KR20080026874A - 외전형 팬모터 및 외전형 팬모터용 자석의 착자방법 - Google Patents

외전형 팬모터 및 외전형 팬모터용 자석의 착자방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외전형 팬모터 및 이에 사용되는 자석의 착자방법에 관한 것으로, 회전축; 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링조립체; 상기 베어링조립체의 외측에 설치된 고정자; 상기 고정자의 외측을 일정간격 떨어져 감싸며 상기 회전축을 고정하기 위한 축고정부를 구비한 허브와, 상기 허브에 형성된 블레이드를 구비한 팬; 및 상기 고정자의 외측과 일정간격을 유지하며 상기 허브의 내면에 설치되는 자석;을 포함하며, 이 때 상기 자석은 등방성 자석이면서 극이방성을 가지도록 착자함으로써, 역기전력은 저감시키지 않고 코깅토크 및 소음은 저감시켜 저소음, 고효율을 얻을 수 있는 외전형 팬모터를 제공한다.
외전형 팬모터, 등방성 자석, 극이방 착자

Description

외전형 팬모터 및 외전형 팬모터용 자석의 착자방법 {OUTER ROTOR TYPE FAN-MOTOR AND MAGNETIZING METHOD OF MAGNET FOR OUTER ROTOR TYPE FAN-MOTOR}
도 1은 종래의 외전형 팬모터의 단면사시도,
도 2는 도 1에 따른 외전형 팬모터에 사용되는 자석을 착자기에 도시한 도면,
도 3은 도 1에 따른 자석이 장착된 상태를 도시한 도면,
도 4는 도 1에 따른 자석의 역기전력 및 코깅토크를 도시한 실험데이터,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 외전형 팬모터의 단면도,
도 6은 도 5에 따른 외전형 팬모터에 사용되는 자석을 착자기에 도시한 도면,
도 7은 도 5에 따른 자석이 장착된 상태를 도시한 도면,
도 8은 도 5에 따른 자석의 역기전력 및 코깅토크를 도시한 실험데이터,
도 9는 도 1 및 도 5의 자석의 두께에 따른 역기전력을 비교 도시한 실험데이터,
도 10은 도 1 및 도 5의 자석의 두께에 따른 코깅토크를 비교 도시한 실험데이터,
도 11은 도 5의 자석의 두께에 따른 역기전력과 코깅토크를 도시한 실험데이 터이다.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
100: 외전형 팬모터 110: 회전축
112: 고정자 113: 영구 자석
115,117: 베어링조립체 120: 팬
121: 몸체부 122: 블레이드
123: 블레이드지지부 124: 허브
130: 모터마운트 300: 착자기
302: 내측 착자요크
본 발명은 외전형 팬모터 및 이에 사용되는 자석의 착자방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컴팩트화되더라도 출력 또는 효율은 유지할 수 있고 코깅토크(Cogging Torque)와 이로 인한 소음은 저감할 수 있는 외전형 팬모터 및 이에 사용되는 자석의 착자방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고에 적용되는 냉기 송풍용 팬은 냉장고의 고내에서의 설치공간을 고려하여 지름방향 및 축방향에 대하여 컴팩트화가 가능한 외전형 팬모터가 채용되고 있다.
도 1은 종래의 외전형 팬모터를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같 이, 외전형 팬모터(10)는 대략적으로 케이싱(미도시)에 부착되는 후방부 베어링조립체(17), 상기 후방부 베어링조립체(17)에 부착되는 고정자(12), 상기 고정자(12)에 부착되는 전방부 베어링조립체(15), 상기 양 베어링조립체(15,17)에 의해 자유롭게 회전 지지되는 회전축(11)이 중심부에 고정되며 상기 고정자(12) 외주에 설치된 회전자요크(13)가 장착된 팬부(20)를 포함하여 구성된다.
구체적으로 설명하면, 상기 팬부(20)는 합성수지재료로 이루어지고, 중심부에 형성된 팬몸체(21)와, 상기 팬몸체(21)의 내부 공간에 원통형으로 형성된 허브(24)와, 상기 허브(24)의 외주면에 지름방향으로 뻗은 복수개의 블레이드(22)와, 상기 블레이드(24)의 상부에 형성된 블레이드지지부(23)와, 팬몸체(21)로부터 연장된 가장자리의 팬기저부(25)를 포함하여 구성된다.
상기 허브(24)의 내주면에 상기 회전자요크(13)가 장착되고, 회전자요크(13)의 내부에는 고정자(12)와 일정 간격을 유지하며 영구 자석(13a)이 설치되고, 회전자요크(13)의 내부 중심부에 회전축(11)이 결합 고정된다.
여기서, 회전자요크(13)는 일단이 막힌 원통형상을 가지며, 영구 자석(13a)은 내면에 복수개의 볼록부가 형성된 타입의 자석이 사용된다. 즉, 자석(13a)의 내면에 복수개의 아크(arc) 모양이 형성된다.
상기 팬기저부(25)의 외면에는 모터 마운트(30)가 설치되어 외전형 팬모터 (10)를 지지하게 된다.
따라서, 상기 고정자(12)와 영구 자석(13a)의 상호 작용에 의해 상기 영구 자석(13a)이 장착된 회전자요크(13)가 회전하게 되며, 상기 회전자요크(13)가 장착 된 허브(24)와 일체로 형성된 팬몸체(21) 및 블레이드(22)가 회전하게 된다.
도 2는 도 1에 따른 외전형 팬모터에 사용되는 자석을 착자기에 도시한 도면, 도 3은 도 1에 따른 자석이 장착된 상태를 도시한 도면, 도 4는 도 1에 따른 자석의 역기전력 및 코깅토크를 도시한 실험데이터이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 자석(13a)을 착자하기 위해 외측 착자요크(31)와 내측 착자요크(32) 사이에 착자하고자 하는 자석(13a)을 위치시키고 순간적으로 1000V의 고전압을 걸어서 착자한다.
그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 영구 자석(13a)은 그 내면이 서로 다른 곡률을 가지며 내측으로 돌출된 복수개의 아크가 형성되어 있기 때문에 영구 자석(13a)의 제조가 불편하였고, 고정자(12)의 티스(12a)의 끝단이 사다리꼴로 되어 있기 때문에 영구 자석(13a)에서 형성되는 자속이 구형파를 이루어 출력이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 도 4의 실험데이터에 도시된 바와 같이, 종래의 외전형 팬모터(10)는 모터의 소형화로 인한 출력 저하를 방지하기 위해 극이방성을 가지는 고성능의 자석을 사용할 경우에는 제작원가가 상승하고, 모터의 회전자요크와 고정자가 덜그럭거리면서 움직이게 하는 코깅토크(cogging torque)가 증가하고 이로 인해 소음이 증가하는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 영구 자석(13a)의 착자과정에 외측 착자요크(31)와 내측 착자요크(32)를 모두 사용하는 불편함이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로써, 본 발명은 출력 또는 역기전력은 저하시키지 않으면서도 코깅토크를 저감시켜 저소음, 고효율을 달성할 수 있는 외전형 팬모터를 제공함을 목적으로 한다.
다른 목적은 영구 자석을 회전자요크에 장착하지 않고 팬에 직접 장착하여 작업 공수를 저감할 수 있는 외전형 팬모터를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은 착자시에 외측 착자요크를 사용하지 않음으로써 등방성 자석을 사용하더라도 극이방 착자효과를 발휘할 수 있는 외전형 팬모터용 자석의 착자 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 회전축; 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링조립체; 상기 베어링조립체의 외측에 설치된 고정자; 상기 고정자의 외측을 일정간격 떨어져 감싸며 상기 회전축을 고정하기 위한 축고정부를 구비한 허브와, 상기 허브에 형성된 블레이드를 구비한 팬; 및 상기 고정자의 외측과 일정간격을 유지하며 상기 허브의 내면에 설치되는 자석;을 포함하며, 상기 자석은 등방성 자석이면서 극이방성을 가지도록 착자된 것을 특징으로 하는 외전형 팬모터를 제공한다.
상기와 같이 구성함으로써 외전형 팬모터의 출력 또는 효율은 감소시키지 않고 코깅토크 또는 소음을 줄일 수 있다.
여기서, 상기 자석은, 내경과 외경의 곡률이 동일하게 형성하며, 원통형 또는 링형상으로 형성하는 것이 효과적이다. 이로 인해, 자석의 제조공정을 간단히 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 고정자에는 복수개의 티스가 돌출형성되며, 상기 티스의 끝단이 라운드지게 형성된다. 상기 티스의 끝단을 라운드지게 함으로써 자속을 정현파 모양으로 형성할 수 있다.
상기 자석의 두께는 1.6mm 내지 2.2mm인 것이 바람직하다. 이 범위 내에서 자속의 두께를 설정할 경우에 코깅토크는 줄어들지만 역기전력은 유지할 수 있다.
한편, 상기 자석의 극성은 상기 자석의 내면에 형성된다. 이는, 착자시에 외측 착자요크를 사용하지 않고 착자하기 때문이다.
또한, 발명의 다른 분야에 따르면, 외전형 팬모터용 자석을 착자시키는 방법에 있어서, 자석의 내면을 착자하는 내측 착자요크는 사용하되, 자석의 외면을 착자하는 외측 착자요크는 사용하지 않고 착자하는 것을 특징으로 하는 외전형 팬모터용 자석의 착자방법을 제공한다.
이러한 발명의 목적과 특징은 다음의 상세한 설명에 의하여 더욱 명백해질 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 외전형 팬모터의 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 외전형 팬모터(100)는 회전축(110)과, 상기 회전축(110)을 회전지지하는 한쌍의 베어링조립체(115,117)와, 상기 한쌍의 베어링조립체(115,117)의 외면에 고정 장착되는 고정자(112)와, 상기 고정자(112)의 외면에 설치되는 팬(120)의 허브(124)와, 상기 허브(124)에 장착되는 영구 자석(113)과, 내부에 상기 허브(124)가 형성되며 상기 회전축(110)의 일단이 결합 고정되는 팬몸체(121)를 포함하여 구성된다.
상기 베어링조립체(115,117)는 상기 회전축(110)을 회전지지하는 베어링(115a,117a)과, 상기 베어링(115a,117a)의 외주면에 설치된 판상의 오일펠트(Oil Felt, 115b,117b)을 포함하여 구성된다.
상기 오일펠트(115b,117b)는 그 자체에 오일을 함유하고 있기 때문에 오일이 없더라도 상기 베어링(115a,117a)이 작동할 수 있다. 즉, 오일레스 베어링(Oilless Bearing)의 구현이 가능하다.
상기 베어링(115a,117a)과 오일펠트(115b,117b)는 판상의 베어링 프레임(115c,117c)에 의해 지지되어 각각의 베어링조립체(115,117)를 형성하게 된다.
여기서, 하부의 베어링조립체(117)에 의해 회전지지되는 상기 회전축(110)의 일단에는 이탈방지링(116)이 설치된다.
상기 한쌍의 베어링조립체(115,117)의 외주에는 고정자(112)가 고정 설치되며, 고정자(112)에는 권선코일(114)이 권선된 보빈(미도시)이 설치된다.
상기 고정자(112)의 외측에는 소정의 간격을 두고 영구 자석(113)이 설치되 는데, 상기 영구 자석(113)은 일측이 개구되고 타측이 막힌 원통형 또는 컵형상으로 형성된 상기 허브(124)에 장착된다.
상기 허브(124)는 그 일단이 개구되어 내부에 고정자(112)를 설치할 수 있게 되어 있으며, 타단은 막힌 형상으로 중심에는 회전축(110)이 결합고정된다. 여기서, 상기 회전축(110)의 끝단에는 대략 원형 판상의 회전축베이스(111)가 장착되어 상기 회전축(110)이 상기 허브(124)의 내면에 견고히 고정되도록 도와준다.
상기 허브(124)에는 상기 고정자(1124)와 일정 간격을 두고 자석(113)이 장착되는데, 상기 자석(113)은 상기 허브(124)의 내면에 부착되거나 허브(124)의 표면에 홈(미도시)을 형성하여 상기 자석(113)을 그 홈에 장착할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 외전형 팬모터는 자석(113)을 허브(124)의 내면에 직접 부착하기 때문에 회전자요크 또는 백요크가 필요 없게 되어 구성이 간단해 진다.
본 발명의 일실시예에 따른 자석(113)은 등방성 자석을 사용하며 극이방성을 띠도록 착자된다.
자석에 자력을 넣어 주는 것을 착자(magnetizing)라고 하며, 일반적으로 일반적으로 착자를 시도하려면 피착자 재료의 항자력의 5배 이상의 자화력이 필요하다.
도 6은 도 5에 따른 외전형 팬모터에 사용되는 자석을 착자기에 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 자석(113)은 착자기(300)를 이용하여 착자되 는데, 자석(113)의 내측에 설치되는 내측 착자요크(302)는 있으나, 자석(113)의 외측에 설치되는 외측 착자요크는 없는 착자기(300)를 사용한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 자석(113)은, 자석(113)의 내면을 착자하는 내측 착자요크(302)는 사용하되, 자석(113)의 외면을 착자하는 외측 착자요크는 사용하지 않는 착자기(300)를 이용하는 방법에 의하여 착자하게 된다.
상기 내측 착자요크(302)만 사용하여 자석(113)을 착자하기 때문에 자석(113)의 내측만 착자되고 자석(113)의 외측은 착자되지 않게 되며, 이로 인해 자석(113)의 극성인 N극, S극은 자석(113)의 내면에만 형성된다.
도 7은 도 5에 따른 자석이 장착된 상태를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 자석(113)은 내면과 외면의 곡률이 동일한 형태로 형성되는 것이 효과적이다. 여기서, 내면과 외면의 곡률이 동일하기만 하면 되므로 자석(113)을 원통형 또는 링형상으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 복수개의 세그먼트(segment)를 조립하여 형성할 수도 있다.
상기 고정자(112)의 외측에는 복수개의 티스(112a)가 형성된다. 여기서, 상기 티스(112a)의 외측 끝단은 라운드지게 형성된다. 이와 같이, 상기 티스(112a)의 끝단을 라운드지게 형성함으로써 원통형 또는 링형상으로 이루어진 자석(113)의 내면과 티스(112a) 끝단의 거리가 균일하게 되어 자속 형태가 정현파를 이루게 된다. 자속이 정현파의 모양을 가지는 경우가 구형파의 모양의 자속을 가지는 경우 보다 높은 출력을 가진다.
본 발명의 일실시예에 따른 외전형 팬모터(100)에 사용되는 자석(113)은 외 측 착자요크를 사용하지 않고 착자를 하게 되며, 팬모터 장착시에는 회전자요크 내지 백요크 없이 바로 팬의 허브(124)에 장착된다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자석(113)은, 외측 착자요크와 회전자요크(또는 백요크)가 모두 없음에도 불구하고 착자방법에 의해 역기전력, 출력 또는 효율은 종래의 자석과 동일하게 유지되면서도 코깅토크는 종래의 자석에 비하여 줄일 수 있다.
도 8은 도 5에 따른 자석의 역기전력 및 코깅토크를 도시한 실험데이터이다.
도 8에 의하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자석(113)의 코깅토크(cogging torque)는 종래의 자석에 비하여 현저하게 저감됨을 알 수 있다. (도 4 참조)
즉, 종래 자석의 코깅토크의 최대치는 5 g·cm이지만, 본 발명의 일실시예에 따른 자석에 의한 코깅토크의 최대치는 2 g·cm로 종래에 비하여 절반 이상 줄어든 것을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 외전형 팬모터(100)는 회전자요크 또는 백요크 없이 자석(113)을 장착하기 때문에 자석(113)의 두께를 크게 할 필요가 있다.
다만, 자석(113)의 두께가 증가할수록 역기전력은 증가하지만 코깅토크는 감소하기도 하고 증가하기도 하기 때문에 코깅토크를 최소화할 수 있는 자석(113)의 두께를 선택하는 것이 중요하다.
도 9는 자석의 두께에 따른 역기전력을 도시한 실험데이터이다. 도 9에 의하면, 회전자요크 또는 백요크를 사용하면서 내면에 아크가 형성된 종래의 자석은, 두께 1mm 내지 1.5mm의 범위에서 역기전력이 증가하며, 본 발명의 일실시예에 따른 회전자요크를 사용하지 않고 내면이 균일한 원통형 또는 링형상 자석은 두께 1.5mm 내지 2mm의 범위에서 역기전력이 증가함을 알 수 있다.
자석의 두께가 1mm 내지 1.5mm의 범위에서, 종래의 자석은 2.83 Vp/krpm 내지 3.48 Vp/krpm의 역기전력을 가지고, 본 발명의 일실시예에 따른 자석은 두께 1.5mm 내지 2mm의 범위에서 2.73 Vp/krpm 내지 3.35 Vp/krpm의 역기전력을 가지는 바, 본 발명의 일실시예에 따른 자석(113)은 종래의 자석과 거의 동일한 역기전력을 가짐을 알 수 있다.
현재 양산 중인 외전형 팬모터에 사용되는 자석의 역기전력이 2.92 Vp/krpm이므로 본 발명의 일실시예에 따른 자석은 최소한 2.92 Vp/krpm의 역기전력을 가지도록 두께를 선택하는 것이 바람직하다.
도 10은 자석의 두께에 따른 코깅토크를 도시한 실험데이터이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 회전자요크 또는 백요크에 부착되며 내면에 아크가 형성된 종래의 자석은 두께 1mm 내지 1.5mm의 범위에서 코깅토크가 증가하며, 본 발명의 일실시예에 따른 회전자요크 또는 백요크를 사용하지 않으며 내면이 균일한 원통형 또는 링형상 자석은 두께 1.5mm 내지 2mm의 범위에서 코깅토크가 거의 일정함을 알 수 있다.
자석 두께 1mm 내지 1.5mm의 범위에서 종래의 자석은 1.0 g·cm 내지 2.0 g·cm의 코깅토크를 나타내고, 본 발명의 일실시예에 따른 자석은 두께 1.5mm 내지 2mm의 범위에서 약 1.0 g·cm의 코깅토크를 나타내는 바, 본 발명의 일실시예에 따른 자석의 코깅토크가 종래의 자석보다 더 작음을 알 수 있다.
즉, 착자시에 외측 착자요크를 사용하지 않고 회전자요크 또는 백요크를 사용하지 않으며 자석을 원통형 또는 링형상으로 함으로써 코깅토크는 종래 자석에 비하여 감소된다.
현재 양산 중인 외전형 팬모터에 사용되는 자석의 코깅토크가 2.77 g·cm이므로 본 발명의 일실시예에 따른 자석은 최소한 2.77 g·cm의 코깅토크를 가지도록 두께를 선택하는 것이 바람직하다.
자석(113)의 설계를 최적화하기 위해서는 양산 중인 외전형 팬모터의 자석의 역기전력 보다는 큰 역기전력을 가지며 양산 중인 자석의 코깅토크 보다는 작은 코깅토크를 가질 수 있도록 자석의 두께를 설정해야 한다. 이와 같은 자석의 최적 두께를 도 11에 도시하였다.
도 11은 도 5의 자석의 두께에 따른 역기전력과 코깅토크를 도시한 실험데이터이다.
도 11에 의하면, 자석의 두께가 1.8mm 내지 2mm인 범위에서 코깅토크가 가장 작기 때문에 자석의 두께가 이 범위가 되도록 설계하는 것이 가장 효과적이다.
한편, 자석의 두께가 1.6mm 내지 2.2mm인 범위에서도 코깅토크가 상대적으로 작기 때문에 자석의 두께를 1.6mm 내지 2.2mm로 설계하여도 무방하다.
또한, 상기 외전형 팬모터(100)를 구동하기 위한 구동드라이브(미도시)가 외전형 팬모터(100)와 일체로 형성된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기 재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 자석의 두께를 최적으로 설계하여 출력, 효율, 역기전력은 저감시키지 않고 코깅토크 및 소음은 저감시킴으로써 저소음, 고효율을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 모터를 팬에 장착함에 있어서 회전자요크 또는 백요크를 사용하지 않기 때문에 외전형 팬모터의 작업공수를 줄일 수 있으며 외전형 팬모터를 적용하는 냉장고의 고내용적을 증가시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 자석의 착자과정에서 외측 착자요크를 사용하지 않기 때문에 가격이 저렴한 등방성 자석으로써 극이방 착자를 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 회전축;
    상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링조립체;
    상기 베어링조립체의 외측에 설치된 고정자;
    상기 고정자의 외측을 일정간격 떨어져 감싸며 상기 회전축을 고정하기 위한 축고정부를 구비한 허브와, 상기 허브에 형성된 블레이드를 구비한 팬; 및
    상기 고정자의 외측과 일정간격을 유지하며 상기 허브의 내면에 설치되는 자석;을 포함하며,
    상기 자석은 등방성 자석이면서 극이방성을 가지도록 착자된 것을 특징으로 하는 외전형 팬모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석은, 내경과 외경의 곡률이 동일한 것을 특징으로 하는 외전형 팬모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자석은 원통형 또는 링형상인 것을 특징으로 하는 외전형 팬모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자에는 복수개의 티스가 돌출형성되며, 상기 티스의 끝단이 라운드지게 형성된 것을 특징으로 하는 외전형 팬모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석의 두께는 1.6mm 내지 2.2mm인 것을 특징으로 하는 외전형 팬모터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석의 극성은 상기 자석의 내면에 형성된 것을 특징으로 하는 외전형 팬모터.
  7. 외전형 팬모터용 자석을 착자시키는 방법에 있어서,
    자석의 내면을 착자하는 내측 착자요크는 사용하되, 자석의 외면을 착자하는 외측 착자요크는 사용하지 않고 착자하는 것을 특징으로 하는 외전형 팬모터용 자석의 착자방법.
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