KR20020076211A - 평판형 영구자석 bldc 전동기 및 동기전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직경이 크고, 두께가 얇은 박형 구조에서 코토크와 고효율을 발생할 수 있는 평판형 전동기에 대한 것으로서 축(8) 방향의 평판형 요크에 영구자석을 장착된 회전자(2)와 도 5의 치 적층코아(4) 및 도 4(가) 혹은 4(나)의 평판형 고정자 적층코아(3)으로 조립된 도 6의 고정자 코아의 구조를 가진 평판형 영구자석 BLDC 전동기 및 평판형 동기전동기( 이하 평판형 영구자석 BLDC 전동기라 함)에 관한 것이다.

본 발명의 평판형 영구자석 BLDC 전동기의 코아의 구성은 도 3의 기존의 전동기와 달리 대표도에서 도 5의 치 코아, 도 4의 평판형 고정자 적층코아 및 도 8의 평판형 영구자석 (7), 회전자 바깥 자성체 프레임(6), 회전축(8), 베어링(9)으로 나누어지며, 고정자 코아 조립은 평판형 고정자 적층코아(3)에 치 코아(4)를 삽입하고, 고정자 바깥 프레임(5)에 의해 장착되는 구조가 특징이다.

또한, 평판형 영구자석 BLDC 전동기의 구조는 요구되는 전동기의 용량에 따라 회전자(2) 및 고정자(1)를 축(8) 방향으로 다층으로 구성할 수 있으므로 단위 체적당 고토크를 발생할 있는 도 11 및 도 12의 멀티 평판형 영구자석 BLDC 전동기(multi disk permanent magnet BLDC motor)의 제작이 가능한 구조가 특징이다.

이상에서 본 발명의 전동기 발생 추력은 기존의 원통형 전동기와 달리 외경의 단면적에 내경의 단면적을 뺀 유효 단면적에 비례하여 토크를 발생함으로서 직경이 크고, 얇은 구조의 전동기에서는 고토크를 발생할 수 있을 뿐만 아니라 멀티형 구조의 전동기의 제작이 가능함으로 소형, 경량화, 고효율의 전동기 제작이 가능하다.

Description

평판형 영구자석 BLDC 전동기 및 동기전동기{Disk type permanent magnet BLDC motor and synchronous Motor}

본 발명의 목적은 직경이 크고, 전동기의 축방향 길이가 짧은 박형 공간에 단위 체적당 전동기의 출력을 증가할 수 있으며, 용량에 따라 전동기의 개수를 증가함으로 용량 변경이 자유로운 구조를 바꿀 수 있는 평판형 영구자석 BLDC 영구자석 및 평판형 동기전동기에 관한 것이다.

기존의 BLDC 전동기의 고정자(1)은 도 1과 같이 슬롯된 규소강판을 축방향으로 적층하고, 코일을 권선하는 슬롯된 고정자 코아로 되어 있으며, 회전자(2)는 도면 2와 같이 원통형 표면에 자석을 부착하는 표면형으로 도 3과 같이 일반적으로 구성되어 있다. 기존의 전동기의 토크 발생 유효단면적(S _eff )은 고정자 반지름(R _in )에 적층길이 (L _eff )를 곱한 것으로 S _eff =2πR _in L _eff 으로 결정된다. 원통형 전동기의 용량을 증가시키는 경우는 고정자(1)와 회전자(2)의 적층길이(L _eff )를 증가시키는 것이 일반적이다. 그렇지 않으면 전동기의 직경 ( 2R _in )을 증가시켜 사용한다. 이로 인하여 직경이 큰 경우에는 코아 단면적이 증가하며, 단위 체적당 혹은 무게당 고토크를 발생하는데 비경제적이다.

따라서 본 발명에서는 직경이 크고 축 방향을 짧게 할 수 있는 구조로 도 4의 고정자 적층 코아와 도 5의 치 코아를 조립한 도 6의 고정자 코아 형태를 갖는것이 특징이다. 고정자 권선은 도 6에서 치코아(4)와 치코아(4)의 간격을 유지하는 공간 슬롯에 권선되며, 고정자 코아(3)와 치코아 (4)는 도 7과 같이 고정자 바깥 프레임(5)에 의해 고정된다.

본 발명의 전동기 토크를 발생하기 위한 유효단면적 (A _eff )은 평판형 고정자의 외경 (D _out )의 단면적 ( πD² _out /4 )에 고정자의 내경(D _in )의 단면적(πD² _in /4)을 뺀 것과 같다. 따라서 정해진 직경에 전동기의 용량을 증가할 경우는 단일 전동기의 구조의 도 10을 축(8) 방향으로 도 11과 도 12와 같이 배열한다. 따라서 제작 및 용량 증가가 용이하며, 단위 체적당과 무게당 고토크를 발생할 수 있는 구조의 제작이 가능하다.

평판형 고정자 코아를 구성하기 위해서는 도 4와 도 5의 구조로 갖는 코아를 도 6과 같은 구조로 조립하며, 도 7과 같이 고정자 바깥 프레임(5)에 고정한다. 회전자는 도 8과 도 9와 같이 회전자 자성체 프레임 (6)에 영구자석(7)을 배열하고, 축 (8)에 조립하며, 단일 평판형 영구자석 BLDC 전동기는 도 10과 같은 구조로 제작한다. 전동기의 용량 증가는 도 10의 전동기 형태를 토대로 회전자의 축 방향으로 하나씩 증가할 수 있는 구조로 도 11의 2-전동기 구조, 또는 3대, 4대 등 도 12의 멀티 평판형 영구자석 BLDC 전동기를 설계, 제작한다.

이때 영구자석(7)의 형태는 코깅 토크를 최소로 하는 구조 설계가 요구되며, 도 8의 영구자석(7)의 자극 형상과 도 7의 고정자 코아의 슬롯을 형성하는치코아(4) 형상의 치수, 스큐 및 위치에 따라 최소가 되도록 한다. 전동기의 극 수와 전압에 따른 사양은 기본 평판형 영구자석 BLDC전동기의 틀을 기초로 설계, 제작된다.

도 1은 기존의 원통형 고정자 코아

도 2는 기존의 원통형 영구자석 회전자

도 3은 기존의 원통형 영구자석 전동기

도 4는 본 발명의 고정자 적층 코아 (가)외원주 슬롯구조

(나)내원주 슬롯구조

도 5는 본 발명의 치 코아

도 6은 본 발명의 평판형 고정자 코아

도 7은 본 발명의 평판형 고정자 구조

도 8은 본 발명의 평판형 영구자석 회전자 평면도

도 9은 본 발명의 평판형 회전자 구조

도 10는 본 발명의 평판형 영구자석 BLDC 전동기 및 동기전동기

도 11은 본 발명의 2-전동기 평판형 영구자석 BLDC 전동기 및 동기전동기

도 12는 본 발명의 멀티-전동기 평판형 영구자석 BLDC 전동기 및 동기전동기

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 고정자 2: 회전자 3: 고정자 코아 4: 치 코아 5: 고정자 바깥 프레임

6: 회전자 자성체 프레임 7: 영구자석 8 :축 9: 베어링 10: 권선코일

본 발명의 도 7의 평판형 고정자는 도 4과 도 5의 코아를 도면 6과 같이 조립하며, 도 7과 같이 고정자 바깥 프레임(5)에 고정되도록 구성한다.

평판형 고정자는 도 4과 같이 축(8) 방향으로 적층된 고정자 적층코아(3)의 슬롯에 도 5와 같이 치 코아(4)를 삽입하여 적층하고, 도 5의 치를 도 4의 고정자 적층 슬롯에 삽입한 도 6의 고정자 코아로 구성하여 조립된다. 또한, 도 7의 고정자 바깥 프레임(5)은 도 6의 고정자 코아와 베어링(9)으로 고정자를 구성한다. 전동기의 슬롯 수(Z1)는 상수(m)와 극의 수(P), 매상 매극 슬롯수( q) 로 Z₁=m P q개로 집중권과 분포권 권선방법에 의해 결정된다.

도 10의 전동기의 권선코일(10)은 극수와 권선 방법에 따라 정해지며, 권선코일(10)은 도 6과 도 7의 치 코아(4)와 치 코아(4) 사이의 공간슬롯에 권선한다.

회전자는 도 8과 같이 바깥 자성체 프레임(6)에 영구자석(7)을 N, S극으로 짝수극 배열이 형성되도록 한다. 영구 자석(7)의 형상 및 자극의 간격은 설계에 의해 결정되며, 이는 토크리플이 최소화되며, 효율이 최대로 하는 구조로 도 9의 회전자 구조 형태로 설계, 제작된다.

단일 평판형 영구자석 BLDC전동기는 도 10과 같은 구조로 도 7의 고정자와도 8의 회전자를 결합한 것이다. 전동기의 용량을 증가하기 위해서는 도 10의 편판형 BLDC전동기 형태를 토대로 회전자의 축(8) 방향으로 하나씩 증가할 수 있는 구조로 도 11의 2-전동기 구조, 또는 3대, 4대 등의 도 12의 멀티 평판형 영구자석 BLDC전동기를 설계, 제작되도록 구성한다.

전동기의 용량, 회전수, 극 수와 전압에 따른 사양은 기본 평판형 브러시 전동기의 틀을 기초로 설계, 제작된다.

이상에서 설명한 것과 같이 본 발명에서 제안한 평판형 영구자석 BLDC전동기는 직경이 크고, 축 방향 길이가 짧은 박형 구조로 만들 수 있다. 또한, 단일 영구자석 BLDC전동기를 축 방향으로 필요한 용량의 개수만큼 증가할 수 있으므로 단위 체적 당 고출력, 고효율 전동기의 제작이 가능하다.

이로 인하여 기존의 원통형 전동기보다 제작이 용이하며, 단위 체적당, 단위 중량당 경량화가 가능하다.

Claims (1)

1. 도 4(가)의 바깥 원주에서 안쪽 방향으로 슬롯 된 고정자 코아(외원주 슬롯구조) 또는 도 4(나) 같이 안쪽 원주에서 바깥 방향으로 슬롯된 고정자 코아( 내원주 슬롯구조)를 전동기 축방향으로 적층하고, 도 5의 치 코아를 도 4(가)와 4(나)의 고정자 적층코아의 슬롯된 방향으로 삽입한 도 6과 같은 고정자 코아 구조와 도 9의 회전자와 결합한 구조를 갖는 도 10의 평판형 BLDC 및 평판형 동기전동기와

   도 10의 평판형 영구자석 BLDC전동기를 기초로 한 도 11과 도 12와 같이 도 10의 평판형 BLDC전동기의 개수를 축(8) 방향으로 증가한 멀티 평판형 영구자석 BLDC 전동기 및 평판형 동기전동기