KR20130017176A - 모터의 적층 로터 코어 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한, 모터의 적층 로터 코어는, 얇은 판상의 디스크 형태로 형성되는 로터 코어부재; 상기 로터 코어부재의 중앙에 관통 형성되는 샤프트 홀; 상기 샤프트 홀에 압입 결합되는 샤프트; 상기 로터 코어부재의 외주면에 근접한 위치에 관통 형성되어, 마그네트가 삽입 결합되는 복수 개의 마그네트 삽입 홀; 상기 샤프트 홀의 내주면에 돌출 형성되는 복수 개의 치; 및 상기 샤프트의 상기 복수 개의 치와 대응되는 위치에 돌출 형성된 스키브(skive);를 포함하며, 상기 로터 코어부재를 일정 높이만큼 적층하고, 상기 샤프트를 상기 샤프트 홀에 압입하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터의 적층 로터 코어{Rotor Core of Motor}
본 발명은 브러시리스 모터의 로터 코어에 관한 것이다.
일반적으로, 브러시리스 모터(BLDC Motor)의 로터는 얇은 판상의 로터 코어부재를 적층하여 형성한 적층 로터 코어에 샤프트를 압입하여 구성한다. 이때, 상기 적층 로터 코어와 샤프트가 서로 헛돌지 않도록 상기 샤프트의 표면에는 널링(Knurling)이나, 스키빙(skiving)과 같은 표면처리를 수행한다. 이와 같은 샤프트 표면의 널링이나 스키빙과 같은 표면처리를 수행하면, 표면 처리부와 로터 코어의 샤프트 홀과의 간섭량에 의해 상기 샤프트의 압입력과 이탈력, 내 회전력이 결정된다.
그런데, 복수 매의 디스크 형상의 로터 코어부재를 적층하여 형성하는 적층 로터 코어의 경우, 일정한 높이의 단일 로터 코어를 형성하여 상기한 스키빙 가공된 샤프트에 압입 할 수도 있으나, 일정 길이 이상의 로터 코어를 사용할 경우, 압입 공정을 보다 손쉽게 수행할 수 있도록, 일정한 높이 단위로 로터 코어를 모듈화 하여, 순차적으로 압입하여 조립한다.
그런데, 이와 같이 순차적으로 로터 코어를 압입 하면, 상기 샤프트 표면에 형성된 스키브가 첫 번째 로터 코어 모듈을 압입 하는 공정 중에 손상되어, 두 번째 및 세 번째 압입 되는 로터 코어 모듈과는 설계 시 계산된 충분한 양의 간섭량을 작용하지 못하여, 로터 코어와 샤프트 사이의 결합력이 충분하게 형성되지 못할 수 있다. 이와 같이, 로터 코어와 샤프트 사이의 결합력이 충분하지 못하면, 로터의 회전 중에, 샤프트와 로터가 서로 헛돌면서 정밀한 동력 전달 및 제어가 이루어질 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 압입 공정 중에, 샤프트와 로터 코어가 일정한 크기의 결합력을 유지할 수 있도록 샤프트 표면과 로터 코어의 내경 형상이 개선된 모터의 로터 코어를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한, 모터의 적층 로터 코어는, 얇은 판상의 디스크 형태로 형성되는 로터 코어부재; 상기 로터 코어부재의 중앙에 관통 형성되는 샤프트 홀; 상기 샤프트 홀에 압입 결합되는 샤프트; 상기 로터 코어부재의 외주면에 근접한 위치에 관통 형성되어, 마그네트가 삽입 결합되는 복수 개의 마그네트 삽입 홀; 상기 샤프트 홀의 내주면에 돌출 형성되는 복수 개의 치; 및 상기 샤프트의 상기 복수 개의 치와 대응되는 위치에 돌출 형성된 스키브(skive);를 포함하며, 상기 로터 코어부재를 일정 높이만큼 적층하고, 상기 샤프트를 상기 샤프트 홀에 압입하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 치는, 상기 샤프트 홀의 내주면에 적어도 3개 이상 돌출 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 상기 샤프트 홀의 내주면에 60도 간격으로 총 6개가 돌출 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 치는, 상기 샤프트 홀의 내주면으로부터 중심을 향해 연장되는 양 변의 각이 15도이고, 서로 인접하는 치의 중심을 통과하는 가상의 연장선들 사이의 각도가 60도로 마련될 수 있다.
상기 마그네트 삽입 홀은, 상기 로터 코어부재의 둘레에 8개가 관통 형성되고, 상기 샤프트 홀의 중심과 상기 마그네트 삽입 홀의 중심이 연결되는 가상의 연장선은, 상기 샤프트 홀의 중심과 상기 치의 중심이 연결되는 가상의 연장선과 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.
상기 치의 개수는, 상기 샤프트 홀의 지름이 증가할 수록 늘어나고, 상기 샤프트 홀의 지름이 감소할 수록 줄어드는 것이 바람직하다.
또한, 서로 마주보는 상기 치 끝단 사이의 거리는 상기 샤프트의 로터 코어부재 안착부의 지름과 대응되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터의 적층 로터코어는, 일정 개수의 로터 코어부재가 적층 형성되며, 제 1 위치에 상기 복수 개의 치가 돌출 형성되는 제 1 로터 코어; 상기 제 1 로터 코어와 동일한 개수의 로터 코어부재가 적층 형성되며, 상기 제 2 위치와 소정 각도 차이를 가지는 제 2 위치에 상기 복수 개의 치가 돌출 형성되는 제 2 로터 코어; 및 상기 제 1 로터 코어와 동일한 개수의 로터 코어부재가 적층 형성되며, 상기 제 2 위치와 소정 각도 차이를 가지는 제 3 위치에 상기 복수 개의 치가 돌출 형성되는 제 3 로터 코어;를 포함하는 것이 좋다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 로터 코어의 치들 사이의 각도 차이는, 상기 제 2 및 제 3 로터 코어의 치들 사이의 각도 차이와 동일하며, 상기 스키브는, 상기 제 1 로터 코어의 치와 대응되는 위치에 형성된 제 1 스키브; 상기 제 2 로터 코어의 치와 대응되는 위치에 형성된 제 2 스키브; 및 상기 제 3 로터 코어의 치와 대응되는 위치에 형성된 제 3 스키브;를 포함하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 로터 코어의 금형 형상에 의해 정해진 형상으로 적층 로터 코어의 내경 형상이 결정되므로, 성형성, 균일성, 정밀도가 우수하다.
또한, 샤프트가 압입 된 후 접촉하는 치 부분과 마주보는 면에만 스키브가 형성되므로, 다른 로터 코어의 치가 압입 될 때 스키브와 간섭되지 않아, 압입 공정 중에 불필요하게 스키브가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기존의 로터 코어의 생산 시 사용하는 펀칭 공정에 사용하는 금형의 형상을 변경하면 되므로, 추가 생산 비용 및 공정이 없다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 로터 코어의 조립 상태를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 분해 사시도,
도 3은 도 1의 로터 코어의 평면도,
도 4는 도 1의 A-A 단면도, 그리고,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키브를 가지는 샤프트의 사시도 이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터의 적층 로터 코어를 도면을 참고로 하여 설명한다. 이하에서는, 모터 중 BLDC 모터를 일 예로 하여 본 발명을 설명하되, 일반적인 BLDC 모터의 구성은 본 발명의 요지와는 관련이 없으므로, 구체적인 설명은 생략하였으며, 본 발명의 특징적인 구성인 모터의 적층 로터 코어를 중심으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, BLDC 모터의 로터 코어의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도, 도 3은 도 1의 로터 코어를 구성하는 로터 코어부재의 평면도, 도 4는 도 1의 A-A 단면도 이다.
본 발명에 의한 모터의 적층 로터 코어는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 로터 코어부재(101)들로 마련된 적층 로터 코어(100)와 샤프트(200)를 포함한다.
로터 코어부재(101)는 얇은 판상의 디스크 형태로 형성되며, 대략 0.5mm 내외의 두께를 가지는 강판으로 형성된다. 상기 로터 코어부재(101)는 얇은 강판을 펀칭 공정을 수행하여 형성하며, 복수 개가 적층 형성되어 로터 코어(100)를 형성한다.
상기 로터 코어(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 동일한 높이로 로터 코어부재(101)가 적층된 제 1 내지 제 3 로터 코어(110)(120)(130)가 소정 각도 편차를 가지도록 배치되며, 그 중앙에 상기 샤프트(200)가 압입 결합된다.
샤프트 홀(102)은 상기 로터 코어부재(101)의 중심에 상기 샤프트(200)가 압입 결합 되도록 관통 형성된다. 상기 샤프트 홀(102)은 대략 원형으로 마련되는 것이 바람직하다.
마그네트 삽입 홀(103)은, 상기 로터 코어부재(101)의 외주면에 근접된 위치에 관통 형성된다. 상기 마그네트 삽입 홀(103)에는 상기 샤프트 홀(102)의 중심축과 평행한 방향으로 삽입 결합되는 마그네트(103a)가 삽입/결합된다. 상기 마그네트 삽입 홀(103)은 일정한 간격으로 복수 개가 관통 형성되는 것이 좋은데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 마그네트 삽입 홀(103)은 상기 로터 코어부재(101)의 외주면을 따라 8개가 정팔각형을 형성하도록 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 마그네트 삽입 홀(103)의 개수는 상기한 8개 이외에도 로터 코어의 크기 등의 변화에 따라 증감되어, 정오각형(5개), 정육각형(6개)로 이루어질 수도 있으며, 8개 이상으로 마련되는 것도 가능하다.
고정 핀 홀(104)은 상기 복수 개의 로터 코어부재(101)를 적층할 경우, 적층된 각각의 로터 코어부재(101)를 하나의 로터 코어로 결합하는 고정 핀(미도시)이 삽입 결합하기 위한 것이다. 상기 고정 핀 홀(104)은 2 내지 3mm 내외의 지름을 가지는 관통공으로 형성되는 것이 좋다. 상기 고정 핀 홀(104)은 복수 개가 마련되는 것이 좋으며, 도시된 바와 같이, 상기 샤프트 홀(102)의 중심에 대하여 대칭이 되도록 설치되는 것이 좋다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 고정 핀 홀(104)이 마련되었을 경우, 각각이 상기 샤프트 홀(102)의 중심에 대해 상하좌우 대칭이 되어, 서로 마주보는 고정 핀 홀(104)들을 연결한 가상의 연장선이 서로 직교하도록 구성될 수 있다.
치(105)(tooth)는 상기 샤프트 홀(102)의 내주면에 복수 개가 상기 샤프트 홀(102)의 중심을 향하도록 소정의 높이로 돌출 형성된다. 상기 치(105)의 높이는 가변 될 수 있으나, 바람직하게는 1 내지 2mm 내외로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 치(105)의 높이가 지나치게 높으면, 샤프트(200)와 접촉하는 치(105)의 끝단부의 면적이 좁아지고, 상기 치(105)의 높이가 지나치게 낮으면, 샤프트(200)와 접촉하는 치(105)의 끝단부의 면적이 지나치게 넓어져, 상기 샤프트(200)의 압입이 어렵기 때문이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 치(105)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트 홀(102)의 내주면에 복수 개가 돌출 형성되는 것이 좋으며, 상기 샤프트 홀(102)의 내주면에 60도 간격으로 총 6개가 돌출 형성되는 것이 가장 좋다. 이 경우, 상기 샤프트 홀(102)의 내주면으로부터 중심을 향해 연장되는 양 변의 각이 15도이고, 서로 인접하는 치(105)의 중심을 통과하는 가상의 연장선(a)(b)들 사이의 각도(α)가 60도로 마련되는 것이 좋다.
한편, 상기한 수치들은 본 발명의 바람직한 일 실시예에만 해당되는 것으로, 이러한 수치에 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다. 즉, 이와 같은 수치는 상기 샤프트 홀(102)의 지름에 따라 변경 가능한 것으로, 예컨대, 상기 치(105)의 개수는, 상기 샤프트 홀(102)의 지름이 증가할수록 늘어나고, 상기 샤프트 홀(102)의 지름이 감소할수록 줄어드는 것이 바람직하다.
그러나, 상기 치(105)는 최소한 3개 이상은 마련되는 것이 좋다. 즉, 샤프트 홀(102)의 지름이 작은 값을 가지도록 형성되더라도, 3개 미만의 치(105)가 형성될 경우, 샤프트(200)가 상기 샤프트 홀(102)의 내부에서 헛돌 수 있기 때문이다.
한편, 상기 샤프트 홀(102)의 중심과 상기 마그네트 삽입 홀(103)의 중심이 연결되는 가상의 연장선(CL)은, 상기 샤프트 홀의 중심과 상기 치의 중심이 연결되는 가상의 연장선(a)과 중첩되지 않도록 구성되는 것이 좋으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 치(105)의 개수 증감에 따라 중첩될 수도 있다.
또한, 서로 마주보는 상기 치(105) 끝단 사이의 거리(d)는 상기 샤프트(200)의 로터 코어 안착부(210)의 지름과 대응되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 거리(d)는 필요에 따라 다소간의 공차를 가질 수도 있으나, 지나치게 공차가 클 경우, 적층된 로터 코어부재(101)의 샤프트 홀(102)에 상기 샤프트(200)가 압입 되기 어려우므로, 상기 공차는 0.1mm를 넘지 않도록 한다.
한편, 도 4의 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 로터 코어(110)(120)(130)를 소정 각도 단위로 틀어진 상태로 상기 샤프트(200)와 결합하면, 상기 치(105)가 상기 샤프트(200)의 로터 코어 안착부(210)의 표면과 돌아가면서 간섭되므로, 로터 코어(110)와 샤프트(200) 사이의 압입력을 향상시킬 수 있다.
샤프트(200)는 상기 제 1 내지 제 3 로터 코어(110)(120)(130)가 결합되는 로터 코어 안착부(210)와, 상기 로터 코어 안착부(210)의 표면의 상기 치(105)와 마주보는 위치에 돌출 형성되는 스키브(250)를 포함한다.
이때, 상기 스키브(250)는, 상기 치(105)와 대응되는 위치에만 스키브(250)가 가공되는 것이 바람직하다. 즉, 종래에는 상기 로터 코어 안착부(210)의 외주면에 널링이나 스키빙과 같은 후 가공을 통해 상기 샤프트 홀(102) 내에서 상기 샤프트(200)가 헛도는 것을 방지하였으나, 본 발명에서는, 상기한 치(105)와 접촉하는 부분에만 상기 스키브(250)를 형성한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이, 제 1 내지 제 3 로터 코어(110)(120)(130)로 구성된 로터 코어(110)가 모듈 별로 압입 될 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 로터 코어(110)의 치(105)와 대응되는 면에 제 1 스키브(251)가 형성되고, 상기 제 2 및 제 3 로터 코어(120)(130)의 치(105)와 각각 대응되는 면에 제 2 및 제 3 스키브(252)(253)가 형성된다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 기존의 로터 코어부재(101)를 펀칭 형성하는 금형의 형상만을 변경하여, 상기 로터 코어부재(101)의 샤프트 홀(102)의 내주면에 상기 샤프트(200)의 공회전을 방지할 수 있는 지지구조를 형성하고, 이와 대응되는 샤프트(200)의 표면에 소정 각도 틀어진 상태로, 스키브(250)를 형성하므로, 제 1 로터 코어(110)의 삽입 시, 상기 제 1 로터 코어(110)의 치(105)와 간섭하는 제 1 스키브(251)가 제 2 및 제 3 로터 코어(120)(130)의 치(105)와 간섭되지 않으므로, 제 2 및 제 3 로터 코어(120)(130)가 설계상 의도된 간섭량으로 샤프트(200)에 압입 결합될 수 있다.
이상에서는 브러시리스 모터를 일 예로 설명하였으나, 이를 한정 하는 것은 아니며, 로터가 사용되는 다른 형태의 모터에도 본 발명은 적용 가능하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100; 로터 코어 101; 로터 코어부재
102; 샤프트 홀 103; 마그네트 삽입 홀
104; 고정 핀 홀 105; 치
200; 샤프트 210; 로터 코어 안착부
250; 스키브 251; 제 1 스키브
252; 제 2 스키브 253; 제 3 스키브

Claims (11)

  1. 얇은 판상의 디스크 형태로 형성되는 로터 코어부재;
    상기 로터 코어부재의 중앙에 관통 형성되는 샤프트 홀;
    상기 샤프트 홀에 압입 결합되는 샤프트;
    상기 로터 코어부재의 외주면에 근접한 위치에 관통 형성되어, 마그네트가 삽입 결합되는 복수 개의 마그네트 삽입 홀;
    상기 샤프트 홀의 내주면에 돌출 형성되는 복수 개의 치; 및
    상기 샤프트의 상기 복수 개의 치와 대응되는 위치에 돌출 형성된 스키브(skive);를 포함하며,
    상기 로터 코어부재를 일정 높이만큼 적층하고, 상기 샤프트를 상기 샤프트 홀에 압입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 모터의 적층 로터 코어.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 치는,
    상기 샤프트 홀의 내주면에 적어도 3개 이상 돌출 형성되는 모터의 적층 로터 코어.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 치는,
    상기 샤프트 홀의 내주면에 60도 간격으로 총 6개가 돌출 형성되는 모터의 적층 로터 코어.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 치는,
    상기 샤프트 홀의 내주면으로부터 중심을 향해 연장되는 양 변의 각이 15도이고, 서로 인접하는 치의 중심을 통과하는 가상의 연장선들 사이의 각도가 60도인 모터의 적층 로터 코어.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네트 삽입 홀은,
    상기 로터 코어부재의 둘레에 8개가 관통 형성되는 모터의 적층 로터 코어.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 샤프트 홀의 중심과 상기 마그네트 삽입 홀의 중심이 연결되는 가상의 연장선은, 상기 샤프트 홀의 중심과 상기 치의 중심이 연결되는 가상의 연장선과 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 모터의 적층 로터 코어.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 치의 개수는,
    상기 샤프트 홀의 지름이 증가할 수록 늘어나고, 상기 샤프트 홀의 지름이 감소할 수록 줄어드는 모터의 적층 로터 코어.
  8. 제 4 항에 있어서,
    서로 마주보는 상기 치 끝단 사이의 거리는 상기 샤프트의 로터 코어부재 안착부의 지름과 대응되는 모터의 적층 로터 코어.
  9. 제 1 항에 있어서,
    일정 개수의 로터 코어부재가 적층 형성되며, 제 1 위치에 상기 복수 개의 치가 돌출 형성되는 제 1 로터 코어;
    상기 제 1 로터 코어와 동일한 개수의 로터 코어부재가 적층 형성되며, 상기 제 2 위치와 소정 각도 차이를 가지는 제 2 위치에 상기 복수 개의 치가 돌출 형성되는 제 2 로터 코어; 및
    상기 제 1 로터 코어와 동일한 개수의 로터 코어부재가 적층 형성되며, 상기 제 2 위치와 소정 각도 차이를 가지는 제 3 위치에 상기 복수 개의 치가 돌출 형성되는 제 3 로터 코어;를 포함하는 모터의 적층 로터 코어.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 로터 코어의 치들 사이의 각도 차이는, 상기 제 2 및 제 3 로터 코어의 치들 사이의 각도 차이와 동일한 모터의 적층 로터 코어.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 스키브는,
    상기 제 1 로터 코어의 치와 대응되는 위치에 형성된 제 1 스키브;
    상기 제 2 로터 코어의 치와 대응되는 위치에 형성된 제 2 스키브; 및
    상기 제 3 로터 코어의 치와 대응되는 위치에 형성된 제 3 스키브;를 포함하는 모터의 적층 로터 코어.
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