KR20130119264A - 로터 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리는 회전하는 샤프트가 삽입 결합되도록 삽입홀이 형성된 로터부 및 상기 로터부의 상기 샤프트의 축방향에 수직한 단면에, 상기 로터부의 외측 방사방향으로 형성된 매입홀에 삽입되는 마그네트를 포함하고, 상기 마그네트는 상기 샤프트로부터 상기 로터부의 외측 방사 방향으로 상기 마그네트의 방사방향에 수직한 방향의 폭이 점점 넓어지도록 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 로터부에 매입되는 마그네트의 구조적인 변경을 통해, 동일한 면적에 대해 보다 많은 마그네트를 배열시킬 수 있어, 설계의 자유도가 향상되고, 자속량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

로터 어셈블리{Rotor Assembly}

본 발명은 로터 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 회전자에 영구자석이 삽입되어, 회전 구동력을 발생시키는 모터는 회전자에 설치되는 영구자석의 결합구조에 따라 영구자석 표면 부착형 전동기와 영구자석 매입형 전동기로 구분할 수 있다.

대한민국특허청에서 발생된 공개특허공보 제2009-00722209에서와 같이 영구자석 매입형 전동기는 회전자에 복수의 영구자석이 매입 설치되며, 영구자석의　토크외에도 d축(자속), q축(토크)의 인덕턴스 차이에 의한 릴럭턴스 토크를 이용할 수 있다. 또한, 영구자석 매입형 전동기는 고속 회전시 발생할 수 있는 영구자석의이탈을 구조적으로　방지할 수 있으므로 회전자의 표면에 영구자석을 부착한 표면 부착형 전동기에 비해 보다 널리 이용된다.

종래의 영구자석 매입형 전동기는 자속량을 증대시키거나 고효율의 토크를 얻기 위해서는 영구자석의 매입구조의 제약으로 인해 고성능의 영구자석, 예를 들면 희토류 자석부품을 사용해야 하는 문제점이 있었다. 따라서, 영구자석을 매입하는 경우의 동일한 구조에서의 설계자유도의 필요성이 제기되었다. 영구자석의 매입구조의 설계적인 한계로 인해, 다양한 매입 영구자석의 선택의 폭이 줄어들며, 이에 따라 전동기의 성능 및 특성이 영구자석의 종류에 의해 결정되어지는 치명적인 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 일측면은 로터어셈블리의 로터부에 매입되는 마그네트 및 로터부와 스테이터부의 이격공간인 에어갭 구조의 변경을 통해, 로터어셈블리가 삽입되는 모터의 코깅토크를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자속량을 증대시킴으로써 토크를 증대시킬 수 있는 로터어셈블리를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 로터 어셈블리는, 회전하는 샤프트가 삽입 결합되도록 삽입홀이 형성된 로터부; 및 상기 로터부의 상기 샤프트의 축방향에 수직한 단면에, 상기 로터부의 외측 방사방향으로 형성된 매입홀에 삽입되는 마그네트;를 포함하고, 상기 마그네트는 상기 샤프트로부터 상기 로터부의 외측 방사 방향으로 상기 마그네트의 방사방향에 수직한 방향의 폭이 점점 넓어지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 마그네트는 상기 로터부 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성된 사다리꼴 형상일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 마그네트는 상기 로터의 외측 방사방향으로 점점 폭이 넓어지도록 양측면에 테이퍼부가 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 마그네트는 상기 로터부 외측 방사방향으로 매입되고, 상기 제1 마그네트부; 및 상기 제1 마그네트부로부터 연장되어 상기 로터 외측 방사방향으로 형성된 제2 마그네트부;를 포함하며, 상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 상기 로터부 외측 방사방향으로 순차적으로 결합되고, 상기 제1 마그네트부의 상기 로터부 외측 방사방향에 수직방향으로의 폭은 상기 제2 마그네트부의 대응되는 폭 보다 더 좁게 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 제1 마그네트부는 상기 삽입홀로부터 상기 로터부 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓아지도록 양측에 테이퍼부가 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 제1 마그네트부의 폭과 상기 제2 마그네트부의 대응되는 폭의 상대적 차이만큼, 상기 제1 마그네트부로부터 상기 제2 마그네트부로 연장되는 경계지점에 단차부가 더 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 상호 분리되어 결합될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로터 어셈블리는 회전하는 샤프트가 결합되는 삽입홀이 형성되고, 상기 삽입홀을 중심으로 방사방향으로 적어도 하나 이상의 마그네트가 매입홀에 삽입된 로터부; 및 상기 로터부의 상기 마그네트에 대응되도록 형성된 적어도 하나 이상의 스테이터돌극과 상기 로터부를 수용하는 스테이터요크를 포함하는 스테이터부;를 포함하고, 상기 마그네트는 상기 로터부의 외측 방사 방향으로 갈수록 상기 마그네트의 방사방향에 수직한 방향의 폭이 점점 넓어지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로터어셈블리로서, 상기 로터부의 외측면과 상기 스테이터돌극 사이의 이격공간에 형성되는 에어갭(공극, airgap)을 더 포함하고, 상기 로터부의 외측면과 마주보는 상기 스테이터돌극의 대응면 사이의 반경방향 거리는 상기 로터부 외측면 둘레를 따라 가변적으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로터어셈블리로서, 상기 마그네트는 상기 로터부 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성된 사다리꼴 형상일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로터어셈블리로서, 상기 마그네트는 상기 로터부의 외측 방사방향으로 점점 폭이 넓어지도록 양측면에 테이퍼부가 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로터어셈블리로서, 상기 마그네트는 상기 로터부 외측 방사방향으로 매입되고, 상기 제1 마그네트부; 및 상기 제1 마그네트부로부터 연장되어 상기 로터 외측 방사방향으로 형성된 제2 마그네트부;를 포함하며, 상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 상기 로터부 외측 방사방향으로 일체로 결합되고, 상기 제1 마그네트부의 상기 로터부 외측 방사방향에 수직방향으로의 폭은 상기 제2 마그네트부의 대응되는 폭 보다 더 좁게 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로터어셈블리로서, 상기 제1 마그네트부는 상기 삽입홀로부터 상기 로터 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 양측에 테이퍼부가 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 제1 마그네트부의 폭과 상기 제2 마그네트부의 대응되는 폭의 상대적 차이만큼, 상기 제1 마그네트부로부터 상기 제2 마그네트부로 연장되는 경계지점에 단차부가 더 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로터 어셈블리로서, 상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 상호 분리되어 결합될 수 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.

본 발명에 따르면, 로터부에 매입되는 마그네트의 구조적인 변경을 통해, 동일한 면적에 대해 보다 많은 마그네트를 배열시킬 수 있어, 설계의 자유도가 향상되고, 자속량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 로터부에 방사방향으로 매입되는 마그네트는, 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴 형상의 구조를 가짐으로써, 로터부 외측의 스테이터부와 마주하는 부분의 마그네트의 폭을 코깅토크가 최소화 될 수 있는 구조로 조절이 가능하므로, 모터 회전시에 발생될 수 있는 코깅토크를 경감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 마그네트의 형상의 구조적인 변경을 통해, 일반적인 구조의 마그네트를 매입할 때보다 자속량의 증대 및 로터 어셈블리가 적용되는 모터의 토크를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 마그네트 형상의 구조적인 변경을 통해, 상대적으로 마그네트의 매입수 또는 마그네트의 자속력을 증대시킬 수 있음에 따른, 마그네트로 사용되는 영구자석의 선택의 폭이 넓어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 로터 어셈블리의 로터부의 외측면과 마주보는 스테이터돌극면의 이격된 공간인 에어갭의 방사방향의 폭을 가변적으로 설계함으로써, 모터 구동시에 발생될 수 있는 코깅토크를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 역기전력을 정현파에 근접하게 만들게 함으로써 PWM(Pulse Width Modulation)제어에 용이한 구조로 제어성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터어셈블리의 단면도이고, 도 1b는 도 1a에 샤프트가 결합된 사시도;
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 로터어셈블리의 단면도;
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 로터어셈블리의 단면도;
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스테이터부가 결합된 로터어셈블리의 단면도;
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 스테이터부가 결합된 로터어셈블리의 단면도; 및
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 스테이터부가 결합된 로터어셈블리의 단면도이다.
도 7a는 일반적인 마그네트 구조에 따른 로터 어셈블리의 단면도, 도 7b는 본 발명의 마그네트 구조에 따른 로터 어셈블리의 단면도;
도 8a는 일반적인 마그네트 구조에 따른 역기전력(Bemf)파형 및 역기전력 정수(KE)값을 나타내는 그래프, 도 8b는 본 발명의 마그네트 구조에 따른 역기전력 파형 및 역기전력 정수(KE)값을 나타내는 그래프;
도 9는 일반적인 마그네트 구조에 따른 코깅토크값의 그래프와 본 발명의 마그네트 구조에 따른 코깅토크 그래프를 중첩하여 나타낸 그래프;
도 10은 본 발명에 따른 에어갭의 반경방향 거리가 일정한 경우와 가변적인 경우의 코깅토크값의 그래프를 중첩하여 나타낸 그래프;
도 11a는 본 발명에 따른 에어갭의 반경방향 거리가 가변적인 경우의 역기전력 정수값의 그래프, 도 11b는 본 발명에 따른 에어갭의 반경방향 거리가 일정한 경우의 역기전력 정수값의 그래프이다.

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, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터어셈블리의 단면도, 도 1b는 도 1a에 샤프트가 결합된 사시도, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 로터어셈블리의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 로터어셈블리의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로터 어셈블리는 회전하는 샤프트(12)가 삽입 결합되도록 삽입홀(11)이 형성된 로터부(10) 및 상기 로터부(10)의 상기 샤프트(12)의 축방향에 수직한 단면에, 상기 로터부(10)의 외측 방사방향으로 형성된 매입홀(13)에 삽입되는 마그네트(14)를 포함하고, 상기 마그네트(14)는 상기 샤프트(12)로부터 상기 로터부(10)의 외측 방사 방향으로 상기 마그네트(14)의 방사방향에 수직한 방향의 폭이 점점 넓어지도록 형성될 수 있다.

로터부(10)는 회전하는 축인 샤프트(12)가 삽입 결합될 수 있도록 중공부에 삽입홀(11)이 형성된다. 로터부(10)는 일반적으로 원통형상 부재로 형성될 수 있으며, 샤프트(12)가 삽입되어 고정 또는 샤프트(12)와 일체로 형성되어 외부에 통상적인 하우징(도면 미도시)에 대해 축회전하도록 설치될 수 있다(도 1b 참조). 본 발명은 마그네트(14)가 매입되어 형성되는 로터부(10)에 관한 것이다. 이하에서 마그네트(14)는 영구자석을 사용할 수 있으며, 세라믹(Ferrite)영구자석, 희토류(Rate-earth)영구자석, 알리코(Alico)영구자석을 사용할 수 있다. 특히, 희토류 영구자석에는 SmCo와 NdFeB가 있으며, SmCo는 잔류자속밀도, 보자력 및 에너지적이 높고 감자곡선과 같은 온도계수를 갖는 장점이 있으며, NdFeB는 SmCo보다 높은 잔류자속밀도와 보자력 특성을 가지는 장점이 있다. 특히, 본 발명에서는 로터부(10)에 방사방향으로 매입되는 마그네트(14)의 구조적인 변경을 통해서 고성능의 희토류 영구자석 이외에도 다양한 대체 영구자석을 활용하여 동등한 모터의 효율 및 토크를 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

마그네트(14)는 로터부(10)의 샤프트(12)의 축방향에 수직한 단면상에 형성된 매입홀(13)에 삽입된다. 매입홀(13)은 마그네트(14)의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 마그네트(14)는 로터부(10)의 외측방향의 방사방향을 장방향으로 하여 형성될 수 있다. 특히, 마그네트(14)는 샤프트(12)가 삽입되는 삽입홀(11)로부터 로터부(10) 외측 방사방향으로 갈수록 점점 그 폭이 넓어지도록 형성될 수 있다. 여기서 마그네트(14)의 '폭'은 마그네트(14)가 길이방향이, 로터부(10) 외측 방사방향으로 형성될 때, 방사방향에 수직한 방향으로 형성된 마그네트(14)의 폭을 의미하는 것으로 정의한다. 마그네트(14)는 로터부(10)의 내측부와 외측부에 상대적인 폭의 차이를 두고 형성되는 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 마그네트(14)의 형상은 여기에 한정되는 것은 아니며, 로터부(10) 내측과 외측의 마그네트(14)의 폭의 상대적인 차이를 둘 수 있는 다양한 구조로 설계될 수 있음은 물론이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 로터부(10)에 삽입되는 마그네트(14)는, 로터부(10) 내측에서 외측방향의 방사방향으로 형성된 매입홀(13)에 삽입된다. 마그네트(14)는 로터부(10) 내측에서 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 점점 넓어지도록 형성될 수 있으며, 이러한 형상을 위해 마그네트(14)의 방사방향의 양 측면에 테이퍼부(31)가 형성될 수 있다. 양 측면에 테이퍼부(31)는 상호 대칭되도록 형성되는 것이 바람직할 것이다.

또한, 마그네트(14)는 로터부(10) 외측 방사방향으로 형성될 때, 제1 마그네트부(14a)와 제2 마그네트부(14b)가 결합 또는 일체로 형성될 수 있다. 제2 마그네트부(14b)는 제1 마그네트부(14a)로부터 연장되어 로터부(10) 외측 방사방향으로 형성된다. 제1 마그네트부(14a)의 폭은 제1 마그네트부(14a)로부터 연장되어 로터부(10) 외측 방사방향으로 형성되는 제2 마그네트부(14b)의 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 여기서, 제1 마그네트부(14a)와 제2 마그네트부(14b)는 하나의 마그네트(14)를 형성하는 마그네트(14) 전체의 각 일부분을 의미할 수 있으며, 동시에 제1 마그네트부(14a)와 제2 마그네트부(14b)가 각각 분리 형성되며, 제1 마그네트부(14a)와 제2 마그네트부(14b)가 하나의 매입홀(13)에 결합되어 매입됨으로써 하나의 마그네트(14)와 유사한 기능을 하도록 형성될 수 있음은 물론이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 마그네트부(14a)의 폭과 제2 마그네트부(14b)의 대응되는 폭의 상대적 차이만큼, 제1 마그네트부(14a)로부터 제2 마그네트부(14b)로 연장되는 경계지점에 단차부(32)가 더 형성될 수 있다. 즉, 제1 마그네트부(14a)가 폭 wa를 갖는 직사각형으로 형성되며, 제2 마그네트부(14b)는 폭 wa보다 더 넓은 폭 wb를 갖는 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 그러므로, 제1 마그네트부(14a)와 제2 마그네트부(14b)가 연장 형성되는 경계지점에 폭 wa와 wb의 차이만큼의 단차부(32)가 형성될 수 있다.

또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 마그네트부(14a)가 로터부(10)의 삽입홀(11)로부터 로터부(10) 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 양측에 테이퍼부(31)가 형성될 수 있다. 테이퍼부(31a)는 앞에서 앞서 설명된 바와 같이, 마그네트(14)의 양 측면에 상호 대칭되도록 형성되는 것이 바람직할 것이다.

구체적으로, 도 7a와 7b의 구조의 비교를 통해 본 발명의 효과의 차별성을 검토한다. 도 7a는 비교되는 본 발명의 구조와 다른 일반적인 마그네트(140)의 삽입구조에 따른 로터 어셈블리이며, 도 7b는 본 발명에 따른 마그네트(14) 구조를 갖는 로터 어셈블리의 구조를 나타낸다.

로터부(10)를 수용하도록 형성되는 스테이터부(20), 스테이터부(20)와 로터부(10)의 이격되는 에어갭(40), 극수 및 샤프트(12)의 외경을 동일한 것으로 하였을 때의, 구조적인 효과, 토크의 증대효과 및 코깅토크(cogging torque)의 저감에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 도 7a와 같은 일반적인 마그네트(140) 구조의 경우에는 직사각형의 마그네트(140) 형상의 내측폭(a1)과 외측폭(a2)을 7.5mm로 형성하는 경우에, 길이방향의 폭(b)은 18mm로 설계가능하다. 그러나 본 발명에 따라, 도 7b에 도시된 바와 같이, 내측폭(a1)을 4.5mm로 외측폭(a2)을 8.5mm로 상대적인 폭의 차이를 두도록 형성하는 경우에는 비교대상 구조인 도 7a의 외측폭(a2)보다 더 두껍게 형성하여 마그네트(14)의 감자영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 마그네트(14)의 내측폭(a1)을 외측폭(a2)보다 상대적으로 좁게 형성함으로써, 마그네트(14)의 장방향 폭(b)을 21.5mm로 더욱 길게 형성할 수 있다. 결과적으로, 동일한 구조상에서 마그네트(14)에 의한 자속량을 더욱 증대시킬 수 있는 것이다.

또한, 역기전력의 경우에도 일반적인 구조에서보다 본 발명에 따른 마그네트(14) 구조에서 역기전력정수(ke)가 8.54 % 증가됨을 확인할 수 있었다. 도 8(a)와 도 8(b)는 일반적인 마그네트 구조와 본 발명에 따른 마그네트(14) 구조에 따른 역기전력정수 값에 따른 그래프를 나타낸 것이다. X축은 전기각(electrical angle)을 나타내며, Y축은 전압을 나타낸다. 각 그래프는 로터부(10)가 회전하는 경우의 각 상에 따라 그려지는 역기전력의 그래프를 도시하고 있다. 예를 들어, 파란색을 A상이라고 하면, 빨간색은 B상 그리고 초록색은 C상의 전기각과 전압에 따른 역기전력을 나타낸 것이다. 보라색은 A상과 B상을 동시에 측정한 경우의 역기전력 그래프이다. 그래프에서 알 수 있듯이, 본 발명의 마그네트(14) 구조에 따른 역기전력의 값이 약 8.54 %높게 측정됨을 알 수 있으며, 이는 상대적으로 본 발명에 따른 마그네트(14) 구조에서 토크값이 증대되는 것을 알 수 있다. 특히, 중·저속 구동에서는 이러한 토크값의 증대를 더욱 현격하게 확인할 수 있다.

도 9는 일반적인 마그네트구조와 본 발명에 따른 마그네트(14) 구조와의 코깅토크(cogging torque)의 값을 나타내는 그래프를 중첩하여 나타낸 것이다. 여기서, X축은 전기각(electrical angle)을 나타내며, Y축은 토크값을 나타내고 있다. 그래프상의 파란색 그래프는 일반적인 마그네트 구조에서의 코깅토크값의 변화를 나태는 것이다. 빨간색 점선 그래프는 본 발명의 마그네트(14) 구조에 따른 코깅토크값의 변화를 나타낸 것이다. 양 코깅토크값의 그래프에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 코깅토크값이 일반적인 구조에서보다 대략 23%낮은 값으로 측정됨을 알 수 있다. 코깅토크는 모터 시스템의 자기에너지가 최소인 위치(평형상태)로 이동하려는 반경방향의 힘인데, 스테이터부(20)의 돌극(21)의 외측단의 형상 및 돌극(21)사이의 개구폭, 자석이 매입되어 있는 로터부(10)의 스테이터돌극(21)과 마주하는 로터폴의 형상 및 개구폭에 의한 자기저항의 차이로 발생되며, 그 크기가 결정되어 진다. 코깅토크의 값은 낮을수록 회전이 부드러워지고, 모터 회전의 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스테이터부(20)가 결합된 로터어셈블리의 단면도, 도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 스테이터부(20)가 결합된 로터어셈블리의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 스테이터부(20)가 결합된 로터어셈블리의 단면도이다.

본 발명의 제4 실시예에 따르면, 회전하는 샤프트(12)가 결합되는 삽입홀(11)이 형성되고, 상기 삽입홀(11)을 중심으로 방사방향으로 적어도 하나 이상의 마그네트(14)가 매입홀(13)에 삽입된 로터부(10); 및 상기 로터부(10)의 상기 마그네트(14)에 대응되도록 형성된 적어도 하나 이상의 스테이터돌극(21)과 상기 로터부(10)를 수용하는 스테이터요크(22)를 포함하는 스테이터부(20);를 포함하고, 상기 마그네트(14)는 상기 로터부(10)의 외측 방사 방향으로 갈수록 상기 마그네트(14)의 방사방향에 수직한 방향의 폭이 점점 넓어지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 제4 실시예와 후술하는 제5 및 제6 실시예는 로터부(10)에 스테이터부(20)가 결합되는 로터 어셈블리에 관한 것으로, 마그네트(14)의 형상 뿐만 아니라, 로터부(10)의 스테이터부(20)의 결합에 따라 형성되는 에어갭(40)의 구조적인 변경을 통해, 코깅토크를 저감시키는 특징을 가진다.

로터부(10)는 회전하는 샤프트(12)가 결합되는 삽입홀(11)이 형성되고, 삽입홀(11)을 중심으로 로터부(10) 외측 방사방향으로 적어도 하나 이상의 마그네트(14)가 매입홀(13)에 삽입된다. 샤프트(12)가 결합된 로터부(10)는 상기 도 1 내지 도 3의 도면 및 그에 따른 각 설명과 그 구성 및 작용효과 등이 중복되는 것으로 여기에서는 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

스테이터부(20)는 로터부(10)의 마그네트(14)에 대응되도록 형성된 적어도 하나 이상의 스테이터돌극(21)과 로터부(10)를 수용하는 스테이터요크(22)를 포함할 수 있다. 스테이터부(20)는 로터부(10)를 감싸도록 형성되는 환형의 형상으로 되는 것이 일반적이며, 로터 어셈블리가 장착되는 디바이스의 구조에 따라 당업자에 의해 변경, 선택 적용될 수 있음은 물론이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 로터부(10)의 외측둘레에 감싸도록 스테이터부(20)가 형성된다. 스테이터부(20)는 스테이터요크(22)와 스테이터돌극(21)으로 구성된다. 로터부(10) 외측을 감싸도록 형성되는 환형의 스테이터요크(22)와 스테이터요크(22)의 내측둘레면에 적어도 하나 이상 돌출되어 형성되고, 코일이 권선될 수 있는 스테이터돌극(21)이 결합된다. 도 4에서 도시된 것처럼, 본 실시예에서도 로터부(10)에 삽입되는 마그네트(14)를 로터부(10)의 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성할 수 있다. 마그네트(14) 형상에 따른 실시예는 상기의 제1 내지 제3 실시예에 따른 마그네트(14) 구조의 설명과 중복되므로 여기에서는 그 자세한 설명을 생략하기로 한다 .

도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 로터 어셈블리는 상기 로터부(10)의 외측면과 상기 스테이터돌극(21) 사이의 이격공간에 형성되는 에어캡(40)을 더 포함하고, 상기 로터부(10)의 외측면과 마주보는 상기 스테이터돌극(21)의 대응면 사이의 반경방향 거리(d)는 상기 로터부(10) 외측면 둘레를 따라 가변적으로 형성될 수 있다. 이러한 에어갭(40)의 반경방향 거리를 가변적으로 형성하기 위해서는 로터부(10) 또는 스테이터부(20)의 구조적인 변경을 가할 수 있다.

도 5의 경우에는 스테이터부(20)의 로터부(10)의 외측면과 마주보는 스테이터돌극(21)의 대응면을 동심원 구조로 형성하고, 로터부(10)의 스테이터돌극(21)과 마주보는 외측 둘레면을 편심구조로 형성함으로써, 로터부(10)와 스테이터부(20) 사이에 형성되는 에어갭(40)의 반경방향 거리(d)를 가변적으로 형성할 수 있다. 도 6은 도 5에 설명한 것과 반대로, 로터부(10)를 동심구조로 스테이터부(20)를 편심구조로 형성할 수 있다.

에어갭(40)의 반경방향의 거리(d)를 로터부(10)의 외측 둘레를 따라 가변적으로 형성함으로써 자기저항에 의해 발생되는 코깅토크를 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 도 10에 도시된 그래프에서 알 수 있듯이, 동일한 구조에서, 동심구조, 즉 에어갭(40)의 반경방향의 거리(d)를 일정한 등간격으로 형성하는 경우의 코깅토크(파란색 그래프, 실선)가 에어갭(40)의 반경방향 거리(d)를 가변적으로 형성하는 경우의 코깅토크(빨간색 그래프, 점선)보다 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 따라서, 에어갭(40)의 반경방향 거리(d)를 가변적으로 형성함으로써, 로터 어셈블리에 따른 코깅토크를 저감시킬 수 있는 것이다.

또한, 도 11a와 도 11b를 살펴보면, 동일한 구조에서, 동심구조, 즉 에어갭(40)의 반경방향의 거리(d)를 일정한 등간격으로 형성하는 경우의 역기전력 파형(도 11b참조)보다 에어갭(40)의 반경방향 거리(d)를 가변적으로 형성하는 경우의 역기전력 파형(도 11a참조)이 정현파에 가깝게 형성되는 것을 알 수 있다. 따라서, 로터부(10)와 스테이터부(20)의 사이에 형성된 에어갭(40)의 반경방향 거리(d)가, 로터부(10)의 외측의 둘레를 따라 가변적으로 형성됨으로써 PWM(Pulse Width Modulation)제어를 보다 용이하게 할 수 있는 이점이 있다. 도 11a와 11b의 각 축의 설명 및 각 색깔에 관한 그래프의 설명은 상기의 도 8a와 8b의 설명과 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 로터 어셈블리는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

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

10: 로터부 11: 삽입홀
12: 샤프트 13: 매입홀
14: 마그네트 14a: 제1 마그네트부
14b: 제2 마그네트부 20: 스테이터부
21: 스테이터돌극 22: 스테이터요크
31, 31a: 테이퍼부 32: 단차부
40: 에어갭 a1: 내측폭
a2: 외측폭 b: 장방향폭
d: 에어갭 반경방향 거리
wa, wb: 마그네트의 폭

Claims (17)

1. 회전하는 샤프트가 삽입 결합되도록 삽입홀이 형성된 로터부; 및
   상기 로터부의 상기 샤프트의 축방향에 수직한 단면에, 상기 로터부의 외측 방사방향으로 형성된 매입홀에 삽입되는 마그네트;를 포함하고,
   상기 마그네트는 상기 샤프트로부터 상기 로터부의 외측 방사 방향으로 상기 마그네트의 방사방향에 수직한 방향의 폭이 점점 넓어지도록 형성되는 로터 어셈블리.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 마그네트는 상기 로터부 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성된 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 마그네트는 상기 로터의 외측 방사방향으로 점점 폭이 넓어지도록 양측면에 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 마그네트는 상기 로터부 외측 방사방향으로 매입되고,
   상기 제1 마그네트부; 및
   상기 제1 마그네트부로부터 연장되어 상기 로터 외측 방사방향으로 형성된 제2 마그네트부;를 포함하며, 상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 상기 로터부 외측 방사방향으로 순차적으로 결합되고,
   상기 제1 마그네트부의 상기 로터부 외측 방사방향에 수직방향으로의 폭은 상기 제2 마그네트부의 대응되는 폭 보다 더 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 마그네트부는 상기 삽입홀로부터 상기 로터부 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 양측에 테이퍼부가 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 마그네트부의 폭과 상기 제2 마그네트부의 대응되는 폭의 상대적 차이만큼, 상기 제1 마그네트부로부터 상기 제2 마그네트부로 연장되는 경계지점에 단차부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
   
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
   
8. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 상호 분리되어 결합되는 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
   
9. 회전하는 샤프트가 결합되는 삽입홀이 형성되고, 상기 삽입홀을 중심으로 방사방향으로 적어도 하나 이상의 마그네트가 매입홀에 삽입된 로터부; 및
   상기 로터부의 상기 마그네트에 대응되도록 형성된 적어도 하나 이상의 스테이터돌극과 상기 로터부를 수용하는 스테이터요크를 포함하는 스테이터부;를 포함하고,
   상기 마그네트는 상기 로터부의 외측 방사 방향으로 갈수록 상기 마그네트의 방사방향에 수직한 방향의 폭이 점점 넓어지도록 형성되는 로터 어셈블리.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 로터부의 외측면과 상기 스테이터돌극 사이의 이격공간에 형성되는 에어갭을 더 포함하고,
    상기 로터부의 외측면과 마주보는 상기 스테이터돌극의 대응면 사이의 반경방향 거리는 상리 로터부 외측면 둘레를 따라 가변적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 마그네트는 상기 로터부 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성된 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 마그네트는 상기 로터부의 외측 방사방향으로 점점 폭이 넓어지도록 양측면에 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
    
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 마그네트는 상기 로터부 외측 방사방향으로 매입되고,
    상기 제1 마그네트부; 및
    상기 제1 마그네트부로부터 연장되어 상기 로터 외측 방사방향으로 형성된 제2 마그네트부;를 포함하며, 상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 상기 로터부 외측 방사방향으로 순차적으로 결합되고,
    상기 제1 마그네트부의 상기 로터부 외측 방사방향에 수직방향으로의 폭은 상기 제2 마그네트부의 대응되는 폭 보다 더 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 마그네트부는 상기 삽입홀로부터 상기 로터 외측 방사방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 양측에 테이퍼부가 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
    
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 마그네트부의 폭과 상기 제2 마그네트부의 대응되는 폭의 상대적 차이만큼, 상기 제1 마그네트부로부터 상기 제2 마그네트부로 연장되는 경계지점에 단차부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.
    
17. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 마그네트부와 상기 제2 마그네트부는 상호 분리되어 결합되는 것을 특징으로 하는 로터 어셈블리.

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