KR20100013024A

KR20100013024A - 브러시리스 모터의 회전자

Info

Publication number: KR20100013024A
Application number: KR1020080074504A
Authority: KR
Inventors: 김범중; 박선균
Original assignee: 주식회사 동성전기
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-02-09
Also published as: KR100972444B1

Abstract

본 발명은, 축, 회전자용 철심이 상기 축과 동심으로 적층된 회전자용 철심부, 상기 회전자용 철심부의 둘레에 고정된 영구자석들을 포함하여 이루어지는 브러시리스 모터의 회전자에 있어서, 상기 회전자용 철심부 내부에 상기 영구자석들 각각에 대응하여 빈 공간으로 공동부가 형성되며, 각각의 공동부는 상기 대응되는 영구자석의 중앙부와 상기 축의 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 대칭되게 형성되되 상기 공동부 중 상기 대응되는 영구자석과 인접한 부위는 상기 영구자석으로부터 상기 축을 향할 수록 넓어지도록 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이에 의하여 브러시리스 모터의 고속화, 경량화를 실현하고 속응성을 높일 수 있다.

Description

브러시리스 모터의 회전자{ROTOR OF BRUSHLESS MOTOR}

본 발명은 브러시리스 모터의 회전자에 관한 것으로서, 특히 회전자를 이루는 회전자용 철심에 공동부를 형성하여 고속화, 경량화를 실현하고 속응성을 높인 브러시리스 모터의 회전자에 관한 것이다.

브러시리스 모터는 크게 고정자와 회전자로 구성되며, 회전자는 원기둥 형태로 형성되며, 고정자는 상기 회전자의 외주에 일정 공극(Air Gap)을 두고 배치된다.

고정자에 전류를 인가하면 회전자는 고정자와의 상호 작용으로 발생된 전자기력에 의하여 회전하게 된다.

상기와 같은 종래 기술의 일 예로서, 대한민국 등록특허 제10-0645954호 "브러시리스 모터의 회전자" 등이 알려져 있다.

본 발명은 브러시리스 모터의 고속화, 경량화를 실현하고 속응성을 높이기 위하여 브러시리스 모터의 회전자용 철심에 공동부를 형성하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 축, 회전자용 철심이 상기 축과 동심으로 적층된 회전자용 철심부, 상기 회전자용 철심부의 둘레에 고정된 영구자석들을 포함하여 이루어지는 브러시리스 모터의 회전자에 있어서, 상기 회전자용 철심부 내부에 상기 영구자석들 각각에 대응하여 빈 공간으로 공동부가 형성되며, 각각의 공동부는 상기 대응되는 영구자석의 중앙부와 상기 축의 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 대칭되게 형성되되 상기 공동부 중 상기 대응되는 영구자석과 인접한 부위는 상기 영구자석으로부터 상기 축을 향할 수록 넓어지도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 공동부는 오각형 형태를 이루는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 영구자석들의 이탈을 방지하기 위하여 상기 축과 동심으로 비자성체 보호관이 마련되며, 상기 영구자석들은 상기 비자성체 보호관 내부에 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 비자성체 보호관의 축방향 길이는 상기 영구자석의 축방향 길이보다 0.5mm~2mm의 긴 길이를 가지며, 상기 영구자석들의 산화를 방지하기 위하여 상기 영구자석의 표면이 몰딩재로 도포된 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 회전자용 철심부의 둘레를 따라 상기 영구자석들이 안착되기 위한 영구자석 안착홈들이 형성되며, 상기 영구자석 안착홈 사이마다 용접용 돌기가 돌출 형성된 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 의하여 회전자의 무게가 감소되며, 결과적으로 동일 토오크에 의할 경우에도 보다 빠른 회전이 가능하게 되며, 또한 모터의 속응성이 향상된다.

이하 본 발명에 의한 일 실시례에 따라 그 구체적 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 일 실시례에 따른 브러시리스 모터의 주요부 정면도이며, 도 2는 도 1에서 회전자의 주요부 정면도이며, 도 3은 도 2의 회전자의 일부 측단면도이며, 도 4는 도 3의 회전자용 철심의 평면도이며, 도 5는 도 2의 비자성체 보호관의 정면도 및 사시도이다.

본 실시례에 의한 브러시리스 모터는 크게 고정자(100)와 회전자(200)로 이루어진다.

고정자(100)는 상호 이격되어 중앙의 수용공을 향하는 방향으로 방사상 돌출 된 복수의 돌극(102)과 상기 복수의 돌극(102)들을 원주방향을 따라 상호 연결하는 요크(101), 그리고 상기 복수의 돌극(102)에 각기 권선된 코일(103)로 구성된다.

회전자(200)는 축(210), 회전자용 철심부(220), 영구자석들(230), 비자성체 보호관(240)으로 이루어진다.

회전자용 철심부(220)는 다수의 무방향성 전기강판인 회전자용 철심이 적층된 성층 철심(laminated core)구조로서, 축(210)에 고정된다. 이를 위하여 회전자용 철심부(220)의 중앙에는 축 고정용 개구부(224)가 형성되어 있다.

회전자용 철심부(220)의 둘레에 본딩 재료를 사용하여 영구자석(230)이 부착된다.

영구자석(230)은 N극과 S극이 교대로 배치되도록 착자 형성된 것이다.

영구자석(230)이 부착된 후, 영구자석(230)의 이탈을 방지하기 위하여 영구자석(230)을 둘러싸도록 비자성체 보호관(240)이 압입된다. 따라서 영구자석(230)은 비자성체 보호관(240)의 내부에 마련되어 회전자의 고속회전시(약 10,000rpm 이상)에도 비자성체 보호관(240)에 의하여 그 이탈이 방지된다.

회전자용 철심부(220)에는 영구자석들(230) 각각에 대응하여 빈 공간으로 공동부(221)가 형성되어 있다.

상기 공동부(221)는 오각형 형태를 이루고 있으며, 이와 같이 회전자용 철심부(220)의 일부가 공동부(221)로 형성되도록 함으로써, 공동부가 형성되지 않은 회전자용 철심부에 비하여 경량화되며, 또한 동일 토오크에 대하여 보다 고속화될 수 있으며, 또한 속응성을 높일 수 있다.

도 6은 본 실시례와 같이 공동부(221)가 형성된 회전자용 철심부(220)에 대하여 자속 분포를 모델링한 것이며, 도 7은 본 실시례에서 공동부가 형성되지 않도록 한 회전자용 철심에 대하여 자속 분포를 모델링한 것이다. 도 7에서 점선으로 표시한 부위를 제거하면 도 6과 같은 공동부가 형성된 회전자용 철심부를 이루게 된다.

도시된 바와 같이 어느 경우나 주자속은 영구자석과 그 주변의 영구자석이 인접하는 부위에 집중된다. 또한 도 7의 공동부가 형성되도록 한 부위(점선으로 표시된 부위)에는 아주 적은 양의 자속이 통과한다.

이와 같은 자속 분포의 모델링을 통하여 도 6과 같이 공동부(221)를 형성하는 경우에도 주자속에 거의 영향을 끼치지 않음을 확인할 수 있다.

도 8은 본 실시례에 의거하여 공동부(221)가 형성된 경우(Air로 표시된 선)와 공동부가 형성되지 않은 경우(Steel로 표시된 선)의 1상 쇄교 자속량을 비교한 것이다. 도시된 바와 같이 공동부(221)가 형성된 경우에도 1상 쇄교 자속량에는 거의 영향을 주지 않는다.

따라서 본 실시례와 같이 공동부(221)를 형성하는 경우에도 회전자에 걸리는 회전력은 거의 변화되지 않게 되는 한편, 공동부(221)로 인하여 회전자용 철심부(220)는 경량화될 수 있으며, 이로 인하여 모터의 고속 회전이 가능하게 되며 속응성을 향상시킬 수 있다.

또한 공동부(221)의 형태는 회전자용 철심부(220)의 기계적 강도에 영향을 미치지 않으면서도 자속량이 감소에 큰 영향을 미치지 않는 형태로 설계되어야 하 며, 바람직하기로는 본 실시례와 같이 오각형 형태를 가지는 것이 기계적 강도에 문제를 일으키지 않고 자속량 감소가 미미하며 또한 이에 대비하여 무게 절감 효과가 우수하다.

공동부(221)는 각각의 영구자석(230)마다 형성된다.

공동부(221)는 대응하는 영구자석(230)의 중앙부와 축(210) 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 대칭되게 형성된다.

또한 영구자석(230)과 인접한 공동부(221)의 부위는, 대략 영구자석(230)을 향한 쐐기 형태를 이루어 영구자석(230)으로부터 축(210)을 향할수록 넓어지도록 형성된다.

회전자용 철심부(220)의 둘레에는 영구자석(230)이 안착되기 위한 영구자석 안착홈(222)이 형성된다.

영구자석 안착홈(222)은 영구자석(230)의 부착을 용이하게 하기 위한 것이다.

상기 영구자석 안착홈(222)에 본딩재료를 사용하여 영구자석(230)을 부착시킨다.

또한 영구자석 안착홈(222) 사이에는 적층된 회전자용 철심부(220)의 철심들을 서로 용접하기 위한 용접용 돌기(223)가 돌출 형성되어 있다.

즉 본 실시례의 회전자용 철심부(220)는 용접용 돌기(223)를 이용하여 용접함으로써 적층된 철심들을 서로 고정시킨다. 이 또한 모터의 고속화에 따라 보다 회전자용 철심부(220)를 견고히 고정시키기 위한 것이다.

영구자석(230)이 부착되면 비자성체 보호관(240)을 압입한다.

비자성체 보호관(240)은 스테인리스 스틸 또는 복합소재의 비자성체 재질을 가진다.

비자성체 보호관(240)의 축방향 길이는 영구자석(230)의 축방향 길이보다 0.5mm~2mm 정도 긴 길이를 가진다. 결과적으로 비자성체 보호관(240)의 양단은 영구자석(230)의 양단보다 0.25mm~1mm 정도 더 돌출되게 된다.

이와 같이 비자성체 보호관(240)이 마련된 후 영구자석(230)의 산화를 방지하기 위하여 에폭시 등의 몰딩재(미도시)를 영구자석(230)의 표면에 도포한다.

상기의 실시례는 본 발명의 바람직한 실시례일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상은 당업자에 의하여 다양하게 변형 내지 조정되어 실시될 수 있다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

본 발명은 브러시리스 모터의 고속화, 경량화, 속응성 향상을 위하여 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 일 실시례에 따른 브러시리스 모터의 주요부 정면도,

도 2는 도 1에서 회전자의 주요부 정면도,

도 3은 도 2의 회전자의 일부 측단면도,

도 4는 도 3의 회전자용 철심의 평면도,

도 5는 도 2의 비자성체 보호관의 정면도 및 사시도,

도 6은 본 발명의 실시례에 의한 공동부가 있는 경우의 자속 분포 모델링 도면,

도 7은 도 6과 대비하여 공동부가 없는 경우의 자속 분포 모델링 도면,

도 8은 도 6 및 도 7의 1상 쇄교 자속량 비교 그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

200 : 회전자 210 : 축

220 : 회전자용 철심부 221 : 공동부

222 : 영구자석 안착홈 223 : 용접용 돌기

230 : 영구자석 240 : 비자성체 보호관

Claims

축, 회전자용 철심이 상기 축과 동심으로 적층된 회전자용 철심부, 상기 회전자용 철심부의 둘레에 고정된 영구자석들을 포함하여 이루어지는 브러시리스 모터의 회전자에 있어서,

상기 회전자용 철심부 내부에 상기 영구자석들 각각에 대응하여 빈 공간으로 공동부가 형성되며, 각각의 공동부는 상기 대응되는 영구자석의 중앙부와 상기 축의 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 대칭되게 형성되되 상기 공동부 중 상기 대응되는 영구자석과 인접한 부위는 상기 영구자석으로부터 상기 축을 향할 수록 넓어지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 회전자.
제 1 항에 있어서, 상기 공동부는 오각형 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 회전자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 영구자석들의 이탈을 방지하기 위하여 상기 축과 동심으로 비자성체 보호관이 마련되며, 상기 영구자석들은 상기 비자성체 보호관 내부에 마련되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 회전자.
제 3 항에 있어서,

상기 비자성체 보호관의 축방향 길이는 상기 영구자석의 축방향 길이보다 0.5mm~2mm의 긴 길이를 가지며, 상기 영구자석들의 산화를 방지하기 위하여 상기 영구자석의 표면이 몰딩재로 도포된 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 회전자.
제 3 항에 있어서,

상기 회전자용 철심부의 둘레를 따라 상기 영구자석들이 안착되기 위한 영구자석 안착홈들이 형성되며, 상기 영구자석 안착홈 사이마다 용접용 돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 회전자.