KR20140100337A - Ipm 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IPM 모터의 회전자에 사용되는 영구자석을 고정하기 위한 IPM 모터용 회전자의 모터 고정 구조체에 관한 것으로, 조립 공정의 간소화에 의해 생산비용은 절감하고 생산성은 향상시킬 수 있으며, 모터의 특성을 균일하게 하여 품질을 향상시킬 수 있는 IPM 모터용 회전자의 모터 고정 구조체에 관한 것이다.

Description

IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체{STRUCTURE FOR FIXING MAGNET OF IPM MOTOR}

본 발명은 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 회전자에 사용되는 영구자석을 고정하기 위한 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 그 종류가 다양하지만, 최근에는 높은 효율의 영구자석이 설치되는 무정류자(Brushless) 모터가 많이 사용되고 있는데, 이는 기존의 정류자가 있는 직류 모터에서 브러시, 정류자 등 기계적인 접촉부를 없애고, 전자적인 정류 기구를 설치한 직류 모터를 말하는 것으로 미래형 고효율 모터로서 각광을 받고 있으며, 또한 정류자 모터에 비해 수명이 길고, 정류자와 브러시가 삭제된 구조이므로 전기적, 기계적 노이즈가 발생되지 않는다는 장점이 있어 사용범위가 매우 넓다.

모터에서 영구자석은 회전자의 자계를 형성하기 위한 것으로, 그 설치 위치에서 회전자 코어로부터 자계가 형성되도록 하고, 영구자석은 회전자 코어의 마그넷 삽입부를 통해 고정됨으로써 회전자에 영구자석을 설치하게 된다.

종래의 모터에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 코어의 내측에 회전자 마그넷이 하나씩 삽입된 이후 마그넷 유동을 억제키 위하여 마그넷이 삽입된 상, 하측의 각각에 코킹(caulking)에 의하여 코킹부(43)를 형성한 후, 유동을 완벽하게 방지하기 위해 본드를 도포하고 이후 경화 작업을 거쳐 마그넷 고정 작업을 마무리하였다. 그러나 이와 같이 모터를 제조하기 위해서는 별도의 코어 코킹 설비, 본드 도포 설비, 본드 경화 설비가 필요하기 때문에 제조비용이 상승하고, 또한 본드 도포량 관리 및 경화 조건도 관리해야 함에 따라 관리 비용이 증가되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위한 또 다른 방법으로는 영구자석을 삽입한 후 인서트 몰딩하는 방법이 있다. 하지만 이와 같은 마그넷 본딩 제품 및 인서트 몰딩 제품은 마그넷 및 코어 내측의 문제로 인한 불량 발생 시 수리가 근본적으로 불가능한 한계가 있고, 특히 인서트 몰딩의 경우 제품의 특성 상 제작 시 관리 포인트 증가 및 재료비 상승으로 가격 경쟁력이 떨어져, 이에 대한 개선이 절실하게 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 IPM 모터용 회전자의 새로운 마그넷 고정 구조를 도입함으로써 모터에 적용 시 품질 및 제조공정성을 향상시킬 수 있는 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 회전축과 회전자 코어의 결합을 더욱 견고하게 함으로써 품질 특성을 향상시킨 새로운 구조의 모터를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은

회전축에 고정된 회전자 코어의 주위에 영구자석이 부착 설치되어 이루어진 모터의 회전자에 마그넷을 고정하기 위한 구조체에 있어서, 상기 구조체가

상기 회전자 코어의 마그넷 삽입부 양측의 복수의 공극에 삽입되는 복수의 결합부들을 구비하는 하부 링 웨지; 및

상기 회전자 코어의 대향하는 측면에 취부되고, 마그넷 삽입부 양측의 복수의 공극에 삽입되는 복수의 결합부들을 구비하는 상부 링 웨지를 포함하고,

상기 회전자 코어의 마그넷 삽입부에 마그넷이 삽입된 후 회전자 코어의 공극에 링 웨지가 압입되고 링 웨지 끝단부에 성형되어 있는 요부와 철부가 서로 강제 압입되는 2중 결합 방식으로 마그넷을 고정하도록 구성되는 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체에 관한 것이다.

본 발명의 다른 양상은 회전자 코어의 영구자석들과 상기 마그넷 고정 구조체를 포함하는 모터에 관한 것이다.

본 발명의 IPM 모터용 회전자의 모터 고정 구조체에 의하면 회전자 코어에 마그넷 삽입 시 회전자 코어 상하부 링 웨지의 가이드에 의해서 마그넷을 정렬되게 배치할 수 있게 되어 불평형량으로 인한 언밸런스 양을 줄일 수 있고 일정한 각도로 마그넷을 배치시킬 수 있게 됨에 따라 모터의 품질을 향상시킬 수 있고, 자속의 손실을 방지하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 마그넷을 고정하기 위한 코킹 작업 및 본딩 작업을 생략할 수 있어, 제조비용 및 시간을 절감할 수 있어 제조공정성 및 생산성이 현저하게 향상된다.

더욱이 기존의 마그넷 본딩 제품 및 인서트 몰딩 제품은 마그넷 및 코어 내측의 문제로 인한 불량 발생 시 수리가 근본적으로 불가능하지만, 본 발명의 모터에서는 상하부 웨지가 탈부착 가능한 구조이므로 불량 발생 시 수리가 용이한 이점을 제공할 수 있다.

그리고 본 IPM 모터는 회전 시 발생하는 진동을 줄이기 위하여 회전자에 대하여 밸런스 작업을 실시하게 되는데, 회전자 코어에 대하여 무거운 부위를 감지하여 그 부위를 필요한 만큼 깎아 내게 된다. 이 때 회전자의 무게가 너무 가벼울 경우 밸런스 양을 측정하기에 어려움이 발생하게 되므로, 본 발명에서는 회전자의 무게 및 구조에 따라서 마그넷의 상하에 삽입하는 상하 링 웨지의 재질 및 구조를 플라스틱 사출물에서 BMC 등의 무거운 재질로 변경도 가능하고, 생산방법도 사출에서 프레스, 가공 등 최적의 조건으로 선택 가능함에 따라 밸런스 감지력을 높여 밸런스 작업을 용이하게 할 수 있고 나아가 진동을 효과적으로 줄일 수 있게 된다.

도 1은 종래의 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체를 개략적으로 나타낸 개략사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 회전자의 마그넷 고정 구조체를 포함하는 회전자 조립체의 부분 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 모터에서 상하부 링 웨지만을 분리하여 도시한 개략 사시도이다.
도 4는 도 2의 모터에서 상하부 링 웨지의 결합단부의 구조 및 강제 압입 결합을 설명하기 위한 개략사시도이다.
도 5a-b는 본 발명의 다른 실시예의 회전자 조립체의 상하부 링 웨지의 후크형 결합단부의 체결 전후의 구조를 설명하기 위한 개략사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전자의 마그넷 고정 구조체를 포함하는 모터의 부분 분해사시도이다.
도 7은 도 6의 모터에서 상하부 링 웨지만을 분리하여 도시한 개략 사시도이다.
도 8은 도 6의 구성에서 상하부 링 웨지가 회전자 코어에 결합된 상태를 도시한 개략사시도이다.
도 9는 도 6의 구성에 따라 결합된 상태의 모터의 부분 개략사시도이다.

이하에서 본 발명의 실시예들에 의한 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체에 대해서 첨부 도면들을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예들은 예시로서 도시된 것이며, 첨부된 도면의 구성으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해 공지된 구성들에 대한 상세한 설명은 생략되거나 간략화될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 IPM 모터용 회전자의 모터 고정 구조체를 포함하는 회전자 조립체의 부분 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 모터의 상하부 링 웨지의 개략 사시도이고, 도 4는 상하부 링 웨지의 결합단부들의 구조를 설명하기 위한 개략사시도이다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예의 회전자 마그넷 고정 구조체는 하부 링 웨지(10)와 상부 링 웨지(40)를 포함한다. 회전자 조립체의 중앙에는 회전축이 삽입되는 축공이 형성되고, 회전자 코어(20)의 원주방향 내측에는 등간격을 두고 방사상으로 형성된 다수의 마그넷 삽입부가 수직으로 관통되며, 이러한 마그넷 삽입부의 내측에는 마그넷(30)이 삽입된다. 기존의 회전자 조립체에서는 마그넷을 삽입한 후에 본드를 도포하고 경화시켰다. 그러나 본 발명의 회전자 마그넷 고정 구조체는 상기 회전자 코어(20)의 마그넷 삽입부 양측의 복수의 공극(1)에 삽입되는 복수의 결합부들(15)을 구비하는 하부 링 웨지(10); 및 상기 회전자 코어(20)의 대향하는 측면에 취부되고, 마그넷 삽입부 양측의 복수의 본딩 홀에 삽입되는 복수의 결합부들(45)을 구비하는 상부 링 웨지(40)를 포함하고, 상기 회전자 코어의 마그넷 삽입부에 마그넷이 삽입된 후 상하부 링 웨지들의 결합부들(15, 45)이 서로 압입되어 마그넷(30)을 고정한다.

도 4를 참고하면, 상기 상부 링 웨지(40) 및 상기 하부 링 웨지(10)의 결합부들(45, 15)은 서로 대향하는 결합단부들이 맞물려 체결되도록 그 단부에 요홈(42, 12)과 돌출부(41, 11)를 포함하고, 인접하는 한 쌍의 결합부들 중 하나는 요홈을 포함하고, 다른 하나는 돌출부를 포함하도록 구성된다. 따라서 하부 링 웨지(10)의 결합단부(15)의 요홈(12)과 상부 링 웨지(40)의 결합단부(45)의 돌출부(41)가 서로 맞물리고, 하부 링 웨지(10)의 결합단부(15)의 돌출부(11)가 상부 링 웨지(40)의 결합단부(45)의 요홈(42)과 서로 맞물려 체결된다.

링 웨지를 회전자 코어에 조립 시 상하부 링 웨지의 결합부들(15, 45)이 1차 압입부가 되어 회전자 내부의 본딩 홀에 압입되어 1차 압입이 이루어지고, 상하부 링 웨지들의 결합부의 끝단의 요철부(11, 12, 41, 42)를 통해, 각 끝단의 요철부가 서로 맞물리어 2차 압입 되면, 링 웨지 고정을 위한 본드 도포 등의 추가 공정 없이 링 웨지를 압입만으로 조립이 마무리되므로 추가적인 설비나 공정 시간을 절약할 수 있어 매우 경제적이다.

다른 실시예에서, 도 5a-b에 도시된 바와 같이, 상기 상부 링 웨지(40) 및 상기 하부 링 웨지(10)의 결합부들은 서로 대향하는 결합부들이 맞물려 체결되도록 그 단부에 후크(48, 15)와 후크 체결부(47, 16)를 포함하고, 인접하는 한 쌍의 결합부들 중 하나는 후크(48)를 포함하고, 다른 하나는 후크 체결부(47)를 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 상부 링 웨지(40) 및 하부 링 웨지(10)는 회전자의 무게 및 구조 등

특성에 따라서 중량이 무겁거나 가벼운 다양한 재질과, 사출 및 프레스, 가공 등 다양한 가공 방법을 사용하여 제작될 수 있다.

본 발명에서는 상기 회전자 코어(20)가 6개의 마그넷 삽입부를 포함하는데, 이와 같은 경우 상기 하부 링 웨지(10) 및 상기 상부 링 웨지(40)는 상기 마그넷 삽입부의 마그넷 양측면에 설치된 공극에 삽입되는 12개의 결합부들을 포함할 수 있으나, 상기 마그넷 삽입부의 개수 및 상기 결합부들의 수가 반드시 위와 같이 한정되는 것은 아니다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전자의 마그넷 고정 구조체를 포함하는 모터의 부분 분해사시도이고, 도 7은 도 6의 모터에서 상하부 링 웨지만을 분리하여 도시한 개략 사시도이다. 본 발명의 다른 실시예의 마그넷 고정 구조체는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 링 웨지(40‘)의 상부 표면 및 하부 링 웨지(10’)의 하부 표면 위에 형성된 발열 냉각을 위한 하나 이상의 냉각 블레이드(14, 44)를 포함할 수 있다.

도 8은 도 6의 구성에서 상하부 링 웨지가 회전자 코어에 결합된 상태를

도시한 개략사시도이고, 도 9는 도 6의 구성에 따라 결합된 상태의 모터의 부분

개략사시도이다. 도 8 및 도 9를 참고하면, 조립된 상태에서 냉각 블레이드(14, 44)는 회전자가 회전할 때 함께 회전하면서 고정자 코일 및 회전자 코어 상하측의 볼 베어링부(미도시)를 냉각시켜 부품의 신뢰성을 향상시킨다. 이러한 냉각 블레이드(14, 44)의 형태 및 수는 특별히 제한되지 않고, 모터가 회전할 때, 선풍기의 날개와 같은 기능을 하여 모터에서 발생되는 열을 발열할 수 있는 형태라면 어느 것이나 좋다. 도 6 및 도 7에 도시된 것과는 달리 선풍기 날개와 유사한 형태의 유선형으로 구성될 수도 있다. 이러한 냉각 블레이드들(14, 44)은 상하부 링 웨지들로부터 일체로 연장형성될 수 있다.

본 발명의 회전자의 마그넷 고정 구조체는 상기 상부 링 웨지(40, 40‘) 및 하부 링 웨지(10, 10’)는 사출 성형에 의해서 형성된 사출물일 수 있다. 회전자 코어의 마그넷 삽입부는 일반적으로 마그넷 삽입이 용이하도록 마그넷 치수에 비해 크게 설계되어 좌, 우 유동이 발생되는데, 마그넷이 마그넷 삽입부에 삽입되는 경우에 자석이 견고하게 고정되지 않으면, 영구자석이 흔들려 진동이 발생하거나 간극을 통해서 전기적으로 손실이 발생하여 설계시의 자속이 발생하지 않게 되는 등의 문제가 발생될 수 있다. 그러나 본 발명에서는 마그넷 삽입 시 회전자 코어 하측에 기 삽입된 링 웨지의 결합부들의 가이드에 의해 마그넷이 정렬되게 위치할 수 있게 되어 불평 형량으로 인한 언밸런스 량을 줄일 수 있다. 이렇게 되면 밸런싱 작업 시 언밸런스 량을 감소시키는 가공 시간을 줄일 수 있어 생산성 향상을 도모할 수 있고, 언밸런스 량이 감소되면 컷팅량도 줄일 수 있고 그에 따른 자속포화도 억제할 수 있어 모터의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 마그넷의 배치를 등간격으로 할 수 있어 마그넷의 위치 변화에 따른 모터의 토크 리플을 원천적으로 막을 수 있다. 따라서 본 발명의 마그넷 고정 구조체에 의하면 자속의 손실을 방지하여 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 마그넷 고정을 위한 별도의 코킹 작업을 생략할 수 있기 때문에 별도의 코어 코킹 설비, 본드 도포 설비, 본드 경화 설비를 갖출 필요가 없어 생산 비용을 절감할 수 있다. 한편, 마그넷 본딩 제품 및 인서트 몰딩 제품은 마그넷 및 코어 내측의 문제로 인한 불량 발생 시 수리가 근본적으로 불가능하나 본 발명의 마그넷 고정 구조체는 탈착 구조이므로 수리가 용이한 이점을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 양상은 이상에서 설명한 마그넷 고정 구조체를 포함하는 모터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는, 상호 대향되도록 각각 설치되는 제1 및 제2 볼 베어링(미도시) 사이에 지지되어 회전 가능하게 설치되는 회전축, 상기 회전축에 결합되어 회전축과 일체로 회전하는 회전자 조립체(rotor assembly); 상기 회전자를 감싸도록 설치되어 회전자를 회전시키는 고정자를 포함한다. 본 발명의 모터에서는 회전자 조립체의 양 단에 하부 링 웨지 및 상부 링 웨지가 결합되는데, 상하부 링 웨지들로부터 연장형성되는 복수의 결합부들이 회전자 조립체의 본딩 홀에 삽입되어 마그넷이 유동이 없도록 완벽하게 고정되고, 상기 결합부의 끝단의 요철부가 맞물림 결합될 경우 이러한 결합은 더욱 더 공고해질 수 있다. 본 발명의 모터는 IPM 모터일 수 있다.

본 발명의 모터에서는 상하부 링 웨지에 의해 회전자 조립체를 쉽게 조립할 수 있기 때문에 모터의 회전자 조립체의 조립 공정을 간소화할 수 있고, 이를 통해 IPM 모터의 생산비용을 절감하고 생산성을 높일 수 있다. 또한 상하부 링 웨지들의 서로 대향하는 단부에 요부 및 돌출부를 형성하여, 각 끝단의 요철부가 서로 맞물려 조립되고, 특히 치수 조절을 통해 강제 압입 되도록 하면, 추가 공정 없이 링 웨지의 압입만으로 조립이 마무리할 수 있어 매우 경제적이다.

또한 IPM 모터는 회전 시 발생하는 진동을 줄이기 위하여 회전자에 대하여 밸런싱 작업을 실시하여야만 한다. 이때 회전자를 밸런싱 가공 전용기에 장착하고 회전시켜 상하, 좌우 대비 무거운 부위를 감지하여 그 부위를 초과 중량만큼 깎아 내게 되는데, 회전자의 무게가 너무 가벼울 경우 밸런스 양을 측정하기에 어려움이 발생하게 된다. 이를 보완하기 위하여 본 발명에서는 마그넷의 상하에 삽입하는 상하 링 웨지의 재질 및 구조를 엔지니어링 플라스틱 등의 사출물에서 BMC 등의 무거운 재질로 변경도 가능하고, 생산 방법도 사출에서 프레스, 가공 등 경우에 따라 최적의 조건으로 선택함에 따라 회전자의 무게를 조절하여 밸런스 감지력을 높이고, 밸런싱 작업을 용이하게 할 수 있고 나아가 진동을 효과적으로 줄일 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들도 본 발명의 보호범위에 포괄되는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 기술 사상의 범주를 벗어나지 않는 한, 형상 및 재질, 치수 등의 변경이 가능함은 물론이다.

10 : 하부 링 웨지 20 : 회전자 코어
30 : 마그넷 40 : 상부 링 웨지
15, 45: 결합부 14, 44: 냉각 블레이드
11, 41 : 돌출부 12, 42: 요홈
15, 48 : 후크 16, 47: 후크 체결부

Claims (7)

1. 회전축에 고정된 회전자 코어의 주위에 영구자석이 부착 설치되어 이루어진 모터의 회전자에 마그넷을 고정하기 위한 구조체에 있어서, 상기 구조체가
   상기 회전자 코어의 마그넷 삽입부 양측의 복수의 공극에 삽입되는
   복수의 결합부들을 구비하는 하부 링 웨지; 및
   상기 회전자 코어의 대향하는 측면에 취부되고, 마그넷 삽입부 양측의 복수의 공극에 삽입되는 복수의 결합부들을 구비하는 상부 링 웨지를 포함하고,
   상기 회전자 코어의 마그넷 삽입부에 마그넷들이 삽입된 후 회전자 코어의 공극들에 압입된 상기 결합부들이 서로 체결되어 마그넷을 고정하도록 구성되는 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 상하부 링 웨지는 상기 마그넷 삽입부의 마그넷 양측면에 설치된 공극에 삽입되는 복수개의 결합부들을 포함하는 것을 특징으로
   하는 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 마그넷 고정 구조체가 상부 링 웨지의 상부 표면 및 하부 링 웨지의 하부 표면 위에 형성된 발열 냉각을 위한 하나 이상의 냉각 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 상부 링 웨지 및 상기 하부 링 웨지의 결합부들은 서로 대향하는 결합부들이 맞물려 체결되도록 그 단부에 요홈과 돌출부를 포함하고, 인접하는 한 쌍의 결합부들 중 하나는 요홈을 포함하고, 다른 하나는 돌출부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 상부 링 웨지 및 상기 하부 링 웨지의 결합부들은 서로 대향하는 결합부들이 맞물려 체결되도록 그 단부에 후크와 후크 체결부를 포함하고, 인접하는 한 쌍의 결합부들 중 하나는 후크를 포함하고, 다른 하나는 후크 체결부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 상부 링 웨지 및 하부 링 웨지는 사출 성형에 의해서 형성된 사출물인 것을 특징으로 IPM 모터용 회전자의 마그넷 고정 구조체.
   
7. 상호 결합되어 내부에 수용공간을 형성하는 전방 및 후방 하우징, 상기 전방 및 후방 하우징에 상호 대향되도록 각각 설치되는 제1 및 제2 볼 베어링 사이에 지지되어 회전 가능하게 설치되는 회전축, 상기 회전축에 결합되어 회전축과 일체로 회전하는 회전자, 상기 전방 및 후방 하우징의 내부 수용공간에 설치되되 회전자를 감싸도록 설치되어 회전자를 회전시키는 고정자를 포함하는 모터에 있어서, 상기 회전자의 마그넷들이 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항의 마그넷 고정 구조체에 의해서 고정된 것을 특징으로 하는 모터.

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