KR20090108778A - A rotor for outer type bldc motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 외전형 BLDC(Brushless DC) 모터에 관한 것으로, 특히 로터의 회전시에 발생하는 코깅 현상을 제거할 수 있으며, 영구자석 간의 간극의 폭이 균일하게 유지되도록 하여 로터가 정속 회전을 할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 외전형 BLDC 모터의 로터에 관한 것이다.The present invention relates to an abrupt type brushless DC (BLDC) motor, and in particular, can eliminate cogging phenomenon occurring when the rotor rotates, and to maintain the width of the gap between permanent magnets uniformly so that the rotor can rotate at constant speed. It relates to a rotor of an external type BLDC motor that is suitable to be.
일반적으로, 모터라 함은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜서 회전력을 얻는 장치로서, 가정용 전자제품뿐만 아니라 산업용 기기 등에 광범위하게 사용되는데, 크게 DC 모터와 AC 모터로 나누어진다.In general, a motor is a device that obtains rotational force by converting electrical energy into mechanical energy, and is widely used in not only home appliances but also industrial equipment, and is generally divided into a DC motor and an AC motor.
DC 모터에서 브러쉬(Brush)가 부착된 모터는 정류자와 브러쉬의 접촉에 의해서 코일에 전류를 흐르게 함과 동시에 정류시키는 기능을 하지만, 브러쉬가 마모되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 브러쉬를 사용하지 않는 BLDC 모터가 알려져 있다.In the DC motor, a brush (brush) is attached to the motor to flow the current and at the same time rectified by the contact of the commutator and the brush, but the disadvantage is that the brush is worn. In order to overcome this disadvantage, a brushless BLDC motor is known.
BLDC 모터는 토크가 크고 제어성이 우수할 뿐만 아니라 신속성을 도모할 수 있기 때문에 근래 광범위하게 사용되고 있다.BLDC motors are widely used in recent years because of their high torque, excellent controllability, and fastness.
BLDC 모터는 회전자인 로터의 위치에 따라서 각각 내전형(Inner type) 및 외 전형(Outer type) BLDC 모터로 구분된다. 내전형 BLDC 모터는 외전형 BLDC 모터에 비하여 로터의 외경이 작아지므로 관성 모멘트를 작게 할 수 있어 속응이 요구되는 용도에 적합하지만, 영구자석의 기계적 강도나 로터와의 접착 강도의 제한 때문에 고속 회전이 어렵고, 반면 외전형 BLDC 모터의 경우는 로터의 외경이 커서 관성 모멘트가 크지만 로터의 안쪽에 영구자석을 부착할 수 있어 고속용으로 적합하다는 특징을 가지고 있다.BLDC motors are classified into inner type and outer type BLDC motors according to the rotor position. Since the outer diameter of the rotor is smaller than the outer type BLDC motor, the induction type BLDC motor is suitable for applications requiring rapid response due to the small moment of inertia. On the other hand, in the case of the abduction type BLDC motor, since the outer diameter of the rotor is large, the moment of inertia is large, but the permanent magnet can be attached to the inside of the rotor, which is suitable for high speed.
도 1에는 종래 기술에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터 사시도가 도시되어 있다.1 is a rotor perspective view of an abduction type BLDC motor according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터(rotor)(10)는, 내부에 스테이터(stator)를 수용할 수 있는 수용공간이 형성되고, 회전축을 이루는 샤프트(S1)가 축결합되는 로터 하우징(11)과, 상기 로터 하우징(11)의 내면에 자력에 의해서 결합되며, 교호적으로 상호 다른 자극을 갖는 복수의 영구자석(12)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the
상기와 같이 구성되는 외전형 BLDC의 회전동작에 대하여 간략하게 살펴보면, 로터(10) 내부에 수용되고 샤프트(S1)에 볼베어링에 의해서 고정되는 스테이터(미도시)에는 코일이 권취되어 있는데, 이 코일에 전류가 인가되면 로터(10)의 영구자석(12)이 형성하는 자속과의 상호작용에 의해서 회전력이 발생하여 로터(10)가 회전하고, 이때 BLDC 모터의 제어기판(미도시)에 설치된 자극검출소자(미도시)에 의해 검출된 영구자석(12)의 자극에 대한 신호가 제어기판으로 전달되어 코일이 다른 자성을 가지도록 코일에 극성을 달리하는 전원을 공급하여 로터(10)의 계속적인 회 전을 가능하도록 한다.Looking briefly about the rotational operation of the abduction type BLDC configured as described above, a coil is wound around a stator (not shown) accommodated inside the
그런데, 상기와 같이 회전하는 로터(10)에 있어서, 영구자석(12)의 극성이 N극과 S극으로 급속한 자속변화가 발생함에 따라서, N극에서 S극으로의 변환시(또는 그 반대방향으로의 변환시)에 덜컥거리는 코깅(Cogging) 현상이 발생하게 된다.However, in the
이러한 코깅 현상을 감소 또는 제거하기 위한 방법으로, 마그네틱의 표면자속밀도분포를 사각파에서 정현파로 바꾸어 코깅의 고차 고조파성분을 줄이는 방법이 있다.As a method for reducing or eliminating the cogging phenomenon, there is a method of reducing the higher harmonic content of the cogging by changing the surface magnetic flux density distribution of the magnetic from a square wave to a sine wave.
즉, 마그네틱의 표면자속밀도분포를 사각파에서 정현파로 바꿀 경우, 코깅토크의 고차 고조파성분이 줄어들어 소음이 감소한다.That is, when the magnetic flux density distribution of the magnetic surface is changed from square wave to sine wave, the higher order harmonic component of the cogging torque is reduced and the noise is reduced.
그러나, 마그네틱의 표면자속밀도분포를 정현파로 바꾸는 과정이 쉽지않고, 마그네틱의 표면자속밀도분포를 사각파에서 정현파로 바꾸어주는 과정에서 원치 않는 고조파성분이 포함될 수 있어, 오히려 이러한 고조파성분에 의한 불필요한 진동 및 소음이 추가로 발생할 수 있는 문제점이 있었다.However, the process of changing the magnetic flux density distribution of the magnetic from the sine wave is not easy, and in the process of changing the magnetic flux density distribution of the magnetic from the square wave to the sine wave, unwanted harmonic components may be included, and thus, unnecessary vibration caused by these harmonic components. And there was a problem that noise can occur further.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터의 목적은, 영구자석을 서로 편향되도록 상하의 2단으로 배치하고, 회전축방향에 대하여 소정각도 기울어져서 스큐(skew)를 가지고 착자함으로써, 로터의 회전시에 발생하는 코깅 현상을 제거할 수 있도록 하 기에 적당하도록 한 외전형 BLDC 모터의 로터를 제공하는 데 있다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and the object of the rotor of the abduction type BLDC motor according to the present invention is to arrange the permanent magnets in two stages above and below so as to be deflected from each other, and at a predetermined angle with respect to the rotation axis direction. It is to provide a rotor of an abduction type BLDC motor that is suitable to be able to eliminate the cogging phenomenon that occurs when the rotor rotates by tilting and magnetizing with skew.
본 발명에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터의 다른 목적은, 영구자석 간에 웨이브 스프링을 삽설함으로써, 영구자석 간의 간극의 폭이 균일하게 유지되도록 하여 로터가 정속 회전을 할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 외전형 BLDC 모터의 로터를 제공하는 데 있다.Another object of the rotor of the abduction type BLDC motor according to the present invention is to insert a wave spring between the permanent magnets so that the width of the gap between the permanent magnets is kept uniform so that the rotor is suitable for constant speed rotation. To provide a rotor for a typical BLDC motor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 외전형 BLDC 모터의 로터는, 내부에 스테이터를 수용할 수 있는 수용공간이 형성되고, 회전축을 이루는 샤프트가 축결합되는 로터 하우징와, 상기 로터 하우징의 내면에 자력에 의해서 결합되며 교호적으로 상호 다른 자극을 갖는 복수의 영구자석을 포함하여 구성되되, 상기 영구자석은, 교호적으로 다른 자극을 갖도록 상기 로터 하우징의 내면 하측에 원주방향으로 일렬 배열되어 있는 하부 영구자석과, 교호적으로 다른 자극을 갖고, 상기 하부 영구자석과 동일한 형상으로 쌍을 이루어서 상기 하부 영구자석의 상단에 접촉하되 상기 하부 영구자석에 대하여 원주방향으로 편향되도록, 상기 로터 하우징의 내면 상측에 구비되는 상부 영구자석으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The rotor of the abduction type BLDC motor of the present invention for achieving the above object is a rotor housing in which a housing space for accommodating a stator is formed, and a shaft constituting a rotating shaft is axially coupled, and a magnetic force on an inner surface of the rotor housing. It consists of a plurality of permanent magnets coupled by and alternately having mutually different magnetic poles, the permanent magnets, the lower permanently arranged in a circumferential line below the inner surface of the rotor housing to have alternately different magnetic poles Magnets, alternately having magnetic poles, in pairs with the same shape as the lower permanent magnets so as to contact the upper end of the lower permanent magnets and to be circumferentially deflected with respect to the lower permanent magnets, above the inner surface of the rotor housing. It is characterized by consisting of the upper permanent magnet provided.
본 발명인 외전형 BLDC 모터의 로터는, 상기 하부 영구자석과 상부 영구자석이, 회전축 방향을 기준으로 원주방향으로 스큐(skew)를 가지고 착자되어 있는 것을 특징으로 한다.The rotor of the abduction type BLDC motor of the present invention is characterized in that the lower permanent magnet and the upper permanent magnet are magnetized with skew in the circumferential direction with respect to the rotation axis direction.
본 발명인 외전형 BLDC 모터의 로터는, 상기 복수의 영구자석 간에는 간극이 형성되고, 상기 복수의 간극의 폭을 균일하게 유지할 수 있도록, 상기 간극에는 탄성부재가 삽설되는 것을 특징으로 한다.The rotor of the abduction type BLDC motor of the present invention is characterized in that a gap is formed between the plurality of permanent magnets, and an elastic member is inserted in the gap so that the width of the plurality of gaps can be maintained uniformly.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 외전형 BLDC 모터의 로터는 다음과 같은 효과가 있다.The rotor of the abduction type BLDC motor of the present invention having the configuration as described above has the following effects.
첫째, 영구자석을 서로 편향되도록 상하의 2단으로 배치하고, 회전축방향에 대하여 소정각도 기울어져서 스큐(skew)가 형성되도록 착자함으로써, 로터의 회전시에 발생하는 코깅 현상을 제거할 수 있는 효과가 있다.First, the permanent magnets are arranged in two stages above and below so as to be deflected from each other, and magnetized so that skews are formed by inclining a predetermined angle with respect to the rotation axis direction, thereby eliminating the cogging phenomenon generated when the rotor is rotated. .
둘째, 영구자석 간에 웨이브 스프링을 삽설함으로써, 영구자석 간의 간극의 폭이 균일하게 유지되도록 하여 로터의 회전시에 정속을 유지할 수 있는 효과가 있다.Second, by inserting a wave spring between the permanent magnets, the width of the gap between the permanent magnets to be maintained uniformly, there is an effect that can maintain a constant speed during rotation of the rotor.
다음은 본 발명인 외전형 BLDC 모터의 로터의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.The following will be described in detail with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the rotor of the abduction type BLDC motor of the present invention.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 의한 외전형 BLDC 모터의 단면도가 도시되어 있다.2 is a perspective view of a rotor of an abduction type BLDC motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the abduction type BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
도 3에는 도 2에서 샤프트(S1)가 분리된 상태의 로터(100)를 도시하고 있다.3 shows the
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터는, 내부에 스테이터를 수용할 수 있는 수용공간이 형성되고 회전축을 이루는 샤프트(S1)가 축결합되는 로터 하우징(110)과, 상기 로터 하우징(110)의 내면(110a)에 자력에 의해서 결합되며 교호적으로 상호 다른 자극을 갖는 복수의 영구자석(120)을 포함하여 구성되되, 상기 영구자석(120)은 하부 영구자석(122)과 상기 하부 영구자석(122)의 상단에 구비되는 하부 영구자석(122)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.As shown in Figure 2 and 3, in the rotor of the abduction type BLDC motor according to an embodiment of the present invention, there is formed a receiving space for accommodating the stator therein and the shaft (S1) constituting the rotation axis shaft coupling The
그리고, 로터 하우징(110)의 중앙부에는 회전축공(110a)이 형성되는데, 이 회전축공(1110a)에는 샤프트(S1)가 축결합된다. In addition, a rotation shaft hole 110a is formed at the center of the
상기 하부 영구자석(122)은, 교호적으로 다른 자극을 갖도록 상기 로터 하우징(110)의 내면(110a) 하측에 원주방향으로 일렬 배열되어 있다.The lower
상기 상부 영구자석(124)은 교호적으로 다른 자극을 갖고 상기 하부 영구자석(122)과 동일한 형상으로 쌍을 이루어서 상기 하부 영구자석(122)의 상단에 접촉하되 원주방향과 직교하는 회전축 방향을 기준으로 상기 하부 영구자석(122)에 대하여 원주방향으로 편향되도록, 상기 로터 하우징(110)의 내면(110a) 상측에 구비되는 것을 특징으로 한다.The upper
그리고, 상기 하부 영구자석(122)과 상부 영구자석(124)은, 회전축 방향을 기준으로 원주방향으로 좌측 또는 우측으로 소정 스큐(skew)를 가지고 착자되어 있는 것을 특징으로 한다.The lower
본 발명의 일 실시예에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터에 있어서, 상기 복수 의 영구자석(120) 간에는 간극(d1)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the rotor of the abduction type BLDC motor according to an embodiment of the present invention, a gap d1 is formed between the plurality of
그리고, 상기 간극(d1)에는 웨이브 스프링(130)이 삽설되는데, 이는 복수의 간극(d1)의 폭을 균일하게 유지할 수 있도록 하기 위함이다.The
상기와 같이 웨이브 스프링(130)을 삽설하여 간극(d1)의 폭을 균일하게 유지함으로써, 로터(100)의 회전시에 정속을 유지할 수 있는 이점이 있다.By inserting the
도 3에 도시된 바와 같이, 상부 영구자석(124)은 하부 영구자석(122)에 대하여 3° ~ 5°의 편향각(θ)으로 원주방향에 대하여 편향되어 있는 것을 특징으로 하고, 상기 하부 영구자석(122)과 상부 영구자석(124)의 착자되는 스큐 각도(φ)는 바람직하게는 3° ~ 5°인 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 3, the upper
상기와 같이, 상부 영구자석(124)과 하부 영구자석(122)의 편향각(θ)을 3° ~ 5°로 유지하고, 하부 영구자석(122)과 상부 영구자석(124)의 착자시 스큐 각도(φ)를 3° ~ 5°로 유지함으로써, 코깅 현상을 제거할 수 있는 이점이 있다.As described above, the deflection angle θ of the upper
상기와 같은 본원발명의 구성의 결과, 로터(100)가 회전하는 경우, 회전 중에 덜컥거림 없이 정속을 유지하면서 부드럽게 회전하게 된다.As a result of the configuration of the present invention as described above, when the
상기의 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 일실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.The above embodiments of the present invention are merely one embodiment of the technical idea of the present invention, and of course, other modifications are possible within the technical idea of the present invention.
도 1은, 종래 기술에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터 사시도이다.1 is a rotor perspective view of an abduction type BLDC motor according to the prior art.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터 사시도이다.2 is a perspective view of a rotor of an abduction type BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 의한 외전형 BLDC 모터의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of an abduction type BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 ; 본 발명에 의한 외전형 BLDC 모터의 로터100; Rotor of the abduction type BLDC motor according to the present invention
110 ; 로터 하우징 110a; 로터 하우징의 내면110; Rotor housing 110a; Inner surface of rotor housing
120 ; 영구자석 122 ; 하부 영구자석120;
124 ; 상부 영구자석 d1 ; 영구자석 간의 간극124; Upper permanent magnet d1; Clearance between permanent magnets
130 ; 웨이브 스프링 S1 ; 샤프트130; Wave spring S1; shaft
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