KR20080051172A

KR20080051172A - 전기 기계용 회전자

Info

Publication number: KR20080051172A
Application number: KR1020087008744A
Authority: KR
Inventors: 틸로 쾨니히; 위르겐 쉬츠; 디트마 아렌스
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2008-06-10
Also published as: JP5279499B2; EP1941597B1; WO2007042473A1; CN101288217A; US20080185930A1; JP2009512413A; KR101018988B1; DE102005048546A1; EP1941597A1; CN101288217B

Abstract

본 발명은 특히 무브러시 DC-모터와 같은 전기 기계용 회전자에 관한 것으로, 실질적으로 실린더 형태의 회전자 바디(2)와, 지지면(6)을 가진 적어도 하나의 자석(5)을 포함하고, 상기 자석은 회전자 바디의 원주에 배치되는 전자 기계용 회전자로서, 상기 회전자 바디(2)는 종방향으로 정렬된 적어도 하나의 웨브(3)를 갖는 것을 특징으로 한다.

DC-모터, 회전자, 회전자 바디, 지지면, 자석, 웨브

Description

전기 기계용 회전자{Rotor for an electrical machine}

본 발명은, 실질적으로 실린더 형태를 갖는 회전자 바디 및 회전자 바디의 원주에 배치되고 지지면을 갖는 적어도 하나의 자석을 포함하는 전기 기계, 특히 무브러시 DC-모터용 회전자에 관한 것이다.

선행기술에서 무브러시 DC-모터에는 흔히 별도의 표면 자석이 장착된다. 대부분의 DC-모터에서 자석은 자기 전도성 궤환부 상에 접착된다. 다양한 자석 형태, 예컨대 셸, 직방체 또는 "빵 덩어리(loaf of bread)"라고도 하는 D-형태의 자석이 공지되어 있다. DC-모터의 궤환부들은 강으로 일체로 형성되거나 또는 중첩된 박판들로 형성된 박판 패킷으로 이루어진다. 박판들은 서로 절연될 수 있거나 또는 스탬핑 방식으로 패킷될 수 있다.

궤환부상에서 자석들 간의 정렬은 부분적으로는 플라스틱 보조 어댑터 또는인접한 자석 사이의 간격을 보장하는 스프링에 의해 이루어진다. 상기 플라스틱 어댑터의 과제는 경화 과정 동안 접착된 자석들을 위치 설정하는 것이다. 따라서 당업자는 어댑터에서 "소실된 부분"을 찾을 수 있는데, 그 이유는 이것은 회전자의 기능에 중요하지 않기 때문이다.

상기 어댑터에 대한 대안으로서, 자석은 접착제의 경화 과정 동안 복잡하고 비용이 많이 드는 보조 장치에 의해 위치설정되거나 또는 압착될 수 있다. 보조 장치는 접착제의 경화 후에 다시 분리되어야 한다. 접착제에 따라 경화 과정은 24시간이 걸릴 수 있다. 접착제는 보조 장치와 접촉해서는 안 된다.

청구범위 제 1 항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 전기 기계용 회전자는, 자석이 신속하고 확실하게 회전자 바디에 고정될 수 있는 장점을 갖는다. 미리 주어진 위치 설정은 정확하고 확실하게 이루어진다. 자석의 위치는 다른 보조 수단 또는 공구 없이 유지된다. 바람직하게, 다른 특징에 대한 예컨대 자석을 가진 다른 궤환부에 대한 또는 센서에 대한 정확한 각도 위치로 자석을 위치 설정하는 것이 가능하다. 또한, 자화되지 않은 자석 외에 이미 자화된 자석이 가공될 수 있고, 상기 자석은 발생된 자력에 의해 이동되지 않는다. 실질적으로 실린더 형태의 회전자 바디와, 회전자 바디의 원주를 따라 배치된 적어도 하나의 자석을 포함하는 본 발명에 따른 회전자는, 방사방향 외측을 향한 적어도 하나의 웨브를 포함하고, 상기 웨브는 회전자 바디의 종방향으로 정렬된다. 자석은 종방향으로 정렬된 웨브에 접촉하고, 상기 웨브에 의해 정렬된다. 회전자에 다수의 자석을 수동으로 장착하는 경우에, 웨브는 자석이 배치될 수 있는 보조 정렬 수단을 제공한다. 회전자에 자석을 기계적으로 및 자동으로 장착하는 경우에 웨브는 가이드 레일로 이용되고, 상기 가이드 레일은 자석의 정렬을 지원하고 추후의 미끄러짐을 방지한다. 이로써 웨브는 자석의 정확한 위치설정을 보장할 수 있다.

종속 청구항에 본 발명의 바람직한 개선예가 제시된다.

특히 바람직하게 회전자 바디는 그 원주를 따라 자석을 위한 적어도 하나의 수용면을 갖는다. 상기 수용면의 측면은 2개의 웨브에 의해 제한된다. 상기 웨브들은 바람직하게 종방향으로 정렬된다. 자석은, 2개의 웨브 사이에 삽입되고, 2개의 측면을 향하므로 가능한 이동이 제한된다. 이로써, 자석이 종방향으로 회전되어 위치설정되는 것이 방지된다. 위치 설정될 자석의 소정의 개수에 따라, 수용면의 개수가 주어진다. 인접한 수용면들은 바람직하게 각각의 웨브에 의해 제한된다. 따라서, 회전자 바디 전체는 원주를 따라 교대로 수용면과 웨브로 구현될 수 있다. 따라서 자석의 양호한 지지와 고정이 이루어지고, 이는 도포된 접착제의 경화 과정에서 중요하다. 자석의 접착시 상기 자석을 경화 과정 동안 고정하기 위해, 복잡한 추가 보조 장치가 필요 없다. 회전자 둘레에 고정된 간단한 탄성 밴드는 예컨대 고정을 위해 충분한데, 그 이유는 자석들은 측면 웨브들 사이에서 지지되기 때문이다. 즉, 고정 장치를 위한 비용이 현저히 감소된다.

웨브들은, 자석들이 위치 설정되어 제 위치에 지지되도록 회전자 바디에 배치된다. 전체 회전자 바디에 걸쳐 다수의 웨브가 종방향으로 정렬된다. 미리 자화된 자석들은 간단하게 가공되고 조립된다. 자석들은 웨브들 사이에 정렬되고 동시에 고정된다. 인접한 2개의 자석들 사이에 규정된 간격을 형성하기 위해, 추가 보조 장치 또는 장치를 사용할 필요가 없다.

회전자 구조는 포카 요카(Poka-Yoka) 원리에 기초한다. 자석은 정확하고 변경될 수 없는 하나의 확실한 위치에 장착된다. 자석을 회전자 바디에 접착하는 조립자는 배치시 선택 가능성을 갖지 않으므로 간극을 결정할 수 없다. 이로써, 에러없는 신속하고 효과적인 조립이 이루어진다.

특히 바람직하게, 인접한 2개의 웨브들 사이의 간격은 자석의 폭보다 크다. 이로써, 자석의 정렬은 더욱 개선될 수 있다. 따라서 개별 자석들 간의 가능한 위치 공차가 더 감소되므로, 결국 회전자의 제조시 더 높은 품질이 달성된다.

또한 바람직하게 인접한 웨브들은, 자석이 상기 웨브들 사이에 클립핑될 수 있도록 배치된다. 이로써 클립핑에 의한 자석의 고정이 이루어진다. 회전자가 계속 회전되더라도 자석은 제 위치에서 유지된다. 이는 특히, 자석과 회전자 사이에 접착체가 제공되는 경우에 중요하다. 접착제의 경화 단계에서, 미끄러짐을 저지하기 위한 다른 조치가 필요 없다. 이는, 회전자가 경화를 위해 오븐 또는 공기 순환식 오븐 내에 배치되는지의 여부 또는 접착제가 예컨대 실온에서 예컨대 혐기성 반응에 의해 경화되는지의 여부와 무관하다.

특히 바람직하게 웨브는 회전자 바디와 일체형으로 형성된다. 일체형으로 형성시, 웨브가 부러지거나 또는 제 위치에서 미끄러질 위험이 없다. 웨브와 회전자의 분리는 불가능하다. 회전자 바디가 하나의 부분으로 이루어지면, 중실 재료로 이루어진 웨브들 사이의 간극은 연삭되거나 또는 밀링될 수 있다. 그러나 서로 열을 이루어 배치된 다수의 얇은 박판으로 구성된 박판 패킷으로 이루어진 회전자 바디의 경우는 다르다. 박판은 그것의 제조시 스탬핑된다. 따라서 간단하게 스탬핑 몰드의 변형에 의해 개별 박판도 변형될 수 있다. 따라서 일체형으로 제공된 웨브를 가진 회전자 바디가 얻어지고, 상기 회전자 바디는 제조시 전혀 비용이 들지 않거나 또는 웨브를 포함하지 않는 회전자 바디의 경우보다 약간의 비용만 더 든다.

바람직하게 자석은 실질적으로 측면 영역에서 그 지지면이 회전자에 배치된다. 이로써, 종방향으로 향한 2개의 좁은 지지면들이 주어지므로, 2선상의 지지라고 할 수 있다. 궤환부 또는 회전자와 자석 사이의 규정된 선 접촉이 이루어진다. 즉, 자석은 회전자 바디에 규정대로 배치되고, 흔들리지 않는다. 따라서 회전자의 수용면과 자석의 하측면 사이에 갭이 형성된다. 상기 갭은 접착제의 수용에 사용될 수 있다.

회전자 바디의 수용면들이 자석의 지지면의 곡률과 다른 곡률을 갖는 회전자가 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 2개의 곡률은, 자석이 지지면의 에지 영역에서만 회전자 바디의 수용면에 놓이도록 선택된다. 이로써, 곡률이 적절히 선택됨으로써 회전자 바디와 자석 사이에 규정된 갭이 형성된다. 또한, 마찬가지로 접착제의 수용을 위해 규정된 접착갭 또는 미리 정해진 체적이 형성된다. 이는, 도포된 접착제 양과 관련되므로, 접착제가 없어질 때까지 소량이 갭으로부터 배출되고 그럼에도 불구하고 자석과 회전자 바디의 넓은 면적의 접착이 이루어진다. 접착제의 선택시에도 상기 구상은 가변적일 수 있다. 따라서 다수의 접착제가 사용될 수 있는데, 예컨대 에폭시, 아크릴레이트, 실리콘 또는 폴리우레탄이 사용될 수 있다. 즉 접착제는 교체될 수 있고, 회전자 바디 또는 자석의 디자인에 영향을 미치지 않는다.

특히 바람직하게 웨브의 하단부에 각각의 협소부가 제공된다. 상기 협소부는 예컨대 프리스탬핑에 의해 형성될 수 있다. 이로써 회전자 바디의 수용면 바로 위에 자석과 회전자 패킷 사이의 웨브의 하단부에 중공 챔버가 주어진다. 상기 중공 챔버 내에 예컨대 날카로운 자석의 돌출 에지가 수용될 수 있다. 이로써 회전자의 상기 웨브는 자석의 에지 반경과 무관하다. 또한, 중공 챔버는 초과분의 접착제를 수용할 수 있는 저장부를 형성한다. 회전자 바디에 자석이 압착될 때 자석과 회전자 바디 사이에 도포된 접착제가 측면으로 가압되면, 상기 중공 챔버 내에 소정 양의 접착제가 수용될 수 있고, 웨브를 지나 배출되지 않는다. 따라서 자석의 외부 표면 또는 웨브의 상단부의 접착이 이루어지지 않으므로 제조 장치와 접착이 이루어지지 않는다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 회전자 바디는 웨브의 가장자리 영역에 각각 하나의 리세스 또는 홈을 갖는다. 홈은 회전자 바디의 수용면에 제공된다. 상기 홈은 초과분의 접착제를 일종의 접착제 저장부에 수용하기 위한 것이다. 회전자 바디의 홈은 바람직하게 웨브의 레그에서 직접 중공 챔버로 이행한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 웨브는 회전자의 종방향으로 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분은 제 2 부분에 대해 회전자의 원주 방향으로 오프셋되어 배치된다. 이로써, 웨브와 자석이 소정의 원주에서 서로 회전되어 배치된 2개의 영역을 가진 회전자가 형성된다. 회전자에 2개의 영역이 형성됨으로써 바람직하게 회전자가 머무를 수 있는 회전자의 록킹 위치가 방지될 수 있다. 특히 선행기술에 공지된 회전자의 경사가 생략될 수 있다. 회전자의 2개의 영역들의 오프셋 배치는, 더 낮은 출력의 단점을 갖지만, 회전자가 원치않는 위치에 머무르는 것이 방지될 수 있다.

바람직하게 웨브의 제 1 부분과 웨브의 제 2 부분 사이의 오프셋 각도는 0.1˚내지 30˚,특히 바람직하게 5˚내지 20˚이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 하기에서 도면을 참고로 설명된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자석을 포함하는 회전자의 사시도.

도 2는 6개의 자석이 장착된 도 1의 회전자의 평면도.

도 3은 도 2의 회전자의 확대도.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 회전자의 사시도.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 회전자 바디(2)를 포함하는 무브러시 DC-모터의 회전자(1)를 도시한다. 회전자 바디(2)는 그 원주를 따라 회전자 바디(2)의 종방향으로 정렬된 6개의 웨브(3)를 갖고, 상기 웨브는 회전자 바디(2)에 걸쳐 동일한 간격으로 분포된다. 2개의 웨브들(3) 사이에 수용면(4)이 형성되고, 상기 수용면은 자석(5)을 수용하는데 이용된다. 자석(5)은 수용면(4) 위에 놓이고, 인접한 2개의 웨브들(3) 사이에 배치된다. 웨브들(3)은 회전자 바디(2)의 전체 길이에 걸쳐 연장된다.

도 1에 도시된 회전자(1)에는 먼저 자석(5)이 장착된다. 다른 5개의 수용면들(4)은 아직 비어있는 상태이고 다음 작업 단계에서 자석이 장착된다.

도 2는 도 1의 회전자 바디(2)의 평면도를 도시한다. 회전자 바디(2)에 6개의 자석들(5)이 장착되어 있다. 자석들(5)은 각각 2개의 웨브들(3) 사이에 배치된 다. 자석들(5)의 지지면들(6)은 회전자 바디(2)의 수용면(4)에 배치된다. 자석들(5)은 웨브(3) 위로 확실하게 돌출한다. 자석(5)의 측면(8)의 하부(7)는 실질적으로 웨브(3)에 대해 평행하게 연장된다. 대략 웨브(3)의 상단부에서 측면(8)은 하부(7)에 대해 대략 60°의 각도를 갖는 상부(9)로 이행된다. 측면(8)의 상부(9)는, 상기 자석(5)의 제 2 측면(8)에 평행하게 연장되도록 정렬된다. 이로써, 인접한 2개의 자석들(5) 사이에 약 120°의 그루브가 형성된다.

자석(5)의 지지면(6)은 자석(5)의 표면(10)에 대해 대략 평행하게 연장된다.

도 2에서 회전자 바디(2)는 박판 패킷으로 이루어진 것을 알 수 있고, 이는 중첩된 다수의 박판을 포함한다. 회전자 바디(2)의 개별 박판들은 각각 스탬핑 된다. 개별 박판의 윤곽이 변형된 형태, 즉 웨브(3)를 갖더라도, 회전자 바디의 제조를 위한 비용은 동일하다.

도 3의 상세도는 자석(5)을 도시하고, 상기 자석은 회전자 바디(2)에 접착된다. 자석(5)은 인접한 2개의 웨브들(3) 사이에 배치된다. 자석(5)의 지지면(6)이 회전자 바디(2)의 수용면(4)과 다른 곡률 반경을 갖는 것을 알 수 있다. 이로써, 지지면(6)과 수용면(4) 사이에 갭(11)이 형성된다. 자석(5) 자체는 좌우 가장자리 영역(12, 13)에서만 그 지지면(6)이 회전자 바디(3)의 수용면(4)에 놓인다. 이로써 회전자 바디(2) 상에서 자석(5)이 흔들거리는 것이 방지된다.

회전자 바디(2)와 자석(5) 사이의 갭(11)은 자석(5)을 회전자 바디(2)에 접착하는 접착제를 수용하는데 이용된다.

회전자 바디(2)의 수용면(4)은 가장자리 영역(12, 13)에서 각각 하나의 홈(14)을 갖는다. 홈(14)은 웨브(3)의 협소부(15)로 이행한다. 이로써, 초과분의 접착제를 수용하는데 적합한 중공 챔버(16)가 형성된다.

자석(5)의 하부 에지가 날카롭거나 또는 불완전하게 바(bur)를 갖지 않으면, 돌출한 바는 중공 챔버(16)에 수용될 수 있다. 이로써 자석은 그 에지 상태와 거의 무관하게 위치설정된다.

측면(8)의 하부(7)와 웨브(3) 사이에 접착제로 채워질 수 있는 간격(17)이 형성된다. 여기에 한편으로는 초과분의 접착제가 흘러들어가고, 다른 한편으로 웨브(3)에 접착제가 도포될 수 있으므로, 간격(17)이 채워지고 인접한 2개의 웨브들(3) 사이에 자석(5) 측면이 접착된다. 대안으로서, 웨브(3)와 자석 사이에 간격이 제공되지 않을 수 있으므로, 자석은 인접한 2개의 웨브들 사이에 클립핑될 수 있다. 또한, 간격(17)은 자석의, 공차에 따른 크기 초과분을 수용하는데 이용된다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 회전자(1)를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 회전자(1)는 제 1 영역(A)과 제 2 영역(B)을 포함한다. 제 1 실시예에서처럼 제 1 영역(A)에는 다수의 리브들(3a)이 형성되고, 인접한 2개의 웨브들(3a) 사이에 자석(5a)이 수용된다. 제 2 영역(B)에도 마찬가지로 다수의 웨브들(3b)이 제공되고, 인접한 2개의 웨브들(3b) 사이에 자석(5b)이 배치된다. 웨브들(3a, 3b)의 디자인은 제 1 실시예에 도시된 디자인에 상응한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 영역(B)은 회전자의 제 1 영역(A)에 대해 약 30°의 각도 α만큼 오프셋되어 배치된다. 이러한 조치에 의해 회전자가 전기 기 계의 원치 않는 록킹 위치에서 머무르는 것이 달성된다. 이는, 본 발명에 따라 회전자 바디(2)의 제 1 영역(A)과 제 2 영역(B) 사이의 간단한 오프셋에 의해 달성될 수 있고, 선행기술에 공지된 회전자의 기울어짐을 필요로 하지 않을 수 있다.

제 2 실시예의 회전자는 상이하게 형성될 수 있다. 상기 회전자는 한편으는 일체로 형성된 웨브들(3a, 3b)과 일체형으로 형성될 수 있다. 대안으로서, 회전자 바디(2)는 영역들(A, B)을 형성하는 더 짧은 2개의 별도의 회전자로 제공될 수 있고, 상기 영역들은 조립시 각도 α만큼만 회전된다. 대안으로서, 각각의 영역들(A, B)은 영역(B)이 영역(A)에 대해 각도 α만큼 오프셋되어 배치된 다수의 영역들로 제공될 수 있다. 그렇지 않은 경우에 상기 실시예는 선행하는 실시예에 상응하므로, 거기에 제시된 상세한 설명이 참고될 수 있다.

간격(17)이 개방되어 있으면, 자석(5)은 그것을 제한하는 2개의 웨브(3) 사이에 소정의 유격을 갖는다. 상기 유격은 자동 조립과 마찬가지로 수동 조립을 용이하게 한다. 자석(5)의 축방향 정렬은 간단하게 실행될 수 있고, 자석(5)은 유격을 통해 웨브들(3)에 대해 간단하게 이동된다.

Claims

전기 기계, 특히 무브러시 DC-모터용 회전자로서, 실질적으로 실린더 형태의 회전자 바디(2)와, 지지면(6)을 가진 적어도 하나의 자석(5)을 포함하고, 상기 자석은 상기 회전자 바디의 원주에 배치되는 전기 기계용 회전자에 있어서,

상기 회전자 바디(2)는 종방향으로 정렬된 적어도 하나의 웨브(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 1 항에 있어서, 상기 회전자 바디(2)는 상기 회전자 바디(2)의 원주를 따라 2개의 웨브들(3)에 의해 측면이 제한된 상기 자석(5)을 위한 적어도 하나의 수용면(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 인접한 2개의 웨브들(3) 간의 간격은 상기 자석(5)의 폭보다 약간 큰 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석(5)은 인접한 2개의 웨브들(3) 사이에 클립핑될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석(5)의 상기 지지면(6)은 실질적으로 상기 회전자 바디(2)의 가장자리 영역(12, 13)에서 상기 웨브 들(3)에 인접하게 상기 회전자 바디(2)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자 바디(2)의 수용면은 상기 자석(5)의 상기 지지면(6)과는 다른 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨브들(3)은 상기 회전자 바디(2)와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨브들(3)의 하단부는 협소부(15)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자 바디(2)는 가장자리 영역(12, 13)에 각각 하나의 홈(14)을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석(5)의 측면(8)은 실질적으로 상기 웨브(3)에 대해 평행하게 연장된 하부(7)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 웨브(3a)를 가진 제 1 회전자 영역(A)과 제 2 웨브(3b)를 가진 제 2 회전자 영역(B)을 포함하고, 상기 제 1 웨브(3a)는 상기 회전자 바디(2)의 원주 방향으로 상기 제 2 웨브(3b)에 대해 각도(α) 만큼 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.
제 11 항에 있어서, 상기 제 1 웨브(3a)는 상기 제 2 웨브(3b)에 대해 0.1°내지 30°, 특히 5 °내지 20°의 각도 (α) 만큼 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 회전자.