KR20020087755A

KR20020087755A - 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치

Info

Publication number: KR20020087755A
Application number: KR1020010026751A
Authority: KR
Inventors: 정원현; 구본철
Original assignee: 주식회사 엘지이아이
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2002-11-23
Also published as: EP1400004B1; US20040145248A1; BR0209663A; US6894407B2; CN1509515A; JP3802491B2; DK1400004T3; WO2002093719A1; KR100394242B1; CN1303745C; EP1400004A1; JP2004526400A

Abstract

본 발명은 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치에 관한 것으로, 본 발명은 내측 고정자와 외측 고정자가 일정 공극(air gap)을 두고 위치하며 그 중에서 어느 한 쪽에 권선코일을 장착하여 이루어지는 고정자 조립체와, 권선코일과 함께 유도자기를 형성하는 마그네트를 가동자 몸체에 구비하여 상기한 내측 고정자와 외측 고정자 사이에서 왕복 가능하도록 배치하는 가동자 조립체로 된 왕복동식 모터에 있어서, 상기 가동자 몸체는 피스톤을 연결하기 위한 가동자 플랜지부와, 가동자 플랜지부와 연결하여 마그네트를 고정하기 위한 마그네트 지지부로 구성하되, 가동자 플랜지부와 마그네트 지지부는 서로 다른 재질로 구성함으로써, 가동자 몸체의 강도를 유지하면서도 자장 손실을 줄여 모터 효율을 높이고, 마그네트 지지부를 원통형으로 형성하여 성형시 내측 주형의 빼기구배를 없애 가동자 몸체의 두께를 균일하게 함과 아울러 이를 통해 고정자의 공극을 좁혀 역시 모터 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

왕복동식 모터의 마그네트 고정장치{MAGNET FIXING APPARATUS FOR RECIPROCATING MOTOR}

본 발명은 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치에 관한 것으로, 특히 가동자 몸체를 가동자 플랜지부와 마그네트 장착부로 분리 형성하고 그 중 마그네트 장착부는 비전도성이고 비자성체인 재질료 형성한 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 모터는 입체적인 구조를 갖는 모터의 자장(Magnet Field)을 평판의 형상으로 변형시킨 것으로, 평판으로 형성된 가동자 조립체가 역시 평판으로 형성된 고정자 조립체의 상측에 얹혀져 자장 변화에 따라 직선으로 움직이도록 한 것이다.

최근에는 고정자 조립체를 원통모양으로 형성된 외측 고정자와 내측 고정자로 분리하여 일정 공극을 두고 겹치도록 배치하고, 외측 고정자와 내측 고정자 사이에 가동자 조립체를 움직일 수 있도록 배치하며, 상기 외측 고정자와 내측 고정자 중에서 어느 한 쪽의 고정자에 권선코일을 장착하고, 이에 대응되는 가동자 조립체에는 마그네트들을 부착시켜 가동자가 권선코일의 플럭스(flux)에 의해 축방향으로 왕복운동하도록 하는 왕복동식 모터가 소개되고 있다.

도 1는 종래 왕복동식 모터를 측면에서 개략적으로 보인 반단면도이고, 도 2는 종래 가동자 조립체를 정면에서 개략적으로 보인 반단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 왕복동식 모터는 플럭스를 형성하는 고정자 조립체(10)와, 고정자 조립체(10)의 플럭스에 따라 왕복운동을 하는 가동자 조립체(20)로 구성되어 있다.

고정자 조립체(10)는 얇은 철편을 여러 장 적층하여 원통형으로 형성하고 내부에 권선코일(C)을 장착하는 외측 고정자(11)와, 역시 얇은 철편을 여러 장 적층하여 원통형으로 형성하고 외측 고정자(11)의 내부에 일정 공극을 두고 삽입하는 내측 고정자(12)로 이루어져 있다.

가동자 조립체(20)는 외측 고정자(11)와 내측 고정자(12) 사이에서 움직일 수 있도록 배치하는 가동자 몸체(21)와, 고정자 조립체(10)의 권선코일(C)에 대응하도록 가동자 몸체(21)의 외주면에 등간격으로 장착하는 마그네트(22)들과, 마그네트(22)들을 감싸도록 원통상으로 형성하여 그 마그네트(22)들의 외주면에 강제로 압입후 절곡하거나 용접하는 고정링(23)으로 이루어져 있다.

가동자 몸체(20)는 도 2에서와 같이 마그네트(22)를 장착하도록 원통형으로 형성하는 장착부(21A)와, 장착부(21A)의 끝단에서 안쪽으로 절곡하여 모터를 압축기 등에 장착하는 경우 압축기의 피스톤과 결합하도록 플랜지 모양으로 형성하는 결합부(21B)로 이루어져 있다.

장착부(21A)의 외주면에는 각각의 마그네트(22)들이 삽입하여 장착되도록 마그네트(22)의 두께 보다는 낮게 마그네트 장착홈(21a)을 다수 개 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 21b는 피스톤 체결공이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 모터는 다음과 같이 동작된다.

즉, 외측 고정자(11)의 권선코일(C)에 전류를 인가하면, 권선코일(C)의 주변에 플럭스가 형성되어 외측 고정자(11)의 일측 경로(path)를 따라 내측 고정자(12)로 흘렀다가 다시 외측 고정자(11)의 타측 경로로 흐르는 일종의 '폐루프(closed loop)'를 형성하게 된다.

이때, 권선코일(C)에 의해 형성되는 플럭스에 가동자 조립체(20)의 마그네트(22)들이 놓이면 그 마그네트(22)들이 상기한 권선코일(C)의 플럭스와 상호 작용하여 권선코일(C)의 플럭스 방향에 따라 밀리거나 당겨지면서 가동자 몸체(21)를 직선으로 왕복운동 시키는 것이었다.

이러한 종래 왕복동식 모터는, 가동자 몸체(21)가 마그네트를 부착한 상태에서 피스톤과 함께 직선으로 왕복운동을 함에 따라 모터의 안정성을 고려하면 가동자 몸체(21)가 일정정도 강도를 유지하여야 하므로 이를 위하여 통상 금속물로 제작하고 있으며 그 중에서도 외측 고정자(11)와 내측 고정자(12) 사이의 공극을 줄이기 위하여 비자성체 금속을 이용하고 있으나, 이러한 비자성체 금속은 금속의 특성상 전도성을 여전히 가지고 있어 결국 모터 효율의 저하를 초래하는 단점이 있었다.

이를 감안하여 가동자 몸체(21)를 비자성체이면서 비전도성인 비금속물로 대체하여 효율을 향상할 수도 있으나, 비금속물은 대체로 금속물에 비해 물성면에서 취약하여 두께를 얇게 성형하는데 한계가 있었다.

또, 가동자 몸체(21)는 결합부(21B)가 장착부(21A)에서 안쪽으로 절곡 형성되므로 성형시 안쪽에 위치하는 내측 주형의 분리를 용이하도록 결합부(21B) 반대쪽으로 갈수록 점점 내경을 확장 형성하여야 함에 따라 외측 고정자(11)와 내측 고정자(12) 사이의 공극 확대를 초래하여 모터 효율이 저하하는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 모터의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 가동자 몸체의 두께를 얇게 형성하면서도 플럭스의 누설을 줄일 수 있는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

또, 가동자 몸체의 제작시 외측 고정자와 내측 고정자 사이의 공극이 확대되는 것을 방지할 수 있는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 왕복동식 모터를 측면에서 보인 반단면도.

도 2는 종래 왕복동식 모터에서 가동자 조립체를 분해하여 보인 사시도.

도 3은 본 발명 왕복동식 모터를 측면에서 보인 반단면도.

도 4는 본 발명 왕복동식 모터에서 가동자 조립체를 분해하여 보인 사시도.

도 5는 본 발명 가동자 조립체의 가동자 몸체에 대한 변형예를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 고정자 조립체 11 : 외측 고정자

12 : 내측 고정자 100 : 가동자 조립체

110 : 가동자 몸체 111 : 가동자 플랜지부

111a : 단차부 111b : 피스톤 체결공

112 : 마그네트 지지부 112a : 단차부

112b : 마그네트 장착홈 111c,112c : 공기통공

130 : 고정링 C : 권선코일

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내측 고정자와 외측 고정자가 일정 공극(air gap)을 두고 위치하며 그 중에서 어느 한 쪽에 권선코일을 장착하여 이루어지는 고정자 조립체와, 권선코일과 함께 유도자기를 형성하는 마그네트를 가동자 몸체에 구비하여 상기한 내측 고정자와 외측 고정자 사이에서 왕복 가능하도록 배치하는 가동자 조립체로 된 왕복동식 모터에 있어서, 상기 가동자 몸체는 피스톤을 연결하기 위한 가동자 플랜지부와, 상기 가동자 플랜지부와 연결하여 마그네트를 고정하기 위한 마그네트 지지부로 구성하되, 상기 가동자 플랜지부와 마그네트 지지부는 서로 다른 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 왕복동식 모터를 측면에서 보인 반단면도이고, 도 4는 본 발명 왕복동식 모터에서 가동자 조립체를 분해하여 보인 사시도이며, 도 5는 본 발명 가동자 조립체의 가동자 몸체에 대한 변형예를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 마그네트 고정장치를 구비한 왕복동식 모터는, 플럭스를 형성하는 고정자 조립체(10)와, 고정자 조립체(10)의 플럭스에 따라 왕복운동을 하는 가동자 조립체(100)로 구성된다.

고정자 조립체(10)는 철편을 여러 장 적층하여 원통형으로 형성하고 내부에 권선코일(C)을 장착하는 외측 고정자(11)와, 역시 철편을 여러 장 적층하여 원통형으로 형성하고 외측 고정자(11)의 내부에 일정 공극을 두고 삽입하는 내측 고정자(12)로 이루어진다.

가동자 조립체(100)는 외측 고정자(11)와 내측 고정자(12) 사이에서 움직일 수 있도록 배치하는 가동자 몸체(110)와, 고정자 조립체(10)의 권선코일(C)에 대응하도록 가동자 몸체(110)의 외주면에 등간격으로 장착하는 마그네트(120)들과, 마그네트(120)들을 감싸 고정하는 고정링(130)으로 이루어진다.

가동자 몸체(110)는 도 4에 도시한 바와 같이 선형 압축기에 장착시 압축기구부의 피스톤을 연결하기 위하여 금속물로 가공한 가동자 플랜지부(111)와, 가동자 플랜지부(111)와는 다른 플라스틱 재질로 사출성형하고 그 가동자 플랜지부(111)에 결합하여 마그네트(120)를 고정하는 마그네트 지지부(112)로 이루어진다.

가동자 플랜지부(111)는 제작비용을 고려하여 판금으로 제작한 냉간 압연 강판으로 가공 형성하는 것이 바람직하고, 마그네트 지지부(112)는 강도와 플럭스 손실을 감안하여 섬유(fiber)와 수지(resin)를 혼합하여 사출로 성형하는 것이 바람직하다.

가동자 플랜지부(111)는 가장자리가 마그네트 지지부(112)와 결합하도록 절곡한 원판형으로 형성하고, 마그네트 지지부(112)는 사출 성형시 내측 주형의 분리가 용이하도록 원통형으로 형성하는 것이 바람직하다.

또, 가동자 플랜지부(111)와 마그네트 지지부(112)의 상호 결합단은 각각 "ㄱ"자 단면과 "ㄴ"자 단면 형상 또는 도 5와 같이 그 반대로 "ㄴ"자 단면과 "ㄱ"자 단면 형상인 단차부(111a)(112a)를 형성하여 그 단차부(111a)(112a)를 서로 맞대 볼트나 접착제로 결합하거나, 또는 서로 대응하는 경사면(미도시)을 형성하여 볼트 및 접착제로 결합하거나, 또는 가동자 플랜지부(111)를 마그네트 지지부(112)의 성형시 인서트 몰딩으로 결합할 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 111b는 피스톤 체결공, 111c는 공기통공, 112b는 마그네트 장착홈, 112c는 공기통공이다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치에 의한 작용효과는 다음과 같다.

즉, 권선코일(C)에 전류를 인가하면, 외측 고정자(11)와 내측 고정자(12) 사이에 전류의 방향에 따라 서로 다른 방향으로 플럭스(flux)가 형성되고, 이 플럭스의 방향에 따라 마그네트(120)들이 끌려가거나 밀쳐지면서 가동자 몸체(110)가 함께 왕복운동을 하게 된다.

이때, 외측 고정자(11)와 내측 고정자(12) 사이에서 형성하는 플럭스가 그 사이에 삽입한 마그네트(120)는 물론 가동자 몸체(110)를 통과하면서 일부 누설할 우려가 있으나, 가동자 몸체(110) 중에서 플럭스의 형성 범위에 해당하는 마그네트 지지부(112)를 비자성체이면서 비전도성의 플라스틱 재질로 형성하여 자속의 손실을 현저하게 줄일 수 있다.

통상적으로 알려진 바와 같이, 가동자가 하사점 또는 상사점으로 이동한 상태에서 고정자의 끝단에서 공극 길이의 2배 이상이 되는 부위는 자장의 영향을 받지 않으므로 본 발명과 같이 이 범위 내에 위치하는 마그네트 지지부(112)를 자장의 영향을 받지 않는 플라스틱 재질로 형성함에 따라 자속의 누설을 최소한으로 줄일 수 있는 것이다.

또, 마그네트 지지부(112)도 강도를 감안하여 섬유와 수지를 혼합하여 제작하므로, 가동자 몸체(110)의 지속적인 왕복운동시 무거운 마그네트(120)가 큰 관성력을 발생하더라도 그 마그네트(120)의 관성력에 의해 마그네트 장착홈(112b)의 축방향 양단이 뭉개져 파손하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또, 모터를 피스톤과 같은 압축기의 압축기구부에 결합하는 경우 그 결합부가 되는 가동자 플랜지부(111)는 대개 물성적으로 일정 강도를 갖는 금속재질로 이루어져 어느 정도 얇게 형성하더라도 피스톤과의 결합 강도를 유지할 수 있다.

한편, 외측 고정자(11)와 내측 고정자(12) 사이의 공극 길이(L2)는 그 공극 사이에 삽입하는 마그네트 지지부(112)의 두께와 관계가 있는데, 본 발명과 같이 마그네트 지지부(112)를 원통형으로 성형할 때 내측 주형을 용이하게 빼낼 수 있어굳이 빼기구배를 둘 필요가 없으므로 마그네트 지지부(112)의 두께를 균일하게 형성할 수 있고 이를 통해 고정자의 공극 길이가 확대되는 것을 방지하여 모터 효율의 저하를 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치는, 마그네트를 고정하는 가동자 몸체를 가동자 플랜지부와 마그네트 지지부로 구분하고, 그 중 가동자 플랜지부는 금속 재질로 형성하는 반면 마그네트 지지부는 플라스틱 재질로 성형함으로써, 가동자 몸체의 강도를 유지하면서도 자장 손실을 줄여 모터 효율을 높이고, 마그네트 지지부를 원통형으로 형성하여 성형시 내측 주형의 빼기구배를 없애 가동자 몸체의 두께를 균일하게 함과 아울러 이를 통해 고정자의 공극을 좁혀 역시 모터 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims

내측 고정자와 외측 고정자가 일정 공극(air gap)을 두고 위치하며 그 중에서 어느 한 쪽에 권선코일을 장착하여 이루어지는 고정자 조립체와, 권선코일과 함께 유도자기를 형성하는 마그네트를 가동자 몸체에 구비하여 상기한 내측 고정자와 외측 고정자 사이에서 왕복 가능하도록 배치하는 가동자 조립체로 된 왕복동식 모터에 있어서,

상기 가동자 몸체는 피스톤을 연결하기 위한 가동자 플랜지부와, 상기 가동자 플랜지부와 연결하여 마그네트를 고정하기 위한 마그네트 지지부로 구성하되,

상기 가동자 플랜지부와 마그네트 지지부는 서로 다른 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치.
제1항에 있어서,

상기 가동자 플랜지부는 금속재질로 이루어지는 반면 마그네트 지지부는 비금속 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치.
제2항에 있어서,

상기 마그네트 지지부는 섬유(fiber)와 수지(resin)를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치.
제1항에 있어서,

상기 마그네트 지지부는 원통형으로 형성하여 원주방향을 따라 일정 개수의 공기통공을 관통 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치.
제1항에 있어서,

상기 가동자 플랜지부와 마그네트 지지부는 상호 결합단의 외주면과 내주면이 서로 상응하도록 단차부를 형성하여 그 단차부를 맞대 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치.
제5항에 있어서,

상기 가동자 플랜지부와 마그네트 지지부는 볼트나 접합제로 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치.
제5항에 있어서,

상기 가동자 플랜지부와 마그네트 지지부는 가동자 플랜지부를 먼저 형성하고, 상기 가동자 플랜지부를 마그네트 지지부의 성형시 인서트 몰딩으로 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 모터의 마그네트 고정장치.