KR20130095110A - 모터용 마그네트의 착자 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터용 마그네트의 착자 구조에 관한 것으로, 모터는 샤프트; 이 샤프트를 동심축으로 하여 고정되어 있는 스테이터; 스테이터에 대해 회전운동하는 로터; 및 착자 패턴을 갖춘 다수의 세그먼트를 원주방향으로 정렬한 원통형상의 마그네트;로 이루어지고, 마그네트는 수직방식의 착자 패턴과 함께 수평방식의 착자 패턴을 갖춘 세그먼트를 원통형상으로 형성하여 원통형상의 마그네트를 로터에 스큐착자 방식으로 부착한다.

Description

모터용 마그네트의 착자 구조{Magnetization structure of motor}

본 발명은 모터용 마그네트의 착자 구조에 관한 것이다.

모터는 일반적으로 전기에너지를 기계적인 회전운동으로 전환시키는 장치이다. 이러한 모터는 전류를 인가하게 되면 자장이 발생하게 된다. 이 자장은 로터에 구비된 마그네트에 자기력을 제공하며, 그런 다음에 이 자기력을 통해 로터를 회전시킬 수 있다.

여기서, 종래기술에 따른 모터는 특허문헌 1(발명의 명칭: 모터의 착자구조)에 기재되어 있다.

특허문헌 1에서, 모터는 고정자와, 이 고정자에 대해 회전운동을 수행하는 회전자, 및 이 회전자에 설치되는 영구자석으로 이루어져 있다. 영구자석은 모터에 전류를 인가하게 되면 코일에서 발생하는 자기와 반응하여, 회전자를 회전시킨다.

일반적으로, 영구자석은 균일한 착자를 위해 밴드(band)형상으로 이루어져 회전자의 측부에 용이하게 설치될 수 있는데, 특히 특허문헌 1에서는 다수의 피착자체를 스큐(skew)착자 방식으로 영구자석을 형성한다.

전술된 바와 같이, 스큐착자 방식으로 착자된 영구자석은 인접해 있는 2개의 피착자체 사이의 접촉면이 영구자석의 중앙에 위치되어 수직상방으로 뻗어 있는 회전축에 대해 소정의 각도로 기울어지게 되어 있다.

당해 분야의 숙련자들에게 이러한 스큐착자 방식은 코깅 토크(cogging torque)를 현저하게 저감시켜 진동 뿐만 아니라 소음을 최소화시킬 수 있는 것으로 널리 알려져 있다.

즉, 특허문헌 1에 게시된 스큐착자 방식은 피착자체의 측면을 회전축에 대해 소정의 각도로 기울어진 전반적으로 평행사변형의 피착자체로 형성하는 것이다. 이러한 평행사변형의 피착자체는 이의 측면에 인접하게 착자될 다른 피착자체와의 접촉면을 기울어지게(skew) 하는바, 피착자체가 각 측면의 스큐 각도 만큼 접촉면을 기울어지게 하여 자극 방향의 급격한 변화를 최소화시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.

하지만, 이러한 스큐착자 방식으로 자극 방향의 급격한 변화를 저감시키는 데에는 한계를 가질 수밖에는 없으며, 현저하게 코깅 토크를 저감시킬 수 있는 다른 유형의 영구자석을 요구되고 있는 게 현실이다.

특허문헌 1 : 대한민국 공개특허 제10-2007-0022457호

본 발명은 상술한 종래기술을 더욱 향상시킬 수 있는 것으로, 스큐착자 방식으로 착자될 각 세그먼트에서 자극이 변화되는 접촉면에 수직 뿐만 아니라 수평방향으로 경사져 있는 이중의 착자 패턴을 형성하여 자극 방향의 급격한 변화를 최소화시킬 수 있는 모터용 마그네트의 착자 구조로 이루어진다.

본 발명은 독창적인 착자 패턴을 갖춘 세그먼트를 매개로 하여 코깅 토크를 현저하게 저감시킬 수 있는 마그네트의 착자 구조에 관한 것으로, 샤프트; 이 샤프트를 동심축으로 하여 고정되어 있는 스테이터; 이 스테이터에 대해 회전운동하는 로터; 및 착자 패턴을 갖춘 다수의 세그먼트를 원주방향으로 정렬한 원통형상의 마그네트;로 이루어진 모터에서 로터에 스큐착자 방식으로 마그네트를 착자하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세그먼트는 상부면 그리고 이 상부면과 평행하게 대면하고 있는 하부면, 좌측면 그리고 이 좌측면과 대면하고 있는 우측면, 및 내측면과 이 내측면과 평행하게 대면하고 있는 외측면을 구비한다.

특히, 본 발명에 따른 세그먼트의 좌측면과 우측면에 샤프트의 축선방향에 대해 스큐 각도로 기울어진 수직방식의 착자 패턴을 형성한다.

본 발명에 따른 세그먼트의 좌측면은 샤프트의 반경방향에 대해 제1 사면 각도로 경사져 있는 동시에, 세그먼트의 우측면은 샤프트의 반경방향에 대해 제2 사면 각도로 경사져 있는 수평방식의 착자 패턴을 형성하고 있다.

즉, 세그먼트의 좌측면과 인접하게 배열된 다른 세그먼트의 우측면이 상호 대응되는 형상으로 이루어져 서로 밀착될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 세그먼트의 상부면과 하부면은 로터 측부에 안착될 수 있도록 로터의 곡률과 동일하게 만곡되어 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 모터에 이중의 스큐착자 방식으로 착자될 마그네트를 제공한다.

본 발명은 마그네트를 구성하는 다수의 세그먼트에 축선방향의 스큐 각도 뿐만 아니라 반경방향의 사면 각도를 수단으로 하여 모터의 마그네트에 코깅 토크를 현저하게 감소시킬 수 있다.

본 발명은 코깅 토크의 저감 효과를 통해 모터에서 발생되는 소음 및/또는 진동을 줄일 수 있고, 모터의 제어성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 마그네트를 부착한 스핀들 모터의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트를 구성하는 세그먼트의 사시도이다.
도 2b는 도 2a와 다른 방향에서 바라본 세그먼트의 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트의 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트의 평면도이다.
도 3c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트의 정면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 마그네트를 부착한 스핀들 모터의 개략적인 단면도이다.

본 발명은 모터(1) 내부에 구비될 마그네트(10)의 착자 구조에 관한 것으로, 여기서는 하드 디스크 드라이브(HDD), 광디스크드라이브(ODD) 및 기타 고속 회전을 요구하는 기록매체의 구동수단으로 널리 적용되고 있는 스핀들 모터(spindle motor)에 채용된 마그네트를 통해 설명될 것이다. 하지만, 본 발명은 스핀들 모터에 국한되어 사용되지 않고, 예컨대 다양한 유형의 아웃터 로터(outer rotor) 타입의 모터 및/또는 이너 로터(inner rotor) 타입의 모터 등에 적용될 수 있다.

모터(1), 특히 스핀들 모터는 스테이터(stator;참조부호 없음)와 로터(rotor;참조부호 없음)로 구성되되, 로터는 허브(4)의 회전 중심과 일치되게 배치된 샤프트(5)를 구비하고, 허브(4)의 가장자리를 따라 수직하방으로 뻗어 있는 스커트부(41) 내측에 마그네트(10)를 배열하고 있다. 스테이터는 베이스(6) 상에 코어(참조부호 없음)를 안착하는데, 이 코어 둘레로 코일(참조부호 없음)을 권선한다.

로터는 스테이터에 대하여 회전가능하게 구비되는 회전 구조물로서, 코어와 일정간격을 두고 서로 대향되게 배치되는 원통형상의 마그네트(10)를 구비한다. 마그네트(10)는 로터의 스커트부(41) 내주면에 착자된다. 외부전원이 공급되면, 코어에 전류가 흐르게 되고 이에 따라 자장이 형성되면서 자속이 발생하게 되고, 이와 대향되게 배치된 원통형상의 마그네트(10)는 코어에서 발생하는 가변전극과 대응하는 전극을 형성하면서, 코어와 마그네트(10)는 자속의 쇄교에 따른 전자력으로 상호 반발력이 생성되어 로터를 회전시켜 스핀들 모터(1)를 구동하게 된다.

도 2는 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트를 구성하는 세그먼트의 사시도로서, 도 2a는 위에서 바라본 세그먼트를 도시한 것이고, 도 2b는 아래에서 바라본 세그먼트를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네트(10)는 다수의 세그먼트(100)로 분할되어 스큐착자 방식으로 로터의 측부, 구체적으로 허브의 스커트부 내주면 상에 착자된다.

세그먼트(100)는 전술된 바와 같이 스큐착자 방식을 통해 원통형상의 마그네트(10)를 형성할 수 있는 형상으로 이루어진다.

다시 말하자면, 각각의 세그먼트(100)는 개략적으로 휘어진 평행육면체로 이루어져 있다. 이러한 형상으로 이루어진 다수의 세그먼트(100)가 중심축(예컨대, 샤프트)을 중심으로 하는 원주방향을 따라 정렬되면, 원통형상의 마그네트(10)로 이루어질 수 있다.

세그먼트(100)는 상부면(101) 그리고 이 상부면(101)과 평행하게 대면하고 있는 하부면(102), 좌측면(103) 그리고 이 좌측면(103)과 대면하고 있는 우측면(104), 및 내측면(105)과 이 내측면(105)과 평행하게 대면하고 있는 외측면(106)을 구비한다.

세그먼트(100)의 좌·우측면(103,104)은 샤프트(5; 도 1 참조)의 축선방향에 대해서 소정의 각도, 예컨대 스큐 각도(α; 도 3c 참조)로 기울어져 있다.

또한, 세그먼트(100)의 좌측면(103)은 샤프트의 반경방향에 대해서 소정의 각도, 예컨대 제1 사면 각도(β₁; 도 3b 참조)로 기울어져 있다. 이와 대응되게, 세그먼트(100)의 우측면(104)은 샤프트의 반경방향에 대해서 소정의 각도, 예컨대 제2 사면 각도(β₂; 도 3b 참조)로 기울어져 있다.

이와 더불어서, 세그먼트(100)의 상·하부면(101,102)은 만곡되어 있는바, 구체적으로 세그먼트(100)의 상·하부면(101,102)은 로터의 측부 곡률과 동일하게 만곡된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원통형상의 마그네트(10)를 구성하는 각각의 세그먼트(100)는 스커트부의 내주면 상에 확실하게 안착될 수 있도록 스커트부의 내주면 곡률에 대응되는 곡률로 만곡되는 것이 바람직하다.

상·하부면(101,102)이 만곡형상으로 이루어져 있기 때문에, 상부면(101)에서 수직하방으로 뻗어 있는 내측면(105)은 스커트부의 내주면과 평행하게 배열될 수 있도록 만곡되어 있으며, 상부면(101)에서 수직하방으로 뻗어 있는 외측면(106)도 내측면(105)과 평행하게 나란히 배열되면서 스커트부의 내주면에 확실하게 안착될 수 있도록 만곡되어 있다.

도 3은 도 2에 도시된 다수의 세그먼트로 이루어져 모터에 부착된 원통형상의 마그네트(10)를 도시한 것으로, 도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트의 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트의 평면도이며, 도 3c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마그네트의 정면도이다.

도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트(100)가 원주방향으로 정렬되어 원통형상의 마그네트(10)를 형성하게 된다. 이 마그네트(10)는 로터에 착자될 것이다.

마그네트(10)는 원주방향을 따라 N극의 세그먼트(100)와 S극의 세그먼트(100)를 교대로 착자한다. 본 실시예는 6극을 갖는 마그네트를 도시하고 있지만, 이에 국한되지 않고 다수의 극(예컨대, 4극, 8극, 12극 등)을 가질 수 있다.

세그먼트(100)의 좌·우측면은 샤프트의 축선방향(이점쇄선으로 표시함)에 대해 스큐 각도(α)로 기울어진 수직방식의 착자 패턴을 형성하여 인접하게 배열된 세그먼트와 스큐착자 방식으로 배열될 수 있다.

따라서, 일 세그먼트(100)의 우측면이 인접해 있는 타 세그먼트(100)의 좌측면과 축선(수직)방향으로 스큐착자될 수 있도록 상호 대응되게 형성된다. 이러한 축선방향의 스큐착자는 마그네트(10)의 높이와 관계하여 스큐 각도(α)만큼 로터의 이동 변화에 따라 자기저항을 최소화시킬 수 있게 된다. 즉, 자기저항이 최소화되면서, 모터 내부에서 자속이 균일하게 되어 코깅 토크 저감 및 진동 발생을 줄일 수 있다.

특히 본 발명은 전술된 수직방식의 착자 패턴(pattern)과 함께 수평방식의 착자 패턴을 실시할 수 있도록 창출된 것으로, 이를 위해 본 발명에 따른 세그먼트의 좌·우측면은 샤프트의 반경방향(일점쇄선으로 표시함)에 대해 사면 각도(β₁,β₂)로 경사진 수평방식의 착자 패턴을 형성한다. 이는 일 세그먼트의 좌측면과 인접하게 배열될 다른 세그먼트의 우측면의 접촉면이 반경(수평)방향에서 소정의 각도로 경사지게 되어 있다. 다시 말하자면, 접촉면의 경사가 원통형상의 마그네트의 접선과 직각인 법선에서 벗어나게 된다.

구체적으로, 세그먼트(100)의 좌측면은 반경방향에서 소정의 각도, 즉 제1 사면 각도(β₁)로 경사져 있으며, 세그먼트의 우측면은 반경방향에서 소정의 각도, 즉 제2 사면 각도(β₂)로 경사져 있다. 이에, 일 세그먼트의 좌측면은 인접해 있는 타 세그먼트의 우측면과 대응되게 경사져 있어 확실하게 착자될 수 있도록 한다. 이를 위해서, 제1 사면 각도(β₁)와 제2 사면 각도(β₂)는 동일한 각도를 갖는 것이 바람직하다. 선택가능하기로, 사면 각도(β₁,β₂)는 일점쇄선으로 표시된 반경방향과 일치되지 않은 각도로 이루어진 임의의 예각일 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 모터용 마그네트의 착자 구조는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1 : 스핀들 모터 4 : 허브
5 : 샤프트 6 : 베이스
10 : 마그네트 100 : 세그먼트

Claims (5)

1. 샤프트;
   상기 샤프트를 동심축으로 하여 고정되어 있는 스테이터;
   상기 스테이터에 대해 회전운동하는 로터; 및
   착자 패턴을 갖춘 다수의 세그먼트를 원주방향으로 정렬한 원통형상의 마그네트;로 이루어지고,
   상기 마그네트가 상기 로터에 스큐착자 방식으로 부착되어 있는 모터용 마그네트의 착자 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 세그먼트의 좌측면과 우측면은 상기 샤프트의 축선방향에 대해 스큐 각도로 기울어진 수직방식의 착자 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 모터용 마그네트의 착자 구조.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 세그먼트의 좌측면은 상기 샤프트의 반경방향에 대해 제1 사면 각도로 경사져 있고, 상기 세그먼트의 우측면은 상기 샤프트의 반경방향에 대해 제2 사면 각도로 경사져 있는 수평방식의 착자 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 모터용 마그네트의 착자 구조.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 세그먼트의 좌측면과 우측면은 상호 대응되는 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 모터용 마그네트의 착자 구조.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 세그먼트의 상부면과 하부면은 로터의 곡률과 동일하게 만곡되어 있는 것을 특징으로 하는 모터용 마그네트의 착자 구조.
   

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