KR20080100572A - 이너 로터형 모터 - Google Patents

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KR20080100572A
KR20080100572A KR1020070046433A KR20070046433A KR20080100572A KR 20080100572 A KR20080100572 A KR 20080100572A KR 1020070046433 A KR1020070046433 A KR 1020070046433A KR 20070046433 A KR20070046433 A KR 20070046433A KR 20080100572 A KR20080100572 A KR 20080100572A
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김한기
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 회전자의 구조가 개선된 이너 로터형 모터에 관한 것으로서, 본 발명은 회전자의 몸체를 형성하는 코어; 상기 코어에 결합되어 동력을 전달하는 구동축; 상기 코어의 외주면에 부착되어 자속을 발생하는 복수개의 마그네트; 상기 마그네트에 일체로 몰딩되는 몰딩부;를 포함하여 구성되는 이너 로터형 모터를 제공한다.
코어, 마그네트, 몰딩부, 이너 로터형 모터

Description

이너 로터형 모터{An Inner Rotor-Type Motor}
도 1은 종래 이너 로터형 모터의 회전자 구조를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이너 로터형 모터의 회전자의 상부 구조를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이너 로터형 모터의 회전자의 하부 구조를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이너 로터형 모터의 회전자 구조를 나타낸 횡단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이너 로터형 모터의 회전자 구조를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이너 로터형 모터의 회전자 구조를 나타낸 횡단면도.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이너 로터형 모터의 회전자 구조를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이너 로터형 모터의 회전자 구조를 나타낸 횡단면도.
본 발명은 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전자의 강도를 보강한 이너 로터형 모터에 관한 것이다.
보통 모터(motor)라고 하는 것은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전 동력을 얻는 장치이며, 이러한 모터는 회전자가 내부에 구비되는 이너 로터형과 외부에서 회전하는 아우터 로터형으로 구분된다. 본 발명은 마그네트가 회전자 외부에 부착되는 이너 로터형 모터에 적합한 것이며, 여기서는 비엘디씨 모터를 예로 들어 설명하기로 한다.
일반적으로, 비엘디씨 모터(Brushless DC motor)라 함은 2상, 3상 또는 4상의 전기자 코일을 갖는 고정자와 영구자석의 회전자로 이루어지고 정류자를 갖지 않는 모터로, 가변속 구동을 위한 모터로 널리 활용되고 있다.
상기 비엘디씨 모터는 회전자계를 발생시키는 고정자 권선과 자속의 통로를 형성하여 상기 자속의 흐름을 원활하게 해주는 고정자 철심으로 이루어진 고정자와, 회전자 철심 및 영구자석으로 이루어진 회전자로 크게 구성된다.
상기 비엘디씨 모터의 구동원리는 3상 권선으로 이루어진 고정자 권선에 회전자계를 인가하면, 상기 회전자계에 의한 자속과 영구자석의 자속이 상호작용하여 회전자가 일정한 방향으로 회전하면서 토오크를 발생시키게 된다.
도 1을 참조하여 종래의 이너 로터형 비엘디씨 모터의 회전자의 구조를 설명하면 다음과 같다.
종래의 회전자는 회전력을 전달하는 구동축(1), 상기 구동축(1)이 압입되어 일체로 회전하는 코어(2), 상기 코어(2)의 외주면에 부착되는 마그네트(3)를 포함하여 구성된다. 상기 마그네트(3)는 N,S극이 교번하여 부착되도록 한다.
이너 로터형 모터는 회전자의 외부에 마그네트(3)가 부착되는데, 상기 마그네트(3)는 회전자의 회전으로 인하여 접착제로 부착되어 있던 코어(2)로부터 분리되려는 원심력을 받게 된다. 종래의 모터는 장기간 사용시에 상기 마그네트(3)가 코어(2)로부터 분리되는 현상이 발생하였다.
또한, 종래의 모터는 상기 회전자의 상부 및 하부에 조립형 부싱을 별도로 삽입하여 상기 조립형 부싱과 베어링에 의해 회전자가 일정 위치에서 회전할 수 있도록 지지될 수 있었다. 그러나, 상기 조립형 부싱이 정확한 위치에 삽입되지 않으면 모터에서 진동 및 소음이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 마그네트와 코어의 결합 강도를 보강하고 부싱의 구조를 개선한 이너 로터형 모터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전자의 몸체를 형성하는 코어; 상기 코어에 결합되어 동력을 전달하는 구동축; 상기 코어의 외주면에 부착되어 자속을 발생하는 복수개의 마그네트; 상기 마그네트에 일체로 몰딩되는 몰딩부;를 포함하여 구성되는 이너 로터형 모터를 제공한다.
그리고, 상기 몰딩부는 구동축에 몰딩되며, 코어의 상하부에 구비되어 구동축을 지지하는 베어링간에 일정간격을 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구동축의 몰딩부에는 구동축과 평행한 리브가 방사형으로 형성된 것이 특징이다.
여기서, 상기 코어에는 마그네트를 착자하기 위한 고정홈이 구비된다.
그리고, 상기 몰딩부는 상기 코어 상하부의 고정홈을 제외한 영역에 코어와 일체로 몰딩되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 몰딩부는 마그네트 경계면에 길이방향의 돌기를 구비한다.
따라서, 상기 이너 로터형 모터의 마그네트는 몰딩부에 의해 코어에 부착된 상태를 더 오랜 기간 유지할 수 있다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에서 마그네트는 1차로 접착제를 이용하여 코어에 부착되나, 회전자의 코어에 부착된 상태를 지속할 수 있도록 코어와 함께 사출물로 몰딩되는 것이 바람직하다. 상기 사출물을 점성이 높은 재질을 사용하면 용용되었다가 건조되는 과정에서 마그네트 및 코어에 부착될 수 있다. 그리고, 용용된 상태의 사출물에 접착제를 첨가하여 마그네트 및 코어에 더 잘 부착되도록 할 수도 있다. 또한, 상기 사출물은 마그네트의 틈새까지 메워서 유동을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 모터는 회전자의 형태에 맞는 금형을 제작하여 종전에 코어와 베어링 사이에 삽입되는 부싱 대신에 원하는 형태를 일체로 몰딩하여 형성할 수 도 있다. 상기 부싱을 몰딩으로 형성하는 경우에 부싱의 재료 사출물은 회전자를 이루는 구성 요소들에 비해 녹는 점이 충분히 낮아서 물성에 변화를 일으키지 않는 재료를 사용하는 바람직하다. 본 발명에서 상기 부싱을 몰딩으로 형성할 수 있으므로 전술한 것과 같이 간격 유지 목적 이외에 마그네트와 코어를 고정하기 위한 목적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 비엘디씨 모터의 구조를 설명하면 다음과 같다.
상기 비엘디씨 모터는 회전자, 상기 회전자에 회전자계를 형성하는 고정자, 상기 회전자가 회전하도록 지지하는 베어링(40), 상기 회전자, 고정자 및 베어링을 수용하고 모터의 외관을 형성하는 케이스로 구성된다.
도 2에서와 같이 상기 회전자는 코어(20), 상기 코어(20)에 압입되는 구동축(10), 상기 코어(20) 외주면에 부착되는 마그네트(30), 상기 코어(20)와 마그네트(30) 및 구동축(10)에 일체로 몰딩되는 몰딩부(50)로 구성된다.
상기 몰딩부(50)는 회전자의 상부, 하부에 구비되며, 마그네트(30)를 도포하며 마그네트(30) 상,하단을 따라 형성되는 제1 몰딩부(51), 코어(20)와 구동축(10)을 연결하는 제2 몰딩부(52)로 구성된 것이 바람직하다. 이때, 상기 마그네트(30)의 높이가 코어(20)와 비슷하게 되면, 상기 제1 몰딩부(51)는 상기 마그네트(30)와 코어(20)를 한꺼번에 도포하는 형태로 형성할 수도 있다.
여기서, 상기 제1 몰딩부(51)는 사출물을 최소한으로 사용하여 마그네트(30)의 상부, 하부만을 도포하는 형태로 제작할 수 있다. 마그네트(30)의 상단, 하단만 을 도포하여 마그네트(30)끼리 만을 연결하여도 양 옆에 위치한 마그네트(30)는 중앙에 위치한 마그네트(30)가 원심력에 의해 바깥으로 향하는 것을 지탱할 수 있다.
그리고, 상기 제2 몰딩부(52)는 회전자와 베어링(40)이 일정하게 수평거리를 유지하도록 도면에서와 같이 구동축(10)을 감싸는 형태로 몰딩되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제2 몰딩부(52)의 베어링(40)과 이웃하는 면은 회전자가 수평을 유지한 채로 회전할 수 있도록 수평하게 제작된 것이 바람직하다.
상기 몰딩부(50)는 회전자의 일부를 삽입하면 지그(Jig)에서 항상 동일한 형태로 제작되므로 조립형 부싱을 삽입하여 조립하는 것보다 정확한 구조를 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 모터는 모터의 마그네트를 단단하게 고정할 수 있는 효과가 있으며 몰딩부에 의해 모터의 길이 방향 위치가 일정하게 유지될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 비엘디씨 모터의 회전자의 구조를 설명하면 다음과 같다.
제1 몰딩부(151)는 마그네트(130)의 상단, 하단뿐만 아니라 마그네트(130)의 경계면을 따라 코어(120)의 외주면에 이르도록 마그네트(130) 사이의 공간에 채워져서 마그네트(130)를 코어(120)에 부착시키는 힘을 높일 수 있다. 그리고, 제2 몰딩부(152)는 전술한 실시예와 동일한 형태이다.
또한, 상기 제1 몰딩부(151)와 제2 몰딩부(152)를 연결하는 제3 몰딩부(153)를 형성하여 상기 몰딩부(150)를 한 덩어리로 만드는 것이 몰딩부(150)의 내구성을 높이고 마그네트(130)를 강하게 고정하기 위해 더욱 바람직하다. 이때, 상기 제1 몰딩부(151)는 제3 몰딩부(153)와 연결될 수 있도록 코어의 상하단에 노출된 마그네트(130)의 안쪽면까지 도포되는 것이 바람직하다. 한편, 제3 몰딩부(153)는 제1 몰딩부(151)에 연결되지 않고, 제2 몰딩부(152)의 강도만을 보강할 수도 있다.
상기 제3 몰딩부(153)는 편의상 코어(120)의 수평면상에 방사형으로 형성된 것이 바람직하다. 여기서 상기 제3 몰딩부(153)는 마그네트(130)의 착자 공정에서 이용되는 코어(120)의 고정홈(121)을 회피하여 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 몰딩부(152) 혹은 제3 몰딩부(153)에는 구동축(110)과 평행한 방향으로 리브(154)가 형성된 것이 바람직하다. 상기 리브(154)는 회전자의 회전시에 선풍기의 날개처럼 바람을 일으켜서 모터 내부에서 발생하는 열을 식힐 수 있다. 따라서, 상기 리브(154)는 구동축(110)을 기준으로 복수개가 방사형으로 구비된 것이 바람직하다. 상기 리브(154)는 도면에 도시된 것처럼 제2 몰딩부(152)와 제3 몰딩부(153)에 걸쳐 형성될 수도 있다.
한편, 상기 리브(154)는 바람을 일으키는 과정에서 공기와의 마찰로 인하여 회전하는 방향과 반대되는 방향으로 힘을 받게 되므로 하부의 면적이 상부에 비해 넓은 것이 바람직하다. 또한, 상기 리브(154)는 회전자의 회전시에 전술하였던 공기의 저항으로 인한 힘을 지지할 수 있도록 상기 리브(150)에 수직한 방향으로 보조 리브를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 몰딩부(151)는 마그네트(130) 간의 경계면을 따라 마그네트(130) 외주면에 도포되는 것이 바람직하다. 그리하면, 회전자 상면과 하면의 제1 몰딩부(151)가 연결되어 제1 몰딩부(151)의 강도 및 마그네트(130)의 고정 효과를 높일 수 있다. 이때, 마그네트(130)를 더 단단하게 고정시키도록 마그네트(130)의 간극에도 사출물이 채워지게 하여 마그네트(130)의 유동을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 제1 몰딩부(151)의 마그네트(130) 경계면에 도포된 부분에는 길이방향으로 돌기(155)를 형성하여 제1 몰딩부(151)의 강도를 보강하는 것이 바람직하다.
본 실시예는 제1 몰딩부(151)끼리 서로 연결하고 제2 몰딩부(152)를 코어에 일체화하여 전술한 실시예에서보다 몰딩부(150)의 강도가 향상되며 리브(154)를 형성하여 모터에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 이너 로터형 모터의 회전자의 구조를 설명하면 다음과 같다.
회전자의 코어(220)에는 걸림 돌기(221)가 외주면으로부터 돌출되어 형성되며 상기 걸림 돌기(221) 내측에는 마그네트(230)를 삽입하기 위한 홈(222)이 구비된 것이 바람직하다. 상기 걸림 돌기(221)는 마그네트(230)를 부착할 위치를 안내하는 역할을 하며, 마그네트(230)를 코어(220)의 외주면에 부착하였을 때에 오랜 시간이 경과하면 회전자의 회전에 의해 발생되는 원심력, 모터에서 발생하는 진동이나 외부에서 가해지는 충격으로 인하여 마그네트(230)가 떨어질 가능성이 있으므로 마그네트(230)를 이중으로 고정하기 위해 사용된다.
또한, 상기 걸림 돌기(221)는 마그네트(230)의 양끝에 구비된 것이 바람직하다. 그리고, 상기 마그네트(230)의 양끝 홈(222) 간의 거리가 마그네트(230)의 길이와 정밀하게 일치하도록 하면 상기 걸림 돌기(221)는 마그네트(230)를 고정할 정 확한 위치를 지정하는 기능을 수행할 수 있다. 하지만, 상기 마그네트(230)의 길이 및 홈(222)의 깊이는 오차가 발생할 수 밖에 없으므로, 착자 과정에서 무시할 수 있을 정도의 공차를 확보하는 것이 바람직하다.
상기 걸림 돌기(221)는 모터의 회전시에 발생되는 원심력에 의해 원주 방향으로 마그네트(230)에 작용하는 힘을 지지할 수 있도록 구동축(210)과 수직한 부분이 형성되고, 반경 방향으로 마그네트(230)가 이탈되려는 힘을 지지할 수 있도록 외곽에 원호의 형상을 구비한 것이 바람직하다.
그리고, 상기 홈(222)은 마그네트(230)의 측면 두께에 비해 넓은 것이 바람직하다. 상기 홈(222)은 마그네트(230)의 측면 두께에 일치하는 것이 가장 바람직하나, 상기 코어(220)는 금속이고 마그네트(230)는 페라이트 등의 재질로서 모두 재질이 단단하므로, 상기 홈(222)이 마그네트(230)의 두께에 비해 좁으면 조립하기 곤란하게 된다.
상기 홈(222)은 구동축(210)의 길이 방향과 평행한 것이 바람직하다. 상기 홈(222)이 곡선 형태로 형성되어 있는 경우, 마그네트(230)와 특정한 지점에서만 맞닿을 수 있고 회전자의 회전시에 발생되는 원심력을 상기 특정 지점에서만 지탱하므로, 상기 특정 지점을 기준으로 마그네트(230)가 회전하려는 힘이 발생한다. 상기 마그네트(230)는 접착제에 의해 회전자의 외주면에 고정되나, 상기와 같이 회전하려는 힘을 장기간 받게 되면 회전자로부터 분리될 수도 있다.
한편, 상기 홈(222)이 구동축(210)과 평행하도록 곧게 형성되면, 상기 홈(222)의 길이만큼 마그네트(230)와 맞닿게 되어 회전자의 회전시에 발생되는 원 심력이 분산될 수 있으므로, 상기 마그네트(230)는 코어(220)로부터 분리될 가능성이 작아진다.
상기 마그네트(230)는 하나의 몸체에 극성이 교번하여 형성되도록 할 수도 있으나, 상이한 극이 붙어 있는 경우에 토크 리플(torque ripple)이 심하므로, 토크 리플을 저감할 수 있도록 상기 마그네트(230)를 분할하고 마그네트(230) 간에 간격을 두고 복수개의 마그네트(230)를 회전자에 부착하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 마그네트(230) 간의 간격은 걸림 돌기(221)에 의해 유지된다. 종래에는 각 마그네트(230)의 위치 및 마그네트(230) 간의 간격을 매번 지정하였으나, 본 발명에서는 상기 코어(220)에 형성된 걸림 돌기(221)에 의해 마그네트(230)의 위치 및 간격이 지정되므로 별도로 지정할 필요가 없다.
상기 마그네트(230)는 바깥면의 곡률반경 R1이 작고 안쪽면의 곡률반경 R2가 큰 것이 바람직하다. 도면에서 보는 바와 같이 중앙이 두껍고 좌우가 얇은 형태이다. 상기 마그네트(230)의 형상은 강도를 보강하기 위한 것으로서, 마그네트(230)의 두께가 균일한 경우가 충격에 의해 더 쉽게 부러질 수 있다. 따라서, 마그네트(230)의 두께가 좌우 끝으로 갈수록 얇아지므로, 종래의 원형 마그네트를 부착했을 때에 회전자에 형성되는 모터의 토크가 구형파의 형태라고 하면, 본 발명에 따른 모터의 토크는 정현파 형태로 완만한 곡선 타입이므로 토크 리플을 저감할 수 있다.
상기 마그네트(230)의 재질은 네오디뮴(Nd)인 것이 바람직하다. 상기 네오디뮴은 일반적인 모터에서 마그네트(230)의 재료로 사용되는 페라이트에 비해 자성이 더욱 강하여 모터의 토크가 향상되는 특징이 있으나 가격이 비싼 것이 단점이다. 따라서, 네오디뮴 재질의 마그네트(230)를 사용하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 마그네트(230)의 형상을 중앙의 두께는 종전과 동일하게 하되 양 측면으로 갈수록 얇아지는 형태로 제작하면, 재료비를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
상기 모터는 코어(220)의 외주면에 접착제 등을 미리 도포한 후에 상기 홈(222)에 마그네트(230)를 끼우고 회전자 코어(220)에 밀착시키면 마그네트(230)를 코어(220)에 부착시킬 수 있다. 한편, 상기 마그네트(230)들을 회전자 외주면에 부착하려면 상기 마그네트(230)들이 상하, 좌우 또는 전방으로 기울어지지 않도록 각각의 마그네트(230)를 접착제가 굳어질 때까지 지그(Jig)를 이용하여 붙잡고 있어야 하나, 본 발명에 따른 모터는 상기 마그네트(230)를 홈(222)에 끼우면 좌우나 전방으로 마그네트(230)가 기울어지는 것이 방지되어 하단에서 마그네트(230)의 무게를 지지하기만 하면 되므로, 마그네트(230)를 부착하는 작업이 용이하다.
본 실시예는 전술한 실시예들과 중복되어 실행될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명에 따른 비엘디씨 모터의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 마그네트에 사출물을 몰딩하여 회전자 코어와 일체화시키므로, 회전자의 강도가 보강되고 회전자 코어에 부착된 마그네트가 떨어지는 것을 방지할 수 있 다.
둘째, 몰딩부를 회전자와 일체로 몰딩하여 별도의 부싱을 필요로 하지 않으므로 모터의 조립이 편리하고, 별도의 부싱을 조립하는 것보다 구조가 정밀하다.
셋째, 몰딩부에 형성된 리브에 의해 모터 내부에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 회전자의 몸체를 형성하는 코어;
    상기 코어에 결합되어 동력을 전달하는 구동축;
    상기 코어의 외주면에 부착되어 자속을 발생하는 복수개의 마그네트;
    상기 마그네트에 일체로 몰딩되는 몰딩부;를 포함하여 구성되는 이너 로터형 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩부는 구동축에 몰딩되며, 코어의 상하부에 구비되어 구동축을 지지하는 베어링간에 일정간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩부는 마그네트에 몰딩되는 한편 구동축에도 몰딩되는 것을 특징으로 하는 이너 로터형 모터.
  4. 회전자의 몸체를 형성하는 코어;
    상기 코어에 결합되어 동력을 전달하는 구동축;
    상기 코어의 외주면에 부착되어 자속을 발생하는 복수개의 마그네트;
    상기 구동축에 몰딩되고 상기 마그네트들에 몰딩되는 몰딩부;를 포함하여 구 성되는 이너 로터형 모터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동축의 몰딩부에는 구동축과 평행한 리브가 방사형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이너 로터형 모터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 코어에는 마그네트를 착자하기 위한 고정홈이 구비된 것을 특징으로 하는 이너 로터형 모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 몰딩부는 상기 코어 상하부의 고정홈을 제외한 영역에 코어와 일체로 몰딩되는 것을 특징으로 하는 이너 로터형 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 몰딩부는 마그네트 경계면에 길이방향의 돌기를 구비한 것을 특징으로 하는 이너 로터형 모터.
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