KR20080055935A - 트윈 회전자를 가지는 모터 및 이를 탑재한 기기 - Google Patents

트윈 회전자를 가지는 모터 및 이를 탑재한 기기 Download PDF

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Abstract

환상의 고정자 요크와, 이 고정자 요크로부터 외측 및 내측을 향해 돌출한 복수의 외측 티스 및 복수의 내측 티스를 가지는 고정자 코어와, 이 고정자 코어에 감겨진 복수의 권선을 구비한 고정자와, 외측 티스에 공극(空隙)을 통해 대향한 외측 회전자와 내측 티스에 공극을 통해 대향한 내측 회전자를 구비한 2개의 회전자를 가지는 모터이다. 여기에서, 고정자 코어는, 외측 티스간의 외측 슬롯과 내측 티스간의 내측 슬롯을 가지고, 권선은 외측 슬롯과 내측 슬롯 사이의 고정자 요크에 감겨지고 고정자를 단면 절단했을 때의 외측 슬롯의 단면적과 내측 슬롯의 단면적이 동일하다.

Description

2개의 회전자를 가지는 모터 및 이를 탑재한 기기{MOTOR WITH TWO ROTORS AND APPARATUS WITH THE SAME}
본 발명은, 2개의 회전자를 가지는 모터 및 이를 탑재한 기기에 관한 것으로서, 특히, 모터의 고정자 코어의 구성에 관한 것이다.
도 6은, 종래의 2개의 회전자를 가지는 트로이달 방식의 브러쉬리스 모터로서, 고정자(110)와 내측 회전자(120)와 외측 회전자(130)로 구성되어 있다.
고정자(110)는, 고정자 요크(114)와 이 고정자 요크(114)에 설치된 외측 티스(112)와 내측 티스(113)로 이루어지고, 이 고정자 요크(114)에는 트로이달 방식의 복수의 3상 권선(115)이 설치되어 있다. 통상, 권선(115)은 스타 또는 델타 결선되어 있다.
내측 회전자(120)는 샤프트(123)에 직결되어 고정자(110)의 내측에 회전 가능하게 유지된다. 내측 회전자(120)는, 회전자 요크(121)와 영구 자석(122)을 더 가진다. 또, 외측 회전자(130)는, 동일하게 샤프트(123)에 직결되어 고정자(110)의 외측에 회전 자재로 유지된다. 외측 회전자(130)는, 회전자 요크(131)와 영구 자석(132)을 더 가진다.
내측 회전자(120) 및 외측 회전자(130)는, 권선(115)에 흐르는 전류에 의한 자계에 의해 회전한다. 또한, 도 6은, 회전자 코어(121 및 131)의 표면에 영구 자석(122) 및 영구 자석(132)을 각각 설치한, 표면 자석형 회전자를 나타내고 있다. 이러한 트로이달 모터의 구성은, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되어 있다.
이 종래의 모터에 있어서, 트로이달 권선을 설치할 경우, 내측 슬롯(117)의 단면적과 외측 슬롯(116)의 단면적이 불균일하다는 과제를 가지고 있었다. 결과적으로, 종합적인 권선 점적률이 저하하여, 효율의 저하를 초래하고 있었다.
[특허 문헌 1:일본국 특허 출원 특허 공개 2001－37133호 공보]
본 발명의 모터는 다음의 구성을 가진다. 환상의 고정자 요크와, 이 고정자 요크로부터 외측을 향해 돌출한 복수의 외측 티스와, 외측 티스와 동수이고 고정자 요크로부터 내측을 향해 돌출한 복수의 내측 티스를 가지는 고정자 코어와, 이 고정자 코어에 감겨진 복수의 권선을 구비한 고정자와, 샤프트에 유지되어 외측 티스에 공극을 통해 대향한 외측 회전자와, 샤프트에 유지되어 내측 티스에 공극을 통해 대향한 내측 회전자를 포함하고, 고정자 코어는 외측 티스 사이에 구성된 외측 슬롯과 내측 티스 사이에 구성된 내측 슬롯을 가지고, 권선은 외측 슬롯과 내측 슬롯사이의 고정자 요크에 감겨지고, 3상 스타 또는 델타 형상으로 결선된 트로이달 권선이며, 고정자를 단면 절단했을 때의 외측 슬롯의 단면적과 내측 슬롯의 단면적이 동일하다.
이 구성에 의한 본 발명의 모터는, 권선 점적률을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 동손(銅損)을 저감시켜, 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 모터를 단면 절단했을 때의 일부 단면도이다.
도 2는 종래의 모터와 실시 형태 1의 모터의 효율 비교를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 모터의 고정자를 단면 절단했을 때의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 모터의 고정자 코어의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 기기의 개략 설명도이다.
도 6은 종래의 모터를 단면 절단했을 때의 단면도이다.
[부호의 설명]
10, 40 고정자
11, 41, 51 고정자 코어
51a, 51b 코어 피스
12, 42 외측 티스
13, 43 내측 티스
14, 44 고정자 요크
15, 45 권선
16, 46 외측 슬롯
16A, 46A 외측 슬롯의 직경 방향
16B, 46B 외측 슬롯의 둘레 방향
17, 47 내측 슬롯
17A, 47A 내측 슬롯의 직경 방향
17B, 47B 내측 슬롯의 둘레 방향
20 내측 회전자
30 외측 회전자
51A, 51B 코어 피스
61 기기
67 모터
이하, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 도면을 이용해 설명한다.
[실시 형태 1]
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 모터를 단면 절단했을 때의 일부 단면도이다. 본 실시 형태의 모터는, 고정자(10)와 이 고정자(10)의 내경측에 대향하는 내측 회전자(20)와 외경 측에 대향하는 외측 회전자(30)로 구성된다.
고정자(10)를 구성하는 고정자 코어(11)는, 대략 환상의 고정자 요크(14)와, 이 고정자 요크(14)로부터 외주 방향으로 돌출한 외측 티스(12)와 외측 티스(12)와 동수이고 고정자 요크(14)로부터 내주 방향으로 돌출한 내측 티스(13)로 이루어진다. 각각의 외측 티스(12) 사이에는 외측 슬롯(16)이, 각각의 내측 티스(13) 사이 에는 내측 슬롯(17)이, 각각 구성되어 있다. 그리고, 3상 스타 혹은 델타 형상으로 결선되고 트로이달 권선 형식에 의한 복수의 권선(15)이, 외측 슬롯(16)과 내측 슬롯(17) 사이의 고정자 요크(14)에 감겨져 있다.
외측 티스(12)에 대향하여 소정의 에어 갭을 통해 외측 회전자(30)가 배치되어 있다. 내측 티스(13)에 대향하여 소정의 에어 갭을 통해 내측 회전자(20)가 배치되어 있다. 도 6에 나타내는 종래예와 같이, 외측 회전자(30)와 내측 회전자(20)는, 각각 회전자 요크(도시하지 않음)와 영구 자석(도시하지 않음)으로 구성되어 있다. 외측 회전자(30)와 내측 회전자(20)는 샤프트(도시하지 않음)로 연결되어 있고 권선(15)에 소정의 통전을 행함으로써, 일체로 회전한다.
외측 슬롯(16)은, 직경 방향의 변(16A)과 둘레 방향의 변(16B)을 가지고, 각각 길이에 의해 단면적이 정해지게 된다. 동일하게 내측 슬롯(17)은, 직경 방향의 변(17A)과 둘레 방향의 변(17B)을 가지고, 각각의 길이에 의해 단면적이 정해지게 된다.
여기서, 외측 슬롯의 직경 방향의 변(16A)의 길이를 내측 슬롯의 직경 방향의 변(17A)의 길이보다 짧게 하여, 이에 의해 외측 슬롯(16)과 내측 슬롯(17)의 단면적을 대략 같게 한다. 외측 슬롯(16)은 내측 슬롯(17)보다 외주에 위치하기 때문에, 외측 슬롯의 둘레 방향의 변(16B)은, 내측 슬롯의 둘레 방향의 변(17B)보다 길어지기 때문이다.
외측 슬롯(16)의 단면적과 내측 슬롯(17)의 단면적은, 모두, 도 6에 나타내는 종래 모터의 외측 슬롯(116)의 단면적과 내측 슬롯(117)의 단면적의 합계값의 1/2로 한다. 즉, 슬롯 단면적의 합계값은 종래 모터와 같고, 비율이 바뀌게 된다. 이에 의해 트로이달 권선을 설치할 때에, 종래의 모터에서는, 외측 슬롯(16)의 권선 점적률을 향상시키는 것이 곤란했던 과제를 해결할 수 있다. 이에 의해 종합적인 권선 점적률을 향상시켜, 종래의 모터에 비해, 동손(銅損)을 저감시켜, 모터 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2는, 도 6에 나타내는 종래 모터와 본 실시 형태 1의 모터의 효율 비교를 나타낸다. 종래 모터의 외측 슬롯(116)과 내측 슬롯(117)의 슬롯 단면적은 5:4의 비율로 되어 있는데 대해, 본 실시 형태의 모터에서는 외측 슬롯(16)과 내측 슬롯(17)의 슬롯 단면적은 1:1의 비율로 되어 있다. 이에 의해, 종래 모터의 효율을 1로 하면, 본 실시 형태의 모터에서는 1.07이 되어, 대폭 효율 향상을 실현할 수 있다.
[실시 형태 2]
도 3은, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 모터의 고정자를 단면 절단했을 때의 단면도이다. 본 실시 형태의 모터는, 고정자(40)와 이 고정자(40)의 내경측에 대향하는 내측 회전자(도시하지 않음)와 외경 측에 대향하는 외측 회전자(도시하지 않음)로 구성된다. 내측 회전자와 외측 회전자는, 실시 형태 1과 같고, 설명을 생략한다.
고정자(40)를 구성하는 고정자 코어(41)는, 대략 환상의 고정자 요크(44)와, 이 고정자 요크(44)로부터 외주 방향으로 돌출한 외측 티스(42)와, 외측 티스(42)와 동수이고 고정자 요크(44)로부터 내주 방향으로 돌출한 내측 티스(43)로 이루어 진다. 각각의 외측 티스(42) 사이에는 외측 슬롯(46)이, 각각의 내측 티스(43) 사이에는 내측 슬롯(47)이, 각각 구성되어 있다. 그리고, 3상 스타 혹은 델타 형상으로 결선되어 트로이달 권선 형식에 의한 복수의 권선(45)이, 외측 슬롯(46)과 내측 슬롯(47) 사이의 고정자 요크(44)에 감겨져 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 실시 형태 1과 비교하여 고정자 코어(41)의 형상이 다르다. 즉, 외측 슬롯(46)과 내측 슬롯(47)의 단면이 동일한 형상(대략 장방형)이 되어 있다.
외측 슬롯(46)은, 직경 방향의 변(46A)과 둘레 방향의 변(46B)을 가지고, 내측 슬롯(47)은, 직경 방향의 변(47A)과 둘레 방향의 변(47B)을 가진다.
여기에서, 외측 슬롯의 직경 방향의 변(46A)의 길이와 내측 슬롯의 직경 방향의 변(47A)의 길이를 같게 한다. 또 외측 슬롯의 둘레 방향의 변(46B)의 길이와 내측 슬롯의 둘레 방향의 변(17B)의 길이를 같게 한다. 이에 의해 외측 슬롯(46)과 내측 슬롯(47)은, 모두 대략 장방형으로 같은 형상의 단면이 된다.
이와 같이 외측 슬롯(46)과 내측 슬롯(47)을 같은 형상으로 함으로써, 외측 슬롯(46)에 설치된 권선 배치와 내측 슬롯(47)에 설치된 권선 배치가 같게 되기 때문에, 정렬권(整列卷)이 가능하게 되고, 점적률을 향상시킬 수 있다.
또한, 정렬권으로 함으로써, 권선 엔드부(도시하지 않음)를 단축할 수 있고 권선의 저항값을 대폭 절감할 수 있다. 이상으로부터, 동손을 종래 모터에 대해 저감하는 것이 가능하고, 모터 효율을 향상시킬 수 있다.
[실시 형태 3]
도 3은, 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 모터의 고정자 코어를 나타내는 사시도이다. 고정자 코어(51)는, 코어 피스(51A)와 코어 피스(51B)로 2개로 분할 되어 있다. 분할된 고정자 코어는, 권선 완료후 용접 등의 방법에 의해 결합된다.
고정자 코어(51)를 분할함으로써, 트로이달 권선을 설치할 때의 권선 효율이 향상하여, 권선 공수(工數)를 삭감할 수 있기 때문에, 권선 코스트를 저감하는 것이 가능하게 된다. 이 고정자 코어(51)의 슬롯 형상은, 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에 나타낸 형상이 적용된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 분할수는 2로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 권선기와의 관계로 권선 효율을 향상시키도록, 2이상의 정수를 자유롭게 선택할 수 있다.
[실시 형태 4]
도 5는 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 기기의 개략 설명도이다. 도 5에 있어서, 기기(61)는, 케이스(62)와, 그 케이스(62)에 탑재되는 모터(67)와, 그 모터(67)를 구동하기 위한 구동기(65)와, 그 구동기(65)에 급전하기 위한 전원(68)과, 모터(67)를 동력원으로서 구동되는 기구부 등의 부하(69)를 포함한다.
여기에서, 모터(67)와 구동기(65)로 모터 구동 장치(63)를 구성한다. 기기(61)는, 전원(68)으로부터 구동기(65)를 통해 모터(67)가 구동된다. 모터(67)의 출력축을 통해 부하(69)에 회전 토크가 전달된다. 모터(67)에는, 상기 실시 형태 1로부터 실시 형태 3의 모터를 적용할 수 있다.
기기(61)로서는, 소형이고 스페이스에 제한이 있고, 고출력이 요구되는 모터 를 필요로 하는 가전 제품이나 전장품에 유효하다.
본 발명은, 가전제품이나 전장품 등, 소형이고 스페이스에 제한이 있고, 또한 고출력이고 고효율이 요구되는 모터에 유용하다.

Claims (7)

  1. 환상의 고정자 요크와, 상기 고정자 요크로부터 외측을 향해 돌출한 복수의 외측 티스와, 상기 외측 티스와 동수이고 상기 고정자 요크로부터 내측을 향해 돌출한 복수의 내측 티스를 가지는 고정자 코어와, 상기 고정자 코어에 감겨진 복수의 권선을 구비한 고정자와,
    샤프트에 유지되어 상기 외측 티스에 공극을 통해 대향한 외측 회전자와, 상기 샤프트에 유지되어 상기 내측 티스에 공극을 통해 대향한 내측 회전자를 포함하고,
    상기 고정자 코어는, 상기 외측 티스의 사이에 구성된 외측 슬롯과, 상기 내측 티스의 사이에 구성된 내측 슬롯을 가지고,
    상기 권선은, 상기 외측 슬롯과 상기 내측 슬롯 사이의 상기 고정자 요크에 감겨져, 3상 스타 또는 델타 형상으로 결선된 트로이달 권선이며,
    상기 고정자를 단면 절단했을 때의 상기 외측 슬롯의 단면적과 상기 내측 슬롯의 단면적이 같은, 모터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 슬롯의 직경 방향의 길이는 상기 내측 슬롯의 직경 방향의 길이보다 짧은, 모터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 슬롯과 상기 내측 슬롯의 단면은, 동일 형상인, 모터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 형상은, 장방형인, 모터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 권선은, 정렬권(整列卷)인, 모터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정자 코어는, 복수의 코어 피스로 분할되어 있는, 모터.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 모터를 탑재한 기기.
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