KR20020066754A - 아이피엠 타입 브러시리스 직류 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석으로부터 발생되는 자속의 일부가 스페이스를 통과하여 누설되도록 함으로써, 정현파에 가까운 공극 자속밀도를 갖도록 하여 코킹 토크를 줄여 모터의 진동 및 소음을 저감시킬 수 있는 IPM 타입 BLDC 모터를 제공하기 위한 것이다.

이러한 IPM 타입 BLDC 모터는 중앙측에 일정 간격으로 스테이터 슬롯이 형성되는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측면에 다른 극을 갖는 복수개의 영구자석이 폴 슈와 링크 및 웨브 사이의 공간에 삽입되는 로터를 포함하여 이루어지고, 상기 폴 슈는 외측으로 에어 갭 공간을 구성하고, 내측으로 영구자석을 통과한 자속의 일부가 스페이스를 통해 누설될 수 있도록 스페이스와 공기 등의 비자성체와 접촉되는 폴 슈 돌기부가 형성된다.

Description

아이피엠 타입 브러시리스 직류 전동기 { Interior permanent magnet type brushless DC motor }

본 발명은 브러시리스 직류 전동기(이하 BLDC 모터라 함)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코킹 토크를 감소시켜 모터의 진동 소음을 저감시킬 수 있는 IPM 타입 BLDC 모터에 관한 것이다.

현재 모든 전기, 전자 제품 및 개인 휴대용 통신 기기들이 지속적으로 소형화되고 있으며, 이에 모든 부품의 소형화, 경량화 및 고성능화가 필수적인 과제로 대두되고 있다.

이러한 필요성에 따라 높은 효율을 가지며, 입력에 대한 응답이 빠르고, 부피와 무게의 측면에서 소형화가 가능한 부하에 따라 속도 제어를 용이하게 할 수 있는 BLDC 모터의 개발이 가속화되고 있는 추세이다.

상기 BLDC 모터에는 회전자의 내부에 영구자석이 삽입되는 IPM 타입(Interior permanent magnet type) BLDC 모터와, 영구자석이 회전자의 표면에 부착되어 있는 SPM 타입 (surface permanent magnet type) BLDC 모터 등이 사용된다. 현재에는 고속 회전시 원심력에 의한 영구자석의 비산을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 큰 토크를 발생시킬 수 있는 IPM 타입의 BLDC 모터가 주로 사용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 IPM 타입의 BLDC 모터의 단면도이고, 도 2는 도 1 A 부의 확대도이다.

종래의 IPM 타입 BLDC 모터는 중앙측에 공간을 갖는 스테이터와, 이 스테이터의 중앙측에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터로 이루어진다.

상기 스테이터는 외측에 형성되는 스테이터 코어(102)와, 이 스테이터 코어(102)의 중앙측 공간부 둘레방향으로 일정 간격으로 다수개의 형성되어 스테이터 코일이 감겨지는 스테이터 슬롯(104)과, 상기 스테이터 슬롯(104) 사이에 형성되는 스테이터 티스(106)로 구성된다.

상기 로터는 중앙측에 회전축이 장착되는 로터 코어(108)와, 상기 로터 코어(108)의 원주방향으로 서로 다른 극을 갖는 영구자석(110)이 등 간격으로 설치되는 데, 이 영구자석(110)은 극성이 각기 다른 양측 끝부분에 일정 공간을 갖는 스페이서(118)가 형성되며, 폴 슈(112)와 링크부(114) 및 웨브(116) 사이의 공간에 삽입된다.

여기에서, 스페이서(118)는 영구자석(110)의 양쪽 끝부분에 형성되는 일정 공간으로 자기저항을 크게 하여 자속 누설을 방지한다. 그리고, 폴 슈(112)는 외측으로 스테이터와의 사이에 에어갭 공간을 형성하고, 내측으로 영구자석(110)을 지지하는 통로가 되며, 자속의 통로 역할을 한다.

이와 같은 종래의 IPM 타입 BLDC 모터는 스테이터 코일에 전원이 인가되면 토크 리플이 발생되고, 이 토크 리플에 의해 공극 자속밀도의 변화 및 전류의 왜곡이 필연적으로 존재하기 때문에 코킹토크 및 릴럭턴스 토크리플이 발생된다.

즉, 로터가 회전될 때 스페이스의 자기저항이 크기 때문에 자기저항이 작은 폴 슈 부분인 도면에서 보아 화살표 R방향으로 대부분의 자속이 통과하므로 정현파에 가깝지 않은 공극 자속 밀도를 가지게 되고, 회전각 변화에 따라 에너지 변화가 더욱 커지게 되어 코킹 토크가 커지게 된다.

여기에서, 상기 코킹토크는 스테이터의 비균일 토크로서, 모터 시스템의 자기에너지가 최소인 위치로 이동하려는 접선 방향의 힘을 말하는 데, 부하전류와는 상관없이 로터 외경과 스테이터 내경 간에 에어 갭에 자기 에너지가 변화함으로써 발생하는 릴럭턴스 토크를 말한다.

이러한 코킹토크는 영구자석 타입 모터에서는 필연적으로 발생되며 모터의 진동 소음의 원인이 된다.

즉, 종래의 IPM 타입 BLDC모터는 도 3의 그래프에서와 같이, 로터가 회전될 때 로터의 스페이스로 인하여 자기저항이 작은 폴 슈 부분으로 대부분의 자속이 통과하기 때문에 정현파에 가깝지 않은 공극 자속밀도를 가지게 되며, 회전각 변화에 따른 에너지의 변화가 켜서 이에 따라 코킹 토크가 커지게 되고 스테이터를 가진시켜 소음 및 진동이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 영구자석으로부터 발생되는 자속의 일부가 스페이스를 통과하여 누설되도록 함으로써, 정현파에 가까운 공극 자속밀도를 갖도록 하여 코킹 토크를 줄여 모터의 진동 및 소음을 저감시킬 수 있는 IPM 타입 BLDC 모터를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 BLDC 모터의 단면도이고,

도 2는 도 1 A부의 확대도이고,

도 3은 종래 기술에 따른 BLDC 모터의 시간에 따른 코킹 토크 발생율을 나타낸 그래프이고,

도 4는 본 발명에 따른 BLDC 모터의 단면도이고,

도 5는 도 4 B 부의 확대도이고,

도 6은 본 발명에 따른 BLDC 모터의 시간에 따른 코킹 토크 발생율을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 스테이터 코어 4 : 스테이터 슬롯

8 : 로터 코어 10 : 영구 자석

16 : 폴 슈 18 : 링크부

20 : 스페이스 24 : 웨브

28 : 폴 슈 돌기부

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 IPM 타입 BLDC 모터는 중앙측에 일정 간격으로 스테이터 슬롯이 형성되는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측면에 다른 극을 갖는 복수개의 영구자석이 폴 슈와 링크 및 웨브 사이의 공간에 삽입되는 로터를 포함하는 IPM 타입 BLDC 모터에 있어서, 상기 폴 슈는 외측으로 에어 갭 공간을 구성하고, 내측으로 영구자석을 통과한 자속의 일부가 스페이스를 통해 누설될 수 있도록 스페이스와 공기 등의 비자성체와 접촉되는 폴 슈 돌기부가 형성되어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 IPM 타입 BLDC 모터의 단면도이고, 도 5는 도 4 B 부의 확대도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터는 스테이터 코일이 감겨지는 스테이터와, 이 스테이터의 중앙측에 일정 간격을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터로 이루어진다.

상기 스테이터는 스테이터 코어(2)와, 이 스테이터 코어(2)의 개구된 중앙측 둘레방향으로 일정 간격으로 형성되어 스테이터 코일이 감겨지는 스테이터 슬롯(4)과, 상기 스테이터 슬롯(4) 사이에 형성되는 스테이터 티스(6)로 구성된다.

상기 로터는 스테이터의 중앙에 회전축이 고정되는 로터 코어(8)가 배치되고, 상기 로터 코어(8)의 원주방향으로 서로 다른 극을 갖는 영구자석(10)이 등 간격으로 설치되어 이루어진다.

상기 영구자석(10)은 극성이 각기 다른 양측 끝부분에 스페이서(20)가 형성되며, 폴 슈(16)와 링크부(18) 및 웨브(116) 사이의 공간에 삽입된다.

여기에서, 폴 슈(16)는 외측으로 스테이터와의 사이에 에어 갭 공간을 구성하고, 그 내측이 영구자석(10)이 지지되는 지지부 역할을 하고, 링크 자속의 통로가 되는 부분이다.

이러한 폴 슈(16)의 내측으로는 스페이스(20)와 접촉되는 직선부 구간을 형성할 수 있도록 폴 슈(16)의 하단으로 스페이스(20)와 접촉되는 폴 슈 돌기부(28)를 형성하며, 폴 슈 돌기부(28) 하단은 영구자석(10)의 상측 지지부가 된다.

즉, 상기 폴 슈 돌기부(28)는 폴 슈(16)의 하단측 영구자석(10)의 양쪽 끝부분에서 돌출되어, 그 측면이 스페이스(20)와 접촉되도록 하여 영구자석(10)으로부터 발생한 자속의 일부가 스페이스(20)를 통과하여 폴 슈 돌기부(28)를 통해 누설되도록 함으로써, 정현파에 가까운 공극 자속밀도를 가지도록 한다.

상기 링크부(18)는 스페이스(20) 형성에 따른 폴 슈(16) 사이를 연결하는 부분으로, 로터에서 발생된 자속이 스테이터 티스(6)로 통과하지 않고 누설되는 것을 방지하기 위한 것으로, 자기포화 상태를 만들기 위하여 0.5mm 정도의 반경방향 두께를 갖도록 설계된다.

상기 웨브(24)는 스페이스(20)와 이웃하는 스페이스(20) 사이를 형성하는 부위, 폴 슈(16)와 링크부(18)를 로터 코어(8)의 내측 공간부와 연결시키는 역할을 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 BLDC 모터는 작용을 다음에서 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 IPM 타입 BLDC 모터의 코킹토크 파형을 나타낸 그래프이다.

스테이터 코일에 전원이 인가되어 로터가 회전되면 영구자석(10)으로부터 발생한 자속이 폴 슈(16) 부분인 화살표 P 방향으로 통과하고, 그 중 일부가 스페이스(20)를 통과하여 폴 슈 하단에 형성된 폴 슈 돌기부(28)를 통해 화살표 Q방향으로 누설되도록 하여 정현파에 가까운 공극 자속밀도를 가지도록 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 IPM 타입 BLDC 모터는 도 6의 코킹 토크 파형에 나타난 바와 같이, 도 3의 코킹 토크 파형에 비해 코킹 토크가 현저하게 저감됨을 알 수 있다.

즉, 본 발명은 정현파에 가까운 공극 자속밀도를 갖도록 하여 로터의 회전각 변화에 따른 에너지 변화를 작게 하여 궁극적으로 코킹 토크를 감소시킬 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 IPM 타입 BLDC 모터는 폴 슈의 하단에 상기 스페이스와 접촉되는 폴 슈 돌기부를 형성하여 영구자석으로부터 발생된 자속 중 일부가 스페이스를 통해 누설되도록 하여 정현파에 가까운 공극 자속밀도를 가지도록 함으로써, 코킹 토크를 저감시켜 모터의 진동 및 소음을 저감할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 중앙측에 일정 간격으로 스테이터 슬롯이 형성되는 스테이터와, 상기 스테이터의 내측면에 다른 극을 갖는 복수개의 영구자석이 폴 슈와 링크 및 웨브 사이의 공간에 삽입되는 로터를 포함하는 IPM 타입 BLDC 모터에 있어서,

   상기 폴 슈는 외측으로 에어 갭 공간을 구성하고, 내측으로 영구자석을 통과한 자속의 일부가 스페이스를 통해 누설될 수 있도록 스페이스와 공기 등의 비자성체와 접촉되는 폴 슈 돌기부가 형성되어짐을 특징으로 하는 IPM 타입 BLDC 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 폴 슈 돌기부는 상기 스페이스와 접촉되는 공간을 갖도록 상기 영구자석과 접촉되는 상기 폴 슈의 내측면에 돌출된 것을 특징으로 하는 IPM 타입 BLDC 모터.