KR20080029161A - 엑셜 갭형 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정자와 회전자가 회전축 방향을 따라 서로 대향되게 구비되는 엑셜 갭형 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조가 용이하고 효율을 증가시킨 엑셜 갭형 모터에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 고정자와 회전자가 상기 회전자의 회전축 방향을 따라 서로 대향되게 구비되는 엑셜 갭형 모터에 있어서, 상기 고정자는, 자로를 형성하는 판상의 고정자 코어; 상기 고정자 코어의 하부에 구비되어 상기 고정자 코어를 브라켓에 고정시키는 비자성의 백요크; 그리고 상기 고정자 코어 상측에 상기 고정자 코어의 원주 방향을 따라 복수 개 구비되며, 상기 회전축과 각각 평행한 중심을 기준으로 권선된 고정자 코일을 포함하는 엑셜 갭형 모터가 제공된다.
엑셜갭형모터, 고정자코어, 백요크

Description

엑셜 갭형 모터{Axial gap type motor}
도 1은 종래의 엑셜 갭형 모터를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 엑셜 갭형 모터의 고정자를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 엑셜 갭형 모터를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100 : 고정자 11, 111 : 고정자 코어
12, 112 : 고정자 코일 13, 113 : 몰드부
20 : 회전자 21 : 영구자석
22 : 영구자석 프레임 30 : 회전축
40 : 부싱 51 : 하부 브라켓
61, 62 : 베어링 70 : 홀 센서
120 : 백요크
본 발명은 고정자와 회전자가 회전축 방향을 따라 서로 대향되게 구비되는 엑셜 갭형 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조가 용이하고 효율을 증가시킨 엑셜 갭형 모터에 관한 것이다.
엑셜 갭형 모터는 일반적인 모터가 고정자와 회전자 사이의 갭(공극)이 반경 방향으로 형성됨에 반하여 이러한 갭이 회전축 방향으로 형성된다. 예를 들어, 이너 로터형 모터의 경우에는 고정자의 반경 방향 내측으로 회전자가 구비되나, 엑셜 갭형 모터의 경우에는 스테이터의 상부 또는 상하부에 로터가 구비된다. 이러한 엑셜 갭형 모터는 박형으로 형성할 수 있는 장점이 있으므로 컴팩트한 가전기기나 FD 드라이브 등의 구동용 모터로 사용된다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 종래의 엑셜 갭형 모터에 대하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 고정자(10)는 자성 재질로 이루어져 자로가 형성되는 고정자 코어(11)와 상기 고정자 코어 상부에 위치된 고정자 코일(12)을 포함하여 이루어진다. 상기 고정자 코일(12)은 상기 고정자 코어(11)의 반경 방향 소정 위치를 중심으로 권선되며, 이러한 고정자 코일은 상기 고정자 코어의 원주 방향을 따라 복수 개 구비되어 일반적으로 하나의 고정자 코일이 하나의 자극을 형성하게 된다.
즉, 3상 6극의 엑셜 갭 BLDC 모터인 경우에는 고정자 코일이 여섯 개 구비되며, 각 상당 두 개의 고정자 코일이 형성되어 6극을 형성하게 된다.
한편, 상기 고정자(10)에 대해서 축방향을 따라 소정 갭을 두고 회전자(20)가 위치된다. 상기 회전자는 상기 고정자 코일(12)에 대향되어 구비되는 영구자석(21)을 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 영구자석은 영구자석 프레임에 부착되 며, 상기 영구자석 프레임(22)의 원주 방향을 따라 복수 개 구비된다.
상기 영구자석 프레임의 중앙부에는 회전축(30)이 관통되어 고정되며, 상기 영구자석 프레임(22)과 상기 영구자석(21)을 포함하는 회전자(20)가 회전됨으로 하여 상기 회전축(30)이 회전하게 된다. 여기서 상기 회전축(30)은 부싱(40)을 통하여 상기 영구자석 프레임(22)에 고정된다.
한편, 엑셜 갭형 모터는 고정자(10)와 회전자(20)를 수용하기 위한 브라켓을 포함하여 이루어질 수 있으며, 이러한 브라켓은 상부 브라켓(미도시)과 하부 브라켓(51)으로 이루어진다.
상기 고정자는 상기 하부 브라켓(51)에 고정되며, 상기 회전자(20)는 상기 하부 브라켓에 설치된 베어링(61)과 상기 상부 브라켓에 설치된 베어링(62)을 통하여 상기 상부 브라켓과 상기 하부 브라켓 내에서 회전 가능하게 지지된다.
미설명 부호 70은 회전자의 위치/속도를 감지하는 홀 센서이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 엑셜 갭형 모터의 고정자 코어(11)는 일반적으로 소정 두께의 단일 철판으로 형성된다. 그리고, 상기 고정자 코어에 형성된 홈(17)을 통하여 하부 브라켓에서 위치가 결정되고, 관통홀(14)을 통하여 상기 하부 브라켓(51)에 고정된다.
따라서, 종래의 고정자 코어(11)는 일반적으로 고정자 코일(12)이 형성된 부분뿐만 아니라 반경 방향 내측과 외측으로 더 연장된 부분(15, 16)을 갖고 있다. 이러한 연장된 부분은 자속이 누설되는 부분으로서 모터의 효율에는 좋지 못한 영향을 발생시킨다.
한편, 종래의 고정자 코어(11)는 일반적인 철판으로 형성되므로 자속 방향과 수직한 방향으로 순환되는 누설 자속이 발생된다. 예를 들어, 고정자 코어(11)의 반경 방향을 따라 자속이 형성되었을 때, 상기 자속 방향과는 수직한 고정자 코어(11)의 원주 방향으로 순환되는 누설 자속이 발생된다. 따라서 이러한 누설 자속 또한 모터의 효율에는 좋지 못한 영향을 발생시킨다.
그러므로, 모터의 효율 향상을 위해서 고정자 코어에서 발생되는 누설 자속을 최소화시킬 방안이 모색되었다.
아울러, 상기 브라켓(51)이 자성 재질, 예를 들어 철판으로 형성되는 경우에는 상기 고정자 코어(11)가 직접 상기 브라켓(51)에 연결되므로, 상기 브라켓을 통하여 누설 자속이 발생된다. 따라서 이러한 누설 자속 또한 모터의 효율에는 좋지 못한 영향을 발생시킨다.
한편, 종래의 엑셜 갭형 모터에 있어서 고정자 코일(12)은 다음과 같이 고정자 코어(11)에 고정시킨다.
먼저, 고정자 코일을 형성한 후 고정자 코일(12)을 고정자 코어(11) 위에 소정 간격을 두고 위치시킨다. 그리고 상기 고정자 코일에 몰딩을 하여 몰딩부(13)가 상기 고정자 코일(12)을 모두 감싸도록 형성한다. 이러한 몰딩부(13)를 통해서 상기 고정자 코일(12)이 상기 고정자 코어(11) 상에 고정된다. 그리고, 이러한 몰딩부(13)를 통해서 상기 고정자 코일(12)을 절연시키게 된다.
이러한 종래의 엑셜 갭형 모터의 제조 방법은 고정자 코일(12)가 절연을 위해서 상기 고정자 코어(11) 상에 소정 간격을 두고 위치시켜야 하는데, 이러한 공 정은 매우 어려웠다. 즉, 상기 고정자 코일(12)을 모두 감싸도록 몰딩부(13)을 고정자 코어(11) 상부에 형성하는 것은 매우 어렵기 때문이다.
따라서, 전술한 바와 같이 모터의 효율을 증가시키고 제조 방법이 용이한 엑셜 갭형 모터가 요구되었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 자속 누설을 최소화하여 효율이 증진된 엑셜 갭형 모터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 제조가 용이한 엑셜 갭형 모터를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 고정자와 회전자가 상기 회전자의 회전축 방향을 따라 서로 대향되게 구비되는 엑셜 갭형 모터에 있어서, 상기 고정자는, 자로를 형성하는 판상의 고정자 코어; 상기 고정자 코어의 하부에 구비되어 상기 고정자 코어를 브라켓에 고정시키는 비자성의 백요크; 그리고 상기 고정자 코어 상측에 상기 고정자 코어의 원주 방향을 따라 복수 개 구비되며, 상기 회전축과 각각 평행한 중심을 기준으로 권선된 고정자 코일을 포함하는 엑셜 갭형 모터를 제공한다.
여기서, 상기 고정자 코어는 상기 백요크에 고정되고, 상기 백요크를 통하여 예를 들어 하부 브라켓에 고정된다. 상기 고정자 코어는 환형의 얇은 주석 강판을 적층하여 형성할 수 있다.
물론, 소정 높이를 갖는 주석 강판 띠를 나선 형태로 꼬아 형성할 수도 있 다. 즉, 태엽과 같은 형태로 반경 방향 외측으로부터 감을 수도 있으며, 반경 방향 내측으로부터 감을 수도 있다.
여기서, 상기 고정자 코어는 복수 개의 분할 코어로 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 분할 코어들은 원주 방향으로 배열되어 고정자 코어를 이루게 된다.
상기 분할 코어는 반경이 서로 다른 원호 형태의 단위 고정자 코어들이 반경 반향으로 배열되어 형성될 수 있으며, 중심부가 절개된 부채꼴 형상의 단위 고정자 코어들이 상기 회전축 방향으로 적층되어 형성될 수도 있다.
한편, 상기 고정자 코어는 상측에 위치되는 상기 고정자 코일의 폭에 대응되는 부분에만 구비됨이 바람직하다. 왜냐하면 상기 고정자 코일에서 형성된 자속이 누설되는 것을 효과적으로 방지하기 위함이다.
또한, 상기 백요크는 플라스틱 재질의 사출물이며, 상기 고정자 코어가 인서트되어 일체로 사출 성형될 수 있다. 그리고, 상기 고정자 코어와 소정 간격을 갖도록 상기 고정자 코일을 고정시키는 몰드부가 더 포함되어 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 몰드부는 절연 재질로 형성됨이 바람직하다. 그리고 바람직하게는 상기 몰드부 내부에 고정자 코일이 보일 수 있도록 투명 재질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 백요크는 상기 몰드부와 일체로 형성될 수 있으며, 이 경우 동일 재질로 한번의 성형을 통해서 상기 백요크와 상기 몰드부를 형성할 수 있다.
또한, 상기 백요크는 상기 고정자 코어 외면 중 상기 고정자 코일과 대향되는 상면을 제외한 모든 면을 감싸도록 형성할 수 있다. 아울러, 상기 백요크가 상기 몰드부와 일체로 형성되는 경우에는 상기 백요크가 상기 고정자 코어 외면을 모 두 감싸도록 형성될 수도 있다.
따라서, 전술한 백요크가 절연 재질로 형성되므로 고정자 코어를 통하여 전류가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 고정자 코일과 고정자 코어 사이에 절연을 위한 소정 간격이 형성될 필요가 없게 된다. 따라서, 고정자 코일을 직접 고정자 코어 상면에 위치시키고 몰딩부 또는 백요크를 형성함으로써 보다 용이하게 엑셜 갭형 모터의 제조가 가능하다.
전술한 본 발명에 따르면 제조가 용이하고 고정자 코어로 인하여 자속 누설을 방지하여 효율이 증진된 엑셜 갭형 모터의 제공이 가능하다.
이하에서는, 도 3을 통하여 본 발명에 따른 엑셜 갭형 모터에 대하여 상세히 설명한다. 종래와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 지정하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본원 발명에 따른 엑셜 갭형 모터의 고정자(100)의 외형은 도 2에 도시된 고정자(10)의 외형과 동일하게 형성될 수 있다.
즉, 본원 발명에 따른 엑셜 갭형 모터는 고정자(100), 회전자(20), 회전축(30)을 포함하여 이루어지며, 상기 회전자는 상기 회전축 방향을 따라 상기 고정자와 대향되도록 위치된다.
그러나, 종래의 엑셜 갭형 모터의 고정자 코어(11)에 해당되는 부분이 본원 발명에서는 고정자 코어(111)와 백요크(120)로 이루어진다.
상기 고정자 코어(111)는 자성 재질로 이루어져 자로를 형성하게 된다. 그리고, 상기 고정자 코어(111)의 형상은 판상으로 이루어지며, 환형으로 이루어진다.
또한, 상기 백요크(120)는 상기 고정자 코어(111)의 하부에 구비되어 상기 고정자 코어를 브라켓(51)에 고정시킨다. 여기서, 상기 백요크(120)는 비자성 재질로 형성됨이 바람직하다. 왜냐하면 상기 백요크(120)을 통하여 자속이 누설되는 것을 방지하기 위함이다.
그리고, 상기 백요크는 상기 고정자 코어의 상면을 제외하고는 모든 외면을 감싸도록 형성됨이 바람직하다. 이 경우 상기 백요크는 상기 고정자 코어(111)를 통하여 브라켓(51) 등으로 전류가 흐르는 것을 방지하는 절연 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 백요크(120)는 비전도성 재질로 형성됨이 바람직하다.
한편, 본원 발명에 있어서의 고정자 코일(112)은 상기 고정자 코어(111)의 상부에 위치된다. 그리고, 상기 고정자 코일(112)을 상기 고정자 코어에 고정시키기 위한 몰딩부(113)가 형성된다.
상기 몰딩부(113)는 종래 기술에 있어서의 몰딩부(13)와 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 몰딩부가 상기 고정자 코일(112)을 모두 감싸도록 형성될 수도 있다. 물론, 상기 몰딩부(113)는 절연 재질로 형성되며, 바람직하게는 투명한 재질로 형성된다. 왜냐하면 모터의 제조 시 고정자 코일(112)의 위치를 파악할 필요가 있기 때문이다.
그러나, 본원 발명에서는 상기 몰딩부가 상기 고정자 코일(112)의 하면은 감싸지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 고정자 코일(112)가 직접 상기 고정자 코어(111) 상에 위치되도록 하는 것이 가능하다. 왜냐하면, 전술한 바와 같이 상기 백요크(120)는 절연 재질로 형성되며, 고정자 코어(111)를 감싸도록 형성되기 때문 에 고정자 코일(112)과 고정자 코어(111) 사이의 절연이 불필요할 수 있기 때문이다.
따라서, 상기 고정자 코일(112)과 상기 고정자 코어(111) 사이에 소정 간극을 형성할 필요가 없게 되어 제조가 매우 용이하다. 또한, 전체적인 모터의 높이를 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이는 엑셜 갭형 모터에 있어서 전체적인 모터의 높이를 줄여 박형으로 제작하는 것이 중요한 과제이기 때문에, 종래의 엑셜 갭형 모터에 비하여 매우 증진된 효과라고 볼 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 몰딩부(113)와 고정자 코일(112)은 이해를 돕기 위하여 높이가 과장되게 형성된 것이 도시되었다. 실제로는 전술한 바와 같이 엑셜 갭형 모터의 높이를 줄이기 위해 거의 단일층의 고정자 코일만 형성되며, 이로 인해 몰딩부(113)와 고정자 코일(112)의 높이는 매우 낮다. 따라서 박형의 엑셜 갭형 모터가 제공된다.
이하에서는 본원 발명에 있어서의 고정자 코어(111)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 고정자 코어(111)는 종래와 달리 단일 철판으로 형성되지 않고, 예를 들어 복수 개의 주석 강판을 적층하여 형성될 수 있다. 이 경우 각 주석 강판은 서로 용접이나 리벳 공정을 통하여 서로 결합될 수 있다.
이러한 고정자 코어(111)를 소정 두께를 갖는 단일 철판이 아닌, 복수 개의 주석 강판을 적층하여 소정 두께로 형성하는 것은 자속 누설을 방지하는 데 매우 효과적이다. 왜냐하면 자속과 수직한 방향으로 누설되는 자속을 효과적으로 방지할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 고정자 코어(111)는 상기 고정자 코어(111)의 상부에 위치되는 고정자 코일(112)에 대응되는 폭으로 환형 형상으로 형성된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 고정자 코어(111)의 폭은 실질적으로 고정자 코일(112)의 폭에 대응된다. 따라서, 실질적으로 회전자의 회전에만 필요한 자로만 형성될 수 있으므로 누설되는 자속을 최소화하여 모터의 효율을 증진시키는 것이 가능하다.
즉, 본원 발명에서의 고정자 코어(111)에서는 종래의 고정자 코어(11)와 달리 반경 방향 내측과 외측으로 연장된 부분(15, 16)을 생략할 수 있으므로 누설 자속을 최소화할 수 있다. 물론, 상기 연장된 부분(15, 16)에 대응되는 부분은 본원 발명에서 백요크(120)라고 볼 수 있다.
따라서, 본원 발명에서의 고정자 코어(111)는 브라켓(51)과 직접 연결되지 않는다. 즉, 상기 고정자 코어(111)는 비자성이면서 비전도성 재질로 형성되는 백요크를 통하여 브라켓(51)에 고정되므로, 브라켓(51)으로의 자속 누설을 방지하고 누전을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 고정자 코어(111)는 백요크(120) 상에 다양한 방법으로 결합될 수 있다. 예를 들어 압입되거나 접착되어 고정될 수도 있다.
특히, 이러한 결합 방법 중에서 상기 고정자 코어가 인서트되어 상기 백요크와 일체로 형성되는 것이 가능하다. 즉, 인서트 사출 방법을 통하여 고정자 코어(111)와 백요크(120)을 일체로 형성하는 것이 가능할 것이다.
또한, 상기 백요크(120)는 전술한 몰딩부(113)와 일체로 형성되는 것이 가능 할 것이다. 이 경우 상기 고정자 코어(111)와 상기 고정자 코일(112)이 인서트되어 상기 백요크(120)와 몰딩부(113)가 일체로 형성된다.
한편, 본원 발명에 따른 고정자 코어(111)는 전술한 방법 이외에도 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
일례로, 상기 고정자 코어(111)는 스파이럴 형태로 형성될 수 있다. 즉 고정자 코어(111)의 높이를 형성하게 되는 소정 길이의 폭을 갖는 띠 형상의 강판을 태엽과 같은 형태로 감아서 형성할 수 있다. 이 경우의 고정자 코어의 단면 형상은 도 3에 도시된 바와 같다. 물론, 이 경우 상기 고정자 코어(111)는 반경 방향 외측으로부터 반경 방향 내측으로 감길 수 있으며, 반대로 반경 방향 내측으로부터 반경 방향 내측으로 감길 수도 있다.
또한, 상기 고정자 코어(111)는 복수 개의 분할 코어(미도시)들로 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 분할 코어들은 원주 방향으로 배열되어 고정자 코어(111)를 이루게 된다.
여기서, 상기 분할 코어는 반경이 서로 다른 원호 형태의 단위 고정자 코어들이 반경 방향으로 배열되어 형성될 수 있다. 즉, 반경 방향 외측에 있는 단위 고정자 코어의 반경은 크고, 반경 방향 내측에 있는 단위 고정자 코어의 반경은 작게 될 것이다.
또한, 상기 분할 코어는 중심부가 절개된 부채꼴 형상의 단위 고정자 코어들이 상기 회전축 방향으로 적층되어 형성될 수도 있다.
따라서, 상기 분할 코어들이 원주 방향으로 서로 연결되어 환형을 이루는 고 정자 코어(111)가 형성될 수 있다. 이 경우 상기 분할 코어들은 서로 용접 등의 방법으로 연결될 수 있다. 물론, 상기 분할 코어가 서로 연결되는 부분에 홈과 돌기가 형성되어 이들이 결합됨으로써 상기 분할 코어들이 서로 연결될 수 있다.
한편, 상기 분할 코어들이 서로 야금적, 기계적, 화학적으로 결합되지 않는다고 하여도 서로 접촉된 상태에서 전술한 바와 같이 백요크에 인서트 사출됨으로써 서로 완전히 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자속 누설을 최소화하여 효율이 증진된 엑셜 갭형 모터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 제조가 용이한 엑셜 갭형 모터를 제공할 수 있으며, 상대적으로 보다 박형으로 엑셜 갭형 모터를 제조할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면 고정자 코어와 브라켓 사이를 효과적으로 절연시킬 수 있는 엑셜 갭형 모터를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 고정자와 회전자가 상기 회전자의 회전축 방향을 따라 서로 대향되게 구비되는 엑셜 갭형 모터에 있어서,
    상기 고정자는,
    자로를 형성하는 판상의 고정자 코어;
    상기 고정자 코어의 하부에 구비되어 상기 고정자 코어를 브라켓에 고정시키는 비자성의 백요크; 그리고
    상기 고정자 코어 상측에 상기 고정자 코어의 원주 방향을 따라 복수 개 구비되며, 상기 회전축과 각각 평행한 중심을 기준으로 권선된 고정자 코일을 포함하는 엑셜 갭형 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자 코어는 복수 개의 분할 코어가 원주 방향으로 배열되어 이루어짐을 특징으로 하는 엑셜 갭형 모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분할 코어는 반경이 서로 다른 원호 형태의 단위 고정자 코어들이 반경 반향으로 배열되어 형성됨을 특징으로 하는 엑셜 갭형 모터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 분할 코어는 중심부가 절개된 부채꼴 형상의 단위 고정자 코어들이 상기 회전축 방향으로 적층되어 형성됨을 특징으로 하는 엑셜 갭형 모터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    상기 고정자 코어는 상측에 위치되는 상기 고정자 코일의 폭에 대응되는 부분에만 구비됨을 특징으로 하는 엑셜 갭형 모터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 백요크는 플라스틱 재질의 사출물이며, 상기 고정자 코어가 인서트되어 일체로 사출 성형됨을 특징으로 하는 엑셜 갭형 모터.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정자 코어와 소정 간격을 갖도록 상기 고정자 코일을 고정시키는 몰드부가 더 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 엑셜 갭형 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 백요크는 상기 몰드부와 일체로 형성됨을 특징으로 하는 엑셜 갭형 모터.
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