KR20080093800A

KR20080093800A - 다단 회전자를 구비한 모터 및 그 모터를 사용한 구동장치

Info

Publication number: KR20080093800A
Application number: KR1020070038016A
Authority: KR
Inventors: 박계정
Original assignee: 박계정
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-10-22
Also published as: KR100947509B1

Abstract

본 발명은 다단 회전자 및 고정자를 구비한 모터 및 상기 모터를 이용한 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 중심축을 중심으로 다단으로 배치된 자석과 코일을 구비한 모터 및 이를 이용한 구동장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터는 회전자와 고정자를 포함한다. 상기 회전자는 반경방향으로 다단 배치된 복수의 원통형 계철(Yoke)과, 상기 각 단의 계철에 원주방향으로 복수 개가 서로 극성이 교차되게 고정된 복수의 자석을 구비한다. 그리고 상기 고정자는 상기 계철에 대향되도록 배치된 전기자 철심과, 상기 각각의 자석에 대응되도록 상기 전기자 철심에 권선된 복수의 전기자 코일을 구비한다. 상기의 모터는 다단의 자석 및 전기자 코일을 구비하므로, 단위체적당 높은 토크 및 고효율의 동력을 생산할 수 있다.

본 발명에 의하면, 다단 및 다수 열로 구성된 고정자와 회전자를 구비한 모터를 제공하여 부피는 작으면서 큰 토크를 발생시키 수 있다. 또한 상기의 모터를 사용한 구동장치를 제공하여 구동성능이 우수한 자동차 또는 모터사이클을 구현할 수 있다.

전동기, 발전기, 모터, 구동장치

Description

다단 회전자를 구비한 모터 및 그 모터를 사용한 구동장치{MOTOR HAVING ROTORS ARRANGED CONCENTRICALLY AND DRIVING APPARATUS HAVING THE MOTOR}

도 1은 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 일실시예의 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 실시예의 측단면도,

도 3는 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 다른 실시예의 단면도,

도 4은 도 3에 도시된 실시예의 측단면도,

도 5은 도 1에 도시된 실시예의 모터를 사용한 구동장치의 정단면도,

도 6는 도 5에 도시된 실시예의 측단면도,

도 7은 종래의 모터의 개념도이다.

<도면부호의 간단한 설명>

10 : 고정축 20 : 회전자

21 : 대계철 23 : 소계철

25 : 제1자석 27 : 제2자석

29 : 제3자석 31 : 회전디스크

33 : 베어링 35 : 볼트

40 : 고정자 41 : 한 쌍의 전기자 철심

43 : 제3전기자 철심 45 : 제1전기자 코일

47 : 제2전기자 코일 49 : 제3전기자 코일

51 : 고정디스크 53 : 볼트

55 : 브레이크디스크 57 : 캘리퍼

60 : 모터 61 : 휠

63 : 타이어

본 발명은 동심으로 배치된 다단 회전자를 구비한 모터 및 그 모터를 구비한 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 중심축을 중심으로 다단으로 배치된 자석과 코일을 구비한 모터 및 이를 구비한 구동장치에 관한 것이다. 본 발명은 사용 목적에 따라 축이 고정되고 모터의 하우징(Housing)이 회전하는 허브(Hub) 타입과, 하우징이 고정되고 축이 회전하는 형태로 적용될 수 있다.

도 7은 종래의 모터의 개념도이다. 종래의 모터는 중심축(1)과, 고정자(5)와, 회전자(3)로 구성되어 있다. 회전자(3)는 계철(4)과, 상기 계철(4)에 고정된 영구자석(2)으로 구성되며, 회전가능하도록 중심축(1)과 베어링(6)으로 결합된다. 영구자석(2)은 계철(4)에 극성을 달리하여 결합된다.

고정자(5)는 전기자 철심에 코일이 권선되어 형성되며, 중심축(1)에 고정결합된다. 그리고 상기 코일에 전류가 공급되면 코일에 자기장이 발생된다. 따라서 상기 코일에 발생된 자기장이 영구자석(2)에 의한 자기장과 작용하여 기자력이 발 생되고, 이 기자력에 의하여 회전자(3)는 중심축(1)을 중심으로 회전한다.

대기오염 문제로 인한 환경의 영향과 화석연료의 고갈로 인하여 전기 모터를 이용한 구동장치가 큰 주목을 받고 있다. 따라서 엔진을 주동력원으로 하고 전기 모터를 보조 동력원으로 이용하는 하이브리드자동차(Hybrid Vehicle) 등이 개발되어 상용화되고 있으며, 더 나아가 전기 모터를 주동력원으로 이용하는 전기자동차가 개발되고 있다. 그래서 갈수록 큰 출력을 낼 수 있는 전기 모터가 요구되고 있다.

그러나 종래의 모터는 영구자석 및 코일이 각각 1단으로 구성되어 있다. 따라서 종래의 모터는 충분한 출력을 얻기 위해서는 부피가 커져야 하며, 모터의 부피가 작을 경우 기자력이 매우 작아서 토크(torque)가 작았다. 그러므로 상기의 모터를 이용한 자동차는 충분한 고출력을 낼 수가 없어서 자동차를 경량화시키기 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉 모터를 소형으로 하더라도 강력한 출력을 낼 수 있는 모터를 제공하는 것이다. 따라서 본 발명은 자동차, 모터사이클 및 기타 승물의 동력원으로 사용할 수 있는 모터 및 상기 모터를 이용한 구동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일측에 의하면, 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터는 회전자와 고정자를 포함한다. 상기 회전자는 반경방향으로 다단 배치된 복수의 원통 형 계철(Yoke)과, 상기 각 단의 계철에 원주방향으로 복수 개가 서로 극성이 교차되게 고정된 복수의 자석을 구비한다. 그리고 상기 고정자는 상기 계철에 대향되도록 배치된 전기자 철심과, 상기 각각의 자석에 대응되도록 상기 전기자 철심에 권선된 복수의 전기자 코일을 구비한다. 상기의 모터는 다단의 자석 및 전기자 코일을 구비하므로, 고효율의 동력을 생산할 수 있다.

또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 반경방향으로 대향된 계철의 원주면에는 상기 자석이 고정된 것이 바람직하다. 즉 대향된 계철의 원주면에 자석이 고정되고, 상기 자석에 대응되도록 상기 전기자 철심에 전기자 코일을 권선함으로써, 소형의 부피에 다단의 자석을 배치할 수 있다.

또한, 상기의 모터는 상기 회전자의 회전 중심에 위치한 고정축을 더 포함하는 것이 가능하다. 이 경우 상기 회전자는 일면이 상기 계철의 일측과 결합되며, 상기 고정축에 회전 가능하게 결합된 회전디스크를 더 구비한다. 그리고 상기 고정자는 일면이 상기 각각의 계철 사이에 배치된 고정자 철심의 일측과 결합되며, 상기 고정축에 고정된 고정디스크를 더 구비한다. 따라서 상기 모터를 타이어의 휠 등에 연결하여 차량의 구동장치에 사용할 수 있다. 바람직하게는 모터사이클의 타이어 휠에 연결하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 고정자는 상기 각각의 계철 사이에 한 쌍의 고정자 철심이 배치되고 상기 한 쌍의 고정자 철심은 일체로 결합된 것이 바람직하다. 따라서 소형의 부피에 다단의 자석과 고정자 철심을 배치할 수 있다.

또한, 상기 고정자는 상기 고정축에 고정된 고정자 철심을 더 구비하는 것이 바람직하다. 계철과 계철 사이에 배치된 고정자 철심은 고정디스크에 고정되어야 한다. 고정축과 계철 사이에 배치된 고정자 철심은 고정디스크에 고정될 수 있으나 고정축에 고정되는 것이 바람직하다. 고정자 철심은 고정디스크에 비하여 고정축에 더 견고하게 고정될 수 있기 때문이다.

또한, 상기에서 설명한 모든 모터에 있어서, 상기 자석은 상기 계철의 원주방향으로 일정한 간격을 두거나 또는 일정한 간격 없이 연속적으로 고정될 수 있다.

한편, 상기의 모터는 회전자가 고정축에 대하여 회전하였으나, 축과 일체로 결합하여 축이 함께 회전할 수 있다. 즉 상기의 모터는 상기 고정축 대신 상기 회전자의 회전 중심에 위치한 회전축을 더 포함하는 것이 가능하다. 이 경우 상기 회전자는 일면이 상기 계철의 일측과 결합된 회전디스크를 더 구비하고, 상기 회전축은 상기 회전디스크와 고정결합된다. 그리고 상기 고정자는 일면이 상기 고정자 철심의 일측과 결합된 고정디스크를 더 구비한다. 또한 상기 회전축은 상기 고정디스크에 대하여 회전가능하게 결합된다. 이 경우의 모터는 중심축을 회전시킨다. 따라서 상기 모터의 회전축을 차축으로 사용할 경우 차량의 구동장치로 사용할 수 있다.

또한, 상기의 모터에 있어서 상기 회전자는 상기 회전축에 고정된 계철을 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명에 따른 구동장치는 상기에서 설명한 모터와, 상기 회전디스크의 타면에 고정 결합된 브레이크디스크와, 상기 브레이크 디스크의 회전을 구속시키기 위하여 상기 브레이크디스크의 일측에 설치된 캘리퍼를 포함한다.

또한, 상기의 구동장치에 있어서, 상기 캘리퍼는 상기 고정축의 일측에 고정된 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 일실시예의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예의 측단면도이다.

도 1에 도시된 모터(60)는 하우징이 회전하는 형태로서, 도 1에 도시된 모터(60)는 고정축(10)과, 회전자(20)와, 고정자(40)를 포함한다.

회전자(20)는 계철(Yoke;21, 23)과, 자석(25, 27, 29)과, 회전디스크(31)를 포함한다. 회전디스크(31)는 회전가능하도록 고정축(10)에 베어링(33)으로 결합된다. 계철(21, 23)은 원통형이며, 반경방향으로 2단으로 배치되어 있다. 즉 직경이 큰 대계철(21)과, 직경이 작은 소계철(23)으로 구성되며, 상기의 계철(21, 23)은 일측이 회전디스크(31)의 일면에 결합되어 있다. 물론 계철(21, 23)은 실시예에 따라서 다단으로 배치될 수 있다. 본 실시예에서 소계철(23)은 회전디스크(31)에 볼트(35)로 결합되어 착탈이 가능하게 회전디스크(31)에 결합된다. 자석(25, 27, 29)은 제1자석(25)과, 제2자석(27)과, 제3자석(29)으로 구성된다. 제1자석(25)은 대계철(21)의 내주면에 원주방향을 따라 복수개가 고정결합되며, 제2자석(27)은 소계철(23)의 외주면에 원주방향을 따라 복수개가 고정결합되며, 제3자석(29)은 소계 철(23)의 내주면에 원주방향을 따라 복수개가 고정결합된다. 상기의 제1 내지 제3자석(25, 27, 29)은 상기 계철(21, 23)의 원주방향으로 일정한 간격을 두고 40 개가 서로 극성이 교차되도록 고정된다. 본 실시예에서 40극으로 구성되었으나 36극 등 다양하게 실시될 수 있다. 또한 본 실시예이서 상기 자석(25, 27, 29)는 계철(21, 23)의 원주면에서 일정한 간격으로 고정되어 있으나 일정한 간격없이 연속적으로 고정될 수 있다.

고정자(40)는 고정디스크(51)와, 전기자 철심(41a, 41b, 43)과, 전기자 코일(45, 47, 49)을 포함한다. 고정디스크(51)는 고정축(10)에 고정 결합된다. 전기자 철심(41a, 41b, 43)은 제1전기자 철심(41a)과, 제2전기자 철심(41b)과, 제3전기자 철심(43)으로 구성된다. 제1전기자 철심(41a) 및 제2전기자 철심(41b)은 대계철(21)과, 소계철(23) 사이에 배치되며 상호간 결합되어 있다. 즉 대계철(21)과 소계철(23)의 사이에 배치된 한 쌍의 전기자 철심(41)은 일체로 결합되어 있다. 상기 한 쌍의 전기자 철심(41)은 일측이 고정디스크(51)의 일면에 볼트(53)로 고정된다. 제3전기자 철심(43)은 소계철(23)의 내부에 배치되며, 상기 고정축(10)에 고정된다. 그리고 상기의 전기자 철심(41a, 41b, 43)은 자력선을 잘 통과시키고 맴돌이 전류를 감소시키기 위하여 얇은 규소강판이 적층되어 형성되며, 일측에는 코일이 권선될 수 있도록 홈이 형성된다. 전기자 코일(45, 47, 49)은 제1전기자 코일(45)과, 제2전기자 코일(47)과, 제3전기자 코일(49)로 구성된다. 제1전기자 코일(45)은 제1전기자 철심(41a)의 홈에 권선되며, 제2전기자 코일(47)은 제2전기자 철심(41b)의 홈에 권선된다. 그리고 제3전기자 코일(49)은 제3전기자 철심(43)의 홈에 권선 된다. 상기의 전기자 코일(45, 47, 49)은 직렬 또는 병렬 연결이 가능하며, Δ결선이나 Y결선 모두 사용 가능하다.

상기의 전기자 코일(45, 47, 49)에 전류가 공급될 경우 자기장이 발생되며, 상기 전기자 코일(45, 47, 49)에 의하여 발생된 자기장은 상기 자석(25, 27, 29)에 의하여 형성된 자기장과 상호작용하여 회전력이 발생된다. 따라서 회전자(20)가 고정축(10)을 중심으로 회전하게 된다. 한편 상기의 모터(60)는 발전기로 이용될 수도 있다. 즉 상기 회전자(20)가 회전운동을 하게 되면 회전자(20)에 고정된 자석(25, 27, 29)에 의하여 상기 전기자 코일(45, 47, 49)에 유도전류가 발생된다.

도 3는 본 발명에 따른 다단 회전자를 구비한 모터의 다른 실시예의 단면도이고, 도 4은 도 3에 도시된 실시예의 측단면도이다.

도 3에 도시된 모터는 축이 회전하는 형태로, 회전축(110)과, 회전자(120)와, 고정자(140)를 포함한다.

회전자(120)는 회전디스크(131)와, 계철(121, 123, 124)과, 자석(125, 127, 129, 130)을 포함한다. 회전디스크(131)는 회전축(110)에 고정결합된다. 계철(121, 123, 124)은 반경방향을 배치되며, 반경의 크기에 따라 대계철(121)과, 중계철(123)과 소계철(124)로 구성된다. 대계철(121)과 중계철(123)은 일측이 회전디스크(131)의 일면에 결합되며, 소계철(124)은 회전축(110)에 결합된다. 물론 소계철(124)은 회전축(110)과 일체로 형성될 수 있다. 자석(125, 127, 129, 130)은 제1자석(125)과, 제2자석(127)과, 제3자석(129)과 제4자석(130)으로 구성되며, 각각의 자석(125, 127, 129, 130)은 상기 계철(121, 123, 124)의 내주면 및 외주면에 극성 이 교차되도록 고정된다.

고정자(140)는 고정디스크(151)와, 전기자 철심(141, 143)과, 전기자 코일(145, 147, 149, 150)을 포함한다. 고정디스크(151)는 회전축(110)에 베이링(155)으로 결합된다. 전기자 철심(141, 143)은 제1전기자 철심(141a)과 제2전기자 철심(141b)이 결합된 제1 한 쌍의 전기자 철심(141)과, 제3전기자 철심(143a)과 제4전기자 철심(143b)이 결합된 제2 한 쌍의 전기자 철심(43)으로 구성된다. 상기의 전기자 철심(141, 143)은 일측이 고정디스크(151)의 일면에 고정된다. 상기의 전기자 철심(141, 143)은 볼트로 고정디스크(151)에 고정되어 탈착이 가능하다. 또한 전기자 코일(145, 147, 149, 150)는 제1전기자 코일(145)과, 제2전기자 코일(147)과, 제3전기자 코일(149)과, 제4전기자 코일(150)으로 구성되며, 각각은 상기 각각의 전기자 철심(141a, 141b, 143a, 143b)에 권선된다.

상기의 모터의 전기자 코일(145, 147, 149, 150)에 전원이 공급되면 토크가 발생되며, 상기의 토크에 의하여 회전자(120)는 회전하게 된다. 따라서 회전자(120)에 고정 결합된 회전축(110)은 회전을 한다.

도 5은 도 1에 도시된 실시예의 모터를 사용한 구동장치의 정단면도, 도 6는 도 5에 도시된 실시예의 측단면도이다.

도 5에 도시된 구동장치는 도 1에 도시된 모터(60)와, 브레이크디스크(55)와, 캘리퍼(57)를 포함한다. 브레이크디스크(55)는 모터(60)의 회전디스크(31)의 타면에 고정결합된다. 그리고 캘리퍼(57)는 상기 브레이크디스크(55)의 일측에 설치되며, 일측이 상기 고정축(10)에 고정된다. 모터(60)의 회전자(20)가 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 타이어(63)의 휠(61)에 고정하면, 자동차, 승물(vehicle) 또는 모터의 구동장치로 사용될 수 있다. 따라서 전기자 코일(45, 47, 49)에 전원이 공급되면 회전자(20)의 회전에 의하여 타이어(63)가 회전하게 되며, 캘리퍼(57)를 사용하여 브레이크디스크(55)를 가압하면 회전자(20)는 정지하게 된다.

본 발명에 의하면, 다단 및 다수 열로 구성된 고정자와 회전자를 구비한 모터를 제공하여 부피는 작으면서 큰 토크를 발생시키 수 있다.

또한 상기의 모터를 사용한 구동장치를 제공하여 구동성능이 우수한 자동차 , 승물 또는 모터사이클을 구현할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims

반경방향으로 다단 배치된 복수의 원통형 계철(Yoke)과, 상기 각 단의 계철에 원주방향으로 서로 극성이 교차되게 고정된 복수의 자석을 구비한 회전자와,

상기 계철에 대향되도록 배치된 전기자 철심과, 상기 각각의 자석에 대응되도록 상기 전기자 철심에 권선된 복수의 전기자 코일을 구비한 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제1항에 있어서,

상기 반경방향으로 대향된 계철의 원주면에는 상기 자석이 고정된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제2항에 있어서,

상기 회전자의 회전 중심에 위치한 고정축을 더 포함하며,

상기 회전자는 일면이 상기 각각의 계철의 일측과 결합되며, 상기 고정축에 회전 가능하게 결합된 회전디스크를 더 구비하며,

상기 고정자는 일면이 상기 각각의 계철 사이에 배치된 고정자 철심의 일측과 결합되며, 상기 고정축에 고정된 고정디스크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제3항에 있어서,

상기 고정자는 상기 각각의 계철 사이에 한 쌍의 고정자 철심이 배치된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제4항에 있어서,

상기 고정자는 상기 각각의 계철 사이에 배치된 한쌍의 고정자 철심은 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제5항에 있어서,

상기 고정자는 상기 고정축에 고정된 고정자 철심을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제6항에 있어서,

상기 자석은 상기 계철의 원주방향으로 일정한 간격을 두고 복수 개가 고정된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제6항에 있어서,

상기 자석은 상기 계철의 원주방향으로 연속적으로 복수 개가 고정된 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제2항에 있어서,

상기 회전자는 일면이 상기 계철의 일측과 결합된 회전디스크를 더 구비하며,

상기 고정자는 일면이 상기 고정자 철심의 일측과 결합된 고정디스크를 더 구비하며,

상기 회전디스크와 고정결합되며, 상기 고정디스크에 대하여 회전가능하게 결합되며, 상기 회전자의 회전 중심에 위치한 회전축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제9항에 있어서,

상기 회전자는 상기 회전축에 고정된 계철을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 회전자를 구비한 모터.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항의 모터와,

상기 모터의 회전자에 고정 결합된 브레이크디스크와,

상기 브레이크디스크의 회전을 구속시키기 위하여 상기 브레이크디스크의 일측에 설치된 캘리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제11항에 있어서,

상기 캘리퍼는 상기 고정축의 일측에 고정된 것을 특징으로 하는 구동장치.