KR20040111465A

KR20040111465A - 모터의 회전자

Info

Publication number: KR20040111465A
Application number: KR10-2004-7015620A
Authority: KR
Inventors: 시가츠요시
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 가덴세이조 가부시끼가이샤; 도시바 콘슈머 마케팅 가부시끼 가이샤
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-12-31
Also published as: WO2003088451A1; EP1492213A1; CN1653672A; TW200305306A; JP2003299282A; TWI291798B

Abstract

본 발명의 모터의 회전자는 자속의 흐름을 극이방에 배향한, 자성분말의 소결체로 이루어진 마그네트(12)를 구비하고, 상기 마그네트(12)를 복수개, 자성체로 이루어진 프레임(11)의 고정자측에, 극성을 번갈아 다르게 배열하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

모터의 회전자{MOTOR ROTOR}

종래부터, 모터의 회전자로서 도 5 및 도 6에 도시한 것이 제공되고 있다.

이것은 프레임(1)이 철판 등의 자성체로 편평한 덮개가 있는 원통형 용기형상으로 형성되고, 둘레측부(1a)가 고정자(도시하지 않음)의 주위 바깥쪽에 위치하도록 이루어져 있다. 따라서, 이 경우 모터는 회전자가 고정자의 주위 바깥쪽에 위치하는 아우터 로터형이다.

상기 프레임(1)의 고정자측인, 둘레측부(1a)의 내주면(도 5에서는 좌측, 도 6에서는 하측)에는 마그네트(2)가 둘레 전체에 복수개(다수개) 배열되어 있다. 상기 마그네트(2)는 도 6에 도시한 자속(φ)이 고정자측으로부터 대향 고정자측으로, 즉 반경 방향으로 단순하게 흐르도록 배향된 일반적인 것이다. 이 때문에, 프레임(1)에는 하나의 마그네트(2)를 고정자측에서 대향 고정자측으로 흐른 자속(φ)을, 인접하는 마그네트(2)에 충분히 환류시키는 백요크(back yoke)로서의 충분한 두께가 필요해진다.

마그네트(2)의 자력이 큰 경우, 프레임(1)의 두께가 너무 커져 가공이 곤란해지므로, 프레임(1)의 대향 고정자측인, 둘레측부(1a)의 외주면(도 5에서는 우측, 도 6에서는 상측)에, 제 2 백요크로서 링(3)이 부착되고, 따라서 프레임(1)의 두께를 약간 크면서도 적절하게 유지하고, 그만큼을 링(3)으로 보충하여 자속(φ)이 충분히 환류되도록 하고 있다.

이 경우, 마그네트(2)와 함께 링(3)을 프레임(1)에 자기적이고 기계적으로 단단하게 접합시킬 필요가 있고, 이 때문에 마그네트(2)의 각각 인접하는 부분으로부터 링(3)의 외부에 있어서는 합성수지의 몰드(4)가 실시되어, 프레임(1)의 둘레측부(1a)에 대한 마그네트(2) 및 링(3)을 고정하고 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 것에서는 특히 마그네트(2)의 자력이 큰 경우에, 상기 마그네트(2)를 흐르는 자속(φ)을 충분히 환류시키기 위해, 프레임(1)의 두께를 비교적 크게 해야 하고 링(3)도 필요하며, 또한 합성수지의 몰드(4)도 체적이 커지게 된다. 이 결과, 전체의 중량이 커지고, 관성 토크가 증대되는 등, 모터의 특성을 악화시키고 있었다. 또한, 비용도 높아지고 있었다.

또한, 상기 종래의 것에서, 프레임(1)의 두께를 크게 하지 않고, 링(3)도 부가하지 않으면, 마그네트(2)를 흐르는 자속(φ)이 충분히 환류되지 않으므로, 고정자에 미치는 자력이 감소되고, 자력의 분포 상태도 악화되어 모터의 소리나 진동이 커지는 등, 특성이 악화된다.

본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 따라서 그 목적은 마그네트를 흐르는 자속을 충분히 환류시킬 수 있는 것이면서, 전체의 경량화와 비용의 저렴화를 도모할 수 있는 모터의 회전자를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 프레임의 고정자측에 마그네트를 배열하여 이루어진 모터의 회전자에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 회전자의 주요 부분의 확대 횡단면도,

도 2는 회전자의 주요부분의 종단면도,

도 3은 회전자의 주요부분의 횡단면도,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 도 1 상당도,

도 5는 종래예를 도시한 도 2 상당도 및

도 6은 종래예를 도시한 도 1 상당도이다.

본 발명에 따른 모터의 회전자는 자속의 흐름을 극이방(極異方)으로 배향한, 자성분말의 소결체로 이루어진 마그네트를 구비하고 상기 마그네트를 복수개, 자성체로 이루어진 프레임의 고정자측에, 극성을 번갈아 다르게 배열하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 마그네트가 자속의 흐름을 극이방으로 배향한 것으로, 극성을 번갈아 다르게 배열하고 있으므로, 하나의 마그네트를 흐른 자속은 인접하는 마그네트에 대부분이 흘러 충분히 환류되어, 프레임을 흘러 환류되는 분량이 적어진다. 따라서, 프레임에 백요크로서의 두께가 필요없게 되고, 제 2 백요크로서의 링도 필요없게 된다. 또한, 합성 수지의 몰드의 필요량도 작아져, 그 결과 전체의 중량이 경감되어 비용도 저렴화된다.

이 경우, 마그네트의 자력은 약 316〔MA/m〕이상이면 좋다. 이것에서는 마그네트의 자력이 크다. 그러나, 그래도 상술한 바와 같이 마그네트를 흐른 자속은 인접하는 마그네트에 대부분이 흘러 충분히 환류되므로, 자력이 큰 마그네트의 자속을 충분히 환류시키고, 그 자력의 크기에 의한 성능을 충분히 발휘시킬 수 있다.

프레임의 두께는 마그네트의 두께의 1/5 이하로 하면 좋다. 이것에서는 마그네트의 자력이 약 316〔MA/m〕 이상일 때의 프레임의 두께는 예를 들어 2〔㎜〕 이하가 되고 경량화, 저비용화에 효과를 가짐과 동시에, 프레임의 가공을 용이하게 할 수 있게 된다.

인접하는 마그네트의 간격은 마그네트의 폭의 1/10 이하로 하면 좋다. 이것에서는 마그네트를 흐른 자속이 인접하는 마그네트에 흐를 때의 자기저항(공극)이 작아지고, 즉 자속이 환류되기 쉬워져 모터의 특성이 향상된다.

마그네트의 고정자측의 면의 형상은 가운데가 높은 형상이 되면 좋다. 이것에서는 마그네트의 고정자측의 면과 고정자 사이의 공극의 크기가 마그네트의 고정자측의 면의 중앙부에서 가장 작고 양측부에서 커진다. 이에 의해, 그 공극에서의 자기저항도 고정자측의 면의 중앙부에서 가장 작고 양측부에서 커진다. 그 결과, 그 공극에서의 자속밀도가 파형으로 정현파에 접근하고, 공간 고주파가 적은 것이 됨으로써 토크리플(torque ripple)이 적어지고 진동, 소음의 발생이 감소된다.

특히, 자성분말의 소결체로 이루어진 마그네트를 극이방으로 배향하는 제조기술은 난이도가 높은 것이고, 그 제조기술에서 마그네트의 고정자측의 면과 고정자 사이의 공극에서의 자속밀도가 파형으로 정현파가 되도록 하는 것은 곤란하다. 이에 대해서, 상술한 것에서는 마그네트의 고정자측의 면의 형상을 가운데가 높은 형상으로 하는 것만으로 그것을 실현할 수 있는 것이고 제조기술상의 곤란함을 감소시킬 수 있다.

마그네트는 복수극분에서 1개로 하면 좋다. 이것에서는 마그네트를 흐른 자속이 인접하는 마그네트에 흐를 때의 자기저항이 상기한 것 이상으로 작아지고, 즉 자속이 한층 환류하기 쉬워져, 모터의 특성이 더욱 향상된다.

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 대해, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

우선, 도 2 및 도 3에는 프레임(11)을 나타내고 있고, 상기 프레임(11)은 자성재 예를 들어 철판을 프레스 가공함으로써 편평한 덮개가 있는 원통형의 용기형상으로 형성한 것으로, 둘레측부(11a)가 도시하지 않은 고정자의 주위 바깥쪽에 위치하도록 이루어져 있다. 따라서, 이 경우도, 모터는 회전자가 고정자의 주위 바깥쪽에 위치하는 아우터 로터형이다.

상기 프레임(11)의 고정자측인, 둘레측부(11a)의 내주면(도 2에서는 좌측, 도 3에서는 하측)에는 마그네트(12)를 둘레 전체에 복수개(다수개), N, S의 극성을 번갈아 다르게 배열하고 있다. 또한, 마그네트(12)의 각각 인접하는 부분으로부터 각 마그네트(12)와 프레임(11) 사이에 있어서는 합성수지의 몰드(13)를 실시함으로써, 프레임(11)(둘레측부(11a))에 마그네트(12)를 고정하고 있다.

또한, 이 경우 프레임(11)에는 도 2에 도시한 구멍(14)을 둘레방향으로 복수개 형성하고 있고, 이들 내부부터 외부에도 몰드(13)를 실시함으로써, 프레임(11)에 대한 마그네트(12)의 고정이 보다 견고하게 실시되도록 하고 있다.

여기에서, 마그네트(12)는 예를 들어 산화철 등의 자성분말을 소결하여 이루어지는 것으로, 또한 자속(φ)의 흐름이 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이 오로지 고정자측만으로 이루어진 극이방에 배향하여 이루어진 것이고, 그 배향과 소결은 예를 들어 자성 분말을 틀내의 캐비티에 물과 함께 넣어 자유 상태로 해 두고, 이 상태에서 자속(φ)이 상술한 바와 같이 흐르도록 자장을 주면서, 캐비티 내의 물의 배출을 수반하여 자성분말을 눌러 굳히고, 소결을 실시하는 것이다.

그러나, 마그네트(12)는 그 자력을 약 316〔MA/m〕(참고치: 4〔MOe〕로 하고 있다. 또한, 프레임(11)은 그 두께(T11)를 마그네트(12)의 두께 (T12)의 1/5 이하(T11/T12≤0.2)로 하고 있다. 또한, 인접하는 마그네트(12)의 간격(g)은, 마그네트(12)의 폭(W)의 1/10 이하(g/W≤0.1)로 하고 있고, 또한 마그네트(12)의 고정자측의 면(12a)은 그 형상을 거의 반원 기둥면 형상의 가운데가 높은 형상으로 하고 있다.

이와 같이 본 구성의 것에서는 마그네트(12)가 자속(φ)의 흐름을 극이방으로 배향한, 자성분말의 소결체로 이루어진 것으로, 상기 마그네트(12)를 복수개, 자성체로 이루어진 프레임(11)의 고정자측에, 극성을 번갈아 다르게 배열하여 구성하고 있다.

이에 의해, 하나의 마그네트(12)를 흐른 자속(φ)은 도 1에 도시한 바와 같이, 인접하는 마그네트(12)에 대부분이 흘러 충분히 환류되고, 프레임(11)을 흘러 환류하는 분량 작아진다. 따라서, 프레임(11)에 그 자속(φ)을 충분히 환류시키기 위한 백요크로서의 두께가 필요해지고, 제 2 백요크로서의 링(종래의 링(3))도 필요없게 된다. 또한, 그만큼, 합성수지의 몰드(13)도 종래의 몰드(4)보다 체적이적게 필요하게 되어, 그 결과 전체의 중량을 경감시킬 수 있고 비용도 저렴하게 할 수 있다.

또한, 자성분말의 소결체로 이루어진 마그네트(12)는 플라스틱을 바인더로서 자성분말과 혼합한 플라스틱 마그네트 등에 비해 자성분말의 사용량이 많고, 그에 의해 큰 자력이 얻어지므로, 투과율이 보통인, 저렴한 자성분말을 사용함으로써 충분하다(플라스틱 마그네트는 자성분말의 혼입량이 적으므로, 큰 자력을 얻는 데에는 투자율이 큰, 고가의 자성분말을 사용할 필요가 있다). 이렇게 하여, 본 구성의 것에서는 비용을 한층 더 저렴하게 할 수 있다.

또한, 특히 본 구성의 경우 마그네트(12)는 그 자력을 약 316〔MA/m〕이상으로 하고 있어, 마그네트(12)의 자력이 크다. 그러나, 그래도 상술한 바와 같이 마그네트(12)를 흐른 자속(φ)은 인접하는 마그네트(12)에 대부분이 흘러 충분히 환류되므로, 자력이 큰 마그네트(12)의 자속(φ)을 충분히 환류시키고, 그 자력의 크기에 의한 성능의 높이를 충분히 발휘시킬 수 있다.

또한, 프레임(11)은 그 두께(T11)를 마그네트(12)의 두께(T12)의 1/5 이하로 하고 있고, 마그네트(12)의 자력이 상술한 약 316〔MA/m〕 이상일 때의 프레임(11)의 두께는 예를 들어 2〔㎜〕 이하가 된다. 이에 의해, 경량화, 저비용화에 효과를 가짐과 동시에, 프레임(11)의 가공을 용이하게 할 수 있게 된다.

또한, 인접하는 마그네트(12)의 간격(g)은 마그네트(12)의 폭(W)의 1/10 이하로 하고 있다. 이에 의해, 마그네트(12)를 흐른 자속(φ)이 인접하는 마그네트(12)에 흐를 때의 자기저항이 작아지고, 즉 자속(φ)이 환류하기 쉬워져 모터의 특성을 향상시킬 수 있다.

그 밖에, 마그네트(12)는 고정자측의 면(12a)이 형상을 가운데가 높은 형상으로 하고 있다. 이에 의해, 마그네트(12)의 고정자측의 면(12a)과 고정자(자극) 사이의 공극의 크기는 마그네트(12)의 고정자측의 면(12a)의 중앙부에서 가장 작고, 양측부에서 커진다. 따라서, 상기 공극에서의 자기저항도, 고정자측의 면(12a)의 중앙부에서 가장 작고 양측부에서 커진다. 그 결과, 상기 공극에서의 자속밀도가 파형이고 정현파에 접근하고, 공간 고주파가 적은 것이 되어, 토크리플이 적어지고 진동, 소음의 발생을 감소시킬 수 있다.

특히, 자성분말의 소결체로 이루어진 마그네트(12)를 극이방에 배향하는 제조 기술은 난이도가 높은 것이고, 그 제조기술에서 마그네트(12)의 고정자측의 면(12a)과 고정자 사이의 공극에서의 자속밀도가 파형이고 정현파가 되도록 하는 것은 곤란하다. 이에 대해서, 상술한 것에서는 마그네트(12)의 고정자측의 면(12a)의 형상을 가운데가 높은 형상 하는 것만으로 그것을 실현시킬 수 있는 것이고, 제조기술상의 곤란함을 감소시킬 수 있다.

이상에 대해서 도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 것으로, 상기 제 1 실시예와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.

이것의 경우, 마그네트(21)를 상술한 마그네트(12)가 1극분에서 1개였던 것에 비해, 복수극(도시예에서는 2극)분에서 1개로 하고 있다. 이에 의해, 마그네트(21)를 흐른 자속이 인접하는 일체의 마그네트(21)에 흐를 때의 자기저항이 상기한것 이상으로 작아지고 즉 자속이 한층 환류하기 쉬워지므로, 모터의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 마그네트(21)는 상술한 점 이외에는 상술한 마그네트(12)와 동일한 구성이다. 상기 마그네트(21)는 상기한 것 이상의 극수분에서 1개로 하도록 해도 좋다.

또한, 회전자 전체로서는 상술한 고정자의 주위 바깥쪽에 위치하는 것에 한정되지 않고, 고정자의 안쪽에 위치하는 것(이너로터형)이어도 좋다.

그 밖에, 본 발명은 상기하고 도면에 도시한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 모터의 회전자는 모터를 구성함으로써, 전체의 경량화의 비용의 저렴화를 달성하면서 모터의 특성을 향샹시키는 것으로서 유용하다.

Claims

자속의 흐름을 극이방에 배향한 자성분말의 소결체로 이루어진 마그네트를 구비하고, 상기 마그네트를 복수개, 자성체로 이루어진 프레임의 고정자측에 극성을 번갈아 다르게 배열하여 이루어진 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
제 1 항에 있어서,

마그네트의 자력이 약 316〔MA/m〕 이상인 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
제 2 항에 있어서,

프레임의 두께를 마그네트 두께의 1/5이하로 한 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
제 2 항에 있어서,

인접하는 마그네트의 간격을 마그네트 폭의 1/10 이하로 한 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
제 1 항에 있어서,

마그네트의 고정자측의 면의 형상을 가운데가 높은 형상으로 한 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
제 1 항에 있어서,

마그네트를 복수극분에서 1개로 한 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.