KR200424092Y1 - 이중영구자석구조의 코어리스모터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 원형 배열되는 철심코어가 없는 계좌권선의 내부와 외부에 형성되는 전기장의 양면을 이중의 영구자석 회전자로 모두 이용하여 회전력을 얻음으로써, 에너지 이용효율을 제고하고, 코어가 없어 작동이 정확하며, 브러쉬가 없어 모터손상이 없어 정밀기기에 반영구적으로 적용할 수 있는 이중영구자석구조의 코어리스모터에 관한 것이다. 상기한 이중영구자석구조의 코어리스모터는 코팅된 코일이 권선된 다수 개의 권선코일이 원형 구조로 구비되는 권선코일부와, 상기 권선코일부와 내측으로 일정 간극을 유지하면서, 서로 다른 극성의 영구자석이 일정 간격으로 원형 배열되는 내부자석부와, 상기 내부자석부의 반대측으로, 상기 권선코일부와 외측으로 일정 간극을 유지하면서, 서로 다른 극성의 영구자석이 일정 간격으로 원형 배열되는 외부자석부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

코어리스모터, 코일, 자석

Description

이중영구자석구조의 코어리스모터{Coreless Motor Having Double Permanent-Magnet Structure}

도 1은 본 고안에 따른 코어리스모터 각 구성의 예시도이다.

도 2는 본 고안에 따른 권선코일부의 예시도이다.

도 3은 본 고안에 따른 코어리스모터의 개략적인 예시도이다.

도 4는 본 고안에 따른 코어리스모터의 분해사시도이다.

도 5는 본 고안에 따른 코어리스모터가 결합된 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 코어리스모터 2 : 권선코일

3 : 권선코일부 4 : 권선코일파이프

6 : 권선지지부 11 : 내부자석부

12 : 내측 영구자석 13 : 내부회전자

14 : 내부샤프트 22 : 외측 영구자석

23 : 외부회전자

본 고안은 코어리스모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원형 배열되는 철심코어가 없는 계좌권선의 내부와 외부에 형성되는 전기장의 양면을 이중의 영구자석 회전자로 모두 이용하여 회전력을 얻음으로써, 에너지 이용효율을 제고하고, 코어가 없어 작동이 정확하며, 브러쉬가 없어 모터손상이 없어 정밀기기에 반영구적으로 적용할 수 있는 이중영구자석구조의 코어리스모터에 관한 것이다.

일반적으로, 모터는 다수회 권선되어진 권선코일이 원형배열로 다수개 구비되고, 이의 주위를 다수개의 원형배열의 영구자석으로 구비되며, 이 중심에는 회전중심축이 되며 자기장을 안정적으로 형성하도록 하는 코어가 구비된다.

또한, 일반적으로 권선코일이 회전되기 때문에, 인입되는 외부전원과 권선코일의 전선 간에 전기적으로 연결하기 위하여, 다수 개의 브러쉬가 구비된다.

대부분 이러한 브러쉬는 중심부재에 대해 회전이 용이하도록 접촉면이 형성되며, 타측에 구비되는 스프링에 의해 접촉지지되게 되며, 또한 계속적으로 전기를 교차되어 흐르게 구비되는 것이다.

그러나, 이러한 브러쉬는 순간 전기적 단락이 수없이 일어나기 때문에, 순간방전에 의한 발열현상 및 마찰에 의한 발열현상 때문에 화재의 위험이 있으며, 마모에 의해 결국 브러쉬가 손상되어 주기적으로 교환을 해줘야 하는 문제점이 있다.

또한, 코어는 대부분 무거운 금속 부재를 이용하기 때문에, 모터의 전체 무 게를 가중하여, 소형 정밀 기계에 적용하기가 곤란한 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 원형 배열되는 철심코어가 없는 계좌권선의 내부와 외부에 형성되는 전기장의 양면을 이중의 영구자석 회전자로 모두 이용하여 회전력을 얻기 때문에, 에너지 이용효율을 제고하며, 코어가 없어 작동이 정확하며, 브러쉬가 없어 모터손상이 없어 정밀기기에 반영구적으로 적용이 가능한 하는 이중영구자석구조의 코어리스모터를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 이중영구자석구조의 코어리스모터는, 코팅된 코일이 권선된 다수 개의 권선코일이 원형 구조로 구비되는 권선코일부와, 상기 권선코일부와 내측으로 일정 간극을 유지하면서, 서로 다른 극성의 영구자석이 일정 간격으로 원형 배열되는 내부자석부와, 상기 내부자석부의 반대측으로, 상기 권선코일부와 외측으로 일정 간극을 유지하면서, 서로 다른 극성의 영구자석이 일정 간격으로 원형 배열되는 외부자석부로 구비되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 내부자석부는 내측의 다수의 영구자석이 고정설치되거나, 다극이 착자된 링형영구자석을 사용한 내부회전자를 구비하고, 상기 외부자석부는 외측 의 다수의 영구자석이 고정설치되는 외부회전자를 구비하며, 상기 권선코일부의 권선코일이 고정 설치되는 원통형상의 권선코일파이프를 구비하고, 상기 권선코일파이프와 권선코일과 고정 접합되어 상기 내부회전자와 상기 외부회전자가 같은 방향으로 함께 원활히 회전 가능하도록 지지할 수 있도록 결합됨이 바람직하다.

또한, 상기 권선코일파이프의 일측이 고정되고, 각각의 권선코일로부터 연장되는 전선이 외부로 연장되도록 하는 전선구멍이 형성되며, 상기 권선코일이 회전되거나 또는 요동되지 않도록 고정 지지되는 권선지지부를 더 구비하여, 상기 내부회전자의 회전시 발생하는 진동이나 부하로부터 전체적인 구조적 강도를 확보하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 내부회전자와 상기 외부회전자는 내부샤프트에 의해 상호 결합되며, 상기 권선지지부에 대해 회전되도록 결합되고, 상기 내부회전자는 회전중심에 상기 외부회전자에 대해 서로 다른 자극이 마주보게 되는 구조로 결합된다.

또한, 상기 권선코일은 연장된 코일에 코팅된 상태로 권선적층된 적층코일 또는 원통형상으로 필름코팅된 필름코일임이 바람직하다.

또한, 상기 내부회전자 및 상기 외부회전자는 서로 다른 극성으로 순차적으로 배치되는 내측 및 외측의 영구자석이 6폴로 구비되고, 상기 권선코일이 9폴로 구비되거나 또는, 상기 내부회전자 및 상기 외부회전자는 서로 다른 극성으로 순차적으로 배치되는 내측 및 외측의 영구자석이 4폴로 구비되고, 상기 권선코일이 6폴로 구비될 수도 있으며, 회전속도와 토크에 따라 폴수의 회전비를 달리할 수 있다.

이하 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 고안을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 코어리스모터 각 구성의 예시도이다. 도 1을 참조하면, (a)의 내부자석부(11)는 내부회전자(13)의 외측에 극성이 교대로 배치되도록 내측 영구자석(12)이 구비된다. 이러한 내부자석부(11)의 외부에 위치되는 (b)의 외부회전자(23)는 상기 내측 영구자석(12)과 대응되는 위치와 개수로 그 내부에 극성이 교대로 배치되도록 외측 영구자석(22)을 구비한다. (c)와 (d)를 참조하면, 내부회전자(13)의 중심에는 내부샤프트(14)가 끼워지고, 내부샤프트(14)와 외부회전자 사이에는 내부지지대(미도시)가 위치하며, 내부자석부(11)는 외부회전자(23)의 중앙에 배치된다. 경우에 따라서는 원형으로 다수 배열되는 자석 대신에, (e)와 같이 다극이 착자된 링형영구자석(12a)를 사용할 수도 있다.

도 2는 본 고안에 따른 권선코일부의 예시도이다. 도 2를 참조하면, 중공형의 권선코일파이프(4)의 외주면에 코일이 수차례 권선된 권선코일(2)이 일정 형상으로 배치, 결합된다. 또는 (b)와 같이 권선코일(2)이 에폭시나 바니쉬 몰딩 등의 방법으로 고정 접합되어 일정 강도를 갖도록 구성하는 것도 가능하다.

도 3은 본 고안에 따른 코어리스모터의 개략적인 예시도이고, 도 4는 본 고 안에 따른 코어리스모터의 분해사시도이며, 도 5는 본 고안에 따른 코어리스모터가 결합된 사시도이다.

본 고안에 따른 이중영구자석구조의 코어리스모터(1)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 영구자석이 내측 및 외측에 구비되며 그 사이에 전기장이 형성되도록 하는 코일이 구비된다.

즉, 코팅된 코일이 권선된 다수 개의 권선코일(2)이 원형 구조로 구비되는 권선코일부(3)와, 상기 권선코일부(3)와와 내측으로 일정 간극을 유지하면서, 서로 다른 극성의 내측 영구자석(12)이 일정 간격으로 원형 배열되는 내부자석부(11)와, 그리고 상기 내부자석부(11)의 반대측인 외측으로, 상기 권선코일부(3)와 외측으로 일정 간극을 유지하면서, 서로 다른 극성의 외측 영구자석(22)이 일정 간격으로 원형 배열되는 외부자석부(21)로 구비되어진다.

또한, 상기 내부자석부(11)는 내측의 다수의 내측 영구자석(12)이 고정설치되는 내부회전자(13)를 구비하되, 중앙이 빈 대체적으로 원통형상으로 형성하여, 그 외측면에 내부 영구자석(12)이 고정되도록 한다. 이때, 다수의 내측 영구자석(12)이 바로 옆의 영구자석과 서로 다른 극성으로 하여 배치되도록 한다.

아울러, 상기 외부자석부(21)에서도 외측의 다수의 외측 영구자석(22)이 고정설치되는 외부회전자(23)를 구비하되, 외부회전자(23)도 대체적으로 원통형상으로 구비하며, 그의 내부면에 일정 간격으로 외측 영구자석(22)이 배치되며, 또한 내부회전자(13)에서와 같이, 외측 영구자석의 바로 옆의 영구자석과는 서로 다른 극성을 갖도록 배치한다.

또한, 상기 권선코일부(3)의 권선코일(2)이 고정 설치되는 원통형상의 권선코일파이프(4)를 구비하고, 권선코일파이프(4)는 권선코일(2)와 에폭시나 바니쉬 몰딩 등의 방법으로 고정 접합되어, 자체적으로 일정한 구조적 강도를 유지하도록한다. 결국 상기 권선코일파이프(4)와 상기 내부회전자(13) 및 상기 외부회전자(23)가 서로 회전가능하도록 결합되도록 한다.

즉, 권선코일파이프(4)의 내면과 내부회전자(13)의 내측 영구자석(12)의 외측면이 서로 일정 간극을 유지하며, 또한 권선코일파이프(4)에 권선된 권선코일(2)의 외측면과 외부회전자(22)의 내면에 구비되는 외측 영구자석(22)의 내측면이 역시 서로 일정 간극을 유지하도록 한 상태에서, 각각 서로 회전가능하도록 결합한 것이다.

이러한 구조적 결합 상태를 상세히 살펴보면, 도 2에서와 같이, 상기 권선코일파이프(4)의 일측을 고정하고, 각각의 권선코일(2)로부터 연장되는 전선이 외부로 연장되도록 하는 전선구멍(5)을 형성하고, 상기 권선코일파이프(4)를 지지하기 위한 내측지지부(미도시)를 갖는 권선지지부(6)를 구비하여, 권선코일파이프(4)를 고정, 결합시키고, 회전자의 회전시 발생하는 진동이나 부하로부터 전체적인 구조적 강도를 확보하도록 한다.

내부회전자(13)와 외부회전자(23)는 내부샤프트(14)에 의해 함께 결합되며, 이 때 내부회전자(13)와 외부회전자(23)의 영구자석 배열 구조는 서로 다른 자극이 마주보게 되는 구조로 결합된다.

이와 같이 구비되는 본 고안에 따른 코어리스모터(1)는, 중앙에 구멍(7)이 형성된 두꺼운 원판 형상의 권선지지부(6)가 권선코일부(3)를 고정하고, 권선코일부(3)는 권선코일파이프(4)와 몰딩처리하여 고정시키며, 권선코일파이프(4)는 외측베어링부와 결합하여 회전시 진동이나 부하로부터 구조적 강도를 확보한다. 내부자석부(11)와 외부자석부(21)는 내측베어링과 외측베어링에 의해 회전 가능하도록 결합된다.

즉, 권선지지부(6)의 내측 구멍(7)의 베어링(15)에 의하여 내부샤프트(14)가 회전가능하도록 결합되고, 내부샤프트(14)의 일측 외주면으로 내부자석부(11)의 내부회전자(13)가 고정되어 회전가능하도록 구비된다. 또한 타측의 내부샤프트(14)에 다른 베어링(24)이 구비되어, 이 베어링(24)의 외주연에는 권선코일파이프(4)의 타측 내면이 고정되어, 결국 권선코일파이프(4)와 내측 영구자석(12) 사이의 간극이 일정하도록 구비되어지는 것이다.

또한, 베어링(24)에 대해 내부샤프트(14)의 연장되는 부분에는 외부회전자(23)가 결합되며, 이 때 외부회전자(23) 내면의 외측 영구자석(22)의 내측으로 권선코일(2)이 일정 간극을 유지하면서 위치되도록 결합된다.

이와 같이 구비되는 본 고안에 따른 코어리스모터(1)는 결국 고정설치되는 권선지지부(6)에 대하여, 권선코일(2)과 권선코일파이프(4) 및 내측 베어링이 고정되고, 내측 영구자석(12)과 외측 영구자석(22)은 내부샤프트(14)에 함께 결합되는 것이다.

여기서, 권선코일(2)의 한 권선계자에서 형성되는 전기장의 내측과 외측은 각각 서로 다른 방향으로 향하는 힘의 방향으로 형성되고, 내부회전자(13)의 영구자석과 외부회전자(23)의 영구자석은 서로 다른 극성으로 배치되므로, 같은 방향으로 밀거나 당기는 힘으로 내부회전자(13)와 외부회전자(23)는 동일한 방향으로 회전하게 된다.

따라서, 고정되는 권선지지부(6)에 대하여 내측에서 회전되는 내부샤프트(14)에 의한 내측회전력과, 외부회전자(23)에 의한 외측회전력을 모두 이용할 수 있게 된다.

특히, 이와 같이 구비되는 본 고안은, 상기 권선코일(2)이 연장되는 연속 코일 외면에 코팅된 상태로 권선적층된 적층형 권선코일로 구비하거나 또는 원통형상으로 필름코팅된 필름코일로 구비할 수 있다. 또한, 필름코일로 구비하면 작은 크기의 정밀 기기에서 사용이 가능하며, 동시에 작동해야만 하는 많은 부재들을 외부동력 및 내부동력을 별도의 동력전달체계로 하여 동시에 작동시키는 등의 이점이 있는 것이다. 이와 같은 작동은 특히 작은 크기의 정밀 기기에서 많이 사용되므로, 본 고안에 의한 사용은 그 이용범위가 점점 증가될 수 있다 할 것이다.

또한, 상기 내부회전자(13) 및 상기 외부회전자(23)는 서로 다른 극성으로 순차적으로 배치되는 내측 및 외측의 영구자석(12)(22)이 6폴 또는 4폴로 구비되고, 상기 권선코일(2)이 9폴 또는 6폴로 구비되도록 할 수도 있다. 즉, 회전속도와 토크의 사용 용도를 고려하여 고정자와 회전자 폴수와 회전비를 달리할 수 있다.

이와 같이 구비되는 본 고안 이중영구자석구조의 코어리스모터(1)는 하나의 권선코일부(3)에 대하여 외측 및 내측으로 형성되는 전기장의 양면을 모두 사용하므로 회전력은 2배를 이용할 수 있으며, 또한 낭비되는 에너지를 최소화하여 에너지 이용율을 극대화한 것이다. 특히 외측과 내측의 이중의 동력원을 하나의 모터에서 실현하기 때문에 전체 모터의 수를 감소하여 기기 전체의 크기를 줄일 수 있어 소형화를 추구할 수 있는 등의 장점이 있다.

또한, 코어리스 형태이므로 히스테리시스손을 없애 효율을 높이고, 회전체를 가볍게 할 수 있어 관성모멘트를 줄여 결국 회전체의 응답속도 및 정지속도가 빠르기 때문에 정확한 작동을 하기 때문에, 정밀기기의 작동에 월등한 효과가 있는 것이다.

이에 더하여 전기 전달을 위한 종전의 브러쉬가 없으므로, 손상될 우려가 적고 소모품 교환 없이 반영구사용하므로 정밀 장치에 이용에 적합한 것이다. 즉 종전의 모터에서는 브러쉬의 손상에 의하여 전기가 전달되지 않아 모터가 정지하거나 전기의 전달에 순간 단락이 생길 경우에는 화재가 발생되며, 또한 브러쉬가 파손되는 경우에는 모터의 전체가 파손되어 결국 종래의 모터가 실장된 기기 전체의 오작동을 일으키는 문제점이 있었다.

그러나, 본 고안에서는 이와 같은 단점의 브러쉬가 없으므로, 모터의 손상 우려가 없어, 반영구적으로 모터를 이용할 수 있으므로, 정밀기기에 이용이 양호한 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

상기와 같은 본 고안은 원형 배열되는 코일배열에 대해 내부 및 외부에 형성되는 전기장을 모두 이용하여 회전력을 얻기 때문에, 에너지 이용효율을 높이며, 코어가 없어 작동이 정확하며, 브러쉬가 없어 모터손상이 없어 정밀기기에 반영구적으로 적용이 가능하는 등의 효과가 있다.

Claims (5)

1. 코팅된 코일이 권선된 다수 개의 권선코일이 원형 구조로 구비되는 권선코일부와,

   상기 권선코일부와 내측으로 일정 간극을 유지하면서, 서로 다른 극성의 영구자석이 일정 간격으로 원형 배열되는 내부자석부와,

   상기 내부자석부의 반대측으로, 상기 권선코일부와 외측으로 일정 간극을 유지하면서, 서로 다른 극성의 영구자석이 일정 간격으로 원형 배열되는 외부자석부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중영구자석구조의 코어리스모터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 내부자석부는 내측의 다수의 영구자석이 고정설치되거나, 또는 다극으로 착자된 링형영구자석을 사용한 내부회전자를 구비하고,

   상기 외부자석부는 외측의 다수의 영구자석이 고정설치되는 외부회전자를 구비하며,

   상기 권선코일부는 권선코일이 고정 설치되는 원통형상의 권선코일파이프를 구비하고,

   상기 권선코일파이프와 상기 내부회전자 및 상기 외부회전자가 서로 회전가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 이중영구자석구조의 코어리스모터.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 권선코일파이프의 일측이 고정되며, 각각의 권선코일로부터 연장되는 전선이 외부로 연장되도록 하는 전선구멍이 형성되는 권선지지부를 더 구비하고,

   상기 내부회전자와 상기 외부회전자가 함께 결합되는 내부샤프트를 구비하는 것을 특징으로 하는 이중영구자석구조의 코어리스모터.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 권선코일은 연장된 코일에 코팅된 상태로 권선적층된 적층코일 또는 원통형상으로 필름코팅된 필름코일로 구비되는 것을 특징으로 하는 이중영구자석구조의 코어리스모터.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내부회전자 및 상기 외부회전자는 서로 다른 극성으로 순차적으로 배치되는 내측 및 외측의 영구자석이 6폴로 구비되고, 상기 권선코일이 9폴로 구비되거나 또는, 상기 내부회전자 및 상기 외부회전자는 서로 다른 극성으로 순차적으로 배치되는 내측 및 외측의 영구자석이 4폴로 구비되고, 상기 권선코일이 6폴로 구비 되는 것을 특징으로 하는 이중영구자석구조의 코어리스모터.

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