KR20130122330A - 전동기용 로터 조립체 - Google Patents

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KR20130122330A
KR20130122330A KR1020120045578A KR20120045578A KR20130122330A KR 20130122330 A KR20130122330 A KR 20130122330A KR 1020120045578 A KR1020120045578 A KR 1020120045578A KR 20120045578 A KR20120045578 A KR 20120045578A KR 20130122330 A KR20130122330 A KR 20130122330A
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임정규
양해준
이기영
한문규
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 샤프트가 관통 결합될 수 있는 샤프트 결합부와 상기 샤프트 결합부의 외주면에서 방사상으로 형성되는 다수의 코어부재를 포함하는 일체형 로터 코어, 상기 코어부재의 측면에 배치되는 영구자석, 상기 코어부재에 구비되며 상기 영구자석이 외측 방향으로 이탈되지 않도록 상기 영구자석을 지지하는 제1 지지수단, 상기 다수의 코어부재 사이에서 배치되며 측면에 상기 코어부재와의 사이에서 상기 영구자석이 배치되는 분리형 로터 코어 및 상기 분리형 로터 코어에 구비되며 상기 분리형 로터 코어가 외측 방향으로 이탈되지 않도록 상기 영구자석에 지지되는 제2 지지수단을 포함하는 전동기용 로터 조립체에 관한 것이다.

Description

전동기용 로터 조립체{Rotor assembly for a motor}
본 발명은 전동기용 로터 조립체에 관한 것이다.
전동기는 통상적으로 스테이터(stator)와 로터(rotor)로 이루어지는데, 로터는 스테이터 내에서 회전가능하게 수용된다. 전동기는 로터의 극성과 스테이터의 극성에 따라 발생되는 반발력과 흡인력으로 로터가 회전함에 따라 동력을 발생시킨다.
이러한 구조로 이루어진 전동기(혹은 모터)는 소형화 그리고 경량화를 추구하는 동시에 희토류 물질의 가격 급등으로 전동기의 단가가 상승하여 새로운 대안으로서 탈(脫) 희토류 자석을 적용할 수 있는 로터를 개발하고 있는 게 현실이다.
이러한 전동기에 채용되는 로터가 특허문헌 1에 게재되어 있다.
특허문헌 1에 게재된 전동기용 로터는 이미 널리 알려져 있듯이 다수의 코어판을 적층한 로터 코어와, 영구자석, 로터 코어에서 축방향의 상단면과 하단면에 배열되는 코어커버, 및 로터 코어를 사이에 두고 배열된 2개의 코어커버를 결합하는 연결핀부로 이루어져 있다.
더욱이, 특허문헌 1에 기재된 로터는 다수의 코어판을 축 방향으로 적층시킨 로터 코어로 이루어진다.
이 로터 코어는 중앙에 회전축을 수용하는 회전축공과, 축방향과 평행한 다수의 연결핀공, 및 원주방향으로 균등하게 배치되어 있는 장착슬롯을 구비한다.
적층된 로터 코어는 상단면과 하단면에 각각의 코어커버를 배열하고, 2개의 코어커버는 로터 코어의 연결핀공에 연결핀부를 통해 체결되도록 한다.
종래기술에 따른 로터는 다수의 영구자석을 회전축의 축선방향과 평행하게 장착할 수 있게 장착슬롯을 구비한다.
장착슬롯은 전술된 바와 같이 코어판에 원주방향을 따라서 다수의 영구자석을 배치할 수 있도록 천공되어 있는데, 편평한 코어판은 일체로 형성되어 있어 기계적 강도를 확보할 수는 있지만 자기 누설이 증대되어 자력이 약해짐에 따라 전동기의 토크를 증가시키는 데에 한계를 갖는 문제점이 있다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개실용신안 제20-1998-0062328호
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 로터 코어를 일체형 및 분리형 로터 코어로 구성하여 상호 자속의 이동을 최소화함으로써 고 토크 및 고 출력을 갖는 전동기용 로터 조립체를 제공하고자 한다.
또한, 로터 코어의 회전시 분리형 로터 코어가 외측 방향으로 이탈되지 않도록 하여 내구성이 뛰어난 전동기용 로터 조립체를 제공하고자 한다.
그리고, 동일한 크기의 로터 조립체를 제작함에 있어서, 일체형 로터 코어와 분리형 로터 코어 사이에 자속 누설이 최소화되는 전동기용 로터 조립체를 제공하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는, 샤프트가 관통 결합될 수 있는 샤프트 결합부와, 상기 샤프트 결합부의 외주면에서 방사상으로 형성되는 다수의 코어부재를 포함하는 일체형 로터 코어; 상기 코어부재의 측면에 배치되는 영구자석; 상기 코어부재에 구비되며, 상기 영구자석이 외측 방향으로 이탈되지 않도록 상기 영구자석을 지지하는 제1 지지수단; 상기 다수의 코어부재 사이에서 배치되며, 측면에 상기 코어부재와의 사이에서 상기 영구자석이 배치되는 분리형 로터 코어; 및 상기 분리형 로터 코어에 구비되며, 상기 분리형 로터 코어가 외측 방향으로 이탈되지 않도록 상기 영구자석에 지지되는 제2 지지수단;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는, 상기 제1 지지수단이 상기 코어부재의 측면에서 돌출 형성되어 상기 영구자석의 외측을 지지하는 제1 외측 돌출부로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 코어부재의 측면에 상기 영구자석의 내측을 지지하는 제1 내측 돌출부가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 영구자석의 내측에 상기 제1 내측 돌출부가 결합되는 제1 함몰부가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 제2 지지수단이 상기 분리형 로터 코어의 측면에서 돌출 형성되어 상기 영구자석의 내측에 지지되는 제2 내측 돌출부로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 영구자석의 내측에 상기 제2 내측 돌출부가 결합되는 제2 함몰부가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 샤프트 결합부의 외주면을 마주하는, 상기 분리형 로터 코어의 내측면, 상기 제2 내측 돌출부의 내측면 및 상기 영구자석의 내측면이 연장된 면을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 샤프트 결합부의 외주면과 상기 연장된 면 사이에 공간부가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 공간부에 채워지는 충전부(充塡部)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 분리형 로터 코어에 상기 공간부와 연통하도록 상기 분리형 로터 코어의 내측에서 형성되는 슬릿과, 상기 슬릿의 외측 방향 단부에서 상기 슬릿의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성되는 걸림홀이 형성될 수 있으며, 상기 충전부가, 상기 공간부, 상기 슬릿 및 상기 걸림홀에 채워지는 일체로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 충전부가 비자성체 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 충전부가 상기 공간부에 채워지는 수지(resin)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 분리형 로터 코어의 측면에, 상기 영구자석의 외측을 지지하는 제2 외측 돌출부가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 인접하는 2개의 영구자석의 상호 마주하는 극이 동일한 극성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 코어부재와 상기 분리형 로터 코어가 자성체로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 코어부재와 상기 분리형 로터 코어가 서로 다른 극성을 갖도록 자화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동기용 로터 조립체는 상기 코어부재가 상기 샤프트 결합부의 원주방향을 따라 등간격으로 이격되어 있을 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 따른 전동기용 로터 조립체는, 로터 코어가 일체형 로터 코어 및 분리형 로터 코어로 이루어짐에 따라, 일체형 로터 코어과 분리형 로터 코어 간 자속의 이동이 최소화됨으로써, 고 토크 및 고 출력을 가질 수 있다.
또한, 영구자석이 코어부재에 의해 지지되고, 분리형 로터 코어는 영구자석에 의해 지지됨으로써, 로터 코어의 고속 회전시에도 분리형 로터 코어가 이탈되지 않도록 견고하게 지지될 수 있으며, 이로써 로터 조립체의 내구성이 향상된다.
뿐만 아니라, 동일한 크기의 로터 조립체를 제작함에 있어서, 본 발명에 따른 전동기용 로터 조립체는 영구자석의 내측에 함몰부가 형성되어, 코어부재 및 분리형 로터 코어에 형성된 내측 돌출부가 함몰부에 결합되는 구조를 제시함으로써, 분리형 로터 코어와 일체형 로터 코어 사이에 형성되는 공간부의 사이즈를 더욱 크게 형성할 수 있다. 그리고, 이렇게 확대된 공간부에 비자성체 재질로 된 충전부가 형성됨으로써, 일체형 로터 코어와 분리형 로터 코어 간 자속 누설을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로터 조립체가 적용될 전동기의 측면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절취한 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 로터 조립체의 일체형 로터 코어를 나타낸 도면.
도 4는 도 2에 도시된 로터 조립체의 분리형 로터 코어를 나타낸 도면.
도 5는 도 2에 도시된 영구자석을 나타낸 도면.
도 6은 도 2에 도시된 충전부를 나타낸 도면.
도 7a 내지 도 8b는 도 2에 도시된 로터 조립체의 자속 누설 감소 효과를 알 수 있는 부분 단면도.
도 9는 도 2에 도시된 로터 조립체의 극성을 나타낸 도면.
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. 한편, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 그리고, 본 명세서에서 '내측'이라는 표현과 '외측'이라는 표현이 사용될 수 있는데, 전자는 로터 조립체의 중심을 향하는 쪽을 의미하는 것이고 후자는 로터 조립체의 바깥을 향하는 쪽을 의미하는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 전동기용 로터 조립체에 관하여 첨부도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전동기의 측면도, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 절취한 단면도, 도 3은 도 2에 도시된 로터 조립체의 일체형 로터 코어를 나타낸 도면, 도 4는 도 2에 도시된 로터 조립체의 분리형 로터 코어를 나타낸 도면, 도 5는 도 2에 도시된 영구자석을 나타낸 도면, 도 6은 도 2에 도시된 충전부를 나타낸 도면, 도 7a 내지 도 8b는 도 2에 도시된 로터 조립체의 자속 누설 감소 효과를 알 수 있는 부분 단면도, 그리고 도 9는 도 2에 도시된 로터 조립체의 극성을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전동기(1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 조립체(100)와, 스테이터(200), 그리고 샤프트(300)가 포함되어 이루어지며, 로터 조립체(100)는 샤프트(300)에 결합되어 스테이터(200) 내부에서 회전가능하게 수용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터 조립체(100)는 일체형 로터 코어(110), 분리형 로터 코어(120) 및 영구자석(130)이 포함되어 이루어질 수 있다. 이때, 일체형 로터 코어(110) 및 분리형 로터 코어(120)는 다수의 판상 부재가 샤프트(300)의 축방향을 따라 적층되어 형성될 수 있다.
일체형 로터 코어(110)는 자성체로 이루어지며, 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트(300)가 관통 결합될 수 있는 샤프트 결합부(111)와, 샤프트 결합부(111)의 외주면에서 방사상으로 형성되는 다수의 코어부재(112)를 포함하여 이루어질 수 있다.
샤프트 결합부(111)는 중앙에 샤프트(300)가 관통 결합되는 관통홀(111a)이 형성된다. 그리고, 코어부재(112)는 샤프트 결합부(111)의 외주면에서 방사상으로 형성되는 다수로 이루어지며, 이때 다수의 코어부재(112)는 샤프트 결합부(111)의 원주방향을 따라 등간격으로 이격되어 배치되도록 형성될 수 있다. 도시된 예에서는, 4개의 코어부재(112)가 형성되는 일체형 로터 코어(110)가 도시되고 있다. 하지만, 이러한 예로 한정되지 않는다. 코어부재(112)의 수는 전동기(1)의 출력을 증가시키는 등의 목적을 달성하기 위해 적절한 수로 선택될 수 있다. 후술할 영구자석(130) 및 분리형 로터 코어(120)의 수도 마찬가지다. 다만, 분리형 로터 코어(120)의 수는 다수의 코어부재(112) 사이의 공간에 모두 배치되도록 코어부재(112)의 수와 동일한 수로 구비될 수 있으며, 영구자석(130)은 코어부재(112)와 분리형 로터 코어(120)의 사이 공간에 모두 배치되는 수로 구비될 수 있다.
영구자석(130)은 코어부재(112)의 측면에 배치된다. 영구자석(130)은, 자속 누설을 최소화하도록 코어부재(112)의 측면에 밀착되어 배치될 수 있다. 도 2에서는 일 예로서, 다수의 코어부재(112) 좌우 양 측면에 모두 배치되는 8개로 구비된 영구자석(130)이 도시되고 있다.
한편, 코어부재(112)는 코어부재(112)의 측면에 배치된 영구자석(130)이 로터 조립체(100)의 외측방향으로 이탈되지 않도록 하는 제1 지지수단이 구비될 수 있다. 영구자석(130)은 로터 조립체(100)의 고속 회전시 로터 조립체(100)의 외측방향으로 원심력을 작용받는다. 이때 영구자석(130)이 로터 조립체(100)의 외측방향으로 이탈되지 않도록, 코어부재(112)에 영구자석(130)을 지지하는 제1 지지수단이 구비될 수 있다. 구체적으로 제1 지지수단은, 도 3에 도시된 바와 같이 코어부재(112)의 외측 측면에서 돌출 형성되는 제1 외측 돌출부(113)로 이루어질 수 있다. 제1 외측 돌출부(113)는 코어부재(112)의 측면에서 돌출 형성되므로, 제1 외측 돌출부(113)의 일측면, 즉 로터 조립체(100)의 중심 쪽을 향하는 제1 외측 돌출부(113)의 내측면은 영구자석(130) 외측면의 한쪽 가장자리를 받쳐 지지하게 된다. 따라서, 영구자석(130)은 로터 조립체(100)의 외측 방향에 대하여 제1 외측 돌출부(113)의 일측면에 의해 지지되며, 로터 조립체(100)의 고속 회전시에도 로터 조립체(100)의 외측방향으로 이탈되지 않고 제 위치를 고수할 수 있다.
제1 지지수단은 전술한 제1 외측 돌출부(113)의 예로만 한정되는 것은 아니다. 제1 지지수단은 제1 외측 돌출부(113)와 다른 예로서, 영구자석(130)의 외측이 아닌 중앙측을 지지하도록 형성될 수도 있다. 구체적으로, 도시되어 있지는 않지만, 제1 지지수단은 제1 외측 돌출부(113)와 후술할 제1 내측 돌출부(114)의 사이가 되는 코어부재(112)의 측면에서 제1 외측 돌출부(113)와 마찬가지의 형상으로 돌출 형성되는 중앙측 돌출부로 이루어질 수도 있다. 이 경우 중앙측 돌출부에 대응하는 영구자석(130) 부위에 중앙측 돌출부가 삽입될 수 있는 삽입 공간이 형성될 수 있으며, 중앙측 돌출부는 상기한 삽입 공간에 삽입 결합되어 영구자석(130)을 지지할 수도 있다. 그 외에도 제1 지지수단은 로터 조립체(100)의 외측 방향에 대하여 영구자석(130)을 지지할 수 있는 다양한 위치 및 형상을 가지면서 코어부재(112)에 마련될 수 있다.
한편, 코어부재(112)는 영구자석(130)의 내측을 지지하는 제1 내측 돌출부(114)가 더 형성될 수 있다. 제1 내측 돌출부(114)는 샤프트 결합부(111)에 근접하는 코어부재(112)의 내측 측면에서 돌출 형성될 수 있다. 제1 내측 돌출부(114)의 일측면, 즉 로터 조립체(100)의 외측 방향을 향하는 제1 내측 돌출부(114)의 외측면은 영구자석(130) 내측면의 한쪽 가장자리를 받쳐 지지하게 된다. 코어부재(112)에 제1 외측 돌출부(113)와 더불어 제1 내측 돌출부(114)가 함께 형성되는 경우로서 제1 내측 돌출부(114)의 일측면과 제1 외측 돌출부(113)의 일측면 사이의 간격이 영구자석(130)의 길이에 대응하도록 형성되면, 영구자석(130)은 내, 외측면 각각의 한쪽 가장자리가 제1 내측 돌출부(114) 및 제1 외측 돌출부(113)에 의해 동시에 지지될 수 있다. 따라서, 영구자석(130)은 후술할 분리형 로터 코어(120)에 의해 지지되는 것과 더불어 코어부재(112)에 의해 유동없이 안정적으로 지지되면서 제 위치를 고수할 수 있다.
분리형 로터 코어(120)는 일체형 로터 코어(110)와 마찬가지로 자성체로 이루어지며, 도 4에 도시된 바와 같이 코어부재(112)와 유사한 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고 다수의 코어부재(112) 사이의 공간에 배치된다. 분리형 로터 코어(120)는 다수의 코어부재(112) 사이의 공간에 배치된 상태에서 측면에 전술한 영구자석(130)이 밀착되어 배치된다. 영구자석(130)은 서로 마주하는 분리형 로터 코어(120)의 측면 및 코어부재(112)의 측면 사이에 배치되는 것이다. 영구자석(130)이 이와 같이 스포크 타입(spoke type)으로 배치됨으로써, 전동기(1)는 자석이용 효율성을 극대화시킬 수 있고, 이에 따라 토크 및 출력이 더욱 향상될 수 있다.
분리형 로터 코어(120)는 영구자석(130)에 의해 지지되는 제2 지지수단이 구비될 수 있다. 제2 지지수단은 로터 조립체(100)의 고속 회전시 발생하는 원심력에 의해 분리형 로터 코어(120)가 로터 조립체(100)의 외측방향으로 이탈되는 것을 방지하는 기능을 수행하는 것이다. 제2 지지수단는 일 예로서, 분리형 로터 코어(120)의 측면에서 돌출 형성되는 제2 내측 돌출부(122)로 이루어질 수 있다. 구체적으로 제2 내측 돌출부(122)는 샤프트 결합부(111)에 근접하는 분리형 로터 코어(120)의 내측 측면에서 돌출 형성된다. 그리고, 제2 내측 돌출부(122)의 일측면, 즉 로터 조립체(100)의 외측 방향을 바라보는 제2 내측 돌출부(122)의 외측면은 영구자석(130) 내측면의 한쪽 가장자리에 접촉하여 지지된다. 영구자석(130)은 전술한 바와 같이 제1 지지수단에 의해 지지되면서 코어부재(112)의 측면에서 제 위치를 고수하게 된다. 이러한 영구자석(130)에 대하여 제2 내측 돌출부(122)의 일측면이 영구자석(130)의 내측면 한쪽 가장자리에 접촉하여 지지됨으로써, 분리형 로터 코어(120)는 영구자석(130)에 의해 지지될 수 있다. 따라서, 로터 조립체(100)의 고속 회전시 분리형 로터 코어(120)는 로터 조립체(100)의 외측 방향으로 이탈되지 않고 안정적으로 제 위치를 고수하게 된다. 본 발명에 따른 로터 조립체(100)가 이와 같은 구조로 이루어짐에 따라 전동기(1)의 내구성이 크게 향상될 수 있다.
분리형 로터 코어(120)는 영구자석(130)의 외측을 지지하는 제2 외측 돌출부(121)가 더 형성될 수 있다. 구체적으로 제2 외측 돌출부(121)는 분리형 로터 코어(120)의 외측 측면에서 돌출 형성된다. 제2 외측 돌출부(121)의 일측면, 즉 로터 조립체(100)의 중심 쪽을 향하는 제2 외측 돌출부(121)의 내측면은 영구자석(130) 외측면의 한쪽 가장자리를 받쳐 지지하게 된다. 이러한 제2 외측 돌출부(121)는 전술한 제1 외측 돌출부(113)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 그리고, 분리형 로터 코어(120)에 전술한 제2 내측 돌출부(122)가 더불어 구비되는 경우, 제2 외측 돌출부(121)와 제2 내측 돌출부(122) 사이의 간격이 영구자석(130)의 길이에 대응하도록 형성됨으로써, 제2 내측 돌출부(122)가 영구자석(130)의 내측면 가장자리에 의해 지지되는 동시에, 제2 외측 돌출부(121)가 영구자석(130)의 외측면 가장자리를 지지할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 영구자석(130)의 내측에는 제1 내측 돌출부(114)가 결합되는 제1 함몰부(131)가 형성될 수 있다. 제1 함몰부(131)는 영구자석(130) 내측의 한쪽 가장자리에서 함몰되어 형성될 수 있다. 이때, 자속 누설 방지를 위해 영구자석(130)이 코어부재(112)에 틈이 없이 밀착되어 접촉될 수 있도록, 제1 함몰부(131)의 함몰 형상은 제1 함몰부(131)에 결합되는 제1 내측 돌출부(114)의 형상에 대응하여 형성되는 것이 바람직하다. 제1 함몰부(131)가 형성됨으로써, 제1 내측 돌출부(114)가 제1 함몰부(131)에 결합되어 더욱 안정적으로 영구자석(130)을 지지할 수 있다. 또한, 영구자석(130)의 내, 외측 구분이 용이함에 따라 로터 조립체(100)의 조립이 더욱 편리해진다.
또한, 영구자석(130) 내측의 다른 쪽 가장자리에는 제2 내측 돌출부(122)가 결합되는 제2 함몰부(132)가 형성될 수도 있다. 제2 함몰부(132)의 함몰 형상은 제1 함몰부(131)의 경우와 마찬가지의 이유로, 제2 내측 돌출부(122)의 형상에 대응하여 형성되는 것이 바람직하다. 제2 함몰부(132)가 형성됨으로써, 제1 함몰부(131)에 의한 이점과 동일한 이점이 제공될 수 있다. 더불어 제2 함몰부(132)는 제2 내측 돌출부(122)가 제2 함몰부(132)에 결합될 수 있도록 함으로써, 후술할 공간부(101)가 더 크게 확보되도록 하는데, 이로 인해 얻어지는 구체적인 효과는 하기에서 더욱 자세히 설명하기로 한다.
한편, 샤프트 결합부(111)의 외주면을 마주하게 되는, 분리형 로터 코어(120)의 내측면, 제2 내측 돌출부(122)의 내측면 및 영구자석(130)의 내측면은 연장된 면으로 형성될 수 있다. 영구자석(130)은, 영구자석(130)의 측면 전체가 분리형 로터 코어(120)의 측면에 접촉되도록 하여 영구자석(130)과 분리형 로터 코어(120) 간 자속 누설을 방지하는 것이 바람직하다. 이때, 전술한 바와 같이 분리형 로터 코어(120), 제2 내측 돌출부(122) 및 영구자석(130) 각각의 내측면이 연장된 면을 이루게 되면, 분리형 로터 코어(120)의 내측면과 샤프트 결합부(111) 외주면 사이의 이격된 공간을 최대한 크게 확보할 수 있다. 로터 조립체(100)가 동일한 크기로 제작된다고 할 때, 즉 샤프트 결합부(111)의 바깥쪽 지름과, 샤프트 결합부(111)의 외주면에서 방사상으로 연장되는 코어부재(112)의 길이 및 영구자석(130)의 길이가 일정한 크기로 정해져 있고, 또한 코어부재(112)의 측면에 배치되는 영구자석(130)의 위치가 동일하다고 할 때, 분리형 로터 코어(120)의 내측면 및 제2 내측 돌출부(122)의 내측면이 영구자석(130)의 내측면 보다 샤프트 결합부(111)의 외주면 쪽으로 더 돌출되지 않도록 영구자석(130)의 내측면과 연장된 면을 이루게 되면, 전술한 이격된 공간의 크기를 더욱 크게 확보할 수 있는 것이다.
특히, 본 발명에 따른 로터 조립체(100)는 전술한 바와 같이 영구자석(130)의 내측에 제2 함몰부(132)가 형성됨에 따라 분리형 로터 코어(120)가 영구자석(130)에 의해 지지되는 구조, 즉 분리형 로터 코어(120)에 제2 지지수단의 일 예로서 제2 내측 돌출부(122)가 구비되는 구조에서 전술한 공간을 더욱더 크게 확보할 있다. 만약 영구자석(130)에 제2 함몰부(132)가 형성되지 않는다면, 제2 내측 돌출부(122)는 동일한 길이의 영구자석(130)에 지지되기 위하여, 본 발명에 따른 분리형 로터 코어(120)보다 더 긴 길이로 제작될 수밖에 없다. 즉, 분리형 로터 코어(120)의 내측면은 영구자석(130)의 내측면과 연장되는 원주상에서 샤프트 결합부(111)의 외주면 쪽으로 더 접근하도록 돌출될 수밖에 없는 것이다. 하지만, 본 발명에 따른 로터 조립체(100)는 제2 함몰부(132)가 형성되는 경우에 영구자석(130)의 측면 전체가 분리형 로터 코어(120)의 측면에 접촉하도록 하면서 동시에 제2 내측 돌출부(122)의 내측면 및 분리형 로터 코어(120)의 내측면이 연장된 면을 형성할 수 있도록 한다. 그리고 이러한 구조적인 특징에 기인하여 전술한 공간이 더욱 크게 확보할 수 있다.
한편, 영구자석(130)의 내측면과, 제2 내측 돌출부(122)의 내측면, 그리고 분리형 로터 코어(120)의 내측면이 연장된 면을 형성하는 경우에, 이러한 연장된 면과 샤프트 결합부(111)의 외주면 사이에는 전술한 공간을 의미하는 공간부(101)가 형성된다.
그리고, 본 발명에 따른 로터 조립체(100)는 상기한 공간부(101)에 채워지는 충전부(充塡部)(140)가 더 포함될 수 있다. 충전부(140)는 공간부(101)에 채워져 형성되는 것으로, 분리형 로터 코어(120)와 일체형 로터 코어(110) 간 자속 누설을 방지하는 기능, 그리고 일체형 로터 코어(110)와 분리형 로터 코어(120)를 서로 일체화시키는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 충전부(140)는 비자성체 재질로 이루어짐으로써 일체형 로터 코어(110)와 분리형 로터 코어(120)의 자속 누설을 방지할 수 있다. 그리고, 공간부(101)에 채워져 경화되는 수지(resin)로 이루어질 수도 있으며, 경화 과정에서 발생되는 충전부(140)의 접착력으로 일체형 로터 코어(110)와 분리형 로터 코어(120)를 일체화시킬 수 있다. 이때, 분리형 로터 코어(120)가 충전부(140)에 의해 일체형 로터 코어(110)에 더욱 견고하게 일체화되도록, 분리형 로터 코어(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 슬릿(123)과 걸림홀(124)이 더 형성될 수 있다. 구체적으로, 슬릿(123)은 공간부(101)로 연통하도록 분리형 로터 코어(120)의 내측 부위에서 형성된다. 그리고 걸림홀(124)은 슬릿(123)의 외측 방향 단부에서 슬릿(123)과 연통하도록 형성된다. 이때 걸림홀(124)은 슬릿(123)의 폭보다 더 큰 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 분리형 로터 코어(120)에 슬릿(123)과 걸림홀(124)이 더 형성되고, 공간부(101), 슬릿(123) 및 걸림홀(124)에 충전부(140)가 일체로서 채워지게 되면, 충전부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이 걸림홀(124) 부위에 형성되는 충전부 부위(141)의 폭이 슬릿(123) 부위에 형성되는 충전부 부위(142)의 폭보다 더 크게 형성된다. 이 경우, 걸림홀(124) 부위에서 형성되는 충전부 부위(141)가 외측 방향에 대하여 분리형 로터 코어(120)를 지지하게 되므로, 분리형 로터 코어(120)는 로터 조립체(100)의 고속 회전시에도 충전부(140)에 의해 더욱 견고하게 일체형 로터 코어(110)와 일체화될 수 있다. 다만, 충전부(140)는 전술한 바와 같이 공간부(101), 슬릿(123) 및 걸림홀(124) 부위에 수지를 채워 경화시킴으로써 형성될 수도 있지만, 이러한 예로 한정되지 않는다. 충전부(140)는 도 6에 도시된 형상의 일체로 된 충전부(140)를 별도로 제작하여 공간부(101), 슬릿(123) 및 걸림홀(124) 부위에 끼워 결합되면서 채워지게 할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 로터 조립체(100)는, 전술한 바와 같이 공간부(101)가 제2 함몰부(132)의 형성으로 최대한으로 확보될 수 있고, 이렇게 최대한으로 확보된 공간부(101)에 비자성체 재질로 된 충전부(140)가 채워짐에 따라 일체형 로터 코어(110)와 분리형 로터 코어(120) 간 자속 누설이 더욱 최소화된다. 이와 같은 효과를 입증하는 실험 결과가 도 7a 내지 도 8b에서 도시되고 있다.
우선, 도 7a 및 도 8a는 동일한 로터 조립체 구조로서, 분리형 로터 코어(120)에 제2 내측 돌출부(122)가 구비되고 영구자석(130)에 제2 함몰부(132)가 형성되지 않은 로터 조립체 구조를 나타낸 것이다. 그리고 도 7b 및 도 8b는 동일한 로터 조립체의 구조로서, 도 7a 및 도 8a에 도시된 로터 조립체의 구조와 비교하여 영구자석(130)에 제2 함몰부(132)가 더 형성되며, 제2 함몰부(132)에 제2 내측 돌출부(122)가 결합된 로터 조립체 구조를 나타낸 것이다.
여기서, 도 7a 및 도 7b는 자속밀도(Magnet Flux Density)가 색차로써 구분되도록 한 실험 결과에 관한 것으로서, 도면에 나타난 색이 어두운 청색에 가까울수록 자속밀도가 작음을 나타내며, 밝은 노란색에 가까울수록 자속밀도가 큼을 나타낸다. 그리고, 도 8a 및 도 8b는 자속밀도의 크고 작음을 자기력선으로써 알 수 있게 한 실험 결과에 관한 것이다.
도 7a 및 도 7b 또는 도 8a 및 도 8b를 서로 비교하면 알 수 있듯이, 동일한 크기의 로터 조립체를 제작한다고 할 때, 제2 함몰부(132)가 더 형성된 로터 조립체의 구조에서 공간부(101)의 사이즈가 더 크게 확보됨을 알 수 있다. 공간부(101)의 사이즈가 더 크게 확보됨에 따라, 공간부(101)에 채워지는 충전부(140)의 사이즈 역시 더 크게 확보된다. 즉, 제2 함몰부(132)가 형성된 로터 조립체는 일체형 로터 코어(110)와 분리형 로터 코어(120) 사이의 비자성 공간이 더욱 확장되는 것이다. 이로 인해 제2 함몰부(132)가 형성된 로터 조립체 구조는 충전부(140)에서 자속밀도가 더욱 감소한다. 이러한 사실은, 도 7a에 도시된 충전부(140) 부위에 노란색에 가까운 붉은 계열의 색이 넓게 분포하는 반면, 도 7b에 도시된 충전부(140) 부위에 붉은 계열의 색은 거의 존재하지 않고 청색에 가까운 색이 대부분을 차지하고 있는 실험 결과를 통해서 확인할 수 있다. 또한, 도 8a 및 도 8b를 비교해보아도 알 수 있다. 도 8a에 도시된 충전부(140) 부위의 자기력선은 자기력선의 수가 많으면서 촘촘한 반면, 8b에 도시된 충전부(140) 부위의 자기력선은 도 8a와 비교하여 자기력선의 수가 훨씬 적으면서 성김을 알 수 있다. 이는, 비자성 공간인 충전부(140)의 사이즈가 더 크게 확보됨으로써 충전부(140)에 근접한 영구자석(130)의 내측 부근의 자속밀도의 크기가 줄고 상대적으로 영구자석(130)의 외측 부근의 자속밀도의 크기가 증가했기 때문이다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 8개의 영구자석(130)은 샤프트(300)를 중심으로 하여 원주방향을 따라 등간격으로 배열된다. 이때, 바람직하기로 영구자석(130) 중 인접해 있는 2개의 영구자석(130)의 상호 마주하는 극이 동일한 극성(same polarity)을 갖도록 배열된다. 예컨대 로터 조립체(100)에서, 일체형 로터 코어(110)는 영구자석(130)에 의한 자화를 통해 전체적으로 N극성을 형성하게 되는 반면, 각각의 분리형 로터 코어(120)는 S극성을 형성하게 된다. 이와 달리, 일체형 로터 코어(110)가 S극성을 형성하는 동시에 분리형 로터 코어(120)는 N극성을 형성할 수도 있다.
특히, 일체형 로터 코어(110)는 영구자석(130)에 의한 자화로 동일한 극성(예컨대 N극)을 갖게 되는데, 일체형 로터 코어(110)는 동일 극성으로 이루어져 있기 때문에 내부적으로 자속의 이동이 없게 되어 자속 누설이 거의 없다.
또한, 분리형 로터 코어(120)는 영구자석(130)에 의한 자화로 일체형 로터 코어(110)와는 다른 극성(예컨대 S극)을 갖게 된다. 이때, 분리형 로터 코어(120)와 일체형 로터 코어(110)는 직접적으로 접촉되지 않고 오로지 비자성체의 충전부(140)를 통해 상호 일체화되고 있기 때문에, 상호간 자속 누설을 최소화할 수 있다. 특히, 충전부(140)는 전술한 바와 같이 제2 함몰부(132)의 형성으로 더욱 큰 사이즈로 형성될 수 있는데, 이 경우 일체형 로터 코어(110)와 분리형 로터 코어(120) 사이의 자속 누설은 더욱 최소화될 수 있다.
일체형 로터 코어(110)와 분리형 로터 코어(120)가 이와 같이 상호 분리되어 있는 상태로 다른 극성을 갖게 되고, 극과 극 사이에 자속 누설이 최소화됨에 따라 본 발명의 로터 조립체(100)가 적용되는 전동기(1)는 매우 높은 토크 특성을 제공할 수 있다.
덧붙여서, 본 발명에 따른 로터 조립체(100)는 스포크 형태로 배열된 영구자석(130)의 최외각 측면 상에 배치될 차폐부재(150)를 더 포함할 수 있다. 차폐부재(150)는 도 2 및 도 9에 도시된 바와 같이 대향되게 배치된 일체형 로터 코어(110)의 제1 외측 돌출부(113)와 분리형 로터 코어(120)의 제2 외측 돌출부(121) 그리고 영구자석(130) 외측면의 배열상태에 대응되도록 형성될 수 있다. 이 차폐부재(150) 또한 충전부(140)와 마찬가지로 비자성체로 이루어지도록 함으로써, 로터 조립체(100)의 외부로 발생될 수 있는 자속 누설을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전동기용 로터 조립체는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 따라서, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 볼 수 있으며, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 전동기 100: 로터 조립체
101: 공간부 110: 일체형 로터 코어
111: 샤프트 결합부 111a: 관통홀
112: 코어부재 113: 제1 외측 돌출부
114: 제1 내측 돌출부 120: 분리형 로터 코어
121: 제2 외측 돌출부 122: 제2 내측 돌출부
123: 슬릿 124: 걸림홀
130: 영구자석 131: 제1 함몰부
132: 제2 함몰부 140: 충전부
150: 차폐부재 200: 스테이터
300: 샤프트

Claims (17)

  1. 샤프트가 관통 결합될 수 있는 샤프트 결합부와, 상기 샤프트 결합부의 외주면에서 방사상으로 형성되는 다수의 코어부재를 포함하는 일체형 로터 코어;
    상기 코어부재의 측면에 배치되는 영구자석;
    상기 코어부재에 구비되며, 상기 영구자석이 외측 방향으로 이탈되지 않도록 상기 영구자석을 지지하는 제1 지지수단;
    상기 다수의 코어부재 사이에서 배치되며, 측면에 상기 코어부재와의 사이에서 상기 영구자석이 배치되는 분리형 로터 코어; 및
    상기 분리형 로터 코어에 구비되며, 상기 분리형 로터 코어가 외측 방향으로 이탈되지 않도록 상기 영구자석에 지지되는 제2 지지수단;을 포함하는 전동기용 로터 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 지지수단은, 상기 코어부재의 측면에서 돌출 형성되어 상기 영구자석의 외측을 지지하는 제1 외측 돌출부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어부재의 측면에, 상기 영구자석의 내측을 지지하는 제1 내측 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 영구자석의 내측에 상기 제1 내측 돌출부가 결합되는 제1 함몰부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 지지수단은, 상기 분리형 로터 코어의 측면에서 돌출 형성되어 상기 영구자석의 내측에 지지되는 제2 내측 돌출부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 영구자석의 내측에 상기 제2 내측 돌출부가 결합되는 제2 함몰부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 샤프트 결합부의 외주면을 마주하는, 상기 분리형 로터 코어의 내측면, 상기 제2 내측 돌출부의 내측면 및 상기 영구자석의 내측면은 연장된 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 샤프트 결합부의 외주면과 상기 연장된 면 사이에 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 공간부에 채워지는 충전부(充塡部);를 더 포함하는 전동기용 로터 조립체.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리형 로터 코어는, 상기 공간부와 연통하도록 상기 분리형 로터 코어의 내측에서 형성되는 슬릿과, 상기 슬릿의 외측 방향 단부에서 상기 슬릿의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성되는 걸림홀이 형성되며,
    상기 충전부는, 상기 공간부, 상기 슬릿 및 상기 걸림홀에 채워지는 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 충전부는 비자성체 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 충전부는 상기 공간부에 채워지는 수지(resin)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리형 로터 코어의 측면에, 상기 영구자석의 외측을 지지하는 제2 외측 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 코어.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 영구자석은 인접하는 2개의 영구자석의 상호 마주하는 극이 동일한 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어부재와 상기 분리형 로터 코어는 자성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어부재와 상기 분리형 로터 코어는 서로 다른 극성을 갖도록 자화되는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어부재는 상기 샤프트 결합부의 원주방향을 따라 등간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기용 로터 조립체.
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