KR20050070732A

KR20050070732A - 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조

Info

Publication number: KR20050070732A
Application number: KR1020030100903A
Authority: KR
Inventors: 홍선기; 박진호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2005-07-07
Also published as: CN100459377C; JP2005198483A; US7084544B2; CN1638245A; US20050140243A1; KR100520548B1; JP4793802B2

Abstract

슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조가 개시된다. 개시된 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조는, 일정한 크기와 방향으로 자장을 발생시키며 회전하기 위해 영구자석과 회전자축으로 이루어진 회전자와; 상기 회전자를 회전시키며 원하는 속도와 토크가 발생되도록 회전자계를 발생하도록 전기자 코일과 전기자 요크로 이루어진 고정자와; 상기 전기자 코일이 일정 간격을 유지하며 조립되기 위해 상기 전기자 요크의 축방향으로 그 상단부 및 하단부의 양단에 설치되는 것으로, 원형의 중공부재와, 상기 중공부재의 내주면에 일정 간격으로 돌출 형성되어 상기 전기자 코일의 내측이 연결되도록 하는 다수의 돌기를 구비하며, 절연성을 갖는 코일조립부재;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전기자 코일의 조립성 및 생산성이 향상되고, 상간 기자력 분포의 균일화로 토크 리플이 저감될 수 있으며, 소실 토크 저감 및 진동과 소음이 감소될 수 있는 이점이 있다.

Description

슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조{STRUCTURE FOR ASSEMBLING ARMATURE COIL IN SLOTLESS BRUSHLESS DC MOTOR}

본 발명은 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자 코일의 조립성 및 생산성이 향상되고, 상간 기자력 분포의 균일화로 토크 리플이 저감되며, 소실 토크 저감 및 진동과 소음이 감소되는 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조에 관한 것이다.

슬롯레스(slotless) 무브러시 직류 전동기(BLDC; brushless DC motor)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 일정한 크기와 방향으로 자장을 발생시키며 회전하는 것으로 영구자석(11)과 회전자축(12)으로 이루어진 회전자와, 이 회전자를 회전시키며 원하는 속도와 토크가 발생할 수 있도록 회전자계를 발생하는 것으로 전기자 코일(13)과 전기자 요크(14)로 이루어진 고정자와, 이들 회전자와 고정자 사이에서 전기적 에너지를 기계적 에너지로 전달시키도록 하는 공극(15)을 포함하여 구성된다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 가능한 높은 토크를 발생하기 위해 전기자에 적절한 전원이 인가될 수 있도록 각 전기자 코일(13)에 대한 영구자석(11)의 상대적인 위치를 감지하도록 하는 홀센서(15)가 구비된다.

이러한 구성을 갖는 슬롯레스 무브러시 직류 전동기를 조립함에 있어, 상기 고정자는 자속의 원활한 흐름을 보조하는 전기자 요크(14)를 강자성체를 사용하여 블록 또는 적층형태로 조립된다.

그리고 상기 전기자 코일은 자기융착코일을 이용하여 일정한 형상을 유지하도록 조립한 후 이를 상호 조립함에 있어, 전기적인 절연이 될 수 있도록 절연체 (16)가 사이에 점착된다. 이때 전기자 코일(13) 각각은 일정한 간격을 유지할 수 있도록 조립하는데, 절연체(16)와 전기자 코일(13)은 액상형 또는 테이프 형태의 접착제를 사용하여 고정시킨다.

이렇게 전기자 코일(13)을 전기자 요크(14)에 조립한 후, 코일의 절연성을 향상시키고 기구적인 견고함을 보장하기 위하여 적절한 방법으로 함침 또는 에폭시 몰딩(epoxy molding) 방법을 사용하여 최종 조립한다.

그리고 상기 회전자는 세그먼트 또는 링 형상의 영구자석(11) 내면에 적절한 접착제를 도포한 후, 강자성체의 블록 또는 적층형태로 구성된 회전자 축(12)에 조립하여 완성한다. 이때, 접착제는 상온 또는 고온용의 것을 사용한다.

또한 상기 홀센서(15)는 전기자 상수 및 회전자 자극수에 따라 적절한 간격을 유지하도록 적절한 패턴이 형성되어 있는 인쇄회로기판(PCB) 위에 조립하고, 이를 상기 고정자와 기구적으로 조립한다. 이때 조립은 접착제 또는 볼트체결 등의 방법을 사용한다.

그런데, 상기와 같이 조립되는 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 조립에 있어 상기 전기자 코일(13)의 조립의 양호성은, 전동기 전체의 성능을 결정짓는 가장 결정적인 요소이다. 특히, 각 코일의 간격이 일정하게 유지되지 못하면, 불균일한 회전자계의 발생으로 인하여 토크리플(Torque Ripple)이 발생되어 진동, 소음발생 및 효율저하 등의 원인이 된다.

또한 각 코일의 불균일한 간격으로 인해 전기자 조립의 마지막 단계인 함침 또는 몰딩 조립 후, 구조적인 견고함이 불균일하게 발생하게 되어 전동기 발열시 이러한 취약 부분에서의 절연파괴로 인한 코일단락 현상이 발생하기도 한다.

뿐만 아니라, 각 전기자 코일(13)의 조립이 작업자의 숙련도에 절대적으로 좌우되므로 생산성이 떨어지고 불량의 양산될 우려가 있는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전기자 코일 조립의 불량에 의한 토크리플이 발생되지 않고, 진동과 소음 발생 및 코일 단락 현상이 발생되지 않도록 전기자 코일의 간격을 일정하게 하고, 조립을 견고하게 한 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조는, 일정한 크기와 방향으로 자장을 발생시키며 회전하기 위해 영구자석과 회전자축으로 이루어진 회전자와; 상기 회전자를 회전시키며 원하는 속도와 토크가 발생되도록 회전자계를 발생하도록 전기자 코일과 전기자 요크로 이루어진 고정자와; 상기 전기자 코일이 일정 간격을 유지하며 조립되기 위해 상기 전기자 요크의 축방향으로 그 상단부 및 하단부의 양단에 설치되는 것으로, 원형의 중공부재와, 상기 중공부재의 내주면에 일정 간격으로 돌출 형성되어 상기 전기자 코일의 내측이 연결되도록 하는 다수의 돌기를 구비하며, 절연성을 갖는 코일조립부재;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 일반적인 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조의 구성에 대한 설명은 도 1 및 도 2를 참조하기로 하고 생략하며, 여기서에는 본 발명에 따른 특징적인 구성만을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 일정한 크기와 방향으로 자장을 발생시키며 회전하기 위해 영구자석(11)과 회전자축(12)으로 이루어진 회전자와, 이 회전자를 회전시키며 원하는 속도와 토크가 발생되도록 회전자계를 발생하도록 전기자 코일(13)과 전기자 요크(14)로 이루어진 고정자를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명의 특징부로써 제1실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전기자 코일(13)의 코일을 일정 간격을 유지하며 조립되기 위해, 전기자 요크(20)의 축방향으로 그 상단부 및 하단부의 양단에 설치되는 것으로, 원형의 중공부재(31)와, 후술하는 도 5에 도시된 바와 같이, 이 중공부재(31)의 내주면에 일정 간격으로 돌출 형성되어 전기자 코일(13)의 내측이 연결되도록 하는 다수의 돌기(32)를 구비하며, 절연성을 갖는 코일조립부재(30)가 구비된다.

그리고 본 발명에 따른 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일(13) 조립구조의 제2실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 전기자 요크(20)에 결합되는 방향으로 코일조립부재(30)의 중공부재(31)의 외주면에는 전기자 요크(20)에 형성된 결합홈(21)에 끼워져 코일조립부재(30)가 설치될 수 있도록 하는 결합돌기(33)가 일정 간격으로 다수개 형성된다.

또한 본 발명에 따른 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일(13) 조립구조의 제3실시예는 도 5에 도시된 바와 같이, 전기자 코일(13)이 일정 간격을 유지하며 조립되기 위해 전기자 요크(20)의 내주면에 설치되는 것으로, 원통형의 중공부재(41)와, 이 중공부재(41)의 내주면의 축방향으로 일정 간격 돌출 형성된 다수의 리브(rib)(42)를 구비하며, 절연성을 갖는 코일조립부재(40)가 구비된다.

그리고 본 발명에 따른 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일(13) 조립구조의 제4실시예는 도 6에 도시된 바와 같이, 전기자 코일(13)이 일정 간격을 유지하며 조립되기 위해 상기 전기자 요크(20)의 축방향으로 그 내주면의 양단에 삽입 설치되는 것으로, 원형의 중공부재(51)와, 이 중공부재(51)의 내주면에 일정 간격으로 돌출 형성되어 전기자 코일(13)의 내측이 연결되도록 하는 다수의 리브(52)를 구비하며, 절연성을 갖는 코일조립부재(50)가 구비된다.

상기 제3 및 제4실시예의 상기 코일조립부재는 에폭시 몰딩(epoxy molding)에 의해 이루어진다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일(13) 조립구조의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일(13) 조립구조는, 전기자 코일(13) 조립용 부가적인 코일조립부재를 사용, 전기자 코일(13)의 간격을 일정하게 하고, 조립의 견고함을 보장하기 위한 것이다.

우선, 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 제1실시예는, 절연성을 가지는 코일조립부재(30)를 전기자 요크(20)의 축방향으로 그 상담 및 하단의 양단에 설치하고, 돌출된 돌기(2)에 전기자 코일(13)의 내측을 연결하여 조립한다.

이렇게 조립함으로써 전기자 코일(13)을 일정간격으로 유지할 수 있게 된다. 이는 일반 무브러시 직류 전동기의 전기자 치와 유사한 것으로, 이후 함침 또는 몰딩 작업에 의해 기구적으로도 견고함을 유지할 수 있다.

그리고 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 제2실시예는, 상기 전기자 요크(20)에 코일조립부재(30)를 끼울 수 있는 결합홈(21)을 형성한 후, 상기 코일조립부재(30)의 결합돌기(33)를 결합홈(21)에 끼워 항상 일정한 위치에 유지할 수 있도록 한다. 또한 축방향 상하부의 동일한 결합홈(21)에 코일조립부재(30)가 조립되므로 보다 안정적으로 조립성을 유지할 수 있다.

그리고 도 5에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 제3실시예는, 전기자 요크(20) 내주면에 동일한 재질로 일체형의 형상을 이루는 코일조립부재(40)를 설치한다. 즉, 도 3이 갖는 일정 간격의 코일 조립 기능도 있을 뿐만 아니라, 종래의 전동기 조립에서 필요한 전기자 요크(20)와 코일 사이의 절연체 삽입과정을 동시에 해결한다.

이는 전기자 요크(20)의 조립 후, 금형에 의해 이루어지는 에폭시 몰딩 작업으로 완성될 수 있다. 즉, 전기자 코일(13)의 일정간격 조립과, 절연성 유지를 동시에 해결할 수 있으며, 함침 또는 몰딩 과정을 거쳐 기계적인 견고함도 향상된다. 여기서도 도 4의 결합홈(21)과 결합돌기(33)를 형성할 수 있다.

또한 도 6에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 제4실시예는, 도 5의 제3실시예의 기능과 기본적으로 동일하나, 보다 경제적인 방법으로 코일조립부재(50)의 에폭시 몰딩 작업과, 전기자 요크(20)의 조립이 별개의 과정으로 진행되며, 도 5의 제3실시예보다 경제적인 금형으로 작업이 가능하다.

이는 몰딩 후 코일조립부재를 전기자 요크(20)에 삽입하는 과정이 필요하지만, 전기자 코일(13)의 일정 간격 유지, 절연성 보강 및 기계적인 견고함에 더하여 경제성이 있다할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조는 다음과 같은 효과를 갖는다.

전기자 코일을 조립하기 위해 부가적인 코일조립부재를 전기자 요크 내에 설치함으로써 전기자 코일의 간격을 일정하게 조립할 수 있을 뿐만 아니라, 조립을 견고하게 할 수 있다.

따라서 전기자 코일의 조립성 및 생산성이 향상되고, 상간 기자력 분포의 균일화로 토크 리플이 저감될 수 있으며, 소실 토크 저감 및 진동과 소음이 감소될 수 있다.

그리고 한번의 몰딩 작업으로 코일의 절연성이 확보될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 일반적인 무브러시 직류 전동기의 일측에서 본 평단면도.

도 2는 도 1의 분해 조립 단면도.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조의 제1실시예 내지 제4실시예를 개략적으로 나타내 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20. 전기자 요크

21. 결합홈

30,40,50. 코일조립부재

31,41,51. 중공부재

32. 돌기

33. 결합돌기

42,52. 리브

Claims

일정한 크기와 방향으로 자장을 발생시키며 회전하기 위해 영구자석과 회전자축으로 이루어진 회전자와;

상기 회전자를 회전시키며 원하는 속도와 토크가 발생되도록 회전자계를 발생하도록 전기자 코일과 전기자 요크로 이루어진 고정자와;

상기 전기자 코일이 일정 간격을 유지하며 조립되기 위해 상기 전기자 요크의 축방향으로 그 상단부 및 하단부의 양단에 설치되는 것으로, 원형의 중공부재와, 상기 중공부재의 내주면에 일정 간격으로 돌출 형성되어 상기 전기자 코일의 내측이 연결되도록 하는 다수의 돌기를 구비하며, 절연성을 갖는 코일조립부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조.
제1항에 있어서,

상기 전기자 요크에 결합되는 방향으로 상기 코일조립부재의 상기 중공부재의 외주면에는 상기 전기자 요크에 형성된 결합홈에 끼워져 상기 코일조립부재가 설치될 수 있도록 하는 결합돌기가 일정 간격으로 적어도 하나 형성된 것을 특징으로 하는 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조.
일정한 크기와 방향으로 자장을 발생시키며 회전하기 위해 영구자석과 회전자축으로 이루어진 회전자와;

상기 회전자를 회전시키며 원하는 속도와 토크가 발생되도록 회전자계를 발생하도록 전기자 코일과 전기자 요크로 이루어진 고정자와;

상기 전기자 코일이 일정 간격을 유지하며 조립되기 위해 상기 전기자 요크의 내주면에 설치되는 것으로, 원통형의 중공부재와, 상기 중공부재의 내주면의 축방향으로 일정 간격 돌출 형성된 다수의 리브를 구비하며, 절연성을 갖는 코일조립부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조.
일정한 크기와 방향으로 자장을 발생시키며 회전하기 위해 영구자석과 회전자축으로 이루어진 회전자와;

상기 회전자를 회전시키며 원하는 속도와 토크가 발생되도록 회전자계를 발생하도록 전기자 코일과 전기자 요크로 이루어진 고정자와;

상기 전기자 코일이 일정 간격을 유지하며 조립되기 위해 상기 전기자 요크의 축방향으로 그 내주면의 양단에 삽입 설치되는 것으로, 원형의 중공부재와, 상기 중공부재의 내주면에 일정 간격으로 돌출 형성되어 상기 전기자 코일의 내측이 연결되도록 하는 다수의 리브를 구비하며, 절연성을 갖는 코일조립부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 코일조립부재는 에폭시 몰딩에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬롯레스 무브러시 직류 전동기의 전기자 코일 조립구조.