KR20020020542A - 회전축에서의 자계형성과 축류발생을 방지하는 무정류자직류전동기 및 그 제작방법 - Google Patents

회전축에서의 자계형성과 축류발생을 방지하는 무정류자직류전동기 및 그 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반 산업분야나 보건복지 분야의 운동기구, 전기자전거, 휠체어, 골프카 등의 구동원으로 사용되는 무정류자 직류전동기(Brushless DC moter)에 관한 것으로서, 직류전동기의 구동시 그 회전축(rotor shaft)에 자계가 형성되는 것을 억제함으로써 그 회전축(rotor shaft)에 축류가 발생하는 것을 방지하는 무정류자 직류모터 및 그 제작방법에 관한 것이다.
종래의 무정류자 직류전동기에서는 회전자에 부착된 영구자석의 자기장이 회회전자의 중심 즉 회전축(rotor shaft)에도 영향을 미쳐 자계가 형성된다. 이처럼 형성된 자계의 범위안에서 중심축(회전축, 로터 샤프트, rotor shaft)이 회전하게 되면 필연적으로 축류(shaft eddy current)가 발생할 수 밖에 없는 바, 이 축류는 중심축을 타고 흘러 축과 맞물려 돌아가는 베어링에도 수직으로 영향을 미친다. 즉 축을 타고 흐르는 축류(shaft eddy current)에 의하여 영구자석의 효과를 감소시키는 역(逆) 자기력(back magnetic force)이 발생하는 바, 이 역자기력이 수직으로 베어링에 영향을 미침으로써, 코깅 토오크 (cogging torque)가 증가하게 되고, 소음과 진동이 유발되며, 베어링의 마모가 가속화된다.
본 발명에 의하면, 전동기의 회전자에 영구자석을 장착할 때, 영구자석과 중심축 방향의 로터 코어(rotor core) 사이에 절연재를 사용하여 영구자석의 자기장이 중심축 부근에까지 형성되는 것을 차단하고, 이렇게 함으로써 회전축(로터 샤프트, rotor shaft)에 축류가 발생되는 것을 억제할 수 있다.
즉 영구자석과 중심축 방향의 로터 코어(rotor core) 사이에 절연재를 삽입함으로써, 영구자석의 자기장이 로터 회전축에까지 영향을 미치는 것을 차단할 수 있다. 따라서 회전축에 자계가 형성되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 회전축(rotor shaft)이 회전하더라도 축류(shaft eddy current)가 발생하지 않게 되는 것이다. 결국 축류 (shaft eddy current)가 발생하지 않게 되기 때문에, 중심축을 타고 흘러 베어링에 영향을 미치는 역(逆) 자기력(back magnetic force)도 발생하지 않게 되고, 따라서 코깅 토오크 (cogging torque)의 증가를 억제하게 되고, 아울러 소음과 진동이 유발도 막을 수 있고, 베어링의 마모도 줄일 수 있게 되는 것이다.

Description

회전축에서의 자계형성과 축류발생을 방지하는 무정류자 직류전동기 및 그 제작방법{Brushless DC moter preventing magnetization of rotor shaft and shaft eddy current}
본 발명은 일반 산업분야나 보건복지 분야의 운동기구, 전기자전거, 휠체어,골프카 등의 구동원으로 사용되는 무정류자 직류전동기(Brushless DC moter)에 관한 것으로서, 직류전동기의 구동시 그 회전축(rotor shaft)에 자계가 형성되는 것을 억제함으로써 그 회전축(rotor shaft)에 축류가 발생하는 것을 방지하는 무정류자 직류모터 및 그 제작방법에 관한 것이다.
종래의 무정류자 직류전동기에서는 회전자에 부착된 영구자석의 자기장이 회회전자의 중심 즉 회전축(rotor shaft)에도 영향을 미쳐 자계가 형성된다. 이처럼 형성된 자계의 범위안에서 중심축(회전축, 로터 샤프트, rotor shaft)이 회전하게 되면 각극의 자성이 베어링으로 유기되고 필연적으로 축류(shaft eddy current)가 발생할 수 밖에 없는 바, 이 축류는 중심축을 타고 흘러 축과 맞물려 돌아가는 베어링에도 수직으로 영향을 미친다. 즉 축을 타고 흐르는 축류(shaft eddy current)에 의하여 영구자석의 효과를 감소시키는 역(逆) 자기력(back magnetic force)이 발생하는 바, 이 역자기력이 수직으로 베어링에 영향을 미침으로써, 코깅 토오크 (cogging torque)가 증가하게 되고, 소음과 진동이 유발되며, 베어링의 마모가 가속화된다.
종래의 무정류자 직류모터에서는 이와 같이 회전자에 부착된 영구자석의 자기장이 회전자의 중심 즉 회전축에도 영향을 미쳐 자계가 형성되는 현상, 더 나아가서는 이처럼 형성된 자계의 범위안에서 중심축(회전축, 로터 샤프트, rotorshaft)이 회전하게 되면 필연적으로 축류(shaft eddy current)가 발생할 수 밖에 없는 바, 이 축류는 다시 중심축을 타고 흘러 축과 맞물려 돌아가는 베어링에도 수직으로 영향을 미치는 현상, 즉 축을 타고흐르는 축류에 의하여 영구자석의 효과를 감소시키는 역(逆) 자기력(back magnetic force)이 발생하는 현상들을 간과하여 왔다.
그리하여 마침내는 이 역자기력이 수직으로 베어링에 영향을 미침으로써, 코깅 토오크 (cogging torque)가 증가하게 되고, 소음과 진동이 유발되며, 베어링의 마모가 가속화되는 현상을 간과하여 왔다
본 발명은 이러한 현상들의 원인을 직시하여, 종래의 무정류자 직류전동기에 있어서, 회전자에 부착된 영구자석에 의하여 회전축에 자계가 형성되는 것을 억제함으로써, 각극의 자성이 베어링에 유기되는 것과 회전축에 유발되는 축류의 발생을 방지하고, 아울러 코깅 토오크 (cogging torque)와 토오크 리플(torque ripple)을 저감하며, 궁극적으로는 전동기에서 발생하는 소음과 진동을 현저하게 감소시키려는 것이다.
제1도는 기존의 회전자 단면도
제2도는 본 발명이 제공하는, 회전축에서의 자계형성과 축류발생을 방지하 는 무정류자 직류전동기 회전자의 단면도
제3도 와 제4도는 <실시례 1>의 사시 사진
제5도는 <실시례 1>의 위에서 본 모습 사진
제6도는 <실시례 1>의 정면에서 본 모습 사진
제7도는 <실시례 1>의 뚜껑을 덮고 찍은 사시 사진
우선 본 발명에서는, 회전자의 구조를 회전자 표면에 영구자석을 취부하는 기존의표면자석형브러시리스 직류전동기(brushless DC mortor)와는 달리, <도1>에서 보는 바와 같이, 회전자 안에 영구자석을 삽입하는삽입형브러시리스 직류전동기(brushless DC mortor)로 설계함으로써 원심력 등에 의하여 영구자석이 이탈되는 것을 방지하도록 하였다.
이렇게 함으로써 운전의 범위가 확대되어, 고속운전이 요구되는 경우에 기존의 브러시리스 직류전동기보다 상당히 넓은 범위의 운전이 가능하다.
다음으로 본 발명에서는, 전동기의 회전자에 영구자석을 장착할 때, 영구자석과 중심축 방향의 로터 코어(rotor core) 사이에 절연재를 사용하여 영구자석의 자기장이 중심측 로터 코어(rotor core)에까지 형성되는 것을 차단하고, 이렇게 함으로써 회전축(로터 샤프트, rotor shaft)에 자성에 의한 자기장과 축류가 발생되는 것을 억제할 수 있다.
<도 1> 과 <도 2>는 모두 무정류자 직류전동기에 있어, 회전축(rotor shaft)이 삽입되지 아니한 상태에서의 회전자(rotor)를 나타내는 단면도이다.
<도 1> 에서 보는 바와 같이, 영구자석과 로터 코어 사이에 절연재가 삽입되어 있지 아니한 일반적인 회전자(rotor)의 경우에는, 영구자석의 자기장이 회전축(rotor shaft)에 까지 영향을 미쳐, 회전축에도 자계가 형성되어 베어링에 까지 유기된다. 따라서 형성된 자기장의 범위 안에서 중심축(로터 샤프트)이 회전하게 되면, 필연적으로 축류(shaft eddy current)가 발생할 수 밖에 없는 바, 이 축류(shaft eddy current)는 중심축을 타고 흘러 축과 맞물려 돌아가는 베어링에도수직으로 영향을 미친다. 즉 축을 타고흐르는 축류(shaft eddy current)에 의하여 영구자석의 효과를 감소시키는 역 자기력(back magnetic force)이 발생하는 바, 이 역자기력이 수직으로 베어링에 영향을 미침으로써, 코깅 토오크 (cogging torque)가 증가하게 되고, 소음과 진동이 유발되며, 베어링의 마모가 가속화된다.
그러나 <도 2>에서 보는 바와 같이, 영구자석과 중심축 방향의 로터 코어(rotor core) 사이에 절연재를 삽입할 경우, 영구자석의 자기장이 회전축 (rotor shaft)에 까지 영향을 미치는 것을 차단할 수 있다. 따라서 회전축에 자계가 형성되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 중심축(회전축, rotor shaft)이 회전하더라도 축류(shaft eddy current)가 발생하지 않게 되고, 베어링에도 자성을 띠지 않게 된다. 그러므로 중심축을 타고 흘러 베어링에 영향을 미치는 역(逆) 자기력(back magnetic force)도 발생하지 않게 되고, 따라서 코깅 토오크 (cogging torque)의 증가를 억제하게 되고, 아울러 소음과 진동이 유발도 막을 수 있으며, 베어링의 마모도 줄일 수 있게 되는 것이다.
영구자석과 로터 코어(rotor core) 사이에 삽입하는 절연재로는 베이크라이트, 알미늄 등이 사용될 수 있다.
<실시례 1>
영구자석과 로터 코어(rotor core) 사이에 베이크라이트를 절연재로 사용하여 영구자석의 자기장이 중심축 방향의 로터 코어(rotor core)에 형성되는 것을 차단하고, 이렇게 함으로써 회전축(rotor shaft)에 축류(shaft eddy current)가 발생되는 것을 억제할 수 있으며, 베어링에도 자성을 띠지 않게 되어 소음과 진동을 예방하고, 베어링의 마모와 코깅현상을 현저하게 줄일 수 있다.
<도 3> 내지 <도 6>은 영구자석과 로터 코어(rotor core) 사이에 베이크라이트를 절연재로 사용하여 영구자석의 자기장이 회전축(rotor shaft)에까지 형성되는 것을 차단하고, 이렇게 함으로써 회전축(로터 샤프트, rotor shaft)에 축류(shaft eddy current)가 발생되는 것을 억제한 무정류자 직류모터의 실제 제품 사진이다.
<도 3>은 회전축을 삽입하지 아니하고 뚜껑을 닫지 아니한 상태에서 제품 전체를 살펴볼 수 있는 사시도 사진이고, <도 4>는 위 제품을 바로 위에서 내려다 본 평면도 사진이며, <도 5>는 위 제품을 정면 앞에서 바라본 정면도 사진이다.
<도 6>은 위 제품에 뚜겅을 닫은 상태에서의 사시도 사진이다.
< 실시례 1> 에서 보는 바와 같이, 영구자석과 중심축 방향의 로터 코어(rotor core) 사이에 절연재를 삽입할 경우, 영구자석의 자기장이 회전축 (rotor shaft)에 까지 영향을 미치는 것을 차단할 수 있다. 따라서 회전축에 자계가 형성되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 중심축(회전축, rotor shaft)이 회전하더라도 축류(shaft eddy current)가 발생하지 않게 된다. 결국 축류(shaft eddycurrent)가 발생하지 않게 되기 때문에, 중심축을 타고 흘러 베어링에 영향을 미치는 역(逆) 자기력(back magnetic force)도 발생하지 않게 되고, 따라서 코깅 토오크 (cogging torque)의 증가를 억제하게 되고, 아울러 소음과 진동이 유발도 막을 수 있고, 베어링의 마모도 줄일 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 영구자석을 장착한 전동기의 회전자(rotor)에 있어서, 영구자석과 로터 코어(rotor core) 사이에 베이크라이트, 알미늄, 합성수지 등의 절연재를 삽입함으로써 영구자석의 자기장이 회전축에 형성되는 것을 차단하여 회전축(rotor shaft)에 축류(shaft eddy current)가 발생되는 것을 억제하도록 한 전동기의 회전자.
  2. 영구자석을 장착한 전동기의 회전자(rotor)에 있어서, 영구자석과 로터 코어(rotor core) 사이에 절연재를 삽입하여, 영구자석의 자기장이 회전축(rotor shaft)에까지 형성되는 것을 차단함으로써 중심축(회전축, 로터 샤프트, rotor shaft)에 축류가 발생되는 것을 억제하도록 하는 전동기 회전자(rotor)의 제작 방법.
  3. 제1항에 있어서, 베이크라이트를 절연재로 사용한 전동기의 회전자.
  4. 제1항의 회전자(rotor)를 사용하여 제작한 무정류자 직류전동기
  5. 직류전동기의 회전자에 있어서, 회전자 안에 영구자석을 삽입함으로써 원심력 등에 의하여 영구자석이 이탈되는 것을 방지하도록 한 전동기 회전자.
  6. 제5항의 회전자를 사용하여 제작한 무정류자 직류전동기
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020081151A (ko) * 2002-07-23 2002-10-26 주식회사 모토닉스 골프카트 구동용 무정류자 직류 전동기 및 제어기

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