KR20150018462A - 단상 브러시리스 모터 - Google Patents

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KR20150018462A
KR20150018462A KR1020140102112A KR20140102112A KR20150018462A KR 20150018462 A KR20150018462 A KR 20150018462A KR 1020140102112 A KR1020140102112 A KR 1020140102112A KR 20140102112 A KR20140102112 A KR 20140102112A KR 20150018462 A KR20150018462 A KR 20150018462A
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유에 리
바오 팅 리우
추이 요우 조우
용 왕
밍 첸
자오 닝 쥬
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존슨 일렉트릭 에스.에이.
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Abstract

단상 브러시리스 모터는 고정자와, 고정자에 대해 회전할 수 있는 회전자를 포함한다. 회전자는 복수의 영구 자극을 갖는다. 고정자는 고정자 코어와, 고정자 코어 상에 감긴 권선을 포함한다. 고정자 코어는 외부 환상부, 내부 환상부 및 내부 환상부와 외부 환상부를 연결하는 연결부를 포함한다. 권선은 연결부 주위에 감긴다. 회전자는 내부 환상부에 수용된다. 내부 환상부와 회전자는 실질적으로 균일한 공극을 형성한다. 리세스가 인접한 연결부의 각 쌍 사이의 내부 환상부 부분의 내표면에 형성된다. 각 리세스의 중심은 연결부의 대응하는 쌍의 대칭의 중간선으로부터 벗어나 있다.

Description

단상 브러시리스 모터{SINGLE-PHASE BRUSHLESS MOTOR}
본 발명은 단상 브러시리스 모터에 관한 것이며, 상세하게는 실질적으로 균일한 공극(air gap)을 갖는 단상 브러시리스 모터에 관한 것이다.
도 8은, 고정자(11)와 고정자에 설치된 회전자(19)를 포함하는 종래의 단상 브러시리스 모터(10)를 도시한다. 고정자는 고정자 코어(12)와, 고정자 코어 상에 감긴 권선(13)을 포함한다. 고정자 코어는 환상 요크(14)와, 요크로부터 안쪽 방향으로 연장하는 복수의 투쓰(15)를 포함한다. 슬롯(16)이 권선(13)의 코일을 수용하기 위해 인접한 투쓰들 사이에 형성된다. 고정자 코어의 요크(14)와 투쓰들(15)은 단일 일체형 구조로 일체형으로 형성된다. 각 투쓰(15)는, 투쓰의 단부에 형성된 폴 슈(pole shoe)(18)를 포함하는 고정자 폴을 형성한다. 폴 슈는 모터의 원주 방향을 따라 연장한다. 슬롯 개구(17)가 각 폴 슈 사이에 형성되어 각 투쓰를 중심으로 코일을 감도록 접근을 허용한다. 그러므로, 비균일 공극이 고정자(11)와 회전자(19) 사이에 형성된다. 앞선 종래의 단상 브러시리스 모터에서, 슬롯 개구(17)의 존재로 인해, 모터는 지나치게 큰 코깅 토크(cogging torque)를 생성할 수 있어서, 진동과 잡음을 초래할 수 있다. 더 나아가, 고정자 코어가 일체형 구조이기 때문에, 감음 프로세스를 위해 왕복 셔틀 권선기(winding machine)가 필요하며, 이점은 낮은 감음 효율을 초래한다.
따라서 개선된 신뢰도의 모터 시동을 갖는 새로운 단상 브러시리스 모터에 대한 요구가 있다.
따라서, 제1 양상에서, 본 발명은, 고정자와, 고정자에 대해 회전할 수 있는 회전자를 포함하는 단상 브러시리스 모터로서, 회전자는 복수의 영구 자극을 갖는 회전자 코어를 포함하고, 고정자는 고정자 코어와, 고정자 코어 상에 감긴 권선을 포함하고, 고정자 코어는 외부 환상부, 내부 환상부 및 내부 환상부를 외부 환상부에 연결하는 복수의 연결부를 포함하며, 권선은 연결부 주위에 감기고, 회전자는 내부 환상부에 수용되며, 고정자의 내부 환상부와 회전자는 그 사이에 실질적으로 균일한 공극을 형성하며, 연결부 중 매 두 개의 인접한 연결부 사이의 내부 환상부 부분의 회전자를 향하는 내표면에 리세스가 형성되고, 각 리세스의 중심은 연결부 중 대응하는 두 개의 인접한 연결부 사이의 중간선으로부터 오프셋되어 있는, 단상 브러시리스 모터를 제공한다.
바람직하게도, 리세스는, 회전자가 2방향으로 시작될 수 있도록 구성되고 배치된다.
바람직하게도, 리세스의 개수는 연결부의 개수 및 회전자의 자극의 개수와 동일하다.
바람직하게도, 리세스는 모터의 축방향을 따라서 내부 환상부의 내표면을 통하여 지나간다.
바람직하게도, 리세스는 모터의 축방향을 따라서 내부 환상부의 내표면에 이격되어 배열된다.
바람직하게도, 각 리세스의 중심은 대응하는 두 개의 인접한 연결부 사이의 중간선으로부터 오프셋되어 있다.
바람직하게도, 각 리세스의 중심과 대응하는 두 개의 인접한 연결부 사이의 중간선 사이에 형성된 오프셋 각도는 45도 내지 135도의 전기각 범위에 있다.
바람직하게도, 모터는 60도 내지 80도의 전기각의 범위에 있는 시동 각도(start-up angle)를 갖는다.
바람직하게도, 내부 환상부의 내표면은 회전자와 동심원 상에 위치한다.
바람직하게도, 자기 브릿지(magnetic bridge)가 연결부 중 매 두 개의 인접한 연결부 사이의 내부 환상부의 부분에 형성된다.
바람직하게도, 자기 브릿지는 내부 환상부의 외표면에 형성된 그루브(groove)를 포함한다.
바람직하게도, 자기 브릿지는 내부 환상부에 형성된 애퍼쳐나 구멍을 포함한다.
바람직하게도, 연결부는 내부 환상부와 외부 환상부 중 하나나 둘 모두에 대해 별도로 형성된다.
바람직하게도, 회전자는 회전자 코어를 더 포함하며, 복수의 영구 자극은, 회전자 코어의 방사상 외표면 상에 장착된 하나 이상의 영구 자석에 의해 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 개선된 신뢰도의 모터 시동을 갖는 새로운 단상 브러시리스 모터를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 이제 수반하는 도면 내의 도면들을 참조하여 단지 예를 들어서 기재할 것이다. 도면들에서, 하나 보다 많은 도면에서 도시된 동일한 구조, 요소 또는 부분은 일반적으로 이들이 도시된 모든 도면들에서 동일한 참조번호로 표시된다. 도면들에서 도시된 구성요소와 특성부의 치수는 일반적으로 표시의 편의성 및 명료성을 위해 선택하며 반드시 실제 축적대로 도시되지는 않는다. 도면을 아래에 게재한다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단상 브러시리스 모터의 사시도이다.
도 2는, 도 1의 단상 브러시리스 모터의 고정자 코어의 사시도이다.
도 3은, 도 1의 단상 브러시리스 모터의 평면도이다.
도 4 및 도 5는 고정자 코어의 부분의 상이한 실시예를 예시한다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단상 브러시리스 모터의 평면도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단상 브러시리스 모터의 평면도이다.
도 8은, 종래의 단상 브러시리스 모터의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 바람직한 실시예에 따른 단상 브러시리스 모터(20)는 고정자(30)와, 고정자(30)에 대해 회전할 수 있게 장착된 회전자(70)를 포함한다.
고정자(30)는 고정자 코어(40)와, 고정자 코어(40) 상에 감긴 권선(50)을 포함한다. 고정자 코어(40)는 자기 전도성 소재로 이루어진다. 예컨대, 고정자 코어(40)는, 모터의 축방향으로 스택된 실리콘 스틸 시트와 같은 복수의 자기 전도성 적층에 의해 형성된다. 고정자 코어(40)는 외부 환상부(42), 내부 환상부(44), 및 내부 환상부(44)를 외부 환상부(42)와 연결하는 복수의 연결부(46)를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어, "환상부"는 원주 방향으로 연속하여 연장하는 에워싸인 구조를 지칭한다. 바람직하게도, 연결부(46)는 모터의 원주 방향으로 균일하게 이격되어 있고, 각 연결부(46)는 내부 환상부(44)로부터 외부 환상부(42)로 실질적으로 방사상으로 연장한다. 예시한 실시예에서, 연결부(46)는 내부 환상부(44)와 일체형으로 형성되어 일체형 바디를 형성한다. 연결부(46)와 외부 환상부(42)는 별도의 구조이다. 즉, 외부 환상부(42)와 연결부(46)는 별도로 형성된 후 함께 조립된다. 권선(50)은 연결부(46) 주위에 감긴다. 회전자(70)는 내부 환상부(44)에 수용된다. 각각의 두 개의 인접한 연결부(46) 사이의 내부 환상부(44)의 부분의 회전자(70)를 향하는 방사상 내표면에는 리세스(442)가 형성된다. 리세스(442)의 중심은 대응하는 두 개의 인접한 연결부(46) 사이의 중간의 방사상 라인으로부터 오프셋되어 있으며, 이 라인을 본 명세서에서는 중간선이라고 지칭한다. 바람직하게도, 중간선은 대응하는 두 개의 인접한 연결부(46)의 대칭의 중심선이다. 즉, 회전자(70)의 중심과 리세스(442)의 중심을 통과하는 직선(L1)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 대응하는 두 개의 인접한 연결부(46)의 대칭의 중심선(L2)에 각도를 이루고 있다.
바람직하게도, 리세스(442)는 모터의 축방향을 따라서 고정자 코어(40)의 내부 환상부(44)의 내표면을 통해 연장한다.
리세스(442)는 또한, 모터의 축방향을 따라 고정자 코어의 내부 환상부(44)의 내표면 상에 이격되어 배열될 수 있음을 이해해야 한다. 예컨대, 고정자 코어(40)는 모터의 축방향으로 스택된 두 가지 타입의 적층이 교호하여 형성되며, 리세스가 일 타입의 적층 상에 형성된다.
바람직하게도, 내부 환상부(44)의 내표면은, 회전자(70)와 동심인 원에 위치한다. 이처럼, 실질적으로 균일한 공극이 고정자와 회전자 사이에, 즉 회전자(70)의 외표면과 내부 환상부(44)의 내표면 사이에 형성된다.
바람직하게도, 자기 브릿지(444)가 인접한 연결부(46) 사이의 내부 환상부(44)의 부분에 형성된다. 각 자기 브릿지(444)는, 내부 환상부(44)의 다른 부분의 방사상 폭미만인 방사상 폭을 갖는 일 부분을 적어도 포함한다. 바람직하게도, 각 자기 브릿지(444)는 내부 환상부(44)의 외표면에 형성된 복수의 그루브(446)를 포함한다. 예시한 실시예에서, 각 자기 브릿지(444)는, 내부 환상부(44)의 외표면에 형성된 그루브(446) 쌍을 포함한다. 그루브(446)의 개수는 도 4에 도시한 바와 같이 하나일 수 있거나, 도 5에 도시한 바와 같이 세 개일 수 있거나, 설계 요구에 따라 다른 개수가 될 수 있음을 이해해야 한다. 그루브(446)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같은 호 형상이나 도 5에 도시한 바와 같은 사각형일 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 자기 브릿지(444)는 내부 환상부(44)의 애퍼쳐/구멍(448)에 의해 형성될 수 도 있음을 이해해야 한다.
각 연결부(46)는, 용접에 의해 또는 예컨대 쐐기(wedge) 형상 리세스에 체결되는 쐐기 형상 돌출부를 가진 인터로킹 구조와 같은 여러 기계식 연결 수단에 의해 외부 환상부(42)에 고정되게 장착될 수 있음을 또한 이해해야 할 것이다.
권선(50)은, 연결부(46) 중 대응하는 하나 주위에 각각 감기는 복수의 코일을 포함한다. 이처럼, 코일의 개수는 연결부(46)의 개수와 동일하다. 코일은 여러 연결 방식으로 단상 권선을 형성하도록 연결될 수 있다. 예컨대, 모든 코일이 직렬로 연결될 수 있거나, 직렬로 연결된 두 개의 코일이 직렬로 연결된 다른 두 개의 코일과 병렬로 연결될 수 있거나, 모든 코일이 병렬로 연결될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 연결부(46)는 또한 외부 환상부(42)와 일체형으로 형성되어 내부 환상부(44)에 대해 별도로 형성될 수 있음을 또한 이해해야 한다. 권선(50)의 모든 코일이 연결부(46) 주위에 각각 감긴 후, 외부 환상부(42)와, 코일이 감긴 연결부(46)가 그 후 내부 환상부(44)에 고정되게 결합된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 연결부(46)는 외부 환상부(42)와 내부 환상부(44) 모두에 대해 별도로 형성될 수 있음을 또한 이해해야 한다. 권선(50)의 모든 코일이 연결부(46) 주위에 감긴 후, 연결부(46)가 외부 환상부(42)와 내부 환상부(44)에 고정되게 결합된다.
회전자(70)는 회전자 코어(72)와, 회전자 코어(72)의 외표면 상에 고정된 적어도 하나의 영구 자석(74)을 포함한다. 적어도 하나의 영구 자석(74)은 인접한 자극이 반대 극성을 갖는 복수의 원주 방향으로 이격된 영구 자극을 형성한다. 바람직하게도, 적어도 하나의 영구 자석(74)에 의해 형성된 자극의 개수는 고정자의 연결부(46)의 개수 및 고정자 코어의 내부 환상부(44)의 내표면에 형성된 리세스(442)의 개수와 동일하다. 예시한 실시예에서, 회전자는 네 개의 자극을 형성하는 네 개의 자석(74)을 갖는다. 회전자는 둘, 여섯, 또는 여덟 개의 영구 자극과 같은 다른 개수의 영구 자극을 가질 수 있음을 이해해야 한다.
모터에 전원이 공급되지 않을 때, 회전자의 인접한 자극(74) 사이의 중립 구역이 각각 고정자의 내부 환상부(44)의 리세스(442)와 정렬된다. 즉, 각 회전자 자극의 중심선(L4)이 대응하는 인접한 두 개의 리셋(442)의 대칭의 중심선, 즉 인접한 리세스(442) 사이의 중간의 방사상 라인과 일치한다. 따라서, 각 회전자 자극의 중심선(L4)은 고정자의 연결부(46) 중 인접한 연결부(고정자 극 부분으로도 불림)의 중심선(L3)으로부터 오프셋된다. 중심선(L4)과 중심선(L3) 사이에 형성된 오프셋 각도를 시동 각도(Q)라고 부른다. 시동 각도(Q)의 값은 방사상 라인(L1과 L2) 사이에 형성된 각도의 값과 동일하다. 예시한 실시예에서, 시동 각도는 45도의 전기각보다 크지만 135도의 전기각보다 작다. 모터의 고정자 권선(50)에 일 방향으로전류가 공급될 때, 회전자(70)는 손쉽게 일 방향으로 회전할 수 있으며, 고정자의 권선(50)에 반대 방향으로 전류가 공급될 때, 회전자(70)는 반대 방향으로 회전할 수 있다. 시동 각도(Q)가 90도의 전기각과 동일할 때, 즉 각 회전자 자극의 중심선이 인접한 연결부(46)의 대칭의 중심선과 일치할 때, 회전자(70)는 손쉽게 양방향으로 시작될 수 있으며, 이러한 구성이 모터의 양방향 시동을 달성할 최상의 상황임을 이해해야 한다. 시동 각도(Q)가 90도의 전기각으로부터 벗어남에 따라, 일 방향으로의 회전자의 시동은 반대 방향으로보다 손쉬워진다. 시동 각도(Q)가 60도 내지 80도의 전기각의 범위에 있을 때, 회전자는 일 방향으로 매우 쉽게 시작할 수 있다. 시동 각도(Q)가 45도 내지 135도의 전기각의 범위에 있을 때, 회전자는 양방향으로 우수한 시동 신뢰도를 가짐을 알 수 있다.
앞선 실시예에 기술한 단상 브러시리스 모터에서, 실질적으로 균일한 공극이, 인접한 영구 자극(74) 사이의 중립 구역과 리세스(442)에 대응하는 공극의 부분을 제외하고 고정자와 회전자 사이에 형성된다. 그러므로, 모터의 시동에 필요한 시동 각도 및 코깅 토크는 실제 설계 요구에 따라 손쉽게 조정할 수 있어서, 모터의 신뢰할 만한 시동을 가능케 할 수 있다. 예컨대, 모터 시동 각도는 내부 환상부의 내표면에 형성된 리세스(442)의 위치를 조정함으로써 손쉽게 조정될 수 있다. 시동 각도(Q)가 45도의 전기각보다 크지만 135도의 전기각도보다 작을 때, 회전자는 양방향으로 신뢰할 만하게 시작할 수 있다. 모터가 시작하기 전 코깅 토크는 내부 환상부에서의 리세스(442)의 형상, 크기 또는 깊이를 조정하여 조정할 수 있다. 고정자 코어의 내부 환상부(44)는 연속 구조이며, 인접한 연결부 사이의 내부 환상부의 부분은 자기 브릿지에 의해 상호연결되어, 종래의 모터에서처럼 인접한 고정자 극 부분 사이에 규정된 슬롯 개구로 인한 자기 저항의 갑작스런 변화를 회피하며, 그에 따라 모터의 코깅 토크를 감소시킨다. 고정자 코어는 함께 조립되는 별도의 구조를 포함한다. 그러므로, 권선의 코일은, 연결부 및 외부 환상부 또는 내부 환상부의 조립 이전에 더블 플라이(double fly) 권선기를 사용하여 연결부 상에 감길 수 있어서, 감음 프로세스의 효율을 향상시킬 수 있다.
고정자 코어는, 감음 효율이 주된 관심사가 아닌 경우에 일체형 구조로 될 수 있음을 이해해야 한다. 즉, 연결부는 내부 환상부 및 외부 환상부와 일체형으로 형성될 수 있다.
본 출원의 상세한 설명 및 청구범위에서, 동사, "포함한다", "갖는다" 및 그 파생어는 각각 포괄적인 의미로 사용되어 언급한 항목의 존재를 규정하지만, 추가 항목의 존재를 배제하지는 않는다.
비록 본 발명이 하나 이상의 바람직한 실시예를 참조하여 기술되지만, 당업자에 의해 여러 변경이 가능함이 이해되어야 한다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음에 오는 청구범위를 참조하여 판정될 것이다.

Claims (13)

  1. 고정자(30)와, 상기 고정자에 대해 회전할 수 있는 회전자(70)를 포함하는 단상 브러시리스(brushless) 모터로서,
    상기 회전자는 복수의 영구 자극을 갖는 회전자 코어(72)를 포함하고, 상기 고정자는 고정자 코어(40)와, 상기 고정자 코어 상에 감긴 권선(50)을 포함하고, 상기 고정자 코어(40)는 외부 환상부(42), 내부 환상부(44) 및 상기 내부 환상부를 상기 외부 환상부에 연결하는 복수의 연결부(46)를 포함하며, 상기 권선은 상기 연결부 주위에 감기고, 상기 회전자는 상기 내부 환상부에 수용되며,
    상기 내부 환상부(44)와 상기 회전자(70)는 그 사이에 실질적으로 균일한 공극을 형성하며, 상기 연결부(46) 중 매 두 개의 인접한 연결부 사이의 상기 내부 환상부의 부분의 상기 회전자를 향하는 내표면에 리세스(442)가 형성되고, 각 리세스(442)의 중심은 상기 연결부(46) 중 대응하는 두 개의 인접한 연결부 사이의 중간선(L2)으로부터 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는, 단상 브러시리스 모터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 리세스(442)는, 상기 회전자(70)가 2방향으로 시작될 수 있도록 구성되고 배치되는, 단상 브러시리스 모터.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 리세스(442)의 개수가 상기 연결부(46)의 개수 및 상기 회전자(70)의 자극의 개수와 동일한, 단상 브러시리스 모터.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 리세스(442)는 상기 모터의 축방향을 따라서 상기 내부 환상부(44)의 내표면을 통하여 지나가는, 단상 브러시리스 모터.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 리세스(442)는 상기 모터의 축방향을 따라서 상기 내부 환상부(44)의 내표면에 이격되어 배열되는, 단상 브러시리스 모터.
  6. 청구항 1에 있어서, 각 리세스(442)의 중심과 대응하는 두 개의 인접한 연결부(46) 사이의 중간선(L2) 사이에 형성된 오프셋 각도는 45도 내지 135도의 전기각(electrical angle) 범위에 있는, 단상 브러시리스 모터.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 60도 내지 80도의 전기각의 범위에 있는 시동 각도(Q)를 갖는, 단상 브러시리스 모터.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 환상부(44)의 내표면은 상기 회전자(70)와 동심원 상에 위치하는, 단상 브러시리스 모터.
  9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 자기 브릿지(magnetic bridge)(444)가 상기 연결부(46) 중 매 두 개의 인접한 연결부 사이의 상기 내부 환상부(44)의 부분에 형성되는, 단상 브러시리스 모터.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 자기 브릿지(444)는 상기 내부 환상부(44)의 외표면에 형성된 그루브(groove)(446)를 포함하는, 단상 브러시리스 모터.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 자기 브릿지(444)는 상기 내부 환상부(44)에 형성된 애퍼쳐나 구멍(448)을 포함하는, 단상 브러시리스 모터.
  12. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결부(46)는 상기 내부 환상부(44)와 상기 외부 환상부(42) 중 하나나 둘 모두에 대해 별도로 형성되는, 단상 브러시리스 모터.
  13. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자(70)는 회전자 코어(72)를 더 포함하며, 상기 복수의 영구 자극은, 상기 회전자 코어의 방사상 외표면 상에 장착된 하나 이상의 영구 자석(74)에 의해 형성되는, 단상 브러시리스 모터.
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