KR20150007371A - 비엘디씨 모터의 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비엘디씨 모터의 회전자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전자에 구비되는 영구자석의 형상 및 회전자 코어의 형상 개선을 통해 높은 유도기전력이 발생되도록 하여 토크를 높임으로써 출력을 보다 향상시키도록 한 비엘디씨 모터의 회전자에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 영구자석의 형상을 사다리꼴 형상으로 개선함과 동시에 회전자 코어의 형상 개선을 통해 높은 유도기전력이 발생되도록 하여 토크를 높임으로써 출력을 보다 향상시키도록 하는 효과를 나타낸다.

Description

비엘디씨 모터의 회전자{ROTOR OF BLUSH LESS DIRECT CURRENT MOTOR}

본 발명은 비엘디씨 모터의 회전자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전자에 구비되는 영구자석의 형상 및 회전자 코어의 형상 개선을 통해 높은 유도기전력이 발생되도록 하여 토크를 높임으로써 출력을 보다 향상시키도록 한 비엘디씨 모터의 회전자에 관한 것이다.

일반적으로, 비엘디씨 모터(BLUSH LESS DIRECT CURRENT(BLDC) MOTOR)는 디씨(DC)모터에서 브러쉬가 없는 모터로서, 상기 BLDC 모터는 반도체 소자로 전류를 제어함에 따라 브러쉬를 사용할 필요가 없어 수명이 반영구적이고, 토크가 비교적 높아 고속회전도 가능하며, 모터 드라이브 회로에서 전류제어가 용이하여 모터의 속도조절을 쉽게 할 수 있도록 하는 모터이다.

이러한 비엘디씨 모터는 통상 내면에 코일이 권선되는 다수의 티스가 구비된 고정자 및 상기 고정자 내부에 위치되며 다수개의 영구자석이 구비되며 회전축이 마련된 회전자를 포함하여 구성된다. 상기 회전자는 영구자석의 배치 방식에 따라 크게 세 가지로 구분된다. 먼저, 회전자의 표면에 부착하는 표면부착형, 회전자의 가장자리 부분에 원주 방향으로 매입하는 원주 매입형 및 상기 회전자의 회전축을 중심으로 방사형으로 매입하는 방사 매입형이 있는데, 근래에는 회전자에 영구자석을 매입하는 방식이 널리 사용되고 있다. 예컨대, 대한민국공개특허 제10-2009-0080731호가 대표적인 매입형 회전자를 보이고 있다. 이를 참조로 하면, 회전자의 형상을 개선하여 토크를 높이면서도 진동 및 소음을 감소를 구현하게 된다. 그러나, 회전자의 형상 개선만으로는 더 높은 출력을 기대하기에는 한계가 있어 근래에는 회전자와 함께 영구자석 형상의 개선을 통해 보다 높은 출력 향상을 위한 연구와 개발이 시도되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 회전자에 구비되는 영구자석의 형상 및 회전자 코어의 형상 개선을 통해 높은 유도기전력이 발생되도록 하여 토크를 높임으로써 출력을 보다 향상시키도록 한 비엘디씨 모터의 회전자를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가운데 부분에는 회전축이 구비되고, 방사형 형태로 중심부에서 외주연으로 갈수록 간격이 넓어지는 다수의 매입공간부가 형성된 회전자; 및 상기 회전자의 매입공간부에 설치되되, 상기 회전자의 중심부에 가까운 아랫변의 길이 보다 윗변의 길이가 길어 전체적으로 사다리꼴 형상을 가지는 영구자석;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 회전자에 형성된 매입공간부는 외측으로 개방된 형상이되, 그 끝단에는 내향된 걸림턱이 형성되어 영구자석을 단단히 고정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 영구자석의 형상을 사다리꼴 형상으로 개선함과 동시에 회전자 코어의 형상 개선을 통해 높은 유도기전력이 발생되도록 하여 토크를 높임으로써 출력을 보다 향상시키도록 하는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비엘디씨 모터를 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실싱예에 따른 비엘디씨 모터의 회전자 코어를 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비엘디씨 모터의 영구자석과 비교예를 보인 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 비엘디씨 모터의 회전자를 보다 상세히 설명하기로 한다.

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

따라서, 본 명세서에 기재된 일실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비엘디씨 모터를 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실싱예에 따른 비엘디씨 모터의 회전자 코어를 보인 단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비엘디씨 모터의 영구자석과 비교예를 보인 단면도이다.

먼저, 도 1을 참조로 하면, 본 발명의 비엘디씨 모터의 회전자(100)는 고정자(10)의 내부에 위치하여 비엘디씨 모터(BLUSH LESS DIRECT CURRENT(BLDC) MOTOR)(1)를 구성하고 있다. 상기 고정자(10)는 내면에 코일(14)이 권선되는 다수의 티스(12)가 구비되어 있고, 상기 회전자(100)는 회전자 코어(110) 및 영구자석(120)으로 구성된다.

한편, 도 2를 함께 참조로 하면, 상기 회전자 코어(110)의 가운데 부분에는 회전축(116)이 구비되어 있고, 방사형 형태로 매입공간부(112)가 형성되어 있는데, 상기 매입공간부(112)는 상하는 물론이고 외측으로 개방된 형상을 가지되, 중심부에서 외주연으로 갈수록 매입공간부(112)의 간격이 점차 넓어지는 형상을 가지며, 매입공간부(112)의 끝단에는 내향된 걸림턱(114)이 형성되어 있다.

이렇게 구성된 회전자 코어(110)에 형성된 매입공간부(112)에는 다수의 영구자석(120)이 각 극에 대응하여 매입 배치되어 있다. 이때, 상기 회전자 코어(110)의 매입공간부(112)에 형성된 걸림턱(114)은 매입되는 영구자석(120)이 강한 회전 작동에도 이탈되지 않도록 견고한 결합 상태를 유지하도록 하게 된다.

한편, 도 3을 참조로 하기에 앞서, 영구자석(120)의 형상에 따른 유도기전력의 변화를 알아보기 위해 자체 연구소에서 실험한 결과 하기와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

<영구자석의 가로/세로 길이에 따른 면적비교>

영구자석	가로 : 세로(mm : mm)	자석면적(mmㅂ)
A	8.5 : 28.6	243.1
B	8.7 : 28.0	243.6
C	9.0 : 27.0	243.0
D	9.3 : 26.2	243.7
E	9.5 : 25.6	243.2

상기 <표 1>을 참조로 하면, A부터 E까지 순차적으로 가로 길이를 길게 하는 반면 세로길이는 점차 줄어들게 하여 전체적인 면적이 거의 유사한 조건의 영구자석(120)을 준비하였다. 그러나, 유사한 면적에서도 유도기전력은 크기는 상당한 차이가 나타났는데, 이는 하기와 같다.

<영구자석의 가로/세로 길이에 따른 유도기전력>

영구자석	가로 : 세로(mm : mm)	Induced Voltage(V)
A	8.5 : 28.6	7.9681
B	8.7 : 28.0	7.8341
C	9.0 : 27.0	7.5549
D	9.3 : 26.2	7.3500
E	9.5 : 25.6	7.1599

상기 <표 2>를 참조로 하면, 면적이 비슷한 조건일 때 세로의 길이가 제일 긴 A타입의 영구자석(120)의 유도기전력 값이 크게 나왔다. 그리고, 세로의 길이가 점차 짧아질수록 유도기전력 값 또한 점차 낮아지는 것을 알 수 있다.

결국, 영구자석(120)은 같은 면적에서도 세로의 길이가 길수록 유도기전력이 높아지는 것을 알 수 있는 것이다. 이 결과를 토대로 도 3을 참조로 하면, "가"는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 영구자석(120)의 형상으로서, 가로 길이(a, a')가 서로 다른 즉, 윗변의 길이(a)가 아랫변의 길이(a') 보다 길게 형성된 사다리꼴 형상이고, "나"는 비교예에 따른 영구자석(120')으로 가로 길이(a, a')의 길이가 동일한 사각 형상을 도시하고 있다.

즉, 같은 면적일지라도 윗변과 아랫변의 길이를 서로 다르게 형성하면 "가"에서 도시하는 영구자석(120)의 세로 길이(b)의 길이가 "나"에서 도시하는 비교예의 영구자석(120')의 세로 길이(b) 보다 더 길어지게 되는 것에 착안하여 본 발명에서는 영구자석(120)의 형상을 사다리꼴 형상으로 형성하게 된 것이다.

이렇게 영구자석(120)의 형상 개선을 통하면 같은 면적일지라도 세로 길이(b)의 길이를 더 길게 할 수 있어 결과적으로 상기의 실험 결과와 같이 높은 유도기전력 발생이 가능하여 토크를 높여 출력을 더 향상시킬 수 있는 것이다. 뿐만 아니라, 회전자 코어(110)의 형상 개선을 통해 영구자석(120)을 보다 안정적으로 매입하여 고정하게 되므로 안정적인 회전 동작을 구현할 수 있게 되는 것이다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

1 : 비엘디씨 모터 10 : 고정자
12 : 티스 14 : 코일
100 : 본 발명의 회전자 110 : 회전자 코어
112 : 매입공간부 114 : 걸림턱
116 : 회전축 120 : 영구자석

Claims (2)

1. 가운데 부분에는 회전축이 구비되고, 방사형 형태로 중심부에서 외주연으로 갈수록 간격이 넓어지는 다수의 매입공간부가 형성된 회전자; 및
   상기 회전자의 매입공간부에 설치되되, 상기 회전자의 중심부에 가까운 아랫변의 길이 보다 윗변의 길이가 길어 전체적으로 사다리꼴 형상을 가지는 영구자석;
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 회전자.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 회전자에 형성된 매입공간부는 외측으로 개방된 형상이되, 그 끝단에는 내향된 걸림턱이 형성되어 영구자석을 단단히 고정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 회전자.

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