이 함몰 형성되고, 타측의 타면 중, 상기 제1홈이 형성된 부분에는 하측으로 돌출된 제2돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1회전자 코어 및 상기 제2회전자 코어 각각을 구성하는 강판은, 중심점에서 상기 제1홈까지의 간격과, 중심점에서 상기 제1돌기까지의 간격이 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀은 I형, U형, V형, 스포크형 및 더블 스포크형 중 어느 하나의 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀은 I형, U형, V형 및 스포크형 중 어느 하나의 형태로 배치되며, 상기 제1가상선은 상기 제1회전자 코어의 중심점과 상기 제1영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 지나고, 상기 제2가상선은 상기 제1회전자 코어의 중심점과 상기 제2영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 지나는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀은 더블 스포크형으로 배치되고, 상기 제1가상선은 상기 제1회전자 코어의 중심점과, 하나의 극을 구성하는 두 개의 상기 제1영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 지나며, 상기 제2가상선은 상기 제2회전자 코어의 중심점과, 하나의 극을 구성하는 두 개의 상기 제2영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 지나는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1영구자석 삽입홀 및 상기 제2영구자석 삽입홀의 양단에 영구자석 삽입홀과 이어지도록 형성되는 소정의 공간인 배리어 및 상기 제1영구자석 삽입홀 및 상기 제2영구자석 삽입홀의 일단 주변의 회전자 코어 중 일부분이 돌출되어 상기 영구자석을 지지하는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제조방법은, a) 하나의 금형으로 코어용 강판을 제조하는 단계, b) 상기 a) 단계에서 제조된 코어용 강판 중 일부를 적층해 제1회전자 코어를 제조하는 단계, c) 상기 a) 단계에서 제조된 코어용 강판 중 나머지 일부를 뒤집어 적층해 제2회전자 코어를 제조하는 단계, d) 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어의 영구자석 삽입홀이 서로 정렬되도록 상기 제 1 및 2 회전자 코어를 배치하는 단계, e) 상기 d) 단계에서 정렬된 상기 영구자석 삽입홀에 영구자석을 삽입하는 단계 및 f) 상기 영구자석을 착자하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제조방법은, a) 하나의 금형으로 코어용 강판을 제조하는 단계, b) 상기 a) 단계에서 제조된 코어용 강판을 동일한 방향으로 적층하여 두 개의 회전자 코어를 제조하는 단계, c) 상기 b) 단계에서 제조된 회전자 코어 중 하나를 제1회전자 코어로, 나머지 하나를 뒤집어 제2회전자 코어로 사용해, 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어의 영구자석 삽입홀을 서로 정렬되도록 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어를 배치하는 단계, d) 상기 c) 단계에서 정렬된 영구자석 삽입홀로 영구자석을 삽입하는 단계 및 e) 상기 영구자석을 착자하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자에 의하면, 테이퍼링이 적용된 회전자 코어를 포함하고, 제1회전자 코어와 제2회전자 코어가 스큐가 적용되어, 코깅토크를 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 스큐가 적용된 제1회전자 코어와 제2회전자 코어 각각에 형성된 제1영구자석 삽입홀과 제2영구자석 삽입홀이 서로 정렬되고, 정렬된 제1 및 2영구자석 삽입홀에 단일의 영구자석이 삽입되므로, 제조가 간편하고 영구자석의 착자가 용이한 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 제1회전자 코어를 구성하는 강판을 뒤집으면 제2회전자 코어를 구성하는 강판 형상이 되므로, 단일의 금형을 통해 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어 각각을 구성하는 강판을 제조할 수 있어, 제작 편의성과 경제성이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 제1회전자 코어를 구성하는 강판에 제1돌기, 제2돌기, 제1홈, 제2홈이 형성되고, 제1돌기, 제2돌기, 제1홈, 제2홈이 대칭이 되는 위치에 형성되어, 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어를 적층하는데 있어서 정렬이 용이하고, 제1회전자 코어와 제2회전자 코어의 적층에 단일 종류의 강판을 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 제1회전자 코어와 제2회전자 코어를 구성하는 강판을 하나의 금형 또는 프레스 제조하고, 제1회전자 코어의 강판을 뒤집어 제2회전자 코어의 강판으로 사용하며, 하나의 영구자석이 서로 정렬된 제1영구자석 삽입홀과 제2영구자석 삽입홀에 삽입되므로, 종래 영구자석 삽입홀의 양측에 각각 형성되어 영구자석의 흔들림을 방지하는 지지부재를 하나만 형성해도 되어, 지지부재의 개수를 저감해, 영구자석의 착자 효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 영구자석 동기 전동기의 회전자를 도시한 것이고,
도 2는 테이퍼링이 적용된 영구자석 동기 전동기의 회전자를 도시한 것이며,
도 3은 스큐 및 테이퍼링이 적용된 영구자석 동기 전동기의 회전자를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 분해 사시도이며,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 결합 사시도이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어 각각의 평면도이고,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어(100)의 코깅 토크의 크기와, 제2회전자 코어(200)의 코깅 토크의 크기 및 회전자 전체의 코깅 토크를 도시한 것이며,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어를 구성하는 강판의 상면을 도시한 것이고,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어를 구성하는 강판의 하면을 도시한 것이며,
도 10은 본 발명의 제3실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어 각각의 평면도이다.
도 2는 테이퍼링이 적용된 영구자석 동기 전동기의 회전자를 도시한 것이며,
도 3은 스큐 및 테이퍼링이 적용된 영구자석 동기 전동기의 회전자를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 분해 사시도이며,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 결합 사시도이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어 각각의 평면도이고,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어(100)의 코깅 토크의 크기와, 제2회전자 코어(200)의 코깅 토크의 크기 및 회전자 전체의 코깅 토크를 도시한 것이며,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어를 구성하는 강판의 상면을 도시한 것이고,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어를 구성하는 강판의 하면을 도시한 것이며,
도 10은 본 발명의 제3실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어 각각의 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자에 관하여 상세히 설명한다.
[제1실시예]
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 결합 사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자는, 제1회전자 코어(100), 제2회전자 코어(200) 및 영구자석(300)을 포함할 수 있다.
제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200)는 각각 외주면에 테이퍼링이 적용되며, 제1영구자석 삽입홀(110)과 제2영구자석 삽입홀(210)이 각각 형성된다. 제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200) 각각의 외주면에 테이퍼링이 적용된 부분을 각각 제1테이퍼부(120) 및 제2테이퍼부(220)라고 한다.
제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200)는 각각이 연장 형성된 방향으로 연달아 배치되되, 코깅토크를 저감시키기 위해, 제1회전자 코어(100)의 제1테이퍼부(120)와 제2회전자 코어(200)의 제2테이퍼부(220)는 서로 어긋나 있다. 이는 제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200)에 스큐(skew)를 적용하기 위해서이다. 단, 제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200) 각각에 형성된 제1영구자석 삽입홀(110)과 제2영구자석 삽입홀(210)은 서로 정렬되어 있다. 따라서 각 극별로 단일의 영구자석(300)은 서로 정렬된 제1영구자석 삽입홀(110) 및 제2영구자석 삽입홀(210)에 삽입된다. 즉, 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자는, 단일의 영구자석(300)을 서로 정렬된 제1영구자석 삽입홀(110)과 제2영구자석 삽입홀(210)에 삽입하여 회전자의 조립성을 향상시키고, 영구자석을 영구자석 삽입홀에 삽입한 후, 착자를 보다 용이하게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어 각각의 평면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어(100)의 외곽은, 제1회전자 코어(100)의 중심점을 지나는 제1가상선(L1)을 기준으로 일측(A1)과 타측(A2)을 반전시키면, 상기 제2회전자 코어(200)의 외곽 형상과 동일한 형상이 된다. 이때, 제1가상선(L1)은 제1회전자 코어(100)의 중심점과 제1영구자석 삽입홀(110)의 가운데 부분을 함께 통과하며, 제1회전자 코어(100)의 외곽에 형성되는 제1테이퍼부(120)는 제1가상선(L1)을 기준으로 일측(A1)과 타측(A2)이 서로 비대칭으로 형성될 수 있다. 이는 제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200)를 각각 제1가상선(L1)과 제2가상선(L2)을 기준으로 일측(A1, B1)과 타측(A2, B2)으로 나눴을 때, 제1회전자 코어(100)의 일측(A1)과 제2회전자 코어(200)의 타측(B2)은 서로 대칭임을 의미한다. 마찬가지로, 제1회전자 코어(100)의 타측(A2)과 제2회전자 코어(200)의 일측(B1)은 서로 대칭이다.
도 6에서 일측(A1, B1)은 제1가상선(L1) 또는 제2가상선(L2)을 기준으로 좌측, 타측(A2, B2)은 제1가상선(L1) 또는 제2가상선(L2)을 기준으로 우측을 의미한다. 이는 다른 표현으로,
제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200) 사이에서 제1회전자 코어(100)를 바라봤을 때, 제1회전자 코어(100)의 강판의 일면은 제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200) 사이에서 제2회전자 코어(200)를 바라봤을 때, 제2회전자 코어(200)의 일면과 동일한 형상인 것을 의미할 수 있다.
본 실시예에서 상기한 바와 같이 제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200)의 단면을 이와 같이 한정하는 이유는 단일의 금형에서 제1회전자 코어(100) 및 제2회전자 코어(200)각각을 구성하는 강판을 함께 제작하기 위해서이다. 보다 구체적으로, 회전자를 제조하는데 총 100개의 강판이 필요하고, 제1회전자 코어(100)는 50개의 강판이, 제2회전자 코어(200)는 50개의 강판이 필요하다고 했을 때, 사용자는 단일의 금형을 이용해 제1회전자 코어(100)를 구성하는 100개의 강판을 제조한 후, 50개의 강판을 뒤집어 제2회전자 코어(200)를 제조하는데 사용할 수 있다. 여기서 금형이란 사출 금형 또는 프레스 금형을 의미할 수 있다.
본 발명은 이러한 방법을 통해, 별도의 금형을 사용하지 않더라도, 하나의 금형을 이용해 제1회전자 코어(100)와 제2회전자 코어(200) 각각을 구성하는 강판을 제조할 수 있어, 보다 경제적이고 효율적으로 회전자를 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자는, 제1회전자 코어(100) 및 제2회전자 코어(200) 각각의 코깅 토크의 최대 크기 발생 지점을 어긋나게 하여, 각각의 코어의 코깅 토크를 서로 상쇄시켜, 회전자 전체의 코깅 토크의 크기를 줄일 수 있다.
도 7은 제1회전자 코어(100)의 코깅 토크의 크기와, 제2회전자 코어(200)의 코깅 토크의 크기 및 회전자 전체의 코깅 토크를 도시한 것이다.
도 7에서 Front는 제1회전자 코어(100)를 의미하며, Back은 제2회전자 코어(200)를 의미하며, whole은 회전자 전체를 의미한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 회전자 전체의 코깅 토크의 최대 크기는 제1회전자 코어(100) 및 제2회전자 코어(200) 중 어느 하나의 코깅 토크의 최대 크기와 거의 같다. 이때, 테이퍼링 각도를 조절함으로써 회전자 전체의 크기 감소율을 조절할 수 있다. 여기서 테이퍼링 각도란, 상술한 단일의 테이퍼부가 형성된 각도 또는 테이퍼부를 형성하기 위해 회전자 코어의 외주면에 중심부를 향해 함몰시키는 정도를 의미할 수 있다. 일반적으로 테이퍼링 각도가 단일의 극을 이루는 각도의 50%근처까지 코깅 토크가 크게 감소한다.
[제2실시예]
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어를 구성하는 강판을 상면이 보이도록 도시한 것이고, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어를 구성하는 강판을 하면이 보이도록 도시한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어를 구성하는 강판(100-1)은, 중심점과 제1영구자석 삽입홀의 중앙 부분을 통과하는제1가상선을 기준으로, 일면의 일측에는 상측으로 돌출된 제1돌기(101)가 형성되고, 일면의 타측에는 함몰 형성된 제1홈(102)이 형성된다. 도 9를 참조하면, 제1회전자 코어를 구성하는 강판(100-1)은, 마찬가지로 제1가상선을 기준으로 타면의 일측 중, 상기 제1돌기(101)가 형성된 위치에는 제2홈(104)이 함몰 형성되고, 타면의 타측 중, 제1홈(102)이 형성된 부분에는 돌출된 제2돌기(103)가 형성된다.
상기한 제1홈(102), 제2홈(104), 제1돌기(101) 및 제2돌기(103)는 제1회전자 코어(100) 및 제2회전자 코어(200) 각각을 구성하는 강판들을 적층할 때, 적층되는 강판들을 보다 용이하게 정렬하기 위한 것이다. 즉, 단일의 강판(100-1)의 상면에 형성되는 제1홈(102)과 제1돌기(101)는 각각 상측에 위치한 강판의 하면에 형성되는 제2돌기(103) 및 제1홈(102)에 끼워져, 강판(100-1)의 정렬을 보다 용이하게 할 수 있다. 도면에서 제1돌기(101), 제2돌기(103)의 형상은 원기둥 형태로 도시되었지만, 본 발명은 제1돌기(101)와 제2돌기(103)의 형상을 이에 한정하지 않으며, 세로방향의 단면이 반 타원형으로 형성되어 제1돌기(101)와 제2돌기(103)가 보다 용이하게 제2홈(104)과 제1홈(102)에 끼워지도록 유도할 수 있다.
강판(100-1)의 일면의 중심점을 기준으로 중심점과 제1홈(102) 사이의 간격, 그리고 중심점과 제1돌기(101) 사이의 간격은 서로 동일할 수 있다. 이는 제1회전자 코어(100)를 구성하는 강판(100-1)을 뒤집었을 때, 타면에 형성된 제2홈(104)과 제2돌기(103)가 제1홈(102) 및 제1돌기(101)의 역할을 하도록 하기 위한 것이다. 즉, 제1홈(102), 제1돌기(101), 제2홈(104) 및 제2돌기(103)가 형성된 강판(100-1) 또한 제1회전자 코어(100) 및 제2회전자 코어(200)를 제조하는데 있어서 혼용하여 사용할 수 있어, 보다 경제적이고 효율적으로 회전자를 제조할 수 있다.
[제3실시예]
도 10은 본 발명의 제3실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어 각각의 평면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어는, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자에 있어서, 배리어(400) 및 지지부를 더 포함할 수 있다.
배리어(400)와 지지부 자체는 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자에도 있었지만, 별도로 설명하지 않은 것이다.
본 실시예에서 배리어(400)는 제1영구자석 삽입홀(110)과 제2영구자석 삽입홀(210)의 양단에 각각 영구자석 삽입홀과 이어지도록 형성되는 소정의 공간이다. 해당 공간에는 공기가 위치하므로, 배리어(400)로 자속이 흘러나가지 않도록 하는 역할을 하여, 착자 및 모터의 성능에 영향을 미치는 부분이다. 배리어(400) 자체는 종래의 회전자에도 적용된다.
지지부는 제1영구자석 삽입홀(110)의 양단 중 어느 한 단 주변의 제1회전자 코어(100) 중, 일부분이 돌출되어 영구자석(300)을 지지하는 부분으로, 도 10의 S1부분에 도시되어 있다. 본 실시예에서 지지부는 하나의 제1영구자석 삽입홀(110)의 양단 중, 일단에만 형성된다. 일반적으로 영구자석(300)을 제1영구자석 삽입홀(110)에 삽입하기 위해서는, 제1영구자석 삽입홀(110)의 면적이 영구자석(300)의 면적 이상이 되어야 한다. 따라서 제1영구자석 삽입홀(110)의 내주면과 영구자석(300) 사이에는 공극이 발생하며, 회전시 영구자석(300)이 흔들리게 되는 문제점이 있다. 지지부는 이를 방지하기 위한 것인데, 도 6에 도시된 본 발명의 제1실시예와 종래의 회전자에서 지지부는 영구자석 삽입홀의 양측에 각각 형성된다. 이렇듯 제1영구자석 삽입홀(110) 양단에 지지부가 형성될 경우, 영구자석(300)을 제1회전자 코어(100) 및 제2회전자 코어(200)의 영구자석 삽입홀에 삽입한 후 착자하는 과정에서, 지지부를 통해 자속 누설이 발생해 영구자석(300) 말단부의 착자가 용이하지 않았다. 본 발명의 제3실시예에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 지지부의 개수를 하나로 줄여, 영구자석(300)의 착자 성능을 개선할 수 있다.
본 발명에서는 제1회전자 코어(100)를 구성하는 강판을 뒤집어서 제2회전자 코어(200)를 구성하는 강판으로 사용하기 때문에, 도 10의 S2부분에 도시된 바와 같이 제2회전자 코어(200)의 강판에서 지지부는 제1회전자 코어(100)를 구성하는 강판과 반대방향에 위치한다. 이렇게 될 경우, 영구자석(300)은 제1회전자 코어(100)의 지지부에 의해 일측이 지지되고, 제2회전자 코어(200)의 지지부에 의해 타측이 지지되어, 회전시 영구자석(300)의 진동을 방지함과 동시에 착자 성능을 개선할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자에서 영구자석(300)은 I형으로 배치되어 있다. 단, 본 발명은 영구자석(300)의 배치형태를 I형으로 한정하지 않고, U형, V형, 스포크형, 더블 스포크형에도 적용할 수 있다. 단, 영구자석(300)이 더블 스포크형으로 배치될 경우, 제1가상선(L1) 또는 제2가상선(L2)은 하나의 극을 형성하는 두 개의 영구자석 삽입홀 정중앙과, 제1회전자 코어 또는 제2회전자 코어의 중심점을 지날 수 있다.
상술한 본 발명의 다양한 실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제조방법에 관하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제조방법은, a) 단계 내지 f) 단계를 포함할 수 있다.
a) 단계는 하나의 금형으로 코어용 강판을 제조한다.
b) 단계는 a) 단계에서 제조된 코어용 강판 중 일부를 적층해 제1회전자 코어를 제조한다. 여기서 적층시, 각 강판에 형성된 영구자석 삽입홀은 서로 정렬된다.
c) 단계는 상기 a) 단계에서 제조된 코어용 강판 중 나머지 일부를 뒤집어 적층해 제2회전자 코어를 제조한다. c) 단계에서는 b) 단계와 마찬가지로, 제2회전자 코어의 강판에 형성된 영구자석 삽입홀은 서로 정렬된다.
d) 단계는 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어의 영구자석 삽입홀이 서로 정렬되도록 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어를 배치한다,
e) 단계는 상기 d) 단계에서 정렬된 상기 영구자석 삽입홀에 영구자석을 삽입한다. 여기서 영구자석은 단일개가 제1회전자 코어와 제2회전자 코어 각각의 영구자석 삽입홀에 모두 삽입될 수 있다.
f) 단계는 상기 영구자석을 착자한다.
본 발명에 의한 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제조방법에서는, c) 단계에서 강판을 뒤집어 제2회전자 코어를 제조하는 것이 아니라, b) 단계에서 강판을 적층해 두 개의 회전자 코어를 제조한 후, 하나를 제1회전자 코어로 사용하고, 나머지 하나를 뒤집어 제2회전자 코어로 사용하는 등의 실시예 또한 있을 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 제1회전자 코어
11 : 영구자석
12 : 테이퍼부
20 : 제2회전자 코어
21 : 제1영구자석
22 : 제2영구자석
100 : 제1회전자 코어
100-1 : 강판
101 : 제1돌기
102 : 제1홈
103 : 제2돌기
104 : 제2홈
110 : 제1영구자석 삽입홀
120 : 제1테이퍼부
200 : 제2회전자 코어
210 : 제2영구자석 삽입홀
220 : 제2테이퍼부
300 : 영구자석
400 : 배리어
L1 : 제1가상선
L2 : 제2가상선
11 : 영구자석
12 : 테이퍼부
20 : 제2회전자 코어
21 : 제1영구자석
22 : 제2영구자석
100 : 제1회전자 코어
100-1 : 강판
101 : 제1돌기
102 : 제1홈
103 : 제2돌기
104 : 제2홈
110 : 제1영구자석 삽입홀
120 : 제1테이퍼부
200 : 제2회전자 코어
210 : 제2영구자석 삽입홀
220 : 제2테이퍼부
300 : 영구자석
400 : 배리어
L1 : 제1가상선
L2 : 제2가상선
Claims (14)
- 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 제1영구자석 삽입홀이 형성되는 제1회전자 코어;
상기 제1회전자 코어와 동일 축상에 구비되고, 상기 제1회전자 코어의 일측에 배치되고, 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 상기 제1영구자석 삽입홀과 정렬된 제2영구자석 삽입홀을 포함하는 제2회전자 코어; 및
서로 정렬된 상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀에 삽입되는 영구자석을 포함하고,
코깅토크를 저감시키기 위해, 상기 제1회전자 코어는, 상기 제2회전자 코어의 테이퍼링 영역과 어긋난 테이퍼링 영역을 구비하고,
상기 제1회전자 코어 및 상기 제2회전자 코어는 각각 적층되는 다수개의 강판으로 구성되고,
단일 금형을 통해 상기 제1회전자 코어 및 제2회전자 코어 각각을 구성하는 강판을 함께 제작하도록
상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어 사이에서 상기 제1회전자 코어를 바라봤을 때, 상기 제1회전자 코어의 강판의 일면은 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어 사이에서 상기 제2회전자 코어를 바라봤을 때, 상기 제2회전자 코어의 일면과 동일한 형상인, 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1회전자 코어의 외주면에 테이퍼링이 적용되어 형성된 상기 제1회전자 코어의 테이퍼부는, 상기 제1회전자 코어의 중심점과 제1영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 잇는 가상의 직선인 제1가상선을 기준으로 일측과 타측이 서로 비대칭으로 형성되고,
상기 제2회전자 코어의 외주면에 테이퍼링이 적용되어 형성된 상기 제2회전자 코어의 테이퍼부는, 상기 제2회전자 코어의 중심점과 제2영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 잇는 가상의 직선인 제2가상선을 기준으로 일측과 타측이 서로 비대칭으로 형성된 것
을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 제3항에 있어서,
상기 제1영구자석 삽입홀은, 상기 제1가상선을 기준으로 일측과 타측이 서로 대칭이고,
상기 제2영구자석 삽입홀은, 상기 제2가상선을 기준으로 일측과 타측이 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 제3항에 있어서,
상기 제1가상선을 기준으로 상기 제1회전자 코어의 일측(A1)과 상기 제2가상선을 기준으로 상기 제2회전자 코어의 타측(B2)은 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 제1영구자석 삽입홀이 형성되는 제1회전자 코어;
상기 제1회전자 코어와 동일 축상에 구비되고, 상기 제1회전자 코어의 일측에 배치되고, 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 상기 제1영구자석 삽입홀과 정렬된 제2영구자석 삽입홀을 포함하는 제2회전자 코어; 및
서로 정렬된 상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀에 삽입되는 영구자석을 포함하고,
코깅토크를 저감시키기 위해, 상기 제1회전자 코어는, 상기 제2회전자 코어의 테이퍼링 영역과 어긋난 테이퍼링 영역을 구비하고,
상기 제1회전자 코어 및 상기 제2회전자 코어는 각각 적층되는 다수개의 강판으로 구성되고,
상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어 사이에서 상기 제1회전자 코어를 바라봤을 때, 상기 제1회전자 코어의 강판의 일면은 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어 사이에서 상기 제2회전자 코어를 바라봤을 때, 상기 제2회전자 코어의 일면과 동일한 형상이고,
상기 제1회전자 코어를 구성하는 강판은,
상기 제1회전자 코어의 중심점과 제1영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 잇는 가상의 직선인 제1가상선을 기준으로, 일측의 일면에는 상측으로 돌출된 제1돌기가 형성되고, 타측의 일면에는 함몰 형성된 제1홈이 형성되며, 일측의 타면 중, 상기 제1돌기가 형성된 위치에는 제2홈이 함몰 형성되고, 타측의 타면 중, 상기 제1홈이 형성된 부분에는 하측으로 돌출된 제2돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 제1영구자석 삽입홀이 형성되는 제1회전자 코어;
상기 제1회전자 코어와 동일 축상에 구비되고, 상기 제1회전자 코어의 일측에 배치되고, 외주면에 중심부를 향해 함몰된 테이퍼링이 적용되며, 상기 제1영구자석 삽입홀과 정렬된 제2영구자석 삽입홀을 포함하는 제2회전자 코어; 및
서로 정렬된 상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀에 삽입되는 영구자석을 포함하고,
코깅토크를 저감시키기 위해, 상기 제1회전자 코어는, 상기 제2회전자 코어의 테이퍼링 영역과 어긋난 테이퍼링 영역을 구비하고,
상기 제1회전자 코어 및 상기 제2회전자 코어는 각각 적층되는 다수개의 강판으로 구성되고,
상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어 사이에서 상기 제1회전자 코어를 바라봤을 때, 상기 제1회전자 코어의 강판의 일면은 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어 사이에서 상기 제2회전자 코어를 바라봤을 때, 상기 제2회전자 코어의 일면과 동일한 형상이고,
상기 제2회전자 코어를 구성하는 강판은,
상기 제2회전자 코어의 중심점과 제2영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 잇는 가상의 직선인 제2가상선을 기준으로, 일측의 일면에는 상측으로 돌출된 제1돌기가 형성되고, 타측의 일면에는 함몰 형성된 제1홈이 형성되며, 일측의 타면 중, 상기 제1돌기가 형성된 위치에는 제2홈이 함몰 형성되고, 타측의 타면 중, 상기 제1홈이 형성된 부분에는 하측으로 돌출된 제2돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1회전자 코어 및 상기 제2회전자 코어 각각을 구성하는 강판은,
중심점에서 상기 제1홈까지의 간격과, 중심점에서 상기 제1돌기까지의 간격이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 제4항에 있어서,
상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀은 I형, U형, V형, 스포크형 및 더블 스포크형 중 어느 하나의 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 제9항에 있어서,
상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀은 I형, U형, V형 및 스포크형 중 어느 하나의 형태로 배치되며,
상기 제1가상선은 상기 제1회전자 코어의 중심점과 상기 제1영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 지나고,
상기 제2가상선은 상기 제1회전자 코어의 중심점과 상기 제2영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 지나는 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 제9항에 있어서,
상기 제1영구자석 삽입홀과 상기 제2영구자석 삽입홀은 더블 스포크형으로 배치되고,
상기 제1가상선은 상기 제1회전자 코어의 중심점과, 하나의 극을 구성하는 두 개의 상기 제1영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 지나며,
상기 제2가상선은 상기 제2회전자 코어의 중심점과, 하나의 극을 구성하는 두 개의 상기 제2영구자석 삽입홀의 가운데 부분을 지나는 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 제5항에 있어서,
상기 제1영구자석 삽입홀 및 상기 제2영구자석 삽입홀의 양단에 영구자석 삽입홀과 이어지도록 형성되는 소정의 공간인 배리어; 및
상기 제1영구자석 삽입홀 및 상기 제2영구자석 삽입홀의 일단 주변의 회전자 코어 중 일부분이 돌출되어 상기 영구자석을 지지하는 지지부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자.
- 제1항 또는 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항의 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제조방법에 있어서,
a) 하나의 금형으로 코어용 강판을 제조하는 단계;
b) 상기 a) 단계에서 제조된 코어용 강판 중 일부를 적층해 제1회전자 코어를 제조하는 단계;
c) 상기 a) 단계에서 제조된 코어용 강판 중 나머지 일부를 뒤집어 적층해 제2회전자 코어를 제조하는 단계;
d) 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어의 영구자석 삽입홀이 서로 정렬되도록 상기 제 1 및 2 회전자 코어를 배치하는 단계;
e) 상기 d) 단계에서 정렬된 상기 영구자석 삽입홀에 영구자석을 삽입하는 단계; 및
f) 상기 영구자석을 착자하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제조방법.
- 제1항 또는 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항의 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제조방법에 있어서,
a) 하나의 금형으로 코어용 강판을 제조하는 단계;
b) 상기 a) 단계에서 제조된 코어용 강판을 동일한 방향으로 적층하여 두 개의 회전자 코어를 제조하는 단계;
c) 상기 b) 단계에서 제조된 회전자 코어 중 하나를 제1회전자 코어로, 나머지 하나를 뒤집어 제2회전자 코어로 사용해, 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어의 영구자석 삽입홀을 서로 정렬되도록 상기 제1회전자 코어와 상기 제2회전자 코어를 배치하는 단계;
d) 상기 c) 단계에서 정렬된 영구자석 삽입홀로 영구자석을 삽입하는 단계; 및
e) 상기 영구자석을 착자하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 코깅토크 저감을 위한 회전자의 제조방법.
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| KR1020210187995A KR102656082B1 (ko) | 2021-12-27 | 2021-12-27 | 코깅토크 저감을 위한 회전자 |
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- 2021-12-27 KR KR1020210187995A patent/KR102656082B1/ko active IP Right Grant
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