KR20040036485A - 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조 - Google Patents

브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조에 관한 것으로서, 내부에 일정 수용공간을 갖는 하우징과, 상기 하우징 내부에 안착 고정됨과 아울러 고정자 코일이 권취되어 인가된 전원에 의해 교번 자성을 갖는 복수개의 티스가 내주면에 구비된 고정자와, 상기 고정자의 티스와 미소 공극을 유지하도록 삽입 고정됨과 아울러 각 티스와 자력 플럭스에 의하여 회전력을 발생시키는 영구자석을 교번 극성을 갖도록 삽입 고정하는 복수개의 "V"자형 자석 삽입공이 형성된 회전자와, 상기 회전자의 중심부를 관통하여 상기 하우징 결합된 베어링에 의해 고정되는 회전축으로 구성되는 브러쉬리스 직류 모터에 있어서, 상기 회전자는 상기 영구자석과 다른 극성을 가지고 인접한 상기 고정자의 티스와의 공극을 확대시키기 위한 복수개의 공극확대부가 원주면을 따라 구비되어 운전 시 자속 집중현상에 의한 고정자의 티스에 가해지는 충격력을 저감시켜 진동 및 이에 따른 진동소음을 저감시키는 효과를 갖는다.

Description

브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조{STRUCTURE OF ROTOR FOR MAGNETIC TYPE MOTOR}
본 발명은 브러쉬리스 직류 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터 구동 시 고정자의 티스(Teeth)의 자속 집중에 의한 회전자의 반경 방향의 충격력을 억제하여 진동 및 소음을 저감시키기 위한 영구자석형 회전자 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 브러쉬리스 직류 모터(Brushless Direct Currency Motor)는 직류 모터에서 브러시와 정류자(Commutator)를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치하여 기계적 또는 전기적인 노이즈를 발생시키지 않을 뿐만 아니라 저속부터 고속까지 다양한 속도의 모터가 제작 가능하고, 다극으로 회전토크가 안정적이며, 긴 수명의 모터가 간단하게 만들 수 있는 특징을 갖는다.
도 1 내지 도 3은 종래의 브러쉬리스 직류 모터( Brushless Direct Currency Motoer)를 도시한 것으로서, 도 1은 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 종단면도이고, 도 2는 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 측단면도이며, 도 3은 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 자력 밀도 분포도이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 종래의 브러쉬리스 직류 모터는 소정의 내부 공간을 갖는 하우징(11)과 상기 하우징(11)의 개방부를 폐쇄하는 하우징 커버(12)와 그 중심부에 각각 베어링(13)(14)이 구비된 모터 하우징(10)과, 상기 모터 하우징(10)의 내부에 고정 결합되는 고정자(20)와, 상기 고정자(20)의 내부에 회전가능하도록 삽입되는 회전자(30)와, 상기 회전자(30)의 내부에 압입 고정됨과 아울러 각 베어링(13)(14)에 회전 가능하게 고정되어 회전자(30)의 회전력을 외부로 전달하는 회전축(40)으로 구성된다
도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 고정자(20)는 내주면에 돌출 형성된 복수개의 티스(Teeth)(21)가 형성되고, 각 티스(21) 사이가 요홈지게 형성된 슬롯(22)이 형성되며, 상기 티스(21)의 내측 양단에 돌출 형성된 팁(25) 사이에 슬롯 개구부(23)가 형성된 고정자 코어(26)와 상기 고정자 코어(26)의 티스(21)의 양측 슬롯(22)에 권선되는 고정자 코일(26)로 구성된다.
상기 회전자(30)는 중심부에 회전축(40)을 압입 고정하기 위한 축공(31)이 형성되며, 상기 축공(31) 외측에 두개의 자기 중심이 직교하도록 각 자기 중심에 대칭하는 두개의 영구자석(33)을 고정하기 위한 "V"자 형상의 자석 결합홈(32)이 원주를 따라 4개가 형성된 회전자 코어(36)를 적층시켜 리벳 체결되도록 구성된다.
상기 영구자석(33)은 상기 자석 결합홈(32)의 외측에 동일 극성을 갖도록 안착 결합되며, 인접한 자석 결합홈에 고정된 영구자석과는 다른 극성을 갖도록 한다.
상기 자석 결함홈의 원주방향 끝단에 연속된 홈을 가공하여 영구자석의 자속 밀도를 분산시키기 위한 자속 단락 방지 공극부가 구비된다.
이와 같은 구성에 있어서, 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 작동은 상기 고정자(20)의 각 티스(21)에 권취된 고정자 코일에 전류인가 회로(미도시)에 의하여 순차적으로 전류가 인가되면, 각 티스(21)가 N극과 S극의 교번 극성을 갖게 되어 상기 고정자(20)의 티스(21)에 인접한 회전자(30)의 영구자석(33)과의 자력 플럭스에 의하여 회전자(30)가 회전하도록 한다.
이때, 도 3에서 도시한 바와 같이, 회전자(30)의 일 측 자석 결합홈(32)에 고정되어 외주면 상에 N극의 극성을 갖는 두개의 영구자석(33)이 각각 N극과 이에 인접하는 S극의 자성을 갖는 각 티스에 접한 경우의 일예를 들어 설명하면, N극의 극성을 갖는 영구 자석과 N극의 극성을 갖는 티스가 접하는 부분에서는 자력이 반발하여 서로 미는 힘인 척력이 발생하게되고, 인접한 N극의 영구 자석과 S극의 극성을 띄는 티스가 접하는 부분에서는 활발한 자력 플럭스(a)가 형성되어 자속 밀도(b)가 집중되어 서로 잡아당기려는 인력이 작용하게 된다.
상기된 영구자석과 티스와의 척력과 인력의 작용 방향이 회전자 코어(26)의 접선 방향으로 발생할 때 회전자의 원활할 회전운동이 발생되지만, 상기 자속밀도가 집중되는 영구자석과 서로 다른 극상을 갖는 티스의 팁 부분에 피크 플럭스(Peak Flux; c)가 발생되어 회전자(30)의 회전운동을 방해하려는 반경 방향의 충격력을 발생시킨다.
따라서, 상기 고정자의 티스의 팁에서 자속 밀도 증가로 인한 반경방향의 충격력이 회전자의 회전 운동 시 진동을 발생시킴과 아울러 발생 진동에 따른 소음이 발생하는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따르면 전동기의 운전시 자속 집중현상으로 인하여 티스에 가해지는 충격력을 저감시켜 진동 및 소음을 저감하기 위한 영구자석형 회전자 구조의 제공을 그 목적으로 한다.
도 1은 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 종단면도,
도 2는 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 측단면도,
도 3은 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 자속 밀도 해석도,
도 4는 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 측단면도,
도 5는 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 회전자의 측단면도,
도 6은 도 5의 A부분 확대 단면도.
도 7은 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 자속 밀도 비교 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 설명*
10: 모터 하우징20: 고정자
21: 티스22: 슬롯
23: 슬롯 개구부24: 고정자 코일
25: 티스26: 고정자 코어
30: 회전자31: 축공
32: 자석 결합홈33: 영구자석
34: 자속 단락 방지 공극부36: 회전자 코어
40: 회전축50: 공극 확대부
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부에 일정 수용공간을 갖는 하우징과, 상기 하우징 내부에 안착 고정됨과 아울러 고정자 코일이 권취되어 인가된 전원에 의해 교번 자성을 갖는 복수개의 티스가 내주면에 구비된 고정자와, 상기 고정자의 티스와 미소 공극을 유지하도록 삽입 고정됨과 아울러 각 티스와 자력 플럭스에 의하여 회전력을 발생시키는 영구자석을 교번 극성을 갖도록 삽입 고정하는 복수개의 "V"자형 자석 삽입공이 형성된 회전자와, 상기 회전자의 중심부를 관통하여 상기 하우징 결합된 베어링에 의해 고정되는 회전축으로 구성되는 브러쉬리스 직류 모터에 있어서, 상기 회전자는 상기 영구자석과 다른 극성을 가지고 인접한 상기 고정자의 티스와의 공극을 확대시키기 위한 복수개의 공극확대부가 원주면을 따라 구비됨을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조에 의해 달성된다.
여기서, 상기 공극확대부는 상기 회전자의 자극 중심선으로부터 회전방향 쪽으로 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 공극확대부는 상기 회전자의 일정 곡률면을 잘라내 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 공극확대부는 상기 회전자 코어의 원주면에 일정 형상의 노치가 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 공극확대부는 상기 회전자에 삽입 결합되는 영구자석의 반 극면상에 형성됨이 바람직하다.
이하, 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조를 도시한 도면에 따라 그 구성 및 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 회전자 구조를 도시한 것으로, 도 4는 본 발명의 브러쉬리스 모터의 측단면도이고, 도 5는 본 발명의 브러쉬리스 모터의 회전자의 측단면도이며, 도 6은 도 5의 A부분 확대 단면도이고, 도 7은 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 자속 밀도를 비교한 그래프이다.
본 발명의 브러쉬리스 직류 모터(Brushless Direct Currency Motor)는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 모터 하우징(10)의 내부에 고정 결합되는 고정자(20)와, 상기 고정자(20)의 내부에 회전 가능하도록 삽입되는 회전자(30)와, 상기 회전자(30)의 내부에 압입 고정됨과 아울러 회전자(30)의 회전력을 외부로 전달하는 회전축(40)으로 구성된다
상기 고정자(20)는 내주면에 돌출 형성된 복수개의 티스(Teeth; 21)가 형성되고, 각 티스(21) 사이가 요홈지게 슬롯(Slot; 22)이 형성되며, 상기 티스(21)의 끝단 양측에 돌출 형성된 팁(Tip; 25) 사이에 슬롯 개구부(23)가 형성된 고정자 코어(26)와 상기 고정자 코어(26)의 티스(21)의 양측 슬롯(22)에 집중 권선되는 고정자 코일(26)로 이루어진다.
상기 회전자는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 중심부에 회전축(40)을 압입 고정하기 위한 축공(31)이 형성되고, 상기 축공(31) 외측에 직교하는 두개의 자극 중심선(x-x, y-y)에 각각 대칭되도록 두개의 영구자석을 고정하는 4개의 "V"자 형상의 자석 결합홈(33)이 원주를 따라 형성된 회전자 코어(36)를 적층시켜 이루어진다.
상기 영구자석(33)은 상기 자석 결합홈(32)의 외측에 동일 극성을 갖고, 인접한 자석 결합홈에 고정된 영구자석과는 다른 극성을 갖도록 삽입 고정된다.
상기 자석 결함홈(32)의 원주방향 끝단에는 영구자석(33)의 자속을 단락시키기 위한 자속 단락 방지 공극부(34)가 구비된다.
또한, 상기 회전자(30)는 상기 영구자석(33)과 다른 극성을 갖는 상기 고정자(20)의 티스(21)와의 공극을 확대시켜 자속 밀도 집중에 의한 충격력을 저감시키기 위한 공극 확대부(50)가 구비된다.
상기 공극 확대부(50)는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 회전자(30)의 중심과 자석 결합홈(32)에 삽입 고정되는 영구자석(33)의 중심을 관통하는 두개의 자극 중심선(x-x, y-y)으로부터 회전방향 쪽으로 상기 회전자(30)의 원주면 일정 곡률면을 잘라내어 고정자(20)의 티스(21)와의 공극을 확대시키도록 형성된다.
또한, 상기 공극 확대부(50)는 회전자(30)의 원주면에 일정 형상의 노치를 형성하여 자력의 집중을 방지하도록 함을 용이하게 고려할 수 있으며, 상기 고정자(20)의 티스와 다른 극상을 갖는 영구자석(33)과 자극 중심선의 회전 방향 쪽에 영구자석의 반 극면상에 형성된다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 브러쉬리스 직류 모터의 작동 및 그에 따른 효과를 설명하면 다음과 같다.
상기 고정자(20)의 각 티스(21)에 권취된 고정자 코일에 전류인가 회로(미도시)에 의하여 순차적으로 전류가 인가되면, 각 티스(21)가 N극과 S극의 교번 극성을 갖게 되어 상기 고정자(20)의 티스(21)에 인접한 회전자(30)의 영구자석(33)과의 자력 플럭스에 의하여 회전자(30)가 회전하게 된다.
상기 고정자(20)의 티스(21)와 서로 다른 극성을 갖는 영구자석(33)이 고정된 회전자(30)의 원주면이 인접하게 위치할 때, 상기 영구자석과의 자력 플럭스(Magnet Flux)가 활발히 발생하여 플럭스 밀도(Flux Density)가 집중되는 상기 고정자(20) 티스(21)의 팁(25)부분에 대응되는 회전자(30)의 일정 곡률면을 절단하여 공극을 확대시키기 위한 공극 확대부(50)를 형성시킴으로써 피크 플럭스(Peak Flux)의 발생에 따른 회전자의 반경방향의 충격력을 저감시키도록 한다.
따라서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 회전자(30)의 외주면을 절단하여 복수개의 공극 확대부(50)를 구비한 경우 회전자의 회전각에 따른 고정자(20)의 티스(21) 에어 갭 부분에서의 자속 밀도(②)를 측정한 것으로 종래의 자속 밀도(①)와 비교하여 보면 피크 플럭스 의 크기는 저감되었고, 파형은 종래보다 더 정현파에 근접되어 있음을 알 수 있다
그러므로, 자속 밀도의 집중에 따른 피크 플럭스에 의한 회전자의 반경방향의 충격력이 저감됨에 따라 회전자의 구동 시 발생되는 진동 및 진동 소음을 저감시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 회전자의 반경 방향으로 발생되는 충격력을 저감시킴으로써 회전자의 구동 시 발생되는 진동을 저감시킴과 아울러 진동에 따른 진동 소음을 저감시켜 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과를 갖는다.

Claims (5)

  1. 내부에 일정 수용공간을 갖는 하우징과, 상기 하우징 내부에 안착 고정됨과 아울러 고정자 코일이 권취되어 인가된 전원에 의해 교번 자성을 갖는 복수개의 티스가 내주면에 구비된 고정자와, 상기 고정자의 티스와 미소 공극을 유지하도록 삽입 고정됨과 아울러 각 티스와 자력 플럭스에 의하여 회전력을 발생시키는 영구자석이 교번 극성을 갖도록 삽입 고정하는 복수개의 "V"자형 자석 삽입공이 형성된 회전자와, 상기 회전자의 중심부에 압입 고정되어 회전력을 외부로 전달하도록 상기 하우징 결합된 베어링에 의해 고정되는 회전축으로 구성되는 브러쉬리스 직류 모터에 있어서,
    상기 회전자는 상기 영구자석과 다른 극성을 가지고 인접한 상기 고정자의 티스와의 공극을 확대시키기 위한 복수개의 공극확대부가 원주면을 따라 구비됨을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공극확대부는 상기 회전자의 자극 중심선으로부터 회전방향 쪽으로 형성됨을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 공극확대부는 상기 회전자의 일정 곡률면을 잘라내 형성시킴을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 공극확대부는 상기 회전자의 원주면에 일정 형상의 노치가 형성됨을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 공극확대부는 상기 회전자에 삽입 결합되는 영구자석의 반극 면상에 형성됨을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터의 회전자 구조.
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